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JP2003035314A - Design method of rolling linear movement guide device and the device designed by the method - Google Patents

Design method of rolling linear movement guide device and the device designed by the method

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JP2003035314A
JP2003035314A JP2001221622A JP2001221622A JP2003035314A JP 2003035314 A JP2003035314 A JP 2003035314A JP 2001221622 A JP2001221622 A JP 2001221622A JP 2001221622 A JP2001221622 A JP 2001221622A JP 2003035314 A JP2003035314 A JP 2003035314A
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rolling
crowning
guide device
slider
linear motion
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JP2001221622A
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Japanese (ja)
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浩之 太田
Kenta Nakano
健太 中野
Soichiro Kato
総一郎 加藤
Atsushi Matsumoto
淳 松本
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method of a rolling linear movement guide device for designing crownings formed in rolling body rolling grooves of a slider so as to be made into optimal crowning shapes capable of decreasing ball passing vibration in the rolling linear movement guide device, and the rolling linear movement guide device designed by the method, thus improving moving accuracy of the device. SOLUTION: The design method of the rolling linear movement guide device in which a slider 2 having second rolling body rolling grooves is fitted loosely into a guide rail 1 having a first rolling body rolling grooves 3a, 3b on its outer surface and extending in an axial direction, rolling bodies are mounted between these rolling body rolling grooves and further the crownings are provided at both axial ends of the second rolling body rolling grooves, wherein shapes of the crownings are formed so that stiffness against at least any one direction of a perpendicular direction (a vertical direction), horizontal direction and yawing direction of the slider 2 may be kept roughly constant and besides stiffness against a pitching direction and/or yawing direction of the slider 2 may be kept roughly constant even if the rolling bodies move axially.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり直動案内装
置の設計方法及びこれにより設計された転がり直動案内
装置に関し、特に転がり直動案内装置の運動精度を向上
させる技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for designing a rolling linear motion guide device and a rolling linear motion guide device designed thereby, and more particularly to a technique for improving the motion accuracy of the rolling linear motion guide device.

【0002】[0002]

【従来の技術】転がり直動案内装置は、ロボットや工作
機械等の各種機械装置で直進動を得るために広く採用さ
れ、近年の小型化や高精度化の要求に伴って転がり直動
案内の運動精度の向上が一層求められている。転がり直
動案内装置の運動性能を低下させる要因としては、その
一つに転動体の移動に伴って周期的な変位成分を生じる
転動体通過振動がある。この転動体通過振動は、転がり
直動案内装置のスライダを案内レール上で等速に移動さ
せたときのスライダの姿勢(角度)変化を測定すること
で確認できる。図14に転動体通過振動の一例として、
スライダの移動距離に対するピッチング角変位の測定結
果を示した。この測定結果によれば、転動体である玉や
ローラの直径の約2倍の波長で顕著な振動が現れてい
る。転動体通過振動によるスライダの角度変化自体は小
さいが、スライダからの距離が大きい位置では、大きな
変位に増幅されるために無視できないものとなる。
2. Description of the Related Art Rolling linear motion guide devices are widely used to obtain linear motion in various mechanical devices such as robots and machine tools. With the recent demand for miniaturization and high accuracy, rolling linear motion guide devices have been widely used. Further improvement in exercise accuracy is required. One of the factors that lower the motion performance of the rolling linear motion guide device is rolling element passing vibration that causes a periodic displacement component as the rolling element moves. This rolling element passing vibration can be confirmed by measuring the posture (angle) change of the slider of the rolling linear motion guide device when the slider is moved at a constant speed on the guide rail. As an example of rolling element passing vibration in FIG.
The measurement results of the pitching angle displacement with respect to the moving distance of the slider are shown. According to this measurement result, remarkable vibration appears at a wavelength about twice the diameter of the balls or rollers that are rolling elements. Although the change in the angle of the slider due to the vibration passing through the rolling elements is small, it is not negligible at a position where the distance from the slider is large, because it is amplified to a large displacement.

【0003】ここで、転動体通過振動が発生するメカニ
ズムを簡単に説明する。いま、図15(a)に示すよう
に、上下2列の転動体転動溝30,32を有するスライ
ダ34が案内レール36に沿って移動する転がり直動案
内装置を考える。2つの溝30,32内の玉38の配置
が、図15(b)に示すように玉38の直径Dwの1/
2だけずれていると仮定すると、上溝30の玉数<下溝
32の玉数となる。転がり直動案内装置に予圧が与えら
れていて外部荷重が作用しない場合、上溝30の玉荷重
の総計=下溝32の玉荷重の総計であるから、上溝30
の玉1個あたりの荷重>下溝32の玉1個あたりの荷重
となる。即ち、上溝30の玉が下溝32の玉より大きく
変形し、上下の玉38の配置が同一の状態(図15
(a)の状態)と比較して、スライダ34は下方に移動
する。この状態からスライダ34が直径Dw分移動する
と、玉38はDw/2移動し、図15(c)に示す状態
となる。このときの玉38の配置は図15(b)を上下
反転したものとなり、スライダ34は上方に移動する。
従って、玉径の2倍の距離毎に繰り返し変動が現れるよ
うになり、これが転動体通過振動の主原因となる。
Here, the mechanism by which rolling element passing vibration is generated will be briefly described. Now, consider a rolling linear motion guide device in which a slider 34 having two rows of rolling element rolling grooves 30 and 32 in upper and lower rows moves along a guide rail 36 as shown in FIG. The arrangement of the balls 38 in the two grooves 30, 32 is 1 / the diameter D w of the balls 38 as shown in FIG.
Assuming that the number of balls is shifted by 2, the number of balls in the upper groove 30 <the number of balls in the lower groove 32. When a preload is applied to the rolling linear motion guide device and an external load does not act, the total ball load of the upper groove 30 = the total ball load of the lower groove 32.
Load per ball> the load per ball in the lower groove 32. That is, the balls in the upper groove 30 are deformed more than the balls in the lower groove 32, and the upper and lower balls 38 are arranged in the same manner (see FIG. 15).
Compared to the state (a), the slider 34 moves downward. When the slider 34 moves by the diameter D w from this state, the ball 38 moves by D w / 2, and the state shown in FIG. At this time, the balls 38 are arranged upside down in FIG. 15B, and the slider 34 moves upward.
Therefore, the fluctuations repeatedly appear every distance of twice the ball diameter, which is the main cause of the rolling element passing vibration.

【0004】このような転動体通過振動を低減するため
に、転がり直動案内装置のスライダ36には、図16に
示すクラウニング40と呼ばれる緩やかな傾斜部分が設
けられている。クラウニング40を設けることによっ
て、スライダ34端部の玉38は、移動に伴って徐々に
負荷が増加・減少していくので、スライダ34の姿勢変
化が緩和される。
In order to reduce such rolling element passing vibration, the slider 36 of the rolling linear motion guide device is provided with a gently inclined portion called a crowning 40 shown in FIG. By providing the crowning 40, the load on the balls 38 at the end of the slider 34 gradually increases / decreases as the balls move, so that the change in the posture of the slider 34 is alleviated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記クラウ
ニング40の最適な形状についての理論的な検討は十分
に行われておらず、また、このクラウニング形状の違い
で転動体通過振動の大きさが変化することが経験的に知
られており、クラウニング形状を如何にして、転がり直
動案内装置の運動精度向上に寄与させるように設定する
かが課題となっていた。さらに、従来の転がり直動案内
装置におけるクラウニング形状は、その加工の容易性か
ら単一円弧形状や単一直線勾配形状等が主に用いられて
いるが、その形状の設計は主に経験則に基づいて行われ
るもので、転動体通過振動を効果的に抑制する設計方法
は用いられていなかった。
However, the theoretical study on the optimum shape of the crowning 40 has not been sufficiently conducted, and the magnitude of the rolling element passing vibration changes due to the difference in the crowning shape. It has been known empirically that how to set the crowning shape so as to contribute to improving the motion accuracy of the rolling linear motion guide device has been an issue. Further, as the crowning shape in the conventional rolling linear motion guide device, a single circular arc shape, a single straight slope shape, etc. are mainly used due to the ease of processing, but the design of the shape is mainly based on empirical rules. However, a design method for effectively suppressing rolling element passing vibration has not been used.

