(57)【要約】【課題】微小振動を効果的に抑制して仕上加工面品位の向上や高精度な位置決めを可能にする。【解決手段】基台１上で移動体４を移動させる直動転がり軸受けを有した案内装置において、移動体４を三角形の各頂点に位置する３つのスライダ３，３・・にて支持することで移動体変形による影響をなくし、各スライダ３から生じる転動体通過振動を本来の平均化効果により抑制する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に固定された複数の平行なレールと、転動体を有して前記レールに沿ってスライド可能に設けられるスライダとを備え、移動体の底面に前記スライダを固定して前記移動体を前記レールに沿って直線移動可能に支持した移動体の案内装置であって、
前記スライダを、前記移動体の底面で三角形の各頂点に位置するように３つ配置して、前記移動体を前記３つのスライダによって支持させたことを特徴とする移動体の案内装置。
【請求項２】
基台上に固定された複数の平行なレールと、転動体を有して前記レールに沿ってスライド可能に設けられる複数のスライダとを備え、移動体の底面に前記スライダを固定して前記移動体を前記レールに沿って直線移動可能に支持した移動体の案内装置であって、
前記スライダの一部又は全部を、前記移動体の底面で互い違いとなるように千鳥状に配置したことを特徴とする移動体の案内装置。
【請求項３】
転動体を、荷重を受ける方向に複数列配置した請求項１または２に記載の移動体の案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動転がり軸受け、いわゆるリニヤガイド（登録商標、以下同じ）を用いて工作機械のテーブル等の移動体を直線移動可能に支持させる案内装置に関するもので、詳しくはリニヤガイドから生じる微小振動を抑制するような移動体の案内装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシニングセンタ等工作機械の案内装置には、比較的軽切削、高速、位置決めに優れたリニヤガイドが使用されている（例えば特許文献１参照）。図５は、基台１上に固定された二本の平行なレール２，２と、移動体４の底面に固定されたスライダ３，３・・とからなるリニヤガイドを用いた案内装置を示している。ここでのスライダ３，３・・は、移動体４の各コーナー寄りに位置するようにレール２に対して一対ずつ等間隔で配置され（各スライダ３に「位置１」〜「位置４」として示す）、各スライダ３内には、図６に示すような転動体５（通常、球か円筒コロ）が通常複数列循環している。予圧を印加された転動体５は、レール２上を転動し、転動体出口まで来たところで予圧が開放され、スライダ３内を移動し、転動体入口で予圧が印加されるといった循環を形成しているのが通常である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１９６３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、転動体５はその出入口で弾性変形するので、図６のように、特に荷重を受ける方向に複数列の転動体５を配置した案内装置の場合、その直径の２倍の周期で転動体通過振動と呼ばれる正弦波状の微小振動が発生し、テーパー形状仕上加工や円弧加工で加工面にうねりとなって現れるといった加工精度や品質への問題、あるいは高精度位置決めにおいてもうねりとなって現れるといった問題が生じていた。
【０００５】
この対策としてスライダ単体では、その中の転動体の数を増加して各球にかかる荷重量を減らし、各球で生じる微小変位を抑制する、あるいは、転動体出入口にクラウニングと呼ばれる加工処理を施して、スライダの姿勢変化を抑制するといった方法がある。一方、移動体を含めた全体構成としては、スライダの数を増やして各スライダから生じる転動体通過振動を平均化効果により抑制するといった方法がある。
【０００６】
ところが、これらの対策を施しても転動体通過振動が抑制されるわけではない。その原因として、スライダに固定された移動体がリニヤガイドのスライダの姿勢変化により歪んでしまうことが大きな要因となっている。この対策として、スライダを同一平面内に設置する、移動体自身の剛性を上げるといった方法が考えられるが、最初に述べたような微小振動抑制は実現上困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、リニヤガイドによる微小振動を効果的に抑制可能な移動体の案内装置を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前記スライダを、移動体の底面で三角形の各頂点に位置するように３つ配置して移動体を支持させたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、前記スライダの一部又は全部を、移動体の底面で互い違いとなるように千鳥状に配置したことを特徴とするものである。特に請求項３に記載のように荷重を受ける方向に複数列の転動体を配置した案内装置に適用するのが効果的である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
