[発明者の着想]
 発明者は、今回初めて、直動案内装置に用� ��られるボールの径を小さくすることによっ� ��、ウェービング現象を抑制することができ� ��のではないかとの着想を得るに至った。な� ��なら、ボールを小径化することによって剛� ��は高くなるので、運動精度の向上に寄与す� ��のではないかと考えたからである。また、� ��ールを小径化することは、ボール1個当たり に対する荷重あるいは面圧を下げる方向とな り、さらに、クラウニング形状が設けられた 箇所、すなわち無限循環するボールが無負荷 域から負荷域に移動する箇所でのボールの出 入りの影響を小さくできる方向となるので、 移動ブロックの姿勢変動や振動(脈動)を極小� ��できると考えられる。

 ただし、直動案内装置に関わる従来の設� ��者は、ボールを小径化すると直動案内装置� ��定格荷重が小さくなってしまうので、ボー� ��の径を小さくするという設計思想自体を持� ��ことはなかった。したがって、従来技術で� ��、クラウニング形状が設けられた箇所にお� ��るボールの通過振動を抑制するためには、� ��えば、移動ブロックの長さを大きくするこ� ��によって従来の径を持ったボールの設置数� ��多くし、運動精度の向上を図ろうとする試� ��などが行われていた(例えば、特開2000-46052� �公報参照)。

 しかしながら、移動ブロックの長さを大き� ��することは、図1乃至図3、及びこれら図1乃� ��図3に対応する表3乃至表5によって示されるI SO規格(ISO/CD 12090-1 及び ISO/CD 12090-2)の移動� ��ロック長さB _MAX を逸脱するものであり、ユーザにとっては使 用条件が大きく制約されるという問題を有し ていた。

 そこで発明者は、移動ブロックが上記ISO規� ��に準拠するブロック長を有し、且つ、直動� ��内装置に要求される定格荷重を維持しなが� ��も剛性を向上させることのできる直動案内� ��置を得るべく、最適なボール径を見出そう� ��努力したのである。次に、発明者が行った� ��自の数値解析の内容について、詳細に説明� ��行うこととする。
[着想の検証(数値解析)]
 図4に、本実施形態に係る数値解析で定義さ れた直動案内装置の座標系を示す。本実施形 態に係る数値解析で想定する外部荷重は、図 4に示すように直動案内装置の中心にとられ� �座標原点に作用するものとし、その座標原� �におけるウェービング値を算出することと� �た。また、z軸方向、つまり鉛直方向ウェー� ��ングに焦点をあてて解析を行うこととした� ��

 さらに、本実施形態に係る数値解析では、5 種類の型番( ^# 15, ^# 25, ^# 45, ^# 55, ^# 65であり、それぞれの数字が軌道レールの幅� ��向寸法(単位mm)を示している)を対象にボー� �径と移動ブロックの負荷転動体転走溝長さ� �変化させて、各々のボール径、移動ブロッ� �の負荷転動体転走溝長さに対して最適なク� �ウニング形状を付与させたときのウェービ� �グ値を算出した。このときの外部荷重は0.1C� ��純ラジアル荷重であり、最適クラウニング� ��さはクラウニングを付与しない状態で0.1Cの 純ラジアル荷重を作用させたときの最大ボー ル弾性変形量の値とした。また、クラウニン グ形状は、直線クラウニングとしている。本 実施形態に係る数値解析の解析条件の詳細を 表6に示す。

 以上の条件での数値解析を実施した結果、� ��5乃至図9に示すような解析結果を得た。こ� �で、図5乃至図9は、各型番( ^# 15, ^# 25, ^# 45, ^# 55, ^# 65)において負荷転動体転走溝長さ基準値l _t を変化させたときのボール径とウェービング 値との関係を示す図である。なお、図5乃至� �9中において製品A,製品Bと表記されるものは� ��出願人が製造販売している従来の直動案内� ��置の製品シリーズを例示するものであり、� ��かる製品シリーズごとで従来から使用され� ��いるボール径(D _a )を縦方向の線分を引くことによって参考値� �して示している。

 そして、図5乃至図9で示される数値解析結� �から分かったことは、いずれの負荷転動体� �走溝長さ基準値l _t であっても、ボール径が小さくなれば小さく なるほどウェービング値が小さくなるという ことである。