【0006】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、スライダの転動体転動溝に形成するクラウニング
を、転がり直動案内装置の玉通過振動を低減できる最適
なクラウニング形状に設計する転がり直動案内装置の設
計方法及びこれにより設計された転がり直動案内装置を
提供し、転がり直動案内装置の運動精度を高めることを
目的としている。
The present invention has been made in view of the above situation, and the crowning formed in the rolling element rolling groove of the slider is designed to have an optimum crowning shape capable of reducing the ball passing vibration of the rolling linear motion guide device. An object of the present invention is to provide a method for designing a motion guide device and a rolling linear motion guide device designed by the method, and to improve the motion accuracy of the rolling linear motion guide device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る請求項1記載の転がり直動案内装置の設計方
法は、外面に第1の転動体転動溝を有して軸方向に延び
る案内レールに、前記第1の転動体転動溝に対向する第
2の転動体転動溝を有するスライダが遊嵌され、前記第
1の転動体転動溝と前記第2の転動体転動溝との間に転
動体が装填されると共に、前記第2の転動体転動溝の軸
方向両端にクラウニング部分を有する転がり直動案内装
置の設計方法であって、前記クラウニング部分の形状
を、前記第1の転動体転動溝と前記第2の転動体転動溝
との間の転動体が前記軸方向に移動しても、前記スライ
ダの垂直方向(鉛直方向)、水平方向、ローリング方向
の少なくともいずれか一方向に対する剛性が略一定に保
たれ、かつ、前記スライダのピッチング方向とヨーイン
グ方向の一方又は両方に対する剛性がおのおの略一定に
保たれる形状に設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of designing a rolling linear motion guide device according to a first aspect of the present invention has an outer surface having a first rolling element rolling groove and an axial direction. A slider having a second rolling element rolling groove facing the first rolling element rolling groove is loosely fitted to a guide rail extending to the first rolling element rolling groove, and the first rolling element rolling groove and the second rolling element. A method of designing a rolling linear motion guide device having a rolling element loaded between the rolling groove and a crowning portion at both axial ends of the second rolling element rolling groove, the shape of the crowning portion being provided. Even if the rolling element between the first rolling element rolling groove and the second rolling element rolling groove moves in the axial direction, the vertical direction (vertical direction) of the slider, the horizontal direction, The rigidity in at least one of the rolling directions is kept substantially constant, and Rigidity against one or both of the pitching direction and the yawing direction of Ida is and sets the shapes each kept substantially constant.

【0008】この転がり直動案内装置の設計方法では、
少なくともスライダの垂直方向(鉛直方向)、水平方
向、ローリング方向のいずれか一方向に対する剛性が略
一定に保たれ、かつ、スライダのピッチング方向とヨー
イング方向の一方又は両方に対する剛性がおのおの略一
定に保たれる形状に設定することにより、第1及び第2
転動体転動溝内の転動体に生じる弾性変位量が、その配
置位置によらずに略一定となり、スライダ移動時の転動
体通過振動の発生が抑えられる。これにより、運動精度
の高い転がり直動案内装置を容易に設計することが可能
となる。
In this method for designing the rolling linear motion guide device,
At least the rigidity of the slider in the vertical direction (vertical direction), the horizontal direction, or the rolling direction is kept substantially constant, and the rigidity of the slider in one or both of the pitching direction and the yawing direction is kept substantially constant. By setting the shape to lean, the first and second
The elastic displacement amount of the rolling element in the rolling element rolling groove is substantially constant regardless of the arrangement position, and the occurrence of rolling element passing vibration when the slider moves can be suppressed. This makes it possible to easily design a rolling linear motion guide device with high motion accuracy.

【0009】請求項2記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記クラウニング部分の形状を、前記転動体転
動溝間の転動体を前記スライダの軸方向中心位置に対し
て軸方向へ転動体を対称に振り分けたときに、前記軸方
向中心位置に転動体が配置される状態と、前記軸方向中
心位置に隣接する転動体同士間が配置される状態におけ
る前記スライダの垂直方向(鉛直方向)と水平方向の一
方又は両方に対する剛性と、前記スライダのピッチング
方向とヨーイング方向の一方又は両方に対する剛性が、
おのおの略一定に保たれるように設定することを特徴と
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rolling linear motion guide designing method, wherein the shape of the crowning portion is such that the rolling element between the rolling element rolling grooves is axially rolled with respect to the axial center position of the slider. When the moving bodies are distributed symmetrically, the vertical direction (vertical direction) of the slider in a state in which the rolling elements are arranged at the axial center position and a state in which the rolling elements adjacent to each other in the axial center position are arranged. ) And the rigidity in one or both of the horizontal directions and the rigidity in one or both of the pitching direction and the yawing direction of the slider are
The feature is that each is set so as to be kept substantially constant.

【0010】この転がり直動案内装置の設計方法では、
転動体転動溝内に存在する転動体個数が異なる2つの状
態、即ち、軸線方向中心位置に転動体が配置される状態
と、軸方向中心位置に隣接する転動体同士間が配置され
る状態に対して、それぞれの状態における剛性が略同一
となるクラウニング形状を設定することにより、スライ
ダ移動時における接触角方向の変位量及びピッチング方
向の変位量が略等しくなり、玉通過振動を低減できる。
According to the method of designing the rolling linear motion guide device,
Two states in which the number of rolling elements existing in the rolling element rolling groove are different, that is, a state in which the rolling elements are arranged in the axial center position and a state in which the rolling elements adjacent to each other in the axial center position are arranged. On the other hand, by setting the crowning shape in which the rigidity is substantially the same in each state, the displacement amount in the contact angle direction and the displacement amount in the pitching direction during movement of the slider become substantially equal, and ball passing vibration can be reduced.

【0011】請求項3記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記各状態で前記剛性が同一となる複数のクラ
ウニング形状座標点をそれぞれ求め、該複数のクラウニ
ング形状座標点に対する近似曲線を求めてクラウニング
形状に設定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a rolling linear motion guide device designing method, wherein each of a plurality of crowning shape coordinate points having the same rigidity in each of the states is obtained, and an approximate curve is obtained with respect to the plurality of crowning shape coordinate points. It is characterized by setting the crowning shape.

【0012】この転がり直動案内装置の設計方法では、
剛性が同一となる複数のクラウニング形状座標点に対し
て近似曲線を求め、得られた近似曲線をクラウニング形
状に設定することにより、離散されたクラウニング形状
座標点に対してのみ剛性の計算を行うため、クラウニン
グ部分全体にわたって剛性の計算を行う必要がなく、計
算負担が軽減され、且つ、必要十分な精度でクラウニン
グ形状を設定することができる。
In the method of designing this rolling linear motion guide device,
To calculate the rigidity only for the discrete crowning shape coordinate points by finding the approximate curve for multiple crowning shape coordinate points with the same rigidity and setting the obtained approximate curve to the crowning shape. It is not necessary to calculate the rigidity over the entire crowning portion, the calculation load is reduced, and the crowning shape can be set with necessary and sufficient accuracy.

【0013】請求項4記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記近似曲線が、前記複数のクラウニング形状
座標点のうち、少なくとも1点を通過し、他のクラウニ
ング形状座標点に対しては、その近傍を通過する近似曲
線であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rolling linear motion guide device designing method, wherein the approximate curve passes through at least one of the plurality of crowning shape coordinate points and is different from other crowning shape coordinate points. , Is an approximate curve that passes through its neighborhood.

【0014】この転がり直動案内装置の設計方法では、
複数のクラウニング形状座標点のうち少なくとも1点を
通過し、他のクラウニング形状座標点に対してはその近
傍を通過する近似曲線を用いることで、うねりの少ない
曲線形状を得ることができる。
In the method of designing this rolling linear motion guide device,
By using an approximate curve that passes at least one of the plurality of crowning shape coordinate points and passes the other crowning shape coordinate points in the vicinity thereof, it is possible to obtain a curved shape with less undulation.

【0015】請求項5記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記近似曲線が、f(x)=aww(aw、w
は定数)なる型のべき関数であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for designing a rolling linear motion guide device, the approximated curve is f (x) = a w x w (a w , w
Is a constant) and is a power function of the type

【0016】この転がり直動案内装置の設計方法では、
べき関数を用いて曲線近似することにより、単一円弧形
状の場合と比較して、よりクラウニング形状座標点に近
い曲線形状に設定できる。
In the method of designing this rolling linear motion guide device,
By performing the curve approximation using the power function, it is possible to set the curve shape closer to the crowning shape coordinate points as compared with the case of the single arc shape.

【0017】請求項6記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記近似曲線が、複数の曲線を組み合わせて設
定した曲線であることを特徴とする。
The rolling linear motion guide device designing method according to claim 6 is characterized in that the approximate curve is a curve set by combining a plurality of curves.

【0018】この転がり直動案内装置の設計方法では、
複数の曲線を組み合わせて近似曲線を設定することによ
り、よりクラウニング形状座標点に近い曲線形状にでき
ると共に曲線形状の加工を容易にできる。
In the method of designing this rolling linear motion guide device,
By setting the approximate curve by combining a plurality of curves, it is possible to make the curve shape closer to the crowning shape coordinate points and facilitate the processing of the curve shape.

