以下、本発明を実施するための好適な実� ��形態について、図面を用いて説明する。な� ��、以下の実施形態は、各請求項に係る発明� ��限定するものではなく、また、実施形態の� ��で説明されている特徴の組み合わせのすべ� ��が発明の解決手段に必須であるとは限らな� ��。

 図1は、本実施形態に係る運動案内装置の 全体構成を示した外観斜視図である。また、 図2は、本実施形態に係る運動案内装置を軌� �レールの長手方向に直交する断面で見た場� �の縦断面図である。本実施形態に係る運動� �内装置10は、長手方向に延びて形成される軌 道レール11と、この軌道レール11に複数のボ� �ル12を介して相対移動自在に組み付けられる 移動ブロック21と、から構成されている。

 運動案内装置10を構成する部材の概略構� �を説明すると、軌道レール11はその長手方向 と直交する断面が丸軸形状ではない概略矩形 にて形成された長尺の部材であり、その表面 (両側面)にはボール12が転がる際の軌道とな� �転動体転走溝11a…が、軌道レール11の全長に 渡って形成されている。

 また、本実施形態に係る軌道レール11に� �いては、両側面に4条ずつ、合計8条の転動体 転走溝11a…が形成されている。8条の転動体� �走溝11a…は、それぞれ2条ずつが1つの組とな るように形成されるとともに、この組を成す 2条の転動体転走溝11a,11aが近接、且つ、並列� ��るように形成されている。なお、本実施形� ��に係る軌道レール11の場合についても、従� �技術の場合と同様に、図1にて示すような直� ��的な形状で形成されても良いし、一定の曲� ��を持って曲線的に形成されても良い。

 一方、移動ブロック21は、金属材料から� �る移動ブロック本体部22と、移動ブロック本 体部22における移動方向の両端面に対して取� ��付けられる一対のエンドプレート24,24と、� �備えて構成されている。なお、本実施形態� �係る移動ブロック21におけるボール12を循環� ��せるための内部構造については、上述した� ��来技術の移動ブロック43と同様の構造であ� �ので、説明を省略する。

 ここで、本実施形態に係る運動案内装置1 0の転動体転走溝11a,11aが上記のように近接、� ��つ、並列する2条の転走溝の組単位で構成さ れるのは、ウェービング現象の極小化といっ た運動案内装置10の高精度化を目的としたこ� ��を理由としている。

 また、本実施形態で採用されるボール12� �は、一般的な運動案内装置に比べて小径(具� ��的には、軌道レール11のレール幅の1/10以下� ��直径)のものが採用されており、ボール12の� ��置個数を従来技術に係る運動案内装置に比� ��て増加させている。このような構成を採用� ��た理由は、「ボールの小径化」によって、� ��動案内装置10に設置されるボール12の個数を 増加させることができるので、ボール1個当� �りに対する荷重あるいは面圧を下げるとい� �た有意な作用効果を得ることができるから� �ある。かかる作用効果によって、運動案内� �置10における運動精度の向上(例えば、移動� �ロック21の姿勢変動や振動(脈動)の極小化)が 実現する。

 さらに、「ボールの小径化」は、転動体� ��走溝11aや無負荷通路(無負荷転動体転走路53� ��相当するもの)の寸法を小さくできることか ら移動ブロック21の体積増加にも寄与するの� ��、移動ブロック21の剛性が向上し、かかる� �からも運動案内装置10の精度向上が実現され ることとなる。

 そして、これらの知見は、本出願人が有� ��る研究施設で行われた独自の数値解析によ� ��て明らかとなったものである。そこで、次� ��、この独自の数値解析の内容について、詳� ��な説明を行うこととする。

 図4に、数値解析で定義された運動案内装 置の座標系を示す。本数値解析で想定する外 部荷重は、図4に示すように運動案内装置の� �心にとられた座標原点に作用するものとし� �その座標原点におけるウェービング値を算� �することとしている。また、z軸方向、つま� ��鉛直方向ウェービングに焦点をあてて解析� ��行われている。

 さらに、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� �グ値を算出している。このときの外部荷重� �0.1Cの純ラジアル荷重であり、最適クラウニ� ��グ深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 。数値解析の解析条件の詳細を表1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運動案内� ��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 ことであった。

 また、上記知見を得たことから、さらに運� ��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、本出願人は� ��ウェービング精度が0.01μm~0.05μmの超精密運� ��案内装置、あるいはウェービング精度が0.01 μm以下の超々精密運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� �図9で示した数値解析結果の波形を拡大し、� ��ェービング値が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� �す。

