WO2005019668A1 - 直動案内装置 - Google Patents

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slider
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Kenta Nakano
Ryoichi Sato
Hiroki Yamaguchi
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NSK Ltd
NSK Precision Co Ltd
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    • F16C29/0633—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C29/0604—Details of the bearing body or carriage or parts thereof, e.g. methods for manufacturing or assembly of the load bearing section
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Definitions

  • the present invention relates to a linear guide device.
  • Linear motion guide devices that linearly guide an object to be guided while infinitely circulating rolling elements such as rollers and balls inside are known as semiconductor manufacturing devices, ultra-precision processing machines, and ultra-precision measuring devices.
  • the linear motion guide device includes a guide rail provided with a rail-side rolling element raceway groove, and a slider-side rolling element raceway groove opposed to the rail-side rolling element raceway groove.
  • a slider body supported on a guide rail so as to be movable in the axial direction through the rolling of a plurality of rolling elements disposed in the rolling element rolling path formed between the raceway grooves.
  • Device. This device is provided with a rolling element return path provided in the slider body so as to be substantially parallel to the rolling element rolling path, and an end of the rolling element return path which is attached to both ends of the slider body in the moving direction.
  • An end cap formed with an outer peripheral side circulation groove of a semicircular rolling element circulation path that communicates with an end of the rolling element rolling path, and an end cap that is interposed between the end cap and the slider body.
  • a return guide is formed by forming an inner circumferential side circulation groove of the rolling element circulation path at a position facing the side circulation groove.
  • rolling element passing vibrations When the rolling elements of the linear motion guide device circulate indefinitely through the rolling element rolling path, the rolling element circulation path, and the rolling element return path, periodic minute vibrations (hereinafter referred to as rolling element passing vibrations). Occurs, which greatly affects the motion accuracy of the aforementioned devices.
  • the rolling element passing vibration occurs when a rolling element rolling on a rolling element rolling path (load area) while receiving a load from a preload and an external load exits the load area into a rolling element circulation path (no-load area). This is caused by the release of the load on the vehicle, and conversely, by applying a new load when entering the load region from the no-load region.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-54310 (FIGS. 11 and 15)
  • the linear motion guide device described above has a problem that the operability and the noise level are likely to deteriorate when a large load is applied to the slider body or a large mounting error occurs due to twisting or the like. is there.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and achieves improvement in noise characteristics by reducing running noise and smooth operation of the slider body, and improvement in motion braking by reducing rolling element passing vibration. It is an object of the present invention to provide a linear motion guide device capable of achieving the following.
  • the deterioration of the noise characteristics and the operability of the linear motion guide device is correlated with the crowning amount of the crowning formed on both ends of the slider-side rolling element raceway groove of the slider body and the elastic deformation amount of the rolling element.
  • the crowding amount is a relief amount of the slider-side rolling element raceway groove at a contact position in the contact angle direction between the rolling element and the slider-side rolling element raceway groove.
  • the amount of crowning is reduced by minimizing the reduction in load capacity or based on the value of the preload amount. It is about 0.15% or less of the diameter of the moving body. If a large load is applied to the slider body or a large mounting error occurs due to prying, etc.
  • the amount of elastic deformation of the rolling element on the end side of the rolling element raceway groove becomes greater than the crowning amount, and smooth rolling of the rolling element is hindered and noise increases.
  • the noise is more remarkable when the gap between the rows of rolling elements is set to a small value or when the pitch between the rolling elements is fixed by interposing a holding piece between the rolling elements.
  • a linear motion guide device provides a guide rail having a rail-side rolling element raceway groove provided on a side surface along an axial direction, and a slider side-rotation surface facing the rail-side rolling element raceway groove. It has a moving body raceway groove, and the rail side rolling body raceway groove and the slider side rolling body raceway groove A slider body supported by the guide rail so as to be movable in the axial direction through the rolling of a plurality of rolling elements disposed in the rolling element rolling path formed therebetween; and the rolling element rolling.
  • a rolling element return path provided in the slider body so as to be substantially parallel to the path; and end portions of the rolling element return path, which are attached to both ends of the slider body in the moving direction, and the rolling element rolling path.
  • An end cap forming an outer peripheral side circulation groove of a semicircular rolling element circulation path communicating with an end of the outer peripheral side circulation groove, the end cap being interposed between the end cap and the slider body;
  • a linear guide having a return guide forming an inner circumferential circulation groove of the rolling element circulation path at a position facing the rolling element and a crowning provided at both ends of the slider-side rolling element raceway groove.
  • the invention according to claim 2 has a guide rail having a rail-side rolling element raceway groove provided on a side surface along an axial direction, and a slider-side rolling element raceway groove facing the rail-side rolling element raceway groove. Then, a plurality of rolling elements disposed in rolling element rolling paths formed between the rail-side rolling element raceway grooves and the slider-side rolling element raceway grooves can be moved in the axial direction.