【0019】請求項7記載の転がり直動案内装置の設計
方法は、前記近似曲線が、最小二乗法により近似した曲
線であることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for designing a rolling linear motion guide device, wherein the approximation curve is a curve approximated by the least square method.

【0020】この転がり直動案内装置の設計方法では、
曲線近似を最小二乗法により行うことにより、クラウニ
ング形状座標点からの残差の小さい曲線に近似できる。
In the method of designing this rolling linear motion guide device,
By performing the curve approximation by the least squares method, it is possible to approximate a curve having a small residual from the crowning shape coordinate points.

【0021】請求項8記載の転がり直動案内装置は、請
求項1〜請求項7のいずれか1項記載の転がり直動案内
装置の設計方法を用いてクラウニング形状が設定された
スライダを備えていることを特徴とする。
A rolling linear motion guide device according to an eighth aspect comprises a slider having a crowning shape set by using the method for designing the linear motion guide device according to any one of the first to seventh aspects. It is characterized by being

【0022】この転がり直動案内装置では、上記の転が
り直動案内の設計方法によりクラウニング形状を設定し
たスライダを備えることにより、玉通過振動が低減され
運動精度が高められ、高精度な転がり直動案内装置とす
ることができる。
In this rolling linear motion guide device, by providing a slider having a crowning shape set by the above-described rolling linear motion guide design method, ball passing vibration is reduced, motion accuracy is improved, and highly precise rolling linear motion is achieved. It can be a guide device.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る転がり直動案
内装置の設計方法及びこれにより設計された転がり直動
案内装置の好適な実施の形態について、図面を参照して
詳細に説明する。図1は本発明に係る転がり直動案内装
置の概略構成を示す斜視図であり、図2は図1のA−A
断面図である。本実施形態の転がり直動案内装置100
は、外面に転動体転動溝(第1の転動体転動溝)3a,
3bを有してX軸方向に延びる案内レール1と、その案
内レール1を跨いで組み付けられたスライダ2とを備え
ている。案内レール1は、図1及び図2に示すように、
案内レール1の上面1aと両側面1bが交差する稜線で
X軸方向に連続して形成され断面が略1/4円弧形状の
凹溝からなる一方の転動体転動溝3aと、案内レール1
の両側面1bの略中央位置で断面が略半円形状の他方の
転動体転動溝3bとが形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of a rolling linear motion guide designing method according to the present invention and a rolling linear motion guide device designed thereby will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a rolling linear motion guide device according to the present invention, and FIG. 2 is A-A of FIG.
FIG. Rolling linear motion guide device 100 of the present embodiment
Is a rolling element rolling groove (first rolling element rolling groove) 3a on the outer surface,
It has a guide rail 1 having 3b and extending in the X-axis direction, and a slider 2 mounted over the guide rail 1. The guide rail 1 is, as shown in FIGS. 1 and 2,
One rolling element rolling groove 3a, which is a groove formed continuously in the X-axis direction at the ridgeline where the upper surface 1a and both side surfaces 1b of the guide rail 1 intersect and the cross section of which is a substantially arcuate shape, and the guide rail 1
The other rolling element rolling groove 3b having a substantially semicircular cross section is formed at a substantially central position on both side surfaces 1b.

【0024】また、スライダ2は、スライダ本体2a
と、その両端部に取り付けられたエンドキャップ2bか
らなり、スライダ本体2aは両袖部4の内側面に案内レ
ール1の転動体転動溝3a,3bに対向する転動体転動
溝(第2の転動体転動溝)5a,5bを有すると共に、
袖部の肉厚部分をX軸方向に貫通する図示しない転動体
戻し路を有している。エンドキャップ2bは、スライダ
本体2aの転動体転動溝5a,5bとこれに平行な転動
体戻し路とを連通させる図示しない湾曲路を有してお
り、これら転動体転動溝5a,5bと転動体戻し路と両
端の湾曲路とで、転動体循環回路が形成されている。転
動体循環回路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体
6が充填されている。以降、転動体転動溝3a,5aを
上側転動路7、転動体転動溝3b,5bを下側転動路8
として適宜呼称する。
The slider 2 has a slider body 2a.
And the end caps 2b attached to both ends thereof, and the slider body 2a is formed on the inner surface of both sleeves 4 so as to face the rolling element rolling grooves 3a and 3b of the guide rail 1 (second rolling element rolling groove). Rolling element rolling groove) of 5a, 5b,
The rolling element return path (not shown) penetrates the thick portion of the sleeve in the X-axis direction. The end cap 2b has a curved path (not shown) that communicates the rolling element rolling grooves 5a and 5b of the slider body 2a with the rolling element return path parallel to the rolling grooves 5a and 5b. A rolling element circulation circuit is formed by the rolling element return path and the curved paths at both ends. A large number of rolling elements 6 made of, for example, steel balls are filled in the rolling element circulation circuit. Thereafter, the rolling element rolling grooves 3a and 5a are in the upper rolling path 7, and the rolling element rolling grooves 3b and 5b are in the lower rolling path 8.
Will be referred to as appropriate.

【0025】上記構成の転がり直動案内装置100は、
基台に固定された案内レール1上をスライダ2が移動す
ると、転動体6が上側転動路7及び下側転動路8内を転
動しつつ、スライダ2の移動方向にスライダ2より低速
で移動し、一端側の湾曲路でUターンして転動体戻し路
をスライダ移動方向とは逆方向に転動しつつ移動し、他
端側の湾曲路で再度Uターンして上側転動路7及び下側
転動路8内に戻るといった循環を繰り返す。
The rolling linear motion guide device 100 having the above structure is
When the slider 2 moves on the guide rail 1 fixed to the base, the rolling element 6 rolls in the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8 and moves at a lower speed than the slider 2 in the moving direction of the slider 2. , And makes a U-turn on the curved path on the one end side to move while rolling on the rolling element return path in the opposite direction to the slider movement direction, and makes another U-turn on the curved path on the other end side to make an upper rolling path. 7 and the circulation such as returning to the lower rolling path 8 is repeated.

【0026】次に、スライダ本体2aの転動体転動溝5
a,5bに形成する最適なクラウニング形状を決定する
ためのクラウニング形状設計方法について詳細に説明す
る。図3は、転動体転動溝3a,5aの接触角方向mに
対するB−B断面の概念的矢視図であって、(a)はス
ライダ本体2aの軸方向中心Oに関して対称に玉6が振
り分けて配置された状態、(b)はスライダ本体2aの
軸方向中心Oの真下に玉が存在するように玉6を配置し
た状態を示している。図中、L1はスライダ本体2aの
軸方向長さ、sは隣り合う玉6との間隔、nはスライダ
本体2aの軸方向中心Oに玉6が配置されたときのL1
内に存在する玉6の個数を表す。なお、図中のクラウニ
ング形状はクラウニング量を誇張して示しているが、実
際の玉6は転動体転動溝に接している。また、本実施形
態の転がり直動案内装置においては4列の転動体転動路
を有する例を示しているが、ここでは計算を単純化する
ために、上側転動路7となる2つの転動体転動溝3a,
3a及び5a,5a内は同一の玉配置とし、下側転動路
8となる2つの転動体転動路3b,3b及び5b,5b
内は同一の玉配置として考える。
Next, the rolling element rolling groove 5 of the slider body 2a
The crowning shape designing method for determining the optimum crowning shape formed in a and 5b will be described in detail. FIG. 3 is a conceptual arrow view of the B-B cross section with respect to the contact angle direction m of the rolling element rolling grooves 3a and 5a, in which (a) shows the balls 6 symmetrically with respect to the axial center O of the slider body 2a. The state in which the balls 6 are distributed and arranged, (b) shows the state in which the balls 6 are arranged such that the balls are located directly below the axial center O of the slider body 2a. In the figure, L 1 is the axial length of the slider body 2a, s is the distance between adjacent balls 6, and n is L 1 when the ball 6 is arranged at the axial center O of the slider body 2a.
It represents the number of balls 6 present inside. Although the crowning shape in the drawing shows the crowning amount in an exaggerated manner, the actual balls 6 are in contact with the rolling element rolling grooves. In addition, the rolling linear motion guide device of the present embodiment shows an example having four rows of rolling element rolling paths, but here, in order to simplify the calculation, two rolling elements that are the upper rolling paths 7 are provided. The moving body rolling groove 3a,
The same balls are arranged in 3a and 5a, 5a, and the two rolling element rolling paths 3b, 3b and 5b, 5b serving as the lower rolling path 8 are formed.
Consider the same ball arrangement inside.

【0027】ヘルツの弾性接触理論によれば、番号jの
玉6の垂直転動体荷重Qjは(1)式で与えられる。
According to Hertz's elastic contact theory, the vertical rolling element load Q j of the ball 6 with the number j is given by the equation (1).

