(57)【要約】【課題】転動体通過振動の振幅値を小さい値に抑えることのできるリニアガイド装置を提供する。【解決手段】スライダ側軌道面６の長手方向両端部に形成されたクラウニング部１１をスライダ側軌道面６に隣接して形成された緩傾斜面部１２と、この緩傾斜面部１２に隣接して形成された急傾斜面部１３とで構成し、かつクラウニング部１１の有効長さＬceと転動体の直径Ｄwとの比が１以上となるように設定する。【選択図】図１
2005337455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒ころ状に形成された転動体を案内レールの長手方向に転走させるためのスライダ側軌道面をスライダ本体の内側面に有し、前記スライダ側軌道面の長手方向端部に形成されたクラウニング部を、前記スライダ側軌道面に隣接して形成された緩傾斜面部と該緩傾斜面部に隣接して形成された急傾斜面部とで構成したリニアガイド装置において、
前記転動体の直径をＤw、前記クラウニング部の有効長さをＬceとしたとき、（Ｌce／Ｄw）≧１としたことを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項２】
請求項１記載のリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤw、前記緩傾斜面部の曲率半径をＲc1としたとき、（Ｒc1／Ｄw）≧1000としたことを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項３】
請求項１記載のリニアガイド装置において、前記緩傾斜面部の傾斜角度をθc1としたとき、（１／θc1）≧2000としたことを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載のリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤw、前記急傾斜面部の長さをＬc2としたとき、（Ｌc2／Ｄw）≧0.5としたことを特徴とするリニアガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動する物体をその移動方向に案内するリニアガイド装置に関し、特に、転動体が円筒ころ状に形成されたリニアガイド装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、工作機械、測定機器などの各種産業機械では、直線運動する物体（例えば直動テーブル等）をその移動方向に案内する手段として、たとえば図１２及び図１３に示すようなリニアガイド装置１が用いられている。このリニアガイド装置１は案内レール２を備えており、案内レール２の左右両側面には、後述する転動体を案内レール２の長手方向に転走させるためのレール側軌道面３が案内レール２の長手方向に沿って二条ずつ形成されている。
【０００３】
また、リニアガイド装置１はレール側軌道面３と各々対向するスライダ側軌道面６（図１３参照）を左右の内側面に有するスライダ本体５と、このスライダ本体５の前後方向両端に装着された一対のエンドキャップ７とからなるスライダ４を備えており、レール側軌道面３とスライダ側軌道面６との間には多数の転動体８（図１３参照）が設けられている。これらの転動体８は円筒ころ状に形成されており、レール側軌道面３及びスライダ側軌道面６を転走した転動体８は、エンドキャップ７に形成された転動体方向転換面（図示せず）で方向転換した後、スライダ本体５内に形成された転動体戻し通路９（図１３参照）を転動して循環するようになっている。
【０００４】
このようなリニアガイド装置では、転動体８に予圧を付与して高い剛性を確保するために、レール側軌道面３とスライダ側軌道面６との間隔ＤGよりも直径Ｄwが大きい転動体８を用いている。また、スライダ本体５とエンドキャップ７とで構成されるスライダ４内の転動体８が転動することによって生じる転動体通過振動（詳細は「ＮＳＫ  Ｔechnical  Ｊournal  Ｎo.669(2000) p.42〜49」参照）を抑制したり、応力集中による走行寿命の低下を防いだりするために、従来では、図１４（ａ）あるいは図１４（ｂ）に示すような形状のクラウニング部１１をスライダ側軌道面６の長手方向両端部に形成している。
【０００５】
しかし、レール側軌道面３とスライダ側軌道面６との間隔ＤGを基準とする転動体８の大きさ（以下「オーバーサイズ量」という）をδo（＝Ｄw−ＤG）、予圧荷重による転動体８の弾性変形量をδeとすると、転動体として円筒ころを用いた従来のリニアガイド装置では、転動体８の弾性変形量δeはオーバーサイズ量δoの0.2〜0.4倍程度となっている場合が多い。これは、スライダ本体５が図８のように弾性変形するためである。このため、オーバーサイズ量δoが弾性変形量δeに比べてかなり大きくなり、クラウニング部１１の最大落ち量δmax（図１４参照）をオーバーサイズ量δo以上に設定した場合には、クラウニング部１１の長さＬctのうち転動体８からの荷重を受ける部分の長さが長くなってしまい、剛性の低下を招くことがあった。そこで、上記の問題点を解決するために、クラウニング部をスライダ側軌道面に隣接して形成された緩傾斜面部と該緩傾斜面部に隣接して形成された急傾斜面部とで構成したものが特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【特許文献１】実公平２−３５０５１号公報
