JPWO2020110754A1 - 運動案内装置 - Google Patents

Abstract

過大なモーメントが働く環境で使用しても、運動案内装置が早期にがたつくのを防止できる運動案内装置を提供する。
移動体（３）の負荷転動体転走面（４ｂ）の端部にクラウニング（１２）を形成すると共に、クラウニング（１２）の端部に面取り部（１３）を形成する。負荷転動体転走面（４ｂ）の長さ方向におけるクラウニング（１２）と面取り部（１３）の全長をＬとし、ボール（６）の直径をＤａとして、Ｌ／Ｄａ＞４に設定する。面取り部（１３）の最大深さＤを、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上のラジアル荷重が働いたときの軌道部材（２）の転動体転走面（２ａ）、移動体（３）の負荷転動体転走面（４ｂ）及び転動体（６）の弾性変形量以上に設定する。

Description

本発明は、軌道部材に複数の転動体を介して移動体が相対移動可能に組み付けられる運動案内装置に関する。

運動案内装置は、転動体転走面を有する軌道部材と、軌道部材の転動体転走面に対向する負荷転動体転走面を有する移動体と、を備える。軌道部材の転動体転走面と移動体の負荷転動体転走面とによって、負荷路が構成される。軌道部材に対する移動体の相対移動に伴い、負荷路にボールが出入りする。

負荷路へのボールの出入りを滑らかにするために、移動体の負荷転動体転走面の端部には、クラウニングが形成される（特許文献１参照）。

従来の運動案内装置において、クラウニングの深さは、移動体と軌道部材の相互接近量（転動体の接触部分が弾性変形して移動体と軌道部材が相互に接近する量であり、軌道部材の転動体転走面、移動体の負荷転動体転走面及び転動体の弾性変形量である）以上に設定される。負荷路に入る転動体が、移動体の端部に衝突するのを防止するためである。ＩＳＯの規定を目安として、このクラウニングの深さは、基本動定格荷重（Ｃ）の５０％以下の荷重が働いたときの弾性変形量とされる。

また、従来の運動案内装置において、クラウニングの長さは、転動体の直径Ｄａの２倍以下に設定される。クラウニングを長くすると、運動案内装置の負荷能力（すなわち剛性）が低下し、運動案内装置の寿命が短くなると考えられていたからである。

特開２００６−３１６８８６号公報

しかし、発明者は、過大なモーメントが働く環境で運動案内装置を使用する場合、今まで経験したことのない現象、すなわち移動体の負荷転動体転走面の端部が早期に不調を来たし、運動案内装置ががたつくという現象が発生することを知見した。この現象は、計算寿命と実際の寿命との乖離を招く。運動案内装置が取り付けられる取付け部材の剛性が不足している場合や、運動案内装置の取付け精度が不足している場合もこの現象が発生する場合がある。

移動体の負荷転動体転走面の端部が不調を来たすのは、軌道部材に対して移動体が左右を軸として傾き、移動体の負荷転動体転走面の端部と軌道部材の転動体転走面との間の隙間が狭くなるからである。隙間が狭くなると、クラウニングの端部にボールが衝突し、移動体の負荷転動体転走面の端部が早期に不調を来たす。また、隙間が最も狭くなった移動体の負荷転動体転走面とクラウニングとの境目でボールの負荷が高まることも、一因と考えられている。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、過大なモーメントが働く環境で使用しても、運動案内装置が早期にがたつくのを防止できる運動案内装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、転動体転走面を有する軌道部材と、前記軌道部材の前記転動体転走面に対向する負荷転動体転走面を有し、複数の転動体を介して前記軌道部材に相対移動可能に組み付けられる移動体と、を備える運動案内装置において、前記移動体の前記負荷転動体転走面の端部にクラウニングを形成すると共に、前記クラウニングの端部に面取り部を形成し、前記移動体の前記負荷転動体転走面の長さ方向における前記クラウニングと前記面取り部の全長をＬとし、前記転動体の直径をＤａとして、Ｌ／Ｄａ＞４に設定する運動案内装置である。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様は、転動体転走面を有する軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して移動可能に組み付けられる移動体と、を備え、前記移動体は、前記軌道部材の前記転動体転走面に対向する負荷転動体転走面及びこの負荷転動体転走面と略平行な戻し路を有する移動体本体と、前記移動体本体の端部に設けられ、前記移動体本体の前記負荷転動体転走面と前記戻し路に接続される方向転換路を有する蓋部材と、を備える運動案内装置において、前記移動体本体の前記負荷転動体転走面の端部に前記負荷転動体転走面に対して傾斜する第１傾斜面を形成し、前記第１傾斜面の端部に前記第１傾斜面よりも傾きが大きい第２傾斜面を形成し、前記移動体本体の前記負荷転動体転走面の長さ方向における前記第１傾斜面の長さをＬ_１、前記長さ方向における前記第２傾斜面の長さをＬ_２、前記転動体の直径をＤａとして、Ｌ_１≧１Ｄａ、Ｌ_２≧１Ｄａ、かつＬ_１＞Ｌ_２に設定する運動案内装置である。

本発明の一態様は、クラウニングを長く、深くすると、負荷容量が低下し、運動案内装置の寿命が短くなるという従来の一般的な考えに反し、クラウニングを長くし、クラウニングの端部にボールの衝突防止用の面取り部を形成し、これにより、過大なモーメントが働くときの運動案内装置の早期のがたつきを抑えるものである。

