(57)【要約】【課題】所望の特性を得ることのできる直動案内装置およびこれを備えた計測機器を提供する。【解決手段】直動案内装置２０は、直線状に延在し、摺動面４を有する案内レール１と、案内レール１に沿って相対的に移動可能であるように案内レール１に配置され、摺動面５を有するスライダ２と、案内レール１の摺動面４とスライダ２の摺動面５との間に介在する磁性流体３とを備えている。スライダ２の摺動面５に複数の磁極が形成されており、かつ案内レール１の摺動面４が非磁性体で形成されている。【選択図】図２
2007327629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に延在し、摺動面を有する第１部材と、
前記第１部材に沿って相対的に移動可能であるように前記第１部材に配置され、摺動面を有する第２部材と、
前記第１部材の摺動面と前記第２部材の摺動面との間に介在する磁性流体とを備え、
前記第１部材と前記第２部材とのうちいずれか一方の摺動面に複数の磁極が形成されており、かつ他方の摺動面が非磁性体で形成されていることを特徴とする、直動案内装置。
【請求項２】
前記一方の摺動面は多極着磁されていることを特徴とする、請求項１に記載の直動案内装置。
【請求項３】
前記一方の摺動面には複数の永久磁石が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の直動案内装置。
【請求項４】
前記一方の摺動面は複数の電磁石が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の直動案内装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の直動案内装置を備えた計測機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直動案内装置およびこれを備えた計測機器に関し、より特定的には計測機器などに用いられる、比較的小さな荷重を支持する精密位置決め用の直線運動の直動案内装置およびこれを備えた計測機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などの産業機械では、送りテーブルなどの直線運動する機械部品をその移動方向に案内する装置として、直動案内装置が使用されている。直動案内装置は、軸方向に長く延びる案内レールと、案内レールに嵌め込まれ、案内レールに沿って移動可能なスライダとを備えている。直動案内装置における案内方式としては、大きく分けて滑り案内方式と転がり案内方式とがあり、滑り案内方式には、さらに接触滑り案内方式と、動圧滑り案内方式と、静圧滑り案内方式とがある。
【０００３】
滑り案内方式のうち接触滑り案内方式とは、案内レールとスライダとが潤滑油を介して滑り接触する方式である。また動圧滑り案内方式とは、案内レールの摺動面およびスライダの摺動面のうち少なくともいずれか一方の摺動面に溝などの動圧発生手段を形成し、スライダの移動の際に案内レールの摺動面とスライダの摺動面との間に動圧を発生させ、案内レールに対してスライダを浮上させて支持する方式である。さらに静圧滑り案内方式とは、案内レールの摺動面とスライダの摺動面との間に加圧した潤滑油を強制的に供給して、流体潤滑膜を形成しスライダを支持する方式である。一方、転がり案内方式とは、案内レールの摺動面およびスライダの摺動面に軌道溝を形成し、この軌道溝にローラやボールなどの転動体を配置し、転動体を介してスライダを支持する方式である。これらの直動案内装置の案内方式については、たとえば日本トライボロジー学会、「トライボロジーハンドブック」、養賢堂発行、２００１年、３４３ページ〜３４５ページ（非特許文献１）および日本工作機械工業会、「工作機械の設計学（基礎編）」、１９９８年、１２４ページ〜１３４ページ（非特許文献２）に開示されている。
【０００４】
ところで、軸受の一種として磁性流体軸受が知られている。磁性流体軸受は、内輪と、内輪の外周に配置された外輪と、内輪および外輪の間に充填された磁性流体とを備えている。内輪および外輪のうち一方の摺動面が多極着磁されており、他方の摺動面が非磁性材料により形成されている。従来の磁性流体軸受の構造に関しては、たとえば特開２００４−２１８７９２号公報（特許文献１）および実公平７−７３６号公報（特許文献２）などに開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２１８７９２号公報
【特許文献２】実公平７−７３６号公報
【非特許文献１】日本トライボロジー学会、「トライボロジーハンドブック」、養賢堂発行、２００１年、３４３ページ〜３４５ページ
【非特許文献２】日本工作機械工業会、「工作機械の設計学（基礎編）」、１９９８年、１２４ページ〜１３４ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の直動案内装置では所望の特性を得ることができなかった。これについて以下に説明する。
