DE102019217605A1

DE102019217605A1 - Luftlager

Info

Publication number: DE102019217605A1
Application number: DE102019217605.4A
Authority: DE
Inventors: Hisayoshi Sakai; Kenji Ueda
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-05-14
Also published as: JP7210234B2; JP2020079632A; US20200149587A1; CN111188834B; CN111188834A; US10962053B2

Abstract

Ein Luftlager 1 umfasst einen Hauptkörperteil 10 mit einer Lageroberfläche 20, die einer Führungsoberfläche 501 zugewandt ist; Strömungspfade 31, 32, 33 und 34, die im Hauptkörperteil 10 vorgesehen sind; ein Luftzufuhrloch 21, das Druckluft, die durch die Strömungspfade 31, 32, 33 und 34 strömt, zur Führungsoberfläche 501 zuführt, um einen Luftfilm zu bilden; einen Unterdruckerzeugungsteil 45, der Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 saugt, wobei der Unterdruckerzeugungsteil 45 im Strömungspfad 31 vorgesehen ist; einen Auslasspfad 50 in Verbindung mit dem Strömungspfad 31; und einen Durchflussmengeneinstellteil 60, der eine Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfad 31 zum Auslasspfad 50 strömt, gemäß einem Druckluftdruck einstellt, der einer auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftlager mit einer Unterdruckvorbelastungsfunktion.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlich werden viele Luftlager für eine Messausrüstung mit hoher Präzision wie z. B. eine Koordinatenmessmaschine (CMM) und einen Führungsmechanismus einer Werkzeugmaschine mit hoher Präzision verwendet. Wenn Druckluft, die von einem äußeren Kompressor zu einem Luftlager geliefert wird, einer Führungsoberfläche des Führungsmechanismus zugeführt wird, wird ein Luftfilm zwischen einer Lageroberfläche und der Führungsoberfläche des Luftlagers erzeugt. Folglich schwebt die Lageroberfläche gegenüber der Führungsoberfläche und somit kann ein Führungsmechanismus mit einem Gleitwiderstand von im Wesentlichen null verwirklicht werden.
Es ist bekannt, dass der Luftfilm die Eigenschaft aufweist, dass seine Steifigkeit gemäß einer auf das Luftlager aufgebrachten Last nichtlinear variiert und dass die Steifigkeit des Luftfilms in einem Zustand mit leichter Last niedrig und instabil ist. Um die Steifigkeit des Luftfilms sicherzustellen, wurde folglich ein Luftlager eines Unterdruckvorbelastungsverfahrens, in dem Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche abgesaugt wird, um eine Vorbelastung bereitzustellen, vorgeschlagen (siehe japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2017-187060).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn jedoch das vorstehend erwähnte Luftlager des Unterdruckvorbelastungssystems übernommen wird, wird ein Bereich, in dem ein Luftfilm zum Abstützen einer Last gebildet werden kann, verschmälert, da ein Teil zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche als Bereich zum Saugen von Luft verwendet wird. Folglich kann es schwierig sein, höhere Lasten, die auf das Luftlager aufgebracht werden, angemessen abzustützen.
Diese Erfindung konzentriert sich auf diese Punkte und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Luftlager mit einem Luftfilm geeignet abzustützen, selbst wenn ein breiter Bereich von Lasten auf das Luftlager ausgeübt wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Luftlager geschaffen, das Folgendes umfasst: einen Hauptkörperteil, der eine Lageroberfläche aufweist, die einer Führungsoberfläche zugewandt ist; einen Strömungspfadteil, der im Hauptkörperteil vorgesehen ist, durch den Druckluft strömt, einen Luftfilmbildungsteil, der die durch den Strömungspfadteil strömende Druckluft zur Führungsoberfläche zuführt, um einen Luftfilm zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche zu bilden; einen Unterdruckerzeugungsteil, der Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Erzeugen eines Unterdrucks durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit der hindurchgehenden Druckluft saugt, wobei der Unterdruckerzeugungsteil im Strömungspfadteil vorgesehen ist; einen Auslasspfad, der die Druckluft, die durch den Unterdruckerzeugungsteil hindurchgegangen ist, und die Luft, die durch den Unterdruckerzeugungsteil gesaugt wird, auslässt, wobei der Auslasspfad mit dem Strömungspfadteil in Verbindung steht; und einen Durchflussmengeneinstellteil, der eine Durchflussmenge von Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, gemäß einem Druckluftdruck, der einer auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, einstellt.
Das Luftlager kann ferner einen Ausbreitungspfad umfassen, der den Druckluftdruck, der der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, zum Durchflussmengeneinstellteil ausbreitet, wobei der Durchflussmengeneinstellteil die Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, beim Empfangen des über den Ausbreitungspfad ausgebreiteten Druckluftdrucks einstellen kann.
Der Ausbreitungspfad kann ein Pfad sein, der den Strömungspfadteil und den Durchflussmengeneinstellteil im Hauptkörperteil verbindet.
Der Durchflussmengeneinstellteil kann das Absaugen von Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Erhöhen der Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, erleichtern, wenn der Druckluftdruck, der über den Ausbreitungspfad ausgebreitet wird, niedrig ist, und kann das Absaugen der Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Verringern der Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, unterdrücken, wenn der über den Ausbreitungspfad ausgebreitete Druckluftdruck hoch ist.
Ein Verbindungsteil zum Erzeugen einer Verbindung zwischen dem Strömungspfadteil und dem Auslasspfad kann auch einen Verbindungskanal aufweisen und der Durchflussmengeneinstellteil kann das Absaugen von Luft durch den Unterdruckerzeugungsteil durch Schließen des Verbindungskanals stoppen.
Das Luftlager kann ferner auch einen Saugpfad umfassen, durch den die zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche abgesaugte Luft zum Unterdruckerzeugungsteil strömt, wobei der Durchflussmengeneinstellteil zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche die Druckluft, die den Luftfilm bildet, über den Saugpfad durch Schließen des Verbindungskanals zuführen kann.
Ein Bereich des Luftfilms, der zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche gebildet wird, wenn der Durchflussmengeneinstellteil den Verbindungskanal schließt, kann auch breiter sein als ein Bereich des Luftfilms, der zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche gebildet wird, wenn der Durchflussmengeneinstellteil den Verbindungskanal öffnet.
Der Unterdruckerzeugungsteil kann auch eine Düse aufweisen, die einen Strömungspfad von Druckluft drosselt, und der Durchflussmengeneinstellteil kann zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche die Druckluft, die durch die Düse hindurchgetreten ist, über den Saugpfad durch Schließen des Verbindungskanals zuführen.
Der Durchflussmengeneinstellteil kann auch ein Bewegungselement umfassen, das sich in einer Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt, der der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, und das Bewegungselement kann sich bewegen, um die Durchflussmenge von Luft einzustellen, die durch den Verbindungskanal zwischen dem Strömungspfadteil und dem Auslasspfad hindurchgeht.
Das Bewegungselement kann sich auch in der Bewegungsrichtung in Reaktion auf eine Druckänderung der Druckluft, die einer Druckänderung der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, hin und her bewegen.
Der Durchflussmengeneinstellteil kann auch ferner ein Vorbelastungselement umfassen, das das Bewegungselement vom Verbindungskanal in der Bewegungsrichtung weg vorbelastet, und das Bewegungselement kann sich in der Bewegungsrichtung gegen die Vorbelastungskraft des Vorbelastungselements beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegen, um sich dem Verbindungskanal zu nähern.
