JP2011112069A - 運動案内装置及びローラねじ - Google Patents

Abstract

【課題】取付け面の傾き誤差や偏荷重等があっても、スキューが発生しにくい運動案内装置及びローラねじを提供する。
【解決手段】運動案内装置は、軌道部材１と、複数条のローラ転走面１ｂに対向する複数条の負荷ローラ転走面２ｄ、複数条の負荷ローラ転走面２ｄと平行に伸びる複数条の無負荷戻し路８、及び複数条の負荷ローラ転走面２ｄと複数条の無負荷戻し路８を接続する複数の方向転換路６を有する移動部材２と、複数のローラ循環路に配列される複数のローラ３と、を備える。複数条のローラ循環路の少なくとも一条のローラ循環路には、一条当り二列以上の複数のローラ３が配列される。軌道部材１に対して移動部材２を軌道部材１の長手方向に相対的に移動させると、二列以上の複数のローラ３が、軌道部材１のローラ転走面１ｂと移動部材２の負荷ローラ転走面２ｄとの間を転がり運動し、ローラ循環路を循環する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械のテーブル等の移動体が線運動するのを案内する運動案内装置に関し、特に転動体としてローラを用いた定格荷重の大きな運動案内装置に関する。

また、本発明は、ねじ軸とナットとの間に転動体を介在させたねじ装置に関し、特に転動体としてローラを用いたローラねじに関する。

転動体としてローラを用いた運動案内装置には、ボールを用いた場合に比べて定格荷重（剛性）を大きくできたり、テーブル等の移動体を精度良く移動させたりできるという長所がある。このため、精密工作機械、重切削加工機、半導体・液晶製造装置等の用途に適しており、近年その需要も飛躍的に伸びている。

一般的にこの種の運動案内装置は、ベースに取り付けられる軌道部材と、テーブルに取り付けられる移動部材と、軌道部材と移動部材との間に転動体として転がり運動可能に介在される複数のローラと、を備える。移動部材には、軌道部材のローラ転走面に対向する負荷ローラ転走面、負荷ローラ転走面に平行な無負荷戻し路、負荷ローラ転走面と無負荷戻し路を接続する一対のＵ字状の方向転換路が形成される。軌道部材に対する移動部材の相対的な移動に伴い、ローラが、負荷ローラ転走面、無負荷戻し路、一対の方向転換路から構成されるローラ循環路を循環する。転動体としてローラを用いると、ボールに比べて転走面との接触面積を大きくとれるので、負荷できる荷重を大きくすることができる。

ボールは四方八方に転がることができるのに対し、ローラの移動方向は一方向に限られる。軌道部材と移動部材との間でローラを円滑に転がり運動させるためには、ローラの回転軸をローラの進行方向に対して直交させなければならない。しかし、運動案内装置の製作上の加工誤差、使用時の取付け誤差、偏荷重等により、軌道部材のローラ転走面と移動部材のローラ転走面の平行度が保たれない場合がある。この場合、ローラの回転軸が正規の状態から傾くスキューと呼ばれる現象が発生することがある。スキューが発生すると、ローラが円滑に転がり運動できなくなる。

運動案内装置においては、ローラは無負荷戻し路内で無負荷状態になり、負荷ローラ転走路内で負荷状態になる。偏荷重を受けたときや取付け誤差があったとき、無負荷戻し路内で無負荷状態のローラが平行度の狂った負荷ローラ転走路に入らなければならず、これが原因でスキューが発生する。

出願人は、剛性とスキューの防止を両立できる運動案内装置として、転動体としてのローラの直径と長さの比に着目し、ローラの直径をＤ、ローラの回転軸方向の長さをＬとしたとき、１．５＜Ｌ／Ｄ＜３とすることにより、同一型番のボール仕様の運動案内装置に比べ、剛性を向上させることができ、また、スキューの発生を防止することができる運動案内装置を提案している（特許文献１）。

特開２００２−３１０１５１号公報

近年、ベースやテーブルの取付け面の精度を従来のボールを用いた運動案内装置と同等にしたまま、運動案内装置の定格荷重を増やしたいという需要がある。すなわち、ローラを用いた運動案内装置でありながら取付け面の傾き誤差や偏荷重を吸収・許容できる運動案内装置が望まれている。ローラねじにおいても、ナットやねじ軸の取付け精度を従来のボールねじと同等にしたまま、定格荷重を増やしたいという需要がある。

