JPH07167641A - 直線案内装置 - Google Patents

直線案内装置

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JPH07167641A
JPH07167641A JP5341829A JP34182993A JPH07167641A JP H07167641 A JPH07167641 A JP H07167641A JP 5341829 A JP5341829 A JP 5341829A JP 34182993 A JP34182993 A JP 34182993A JP H07167641 A JPH07167641 A JP H07167641A
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axis
air bearings
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Yoichi Arai
洋一 新井
Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 キャリッジの破壊を防ぎつつ、高剛性化の要
請と軽量化の要請とに応えることができる直線案内装置
を提供する。 【構成】 コの字状の連結部材15がY軸ガイドレール
6を跨ぐように配置され、連結部材15の一端部15a
がボルト16でキャリッジ7に固定され、キャリッジ7
及び案内面6aの間にエアベアリング8を傾動自在に支
持するボール12が挟持され、連結部材15の他端部1
5bのビス14及び案内面6bの間にエアベアリング9
を傾動自在に支持するボール13が挟持され、しかも連
結部材15の一端部15aの固定箇所が、両ボール1
2,13の中心を通る仮想直線L1 上に位置するので、
エアベアリング8,9には、高い剛性を得るため大きな
力で与圧力を加えたとき、その応力は連結部材15の作
用によりキャリッジ7に圧縮応力として加わる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、直線案内装置に関
し、特に三次元座標測定機にX,Y及びZ軸方向案内装
置として好適な直線案内装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、三次元座標測定機の高精度化を図
るため高剛性化の要請と、測定の高速化を図るため軽量
化の要請とがあり、これらの要請に応えるため、より重
量比剛性の高いセラミックスを使用するもの(特開昭5-
149739号公報)が市場に出回るようになった。
【0003】図4は、本出願人の提案にかかる直線案内
装置であり、三次元測定機の支柱のキャリッジがY軸ガ
イドレールに取り付けられている状態を示す断面図であ
る。キャリッジ107は支柱103の下部に設けられ、
キャリッジ107と支柱103とはセラミックスで一体
に成型されている。キャリッジ107にはL字部材11
5がボルト116で固定されている。L字部材115を
使用する理由は、セラミックスの性質上、キャリッジ1
07を、Y軸ガイドレール106を跨ぐような複雑な形
状に成型することが困難だからである。
【0004】Y軸ガイドレール106の互いに平行な案
内面106a,106bには、エアベアリング108,
109がそれぞれ設けられている。
【0005】キャリッジ107及び案内面106aとの
間、並びにL字部材115及び案内面106bの間のそ
れぞれに、両案内面106a,106bとほぼ直交する
直線上で両エアベアリング108,109をそれぞれ傾
動自在に支持するボール112,113が、設けられて
いる。
【0006】また、定盤101上にもエアベアリング1
10が設けられている。定盤101の上面101a及び
キャリッジ107の底面107aの間には、エアベアリ
ング110を傾動自在に支持するボール111が挟持さ
れている。
【0007】キャリッジ107とL字部材115とは、
エアベアリング108,109を介してY軸ガイドレー
ル106の案内面106a,106bに案内される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、三次元測定
機の高剛性化を図るには当然エアベアリング108,1
09の高剛性化が求められるが、そのためにはエアベア
リング108,109を案内面106a,106bに押
し付ける与圧力を大きくしなければならない。
【0009】ところが、上述した本件出願人の提案に係
る図4に示す構造の場合、エアベアリング108,10
9の与圧力を高めると、L字部材115からキャリッジ
107に加わる応力が大きくなり、キャリッジ107が
破壊してしまう。
【0010】セラミックス材の破壊強度は、圧縮応力に
対しては強く、引っ張り応力に対しては弱いという特性
をもっている。したがって、曲げ応力に対しても弱い。
例えば、三次元座標測定機に最も使われているアルミナ
セラミックスにおいては、 圧縮強度:約2.0×109 N/m3 に対して、曲げ強度:約0.3×109 N/m3 である。
【0011】図4に示す構造の場合、エアベアリング1
08,109に与えている与圧力の応力はキャリッジ1
07に引っ張り応力及び曲げ応力として加わっているの
で、上述したセラミックス材の特性によってキャリッジ
が破壊され易い。
【0012】また、セラミックスのような脆性材料は、
機械加工面にマイクロクラックとよばれる肉眼で見えな
