JP2006510856A - 気体軸受装置 - Google Patents

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Abstract

気体軸受装置は、２つの対向する実質的に平行な軸受面（２、３）および両軸受面（２、３）の間の軸受ギャップ（５）に、オリフィス（７）を通じて気体を供給する少なくとも１つの気体ダクト（６）を有する。両軸受面（２、３）のうち少なくとも一つの軸受面は、０．３ｍｍ２〜３ｍｍ２にわたる少なくとも１つの空洞（８、９）を設けられる。その空洞（８、９）の容積は、０．３ｍｍ３乃至４ｍｍ３であってよい。気体ダクト（６）は、空洞（８）の壁の中のオリフィス（７）を通じて、空洞へ気体を供給する。

Description

本発明は、２つの対向する実質的に平行な軸受面および両軸受面の間の軸受ギャップに気体を供給する少なくとも１つの気体ダクトを有する気体軸受装置に関する。
気体軸受装置は平行移動する部材を支持し、案内するのに用いられるように、実質的に平坦な軸受面を有する。このような気体軸受装置は、高精密機械において、案内し、支持する要素として度々用いられる。両軸受面はまた、回転部材を支持できるように、円筒形を有してもよい。また、両軸受面の相対的な運動に適合するよう他の形、例えば回動運動をする部材を支持するために球状の形とすることも可能である。
一般的に、そのような気体軸受装置は比較的高い剛性がなければならないが、特に気体軸受装置が座標測定機械のような高精密機械に用いられる場合には、軸受装置に効果的な振動減衰性がなければならない。
高度なサーボ性能を達成するために、気体軸受は、剛性および減衰性に関して一定の条件を満たさなければならない。特に気体軸受が高精密機械に用いられる際に、気体軸受の剛性および減衰性がその機械の全体的な動的性能にかなり影響しうる。そのような気体軸受は、剛性に関しては最適化されているが、高度なサーボ性能を達成するためには、減衰性もまた重要な問題である。
本発明の目的は、比較的高い剛性を保ちながら、かなり高い減衰性をもたらす気体軸受装置の改良を提供することである。
その目的を達成するために、両軸受面のうちの少なくとも１つの軸受面は、０．３ｍｍ２〜３ｍｍ２、好ましくは０．５ｍｍ２〜２ｍｍ２にわたる少なくとも１つの空洞が設けられている。１つの好適実施例において、その空洞の容積は、０．３ｍｍ３乃至４ｍｍ３、好ましくは０．５ｍｍ３乃至２ｍｍ３、より好ましくは０．７ｍｍ３乃至１．５ｍｍ３である。１つまたはそれ以上の空洞が、両軸受面のうちの１つに存在してもよいが、そのような空洞は両軸受面に存在してもよい。
実際上、そのような一つの空洞、特に複数の空洞は、軸受の剛性に対する影響は殆どないので、剛性は高く維持されるが、そのような空洞の存在により装置中の振動の減衰能力はかなり増大する。
１つの好適実施例では、気体ダクトは、空洞の壁の、オリフィスを通じて空洞に気体を供給する。１つ以上の気体供給ダクトがある場合、各気体供給ダクトはその開口部に空洞を設けられることができ、それとは別に複数の空洞が軸受面に存在してもよい。
気体供給ダクトの開口部に１つの空洞が設けられている気体軸受装置は米国特許４８４４１９４号に開示されており、そこにおいては、多数の空洞が両軸受面のうちの１つに存在し、実質的に平行な両軸受面の間の軸受ギャップに気体を供給するオリフィスが、各空洞の壁に存在する。それらの空洞の寸法は極めて小さいが、両軸受面に平行な直径は大きく、オリフィスの開口部と対向する軸受面との間のスロットル効果を避ける。この小さな空洞がないと、比較的強い、また変化するスロットル効果が、オリフィスの開口部で起こり得、それは２つの軸受面の間の小さい、また変化する距離によって引き起こされる。２つの実質的に平行な軸受面の間の距離は、例えば０．００５ｍｍ乃至０．０１ｍｍであり、オリフィスの直径は、例えば０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍである。
好ましくは、空洞の深さは、オリフィスの直径の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍、より好ましくは少なくとも６倍であり、オリフィスの直径は、０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍ、好ましくは０．０７ｍｍ乃至０．２５ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍである。
１つの好適実施例においては、軸受面に平行な方向の空洞の寸法は、０．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの間、好ましくは０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、より好ましくは０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍである。その空洞は、円筒の軸が実質的に平行な両軸受面に対し実質的に垂直に向いており、実質的に円筒形でもよい。そのような空洞は、材料除去穴あけ作業によって簡単に製造できる。
