JP2019210954A - Static pressure fluid support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静圧流体支持装置に関する。 The present invention relates to a hydrostatic fluid support device.
従来、静圧流体支持(軸受)装置では、対向する移動体及び固定体がそれぞれ、対向する案内面(軸受面含む)を備え、対向する案内面の一方の面に静圧ポケットを備えるものがある。そして、このような静圧流体支持(軸受)装置では、ポンプによって加圧された流体が静圧ポケットに供給される。これにより、案内面間に所定の厚さの流体膜が形成され、案内面間が非接触に支持されて摩擦が低減され、移動体及び固定体が高精度に相対移動可能となる。 Conventionally, in a hydrostatic fluid support (bearing) device, an opposed moving body and a fixed body are each provided with an opposing guide surface (including a bearing surface), and one of the opposing guide surfaces is provided with a static pressure pocket. is there. In such a static pressure fluid support (bearing) device, the fluid pressurized by the pump is supplied to the static pressure pocket. Thus, a fluid film having a predetermined thickness is formed between the guide surfaces, the guide surfaces are supported in a non-contact manner, friction is reduced, and the movable body and the fixed body can be relatively moved with high accuracy.
このとき、静圧流体支持装置では、案内面間に加わる外乱負荷によって流体膜に外乱力が作用すると、支持剛性の維持に必要な厚さの流体膜が形成されず、支持剛性が低下する。従って、支持剛性を安定して維持するためには、静圧ポケットへの供給圧力を外乱負荷に応じて制御する必要がある。 At this time, in the hydrostatic fluid support device, when a disturbance force acts on the fluid film due to a disturbance load applied between the guide surfaces, a fluid film having a thickness necessary for maintaining the support rigidity is not formed, and the support rigidity is lowered. Therefore, in order to stably maintain the support rigidity, it is necessary to control the supply pressure to the static pressure pocket according to the disturbance load.
これに対応するため、例えば、特許文献1の静圧流体支持(軸受)装置では、ランドからインナースリーブの側面に貫通する排油孔(排出流路)が形成されている。そして、排出流路に可変絞りが接続され、この可変絞りを外乱負荷に応じて調節することにより、流体膜の厚さを調整し、支持剛性を制御している。
In order to cope with this, for example, in the hydrostatic fluid support (bearing) device of
また、特許文献2の静圧流体支持(軸受)装置では、静圧ポケットは有していないが、対向する案内面(軸受面)の一方に可変絞りを備えた排出流路が設けられている。そして、排出流路から流体(空気)が可変絞りを通って排出される際、可変絞りを外乱負荷に応じて調節することにより、流体膜の厚さが調整され、支持(軸受)剛性が制御される。 Further, the hydrostatic fluid support (bearing) device of Patent Document 2 does not have a hydrostatic pocket, but is provided with a discharge flow path having a variable throttle on one of the opposing guide surfaces (bearing surfaces). . When fluid (air) is discharged from the discharge channel through the variable throttle, the thickness of the fluid film is adjusted and the support (bearing) rigidity is controlled by adjusting the variable throttle according to the disturbance load. Is done.
また、特許文献3の静圧流体支持(軸受)装置は、静圧ポケットに流体を供給する吸入流路と静圧ポケットから流体を排出する排出流路とを備えている。そして、吸入流路には、ダイアフラム式の可変絞り装置を備え、排出流路には、ダイアフラム式、またはアクチュエータの作動により調整される方式の可変絞りを備える。これにより、主に吸入流路に設けたダイアフラム式の可変絞り装置によって、静圧ポケット内の圧力を外乱負荷に応じて調整する。このとき、排出流路に設けた可変絞りは、静圧ポケット内の圧力変動に対し微調整を行なう。これによって、案内面間の流体膜の厚さを調整し、支持(軸受)剛性を制御する。 Further, the static pressure fluid support (bearing) device of Patent Document 3 includes a suction flow path for supplying fluid to the static pressure pocket and a discharge flow path for discharging fluid from the static pressure pocket. The suction flow path is provided with a diaphragm type variable throttle device, and the discharge flow path is provided with a diaphragm type or a variable throttle adjusted by the operation of an actuator. Thus, the pressure in the static pressure pocket is adjusted according to the disturbance load by the diaphragm type variable throttle device provided mainly in the suction flow path. At this time, the variable throttle provided in the discharge channel finely adjusts the pressure fluctuation in the static pressure pocket. Thus, the thickness of the fluid film between the guide surfaces is adjusted, and the support (bearing) rigidity is controlled.
しかしながら、特許文献1,2の静圧流体支持(軸受)装置では、排出流路は対向する案内面の一方を介して設けられる。このため、吸入流路から供給される流体を効率的に排出し、対向する案内面間における流体の圧力、即ち流体膜の厚さを短時間で精度よく調整することは困難である。
However, in the hydrostatic fluid support (bearing) devices of
また、特許文献3の静圧流体支持(軸受)装置においては、吸入流路にダイアフラム式の可変絞り装置を備えている。このため、静圧ポケット内の圧力が外乱負荷によって変動し、且つ隙間が変動した場合、主に吸入流路における可変絞りのダイアフラムが作動し、静圧ポケット内の圧力を調整する。このとき、ダイアフラム式の可変絞りでは、その特性上、作動してから静圧ポケット内の圧力がサチュレートするまでの間に時間差が発生する。従って、排出流路の可変絞りによって圧力の微調整をしたとしても、静圧ポケット内の圧力、即ち、対向する案内面間における流体膜の厚さ(支持剛性)を短時間で精度よく調整することは困難である。 In addition, the hydrostatic fluid support (bearing) device disclosed in Patent Document 3 includes a diaphragm type variable throttle device in the suction passage. For this reason, when the pressure in the static pressure pocket fluctuates due to a disturbance load and the gap fluctuates, the diaphragm of the variable throttle mainly in the suction flow path operates to adjust the pressure in the static pressure pocket. At this time, in the diaphragm type variable aperture, due to its characteristics, a time difference occurs between the time when the diaphragm is operated and the time when the pressure in the static pressure pocket is saturated. Therefore, even if the pressure is finely adjusted by the variable throttle of the discharge channel, the pressure in the static pressure pocket, that is, the thickness of the fluid film (support rigidity) between the opposing guide surfaces is adjusted with high accuracy in a short time. It is difficult.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、静圧流体支持部に外乱負荷が生じた場合に、静圧ポケット内の圧力を外乱負荷の大きさに応じて速やかに変更し、案内面間に形成される流体膜の厚さを短時間で適切な厚さに調整可能な静圧流体支持装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and when a disturbance load is generated in the static pressure fluid support portion, the pressure in the static pressure pocket is quickly changed according to the magnitude of the disturbance load. It is another object of the present invention to provide a hydrostatic fluid support device capable of adjusting the thickness of a fluid film formed between guide surfaces to an appropriate thickness in a short time.
本発明に係る静圧流体支持装置は、移動体又は固定体の案内面に設けられる静圧ポケットと、前記静圧ポケットに加圧された流体を供給する流体供給装置と、前記流体供給装置から前記静圧ポケットに至る流体の通路を形成する流体供給流路と、前記流体供給流路に設けられた供給側の固定絞りと、前記静圧ポケットからドレン部に至る流体の通路を形成する流体排出流路と、アクチュエータ、弁体及び弁座を備える弁部、及び前記アクチュエータの作動を前記弁体に伝達する連結部材を備え、前記弁部が前記流体排出流路に設けられ、前記アクチュエータの前記作動によって前記弁体が前記連結部材を介して変位することにより、前記弁体と前記弁座との間の絞り量が変更され前記弁部から前記ドレン部に排出される前記流体の流量が調整される排出側の能動型可変絞り弁と、前記移動体の前記案内面と前記固定体の前記案内面との間の隙間を検出する隙間検出部と、前記隙間検出部が検出した前記隙間の大きさに応じて前記アクチュエータを制御し前記能動型可変絞り弁の前記弁体の変位量を変更して前記絞り量を調整し、前記弁部から排出される前記流体の前記流量を変更して、前記各案内面間の前記隙間を所定の大きさとする制御装置と、を備える。 A static pressure fluid support device according to the present invention includes a static pressure pocket provided on a guide surface of a moving body or a fixed body, a fluid supply device that supplies fluid pressurized to the static pressure pocket, and the fluid supply device. A fluid supply passage that forms a fluid passage leading to the static pressure pocket, a supply-side fixed throttle provided in the fluid supply passage, and a fluid that forms a fluid passage leading from the static pressure pocket to the drain portion A discharge passage, a valve portion including an actuator, a valve body, and a valve seat; and a connecting member that transmits the operation of the actuator to the valve body. The valve portion is provided in the fluid discharge passage. When the valve body is displaced through the connecting member by the operation, the throttle amount between the valve body and the valve seat is changed, and the flow rate of the fluid discharged from the valve portion to the drain portion is changed. Adjustment Active variable throttle valve on the discharge side, a gap detection unit for detecting a gap between the guide surface of the movable body and the guide surface of the fixed body, and the size of the gap detected by the gap detection unit The actuator is controlled accordingly, the displacement amount of the valve body of the active variable throttle valve is changed to adjust the throttle amount, the flow rate of the fluid discharged from the valve portion is changed, A control device that sets the gap between the guide surfaces to a predetermined size.