本発明の一態様によれば、クラウニングの端部に面取り部を形成するので、軌道部材に対して移動体が相対的に傾いても、負荷路に入るボールが移動体の端部に衝突するのを防止できる。また、クラウニングと面取り部の全長Ｌを長くするので、軌道部材に対して移動体が相対的に傾いたとき、負荷を受けられるボールの数を多くすることができ、各ボールに過大な負荷がかかるのを防止できる。

本発明の他の態様によれば、Ｌ_１≧１Ｄａ、Ｌ_２≧１Ｄａに設定するので、軌道部材に対して移動体が相対的に傾いたとき、移動体本体の第１傾斜面と第２傾斜面における複数の転動体が負荷を受けることができ、各転動体に過大な負荷がかかるのを防止できる。また、Ｌ_１＞Ｌ_２に設定するので、運動案内装置の負荷能力をより高めることができる。

本発明の第１の実施形態の運動案内装置の斜視図である。 本実施形態の運動案内装置の循環路の断面図である。 本実施形態の運動案内装置の断面図（移動方向に直交する断面図）である。 接触角方向の断面で見たクラウニングと面取り部である。 傾斜面とボールの個数との関係を示す模式図である。 従来の運動案内装置と本実施形態の運動案内装置とで、移動体が傾いた状態を比較した模式図である（図６（ａ）（ｂ）は従来の運動案内装置を示し、図６（ｃ）は本実施形態の運動案内装置を示す）。 移動体の傾きによる影響で、負荷がかかるボールの数がどのように変化するかを説明する模式図である（図７（ａ）は従来の運動案内装置を示し、図７（ｂ）は本実施形態の運動案内装置を示す）。 接触角方向の断面で見たクラウニングと面取り部の他の例を示す図である。 図９（ａ）は、標準クラウニングを施した従来の運動案内装置のボールの負荷を示すグラフであり、図９（ｂ）は、本実施形態の運動案内装置のボールの負荷を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の運動案内装置の斜視図である。 本実施形態の運動案内装置の循環路の断面図である。 本実施形態の運動案内装置の断面図（移動方向に直交する断面図）である。 接触角方向の断面で見た転走面形状である。 転走面の長さとボールの個数との関係を示す模式図である。 従来の運動案内装置と本実施形態の運動案内装置とで、移動体が傾いた状態を比較した図である（図１５（ａ）（ｂ）は従来の運動案内装置を示し、図１５（ｃ）は本実施形態の運動案内装置を示す）。 移動体の傾きによる影響で、負荷がかかるボールの数がどのように変化するかを説明する模式図である（図１６（ａ）は従来の運動案内装置を示し、図１６（ｂ）は本実施形態の運動案内装置を示す）。 接触角方向の断面で見た転走面形状の他の例を示す図である。 図１８（ａ）は、標準クラウニングを施した従来の運動案内装置のボールの負荷を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、本実施形態の運動案内装置のボールの負荷を示すグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の運動案内装置を説明する。ただし、本発明の運動案内装置は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態の運動案内装置の斜視図を示す。以下では、説明の便宜上、運動案内装置を水平面に配置し、軌道部材としてのレールの長さ方向から見た方向、すなわち図１の前後、上下及び左右の各方向を用いて運動案内装置の構成を説明する。もちろん、運動案内装置の配置はこれに限られるものではない。

運動案内装置１は、レール２と、レール２に長さ方向に相対移動可能に組み付けられる移動体３と、を備える。レール２の側面には、長手方向に沿って複数の転動体転走面としてのボール転走面２ａが形成される。ボール転走面２ａは、溝状である。レール２の上面には、一定のピッチでレール２を取付け部材８（図３参照）に取り付けるための複数のボルト穴２ｂが形成される。

移動体３は、移動体本体４と、移動体本体４の両端部に設けられる蓋部材５と、を備える。移動体３の内部には、ボール６の循環路７（図２参照）が形成される。移動体３の相対移動に伴って、複数の転動体としてのボール６が循環路７を循環する。移動体本体４の上面には、移動体３を取付け部材９（図３参照）に取り付けるための複数のねじ穴４ａが形成される。

図２は、本実施形態の運動案内装置１の循環路７の断面図を示す。移動体本体４には、レール２のボール転走面２ａに対向する負荷転動体転走面としての負荷ボール転走面４ｂが形成されると共に、負荷ボール転走面４ｂと略平行に戻し路４ｃが形成される。負荷ボール転走面４ｂは、溝状である。蓋部材５には、負荷ボール転走面４ｂと戻し路４ｃに接続される方向転換路１１が形成される。蓋部材５は、方向転換路１１の内周側を形成する内周案内部５ａと、方向転換路１１の外周側を形成する外周案内部５ｂと、を備える。

移動体３の負荷ボール転走面４ｂとレール２のボール転走面２ａによって負荷路１０が構成される。負荷路１０、戻し路４ｃ及び方向転換路１１によってボール６の循環路７が構成される。ボール６は、方向転換路１１から負荷路１０に入り、負荷路１０から方向転換路１１に出る。ボール６間には、スペーサを介在させてもよいし、介在させなくてもよい。

本実施形態の運動案内装置１は、過大なモーメント、特にピッチングモーメントが働く環境で使用される。この場合、図１に示すように、レール２に対して移動体３が左右を軸として傾く。

