JP2013142433A - すべり案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動面の潤滑油に起因する摺動抵抗を抑制することができる空気静圧式のすべり案内装置を提供すること。
【解決手段】すべり案内装置は、案内面２１を有するガイド２０と、摺動面３１を有するスライダ３０と、前記摺動面３１に形成されて前記案内面２１に対向するエアポケット３２と、前記エアポケット３２に加圧気体を供給する加圧空気タンク３４と、前記加圧空気タンク３４を制御する制御装置５０とを備え、前記制御装置５０は、前記案内面２１と前記摺動面３１との間の摺動抵抗に基づいて適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記加圧空気タンク３４の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、すべり案内装置に関し、とくに空気静圧方式の半浮上摺動により高精度な案内を行うすべり案内装置に関する。

従来、機械的な可動部分の案内装置あるいは送り装置構として、精密な摺動面を利用したすべり案内装置が知られている。
すべり案内機構の中には、摺動面と案内面との間に潤滑油を供給して接触圧力を負担させる油圧静圧式の半浮上型すべり案内装置がある（特許文献１〜３参照）。

特許文献１の装置では、案内面の局部的な油圧を動的に調整し、被案内部分の加速度による傾き等を解消する。
特許文献２の装置では、案内面の動圧を制御するために弁機構を組み合わせて用いる。
特許文献３の装置では、案内面と摺動面との接触状態の調整を容易にするために、案内面に微細な凹凸を形成する。

このようなすべり案内装置は、一軸方向に沿った直動機構として利用されるほか、直交二方向に設置されて平面移動を行うものが用いられている。
さらに、静圧式軸受すべり案内装置にはとしては、油圧式に限らず、エア圧を用いた空気静圧型のすべり案内装置も利用されている（特許文献４参照）。

特許文献４の装置では、平面移動ステージを二次元移動させるために、空気静圧軸受が二階建て構造で設置され、各々で一軸ずつを案内することで二次元移動を実現している。
また、空気静圧式の軸受とすることで、油圧静圧式よりも摺動抵抗を軽減することができ、高い位置精度および高い応答性が得られるようになっている。

特開２００５−２８５４３号公報 特開２００８−２１５４３９号公報 特開平６−７３５号公報 特開２０１０−１１０８６０号公報

ところで、空気静圧軸受においては、摺動面に形成されたエアポケットに加圧供給される空気により主に接触圧力が負担される。ただし、エアポケットの周囲の摺動面は案内面に微少な隙間をもって対向され、前述した特許文献１〜３の油圧静圧軸受と同様、摺動面と案内面との間には潤滑油の膜が形成されるとともに、条件によっては摺動面と案内面とが直接接触することもある。

このようなエアポケットの周囲における摺動面と案内面との摺動による抵抗は、空気静圧軸受としての性能に影響を及ぼすものであり、とくに高精度な空気静圧軸受ほど影響が顕著となる。
なかでも、すべり案内装置が動き出す際、つまり静止状態から移動状態に移行する際には、エアポケットにおける空気による荷重支持に変動がないのに対し、エアポケットの周囲における摺動面と案内面との間の摩擦状態は大きく変化し、無視できない影響を生じることになる。
さらに、すべり案内装置の移動速度が大きくなった際には、エアポケットの周囲における摺動面と案内面との間にある潤滑油による抵抗が増加し、やはり無視できない影響を生じることになる。
このような潤滑油が介在する摺動面と案内面との間の摩擦係数を示すものとして、ストライベック曲線が知られている。

図１２には、ストライベック曲線が示されている。
同図において、グラフは縦軸が摩擦係数であり、横軸が軸受特性数である。軸受特性数は、潤滑油の粘度、摺動速度、摺動面での荷重の積で与えられる。
すべり案内装置が静止状態にあるとき、エアポケットの周囲における摺動面と案内面とは、各々の微少な先端が互いに固体接触する状態であり、これらの摺動面と案内面との間の摩擦抵抗は各面間の静摩擦係数により与えられる。
すべり案内装置が移動状態に移行すると、摺動面と案内面とは静摩擦状態から動摩擦状態に移行し、さらに摺動面と案内面との間に潤滑油が介在する部分が拡大し，固体接触面積が減少する半浮上状態となり、この状態での摺動面と案内面との間の摩擦抵抗は、各面間の固体接触に起因する摩擦抵抗と、潤滑油の粘度と摺動速度に起因する粘性抵抗との総和として与えられる。

