JP3850244B2

JP3850244B2 - 空気軸受装置

Info

Publication number: JP3850244B2
Application number: JP2001258172A
Authority: JP
Inventors: 久雄染谷
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003065335A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、精密空気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
空気軸受（空気軸受）は、軸と空気軸受メタル（筒状体）との間の隙間に圧縮空気を供給し、この圧縮空気により浮上状態で軸を支える軸受として知られている。この空気軸受で、軸振れを極めて僅かに（例えば数μｍ以内に）抑えるには、空気軸受メタルと軸との真円度（隙間）を精密に設定するだけでなく、軸受メタルの軸方向長を十分長くする必要がある。軸受メタルと軸の隙間が大きく、軸方向長が短ければ、これに支持する軸の軸ブレを小さく抑えることが困難なのは明らかである。
【０００３】
しかしながら、空気軸受メタルに外径基準で軸受穴を加工するとき、軸方向長が長くなる程、軸受穴を一定径で加工するのが困難になる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、軸振れが小さい高精度な空気軸受を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の空気軸受装置は、ハウジングに形成した、互いに平行な断面円形の第一、第二の貫通ボアと；第一の貫通ボア内に挿入固定される空気軸受メタルと；この空気軸受メタルに自身の軸線方向に相対移動可能として支持される単一のロッドと；上記第二の貫通ボア内に直接嵌合させた、ピストン室形成ボディとこのピストン室形成ボディの軸線方向の両側に位置する一対のシリンダと；このピストン室形成ボディと一対のシリンダとの間に周縁ビード部が位置し、上記各ピストン室形成ボディとの間に一対の圧力室を形成する一対のローリングダイアフラムと；上記第二の貫通ボアの内周面に形成した一対の環状溝内にそれぞれ挿入され、上記ピストン室形成ボディと一対のシリンダの間に上記一対のローリングダイアフラムの周縁ビード部を圧縮した状態で保持する一対の抜け止めリングと；上記一対のシリンダ内に非接触で位置し、その内側端部が上記一対のローリングダイアフラムにそれぞれ同心的に係合する一対のピストン体と；上記ハウジングの外部において上記ロッドの端部とピストン体の端部を連結するプレートと；を有し、上記単一のロッドを支持する上記空気軸受メタルは、複数に分割されていることを特徴としている。
【０００６】
具体的には、分割空気軸受メタルは、外端部に、貫通ボアの両端開口部に係止されるフランジを有する一対から構成するのが実際的である。
【０００７】
【発明の実施形態】
図１ないし図６は、本発明による空気軸受を空圧アクチュエータに適用した実施形態を示している。このアクチュエータは、一対の空気軸受に直進進退動可能にそれぞれ進退ロッドを支持し、この一対の進退ロッドに、ローリングダイアフラムを有するピストン体によって空圧進退力を与えるものである。
【０００８】
まず、一対の空気軸受構造を説明する。ハウジング１０には、平行度、真円度ともに超精密にして、平行な一対の貫通ボア（第一の貫通ボア）１１Ａと、この一対の貫通ボア１１Ａの中心に位置する貫通ボア（第二の貫通ボア）１１Ｂとが形成されている。一対の貫通ボア１１Ａ内にはそれぞれ、その両端開口端から一対の空気軸受メタル（分割空気軸受メタル）１２が挿入され、フランジ１２ａによってその挿入端が規制されている。
【０００９】
各貫通ボア１１Ａ内には、一対の空気軸受メタル１２に跨がらせて、進退ロッド１３が移動自在に挿入されている。各進退ロッド１３は、ハウジング１０の両端部から突出している。各空気軸受メタル１２は、その内周面に位置する複数のエア吹出環状内周溝１２ｂと、外周面に位置するエア供給環状外周溝１２ｃと、このエア吹出環状内周溝１２ｂとエア供給環状外周溝１２ｃを連通させる半径方向エア通路１２ｄとを有しており、エア供給環状外周溝１２ｃがハウジング１０に形成したエア通路１０ａに連通している。エア通路１０ａは、ハウジング１０の外部の軸受空気圧供給機構１４（図６）に接続されていて、この軸受空気圧供給機構１４からの圧縮空気がエア通路１０ａ、エア供給環状外周溝１２ｃ、半径方向エア通路１２ｄを介してエア吹出環状内周溝１２ｂに供給されると、空気軸受メタル１２の内周面と進退ロッド１３の外周面との間に空気の層が形成され、進退ロッド１３が浮動状態に保持される。このような原理の空気軸受（空気軸受）はよく知られている。この実施形態の進退ロッド１３は、回転せず往復直進動のみする。
【００１０】
各空気軸受メタル１２は、貫通ボア１１Ａの長さ方向に二つに分割されていて、貫通ボア１１Ａの両開口端部から貫通ボア１１Ａ内に挿入されている。挿入端はフランジ１２ａが規制する。空気軸受メタル１２は、軸方向長を短くすることで、その全長に渡り内径精度を一定にする（維持する）ことができる。
【００１１】
次に、貫通ボア１１Ｂに形成されるピストン室回りの構造を説明する。貫通ボア１１Ｂには、その中心部にピストン室形成ボディ（柱状体）１５が嵌合され、両端部にシリンダ１６が嵌合されている。ピストン室形成ボディ１５は、その両端部に正しく同心に一対のピストン室１５ａを有しており、このピストン室形成ボディ１５の両端部とシリンダ１６との間に、ローリングダイアフラム１８の周縁ビード部１８ａが挟着支持されている。ピストン室形成ボディ１５と一対のシリンダ１６は、両者の間に周縁ビード部１８ａを挟着支持した状態で、一対の抜け止めリング１７によって貫通ボア１１Ｂ内に保持される。ピストン室形成ボディ１５は、貫通ボア１１Ｂの形状精度に対応する精密円柱状をなしているため、その両端部に外周面と同心に高い精度でピストン室１５ａを形成することが容易である。
【００１２】
