(57)【要約】【課題】高精度化とコストダウンを図ることのできる円弧スライド装置を提供する。【解決手段】下板１０と、上板２０と、下板と上板の間に設けられた円弧軌道３０とを有する。下板の上面と上板の下面にガイドレール部が設けられ、ガイドレール部の対向平面に円弧軌道を構成する円弧曲線状のガイド溝３１が設けられている。ガイド溝の断面は円弧形状をなし、対向するガイド溝の間に複数のボールが予圧を与えられた状態で転動自在に嵌め込まれている。下板および上板は、板状素材からガイドレール部およびガイド溝を有する形状に一体に加工され、各ガイド溝の内面が、エンドミルによる加工面で構成されている。ガイド溝の深さは、回転軸を斜めに設定したエンドミルの先端半球状刃部による加工が可能な、ボールの直径の０．１４６倍以下の寸法に設定されている。【選択図】図７
2008240995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下板と、
この下板の上に組み合せられた上板と、
前記下板と上板の間に設けられ、下板に対して垂直な運動基準面内で上板を円弧運動させるべく案内する円弧軌道と、
を有し、
前記下板の上面と上板の下面には、互いに嵌まり合うガイドレール部が設けられ、
下板のガイドレール部と上板のガイドレール部には、前記運動基準面と平行で且つ該運動基準面に直交する方向に互いに対向する２組の対向平面が設けられ、
各対向平面には、それぞれ同じ曲率中心と同じ曲率半径を持つことで、前記円弧軌道を構成する円弧曲線状のガイド溝が設けられ、
前記互いに対向するガイド溝の断面は、同一円周の一部をなす円弧形状にそれぞれ形成され、
これら対向するガイド溝の間には、両ガイド溝の断面形状に対応した直径の複数のボールが、予圧を与えられた状態で転動自在に嵌め込まれ、
さらに、前記下板および上板は、板状素材から前記ガイドレール部およびガイド溝を有する形状に一体に加工され、
且つ、前記各ガイド溝の内面が、エンドミルによる加工面により構成されていることを特徴とする円弧スライド装置。
【請求項２】
請求項１に記載の円弧スライド装置であって、
各ガイド溝の深さが、工具回転軸を前記対向平面に垂直な軸に対し斜めに設定した状態のエンドミルの先端半球状刃部による加工が可能な、少なくとも前記ボールの直径の０．１４６倍以下の寸法に設定されていることを特徴とする円弧スライド装置。
【請求項３】
請求項２に記載の円弧スライド装置であって、
前記複数のボールが、前記互いに対向する対向平面の間に確保されたスペースに挿入された板状のリテーナによって、間隔を一定に保ちながら回転自在に保持され、且つ、リテーナの両側面に設けられた窓部より各ボールの一部表面が外に露出しており、その露出した表面で、前記ボールが前記ガイド溝の内面に接していることを特徴とする円弧スライド装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の円弧スライド装置であって、
前記断面円弧形状のガイド溝の溝底部に、前記ボールの表面との接触を避ける逃げ溝が設けられていることを特徴とする円弧スライド装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の円弧スライド装置であって、
前記上板または下板のうちのいずれか一方の前記ガイドレール部の内側面と、いずれか他方の前記ガイドレール部の外側面とが、前記互いに対向する２組の対向平面となっており、それら内側面と外側面に前記ガイド溝が形成されていることを特徴とする円弧スライド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下板（ベース部材とも言う）に垂直な運動基準面内に設定された円弧軌道に沿って上板（可動部材とも言う）を円滑に円弧運動させることのできる円弧スライド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研究室等において、研究器具や研究対象物等を正確に円弧運動させるための装置として、円弧スライド装置（円弧運動ステージや単に摺動装置とも言われる）が使用されている。
【０００３】
従来の円弧スライド装置として、図２９に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この円弧スライド装置は、下板５１０と、下板５１０の上に組み合せられた上板５２０と、下板５１０と上板５２０の間に設けられ、下板５１０に対して垂直な運動基準面内で上板５２０を円弧運動させるべく案内する円弧軌道５３０と、を有している。
【０００４】
下板５１０と上板５２０の互いに対向する取付面には、別に製作されたガイドレール５３１、５３２がそれぞれ取り付けられており、下板５１０側のガイドレール５３１と上板５２０側のガイドレール５３２には、前記運動基準面と平行で且つ該運動基準面に直交する方向に互いに対向する２組の対向面が確保され、各対向面に、それぞれ同じ曲率中心と同じ曲率半径を持つことで、前記円弧軌道を構成する円弧曲線状の断面横Ｖ字形のガイド溝５３３が形成されている。そして、対向するガイド溝５３３の間に形成される矩形断面状のスペースに、クロスローラ方式で転動体としての複数のローラ（円柱体）５３５が転動自在に嵌め込まれ、ローラ５３５の転動により上板５２０の円弧運動を案内するようになっている。なお、５５０はローラ５３５を保持するリテーナ、５６０はローラ５３５およびリテーナ５５０が脱落しないように規制するストッパネジである。
【０００５】
ところで、図２９に示した従来の円弧スライド装置は、ガイドレール５３１、５３２を下板５１０や上板５２０と別に製作した上で、後から下板５１０や上板５２０の取付面に組み付けているので、組付部分の誤差によりスライド動作の精度をあまり高くできない上、製作や組付にコストがかかるため、スライド装置が高価格化するという問題があった。
