JP6223752B2 - すべり案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、すべり案内装置に関し、表面粗さ測定機や真円度測定機などの微小変位の高精度測定を行う装置に利用される装置に関する。

従来、表面粗さ測定機や真円度測定機など、微小変位を高精度で測定する装置においては、測定対象や測定部分を移動させる移動機構にも高精度が必要であり、これらの移動機構には高精度化に適したすべり案内装置が用いられている。
すべり案内装置では、固体接触を伴う摺動を利用することで、移動軸線の位置精度を高くでき、さらに案内面の面剛性および振動減衰性を高めることができる。

すべり案内装置において、移動軸線に沿った位置精度を高めるためには、摺動面での摩擦抵抗が小さく、摺動が円滑であることが望ましい。このため、摺動する一対の摺動面を互いに固体潤滑させるのではなく、潤滑油を用いた境界領域での潤滑とし、油潤滑すべり案内装置とすることで、摩擦係数の低減による摩擦抵抗の低減が図られている。
なお、相対移動する摺動面間の油膜を厚くし、相互の固体接触を解消して流体潤滑とすることで、摩擦係数をゼロに近づけることができる。しかし、このような流体潤滑では、油膜の厚みの増加に伴って一対の摺動面の間隔が大きくなり、移動軸線つまりガイド方向の精度が得られなくなる。さらに、油膜の厚みが増大すると、荷重負荷などによって厚みが変動しやすくなり、ガイドとしての剛性が低下することになる。従って、流体潤滑は、より高い剛性および減衰性が要求される案内装置には不適である。

高精度のすべり案内装置においては、前述した摺動部分の摩擦抵抗による位置精度の問題の他に、摺動部分の摩擦抵抗に起因するモーメントの発生と、これに伴う姿勢変動ないし位置誤差の発生の問題が検討されている。
例えば、特許文献１または特許文献２に示すように、ガイド体に沿ってスライダを移動させるために、ガイド体の表裏に一対の摺動面を設置し、スライダにガイド体を挟む一対の摺動パッドを設置し、これら一対の摺動面および摺動パッドを摺動させるすべり案内装置がある。スライダを移動させるために、ボールねじ軸などの駆動装置が用いられる。

このような構成において、スライダの重心と駆動力の中心がずれていると、加速時あるいは減速時に、スライダにモーメントが生じることが知られている。
さらに、一対のすべり案内装置の摩擦抵抗の合力と駆動力の中心がずれていると、加減速時だけでなく、一定速での移動中でもモーメントが生じることになる。
このようなスライダのモーメントによりスライダが回転を生じると、このスライダで支持された測定子等に不必要な変位が生じ、高精度のすべり案内装置を用いたとしても十分な高精度が得られないことになるという問題がある。

このような問題に対し、特許文献１では、一対の摺動パッドのうち、一方を動圧すべり方式つまり潤滑油を供給するが固体接触も維持される境界潤滑を行うものとし、他方を油膜で受圧する静圧方式としておき、動圧方式の摺動パッドの接触面圧とバランスするように静圧方式の摺動パッドの油圧を制御することで、スライダに発生するモーメントを抑止している。そして、動圧方式の摺動パッドが摺動する案内面を基準案内面とすることで案内精度を確保し、静圧方式の摺動パッドと対応する案内面との間の間隔変動の影響を回避している。

さらに、特許文献２では、一対の摺動パッドの一方を動圧方式、他方を静圧方式とするとともに、これらの摺動パッドの組をスライダの移動方向両端にまとめることで、各々における静圧方式摺動パッドの制御によるスライダの姿勢変化の補償動作が有効に働くようにしている。

特公昭６１−１７６１３号公報 特開昭６２−２４１６２９号公報

前述した特許文献１および特許文献２のすべり案内装置においては、一対の摺動パッドを動圧方式および静圧方式とすることで、摺動パッドの摩擦抵抗に起因してスライダに発生するモーメントを抑制することができる。
しかし、特許文献１および特許文献２のすべり案内装置では、静圧方式の摺動パッドにおいて、供給する油圧を動圧方式の摺動パッドの接触面圧に応じて精密に調整し、維持する必要があり、配管系統の複雑化も避けられない。これに加え、特許文献２では、姿勢維持のために、案内面との距離を測定し、フィードバック制御を行うことから、制御系の複雑化が避けられない。
このように、従来のすべり案内装置においては、摩擦抵抗に起因するスライダのモーメントが避けられず、精度が低下する虞があるほか、これを解決しようとすると、装置構成の煩雑化が避けられないという問題があった。

本発明の目的は、摩擦抵抗に関連する精度低下を回避できるとともに、構造的に簡素で製造および調整が容易なすべり案内装置を提供することにある。

本発明は、互いに平行な基準案内面および副案内面を有するガイド体と、前記基準案内面に摺動する基準摺動パッドおよび前記副案内面に摺動する副摺動パッドを有するスライダと、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの間に予圧荷重を付与する予圧機構とを備え、駆動装置で駆動された前記スライダを前記ガイド体に沿って移動させるすべり案内装置であって、前記副摺動パッドは、前記副案内面に摺動する副摺動面と、前記副案内面と非接触で前記副案内面からの荷重を受圧する補助受圧面とを有し、前記駆動装置の駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの接触力Ｎ、前記副案内面と前記副摺動面との接触力Ｎ’として、Ｎ’／Ｎ＝ａ／ｂとされていることを特徴とする。

