JPWO2008004306A1 - Static pressure linear motion guide unit - Google Patents
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Abstract
直動の案内をする軸10と、軸10に微小な摺動隙間30を残して嵌合させられて、軸10に沿って直動するスライダー20とを備え、摺動隙間30に供給された高圧流体により、軸10とスライダー20とが非接触状態に保持されて、スライダー20が軸10に沿って直動するようにされて成る静圧形直動案内ユニット1において、軸10の内部には、高圧流体供給路が形成され、高圧流体供給源から供給された高圧流体が、該高圧流体供給路を通って摺動隙間30に導かれるようにされている。高圧流体供給路は、供給孔11と、供給孔11から分岐した複数の噴出孔12とから画成されている。このように構成することにより、高圧エア等高圧流体供給用のホース等が固定側に設けられることになり、移動側のミクロな精度での位置決め等への影響の虞が払拭されて、構造が簡単で、安定性に優れ、製作コストの低減が可能な静圧形直動案内ユニットを提供することができる。Supplied with the shaft 10 for linear motion guidance and the slider 20 that is fitted to the shaft 10 leaving a small sliding gap 30 and moves linearly along the shaft 10, and is supplied to the sliding gap 30. In the hydrostatic linear guide unit 1 in which the shaft 10 and the slider 20 are held in a non-contact state by the high-pressure fluid, and the slider 20 moves linearly along the shaft 10. The high pressure fluid supply path is formed, and the high pressure fluid supplied from the high pressure fluid supply source is guided to the sliding gap 30 through the high pressure fluid supply path. The high-pressure fluid supply path is defined by a supply hole 11 and a plurality of ejection holes 12 branched from the supply hole 11. With this configuration, a hose or the like for supplying high-pressure fluid such as high-pressure air is provided on the fixed side, and the possibility of affecting the positioning or the like with micro precision on the moving side is eliminated, and the structure is It is possible to provide a static pressure linear motion guide unit that is simple, excellent in stability, and capable of reducing manufacturing costs.
Description
本願の発明は、静圧形直動案内ユニットに関し、特に軸に沿って直動(直進移動)するスライダーの位置決め等を数ミクロンあるいはナノ単位の非常にミクロな精度で行うに際して使用されて好適な静圧形直動案内ユニットに関する。 The invention of the present application relates to a hydrostatic linear motion guide unit, and is particularly suitable for use when positioning a slider that moves linearly (straightly moves) along an axis with a very fine accuracy of several microns or nano units. The present invention relates to a static pressure linear motion guide unit.
数ミクロン単位あるいはナノという非常にミクロな精度で行われるスライダーの位置決めのために、軸とスライダーとの摺動部の精密直動案内(軸受)に従来からある直動案内機構を使用する場合、そこに組み込まれているボールベアリング中のボールの乗り上げ等が支障となって、ミクロな精度を出すのが容易ではない。そこで、ボールベアリングに代えて、高圧エアを軸とスライダーとの摺動部の隙間に供給して、軸とスライダーとを非接触状態に保持しつつ、軸に対してスライダーを直動させるようにすることによって、精度の向上を図ることが考えられる。このような直動案内機構は、静圧形直動案内ユニットと呼ばれることがある。 When using a conventional linear guide mechanism for precision linear guide (bearing) of the sliding part of the shaft and slider for positioning of the slider with very micro precision of several micron units or nano, It is not easy to achieve micro precision because the ball ride-in in the ball bearing incorporated therein is hindered. Therefore, instead of the ball bearing, high pressure air is supplied to the gap between the sliding portion of the shaft and the slider so that the slider moves linearly with respect to the shaft while keeping the shaft and the slider in a non-contact state. It is conceivable to improve accuracy by doing so. Such a linear motion guide mechanism is sometimes called a static pressure linear motion guide unit.
特許文献1には、このような静圧形直動案内ユニットのいくつかの実施例が記載されている。しかしながら、これらの実施例は、いずれもスライダー側から高圧エアを供給するようにしているので、高圧エア供給用のホース等を動きのある側に設けなければならず、ミクロな精度での位置決めに影響する虞があるとともに、構造が複雑であり、コストアップの要因になることが避けられない。さらに、軸中心に対して対称性が維持されていないので、安定性に欠ける虞がある。
また、特許文献2には、静圧形回転案内ユニットについて記載されている。このものにおいては、高圧エアは軸側から供給されているが、このものは、静圧形回転案内ユニットであり、静圧形直動案内ユニットではない。
本願の発明は、従来の静圧形直動案内ユニットが有する前記のような問題点を解決して、高圧エア等高圧流体供給用のホース等を固定側に設けることにより、移動側のミクロな精度での位置決め等への影響の虞を払拭するとともに、構造が簡単で、安定性に優れ、製作コストの低減が可能な静圧形直動案内ユニットを提供することを課題とする。 The invention of the present application solves the above-mentioned problems of the conventional hydrostatic linear motion guide unit, and provides a hose or the like for supplying high-pressure fluid such as high-pressure air on the fixed side. It is an object of the present invention to provide a static pressure linear motion guide unit that eliminates the possibility of influence on positioning and the like with accuracy, has a simple structure, is excellent in stability, and can reduce manufacturing costs.
