(57)【要約】【課題】最適なクラウニング部の寸法を定めることによって転動体通過振動を飛躍的に低減することができるリニアガイド装置を提供する。【解決手段】レール軌道面１５を有する案内レール１１と、レール軌道面１５に対向配置されたスライダ軌道面１９を有しレール軌道面１５に沿って移動するスライダ１２と、レール軌道面１５とスライダ軌道面１９との間に転動自在に配された転動体１３と、を備えたリニアガイド装置１０であって、スライダ軌道面１９の端部寄りに傾斜状のクラウニング部が形成されるとともに、クラウニング部の端部に面取り部が形成され、クラウニング部の有効長さをＬｃｅとし、転動体１３の直径をＤａとして、ＬｃｅとＤａとを、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１に設定した。【選択図】　図１
2004138193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、
前記スライダ軌道面の端部寄りに傾斜状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、
前記クラウニング部の有効長さをＬｃｅとし、前記転動体の直径をＤａとして、前記ＬｃｅとＤａとが、
Ｌｃｅ／Ｄａ≧１
に設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項２】
レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、
前記スライダ軌道面の端部寄りに円弧形状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、
接触角の断面内で見た前記クラウニング部の半径をＲｃとし、前記転動体の直径をＤａとして、前記Ｒｃと前記Ｄａとが、
Ｒｃ／Ｄａ≧５００
に設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項３】
レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、
前記スライダ軌道面の端部寄りに直線状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、
接触角の断面内で見た前記クラウニング部の傾き角をθｃとして、前記θｃが、
θｃ≦０．００１ｒａｄ
に設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項４】
前記クラウニング部の全長をＬｃとし、前記面取り部の長さをＣとして、前記Ｌｃと前記Ｃと前記Ｄａとが、
（Ｌｃ−Ｃ）／Ｄａ≦３
に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリニアガイド装置。
【請求項５】
前記スライダ軌道面の全長が、前記転動体の直径の２０〜５０倍に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリニアガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や精密加工機械、精密測定器等の各種機械に用いられるリニアガイド装置に関し、特に金型加工機、半導体製造装置、精密測定機器等、高い加工精度や測定精度が要求される機械装置に用いられるのが好適なリニアガイド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被案内物を直線的に案内するのに用いられるリニアガイド装置としては、軸方向に延びる案内レールと、案内レール上に配されて案内レールの軸方向に移動可能に組み付けられたスライダと、ボールである転動体とを備えているものが知られている。
【０００３】
案内レールの両側面には、転動体を摺動させるためのレール軌道面が形成され、スライダには、転動体を循環させながら保持する転動体循環路に、転動体を摺動させるスライダ軌道面が形成されている。
【０００４】
案内レールのレール面には、上下に貫通した複数個のボルト孔が軸方向に沿って形成されている。案内レールは、ボルト孔を介して複数個のボルトが加工台にねじ込まれることによって、加工台に固定される。
【０００５】
スライダは、下面に設けたスライド面が案内レールのレール面上に配され、半導体製造装置や精密加工機械、精密測定機器等の各種機械の移動体がボルト締結によって固定されるため、移動体が移動する際に、転動体が、案内レールのレール軌道面とスライダのスライダ軌道面との間で転動しながらスライダの転動体循環路内を循環することにより、案内レールの軸方向への移動を円滑に支持する。
【０００６】
リニアガイド装置は、半導体製造装置や精密加工機械、精密測定機器等の各種機械に用いられるため、リニアガイド装置の運動精度は、これら各種機械の加工精度や測定精度に直接影響を与える。
リニアガイド装置の運動精度を悪化させる要因の一つに、転動体の循環に伴い発生する周期的な微小振動がある。これを転動体通過振動と呼ぶ。この転動体通過振動は、転動体が、予圧や外部荷重によって負荷を受けながら、スライダのスライダ軌道面を移動するために生ずる。
【０００７】