ピストン室１５ａとシリンダ１６内には、ピストン室１５ａとシリンダ１６には非接触で、このローリングダイアフラム１８に支持されるピストン体２０が位置している。すなわち、ローリングダイアフラム１８は、ピストン室１５ａと非接触のピストン体２０の端面及び外周面に沿う中心有底筒状部１８ｂと、この中心有底筒状部１８ｂと略平行をなす、周縁ビード部１８ａに連なる外側筒状部１８ｃと、この中心有底筒状部１８ｂと外側筒状部１８ｃを接続する折返部１８ｄとを有している。中心有底筒状部１８ｂには、その中心に位置決め突起１８ｐが形成されており、ピストン体２０にはその中心部に、この位置決め突起１８ｐが嵌まる位置決め凹部２０ａが形成されている。ローリングダイアフラム１８は、周知のように、基布を有するゴム組成物からなっており、平面的に見て正しく真円に、かつその中心に正しく位置決め突起１８ｐが位置するように形成されている。
【００１３】
このローリングダイアフラム１８は、ピストン体２０の軸方向位置に拘わらず、該ピストン体２０をピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に保持する求心作用がある。すなわち、ピストン体２０が軸方向に移動すると、中心有底筒状部１８ｂのピストン体２０への係り量、折返部１８ｄの位置、及び外側筒状部１８ｃのシリンダ１６内周面への係り量が変化するが、ピストン体２０がいずれの位置にあっても、ローリングダイアフラム１８が正しくピストン体２０をピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に位置させる。
【００１４】
以上の一対のピストン室１５ａとローリングダイアフラム１８はそれぞれ、ピストン室形成ボディ１５内に一対の圧力室１５ｂを形成し、この一対の圧力室１５ｂは、作動空気圧供給機構２１（図３）に接続されている。作動空気圧供給機構２１は、一対の圧力室１５ｂに選択的に調圧された圧縮空気を送る。
【００１５】
以上の進退ロッド１３とピストン体２０は、共通のプレート２２Ａ、２２Ｂに結合されている。すなわち、一対の進退ロッド１３の一端部と一対のピストン体２０の一方、及び一対の進退ロッド１３の他端部と一対のピストン体２０の他方はそれぞれ、固定ねじ２３により、第一、第二の共通プレート２２Ａ、２２Ｂに結合されている。この結合は、進退ロッド１３が正しく空気軸受メタル１２の中心に位置し、ピストン体２０がローリングダイアフラム１８の求心作用により正しくピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に位置した状態において行われる。空気軸受メタル１２のフランジ１２ａの外端部には、プレート２２Ａ、２２Ｂに当接する弾性体ストッパ２４（図４）が設けられている。また、プレート２２Ａ、２２Ｂには、該プレートをワークに接続するためのタップ穴２５が形成されている。
【００１６】
上記構成の空圧アクチュエータは、次のように動作する。まず、軸受空気圧供給機構１４を介してエア通路１０ａに一定圧力の圧縮空気を送り、空気軸受メタル１２のエア吹出環状内周溝１２ｂから圧縮空気を噴出させ、進退ロッド１３を空気軸受メタル１２内において浮上状態に保持する。この状態において、作動空気圧供給機構２１を介して、一対のピストン室１５ａの一方に圧縮空気を供給し、他方を大気に開放すると、ピストン体２０を介してプレート２２Ａ、２２Ｂに移動力が与えられる。プレート２２Ａ、２２Ｂは、上述のように空気軸受メタル１２に浮上状態に支持されている進退ロッド１３に固定されているから、プレート２２Ａ、２２Ｂは、摩擦抵抗なしに、進退することとなる。移動抵抗は実質的にローリングダイアフラム１８を変形させる力だけであり、ローリングダイアフラム１８は柔軟な材質からなるから、非常に小さい力で移動させることができる。このため、特に小さい空気圧力でプレート２２Ａ、２２Ｂを移動させることができる。
【００１７】
そして本実施形態によると、進退ロッド１３は、貫通ボア１１Ａ内に挿入固定された一対の分割空気軸受メタル１２に跨って支持されているため、各分割空気軸受メタル１２の高い寸法精度により、進退ロッド１３の軸ブレを非常に小さく抑えることができる。また、ローリングダイアフラム１８は、ピストン体２０を正しくピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に保持する（ピストン体２０とピストン室１５ａ（シリンダ１６）が同心をなすように保持する）求心作用を持つから、進退ロッド１３と空気軸受メタル１２が接触することがない。
【００１８】
上記実施形態は、空気軸受メタル１２に進退ロッド１３を直進進退動可能に支持した空気軸受に本発明を適用したものであるが、ロッド１３が軸受メタル１２内で回転するタイプの空気軸受にも本発明は同様に適用可能である。また、以上の実施形態では、空気軸受メタル１２は１つの貫通ボア１１Ａに対して２つに分割されているが、３個以上に分割してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、軸振れが小さい空気軸受を得ることができる。
さらに、ローリングダイアフラムがピストン体を正しくシリンダの中心に保持する（ピストン体の軸線とシリンダが同心をなすように保持する）求心作用を持つので、ロッドと空気軸受メタルの接触を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気軸受を空圧アクチュエータに適用した実施形態を示す斜視図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】図１のIII‐III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV‐IV線に沿う断面図である。
【図５】図３のV‐V線に沿う断面図である。
【図６】図４のVI‐VI線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０ハウジング
１０ａエア通路
１１Ａ貫通ボア（第一の貫通ボア）
１１Ｂ貫通ボア（第二の貫通ボア）
１２空気軸受メタル（分割空気軸受メタル）
１２ａフランジ
１２ｂエア吹出環状内周溝
１２ｃエア供給環状外周溝
１２ｄ半径方向エア通路
１３進退ロッド（ロッド）
１４軸受空気圧供給機構
１５ピストン室形成ボディ
１５ａピストン室
１５ｂ圧力室
１６シリンダ
１７抜け止めリング
１８ローリングダイアフラム
１８ａ周縁ビード部
１８ｂ中心有底筒状部
１８ｃ外側筒状部
１８ｄ折返部
１８ｐ位置決め突起
２０ピストン体
２０ａ位置決め凹部
２１作動空気圧供給機構
２２Ａ２２Ｂプレート