  • An end cap forming an outer peripheral side circulation groove of a semicircular rolling element circulation path communicating with an end of the rolling element return path and an end of the rolling element rolling path; and Interposed between the slider body and the outer peripheral side A linear guide having a return guide forming an inner circumferential circulation groove of the rolling element circulation path at a position facing the annular groove, and a crowning provided at both ends of the slider-side rolling element raceway groove.
  • the amount of the craw jug was set to a value of 1.5% or less of the diameter of the rolling element.
  • the amount of the crown jung is 0.3% or more of the diameter of the rolling element.
  • the crowning in the linear motion guide device according to the second or third aspect, has a curved surface shape having a predetermined radius of curvature, and the radius of curvature is the diameter of the rolling element. It was set to 70 times or more.
  • the linear motion guide device according to any one of the first to fourth aspects wherein an end of the crowning and an inner periphery of the return guide continuous with the end are provided. A step eliminating portion is provided between the side circulation groove and the groove end.
  • a boundary portion between the slider-side rolling element groove and the crowning is subjected to a honing force.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a linear motion guide device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a bearing block which is a component of the linear motion guide device.
  • FIG. 3 is a view taken along line AA of FIG. 2, showing one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph of an experimental result obtained by measuring a change in a noise level and a change in a load capacity ratio by changing a crowning amount.
  • FIG. 5 This is a graph of experimental results obtained by measuring the noise level by changing the radius of curvature of the crowning 24.
  • FIG. 6 is a view showing another embodiment according to the present invention.
  • Fig. 1 shows the appearance of the linear motion guide device.
  • a portal-shaped slider 2 is movably mounted on a guide rail 1.
  • a substantially 1/4 arc-shaped concave groove orbit groove 10 extending in the axial direction is formed.
  • a rolling element raceway groove 10 formed of a concave groove having a substantially semicircular cross section extending in the axial direction is formed at an intermediate position between both side surfaces la of the guide rail 1.
  • the slider 2 includes a bearing block 2A forming the main body of the slider 2, and a gate-shaped end cap 2B detachably attached to both ends in the axial direction thereof. Side seals 5 that seal the openings of the gaps between the guide rails 1 and the sliders 2 are respectively mounted on the portions (end surfaces of the end caps 2B).
  • a rolling element raceway groove 11 having a substantially semicircular cross section facing the rolling element raceway groove 10 of the guide rail 1 is formed at a corner of the inner surface of both sleeves 6 of the bearing block 2A.
  • a rolling element raceway groove 11 having a substantially semicircular cross section is formed in the center of the inner side surface of each of the sleeves 6 and faces the rolling element raceway groove 10 of the guide rail 1.
  • rolling element rolling paths 14 are formed by the rolling element raceway grooves 10 of the guide rail 1 and the rolling element raceway grooves 11 of both sleeves 6 of the bearing block 2A.
  • the moving body rolling path 14 extends in the axial direction.
  • the slider 2 has a rolling element return path 13 formed of a circular through hole that penetrates in the axial direction in parallel with the rolling element rolling path 14 at the upper and lower portions of the thick portion of the sleeve 6 of the bearing block 2A. Have.
  • FIG. 3 shows a first embodiment according to the present invention.
  • the end cap 2B is, as shown in FIG.
  • An arc-shaped outer peripheral side circulation groove 16 is provided.
  • the member indicated by reference numeral 18 in FIG. 3 is a return guide interposed between the bearing block 2A and the end cap 2B, and the outer periphery of the return guide 18 faces the outer peripheral side circulation groove 16.
  • An inner peripheral circulation groove 20 is provided at the position.
  • the outer peripheral side circulation groove 16 and the inner peripheral side circulation groove 20 form a rolling element circulation path 22 that connects the rolling element rolling path 14 and the rolling element return path 13.
  • Rolling element B is sent from the end point of rolling element rolling path 14 to the starting point of rolling element return path 13 or from the end point of rolling element returning path 13 to the starting point of rolling element rolling path 14. Has become.
  • a crowning 24 having a predetermined curvature radius R and a curved surface is provided at an end of the eleventh portion.
  • the dimensional force indicated by the symbol C of the crowning 24 is the crowning amount indicating the amount of relief of the rolling element raceway groove 11 at the contact position in the contact angle direction between the rolling element B and the rolling element raceway groove 11.
  • the rolling element B shown by a solid line in the rolling element rolling path 14 is in a state of being elastically deformed by a preload / an external load.
  • the maximum elastic deformation H is calculated by the following equation.
  • the crowning amount C of the crowning 24 is set to a value larger than the maximum elastic deformation amount H of the rolling element B (C> H).
  • the crowning 24 is provided at the end of the rolling element raceway groove 11, so that the rolling element rolling path 14 (load area) rolls while receiving a load due to a preload or an external load.
  • the load is released when the rolling element B exits the rolling element circulation path 22 (no-load area) from the load area, or when a load is newly applied when the no-load area force enters the load area.
