JP4995729B2 - 運動案内装置 - Google Patents
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Description
技術分野
［０００１］
本発明は、軌道部材に対して移動部材が相対的に移動するリニアガイド、ボールスプライン等の運動案内装置に関する。
背景技術
［０００２］
運動案内装置は、ロボット、工作機械、半導体・液晶製造装置に組み込まれ、移動体の直線運動や曲線運動を案内する。
［０００３］
運動案内装置の一種としてリニアガイド、ボールスプライン等が知られている。リニアガイドは、図１５に示されるように、ボール転走溝３１ａが形成された軌道レール３１と、多数のボール３２を介して軌道レール３１に沿ってスライド可能に組み付けられる移動ブロック３３とを備える。移動ブロック３３には、軌道レール３１のボール転走溝に対向する複数条の負荷ボール転走溝３２ａ、負荷ボール転走溝３２ａと平行に伸びるボール戻し通路３８が形成される。移動ブロック３３の移動方向の両端部には、一対のエンドプレート３４が取付けられる。エンドプレート３４には、互いに平行に伸びる負荷ボール転走溝３２ａとボール戻し通路３８とを接続するＵ字状の方向転換路３５が形成される。これら負荷ボール転走溝３２ａ、ボール戻し通路３８及び方向転換路３５でサーキート状のボール循環経路が形成される。
［０００４］
軌道レール３１のボール転走溝３１ａを転がるボールは、エンドプレート３４下端の掬い部３７でボール転走溝３１ａから掬い上げられ、方向転換路３５に入る。そして、ボール戻し通路３８及び反対側の方向転換路３５を経由した後、後続するボール３２に押されながら再び掬い部３７からボール転走溝３１ａに入る。
［０００５］
このような運動案内装置にあっては、移動ブロック３３を高速で移動させようとすると、エンドプレート３４の下端の掬い部３７が破損するという問題があった。なぜならば、ボール３２が方向転換路３５からボール転走溝３１ａに入るとき、遠心力によってボール３２が掬い部３７を外側に押したり、あるいは蛇行する後続のボール３２が掬い部３７付近のボール３２を掬い部３７の外側に押したりするからである。そして、ボール転送溝３１ａからボール３２を掬い上げるときにも、掬い部３７にすくい力がかかるからである。
［０００６］
この問題を解決するために、高速で移動させても掬い部の破損が生じ難い運動案内装置が開発されている。例えば、図１６に示されるように、掬い部３７の先端を切断し、切断面３７ａをボール転走溝３１ａに垂直な平面にした運動案内装置が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の発明によれば、掬い部３７の尖った先端を切断しているので、掬い部３７の強度を高くすることができる。しかし、切断面３７ａがボール転走溝３１ａに垂直な平面なので、ボール３２を円滑に循環させることができない。
［０００７］
特許文献１：特開２００４−６８８８０号公報
非特許文献１：特願２００４−２４６５２４号
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００８］
ところで、リニアガイド、ボールスプライン等の運動案内装置では、図１７の左側に示されるように、軌道レール３１の軸線方向からみた方向転換路３５の中心線３６は、ボール３２の接触角線Ｌ１（ボール転走溝の底とボール３２の中心とを結ぶ線：接触角線の定義については後述）に一致するのが一般的である。この場合、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡も接触角線Ｌ１上に位置する。そして、ボール３２は方向転換路３５内を接触角線Ｌ１の方向に移動する。
［０００９］
しかし、スペースの問題から、方向転換路３５に対して接触角線Ｌ１を傾けなければならない場合がある。図１７の右側には、方向転換路３５に対して接触角線をＬ１からＬ１′に傾けた場合を示す。接触角線Ｌ１′からみれば方向転換路３５が傾いていることになる。例えば、図１８に示されるリニアガイドでは、スペースの問題から方向転換路３５を接触角線Ｌ１に対して傾けている。
［００１０］
方向転換路３５が傾いている場合、ゴシックアーチ溝形状が元のままだと、図１７に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の片側３５ａのみでボール３２を掬い上げ、また方向転換路３５からボール転走溝３１ａにボール３２を戻すときにも、ゴシックアーチ溝形状の片側３５ａのみにボール３２が当たる。すなわち、対になるゴシックアーチ溝形状の片側３５ａにしか当らなくなり、残りの片側３５ｂには当たらなくなる。これではゴシックアーチ溝形状にした効果も薄くなってしまう。それゆえ、高速でボールを回転させると、掬い部の破損が生じる可能性がある。
［００１１］
そこで本発明は、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損するおそれがない運動案内装置を提供することを目的とする。
［００１２］
［００１３］
課題を解決するための手段
［００１４］
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
［００１５］
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、ボール転走溝（１ａ）が形成される軌道部材（１）と、前記ボール転走溝（１ａ）に対向する負荷ボール転走溝（２ａ）が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝（２ａ）と平行に伸びるボール戻し通路（９）、及び前記負荷ボール転走溝（２ａ）と前記ボール戻し通路（９）を接続する方向転換路（１０）が設けられる移動部材（２）と、前記負荷ボール転走溝（２ａ）、前記ボール戻し通路（９）及び前記方向転換路（１０）で構成されるボール循環経路（４）に配列される複数のボール（３）と、を備え、前記方向転換路（１０）の掬い部（１７）で前記軌道部材（１）の前記ボール転走溝（１ａ）を転動する前記ボール（３）を前記方向転換路（１０）内に掬い上げると共に、前記掬い部（１７）から前記方向転換路（１０）内の前記ボール（３）を前記ボール転走溝（１ａ）に戻す運動案内装置において、前記軌道部材（１）の軸線方向からみて、前記方向転換路（１０）が接触角線（Ｌ１）（前記ボール転走溝（１ａ）の底（Ｐ１）と前記ボール（３）の中心（Ｃ）とを結ぶ線）に対して傾いていて、前記掬い部（１７）を含む前記方向転換路（１０）の断面形状が、前記ボール（３）と二点で接触するように二つの円弧（Ｒ１）からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、そして、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡（１８）が、前記掬い部（１７）において前記接触角線（Ｌ１）に近づくように、前記方向転換路（１０）がねじれていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の運動案内装置において、前記方向転換路（１０）は、ねじれている区間（Ｓ１）とねじれていない区間（Ｓ２）とを有し、前記ねじれている区間（Ｓ１）と前記ねじれていない区間（Ｓ２）との境目（２４）において、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡（１８）の接線方向（ｔ１）が連続することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、ボール転走溝（１ａ）が形成される軌道部材（１）と、前記ボール転走溝（１ａ）に対向する負荷ボール転走溝（２ａ）が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝（２ａ）と平行に伸びるボール戻し通路（９）、及び前記負荷ボール転走溝（２ａ）と前記ボール戻し通路（９）を接続する方向転換路（１０）が設けられる移動部材（２）と、前記負荷ボール転走溝（２ａ）、前記ボール戻し通路（９）及び前記方向転換路（１０）で構成されるボール循環経路（４）に配列される複数のボール（３）と、を備え、前記方向転換路（１０）の掬い部（１７）で前記軌道部材（１）の前記ボール転走溝（１ａ）を転動する前記ボール（３）を前記方向転換路（１０）内に掬い上げると共に、前記掬い部（１７）から前記方向転換路（１０）内の前記ボール（３）を前記ボール転走溝（１ａ）に戻す運動案内装置において、前記軌道部材（１）の軸線方向からみて、前記方向転換路（１０）が接触角線（Ｌ１）（前記ボール転走溝（１ａ）の底（Ｐ１）と前記ボール（３）の中心（Ｃ）とを結ぶ線）に対して傾いていて、前記掬い部の断面形状が、ボールと二点で接触するように二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、そして、前記掬い部（１７）における前記ゴシックアーチ溝形状の頂上（２１）が接触角線の近傍に位置することを特徴とする。
［００１８］
［００１９］
発明の効果
［００２０］
請求項１の発明によれば、方向転換路が接触角線に対して傾いている場合でも、ボールが対になるゴシックアーチ溝形状の片側にしか当らなくなることがない。つまり、掬い部はゴシックアーチの溝形状の両側を使ってボールを掬い上げ、またゴシックアーチ溝形状の両側を使って方向転換路からボール転走溝に戻す。それゆえ、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損することがない。
［００２１］
請求項２に記載の発明によれば、方向転換路のねじれている区間とねじれていない区間との境目において、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡の接線方向が連続しているので、当該境目において、ゴシックアーチ溝に二点接触しているボールが急激に進行方向を変えることなく、徐々に進行方向を変える。よって、ボールの円滑な循環が可能になる。
［００２２］
請求項３に記載の発明によれば、方向転換路が接触角線に対して傾いている場合でも、ボールが対になるゴシックアーチ溝形状の片側にしか当らなくなることがない。つまり、掬い部はゴシックアーチの溝形状の両側を使ってボールを掬い上げ、またゴシックアーチ溝形状の両側を使って方向転換路からボール転走溝に戻す。それゆえ、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損することがない。
［００２３］
［００２４］
【図面の簡単な説明】
［００２５］
［図１］本発明の第一の実施形態のボールスプラインを示す斜視図
［図２］ボールスプラインの軸線に沿った断面図
［図３］エンドプレートを示す図（図中（Ａ）は裏面図を示し、図中（Ｂ）は側面図を示し、図中（Ｃ）は正面図を示す）
［図４］接触角線の定義を示す図（図中（Ａ）はサーキュラーアーク溝形状を示し、図中（Ｂ）はゴシックアーチ溝形状を示す）
［図５］方向転換路の詳細図
［図６］方向転換路の詳細図
［図７］図６のＦ部詳細図
［図８］図６のＢ部詳細図
［図９］図３（Ａ）のＫ−Ｋ矢視図
［図１０］方向転換路の斜視図（図中（Ａ）はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡をねじらない従来の場合を示し、図中（Ｂ）は軌跡をねじった場合を示す）
［図１１］方向転換路の外側の斜視図
［図１２］方向転換路の他の例を示す斜視図
［図１３］図１２の方向転換路の詳細図（図中（Ａ）は正面図を示し、図中（Ｂ）は平面図を示し、図中（Ｃ）は左側面図を示し、図中（Ｄ）は右側面図を示す）
［図１４］距離ｒと傾きθの関係を示すグラフ（図中（Ａ）は軌跡の接線方向が不連続の場合の比較例であり、図中（Ｂ）は軌跡の接線方向が連続の場合の例である）
［図１５］従来の運動案内装置を示す断面図
［図１６］従来の掬い部を示す断面図
［図１７］軌道レールの軸線方向からみた方向転換路の傾きを示す図（従来例）
［図１８］方向転換路が傾いたリニアガイドを示す断面図（従来例）
符号の説明
［００２６］
１．．．軌道軸（軌道部材）
１ａ．．．ボール転送溝
２．．．スプラインナット（移動部材）
２ａ．．．負荷ボール転走溝
３．．．ボール
４．．．ボール循環経路
９．．．ボール戻し通路
１０．．．方向転換路
１７．．．掬い部
１８．．．軌跡
２１．．．頂上
２４．．．境目
Ｓ１．．．ねじれている区間
Ｓ２．．．ねじれていない区間
ｔ１．．．軌跡の接線方向
発明を実施するための最良の形態
［００２７］
以下添付図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施形態の運動案内装置（ボールスプライン）を示す。軌道部材としての軌道軸１の外周には軸線方向に伸びるボール転走溝１ａが形成される。軌道軸１には、移動部材としてのスプラインナット２が嵌められる。スプラインナット２の内周面には、ボール転走溝１ａに対向する負荷ボール転走溝２ａ（図２の断面図参照）が形成される。ボール３が循環できるように、スプラインナット２にはサーキット状のボール循環経路４が設けられる。このボール循環経路４に複数のボール３が配列される。ボール３間にはボール３同士の接触を防止するためのスペーサ５が介在される。
［００２８］
軌道軸１の表面には、軸線方向に伸びる複数条の凸条１ｂが形成される。この凸条１ｂを挟んだ両側に、軌道軸１の軸線方向に延びる二列のボール転走溝１ａが形成される。ボール転走溝１ａが凸条１ｂを挟むのは、スプラインナット２にかかるトルクを負荷するためである。
［００２９］
ボール転走溝１ａは、断面が単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状である（図４参照）。ボール転走溝１ａの曲率半径はボール３の半径よりも若干大きい。ボール転走溝１ａとボール３とはある程度の接触面積をもって一点で接触している。ボール３の中心Ｃとボール転走溝１ａの底Ｐ１とを結んだ線は接触角線Ｌ１と呼ばれる。接触角線Ｌ１については後述する。なお、ボール転走溝１ａは、断面が二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成されてもよい。
［００３０］
図１に示されるように、軌道軸１に嵌め込まれるスプラインナット２は、負荷ボール転走溝２ａが形成されるナット本体６と、ナット本体６に組み込まれてスプラインナット２からのボール３の脱落を防止する保持器７と、ナット本体６の進行方向の両端部に取り付けられる一対のエンドプレート８から構成される。
［００３１］
ナット本体６の負荷ボール転走溝２ａの断面形状も、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。
【００３２】
