(57)【要約】【課題】短寿命化を招くことなく動摩擦力の増大を抑制することのできるリニアガイド装置を提供する。【解決手段】そのために、リニアガイド装置は、案内レールの長手方向に相対移動するスライダが、前記案内レール上に形成された複数の転動体軌道溝と各々対向する複数の転動体軌道溝を有するスライダ本体を備え、転動体軌道溝４，６の溝面中央部を第１の円弧８で形成するとともに、上記溝面中央部に隣接する転動体軌道溝４，６の溝面側部を第１の円弧８より曲率半径の大きい第２の円弧９で形成し、第１の円弧部８と、第２の円弧部９との接続部１０を互いに接線Ｔにて共有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内レールの長手方向に相対移動するスライダが、前記案内レール上に形成された複数の転動体軌道溝と各々対向する複数の転動体軌道溝を有するスライダ本体を備え、
前記転動体軌道溝の溝面中央部を第１の円弧で形成するとともに、前記溝面中央部に隣接する前記転動体軌道溝の溝面側部を前記第１の円弧より曲率半径の大きい第２の円弧で形成し、
前記第１の円弧部と、前記第２の円弧部との接続部を互いに接線にて共有していることを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項２】
案内レールの長手方向に相対移動するスライダが、前記案内レール上に形成された複数の転動体軌道溝と各々対向する複数の転動体軌道溝を有するスライダ本体を備え、
前記転動体軌道溝の溝面中央部を第１の円弧で形成するとともに、前記溝面中央部に隣接する前記転動体軌道溝の溝面側部を前記第１の円弧より曲率半径の大きい第２の円弧で形成し、
前記第１の円弧部と、前記第２の円弧部とが同一の接線をなして接続部で接続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】
前記第１の円弧の曲率半径をｒ１、前記第２の円弧の曲率半径をｒ２、前記スライダ内に転動自在に組み込まれた転動体の直径をＤａとしたとき、０．５０Ｄａ＜ｒ１≦０．５２Ｄａ及び、０．５４Ｄａ≦ｒ２≦０．６０Ｄａを満たす値に前記第１の円弧及び前記第２円弧の曲率半径を設定するとともに、前記第1の円弧の円弧角度を２θ１としたとき、１０°≦θ１≦２０°を満たす値に前記第1の円弧の円弧角度を設定する請求項１又は２に記載のリニアガイド装置。
【請求項４】
前記転動体軌道溝と転動体とが、前記接続部で接触する請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアガイド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直動案内装置は、直線状に延びる案内レールと、案内レールの長手方向に移動可能に案内レールに組み付けられたスライダとを有している。案内レールの表面には、案内レールの長手方向に延びる凹溝からなる転動体軌道溝が形成されており、スライダの表面には、案内レールの転動体軌道溝に対向する凹溝からなる転動体軌道溝が形成されている。そして、案内レールの転動体軌道溝とスライダの転動体軌道溝との間に転動体であるボールが転動するための転動通路が形成されていて、この転動通路は案内レールの長手方向に延びている。この転動通路内には複数のボールが転動自在に配されていて、これら複数のボールの転動通路内での転動を介して、スライダが案内レールに案内されつつ移動可能となっている。
【０００３】
このような転動体軌道溝の形状としては、断面形状（案内レールの長手方向に直交する平面で切断した場合の断面形状）が単一の円弧状である円弧状溝や、断面形状が略Ｖ字状であるゴシックアーク形状溝が挙げられる。転動体軌道溝の形状が単一の円弧状である円弧状溝は、例えば、特許文献１に開示されている。なお、転動体軌道溝としてゴシックアーク形状溝を採用すると、転動体軌道溝の寸法、形状等の精度を確保しやすいという利点がある。
【０００４】
ここで、転動体軌道溝の断面形状が単一の円弧形状であると、転動体に大きな負荷荷重が加わると、転動体軌道溝と転動体との接触幅が大きくなる。このため、転動体と転動体軌道溝との接触部に発生する転がり摩擦力（動摩擦力）が増大し、スライダを作動させるのに大きな動力を必要とするなどの難点がある。そこで、転動体軌道溝の溝面中央部を第１の円弧で形成するとともに、溝面中央部と隣接する転動体軌道溝の溝面側部を第１の円弧より曲率半径の大きい第２の円弧で形成したリニアガイド装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
このようなリニアガイド装置によると、転動体軌道溝の断面形状が単一の円弧形状の場合と比較して、転動体軌道溝と転動体との接触幅がそれほど大きくならないため、動摩擦力の増大を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３５１３６号公報