本発明において、補助受圧面としては、副摺動パッドと副案内面との間の荷重を、副摺動面と分担できるものであって、案内方向つまりスライダとガイド体との相対移動方向の摺動抵抗がないものであればよく、固体接触なしで受圧できる構造、例えば、副案内面との間に流体（気体あるいは液体）を保持し、その流体圧で受圧する構造、磁石の反発力など非接触での受圧が行える構造などを適宜採用することができる。

このような本発明では、スライダがガイド体によって案内されつつ駆動装置により駆動される。ガイド体によるスライダの案内は、基準案内面に基準摺動パッドが摺動し、副案内面に副摺動パッドが摺動することで行われる。
この際、基準案内面、副案内面、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの材質等の条件が同じであれば、互いに逆向き一対で配置された基準摺動パッドと副摺動パッドとには、それぞれ同じ大きさの接触力が生じ、ガイド体に対するスライダの移動に伴って、それぞれ同じ大きさの摩擦抵抗が生じる。

ここで、副摺動パッドにおいては、接触力の一部が補助受圧面で分担され、副摺動面での接触力が、基準摺動パッドにおける接触力よりも小さくなる。その結果、基準摺動パッドでの摩擦抵抗と副摺動パッドでの摩擦抵抗の合力を、基準摺動パッド側へ変位させることができる。
駆動装置による駆動力の中心がガイド体の中心よりも基準案内面側にずれているとすると、前述した補助受圧面による接触力の分担により、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの摩擦抵抗の合力を基準摺動パッド側に変位させることができるから、補助受圧面による分担割合を調節することで、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの摩擦抵抗の合力と駆動力の中心とを近接させ、ないし一致させることができる。その結果、摩擦抵抗に起因するモーメントの発生ないし精度低下を回避することができる。
副摺動パッドにおける補助受圧面による分担割合は、設計時に構造的な調整として実施しておけばよく、動作のつど複雑なフィードバック制御等を行う必要はない。
このように、本発明によれば、モーメントの発生を回避することができ、摩擦抵抗に関連する精度低下を回避できるとともに、構造的に簡素で製造および調整も容易とすることができる。

また、本発明では、補助受圧面と前記副摺動面とで分担する接触力を与式に基づいて設定することで、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの摩擦抵抗の合力と駆動力の中心とを一致させることができ、これによりモーメントの発生を回避することができる。
ただし、前述した式と一致しない条件下でも、近似する値とすることができれば、相応のバランスを確保することができ、すべり案内装置としての性能向上が期待できる。

本発明において、前記副摺動面は前記補助受圧面を囲む環状に形成され、前記補助受圧面には外部から加圧空気が供給されるエアポケットが形成されていることが好ましい。
このような本発明では、補助受圧面としてエアポケットを用いることで構造が簡単であり、加圧空気は流出分を大気開放できるので追加設備を最小限にすることができる。また、環状の副摺動面で補助受圧面を囲むことで、エアポケットの周辺縁を兼用することができ、さらに構造を簡略化できる。
なお、本発明において、環状の副摺動面で補助受圧面を囲むことは必須ではなく、エアポケットの区画と副摺動面の区画を並列配置する構成等であってもよい。また、補助受圧面はエアポケット等の気体圧を利用するものに限らず、加圧作動油が供給される液体ポケット等の液圧を用いるものであってもよい。

本発明において、前記駆動装置の駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの接触力Ｎ、および前記加圧空気の圧力Ｐｓとして、前記エアポケットの開口面積Ｓが、Ｓ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓと設定されていることが好ましい。
このような本発明では、前述したエアポケットを用いた構成において、エアポケットの開口面積を与式に基づいて設定することで、補助受圧面による接触力の分担割合を適切に調節することができ、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの摩擦抵抗の合力と駆動力の中心とを一致させることができ、これによりモーメントの発生を回避することができる。
ただし、前述した式と一致しない条件下でも、近似する値とすることができれば、相応のバランスを確保することができ、すべり案内装置としての性能向上が期待できる。

本発明において、前記副摺動パッドは、前記スライダに対し前記副摺動面と交差する方向へ進退自在に支持され、前記副摺動パッドの前記副摺動面と反対側には、前記スライダとの間に予圧チャンバが形成され、前記加圧空気は前記予圧チャンバを経由して前記エアポケットに供給されていることが好ましい。
一般に、すべり案内装置においては、基準摺動パッドと基準摺動面との間および副摺動パッドと副摺動面との間に接触力となる予圧を付与するために、基準摺動パッドをフローティング支持し、その背面側（副摺動面と反対側）にコイルばね等の弾性部材を設置して副摺動面に対して付勢している。
本発明では、弾性部材に替えて、予圧チャンバにより、前述した予圧を付与することができる。この際、予圧チャンバによる予圧は、エアポケットに供給される加圧空気の圧力に基づくため、前述した加圧空気の圧力Ｐｓが変動した場合でも、これに予圧を自動的に追従させることができる。
従って、加圧空気の圧力Ｐｓの変動に拘わらず、予圧の調整が必要なくなり、製造時ないし運用時の調整等を簡略にすることができる。