しかし、取付け面の傾き誤差や偏荷重があると、ローラにスキューが発生しやすくなり、ローラを円滑に転がり運動させることが困難になる。

そこで本発明は、取付け面の傾き誤差や偏荷重等があっても、スキューが発生しにくい運動案内装置及びローラねじを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、長手方向に伸びる複数条のローラ転走面を有する軌道部材と、前記複数条のローラ転走面に対向する複数条の負荷ローラ転走面、前記複数条の負荷ローラ転走面と平行に伸びる複数条の無負荷戻し路、及び前記複数条の負荷ローラ転走面と前記複数条の無負荷戻し路を接続する複数の方向転換路を有する移動部材と、前記複数条の負荷ローラ転走面、前記複数条の無負荷戻し路及び前記複数の方向転換路から構成される複数のローラ循環路に配列される複数のローラと、を備え、前記複数条のローラ循環路の少なくとも一条のローラ循環路には、一条当り二列以上の複数のローラが配列され、前記軌道部材に対して前記移動部材を前記軌道部材の長手方向に相対的に移動させると、前記二列以上の複数のローラが、前記軌道部材のローラ転走面と前記移動部材の負荷ローラ転走面との間を転がり運動する運動案内装置である。

本発明の他の態様は、外周面に螺旋状のローラ転走面を有するねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記ローラ転走面に対向する螺旋状の負荷ローラ転走面を有するナットと、螺旋状の前記負荷ローラ転走面の一端と他端とを接続する無負荷戻し路を有する循環部材と、前記ナットの前記負荷ローラ転走面、及び前記循環部材の前記無負荷戻し路から構成されるローラ循環路に配列される複数のローラと、を備え、前記複数条のローラ循環路の少なくとも一条のローラ循環路には、一条当り二列以上の複数のローラが配列され、前記ねじ軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記二列以上の複数のローラが、前記ねじ軸のローラ転走面と前記ナットの負荷ローラ転走面との間を転がり運動するローラねじである。

転走面からローラに作用する応力分布の最大値と最小値の差が大きくなれば、ローラの弾性変形量の差が大きくなり、ローラにスキューが発生しやすくなる。ローラを複列化することにより、各列のローラに作用する応力分布のばらつきを小さくすることができるので、スキューが発生するのを防止することができる。また、ローラの定格荷重はローラの接触部長さ（軸線方向長さ）で決定される。複列化しても接触部長さを同程度にすれば、定格荷重もそれほど低下しない。

本発明の一実施形態における直線運動案内装置の分解斜視図 上記運動案内装置の断面図 エンドプレートに形成される方向転換路を示す図 ローラ転走面と負荷ローラ転走面との間に介在されるローラの詳細図（端部突当て壁のみ） ローラ転走面と負荷ローラ転走面との間に介在されるローラの詳細図（中央部突当て壁のみ） ローラ転走面と負荷ローラ転走面との間に介在されるローラの詳細図（端部突当て壁＋中央部突当て壁） 移動ブロックにモーメント荷重が作用した状態を示す図 ローラに発生する応力分布を比較した図（図中（ａ）は単列ローラを示し、図中（ｂ）は複列ローラを示す） ローラがスキュー角θ傾いた状態を示す模式図 二列のローラを保持するリテーナを示す図（図中（ａ）は斜視図を示し、図中（ｂ）は平面図を示し、図中（ｃ）は側面図を示す） リテーナの他の例を示す図（図中（ａ）は平面図を示し、図中（ｂ）は側面図を示す） リテーナのさらに他の例を示す平面図 リテーナのさらに他の例を示す平面図 エンドプレートの一部の斜視図 内外方向転換路構成部材の斜視図 内側方向転換路構成部材の斜視図 ローラに荷重Ｑが作用したときに発生する面圧分布を示す図 ＴｙｐｅＡ，ＴｙｐｅＢ，ＴｙｐｅＣのローラの模式図 ローラの接触部長さを変化させたときの接触部に働く面圧を示すグラフ ローラのＬ／Ｄと面圧σmax，σminの関係を表すグラフ ローラのＬ／Ｄと面圧比σmax／σminの関係を表すグラフ 本発明の一実施形態におけるローラねじの斜視図 ナットの斜視図 ローラ転走面と負荷ローラ転走面との間の二列のローラを示す断面図 循環部材とねじ軸との位置関係を示す斜視図 ＤＦ構造の運動案内装置の軌道レールを示す断面図

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態の運動案内装置を詳細に説明する。図１は運動案内装置の分解斜視図を示し、図２は軌道レールの長手方向に直交する断面図を示す。

運動案内装置は、長手方向に直線状に伸びる軌道部材としての軌道レール１と、この軌道レール１に多数のローラ３を介して長手方向に移動可能に組み付けられる移動部材としての移動ブロック２と、を備えている。

図２に示すように、軌道レール１は、断面略四角形状で、その左右側面には、Ｖ字状の凹み１ａが形成される。軌道レール１の底面を水平面に配置した状態（図２に示される状態）において、凹み１ａの傾いた上下の壁面には、ローラ転走面１ｂが形成される。軌道レール１の左右側面には、上下に二条ずつ合計四条のローラ転走面１ｂが形成される。各ローラ転走面１ｂは平面的に形成され、軌道レール１の長手方向に沿って細長く伸びる。上側のローラ転走面１ｂが含まれる平面と下側のローラ転走面１ｂが含まれる平面とは、ほぼ９０度の角度で交差する。四条のローラ転走面１ｂをこのような配置にすることにより、移動ブロック２に作用する垂直方向荷重（ラジアル荷重、逆ラジアル荷重）、水平方向荷重、モーメント荷重を負荷できるようになる。軌道レ−ル１は金属製であり、ローラ転走面１ｂは研削加工される。

