JP2005061585A - Non-contact guide - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact guide having simple technical construction for guiding a movable body along a guiding body. <P>SOLUTION: The guide comprises the movable body having a sliding face, the guide body having a guide face opposed to the sliding face, and filling liquid for filling a gap between the sliding face and the guide face. By selecting affinity to the filling liquid between the sliding face and the guide face, the filling liquid permeates into the gap between the sliding face and the guide face with surface tension to fill the gap. Thus, the sliding face and the guide face are kept in non-contact with each other. The internal pressure of the filling liquid is changed against a change in distance between the sliding face and the guide face, and so the movable body is constrained perpendicular to the guide face. The movable body constrained perpendicular to the guide face has motion with extremely low friction in a direction parallel to the guide face. At this time, it has high positioning resolution with no static friction because it is constrained via the filling liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、可動体を案内体に沿って案内する技術に関し、特に可動体と案内体の間に液体を介在させることによって可動体と案内体が直接に接触することを禁止した状態で可動体を案内する技術に関する。本発明の案内体の案内面がフラットであれば、可動体がフラットな面内でスライド可能に案内され、可動体が円柱状であり、案内面がそれを取囲む円筒内面であれば、円柱状可動体（回転軸）が回転可能に軸支される。   The present invention relates to a technique for guiding a movable body along a guide body, and in particular, a movable body in a state in which direct contact between the movable body and the guide body is prohibited by interposing a liquid between the movable body and the guide body. It is related with the technology to guide. If the guide surface of the guide body of the present invention is flat, the movable body is guided so as to be slidable within the flat surface, the movable body is cylindrical, and if the guide surface is a cylindrical inner surface surrounding it, a circle A columnar movable body (rotating shaft) is rotatably supported.

機械装置は、回転軸を回転可能に軸支する軸受や、可動体を直線に沿って移動可能に案内するリニアスライダーや、可動体を平面内の任意方向に移動可能に案内する面的スライダーや、回転軸の端面を平面内で回転可能に案内するスラスト軸受等の各種案内装置を必要とする。
これらの案内装置では、可動体と案内体間の摩擦が低いことが要求され、可動体と案内体が直接に接触することを禁止した状態で可動体を案内する技術が待望されている。 The mechanical device includes a bearing that rotatably supports a rotating shaft, a linear slider that guides the movable body so that the movable body can move along a straight line, a planar slider that guides the movable body so that the movable body can move in any direction in a plane, In addition, various guide devices such as a thrust bearing for guiding the end face of the rotary shaft so as to be rotatable in a plane are required.
These guide devices are required to have low friction between the movable body and the guide body, and a technology for guiding the movable body in a state where direct contact between the movable body and the guide body is prohibited is awaited.

可動体と案内体が直接に接触することを禁止した状態で可動体を案内するために、静圧案内技術が開発されている。静圧案内技術では、可動体と案内体の間隙に加圧液体を送込み、その圧力によって可動体と案内体が接触しない状態を得るものである。非接触であることから部材が磨耗せず、摺動抵抗が極めて小さく、かつ可動体の位置決め分解能を小さくすることができる。また液体の圧力を高めることで、可動体と案内体の間隙が変化することに対する抑制力を高めることができ、間隙を一定値に維持する拘束力を高くすることができる（剛性を高くすることができる）。   In order to guide the movable body while prohibiting direct contact between the movable body and the guide body, a static pressure guide technique has been developed. In the static pressure guide technology, a pressurized liquid is fed into the gap between the movable body and the guide body, and the movable body and the guide body are not brought into contact with each other by the pressure. Since the member is not contacted, the member is not worn, the sliding resistance is extremely small, and the positioning resolution of the movable body can be reduced. Also, by increasing the pressure of the liquid, it is possible to increase the restraining force against changes in the gap between the movable body and the guide body, and it is possible to increase the restraining force that maintains the gap at a constant value (increase the rigidity). Can do).

可動体と案内体の間隙に加圧液体を送込むことによって可動体と案内体を非接触の状態に維持する静圧案内技術では、加圧液体を常に圧送する必要があるためにコンプレッサ等の加圧手段と配管等を必要とし、装置全体として大掛かりとなる。設備コストとエネルギーコスト等の問題が残されている。また、コンプレッサ等の加圧手段を利用することから可動体と案内体の間隙に送込まれる液体の圧力が脈動することが避けられず、その脈動が可動体の挙動に影響を与える。
本発明では、液体が持つ表面張力によって可動体と案内体の間隙に液体を封じ込め、封じ込められた液体を利用して、可動体と案内体の間隙が変化することに対する抑制力を得る。本発明によると、非接触式案内装置の構成を簡素化することができる。また液体圧力の脈流による影響を受けることがない。 In the static pressure guide technology that maintains the movable body and the guide body in a non-contact state by feeding the pressurized liquid into the gap between the movable body and the guide body, it is necessary to constantly feed the pressurized liquid. A pressurizing means and piping are required, and the entire apparatus becomes large. Issues such as equipment costs and energy costs remain. Further, since pressure means such as a compressor is used, it is inevitable that the pressure of the liquid fed into the gap between the movable body and the guide body pulsates, and the pulsation affects the behavior of the movable body.
In the present invention, the liquid is confined in the gap between the movable body and the guide body by the surface tension of the liquid, and the restraining force against the change in the gap between the movable body and the guide body is obtained by using the contained liquid. According to the present invention, the configuration of the non-contact type guide device can be simplified. Moreover, it is not influenced by the pulsating flow of the liquid pressure.

本発明の案内装置は、摺動面を有する可動体と、摺動面に対向する案内面を有する案内体を備えており、摺動面と案内面の間隙を液体が充填している。
本発明の一つの案内装置は、摺動面に対する充填液体の接触角と案内面に対する充填液体の接触角の和が１８０度未満であり、案内面に対する充填液体の接触角が９０度以上であり、可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する充填液体の接触角が、摺動面と隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角の最大角以上であることを特徴とする。
この案内装置は、摺動面と案内面の間隙を充填している液体が、摺動面を案内面に近接させようとする外力に抗して、摺動面が案内面に近接するのを抑制する力を発揮する。 The guide device of the present invention includes a movable body having a sliding surface and a guide body having a guiding surface facing the sliding surface, and a liquid fills a gap between the sliding surface and the guiding surface.
In one guide device of the present invention, the sum of the contact angle of the filling liquid with respect to the sliding surface and the contact angle of the filling liquid with respect to the guide surface is less than 180 degrees, and the contact angle of the filling liquid with respect to the guide surface is 90 degrees or more. The contact angle of the filling liquid to the adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body is equal to or greater than the maximum angle formed by the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface. And
In this guide device, the liquid filling the gap between the slide surface and the guide surface is prevented from approaching the guide surface against the external force that tries to bring the slide surface close to the guide surface. Demonstrate the ability to suppress.

液体は表面張力を有する。表面張力が作用している液体の内部圧力は、表面張力によって、雰囲気圧力と相違する。その圧力差が、摺動面と案内面の間隙が変化しようとするのを抑制する力を生み出す。本発明の案内装置は、この原理を利用する。
図１に本発明に係る案内装置の一例を例示する。図１に示す案内装置１０は、可動体１２と案内体１５と充填液体１８によって構成されている。可動体１２は円柱形状をしており、上面１１、下面１３、側面１４を備えている。案内体１５の上面１６は、水平に広がっている。可動体１２の下面１３と案内体１５の上面１６は向き合っており、その間隙に液体１８が充填されている。後記するように、間隙に充填された液体１８は間隙に封じこめられ、間隙に封じこめられた液体１８によって間隙が維持され、可動体１２と案内体１５は非接触な状態に維持される。可動体１２の下面１３は摺動面となり、案内体１５の上面１６は案内面となり、摺動面１３が案内面１６に向き合った状態で、可動体１２は案内面１６に沿って移動可能に支持される。
次に、可動体１２の摺動面１３と案内体１５の案内面１６の間隙に液体１８が封じこめられ、間隙に封じこめられた液体によって、摺動面１３と案内面１６が非接触状態に維持される様子を説明する。
充填液体１８の表面張力の大きさをＴとする。案内装置１０が置かれている雰囲圧力をＰ０とする。可動体１２の摺動面１３に対する液体１８の接触角をαとする。案内体１５の案内面１６に対する液体１８の接触角をβとする。
本案内装置では、接触角αと接触角βは、α＋β＜１８０度に関係が成立するものが選択されている。図２は、摺動面１３と案内面１６の間隙の一部にのみ液体１８が浸入している状態を示している。液体１８は、自己の表面張力によって摺動面１３から左向きにＴｃｏｓαの力を受ける。同様に、液体１８は、案内面１６から右向きにＴｃｏｓ（π−β）＝−Ｔｃｏｓβの力を受ける。β＞πであるためにｃｏｓβは負であり、−Ｔｃｏｓβは正となる。左向きの力を正とすると、液体１８は、左向きに、Ｔ（ｃｏｓα＋ｃｏｓβ）の力を受ける。α＋β＜１８０度であり、しかも接触角αとβのそれぞれは、０度以上１８０度未満であるので（０度＜α＜１８０度であり、０度＜β＜１８０度である）、液体１８が受ける左向きの力Ｔ（ｃｏｓα＋ｃｏｓβ）は正となる。即ち、液体１８は図面左方ヘの力を受ける。従って、液体１８は摺動面１３と案内面１６の間隙に自己の表面張力によって浸透し、図１に示すように摺動面１３と案内面１６の間隙を充填する。
本明細書において、接触角とは固体表面に対する液体の親和性を示すものである。実際に液体が固体表面に接触しているときの角度については、接触角とは区別して、「接触している角度」や「接触する角度」等と記述する。固体表面が角張っており、その頂点から液面が伸びているような場合には、「接触している角度」や「接触する角度」が「接触角」から相違することがある。 The liquid has a surface tension. The internal pressure of the liquid on which the surface tension is acting differs from the atmospheric pressure due to the surface tension. The pressure difference creates a force that suppresses the change in the gap between the sliding surface and the guide surface. The guiding device of the present invention utilizes this principle.
FIG. 1 illustrates an example of a guide device according to the present invention. A guide device 10 shown in FIG. 1 includes a movable body 12, a guide body 15, and a filling liquid 18. The movable body 12 has a cylindrical shape and includes an upper surface 11, a lower surface 13, and a side surface 14. The upper surface 16 of the guide body 15 extends horizontally. The lower surface 13 of the movable body 12 and the upper surface 16 of the guide body 15 face each other, and a liquid 18 is filled in the gap. As will be described later, the liquid 18 filled in the gap is sealed in the gap, the gap is maintained by the liquid 18 sealed in the gap, and the movable body 12 and the guide body 15 are maintained in a non-contact state. The lower surface 13 of the movable body 12 is a sliding surface, the upper surface 16 of the guiding body 15 is a guiding surface, and the movable body 12 can move along the guiding surface 16 with the sliding surface 13 facing the guiding surface 16. Supported.
Next, the liquid 18 is sealed in the gap between the sliding surface 13 of the movable body 12 and the guide surface 16 of the guide body 15, and the sliding surface 13 and the guide surface 16 are not in contact with each other by the liquid sealed in the gap. The manner in which it is maintained will be described.
Let T be the magnitude of the surface tension of the filling liquid 18. The atmospheric pressure in which the guide device 10 is placed is P0. The contact angle of the liquid 18 with respect to the sliding surface 13 of the movable body 12 is defined as α. The contact angle of the liquid 18 with respect to the guide surface 16 of the guide body 15 is β.
In the present guide device, the contact angle α and the contact angle β are selected such that the relationship is established as α + β <180 degrees. FIG. 2 shows a state in which the liquid 18 enters only a part of the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16. The liquid 18 receives a force of Tcosα leftward from the sliding surface 13 by its own surface tension. Similarly, the liquid 18 receives a force of Tcos (π−β) = − Tcosβ from the guide surface 16 to the right. Since β> π, cos β is negative and -T cos β is positive. If the leftward force is positive, the liquid 18 receives a force of T (cosα + cosβ) leftward. Since α + β <180 degrees and the contact angles α and β are not less than 0 degrees and less than 180 degrees (0 degrees <α <180 degrees and 0 degrees <β <180 degrees), the liquid 18 The leftward force T (cos α + cos β) received by is positive. That is, the liquid 18 receives a force toward the left side of the drawing. Accordingly, the liquid 18 penetrates into the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 by its surface tension, and fills the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 as shown in FIG.
In the present specification, the contact angle indicates the affinity of a liquid for a solid surface. The angle when the liquid is actually in contact with the solid surface is described as “the angle of contact”, “the angle of contact”, etc., as distinguished from the contact angle. When the solid surface is angular and the liquid level extends from the apex, the “contact angle” and the “contact angle” may differ from the “contact angle”.

図３に示すように、充填液体１８は、案内面１６と位置１６ａにおいて接触角βで接触している。案内面１６に対する充填液体１８の接触角βは、９０度よりも大きい。また、充填液体１８は、摺動面１３と位置１３ａにおいて角度θ１で接触している。摺動面１３の位置１３ａは、摺動面１３に隣接する隣接面１４との境界となる外延部であるため、充填液体１８が摺動面１３に接触している角度θ１は、摺動面１３に対する接触角αに限られない。角度θ１は、摺動面１３に対する接触角αよりも大きくなりうる。
充填液体１８が位置１３ａで摺動面１３に角度θ１で接触している場合、充填液体１８が位置１３ａで隣接面１４に角度ψ１で接触しているということができる。摺動面１３と隣接面１４がなす角度をψ２とすると、ψ１＝θ１＋ψ２−πの関係が成立する。角度ψ１は、摺動面１３と隣接面１４の境界１３ａから伸びる液面と隣接面１４の延長面１４ａがなす角ということができる。
液面と隣接面１４がなす角ψ１が、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さければ、液体は表面張力によって境界１３ａから外方に膨れ、隣接面１４に沿って這い上がることがない。即ち、液体１８は摺動面１３と案内面１６の間隙に封じこめられ、間隙から抜け出すことがない。液面と隣接面１４がなす角ψ１が、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも大きいと、液体１８が隣接面１４に沿って這い上がって液体１８が摺動面１３と案内面１６の間隙から抜け出してしまう。液面と隣接面１４がなす角ψ１が、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも大きいと、摺動面１３と案内面１６を非接触状態に維持することができなくなってしまう。液面と隣接面１４がなす角ψ１が、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さいと、液体１８が隣接面１４に沿って這い上がることがなく、液体１８を摺動面１３と案内面１６の間隙に維持することができる。
境界１３ａから伸びる液面と摺動面１３がなす角θ１や、その液面と隣接面１４がなす角ψ１は、摺動面１３が案内面１６に近接するほど大きくなる。液面と隣接面１４がなす角ψ１が最大角となっても、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さければ、液体１８は表面張力によって摺動面１３と案内面１６の間隙に封じこめられ、摺動面１３と案内面１６を非接触状態に維持することができる。
図４に示すように、摺動面１３と隣接面１４は同一平面にあってもよい。すなわち、摺動面１３と隣接面１４のなす角度が１８０度（又はゼロ度）であってもよい。可動体１２の摺動面１３の材質と隣接面１４の材質を変えることによって同一平面内に摺動面１３と隣接面１４を作り分けることが可能となる。この場合には、摺動面１３と隣接面１４の境界１３ａから伸びる液面と摺動面１３がなす角θ１と、その液面と隣接面１４の延長面（すなわち摺動面）がなす角ψ１が等しくなる。境界１３ａから伸びる液面と隣接面１４の延長面がなす角ψ１が最大角となっても、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さければ、液体１８は摺動面１３と案内面１６の間隙に封じこめられ、隣接面１４が濡れることがない。液体１８は表面張力によって摺動面１３と案内面１６の間隙に封じこめられ、摺動面１３と案内面１６を非接触状態に維持することができる。
隣接面１４の延長面と液面がなす角ψ１の最大角は各種の態様で設計することができる。可動体１２に作用する外力が限定されていれば、最大外力が作用したときの隣接面１４の延長面と液面がなす角ψ１よりも大きな接触角γを持つ液体を採用すればよい。物理的なストッパによって、摺動面１３と案内面１６の間隔を一定値以上に保持してもよい。一定値以上に保持すれば、隣接面１４の延長面と液面がなす角ψ１は一定角度以上には増大しない。物理的なストッパが作用するまで接近すれば非接触でなくなるが、それ以前の状態では、非接触状態を維持することができる。後記するように、可動体の上下両面に摺動面を設け、一方の摺動面には液圧によって案内面に接近することを抑制する案内装置を設け、他方の摺動面には液圧によって案内面から離反することを抑制する案内装置を設けると、間隙の変化を抑制する力を増大することができ、可動体１２に作用する外力によって生じる隣接面１４の延長面と液面がなす角ψ１の最大角を、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さく維持することができる。
何らかの手法で、隣接面１４の延長面と液面がなす角ψ１の最大角を、隣接面１４に対する液体の接触角γよりも小さく維持しておけば、液体１８の表面張力によって液体１８を摺動面１３と案内面１６の間隙に封じこめておくことができる。 As shown in FIG. 3, the filling liquid 18 is in contact with the guide surface 16 at a position 16a at a contact angle β. The contact angle β of the filling liquid 18 with respect to the guide surface 16 is greater than 90 degrees. Further, the filling liquid 18 is in contact with the sliding surface 13 at the position θa at an angle θ1. Since the position 13a of the sliding surface 13 is an extended portion serving as a boundary with the adjacent surface 14 adjacent to the sliding surface 13, the angle θ1 at which the filling liquid 18 is in contact with the sliding surface 13 is the sliding surface. 13 is not limited to the contact angle α. The angle θ1 can be larger than the contact angle α with respect to the sliding surface 13.
When the filling liquid 18 is in contact with the sliding surface 13 at the angle 13 at the position 13a, it can be said that the filling liquid 18 is in contact with the adjacent surface 14 at the angle 13 at the position 13a. When the angle formed by the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 is ψ2, the relationship ψ1 = θ1 + ψ2-π is established. The angle ψ 1 can be said to be an angle formed by the liquid surface extending from the boundary 13 a between the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 and the extended surface 14 a of the adjacent surface 14.
If the angle ψ 1 formed between the liquid surface and the adjacent surface 14 is smaller than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14, the liquid swells outward from the boundary 13 a due to surface tension and does not crawl along the adjacent surface 14. . That is, the liquid 18 is sealed in the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 and does not escape from the gap. If the angle ψ1 formed between the liquid surface and the adjacent surface 14 is larger than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14, the liquid 18 scoops up along the adjacent surface 14 and the liquid 18 moves between the sliding surface 13 and the guide surface 16. It escapes from the gap. If the angle ψ1 formed between the liquid surface and the adjacent surface 14 is larger than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14, the sliding surface 13 and the guide surface 16 cannot be maintained in a non-contact state. If the angle ψ1 formed between the liquid surface and the adjacent surface 14 is smaller than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14, the liquid 18 does not crawl along the adjacent surface 14, and the liquid 18 is guided to the sliding surface 13. The gap in the surface 16 can be maintained.
The angle θ1 formed by the liquid surface extending from the boundary 13a and the sliding surface 13 and the angle ψ1 formed by the liquid surface and the adjacent surface 14 increase as the sliding surface 13 approaches the guide surface 16. Even if the angle ψ1 formed between the liquid surface and the adjacent surface 14 is the maximum angle, the liquid 18 is sealed in the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 by surface tension as long as it is smaller than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14. As a result, the sliding surface 13 and the guide surface 16 can be maintained in a non-contact state.
As shown in FIG. 4, the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 may be on the same plane. That is, the angle formed by the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 may be 180 degrees (or zero degrees). By changing the material of the sliding surface 13 and the material of the adjacent surface 14 of the movable body 12, it is possible to make the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 separately in the same plane. In this case, the angle θ1 formed between the liquid surface extending from the boundary 13a between the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 and the sliding surface 13, and the angle formed between the liquid surface and the extended surface of the adjacent surface 14 (ie, the sliding surface). ψ1 becomes equal. Even if the angle ψ1 formed by the liquid surface extending from the boundary 13a and the extended surface of the adjacent surface 14 is the maximum angle, the liquid 18 can slide to the sliding surface 13 and the guide surface 16 if the liquid contact angle γ with respect to the adjacent surface 14 is smaller. And the adjacent surface 14 is not wetted. The liquid 18 is sealed in the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 by surface tension, and the sliding surface 13 and the guide surface 16 can be maintained in a non-contact state.
The maximum angle of the angle ψ1 formed by the extension surface of the adjacent surface 14 and the liquid surface can be designed in various ways. If the external force acting on the movable body 12 is limited, a liquid having a contact angle γ larger than the angle ψ1 formed by the extension surface of the adjacent surface 14 and the liquid surface when the maximum external force is applied may be employed. You may hold | maintain the space | interval of the sliding surface 13 and the guide surface 16 to a fixed value or more with a physical stopper. If held above a certain value, the angle ψ1 formed by the extension surface of the adjacent surface 14 and the liquid level does not increase beyond a certain angle. If it approaches until a physical stopper acts, it will become non-contact, but in a state before that, a non-contact state can be maintained. As will be described later, sliding surfaces are provided on both the upper and lower surfaces of the movable body, one guide surface is provided with a guide device that suppresses approaching the guide surface by hydraulic pressure, and the other sliding surface is provided with hydraulic pressure. By providing a guide device that suppresses separation from the guide surface by the force, the force that suppresses the change in the gap can be increased, and the extension surface of the adjacent surface 14 generated by the external force acting on the movable body 12 forms the liquid surface. The maximum angle of the angle ψ 1 can be kept smaller than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14.
If the maximum angle of the angle ψ 1 formed by the extension surface of the adjacent surface 14 and the liquid surface is kept smaller than the contact angle γ of the liquid with respect to the adjacent surface 14 by some method, the liquid 18 is slid by the surface tension of the liquid 18. It can be sealed in the gap between the moving surface 13 and the guide surface 16.

