WO2007052678A1

WO2007052678A1 - 運動案内装置

Info

Publication number: WO2007052678A1
Application number: PCT/JP2006/321796
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Mochizuki; Tomozumi Murata; Takashi Sakuyama
Original assignee: Thk Co., Ltd.
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2007-05-10
Also published as: EP1953399A1; US20090154849A1; EP1953399A4; CN101317017B; JPWO2007052678A1; EP1953399B1; US7988360B2; CN101317017A; JP4995729B2

Abstract

　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。　軌道軸１の軸線方向からみて、方向転換路１０が接触角線Ｌ１（ボール転走溝１ａの底Ｐ１とボール３の中心Ｃとを結ぶ線）に対して傾いている。掬い部１７を含む方向転換路１０の断面形状が、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る。そして、ゴシックアーチ溝形状の頂上の軌跡１８が、掬い部１７において接触角線Ｌ１に近づくように、方向転換路１０がねじれている。

Description

明細書

運動案内装置

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。リニァガイドは、図 24に示されるように、ボール転走溝 3 la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でサ一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、ボール転走溝 31aからボール 32を掬い上げるときにも、掬い部 37にすくい力が力かる力もである

[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 25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 3 7a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] 他方、出願人は、掬、部の断面形状を二つの円弧力なるゴシックアーチ溝形状に形成し、ボールが掬、部と二点で接触するようにした運動案内装置を考案した (非特許文献 1参照)。この発明によれば、掬い部の破損を防止することができると共にボールを円滑に循環させることができる。

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

発明が解決しょうとする課題

[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 26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の接触角線し 1 (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 3 5内を接触角線 L 1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 26の右側には、方向転換路 35に対して接触角線を L1から Lrに傾けた場合を示す。接触角線 Lrカゝ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 27に示されるリニアガイドでは、スペースの問題力も方向転換路 3 5を接触角線 L1に対して傾けて、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 26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 31 a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つてしまう。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] また、ボールスプライン、リニアガイド等の運動案内装置では、軽快な動きを得るために軌道レールのボール転走溝が浅くなることがある。出願人は、上記非特許文献 1 にお、て、高速で移動部材を移動させても掬、部が破損し難!、運動案内装置を提案している。ボール転走溝が浅い運動案内装置においても、同様に破損し難い掬い部が望まれる。

[0013] そこで、本発明の他の目的は、浅溝のボール転走溝を持つ運動案内装置において、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。

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（la)が形成される軌道部材（1)と、前記ボール転走溝（la)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（la)を転動する前記ボール（3)を前記方向転換路（1

0)内に掬い上げると共に、前記掬い部（17)力前記方向転換路（10)内の前記ボール (3)を前記ボール転走溝（la)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（la)の底 (P1)と前記ボール (3)の中心 (C)とを結ぶ線）に対して傾、て、て、前記掬ヽ部（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)力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（tl)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（la)が形成される軌道部材（1)と、前記ボール転走溝（la)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、部（17)で前記軌道部材（1)の前記ボール転走溝（la)を転動する前記ボール（3)を前記方向転換路（10)内に掬、上げると共に、前記掬い部（17)力前記方向転換路（10)内の前記ボール（3)を前記ボール転走溝（la)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（la)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、ボールとニ点で接触するように二つの円弧力なるゴシックアーチ溝形状に形成され、そして、前記掬、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] 請求項 4に記載の発明は、ボール転走溝（111a)が形成される軌道部材（111)と、前記ボール転走溝（11 la)に対向する負荷ボール転走溝（114a)が形成されると共に、前記負荷ボール転走溝（114a)と平行に伸びるボール戻し通路（117)、及び前記負荷ボール転走溝 ( 114a)と前記ボール戻し通路（117)を接続する方向転換路 ( 121)が設けられる移動部材（112)と、前記負荷ボール転走溝（11 la)、前記ボール戻し通路（117)及び前記方向転換路（121)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（113)と、を備え、前記方向転換路（121)の掬い部（122)で前記軌道部材 ( 11 1)の前記ボール転走溝 ( 111a)を転動する前記ボール（1 13)を前記方向転換路（121)内に掬い上げると共に、前記掬い部（122)から前記方向転換路（

