JP4113732B2 - Air bearing - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気軸受、特にそのロック機構の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機等の送り装置の案内機構には、静圧スラスト空気軸受が多用されている。
この静圧空気軸受は、可動部を他から供給された圧縮空気の力で基部より浮かせることにより、該基部と可動部間の摩擦を小さくしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば前述のような送り装置等の案内機構においては、非常に高い位置決め精度が要求される。
しかしながら、前記案内機構に用いられる静圧空気軸受は、非接触であるため、基部と可動部間に摩擦力が作用しない。このため、静圧空気軸受では、振動等の外乱により、少なくとも位置検出単位分の位置決め誤差を発生し、位置検出単位以下の静止は難しい。
したがって、静圧空気軸受では位置決め精度の改善が急務であり、従来は、例えば空気軸受に摩擦部材を設ける技術(例えば特開昭60−45626号等)、空気軸受への圧縮空気の供給を遮断し基部と可動部を接触させる技術(例えば特開平4−285809号、特許2987517号等)等を用いることが考えられる。
【0004】
しかしながら前記特開昭60−45626号等の技術は、振動等の外乱により、ロック指令後に可動部の位置が変動することがあるので、採用するには至らなかった。
また前記特開平4−285809号、特許2987517号等は、基部に対する可動部の位置及び姿勢変化の低減に関しては、より一層の改善が望まれていた。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、基部に対し可動部をしっかりとロックすることのできる空気軸受を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる空気軸受は、基部と、可動部と、浮上用圧縮空気供給手段と、を備えた空気軸受において、チャンバと、静止用圧縮空気供給手段と、を備える。そして、前記基部に対する可動部の静止を指示するロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給手段による基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、
前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、前記ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることにより、前記基部に対するダイアフラム外壁の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、前記基部と可動部を接触させ、該接触により生じる摩擦力により、前記基部に対する可動部の静止を行うことを特徴とする。
【0006】
ここで、前記可動部は、該基部に空気膜を介して支持され、該基部に対し相対運動可能とする。
また前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記基部と可動部間に前記空気膜を形成する浮上用圧縮空気を供給する。
前記チャンバは、前記可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成され、静止用圧縮空気が供給されると、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚みの増大方向に変形させる。
前記静止用圧縮空気供給手段は、前記チャンバ内に前記静止用圧縮空気を供給する。
【0007】
ここにいう軸受とは、回転運動等の特定の運動に限定されるものではなく、直線運動、揺動等の基部に対し可動部が相対運動可能なものに対し適用できるものをいう。
ここにいう可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成されるとは、可動部の背面とダイアフラムによりチャンバを構成すること、可動部の背面に既にチャンバを構成しているダイアフラムを設けること等を含めていう。
ここにいうダイアフラム外壁の特定部位とは、ダイアフラム外壁そのもの、ダイアフラム外壁の特定部位に支持されるものを含めていう。
【0008】
なお、本発明において、前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を浮上用圧縮空気として前記基部と可動部間に供給する浮上用給気管を含み、前記静止用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を静止用圧縮空気として前記チャンバに供給する静止用給気管を含み、また制御弁を備えることが好適である。
ここで、前記制御弁は、前記供給源と前記各給気管の間に設けられ、前記ロック指令により、前記浮上用給気管による浮上用圧縮空気の供給の解除と、前記静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う。
【0009】
ここにいう圧縮空気の供給源は、浮上用圧縮空気供給手段と、静止用圧縮空気供給手段が共通の供給源を用いること、別個の供給源を用いることを含めていう。 なお、本発明において、前記制御弁の後段に設けられ、前記ロック指令における前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が所定の値となるように前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行う静止用レギュレータあるいは、前記ロック指令解除時における前記空気膜の厚みが所定の値となるように前記浮上用給気管を介して前記浮上用圧縮空気の圧力の調整を行う浮上用レギュレータの少なくとも何れかを更に備えることが好適である。
【0010】
ここで、レギュレータは、制御弁が供給・解除に限らず、弁の開度を制御して圧力調整を行えるものであれば、この制御弁に換えることも含む。
また本発明においては、前記ダイアフラム外壁の特定部位と前記基部との距離を測定するセンサと、このセンサの出力によって前記レギュレータを制御する制御回路を更に備え、前記ロック指令の有無に拘わらず、前記特定部位と前記基部との距離が常に一定になるようにレギュレータを制御することが好適である。
【0011】
さらに本発明においては、静止制御用メモリと、ダイアフラム制御情報取得手段と、レギュレータと、を備えることが好適である。
ここで、前記静止制御用メモリは、予め得ておいた少なくともチャンバ内での静止用圧縮空気の圧力と、該圧力での前記ダイアフラム外壁の特定部位の空気膜の厚み方向の変形量との関係を記憶している。
【0012】
また前記ダイアフラム制御情報取得手段は、前記ロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリより求める。