本願の発明によれば、このような課題は、次のような静圧形直動案内ユニットにより解決される。
すなわち、その静圧形直動案内ユニットは、直動の案内をする軸と、前記軸に微小な摺動隙間を残して嵌合させられて、前記軸に沿って直動するスライダーとを備え、前記摺動隙間に供給された高圧流体により、前記軸と前記スライダーとが非接触状態に保持されて、前記スライダーが前記軸に沿って直動するようにされて成る静圧形直動案内ユニットにおいて、前記軸の内部には、高圧流体供給路が形成され、高圧流体供給源から供給された前記高圧流体が、前記高圧流体供給路を通って前記摺動隙間に導かれるようにされていることを特徴とする静圧形直動案内ユニットである。According to the present invention, such a problem is solved by the following static pressure linear motion guide unit.
That is, the hydrostatic linear motion guide unit includes a shaft that performs linear motion guidance, and a slider that is fitted to the shaft leaving a small sliding gap and moves linearly along the shaft. The hydrostatic linear motion guide in which the shaft and the slider are held in a non-contact state by the high-pressure fluid supplied to the sliding gap so that the slider moves linearly along the shaft. In the unit, a high-pressure fluid supply path is formed inside the shaft, and the high-pressure fluid supplied from a high-pressure fluid supply source is guided to the sliding gap through the high-pressure fluid supply path. A hydrostatic linear motion guide unit.
この静圧形直動案内ユニットによれば、軸とスライダーとの間の摺動隙間に高圧流体を導いて、これらを非接触状態に保持するための高圧流体供給路が、固定側となる軸の内部に形成されているので、移動側となるスライダーの直動が障害なく行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等を高精度に行うことができる。また、構造が簡単になり、製作コストの低減を図ることができる。 According to this static pressure type linear motion guide unit, the high pressure fluid supply path for guiding the high pressure fluid to the sliding gap between the shaft and the slider and keeping them in a non-contact state is the shaft on the fixed side. Therefore, the linear movement of the slider on the moving side can be performed without any obstacle, and the positioning of the slider with micro precision can be performed with high precision. Further, the structure is simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
好ましい実施形態によれば、その高圧流体供給路が、軸の軸方向に沿って形成された供給孔と、該供給孔から分岐し、摺動隙間に開口するようにして形成された複数の噴出孔とから画成されている。この構成により、軸の内部を通して軸とスライダーとの間の摺動隙間に高圧流体を導く高圧流体供給路の構造を簡単にして、これを軸の内部に容易に形成することができる。 According to a preferred embodiment, the high-pressure fluid supply path has a supply hole formed along the axial direction of the shaft, and a plurality of jets formed so as to branch from the supply hole and open into the sliding gap. It is defined by a hole. With this configuration, the structure of the high-pressure fluid supply path that guides the high-pressure fluid through the inside of the shaft to the sliding gap between the shaft and the slider can be simplified and can be easily formed inside the shaft.
別の好ましい実施形態によれば、その摺動隙間は、その断面形状が略多角形とされ、その摺動隙間には、その断面形状の略多角形の各頂点を通る稜線に沿って、複数の流体排出路が隣接して形成され、複数の噴出孔からそれぞれ噴出した高圧流体が合流して、複数の該流体排出路をそれぞれ通って外部に排出されるようにされている。この構成により、軸とスライダーとの軸心回りの相対的・巨視的な旋回自由度を規制することが可能になり、1軸方向にのみ自由度を持った、安定性に優れた静圧形直動案内ユニットを容易に製作することができる。
また、複数の流体排出路は、摺動隙間より比較的大きな空間であるため、それらの各々の内部の圧力が略均等な大気圧に維持され、複数の噴出孔からそれぞれ噴出する高圧流体が、これら複数の噴出孔から摺動隙間を経由して対応する流体排出路中に一様に噴出するようになり、流体排出路及び摺動隙間に存在する流体の各圧力を軸方向で略均一に保持することができる。これにより、スライダーの軸に対する非接触状態での保持が軸方向に偏らなくなり、スライダーの直動及び位置決めが円滑に行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等をさらに高精度に行うことができる。According to another preferred embodiment, the sliding gap has a substantially polygonal cross-sectional shape, and the sliding gap includes a plurality of sliding gaps along a ridge line passing through each vertex of the substantially polygonal cross-sectional shape. The fluid discharge passages are formed adjacent to each other, and the high-pressure fluids ejected from the plurality of ejection holes are joined to be discharged to the outside through the plurality of fluid discharge passages. With this configuration, it is possible to regulate the relative and macroscopic degree of freedom of rotation around the axis of the shaft and slider. A linear motion guide unit can be easily manufactured.
Further, since the plurality of fluid discharge paths are relatively larger spaces than the sliding gap, the pressure inside each of them is maintained at a substantially equal atmospheric pressure, and the high-pressure fluids ejected from the plurality of ejection holes are respectively The plurality of ejection holes are uniformly ejected into the corresponding fluid discharge passages via the sliding gaps, and the pressures of the fluid existing in the fluid discharge passages and the sliding gaps are substantially uniform in the axial direction. Can be held. As a result, the non-contact holding of the slider in the non-contact state is not biased in the axial direction, the slider can be smoothly moved and positioned, and the slider can be positioned with a high degree of accuracy. it can.