《形態１》
図１は、移動体の案内装置の平面図、図２は側面図で、基台１上には、二本の平行なレール２，２が固定され、一方のレール２上には、２つのスライダ３，３が、他方のレール２上には１つのスライダ３が設けられて、夫々移動体４の底面に固定されている。ここで、図１の上側のレール２上の２つのスライダ３，３は、夫々移動体４のコーナー寄りで所定間隔をおいて位置１及び位置２に配置され、下側のレール２上の１つのスライダ３は、レール２方向で移動体４の中央（位置１，２のスライダ３，３の中間）となる位置５に配置されて、３つのスライダ３，３，３が移動体４の底面で三角形の各頂点に位置する格好となっている。
【００１０】
なお、各スライダ３は、図６に示したのと同じ構造で、転動体５（通常、球か円筒コロ）が荷重を受ける方向へ複数列配置されて各列ごとに循環している。予圧を印加された転動体５は、レール２上を転動し、転動体出口まで来たところで予圧が開放され、スライダ３内を移動し、転動体入口で予圧が印加されるといった循環を形成している。よって、移動体４は、３つのスライダ３，３・・によってレール２，２に沿って直線移動可能に支持されることになる。
【００１１】
以上の如く構成された移動体の案内装置においては、移動体４の移動時に、転動体５はスライダ３内での出入口で弾性変形するので、各スライダ３では、転動体５の直径の２倍の周期で転動体通過振動と呼ばれる正弦波状の微小振動が発生することになる。しかし、移動体４は、底面で三角形を形成する３つのスライダ３，３・・によって支持されているから、いわゆる平均化効果により移動体４として中央付近の微小振動量は小さくなる。
【００１２】
ここで、図５で説明したように移動体４を４つ以上のスライダ３にて支持した場合と比較すると、移動体４は各スライダ３に固定されているのでスライダ３の挙動で姿勢が変化する。移動体４が３点で支持されているならばスライダ３の挙動のみで姿勢が変化するだけであるが、もう１点以上スライダ３が加わると移動体４はその姿勢変化でたわむことになる。加えて、スライダ３が移動するレール２は幾何学的直線上に配置されているわけではない。したがって、スライダ３は移動にともなって相対的に上下するのでそのたわみも刻々変化する。この影響により移動体４の微小振動は、平均化効果で小さくなるのではなく、悪くすると逆に拡大されてしまうといった現象が生じてしまう。
【００１３】
実際に組み込んだ場合の、各スライダ上と移動体中央部との測定結果を図３，４に示す。図３はスライダ３点支持での測定結果、図４はスライダ４点支持での測定結果である。この結果からわかるように、各スライダ上の微小振動量は０．１５μｍ程度でほぼ同じであるが、移動体中央での微小振動量はスライダ４点支持の場合、各スライダの算術平均とはならず、むしろスライダ単体の微小振動量より大きく、０．１８μｍ程度になっている。しかも、算術平均との位相も合っていない。一方、スライダ３点支持の場合、移動体中央での微小振動量は各スライダの算術平均である０．０５μｍ程度であり、かつ、両者の位相も合っていて、設計どおりとなっている。このため、移動体中央付近の微小振動量は小さくなる。さらに、各スライダの微小振動量が減少できればその領域も拡がることになる。
【００１４】
このように、上記形態１の移動体の案内装置によれば、従来と逆に数の少ない３つのスライダ３によって移動体４を支持させるという発想の転換により、リニヤガイドを採用した場合に生じる微小振動量を本来の平均化効果によって効果的に減少させることができ、テーパー加工や象限切換時の円弧加工など仕上加工面のうねりをなくすことが出来る。また、精密位置決めが必要な案内としても有効である。
【００１５】
《形態２》
次に、他の形態について説明する。なお、レール２やスライダ３等の構造は上記形態１と同じであるので、同じ構成部は同じ符号を付して重複する説明を省略する。
図７に示す移動体の案内装置は、ここでは５個のスライダ３，３・・を千鳥状に互い違いに配置し、３つの三角形（位置１、２、５と位置１、５、ａと位置１、ａ、ｂ）を形成して移動体４を支持する構成となっている。各スライダ３はそれぞれ正弦波状の脈動（微小振動）を生じて移動するが、移動体４上の任意位置ではいわゆる平均化効果により脈動は小さくなる。
【００１６】
ここで、図８のように６個のスライダ３，３・・を梯子状に配置して移動体４を支持する場合と比較する。移動体４はスライダ３に固定されているのでスライダ３の挙動で姿勢が変化する。かりに、移動体４が三角形の頂点に配置したスライダ３で支持されているならば、スライダ３の挙動のみで姿勢が変化するだけであるが、それが長方形の頂点に配置したスライダ３（図８で位置１，２，３，４と位置１，３、ｃ、ｄ）で支持されていると、直角三角形にさらに１点、スライダ３が加わるわけなので、移動体４はその姿勢変化でたわむことになる。加えて、スライダ３が移動するレール２は幾何学的直線上に配置されているわけではない。したがって、スライダ３は移動に伴って相対的に上下するのでそのたわみも刻々変化する。この影響により移動体４は歪むことになり、結果として脈動の拡大や動剛性の低下、摺動抵抗の増大といった現象が生じてしまう。しかし、図７のような千鳥状配置であれば、移動体は三角形配置の組合せとなるため素直な歪みとなり、これらの問題は生じない。