  • the load change is performed gradually, it is possible to improve the motion braking by reducing the rolling element passing vibration, and it is possible to prevent a significant deterioration in noise level and operability.
  • the linear motion guide device is sometimes used in a state in which loads and moments from various directions act in combination or there is an installation error.
  • Run It is common practice to convert the combined load and mounting error into a radial load based on the running distance life (peeling life due to fatigue), and to set the allowable value in that case to 20% or less of the dynamic rated load.
  • its value is generally 10% or less of the dynamic load rating.
  • the amount of the craw jung provided on the slider body of the conventional linear motion guide device is 20 times the radial dynamic load rating. Since the value was smaller than the maximum elastic deformation of the rolling element when an external force of / o was applied, there was a possibility that the noise level and operability would deteriorate.
  • the crowning amount C of the crowning 24 is set to a value larger than the maximum elastic deformation amount H of the rolling element B, so that the bearing block 2A has a large max.
  • the amount of elastic deformation of the rolling element B rolling on the end side of the rolling element track groove 11 does not become larger than the crowning amount C. Since the rolling element B rolls smoothly, it is possible to significantly reduce the noise level and the operability.
  • the radius of curvature R of the crowning 24 is set to 1000 mm, and the crowning amount C is set to 0.75% of the diameter D of the rolling element B.
  • FIG. 4 shows that the OOlrad is incorrectly mounted on the bearing block 2A in the rolling direction.
  • the noise level and the load capacity ratio were changed by changing the crowning amount C of the crowning 24 (the load capacity of the conventional device without the crowning was set to 1, and the crowning amount of the device of the present embodiment was compared to this conventional device.
  • 7 is a graph of an experimental result obtained by measuring a load capacity ratio when the ratio is changed.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the crowning amount C as a ratio (%) to the diameter D of the rolling element B.
  • the noise level is 5 dB (A) or more, a significant difference in loudness can be confirmed even at human intervals.Therefore, as shown in Fig. 4, the noise level is less than 5 dB (A).
  • the Crowjung amount C is 0.3 with respect to the rolling element diameter. / 0 or more is desirable.
  • the load capacity decreases after a predetermined value, and the life of the linear guide device decreases. That is, when the crowding amount C is set to a value larger than 1.5%, the load capacity becomes less than 80% and the life of the linear motion guide device is sharply reduced. This is because if the crowning amount C is set to a value larger than 1.5%, the crown length L2 becomes longer, so that the effective length L3 of the rolling element raceway groove 11 cannot be sufficiently secured, and the load This is because the load capacity of the rolling element rolling path 14 is less than 80% of that of the conventional device, and the durability is greatly reduced to 1/2 or less. For this reason, considering the life of the linear motion guide device, reducing the crowning amount C to 1.5% or less minimizes the decrease in load capacity, and is 80% or more compared to conventional devices. Load capacity can be secured.
  • Fig. 5 shows that a large mounting error (0.001 rad) is provided in the rolling direction on the bearing block 2A.
  • the crowning amount C with respect to the diameter of the rolling element B is 0.75%
  • the radius of curvature R of the crowning 24 is It is a graph of the experimental result which measured the noise level by changing
  • FIG. 6 shows a third embodiment according to the present invention.
  • a chamfered portion 26 extending in a plane is formed at the end of the crowning 24, and a slight recess is formed between the end and the groove end of the inner peripheral side circulation groove 20 of the continuous return guide 18. Is provided.
  • the length of the chamfered portion 26 is set to be equal to or less than the diameter of the rolling element B.
  • the boundary 28 between the rolling element raceway groove 11 and the crowning 24 is subjected to a Houng processing.
  • chamfered portion 26 is not limited to the above-described chamfered portion 26 and may be a curvedly extending chamfered portion.
  • a crowning of a different shape may be formed at the end of the crowning 24, or a portion to be processed simultaneously with the return guide 18 may be provided.
  • the crowning 24 shown in the first to third embodiments has a curved surface shape with a predetermined radius of curvature R, the same effect can be obtained even with a crowning extending in a plane. S can.
  • FIG. 1 and 2 show a structure in which two rolling element rolling paths 14 are formed between both sides of the guide rail 1 and both sleeves 6 of the bearing block 2A, respectively. Even if the rolling element rolling path 14 is formed for each part, the same function and effect can be obtained.
  • the crowning amount C in the above embodiment is determined by the contact angle between the rolling element B and the rolling element raceway groove 11.
  • the amount of clearance of the rolling element raceway groove 11 at the contact position in the direction is the amount of clearance of the rolling element raceway groove 11.
  • the same effect can be obtained by converting the amount of change in the groove bottom of the groove 11 and managing the value.
  • the crowning that is larger than the maximum elastic deformation amount of the rolling element is provided at the end of the slider-side rolling element raceway groove.
