JP6770395B2 - スライダ装置およびこのスライダ装置を備えた形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、スライダ装置に関する。例えば、真円度測定装置や表面粗さ測定装置などの精密測定装置の移動機構に好適なスライダ装置に関する。

高精度かつ高分解能な精密測定装置の移動機構には当然に高い移動精度が求められる。
ここで、スライダにかかる力のバランスに不均衡があるとスライダを回転させるモーメントが発生してしまい、その分だけスライダに支持された測定子にも不要な変動が生じてしまう。例えば、摩擦抵抗の合力中心が駆動力の中心からずれていると、スライダの移動時にスライダにモーメントが生じる。
ちなみに、スライダの移動方向が逆になると、モーメントの方向も逆になる。このような事象により、スライダの移動方向によってスライダの姿勢に様々な変動が生じてしまい、これが測定誤差につながってしまうという問題がある。

そこで、特許文献１（特開２０１５−４８９０８）においては、摩擦抵抗の合力中心を駆動力の中心に一致させることで高精度なスライダ装置を実現している。
特許文献１（特開２０１５−４８９０８）に開示のすべり案内装置を簡単に説明する。
図１は、特許文献１（特開２０１５−４８９０８）に開示のすべり案内装置の構成図である。
断面矩形のガイド体２を環囲するようにスライダ３が設けられ、スライダ３はガイド体２に沿ってＺ軸方向に移動する。ガイド体２と平行に送りネジ５１が設けられ、スライダ３は、送りネジ５１に螺合したナット５３に連結されている。送りネジ５１がモータなどの動力で回転すると、スライダ３がねじ送りによって移動する。

ガイド体２の側面のうち、Ｘ軸に垂直な面をＸ軸基準案内面２１およびＸ軸副案内面２２とする。
スライダ３は、Ｘ軸基準案内面２１に当接するＸ軸基準摺動パッド３１と、Ｘ軸副案内面２２に当接するＸ軸副摺動パッド３２と、を有する。
このとき、Ｘ軸基準摺動パッド３１とＸ軸副摺動パッド３２と送りネジ５１とが一つの直線上にのるようにし、Ｘ軸基準摺動パッド３１に生じる摩擦抵抗とＸ軸副摺動パッド３２に生じる摩擦抵抗との合力が送りネジ５１の軸線上にのるようにする。したがって、スライダ３がガイド体２に沿って移動するとき、Ｘ軸基準摺動パッド３１およびＸ軸副摺動パッド３２による摩擦抵抗ではスライダ３にモーメントが発生しない。

ガイド体２の側面のうち、Ｙ軸に垂直な面をＹ軸基準案内面２３およびＹ軸副案内面２４とする。
スライダ３は、Ｙ軸基準案内面２３に当接するＹ軸基準摺動パッド３３と、Ｙ軸副案内面２４に当接するＹ軸副摺動パッド３４と、を有する。
ここで、送りネジ５１は、Ｙ軸基準案内面２３に近く、Ｙ軸副案内面２４からは遠い。
この状況でもＹ軸基準摺動パッド３３の摩擦抵抗とＹ軸副摺動パッド３４の摩擦抵抗との合力が送りネジ５１の軸線上にのるようにしたい。そこで、Ｙ軸基準摺動パッド３３がＹ軸基準案内面２３に接触する接触力Ｎ３３と、Ｙ軸副摺動パッド３４がＹ軸副案内面２４に接触する接触力Ｎ３４と、の比をｂ／ａにする。
（Ｎ３３／Ｎ３４＝ｂ／ａ）

ここで、ａはＹ軸基準案内面２３と送りネジ５１との距離ａを表わし、ｂはＹ軸副案内面２４と送りネジ５１との距離ｂを表わす。これにより、Ｙ軸方向（Ｘ軸回り）についてもスライダ３がガイド体２に沿って移動する時の摩擦抵抗の合力が送りネジ５１の軸線上にのり、Ｙ軸方向（Ｘ軸回り）でもスライダ３にモーメントが発生しない。

なお、接触力Ｎ３４の調整方法としては、Ｙ軸副摺動パッド３４の摺動面の一部にエアポケットを形成し、このエアポケットに適切に調整した圧縮空気（エア）を送り込むことによってなされる。

特開２０１５−４８９０８号公報

特許文献１（特開２０１５−４８９０８）の構成を採用すれば確かにスライダ３にモーメントが生じないかもしれないが、設計上の制約が多く、実際にこのすべり案内装置を製造するとなると難しいことも多々ある。
例えば、Ｘ軸方向（Ｙ軸回り）のモーメントが発生しないように、Ｘ軸基準摺動パッド３１とＸ軸副摺動パッド３２と送りネジ５１とが一つの直線上にのるようにしなければならないが、送りネジ５１の位置によっては難しい制約になる。
送りネジ５１がＹ軸基準案内面２３に近すぎると、Ｘ軸基準摺動パッド３１およびＸ軸副摺動パッド３２はＸ軸基準案内面２１およびＸ軸副案内面２２の縁辺に当接することになる。しかし、摺動パッド３１、３２が案内面２１、２２の端に寄り過ぎていては、Ｘ軸方向の案内精度を確保するのにバランスが良くない。