【数1】 ここで、Kはヘルツの非線形ばね定数であり、δjは図
2に示す接触角方向mに対する番号jの玉と転動体転動
溝面との間の弾性変形量である。図3(a)及び(b)
における弾性変形量δjは(2)式で与えられる。
[Equation 1] Here, K is the Hertzian nonlinear spring constant, and δ j is the elastic deformation amount between the ball of number j and the rolling element rolling groove surface with respect to the contact angle direction m shown in FIG. 3 (a) and 3 (b)
The elastic deformation amount δ j at is given by equation (2).

【数2】 [Equation 2]

【0028】(2)式において、δ0は玉のオーバーサ
イズ量であって締め代に相当する。また、Cjはクラウ
ニング量を表し、Cj≧0である。なお、δj<0となる
場合はδj=0とする。(1)式及び(2)式より、番
号jの玉と転動体転動溝面との間の弾性変形によって生
ずる垂直方向剛性kjは(3)式に示すようになる。
In the equation (2), δ 0 is the oversize amount of the ball and corresponds to the interference. C j represents the crowning amount, and C j ≧ 0. When δ j <0, δ j = 0. From the equations (1) and (2), the vertical rigidity k j caused by the elastic deformation between the ball number j and the rolling element rolling groove surface is as shown in the equation (3).

【数3】 [Equation 3]

【0029】スライダ本体が、軸方向中心Oのまわりの
ピッチング方向に微小角度θ(図1参照)傾くとき、番
号jの玉によって生ずる反モーメントMjは(4)式で
与えられる。
When the slider body tilts by a small angle θ (see FIG. 1) in the pitching direction around the axial center O, the reaction moment M j generated by the ball with the number j is given by the equation (4).

【数4】 ここで、xjは番号jの玉のX軸座標である。(4)式
より番号jの玉によるO点まわりの傾き方向剛性k
は(5)式のようになる。
[Equation 4] Here, x j is the X-axis coordinate of the ball with the number j. (4) the slope direction stiffness k around point O by a ball number j from equation
Is as in equation (5).

【数5】 [Equation 5]

【0030】図3(a)に示すようにスライダ本体2a
の軸方向中心Oに対して玉が振り分けて配置された状態
では、L1の範囲内にn−1個の玉が存在する。図3
(a)の玉の配置では、L1の範囲内に存在する玉によ
る垂直方向剛性の総和kA、及び傾き方向剛性の総和k
は以下のように与えられる。
As shown in FIG. 3A, the slider body 2a
In the state in which the balls are distributed with respect to the center O in the axis direction of n, there are n-1 balls within the range of L 1 . Figure 3
In the arrangement of balls in (a), the sum of vertical rigidity k A and the sum of tilt rigidity k due to the balls existing within the range of L 1
is given as follows.

【数6】 [Equation 6]

【0031】ここで、xAjはスライダ本体の軸方向中心
Oに関して対称に玉を振り分けて配置したときの番号j
の玉のX軸座標である。いま、図3(a)に示す番号1
及び番号n−1の玉位置におけるクラウニング量がCa
であり、その他の玉位置ではクラウニング量が0とする
と、スライダ本体両端のクラウニング部分10a,10
bには、それぞれ番号1と番号n−1の玉が配置され
る。このとき、上記(6)、(7)式は次のように表す
ことができる。
Here, x Aj is a number j when balls are arranged symmetrically with respect to the axial center O of the slider body.
It is the X-axis coordinate of the ball. Now, the number 1 shown in FIG.
And the crowning amount at the ball position of number n-1 is C a
If the crowning amount is 0 at other ball positions, the crowning portions 10a, 10 at both ends of the slider body are
Balls numbered 1 and n-1 are arranged in b. At this time, the above equations (6) and (7) can be expressed as follows.

【数7】 [Equation 7]

【0032】一方、図3(b)に示すように、スライダ
本体2aの軸方向中心Oの真下に玉が位置する配置で
は、L1の範囲内にn個の玉が存在する。図3(b)に
示す玉の配置では、L1の範囲内に存在する玉による垂
直方向剛性の総和kB、及び傾き方向剛性の総和k
は、以下のように与えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the arrangement in which the balls are located directly below the axial center O of the slider body 2a, n balls exist within the range of L 1 . In the arrangement of the ball is shown in FIG. 3 (b), the sum of the vertical stiffness by balls present in the range of L 1 k B, and the sum k inclination direction stiffness
is given as follows.

【数8】 [Equation 8]

【0033】ここで、xBjはスライダ本体2aの軸方向
中心Oの真下に玉が位置するように配置したときの番号
jの玉のX軸座標である。いま、図3(b)に示す番号
1と番号nの玉位置におけるクラウニング量がCb、番
号2とn−1の玉位置におけるクラウニング量がCc
あるとし、その他の玉位置におけるクラウニング量が0
とすると、図中左側のクラウニング部分10aには番号
1と2の玉、右側のクラウニング部分10bには番号n
−1とnの玉が配置される。このとき、(10)式及び
(11)式は、次のように表すことができる。
Here, x Bj is the X-axis coordinate of the ball with the number j when the ball is located right below the axial center O of the slider body 2a. Now, let us say that the crowning amount at the ball positions of the numbers 1 and n shown in FIG. 3B is C b , the crowning amount at the ball positions of the numbers 2 and n-1 is C c , and the crowning amounts at other ball positions. Is 0
Then, the numbers 1 and 2 are provided on the left crowning portion 10a and the number n is provided on the right crowning portion 10b.
-1 and n balls are placed. At this time, the expressions (10) and (11) can be expressed as follows.

【数9】 [Equation 9]

【0034】ところで、垂直方向に一定の外部荷重が作
用するとき、 ka=kB (14) が成り立つと、図3(a),(b)に示すスライダ本体
の垂直方向移動量は等しくなる。また、ピッチング方向
に一定の外部モーメントが作用するとき、 k=k (15)
By the way, when a constant external load is applied in the vertical direction, if k a = k B (14) holds, the vertical movement amount of the slider body shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) becomes equal. . When a constant external moment acts in the pitching direction, k = k (15)

【0035】が成り立つと、図3(a),(b)に示す
スライダ本体2aの傾き量は等しくなる。よって、(1
4)式と(15)式が同時に成り立てば、図3(a)の
玉配置におけるスライダ本体2aの垂直方向移動量と傾
き量が、図3(b)の玉配置におけるスライダ本体2a
の垂直方向移動量と傾き量と等しくなる。これにより、
(14)式と(15)式が同時に成り立つ場合には、こ
れらが成り立たない場合と比較して玉通過振動の振幅が
減衰されることが期待できる。このように、本発明に係
るクラウニング形状の設計方法は、図3(a)の状態
と、図3(b)の状態とで、垂直方向の剛性及びピッチ
ング方向の剛性を一致させることで、玉通過振動の発生
を大幅に低減させることを特徴としている。ここで、
(14)式と(15)式に、(8)、(9)、(1
2)、(13)式を代入して整理すると、玉通過振動の
低減の条件として次式が得られる。
If the following is true, the inclination amounts of the slider body 2a shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) become equal. Therefore, (1
If the equations (4) and (15) are established at the same time, the vertical movement amount and the inclination amount of the slider body 2a in the ball arrangement shown in FIG. 3 (a) become the slider body 2a in the ball arrangement shown in FIG.
Becomes equal to the amount of vertical movement and the amount of inclination. This allows
When the expressions (14) and (15) are satisfied at the same time, it can be expected that the amplitude of the ball passing vibration is attenuated as compared with the case where the expressions are not satisfied. As described above, the method for designing the crowning shape according to the present invention makes the rigidity in the vertical direction and the rigidity in the pitching direction match in the state of FIG. 3A and the state of FIG. It is characterized by significantly reducing the occurrence of passing vibration. here,
In equations (14) and (15), (8), (9), (1
By substituting the expressions (2) and (13) for rearranging, the following expression is obtained as a condition for reducing the ball passing vibration.