  • load area When a rolling element rolling on a rolling element rolling path (load area) exits the rolling element circulation path (no load area), the load is released, or conversely, enters the load area from the no-load area.
  • no load area When a new load is applied, the load fluctuates gradually, so that it is possible to improve the dynamic braking by reducing the rolling element passing vibration, and to prevent significant noise level deterioration and operability deterioration. can do.
  • the present invention is applicable to a linear guide device that linearly guides an unintended object in a semiconductor manufacturing apparatus, an ultra-precision processing machine, an ultra-precision measuring instrument, or the like.

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Abstract

　走行音の低減による騒音特性の向上及びスライダ本体の滑らかな作動性を実現するとともに、転動体通過振動の低減による運動制動の向上を図ることが可能な直動案内装置を提供する。ベアリングブロック２Ａの転動体軌道溝１１の端部に、所定の曲率半径Ｒで曲面形状としたクラウニング２４を設けている。このクラウニング２４のクラウニング量Ｃは、転動体転動路１４内で、予圧や外部荷重によって弾性変形している転動体Ｂの最大弾性変形量Ｈmaxより大きな値（Ｃ　＞　Ｈmax）に設定されている。このようにすると、ベアリングブロック２Ａに大きな荷重が作用したり、こじり等で大きな取付け誤差が生じた場合であっても、転動体軌道溝１１の端部側を転動する転動体Ｂの弾性変形量がクラウニング量Ｃより大きくならず転動体Ｂが円滑に転動する。したがって、著しい騒音レベルの悪化や作動性の悪化を防止することができる。

Description

技術分野
[0001] 本発明は、直動案内装置に関する。
背景技術
[0002] 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 明
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。
田
直動案内装置は、レール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、レール側転動体 軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を設け、このスライダ側転動体軌道溝及 びレール側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複数の転動 体の転動を介して軸方向に移動可能となるように案内レールに支持されたスライダ本 体とを備えた装置である。そして、この装置は、転動体転動路と略平行となるようにス ライダ本体内に設けた転動体戻し路と、スライダ本体の移動方向の両端部に取付け られ、転動体戻し路の端部と前記転動体転動路の端部とを連通する半円弧状の転 動体循環路の外周側循環溝を形成したエンドキャップと、このエンドキャップとスライ ダ本体との間に介装され、外周側循環溝と対向する位置に転動体循環路の内周側 循環溝を形成してレ、るリターンガイドとを備えてレ、る。
[0003] 直動案内装置の転動体が、転動体転動路、転動体循環路及び転動体戻し路を無 限循環する際には、周期的な微小振動 (以下、転動体通過振動という）が発生し、前 述した機器類の運動精度を大きく左右してしまう。前記転動体通過振動は、予圧ゃ 外部荷重によって負荷を受けながら転動体転動路 (負荷域）を転動している転動体 が、負荷域から転動体循環路 (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。
この転動体通過振動の抑制には、転動体転動路を形成してレ、るスライダ側転動体 軌道溝の両端部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（例えば、特許文献 1)。 特許文献 1 :特開平 04-54310号公報 (第 11図、第 15図）
[0004] し力しながら、上述した直動案内装置は、スライダ本体に大きな荷重が作用したり、 こじり等で大きな取付け誤差が生じた場合に、作動性や騒音レベルが悪化しやすい という問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、走行音の低減による騒音 特性の向上及びスライダ本体の滑らかな作動性を実現するとともに、転動体通過振 動の低減による運動制動の向上を図ることが可能な直動案内装置を提供することを 目的としている。