保持器７には、スプラインナット２の負荷ボール転走溝２ａと平行に伸びるボール戻し通路９が形成される。またこの保持器７には、負荷ボール転走溝２ａとボール戻し通路９を接続するＵ字状の方向転換路１０の内周側が形成される。この保持器７は、スプラインナット２を軌道軸１から抜いた際にボール３がスプラインナット２から脱落しないように、負荷ボール転走溝２ａに配列されるボール３を保持する。
【００３３】
エンドプレート８には、方向転換路１０の外周側が形成される。保持器７とエンドプレート８を組み合わせてＵ字状の方向転換路１０が構成される。
【００３４】
負荷ボール転走溝２ａ、ボール戻し通路９及び一対の方向転換路１０でサーキット状のボール循環経路が構成される。軌道軸１に対してスプラインナット２を相対的に移動させると、ボール転走溝１ａと負荷ボール転走溝２ａとの間の負荷転走路でボール３が荷重を受けながら軸線方向に転がり運動する。負荷転走路の一端まで転動したボール３は、エンドプレート８の方向転換路１０に形成した掬い部で掬い上げられ、方向転換路１０内に導かれる。ボール３は、方向転換路１０により方向を反対方向に変えられた後、ボール戻し通路９に入る。ボール戻し通路９を通過したボール３は、反対側の方向転換路１０で再び方向を逆方向に変えられ、エンドプレート８の掬い部から再び負荷転走路に戻される。
【００３５】
図３はエンドプレート８を示す。エンドプレート８の裏面８ａには、方向転換路１０の外周側が形成される。保持器７には、上述のように方向転換路１０の内周側が形成される。エンドプレート８と保持器７を組み合わせるとほぼ円形断面の方向転換路が形成される。エンドプレート８の裏面８ａには、エンドプレート８を保持器７に位置決めするための突起１２が設けられる。またエンドプレート８には、保持器７に取り付けるためのねじ用貫通孔１３が空けられる。図１に示されるように、エンドプレート８は円環状のカバー１４で覆われている。エンドプレート８の表面８ｂには、このカバー１４を取り付けるためのねじ孔１５が形成される。
【００３６】
図３（Ａ）に示されるように、軌道軸１の軸線方向からみて方向転換路１０の中心線Ｌ２は、接触角線Ｌ１とは一致せず、角度θ（例えば４５度）で交差している。ボールスプラインやリニアガイドでは、スペースの問題からこのように方向転換路１０を傾ける場合がある。本実施形態は、このように方向転換路１０が傾いている場合の問題点を解決するものである。
【００３７】
エンドプレート８の方向転換路１０の形状を詳細に説明する前に、接触角線Ｌ１を定義し、方向転換路１０の基本的な設計思想について説明する。
【００３８】
図４は接触角線Ｌ１を示す。接触角線Ｌ１とはボール３の中心Ｃとボール転走溝１ａの底Ｐ１とを結んだ線である。ボール転走溝１ａの断面形状には、図４（Ａ）に示されるように、一つの円弧からなるサーキュラーアーク溝形状と、図４（Ｂ）に示されるように、二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状とがある。サーキュラーアーク溝形状の場合、ボール転走溝の底Ｐ１は、ボール３とボール転走溝１ａの接触点Ｃ１と同じになる。それゆえ、サーキュラーアーク溝形状の接触角線Ｌ１は、ボール３の中心Ｃと、ボール３とボール転走溝１ａの接触点Ｃ１とを結んだ線と定義される。他方、ゴシックアーチ溝形状の場合、ボール転走溝１ａの底Ｐ１は、ボール３と二つの円弧の接触点Ｃ２，Ｃ３とは異なり、二つの円弧の交差点になる。ゴシックアーチ溝形状の接触角線Ｌ１は、ボール３の中心と、ボール転走溝１ａの底である交差点Ｐ１を結んだ線と定義される。
【００３９】
図５は方向転換路の詳細図を示す。図５の右側は軌道軸１の軸線方向からみた方向転換路１０の正面図であり、図５の左側は方向転換路１０の側面図である。方向転換路１０はその下端の掬い部１７で、ボール転走溝１ａを転動するボール３を方向転換路１０内に掬い上げる一方、掬い部１７から方向転換路１０内のボール３をボール転走溝１ａに戻す。
【００４０】
方向転換路１０は全長に渡って、ボール３の進行方向と直交する面内での断面形状が、二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。それゆえ、方向転換路１０とボール３とは二点接触する。ゴシックアーチ溝形状の頂上（すなわち二つの円弧の交差部分）の軌跡１８は、方向転換路１０の最も外周側に位置する。これは、遠心力によってボール３が方向転換路１０を外側に押す力を受けるためである。
【００４１】
そして、方向転換路１０は、ボール転走溝１ａ（方向転換路の下端）に近づくにつれて途中からねじれる。方向転換路１０のねじれに伴って、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８は、ボール転走溝１ａ（方向転換路の下端）に近づくにつれて最も外側の軌跡１９（図中破線で示す）からはずれ、接触角線Ｌ１に近づく。ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８は、最終的には接触角線Ｌ１上に位置するのが理想である。しかし、方向転換路１０の掬い部１７をボール転走溝１ａの端２０からわずかに後退させているので、図５の右側に示されるように掬い部１７の先端における頂上２１は、接触角線Ｌ１上に達することなく、わずかにずれている。このことは以下の図６からも明らかになる。
［００４２］
図６は、実際に設計されるエンドプレート８の方向転換路１０の詳細図を示す。図中Ｂ−Ｂ断面に示されるように、方向転換路１０はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡がねじられていない左側の区間と、ねじられている右側の区間（α＝０度〜９０度の区間）とに分けられる。
［００４３］
図６中Ｆ−Ｆ断面及びその詳細図である図７に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の断面は二つの円弧Ｒ１，Ｒ１からなる。そして、ゴシックアーチ溝形状とボール３とが接触する点Ｐとボール３の中心Ｃとを結ぶ線Ｌ１３と、ボール３の中心Ｃとゴシックアーチ溝形状の底２３とを結ぶ線Ｌ１２とのなす接触角α１は３０度を超える（角度α１は望ましくは４０度以上６０度以下に設定される）。方向転換路１０の先端の掬い部１７においても、この接触角α１は同じに設定される。接触角α１を大きくすることにより、掬い部１７の肉厚を増すことができるからである。
［００４４］
図６のＨ−Ｈ断面図に示されるように、α＝０度から９０度に向かうにつれて、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡が徐々にねじられる。この区間では、図８の詳細図に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の二つの円弧Ｒ１の中心点の中点ＰＣを、方向転換のためのボールの回転中心から一定の距離Ａだけ離した位置に置き、中点ＰＣを中心にβ度回転させて、ゴシックアーチ溝形状を得ている。この区間では、ボール３の中心Ｃとゴシックアーチ溝形状の底２３とを結んだ線Ｌ３が、方向転換路１０の断面の中心線Ｌ２に対し、角度βの交差角度をもつ。図６に示されるように、ゴシックアーチ溝形状は、α＝０度から９０度にかけて、Ｆ−Ｆ断面の形状からＨ−Ｈ断面の形状へと連続的に変化する。そして、最終的にはＪ−Ｊ仮想断面において、角度βは４５度になり、接触角線Ｌ１からの方向転換路の中心線Ｌ２の傾きと一致する。ただし、あくまでＪ−Ｊ仮想断面において一致するのであり、実際には掬い部１７の先端がボール転走溝１ａの端２０からわずかに後退しているから、その分、接触角線Ｌ１と方向転換路１０の中心線Ｌ２とはわずかにずれる。