Das Bewegungselement kann auch ein elastisches Element, das in der Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks ausdehnbar ist; und einen Pfostenteil, der sich in der Bewegungsrichtung gemäß der Ausdehnung und Kontraktion des elastischen Elements bewegt, umfassen, um die Durchflussmenge der Luft einzustellen, die durch den Verbindungskanal hindurchgeht, der Pfostenteil ist an der Spitzenseite des elastischen Elements vorgesehen.
Das Bewegungselement kann auch ein Wellenelement sein, das sich in der Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt, und ein Pfostenteil stellt die Durchflussmenge der Luft, die durch den Verbindungskanal hindurchgeht, gemäß der Bewegung des Wellenelements ein, wobei der Pfostenteil an der Spitzenseite des Wellenelements vorgesehen ist.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, selbst wenn ein breiter Bereich von Lasten auf das Luftlager aufgebracht wird, das Luftlager diese Lasten mit dem Luftfilm geeignet abstützen.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine externe Konfiguration eines Luftlagers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt eine Lageroberfläche 20 des Luftlagers 1.
3 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke eines Luftfilms und einer Last.
4 zeigt eine interne Konfiguration des Luftlagers 1.
5 zeigt eine I-I-Querschnittsansicht von 4.
6 zeigt eine II-II-Querschnittsansicht von 4.
7 zeigt ein Diagramm, das eine Strömung von Luft im Luftlager 1 darstellt.
8 zeigt ein Diagramm, das die Strömung von Luft im Luftlager 1 darstellt.
9 zeigt ein Diagramm, das die Strömung von Luft im Luftlager 1 darstellt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Strömung von Druckluft darstellt, wenn ein Pfostenteil 66 eine Öffnung 48 schließt.
11 ist ein schematisches Diagramm, das ein Abwandlungsbeispiel 1 darstellt.
12 ist ein schematisches Diagramm, das ein Abwandlungsbeispiel 2 darstellt.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration des Luftlagers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
14 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration des Luftlagers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
<Erste Ausführungsform>
(Übersicht über das Luftlager)
Mit Bezug auf 1 und 2 wird eine externe Konfiguration eines Luftlagers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 1 zeigt ein schematisches Diagramm, das die externe Konfiguration des Luftlagers 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 zeigt die Seite einer Lageroberfläche 20 des Luftlagers 1.
Das Luftlager 1 wird für ein Messinstrument mit hoher Präzision wie z. B. eine Koordinatenmessmaschine (CMM) verwendet. Das Luftlager 1 ist beispielsweise an einem unteren Abschnitt eines Bewegungsmechanismus (Säule) zum Bewegen einer Sonde in der CMM vorgesehen. Das Luftlager 1 ist einer Führungsschiene 500 des Führungsmechanismus zugewandt, wie in 1 gezeigt, und führt die Säule entlang der Führungsschiene 500. Das Luftlager 1 ist ein Lager vom kontaktlosen Typ, in dem ein Luftfilm zwischen eine Führungsoberfläche 501 der Führungsschiene 500 und die Lageroberfläche 20 eingefügt wird (2).
Das Luftlager 1 umfasst einen Hauptkörperteil 10 mit einer rechteckigen Parallelepipedform. Der Hauptkörperteil 10 besteht beispielsweise aus Metall und ist mit einem Kompressor verbunden, der Druckluft mit einer ausreichenden Durchflussmenge über einen Zufuhrpfad 510 zuführt. Innerhalb des Hauptkörperteils 10 sind Strömungspfade (später beschrieben), durch die die zugeführte Druckluft strömt, vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, sind ferner die Lageroberfläche 20, ein Luftzufuhrloch 21, eine Luftzufuhrnut 22, ein vertiefter Teil 25 und ein Saugloch 26 an der unteren Oberfläche des Hauptkörperteils 10 vorgesehen.
Die Lageroberfläche 20 ist der Führungsoberfläche 501 (1) der Führungsschiene 500 zugewandt. Wenn die Druckluft zum Luftlager 1 zugeführt wird, wird ein Luftfilm, der aus Druckluft gebildet ist, zwischen die Lageroberfläche 20 und die Führungsoberfläche 501 eingefügt.
Das Luftzufuhrloch 21 ist ein Durchgangsloch, das eine Verbindung zwischen der Lageroberfläche 20 und den Strömungspfaden im Hauptkörperteil 10 schafft, und führt die Druckluft in Richtung der Führungsoberfläche 501 zu. Folglich wird der Luftfilm von Druckluft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Luftzufuhrbereich) gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das Luftzufuhrloch 21 einem Luftfilmbildungsteil. Die Lageroberfläche 20 des Hauptkörperteils 10 weist vier Luftzufuhrlöcher 21 auf.
Die Luftzufuhrnut 22 ist eine ringförmig vertiefte Nut in der Lageroberfläche 20. Die Luftzufuhrnut 22 steht mit vier Luftzufuhrlöchern 21 in Verbindung. Die Druckluft, die durch die Luftzufuhrlöcher 21 zugeführt wird, strömt entlang der Luftzufuhrnut 22 und somit wird der Luftfilm zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Luftzufuhrbereich) gebildet. Das heißt, der Luftzufuhrbereich ist die Luftzufuhrnut 22 und ein Bereich um die Luftzufuhrnut 22. Durch Vorsehen der Luftzufuhrnut 22 ist es leichter, einen Luftfilm mit gleichmäßiger Dicke über eine breitere Fläche zu bilden.
Der vertiefte Teil 25 ist eine Aussparung, in der die Lageroberfläche 22 vertieft ist. Der vertiefte Teil 25 ist in einer rechteckigen Form näher am Zentrum als die Luftzufuhrnut 22 in der Lageroberfläche 20 ausgebildet.
Das Saugloch 26 ist ein Durchgangsloch, das eine Verbindung zwischen dem vertieften Teil 25 und den Strömungspfaden im Hauptkörperteil 10 schafft, und saugt die Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Saugbereich). Insbesondere ist das Saugloch 26 im vertieften Teil 25 vorgesehen und saugt die Luft im vertieften Teil 25. Das heißt, der vertiefte Teil 25 ist ein Saugbereich. Das Saugloch 26, dessen Details später beschrieben werden, saugt die Luft im vertieften Teil 25 unter Verwendung eines Unterdrucks, der durch einen Unterdruckerzeugungsteil erzeugt wird, der im Hauptkörperteil 10 vorgesehen ist. Folglich kann eine Saugkraft im vertieften Teil 25 erzeugt werden.
Da der Bewegungsmechanismus (wie z. B. eine Säule) am Luftlager 1 vorgesehen ist, wirkt eine Last auf das Luftlager 1. Da der Bewegungsmechanismus der CMM sich in drei senkrechten Richtungen bewegt, kann die auf das Luftlager 1 aufgebrachte Last während der Bewegung schwanken. Nachstehend wird eine Beziehung zwischen (i) der Steifigkeit des Luftfilms und (ii) der Last zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 erläutert. Die Steifigkeit des Luftfilms wird unter Verwendung der Last und der Dicke des Luftfilms (nachstehend auch als Filmdicke bezeichnet) definiert, wie in der folgenden Gleichung (1) gezeigt.