【数10】 [Equation 10]

【0036】(16)式において、δ0、xAj、xBj
nを設計諸元として与え、さらにクラウニング量Ca
所定の値に仮設定すると、設定されたクラウニング量C
aに対するCb、Ccが求められる。ここで、図4にクラ
ウニング形状の寸法を示すように、Ca,Cb,Ccは、
A 1,xB1,xB2(又は、xA(n-1)、xBn,xB(n-1)
におけるクラウニング量となる。なお、図4におけるx
=±xsの位置は、スライダ本体2aの転動体転動溝の
直線部分とクラウニング部分10a,10bとの交点の
座標を表す。即ち、x=±xsではクラウニング量が0
となる。
In equation (16), δ 0 , x Aj , x Bj ,
When n is given as a design parameter and the crowning amount C a is temporarily set to a predetermined value, the set crowning amount C a
C b for a, C c is determined. Here, as shown in the dimension of the crowning shape in FIG. 4, C a , C b , and C c are
x A 1 , x B1 , x B2 (or x A (n-1) , x Bn , x B (n-1) )
The amount of crowning in. In addition, x in FIG.
The position of = ± x s represents the coordinates of the intersection of the straight line portion of the rolling element rolling groove of the slider body 2a and the crowning portions 10a and 10b. That is, when x = ± x s , the crowning amount is 0.
Becomes

【0037】以上より、スライダ本体2aのクラウニン
グ部分10a(図中左側)では、図5に図4のC部拡大
図を示すように、PL0(−xs,0),PL1(xA1
a),PL2(xB1,Cb),PL3(xB2,Cc)の4つ
のクラウニング形状座標点が玉通過振動の低減の条件式
である(16)式を満足することになる。また、スライ
ダ本体2aのクラウニング部分10b(図中右側)で
は、図6に図4のD部拡大図を示すように、P
R0(xs,0),PR1(xA(n-1),Ca),PR2(xBn
b),PR3(xB(n-1),Cc)の4つのクラウニング形
状座標点が(16)式を満足することになる。
As described above, in the crowning portion 10a (left side in the figure) of the slider body 2a, as shown in the enlarged view of the C portion of FIG. 4 in FIG. 5, P L0 (−x s , 0), P L1 (x A1
C a ), P L2 (x B1 , C b ), P L3 (x B2 , C c ), four crowning shape coordinate points satisfy the condition (16) which is a conditional expression for reducing the ball passing vibration. Become. Further, at the crowning portion 10b (right side in the figure) of the slider body 2a, as shown in the enlarged view of section D of FIG.
R0 (x s , 0), P R1 (x A (n-1) , C a ), P R2 (x Bn ,
The four crowning shape coordinate points of C b ), P R3 (x B (n-1) , C c ) satisfy the equation (16).

【0038】本実施形態においては、スライダ本体2a
両端のクラウニングに対して、それぞれ上記のクラウニ
ング形状座標点をべき関数で曲線近似させて、クラウニ
ングの形状を定式化している。なお、(16)式を満足
する点の座標は、クラウニング量Caの設定値に依存す
るため、クラウニング量Caを微小量変化させて他のク
ラウニング量Cb及びCcを求め、これらをべき関数を用
いて曲線近似させることで求める。このような方法によ
り、クラウニング量Caをパラメータとしてクラウニン
グ形状のクラウニング形状座標点を求め、べき関数を用
いて曲線近似させた場合のクラウニング量Cjは、(1
7)式で表される。
In this embodiment, the slider body 2a
With respect to the crowning at both ends, the above-mentioned crowning shape coordinate points are curve-approximated by a power function to formulate the crowning shape. Note that the coordinates of the points satisfying the equation (16), because they depend on the setting value of the crowning amount C a, seek other crowning amount C b and C c by a crowning amount C a is small change in the amount, these It is obtained by curve approximation using a power function. With such a method, the crowning shape coordinate points of the crowning shape are obtained using the crowning amount C a as a parameter, and the crowning amount C j when curve approximation is performed using a power function is (1
It is expressed by the equation 7).

【0039】[0039]

【数11】 ここで、aw、wはべき関数の定数で、最小二乗法等の
方法で曲線近似させるときに計算される定数である。こ
れらの定数aw,wを最適に決定することで、玉通過振
動を効果的に低減することが可能となる。なお、曲線近
似方法としては、最小二乗法以外であっても、残差を小
さくできる近似方法であれば如何なる方法であってもよ
い。
[Equation 11] Here, a w and w are constants of a power function, which are constants calculated when a curve is approximated by a method such as the least square method. By optimally determining these constants a w and w, it becomes possible to effectively reduce the ball passing vibration. Note that the curve approximation method may be any method other than the least-squares method as long as it is an approximation method that can reduce the residual.

【0040】図7は、上記方法により決定されたクラウ
ニング形状座標点PL0,PL1,PL2,PL3及びPR0,P
R1,PR2,PR3に対し、べき関数で曲線近似した結果
と、単一円弧形状に曲線近似した結果を示す図である。
なお、クラウニング形状座標点PL0,PL1,PL2,PL3
は、クラウニング形状座標点PR0,PR1,PR2,PR3
それぞれ同じクラウニング量であるため、図中の黒丸で
示すクラウニング形状座標点は合計4点となっている。
これらのクラウニング形状座標点をそのまま直線連結す
ると、滑らかな形状にならず、実際のクラウニングの加
工が困難となる。そこで、上記4つのクラウニング形状
座標点を通るように(17)式を用いて曲線近似を行う
が、この場合のクラウニング形状座標点の配置では近似
結果に大きなうねりを生じる。このため、PL0(PR0
のクラウニング形状座標点に対しては通過し、PL1(P
R1)とPL2(PR2)とPL3(PR3)のクラウニング形状
座標点に対してはその近傍を通過するという条件で曲線
近似を行った。その結果が図中実線で示す曲線である。
また、従来行われてきた単一円弧形状(半径R=110
0mm)のクラウニング形状も点線で示している。この
ように、べき関数を用いて曲線近似することにより、単
一円弧形状に曲線近似した場合と比較してクラウニング
形状座標点からのずれ量の総和を小さくできる。
FIG. 7 shows the crowning shape coordinate points P L0 , P L1 , P L2 , P L3 and P R0 , P determined by the above method.
It is a figure which shows the result of curve-approximating with R1 , P R2 , and P R3 by a power function, and the result of curve-approximating to a single circular arc shape.
The crowning shape coordinate points P L0 , P L1 , P L2 , P L3
Has the same crowning amount as each of the crowning shape coordinate points P R0 , P R1 , P R2 and P R3 , the total number of crowning shape coordinate points indicated by black circles in the figure is four.
If these crowning shape coordinate points are directly connected as they are, a smooth shape is not obtained, and it becomes difficult to process the actual crowning. Therefore, the curve approximation is performed by using the equation (17) so as to pass through the four crowning shape coordinate points, but the arrangement of the crowning shape coordinate points in this case causes a large swell in the approximation result. Therefore, P L0 (P R0 )
For the crowning shape coordinate point of P L1 (P
R1 ), P L2 (P R2 ) and P L3 (P R3 ) were subjected to curve approximation under the condition that they passed through the vicinity of the crowning shape coordinate points. The result is the curve shown by the solid line in the figure.
In addition, the conventional single arc shape (radius R = 110
The crowning shape of 0 mm) is also shown by a dotted line. In this way, by performing curve approximation using a power function, the total amount of deviation from the crowning shape coordinate points can be made smaller than in the case of curve approximation in a single arc shape.

【0041】次に、スライダ移動時におけるスライダの
姿勢変化について説明する。スライダ本体2aが、図1
に示す鉛直方向にza移動し、ピッチング方向にθ姿勢
変化したとき、上側転動路7の転動体転動溝3a及び下
側転動路8の転動体転動溝3bにおける番号jの玉の弾
性変形量δUj,δLjは次式で与えられる。
Next, a change in the attitude of the slider when the slider moves will be described. The slider body 2a is shown in FIG.
When the robot moves in the vertical direction by z a and changes the attitude in the pitching direction by θ, the ball with the number j in the rolling element rolling groove 3a of the upper rolling path 7 and the rolling element rolling groove 3b of the lower rolling path 8 The elastic deformations δ Uj and δ Lj of are given by the following equation.

【数12】 ここで、xUj,xLjはそれぞれ上側転動路7,下側転動
路8における番号jの玉のX軸座標であり、以下の式で
与えられる。
[Equation 12] Here, x Uj and x Lj are the X-axis coordinates of the ball with the number j in the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8, respectively, and are given by the following equations.

【数13】 [Equation 13]

【0042】ここで、xU1は上側転動路7における番号
1の玉のX軸座標であり、a(0≦a<1.0)は初期
状態における上側転動路7及び下側転動路8の玉の位置
関係を示す定数であり、上側転動路7と下側転動路8の
玉の位置が玉径の1/2ずれているときにa=0.5と
なる。なお、上記(18)式において、δUj<0,δ Lj
<0となる場合は、δUj=0,δLj=0とする。(1)
式より上側転動路7及び下側転動路8における番号jの
玉の垂直転動体荷重QUj,QLjは(20)式で与えられ
る。
Where xU1Is the number on the upper rolling path 7
It is the X-axis coordinate of the ball of 1, and a (0 ≦ a <1.0) is the initial
Positions of upper rolling path 7 and lower rolling path 8 in the state
It is a constant indicating the relationship, and the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8
When the position of the ball deviates by 1/2 of the ball diameter, a = 0.5
Become. In the above equation (18), δUj<0, δ Lj
When <0, δUj= 0, δLj= 0. (1)
From the formula, the number j in the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8
Vertical ball rolling element load QUj, QLjIs given by equation (20)
It

【数14】 [Equation 14]

【0043】また、スライダ本体の鉛直荷重Fz及びピ
ッチング方向のモーメントMpは(21)式で与えられ
る。
The vertical load F z of the slider body and the moment M p in the pitching direction are given by equation (21).

