(57)【要約】【課題】剛性を確保しつつ転動体通過振動、高負荷、取付け誤差時の騒音・振動を低減するクラウニングを設けた直動案内装置を提供する。【解決手段】クラウニング２４は、転動体軌道溝１１から連続している曲面形状の有効クラウニング部２６と、この有効クラウニング部２６からベアリングブロック２Ａの端面まで連続している曲面形状の有効外クラウニング部２８とで構成されている。有効クラウニング部２６の最大クラウニング量σ１は、予圧荷重時に生じる転動体の弾性変形量程度とし、有効クラウニング長さＬｃ１は、隣接している転動体同士の間隔の０．５倍以上とし、有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量σ２は、負荷荷重によって生じる転動体の弾性変形量程度とし、有効外クラウニング部２８の有効外クラウニング長さＬｃ２は、最大クラウニング量σ２の３倍以上に設定した。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿う側面にレール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、前記レール側転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を有し、これらレール側転動体軌道溝及びスライダ側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となるように前記案内レールに支持されたスライダ本体と、前記転動体転動路と略平行となるように前記スライダ本体内に設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向の両端部に取付けられたエンドキャップに設けられて前記転動体転動路及び前記転動体戻し路を連通させる湾曲路と、前記スライダ側転動体軌道溝の両端部に設けたクラウニングと、を備えた直動案内装置において、
前記クラウニングを、前記スライダ側転動体軌道溝から連続して前記転動体を介して負荷を受ける曲面形状の有効クラウニング部と、この有効クラウニング部から連続して前記転動体循環路の前記内周側循環溝まで延在している曲面形状の有効外クラウニング部とで構成し、
前記有効クラウニング部を、傾斜が緩やかとなるように大きな曲率半径で形成し、前記有効外クラウニング部を、前記有効クラウニング部より小さな曲率半径で形成したことを特徴とする直動案内装置。
【請求項２】
前記有効クラウニング部の最大クラウニング量を、予圧荷重時に生じる前記転動体の弾性変形量程度とし、前記有効クラウニング部の長さを、隣接している前記転動体どうしの間隔の０．５倍以上としたことを特徴とする請求項１記載の直動案内装置。
【請求項３】
前記有効クラウニング部の最大クラウニング量を、転動体直径の０．３％以下とし、前記有効クラウニング部の長さを、隣接している前記転動体どうしの間隔の０．５倍以上としたことを特徴とする請求項１記載の直動案内装置。
【請求項４】
前記有効外クラウニング部の最大クラウニング量を、負荷荷重によって生じる前記転動体の弾性変形量程度とし、前記有効外クラウニング部の長さを、前記有効外クラウニング部の最大クラウニング量の３倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の直動案内装置。
【請求項５】
前記有効外クラウニング部の最大クラウニング量を、転動体直径の０．１５％以下とし、前記有効外クラウニング部の長さを、前記有効外クラウニング部の最大クラウニング量の３倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の直動案内装置。
【請求項６】
前記有効クラウニング部の開始座標と、前記有効クラウニング部及び前記有効外クラウニング部の境界座標と、前記有効外クラウニング部の終点座標を曲線近似させたカーブフィットを行うことで、単一曲線形状の前記クラウニングを形成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、転動体転動路を形成しているスライダ側転動体軌道溝の両端部にクラウニングを設けた直動案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころやボール等の転動体を内部で無限循環させながら被案内物を直線的に案内する直動案内装置は、半導体製造装置や超精密加工機械，超精密測定機器等の運動精度に大きな影響を与える重要な機械要素の一つである。
直動案内装置は、レール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、レール側転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を設け、このスライダ側転動体軌道溝及びレール側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となるように案内レールに支持されたスライダ本体とを備えた装置である。そして、この装置は、転動体転動路と略平行となるようにスライダ本体内に設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向の両端部に取付けられたエンドキャップに設けられて前記転動体転動路及び前記転動体戻し路を連通させる湾曲路とを備えている。
【０００３】