本発明において、前記駆動装置の駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記予圧チャンバに面する前記副摺動パッドの受圧面積Ｓｏとして、前記エアポケットの開口面積Ｓが、Ｓ＝Ｓｏ・［１−（ａ／ｂ）］とされていることが好ましい。
このような本発明では、前述したエアポケットおよび予圧チャンバを用いた構成において、エアポケットの開口面積および予圧チャンバの受圧面積の関係を与式に基づいて設定することで、補助受圧面による接触力の分担割合を適切に調節することができ、基準摺動パッドおよび副摺動パッドの摩擦抵抗の合力と駆動力の中心とを一致させることができ、これによりモーメントの発生を回避することができる。
ただし、前述した式と一致しない条件下でも、近似する値とすることができれば、相応のバランスを確保することができ、すべり案内装置としての性能向上が期待できる。

本発明によれば、基準摩擦パッドおよび副摩擦パッドの摩擦抵抗のバランスを調整し、その合力が駆動力の中心と近接ないし一致させることができ、これにより摩擦抵抗に伴うモーメントの発生を回避することができ、摩擦抵抗に関連する精度低下を回避できるとともに、構造的に簡素で製造および調整も容易とすることができる。

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実施形態のすべり案内装置を示す平断面図。 前記第１実施形態のすべり案内装置を示す縦断面図。 前記第１実施形態の基準案内面と基準摺動パッドを示す拡大縦断面図。 前記第１実施形態のＸ軸方向の副案内面と副摺動パッドを示す拡大縦断面図。 前記第１実施形態のＹ軸方向の副案内面と副摺動パッドを示す拡大縦断面図。 前記第１実施形態の副摺動面とエアポケットを示す拡大正面図。 本発明の第２実施形態の副案内面と副摺動パッドを示す拡大縦断面図。 前記第２実施形態の副摺動面とエアポケットを示す拡大正面図。 前記第２実施形態の副摺動パッドの予圧チャンバ側を示す拡大背面図。

〔第１実施形態〕
図１〜図７に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１〜図３において、本実施形態のすべり案内装置１は、例えば表面性状測定機あるいは三次元測定機などに採用される高精度の３軸移動機構の一部として構成され、Ｚ軸方向移動の際にＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を高精度に保ってガイドするためのものである。
このために、すべり案内装置１は、Ｚ軸方向に延びる縦型コラム状のガイド体２と、このガイド体２に沿って移動するスライダ３とを備えている。

スライダ３には、Ｘ軸移動機構４が取り付けられ、その先端には接触式プローブなどの測定器４１が保持されている。
測定器４１は、Ｘ軸移動機構４によりアーム４２を進退させることでＸ軸方向へ移動される。また、すべり案内装置１のガイド体２に沿ってスライダ３が移動することで、測定器４１はＺ軸方向へ移動される。
なお、Ｙ軸方向の移動に関しては、何れも図示省略するが、測定器４１で測定するワークを載置するテーブルをＹ軸方向へ移動させるか、あるいはガイド体２を移動させるＹ軸移動機構を用いて実行させることができる。

ガイド体２には、スライダ３をガイド体２に沿って移動させるための駆動装置５が設置されている。
駆動装置５は、ガイド体２に沿って配置された送りねじ５１と、この送りねじ５１を回転させるためにガイド体２の上端に設置されたモータ５２とを備えている。
図２および図３に示すように、スライダ３にはナット５３が固定され、このナット５３には送りねじ５１が螺合されている。

すべり案内装置１は、前述のように、Ｚ軸方向移動の際にＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を高精度に保ってガイドするものである。
このために、ガイド体２とスライダ３との間には、Ｘ軸方向のガイドおよびＹ軸方向のガイドを高精度で行うための摺動機構が構成されている。

ガイド体２は、そのＸ軸方向に交差する一対の側面のうち、Ｘ軸方向マイナス座標側の側面がＸ軸基準案内面２１とされ、Ｘ軸方向プラス座標側の側面がＸ軸副案内面２２とされている。これらのＸ軸基準案内面２１およびＸ軸副案内面２２は、それぞれＺ軸およびＹ軸に平行である。
また、ガイド体２のＹ軸方向に交差する一対の側面のうち、Ｙ軸方向マイナス座標側の側面（Ｘ軸移動機構４が設置されている側）がＹ軸基準案内面２３とされ、Ｙ軸方向プラス座標側の側面がＹ軸副案内面２４とされている。これらのＹ軸基準案内面２３およびＹ軸副案内面２４は、それぞれＺ軸およびＸ軸に平行である。

スライダ３には、Ｘ軸基準案内面２１およびＹ軸基準案内面２３に摺動する基準摺動パッド３１と、Ｘ軸副案内面２２およびＹ軸副案内面２４に摺動する副摺動パッド３２，３３とが設置されている。

図４に示すように、基準摺動パッド３１は、スライダ３の開口孔の外側からボルト固定されたプラグパッド３１１を有し、プラグパッド３１１はその表面がスライダ３の内面側に露出した状態で設置されている。
プラグパッド３１１の表面には、摺動プレート３１２が張られている。
摺動プレート３１２としては、厚さ１ｍｍ程度のＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等のフッ素系樹脂シートが用いられている。

Ｘ軸基準案内面２１に対向された基準摺動パッド３１は、摺動プレート３１２の表面（摺動面３１８）でＸ軸基準案内面２１に摺動する。そして、図２および図３に示すように、Ｘ軸副案内面２２に摺動する副摺動パッド３２との間で、ガイド体２をＸ軸方向に挟持し、ガイド体２に対するスライダ３のＸ軸方向位置をＸ軸基準案内面２１に合わせることができる。