前記レギュレータは、前記制御弁の後段に設けられ、前記チャンバ内での静止用圧縮空気の圧力が、前記ダイアフラム制御情報取得手段により求めた圧力の値となるように、前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行う。
【0013】
さらに本発明において、前記圧縮空気供給手段は、前記可動部の空気膜と接する面に凹状に窪んで形成された圧縮空気供給溝を更に含み、また圧縮空気排気溝と、圧縮空気排気穴と、排気管と、を更に備え、前記浮上用圧縮空気を回収することが好適である。
ここで、前記圧縮空気排気溝は、前記圧縮空気供給溝の外側に前記浮上用圧縮空気を回収する凹状に窪んで形成されている。
【0014】
また前記圧縮空気排気穴は、前記圧縮空気排気溝の壁面に開口されて前記回収された浮上用圧縮空気を排気する。
前記排気管は、前記圧縮空気排気穴と前記回収された浮上用圧縮空気を吸引する吸引手段とを接続する。
また本発明においては、前記圧縮空気排気溝の外周側に連続的に配置されかつ前記可動部の空気膜と接する面と略同一面上に配置された外周抵抗部を更に備えていることが好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
【0016】
図1(A)には本発明の一実施形態にかかる空気軸受を用いた送り装置の案内機構の概略構成が示されており、同図(B)には空気軸受本体を軸受面より見た図である。
同図に示すロック機構付き空気軸受(空気軸受)10は、三次元測定機のX軸ガイド機構、Y軸ガイド機構、Z軸ガイド機構にそれぞれ設けられた静圧スラスト空気軸受の一例であり、案内面(基部)12と、スライダ(可動部)14と、空気軸受本体16と、浮上用圧縮空気供給手段18と、静止用圧縮空気供給手段20を備える。
【0017】
前記空気軸受本体16は、チャンバ22を構成するダイアフラム24が設けられる。
前記浮上用圧縮空気供給手段18は、圧縮空気供給源26と、空気軸受側圧縮空気供給配管(浮上用給気管)28と、空気軸受本体16の空気軸受側圧縮空気供給通路30を含む。
前記静止用圧縮空気供給手段20は、前記圧縮空気供給源26と、ロック機構側圧縮空気供給配管(静止用給気管)32と、空気軸受本体16のロック機構側圧縮空気供給通路34を含む。
前記案内面12は、三次元測定機のテーブル(図示省略)に設けられ、前記空気軸受本体16は前記ガイド機構のスライダ(可動部)14の下方に設けられている。
【0018】
そして、本実施形態においては、スライダ14は、例えばY軸ガイド機構であり、モータ等の駆動源36よりの駆動力が、ボールねじ等の送り機構38を介してスライダ14に伝達されており、スライダ14の運動は案内面12により例えばY軸方向等の特定の方向に規定されている。
案内面12上に空気膜36を介して空気軸受本体16が設けられ、該空気軸受本体16の背面に、空気軸受本体16の背面と共にチャンバ22を構成するダイアフラム24が設けられている。ダイアフラム24上部の略中央(ダイアフラムの中心軸上)及びスライダ14下部には、それぞれ剛球40を設けるための穴42,44が設けられている。該剛球40を介してダイアフラム24上部の略中央にスライダ14下部が支持されている。
【0019】
本実施形態においては、ダイアフラム24上壁の中央部をダイアフラム24外壁の特定部位とすることもできるが、剛球40の略中心も、ダイアフラム24上壁の中央部の機能と等価であるので、剛球40の略中心をダイアフラム24外壁の特定部位としている。
該スライダ14のダイアフラム24中心軸上には、スライダ14下面とダイアフラム24上面間の離隔距離を調整する調整ねじ46を設けるための穴48が設けられており、該調整ねじ46の先端部と剛球40が当接している。調整ねじ46の先端部と対向する頭部側はスライダ14の上方よりナット50が設けられており、該ナット50によりスライダ14の下面に剛球40を介して空気軸受本体16がしっかりと設けられている。ダイアフラム24の中心軸に沿って、該スライダ14、該スライダ14により移動する門柱等(図示省略)の加重Wがかかっている。
【0020】
空気軸受本体16は、側壁より空気軸受側圧縮空気供給通路30の入口30aが開口し、下壁より出口30bが開口している。
また空気軸受本体16は、空気軸受側圧縮空気供給通路30と独立しているロック機構側圧縮空気供給通路34が設けられており、側壁よりその入口34aが開口し、ダイアフラム24と空気軸受本体16背面により気密に構成されるチャンバ22と対向する空気軸受本体16背面より、その出口34bが開口している。
またロック機構付き空気軸受10は、制御弁52と、レギュレータ53と、コンピュータ54を備える。
【0021】
制御弁52は少なくとも3ポート56a,56b,56cを備えており、前記圧縮空気供給源26と制御弁52の第三ポート56c間は主配管58で接続されている。
前記制御弁52の第一ポート56aと空気軸受本体16の空気軸受側圧縮空気供給通路30の入口30a間は、空気軸受側圧縮空気供給配管28で接続されている。
前記制御弁52の第二ポート56bと空気軸受本体16のロック機構側圧縮空気供給通路34の入口34aの間は、前記空気軸受側圧縮空気供給配管28と独立しているロック機構側圧縮空気供給配管32で接続されている。
前記制御弁52とコンピュータ54間は信号線60で接続されている。
【0022】
そして、コンピュータ54より、浮上を指示する制御信号が制御弁52に送られると、制御弁52は、第一ポート56aを開の状態とし、第二ポート56bを閉の状態とする。
すると、圧縮空気供給源26よりの圧縮空気は、主配管58、制御弁52の第一ポート56a、空気軸受側圧縮空気供給配管28を介して、空気軸受本体16の入口30aより、空気軸受側圧縮空気供給通路30に供給され、空気軸受本体16の軸受面16aより開口している出口30bより案内面12に向けて供給される。
【0023】
空気軸受本体16の軸受面16aの出口30bより供給された圧縮空気の力で、案内面12に対し空気軸受本体16を浮かせている。
同図では、前記空気膜36による案内面12より空気軸受本体16の軸受面16aまでの軸受すきまをhとし、案内面12より剛球中心40までの軸受支持高さをHとしている。
このように空気軸受10を構成することにより、案内面12と空気軸受本体16の軸受面16a間の始動摩擦ないし移動摩擦を小さくしており、スライダ14を例えばY軸方向にスムースに移動することができる。
【0024】
ところで、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機の送り装置の案内機構においては、非常に高い位置決め精度が要求される。
このために、例えばボールねじ駆動等においては、モータ軸をメカニカルに固定することが一般的に考えられるが、モータ軸から先のカップリング、ボールねじ、ボールナット、スライダとのジョイント部等がばね要素であり、振動等の外乱により弾性変形を生じ、スライダの位置の変動を生じることがある。
【0025】