図１に示すように、移動ブロック２は、軌道レ−ル１の四条のローラ転走面１ｂに対向する四条の負荷ローラ転走面２ｄ、四条の負荷ローラ転走面２ｄに平行な四条の無負荷戻し路８が形成される移動ブロック本体４と、四条の負荷ローラ転走面２ｄそれぞれ及び四条の無負荷戻し路８それぞれを接続する方向転換路が形成される方向転換路構成部材５，２４，３０を備える。方向転換路構成部材５，２４，３０は、エンドプレート５、内側方向転換路構成部材３０、及び内外方向転換路構成部材２４から構成される。移動ブロック２の左右の側壁それぞれには、二条の方向転換路が形成される。二条の方向転換路は、移動ブロック２の移動方向の端部において立体交差する。エンドプレート５には、立体交差する外側の方向転換路の外周側が形成される。内側方向転換路構成部材３０には、内側の方向転換路の内周側が形成される。内外方向転換路構成部材２４には、内側の方向転換路の外周側及び外側の方向転換路の内周側が形成される。エンドプレート５は、移動ブロック本体４の移動方向の端面に取り付けられる。内側方向転換路構成部材３０及び内外方向転換路構成部材２４は、エンドプレート５に組み込まれる。

移動ブロック本体４は、軌道レール１の上面に対向する中央部２ａと、中央部２ａの左右両側から下方に延びて軌道レール１の左右側面に対向する側壁部２ｂと、を備える。移動ブロック本体４の側壁部２ｂには、軌道レール１の側面に設けた凹み１ａに形状を合わせたＶ字状の突出部２ｃが形成される。この突出部２ｃの両側面には、ローラ転走面１ｂに対応する二条の負荷ローラ転走面２ｄが形成される。図２に示すように、突出部２ｃの上側の負荷ローラ転走面２ｄは軌道レ−ル１の上側のローラ転走面１ｂと平行であり、突出部２ｃの下側の負荷ローラ転走面２ｄは下側のローラ転走面１ｂと平行である。上側の負荷ローラ転走面２ｄが含まれる平面と下側の負荷ローラ転走面２ｄが含まれる平面とは、ほぼ９０度の角度で交差する。

移動ブロック２の四条の負荷ローラ転走面２ｄ、四条の無負荷戻し路８、及び四条の方向転換路によって四条のサーキット状のローラ循環路が形成される。各ローラ循環路には、一条当り二列の複数のローラ３が配列される。二列の複数のローラ３は、単一の樹脂製の保持器としてのリテーナ１０に保持される。二列の複数のローラ３はその軸線方向が互いに平行である。各列の複数のローラ３ａ間にはローラ３の軸線方向にわずかな隙間が空けられている。

図２の断面図に示すように、軌道レール１のローラ転走面１ｂと移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄとの間には、二列の複数のローラ３が介在される。二列の複数のローラ３は、ローラ転走面１ｂと負荷ローラ転走面２ｄとの間で圧縮荷重を受けている。軌道レ−ル１に対して移動ブロック本体４が相対的に移動すると、二列の複数のローラ３が負荷ローラ転走路７（ローラ転走面と負荷ローラ転走面２ｄとの間）で荷重を受けながら転がり運動する。移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄの一端まで転がったローラ３は、図３に示すように、エンドプレート５内に掬い上げられ、Ｕ字状の方向転換路６（内側方向転換路６−１及び外側方向転換路６−２）を経由した後、無負荷戻し路８に入る。移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄは、移動ブロック本体４の左右の側壁部２ｂそれぞれに上下二条設けられる。無負荷戻し路８は、移動ブロック本体４の左右の側壁部２ｂそれぞれに上下二条設けられる。内側方向転換路６−１は上側の負荷ローラ転走面２ｄと下側の無負荷戻し路８を接続し、外側方向転換路６−２は、下側の負荷ローラ転走面２ｄと上側の無負荷戻し路８を接続する。

方向転換路６及び無負荷戻し路８内では、ローラ３の周囲には隙間が空き、ローラ３は無負荷状態になる。このため、ローラ３は後続のローラ３に押されながら移動する。無負荷戻し路８を通過したローラ３は、反対側の方向転換路６を経由した後、再び負荷ローラ転走路７に入る。これら負荷ローラ転走路７、方向転換路６及び無負荷戻し路８でサーキット状のローラ循環路が形成される。

図４はローラ転走面１ｂと負荷ローラ転走面２ｄとの間に介在されるローラ３の詳細図を示す。ローラ３には円筒ローラが用いられる。ローラ３の側面（外周面）には、クラウニングが施されておらず、完全にストレートに形成されている。ローラ転走面１ｂ及び負荷ローラ転走面２ｄにも、クラウニングが施されておらず、断面図において完全にストレートに形成されている。ローラ３の端面は平面に形成され、ローラ３の端面と側面との接続部分となる角には、円弧状の面取りが施される。ローラ３は面取りを除いたローラの外周面がローラ転走面１ｂ及び負荷ローラ転走面２ｄに接触する。

