(57)【要約】  【課題】    ガイドレールの真直度が低くてもスライダを高精度に移動させることができるガイド装置を提供する。  【解決手段】  スライドテーブル１３がガイドレール１２Ａ、１２Ｂに対して相対移動すると、スライドテーブル１３はほとんど変形することがないが、その移動に応じて、進行方向におけるガイドレール１２Ａ，１２Ｂの静圧面１２ｅ、１２ｆが静圧によって変形し、即ち歪みを修整される。その結果としてスライドテーブル１３は、ガイドレール１２Ａ、１２Ｂの歪みに関わらず直線的に移動することができ、その中心Ｇは、進行方向に対して距離Δ２＜＜Δ１のシフトに留められるので、高精度な加工が可能となる。【選択図】  図８
2006326789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って相対移動可能なスライダとを有するガイド装置において、
前記スライダと前記のガイドレールは、それぞれ静圧を受ける静圧面を互いに対向する位置に有し、相対移動時に、両静圧面間に作用する静圧により互いに非接触状態に維持されると共に、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、その形状に基づいて、他方の形状を修正することを特徴とするガイド装置。
【請求項２】
前記スライダと前記のガイドレールは、異なる材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガイド装置。
【請求項３】
ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って相対移動可能なスライダとを有するガイド装置において、
前記スライダと前記のガイドレールは、異なる材料から形成されており、それぞれ静圧を受ける静圧面を互いに対向する位置に有し、相対移動時に、両静圧面間に作用する静圧により互いに非接触状態に維持されることを特徴とするガイド装置。
【請求項４】
前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、静圧を受けたとき、互いに向きが逆で等しい静圧力が発生する２つの剛的静圧面を有しており、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方は、前記剛的静圧面に対向する倣的静圧面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項５】
前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、表裏の関係にある剛的静圧面を有し、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方は、前記剛的静圧面に対向する倣的静圧面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項６】
前記剛的静圧面の変形量は、前記倣的静圧面の変形量よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載のガイド装置。
【請求項７】
前記剛的静圧面のヤング率は、前記倣的静圧面のヤング率に対して２倍以上大きいことを特徴とする請求項６に記載のガイド装置。
【請求項８】
前記剛的静圧面はセラミックにより形成されていることを特徴とする請求項７に記載のガイド装置。
【請求項９】
前記剛的静圧面は窒化珪素を主成分とすることを特徴とする請求項８に記載のガイド装置。
【請求項１０】
前記倣的静圧面は、インバー、スーパーインバー又はステンレスインバーにより形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項１１】
前記２つの剛的静圧面は、互いに２μｍ以下の精度で軸対称であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項１２】
前記２つの倣的静圧面は、互いに２μｍ以下の精度で軸対称であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項１３】
前記剛的静圧面は、１μｍ以下の平面度を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項１４】
前記ガイドレールの静圧面が円筒内周面の少なくとも一部であり、前記スライダの静圧面が、前記円筒内周面に対向する円筒外周面であり、前記スライダが円筒外周面の軸線を中心とした円弧運動をすることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のガイド装置。
【請求項１５】
前記ガイドレールの円筒内周面が周方向に連続しており、前記スライダは円運動をすることを特徴とする請求項１４に記載のガイド装置。
【請求項１６】