Ｙ軸基準案内面２３に対向された基準摺動パッド３１は、摺動プレート３１２の表面（摺動面３１８）でＹ軸基準案内面２３に摺動する。そして、図２および図３に示すように、Ｙ軸副案内面２４に摺動する副摺動パッド３３との間で、ガイド体２をＹ軸方向に挟持し、ガイド体２に対するスライダ３のＹ軸方向位置をＹ軸基準案内面２３に合わせることができる。

図５に示すように、副摺動パッド３２は、円盤状のディスクパッド３２１を有する。ディスクパッド３２１は、裏面側に固定されたガイドロッド３２３を介してガイドブロック３２５に支持されている。
ガイドブロック３２５は、スライダ３の開口孔の外側からスライダ３にボルト固定され、ディスクパッド３２１の表面がスライダ３の内面側に露出した状態で設置されている。

ディスクパッド３２１の表面には、摺動プレート３２２が張られている。
摺動プレート３２２は、前述した摺動プレート３１２と同じ材質および寸法のシートである。

副摺動パッド３２には、ディスクパッド３２１の表面の摺動プレート３２２をＸ軸副案内面２２に、所定の接触力で押し付けるための予圧手段が設けられている。
副摺動パッド３２の予圧手段として、ガイドブロック３２５には、ガイドロッド３２３の周囲に複数の予圧ばね３２４が設置されている。この予圧ばね３２４でディスクパッド３２１の背面側が押圧されることで、表面の摺動プレート３２２の表面（摺動面３２８）がＸ軸副案内面２２に所定の接触力で押し付けられる。
図２に示すように、副摺動パッド３２がＸ軸副案内面２２に所定の接触力で押し付けられることで、その反力としてＸ軸基準案内面２１とこれに摺動する基準摺動パッド３１との間にも同じ接触力が生じ、これらによりＸ軸方向の予圧が行われる。

図６に示すように、副摺動パッド３３は、円盤状のディスクパッド３３１を有する。ディスクパッド３３１は、裏面側に固定されたガイドロッド３３３を介してガイドブロック３３５に支持されている。
ガイドブロック３３５は、スライダ３の開口孔の外側からスライダ３にボルト固定され、ディスクパッド３３１の表面がスライダ３の内面側に露出した状態で設置されている。

ディスクパッド３３１の表面には、摺動プレート３３２が張られている。
摺動プレート３３２は、前述した摺動プレート３１２と同じ材質および寸法のシートである。

図７にも示すように、摺動プレート３３２の表面は同心円状に区画され、外側に環状の摺動面３３８が形成されるとともに、内側に薄い凹状のエアポケット３３７が形成されている。
本実施形態において、摺動面３３８は本発明の副摺動面であり、専らＹ軸副案内面２４と摺動する。また、エアポケット３３７は本発明の補助受圧面であり、Ｙ軸副案内面２４と非接触でＹ軸副案内面２４からの荷重を分担して受圧する。

図６に戻って、エアポケット３３７は、外部のコンプレッサおよびアキュムレータ等の加圧空気供給源（図示省略）から供給される加圧空気により、対向するＹ軸副案内面２４との間に静圧空気軸受を形成し、これにより非接触での荷重分担を行うものである。
このために、ガイドロッド３３３の中心軸線に沿って貫通する通気路３３６が形成されている。

通気路３３６のエアポケット３３７とは反対側の端部は、ガイドロッド３３３の端面に開口されている。この開口には、前述した図示しない加圧空気供給源からのエアチューブ６３が配管継手６２を介して接続され、これにより通気路３３６内に加圧空気が供給される。
通気路３３６のエアポケット３３７側の端部は、エアポケット３３７内に開口されて連通されている。

副摺動パッド３３には、ディスクパッド３３１の表面の摺動プレート３３２をＹ軸副案内面２４に、所定の接触力で押し付けるための予圧手段が設けられている。
副摺動パッド３３の予圧手段として、副摺動パッド３２の予圧ばね３２４と同様な予圧ばね３３４が用いられている。
すなわち、ガイドブロック３３５には、ガイドロッド３３３の周囲に複数の予圧ばね３３４が設置されている。この予圧ばね３３４でディスクパッド３３１の背面側が押圧されることで、表面の摺動プレート３３２の表面（摺動面３３８）がＹ軸副案内面２４に所定の接触力で押し付けられる。
図２および図３に示すように、副摺動パッド３３がＹ軸副案内面２４に所定の接触力で押し付けられることで、その反力としてＹ軸基準案内面２３とこれに摺動する基準摺動パッド３１との間にも同じ接触力が生じ、これらによりＹ軸方向の予圧が行われる。

本実施形態においては、前述した基準摺動パッド３１およびＸ軸およびＹ軸の副摺動パッド３２，３３により、ガイド体２がＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ挟持され、スライダ３がガイド体２に沿ってＺ軸方向に正確に案内される。
この際、Ｘ軸方向については、図２に示すように、駆動装置５の送りねじ５１はガイド体２のＸ軸方向の中央に配置され、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２は駆動装置５の駆動軸線つまり送りねじ５１の中心Ｃに対して対称に配置されている。
このため、スライダ３が駆動装置５によって移動した際でも、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２に生じる摩擦抵抗の合力は中心Ｃに一致し、スライダ３には基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２による摩擦抵抗に伴うモーメントが発生しない。

