JP2013130260A - Liquid static pressure linear motion guide device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば超精密加工機などに用いられる、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置に関する。 The present invention relates to a liquid hydrostatic linear motion guide device including a liquid hydrostatic bearing, which is used in, for example, an ultraprecision machine.
直動案内装置として、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置が知られている。静圧軸受とは、可動体の軸受面と案内部材の案内面との間の軸受隙間に、強制的に加圧流体を供給することによって潤滑流体膜を形成し、この潤滑流体膜の圧力によって可動体を非接触で浮上させる方式の軸受である。作動流体に液体を用いる液体静圧軸受においては、多くの場合、図8(a)に示すように、可動体2に、軸受面3(斜格子領域)に開口した凹部4が形成されている。なお、図8(b)に示すように、軸受面3から凹部4の開口面5(梨地領域)を除いた部分をランド6(格子領域)と呼ぶ。したがって、軸受面3は凹部4の開口面5とランド6とから成る。
As a linear motion guide device, a liquid static pressure linear motion guide device including a liquid static pressure bearing is known. The hydrostatic bearing forms a lubricating fluid film by forcibly supplying a pressurized fluid to the bearing gap between the bearing surface of the movable body and the guide surface of the guide member, and the pressure of the lubricating fluid film This is a bearing that floats a movable body in a non-contact manner. In a liquid hydrostatic bearing that uses a liquid as a working fluid, in many cases, as shown in FIG. 8 (a), the
凹部4の開口面5はランド6に内包されており、図9(a)に示すように、凹部4は、ランド6と案内面1によって形成される軸受隙間8に対して十分な深さを持っている。この凹部4を設けることによって、圧力降下を生じることなく軸受面3に加圧流体を充填させることができる。このため、図9(a)と(b)を比較してわかるように、凹部4を設けない場合と比べて、同じ寸法の液体静圧軸受でより大きな圧力の積分値、即ち浮上力を得る事ができる。
The
しかし、凹部4を設けた場合、可動体2が移動した場合に可動体2の姿勢が傾く可能性がある。即ち、図9(c)に示すように、可動体2が図内左方向に移動すると、凹部4が流体溜まりになっていることで、軸受隙間8の図内右側で絞られる流量が増える。この結果、図内右側、すなわち可動体移動方向後方で圧力が高くなる圧力勾配が生じる。したがって、静止時に釣り合っている可動体2の重心周りのモーメントが、可動体2の移動により、移動方向後方部を持ち上げる方向に変動し、可動体2の姿勢変化を生じてしまう。
However, when the
通常、液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置では、可動体を挟み込むように同形式・同形状の軸受を対向配置することで、圧力分布の変動や偏りを打ち消し合う方法が一般的である。一方、同形式・同形状の軸受を対向配置しない場合に、可動体の姿勢変化を抑制する先行技術としては、可動体の傾きを検出して、静圧案内面に供給する流体の圧力を変化させる構造が提案されている(特許文献1)。 Normally, in a liquid hydrostatic linear motion guide device equipped with a liquid hydrostatic bearing, it is common to counteract fluctuations and biases in the pressure distribution by disposing bearings of the same type and shape so as to sandwich the movable body. Is. On the other hand, when the same type and shape bearings are not arranged opposite to each other, as a prior art for suppressing the change in the posture of the movable body, the inclination of the movable body is detected and the pressure of the fluid supplied to the static pressure guide surface is changed. The structure to be made is proposed (patent document 1).
しかしながら、一般的な方法である静圧軸受の対向配置では装置の大型化や加工・組立の困難化を招く。一方、特許文献1に記載の技術の場合、傾きを検出する手段や傾きを補正するための手段を備えるために、装置の複雑化や大型化を招く。
However, the opposing arrangement of hydrostatic bearings, which is a common method, leads to an increase in size of the apparatus and difficulty in processing and assembly. On the other hand, in the case of the technique described in
本発明は、このような事情に鑑み、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体の移動時の姿勢変化を抑制できる構造を実現すべく発明したものである。 In view of such circumstances, the present invention was invented to realize a structure capable of suppressing a change in posture during movement of a movable body without causing an increase in size and complexity of the apparatus.
本発明は、案内面を有する案内部材と、前記案内面との間で液体静圧軸受を構成する軸受面を有し、前記案内面に向けて与圧が付与された状態で配置され、前記案内部材に沿って移動する可動体と、前記軸受面と前記案内面との間に液体を供給する液体供給手段と、を備えた液体静圧直動案内装置において、前記可動体は、前記軸受面を移動方向に複数並べて配置し、複数の前記軸受面は、それぞれ、前記案内面に向けて開口する凹部と、前記凹部の底面もしくは壁面に配置されて前記液体供給手段から液体が供給される液体供給孔とが形成され、複数の前記液体供給孔は、それぞれの前記凹部内の前記液体供給孔の幾何学的重心となる液体供給点と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和が、前記凹部の中心と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように配置されている、ことを特徴とする液体静圧直動案内装置にある。 The present invention has a guide member having a guide surface and a bearing surface that constitutes a hydrostatic bearing between the guide surface and is arranged in a state where a pressurized pressure is applied toward the guide surface, A liquid static pressure linear motion guide apparatus comprising: a movable body that moves along a guide member; and a liquid supply means that supplies a liquid between the bearing surface and the guide surface. A plurality of surfaces are arranged side by side in the moving direction, and the plurality of bearing surfaces are respectively disposed on a recess opening toward the guide surface and on the bottom surface or wall surface of the recess, and liquid is supplied from the liquid supply means. Liquid supply holes are formed, and the plurality of liquid supply holes are arranged in the respective moving directions of the liquid supply point serving as the geometric center of gravity of the liquid supply hole in each of the recesses and the center of gravity of the movable body. The total distance is the center of the recess and the movable Than the respective sum of the distance of the movement direction between the center of gravity of which is arranged to be larger, there is provided a liquid electrostatic 圧直 kinematic guiding device, characterized in that.