同図において、速度ゼロの静止状態（図中左端）から移動を開始すると、移動速度が低い軸受特性数が区間（Ａ）の状態となる。すなわち、同図上部の模式図に表したように、移動速度が低い状態では、案内面Ｇと摺動面Ｓとは直接接触しており、各々の間の潤滑油Ｌの膜圧ｈはゼロに近い値である。この状態は「境界潤滑領域」と呼ばれ、摩擦係数は最も高い状態である。
移動に伴って、速度が増加して軸受特性数が区間（Ｂ）になると、荷重の一部が案内面Ｇと摺動面Ｓとの間の潤滑油Ｌで負担されるようになる。ただし、案内面Ｇと摺動面Ｓとの直接接触も一部残っており、各々の間の潤滑油Ｌの膜圧ｈは各面の表面粗さＲに近い値、つまり表面粗さＲの凹凸の間に潤滑油Ｌの油膜が満たされている状態である。この状態は「混合潤滑領域」と呼ばれ、摩擦係数は最も低い区間となる。

更に速度が増して軸受特性数が区間（Ｃ）になると、各々の間の潤滑油Ｌの膜圧ｈは案内面Ｇおよび摺動面Ｓの表面粗さＲより十分に大きくなり、案内面Ｇと摺動面Ｓとが離れて油膜により浮上し、荷重は専ら案内面Ｇと摺動面Ｓとの間の潤滑油Ｌで負担されるようになる。この状態は「流体潤滑領域」と呼ばれ、速度の増加とともに摩擦係数が増加する傾向を示す。この際、速度の増加に伴う摩擦係数の増加は、前述した境界潤滑領域（Ａ）に近づくほどに増加してゆくことが解る。
なお、静止状態つまり速度がゼロ（図中左端）の時、摩擦係数は静摩擦係数となるが、現在のトライボロジー分野でも静摩擦状態からの正確な挙動は確認できておらず、ストライベック曲線の境界潤滑領域（Ａ）における左端は確定されていない。

前述のように、高精度をめざす空気静圧軸受を用いたすべり案内装置であっても、機構的に潤滑油による摺動抵抗が避けられず、この潤滑油に起因する摺動抵抗を抑制する技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、摺動面の潤滑油に起因する摺動抵抗を抑制することができる空気静圧式のすべり案内装置を提供することにある。

本発明は、前述したストライベック曲線における横軸の軸受特性数において、潤滑油の粘度と摺動面にかかる荷重とを一定とし、さらに縦軸の摩擦係数と摺動面の荷重との積を摺動抵抗とすれば、ストライベック曲線は摺動速度と摺動抵抗との関係を表すものに変換できること、摺動抵抗は摩擦力であり、摩擦力は接触面に加えられる垂直抗力と摩擦係数との積で与えられるとの知見に基づく。
そして、本発明では、前述した知見に基づき、すべり案内装置における摺動面の摺動抵抗を決定する要因である摩擦係数、摺動速度、垂直抗力の関係を基に、摺動面に空気静圧溜まりを形成するエアポケットにおいて、供給する空気圧を摺動速度毎に適切に制御し、接触面に加わる垂直抗力を制御することで、摩擦係数および摺動抵抗の変動を抑制し、これにより高い運動精度を得ようとするものである。

本発明のすべり案内装置は、案内面を有するガイドと、摺動面を有するスライダと、前記摺動面に形成されて前記案内面に対向するエアポケットと、前記エアポケットに加圧気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記案内面と前記摺動面との間の摺動抵抗に基づいて適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有することを特徴とする。

本発明において、加圧気体としては空気を利用することができ、その他の気体、例えば不活性ガス等を用いてもよい。
このような本発明では、案内面と摺動面との間の摺動抵抗に応じた適正なエア圧をエアポケットへの加圧気体の供給を制御することで、例えば潤滑油に起因する案内面と摺動面との間の摺動抵抗をガイドとスライダとの相対速度に関わらず一定に維持することができ、高精度なすべり案内に対する影響を回避することができる。