$k = \frac{Δ W}{Δ h}$
In Gleichung (1) ist die Steifigkeit des Luftfilms durch k angegeben, die Variation in der auf das Luftlager 1 aufgebrachten Last ist durch ΔW angegeben und die Variation in der Dicke des Luftfilms ist durch Δh angegeben.
Da ΔW = Δp × A, kann wenn angenommen wird, dass die Änderung im Luftdruck nach dem Durchgang durch ein Luftzufuhrloch 21 Δp ist und eine effektive Lagerfläche (die effektive Lagerfläche ist im Wesentlichen konstant) A ist, ferner die obige Gleichung (1) durch die folgende Gleichung (2) ersetzt werden. $k = A \times \frac{Δ p}{Δ h}$
3 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke des Luftfilms und der Last. In 3 gibt die horizontale Achse des Graphen die Dicke [µm] des Luftfilms an und die vertikale Achse gibt die Last [N] an. Die durch Gleichung (1) definierte Steifigkeit k entspricht der Steigung einer charakteristischen Kurve, die in 3 gezeigt ist. Wie aus 3 zu sehen ist, ist in dem Bereich, in dem die Dicke des Luftfilms klein ist (nachstehend auch als erster Bereich bezeichnet), die Steigung am ungefähr linearen Teil in dieser charakteristischen Kurve steil und die Steifigkeit des Luftfilms ist hoch. Selbst wenn die Last im ersten Bereich schwankt, ist daher die Schwankung der Dicke des Luftfilms klein und der Luftfilm wird in einem stabilen Zustand gehalten. Andererseits ist in einem Bereich, in dem die Dicke des Luftfilms groß ist (nachstehend auch als zweiter Bereich bezeichnet), die Steigung der Kurve sanft und die Steifigkeit des Luftfilms ist gering. Wenn die Last im zweiten Bereich schwankt, schwankt aus diesem Grund auch die Dicke des Luftfilms und der Luftfilm wird instabil.
Um die Steifigkeit des Luftfilms zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 zu verbessern und den stabilen Zustand aufrechtzuerhalten, ist es erwünscht, den Luftfilm innerhalb des Bereichs der Last zu verwenden, der dem ungefähr linearen Teil in der charakteristischen Kurve von 3 entspricht. Wenn die auf das Luftlager 1 aufgebrachte Last klein ist, wird daher die Luft aus dem Saugloch 26 gesaugt, um eine Last zum Anziehen des Luftlagers 1 und der Führungsoberfläche 501 zu erzeugen (eine Vorbelastung zu geben). Dies macht es möglich, den Luftfilm in dem Bereich des ungefähr linearen Teils in der charakteristischen Kurve zu verwenden, selbst wenn die auf das Luftlager 1 aufgebrachte Last klein ist, und es ist möglich, die Steifigkeit des Luftfilms zu verbessern.
In dem Fall, in dem die Lageroberfläche 20 das Saugloch 26 aufweist, wird andererseits ein Teil zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 als Saugbereich verwendet, so dass der Luftzufuhrbereich zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Lageroberfläche 20 kein Saugloch 26 aufweist, schmäler ist, und die maximale Last, die durch den Luftfilm abgestützt wird, verringert wird. Andererseits ist es in der vorliegenden Ausführungsform, wie später im Einzelnen beschrieben wird, durch Vorsehen eines Durchflussmengeneinstellteils zum Einstellen des Saugens der Luft durch das Saugloch 26 gemäß der auf das Luftlager 1 aufgebrachten Last möglich, eine Verringerung der durch den Luftfilm abgestützten maximalen Last zu verhindern.
<Interne Konfiguration des Luftlagers>
Eine interne Konfiguration des Luftlagers 1 wird mit Bezug auf 4 bis 9 erläutert. 4 zeigt die interne Konfiguration des Luftlagers 1. 5 zeigt eine I-I-Querschnittsansicht von 4. 6 zeigt eine II-II-Querschnittsansicht von 4. 7 bis 9 stellen jeweils eine Strömung von Luft im Luftlager 1 dar. In 7 bis 9 ist die Strömung von Luft durch eine fette Linie angegeben.
Wie in 4 gezeigt, umfasst das Luftlager 1 einen Einlasskanal 30, Strömungspfade 31, 32, 33 und 34, einen Saugpfad 36, einen Unterdruckejektor 40, einen Unterdruckerzeugungsteil 45, einen Auslasspfad 50, einen Ausbreitungspfad 55 und einen Durchflussmengeneinstellteil 60.
Die Strömungspfade 31, 32, 33 und 34 sind im Hauptkörperteil 10 vorgesehen, wie in 4 gezeigt, und sind jeweils ein Strömungspfadteil, durch den Druckluft vom Einlasskanal 30 strömt. Die Strömungspfade 31 und 33 sind entlang der X-Achsen-Richtung in 4 vorgesehen und die Strömungspfade 32 und 34 sind entlang der Y-Achsen-Richtung in 4 so vorgesehen, dass sie zu den Strömungspfaden 31 und 33 orthogonal sind. Der Strömungspfad 32 ist ein Strömungspfad, der vom Strömungspfad 31 abgezweigt ist. Der Strömungspfad 33 ist ein Strömungspfad, der mit den Strömungspfaden 32 und 34 in Verbindung steht. Die Druckluft, die vom Strömungspfad 31 zum Strömungspfad 32 abgelenkt wird, strömt in der Reihenfolge des Strömungspfades 32, des Strömungspfades 33 und des Strömungspfades 34, wie in 7 gezeigt.
Eine Luftkammer 35 in einer Position, in der die Strömungspfade 32, 33 und 34 einander schneiden, weist die vorstehend beschriebenen Luftzufuhrlöcher 21 auf. Daher wird ein Teil der Druckluft, die durch die Strömungspfade 32, 33 und 34 strömt, von den Luftzufuhrlöchern 21 zugeführt, wie in 8 gezeigt, und bildet einen Luftfilm zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Luftzufuhrbereich). Eine Drossel 32a zum Drosseln des Strömungspfades des Strömungspfades 32 ist in der Mitte des Strömungspfades 32 vorgesehen. Der Strömungspfad 31 weist das vorstehend beschriebene Saugloch 26 in der Mitte des Strömungspfades 31 auf.
Wie in 6 gezeigt, erzeugt der Saugpfad 36 eine Verbindung zwischen dem Strömungspfad 31 und der Lageroberfläche 20 und ist ein Strömungspfad, durch den die vom Saugloch 26 gesaugte Luft strömt. Eine Endseite des Saugpfades 36 ist mit dem Saugloch 26 verbunden und die andere Endseite des Saugpfades 36 ist mit dem Unterdruckerzeugungsteil 45 im Unterdruckejektor 40 verbunden, der im Strömungspfad 31 vorgesehen ist. Luft, die zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Saugbereich) über das Saugloch 26 abgesaugt wird, strömt durch den Saugpfad 36 zum Strömungspfad 31 (insbesondere zum Unterdruckejektor 40), wie in 9 gezeigt.
