JP2019015612A - 門型移動装置および三次元測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の門型移動装置と比較して全体的な構成を簡略化するとともに高精度な移動が可能な門型移動装置を提供する。【解決手段】基台１１０と、エアー層を介して前記基台上に載置され、かつ、前記基台上を非接触で移動する門型移動体１２０と、前記エアー層を形成する空気軸受と、を備えた門型移動装置１００であって、前記門型移動体１２０は、前記基台の上面に立設する２つの脚部１３０Ａおよび１３０Ｂ、前記脚部をつなぐ梁部１３０、および、前記梁部１３０に沿って移動する梁方向移動体１５０からなり、前記空気軸受は、少なくとも一方の前記脚部の裏面に設けられ、前記基台１１０の上面に向けて開口するエアー吹出口と、前記基台の上面に向けて開口するエアー吸引口と、を有し、前記エアー吸引口は、該エアー吸引口周辺のエアーを吸引して当該空気軸受に予圧を与えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、門型移動装置および三次元測定機における測定精度向上の技術に関する。

三次元測定機は、駆動機構に取り付けられた測定プローブをテーブルに載置される測定対象物に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることで、その測定対象物の立体的形状を高精度に測定する測定機であり、さまざまな産業分野で利用されている。そして昨今では、三次元測定機にエアベアリング（空気軸受とも言う）を設けることで駆動機構をスムーズに動作させて、さらなる測定精度の向上を行っている。

近年ではエアベアリングの配置を工夫したり、あるいは様々な種類のエアベアリングが開発されており、産業機器においてはその用途に合わせて適宜選択して利用している。例えば特許文献１には、三次元座標測定装置において、定盤を上下方向から挟み込む構成としてエアベアリングを配置することで剛性を高める技術が開示されている（特許文献１の図３）。

また、特許文献２には、エアベアリング（空気軸受）の内部排気流路形状を工夫して蓋部材を備えることで、エアベアリング本体を大型化する場合であってもエアベアリング本体を容易に加工することができるエアベアリングの技術が開示されており、当該エアベアリングは吸気用流路を有することで対象物に吸着することができる旨が記載されている。また、特許文献３には、案内される機械部分を３個のエアベアリングでテーブル上に支持するとともに、該３個のエアベアリングが配置される略中心位置に負圧により機能する釣鐘形吸着器を設けることで、当該エアベアリングの剛性を高めて機械部分をテーブル上に安定して支持することができる技術が開示されている。

そして特許文献４には、外部からの圧縮気体を受け取る第１流路と軸受面の凹部（バキュームプリロード部分）に負圧を生じさせる第２流路と軸受面の軸受部分に正圧を供給する第３流路と負圧を生じさせる負圧発生装置を備えることで、シンプルな構造でエアベアリングの剛性を向上させることができるバキュームプリロード機能付きのエアベアリング（空気軸受）に関する技術が開示されている。

