JP2006052844A - 静圧スライド - Google Patents

Abstract

【課題】
軽量且つ高剛性であり、且つ信頼性に優れた静圧スライドを提供する。
【解決手段】
脆性材料から形成された本体２１に対して、パイプ２２の弾性変形によって、オリフィス部材２３を静圧面２１ａのリセス２１ｂに対して押しつけることで、圧縮応力のみを付与しながら取り付けているので、ねじ孔などを用いることなく、本体２０の破損を回避でき、長期間にわたって安定して静圧スライドの機能を発揮できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、静圧スライドに関し、特に圧力伝達媒体を用いて移動可能に支持される静圧スライドに関する。

光学素子やその成形用型に対して、切削加工や研磨加工等を施すために加工機が知られている（特許文献１参照）。かかる加工機においては、作業台を高精度に移動させるために静圧スライドが設けられている。
特開２００３−３９２９４号公報

ここで、例えば光学素子の非球面に対応した複雑な曲面を精度良く創成するためには、以下の要件を従来の加工機以上に高く充足することが重要である。

［高精度化を実現するための要件］
（１）機械の制御精度を高くするために各軸の位置測定分解能を向上して、高速なサーボにより駆動する作業台（スライドテーブルや旋回テーブル）を高精度に制御することや、サーボモーターの駆動指令に対して高速に追従するために、密度の小さい材料を用いて駆動する静圧スライドを軽くすることが重要である。
（２）各軸が２段や３段に重なる積み木構造となるので、構造的に剛性が低下しやすく、各軸の剛性をできるだけ高めることが必要であり、そのために静圧スライドの圧力伝達媒体の支持剛性を上げることや、ヤング率の高い材料を用いることが重要となる。
（３）環境の温度変化に影響されないようにすることも非常に重要であり、静圧スライドを用いる場合には、静圧面での無駄な発熱を押さえるために圧力伝達媒体の支持剛性を上げることや、各部材に線膨張係数の小さな材料を選ぶことが重要である。
（４）環境変化が大きくなる前に加工を終了でき、かつ高効率に加工するために加工時間を短くすることが必要であり、高速に軸を駆動するためにサーボを高速にして位置測定の高分解能に追従することと、静圧面の剛性低下や振動が発生しないように、圧力伝達媒体の支持剛性を上げることが重要である。

ここで、静圧スライドを軽くするために、その素材として金属の代わりにセラミックを用いることができる。一方、圧力伝達媒体の支持剛性をあげるために、ガスの代わりに油を用いることができる。しかるに、静圧スライドが金属製であれば、その静圧面にタップをたててねじ孔を形成し、圧力伝達媒体を適量吐出させるためのオリフィス部材を、ねじ孔に直接ねじ込むことができる。これに対し、静圧スライドをセラミックから形成した場合、タップでねじ孔を形成することが困難である他、ねじ孔を形成できたとしても、そのねじ孔にオリフィス部材をねじ込むと、その脆性により破損する恐れがある。そこで、セラミック製の静圧スライドには、オリフィス部材を接着剤を用いて固定することが行われる。ところが、圧力伝達媒体として油を用いると、接着剤を溶解させたり変質させたりしてその接着力を低下させ、オリフィス部材の脱落を招く恐れがある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、軽量且つ高剛性であり、且つ信頼性に優れた静圧スライドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の静圧スライドは、一対の支持面間で圧力伝達媒体の静圧により移動可能に支持される静圧スライドにおいて、
前記支持面に対向する第１及び第２移動面と、該第１及び第２移動面にそれぞれ設けられた第１および第２凹部と、該第１および第２凹部より小さく且つ該第１および第２凹部のそれぞれの底部間を連通する開口と、を有すブロック本体と、
前記第１および第２凹部内に配置され前記開口より大きな張り出し部を有する第１及び第２張り出し部材と、
前記開口内に配置され、前記第１及び第２張り出し部材の少なくとも一方を結合機構により結合することで、前記第１及び第２張り出し部材が前記第１および第２凹部のそれぞれの底部を挟圧した状態で前記第１及び第２張り出し部材を連結して固定する連結部材と、
前記第１及び第２張り出し部材の少なくとも一方に設けられ、前記開口に供給された圧力伝達媒体を流出し、その流量を制限する流量制限部と、
を有することを特徴とする。

例えばセラミックなどの脆性材料は一般的には引っ張り応力に弱く圧縮応力に強いという傾向がある。これに対し本発明においては、前記連結部材により連結された前記第１及び第２張り出し部材により、前記第１および第２凹部のそれぞれの底部を挟圧することによって、前記流量制限部を前記ブロック本体に取り付けることができるため、前記ブロック本体が脆性材料から形成されていた場合でも、ねじ孔などを設ける必要がなく、螺合による破損等を回避でき、長期間にわたって安定して静圧スライドの機能を発揮できる。