121)内の前記ボール（113)を前記ボール転走溝（11 la)に戻す運動案内装置において、前記ボール（113)の進行方向と直交する断面において、前記掬い部（122 )が前記ボール（113)と二点接触するゴシックアーチ溝形状に形成され、前記軌道部材（11 1)の前記ボール転走溝（11 la)を転がる前記ボール（113)の中心と前記軌道部材 ( 11 1)の前記ボール転走溝 ( 111a)のエッジ（135)とを結ぶ線 (L 13)と、前記ボール（ 113)の中心 (C)と前記軌道部材（11 1)の前記ボール転走溝 ( 111a) の底とを結ぶ線 (L12)とがなす角度（γ 1)が 30度以下であり、そして、前記掬い部（

122)と前記ボール ( 113)とが接触する点（Ρ)と前記ボール（ 113)の中心 (C)とを結ぶ線 (L 11)と、前記ボール（113)の中心 (C)とゴシックアーチ溝形状の底（122a)とを結ぶ線 (L 12)とのなす角度 (接触角 oc 1)が、 30度を超えることを特徴とする。

[0019] 請求項 5に記載の発明は、請求項 4に記載の運動案内装置において、前記ボール

( 113)の進行方向に沿った断面にぉ、て、前記掬、部（122)が前記軌道部材（11 1)の前記ボール転走溝（11 la)を転がる前記ボール（113)を掬、上げる際、前記ボール（ 1 13)と前記掬!、部（122)との接触が開始する接触開始位置に、円弧面 (Rd) が形成されることを特徴とする。

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、。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カゝ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!、部が破損することがな、。

[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ぐ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、。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カゝ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] 請求項 4に記載の発明によれば、掬い部の接触角を大きくすることにより、ボールを掬、上げる際のボールと掬!、部の接触開始位置は、ボールの進行方向に後退し、且つ上方にずれる。ボールの掬い部の肉厚を増すことができるので、ボールの掬い部の強度を増カロさせることができる。

[0024] ボールを掬、上げる際のボールと掬、部の接触開始位置をボールの進行方向に後退させると、すくい角が大きくなる。請求項 5に記載の発明によれば、接触開始位置に円弧面を形成することで、すくい角を緩やかにすることができる。

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)はサーキユラ一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）圆 5]方向転換路の詳細図

圆 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

圆 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）

圆 11]方向転換路の外側の斜視図

圆 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!:と傾き 0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）圆 15]本発明の第二の運動案内装置としてのリニアガイドを示す斜視図

圆 16]従来のエンドプレートと本実施形態のエンドプレートを比較した断面図（図中（

A)は従来のエンドプレートを示し、図中（B)は本実施形態のエンドプレートを示す）圆 17]従来のエンドプレートと本実施形態のエンドプレートを比較した斜視図（図中（

A)は従来のエンドプレートを示し、図中（B)は本実施形態のエンドプレートを示す）

[図 18]エンドプレートの詳細図

[図 19]接触角の定義を示す図

圆 20]接触角と接触開始位置との関係を示す図

[図 21]ボールの進行方向に沿った掬い部の断面図

[図 22]掬、部の先端におけるボールと掬、部の接触状態を、従来の掬、部と本実施形態の掬、部とで比較した図（図中（A)は従来のエンドプレートを示し、図中（B)は本実施形態のエンドプレートを示す）

[図 23]掬い部の詳細図（図中（A)は従来の掬い部を示し、図中（B)は本実施形態の掬い部を示す）

[図 24]従来の運動案内装置を示す断面図 [図 25]従来の掬、部を示す断面図

[図 26]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 27]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