前記スライダの円筒外周面が周方向に連続しており、前記スライダは旋回運動をすることを特徴とする請求項１５に記載のガイド装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のガイド装置を用いたことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精度の良い駆動を実現できるガイド装置及び工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械や計測器などにおいて、ワークや工具もしくは測定子等を保持して位置決めするためにスライドテーブルが用いられている。かかるスライドテーブルのガイド装置として、静圧スライダが用いられる場合がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１７９６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静圧スライダは、例えばガイドレールと、スライドテーブル等に連結されたスライダとの間に静圧を付与し、ガイドレールに対してスライダを非接触で移動させることができるものである。しかるに、ガイドレールはスライダの移動範囲に延在するものであり、その長さが比較的長いので、一般的には、その静圧面の真直度をガイドレールの全長にわたって高精度に維持することは困難である。ガイドレールの静圧面の真直度が低いと、スライダが真っ直ぐ移動せず、それにより高精度な加工等を行えない恐れがある。又、スライダの静圧面の形状が不適切な場合、ガイドレールに沿って適切に移動できない恐れもある。
【０００４】
特に、工作機械などの油静圧でガイドレールから浮上駆動するスライダにおいては、静圧面に作用する静圧力は、通常、水平方向・垂直方向共に１０ｋＮ程度はかかっており、このような大きな力がかかった静圧面は必ずμｍオーダーの変形を発生する。ステッパーなどに用いられる空気静圧のスライダにおいても、数１００Ｎの静圧力が働くので、同様に静圧面は必ずμｍオーダーで変形している。静圧面の場所によって静圧スキマが異なる場合では、静圧面に不均一な静圧力がかかるが、静圧力が大きいと、その差の力も大きくなり、静圧面は必ずその力の差が少なくなるように変形する。つまり、静圧面にμｍオーダーの変形がない静圧ガイドはあり得ないと言って良く、スライダの案内機能を担うこの静圧面の変形状態が、スライダの運動軌跡に直接影響を与えている訳である。
【０００５】
然るに従来、静圧面の変形については、その量を小さくする試みはあっても、この変形の仕方については全く考察されてこなかった。また、高精度なスライダの運動軌跡を得る単純な方法は、スライダとガイドレールの両静圧面の面精度を高く加工することであるが、従来のスライダやガイドレールの材料として用いられる鋳鉄や炭素鋼は、加工中の熱膨縮や低いヤング率によるたわみ等により加工精度に限界があり、静圧面の面精度を高めるには限界があった。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ガイドレール又はスライダの形状が不適切でもスライダを高精度に移動させることができるガイド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のガイド装置は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って相対移動可能なスライダとを有するガイド装置において、
前記スライダと前記のガイドレールは、それぞれ静圧を受ける静圧面を互いに対向する位置に有し、相対移動時に、両静圧面間に作用する静圧により互いに非接触状態に維持されるとともに、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、その形状に基づいて、他方の形状を修正することを特徴とする。
【０００８】
本発明のガイド装置によれば、相対移動時に前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、その形状に基づいて、他方の形状を修正するので、例えば前記ガイドレールの真直度が低い場合には、前記スライダの形状を高精度に形成しておくことで、その形状から前記ガイドレールの真直度を修正できるため、それに沿って前記スライダは高精度に相対移動できる。又、前記スライダの形状が不適切な場合には、前記ガイドレールの形状から前記スライダの形状を修正できるため、前記ガイドレールに沿って前記スライダは高精度に相対移動できる。
【０００９】
請求項２に記載のガイド装置は、請求項１に記載の発明において、前記スライダと前記のガイドレールは、異なる材料から形成されていることを特徴とするので、例えば材料が異なることによる変形量の違いを用いて、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方の形状を修正できる。
【００１０】
請求項３に記載のガイド装置は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って相対移動可能なスライダとを有するガイド装置において、
前記スライダと前記のガイドレールは、異なる材料から形成されており、それぞれ静圧を受ける静圧面を互いに対向する位置に有し、相対移動時に、両静圧面間に作用する静圧により互いに非接触状態に維持されることを特徴とする。
【００１１】