請求項２に記載の静圧スライドは、請求項１に記載の発明において、前記第１張り出し部材と前記連結部材間に前記結合機構が設けられ、前記第２張り出し部材は前記連結部材に一体的に固定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の静圧スライドは、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１および第２張り出し部材と前記連結部材間のそれぞれに、前記結合機構が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の静圧スライドは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記流量制限部は前記第１および第２張り出し部材のそれぞれに設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の静圧スライドは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記連結部材は中空のパイプであることを特徴とする。

請求項６に記載の静圧スライドは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、複数組の第１および第２凹部、開口、第１及び第２張り出し部材、連結部材、結合機構および流量制限部を有すことを特徴とする。

請求項７に記載の静圧スライドは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、さらに、前記ブロック本体は前記第１及び第２移動面の延在する方向と交差する方向に延在する第３移動面と、該第３移動面と対向する第４面とを有し、第３移動面に圧力伝達媒体を流出するよう、第３および第４凹部、開口、第３及び第４張り出し部材、連結部材、結合機構および流量制限部とを有すことを特徴とする。

請求項８に記載の静圧スライドは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記ブロック本体の線膨張係数が−３×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。

請求項９に記載の静圧スライドは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記ブロック本体の線膨張係数が０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。

線膨張係数を−３×１０^-6以上３×１０^-6以下とすることで温度変化による位置変動を小さくでき高精度な静圧スライドが実現できる。なお、線膨張係数が負の値の材料（例えば石英）や非常に小さい材料は、結晶化ガラスのような一般に脆性の強い材料となる傾向があるので、破壊じん性値（Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が高い材料の入手が容易となることも考慮して、線膨張係数を０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下とすることが望ましい。

請求項１０に記載の静圧スライドは、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記ブロック本体はセラミックを素材として形成されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の静圧スライドは、請求項１０に記載の発明において、前記セラミックは窒化珪素又はサイアロンであることを特徴とする。

請求項１２に記載の静圧スライドは、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、−３×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。

請求項１３に記載の静圧スライドは、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。

請求項１４に記載の静圧スライドは、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記圧力伝達媒体は液体であることを特徴とする。

請求項１５に記載の静圧スライドは、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記第１及び第２張り出し部材がそれぞれ前記第１及び第２移動面より突出し、摺動面の機能を持つことを特徴とする。

［１］ 静圧スライドは、支持面に対して圧力伝達媒体により移動可能に支持される静圧スライドにおいて、前記支持面に対向する一対の静圧面を開口によって連通した脆性材料から形成された本体と、流量を制御された圧力伝達媒体を前記支持面と前記静圧面との間に供給する流量制限部を備えた流量制限部材と、前記流量制限部材に連結され、前記開口を通って一方の前記静圧面から他方の前記静圧面まで延在し、他方の前記静圧面に取り付けられた弾性部材と、を有し、前記流量制限部材は、前記弾性部材の弾性変形によって、前記一方の静圧面に対して押しつけられていることを特徴とする。尚、本明細書中、脆性材料とは、破壊じんせい値が１０ＭＮ／ｍ^3/2以下の材料（例えばセラミックなど）をいい、弾性部材とは、所定値以内の内部応力に応じて歪みを生じるが、内部応力がなくなると歪みもなくなる部材をいう。又、弾性部材は、必ずしも流量制限部材と別体の部材である必要はなく、流量制限部材の一部又は全部により構成されていても良い。

例えばセラミックなどの脆性材料は一般的には引っ張り応力に弱く圧縮応力に強いという傾向がある。そこで、本発明においては、脆性材料から形成された本体に対して、前記弾性部材の弾性変形によって、前記流量制限部材を前記一方の静圧面に対して押しつけることで、圧縮応力のみを付与しながら取り付けているので、ねじ孔などを用いることなく、前記本体の破損を回避でき、長期間にわたって安定して静圧スライドの機能を発揮できる。

［２］ 静圧スライドは、［１］の静圧スライドにおいて、前記弾性部材はパイプであって、その両端に前記流量制限部材が取り付けられていることを特徴とするので、前記パイプ内を圧力伝達媒体の通路として用いることができる。

［３］ 静圧スライドは、［１］又は［２］の静圧スライドにおいて、前記圧力伝達媒体は、前記開口を介して供給されることを特徴とするので、前記圧力伝達媒体が前記開口内を通過する間に、その壁面との間で熱交換を行い、前記本体の温度制御を行うことができるため、前記本体の熱膨縮が抑制され、前記本体またはそれに取り付けられた工具や主軸、あるいはレーザースケールなどの位置が温度変動せす、極めて安定した高精度な静圧スライドの位置決め制御が実現できる。

［４］ 静圧スライドは、［１］〜［３］のいずれかの静圧スライドにおいて、前記本体はセラミックを素材として形成されていることを特徴とする。従来の静圧スライドの本体は鋳鉄製であり、その線膨張係数が１０×１０^-6、比重７．８、ヤング率１３０ＧＰａ程度である。これに対し、セラミックは、ヤング率が３００ＧＰａと鋳鉄に比べて高く、前記本体のたわみや加工反力などによる変形が小さくでき、この上に取り付けた工具や主軸などの位置精度を安定させることが出来る。また、線膨張係数が従来の鋳鉄の数分の１程度なので、温度変化による位置変動も小さくできる。さらに、比重が従来の鋳鉄の約１／３と小さいので、前記本体がより軽量となり、高速かつ高精度な送り制御が実現できる。

