JPS5847569B2 - テンドウタイオモチイル コウセイドアンナイキコウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は転勤体を用いる高精度案内機構に関するもので
ある。

従来よりいくつかの転勤体を用いて可動台を直線的に案
内する機構が知られている。

この種の案内機構は「同一直線上にない３点によって平
面が定まる。

」という幾例学の教えに従って設計されるのが理想とさ
れて来た。

このような案内機構のｌ例をあげると第１図に示す如き
構造となる。

すなわち、第１図ａ，ｂにおいて符号１で示すものは基
台で、この基台１上にはその両端部に平行な■字形の断
面を有する案内溝２が形威されており、この案内溝２中
には鋼球３が一方には２個、他方には１個嵌入されてい
る。

一方、符号４で示すものは可動台でこの可動台４にはＶ
字状断面を有する案内溝５および平面部６が、前記基台
１の案内溝２と対向した位置に形或されており、前記鋼
球３と接触している。

このような構造においては基台１と鋼球３が１つの平面
を形威し、可動台４と鋼球３もまた１つの平面を決定す
る。

そして、これらの仮想的な平面がその間隔を変えること
なく相対的に移動するという前提のもとに高精度の直線
的な案内機構が達或されると考えられて来た。

しかし、このような理想的な案内機構が得られるために
は、鋼球３ぱ真球でなければならず、また鋼球の接して
いる面も正しく平面でなければならない。

ところが、現実的には両者とも工作誤差をまぬかれるこ
とはできず、この種の案内機構の直線性の程度はせいぜ
い平面の凹凸の程度にすぎなくなる。

一方、案内機構に負荷が作用するときには、鋼球などの
転勤体と平面の接触応力を弾性範囲にとどめ長寿命化を
はかる必要がある。

このような場合には転勤体は第２図に示すように３個以
上、通常４個〜８個用いられる。

すなわち、第２図ａ，ｂぱ他の案内機構を例示するもの
であるが、図中第１図ａ，ｂと同一部分は同一符号をも
って示してある。

本例の場合には基台１を凹状に、可動台４を凸状に形戒
し、互に対向する側面に案内溝２をそれぞれ穿設して鋼
球３を介在させたものである。

このような構造は幾町学的には過拘束の状態であるが、
鋼球の精度、平面の精度が十分に高く、かつ基台１と可
動台４が接近する方向に負荷を受けるときには、弾性変
形によって４個の鋼球全部が平面に接触可能である。

しかし、このような構造を採用しても、その移動時にお
ける直線性の程度は平面の凹凸もしくは鋼球の真球度の
誤差以上に高くすることはできない。

以上に９１１７した案内機構の直線性を測定した結果は
第３図に示したように、直線からのふれは０．３μｍ程
であった。

本発明は以上のような従来の欠点に鑑みなされたもので
あり、案内面に十分多数の転勤体を用いかつ転勤体の数
に応じた圧力を加えることによって案内面および転勤体
の工作精度よりも高い案内精度を得ることのできる案内
機構を提供するものである。

以下、図面に示す実施例とともに本発明の詳細を説明す
る。

第４図は本発明の一実施例を説明するもので、図中第１
図、第２図と同一部分または相当する部分は同一符号を
もって示し、その説明は省略する。

本実施例においては基台１の一方の側には平面部６をま
た他方の側には断面Ｖ字状の案内溝２が形威されている
。

一方、酊動台４の底面にも基台１の平面部６および案内
溝２に対応した位置に平面部６および断面ｖ字状の突条
７が形成されている。

そして、これらの平面部６，６問および案内溝２と突条
７との間にはリテイナ８，８によって回転自在に支持さ
れた転勤体の一例として示す鋼球３が多数個配置されて
いる。

他方、基台１の両側面には抑圧機構を構成する支持アー
ム９がそれぞれ固定されており、これらの支持アーム９
の他端は内側に屈曲し、可動台４の両側面に形威された
凹部１０内に嵌入する折曲部９ａが形或され、この折曲
部９ａの先端には押圧子としてローラ１１がそれぞれ軸
１２によって回転自在に軸承されている。

そして、これらの口−ラ１１が可動台４を基台１に向け
て所定の押圧力で押圧した状態となるよう支持アーム９
が基台１に図示していないねじ等で締結されている。

このような押圧状態に支持アーム９を基台１に締結する
方法は、アーム９に所要の押圧力を公知の方法たとえば
重錘載置の方法により与え、その位置でアーム９をねじ
等で締結すればよい。

なお、基台１と可動台４にはそれぞれ対向した位置に凹
部１３が形成されているが、これらは必ずしも必要がな
い。

以上のような構造のもとに第４図の左側の鋼球を例にと
り、本発明の原理を説明する。

可動台４がその可動範囲にわたって移動する際案内面の
全体にわたって作用する力の移動範囲にわたる平均値を
Ｐａ，鋼球の数をｎ、おのおのの鋼球が移動範囲にわた
って受ける負荷の平均を鋼球全体について平均した値を
ｐ．ａとすれば、Ｐａは（１）式で表わされる。