【０００６】
そこで、その問題を解消することを目的として、図３０に示すように、下板６１０と上板６２０に、互いに嵌まり合うガイドレール部６１５、６２５をそれぞれ一体的に形成して設け、これらガイドレール部６１５、６２５の互いに対向する外側面と内側面に直接、断面横Ｖ字形の円弧曲線状のガイド溝６３３を形成して、対向するガイド溝６３３の間の矩形断面状のスペースに、リテーナ６５０で保持した複数のローラ６３５を嵌め込んだ構造の円弧スライド装置が提案されている（例えば、同じ特許文献１参照）。この場合も、ローラ６３５は、クロスローラ方式（隣り合うローラの軸芯線が直角に交差する配列方式）で嵌め込まれている。６６０はストッパネジである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、ガイド溝６３３を下板６１０や上板６２０に直接形成した場合は、部品の組付誤差が無くなるので、高精度化を実現することができる。また、部品点数も削減でき
るので、コスト削減にも寄与することができる。
【０００９】
しかし、図２９に示す構造の場合は、単体で取り扱うことのできるガイドレール５３１、５３２に円弧曲線状のガイド溝５３３を加工するのであるから、加工はそう難しくはないが、図３０に示す構造の場合、下板６１０と上板６２０に一体に形成したガイドレール部６１５、６２５の外側面と内側面に、直接、断面横Ｖ字形のガイド溝６３３を円弧曲線を描くように形成する必要があるから、実際には加工が非常に難しいと言わざるを得ず、加工できたとしても、高精度に加工するためには多大なコストがかかるおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、高精度化とコストダウンを図ることのできる円弧スライド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】
【００１１】
請求項１の発明は、下板と、この下板の上に組み合せられた上板と、前記下板と上板の間に設けられ、下板に対して垂直な運動基準面内で上板を円弧運動させるべく案内する円弧軌道と、を有し、前記下板の上面と上板の下面には、互いに嵌まり合うガイドレール部が設けられ、下板のガイドレール部と上板のガイドレール部には、前記運動基準面と平行で且つ該運動基準面に直交する方向に互いに対向する２組の対向平面が設けられ、各対向平面には、それぞれ同じ曲率中心と同じ曲率半径を持つことで、前記円弧軌道を構成する円弧曲線状のガイド溝が設けられ、前記互いに対向するガイド溝の断面は、同一円周の一部をなす円弧形状にそれぞれ形成され、これら対向するガイド溝の間には、両ガイド溝の断面形状に対応した直径の複数のボールが、予圧を与えられた状態で転動自在に嵌め込まれ、さらに、前記下板および上板は、板状素材から前記ガイドレール部およびガイド溝を有する形状に一体に加工され、且つ、前記各ガイド溝の内面が、エンドミルによる加工面により構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の円弧スライド装置であって、各ガイド溝の深さが、工具回転軸を前記対向平面に垂直な軸に対し斜めに設定した状態のエンドミルの先端半球状刃部による加工が可能な、少なくとも前記ボールの直径の０．１４６倍以下の寸法に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の円弧スライド装置であって、前記複数のボールが、前記互いに対向する対向平面の間に確保されたスペースに挿入された板状のリテーナによって、間隔を一定に保ちながら回転自在に保持され、且つ、リテーナの両側面に設けられた窓部より各ボールの一部表面が外に露出しており、その露出した表面で、前記ボールが前記ガイド溝の内面に接していることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の円弧スライド装置であって、前記断面円弧形状のガイド溝の溝底部に、前記ボールの表面との接触を避ける逃げ溝が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円弧スライド装置であって、前記上板または下板のうちのいずれか一方の前記ガイドレール部の内側面と、いずれか他方の前記ガイドレール部の外側面とが、前記互いに対向する２組の対向平面となっており、それら内側面と外側面に前記ガイド溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、上板と下板に設けた各ガイドレール部に一体に、円弧軌道を構成するためのガイド溝を加工しているので、別途製作したガイドレールを、上板と下板に形成した取付面に組み付けるのと違って、部品点数を削減できると共に、熟練を要して
いた組立の手間を減らせる。また、部品同士の組付が少なくなることにより、組付部分における誤差を少なくできるので、円弧運動の案内の高精度化が可能となる。従って、高精度化を図りながらコストダウンが図れる。
【００１７】
また、対向するガイド溝の間に嵌める転動体としてボールを採用することにより、円弧曲線状のガイド溝の断面形状を、横Ｖ字形状ではなく、円弧形状に設定しているため、ガイド溝の加工をエンドミルによって行うことができるようになる。
【００１８】