【特許文献２】実公昭５６−５０１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたものでは、軌道面長手方向に向かって寸法が変化する凹部を軌道面に設けているため、軌道面の形状が複雑となる。このため、軌道面の加工が困難となり、加工コストの上昇を招くという問題点を有していた。また、特許文献２に開示されたものでは、リニアガイド装置にとって重要な転動体通過振動に関する効果は全く開示されていない。また、緩傾斜面部及び急傾斜面部の長さの範囲が極めて大まかにしか示されておらず、十分な効果を得られない可能性がある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、転動体通過振動の振幅値を極力小さい値に抑えることのできるリニアガイド装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、円筒ころ状に形成された転動体を案内レールの長手方向に転走させるためのスライダ側軌道面をスライダ本体の内側面に有し、前記スライダ側軌道面の長手方向端部に形成されたクラウニング部を、前記スライダ側軌道面に隣接して形成された緩傾斜面部と該緩傾斜面部に隣接して形成された急傾斜面部とで構成したリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤw、前記クラウニング部の有効長さをＬceとしたとき、（Ｌce／Ｄw）≧１としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤw、前記緩傾斜面部の曲率半径をＲc1としたとき、（Ｒc1／Ｄw）≧1000としたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１記載のリニアガイド装置において、前記緩傾斜面部の傾斜角度をθc1としたとき、（１／θc1）≧2000としたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載のリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤw、前記急傾斜面部の長さをＬc2としたとき、（Ｌc2／Ｄw）≧0.5としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るリニアガイド装置では、クラウニング部の有効長さＬce（＝Ｌce1＋Ｌce2）と転動体の直径Ｄwとの比が１以上となるように、緩傾斜面部及び急傾斜面部の有効長さを設定したことで、スライダのピッチング変位が低減するので、転動体通過振動の振幅値を小さい値に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
転動体列が４列のリニアガイド装置に本発明を適用した場合の一実施形態を図１に示す。同図に示されるように、本実施形態に係るリニアガイド装置はスライダ側軌道面６の長手方向端部にクラウニング部１１を有しており、このクラウニング部１１はスライダ側軌道面６に連続して形成された円弧状の緩傾斜面部１２と、緩傾斜面部１２に連続して形成された直線状の急傾斜面部１３とで構成されている。
【００１１】
ここで、図１に示すように、クラウニング部１１の全長をＬct、緩傾斜面部１２の長さをＬc1、急傾斜面部１３の長さをＬc2、クラウニング部１１の最大落ち量をδmax、緩傾斜面部１２の落ち量をδ1、急傾斜面部１３の落ち量をδ2、急傾斜面部１３の傾斜角をθc2とすると、急傾斜面部１３の長さＬc2及び落ち量δ2及び傾斜角θc2は次式から求めることができる。
Ｌc2＝Ｌct−Ｌc1      ……（１）
δ2＝δmax−δ1      ……（２）
θc2＝δ2／Ｌc2      ……（３）
【００１２】
また、緩傾斜面部１２の曲率半径をＲc1、緩傾斜面部１２の有効長さをＬce1（≒Ｌc1）、急傾斜面部１３の有効長さをＬce2（≒Ｌc2）とすると、緩傾斜面部１２の長さＬc1及びクラウニング部１１の有効長さＬceは次式から求めることができる。
Ｌc1＝√（Ｒc1・δ1）      ……（５）
Ｌce＝Ｌce1＋Ｌce2      ……（６）
【００１３】