従来の運動案内装置においては、スキューを防止するために、ローラ自体やローラ転走面及び負荷ローラ転走面にクラウニングを施していた。しかし、クラウニングを施すには三次元的な加工が必要になるので、ローラや転走面に加工誤差やばらつきといった新たな問題が付加されてしまう。ローラ３にクラウニングの施されない円筒ローラを使用し、転走面１ｂ，２ｄの断面をストレートに形成することにより、三次元的な加工を施す必要がなくなり、ローラ３及び転走面１ｂ，２ｄを安定して高精度に製作でき、加工工数を削減化することができる。ここで、ローラ３の直径をＤ、長さ（端面から端面までの距離）をＬとしたとき、Ｌ／Ｄ≦１に設定される。ローラ３の比をこのように設定した理由については後述する。なお、ローラ３の端面は球面の一部の形状に形成されてもよい。その場合のローラ３の長さは、球面まで含めたローラ３の全長となる。

負荷ローラ転走面２ｄの幅方向の両端部には、二列の複数のローラ３の最も外側の端面３ｂに接触可能な一対の金属製の端部突当て壁３１が形成される。端部突当て壁３１は、負荷ローラ転走面２ｄと一体であり、負荷ローラ転走面２ｄの長手方向に伸びる。各列のローラ３ａ間には突当て壁は設けられていない。ローラ３の外側の端面３ｂには、移動ブロック本体４に組み込まれる保持部材１１，１３も接触可能である。

図５は、突当て壁の他の例を示す。この例では、移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄには、各列の間に、二列の複数のローラ３の対向する端面３ｃに接触可能な金属製の中央部突当て壁３２が形成される。中央部突当て壁３２は、負荷ローラ転走面２ｄと一体であり、負荷ローラ転走面２ｄに沿って長手方向に伸びる。この例では、負荷ローラ転走面２ｄの幅方向の両端部には、端部突当て壁３１（図４参照）は形成されていない。

図６は、負荷ローラ転走面２ｄに端部突当て壁３１と中央部突当て壁３２を形成した例を示す。移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄには、その幅方向の両端部に、二列の複数のローラ３の最も外側の端面３ｂに接触可能な一対の金属製の端部突当て壁３１が形成されると共に、各列のローラ３ａの間に、二列の複数のローラ３の対向する端面３ｃに接触可能な金属製の中央部突当て壁３２が形成される。各列の複数のローラ３ａは中央部突当て壁３２と端部突当て壁３１との間に挟まれる。

図８は、従来の一列のローラと本発明の二列のローラとで、ローラに発生する応力分布を比較したものである。運動案内装置の取付け誤差（例えば二本の軌道レ−ル１の平行度が狂う）があったり、運動案内装置の移動ブロック２にモーメント荷重が作用したりする（図７参照）とき、移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄが軌道レ−ル１のローラ転走面１ｂに対して傾く。そのとき、ローラには図８（ａ）に示すような応力分布が発生する。ローラの一方の端部の応力σ_１と他方の端部の応力σ_２の差が大きいと、弾性変形量にも差が出る。弾性変形量に差があればあるほどスキューが起こり易くなる。図８（ｂ）に示すようにローラ３を複列化することにより、応力の差をσ_１−σ_２からσ_１´−σ_２´又はσ_３´−σ_４´に小さくすることができる。一列当りのローラ３の応力分布の差を小さくできるので、スキューを起こしにくくなる。特にＬ／Ｄ≦１のローラを使用すると、ローラ３の形状自体もスキューを起こしにくい形状になるので、よりスキューが起こりにくくなる。ローラ３のＬ／Ｄとスキューとの関係については、後述する。

運動案内装置の定格荷重は、ローラ３とローラ転走面１ｂ（又は負荷ローラ転走面２ｄ）との接触長さによって決定される。ローラ３を複列化してもローラ３の長さの合算値であるＡ＋Ａ＝２Ａを単列ローラＲの長さＢにほぼ等しくすれば、運動案内装置の定格荷重を落とさないことができる。

図４〜６に示すように、ローラ３を複列化することにより、ローラ３の端面に接触する突当て壁３１，３２を形成することも可能になる。ローラ３を正規の軌道に沿って転がすためには、ローラ３の両端面を突当て壁３１，３２で案内し、スキューが起きたローラ３を矯正する必要がある。しかし、従来の一般的な運動案内装置においては、突当て壁３１，３２を形成することは行われていない。突当て壁３１，３２を形成すると負荷ローラ転走面２ｄの研削加工が困難になるというのが理由の一つではある。しかし、それ以上にローラ３の長さＬが大きいと、ローラ３にスキューが起きたとき、ローラ３が突当て壁３１，３２に擦れながら強い力で突当て壁３１，３２を押すので、突当て壁３１，３２が変形したり、ローラ３がロックしたりする（かじりや焼付きといった問題を起こす）というのが理由にあった。図９に示すように、ローラ３が進行方向に対してスキュー角θ傾いたとき、ローラ３の端面が突当て壁３１，３２を変形させる量はｌ／２・ｔａｎθで与えられる。この値が大きいと、ローラ３が突当て壁３１，３２を押す力も大きくなり、上述の問題を起こす。複列化してローラ３の長さＬを短くすることにより、ローラ３が突当て壁を押す力も小さくなるので、突当て壁３１，３２の強度も確保することができる。