1…軌道軸 (軌道部材）

la…ボール転走溝

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

S 1…ねじれている区間

S 2· · ·ねじれていない区間

tl…軌跡の接線方向

111 · · ·軌道レール (軌道部材）

11 la…ボール転走溝

112· · '移動ブロック (移動部材）

113…ボーノレ

114…移動ブロック本体

114a…負荷ボール転走溝

115…エンドプレート

117…ボール戻し通路

121, 121a, 121b…方向転換路 122…掬い部

122a…掬い咅の底

135· · ·エッジ

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 la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 la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ぺーサ 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 lbが形成される。この凸条 lb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 laが形成される。ボール転走溝 laが凸条 lb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 laは、断面が単一の円弧力なるサーキユラ一アーク溝形状である（図 4参照)。ボール転走溝 la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 la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、る。ボール 3 の中心 Cとボール転走溝 la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 laは、断面が二つの円弧力もなるゴシックアーチ溝形状に形成されてもよ!、。

[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、単一の円弧力なるサーキユラ一アーク溝形状、又は二つの円弧力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 V、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 la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は円環状のカバ一 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 L 2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、スペースの問題力も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 la の底 PIとを結んだ線である。ボール転走溝 la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ユラ一アーク溝形状と、図 4 (B)に示されるように、二つの円弧力もなるゴシックアーチ溝形状とがある。サーキユラ一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 laの接触点 C1と同じになる。それゆえ、サーキユラ一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 la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 la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 la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 la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 la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 la (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 la (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 la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上に達することなぐ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 Rl , 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 Ρとボール 3の中心 Cとを結ぶ線 L13と、ボール 3の中心 Cとゴシックァーチ溝形状の底 23とを結ぶ線 L12とのなす接触角 oc 1は 30度を超える（角度 oc 1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 OC 1は同じに設定される。接触角 OC 1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（理由は図 16及び図 17の説明を参照）

[0044] 図 6の H— H断面図に示されるように、 α = 0度から 90度に向力うにつれて、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力も一定の距離 Aだけ離した位置に置き、中点 PC を中心に j8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 j8の交差角度をもつ。図 6に示されるように、ゴシックァーチ溝形状は、 a = 0度から 90度にかけて、ー断面の形状カ 11 11断面の形状へと連続的に変化する。そして、最終的に ίお- J仮想断面において、角度 j8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 la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 1 0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、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ぐ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ぐ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の端力も方向転換路 10の外周に沿った距離を!:とおく。図 13 (B)に示されるように、軌跡 18の接線方向 tl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 tlが連続し、軌跡 18の接線方向 tl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ぐ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ぐ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ぐ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!ヽ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力サーキユラ一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、 OC =0 度の位置力もボール戻し通路へ向力 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ユラ一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さる。

[0054] 図 15は、本発明の第二の実施形態の運動案内装置としてリニアガイドを示す。出願人は、特願 2004— 246524号にて、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掬い部形状を提案した。この実施形態では、浅溝のボール転走溝を持つリニアガイドの掬、部形状を提案する。上記第 1の実施形態のボールスプラインも、ボール転走溝 laが浅溝であるから、この実施形態の掬い部形状を適用することができる。

[0055] 図 15はリニアガイドの斜視図を示す。このリニアガイドは、直線状に細長く延びる軌道部材としての軌道レール 111と、この軌道レール 111に対して相対的にスライド可能に組み付けられる鞍状の移動部材としての移動ブロック 112とを備えている。軌道レール 111と移動ブロック 112との間には、転がり運動可能な多数のボール 113が介在される。

[0056] 軌道レール 111は、断面略四角形状に形成され、軌道レール 111の左右側面の上部及び上面の両端部には、合計 4条のボール転走溝 11 laが形成される。ボール転走溝 11 laは軌道レール 111の長手方向に沿って伸び、その断面形状は単一の円弧からなるサーキユラ一アーク溝形状に形成される。

[0057] 移動ブロック 112は、軌道レール 111の上面に対向する中央部 112aと、中央部 11 2aの左右両側から下方に延びて軌道レール 111の左右側面に対向する側壁部 112 b, 112bとを備え、全体が鞍形状に形成される。この移動ブロック 112は、鋼製の移動ブロック本体 114と、移動ブロック本体 114の移動方向の両端面に装着される一対のエンドプレート 115とを備える。

