JP2006510857A

JP2006510857A - 気体軸受装置

Info

Publication number: JP2006510857A
Application number: JP2004560005A
Authority: JP
Inventors: アーエムリュエイル，テオ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2006-03-30
Also published as: US20060078238A1; WO2004055401A1; AU2003280185A1; EP1576298A1

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、４）および両軸受面（２、４）の間の軸受ギャップ（５）に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。空洞（１０、１４、１５、１８、１９）が設けられ、その容積は０．００１ｃｍ^３乃至０．２ｃｍ^３であり、オリフィス（７、１１、１６、１７、２０、２１）を通じて前記軸受ギャップに接続される。２つの軸受面（２、４）は、凹部（１３）を有することができ、その凹部中では、２つの軸受面間の距離は、凹部の周辺の軸受ギャップ（５）部分においての両軸受面間の距離よりも大きい。

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。

しかし、軸受ギャップの体積と気体の圧縮性が組み合わさると、両軸受面の間の距離の変化に対する軸受圧力の遅延が生じうる。この遅延が、逆相変動を引き起こし、前記距離の変化の周波数によっては、気体軸受装置の不安定性をもたらし、それによっていわゆる空気ハンマーが発生し得る。

気体軸受装置の荷重能力を増加させるために、軸受ギャップは、チャンバー、すなわち両軸受面のうちの１つに凹部を有する。この凹部中では、両軸受面間の距離は、凹部の周辺の軸受ギャップ部分においての両軸受面間の距離よりも大きい。その凹部の周辺部分においての両軸受面の距離は、例えば０．００５ｍｍ乃至０．００１ｍｍ、チャンバーにおいては、例えば０．０１ｍｍ乃至０．０５ｍｍである。そのようなチャンバーは軸受装置の荷重能力を増加させるが、軸受ギャップの中の気体の圧縮性により、気体軸受装置の不安定性をも増加させてしまう。

本発明の課題は、気体軸受装置中の振動の効率的な減衰性をもたらす気体軸受装置を提供することである。

その目的を達成するために、気体軸受装置は１つの空洞を有し、その容積は０．００１ｃｍ^３乃至０．２ｃｍ^３、好ましくは０．００１ｃｍ^３乃至０．１ｃｍ^３であり、その空洞は、１つのオリフィスによって軸受ギャップに接続されている。オリフィス７の直径は、好ましくは０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍであり、より好ましくは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍである。

空洞はすべての側面が閉ざされており、オリフィスを通じてのみ、外部と連絡し、そのオリフィスが空洞への気体流および空洞からの気体流を制限する。空洞の容積が極めて小さい場合、空洞外で変化する（振動する）気体圧力に応答して、空洞内での気体圧力のかなりの変化が生成され、その空洞の存在が気体軸受装置の振動を減衰することができる。軸受の寸法、空洞の容積、そしてオリフィスの直径次第で、振動のある周波数範囲は減衰される。いずれの適用においても、最適の寸法は実験により簡単に見出すことができる。

本発明は、いかなる種類の気体軸受装置にも有利に適用することができるが、極めて良い結果に達した気体軸受装置は、両軸受面のうち１つに凹部を有し、この凹部において、２つの軸受面の間の距離は、凹部周辺の軸受ギャップ部分においての２つの軸受面の間の距離よりも大きい。

より効果的な減衰動作を達成するために、好ましくは１つ以上の空洞が軸受ギャップに接続されている。それらの空洞の容積は等しくてもよいが、１つの好適実施例においては、空洞の容積は異なっていてもよく、その差は１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは５０％以上である。相互の異なる容積を有する空洞を利用することによって、振動のより大きな周波数範囲、あるいは振動の様々な周波数範囲が減衰できる。さらに、軸受ギャップの寸法と周波数範囲に適合するように、オリフィスも異なる寸法を有してもよい。

各空洞は、オリフィスを通じて直接軸受ギャップに接続されてもよいが、もう１つの好適実施例においては、１つの空洞が、オリフィスを通じて他の空洞に接続されており、その１つの空洞はその他の空洞を通じて軸受ギャップに接続されている。また、２つ以上の空洞がオリフィスを通じて相互接続され、減衰動作をさらに調整することも可能である。

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４つの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。四つの図面すべては、実質的に平坦な軸受面の水平面に対し、垂直の断面図である。

図１は、平坦な第一の軸受面２を有する第一の軸受部材１と、前記第一の軸受面２に対向する、平坦な第二の軸受面４を有する第二の軸受部材３を有する気体軸受装置の１つの実施例である。２つの軸受面２、４は平行である。軸受部材１、３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、４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。