さらに別の好ましい実施形態によれば、その複数の噴出孔が、摺動隙間に直交して開口するようにしてそれぞれ形成されている。この構成により、複数の噴出孔から噴出する高圧流体の動圧が摺動隙間に臨むスライダーの内周面に斜め方向から作用して、スライダーに余計な回転力や推進力を発生させるといったことがなくなり、スライダーの直動及び位置決めがさらに円滑に、安定に行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等をさらに高精度に行うことができる。 According to still another preferred embodiment, the plurality of ejection holes are respectively formed so as to open perpendicular to the sliding gap. With this configuration, the dynamic pressure of the high-pressure fluid ejected from the plurality of ejection holes acts on the inner peripheral surface of the slider facing the sliding gap from an oblique direction, generating extra rotational force and propulsive force on the slider. Thus, the linear movement and positioning of the slider can be performed more smoothly and stably, and the positioning of the slider with micro precision can be performed with higher accuracy.
さらに別の好ましい実施形態によれば、その複数の噴出孔が、それぞれの噴出孔から噴出した高圧流体が摺動隙間の断面形状の略多角形の各面状流路を軸の軸方向と直交する方向に同じ長さだけ流れて流体排出路に合流するようにして、それぞれ形成されている。この構成により、複数の噴出孔からそれぞれ噴出した高圧流体は、摺動隙間の各面状流路内を隣り合う2つの流体排出路の方向に二手に分かれて同じ流路長を流れるので、噴出孔の中心を通る軸方向断面に対して対向する方向への圧力が等しくなり、スライダーの内周面の多角筒もしくは略多角筒の隣接する角部に余計な回転力が加わることがなくなり、この面からも、前記のような効果をさらに高めることができる。 According to still another preferred embodiment, the plurality of ejection holes are arranged so that the high-pressure fluid ejected from each ejection hole passes through each of the substantially polygonal planar flow paths having a cross-sectional shape of the sliding gap perpendicular to the axial direction of the shaft. Are formed so as to flow in the same direction by the same length and join the fluid discharge path. With this configuration, the high-pressure fluid ejected from each of the plurality of ejection holes is divided into two in the direction of two adjacent fluid discharge paths in each planar flow path of the sliding gap and flows through the same flow path length. The pressure in the direction opposite to the axial cross section passing through the center of the hole becomes equal, and no extra rotational force is applied to the adjacent corners of the polygonal cylinder or the substantially polygonal cylinder on the inner peripheral surface of the slider. From the aspect, the above effects can be further enhanced.
さらに別の好ましい実施形態によれば、その複数の噴出孔が、軸に沿って直動するスライダーが該軸を常時覆う範囲にある該軸の内部にそれぞれ形成されている。この構成により、狭い領域におけるミクロな精度でのスライダーの位置決め等に際して、スライダーが移動する間も、複数の噴出孔のいずれもが外部に現れない範囲内に収まることになり、複数の噴出孔を経由する高圧流体の漏れ、消費量を最小に抑えることができる。 According to still another preferred embodiment, the plurality of ejection holes are respectively formed inside the shafts in a range in which a slider that moves linearly along the shaft always covers the shaft. With this configuration, when the slider is positioned with a microscopic accuracy in a narrow area, the plurality of ejection holes are within the range where none of the plurality of ejection holes appear outside while the slider moves. Leakage and consumption of high-pressure fluid passing through can be minimized.
前記のとおり、本願の発明の静圧形直動案内ユニットによれば、軸とスライダーとの間の摺動隙間に高圧流体を導いて、これらを非接触状態に保持するための高圧流体供給路が、固定側となる軸の内部に形成されているので、移動側となるスライダーの直動が障害なく行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等を高精度に行うことができる。また、構造が簡単になり、製作コストの低減を図ることができる。 As described above, according to the hydrostatic linear motion guide unit of the present invention, the high-pressure fluid supply path for guiding the high-pressure fluid to the sliding gap between the shaft and the slider and holding them in a non-contact state. However, since it is formed inside the shaft on the fixed side, the linear movement of the slider on the moving side can be performed without hindrance, and the positioning of the slider with micro-precision can be performed with high accuracy. Further, the structure becomes simple and the manufacturing cost can be reduced.
また、高圧流体供給路が、軸の軸方向に沿って形成された供給孔と、該供給孔から分岐し、摺動隙間に開口するようにして形成された複数の噴出孔とから画成されるので、軸の内部を通して軸とスライダーとの間の摺動隙間に高圧流体を導く高圧流体供給路の構造を簡単にして、これを軸の内部に容易に形成することができる。 The high-pressure fluid supply path is defined by a supply hole formed along the axial direction of the shaft, and a plurality of ejection holes formed so as to branch from the supply hole and open to the sliding gap. Therefore, the structure of the high-pressure fluid supply path that guides the high-pressure fluid to the sliding gap between the shaft and the slider through the inside of the shaft can be simplified and can be easily formed inside the shaft.
また、摺動隙間は、その断面形状が略多角形とされ、その摺動隙間には、その断面形状の略多角形の各頂点を通る稜線に沿って、複数の流体排出路が隣接して形成され、複数の噴出孔からそれぞれ噴出した高圧流体が合流して、複数の該流体排出路をそれぞれ通って外部に排出されるようにされているので、軸とスライダーとの軸心回りの相対的・巨視的な旋回自由度を規制することが可能になり、1軸方向にのみ自由度を持った、安定性に優れた静圧形直動案内ユニットを容易に製作することができる。 The cross-sectional shape of the sliding gap is substantially polygonal, and a plurality of fluid discharge paths are adjacent to the sliding gap along a ridge line passing through each vertex of the substantially polygonal cross-sectional shape. The high-pressure fluids that are formed and ejected from the plurality of ejection holes merge and are discharged to the outside through the plurality of fluid discharge paths, respectively. This makes it possible to regulate the degree of freedom of rotation in a macro and macroscopic manner, and it is possible to easily manufacture a hydrostatic linear motion guide unit having a degree of freedom only in one axis direction and excellent in stability.