い小さなひび割れが存在する。そのような部分に引っ張
り応力や曲げ応力が加わると、変形量が小さいために、
ひび割れの部分に激しく応力集中を起こし、小さい応力
で破壊してしまう。図4に示す構造の場合、キャリッジ
107とL字部材115との締結面は機械加工が行われ
ているので、その現象が発生し易い。
【0013】したがって、鋼やアルミ軽合金製のキャリ
ッジよりも小さな与圧力しか与えられず、エアベアリン
グの高剛性化、ひいては三次元座標測定機の高剛性化が
困難であった。
【0014】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はキャリッジ(移動体)の破壊を防
ぎつつ、高剛性化の要請と軽量化の要請とに応えること
ができる直線案内装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めこの発明の直線案内装置は、互いに略平行な第1及び
第2の案内面を有する案内部材と、前記第1及び第2の
案内面にそれぞれ設けられた第1及び第2のエアベアリ
ングと、前記第1及び第2エアベアリングを介して、前
記案内部材の第1及び第2の案内面に案内される移動体
と、前記移動体と前記第1の案内面との間及び前記移動
体と前記第2の案内面との間に設けられ、前記第1及び
第2の案内面と略直交する軸線上で前記第1及び第2の
エアベアリングをそれぞれ傾動自在に支持する第1及び
第2の支持部材とを備えた直線案内装置において、前記
移動体は、前記第1の支持部材に係合する移動体本体
と、前記案内部材に跨がって配置され、一端部が前記第
2の支持部材に係合し、他端部が前記第1及び第2の支
持部材のそれぞれの略中心部を通る軸線上で前記移動体
本体に固定される連結部材とから構成されている。
【0016】
【作用】前述のように第1及び第2のエアベアリングを
介して案内部材の第1及び第2の案内面に案内される移
動体が、第1の支持部材に係合する移動体本体と、案内
部材に跨がって配置され、一端部が第2の支持部材に係
合し、他端部が第1及び第2の支持部材のそれぞれの略
中心部を通る軸線上で移動体本体に固定される連結部材
とから構成されているので、第1及び第2のエアベアリ
ングに大きな力で与圧力が加えられたとき、その応力は
連結部材の作用により移動体本体に圧縮応力として加わ
ることになる。したがて、移動体本体の材質が例えばセ
ラミックス材等の脆性材料であったとしても、移動体本
体の破壊のおそれがない。
【0017】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0018】図2はこの発明の一実施例に係る直線案内
装置を備えた三次元座標測定機の斜視図、図1は図2の
A−A線に沿う断面図である。
【0019】図示しない測定対象物を載せる定盤1上に
は門型構造体2が取り付けられる。門型構造体2は、支
柱3と支柱4と両支柱3,4の上部に架け渡されたX軸
ビーム5とで構成されている。定盤1上の片側にはY軸
ガイドレール(案内部材)6が敷設されている。
【0020】X軸ビーム5にはX軸キャリッジ30が図
示しないエアベアリングを介してX軸方向にスライド可
能に取り付けられ、X軸キャリッジ30はZ軸スピンド
ル31を図示しないエアベアリングを介してZ軸方向に
スライド可能に支持している。Z軸スピンドル31の先
端には測定子32が設けられている。
【0021】支柱3の下部にはY軸ガイドレール6に沿
って移動するキャリッジ(移動体本体)7が設けられ、
キャリッジ7と支柱3とはセラミックスで一体に成型さ
れている。
【0022】Y軸ガイドレール6の互いに平行な案内面
(第1及び第2の案内面)6a,6bには、エアベアリ
ング(第1及び第2のエアベアリング)8,9がそれぞ
れ設けられている。また、定盤1上にもエアベアリング
10が設けられている。定盤1の上面1a及びキャリッ
ジ7の底面7aの間には、エアベアリング10を傾動自
在に支持するボール11が挟持されている。
【0023】キャリッジ7及び案内面6aの間には、エ
アベアリング7を傾動自在に支持するボール(第1の支
持部材)12が挟持されている。
【0024】キャリッジ7には、コの字状の連結部材1
5の一端部15aがボルト16で固定されている。連結
部材15はY軸ガイドレール6を跨いでいる(図1参
照)。連結部材15の他端部15bにはビス14がねじ
込まれている。連結部材15の他端部15bのビス14
及び案内面6bの間には、エアベアリング9を傾動自在
に支持するボール(第2の支持部材)13が挟持されて
いる。連結部材15の一端部15aの固定箇所は、図1
に示すように、両ボール12,13の中心を通る仮想直
線(軸線)L1 上に位置する。
【0025】キャリッジ7と連結部材15とは、エアベ
アリング8,9を介してY軸ガイドレール6の案内面6
a,6bに案内される。
【0026】上述のように、コの字状の連結部材15が
Y軸ガイドレール6を跨ぐように配置され、連結部材1
5の一端部15aがボルト16でキャリッジ7に固定さ
れ、キャリッジ7及び案内面6aの間にエアベアリング
8を傾動自在に支持するボール12が挟持され、連結部
材15の他端部15bのビス14及び案内面6bの間に
エアベアリング9を傾動自在に支持するボール13が挟
持され、しかも連結部材15の一端部15aの固定箇所
が、図1に示すように、両ボール12,13の中心を通
る仮想直線L1 上に位置するので、エアベアリング8,
9に高い剛性を得るため大きな力で与圧力を加えたと