発明の開示
[0005] 本出願人は、直動案内装置の騒音特性及び作動性にっレ、て鋭意研究した結果、 以下のことが判明した。
すなわち、直動案内装置の騒音特性及び作動性の悪化は、スライダ本体のスライ ダ側転動体軌道溝の両端部に形成したクラウニングのクラウニング量と、転動体の弾 性変形量とに相関があるという知見を得た。ここで、クラウユング量とは、転動体とスラ イダ側転動体軌道溝の接触角方向の接触位置におけるスライダ側転動体軌道溝の 逃げ量である。
[0006] クラウニング量と転動体の弾性変形量との相関についてさらに説明すると、従来の 装置は、負荷容量の低下を最小限に抑えるため、或いは予圧量の値を基としたため 、クラウユング量を転動体の直径の 0. 15%以下程度としており、スライダ本体に大き な荷重が作用したり、こじり等で大きな取付け誤差が生じると、クラウニングを形成した スライダ側
転動体軌道溝の端部側での転動体の弾性変形量がクラウニング量以上となり、転動 体の円滑な転動が妨げられて騒音が大きくなるのである。なお、騒音は、転動体の列 の隙間を僅かに設定した場合や、転動体の間に保持ピースを介装して転動体間のピ ツチを一定とした場合は、より顕著に発生する。
[0007] そこで、本願請求項 1記載の直動案内装置は、軸方向に沿う側面にレール側転動 体軌道溝を設けた案内レールと、前記レール側転動体軌道溝に対向するスライダ側 転動体軌道溝を有し、これらレール側転動体軌道溝及びスライダ側転動体軌道溝の 間に形成した転動体転動路内に配設された複数の転動体の転動を介して軸方向に 移動可能となるように前記案内レールに支持されたスライダ本体と、前記転動体転動 路と略平行となるように前記スライダ本体内に設けた転動体戻し路と、前記スライダ本 体の移動方向の両端部に取付けられ、前記転動体戻し路の端部と前記転動体転動 路の端部とを連通する半円弧状の転動体循環路の外周側循環溝を形成しているェ ンドキャップと、このエンドキャップと前記スライダ本体との間に介装され、前記外周側 循環溝と対向する位置に前記転動体循環路の内周側循環溝を形成しているリターン ガイドと、前記スライダ側転動体軌道溝の両端部に設けたクラウニングと、を備えた直 動案内装置において、前記クラウユングのクラウユング量を、前記転動体転動路を転 動する前記転動体の最大の弾性変形量より大きな値に設定した。
[0008] また、請求項 2記載の発明は、軸方向に沿う側面にレール側転動体軌道溝を設け た案内レールと、前記レール側転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を 有し、これらレール側転動体軌道溝及びスライダ側転動体軌道溝の間に形成した転 動体転動路内に配設された複数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となる ように前記案内レールに支持されたスライダ本体と、前記転動体転動路と略平行とな るように前記スライダ本体内に設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向 の両端部に取付けられ、前記転動体戻し路の端部と前記転動体転動路の端部とを 連通する半円弧状の転動体循環路の外周側循環溝を形成しているエンドキャップと 、このエンドキャップと前記スライダ本体との間に介装され、前記外周側循環溝と対向 する位置に前記転動体循環路の内周側循環溝を形成しているリターンガイドと、前 記スライダ側転動体軌道溝の両端部に設けたクラウニングと、を備えた直動案内装 置において、前記クラウユングのクラウユング量を、前記転動体の直径の 1. 5%以下 の値に設定した。
[0009] また、請求項 3記載の発明は、請求項 2記載の直動案内装置において、前記クラウ ユング量を、前記転動体の直径の 0. 3%以上とした。
また、請求項 4記載の発明は、請求項 2又は 3記載の直動案内装置において、前記 クラウニングを、所定の曲率半径で湾曲する曲面形状とするとともに、前記曲率半径 を、前記転動体の直径の 70倍以上に設定した。 また、請求項 5記載の発明は、請求項 1乃至 4の何れかに記載の直動案内装置に おいて、前記クラウユングの端部と、この端部に連続している前記リターンガイドの内 周側循環溝の溝端部との間に段差解消部を設けた。
さらに、請求項 6記載の発明は、請求項 1乃至 5の何れかに記載の直動案内装置 において、少なくとも前記スライダ側転動体溝及びクラウユングとの境界部分に、ホー ユング力卩ェを施した。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明に係る直動案内装置を示す斜視図である。
[図 2]直動案内装置の構成部材であるベアリングブロックを示す平面図である。
[図 3]図 2の A— A線矢視図であり、本発明に係る 1実施形態を示すものである。
[図 4]クラウニング量を変化させて騒音レベル変化及び負荷容量の割合変化を計測 した実験結果のグラフである。
[図 5]クラウニング 24の曲率半径を変化させて騒音レベルを計測した実験結果のダラ フである。
[図 6]本発明に係る他の実施形態を示す図である。
符号の説明
[0011] 1 案内レーノレ
2 スライダ
2A ベアリングブロック（スライダ本体）
2B エンドキャップ
10 転動体軌道溝（レール側転動体軌道溝）
11 転動体軌道溝 (スライダ側転動体軌道溝）
13 転動体戻し路
14 転動体転動路
16 外周側循環溝
18 リターンガイド
20 内周側循環溝
22 転動体循環路 24 クラウユング