本発明のガイド装置によれば、前記スライダと前記のガイドレールは、異なる材料から形成されているので、相対移動時に双方の変形量を異ならせることができ、例えば前記ガイドレールの真直度が低い場合には、前記スライダを前記ガイドレールより固い材料を用い且つその形状を高精度に形成しておくことで、その形状から前記ガイドレールの真直度を修正できるため、それに沿って前記スライダは高精度に相対移動できる。又、前記スライダの形状が不適切な場合には、前記ガイドレールを前記スライダより固い材料を用いて形成することで、その形状から前記スライダの形状を修正できるため、前記ガイドレールに沿って前記スライダは高精度に相対移動できる。
【００１２】
請求項４に記載のガイド装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、静圧を受けたとき、互いに向きが逆で等しい静圧力が発生する２つの剛的静圧面を有しており、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方は、前記剛的静圧面に対向する倣的静圧面を有することを特徴とするので、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は圧縮力を受けることとなるため、前記剛的静圧面の変形量を低く抑えることができ、また脆性材料であっても破損などを抑制できる。なお、「静圧力」とは、静圧面が静圧を受けたとき発生する力の総和をいう。又、「剛的静圧面」とは、スライダとのガイドレールのうち一方の静圧面であって、自己の形状に基づいて、それに対向する他方の静圧面の形状を修正するものをいい、「倣的静圧面」とは、剛的静圧面によって修正される静圧面をいう。
【００１３】
請求項５に記載のガイド装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は、表裏の関係にある剛的静圧面を有し、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方は、前記剛的静圧面に対向する倣的静圧面を有することを特徴とするので、前記スライダと前記のガイドレールのうち一方は圧縮力を受けることとなるため、前記剛的静圧面の変形量を低く抑えることができ、また脆性材料であっても破損などを抑制できる。
【００１４】
請求項６に記載のガイド装置は、請求項４又は５に記載の発明において、前記剛的静圧面の変形量は、前記倣的静圧面の変形量よりも小さいことを特徴とするので、この変形量の違いを用いて、前記スライダと前記のガイドレールのうち他方の形状を修正できる。
【００１５】
請求項７に記載のガイド装置は、請求項６に記載の発明において、前記剛的静圧面のヤング率は、前記倣的静圧面のヤング率に対して２倍以上大きいことを特徴とするので、相対移動時において、前記剛的静圧面の変形量を、前記倣的静圧面の変形量より小さく確保することができる。
【００１６】
請求項８に記載のガイド装置は、請求項７に記載の発明において、前記剛的静圧面はセラミックにより形成されていることを特徴とするので、相対移動時に、前記剛的静圧面の変形量を小さく抑えることができる。
【００１７】
アルミナ、窒化珪素、炭化珪素など、セラミック材料の多くはスライダやガイドレールに通常使われる鋳鉄や炭素鋼などよりもヤング率が大きく、前記剛的静圧面に用いると静圧による変形量を小さくできるだけでなく、かかる静圧面を高精度に加工する上でも変形が起きにくく、加工しやすいという利点がある。また、セラミック材料の多くは比重が３〜５程度が多く鋼よりも半分以下と小さいので、それを用いることで移動する部材の慣性力が小さくなり、その駆動力が小さくて済み、高精度に移動する部材の動きを制御しやすいという利点もある。さらに、セラミック材料の多くは硬度は金属よりも極めて高いので、基準となる前記剛的静圧面に用いることで傷が付きにくく、接触があっても相手部品とかじりが生じないので、剛的静圧面の精度を、実使用上も長期にわたって高く維持することができる。
【００１８】
請求項９に記載のガイド装置は、請求項８に記載の発明において、前記剛的静圧面は窒化珪素を主成分とすることを特徴とする。
【００１９】
窒化珪素を主成分とするセラミック材料とは、窒化珪素を５０重量％以上含むセラミック材料を指し、サイアロンなどを含む。このセラミック材料は、ヤング率が高く、しかも靭性も高くて割れにくいので、大きな力がかかる工作機械などのスライダやガイドレールに用いるセラミック材料として好適である。また、かかるセラミック材料は、常温での線膨張係数が１．３×１０-6と小さいので、温度変化に伴うスライダやガイドレールの熱膨縮も低減することができ、従って高精度の加工や測定などにおいて、本発明は好適に適用され得る。表１に、各種材料のヤング率を含む物性値を示す。
【００２０】
【表１】
2006326789.tif 000003
【００２１】
請求項１０に記載のガイド装置は、請求項７〜９のいずれかに記載の発明において、前記倣的静圧面は、インバー、スーパーインバー又はステンレスインバーにより形成されていることを特徴とするので、前記倣的静圧面を変形しやすくできる。
【００２２】