 また、上記知見を得たことから、さらに直� ��案内装置に加わる外部荷重の違いによる影� ��を把握するために、型番 ^# 25、負荷転動体転走溝長さ基準値l _t =100のときに、外部荷重を0.10Cから0.50Cで変化� ��せた場合のボール径とウェービング値との� ��係を求めた。その解析結果が、図10に示さ� �ている。図10から分かるとおり、外部荷重が 大きければ大きいほどウェービング値が大き くなることは予想されたことであったが、一 方で、どのような大きさの外部荷重であって も、ボール径が小さくなれば小さくなるほど ウェービング値が小さくなるという傾向に変 わりはないことが明らかとなった。

 以上の結果を得たことから、発明者は、� ��ェービング精度が0.01μm~0.05μmの超精密直動� ��内装置、あるいはウェービング精度が0.01μm 以下の超々精密直動案内装置を想定した場合 の最適なボール径を求めるために、図5乃至� �9で示した数値解析結果の波形を拡大し、ウ� ��ービング値が0.05μm以下となっている場合の ウェービング値とボール径との関係を求める こととした。その結果を、図11乃至図15に示� �。

 そして、図11乃至図15で示される解析結果 から、図11乃至図15の波形は、図中の縦方向� �破線で示される箇所が変化点となり、この� �線より左側のボール径が大きい方でウェー� �ング値の変化が大きく(すなわち、ボール径� ��径化の影響が大きいことを示している)、破 線より右側ではウェービング値の変化が小さ いことが分かった(すなわち、破線の値より� �ール径を小さくしてもウェービング値の抑� �には影響が少ない)。

 さらに、図11乃至図15で示される解析結果か ら分かったこととして、型番 ^# 15の場合はボール径が1.5mmより小さくなると� �ェービング値が安定して小さくなり、型番 ^# 25の場合はボール径が3.0mmより小さくなると� �ェービング値が安定して小さくなり、型番 ^# 45の場合はボール径が4.5mmより小さくなると� �ェービング値が安定して小さくなり、型番 ^# 55の場合はボール径が5.7mmより小さくなると� �ェービング値が安定して小さくなり、型番 ^# 65の場合はボール径が6.5mmより小さくなると� �ェービング値が安定して小さくなるという� �とが挙げられる。

 この結果をボールの直径と軌道レールの幅� ��の関係として整理すると、型番 ^# 15の場合はボールの直径が軌道レールの幅の1 /10となったときに上記変化点が現れ、型番 ^# 25の場合はボールの直径が軌道レールの幅の1 /8.33となったときに上記変化点が現れ、型番 ^# 45の場合はボールの直径が軌道レールの幅の1 /10となったときに上記変化点が現れ、型番 ^# 55の場合はボールの直径が軌道レールの幅の1 /9.65となったときに上記変化点が現れ、型番 ^# 65の場合はボールの直径が軌道レールの幅の1 /10となったときに上記変化点が現れることが 明らかとなった。しかもこれらの結果は、全 ての型番を総合しても、その変化点が0.008μm~ 0.002μm以下のウェービング値を満足するもの� ��あり、ボールの直径が軌道レールの幅の1/10 以下となるように直動案内装置を構成すれば ウェービング精度が0.01μm以下の超々精密直� �案内装置を実現できることを示している。

 なお、図11乃至図15で示される解析結果から 、ボール径の下限値については小さければ小 さいほどウェービング値を抑制する方向にな ることが明らかであり、製造技術上の制約が 存在しなければ、ボール径は限りなく0(ゼロ) に近い値であればあるほど良いことが予想さ れる。ただし、現時点での製造技術を鑑みる と、現実的なボール直径の下限値は、0.7mm~0.5 mm程度であるとすることができる。
[実用化への更なる改良]
 さらに、発明者は、ボール径を小径化する� ��とによる定格荷重の低下に対する対策とし� ��、無限循環路の条数Lを増加させることを着 想し、その効果を検証することとした。

 具体的な検証方法としては、下記表7に示 すように、出願人が従来から製造販売してい るSNS45という製品シリーズの直動案内装置を� ��い、従来品であるSNS45と、SNS45のボールを小 径化したもの(すなわち、ボールの直径が軌� �レールの幅の1/10以下となるようにしたもの� ��あり、無限循環するボールの条数は4条であ る)、及びSNS45でボールを小径化するとともに 無限循環するボールの条数を8条としたもの� �という3つのタイプの製品を想定した。そし� ��、それぞれのタイプの製品ごとに、基本動� ��格荷重(Basic dynamic load rating)、ウェービン� ��値(Waving amplitude)、及びラジアル方向変位(Ra dial displacement)を解析ソフトによって算出し� �。その解析結果を、表7及び図16に示す。な� �、図16は、表7で示した解析結果をタイプご� �に比較するために折れ線グラフで表した図� �ある。