また、Ｙ軸副摺動パッド３４がＹ軸副案内面２４に接触する接触力Ｎ３４を圧縮空気の力でちょうどよく減じるというのは難しい調整である。

本発明の目的は、設計上の自由度を確保しながらもスライダの移動方向に伴うヒステリシス誤差を十分に抑制できるスライダ装置およびこのスライダ装置を備えた形状測定装置を提供することにある。

本発明のスライダ装置は、
断面が略矩形状の長手状のコラムと、前記コラムに沿って移動するスライダと、前記コラムと平行に配設され、前記スライダに駆動力を与える駆動ユニットと、を備え、
前記コラムの４つの側面が案内面となっており、４つの側面のうちの一面を第１案内面とし、前記第１案内面に平行な側面を第２案内面とし、前記第１、第２案内面に直交する向きの側面を第３、第４案内面とし、
前記スライダは、
第１案内面を摺動する第１摺動パッドと、
前記第１摺動パッドと対になって前記第２案内面を摺動する第２摺動パッドと、
第３案内面を摺動する第３摺動パッドと、
第３摺動パッドと対になって第４案内面に沿って移動する第４パッドと、を有し、
前記第１摺動パッドと前記第２摺動パッドとを結ぶ仮想線と前記駆動ユニットの駆動軸線との距離はＬ２（＞０）であって、
前記第１摺動パッドと前記第２摺動パッドとに生じる摺動抵抗を用いて、
前記第３摺動パッドと前記第４パッドとによって生じる摺動抵抗の合力を前記駆動ユニットの駆動軸線に一致させる
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記第４パッドは、プリロード型のエアベアリングであって、
当該第４パッドの静圧軸受面は静圧空気膜を介して前記第４案内面に非接触で対向しており、
当該第４パッドの供給エア圧力を調整することにより、当該第４パッドと対になる前記第３摺動パッドと前記第３案内面との接触部に所定のプリロードを与える
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記第３案内面と前記駆動ユニットの駆動軸線との距離はＬ１であり、
前記第１摺動パッドと、前記第１摺動パッドと対になる前記第２摺動パッドとは、前記駆動軸線を通るＹＺ面に対称であり、
前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドのそれぞれの個数をｍとし、前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドの各パッドの垂直抗力をＮ１とし、
前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドの各パッドと前記第１案内面および前記第２案内面との摩擦係数をμとし、
前記第３摺動パッドの個数をｋとし、前記第３摺動パッドの各パッドの垂直抗力をＮ３とし、
前記第３摺動パッドの各パッドと前記第３案内面との摩擦係数をμとするとき、
ｋ・μ・Ｎ３・Ｌ１＝２・ｍ・μ・Ｎ１・Ｌ２
を満たす
ことが好ましい。
なお、第１摺動パッドと第２摺動パッドとに生じる摩擦力の総和は２・ｍ・μ・Ｎ１となり、第３摺動パッドに生じる摩擦力はｋ・μ・Ｎ３となる。
そして、上式を満たすように、前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドの少なくとも一方を与圧するようにする。
さらに／または、上式を満たすように、前記第４パッドへの供給エア圧力を調整して、前記第３摺動パッドに与えるプリロードを調整する。

本発明の形状測定装置は、
測定対象物の表面を検出するプローブヘッドを保持した測定本体部を前記スライダ装置の前記スライダに連結した
ことを特徴とする。

特許文献１（特開２０１５−４８９０８）に開示のすべり案内装置の構成図である。 形状測定装置の主要部を示す図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるＺ軸移動機構の断面図である。 Ｚ軸移動機構のＹＺ面における断面図である。 エアベアリングの断面図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明に係るスライダ装置の第１実施形態を説明する。
スライダ装置は、例えば、真円度測定装置や表面粗さ測定装置などの高精度かつ高分解能な精密測定装置である形状測定装置の移動機構の一部として、例えば、Ｚ軸移動機構として採用されるものである。
本実施形態のスライダ装置（Ｚ軸移動機構）を採用すると、Ｘ方向やＺ方向に測定子を移動させながらの連続した高精度測定が可能になり、円錐の側面を連続的にトレースしたり、円柱をスパイラル軌道でトレースしたりすることができるようになる。