図３は、運動案内装置１の断面図を示す。２はレール、４は移動体本体、８，９は取付け部材、６はボールである。図３では、移動体本体４の戻し路４ｃを省略している。図４は、接触角方向の断面で見たクラウニングと面取り部である。

一般的な取付け部材８,９は、例えば工作機械のベースであり、剛体である。しかし、取付け部材８の剛性が低い中空部材等の場合、取付け部材８の剛性が不足し、レール２が変形し、レール２が移動体３に対して傾く。運動案内装置１の取付け精度が不足している場合も同様である。すなわち、本実施形態の運動案内装置１は、過大なピッチングモーメントが働く場合だけでなく、取付け部材８,９の剛性が不足する場合や運動案内装置１の取付け精度が不足している場合にも使用できる。

図２に示すように、移動体３の負荷ボール転走面４ｂの両端部には、クラウニング１２が形成される。クラウニング１２の両端部には、面取り部１３が形成される。図２には、負荷ボール転走面４ｂの一方の端部のクラウニング１２と面取り部１３を示すが、負荷ボール転走面４ｂの両端部にクラウニング１２と面取り部１３が形成される。クラウニング１２は、負荷ボール転走面４ｂに対して傾斜する。面取り部１３は、クラウニング１２に対して傾斜していて、クラウニング１２よりも傾きが大きい。

図４に示すように、負荷ボール転走面４ｂの長さ方向におけるクラウニング１２の長さＬｃと面取り部１３の長さＬａとの全長Ｌ（すなわちＬ＝Ｌｃ＋Ｌａ）は、ボール６の直径をＤａとして、Ｌ／Ｄａ＞４に設定される。言い換えれば、全長Ｌは、ボール６の４個分の長さより大きく設定される。望ましくは、Ｌ／Ｄａ≧５に設定される。移動体３の両端部のクラウニング１２と面取り部１３を合算した長さ（すなわち２Ｌ）は、移動体本体４の相対移動方向の全長の例えば１０〜５０％に設定される。

クラウニング１２は、第１傾斜面２１と、第２傾斜面２２と、第３傾斜面２３と、を備える。第１傾斜面２１は、負荷ボール転走面４ｂに隣接して形成されていて、負荷ボール転走面４ｂに対して傾斜する。第２傾斜面２２は、第１傾斜面２１に隣接して形成されていて、第１傾斜面２１よりも傾きが大きい。第３傾斜面２３は、第２傾斜面２２に隣接して形成されていて、第２傾斜面２２よりも傾きが大きい。面取り部１３は、第３傾斜面２３に隣接して形成されていて、第３傾斜面２３よりも傾きが大きい。負荷ボール転走面４ｂと第１傾斜面２１とのなす角度をθ１、負荷ボール転走面４ｂと第２傾斜面２２とのなす角度をθ２、負荷ボール転走面４ｂと第３傾斜面２３とのなす角度をθ３、負荷ボール転走面４ｂと面取り部１３とのなす角度をθ４として、θ１＜θ２＜θ３＜θ４に設定される。

図４は、接触角方向の断面で見たクラウニング１２と面取り部１３を示す。図３に示すように、接触角αは、レール２側のボール接触点と移動体３側のボール接触点を結んだ線１５とラジアル荷重の作用方向１６とのなす角度である。例えば接触角αが４５°の場合、ボール転走面２ａ及び負荷ボール転走面４ｂとボール６とがラジアル荷重の作用方向１６に対して４５°傾いて接触していることを意味する。

図４に示す面取り部１３の最大深さＤ（負荷ボール転走面４ｂから面取り部１３の端部までの深さ）は、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上（例えば６０％、７０％、８０％、９０％、１００％等）のラジアル荷重が働いたときのボール転走面２ａ及び負荷ボール転走面４ｂとボール６の弾性変形量以上に設定される。また、負荷ボール転走面４ｂから、クラウニング１２の延長線１７（本実施形態では、第３傾斜面２３の延長線１７）と移動体本体４の端面１８との交点までのクラウニング深さＤ_１も、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上のラジアル荷重が働いたときの弾性変形量以上に設定される。基本動定格荷重（Ｃ）は運動案内装置１の構造によって決定される。

移動体３が傾いたとき、クラウニング１２は負荷を受ける。クラウニング１２の第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３の長さＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、以下のように設定される。

第１傾斜面２１は、移動体３が傾いたとき、最も負荷が大きくなる領域である。このため、第１傾斜面２１の長さＬ_１は１Ｄａ以上に設定される。望ましくは２Ｄａ以上に設定される。図５に示すように、長さが１Ｄａの場合、１つのボール６が出ると同時に新たなボール６が入るので、最大でボール６が２個入ることになる。

図４に示すように、第２傾斜面２２は、第１傾斜面２１ほどではないものの第１傾斜面２１と同様に負荷を受ける領域である。負荷を分散するために、第２傾斜面２２の長さＬ_２は１Ｄａ以上に設定される。ただし、Ｌ_２があまり長いと、運動案内装置１の全体の負荷能力が低下するので、Ｌ_１＞Ｌ_２に設定される。本実施形態では、Ｌ_２は１〜１．５Ｄａに設定される。

第３傾斜面２３は、移動体３が傾いたときに、従来のクラウニングと同様な傾きになり、負荷を受け始める領域である。上記のように、第３傾斜面２３は、第２傾斜面２２よりも傾きが大きい。第３傾斜面２３にボール６が２個入ると、第２傾斜面２２寄りのボール６が殆ど負荷を受けるので、第３傾斜面２３の長さＬ_３は１Ｄａ以下に設定される。この実施形態では、Ｌ_３＜Ｌ_２である。

