JP2013130260A - 液体静圧直動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体２の移動時の姿勢変化を抑制できる構造を実現する。
【解決手段】凹部４内の液体供給孔７の位置が、次のような条件を満たすように配置する。即ち、可動体２の重心Ｇとそれぞれの凹部４内の液体供給孔７の幾何学的重心となる液体供給点Ｐとのそれぞれの移動方向の距離の総和が、可動体２の重心Ｇと凹部４の中心Ｎとのそれぞれの移動方向の距離の総和よりも大きくする。これにより、可動体２の移動時のモーメントの変動を抑えられ、姿勢変化を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば超精密加工機などに用いられる、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置に関する。

直動案内装置として、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置が知られている。静圧軸受とは、可動体の軸受面と案内部材の案内面との間の軸受隙間に、強制的に加圧流体を供給することによって潤滑流体膜を形成し、この潤滑流体膜の圧力によって可動体を非接触で浮上させる方式の軸受である。作動流体に液体を用いる液体静圧軸受においては、多くの場合、図８（ａ）に示すように、可動体２に、軸受面３（斜格子領域）に開口した凹部４が形成されている。なお、図８（ｂ）に示すように、軸受面３から凹部４の開口面５（梨地領域）を除いた部分をランド６（格子領域）と呼ぶ。したがって、軸受面３は凹部４の開口面５とランド６とから成る。

凹部４の開口面５はランド６に内包されており、図９（ａ）に示すように、凹部４は、ランド６と案内面１によって形成される軸受隙間８に対して十分な深さを持っている。この凹部４を設けることによって、圧力降下を生じることなく軸受面３に加圧流体を充填させることができる。このため、図９（ａ）と（ｂ）を比較してわかるように、凹部４を設けない場合と比べて、同じ寸法の液体静圧軸受でより大きな圧力の積分値、即ち浮上力を得る事ができる。

しかし、凹部４を設けた場合、可動体２が移動した場合に可動体２の姿勢が傾く可能性がある。即ち、図９（ｃ）に示すように、可動体２が図内左方向に移動すると、凹部４が流体溜まりになっていることで、軸受隙間８の図内右側で絞られる流量が増える。この結果、図内右側、すなわち可動体移動方向後方で圧力が高くなる圧力勾配が生じる。したがって、静止時に釣り合っている可動体２の重心周りのモーメントが、可動体２の移動により、移動方向後方部を持ち上げる方向に変動し、可動体２の姿勢変化を生じてしまう。

通常、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置では、可動体を挟み込むように同形式・同形状の軸受を対向配置することで、圧力分布の変動や偏りを打ち消し合う方法が一般的である。一方、同形式・同形状の軸受を対向配置しない場合に、可動体の姿勢変化を抑制する先行技術としては、可動体の傾きを検出して、静圧案内面に供給する流体の圧力を変化させる構造が提案されている（特許文献１）。

特開昭６２−２４１６２９号公報

しかしながら、一般的な方法である静圧軸受の対向配置では装置の大型化や加工・組立の困難化を招く。一方、特許文献１に記載の技術の場合、傾きを検出する手段や傾きを補正するための手段を備えるために、装置の複雑化や大型化を招く。

本発明は、このような事情に鑑み、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体の移動時の姿勢変化を抑制できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明は、案内面を有する案内部材と、前記案内面との間で液体静圧軸受を構成する軸受面を有し、前記案内面に向けて与圧が付与された状態で配置され、前記案内部材に沿って移動する可動体と、前記軸受面と前記案内面との間に液体を供給する液体供給手段と、を備えた液体静圧直動案内装置において、前記可動体は、前記軸受面を移動方向に複数並べて配置し、複数の前記軸受面は、それぞれ、前記案内面に向けて開口する凹部と、前記凹部の底面もしくは壁面に配置されて前記液体供給手段から液体が供給される液体供給孔とが形成され、複数の前記液体供給孔は、それぞれの前記凹部内の前記液体供給孔の幾何学的重心となる液体供給点と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和が、前記凹部の中心と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように配置されている、ことを特徴とする液体静圧直動案内装置にある。