Der Unterdruckejektor 40 ist im Strömungspfad 31 vorgesehen, wie in 6 gezeigt, und weist eine Funktion zum Erzeugen eines Unterdrucks unter Verwendung von Druckluft auf. Der Unterdruckejektor 40 ist ein Metall- oder Harzmontageelement, das lösbar im Strömungspfad 31 vom Einlasskanal 30 montiert ist. Der Unterdruckejektor 40 weist beispielsweise einen Schraubenteil auf, der am Strömungspfad 31 befestigt werden kann. Der Unterdruckejektor 40 weist eine zylindrische Form auf und Druckluft geht durch ihn hindurch. Der Unterdruckejektor 40 weist eine Öffnung 41 (4) an der äußeren Umfangsoberfläche auf und ein Teil der Druckluft, die durch den Strömungspfad 31 strömt, strömt durch die Öffnung 41 zum Strömungspfad 32. Wie in 4 gezeigt, umfasst der Unterdruckejektor 40 den Unterdruckerzeugungsteil 45 und einen Diffusorteil 47.
Der Unterdruckerzeugungsteil 45 erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft, die durch das Innere des Unterdruckejektors 40 hindurchgeht, um einen Unterdruck zum Saugen der Luft im vertieften Teil 25 zu erzeugen. Durch Erzeugen eines solchen Unterdrucks kann eine Vorbelastung aufgebracht werden und die Steifigkeit des Luftfilms kann verbessert werden.
Wie in 6 gezeigt, weist der Unterdruckerzeugungsteil 45 einen Düsenteil 46 an der Spitzenseite auf. Der Düsenteil 46 ist eine Drossel, die den Strömungspfad der Druckluft drosselt, und erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft. Der Düsenteil 46 ist in einer konischen Form ausgebildet und erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft an einer Spitze der Düse. Insbesondere nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft gemäß dem Durchmesser der Öffnung an einer Spitze des Düsenteils 46 zu. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft an der Düsenspitze zunimmt, nimmt der Druck um die Düsenspitze ab, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird.
Die Spitze des Düsenteils 46 ist direkt über dem Saugpfad 36 (Saugloch 26) angeordnet. Daher wird ein Unterdruck um das Saugloch 26 erzeugt. Der Unterdruck wird in einer zur Strömung der Druckluft orthogonalen Richtung gemäß dem Bernoulli-Prinzip der Unterdruckerzeugung erzeugt. Hier wird der Unterdruck in der Richtung vom Saugloch 26 zur Spitze des Düsenteils 46, die darüber angeordnet ist, erzeugt. Durch Erzeugen eines solchen Unterdrucks geht die Luft im vertieften Teil 25 durch das Saugloch 26 und den Saugpfad 36 hindurch und strömt in den Unterdruckerzeugungsteil 45, wie in 9 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass die Luft, die in den Unterdruckerzeugungsteil 45 strömt, zusammen mit der Druckluft zum Diffusorteil 47 strömt.
Wie in 6 gezeigt, ist der Diffusorteil 47 auf der Stromabwärtsseite des Sauglochs 26 im Strömungspfad 31 angeordnet. Der Diffusorteil 47 ist ein Teil, der die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die vom Saugloch 26 strömt, und der Druckluft, die durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 hindurchgegangen ist, verringert, um den Druck wiederherzustellen.
Wie in 6 gezeigt, steht der Auslasspfad 50 mit einem Verbindungsteil 38 in Verbindung. Hier steht der Auslasspfad 50 mit dem Verbindungsteil 38 über einen Verbindungspfad 51 in Verbindung. Der Auslasspfad 50 ist ein Pfad zum Auslassen der Druckluft und der gesaugten Luft, die durch den Unterdruckejektor 40 (insbesondere den Diffusorteil 47) hindurchgegangen ist, zur Außenseite des Luftlagers 1. Der Auslasspfad 50 ist entlang einer Richtung (Y-Achsen-Richtung in 4), die den Strömungspfad 31 kreuzt, über dem Strömungspfad 31 in der vertikalen Richtung vorgesehen. In 4 ist der Auslasspfad 50 parallel zur Y-Achsen-Richtung ausgebildet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt und der Auslasspfad 50 kann beispielsweise in Bezug auf die Y-Achsen-Richtung geneigt sein.
Wie in 4 gezeigt, dringt der Auslasspfad 50 zwischen Seitenoberflächen 12 und 13 in der Y-Achsen-Richtung des Hauptkörperteils 10 durch. Auslasskanäle 12a und 13a sind an Seitenoberflächen 12 bzw. 13 ausgebildet. Daher strömen die Druckluft und die gesaugte Luft, die in den Auslasspfad 50 vom Strömungspfad 31 über den Verbindungskanal 51a strömen, durch den Auslasspfad 50 und werden aus den Auslasskanälen 12a und 13a ausgelassen (siehe 9).
Der Ausbreitungspfad 55 steht mit dem Strömungspfad 34 in Verbindung, wie in 4 gezeigt, und ist ein Pfad, durch den ein Druckluftdruck der Strömungspfade 32, 33 und 34 ausgebreitet wird. Wie in 4 gezeigt, ist der Ausbreitungspfad 55 entlang der X-Achsen-Richtung ausgebildet, so dass er den Strömungspfad 34 schneidet. Eine Endseite des Ausbreitungspfades 55 ist mit dem Strömungspfad 34 verbunden und die andere Endseite des Ausbreitungspfades 55 ist mit dem Durchflussmengeneinstellteil 60 verbunden. Der Ausbreitungspfad 55 bewirkt, dass der Druckluftdruck in den Strömungspfaden 32, 33, 34 sich zum Durchflussmengeneinstellteil 60 ausbreitet.
Die Druckluft in den Strömungspfaden 32, 33 und 34 bildet einen Luftfilm, der eine Last (Last F, die in 9 gezeigt ist) abstützt, die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebracht wird. Der Druckluftdruck variiert in Verbindung mit der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last. Der Druckluftdruck ist beispielsweise zum Druck der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last proportional. In dieser Weise wird der Druckluftdruck, dessen Betrag sich gemäß der Last ändert, zum Durchflussmengeneinstellteil 60 über den Ausbreitungspfad 55 ausgebreitet. Insbesondere wird der Druckluftdruck ausgebreitet, wie durch die gestrichelten Pfeile in 7 angegeben.
Der Durchflussmengeneinstellteil 60 stellt eine Durchflussmenge (nachstehend als Auslassmenge der Luft bezeichnet) der Druckluft und der gesaugten Luft, die vom Strömungspfad 31 zum Auslasspfad 50 strömen, gemäß dem über den Ausbreitungspfad 55 ausgebreiteten Druckluftdruck ein. Der Durchflussmengeneinstellteil 60 erhöht die Auslassmenge der Luft, wenn der Druckluftdruck niedrig ist (mit anderen Worten, wenn die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachte Last klein ist), und erleichtert das Absaugen von Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501. Wenn andererseits der Druckluftdruck hoch ist (mit anderen Worten, wenn die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachte Last groß ist), verringert der Durchflussmengeneinstellteil 60 die Auslassmenge der Luft und unterdrückt das Absaugen von Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501. In dieser Weise wird die Vorbelastung gemäß der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last eingestellt, um die Steifigkeit des Luftfilms zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 zu verbessern.