直動案内装置の転動体が、転動体転動路、湾曲路及び転動体戻し路を無限循環する際には、周期的な微小振動（以下、転動体通過振動という）が発生し、前述した機器類の運動精度を大きく左右してしまう。前記転動体通過振動は、予圧や外部荷重によって負荷を受けながら転動体転動路（負荷域）を転動している転動体が、負荷域から転動体循環路（無負荷域）に出る際に負荷が開放されたり、また反対に、無負荷域から負荷域に進入する際に新たに負荷を負うことにより現れる。
この転動体通過振動の抑制には、転動体転動路を形成しているスライダ側転動体軌道溝の両端部にクラウニングを設けることにより、転動体の負荷域出入りに伴う負荷変動を徐々に行わせることで、転動体通過振動を低減させることができる。
【０００４】
クラウニングの形状は、円弧形状または直線形状が一般的であるが、例えば、スライダ本体の垂直方向（鉛直方向）、水平方向、ローリング方向のいずれか一方向に対する剛性が略一定に保たれ、かつ、スライダ本体のピッチング方向とヨーイング方向の一方又は両方に対する剛性が各々略一定に保てる形状に設定することにより、転動体転動路及び転動体戻り路内の転動体に生じる弾性変位量が略一定となり、スライダ本体の移動時の転動体通過振動の発生を抑制するものある（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３-３５３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クラウニング長さが長くなるほど転動体通過振動の低減効果が増大し、クラウニング量を大きくするほど、スライダ本体に大きな荷重が作用する高負荷時や、こじり等で大きな取付け誤差がある場合の騒音・振動を低減することができる。
しかし、クラウニング長さが長く、クラウニング量が大きくなると、転動体転動路で負荷を受ける転動体の数が減少し、剛性及び負荷容量が低下してしまうので、前述した特許文献１であっても、高負荷時や大きな取付け誤差がある場合の騒音・振動を低減しながら、剛性を確保することは困難である。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、剛性を確保しつつ転動体通過振動、高負荷、取付け誤差時の騒音・振動を低減するクラウニングを設けた直動案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る直動案内装置は、軸方向に沿う側面にレール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、前記レール側転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を有し、これらレール側転動体軌道溝及びスライダ側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となるように前記案内レールに支持されたスライダ本体と、前記転動体転動路と略平行となるように前記スライダ本体内に設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向の両端部に取付けられたエンドキャップに設けられて前記転動体転動路及び前記転動体戻し路を連通させる湾曲路と、前記スライダ側転動体軌道溝の両端部に設けたクラウニングと、を備えた直動案内装置において、前記クラウニングを、前記スライダ側転動体軌道溝から連続して前記転動体を介して負荷を受ける曲面形状の有効クラウニング部と、この有効クラウニング部から連続して前記転動体循環路の前記内周側循環溝まで延在している曲面形状の有効外クラウニング部とで構成し、前記有効クラウニング部を、傾斜が緩やかとなるように大きな曲率半径で形成し、前記有効外クラウニング部を、前記有効クラウニング部より小さな曲率半径で形成した装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の直動案内装置によると、スライダ側転動体軌道溝から連続している有効クラウニング部と、この有効クラウニング部から連続して前記転動体循環路の前記内周側循環溝まで延在している有効外クラウニング部とでクラウニングを形成し、前記有効クラウニング部を、傾斜が緩やかとなるように大きな曲率半径で形成し、前記有効外クラウニング部を、前記有効クラウニング部より小さな曲率半径で形成したので、高負荷・取付け誤差時の著しい騒音・振動を低減することができるとともに、スライダ本体の端面での応力集中も緩和されるので寿命に対しても効果がある。
また、有効クラウニング部を傾斜が緩やかとなるように大きな曲率半径で形成して有効クラウニング長さ長く設定しているので、転動体通過振動を低減させる効果も増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る直動案内装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、直動案内装置の外観を示すものである。この直動案内装置は、案内レール１上に、門型形状のスライダ２が移動可能に組み付けられている。この案内レール１の上面と側面１ａとが交差する稜線部には、軸方向に延びる略１／４円弧形状の凹溝からなる転動体軌道溝１０が形成されている。また、案内レール１の両側面１ａの中間位置にも、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体軌道溝１０が形成されている。