本発明によれば、複数の軸受面にそれぞれ形成する凹部と、各凹部の底面にそれぞれ形成する液体供給孔との位置関係を規制することにより、可動体の移動時の可動体の重心周りのモーメント変動を小さくできる。このため、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体の移動時の姿勢変化を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る、（ａ）は液体静圧直動案内装置の概略構成断面図、（ｂ）はそれぞれの軸受隙間の圧力分布を示す図、（ｃ）はそれぞれの軸受面での浮上力と浮上力作用点を模式的に示す図。 （ａ）は可動体の静止時の、（ｂ）は可動体の移動時の、それぞれ、軸受隙間の圧力分布（左図）と、圧力分布が浮上力と浮上力作用点で置き換えられることを示す図（右図）。 液体静圧軸受の液体供給点と凹部の中心とを説明するための、可動体の一部断面図（上図）と、凹部のみを示す平面図（下図）。 複数の液体供給孔を有する場合の液体供給点を説明するための、可動体の一部断面図（上図）と、凹部のみを示す平面図（下図）。 液体供給点が、（ａ）は凹部の中心と同位置に、（ｂ）は中心より移動方向前方に、（ｃ）は中心より移動方向後方に配置された場合の、液体静圧軸受の断面図（左上図）、軸受隙間の圧力分布（左下図）、浮上力及び浮上力作用点（右図）。 本発明の第２の実施形態に係る液体静圧直動案内装置の概略構成断面図。 本発明の第３の実施形態に係る液体静圧直動案内装置の概略構成断面図。 軸受面（（ａ）の斜格子領域）と、凹部（（ｂ）の梨地領域）と、ランド（（ｂ）の格子領域）との関係を説明するための、液体静圧軸受の概略構成斜視図。 （ａ）は軸受面に凹部を形成した構成の静止時の、（ｂ）は軸受面に凹部を形成しない構成の静止時の、（ｃ）は軸受面に凹部を形成した構成の移動時の、それぞれ、液体静圧軸受の概略構成断面図（上図）と、軸受隙間の圧力分布を示す図（下図）。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。まず、液体静圧直動案内装置の概略構成について、図１（ａ）を用いて説明する。

［液体静圧直動案内装置］
本実施形態の液体静圧直動案内装置は、図１（ａ）に示す様に、案内部材１ａと、可動体２と、液体供給手段である加圧液体供給装置９とを備える。案内部材１ａは、例えばレール状の部材で、片面に可動体２の移動方向と平行な案内面１を有する。可動体２は、例えば、超精密加工機のワークを載置するステージなどであり、不図示の駆動機構により案内部材１ａに沿って、図１（ａ）の矢印方向（左右方向）に移動自在に配置されている。駆動機構としては、例えばボールねじ機構などが挙げられる。即ち、案内部材１ａと平行に雄ねじを配置し、可動体２に設けた雌ねじ部にこの雄ねじをボールを介して螺合させる。そして、モータを駆動して雄ねじを回転させることにより、可動体２が雄ねじと雌ねじ部との螺合に基づき雄ねじに沿って移動する。

本実施形態の場合、このような可動体２の案内部材１ａに対する支持を液体静圧軸受により構成している。このために、可動体２は、案内面１との間で液体静圧軸受を構成する軸受面３を有し、案内面１に向けて与圧が付与された状態で配置されている。なお、この与圧は、磁石を用いた磁気吸引力（或いは反発力）によるものや、流体によるものなど非接触の手段により付与され、可動体２の軸受面３が案内面１に押し付けられる方向に作用する。与圧は、可動体２の移動方向全体にほぼ均一に作用させることが好ましく、少なくとも、可動体２の重心周りでモーメントが釣り合うようにする。

液体静圧軸受は、可動体２の軸受面３と案内部材１ａの案内面１との間の軸受隙間８に、強制的に加圧流体を供給することによって潤滑流体膜を形成する。そして、この潤滑流体膜の圧力と上述の与圧とのバランスによって可動体２を非接触で浮上させる。

加圧液体供給装置９は、例えばポンプなどで、軸受面３と案内面１との間に一定の圧の液体を供給する。本実施形態の場合、加圧液体供給装置９から可動体２の流体経路９ａを介して、軸受面３と案内面１との間に液体を供給している。また、流体経路９ａの上流には、図示しない絞りを設け、加圧液体供給装置９から送られる加圧液体の圧力を一旦下げてから、流体経路９ａに送るようにしている。

このように構成される本実施形態の液体静圧直動案内装置の場合、可動体２は、軸受面３を可動体２の移動方向に複数並べて配置している。なお、図示の例の場合、移動方向に２個並べているが、３個以上並べても良いし、図１（ａ）の紙面表裏方向にも並べてあっても良い。何れにしても、軸受面３は、少なくとも可動体２の移動方向に複数並べて配置されている。