摺動面に対する液体の接触角と案内面に対する液体の接触角の和が１８０度未満であれば、液体は表面張力によって摺動面と案内面の間隙に浸透し、摺動面と案内面の間隙を充填する。可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する液体の接触角が、摺動面と隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角の最大角以上であれば、液体は表面張力によって摺動面と案内面の間隙に封じこめられ、摺動面と案内面を非接触状態に維持することができる。   If the sum of the contact angle of the liquid with respect to the sliding surface and the contact angle of the liquid with respect to the guide surface is less than 180 degrees, the liquid penetrates into the gap between the slide surface and the guide surface due to surface tension. Fill the gap. If the contact angle of the liquid to the adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body is equal to or greater than the maximum angle formed by the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface, the liquid It is sealed in the gap between the sliding surface and the guide surface by the tension, and the sliding surface and the guide surface can be maintained in a non-contact state.

図５は、摺動面１３と隣接面１４の境界１３ａから伸びる液面が摺動面１３と角度θ１で接触し、案内面１６と接触角βで接触している状態で作用している力を示している。可動体１２は重量がＷであり、摺動面１３の面積がＡである。また、図５の状態において、摺動面１３と案内面１６の間隙の距離はｄ１であるとする。
摺動面１３の境界位置１３ａにおいて、充填液体１８の表面張力Ｔの水平方向成分は、充填液体１８に対して内向きにＴｃｏｓ（π−θ１）となる。また、案内面１６上の位置１６ａにおいて、充填液体１８の表面張力Ｔの水平方向成分は、充填液体１８に対して内向きにＴｃｏｓ（π−β）となる。案内装置１０が置かれている雰囲気圧力がＰ０であり、充填液体１８の内部圧力がＰ１であるとすると、水平方向のつり合いの式から、
Ｐ１・ｄ１＝Ｐ０・ｄ１＋Ｔｃｏｓ（π−θ１）＋Ｔｃｏｓ（π−β）
となる。
充填液体１８の内部圧力Ｐ１と、雰囲気圧力Ｐ０の差圧ΔＰ１は、
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ０＝−Ｔ・（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓβ）／ｄ１
となる。
案内面１６に対する液体１８の接触角βは９０度以上であり、間隙に封じ込められた液体１８が外方に膨らんで境界１３ａから伸びる液面が外側に膨らんでいれば、θ１は９０度以上となる。９０度＜θ１＜１８０度であり、９０度＜β＜１８０度であれば、ｃｏｓβとｃｏｓθ１のそれぞれは負となり、差圧ΔＰ１は正となる。
すなわち、充填液体１８の内部圧力Ｐ１は、雰囲気圧力Ｐ０に対して正圧であり、摺動面１３が案内面１６に近接することを抑制する。
充填液体１８が可動体１２を上方に押し上げる力はＦ＝ΔＰ１・Ａである。充填液体１８が作用する力Ｆが可動体１２の重力Ｗに等しければ、すなわち、
Ｗ＝ΔＰ１・Ａ＝−Ａ・Ｔ・（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓβ）／ｄ１
が成立すれば、表面張力によって摺動面１３と案内面１６に封じ込められた液体１８が、可動体１２の重力Ｗに抗して、摺動面１３と案内面１６を非接触な状態に維持する。
充填液体１８の体積が一定のとき、摺動面１３と案内面１６の間隙の距離ｄ１が小さくなると、角度θ１は大きくなる。このとき、充填液体１８が摺動面１２に作用する力Ｆは大きくなる。また、同様に充填液体１８の体積が一定のとき、摺動面１３と案内面１６の間隙の距離ｄ１が大きくなると、角度θ１は小さくなる。このとき、充填液体１８が摺動面１２に作用する力Ｆは小さくなる。可動体１２の重量Ｗに応じて、接触している角度θ１と摺動面１３と案内面１６の間隙の距離ｄ１は決まることとなる。 FIG. 5 shows the force acting when the liquid surface extending from the boundary 13a between the sliding surface 13 and the adjacent surface 14 is in contact with the sliding surface 13 at an angle θ1 and in contact with the guide surface 16 at a contact angle β. Is shown. The movable body 12 has a weight W and the area of the sliding surface 13 is A. In the state of FIG. 5, the distance between the sliding surface 13 and the guide surface 16 is assumed to be d1.
At the boundary position 13 a of the sliding surface 13, the horizontal component of the surface tension T of the filling liquid 18 becomes T cos (π−θ1) inward with respect to the filling liquid 18. Further, at the position 16 a on the guide surface 16, the horizontal component of the surface tension T of the filling liquid 18 becomes T cos (π−β) inward with respect to the filling liquid 18. Assuming that the atmospheric pressure in which the guide device 10 is placed is P0 and the internal pressure of the filling liquid 18 is P1, from the balance equation in the horizontal direction,
P1 · d1 = P0 · d1 + Tcos (π−θ1) + Tcos (π−β)
It becomes.
The differential pressure ΔP1 between the internal pressure P1 of the filling liquid 18 and the atmospheric pressure P0 is:
ΔP1 = P1−P0 = −T · (cos θ1 + cos β) / d1
It becomes.
The contact angle β of the liquid 18 with respect to the guide surface 16 is 90 degrees or more. If the liquid 18 confined in the gap swells outward and the liquid surface extending from the boundary 13a swells outward, θ1 is 90 degrees or more. Become. If 90 degrees <θ1 <180 degrees and 90 degrees <β <180 degrees, cos β and cos θ1 are negative, and the differential pressure ΔP1 is positive.
That is, the internal pressure P <b> 1 of the filling liquid 18 is a positive pressure with respect to the atmospheric pressure P <b> 0 and suppresses the sliding surface 13 from approaching the guide surface 16.
The force by which the filling liquid 18 pushes the movable body 12 upward is F = ΔP1 · A. If the force F acting on the filling liquid 18 is equal to the gravity W of the movable body 12, that is,
W = ΔP1 · A = −A · T · (cos θ1 + cos β) / d1
Is established, the liquid 18 sealed in the sliding surface 13 and the guide surface 16 by the surface tension maintains the sliding surface 13 and the guide surface 16 in a non-contact state against the gravity W of the movable body 12. To do.
When the volume of the filling liquid 18 is constant, the angle θ1 increases as the distance d1 between the sliding surface 13 and the guide surface 16 decreases. At this time, the force F acting on the sliding surface 12 by the filling liquid 18 increases. Similarly, when the volume of the filling liquid 18 is constant, the angle θ1 decreases as the distance d1 between the sliding surface 13 and the guide surface 16 increases. At this time, the force F acting on the sliding surface 12 by the filling liquid 18 is reduced. Depending on the weight W of the movable body 12, the contact angle θ1 and the distance d1 between the sliding surface 13 and the guide surface 16 are determined.

上述のように本発明の案内装置では、案内面に対する液体の接触角が９０度以上であるものを利用することから、充填液体の内部圧力は、雰囲気の圧力よりも高くなっている。その差圧が、摺動面を案内面に近接させようとする外力に抗して、摺動面が案内面に近接するのを抑制する力を生み出す。
摺動面１３と案内面１６の間隙の距離ｄ１が小さくなると、充填液体による反発力が大きくなる。例えば、可動体の重量Ｗと、距離ｄ１の間隙を充填する液体による反発力がつりあっていれば、重量Ｗの可動体は距離ｄ１を隔てて案内体から浮上している。この状態で可動体に案内体に近接させようとする力が作用すると、距離ｄ１が減少し、液体による反発力が増大し、それがつりあった距離で平衡する。可動体は案内体から非接触状態で浮上を続ける。
図５において、可動体１２に鉛直下向きの外力が作用し、摺動面１３と案内面１６の間隙が狭くなると、充填液体は外方に膨らみ、境界１３ａから伸びる液面が摺動面１３となす角は増大する。
可動体１２に外力が作用しない場合、可動体１２の重量Ｗが、充填液体の雰囲気圧力からの差圧に等しくなる間隙距離で平衡する。外力が左右しない場合の、間隙距離がｄ１であり、境界１３ａから伸びる液面が摺動面１３となす角がθ１であるとする。すなわち、Ｗ＝−Ａ・Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ１）／ｄ１が成立しているものとする。
この状態で、可動体１２に鉛直下方の外力Ｆ１が作用したために、間隔ｄ１がｄ２に狭まり、液面が摺動面１３となす角θ１がθ２に増大したものとする。この場合、充填液体の雰囲気圧力からの差圧は、−Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ１）／ｄ１から−Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ２）／ｄ２に変化する。後者は前者よりも大きい。大きくなった内部圧力が鉛直下向きの外力にバランスする距離で安定する。すなわち、Ｗ＋Ｆ１＝−Ａ・Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ２）／ｄ２が成立する間隙距離ｄ２で安定する。
逆に、可動体１２に鉛直上向きの外力Ｆ２が作用したために、摺動面１３と案内面１６の間隙ｄ１がｄ３に広がり、充填液体は円柱形に近づき、境界１３ａから伸びる液面が摺動面１３となす角θ１がθ３に減少したものとする。この場合、充填液体の雰囲気圧力からの差圧は、−Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ１）／ｄ１から−Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ３）／ｄ３に変化する。後者は前者よりも小さい。Ｗ−Ｆ２＝−Ａ・Ｔ・（ｃｏｓβ＋ｃｏｓθ３）／ｄ３が成立する間隙距離ｄ３で安定する。 As described above, since the guide device of the present invention uses a liquid whose contact angle with respect to the guide surface is 90 degrees or more, the internal pressure of the filling liquid is higher than the pressure of the atmosphere. The differential pressure creates a force that suppresses the sliding surface from approaching the guide surface against an external force that attempts to bring the sliding surface close to the guide surface.
When the distance d1 between the sliding surface 13 and the guide surface 16 is reduced, the repulsive force by the filling liquid is increased. For example, if the weight W of the movable body and the repulsive force by the liquid filling the gap of the distance d1 are balanced, the movable body having the weight W is levitated from the guide body with a distance d1. In this state, when a force is applied to the movable body to bring it close to the guide body, the distance d1 decreases, the repulsive force due to the liquid increases, and it is balanced at the balanced distance. The movable body continues to float from the guide body in a non-contact state.
In FIG. 5, when a vertically downward external force acts on the movable body 12 and the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 becomes narrow, the filling liquid swells outward, and the liquid level extending from the boundary 13 a is in contact with the sliding surface 13. The formed angle increases.
When no external force acts on the movable body 12, the weight W of the movable body 12 is balanced at a gap distance that is equal to the differential pressure from the ambient pressure of the filling liquid. When the external force does not change, the gap distance is d1, and the angle formed by the liquid surface extending from the boundary 13a and the sliding surface 13 is θ1. That is, it is assumed that W = −A · T · (cos β + cos θ1) / d1.
In this state, it is assumed that since the vertically downward external force F1 is applied to the movable body 12, the interval d1 is narrowed to d2, and the angle θ1 between the liquid level and the sliding surface 13 is increased to θ2. In this case, the differential pressure from the atmospheric pressure of the filling liquid changes from −T · (cos β + cos θ1) / d1 to −T · (cos β + cos θ2) / d2. The latter is larger than the former. The increased internal pressure stabilizes at a distance that balances the external force vertically downward. That is, it is stabilized at the gap distance d2 where W + F1 = −A · T · (cos β + cos θ2) / d2.
Conversely, since the vertically upward external force F2 acts on the movable body 12, the gap d1 between the sliding surface 13 and the guide surface 16 spreads to d3, the filling liquid approaches a cylindrical shape, and the liquid surface extending from the boundary 13a slides. It is assumed that the angle θ1 formed with the surface 13 is reduced to θ3. In this case, the differential pressure from the atmospheric pressure of the filling liquid changes from −T · (cos β + cos θ1) / d1 to −T · (cos β + cos θ3) / d3. The latter is smaller than the former. Stable at a gap distance d3 where W−F2 = −A · T · (cos β + cos θ3) / d3.

案内装置１０は、外力によって摺動面１３と案内面１６の間隙が狭くなると、充填液体１８の圧力が高まって、摺動面が案内面に近接するのを抑制する。外力によって摺動面１３と案内面１６の間隙が広がると、充填液体１８の圧力が低められ、摺動面が案内面から離反するのを抑制する。案内装置１０は、外力に抗して、摺動面１３と案内面１６の間隙を一定に維持する拘束力を発揮する。この拘束力によって間隙距離の変化に関する剛性が確保され、案内装置の精度が保証される。
充填液体の発生する反発力は摺動面や案内面に対して垂直な方向であるため、その反発力は可動体が案内面に沿って移動することを妨げない。また、可動体と案内体は直接的には接触していないため、摩擦抵抗も極めて低い。さらには、可動体が静止していても充填液体が介在しているため、静止摩擦も発生しない。静かに移動を始め、意図した位置に静止させることもできる。位置決め分解能に優れている。
本発明の案内装置を利用して、回転軸受や、リニアスライダーや、面的スライダーやスラスト軸受等を構成することができる。 When the gap between the sliding surface 13 and the guiding surface 16 is narrowed by an external force, the guiding device 10 increases the pressure of the filling liquid 18 and suppresses the sliding surface from approaching the guiding surface. When the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 is widened by an external force, the pressure of the filling liquid 18 is reduced, and the sliding surface is prevented from separating from the guide surface. The guide device 10 exerts a restraining force that keeps the gap between the sliding surface 13 and the guide surface 16 constant against an external force. This restraining force ensures the rigidity with respect to the change in the gap distance and ensures the accuracy of the guide device.
Since the repulsive force generated by the filling liquid is in a direction perpendicular to the sliding surface and the guide surface, the repulsive force does not prevent the movable body from moving along the guide surface. Further, since the movable body and the guide body are not in direct contact, the frictional resistance is extremely low. Furthermore, since the filling liquid is interposed even when the movable body is stationary, no static friction is generated. You can start moving quietly and stop at the intended position. Excellent positioning resolution.
Using the guide device of the present invention, a rotary bearing, a linear slider, a planar slider, a thrust bearing, or the like can be configured.