面取り部１３は、移動体３の端部でのボール６の衝突回避を目的としている。面取り部１３が長ければ長いほど負荷を受けられる有効ボール数が減るので、面取り部１３の長さＬａは１Ｄａ以下に設定される。この実施形態では、Ｌａ＜Ｌ_３である。

なお、クラウニング１２に３段以上の傾斜面２１，２２，２３を設けることが望ましいが、加工性や加工精度を考慮してクラウニング１２に２段の傾斜面２１，２２又は２段の傾斜面２１，２３を設けることも可能である。

図６は、従来の運動案内装置３１と本実施形態の運動案内装置１とで、移動体３，３３が傾いた状態を比較した模式図である。図６（ａ）（ｂ）は従来の運動案内装置３１を示し、図６（ｃ）は本実施形態の運動案内装置１を示す。

図６（ａ）に示すように、従来の運動案内装置３１では、移動体３３の内部のボール３６に略均等に負荷がかかり、移動体３３の端部のボール３６には負荷がかからないようにクラウニング４２が設計されている。

しかし、図６（ｂ）に示すように、従来の運動案内装置３１を過大なピッチンングモーメントが働く状態で使用すると、移動体３３が左右を軸として傾く。移動体３３が傾くと、移動体３３の端部とレール３２との間の隙間がボール３６の直径よりも狭くなり、循環するボール３６が移動体本体３４の端部に衝突し、移動体本体３４の端部が早期に不調を来たす。移動体３３を強引に駆動させると、さらに隙間が狭くなる負荷ボール転走面３４ｂとクラウニング４２の境目でボール３６の負荷が高まり、境目も早期に不調を来たす。

一方、図６（ｃ）に示すように、本実施形態では、クラウニング１２を長くし、クラウニング１２の端部にボール６の衝突防止用の面取り部１３を形成する。クラウニング１２の端部に面取り部１３を形成するので、移動体３が傾いても、負荷路１０に入るボール６が移動体本体４の端部に衝突するのを防止できる。また、クラウニング１２と面取り部１３の全長Ｌを長くするので、移動体３が傾いても、負荷を受けるボール６の数を多くすることができ、各ボール６に過大な負荷がかかるのを防止できる。

図７は、移動体３，３３の傾きによる影響で、負荷がかかるボール６，３６の数がどのように変化するかを説明する模式図である。図７の２点鎖線が従来のクラウニング形状（クラウニング４２）であり、実線が本実施形態のクラウニング形状（クラウニング１２，面取り部１３）である。２，３２はレール、３，３３は移動体、６，３６はボールである。

図７（ａ）では、過大なピッチングモーメントによってボール３６が弾性変形する様子を、二点鎖線のクラニング形状をボール３６の中央付近に配置することで、デフォルメして表す。従来のクラニング形状の場合、端から３つ目のボール３６が最も大きな弾性変形を起こす。負荷を受けるボール３６は、二点鎖線と交わるボール３６であり、斜線を附した白抜きの５個のボール３６が負荷を受ける。

図７（ｂ）は、本実施形態のクラウニング形状において、過大なピッチングモーメントがかかった様子を図７（ａ）と同様に表す。最も大きな弾性変形を起こすボール６は４つ目のボール６である。負荷を受けるボール６は、実線と交わるボール６であり、斜線を附した７個のボール６が負荷を受ける。図７（ａ）の場合と比較して負荷を受けるボールの数が多くなることがわかる。

図８は、接触角方向の断面で見たクラウニング５２と面取り部５３の他の例を示す。この例では、第１傾斜面６１と第２傾斜面６２との間に円弧状のＲ部６４を形成し、第２傾斜面６２と第３傾斜面６３との間に円弧状のＲ部６５を形成し、第３傾斜面６３と面取り部５３との間に円弧状のＲ部６６を形成している。Ｒ部６４，６５，６６を形成することで、ボール６がこれらの境目をより円滑に移動する。

以上に本実施形態の運動案内装置１の構成を説明した。本実施形態の運動案内装置１によれば、以下の効果を奏する。

クラウニング１２の端部に面取り部１３を形成するので、レール２に対して移動体３が相対的に傾いても、負荷路１０に入るボール６が移動体３の端部に衝突するのを防止できる。また、クラウニング１２と面取り部１３の全長ＬをＬ／Ｄａ＞４に長くするので、レール２に対して移動体３が相対的に傾いたとき、負荷を受けられるボール６の数を多くすることができ、各ボール６に過大な負荷がかかるのを防止できる。

面取り部１３の最大深さＤを、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上のラジアル荷重が働いたときのボール転走面２ａ，負荷ボール転走面４ｂ及びボール６の弾性変形量以上に設定するので、ボール６が移動体本体４の端部に衝突するのを確実に防止できる。

面取り部１３の長さＬａを１Ｄａ以下に設定するので、負荷を受けられる有効ボール数が減るのを防止できる。

第１傾斜面２１の長さＬ_１を１Ｄａ以上、第２傾斜面２２の長さＬ_２を１Ｄａ以上、かつＬ_１＞Ｌ_２に設定するので、移動体３が傾いたとき、クラウニング１２において負荷を受けるボール６の数を増やすことができる。また、ボール６がクラウニング１２を円滑に移動する。

