JP2000046052A

JP2000046052A - 直動案内装置

Info

Publication number: JP2000046052A
Application number: JP10212795A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Kato; 総一郎加藤; Shiroshi Yabe; 四郎司矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】衝撃にも強く、且つ転動体通過振動の抑制及び
走行真直性の向上が得られ、また摩擦力の変動も小さい
直動案内装置を提供する。【解決手段】直動案内装置は、両側面に転動体転動溝を
有する案内レール１と、その転動体転動溝に対向する負
荷転動体転動溝５ｂ及びこれに平行な転動体戻り通路６
ｂを有するスライダ本体２Ａと、このスライダ本体の両
端部に取り付けられ前記負荷転動体転動溝５ｂと転動体
戻り通路６ｂとを連通せしめる湾曲路１２を有するエン
ドキャップ２Ｂと、案内レール１の転動体転動溝とスラ
イダ本体２Ａの負荷転動体転動溝５ｂの間に嵌合され前
記湾曲路１２及び転動体戻り通路６ａに遊嵌する多数の
転動体Ｂとを備え、スライダ本体２Ａは非分割の一体構
造で、その負荷転動体転動溝５ｂの全長は転動体直径の
２０〜５０倍とした。

Description

【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
超精密加工機械，超精密測定機器等に好適に使用できる
直動案内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ころやボール等の転動体を内部で無限循
環させながら、被案内物を直線的に案内する直動案内装
置は、半導体製造装置や超精密加工機械，超精密測定機
器等の運動精度に大きな影響を与える重要な機械要素の
一つである。そして、直動案内装置における案内レール
やこれを取付けるベース面の真直度、転動体の無限循環
に伴い発生する周期的な微小振動（以下、転動体通過振
動という）が、これらの機器類の運動精度を左右する。
この転動体通過振動は、予圧や外部荷重によって負荷を
受けながらスライダの負荷転動溝を転動している転動体
が、負荷域から無負荷域に出る際に負荷が開放された
り、また反対に、無負荷域から負荷域に進入する際に新
たに負荷を負うことにより現れる。

【０００３】直動案内装置の転動体通過振動の実測デー
タの一例を図１０に示した。この測定は、図１１に示す
ような標準タイプのスライダ２を１本の案内レール１に
つき軸方向に間隔を隔てて２個取り付けた直動案内装置
を二基平行に配して、それら４個のスライダ２でテーブ
ルＴを支承しつつ走行させたもので、スライダ２間の軸
方向のスパンを２５０ｍｍ、案内レール１同士のスパン
を２６０ｍｍに設定し、テーブルＴの中心ＴＯより前方
３８０ｍｍの位置に測定点Ｐをおいて、テーブルＴの走
行時の上下方向の変位を測定したものである。その変位
幅は、±０．３μｍに及んでいることがわかる。

【０００４】従来、こうした転動体通過振動の抑制に
は、直動案内装置のスライダの負荷転動溝の両端にクラ
ウニング加工を施すことにより、転動体の負荷域出入り
に伴う負荷変動を徐々に行わせることで対応している。
しかし、機械加工精度に対する要求は近年ますます厳し
くなりつつあり、そのような対応だけでは必ずしも十分
とはいえない状況になっている。そこで、直動案内装置
の走行精度をより高めて加工機械における加工精度の一
層の向上を図るべく、例えば、特公平６−４６０５０号
公報には、図１２，図１３に示されるように、端部ブロ
ック１０２ａと中間ブロック１０２ｂとの複数個（図で
は４個）の分割ブロックを軸方向に直列に密着させ、連
結プレート１０５を介し結合した摺動台１０２（スライ
ダ本体）の構成が提案されている。このように複数個の
分割ブロック体を連結した摺動台１０２の両端に、転動
体の無限循環回路を形成する蓋体１０３（エンドキャッ
プ）を取付け、負荷域を長尺化して負荷転動体の数を任
意に増加させることにより、摺動台１０２の微小振動
（転動体通過振動）の抑制及び走行真直性の向上を図っ
たものである。