本発明によれば、複数の軸受面にそれぞれ形成する凹部と、各凹部の底面にそれぞれ形成する液体供給孔との位置関係を規制することにより、可動体の移動時の可動体の重心周りのモーメント変動を小さくできる。このため、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体の移動時の姿勢変化を抑制できる。 According to the present invention, by restricting the positional relationship between the concave portions formed on the plurality of bearing surfaces and the liquid supply holes formed on the bottom surfaces of the concave portions, the position around the center of gravity of the movable body when the movable body is moved is regulated. Moment fluctuation can be reduced. For this reason, the posture change at the time of movement of a movable body can be suppressed, without causing the enlargement and complication of an apparatus.
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について、図1ないし図5を用いて説明する。まず、液体静圧直動案内装置の概略構成について、図1(a)を用いて説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the liquid static pressure linear motion guide device will be described with reference to FIG.
[液体静圧直動案内装置]
本実施形態の液体静圧直動案内装置は、図1(a)に示す様に、案内部材1aと、可動体2と、液体供給手段である加圧液体供給装置9とを備える。案内部材1aは、例えばレール状の部材で、片面に可動体2の移動方向と平行な案内面1を有する。可動体2は、例えば、超精密加工機のワークを載置するステージなどであり、不図示の駆動機構により案内部材1aに沿って、図1(a)の矢印方向(左右方向)に移動自在に配置されている。駆動機構としては、例えばボールねじ機構などが挙げられる。即ち、案内部材1aと平行に雄ねじを配置し、可動体2に設けた雌ねじ部にこの雄ねじをボールを介して螺合させる。そして、モータを駆動して雄ねじを回転させることにより、可動体2が雄ねじと雌ねじ部との螺合に基づき雄ねじに沿って移動する。
[Liquid static pressure linear motion guide device]
As shown in FIG. 1A, the liquid static pressure linear motion guide device of the present embodiment includes a
本実施形態の場合、このような可動体2の案内部材1aに対する支持を液体静圧軸受により構成している。このために、可動体2は、案内面1との間で液体静圧軸受を構成する軸受面3を有し、案内面1に向けて与圧が付与された状態で配置されている。なお、この与圧は、磁石を用いた磁気吸引力(或いは反発力)によるものや、流体によるものなど非接触の手段により付与され、可動体2の軸受面3が案内面1に押し付けられる方向に作用する。与圧は、可動体2の移動方向全体にほぼ均一に作用させることが好ましく、少なくとも、可動体2の重心周りでモーメントが釣り合うようにする。
In the case of the present embodiment, the support of the
液体静圧軸受は、可動体2の軸受面3と案内部材1aの案内面1との間の軸受隙間8に、強制的に加圧流体を供給することによって潤滑流体膜を形成する。そして、この潤滑流体膜の圧力と上述の与圧とのバランスによって可動体2を非接触で浮上させる。
The liquid hydrostatic bearing forms a lubricating fluid film by forcibly supplying a pressurized fluid to the
加圧液体供給装置9は、例えばポンプなどで、軸受面3と案内面1との間に一定の圧の液体を供給する。本実施形態の場合、加圧液体供給装置9から可動体2の流体経路9aを介して、軸受面3と案内面1との間に液体を供給している。また、流体経路9aの上流には、図示しない絞りを設け、加圧液体供給装置9から送られる加圧液体の圧力を一旦下げてから、流体経路9aに送るようにしている。
The pressurized
このように構成される本実施形態の液体静圧直動案内装置の場合、可動体2は、軸受面3を可動体2の移動方向に複数並べて配置している。なお、図示の例の場合、移動方向に2個並べているが、3個以上並べても良いし、図1(a)の紙面表裏方向にも並べてあっても良い。何れにしても、軸受面3は、少なくとも可動体2の移動方向に複数並べて配置されている。
In the case of the liquid static pressure linear motion guide device of the present embodiment configured as described above, the
複数の軸受面3は、それぞれ、案内面1に向けて開口する凹部4と、凹部4の底面4aに配置されて加圧液体供給装置9から液体が供給される液体供給孔7とが形成されている。なお、液体供給孔7は、凹部4の壁面に形成されていても良い。本実施形態の場合、前述の図8で説明した場合と同様に、軸受面3から凹部4の開口面5を除いた部分をランド6と呼ぶ。したがって、軸受面3は凹部4の開口面5とランド6から成る。凹部4の開口面5はランド6に内包されている。
Each of the plurality of bearing
凹部4に形成された液体供給孔7は、流体経路9aに接続されており、加圧液体供給装置9から供給される加圧液体は、液体供給孔7を通して、凹部4、及び案内面1とランド6から成る軸受隙間8に供給される。そして、上述のように液体静圧軸受を形成する。なお、軸受面3及び凹部4の開口面5の形状は、前述の図8に示したような正方形以外に、長方形、円形、楕円形などの任意の形状とすることができる。また、凹部がこのような任意の形状である場合、その中心はその形状の幾何学的重心とする。また、軸受面3の面積、凹部4の開口面5の面積については、それぞれの軸受面3で異なっていても良いし、同じであっても良い。但し、可動体2の静止時に可動体2の重心G周りのモーメントが釣り合うように設定する。
The
[液体供給孔の位置]