Wie in 4 gezeigt, ist der Durchflussmengeneinstellteil 60 im Verbindungsteil 38 des Unterdruckejektors 40 zum Auslasspfad 50 vorgesehen. Der Durchflussmengeneinstellteil 60 stellt die Auslassmenge der Luft vom Strömungspfad 31 zum Auslasspfad 50 durch Einstellen einer Öffnungsfläche des Verbindungsteils 38 (insbesondere einer Öffnung 48, die ein Verbindungskanal an der Spitzenseite des Diffusorteils 47 ist) ein. Insbesondere erhöht der Durchflussmengeneinstellteil 60 die Auslassmenge der Luft durch Vergrößern der Öffnungsfläche der Öffnung 48 und Verringern der Auslassmenge der Luft durch Verkleinern der Öffnungsfläche der Öffnung 48.
Wie in 6 gezeigt, umfasst der Durchflussmengeneinstellteil 60 einen Faltenbalg 62, der ein elastisches Element ist, eine Druckfeder 64 und einen Pfostenteil 66. In der ersten Ausführungsform entsprechen der Faltenbalg 62 und der Pfostenteil 66 einem Bewegungselement, das sich beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt.
Der Faltenbalg 62 funktioniert als Art von Feder mit einer vorbestimmten Federkonstante. Wie in 6 gezeigt, weist der Faltenbalg 62 eine Faltenbalgform auf. Eine Endseite des Faltenbalgs 62 ist mit einer Basis 68 verbunden, in der der Ausbreitungspfad 55 ausgebildet ist. Die andere Endseite des Faltenbalgs 62 ist mit der Platte 62a verbunden. Innerhalb des Faltenbalgs 62 ist ein Hohlraum 62b ausgebildet, durch den der Druckluftdruck vom Ausbreitungspfad 55 ausgebreitet wird. Der Faltenbalg 62 dehnt sich im Hauptkörperteil 10 in der axialen Richtung (X-Achsen-Richtung in 4) aus und zieht sich zusammen beim Empfangen des Druckluftdrucks, der vom Ausbreitungspfad 55 ausgebreitet wird. Der Faltenbalg 62 ist beispielsweise ein Faltenbalg, der durch Stapeln von mehreren ringförmigen dünnen Metallplatten (insbesondere einer Kreisringplatte mit einem Loch in der Mitte), die an ihren äußeren Umfangskanten und inneren Umfangskanten abwechselnd zusammengeschweißt sind, ausgebildet ist, und ein ausdehnbarer Hohlraum 62b ist durch abwechselndes Verbinden der inneren Umfangskanten und der äußeren Umfangskanten ausgebildet. Es sollte beachtet werden, dass das Vorhandensein des Faltenbalgs 62, der im Hauptkörperteil 10 vorgesehen ist, als Bewegungselement hinsichtlich des Beseitigens von Reibungsfaktoren wie z. B. Dichtungen und eines Füllkörpers im Gegensatz zu dem Fall wirksam ist, in dem ein Kolben in einem Zylinder vorgesehen ist, um als Bewegungselement zu dienen.
Wie in 6 gezeigt, ist die Druckfeder 64 ein Vorbelastungselement, das zwischen der Platte 62a des Faltenbalgs 62 und einem Spitzenteil 49 des Unterdruckejektors 40 vorgesehen ist. Der Faltenbalg 62 ist in der axialen Richtung durch die Vorbelastungskraft der Druckfeder 64 rückwärts vorbelastet. Wenn der Druckluftdruck, der vom Ausbreitungspfad 55 zum Hohlraum 62b des Faltenbalgs 62 ausgebreitet wird, größer ist als die Vorbelastungskraft der Druckfeder 64, dehnt sich der Faltenbalg 62 in der axialen Richtung gegen die Vorbelastungskraft vorwärts aus (in diesem Fall zieht sich die Druckfeder 64 zusammen). Wenn andererseits der Druckluftdruck im Hohlraum 62b abnimmt, zieht sich der Faltenbalg 62 aufgrund der Vorbelastungskraft der Druckfeder 64 rückwärts zusammen (in diesem Fall dehnt sich die Druckfeder 64 aus).
Der Pfostenteil 66 ist an der Spitzenseite des Faltenbalgs 62 vorgesehen und weist beispielsweise eine konische Form auf. Der Pfostenteil 66 ist mit der Platte 62a des Faltenbalgs 62 verbunden. Der Pfostenteil 66 ist so vorgesehen, dass er von der Platte 62a in der axialen Richtung vorsteht. Der Pfostenteil 66 bewegt sich in der axialen Richtung in Verbindung mit der Ausdehnung und Kontraktion des Faltenbalgs 62. Wenn beispielsweise der Faltenbalg 62 sich ausdehnt, tritt die Spitzenseite des Pfostenteils 66 in den Diffusorteil 47 von der Öffnung 48 ein. Der Pfostenteil 66 bewegt sich relativ zur Öffnung 48, wenn sich der Faltenbalg 62 ausdehnt und zusammenzieht (d. h. der Pfostenteil 66 bewegt sich von der Öffnung 48 weg, wenn sich der Faltenbalg 62 zusammenzieht, und nähert sich der Öffnung 48, wenn sich der Faltenbalg 62 ausdehnt), um einen Spalt mit der Öffnung 48 einzustellen. Folglich kann die Auslassmenge der Luft, die durch die Öffnung 48 zum Auslasspfad 50 strömt, eingestellt werden.
Der Durchflussmengeneinstellteil 60 stoppt das Saugen der Luft durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 durch Schließen des Verbindungsteils 38 (Öffnung 48). Das heißt, wenn die Spitzenseite des Pfostenteils 66 die Öffnung 48 schließt, strömt keine Luft in Richtung des Auslasspfades 50 und keine Luft wird durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 gesaugt. Stattdessen strömt die Druckluft, die durch den Düsenteil 46 des Unterdruckerzeugungsteils 45 hindurchgegangen ist, durch den Saugpfad 36 zum Saugloch 26.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Strömung von Druckluft darstellt, wenn der Pfostenteil 66 eine Öffnung 48 schließt. Wenn der Pfostenteil 66 die Öffnung 48 schließt, wird die Druckluft, die durch den Düsenteil 46 hindurchgegangen ist, vielmehr durch den Saugpfad 36 zum Saugloch 26 als zum Auslasspfad 50 gelenkt, wie in 10 gezeigt. Das heißt, die Druckluft, die durch den Düsenteil 46 hindurchgegangen ist, strömt durch den Saugpfad 36, anstatt dass die Luft, die vom Saugpfad 36 gesaugt wird, durch den Saugpfad 36 strömt. Die durch den Saugpfad 36 strömende Druckluft wird vom Saugloch 26 zugeführt und ein Luftfilm wird auch im vertieften Teil 25 der Lageroberfläche 20 gebildet.
Wenn der Pfostenteil 66 die Öffnung 48 schließt, wird Druckluft von den Luftzufuhrlöchern 21 und dem Saugloch 26 zugeführt, so dass der Luftfilm in einem breiten Bereich (d. h. im Luftzufuhrbereich und Luftsaugbereich, bevor die Öffnung 48 geschlossen wird) zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 gebildet werden kann. Daher ist der Bereich des Luftfilms, wenn die Öffnung 48 geschlossen ist, breiter als der Bereich des Luftfilms, wenn die Öffnung 48 offen ist. Da der Luftfilm zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 in dieser Weise maximal gebildet werden kann, kann eine Last, die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebracht wird, abgestützt werden, selbst wenn die Last zunimmt.