好ましくは空洞の深さは０．３ｍｍ乃至２ｍｍの間、より好ましくは０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、さらなる１つの好適実施例においては０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍである。
極めて良い結果に達した気体軸受装置は、辺が４０ｍｍの四角い平坦な軸受面を有し、両軸受面のうち１つの軸受面に、１．５ｍｍの直径と１ｍｍの深さを有する４つの円筒形の空洞が設けられ、空洞のうちの１つにつながる直径０．１５ｍｍのオリフィスを有する気体供給ダクトが設けられる。
本発明はさらに、上記のような気体軸受装置を有する高精密機械にも関わる。
本発明を以下、図面を参照しながら、平坦な軸受面を有する気体軸受装置の様々な実施例の記述によって、より詳細に説明する。
図面は、実施例を単に概略的に表わしたものであり、その中のいくつかの寸法は、適切な詳細をより良く表示するために、比例関係にはない。
図１は、軸受面２を有する第一の軸受部材１と、これに対向する軸受面３を有する第二のベアリン部材４とから成る気体軸受装置である。この実施例によると、両軸受面２、３は平坦面であり、互いに平行に向いている。軸受部材１、４は、金属またはプラスチックまたは他の材料から作ることができる。
軸受面２、３の間には、軸受ギャップ５があり、軸受部材１の中の気体供給ダクト６を通じて空気、または他の気体が運ばれる。気体供給ダクト６は軸受面２の近辺で終端しており、空気流を制限するオリフィス７によって軸受ギャップ５に接続されている。
第一の軸受部材１は、機械の一定位置に存在することができ、一方で第二の軸受部材４の第二の軸受面３は、固定された第一の軸受面２の上を動き、機械のもう一方の部分を案内し、支持する。軸受部材４は、２つの軸受面２、３の間の軸受ギャップ５の中の空気クッションによって支持される。２つの軸受面２、３の間の軸受ギャップ５に空気を供給し、空気クッションを維持するために、１つ以上のオリフィス７が存在することができる。軸受部材１中の気体供給ダクト６の代わりに、又は気体供給ダクト６に加えて、動的軸受部材４に１つの気体供給ダクトを設けることもまた可能である。
軸受装置の寸法は次の通りである。軸受面２、３の寸法はそれぞれ約２０ｃｍ２である。２つの軸受面２、３の間の距離は０．００５ｍｍ乃至０．０１ｍｍである。オリフィス７の直径は０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍであり、その長さは、例えば１ｍｍである。
図２は、本発明による気体軸受装置の第１の実施例である。軸受面２は、１つの空洞８と２つの空洞９が設けられている。３つのすべての空洞８、９は直径１．５ｍｍ、長さ（又は深さ）１ｍｍの円筒形を有している。円筒形の軸は軸受面２に垂直に向いている。
各空洞９は軸受ギャップ５に面している側面以外のすべての側面が閉ざされている。気体供給ダクト６は、オリフィス７によって空洞８の底面に接続されており、供給された空気が、２つの軸受面２、３の間の軸受ギャップ５に到達する前に、空洞８を通過する。
軸受面２、３の中の１つ以上の空洞８、９の存在は、気体軸受装置における振動、すなわち、軸受装置の剛性を高く維持しつつ軸受部材１に対する軸受部材４の振動、を減衰する能力をかなり増進させる。
図３は、本発明による気体軸受装置の第２の実施例であり、そこにおいて同様の部分は、図２中と同じ参照番号によって示される。本実施例において、気体供給ダクト６の軸１２は軸受面２に平行に位置する。気体供給ダクト６と２つの軸受面２、３の間の軸受ギャップ５の間には、多数のオリフィス７があるが、図３にはそのようなオリフィスは２つだけ示されている。空洞８及びオリフィス７は、材料除去穴あけ作業によって製造される。
図３に示される気体軸受装置における空洞８の使用のさらなる利点は、気体供給ダクト６と軸受面２の間に、より多くの材料が存在することである。その材料の厚さは、オリフィス７の長さと空洞８の深さを加えたものに相当する。この増大した厚さが気体軸受装置中の軸受部材１の製造を容易にする。その材料の寸法１０、すなわち厚さは、図３に示される。
図４は、従来技術による同様の気体軸受装置であり、そこにおいて、寸法１１もまた、気体供給ダクト６と軸受面２の間の距離である。オリフィス７の長さが限られているため、寸法１１は、図３の寸法１０よりもかなり小さく、気体供給ダクト６と軸受面２の間にはかなり小さな厚さしかない。
上記の実施形態は単なる例にすぎず、より多くの他の実施例が可能であり、例えば円筒形の両軸受面を有する気体軸受装置で、両軸受部材のうち１つが、円筒形の軸を中心に回転し、その装置の中の振動の減衰性のために、少なくとも両軸受面のうち１つのべリング面に空洞が存在するものでもよい。あるいは、軸受面２、３の相対運動に適合するよう、他の形、例えば回動運動をする軸受部材４を支持するために球状の形とすることも可能である。
図１は従来技術の気体軸受装置の透視的断面図である。 図２は本発明による気体軸受装置の第一の実施例の同様の図である。 図３は本発明による気体軸受装置の第二の実施例の同様の図である。 図４は他の従来技術の気体軸受装置である。