本発明において、前記制御手段は、前記ガイドに対する前記スライダの移動速度毎に適正なエア圧を記録したエア圧データテーブルと、前記ガイドに対する前記スライダの移動速度に基づいて前記エア圧データテーブルから適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有する構成とすることができる。

このような本発明では、エア圧データテーブルに記録されたエア圧データを参照してエアポケットのエア圧を調整することで、案内面と摺動面との間の摺動抵抗をガイドとスライダとの相対速度に関わらず一定に維持することができ、高精度なすべり案内に対する影響を回避することができる。
また、予めデータテーブルを作成しておくため、センサ出力から案内面と摺動面との間の摺動抵抗を演算する等の処理系のオーバーヘッドを回避することができる。

本発明において、前記エア圧データテーブルに記録されたエア圧は、予め前記エアポケットに前記加圧空気を供給しない状態で、前記スライダの前記ガイドに対する摺動速度および摺動抵抗を実測し、実測された前記摺動速度および摺動抵抗に基づいて、前記摺動速度の所定の値ごとに前記摺動抵抗を一定にする前記エアポケット内のエア圧を演算したものであることが望ましい。
このような本発明では、実測により得られたエア圧データを用いることで、ガイドとスライダとの相対速度に関わらず摺動抵抗を一定にするエア圧をエアポケットに供給でき、これにより潤滑油に起因する速度に応じた摩擦抵抗を適切に抑制することができる。

本発明において、前記制御手段は、前記案内面と前記摺動面との間の摺動抵抗に関連する状態量を測定する測定部と、前記測定部で測定された状態量に基づいて適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有する構成としてもよい。

このような本発明では、案内面と摺動面との現在の状態を示す状態量に基づいてエア圧を演算することで、ガイドとスライダとの相対速度に関わらず摺動抵抗を一定にするエア圧をエアポケットに供給し、これにより潤滑油に起因する速度に応じた摩擦抵抗を適切に抑制することができる。
また、センサ出力に基づいて適正なエア圧を演算するため、予めデータテーブルを作成しておく必要がない。

本発明において、前記案内面と前記摺動面との間の摺動抵抗に関連する状態量としては、前記案内面と前記摺動面との間の間隔、あるいは前記案内面と前記摺動面との間の潤滑油の油圧を用いることができる。
すなわち、前記測定部は、前記エアポケットの周辺の前記摺動面に設置されて前記案内面との間の間隔を測定する間隔センサを有するものとすることができる。
案内面と摺動面との間の間隔は、潤滑油の油圧上昇に応じて拡がるものであり、案内面と摺動面との間の摺動抵抗に関連する値となる。

あるいは、前記測定部は、前記エアポケットの周辺の前記摺動面に設置されて前記案内面との間にある潤滑油の圧力を測定する圧力センサを有するものとしてもよい。
潤滑油の油圧は、相対速度の増加に伴って案内面と摺動面との間の摺動抵抗が増すことにより上昇するものであり、案内面と摺動面との間の摺動抵抗に関連する値となる。

本発明の第１実施形態のすべり案内装置を示す斜視図。 前記第１実施形態のガイドおよびスライダを示す断面図。 前記第１実施形態の制御系統を示すブロック図。 前記第１実施形態の制御装置の要部を示すブロック図。 前記第１実施形態での摺動抵抗と摺動速度との関係を示すグラフ。 前記第１実施形態での摺動抵抗と摺動速度との関係を示すグラフ。 前記第１実施形態での摺動抵抗と摺動速度との関係を示すグラフ。 前記第１実施形態での摺動速度とエア圧との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態のガイドおよびスライダを示す断面図。 前記第２実施形態の制御系統を示すブロック図。 前記第２実施形態の制御装置の要部を示すブロック図。 ストライベック曲線を示す模式図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図８には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１および図２において、すべり案内装置１は、長尺のガイド２０に沿って移動可能なスライダ３０を備えている。