これに対し、Ｙ軸方向については、図２に示すように、駆動装置５の送りねじ５１はＹ軸基準案内面２３に近く、同プラス側のＹ軸副案内面２４からは遠くに配置されている。一方で、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３は、それぞれＹ軸基準案内面２３およびＹ軸副案内面２４に摺動するため、スライダ３の移動時に各々に生じる摩擦抵抗の合力の中心Ｇはガイド体２の中心部となり、送りねじ５１の中心Ｃとは一致しない。このような状態では、スライダ３には基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３による摩擦抵抗に伴うモーメントが発生することになる。

しかし、本実施形態では、副摺動パッド３３において、外側の摺動面３３８と内側のエアポケット３３７とにより、Ｙ軸副案内面２４からの荷重を分担して受圧することで、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３による摩擦抵抗の合力の中心Ｇが駆動軸線である送りねじ５１の中心Ｃに一致させることができる。
このような荷重の分担を実現するために、副摺動パッド３３のエアポケット３３７は、送りねじ５１の中心ＣとＹ軸基準案内面２３との距離ａ、送りねじ５１の中心ＣとＹ軸副案内面との距離ｂ、Ｙ軸基準案内面２３と基準摺動パッド３１との接触力Ｎ、および外部からエアポケット３３７に供給される加圧空気の圧力Ｐｓとして、エアポケット３３７の開口面積Ｓが、Ｓ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓとなるように設定されている。
この設定の根拠は、次のようなものである。

Ｙ軸基準案内面２３と基準摺動パッド３１との間では、接触力Ｎおよび摩擦係数μとして、スライダ３の移動に伴う摩擦抵抗はＦ＝μＮとなる。
Ｙ軸副案内面２４と副摺動パッド３３との間では、同じ摺動プレート３３２を用いることで摩擦係数μは同じであるが、垂直抗力については、接触力Ｎがエアポケット３３７と摺動面３３８とで分担されてＮ’となるため、スライダ３の移動に伴う摩擦抵抗はＦ’＝μＮ’となる。
これらの摩擦抵抗Ｆ，Ｆ’の合力の中心Ｇが送りねじ５１の中心Ｃに一致するためには、摩擦抵抗の比率がＦ’／Ｆ＝ａ／ｂとなればよく、従って副摺動パッド３３全体の荷重に対する摺動面３３８の荷重の比率がＮ’／Ｎ＝ａ／ｂとなればよい。

ここで、エアポケット３３７については、摩擦抵抗は生じないが、副摺動パッド３３全体の接触力Ｎのうち、摺動面３３８の負担分であるＮ’を除いた（Ｎ−Ｎ’）を分担することになる。この分担荷重は、エアポケット３３７に供給される加圧空気の圧力Ｐｓおよびエアポケット３３７の開口面積Ｓの積（Ｐｓ・Ｓ）によっている。
従って、Ｎ−Ｎ’＝Ｐｓ・Ｓが成立し、Ｓ＝Ｎ−Ｎ’＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓと変形することができる。
つまり、摩擦抵抗Ｆ，Ｆ’の合力の中心Ｇが送りねじ５１の中心Ｃに一致させるためには、送りねじ５１の位置（ａ，ｂ）および供給される加圧空気の圧力Ｐｓを考慮して、エアポケット３３７の開口面積Ｓを設定すればよい。

なお、実際の利用にあたっては、圧縮空気供給源の供給圧の公称値や基準値を圧力Ｐｓとしてエアポケット３３７を設計し、エアポケット３３７が開口面積Ｓで製造された副摺動パッド３３の稼働時には、圧縮空気供給源の供給圧力が設計時に基準とした圧力Ｐｓとなるように適宜調圧などを行う。このような調整により、副摺動パッド３３においては、前述した摺動面３３８の荷重の比率としてＮ’／Ｎ＝ａ／ｂの関係が得られ、スライダ３におけるＹ軸方向のモーメント発生を回避することができる。

（実施形態の効果）
以上に説明した本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。
本実施形態では、スライダ３は、駆動装置５で駆動されることで、ガイド体２によってＺ軸方向へ案内される。ガイド体２によるスライダ３の案内は、Ｘ軸基準案内面２１およびＹ軸基準案内面２３に基準摺動パッド３１が摺動し、Ｘ軸副案内面２２およびＹ軸副案内面２４に副摺動パッド３２，３３が摺動することで行われる。
ガイド体２はＺ軸方向つまり鉛直方向に延びるが、Ｘ軸基準案内面２１に摺動する基準摺動パッド３１とＸ軸副案内面２２に摺動する副摺動パッド３２によりガイド体２がＸ軸方向に挟持され、Ｙ軸基準案内面２３に摺動する基準摺動パッド３１とＹ軸副案内面２４に摺動する副摺動パッド３３によりガイド体２がＹ軸方向に挟持され、スライダ３がガイド体２から脱落することはない。
さらに、Ｘ軸基準案内面２１とこれに摺動する基準摺動パッド３１により、Ｚ軸方向のどの位置でもＸ軸方向の位置精度が確保される。また、Ｙ軸基準案内面２３とこれに摺動する基準摺動パッド３１により、Ｚ軸方向のどの位置でもＹ軸方向の位置精度が確保される。

本実施形態では、駆動装置５の送りねじ５１が、Ｘ軸方向についてはガイド体２の中間位置であり、駆動力はＸ軸方向に対向する基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２の摩擦抵抗の合力と作用する位置が一致し、移動時にスライダ３にモーメントが生じることがない。
一方、Ｙ軸方向については、ガイド体２のＹ軸基準案内面２３側に寄っており、駆動力はＹ軸方向に対向する基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３の摩擦抵抗の合力と作用する位置が一致せず、そのままでは移動時にスライダ３にモーメントが生じる原因となる。
しかし、本実施形態では、副摺動パッド３３において、摩擦抵抗のバランス調整が行われているため、Ｙ軸方向に対向する基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３の摩擦抵抗の合力を変位させ、送りねじ５１の駆動力に一致させることができる。

