(57)【要約】【課題】  取り外し、取り付け、洗浄が容易なスライドウエイの提供。【解決手段】          断面正方形または長方形状のセラミック製杆状ガイドウエイ２の下方面を断面Ｖ字型の支持台４上に制振パッド５を介して載せ、この杆状ガイドウエイの上面の逆Ｖ字型平面上に、下面断面が略Ｖ字型であって、この略Ｖ字型底面を構成する一辺に一対のセラミック製静圧パッド７ａ，７ｂが設けられるとともに、この略Ｖ字型底面を構成する他辺にセラミック製静圧パッド７ｃが設けられ、これらセラミック製静圧パッドに水供給ポット８１が設けられたスライドウエイ３を滑走自在に載せた構造の水静圧直動スライドウエイシステム１。【選択図】  図１
2007078065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面正方形または長方形状の花崗岩製またはセラミック製杆状ガイドウエイの下方面を断面Ｖ字型の支持台上にゴム製制振パッドを介して載せ、この杆状ガイドウエイの上面の逆Ｖ字型平面上に下面断面が略Ｖ字型であって、この略Ｖ字型底面を構成する一辺にスライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部が設けられるとともに、この凹部を挟んでセラミック製静圧パッドがスライドウエイの進行方向に少なくとも一対設けられるとともに、この略Ｖ字型底面を構成する他辺にセラミック製静圧パッドがセラミック製スライドウエイの進行方向に設けられ、このセラミック製静圧パッドに圧力調節可能な水供給配管が施され、前記スライドウエイの略Ｖ字型底面が前記ガイドウエイの直角山陵を滑走する際に水供給ポンプにより水供給配管に供給された水が前記セラミック製パッドより前記ガイドウエイの直角山陵面に供給されセラミック製スライドウエイをガイドウエイの直角山陵面より浮上可能としたことを特徴とする、静圧水軸受直動スライドシステム。
【請求項２】
前記静圧水軸受直動スライドシステムの断面Ｖ字型の支持台が花崗岩、セラミック、または鋳鉄を素材とするものであることを特徴とする、請求項１に記載の静圧水軸受直動スライドシステム。
【請求項３】
前記杆状ガイドウエイを支持する断面Ｖ字型の支持台の上面一辺と水平線が成す勾配角度は、スライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部が設けられるスライドウエイ辺部が浮上する側が５５〜６５度であり、その他方側の勾配角度が３５〜２５度であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の静圧水軸受直動スライドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製スライドウエイ（キャリッジともいう）を花崗岩(Granite)製ガイドウエイ上に静圧水軸受を利用して直線状に移動可能な静圧水軸受直動スライドシステムに関する。この静圧水軸受直動スライドシステムは、環境に易しく、工作機械のワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルに利用できる。
【背景技術】
【０００２】
静圧流体軸受直動スライドシステムの静圧流体軸受としては、一般に空気を利用した静圧気体軸受、潤滑油を使用する静圧油軸受、水を利用する静圧水軸受が提案され、工作機械分野では静圧油軸受が主流で、静圧気体軸受はスピンドルやロ−タリ−テ−ブル等の回転体の静圧空気軸受ロ−タリ−システムに主として利用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、半導体製造装置の検査装置や測定装置では、小型であることと精度が要求されるゆえにセラミック製スライドウエイ（slide-way）をセラミック製または花崗岩製ガイドウエイ上に静圧空気軸受を利用して直線状に移動可能な静圧気体軸受直動スライドシステムが主流となっている。例えば、セラミック製または花崗岩製基台上をアルミナセラミック製ガイド部材(guide-way)の案内方向に移動可能なアルミナセラミック製テ−ブル可動体（slide-way）と、当該テ−ブル可動体を気体によって支持・案内する空気軸受部と、当該可動体を当該基台に対して吸引する吸引力付与部とを備えた静圧気体軸受直線案内装置であって、前記吸引力付与部は前記基台に固定される吸引レール部を備え、当該吸引レール部の熱膨張係数は、前記基台素材のセラミックまたは花崗岩の熱膨張係数とほぼ同じである静圧気体軸受直線案内装置が提案されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。
【０００４】
静圧水軸受直動スライドシステムは、静圧油軸受直動スライドシステムと比較して環境に易しいこと、およびスライドウェイとガイドウエイ間のギャップが約半分（７〜１０μｍ）で済む故に水を送るポンプの馬力が静圧油軸受で使用されるポンプの馬力より小さくて済む利点がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