図１８に、転動体通過振動を測定する測定装置８０を示す。測定装置８０には、直径が６．３５ｍｍの転動体を用いた。測定装置８０は、第一基準台８１上に単一の案内レール８２が固定され、案内レール８２に単一のスライダ８３が組み付けられている。スライダ８３上には、基台８４を介してミラー機構８５が設置されており、スライダ８３が、外部に設けられた駆動装置に連結された駆動軸８６によって、等速で一方向に移動される。一方、第二基準台８７上にオートコリメータ８８が設置されており、このオートコリメータ８８によってミラー機構８５を介してスライダ８３の傾き角（ピッチング変位）が測定される。
【０００８】
図１９に、測定装置８０による測定結果を示す。図１９において、横軸はスライダ８３の移動量、縦軸はスライダ８３のピッチング方向の角度変化である。振動の波長は、転動体の直径Ｄａのほぼ２倍に相当する。測定されたピッチング変位そのものはごく小さい。しかし、スライダ８３から離れた位置では、スライダ８３の傾きが増幅されて、０．５〜１μｍ程度の大きな並進変位として現れる。このため、高い精度が要求される機械装置においては、上記の転動体通過振動が問題となる。ここでは、単一のスライダ８３を用いて測定を行ったが、案内レールとスライダとを複数対組み合わせて構成するテーブル装置においても、転動体通過振動が同様に問題となる。
【０００９】
上記のような転動体通過振動を抑制するための方法として、スライダの長さを長くすることで、転動体通過振動の低減を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−４６０５２号公報（第３頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記文献に記載されたリニアガイド装置では、スライダの長さが、通常のものと比べて長くなるため、装置全体の長さが大きくなり、その結果、機械全体が大型化するおそれがある。また、特に厳しい運動精度が要求される場合には、転動体通過振動の低減が十分になされないおそれがあった。
【００１２】
また、図２０（ａ），（ｂ）に示すリニアガイド装置９０のように、案内レール９１のレール軌道面９２とスライダ９３のスライダ軌道面９４とにより転動自在に支持される転動体９５が、荷重を受けないようにするため、スライダ軌道面９４の端部寄りに緩やかな傾斜面状のクラウニング部９６，９６を設けたものもある。
このようなリニアガイド装置９０で、クラウニング部９６の全長Ｌｃのうち、転動体９５が荷重を受ける部分の長さを、クラウニング部有効長と呼ぶ。クラウニング部有効長は短すぎると、転動体通過振動の低減を十分に行うことができない。これに反して、クラウニング部有効長が長すぎると、リニアガイド装置９０における剛性や負荷容量の低下などの問題が発生する。しかし、クラウニング部９６の最適な寸法については、明確な設計指針が無いため、経験に頼るしかなかった。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、最適なクラウニング部の寸法を定めることによって転動体通過振動を飛躍的に低減することができるリニアガイド装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）　レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、前記スライダ軌道面の端部寄りに傾斜状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、前記クラウニング部の有効長さをＬｃｅとし、前記転動体の直径をＤａとして、前記ＬｃｅとＤａとが、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１に設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
（２）　レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、前記スライダ軌道面の端部寄りに円弧形状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、接触角の断面内で見た前記クラウニング部の半径をＲｃとし、前記転動体の直径をＤａとして、前記Ｒｃと前記Ｄａとが、Ｒｃ／Ｄａ≧５００に設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
（３）　レール軌道面を有する案内レールと、前記レール軌道面に対向配置されたスライダ軌道面を有し該レール軌道面に沿って移動するスライダと、前記レール軌道面と前記スライダ軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備えたリニアガイド装置であって、前記スライダ軌道面の端部寄りに直線状のクラウニング部が形成されるとともに、前記クラウニング部の端部に面取り部が形成され、接触角の断面内で見た前記クラウニング部の傾き角をθｃとして、前記θｃが、θｃ≦０．００１ｒａｄに設定されていることを特徴とするリニアガイド装置。
（４）　前記クラウニング部の全長をＬｃとし、前記面取り部の長さをＣとして、前記Ｌｃと前記Ｃと前記Ｄａとが、（Ｌｃ−Ｃ）／Ｄａ≦３に設定されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のリニアガイド装置。
（５）　前記スライダ軌道面の全長が、前記転動体の直径の２０〜５０倍に設定されていることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のリニアガイド装置。