副摺動パッド３３においては、接触力Ｎの一部が補助受圧面であるエアポケット３３７で分担され、副摺動面である摺動面３３８での接触力Ｎ’が、基準摺動パッド３１における接触力Ｎよりも小さくなる。その結果、基準摺動パッド３１での摩擦抵抗Ｆ＝μＮと副摺動パッド３３での摩擦抵抗Ｆ’＝μＮ’の合力を、基準摺動パッド側へ変位させることができる。

具体的には、駆動装置５の駆動軸線である送りねじ５１とＹ軸基準案内面２３との距離ａ、送りねじ５１とＹ軸副案内面２４との距離ｂ、エアポケット３３７に供給される加圧空気の圧力Ｐｓ、エアポケット３３７の開口面積Ｓとして、Ｓ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓと設定した。
このため、副摺動パッド３３においては、摺動面３３８での接触力Ｎ’であり、かつエアポケット３３７で分担される垂直抗力がＰｓ・Ｓ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］となる。副摺動パッド３３の全体としてはＮであるので、Ｎ＝Ｎ’＋Ｐｓ・Ｓより、Ｎ’＝Ｎ（ａ／ｂ）。つまりＮ’／Ｎ＝ａ／ｂの関係が確保される。

従って、本実施形態においては、補助受圧面であるエアポケット３３７と副摺動面である摺動面３３８とで接触力Ｎを分担することで、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３３の摩擦抵抗の合力と駆動力の中心とを一致させることができ、これによりモーメントの発生を回避することができる。
なお、前述した式と一致しない条件下でも、近似する値とすることができれば、相応のバランスを確保することができ、すべり案内装置としての性能向上が期待できる。

以上のように、本実施形態によれば、ガイド体２に沿って移動するスライダ３における移動時の摩擦抵抗に伴うモーメントの発生を回避することができ、摩擦抵抗に関連する精度低下を回避できるとともに、構造的に簡素で製造および調整も容易とすることができる。
そして、副摺動パッド３３における接触力の分担の割合は、設計時に構造的な調整として実施しておけばよく、動作のつど複雑なフィードバック制御等を行う必要はない。
とくに、本実施形態では、エアポケット３３７の開口面積Ｓを、加圧空気の圧力Ｐｓに基づいてＳ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓと設定することで、補助受圧面による接触力の分担割合を適切に調節することができる。

本実施形態においては、補助受圧面として外部から加圧空気が供給されるエアポケット３３７を用いたため、簡単な構造でありながら摩擦抵抗を生じない補助受圧面を構成できるとともに、加圧空気は流出分を大気開放できるので追加設備を最小限にすることができる。
また、副摺動面である摺動面３３８を環状としてエアポケット３３７を囲むように配置したため、エアポケットの周辺縁を兼用することができ、さらに構造を簡略化できる。

〔第２実施形態〕
図８〜図１０に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、前述した第１実施形態のすべり案内装置１のＹ軸方向の副摺動パッド３３（図６参照）に替えて異なる構造の副摺動パッド３４（図８参照）を用いたものである。従って、前述した第１実施形態のすべり案内装置１と共通の構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、以下には異なる構成である副摺動パッド３４について説明する。

前述した第１実施形態の副摺動パッド３３（図６参照）が予圧手段として予圧ばね３３４を用いていたのに対し、本実施形態の副摺動パッド３４（図８参照）は、加圧空気が通される予圧チャンバ３４４を用いている。

図８に示すように、副摺動パッド３４は、円盤状のディスクパッド３４１を有する。ディスクパッド３４１は、裏面側に固定されたガイドロッド３４３を介してガイドブロック３４５に支持されている。
ガイドブロック３４５は、スライダ３の開口孔の外側からスライダ３にボルト固定され、ディスクパッド３４１の表面がスライダ３の内面側に露出した状態で設置されている。

ディスクパッド３４１の表面には、摺動プレート３４２が張られている。
摺動プレート３４２は、前述した摺動プレート３１２と同じ材質および寸法のシートである。

図９にも示すように、摺動プレート３４２の表面は同心円状に区画され、外側に環状の摺動面３４８が形成されるとともに、内側に薄い凹状のエアポケット３４７が形成されている。
本実施形態において、摺動面３４８は本発明の副摺動面であり、専らＹ軸副案内面２４と摺動する。また、エアポケット３４７は本発明の補助受圧面であり、Ｙ軸副案内面２４と非接触でＹ軸副案内面２４からの荷重を分担して受圧する。

図８に戻って、エアポケット３４７は、外部のコンプレッサおよびアキュムレータ等の加圧空気供給源（図示省略）から供給される加圧空気により、対向するＹ軸副案内面２４との間に静圧空気軸受を形成し、これにより非接触での荷重分担を行うものである。
ここで、前述した第１実施形態の副摺動パッド３３（図６参照）では、ガイドロッド３３３の中心軸線に沿って貫通する通気路３３６を用いて加圧空気をエアポケット３３７に導入していた。しかし、本実施形態では、加圧空気の導入経路が異なるとともに、加圧空気は前述した予圧チャンバ３４４を経由する構成とされている。