 その結果、従来品であるSNS45と、SNS45のボ ールを小径化したものとを比べると、SNS45の� ��ールを小径化したものは、ウェービング値� ��ラジアル方向変位が低下(改善)しているも� �の、基本動定格荷重も同時に低下(悪化)して おり、直動案内装置としての案内能力の低下 が危惧される。

 しかし、SNS45でボールを小径化するとと� �に無限循環するボールの条数を8条としたも� ��については、SNS45のボールを小径化したの� �のものと比較して、さらにウェービング値� �ラジアル方向変位が低下(改善)しながらも、 基本動定格荷重が非常に向上(良化)している� ��この解析結果から、本発明品である「小径� ��ール」と「8条」を組み合わせた形式の直動 案内装置は、従来と同程度の運動案内機能(� �本動定格荷重)を維持しながらも、運動精度� ��飛躍的に向上するという、非常に有意な効� ��を発揮できることが明らかとなった。

 なお、無限循環するボールの条数につい� ��は、バランスのとれた安定走行可能な直動� ��内装置を得ることを考慮して、無限循環す� ��ボールの条数をL=4×N(Nは2以上の自然数)とな るように構成することが好適であると考えら れる。ただし、条数Lの現実的な値について� �、上記数式を満足するものであれば良いの� �あるが、ISO準拠の直動案内装置を想定した� �合の値として、条数Lを8とすることが好まし い。

 以上の内容をまとめると、直動案内装置� ��用いられるボールの小径化、具体的にはボ� ��ルの直径が軌道レールの幅の1/10以下となる ように構成することによって、ウェービング の発生を極小化できることが明らかとなった 。

 また、無限循環するボールの条数の多条� ��、具体的にはボールの条数LをL=4×N(Nは2以上 の自然数)となるように構成することによっ� �、直動案内装置に用いられるボールの個数� �増加し、ボールの小径化によって危惧され� �定格荷重の低下を防止することが可能とな� �た。さらに、ボールの条数の多条化には、� �ェービングの発生を抑制する効果があるこ� �も明らかとなった(図16参照)。

 なお、「ボールの小径化」と「条数の多条� ��」は、いずれも直動案内装置に設置される� ��ールの個数が増加することにつながるので� ��ボール1個当たりに対する荷重あるいは面圧 を下げるといった有意な構成を取り得ること を示しており、かかる構成の効果によって、 直動案内装置における運動精度の向上(例え� �、移動ブロックの姿勢変動や振動(脈動)の極 小化)が実現する。また、「ボールの小径化� �と「条数の多条化」は、ISO準拠の移動ブロ� �ク長を維持しながらも上述したボール設置� �数を増加させることにつながるので、「ボ� �ルの小径化」と「条数の多条化」との相乗� �果によって、直動案内装置における運動精� �の向上が実現している。ちなみに、「ボー� �の小径化」は、移動ブロックの体積増加に� �寄与するので、移動ブロックの剛性が向上� �、かかる点からも直動案内装置の運動精度� �上が実現されている。
[直動案内装置の具体例]
 次に、発明者の見出した上述の好適な条件� ��満足する直動案内装置の実施例について、� ��面を用いて説明する。なお、以下の実施例� ��、各請求項に係る発明を限定するものでは� ��く、また、実施例の中で説明されている特� ��の組み合わせの全てが発明の解決手段に必� ��であるとは限らない。

 図17及び図18は、本実施例に係る直動案内 装置の一形態を示しており、特に、図17は本� ��施例に係る直動案内装置の外観斜視図であ� ��、図18は本実施例に係る直動案内装置の縦� �面図である。そして、本実施例に係る直動� �内装置60は、軌道レール61と、その軌道レー� ��61に複数のボール62…を介して移動自在に取 り付けられた移動ブロック63とを備えている� ��

 軌道レール61は概略矩形の断面を有する� �尺の部材であり、その上面及び両側面には� �ール62を受け入れ可能な転動体転走溝61aが軌 道レール61の長手方向に沿って形成されてい� ��。また、本実施例に係る直動案内装置の場� ��、軌道レール61の上面に4条、軌道レール61� �両側面にそれぞれ2条ずつの転動体転走溝61a� ��形成されており、合計で8条の転動体転走溝 61aが軌道レール61の全長に亘って形成されて� ��る。軌道レール61には、その長手方向に適� �間隔をおいて複数のボルト取付孔61bが形成� �れている。これらボルト取付孔61bに螺着さ� �るボルト(不図示)により、軌道レール61が所� ��の取付面、例えば工作機械のベッドの上面� ��固定される。なお、図示の軌道レール61は� �線状であるが、一定の曲率を持った曲線状� �レールが使用されることもある。