ここでいうインバーとは、鉄に対しニッケルを３６％含有させた低線膨張係数を有する合金であり、スーパーインバーとはこれにさらに強度と低線膨張率を向上するためにコバルトを含んだ合金である。ステンレスインバーとは、鉄、ニッケル、コバルトに銅またはクロムなどを含有させて錆びにくくした低膨張合金である。これらの低膨張合金は、温度膨縮が小さく高精度な部品に適しており、金属であるためにネジ等の機械加工が容易でネジ締めの大きなトルクにも破断することなく耐えられる。しかし、ヤング率が鋼材の半分近くと低いので、従来は荷重がかかる部品に使うには変形量が大きくて向いていないとされていた。
【００２３】
これに対し、本発明にかかる倣的静圧面においては、静圧によりたわんで相手部品である剛的静圧面に倣う特性が必要であるため、むしろこのようにヤング率が低めの低線膨張合金の方が適しており、本来有する高い温度安定性により、温度変化などにおいても再現性の良い運動精度を実現できる。
【００２４】
請求項１１に記載のガイド装置は、請求項４〜１０のいずれかに記載の発明において、前記２つの剛的静圧面は、互いに２μｍ以下の精度で軸対称であることを特徴とする。
【００２５】
ここでいう「軸対称」とは、任意の対称軸が直線または円弧であって、この軸に対して垂直な線上に等距離の位置に面が存在するとき、互いに面は軸対称位置にあると呼ぶ。この時に、軸対称位置から隔たった距離に面がある場合は、「その距離の精度において軸対称な位置にある」、または「非軸対称性がその距離ある」と呼ぶ。
【００２６】
ここで、前記２つの剛的静圧面同士が、静圧隙間が大きく変化しない範囲で軸対称の形状であれば、必ずしも理想的な平面形状であったり円筒面形状でなくとも、前記ガイドレールに対する前記スライドの相対的な運動軌跡を高精度に保つことができる。
【００２７】
例えば、図１５に示すように、スライダＳＤが、中膨らみの互いに類似する曲面を備えた２つの剛的静圧面ＳＤａ、ＳＤｂを有しているとすると、これらに向き合うガイドレールＧＲの倣的静圧面ＧＲａ、ＧＲｂは、それらの間に作用する静圧により軸対称に変形して倣わせられるので、図１６に示すように相対移動させたとき、相対移動方向に対して垂直な方向の運動軌跡のフレΔがほとんど発生しないのである。つまり、剛的静圧面ＳＤａ、ＳＤｂ単独の形状が、理想的な平面や円柱面などに比較してある程度悪くても、それら静圧面同士の軸対称性が高ければ、ガイドレールＧＲに対してスライダＳＤの相対的な運動精度が維持できるのである。
【００２８】
更に図１７に示すように、更にガイドレールＧＲに対するスライダＳＤの相対的な運動軌跡が直線でなく円弧である場合にも、剛的静圧面ＳＤａ、ＳＤｂ同士が理想円弧を軸としてこれに垂直な方向に対称点を取った時に、互いの静圧隙間ＳＰＣが大きく変化しない範囲であれば、理想的な円柱面でなくとも、これらに向き合うガイドレールＧＲの倣的静圧面ＧＲａ、ＧＲｂは、それらの間に作用する静圧により軸対称に変形して倣わせられるので、ガイドレールＧＲに対するスライダＳＤの相対的な運動軌跡を高精度な円弧に保つことが出来る。ただし、外側の円柱面となる剛的静圧面ＳＤａは、内側の円柱面となる剛的静圧面ＳＤｂより面積が大きいので、スライダＳＤは外から内に押されて外側と内側では静圧隙間ＳＰＣに１〜２μｍ程度の差を生じるが、これは常に一定量のため運動軌跡には影響しない。
【００２９】
ここでいう、静圧隙間ＳＰＣが大きく変化しない範囲とは、静圧隙間ＳＰＣの最大値に対して最小値が１／２以上の範囲をいう。通常の空気や油などの圧力伝達媒体での静圧隙間が１０〜２０μｍであるから、これは５〜１０μｍを下回らないことをいう。この静圧隙間ＳＰＣの変化量により、非常に大きな静圧の変化を生じるので、単独の静圧面ではガイドレールＧＲに対するスライダＳＤの相対的な運動軌跡精度に影響を及ぼすが、ここではそれが２つの静圧面で軸対称に発生するため互いにキャンセルして、運動軌跡が高く保たれる訳である。
【００３０】
剛的静圧面同士の非軸対称性は、一般に静圧による平均化の効果が５０〜１００倍と言われているので、２μｍ以下に維持されていれば、ガイドレールＧＲに対するスライダＳＤの相対的な運動軌跡に対して２０〜４０ｎｍの影響を与えることとなる。したがって、本発明がめざす５０ｎｍ以下のガイドレールＧＲに対するスライダＳＤの相対的な高精度な運動軌跡を確実に得るには、他の影響も考慮してこの非軸対称性は２μｍ以下が必要である。
【００３１】
請求項１２に記載のガイド装置は、請求項４〜１０のいずれかに記載の発明において、前記２つの倣的静圧面は、互いに２μｍ以下の精度で軸対称であることを特徴とする。前記剛的静圧面に加えて、前記倣的静圧面の軸対称性を良好とすることで、前記ガイドレールに対する前記スライダの相対的なより高精度な運動軌跡を確保できる。
【００３２】
請求項１３に記載のガイド装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記剛的静圧面は、１μｍ以下の平面度を有することを特徴とする。前記剛的静圧面に前記倣的静圧面が倣うように形状が修正されるため、前記スライダの平面度は高いことが望ましい。
【００３３】