このように、静圧流体支持装置は、流体供給流路に固定絞りを備える。このため、静圧ポケット内には、流体が、常にポンプの吐出圧力に応じた一定の圧力(流量)で供給される。また、静圧ポケットに接続される流体排出流路には、能動型(アクティブ型)可変絞り弁が設けられる。能動型可変絞り弁は、隙間検出部で検出された移動体の案内面と固定体の案内面との間の隙間の大きさに応じて作動され、静圧ポケット内の圧力、延いては案内面間の隙間が所定の大きさとなるように制御される。 Thus, the static pressure fluid support device includes a fixed throttle in the fluid supply channel. For this reason, fluid is always supplied into the static pressure pocket at a constant pressure (flow rate) corresponding to the discharge pressure of the pump. In addition, an active (active) variable throttle valve is provided in the fluid discharge channel connected to the static pressure pocket. The active variable throttle valve is operated according to the size of the gap between the guide surface of the moving body and the guide surface of the fixed body detected by the gap detector, and the pressure in the static pressure pocket, and thus the guide. The gap between the surfaces is controlled to be a predetermined size.
このように、上述した構成においては、静圧ポケット内の圧力の調整は、主に、流体排出流路に設けられた能動型可変絞り弁の作動(開閉)によって行われる。つまり、流体供給側の影響を受けにくい状態において、静圧ポケット内の圧力の調整、即ち、移動体の案内面と固定体の案内面との間の隙間の大きさの調整を行なうことができる。 As described above, in the configuration described above, the pressure in the static pressure pocket is mainly adjusted by the operation (opening / closing) of the active variable throttle valve provided in the fluid discharge channel. That is, it is possible to adjust the pressure in the static pressure pocket, that is, to adjust the size of the gap between the guide surface of the moving body and the guide surface of the fixed body, in a state that is hardly affected by the fluid supply side. .
また、このとき、能動型可変絞り弁では、静圧ポケット内の流体を大気側に排出する。従って、能動型可変絞り弁の上流側と下流側との間では、容易に大きな差圧の設定が可能である。このため、能動型可変絞り弁からは大流量の流体を短時間に排出できるので、静圧ポケット内の圧力も短時間で調整できる。これにより、外乱負荷が生じ、静圧ポケット内の圧力の調整が必要となった場合でも、排出側の能動型可変絞り弁の制御によって静圧ポケット内の圧力を外乱負荷の大きさに応じて速やかに変更でき、案内面間に形成される流体膜の厚さを短時間で適切な大きさに調整できる。 At this time, the active variable throttle valve discharges the fluid in the static pressure pocket to the atmosphere side. Therefore, a large differential pressure can be easily set between the upstream side and the downstream side of the active variable throttle valve. For this reason, since a large flow rate fluid can be discharged from the active variable throttle valve in a short time, the pressure in the static pressure pocket can also be adjusted in a short time. As a result, even if a disturbance load occurs and the pressure in the static pressure pocket needs to be adjusted, the pressure in the static pressure pocket is controlled according to the magnitude of the disturbance load by controlling the discharge-side active variable throttle valve. It can be changed quickly, and the thickness of the fluid film formed between the guide surfaces can be adjusted to an appropriate size in a short time.
<1.第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態を図面に従って説明する。図1は、本発明の第一実施形態の静圧流体支持装置1の概略図であり、図2は図1に示された能動型(アクティブ型)可変絞り弁70を構成する弁部78の断面図である。なお、流体の経路における矢印は流体の流れる方向を示している。
<1. First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a hydrostatic
(1−1.静圧流体支持装置の構成)
図1に示すように、本実施形態に係る静圧流体支持装置1は、固定テーブル12(固定体に相当する)に対して、直動テーブル11(移動体に相当する)を、例えば、潤滑油である流体Fを介し、低摩擦で相対移動可能に支持する支持装置である。直動テーブル11及び固定テーブル12は、一例として、研削盤における、トラバースベース(固定テーブルに相当)及び砥石台(直動テーブルに相当)に対応する(実際は、固定テーブル12が下で、直動テーブルが上になるよう配置される)。
(1-1. Configuration of Static Pressure Fluid Support Device)
As shown in FIG. 1, the hydrostatic
静圧流体支持装置1は、上述した直動テーブル11及び固定テーブル12と、静圧ポケット20と、流体供給装置30と、流体供給流路40と、供給側の固定絞り50と、流体排出流路60と、上述した排出側の能動型可変絞り弁70と、変位センサ90(隙間検出部に相当)と、制御装置100と、を備える。
The static pressure
図1に示すように、本実施形態において静圧ポケット20は、直動テーブル11の案内面11aに形成される。静圧ポケット20の底面20cには、流体供給孔20a及び流体排出孔20bが下面に貫通して設けられる。流体供給孔20aには、後に詳述する供給側の固定絞り50が嵌合されている。また、固定テーブル12の案内面12aは、直動テーブル11の案内面11a及び静圧ポケット20と対向するよう配置される。
As shown in FIG. 1, the
流体供給装置30は、油圧ポンプPである。図1に示すように、流体供給装置30は、静圧ポケット20の流体供給孔20aに嵌合された供給側の固定絞り50と流体供給流路40を介して接続される。つまり、流体供給流路40は、流体供給装置30から静圧ポケット20に至る流体の通路を形成する。固定絞り50は、流体供給流路40に設けられ、流体供給流路40の流路径(図略)よりも若干小さな流路径φD1で貫通形成された絞り流路51を備える。
The