次に、各凹部4内での液体供給孔7の位置について説明する。可動体2の静止時には、液体供給孔7の位置に拘らず、軸受面3に凹部4を有する液体静圧軸受の軸受隙間8では、一般的に図2(a)の左図に示したような圧力分布を形成する。本明細書では、この圧力分布の積分値を、その軸受面3に作用する可動体2を浮上させる力(案内面1と反対方向に働く力)である浮上力と呼ぶ。
[Position of liquid supply hole]
Next, the position of the
また、図2(a)左図における圧力分布は、図2(a)右図に示したように、浮上力とその作用点を用いて等価に置き換えることができるが、この浮上力の作用点を本明細書では浮上力作用点Qと呼ぶ。即ち、軸受隙間8の圧力分布の可動体2の移動方向と平行な断面を移動方向と垂直方向に複数取った場合に、その断面積が平均となる断面を、移動方向両側に面積を2等分する作用線上の点を浮上力作用点Qと言う。本実施形態の場合、軸受面3の形状は正方形で、凹部4と開口面5との間の空間の形状は直方体となる。このため、軸受隙間8の圧力分布の可動体2の移動方向と平行な断面を移動方向と垂直方向に複数取った場合の断面積はほぼすべて同じとなる。このため、軸受隙間8の可動体2の移動方向と平行な任意の断面の圧力分布が、図2(a)に示す圧力分布となり、この圧力分布の面積を移動方向両側に2等分する線が作用線となり、浮上力作用点Qは、この作用線上に存在する。
Further, as shown in the right diagram of FIG. 2A, the pressure distribution in the left diagram of FIG. 2A can be replaced equivalently by using the levitation force and its action point. Is called a levitation force action point Q in this specification. That is, when a plurality of cross sections parallel to the moving direction of the
図2(a)に示す様に、可動体2の静止時の圧力分布は、圧力分布の中心に対して対象となり、可動体2の移動方向に関して釣り合った状態である。即ち、浮上力作用点Qは圧力分布の中央に位置する。これに対して、液体供給孔7が凹部4の可動体2の中心にある場合、可動体2を図2の左方向に移動させると、前述の図9(c)で説明したように、図2(b)左図に示すように右側で高くなるような圧力分布となる。そして、図2(b)右図に示す様に浮上力作用点Qが、図2(a)に示した場合よりも右側に移動することになる。
As shown in FIG. 2A, the stationary pressure distribution of the
なお、図3に示すように、凹部4の開口面5の幾何学的重心を凹部4の中心Nと呼ぶ。また、液体供給孔7の中心を凹部4の開口面5に垂直に投影した点を、その凹部4における液体供給点Pと呼ぶ。また、液体供給孔7は、図4に示す様に、凹部4内に複数設けても良い。この場合、液体供給点Pは、凹部内の複数の液体供給孔7の幾何学的重心とする。液体供給孔7が1個の凹部4に対して1個の場合は、図3に示したように、その中心が液体供給点Pとなる。以下、代表して、液体供給孔7が1個の凹部4に対して1個の場合について説明するが、液体供給孔7が1個の凹部4に対して複数ある場合に、上述のようにその幾何学的重心を液体供給点Pとして、同様に扱える。
As shown in FIG. 3, the geometric gravity center of the opening
本実施形態の場合、液体供給点Pが次の条件を満たす様に、複数の液体供給孔7を配置している。即ち、それぞれの凹部内の液体供給点Pと可動体2の重心Gとのそれぞれの移動方向の距離の総和が、凹部の中心Nと可動体2の重心Gとのそれぞれの移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように、各液体供給孔7を配置している。本実施形態の場合、複数の軸受面3と、複数の凹部4と、複数の液体供給孔7とが、可動体2の移動方向に垂直で、かつ可動体2の重心Gを通る仮想平面Mについて対称に配置されている。
In the present embodiment, the plurality of
したがって、各液体供給孔7は、自身を有する凹部4の底面中央より可動体2の外端側に寄せられて配置されている。より詳細には、可動体2の移動方向に関して、液体供給点Pと可動体2の重心Gとの離間距離Lsが、その液体供給点P自身を有する凹部4の中心Nと可動体2の重心Gとの離間距離Lpより、大きくなる位置に各液体供給孔7が配置されている。これら離間距離Lsと離間距離Lpとの差を、液体供給点Pと凹部4の中心Nの離間距離Dとする。
Accordingly, each
図1(a)内の位置関係で言えば、可動体2の重心Gより左側にある液体静圧軸受の凹部4では、その凹部4の中心Nより左側に液体供給点Pが位置する。一方、可動体2の重心Gより右側にある液体静圧軸受の凹部4では、その凹部4の中心Nより右側に液体供給点Pが位置している。
In terms of the positional relationship in FIG. 1A, the liquid supply point P is located on the left side of the center N of the
[静止時と移動時の重心周りのモーメント変動]
本実施形態の場合、このような構成で可動体2が図1(a)の左側に移動すると、可動体2の移動方向前方に存在する、図1(a)の左側の液体静圧軸受の軸受隙間8の圧力分布は、図1(b)左図のようになる。一方、可動体2の移動方向後方に存在する、図1(a)の右側の液体静圧軸受の軸受隙間8の圧力分布は、図1(b)右図のようになる。即ち、移動方向前方の液体静圧軸受の圧力分布は、全体として静止時(破線)よりも圧力が上昇し、且つ、移動方向後方で圧力が上昇するように傾く。一方、移動方向後方の液体静圧軸受の圧力分布は、全体として静止時(破線)よりも圧力が低下し、且つ、移動方向後方で圧力が上昇するように傾く。
[Moment fluctuation around the center of gravity when stationary and moving]
In the case of the present embodiment, when the