Wenn die Druckluft, die durch den Düsenteil 46 hindurchgegangen ist, vom Saugloch 26 zugeführt wird, kann ein Luftfilm in derselben Weise gebildet werden, wie wenn die Druckluft, die durch die Drossel 32a hindurchgegangen ist, die im Strömungspfad 32 vorgesehen ist, von den Luftzufuhrlöchern 21 zugeführt wird, selbst wenn die Drossel nicht im Saugpfad 36 vorgesehen ist. Indem eine Drossel im Saugpfad 36 nicht vorgesehen wird, ist es unterdessen möglich, Luft geeignet zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 abzusaugen, ohne einen Strömungspfadwiderstand zu erfahren.
<Strömung der Druckluft und der gesaugten Luft>
Die Strömung von Druckluft und gesaugter Luft im Luftlager 1 wird mit Bezug auf 7 bis 10 erläutert.
Zuerst strömt die Druckluft, die über den Zufuhrpfad 510 (1) zugeführt wird, vom Einlasskanal 30 in den Strömungspfad 31. Die Druckluft strömt durch den Strömungspfad 31 und wird in drei Richtungen unterteilt, wie in 7 gezeigt. Das heißt, ein Teil der Druckluft strömt vom Strömungspfad 31 zum Strömungspfad 32 und der Rest der Druckluft bewegt sich gerade durch den Strömungspfad 31 zum Unterdruckerzeugungsteil 45.
Die zum Strömungspfad 32 umgelenkte Druckluft strömt durch den Strömungspfad 32, geht durch die Drossel 32a hindurch und strömt dann zu den Strömungspfaden 33 und 34. Zu dieser Zeit wird Druckluft von den Luftzufuhrlöchern 21 zugeführt, wie in 8 gezeigt. Daher wird ein Luftfilm durch die Druckluft gebildet, die zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 (Luftzufuhrbereich) zugeführt wird.
Die Druckluft, die sich gerade durch den Strömungspfad 31 bewegt, geht durch den Düsenteil 46 des Unterdruckerzeugungsteils 45 hindurch. Die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft wird durch den Düsenteil 46 erhöht und ein Unterdruck wird in der zur Strömung senkrechten Richtung erzeugt. Dieser Unterdruck bewirkt, dass Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 aus dem Saugloch 26 gezogen wird und durch den Saugpfad 36 zum Unterdruckerzeugungsteil 45 strömt, wie in 9 gezeigt. Dann strömen die Druckluft und die gesaugte Luft zum Auslasspfad 50 und werden aus den Auslasskanälen 12a und 13a (in 7 gezeigt) ausgelassen.
Obwohl der Druckluftdruck, der durch die Strömungspfade 32, 33 und 34 strömt, gemäß der Last (Last F in 9 und 10), die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebracht wird, schwankt, wird andererseits der Druckluftdruck, der durch die Strömungspfade 32, 33 und 34 strömt, zum Hohlraum 62b innerhalb des Faltenbalgs 62 des Durchflussmengeneinstellteils 60 über den Ausbreitungspfad 55 ausgebreitet (siehe 7). Der Durchflussmengeneinstellteil 60 stellt die Öffnungsfläche der Öffnung 48 gemäß dem ausgebreiteten Druckluftdruck ein, um die Auslassmenge der Luft einzustellen. Zu dieser Zeit stellt der Durchflussmengeneinstellteil 60 automatisch die Öffnungsfläche der Öffnung 48 durch Hin- und Herbewegen des Faltenbalgs 62 und Verlagern des Pfostenteils 66 beim Empfangen des Druckluftdrucks ein.
<Abwandlungsbeispiel 1>
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist der vertiefte Teil 25, der im Zentrum der Lageroberfläche 20 vertieft ist, das in 2 gezeigte Saugloch 26 auf, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Das Saugloch 26 kann beispielsweise in einer ringförmigen Nut vorgesehen sein, die in einer Ringform ausgebildet ist, wie im Abwandlungsbeispiel 1, das in 11 gezeigt ist.
11 ist ein schematisches Diagramm, das das Abwandlungsbeispiel 1 darstellt. Im Abwandlungsbeispiel 1, wie in 11 gezeigt, weist eine ringförmige Nut 225, die eine Nut ist, die in einer Ringform ausgebildet ist, ein Saugloch 26 auf. Innerhalb der ringförmigen Nut 225 ist eine Oberfläche 227 mit einer rechteckigen Form vorhanden. Mit anderen Worten, die ringförmige Nut 225 ist eine Nut entlang der Kante der Oberfläche 227. Die Oberfläche 227 ist mit der Lageroberfläche 20 bündig. Da die Oberfläche 227 nicht vertieft sein muss, ist folglich das Ausmaß an Bearbeitung kleiner als jenes der Konfiguration (rechteckiger vertiefter Teil 25), die in 2 gezeigt ist, und folglich ist es leichter, das Luftlager 1 herzustellen.
In der Konfiguration des Abwandlungsbeispiels 1 saugt das Saugloch 26 nicht nur die Luft in der ringförmigen Nut 225, sondern auch die Luft in einem Bereich, der der Oberfläche 227 zugewandt ist. Das heißt, die ringförmige Nut 225 und die Oberfläche 227 werden zum Saugbereich zum Erzeugen einer Saugkraft. Wenn andererseits Druckluft zum Saugloch 26 strömt und durch Schließen der Öffnung 48 zugeführt wird, wie vorstehend mit Bezug auf 10 beschrieben, wird ein Luftfilm mit derselben Dicke wie jener der Lageroberfläche 20 auch auf der Oberfläche 227 gebildet. Folglich kann eine größere Last, die auf das Luftlager 1 wirkt, mit dem Luftfilm abgestützt werden, der auf der Oberfläche 227 und der Lageroberfläche 20 gebildet wird.
<Abwandlungsbeispiel 2>
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist die Luftzufuhrnut 22, die in einer Ringform verbunden ist, um den vertieften Teil 25 zu umgeben, mehrere (vier) Luftzufuhrlöcher 21 auf, wie in 2 gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Vier Luftzufuhrlöcher 21 können beispielsweise in separaten Luftzufuhrnuten wie im Abwandlungsbeispiel 2 vorgesehen sein, das in 12 gezeigt ist.
12 ist ein schematisches Diagramm, das das Abwandlungsbeispiel 2 darstellt. Im Abwandlungsbeispiel 2, wie in 12 gezeigt, sind vier Luftzufuhrnuten 222 jeweils in einer L-Form ausgebildet und weisen jeweils ein Luftzufuhrloch 21 auf. Endabschnitte 222a der vier Luftzufuhrnuten 222 sind nicht miteinander verbunden und sind um ein vorbestimmtes Intervall getrennt. Der Teil zwischen den Endabschnitten 222a ist mit der Lageroberfläche 20 bündig. Folglich ist das Ausmaß an Bearbeitung kleiner als jenes der Konfiguration der Luftzufuhrnut 222, die in 2 gezeigt ist, und folglich ist es leichter, das Luftlager 1 herzustellen.