尚、セラミック材料でも研削加工によりネジを切ることはできるが、加工が難しいので加工費が極めて高価であり、また強い力でネジを締結すると簡単にネジ山が破断して用をなさなくなる。これに対し、本発明では、前記流量制限部材を前記本体の静圧面に取り付ける際に、圧縮応力だけで強固に固定できるので、特にセラミックのような引っ張り力に弱い材料を用いて前記本体を形成する場合には、低コストで確実且つ最適に前記流量制限部材を取り付けることができる。

［５］ 静圧スライドは、［４］の静圧スライドにおいて、前記セラミックは、窒化珪素又はサイアロンであることを特徴とする。セラミック材料の中でも特に、窒化珪素またはサイアロンは、破壊じん性が６．０と高いため割れにくく、かつヤング率が２９０ＧＰａ前後と高いため変形しにくく、さらに線膨張係数が室温付近で１．５×１０^-6と非常に小さいので、前記本体の温度膨縮が非常に少なく、前記本体上に取り付けた工具やワークの位置が温度変動しない高精度な静圧スライドを実現できる。また、その比重が３．３と軽いので、スライド駆動に際して慣性力などの制御負荷が小さく、それだけ高精度な送り制御が実現できる。

［６］ 静圧スライドは、［１］〜［５］のいずれかの静圧スライドにおいて、前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、−３×１０^-6以上３×１０^-6以下、望ましくは０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。従来の支持面を形成した部材は、前記本体と同じ鋳鉄製が一般的である。尚、ガスを圧力伝達媒体とする静圧スライドでは、支持面を形成した部材として、高精度用途にアルミナセラミックが使われることもある。ここで、前記本体の材料がセラミック等の低線膨張材料である場合は、これを支持する支持面を形成した部材の線膨張係数も低い材料を用いることで、静圧面間隔が温度変動することがなく、剛性や位置、送り姿勢等が一定で安定した静圧スライド移動を実現できる。前記支持面を有する部材は、通常積層構造を取り、部品同士をボルトにより強力に締結して一体化することで、大きな静圧力に対向する構造であるため、インバー、スーパーインバー、ステンレスインバー（商標名：新報国製鉄（株））等の金属材料は、ネジが直接切れることと、強力にネジを締め込んでも破断することがないので好適である。また、セラミック材料を使う場合には、窒化珪素やサイアロンが破壊じんせいが高く、線膨張係数が小さいので好ましい。尚、かなり良く室温が制御されているところでも、±０．５℃程度は温度が変動するので、従来の鋳鉄を、前記支持面を形成した部材の素材とすると、容易に数μｍ程度の支持面間隔の変動を招き、静圧隙間が変動して剛性が変化したり静圧スライドの位置が変動して、静圧スライド上に設置した工具やワークを安定して再現性良く保持したり移動させることが出来なくなる。従って、少なくとも前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、鋳鉄の数分の１以下が高精度の位置決めには好ましく、おおよそ３×１０^-6以下とするのが好ましい。一方、あまり線膨張係数が小さい材料では、結晶化ガラスなどのような一般に脆性の強い材料となる傾向があるので、０．５×１０^-6以上の範囲で選択するのが、安全で確実に温度変化による静圧スライドの特性を安定化するのに良い。

［７］ 静圧スライドは、互いに交差する方向に延在する第１支持面と第２支持面に対して圧力伝達媒体により移動可能に支持される静圧スライドにおいて、前記第１支持面に対向する一対の第１静圧面を第１の開口によって連通し、且つ前記第２支持面に対向する一対の第２静圧面を第２の開口によって連通し、前記第１の開口と前記第２の開口とを連通した媒体供給路を形成した脆性材料から形成された本体と、流量を制御された圧力伝達媒体を前記前記第１支持面と前記第１静圧面との間に供給する流量制限部を備えた第１流量制限部材と、前記第１流量制限部材に連結され、前記第１の開口を通って一方の前記第１静圧面から他方の前記第１静圧面まで延在し、他方の前記第１静圧面に取り付けられた第１弾性部材と、流量を制御された圧力伝達媒体を前記前記第２支持面と前記第２静圧面との間に供給する流量制限部を備えた第２流量制限部材と、前記第２流量制限部材に連結され、前記第２の開口を通って一方の前記第２静圧面から他方の前記第２静圧面まで延在し、他方の前記第２静圧面に取り付けられた第２弾性部材と、を有し、前記第１流量制限部材は、前記第１弾性部材の弾性変形によって、前記一方の第１静圧面に対して押しつけられており、前記第２流量制限部材は、前記第２弾性部材の弾性変形によって、前記一方の第２静圧面に対して押しつけられており、前記第１弾性部材と、前記第２弾性部材とは干渉しないように配置されていることを特徴とする。