このような圧力分布となる結果、図1(c)に示す様に、移動方向前方の液体静圧軸受の浮上力Fd1は、静止時の浮上力Fs1よりも大きくなると共に、浮上力作用点が静止時よりも移動方向後方にシフトする。一方、移動方向後方の液体静圧軸受の浮上力Fd2は、静止時の浮上力Fs2よりも小さくなると共に、浮上力作用点が静止時よりも移動方向後方にシフトする。 As a result of such pressure distribution, as shown in FIG. 1 (c), the levitation force Fd1 of the liquid hydrostatic bearing in the forward direction of movement becomes larger than the levitation force Fs1 at rest, and the levitation force action point is Shift backward in the direction of movement than when stationary. On the other hand, the levitation force Fd2 of the liquid hydrostatic bearing at the rear in the movement direction is smaller than the levitation force Fs2 at rest, and the levitation force action point is shifted rearward in the movement direction than at rest.
この結果、移動時における移動方向前方の液体静圧軸受による可動体2の重心G周りのモーメントは、静止時に比べて重心からの距離が短くなるが、作用する力が大きくなる。一方、移動時における移動方向後方の液体静圧軸受による可動体2の重心G周りのモーメントは、静止時に比べて重心からの距離が長くなるが、作用する力が小さくなる。したがって、可動体2の移動時の可動体2の重心G周りのモーメント変動を小さくできる。このため、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体2の移動時の姿勢変化を抑制できる。
As a result, the moment around the center of gravity G of the
この点について、以下に詳しく説明する。まず、液体供給点Pを凹部の中心Nに配置した構成を比較例とし、本実施形態の効果をこの比較例と比較して説明する。液体静圧軸受による可動体2の重心G周りに働くモーメントは、液体静圧軸受による浮上力と、浮上力作用点と可動体2の重心Gとの距離の積で表される。この各液体静圧軸受による可動体2の重心G周りのモーメントの和は、可動体2の静止時では可動体2の重心G周りに釣り合っているとする。
This point will be described in detail below. First, a configuration in which the liquid supply point P is arranged at the center N of the recess will be described as a comparative example, and the effects of the present embodiment will be described in comparison with this comparative example. The moment acting around the center of gravity G of the
比較例の液体静圧軸受を備えた液体静圧直動案内装置であれば、可動体2の移動時には、浮上力作用点が可動体2の移動方向後方に移動するため、可動体2の移動方向後方を持ち上げる方向にモーメントが変動する。しかし、本実施形態においては、浮上力作用点とともに、浮上力の大きさも変動する。この浮上力の変動は、可動体2の移動方向前方を持ち上げる方向である。したがって、可動体2の移動時のモーメントの変動を抑制することができる。更に詳細に説明する。
In the case of the liquid hydrostatic linear motion guide device provided with the liquid hydrostatic bearing of the comparative example, when the
まず、液体供給点Pと凹部4の中心Nの位置関係によらず、浮上力作用点が可動体2の移動方向後方に移動することを説明する。可動体2の移動時には、凹部4が流体溜まりとなっていることで、可動体2の移動方向後方の軸受隙間8で絞られる流量が増える。一方、可動体2の移動方向前方の軸受隙間8では絞られる流量が減る。この結果、可動体2の移動方向後方に高くなっていく圧力勾配が生じる。これは液体供給点Pの位置に関係なく生じるため、液体供給点Pと凹部4の中心Nの位置関係によらず、浮上力作用点が可動体2の移動方向後方に移動する。
First, it will be described that the levitation force action point moves rearward in the moving direction of the
次に、液体静圧軸受の軸受面3において、可動体2の移動時に、液体供給孔7からの供給圧力より圧力が低下する圧力低下領域と、液体供給孔7からの供給圧力より圧力が上昇する圧力上昇領域が生じることを説明する。
Next, on the
図5(a)(b)(c)の左図を用いるため、まず図の説明をする。図5の各図は、可動体2は図内左側に移動するものとして、それぞれの場合における圧力分布と、浮上力及び浮上力作用点を示した図である。なお、図示を簡易にするため、軸受隙間8での圧力降下は直線で近似してある。図5(a)は、液体供給点Pが凹部4の中心Nと一致する場合である。図5(b)は液体供給点Pが凹部4の中心Nより可動体2の移動方向前方に位置する場合である。図5(c)は液体供給点Pが凹部4の中心Nより可動体2の移動方向後方に位置する場合である。
In order to use the left figure of FIG. 5 (a) (b) (c), it demonstrates first. Each figure of FIG. 5 is a diagram showing the pressure distribution, levitation force, and levitation force action point in each case, assuming that the
図5の各左図に示したように、液体供給点Pにおける供給圧力Psは可動体2の移動時でも静止時と等しいため、移動時の凹部4における圧力勾配は液体供給点Pにおける供給圧力Psを基準として生じる。そのため、凹部4において、液体供給点Pより可動体2の移動方向前方では供給圧力Psより低下し、また、液体供給点Pより可動体2の移動方向後方では供給圧力Psより上昇する。この作用により、軸受面3における圧力分布は、移動時に静止時より圧力が低下する圧力低下領域A1と、移動時に静止時より圧力が上昇する圧力上昇領域A2が生じる。
As shown in the left diagrams of FIG. 5, the supply pressure Ps at the liquid supply point P is equal to the stationary state even when the