上記では、摺動面と案内面の間隙に充填液体を封じ込め、その充填液体の表面張力によって充填液体の圧力が雰囲気圧力よりも高められることを利用して、摺動面と案内面を非接触状態に維持する。その逆に、摺動面と案内面の間隙を充填する液体圧力が、表面張力によって雰囲気圧力よりも低められることを利用して摺動面が案内面から離反することを抑制することもできる。離反することを抑制することによって可動体と案内体を非接触状態に維持することもできる。
この方式の案内装置もまた、摺動面を有する可動体と、摺動面に対向する案内面を有する案内体を備えており、摺動面と案内面の間隙を液体が充填している。摺動面が案内面から離反することを禁止することによって両者を非接触状態に維持する案内装置は、摺動面に対する充填液体の接触角と案内面に対する充填液体の接触角の和が１８０度未満であり、案内面に対する充填液体の接触角が９０度未満であることを特徴とする。
この案内装置は、摺動面と案内面の間隙を充填している液体が、摺動面を案内面から離反させようとする外力に抗して、摺動面が案内面から離反するのを抑制する力を発揮する。 In the above, the sliding liquid and the guide surface are not contacted by utilizing the fact that the filling liquid is sealed in the gap between the sliding surface and the guiding surface, and the pressure of the filling liquid is higher than the atmospheric pressure by the surface tension of the filling liquid. Maintain state. On the other hand, the liquid pressure filling the gap between the sliding surface and the guide surface can be suppressed from separating from the guide surface by utilizing the fact that the pressure of the liquid is lower than the atmospheric pressure by the surface tension. By suppressing the separation, the movable body and the guide body can be maintained in a non-contact state.
This type of guide device also includes a movable body having a sliding surface and a guiding body having a guide surface facing the sliding surface, and a liquid fills a gap between the sliding surface and the guide surface. The guide device that keeps both of them in a non-contact state by prohibiting the sliding surface from separating from the guide surface has a sum of the contact angle of the filling liquid to the sliding surface and the contact angle of the filling liquid to the guide surface of 180 degrees. The contact angle of the filling liquid with respect to the guide surface is less than 90 degrees.
In this guide device, the liquid filling the gap between the sliding surface and the sliding surface is separated from the guiding surface against an external force that attempts to separate the sliding surface from the guiding surface. Demonstrate the ability to suppress.

図６に本発明に係る案内装置の一例を例示する。図６に示す案内装置２０は、可動体２２と案内体２５と充填液体２８によって構成されている。可動体２２は円柱形状をしており、上面２３、下面２１、側面２４を備えている。案内体２５の下面２６は、水平に広がっている。可動体２２の上面２３と案内体２５の下面２６は向き合っており、その間隙に液体２８が充填されている。後記するように、間隙に充填された液体２８は間隙を充填しつづけ、充填液体２８によって間隙が維持され、可動体２２と案内体２５が離反することが禁止される。可動体２２の上面２３は摺動面となり、案内体２５の下面２６は案内面となり、摺動面２３が案内面２６に向き合った状態で、可動体２２は案内面２６に沿って移動可能に支持される。
次に、可動体２２の摺動面２３と案内体２５の案内面２６の間隙を液体２８が充填し、充填液体２８によって、摺動面２３と案内面２６が離反しないように維持される様子を説明する。
図７に示すように、充填液体２８の表面張力の大きさをＴとする。案内装置２０が置かれている雰囲気圧力をＰ０とする。可動体２２の摺動面２３に対する液体２８の接触角をδとする。案内体２５の案内面２６に対する液体２８の接触角をεとする。
本案内装置では、接触角δと接触角εは、δ＋ε＜１８０度に関係が成立するものが選択されている。図７は、摺動面２３と案内面２６の間隙の一部にのみ液体２８が存在している状態を示している。液体２８は自己の表面張力によって摺動面２３から外向きにＴｃｏｓδの力を受ける。同様に、液体２８は案内面２６から外向きにＴｃｏｓεの力を受ける。外向きの力を正とすると、液体２８には外向きに、Ｔ（ｃｏｓδ＋ｃｏｓε）の力が作用する。δ＋ε＜１８０度であり、しかも接触角δとεのそれぞれは、０度以上１８０度未満であるので、液体２８が受ける外向きの力Ｔ（ｃｏｓδ＋ｃｏｓε）は正となる。即ち、液体２８は外向きの力を受ける。従って、液体２８は摺動面２３と案内面２６の間隙全体に自己の表面張力によって浸透し、図６に示すように摺動面２３と案内面２６の間隙を充填する。 FIG. 6 illustrates an example of a guidance device according to the present invention. A guide device 20 shown in FIG. 6 includes a movable body 22, a guide body 25, and a filling liquid 28. The movable body 22 has a cylindrical shape and includes an upper surface 23, a lower surface 21, and a side surface 24. The lower surface 26 of the guide body 25 extends horizontally. The upper surface 23 of the movable body 22 and the lower surface 26 of the guide body 25 face each other, and a liquid 28 is filled in the gap. As will be described later, the liquid 28 filled in the gap continues to fill the gap, the gap is maintained by the filled liquid 28, and the movable body 22 and the guide body 25 are prohibited from separating. The upper surface 23 of the movable body 22 is a sliding surface, the lower surface 26 of the guiding body 25 is a guiding surface, and the movable body 22 is movable along the guiding surface 26 with the sliding surface 23 facing the guiding surface 26. Supported.
Next, the gap between the sliding surface 23 of the movable body 22 and the guide surface 26 of the guide body 25 is filled with the liquid 28, and the sliding surface 23 and the guide surface 26 are maintained so as not to be separated by the filling liquid 28. Will be explained.
As shown in FIG. 7, T is the magnitude of the surface tension of the filling liquid 28. The atmospheric pressure in which the guide device 20 is placed is P0. Let the contact angle of the liquid 28 with respect to the sliding surface 23 of the movable body 22 be δ. The contact angle of the liquid 28 with respect to the guide surface 26 of the guide body 25 is defined as ε.
In the present guide device, the contact angle δ and the contact angle ε are selected such that the relationship is established as δ + ε <180 degrees. FIG. 7 shows a state in which the liquid 28 exists only in a part of the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26. The liquid 28 receives a force of T cos δ outward from the sliding surface 23 by its surface tension. Similarly, the liquid 28 receives a force of T cos ε outward from the guide surface 26. If the outward force is positive, a force of T (cos δ + cos ε) acts on the liquid 28 outward. Since δ + ε <180 degrees and each of the contact angles δ and ε is not less than 0 degrees and less than 180 degrees, the outward force T (cos δ + cos ε) received by the liquid 28 is positive. That is, the liquid 28 receives an outward force. Accordingly, the liquid 28 penetrates into the entire gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 by its own surface tension, and fills the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 as shown in FIG.

図６に示すように、充填液体２８は案内面２６と位置２６ａにおいて接触角εで接触している。案内面２６に対する充填液体２８の接触角εは９０度よりも小さい。また、充填液体２８は摺動面２３と位置２３ａにおいて角度θ４で接触している。摺動面２３の位置２３ａは、摺動面に隣接する隣接面２４との境界となる外延部であるため、充填液体２８が摺動面２３に接触している角度θ４は、摺動面２３に対する接触角δに限られない。角度θ４は、摺動面２３に対する接触角δよりも大きくなりうる。このとき、摺動面２３に隣接する隣接面２４に対する充填液体２８の接触角が、摺動面と隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角の最大角以上であれば、液体は隣接面２４へ逃げることはない。
図６の状態から、摺動面２３が案内面２６から離反すると、図７の状態となるように思われる。しかしながら、充填液体２８は自己の表面張力によって摺動面２３と案内面２６の間隙全体に浸透し、摺動面２３と案内面２６の間隙を充填し続ける。間隙に充填された液体２８は間隙を充填しつづけ、充填液体２８によって間隙が維持され、可動体２２と案内体２５が離反することが抑制される。 As shown in FIG. 6, the filling liquid 28 is in contact with the guide surface 26 at a position 26a at a contact angle ε. The contact angle ε of the filling liquid 28 with respect to the guide surface 26 is smaller than 90 degrees. Also, the filling liquid 28 is in contact with the sliding surface 23 at the position 23a at an angle θ4. Since the position 23a of the sliding surface 23 is an extended portion that becomes a boundary with the adjacent surface 24 adjacent to the sliding surface, the angle θ4 at which the filling liquid 28 is in contact with the sliding surface 23 is the sliding surface 23. Is not limited to the contact angle δ. The angle θ4 can be larger than the contact angle δ with respect to the sliding surface 23. At this time, if the contact angle of the filling liquid 28 to the adjacent surface 24 adjacent to the sliding surface 23 is equal to or greater than the maximum angle formed by the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface. The liquid does not escape to the adjacent surface 24.
When the sliding surface 23 is separated from the guide surface 26 from the state of FIG. 6, it seems that the state of FIG. However, the filling liquid 28 permeates the entire gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 by its surface tension, and continues to fill the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26. The liquid 28 filled in the gap continues to fill the gap, the gap is maintained by the filled liquid 28, and the movable body 22 and the guide body 25 are prevented from separating.

摺動面に対する液体の接触角と案内面に対する液体の接触角の和が１８０度未満であれば、液体は表面張力によって摺動面と案内面の間隙に浸透し、摺動面と案内面の間隙を充填する。可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する液体の接触角が、摺動面と隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角の最大角以上であれば、液体は隣接面へ逃げることもない。液体は摺動面と案内面の間隙を充填しつづけ摺動面と案内面が離反することを禁止して非接触状態を維持することができる。   If the sum of the contact angle of the liquid with respect to the sliding surface and the contact angle of the liquid with respect to the guide surface is less than 180 degrees, the liquid penetrates into the gap between the slide surface and the guide surface due to surface tension. Fill the gap. If the contact angle of the liquid to the adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body is equal to or greater than the maximum angle formed by the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface, the liquid is adjacent There is no escape to the surface. The liquid continues to fill the gap between the sliding surface and the guide surface, and the sliding surface and the guide surface are prohibited from separating and the non-contact state can be maintained.

図８は、摺動面２３と隣接面２４の境界２３ａから伸びる液面が摺動面２３と角度θ４で接触し、案内面２６と接触角εで接触している状態で作用している力を示している。可動体２２は重量がＷであり、摺動面２３の面積がＡである。また、図８の状態において、摺動面２３と案内面２６の間隙の距離はｄ４であるとする。
摺動面２３の境界位置２３ａにおいて、充填液体２８の表面張力Ｔの水平方向成分は、充填液体２８に対して外向きにＴｃｏｓθ４となる。また、案内面２６上の位置２６ａにおいて、充填液体２８の表面張力Ｔの水平方向成分は、充填液体２８に対して外向きにＴｃｏｓεとなる。案内装置２０が置かれている雰囲気の圧力がＰ０であり、充填液体２８の内部圧力がＰ４であるとすると、水平方向のつり合いの式から、
Ｐ０・ｄ４＝Ｐ４・ｄ４＋Ｔｃｏｓε＋Ｔｃｏｓθ４
となる。
従って、雰囲気圧Ｐ０に対する充填液体２８の内部圧力Ｐ４の差圧ΔＰ４は、
ΔＰ４＝Ｐ４−Ｐ０
＝−Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ４）／ｄ４
となる。
案内面２６に対する液体２８の接触角εは９０度未満であり、間隙に封じ込められた液体が内側にくびれて境界２３ａから伸びる液面が内側に傾いていれば、θ４は９０度未満となる。この場合、ΔＰ４は負の値となるため、充填液体２８の内部圧力Ｐ４は、雰囲気の圧力Ｐ０に対して負圧となる。従って、可動体２２には充填液体２８から鉛直上方に引き上げる力が作用する。充填液体２８が可動体２２を鉛直上方に引き上げる力Ｆは、F＝−ΔＰ４・Ａである。充填液体２８が引き上げる力Ｆが可動体２２の重力Ｗに等しければ、すなわち、
Ｗ＝−ΔＰ４・Ａ＝Ａ・Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ４）／ｄ４
が成立すれば、表面張力によって摺動面２３と案内面２６に封じ込められた液体２８が、可動体２２の重力Ｗに抗して、摺動面２３が案内面２６から離反することを抑制し、摺動面２３と案内面２６を非接触な状態に維持する。
充填液体２８の体積が一定のとき、摺動面２３と案内面２６の間隙の距離ｄ４が小さくなると、角度θ４は大きくなる。距離ｄ４の変化に対して角度θ４の変化は十分に大きい。このとき、充填液体２８が摺動体２２を引き上げる力Ｆは小さくなる。同様に充填液体２８の体積が一定のとき、摺動面２３と案内面２６の間隙の距離ｄ４が大きくなると、角度θ４は小さくなる。このとき、充填液体２８が摺動体２２を引き上げる力Ｆは大きくなる。可動体２２の重量Ｗに応じて、接触している角度θ４と摺動面２３と案内面２６の間隙の距離ｄ４は決まることとなる。 FIG. 8 shows the force acting when the liquid surface extending from the boundary 23a between the sliding surface 23 and the adjacent surface 24 is in contact with the sliding surface 23 at an angle θ4 and in contact with the guide surface 26 at a contact angle ε. Is shown. The movable body 22 has a weight W and the area of the sliding surface 23 is A. In the state shown in FIG. 8, it is assumed that the distance between the sliding surface 23 and the guide surface 26 is d4.
At the boundary position 23 a of the sliding surface 23, the horizontal component of the surface tension T of the filling liquid 28 becomes T cos θ4 outward with respect to the filling liquid 28. Further, at the position 26 a on the guide surface 26, the horizontal component of the surface tension T of the filling liquid 28 becomes T cos ε outward with respect to the filling liquid 28. Assuming that the pressure of the atmosphere in which the guide device 20 is placed is P0 and the internal pressure of the filling liquid 28 is P4, from the equation of balance in the horizontal direction,
P0 · d4 = P4 · d4 + Tcosε + Tcosθ4
It becomes.
Therefore, the differential pressure ΔP4 of the internal pressure P4 of the filling liquid 28 with respect to the atmospheric pressure P0 is
ΔP4 = P4-P0
= −T · (cosε + cosθ4) / d4
It becomes.
The contact angle ε of the liquid 28 with respect to the guide surface 26 is less than 90 degrees, and if the liquid confined in the gap is constricted inward and the liquid surface extending from the boundary 23a is inclined inward, θ4 is less than 90 degrees. In this case, since ΔP4 is a negative value, the internal pressure P4 of the filling liquid 28 is a negative pressure with respect to the atmospheric pressure P0. Therefore, a force that pulls up vertically from the filling liquid 28 acts on the movable body 22. The force F by which the filling liquid 28 pulls up the movable body 22 vertically upward is F = −ΔP4 · A. If the force F pulled up by the filling liquid 28 is equal to the gravity W of the movable body 22, that is,
W = −ΔP4 · A = A · T · (cosε + cosθ4) / d4
Is established, the liquid 28 sealed in the sliding surface 23 and the guide surface 26 by the surface tension resists the gravity W of the movable body 22 and prevents the sliding surface 23 from separating from the guide surface 26. The sliding surface 23 and the guide surface 26 are maintained in a non-contact state.
When the volume of the filling liquid 28 is constant, the angle θ4 increases as the distance d4 between the sliding surface 23 and the guide surface 26 decreases. The change in angle θ4 is sufficiently large with respect to the change in distance d4. At this time, the force F with which the filling liquid 28 pulls up the sliding body 22 is reduced. Similarly, when the volume of the filling liquid 28 is constant, the angle θ4 decreases as the distance d4 between the sliding surface 23 and the guide surface 26 increases. At this time, the force F by which the filling liquid 28 pulls up the sliding body 22 increases. Depending on the weight W of the movable body 22, the contact angle θ4 and the distance d4 of the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 are determined.

