(57)【要約】【課題】少なくとも１つの軸受部を有する円筒状の軌道部材と、該軌道部材に嵌装してなるスリーブと、を有してなり、前記の軸受部とスリーブの間に潤滑気体を噴出し所定の空隙を維持してスリーブを気体潤滑で移動可能とするリニアガイドに関する。【解決手段】前記軸受部の表面上の軸方向に複数の軸方向溝を等間隔に形成し、かつ、該軸方向溝の間に潤滑気体を噴出する１つ以上の絞りをそれぞれ形成してなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軸受部を有する円筒状の軌道部材と、
該軌道部材に嵌装してなるスリーブと、を有してなり、
前記の軸受部とスリーブの間に潤滑気体を噴出し所定の空隙を維持してスリーブを気体潤滑で移動可能とするリニアガイドであって、
前記軸受部の表面上の軸方向に複数の軸方向溝を等間隔に形成し、かつ、該軸方向溝の間に潤滑気体を噴出する１つ以上の絞りをそれぞれ形成してなることを特徴とするリニアガイド。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアガイドであって、さらに、
前記軸受部の軸方向端部に、それぞれ、周囲圧につながる周方向の溝である周溝、および／または、周囲圧につながる逃げ部となる軸方向の段差を形成してなることを特徴とするリニアガイド。
【請求項３】
前記絞りを、自成絞り、スロット絞り、オリフィス絞り、多孔質絞り、毛細管絞り、のいずれか１つ以上の絞りとすることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密位置決め用等として適用するリニアガイドに関し、特に、可動体であるスリーブを軌道部材上において非接触で保持する気体軸受（単に、軸受ともよぶ。）を有するリニアガイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアガイドは、固定の軌道部材上を気体潤滑で移動するスリーブを有する直進の案内装置であり、高精度の位置決め制御を必要とする光ファイバ接合装置の位置決め用等に好適に適用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、リニアガイドは、スリーブ側から潤滑気体を給気する構造とされ、移動するスリーブが給気用の配管をひきずる構造となっていた。また、スリーブに気体供給部を有することから、必然的にスリーブの構造が複雑となっていた。
本発明は、可動体であるスリーブの構造を簡素化して、その加工コストを低減し、高速応答を可能とするリニアガイドを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のリニアガイドによって上記課題を解決した。
▲１▼　少なくとも１つの軸受部を有する円筒状の軌道部材と、該軌道部材に嵌装してなるスリーブと、を有してなり、前記の軸受部とスリーブの間に潤滑気体を噴出し所定の空隙を維持してスリーブを気体潤滑で移動可能とするリニアガイドであって、前記軸受部の表面上の軸方向に複数の軸方向溝を等間隔に形成し、かつ、該軸方向溝の間に潤滑気体を噴出する１つ以上の絞りをそれぞれ形成してなることを特徴とするリニアガイド。
▲２▼　上記▲１▼に記載のリニアガイドであって、さらに、前記軸受部の軸方向端部に、それぞれ、周囲圧につながる周方向の溝である周溝、および／または、周囲圧につながる逃げ部となる軸方向の段差を形成してなることを特徴とするリニアガイド。
▲３▼　前記絞りを、自成絞り、スロット絞り、オリフィス絞り、多孔質絞り、毛細管絞り、のいずれか１つ以上の絞りとすることを特徴とする上記▲１▼または▲２▼に記載のリニアガイド。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１、図２に基づき、本発明のリニアガイドを説明する。
まず、本発明のリニアガイドに適用する軌道部材１の好適な実施の形態を図１（ａ）に部分断面図として示す。
軌道部材１は、その両端に固定用の把持部１ａを形成してなり、中心部の軸方向に給気用の穴が穿設されてなる。また、端部には給気孔４が設けられている。なお、通常は、給気孔の片端を閉止して、片端からの給気を行う。
【０００６】
軌道部材１の所要箇所（図１では２箇所）には、後述のスリーブを非接触で保持する軸受部２を設ける。軸受部２には、周方向に所要数の絞り５を設けて給気孔４から給気した気体を噴出させる。なお、絞りについては後述する。また、ここで適用する気体は、例えば空気を好適とするが特に限定するものではない。