かかる静圧水軸受直動スライドシステムとして、対向するキャリッジ（slide-way）軸受面を有し、それに沿って及びその間に軸受レール(guide-way)を受容し、さらに、各軸受面がその面内に同様の対称的なポケットを備え、そのポケットから加圧水がレールとキャリッジ面の間のギャップに水薄膜を生じるように発散される線形運動静水圧軸受における、軸受の両側の負荷の変化を自己補償する方法であって、各軸受面上に、対応するポケットから縦方向に間隔をおいて、分析的に表現可能な幾何学形状の加圧流体受容溝を設け、各溝から反対側に配置されたポケットに流体が前記表面の外部に供給され、溝からの流体流れに対する抵抗が、軸受が通常の平衡位置にあり、ギャップが外部力により負荷を受けない場合に、反対側の表面のポケットからの流体流れに対する抵抗の割合に等しくなるように調整され、それにより、外部力が加わると、加えられた負荷を補償するように対向するポケットに差圧が確立されて、流体流れが規制されて加えられた負荷により生じる軸受ギャップの変化に比例して負荷を自己補償することから成る自己補償型静圧水軸受直動スライドシステムが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００６】
また、作動流体として水を使用する水静圧軸受装置においてそのスライドウエイとガイドウエイ摺動面間の固着を防止する方法であって、当該水静圧軸受装置が組み込まれた装置本体の運転休止中に、前記摺動面に所定の圧力で作動流体を供給することを特徴とする水静圧軸受装置の固着防止方法も提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【特許文献１】特開平５−２４３３５５号公報
【特許文献２】特開２０００−６０１８号公報
【特許文献３】特開２０００−１３６８２４号公報
【特許文献４】特開２００４−６０７４８号公報
【特許文献５】特開平６−２１３２３５号公報
【特許文献６】特開２０００−２７８６４号公報
【非特許文献１】Alexander H. Slocum et al著、妊esign of self-compensated, water-hydrostatic bearings   雑誌「Precision Engineering 17」,173-185頁,1995年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
静圧水軸受直動スライドシステムは環境に易しいことから、オイルレスを要求する次世代の直動スライドシステムとして１０年以上前から市場では広範な実用化が期待されているものの、前記文献発表が１９９５年と古いことから理解されるように工作機械分野ではセラミック研削装置に利用した実例（前記非特許文献１参照）が１件のみである。なお、静圧水軸受ロ−タリ−テ−ブルシステムを採用し、市販が試みられた半導体製造研磨装置では加工ワ−クの精密精度がでないことと、静圧水軸受の目詰まりが原因で実用化に失敗している。前記セラミック研削装置が実用化された理由は、市場から要求された加工寸法精度がプラスマイナス１００〜１０００μｍと粗く、半導体製造研磨装置のような厳しい加工寸法精度（プラスマイナス１〜２μｍ）が要求されなかったことと推測される。
【０００８】
この静圧水軸受直動スライドシステムにおいては、セラミック製スライドウエイのパッド部の目詰まり防止には多大の清掃努力が必要で、３週間に一度は研削装置の稼動を止めてスライドウエイの洗浄を行う必要があるし、稼動していないで次回のワ−クピ−スの加工に備えるときは、ガイドウエイ表面の乾燥を防ぎ研削屑や研削によりこぼれ落ちたセラミック粉がガイドウエイに固着しないよう水洗浄するとともにスライドウエイを取り外して水洗浄する必要がある。この水洗浄は、静圧水軸受構造が棒状のガイドレ−ルを断面コ状のスライドウエイを抱持する形状であるので、スライドウエイの取り外し、取り付け作業、洗浄作業に大変手間を要した。
【０００９】
本発明は、加工寸法精度がプラスマイナス５０μｍ以内の機械加工ワ−クを与えることができる静圧水軸受直動スライドシステムであって、セラミック製スライドウエイの取り外し、取り付け作業、洗浄作業が容易な構造の静圧水軸受直動スライドシステム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】
【００１０】