複数の軸受面３は、それぞれ、案内面１に向けて開口する凹部４と、凹部４の底面４ａに配置されて加圧液体供給装置９から液体が供給される液体供給孔７とが形成されている。なお、液体供給孔７は、凹部４の壁面に形成されていても良い。本実施形態の場合、前述の図８で説明した場合と同様に、軸受面３から凹部４の開口面５を除いた部分をランド６と呼ぶ。したがって、軸受面３は凹部４の開口面５とランド６から成る。凹部４の開口面５はランド６に内包されている。

凹部４に形成された液体供給孔７は、流体経路９ａに接続されており、加圧液体供給装置９から供給される加圧液体は、液体供給孔７を通して、凹部４、及び案内面１とランド６から成る軸受隙間８に供給される。そして、上述のように液体静圧軸受を形成する。なお、軸受面３及び凹部４の開口面５の形状は、前述の図８に示したような正方形以外に、長方形、円形、楕円形などの任意の形状とすることができる。また、凹部がこのような任意の形状である場合、その中心はその形状の幾何学的重心とする。また、軸受面３の面積、凹部４の開口面５の面積については、それぞれの軸受面３で異なっていても良いし、同じであっても良い。但し、可動体２の静止時に可動体２の重心Ｇ周りのモーメントが釣り合うように設定する。

［液体供給孔の位置］
次に、各凹部４内での液体供給孔７の位置について説明する。可動体２の静止時には、液体供給孔７の位置に拘らず、軸受面３に凹部４を有する液体静圧軸受の軸受隙間８では、一般的に図２（ａ）の左図に示したような圧力分布を形成する。本明細書では、この圧力分布の積分値を、その軸受面３に作用する可動体２を浮上させる力（案内面１と反対方向に働く力）である浮上力と呼ぶ。

また、図２（ａ）左図における圧力分布は、図２（ａ）右図に示したように、浮上力とその作用点を用いて等価に置き換えることができるが、この浮上力の作用点を本明細書では浮上力作用点Ｑと呼ぶ。即ち、軸受隙間８の圧力分布の可動体２の移動方向と平行な断面を移動方向と垂直方向に複数取った場合に、その断面積が平均となる断面を、移動方向両側に面積を２等分する作用線上の点を浮上力作用点Ｑと言う。本実施形態の場合、軸受面３の形状は正方形で、凹部４と開口面５との間の空間の形状は直方体となる。このため、軸受隙間８の圧力分布の可動体２の移動方向と平行な断面を移動方向と垂直方向に複数取った場合の断面積はほぼすべて同じとなる。このため、軸受隙間８の可動体２の移動方向と平行な任意の断面の圧力分布が、図２（ａ）に示す圧力分布となり、この圧力分布の面積を移動方向両側に２等分する線が作用線となり、浮上力作用点Ｑは、この作用線上に存在する。

図２（ａ）に示す様に、可動体２の静止時の圧力分布は、圧力分布の中心に対して対象となり、可動体２の移動方向に関して釣り合った状態である。即ち、浮上力作用点Ｑは圧力分布の中央に位置する。これに対して、液体供給孔７が凹部４の可動体２の中心にある場合、可動体２を図２の左方向に移動させると、前述の図９（ｃ）で説明したように、図２（ｂ）左図に示すように右側で高くなるような圧力分布となる。そして、図２（ｂ）右図に示す様に浮上力作用点Ｑが、図２（ａ）に示した場合よりも右側に移動することになる。

なお、図３に示すように、凹部４の開口面５の幾何学的重心を凹部４の中心Ｎと呼ぶ。また、液体供給孔７の中心を凹部４の開口面５に垂直に投影した点を、その凹部４における液体供給点Ｐと呼ぶ。また、液体供給孔７は、図４に示す様に、凹部４内に複数設けても良い。この場合、液体供給点Ｐは、凹部内の複数の液体供給孔７の幾何学的重心とする。液体供給孔７が１個の凹部４に対して１個の場合は、図３に示したように、その中心が液体供給点Ｐとなる。以下、代表して、液体供給孔７が１個の凹部４に対して１個の場合について説明するが、液体供給孔７が１個の凹部４に対して複数ある場合に、上述のようにその幾何学的重心を液体供給点Ｐとして、同様に扱える。