In der Konfiguration des Abwandlungsbeispiels 2 wird ähnlich zur Konfiguration von 2 Druckluft von den Luftzufuhrlöchern 21 zugeführt, um einen Luftfilm zu bilden. Wie vorstehend beschrieben, nimmt die Fläche der Lageroberfläche 20 zu, da die Endabschnitte 222a voneinander getrennt sind, so dass eine große Last, die auf das Luftlager 1 wirkt, abgestützt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass im Abwandlungsbeispiel 2 die ringförmige Nut 225 (11), die im Abwandlungsbeispiel 1 beschrieben ist, anstelle des vertieften Teils 25 vorgesehen sein kann.
<Effekte der ersten Ausführungsform>
Das Luftlager 1 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform umfasst: den Auslasspfad 50 zum Auslassen der Druckluft und der gesaugten Luft (als Auslassmenge der Luft bezeichnet), die durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 hindurchgetreten sind; und den Durchflussmengeneinstellteil 60 zum Einstellen der Auslassmenge der Luft aus dem Auslasspfad 50 gemäß der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last. Wenn die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachte Last klein ist, (i) erhöht der Durchflussmengeneinstellteil 60 die Auslassmenge der Luft, (ii) fördert das Absaugen der Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 und (iii) erhöht die Vorbelastung. Wenn andererseits die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachte Last groß ist, verringert der Durchflussmengeneinstellteil 60 die Auslassmenge der Luft, um das Absaugen der Luft zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 zu unterdrücken, wodurch die Vorbelastung verringert wird. Folglich kann die Vorbelastung, die der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last entspricht, automatisch eingestellt werden (d. h. die Steifigkeit des Luftfilms kann eingestellt werden), so dass ein Luftfilm, der mit einem breiten Bereich von Lasten zurechtkommen kann, leicht gebildet werden kann.
In der ersten Ausführungsform schließt der Durchflussmengeneinstellteil 60 die Öffnung 48, wie in 10 gezeigt, so dass die Druckluft, die durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 hindurchgegangen ist, zum Saugloch 26 strömt und vom Saugloch 26 zugeführt wird, ohne zum Auslasspfad 50 zu gehen. Folglich wird Druckluft von den Luftzufuhrlöchern 21 und vom Saugloch 26 zugeführt, um einen Luftfilm in einem großen Bereich zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 zu bilden, so dass der Luftfilm eine große Last abstützen kann, die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebracht wird.
<Zweite Ausführungsform>
Die Konfiguration des Luftlagers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 13 und 14 beschrieben.
13 und 14 sind jeweils ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration des Luftlagers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Die Konfiguration des Durchflussmengeneinstellteils 160 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Konfiguration des Durchflussmengeneinstellteils 60 der ersten Ausführungsform. Andere Konfigurationen als der Durchflussmengeneinstellteil 160 der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform und daher wird auf ausführliche Beschreibungen davon verzichtet.
In einer ähnlichen Weise wie die erste Ausführungsform stellt der Durchflussmengeneinstellteil 160 eine Durchflussmenge (Auslassmenge der Luft) der Druckluft und der gesaugten Luft, die vom Strömungspfad 31 zum Auslasspfad 50 strömen, gemäß dem Druckluftdruck, der über den Ausbreitungspfad 155 ausgebreitet wird, ein. Dies verbessert die Steifigkeit des Luftfilms zwischen der Lageroberfläche 20 und der Führungsoberfläche 501 durch Einstellen der Vorbelastung gemäß der Last (Last F in 14), die auf den Hauptkörperteil 10 aufgebracht wird.
Wie in 13 gezeigt, umfasst der Durchflussmengeneinstellteil 160 einen Wellenteil 162, Druckfedern 164 und 165 und einen Pfostenteil 166. In der zweiten Ausführungsform entsprechen der Wellenteil 162 und der Pfostenteil 166 einem Bewegungselement, das sich beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt.
Der Wellenteil 162 ist ein Wellenelement, das sich in der axialen Richtung (X-Achsen-Richtung in 13) innerhalb des Hauptkörperteils 10 bewegen kann. Der Wellenteil 162 bewegt sich in der axialen Richtung beim Empfangen des Druckluftdrucks hin und her, der vom Ausbreitungspfad 155 ausgebreitet wird. Das heißt, der Wellenteil 162 bewegt sich in der axialen Richtung in Reaktion auf eine Druckänderung der Druckluft hin und her, die einer Druckänderung der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last entspricht. Eine sogenannte Labyrinthdichtung ist an der äußeren Umfangsoberfläche des Wellenteils 162 vorgesehen und die Labyrinthdichtung ist zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Wellenteils 162 und der Innenwandoberfläche des Hauptkörperteils 10 ausgebildet.
Die Druckfedern 164 und 165 sind jeweils an den Seiten des Wellenteils 162 in der axialen Richtung vorgesehen und belasten den Wellenteil 162 vor. Die Druckfeder 164 ist zwischen dem Wellenteil 162 und dem Spitzenteil 49 des Unterdruckejektors 40 vorgesehen. Die Druckfeder 165 ist zwischen dem Wellenteil 162 und der Basis 168 vorgesehen. Es sollte beachtet werden, dass die Vorbelastungskraft der Druckfeder 164 größer ist als die Vorbelastungskraft der Druckfeder 165.
Die Druckluft, die durch den Ausbreitungspfad 155 ausgebreitet wurde, wird vom Umfang der Druckfeder 165 zum Wellenteil 162 ausgebreitet. Wenn der Druckluftdruck hoch ist, schiebt sich der Wellenteil 162 in der axialen Richtung gegen die Vorbelastungskraft der Druckfeder 164 (zu dieser Zeit zieht sich die Druckfeder 164 zusammen und die Druckfeder 165 dehnt sich aus). Wenn andererseits der Druckluftdruck verringert wird, wird der Wellenteil 162 durch die Vorbelastungskraft der Druckfeder 164 zurückgezogen (in diesem Fall wird die Druckfeder 164 ausgedehnt und die Druckfeder 165 wird zusammengezogen).
Der Pfostenteil 166 ist ein Spitzenteil, der an der Spitzenseite des Wellenteils 162 vorgesehen ist, und weist beispielsweise eine konische Form auf. Der Pfostenteil 166 ist mit einem axialen Endabschnitt des Wellenteils 162 verbunden. Der Pfostenteil 166 bewegt sich in der axialen Richtung in Verbindung mit der Bewegung des Wellenteils 162. Wenn sich beispielsweise der Wellenteil 162 vorwärts vorschiebt, tritt die Spitzenseite des Pfostenteils 166 in den Diffusorteil 47 von der Öffnung 48 ein. Der Pfostenteil 166 stellt einen Spalt mit der Öffnung 48 durch Bewegen in Richtung der Öffnung 48 in Verbindung mit der Bewegung des Wellenteils 162 ein. Folglich kann die Auslassmenge der Luft, die durch die Öffnung 48 zum Auslasspfad 50 strömt, eingestellt werden.
Wenn der Pfostenteil 166 die Öffnung 48 schließt, stoppt das Saugen der Luft des Unterdruckerzeugungsteils 45 in der zweiten Ausführungsform ebenso. Das heißt, wenn der Pfostenteil 166 die Öffnung 48 schließt, tritt die Strömung von Luft in Richtung des Auslasspfades 50 nicht auf und die Luft wird nicht durch den Unterdruckerzeugungsteil 45 gesaugt. Stattdessen strömt die Druckluft, die zum Unterdruckerzeugungsteil 45 strömt, durch den Saugpfad 36 und wird vom Saugloch 26 zugeführt, um einen Luftfilm zu bilden (siehe 10).