次に、液体供給点Pの凹部4の中心Nに対する位置によって、軸受面3における可動体2の移動時の圧力低下領域と圧力上昇領域の割合を変えられることを説明する。圧力低下領域A1と圧力上昇領域A2の境界は液体供給点Pとなる。これは、次のような理由による。即ち、液体供給孔7から一定の圧力の液体が凹部4内に供給され、軸受隙間8に向けて流れている。したがって、液体供給点Pよりも移動方向前方では、液体供給孔7から液体が流れる方向が移動方向と逆方向になる。そして、供給される流量が減少する傾向となり、圧力が低下する。一方、液体供給点Pよりも移動方向後方では、液体供給孔7から液体が流れる方向が移動方向と同方向になる。そして、供給される流量が増加する傾向となり、圧力が上昇する。
Next, it will be described that the ratio of the pressure drop region and the pressure rise region when the
したがって、液体供給点Pより可動体2の移動方向前方が圧力低下領域A1、液体供給点Pより可動体2の移動方向後方が圧力上昇領域A2となる。このため、液体供給点Pの凹部4の中心Nに対する位置を変えることによって、可動体2の移動時の、軸受面3における圧力低下領域A1と圧力上昇領域A2の割合を変化させることができる。
Accordingly, the moving direction front of the
次に、各軸受面3における圧力低下領域A1と圧力上昇領域A2の割合を変えることによって、浮上力を変えられることを説明する。図5(a)左図に示すように、液体供給点Pと凹部4の中心Nが一致する場合、可動体2の移動時の圧力低下領域A1aと圧力上昇領域A2aが等しい。このため、可動体2の移動時において圧力低下領域A1aの圧力積分値F1aと、圧力上昇領域A2aの圧力積分値F2aが等しくなる。上述のように、圧力積分値と浮上力は等価であるため、図5(a)右図に示すように、可動体2の静止時と移動時とで浮上力は変わらない。
Next, it will be described that the levitation force can be changed by changing the ratio of the pressure drop region A1 and the pressure rise region A2 on each
しかし、図5(b)左図に示すように、液体供給点Pが凹部4の中心Nより可動体2の移動方向前方に位置する場合、可動体2の移動時の圧力上昇領域A2bが圧力低下領域A1bより大きくなる。このため、可動体2の移動時において圧力上昇領域A2bの圧力積分値F2bが、圧力低下領域A1bの圧力積分値F1bより大きくなる。圧力積分値と浮上力は等価であるため、図5(b)右図に示すように、可動体2の移動時の浮上力は静止時よりも大きくなる。
However, as shown in the left diagram of FIG. 5B, when the liquid supply point P is located in front of the center N of the
また、図5(c)左図に示すように、液体供給点Pが凹部4の中心Nより可動体2の移動方向後方に位置する場合、可動体2の移動時に圧力上昇領域A2cが圧力低下領域A1cより小さくなる。このため、可動体2の移動時において圧力上昇領域A2cの圧力積分値F2cが、圧力低下領域A1cの圧力積分値F1cより小さくなる。圧力積分値と浮上力は等価であるため、図5(c)右図に示すように、可動体2の移動時の浮上力は静止時よりも小さくなる。以上で、圧力低下領域A1と圧力上昇領域A2の割合を変えることによって、浮上力を変えることができることを説明した。
5C, when the liquid supply point P is located behind the center N of the
更に、本実施形態の液体静圧直動案内装置において、各液体静圧軸受の軸受面3における浮上力を変えることによって、可動体2に働くモーメントを抑制できることを説明する。本実施形態では、図1(a)に示した、可動体2の重心Gより可動体2の移動方向前方の液体静圧軸受では、図5(b)に示した形態をとり、可動体2の重心Gより可動体2の移動方向後方の液体静圧軸受では、図5(c)に示した形態をとる。以下、可動体2が各図内において左に移動するものとして、また、位置関係は可動体2の移動方向に関するものとして、各図内における位置関係を用いて説明する。
Furthermore, in the liquid hydrostatic linear motion guide device of the present embodiment, it will be described that the moment acting on the
まず、可動体2の重心Gより左側に設けられた液体静圧軸受について説明する。図1(c)に示したように、可動体2の静止時において、浮上力をFs1、浮上力作用点Qs1と可動体2の重心Gとの距離をXs1とする。また、可動体2の移動時において、浮上力をFd1、浮上力作用点Qd1と可動体2の重心Gとの距離をXd1とする。Fs1とFd1の差をΔF1、Xs1とXd1の差をΔX1とする。可動体2の静止時における、可動体2の左側を持ち上げる可動体2の重心G周りのモーメントMs1は、
Ms1=Fs1×Xs1・・・(1)
で表される。
First, the liquid hydrostatic bearing provided on the left side of the center of gravity G of the
Ms1 = Fs1 × Xs1 (1)
It is represented by
ここで、図5(a)に示したような比較例の液体静圧軸受を図1の構造に適用した場合を考える。比較例の場合、可動体2の静止時の浮上力と可動体2の移動時の浮上力が等しい。静止時の浮上力は液体供給点Pの位置に拘らず一定であるため、この浮上力はFs1となる。したがって、比較例の場合、可動体2の移動時における、可動体2の左側を持ち上げる可動体2の重心G周りのモーメントMdp1は、
Mdp1=Fs1×(Xs1−ΔX1)・・・(2)
で表される。
Here, the case where the liquid hydrostatic bearing of the comparative example as shown in FIG. 5A is applied to the structure of FIG. 1 is considered. In the case of the comparative example, the floating force when the
Mdp1 = Fs1 × (Xs1−ΔX1) (2)
It is represented by
これに対し、本実施形態の構造で、可動体2の重心Gより左側に設けられた液体静圧軸受では、可動体2の移動時に浮上力が増加するため、Fd1=Fs1+ΔF1となる。したがって、可動体2の移動時における、可動体2の左側を持ち上げる可動体2の重心G周りのモーメントMd1は、