本実施形態の場合、液体供給点Ｐが次の条件を満たす様に、複数の液体供給孔７を配置している。即ち、それぞれの凹部内の液体供給点Ｐと可動体２の重心Ｇとのそれぞれの移動方向の距離の総和が、凹部の中心Ｎと可動体２の重心Ｇとのそれぞれの移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように、各液体供給孔７を配置している。本実施形態の場合、複数の軸受面３と、複数の凹部４と、複数の液体供給孔７とが、可動体２の移動方向に垂直で、かつ可動体２の重心Ｇを通る仮想平面Ｍについて対称に配置されている。

したがって、各液体供給孔７は、自身を有する凹部４の底面中央より可動体２の外端側に寄せられて配置されている。より詳細には、可動体２の移動方向に関して、液体供給点Ｐと可動体２の重心Ｇとの離間距離Ｌｓが、その液体供給点Ｐ自身を有する凹部４の中心Ｎと可動体２の重心Ｇとの離間距離Ｌｐより、大きくなる位置に各液体供給孔７が配置されている。これら離間距離Ｌｓと離間距離Ｌｐとの差を、液体供給点Ｐと凹部４の中心Ｎの離間距離Ｄとする。

図１（ａ）内の位置関係で言えば、可動体２の重心Ｇより左側にある液体静圧軸受の凹部４では、その凹部４の中心Ｎより左側に液体供給点Ｐが位置する。一方、可動体２の重心Ｇより右側にある液体静圧軸受の凹部４では、その凹部４の中心Ｎより右側に液体供給点Ｐが位置している。

［静止時と移動時の重心周りのモーメント変動］
本実施形態の場合、このような構成で可動体２が図１（ａ）の左側に移動すると、可動体２の移動方向前方に存在する、図１（ａ）の左側の液体静圧軸受の軸受隙間８の圧力分布は、図１（ｂ）左図のようになる。一方、可動体２の移動方向後方に存在する、図１（ａ）の右側の液体静圧軸受の軸受隙間８の圧力分布は、図１（ｂ）右図のようになる。即ち、移動方向前方の液体静圧軸受の圧力分布は、全体として静止時（破線）よりも圧力が上昇し、且つ、移動方向後方で圧力が上昇するように傾く。一方、移動方向後方の液体静圧軸受の圧力分布は、全体として静止時（破線）よりも圧力が低下し、且つ、移動方向後方で圧力が上昇するように傾く。

このような圧力分布となる結果、図１（ｃ）に示す様に、移動方向前方の液体静圧軸受の浮上力Ｆｄ１は、静止時の浮上力Ｆｓ１よりも大きくなると共に、浮上力作用点が静止時よりも移動方向後方にシフトする。一方、移動方向後方の液体静圧軸受の浮上力Ｆｄ２は、静止時の浮上力Ｆｓ２よりも小さくなると共に、浮上力作用点が静止時よりも移動方向後方にシフトする。

この結果、移動時における移動方向前方の液体静圧軸受による可動体２の重心Ｇ周りのモーメントは、静止時に比べて重心からの距離が短くなるが、作用する力が大きくなる。一方、移動時における移動方向後方の液体静圧軸受による可動体２の重心Ｇ周りのモーメントは、静止時に比べて重心からの距離が長くなるが、作用する力が小さくなる。したがって、可動体２の移動時の可動体２の重心Ｇ周りのモーメント変動を小さくできる。このため、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体２の移動時の姿勢変化を抑制できる。

この点について、以下に詳しく説明する。まず、液体供給点Ｐを凹部の中心Ｎに配置した構成を比較例とし、本実施形態の効果をこの比較例と比較して説明する。液体静圧軸受による可動体２の重心Ｇ周りに働くモーメントは、液体静圧軸受による浮上力と、浮上力作用点と可動体２の重心Ｇとの距離の積で表される。この各液体静圧軸受による可動体２の重心Ｇ周りのモーメントの和は、可動体２の静止時では可動体２の重心Ｇ周りに釣り合っているとする。

比較例の液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置であれば、可動体２の移動時には、浮上力作用点が可動体２の移動方向後方に移動するため、可動体２の移動方向後方を持ち上げる方向にモーメントが変動する。しかし、本実施形態においては、浮上力作用点とともに、浮上力の大きさも変動する。この浮上力の変動は、可動体２の移動方向前方を持ち上げる方向である。したがって、可動体２の移動時のモーメントの変動を抑制することができる。更に詳細に説明する。