特開２０１６−１４２５４２号公報 特開２０１１−１２７６９９号公報 特開平０４−２１７４４０号公報 特許第４２７６６６７号公報

このように昨今では様々なエアベアリングが開発されており、前述のとおり産業機器等においてはその用途に合わせて利用されている。しかしながら、単純に特許文献１、および特許文献２から特許文献４に開示されているプリロード機能を有するエアベアリングを門型移動装置や三次元測定機へ利用してしまうと、当該門型移動装置等の機器構成を複雑にしてしまう恐れがある。そして、本発明者らの調査では、特許文献２から特許文献４のようなバキュームプリロード機能を有するエアベアリングが搭載されている門型移動装置はこれまでに開発されていない。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて行われたものであって、その目的は、従来の門型移動装置と比較して全体的な構成を簡略化するとともに高精度な移動が可能な門型移動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明にかかる門型移動装置は、
基台と、
エアー層を介して前記基台上に載置され、かつ、前記基台上を非接触で移動する門型移動体と、
前記エアー層を形成する空気軸受と、を備えた門型移動装置であって、
前記門型移動体は、前記基台の上面に立設する２つの脚部、前記脚部をつなぐ梁部、および、前記梁部に沿って移動する梁方向移動体からなり、
前記空気軸受は、少なくとも一方の前記脚部の裏面に設けられ、前記基台の上面に向けて開口するエアー吹出口と、前記基台の上面に向けて開口するエアー吸引口と、を有し、
前記エアー吸引口は、該エアー吸引口周辺のエアーを吸引して当該空気軸受に予圧を与えることを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記空気軸受は、負圧を生じさせるためのエジェクターを内蔵しており、
当該門型移動装置は、前記空気軸受に負圧を供給するための負圧発生装置を有しないことを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記エジェクターは、前記空気軸受の内部に脱着可能に設けられていることを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記空気軸受は、前記２つの脚部の裏面に設けられていることを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記空気軸受は、少なくとも一方の前記脚部に設けられ、前記エアー吹出口およびエアー吸引口は前記基材の側面と対向していることを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記門型移動体の駆動手段が摩擦駆動手段であることを特徴とする。

また、本発明にかかる門型移動装置は、
前記梁方向移動体には、前記基台に対して鉛直方向へ移動可能なスピンドルが設けられ、
当該門型移動装置は、前記基台上に載置された測定対象の位置座標を検出し、該測定対象の立体的形状を測定できる三次元測定機であることを特徴とする。

本発明によれば、門型移動装置が備える門型移動体において少なくとも一方の脚部の裏面に予圧（プリロード）を掛けるための真空予圧機能を有する空気軸受を設けることで、該空気軸受に良好な剛性が得られるので、高精度な移動が可能な門型移動装置を提供することができる。ここで、本発明の門型移動装置に利用される真空予圧機能を有する空気軸受は、負圧発生部としてのエジェクターを当該空気軸受に内蔵していることが好ましい。このような構成の真空予圧機能を有する空気軸受を利用することで、外部に負圧を発生させるための専用の負圧発生装置等を設ける必要はなく、十分なプリロードが可能な簡略化した門型移動装置が実現できる。

本発明の実施形態に係る三次元測定機の概略構成図を示す。 本発明の実施形態に係る三次元測定機を正面から見た場合（Ｘ方向から見た場合）の模式図を示す。 本発明の実施形態に係る三次元測定機に使用する真空予圧機能付きエアベアリングの概略イメージ図を示す。 本発明の実施形態に係る真空予圧機能付きエアベアリングの軸受面側の概略図を示す。 本発明の実施形態に係る真空予圧機能付きエアベアリングの内部構成図を示す。 図５におけるＩ−Ｉ断面図を示す。 図５におけるＩＩ−ＩＩ断面図を示す。 本発明の実施形態に係るエアベアリング内の圧縮空気の流れの概略説明図を示す。 本発明の実施形態に係るエアベアリング内の圧縮空気の流れの概略説明図を示す。 本発明の実施形態に係るエアベアリング内の圧縮空気の流れの概略説明図を示す。 本発明の実施形態に係る三次元測定機を簡略化した場合のエアベアリング配置の模式図を示す。

以下、本発明の門型移動装置について図面を用いて説明するが、本発明の趣旨を超えない限り何ら以下の例に限定されるものではない。また、門型移動装置の具体的な実施形態として三次元測定機について図面を用いて説明する。

図１に本発明の実施形態に係る三次元測定機の概略図を示す。同図に示す三次元測定機１００は、基台としてのベース１１０と、Ｙ軸方向に移動可能な門型移動体としての門型スライダ１２０と、この門型スライダ１２０の一方の脚部１３０Ａの下部に設けられたＹガイド１４０と、門型スライダ１２０の横梁部分（脚部をつなぐ梁部）であるＸビーム１３０に沿って移動するＸスライダ１５０（梁方向移動体）と、このＸスライダ１５０をＸ軸方向に案内するＸガイド１６０と、該Ｘスライダ１６０に対してＺ軸方向に昇降自在に設けられたスピンドル１７０と、このスピンドル１７０の下端に設けられた測定ヘッド１８０と、設置台２００と、を備えて構成される。