軸受部２には、その軸方向に形成する軸方向溝６を周方向に等間隔に設ける。なお、絞り５は、軸方向溝６の間の略中間位置に設けるように配置することを好適とする（図１（ｂ）参照）。また、図１では、軸方向溝６を９０°間隔で４箇所設け、絞り５をそれぞれ１つずつ設けているが、本発明では、特にそれらの設置個数を限定するものではない。
【０００７】
さらに、軸受部２の端部には軸方向の段差３を設け、周囲圧につながる逃げ部として絞り５から噴出した気体（空気）が軸方向溝６を介して外部に排出されるようにしておく。
図１（ｃ）には、スリーブ７を軌道部材１に嵌装したリニアガイド９の断面図を示す。図１（ｃ）に示すように、軌道部材１の軸受部２に段差３を設けて周囲圧につながる逃げ部８を形成する。
【０００８】
また、図２に、本発明のリニアガイドの別の実施の形態を示す。　図１との相違は、図１における軸受部２の一方の段差３に替えて周溝１０を設けた点にある。なお、図２では、２箇所の軸受部について残りの片端部を段差３としているが、両端を周溝として形成してもよいことは言うまでもない。このように周溝１０を設けることで軸受部２を軌道部材１内で独立して形成することが容易となり、また、軸受部の加工を簡素化することができる。特に、軸受部を３箇所以上設けた場合には、両端に位置する軸受部以外の軸受部では、その両端に周溝を設けて軸方向に軸受部が独立となるように構成することを好適とする。
【０００９】
次に、軸受部に設けてなる周溝と軸方向溝の効果について説明する（図３〜６参照）。
まず、図３に示す構成のリニアガイド９における周溝１０の効果を検証する。
図３に示すように、軸受部２に周方向４箇所の軸方向溝６を設け、端部に周溝１０を設けたリニアガイド９（以下、「周溝有り」とよぶ。）を用意し、その「周溝有り」のリニアガイド９について、スリーブ７の変位ｘを横軸として負荷容量Ｗの変化を算出した。　一方、周溝１０を設けないこと以外は同一の構成としたリニアガイド（ここでは図示せず。以下、「周溝無し」とよぶ。）についての負荷容量Ｗの変化を同様に算出した。　以上の結果の一例を図４に示す。
【００１０】
なお、図４においては、軸受部２の半径すきまＣｒ　＝１０μｍ、軸受部２の直径Ｄ＝１０ｍｍ、絞り５の径ｄ＝０．３ｍｍ　、絞り５の数ｎ＝４×１、空気圧ｐｓ　＝０．５９ＭＰａ、軸受部の偏心率ε＝０．３　として計算を実施した。
図４からも明らかなように、「周溝無し」では変位ｘに応じて負荷容量が大きく変化するのに対し、「周溝有り」では、負荷容量の値は「周溝無し」を下回るものの、変位ｘに対しほぼ一定となっていることがわかる。
【００１１】
すなわち、周方向に周囲圧につながる溝（周溝）がない「周溝無し」の場合、可動体であるスリーブの軸方向の位置によって軸受面積が変化し、負荷容量の変動を生じるのである。　リニアガイドにおいては、ガイドにかかる負荷は一定であるので、負荷容量の変動は、スリーブ（可動体）の上下方向の位置を変動させることになり、スリーブの移動によってスリーブそのものが上下方向に移動し、軸方向移動の真直度を低下させることにつながる。一方、「周溝有り」では、軸受面積を一定として負荷容量を一定にすることができ、スリーブの移動による上下方向位置の変動がなくなるので、移動の真直度を向上させることができる。
【００１２】
次に、図５に示すようにリニアガイド９に負荷がかかった状態での軸方向溝６の効果について検証する。
図５に示すように、スリーブ７に負荷がかかるとリニアガイド９の軸受部２に対してスリーブ７が偏心する。この偏心は、偏心率をε、スリーブ７と軸受部２の半径すきまをＣｒ　とするとεＣｒ　で表せる。　このとき、上側の隙間は狭くなって（１−ε）Ｃｒ　となり、下側の隙間は拡がって（１＋ε）Ｃｒ　となる。
【００１３】
ここで、軸受部２の周方向４箇所に軸方向溝６を設けた場合（以下、「軸方向溝有り」とよぶ。）についての偏心率εの変化を横軸として軸受剛性ｋｓ　の変化を算出した。　一方、軸方向溝６を設けないこと以外は同一の構成とした場合（ここでは図示せず。以下、「軸方向溝無し」とよぶ。）についての偏心率εの変化に対する軸受剛性ｋｓ　を同様に算出した。　以上の結果の一例を図６に示す。
【００１４】
なお、図５においては、軸受部２の半径すきまＣｒ　＝１０μｍ、軸受部２の直径Ｄ＝１０ｍｍ、絞り５の径ｄ＝０．３ｍｍ　、絞り５の数ｎ＝４×１、空気圧ｐｓ　＝０．５９ＭＰａとして計算を実施した。
図６に示すように、「軸方向溝無し」の真円となる気体軸受の場合は、軸受剛性は理論上、偏心率εに対して一定（ε＜０．５　程度まで）となる。一方、「軸方向溝有り」の場合は、部分円弧軸受で気体軸受であるラジアル軸受が構成されることになる。この場合、軸受の剛性は、対向する部分円弧軸受の剛性の和となる。その結果、同心状態での剛性は低くなることもあるが、軸受が偏心して片側の隙間が狭くなると、その剛性が高くなるため、軸受としての全体の剛性が高くなる。　この効果は、軸方向に２本以上の軸方向溝を設けた場合に得られる。