これにより、流体供給装置30が作動し、固定絞り50の上流側に供給圧Psの流体が供給されると、流体は固定絞り50において所定圧Prに減圧される。所定圧Prに減圧された流体は、静圧ポケット20内に供給される。このとき、静圧ポケット20に供給される流体の所定圧Prは、大気圧Patmよりも大きい(Pr>Patm)。即ち、静圧ポケット20に供給される流体は、大気圧Patmに対して加圧された流体である。
As a result, when the
そして、静圧ポケット20に供給された流体により、案内面11aと案内面12aの間には、所定の厚さαの流体膜が形成され、案内面12aが支持される。流体膜は、動的に形成された後、流体が直接ドレン部21へ排出される経路L1、及び静圧ポケット20の流体排出孔20bから上述した流体排出流路60を経由してドレン部21へ排出される経路L2をそれぞれ通過してドレン部21に排出されることが連続的に行われることにより維持される。経路L2を形成する流体排出流路60は、一端が静圧ポケット20の流体排出孔20bと接続され、他端がドレン部21(流体貯留部)に接続される。詳細については、後に述べる。
A fluid film having a predetermined thickness α is formed between the
(1−1−1.能動型可変絞り弁)
排出側の能動型可変絞り弁70は、流体排出流路60が備える配管60aの端部に接続されている。詳細には、能動型可変絞り弁70が備える弁部78が流体排出流路60の配管60aの端部に接続されている。また、能動型可変絞り弁70は、直動テーブル11(移動体)及び固定テーブル12(固定体)から、重力方向下方に離間して配置される。
(1-1-1. Active variable throttle valve)
The discharge-side active
なお、このとき、本実施形態では、弁部78からドレン部21までの間には、流体排出流路60は配管を備えておらず、流体を弁部78から重力方向下方に配置したドレン部21に落下させて排出する。この場合、流体の落下軌跡を流体排出流路60の一部とみなす。
At this time, in this embodiment, the
図1に示すように、能動型可変絞り弁70は、アクチュエータ71と、弁部78と、連結部材79とを備える。弁部78とアクチュエータ71とは別体で形成される。また、弁部78は、アクチュエータ71と水平方向で隣接して配置される。
As shown in FIG. 1, the active
(1−1−2.アクチュエータ71)
アクチュエータ71は、筒状のハウジング72を備える。そして、アクチュエータ71は、筒状のハウジング72内にボイスコイルモータ73(以降、VCM73とのみ記載する)を備える。VCM73は、ハウジング72の内周面72aに固定される固定子74と、固定子74に対し図2の上下方向に移動可能な可動子75と、を備える。その他、VCM73は、固定子74の内周側に固定された環状の永久磁石(図略)、及び可動子75が備えるコイルボビン(図略)と、コイルボビンに巻回されるボイスコイル(図略)等を備える。
(1-1-2. Actuator 71)
The
ボイスコイル(図略)に電流を流すと、ボイスコイルには、図1の上下方向のいずれか一方の方向に推力が生じる。また、上記と逆向きの電流を流すことにより、図1の上下方向のいずれか他方の方向に推力が生じる。なお、VCM73は公知の電磁式リニアモータであるので、これ以上の詳細な説明については省略する。そして、アクチュエータ71は、制御装置100と接続される。制御装置100の制御により、VCM73が作動し、可動子75が上下方向に駆動される。
When a current is passed through the voice coil (not shown), a thrust is generated in the voice coil in one of the vertical directions in FIG. Further, by passing a current in the opposite direction to the above, a thrust is generated in either one of the vertical directions in FIG. Since the
(1−1−3.弁部)
図1,図2に示すように、弁部78は、ハウジング81を備える。そして、図2に示すように、弁部78は、ハウジング81内に、流入孔82、流出孔85、ダイアフラム86(弁体)、流体貯留室87、流体排出室88、弁座89、及び流体貯留室87と流体排出室88との間を連通させる第一連通通路83及び第二連通通路84を備える。
(1-1-3. Valve part)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ハウジング81は、ダイアフラム86を境にして、上方に第一ハウジング81a、下方に第二ハウジング81bを備える。第一ハウジング81a及び第二ハウジング81bは、ダイアフラム86を挟んで流体貯留室87及び流体排出室88が対向するよう組み付けられる。このとき、第一ハウジング81aの外周部81a1と第二ハウジング81bの外周部81b1との間にダイアフラム86の外周部が挟み込まれることにより、ダイアフラム86がハウジング81に固定されて弁部78が形成される。
The
このように、ダイアフラム86は、外周部が流体貯留室87と流体排出室88との間に把持されて、流体貯留室87と流体排出室88とを区画するとともに、図2において下側の面が弁座89と所定の隙間Dを隔てて対向し配置される。ダイアフラム86は、鋼材等からなる弾性部材であり、ダイアフラム86と弁座89で形成された隙間Dが、絞りの開度D(絞り量に相当する)となっている。なお、ダイアフラム86は、絞りの最小開度DLから最大開度DHまで変形可能であり、最小開度DLから最大開度DHの中間位置を、無負荷状態での初期位置としている。
In this way, the
流入孔82は、図2において、第一ハウジング81aの上方に設けられる。流入孔82は、外方から流体貯留室87内に貫通するとともに、流体排出流路60の配管60aを介して静圧ポケット20の流体排出孔20bと接続される。弁座89は、第二ハウジング81bの下部中央に形成される。流体排出室88は、弁座89の周囲に、円環状に凹設されて形成される。
The
弁座89の中央には、貫通孔として流出孔85が形成される。流出孔85は、出口側の開口85aが大気圧空間に開口している。そして、上述した様に、流体の落下軌跡によって形成される流体排出流路60の一部によって、開口85aとドレン部21とが接続される。このように、本実施形態では、弁部78からドレン部21までの間には、流体排出流路60は配管を備えず、流体は、弁部78から重力方向下方に配置したドレン部21に落下して排出される。
At the center of the
第一連通通路83及び第二連通通路84は、それぞれ流体貯留室87及び流体排出室88の側壁に設けられるとともに、図2に示すように、外方の端部同士が接続されて、流体貯留室87と流体排出室88との間を連通させる。これにより、流入孔82を通過して静圧ポケット20から流体貯留室87に流入した流体は、第一連通通路83及び第二連通通路84を通過し流体排出室88にも供給される。
The
そして、流体貯留室87及び流体排出室88内の弁座89以外の圧力P1(第一圧力)は、静圧ポケット20の圧力に近い圧力である。流体排出室88内に供給された流体は、圧力P1と、流体排出室88内の弁座89近傍の圧力P2(第二圧力)である大気圧との差圧、及び絞り(隙間)の開度Dに応じた流量だけ絞り(隙間)から流出孔85及び配管を有さない流体排出流路60を介してドレン部21へ流出(排出)される。
The pressure P 1 (first pressure) other than the
連結部材79は、アクチュエータ71の作動(移動)を直接ダイアフラム86に伝達する部材である。従って、連結部材79は、剛性が高い、例えば鉄系の金属材料等により形成される。連結部材79は、図1において、コの字を横向きにした形状で形成され、一端がVCM73の可動子75の下面に固定され、他端が弁部78の流出孔85に挿通されたのちダイアフラム86の下面の略中央部に固定される。
The connecting
なお、このとき、連結部材79の他端を流出孔85に挿通しても、流出孔85からは、十分な量の流体がドレン部21へ向けて流出(排出)可能なよう連結部材79及び流出孔85の各軸直交断面の面積が設定されている。上記から明らかなように、能動型可変絞り弁70のアクチュエータ71は、大気中の所定の位置に配置され、弁部78から排出される流体とは直接接触しない。これにより、油等の流体中においても作動可能なVCM73ではあるが、その耐久性はより向上する。
At this time, even if the other end of the
変位センサ90(隙間検出部に相当)は、直動テーブル11の案内面11aに埋め込まれる。変位センサ90は、案内面11aと案内面12aとの間の変位、即ち案内面11aと案内面12aとの間の隙間αを検出する。
The displacement sensor 90 (corresponding to the gap detection unit) is embedded in the