［７］の静圧スライドも、［１］の静圧スライドと同様な作用効果を奏するが、互いに交差する方向に延在する第１支持面と第２支持面に対して圧力伝達媒体により移動可能に支持されるため、前記第１の開口と前記第２の開口との形成位置によっては、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とが干渉してしまう恐れがある。そこで、例えば前記第１の開口と前記第２の開口とをずらして形成することで、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とを干渉しないように配置することができ、部品の簡素化や組付性の向上を図ることができる。又、前記第１の開口と前記第２の開口とを連通した媒体供給路を形成することによって、前記圧力媒体の供給を容易に行うことができる。

［８］ 静圧スライドは、［７］の静圧スライドにおいて、前記第１弾性部材はパイプであって、その両端に前記第１流量制限部材が取り付けられており、及び／又は前記第２弾性部材はパイプであって、その両端に前記第２流量制限部材が取り付けられていることを特徴とする。

［９］ 静圧スライドは、［７］又は［８］の静圧スライドにおいて、前記圧力伝達媒体は、前記第１の開口及び前記第２の開口を介して供給されることを特徴とする。

［１０］ 静圧スライドは、［７］〜［９］のいずれかの静圧スライドにおいて、前記本体はセラミックを素材として形成されていることを特徴とする。

［１１］ 静圧スライドは、［１０］の静圧スライドにおいて、前記セラミックは、窒化珪素又はサイアロンであることを特徴とする。

［１２］ 静圧スライドは、［７］〜［１１］のいずれかの静圧スライドにおいて、前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする。

［１３］ 静圧スライドは、［１］〜［１２］のいずれかの静圧スライドにおいて、前記圧力伝達媒体は、液体であることを特徴とするので、ガスを用いる場合に比べて支持剛性を高くできる。尚、液体の中でも、特に油が好ましいが、水であっても良い。

本発明によれば、軽量且つ高剛性であり、且つ信頼性に優れた静圧スライドを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる静圧スライドを備えた５軸加工機１０の斜視図である。かかる静圧スライドは加工機のみならず、高精度な測定を行う計測器等にも用いることができる。図１において、床Ｆ上に４本（３本のみ図示）の脚１１ａで支持されたアクティブエアマウント１１は、振動の伝達を抑制する抑制手段であり、床の振動をベース１２に伝達しない機能を有する。

アクテイブエアマウント１１上に支持されたベース１２には、支持面を有する部材である一対のスライドレール１３が形成され、スライドレール１３の対向する支持面１３ａの間には、Ｚ軸方向に移動可能に静圧スライド２０が設けられ、静圧スライド２０上に回転可能に旋回テーブル１４が設けられている。尚、静圧スライド２０はスライドレール１３に対し、旋回テーブル１４は静圧スライド２０に対し、それぞれ油を圧力伝達媒体として静圧で支持されている。

更に、ベース１２上において、一対のサポートブロック１５上に掛け渡されたレール１５ａには、Ｘ軸方向に移動可能にスライドテーブル１６が設けられ、スライドテーブル１６上のレール１６ａには、Ｙ軸方向に移動可能にスライドテーブル１７が設けられ、スライドテーブル１７上に回転可能に旋回テーブル１８が設けられている。尚、スライドテーブル１６はレール１５ａに対し、スライドテーブル１７はレール１６ａに対し、旋回テーブル１８はスライドテーブル１７に対し、それぞれ油を圧力伝達媒体として静圧で支持されている。

図２は、第１の実施の形態にかかる静圧スライド２０の分解斜視図である。尚、図２に示す例では、説明を簡略化すべく旋回テーブルの支持構成は省略している。静圧スライド２０は、本体２１と、パイプ２２と、流量制限部材であるオリフィス部材２３とから構成されている。窒化珪素などのセラミックから形成される本体２１は、両側に静圧面（第１及び第２移動面ともいう）２１ａ、２１ａを形成している。各静圧面２１ａは、５つの矩形状のリセス（第１及び第２凹部ともいう）２１ｂを有しており、各リセス２１ｂには開口２１ｃが形成されている。開口２１ｃは、反対側の静圧面２１ａに形成された対応するリセス２１ｂに連通している。更に、本体（ブロック本体ともいう）２１には、各開口２１ｃに連通しそれに対して交差する方向に延在する油供給孔２１ｄが形成されている。油供給孔２１ｄの始端には外部から油を供給するためのコネクタＣが接続され、油供給孔２１ｄの終端は蓋部材Ｐにより閉止されている。尚、油供給孔２１ｄは必ずしも貫通している必要はない。

断面を図示する中空円筒状のパイプ（連結部材ともいう）２２は、両端にねじ孔２２ａを形成しており、また長手方向に等間隔に油流入孔２２ｂを形成している。オリフィス部材（張り出し部材ともいう）２３は、頭部（張り出し部ともいい、パイプ２２の両端にオリフィス部材２３を取り付けたときは、一方のオリフィス部材２３の頭部２３ａが第１の張り出し部を構成し、他方のオリフィス部材２３の頭部２３ａが第２の張り出し部を構成する）２３ａと、それに同軸的に接合されたねじ軸部２３ｂとを有している。頭部２３ａは、開口２１ｃよりも大径であるが、リセス２１ｂ内に収まる寸法形状を有しており、更にねじ軸部２３ｂの周囲の面に周溝２３ｃを形成している。周溝２３ｃ内にはＯ−リングＯＲが配置されている。ねじ軸部２３ｂは中空であり、その内部空間は頭部２３ａの中央に形成された小径のオリフィス孔（流量制限部ともいう）２３ｄに連通している。なお、ねじ孔２２ａとねじ軸部２３ｂとで結合機構を構成する。