即ち、ガイド溝の断面形状を円弧形状とした場合、クロスローラ用の横Ｖ字状断面の溝と違って、溝の深さを浅くすることができる。そのため、被加工面に対する加工工具の取り合い条件が厳しくて回転工具で曲線状にガイド溝を加工するのが実際上は困難な場合にも、特別な姿勢に設定したエンドミルの先端半球状刃部により、ガイド溝を円弧曲線状に加工することができる。従って、エンドミルの使用により加工の容易化が図れて、コストダウンが図れる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、ガイド溝の深さをボールの直径に対してかなり小さく設定しているので、ガイド溝をエンドミルの先端半球状刃部で容易・確実に切削加工することができる。つまり、エンドミルの回転軸を、例えば、対向平面に垂直な軸に対して４５°に傾けた場合、エンドミルの先端半球状刃部の回転中心であるセンタから最外周部までの範囲（回転速度ゼロのセンタを除く切削可能な半球部分）で、溝加工が可能である。その場合、図１１に示すように、加工できる溝の最大の深さＥｍは、エンドミルの半径をｒとすると、
Ｅｍ＝ｒ−ｒ／√２
で表すことができる。これを計算すると、Ｅｍ≒０．２９３ｒとなり、２ｒはボールの直径Ｄとほとんど等しいことから、実際に加工できる溝の深さＥは、
Ｅ＜Ｅｍ≒０．２９３ｒ≒０．１４６Ｄ
となる。
【００２０】
工具回転軸を４５°に設定したときが、溝の深さを最大に加工できるので、ガイド溝の深さを、少なくともボールの直径の０．１４６倍以下の寸法に設定すれば、被加工部材と加工工具との取り合い関係の難しさを克服しながら、エンドミルによる加工が可能となる。
【００２１】
この場合、ガイド溝の深さは、深い方が大きなスラスト力を受けられるようになるが、ボールとの接触面積が大きくなるため、摺動抵抗が大きくなる。また、ガイド溝の深さを浅くした場合は、大きなスラスト力を受けられなくなる上に、ボールとの接触面積が小さくなるため、ボールに予圧を加えた際の面圧が大きくなる。そのため、これらのことを考慮しながら、ガイド溝の深さを適当な寸法に設定する必要がある。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ガイド溝の深さを浅く設定（ボールの直径の０．１４６倍以下に設定）したので、ガイドレール部の対向平面間の隙間を広くとることができ、その隙間に板状のリテーナを余裕を持って挿入することができる。そして、リテーナの両側面の窓部より露出した各ボールの一部表面を、対向するガイド溝の内面に接触させていることで、各ボールの転動により、下板に対する上板の円弧スライド動作を円滑に案内することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、ガイド溝の溝底部に逃げ溝を設けているので、ガイド溝の内面に対するボールの接触面積を制限することができ、それにより接触抵抗を減らすことができて、円滑なスライド動作を得ることができる。また、溝底部がボールに対し非接触となるので、ガイド溝の内面の精度確保に有利となり、ガイド溝の加工の容易化に寄与する
ことができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、次の効果を奏することができる。即ち、例えば、上板側のガイドレール部の内側面と下板側のガイドレール部の外側面とが対向している場合について述べると、上板側のガイドレール部の内側に下板側のガイドレール部が入り込むことになるので、各ガイドレール部のガイド溝の加工公差の設定により、ボールを嵌め込んだ状態で、そのまま、ボールに必要な予圧（ガタ付きが生じない程度の接圧）を加えることができる。従って、加工公差を管理するだけで、他の予圧を導入する手段を設ける必要がなく、構成の簡略化が図れる。なお、下板側のガイドレール部の内側面と上板側のガイドレール部の外側面とが対向している場合についても同様のことが言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態の円弧スライド装置の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ矢視図、図５は図１のＶ−Ｖ矢視図、図６は図１のＶＩ−ＶＩ矢視断面図、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図、図８は図６のＶＩＩＩ部拡大図、図９は図８に示した部分の構成をより分かりやすくするために部品同士の関係を離して示す図である。
【００２６】
本実施形態の円弧スライド装置Ｍ１は、平面視略正方形状の下板１０と、この下板１０の上に組み合せられた、下板１０と略同形状の上板２０と、下板１０と上板２０の間に設けられた円弧軌道（案内軌道）３０と、下板１０に対して上板２０をスライドさせるための送り機構５０と、送り機構５０で送った位置で上板２０を固定する固定機構６０と、を有している。
【００２７】
円弧軌道３０は、下板１０（厳密には後述する加工基準面１１）に対して垂直な運動基準面（図７に示す断面と平行な平面で、特に図示しないが、便宜上「Ｖ」の記号を付けて他の平面と区別する）内で上板２０を円弧運動させるべく案内するガイド手段であり、図５、図６に示すように、下板１０および上板２０の幅方向に間隔をあけて２本設けられている。
【００２８】
下板１０の上面と上板２０の下面には、互いに嵌まり合うガイドレール部１５、２５が突設されている。下板１０のガイドレール部１５は、下板１０の幅方向の中央の上面に幅広く凸に出っ張った部分である。また、上板２０のガイドレール部２５は、上板２０の幅方向の両端側の下面に凸に出っ張った部分であり、それら上板２０の両側のガイドレール部２５の間に、下板１０のガイドレール部１５の入る凹所２６が確保されている。
【００２９】
下板１０のガイドレール部１５と上板２０のガイドレール部２５は、下板１０の１本のガイドレール部１５が上板２０の２本のガイドレール部２５の間に挟まれた状態で互いに嵌まり合った関係にあり、上板２０のガイドレール部２５の内側面と、下板１０のガイドレール部１５の外側面とには、前述した運動基準面Ｖと平行で、且つ、該運動基準面Ｖに直交する方向に互いに対向する対向平面１５ａ、２５ａが設けられている。
【００３０】