また従来は、位置決め完了後、空気軸受への圧縮空気を遮断し、スライダの軸受面と案内面とを接触させ、摩擦を生じさせることにより、スライダの完全静止状態を得ることが考えられる。この方法ではスライダの完全静止状態が得られる点では非常に優れているが、空気軸受への圧縮空気供給遮断前に形成されていた空気膜の消失に起因し、スライダの幾何位置、幾何姿勢を大きく崩してしまうので、この点はまだまだ改善の余地が残されていた。
そこで、本発明において特徴的なことは、軸受が支持するスライダの位置及び姿勢を損なうことなく、軸受面と案内面を接触させ、該軸受面と案内面間の接触により生じる摩擦力により、スライダを完全静止させたことである。
【0026】
このために本実施形態においては、同図に示すように空気軸受本体16に、ダイアフラム24と、ロック機構側圧縮空気供給通路34を設けている。またロック機構側圧縮空気供給通路34の入口34aに、空気軸受側圧縮空気供給配管28と独立しているロック機構側圧縮空気供給配管32を設けている。
そして、図2に示すようにコンピュータ54より、静止を指示する制御信号(ロック指令)が制御弁52に送られると、制御弁52は、第一ポート56aを閉の状態とし、第二ポート56bを開の状態とする。
【0027】
すると、前記静止を指示する制御信号(ロック指令)の直前まで、前記軸受面16aの出口30bより案内面12に向けて供給されていた圧縮空気供給が解除され、これにより圧縮空気により形成されていた空気膜が消失する。これにより空気軸受本体16の軸受面16aが案内面12と接触し、該軸受面16aと案内面12との接触により生じる摩擦力により、スライダ14を静止させる。
ここで、前記浮上用圧縮空気供給の解除と同時に、圧縮空気供給源26よりの圧縮空気は、主配管58、制御弁52の第二ポート56b、ロック機構側圧縮空気供給配管32を介して、空気軸受本体16の入口34aより、ロック機構側圧縮空気供給通路34に供給され、空気軸受本体16の背面に開口している出口34bよりチャンバ22内に供給される。
【0028】
チャンバ22内に供給された圧縮空気の力で、ダイアフラム24は上方(図中矢印+Z方向)に撓む。
同図では、前記ダイアフラム24のたわみ量δを、前記図1に示した軸受すきまhと同じとし、案内面12より剛球40中心までの軸受支持高さHが、前記図1に示した浮上時の軸受支持高さHと同じ高さとしている。
【0029】
このように本実施形態においては、本来はスライダ14の移動方向(Y軸方向)には拘束力を持たない静圧スラスト空気軸受16の背面に、軸受面16aへの給気とは独立した給気配管系統であるロック機構側圧縮空気供給配管32をもつダイアフラム22により構成されるチャンバ22を設けている。
そして、スライダ14に対するコンピュータ54等の制御系よりの位置決め指令に対して、前記駆動源36に停止命令を出すと共に、前記チャンバ22への圧縮空気供給と空気軸受本体16への圧縮空気供給の解除を行っている。
【0030】
このとき、静圧スラスト空気軸受本体16の軸受面16aと案内面12との間に形成されていた空気膜が消失し、一方、チャンバ22に圧縮空気が供給されることにより、消失前に形成されていた空気膜と同じ厚さ分のダイアフラム24の変形を生じさせている。
したがって、空気軸受本体16が支持するスライダ14の幾何位置及び幾何姿勢を保持したまま、軸受面16aと案内面12との接触を行い、その接触により生じる摩擦力が案内面12に対するスライダ14のY軸方向への相対移動を規制することができる。
【0031】
<制御弁>
ところで、空気軸受では、スライダの完全静止状態をより簡易に実現することが重要である。
そこで、本発明において特徴的なことは、スライダの完全静止状態を簡易に実現するために、軸受面への圧縮空気供給の解除と前記チャンバへの圧縮空気供給を、軸受への配管の途中に設けられた制御弁に対する制御指令により行ったことである。
このために本実施形態においては、前述のように制御弁52と、コンピュータ54を備えている。そして、コンピュータ54よりの制御指令により、制御弁52の第一ポート56a、第二ポート56bの開閉制御を行っており、前記軸受面16aへの圧縮空気供給解除と、チャンバ22への圧縮空気供給が、より簡易に行える。これにより前記スライダ14の静止がより簡易に行える。
【0032】
<レギュレータ>
前記静止時の、軸受16が支持するスライダ14の幾何位置、幾何姿勢の変化をより小さくするためには、ダイアフラム24のたわみ量δが、浮上用圧縮空気供給により形成されていた空気膜(軸受すきまh)と同じ厚さ分となるように、チューニングする必要がある。
そこで、本実施形態においては、チューニング用レギュレータ53と、コンピュータ54を備え、前記ダイアフラム24のたわみ量(変形量)δのチューニングを、ダイアフラム24の形状とチャンバ22に供給される圧力により行っている。
【0033】
チューニング用レギュレータ53は、制御弁52の第二ポート56bとロック機構側圧縮空気供給配管32の間に設けられている。チューニング用レギュレータ53は制御弁52と信号線62で接続され、またコンピュータ54と信号線64で接続されている。
前記コンピュータ54は、メモリ66と、CPU(ダイアフラム制御情報取得手段)68を備え、メモリ66は浮上制御用メモリ70と、静止制御用メモリ72を備える。
前記浮上制御用メモリ70は、予め得ておいた案内面12と軸受面16a間の浮上用圧縮空気の圧力と、該圧力での案内面12と軸受面16a間の空気膜の厚み(軸受すきまh)の関係を記憶している。
前記静止制御用メモリ72は、予め得ておいたチャンバ22内の静止用圧縮空気の圧力と、該圧力でのダイアフラム24のたわみ量δの関係を記憶している。
【0034】
CPU68は、前記静止を指示する制御信号(ロック指令)により、該静止指示の制御信号直前に案内面12と軸受面16a間に供給されていた浮上用圧縮空気の圧力に対応する空気膜の厚み(軸受すきまh)を浮上制御用メモリ70より求める。該求めた空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリ72より求める。
そして、CPU68は、制御弁52よりチャンバ22内に供給される静止用圧縮空気圧が、静止制御用メモリ72より求めた静止用圧縮空気圧となるように、チューニング用レギュレータ53に指示を出す。
チューニング用レギュレータ53は、制御弁52よりチャンバ22への圧縮空気の供給量を流路の開度等により調整することにより、チャンバ22への静止用圧縮空気の圧力の値が、CPU68よりの指示値となるように調整している。
【0035】
このように本実施形態においては、制御弁52に加えて、チューニング用レギュレータ53を設けることにより、チャンバ22への静止用圧縮空気の圧力の、より詳細な制御が行える。これにより、ダイアフラム24のたわみ量δの制御がより詳細に行えるので、静止時、つまり軸受面16aと案内面12との接触時の、軸受16が支持するスライダ14の幾何位置及び幾何姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