請求項１４に記載のガイド装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記ガイドレールの静圧面が円筒内周面の少なくとも一部であり、前記スライダの静圧面が、前記円筒内周面に対向する円筒外周面であり、前記スライダが円筒外周面の軸線を中心とした円弧運動をすることを特徴とする。
【００３４】
本発明のガイド装置において、例えば前記スライダにスライドテーブルを連結し、前記ガイドレールと前記スライダの静圧を受ける面をそれぞれ円筒面にすると、かかるスライドテーブルを直線運動ではなく円弧運動で案内することができる。更に、その円弧運動軌跡の精度を直線運度の場合と全く同様に、前記スライダと前記ガイドレールとの間の静圧を用いて、前記ガイドレールの形状を修正することで、軸ぶれの少ない円弧運動を実現できる。
【００３５】
請求項１５に記載のガイド装置は、請求項１４に記載の発明において、前記ガイドレールの円筒内周面が周方向に連続しており、前記スライダは円運動をすることを特徴とする。
【００３６】
さらに、前記ガイドレールの円筒内周面を周方向に連続させると、それに沿って前記スライダは連続的に円運動を行えるので、例えば連結したスライドテーブルを円運動させることができ、その運動軌跡の真円度を、前記スライダと前記ガイドレールとの間の静圧を用いて、前記ガイドレールの形状を修正することで、直線の場合と同様に高めることが出来、加工等を高精度に行うことができる。
【００３７】
請求項１６に記載のガイド装置は、請求項１５に記載の発明において、前記スライダの円筒外周面が周方向に連続しており、前記スライダは旋回運動をすることを特徴とする。
【００３８】
さらに、前記ガイドレールの円筒内周面を周方向に連続させると、それに沿って前記スライダは連続的に円運動を行えるので、例えば連結したスライドテーブルを円運動させることができ、その運動軌跡の真円度を、前記スライダと前記ガイドレールとの間の静圧を用いて、前記ガイドレールの形状を修正することで、直線の場合と同様に高めることが出来、加工等を高精度に行うことができる。
【００３９】
請求項１７に記載の工作機械は、請求項１〜１６のいずれかに記載のガイド装置を用いたことを特徴とする。
【００４０】
本発明にかかるガイド装置において、前記スライダと前記ガイドレールのうち他方を変形しやすくした場合において、このガイド装置を工作機械に取り付けたときに、加工負荷によって倣的静圧面が容易に変形して、前記他方に取り付けた工具やワークの位置が変動するという懸念がある。しかしながら、前述したように倣的静圧面には莫大な大きさの静圧力が働いており、その大きな力故にμｍオーダーの変形が倣的静圧面に生じているのであって、高精度加工における加工負荷としてかかる力等はその数１００分の１以下であるため、一旦、変形によって均一な静圧分布となった倣的静圧面に対しては、ｎｍオーダーの変形しか発生し得ないのである。つまり、静圧面の変形量よりも静圧剛性の方が数１０倍大きな前記スライダ又は前記ガイドレールの変位をもたらすので、本発明によるガイド装置は、前記ガイドレールに対して前記スライダの相対的な運動精度を高めると同時に、他に機能的な副作用が無いという優れた特徴を有しているために、工作機械などに用いるのに好適である。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、ガイドレールの真直度が低くてもスライダを高精度に移動させることができるガイド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかるガイド装置を適用できる工作機械としての５軸加工機１０の斜視図である。５軸加工機１０は、光学素子の光学面又は光学素子を形成する光学素子成形用金型の光学転写面を加工することができる。図１において、床Ｆ上に４本（３本のみ図示）の脚１１ａで支持されたアクティブエアマウント１１は、振動の伝達を抑制する抑制手段であり、床の振動をベース１２に伝達しない機能を有する。
【００４３】
アクテイブエアマウント１１上に支持されたベース１２に、一対のガイドレール１２Ａ，１２Ｂが配置されている。ガイドレール１２Ａ，１２Ｂの間には、それに沿ってＺ軸方向に移動可能にスライドテーブル（スライダともいう）１３が設けられ、スライドテーブル１３上に回転可能に旋回テーブル１４が設けられている。尚、スライドテーブル１３はガイドレール１２ｂに対し、旋回テーブル１４はスライドテーブル１３に対し、外部から供給された油を圧力伝達媒体として低フリクションで支持されている。
【００４４】
更に、ベース１２上において、一対のサポートブロック１５上に掛け渡されたレール１５ａには、Ｘ軸方向に移動可能にスライドテーブル１６が設けられ、スライドテーブル１６上のレール１６ａには、Ｙ軸方向に移動可能にスライドテーブル１７が設けられ、スライドテーブル１７上に回転可能に旋回テーブル１８が設けられている。尚、スライドテーブル１６はレール１５ａに対し、スライドテーブル１７はレール１６ａに対し、旋回テーブル１８はスライドテーブル１７に対し、それぞれ外部から供給された油を圧力伝達媒体として低フリクションで支持されている。なお、旋回テーブル１８に工具を配置する代わりに、旋回テーブル１４に載置した被測定物を検査する測定子やカメラ等を搭載することで、高精度な計測が可能な計測器が構成されることとなる。