Claims (10)

  1. ２つの対向する実質的に平行な軸受面と、
    オリフィスを通じて前記２つの軸受面間の軸受ギャップに気体を供給する少なくとも１つの気体ダクトと
    を有する気体軸受装置であって、
    前記２つの軸受面の少なくとも一つの面に、０．３ｍｍ２〜３ｍｍ２にわたる少なくとも１つの空洞を設けた
    ことを特徴とする気体軸受装置。
  2. 前記空洞は、前記少なくとも１つの軸受面の０．５ｍｍ２〜２ｍｍ２にわたることを特徴とする請求項１記載の気体軸受装置。
  3. 前記空洞の容積は、０．３ｍｍ３乃至４ｍｍ３、好ましくは０．５ｍｍ３乃至２ｍｍ３、より好ましくは０．７ｍｍ３乃至１．５ｍｍ３であることを特徴とする請求項１又は２記載の気体軸受装置。
  4. 前記気体ダクトは、前記空洞の壁のオリフィスを通じて前記空洞へ気体を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の気体軸受装置。
  5. 前記空洞の深さは、前記オリフィスの直径の少なくとも２倍であり、好ましくは少なくとも４倍であり、より好ましくは少なくとも６倍であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の気体軸受装置。
  6. 前記オリフィスの直径は、０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍ、好ましくは０．０７ｍｍ乃至０．２５ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の気体軸受装置。
  7. 前記軸受面に平行な方向の空洞の寸法は、０．５ｍｍ乃至２．５ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、より好ましくは０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の気体軸受装置。
  8. 前記空洞は、実質的に円筒形であり、該円筒形の軸は、前記実質的に平行な両軸受面に対し、実質的に垂直に向いていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の気体軸受装置。
  9. 前記空洞の深さは、０．３ｍｍ乃至２ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、さらに好ましくは０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載の気体軸受装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項記載の気体軸受装置によって特徴付けられる気体軸受装置を有する高精密機械。
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