図６に示すように、突当て壁３１，３２は、ローラ３の両端面に接触できるようにするのが理想である。ローラ３を正規の軌道に沿って転がすことができるからである。ただし、ローラ３はリテーナ１０によって所定の位置に保持されているので、リテーナ１０が、無負荷戻し路８から負荷ローラ転走面２ｄに入るローラ３が突当て壁３１，３２にひっかかるのを防止する。このため、図４及び図５に示すように、突当て壁３１，３２の一方のみを設け、突当て壁３１，３２の一方のみがローラ３に接触するようにしてもよい。

図１０は、複数のローラ３をリテーナ１０に保持した状態を示す。二列の複数のローラ３は、単一の樹脂性のリテーナ１０に保持されている。リテーナ１０は、各列の複数のローラ３ａの間に介在され、ローラ３ａ同士が接触するのを防止する複数のスペーサ１０ａと、二列の複数のローラ３の最も外側の端部で複数のスペーサ１０ａを繋ぐ一対の可撓性のベルト１０ｂと、各列の複数のローラ３ａの間で複数のスペーサを繋ぐ可撓性の中央ベルト１０ｃと、を備える。複数のスペーサ１０ａそれぞれの長さはローラ３の長さにほぼ等しく、その進行方向の両端部には、ローラ３に対応する曲面状凹部が形成される。一対のベルト１０ｂは、ローラ３の軸線方向の端面よりも外方に張り出していて、ローラ循環路に形成した案内溝によって案内される（図４参照）。図１０（ｂ）の平面図及び図１０（ｃ）の側面図に示すように、各列の複数のローラ３ａのピッチＰ及び位相は、二列の間で同一である。

二列の複数のローラ３をリテーナ１０に保持させることで、ローラ３の整列案内が可能になる。また、ローラ３はリテーナ１０の伸縮性を利用して軸線方向及び進行方向に自由に動ける状態にある。このため、一つのローラ３にスキューが起こったとしても、他のローラ３にスキューが伝わりにくくなっている。さらに、各列のローラ３ａの間でローラの進み遅れ（移動量の差）はたとえ生じたとしてもわずかである。一つのリテーナ１０で二列の複数のローラ３を保持したとしても、リテーナ１０の弾性変形量で各列のローラ３ａの進み遅れを吸収することができる。

図１１は、リテーナ１０の他の例を示す。この例では、各列の複数のローラ３ａのピッチＰが二列間で同一であり、各列の複数のローラ３ａの位相がピッチの１／２だけずれている。複数のスペーサ１０ａ、一対の可撓性のベルト１０ｂ、及び中央ベルト１０ｃの構成は、上記図１０に示すリテーナ１０と同一であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。二列の複数のローラ３をこの例のように千鳥配置することで、ローラ３を円滑に循環させることができる。

図１２は、リテーナ１０のさらに他の例を示す。この例では、各列の複数のローラ３ａの対向する端面を接触させ、二列のローラを一列のローラのように見立てた状態で、二列の複数のローラ３をリテーナ１０に保持させている。リテーナ１０は、二列の複数のローラ３の列方向に介在される複数のスペーサ１０ａと、二列の複数のローラ３の最も外側の端部で複数のスペーサ１０ａを繋ぐ一対の可撓性のベルト１０ｂと、を備える。

図１３は、リテーナのさらに他の例を示す。この例では、二列の複数のローラ３は列数に応じた二つのリテーナ１０に列方向に一定の間隔を空けた状態で保持される。各リテーナ１０は、各列の列方向の複数のローラ３ａ間に介在され、ローラ３ａ同士が接触するのを防止する複数のスペーサ１０ａと、各列の複数のローラ３ａの軸線方向の端部で複数のスペーサ１０ａを繋ぐ可撓性のベルト１０ｂと、を有する。この例によれば、各リテーナ１０は互いに分離されているので、各列の複数のローラ３ａは他の列の複数のローラ３ａの影響を受けない。このため、一方の列のローラ３ａにスキューが起きても他方の列のローラ３ａに影響が及ぶのを防止できる。

