JP2006275162A - 空気静圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置に関し、移動体に生じる振動を容易，確実に減衰する。
【解決手段】移動体３１を空気静圧軸受５３を介して固定体３３に支持してなる空気静圧軸受装置５１において、前記移動体３１と固定体３３との相対速度の増大に伴い前記移動体３１に対する抵抗力を増大させる抵抗手段５５を有する。また、移動体３１を空気静圧軸受５３を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置５１において、前記移動体３１に、前記移動体３１から突出するフィン部５９を形成して前記抵抗手段５５を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置に関する。

従来、光学部品等の加工に使用される切削装置，研削装置等では、その構成要素であるワーク軸あるいはツール軸をステージ上に搭載し、ステージの移動によりワーク軸あるいはツール軸を移動することが行われている。そして、従来、このようなステージとして油を用いた油静圧ステージと空気を用いた空気静圧ステージとが知られている。
油静圧ステージでは、移動体と固定体との間に油膜が界面を形成しているため、油のせん断力がダンパの役目を果たし、移動体の共振周波数の共振倍率は減少する。しかしながら、油圧発生用ポンプ、脈動を押さえる高圧レギュレータ等の専用の付帯設備が必要になり、また、配管系の油漏れ等のメンテナンスに手間とコストがかかる。

一方、空気静圧ステージでは、通常工場に装備されている圧縮空気を使用でき、また、漏れても特別な対処が不要である等運用上の簡易性がある。
特開２００４−６０８３３号公報

しかしながら、空気静圧ステージでは、移動体と固定体との間に空気が界面を形成しているため、振動減衰効果が弱く、移動体の通常共振周波数における共振倍率が比較的高くなる。そして、共振点で振動が発生するとワーク軸、ツール軸間の相対位置が変動し、ワーク表面にうねり，粗さが生じることになる。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、移動体に生じる振動を容易，確実に減衰することができる空気静圧軸受装置を提供することを目的とする。

請求項１の空気静圧軸受装置は、移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置において、前記移動体と固定体との相対速度の増大に伴い前記移動体に対する抵抗力を増大させる抵抗手段を有することを特徴とする。
請求項２の空気静圧軸受装置は、請求項１記載の空気静圧軸受装置において、前記抵抗手段は、前記移動体から突出して形成されるフィン部を有することを特徴とする。

請求項３の空気静圧軸受装置は、請求項２記載の空気静圧軸受装置において、前記フィン部を、前記固定体側の粘性液体内に挿入してなることを特徴とする。
請求項４の空気静圧軸受装置は、請求項２記載の空気静圧軸受装置において、前記フィン部は磁石または導電体を有し、前記固定体側に前記フィン部から間隔をおいて導電体または磁石を固定してなることを特徴とする。

請求項５の空気静圧軸受装置は、移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置において、前記移動体に、前記移動体から突出するフィン部を形成してなることを特徴とする。
請求項６の空気静圧軸受装置は、請求項５記載の空気静圧軸受装置において、前記フィン部を、前記固定体側の粘性液体内に挿入してなることを特徴とする。

請求項７の空気静圧軸受装置は、請求項５記載の空気静圧軸受装置において、前記フィン部は磁石または導電体を有し、前記固定体側に前記フィン部から間隔をおいて導電体または磁石を固定してなることを特徴とする。

本発明の空気静圧軸受装置では、移動体が例えば共振により振動すると移動体と固定体との相対速度が増大するが、同時に抵抗手段の移動体に対する抵抗力が増大し移動体の移動が抑制される。従って、移動体に生じる振動を容易，確実に減衰することができる。
また、本発明の空気静圧軸受装置では、移動体が例えば共振により振動すると移動体と固定体との相対速度が増大するが、同時に移動体から突出するフィン部の移動に対する抵抗力が増大し移動体の移動が抑制される。従って、移動体に生じる振動を容易，確実に減衰することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は本発明の空気静圧軸受装置の第１の実施形態を備えた研削装置を示している。
この研削装置は、ワーク部１１と砥石部１３とを有している。ワーク部１１と砥石部１３とは同一の架台１５上に固定されている。