【０００６】
接触滑り案内方式には、案内レールの摺動面とスライダの摺動面との摩擦抵抗が大きく、摺動面が摩耗しやすいという問題があった。静圧滑り案内方式には、潤滑油を加圧して供給するためのコンプレッサなどの付帯設備が必要であるために、装置の大型化を招くという問題があった。転がり案内方式には、転動体や軌道溝が必要であるために、装置の複雑化を招くという問題があった。
【０００７】
動圧案内方式では、接触滑り方式に比べて摩擦抵抗を低減することができ、かつ静圧滑り案内方式や転がり案内方式などで起こる装置の大型化・複雑化の問題を回避することができる。一方で、スライダの移動に関する両死点近傍ではスライダの移動速度がゼロであるかまたは極めて小さいため、十分な動圧が発生せず、その結果摺動面同士が互いに接触して摩擦抵抗が大きくなるという問題があった。また、動圧作用を得るために比較的粘度の高い潤滑油が用いられているので、スライダの移動速度が速くなると過度の動圧が発生し、スライダの浮上量が過大になるという問題があった。さらに、案内レールの摺動面とスライダの摺動面との間のみに潤滑油をシールしておくことが困難であり、案内レールの摺動面全面に潤滑油が広がりやすい。このため、潤滑油の外部への漏洩の問題およびそれに伴なう周囲環境の汚染の問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、所望の特性を得ることのできる直動案内装置およびこれを備えた計測機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の直動案内装置は、直線状に延在し、摺動面を有する第１部材と、第１部材に沿って相対的に移動可能であるように第１部材に配置され、摺動面を有する第２部材と、第１部材の摺動面と第２部材の摺動面との間に介在する磁性流体とを備えている。第１部材と第２部材とのうちいずれか一方の摺動面に複数の磁極が形成されており、かつ他方の摺動面が非磁性体で形成されている。
【００１０】
本発明の直動案内装置によれば、一方の摺動面から発生する磁力によって、第１部材の摺動面と第２部材の摺動面との間に磁性流体を支持することができる。これにより、第２部材の相対速度がゼロである場合や極めて小さい場合でも、第１部材と第２部材とを非接触で支持することができ、摺動面の摩擦抵抗を低減することができる。また動圧を発生させずに第２部材を支持するので、第２部材の相対速度が速い場合でも第２部材の浮上量が過大にならない。さらに、磁性流体は磁極が形成されている摺動面に引き付けられるので、磁性流体の外部への漏洩を抑止することができる。その結果、所望の特性を得ることができる。
【００１１】
上記直動案内装置において好ましくは、上記一方の摺動面は多極着磁されている。これにより、磁束線を高密度化することができ、案内軸受としての負荷容量や剛性を増加させることができる。
【００１２】
上記直動案内装置において好ましくは、上記一方の摺動面には複数の永久磁石が配置されている。これにより、永久磁石が配置される摺動面の材料が磁性体であっても非磁性体であってもよくなり、第１部材または第２部材の材料選択の幅が広がる。
【００１３】
上記直動案内装置において好ましくは、上記一方の摺動面は複数の電磁石が配置されている。これにより、磁界の強度が可変となり、案内軸受としての負荷容量を制御することができる。
【００１４】
本発明の計測装置は、上記の直動案内装置を備えている。これにより、所望の特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の直動案内装置およびこれを備えた計測機器によれば、所望の特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に付いて、図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における直動案内装置の構成を示す斜視図である。図１を参照して、本実施の形態の直動案内装置２０は、第１部材としての案内レール１と、第２部材としてのスライダ２と、磁性流体３とを備えている。案内レール１は直線状に延在しており、スライダ２は磁性流体３を介して案内レール１上に配置されている。スライダ２は、案内レール１に沿って図１中矢印で示す方向に移動可能である。
【００１７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２を参照して、案内レール１は摺動面４を有している。摺動面４は、２つの斜面４ａと、２つの斜面４ａの間に形成された２つの壁面４ｂと、２つの壁面４ｂの間に形成された底面４ｃとを有している。壁面４ｂおよび底面４ｃは案内レール１の幅方向（図２中横方向）の中央部に形成されており、溝を構成している。摺動面４の深さは、斜面４ａの各々において幅方向の中央部に向かって一定の割合で増加しており、壁面４ｂにおいて不連続に増加しており、底面４ｃにおいて一定になっている。２つの壁面４ｂは互いに対向しており、底面４ｃは壁面４ｂの各々と直角に交わっている。斜面４ａ、壁面４ｂおよび底面４ｃの各々は、案内レール１の長手方向に沿って延在している。