図１に示すように、移動ブロック本体４の負荷ローラ転走面２ｄの両側縁には、長尺の保持部材１１，１２，１３が取り付けられる。樹脂製の保持部材１１，１２，１３には、軌道レ−ル１から移動ブロック２を外した際に負荷ローラ転走面２ｄからローラ３が脱落するのを防止できるよう、リテーナ１０を案内する案内溝が形成されている。軌道レール１の底面を水平面に配置した状態（図１に示される状態）において、第１保持部材１１は、下側のローラ転走面２ｄを移動するリテーナ１０の下側を案内する（図２参照）。第２保持部材１２は、下側のローラ転走面２ｄを移動するリテーナ１０の上側を案内すると共に、上側のローラ転走面２ｄを移動するリテーナ１０の下側を案内する。第３保持部材１３は、上側のローラ転走面２ｄを移動するリテーナ１０の上側を案内する。

移動ブロック本体４の側壁部２ｂには、上下２条の負荷ローラ転走面２ｄから所定間隔を隔てて平行に伸びる貫通孔１４が空けられる。この貫通孔１４に無負荷戻し路８を構成する無負荷戻し路構成部材１５が挿入される。無負荷戻し路構成部材１５は、細長のパイプ形状の部材を軸線方向に沿って２分割した一対のパイプ半体からなる。無負荷戻し路構成部材１５には無負荷戻し路８が形成されると共に、リテーナ１０のベルト１０ｂを案内する案内溝が形勢される。無負荷戻し路構成部材１５は、その両端がエンドプレート５に支持される。

図１４はエンドプレート５の斜視図を示す。エンドプレート５は、移動ブロック本体４と断面形状を合わせていて、水平部５ａと側壁部５ｂとを備えている（図１参照）。側壁部５ｂには、深さが深い外側方向転換路の外周側１８及び深さが浅い内側方向転換路の外周側１９が立体交差するように形成される。外側方向転換路の外周側１８と内側方向転換路の外周側１９は互いに直交する。浅く形成される内側方向転換路の外周側１９は、深く形成される外側方向転換路の外周側１８によって中央部分が分断される。またエンドプレート５の外側方向転換路の外周側１８には、外側方向転換路を通過するリテーナ１０の外周側を案内する案内部１８ａが形成される。エンドプレート５の端面には、移動ブロック本体４に対してエンドプレート５を位置決めするための位置決め凸部２０が形成され、保持部材１１，１２，１３を位置決めするための位置決め凹部２１，２２，２３が形成される。

図１５は、エンドプレート５に組み込まれる内外方向転換路構成部材２４を示す。内外方向転換路構成部材２４は全体形状が側溝のような形状に形成される。この内外方向転換路構成部材２４は、エンドプレート５に形成された方向転換路の外周側１８に嵌め込まれる。内外方向転換路構成部材２４の外側には、外側方向転換路の内周側２５が形成され、内側には、エンドプレート５に形成された内側方向転換路の外周側１９と一緒に内側方向転換路の外周側を構成する内側方向転換路の外周側２６が形成される。エンドプレート５に形成される外側方向転換路の外周側１８と、内外方向転換路構成部材２４に形成される外側方向転換路の内周側２５とで外側方向転換路が構成される。また内外方向転換路構成部材２４をエンドプレートに嵌め込むと、エンドプレート５に形成された内側方向転換路の外周側１９の分断された部分に内外方向転換路構成部材２４に形成された内側方向転換路の外周側２６が嵌まり込み、これにより内側方向転換路の外周側の全体が形成される。また内外方向転換路構成部材２４には、外側方向転換路の内周側２５に沿って、外側方向転換路を通過するリテーナ１０の内周側を案内する案内部２５ａが形成される。

図１６は、内側方向転換路の内周側を構成する内側方向転換路構成部材３０を示す。内側方向転換路構成部材３０は半円柱形状に形成され、その外周面に内側方向転換路の内周側３０ａが形成される。エンドプレート５に内外方向転換路構成部材２４を嵌め込んだ後、この内側方向転換路構成部材３０をエンドプレート５に嵌め込む。内側方向転換路の内周側３０ａの両脇には、内側方向転換路を通過するリテーナ１０の内周側を案内する案内部３０ｂが形成される。

ローラをＬ／Ｄ≦１に設定した意義は以下のとおりである。図１７に示すモデルを用い、ローラ３に荷重Ｑが作用したときのローラ３の接触部に働く面圧を解析した。

ローラ３に働く荷重は以下の式から算出した。

Ｑ：荷重、Ｄａ：ローラの直径、ｌ：ローラの長さ、１／ｍ＝０．３：ポアソン比である。

この図１７に示すように、ローラ３に荷重Ｑを作用させたとき、ローラ３の中央部に働く面圧σminに比べてローラ３の端部で働く面圧σmaxが高くなる。この面圧比σmax／σminが大きくなればなるほど、ローラ３の軸線方向の中央部での弾性変形量と端部での弾性変形量の差が大きくなり、スキューを起こしやすくなる。

次に、図１８に示すように、ＴｙｐｅＡ→ＴｙｐｅＢ→ＴｙｐｅＣと順次ローラ３の軸線方向の長さＬを長くし、Ｌ／Ｄの値も変化させて、接触部の面圧を解析した。その結果を表１に示す。