【００１５】
図６に示すように、４本の軸方向溝を設けた場合では、偏心率εが０．２　を超えると軸方向溝を設けた方が剛性を高くすることができるという結果が得られている。
特に、小型の超精密位置決めに用いるリニアガイドの場合、軸受寸法に比べ負荷が比較的大きいため運転時の偏心率は高くなる傾向にある。　従って、偏心率が高い場合に剛性を向上させるには、軸方向溝を設けることが効果的である。
【００１６】
ところで、本発明に適用する気体噴射用の絞りとしては、自成絞り、スロット絞り、オリフィス絞り、多孔質絞り、毛細管絞り、のいずれか１つ以上を適宜組み合わせて好適に適用できる。
自成絞りとは、軸受面に直接小さな孔をあけて絞り効果を得るものであり、必要に応じて多数孔とすることもある。
【００１７】
スロット絞りとは、きわめて狭い隙間の流路（スロット）の流体抵抗で絞り効果を得るものである。
オリフィス絞りとは、軸受面にくぼみ（ポケット）を設け、そこに小さな絞り孔を通して給気するものである。
多孔質絞りとは、通気性のある多孔質材料で絞りまたは軸受面を形成し、多孔質材料自体の流体抵抗を絞りとするものである。
【００１８】
また、以上の絞りのほかにも、毛細管現象を利用する毛細管絞りを好適に適用することができる。
ただし、表面に細く浅い溝状のパターンを形成して絞りとなす表面絞りについては、本質的に剛性が低く、また、さらに軸方向溝を形成することが困難である等の理由から本発明には適さない。
【００１９】
【実施例】
図７は、本発明のリニアガイド９を２本並行して配置し、固定部材１６に固定するとともに、リニアガイド９のスリーブ７上に載荷プレート１５を載設して構成した高精度位置決めユニットの一例である。　図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ平面図と側面図である。
【００２０】
例えば、この本高精度位置決めユニットを２台直交して配置し、位置決め対象部材１７として例えば光ファイバ接合器をそれぞれの載荷プレート１５上に設置することで、光ファイバの接合位置を２次元方向に自在に精密位置決めすることが可能となり、サブミクロンオーダーの高い位置精度を要求される光ファイバ接合を容易に実現できるのである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によって、可動側であるスリーブに給気ホースを接続する必要がなくなり、また、スリーブ側の構造を簡素化することができ、慣性負荷の大幅な軽減を達成し、高速応答性を向上することができた。　さらに、部品点数が減少し、複雑な加工も要しないことから、大幅なコストダウンを達成した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアガイドの好適な実施の形態を示す模式図であり、（ａ）はその軌道部材の部分断面図、（ｂ）は軌道部材のＡ−Ａ視図、（ｃ）は軌道部材とスリーブからなるリニアガイドの断面図である。
【図２】本発明のリニアガイドの別の好適な実施の形態を示す模式図であり、（ａ）はその軌道部材の部分断面図、（ｂ）は軌道部材のＢ−Ｂ視図、（ｃ）は軌道部材とスリーブからなるリニアガイドの断面図である。
【図３】軌道部材とスリーブの変位ｘの状態を説明する模式図である。
【図４】周溝の有無による軌道部材の変位ｘと負荷容量Ｗの関係を示すグラフである。
【図５】負荷時の軌道部材とスリーブの偏心率εについて説明する断面模式図である。
【図６】軸方向溝の有無による軌道部材の偏心率εと軸受剛性ｋｓの関係を示すグラフである。
【図７】本発明のリニアガイドの適用例である高精度位置決めユニットの模式的な平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１　　　　軌道部材
１ａ　　把持部
２　　　　軸受部
３　　段差
４　　　　給気口
５　　　　絞り
６　　　　軸方向溝
７　　スリーブ
８　　逃げ部
９　　リニアガイド（案内装置）
１０　　　　周溝
１１　　逃げ部
１５　　載荷プレート
１６　　固定部材
１７　　位置決め対象部材（光ファイバ接合器）
【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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