ガイド２０は、例えば長尺の金属材料の上面側に凹溝形状を切削加工したものであり、両側に形成された一対の平行な突条２９の上面が精密な平坦面に形成され、この一対の平坦面により案内面２１が形成されている。
ガイド２０の突条２９の内側において、凹溝の両側に対向する一対の内面は、それぞれ前述した案内面２１と直角かつ表面が精密な平坦面に形成され、この一対の平坦面により副案内面２２が形成されている。

スライダ３０は、例えばブロック状の金属材料の上面側を平坦に形成するとともに、下面側に二列の突条３９を形成してテーブル状にしたものである。底面の角隅の突条３９の外側にあたる部分には、それぞれボール式のジョイント３７（図２参照）を介して、合計４つの摺動パッド３８が設置されている。

摺動パッド３８は、下面が前述したガイド２０の案内面２１に対向されて摺動する摺動面３１とされ、この摺動面３１には空気静圧溜まりを構成するためのエアポケット３２が形成されている。
摺動パッド３８の側面には、エアポケット３２に連通するポート３３が形成され、このポート３３には外部の加圧空気タンク３４（図１参照）から加圧空気が供給される。
これにより、摺動パッド３８の摺動面３１にはエアポケット３２による空気静圧溜まりが構成され、スライダ３０の荷重は摺動パッド３８を介してガイド２０の案内面２１に受けられ、ガイド２０とスライダ３０とは摺動抵抗が極めて小さい状態で摺動することができる。

スライダ３０の突条３９の外側には、それぞれ副摺動パッド３６が設置されている。
副摺動パッド３６は、ガイド２０の突条２９の内側の副案内面２２に所定圧力で摺動するように設定されており、この副摺動パッド３６と副案内面２２とによりスライダ３０はその移動方向軸線がガイド２０の長手方向となるように案内される。

このようなガイド２０とスライダ３０とを相対移動させるために、すべり案内装置１は駆動機構４０を備えている。
駆動機構４０は、ガイド２０の端部に設置された駆動モータ４１と、ガイド２０の凹溝内を延びる送りねじ軸４２とを有するとともに、スライダ３０の下面に設置された送りねじ受け部４３を有する。
このような駆動機構４０では、駆動モータ４１により送りねじ軸４２が回転駆動されることで、送りねじ軸４２に螺合された送りねじ受け部４３がガイド２０の長手方向へ移動し、これによりスライダ３０がガイド２０の長手方向に駆動される。

駆動機構４０は、ガイド２０に対するスライダ３０の位置を検出するために、送りねじ軸４２に沿って設置されたスケール４９と、送りねじ受け部４３の側面に設置されてスケール４９表面に対して近接配置された読取ヘッド４８とを備えている。これらの読取ヘッド４８およびスケール４９により、ガイド２０に対するスライダ３０の位置を検出するリニアエンコーダが構成されている。
読取ヘッド４８で検出されたスライダ３０の位置信号は、後述する制御装置５０に送られて駆動制御に利用される。

前述した駆動機構４０の駆動制御およびエアポケット３２のエア圧調整を行うために、すべり案内装置１は制御装置５０を備えている。
図１に示すように、制御装置５０は、既存のパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムに、前述した駆動機構４０の駆動制御およびエアポケット３２のエア圧調整を実行するための動作プログラムを読み込ませたものであり、制御対象である駆動機構４０および加圧空気タンク３４周辺との間に制御用の信号線が接続されている。

図３に示すように、制御装置５０には、前述した動作プログラムによって駆動用コントローラ５１およびエア圧コントローラ６１が構成される。
駆動用コントローラ５１は、信号線５２を介して前述した駆動機構４０の読取ヘッド４８に接続され、スケール４９における現在位置からガイド２０に対するスライダ３０の現在位置を読み取ることができる。
また、駆動用コントローラ５１は、信号線５３を介して駆動モータ４１に接続され、スライダ３０を駆動してガイド２０に対する所望の位置へと移動させることができる。

エア圧コントローラ６１は、前述した信号線５２を介して読取ヘッド４８に接続され、スケール４９における現在位置からガイド２０に対するスライダ３０の現在位置を読み取ることができる。
また、エア圧コントローラ６１は、信号線６３を介して、加圧空気タンク３４から各摺動パッド３８に至る配管に設置されたエア圧制御弁６４に接続され、加圧空気タンク３４から各摺動パッド３８のエアポケット３２に供給される加圧空気を調整し、これにより各エアポケット３２内のエア圧を調整することができる。