なお、本実施形態においては、ダイアフラム24のたわみ量δをより詳細に制御するために、チャンバ22内の圧縮空気の圧力をモニタする圧力センサ(図示省略)、該圧力センサよりの圧力情報をコンピュータに送る信号線(図示省略)等を設け、チャンバ22内の圧縮空気の圧力をより詳細に把握することが、より好ましい。
【0036】
<タイミング>
なお、前記構成では、軸受面16aへの圧縮空気供給の解除とチャンバ22への圧縮空気供給を同時に行う例について説明したが、軸受面16aへの圧縮空気供給解除により消失していく空気膜36とダイアフラム24のたわみ量δとの関係に、極僅かなずれがあり、これを補正したいときは、チューニング用レギュレータ53の開度や制御時期の調整により、ロック時の、空気軸受本体16が支持するスライダ14の幾何位置および幾何姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
【0037】
変形例
本発明は前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内の範囲で種々の変形が可能である。
【0038】
<メカニカルロック>
例えば、本実施形態においては、ロック機構付き空気軸受10に加えて、前記駆動用アクチュエータの動きをメカニカルに拘束することにより、スライダ14の静止安定性をより得ることができる。
【0039】
<運動>
前記構成では、Y軸方向等の直線運動の例について説明したが、本実施形態のロック機構付き空気軸受は、これに限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば、そのほか、回転運動、揺動等の任意の運動に適用することも好ましい。
【0040】
<機械への適用例>
本実施形態のロック機構付き空気軸受10は、空気軸受を用いる任意の機械に用いることができるが、特に高い位置決め精度が要求される機械、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機等の各案内機構に用いることが、より好適である。これにより、あまり位置決め精度が要求されない一般的な機械に用いたものに比較し、前述のような本実施形態のロック機構付き空気軸受のもつ効果を、より顕著に発揮することができる。
以下にその一例を示す。
【0041】
すなわち、最近の三次元測定機(以下、CMMという)に装着されるプローブとして、一般的な3D型接触・非接触プローブのほかに、1D(一方向)ではあるが、変位の分解能がCMMの位置検出分解能に比較し著しく高いもの、例えば粗さや真円度の測定に用いられる変位計等がある。
この場合、CMM側での位置決め精度は、前記変位計の検出ストローク(測定範囲)の1/10程度で充分であるが、重要なことは、静止安定性である。その安定度は、前記変位計の検出分解能と同等か、もしくはそれ以下であることが望ましい。
【0042】
しかしながら、これまでは、本発明のように非常に高い静止安定性と、ロック時のスライダ等の幾何位置及び幾何姿勢の変化の大幅な低減効果が得られる空気軸受が存在しなかったので、CMMに粗さや真円度の測定に用いられる変位計を装着し、粗さや真円度を高いレベルで計測した例はなかった。
そこで、本実施形態においては、図3(A)に示すようなCMM74のX軸ガイド機構76、Y軸ガイド機構78、Z軸ガイド機構80等の空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用している。
【0043】
CMM74は、テーブル82と、テーブル82上に設けれた門柱84と、門柱84にY軸方向に移動自在に支持されたXビーム86と、該Xビーム86にX軸方向に移動自在に支持されたスライダ88と、該スライダ88にZ軸方向に移動自在に支持されたZ軸スピンドル90を備える。
Z軸スピンドル90の下端にはプローブ92が設けられている。そして、入力デバイス(図示省略)よりの入力情報に基づき、プローブ92をテーブル82上に載置された被測定物94に接触させ、その時に発生する接触信号により検出される位置情報を前記コンピュータで演算処理し、被測定物94の寸法等を得ている。
【0044】
このような三次元測定機のX軸ガイド機構76、Y軸ガイド機構78、Z軸ガイド機構80等の案内に空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用している。
すなわち、同図(B)に示すようにY軸ガイド機構78は、空気軸受本体16が門柱84の下面に設けられており、該空気軸受本体16、空気膜36を介して門柱84はテーブル22に対しY軸方向に移動する。
【0045】
また同図(C)に示すようにX軸ガイド機構76は、空気軸受本体16がスライダ88の下面及び側面に設けられており、該空気軸受本体16、空気膜36を介してスライダ88はXビーム86に対しX軸方向に移動する。
また同図(D)に示すようにZ軸ガイド機構80は、空気軸受本体16がZ軸スピンドル90の各側壁に設けられており、該空気軸受本体16、空気膜36を介してZ軸スピンドル90はスライダ88に対しZ軸方向に移動する。
このようなCMM74のガイド機構76,78,80に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を適用することができる。
【0046】
したがって、CMM74の一般的なプローブ92に代えて、例えば粗さや真円度の測定に用いられる変位計を装着し、変位計を移動するCMMのX軸ガイド機構76、Y軸ガイド機構78、Z軸ガイド機構80等の空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用することにより、本実施形態の空気軸受のもつ、非常に高い静止安定性と、ロック時のスライダ等の幾何位置及び幾何姿勢の変化の大幅な低減効果を生かして、粗さや真円度などの精密表面性状の測定が可能となる。
したがって、本実施形態においては、例えばCMMに粗さ計や真円度用に用いられる変位計を装着することにより、従来極めて困難であった、粗さ計や真円度測定機と同等の精度にて粗さや真円度の測定が行える。
【0047】
また本発明はこれらの実施形態に限られることなく、さらに各種の変形が可能である。
すなわち、本実施形態におけるレギュレータは、チャンバの圧縮空気圧力を調整するもののみを示したが、浮上用給気管を介して浮上用圧縮空気圧力調整用レギュレータを設けてもよい。このレギュレータは浮上用と静止用の何れか一方、あるいは両方を備えても良い。要は、ロック指令の有無にかかわらずダイアフラム外壁の特定部位の基部からの高さが変わらない様に浮上用圧縮空気圧力または静止用圧縮空気圧力の調整が行えれば良い。このようにすれば、圧縮空気供給源の発生圧力の精度は必ずしも高くする必要がない。また、ダイアフラム外壁の特定部位の基部からの高さの調整精度が向上する。
【0048】
また、これらのレギュレータや制御弁は、電磁弁やサーボ弁であっても良い。すなわち、要求精度に適した精度のレギュレータや制御弁を用いれば良い。
さらに本実施形態では圧縮空気を用いる例を示したが、より一般的に圧縮流体を用いることができる。たとえば、空気以外の気体や液体であっても良い。これによって必要な圧力に応じて適切な流体の選択が可能となる。