26 面取り部（段差解消部）
28 転動体転動溝とクラウニングの境界部
B 転動体
C クラウユング量
発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明に係る直動案内装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図 1は、直動案内装置の外観を示すものである。この直動案内装置は、案内レール 1上に、門型形状のスライダ 2が移動可能に組み付けられている。この案内レール 1 の上面と側面 laとが交差する稜線部には、軸方向に延びる略 1/4円弧形状の凹溝 力 なる転動体軌道溝 10が形成されている。また、案内レール 1の両側面 laの中間 位置にも、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体軌道溝 10が形成 されている。
[0013] スライダ 2は、スライダ 2の本体をなすベアリングブロック 2Aと、その軸方向両端部に 着脱可能に取り付けられた門型形状のエンドキャップ 2Bとで構成されており、さらに 、スライダ 2の両端部（各エンドキャップ 2Bの端面）には、案内レール 1とスライダ 2との 間の隙間の開口をシールするサイドシール 5がそれぞれ装着されている。
図 2に示すように、ベアリングブロック 2Aの両袖部 6の内側面の角部には、案内レ ール 1の転動体軌道溝 10に対向する断面ほぼ半円形の転動体軌道溝 11が形成さ れ、両袖部 6の内側面の中央部には、案内レール 1の転動体軌道溝 10に対向する 断面ほぼ半円形の転動体軌道溝 11が形成されている。
[0014] そして、案内レール 1の転動体軌道溝 10とベアリングブロック 2Aの両袖部 6の転動 体軌道溝 11とで 4箇所の転動体転動路 14が形成されており、これらの転動体転動 路 14は軸方向に延びている。また、スライダ 2は、ベアリングブロック 2Aの袖部 6の肉 厚部分の上部及び下部に、転動体転動路 14と平行に軸方向に貫通した円形の貫 通孔からなる転動体戻し路 13を備えている。
[0015] ここで、図 3は、本発明に係る第 1実施形態を示すものである。
エンドキャップ 2Bは、図 3に示すように、ベアリングブロック 2Aとの当接面側に、半 円弧状の外周側循環溝 16を設けている。また、図 3の符号 18で示す部材は、ベアリ ングブロック 2Aとエンドキャップ 2Bとの間に介装されたリターンガイドであり、このリタ ーンガイド 18の外周には、外周側循環溝 16に対向する位置に内周側循環溝 20を 設けている。これら外周側循環溝 16及び内周側循環溝 20が、転動体転動路 14と転 動体戻し路路 13とを連通させる転動体循環路 22となっており、この転動体循環路 2 2内を転動する転動体 Bを転動体転動路 14の終点から転動体戻し路 13の始点へ送 り、或いは、転動体戻し路 13の終点から転動体転動路 14の始点へ送るようになって いる。
[0016] そして、本実施形態では、図 3に示すように、ベアリングブロック 2Aの転動体軌道溝
11の端部に、所定の曲率半径 Rで曲面形状としたクラウニング 24を設けている。この クラウニング 24の符号 Cで示している寸法力 転動体 Bと転動体軌道溝 11の接触角 方向の接触位置における転動体軌道溝 11の逃げ量を示すクラウニング量である。 また、図 3において転動体転動路 14内で実線で示す転動体 Bは、予圧ゃ外部荷重 によって弾性変形している状態を示すものである。変形荷重が加わっていないときの 転動体 B (破線で示す転動体）の直径を D、実線のように転動体 Bが最大に弾性変形 しているときの直径を L1とすると、転動体 Bの最大弾性変形量 H は、以下の式で求
max
められる。
H = LI - D …… (1)
max
ここで、本実施形態では、クラウニング 24のクラウユング量 Cを、転動体 Bの最大弾 性変形量 H より大きな値に設定している（C > H )。
max max
[0017] 本実施形態では、転動体軌道溝 11の端部にクラウニング 24を設けたことで、予圧 や外部荷重によって負荷を受けながら転動体転動路 14 (負荷域）を転動している転 動体 Bが、負荷域から転動体循環路 22 (無負荷域）に出る際に負荷が開放されたり、 また反対に、無負荷域力も負荷域に進入する際に新たに負荷を負うときに、負荷変 動が徐々に行われるので、転動体通過振動の低減による運動制動の向上を図ること ができ、著しい騒音レベルの悪化や作動性の悪化を防止することができる。
[0018] そして、直動案内装置は、各方向からの荷重やモーメントが複合して作用したり、取 付け誤差がある状態で使用されることもあり、その大きさの許容値の目安としては、走 行距離寿命 (疲労による剥離寿命）を元に複合荷重や取付け誤差をラジアル方向の 負荷荷重に換算し、その場合の許容値を、動定格荷重の 20%以下とするのが一般 的であり、長寿命を要求される場合でのその値は、動定格荷重の 10%以下とするの が一般的である。し力、しながら、従来の直動案内装置のスライダ本体に設けたクラウ ユングのクラウユング量は、ラジアル方向に動定格荷重の 20。/oの外力が作用したとき の転動体の最大弾性変形量よりも小さい値としていたので、騒音レベルの悪化や作 動性の悪化を生じる可能性があった。
[0019] それに対して、本実施形態では、クラウユング 24のクラウユング量 Cを、転動体 Bの 最大弾性変形量 H より大きな値に設定したことで、ベアリングブロック 2Aに大きな max