静圧スライド２０を組み立てる場合、まずパイプ２２の一端のねじ孔２２ａに一つのオリフィス部材２３のねじ軸部２３ｂを螺合させる（図２に示す状態）。この状態でパイプ２２を、オリフィス部材２３を取り付けてない方の端部から開口２１ｃ内へと挿入し、これと並行して別のオリフィス部材２３を、開口２１の対向端を介して挿入し、且つパイプ２２の挿入端に螺合させる。オリフィス部材２３を螺合させてゆくと、パイプ２２が弾性変形し引っ張り応力が生じ、それによりオリフィス部材２３の頭部２３ａは、リセス２１ｂの底面に押しつけられる。このとき、Ｏ−リングＯＲが、頭部２３ａとリセス２１ｂとの間を密封するように作用する。図示していないが、全ての開口２１ｃに、パイプ２２とオリフィス部材２３とが取り付けられる。パイプ２２が弾性部材を構成する。

本実施の形態の静圧スライド２０の動作について説明する。不図示の外部ポンプから、コネクタＣを介して、静圧油（単に油ともいう）を５〜３０気圧程度の圧力で供給する。かかる静圧油は、本体２１の油供給孔２１ｄを介して開口２１ｃへと分配される。開口２１ｃへと分配された静圧油は、開口２１ｃよりも径が一回り小さいパイプ２２の外周に沿って流れ、油流入孔２２ｂを介してパイプ２２内へと侵入し、オリフィス部材２３のオリフィス孔２３ｄを介して、流量を制限されつつリセス２１ｂ内へと吐出される。リセス２１ｂ内に吐出された静圧油は、静圧面２１ａと支持面１３ａ（図１）との間の１０μｍ程度の微少スキマに介在することで、両者を非接触に支持することができるが、オリフィス孔２３ｄによって吐出量が制限されているので、高い支持剛性を確保できる。かかる状態で、不図示の駆動源からの駆動力により、静圧スライド２０を高精度且つ振動を抑えた状態で移動することができる。

本実施の形態においては、オリフィス部材２３とパイプ２２とは共にステンレス製とし、オリフィス部材２３は同じものをパイプ２２の両端に取り付けているが、パイプ２２にオリフィス部材２３の頭部と同じ形状の円板を溶接しても良い。

その場合、開口２１ｃ当たり、簡単な機械加工部品３点とＯリング２点のわずか５点の部品で済むため、低コストであって組立が容易な静圧スライドを提供できる。しかも脆性的である本体２１には、取り付けに際して圧縮応力のみが付与されるので、ネジを切ったりネジ止めしたりする必要は全く無いことから、破損の恐れを回避できる。

尚、本実施の形態では、本体２１を窒化珪素のセラミックで製作し、開口２１ｃ、油供給孔２１ｄ、リセス２１ｂなどをセラミックの粉体を仮焼結した段階で加工し、本焼結して、静圧面２１ａを平面研削により仕上げているが、開口２１ｃ、油供給孔２１ｄ、リセス２１ｂなどの加工は高い精度が不要のため、仮焼結段階で極めて容易に加工生成でき、他の部品の止めネジ用穴加工等と一緒に加工が出来るので、加工コストは従来とほとんど変わらないという利点もある。

本発明者らが、図２に示す静圧スライドにおいて、オリフィス部材２３のオリフィス径を０．３ｍｍ×長さ５ｍｍで放電加工により形成し、静圧面２１ａ（寸法：片側５０ｍｍ×２５０ｍｍ）と支持面１３ａの隙間を片側１０μｍ取って図１のスライドレール１３に取り付け、５気圧で静圧油を供給して静圧剛性を測定したところ、１０００Ｎ／μｍ以上が得られた。これは、通常の金属材料で本体を作り、オリフィス部材をスライドに直接ねじ込み固定した場合と同等の性能であった。また、本体２１の重量は、一般的な鋳鉄で製作した場合に比べ、約４０％と非常に軽量化が図れた。

図３は、第２の実施の形態にかかる静圧スライド２０’の上面図である。図２に示す例は、水平方向における静圧支持を行う静圧スライドであるのに対し、図３に示す例では、水平方向と垂直方向の静圧支持を実現できる。

本実施の形態の静圧スライド２０’における本体２１’において、上述した実施の形態と同様に、両側面である第１静圧面（第１及び第２移動面ともいう）２１ａに第１リセス（第１及び第２凹部ともいう）２１ｂを有し、上下面である第２静圧面（第３及び第４移動面ともいう）２１ａ’に第２リセス（第３及び第４凹部ともいう）２１ｂ’を２列に形成している。対向する第１リセス２１ｂ同士は、第１の開口２１ｃにより連通され、対向する第２リセス２１ｂ’同士は、第２の開口２１ｃ’により連通されているが、図３に見て第１の開口２１ｃと第２の開口２１ｃ’とは、本体２１’の長手方向にずれて形成されている。