上述のように本発明の案内装置では、案内面に対する液体の接触角が９０度未満であるものを利用することから、充填液体の内部圧力は、雰囲気の圧力よりも低くなっている。その差圧が、摺動面を案内面から離反させようとする外力に抗して、摺動面が案内面から離反するのを抑制する力を生み出す。
摺動面２３と案内面２６の間隙の距離ｄ４が大きくなると、充填液体による吸引力が大きくなる。例えば、可動体の重量Ｗと、距離ｄ４の間隙を充填する液体による吸引力がつりあって、重量Ｗの可動体が距離ｄ４を隔てて案内体から吊り下がっているとする。この状態で可動体を案内体を離反させようとする力が作用すると、距離ｄ４が増加し、液体による吸引力が増大し、それがつりあった距離で平衡する。可動体と案内体は非接触状態を続ける。
図８において、可動体２２に鉛直下向きの外力が作用し、摺動面２３と案内面２６の間隙が広くなると、充填液体は中心に向けて収縮し、境界２３ａから伸びる液面が摺動面２３となす角は減少する。
可動体２２に外力が作用しない場合、可動体２２の重量Ｗが、充填液体２８の雰囲気圧力からの差圧に等しくなる間隙距離で平衡する。外力が左右しない場合の、間隙距離がｄ４であり、境界２３ａから伸びる液面が摺動面２３となす角がθ４であるとする。すなわち、Ｗ＝Ａ・Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ４）／ｄ４が成立しているものとする。
この状態で、可動体２２に鉛直下方の外力Ｆ１が作用したために、間隔ｄ４がｄ５に広がり、液面が摺動面２３となす角θ４がθ５に減少したものとする。距離がｄ４から距離ｄ５に増大することによって充填液体２８が可動体２２を引き上げる力が減少することに比して、角度がθ４から角度θ５に減少することによって充填液体２８が可動体２２を引き上げる力が増大する方が顕著に現われる。この場合、充填液体２８の雰囲気圧力からの差圧は、−Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ４）／ｄ４から−Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ５）／ｄ５に変化する。後者の方が負圧の程度が大きい。負圧の程度が大きくなり、可動体２２の重力に鉛直下向きの外力を加えた力にバランスする距離で安定する。すなわち、Ｗ＋Ｆ１＝Ａ・Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ５）／ｄ５が成立する間隙距離ｄ５で安定する。
逆に、可動体２２に鉛直上向きの外力Ｆ２が作用したために、摺動面２３と案内面２６の間隙ｄ４がｄ６に減少し、充填液体は広がり、境界２３ａから伸びる液面が摺動面２３となす角θ４がθ６に増大したものとする。この場合、充填液体の雰囲気圧力からの差圧は、−Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ４）／ｄ４から−Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ６）／ｄ６に変化する。後者は前者よりも負圧の程度が小さい。Ｗ−Ｆ２＝Ａ・Ｔ・（ｃｏｓε＋ｃｏｓθ６）／ｄ６が成立する間隙距離ｄ６で安定する。 As described above, in the guide device of the present invention, since the liquid contact angle with respect to the guide surface is less than 90 degrees, the internal pressure of the filling liquid is lower than the atmospheric pressure. The differential pressure creates a force that suppresses the sliding surface from separating from the guide surface against an external force that attempts to separate the sliding surface from the guide surface.
As the distance d4 between the sliding surface 23 and the guide surface 26 increases, the suction force by the filling liquid increases. For example, it is assumed that the weight W of the movable body and the suction force by the liquid filling the gap of the distance d4 are balanced, and the movable body having the weight W is suspended from the guide body at a distance d4. In this state, when a force is applied to move the movable body away from the guide body, the distance d4 increases, the suction force by the liquid increases, and it is balanced at the balanced distance. The movable body and the guide body remain in a non-contact state.
In FIG. 8, when a vertically downward external force acts on the movable body 22 and the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 becomes wide, the filling liquid contracts toward the center, and the liquid level extending from the boundary 23 a is the sliding surface. The angle formed by 23 decreases.
When no external force acts on the movable body 22, the weight W of the movable body 22 is balanced at a gap distance that is equal to the differential pressure from the atmospheric pressure of the filling liquid 28. When the external force does not change, the gap distance is d4, and the angle between the liquid surface extending from the boundary 23a and the sliding surface 23 is θ4. That is, it is assumed that W = A · T · (cosε + cosθ4) / d4.
In this state, it is assumed that the vertically downward external force F1 is applied to the movable body 22, and therefore the interval d4 extends to d5, and the angle θ4 formed by the liquid level with the sliding surface 23 decreases to θ5. The filling liquid 28 pulls up the movable body 22 by decreasing the angle from θ4 to the angle θ5 as compared to a decrease in the force of the filling liquid 28 pulling up the movable body 22 by increasing the distance from d4 to the distance d5. The more the force increases, the more noticeable. In this case, the differential pressure from the atmospheric pressure of the filling liquid 28 changes from −T · (cos ε + cos θ4) / d4 to −T · (cos ε + cos θ5) / d5. The latter is more negative. The degree of the negative pressure increases, and the negative pressure is stabilized at a distance that balances the force of the gravity of the movable body 22 applied with a vertical downward external force. That is, it is stable at a gap distance d5 where W + F1 = A · T · (cosε + cos θ5) / d5 is established.
Conversely, since the vertically upward external force F2 acts on the movable body 22, the gap d4 between the sliding surface 23 and the guide surface 26 is reduced to d6, the filling liquid spreads, and the liquid level extending from the boundary 23a is the sliding surface 23. Assume that the angle θ4 is increased to θ6. In this case, the differential pressure from the atmosphere pressure of the filling liquid changes from −T · (cos ε + cos θ4) / d4 to −T · (cos ε + cos θ6) / d6. The latter has a lower negative pressure than the former. Stable at a gap distance d6 where W−F2 = A · T · (cosε + cos θ6) / d6.

案内装置２０は、外力によって摺動面２３と案内面２６の間隙が広くなると、充填液体２８の圧力が低められ（負圧の程度が大きくなり）、摺動面２３が案内面２６から離反するのを抑制する。外力によって摺動面２３と案内面２６の間隙が狭くなると、充填液体２８の圧力が高められ（負圧の程度が小さくなり）、摺動面２３が案内面２６に近接するのを抑制する。案内装置２０は、外力に抗して、摺動面２３と案内面２６の間隙を一定に維持する拘束力を発揮する。この拘束力によって間隙距離の変化に関する剛性が確保され、案内装置の精度が保証される。
充填液体の発生する吸引力は摺動面や案内面に対して垂直な方向であるため、その吸引力は可動体が案内面に沿って移動することを妨げない。また、可動体と案内体は直接的には接触していないため、摩擦抵抗も極めて低い。さらには、可動体が静止していても充填液体が介在しているため、静止摩擦も発生しない。静かに移動を始め、意図した位置に静止させることもできる。位置決め分解能に優れている。
本発明の案内装置を利用して、回転軸受や、リニアスライダーや、面的スライダーや、スラスト軸受を構成することができる。 In the guide device 20, when the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 is widened by an external force, the pressure of the filling liquid 28 is reduced (the degree of negative pressure increases), and the sliding surface 23 is separated from the guide surface 26. To suppress. When the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 is narrowed by an external force, the pressure of the filling liquid 28 is increased (the negative pressure is reduced), and the sliding surface 23 is prevented from approaching the guide surface 26. The guide device 20 exerts a restraining force that keeps the gap between the sliding surface 23 and the guide surface 26 constant against an external force. This restraining force ensures the rigidity with respect to the change in the gap distance and ensures the accuracy of the guide device.
Since the suction force generated by the filling liquid is in a direction perpendicular to the sliding surface and the guide surface, the suction force does not prevent the movable body from moving along the guide surface. Further, since the movable body and the guide body are not in direct contact, the frictional resistance is extremely low. Furthermore, since the filling liquid is interposed even when the movable body is stationary, no static friction is generated. You can start moving quietly and stop at the intended position. Excellent positioning resolution.
Using the guide device of the present invention, a rotary bearing, a linear slider, a planar slider, or a thrust bearing can be configured.

本発明の案内装置において、可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する前記液体の接触角が９０度以上であってもよい。それにより、摺動面と案内面の間隙を充填している液体が隣接面に染み出すことが防止され、液体は摺動面と案内面の間隙に封じ込められる。
間隙に封じこめられた液体によって間隙が維持され、可動体と案内体は非接触な状態に維持される。即ち、間隙に封じこめられた液体によって可動体は案内面に沿って移動可能に支持される。 In the guide device of the present invention, the contact angle of the liquid with respect to an adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body may be 90 degrees or more. Accordingly, the liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface is prevented from seeping out to the adjacent surface, and the liquid is contained in the gap between the sliding surface and the guide surface.
The gap is maintained by the liquid sealed in the gap, and the movable body and the guide body are maintained in a non-contact state. In other words, the movable body is supported by the liquid sealed in the gap so as to be movable along the guide surface.

本発明を利用して、様々な形態の案内装置を実現することができる。
一つ形態では、可動体に１対の摺動面が形成されており、案内体には１対の摺動面に対向する１対の案内面が形成されており、１対の摺動面と１対の案内面間に形成される１対の間隙に液体が充填している。
液体が１対の間隙を充填していることによって、対向する摺動面と案内面は非接触状態が維持される。また、１対の間隙を充填している液体は、先に説明した力を１対の摺動面のそれぞれに作用する。充填液体が一対の摺動面のそれぞれに作用する力は、共に反発する力であってもよいし、共に吸引する力であってもよいし、一方が吸引力を発揮して他方が反発力を発揮するものでもよい。１対の液体が可動体に作用させる力が外力とつりあうことで、可動体は案内面と非接触の状態で平衡する。この案内装置では、摺動面と案内面の距離を変化させようとする外力（例えば重力）が、可動体や案内体に作用していなくてもよい。充填液体が１対の摺動面に作用する力は、摺動面と案内面の距離の変化に抗するように変化する。即ち、１対の摺動面と案内面のそれぞれの距離が一定に維持される。あるいは、充填液体が１対の摺動面に作用する力の合力が、可動体に作用する外力とつりあってもよい。この場合でも、１対の摺動面と案内面のそれぞれの距離が一定に維持される。即ち、可動体は１対の案内面から充填液体を介して非接触で拘束される。この拘束力は、摺動面や案内面に垂直な方向であるため、可動体の案内面に沿った運動を妨げない。
１対の案内面は、様々な位置関係をとることができる。向き合って一方方向に伸びていれば、リニアスライダーを構成する。向き合って面的に広がっていれば、面的スライダーを構成する。断面視したときにＶ字型を構成して一方方向に伸びていれば、リニアスライダーを構成することができる。複数対の摺動面が異なる２方向で対向していれば、その２方向を拘束するリニアスライダーを構成することもできる。 By using the present invention, various types of guidance devices can be realized.
In one form, a pair of sliding surfaces are formed on the movable body, and a pair of guide surfaces facing the pair of sliding surfaces are formed on the guide body. And a pair of gaps formed between the pair of guide surfaces.
Since the liquid fills the pair of gaps, the opposed sliding surface and guide surface are maintained in a non-contact state. Further, the liquid filling the pair of gaps acts on each of the pair of sliding surfaces with the force described above. The force that the filling liquid acts on each of the pair of sliding surfaces may be a force that repels both, or may be a force that attracts both, or one exerts a suction force and the other rebounds. It may be one that exhibits. The force exerted on the movable body by the pair of liquids balances with the external force, so that the movable body is balanced with the guide surface in a non-contact state. In this guide device, an external force (for example, gravity) that attempts to change the distance between the sliding surface and the guide surface does not have to act on the movable body or the guide body. The force that the filling liquid acts on the pair of sliding surfaces changes so as to resist changes in the distance between the sliding surface and the guide surface. That is, the distance between the pair of sliding surfaces and the guide surface is kept constant. Alternatively, the resultant force of the force that the filling liquid acts on the pair of sliding surfaces may be balanced with the external force that acts on the movable body. Even in this case, the distance between the pair of sliding surfaces and the guide surface is kept constant. That is, the movable body is restrained in a non-contact manner from the pair of guide surfaces via the filling liquid. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface and the guide surface, it does not hinder the movement along the guide surface of the movable body.
The pair of guide surfaces can take various positional relationships. If they face each other and extend in one direction, a linear slider is formed. If it faces and spreads across the surface, it forms a surface slider. A linear slider can be formed if it is V-shaped when viewed in cross section and extends in one direction. If a plurality of pairs of sliding surfaces face each other in two different directions, a linear slider that restrains the two directions can also be configured.

本発明の案内装置を利用すると、回転する可動体を回転可能に支持することができる。この形態の非接触式軸受は、可動体には円周上に位置する複数の摺動面が形成されており、案内体には前記円周よりも大きな半径の同心の円周に沿って伸びる共通案内面が形成されており、それぞれの摺動面と共通案内面の間隙に液体が充填している。
液体がそれぞれの摺動面と共通案内面の間隙を充填していることによって、可動体と案内体は非接触状態が維持される。また、複数の間隙を充填している液体は、先に説明した力をそれぞれの摺動面に作用する。液体がそれぞれの摺動面に作用する力は、反発する力であってもよいし、吸引する力であってもよい。液体がそれぞれの摺動面に作用する力がつりあうことで、可動体は共通案内面と非接触の状態で平衡する。充填液体がそれぞれの摺動面に作用する力は、それぞれの摺動面と共通案内面の距離の変化に抗するように変化する。即ち、それぞれの摺動面において共通案内面との距離が一定に維持される。従って、可動体は円周にそって伸びる共通案内面に非接触で拘束される。この拘束力は、摺動面や案内面に垂直な方向であるため可動体の回転を妨げない。この案内装置においては、可動体を共通案内面に沿って回転可能に拘束することができる。 If the guide apparatus of this invention is utilized, the rotating movable body can be supported rotatably. In this type of non-contact bearing, the movable body has a plurality of sliding surfaces positioned on the circumference, and the guide body extends along a concentric circumference having a larger radius than the circumference. A common guide surface is formed, and a liquid is filled in a gap between each sliding surface and the common guide surface.
Since the liquid fills the gaps between the respective sliding surfaces and the common guide surface, the movable body and the guide body are maintained in a non-contact state. Further, the liquid filling the plurality of gaps acts on the sliding surfaces with the force described above. The force that the liquid acts on each sliding surface may be a repulsive force or a suction force. As the forces acting on the sliding surfaces of the liquid balance, the movable body balances with the common guide surface in a non-contact state. The force that the filling liquid acts on each sliding surface changes so as to resist changes in the distance between each sliding surface and the common guide surface. That is, the distance from the common guide surface is kept constant on each sliding surface. Therefore, the movable body is constrained in a non-contact manner to the common guide surface extending along the circumference. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface and the guide surface, it does not hinder the rotation of the movable body. In this guide device, the movable body can be constrained to be rotatable along the common guide surface.

摺動面が隣接面を囲繞しており、摺動面と案内面の間隙を充填する液体によって、隣接面と案内面の間隙が外気から遮断されている構成とすることもできる。
上記構成の案内装置では、充填液体によって外気から遮断されている隣接面と案内面の間隙に気体を封止することができる。この封止気体が雰囲気圧力に対して所定の範囲で差圧を持つ場合でも、充填液体は自己の表面張力によって摺動面と案内面の間隙を充填しつづけることができる。
隣接面と案内面の間隙に外気と差圧をもつ気体が封止されることによって、その封止気体は可動体や案内体に力を作用する。充填液体が作用する力のみで摺動面と案内面の距離を維持することが困難な場合は、封止気体が作用する力を併せて用いることができる。即ち、充填液体が作用する力と封止気体が作用する力の合力が、摺動面と案内面の距離を変化させようとする力とつりあえばよい。充填液体が作用する力と封止気体が作用する力は、同方向であってもよいし逆方向であってもよい。この方向とは、反発力であるのか吸引力であるのかを示す。
この案内装置では、例えば充填液体の作用力だけでは案内面から浮上しないような重量の可動体を、封止気体の圧力を高めて案内面から浮上させることもできる。さらには、封止気体の圧力を調整することによって浮上量を調整することもできる。封止気体の圧力は外部から様々な方法によって変化させればよく、例えば空気ポンプで空気を圧送、吸引してもよいし、気体の熱膨張や化学変化を用いる形態でもよい。 The sliding surface may surround the adjacent surface, and the gap between the adjacent surface and the guide surface may be blocked from outside air by the liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface.
In the guide device having the above configuration, the gas can be sealed in the gap between the adjacent surface and the guide surface that are blocked from the outside air by the filling liquid. Even when the sealing gas has a differential pressure within a predetermined range with respect to the atmospheric pressure, the filling liquid can continue to fill the gap between the sliding surface and the guide surface by its surface tension.
By sealing a gas having a differential pressure with the outside air in the gap between the adjacent surface and the guide surface, the sealed gas acts on the movable body and the guide body. When it is difficult to maintain the distance between the sliding surface and the guide surface only with the force acting on the filling liquid, the force acting on the sealing gas can be used together. In other words, the resultant force of the force acting on the filling liquid and the force acting on the sealing gas may be balanced with the force for changing the distance between the sliding surface and the guide surface. The force acting on the filling liquid and the force acting on the sealing gas may be in the same direction or in the opposite direction. This direction indicates whether it is a repulsive force or a suction force.
In this guide device, for example, a movable body whose weight does not float from the guide surface only by the acting force of the filling liquid can be lifted from the guide surface by increasing the pressure of the sealing gas. Furthermore, the flying height can be adjusted by adjusting the pressure of the sealing gas. The pressure of the sealing gas may be changed from the outside by various methods. For example, air may be pumped and sucked by an air pump, or a form using thermal expansion or chemical change of the gas may be used.