【0049】
また、チャンバ内への静止用圧縮流体と浮上用圧縮流体は同一である必要はない。例えば、浮上用圧縮流体を空気として、静止用圧縮流体を油とすることができる。このようにすれば、高い圧力を容易に得ることができるので、剛性の高いダイアフラム構造とすることができる。
さらに、軸受支持高さHについては、ロック指令の有無にかかわらず高さが変化しないように圧力調整のみによって調整したが、この高さHを測定するセンサを設け、このセンサ出力が所定の値になるようにレギュレータで圧力調整を行う構成とすることが出来る。この場合のセンサは、静電容量式、光学式、電磁式、超音波式など各種のものを用いることが出来るが、非接触式のセンサが好ましい。このようにすれば、仮に圧力変動が生じても軸受支持高さHが修正されるので、精度が高く安定な浮上・静止が可能となる。
【0050】
また基部(案内面)と軸受本体側(軸受面)は、異なる材質を用いることが好ましい。例えば案内面としてアルミナセラミックスを用い、軸受面にはステンレス(例:SUS420J2)とする。このようにすれば、案内面の損傷を防ぐことができる。
さらに軸受本体側は、耐食性のある材質とすることが好ましい。具体的にはステンレスや銅合金を用いることが出来る。このようにすれば軸受内に圧縮空気を通しても腐食による損傷を防止することができる。
【0051】
また本実施形態における空気軸受の軸受面の浮上用圧縮空気供給溝形状は、十字溝と円周溝を結合して十字溝の交差部分に圧縮空気出口を設ける構成としたが、この浮上用圧縮空気供給溝形状や圧縮空気出口は軸受の要求性能に応じて各種の形状とすることができる。
さらに本実施形態においては、図4に示すように圧縮空気供給溝30dの外側に圧縮空気排気溝101aと圧縮空気排気穴101b(図4の例では4箇所)を設ける。そして、図5に示すように圧縮空気排気穴101bから排気管103を介してポンプなどの吸引手段104へ接続し、圧縮空気の供給量と排気量が略同一となるように吸引手段104の吸引量を制御する構成としても良い。この場合、前記浮上用圧縮空気給気管28と図5に示す排気管103の各々に浮上用圧縮空気給気流量計と排気流量計(図示省略)を挿入し、両者が略同一となるように吸引手段の吸引量を制御する流量制御手段(図示省略)を設けた構成とすれば、制御精度は更に向上する。このようにすれば、浮上用圧縮空気の軸受外への流出と拡散を防止でき、その結果、測定機各部の不要な空気の対流を防止して各部の温度ばらつきの発生を防止できるので、測定精度が向上する。
【0052】
また本実施形態においては、図4に示すように軸受面の圧縮空気排気溝101aの外周に連続した外周抵抗部102を備えていることが好ましい。この外周抵抗部102は、軸受面と略同一面とする他、図5に示す空気軸受16の断面図のように圧縮空気排気溝101aの外側を始点とするテーパ形状(図5(B)参照)としたり、ラビリンスを形成して(図5(A)参照)抵抗を増大させることができる。
このようにすれば、軸受を設置する環境が真空中であっても本発明を実施できる。特に軸受の浮上時には、前記チャンバ22内の静止用圧縮空気は前記レギュレータ53または前記制御弁52から外部に排気され、浮上用圧縮空気は図5に示す排気管103から吸引され外部に排気される。またロック指令による軸受の静止時には、圧縮空気の放出は全く停止される。従って軸受を真空槽内で用いる場合に、真空槽内へ放出される圧縮空気の量を極めて少なくすることができるので、真空度への影響が少なく、極めて有用である。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる空気軸受によれば、ロック指令により、基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、該浮上用圧縮空気供給の解除により消失する基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることとした。
この結果、本発明においては、基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、基部に対し可動部をしっかりとロックすることができる。
また本発明においては、前記ロック指令により、浮上用給気管による浮上用圧縮空気供給の解除と、静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う制御弁を設けることにより、前記可動部のロックを、より簡易に行うことができる。
さらに本発明においては、前記ロック指令により、前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が、前記ロック指令により消失する基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値となるように、静止用圧縮空気の圧力調整を行うレギュレータを設けることにより、前記ロック時の基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の浮上時の説明図である。
【図2】本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の静止(ロック)時の説明図である。
【図3】本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の機械への適用例である。
【図4】本実施形態にかかる他の実施形態における空気軸受の軸受面の説明図である。
【図5】本実施形態にかかる更に他の実施形態における空気軸受の断面図である。
【符号の説明】
10 ロック機構付き空気軸受(空気軸受)
12 案内面(基部)
14 スライダ(可動部)
16 空気軸受本体
22 チャンバ
24 ダイアフラム
28 空気軸受側圧縮空気供給配管(浮上用圧縮空気供給手段,浮上用圧縮空気給気管)
32 ロック機構側圧縮空気供給配管(静止用圧縮空気供給手段,静止用圧縮空気給気管)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of an air bearing, particularly a locking mechanism thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, static pressure thrust air bearings have been frequently used as guide mechanisms for measuring devices such as a three-dimensional measuring machine, and feeding devices such as ultra-precision processing machines such as aspherical processing machines and semiconductor manufacturing apparatuses.