Ｌ／Ｄの値が変化すると、面圧比σmax／σminが変化することがわかったので、さらにローラ３の接触部長さをさまざまに変化させて、接触部に働く面圧を計算した。その結果を図１９に示す。そして、計算結果から、Ｌ／Ｄと面圧σmax，σminの関係をグラフにまとめた。図２０は、Ｌ／Ｄと面圧σmax，σminの関係を表し、図２１は、Ｌ／Ｄと面圧比σmax／σminの関係を表す。図２１に示すように、Ｌ／Ｄが１以下になると、面圧比σmax／σminが急激に低減し、面圧σmaxのσmin差も小さくなることがわかった。σmax／σminが低減することは、スキューが起こりにくくなることを意味する。Ｌ／Ｄを１以下にすることで、もともとスキューの起こりにくいローラになることがわかる。Ｌ／Ｄを０．５以下にすることで、よりスキューが起こりにくくなることがわかる。

図２２は、本発明の一実施形態におけるローラねじの斜視図を示す。ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走面５１ａが形成されるねじ軸５１と、内周面にローラ転走面５１ａに対向する螺旋状の負荷ローラ転走面５２ａが形成されるナット５２とを備える。

ねじ軸５１は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの棒鋼の外周面に、所定のリードを有する螺旋状のローラ転走面５１ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。ローラ転走面５１ａの断面は、Ｖ字形状でその開き角度は約９０度である（図２４参照）。この実施形態では、ねじ軸５１の外周面に、二条のローラ転走面５１ａが形成される。そして、二条のローラ転走面５１ａそれぞれに複数のローラ５４がパラレル配列（複数のローラの軸線が平行になる配列）される。もちろん、ローラねじの条数は、一条、二条、三条などローラねじの用途によって適宜決定される。

図２３は、ナット５２の斜視図を示す。ナット５２は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの円筒の内周面に、所定のリードを有する螺旋状の負荷ローラ転走面５２ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。負荷ローラ転走面５２ａの断面は、Ｖ字形状でその開き角度は約９０度である。ナット５２の外周の軸線方向の端部には、ナット５２を相手部品に取り付けるためのフランジ５２ｂが形成される。

図２４は、ねじ軸５１のローラ転走面５１ａとナット５２の負荷ローラ転走面５２ａとの間に挟まれる二列のローラ５４を示す。二列のローラ５４は円筒形状で、軸線５４ｂを一致させた状態に積み重ねられる。側面からみた二列のローラ５４の形状は、正方形に近くなる。ローラ５４は、円筒形の側面５４ｃと、一対の端面５４ａと、側面５４ｃと端面５４ａとの間に形成される面取り部５４ｄと、を備える。二列のローラ５４の側面５４ｃは、ねじ軸５１のローラ転走面５１ａ及びナット５２の負荷ローラ転走面５２ａに接触する。

図２５は、ナット５２に取り付けられる循環部材５３とねじ軸５１との位置関係を示す。二条のローラ転走面５１ａを移動するローラ５４を循環させるために、循環部材５３は二組設けられる。循環部材５３は、ナット５２の軸線方向に伸びる貫通孔に挿入される循環パイプ５８と、循環パイプ５８の軸線方向の端部に取り付けられる一対の方向転換路構成部材６２と、を備える。循環部材５３には、負荷ローラ転走路の一端と他端とを接続する無負荷戻し通路が形成される。無負荷戻し通路は、循環パイプ５８に形成され、ナット５２の中心線と平行に直線的に伸びる直線通路と、直線通路の両端に接続され、一対の方向転換路構成部材６２に形成される曲線状の一対の方向転換路と、から構成される。負荷ローラ転走路の一端まで転がったローラ５４は、循環部材５３の方向転換路内に導かれ、直線通路を経由した後、残りの方向転換路から再び負荷ローラ転走路の他端に戻される。

なお、本発明は上記実施形態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種々変更可能である。例えば、上記実施形態の運動案内装置においては、軌道レ−ルの左右側面にＶ字状の凹みを形成し、移動ブロックに凹み内に突出するＶ字状の突出部を形成し、軌道レールの凹みの一対の上下壁面にローラ転走路を形成する所謂ＤＢ構造の運動案内装置を示している。しかし、本発明は、図２６に示すように、軌道レ−ル１の左右側面にＶ字状の突出部６１を形成し、移動ブロックにＶ字状の突出部に対応するＶ字状の凹みを形成し、軌道レ−ル１の突出部６１の一対の上下壁面にローラ転走面６３が形成される所謂ＤＦ構造の運動案内装置に適用することもできる。

また、ローラ循環路の一条当り、三列、四列のローラを配列することもできる。ローラにクラウニングを施したクラウニングローラを用いてもよいし、転走面の断面をクラウニング転走面にしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、移動ブロックが直線的に運動する運動案内装置について説明したが、本発明はローラスプラインや曲線運動を案内する曲線運動案内装置にも適用することもできる。