対向平面１５ａ、２５ａは、下板１０および上板２０の幅方向に間隔をあけて２組あり、各組の対向平面１５ａ、２５ａには、図７に示すように、それぞれ同じ曲率中心Ｏと同じ曲率半径Ｒを持つことで、前記円弧軌道３０を構成する円弧曲線状のガイド溝３１が設けられている。そして、図８に示すように、対向する下板１０側のガイド溝３１と上板２０側のガイド溝３１の間に、リテーナ４０で保持された転動体（後述するボール３５）が嵌め込まれている。
【００３１】
これら円弧曲線状のガイド溝３１の曲率中心Ｏは、下板１０と上板２０の加工基準面１１、２１に対し垂直な中心線Ｌを含む垂直面内に設けられており、この垂直面と前述した運動基準面Ｖは互いに直交する関係にある。ここで、下板１０の加工基準面１１は、下板１０の下面にフラットな面として設けられ、上板２０の加工基準面２１は、上板２０の上面にフラットな面として設けられている。また、下板１０と上板２０の各加工基準面１１、２１の中心には、図１、図３に示すように、円形の中心基準孔１２、２２が設けられている。これらの中心基準孔１２、２２は、加工の際に利用されたり、後述するように、他のスライド装置と組み合わせるときの基準点として利用されたりする。
【００３２】
前記送り機構５０は、図３に示すように、下板１０のガイドレール部１５を前記運動基準面Ｖおよび加工基準面１１と平行な方向に貫通した軸挿通孔１４と、軸挿通孔１４に貫通された送りネジ軸５１と、送りネジ軸５１の両端を回転自在に支持する軸受５２と、軸受５２の内輪を送りネジ軸５１に固定する固定リング５３と、軸受５２の外輪を下板１０に固定する軸受ホルダ５４と、送りネジ軸５１の端部に固着された操作ノブ５５と、送りネジ軸５１の長手方向中間部に設けられて外周の一部が貫通孔１４より上板２０側に露出するピニオン５７と、上板２０の下面に固定的に設けられて前記ピニオン５７と噛合するラック５８と、からなり、操作ノブ５５で送りネジ軸５１を回転させることにより、ピニオン５７とラック５８の働きで、上板２０を下板１０に対してスライドさせるようになっている。
【００３３】
また、前記固定機構６０は、図４、図５に示すように、上板２０が円弧運動する面（垂直基準面Ｖ）と平行な下板１０および上板２０の一方側の外側面に配されており、上板２０に該上板２０の外側面から浮かせた状態でネジ止め固定された締付プレート６１と、締付プレート６１上に形成された円弧状の溝６２と、下板１０の外側面に固定され、締付座６５ａの部分を締付プレート６１の背面上に位置させたブラケット６５と、締付プレート６１の溝６２を通してブラケット６５の締付座６５ａにネジ部が螺合された操作ノブ６６と、操作ノブ６６のネジ部の外周に配置されて操作ノブ６６の首下面と締付座６５ａとの間に、締付プレート６１を挟むように介在された２枚の挟持ワッシャ６８と、からなり、操作ノブ６６を緩めた状態において上板２０をスライドさせることができ、操作ノブ６６を締め込んだ状態で、締付座６５ａと操作ノブ６６との間に締付プレート６１を挟圧して、それにより、上板２０のスライドを規制することができるようになっている。
【００３４】
上板２０の中立点から（下板１０に対しほぼ平行となる位置）のスライド角度範囲は、図７に示すように、中立点から両側にそれぞれθ１の範囲であり、転動体（ボール３５）とリテーナ４０の移動角度範囲θ２は、その半分（θ２＝θ１／２）である。なお、各ガイド溝３１の端部に位置する下板１０と上板２０の端面には、転動体（ボール３５）とリテーナ４０の脱落止め用のストッパネジ３９が、転動体（ボール３５）とリテーナ４０を収容した後でねじ込み固定されている。
【００３５】
また、図４に示すように、上板２０が円弧運動する面（垂直基準面Ｖ）と平行な下板１０および上板２０の他方側の外側面には、上板２０のスライド量を示すための目盛１３、２３が付されている。
【００３６】
本実施形態の円弧スライド装置では、下板１０と上板２０のガイドレール部１５、２５の各対向平面１５ａ、２５ａに設けられた互いに対向するガイド溝３１の断面が、図８、図９に示すように、同一円周の一部をなす円弧形状にそれぞれ形成されている。そして、これら対向するガイド溝３１の間に、両ガイド溝３１の断面形状に対応した直径の複数のボール（玉または鋼球とも言う）３５が、予圧（ガタを生じない程度の接触圧）を与えられた状態で転動自在に嵌め込まれている。
【００３７】
複数のボール３５は、互いに対向する対向平面１５ａ、２５ａの間に確保されたスペースに挿入された板状のリテーナ４０によって、間隔を一定に保ちながら回転自在に保持され、且つ、リテーナ４０の両側面に設けられた窓部より各ボール３５の一部表面が外に露出しており、その露出した表面で、ボール３５がガイド溝３１の内面に接している。このリテーナ４０にボール３５を組み込んだ構成の転動体ユニットについては、後で詳しく述べる。
【００３８】
また、断面円弧形状のガイド溝３１の溝底部には、ボール３５の表面との接触を避けるための逃げ溝３２が設けられている。この逃げ溝３２も、ガイド溝３１より曲率半径の小さな円弧断面状の溝として形成されている。
【００３９】
ここで、下板１０および上板２０は、金属の板状素材からガイドレール部１５、２５およびガイド溝３１を有する形状に一体に加工し、機械加工後に必要な表面処理などを施したものとして構成され、各ガイド溝３１の内面は、エンドミルによる加工面により構成されている。
【００４０】
この場合、各ガイド溝３１の深さは、図１０〜図１３に示すように、工具回転軸１１０Ｊを対向平面１５ａ、２５ａに垂直な軸Ｔに対し斜めに設定した状態のエンドミル１１０の先端半球状刃部１１１による加工が可能な、少なくともボール３５の直径Ｄ（エンドミル１１０の直径Ｄに等しいとみなす）の０．１４６倍以下の寸法に設定されている。
【００４１】
この点について図１０〜図１４を参照しながら詳しく解説する。