Claims

ハウジングに形成した、互いに平行な断面円形の第一、第二の貫通ボアと；
第一の貫通ボア内に挿入固定される空気軸受メタルと；
この空気軸受メタルに自身の軸線方向に相対移動可能として支持される単一のロッドと；
上記第二の貫通ボア内に直接嵌合させた、ピストン室形成ボディとこのピストン室形成ボディの軸線方向の両側に位置する一対のシリンダと；
このピストン室形成ボディと一対のシリンダとの間に周縁ビード部が位置し、上記各ピストン室形成ボディとの間に一対の圧力室を形成する一対のローリングダイアフラムと；
上記第二の貫通ボアの内周面に形成した一対の環状溝内にそれぞれ挿入され、上記ピストン室形成ボディと一対のシリンダの間に上記一対のローリングダイアフラムの周縁ビード部を圧縮した状態で保持する一対の抜け止めリングと；
上記一対のシリンダ内に非接触で位置し、その内側端部が上記一対のローリングダイアフラムにそれぞれ同心的に係合する一対のピストン体と；
上記ハウジングの外部において上記ロッドの端部とピストン体の端部を連結するプレートと；
を有し、
上記単一のロッドを支持する上記空気軸受メタルは、複数に分割されていることを特徴とする空気軸受装置。
請求項１記載の空気軸受装置において、分割空気軸受メタルは、外端部に、貫通ボアの両端開口部に係止されるフランジを有する一対からなっている空気軸受装置。