図２に形状測定装置１００の主要部を示す。
形状測定装置１００は、測定本体部１１０と、測定本体部１１０をＺ軸方向に昇降させるＺ軸移動機構２００と、を備えている。

形状測定装置１００は、表面粗さ測定装置と言われることもあり、また、この形状測定装置１００を回転テーブルと組み合わせれば真円度測定装置になる。

測定本体部１１０は、測定対象物の表面を接触または非接触で検出するプローブヘッド１１１と、プローブヘッド１１１を保持するヘッドホルダ１１４と、ヘッドホルダ１１４を支持しながらＸ軸方向に進退するＸアーム１１５と、Ｘアーム１１５をＸ方向に進退させるＸ駆動部１１６と、を有する。

なお、三次元直交座標系の座標軸を図２中に示すようにとる。座標系の取り方については後に詳しく説明する。

プローブヘッド１１１は、先端に測定子１１３を有するスタイラス１１２を傾動可能に支持している。プローブヘッド１１１は、スタイラス１１２の微小変位を検出するセンサを内蔵しており、これにより、プローブヘッド１１１は測定子１１３と測定対象物との接触を検知する。
Ｘアーム１１５はＸ駆動部１１６によりＸ方向に進退する。Ｘ駆動部１１６には、Ｘアーム１１５の移動量を検出するエンコーダが内蔵されている。

Ｚ軸移動機構（スライダ装置）２００は、測定本体部１１０をＺ軸方向に移動させるにあたって、測定本体部１１０がＸ軸方向およびＹ軸方向に意図しない変位をすることを極力抑制し、測定本体部１１０の高精度なＺ軸方向への直線移動を実現するためのものである。
Ｚ軸移動機構２００は、Ｚ軸方向に長さをもつ長手状で縦型のＺ軸コラム２１０と、Ｚ軸方向の駆動力を発生させるＺ駆動ユニット２２０と、Ｚ軸コラム２１０に沿って移動するＺスライダ２３０と、を備える。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるＺ軸移動機構２００の断面図である。なお、図面が見やすくなるように、一部ハッチングを省略した。
Ｚ軸コラム２１０は、断面が矩形の長手状のコラムであり、４面それぞれがＺスライダ２３０のスライド移動を案内する案内面となっている。詳しくいうと、Ｚ軸コラム２１０の一面、具体的にはＹ軸（−）側の側面にＺ軸に沿った凹状の溝２１６が設けられ、この溝２１６内にＺ駆動ユニット２２０が配設されている。

ここで、Ｚ軸コラム２１０においてＸ軸と交差する一対の側面のうち、Ｘ軸（−）側の側面を第１案内面２１１とし、Ｘ軸（＋）側の側面を第２案内面２１２とする。第１案内面２１１および第２案内面２１２は、ＹＺ面に平行である。

Ｚ軸コラム２１０においてＹ軸と交差する一対の側面のうち、Ｙ軸（−）側の側面を第３案内面２１３とし、Ｙ軸（＋）側の側面を第４案内面２１４とする。第３案内面２１３および第４案内面２１４は、ＸＺ平面に平行である。したがって、第３案内面２１３および第４案内面２１４は、第１案内面２１１および第２案内面２１２に対して直交する向きの側面である。

Ｚ駆動ユニット２２０は、前述のように、Ｚ軸コラム２１０のＺ軸に沿った溝２１６内に配設されている。
Ｚ駆動ユニット２２０は、Ｚ軸方向に長さを有する送りネジ２２１と、送りネジ２２１に螺合するナット２２３と、送りネジ２２１を回転駆動させるモータ２２２と、を備える。

ナット２２３はナットジョイント２４６を介してＺスライダ２３０に連結されており、送りネジ２２１とナット２２３との螺合により、Ｚスライダ２３０はＺ軸方向にネジ送りされる。

ここで、本実施形態の説明のために用いる３軸直交座標系では、Ｚ駆動ユニット２２０の中心軸（駆動軸線）をＺ軸とする。言い換えると、送りネジ２２１の中心線（駆動軸線）と座標系のＺ軸とが一致している。そして、送りネジ２２１の中心線（つまり座標系のＺ軸）がＸ軸とＹ軸の交点を通る。

Ｚスライダ２３０は、Ｚスライダ本体部２４０と、Ｚ軸コラム２１０の各案内面に対して対向するように配置された案内機構２６０と、を備える。

Ｚスライダ本体部２４０は、四角筒形状で、Ｚ軸コラム２１０を囲むように配設されている。
いま、Ｚスライダ本体部２４０の４つの側壁に対してそれぞれ名前を付けることにする。
Ｚスライダ本体部２４０のＸ軸（−）側の側壁を第１側壁２４１とする。
同様に、Ｘ軸（＋）側の側壁を第２側壁２４２とし、Ｙ軸（―）側の側壁を第３側壁２４３とし、Ｙ軸（＋）側の側壁を第４側壁２４４とする。