請求項１の発明は、断面正方形または長方形状の花崗岩製またはセラミック製杆状ガイドウエイの下方面を断面Ｖ字型の支持台上にゴム製制振パッドを介して載せ、この杆状ガイドウエイの上面の逆Ｖ字型平面上に下面断面が略Ｖ字型であって、この略Ｖ字型底面を構成する一辺にスライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部が設けられるとともに、この凹部を挟んでセラミック製静圧パッドがスライドウエイの進行方向に少なくとも一対設けられるとともに、この略Ｖ字型底面を構成する他辺にセラミック製静圧パッドがセラミック製スライドウエイの進行方向に設けられ、このセラミック製静圧パッドに圧力調節可能な水供給配管が施され、前記スライドウエイの略Ｖ字型底面が前記ガイドウエイの直角山陵を滑走する際に水供給ポンプにより水供給配管に供給された水が前記セラミック製パッドより前記ガイドウエイの直角山陵面に供給されセラミック製スライドウエイをガイドウエイの直角山陵面より浮上可能としたことを特徴とする、静圧水軸受直動スライドシステムを提供するものである。
【００１１】
請求項２の発明は、前記静圧水軸受直動スライドシステムの断面Ｖ字型の支持台が花崗岩、セラミック、または鋳鉄を素材とするものであることを特徴とする、請求項１に記載の静圧水軸受直動スライドシステムを提供するものである。
【００１２】
請求項３の発明は、前記杆状ガイドウエイを支持する断面Ｖ字型の支持台の上面一辺と水平線が成す勾配角度は、スライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部が設けられるスライドウエイ辺部が浮上する側が５５〜６５度であり、その他方側の勾配角度が３５〜２５度であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の静圧水軸受直動スライドシステムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
制振パッドの抗張力と、セラミック製静圧パッド面に供給される水の圧力バランスにより杆状ガイドウエイとスライドウエイ間のギャップが７〜１０μｍに保たてられる。このセラミック製スライドウエイの底面は、逆Ｖ字形状を成しており、セラミック製静圧パッドがその底面にのみ設けられているので、杆状ガイドウエイからの取り外し、あるいは杆状ガイドウエイへの取り付けが容易であり、また、洗浄も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は本発明の静圧水軸受直動スライドシステムの断面図、図２はスライドウエイを底面側から見た斜視図、および、図３はこの静圧水軸受直動スライドシステムを利用したセラミック製ワ−クピ−ス端面研削装置の正面図である。
【００１５】
図１に示す静圧水軸受直動スライドシステム１は、断面正方形または長方形状の花崗岩製またはセラミック製杆状ガイドウエイ２の下方面を断面Ｖ字型の支持台４上にゴム製制振パッド５を介して載せている。支持台４は鋳鉄製フレ−ム９内に収納されている。この杆状ガイドウエイ２の上面の逆Ｖ字型平面上にセラミック製スライドウエイ３が滑走自在に載せられる。このスライドウエイ３の下面（底面）断面は略Ｖ字型であって、この略Ｖ字型底面を構成する一辺にスライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部６が設けられるとともに、この凹部６を挟んでセラミック製静圧パッド７ａ，７ｂがスライドウエイの進行方向に少なくとも一対設けられるとともに、この略Ｖ字型底面を構成する他辺にもセラミック製静圧パッド７ｃがセラミック製スライドウエイの進行方向に設けられる。これらセラミック製静圧パッドに圧力調節可能な水供給配管８が施され、前記スライドウエイの略Ｖ字型底面が前記ガイドウエイの直角山陵を滑走する際に水供給ポンプ（図２参照）により水供給配管８に供給された水が前記セラミック製パッド７ａ，７ｂ，７ｃより前記ガイドウエイ２の直角山陵面に供給されセラミック製スライドウエイ３は杆状ガイドウエイの直角山陵面より浮上する。
【００１６】
セラミック製静圧パッド７は、図２に示すように幅狭い凹状外枠７０ａを有し、中央凹部７０ｂのセラミック製静圧パッド７ａ，７ｂ，７ｃであって、凹状外枠７０ａおよび中央凹部７０ｂの中央または１／３の位置に水供給ポット８１をそれぞれ有する。その先には、集水孔７ｆを有するコレクタ−７ｄとこのコレクタ−を中央に囲む形でＵ字状静圧パッド７ｅが設けられている。Ｕ字状静圧パッド７ｅの凹部にも水供給ポット８１が設けられている。セラミック製静圧パッド７の形状は、かかる図示されたものの他に、前記特許文献５や特許文献６、非特許文献１等に開示されるセラミック製静圧パッドも使用できる。セラミック製静圧パッド７の数は、スライドウエイの寸法に依存する。
【００１７】
水供給ポット８１は、水供給配管８に接続され、水供給配管８の先はポンプ８３に接続されている。図２において、８２は排水管、８４は圧力計、８５はレリ−フ弁、８６は抗圧弁、Ｍはモ−タ−である。静圧パッドに接続する水供給配管８の外径は、５〜８ｍｍ程度である。
【００１８】