ベース１１０の上面の一方の縁側に設けられたＹガイド１４０と、これによってＹ軸方向に移動自在なＹスライダ（不図示）とは、Ｙ軸移動装置を構成する。また、門型スライダ１２０のＸビーム１３０に設けられたＸガイド１６０と、Ｘスライダ１５０とは、Ｘ軸移動装置を構成する。また、Ｘスライダ１５０に搭載されたＺガイド（不図示）と、スピンドル１７０とは、Ｚ軸移動装置を構成する。スピンドル１７０は、上下方向に延びた長尺状の部材であり、その下端の測定ヘッド１８０には、測定目的に応じた測定子（例えば、接触型の測定プローブ１９０）が設けられる。本実施形態における測定子は、接触型のものに限られず非接触型の測定プローブも使用できる。

設置台２００上に設置されたベース１１０は、石材・鋳鉄・コンクリート製などの定盤であり、その上面には被測定物（ワーク）Ｗが載置される。このように構成された三次元測定機１００は、測定プローブ１９０の先端の接触子がベース１１０上の被測定物Ｗに接触した際のＹスライダ、Ｘスライダ１５０およびスピンドル１７０の各移動位置を読み取って、被測定物Ｗの表面の位置座標を算出し、被測定物Ｗの表面形状データを測定者に提供することができる。

ここで、位置座標を正確に検出するためには、当然のことながら測定プローブ１９０の測定精度も重要であるが、特に測定プローブ１９０を移動させるための門型スライダ１２０の駆動精度が三次元測定機１００の測定精度に大きな影響を及ぼすこととなる。そして昨今では、駆動機構としての門型スライダ１２０の駆動精度（移動精度）を向上させるために、エアベアリング（空気軸受）が利用されることが多い。このように三次元測定機１００にエアベアリングを採用することで、門型スライダ１２０の駆動精度を向上させることができる。

図２には、本発明の実施形態に係る三次元測定機を正面（図１におけるＹ方向）から見た場合の模式図を示す。図２では、説明を分かりやすくするために図１におけるＹガイド１４０および設置台２００を省略している。図２に示すように、門型スライダ１２０は、脚部１３０Ａおよび脚部１３０Ｂがベース１１０に載置されており、該脚部１３０Ａおよび脚部１３０Ｂのそれぞれの裏面とベース１１０上面との間には後述する本発明の特徴的なエアベアリング１ａおよび１ｂが設けられている。また、図２に示すようにベース１１０には上面の一部（脚部１３０Ａ側）に溝としてのベース凹部２１０が設けられている。そして、脚部１３０Ａはベース１１０上面と対向するように凹部形状を有しており、この凹部を形成する凹部形成壁の一方としての凹部壁２２０ｃがベース１１０の側面と対向しており、他方としての凹部壁２２０ｄがベース凹部２１０の内部に位置している。

脚部１３０Ａの凹部壁２２０ｃとベース１１０の側面との間にはエアベアリング２３０ｃが設けられており、凹部壁２２０ｄとベース凹部２１０内のベース凹部壁２４０との間にはエアベアリング２３０ｄが設けられている。このような構成とすることで、門型スライダ１２０は図１におけるＸ軸方向にスムーズな移動が可能となる。同様にＸ軸方向、Ｚ軸方向への移動をスムーズにするためにそれぞれの所定位置にエアベアリングを設けることもできる。

上述したエアベアリングは、剛性を維持するためにある程度の予圧（プリロード）を掛けることが望ましい。そして産業機械等にエアベアリングを利用する際、一般的には鉛直方向にはマシンの自重（図１における三次元測定機１００では門型スライダ１２０の自重）により、プリロードが掛けられている。

