JPH08170636A

JPH08170636A - リニアガイドユニット

Info

Publication number: JPH08170636A
Application number: JP6317245A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hachisuga; 勝蜂須賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】機械装置の構成要素として用いられるリニア
ガイドユニットにおいて、従来必要であった転動体や、
油膜や空気膜を発生させるための大がかりな装置や、構
造を必要としないリニアガイドユニットを提供する。【構成】ガイド３、該ガイドに嵌合するスライダ４及
び、前記ガイド及び前記スライダの少なくとも一方を超
音波振動させるための超音波振動発生手段１とから構成
される。また、前記ガイドは、台形の断面形状を有する
１つのロッドと、矩形の断面を有する１つのロッド３と
から構成される。前記スライダは、前記台形の断面形状
を有するロッドに嵌合する溝と、前記矩形の断面形状を
有するロッドに当接する平面形状を有するテーブルであ
る。この２つのロッドに超音波たわみ振動させることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械装置の構成要素と
して使用されるリニアガイドユニットに関する。

【０００２】

【従来技術】産業機器において、物体を直線方向あるい
は円周方向に移動させる際には、一般に倣いとなるガイ
ドが使われる。例えば、工作機械では、主軸を移動させ
る際やテーブルを移動させる場合に倣いとなるガイドな
どが用いられる。測定器においては、ダイヤルゲージや
デジマイクロの測定子の出し入れの案内となる部分や、
座標位置測定器のテーブルを移動させる場合のガイド、
粗さ測定器等の形状測定を行なう装置のスタイラスを移
動させる部分のガイドなどに用いられる。またコンピュ
ータの端末として用いられているドットプリンタの可動
部分のガイドとしてもリニアガイドが用いられている。

【０００３】ガイドに沿って物体を直線方向に移動させ
るリニアガイドには、一般には、円滑な動き、運動精
度、剛性などの性能が要求される。現在一般に用いられ
ているリニアガイドにはいくつかの方式がある。そのう
ち従来から測定器などに用いられている動圧方式のガイ
ドでは、油膜を直線ガイドとスライダの間に塗り、円滑
に移動させる方式がある。この方式は、油膜が切れなけ
れば極めて安定した動作が可能であり、構造も比較的簡
単であるため、非常に多く用いられている。ドットプリ
ンタの印字部品を移動させる際の可動部のガイドには、
この方式を用いた製品が多い。図６に、工作機械などの
テーブルに用いられるＶ−フラット型のリニアガイドを
示す。

【０００４】また、外部からガイドとスライダ間に供給
された空気あるいは油の流れによって発生する圧力によ
って摩擦力を軽減し円滑な動きと運動精度を確保する、
静圧方式のガイドも実用化されている。この方式は空気
や油を供給する装置が外部に必要となるが、高い運動精
度が得られるため高精度な測定器や工作機械の摺動部分
になどに用いられている。

【０００５】また、ボール、円筒ころを介して、ガイド
に沿って移動する方式もある。機械要素としてボールや
円筒ころを転動体として用いたリニアガイドが市販され
ている。価格も比較的安価であるため気軽に部品として
組み込むことができ、工作機械など、高剛性を要求され
る用途に用いられることが多い。図５に、転動体として
ボールを用いたリニアガイドの構造を示す。

【０００６】これらの方式によるガイドは、摩擦力を軽
減することにより円滑な動きを実現すると供に、所要の
運動精度や剛性を確保することを目的として使用され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な油膜を用いたタイプのリニアガイドは、使用条件によ
り油膜が破れてしまい、ガイドとスライダの材質によっ
ては焼き付きが発生し大きなトラブルとなることがあ
る。さらに、スライダがガイド上を移動する際の移動速
度により剛性や摩擦力が変化するという問題点がある。

【０００８】また、油あるいは空気を用いた静圧タイプ
のガイドは、高い運動精度が得られるが、外部に油ある
いは空気を供給するための大がかりな装置が必要とな
り、コストがかかる。また、必然的に装置も大型にな
る。ボール、円筒ころを介した装置は、剛性も高く、コ
ストも低いが転動体どうしの転がり接触による摩擦が発
生する。そのため摩耗が発生することがあるし、高速で
移動する場合には発熱も多くなる。さらに高い運動精度
を得るためには構成部品の加工精度を高くする必要があ
り、高精度化には限界がある。