上記の案内装置において、案内面に対向する可動体の１面に、多重リングを構成する摺動面が形成されており、リング間に形成される隣接面と案内面の間隙が外気から遮断されている構成でもよい。
この構成の案内装置では、隣接面と案内面の間隙が、外気に対して充填液体を隔壁とする多層構造となる。多層構造を構成する隣接面と案内面の間隙に対して、外気圧から段階的に変化させた圧力気体を最外の間隙から順に封止することができる。各層毎の差圧は充填液体が摺動面と案内面の間隙を充填しつづけられる圧力差としつつ、外気に対する封止気体の差圧を大きくすることができる。外気に対する封止気体の差圧を大きくすることにより、封止気体によって可動体や案内体に作用させる力を大きくすることができる。 In the above guide device, a sliding surface constituting a multiple ring is formed on one surface of the movable body facing the guide surface, and a gap between the adjacent surface formed between the rings and the guide surface is blocked from outside air. The structure which is may be sufficient.
In the guide device having this configuration, the gap between the adjacent surface and the guide surface has a multilayer structure in which the filling liquid is a partition wall with respect to the outside air. With respect to the gap between the adjacent surface and the guide surface constituting the multilayer structure, the pressure gas that is changed stepwise from the external pressure can be sealed in order from the outermost gap. While the differential pressure for each layer is a pressure difference in which the filling liquid continues to fill the gap between the sliding surface and the guide surface, the differential pressure of the sealing gas with respect to the outside air can be increased. By increasing the differential pressure of the sealing gas with respect to the outside air, it is possible to increase the force applied to the movable body and the guide body by the sealing gas.

本発明によると、非接触式案内装置の構成を簡素化することができる。また液体圧力の脈流による影響を受けることがない。   According to the present invention, the configuration of the non-contact type guide device can be simplified. Moreover, it is not influenced by the pulsating flow of the liquid pressure.

以下、本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 案内装置の摺動面と案内面の間隙には水が充填している。
（特徴２） 可動体には、３重リングを構成する摺動面が形成されている。
（特徴３） ３重リングを構成する摺動面と案内面の間隙を充填する水が、可動体と案内体の間隙に３重構造の外気と遮断された空間を形成している。
（特徴４） 空間へ空気ポンプ等を接続して空気を圧送および吸引できる。
（特徴５） 本発明は、リニアガイド、面的スライダー、スラスト軸受、ジャーナル軸受等に適用できる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the main features of the embodiments described below are listed.
(Feature 1) The gap between the sliding surface and the guide surface of the guide device is filled with water.
(Characteristic 2) The movable body is formed with a sliding surface constituting a triple ring.
(Characteristic 3) The water filling the gap between the sliding surface and the guide surface constituting the triple ring forms a space that is shielded from the triple structure outside air in the gap between the movable body and the guide body.
(Feature 4) Air can be pumped and sucked by connecting an air pump or the like to the space.
(Feature 5) The present invention can be applied to a linear guide, a planar slider, a thrust bearing, a journal bearing, and the like.

（実施例１） 図９に実施例１の案内装置５０を示す。案内装置５０は、可動体５４と案内体５５を備えている。可動体５４は、第１摺動面５１と第２摺動面５２と第３摺動面５３を備えている。案内体５５は、第１〜第３摺動面５１〜５３に対向する案内面５６を備えている。 Example 1 FIG. 9 shows a guide device 50 according to Example 1. FIG. The guide device 50 includes a movable body 54 and a guide body 55. The movable body 54 includes a first sliding surface 51, a second sliding surface 52, and a third sliding surface 53. The guide body 55 includes a guide surface 56 that faces the first to third sliding surfaces 51 to 53.

図１０に、可動体５４を第１〜第３摺動面５１〜５３の側から斜視する図を示す。可動体５４は略円柱形状をしている。可動体５４には、リング状の溝５７、５８と、可動体５４を貫通している軸孔５９が設けられている。溝５７、５８は矩形断面をしている。第１〜第３摺動面５１〜５３は、それらリング状の溝５７、５８および軸孔５９によって分離され、多重リングを構成している。第１〜第３摺動面５１〜５３は溝５７、５８の表面や軸孔５９の内面と隣接しており、それらの隣接面と９０度をなしている。第１〜第３摺動面５１〜５３は同一平面状にある。
第１〜第３摺動面５１〜５３の面積はそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３である。また、リング状の溝５７、５８と軸孔５９の開口面積はそれぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３である。軸孔５９には、案内体５５とは反対側に位置する開口に弁６４が設けられている。弁６４には図示しない空気ポンプ等を接続することができる。弁６４に空気ポンプ等を接続して、軸孔５９に空気を圧送又は吸引することができる。可動体５４の弁６４を含めた重量はＷである。
第１〜第３摺動面５１〜５３に対する水の接触角は２０度である。即ち、親水性の表面である。また、案内面５６に対する水の接触角は略３０度である。即ち、親水性の表面である。よって、第１〜第３摺動面５１〜５３に対する水の接触角と、案内面５６に対する水の接触角の和は１８０度未満となる。
可動体５４の側面６５に対する水の接触角は９０度以上である。また、軸孔５９や溝５７、５８の表面に対する水の接触角も９０度以上である。即ち、側面６５や軸孔５９や溝５７、５８の表面は疎水性表面である。即ち、第１〜第３摺動面５１〜５３に隣接する隣接面は、すべて疎水性表面である。 FIG. 10 shows a perspective view of the movable body 54 from the first to third sliding surfaces 51 to 53 side. The movable body 54 has a substantially cylindrical shape. The movable body 54 is provided with ring-shaped grooves 57 and 58 and a shaft hole 59 penetrating the movable body 54. The grooves 57 and 58 have a rectangular cross section. The first to third sliding surfaces 51 to 53 are separated by the ring-shaped grooves 57 and 58 and the shaft hole 59 to form a multiple ring. The first to third sliding surfaces 51 to 53 are adjacent to the surfaces of the grooves 57 and 58 and the inner surface of the shaft hole 59 and form 90 degrees with the adjacent surfaces. The first to third sliding surfaces 51 to 53 are in the same plane.
The areas of the first to third sliding surfaces 51 to 53 are A1, A2, and A3, respectively. The opening areas of the ring-shaped grooves 57 and 58 and the shaft hole 59 are B1, B2, and B3, respectively. The shaft hole 59 is provided with a valve 64 at an opening located on the opposite side of the guide body 55. An air pump or the like (not shown) can be connected to the valve 64. An air pump or the like can be connected to the valve 64 to pump or suck air into the shaft hole 59. The weight of the movable body 54 including the valve 64 is W.
The contact angle of water with respect to the first to third sliding surfaces 51 to 53 is 20 degrees. That is, it is a hydrophilic surface. The contact angle of water with respect to the guide surface 56 is approximately 30 degrees. That is, it is a hydrophilic surface. Therefore, the sum of the contact angle of water with respect to the first to third sliding surfaces 51 to 53 and the contact angle of water with respect to the guide surface 56 is less than 180 degrees.
The contact angle of water with respect to the side surface 65 of the movable body 54 is 90 degrees or more. Moreover, the contact angle of water with respect to the surfaces of the shaft hole 59 and the grooves 57 and 58 is 90 degrees or more. That is, the surfaces of the side surface 65, the shaft hole 59, and the grooves 57 and 58 are hydrophobic surfaces. That is, the adjacent surfaces adjacent to the first to third sliding surfaces 51 to 53 are all hydrophobic surfaces.

図９に示すように、第１〜第３摺動面５１〜５３と案内面５６の間隙に水が充填している。詳しくは、第１摺動面５１と案内面５６の間隙に第１水膜６１が形成されている。また、第２摺動面５２と案内面５６の間隙に第２水膜６２が形成されている。また、第３摺動面５３と案内面５６の間隙に第３水膜６３が形成されている。第１〜第３水膜６１〜６３は、多重リングを形成している。第１〜第３水膜６１〜６３によって多重リングが形成されることにより、可動体５４と案内体５５と第１水膜６１によって外部と遮断された第１空間７１が形成されている。また、可動体５４と案内体５５と第２水膜６２によって外部と遮断された第２空間７２が形成されている。また、可動体５４と案内体５５と第３水膜６３によって外部と遮断された第３空間７３が形成されている。第１水膜６１は、大気と第１空間７１との隔壁となっている。第２水膜６２は、第１空間７１と第２空間７２との隔壁となっている。第３水膜６３は、第２空間７２と第３空間７３との隔壁となっている。   As shown in FIG. 9, the gap between the first to third sliding surfaces 51 to 53 and the guide surface 56 is filled with water. Specifically, a first water film 61 is formed in the gap between the first sliding surface 51 and the guide surface 56. A second water film 62 is formed in the gap between the second sliding surface 52 and the guide surface 56. A third water film 63 is formed in the gap between the third sliding surface 53 and the guide surface 56. The first to third water films 61 to 63 form a multiple ring. By forming a multiple ring with the first to third water films 61 to 63, a first space 71 is formed that is blocked from the outside by the movable body 54, the guide body 55, and the first water film 61. Further, a second space 72 is formed that is blocked from the outside by the movable body 54, the guide body 55, and the second water film 62. Further, a third space 73 is formed that is blocked from the outside by the movable body 54, the guide body 55, and the third water film 63. The first water film 61 serves as a partition wall between the atmosphere and the first space 71. The second water film 62 serves as a partition between the first space 71 and the second space 72. The third water film 63 is a partition wall between the second space 72 and the third space 73.

図９は、可動体５４と案内体５５の間隙に所定の量の水を供給し、弁６４から空気を圧送した後の状態である。弁６４から空気を圧送すると、第３空間７３の圧力が上昇する。第１空間７３の圧力が上昇すると可動体５４が案内面５６から浮上する。その浮上によって第３水膜６３が形成されるが、第３空間７３と第２空間７２の差圧が大きくなると、第３水膜６１が破れ第３空間７３の圧力が下がって第２空間７２の圧力が上がる。そして、第３水膜７３が再生される。そのまま空気の圧送を続けることで、第１〜第３水膜６１〜６３は破断と再生を繰り返す。弁６４から空気を圧送することによって、第１〜第３空間７１〜７３の圧力を所定の圧力に到達させることができる。この状態における第１〜第３空間７１〜７３の圧力は、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３である。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は段階的に高められており、大気圧力Ｐ０とＰ１の差圧ΔPと、Ｐ１とＰ２の差圧ΔPと、Ｐ２とＰ３の差圧ΔPはすべて等しい。このとき、可動体５４は第１〜第３水膜６１〜６３を介して案内面５６から静止して浮いた状態となる。   FIG. 9 shows a state after supplying a predetermined amount of water to the gap between the movable body 54 and the guide body 55 and pumping air from the valve 64. When air is pumped from the valve 64, the pressure in the third space 73 increases. When the pressure in the first space 73 rises, the movable body 54 rises from the guide surface 56. The third water film 63 is formed by the levitation, but when the differential pressure between the third space 73 and the second space 72 increases, the third water film 61 is broken and the pressure in the third space 73 is lowered, so that the second space 72 is reduced. The pressure increases. Then, the third water film 73 is regenerated. By continuing the air pumping as it is, the first to third water films 61 to 63 are repeatedly broken and regenerated. By pressure-feeding air from the valve 64, the pressure in the first to third spaces 71 to 73 can reach a predetermined pressure. The pressures in the first to third spaces 71 to 73 in this state are P1, P2, and P3, respectively. P1, P2, and P3 are gradually increased, and the differential pressure ΔP between the atmospheric pressures P0 and P1, the differential pressure ΔP between P1 and P2, and the differential pressure ΔP between P2 and P3 are all equal. At this time, the movable body 54 is in a state of floating from the guide surface 56 through the first to third water films 61 to 63.

図１１を用いて、図９の状態において案内装置５０に作用している力について説明する。図１１は、第１水膜６１の近傍を拡大して示している。図１１は、図面左方が可動体５４の中心軸方向であり、図面右方が外周方向である。従って、第１水膜６１の図面左方は第１空間７１であり、図面右方は大気である。以下、図面左方で示される可動体５４の中心軸方向を内側といい、図面右方で示される外周方向を外側という。
第１水膜６１は内側の自由表面６６において、第１摺動面５１と角度θ_ＩＮで接触している。また、第１水膜６１は外側の自由表面６７において、第１摺動面５１と角度θ_OUTで接触している。角度θ_ＩＮとθ_OUTは、それぞれ０度以上９０度未満である。また、第１水膜６１は、自由表面６６と自由表面６７において案内面５６と接触角（略３０度）で接触している。
第２、第３水膜６２、６３についても、それぞれ第２、第３摺動面５２、５３や案内面５６に対して同様に接触している。 The force acting on the guide device 50 in the state shown in FIG. 9 will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the vicinity of the first water film 61 in an enlarged manner. In FIG. 11, the left side of the drawing is the central axis direction of the movable body 54, and the right side of the drawing is the outer peripheral direction. Accordingly, the left side of the first water film 61 in the drawing is the first space 71 and the right side of the drawing is the atmosphere. Hereinafter, the central axis direction of the movable body 54 shown on the left side of the drawing is referred to as the inside, and the outer peripheral direction shown on the right side of the drawing is called the outside.
The first water film 61 is in contact with the first sliding surface 51 at an angle θ _IN on the inner free surface 66. The first water film 61 is in contact with the first sliding surface 51 at an angle θ _OUT on the outer free surface 67. The angles θ _IN and θ _OUT are each not less than 0 degrees and less than 90 degrees. Further, the first water film 61 is in contact with the guide surface 56 at a contact angle (approximately 30 degrees) on the free surface 66 and the free surface 67.
Similarly, the second and third water films 62 and 63 are in contact with the second and third sliding surfaces 52 and 53 and the guide surface 56, respectively.

第１摺動面５１と案内面５６の間隙の距離をｄとし、第１水膜６１の内部圧力をＰｗ１とする。水の表面張力はＴである。第１水膜６１の内側の自由表面６６において、水平方向に作用している力のつり合いから、
Ｐ１・ｄ＝Ｐｗ１・ｄ＋Ｔｃｏｓθ_ＩＮ＋Ｔｃｏｓ３０° ；
となる。また、第１水膜６１の外側の自由表面６７において、水平方向に作用している力のつり合いから、
Ｐ０・ｄ＝Ｐｗ１・ｄ＋Ｔｃｏｓθ_OUT＋Ｔｃｏｓ３０° ；
となる。これらの２式から、以下の２式が導出される。
Ｐ１−Ｐ０＝Ｔ・(ｃｏｓθ_ＩＮ−ｃｏｓθ_OUT ）／ｄ ・・（１）；
Ｐｗ１−Ｐ０＝−Ｔ・(ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°)／ｄ ・・（２）；
（１）式は、第１空間の圧力Ｐ１が大気圧Ｐ０に対して差圧ΔPを持つことによって、第１水膜が第１摺動面５１に対して接触している角度が、内側と外側で異なることを示している。第１水膜はこの角度差を持つことにより、第１空間と大気圧Ｐ０の差圧に抗して、自己の表面張力で第１摺動面５１と案内面５６の間隙を充填しつづけることができる。このことは、第２水膜６２、第３水膜６３についても同様である。
（２）式は、第１水膜６１の内部圧力Ｐｗ１が大気圧Ｐ０に対して、−Ｔ・（ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°）／ｄの差圧を持つことを示している。第１水膜６１の内部圧力Ｐｗ１は大気圧Ｐ０よりも低く、第１水膜６１は第１摺動面５１が案内面５６から離反するのを吸着する。その吸着力Ｆ１は、
Ｆ１＝Ａ１・Ｔ・（ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°）／ｄ ；
となる。 The distance between the first sliding surface 51 and the guide surface 56 is d, and the internal pressure of the first water film 61 is Pw1. The surface tension of water is T. From the balance of forces acting in the horizontal direction on the free surface 66 inside the first water film 61,
P1 · d = Pw1 · d + Tcos θ _IN + Tcos 30 °;
It becomes. In addition, from the balance of forces acting in the horizontal direction on the free surface 67 outside the first water film 61,
P0 · d = Pw1 · d + Tcos θ _OUT + Tcos 30 °;
It becomes. From these two equations, the following two equations are derived.
P1−P0 = T · (cos θ _IN −cos θ _OUT ) / d (1);
Pw1−P0 = −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d (2);
The expression (1) indicates that the angle at which the first water film is in contact with the first sliding surface 51 is the inner side when the pressure P1 of the first space has a differential pressure ΔP with respect to the atmospheric pressure P0. It shows different on the outside. By having this angular difference, the first water film continues to fill the gap between the first sliding surface 51 and the guide surface 56 with its own surface tension against the differential pressure between the first space and the atmospheric pressure P0. Can do. The same applies to the second water film 62 and the third water film 63.
Expression (2) indicates that the internal pressure Pw1 of the first water film 61 has a differential pressure of −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d with respect to the atmospheric pressure P0. The internal pressure Pw1 of the first water film 61 is lower than the atmospheric pressure P0, and the first water film 61 adsorbs that the first sliding surface 51 is separated from the guide surface 56. The adsorption force F1 is
F1 = A1 · T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d;
It becomes.