き、その応力がコの字状の連結部材15の作用によりキ
ャリッジ7に圧縮応力として加わる。すなわち、エアベ
アリング8,9の与圧力による応力は全てキャリッジ7
と連結部材15との固定箇所に圧縮応力として加わり、
曲げモーメントや回転モーメントがキャリッジ7に加わ
ることがない。
【0027】また、キャリッジ7と連結部材15との固
定部分は機械加工面であるが、そこの加わる応力は、上
述のように全て圧縮応力であるから、マイクロクラック
部の応力集中による破壊のおそれはない。
【0028】したがって、圧縮応力に対しては強いとい
うセラミックス材の特性により、図4の従来例に較べ、
大きな力でY軸ガイドレール6を挟みつける力、すなわ
ち大きな与圧力を加えることができる。
【0029】その結果、エアベアリング8,9の高剛性
化、ひいては三次元測定機の高剛性化を実現することが
できる。
【0030】図3はこの発明の他の実施例に係る直線案
内装置を備えた三次元測定機の一部を示す断面図であ
る。
【0031】図1の実施例では、エアベアリング10の
与圧力は、キャリッジ7の重量と、キャリッジ7に搭載
されるX軸ビーム5等の搭載構造物の重量によって与え
られるが、図3に示すように、定盤11を挟んでエアベ
アリング10,20を互いに平行に配置し、キャリッジ
17の底面17a及び定盤11の上面11aの間にエア
ベアリング10を傾動自在に支持するボール12を挟持
し、コの字状の連結部材25をY軸ガイドレール16及
び定盤11を跨ぐように配置し、連結部材25の一端部
25aをボルト26でキャリッジ17に固定し、連結部
材25の他端部25bのビス24及び定盤11の下面1
1bの間にエアベアリング20を傾動自在に支持するボ
ール23を挟持し、しかも連結部材25の一端部25a
の固定箇所が両ボール12,23の中心を通る仮想直線
(軸線)L2 上に位置するような構造を採用してもよ
い。
【0032】この構造の直線案内装置によれば、キャリ
ッジ17と、キャリッジ17の搭載構造物の重量によら
ず、エアベアリング10,20に大きな与圧力を加える
ことができ、軽量構造でもエアベアリング10,20の
剛性を高めることができる。
【0033】なお、この実施例では、エアベアリング
8,9とキャリッジ17との係合部分については図示し
ていないが、エアベアリング8,9とエアベアリング1
0,20とを互いに干渉しないように配置すれば、この
実施例の直線案内装置と前述した図1の直線案内装置と
を同じキャリッジ17に適用することができる。
【0034】また、前述の実施例では、本願発明の直線
案内装置をY軸のキャリッジ7,17に適用した場合に
ついて延べたが、互いに平行に配置されたエアベアリン
グをもつX軸キャリッジ30等や、三次元座標測定機以
外のエアスライダ等に適用してもよい。
【0035】更に、前述の実施例では、キャリッジ7,
17の材質がセラミックスの場合について述べたが、キ
ャリッジの材質が他の脆性材料の場合も同様の効果を得
ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の直線案内
装置によれば、第1及び第2のエアベアリングに大きな
力で与圧力を加えたとき、その応力は連結部材の作用に
より移動体本体に圧縮応力として加わることになるの
で、移動体本体の高速化を図るために移動体本体の材質
として例えばセラミックス材等の脆性材料を使用したと
しても、移動体本体を破壊するおそれがなく、エアベア
リングの高剛性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は図2のA−A線に沿う断面図である。
【図2】図2はこの発明の一実施例に係る直線案内装置
を備えた三次元座標測定機の斜視図である。
【図3】図3はこの発明の他の実施例に係る直線案内装
置を備えた三次元座標測定機の一部を示す断面図であ
る。
【図4】図4は三次元座標測定機の支柱のキャリッジが
Y軸ガイドに取り付けられている状態を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
6 Y軸ガイドレール 6a,6b 案内面 7 キャリッジ 8,9 エアベアリング 12,13 ボール 15 連結部材 16 ボルト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに略平行な第1及び第2の案内面を
    有する案内部材と、 前記第1及び第2の案内面にそれぞれ設けられた第1及
    び第2のエアベアリングと、 前記第1及び第2エアベアリングを介して、前記案内部
    材の第1及び第2の案内面に案内される移動体と、 前記移動体と前記第1の案内面との間及び前記移動体と
    前記第2の案内面との間に設けられ、前記第1及び第2
    の案内面と略直交する軸線上で前記第1及び第2のエア
    ベアリングをそれぞれ傾動自在に支持する第1及び第2
    の支持部材と、を備えた直線案内装置において、 前記移動体は、 前記第1の支持部材に係合する移動体本体と、 前記案内部材に跨がって配置され、一端部が前記第2の
    支持部材に係合し、他端部が前記第1及び第2の支持部
    材のそれぞれの略中心部を通る軸線上で前記移動体本体
    に固定される連結部材と、から構成されることを特徴と
    する直線案内装置。
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