本体２１’の長手方向端面から、第１の開口２１ｃと第２の開口２１ｃ’とに交互に交差し、且つ反対側の端面に抜けるようにして油供給孔２１ｄ、２１ｄ’が形成されている。上述した実施の形態と同様に、油供給孔２１ｄの一端にはコネクタＣが取り付けられ、他端には蓋部材Ｐが取り付けられている。一方、油供給孔２１ｄ’の両端にはそれぞれ蓋部材Ｐが取り付けられている。尚、油供給孔２１ｄ、２１ｄ’同士は、第１の開口２１ｃを介して連通している。従って、コネクタＣから供給された作動油は、蓋部材Ｐが設けられた油供給孔２１ｄ、２１ｄ’の末端まで供給されることができる。

本実施の形態において、第１の開口２１ｃには、図２に示すパイプ２２を配置すれば良く、第２の開口２１ｃ’には、図２に示すパイプ２２を短くしたもの（不図示）を配置すればよい。この際、第１の開口２１ｃと、第２の開口２１ｃ’とは互いに干渉しない位置に設けられているので、それらに挿通されるパイプ２２同士が干渉する恐れはない。かかるパイプ２２の両端に、図２に示すオリフィス部材２３を取り付けることで、上述の実施の形態と同様な効果を発揮することができる。本実施の形態によれば、本体２１’の両側面の他、上下面を静圧で支持されるため、より支持剛性の高い静圧スライド２０’を提供できる。

図４は、変形例である流量制限部材を本体に取り付けた状態で示す断面図である。例えば図３に示す実施の形態において、本体２１’の上下面を連通する開口２１ｃ’は全長が短いので、挿入するパイプも短くなる。そこで、パイプを流量制限部材の一部とすれば、より部品点数を削減できる。

より具体的には、異なる形状の流量制限部材（第３及び第４張り出し部材ともいう）２３’、２３”を用いる。第１の流量制限部材２３’は、内部に空間を有する円盤状の頭部２３ａ’と、中空の長軸部２３ｂ’と、長軸部２３ｂ’の先端に内周に形成された雌ねじ部２３ｄ’とを有する。頭部（張り出し部ともいう）２３ａ’の先端には、その内部空間を遮蔽するように円盤状の多孔体（流量制限部ともいう）ＰＲが配置され、ボルトＢにより固定されている。頭部２３ａ’のリセス２１ｂ’に対向する面には、周溝２３ｃ’が形成され、そこにＯ−リングＯＲが配置されている。更に、長軸部２３ｂ’は、その内部と連通する油流入路２３ｅ’を、油供給孔２１ｄに対応する位置に形成している。

一方、第２の流量制限部材２３”は、内部に空間を有する円盤状の頭部２３ａ”と、中空の短軸部２３ｂ”と、短軸部２３ｂ”の先端に形成された雄ねじ部２３ｄ”とを有する。頭部（張り出し部ともいう）２３ａ”の先端には、その内部空間を遮蔽するように円盤状の多孔体（流量制限部ともいう）ＰＲが配置され、ボルトＢにより固定されている。頭部２３ａ”のリセス２１ｂ”に対向する面には、周溝２３ｃ”が形成され、そこにＯ−リングＯＲが配置されている。なお、長軸部２３ｂ’と短軸部２３ｂ”とで連結部を構成し、雄ねじ部２３ｄ”と雌ねじ部２３ｄ’とで結合機構を構成する。

組み付けに際しては、第１の流量制限部材２３’の長軸部２３ｂ’と、第２の流量制限部材２３”の短軸部２３ｂ”とを開口２１ｃ’の両側から挿入し、雄ねじ部２３ｄ”を雌ねじ部２３ｄ’に螺合させる。（図４に示す状態）。すると、長軸部２３ｂ’と短軸部２３ｂ”が弾性変形し引っ張り応力が生じ、それにより流量制限部材２３’、２３”の頭部２３ａ’、２３ａ”は、リセス２１ｂ、２１ｂの底面に押しつけられる。このとき、Ｏ−リングＯＲ、ＯＲが、頭部２３ａ’、２３ａ”とリセス２１ｂとの間を密封するように作用する。尚、長軸部２３ｂ’と短軸部２３ｂ”が弾性部材を構成するが、以上の構成に関わらず、例えば第１の流量制限部材２３’と第２の流量制限部材２３”とを開口２１ｃ’内を延在するバネ（弾性体）で連結しても良い。又、多孔質体ＰＲの代わりに、図２に示すオリフィス部材のごときオリフィス孔を設けても良い。