【００１５】
上記構成のリニアガイド装置によれば、クラウニング部の全長のうち、荷重を受ける部分の長さであるクラウニング部有効長Ｌｃｅと、転動体の直径Ｄａとが、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１に設定される。
したがって、転動体の循環に伴う出入りの際における荷重変動を小さくでき、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
また、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が半径Ｒｃの円弧形状である場合に、クラウニング部の半径Ｒｃと、転動体の直径Ｄａとが、Ｒｃ／Ｄａ≧５００に設定されれば、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
そして、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が傾き角θｃの直線状である場合に、クラウニング部の傾き角θｃが、θｃ≦０．００１ｒａｄに設定されれば、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
また、スライダ軌道面の全長が、転動体の直径の２０〜５０倍に設定されても、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
更に、クラウニング部の全長Ｌｃ、面取り部の長さＣと、転動体の直径Ｄａとが、（Ｌｃ−Ｃ）／Ｄａ≦３に設定されると、転動体通過振動を低減すると同時にリニアガイド装置の剛性の低下を避けることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る第１実施形態のリニアガイド装置の外観斜視図、図２は図１に示すリニアガイド装置におけるスライダの拡大断面図、図３は図１に示すリニアガイド装置におけるスライダの拡大断面図、図４は実施例１のリニアガイド装置の断面図、図５（ａ）は実施例１の共通部分の数値表、図５（ｂ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．０１ｍｍとした場合での各実施例と比較例との数値対照表、図５（ｃ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．００５ｍｍとした場合での各実施例と比較例との詳細対照表、図５（ｄ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．００２ｍｍとした場合での各実施例と比較例との数値対照表、図６は図５（ｂ）の結果を表すグラフ、図７は図５（ｃ）の結果を表すグラフ、図８は図５（ｄ）の結果を表すグラフ、図９は図５（ｂ）でのＬｃｅ／Ｄａとリニアガイド装置の剛性の関係を調べたグラフ、図１０は実施例２のリニアガイド装置の断面図、図１１（ａ）は実施例２の共通部分の数値表、図１１（ｂ）は実施例２における実施例と比較例との数値対照表、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の結果を表すグラフ、図１２は実施例３のリニアガイド装置の断面図、図１３（ａ）は実施例３の共通部分の数値表、図１３（ｂ）は実施例３における実施例と比較例との数値対照表、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）の結果を表すグラフ、図１４は実施例４のリニアガイド装置の断面図、図１５（ａ）は実施例４の共通部分の数値表、図１５（ｂ）は実施例４における実施例と比較例との数値対照表、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の結果を表すグラフ、図１６は実施例５のテーブル装置の外観斜視図、図１７（ａ）は実施例５の数値表、図１７（ｂ）は実施例５における実施例と比較例との結果を表すグラフである。なお、第１実施形態以下の実施例において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態のリニアガイド装置１０は、案内レール１１と、案内レール１１上に配されて案内レール１１の軸方向に移動可能に組み付けられたスライダ１２と、ボールである複数の転動体１３と、を備えている。
【００１８】
案内レール１１の上面には、レール面１４が形成され、案内レール１１の両側面には、転動体１３を摺動させるためのレール軌道面１５，１５が上下に２条に形成されている。レール面１４には、上下に貫通した複数個のボルト孔１７が軸方向に沿って形成されている。案内レール１１は、ボルト孔１７を介してボルトが加工台にねじ込まれることによって、加工台に固定される。
【００１９】
スライダ１２には、転動体１３を循環させながら保持する転動体循環路１８に、転動体１３を摺動させるためのスライダ軌道面（上溝，下溝）１９，１９が形成されている。
【００２０】
図２に示すように、スライダ１２のスライダ軌道面１９の両端部寄りには、緩やかな傾斜面状であって円弧形状のクラウニング部２０，２０が形成されており、クラウニング部２０，２０の端部には、面取り部２１，２１が形成されている。クラウニング部２０では、スライダ軌道面１９の端部近傍において、転動体１３が荷重を受けなくなる。
【００２１】