図４に示すように、エア圧コントローラ６１は、速度演算部６５、エア圧データテーブル６６、エア圧設定部６７、エア圧制御部６８を備えている。

速度演算部６５は、前述した読取ヘッド４８から読み取られるガイド２０に対するスライダ３０の現在位置に基づき、ガイド２０に対するスライダ３０の移動速度（摺動面３１と案内面２１との摺動速度）を演算する。
エア圧データテーブル６６は、摺動面３１と案内面２１との摺動速度毎に、エアポケット３２内のエア圧として最適なエア圧データが予め登録されている。

エア圧設定部６７は、前述した速度演算部６５で演算された摺動速度に基づいて、この摺動速度に対応するエア圧データをエア圧データテーブル６６から読み出し、現在のエア圧として設定する。
エア圧制御部６８は、エア圧設定部６７で設定された現在のエア圧データに基づいて、前述したエア圧制御弁６４を制御し、加圧空気タンク３４から各摺動パッド３８に送られる加圧空気を調節してエアポケット３２内を現在のエア圧データに維持する。

このような本実施形態においては、前述した加圧空気タンク３４が本発明の気体供給手段であり、エア圧制御弁６４およびエア圧コントローラ６１により本発明の制御手段が構成されている。

このような本実施形態では、摺動面３１と案内面２１との摺動速度毎に、この摺動速度であるときにエアポケット３２内のエア圧として最適なエア圧データを算出しておき、これらをデータ対としてエア圧データテーブル６６に予め登録しておくことで、最適なエア圧により摺動抵抗が一定とされた所期の動作が行われる。
このようなエア圧データテーブル６６のデータは以下のように設定される。

（エア圧データの作成）
まず、スライダ３０の重量および潤滑油の粘性が一定であるとの前提のもとで、摺動パッド３８のエアポケット３２に圧縮空気を供給しない状態でガイド２０に沿ってスライダ３０を移動させ、この状態での摺動面３１と案内面２１との「摺動抵抗」とスライダ３０のガイド２０に対する「摺動速度」との関係を実験的に求めておく。
本実施形態においては、ガイド２０に対するスライダ３０の駆動は送りねじ方式であるため、「摺動抵抗」は送りねじ軸４２に伝達される駆動モータ４１のトルクから換算が可能であり、このモータトルクはモータに供給される電流値から決定される。また、「摺動速度」は、リニアエンコーダを構成するスケール４９および読取ヘッド４８から検出されるスライダ３０の位置情報を数値微分することで得られる。
以上より、「摺動抵抗」と「摺動速度」を関連付ける特性が得られる。

図５は、スライダ３０が質量Ｍ＝１００ｋｇの場合の「摺動抵抗」と「摺動速度」の関連を示す特性曲線の例である。
図５の縦軸右の目盛りは「摩擦係数」であり、「摺動抵抗」をスライダ３０の重量Ｍ（ここでは定数）で除算した値として得られる。
例えば、摩擦係数μ＝１のとき、摺動抵抗Ｑ＝９８０Ｎ＝（質量Ｍ＝１００ｋｇ）×（重量加速度Ｇ＝９．８ｍ／ｓ^２）×（摩擦係数μ＝１）を意味している。

また、図５において、摺動速度Ｖ＝約１００ｍｍ／ｓのとき、摺動抵抗Ｑ＝０．９８Ｎであり、このときの摩擦係数μ＝０．００１である。
同様に、摺動速度Ｖ＝約６５ｍｍ／ｓのとき、摺動抵抗Ｑ＝９．８Ｎであり、このときの摩擦係数μ＝０．０１である。
さらに、摺動速度Ｖ＝約４０ｍｍ／ｓのとき、摺動抵抗Ｑ＝９８Ｎであり、このときの摩擦係数μ＝０．１である。
このようにして、各摺動速度Ｖにおける摺動抵抗Ｑおよび摩擦係数μを順次算出してゆく。