【０００５】なお、図示のものは、４個の分割ブロック
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄを連結し一体
の摺動台とした状態で加工機械に固定して、負荷転動溝
の同時研削加工を施し、その後に両端の端部ブロック１
０２ａ，１０２ｄの負荷転動溝１２４ａ，１２４ｄにク
ラウニング加工が施されている。これに対し、図示しな
いが、各ブロックに既存の標準仕様の摺動台（ベアリン
グ又はスライダ本体）を用いて連結構成したものも開示
されており、その場合は個々のブロックの負荷転動溝１
２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ毎に、両端にク
ラウニング加工が施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公平６−４６０５０号公報に開示されている直動案内装
置は、複数個のブロック体を連結して一個の摺動台１０
２を構成しているため、ブロックの負荷転動溝を直列連
結状態で同時加工により形成したにもかかわらず、次の
ような問題点を抱えている。

【０００７】テーブル等に組み込む際に、誤ってほん
の僅かな衝撃力が加わると、簡単に相互のブロックがず
れて負荷転動溝に段差を生じてしまい、その段差部分で
転動体の負荷に伴う応力集中が起こり、装置寿命を縮め
るおそれがある。

【０００８】負荷転動溝内の転動体数を任意に増加さ
せていくと、摩擦力（摺動抵抗）の変動幅が急激に増大
する傾向があり、摺動抵抗と振動抑制とのバランスが難
しい。

【０００９】標準仕様の既存の摺動台（スライダ本
体）を複数個連結して構成した場合には、個々のブロッ
ク毎に負荷転動溝の両端部にそれぞれクラウニングが施
されているから、相互のブロックのずれの影響は小さい
ものの、負荷転動溝の長さは各ブロック毎に短く区切ら
れてしまうため、装置全体の転動体通過振動の抑制効果
が低くなる。

【００１０】本発明は、このような従来技術の未解決の
課題を解決するためになされたものであり、直動案内装
置のスライダ本体を非分割一体構造で長く形成すること
により、衝撃にも強く且つ転動体通過振動の抑制及び走
行真直性の向上が得られる直動案内装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】また、スライダ本体の負荷転動溝内の転動
体個数の範囲を規制することにより、摩擦力の変動幅を
低減させた直動案内装置を提供することを他の目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明は、両側面に軸方向の転動体
転動溝を有して延長された案内レールと、該案内レール
の転動体転動溝に対向する負荷転動体転動溝を袖部の側
面に有すると共に、該袖部に前記負荷転動体転動溝と平
行な貫通孔を形成する転動体戻り通路を有して前記案内
レール上に跨架されるスライダ本体と、該スライダ本体
の両端部に取り付けられ前記スライダ本体の負荷転動体
転動溝と前記転動体戻り通路とを連通せしめる半円弧状
の湾曲路を有するエンドキャップと、前記案内レールの
転動体転動溝と前記スライダ本体の転動体転動溝の間に
嵌合され、前記エンドキャップの湾曲路及び前記スライ
ダ本体の転動体戻り通路に遊嵌する多数の転動体とを備
えた直動案内装置において、前記スライダ本体の負荷転
動体転動溝の長さが転動体直径の１〜５０倍であること
を特徴とする。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１にかかる発明である直動案内装置において、前記スラ
イダ本体は一体構造であり、その負荷転動体転動溝の全
長は転動体直径の２０〜５０倍であることを特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の直動案内装置の一
実施の形態の斜視図、図２はその要部平面図、図３は図
２のIII − III矢視で示す側面図、図４は図３のIV−IV
断面図、図５はエンドキャップの背面図である。角形の
案内レール１上に、横断面形状がほぼコ字形のスライダ
２が軸方向に相対移動可能に跨架されている。案内レー
ル１の上面１ａと両側面１ｂが交叉する稜線部に、断面
ほぼ１／４円弧形状の軸方向の凹溝からなる一方の転動
体転動溝３ａが形成されると共に、案内レールの両側面
ｂ中間位置に断面ほぼ半円形の他方の転動体転動溝３ｂ
が形成されている。

【００１５】スライダ２は、スライダ本体２Ａとその両
端部に取り付けられたエンドキャップ２Ｂとからなる。
スライダ本体２Ａには、その両袖部４の内側面に、案内
レール１の転動体転動溝３ａ，３ｂにそれぞれ対向する
負荷転動体転動溝５ａ，５ｂを設けてある。また、袖部
４の肉厚部分の上部に、前記負荷転動体転動溝５ａに平
行な軸方向の断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路６
ａが形成され、同じく下部に、負荷転動体転動溝５ｂに
平行する同様の軸方向貫通孔からなる転動体戻し路６ｂ
が形成されている。符号７はエンドキャップ２Ｂ取付け
用のねじ穴である。このスライダ本体２Ａは、軸方向の
長さＬを標準仕様のものより長くしてあり、したがって
負荷転動体転動溝５ａ，５ｂの長さが標準よりも長くな
っている。