[0058] 移動ブロック本体 114には、軌道レール 111のボール転走溝 11 laに対向する負荷ボール転走溝 114aが形成される。負荷ボール転走溝 114aも単一の円弧力もなるサーキユラ一アーク溝形状に形成され、軌道レール 111のボール転走溝 11 laに対応して合計四条設けられる。ボール 113は、軌道レール 111のボール転走溝 11 laと移動ブロック本体 114の負荷ボール転走溝 114aとの間を荷重を受けながら転がり運動する。

[0059] 移動ブロック本体 114には、負荷ボール転走溝 114aと所定間隔を隔てて平行に伸び、貫通孔カなるボール戻し通路 117が形成される。また移動ブロック本体 114には、負荷ボール転走溝 114aとボール戻し通路 117とを接続し、 U字状の方向転換路 121の内周側を構成する榭脂製の Rピース部 119がー体に成形される（図 20参照 ) o移動ブロック本体 114の両端に取り付けられる榭脂製のエンドプレート 115には、 U字状の方向転換路 121の外周側 120が形成される（図 20参照)。エンドプレート 1 15に形成された方向転換路 121の外周側 120、及び掬い部 122については後述する。

[0060] 移動ブロック 112のボール戻し通路 117と方向転換路 121とで、無負荷ボール戻し通路が構成される。軌道レール 111のボール転走溝 11 laと移動ブロック本体 114の負荷ボール転走溝 114aとの間に、負荷ボール転走路 123が形成される（図 20参照 )。そして、負荷ボール転走路 123、方向転換路 121及びボール戻し通路 117によつてサーキット状のボール循環路が構成される。

[0061] 負荷ボール転走路 123及び無負荷ボール戻し通路 117, 121には、多数のボール 113が配列される。多数のボール 113はボール保持帯 124に回転自在に一連に保持されている。ボール保持帯 124は、ボール 113とボール 113との間に介装されるスぺーサ 124aと、スぺーサ 124aを連結する可撓性のベルト 124bと、を備える。複数のボール 113は互ヽに接触することなく、ボール保持帯 124に保持されたままボール循環路を循環する。

[0062] エンドプレート 115, 115の内側にはエンドシール 125が取付けられる。エンドシール 125は、軌道レール 111の上面及び側面に付着した異物や水分などが移動ブロック 112内に侵入するのを防ぎ、また移動ブロック 112の内部の潤滑剤が外部に漏れるのを塞いでいる。

[0063] 図 16及び図 17は、従来のエンドプレート 127と本実施形態のエンドプレート 115を比較した図を示す。図 16には、軌道レール 111の上面側の方向転換路 121a (断面で示される）及び軌道レール 111の側面側の方向転換路 12 lbが示されて、る。図 1 7は、軌道レール 111の上面側の方向転換路 121aを移動ブロック本体側力も見た斜視図を示す。図中（A)は従来のエンドプレート 127を示し、図中（B)は本実施形態のエンドプレート 115を示す。

[0064] 図 16に示されるように、エンドプレート 127の方向転換路 121aの下部には、軌道レール 111のボール転走溝 11 laを転がるボール 113を掬、上げ、方向転換路 121a へと導く掬、部 122が設けられる。移動ブロック 112の速度が低速な場合 (例えば 15 OmZmin以下の場合）、従来のエンドプレート 127でも掬い部 128が破損するおそれはない。し力し、移動ブロック 112の速度が高速な場合（例えば 150mZmin以上の場合）、従来の掬い部 128は破損するおそれがある。移動ブロック 112を高速で移動させても掬、部 122が損傷しな、ように、本実施形態では従来に比べて掬、部 12 2の先端をボールの進行方向（1)に後退させている。掬い部 122が後退しているのは図 17からも理解できる。

[0065] 図 18はエンドプレート 115の詳細図を示す。方向転換路 121a及び方向転換路 12 lbは同一の形状である。エンドプレート 115には、方向転換路 121aの外周側が形成される。方向転換路 121aの外周側は、周方向に、単一の円弧力もなるサーキユラ一アーク溝範囲 131、ボール 113と二点で接触するように二つの円弧を有するゴシックアーチ溝範囲 133、サーキユラ一アーク溝範囲 131とゴシックアーチ溝範囲 133の中間に設けられ、サーキユラ一アーク溝力ゴシックアーチ溝に徐々に溝形状が変化する溝遷移範囲 132とから構成される。なお、方向転換路 121a全てをゴシックァーチ溝にしてもよい。