Md1=(Fs1+ΔF1)×(Xs1−ΔX1)・・・(3)
で表される。
On the other hand, in the structure of this embodiment, in the liquid hydrostatic bearing provided on the left side of the center of gravity G of the
Md1 = (Fs1 + ΔF1) × (Xs1−ΔX1) (3)
It is represented by
式(1)と式(2)を比較してわかるように、比較例の液体静圧軸受を有する液体静圧直動案内装置では、静止時と移動時とで浮上力が同じであるのに対して、静止時に比べて移動時の方が浮上力作用点と可動体2の重心Gとの距離が小さくなる。このため、移動時には、可動体2の左側を持ち上げるモーメントMdp1が小さくなる。
As can be seen from the comparison between the formula (1) and the formula (2), in the liquid hydrostatic linear motion guide device having the liquid hydrostatic bearing of the comparative example, the levitation force is the same when stationary and when moving. On the other hand, the distance between the levitation force action point and the center of gravity G of the
一方、本実施形態では、式(1)と式(3)を比較してわかるように、静止時に対して移動時は、浮上力作用点と可動体2の重心Gとの距離が小さくなると共に、浮上力自体が大きくなる。このため、静止時と移動時とでモーメントの変動を抑制することができる。
On the other hand, in this embodiment, as can be seen by comparing the equations (1) and (3), the distance between the point of action of the levitation force and the center of gravity G of the
次に、可動体2の重心Gより右側に設けられた液体静圧軸受について説明する。図1(c)に示したように、可動体2の静止時において、浮上力をFs2、浮上力作用点Qs2と可動体2の重心Gとの距離をXs2とする。また、可動体2の移動時において、浮上力をFd2、浮上力作用点Qd2と可動体2の重心Gとの距離をXd2とする。Fs2とFd2の差をΔF2、Xs2とXd2の差をΔX2とする。可動体2の静止時における、可動体2の右側を持ち上げる可動体重心周りのモーメントMs2は、
Ms2=Fs2×Xs2・・・(4)
で表される。
Next, the liquid hydrostatic bearing provided on the right side of the center of gravity G of the
Ms2 = Fs2 × Xs2 (4)
It is represented by
ここで、図5(a)に示したような比較例の液体静圧軸受を図1の構造に適用した場合を考える。比較例の場合、可動体2の静止時の浮上力と可動体2の移動時の浮上力が等しい。静止時の浮上力は液体供給点Pの位置に拘らず一定であるため、この浮上力はFs2となる。したがって、比較例の場合、可動体2の移動時における、可動体2の右側を持ち上げる可動体2の重心G周りのモーメントMdp2は、
Mdp2=Fs2×(Xs2+ΔX2)・・・(5)
で表される。
Here, the case where the liquid hydrostatic bearing of the comparative example as shown in FIG. 5A is applied to the structure of FIG. 1 is considered. In the case of the comparative example, the floating force when the
Mdp2 = Fs2 × (Xs2 + ΔX2) (5)
It is represented by
これに対し、本実施形態の構造で、可動体2の重心Gより右側に設けられた液体静圧軸受では、可動体2の移動時に浮上力が減少するため、Fd2=Fs2−ΔF2となる。したがって、可動体2の移動時における、可動体2の右側を持ち上げる可動体2の重心G周りのモーメントMd2は、
Md2=(Fs2−ΔF2)×(Xs2+ΔX2)・・・(6)
で表される。
On the other hand, in the structure of the present embodiment, in the hydrostatic bearing provided on the right side of the center of gravity G of the
Md2 = (Fs2−ΔF2) × (Xs2 + ΔX2) (6)
It is represented by
式(4)と式(5)を比較してわかるように、比較例の液体静圧軸受を有する液体静圧直動案内装置では、静止時と移動時とで浮上力が同じであるのに対して、静止時に比べて移動時の方が浮上力作用点と可動体2の重心Gとの距離が大きくなる。このため、移動時には、可動体2の右側を持ち上げるモーメントMdp2が大きくなる。
As can be seen from the comparison between Equation (4) and Equation (5), the liquid hydrostatic linear motion guide device having the liquid hydrostatic bearing of the comparative example has the same levitation force when stationary and when moving. On the other hand, the distance between the point of action of the levitation force and the center of gravity G of the
一方、本実施形態では、式(4)と式(6)を比較してわかるように、静止時に対して移動時には、浮上力作用点と可動体2の重心Gとの距離が大きくなると共に、浮上力自体が小さくなる。このため、静止時と移動時とでモーメントの変動を抑制することができる。この結果、装置の大型化や複雑化を招くことなく、可動体2の移動時の姿勢変化を抑制できる。
On the other hand, in this embodiment, as can be seen by comparing the equations (4) and (6), the distance between the levitation force action point and the center of gravity G of the