【００１６】特公平６−４６０５０号公報に開示の直動
案内装置においても、負荷転動体転動溝の長さを一般的
な直動案内装置より長くしてはいるが、スライダ本体２
Ａ（摺動台）を複数の分割ブロックの結合体として構成
しているがために、先に述べたような問題点が生じてい
る。これを解決するために、本発明の直動案内装置にあ
っては、スライダ本体２Ａの全長を、非分割一体構造で
長く形成している点で異なる。その長いスライダ本体２
Ａの上面には、テーブルとの固定用のねじ穴８が設けて
あるが、このねじ穴８はスライダ本体２Ａの剛性を高め
るために略全長にわたって複数個設けてある。

【００１７】以下の説明では、スライダ本体２Ａの長さ
Ｌ、すなわち負荷転動体転動溝５ａ（５ｂ）の長さを、
転動体Ｂの直径を基準にして表す。具体的には、負荷転
動体転動溝の長さを転動体直径で除した値を有効玉数と
呼び（負荷転動体転動溝の長さ／転動体直径＝有効玉
数）、この有効玉数を用いて表す。たとえば、標準的仕
様の直動案内装置の負荷転動体転動溝の有効玉数は１０
〜２０であるのに対し、図４に示す実施の形態の場合の
負荷転動体転動溝５ａ（５ｂ）の有効玉数は３１であ
る。

【００１８】エンドキャップ２Ｂは、合成樹脂材の射出
成形品で、断面ほぼコ字状に形成されている。そして、
スライダ本体２Ａとの当接する裏面２Ｂ_bには、図５に
示すように、両袖部分に斜めに傾斜した半円状の上凹部
９ａと下凹部９ｂが上下に形成されるとともに、それら
各半円状の凹部９ａ，９ｂの中心部を横断して半円柱状
の凹溝１０が設けてある。その半円柱状の凹溝１０に、
半円筒状のリターンガイド１１を嵌合することにより、
エンドキャップ２Ｂの裏面には半ドーナツ状の湾曲路１
２が上下二段に形成される。

【００１９】そのエンドキャップ２Ｂをスライダ本体２
Ａに取り付け、前記上下二段の半ドーナツ状の湾曲路１
２で、スライダ本体２Ａの上段の負荷転動体転動溝５ａ
と転動体戻し路６ａ、及び下段の負荷転動体転動溝５ｂ
と転動体戻し路６ｂをそれぞれ連通させる。それらの負
荷転動体転動溝５ａ（５ｂ）と転動体戻し路６ａ（６
ｂ）と両端の湾曲路１２，１２とで、転動体の無限循環
回路が形成されている。そして、この無限循環回路内
に、例えば鋼球からなる多数の転動体Ｂが転動自在に装
填されている。

【００２０】直動案内装置は、通常、案内レール１を機
台に固定し、一方スライダ２はテーブルに固定して使用
する。そして、案内レール１の転動体転動溝３ａ（３
ｂ）とこれに対向するスライダ２の負荷転動体転動溝５
ａ（５ｂ）内の負荷転動体Ｂを介してテーブルの負荷を
受け止め、スライダ２はテーブルの移動に応じ転動体Ｂ
の転動を介して案内レール１に沿い滑らかに移動する。
スライダ２が移動すると、転動体Ｂはスライダ２の移動
方向にスライダ２より遅い速度で移動し、一端側の湾曲
路１２でＵターンして転動体戻し路６ａ（６ｂ）を逆方
向に転動しつつ移動し、他端側の湾曲路１２で逆Ｕター
ンして負荷転動体転動溝５ａ（５ｂ）内に戻る循環を繰
り返す。