また、複数の流体排出路が前記のようにして形成されており、これらの流体排出路は、摺動隙間より比較的大きな空間であるため、それらの各々の内部の圧力が略均等な大気圧に維持され、複数の噴出孔からそれぞれ噴出する高圧流体が、これら複数の噴出孔から摺動隙間を経由して対応する流体排出路中に一様に噴出するようになり、流体排出路及び摺動隙間に存在する流体の各圧力を軸方向で略均一に保持することができる。これにより、スライダーの軸に対する非接触状態での保持が軸方向に偏らなくなり、スライダーの直動及び位置決めが円滑に行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等をさらに高精度に行うことができる。 In addition, a plurality of fluid discharge paths are formed as described above, and these fluid discharge paths are spaces that are relatively larger than the sliding gaps, so that the pressure inside each of them is substantially equal. The high-pressure fluids respectively ejected from the plurality of ejection holes are uniformly ejected from the plurality of ejection holes into the corresponding fluid ejection paths via the sliding gaps. Each pressure of the fluid existing in the moving gap can be held substantially uniformly in the axial direction. As a result, the non-contact holding of the slider in the non-contact state is not biased in the axial direction, the slider can be smoothly moved and positioned, and the slider can be positioned with a high degree of accuracy. it can.
さらに、複数の噴出孔が、摺動隙間に直交して開口するようにしてそれぞれ形成されるので、複数の噴出孔からそれぞれ噴出する高圧流体の動圧が摺動隙間に臨むスライダーの内周面に斜め方向から作用して、スライダーに余計な回転力や推進力を発生させるといったことがなくなる。加えて、複数の噴出孔が、それぞれの噴出孔から噴出した高圧流体が摺動隙間の断面形状の略多角形の各面状流路を軸の軸方向と直交する方向に同じ長さだけ流れて流体排出路に合流するようにして、それぞれ形成されるので、複数の噴出孔からそれぞれ噴出した高圧流体は、摺動隙間の各面状流路内を隣り合う2つの流体排出路の方向に二手に分かれて同じ流路長を流れることになり、噴出孔の中心を通る軸方向断面に対して対向する方向への圧力が等しくなり、スライダーの内周面の多角筒もしくは略多角筒の隣接する角部に余計な回転力が加わることがなくなる。これらにより、スライダーの直動及び位置決めがさらに円滑に、安定に行われて、ミクロな精度でのスライダーの位置決め等をさらに高精度に行うことができる。 Further, since the plurality of ejection holes are formed so as to open perpendicularly to the sliding gap, the inner peripheral surface of the slider in which the dynamic pressure of the high-pressure fluid ejected from the plurality of ejection holes faces the sliding gap, respectively. This prevents the slider from generating extra rotational force or propulsive force by acting from an oblique direction. In addition, the plurality of ejection holes allow the high-pressure fluid ejected from the respective ejection holes to flow in the same length in the direction orthogonal to the axial direction of the shaft through the substantially polygonal planar flow passages having a cross-sectional shape of the sliding gap. The high-pressure fluid ejected from the plurality of ejection holes is formed in each planar flow path of the sliding gap in the direction of two adjacent fluid discharge paths. It will be divided into two and will flow through the same flow path length, the pressure in the opposite direction to the axial cross section passing through the center of the ejection hole will be equal, and the polygonal cylinder on the inner peripheral surface of the slider or adjacent to the polygonal cylinder No extra rotational force is applied to the corners. As a result, the linear movement and positioning of the slider can be performed more smoothly and stably, and the positioning of the slider with micro-precision can be performed with higher accuracy.
また、複数の噴出孔が、軸に沿って直動するスライダーが該軸を常時覆う範囲にある該軸の内部にそれぞれ形成されるので、狭い領域におけるミクロな精度でのスライダーの位置決め等に際して、スライダーが移動する間も、複数の噴出孔のいずれもが外部に現れない範囲内に収まることになり、複数の噴出孔を経由する高圧流体の漏れ、消費量を最小に抑えることができる。 In addition, since the plurality of ejection holes are respectively formed inside the shaft in a range where the slider that moves linearly along the shaft always covers the shaft, the positioning of the slider with micro precision in a narrow region, etc. While the slider moves, all of the plurality of ejection holes are within the range where they do not appear outside, and leakage and consumption of the high-pressure fluid passing through the plurality of ejection holes can be minimized.
1…静圧形直動案内ユニット、10…軸、11…供給孔、12…噴出孔、20…スライダー、30…摺動隙間、31…流体排出路、40…複合静圧形直動案内ユニット。
DESCRIPTION OF
直動の案内をする軸と、該軸に微小な摺動隙間を残して嵌合させられて、該軸に沿って直動するスライダーとを備え、該摺動隙間に供給された高圧流体により、該軸と該スライダーとが非接触状態に保持されて、該スライダーが該軸に沿って直動するようにされて成る静圧形直動案内ユニットにおいて、該軸の内部に高圧流体供給路を形成し、高圧流体供給源から供給された高圧流体が、該高圧流体供給路を通って該摺動隙間に導かれるようにする。 A linear guide, and a slider that is fitted to the shaft leaving a small sliding gap and moves linearly along the shaft. In the static pressure type linear motion guide unit in which the shaft and the slider are held in a non-contact state, and the slider moves linearly along the shaft, a high pressure fluid supply path is provided inside the shaft. The high-pressure fluid supplied from the high-pressure fluid supply source is guided to the sliding gap through the high-pressure fluid supply path.
