(57)【要約】  【解決手段】  本発明のリニアガイドの組合せ溝は、三つの互いに正接した円弧がリニアガイドの伝動溝として使用される。前記の中間円弧の曲率半径とリニアガイドのボール半径との比率は１に近く、またその両側の円弧の曲率半径は中間円弧より大きく形成される。  【効果】  通常の状態においては、リニアガイドに良好な負荷能力が備えられ、かつ良好な心出し特性をも提供することができるので、心出し量が高くなってもリニアガイドのボールは、伝動溝の周縁に接触することなく、リニアガイドに良好な心出し特性が保たれる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアガイドのレール及びスライダ上に用いられ、リニアガイド中のボールを案内するリニアガイドの組合わせ式伝動溝であって、
前記伝動溝の溝断面は、少なくとも両互いに正接する円弧が含まれ、その中間円弧の曲率半径とリニアガイドのボール半径との比率が略１になると共に、その両側の円弧の曲率半径は、中間円弧より大きく形成されることを特徴とするリニアガイドの組合わせ式伝動溝。
【請求項２】
前記中間円弧の曲率半径は、リニアガイドが良好な負荷能力を保持するための、リニアガイドのボール半径の１乃至１．０５倍であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイドの組合わせ式伝動溝。
【請求項３】
前記中間円弧の曲率半径は、リニアガイドが良好な心出し特性を保持するための、リニアガイドのボール半径の１．０８乃至１．２０倍であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイドの組合わせ式伝動溝。
【請求項４】
前記の中間円弧は、その円弧曲率の中心に対する挟み角が３５°〜５０°であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイドの組合わせ式伝動溝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
リニアガイドは、ボールを使用して伝動するものであって、レール、スライダ及びボールなどの部品が含まれる。本発明は、リニアガイドのレール及びスライダ上の伝動溝の断面輪郭に関し、特に複数の円弧を用いて共に組合わせた一本のボール溝の設計により、ボールと伝動溝との間の接触が良好な接触特性を備えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアガイドは、重要な機械要素であるため、今まで、様々な精密機械、自動化産業、半導体産業、医療設備及び航空工業等に広く使用されている。主に、ボールの回転により機構的移動により生じた摩擦抵抗を低減させ、また機構が移動する際に、より省力的、かつ省エネに実現することができると同時に、その摩擦が低減されたため、接触面による磨耗と温度の上昇を低減することができる。従って、機構の精度並びに使用寿命が同時に向上し、機構の移動も大幅に向上できることを目的とする。
【０００３】
以下、図４、図５により従来の伝導溝について説明する。
【０００４】
図４は、一種リニアガイドの見取図を示す。リニアガイドは、レール１、スライダ２及び複数のボール３を含み、レール１は、長条状に形成され、その上にレール１の長手方向に沿ってレール伝動溝１１が設けられ、スライダ２は、レール１上に嵌合してスライダ２に対応したレール伝動溝１１の位置にスライダ伝動溝２１が設けられ、複数のボール３は、レール伝動溝１１及びスライダ伝動溝２１の間に設置することで、スライダ２がレール１に対して長手方向に移動することができる。説明を便利にするために、前記のレール伝動溝１１及びスライダ伝動溝２１の何れも“伝動溝”と称する。前記スライダ２上に設けられた回流孔２２は、ボール３を回流するために用いられ、ボール３が伝動溝及び回流孔２２の間に循環移動される。今までのリニアガイドは、ボールの列数により区別され、主に両列式と四列式とに分けられ、図４の見取図は、一種四列式の設計である。四列式リニアガイドは、その伝動溝の溝断面が単一の円弧面に形成されているので、ボールと伝動溝との間により良好な相対的に変位する空間を有しており、このようなボールと伝動溝間が許容された変位機能を“心出し”と称する。