【００２１】この無限循環中、転動体Ｂは負荷転動体転
動溝５ａ（５ｂ）内においては負荷を受けながら転動
し、転動体戻し路６ａ（６ｂ）および湾曲路１２内では
負荷から開放される。すなわち転動体Ｂは負荷域から無
負荷域を経て再び負荷域に戻る。そして、負荷域から無
負荷域に出る際および無負荷域から負荷域に入る際に行
われる負荷の開放と再負荷との繰り返しによって、前述
の転動体通過振動が発現する。この微振動による、直動
案内装置を取付けた加工機械の加工精度低下を防止する
ため、この実施の形態では、スライダ本体２Ａを非分割
一体構造とし、その負荷転動体転動溝５ａ（５ｂ）の両
端部にクラウニング加工１３を施すと共に、有効玉数を
３１と通常のものより長く設定した。

【００２２】このクラウニング１３を設けたことで、転
動体Ｂの負荷域の出入りに伴って生じる負荷変化が徐々
に行われて、転動体通過振動が抑制される結果、スライ
ダ２ひいてはテーブルの姿勢変化が抑制されて加工機械
の加工精度低下を防止することができる。また、スライ
ダ本体２Ａを長く形成したことで、転動体通過振動もよ
り小さくなると共に、負荷転動体数が増えるに従い、案
内レールやこれを取付けるベース面の真直度等の加工精
度に起因する精度の平均化効果が向上し、それに伴って
スライダの走行精度が向上する。さらに、スライダ本体
２Ａを非分割一体構造としたことにより、分割ブロック
連結体の場合のように僅かな衝撃力で簡単に負荷転動溝
に段差を生じることがなく、その段差部分への転動体の
衝突による応力集中で装置寿命を縮めるという現象も防
止できる。

【００２３】図６に、有効玉数の増加による精度の平均
化効果を確認するために本願発明者らが行った比較実験
結果を示す。実施例には、上述の有効玉数３１個のスラ
イダ２を搭載した直動案内装置を用い、比較例には有効
玉数１１個及び１４個のスライダを搭載した二種類の従
来の標準タイプ直動案内装置を用いて、スライダの走行
に伴う変位量を連続的に測定して記録した。測定方法
は、先に述べた図１１の場合と同じく、二本平行に配置
した案内レール１に搭載したスライダ２でテーブルＴを
支承した装置を用い、そのテーブルＴの中心ＴＯにミラ
ーを置き、テーブルＴの進行方向前方に設置したオート
コリメータでレーザの反射光を捕らえて、移動中のテー
ブルＴの水平面内でのヨーイングによる変位量の変化
（真直度）を連続的に記録したものである。図６から明
らかなように、実施例の変位量の変化曲線は、いずれの
比較例に比べても非常に滑らかである。

【００２４】しかしながら、一方で、負荷転動体転動溝
５ａ（５ｂ）の有効玉数が増大すると、必然的に無限循
環回路内の全転動体Ｂの個数が増え、それに伴って転動
体Ｂ同士の相互作用による摩擦力（摺動抵抗）が増大す
るという問題が生じる。そこで、本願発明者らは、有効
玉数を変えた直動案内装置につき、潤滑剤としてＩＳＯ
ＶＧ６８相当のオイルを用い、速度１ｍ／ｍｉｎで走
行駆動させたときの摩擦力の測定実験を行った。有効玉
数別の摩擦力の変動を記録した結果の一例を図７（ａ）
〜（ｃ）に示した。図７（ａ）は有効玉数１６個の場合
で、その摩擦力の変動幅は約０．０８ｋｇｆ、（ｂ）は
有効玉数５０個の場合で、その摩擦力の変動幅は約０．
１０ｋｇｆ、（ｃ）は有効玉数７０個の場合で、その摩
擦力の変動幅は約０．２０ｋｇｆになっている。

【００２５】図８は、有効玉数と摩擦力変動との関係を
同様の多くの実験から求めた結果をまとめてプロットし
たものである。これから、有効玉数が１０個から５０個
までの範囲では、摩擦力変動幅の値は玉数の増加ととも
に略直線状に極めて緩やかな勾配を保って増加するが、
有効玉数が５０個を超えると摩擦力変動幅は急激に増加
していることがわかる。すなわち摩擦力（摺動抵抗）の
観点から、本発明の直動案内装置の負荷転動体転動溝の
長さの範囲は、最大限で転動体直径の１〜５０倍の範囲
とするのがよい。その下限値は、最低限１でなければ直
動案内装置の構造が成立しない。一方、上限値が転動体
直径の５０倍を超えると、スライダ２の移動時の特に摩
擦力変動幅（摺動抵抗）が急激に増大するからである。