【０００９】本発明の目的は、これらの問題点の解決に
ある。

【００１０】

【問題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、鋭意研究した結果、「ガイド、該ガイドに嵌合する
スライダ及び、前記ガイド及び前記スライダの少なくと
も一方を超音波振動させるための超音波振動発生手段と
から構成されることを特徴とするの超音波リニアガイド
ユニット」あるいは「前記ガイドのスライダがテーブル
であることを特徴とする請求項１記載のユニット」ある
いは「前記ガイドが台形の断面形状を有する１つのロッ
ドと、矩形の断面形状を有する１つのロッドとから構成
され、前記スライダが前記台形の断面形状を有するロッ
ドに嵌合する溝と、前記矩形の断面形状を有するロッド
に当接する平面形状を有し、前記２つのロッドを超音波
たわみ振動させることを特徴とする請求項２記載の超音
波リニアガイドユニット」を用いることにより上記問題
点を解決できることを見い出し、本発明を成すに至っ
た。

【００１１】

【作用】相接する固体の滑り面に超音波振動を付与する
ことにより、固体間の摩擦力が減少する事が知られてい
る。そこで、振幅拡大用ホーンと一体になったロッド
（ガイドの働きをする）に、超音波ねじり振動、あるい
は縦振動を発生させ、そこにスライダを嵌合、あるいは
載せることによりガイドとスライダとの間の摩擦力を低
下させ、スライダに円滑な運動を実現させることができ
る。超音波縦振動、あるいはねじり振動を効率良く利
用するには、ロッドの全長は（１）式を満足する必要が
ある。これにより、ロッドには超音波振動の定在波が発
生することになる。鋼を材料として用いたときの音速ｃ
は、縦振動で５２００ｍ／ｓ、ねじり振動で３２００ｍ
／ｓ程度である。

【００１２】

【数１】

【００１３】また、逆にスライダに超音波ねじり振動、
あるいは縦振動を発生させ、柱状のロッドをガイドと
し、該ロッドと嵌合させることによりガイドとスライダ
ーとの間の摩擦力を低下させ、上記と同様に円滑な運動
を実現させることもできる。一方、ガイドにたわみ振動
を発生させ、そこにスライダを嵌合、あるいは載せるこ
とによるリニアガイドを実現させるためには、ガイドと
なるロッドの形状は（２）式を満足させる必要がある。
振動次数ζは、定在波としてのたわみ振動をしている棒
の長さ方向に、何個の波が存在するかによって決まる定
数である。

【００１４】

【数２】

【００１５】さらに、上記のガイドにたわみ振動を発生
させるには、別に縦振動をする振動系を設け、ロッドの
中心付近に結合し、ロッドの長手方向の中心線に対し直
角方向に上記縦振動系で駆動することにより行なう。以
下、図面を引用して、実施例により、本発明をより詳細
に説明するが、本発明は、これに限られるものではな
い。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の第一実施例に係る、２本の
ロッドに超音波振動を与え、そのロッドにスライダを嵌
合させたリニアガイドの平面図である。図２は、このリ
ニアガイドの正面図である。発振器５からの高周波電気
信号は、給電用コネクタを介して超音波縦振動を発生す
るボルト締めランジュバン型電歪振動子１に印加され
る。該振動子１の先端には、該振動子１より発生した縦
振動の振幅を拡大し、伝達する振幅拡大用ホーン２がね
じ止めされている。これにより、超音波縦振動が該ホー
ン２を通過する際に、振動振幅は数倍に拡大される。前
記振幅拡大用ホーン２の先端には、円柱状のロッド３が
ねじ止めされる。前記縦振動子１、振幅拡大用ホーン
２、ロッド３は、縦振動子１の固有振動数とほぼ同じ振
動数で定在波を発生し、共振する振動系となるように設
計されている。共振特性のほぼ同じ前記振動系が２個用
意され、互いに平行に設置される。そのロッド３にスラ
イダ４が嵌合される。

【００１７】振動子１が超音波縦振動すると、ロッド３
に定在波が発生し、該ロッド３とスライダ４との間の摩
擦係数が減少し、円滑な動きが可能になる。本実施例で
は、振動系の駆動周波数；２８．１９ｋＨｚ、入力；６
Ｗ、縦振動子１の直径；４０ｍｍ、ロッド３の長さ；４
６０ｍｍ、直径；１４ｍｍ、スライダの長さ；５２ｍ
ｍ、重量；１Ｋｇである。この振動系に超音波振動を付
与しない場合のロッド３とスライダの間の摩擦係数は
０．２７であったが、超音波振動を付与することによ
り、摩擦係数は０．０２となった。