【００１８】
スライダ２は、摺動面４に対向する摺動面５を有している。摺動面５は２つの斜面５ａを有している。摺動面は凸形状を有している。すなわち、スライダ２の高さ（図２中縦方向の長さ）は、斜面５ａの各々においてスライダ２の幅方向の中央部に向かって一定の割合で増加している。斜面５ａの各々は、案内レール１の長手方向に沿って延在している。
【００１９】
磁性流体３は、案内レール１の摺動面４とスライダ２の摺動面５との間に介在している。磁性流体３は磁性粒子をコロイド状に分散させた液体によって構成されている。
【００２０】
図３は、スライダの摺動面における磁極分布の一例を示す図である。図２および図３を参照して、スライダ２の摺動面５には複数の磁極が形成されており、案内レール１の摺動面４は非磁性材料で形成されている。スライダ２の幅方向で隣り合う磁極同士は互いに異極となっており、複数の磁極の各々は、案内レール１の長手方向（図中縦方向）に沿って細長い形状で形成されている。
【００２１】
スライダ２の摺動面５の磁極分布は自由であり、図３の磁極分布の他、たとえば図４に示すような磁極分布であってもよい。図４を参照して、スライダ２の摺動面５に形成された磁極の各々は等間隔で点状に分布しており、案内レール１の長手方向および幅方向の各々で隣り合う磁極同士は互いに異極となっている。
【００２２】
スライダ２の摺動面５に複数の磁極を形成する方法としては、摺動面５を強磁性体で形成し、強磁性体の磁気履歴特性を利用して摺動面５を多極着磁する方法を採用することができる。この場合、磁束線を高密度化することができ、案内軸受としての負荷容量や剛性を増加させることができる。また図５に示すように摺動面５に複数の溝７を形成し、これらの溝７の各々に永久磁石８を配置してもよい。この場合、摺動面５は磁性体であっても非磁性体であってもよくなり、スライダ２の材料選択の幅が広がる。さらに図６に示すように摺動面５に複数の溝を形成し、これらの溝の各々に電磁石９を配置し、電磁石９の各々を並列に可変直流電源１０に接続してもよい。この場合、磁界の強度が可変となり、案内軸受としての負荷容量を制御することができる。
【００２３】
本実施の形態における直動案内装置２０は、直線状に延在し、摺動面４を有する案内レール１と、案内レール１に沿って相対的に移動可能であるように案内レール１に配置され、摺動面５を有するスライダ２と、案内レール１の摺動面４とスライダ２の摺動面５との間に介在する磁性流体３とを備えている。スライダ２の摺動面５に複数の磁極が形成されており、かつ案内レール１の摺動面４が非磁性体で形成されている。
【００２４】
本実施の形態における直動案内装置２０によれば、摺動面５から発生する磁界の作用により摺動面４および５の間に磁性流体が支持される。その結果、軸受としての負荷容量と剛性が生じ、摺動面４および５が完全非接触で互いに支持される。スライダ２の相対速度がゼロである場合や極めて小さい場合でも摺動面４および５の間には磁性流体の膜が存在する。このため、摺動面４および５を常に完全非接触の状態に保つことができ、摺動面４および５の摩擦抵抗（起動摩擦抵抗）を低減することができる。また流体軸受の粘性を利用してスライダ２の移動に減衰作用を与えることもできる。また動圧を発生させずにスライダ２を支持するので、スライダ２の相対速度が速い場合でもスライダ２の浮上量が過大にならない。さらに磁性流体３は磁力によって摺動面５に引き付けられるので、スライダ２の移動と共に磁性流体３も移動し、案内レール１の摺動面４とスライダ２の摺動面５との間のみに磁性流体３を保持することができる。その結果、磁性流体の外部への漏洩を抑止でき、漏洩のメンテナンスが不要になる。
【００２５】
加えて、摺動面４および５が常に完全非接触の状態に保たれるので、接触滑り案内方式に比べて摺動面４および５が摩耗しにくい。またコンプレッサなどの付帯設備が不要であるため、静圧滑り案内方式に比べて装置の小型化を図ることができ、低コストである。さらに、転動体や軌道溝が不要であるので、転がり案内方式に比べて装置の簡素化を図ることができる。
【００２６】
なお、本発明の第１部材および第２部材の形状は任意であり、案内レール１およびスライダ２は図１および図２に示す形状を有している場合の他、たとえば次のような形状を有していてもよい。
【００２７】