該高圧流体供給路は、軸の軸方向に沿って形成された供給孔と、該供給孔から分岐し、摺動隙間に開口するようにして形成された複数の噴出孔とから画成されるものとする。
摺動隙間は、その断面形状を略多角形とし、摺動隙間には、その断面形状の略多角形の各頂点を通る稜線に沿って、複数の流体排出路を形成し、複数の噴出孔からそれぞれ噴出した高圧流体が合流して、複数の該流体排出路をそれぞれ通って外部に排出されるようにする。The high-pressure fluid supply path is defined by a supply hole formed along the axial direction of the shaft, and a plurality of ejection holes formed so as to branch from the supply hole and open to the sliding gap. Shall.
The sliding gap has a substantially polygonal cross-sectional shape, and the sliding gap forms a plurality of fluid discharge paths along a ridge line passing through each vertex of the substantially polygonal cross-sectional shape, and a plurality of ejection holes The high-pressure fluids ejected from each of the fluids merge to be discharged to the outside through the plurality of fluid discharge paths.
高圧流体の複数の噴出孔は、摺動隙間に直交して開口するようにするとともに、軸に沿って直動するスライダーが該軸を常時覆う範囲にある該軸の内部に、それぞれ形成することとする。 A plurality of high-pressure fluid ejection holes should be formed perpendicular to the sliding gap and formed inside the shaft in a range where a slider that moves linearly along the shaft always covers the shaft. And
次に、本願の発明の一実施例(実施例1)について説明する。
図1は、本実施例1の静圧形直動案内ユニットの概略斜視図、図2は、同側面図である。本実施例1の静圧形直動案内ユニットは、軸に嵌合するスライダーを該軸に対して非接触状態で直動(直進移動)させるに際して、その摺動部の直動案内軸受として機能するものである。この場合、そのスライダーは、部品を載置して位置決めするステージもしくはその基台をなし、その位置決めは、狭いミクロな領域において、数ミクロンあるいはナノ単位の非常にミクロな精度で行われる。このような静圧形直動案内ユニットは、半導体製造装置などの精密機械器具製造装置において使用されて特に好適なものである。Next, an embodiment (Embodiment 1) of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a static pressure linear motion guide unit according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side view thereof. The static pressure type linear motion guide unit of the first embodiment functions as a linear motion guide bearing for the sliding portion when the slider fitted to the shaft is linearly moved (straightly moved) in a non-contact state with respect to the shaft. To do. In this case, the slider serves as a stage or a base for placing and positioning the component, and the positioning is performed with a very small accuracy of several microns or nano units in a narrow micro area. Such a static pressure linear motion guide unit is particularly suitable when used in a precision instrument manufacturing apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus.
本実施例1の静圧形直動案内ユニット1は、図1及び図2に図示されるように、直動の案内をする軸10と、該軸10に微小な摺動隙間30を残して嵌合させられて、該軸10に沿って直動するスライダー20とを備えている。摺動隙間30には、図示されない高圧流体供給源から高圧エア等の高圧流体が供給され、この供給された高圧流体により、軸10とスライダー20とが非接触状態に保持されて、モータ等の駆動源の作動により、スライダー20が軸10に沿って、非常に低い摩擦で、直動するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the hydrostatic linear