まず、液体供給点Ｐと凹部４の中心Ｎの位置関係によらず、浮上力作用点が可動体２の移動方向後方に移動することを説明する。可動体２の移動時には、凹部４が流体溜まりとなっていることで、可動体２の移動方向後方の軸受隙間８で絞られる流量が増える。一方、可動体２の移動方向前方の軸受隙間８では絞られる流量が減る。この結果、可動体２の移動方向後方に高くなっていく圧力勾配が生じる。これは液体供給点Ｐの位置に関係なく生じるため、液体供給点Ｐと凹部４の中心Ｎの位置関係によらず、浮上力作用点が可動体２の移動方向後方に移動する。

次に、液体静圧軸受の軸受面３において、可動体２の移動時に、液体供給孔７からの供給圧力より圧力が低下する圧力低下領域と、液体供給孔７からの供給圧力より圧力が上昇する圧力上昇領域が生じることを説明する。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の左図を用いるため、まず図の説明をする。図５の各図は、可動体２は図内左側に移動するものとして、それぞれの場合における圧力分布と、浮上力及び浮上力作用点を示した図である。なお、図示を簡易にするため、軸受隙間８での圧力降下は直線で近似してある。図５（ａ）は、液体供給点Ｐが凹部４の中心Ｎと一致する場合である。図５（ｂ）は液体供給点Ｐが凹部４の中心Ｎより可動体２の移動方向前方に位置する場合である。図５（ｃ）は液体供給点Ｐが凹部４の中心Ｎより可動体２の移動方向後方に位置する場合である。

図５の各左図に示したように、液体供給点Ｐにおける供給圧力Ｐｓは可動体２の移動時でも静止時と等しいため、移動時の凹部４における圧力勾配は液体供給点Ｐにおける供給圧力Ｐｓを基準として生じる。そのため、凹部４において、液体供給点Ｐより可動体２の移動方向前方では供給圧力Ｐｓより低下し、また、液体供給点Ｐより可動体２の移動方向後方では供給圧力Ｐｓより上昇する。この作用により、軸受面３における圧力分布は、移動時に静止時より圧力が低下する圧力低下領域Ａ１と、移動時に静止時より圧力が上昇する圧力上昇領域Ａ２が生じる。

次に、液体供給点Ｐの凹部４の中心Ｎに対する位置によって、軸受面３における可動体２の移動時の圧力低下領域と圧力上昇領域の割合を変えられることを説明する。圧力低下領域Ａ１と圧力上昇領域Ａ２の境界は液体供給点Ｐとなる。これは、次のような理由による。即ち、液体供給孔７から一定の圧力の液体が凹部４内に供給され、軸受隙間８に向けて流れている。したがって、液体供給点Ｐよりも移動方向前方では、液体供給孔７から液体が流れる方向が移動方向と逆方向になる。そして、供給される流量が減少する傾向となり、圧力が低下する。一方、液体供給点Ｐよりも移動方向後方では、液体供給孔７から液体が流れる方向が移動方向と同方向になる。そして、供給される流量が増加する傾向となり、圧力が上昇する。

したがって、液体供給点Ｐより可動体２の移動方向前方が圧力低下領域Ａ１、液体供給点Ｐより可動体２の移動方向後方が圧力上昇領域Ａ２となる。このため、液体供給点Ｐの凹部４の中心Ｎに対する位置を変えることによって、可動体２の移動時の、軸受面３における圧力低下領域Ａ１と圧力上昇領域Ａ２の割合を変化させることができる。

次に、各軸受面３における圧力低下領域Ａ１と圧力上昇領域Ａ２の割合を変えることによって、浮上力を変えられることを説明する。図５（ａ）左図に示すように、液体供給点Ｐと凹部４の中心Ｎが一致する場合、可動体２の移動時の圧力低下領域Ａ１ａと圧力上昇領域Ａ２ａが等しい。このため、可動体２の移動時において圧力低下領域Ａ１ａの圧力積分値Ｆ１ａと、圧力上昇領域Ａ２ａの圧力積分値Ｆ２ａが等しくなる。上述のように、圧力積分値と浮上力は等価であるため、図５（ａ）右図に示すように、可動体２の静止時と移動時とで浮上力は変わらない。

しかし、図５（ｂ）左図に示すように、液体供給点Ｐが凹部４の中心Ｎより可動体２の移動方向前方に位置する場合、可動体２の移動時の圧力上昇領域Ａ２ｂが圧力低下領域Ａ１ｂより大きくなる。このため、可動体２の移動時において圧力上昇領域Ａ２ｂの圧力積分値Ｆ２ｂが、圧力低下領域Ａ１ｂの圧力積分値Ｆ１ｂより大きくなる。圧力積分値と浮上力は等価であるため、図５（ｂ）右図に示すように、可動体２の移動時の浮上力は静止時よりも大きくなる。