クラウニング部２０の全長Ｌｃのうち、転動体１３が荷重を受ける部分の長さをクラウニング部有効長Ｌｃｅと呼ぶ。
ここで、δ０：転動体１３のオーバーサイズ量、Ｒｃ：接触角方向の断面内で見たクラウニング部２０の半径とすると、クラウニング部有効長Ｌｃｅは、
【数１】
2004138193.tif 000003
で計算される。
【００２２】
図３に示すように、クラウニング部２０が、直線状である場合、上記と同様にして、θｃ：接触角方向の断面内で見たクラウニング部の傾きとすると、クラウニング部有効長Ｌｃｅは、
【数２】
2004138193.tif 000004
で計算される。
【００２３】
上式１，式２において、クラウニング部２０の全長をＬｃとし、面取り部２１の長さをＣとして、前記Ｌｃｅと前記Ｌｃと前記Ｃとの関係が、Ｌｃｅ≧Ｌｃ−Ｃとなる場合には、Ｌｃｅ＝Ｌｃ−Ｃとする。面取り部２１が無い場合、Ｃ＝０が代入される。
【００２４】
転動体１３のオーバーサイズ量δ０は、予圧がちょうどゼロ（０）になる転動体直径Ｄａｚと、予圧をかけるために挿入される転動体１３の直径Ｄａ１との差である。リニアガイド装置１０に挿入する転動体１３の直径がＤａｚより大きい場合には、予圧がかかる。これに対して、転動体１３の直径がＤａｚより小さい場合には、予圧はかからず、各軌道面１５，１５，１９，１９，１９との間に微小な隙間が生ずる。転動体１３のオーバーサイズ量δ０は、以下のようにして求めることができる。
【００２５】
リニアガイド装置１０に、Ｄａｚよりも直径が小さい直径Ｄａ２の転動体１３を挿入する。スライダ１２を、スライダ１２の自重程度の力で、下方向に軽く押さえた時と、上方向に軽く引っ張った時との、スライダ１２の上下方向の位置ずれ量（がたつき量）を、上下方向隙間量と呼ぶ。上下方向隙間量Δは、次式によって計算される。
【数３】
2004138193.tif 000005
ここで、αＵとαＬとは、スライダ軌道面１９，１９のうち、上溝と下溝との接触角である。
【００２６】
また、転動体直径Ｄａｚは、次式によって計算される。
【数４】
2004138193.tif 000006
ここで、δ０＝Ｄａ１−Ｄａｚであるから、δ０は、次式によって計算される。
【数５】
2004138193.tif 000007
Ｄａ１とＤａｚとの差Ｄａ１−Ｄａｚは、パッサメータなどの測定器によって測定が可能である。また、直径Ｄａｚの転動体１３を挿入した時の上下方向隙間量Δは、ダイヤルゲージなどの測定器によって測定が可能である。
従って、上式５に、Ｄａ１−ＤａｚとΔとを代入することによって、オーバーサイズ量δ０を求めることができる。
【００２７】
【実施例】
上述した第１実施形態に関して、実施例及び比較例を以下のように行った。
【００２８】
＜実施例１＞
図４に示すように、実施例１に用いられるリニアガイド装置１０は、図１に示したリニアガイド装置と同等の構成をもち、案内レール１１の上面にレール面１４が形成され、案内レール１１の両側面にレール軌道面１５，１５が上下に２条に形成され、レール面１４の上下に貫通した複数個のボルト孔１７が形成されている。スライダ１２には、スライダ軌道面（上溝，下溝）１９，１９が形成されており、スライダ１２のスライダ軌道面１９の両端部寄りに、円弧形状のクラウニング部が形成され、クラウニング部の端部に、面取り部が形成されている。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、実施例１は、転動体（玉）直径Ｄａが、４．７６２ｍｍであり、スライダ１２の全長が、１４９ｍｍであり、接触角が、５０°である。
【００３０】
クラウニング部は、溝底方向に半径Ｒｃ´の形状で加工されている。これは、ＮＣ研削盤によって軌道面の非クラウニング部とクラウニング部を同一の工程で加工するためである。接触角方向の断面から見たクラウニング部の半径Ｒｃは、次式で計算される。
【数６】
2004138193.tif 000008
ここで、α´は、クラウニング方向を基準とした接触角である。
【００３１】
そして、図５（ｂ）に示すように、オーバーサイズ量を０．０１ｍｍとした場合について、実施例１ｃ，１ｄ，１ｅと、比較例１ａ，１ｂの各条件で、クラウニング部有効長Ｌｃｅと転動体１３の直径Ｄａとにおける関係Ｌｃｅ／Ｄａと転動体通過振動の大きさを調べた。
【００３２】
図６に示すように、Ｌｃｅ／Ｄａ＝１程度まででは、Ｌｃｅ／Ｄａの増加とともに、転動体通過振動は急激に減少する。しかし、Ｌｃｅ／Ｄａが１以上では、転動体通過振動の減少は鈍くなる。この結果から、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１とすることによって、転動体通過振動をかなり低減することができるのがわかる。このとき、より好適には、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１．２とすることで、転動体通過振動を更に低減することができる。つまり、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１．２とした各実施例１ｃ、１ｄ、１ｅのいずれも、比較例１ａ，１ｂに比べて転動体通過振動が著しく低減できる。
【００３３】