軸10の基本断面形状は、正三角形であり、これに呼応して、軸10に微小な摺動隙間30を残して嵌合させられたスライダー20の内周面の基本断面形状も、正三角形である。したがって、軸10の基本形状は、正三角柱であり、スライダー20の内周面の基本形状は、正三角筒である。そして、これら正三角柱と正三角筒との対向面間に、基本断面形状が正三角形とされた摺動隙間30が形成されているものである。この摺動隙間30は、面方向の広がりの全ての部分において、一様な幅(厚さ)を有している。なお、スライダー20の断面の外形輪郭形状は、その上に直接もしくはステージ装置を介して間接に載置される部品の大きさ、形状に応じて、正方形にされる場合もあるし、長方形にされる場合もある。
The basic cross-sectional shape of the
ここで、軸10の内部には、前記した高圧流体を摺動隙間30に導くための高圧流体供給路が形成されている。この高圧流体供給路は、軸10の軸方向に沿って形成された比較的大径の1つの供給孔11と、該供給孔11から分岐し、摺動隙間30及び軸10の正三角柱の各面にそれぞれ直交して開口するようにして形成された比較的小径の適数(複数)の噴出孔12とにより画成されている。これらの噴出孔12は、本実施例1においては、軸10の正三角柱の各面を幅方向に二分する位置に軸方向に沿って複数形成されている。 供給孔11は、軸10の一方の端部において高圧流体供給源に管、ホース等を介して接続されている。なお、この供給孔11は、軸10の両方の端部において高圧流体供給源に接続されるように構成されても良い。
Here, a high-pressure fluid supply path for guiding the high-pressure fluid described above to the sliding
また、軸10の正三角柱の3つの稜線の各々は、1つの平面でそれぞれ切り落とされて、スライダー20の内周面の正三角筒の3つの角部との間に、側面視略正三角形状の3つの流体排出路31が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。このようにして、摺動隙間30の基本断面形状の正三角形は略正三角形に変形させられ(摺動隙間30の全体形状としては、略正三角筒に変形させられ)、その各頂点を通る稜線に沿って、3つの膨大化された流体排出路31が摺動隙間30に隣接してそれぞれ形成されることになる。これにより、軸10の基本断面形状の正三角形は、図示のように(図1、図2参照)、略正三角形に変形される。但し、その変形量は、これらの図において、理解を容易にするために意図的に拡大されている。
Further, each of the three ridge lines of the equilateral triangular prism of the
この流体排出路31の通路の大きさは、摺動隙間30の通路としての大きさよりも大きく、後述するように複数の噴出孔12から噴出する高圧流体を集めて、これをユニット外部に導くのに適している。そこで、軸10の略正三角柱の各面に開口する複数の噴出孔12の吹出し口からそれぞれ噴出した高圧流体は、摺動隙間30内(正確には、摺動隙間30の断面形状略正三角形の各面状流路内)を隣り合う2つの流体排出路31の方向に二手に分かれて同じ流路長を流れ(図2中の矢印及び流路長a、b参照。ここで、a=bである。)、その先の流体排出路31において合流し、この流体排出路31を通って外部に排出される。その排出方向は、高圧流体の供給方向と反対方向とされても良いし(図1参照)、同じ方向とされても良いし、軸方向略中央部を境にして両方向とされても良い。このようにして、複数の噴出孔12からそれぞれ噴出した高圧流体の流れは安定し、スライダー20の軸10に対する定常的な浮上を得ることが可能になる。
The size of the passage of the
流体排出路31の形成の仕方は、図3に図示されるように変形されても良い。
この図3に図示される流体排出路31は、軸10の正三角柱の各稜線が凹状に陥没させられ、また、スライダー20の内周面の正三角筒の各角部が凹状に陥没させられて、これら両凹状陥没部が合わされることにより、そこに、断面略円形の流体排出路31として形成されたものである。これにより、スライダー20の内周面の断面形状の正三角形は、図示のように変形される(図3参照)。The method of forming the
In the
本実施例1の静圧形直動案内ユニット1は、前記のとおり、そのスライダー20の位置決めが、狭いミクロな領域において、数ミクロンあるいはナノ単位の非常にミクロな精度で行われる場合に使用されるものである。したがって、スライダー20の直動量は、数100ミクロンから数ミリ程度までの微小量であるから、複数の噴出孔12は、軸10に沿って直動するスライダー20が該軸10を常時覆う範囲にある該軸10の内部にそれぞれ形成されることが可能である。複数の噴出孔12をこのようにして形成することによって、複数の噴出孔12を経由する高圧流体の漏れ及び消費量を最小限に抑えることができる。
As described above, the static pressure linear
本実施例1の静圧形直動案内ユニット1は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
軸10とスライダー20との間の摺動隙間30に高圧流体を導いて、これらを非接触状態に保持するための高圧流体供給路が、固定側となる軸10の内部に形成されているので、移動側となるスライダー20の直動が障害なく行われて、ミクロな精度でのスライダー20の位置決め等(位置決め、正確な直動動作等)を高精度に行うことができる。また、構造が簡単になり、製作コストの低減を図ることができる。Since the static pressure linear
Since the high-pressure fluid supply path for guiding the high-pressure fluid to the sliding
また、高圧流体供給路が、軸10の軸方向に沿って形成された供給孔11と、該供給孔11から分岐し、摺動隙間30に開口するようにして形成された複数の噴出孔12とから画成されているので、軸10の内部を通して軸10とスライダー20との間の摺動隙間30に高圧流体を導く高圧流体供給路の構造を簡単にして、これを軸10の内部に容易に形成することができる。