以上で、可動体2の移動時には、各液体静圧軸受の浮上力作用点が移動するが、液体供給点Pの位置によって各液体静圧軸受の浮上力を変えることができ、それを利用して可動体2に働くモーメントの変動を抑えられるという効果を説明した。
As described above, when the
また、複数の液体供給点Pの位置が、可動体2の重心Gを通り移動方向に垂直な仮想平面Mについて対称となる位置に、液体供給孔7を配置するという条件を加えることによって、移動時の可動体2の傾斜を抑制することができる。これは、上記の配置方法により、図1(a)における可動体2の重心Gの左側で増加する浮上力ΔF1と右側で減少する浮上力ΔF2を等しくすることができ、可動体2に働く浮上力の総和を同じにできるためである。なお、この場合、複数の軸受面3及び複数の凹部4も、仮想平面Mについて対称とする。また、この場合、可動体2の移動方向が上述の場合と逆方向になっても、上述と同様の作用が得られる。
Further, the movement of the plurality of liquid supply points P is performed by adding the condition that the
更に、移動方向の軸受面3の数は、図1(a)に示したように2個以外に、3個以上であっても良い。但し、上述のように、移動時の可動体2の重心G周りのモーメントを考慮して、各軸受面3の液体供給点Pの位置を設定する。また、軸受面3の数に限らず、移動時の可動体2の重心G周りのモーメントが釣り合うように、各軸受面3の液体供給点Pの位置を設定することが好ましい。
Further, the number of
[実施例]
上述の本実施形態の効果を確認するために行った数値解析の結果について説明する。ここで、可動体2としては、図1(a)に示した構造とし、軸受面3を50×50mm、軸受間距離を50mmとし、そのときの、可動体2の傾き角を求めた。なお、凹部4の中心Nと液体供給点Pの移動方向の離間距離をDとする。また、軸受間距離とは、移動方向に隣り合う軸受面3同士の、互いに対向する端部の距離である。
[Example]
The result of the numerical analysis performed in order to confirm the effect of this embodiment mentioned above is demonstrated. Here, the
表1に示した数値解析結果より、凹部4の中心Nと液体供給点Pの移動方向の離間距離Dが10mmから11mmの間で、傾き角の正負が変わっていることがわかる。したがって本実施例の条件においては、各凹部4における液体供給点Pの位置を、可動体2の移動方向に可動体2の重心Gから離す方向へ、凹部4の中心Nから10mm〜11mmの離間距離Dをもって配置すると良い。この場合、可動体2に生じる姿勢変化を極めて小さくできる。なお、この離間距離Dは供給圧力や液体静圧軸受の配置位置、及び軸受隙間等の条件変化によって変える必要がある。
From the numerical analysis results shown in Table 1, it can be seen that the sign of the tilt angle changes when the distance D in the moving direction of the center N of the
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について、図6を用いて説明する。本実施形態の場合、可動体2の移動方向後方(図6の右側)の液体静圧軸受で、液体供給点Pの位置を凹部4の中心Nよりも移動方向前方に僅かにずらしている。可動体2の移動方向前方(図6の左側)の液体静圧軸受では、液体供給点Pの位置を凹部4の中心Nよりも移動方向前方に、移動方向後方の液体静圧軸受よりも大きくずらしている。そして、可動体2の移動方向に関して、各液体供給点Pと可動体2の重心Gとの離間距離の総和(Ls1+Ls2)が、その液体供給点P自身を有する凹部4の中心Nと可動体2の重心Gとの離間距離の総和(Lp1+Lp2)より大きくしている。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the case of the present embodiment, the position of the liquid supply point P is slightly shifted forward in the movement direction from the center N of the
この場合、両方の液体静圧軸受は、図6(b)の形態となり、浮上力は両方で大きくなる。但し、移動方向前方の方が中心Nからのシフト量が大きいため浮上力も大きくなる。このため、全体として可動体2の重心G周りのモーメントの変動を抑えられる。その他の構造及び作用は上述の第1の実施形態と同様である。
In this case, both liquid hydrostatic bearings are in the form shown in FIG. 6B, and the levitation force increases in both. However, since the amount of shift from the center N is larger in the forward direction of movement, the levitation force is also increased. For this reason, the fluctuation | variation of the moment around the gravity center G of the
<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態について、図7を用いて説明する。本実施形態では、凹部4内に複数の液体供給孔7を設けている。この場合、前述の図4で説明したように、同一凹部内にある複数の液体供給孔7の幾何的重心点を液体供給点Pとして扱う。そして、この液体供給点Pがその凹部4の中心Nよりも可動体2の外端側にシフトするように、その凹部4内の複数の液体供給孔7の位置を設定している。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a plurality of
このような本実施形態の場合も、液体供給点Pと可動体2の重心Gとの移動方向の距離の総和を、液体供給点P自身を有する凹部4の中心Nと可動体2の重心Gとの距離の総和より大きくでき、可動体2の重心G周りのモーメントの変動を抑えられる。その他の構造及び作用は、上述の第1の実施形態と同様である。