【特許文献２】特公昭６２−４４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したリニアガイド装置では、転動体の直径をＤａとすると、第１の円弧の曲率半径Ｒ１がＲ１≒０．５６Ｄａに設定されていると共に第２の円弧の曲率半径Ｒ２がＲ２≒０．７０Ｄａに設定されている。このため、動摩擦力の増大を抑制できるものの、転動体の接触面圧が高くなってしまい、リニアガイド装置の短寿命化を招くことがあり改善の余地があった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、短寿命化を招くことなく動摩擦力の増大を抑制することのできるリニアガイド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、リニアガイド装置のある態様は、案内レールの長手方向に相対移動するスライダが、前記案内レール上に形成された複数の転動体軌道溝と各々対向する複数の転動体軌道溝を有するスライダ本体を備え、
前記転動体軌道溝の溝面中央部を第１の円弧で形成するとともに、前記溝面中央部に隣接する前記転動体軌道溝の溝面側部を前記第１の円弧より曲率半径の大きい第２の円弧で形成し、
前記第１の円弧部と、前記第２の円弧部との接続部を互いに接線にて共有している。
【０００９】
上記の目的を達成するために、リニアガイド装置の他の態様は、案内レールの長手方向に相対移動するスライダが、前記案内レール上に形成された複数の転動体軌道溝と各々対向する複数の転動体軌道溝を有するスライダ本体を備え、
前記転動体軌道溝の溝面中央部を第１の円弧で形成するとともに、前記溝面中央部に隣接する前記転動体軌道溝の溝面側部を前記第１の円弧より曲率半径の大きい第２の円弧で形成し、
前記第１の円弧部と、前記第２の円弧部とが同一の接線をなして接続部で接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、転動体に大きな負荷荷重が加わっても転動体の接触面圧が過度に大きくなったりすることがないので、短寿命化を招くことなく動摩擦力の増大を抑制することができるリニアガイド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リニアガイド装置のある実施形態における構成を示す図である。
【図２】図１に示すリニアガイド装置の断面図である。
【図３】リニアガイド装置のある実施形態における要部の構成を示す図で、（ａ）は転動体軌道溝の断面形状を示す図、（ｂ）は第１の円弧と第２の円弧の曲率中心を示す図である。
【図４】転動体の接触面圧分布を示す図である。
【図５】転動体接触面圧の最大値と動摩擦力との関係を示す図である。
【図６】転動体軌道溝の溝面中央部を形成する第１の円弧の曲率半径と転動体最大接触面圧との関係を示す図である。
【図７】転動体軌道溝の溝面側部を形成する第２の円弧の曲率半径と転動体最大接触面圧との関係を示す図である。
【図８】転動体軌道溝の溝面側部を形成する第２の円弧の曲率半径と動摩擦力との関係を示す図である。
【図９】転動体軌道溝の溝面中央部を形成する第１の円弧の円弧角度と転動体最大接触面圧との関係を示す図である。
【図１０】転動体軌道溝の溝面中央部を形成する第１の円弧の円弧角度と動摩擦力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これ以降の説明で参照する各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。また、これ以降の説明において「断面」と記した場合は、特に断りがない限り、案内レールの長手方向に直交する平面で切断した場合の断面を意味する。さらに、これ以降の説明における「上」，「下」，「左」，「右」等の方向を示す用語は、特に断りがない限り、説明の便宜上、図２におけるそれぞれの方向を意味するものである。
【００１４】
リニアガイド装置のある実施形態を図１〜図３に示す。図１に示されるリニアガイド装置は、直線状に形成された案内レール１と、この案内レール１の長手方向に相対移動するスライダ２と、このスライダ２内に転動自在に組み込まれた転動体としての多数のボール３（図２参照）とからなり、スライダ２は案内レール１の左右側面部に二条ずつ形成された転動体軌道溝４と各々対向する四条の転動体軌道溝６を有するスライダ本体５と、このスライダ本体５の一端と他端に装着された一対のエンドキャップ７，７とを備えて構成されている。
【００１５】
転動体軌道溝４，６の溝面は、図３に示すように、第１の円弧８と第２の円弧９によって形成されている。これらの円弧８，９のうち第１の円弧８は転動体軌道溝４，６の溝面中央部を形成しており、ボール３の直径をＤａとすると、第１の円弧８はその曲率半径ｒ１が下式（１）を満たす値に設定されているとともに、その円弧角２θ１が下式（２）を満たす値に設定されている。
０．５０Ｄａ＜ｒ１≦０．５２Ｄａ    ‥‥（１）
１０°≦θ１≦２０°                ‥‥（２）
【００１６】
一方、第２の円弧９は溝面中央部と隣接する転動体軌道溝４，６の溝面側部を形成しており、ボール３の直径をＤａとすると、第２の円弧９はその曲率半径ｒ２が下式（３）を満たす値に設定されている。
０．５４Ｄａ≦ｒ２≦０．６０Ｄａ    ‥‥（３）
【００１７】