次に、上述の図５に示すような、事前に得られた「摺動抵抗」と「摺動速度」に関する特性値を基に、下記の手順により、摺動抵抗が「ある特定の基準値」においてほぼ一定になるように、摺動パッド３８のエアポケット３２に供給されるエア圧Ｐを、各摺動速度Ｖ毎に決定してゆく。
摺動パッド３８のエアポケット３２内のエア圧Ｐを変えることで、摺動抵抗Ｑの変動を抑制することができるが、この摺動抵抗Ｑを検討するに当たり、スライダ３０の質量Ｍを支持する摺動パッド３８の１個あたりの荷重を計算する。摺動パッド３８は、個数ｎ＝４個であり、摺動パッド３８内のエアポケット３２としての受圧面積Ａ＝７０７ｍｍ^２（円形エアポケット直径をφ３０ｍｍとして計算）と想定することができるから、図５の特性曲線を摺動パッド３８の１個当たりの摺動抵抗ｑ＝Ｑ／４と摺動速度Ｖとの関係に変換することで、図６の曲線が得られる。

図６において、摺動パッド３８の１個当たりの負荷となる垂直抗力つまり荷重ｗ_０は、ｗ_０＝２４５Ｎであり、摺動速度Ｖ≒１００ｍｍ／ｓのとき摺動パッド３８の１個当たりの摺動抵抗ｑが最小値であるｑ＝０．２４５Ｎとなる。この最小となる摺動抵抗値を基準摺動抵抗ｑ_０とし、このときの摺動パッド３８のエアポケット３２内の圧力Ｐを０ＭＰａ（ゲージ圧）とし、順次、各摺動速度Ｖにおける摺動抵抗ｑが基準摺動抵抗ｑ_０＝０．２４５Ｎとなるように、エアポケット３２内のエア圧Ｐとして必要なエア圧を摺動速度Ｖ毎に設定する。

（エア圧データの設定）
エアポケット３２内のエア圧Ｐとすべき摺動速度Ｖ毎のエア圧の具体的な設定手順は以下の通りである。
図６において、例えば、摺動速度Ｖ＝７５ｍｍ／ｓのとき、摺動パッド３８の１個当たりの摺動抵抗ｑ＝０．９８Ｎであり、前述のとおり摺動パッド３８の１個当たりの荷重負荷（垂直抗力）ｗ_０＝２４５Ｎであることから、摩擦係数μは次の式（１）で与えられる。
［数１］
μ＝ｑ／ｗ_０＝０．９８Ｎ／２４５Ｎ＝０．００４ …（１）
ここで、摺動パッド３８の１個当たりの摺動抵抗ｑ＝０．９８Ｎを基準摺動抵抗ｑ_０＝０．２４５Ｎと同等にするために、摺動パッド３８のエアポケット３２周辺の摺動面３１が負担する荷重ｗ_ｃを次の式（２）で与えられる値とする。
［数２］
ｗ_ｃ＝ｑ_０／μ＝０．２４５Ｎ／０．００４＝６１．２５Ｎ …（２）
さらに、エアポケット３２内のエア圧Ｐにより負担すべき荷重ｗ_ａは、次の式（３）で与えられる。
［数３］
ｗ_ａ＝ｗ_０−ｗ_ｃ＝２４５Ｎ−６１．２５Ｎ＝１８３．７５Ｎ …（３）

ところで、エアポケット３２内のエアにより負担すべき荷重ｗ_ａは、エアポケット３２内のエア圧Ｐとエアポケット３２の受圧面積Ａとの積となるため、設定すべきエアポケット３２内のエア圧Ｐは次の式（４）で与えられる。
［数４］
Ｐ＝ｗ_ａ／Ａ＝１８３．７５Ｎ／７０７ｍｍ^２＝０．２６０ＭＰａ …（４）

図７は、上記の手順によって求められる全速度領域における最適なエアポケット３２内のエア圧Ｐのエア圧データを示す。
本実施形態では、このようなエア圧データをエア圧データテーブル６６に登録しておき、測定された摺動面３１と案内面２１との摺動速度Ｖに対応するエア圧Ｐが参照できるようにしておく。
これにより、実際のスライダ３０の駆動においては、リニアエンコーダからの信号に基づいて摺動速度Ｖを求め、摺動速度Ｖに対応したエア圧Ｐとなるようにエア圧制御弁６４を調整し、摺動パッド３８のエアポケット３２内に所定のエア圧Ｐに設定された圧縮空気を供給することができ、摺動面３１と案内面２１との摺動抵抗を一定にすることができる。