ワーク部１１はワークスピンドル１７およびワーク送り機構１９を有している。
ワークスピンドル１７は中心軸ＣＬを水平に配置されている。ワークスピンドル１７の後部には主軸２１を回転させるモータ２３が配置されている。主軸２１にはワーク２５を保持するワークチャック２７が配置されている。モータ２３，主軸２１，ワークチャック２７およびワーク２５は、ワークスピンドル１７の中心軸ＣＬ上に配置されている。ワークスピンドル１７はブラケット２９を介してワーク送り機構１９に載置されている。

ワーク送り機構１９はスライド部材３１とリニアガイド３３とを有している。スライド部材３１の上面には、ブラケット３５を介してワークスピンドル１７のブラケット２９が固定されている。スライド部材３１はリニアガイド３３のガイド部３３ａに支持されている。スライド部材３１は螺子軸およびモータを用いた周知の駆動機構(不図示)によりリニアガイド３３のガイド部３３ａに沿ってワークスピンドル１７の中心軸ＣＬ方向に移動可能とされている。また、ワーク研削時にワーク２５を研削砥石４１に押しつける加圧力を生じさせる図示されていない加圧機構が設けられている。この加圧機構はモータ２３の中心軸ＣＬが通る位置上でワーク部１１を加圧している。

砥石部１３は、砥石スピンドル３７を有している。砥石スピンドル３７の中心軸ＣＬ１は垂直方向に配置されている。砥石スピンドル３７の中心軸ＣＬ１上にはモータ(不図示)により回転される回転軸３９が配置されている。回転軸３９の下端にはワーク２５を研削する研削砥石４１が固定されている。砥石スピンドル３７は、支持部材４３を介して砥石送り機構４５に載置されている。

砥石送り機構４５はスライド部材４７とリニアガイド４９とを有している。スライド部材４７の上面には、支持部材４３が固定されている。スライド部材４７はリニアガイド４９に支持されている。スライド部材４７は螺子軸およびモータを用いた周知の駆動機構(不図示)によりリニアガイド４９のガイド部４９ａに沿って図１の紙面に垂直な方向に移動可能とされている。

そして、この実施形態では、図２に示すようにワーク送り機構１９のスライド部材３１が空気静圧軸受装置５１を介してリニアガイド３３により案内されている。空気静圧軸受装置５１は空気静圧軸受５３と抵抗手段５５とを有している。
図３はリニアガイド３３およびスライド部材３１の詳細を示している。リニアガイド３３は架台１５上に載置されるベース部３３ｂを有している。このベース部３３ｂには支持部３３ｃを介してガイド部３３ａが形成されている。ガイド部３３ａにはスライド部材３１に形成される嵌合部３１ａが嵌合されている。嵌合部３１ａには、空気静圧軸受５３を構成する複数の噴射口３１ｂが開口されている。この噴射口３１ｂから空気等の静圧気体を噴射することによりスライド部材３１の嵌合部３１ａとリニアガイド３３のガイド部３３ａとの間に薄い気体膜が形成される。そして、スライド部材３１がリニアガイド３３のガイド部３３ａに沿って高い精度で円滑に案内される。なお、この空気静圧軸受５３には周知の空気静圧軸受が用いられるため詳細な説明は省略する。

リニアガイド３３には、ガイド部３３ａの上面に開口する凹部３３ｄが形成されている。この凹部３３ｄはガイド部３３ａを貫通して支持部３３ｃの下部まで延存されている。そして、この凹部３３ｄに抵抗手段５５が配置されている。
抵抗手段５５は、オイルタンク５７とフィン部材５９とを有している。オイルタンク５７は上面が開口されている。オイルタンク５７は、図４に示すように長尺状をしており、リニアガイド３３の長手方向に形成される凹部３３ｄ内に固定されている。オイルタンク５７には図３に示すように幅方向に所定間隔を置いて４つの固定側フィン部６１が形成されている。両側の２つの固定側フィン部６１はオイルタンク５７の側壁となっている。また、内側の２つの固定側フィン部６１はオイルタンク５７を長手方向に仕切って形成されている。

フィン部材５９は取付部５９ａを有している。取付部５９ａの上面はスライド部材３１の嵌合部３１ａに固定されている。取付部５９ａは、図４に示すように長尺状をしており、スライド部材３１の長手方向に沿って固定されている。取付部５９ａには図３に示すように幅方向に所定間隔を置いて３つの移動側フィン部６３が形成されている。３つの移動側フィン部６３はそれぞれオイルタンク５７の固定側フィン部６１の間に配置されている。そして、オイルタンク５７内に収容されるオイル６５内に挿入されている。オイル６５には、例えばシリコンオイルが使用される。