スライダ２は、スライダ２の本体をなすベアリングブロック２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられた門型形状のエンドキャップ２Ｂとで構成されており、さらに、スライダ２の両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口をシールするサイドシール５がそれぞれ装着されている。
【０００９】
図２に示すように、ベアリングブロック２Ａの両袖部６の内側面の角部には、案内レール１の転動体軌道溝１０に対向する断面ほぼ半円形の転動体軌道溝１１が形成され、両袖部６の内側面の中央部には、案内レール１の転動体軌道溝１０に対向する断面ほぼ半円形の転動体軌道溝１１が形成されている。
そして、案内レール１の転動体軌道溝１０とベアリングブロック２Ａの両袖部６の転動体軌道溝１１とで４箇所の転動体転動路１４が形成されており、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。また、スライダ２は、ベアリングブロック２Ａの袖部６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行に軸方向に貫通した円形の貫通孔からなる転動体戻し路１３を備えている。
エンドキャップ２Ｂは、転動体転動路１４及び転動体戻し路１３を連通させる湾曲路を有している。この湾曲路が、転動体３を転動体転動路１４の終点から転動体戻し路１３の始点へ送り、或いは、転動体戻し路１３の終点から転動体転動路１４の始点へ送るようになっている。
【００１０】
図３は、転動体転動路１４を構成する転動体軌道溝１０，１１の接触角方向に対するＡ−Ａ断面の概念的矢視図であり、ベアリングブロック２Ａの両端部には、転動体軌道溝１１から連続してクラウニング２４が設けられている。
このクラウニング２４は、図４に示すように、転動体軌道溝１１から連続している曲面形状の有効クラウニング部２６と、この有効クラウニング部２６からベアリングブロック２Ａの端面まで連続している曲面形状の有効外クラウニング部２８とを備えている。
ここで、有効クラウニング部２６の最大クラウニング量をσ１とし、有効クラウニング部２６の有効クラウニング長さをＬｃ１とし、有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量をσ２とし、有効外クラウニング部２８の有効外クラウニング長さをＬｃ２とする。
【００１１】
次に、本発明に係る第１実施形態について説明する。
本実施形態では、最大クラウニング量σ１，σ２、有効クラウニング長さをＬｃ１及び有効外クラウニング長さＬｃ２の具体的な値を、図５及び図６に基づいて設定した。なお、本実施形態の直動案内装置は、図３に示すベアリングブロック２Ａの軸方向長さＬを５０mm、転動体３の直径Ｄａを３．９６８７５mm、動定格荷重Ｃを１６３００Ｎ、予圧荷重を、動定格荷重Ｃの１０％である１６３０Ｎとしている。
【００１２】
図５は、直動案内装置に作用する負荷（動定格荷重Ｃに対するパーセント表示）と転動体３の弾性変形量との関係を示したものである。この図において、予圧荷重（１０％Ｃ）が作用するときの転動体３の弾性変形量δ１は、約０．０１０mm（約１０μｍ）であるが、本実施形態の有効クラウニング部２６の最大クラウニング量σ１を、予圧荷重が作用するときの弾性変形量δ１≒０．０１０mmに設定している。
また、図５において動定格荷重Ｃの２０％の負荷荷重が作用するときの転動体３の弾性変形量δ２は、約０．０１５mm（約１５μｍ）であるが、本実施形態の有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量σ２を、動定格荷重Ｃの２０％の負荷荷重が作用するときの弾性変形量δ２≒０．０１５mmに設定している。
【００１３】
また、図６は、直動案内装置で発生する鉛直方向の転動体通過振動と、有効クラウニング部２６の有効クラウニング長さＬｃ１と、転動体間距離（隣り合う転動体３同士の中心間距離）Ｓとの関係を示したものであるが、Ｌｃ１／Ｓが０．５を超えると鉛直方向の転動体通過振動が低下していき、Ｌｃ１／Ｓが１．２以上となると最低値を示すことがわかる。
したがって、本実施形態では、有効クラウニング部２６の有効クラウニング長さＬｃ１は、転動体間距離Ｓの１．２倍に設定している
そして、有効外クラウニング長さＬｃ２は、通常、有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量σ２を設定する際に使用した転動体３の弾性変形量δ２の３倍以上必要であるが、本実施形態では、３０倍（Ｌｃ２＝３０×δ２）に設定している。
【００１４】
また、図７に示すように、有効クラウニング部２６の開始座標Ｐａ、有効クラウニング部２６及び有効外クラウニング部２８の境界座標Ｐｂ、有効外クラウニング部２８の終点座標Ｐｃは、指数関数で曲線近似させたカーブフィットを行い、有効クラウニング部２６及び有効外クラウニング部２８からなるクラウニング２４は単一曲線形状として形成されている。
【００１５】
本実施形態によると、最大０．０１５mm程度のクラウニング量（有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量σ２≒０．０１５mm）に設定しているので、一般的な使用限界である動定格荷重Ｃの２０％の負荷荷重の転動体弾性変形量を吸収して転動体３の運動制動の向上を図ることができ、高負荷・取付け誤差時の著しい騒音・振動を低減することができるとともに、ベアリングブロック２Ａの端面での応力集中も緩和されるので寿命に対しても効果がある。