荷重が作用したり、こじり等で大きな取付け誤差が生じた場合であっても、転動体軌 道溝 11の端部側を転動する転動体 Bの弾性変形量がクラウニング量 Cより大きくなら ず転動体 Bが円滑に転動するので、著しレ、騒音レベルの悪化や作動性の悪化を防 止すること力 Sできる。
[0020] さらに、本実施形態の騒音特性と耐久性の両立を考慮した直動案内装置を使用す ることにより、稼働前のテーブル体の稼働で騒音が発生した場合は、著しい取付け誤 差や負荷荷重によって寿命の大幅な低下等の耐久性に悪影響を及ぼすことが見込 まれ、本格的な稼働の前に取付け誤差の発生の有無等を検知することも可能となる 次に、本発明に係る第 2実施形態について、前述した図 3と図 4及び図 5を参照しな がら説明する。
本実施形態では、クラウユング 24の曲率半径 Rを 1000mmとし、クラウニング量 Cを 転動体 Bの直径 Dに対して 0. 75%に設定した。
そして、ベアリングブロック 2Aにローリング方向に大きな取付け誤差（0. OOlra d)を設けて騒音レベルを実測したところ、取付け誤差がない場合と比較して、騒音レ ベ
ルの上昇値を従来の装置では 12dB (A)であったのに対し、本実施形態では ldB ( A)に抑えることがわかった。
[0021] また、図 4は、ベアリングブロック 2Aにローリング方向に 0. OOlradの取付け誤 差を設け、クラウニング 24のクラウニング量 Cを変化させて騒音レベル及び負荷容量 の割合 (クラウニングを設けていない従来装置の負荷容量を 1とし、この従来装置に 対して本実施形態の装置のクラウニング量を変化させたときの負荷容量の割合)を計 測した実験結果のグラフである。
図 4に示すグラフの横軸は、クラウニング量 Cを、転動体 Bの直径 Dに対する割合（ %)で示している。
一般的に、騒音レベルが 5dB (A)以上であると、人間の間隔でも音の大きさの有意 差を確認することができることから、図 4に示すように、騒音レベルが 5dB (A)未満と なるように、クラウユング量 Cを転動体直径に対して 0. 3。/0以上とすることが望ましい。
[0022] しかし、クラウユング量 Cが増大すると、所定の値を境として負荷容量が低下して直 動案内装置の寿命が低下してくる。すなわち、クラウユング量 Cを 1. 5%より大きな値 にすると、負荷容量が 80%未満となって直動案内装置の寿命が急激に低下してくる ことがわかる。これは、クラウニング量 Cを 1 · 5%より大きな値にすると、クラウユング長 さ L2が長くなることで転動体軌道溝 11の有効長 L3を十分に確保することができず、 負荷を受ける転動体の数が減少するので、転動体転動路 14の負荷容量が従来装置 に対して 80%未満となり、耐久性が 1/2以下と大幅に低下するからである。このた め、直動案内装置の寿命の面から考えると、クラウユング量 Cを 1 · 5%以下とすること で、負荷容量の低下を最小限に抑え、従来の装置と比較して 80%以上の負荷容量 の確保が可能となる。
[0023] したがって、クラウユング量 Cを、 0. 3%— 1. 5%の範囲に設定すると、騒音特性が 向上すると同時に、耐久性の低減を最小限に抑えた直動装置を提供することができ る。
また、図 5は、ベアリングブロック 2Aにローリング方向に大きな取付け誤差 (0. 001 rad)を設け、例えば転動体 Bの直径に対するクラウユング量 Cを 0. 75%とし、クラウ ユング 24の曲率半径 Rを変化させて騒音レベルを計測した実験結果のグラフである
[0024] このグラフから明らかなように、クラウユング 24の曲率半径 Rが、転動体 Bの直径 D の 70倍以上となると、騒音レベルが大幅に低減していく。ここで、曲率半径 Rが大き いと、クラウニング長さ L2が長くなることで転動体軌道溝 11の有効長 L3を十分に確 保することができないので、クラウユング 24の曲率半径 Rは転動体 Bの直径 Dの 800 倍を上限とすることが望ましレ、。
次に、図 6は、本発明に係る第 3実施形態を示すものである。
本実施形態では、クラウニング 24の端部に平面的に延在する面取り部 26を形成し 、前記端部と連続するリターンガイド 18の内周側循環溝 20の溝端部との間に僅かな 凹みを設けている。この面取り部 26の長さは、転動体 Bの直径以下に設定されてい る。また、転動体軌道溝 11とクラウユング 24との境界部 28には、ホーユング加工が 施されている。
[0025] 本実施形態では、クラウユング 24の端部に面取り部 26を形成したことで、クラウニン グ 24とリターンガイド 18の内周側循環溝 20との間の連続部分での、大きな段差の解 消やベアリング端面に装着する循環部品（エンドキャップ、リターンガイド）の位置ズレ の吸収、或いは鋼球 (転動体)等の他部品との干渉を防止することができ、転動体転 路 14、クラウニング 24及び転動体循環路 22との間を転動体 Bが円滑に転動する。ま た、転動体軌道溝 11とクラウニング 24との境界部 28にホーニング加工を施したこと で、転動体転動路 14及びクラウニング 24の間を転動体 Bが円滑に転動する。したが つて、騒音特性をさらに向上させることができる。
[0026] なお、上述した面取り部 26に限らず、曲面的に延在する面取り部であってもよい。
また、面取り部 26の他に、クラウユング 24の端部に別形状のクラウニングを形成した り、リターンガイド 18とともに同時に加工する部分を設けてもよい。