【００１８】図３は、第２の実施例である、２本のロッ
ドに超音波たわみ振動を与え、そこにスライダを載せた
方式のリニアガイドの正面図である。図４は、その側面
図である。発振器５からの高周波電気信号は、超音波縦
振動を発生するフェライト製の磁歪振動子１に印加され
る。該振動子１の先端には、該振動子１より発生した縦
振動の振幅を拡大し、伝達する振幅拡大用ホーン２がね
じ止めされている。さらにその先端には、たわみ振動体
である台形断面形状を持つロッド１０が接続されてお
り、ここで縦振動からたわみ振動に変換される。

【００１９】前記縦振動子１、振幅拡大用ホーン２、ロ
ッド１０は、縦振動子１の固有振動数とほぼ同じ振動数
で振動する。これにより、ロッド１０にたわみ振動状態
の定在波が発生し共振する振動系となっている。さらに
構成は同じであるが、たわみ振動をするロッドの断面形
状に矩形をもつロッド１１を接続した、振動特性のほぼ
同じ振動系が用意され、前記台形断面形状を持つロッド
１０と平行に設置される。この状態で、スライダ６を前
記２本のロッドの上に載せることにより、リニアガイド
が構成される。

【００２０】本実施例では、振動系の駆動周波数；４
２．９ｋＨｚ、入力；１０Ｗ、縦振動子１の超音波放射
面の端面形状；４０×２０ｍｍ、台形形状の断面を持つ
ロッド１０の長さ；１２２．３ｍｍ、矩形の断面を持つ
ロッド１１の長さ；１２７．５ｍｍ、スライダの長さ；
５２ｍｍ、重量；８００ｇである。ロッド１０、１１は
５次（λ＝１７．２７９）のたわみ振動を発生する。本
実施例では超音波振動を付与することにより、摩擦係数
は０．０１以下の値になった。

【００２１】

【発明の効果】リニアガイドにおいて、ガイドあるいは
スライダの摺動部に超音波振動を付与することにより、
ガイドとスライダーとの間の摩擦係数が減少するため、
発熱が減少し温度上昇を抑制することができる。また、
摺動部分の摩擦が減るため摩耗が減少する。

【００２２】また、従来ガイドとスライダの間に必要で
あった転動体が不要になり、油膜や空気膜を発生させる
ための大がかりな装置や、構造も不要になる。また潤滑
油を供給することなく、摩擦力を減じることができるた
め、潤滑油を用いることができない用途に対しても応用
が可能である。さらにスライダーのスティックスリップ
の発生を抑制する効果があるとともに、スライダ運動中
に超音波振動を止めることにより、スライダの制動を促
すこともできる。また、スライダーに加わる負荷の変
動に対して、超音波振動子に加える高周波信号の入力電
力を制御し、基盤とスライダとの摩擦係数を一定に保つ
ことにより、運動精度の向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の第１実施例にかかるガイドに超音
波縦振動を付与したリニアガイドの平面図である。

【図２】は、本発明の第１実施例にかかるガイドに超音
波振動を付与したリニアガイドの正面図である。

【図３】は、本発明の第２実施例にかかる超音波たわみ
振動を付与したリニアガイドの正面図である。

【図４】は、本発明の第２実施例にかかる超音波たわみ
振動を付与したリニアガイドの側面図である。

【図５】は、通常用いられているリニアボールベアリン
グを用いたリニアガイドの概要図である。

【図６】は、工作機械に良く用いられるＶ−フラット型
のリニアガイドテーブルの概要図である。

【符号の説明】

１・・・超音波振動子２・・・振幅拡大用ホーン３・・・ロッド４・・・スライダ５・・・発振器６・・・スライダ移動方向７・・・振動姿態８・・・転動体（ボール）９・・・サポート１０・・・台形断面形状を持つロッド（たわみ振動を
するロッド）１１・・・矩形断面形状を持つロッド（たわみ振動を
するロッド）１２・・・基盤以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド、前記ガイドに嵌合するスライダ
及び、前記ガイド及び前記スライダの少なくとも一方を
超音波振動させるための超音波振動発生手段とから構成
されることを特徴とする超音波リニアガイドユニット。
【請求項２】前記ガイドのスライダがテーブルである
ことを特徴とする請求項１記載の超音波リニアガイドユ
ニット。
【請求項３】前記ガイドが台形の断面形状を有する１
つのロッドと、矩形の断面形状を有する１つのロッドと
から構成され、前記スライダが前記台形の断面形状を有
するロッドに嵌合する溝と、前記矩形の断面形状を有す
るロッドに当接する平面形状を有し、前記２つのロッド
に超音波たわみ振動させることを特徴とする請求項２記
載の超音波リニアガイドユニット。