制御装置100は、変位センサ90(隙間検出部)が検出した隙間αの大きさに応じてアクチュエータ71を制御し、弁部78のダイアフラム86(弁体)と弁座89との隙間Dを例えば所望の隙間D1(図略)に変更して絞り量を調整する。これにより、弁部78の隙間Dから排出される流体の流量を変更(調整)して、静圧ポケット20内の圧力を変更し、延いては各案内面11a,12a間の隙間αを所定の大きさとする。
The
なお、制御装置100は、図1に示すように、センサアンプ101と、コントローラ102と、アクチュエータ駆動部103とを備える。センサアンプ101は、変位センサ90が検出する隙間αの検出値k1を取得し増幅する。コントローラ102は、センサアンプ101が増幅した検出値k1を取得する。
As shown in FIG. 1, the
そして、コントローラ102は、目標とすべき案内面11a,12a間の目標隙間α0に対応する値k0と検出値k1との差k2(=k0−k1)を演算し、アクチュエータ駆動部103に送信する。なお、目標とすべき目標隙間α0は、コントローラ102に予め記憶されている。
Then, the
アクチュエータ駆動部103は、コントローラ102により演算された差k2に基づき、VCM73の駆動信号S1を生成し、アクチュエータ71のボイスコイルに出力し、VCM73の可動子75が所望の状態に変位するよう制御する。なお、このとき、可動子75の所望の状態とは、案内面11aと案内面12aとの間の隙間αを目標隙間α0とすることを可能とする変位である。
The
(1−2.作動)
(1−2−1.通常作動時)
次に、通常作動時における作動について、図3のフローチャートに基づき説明する。まず、作動の前提について説明する。第一実施形態においては、図1に示すように、静圧流体支持装置1では、例えば、一定回転数で作動するポンプPにより供給圧Psに加圧された流体を、固定絞り50により所定圧Prに減圧する。そして、所定圧Prに減圧した流体を、静圧ポケット20に供給する。
(1-2. Operation)
(1-2-1. Normal operation)
Next, the operation during normal operation will be described based on the flowchart of FIG. First, the premise of operation will be described. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, in the hydrostatic
上述したように、静圧ポケット20に供給された流体により、案内面11aと案内面12aの間には流体が流れ、所定の厚さα0(=目標隙間)の流体膜が形成され、案内面12aが支持されているものとする。この状態を初期状態とする。このような状態において、静圧流体支持される案内面11aと案内面12aの間に例えば、正の外乱負荷が加わるものとする。正の外乱負荷により流体膜に正の外乱力が作用すると、例えば、流体膜の厚さαは、初期状態における流体膜の所定の厚さα0よりも小さくなる。なお、上記において、正の外乱負荷とは、流体膜の厚さが小さくなる方向の負荷をいうものとする。また、説明の都合上、上述したように、初期状態における流体膜の厚さαは、目標とする所定の隙間α0として説明する。
As described above, the fluid supplied to the
第一工程S10では、上記の状態において変位センサ90(隙間検出部)が、流体膜の形成された案内面11a,12a間の隙間αに対応する検出値k1を検出する。そして、第二工程S20では、センサアンプ101が、変位センサ90から取得した検出値k1を増幅してコントローラ102に送信する。なお、このとき、変位センサ90(隙間検出部)が検出した隙間α(検出値k1)の大きさは、所定の隙間α0(=目標隙間)よりも小さい(α<α0)。
In the first step S10, in the above state, the displacement sensor 90 (gap detection unit) detects the detection value k1 corresponding to the gap α between the guide surfaces 11a and 12a on which the fluid film is formed. In the second step S <b> 20, the
つまり、静圧流体支持部に外乱力が加わったことにより、静圧ポケット20内の圧力が、所定の隙間α0を維持するには不足した状態となり、隙間αが所定の隙間α0より小さくなっている。このため、制御装置100は、静圧ポケット20内の圧力に対し不足分の圧力を増加させ、隙間αを所定の隙間α0に復帰させるよう制御する必要がある。
That is, by applying a disturbance force to the static pressure fluid support portion, the pressure in the
第三工程S30では、コントローラ102が、検出値k1と、目標とすべき案内面11a,12a間の所定の隙間α0に対応する値k0との差k2(=k0−k1)を演算し、アクチュエータ駆動部103に送信する。なお、このとき、目標とすべき所定の隙間α0は、コントローラ102に予め記憶されている。
In the third step S30, the
第四工程S40では、アクチュエータ駆動部103が、コントローラ102により演算された差k2に基づき、VCM73の駆動信号S1を生成する。そして、アクチュエータ駆動部103は、生成した駆動信号SをVCM73のボイスコイルに出力し、VCM73の可動子75を、例えば、図1において下方に所定の変位量s(図略)だけ変位させる。
In the fourth step S40, the
これに伴い、可動子75に連結された連結部材79が、下方に変位量s(図略)だけ変位するとともに、可動子75側と反対側で連結部材79の端部に連結された弁部78のダイアフラム86(弁体)の中央部が連結部材79の下方への移動に追従して変位量s(図略)だけ下方に変位する。
Accordingly, the connecting
これにより、弁部78の絞り(隙間)の開度Dは、縮小側(閉じ側)に変更される。このため、開度Dの変更後においては、弁部78からドレン21に排出される流体の流量が、初期状態において弁部78からドレン部21に排出された流量よりも減少されて、流出(排出)される。
As a result, the opening D of the throttle (gap) of the
従って、ポンプPから固定絞り50を介して静圧ポケット20内に供給される流体の圧力は、弁部78からドレン部21へ排出される流体の流量の減少に応じ上昇する。そして、案内面11a,12a間の隙間αの大きさは、目標とする所定の隙間α0となる。
Therefore, the pressure of the fluid supplied from the pump P to the
詳細に説明すると、ダイアフラム86(弁体)は、アクチュエータ71が備えるVCM73の作動と、弁部78においてダイアフラム86の図2における上側である第一面86a側に形成され、静圧ポケット20と流体排出流路60を介して連通される流体貯留室87内の第一圧力P1(=Pr)と、弁部78においてダイアフラム86の第二面86b側に形成され、ドレン部21と連通される弁部78の流体排出室88内の弁座89辺りの第二圧力P2との圧力差と、により付勢力を付与されて変位する。
More specifically, the diaphragm 86 (valve element) is formed on the
そして、ダイアフラム86の変位後における流体排出室88内の弁座89辺り以外の第一圧力P1と、ドレン部21の圧力である大気圧との圧力差に応じた流量の流体が弁部78からドレン部21に排出される。なお、このとき、弁座89辺り以外の第一圧力P1は、流体貯留室87内の第一圧力P1と等しい。このように、能動型可変絞り弁70では、静圧ポケット20内の流体を大気側に排出する。
A fluid having a flow rate corresponding to the pressure difference between the first pressure P1 other than the vicinity of the
そして、隙間αが目標隙間α0となっていない場合、隙間αが目標隙間α0となったことが確認されるまで、第一工程S10〜第四工程S40までの処理を繰り返し行なえばよい。 When the gap α is not the target gap α0, the processes from the first step S10 to the fourth step S40 may be repeated until it is confirmed that the gap α has become the target gap α0.