また、図５（ｃ）左図に示すように、液体供給点Ｐが凹部４の中心Ｎより可動体２の移動方向後方に位置する場合、可動体２の移動時に圧力上昇領域Ａ２ｃが圧力低下領域Ａ１ｃより小さくなる。このため、可動体２の移動時において圧力上昇領域Ａ２ｃの圧力積分値Ｆ２ｃが、圧力低下領域Ａ１ｃの圧力積分値Ｆ１ｃより小さくなる。圧力積分値と浮上力は等価であるため、図５（ｃ）右図に示すように、可動体２の移動時の浮上力は静止時よりも小さくなる。以上で、圧力低下領域Ａ１と圧力上昇領域Ａ２の割合を変えることによって、浮上力を変えることができることを説明した。

更に、本実施形態の液体静圧直動案内装置において、各液体静圧軸受の軸受面３における浮上力を変えることによって、可動体２に働くモーメントを抑制できることを説明する。本実施形態では、図１（ａ）に示した、可動体２の重心Ｇより可動体２の移動方向前方の液体静圧軸受では、図５（ｂ）に示した形態をとり、可動体２の重心Ｇより可動体２の移動方向後方の液体静圧軸受では、図５（ｃ）に示した形態をとる。以下、可動体２が各図内において左に移動するものとして、また、位置関係は可動体２の移動方向に関するものとして、各図内における位置関係を用いて説明する。

まず、可動体２の重心Ｇより左側に設けられた液体静圧軸受について説明する。図１（ｃ）に示したように、可動体２の静止時において、浮上力をＦｓ１、浮上力作用点Ｑｓ１と可動体２の重心Ｇとの距離をＸｓ１とする。また、可動体２の移動時において、浮上力をＦｄ１、浮上力作用点Ｑｄ１と可動体２の重心Ｇとの距離をＸｄ１とする。Ｆｓ１とＦｄ１の差をΔＦ１、Ｘｓ１とＸｄ１の差をΔＸ１とする。可動体２の静止時における、可動体２の左側を持ち上げる可動体２の重心Ｇ周りのモーメントＭｓ１は、
Ｍｓ１＝Ｆｓ１×Ｘｓ１・・・（１）
で表される。

ここで、図５（ａ）に示したような比較例の液体静圧軸受を図１の構造に適用した場合を考える。比較例の場合、可動体２の静止時の浮上力と可動体２の移動時の浮上力が等しい。静止時の浮上力は液体供給点Ｐの位置に拘らず一定であるため、この浮上力はＦｓ１となる。したがって、比較例の場合、可動体２の移動時における、可動体２の左側を持ち上げる可動体２の重心Ｇ周りのモーメントＭｄｐ１は、
Ｍｄｐ１＝Ｆｓ１×（Ｘｓ１−ΔＸ１）・・・（２）
で表される。

これに対し、本実施形態の構造で、可動体２の重心Ｇより左側に設けられた液体静圧軸受では、可動体２の移動時に浮上力が増加するため、Ｆｄ１＝Ｆｓ１＋ΔＦ１となる。したがって、可動体２の移動時における、可動体２の左側を持ち上げる可動体２の重心Ｇ周りのモーメントＭｄ１は、
Ｍｄ１＝（Ｆｓ１＋ΔＦ１）×（Ｘｓ１−ΔＸ１）・・・（３）
で表される。

式（１）と式（２）を比較してわかるように、比較例の液体静圧軸受を有する液体静圧直動案内装置では、静止時と移動時とで浮上力が同じであるのに対して、静止時に比べて移動時の方が浮上力作用点と可動体２の重心Ｇとの距離が小さくなる。このため、移動時には、可動体２の左側を持ち上げるモーメントＭｄｐ１が小さくなる。

一方、本実施形態では、式（１）と式（３）を比較してわかるように、静止時に対して移動時は、浮上力作用点と可動体２の重心Ｇとの距離が小さくなると共に、浮上力自体が大きくなる。このため、静止時と移動時とでモーメントの変動を抑制することができる。