さらに、Ｚスライダ本体部２４０の４つの内側面に対してそれぞれ名前を付ける。
第１側壁２４１の内側面を第１内側面２５１とし、第２側壁２４２の内側面を第２内側面２５２とし、第３側壁２４３の内側面を第３内側面２５３とし、第４側壁２４４の内側面を第４内側面２５４とする。
Ｚ軸コラム２１０の各案内面２１１−２１４とＺスライダ本体部２４０の各内側面２５１−２５４とは対向しており、具体的には、Ｚ軸コラム２１０の第１案内面２１１に対してＺスライダ本体部２４０の第１内側面２５１が対向しており、第２案内面２１２に対してＺスライダ本体部２４０の第２内側面２５２が対向しており、第３案内面２１３に対してＺスライダ本体部２４０の第３内側面２５３が対向しており、第４案内面２１４に対してＺスライダ本体部２４０の第４内側面２５４が対向している。

Ｚスライダ本体部２４０は、第３内側面２５３においてＺ軸コラム２１０の溝２１６内に向けて突設されたナットジョイント２４６を有する。ナットジョイント２４６がナット２２３と固定的に連結され、Ｚスライダ２３０とナット２２３とが一体的に移動するようになっている。

Ｚスライダ本体部２４０のＹ軸（−）側の側壁、つまり第３側壁２４３の外側面に測定本体部１１０が連結されている。
いま、Ｚスライダ２３０と測定本体部１１０とが一体的になったユニットがＺ方向に昇降する移動体となるので、Ｚスライダ２３０と測定本体部１１０とを一体的に考えたユニットをＺ移動体４００と称することにする。そして、Ｚ移動体４００の重心点が送りネジ２２１の中心線に一致にするように、Ｚ軸移動機構２００は設計されている。

設計の考え方の順番としては、測定本体部１１０の設計がまずあり、続いて、Ｚスライダ２３０を設計し、Ｚスライダ２３０と測定本体部１１０とを一体的に考えたＺ移動体４００の重心を求める。（このＺスライダ２３０には案内機構２６０も含む。）
この重心の位置に送りネジ２２１の中心線が配設されるように、Ｚ軸コラム２１０に溝２１６を設ける。
Ｚ移動体４００の重心が送りネジ２２１の中心線に一致にしていれば、Ｚ駆動ユニット２２０の動力がＺ移動体４００に作用するときでもＺ移動体４００にモーメントは発生しない。

ただし、送りネジ２２１は、Ｚ軸コラム２１０のＸ軸方向の幅の中心に位置させる。これは、後述する摩擦抵抗（Ｘ軸方向の摩擦抵抗）のバランスをとるための処置である。

また、Ｙ軸方向でみたとき、送りネジ２２１はＺ軸コラム２１０の第３案内面２１３に近く、第４案内面２１４からは遠い。送りネジ２２１と第３案内面２１３との距離をＬ１で表わすことにする。

案内機構２６０は、Ｚスライダ２３０とＺ軸コラム２１０との間の滑動性能を高精度にするためのものであり、Ｚスライダ２３０がＺ軸コラム２１０の各案内面に沿った移動を高精度に案内（ガイド）する。
案内機構２６０の機能としては、
（１）摺動するもの同士の耐摩耗性を確保すること、
（２）振動外乱に対する十分な剛性と減衰性を有すること、
（３）摩擦抵抗をできるだけ小さくすること、
（４）摩擦抵抗がＺ移動体４００の不要な回転を生まないようにすること、が求められる。
上記の（４）の機能は、言い換えると、摩擦抵抗の合力の中心をＺ軸駆動ユニット２２０の駆動軸、および、Ｚ移動体４００の重心に一致させることと等価である。

案内機構２６０は、第１内側面２５１に配置された第１摺動パッド２６１と、第２内側面２５２に配置された第２摺動パッド２６２と、第３内側面２５３に配置された第３摺動パッド２６３と、第４側壁２４４に配置されたエアベアリング（第４パッド）３００と、を備える。

第１摺動パッド２６１は、第１内側面２５１においてＺ方向に所定距離（Ｌｚ）をあけて２つ設けられている。第２摺動パッド２６２は、第２内側面２５２においてＺ方向に所定距離（Ｌｚ）をあけて２つ設けられている。
なお、図３においては、第１摺動パッド２６１および第２摺動パッド２６２はそれぞれ１つずつ表れている。第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とは、ＹＺ面を対称面として対称に配置されており、Ｘ軸方向においてＺ軸コラム２１０を互いに反対側から挟んでいる。