[0066] サーキユラ一アーク溝範囲 131は、単一の円弧力もなる溝形状を有する範囲である。方向転換路 121aの周方向の例えば 45度の範囲に、このサーキユラ一アーク溝範囲 131が形成される。図中 H—H断面で示されるように、サーキユラ一アーク溝の溝形状は、移動ブロック本体 114のボール戻し通路 117の半径に一致させた半径 RC ( 半径 RCはボールの半径よりも若干大き!/、；)の単一円弧力もなる。

[0067] 溝遷移範囲 132はゴシックアーチ溝力もサーキユラ一アーク溝に徐々に溝形状が変化する区間である。方向転換路 121aの周方向の例えば 90度の範囲が溝遷移範囲 132になる。

[0068] ゴシックアーチ溝範囲 133は、ボール 113と二点で接触するように二つの円弧を有する溝形状の区間である。方向転換路 121aの周方向の例えば 20度の範囲にゴシックアーチ溝範囲 133が形成される。図中 F—F断面図で示されるように、二つの円弧の曲率半径 Raはボール 113の半径よりも大き、。ゴシックアーチ溝形状は中心線に関して左右対称で、接触角 α 1が例えば 45度になるように曲率半径 Raの二つの曲線の中心ピッチ及び中心位置が決定される。溝の底部には曲率半径 Rbの丸みが付けられる。

[0069] 掬い部 122は、ゴシックアーチ溝範囲 133の下端部に設けられる。図中 L—L仮想断面図は、ボール 113の進行方向からみた掬い部 122の形状を示す。掬い部 122 の先端も、ボール 113と二点で接触するように二つの円弧を有するゴシックアーチ溝形状を有する。二つの円弧の曲率半径 Raは、ゴシックアーチ溝範囲 133の二つの円弧の曲率半径 _Raと等しい。

[0070] より詳しく説明すると、ボール 113の進行方向に沿った断面において、ボール 113 と掬い部 122との接触開始位置には円弧面 Rdが形成される（図 21参照)。このため、掬い部 122の先端において、曲率半径 Raの二つの曲線の二つの中心ピッチはゴシックアーチ溝範囲 133の中心ピッチよりも狭くなる。そして、曲率半径 Raの二つの曲線の中心位置は、ゴシックアーチ溝範囲 133の中心位置よりも方向転換路 121a の半径方向外側に位置する。この結果、接触開始位置に円弧面 Rdを形成することにより、掬い部 122の先端の接触角もゴシックアーチ溝範囲 133の接触角よりも小さくなる。この実施形態では接触角が 45度力も 41度に低減する。掬い部 122の溝形状は、掬い部溝遷移範囲 134において、 F— F断面図の形状力も L— L仮想断面図の形状に連続的に変化する。

[0071] 図 19は接触角 a 1の定義を示す。ボール 113の進行方向と直交する断面において、掬い部 122とボール 113とが接触する点 Pとボール 113の中心 Cとを結ぶ線 L11 と、ボール 113の中心 Cとゴシックアーチ溝形状の掬!、部 122の底 122aとを結ぶ線 L12とのなす角度 α 1を接触角と定義する。

[0072] 本実施形態では、ゴシックアーチ溝範囲 133における掬い部 122の接触角 a 1が、 30度を超える。接触角は 40度以上 60度以下が望ましい。この実施形態では図 18に示されるように 45度に設定される。

[0073] 軌道レール 111のボール転走溝 11 laを転がるボールの中心 Cと軌道レール 111 のボール転走溝 11 laのエッジ 135とを結ぶ線 L13と、ボール 113の中心 Cと軌道レール 111のボール転走溝 11 laの底とを結ぶ線 L12とがなす角度 γ 1は 30度以下になる。ボール転走溝 11 laが浅溝だ力である。 [0074] 図 20は、接触角 a 1と接触開始位置 (掬い部 122が軌道レール 111のボール転走溝 11 laを転がるボール 113を掬、上げる際、ボール 113と掬、部 122との接触が開始する位置）との関係を示す。表 1に示されるように、接触角 ex 1を 30度→45度→60 度と変化させると、接触開始位置も図 20に示されるように、（1)→(2)→(3)と変化する。