図７は、本発明の実施の形態１における他の直動案内装置の構成を示す断面図である。図７を参照して、案内レール１の摺動面４は、２つの壁面４ｇと、２つの壁面４ｇよりも幅方向内側に形成された２つの底面４ｆと、底面４ｆよりも幅方向内側に形成された２つの壁面４ｅと、２つの壁面４ｅの間に形成された底面４ｄとを有している。摺動面４の深さは、壁面４ｇの各々において幅方向の中央部に向かって不連続に増加しており、底面４ｆの各々において一定になっている。また壁面４ｅの各々において幅方向の中央部に向かって不連続に減少しており、底面４ｄにおいて一定になっている。壁面４ｅおよび４ｇの各々は互いに平行であり、底面４ｄおよび４ｆの各々は互いに平行であり、壁面４ｅおよび４ｇの各々と直角に交わっている。底面４ｄおよび４ｆと、壁面４ｅおよび４ｇとの各々は、案内レール１の長手方向に沿って延在している。
【００２８】
スライダ２の摺動面５は、２つの側面５ｅと、２つの側面５ｅよりも幅方向内側に形成された２つの突出面５ｄと、突出面５ｄよりも幅方向内側に形成された２つの壁面５ｃと、２つの壁面５ｃの間に形成された底面５ｂとを有している。スライダ２の高さは、突出面５ｄの各々において一定であり、壁面５ｃの各々においてスライダ２の幅方向の中央部に向かって不連続に減少しており、底面５ｂにおいて一定になっている。底面５ｂ、壁面５ｃ、突出面５ｄおよび側面５ｅの各々は、案内レール１の長手方向に沿って延在している。
【００２９】
図７に示すような直動案内装置２０であっても、図１および図２に示す直動案内装置と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、計測機器の一例として表面粗さ計について説明する。
【００３１】
図８は、本発明の実施の形態２における表面粗さ計の構成を模式的に示す平面図である。図８を参照して、本実施の形態における計測機器としての表面粗さ計は、図１および図２に示す直動案内装置２０と、距離センサ１５とを備えている。距離センサ１５は本体１１とコンピュータ１４とを有している。本体１１はスライダ２の上面に固定されており、その先端に投光部１２と受光部１３とを有している。また本体１１はコンピュータ１４と電気的に接続されている。
【００３２】
続いて、表面粗さ計を用いた対象物の表面粗さの測定方法について説明する。距離センサ１５は、投光部１２から対象物１７の表面の位置Ｐに向けてレーザ光Ｌ１を照射し、位置Ｐからの反射光Ｌ２を受光部１３で受光する。そして、受光部１３での受光位置に関するデータをコンピュータ１４に送信し、このデータに基づいて本体１１から位置Ｐまでの距離を計算する。直動案内装置２０の案内レール１を対象物１７の表面に対して平行に配置し、スライダ２を移動させながら距離の計測を行なうことによって、対象物１７の表面に沿った距離が計測される。その結果、対象物１７の表面に沿った距離の変動から対象物１７の表面粗さを計測することができる。
【００３３】
実施の形態１に示す直動案内装置２０を備えた表面粗さ計によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の直動案内装置は、軽負荷でかつ頻繁に起動・停止を繰り返す計測機器などの用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における直動案内装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】スライダの摺動面における磁極の分布の一例を示す図である。
【図４】スライダの摺動面における磁極の分布の他の例を示す図である。
【図５】スライダの摺動面に複数の磁極を形成する方法の一例を示す図である。
【図６】スライダの摺動面に複数の磁極を形成する方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における直動案内装置の他の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における表面粗さ計の構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  案内レール、２  スライダ、３  磁性流体、４，５  摺動面、４ａ，５ａ  斜面、４ｂ，４ｅ，４ｇ，５ｃ  壁面、４ｃ，４ｄ，４ｆ，５ｂ  底面、５ｄ  突出面、５ｅ  側面、７  溝、８  永久磁石、９  電磁石、１０  可変直流電源、１１  本体、１２  投光部、１３  受光部、１４  コンピュータ、１５  距離センサ、１７  対象物、２０  直動案内装置。
【図１】
2007327629.tif 000003
【図２】
2007327629.tif 000004
【図３】
2007327629.tif 000005
【図４】
2007327629.tif 000006
【図５】
2007327629.tif 000007
【図６】
2007327629.tif 000008
【図７】
2007327629.tif 000009
【図８】
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