〔第２実施形態〕
図９から図１１には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態のすべり案内装置１は、前記第１実施形態と同様なガイド２０、スライダ３０、駆動機構４０を備えている。このため、共通の構成については同じ符号を付して重複する説明を省略し、以下には第１実施形態とは異なる部分について説明する。

図９において、摺動パッド３８の摺動面３１のうち、エアポケット３２の周辺の一部には、対向する摺動面３１と案内面２１との間の間隔を測定する間隔センサ３５が設置されている。
間隔センサ３５としては、超音波式、光学式その他の任意の形式が利用できる。

図１０において、エア圧コントローラ６１は、信号線６２を介して各摺動パッド３８の間隔センサ３５に接続され、各摺動パッド３８における摺動面３１と案内面２１との間隔を測定することができる。

図１１に示すように、エア圧コントローラ６１は、センサインターフェイス６９、エア圧設定部６７、エア圧制御部６８を備えている。
センサインターフェイス６９は、前述した各摺動パッド３８の間隔センサ３５に接続され、それぞれの間隔センサ３５における摺動面３１と案内面２１との間の間隔データを取得する。

エア圧設定部６７は、前述したセンサインターフェイス６９で取得された現在の間隔データに基づいて、摺動パッド３８に送られる加圧空気の目標エア圧となるエア圧データを設定する。
エア圧制御部６８は、エア圧設定部６７で演算された現在のエア圧データに基づいて、前述したエア圧制御弁６４を制御し、加圧空気タンク３４から各摺動パッド３８に送られる加圧空気を調節してエアポケット３２内を現在のエア圧データに維持する。

ここで、間隔データに基づいて目標エア圧となるエア圧データを設定する方法としては、例えば、すべり案内装置１の実機による試験を行い、すべり案内装置１を摺動面３１と案内面２１との間の摺動抵抗が一定になる適正な状態とし、この状態で間隔センサ３５による間隔データの範囲（前記適正な状態が得られる範囲）を記録しておき、間隔データが当該範囲に収まるようにエア圧データをフィードバック制御する方法が採用できる。また、同様な実機試験により、間隔データと適正な範囲のエア圧データとの関係を近似関数として設定しておき、間隔センサ３５による間隔データから当該関数によりエア圧データを演算する方法を採用してもよい。

このような本実施形態においては、前述した加圧空気タンク３４が本発明の気体供給手段であり、前述した間隔センサ３５ないしセンサインターフェイス６９が本発明の測定部であり、エア圧制御弁６４および間隔センサ３５とエア圧コントローラ６１とにより本発明の制御手段が構成されている。
また、本実施形態では、間隔センサ３５によって測定される間隔データが、案内面２１と摺動面３１との間の摺動抵抗に関連する状態量である。

このような本実施形態によれば、摺動面３１と案内面２１との間隔からこれらの間の摺動抵抗が一定になるようにエア圧を調整することができ、これにより潤滑油に起因する速度に応じた摩擦抵抗を適切に抑制することができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態は、前記第２実施形態と同様な構成を有する。構成がほぼ同じであるため、図面は省略する。
本実施形態の第２実施形態との相違は、摺動面３１と案内面２１との間の間隔を測定する間隔センサ３５に替えて、これらの間隔に満たされた潤滑油の圧力を測定する圧力センサが設置されていることである。
また、本実施形態のエア圧コントローラ６１は、摺動面３１と案内面２１との間の間隔データではなく、摺動面３１と案内面２１との間の圧力データに基づいて目標となるエア圧データを演算するように構成されている。

ここで、摺動面３１と案内面２１との間の潤滑油の圧力を測定する手段として、移動側である摺動面３１に圧力センサを設ける。圧力センサとしては、摺動面３１と案内面２１との間の間隔に面して設置された圧力センサが利用できるが、確実な圧力検出が安定的に得られるようにするために、摺動面３１に薄い凹み状の潤滑油ポケットを形成し、このポケットに面して圧力センサを設置し、このポケット内の油圧を検出する構造とすることが望ましい。なお、摺動面３１に微小な油圧センサを案内面２１に向けて面状に複数配列して圧力センサアレイとして用いる構造などとしてもよい。