This hydrostatic air bearing reduces the friction between the base and the movable part by floating the movable part from the base by the force of compressed air supplied from the other.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for example, in a guide mechanism such as the above-described feeding device, extremely high positioning accuracy is required.
However, since the hydrostatic air bearing used for the guide mechanism is non-contact, no frictional force acts between the base and the movable part. For this reason, in a static pressure air bearing, a positioning error corresponding to at least a position detection unit is generated due to disturbances such as vibration, and it is difficult to stop at a position detection unit or less.
Therefore, there is an urgent need to improve positioning accuracy in hydrostatic air bearings. Conventionally, for example, a technique of providing a friction member on an air bearing (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-45626), the supply of compressed air to the air bearing is shut off. It is conceivable to use a technique (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-285809, Japanese Patent No. 2987517, etc.) for bringing the base portion into contact with the movable portion.
[0004]
However, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-45626 has not been adopted because the position of the movable part may fluctuate after a lock command due to disturbance such as vibration.
Further, JP-A-4-285809, Japanese Patent No. 2987517, and the like have been desired to further improve the reduction of the change in the position and posture of the movable portion with respect to the base portion.
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an air bearing capable of firmly locking a movable part with respect to the base without changing the position and posture of the specific part of the movable part with respect to the base. Is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an air bearing according to the present invention is an air bearing comprising a base, a movable part, and a flying compressed air supply means, and includes a chamber and a stationary compressed air supply means. . Then, in response to a lock command for instructing the movable portion to be stationary with respect to the base portion, the floating compressed air supply means releases the floating compressed air supply between the base portion and the movable portion, and the stationary compressed air supply means supplies the inside of the chamber. Supply of compressed air for static
The diaphragm with respect to the base is deformed by deforming a specific part of the outer wall of the diaphragm in the direction of increasing the thickness of the air film by the same amount as the thickness of the air film between the base and the movable part that disappears when the supply of the compressed air for floating is released. The base portion and the movable portion are brought into contact with each other without changing the position and posture of a specific portion of the outer wall, and the movable portion is stationary with respect to the base portion by a frictional force generated by the contact.
[0006]
Here, the movable part is supported by the base part through an air film, and is movable relative to the base part.
The levitation compressed air supply means supplies levitation compressed air that forms the air film between the base portion and the movable portion.
The chamber is provided on the back surface of the movable part opposite to the surface in contact with the air film, and is configured by at least a diaphragm. When the compressed air for stationary is supplied, the thickness of the air film increases at a specific portion of the outer wall of the diaphragm. Deform in the direction.
The stationary compressed air supply means supplies the stationary compressed air into the chamber.
[0007]
The bearing here is not limited to a specific motion such as a rotational motion, but refers to a bearing that can be applied to a base that can move relative to a base such as a linear motion or a swing.
It is provided on the back surface of the movable part opposite to the surface in contact with the air film, and is composed of at least a diaphragm. That is, a chamber is composed of the back surface of the movable part and the diaphragm, and a chamber is already formed on the back surface of the movable part. This includes the provision of a configured diaphragm.
The specific part of the diaphragm outer wall referred to here includes the diaphragm outer wall itself and the part supported by the specific part of the diaphragm outer wall.
[0008]
In the present invention, the compressed air supply means for levitation includes a levitation air supply pipe that supplies compressed air from the compressed air supply source as the compressed air for levitation between the base portion and the movable portion, and The compressed air supply means preferably includes a static air supply pipe that supplies the compressed air from the compressed air supply source to the chamber as static compressed air, and further includes a control valve.
Here, the control valve is provided between the supply source and each of the air supply pipes, and according to the lock command, release of supply of the compressed air for levitation by the levitation air supply pipe, and stationary by the stationary air supply pipe Supply compressed air.
[0009]
The compressed air supply source mentioned here includes that the floating compressed air supply means and the stationary compressed air supply means use a common supply source, and use a separate supply source. In the present invention, provided in the latter stage of the control valve and supplied into the chamber via the stationary air supply pipe so that the pressure of the stationary compressed air in the chamber in the lock command becomes a predetermined value. A stationary regulator that adjusts the pressure of the compressed air for stationary use, or the floating air supply pipe through the floating air supply pipe so that the thickness of the air film when the lock command is released becomes a predetermined value. It is preferable to further include at least one of levitation regulators that adjust the pressure.
[0010]
Here, the regulator is not limited to supply / cancellation, and includes switching to the control valve as long as the pressure can be adjusted by controlling the opening of the valve.
The present invention further comprises a sensor for measuring the distance between the specific part of the outer wall of the diaphragm and the base, and a control circuit for controlling the regulator by the output of the sensor, regardless of whether the lock command is present or not. It is preferable to control the regulator so that the distance between the specific part and the base is always constant.
[0011]
Furthermore, in the present invention, it is preferable to include a stationary control memory, diaphragm control information acquisition means, and a regulator.
Here, the static control memory has a relationship between at least the pressure of the compressed air for static in the chamber obtained in advance and the amount of deformation in the thickness direction of the air film at a specific part of the outer wall of the diaphragm at the pressure. Is remembered.
[0012]
Further, the diaphragm control information acquisition means statically controls the pressure value of the stationary compressed air corresponding to the thickness of the air film between the base portion and the movable portion, which disappears by the release of the floating compressed air supply, according to the lock command. It is obtained from the memory.