[0075] [表 1]

[0076] 図 20から接触角 o 1を大きくすると、接触開始位置 (1X2X3)もボール 113の進行方向に後退し、且つ上方に移動することがわかる。これにより、ボール 113の掬い部 12 2の肉厚が増し、強度が向上して高速対応が可能になる。また、図 20中 (4)→(5)→(6) で示されるように、掬い部 122の前縁 122bを後退させることができるので、掬い部 12 2を短くすることができ、高速時に掬い部 122のダメージを少なくすることができる。

[0077] 図 21は、ボール 13の進行方向に沿った掬い部 122の断面形状を示す。ボール 11 3と掬い部 122とは二点で接触しているので、この図 21は、このうちの一つの接触点を含む平面での断面形状になる。単に掬い部 122の先端を切断しただけだと、ボール 113を掬い上げるときのすくい角 13 1が大きくなる。これではボール 113が掬い部 1 22を曲げたり、圧縮したりする力が大きくなる。その力を逃がして、すくい角 β 1を緩やかにするために、接触開始位置に半径 Rdの円弧面の面取りを施している。

[0078] 図 22及び図 23は、掬い部 122の先端におけるボール 113と掬い部 122の接触状態を、従来の掬い部 128と本実施形態の掬い部 122とで比較した図を示す。図 22 ( A)は従来のエンドプレート 127を示し、図 22 (B)は本実施形態のエンドプレート 115 を示す。図 23 (A)は従来の掬い部 128を示し、図 23 (B)は本実施形態の掬い部 12 2を示す。従来のエンドプレート 127では、接触開始位置でボール 113が掬い部 128 の先端と一点で接触し、且つボール 113がボール転走溝 11 laと一点で接触する。これに対して本実施形態では、接触開始位置でボール 113が掬ヽ部 122と二点で接触し、且つボール 113がボール転走溝 11 laと一点で接触する。このような三点接触構造にすることで、高速時に掬い部 122のダメージを少なくすることができる。掬い部 122の接触開始位置には円弧面が形成されているので、図 22 (B)に示されるように、掬い部 122の接触開始位置での接触角 oc 1は 45度よりも小さい 41度になる。

[0079] なお本発明は上記第二の実施形態に限られることなぐ本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。例えば本発明は浅溝のリニアガイドに限られることなぐ浅溝のボールスプラインにも適用することができる。

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 , OOOkmですくいが破損した力高速対応エンドキヤップは 10, OOOkm走行後でも掬、部が破損しな力つた。

[0081] 本明細書は、 2005年 1 1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

請求の範囲

[1] 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、前記掬い部力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）に対して傾ヽて、て、

前記掬、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力も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。

[2] 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。

[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、前記掬い部力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）に対して傾ヽて、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、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。

[4] 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、前記掬い部力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、

前記ボールの進行方向と直交する断面において、前記掬い部が前記ボールと二点接触するゴシックアーチ溝形状に形成され、

前記軌道部材の前記ボール転走溝を転がる前記ボールの中心と前記軌道部材の前記ボール転走溝のエッジとを結ぶ線と、前記ボールの中心と前記軌道部材の前記ボール転走溝の底とを結ぶ線とがなす角度が 30度以下であり、

そして、前記掬、部と前記ボールとが接触する点と前記ボールの中心とを結ぶ線と、前記ボールの中心とゴシックアーチ溝形状の底とを結ぶ線とのなす角度 (接触角）力 30度を超えることを特徴とする運動案内装置。

[5] 前記ボールの進行方向に沿った断面にぉ、て、前記掬、部が前記軌道部材の前記ボール転走溝を転がる前記ボールを掬!、上げる際、前記ボールと前記掬、部との接触が開始する接触開始位置に、円弧面が形成されることを特徴とする請求項 4に記載の運動案内装置。