さらに、第１の円弧８と、第２の円弧９との接続部１０を、接線Ｔにて共有している。具体的には、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、第１の円弧８の中心と、第２の円弧９の中心とを結ぶ直線の延長線上に、第１の円弧８と第２の円弧９との接続部１０がくるように、第１の円弧８の中心及び第２の円弧９の中心の位置を設定する。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１の円弧部８と、第２の円弧部９との接続部１０を互いに接線Ｔにて共有するように、第１の円弧８の中心及び第２の円弧９の中心の位置が設定されている。すなわち、本実施形態では、第１の円弧部８と、第２の円弧部９とが同一の接線Ｔをなして接続部１０で接続されている。また、図３（ａ）に示すように、転動体軌道溝４，６と転動体３とは、接続部１０で接触している。
【００１９】
影響係数を用いた応力解析法でボールの接触面圧を表１に示す数値条件で計算し、その計算結果に基づいて作成したボールの接触面圧分布を図４に示す。また、図４の接触面圧分布から得られる接触面圧の最大値と滑り摩擦係数を０．１として計算した動摩擦力との関係を図５に示す。なお、図４において曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はリニアガイド装置の仕様が表１の実施例１ａ、実施例１ｂ、比較例１、比較例２である場合のボールの接触面圧分布を示している。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図４及び図５から明らかなように、転動体軌道溝の断面が単一の円弧形状で、その円弧弧の曲率半径とボール直径との比ｆ１（＝ｒ１／Ｄａ）がｆ１＝０．５１の場合（表1の比較例１）は、ボールの最大接触面圧を小さくできるものの、動摩擦力が大きくなってしまうことがわかる。また、第１の円弧８の曲率半径とボール直径との比ｆ１がｆ１＝０．５６で、第２の円弧９の曲率半径と転動体直径との比ｆ２（＝ｒ２／Ｄａ）がｆ２＝０．７０の場合（表1の比較例２）は、動摩擦力を小さくできるものの、ボールの最大接触面圧が大きくなってしまうことがわかる。
【００２２】
これに対し、ｆ１がｆ１＝０．５１５でｆ２がｆ２＝０．５４の場合（表１の実施例１ａ）や、ｆ１がｆ１＝０．５１でｆ２がｆ２＝０．５６の場合（表１の実施例１ｂ）の場合は、表１の比較例１及び比較例２と比較して、ボールの最大接触面圧を小さくできると共に動摩擦力を小さくできることがわかる。
【００２３】
Ｄａ＝４．７６２５ｍｍ、ｆ２＝０．５４、θ１＝２０°の条件でｆ１を０．５０５〜０．５６の範囲で変化させた場合におけるボールの最大接触面圧を計算した結果を図６に示す。同図から明らかなように、動摩擦力の増大を抑えつつボールの最大接触面圧を効果的に低減するためには、ｆ１を０．５２以下にすればよいことがわかる。ただし、ｆ１が０．５０以下になると、転動体軌道溝を研削加工した時の加工誤差などによってボールが転動体軌道溝に部分当たりし、接触面圧が部分的に増大したりする可能性があるため、ｆ１を０．５０＜ｆ１≦０．５２、好ましくは０．５０５≦ｆ１≦０．５２とすることが望ましい。
【００２４】
次に、Ｄａ＝４．７６２５ｍｍ、ｆ１＝０．５１、θ１＝１０°の条件でｆ２を０．５１〜０．７０の範囲で変化させた場合におけるボールの最大接触面圧と動摩擦力を計算した結果を図７及び図８に示す。図７及び図８から明らかなように、ボールの最大接触面圧を効果的に低減するためには、ｆ２を０．６０以下にすればよいことがわかる。また、動摩擦力の増大を効果的に抑制するためには、ｆ２を０．５４以上にすればよいことがわかる。
【００２５】
次に、Ｄａ＝４．７６２５ｍｍ、ｆ１＝０．５１、ｆ２＝０．５４の条件でθ１を０°〜３０°の範囲で変化させた場合におけるボールの最大接触面圧と動摩擦力を計算した結果を図９及び図１０に示す。図９及び図１０から明らかなように、動摩擦力の増大を抑えつつ転動体の最大接触面圧を効果的に低減するためには、θ１を１０°以上２０°以下にすればよいことがわかる。
【００２６】
したがって、第１の円弧８の曲率半径ｒ１を０．５０Ｄａ＜ｒ１≦０．５２Ｄａに設定するとともに、第２の円弧９の曲率半径ｒ２を０．５４Ｄａ≦ｒ２≦０．６０Ｄａに設定し、かつ第１の円弧８の円弧角２θ１を１０°≦θ１≦２０°に設定し、さらに、第１の円弧８と第２の円弧９との接続部１０を互いに接線Ｔにて共有することにより、ボールに大きな負荷荷重が加わってもボールの接触面圧が過度に大きくなったりすることがないので、短寿命化を招くことなく動摩擦力の増大を抑制することができる。
【００２７】
上述した実施形態では転動体としてボールを用いたリニアガイド装置に本発明を適用した場合を例示したが、例えば特公昭６２−２４６５３号公報に示されるような球面ころを転動体として用いたリニアガイド装置にも本発明を適用できることは勿論である。
【００２８】
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１  案内レール
２  スライダ
３  ボール
４，６  転動体軌道溝
５  スライダ本体
７  エンドキャップ
８  第１の円弧
９  第２の円弧
１０  接続部
【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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