本実施形態の円弧スライド装置では、円弧軌道３０を構成するガイド溝３１の間に嵌める転動体としてボール３５を採用しており、そのことにより、円弧曲線状のガイド溝３１の断面形状を、従来例のような横Ｖ字形状ではなく、円弧形状に設定している。このため、ガイド溝３１の加工を、エンドミルによって容易に行うことができるようになる。
【００４２】
即ち、ガイド溝３１の断面形状を円弧形状とした場合、クロスローラ用の横Ｖ字状断面の溝と違って、溝の深さを浅くすることができる。そのため、被加工面に対する加工工具の取り合い条件が厳しくて、回転工具で曲線状にガイド溝３１を加工するのが実際上は困難な場合にも、図１０〜図１３に示すような特別な姿勢（工具角度）に設定したエンドミル１１０の先端半球状刃部１１１により、ガイド溝３１を円弧曲線状に加工することができるようになるのである。
【００４３】
具体的にガイド溝３１の加工方法を説明する。
例えば、上板２０のガイドレール部２５の内面（対向平面２５ａ）にガイド溝３１を加工しようとする場合、図１２（ｂ）に示すように、対向平面２５ａに垂直な軸Ｔに平行にエンドミル１１０の工具回転軸１１０Ｊを設定すると、上板２０の上面板部分が障害物ＪＸとなって、加工に大きな無理が生じる。そこで、図１２（ａ）、（ｃ）に示すように、エンドミル１１０の工具回転軸１１０Ｊを、対向平面２５ａに垂直な軸Ｔに対して、角度β（対向平面２５ａに対して角度α）だけ傾斜させる。そうすることにより、障害物ＪＸと工具側の要素との干渉を避けることができ、エンドミル１１０の先端半球状刃部１１１により溝加工ができるようになる。
【００４４】
例えば、図１１に示すように、エンドミル１１０の回転軸１１０Ｊを、対向平面２５ａに垂直な軸Ｔに対して４５°に傾けて設定した場合、エンドミル１１０の先端半球状刃部１１１の回転中心であるセンタ１１１Ｐから最外周部（最大径部）１１１Ｓまでの図中斜線で示す範囲（回転速度ゼロのセンタ１１１Ｐを除く切削可能な半球部分）で、溝加工が可能である。その場合、加工できる溝の最大の深さＥｍは、エンドミル１１０の半径をｒとすると、
Ｅｍ＝ｒ−ｒ／√２
で表すことができる。これを計算すると、Ｅｍ≒０．２９３ｒとなり、２ｒはボールの直径Ｄとほとんど等しいことから、実際に加工できる溝の深さＥは、
Ｅ＜Ｅｍ≒０．２９３ｒ≒０．１４６Ｄ
となる。
【００４５】
工具回転軸を４５°に設定したときが、溝の深さを最大に加工できるので、ガイド溝３１の深さを、少なくともボール３５の直径の０．１４６倍以下の寸法に設定すれば、被加工部材と加工工具との取り合い関係の難しさを克服しながら、エンドミル１１０による加工が可能となることが分かる。
【００４６】
なお、ガイド溝３１の深さは、深い方が大きなスラスト力を受けられるようになるが、ボール３５との接触面積が大きくなるため、摺動抵抗が大きくなる。また、ガイド溝３１の深さを浅くした場合は、大きなスラスト力を受けられなくなる上に、ボール３５との接触面積が小さくなるため、ボール３５に予圧を加えた際の面圧が大きくなる。そのため、これらのことを考慮しながら、ガイド溝３１の深さを適当な寸法に設定する必要がある。
【００４７】
図１０（ａ）、（ｂ）および図１３に示すように、上板２０および下板１０のガイド溝３１は、ｒ１の半径の先端半球状刃部１１１を有するエンドミル１１０により加工し、逃げ溝３２は、ｒ２の半径の先端半球状刃部１２１を有するエンドミル１２０により加工することができる。
【００４８】
つまり、ガイド溝３１については、径の大きなエンドミル１１０の半径ｒ１の先端半球状刃部１１１のセンタ１１１Ｐから最外周部（最大径部）１１１Ｓの範囲で加工することができ、ガイド溝３１の溝底部に設ける逃げ溝３２については、径の小さなエンドミル１２０の半径ｒ２の先端半球状刃部１２１のセンタ１２１Ｐから最外周部（最大径部）１２１Ｓの範囲で加工することができる。但し、各エンドミル１１０、１２０の回転軸１１０Ｊ、１２０Ｊの被加工面に対する角度α（＝９０°−β）は、例えば、４５°に設定する。
【００４９】
その場合、特に重要なことは、各ガイドレール部１５、２５の対向平面１５ａ、２５ａに対して円弧曲線状のガイド溝３１を、被加工平面（対向平面１５ａ、２５ａ）に対し斜めの回転姿勢のエンドミル１１０、１２０で加工するので、図１４に示すように、エンドミル１１０、１２０の被加工物に対する送りを、楕円弧軌跡に沿って行うことである。
【００５０】
つまり、正面から見れば円弧曲線であっても、斜めから見れば楕円弧曲線となるので、エンドミル１１０、１２０の先端の位置を数値制御する際に、円弧曲線の投影形状の楕円弧曲線を描くようにプログラムすることである。このように制御することで、被加工平面（対向平面１５ａ、２５ａ）に対し円弧曲線状のガイド溝３１を加工することが可能となる。但し、エンドミル１１０、１２０の回転軸１１０Ｊ、１２０Ｊは、ガイド溝３１の延びる方向に対して直交する面内に配置するものとする。
【００５１】
次に円弧軌道３０に挿入される転動体ユニット４０Ｍについて、図１５〜図１８を参照しながら説明する。
図１５は転動体ユニット４０Ｍの全体構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、図１６は図１５（ａ）の一部を取り出して示す拡大図、図１７は図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ矢視断面図、図１８は図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ矢視図である。
【００５２】
この転動体ユニット４０Ｍは、樹脂製の帯板状のリテーナ４０と、このリテーナ４０に嵌め込まれた複数のボール３５とからなる。
【００５３】