【数15】 ここで、nU,nLはそれぞれ上側転動路7及び下側転動
路8の負荷圏内の玉数である。Fz=0,Mp=0とし
て、(21)式をまとめると次のようになる。
[Equation 15] Here, n U and n L are the numbers of balls in the load range of the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8, respectively. With F z = 0 and M p = 0, the equation (21) is summarized as follows.

【数16】 [Equation 16]

【0044】このように、(18)式、及び(20)、
(21)式を用いてスライダの姿勢変化za、及びピッ
チング方向の角度θを計算することができる。即ち、
(22)式が成り立つようなza及びθを数値計算によ
って算出する。また、玉の移動距離をパラメータにとっ
てZa及びθを算出することによって、玉の移動距離と
姿勢変化の関係を得ることができる。
Thus, the equations (18) and (20),
It is possible to calculate the attitude change z a of the slider and the angle θ in the pitching direction using the equation (21). That is,
Numerical calculation is performed to calculate z a and θ such that the expression (22) holds. Further, by calculating Z a and θ using the moving distance of the ball as a parameter, the relationship between the moving distance of the ball and the posture change can be obtained.

【0045】ここで、図8は、前述のべき関数による曲
線形状と、単一円弧形状のクラウニングによる玉通過振
動をシミュレーションにより求めた結果を示す図で、
(a)は玉の移動距離に対するスライダの鉛直方向変
位、(b)は玉の移動距離に対するスライダのピッチン
グ角変位を示している。ここで、玉の移動距離は、スラ
イダが案内レール上を移動する際に転動体転動溝内で移
動する玉の移動距離である。なお、ここでは、クラウニ
ング長さLcを6.4mmとし、(19)式における上
側転動路7及び下側転動路8内の玉の位置関係を示す定
数aを0.5として計算している。
Here, FIG. 8 is a diagram showing the results of the simulation of the ball passing vibration by the above-described power function curved line and the single arc-shaped crowning,
(A) shows the vertical displacement of the slider with respect to the moving distance of the ball, and (b) shows the pitching angle displacement of the slider with respect to the moving distance of the ball. Here, the moving distance of the ball is the moving distance of the ball moving in the rolling element rolling groove when the slider moves on the guide rail. In addition, here, the crowning length L c is set to 6.4 mm, and the constant a indicating the positional relationship of the balls in the upper rolling path 7 and the lower rolling path 8 in the equation (19) is calculated as 0.5. ing.

【0046】図8(a)によれば、べき関数による曲線
形状のクラウニングの方が、単一円弧形状のクラウニン
グより鉛直方向変位が低減されており、鉛直方向の玉通
過振動の発生が低減されることがわかる。また、図8
(b)によれば、単一円弧形状のクラウニングは大きな
振幅のピッチング角変位を周期的に発生させているが、
べき関数による曲線形状のクラウニングは、殆どピッチ
ング角変位を生じさせていない。このように、ピッチン
グ方向の玉通過振動の発生が大幅に低減されている。
According to FIG. 8 (a), the curve-shaped crowning by the power function has a smaller vertical displacement than the single arc-shaped crowning, and the generation of the vertical ball passing vibration is reduced. I understand that Also, FIG.
According to (b), the single arc-shaped crowning periodically generates a large amplitude pitching angle displacement.
Curved crowning with a power function produces little pitching angular displacement. In this way, the occurrence of ball passing vibration in the pitching direction is greatly reduced.

【0047】以上説明したように、本発明に係る転がり
直動案内装置の設計方法によれば、案内レール1及びス
ライダ2に形成された転動体転動溝に充填される玉の位
置が、スライダ2の移動時に転動体転動溝毎に異なる場
合でも、転動体6の玉通過振動を低減でき、スライダ2
の姿勢変化も低減できるクラウニング形状を簡便にして
決定することができる。これにより、転がり直動案内の
運動精度を向上でき、高い精度が要求される部位に対し
て適用可能な転がり直動案内装置を、設計コストを抑え
つつ安定供給することができる。また、離散されたクラ
ウニング形状座標点のみ剛性の計算を行うため、クラウ
ニング部分全体にわたって剛性の計算を行う必要がな
く、計算負担を軽減しつつ、必要十分な精度でクラウニ
ング形状を設定できる。
As described above, according to the method for designing the rolling linear motion guide device of the present invention, the position of the ball filled in the rolling element rolling groove formed in the guide rail 1 and the slider 2 is determined by the slider. Even when the rolling element rolling groove is moved differently for each of the two rolling elements, the ball passing vibration of the rolling element 6 can be reduced, and the slider 2
It is possible to easily determine a crowning shape that can reduce the change in the posture. As a result, the motion accuracy of the rolling linear motion guide can be improved, and the rolling linear motion guide device applicable to a portion requiring high accuracy can be stably supplied while suppressing the design cost. Further, since the rigidity is calculated only for the discrete crowning shape coordinate points, it is not necessary to calculate the rigidity for the entire crowning portion, and the crowning shape can be set with necessary and sufficient accuracy while reducing the calculation load.

【0048】ここで、上記クラウニング形状の寸法等の
諸条件を変更し、玉通過振動をシミュレーションにより
求めた結果を説明する。図9は、定数aを変化させたと
きの玉通過振動の振幅を計算した結果を示す図で、
(a)は鉛直方向変位、(b)はピッチング角変位の振
幅を、べき関数による曲線形状のクラウニングと単一円
弧形状のクラウニングに対してそれぞれ示している。な
お、この場合のクラウニング長さLcは6.4mmであ
る。
Now, the results obtained by simulating the ball passing vibration while changing various conditions such as the size of the crowning shape will be described. FIG. 9 is a diagram showing the result of calculating the amplitude of the ball passing vibration when the constant a is changed,
(A) shows the vertical displacement, and (b) shows the amplitude of the pitching angle displacement for a curved crowning with a power function and a single arc crowning, respectively. The crowning length L c in this case is 6.4 mm.

【0049】この図によれば、上側転動路7と下側転動
路8の玉の位置ずれがないa=0,1のときには振幅が
0になり、位置ずれが最大となるa=0.5付近で振幅
が大きくなる傾向が認められる。べき関数による曲線形
状のクラウニングでは、a=0.5付近で現れる鉛直方
向の最大振幅が単一円弧形状のクラウニングより小さく
抑えられ、特にピッチング角変位の振幅に対しては、a
の全領域にわたって大きく低減されている。このため、
べき関数を用いて曲線近似したクラウニング形状の方が
単一円弧形状の場合よりも玉通過振動の振幅を低減で
き、玉の位置ずれに対する影響が少なくて済む。
According to this figure, when there is no positional deviation of the balls on the upper rolling path 7 and the lower rolling path a = 0 and 1, the amplitude becomes 0 and the positional deviation becomes maximum a = 0. Amplitude tends to increase near 0.5. In the curve-shaped crowning using a power function, the maximum vertical amplitude appearing near a = 0.5 is suppressed to be smaller than that in the single arc-shaped crowning, and especially for the amplitude of pitching angle displacement,
Is greatly reduced over the entire area of. For this reason,
The crowning shape that approximates a curve using a power function can reduce the amplitude of the ball passing vibration more than the case of the single arc shape, and has less influence on the positional deviation of the ball.

【0050】図10は、クラウニング長さLcを変化さ
せたときの玉通過振動の振幅を計算した結果を示す図
で、(a)は鉛直方向変位、(b)はピッチング角変位
の振幅を、べき関数による曲線形状のクラウニングと単
一円弧形状のクラウニングに対してそれぞれ示してい
る。なお、この場合の定数aは0.5としている。この
図によれば、べき関数による曲線形状のクラウニングの
方が、単一円弧形状のクラウニングより全体的に振幅が
小さく抑えられており、べき関数の使用が玉通過振動の
振幅を低減する上で有利となっている。また、べき関数
によるクラウニング形状の長さLcが6mmのときに鉛
直方向変位の振幅が最低となっている。
FIG. 10 shows the results of calculation of the amplitude of the ball passing vibration when the crowning length L c is changed. (A) shows the vertical displacement and (b) shows the pitching angle displacement. , And the curve-shaped crowning with a power function and the single-arc-shaped crowning, respectively. The constant a in this case is 0.5. According to this figure, the curve-shaped crowning with a power function has a smaller overall amplitude than the single arc-shaped crowning, and the use of a power function reduces the amplitude of the ball passing vibration. It has an advantage. Further, when the length L c of the crowning shape by the power function is 6 mm, the amplitude of the vertical displacement is the lowest.