軸受ギャップ５の中の空気圧によって、第二の軸受部材３は、２つの軸受面が接触することなく、第一の軸受部材１に支持される。軸受ギャップ５の中の空気クッションは２つの軸受部材１、３を隔て続ける。空気は軸受ギャップ５の縁部８から抜け出るが、新しい圧縮空気が気体供給ダクト６によって軸受ギャップ５に供給され、軸受ギャップ５の中に必要な空気圧を維持する。

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３の第二の軸受面４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。第二の軸受部材３は、２つの軸受面２、４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、４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中の空気供給ダクト６の代わりに、又は空気供給ダクト６に加えて動的軸受部材３に１つの空気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、４の面積はそれぞれ２０ｃｍ^２である。２つの軸受面２、４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１は、第一の軸受部材１の中の１つの空洞１０を有する気体軸受装置の１つの実施例である。空洞１０はすべての側面が閉ざされており、オリフィス１１によって軸受ギャップに接続されている。オリフィス１１は、軸受ギャップ５から空洞１０への空気流、および空洞１０から軸受ギャップ５への空気流を制限する。

空洞１０の容積は例えば０．０５ｃｍ^３であり、オリフィス１１の直径は例えば０．１ｍｍ、長さは１ｍｍである。空洞１０は、軸受部材１の軸受面２の中に、めくら穴を開け、穴の開口部はオリフィス１１を有する蓋で埋めることにより製造することができる。その設計によっては、他の空洞の製造方法も明らかである。

空洞１０とオリフィス１１の寸法が、その軸受の寸法と特性と組み合わさると、ある周波数範囲内において、互いに関連する軸受部材１、３の振動への減衰効果をもたらす。それらの最適な寸法は、計算ではなく、むしろ実験によって見出されなければならない。

図２は、第一の軸受部材１にチャンバー、すなわち軸受面２の中に凹部が設けられている気体軸受装置の１つの実施例である。この凹部（チャンバー１３）中では、２つの軸受面２、４の間の距離は、凹部１３の周辺の軸受ギャップ部分においての２つの軸受面２、４の間の距離よりも大きい。その周辺部分においての前述の距離は、例えば０．００５ｍｍ乃至０．０１ｍｍであり、チャンバー１３においては、例えば０．０１ｍｍ乃至０．０５ｍｍである。

チャンバー１３が存在することで、軸受ギャップ５の中の空気圧力の平均が高くなり、同じ空気供給圧力でも気体軸受装置中の荷重能力を高くする。

図２に示されるように、空洞１０はオリフィス１１によって軸受面２の凹部（チャンバー１３）に接続されている。空洞１０およびオリフィス１１の寸法は、前述の図１の実施例に示されているものと同様でもよい。

図３は、２つの空洞１４、１５を有し、各空洞はオリフィス１６、１７によって、軸受ギャップ５のチャンバー１３に接続されている気体軸受装置の１つの実施例である。空洞１４の容積は空洞１５の容積の２倍であり、異なった周波数範囲を減衰する。

図４は、２つの空洞１８、１９が存在する気体軸受装置のもう一つの実施例である。空洞１８はオリフィス２０によって空洞１９に接続されており、空洞１９はまたオリフィス２１によって軸受ギャップ５に接続されている。そのような構成は減衰動作をさらに調整する可能性を提供する。

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、４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３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１つの空洞を有する気体軸受の断面図である。図２は一軸受面に１つのチャンバーが設けられた気体軸受の断面図である。図３は２つの空洞を有する気体軸受の断面図である。図４は２つの空洞を有するもう１つの気体軸受の断面図である。

Claims

２つの対向する実質的に平行な軸受面と、
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、
オリフィスを通じて前記軸受ギャップに接続され、容積が０．００１ｃｍ^３乃至０．２ｃｍ^３である空洞を有すること
を特徴とする気体軸受装置。
前記空洞の容積は、０．００１ｃｍ^３乃至０．１ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１記載の気体軸受装置。
前記オリフィスの直径は、０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍ、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又は２記載の気体軸受装置。
前記２つの軸受面のうち１つは、凹部を有し、該凹部において、前記２つの軸受面間の距離は、凹部の周辺の軸受ギャップ部分における両軸受面間の距離よりも大きい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。
前記１つ以上の空洞が、前記軸受ギャップに接続されてい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。
複数の空洞は、異なった容積を有し、該容積の差は１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは５０％以上であることを特徴とする請求項５記載の気体軸受装置。
前記各空洞は、オリフィスを通じて直接前記軸受ギャップに接続されていることを特徴とする請求項５又は６記載の気体軸受装置。
前記空洞のうち１つの空洞は、オリフィスを通じて他の空洞に接続されることを特徴とする請求項５記載の気体軸受装置。
前記２つ以上の空洞が、オリフィスを通じて相互接続されることを特徴とする請求項８記載の気体軸受装置。