リテーナ４０は、縦長の略長方形断面の帯板４１と、この帯板４１の長さ方向に等間隔に設けられた複数のボール収納部４４と、隣接するボール収納部４４の中間に位置して帯板４１の縦方向の辺縁部に形成されることで帯板４１の縦方向の屈曲性を増加させる凹部４５と、を有しており、各ボール収納部４４に、ボール収納部４４の両側面に開口した窓部４４ａから一部表面を露出させた状態で、ボール３５が回転自在に収納されている。
【００５４】
帯板４１は、その肉厚方向から見た側面視形状が、ボール収納部４４をそれぞれ有し且つ各中央に円形の窓部４４ａを持つ円リング４１ａを連鎖状に連結させた形状をなしており、隣接する円リング４１ａの連結部４１ｂに、縦方向の屈曲性を増すための凹部４５が設けられている。つまり、円リング４１ａの外周同士の交わり部として凹みが前記凹部４５となっている。
【００５５】
また、隣接する円リング４１ａの連結部４１ｂの両側面には、帯板４１の肉厚を部分的に増やすリブ４２が設けられており、窓部４４ａの周縁に達するリブ４２の端面が、ボール収納部４４の内周のボール保持球面４３の一部として形成されており、収容されたボール３５がリブ４２の端縁部に引っ掛かることで脱落防止されている。
【００５６】
次に下板１０と上板２０との間に転動体ユニット４０Ｍを組み付ける際の組立方法について、図１９〜図２１を参照しながら説明する。図１９は組み立て手順の説明用の斜視図、図２０は組み立て手順の説明用の概略側面図、図２１は組み立て手順の説明用の概略平面図である。
【００５７】
加工段階で、下板１０のガイドレール部１５のガイド溝３１と、上板２０のガイドレール部２５のガイド溝３１は、ガイド溝３１間にボール３５を嵌め込んだ際に自動的に所定の予圧（ガタツキが生じない程度の接触圧）を発生することができる寸法公差で作られている。
【００５８】
そこで、まずは、図１９〜図２１に示すように、リテーナ４０に保持されたボール３５の略半数が一方のガイド溝３１に掛かり、残りの略半数のボール３５が他方のガイド溝３１に掛かるように、下板１０と上板２０と転動体ユニット４０Ｍの三者を保持し、その状態から、一方のガイド溝３１に他方のガイド溝３１をスライドさせながら、両ガイド溝３１の間にリテーナ４０で保持したボール３５を挿入する。
【００５９】
即ち、例えば、図１９に示すように、まず下板１０のガイド溝３１に転動体ユニット４０Ｍの長さ方向の略半分の領域をセットした状態で、上板２０のガイド溝３１に残りの約半分の領域をセットする。そして、その状態で上板２０と下板１０をスライドさせて嵌め合わせる。そうすることで、転動体ユニット４０Ｍをスムーズに下板１０と上板２０のガイド溝３１の間にセットすることができる。しかも、ガイド溝３１の公差の設定により、予圧を付与しながらボール３５をガイド溝３１間に嵌めることができ、簡単な組み付け方法でありながら、高精度化を実現できる。また、ボールを組み込んだ後から予圧を付与するネジ等の予圧付与機構が不要であり、構造をシンプルにできる。
【００６０】
次に上記構成の円弧スライド装置Ｍ１の作用を説明する。
使用に際しては、下板１０を固定した状態で、送り機構５０の操作ノブ５５を指で摘み、送りネジ軸５１を回転させる。そうすると、送りネジ軸５１の回転量に応じた分だけ、上板２０が円弧スライドする。送りネジ軸５１の回転方向を逆にすれば、スライド方向を逆にすることができる。そして、所定のスライド量を確保した段階で、固定機構６０の操作ノブ６６を締め込むことで、上板２０をその位置に固定することができる。
【００６１】
この円弧スライド装置Ｍ１では、上板２０と下板１０に設けた各ガイドレール部１５、２５に一体に、円弧軌道３０を構成するためのガイド溝３１を加工しているので、図１５に示した従来例のように、別途製作したガイドレールを、上板と下板に形成した取付面に組み付けるのと違って、部品点数を削減できると共に、熟練を要していた組立の手間を減らせる。また、部品同士の組付が少なくなることにより、組付部分における誤差を少なくできるので、円弧運動の案内の高精度化が可能となる。従って、高精度化を図りながらコストダウンが図れる。
【００６２】
また、対向するガイド溝の間に嵌める転動体としてボールを採用することにより、円弧曲線状のガイド溝の断面形状を、横Ｖ字形状ではなく、円弧形状に設定しているため、ガイド溝の加工をエンドミルによって行うことができるようになり、加工の容易化が図れて、コストダウンが図れる。
【００６３】
また、ガイド溝３１の深さを浅く設定（ボールの直径の０．１４６倍以下に設定）しているので、ガイドレール部１５、２５の対向平面１５ａ、２５ａ間の隙間を広くとることができ、その隙間に板状のリテーナ４０を余裕を持って挿入することができる。
【００６４】
また、ガイド溝３１の溝底部に逃げ溝３２を設けているので、ガイド溝３１の内面に対するボール３５の接触面積を制限することができ、それにより接触抵抗を減らすことができて、円滑なスライド動作を得ることができる。また、溝底部がボール３５に対し非接触となるので、ガイド溝３１の内面の精度確保に有利となり、ガイド溝３１の加工の容易化に寄与することができる。
【００６５】
また、上板２０側のガイドレール部２５の内側に下板１０側のガイドレール部１５を嵌め込んでいるので、各ガイドレール部１５、２５のガイド溝３１の加工公差の設定により、ボール３５を嵌め込んだ状態で、そのままボール３５に必要な予圧（ガタ付きが生じない程度の接圧）を加えることができる。従って、加工公差を管理するだけで、他の予圧を導入する手段を設ける必要がまったくなく、構成の簡略化が図れる。
【００６６】
また、上述の転動体ユニット４０Ｍによれば、リテーナ４０の縦方向の両辺縁部にボール収納部４４の中間に位置させて凹部４５を設けているので、リテーナ４０を縦に曲げやすくすることができる。従って、縦に曲げやすいことから、ガイド溝３１の曲率に関係なく使用できるようになり、汎用性が広がる。従って、ガイド溝３１の曲率毎にリテーナ４０を用意するなどの部品管理の面倒を軽減することができる。また、凹部４５はボール収納部の中間にあるので、凹部４５の位置でリテーナ４０を縦に曲げても、その曲げの影響がボール収納部４４まで及ぶ心配がなく、ボール３５の転動性に悪影響を及ぼすおそれがない。