(1−2−2.通電遮断時における作動について)
次に、静圧流体支持装置1のアクチュエータ71への通電が遮断された場合の作動について説明する。第一実施形態に係る弁部78のダイアフラム86(弁体)は、アクチュエータ71の通電が遮断され、アクチュエータ71の可動子75の変位によって生じる作動力がキャンセルされて作動力がダイアフラム86(弁体)の中央部に作用しない場合においても、流体貯留室87内の第一圧力P1と流体排出室88内の弁座89辺りの第二圧力P2との圧力差のみによって上下方向の付勢力を付与されて変位可能である。
(1-2-2. Operation when power is cut off)
Next, the operation when the energization to the
このため、供給側の固定絞り50の流路径を変更しなくても、上下の圧力差によるダイアフラム86(弁体)の作動のみによって、弁部78からドレン部21への流体の排出量の調整が相応にできる。従って、上記で説明したアクチュエータ71への通電が遮断されない場合に適用される固定絞り50がそのまま適用できるため、簡易に対応でき低コスト化に寄与する。
For this reason, even if it does not change the flow path diameter of the fixed
なお、上記第一実施形態では、作動の説明において、静圧流体支持される案内面11aと案内面12aとの間に正の外乱負荷が加わり、流体膜の厚さαは、初期状態における流体膜の所定の厚さα0よりも小さくなるものとして説明した。しかし、静圧流体支持される案内面11aと案内面12aの間に負の外乱負荷が加わった場合には、流体膜の厚さαは、初期状態における流体膜の所定の厚さα0よりも大きくなる。
In the first embodiment, in the description of the operation, a positive disturbance load is applied between the
この場合には、可動子75、可動子75に連結された連結部材79及びダイアフラム86(弁体)の中央部が変位する方向が上方となる点が上記と異なるが、上記第一工程S10〜第四工程S40と同様の処理を行なえばよい。
In this case, the first step S10 is different from the first step S10 except that the
これにより、弁部78の絞り(隙間)の開度Dは、所望の開度(絞り量)である拡大側(開き側)の開度に変更される。このため、開度Dの変更後において弁部78からドレン部21に排出される流体の流量は、初期状態において弁部78からドレン部21に排出される流量よりも増加された状態で、絞り(隙間)から流出孔85及び流体排出流路60を介してドレン部21へ流出(排出)される。
Thereby, the opening degree D of the throttle (gap) of the
従って、ポンプPから固定絞り50を介して静圧ポケット20内に供給される流体の圧力は、弁部78からドレン部21へ排出される流体の流量の増加に応じて低下する。これにより、案内面11a,12a間の隙間の大きさは、目標とする所定の隙間α0とされる。
Accordingly, the pressure of the fluid supplied from the pump P to the
なお、このとき、上述したように、能動型可変絞り弁70では、静圧ポケット20内の流体を大気側に排出する。このため、能動型可変絞り弁70における弁部78の上流側と下流側との間では、大気圧との間で容易に大きな差圧の設定が可能である。従って、静圧ポケット20内の圧力を速やかに低下させたい場合には、弁部78から大流量の流体をドレン部21に向って短時間で大量に排出できるため、静圧ポケット20内の圧力も短時間で調整でき、案内面11a,12a間に形成される流体膜の厚さを短時間で適切な大きさに調整できる。
At this time, as described above, the active
(1−3.第一実施形態による効果)
上記第一実施形態によれば、静圧流体支持装置1は、流体供給流路40の途中に固定絞り50を備える。このため、静圧ポケット20内には、常に流体が流体供給装置30(ポンプP)の供給圧Psに応じた一定の圧力Pr(流量)で供給される。また、静圧ポケット20に接続される流体排出流路60には、能動型可変絞り弁70が設けられる。能動型可変絞り弁70は、変位センサ90(隙間検出部)で検出された固定テーブル12(固定体)の案内面12aと直動テーブル11(移動体)の案内面11aとの間の隙間αの大きさに応じて作動され、静圧ポケット20内の圧力、延いては案内面11a,12a間の隙間αが所定の隙間α0となるように制御される。
(1-3. Effects of First Embodiment)
According to the first embodiment, the static pressure
このように、静圧流体支持装置1では、静圧ポケット20内の圧力の調整は、主に、流体排出流路60に設けられた能動型可変絞り弁70の作動(開閉)によって行われる。つまり、流体供給側の圧力の影響を受けにくい状態において、静圧ポケット20内の圧力の調整、即ち、固定テーブル12の案内面12aと直動テーブル11の案内面11aとの間の隙間αの大きさの調整を行なうことができる。
As described above, in the static pressure
また、能動型可変絞り弁70では、静圧ポケット20内の流体を大気側に排出する。従って、能動型可変絞り弁70の上流側と下流側との間では、大気圧との間で容易に大きな差圧の設定が可能である。このため、能動型可変絞り弁70からは大流量の流体を短時間に排出できるので、静圧ポケット20内の圧力を短時間で調整できる。これにより、例えば、負の外乱負荷が生じ、静圧ポケット20内の圧力の調整が必要となった場合には、能動型可変絞り弁70の制御によって静圧ポケット20内の圧力を負の外乱負荷の大きさに応じて速やかに変更でき、案内面11a,12a間に形成される流体膜の厚さを短時間で適切な大きさに調整できる。
In the active
また、上記第一実施形態によれば、隙間検出部は変位センサ90であり、変位センサ90によって流体膜により形成された案内面11a,12a間の隙間αを検出する。このように、変位センサ90によってダイレクトに隙間αを検出するので、外乱負荷の変動にもかかわらず、案内面11a,12a間の隙間αが、所定の隙間α0となるように制御される。
Further, according to the first embodiment, the gap detection unit is the
また、上記第一実施形態によれば、能動型可変絞り弁70は、固定テーブル12及び直動テーブル11から離間して配置される。これにより、能動型可変絞り弁70は、固定テーブル12及び直動テーブル11とは別で組み付けできるので、固定テーブル12及び直動テーブル11は、どのようなタイプのものでも適用でき汎用性が高い。
Further, according to the first embodiment, the active
また、上記第一実施形態によれば、能動型可変絞り弁70が備える弁部78の弁体はダイアフラム86である。これにより、アクチュエータ71によって発生させる力は、流体貯留室87内の第一圧力P1と、流体排出室88内の弁座89辺りの第二圧力P2との差圧によりダイアフラム86を作動させる力を除いた力でよい。この分、アクチュエータ71は小型化を図ることができ、低コスト化に寄与する。
Further, according to the first embodiment, the valve body of the
(1−4.第一実施形態の変形例)
(1−4−1.変形例1)
なお、上記第一実施形態では、案内面11a,12a間の隙間αを、変位センサ90(隙間検出部)によって直接検出したが、この態様には限らない。変形例1(図略)として、隙間αは、静圧ポケット20内の圧力Pr(=P1)を圧力センサによって直接検出し、予め分かっている外乱負荷の大きさ、及び検出した圧力Prに基づき演算し導出してもよい。なお、圧力Prから、隙間αを導出する演算方法は公知であるため、詳細な説明については省略する。
(1-4. Modification of First Embodiment)
(1-4-1. Modification 1)
In the first embodiment, the gap α between the guide surfaces 11a and 12a is directly detected by the displacement sensor 90 (gap detection unit). However, the present invention is not limited to this mode. As a first modification (not shown), the gap α is detected based on the magnitude of the disturbance load that is detected in advance and the detected pressure Pr by directly detecting the pressure Pr (= P1) in the
(1−4−2.変形例2)
また、上記第一実施形態では、能動型可変絞り弁70を固定テーブル12及び直動テーブル11から離間して配置した。しかしながら、この態様には限らない。第一実施形態の変形例2として、図4に示すように能動型可変絞り弁70の弁部78が、直動テーブル11に一体的に固定された弁部178(能動型可変絞り弁170)であってもよい。上記以外は、上記第一実施形態と同様である。
(1-4-2. Modification 2)
In the first embodiment, the active
この場合、弁部178が備えるハウジング181の上方が開口部を備える。そして、ハウジング181の開口部が静圧ポケット20と連通するようにハウジング181が、直動テーブル11(移動体)に固定される。このような構成によって、流体排出流路60等が不要となり部品点数の低減を図ることができる。
In this case, the upper portion of the
<2.第二実施形態>
次に第二実施形態について主に図5に基づき説明する。第二実施形態に係る静圧流体支持装置201は、第一実施形態に係る静圧流体支持装置1に対し、能動型可変絞り弁70及び固定絞り50のみが異なり、その他の構成及び作用については同様である。よって、主に第一実施形態の静圧流体支持装置1と異なる部分について詳細に説明し、同様部分の多くの部分についての説明は省略する。また、同様の構成については同じ符号を付して説明する場合がある。
<2. Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described mainly based on FIG. The hydrostatic
図5に示すように、静圧流体支持装置201が備える能動型可変絞り弁270は、静圧ポケット20に接続される流体排出流路260の一部である配管260aの端部に接続されている。詳細には、能動型可変絞り弁270が備える弁部278が配管260aの端部に接続されている。また、能動型可変絞り弁270は、直動テーブル11(移動体)及び固定テーブル12(固定体)から、重力方向下方へ離間して配置される。
As shown in FIG. 5, the active
図5に示すように、能動型可変絞り弁270は、アクチュエータ271と、弁部278と、連結部材279とを備える。弁部278とアクチュエータ271とは別体で形成される。また、弁部278は、アクチュエータ271と垂直方向で隣接して配置される。
As shown in FIG. 5, the active
(2−1.アクチュエータ)
アクチュエータ271は、公知のピエゾ素子271aが複数積層されて形成されたピエゾ式のアクチュエータである。ピエゾ式のアクチュエータ271は、ピエゾ素子271aに印加する電圧を上昇させることにより積層方向における全長が伸長する。
(2-1. Actuator)
The
(2−2.弁部)