 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 以下となるように運動案内装置を構成すれば ウェービング精度が0.01μm以下の超々精密運� �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� ��)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~ 0.5mm程度であるとすることができる。

 さらに、本出願人の研究者らは、ボール� ��を小径化することによる定格荷重の低下に� ��する対策として、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2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運動案内装置を� ��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)、および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� �、という3つのタイプの製品を想定した。そ� ��て、それぞれのタイプの製品ごとに、基本� ��定格荷重(Basic dynamic load rating)、ウェービ� ��グ値(Waving amplitude)、およびラジアル方向変 位(Radial displacement)を解析ソフトによって算� �した。その解析結果を、表2および図16に示� �。なお、図16は、表2で示した解析結果をタ� �プごとに比較するために折れ線グラフで表� �た図である。

 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、運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、「ボールの小径化」と� ��それぞれが2条ずつの組を成す合計8条の転� �体転走溝」といった2つの特徴を組み合わせ� ��形式の運動案内装置は、従来と同程度の運� ��案内機能(基本動定格荷重)を維持しながら� �、運動精度が飛躍的に向上するという、非� �に有意な効果を発揮できることが明らかと� �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運動� ��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準拠の運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 いであろう。

 以上の内容をまとめると、運動案内装置� ��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� �、運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� ��化」は、ISO準拠の移動ブロック長を維持し� ��がらも、上述したボール設置個数を増加さ� ��ることにつながっている。したがって、「� ��ールの小径化」と「条数の多条化」との相� ��効果による運動精度の向上と、規格内での� ��動案内装置の実現による適用範囲拡大要請� ��実現が、同時に実現されている。

 さて、以上のような概略構成を備える本� ��施形態に係る運動案内装置10であるが、さ� �に、本実施形態に係る運動案内装置10は、複 数のボール12…を転走させる転動体転走溝11a, 11aの形成位置や各ボール12…の接触角の向く� ��向等に有意な特徴を備えている。そこで、� ��れら本実施形態に係る運動案内装置10が備� �る有意な特徴について、再度図2を用いて詳� ��に説明を行うこととする。

 本実施形態に係る運動案内装置10は、図2� ��示すように、軌道レール11の長手方向に直� �する断面で見たときに、複数の転動体転走� �11a…のそれぞれを転走する複数のボール12の 中心点が、単一の仮想円Aの円周上と重畳す� �ように構成されているという特徴を備えて� �る。このとき、符号Aで示される仮想円の中� ��点Cは、軌道レール11の幅方向の中心位置に� ��置されるように構成されている。また、本� ��施形態において、仮想円Aは真円として想定 されている。

 また、図2において、符号Bで示される一� �鎖線は、各ボール12…の接触角線を示してい るのであるが、本実施形態に係る運動案内装 置10では、複数の転動体転走溝11a…のそれぞ� ��を転走する複数のボール12…の接触角線Bの� ��長線が、仮想円Aの中心点Cを通過するよう� �構成されている。すなわち、本実施形態に� �る運動案内装置10では、複数のボール12…の� ��触角の方向が、仮想円Aの中心点Cを向くよ� �に構成されているのである。

 このように、本実施形態に係る運動案内� ��置10は、ボール12の中心点が単一の仮想円A� �円周上と重畳するように構成され、さらに� �複数のボール12…の接触角の方向が仮想円A� �中心点Cを向くように構成されているので、� ��い調心性を持った運動案内装置を実現する� ��とが可能となっている。したがって、本実� ��形態に係る運動案内装置10は、モーメント� �受けた状態であってもスムーズな案内運動� �可能となっているのである。

 またさらに、本実施形態に係る運動案内� ��置10では、各転動体転走溝11a…の配置位置� �有意な特徴を有している。すなわち、図2に� ��いて示されるように、仮想円Aの中心点Cを� �点として当該原点上を水平方向に通過する� �想X軸(符号Xで示す)と垂直方向に通過する仮� ��Y軸(符号Yで示す)とを想定し、仮想X軸およ� �仮想Y軸にて定められる座標平面上に現れる4 つの象限(1),(2),(3),(4)を把握する。すると、本 実施形態に係る運動案内装置10では、各象限( 1),(2),(3),(4)ごとの領域に対して組を成す2条の 転動体転走溝11a,11aが形成されており、しか� �、各転動体転走溝11a…は、第1象限(1)および� ��2象限(2)に形成された4条の転動体転走溝11a� �が、仮想X軸を対称軸として第4象限(4)および 第3象限(3)に形成された4条の転動体転走溝11a� ��と線対称となるように配置されている。ま� ��、各転動体転走溝11a…は、第1象限(1)および 第4象限(4)に形成された4条の転動体転走溝11a� ��が、仮想Y軸を対称軸として第2象限(2)およ� �第3象限(3)に形成された4条の転動体転走溝11a …と線対称となるようにも配置されている。