【００６７】
また、上記の転動体ユニットＭ４０では、リテーナ４０の帯板４１を、円リング４１ａを連鎖状に連結した形状のものとして構成し、円リング４１ａ同士の連結部４１ｂに凹部４５を確保しているので、ボール収納部４４への曲げの影響を無くしながら、非常に柔軟にリテーナ４０を曲げることができる。
【００６８】
また、連結部４１ｂにリブ４２を設けることで、その部分のリテーナ４０の肉厚を増加させ、そのリブ４２の端面を、ボール収納部４４の内周のボール保持球面４３の一部として形成しているので、リブ４２の端縁部をボール３５の引っ掛かり部として機能させることができ、ボール３５を脱落しないよう確実に保持しておくことができる。従って、スライド装置への組み込みが楽に行えるようになる。また、連結部４１ｂにリブ４２を設けただけであるから、凹部４５の位置での屈曲性を損なうこともないし、帯板４１全体の板厚を減らす上でも役に立つことになる。つまり、帯板４１自体の肉厚は薄い方が、屈曲性を
高める点でも、ボール３５との接触抵抗を減らす点でもよいので、帯板４１の全体の肉厚を減らせることで、リテーナ４０としての性能の向上が図れる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、上板２０側の２本のガイドレール部２５の間に下板１０側の１本のガイドレール部１５を嵌め込んだ構成としているが、逆の構成にしてもよい。つまり、下板１０側に２本のガイドレール部を設けると共に、上板２０側に１本のガイドレール部を設け、下板１０側に２本のガイドレール部で上板２０側に１本のガイドレール部を挟み込むようにしてもよい。
【００７０】
次に、上記実施形態の円弧スライド装置Ｍ１やその他のスライド装置Ｍ２、Ｍ３を多段に組み合わせたステージ装置について、図２２〜図２８を参照しながら説明する。
【００７１】
図２２は上述の円弧スライド装置Ｍ１の外観斜視図、図２３は同型の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２を２段に重ねた２軸（α軸とβ軸）の円弧ステージ装置を構成する場合の組み合わせ前の状態を示す斜視図、図２４は組み合わせ後の２軸の円弧ステージ装置の外観斜視図、図２５は各段の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２の円弧運動面Ｖ１、Ｖ２の方向性を説明するための斜視図、図２６は各段の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２のガイド溝の曲率半径と曲率中心の関係を説明するための図である。
【００７２】
この２軸のステージ装置は、図２５に示すように、互いに直交する関係にある第１の円弧運動面Ｖ１内で下板１０に対し上板２０を円弧運動させる第１の円弧スライド装置Ｍ１の上に、第２の円弧運動面Ｖ２内で下板１０に対し上板２０を円弧運動させる第２の円弧スライド装置Ｍ２を積み重ねたものである。
【００７３】
積み重ねに際しては、図２２、図２３に示すように、下段の第１の円弧スライド装置Ｍ１の上板２０の中心基準孔２２に、ピン２００の下半部２０２を差し込み、ピン２００の上半部２０３に上段の第２の円弧スライド装置Ｍ２の下板１０の中心基準孔１２を差し込むことで、中心合わせをする。ピン２００の中間部には、ストッパの役目をなすフランジ２０１が設けられており、フランジ２０１は上板２０の中心基準孔２２のザグリ部に収まることで、ピン２００の差し込み高さを決める。
【００７４】
そして、中心合わせをしながら、下段の第１の円弧スライド装置Ｍ１と上段の第２の円弧スライド装置Ｍ２のスライド運動方向を互いに直交する関係に設定して両者を水平回転方向に位置決めする。これにより、下段がα軸の円弧スライド、上段がβ軸のスライドを実現するステージ装置となる。
【００７５】
但し、このように組み合わせるに当たり、予め図２６に示すように、ガイド溝３１の曲率半径Ｒ１、Ｒ２と曲率中心Ｏを定めておく。即ち、まず、曲率中心Ｏは、両方の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２の中心線Ｃに垂直な同一平面内（同一高さ）に位置するように設定する。
【００７６】
図２５では、原理を分かりやすくするために、中心線Ｃを通るように各１本のガイド溝３１がある場合を仮定して示しているが、実際には、中心線Ｃを通らない２本のガイド溝３１（円弧軌道３０）があり、それらの曲率中心Ｏは互いに離間しているので、中心線Ｃに垂直な同一平面内に位置するように設定することになる。図２６は、そのことを便宜的に示すため、下側の円弧スライド装置Ｍ１に対し上側の円弧スライド装置Ｍ２を９０°回転させ、両方の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２の運動面を一致させて示している。
【００７７】
このように、曲率中心Ｏの高さを一致させることにより、下段と上段の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２のガイド溝３１の曲率半径Ｒ１、Ｒ２に、上下段のガイド溝３１間の距離Ｈ
に相当する差を持たせる。上下段のガイド溝３１間の距離Ｈは、下段の円弧スライド装置Ｍ１の上板２０の上面（上段との合わせ面）から自身のガイド溝３１までの距離Ｈ１と、上段の円弧スライド装置Ｍ２の下板１０の下面（下段との合わせ面）から自身のガイド溝３１までの距離Ｈ２とを足した値である。
【００７８】