しかしながら、実際にはマシンの自重のみではプリロードが十分とは言えず、マシン自体の重量が変化するような産業機器等では、プリロードの安定性を損なうこととなり、結果的にはエアベアリングの剛性を維持することができない。例えば、図１に示される三次元測定機１００においては、Ｘスライダ１５０がＸビーム１３０（Ｘガイド１６０）を移動することでＸ軸方向への荷重変動が生じてしまうために剛性を維持することが困難となる。また、例えば特許文献１に示されるエアベアリング配置を取り入れて、例えば三次元測定機１００においてベース１１０を上下方向から挟み込む構成として２個のエアベアリングを設けてしまうと、三次元測定機本体の構成が複雑になってしまう。

そこで、本実施形態ではエアベアリングを従来のエアベアリングから、負圧を利用してあらかじめ予圧を掛けることができる真空予圧機能付きのエアベアリングに置き換えることで、上記問題を解決している。具体的には、門型スライダ１２０の脚部１３０Ａおよび脚部１３０Ｂの裏面に位置するエアベアリングを真空予圧機能付きのエアベアリング１（１ａおよび１ｂ）に置き換えている。このような構成とすることで、エアベアリングでベース１１０を挟み込むような複雑な構成とすることなく、且つ、マシンの自重のみでは不十分であったプリロードは十分なプリロードが掛けられるように改善され、エアベアリングの剛性を高めることができる。以下、本実施形態における真空予圧機能付きのエアベアリング１の具体的な構成および特性について説明する。

真空予圧機能付きエアベアリング
図３及び図４を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元測定機１００に利用される真空予圧機能付きエアベアリング（以下、ＶＰＡＢ（バキュームプリロードエアベアリング）と呼ぶ）の外観構成について説明する。図３は、ＶＰＡＢの外観構成を説明するための模式図である。図４は、ＶＰＡＢの軸受面２０側を示した図である。

ＶＰＡＢ１は、図３に示すように、案内機構のガイドレール５００に取り付けられている。ＶＰＡＢ１は、ガイドレール５００の案内面５０１と軸受面２０（図４）との間に空気膜を介在させる非接触式の軸受である。案内面５０１として、ここでは石の定盤が用いられるが、これに限定されず、ＶＰＡＢ１を使用する上で必要な平面度を有する板状の部材であれば、他の材料から成ってもよい。例えば、案内面５０１は、鉄、アルミ、ステンレス、ガラス、アクリルから成ってもよい。

ＶＰＡＢ１は、直方体形状の本体部１０を有する。本実施形態のＶＰＡＢ１は直方体形状であるが、他の形状でも問題ない。本体部１０は、例えば金属製であり、十分な流量の圧縮空気（例えば、０．５ＭＰａ以上、１５Ｌ／ｍｉｎ以上）を提供するコンプレッサーに供給路５１０を介して接続されている。本体部１０の内部には、供給されてきた圧縮空気が流れる流路部（後述）が設けられている。また、本体部１０の底面には、図４に示すように、軸受面２０と、給気孔２１と、溝部２２と、凹部２５と、吸引孔２６とが設けられている。

軸受面２０は、ガイドレール５００の案内面５０１（図３）に対向している。ＶＰＡＢ１に圧縮空気が供給されている場合には、軸受面２０と案内面５０１の間に圧縮空気で形成された空気膜が介在している。

給気孔２１は、軸受面２０と本体部１０内の流路部とを連通している貫通孔であり、案内面５０１に向けて圧縮空気を給気する。これにより、軸受面２０と案内面５０１との間（給気領域）に、圧縮空気による空気膜が形成される。給気孔２１は、例えば直径が０．２（ｍｍ）程度の細孔であり、本体部１０の底面の四隅に設けられている。

溝部２２は、給気孔２１と連通するように、本体部１０の底面の四隅にＬ字状にそれぞれ設けられている。４つの溝部２２は互いに離間しているが、これに限定されず、繋がっていてもよい。給気孔２１が給気した圧縮空気が溝部２２に沿って流れることで、軸受面２０と案内面５０１の間に空気膜が形成される。なお、溝部２２がなくても空気膜を形成できるが、溝部２２を設けた場合には、より広い面積に均一な厚みの空気膜を安定して形成させる点で効果がある。