ところで、通常のリニアガイド装置では、用途に応じてオーバーサイズ量δ０を変更して用いている。例えば工作機械等では、剛性を必要とするため、オーバーサイズ量を大きくしている。また、高速な駆動が必要な測定機器等で、摺動抵抗が小さいことが重要である場合には、オーバーサイズ量を小さくしている。同一の案内レールとスライダとの組合せでも、オーバーサイズ量が異なると、クラウニング部有効長Ｌｃｅも異なるものとなる。そのため、生産性や在庫管理等の観点から、同一の案内レールとスライダとを広い用途に対して使用できるようにするのが望ましい。
一般に、高精度が求められる用途では、ある程度の荷重に対してもがたつきが発生しないことが求められる。そのため、オーバーサイズ量δ０として、およそ次式の範囲に設定する場合が多い。
【数７】
2004138193.tif 000009
上記の範囲のオーバーサイズ量δ０に対し、転動体通過振動を低減するのに好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１は、次式のように書き換えられる。
【数８】
2004138193.tif 000010
また、さらに好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１．２は、次式のように書き換えられる。
【数９】
2004138193.tif 000011
【００３４】
上記の例で、オーバーサイズ量δ０を、０．００５ｍｍ（０．００１０５Ｄａ）に変更した場合について、ＬｃｅとＬｃｅ／Ｄａを計算した結果を図５（ｃ）に示し、同様にして転動体通過振動を調べた結果を図７に示す。
式８を満たす実施例１ｄと１ｅとは、転動体通過振動を著しく低減できる。しかし、式８を満たさない実施例１ｃでは、このオーバーサイズ量に対しては転動体通過振動の低減効果が小さい。オーバーサイズ量δ０の減少に伴い、Ｌｃｅも減少し、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１が満たされなくなるためである。以上のように、式８或いは式９を満たすようにすることによって、広い範囲のオーバーサイズ量に対して転動体通過振動を低減することができるのがわかる。
【００３５】
また、リニアガイド装置の用途によっては、剛性よりも、摺動抵抗が小さいことが、特に望まれる場合がある。それは、半導体製造装置（露光装置）や精密測定機等に用いられる場合である。また、小さいサイズのリニアガイド装置（例えば転動体の直径が２ｍｍ以下のもの）においても、摺動抵抗が小さいことが重要になる。このような特定の用途においては、式７よりも小さいオーバーサイズ量でリニアガイド装置が構成される。その場合のオーバーサイズ量δ０は、例えば次式の範囲に設定される。
【数１０】
2004138193.tif 000012
上記の範囲のδ０に対しては、転動体通過振動を低減するのに好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１は、次式のように書き換えられる。
【数１１】
2004138193.tif 000013
また、更に好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１．２は、次式のように書き換えられる。
【数１２】
2004138193.tif 000014
【００３６】
次に、オーバーサイズ量δ０を、０．００２ｍｍ（０．０００４２Ｄａ）に変更した場合について、ＬｃｅとＬｃｅ／Ｄａを計算した結果を図５（ｄ）に示し、同様にして転動体通過振動を調べた結果を図８に示す。
式１１を満たす実施例１ｅは、転動体通過振動を著しく低減できる。しかし、式１１を満たさない実施例１ｃと１ｄとでは、このオーバーサイズ量に対しては転動体通過振動の低減効果が小さい。以上のように、式１１或いは式１２を満たすようにすることによって、オーバーサイズ量が特に小さい場合でも、転動体通過振動を低減することができるのがわかる。
【００３７】
図９に、オーバーサイズ量δ０が０．０１ｍｍの場合での、Ｌｃｅ／Ｄａと、リニアガイド装置との剛性の関係図が示される。
リニアガイド装置１０の剛性は、次のようにして測定される。案内レール１１を固定した状態で、スライダ１２を上方向に引き上げる。スライダ１２に加える引張力をロードセルで測定するとともに、スライダ１２の上方向への変位量を、電気式マイクロメータ等の測定機で測定する。リニアガイド装置１０の剛性は、引張力÷変位量で算出できる。
クラウニング部では、非クラウニング部に比べて予圧量が小さいため、クラウニング部の長さが長いほど、リニアガイド装置１０の剛性は下がる。図９により、Ｌｃｅ／Ｄａ≒３では、Ｌｃｅ／Ｄａ≒０．５に比べて、５％程度剛性が低下している。剛性の極端な低下を避けるためには、Ｌｃｅ／Ｄａ≦３にすることが望ましい。
【００３８】
ところで、クラウニング部の効果を十分にするためには、接触角方向の断面内で見たクラウニング部の最大落ち量Δを、オーバーサイズ量δ０よりも大きくする必要がある。ここで、最大落ち量Δは、次式で計算される。
【数１３】
2004138193.tif 000015
従って、Δ≧δ０のために、次式を満たす必要がある。
【数１４】
2004138193.tif 000016
上記の範囲のδ０に対しては、剛性の極端な低下を避けるために好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≦３は、次式に書き換えられる。
【数１５】
2004138193.tif 000017
このとき、実施例１ｃ，１ｄは式１５を満たす。このため、剛性の極端な低下を避けることができる。