【００１７】
実際に組込んだ場合の、各スライダ上と移動体中央部の脈動測定結果を図９，１０に示す。図９はスライダ梯子状配置で６点支持での測定結果、図１０はスライダ千鳥状配置で５点支持での測定結果である。この結果からわかるように、各スライダ上の脈動量は０．３μｍ程度でほぼ同じであるが、移動体中央での脈動量は梯子配置の場合、各スライダの算術平均とはならず、むしろスライダ単体の脈動量より大きくなっている。しかも、算術平均との位相も合っていない。一方、千鳥配置の場合、移動体中央での脈動量は各スライダの算術平均である０．１μｍ程度であり、かつ、両者の位相も合っていて、設計どおりとなっている。このため、移動体中央付近の脈動量は小さくなる。この様に三角形の内部では計算通りの脈動量を得ることができ、さらに千鳥配置は三角形の多数結合であるので移動体のあらゆる位置で計算通りの脈動量を得ることができる。
【００１８】
一方、動剛性の測定結果を図１１に示す。太い実線が千鳥配置、細線が梯子配置である。最も弱い動剛性を示す固有振動数（固有周波数）にて比較した結果を図１２に示す。千鳥配置はスライダが１個少ないにもかかわらず、動コンプライアンス、固有振動数で同等、減衰率では２倍の性能となっている。
また、摺動抵抗の測定結果を図１３，１４に示す。これは、スライダ１個あたりに換算した結果である。太い実線が千鳥配置、細線が梯子配置である。摺動抵抗は起動時、動作中とも千鳥配置の方が２割ほど小さくなっている。さらに、千鳥配置の場合、スライダが１個少ないのでそれだけ摺動抵抗が大きくなるはずであるから効果は２割以上と考えられる。
【００１９】
このように上記形態２の移動体の案内装置においても、複数のスライダ３を移動体４の底面で互い違いとなるように千鳥状に配置したことで、転がり案内を採用した場合に生じる移動体の歪みを減少させ、テーパー加工や象限切換時の円弧加工など仕上加工面のうねりをなくすことが出来る。また、精密位置決めが必要な案内としても有効である。さらに、通常の梯子配置よりスライダを１個減少させることができるので、レール長さの短縮も含めてコストダウンが可能である。
【００２０】
なお、案内装置におけるスライダの数や構造は上記形態１，２に限定するものではなく、６個以上を互い違いに配置することも可能である。また、スライダは全部を互い違いに配置するものに限らず、移動体の中央部のみスライダを互い違いにして、移動体の端部側ではスライダを左右方向で揃うように設けても良い。例えば、マシニングセンタのように主軸ヘッドが移動体に設置されている場合などは、主軸ヘッドはスライダで支持された範囲内の移動体上から支持されているので問題ないが、テーブルのように移動体上に加工物を設置するような場合は、移動体隅部の剛性が問題になる。この場合は、図１５のように位置ｅ及び位置ｆのスライダ３，３で複数の三角形面を隅部にも適用した配置とすれば良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上に詳述した様にこの発明によれば、リニヤガイドを採用した場合に生じる微小振動量を本来の平均化効果によって効果的に減少させることが出来て、テーパー加工や象限切換時の円弧加工など仕上加工面のうねりをなくすことが出来る。また、精密位置決めが必要な案内としても有効となる。さらに、通常の梯子配置よりスライダを減少させることができるので、レール長さの短縮も含めてコストダウンが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】形態１における移動体の案内装置の平面図である。
【図２】移動体の案内装置の側面図である。
【図３】移動体の案内装置の微小振動測定結果である。
【図４】従来の案内装置の微小振動測定結果である。
【図５】従来の案内装置の平面図である。
【図６】リニヤガイドの拡大断面図である。
【図７】形態２における移動体の案内装置の平面図である。
【図８】従来の案内装置の平面図である。
【図９】従来の案内装置の脈動測定結果である。
【図１０】形態２の案内装置の脈動測定結果である。
【図１１】案内装置の動剛性測定結果である。
【図１２】案内装置の動剛性測定結果をまとめた表である。
【図１３】案内装置の起動時摺動抵抗測定結果である。
【図１４】案内装置の動作中摺動抵抗測定結果である。
【図１５】案内装置の変更例を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・基台、２・・レール、３・・スライダ、４・・移動体、５・・転動体。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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