【００４５】
図２は、本実施の形態におけるベース１２とスライドテーブル１３とガイドレール１２Ａ，１２Ｂとを拡大して示す斜視図であるが、旋回テーブルは図示を省略している。図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態は、スライダであるスライドテーブル１３が剛的静圧面１３ａ〜１３ｄを有し、ガイドレール１２Ａ，１２Ｂが倣的静圧面１２ａ〜１２ｆを有している。
【００４６】
図３において、ベース１２と及びガイドレール１２Ａ，１２Ｂと、スライドテーブル１３との間の静圧スキマには、外部から加圧された油が供給され、それにより静圧を発生するようになっており、かかる静圧により非接触状態でスライダテーブル１３が支持され、不図示の駆動源により駆動されることで移動可能となっている。なお、スライドテーブル１３は窒化珪素を主成分とするセラミックスから形成され、ベース１２と及びガイドレール１２Ａ，１２Ｂはインバーから形成されている。
【００４７】
ここで、静圧面と、静圧によりそれに作用する静圧力との関係を示す。
（図３の左側上下方向）
ガイドレール１２Ａの下面１２ａに働く力：Ｆ１
下面１２ａに対向するスライドテーブル１３の上面１３ａに働く力：Ｆ２
ベース１２の上面１２ｂに働く力：Ｆ５
上面１２ｂに対向するスライドテーブル１３の下面１３ｂに働く力：Ｆ６
ここで、力の釣り合いからＦ２＝Ｆ６であるため、Ｆ１＝Ｆ５となる。
【００４８】
（図３の右側上下方向）
ガイドレール１２Ｂの下面１２ｃに働く力：Ｆ１１
下面１２ｃに対向するスライドテーブル１３の上面１３ａに働く力：Ｆ１２
ベース１２の上面１２ｄに働く力：Ｆ７
上面１２ｄに対向するスライドテーブル１３の下面１３ｂに働く力：Ｆ８
ここで、力の釣り合いからＦ１２＝Ｆ８であるため、Ｆ１１＝Ｆ７となる。
【００４９】
（図３の左右方向）
ガイドレール１２Ａの側面１２ｅに働く力：Ｆ３
側面１２ｅに対向するスライドテーブル１３の側面１３ｃに働く力：Ｆ４
ガイドレール１２Ｂの側面１２ｆに働く力：Ｆ９
側面１２ｆに対向するスライドテーブル１３の側面１３ｄに働く力：Ｆ１０
ここで、力の釣り合いからＦ４＝Ｆ１０であるため、Ｆ３＝Ｆ９となる。
【００５０】
図４〜８は、比較例と比較して、本実施の形態の効果を説明するための図であるが、理解しやすいように各部の歪みやスキマは誇張して示されている。図４〜６の比較例においては、スライドテーブル１３’とガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’は、それぞれ同じインバーから形成されているものとする。ここで、ガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’の静圧面１２ｅ’、１２ｆ’にそれぞれ歪みが生じているが、それに対向するスライドテーブル１３’の静圧面１３ａ’、１３ｂ’の真直度は高いものとする。図４の例では、静圧面１３ａ’の中央と静圧面１２ｅ’とのスキマは広いが、静圧面１３ａ’の両端近傍と静圧面１２ｅ’とのスキマは狭くなっている。一方、静圧面１３ｂ’の中央と静圧面１２ｆ’とのスキマは狭いが、静圧面１３ｂ’の両端近傍と静圧面１２ｆ’とのスキマは広くなっている。
【００５１】
スライドテーブル１３’とガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’との間に静圧が付与されたとき、静圧面同士のスキマが広ければ静圧は低くなり、スキマが狭ければ静圧は高まるという性質がある。従って、静圧面１３ａ’の中央と静圧面１２ｅ’との間に作用する圧力をＰ２，静圧面１３ａ’の両端近傍と静圧面１２ｅ’との間に作用する圧力をＰ１，Ｐ３とすると、Ｐ２＜Ｐ１，Ｐ３という関係が成立する。又、静圧面１３ｂ’の中央と静圧面１２ｆ’との間に作用する圧力をＰ５、静圧面１３ｂ’の両端近傍と静圧面１２ｆ’との間に作用する圧力をＰ４，Ｐ６とすると、Ｐ５＞Ｐ４，Ｐ６という関係が成立する。
【００５２】
このような圧力差が生じるので、図５において実線で示すように、静圧面１３ａ’の中央と静圧面１２ｅ’とのスキマδ２と、静圧面１３ａ’の両端近傍と静圧面１２ｅ’とのスキマδ１，δ３が近づくような変形が生じ、また静圧面１３ｂ’の中央と静圧面１２ｆ’とのスキマδ５と、静圧面１３ｂ’の両端近傍と静圧面１２ｆ’とのスキマδ４，δ６とが近づくような変形が生じる。
【００５３】
ところが、スライドテーブル１３’とガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’は、同じヤング率を有するインバーから形成されているので、静圧を受けたときに、ガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’の変形量と、スライドテーブル１３’の変形量が略等しくなる。かかる状態から、図６に示すように、スライドテーブル１３’がガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’に対して相対移動すると、両者が等しく変形することで、スライドテーブル１３’は歪んだガイドレール１２Ａ’、１２Ｂ’に沿って進行し、その結果として中心Ｇは、進行方向に対して距離Δ１だけシフトしてしまうこととなる。より高精度な加工を行うためには、距離Δ１はゼロに近いことが望ましい。