【００４５】
図９は、図３（Ａ）のＫ−Ｋ矢視図を示す。掬い部１７の形状は最終的にこの図に示されるようになる。
【００４６】
図１０はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８をねじらない従来の設計（図１０（Ａ））と、軌跡１８をねじった本実施形態の設計（図１０（Ｂ））とを比較したものである。図１０（Ｂ）では、軌跡１８が掬い部１７に向かってねじれていることがわかる。また、軌跡１８をねじることによって、掬い部１７の形状が軌跡１８を中心として左右対称に近づくこともわかる。なお、軌跡のねじれは、図１１の方向転換路１０の外側の斜視図からもわかる。図１１中破線は従来設計の軌跡を示す。
【００４７】
図５に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８を、方向転換路１０の掬い部１７で接触角線Ｌ１に近づけることで、掬い部１７が接触角線Ｌ１の方向にボール３を掬い上げるようになる。そして掬い部１７は、ゴシックアーチ溝形状を構成する対になった円弧部分の片側のみではなく、両方でほぼ均等にボールを掬い上げる。それゆえ、掬い部１７に無理な力が働くことがなく、高速でスプラインナット２を移動させても、掬い部１７が破損するおそれがない。
【００４８】
図１２は、方向転換路１０の他の例を示す。この図１２においては、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８を見易くするために、ゴシックアーチ溝形状が転写された方向転換路１０、すなわちゴシックアーチ溝形状に嵌まるべき空間が示される。方向転換路１０には、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２とがある。この例の方向転換路１０においては、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２との境目２４において、軌跡１８の接線方向が連続する。そして、軌跡１８の接線方向は掬い部１７に近づくにつれて徐々に傾く。掬い部１７における最終的な軌跡１８の位置は、図５に示される軌跡１８と同じである。
【００４９】
図１３及び図１４に基づいて、「軌跡１８の接線方向が連続する」を詳述する。図１３は上記方向転換路の詳細図を示す。図１３（Ａ）は正面図を示し、図１３（Ｂ）は平面図を示し、図１３（Ｃ）は左側面図を示し、図１３（Ｄ）は右側面図を示す。図１３（Ａ）に示されるように、方向転換路１０の端から方向転換路１０の外周に沿った距離をｒとおく。図１３（Ｂ）に示されるように、軌跡１８の接線方向ｔ１と、方向転換路１０がねじれていないと仮想したときの仮想軌跡２５とのなす角度を傾きθとおく。
［００５０］
図１４は距離ｒと傾きθの関係を示すグラフである。図１４（Ａ）は図５に示される、軌跡１８の接線方向が不連続の場合の比較例であり、図１４（Ｂ）は図１２及び図１３に示される、軌跡１８の接線方向が連続の場合の例である。図５に示される軌跡１８は、方向転換路１０のねじれている区間とねじれていない区間の境目で突然、ある角度で直線的に傾く。このため、図１４（Ａ）に示されるように、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２の境目２４において傾きθが不連続になる。
［００５１］
これに対し、この例では、図１２及び図１３に示されるように、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２との境目２４において、軌跡１８の接線方向ｔ１が連続し、軌跡１８の接線方向ｔ１は掬い部１７に近づくにつれて徐々に傾く。このため、図１４（Ｂ）に示されるように、境目２４において傾きθ＝０であり、ねじれている区間Ｓ２において傾き角θが徐々に大きくなる。傾き角θが連続になるので、ゴシックアーチ溝に二点接触しているボール３が急激に進行方向を変えることなく、徐々に進行方向を変える。よって、ボール３の円滑な循環が可能になる。
［００５２］
なお本発明は、上記第１の実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば、軌道部材の軸線方向からみて、方向転換路が接触角線に対して傾いていれば、ボールスプラインに限られることなく、リニアガイドにも適用することができる。
［００５３］
また、ゴシックアーチ溝形状は方向転換路の全長に渡って形成されなくても、掬い部を含む方向転換路の少なくとも一部に形成されてもよい。そして、残りの方向転換路においては、ゴシックアーチ溝形状からサーキュラーアーク溝形状へと徐々に断面形状が変化するのが望ましい。徐々に断面形状を変化させる溝遷移区間は、α＝０度の位置からボール戻し通路へ向かう９０度の区間に設ければよい（図６参照）。ボール戻し通路の断面形状は、円形状に形成されるから、方向転換路のボール戻し通路との接続部分をサーキュラーアーク溝形状に形成すると、方向転換路の断面形状とボール戻し通路の断面形状を一致させることができる。よって、ボールを円滑に循環させることができる。
［００５４］
［００５５］
［００５６］
［００５７］
［００５８］
［００５９］
［００６０］
［００６１］
［００６２］
［００６３］
［００６４］
［００６５］
［００６６］
［００６７］
［００６８］
［００６９］
［００７０］
［００７１］
［００７２］
［００７３］
［００７４］
［００７５］
［００７６］
［００７７］
［００７８］
［００７９］
実施例
［００８０］
発明者は第一の実施形態のボールスプラインを製造し、高速耐久試験を実施した。従来型のエンドキャップは１，０００ｋｍですくいが破損したが、高速対応エンドキャップは１０，０００ｋｍ走行後でも掬い部が破損しなかった。
［００８１］
本明細書は、２００５年１１月１日出願の特願２００５−３１８１１０に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
［０００１］
本発明は、軌道部材に対して移動部材が相対的に移動するリニアガイド、ボールスプライン等の運動案内装置に関する。
背景技術
［０００２］
運動案内装置は、ロボット、工作機械、半導体・液晶製造装置に組み込まれ、移動体の直線運動や曲線運動を案内する。
［０００３］
運動案内装置の一種としてリニアガイド、ボールスプライン等が知られている。リニアガイドは、図１５に示されるように、ボール転走溝３１ａが形成された軌道レール３１と、多数のボール３２を介して軌道レール３１に沿ってスライド可能に組み付けられる移動ブロック３３とを備える。移動ブロック３３には、軌道レール３１のボール転走溝に対向する複数条の負荷ボール転走溝３２ａ、負荷ボール転走溝３２ａと平行に伸びるボール戻し通路３８が形成される。移動ブロック３３の移動方向の両端部には、一対のエンドプレート３４が取付けられる。エンドプレート３４には、互いに平行に伸びる負荷ボール転走溝３２ａとボール戻し通路３８とを接続するＵ字状の方向転換路３５が形成される。これら負荷ボール転走溝３２ａ、ボール戻し通路３８及び方向転換路３５でサーキート状のボール循環経路が形成される。
［０００４］