杆状ガイドウエイ２、スライドウエイ３、断面Ｖ字型の支持台４．および静圧パッド７のセラミック素材としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス（熱膨張係数：４〜８×１０-6／℃）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス（熱膨張係数：５×１０-6／℃）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス（熱膨張係数：３〜４×１０-6／℃）等が挙げられる。中でも、アルミナセラミックスが安価で、かつ、花崗岩の熱膨張率に近い熱膨張率を有するので好ましい。また、杆状ガイドウエイ２は花崗岩（黒御影石も含む）（熱膨張係数が６〜９×１０-6／℃程度）も素材として使用でき、耐久性の面および滑性の面を考慮すると花崗岩を用いるのが好ましい。
【００１９】
杆状ガイドウエイ２を支持する断面Ｖ字型の支持台４の素材は、セラミックでも、花崗岩でも鋳鉄でもよい。鋳鉄は安価であり、製造も容易である。花崗岩はセラミックと比較して防黴性に優れる。断面Ｖ字型の支持台の上面一辺と水平線が成す勾配角度は、スライドウエイ駆動手段を取り付ける凹部６が設けられるスライドウエイ辺部が浮上する側(α1)が５５〜６５度であり、その他方側の勾配角度(α２)が３５〜２５度であることが好ましい。図１では、α1が６０度、α２が３０度で図示されている。
【００２０】
スライドウエイ駆動手段の駆動手段としては、リニアモ−タ、モ−タ−ドライブ・ワイヤ−、油圧シリンダ−、エア−シリンダ−、サ−ボモ−タ駆動ボ−ルネジ、等が挙げられる。
【００２１】
制振パッド５の素材としては、カルボキシル基や水酸基等の官能基を有するネオプレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム等の液状ラバ−に、アクリル系ビニル単量体、硬化剤を配合した液状接着剤組成物が使用される。この組成物は、更に、ポリエ−テルポリオ−ル・ポリイソシアネ−トウレタンエラストマ−、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体ゴム、エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体ゴム、水添スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴム、水添スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、低密度ポリエチレン等の軟質樹脂またはエラストマ−、炭酸カルシウム、酸化チタン、クレイ、アスファルト等の充填材、酸化防止剤などを含有していてもよい。例えば、特開２００４−９９６５１号公報は（Ａ）酸無水物基を有する液状イソプレン  １００質量部と、（Ｂ）アミン系潜在性硬化剤  １〜４質量部と、（Ｃ）酸化防止剤  ０．５〜５質量部と、（Ｄ）アクリル化合物  ０．５〜５質量部と、を含有する制振接着剤組成物を開示する。また、特開２００５−４１９４３号公報は、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体、ポリエステル樹脂、ゴム状弾性体樹脂の３成分を少なくとも含有する樹脂組成物であって、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体のマトリックス中に、ポリエステル樹脂相及びゴム状弾性体樹脂相がそれぞれ独立して分散してなる制振材料用樹脂組成物を開示する。
【００２２】
制振パッド５は、積層構造であってもよい。例えば、予め芯材となる高減衰ゴムの層を半加硫し、この高減衰ゴムの表裏面に制振接着剤組成物を塗布した後、支持台４上に置き、この上に杆状ガイドウエイ２を載せることにより型押しし、ついで、硬化させることにより高減衰ゴムの層とゴムの層とが一体化された制振パッドとすることができる。制振パッド５の厚みは、１〜５ｍｍで充分である。
【００２３】
図３に示す平面研削装置は、この静圧水軸受直動スライドシステム１を利用したセラミック製ワ−クピ−ス端面研削装置１０である。図３において、ｗはセラミック製ワ−クピ−ス、８は水供給配管、１１はアルコ−ルを０．５％含有する純水よりなる静圧水を貯蔵するタンク、１２は攪拌翼とサ−モスタットを備えた温度調整器、１３はリニアモ−タ−、１４はダイヤモンドカップホイ−ル型砥石、１５は砥石頭、１６は砥石軸、１７は昇降機構、１７ａは昇降板、１７ｂはサ−ボモ−タ−、１７ｃはボ−ルネジ、１８はコラム、１９は案内レ−ル、２０は前後移動可能なツ−ルテ−ブル、２１は水飛散防止樹脂シ−ト製カバ−、８２は排水管および８３はポンプである。
【００２４】