【0051】図11は、クラウニング長さLcを鉛直方
向変位の振幅が最低となる6.0mmとし、定数aを
0.5として、図8同様に玉通過振動をシミュレーショ
ンにより求めた結果を示す図である。この図によれば、
べき関数による曲線形状のクラウニングに対する鉛直方
法変位が大きく低減されており、且つ、ピッチング角変
位も小さいことから、このクラウニング形状に設計する
ことで、玉通過振動の極めて小さい転がり直動案内装置
が得られる。
FIG. 11 shows a result obtained by simulating the ball passing vibration in the same manner as in FIG. 8 with the crowning length L c being 6.0 mm where the amplitude of vertical displacement is the minimum and the constant a being 0.5. It is a figure. According to this figure
Vertical method displacement for curved crowning with a power function is greatly reduced, and pitching angle displacement is also small.By designing this crowning shape, a rolling linear motion guide device with extremely small ball passing vibration can be obtained. To be

【0052】次に、本発明に係る転がり直動案内装置の
設計方法の第2実施形態を説明する。本実施形態の設計
方法は、前述したクラウニング形状のクラウニング形状
座標点を曲線近似する際、複数の曲線を組み合わせるこ
とで近似曲線を設定している。図12は、3つの異なる
半径及び中心位置による円弧で形成したクラウニング形
状を示している。即ち、スライダ本体の端部からX軸方
向に沿って距離Lcまでの間に3種の円弧によってクラ
ウニング形状を形成している。なお、各円弧の境界とな
る中間点PRO1(xR1,H1),PRO2(xR2,H2)は任
意に設定している。
Next, a second embodiment of the method of designing the rolling linear motion guide device according to the present invention will be described. In the designing method of the present embodiment, when the crowning shape coordinate points of the crowning shape described above are subjected to curve approximation, an approximate curve is set by combining a plurality of curves. FIG. 12 shows a crowning shape formed by an arc having three different radii and center positions. That is, the crowning shape is formed by three types of arcs from the end of the slider body along the X-axis direction to the distance L c . The intermediate points P RO1 (x R1 , H 1 ) and P RO2 (x R2 , H 2 ) that are the boundaries of the arcs are set arbitrarily.

【0053】まず、クラウニング形状座標点PR0から中
間点PRO1までの間は中心位置O0(L1/2−Lc
0)の半径R0の円弧で形成し、中間点PRO1から中間
点PRO2までの間は中心位置O1(xO1,HR1)の半径R
1の円弧で形成し、中間点PRO2から最端点PRO3までの
間は中心位置O2(xO2,HR2)の半径R2の円弧で形成
している。
First, between the crowning shape coordinate point P R0 and the intermediate point P RO1 , the central position O 0 (L 1 / 2-L c ,
R 0 is formed by an arc of a radius R 0 of), the radius R between the intermediate point P RO1 to the intermediate point P RO2 the center position O 1 (x O1, H R1 )
It is formed by a circular arc of 1 and is formed by a circular arc of radius R 2 at the center position O 2 (x O2 , H R2 ) between the intermediate point P RO2 and the extreme point P RO3 .

【0054】図13に、3つの異なる円弧を組み合わせ
てクラウニング形状を形成した一例を示した。これによ
れば、異なる種類の3つの円弧を連続的に接続すること
により、前述のべき関数により近似した曲線に殆ど一致
した曲線形状が得られると共に、4つのクラウニング形
状座標点に対するずれを一層小さく設定できる。従っ
て、玉通過振動を防止するための最適位置であるクラウ
ニング形状座標点により近いクラウニング形状にでき、
スライド移動時の振動や姿勢変化を大きく低減できる。
また、クラウニング形状の加工時においても、円弧形状
に設定しておくことによりNC加工機械等で容易に加工
プログラムを生成でき、加工を行うことができる。
FIG. 13 shows an example of forming a crowning shape by combining three different arcs. According to this, by continuously connecting three different types of arcs, it is possible to obtain a curve shape that substantially matches the curve approximated by the above-described power function, and further reduce the deviation with respect to the four crowning shape coordinate points. Can be set. Therefore, it is possible to make the crowning shape closer to the crowning shape coordinate point which is the optimum position for preventing the ball passing vibration,
Vibration and posture change during slide movement can be greatly reduced.
Further, even when the crowning shape is machined, the machining program can be easily generated and machining can be performed by the NC machining machine or the like by setting the circular arc shape.

【0055】また、ここでは3つの異なる円弧を組み合
わせた一例を示したが、必要に応じて任意の数の円弧を
組み合わせることもできる。このように複数の円弧を用
いてクラウニング形状を決定することで、クラウニング
形状座標点の位置関係に応じてより適切なクラウニング
形状を得ることができる。
Although an example in which three different arcs are combined is shown here, an arbitrary number of arcs can be combined as necessary. By determining the crowning shape using a plurality of arcs in this way, a more appropriate crowning shape can be obtained according to the positional relationship of the crowning shape coordinate points.

【0056】上記各実施形態においては、玉を使用した
転がり直動案内装置を用いて説明しているが、これに限
らず、ローラ等の他の転動体を用いた転がり直動案内に
対しても、また、玉同士の間にセパレータが挿入された
タイプの直動案内装置であっても同様の設計方法により
クラウニング形状を決定することができる。なお、上記
各実施形態においては、クラウニング部分に含まれる玉
が、片側で2個の場合と1個の場合を言及しているが、
これ以外の玉個数であっても同様な手法でクラウニング
形状を決定できる。また、上記実施形態では、垂直方向
とピッチング方向の剛性を検討することでクラウニング
形状を決定しているが、垂直方向の代わりに水平方向又
はローリング方向(Z軸まわりの回転方向)、ピッチン
グ方向の代わりにヨーイング方向(案内レール幅方向)
の剛性を用いてもよく、同様な方法でクラウニング形状
を決定することができる。
In each of the above-described embodiments, the rolling linear motion guide device using balls is used for explanation, but the present invention is not limited to this, and the rolling linear motion guide device using other rolling elements such as rollers is used. Also, even with a linear motion guide device of a type in which a separator is inserted between balls, the crowning shape can be determined by the same design method. In each of the above embodiments, the case where the number of balls included in the crowning portion is two on one side and the number of balls included on one side is one,
Even if the number of balls is other than this, the crowning shape can be determined by the same method. In the above embodiment, the crowning shape is determined by considering the rigidity in the vertical direction and the pitching direction. However, instead of the vertical direction, the horizontal direction or rolling direction (rotational direction around the Z axis), pitching direction Instead, yawing direction (width of guide rail)
The stiffness can be used and the crowning shape can be determined in a similar manner.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る転がり直動案内装置の設計方法によれば、少なくとも
スライダの垂直方向(鉛直方向)、水平方向、ローリン
グ方向のいずれか一方向に対する剛性が略一定に保た
れ、かつ、スライダのピッチング方向とヨーイング方向
の一方又は両方に対する剛性がおのおの略一定に保たれ
る形状に設定することにより、第1及び第2転動体転動
溝内の転動体に生じる弾性変位量が、その配置位置によ
らずに略一定となり、スライダ移動時の転動体通過振動
の発生が抑えられる。これにより、運動精度の高い転が
り直動案内装置を容易に設計することが可能となる。こ
の転がり直動案内装置の設計方法によりクラウニング形
状を設定することにより、高い運動精度の転がり直動案
内装置を容易に設計することが可能となる。
As described in detail above, according to the method for designing the rolling linear motion guide device of the present invention, at least one of the vertical direction (vertical direction), the horizontal direction, and the rolling direction of the slider is provided. By setting the shape such that the rigidity is kept substantially constant and the rigidity with respect to one or both of the pitching direction and the yawing direction of the slider is kept substantially constant, the inside of the first and second rolling element rolling grooves The amount of elastic displacement generated in the rolling element is substantially constant regardless of the position where the rolling element is arranged, and the generation of vibrations passing through the rolling element when the slider moves can be suppressed. This makes it possible to easily design a rolling linear motion guide device with high motion accuracy. By setting the crowning shape according to the method of designing the rolling linear motion guide device, it becomes possible to easily design the rolling linear motion guide device with high motion accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る転がり直動案内装置の概略構成を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a rolling linear motion guide device according to the present invention.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】転動体転動溝のB−B断面の概念的矢視図であ
る。
FIG. 3 is a conceptual arrow view of a BB cross section of a rolling element rolling groove.

【図4】クラウニング形状の寸法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing dimensions of a crowning shape.