【００５４】
これに対して本実施の形態の場合、スライドテーブル１３は窒化珪素を主成分とするセラミックスから形成され、ガイドレール１２Ａ，１２Ｂはインバーから形成されているので、ヤング率が大きく異なる。従って、比較例と同じ初期形状を有するものとして静圧が付与された状態で、スライドテーブル１３はほとんど変形しないが、図７において実線で示すように、剛的静圧面１３ａの両端近傍と倣的静圧面１２ｅとのスキマδ１，δ３が広がるように、ガイドレール１２Ａの静圧面１２ｅが大きく変形し、また剛的静圧面１３ｂの中央付近と倣的静圧面１２ｆとのスキマδ５が広がるように、ガイドレール１２Ｂの静圧面１２ｆが大きく変形することとなる。ここで、剛的静圧面１３ａ、１３ｂは表裏の関係にある。
【００５５】
更に、図８に示すように、スライドテーブル１３がガイドレール１２Ａ、１２Ｂに対して相対移動すると、スライドテーブル１３はほとんど変形することがないが、その移動に応じて、進行方向におけるガイドレール１２Ａ，１２Ｂの倣的静圧面１２ｅ、１２ｆが静圧によって変形し、即ちその歪みが修正されることとなる。その結果としてスライドテーブル１３は、ガイドレール１２Ａ、１２Ｂの歪みに関わらず直線的に移動することができ、その中心Ｇは、進行方向に対して距離Δ２＜＜Δ１のシフトに留められるので、高精度な加工が可能となる。
【００５６】
なお、以上の作用効果は、図３における上下の関係、即ちベース１２及びガイドレール１２Ａ、１２Ｂと、スライダテーブル１３との関係においても同様に生じる。かかる場合、ベース１２もガイドレールの一部を構成する。
【００５７】
図９は、第２の実施形態を示す図２と同様な斜視図であり、図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態においては、スライダ１１３がガイドレール１１２Ａを内包している。本実施の形態では、スライダであるスライドテーブル１３が倣的静圧面１３ａ〜１３ｄを有し、ガイドレール１２Ａ，１２Ｂが剛的静圧面１２ａ〜１２ｆを有している。
【００５８】
ガイドレール１１２Ａと、スライドテーブル１１３との間の静圧スキマには、外部から加圧された油が供給され、それにより静圧を発生するようになっており、それにより非接触状態でスライダテーブル１１３が移動可能となっている。なお、スライドテーブル１１３はインバーから形成されている。また、ガイドレール１１２Ａは窒化珪素を主成分とするセラミックスから形成されている。
【００５９】
ここで、静圧面と、静圧によりそれに作用する静圧力との関係を示す。
（図１０の左側上下方向）
ガイドレール１１２Ａの上面１１２ａに働く力：Ｆ２
上面１１２ａに対向するスライドテーブル１１３の内周下面１１３ａに働く力：Ｆ１
ガイドレール１１２Ａの下面１１２ｂに働く力：Ｆ６
下面１１２ｂに対向するスライドテーブル１１３の内周上面１１３ｂに働く力：Ｆ５
ここで、力の釣り合いからＦ２＝Ｆ６であるため、Ｆ１＝Ｆ５となる。
【００６０】
（図１０の右側上下方向）
ガイドレール１１２Ａの上面１１２ｃに働く力：Ｆ１２
上面１１２ｃに対向するスライドテーブル１１３の内周下面１１３ａに働く力：Ｆ１１
ガイドレール１１２Ａの下面１１２ｄに働く力：Ｆ８
下面１１２ｄに対向するスライドテーブル１１３の内周上面１１３ｂに働く力：Ｆ７
ここで、力の釣り合いからＦ１２＝Ｆ８であるため、Ｆ１１＝Ｆ７となる。
【００６１】
（図１０の左右方向）
ガイドレール１１２Ａの左側面１１２ｅに働く力：Ｆ４
左側面１１２ｅに対向するスライドテーブル１１３の内周側面１１３ｃに働く力：Ｆ３
ガイドレール１１２Ａの右側面１１２ｆに働く力：Ｆ１０
右側面１１２ｆに対向するスライドテーブル１１３の内周側面１１３ｄに働く力：Ｆ９
ここで、力の釣り合いからＦ４＝Ｆ１０であるため、Ｆ３＝Ｆ９となる。
【００６２】
（実施例１）
図２及び３に示す構造のガイド装置において、ガイドレールをステンレスインバー材（ヤング率１３７ＧＰａ）で製作し、その静圧面の平面度を１μｍ程度に仕上げた。又、幅２５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ×長さ５５０ｍｍのスライドテーブルを、窒化珪素が主成分であるセラミック材料のサイアロン（ヤング率２９４ＧＰａ）で製作し、各静圧面の平面度を０．５μｍで仕上げた。これらを平均静圧隙間を５μｍとして組み上げ、静圧面の圧力伝達媒体として動粘度２ストークスの油を５気圧で供給した。計算上、各静圧面には１０ｋＮ以上の静圧力がかかっている。
【００６３】
このスライドの真直度を測定し、図１１と図１２に示す結果を得た。図１１の結果によれば、２００ｍｍのストロークにおいて水平方向の真直度（最大シフト量）３０．９ｎｍを得ることができ、図１２の結果によれば、２００ｍｍのストロークにおいて垂直方向の真直度６６ｎｍを得ることができることがわかった。
【００６４】