弁部278は、ハウジング281を備える。弁部278は、ハウジング281内に、流入孔282、流出孔285、ポペット弁286(弁体)、流体貯留室287及び弁座289を備える。弁座289の中央には、貫通孔として上述した流出孔285が形成される。流出孔285は、出口側の開口285aが、流体排出流路260の他部である配管260bの一端と接続される。
(2-2. Valve part)
The
配管260bの他端はドレン部21に接続される。第二実施形態においては、弁部278から排出される流体は、流体排出流路260(配管260b)によって、ドレン部21まで誘導される。ただしこの態様には限らず、弁部278の重力方向下方に配置されるアクチュエータ271に、弁部278から排出された流体が接触しなければ、ドレン部21直近まで流体を誘導する必要はない。
The other end of the
ポペット弁286(弁体)は公知のポペット弁であり、流体貯留室287内において上下方向に移動可能に設けられる。そして、ポペット弁286は、アクチュエータ271の作動によって連結部材279を介して下方に移動することによりテーパ状のシール部が弁座289のシール部と接触し、弁部278からの流体の排出を遮断する。また、アクチュエータ271の作動によって連結部材279を介してポペット弁286が上方に移動すると、ポペット弁286(弁体)と弁座289との間の隙間によって形成される絞りの開口が大きくなる。これにより、流体貯留室287に供給される流体は、流体貯留室287内の圧力P3(第三圧力に相当)と大気圧との圧力差、及び絞り(隙間)の開口の大きさに応じた流量だけ絞り(隙間)から流出孔285及び流体排出流路260(配管260b)を介してドレン部21へ流出(排出)される。
The poppet valve 286 (valve element) is a known poppet valve, and is provided in the
連結部材279は、直線状に形成され、ハウジング281の流出孔285に挿通されるとともに、一端がアクチュエータ271の上方側端面に接続され、他端がポペット弁286(弁体)の下端に接続される。そして、アクチュエータ271のピエゾ素子271aに電圧が印加されるとアクチュエータ271は積層方向へ伸長する。これにより、連結部材279を介してポペット弁286(弁体)が上方に移動し、絞りの開口が大きくなる方向に変更される。
The connecting
また、アクチュエータ271への印加電圧を下げると、アクチュエータ271は積層方向に収縮し初期状態に戻る。これにより、ポペット弁286は、下方に移動し、シール部が弁座289のシール部と接触し、弁部278からの流体の排出を遮断する。なお、このシール状態においては、流体貯留室287内における流体の圧力もポペット弁286を下方に付勢してシール力を増加させ、弁部278からの流体の排出遮断に寄与する。
Further, when the voltage applied to the
なお、このとき、連結部材279は、流出孔285に接続された配管260b内に、配管260bの途中から差し込まれ管内を挿通された上で、ポペット弁286の下端と接続されることが好ましい。つまり、連結部材279は、図5に示すように、L字に屈曲される配管260aの屈曲部下方から差し込まれ、上下方向に延びる配管260bの一辺の内部に挿通されたのち流出孔285を通過してポペット弁286の下端に接続されることが好ましい。
At this time, the connecting
また、このとき、連結部材279が差し込まれた配管260aのL字の屈曲部分では、連結部材279が配管260aに対して上下方向に相対移動可能であり、且つ配管260b内を移動する流体が連結部材279の差し込み位置から配管260b外に流出しないよう、所定のシール手段が設けられている。このとき、シール手段はどのようなものでもよい。これにより、耐久性の観点から油等の流体中での使用が懸念されるピエゾ式のアクチュエータ271には、流体が接触しないので、耐久性を心配することなく使用できる。
At this time, at the L-shaped bent portion of the
(2−3.固定絞り)
次に固定絞り250について説明する。固定絞り250は、二種類の固定絞りである大径固定絞り251、小径固定絞り252、及び切替弁253を備える。切替弁253は制御装置100によって作動が制御される。固定絞り250は、図5に示すように配置される。なお、固定絞り250について説明する前に、能動型可変絞り弁270について、上記で説明しなかった部分について少しだけ説明しておく。
(2-3. Fixed aperture)
Next, the fixed
図示しないが、第二実施形態における能動型可変絞り弁270は、アクチュエータ271への通電が遮断された場合に、弁部278のポペット弁286(弁体)が、図略のスプリングによって閉弁方向に付勢され、弁座289と当接し閉弁するよう構成されるノーマルクローズタイプの可変絞り弁である。
Although not shown, in the active
よって、アクチュエータ271に通電すると、ポペット弁286(弁体)が直線状の連結部材279を介してアクチュエータ271に押動され、図略のスプリングを圧縮して弁座289から離間し開弁する通常運転時には、流体貯留室287内の流体を弁部278の絞りからドレン部21に排出可能である。このため、固定絞りを介して静圧ポケット20及び流体貯留室287に供給される流体の圧力が比較的高くても、流体はアクチュエータ271によるポペット弁286の作動によって良好にドレン部21に排出できるので、静圧ポケット20内の流体の圧力は良好に調節可能である。
Therefore, when the
これにより、静圧ポケット20内の圧力、延いては各案内面11a,12a間の隙間αを所定の大きさに良好に調整できる。つまり、通常運転時には、第一実施形態で適用された固定絞り50と同様の流路径φD1で形成された大径固定絞り251が適用される。
As a result, the pressure in the
しかしながら、意図せずアクチュエータ271への通電が遮断される状況(以後、通電遮断時と称す)が生じると、ポペット弁286(弁体)は閉弁状態が維持されて移動できず、流体貯留室287内の流体はドレン部21に排出できなくなる。このため、固定絞りを介して静圧ポケット20に供給される流体の圧力が比較的高いと、静圧ポケット20内、及び流体貯留室287内では流体の圧力が高い状態で維持されてしまう。
However, if a situation occurs where the energization to the
これにより、各案内面11a,12a間の隙間αが、所定の大きさを超える過大な大きさに維持されてしまう虞がある。このため、通電遮断時においては、第一実施形態で適用された固定絞り50の流路径φD1より小径である流路径φD2(φD1>φD2)で形成された小径固定絞り252を適用するものとする。このため、切替弁253を用い、状況に応じて大径固定絞り251と小径固定絞り252との切替を行なう。
Thereby, there exists a possibility that the clearance gap (alpha) between each
切替弁253は,図5に示すように、公知の4ポート2位置弁である。よって、詳細な説明については省略する。入力側の2ポートには、流体供給装置30に接続される流体供給流路40が分岐して接続される。また、出力側の2ポートには、大径固定絞り251及び小径固定絞り252がそれぞれ接続される。なお、図5では、電源がONされている通常運転時における切替弁253の状態を示している。また、図6は、電源遮断時における切替弁253の状態を示している。
The switching
上記の構成により、通常運転時において、切替弁253及びアクチュエータ271に通電がされると、切替弁253では、大径固定絞り251が流体供給流路40の固定絞りとして適用される。そして、外乱負荷が静圧流体支持部に生じた場合には、制御装置100により、第一実施形態と同様の制御が実行され、各案内面11a,12a間の隙間αが、所定の大きさとなるようアクチュエータ271が作動する。
With the above configuration, when the switching
しかし、切替弁253及びアクチュエータ271の電源が遮断される電源遮断時においては、切替弁253が、スプリング253aの付勢によって図6に示す状態となる。これにより、小径固定絞り252が流体供給流路40の固定絞りとして適用される。このとき、アクチュエータ271への電源も遮断される。このため、ポペット弁286(弁体)は、上述したように図略のスプリングによって閉弁方向に付勢され弁座289と当接し閉弁状態となる。従って、流体貯留室287内の流体はドレン部21には排出されない。
However, when the power supply to the switching
しかし、上述したように、流体供給流路40では、切替弁253が作動し、小径固定絞り252が流体供給流路40の固定絞りとして配置されている。このため、静圧ポケット20に過大な圧力の流体が供給されることはない。従って、各案内面11a,12a間の隙間αも過大となることはなく、信頼性が確保される。
However, as described above, in the
なお、第二実施形態において、通常運転時における外乱負荷が静圧流体支持部に生じた場合の作動については、第一実施形態における第一工程S10から第四工程S40のフローチャートと同様の処理を行なえばよい。ただし、第二実施形態においては、第一実施形態とは異なり、静圧流体支持される案内面11aと案内面12aの間に例えば、負の外乱負荷が加わる場合を想定し説明する。
In addition, in 2nd embodiment, about the operation | movement when the disturbance load at the time of normal operation arises in a static pressure fluid support part, the process similar to the flowchart of 1st process S10 to 4th process S40 in 1st embodiment is carried out. Just do it. However, unlike the first embodiment, the second embodiment will be described assuming that a negative disturbance load is applied between the
負の外乱負荷により流体膜に負の外乱力が作用すると、例えば、流体膜の厚さαは、初期状態における流体膜の所定の厚さα0よりも大きくなる。なお、上記において、負の外乱負荷とは、流体膜の厚さが大きくなる方向の負荷をいうものとする。また、説明の都合上、第一実施形態における説明と同様、初期状態における流体膜の厚さαは、目標とする所定の隙間α0として説明する。 When a negative disturbance force acts on the fluid film due to the negative disturbance load, for example, the thickness α of the fluid film becomes larger than the predetermined thickness α0 of the fluid film in the initial state. In the above, the negative disturbance load refers to a load in the direction in which the thickness of the fluid film increases. For convenience of explanation, the fluid film thickness α in the initial state will be described as a target predetermined gap α0 as in the first embodiment.