なお、本実施例において、スライダ１２の長さは、上述した特許文献１の範囲である。この特許文献１によると、クラウニング部の寸法に因らず、良好な運動精度のリニアガイド装置が得られる。しかし、この特許文献１に本発明を適用することによって、更に高い運動精度を達成することができる。
【００３９】
＜実施例２＞
図１０に示すように、実施例２に用いられるリニアガイド装置３０は、スライダ１２に、３対のスライダ軌道面（上溝，中溝，下溝）３１，３１，３１が形成されており、スライダ１２のスライダ軌道面３１の両端部寄りに、円弧形状のクラウニング部が形成され、クラウニング部の端部に、面取り部が形成されている。
【００４０】
図１１（ａ）に示すように、実施例２は、転動体（玉）直径Ｄａが、５．５５６ｍｍであり、スライダ１２の全長が、１１４ｍｍであり、オーバーサイズ量が、上下溝と中溝とで異なり、上溝と下溝が０．００９、中溝が０．００６ｍｍであり、接触角が、４５°である。
【００４１】
図１１（ｂ）に示すように、クラウニング部寸法が異なる、実施例２ｂ，２ｃと、比較例２ａの各条件で、クラウニング部半径Ｒｃと転動体１３の直径Ｄａとにおける関係Ｒｃ／Ｄａと転動体通過振動の大きさを調べた。
【００４２】
図１１（ｃ）に示すように、式８を満たす実施例２ｂ，２ｃとは、転動体通過振動を著しく低減できる。しかし、式８を満たさない比較例２ａでは、転動体通過振動の低減効果が小さいことがわかる。
【００４３】
＜実施例３＞
図１２に示すように、実施例３に用いられるリニアガイド装置４０は、スライダ１２に、２対のスライダ軌道面（上溝，下溝）４１，４１が形成されており、スライダ１２のスライダ軌道面４１の両端部寄りに、直線状のクラウニング部が形成され、クラウニング部の端部に、面取り部が形成されている。
【００４４】
図１３（ａ）に示すように、実施例３は、転動体（玉）直径Ｄａが、３．１７５ｍｍであり、スライダ１２の全長が、３９　ｍｍであり、オーバーサイズ量が、０．００４ｍｍであり、接触角が、４５°である。
【００４５】
図１３（ｂ）に示すように、クラウニング部寸法が異なる、実施例３ｃ，３ｄと、比較例３ａ，３ｂの各条件で、クラウニング部有効長Ｌｃｅと転動体１３の直径Ｄａとにおける関係Ｌｃｅ／Ｄａと転動体通過振動の大きさを調べた。
【００４６】
クラウニング部は、溝底方向に傾きθｃ´の形状で加工されている。これは、ＮＣ研削盤によって軌道面の非クラウニング部とクラウニング部２０を同一の工程で加工するためである。接触角方向の断面から見たクラウニング部の半径θｃは、次式で計算される。
【数１６】
2004138193.tif 000018
ここで、α´は、クラウニング方向を基準とした接触角である。
【００４７】
図１３（ｃ）に示すように、円弧形状のクラウニング部を有する場合と同様にして、Ｌｃｅ／Ｄａ＝１程度まででは、Ｌｃｅ／Ｄａの増加とともに、転動体通過振動が急激に減少する。しかし、Ｌｃｅ／Ｄａが１以上では、転動体通過振動の減少は鈍くなる。この結果から、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１とすることによって、転動体通過振動をかなり低減することができる。より好適には、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１．２とすることにより、転動体通過振動を更に低減することができる。Ｌｃｅ／Ｄａ≧１．２とした実施例３ｃ，３ｄのいずれも、比較例３ａ，３ｂに対して、転動体通過振動を著しく低減することができた。
【００４８】
直線状のクラウニング部を有する場合、式７に示される一般的な範囲のオーバーサイズ量に対して、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１の範囲は、次式のように書き換えられる。
【数１７】
2004138193.tif 000019
【００４９】
また、更に好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１．２は、次式のように書き換えられる。
【数１８】
2004138193.tif 000020
【００５０】
一方、リニアガイド装置の摺動抵抗が小さいことが、特に望まれる用途であって、オーバーサイズ量δ０が、式１０の範囲にある場合には、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１の範囲は、次式のように書き換えられる。
【数１９】
2004138193.tif 000021
【００５１】
また、更に好適な条件であるＬｃｅ／Ｄａ≧１．２は、次式のように書き換えられる。
【数２０】
2004138193.tif 000022
【００５２】
円弧形状のクラウニング部を有する場合と同様にして、式１７または式１８を満たすようにすることにより、より広い範囲のオーバーサイズ量に対して、転動体通過振動を低減することができる。更に、式１９または式２０を満たすようにすることによって、オーバーサイズ量が特に小さい場合でも、転動体通過振動を低減することができる。
【００５３】
直線状のクラウニング部を有する場合にも、円弧形状のクラウニング部をもつ場合と同様にして、剛性の極端な低下を避けるために、Ｌｃｅ／Ｄａ≦３にすることが望ましい。
【００５４】