The high-pressure fluid supply path has a
また、摺動隙間30は、その断面形状が略正三角形とされ、その摺動隙間30には、その断面形状の略正三角形の各頂点を通る稜線に沿って、複数の流体排出路31が隣接して形成され、複数の噴出孔12からそれぞれ噴出した高圧流体が合流して、複数の流体排出路31をそれぞれ通って外部に排出されるようにされているので、軸10とスライダー20との軸心回りの相対的・巨視的な旋回自由度を規制することが可能になり、1軸方向にのみ自由度を持った、安定性に優れた静圧形直動案内ユニット1を容易に製作することができる。
The cross-sectional shape of the sliding
さらに、複数の流体排出路31が前記のようにして形成されており、これらの流体排出路31は、摺動隙間30より比較的大きな空間であるため、それらの各々の内部の圧力が略均等な大気圧に維持され、複数の噴出孔11からそれぞれ噴出する高圧流体が、これら複数の噴出孔11から摺動隙間30を経由して対応する流体排出路31中に一様に噴出するようになり、流体排出路31及び摺動隙間30に存在する流体の各圧力を軸方向で略均一に保持することができる。これにより、スライダー20の軸10に対する非接触状態での保持が軸方向で偏らなくなり、スライダー20の直動及び位置決めが円滑に行われて、ミクロな精度でのスライダー20の位置決め等をさらに高精度に行うことができる。
Further, since the plurality of
この点について、さらに敷衍すれば、流体排出路31が摺動隙間30より比較的小さな空間であると、流体排出路31内の圧力が軸方向全長に渡って略均等な大気圧に維持されずに、軸方向内側で大気圧から乖離した高い圧力になり、軸方向外側で大気圧に近い低い圧力になり、軸方向において圧力差が生ずる。このようになると、軸方向に沿って形成された複数の噴出孔11からそれぞれ噴出する高圧流体は、これら複数の噴出孔11から摺動隙間30を経由して対応する流体排出路31中に一様に噴出することができなくなり、スライダー20の軸10に対する非接触状態での保持が軸方向で偏くことになり、スライダー20のミクロな精度での位置決め等を高精度に行うことができなくなる。
In this regard, if the
また、軸10の略正三角柱の各面及びスライダー20の内周面の正三角筒もしくは略正三角筒の各面に作用する高圧流体の圧力は、それぞれ軸10の回りで互いに打ち消し合うので、スライダー20を軸回りに相対的・微視的に回転させようとする力(回転力又はトルク)が発生しないことになり、また、スライダー20の軸10に対する非接触状態での保持が半径方向に偏らなくなり、これらにより、譬え、軸方向に高圧流体の供給方向から排出方向へ流体圧力の微妙な非対称性(上流側が高圧で、下流側が低圧)が発生したとしても、スライダー20の傾きが発生することがなく、スライダー20の直動及び位置決めに係る前記のような効果をさらに高めることができる。
Further, since the pressures of the high pressure fluids acting on each surface of the substantially triangular prism of the
また、複数の噴出孔12が、摺動隙間30に直交して開口するようにしてそれぞれ形成されているので、複数の噴出孔12からそれぞれ噴出する高圧流体の動圧が摺動隙間30に臨むスライダー20の内周面に斜め方向から作用して、スライダー20に余計な回転力や推進力を発生させるといったことがない。加えて、複数の噴出孔12からそれぞれ噴出した高圧流体は、摺動隙間30の断面形状略正三角形の各面状流路内を隣り合う2つの流体排出路31の方向に二手に分かれて同じ流路長を流れる(a=b)ので、噴出孔12の中心を通るX−X断面(軸方向断面)に対して対向する方向への圧力が等しくなり、スライダー20の内周面の正三角筒もしくは略正三角筒の隣接する角部に余計な回転力が加わることもなくなる。これらの面からも、スライダー20の直動及び位置決めに係る前記のような効果をさらに高めることができる。
Further, since the plurality of ejection holes 12 are formed so as to open perpendicularly to the sliding
さらに、複数の噴出孔11が、軸10に沿って直動するスライダー20が該軸10を常時覆う範囲にある該軸10の内部にそれぞれ形成されているので、狭い領域におけるミクロな精度でのスライダー20の位置決め等に際して、複数の噴出孔11を経由する高圧流体の漏れ、消費量を最小限に抑えることができる。
Further, since the plurality of ejection holes 11 are respectively formed inside the
なお、本実施例1は、軸10の基本断面形状の正三角形、スライダー20の内周面の基本断面形状の正三角形、摺動隙間30の基本断面構造の正三角形を、いずれも正五角形、正七角形等、奇数の正多角形に変形することにより、さらに変形実施することが可能である。これらの変形例も、本実施例1の静圧形直動案内ユニット1が奏する効果と同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, a regular triangle with a basic cross-sectional shape of the
次に、本願の発明の他の実施例(実施例2)について説明する。
図4は、本実施例2の静圧形直動案内ユニットの側面図である。本実施例2の静圧形直動案内ユニット1は、実施例1の静圧形直動案内ユニット1と比較すると、軸10の基本断面形状が長方形(四角形)をなし、スライダー20の内周面の基本断面形状が長方形をなし、摺動隙間30の基本断面構造が長方形をなしている点で異なっている。この場合において、これらの長方形は、必ずしも正方形(正四角形)とされる必要はない。Next, another embodiment (embodiment 2) of the present invention will be described.