このような構成において、スライダ側軌道面長：80mm、転動体直径：Ｄw＝４mm、転動体長さ：６mm、転動体オーバーサイズ量：δo＝0.01mm、クラウニング最大落ち量：δmax＝0.02mm（オーバーサイズ量δoより大きい値を確保）、クラウニング部全長：Ｌct＝Ｌc1＋Ｌc2、緩傾斜面部落ち量：δ1＝0.005mm、急傾斜面部落ち量：δ2＝δmax−δ1＝0.015mm、急傾斜面部傾斜角：θc2＝δ2／Ｌc2、急傾斜面部長さ：Ｌc2＝２mmに設定し、緩傾斜面部１２の曲率半径Ｒc1をＲc1／Ｄw＝100〜4000の範囲で変化させた場合における転動体通過振動の大きさ（スライダのピッチング変位（図２参照））を数値シミュレーションによって求めた。その計算結果とＲc1／Ｄwとの関係を図３に示す。なお、スライダのピッチングを数値シミュレーションする方法は、「ＮＳＫ  Ｔechnical  Ｊournal  Ｎo.669(2000) p.42〜49」に記載されている。
【００１４】
図３に示すピッチング変位とＲc1／Ｄwとの関係から明らかなように、Ｒc1／Ｄwが1000未満であるとスライダのピッチング変位が急激に増大するが、Ｒc1／Ｄwが1000以上、好ましくは1400以上では、ピッチング変位が0.5×10-5rad以下となることがわかる。したがって、緩傾斜面部１２の曲率半径Ｒc1と転動体８の直径Ｄwとの比Ｒc1／Ｄwを1000以上、好ましくは1400以上に設定することで、スライダのピッチング変位が低減するので、転動体通過振動の振幅値を小さい値に抑えることができる。
また、上述した実施形態ではクラウニング部１１の最大落ち量δmax（＝0.020mm）を転動体８のオーバーサイズ量δo（＝0.01mm）以上にすることで、クラウニング部１１の落ち量を十分に確保できるので、スライダを案内レールに容易に組付けることができる。
【００１５】
また、図１に示す構成において、スライダ側軌道面長：80mm、転動体直径：Ｄw＝４mm、転動体長さ：６mm、転動体オーバーサイズ量：δo＝0.01mm、クラウニング最大落ち量：δmax＝0.02mm、クラウニング部全長：Ｌct＝Ｌc1＋Ｌc2、緩傾斜面部落ち量：δ1＝0.005mm、急傾斜面部落ち量：δ2＝δmax−δ1＝0.015mm、急傾斜面部傾斜角：θc2＝δ2／Ｌc2、緩傾斜面部１２の曲率半径：Ｒc1：4000mmに設定し、急傾斜面部１３の長さＬc2をＬc2／Ｄw＝0.05〜1.05の範囲で変化させた場合における上下剛性の大きさを計算した結果を図５に示す。
【００１６】
図５に示す上下剛性の測定結果から明らかなように、急傾斜面部１３の長さＬc2が長くなるほど剛性は小さくなる。この結果のみを参照するとＬc2は小さいことが望ましいが、Ｌc2が小さすぎるとスライダ４を案内レール２に組付ける際に抵抗が大きすぎて組付けが困難になり、スライダ４を案内レール２に組付ける際の抵抗は、急傾斜面部１３の傾斜角θc2が大きいほど（すなわち勾配が急なほど）大きくなる。
【００１７】
図６に、急傾斜面部１３の傾斜角θc2とＬc2／Ｄwとの関係を示す。同図から明らかなように、θc2はＬc2が大きいほど小さくなるが、Ｌc2／Ｄw≧0.5では変化は小さい。したがって、Ｌc2／Ｄw≧0.5が好適である、また、図５から明らかなように、Ｌc2が小さいほど剛性を大きくできるから、Ｌc2／Ｄw≒0.5とすることが好ましい。
【００１８】
次に、転動体列が４列のリニアガイド装置に本発明を適用した場合の他の実施形態を図４に示す。同図に示されるように、本実施形態に係るリニアガイド装置はスライダ側軌道面６の長手方向端部にクラウニング部１１を有しており、このクラウニング部１１はスライダ側軌道面６に連続して形成された直線状の緩傾斜面部１４と、緩傾斜面部１４に連続して形成された直線状の急傾斜面部１３とで構成されている。
ここで、図４に示すように、緩傾斜面部１４の長さをＬc1、緩傾斜面部１４の落ち量をδ1、緩傾斜面部１４の傾斜角をθc1とすると、緩傾斜面部１４の長さをＬc1は次式から求めることができる。
Ｌc1＝δ1／θc1      ……（７）
【００１９】
このような構成において、スライダ側軌道面長：80mm、転動体直径：Ｄw＝４mm、転動体長さ：６mm、転動体オーバーサイズ量：δo＝0.01mm、クラウニング最大落ち量：δmax＝0.02mm、クラウニング部全長：Ｌct＝Ｌc1＋Ｌc2、緩傾斜面部落ち量：δ1＝0.005mm、急傾斜面部落ち量：δ2＝δmax−δ1＝0.015mm、急傾斜面部傾斜角度：θc2＝δ2／Ｌc2、急傾斜面部長さ：Ｌc2＝２mmに設定し、緩傾斜面部１４の傾斜角度θc1を１／θc1＝500〜4000の範囲で変化させた場合における転動体通過振動の大きさ（スライダのピッチング変位（図２参照））を数値シミュレーションによって求めた。その計算結果と１／θc1との関係を図７に示す。
【００２０】
図７に示すピッチング変位の計算結果から明らかなように、１／θc1が2000を下回るとピッチング変位が急激に上昇するが、１／θc1が2000以上、好ましくは2400以上では、ピッチング変位が0.5×10-5rad以下となることがわかる。したがって、１／θc1を2000以上、好ましくは2400以上に設定することで、スライダのピッチング変位が低減するので、転動体通過振動の振幅値を小さい値に抑えることができる。