予圧チャンバ３４４は、ディスクパッド３４１の裏面（エアポケット３４７の反対側）とガイドブロック３４５との間に形成される扁平な円盤状の空間である。
ディスクパッド３４１の周面にはＯリング６５が設置され、ガイドブロック３４５との間の気密シールがなされている。また、ガイドロッド３４３の周面にもＯリング６４が設置され、ガイドブロック３４５との間の気密シールがなされている。これらの気密シールにより、予圧チャンバ３４４は外部に対して気密状態に閉じられている。

図１０にも示すように、ディスクパッド３４１には、エアポケット３４７内と予圧チャンバ３４４内とを連通する連通孔３４６が形成されている。また、ガイドブロック３４５には、予圧チャンバ３４４内からガイドブロック３４５の裏面に連通する連通孔３４９が形成されている。
図８に戻って、連通孔３４９のガイドブロック３４５の裏面側開口には、図示しない加圧空気供給源からのエアチューブ６３が配管継手６２を介して接続されている。
これらにより、加圧空気供給源からの加圧空気は、エアチューブ６３から配管継手６２および連通孔３４９を経て予圧チャンバ３４４内へと導入され、さらに連通孔３４６を経てエアポケット３４７内へと導入される。

このような予圧チャンバ３４４においては、供給される加圧空気により、ディスクパッド３４１をＹ軸副案内面２４に向けて押圧し、表面の摺動プレート３４２の表面（摺動面３４８）がＹ軸副案内面２４に所定の接触力で押し付けられる。従って、本実施形態では、予圧チャンバ３４４に加圧空気が供給されることで、前述した第１実施形態の予圧ばね３２４と同様の機能が得られる。

本実施形態においては、前述した摩擦抵抗のバランス、つまりＮ’／Ｎ＝ａ／ｂの関係を確保するために、予圧チャンバ３４４およびエアポケット３４７に所定の設定がなされている。
具体的には、駆動装置５の駆動軸線である送りねじ５１の中心Ｃ（図２参照）とＹ軸基準案内面２３との距離ａ、同軸線とＹ軸副案内面２４との距離ｂ、Ｙ軸基準案内面２３と基準摺動パッド３１との接触力Ｎ、予圧チャンバ３４４に面するディスクパッド３４１裏面側の受圧面積Ｓｏ、およびエアポケット３４７の開口面積Ｓとして、Ｓ＝Ｓｏ・［１−（ａ／ｂ）］とされている。

このような本実施形態の副摺動パッド３４においては、加圧空気が供給された予圧チャンバ３４４を用いてＹ軸方向の接触力を得るとともに、同じ加圧空気が供給されるエアポケット３４７で接触力を分担することができる。
前述の通り、予圧チャンバ３４４に面するディスクパッド３４１裏面側の受圧面積Ｓｏ、およびエアポケット３４７の開口面積Ｓは、Ｓ＝Ｓｏ・［１−（ａ／ｂ）］との関係で設定されている。この式の両辺に加圧空気の圧力Ｐｓをかけると、Ｐｓ・Ｓ＝Ｐｓ・Ｓｏ・［１−（ａ／ｂ）］となる。ここで、Ｐｓ・Ｓはエアポケット３４７により分担される接触力（Ｎ−Ｎ’）であり、Ｐｓ・Ｓｏは予圧つまり接触力Ｎである。従って、（Ｎ−Ｎ’）＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］つまりＮ’＝Ｎ（ａ／ｂ）であり、Ｎ’／Ｎ＝ａ／ｂの関係が確保されている。

このように、本実施形態においては、予圧チャンバ３４４におけるディスクパッド３４１の受圧面積およびエアポケット３４７の開口面積を前述の式に基づいて設定することで、補助受圧面であるエアポケット３４７による接触力の分担割合を適切に調節することができ、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３４の摩擦抵抗の合力と送りねじ５１による駆動力の中心とを一致させることができ、これによりモーメントの発生を回避することができる。
ただし、前述した式と一致しない条件下でも、近似する値とすることができれば、相応のバランスを確保することができ、すべり案内装置としての性能向上が期待できる。

さらに、本実施形態では、予圧チャンバ３４４により、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３４の接触力Ｎとなるべき予圧を付与することができる。この際、予圧チャンバ３４４による予圧は、エアポケット３４７に供給される加圧空気の圧力Ｐｓに基づくため、前述した加圧空気の圧力Ｐｓが変動した場合でも、これに予圧を自動的に追従させることができる。
従って、加圧空気の圧力Ｐｓの変動に拘わらず、予圧の調整が必要なくなり、製造時ないし運用時の調整等を簡略にすることができる。
なお、本実施形態において、加圧空気の圧力Ｐｓはどのような値であっても摩擦抵抗によるモーメントを回避できるが、例えば、圧力Ｐｓが過剰に大きくなると接触力Ｎ＝Ｐｓ・Ｓｏも過大となり、基準摺動パッド３１の摺動面３１８あるいは副摺動パッド３４の摺動面３４８における固体接触を伴う摺動への影響が大きくなり、好ましくない。そこで、加圧空気の供給にあたっては、基準摺動パッド３１の摺動面３１８あるいは副摺動パッド３４の摺動面３４８における摺動状態が適正な状態となるように、圧力Ｐｓを適宜調節することが好ましい。

〔変形例〕
なお、本発明は前述した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。
前述した実施形態においては、環状の副摺動面である摺動面３３８，３４８で補助受圧面であるエアポケット３３７，３４７を包囲したが、このような同心円状の配置は本発明に必須ではない。例えば、エアポケット３３７，３４７の区画と副摺動面の区画とを、並列配置する構成等であってもよい。