さらに、上記実施形態においては、移動ブロックを軌道レールから取り外したとき、リテーナは複数のローラが脱落しないように保持しているが、ローラ循環路で一定の間隔でローラを保持することができれば、移動ブロックを軌道レールから取り外したとき、複数のローラがリテーナから脱落してもよい。

１…軌道レール（軌道部材），１ｂ…ローラ転走面，２ｄ…負荷ローラ転走面，２…移動ブロック（移動部材），３…ローラ，３ａ…各列のローラ，３ｂ…二列の複数のローラの最も外側の端面，３ｃ…二列の複数のローラの対向する端面，６−１…外側方向転換路（方向転換路），６−２…内側方向転換路（方向転換路），７…負荷ローラ転走路，８…無負荷戻し路，１０…リテーナ（保持器），１０ａ…スペーサ，１０ｂ…ベルト，３１…端部突当て壁，３２…中央部突当て壁，５１…ねじ軸，５１ａ…ローラ転走面，５２…ナット，５２ａ…負荷ローラ転走面，５３…循環部材，５４…二列の複数のローラ

Claims (10)

1. 長手方向に伸びる複数条のローラ転走面を有する軌道部材と、
   前記複数条のローラ転走面に対向する複数条の負荷ローラ転走面、前記複数条の負荷ローラ転走面と平行に伸びる複数条の無負荷戻し路、及び前記複数条の負荷ローラ転走面と前記複数条の無負荷戻し路を接続する複数の方向転換路を有する移動部材と、
   前記複数条の負荷ローラ転走面、前記複数条の無負荷戻し路及び前記複数の方向転換路から構成される複数のローラ循環路に配列される複数のローラと、を備え、
   前記複数条のローラ循環路の少なくとも一条のローラ循環路には、一条当り二列以上の複数のローラが配列され、
   前記軌道部材に対して前記移動部材を前記軌道部材の長手方向に相対的に移動させると、前記二列以上の複数のローラが、前記軌道部材のローラ転走面と前記移動部材の負荷ローラ転走面との間を転がり運動する運動案内装置。
2. ローラの直径をＤ、長さをＬとしたとき、前記複数のローラそれぞれは、Ｌ／Ｄ≦１であることを特徴とする請求項１に運動案内装置。
3. 前記軌道部材のローラ転走面及び前記移動部材の負荷ローラ転走面の少なくとも一方には、その幅方向の両端部に、前記二列以上の複数のローラの最も外側の端面に接触可能な一対の金属製の端部突当て壁が形成され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. 前記軌道部材のローラ転走面及び前記移動部材の負荷ローラ転走面の少なくとも一方には、各列の間に、前記二列以上の複数のローラの対向する端面に接触可能な金属製の中央部突当て壁が形成され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。
5. 前記軌道部材のローラ転走面及び前記移動部材の負荷ローラ転走面の少なくとも一方には、その幅方向の両端部に、前記二列以上の複数のローラの最も外側の端面に接触可能な一対の金属製の端部突当て壁が形成されると共に、各列の間に、前記二列以上の複数のローラの対向する端面に接触可能な金属製の中央部突当て壁が形成され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。
6. 前記二列以上の複数のローラは、単一の樹脂製の保持器に列方向に一定の間隔を空けて保持され、
   前記単一の保持器は、各列の複数のローラの間に介在され、ローラ同士が接触するのを防止する複数のスペーサと、前記二列以上の複数のローラの最も外側の端部で前記複数のスペーサを繋ぐ可撓性のベルトと、を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の運動案内装置。
7. 前記二列以上の複数のローラは、列数に応じた数の樹脂製の保持器に列方向に一定の間隔を空けた状態に保持され、
   各保持器は、各列の複数のローラ間に介在され、ローラ同士が接触するのを防止する複数のスペーサと、前記各列の複数のローラの軸線方向の端部で前記複数のスペーサを繋ぐ可撓性のベルトと、を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の運動案内装置。
8. 各列の複数のローラのピッチ及び位相が、二以上の列の間で同一であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の運動案内装置。
9. 各列の複数のローラのピッチが、二以上の列の間で同一であり、
   各列の複数のローラの位相が、二以上の列の間で前記ピッチの１／ｎずれていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の運動案内装置。ただし、ｎは列数。
10. 外周面に螺旋状のローラ転走面を有するねじ軸と、
    内周面に前記ねじ軸の前記ローラ転走面に対向する螺旋状の負荷ローラ転走面を有するナットと、
    螺旋状の前記負荷ローラ転走面の一端と他端とを接続する無負荷戻し路を有する循環部材と、
    前記ナットの前記負荷ローラ転走面、及び前記無負荷戻し路から構成されるローラ循環路に配列される複数のローラと、を備え、
    前記複数条のローラ循環路の少なくとも一条のローラ循環路には、一条当り二列以上の複数のローラが配列され、
    前記ねじ軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記二列以上の複数のローラが、前記ねじ軸のローラ転走面と前記ナットの負荷ローラ転走面との間を転がり運動するローラねじ。
    

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