次に、可動体２の重心Ｇより右側に設けられた液体静圧軸受について説明する。図１（ｃ）に示したように、可動体２の静止時において、浮上力をＦｓ２、浮上力作用点Ｑｓ２と可動体２の重心Ｇとの距離をＸｓ２とする。また、可動体２の移動時において、浮上力をＦｄ２、浮上力作用点Ｑｄ２と可動体２の重心Ｇとの距離をＸｄ２とする。Ｆｓ２とＦｄ２の差をΔＦ２、Ｘｓ２とＸｄ２の差をΔＸ２とする。可動体２の静止時における、可動体２の右側を持ち上げる可動体重心周りのモーメントＭｓ２は、
Ｍｓ２＝Ｆｓ２×Ｘｓ２・・・（４）
で表される。

ここで、図５（ａ）に示したような比較例の液体静圧軸受を図１の構造に適用した場合を考える。比較例の場合、可動体２の静止時の浮上力と可動体２の移動時の浮上力が等しい。静止時の浮上力は液体供給点Ｐの位置に拘らず一定であるため、この浮上力はＦｓ２となる。したがって、比較例の場合、可動体２の移動時における、可動体２の右側を持ち上げる可動体２の重心Ｇ周りのモーメントＭｄｐ２は、
Ｍｄｐ２＝Ｆｓ２×（Ｘｓ２＋ΔＸ２）・・・（５）
で表される。

これに対し、本実施形態の構造で、可動体２の重心Ｇより右側に設けられた液体静圧軸受では、可動体２の移動時に浮上力が減少するため、Ｆｄ２＝Ｆｓ２−ΔＦ２となる。したがって、可動体２の移動時における、可動体２の右側を持ち上げる可動体２の重心Ｇ周りのモーメントＭｄ２は、
Ｍｄ２＝（Ｆｓ２−ΔＦ２）×（Ｘｓ２＋ΔＸ２）・・・（６）
で表される。

式（４）と式（５）を比較してわかるように、比較例の液体静圧軸受を有する液体静圧直動案内装置では、静止時と移動時とで浮上力が同じであるのに対して、静止時に比べて移動時の方が浮上力作用点と可動体２の重心Ｇとの距離が大きくなる。このため、移動時には、可動体２の右側を持ち上げるモーメントＭｄｐ２が大きくなる。

一方、本実施形態では、式（４）と式（６）を比較してわかるように、静止時に対して移動時には、浮上力作用点と可動体２の重心Ｇとの距離が大きくなると共に、浮上力自体が小さくなる。このため、静止時と移動時とでモーメントの変動を抑制することができる。この結果、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体２の移動時の姿勢変化を抑制できる。

以上で、可動体２の移動時には、各液体静圧軸受の浮上力作用点が移動するが、液体供給点Ｐの位置によって各液体静圧軸受の浮上力を変えることができ、それを利用して可動体２に働くモーメントの変動を抑えられるという効果を説明した。

また、複数の液体供給点Ｐの位置が、可動体２の重心Ｇを通り移動方向に垂直な仮想平面Ｍについて対称となる位置に、液体供給孔７を配置するという条件を加えることによって、移動時の可動体２の傾斜を抑制することができる。これは、上記の配置方法により、図１（ａ）における可動体２の重心Ｇの左側で増加する浮上力ΔＦ１と右側で減少する浮上力ΔＦ２を等しくすることができ、可動体２に働く浮上力の総和を同じにできるためである。なお、この場合、複数の軸受面３及び複数の凹部４も、仮想平面Ｍについて対称とする。また、この場合、可動体２の移動方向が上述の場合と逆方向になっても、上述と同様の作用が得られる。

更に、移動方向の軸受面３の数は、図１（ａ）に示したように２個以外に、３個以上であっても良い。但し、上述のように、移動時の可動体２の重心Ｇ周りのモーメントを考慮して、各軸受面３の液体供給点Ｐの位置を設定する。また、軸受面３の数に限らず、移動時の可動体２の重心Ｇ周りのモーメントが釣り合うように、各軸受面３の液体供給点Ｐの位置を設定することが好ましい。

［実施例］
上述の本実施形態の効果を確認するために行った数値解析の結果について説明する。ここで、可動体２としては、図１（ａ）に示した構造とし、軸受面３を５０×５０ｍｍ、軸受間距離を５０ｍｍとし、そのときの、可動体２の傾き角を求めた。なお、凹部４の中心Ｎと液体供給点Ｐの移動方向の離間距離をＤとする。また、軸受間距離とは、移動方向に隣り合う軸受面３同士の、互いに対向する端部の距離である。