軌道レール３１のボール転走溝３１ａを転がるボールは、エンドプレート３４下端の掬い部３７でボール転走溝３１ａから掬い上げられ、方向転換路３５に入る。そして、ボール戻し通路３８及び反対側の方向転換路３５を経由した後、後続するボール３２に押されながら再び掬い部３７からボール転走溝３１ａに入る。
［０００５］
このような運動案内装置にあっては、移動ブロック３３を高速で移動させようとすると、エンドプレート３４の下端の掬い部３７が破損するという問題があった。なぜならば、ボール３２が方向転換路３５からボール転走溝３１ａに入るとき、遠心力によってボール３２が掬い部３７を外側に押したり、あるいは蛇行する後続のボール３２が掬い部３７付近のボール３２を掬い部３７の外側に押したりするからである。そして、ボール転送溝３１ａからボール３２を掬い上げるときにも、掬い部３７にすくい力がかかるからである。
［０００６］
この問題を解決するために、高速で移動させても掬い部の破損が生じ難い運動案内装置が開発されている。例えば、図１６に示されるように、掬い部３７の先端を切断し、切断面３７ａをボール転走溝３１ａに垂直な平面にした運動案内装置が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の発明によれば、掬い部３７の尖った先端を切断しているので、掬い部３７の強度を高くすることができる。しかし、切断面３７ａがボール転走溝３１ａに垂直な平面なので、ボール３２を円滑に循環させることができない。
［０００７］
特許文献１：特開２００４−６８８８０号公報
非特許文献１：特願２００４−２４６５２４号
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００８］
ところで、リニアガイド、ボールスプライン等の運動案内装置では、図１７の左側に示されるように、軌道レール３１の軸線方向からみた方向転換路３５の中心線３６は、ボール３２の接触角線Ｌ１（ボール転走溝の底とボール３２の中心とを結ぶ線：接触角線の定義については後述）に一致するのが一般的である。この場合、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡も接触角線Ｌ１上に位置する。そして、ボール３２は方向転換路３５内を接触角線Ｌ１の方向に移動する。
［０００９］
しかし、スペースの問題から、方向転換路３５に対して接触角線Ｌ１を傾けなければならない場合がある。図１７の右側には、方向転換路３５に対して接触角線をＬ１からＬ１′に傾けた場合を示す。接触角線Ｌ１′からみれば方向転換路３５が傾いていることになる。例えば、図１８に示されるリニアガイドでは、スペースの問題から方向転換路３５を接触角線Ｌ１に対して傾けている。
［００１０］
方向転換路３５が傾いている場合、ゴシックアーチ溝形状が元のままだと、図１７に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の片側３５ａのみでボール３２を掬い上げ、また方向転換路３５からボール転走溝３１ａにボール３２を戻すときにも、ゴシックアーチ溝形状の片側３５ａのみにボール３２が当たる。すなわち、対になるゴシックアーチ溝形状の片側３５ａにしか当らなくなり、残りの片側３５ｂには当たらなくなる。これではゴシックアーチ溝形状にした効果も薄くなってしまう。それゆえ、高速でボールを回転させると、掬い部の破損が生じる可能性がある。
［００１１］
そこで本発明は、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損するおそれがない運動案内装置を提供することを目的とする。
［００１２］
［００１３］
課題を解決するための手段
［００１４］
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
［００１５］
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、ボール転走溝（１ａ）が形成される軌道部材（１）と、前記ボール転走溝（１ａ）に対向する負荷ボール転走溝（２ａ）が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝（２ａ）と平行に伸びるボール戻し通路（９）、及び前記負荷ボール転走溝（２ａ）と前記ボール戻し通路（９）を接続する方向転換路（１０）が設けられる移動部材（２）と、前記負荷ボール転走溝（２ａ）、前記ボール戻し通路（９）及び前記方向転換路（１０）で構成されるボール循環経路（４）に配列される複数のボール（３）と、を備え、前記方向転換路（１０）の掬い部（１７）で前記軌道部材（１）の前記ボール転走溝（１ａ）を転動する前記ボール（３）を前記方向転換路（１０）内に掬い上げると共に、前記掬い部（１７）から前記方向転換路（１０）内の前記ボール（３）を前記ボール転走溝（１ａ）に戻す運動案内装置において、前記軌道部材（１）の軸線方向からみて、前記方向転換路（１０）が接触角線（Ｌ１）（前記ボール転走溝（１ａ）の底（Ｐ１）と前記ボール（３）の中心（Ｃ）とを結ぶ線）に対して傾いていて、前記掬い部（１７）を含む前記方向転換路（１０）の断面形状が、前記ボール（３）と二点で接触するように二つの円弧（Ｒ１）からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、そして、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡（１８）が、前記掬い部（１７）において前記接触角線（Ｌ１）に近づくように、前記方向転換路（１０）がねじれていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の運動案内装置において、前記方向転換路（１０）は、ねじれている区間（Ｓ１）とねじれていない区間（Ｓ２）とを有し、前記ねじれている区間（Ｓ１）と前記ねじれていない区間（Ｓ２）との境目（２４）において、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡（１８）の接線方向（ｔ１）が連続することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、ボール転走溝（１ａ）が形成される軌道部材（１）と、前記ボール転走溝（１ａ）に対向する負荷ボール転走溝（２ａ）が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝（２ａ）と平行に伸びるボール戻し通路（９）、及び前記負荷ボール転走溝（２ａ）と前記ボール戻し通路（９）を接続する方向転換路（１０）が設けられる移動部材（２）と、前記負荷ボール転走溝（２ａ）、前記ボール戻し通路（９）及び前記方向転換路（１０）で構成されるボール循環経路（４）に配列される複数のボール（３）と、を備え、前記方向転換路（１０）の掬い部（１７）で前記軌道部材（１）の前記ボール転走溝（１ａ）を転動する前記ボール（３）を前記方向転換路（１０）内に掬い上げると共に、前記掬い部（１７）から前記方向転換路（１０）内の前記ボール（３）を前記ボール転走溝（１ａ）に戻す運動案内装置において、前記軌道部材（１）の軸線方向からみて、前記方向転換路（１０）が接触角線（Ｌ１）（前記ボール転走溝（１ａ）の底（Ｐ１）と前記ボール（３）の中心（Ｃ）とを結ぶ線）に対して傾いていて、前記掬い部の断面形状が、ボールと二点で接触するように二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、そして、前記掬い部（１７）における前記ゴシックアーチ溝形状の頂上（２１）が接触角線の近傍に位置することを特徴とする。