同様にして、第２水膜６２の内部圧力をＰｗ２とすると、
Ｐｗ２−Ｐ１＝−Ｔ・(ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°）／ｄ ；
となる。第２水膜６２の内部圧力Ｐｗ２の大気圧Ｐ０に対する差圧は、
Ｐｗ２−Ｐ０＝（Ｐｗ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）
＝−Ｔ・(ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°)／ｄ＋ΔＰ ；
となる。従って、第２水膜６２が第２摺動面５２を吸引する力Ｆ２は、
Ｆ２＝Ａ２・Ｔ・（ｃｏｓθ_OUT ＋ｃｏｓ３０°）／ｄ−Ａ２・ΔＰ ；
となる。
また、第３水膜６３の内部圧力をＰｗ３とすると、
Ｐｗ３−Ｐ２＝−Ｔ・(ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°）／ｄ ；
となる。第２水膜６２の内部圧力Ｐｗ２の大気圧Ｐ０に対する差圧は、
Ｐｗ２−Ｐ０＝（Ｐｗ２−Ｐ２）＋（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）
＝−Ｔ・(ｃｏｓθ_OUT＋ｃｏｓ３０°)／ｄ＋２ΔＰ ；
となる。従って、第３水膜６２が第３摺動面５３を吸引する力Ｆ３は、
Ｆ３＝Ａ３・Ｔ・（ｃｏｓθ_OUT ＋ｃｏｓ３０°）／ｄ−２・Ａ３・ΔＰ；
となる。 Similarly, when the internal pressure of the second water film 62 is Pw2,
Pw2−P1 = −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d;
It becomes. The differential pressure of the internal pressure Pw2 of the second water film 62 with respect to the atmospheric pressure P0 is
Pw2-P0 = (Pw2-P1) + (P1-P0)
= −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d + ΔP;
It becomes. Therefore, the force F2 that the second water film 62 sucks the second sliding surface 52 is:
F2 = A2 · T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d−A2 · ΔP;
It becomes.
Further, when the internal pressure of the third water film 63 is Pw3,
Pw3−P2 = −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d;
It becomes. The differential pressure of the internal pressure Pw2 of the second water film 62 with respect to the atmospheric pressure P0 is
Pw2-P0 = (Pw2-P2) + (P2-P1) + (P1-P0)
= −T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d + 2ΔP;
It becomes. Therefore, the force F3 that the third water film 62 sucks the third sliding surface 53 is:
F3 = A3 · T · (cos θ _OUT + cos 30 °) / d−2 · A3 · ΔP;
It becomes.

一方、第１空間７１に封止された空気が、大気圧との差圧によって可動体５４に作用する力Ｆ４は、鉛直上向きを正として、
Ｆ４＝Ｂ１・（Ｐ１−Ｐ０）＝Ｂ１・ΔＰ ；
同様に、第２空間７２に封止された空気が、大気圧との差圧によって可動体５４に作用する力Ｆ５と、第３空間７３に封止された空気が、大気圧との差圧によって可動体５４に作用する力Ｆ６は、
Ｆ５＝Ｂ２・（Ｐ２−Ｐ０）＝２・Ｂ１・ΔＰ ；
Ｆ６＝Ｂ３・（Ｐ３−Ｐ０）＝３・Ｂ１・ΔＰ ；
となる。 On the other hand, the force F4 that the air sealed in the first space 71 acts on the movable body 54 due to the differential pressure from the atmospheric pressure is positive in the vertical upward direction.
F4 = B1 · (P1−P0) = B1 · ΔP;
Similarly, the force F5 acting on the movable body 54 due to the pressure difference between the air sealed in the second space 72 and the atmospheric pressure, and the pressure sealed between the air sealed in the third space 73 and the atmospheric pressure. The force F6 acting on the movable body 54 by
F5 = B2 · (P2−P0) = 2 · B1 · ΔP;
F6 = B3 · (P3−P0) = 3 · B1 · ΔP;
It becomes.

可動体５４の重量Ｗと、上記の力Ｆ１〜Ｆ６の合計がつりあうことによって、可動体５４は案内面５６から非接触な状態に維持される。力Ｆ１〜Ｆ６は、角度θ_OUTや角度θ_ＩＮや距離ｄや内部空間に封止した気体の圧力で決まる。そして、角度θ_OUTや角度θ_ＩＮや距離ｄは、可動体５４の重量Ｗや供給される水の量や第１〜第３空間７１〜７３に封止する気体の圧力によって決めることができる。
上記のつりあいの状態では、第１〜第３摺動面５１〜５３と案内面５６の距離ｄが僅かに変化しても、角度θ_OUTや角度θ_ＩＮは大きく変化する。それにより、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は大きく変化する。可動体５４に鉛直下向きの力が作用して距離ｄが減少すると、角度θ_OUTや角度θ_ＩＮは増加する。角度θ_OUTや角度θ_ＩＮが増加することによって、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の吸引力は減少する。即ち、吸引力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、距離ｄの変化に抗するように変化する。あるいは、可動体５４に鉛直上向きの力が作用して距離ｄが増加すると、角度θ_OUTや角度θ_ＩＮは減少する。角度θ_OUTや角度θ_ＩＮが減少することによって、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の吸引力は増大する。即ち、吸引力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、距離ｄの変化に抗するように変化する。また、第１〜第３空間７１〜７３に封止されている気体についても空気バネとして働くため、力Ｆ４〜Ｆ６も距離ｄの変化に抗するように変化する。可動体５４は、第１〜第３水膜６１〜６３を介して案内面５６から一定の距離に拘束されている。 When the weight W of the movable body 54 and the total of the forces F1 to F6 are balanced, the movable body 54 is maintained in a non-contact state from the guide surface 56. The forces F1 to F6 are determined by the angle θ _OUT , the angle θ _IN , the distance d, and the pressure of the gas sealed in the internal space. The angle θ _OUT , the angle θ _IN, and the distance d can be determined by the weight W of the movable body 54, the amount of supplied water, and the pressure of the gas sealed in the first to third spaces 71 to 73.
In the state of balance described above, even if the distance d between the first to third sliding surfaces 51 to 53 and the guide surface 56 changes slightly, the angle θ _OUT and the angle θ _IN change greatly. Thereby, F1, F2, and F3 change greatly. When a vertically downward force acts on the movable body 54 and the distance d decreases, the angle θ _OUT and the angle θ _IN increase. As the angle θ _OUT and the angle θ _IN increase, the attractive forces of F1, F2, and F3 decrease. That is, the suction forces F1, F2, and F3 change so as to resist changes in the distance d. Alternatively, when a vertically upward force acts on the movable body 54 and the distance d increases, the angle θ _OUT and the angle θ _IN decrease. As the angle θ _OUT and the angle θ _IN decrease, the attractive forces of F1, F2, and F3 increase. That is, the suction forces F1, F2, and F3 change so as to resist changes in the distance d. Further, since the gas sealed in the first to third spaces 71 to 73 also acts as an air spring, the forces F4 to F6 also change to resist changes in the distance d. The movable body 54 is restrained at a certain distance from the guide surface 56 via the first to third water films 61 to 63.

可動体５４は案内面５６に第１〜第３水膜６１〜６３や第１〜第３空間７１〜７３に封止された気体を介して非接触で拘束されている。この拘束力は第１〜第３摺動面５１〜５３や案内面５６に対して垂直な方向であるため、可動体５４が案内面５６に沿って移動することを妨げない。従って、案内装置５０は、可動体５４を高い運動精度で案内面５６に沿って案内する面的スライダーとして利用できる。あるいは、可動体５４は回転することもできるため、スラスト軸受としても利用できる。可動体５４と案内体５５は直接的には接触していないため、摩擦抵抗が極めて低い。さらには、可動体５４が静止していても充填液体が介在しているため、静止摩擦も発生しない。静かに移動を始め、意図した位置に静止させることもできる。位置決め分解能に優れている。
本実施例の案内装置５０は、３重リング状の第１〜第３水膜６１〜６３を形成し、３つの第１〜第３空間７１〜７３を形成している。第１〜第３空間７１〜７３に封止する気体の圧力を、外側の空間から段階的に変化させることによって、封止気体の圧力が可動体５４に作用する力を高めている。この空間をさらに多層化することによって、封止する気体の圧力をさらに大気圧から変化させることもできる。 The movable body 54 is constrained to the guide surface 56 in a non-contact manner through a gas sealed in the first to third water films 61 to 63 and the first to third spaces 71 to 73. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the first to third sliding surfaces 51 to 53 and the guide surface 56, it does not prevent the movable body 54 from moving along the guide surface 56. Therefore, the guide device 50 can be used as a planar slider that guides the movable body 54 along the guide surface 56 with high motion accuracy. Or since the movable body 54 can also rotate, it can utilize also as a thrust bearing. Since the movable body 54 and the guide body 55 are not in direct contact with each other, the frictional resistance is extremely low. Furthermore, even if the movable body 54 is stationary, no static friction is generated because the filling liquid is interposed. You can start moving quietly and stop at the intended position. Excellent positioning resolution.
The guide device 50 according to the present embodiment forms triple ring-shaped first to third water films 61 to 63 and forms three first to third spaces 71 to 73. By changing the pressure of the gas sealed in the first to third spaces 71 to 73 stepwise from the outer space, the force of the pressure of the sealing gas acting on the movable body 54 is increased. By further multilayering this space, the pressure of the gas to be sealed can be further changed from atmospheric pressure.

（実施例２） 図１２に実施例２の案内装置８０を示す。案内装置８０は、可動体８２や案内体８５を備えている。
図１２に示すように、可動体８２は略直方体であって、長手方向の４つの稜角部が面取加工されている。可動体８２は、１６箇所の摺動面８３を備えている。図１２に示すように、摺動面８３は、直方体形状の長手方向に平行な４つの面のそれぞれに、長手方向に略等間隔で４箇所づつ配置されている。即ち、対向する８対の摺動面８３が設けられている。
なお、以下の図面において、摺動面には破線によるＸ印を付して示す。
可動体８２の摺動面８３に対する水の接触角は略３０度である。可動体の摺動面８３以外の表面に対する水の接触角は１２０度よりも大きい。
案内体８５は、略直方体であって、その長手方向は可動体８２の長手方向よりも長い。案内体８５は、矩形断面の孔８６を備えている。孔８６の開口断面は、可動体８２の長手方向に垂直な断面よりもやや大きく、可動体８２を遊嵌することができる。孔８６の側面は案内面８６ａである。案内面８６ａに対する水の接触角は略６０度である。 (Example 2) The guide apparatus 80 of Example 2 is shown in FIG. The guide device 80 includes a movable body 82 and a guide body 85.
As shown in FIG. 12, the movable body 82 is a substantially rectangular parallelepiped, and four ridge corners in the longitudinal direction are chamfered. The movable body 82 includes 16 sliding surfaces 83. As shown in FIG. 12, the sliding surfaces 83 are arranged at four positions at approximately equal intervals in the longitudinal direction on each of four surfaces parallel to the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped shape. That is, eight pairs of sliding surfaces 83 facing each other are provided.
In the following drawings, the sliding surface is indicated by a broken X mark.
The contact angle of water with the sliding surface 83 of the movable body 82 is approximately 30 degrees. The contact angle of water with the surface other than the sliding surface 83 of the movable body is greater than 120 degrees.
The guide body 85 is a substantially rectangular parallelepiped, and its longitudinal direction is longer than the longitudinal direction of the movable body 82. The guide body 85 includes a hole 86 having a rectangular cross section. The opening cross section of the hole 86 is slightly larger than the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the movable body 82, so that the movable body 82 can be loosely fitted. A side surface of the hole 86 is a guide surface 86a. The contact angle of water with respect to the guide surface 86a is approximately 60 degrees.

図１３は、可動体８２を案内体８５の孔８６に遊嵌し、その間隙に所定の水８８を供給した状態である。摺動面８３に対する水８８の接触角と案内面８６ａに対する水８８の接触角の和は１８０度未満である。従って、水８８は摺動面８３と案内面８６ａの間隙全体に自己の表面張力によって浸透する。また、可動体８２の摺動面以外の面に対する水８８の接触角と案内面８６ａに対する水８８の接触角の和は１８０度以上である。従って、水８８は可動体８２の摺動面以外の面と案内面８６ａとの間隙には浸透しない。水８８が摺動面８３に接触している角度は１２０度よりも小さく、水８８が摺動体８２の摺動面８３以外の面を濡らすこともない。供給された水８８は、摺動面８３と案内面８６ａの間隙を充填しつづける。それにより、摺動面８３と案内面８６ａは水８８を介して非接触の状態が維持される。
摺動面８３と案内面８６ａの間隙を充填している充填水８８の内部圧力は、自己の表面張力によって大気圧に対して差圧をもっている。充填水８８は、その差圧によって摺動面８３や案内面８６ａに力を作用する。充填水８８がそれぞれの摺動面８３に作用する力の大きさは等しい。すべての摺動面８３は、対向する他の摺動面８３と対をなしている。一対の摺動面８３に作用する一対の力はつりあっているため、充填水８８がすべての摺動面８３に作用する力の合力はゼロとなる。従って、可動体８２は、充填水８８を介して案内面８６ａと非接触の状態でつりあっている。このつり合いの状態から摺動面８３と案内面８６ａの距離が変化すると、充填水８８が可動体８２や案内体８５に作用している力が、その距離の変化に抗するように変化する。即ち、可動体８２は充填水８８を介して案内面８６ａに非接触で拘束されている。この拘束力は摺動面８３や案内面８６ａに対して垂直な方向であるため、可動体８２が案内面８６ａに沿って移動することを妨げない。従って、案内装置８０は、可動体８２を案内面８６ａに沿って高い運動精度と位置決め分解能で案内するリニアスライダーとして利用できる。
図１３では、水膜８８が内側に撓み、水膜８８が摺動面８３と案内面８６ａを吸着する例を図示している。水膜８８が外側に撓み、水膜８８が摺動面８３と案内面８６ａを反発するようにしてもよい。 FIG. 13 shows a state in which the movable body 82 is loosely fitted into the hole 86 of the guide body 85 and predetermined water 88 is supplied to the gap. The sum of the contact angle of water 88 with respect to sliding surface 83 and the contact angle of water 88 with respect to guide surface 86a is less than 180 degrees. Accordingly, the water 88 permeates the entire gap between the sliding surface 83 and the guide surface 86a by its surface tension. Further, the sum of the contact angle of the water 88 with respect to the surface other than the sliding surface of the movable body 82 and the contact angle of the water 88 with respect to the guide surface 86a is 180 degrees or more. Accordingly, the water 88 does not penetrate into the gap between the surface other than the sliding surface of the movable body 82 and the guide surface 86a. The angle at which the water 88 is in contact with the sliding surface 83 is smaller than 120 degrees, and the water 88 does not wet the surface other than the sliding surface 83 of the sliding body 82. The supplied water 88 continues to fill the gap between the sliding surface 83 and the guide surface 86a. Thereby, the sliding surface 83 and the guide surface 86a are maintained in a non-contact state via the water 88.
The internal pressure of the filling water 88 filling the gap between the sliding surface 83 and the guide surface 86a has a differential pressure with respect to the atmospheric pressure due to its own surface tension. The filling water 88 acts on the sliding surface 83 and the guide surface 86a by the differential pressure. The magnitude of the force that the filling water 88 acts on each sliding surface 83 is equal. All the sliding surfaces 83 are paired with other sliding surfaces 83 facing each other. Since the pair of forces acting on the pair of sliding surfaces 83 is balanced, the resultant force of the forces acting on all the sliding surfaces 83 by the filling water 88 is zero. Therefore, the movable body 82 is balanced with the guide surface 86a through the filling water 88 in a non-contact state. When the distance between the sliding surface 83 and the guide surface 86a changes from this balanced state, the force that the filling water 88 acts on the movable body 82 and the guide body 85 changes so as to resist the change in the distance. That is, the movable body 82 is constrained to the guide surface 86 a through the filling water 88 in a non-contact manner. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface 83 and the guide surface 86a, it does not prevent the movable body 82 from moving along the guide surface 86a. Therefore, the guide device 80 can be used as a linear slider for guiding the movable body 82 along the guide surface 86a with high motion accuracy and positioning resolution.
FIG. 13 illustrates an example in which the water film 88 is bent inward and the water film 88 adsorbs the sliding surface 83 and the guide surface 86a. The water film 88 may be bent outward, and the water film 88 may repel the sliding surface 83 and the guide surface 86a.

（実施例３） 図１４に実施例３の案内装置９０を示す。案内装置９０は、可動体９２や案内体９５を備えている。
可動体９２は、略直方体であって、矩形断面の孔９３を備えている。なお、孔９３の隅角部は、図１４に示すように円筒状にえぐられている。孔９３の開口部付近の平面部には摺動面９３ａが設けられている。即ち、摺動面９３ａは、孔９３の両端の開口部付近の平面部にそれぞれ４箇所づつ設けられている。即ち、対向する４対の摺動面９３ａが設けられている。
可動体９２の摺動面９３ａに対する水の接触角は略３０度である。可動体９２の摺動面９３ａ以外の表面に対する水の接触角は１２０度よりも大きい。
案内体９５は、略直方体であって、その長手方向は可動体９２の長手方向よりも長い。案内体９５の長手方向に垂直な断面は矩形である。その断面は、可動体９２の孔９３よりも小さく、案内体９５を可動体９２の孔９３に遊嵌することができる。案内体９５の長手方向に平行な４つの面は案内面９６である。案内面９６に対する水の接触角は略６０度である。 (Example 3) The guide apparatus 90 of Example 3 is shown in FIG. The guide device 90 includes a movable body 92 and a guide body 95.
The movable body 92 is a substantially rectangular parallelepiped and includes a hole 93 having a rectangular cross section. The corners of the holes 93 are formed in a cylindrical shape as shown in FIG. A sliding surface 93 a is provided on the flat surface near the opening of the hole 93. That is, the sliding surfaces 93 a are provided at four places on each of the flat portions near the opening portions at both ends of the hole 93. That is, four opposing sliding surfaces 93a are provided.
The contact angle of water with the sliding surface 93a of the movable body 92 is approximately 30 degrees. The contact angle of water with respect to the surface other than the sliding surface 93a of the movable body 92 is larger than 120 degrees.
The guide body 95 is a substantially rectangular parallelepiped, and its longitudinal direction is longer than the longitudinal direction of the movable body 92. The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the guide body 95 is rectangular. The cross section is smaller than the hole 93 of the movable body 92, and the guide body 95 can be loosely fitted into the hole 93 of the movable body 92. Four surfaces parallel to the longitudinal direction of the guide body 95 are guide surfaces 96. The contact angle of water with respect to the guide surface 96 is approximately 60 degrees.