ワ−クピ−スｗは、静圧水軸受直動スライドシステム１のスライドウエイ３上に載置される。スライドウエイ３は、モ−タ−１３を駆動することによりスライドウエイ３下面に設けたリニアモ−タ−により左右方向に駆動されることによりワ−クピ−スｗの端面がダイヤモンドカップホイ−ル型砥石１４方向（右方向）に移動したり、ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石１４から遠ざかる（左方向）ことができる。このスライドウエイ３の左右移動の際、杆状ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の摺動面のセラミック製パッド７にタンク１１内の静圧水はポンプ８３により供給され、水供給ポット８１より供給され、杆状ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の隙間（gap）を７〜１０μｍ程度に保つ。
【００２５】
セラミック製パッド７ａ，７ｂ，７ｃおよびＵ字状静圧パッド７ｅに供給された静圧水は、コレクタ−７ｄにより集水され、排水管８２より排出される。
【００２６】
コラム１８は、ツ−ルテ−ブル２０より起立して設けられ、ツ−ルテ−ブル２０は案内レ−ル１９上をサ−ボモ−タ−駆動のボ−ルネジ（図示されていない）の回転を受け、前後方向に移動可能となっている。砥石頭１５はこのコラム１８に取り付けられ、昇降機構１７により上下方向に移動する。砥石軸１６に回転自在に軸承されたダイヤモンドカップホイ−ル型砥石１４は、図示されていないサ−ボモ−タ−により砥石軸廻りに回転する。ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の刃先１４ａとワ−クピ−スｗ端面が接する加工点近傍には、カップホイ−ル型砥石１４の台座の環状溝に斜めに設けられた水噴出孔より研削水であるク−ラントが供給される。
【００２７】
ツ−ルテ−ブル２０の前後移動、砥石頭１５の昇降移動、スライドウエイ３の左右移動を利用することにより、ワ−クピ−スｗとダイヤモンドカップホイ−ル型砥石１４の相対的な動きによりワ−クピ−スｗ端面はダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の刃先１４ａにより切り込み、研削される。研削終了後、次ぎのワ−クピ−スを加工するまでの間が短い場合は、杆状ガイドウエイの表面およびスライドウエイを乾燥させぬよう常時水を供給し、常に湿潤状態に維持することが大切である。研削終了後、次ぎのワ−クピ−スを加工するまでの間が長期であるときは、杆状ガイドウエイの表面およびスライドウエイを水洗浄し、乾燥させる。
【００２８】
リニアモ−タ駆動のアルミナセラミック製スライドウエイ３、黒御影石製製杆状ガイドウエイ２、鋳鉄製支持台４、ネオプレンゴム製制振パッドを使用し、水静圧０．５ＭＰａ、スライドウエイ２０ｍｍ／分の移動速度、砥石回転数１００ｒｐｍの加工条件で端面研削されたアルミナセラミック製ワ−クピ−スの凹凸の振れ高さは、２０〜２５μｍ程度である。
【００２９】
以上、セラミック製ワ−クピ−ス端面研削装置１０に利用された静圧水軸受直動スライドシステムを例に挙げて説明したが、本発明の静圧水軸受直動スライドシステムはプランジ加工研削装置、トラバ−ス加工研削装置等の平面研削装置および旋盤に使用されるワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルの静圧水軸受直動スライドシステムとして利用できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の静圧水軸受直動スライドシステムは、スライドウエイの底面が逆Ｖ字形状を成しており、セラミック製静圧パッドがその底面のみに設けられているので、杆状ガイドウエイからの取り外し、あるいは杆状ガイドウエイへの取り付けが容易である。また、杆状ガイドウエイおよびスライドウエイの洗浄も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の静圧水軸受直動スライドシステムの断面図である。
【図２】スライドウエイを底面側から見た斜視図である。
【図３】静圧水軸受直動スライドシステムを利用したセラミック製ワ−クピ−ス端面研削装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    静圧水軸受直動スライドシステム
２    杆状ガイドウエイ
３    スライドウエイ
４    断面Ｖ字型の支持台
５    制振パッド
７ａ，７ｂ，７ｃ    静圧パッド
８    水供給配管
１０    セラミック端面研削装置
１４    ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石
ｗ    セラミック製ワ−クピ−ス
８１    水供給ポット
【図１】
2007078065.tif 000003
【図２】
2007078065.tif 000004
【図３】
2007078065.tif 000005