クラウニング１２に第３傾斜面２３を設けるので、ボール６がクラウニング１２に円滑に出入りすることができる。また、第３傾斜面２３の長さＬ_３を１Ｄａ以下に設定するので、傾きが大きい第３傾斜面２３にボール６が２個入って、第２傾斜面２２寄りのボール６が殆どの負荷を受けるのを防止できる。

転動体は、ボール６に限定されずに、ローラでもよい。ただし、転動体にローラを使用すると、過大なピッチングモーメントがかかったときにローラが傾く現象であるスキューが発生するおそれがある。転動体にボール６を使用すると、これを防止できる。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

軌道部材に対する移動体の移動は相対的なものであり、移動体が移動しても、軌道部材が移動してもよい。

接触角方向の断面で見た第１傾斜面、第２傾斜面、第３傾斜面、面取り部を曲線状に形成することも可能である。

基本動定格荷重の９０％（０．９Ｃ）のラジアル荷重を想定し、運動案内装置１と取付け部材８，９のＦＥＭ解析を行い、移動体３の内部のボール６の負荷を計算した。

図９（ａ）は、標準クラウニングを施した従来の運動案内装置３１のボール３６の負荷を示し、図９（ｂ）は、本実施形態の運動案内装置１のボール６の負荷を示す。ボール列が４つ存在するので、図９（ａ）（ｂ）では、４つのボール列それぞれの負荷が示されている。

図９（ａ）に示すように、解析の結果、従来の運動案内装置３１では、移動体３３の端部のボール３６（図中Ａで示す）に負荷がかかっていて、負荷ボール転走面３４ｂとクラウニング４２の境目のボール３６（図中Ｂで示す）の負荷が最も大きかった。この解析の結果は、過大なモーメントが働いた状態の実際の状況と一致した。

一方、図９（ｂ）に示すように、本実施形態の運動案内装置１では、移動体３の端部のボール６（図中Ｃで示す）の負荷がゼロになり、クラウニング１２におけるボール６（図中Ｄで示す）の最大荷重も図９（ａ）と比較して約８０％程度まで下げることができた。このため、計算上の走行寿命が２倍以上長くなることがわかった。
（第２の実施形態）

図１０は、本発明の第２の実施形態の運動案内装置の斜視図を示す。以下では、説明の便宜上、運動案内装置を水平面に配置し、レールの長さ方向から見た方向、すなわち図１０の前後、上下及び左右の各方向を用いて運動案内装置の構成を説明する。もちろん、運動案内装置の配置はこれに限られるものではない。

運動案内装置１は、軌道部材としてのレール２と、レール２に転動体としての複数のボール６（図１１参照）を介して長さ方向に相対移動可能に組み付けられる移動体３と、を備える。レール２の側面には、転動体転走面としての複数のボール転走面２ａが長手方向に沿って形成される。ボール転走面２ａは、溝状である。レール２の上面には、レール２を取付け部材８（図１２参照）に取り付けるための複数のボルト穴２ｂが一定のピッチで形成される。

移動体３は、移動体本体４と、移動体本体４の両端部に設けられる蓋部材５と、を備える。移動体３の内部には、ボール６の循環路７（図１１参照）が形成される。移動体３の相対移動に伴って、複数のボール６が循環路７を循環する。移動体本体４の上面には、移動体３を取付け部材９（図１２参照）に取り付けるための複数のねじ穴４ａが形成される。

図１１は、本実施形態の運動案内装置１の循環路７の断面図を示す。移動体本体４には、レール２のボール転走面２ａに対向する負荷転動体転走面としての負荷ボール転走面４ｂが形成されると共に、負荷ボール転走面４ｂと略平行に戻し路４ｃが形成される。負荷ボール転走面４ｂは、溝状である。蓋部材５には、負荷ボール転走面４ｂと戻し路４ｃに接続される方向転換路１１が形成される。蓋部材５は、方向転換路１１の内周側を形成する内周案内部５ａと、方向転換路１１の外周側を形成する外周案内部５ｂと、を備える。

移動体３の負荷ボール転走面４ｂとレール２のボール転走面２ａによって、負荷路１０が構成される。負荷路１０、戻し路４ｃ及び方向転換路１１によって、ボール６の循環路７が構成される。ボール６は、方向転換路１１から負荷路１０に入り、負荷路１０から方向転換路１１に出る。ボール６間には、スペーサを介在させてもよいし、介在させなくてもよい。

本実施形態の運動案内装置１は、過大なモーメント、特にピッチングモーメントが働く環境で使用される。この場合、図１０に示すように、レール２に対して移動体３が左右を軸として傾く。

図１２は、運動案内装置１の断面図を示す。２はレール、４は移動体本体、８，９は取付け部材、６はボールである。図１２では、移動体本体４の戻し路４ｃを省略している。図１３は、接触角方向の断面で見た転走面形状である。

一般的な取付け部材８，９は、例えば工作機械のベースであり、剛体である。しかし、取付け部材８の剛性が低い中空部材等の場合、取付け部材８の剛性が不足し、レール２が変形し、レール２が移動体３に対して傾く。運動案内装置１の取付け精度が不足している場合も同様である。すなわち、本実施形態の運動案内装置１は、過大なピッチングモーメントが働く場合だけでなく、取付け部材８，９の剛性が不足する場合や運動案内装置１の取付け精度が不足している場合にも使用できる。

図１１に示すように、移動体３の負荷ボール転走面４ｂの両端部には、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３、面取り部１３が形成される。図１１には、負荷ボール転走面４ｂの一方の端部の第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３、面取り部１３を示すが、負荷ボール転走面４ｂの両端部にこれらが形成される。