 移動ブロック63は、鋼等の強度の高い材� �にて構成された移動ブロック本体部64と、そ の移動ブロック本体部64の両端にボルト(不図 示)にて固定される一対の側蓋体66,66とを備え ている。

 移動ブロック本体部64には、軌道レール61 の転動体転走溝61aとそれぞれ対向する8条の� �荷転動体転走溝64aが設けられている。これ� �転動体転走溝61aと負荷転動体転走溝64aとの� �み合わせにより、軌道レール61と移動ブロッ ク63との間に8条の負荷転走路67が形成される� ��移動ブロック本体部64の上面64bには複数(図1 7では4本)の雌ねじ64cが形成されており、これ らの雌ねじ64cを利用することによって、移動 ブロック63が所定の取付面、例えば工作機械� ��サドルやテーブルの下面に固定される。

 また、移動ブロック本体部64には、8条の� ��荷転動体転走溝64aに対して略平行な無負荷� ��走路70が形成されている。一方、移動ブロ� �ク本体部64の両端に固定される一対の側蓋体 66,66には、負荷転走路67と無負荷転走路70の端 同士を連通する方向転換路68が8条ずつ形成さ れており、移動ブロック本体部64への装着に� ��ってこれら8条の方向転換路68が負荷転走路6 7と無負荷転走路70とを連通し、8条の無限循� �路を形成する。本実施例に係る直動案内装� �60は、以上のような構成を備えているので、 移動ブロック63が軌道レール61の長手方向で� �復運動自在となっている。

 そして、上述した本実施例に係る直動案内� ��置60においては、ボール62の直径が軌道レー ル61の幅の1/10以下となるように構成されてお り、且つ、移動ブロック63がISO準拠のブロッ� ��長B _MAX を有して構成されている。ボール62の小径化� ��行われた上記構成を備えることによって、� ��実施例に係る直動案内装置60は、ウェービ� �グ現象を最小限に抑制することが可能とな� �、運動精度の向上が図られている。

 また、本実施例に係る直動案内装置60で� �、負荷転走路67、無負荷転走路70及び一対の� ��向転換路68,68によって形成される無限循環� �の条数Lが8となるように構成されている。本 実施例に係る直動案内装置60は、ウェービン� ��現象の極小化のためにボール62の直径が軌� �レール61の幅の1/10以下となるように構成さ� �ているのであるが、この構成は、直動案内� �置60の定格荷重を低下させてしまう虞がある 。そこで、無限循環路の条数、すなわち無限 循環するボール62の条列の数を8条とすること によって、定格荷重を向上させ、ボール62の� ��径化による影響を排除したのである。かか� ��構成の採用によって、超々精密と呼ばれる� ��ラスの運動精度を得ながらも、従来の直動� ��内装置と同等の定格荷重を維持した直動案� ��装置60を実現することができた。

 さらに、本実施例に係る直動案内装置60� �、移動ブロック63の外形寸法をISO規格に準拠 したものとしながらもボール62の小径化が行� ��れているので、移動ブロック本体部64等に� �して負荷転走路67及び無負荷転走路70が占め� ��割合が少なくてすみ、ゆえに移動ブロック� ��体部64の剛性が向上するという効果をも発� �することができる。

 またさらに、本実施例に係る直動案内装� ��60によれば、移動ブロック63の長さをISO規格 に準拠したものとすることができるので、広 い汎用性が有る。

 以上、本発明の好適な実施例について説� ��したが、本発明の技術的範囲は上記実施例� ��記載の範囲には限定されない。上記実施例� ��は、多様な変更又は改良を加えることが可� ��である。

 例えば、図17及び図18で示した本実施例に 係る直動案内装置60は、無限循環路の条数Lが 8となるように構成されていたが、負荷転走� �67、無負荷転走路70及び一対の方向転換路68,6 8によって形成される無限循環路の条数Lにつ� ��ては、L=4×N(Nは2以上の自然数)なる数式を満 足するように構成されていれば良い。具体的 には、条数Lは、12や16等であっても良い。

 その様な変更又は改良を加えた形態も本� ��明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許� ��求の範囲の記載から明らかである。