ここで、互いに対になる第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とを結んだ仮想直線はＸ軸に平行である。
ただし、特許文献１（特開２０１５−４８９０８号公報）とは違って、第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とを結ぶ線上に送りネジ２２１が位置していない。
Ｚスライダ２３０のＸ軸方向の案内精度を確保するのにバランスがよくなるように、第１、第２内側面２５１、２５２においてＹ軸方向の中央部領域に適切に第１摺動パッド２６１と第２摺動パッドとが配設されればよい。

ここで、対になる第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とを結んだ仮想直線と送りネジ２２１との間の距離をＬ２で表わす。すると、第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とを結んだ仮想直線と第３案内面２１３との距離は、"Ｌ１＋Ｌ２"となる。（Ｌ１は、送りネジ２２１と第３案内面２１３との距離。）

第２摺動パッド２６２の背面にはプリロード調整バネ２７０が設けられている。
プリロード調整バネ２７０の圧縮量の調整により、第２摺動パッド２６２には適切な与圧Ｎ１が与えられている。そして、第２摺動パッド２６２の与圧Ｎ１の反力として、対になる第１摺動パッド２６１に与圧Ｎ１が与えられる。したがって、Ｘ軸方向において、"Ｎ１×２"の力が互いに向き合ってＺ軸コラム２１０を押していることになる。

第３摺動パッド２６３は、第３内側面２５３において４つ配置されている。
図３および図４に表れるように、４つの第３摺動パッド２６３は、Ｘ軸方向にＬｘの間隔をあけ、Ｚ軸方向にＬｚの間隔をあけて配置されている。
なお、４つの第３摺動パッド２６３は、ＹＺ面を対称面として対称の位置にある。
いま、４つの第３摺動パッド２６３は第３案内面２１３に接触し、それぞれの第３摺動パッド２６３は接触力Ｎ３でＺ軸コラム２１０の第３案内面２１３を押している。
なお、この接触力Ｎ３は、次に説明するエアベアリング３００が第４案内面２１４を押す力Ｎ０の反力として発生するものである。

さて、Ｚスライダ本体部２４０の第４側壁２４４に配置されたエアベアリング３００について説明する。
エアベアリング３００は、Ｚ軸コラム２１０の第４案内面２１４に対向しており、Ｙ軸方向において第３摺動パッド２６３と対になってＺ軸コラム２１０を挟んでいる。
エアベアリング３００は、外部から供給される圧縮空気の空気圧を用い、静圧空気膜３５０を介して非接触にＺ軸コラム２１０の第４案内面２１４に予圧Ｎ０をかける。
エアベアリング３００が第４案内面２１４に与える与圧Ｎ０の反力が、対になる４個の第３摺動パッド２６３に均等に与えられ、４個の第３摺動パッド２６３のそれぞれに接触力Ｎ３が生じる。つまり、Ｙ軸方向において、Ｎ０（＝Ｎ３×４）の力が互いに向き合ってＺ軸コラム２１０を押していることになる。

図５は、エアベアリング３００の断面図である。エアベアリング３００は、Ｚスライダ本体部２４０の第４側壁２４４に取り付けられるシリンダケース３１０と、シリンダケース３１０にスライド可能に設けられた静圧パッド３２０と、を有する。

シリンダケース３１０には、凹部が形成され、この凹部がチャンバ３１１となっている。シリンダケース３１０の背面に接続された給気パイプ３１２からチャンバ３１１に圧縮空気が供給されている。

静圧パッド３２０は、チャンバ３１１にスライド可能に嵌め込まれるピストン部３２１と、第４案内面２１４に非接触で対向する静圧軸受部３３１と、を有する。
ピストン部３２１は、剛性の低いＯリング３２２を介してシリンダケース３１０のチャンバ３１１内に保持されている。
静圧軸受部３３１の第４案内面２１４に対向する面を静圧軸受面３３２と称することにする。

静圧パッド３２０は、ピストン部３２１から静圧軸受部３３１を貫通する貫通孔３４１を有しており、この貫通孔３４１が静圧軸受面３３２に開口するときに径が絞られている。つまり、貫通孔３４１は、絞り３４２を介して静圧軸受面３３２から静圧空気膜３５０が形成される軸受すきまに通じている。

エアベアリング３００において、チャンバ３１１に圧縮空気が供給されると、静圧パッド３２０がチャンバ３１１内の空気圧に押され、第４案内面２１４に向けてプリロードＮ０を発生する。
いま、ピストン部３２１の受圧面積をＳとし、圧縮空気の空気圧をＰｓとする。このとき、プリロードＮ０は次式で表わされる。

Ｎ０＝Ｓ・Ｐｓ

なお、このとき発生するプリロードＮ０は、ピストン部３２１のＹ軸方向の位置にかかわらず一定である。

もう少し詳細にいうと、チャンバ３１１に供給された圧縮空気は、貫通孔３４１から絞り３４２を通って噴気し、静圧軸受面３３２と第４案内面２１４との間に静圧空気膜３５０を形成する。
静圧空気膜３５０の厚みをｈ、静圧空気膜３５０の空気圧をＰｒとし、また、静圧軸受面３３２の有効面積をＡｅとする。このとき、次式が成り立つ。