第１傾斜面２１は、負荷ボール転走面４ｂに隣接して形成されていて、負荷ボール転走面４ｂに対して傾斜する。第２傾斜面２２は、第１傾斜面２１に隣接して形成されていて、第１傾斜面２１よりも傾きが大きい。第３傾斜面２３は、第２傾斜面２２に隣接して形成されていて、第２傾斜面２２よりも傾きが大きい。面取り部１３は、第３傾斜面２３に隣接して形成されていて、第３傾斜面２３よりも傾きが大きい。負荷ボール転走面４ｂと第１傾斜面２１とのなす角度をθ_１、負荷ボール転走面４ｂと第２傾斜面２２とのなす角度をθ_２、負荷ボール転走面４ｂと第３傾斜面２３とのなす角度をθ_３、負荷ボール転走面４ｂと面取り部１３とのなす角度をθ_４として、θ_１＜θ_２＜θ_３＜θ_４に設定される。

図１３は、接触角方向の断面で見た第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３、面取り部１３を示す。図１２に示すように、接触角αは、レール２側のボール接触点と移動体３側のボール接触点を結んだ線１５とラジアル荷重の作用方向１６とのなす角度である。例えば接触角αが４５°の場合、ボール転走面２ａ及び負荷ボール転走面４ｂとボール６とがラジアル荷重の作用方向１６に対して４５°傾いて接触していることを意味する。

移動体３が傾いたとき、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３は、負荷を受ける。第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３の長さＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、以下のように設定される。

第１傾斜面２１は、移動体３が傾いたとき、最も負荷が大きくなる領域である。このため、第１傾斜面２１の長さＬ_１は、ボール６の直径をＤａとして、１Ｄａ以上に設定される。望ましくは２Ｄａ以上に設定される。なお、図１４に示すように、長さが１Ｄａの場合、１つのボール６が出ると同時に新たなボール６が入るので、最大でボール６が２個入ることになる。

図１３に示すように、第２傾斜面２２は、第１傾斜面２１ほどではないものの第１傾斜面２１と同様に負荷を受ける領域である。負荷を分散するために、第２傾斜面２２の長さＬ_２は１Ｄａ以上に設定される。ただし、Ｌ_２があまり長いと、運動案内装置１の全体の負荷能力が低下するので、Ｌ_１＞Ｌ_２に設定される。本実施形態では、Ｌ_２は１〜１．５Ｄａに設定される。

第３傾斜面２３は、移動体３が傾いたときに、従来のクラウニングと同様な傾きになり、負荷を受け始める領域である。上記のように、第３傾斜面２３は、傾きが大きい。第３傾斜面２３にボール６が２個入ると、第２傾斜面２２寄りのボール６が殆ど負荷を受けるので、第３傾斜面２３の長さＬ_３は１Ｄａ以下に設定される。本実施形態では、Ｌ_２＞Ｌ_３に設定される。

面取り部１３は、移動体３の端部でのボール６の衝突回避を目的としている。面取り部１３が長ければ長いほど負荷を受けられる有効ボール数が減るので、面取り部１３の長さＬａは１Ｄａ以下に設定される。本実施形態では、Ｌ_３＞Ｌａに設定される。

図１３に示すように、負荷ボール転走面４ｂに第１傾斜面２１が形成され始めた始点Ｓから移動体本体４の端面４ｄまでの長さＬは、Ｌ／Ｄａ＞４に設定される。望ましくは、Ｌ／Ｄａ≧５に設定される。両端部の長さＬを合算した長さ（すなわち２Ｌ）は、移動体本体４の相対移動方向の全長の例えば１０〜５０％に設定される。

図１３に示す面取り部１３の最大深さＤ（負荷ボール転走面４ｂから面取り部１３の端部までの深さ）は、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上（例えば６０％、７０％、８０％、９０％、１００％等）のラジアル荷重が働いたときのボール転走面２ａ及び負荷ボール転走面４ｂとボール６の弾性変形量以上に設定される。また、負荷ボール転走面４ｂから、第３傾斜面２３の延長線１７と移動体本体４の端面４ｄとの交点までの深さＤ_１も、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上のラジアル荷重が働いたときの弾性変形量以上に設定される。基本動定格荷重（Ｃ）は運動案内装置１の構造によって決定される。

なお、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３を設けることが望ましいが、加工性や加工精度を考慮して第３傾斜面２３を省略することも可能である。

図１５は、従来の運動案内装置３１と本実施形態の運動案内装置１とで、移動体３，３３が傾いた状態を比較した模式図である。図１５（ａ）（ｂ）は従来の運動案内装置３１を示し、図１５（ｃ）は本実施形態の運動案内装置１を示す。

図１５（ａ）に示すように、従来の運動案内装置３１では、移動体３３の内部のボール３６に略均等に負荷がかかり、移動体３３の端部のボール３６には負荷がかからないようにクラウニング４２が設計されている。

しかし、図１５（ｂ）に示すように、従来の運動案内装置３１を過大なピッチンングモーメントが働く状態で使用すると、移動体３３が左右を軸として傾く。移動体３３が傾くと、移動体３３の端部とレール３２との間の隙間がボール３６の直径よりも狭くなり、循環するボール３６が移動体本体３４の端部に衝突し、移動体本体３４の端部が早期に不調を来たす。移動体３３を強引に駆動させると、さらに隙間が狭くなる負荷ボール転走面３４ｂとクラウニング４２の境目でボール３６の負荷が高まり、境目も早期に不調を来たす。