【００２６】また、図９は、転動体通過振動の変位成分
量（μｍ）と有効玉数との関係を多くの実験から求めた
結果をまとめてプロットしたものである。有効玉数が１
０個から２０個へと増加するに従い、転動体通過振動の
変位成分が急激に減少し、有効玉数が２０個を超えると
振動変位は安定して、以後は極めて徐々に減少する傾向
が見られる。

【００２７】かくして、本発明の直動案内装置によれ
ば、スライダ本体を非分割一体構造とし、かつその負荷
転動体転動溝の長さを転動体直径で除した値である有効
玉数を、２０〜５０の範囲に規定することにより、摺動
抵抗と振動抑制とのバランスがとれ、衝撃にも強く且つ
転動体通過振動の抑制及び走行真直性の向上が得られる
高精度用に最適な直動案内装置を提供することができ
る。

【００２８】なお、上記の実施の形態では、転動体Ｂが
ボールの場合を説明したが、これに限らず、円筒ころ，
円すいころ，球面ころ等のころでも良い。その場合も、
転動体直径を基準にして負荷転動体転動溝の長さを所定
の有効玉数に設定する。

【００２９】また、負荷転動体転動溝の数はスライダの
片袖部あたり二本の場合を説明したが、片袖部あたり一
本の場合や三本以上の場合にも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、スライダ本体の負荷転動体転動溝の長さを
転動体直径の１〜５０倍に設定したため、摩擦力の低い
直動案内装置が得られるという効果を奏する。

【００３１】また、請求項２に係る発明によれば、スラ
イダ本体を非分割の一体構造とし、且つその負荷転動体
転動溝の全長を転動体直径の２０〜５０倍に設定したた
め、衝撃に強く且つ転動体通過振動が低く、走行真直性
に優れ、しかも摩擦力が小さく、寿命の長い高精度用に
最適な直動案内装置を提供することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直動案内装置の一実施の形態の斜視図
である。

【図２】その要部平面図である。

【図３】図２のIII −III 矢視で示す正面図である。

【図４】図３のIV−IV断面図である。

【図５】エンドキャップの背面図である。

【図６】テーブル走行時の真直度の比較データである。

【図７】有効玉数が摩擦力に及ぼす影響を示すデータで
ある。

【図８】有効玉数と摩擦力の変動との関係を示すグラフ
である。

【図９】有効玉数と転動体通過振動の大きさとの関係を
示すグラフである。

【図１０】直動案内装置の転動体通過振動の実測データ
である。

【図１１】転動体通過振動の測定方法を説明する図であ
る。

【図１２】長尺な摺動台（スライダ）を用いた従来の直
動案内装置の斜視図である。

【図１３】図１２の摺動台の内部構造を示した断面図で
ある。

【符号の説明】

１案内レール２Ａスライダ本体２Ｂエンドキャップ３ａ転動体転動溝３ｂ転動体転動溝４袖部５ａ負荷転動体転動溝５ｂ負荷転動体転動溝６ａ転動体戻り通路６ｂ転動体戻り通路１２湾曲路Ｂ転動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両側面に軸方向の転動体転動溝を有して
延長された案内レールと、該案内レールの転動体転動溝
に対向する負荷転動体転動溝を袖部の側面に有すると共
に、該袖部に前記負荷転動体転動溝と平行な貫通孔を形
成する転動体戻り通路を有して前記案内レール上に跨架
されるスライダ本体と、該スライダ本体の両端部に取り
付けられ前記スライダ本体の負荷転動体転動溝と前記転
動体戻り通路とを連通せしめる半円弧状の湾曲路を有す
るエンドキャップと、前記案内レールの転動体転動溝と
前記スライダ本体の転動体転動溝の間に嵌合され、前記
エンドキャップの湾曲路及び前記スライダ本体の転動体
戻り通路に遊嵌する多数の転動体とを備えた直動案内装
置において、前記スライダ本体の負荷転動体転動溝の長
さが転動体直径の１〜５０倍であることを特徴とする直
動案内装置。
【請求項２】前記スライダ本体は非分割の一体構造で
あり、その負荷転動体転動溝の全長は転動体直径の２０
〜５０倍であることを特徴とする請求項１に記載の直動
案内装置。