Ｓ・Ｐｓ＝Ａｅ・Ｐｒ（＝Ｎ０）

つまり、静圧空気膜３５０とチャンバ３１１とは絞り３４２を介して通じているところ、静圧空気膜３５０の空気圧Ｐｒと静圧軸受面３３２の有効面積Ａｅとの積がプリロードＮ０（＝Ｓ・Ｐｓ）に等しくなる。静圧軸受面３３２の有効面積Ａｅの方がピストン部３２１の受圧面積Ｓよりも大きいとすれば（Ｓ＜Ａｅ）、絞り３４２から噴気する空気の空気圧は減圧されてＰｒになる（Ｐｒ＜Ｐｓ）。

したがって、エアベアリング３００が第４案内面２１４に与える与圧（プリロードＮ０）は、圧縮空気の供給圧Ｐｓの調整によってコントロールできる。
このとき、もちろん、静圧軸受面３３２と第４案内面２１４との間には厚さｈの剛性を有する静圧空気膜３５０があり、静圧軸受面３３２と第４案内面２１４とは直接には接しておらず、静圧軸受面３３２と第４案内面２１４との間の摩擦はゼロである。

また、ピストン部３２１のＹ軸方向の位置にかかわらずプリロードＮ０は一定であり、仮に、第４案内面２１４にうねりがあったり、第４案内面２１４と第３案内面２１３との平行度にずれがあったりしても、静圧パッド３２０は静圧空気膜３５０の厚みｈを維持するようにある程度の自由度をもって第４案内面２１４に倣う。

さて、以上のような構成を備える本実施形態において、摩擦抵抗の合力がＺ移動体４００の重心に一致するように調整できることを説明する。
まず、Ｘ軸方向における、Ｚ軸コラム２１０に掛かる力のつり合いを考える。
第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とはともにＺ方向に所定距離（Ｌｚ）を開けてそれぞれ２つずつ配置され、それぞれ"２×Ｎ１"の力でＺ軸コラム２１０の案内面２１１、２１２を押し、Ｘ軸方向の力が釣り合っている。
ここで、Ｚ軸移動機構２００からの駆動力がＺ移動体４００に作用するとき、摩擦係数をμとして、２・μ・（２×Ｎ１）の摩擦力がＺ移動体４００に掛かる。

また、Ｙ軸方向においては、４つの第３摺動パッド２６３がＺ軸コラム２１０の案内面２１３を押している。
４つの第３摺動パッド２６３がＺ軸コラム２１０を押す力は、対になるエアベアリング３００のプリロードＮ０の反力であり、"Ｎ３×４"（＝Ｎ０）である。すると、摩擦係数をμとして、μ・（Ｎ３×４）の摩擦力がＺ移動体４００に掛かる。
なお、エアベアリング３００とＺ軸コラム２１０（第４案内面２１４）とは非接触であるから、エアベアリング３００とＺ軸コラム２１０（第４案内面２１４）との間の摩擦はゼロである。

さて、送りネジ２２１（つまりＺ軸）と第３案内面２１３との距離をＬ１と表わした。
また、第１摺動パッド２６１と第２摺動パッド２６２とを結んだ仮想直線と送りネジ２２１（つまりＺ軸）との間の距離をＬ２と表わした。このとき、摩擦力μ（Ｎ１×４）と摩擦力μ（Ｎ３×４）とによってＸ軸回りに生じるモーメントは、次式で表わされる。

Ｍ＝４・（μ・Ｎ３）・Ｌ１−４・（μ・Ｎ１）・Ｌ２

いま、Ｚ移動体４００に生じるＸ軸回りのモーメントをゼロにするとは、上式のモーメントＭがゼロになるように調整することを意味している。

０＝４・（μ・Ｎ３）・Ｌ１−４・（μ・Ｎ１）・Ｌ２

したがって次式を得る。

Ｎ３・Ｌ１＝Ｎ１・Ｌ２

これらパラメータＬ１、Ｌ２、Ｎ１、Ｎ３はもちろん調整できる。
（Ａ）Ｌ１はＺ移動体４００の重心および送りネジ２２１の位置に関係する。
（Ｂ）Ｌ２は第１、第２摺動パッド２６１、２６２の位置に関係する。
（Ｃ）Ｎ１は、第２摺動パッド２６２のプリロード調整バネ２７０に関係する。
（Ｄ）Ｎ３は、エアベアリング３００に供給する圧縮空気圧Ｐｓに関係する。