不図示の外部ポンプから、コネクタＣを介して、静圧油を５〜３０気圧程度の圧力で供給すると、かかる静圧油は、本体２１’の油供給孔２１ｄを介して開口２１ｃ’へと分配される。開口２１ｃ’へと分配された静圧油は、油流入路２３ｅ’を介して長軸部２３ｂ’及び短軸部２３ｂ”内へと侵入し、頭部２３ａ’、２３ａ”の内部空間へと吐出される。かかる空間から静圧油は、流量制限部である多孔体ＰＲ、ＰＲの微少な無数の孔を介して、流量を制限された形で多孔体ＰＲの表面で構成した静圧面２３ｆ’、２３ｆ”に均一な圧力で供給されることができる。

図５は、図２に示す静圧スライド２０と、図３に示す静圧スライド２０’とを二段重ねにして組み付けた例を示す斜視図である。スーパーインバー製のスライドレールＳＲの水平支持面（第１支持面）ＳＲｈと、静圧スライド２０，２０’の第１静圧面２１ａとの隙間（静圧隙間ともいう）及び、垂直支持面（第２支持面）ＳＲｖと、第２静圧面２１ａ’との隙間を片側５μｍ取って取り付けた。静圧スライド２０，２０’の本体の材料は、サイアロンを用い、静圧面の大きさは、水平方向受け面が片側５０ｍｍ×５４０ｍｍ（リセス７箇所）、垂直方向受け面が片側６０ｍｍ×５４０ｍｍ（リセス８箇所）。圧力伝達媒体として水を用い、コネクタＣより供給圧力５気圧で静圧スライド２０、２０’に圧送した。

かかる構成における静剛性は、水平方向２５８０Ｎ／μｍ以上、垂直方向２８００Ｎ／μｍ以上と、極めて高い剛性を実現したが、このような大きな力を受けても静圧スライド２０，２０’は変形することなく、静圧隙間が５μｍと極めて狭いにもかかわらす、２５０ｍｍのストロークを全く機械接触すること無く滑らかに移動できた。また、静圧スライド２０，２０’の重量は、一般的な鋳鉄材料に比べて約４０％程度であり、サイアロンを用いたことによる重量削減量は５１ｋｇに達した。

本実施例の静圧スライド２０，２０’にリニアモーター（不図示）を取り付けて、１ｎｍ単位の微小変位駆動を行ったところ、オーバーシュートは３ｎｍ以下の誤差範囲、定速度移動時の指令値と実際のスライドの位置の差（追従誤差）は、１０ｍｍ／ｍｉｎにおいて１２ｎｍ以下とで極めて再現性の高い高精度な送りが実現できた。

図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に、さらに流量制限部材であるオリフィス部材と、連結部材である連結軸の組み立て構造の変形例を示す。図６（ａ）は、連結部材片側端にのみ、流量制限部を有する張り出し部材であるオリフィス部材（流量制限部材）を設け、さらに中実の連結部材を用いた例である。オリフィス部材２４は、張り出し部である頭部２４ａと、それと同軸的に接合された結合機構であるねじ軸部２４ｂとを有している。頭部２４ａは、貫通孔（穴）である開口２１ｃ”よりも大径であるが、開口部であるリセス２１ｂ”内に収まる寸法形状を有しており、更にねじ軸部２４ｂの周囲の面に周溝２４ｃを形成している。周溝２４ｃ内にはＯ−リングＯＲが配置されている。ねじ軸部２４ｂは側面に開口２４ｅを持ち、その内部空間は頭部２４ａの中央に形成された小径のオリフィス孔（流量制限部ともいう）２４ｄに連通している。断面を図示する張り出し部２５ａとを持つ中実の連結部材である連結軸２５は、張り出し部２５ａに周溝２４ｃを持ち、その内部にＯ−リングＯＲが配置されており、結合機構であるねじ軸部２４ｂとねじ孔２５ｂとの螺合結合により、オリフィス部材２４と結合されている。

図６（ａ）において、不図示の外部ポンプから供給された静圧油は、本体２１”の油供給孔２１ｄ”を介して開口２１ｃ”へと分配される。開口２１ｃ”へと分配された静圧油は、オリフィス部材２４の油流入路２４ｅ内へと侵入し、オリフィス孔２４ｄを介して吐出されることができる。

図６（ｂ）と図６（ｃ）は、中実連結部材を用いて両側端に流量制限部を有する張り出し部材である流量制限部材を設けた例であり、特に図６（ｂ）は、片側の流量制限部材と中実連結部材を一体として部品数を減らした例であり、図６（ａ）と同様のオリフィス部材２４と、側面の開口２５ｅと、頭部２５ａ’の中央に形成された小径のオリフィス孔２５ｄを有する中実の連結軸２５’からなり、結合機構であるねじ軸部２４ｂとねじ孔２５ｂ’の螺合結合より、オリフィス部材２４と結合されている。

図６（ｂ）において、不図示の外部ポンプから供給された静圧油は、本体２１”の油供給孔２１ｄ”を介して開口２１ｃ”へと分配される。開口２１ｃ”へと分配された静圧油は、オリフィス部材の油流入路２４ｅ及び連結軸２５の油流入路２５ｅ内へと侵入し、オリフィス孔２４ｄ、２５ｄを介して吐出されることができる。