Also in this embodiment, the sum of the distances in the moving direction between the liquid supply point P and the center of gravity G of the
<他の実施形態>
上述の各実施形態は、適宜組み合わせて実施可能である。また、何れかの軸受面で液体供給点Pの位置が凹部4の中心Nと一致しても、他の軸受面で液体供給点Pの位置を凹部4の中心Nからシフトさせて、液体供給点Pと重心Gとの距離の総和を、中心Nと重心Gとの距離の総和よりも大きくする。これにより、上述したような可動体2のモーメントの変動を抑えられる。
<Other embodiments>
The above-described embodiments can be implemented in combination as appropriate. Further, even if the position of the liquid supply point P on any bearing surface coincides with the center N of the
1・・・案内面、1a・・・案内部材、2・・・可動体、3・・・軸受面、4・・・凹部、4a・・・底面、5・・・開口面、6・・・ランド、7・・・液体供給孔、8・・・軸受隙間、9・・・加圧液体供給装置、G・・・(可動体の)重心、N・・・(凹部の)中心、P・・・液体供給点、Q・・・浮上力作用点、Lp・・・凹部の中心と可動体の重心との、可動体の移動方向の距離、Ls・・・液体供給点と可動体の重心との、可動体の移動方向の距離
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記案内面との間で液体静圧軸受を構成する軸受面を有し、前記案内面に向けて与圧が付与された状態で配置され、前記案内部材に沿って移動する可動体と、
前記軸受面と前記案内面との間に液体を供給する液体供給手段と、を備えた液体静圧直動案内装置において、
前記可動体は、前記軸受面を移動方向に複数並べて配置し、
複数の前記軸受面は、それぞれ、前記案内面に向けて開口する凹部と、前記凹部の底面もしくは壁面に配置されて前記液体供給手段から液体が供給される液体供給孔とが形成され、
複数の前記液体供給孔は、それぞれの前記凹部内の前記液体供給孔の幾何学的重心となる液体供給点と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和が、前記凹部の中心と前記可動体の重心とのそれぞれの前記移動方向の距離の総和よりも、大きくなるように配置されている、
ことを特徴とする液体静圧直動案内装置。 A guide member having a guide surface;
A movable body that has a bearing surface that constitutes a hydrostatic bearing with the guide surface, is arranged in a state where a pressurized pressure is applied toward the guide surface, and moves along the guide member;
In a liquid static pressure linear motion guide device comprising: a liquid supply means for supplying a liquid between the bearing surface and the guide surface;
The movable body is arranged by arranging a plurality of the bearing surfaces in the moving direction,
Each of the plurality of bearing surfaces is formed with a recess that opens toward the guide surface, and a liquid supply hole that is disposed on the bottom surface or wall surface of the recess and is supplied with liquid from the liquid supply means.
The plurality of liquid supply holes have a total sum of distances in the moving direction between a liquid supply point that is a geometric center of gravity of the liquid supply hole in each recess and a center of gravity of the movable body. It is arranged to be larger than the sum of the distances in the moving direction between the center and the center of gravity of the movable body,
A hydrostatic linear motion guide device characterized by the above.
ことを特徴とする、請求項1に記載の液体静圧直動案内装置。 The plurality of bearing surfaces, the plurality of recesses, and the plurality of liquid supply points are arranged symmetrically with respect to a virtual plane that is perpendicular to the moving direction of the movable body and passes through the center of gravity of the movable body.
The liquid static pressure linear motion guide device according to claim 1, wherein
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018070151A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 住友重機械工業株式会社 | Stage device |
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-
2011
- 2011-12-22 JP JP2011281152A patent/JP2013130260A/en active Pending
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