また、補助受圧面はエアポケット３３７，３４７等の気体圧を利用するものに限らず、加圧作動油が供給される液体ポケット等の液圧を用いるものであってもよい。
さらに、補助受圧面としては、副摺動パッドと副案内面との間の荷重を、副摺動面と分担できるものであって、案内方向つまりスライダとガイド体との相対移動方向の摺動抵抗がないものであればよく、固体接触なしで受圧できる他の構造、例えば磁石の反発力など非接触での受圧が行える構造などを適宜採用することもできる。

前記実施形態では、Ｘ軸方向にガイド体２を挟持するために基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２を用い、この副摺動パッド３２としては本発明のような補助受圧面を有さないものとした。これは、駆動軸線である送りねじ５１がＸ軸方向にはちょうど中間位置にあり、基準摺動パッド３１および副摺動パッド３２の摩擦抵抗の合力と元々一致していたためである。
しかし、送りねじ５１が、基準摺動パッド３１に近い側に寄せて配置されている場合、副摺動パッド３２に替えて本発明の副摺動パッド３３，３４を用いることで、前述したＹ軸方向における摩擦抵抗のバランスによるスライダ３のモーメント抑制を図ることができる。
なお、送りねじ５１が、副摺動パッド３２に近い側に寄せて配置されている場合、補助受圧面による接触力の分担による調整が有効でないため、Ｘ軸基準案内面２１とＸ軸副案内面２２と、基準摺動パッド３１と副摺動パッド３３，３４との設置側を入れ替えることで対応することができる。

本発明は、すべり案内装置に利用でき、表面粗さ測定機や真円度測定機などの微小変位の高精度測定を行う装置に利用される装置に利用できる。

１…案内装置
２…ガイド体
３…スライダ
４…Ｘ軸移動機構
５…駆動装置
２１…Ｘ軸基準案内面
２２…Ｘ軸副案内面
２３…Ｙ軸基準案内面
２４…Ｙ軸副案内面
３１…基準摺動パッド
３１１…プラグパッド
３１２，３２２，３３２，３４２…摺動プレート
３１８…摺動面
３２…副摺動パッド
３２１，３３１，３４１…ディスクパッド
３２３，３３３，３４３…ガイドロッド
３２４，３３４…予圧ばね
３２５，３３５，３４５…ガイドブロック
３２８…摺動面
３３，３４…副摺動パッド
３３６…通気路
３３７，３４７…エアポケット
３３８，３４８…副摺動面である摺動面
３４４…予圧チャンバ
３４６，３４９…連通孔
４１…測定器
４２…アーム
５１…送りねじ
５２…モータ
５３…ナット
６２…配管継手
６３…エアチューブ
６４，６５…Ｏリング
ａ，ｂ…距離
Ｃ…駆動軸線である送りねじの中心
Ｆ，Ｆ’…摩擦抵抗
Ｇ…摩擦抵抗の合力の中心
Ｎ，Ｎ’…接触力
Ｐｓ…加圧空気の圧力
Ｓ…開口面積
Ｓｏ…受圧面積
μ…摩擦係数

Claims (5)

1. 互いに平行な基準案内面および副案内面を有するガイド体と、前記基準案内面に摺動する基準摺動パッドおよび前記副案内面に摺動する副摺動パッドを有するスライダと、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの間に予圧荷重を付与する予圧機構とを備え、駆動装置で駆動された前記スライダを前記ガイド体に沿って移動させるすべり案内装置であって、
   前記副摺動パッドは、前記副案内面に摺動する副摺動面と、前記副案内面と非接触で前記副案内面からの荷重を受圧する補助受圧面とを有し、
   前記駆動装置の駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの接触力Ｎ、前記副案内面と前記副摺動面との接触力Ｎ’として、Ｎ’／Ｎ＝ａ／ｂとされていることを特徴とするすべり案内装置。
2. 請求項１に記載のすべり案内装置において、
   前記副摺動面は前記補助受圧面を囲む環状に形成され、前記補助受圧面には外部から加圧空気が供給されるエアポケットが形成されていることを特徴とするすべり案内装置。
3. 請求項２に記載のすべり案内装置において、
   前記駆動装置の前記駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記基準案内面と前記基準摺動パッドとの接触力Ｎ、および前記加圧空気の圧力Ｐｓとして、前記エアポケットの開口面積Ｓが、Ｓ＝Ｎ［１−（ａ／ｂ）］／Ｐｓと設定されていることを特徴とするすべり案内装置。
4. 請求項２に記載のすべり案内装置において、
   前記副摺動パッドは、前記スライダに対し前記副摺動面と交差する方向へ進退自在に支持され、前記副摺動パッドの前記副摺動面と反対側には、前記スライダとの間に予圧チャンバが形成され、
   前記加圧空気は前記予圧チャンバを経由して前記エアポケットに供給されていることを特徴とするすべり案内装置。
5. 請求項４に記載のすべり案内装置において、
   前記駆動装置の前記駆動軸線と前記基準案内面との距離ａ、前記駆動軸線と前記副案内面との距離ｂ、前記予圧チャンバに面する前記副摺動パッドの受圧面積Ｓｏとして、前記エアポケットの開口面積Ｓが、Ｓ＝Ｓｏ・［１−（ａ／ｂ）］とされていることを特徴とするすべり案内装置。

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