【０００５】
図５は、伝統的な伝動溝の溝断面の見取図を示す。伝統なる伝動溝の溝断面輪郭（即ち、レール伝動溝１１、またはスライダ伝動溝２１の溝断面輪郭）は、簡単な円弧ＡＢである。図における断面線領域は、伝統リニアガイドのレール、またはスライダの伝動溝近辺の局部拡大図を示す。Ａ点とＢ点は、それぞれ円弧ＡＢの両端点で、Ｏ点は、円弧ＡＢの曲率中心である。図にあるＰ点は、円Ｐの中心で、円Ｐはボールの輪郭を表すために用いられるものである。また、円Ｐと円弧ＡＢとはＴ点に正接し、Ｔ点は円弧ＡＢの中点である。円弧ＡＢの半径は、円Ｐ半径のｋ倍である場合、ｋ値は、通常１．０２から１．１２の間に設計され、また円Ｐの半径は、Ｒの場合、円弧ＡＢの曲率半径は（ｋＲ）で、点Ｏから点Ｐまでの距離は（ｋ−１）Ｒである。図中のＱ点は、円Ｐが右方向へ伝動溝（円弧ＡＢ）に沿って円弧ＡＢとのＢ点に正接するまでに移動する円心点位置を示す。この時のＱ点とＰ点との水平距離はｎＲで、角ＴＯＢはαであるため、幾何学から下記のように導かれる。
【０００６】
sinα＝ｎ／(ｋ−１)    または
ｎ  ＝(ｋ−１)・sinα
【０００７】
前記のｎ値は、円弧ＡＢの条件において、Ｐ点とＱ点との間の水平心出し量とボール半径との比率である。通常のリニアガイドは、その心出し特性を強調する他、その負荷能力も強調するため、ｋ値は、通常１より大きく、かつ近い値に設計されることによって、ボールと伝動溝との接触領域が極大化され、より大きい負荷能力を得ることができる。しかし、ｋは１に近くになれば、上式中の（ｋ−１）は、０に近くなり、またボールと伝動溝との接触領域が限られ、α値が略３０°だけのものになり、ｎの値も０に近くなければならないので、心出しの可能性が悪くなる。その例として、ｋ＝１．０２、α値は、３０°の時、ｎ＝０．０１であるため、心出し可能量は、半径の百分の一のみのものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
残念ながら、前記の通常のリニアガイドは、設計上の制限により、その挟み角ＡＯＢは通常略６０°であるため、α値が３０°であれば、ボールと伝動溝との周縁を接触して品質上の不良が発生することになる。
【０００９】
従って、先行技術におけるリニアガイドは、良好な心出し特性を同時に提供することができない他、良好な負荷能力もなく、従来のリニアガイドの伝動溝の設計は、さらに改進する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、主にリニアガイドの伝動溝の断面輪郭を提供する目的とし、通常の場合、リニアガイドが負荷能力が良く、かつ良好な心出し特性を提供することによって、たとえ心出し量が高くなりすぎても、リニアガイドのボールが伝動溝の周縁に接触せずに、リニアガイドは良好な心出し特性が保たれる。
【００１１】
前記リニアガイドのボールとその伝動溝の周縁と接触しないように、本発明における伝動溝の溝断面は、少なくとも三つ互いに正接する円弧を有し、かつその中間円弧の曲率半径とリニアガイドのボール半径の比率は、略１になり、さらに両側の円弧の曲率半径は、中間円弧より大きく形成される。
【００１２】
前記リニアガイドに良好な負荷能力を提供するためには、通常、中間円弧の曲率半径をリニアガイドのボール半径の１乃至１．０５倍の間にすることで、良好な負荷能力が得られる。
【００１３】
また、心出し量を向上させる効果を得るには、両側の円弧の半径曲率は、中間円弧の曲率よりやや大きくならなければならないので、通常、リニアガイドのボール半径の１．０８乃至１．２０倍の間に設計することができる。