第一工程S10では、上記の状態において変位センサ90(隙間検出部)が、流体膜の形成された案内面11a,12a間の隙間αに対応する検出値k1を検出する。そして、第二工程S20では、センサアンプ101が、変位センサ90から取得した検出値k1を増幅してコントローラ102に送信する。なお、このとき、変位センサ90(隙間検出部)が検出した隙間αの大きさは、所定の隙間α0(=目標隙間)よりも大きい(α>α0)。
In the first step S10, in the above state, the displacement sensor 90 (gap detection unit) detects the detection value k1 corresponding to the gap α between the guide surfaces 11a and 12a on which the fluid film is formed. In the second step S <b> 20, the
つまり、静圧流体支持部に負の外乱力が加わったことにより、静圧ポケット20内の圧力が、所定の隙間α0を維持するためには過剰な状態となり、隙間αが所定の隙間α0より大きくなっている。このため、制御装置100は、過剰分の静圧ポケット20内の圧力を減少させ、隙間αを所定の隙間α0に復帰させるよう制御する必要がある。
In other words, since a negative disturbance force is applied to the static pressure fluid support portion, the pressure in the
第三工程S30では、コントローラ102が、検出値k1と、目標とすべき案内面11a,12a間の所定の隙間α0に対応する値k0との差k2(=k0−k1)を演算し、アクチュエータ駆動部103に送信する。なお、このとき、目標とすべき所定の隙間α0は、コントローラ102に予め記憶されている。
In the third step S30, the
第四工程S40では、アクチュエータ駆動部103が、コントローラ102により演算された差k2に基づき、アクチュエータ271の駆動信号S1を生成する。そして、アクチュエータ駆動部103は、生成した駆動信号S1をアクチュエータ271のピエゾ素子271aに出力し、ピエゾ素子271aを、例えば、図1において上方に変位量s(図略)だけ変位させる。
In the fourth step S40, the
これに伴い、ピエゾ素子271aに連結された連結部材279が、上方に変位量s(図略)だけ変位するとともに、ピエゾ素子271a側と反対側で連結部材279の端部に連結された弁部278のポペット弁286(弁体)が連結部材279の上方への移動に追従して変位量s(図略)だけ上方に変位する。
Accordingly, the connecting
これにより、弁部278の絞り(隙間)は、所望の絞り量である拡大側(開き側)の絞り量に変更される。このため、絞り量の変更後における弁部278からドレン部21に排出される流体の流量は、初期状態において弁部278からドレン部21に排出される流量よりも増加して流出(排出)される。
As a result, the restriction (gap) of the
従って、ポンプPから大径固定絞り251を介して静圧ポケット20内に供給される流体の圧力Prは、弁部278からドレン部21へ排出される流体の流量の増加に応じ減少する。そして、案内面11a,12a間の隙間の大きさは、目標とする所定の隙間α0とされる。
Therefore, the pressure Pr of the fluid supplied from the pump P to the
これにより、負の外乱負荷が生じ、静圧ポケット20内の圧力の調整が必要となった場合でも、能動型可変絞り弁270の制御によって静圧ポケット20内の圧力を外乱負荷の大きさに応じて速やかに変更でき、案内面11a,12a間に形成される流体膜の厚さを短時間で適切な大きさに調整できる。
As a result, even when a negative disturbance load is generated and the pressure in the
(2−4.第二実施形態による効果)
上記第二実施形態によれば、能動型可変絞り弁270が備える弁部278の弁体はポペット弁286であり、ポペット弁286は、アクチュエータ271の作動によって変位し、静圧ポケット20と流体排出流路260を介して連通される弁部278の流体貯留室287内の第三圧力P3と、ドレン部21の圧力である大気圧との圧力差に応じた流量の流体が弁部278からドレン部21に排出される。これにより、第一実施形態の能動型可変絞り弁70と同様の効果が期待できる。
(2-4. Effects of Second Embodiment)
According to the second embodiment, the valve body of the
また、上記第二実施形態によれば、能動型可変絞り弁270は、アクチュエータ271への通電が遮断された場合に、弁部278のポペット弁286(弁体)が弁座289と当接して閉弁するよう構成されるノーマルクローズタイプの可変絞り弁である。そして、供給側の固定絞り250は、大径固定絞り251と小径固定絞り252の二種類備えられる。そして、能動型可変絞り弁70のポペット弁286(弁体)が弁座289から離間し開弁する通常運転時には大径固定絞り251が適用され、アクチュエータ271への通電が遮断され、弁部278のポペット弁286(弁体)が弁座289と当接して閉弁する非通常運転時には、小径固定絞り252に切り替える。これにより、非通常運転時において、静圧ポケット20に過大な圧力の流体が供給されることはなく、各案内面11a,12a間の隙間αも過大となることはないため信頼性が確保される。
Further, according to the second embodiment, the active
また、上記第二実施形態によれば、能動型可変絞り弁270のアクチュエータ271は、ピエゾ素子271aにより形成される。ピエゾ素子271aの伸長側の作動においては高速で、且つ高い分解能を有するため、各案内面11a,12a間の隙間αの変更を迅速且つ精度よく行なうことができる。
Further, according to the second embodiment, the
(2−5.第二実施形態の変形例1)
また、上記第二実施形態の静圧流体支持装置201では、能動型可変絞り弁270を固定テーブル12(固定体)及び直動テーブル11(移動体)から離間して配置した。しかしながら、この態様には限らない。第二施形態の変形例1として、図7に示すように、能動型可変絞り弁270の弁部278が、直動テーブル11に一体的に固定された弁部378(能動型可変絞り弁370)であってもよい。上記以外は、上記第二実施形態と同様である。
(2-5.
Further, in the static pressure
この場合、弁部378が備えるハウジング381の上方が開口部を備える。そして、ハウジング381の開口部が、静圧ポケット20と連通するようにハウジング381が直動テーブル11に固定される。このような構成によって、流体排出流路260の一部の配管260a等が不要となり部品点数の低減を図ることができる。
In this case, the upper portion of the
なお、上記第一、第二実施形態では、静圧流体支持装置1,201が、固定テーブル12の平面状の静圧支持面を支持したが、この態様に限らず、スピンドル等の回転軸を支持してもよい。回転軸を支持する場合、対向する軸受面に配置することで、外乱負荷に対し、高い軸受剛性を持たせることができる。なお、静圧流体支持装置を回転軸に適用する場合、固定体及び移動体のいずれに静圧ポケットを設けても良い。また、その他、回転軸以外にもジャーナル軸受、スラスト軸受、静圧ネジにも適用することができる。 In the first and second embodiments, the static pressure fluid support devices 1,201 support the planar static pressure support surface of the fixed table 12. However, the present invention is not limited thereto, and a rotary shaft such as a spindle is used. You may support. When the rotating shaft is supported, high bearing rigidity can be given to disturbance loads by arranging the rotating shafts on the opposing bearing surfaces. In addition, when applying a static pressure fluid support apparatus to a rotating shaft, you may provide a static pressure pocket in any of a fixed body and a moving body. In addition to the rotating shaft, the present invention can also be applied to journal bearings, thrust bearings, and hydrostatic screws.