また、上述した実施形態ではクラウニング部１１の最大落ち量δmaxをδmax≧δoとしたことで、クラウニング部１１の落ち量を十分に確保できるので、スライダを案内レールに容易に組付けることができる。
【００２１】
なお、クラウニング部全長のうち使用時に荷重を受ける部分の有効長さをＬceとすると、クラウニング形状が円弧形状である場合にはＬceを
Ｌce＝√（２×δe×Ｒc1）      ……（８）
から求めることができ、またクラウニング形状が直線形状である場合にはＬceを
Ｌce＝Ｌc1×δe／δ1      ……（９）
から求めることができる。ここで、δeは使用時における転動体の変形量を示し、公知の転動体荷重と転動体変形量の関係式と、ＦＥＭなどによる部材変形量の計算を連立することで算出できる。例えば本例では、転動体であるころの荷重−変位関係は、Ｐalmgrenの式（綿林英一著  「転がり軸受マニュアル」日本規格協会、1999）に従う。また、転動体から受ける荷重によってスライダ本体５は図８のように変形する。これら両方の荷重−変形量の関係を同時に考慮することでスライダ側軌道面とレール側軌道面との間に組み込まれる転動体のオーバーサイズ量δoと、使用時の転動体の弾性変形量δeとの関係を計算できる。本例では、δoとδeの関係は図９のようになり、図９ではδo＝10μm、δe＝２μmである。
【００２２】
図３及び図４に示したピッチング変位の計算値とＬce／Ｄwとの関係を図１０及び図１１に示す。これらの図から明らかなように、Ｌce／ＤwをＬce／Ｄw≧１、好ましくはＬce／Ｄw≧1.2とすることで、スライダのピッチング変位が低減するので、転動体通過振動の振幅値を小さい値に抑えることができる。
なお、図１に示した実施形態では緩傾斜面部１２が円弧形状で、急傾斜面部１３が直線状である場合を例示したが、緩傾斜面部の平均傾斜角度θa1（＝δ1／Ｌc1）と急傾斜面部の平均傾斜角度θa2（＝δ2／Ｌc2）との関係がθa1＜θa2であれば、その他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】転動体列が４列のリニアガイド装置に本発明を適用した場合の一実施形態を示す図である。
【図２】リニアガイド装置のスライダに発生するピッチングを説明するための図である。
【図３】図１のリニアガイド装置におけるスライダのピッチング変位と緩傾斜面部傾斜角度／転動体直径との関係を示す図である。
【図４】転動体列が４列のリニアガイド装置に本発明を適用した場合の他の実施形態を示す図である。
【図５】図１のリニアガイド装置における上下剛性と急傾斜面部長さ／転動体直径との関係を示す図である。
【図６】図１のリニアガイド装置における急傾斜面部傾斜角度と急傾斜面部長さ／転動体直径との関係を示す図である。
【図７】図４のリニアガイド装置におけるスライダのピッチング変位と緩傾斜面部傾斜角度との関係を示す図である。
【図８】転動体からスライダ本体に加わる荷重の作用を説明するための図である。
【図９】転動体に付与される予圧量と転動体オーバーサイズ量との関係を示す図である。
【図１０】図３のピッチング変位とクラウニング部有効長さ／転動体直径との関係を示す図である。
【図１１】図７のピッチング変位とクラウニング部有効長さ／転動体直径との関係を示す図である。
【図１２】転動体としてころを用いたリニアガイド装置の斜視図である。
【図１３】図１２に示すリニアガイド装置の面正面図である。
【図１４】従来のリニアガイド装置におけるクラウニング部の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
２  案内レール
３  レール側軌道面
４  スライダ
５  スライダ本体
６  スライダ側軌道面
７  エンドキャップ
８  転動体
９  転動体戻し通路
１１  クラウニング部
１２  緩傾斜面部
１３  急傾斜面部
【図１】
2005337455.tif 000003
【図２】
2005337455.tif 000004
【図３】
2005337455.tif 000005
【図４】
2005337455.tif 000006
【図５】
2005337455.tif 000007
【図６】
2005337455.tif 000008
【図７】
2005337455.tif 000009
【図８】
2005337455.tif 000010
【図９】
2005337455.tif 000011
【図１０】
2005337455.tif 000012
【図１１】
2005337455.tif 000013
【図１２】
2005337455.tif 000014
【図１３】
2005337455.tif 000015
【図１４】
2005337455.tif 000016