The regulator is provided downstream of the control valve, and the pressure of the static compressed air in the chamber is set via the static air supply pipe so that the pressure obtained by the diaphragm control information acquisition unit is equal to the pressure value. The pressure of the stationary compressed air supplied into the chamber is adjusted.
[0013]
Furthermore, in the present invention, the compressed air supply means further includes a compressed air supply groove formed in a concave shape on a surface in contact with the air film of the movable part, and further includes a compressed air exhaust groove, a compressed air exhaust hole, And an exhaust pipe, and it is preferable to collect the compressed air for levitation.
Here, the compressed air exhaust groove is formed to be recessed outside the compressed air supply groove so as to collect the compressed air for levitation.
[0014]
The compressed air exhaust hole is opened in the wall surface of the compressed air exhaust groove and exhausts the recovered compressed air for levitation.
The exhaust pipe connects the compressed air exhaust hole and suction means for sucking the recovered compressed air for levitation.
In the present invention, it is preferable to further include an outer peripheral resistance portion that is continuously disposed on the outer peripheral side of the compressed air exhaust groove and is disposed on substantially the same surface as the surface of the movable portion that contacts the air film. It is.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1A shows a schematic configuration of a guide mechanism of a feeding device using an air bearing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows the air bearing body viewed from the bearing surface. FIG.
An air bearing with a lock mechanism (air bearing) 10 shown in the figure is an example of a static pressure thrust air bearing provided in each of the X-axis guide mechanism, the Y-axis guide mechanism, and the Z-axis guide mechanism of the coordinate measuring machine, A guide surface (base portion) 12, a slider (movable portion) 14, an
[0017]
The
The floating compressed air supply means 18 includes a compressed
The stationary compressed air supply means 20 includes the compressed
The
[0018]
In the present embodiment, the
An
[0019]
In the present embodiment, the central portion of the upper wall of the
On the central axis of the
[0020]
In the
Further, the
The
[0021]
The
An air bearing side compressed
Between the
The
[0022]
When a control signal instructing ascent is sent from the
Then, the compressed air from the compressed
[0023]
The
In the figure, the bearing clearance from the
By configuring the
[0024]
By the way, for example, a measuring device such as a three-dimensional measuring machine, and a guide mechanism of a feeding device of an ultra-precision processing machine such as an aspherical surface processing machine or a semiconductor manufacturing apparatus, requires very high positioning accuracy.
For this reason, for example, in ball screw driving, it is generally considered that the motor shaft is mechanically fixed. However, a coupling, a ball screw, a ball nut, a joint portion with a slider, etc. from the motor shaft is a spring. It is an element and may be elastically deformed by disturbances such as vibrations, resulting in fluctuations in the position of the slider.
[0025]
Conventionally, it is conceivable that after the positioning is completed, the compressed air to the air bearing is shut off, the bearing surface of the slider is brought into contact with the guide surface, and friction is generated to obtain a completely stationary state of the slider. Although this method is very good in that the slider can be completely stationary, the geometric position and posture of the slider can be adjusted due to the disappearance of the air film formed before the supply of compressed air to the air bearing is interrupted. Since it collapsed greatly, there was still room for improvement in this respect.
Therefore, a characteristic feature of the present invention is that the bearing surface and the guide surface are brought into contact with each other without impairing the position and posture of the slider supported by the bearing, and the slider is caused by the frictional force generated by the contact between the bearing surface and the guide surface. Is completely stationary.
[0026]
For this purpose, in this embodiment, as shown in the figure, the
Then, as shown in FIG. 2, when a control signal (lock command) instructing the stop is sent from the
[0027]
As a result, the compressed air supplied from the
Here, simultaneously with the release of the compressed air supply for levitation, the compressed air from the compressed
[0028]
The
In this figure, the amount of deflection δ of the
[0029]
As described above, in the present embodiment, the air supply to the
In response to a positioning command from the control system such as the
[0030]
At this time, the air film formed between the
Accordingly, the bearing
[0031]
<Control valve>
By the way, in the air bearing, it is important to more easily realize the completely stationary state of the slider.
Therefore, a characteristic of the present invention is that the release of the compressed air supply to the bearing surface and the supply of the compressed air to the chamber are performed in the middle of the piping to the bearing in order to easily realize the completely stationary state of the slider. This is performed by a control command for the provided control valve.
For this purpose, the present embodiment includes the
[0032]
<Regulator>
In order to further reduce the change in the geometric position and the geometric posture of the
Therefore, in the present embodiment, the tuning
[0033]
The tuning
The
The
The
[0034]
The
Then, the
The tuning
[0035]
As described above, in this embodiment, by providing the
In this embodiment, in order to control the deflection amount δ of the
[0036]
<Timing>
In the above configuration, the example in which the release of the compressed air supply to the
[0037]
Modified example
The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made within the scope of the gist of the invention.
[0038]
<Mechanical lock>
For example, in this embodiment, in addition to the
[0039]
<Exercise>
In the above configuration, an example of linear motion in the Y-axis direction and the like has been described. However, the air bearing with a lock mechanism of the present embodiment is not limited to this, and is within the scope of the gist of the invention. It is also preferable to apply to arbitrary movements such as rotational movement and swinging.
[0040]
<Application example to machine>
The
An example is shown below.
[0041]
That is, as a probe attached to a recent CMM (hereinafter referred to as CMM), in addition to a general 3D type contact / non-contact probe, although it is 1D (one direction), the displacement resolution is CMM. There are those that are significantly higher than the position detection resolution, such as a displacement meter used for measuring roughness and roundness.
In this case, the positioning accuracy on the CMM side is sufficient to be about 1/10 of the detection stroke (measurement range) of the displacement meter, but what is important is the stationary stability. The stability is desirably equal to or less than the detection resolution of the displacement meter.
[0042]
However, until now, there has been no air bearing that can obtain a very high static stability and a significant reduction effect of changes in the geometric position and posture of a slider or the like when locked, as in the present invention. There was no example in which a displacement meter used for measuring roughness and roundness was mounted to measure roughness and roundness at a high level.