【００１６】
また、有効クラウニング部２６の有効クラウニング長さＬｃ１を、転動体間距離Ｓの１．２倍として長く設定しているので、転動体通過振動を低減させる効果も増大する。
また、有効外クラウニング長さＬｃ２は、両端面の長さを合わせてもベアリングブロック２Ａの軸方向長さＬの１．８％程度なので、剛性・動定格荷重にもほとんど影響しない。
【００１７】
さらに、クラウニング２４は、指数関数で曲線近似させたカーブフィットを行うことで単一曲線形状として形成されているので、有効クラウニング部２６の傾斜が緩やかな曲線によって転動体通過振動を低減しながら剛性を確保し、有効外クラウニング部２８の比較的急な傾斜によって十分なクラウニング量を確保して高負荷・取付け誤差時に端面で発生する急激な荷重変動を吸収して騒音・振動を低減することができる。
【００１８】
ここで、本実施形態では、有効クラウニング部２６の最大クラウニング量σ１を、予圧荷重が作用するときの弾性変形量δ１程度としたが、予圧荷重の最大値は、直動案内装置の寿命への影響を考慮して動定格荷重Ｃの１５％を超えることがない。動定格荷重Ｃの１５％の予圧荷重が作用するときの弾性変形量δ１は、転動体３の直径Ｄａの０．３％以下と同等となる。
【００１９】
したがって、有効クラウニング部２６の最大クラウニング量σ１を、転動体３の直径Ｄａに対して０．３％以下としても、上述した効果を奏することができる。
また、本実施形態の有効外クラウニング部２８の最大クラウニング量σ２は、負荷荷重によって生じる転動体３の弾性変形を吸収するだけの量（深さ）が必要である、但し、極端に最大クラウニング量σ２が大きくなると、直動案内装置の剛性・寿命が低下することになる。そこで、通常想定される負荷荷重の最大値を動定格荷重Ｃの２倍とした場合の弾性変形量δ２は、転動体３の直径Ｄａの０．１５％以下と同等となる。
したがって、有効クラウニング部２６の最大クラウニング量σ１を、転動体３の直径Ｄａに対して０．１５％以下としても、上述した効果を奏することができる。
【００２０】
次に、本発明に係る第２実施形態について図８を参照して説明する。
本実施形態は、有効クラウニング部２６の有効クラウニング長さＬｃ１と転動体間距離（隣り合う転動体３同士の中心間距離）Ｓとの関係を、Ｌｃ１／Ｓ＝３とした。図６から明らかなように、Ｌｃ１／Ｓ＝３の場合にも、鉛直方向の転動体通過振動が最低値を示す。
また、本実施形態では、有効クラウニング部２６の開始座標Ｐａ、有効クラウニング部２６及び有効外クラウニング部２８の境界座標Ｐｂ、有効外クラウニング部２８の終点座標Ｐｃを、べき関数で曲線近似させたカーブフィットを行うことで、単一曲線形状のクラウニング２４を形成している。
【００２１】
本実施形態によると、図７で示した第１実施形態と比較すると、さらにクラウニング２４が緩やかな傾斜の曲面形状となるので、剛性を確保しつつ転動体通過振動、高負荷、取付け誤差時の騒音・振動を低減する効果を増大させることができる。
なお、第１及び第２実施形態では、クラウニング２４を、指数関数、べき関数で曲線近似させたカーブフィットを行うことで単一曲線形状として形成したが、対数関数等で曲線近似させたカーブフィットを行っても、同様に単一曲線形状として形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る直動案内装置を示す斜視図である。
【図２】直動案内装置のスライダ本体の内部構造を示す図である。
【図３】スライダ本体の長手方向の端部に設けたクラウニングを示す図である。
【図４】本発明に係るクラウニングを構成する有効クラウニング部及び有効外クラウニング部を示す図である。
【図５】直動案内装置に作用する負荷と転動体の弾性変形量との関係を示したグラフである。
【図６】直動案内装置で発生する鉛直方向の転動体通過振動と、有効クラウニング部の有効クラウニング長さと、転動体間距離（隣り合う転動体同士の中心間距離との関係を示したグラフである。
【図７】本発明に係る第１実施形態の有効クラウニング部及び有効外クラウニング部のクラウニング長さとクラウニング量の関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第２実施形態の有効クラウニング部及び有効外クラウニング部のクラウニング長さとクラウニング量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  案内レール
２  スライダ
２Ａ  ベアリングブロック（スライダ本体）
３  転動体
１０  転動体軌道溝（レール側転動体軌道溝）
１１  転動体軌道溝（スライダ側転動体軌道溝）
１３  転動体戻し路
１４  転動体転動路
２４  クラウニング
２６  有効クラウニング部
２８  有効外クラウニング部
Ｄａ  転動体の直径
Ｐａ  有効クラウニング部の開始座標
Ｐｂ  有効クラウニング部及び有効外クラウニング部の境界座標
Ｐｃ  有効外クラウニング部の終点座標
Ｓ  転動体間距離（転動体どうしの間隔）
δ１  転動体の弾性変形量
δ２  転動体の弾性変形量
σ１  有効クラウニング部の最大クラウニング量
σ２  有効外クラウニング部の最大クラウニング量
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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