【００１４】
さらに、本発明の伝動溝に心出し量及び負荷能力を兼ねて備えるためには、中間円弧に対する、その円弧曲率の中心挟み角（２α）が３５〜５０°に設計され、その心出し量は、リニアガイドの必要に応じて心出しをすることができ、そして中心円弧の挟み角が３５〜５０°に設計することによっても伝動溝に良好な負荷能力を提供することができる。
【００１５】
本発明の特徴及び技術内容をより便利に理解するには、下記における本発明のより好ましい実施例及び説明を詳しく参照されたい。また当該実施例及び図面など単なる説明または参考に用いられるもので、本発明に対する如何なる制限をするものでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のリニアガイドの組合せ溝の見取図である。図中の断面線領域は、リニアガイドのレール、またはスライダの伝動溝近傍の局部拡大図を示し、その伝動溝の溝断面の輪郭は、円弧ＡＢ、円弧ＣＡ及び円弧ＢＤの三つの円弧から共になり、円弧ＡＢの端点は、それぞれＡ点とＢ点で、Ｏ点は、円弧ＡＢの曲率中心である。円弧ＢＤの端点は、それぞれＢ点とＤ点で、Ｎ点は、円弧ＢＤの曲率中心である。円弧ＣＡの端点は、それぞれＣ点とＡ点で、Ｍ点は、円弧ＣＡの曲率中心である。円弧ＣＡと円弧ＢＤとは、それぞれ円弧ＡＢの左右両側に位置され、かつ円弧ＢＤと円弧ＡＢとはＢ点に正接し、また円弧ＣＡと円弧ＡＢとはＡ点に正接している。円弧ＢＤと円弧ＣＡの円弧半径は円弧ＡＢより大きく形成されているので、円弧ＢＤの円心Ｎ点は、Ｏ点の左上側にあり、かつＮ点、Ｏ点及びＢ点が一直線に排列され、また円弧ＣＡの円心Ｍ点は、Ｏ点の右上側にあり、かつＭ点、Ｏ点及びＡ点が一直線に排列されている。
【００１７】
図２は、図１の幾何的見取図である。その円Ｐは、ボールの輪郭を示すために用いられるもので、また円Ｐと円弧ＡＢとは、円弧ＡＢの中点Ｔ点に正接している。円弧ＡＢの半径は、円Ｐ半径のｋ倍である場合、円Ｐの半径は、Ｒである場合、円弧ＡＢの曲率半径は（ｋＲ）であれば、点Ｏから点Ｐの距離は（ｋ−１）Ｒである。図中のＱ点は、円Ｐが右方向へ伝動溝（円弧ＡＢ）に沿って円弧ＡＢとＢ点に正接するまでに移動する円心点の位置を示す。この時のＱ点とＰ点との水平距離をｎＲとし、角ＴＯＢをα（中間円弧はその円弧曲率中心に対する挟み角の二分の一）とすることで、従来の実施例と同じように、幾何学により導かれる。
【００１８】
sinα＝ｎ／(ｋ−１)    または
ｎ  ＝(ｋ−１)・sinα
【００１９】
円弧ＡＢの左右両側には、それぞれ円弧ＣＡ及び円弧ＢＤを有し、円弧ＢＤと円弧ＡＢとはＢ点に正接し、また円弧ＣＡと円弧ＡＢとはＡ点に正接している。円Ｐが右方向へ伝動溝（円弧ＡＢ）に沿ってｎＲの水平距離に移動して点Ｂ（この時、円Ｐの円心がＱ点に移動する）に到達してから、右方向へ伝動溝に沿って継続に移動する場合、円弧ＡＢと円弧ＢＤとはＢ点に正接しているので、円Ｐが円弧ＢＤに沿って移動可能で、円Ｐが移動して円弧ＢＤとＤ点に正接した時、円Ｐの円心がＳ点に移動する。Ｑ点からＳ点までの水平距離は、Ｒのｍ倍とすれば、ｍＲを標示する。そして、角ＢＮＤはβで、円弧ＢＤの曲率半径は円Ｐのｊ倍である場合、
ｍＲ＝(ｊ−１)Ｒ・[sin(α＋β)−sinα]
【００２０】
また、点Ｐから点Ｓまでの水平距離（ｎＲ＋ｍＲ）は、
ｎＲ＋ｍＲ＝(ｊ−１)Ｒ・[sin(α＋β)−sinα]＋(ｋ−１)Ｒ・sinα
＝(ｊ−１)Ｒ・sin(α＋β)＋(ｋ−ｊ)Ｒ・sinα
【００２１】
また、点Ｐから点Ｓまでの水平距離とボール半径の比率（ｎ＋ｍ）は、
ｎ＋ｍ＝(ｊ−１)・sin(α＋β)＋(ｋ−ｊ)・sinα
【００２２】
通常、リニアガイドの伝動溝がボールを囲む範囲は、略６０°程度で、即ち（α＋β）値は、３０°であり、リニアガイドの伝動溝は、良好な負荷能力を持たせるためには、ｋ値は、中間円弧の曲率半径とリニアガイドのボール半径との比率が１に近くなるように設計することができ、そして、両側の円弧の曲率半径は、中間円弧より大きく形成する。αは２０°（即ち、中間円弧がその円弧の曲率中心に対する挟み角は４０°である）に設計された場合、βは１０°に等しい。ｋ値が１に等しく、ｊ値が１．２０に等しいと設計された場合、前式に代入して、