図１５は、可動体９２の孔９３に案内体９５遊嵌し、その間隙に所定の水９８を供給した状態である。可動体９２の摺動面９３ａに対する水９８の接触角と、案内体９５の案内面９６に対する水９８の接触角の和は１８０度未満である。従って、水９８は摺動面９３ａと案内面９６の間隙全体に自己の表面張力によって浸透する。また、可動体９２の摺動面９３ａ以外の面に対する水９８接触角と案内面９６に対する水９８の接触角の和は１８０度以上である。従って、水９８は摺動面９３ａ以外の面と案内面９６との間隙には浸透しない。水９８が摺動面９３ａに接触している角度は１２０度よりも小さく、水９８が摺動体９２の摺動面９３ａ以外の面を濡らすこともない。供給された水９８は、摺動面９３ａと案内面９６の間隙を充填しつづける。それにより、摺動面９３ａと案内面９６は水９８を介して非接触の状態が維持される。
摺動面９３ａと案内面９６の間隙を充填している充填水９８の内部圧力は、自己の表面張力によって大気圧に対して差圧をもっている。充填水９８は、その差圧によって摺動面９３ａや案内面９６に力を作用する。充填水９８がそれぞれの摺動面９３に作用する力の大きさは等しい。可動体９２のすべての摺動面９３ａは、対向する他の摺動面９３ａと対をなしている。一対の摺動面に作用している一対の力はつりあっているため、充填水９８がすべての摺動面９３ａに作用する力の合力はゼロとなる。即ち、その反作用力として充填水９８が案内体９５に作用する力の合力もゼロである。可動体９２は、充填水９８を介して案内面９６と非接触の状態でつりあっている。このつり合いの状態から摺動面９３ａと案内面９６の距離が変化すると、充填水９８が可動体９２や案内体９５に作用している力が、その距離の変化に抗するように変化する。即ち、可動体９２は充填水９８を介して案内面９６に非接触で拘束されている。あるいは、案内体９５が充填水９８を介して摺動面９３ａに非接触で拘束されているといってもよい。この拘束力は摺動面９３ａや案内面９６に対して垂直な方向であるため、可動体９２が案内面９６に沿って移動することを妨げない。従って、案内装置９０は、可動体９２を案内面９６に沿って高い運動精度と位置決め分解能で案内するリニアスライダーとして利用できる。あるいは可動体９２を外部に固定して、案内体９５を摺動面９３ａに沿って移動させるリニアスライダーとしても利用できる。
図１５は、水膜９８が内側に撓み、水膜９８が摺動面９３ａと案内面９６を吸着する例を図示している。水膜９８が外側に撓み、水膜９８が摺動面９３ａと案内面９６を反発するようにしてもよい。 FIG. 15 shows a state in which the guide body 95 is loosely fitted in the hole 93 of the movable body 92 and predetermined water 98 is supplied to the gap. The sum of the contact angle of water 98 with respect to sliding surface 93a of movable body 92 and the contact angle of water 98 with respect to guide surface 96 of guide body 95 is less than 180 degrees. Accordingly, the water 98 penetrates into the entire gap between the sliding surface 93a and the guide surface 96 by its surface tension. The sum of the contact angle of the water 98 with respect to the surface other than the sliding surface 93a of the movable body 92 and the contact angle of the water 98 with respect to the guide surface 96 is 180 degrees or more. Therefore, the water 98 does not penetrate into the gap between the surface other than the sliding surface 93 a and the guide surface 96. The angle at which the water 98 is in contact with the sliding surface 93 a is smaller than 120 degrees, and the water 98 does not wet the surfaces other than the sliding surface 93 a of the sliding body 92. The supplied water 98 continues to fill the gap between the sliding surface 93a and the guide surface 96. Thereby, the sliding surface 93a and the guide surface 96 are maintained in a non-contact state via the water 98.
The internal pressure of the filling water 98 filling the gap between the sliding surface 93a and the guide surface 96 has a differential pressure with respect to the atmospheric pressure due to its own surface tension. The filling water 98 exerts a force on the sliding surface 93a and the guide surface 96 due to the differential pressure. The magnitude of the force that the filling water 98 acts on each sliding surface 93 is equal. All the sliding surfaces 93a of the movable body 92 are paired with other sliding surfaces 93a facing each other. Since the pair of forces acting on the pair of sliding surfaces are balanced, the resultant force of the force that the filling water 98 acts on all the sliding surfaces 93a becomes zero. That is, the resultant force of the filling water 98 acting on the guide body 95 as the reaction force is zero. The movable body 92 is balanced with the guide surface 96 through the filling water 98 in a non-contact state. When the distance between the sliding surface 93a and the guide surface 96 changes from this balanced state, the force applied to the movable body 92 and the guide body 95 by the filling water 98 changes so as to resist the change in the distance. That is, the movable body 92 is constrained to the guide surface 96 through the filling water 98 in a non-contact manner. Alternatively, it may be said that the guide body 95 is restrained in a non-contact manner on the sliding surface 93 a via the filling water 98. Since the restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface 93 a and the guide surface 96, it does not prevent the movable body 92 from moving along the guide surface 96. Therefore, the guide device 90 can be used as a linear slider that guides the movable body 92 along the guide surface 96 with high motion accuracy and positioning resolution. Alternatively, it can also be used as a linear slider that fixes the movable body 92 to the outside and moves the guide body 95 along the sliding surface 93a.
FIG. 15 illustrates an example in which the water film 98 is bent inward and the water film 98 adsorbs the sliding surface 93 a and the guide surface 96. The water film 98 may be bent outward, and the water film 98 may repel the sliding surface 93a and the guide surface 96.

（実施例４） 図１６に実施例４の案内装置１００を示す。案内装置１００は、可動体１０２や案内体１０５を備えている。
可動体１０２は、Ｖ字状の溝を備えている略直方体である。なお、Ｖ字溝の隅角部は図１６に示すように凹部が加工されている。Ｖ字溝の長手方向の両端部付近の平面部には摺動面１０３が設けられている。即ち、摺動面１０３は、Ｖ字溝の両端部にそれぞれ２箇所づつ設けられている。各端部において２箇所の摺動面１０３が対をなしている。
可動体１０２の摺動面１０３に対する水の接触角は略３０度である。可動体１０２の摺動面１０３以外の表面に対する水の接触角は１５０度よりも大きい。
案内体１０５は、略直方体であって、その長手方向は可動体１０２の長手方向よりも長い。重量はＷである。案内体１０５の長手方向に垂直な断面は矩形である。その断面の一部は、可動体１０２のＶ字溝と同一形状であり、案内体１０５を可動体９２のＶ字溝に隙間無く嵌め合うことができる。案内体１０５の長手方向に平行な面のうち、隣り合う２つの面は案内面１０６である。案内面１０６に対する水の接触角は略１２０度である。 (Example 4) The guide apparatus 100 of Example 4 is shown in FIG. The guide device 100 includes a movable body 102 and a guide body 105.
The movable body 102 is a substantially rectangular parallelepiped having a V-shaped groove. Note that the corners of the V-shaped grooves are recessed as shown in FIG. Sliding surfaces 103 are provided on the flat portions near both ends in the longitudinal direction of the V-shaped groove. That is, two sliding surfaces 103 are provided at each of both ends of the V-shaped groove. Two sliding surfaces 103 are paired at each end.
The contact angle of water with the sliding surface 103 of the movable body 102 is approximately 30 degrees. The contact angle of water with the surface other than the sliding surface 103 of the movable body 102 is larger than 150 degrees.
The guide body 105 is a substantially rectangular parallelepiped, and its longitudinal direction is longer than the longitudinal direction of the movable body 102. The weight is W. The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the guide body 105 is rectangular. A part of the cross section has the same shape as the V-shaped groove of the movable body 102, and the guide body 105 can be fitted into the V-shaped groove of the movable body 92 without a gap. Of the surfaces parallel to the longitudinal direction of the guide body 105, two adjacent surfaces are guide surfaces 106. The contact angle of water with the guide surface 106 is approximately 120 degrees.

図１７は、可動体１０２のＶ字溝と案内体１０５の案内面を対向させ、その間隙に所定の水１０８を供給した状態である。摺動面１０３に対する水１０８の接触角と案内面１０６に対する水１０８の接触角の和は１８０度未満である。従って、水１０８は摺動面１０３と案内面１０６の間隙全体に自己の表面張力によって浸透する。また、可動体１０２の摺動面１０３以外の面に対する水１０８の接触角と案内面１０６に対する水１０８の接触角の和は１８０度以上である。従って、水１０８は摺動面１０３以外の面と案内面１０６との間隙には浸透しない。水１０８が摺動面１０３に接触している角度は１５０度よりも小さく、水１０８が摺動体１０２の摺動面１０３以外の面を濡らすこともない。供給された水１０８は、摺動面１０３と案内面１０６の間隙を充填しつづける。それにより、摺動面１０３と案内面１０６は水１０８を介して非接触の状態が維持される。
摺動面１０３と案内面１０６の間隙を充填している充填水１０８の内部圧力は、自己の表面張力によって大気圧に対して正圧となっている。充填水１０８は、その正圧によって摺動面１０３と案内面１１６に反発力を作用する。充填水１０８がそれぞれの摺動面１０３に作用する力の大きさは等しい。可動体１０２のＶ字溝のそれぞれの端部において、２箇所の摺動面１０３が対をなしている。充填水１０８が一対の摺動面１０３に作用する力の合力は、可動体１０２に対して鉛直下方に作用する力となる。即ち、その反作用力として充填水１０８は案内体１０５に対して鉛直上方に力を作用している。この充填水１０８が案内体１０５に作用する力と案内体１０５の重量Ｗとがつりあうことにより、可動体１０２と案内体１０５は充填水１０８を介して非接触の状態でつりあっている。この状態から摺動面１０３と案内面１０６の距離が変化すると、充填水１０８が可動体１０２や案内体１０５に作用している力が、その距離の変化に抗するように変化する。即ち、案内体１０６は充填水１０８を介して摺動面１０３に非接触で拘束されている。この拘束力は可動体１０２のＶ字溝の長手方向に垂直な方向であるため、案内体１０５が可動体１０２のＶ字溝に沿って移動することを妨げない。従って、案内装置１００は、案内体１０５を可動体１０２のＶ字溝に沿って、高い運動精度と位置決め分解能で案内するリニアスライダーとして利用できる。
案内装置１００では、図１７に示す状態から天地を逆転させて設置し、案内体を１１５を案内レールとして可動体１０２を摺動させるリニアスライダーとして利用してもよい。 FIG. 17 shows a state in which the V-shaped groove of the movable body 102 and the guide surface of the guide body 105 are opposed to each other and predetermined water 108 is supplied to the gap. The sum of the contact angle of water 108 with respect to sliding surface 103 and the contact angle of water 108 with respect to guide surface 106 is less than 180 degrees. Accordingly, the water 108 penetrates into the entire gap between the sliding surface 103 and the guide surface 106 by its own surface tension. Further, the sum of the contact angle of the water 108 with respect to the surface other than the sliding surface 103 of the movable body 102 and the contact angle of the water 108 with respect to the guide surface 106 is 180 degrees or more. Accordingly, the water 108 does not penetrate into the gap between the surface other than the sliding surface 103 and the guide surface 106. The angle at which the water 108 is in contact with the sliding surface 103 is smaller than 150 degrees, and the water 108 does not wet the surface other than the sliding surface 103 of the sliding body 102. The supplied water 108 continues to fill the gap between the sliding surface 103 and the guide surface 106. Thereby, the sliding surface 103 and the guide surface 106 are maintained in a non-contact state via the water 108.
The internal pressure of the filling water 108 filling the gap between the sliding surface 103 and the guide surface 106 is positive with respect to the atmospheric pressure due to its own surface tension. The filling water 108 exerts a repulsive force on the sliding surface 103 and the guide surface 116 by the positive pressure. The magnitude of the force that the filling water 108 acts on each sliding surface 103 is equal. Two sliding surfaces 103 form a pair at each end of the V-shaped groove of the movable body 102. The resultant force of the filling water 108 acting on the pair of sliding surfaces 103 is a force acting vertically downward on the movable body 102. That is, as the reaction force, the filling water 108 acts on the guide body 105 vertically upward. The force acting on the guide body 105 and the weight W of the guide body 105 balance with each other, so that the movable body 102 and the guide body 105 are balanced in a non-contact state via the fill water 108. When the distance between the sliding surface 103 and the guide surface 106 changes from this state, the force that the filling water 108 acts on the movable body 102 and the guide body 105 changes so as to resist the change in the distance. That is, the guide body 106 is constrained to the sliding surface 103 through the filling water 108 in a non-contact manner. Since this restraining force is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the V-shaped groove of the movable body 102, it does not prevent the guide body 105 from moving along the V-shaped groove of the movable body 102. Therefore, the guide device 100 can be used as a linear slider that guides the guide body 105 along the V-shaped groove of the movable body 102 with high motion accuracy and positioning resolution.
The guide device 100 may be installed by reversing the top and bottom from the state shown in FIG. 17, and the guide body may be used as a linear slider for sliding the movable body 102 using the guide rail 115 as a guide rail.

（実施例５） 図１８に実施例５の案内装置１１０を示す。案内装置１１０は、可動体１１２や案内体１１５を備えている。
図１８に示すように、可動体１１２は略円柱体であって、その円周面には３箇所の突出部が設けられている。それぞれの突出部は摺動面１１３を備えている。３箇所の摺動面１１３は、同一円周上に１２０度間隔で位置している。
摺動面１１３に対する水の接触角は略３０度である。可動体１１２の摺動面１１３以外の表面に対する水の接触角は略１２０度よりも大きい。
案内体１１５は、略円柱体であって、円形断面の孔１１６を備えている。孔１１３の半径は、可動体１１２の３箇所の摺動面１１３が位置している円周の半径よりも大きい。従って、可動体１１２を孔１１６に遊嵌することができる。孔１１６の側面は案内面１１６ａである。案内面１１６ａに対する水の接触角は略６０度である。 (Example 5) The guide apparatus 110 of Example 5 is shown in FIG. The guide device 110 includes a movable body 112 and a guide body 115.
As shown in FIG. 18, the movable body 112 is a substantially cylindrical body, and three protrusions are provided on the circumferential surface thereof. Each protrusion has a sliding surface 113. The three sliding surfaces 113 are located at 120 degree intervals on the same circumference.
The contact angle of water with the sliding surface 113 is approximately 30 degrees. The contact angle of water with respect to the surface other than the sliding surface 113 of the movable body 112 is larger than about 120 degrees.
The guide body 115 is a substantially cylindrical body and includes a hole 116 having a circular cross section. The radius of the hole 113 is larger than the radius of the circumference where the three sliding surfaces 113 of the movable body 112 are located. Therefore, the movable body 112 can be loosely fitted into the hole 116. A side surface of the hole 116 is a guide surface 116a. The contact angle of water with respect to the guide surface 116a is approximately 60 degrees.