図６（ｃ）は、中実連結部材の両側に流量制限部材であるオリフィス部材２４をネジ止めした例である。図６（ａ）、図６（ｂ）と同様のオリフィス部材２４が、両端にねじ孔２５ｂ”を持つ中実連結部材２５”と、ねじ軸部２４ｂとねじ孔２５ｂ”の螺合結合により結合されている。

不図示の外部ポンプから供給された静圧油は、本体２１”の油供給孔２１ｄ”を介して開口２１ｃ”へと分配される。開口２１ｃ”へと分配された静圧油は、オリフィス部材の油流入路２４ｅ内へとそれぞれ侵入し、各オリフィス孔２４ｄを介して吐出されることができる。この様に細部構成に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本実施の形態にかかる静圧スライドを備えた５軸加工機１０の斜視図である。 第１の実施の形態にかかる静圧スライド２０の分解斜視図である。 第２の実施の形態にかかる静圧スライド２０’の上面図である。 変形例である流量制限部材を本体に取り付けた状態で示す断面図である。 図２に示す静圧スライド２０と、図３に示す静圧スライド２０’とを二段重ねにして組み付けた例を示す斜視図である。 図６（ａ）は、連結部材片側端にのみ流量制限部材を設け、さらに中実の連結部材を用いた流量制限部材と連結部材の組み立て構造の変形例を示す図であり、図６（ｂ）は、中実連結部材を用いて両側端に流量制限部材を設け、片側の流量制限部材と中実連結部材とを一体化した変形例を示す図であり、図６（ｃ）は、中実連結部材を用いて両側端に流量制限部材を設け、中空連結部材の両側端に流量制限部材をねじ止めとを一体化した変形例を示す図である。

符号の説明

２０、２０’、２０” 静圧スライド
２１、２１’、２１” 本体
２１ａ、２１ａ’ 静圧面
２１ｂ、２１ｂ’ リセス
２１ｃ、２１ｃ’、２１ｃ” 開口
２１ｄ、２１ｄ’、２１ｄ” 油供給孔
２２ パイプ
２２ａ 孔
２２ｂ 油流入孔
２３ オリフィス部材
２３’、２３” 流量制限部材
２４ オリフィス部材
２５、２５’、２５” 連結軸
Ｂ ボルト
Ｃ コネクタ
ＯＲ Ｏ−リング
Ｐ 蓋部材
ＰＲ 多孔体
ＳＲ スライドレール

Claims (15)

1. 一対の支持面間で圧力伝達媒体の静圧により移動可能に支持される静圧スライドにおいて、
   前記支持面に対向する第１及び第２移動面と、該第１及び第２移動面にそれぞれ設けられた第１および第２凹部と、該第１および第２凹部より小さく且つ該第１および第２凹部のそれぞれの底部間を連通する開口と、を有すブロック本体と、
   前記第１および第２凹部内に配置され前記開口より大きな張り出し部を有する第１及び第２張り出し部材と、
   前記開口内に配置され、前記第１及び第２張り出し部材の少なくとも一方を結合機構により結合することで、前記第１及び第２張り出し部材が前記第１および第２凹部のそれぞれの底部を挟圧した状態で前記第１及び第２張り出し部材を連結して固定する連結部材と、
   前記第１及び第２張り出し部材の少なくとも一方に設けられ、前記開口に供給された圧力伝達媒体を流出し、その流量を制限する流量制限部と、
   を有することを特徴とする静圧スライド。
2. 前記第１張り出し部材と前記連結部材間に前記結合機構が設けられ、前記第２張り出し部材は前記連結部材に一体的に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の静圧スライド。
3. 前記第１および第２張り出し部材と前記連結部材間のそれぞれに、前記結合機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静圧スライド。
4. 前記流量制限部は前記第１および第２張り出し部材のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静圧スライド。
5. 前記連結部材は中空のパイプであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静圧スライド。
6. 複数組の第１および第２凹部、開口、第１及び第２張り出し部材、連結部材、結合機構および流量制限部を有すことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静圧スライド。
7. さらに、前記ブロック本体は前記第１及び第２移動面の延在する方向と交差する方向に延在する第３移動面と、該第３移動面と対向する第４面とを有し、第３移動面に圧力伝達媒体を流出するよう、第３および第４凹部、開口、第３及び第４張り出し部材、連結部材、結合機構および流量制限部とを有すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の静圧スライド。
8. 前記ブロック本体の線膨張係数が−３×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の静圧スライド。
9. 前記ブロック本体の線膨張係数が０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の静圧スライド。
10. 前記ブロック本体はセラミックを素材として形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の静圧スライド。
11. 前記セラミックは窒化珪素又はサイアロンであることを特徴とする請求項１０に記載の静圧スライド。
12. 前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、−３×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の静圧スライド。
13. 前記支持面を形成した部材の線膨張係数は、０．５×１０^-6以上３×１０^-6以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の静圧スライド。
14. 前記圧力伝達媒体は液体であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の静圧スライド。
15. 前記第１及び第２張り出し部材がそれぞれ前記第１及び第２移動面より突出し、摺動面の機能を持つことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の静圧スライド。
    
    
    

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