ただし、各パラメータの値を調整できるとしても、調整の自由度や難易度には当然に差がある。
測定装置の設計製作の手順に照らしてみれば、（Ｄ）＞（Ｃ）＞（Ｂ）＞（Ａ）の順で変更し易いパラメータであると言える。
まず、Ｚ移動体４００の重心および送りネジ２２１の位置Ｌ１を決め、第１、第２摺動パッド２６１、２６２の位置Ｌ２を決める。これらは、測定本体部１１０の重量バランスや、第１、第２摺動パッド２６１、２６２によるＸ軸方向の案内精度を考慮して最適に決定すればよい。

その上で、第２摺動パッド２６２のプリロード調整バネ２７０（Ｎ１）およびエアベアリング３００に供給する圧縮空気圧Ｐｓ（Ｎ０）を決めればよい。このように、設計上の自由度を確保しながらもＺスライダ２３０の移動方向に伴うヒステリシス誤差を十分に抑制することができるようになる。

なお、第１、第２摺動パッド２６１、２６２の位置（Ｌ２）は適宜決定すればよいのであるが、"Ｌ２＞０"であることが必要である。
第１、第２摺動パッド２６１、２６２によって生じる摩擦抵抗"μ（Ｎ１×４）"は、第３摺動パッド２６３に生じる摩擦抵抗μ（Ｎ３×４）とバランスをとって、摩擦抵抗の合力の中心を調整するのに必要不可欠であるからである。

したがって、第１、第２摺動パッド２６１、２６２は、送りネジ２２１（つまりＺ軸）を間にして、第３摺動パッド２６３と反対側に配置されている必要がある。
もちろん、特許文献１（特開２０１５−４８９０８号公報）のようにＸ軸方向の２つのパッドと送りネジ（Ｚ軸）とが一直線上にのっていてはいけない。

本実施形態では、エアベアリング３００はＺ軸コラム２１０に対して非接触であるから、その摩擦力はゼロである。したがって、従来（例えば、特許文献１（特開２０１５−４８９０８号公報））のように総ての摺動パッドがＺ軸コラム２１０に接触している構成に比べれば、摩擦力の合計（摺動抵抗）がその分小さくなる。
摺動抵抗（摩擦抵抗）が小さくなる分、Ｚ軸移動機構２００への負担が減じられ、Ｚ移動体４００の駆動制御をより円滑に行うことを可能にし、Ｚスライダ２３０の変形が抑制されることにより、スライダ装置としての案内精度が向上する。

また、従来（特許文献１（特開２０１５−４８９０８号公報））の構成では、Ｙ軸副摺動パッドがＹ軸副案内面に接触する接触力Ｎ３４を圧縮空気の力でちょうどよく減じるとする。しかし、Ｙ軸副案内面の微小なうねりや、表面あらさ状態や潤滑状態の不均一性がある場合、接触を伴う限り、摺動抵抗にも場所に依存した変動を生じるため、接触力Ｎ３４の調整に困難を伴う。さらに、この変動はそのままＸ軸回りのモーメントになり、スライダには意図しない微小な回転が生じることになる。

この点、本実施形態では、エアベアリング３００は第４案内面２１４にそもそも接触しない。そして、Ｚ軸コラム２１０の第３案内面２１３および第４案内面２１４の面精度が多少誤差を持っていても、静圧パッド３２０が形成する静圧空気膜３５０による平均化の機能によって常に一定のプリロードＮ０で第４案内面２１４を押すことができる。このことは、Ｚ軸コラム２１０の仕上げ加工や装置全体の組立調整の難易度を下げ、コスト低減にも繋がる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記の説明においては、エアベアリング３００を採用し、エアベアリング３００の摩擦力はゼロであるとした。
ここで、エアベアリング３００に代えて、特許文献１（特開２０１５−４８９０８）に開示されたＹ軸摺動パッドを採用することもできる。Ｙ軸副摺動パッドの摺動面の一部にエアポケットを形成し、このエアポケットに適切に調整した圧縮空気を送り込んで、Ｙ軸副摺動パッドと第４案内面２１４との接触力（すなわち摩擦力）を調整するようにしてもよい。その上で、第１摺動パッド、第２摺動パッド、第３摺動パッドおよびＹ軸副摺動パッドに生じる摩擦力の合力がＺ移動体４００の重心にくるようにする。

いま、第４案内面２１４と送りネジ２２１との距離をＬ３とおく。さらに、Ｙ軸副摺動パッドと第４案内面２１４との接触力をＮ３４で表わす。このとき、モーメントを表現する式は次のようになる。