FIG. 4 is a side view of the static pressure linear motion guide unit of the second embodiment. Compared with the hydrostatic linear
また、細部の点で、摺動隙間30の断面構造の四隅の形状が、軸10等の基本断面形状が長方形とされることに起因して、実施例1の静圧形直動案内ユニット1のそれとわずかに異なっている。すなわち、本実施例2の静圧形直動案内ユニット1においては、軸10の四角柱の4つの稜線の各々が1つの平面で切り落とされて、スライダー20の内周面の四角筒の4つの角部との間に、側面視略三角形状の4つの流体排出路31が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。
本実施例2の静圧形直動案内ユニット1は、以上の点で実施例1の静圧形直動案内ユニット1と異なっているが、その他の点で特に異なるところはないので、詳細な説明を省略する。Further, in terms of details, the shape of the four corners of the cross-sectional structure of the sliding
The static pressure linear
本実施例2の静圧形直動案内ユニット1は、前記のように構成されており、軸10の四角柱の各面及びスライダー20の内周面の四角筒の各面に作用する高圧流体の圧力が、それぞれ軸10の回りで互いに打ち消し合うことになるので、軸10の回りでスライダー20を回転させようとする力(回転力又はトルク)が発生しないことになり、また、スライダー20の軸10に対する非接触状態での保持が半径方向に偏らなくなり、これらにより、譬え、軸方向に高圧流体の供給方向から排出方向へ流体圧力の微妙な非対称性(上流側が高圧で、下流側が低圧)が発生したとしても、スライダー20の傾きが発生することがなく、スライダー20の直動及び位置決めが円滑に行われて、ミクロな精度でのスライダー20の位置決め等を高精度に行うことができる。
その他、実施例1の静圧形直動案内ユニット1が奏する効果と同様の効果を奏することができる。The static pressure linear
In addition, the same effect as that produced by the static pressure linear
本実施例2の静圧形直動案内ユニット1は、図5及び図6に図示されるように変形されることができる。
図5に図示される本実施例2の変形例においては、スライダー20の内周面の四角筒の4つの角部の各々が陥没させられて、軸10の四角柱との間に側面視略円形状の4つの流体排出路31が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。また、図6に図示される本実施例2のさらなる変形例においては、軸10の四角柱の4つの角部の各々及びスライダー20の内周面の四角筒の4つの角部の各々がそれぞれ陥没させられて、これら対向する両陥没部が合わさって、側面視略円形状の4つの流体排出路31が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。これらの変形例も、本実施例2の静圧形直動案内ユニット1が奏する効果と同様の効果を奏することができる。The static pressure linear
In the modification of the second embodiment shown in FIG. 5, each of the four corners of the square cylinder on the inner peripheral surface of the
本実施例2は、軸10の基本断面形状の長方形、スライダー20の内周面の基本断面形状の長方形、摺動隙間30の基本断面構造の長方形を、いずれも六角形、八角形等偶数の多角形に変形することにより、さらに変形実施することが可能である。いずれの場合においても、それらの断面形状は、軸10の中心を通る水平面に対して上下対称、軸10の中心を通る垂直面に対して左右対称になるようにされる必要がある。このようにすることにより、これらの変形例も、本実施例2の静圧形直動案内ユニット1が奏する効果と同様の効果を奏するようにすることが可能である。
In the second embodiment, the basic cross-sectional rectangle of the
なお、本願の発明は、以上の実施例及び変形例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の変形が可能である。
例えば、軸10の断面形状の多角形、スライダー20の内周面の断面形状の多角形、摺動隙間30の断面構造の多角形は、いずれも楕円形に変形することが可能である。The invention of the present application is not limited to the above embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, the polygon of the cross-sectional shape of the
また、図7に図示されるように、実施例1の静圧形直動案内ユニット1の変形例(図3参照)を上下逆にして2つ組み合わせ、各静圧形直動案内ユニット1のスライダー20を同一の材料から一体に作り出すようにして、両静圧形直動案内ユニット1を一体化することにより、複合静圧形直動案内ユニット40を得るようにしても良い。
さらに、スライダー20を固定側にし、軸10を移動側にして用いることも可能である。但し、この場合には、軸10の直動が障害なく行われることにはならず、ミクロな精度での軸10の位置決め等を高精度に行うことがやや難しくなる。
Further, as shown in FIG. 7, two modified examples (see FIG. 3) of the static pressure linear
Furthermore, it is possible to use the
Claims (6)
前記軸に微小な摺動隙間を残して嵌合させられて、前記軸に沿って直動するスライダーと
を備え、
前記摺動隙間に供給された高圧流体により、前記軸と前記スライダーとが非接触状態に保持されて、前記スライダーが前記軸に沿って直動するようにされて成る
静圧形直動案内ユニットにおいて、
前記軸の内部には、高圧流体供給路が形成され、
高圧流体供給源から供給された前記高圧流体が、前記高圧流体供給路を通って前記摺動隙間に導かれるようにされている
ことを特徴とする静圧形直動案内ユニット。A shaft that guides linear motion,
A slider that is fitted to the shaft leaving a small sliding gap and moves linearly along the shaft;
A hydrostatic linear guide unit in which the shaft and the slider are held in a non-contact state by the high-pressure fluid supplied to the sliding gap so that the slider moves linearly along the shaft. In
A high-pressure fluid supply path is formed inside the shaft,
A static pressure linear motion guide unit, wherein the high pressure fluid supplied from a high pressure fluid supply source is guided to the sliding gap through the high pressure fluid supply path.
前記軸の軸方向に沿って形成された供給孔と、
前記供給孔から分岐し、前記摺動隙間に開口するようにして形成された複数の噴出孔とから画成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の静圧形直動案内ユニット。The high-pressure fluid supply path is
A supply hole formed along the axial direction of the shaft;
2. The hydrostatic linear motion guide unit according to claim 1, wherein the static pressure linear motion guide unit is defined by a plurality of ejection holes that are branched from the supply holes and open to the sliding gap. 3.
前記摺動隙間には、その断面形状の略多角形の各頂点を通る稜線に沿って、複数の流体排出路が隣接して形成され、
複数の前記噴出孔からそれぞれ噴出した前記高圧流体が合流して、複数の前記流体排出路をそれぞれ通って外部に排出されるようにされている
ことを特徴とする請求項2に記載の静圧形直動案内ユニット。The sliding gap has a substantially polygonal cross-sectional shape,
In the sliding gap, a plurality of fluid discharge passages are formed adjacent to each other along a ridge line passing through each vertex of the substantially polygonal shape of the cross section,
3. The static pressure according to claim 2, wherein the high-pressure fluids ejected from the plurality of ejection holes are merged and discharged to the outside through the plurality of fluid discharge paths, respectively. Linear motion guide unit.
The plurality of ejection holes are respectively formed inside the shaft in a range in which the slider that moves linearly along the shaft always covers the shaft. The static pressure linear motion guide unit described.
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