上述した研削装置では、ワークスピンドル１７によりワーク２５を回転させ、砥石スピンドル３７により研削砥石４１を回転させた状態で、ワーク部１１のワーク送り機構１９のスライド部材３１を移動してワークスピンドル１７を移動させ、図１に示したように研削砥石４１にワーク２５を押し当てることにより、研削砥石４１によりワーク２５が加工される。

そして、加工時に、図１に示したように加工点Ｐに加工力Ｆ１が作用すると、リニアガイド３３に空気静圧軸受５３を介して支持されるスライド部材３１が、共振点において大きく振動しようとする。
しかしながら、上述した研削装置の空気静圧軸受装置５１では、スライド部材３１に固定されるフィン部材５９の移動側フィン部６３が、オイルタンク５７のオイル６５内に挿入されているため、移動側フィン部６３に作用するオイル６５の粘性抵抗によりスライド部材３１に生じる振動が確実に減衰される。そして、オイル６５の粘性抵抗は、スライド部材３１とリニアガイド３３との相対速度が増大するに伴い、移動側フィン部６３に対するオイル６５の粘性抵抗が増大するため、スライド部材３１の振動を確実に抑制することができる。従って、ワーク２５と研削砥石４１との相対位置が変動することがなくなり、ワーク２５を高い精度で加工することが可能になる。

そして、上述した空気静圧軸受装置５１では、複数の移動側フィン部６３をそれぞれオイルタンク５７の固定側フィン部６１の間に配置したので、移動側フィン部６３にオイル６５の粘性抵抗を確実に作用させることができる。また、移動側フィン部６３と固定側フィン部６１との間隔を狭く設計することにより、移動側フィン部６３と固定側フィン部６１との間のオイル６５の粘性によるせん断抵抗が増大するため、移動側フィン部６３に作用するオイル６５の粘性抵抗を自由に設定することが可能になる。

また、上述した空気静圧軸受装置５１では、空気静圧軸受５３に供給する空気の供給圧力の調整を不要にすることができる。すなわち、従来、ワークスピンドル１７に支持されるワーク２５の重量が変化するとスライド部材３１の共振点が変動するため、ワーク２５の重量に対応して空気静圧軸受５３に供給する空気の供給圧力を調整することが行われている。しかしながら、上述した空気静圧軸受装置５１では、スライド部材３１の振動を確実に抑制することが可能であるため、空気静圧軸受５３に供給する空気の供給圧力の調整を不要にすることができる。

さらに、上述した空気静圧軸受装置５１では、スライド部材３１に固定されるフィン部材５９の移動側フィン部６３には、移動側フィン部６３の移動方向だけでなく、上下方向にもオイル６５の粘性抵抗が作用するため、床振動や加工力による振動の影響を低減することができる。
図５は上述した空気静圧軸受装置５１の抵抗手段５５を機能させない場合と機能させた場合のスライド部材３１の振動特性を示している。横軸には周波数が縦軸には減衰率がとられている。オイルタンク５７内のオイル６５を空にして抵抗手段５５を機能させない場合には、図５の(ａ)に示すように、共振点は４０Ｈｚ、共振倍率はベースラインに対して２０ｄＢであった。これは振動が１０倍に増幅されたことになる。一方、オイルタンク５７内にオイル６５を充填して抵抗手段５５を機能させた場合には、図５の(ｂ)に示すように、共振倍率はベースラインに対して６ｄＢと約１／５に激減した。これによりスライド部材３１の位置決め精度は抵抗手段５５を機能させない場合の１０ｎｍから３ｎｍとなり明らかな向上が見られた。また、ワーク２５の重量に対応して空気静圧軸受５３に供給する空気の供給圧力を調整して最適化する作業も不要になった。
(第２の実施形態)
図６は本発明の空気静圧軸受装置の第２の実施形態を示している。

なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、抵抗手段６７は、磁石固定部材６９とフィン部材７１とを有している。磁石固定部材６９は、リニアガイド３３に形成される凹部３３ｄ内に固定されている。磁石固定部材６９には幅方向に間隔を置いて第１および第２の固定側フィン部６９ａ，６９ｂが形成されている。そして、第１および第２の固定側フィン部６９ａ，６９ｂの内側となる面にそれぞれ永久磁石からなる板状の磁石７３，７５が固定されている。第１の固定側フィン部６９ａに固定される磁石７３は第１の固定側フィン部６９ａと反対側の面をＳ極とされ、第２の固定側フィン部６９ｂに固定される磁石７５は第２の固定側フィン部６９ｂと反対側の面をＮ極とされている。

フィン部材７１は取付部７１ａを有している。取付部７１ａの上面はスライド部材３１の嵌合部３１ａに固定されている。取付部７１ａの中心には移動側フィン部７７が形成されている。取付部７１ａおよび移動側フィン部７７は、鉄，アルミニウム，銅等の導電体により形成されている。そして、移動側フィン部７７は第１および第２の固定側フィン部６９ａ，６９ｂに固定される磁石７３，７５の間に挿入されている。

この実施形態の空気静圧軸受装置では、スライド部材３１に固定されるフィン部材７１の移動側フィン部７７が磁石７３，７５の間に挿入されているため、導電体からなる移動側フィン部７７が移動すると移動側フィン部７７に渦電流が発生する。これにより移動側フィン部７７に抵抗力が作用し、この抵抗力によりスライド部材３１に生じる振動が確実に減衰される。そして、抵抗力は、スライド部材３１とリニアガイド３３との相対速度が増大するに伴い増大するため、スライド部材３１の振動を確実に抑制することができる。なお、この実施形態では、磁石７３，７５に永久磁石を用いた例について説明したが電磁石を用いても良い。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、固定体をリニアガイド３３とし移動体をスライド部材３１とした例について説明したが、例えば移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持される回転体としても良い。この場合には、例えば、回転体の端面の外周に円環状のフィン部が固定され、このフィン部が固定体に固定される円環状のオイルタンク内に挿入される。
(２)上述した実施形態では、本発明の空気静圧軸受装置を研削装置に適用した例について説明したが、空気静圧軸受を用いた装置に広く適用することができる。

本発明の空気静圧軸受装置の第１の実施形態を備えた研削装置を示す側面図である。 図１の研削装置を図１のII-II方向から見た図である。 図２の空気静圧軸受装置を拡大して示す説明図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図１のスライド部材の振動特性を示す説明図である。 本発明の空気静圧軸受装置の第２の実施形態を示す正面図である。

符号の説明

３１ スライド部材(移動体)
３３ リニアガイド(固定体)
５１ 空気静圧軸受装置
５３ 空気静圧軸受
５５，６７ 抵抗手段
５７ オイルタンク
５９，７１ フィン部材
６１ 固定側フィン部
６３，７７ 移動側フィン部
６５ オイル
７３，７５ 磁石

Claims (7)

1. 移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置において、
   前記移動体と固定体との相対速度の増大に伴い前記移動体に対する抵抗力を増大させる抵抗手段を有することを特徴とする空気静圧軸受装置。
2. 請求項１記載の空気静圧軸受装置において、
   前記抵抗手段は、前記移動体から突出して形成されるフィン部を有することを特徴とする空気静圧軸受装置。
3. 請求項２記載の空気静圧軸受装置において、
   前記フィン部を、前記固定体側の粘性液体内に挿入してなることを特徴とする空気静圧軸受装置。
4. 請求項２記載の空気静圧軸受装置において、
   前記フィン部は磁石または導電体を有し、前記固定体側に前記フィン部から間隔をおいて導電体または磁石を固定してなることを特徴とする空気静圧軸受装置。
5. 移動体を空気静圧軸受を介して固定体に支持してなる空気静圧軸受装置において、
   前記移動体に、前記移動体から突出するフィン部を形成してなることを特徴とする空気静圧軸受装置。
6. 請求項５記載の空気静圧軸受装置において、
   前記フィン部を、前記固定体側の粘性液体内に挿入してなることを特徴とする空気静圧軸受装置。
7. 請求項５記載の空気静圧軸受装置において、
   前記フィン部は磁石または導電体を有し、前記固定体側に前記フィン部から間隔をおいて導電体または磁石を固定してなることを特徴とする空気静圧軸受装置。
   

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