一方、図１５（ｃ）に示すように、本実施形態では、負荷ボール転走面４ｂの端部に第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３を形成する。このため、レール２に対して移動体３が相対的に傾いたとき、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２及び第３傾斜面２３における複数のボール６が負荷を受けることができ、各ボール６に過大な負荷がかかるのを防止できる。また、移動体本体４の端部に衝突防止用の面取り部１３を形成するので、移動体３が傾いても、負荷路１０に入るボール６が移動体本体４の端部に衝突するのを防止できる。

図１６は、移動体３，３３の傾きによる影響で、負荷がかかるボール６，３６の数がどのように変化するかを説明する模式図である。図１６の２点鎖線が従来の転走面形状（クラウニング４２）であり、実線が本実施形態の転走面形状（第１傾斜面２１、第２傾斜面２２、第３傾斜面２３、面取り部１３）である。２，３２はレール、３，３３は移動体、６，３６はボールである。

図１６（ａ）では、過大なピッチングモーメントによってボール３６が弾性変形する様子を、二点鎖線のクラウニング４２をボール３６の中央付近に配置することで、デフォルメして表す。従来の転走面形状の場合、端から３つ目のボール３６が最も大きな弾性変形を起こす。負荷を受けるボール３６は、二点鎖線と交わるボール３６であり、斜線を附した５個のボール３６が負荷を受ける。

図１６（ｂ）は、本実施形態の転走面形状において、過大なピッチングモーメントがかかった様子を図１６（ａ）と同様に表す。最も大きな弾性変形を起こすボール６は４つ目のボール６である。負荷を受けるボール６は、実線と交わるボール６であり、斜線を附した７個のボール６が負荷を受ける。図１６（ａ）の場合と比較して負荷を受けるボールの数が多くなることがわかる。

図１７は、接触角方向の断面で見た転走面形状の他の例を示す。この例では、第１傾斜面６１と第２傾斜面６２との間に円弧状のＲ部６４を形成し、第２傾斜面６２と第３傾斜面６３との間に円弧状のＲ部６５を形成し、第３傾斜面６３と面取り部５３との間に円弧状のＲ部６６を形成している。Ｒ部６４，６５，６６を形成することで、ボール６がこれらの境目をより円滑に移動する。

以上に本実施形態の運動案内装置１の構成を説明した。本実施形態の運動案内装置１によれば、以下の効果を奏する。

移動体本体４のボール転走溝４ｂの端部に第１傾斜面２１、第２傾斜面２２を設け、Ｌ_１≧１Ｄａ、Ｌ_２≧１Ｄａに設定するので、レール２に対して移動体３が相対的に傾いたとき、第１傾斜面２１と第２傾斜面２２における複数のボール６が負荷を受けることができ、各ボール６に過大な負荷がかかるのを防止できる。また、Ｌ_１＞Ｌ_２に設定するので、運動案内装置１の負荷能力をより高めることができる。

第２傾斜面２２の端部に第２傾斜面２２よりも傾きが大きい第３傾斜面２３を形成するので、従来のクラウニングと同様にボール６が円滑に、第３傾斜面２３に出入りすることができる。また、第３傾斜面２３の長さＬ_３を１Ｄａ以下に設定するので、傾きが大きい第３傾斜面２３にボール６が２個入って、第２傾斜面２２寄りのボール６が殆どの負荷を受けるのを防止できる。

移動体本体４の端部に第３傾斜面２３よりも傾きが大きい面取り部１３を形成するので、レール２に対して移動体３が相対的に傾いたとき、負荷路１０に入るボール６が移動体本体４の端部に衝突するのを防止できる。また、面取り部１３の長さＬａを１Ｄａ以下に設定するので、負荷を受けられる有効ボール数が減るのを防止できる。

移動体本体４の負荷ボール転走面４ｂに第１傾斜面２１が形成され始めた始点Ｓから移動体本体４の端面４ｄまでの長さをＬとして、Ｌ／Ｄａ＞４に設定するので、レール２に対して移動体３が相対的に傾いたとき、負荷を受けられるボール６の数を多くすることができ、各ボール６に過大な負荷がかかるのを防止できる。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能でもある。

転動体は、ボールに限定されずに、ローラでもよい。ただし、転動体にローラを使用すると、過大なピッチングモーメントがかかったときにローラが傾く現象であるスキューが発生するおそれがある。転動体にボールを使用すると、これを防止できる。

軌道部材に対する移動体の移動は相対的なものであり、移動体が移動しても、軌道部材が移動してもよい。

接触角方向の断面で見た第１傾斜面、第２傾斜面、第３傾斜面、面取り部を曲線状に形成することも可能である。

基本動定格荷重の９０％（０．９Ｃ）のラジアル荷重を想定し、運動案内装置１と取付け部材８，９のＦＥＭ解析を行い、移動体３の内部のボール６の負荷を計算した。

図１８（ａ）は、標準クラウニングを施した従来の運動案内装置３１のボール３６の負荷を示し、図１８（ｂ）は、本実施形態の運動案内装置１のボール６の負荷を示す。ボール列が４つ存在するので、図１８（ａ）（ｂ）では、４つのボール列それぞれの負荷が示されている。