図１９は、可動体１１２を案内体１１５の孔１１６に遊嵌し、その間隙に所定の水１１８を供給した状態である。摺動面１１３に対する水１１８の接触角と案内面１１６ａに対する水１１８の接触角の和は１８０度未満である。従って、水１１８は摺動面１１３と案内面１１６ａの間隙全体に自己の表面張力によって浸透する。摺動面１１３は、摺動体１１２の円周面の突出部に形成されている。即ち、摺動面１１３と摺動面１１３に隣接する面は略９０度をなしている。従って、摺動面１１３とその隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角度は１２０度よりも大きくなることはない。そのため、水１１８は摺動体１１２の摺動面１１３以外の面を濡らすことはない。供給された水１１８は、摺動面１１３と案内面１１６ａの間隙を充填しつづける。それにより、摺動面１１３と案内面１１６ａは水１１８を介して非接触の状態が維持される。
摺動面１１３と案内面１１６ａの間隙を充填している充填水１１８の内部圧力は、自己の表面張力によって大気圧に対して差圧をもっている。充填水１１８は、その差圧によって摺動面１１３に力を作用する。充填水１１８がそれぞれの摺動面１１３に作用する力の大きさは等しい。３箇所の摺動面１１３は、同一円周上に１２０度間隔で位置しているため、充填水１１８が３箇所の摺動面１１３に作用する力の合力はゼロとなる。従って、可動体１１２は、充填水１１８を介して案内面１１６ａと非接触の状態でつりあっている。このつり合いの状態から、摺動面１２３ａと案内面１２６の距離が変化すると、充填水１１８が可動体１１２や案内体１１５に作用している力が、その距離の変化に抗するように変化する。即ち、可動体１１２は充填水１１８を介して案内面１１６ａに非接触で拘束されている。この拘束力は摺動面１１３や案内面１１６ａに対して垂直な方向であるため、可動体１１２が案内面１１６ａに沿って回転することを妨げない。あるいは、案内体１１５が摺動面１１３に沿って回転することもできる。案内装置１１０は、高い運動精度と位置決め分解能で、可動体１１２を案内面１１６ａに沿って、あるいは案内体１１５を摺動面１１３に沿って回転させるジャーナル軸受として利用できる。
図１９は、水膜１１８が内側に撓み、水膜１１８が摺動面１１３と案内面１１６ａを吸着する例を図示している。水膜１１８が外側に撓み、水膜１１８が摺動面１１３と案内面１１６ａを反発するようにしてもよい。 FIG. 19 shows a state in which the movable body 112 is loosely fitted into the hole 116 of the guide body 115 and predetermined water 118 is supplied to the gap. The sum of the contact angle of water 118 with respect to sliding surface 113 and the contact angle of water 118 with respect to guide surface 116a is less than 180 degrees. Accordingly, the water 118 penetrates into the entire gap between the sliding surface 113 and the guide surface 116a by its own surface tension. The sliding surface 113 is formed on the protruding portion of the circumferential surface of the sliding body 112. That is, the sliding surface 113 and the surface adjacent to the sliding surface 113 form approximately 90 degrees. Accordingly, the angle formed between the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface 113 and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface does not become larger than 120 degrees. Therefore, the water 118 does not wet surfaces other than the sliding surface 113 of the sliding body 112. The supplied water 118 continues to fill the gap between the sliding surface 113 and the guide surface 116a. Thereby, the sliding surface 113 and the guide surface 116a are maintained in a non-contact state via the water 118.
The internal pressure of the filling water 118 filling the gap between the sliding surface 113 and the guide surface 116a has a differential pressure with respect to the atmospheric pressure due to its own surface tension. The filling water 118 acts on the sliding surface 113 by the differential pressure. The magnitude of the force that the filling water 118 acts on each sliding surface 113 is equal. Since the three sliding surfaces 113 are located at 120 degree intervals on the same circumference, the resultant force of the force that the filling water 118 acts on the three sliding surfaces 113 becomes zero. Therefore, the movable body 112 is balanced with the guide surface 116a through the filling water 118 in a non-contact state. When the distance between the sliding surface 123a and the guide surface 126 changes from this balanced state, the force acting on the movable body 112 and the guide body 115 by the filling water 118 changes so as to resist the change in the distance. . That is, the movable body 112 is constrained to the guide surface 116a through the filling water 118 in a non-contact manner. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface 113 and the guide surface 116a, it does not prevent the movable body 112 from rotating along the guide surface 116a. Alternatively, the guide body 115 can rotate along the sliding surface 113. The guide device 110 can be used as a journal bearing that rotates the movable body 112 along the guide surface 116a or the guide body 115 along the sliding surface 113 with high motion accuracy and positioning resolution.
FIG. 19 illustrates an example in which the water film 118 bends inward and the water film 118 adsorbs the sliding surface 113 and the guide surface 116a. The water film 118 may be bent outward, and the water film 118 may repel the sliding surface 113 and the guide surface 116a.

（実施例６） 図２０に実施例６の案内装置１２０を示す。案内装置１２０は、可動体１２２や案内体１２５を備えている。
図２０に示すように、可動体１２２は略円柱体であって、円形断面の孔１２３を備えている。孔１２３の円周側面には３箇所の突出部が設けられている。それぞれの突出部は摺動面１２３ａを備えている。３箇所の摺動面１２３ａは、同一円周上に１２０度間隔で位置している。
摺動面１２３ａに対する水の接触角は略３０度である。可動体１２２の摺動面１２３ａ以外の表面に対する水の接触角は略１２０度よりも大きい。
案内体１２５は略円柱体であって、その円形断面の半径は、可動体１２２の３箇所の摺動面１２３ａが位置している円周の半径よりも小さい。従って、案内体１２５は可動体１２２の孔１２３に遊嵌されることができる。案内体１２５の円周側面は案内面１２６である。案内面１２６に対する水の接触角は略１２０度である。 (Example 6) The guide apparatus 120 of Example 6 is shown in FIG. The guide device 120 includes a movable body 122 and a guide body 125.
As shown in FIG. 20, the movable body 122 is a substantially cylindrical body and includes a hole 123 having a circular cross section. Three protrusions are provided on the circumferential side surface of the hole 123. Each protrusion includes a sliding surface 123a. The three sliding surfaces 123a are located at 120 degree intervals on the same circumference.
The contact angle of water with respect to the sliding surface 123a is approximately 30 degrees. The contact angle of water with respect to the surface other than the sliding surface 123a of the movable body 122 is larger than about 120 degrees.
The guide body 125 is a substantially cylindrical body, and the radius of the circular cross section is smaller than the radius of the circumference where the three sliding surfaces 123a of the movable body 122 are located. Therefore, the guide body 125 can be loosely fitted in the hole 123 of the movable body 122. A circumferential side surface of the guide body 125 is a guide surface 126. The contact angle of water with respect to the guide surface 126 is approximately 120 degrees.

図２１は、可動体１２２の孔１２３に案内体１２５を遊嵌し、その間隙に所定の水１２８を供給した状態である。摺動面１２３ａに対する水１２８の接触角と案内面１２６に対する水１２８の接触角の和は１８０度未満である。従って、水１２８は摺動面１２３ａと案内面１２６の間隙全体に自己の表面張力によって浸透する。摺動面１２３ａは、孔１２３の内周面の突出部に形成されている。即ち、摺動面１２３ａと摺動面１２３に隣接する面は略９０度をなしている。従って、摺動面１２３ａとその隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角度は１２０度よりも大きくなることはない。そのため、水１２８は摺動体１２２の摺動面１２３ａ以外の面を濡らすことはない。供給された水１２８は、摺動面１２３ａと案内面１２６の間隙を充填しつづける。それにより、摺動面１２３ａと案内面１２６は水１２８を介して非接触の状態が維持される。
摺動面１２３とａ案内面１２６の間隙を充填している充填水１２８の内部圧力は、自己の表面張力によって大気圧に対して差圧をもっている。充填水１２８は、その差圧によって摺動面１２３ａに力を作用する。充填水１２８がそれぞれの摺動面１２３ａに作用する力の大きさは等しい。３箇所の摺動面１２３ａは、同一円周上に１２０度間隔で位置しているため、充填水１２８が３箇所の摺動面１２３ａに作用する力の合力はゼロとなる。従って、可動体１２２は、充填水１２８を介して案内面１２６と非接触の状態でつりあっている。このつり合いの状態から、摺動面１２３ａと案内面１２６の距離が変化すると、充填水１２８が可動体１２２や案内体１２５に作用している力が、その距離の変化に抗するように変化する。即ち、可動体１２２は充填水１２８を介して案内面１２６に非接触で拘束されている。この拘束力は摺動面１２３ａや案内面１２６に対して垂直な方向であるため、可動体１２２が案内面１２６に沿って回転することを妨げない。あるいは、案内体１２５が摺動面１２３ａに沿って回転することもできる。案内装置１１０は、高い運動精度と位置決め分解能で、可動体１２２を案内面１２６に沿って、あるいは案内体１２５が摺動面１２３ａに沿って回転させるジャーナル軸受として利用できる。
図２１は、水膜１２８が外側に膨れ、水膜１２８が摺動面１２３ａと案内面１２６を反発する例を図示している。水膜１２８が内側にくびれ、水膜１２８が摺動面１２３ａと案内面１２６を吸着するようにしてもよい。 FIG. 21 shows a state in which the guide body 125 is loosely fitted into the hole 123 of the movable body 122 and predetermined water 128 is supplied to the gap. The sum of the contact angle of water 128 with respect to sliding surface 123a and the contact angle of water 128 with respect to guide surface 126 is less than 180 degrees. Accordingly, the water 128 permeates the entire gap between the sliding surface 123a and the guide surface 126 by its surface tension. The sliding surface 123 a is formed on the protruding portion of the inner peripheral surface of the hole 123. That is, the sliding surface 123a and the surface adjacent to the sliding surface 123 form approximately 90 degrees. Therefore, the angle formed between the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface 123a and its adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface never exceeds 120 degrees. Therefore, the water 128 does not wet surfaces other than the sliding surface 123a of the sliding body 122. The supplied water 128 continues to fill the gap between the sliding surface 123a and the guide surface 126. Thereby, the sliding surface 123a and the guide surface 126 are maintained in a non-contact state via the water 128.
The internal pressure of the filling water 128 filling the gap between the sliding surface 123 and the a guide surface 126 has a differential pressure with respect to the atmospheric pressure due to its own surface tension. The filling water 128 exerts a force on the sliding surface 123a by the differential pressure. The magnitude of the force that the filling water 128 acts on each sliding surface 123a is equal. Since the three sliding surfaces 123a are located at 120 degree intervals on the same circumference, the resultant force of the force that the filling water 128 acts on the three sliding surfaces 123a becomes zero. Therefore, the movable body 122 is balanced with the guide surface 126 through the filling water 128 in a non-contact state. When the distance between the sliding surface 123a and the guide surface 126 changes from this balanced state, the force that the filling water 128 acts on the movable body 122 and the guide body 125 changes so as to resist the change in the distance. . That is, the movable body 122 is constrained to the guide surface 126 through the filling water 128 in a non-contact manner. Since this restraining force is in a direction perpendicular to the sliding surface 123 a and the guide surface 126, it does not prevent the movable body 122 from rotating along the guide surface 126. Alternatively, the guide body 125 can also rotate along the sliding surface 123a. The guide device 110 can be used as a journal bearing that rotates the movable body 122 along the guide surface 126 or the guide body 125 along the sliding surface 123a with high motion accuracy and positioning resolution.
FIG. 21 illustrates an example in which the water film 128 swells outward and the water film 128 repels the sliding surface 123 a and the guide surface 126. The water film 128 may be narrowed inward, and the water film 128 may adsorb the sliding surface 123a and the guide surface 126.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

案内装置を模式的に示す図。The figure which shows a guidance apparatus typically. 充填液体が摺動面と案内面の間隙に浸透する様子を示す図。The figure which shows a mode that a filling liquid osmose | permeates the clearance gap between a sliding surface and a guide surface. 摺動面と角度をなす隣接面に対して充填液体が接触する角度を説明する図。The figure explaining the angle which a filling liquid contacts with respect to the adjacent surface which makes an angle with a sliding surface. 摺動面と同一平面にある隣接面に対して充填液体が接触する角度を説明する図。The figure explaining the angle which a filling liquid contacts with respect to the adjacent surface in the same plane as a sliding surface. 案内装置で作用している力を説明する図。The figure explaining the force which is acting with a guide device. 他の案内装置を模式的に示す図。The figure which shows other guidance apparatuses typically. 充填液体が摺動面と案内面の間隙全体に浸透する様子を示す図。The figure which shows a mode that a filling liquid osmose | permeates the whole clearance gap between a sliding surface and a guide surface. 案内装置で作用している力を説明する図。The figure explaining the force which is acting with a guide device. 実施例１の案内装置５０を示す図。1 is a diagram illustrating a guide device 50 according to a first embodiment. 案内装置５０の可動体５４を示す図。The figure which shows the movable body 54 of the guide apparatus 50. FIG. 案内装置５０で作用している力を説明する図。The figure explaining the force which is acting with the guide apparatus. 実施例２の案内装置８０を示す図。The figure which shows the guidance apparatus 80 of Example 2. FIG. 案内装置８０の動作状態を示す図。The figure which shows the operation state of the guidance apparatus. 実施例３の案内装置９０を示す図。The figure which shows the guidance apparatus 90 of Example 3. FIG. 案内装置９０の動作状態を示す図。The figure which shows the operation state of the guide apparatus. 実施例４の案内装置１００を示す図。The figure which shows the guidance apparatus 100 of Example 4. FIG. 案内装置１００の動作状態を示す図。The figure which shows the operation state of the guidance apparatus. 実施例５の案内装置１１０を示す図。The figure which shows the guidance apparatus 110 of Example 5. FIG. 案内装置１１０の動作状態を示す図。The figure which shows the operation state of the guide apparatus. 実施例６の案内装置１２０を示す図。The figure which shows the guidance apparatus 120 of Example 6. FIG. 案内装置１２０の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the guidance apparatus 120. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０、２０、５０、８０、９０、１００、１１０、１２０・・案内装置
１２、２２、５４、８２、９２、１０２、１１２、１２２・・案内装置の可動体
１５、２５、５５、８５、９５、１０５、１１５、１２５・・案内装置の案内体
１８、２８、５１〜５３、８８、９８、１０８、１１８、１２８・・充填液体 10, 20, 50, 80, 90, 100, 110, 120 .. guide device 12, 22, 54, 82, 92, 102, 112, 122 .. movable body 15, 25, 55, 85, 95 of guide device , 105, 115, 125.. Guide bodies 18, 28, 51 to 53, 88, 98, 108, 118, 128...

Claims (8)

摺動面を有する可動体と、摺動面に対向する案内面を有する案内体と、摺動面と案内面の間隙を充填している液体を有し、
摺動面に対する該液体の接触角と案内面に対する該液体の接触角の和が１８０度未満であり、
案内面に対する該液体の接触角が９０度以上であり、
可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する該液体の接触角は、摺動面と隣接面の境界から伸びる液面と隣接面の延長面がなす角の最大角以上であり、
摺動面と案内面の間隙を充填している液体が、摺動面を案内面に近接させようとする外力に抗して、摺動面が案内面に近接するのを抑制する力を発揮することを特徴とする案内装置。 A movable body having a sliding surface, a guide body having a guide surface facing the sliding surface, and a liquid filling a gap between the sliding surface and the guide surface,
The sum of the contact angle of the liquid with respect to the sliding surface and the contact angle of the liquid with respect to the guide surface is less than 180 degrees;
A contact angle of the liquid with respect to the guide surface is 90 degrees or more;
The contact angle of the liquid to the adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body is equal to or greater than the maximum angle formed by the liquid surface extending from the boundary between the sliding surface and the adjacent surface and the extended surface of the adjacent surface,
The liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface exerts a force to suppress the sliding surface from approaching the guide surface against the external force that tries to bring the sliding surface close to the guide surface. A guide device characterized by: 摺動面を有する可動体と、摺動面に対向する案内面を有する案内体と、摺動面と案内面の間隙を充填している液体を有し、
摺動面に対する該液体の接触角と案内面に対する該液体の接触角の和が１８０度未満であり、
案内面に対する該液体の接触角が９０度未満であり、
摺動面と案内面の間隙を充填している液体が、摺動面を案内面から離反させようとする外力に抗して、摺動面が案内面から離反するのを抑制する力を発揮することを特徴とする案内装置。 A movable body having a sliding surface, a guide body having a guide surface facing the sliding surface, and a liquid filling a gap between the sliding surface and the guide surface,
The sum of the contact angle of the liquid with respect to the sliding surface and the contact angle of the liquid with respect to the guide surface is less than 180 degrees;
The contact angle of the liquid with respect to the guide surface is less than 90 degrees;
The liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface exerts the force to suppress the sliding surface from moving away from the guide surface against the external force that tries to move the sliding surface away from the guide surface. A guide device characterized by: 可動体の摺動面に隣接する隣接面に対する前記液体の接触角が９０度以上であり、摺動面と案内面の間隙を充填している液体が隣接面に染み出すのを防止して、液体が摺動面と案内面の間隙に封じ込められていることを特徴とする請求項１又は２の案内装置。   The contact angle of the liquid with respect to the adjacent surface adjacent to the sliding surface of the movable body is 90 degrees or more, and the liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface is prevented from oozing out into the adjacent surface, 3. The guide device according to claim 1, wherein the liquid is contained in a gap between the sliding surface and the guide surface. 可動体には１対の摺動面が形成されており、案内体には１対の摺動面に対向する１対の案内面が形成されており、１対の摺動面と１対の案内面間に形成される１対の間隙に液体が充填しており、可動体を案内面に沿って摺動可能に支持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の案内装置。   The movable body is formed with a pair of sliding surfaces, and the guide body is formed with a pair of guide surfaces opposed to the pair of sliding surfaces. The pair of sliding surfaces and the pair of sliding surfaces are formed. 4. A guide according to claim 1, wherein a pair of gaps formed between the guide surfaces is filled with liquid, and the movable body is slidably supported along the guide surfaces. apparatus. 可動体には円周上に位置する複数の摺動面が形成されており、案内体には前記円周よりも大きな半径の同心の円周に沿って伸びる共通案内面が形成されており、それぞれの摺動面と共通案内面の間隙に液体が充填しており、可動体を回転可能に支持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の案内装置。   The movable body is formed with a plurality of sliding surfaces located on the circumference, and the guide body is formed with a common guide surface extending along a concentric circumference having a larger radius than the circumference. The guide device according to any one of claims 1 to 3, wherein a liquid is filled in a gap between each sliding surface and the common guide surface, and the movable body is rotatably supported. 摺動面が隣接面を囲繞しており、摺動面と案内面の間隙を充填する液体によって、隣接面と案内面の間隙を外気から遮断していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の案内装置。   6. The sliding surface surrounds the adjacent surface, and the gap between the sliding surface and the guide surface is blocked from outside air by the liquid filling the gap between the sliding surface and the guide surface. The guide device according to any one of the above. 隣接面と案内面の間隙に大気圧以上の気体が封止されていることを特徴とする請求項６に記載の案内装置。   The guide device according to claim 6, wherein a gas having an atmospheric pressure or higher is sealed in a gap between the adjacent surface and the guide surface. 案内面に対向する可動体の１面に、多重リングを構成する摺動面が形成されており、リング間に形成される隣接面と案内面の間隙が外気から遮断されていることを特徴とする請求項７に記載の案内装置。   A sliding surface constituting a multiple ring is formed on one surface of the movable body facing the guide surface, and a gap between the adjacent surface formed between the rings and the guide surface is shielded from outside air. The guide device according to claim 7.

Images