Ｐａ−ｎｐａ ・・・・・・・・・・・・・・・ （１
）一方、移動にともなって案内面凹凸ならびに鋼球の真
球度の差、直径のばらつきによって生じる鋼球おのおの
の負荷の平均値を鋼球全体について平均した値ｐａから
の変動分Ｐ ｔ （ ｉは鋼球に付した番号）とすれば
Ｐｉぱ平均値Ｏ分散σ２なる分布をするものと仮定でき
るから、可動台が移動する際におのおのの鋼球が受ける
負荷の平均値からの変動分Ｐｉによる負荷全体の統計的
な変動分をＰｖとすると、Ｐｖは（２）式で表わされる
。

ここで、Ｐ１ぱ前記したようなＯを中心とし標準偏差σ
の正規分布であると考えられるからその値はほとんど±
３σの範囲にあることになる。

また各鋼球はばらつきの範囲内で等しい直径をもってい
るため、Ｉ Ｐｉｍａｘ ｌ ＝３σ とおける。

この値を（２）式に代入すると、 さて、（３）式において、ｎによらずＰａが一定となる
条件ぱｎに比例したＰａを作用させることであり、この
場合ｎを増加しても正規分布（Ｏ，σ２）するＰｉの母
集団のσぱ一定であるから、３σ／ｐａは一定となる。

したがって、この条件のもとで鋼球の数ｎを増加させれ
ば Ｐ Ｖ，Ｉ ｒｎ ａ ｘ ／’ Ｐ ａ は．ｑに
反比例して減少することになるのである。

一方、基台１と可動台４の相互の接近に関する剛性Ｋぱ
鋼球１個あたりの剛性をｋ（一定）とすると、（４）式
で表わされる。

いま、押圧力Ｐａによる基台１と可動台４の接近量をδ
３とし、ＩＰｖＩｍａｘによる接近量の変化分をδとす
ると ところでδａはＰａをｎに比例して作用させることによ
り鋼球数ｎに関して一定となるようにするｌ ことができるから、（３） ， （７）の両式からδは
ｎ２に反比例して小さくすることができることがわかる
。

すなわち、移動に際しての接近量の変化δぱｎを増し、
これに比例してＰａを増していけば任意に小さく設計す
ることができるのである。

さらに、（３） ， （７）の両式から明らかなように
、鋼球ならびに案内面の工作精度を高めれば、もとの正
規分布の標準偏差のδを小さくすることに相当するので
、こうするとざらにδを小さくすることもできる。

また、転勤体３と平面部６との接触ぱヘルツ接触、すな
わちＰａがδ８の３／２乗に比例するので、基台１と可
動台４の間の押圧力Ｐａを構或材料、構造が許容する範
囲で大きくすることぱδａ／Ｐａを小さくすることにな
るので、δを小ならしめる上で効果があることが理解さ
れよう。

なお、第４図に示す案内溝２の部分についても上記と同
様のことが或立することも理解されよう。

また、以上の実施例においては転勤体の例として鋼球を
例にとって示したが、本発明はこれに限定されることな
く、円柱状の転勤体であってもよいことは明らかであろ
う。

以上の説明から明らかなように本発明によれば基台と可
動台との間の案内面に十分多数の転勤体を配置し、転勤
体個数に比例した押圧力を案内面間に作用させるだけで
案内面および転勤体の工作精度以上の案内精度を得るこ
とができ、高精度の案内を必要とする測定機や工作機械
の送り案内機構に用いれば安価で高精度の案内機構を得
ることができるなどの優れた効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｌ）は従来の案内機構の
平面図および側面図、第３図は従来の案内機構の直線性
を測定した結果を示す線図、第４図は本発明機構の一実
施例の側面図である。 １・・・・・・基台、２，５・・・・・・案内溝、３・
・・・・・鋼球、４・・・・・・可動台、６・・・・・
・平面部、７・・・・・・突条、８・・・・・・リテイ
ナ、９・・・・・・支持アーム、１０・・・・・・凹部
、１１・・・・・・ローラ、１２・・・・・・軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基台および可動台の対向する案内面間に転勤体を介
   在させてなる案内機構において、前記案内面間に介在さ
   せる転勤体を十分多数となし、転勤体押圧子とこれを軸
   承する軸とこれらを支持する支持アームとからなる抑圧
   機構を有し、前記転勤体抑圧子をして前記可動台の案内
   面の背面を基台方向に押圧せしめ、前記多数の転勤体全
   てを前記案内面に弾性接触せしめた状態において前記抑
   圧機構を前記支持アーム部において前記基台に締結して
   なることを特徴とする転勤体を用いる高精度案内機構。