クラウニング部の効果を十分にするために、接触角方向の断面内で見たクラウニング部の最大落ち量Δを、オーバーサイズ量δ０よりも大きくすることが必要である。ここでΔは、次式で計算される。
【数２１】
2004138193.tif 000023
従って、Δ≧δ０のためには、次式を満たす必要がある。
【数２２】
2004138193.tif 000024
【００５５】
上式の範囲δ０に対しては、剛性の極端な低下を避けるために好適な範囲であるＬｃｅ／Ｄａ≦３は、次式に書き換えられる。
【数２３】
2004138193.tif 000025
実施例３ｃ，３ｄは、上式を満たす。従って、剛性の極端な低下を避けることができる。
【００５６】
＜実施例４＞
図１４に示すように、実施例４に用いられるリニアガイド装置５０は、スライダ１２に、上下溝の接触角が異なる２対のスライダ軌道面（上溝，下溝）５１，５１が形成されており、スライダ１２のスライダ軌道面５１の両端部寄りに、直線状のクラウニング部が形成され、クラウニング部の端部に、面取り部が形成されている。
【００５７】
図１５（ａ）に示すように、実施例４は、転動体（玉）直径Ｄａが、２．７７８ｍｍであり、スライダ１２の全長が、４０ｍｍであり、オーバーサイズ量が、０．００３ｍｍであり、接触角が、上溝が９０°、下溝が３０°である。
【００５８】
図１５（ｂ）に示すように、クラウニング部寸法が異なる、実施例４ｂ，４ｃと、比較例４ａの各条件で、クラウニング部の傾きθｃと転動体通過振動の大きさを調べた。
【００５９】
図１５（ｃ）に示すように、式１７を満たす実施例４ｂ，４ｃでは、式１７を満たさない比較例４ａに比べて、転動体通過振動を低減できた。
ここで、クラウニング方向は、接触角方向と同一（式１６においてα´＝０）である。
【００６０】
＜実施例５＞
図１６に示すように、実施例１に用いられたリニアガイド装置１０の案内レール１１を一対用い、スライダ１２を２対用い、４つのスライダ１２上にテーブル６１を配してテーブル装置６０を構成し、実施例１ｄ及び比較例１ｂの条件で実施例５とした。
【００６１】
図１７（ａ）に示すように、テーブル装置６０では、案内レール１１，１１間の距離が、２４０ｍｍであり、スライダ１２の中心間距離が、２００ｍｍであり、テーブル中心から測定点Ａ１までの距離が、５００ｍｍである。オーバーサイズ量は、０．００５ｍｍとした。
【００６２】
テーブル装置６０は、転動体通過振動により、各方向に傾くが、傾き角は大きくないため、測定は困難になる。そこで、テーブル中心位置Ａ０から５００ｍｍ離れた位置に測定点Ａ１を定め、測定点Ａ１での上下方向の振動振幅を調べた。
【００６３】
図１７（ｂ）に示すように、リニアガイド装置単体でも転動体通過振動が小さかった実施例１ｄを用いたテーブル装置６０では、比較例１ｂと比べて、転動体通過振動を著しく低減できた。
実施例５により明らかなように、本発明によるリニアガイド装置は、リニアガイド装置単体の場合に加えて、複数対を組み合わせたテーブル装置６０においても、転動体通過振動を低減できることがわかる。
【００６４】
上述したように、実施例１〜５をもって証明されたリニアガイド装置１０〜５０及びテーブル装置６０によれば、クラウニング部の全長のうち、荷重を受ける部分の長さであるクラウニング部有効長Ｌｃｅと、転動体１３の直径Ｄａとが、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１に設定される。
したがって、転動体１３の循環に伴う出入りの際における荷重変動を小さくでき、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
また、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が半径Ｒｃの円弧形状である場合に、クラウニング部の半径Ｒｃと、転動体の直径Ｄａとが、Ｒｃ／Ｄａ≧５００に設定されることによって、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
そして、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が傾き角θｃの直線状である場合に、クラウニング部の傾き角θｃが、θｃ≦０．００１ｒａｄに設定されることによって、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
また、スライダ軌道面の全長が、転動体の直径の２０〜５０倍に設定されても、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
更に、クラウニング部の全長Ｌｃ、面取り部の長さＣと、転動体の直径Ｄａとが、（Ｌｃ−Ｃ）／Ｄａ≦３に設定されると、転動体通過振動の低減と同時にリニアガイドの剛性低下を防ぐことができる。
【００６５】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、ボールである転動体の列は２列、４列、６列に限らず、それ以上の複数対配されたリニアガイド装置に本発明を用いても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クラウニング部の全長のうち、荷重を受ける部分の長さであるクラウニング部有効長Ｌｃｅと、転動体の直径Ｄａとが、Ｌｃｅ／Ｄａ≧１に設定される。