０＝４・（μ・Ｎ３）・Ｌ１−４・（μ・Ｎ１）・Ｌ２−（μ・Ｎ３４）・Ｌ３

この式を満たすようにバランスよく設計すればＺ移動体４００にはモーメントが発生しない。
ここでポイントになるのは、第１、第２摺動パッド２６１、２６２に生じる摩擦力（４・（μ・Ｎ１））も用いてＸ軸回りのモーメントをゼロに調整している点にある。
このことは、第１、第２摺動パッドの位置の自由度を確保するとともに、Ｙ軸副摺動パッドに送り込む空気圧の調整だけに頼らず、バランスの安定性に寄与する。

上記実施形態では、スライダ装置としてＺ方向への移動（Ｚ軸移動機構）を例示したが、本発明はもちろん横向き（水平方向）のスライダ装置にも適用できる。

１００…形状測定装置、
１１０…測定本体部、１１１…プローブヘッド、１１２…スタイラス、１１３…測定子、１１４…ヘッドホルダ、１１５…アーム、１１６…Ｘ駆動部、
２００…Ｚ軸移動機構、
２１０…Ｚ軸コラム、２１１…第１案内面、２１２…第２案内面、２１３…第３案内面、２１４…第４案内面、２１６…溝、
２２０…Ｚ駆動ユニット、
２２１…送りネジ、２２２…モータ、２２３…ナット、
２３０…Ｚスライダ、２４０…Ｚスライダ本体部、
２４１…第１側壁、２４２…第２側壁、２４３…第３側壁、２４４…第４側壁、
２４６…ナットジョイント、
２５１…第１内側面、２５２…第２内側面、２５３…第３内側面、２５４…第４内側面、
２６０…案内機構、
２６１…第１摺動パッド、２６２…第２摺動パッド、２６３…第３摺動パッド、２７０…プリロード調整バネ、
３００…エアベアリング（第４パッド）、
３１０…シリンダケース、３１１…チャンバ、３１２…給気パイプ、３２０…静圧パッド、３２１…ピストン部、３２２…Ｏリング、３３１…静圧軸受部、３３２…静圧軸受面、３４１…貫通孔、３４２…絞り、３５０…静圧空気膜、
４００…Ｚ移動体。

Claims (4)

1. 断面が矩形の長手状のコラムと、前記コラムに沿って移動するスライダと、前記コラムと平行に配設され、前記スライダに駆動力を与える駆動ユニットと、を備え、
   前記コラムの４つの側面が案内面となっており、４つの側面のうちの一面を第１案内面とし、前記第１案内面に平行な側面を第２案内面とし、前記第１、第２案内面に直交する向きの側面を第３、第４案内面とし、
   前記スライダは、
   第１案内面を摺動する第１摺動パッドと、
   前記第１摺動パッドと対になって前記第２案内面を摺動する第２摺動パッドと、
   第３案内面を摺動する第３摺動パッドと、
   第３摺動パッドと対になって第４案内面に沿って移動する第４パッドと、を有し、
   前記第１摺動パッドと前記第２摺動パッドとを結ぶ仮想線と前記駆動ユニットの駆動軸線との距離はＬ２（＞０）であって、
   前記第１摺動パッドと前記第２摺動パッドとに生じる摺動抵抗を用いて、
   前記第３摺動パッドと前記第４パッドとによって生じる摺動抵抗の合力を前記駆動ユニットの駆動軸線に一致させる
   ことを特徴とするスライダ装置。
2. 請求項１に記載のスライダ装置において、
   前記第４パッドは、プリロード型のエアベアリングであって、
   当該第４パッドの静圧軸受面は静圧空気膜を介して前記第４案内面に非接触で対向しており、
   当該第４パッドの供給エア圧力を調整することにより、当該第４パッドと対になる前記第３摺動パッドと前記第３案内面との接触部に所定のプリロードを与える
   ことを特徴とするスライダ装置。
3. 請求項２に記載のスライダ装置において、
   前記第３案内面と前記駆動ユニットの駆動軸線との距離はＬ１であり、
   前記第１摺動パッドと、前記第１摺動パッドと対になる前記第２摺動パッドとは、前記駆動軸線を通るＹＺ面に対称であり、
   前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドのそれぞれの個数をｍとし、前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドの各パッドの垂直抗力をＮ１とし、
   前記第１摺動パッドおよび前記第２摺動パッドの各パッドと前記第１案内面および前記第２案内面との摩擦係数をμとし、
   前記第３摺動パッドの個数をｋとし、前記第３摺動パッドの各パッドの垂直抗力をＮ３とし、
   前記第３摺動パッドの各パッドと前記第３案内面との摩擦係数をμとするとき、
   ｋ・μ・Ｎ３・Ｌ１＝２・ｍ・μ・Ｎ１・Ｌ２
   を満たす
   ことを特徴とするスライダ装置。
4. 測定対象物の表面を検出するプローブヘッドを保持した測定本体部を請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ装置の前記スライダに連結した
   ことを特徴とする形状測定装置。