【図5】図4のC部拡大図である。5 is an enlarged view of portion C in FIG.

【図6】図4のD部拡大図である。6 is an enlarged view of part D in FIG.

【図7】各クラウニング形状座標点に対し、べき関数を
曲線近似した結果と、単一円弧形状に曲線近似した結果
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a result of curve approximation of a power function and a result of curve approximation to a single arc shape for each crowning shape coordinate point.

【図8】べき関数による曲線形状と、単一円弧形状のク
ラウニングによる玉通過振動をシミュレーションにより
求めた結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a result obtained by simulating a ball passing vibration due to a crown shape of a single arc shape and a curved shape using a power function.

【図9】定数aを変化させたときの玉通過振動の振幅を
計算した結果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a result of calculating the amplitude of the ball passing vibration when the constant a is changed.

【図10】クラウニング長さを変化させたときの玉通過
振動の振幅を計算した結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of calculating the amplitude of the ball passing vibration when the crowning length is changed.

【図11】玉通過振動をシミュレーションにより求めた
結果を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing results of ball passing vibrations obtained by simulation.

【図12】3つの異なる半径及び中心位置による円弧で
形成したクラウニング形状を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a crowning shape formed by an arc having three different radii and center positions.

【図13】3つの異なる円弧を組み合わせてクラウニン
グ形状を形成した一例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example in which three different arcs are combined to form a crowning shape.

【図14】スライダの移動距離に対するピッチング角変
位の測定結果を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing measurement results of pitching angle displacement with respect to a moving distance of a slider.

【図15】上下2列の玉溝を有する転がり直動案内装置
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a rolling linear motion guide device having upper and lower two rows of ball grooves.

【図16】スライダのクラウニング形状を示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a crowning shape of a slider.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 案内レール 2 スライダ 3a,3b 転動体転動溝 5a,5b 転動体転動溝 6 玉(転動体) 10a,10b クラウニング部分 100 転がり直動案内装置 PL0,PL1,PL2,PL3,PR0,PR1,PR2,PR3
ラウニング形状座標点
1 guide rail 2 sliders 3a, 3b rolling element rolling grooves 5a, 5b rolling element rolling groove 6 balls (rolling elements) 10a, 10b crowning portion 100 rolling linear motion guide device P L0 , P L1 , P L2 , P L3 , P R0 , P R1 , P R2 , P R3 Crowning shape coordinate points

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 浩之 新潟県長岡市上富岡町1603−1 長岡技術 科学大学工学部内 (72)発明者 中野 健太 新潟県長岡市上富岡町1603−1 長岡技術 科学大学工学部内 (72)発明者 加藤 総一郎 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株式 会社内 (72)発明者 松本 淳 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株式 会社内 Fターム(参考) 3J104 AA22 BA11 DA13 EA01 EA06   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hiroyuki Ota             1603-1 Kamitomioka Town, Nagaoka City, Niigata Prefecture Nagaoka Technology             Faculty of Engineering, University of Science (72) Inventor Kenta Nakano             1603-1 Kamitomioka Town, Nagaoka City, Niigata Prefecture Nagaoka Technology             Faculty of Engineering, University of Science (72) Inventor Soichiro Kato             78 Toba-cho, Maebashi-shi, Gunma Nippon Seiko Co., Ltd.             In the company (72) Inventor Jun Matsumoto             78 Toba-cho, Maebashi-shi, Gunma Nippon Seiko Co., Ltd.             In the company F term (reference) 3J104 AA22 BA11 DA13 EA01 EA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外面に第1の転動体転動溝を有して軸方
向に延びる案内レールに、前記第1の転動体転動溝に対
向する第2の転動体転動溝を有するスライダが遊嵌さ
れ、前記第1の転動体転動溝と前記第2の転動体転動溝
との間に転動体が装填されると共に、前記第2の転動体
転動溝の軸方向両端にクラウニング部分を有する転がり
直動案内装置の設計方法であって、 前記クラウニング部分の形状を、前記第1の転動体転動
溝と前記第2の転動体転動溝との間の転動体が前記軸方
向に移動しても、前記スライダの垂直方向(鉛直方
向)、水平方向、ローリング方向の少なくともいずれか
一方向に対する剛性が略一定に保たれ、かつ、前記スラ
イダのピッチング方向とヨーイング方向の一方又は両方
に対する剛性がおのおの略一定に保たれる形状に設定す
ることを特徴とする転がり直動案内装置の設計方法。
1. A slider having an outer surface having a first rolling element rolling groove and an axially extending guide rail having a second rolling element rolling groove facing the first rolling element rolling groove. Is loosely fitted, a rolling element is loaded between the first rolling element rolling groove and the second rolling element rolling groove, and at the both axial ends of the second rolling element rolling groove. A method of designing a rolling linear motion guide device having a crowning portion, wherein the shape of the crowning portion is such that a rolling element between the first rolling element rolling groove and the second rolling element rolling groove is Even if the slider moves in the axial direction, the rigidity of the slider in at least one of the vertical direction (vertical direction), the horizontal direction, and the rolling direction is kept substantially constant, and one of the pitching direction and the yawing direction of the slider is maintained. Or, a shape in which the rigidity for both is kept approximately constant Setting method of designing a linear motion rolling guide device characterized by the.
【請求項2】 前記クラウニング部分の形状を、前記転
動体転動溝間の転動体を前記スライダの軸方向中心位置
に対して軸方向へ転動体を対称に振り分けたときに、前
記軸方向中心位置に転動体が配置される状態と、前記軸
方向中心位置に隣接する転動体同士間が配置される状態
における前記スライダの垂直方向(鉛直方向)と水平方
向の一方又は両方に対する剛性と、前記スライダのピッ
チング方向とヨーイング方向の一方又は両方に対する剛
性が、おのおの略一定に保たれるように設定することを
特徴とする請求項1記載の転がり直動案内装置の設計方
法。
2. The shape of the crowning portion is such that when the rolling elements between the rolling element rolling grooves are distributed symmetrically in the axial direction with respect to the axial center position of the slider, the axial center Rigidity of the slider with respect to one or both of a vertical direction (vertical direction) and a horizontal direction in a state in which the rolling elements are arranged at positions, and between the rolling elements adjacent to each other in the axial center position, 2. The method of designing a rolling linear motion guide device according to claim 1, wherein the rigidity of the slider in one of the pitching direction and the yawing direction or both is set so as to be kept substantially constant.
【請求項3】 前記各状態で前記剛性が同一となる複数
のクラウニング形状座標点をそれぞれ求め、該複数のク
ラウニング形状座標点に対する近似曲線を求めてクラウ
ニング形状に設定することを特徴とする請求項2記載の
転がり直動案内装置の設計方法。
3. A crowning shape is obtained by obtaining a plurality of crowning shape coordinate points having the same rigidity in each of the states and obtaining approximate curves for the plurality of crowning shape coordinate points. 2. The method for designing the rolling linear motion guide device described in 2.
【請求項4】 前記近似曲線が、前記複数のクラウニン
グ形状座標点のうち、少なくとも1点を通過し、他のク
ラウニング形状座標点に対しては、その近傍を通過する
近似曲線であることを特徴とする請求項3記載の転がり
直動案内装置の設計方法。
4. The approximated curve is an approximated curve that passes through at least one of the plurality of crowning-shaped coordinate points and passes in the vicinity of other crowning-shaped coordinate points. The method for designing the rolling linear motion guide device according to claim 3.
【請求項5】 前記近似曲線が、f(x)=aww(a
w、wは定数)なる型のべき関数であることを特徴とす
る請求項3又は請求項4記載の転がり直動案内装置の設
計方法。
5. The approximated curve is f (x) = a w x w (a
5. A method of designing a rolling linear motion guide device according to claim 3 or 4, wherein w and w are power functions of a constant type.
【請求項6】 前記近似曲線が、複数の曲線を組み合わ
せて設定した曲線であることを特徴とする請求項3又は
請求項4記載の転がり直動案内装置の設計方法。
6. The rolling linear motion guide designing method according to claim 3, wherein the approximate curve is a curve set by combining a plurality of curves.
【請求項7】 前記近似曲線が、最小二乗法により近似
した曲線であることを特徴とする請求項3〜請求項6の
いずれか1項記載の転がり直動案内装置の設計方法。
7. The method of designing a rolling linear motion guide device according to claim 3, wherein the approximate curve is a curve approximated by a least squares method.
【請求項8】 請求項1〜請求項7のいずれか1項記載
の転がり直動案内装置の設計方法を用いてクラウニング
形状が設定されたスライダを備えていることを特徴とす
ることを特徴とする転がり直動案内装置。
8. A slider having a crowning shape set by using the method for designing a rolling linear motion guide device according to any one of claims 1 to 7. Rolling linear motion guide device.
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