このような曲率半径Ｒ１、Ｒ２で、上下段の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２のガイド溝３１を加工することで、上下段の円弧スライド装置Ｍ１、Ｍ２の中心線Ｃ上の１点（図２６の点Ｏ）を中心にして、α軸の円弧スライドと、それと直交するβ軸の円弧スライドを実現することができる。
【００７９】
次に更にθ軸（水平方向の回転軸）を加えた３軸のステージ装置について説明する。
図２７は、上述の２軸のステージ装置にθ軸の回転ステージ装置を組み合わせる前の状態を示す斜視図、図２８は組み合わせた後の３軸（α軸、β軸、θ軸）の円弧ステージ装置の外観斜視図である。
【００８０】
このステージ装置は、上述の２軸のステージ装置Ｍ１、Ｍ２をθ軸用の回転ステージ装置Ｍ３の上に載せることで構成されている。θ軸用の回転ステージ装置Ｍ３は、下板３１０の上に上板３２０を水平方向回転自在に組み合わせ、操作機構３６０により回転方向の位置を割り出せるようにしたものである。
【００８１】
組み合わせに際しては、図２７に示すように、θ軸用の回転ステージ装置Ｍ３の上板３２０の中心基準孔３２２にピン２００の下半部２０２を差し込み、ピン２００の上半部２０３に円弧ステージ装置の下段の下板１０の中心基準孔１２を差し込むことで、中心合わせをする。これにより、α軸とβ軸とθ軸の３軸のステージ装置が出来上がる。
【００８２】
このように組み合わせる際に、中心基準孔１２、２２、３２２にピン２００を差し込んで、中心軸の芯合わせを行うことができるので、簡単に精度よく組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態の円弧スライド装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ部拡大図である。
【図９】図８に示した部分の構成をより分かりやすくするために部品同士の関係を離して示す図である。
【図１０】同実施形態における上板側のガイド溝の加工の仕方を示す図で、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部の拡大図である。
【図１１】ガイド溝と加工工具であるエンドミルの関係を示す図である。
【図１２】同実施形態における上板側のガイド溝の加工の仕方を示す図で、（ａ）は加工状況の概略を示す斜視図、（ｂ）は加工が難しい工具角度を比較例として示す図、（ｃ）は加工しやすい工具角度の例を示す図である。
【図１３】同実施形態における下板側のガイド溝の加工の仕方を示す概略正面図である。
【図１４】円弧曲線状のガイド溝を加工する場合の工具の送り経路の説明図である。
【図１５】転動体ユニットの全体構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図１６】図１５（ａ）の一部を取り出して示す拡大図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ矢視断面図である。
【図１８】図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ矢視図である。
【図１９】下板と上板との間に転動体ユニットを組み付ける際の組立方法の手順説明用の斜視図である。
【図２０】組み立て手順の説明用の概略側面図である。
【図２１】組み立て手順の説明用の概略平面図である。
【図２２】２軸のステージ装置を構成する単体の円弧スライド装置の外観斜視図である。
【図２３】同型の円弧スライド装置を２段に重ねた２軸の円弧ステージ装置を構成する場合の組み合わせ前の状態を示す斜視図である。
【図２４】組み合わせ後の２軸の円弧ステージ装置の外観斜視図である。
【図２５】各段の円弧スライド装置の円弧運動面の方向性を説明するための斜視図である。
【図２６】各段の円弧スライド装置のガイド溝の曲率半径と曲率中心の関係を説明するための図である。
【図２７】更にθ軸（水平方向の回転軸）を加えた３軸のステージ装置の組み合わせ前の状態を示す斜視図である。
【図２８】組み合わせ後の３軸の円弧ステージ装置の外観斜視図である。
【図２９】従来の円弧スライド装置の斜視図である。
【図３０】従来の別の円弧スライド装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  下板
１１  加工基準面
１５  ガイドレール部
１５ａ  対向平面
２０  上板
２５  ガイドレール部
２５ａ  対向平面
３０  円弧軌道
３１  ガイド溝
３２  逃げ溝
３５  ボール（玉または鋼球）
４０  リテーナ
Ｏ  円弧曲線状のガイド溝の曲率中心
Ｒ  円弧曲線状のガイド溝の曲率半径
【図１】
2008240995.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008240995.tif 000007
【図６】
2008240995.tif 000008
【図７】
2008240995.tif 000009
【図８】
2008240995.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008240995.tif 000013
【図１２】
2008240995.tif 000014
【図１３】
2008240995.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008240995.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2008240995.tif 000019
【図１８】
2008240995.tif 000020
【図１９】
2008240995.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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