［００１８］
［００１９］
発明の効果
［００２０］
請求項１の発明によれば、方向転換路が接触角線に対して傾いている場合でも、ボールが対になるゴシックアーチ溝形状の片側にしか当らなくなることがない。つまり、掬い部はゴシックアーチの溝形状の両側を使ってボールを掬い上げ、またゴシックアーチ溝形状の両側を使って方向転換路からボール転走溝に戻す。それゆえ、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損することがない。
［００２１］
請求項２に記載の発明によれば、方向転換路のねじれている区間とねじれていない区間との境目において、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡の接線方向が連続しているので、当該境目において、ゴシックアーチ溝に二点接触しているボールが急激に進行方向を変えることなく、徐々に進行方向を変える。よって、ボールの円滑な循環が可能になる。
［００２２］
請求項３に記載の発明によれば、方向転換路が接触角線に対して傾いている場合でも、ボールが対になるゴシックアーチ溝形状の片側にしか当らなくなることがない。つまり、掬い部はゴシックアーチの溝形状の両側を使ってボールを掬い上げ、またゴシックアーチ溝形状の両側を使って方向転換路からボール転走溝に戻す。それゆえ、高速で移動部材を移動させても、掬い部が破損することがない。
［００２３］
［００２４］
【図面の簡単な説明】
［００２５］
［図１］本発明の第一の実施形態のボールスプラインを示す斜視図
［図２］ボールスプラインの軸線に沿った断面図
［図３］エンドプレートを示す図（図中（Ａ）は裏面図を示し、図中（Ｂ）は側面図を示し、図中（Ｃ）は正面図を示す）
［図４］接触角線の定義を示す図（図中（Ａ）はサーキュラーアーク溝形状を示し、図中（Ｂ）はゴシックアーチ溝形状を示す）
［図５］方向転換路の詳細図
［図６］方向転換路の詳細図
［図７］図６のＦ部詳細図
［図８］図６のＢ部詳細図
［図９］図３（Ａ）のＫ−Ｋ矢視図
［図１０］方向転換路の斜視図（図中（Ａ）はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡をねじらない従来の場合を示し、図中（Ｂ）は軌跡をねじった場合を示す）
［図１１］方向転換路の外側の斜視図
［図１２］方向転換路の他の例を示す斜視図
［図１３］図１２の方向転換路の詳細図（図中（Ａ）は正面図を示し、図中（Ｂ）は平面図を示し、図中（Ｃ）は左側面図を示し、図中（Ｄ）は右側面図を示す）
［図１４］距離ｒと傾きθの関係を示すグラフ（図中（Ａ）は軌跡の接線方向が不連続の場合の比較例であり、図中（Ｂ）は軌跡の接線方向が連続の場合の例である）
［図１５］従来の運動案内装置を示す断面図
［図１６］従来の掬い部を示す断面図
［図１７］軌道レールの軸線方向からみた方向転換路の傾きを示す図（従来例）
［図１８］方向転換路が傾いたリニアガイドを示す断面図（従来例）
符号の説明
［００２６］
１．．．軌道軸（軌道部材）
１ａ．．．ボール転送溝
２．．．スプラインナット（移動部材）
２ａ．．．負荷ボール転走溝
３．．．ボール
４．．．ボール循環経路
９．．．ボール戻し通路
１０．．．方向転換路
１７．．．掬い部
１８．．．軌跡
２１．．．頂上
２４．．．境目
Ｓ１．．．ねじれている区間
Ｓ２．．．ねじれていない区間
ｔ１．．．軌跡の接線方向
発明を実施するための最良の形態
［００２７］
以下添付図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施形態の運動案内装置（ボールスプライン）を示す。軌道部材としての軌道軸１の外周には軸線方向に伸びるボール転走溝１ａが形成される。軌道軸１には、移動部材としてのスプラインナット２が嵌められる。スプラインナット２の内周面には、ボール転走溝１ａに対向する負荷ボール転走溝２ａ（図２の断面図参照）が形成される。ボール３が循環できるように、スプラインナット２にはサーキット状のボール循環経路４が設けられる。このボール循環経路４に複数のボール３が配列される。ボール３間にはボール３同士の接触を防止するためのスペーサ５が介在される。
［００２８］
軌道軸１の表面には、軸線方向に伸びる複数条の凸条１ｂが形成される。この凸条１ｂを挟んだ両側に、軌道軸１の軸線方向に延びる二列のボール転走溝１ａが形成される。ボール転走溝１ａが凸条１ｂを挟むのは、スプラインナット２にかかるトルクを負荷するためである。
［００２９］
ボール転走溝１ａは、断面が単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状である（図４参照）。ボール転走溝１ａの曲率半径はボール３の半径よりも若干大きい。ボール転走溝１ａとボール３とはある程度の接触面積をもって一点で接触している。ボール３の中心Ｃとボール転走溝１ａの底Ｐ１とを結んだ線は接触角線Ｌ１と呼ばれる。接触角線Ｌ１については後述する。なお、ボール転走溝１ａは、断面が二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成されてもよい。
［００３０］
図１に示されるように、軌道軸１に嵌め込まれるスプラインナット２は、負荷ボール転走溝２ａが形成されるナット本体６と、ナット本体６に組み込まれてスプラインナット２からのボール３の脱落を防止する保持器７と、ナット本体６の進行方向の両端部に取り付けられる一対のエンドプレート８から構成される。
［００３１］
ナット本体６の負荷ボール転走溝２ａの断面形状も、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。
【００３２】
保持器７には、スプラインナット２の負荷ボール転走溝２ａと平行に伸びるボール戻し通路９が形成される。またこの保持器７には、負荷ボール転走溝２ａとボール戻し通路９を接続するＵ字状の方向転換路１０の内周側が形成される。この保持器７は、スプラインナット２を軌道軸１から抜いた際にボール３がスプラインナット２から脱落しないように、負荷ボール転走溝２ａに配列されるボール３を保持する。
【００３３】
エンドプレート８には、方向転換路１０の外周側が形成される。保持器７とエンドプレート８を組み合わせてＵ字状の方向転換路１０が構成される。
【００３４】
負荷ボール転走溝２ａ、ボール戻し通路９及び一対の方向転換路１０でサーキット状のボール循環経路が構成される。軌道軸１に対してスプラインナット２を相対的に移動させると、ボール転走溝１ａと負荷ボール転走溝２ａとの間の負荷転走路でボール３が荷重を受けながら軸線方向に転がり運動する。負荷転走路の一端まで転動したボール３は、エンドプレート８の方向転換路１０に形成した掬い部で掬い上げられ、方向転換路１０内に導かれる。ボール３は、方向転換路１０により方向を反対方向に変えられた後、ボール戻し通路９に入る。ボール戻し通路９を通過したボール３は、反対側の方向転換路１０で再び方向を逆方向に変えられ、エンドプレート８の掬い部から再び負荷転走路に戻される。
【００３５】
図３はエンドプレート８を示す。エンドプレート８の裏面８ａには、方向転換路１０の外周側が形成される。保持器７には、上述のように方向転換路１０の内周側が形成される。エンドプレート８と保持器７を組み合わせるとほぼ円形断面の方向転換路が形成される。エンドプレート８の裏面８ａには、エンドプレート８を保持器７に位置決めするための突起１２が設けられる。またエンドプレート８には、保持器７に取り付けるためのねじ用貫通孔１３が空けられる。図１に示されるように、エンドプレート８は円環状のカバー１４で覆われている。エンドプレート８の表面８ｂには、このカバー１４を取り付けるためのねじ孔１５が形成される。