また、第 1一第 3実施形態で示したクラウニング 24は、所定の曲率半径 Rで湾曲し た曲面形状としているが、平面的に延在するクラウユングであっても、同様の効果を 奏すること力 Sできる。
[0027] また、図 1及び図 2では、案内レール 1の両側とベアリングブロック 2Aの両袖部 6と の間に 2箇所ずつの転動体転動路 14を形成した構造を示したが、 1箇所ずつの転 動体転動路 14を形成しても、同様の作用効果を奏することができる。
また、上記実施形態のクラウニング量 Cは、転動体 Bと転動体軌道溝 11の接触角 方向の接触位置における転動体軌道溝 11の逃げ量であるが、加工の都合上、例え ば 2列同時に転動体転動溝 11にクラウユング加工を行う場合には、クラウユング量 C を転動体転動溝 11の溝底の変化量に換算し、その値を管理するようにすると、同様 の効果を得ることができる。
産業上の利用の可能性
[0028] 本発明の直動案内装置によると、スライダ側転動体軌道溝の端部に転動体の最大 の弾性変形量より大きなクラウニングを設けたことで、予圧ゃ外部荷重によって負荷 を受けながら転動体転動路 (負荷域)を転動している転動体が、転動体循環路 (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ときに負荷変動が徐々に行われるので、転動体通過振動の低 減による運動制動の向上を図ることができ、著しい騒音レベルの悪化や作動性の悪 化を防止することができる。また、スライダ本体に大きな荷重が作用したり、こじり等で 大きな取付け誤差が生じた場合であっても、上記のクラウニング量を設定し、最適な クラウニング形状としたことから転動体が負荷域及び無負荷域を円滑に転動するので
、負荷容量の低下を抑えつつ著しレ、騒音レベルの悪化や作動性の悪化を防止する こと力 Sできる。
[0029] 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おいて非案 内物を直線的に案内する直動案内装置に適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 軸方向に沿う側面にレール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、前記レール側 転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を有し、これらレール側転動体軌 道溝及びスライダ側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複 数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となるように前記案内レールに支持さ れたスライダ本体と、前記転動体転動路と略平行となるように前記スライダ本体内に 設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向の両端部に取付けられ、前記 転動体戻し路の端部と前記転動体転動路の端部とを連通する半円弧状の転動体循 環路の外周側循環溝を形成してレ、るエンドキャップと、このエンドキャップと前記スラ イダ本体との間に介装され、前記外周側循環溝と対向する位置に前記転動体循環 路の内周側循環溝を形成してレ、るリターンガイドと、前記スライダ側転動体軌道溝の 両端部に設けたクラウニングと、を備えた直動案内装置において、
前記クラウユングのクラウニング量を、前記転動体転動路を転動する前記転動体の 最大の弾性変形量より大きな値に設定したことを特徴とする直動案内装置。
[2] 軸方向に沿う側面にレール側転動体軌道溝を設けた案内レールと、前記レール側 転動体軌道溝に対向するスライダ側転動体軌道溝を有し、これらレール側転動体軌 道溝及びスライダ側転動体軌道溝の間に形成した転動体転動路内に配設された複 数の転動体の転動を介して軸方向に移動可能となるように前記案内レールに支持さ れたスライダ本体と、前記転動体転動路と略平行となるように前記スライダ本体内に 設けた転動体戻し路と、前記スライダ本体の移動方向の両端部に取付けられ、前記 転動体戻し路の端部と前記転動体転動路の端部とを連通する半円弧状の転動体循 環路の外周側循環溝を形成してレ、るエンドキャップと、このエンドキャップと前記スラ イダ本体との間に介装され、前記外周側循環溝と対向する位置に前記転動体循環 路の内周側循環溝を形成しているリターンガイドと、前記スライダ側転動体軌道溝の 両端部に設けたクラウニングと、を備えた直動案内装置において、
前記クラウユングのクラウニング量を、前記転動体の直径の 1. 5%以下の値に設定 したことを特徴とする直動案内装置。
[3] 前記クラウニング量を、前記転動体の直径の 0. 3%以上としたことを特徴とする請 求項 2記載の直動案内装置。
[4] 前記クラウニングを、所定の曲率半径で湾曲する曲面形状とするとともに、前記曲 率半径を、転動体の直径の 70倍以上に設定したことを特徴とする請求項 2又は 3記
[5] 前記クラウユングの端部と、この端部に連続している前記リターンガイドの内周側循 環溝の溝端部との間に、段差解消部を設けたことを特徴とする請求項 1乃至 4の何れ かに記
[6] 少なくとも前記スライダ側転動体溝及びクラウニングとの境界部分に、ホーニング加 ェを施したことを特徴とする請求項 1乃至 5の何れかに記載の直動案内装置。
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