ｎ＋ｍ＝０．０３１６  が得られる。
【００２３】
α＝２０°、β＝１０°、ｋ値＝１．０５、ｊ値＝１．０８をそれぞれ設計すれば、前記に代入して、
ｎ＋ｍ＝０．０２９７  が得られる。
【００２４】
前記のように得られた心出し量は、従来設計（αは３０°で、ｋ値は１．０２に等しい）時の０．０１０より高いことは明らかである。異なったｋ値と異なったｊ値がα＝２０°、β＝１０°時による計算結果は、図３のように表示される。図３の結果に示した（ｎ＋ｍ）値は、ｊ値の増加に従って線形的に増加することになる。しかし、ｊ値が大きくなりすぎると、ボールと円弧ＢＤ領域との接触時の負荷能力が低下されるので、ｊ値のより好ましい設計領域はｊ＝１．０８〜１．２０の間にある。またｋ値は、ボールと円弧ＡＢ領域との接触時の負荷能力に影響するため、ｋ値が極めて大きい時、伝統的な設計を使用しても大きな心出し量（しかし、負荷能力は良くない）が得られるので、再び本発明を使用する必要がなくなる。従って、本発明のｋ値は１乃至１．０５の間に設計することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
前記を総じて、本発明のリニアガイドの伝動溝は、三つの両互いに正接した円弧をリニアガイドの伝動溝として使用される。前記中間円弧の曲率半径とリニアガイドのボール半径の比率は１に近く、またその両側の円弧の曲率半径は中間円弧より大きく形成されているので、従来の状況においても、リニアガイドは良好な負荷能力を有し、かつ良好な心出し特性を提供することができる。従って、心出し量が高くなっても、リニアガイド中のボールは伝動溝の周縁と接触することがないので、リニアガイドの良好な心出し特性が保たれる。
【００２６】
前記のように、本願は、リニアガイドの力学原理、解析幾何を応用するだけでなく、分析を通じて先行技術より優れた技術が考案されることができたため、空間的な形態においても確かな新規性を備えており、従来の技術より前記の多くの効果を実現することができるので、発明特許としての法定的な新規性、及び進歩性に十分合致しているため、特許出願を提出するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のリニアガイドの組合せ溝の溝断面を示す斜視図である。
【図２】図１の幾何的斜視図である。
【図３】（ｎ＋ｍ）値のｊ値に対する関係を示す図である。
【図４】リニアガイドの斜視図である。
【図５】伝統の伝動溝の溝断面を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    レール
２    スライダ
３    ボール
１１    レール伝動溝
２１    スライダ伝動溝
２２    回流孔
Ａ    円弧の端点
Ｂ    円弧の端点
Ｃ    円弧の端点
Ｄ    円弧の端点
ｊ    円弧ＢＤの半径と円Ｐの半径との比率
ｋ    円弧ＡＢの半径と円Ｐの半径との比率
Ｍ    円弧ＣＡの円心
ｍ    Ｑ点とＳ点との間における水平心出し量とボール半径との比率
Ｎ    円弧ＢＤの円心
ｎ    Ｐ点とＱ点との間における水平心出し量とボール半径との比率
Ｏ    円弧ＡＢの円心
Ｐ    円の円心点
Ｑ    円の円心店
Ｒ    円Ｐの半径
Ｓ    円の円心点
Ｔ    円弧ＡＢの中点
α    線段ＯＢと線段ＯＴとの挟み角
β    線段ＮＤと線段ＮＢとの挟み角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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