【００３６】
図３（Ａ）に示されるように、軌道軸１の軸線方向からみて方向転換路１０の中心線Ｌ２は、接触角線Ｌ１とは一致せず、角度θ（例えば４５度）で交差している。ボールスプラインやリニアガイドでは、スペースの問題からこのように方向転換路１０を傾ける場合がある。本実施形態は、このように方向転換路１０が傾いている場合の問題点を解決するものである。
【００３７】
エンドプレート８の方向転換路１０の形状を詳細に説明する前に、接触角線Ｌ１を定義し、方向転換路１０の基本的な設計思想について説明する。
【００３８】
図４は接触角線Ｌ１を示す。接触角線Ｌ１とはボール３の中心Ｃとボール転走溝１ａの底Ｐ１とを結んだ線である。ボール転走溝１ａの断面形状には、図４（Ａ）に示されるように、一つの円弧からなるサーキュラーアーク溝形状と、図４（Ｂ）に示されるように、二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状とがある。サーキュラーアーク溝形状の場合、ボール転走溝の底Ｐ１は、ボール３とボール転走溝１ａの接触点Ｃ１と同じになる。それゆえ、サーキュラーアーク溝形状の接触角線Ｌ１は、ボール３の中心Ｃと、ボール３とボール転走溝１ａの接触点Ｃ１とを結んだ線と定義される。他方、ゴシックアーチ溝形状の場合、ボール転走溝１ａの底Ｐ１は、ボール３と二つの円弧の接触点Ｃ２，Ｃ３とは異なり、二つの円弧の交差点になる。ゴシックアーチ溝形状の接触角線Ｌ１は、ボール３の中心と、ボール転走溝１ａの底である交差点Ｐ１を結んだ線と定義される。
【００３９】
図５は方向転換路の詳細図を示す。図５の右側は軌道軸１の軸線方向からみた方向転換路１０の正面図であり、図５の左側は方向転換路１０の側面図である。方向転換路１０はその下端の掬い部１７で、ボール転走溝１ａを転動するボール３を方向転換路１０内に掬い上げる一方、掬い部１７から方向転換路１０内のボール３をボール転走溝１ａに戻す。
【００４０】
方向転換路１０は全長に渡って、ボール３の進行方向と直交する面内での断面形状が、二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。それゆえ、方向転換路１０とボール３とは二点接触する。ゴシックアーチ溝形状の頂上（すなわち二つの円弧の交差部分）の軌跡１８は、方向転換路１０の最も外周側に位置する。これは、遠心力によってボール３が方向転換路１０を外側に押す力を受けるためである。
【００４１】
そして、方向転換路１０は、ボール転走溝１ａ（方向転換路の下端）に近づくにつれて途中からねじれる。方向転換路１０のねじれに伴って、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８は、ボール転走溝１ａ（方向転換路の下端）に近づくにつれて最も外側の軌跡１９（図中破線で示す）からはずれ、接触角線Ｌ１に近づく。ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８は、最終的には接触角線Ｌ１上に位置するのが理想である。しかし、方向転換路１０の掬い部１７をボール転走溝１ａの端２０からわずかに後退させているので、図５の右側に示されるように掬い部１７の先端における頂上２１は、接触角線Ｌ１上に達することなく、わずかにずれている。このことは以下の図６からも明らかになる。
［００４２］
図６は、実際に設計されるエンドプレート８の方向転換路１０の詳細図を示す。図中Ｂ−Ｂ断面に示されるように、方向転換路１０はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡がねじられていない左側の区間と、ねじられている右側の区間（α＝０度〜９０度の区間）とに分けられる。
［００４３］
図６中Ｆ−Ｆ断面及びその詳細図である図７に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の断面は二つの円弧Ｒ１，Ｒ１からなる。そして、ゴシックアーチ溝形状とボール３とが接触する点Ｐとボール３の中心Ｃとを結ぶ線Ｌ１３と、ボール３の中心Ｃとゴシックアーチ溝形状の底２３とを結ぶ線Ｌ１２とのなす接触角α１は３０度を超える（角度α１は望ましくは４０度以上６０度以下に設定される）。方向転換路１０の先端の掬い部１７においても、この接触角α１は同じに設定される。接触角α１を大きくすることにより、掬い部１７の肉厚を増すことができるからである。
［００４４］
図６のＨ−Ｈ断面図に示されるように、α＝０度から９０度に向かうにつれて、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡が徐々にねじられる。この区間では、図８の詳細図に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の二つの円弧Ｒ１の中心点の中点ＰＣを、方向転換のためのボールの回転中心から一定の距離Ａだけ離した位置に置き、中点ＰＣを中心にβ度回転させて、ゴシックアーチ溝形状を得ている。この区間では、ボール３の中心Ｃとゴシックアーチ溝形状の底２３とを結んだ線Ｌ３が、方向転換路１０の断面の中心線Ｌ２に対し、角度βの交差角度をもつ。図６に示されるように、ゴシックアーチ溝形状は、α＝０度から９０度にかけて、Ｆ−Ｆ断面の形状からＨ−Ｈ断面の形状へと連続的に変化する。そして、最終的にはＪ−Ｊ仮想断面において、角度βは４５度になり、接触角線Ｌ１からの方向転換路の中心線Ｌ２の傾きと一致する。ただし、あくまでＪ−Ｊ仮想断面において一致するのであり、実際には掬い部１７の先端がボール転走溝１ａの端２０からわずかに後退しているから、その分、接触角線Ｌ１と方向転換路１０の中心線Ｌ２とはわずかにずれる。
【００４５】
図９は、図３（Ａ）のＫ−Ｋ矢視図を示す。掬い部１７の形状は最終的にこの図に示されるようになる。
【００４６】
図１０はゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８をねじらない従来の設計（図１０（Ａ））と、軌跡１８をねじった本実施形態の設計（図１０（Ｂ））とを比較したものである。図１０（Ｂ）では、軌跡１８が掬い部１７に向かってねじれていることがわかる。また、軌跡１８をねじることによって、掬い部１７の形状が軌跡１８を中心として左右対称に近づくこともわかる。なお、軌跡のねじれは、図１１の方向転換路１０の外側の斜視図からもわかる。図１１中破線は従来設計の軌跡を示す。
【００４７】
図５に示されるように、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８を、方向転換路１０の掬い部１７で接触角線Ｌ１に近づけることで、掬い部１７が接触角線Ｌ１の方向にボール３を掬い上げるようになる。そして掬い部１７は、ゴシックアーチ溝形状を構成する対になった円弧部分の片側のみではなく、両方でほぼ均等にボールを掬い上げる。それゆえ、掬い部１７に無理な力が働くことがなく、高速でスプラインナット２を移動させても、掬い部１７が破損するおそれがない。
【００４８】