 このように、各転動体転走溝11a…が、仮� ��X軸および仮想Y軸を対称軸として線対称と� �るように配置されることにより、例えばモ� �メントを受けた際の負荷分布の均一化をよ� �好適に図ることができるので、さらなる調� �性の向上を図ることが可能となっている。

 以上説明したように、本実施形態に係る� ��動案内装置10は、「ボールの小径化」によ� �て高い案内精度と高い剛性を備えるととも� �、「転動体転走溝の配置位置の工夫」によ� �て高い調心性を発揮することができるので� �高案内精度且つ高剛性でありながら自動調� �性をも兼ね備えた従来にない新たな運動案� �装置10を実現している。

 なお、上述した本実施形態に係る運動案� ��装置10では、自動調心性を好適に発揮させ� �ために、複数のボール12…の接触角の方向が 仮想円Aの中心点Cを正確に向くように構成さ� ��た形態を例示した。かかる構成を採用した� ��は、各ボール12…の接触角線Bの延長線が仮� ��円Aの中心点Cを通過するという設計上理想� �な形態を採用することによって、より高い� �心性を獲得した運動案内装置10が得られるか らである。

 ちなみに、上述した本実施形態に係る運� ��案内装置10において、複数のボール12…の接 触角の方向が仮想円Aの中心点Cを向く精度に� ��いては、設計上で接触角線Bの延長線が仮想 円Aの中心点Cを正確に通過するように意図さ� ��たものであり、当該実施形態は、加工上の� ��差等の影響による僅かなズレ量を含む範囲� ��も、その技術的範囲に含むことを意図して� ��る。

 さらに、現実に運動案内装置10に対して� �ーメントやラジアル荷重が加わると、接点� �動の影響等によって負荷を受けた状態での� �触角の方向には、上記の僅かなズレ量を超� �る変位が生じることが予想できる。このこ� �を考慮して、本発明では、複数のボール12… の接触角の方向が仮想円Aの中心点Cを正確に� ��く形態のみならず、複数のボール12…の接� �角の方向が仮想円Aの中心点Cの近傍を向く場 合の形態をも許容することとした。すなわち 、本発明の技術的範囲は、好適な調心性の発 揮を条件として、各ボール12…の接触角の方� ��が、少なくとも仮想円Aの中心点C近傍を向� �形態の実施例を含んでいるのである。

 なお、中心点Cの「近傍」の範囲について は、例えば図2で示した本発明の実施形態が� �来技術には存在しない全く新しい技術思想� �基づく機械的構成であることを考慮すると� �数値的な臨界点を明示すべき類のものでは� �く、運動案内装置10の用途や要求仕様、使用 条件、使用環境等に応じて、適宜好適な範囲 を選択すれば良いことは、明白である。

 以上、本発明の好適な実施形態について� ��明したが、本発明の技術的範囲は上記実施� ��態に記載の範囲には限定されない。上記実� ��形態には、多様な変更又は改良を加えるこ� ��が可能である。例えば、転動体転走溝11aの� ��置位置については、図3に示すように、すべ ての象限(1),(2),(3),(4)において対称配置となる ように、近接且つ並列配置された組を成す2� �の転動体転走溝11a,11aの単位で仮想円A上に均 等配置されることが好適である。図3に示す� �うな構成の採用によって、転動体転走溝11a� �配置位置が理論上最適化されるので、調心� �の向上にとってより好ましい構成が実現で� �る。

 また、転動体転走溝11aの配置位置につい� ��は、図2および図3で示した形態に限られる� �のではなく、例えば各転動体転走溝11a…が� �想Y軸に寄せられて構成されても良い。

 さらに、上述した本実施形態では、無限� ��環するボール12を用いた場合を例示して説� �したが、有限循環タイプの運動案内装置で� �っても本発明を適用可能であるし、ボール12 に代えてローラやコロ等の他の転動体を適用 することも可能である。その様な変更又は改 良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含ま れ得ることが、特許請求の範囲の記載から明 らかである。