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform stellt der Durchflussmengeneinstellteil 160 die Auslassmenge der Luft vom Luftauslasspfad 50 gemäß der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last ein. Der Durchflussmengeneinstellteil 160 stellt die Auslassmenge der Luft ein und daher kann die Vorbelastung, die der auf den Hauptkörperteil 10 aufgebrachten Last entspricht, automatisch eingestellt werden, so dass ein Luftfilm, der mit einem breiten Bereich von Lasten zurechtkommen kann, in einer ähnlichen Weise wie in der ersten Ausführungsform leicht gebildet werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Basis der beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Der technische Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den obigen Ausführungsformen erläuterten Schutzbereich begrenzt und es ist möglich, verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung durchzuführen. Die speziellen Ausführungsformen der Verteilung und Integration der Einrichtung sind beispielsweise nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, alle oder ein Teil davon können mit irgendeiner Einheit konfiguriert sein, die funktional oder physikalisch verteilt oder integriert ist. Ferner sind neue beispielhafte Ausführungsformen, die durch beliebige Kombinationen von ihnen erzeugt werden, in den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten. Ferner weisen Effekte der neuen beispielhaften Ausführungsformen, die durch die Kombinationen erbracht werden, auch die Effekte der ursprünglichen beispielhaften Ausführungsformen auf.
Bezugszeichenliste

1: Luftlager
10: Hauptkörperteil
20: Lageroberfläche
21: Luftzufuhrloch
26: Saugloch
31, 32, 33, 34: Strömungspfad
36: Saugpfad
38: Verbindungsteil
45: Unterdruckerzeugungsteil
46: Düsenteil
48: Öffnung
50: Auslassströmungspfad
55: Ausbreitungspfad
60: Durchflussmengeneinstellteil
62: Faltenbalg
66: Pfostenteil
501: Führungsoberfläche

Claims

Luftlager (1), das Folgendes umfasst: einen Hauptkörperteil (10), der eine Lageroberfläche (20) aufweist, die einer Führungsoberfläche (501) zugewandt ist; einen Strömungspfadteil (31, 32, 33, 34), der im Hauptkörperteil vorgesehen ist, durch den Druckluft strömt; einen Luftfilmbildungsteil (21), der die Druckluft, die durch den Strömungspfadteil strömt, der Führungsoberfläche zuführt, um einen Luftfilm zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche zu bilden; einen Unterdruckerzeugungsteil (45), der Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Erzeugen eines Unterdrucks durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit der durchgehenden Druckluft saugt, wobei der Unterdruckerzeugungsteil im Strömungspfadteil vorgesehen ist; einen Auslasspfad (50), der die Druckluft, die durch den Unterdruckerzeugungsteil hindurchgegangen ist, und die durch den Unterdruckerzeugungsteil gesaugte Luft auslässt, wobei der Auslasspfad mit dem Strömungspfadteil in Verbindung steht; und einen Durchflussmengeneinstellteil (60), der eine Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, gemäß einem Druckluftdruck einstellt, der einer auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht.
Luftlager nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Ausbreitungspfad (55), der den Druckluftdruck, der der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, zum Durchflussmengeneinstellteil ausbreitet, wobei der Durchflussmengeneinstellteil die Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslassteil strömt, beim Empfangen des Druckluftdrucks, der über den Ausbreitungspfad ausgebreitet wird, einstellt.
Luftlager nach Anspruch 2, wobei der Ausbreitungspfad ein Pfad ist, der den Strömungspfadteil und den Durchflussmengeneinstellteil im Hauptkörperteil verbindet.
Luftlager nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Durchflussmengeneinstellteil das Absaugen der Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Erhöhen der Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, erleichtert, wenn der Druckluftdruck, der über den Ausbreitungspfad ausgebreitet wird, niedrig ist, und das Absaugen der Luft zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche durch Verringern der Durchflussmenge der Luft, die vom Strömungspfadteil zum Auslasspfad strömt, unterdrückt, wenn der Druckluftdruck, der über den Ausbreitungspfad ausgebreitet wird, hoch ist.
Luftlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Verbindungsteil (38) zum Erzeugen einer Verbindung zwischen dem Strömungspfadteil und dem Auslasspfad einen Verbindungskanal (48) aufweist, und der Durchflussmengeneinstellteil das Saugen der Luft durch den Unterdruckerzeugungsteil durch Schließen des Verbindungskanals stoppt.
Luftlager nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: einen Saugpfad (36), durch den die zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche abgesaugte Luft zum Unterdruckerzeugungsteil strömt, wobei der Durchflussmengeneinstellteil zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche die Druckluft, die den Luftfilm bildet, über den Saugpfad durch Schließen des Verbindungskanals zuführt.
Luftlager nach Anspruch 6, wobei ein Bereich des Luftfilms, der zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche gebildet wird, wenn der Durchflussmengeneinstellteil den Verbindungskanal schließt, breiter ist als ein Bereich des Luftfilms, der zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche gebildet wird, wenn der Durchflussmengeneinstellteil den Verbindungskanal öffnet.
Luftlager nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Unterdruckerzeugungsteil eine Düse (46) aufweist, die einen Strömungspfad von Druckluft drosselt, und der Durchflussmengeneinstellteil zwischen der Lageroberfläche und der Führungsoberfläche die Druckluft, die durch die Düse hindurchgegangen ist, über den Saugpfad durch Schließen des Verbindungskanals zuführt.
Luftlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Durchflussmengeneinstellteil ein Bewegungselement (62, 66) umfasst, das sich in einer Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt, der der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht, und das Bewegungselement sich bewegt, um die Durchflussmenge der Luft einzustellen, die durch den Verbindungskanal zwischen dem Strömungspfadteil und dem Auslasspfad hindurchgeht.
Luftlager nach Anspruch 9, wobei das Bewegungselement sich in der Bewegungsrichtung in Reaktion auf eine Druckänderung der Druckluft hin und her bewegt, die einer Druckänderung der auf den Hauptkörperteil aufgebrachten Last entspricht.
Luftlager nach Anspruch 10, wobei der Durchflussmengeneinstellteil ferner ein Vorbelastungselement (64) umfasst, das das Bewegungselement in der Bewegungsrichtung vom Verbindungskanal weg vorbelastet, und das Bewegungselement sich in der Bewegungsrichtung gegen die Vorbelastungskraft des Vorbelastungselements beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt, um sich dem Verbindungskanal zu nähern.
Luftlager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Bewegungselement ein elastisches Element (62), das in der Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks ausdehnbar ist; und einen Pfostenteil (66), der sich in der Bewegungsrichtung gemäß der Ausdehnung und Kontraktion des elastischen Elements bewegt, umfasst, um die Durchflussmenge der Luft einzustellen, die durch den Verbindungskanal hindurchgeht, der Pfostenteil ist an der Spitzenseite des elastischen Elements vorgesehen.
Luftlager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Bewegungselement ein Wellenelement (162) ist, das sich in der Bewegungsrichtung beim Empfangen des Druckluftdrucks bewegt, und ein Pfostenteil (166) die Durchflussmenge der Luft, die durch den Verbindungskanal hindurchgeht, gemäß der Bewegung des Wellenelements einstellt, wobei der Pfostenteil an der Spitzenseite des Wellenelements vorgesehen ist.