このような本実施形態においては、案内面２１と摺動面３１との間の摺動抵抗に関連する状態量として摺動面３１と案内面２１との間の圧力データを用い、この圧力データに基づいて摺動面３１と案内面２１との間の摺動抵抗が一定になるようにエア圧を調整することができる。これにより、速度に応じた摺動抵抗を適切に抑制することができ、本実施形態によっても、前述した第２実施形態と同様な作用効果が得られる。

〔変形例〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、エアポケットに供給される流体は、通常の空気に限らず、不活性ガス、あるいは特定の蒸気などであってもよい。
駆動機構４０としては、送りねじ軸方式に限らず、リニアモータ駆動、ローラ駆動あるいは精密歯車駆動などであってもよい。
スケール４９および読取ヘッド４８で構成されるリニアエンコーダとしては、光学式、静電容量式、磁気式その他の形式を任意に採用することができる。
副案内面２２および副摺動パッド３６は他の送り方向ガイド手段であってもよく、適宜省略することができる。
前記各実施形態では、一軸方向のすべり案内装置１として説明したが、交叉方向に組み合わせて二次元移動テーブル用のすべり案内装置を構成してもよい。

１…案内装置
２０…ガイド
２１…案内面
２２…副案内面
２９…突条
３０…スライダ
３１…摺動面
３２…エアポケット
３３…ポート
３４…加圧空気タンク
３５…間隔センサ
３６…副摺動パッド
３８…摺動パッド
３９…突条
４０…駆動機構
４１…駆動モータ
４２…送りねじ軸
４３…送りねじ受け部
４８…読取ヘッド
４９…スケール
５０…制御装置
５１…駆動用コントローラ
５２，５３…信号線
６１…エア圧コントローラ
６２，６３…信号線
６４…エア圧制御弁
６５…速度演算部
６６…エア圧データテーブル
６７…エア圧設定部
６８…エア圧制御部
６９…センサインターフェイス

Claims (6)

1. 案内面を有するガイドと、摺動面を有するスライダと、前記摺動面に形成されて前記案内面に対向するエアポケットと、前記エアポケットに加圧気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記案内面と前記摺動面との間の摺動抵抗に基づいて適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有することを特徴とするすべり案内装置。
2. 請求項１に記載したすべり案内装置において、
   前記制御手段は、前記ガイドに対する前記スライダの移動速度毎に適正なエア圧を記録したエア圧データテーブルと、前記ガイドに対する前記スライダの移動速度に基づいて前記エア圧データテーブルから適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有することを特徴とするすべり案内装置。
3. 請求項２に記載したすべり案内装置において、
   前記エア圧データテーブルに記録されたエア圧は、予め前記エアポケットに前記加圧空気を供給しない状態で、前記スライダの前記ガイドに対する摺動速度および摺動抵抗を実測し、実測された前記摺動速度および摺動抵抗に基づいて、前記摺動速度の所定の値ごとに前記摺動抵抗を一定にする前記エアポケット内のエア圧を演算したものであることを特徴とするすべり案内装置。
4. 請求項１に記載したすべり案内装置において、
   前記制御手段は、前記案内面と前記摺動面との間の摺動抵抗に関連する状態量を測定する測定部と、前記測定部で測定された状態量に基づいて適正なエア圧を設定するエア圧設定部と、前記エア圧設定部で設定された前記エア圧に従って前記気体供給手段の加圧気体の供給を制御するエア圧制御部と、を有することを特徴とするすべり案内装置。
5. 請求項４に記載したすべり案内装置において、
   前記測定部は、前記エアポケットの周辺の前記摺動面に設置されて前記案内面との間の間隔を測定する間隔センサを有することを特徴とするすべり案内装置。
6. 請求項４に記載したすべり案内装置において、
   前記測定部は、前記エアポケットの周辺の前記摺動面に設置されて前記案内面との間にある潤滑油の圧力を測定する圧力センサを有することを特徴とするすべり案内装置。

Images