凹部２５は、軸受面２０と同一面に形成された凹部領域である。凹部２５は、軸受面２０から所定の深さだけ凹んでいる。凹部２５は、底面の中央側に矩形状に形成されている。

吸引孔２６は、凹部２５と本体部１０内の流路部とを連通している貫通孔であり、凹部２５の空気（本体部１０と案内面５０１との間（吸引領域）の空気）を吸引する。吸引孔２６は、詳細は後述するが、本体部１０内の流路部に設けられた負圧発生部が発生させた負圧によって、凹部２５の空気を吸引する。これにより、凹部２５において吸着力（バキュームプリロード）を発生させることができる。この吸着力は、凹部２５の面積に比例する。ここでは、１（ｃｍ^２）あたり約０．８（ｋｇｆ）発生させるので、例えば凹部２５の面積が５０（ｃｍ^２）であれば、約４０（ｋｇｆ）の吸着力を発生させることができる。

本実施形態に係るＶＰＡＢ１においては、ＶＰＡＢ１が支持する負荷が小さい場合でも、本体部１０の内部の負圧発生部が発生した負圧によって本体部１０の凹部２５の空気を吸引することで、本体部１０を案内面５０１側へ引き付ける負荷を与えている。これにより、最適な空気膜の厚さで使用することが可能となり、空気膜の剛性を高めることができる。

次に、図５〜図７を参照しながら、ＶＰＡＢ１の内部構成について説明する。図５は、ＶＰＡＢ１の内部構成（および図４との構成の位置関係）を示す図である。図６は、図５のＩ−Ｉ断面図である。図７は、図５のＩＩ−ＩＩ断面図である。

ＶＰＡＢ１は、図５に示すように、流入口３０と、流路部３１、３２、３３と、分岐部３４と、排気口３５と、真空エジェクター４０と、負圧発生部４５と、絞り部５０とを有する。なお、本実施形態では、流路部３２及び流路部３３が第１流路部に該当し、流路部３１が第２流路部に該当する。

流入口３０は、供給路５１０（図３）から供給されてきた圧縮空気が流入する開口である。流入口３０は、流路部３１の一端側に位置している。また、流入口３０は、図５には示していないが供給路５１０と連結されている。

流路部３１、３２、３３は、本体部１０内に設けられ、流入口３０から流入した圧縮空気が流れる流路である。流路部３１及び流路部３３は、図５のＸ軸方向に沿って設けられている。流路部３２、３３には、前述した給気孔２１が設けられており、流路部３１には、前述した吸引孔２６が設けられている。なお、流路部３２及び流路部３３の端部の開口には、開口を塞ぐ栓６０が設けられている。

分岐部３４は、流路部３１の途中に設けられ、流入口３０から流入した圧縮空気の一部を流路部３２へ向かわせるための部分である。流入口３０から分岐部３４に至った圧縮空気は、分岐部３４において３方向に分流される。分岐部３４から流路部３２へ分流した圧縮空気は、流路部３２と流路部３３を流れる。この際に、圧縮空気は、給気孔２１から案内面５０１へ向けて給気される。

排気口３５は、流路部３１において流入口３０とは反対側に設けられた開口である。流路部３１を流れた圧縮空気は、排気口３５から大気へ排出される。なお、負圧発生部４５が発生した負圧（約−８０（ｋＰａ））によって吸引された吸引空気（凹部２５の空気）も、排気口３５から大気へ排出される。

真空エジェクター４０は、圧縮空気を利用して負圧を発生させる機能を有する。真空エジェクター４０は、流路部３１の流入口３０側において脱着可能に装着されている金属製または樹脂性の装着部材である。例えば、真空エジェクター４０は、流路部３１と連結可能なネジ部を有する。真空エジェクター４０は、円筒形状を成しており、内部を圧縮空気が通過する。真空エジェクター４０の外周面と流路部３１の内壁との間には、シール部材であるＯリング４２が２か所に設けられている。

真空エジェクター４０には、分岐部３４に対応する位置に、圧縮空気が流路部３２へ分流できるように開口４１が設けられている。また、真空エジェクター４０は、図５に示すように、負圧発生部４５と、ディフューザ部４７とを有する。