図１２は、方向転換路１０の他の例を示す。この図１２においては、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８を見易くするために、ゴシックアーチ溝形状が転写された方向転換路１０、すなわちゴシックアーチ溝形状に嵌まるべき空間が示される。方向転換路１０には、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２とがある。この例の方向転換路１０においては、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２との境目２４において、軌跡１８の接線方向が連続する。そして、軌跡１８の接線方向は掬い部１７に近づくにつれて徐々に傾く。掬い部１７における最終的な軌跡１８の位置は、図５に示される軌跡１８と同じである。
【００４９】
図１３及び図１４に基づいて、「軌跡１８の接線方向が連続する」を詳述する。図１３は上記方向転換路の詳細図を示す。図１３（Ａ）は正面図を示し、図１３（Ｂ）は平面図を示し、図１３（Ｃ）は左側面図を示し、図１３（Ｄ）は右側面図を示す。図１３（Ａ）に示されるように、方向転換路１０の端から方向転換路１０の外周に沿った距離をｒとおく。図１３（Ｂ）に示されるように、軌跡１８の接線方向ｔ１と、方向転換路１０がねじれていないと仮想したときの仮想軌跡２５とのなす角度を傾きθとおく。
［００５０］
図１４は距離ｒと傾きθの関係を示すグラフである。図１４（Ａ）は図５に示される、軌跡１８の接線方向が不連続の場合の比較例であり、図１４（Ｂ）は図１２及び図１３に示される、軌跡１８の接線方向が連続の場合の例である。図５に示される軌跡１８は、方向転換路１０のねじれている区間とねじれていない区間の境目で突然、ある角度で直線的に傾く。このため、図１４（Ａ）に示されるように、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２の境目２４において傾きθが不連続になる。
［００５１］
これに対し、この例では、図１２及び図１３に示されるように、ねじれている区間Ｓ１とねじれていない区間Ｓ２との境目２４において、軌跡１８の接線方向ｔ１が連続し、軌跡１８の接線方向ｔ１は掬い部１７に近づくにつれて徐々に傾く。このため、図１４（Ｂ）に示されるように、境目２４において傾きθ＝０であり、ねじれている区間Ｓ２において傾き角θが徐々に大きくなる。傾き角θが連続になるので、ゴシックアーチ溝に二点接触しているボール３が急激に進行方向を変えることなく、徐々に進行方向を変える。よって、ボール３の円滑な循環が可能になる。
［００５２］
なお本発明は、上記第１の実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば、軌道部材の軸線方向からみて、方向転換路が接触角線に対して傾いていれば、ボールスプラインに限られることなく、リニアガイドにも適用することができる。
［００５３］
また、ゴシックアーチ溝形状は方向転換路の全長に渡って形成されなくても、掬い部を含む方向転換路の少なくとも一部に形成されてもよい。そして、残りの方向転換路においては、ゴシックアーチ溝形状からサーキュラーアーク溝形状へと徐々に断面形状が変化するのが望ましい。徐々に断面形状を変化させる溝遷移区間は、α＝０度の位置からボール戻し通路へ向かう９０度の区間に設ければよい（図６参照）。ボール戻し通路の断面形状は、円形状に形成されるから、方向転換路のボール戻し通路との接続部分をサーキュラーアーク溝形状に形成すると、方向転換路の断面形状とボール戻し通路の断面形状を一致させることができる。よって、ボールを円滑に循環させることができる。
［００５４］
［００５５］
［００５６］
［００５７］
［００５８］
［００５９］
［００６０］
［００６１］
［００６２］
［００６３］
［００６４］
［００６５］
［００６６］
［００６７］
［００６８］
［００６９］
［００７０］
［００７１］
［００７２］
［００７３］
［００７４］
［００７５］
［００７６］
［００７７］
［００７８］
［００７９］
実施例
［００８０］
発明者は第一の実施形態のボールスプラインを製造し、高速耐久試験を実施した。従来型のエンドキャップは１，０００ｋｍですくいが破損したが、高速対応エンドキャップは１０，０００ｋｍ走行後でも掬い部が破損しなかった。
［００８１］
本明細書は、２００５年１１月１日出願の特願２００５−３１８１１０に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
Claims (3)
- ボール転走溝が形成される軌道部材と、前記ボール転走溝に対向する負荷ボール転走溝が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝と平行に伸びるボール戻し通路、及び前記負荷ボール転走溝と前記ボール戻し通路を接続する方向転換路が設けられる移動部材と、前記負荷ボール転走溝、前記ボール戻し通路及び前記方向転換路で構成されるボール循環経路に配列される複数のボールと、を備え、前記方向転換路の掬い部で前記軌道部材の前記ボール転走溝を転動する前記ボールを前記方向転換路内に掬い上げると共に、前記掬い部から前記方向転換路内の前記ボールを前記ボール転走溝に戻す運動案内装置において、
前記軌道部材の軸線方向からみて、前記方向転換路が接触角線（前記ボール転走溝の底と前記ボールの中心とを結ぶ線）に対して傾いていて、
前記掬い部を含む前記方向転換路の断面形状が、前記ボールと二点で接触するように二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、
そして、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡が、前記掬い部において前記接触角線に近づくように、前記方向転換路がねじれていることを特徴とする運動案内装置。 - 前記方向転換路は、ねじれている区間とねじれていない区間とを有し、前記ねじれている区間と前記ねじれていない区間との境目において、前記ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡の接線方向が連続することを特徴とする請求項１に記載の運動案内装置。
- ボール転走溝が形成される軌道部材と、前記ボール転走溝に対向する負荷ボール転走溝が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝と平行に伸びるボール戻し通路、及び前記負荷ボール転走溝と前記ボール戻し通路を接続する方向転換路が設けられる移動部材と、前記負荷ボール転走溝、前記ボール戻し通路及び前記方向転換路で構成されるボール循環経路に配列される複数のボールと、を備え、前記方向転換路の掬い部で前記軌道部材の前記ボール転走溝を転動する前記ボールを前記方向転換路内に掬い上げると共に、前記掬い部から前記方向転換路内の前記ボールを前記ボール転走溝に戻す運動案内装置において、
前記軌道部材の軸線方向からみて、前記方向転換路が接触角線（前記ボール転走溝の底と前記ボールの中心とを結ぶ線）に対して傾いていて、
前記掬い部の断面形状が、前記ボールと二点で接触するように二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成され、
そして、前記掬い部における前記ゴシックアーチ溝形状の頂上が接触角線の近傍に位置することを特徴とする運動案内装置。
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