図１８（ａ）に示すように、解析の結果、従来の運動案内装置３１では、移動体３３の端部のボール３６（図中Ａで示す）に負荷がかかっていて、負荷ボール転走面３４ｂとクラウニング４２の境目のボール３６（図中Ｂで示す）の負荷が最も大きかった。この解析の結果は、過大なモーメントが働いた状態の実際の状況と一致した。

一方、図１８（ｂ）に示すように、本実施形態の運動案内装置１では、移動体本体４の端部のボール６（図中Ｃで示す）の負荷がゼロになり、すなわち移動体本体４の端部にボール６が衝突しなくなり、ボール６（図中Ｄで示す）の最大荷重も図１８（ａ）と比較して８０％程度まで下げることができた。このため、計算上の走行寿命が２倍以上長くなることがわかった。

本明細書は、２０１８年１１月２７日出願の特願２０１８−２２０８２８及び２０１８年１１月２７日出願の特願２０１８−２２０８２９に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１…運動案内装置、２…レール（軌道部材）、２ａ…ボール転走面（転動体転走面）、３…移動体、４…移動体本体、４ｂ…負荷ボール転走面（負荷転動体転走面）、４ｃ…戻し路、５…蓋部材、６…ボール（転動体）、１１…方向転換路、１２…クラウニング、１３…面取り部、２１…第１傾斜面、２２…第２傾斜面、２３…第３傾斜面、５２…クラウニング、５３…面取り部、６１…第１傾斜面、６２…第２傾斜面、６３…第３傾斜面、Ｓ…第１傾斜面の始点

Claims (9)

1. 転動体転走面を有する軌道部材と、前記軌道部材の前記転動体転走面に対向する負荷転動体転走面を有し、複数の転動体を介して前記軌道部材に相対移動可能に組み付けられる移動体と、を備える運動案内装置において、
   前記移動体の前記負荷転動体転走面の端部にクラウニングを形成すると共に、前記クラウニングの端部に面取り部を形成し、
   前記移動体の前記負荷転動体転走面の長さ方向における前記クラウニングと前記面取り部の全長をＬとし、前記転動体の直径をＤａとして、
   Ｌ／Ｄａ＞４に設定する運動案内装置。
2. 前記移動体の前記負荷転動体転走面からの前記面取り部の最大深さＤを、基本動定格荷重（Ｃ）の６０％以上のラジアル荷重が働いたときの前記軌道部材の前記転動体転走面、前記移動体の前記負荷転動体転走面及び前記転動体の弾性変形量以上に設定することを特徴とする請求項１に記載の運動案内装置。
3. 前記長さ方向における前記面取り部の長さＬａを、１Ｄａ以下に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動案内装置。
4. 前記クラウニングが、前記移動体の前記負荷転動体転走面に隣接して形成された第１傾斜面と、前記第１傾斜面に隣接して形成され、前記第１傾斜面よりも傾きが大きい第２傾斜面と、を備え、
   前記長さ方向における前記第１傾斜面の長さをＬ_１、前記長さ方向における前記第２傾斜面の長さをＬ_２として、
   Ｌ_１≧１Ｄａ、Ｌ_２≧１Ｄａ、かつＬ_１＞Ｌ_２に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の運動案内装置。
5. 前記クラウニングが、前記第２傾斜面に隣接して形成され、前記第２傾斜面よりも傾きが大きい第３傾斜面を備え、
   前記長さ方向における前記第３傾斜面の長さをＬ_３として、
   Ｌ_３≦１Ｄａに設定することを特徴とする請求項４に記載の運動案内装置。
6. 転動体転走面を有する軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して移動可能に組み付けられる移動体と、を備え、
   前記移動体は、前記軌道部材の前記転動体転走面に対向する負荷転動体転走面及びこの負荷転動体転走面と略平行な戻し路を有する移動体本体と、前記移動体本体の端部に設けられ、前記移動体本体の前記負荷転動体転走面と前記戻し路に接続される方向転換路を有する蓋部材と、を備える運動案内装置において、
   前記移動体本体の前記負荷転動体転走面の端部に前記負荷転動体転走面に対して傾斜する第１傾斜面を形成し、
   前記第１傾斜面の端部に前記第１傾斜面よりも傾きが大きい第２傾斜面を形成し、
   前記移動体本体の前記負荷転動体転走面の長さ方向における前記第１傾斜面の長さをＬ_１、前記長さ方向における前記第２傾斜面の長さをＬ_２、前記転動体の直径をＤａとして、
   Ｌ_１≧１Ｄａ、Ｌ_２≧１Ｄａ、かつＬ_１＞Ｌ_２に設定する運動案内装置。
7. 前記第２傾斜面の端部に前記第２傾斜面よりも傾きが大きい第３傾斜面を形成し、
   前記長さ方向における前記第３傾斜面の長さをＬ_３として、
   Ｌ_３≦１Ｄａに設定することを特徴とする請求項６に記載の運動案内装置。
8. 前記第３傾斜面と前記移動体本体の端面との間に前記第３傾斜面よりも傾きが大きい面取り部を形成し、
   前記長さ方向における前記面取り部の長さをＬａとして、
   Ｌａ≦１Ｄａに設定することを特徴とする請求項７に記載の運動案内装置。
9. 前記移動体本体の前記負荷転動体転走面に前記第１傾斜面が形成され始めた始点から前記移動体本体の前記端面までの長さをＬとして、
   Ｌ／Ｄａ＞４に設定することを特徴とする請求項８に記載の運動案内装置。

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