負圧発生部４５は、真空エジェクター４０の内部を通過する圧縮空気の流速を大きくして、凹部２５の空気を吸引する負圧を発生させる。このような負圧を発生することで、空気膜をプリロードすることが可能となり、空気膜の剛性を高められる。すなわち、このエアベアリング１が支持する荷重が変動しても空気膜の厚みはほとんど変化しないようになる。なお、プリロード量は、負圧発生部が発生した負圧と凹部２５の面積の積となる。ここでは、吸引力は約０．８（ｋｇｆ／ｃｍ^２）であるので、例えば、凹部２５の面積が５０（ｃｍ^２）であれば、吸着力は４０（ｋｇｆ）となる。

負圧発生部４５は、交換可能なノズル部４６を有する。ノズル部４６は、流路部３１の流路を狭くして、圧縮空気の流速を大きくする。ノズル部４６の先端側は、円錐状に形成されており、ノズル先端で圧縮空気の流速を大きくする。具体的には、ノズル部４６の先端の開口４６ａの直径の大きさ（例えば、直径の大きさは、０．５（ｍｍ）〜１．０（ｍｍ））に応じて、圧縮空気の流速が大きくなる。ノズル先端で圧縮空気の流速が大きくなると、ノズル先端の周囲の圧力が小さくなって負圧になる。

本実施形態では、ノズル部４６の先端が吸引孔２６の真上に位置しているため、吸引孔２６の周囲で負圧が発生する。負圧は、ベルヌーイの負圧発生の原理に従い、圧縮空気の流れと直交する方向に発生する。ここでは、吸引孔２６から上方のノズル部４６の先端へ向かう方向に、負圧が発生する。このような負圧が発生することで、凹部２５の空気が吸引孔２６を通過して流路部３１へ流れ込む。なお、流路部３１へ流れ込んだ空気は、圧縮空気と共に、排気口３５から大気へ排出される。

ディフューザ部４７は、吸引孔２６から流れ込んできた空気の流速を小さくして、圧縮を大きくする（運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する）部分である。

絞り部５０は、流路部３２の流路を狭めた部分である。絞り部５０は、流路部３２において分岐部３４と給気孔２１の間に位置している。給気孔２１の上流側に絞り部５０を設けることで、給気孔２１に向かう圧縮空気の流量が過大になることを抑制できる（２段絞り方式）。ここで、絞り部５０の先端の開口５０ａの直径ｄ_０の大きさ（例えば、直径ｄ１＝０．２（ｍｍ）の給気孔２１が２箇所ある場合は、一般的にはｄ_０≦（ｎ）^１／２×ｄ_１で求められるので、ｄ_０≦（２）^１／２×０．２≒０．２８である。従って、直径ｄ_０の大きさは、０．２８（ｍｍ）以下が適当である。）に応じて、圧縮空気の流量が調整される。これにより、給気孔２１から給気される圧縮空気の流量も少なくなり、空気膜の膜厚が大きくなることを抑制できるので、空気膜の剛性が低くなることを抑制できる。

また、一般的なエアベアリングでは不安定な振動である自励振動が発生する恐れがあるが、本実施形態では絞り部５０を設けることで、絞り部５０と給気孔２１との間に設けられるエアチャンバー５５によりＶＰＡＢ１の自励振動を効果的に抑制できる。

エアチャンバー５５は、流路部３２の流路を広げた部分であり、給気孔２１の周囲に位置している。また、エアチャンバー５５は、流路部３３と交わるように形成されている。エアチャンバー５５を設けることで、２箇所ある給気孔２１に均等の空気圧力（背圧）を供給することができる。この結果、各給気孔２１から給気される空気の流量が均等になるので、空気膜の膜厚が均等になり、空気膜の剛性が低くなることを有効に抑制できる。