1、201;静圧流体支持装置、 11;直動テーブル(移動体)、 11a,12a;案内面、 12;固定テーブル(固定体)、 20;静圧ポケット、 21;ドレン部、 30;流体供給装置、 40;流体供給流路、 50,250;固定絞り、 60,260;流体排出流路、 70,170,270,370;能動型可変絞り弁、 71,271;アクチュエータ、 78,178,278,378;弁部、 79,279;連結部材、 85,285;流出孔、 86;ダイアフラム(弁体)、 87,287;流体貯留室、 88;流体排出室、 89,289;弁座、 90;変位センサ(隙間検出部)、 100;制御装置、 253;切替弁、 286;ポペット弁(弁体)、 α,α0;隙間。 1, 201; Static pressure fluid support device, 11; Linear motion table (moving body), 11a, 12a; Guide surface, 12; Fixed table (fixed body), 20; Static pressure pocket, 21; Drain part, 30; 40, fluid supply flow path, 50, 250; fixed throttle, 60, 260; fluid discharge flow path, 70, 170, 270, 370; active variable throttle valve, 71, 271; actuator, 78, 178, 278, 378; valve part, 79, 279; connecting member, 85, 285; outflow hole, 86; diaphragm (valve element), 87, 287; fluid storage chamber, 88; fluid discharge chamber, 89, 289; valve seat, 90; displacement sensor (gap detection unit), 100; control device, 253; switching valve, 286; poppet valve (valve element), α, α0;
Claims (9)
前記静圧ポケットに加圧された流体を供給する流体供給装置と、
前記流体供給装置から前記静圧ポケットに至る流体の通路を形成する流体供給流路と、
前記流体供給流路に設けられた供給側の固定絞りと、
前記静圧ポケットからドレン部に至る流体の通路を形成する流体排出流路と、
アクチュエータ、弁体及び弁座を備える弁部、及び前記アクチュエータの作動を前記弁体に伝達する連結部材を備え、前記弁部が前記流体排出流路に設けられ、前記アクチュエータの前記作動によって前記弁体が前記連結部材を介して変位することにより、前記弁体と前記弁座との間で形成される絞りの絞り量が変更され前記弁部から前記ドレン部に排出される前記流体の流量が調整される排出側の能動型可変絞り弁と、
前記移動体の前記案内面と前記固定体の前記案内面との間の隙間を検出する隙間検出部と、
前記隙間検出部が検出した前記隙間の大きさに応じて前記アクチュエータを制御し前記能動型可変絞り弁の前記弁体の変位量を変更して前記絞り量を調整し、前記弁部から排出される前記流体の前記流量を変更して、前記各案内面間の前記隙間を所定の大きさとする制御装置と、を備える静圧流体支持装置。 A static pressure pocket provided on the guide surface of the movable body or fixed body;
A fluid supply device for supplying a pressurized fluid to the static pressure pocket;
A fluid supply flow path that forms a fluid passage from the fluid supply device to the static pressure pocket;
A fixed throttle on the supply side provided in the fluid supply channel;
A fluid discharge flow path that forms a fluid passage from the static pressure pocket to the drain portion;
An actuator, a valve portion including a valve body and a valve seat, and a connecting member that transmits the operation of the actuator to the valve body, wherein the valve portion is provided in the fluid discharge channel, and the valve is operated by the operation of the actuator. When the body is displaced via the connecting member, the throttle amount of the throttle formed between the valve body and the valve seat is changed, and the flow rate of the fluid discharged from the valve portion to the drain portion is changed. An active variable throttle valve on the discharge side to be adjusted;
A gap detection unit that detects a gap between the guide surface of the movable body and the guide surface of the fixed body;
The actuator is controlled according to the size of the gap detected by the gap detection unit, the displacement amount of the valve body of the active variable throttle valve is changed to adjust the throttle amount, and the exhaust is discharged from the valve unit. And a control device that changes the flow rate of the fluid and sets the gap between the guide surfaces to a predetermined size.
前記ダイアフラムは、
前記アクチュエータの前記作動と、
前記弁部において、前記ダイアフラムの第一面側に形成され前記静圧ポケットと前記流体排出流路を介して連通される流体貯留室内の第一圧力と、前記弁部において前記ダイアフラムの第二面側に形成され前記ドレン部と連通される前記弁部の流体排出室内の第二圧力との圧力差と、により付勢力を付与されて変位し、
前記ダイアフラムの変位後における前記流体排出室内の前記第二圧力と、前記ドレン部の圧力である大気圧との圧力差に応じた流量の前記流体が前記弁部から前記ドレン部に排出される、請求項1−3の何れか1項に記載の静圧流体支持装置。 The valve body of the valve portion provided in the active variable throttle valve is a diaphragm,
The diaphragm is
The actuation of the actuator;
In the valve portion, a first pressure in a fluid storage chamber formed on the first surface side of the diaphragm and communicated with the static pressure pocket via the fluid discharge channel, and a second surface of the diaphragm in the valve portion A pressure difference with the second pressure in the fluid discharge chamber of the valve portion formed on the side and communicated with the drain portion, and is displaced by applying a biasing force;
The fluid having a flow rate corresponding to a pressure difference between the second pressure in the fluid discharge chamber after the displacement of the diaphragm and an atmospheric pressure that is a pressure of the drain portion is discharged from the valve portion to the drain portion. The hydrostatic fluid support device according to any one of claims 1 to 3.
前記ダイアフラムは、
前記アクチュエータの作動力がキャンセルされ、前記流体貯留室内の前記第一圧力と前記流体排出室内の前記第二圧力との前記圧力差のみによって前記付勢力を付与されて変位可能であり、
前記供給側の前記固定絞りは、前記アクチュエータへの通電が遮断されない場合に適用される前記固定絞りである、請求項4に記載の静圧流体支持装置。 When the energization to the actuator of the active variable throttle valve is cut off,
The diaphragm is
The operating force of the actuator is canceled, and the biasing force is applied only by the pressure difference between the first pressure in the fluid storage chamber and the second pressure in the fluid discharge chamber, and the actuator can be displaced.
The static pressure fluid support device according to claim 4, wherein the fixed throttle on the supply side is the fixed throttle that is applied when power to the actuator is not cut off.
前記ポペット弁は、
前記アクチュエータの前記作動によって変位し、
前記静圧ポケットと前記流体排出流路を介して連通される前記弁部の流体貯留室内の第三圧力と、前記ドレン部の圧力である大気圧との圧力差に応じた流量の前記流体が前記弁部から前記ドレン部に排出される、請求項1−3の何れか1項に記載の静圧流体支持装置。 The valve body of the valve portion provided in the active variable throttle valve is a poppet valve,
The poppet valve is
Displaced by the actuation of the actuator;
The fluid having a flow rate corresponding to a pressure difference between a third pressure in the fluid storage chamber of the valve portion communicated with the static pressure pocket and the fluid discharge channel and an atmospheric pressure which is a pressure of the drain portion. The hydrostatic fluid support device according to claim 1, wherein the static pressure fluid support device is discharged from the valve portion to the drain portion.
前記アクチュエータへの通電が遮断された場合に、前記弁部の前記弁体が前記弁座と当接して閉弁するよう構成されるノーマルクローズタイプの可変絞り弁であり、
前記供給側の前記固定絞りは、
大径固定絞りと小径固定絞りの二種類備えられ、
前記能動型可変絞り弁の前記弁体が前記弁座から離間し開弁する通常運転時には前記大径固定絞りが適用され、
前記アクチュエータへの通電が遮断され、前記弁部の前記弁体が前記弁座と当接して閉弁する非通常運転時には、前記小径固定絞りに切り替える、請求項6に記載の静圧流体支持装置。 The active variable throttle valve is
When the energization to the actuator is interrupted, the valve body of the valve portion is a normally closed type variable throttle valve configured to close in contact with the valve seat,
The fixed throttle on the supply side is
There are two types, a large diameter fixed throttle and a small diameter fixed throttle.
The large diameter fixed throttle is applied during normal operation in which the valve body of the active variable throttle valve is separated from the valve seat and opened,
The hydrostatic fluid support device according to claim 6, wherein in the non-normal operation in which energization to the actuator is interrupted and the valve body of the valve portion contacts and closes the valve seat, the static pressure fluid support device is switched to the small-diameter fixed throttle. .
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