一方、同じ形状で、材料としてはステンレスインバー材とほぼ同じヤング率である、従来一般的に使用される鋳鉄（１５０ＧＰａ）によりガイドレールとスライドテーブルを比較例として製作した。かかる比較例について真直度を測定した結果、図１３と図１４に示す結果を得た。より具体的には、図１３に示すように水平方向の真直度は１２８ｎｍとなり、本実施の形態の約４倍であり、更に図１４に示すように垂直方向の真直度は５８８ｎｍで、本実施の形態の約９倍であり、それぞれ大きな弧を描く形状であった。
【００６５】
以上の結果を考察するに、スライダの静圧面のヤング率を、ガイドレールの静圧面のヤング率の２倍以上とすることで、ガイドレールの倣い効果により真直度を飛躍的に高めることができる本発明に効果が確認された。
【００６６】
（実施例２）
図９に示すガイド装置において、スライドテーブル（スライダ）１１３Ａをステンレスインバーで製作し、ガイドレール１１２Ａをアルミナで製作した。ガイドレール１１２Ａの側面である剛的静圧面１１２ｅの平面度は、研削加工における加工熱によりガイドレール１１２Ａがバイメタル効果で曲がったため、平面度３μｍで中央部が凹む形状となった。そこで、対向する静圧力が働くガイドレール１１２Ａの剛的静圧面１１２ｆの研削加工においても、同じ加工条件となるように一旦冷却して加工熱を除去した後、同じ研削加工機の同じ位置に同じ砥石を用いて同じ加工条件で研削加工を行った。その結果、平面度２μｍで中央部が凹む形状となった。図１８にその平面度を誇張した図を示す。つまり、ガイドレール１１２Ａの両剛的静圧面１１２ｅ、１１２ｆの非軸対称精度は１μｍで、単独の平面度は最大３μｍとなった。一方、ガイドレール１１２Ａの上下面である剛的静圧面１１２ａ〜１１２ｄは、全くそのような配慮をせずに研削加工したため、平面度が最大３μｍ、非軸対称性も３μｍ発生し、その傾向は２組の静圧面間で全く異なった。
【００６７】
ガイド装置として組み上げ、真直度を測定したところ、水平方向で６８ｎｍ／２００ｍｍ、垂直方向で３５４ｎｍ／２００ｍｍであった。軸対称性の良い水平方向のスライドテーブル１１３の運動軌跡が極端に良く、本発明の優位性が明らかとなった。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えばガイドレール及びスライダの静圧を受ける面は、平面に限らず曲面であっても良く、特に円筒面とすることで、前記ガイドレールに対して円弧運動、円運動、旋回運動などをさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態にかかる５軸加工機１０の斜視図である。
【図２】本実施の形態におけるベース１２とスライドテーブル１３とガイドレール１２Ａ，１２Ｂとを拡大して示す斜視図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】比較例の真直度を説明するための図である。
【図５】比較例の真直度を説明するための図である。
【図６】比較例の真直度を説明するための図である。
【図７】実施の形態の真直度を説明するための図である。
【図８】実施の形態の真直度を説明するための図である。
【図９】本実施の形態の変形例を示す図２と同様な斜視図である。
【図１０】図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。
【図１１】実施例において、縦軸に水平方向の真直度、横軸にストロークを取って示すグラフであり、縦のスケールは２５ｎｍ／目盛りであり、横のスケールは１０ｍｍ／目盛りである。
【図１２】実施例において、縦軸に垂直方向の真直度、横軸にストロークを取って示すグラフであり、縦のスケールは２５ｎｍ／目盛りであり、横のスケールは１０ｍｍ／目盛りである。
【図１３】比較例において、縦軸に水平方向の真直度、横軸にストロークを取って示すグラフであり、縦のスケールは２５ｎｍ／目盛りであり、横のスケールは１０ｍｍ／目盛りである。
【図１４】比較例において、縦軸に垂直方向の真直度、横軸にストロークを取って示すグラフであり、縦のスケールは２５ｎｍ／目盛りであり、横のスケールは１０ｍｍ／目盛りである。
【図１５】中膨らみの互いに類似する曲面を備えた２つの剛的静圧面を有しているスライダと、ガイドレールとの関係を示す図である。
【図１６】中膨らみの互いに類似する曲面を備えた２つの剛的静圧面を有しているスライダと、ガイドレールとの関係を示す図である。
【図１７】ガイドレールに対するスライダの相対的な運動軌跡が円弧である例を示す図である。
【図１８】ガイドレール１１２Ａの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ５軸加工機
１１  アクティブエアマウント
１２  ベース
１２Ａ、１２Ｂ  ガイドレール
１３（Ｚ軸）スライドテーブル
１４  旋回テーブル
１５  サポートブロック
１６（Ｘ軸）スライドテーブル
１７（Ｙ軸）スライドテーブル
１８  旋回テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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