負圧発生部４５によって案内面５０１と本体部１０の間の空気を吸引する場合には、案内面５０１に付着していた塵やゴミ等が真空エジェクター４０内に入り込む恐れがある。かかる場合には、塵やゴミ等で真空エジェクター４０のディフューザ部４７等が詰まる恐れがある。これに対して、本実施形態では、前述したように真空エジェクター４０が本体部１０に対して脱着可能に装着される構成にすることで、塵やゴミ等が詰まった真空エジェクター４０を取り外して清掃したり、故障した場合は交換したりすることが可能となる。

圧縮空気の流れについて
次に、上述したエアベアリング内における圧縮空気の流れについて説明する。図８〜図１０は、ＶＰＡＢ１内の圧縮空気の流れを説明するための図である。図８〜図１０において、空気の流れを太線で示している。

供給路５１０（図３）を介して供給されてきた圧縮空気は、流入口３０から流路部３１へ流れ込む。圧縮空気は、流路部３１を流れて、図８に示すように分岐部３４にて、コンプレッサーからの十分な空気流量があれば、空気圧は減圧されることなく３方向に分流される。すなわち、圧縮空気の一部は、分岐部３４から左右対称に配置された２つの流路部３２へそれぞれ流れ、圧縮空気の残りは、分岐部３４を直進して負圧発生部４５へ向かって流れる。このように流路部３２を左右対称に配置することで、自励振動の発生を抑制することができる。

分岐部３４から流路部３２へ流れた圧縮空気は、絞り部５０で流量が制限された後に、エアチャンバー５５及び流路部３３へ向かって流れる。この際、図９に示すように圧縮空気が給気孔２１から案内面５０１へ向かって給気されることで、軸受面２０と案内面５０１との間に空気膜が形成される。

一方で、分岐部３４から負圧発生部４５へ直進した圧縮空気の流速は、ノズル部４６の先端で大きくなる。圧縮空気の流速が大きくなることで、負圧発生部４５において吸引孔２６の周囲の圧力が小さくなり、負圧が発生する。そして、負圧によって、図１０に示すように凹部２５の空気が吸引孔２６を介して流路部３１に流れ込み、圧縮空気と共に排気口３５から大気へ排出される。

以上説明したような真空予圧機能付きのエアベアリング（ＶＰＡＢ）を三次元測定機１００に利用することで、剛性が維持された高精度な測定が可能な三次元測定機を実現することができる。

三次元測定機の構成の簡略化について
図１１にはエアベアリング配置を工夫して構成を簡略化した三次元測定機の概略図を示す。同図に示す三次元測定機１００では、全てのエアベアリングをＶＰＡＢ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）に置き換えてそれぞれの箇所においてプリロード（バキュームプリロード）を発生させてエアベアリング（または空気膜）の剛性を高めている。そのため、図２における三次元測定機１００と比較すると、エアベアリングの数を少なくすることができる。具体的には、図２の三次元測定機１００と比較した場合、エアベアリング２３０ｃをＶＰＡＢ１ｃに置き換えることで、該ＶＰＡＢ１ｃ単体でベース１１０側面へのプリロードが可能となるため、エアベアリング２３０ｄを省くことができる。そのため、ベース１１０にベース凹部２１０を設ける必要がなくなり、エアベアリング（または空気膜）の適正な剛性を維持しながら、且つ、装置本体の構成を簡略化した三次元測定機を実現することができる。

また、脚部１３０Ｂの先端に設けられたエアベアリング１ｂをこのＶＰＡＢ１にすることでバキュームプリロードが発生するので、門型移動体１２０をＹ軸方向に加減速駆動したときに脚部１３０Ｂに掛かる荷重が大きく変動することにより発生する脚部１３０Ｂの浮き上がりを抑制することができて、三次元測定機１００を高精度化、高速化することができるという優れた効果が得られる。

また、門型スライダ１２０のＹ軸方向への移動にはベース１１０の側面または上面に対向する摩擦駆動手段を採用することが好ましい。これによりボールねじ駆動手段やベルト駆動手段に比べてさらに構成が簡略化されてコスト低減が実現できると共に、ベース１１０から門型スライダ１２０を容易に分離可能となり、三次元測定機１００の運搬が容易になる効果も期待できる。