表１に示した数値解析結果より、凹部４の中心Ｎと液体供給点Ｐの移動方向の離間距離Ｄが１０ｍｍから１１ｍｍの間で、傾き角の正負が変わっていることがわかる。したがって本実施例の条件においては、各凹部４における液体供給点Ｐの位置を、可動体２の移動方向に可動体２の重心Ｇから離す方向へ、凹部４の中心Ｎから１０ｍｍ〜１１ｍｍの離間距離Ｄをもって配置すると良い。この場合、可動体２に生じる姿勢変化を極めて小さくできる。なお、この離間距離Ｄは供給圧力や液体静圧軸受の配置位置、及び軸受隙間等の条件変化によって変える必要がある。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態の場合、可動体２の移動方向後方（図６の右側）の液体静圧軸受で、液体供給点Ｐの位置を凹部４の中心Ｎよりも移動方向前方に僅かにずらしている。可動体２の移動方向前方（図６の左側）の液体静圧軸受では、液体供給点Ｐの位置を凹部４の中心Ｎよりも移動方向前方に、移動方向後方の液体静圧軸受よりも大きくずらしている。そして、可動体２の移動方向に関して、各液体供給点Ｐと可動体２の重心Ｇとの離間距離の総和（Ｌｓ１＋Ｌｓ２）が、その液体供給点Ｐ自身を有する凹部４の中心Ｎと可動体２の重心Ｇとの離間距離の総和（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）より大きくしている。

この場合、両方の液体静圧軸受は、図６（ｂ）の形態となり、浮上力は両方で大きくなる。但し、移動方向前方の方が中心Ｎからのシフト量が大きいため浮上力も大きくなる。このため、全体として可動体２の重心Ｇ周りのモーメントの変動を抑えられる。その他の構造及び作用は上述の第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態では、凹部４内に複数の液体供給孔７を設けている。この場合、前述の図４で説明したように、同一凹部内にある複数の液体供給孔７の幾何的重心点を液体供給点Ｐとして扱う。そして、この液体供給点Ｐがその凹部４の中心Ｎよりも可動体２の外端側にシフトするように、その凹部４内の複数の液体供給孔７の位置を設定している。

このような本実施形態の場合も、液体供給点Ｐと可動体２の重心Ｇとの移動方向の距離の総和を、液体供給点Ｐ自身を有する凹部４の中心Ｎと可動体２の重心Ｇとの距離の総和より大きくでき、可動体２の重心Ｇ周りのモーメントの変動を抑えられる。その他の構造及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。

＜他の実施形態＞
上述の各実施形態は、適宜組み合わせて実施可能である。また、何れかの軸受面で液体供給点Ｐの位置が凹部４の中心Ｎと一致しても、他の軸受面で液体供給点Ｐの位置を凹部４の中心Ｎからシフトさせて、液体供給点Ｐと重心Ｇとの距離の総和を、中心Ｎと重心Ｇとの距離の総和よりも大きくする。これにより、上述したような可動体２のモーメントの変動を抑えられる。

１・・・案内面、１ａ・・・案内部材、２・・・可動体、３・・・軸受面、４・・・凹部、４ａ・・・底面、５・・・開口面、６・・・ランド、７・・・液体供給孔、８・・・軸受隙間、９・・・加圧液体供給装置、Ｇ・・・（可動体の）重心、Ｎ・・・（凹部の）中心、Ｐ・・・液体供給点、Ｑ・・・浮上力作用点、Ｌｐ・・・凹部の中心と可動体の重心との、可動体の移動方向の距離、Ｌｓ・・・液体供給点と可動体の重心との、可動体の移動方向の距離

Claims (2)

1. 案内面を有する案内部材と、
   前記案内面との間で液体静圧軸受を構成する軸受面を有し、前記案内面に向けて与圧が付与された状態で配置され、前記案内部材に沿って移動する可動体と、
   前記軸受面と前記案内面との間に液体を供給する液体供給手段と、を備えた液体静圧直動案内装置において、
   前記可動体は、前記軸受面を移動方向に複数並べて配置し、
   複数の前記軸受面は、それぞれ、前記案内面に向けて開口する凹部と、前記凹部の底面もしくは壁面に配置されて前記液体供給手段から液体が供給される液体供給孔とが形成され、
   複数の前記液体供給孔は、それぞれの前記凹部内の前記液体供給孔の幾何学的重心となる液体供給点と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和が、前記凹部の中心と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように配置されている、
   ことを特徴とする液体静圧直動案内装置。
2. 複数の前記軸受面と、複数の前記凹部と、複数の前記液体供給点とが、前記可動体の移動方向に垂直で、かつ前記可動体の重心を通る仮想平面について対称に配置されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の液体静圧直動案内装置。

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