したがって、転動体の循環に伴う出入りの際における荷重変動を小さくでき、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
また、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が半径Ｒｃの円弧形状である場合に、クラウニング部の半径Ｒｃと、転動体の直径Ｄａとが、Ｒｃ／Ｄａ≧５００に設定されることにより、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
そして、予圧荷重がかけられ、クラウニング部が傾き角θｃの直線状である場合に、クラウニング部の傾き角θｃが、θｃ≦０．００１ｒａｄに設定されることによって、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
更に、クラウニング部の全長Ｌｃ、面取り部の長さＣと、転動体の直径Ｄａとが、（Ｌｃ−Ｃ）／Ｄａ≦３に設定され、或いは、スライダ軌道面の全長が、転動体の直径の２０〜５０倍に設定されることによって、広い範囲の予圧荷重に対して転動体の出入りに伴う荷重変動を小さくすることができ、それによって、転動体通過振動を著しく低減することができる。
以上により、最適なクラウニング部の寸法を定めることによって転動体通過振動を飛躍的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る第１実施形態のリニアガイド装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示すリニアガイド装置におけるスライダの拡大断面図である。
【図３】図１に示すリニアガイド装置におけるスライダの拡大断面図である。
【図４】実施例１のリニアガイド装置の断面図である。
【図５】（ａ）は実施例１の共通部分の数値表、（ｂ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．０１ｍｍとした場合での各実施例と比較例との詳細対照表、（ｃ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．００５ｍｍとした場合での各実施例と比較例との詳細対照表、（ｄ）は実施例１におけるオーバーサイズ量を０．００２ｍｍとした場合での各実施例と比較例との詳細対照表である。
【図６】図５（ｂ）の結果を表すグラフである。
【図７】図５（ｃ）の結果を表すグラフである。
【図８】図５（ｄ）の結果を表すグラフである。
【図９】図５（ｂ）でのＬｃｅ／Ｄａとリニアガイド装置の剛性の関係を調べたグラフである。
【図１０】実施例２のリニアガイド装置の断面図である。
【図１１】（ａ）は実施例２の共通部分の数値表、（ｂ）は実施例２における実施例と比較例との対照表、（ｃ）は図１１（ｂ）の結果を表すグラフである。
【図１２】実施例３のリニアガイド装置の断面図である。
【図１３】（ａ）は実施例３の共通部分の数値表、（ｂ）は実施例３における実施例と比較例との対照表、（ｃ）は図１３（ｂ）の結果を表すグラフである。
【図１４】実施例４のリニアガイド装置の断面図である。
【図１５】（ａ）は実施例４の共通部分の数値表、（ｂ）は実施例４における実施例と比較例との対照表、（ｃ）は図１５（ｂ）の結果を表すグラフである。
【図１６】実施例５のテーブル装置の外観斜視図である。
【図１７】（ａ）は実施例５の数値表、（ｂ）は実施例５における実施例と比較例との結果を表すグラフである。
【図１８】転動体通過振動を計測するのに用いた測定装置の正面図である。
【図１９】図１８の測定装置によって測定した結果のグラフである。
【図２０】（ａ）は従来のリニアガイド装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の（ａ−ａ）線断面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０　リニアガイド装置
１１　案内レール
１２　スライダ
１３　転動体
１５　レール軌道面
１９，３１，４１，５１　スライダ軌道面
２０　クラウニング部
２１　面取り部
６０　テーブル装置
【図１】
2004138193.tif 000026
【図２】
2004138193.tif 000027
【図３】
2004138193.tif 000028
【図４】
2004138193.tif 000029
【図５】
2004138193.tif 000030
【図６】
2004138193.tif 000031
【図７】
2004138193.tif 000032
【図８】
2004138193.tif 000033
【図９】
2004138193.tif 000034
【図１０】
2004138193.tif 000035
【図１１】
2004138193.tif 000036
【図１２】
2004138193.tif 000037
【図１３】
2004138193.tif 000038
【図１４】
2004138193.tif 000039
【図１５】
2004138193.tif 000040
【図１６】
2004138193.tif 000041
【図１７】
2004138193.tif 000042
【図１８】
2004138193.tif 000043
【図１９】
2004138193.tif 000044
【図２０】
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