以上のように本発明の三次元測定機によれば、三次元測定機１００が備える門型移動体１２０において少なくとも一方の脚部１３０Ａの裏面に予圧（プリロード）を掛けるための真空予圧機能を有するエアベアリング１を設けることで、該エアベアリング１に良好な剛性が得られるので、高精度な測定が可能な三次元測定機１００を提供することができる。また、本発明の三次元測定機に利用される真空予圧機能を有するエアベアリングは、負圧発生部としてのエジェクター４０を当該エアベアリング１に内蔵していることが好ましい。このような構成の真空予圧機能を有するエアベアリング１を利用することで、外部に負圧を発生させるための専用の負圧発生装置等を設ける必要はなく、十分なプリロードが可能な簡略化した三次元測定機１００が実現できる。

そして、従来のエアベアリング２３０の全てを真空予圧機能付きのエアベアリング１に置き換えてエアベアリング配置を工夫することで、構成を簡略化することで軽量化すると共にコストダウンした三次元測定機１００を実現することができる。

１ 真空予圧機能付きエアベアリング（ＶＰＡＢ）
１０ 本体部
２０ 軸受面
２１ 給気孔
２６ 吸引孔
３０ 流入口
３１〜３３ 流路部
４０ 真空エジェクター
４６ ノズル部
５０ 絞り部
５５ エアチャンバー
１００ 三次元測定機（門型移動装置）
１１０ ベース（基台）
１２０ 門型スライダ（門型移動体）
１３０ Ｘビーム（梁方向移動体）
１３０Ａ 脚部
１３０Ｂ 脚部
１４０ Ｙガイド
１５０ Ｘスライダ
１６０ Ｘガイド
１７０ スピンドル
１８０ 測定ヘッド
１９０ 測定プローブ
２００ 設置台
２１０ ベース凹部
２２０ 凹部壁
２３０ エアベアリング（空気軸受）
２４０ ベース凹部壁
５００ ガイドレール
５０１ 案内面
５１０ 供給路

Claims (7)

1. 基台と、
   エアー層を介して前記基台上に載置され、かつ、前記基台上を非接触で移動する門型移動体と、
   前記エアー層を形成する空気軸受と、を備えた門型移動装置であって、
   前記門型移動体は、前記基台の上面に立設する２つの脚部、前記脚部をつなぐ梁部、および、前記梁部に沿って移動する梁方向移動体からなり、
   前記空気軸受は、少なくとも一方の前記脚部の裏面に設けられ、前記基台の上面に向けて開口するエアー吹出口と、前記基台の上面に向けて開口するエアー吸引口と、を有し、
   前記エアー吸引口は、該エアー吸引口周辺のエアーを吸引して当該空気軸受に予圧を与えることを特徴とする門型移動装置。
2. 請求項１に記載の門型移動装置であって、
   前記空気軸受は、負圧を生じさせるためのエジェクターを内蔵しており、
   当該門型移動装置は、前記空気軸受に負圧を供給するための負圧発生装置を有しないことを特徴とする門型移動装置。
3. 請求項２に記載の三次元測定機であって、
   前記エジェクターは、前記空気軸受の内部に脱着可能に設けられていることを特徴とする門型移動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の門型移動装置であって、
   前記空気軸受は、前記２つの脚部の裏面に設けられていることを特徴とする門型移動装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の門型移動装置であって、
   前記空気軸受は、少なくとも一方の前記脚部に設けられ、前記エアー吹出口およびエアー吸引口は前記基材の側面と対向していることを特徴とする門型移動装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の門型移動装置であって、
   前記門型移動体の駆動手段が摩擦駆動手段であることを特徴とする門型移動装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の門型移動装置であって、
   前記梁方向移動体には、前記基台に対して鉛直方向へ移動可能なスピンドルが設けられ、
   当該門型移動装置は、前記基台上に載置された測定対象の位置座標を検出し、該測定対象の立体的形状を測定できることを特徴とする三次元測定機。