Therefore, in this embodiment, the air bearings such as the
[0043]
The CMM 74 is supported by a table 82, a
A
[0044]
The air bearing with a lock mechanism according to the present embodiment is adopted as an air bearing for guiding the
That is, as shown in FIG. 5B, the Y-
[0045]
Further, as shown in FIG. 6C, the
As shown in FIG. 4D, in the Z-
The air bearing with a lock mechanism according to this embodiment can be applied to the
[0046]
Therefore, instead of the
Therefore, in this embodiment, for example, by attaching a displacement meter used for a roughness meter or roundness to the CMM, for example, accuracy equivalent to that of a roughness meter and roundness measuring machine, which has been extremely difficult in the past, is achieved. Can measure roughness and roundness.
[0047]
The present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
That is, the regulator in the present embodiment shows only the regulator that adjusts the compressed air pressure in the chamber, but a floating compressed air pressure adjusting regulator may be provided via the floating supply pipe. This regulator may be provided with either or both of levitating and stationary. In short, it is only necessary to adjust the floating compressed air pressure or the stationary compressed air pressure so that the height from the base of the specific portion of the outer wall of the diaphragm does not change regardless of the presence or absence of the lock command. In this way, it is not always necessary to increase the accuracy of the pressure generated by the compressed air supply source. Moreover, the adjustment accuracy of the height from the base part of the specific site | part of the diaphragm outer wall improves.
[0048]
These regulators and control valves may be electromagnetic valves or servo valves. That is, a regulator or a control valve having an accuracy suitable for the required accuracy may be used.
Furthermore, although the example which uses compressed air was shown in this embodiment, compressed fluid can be used more generally. For example, a gas or liquid other than air may be used. This makes it possible to select an appropriate fluid according to the required pressure.
[0049]
Also, the stationary compressed fluid into the chamber and the floating compressed fluid need not be the same. For example, the floating compressed fluid can be air and the stationary compressed fluid can be oil. In this way, since a high pressure can be easily obtained, a highly rigid diaphragm structure can be obtained.
Further, the bearing support height H is adjusted only by pressure adjustment so that the height does not change regardless of the presence or absence of a lock command. A sensor for measuring the height H is provided, and the sensor output is a predetermined value. Thus, the pressure can be adjusted with a regulator. In this case, various sensors such as a capacitance type, an optical type, an electromagnetic type, and an ultrasonic type can be used, but a non-contact type sensor is preferable. In this way, even if pressure fluctuation occurs, the bearing support height H is corrected, so that highly accurate and stable levitation and rest are possible.
[0050]
Moreover, it is preferable to use different materials for the base (guide surface) and the bearing body side (bearing surface). For example, alumina ceramic is used for the guide surface and stainless steel (eg, SUS420J2) is used for the bearing surface. In this way, the guide surface can be prevented from being damaged.
Further, the bearing body side is preferably made of a material having corrosion resistance. Specifically, stainless steel or copper alloy can be used. In this way, damage caused by corrosion can be prevented even if compressed air is passed through the bearing.
[0051]
In addition, the floating compressed air supply groove shape of the bearing surface of the air bearing in this embodiment is configured to connect the cross groove and the circumferential groove and provide the compressed air outlet at the crossing portion of the cross groove. The air supply groove shape and the compressed air outlet can have various shapes depending on the required performance of the bearing.
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the compressed
[0052]
Moreover, in this embodiment, it is preferable to provide the outer
In this way, the present invention can be implemented even when the environment in which the bearing is installed is in a vacuum. In particular, when the bearing floats, the stationary compressed air in the
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the air bearing of the present invention, the release of the floating compressed air supply between the base portion and the movable portion and the stationary compressed air into the chamber by the stationary compressed air supply means by the lock command. The specific portion of the outer wall of the diaphragm is deformed in the direction of increasing the thickness of the air film by the same amount as the thickness of the air film between the base and the movable part that disappears when the supply of the compressed air for floating is released.
As a result, in the present invention, the movable part can be securely locked to the base without changing the position and posture of the specific part of the movable part with respect to the base.
Further, in the present invention, the lock of the movable portion is provided by providing a control valve for releasing the supply of the compressed air for levitation by the levitation air supply pipe and supplying the compressed air for the stasis by the stationary air supply pipe in accordance with the lock command. Can be performed more easily.
Further, in the present invention, the value of the pressure of the stationary compressed air corresponding to the thickness of the air film between the base portion and the movable portion where the pressure of the stationary compressed air in the chamber disappears due to the locking command due to the locking command. As described above, by providing a regulator for adjusting the pressure of the compressed air for stationary use, the change in the position and posture of the specific part of the movable part with respect to the base part at the time of the lock can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram when an air bearing with a lock mechanism according to the present embodiment is levitated.
FIG. 2 is an explanatory diagram when the air bearing with a lock mechanism according to the present embodiment is stationary (locked).
FIG. 3 is an example of application of an air bearing with a lock mechanism according to the present embodiment to a machine.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a bearing surface of an air bearing according to another embodiment of the present embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an air bearing according to still another embodiment of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Air bearing with lock mechanism (air bearing)
12 Guide surface (base)
14 Slider (movable part)
16 Air bearing body
22 chambers
24 Diaphragm
28 Air Bearing Side Compressed Air Supply Pipe (Floating Compressed Air Supply Means, Floating Compressed Air Supply Pipe)
32 Lock mechanism side compressed air supply pipe (static compressed air supply means, static compressed air supply pipe)
Claims (7)
前記可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成され、静止用圧縮空気が供給されると、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚みの増大方向に変形させるチャンバと、
前記チャンバ内に前記静止用圧縮空気を供給する静止用圧縮空気供給手段と、
を備え、前記基部に対する可動部の静止を指示するロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給手段による基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、
前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、前記ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることにより、前記基部に対するダイアフラム外壁の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、前記基部と可動部を接触させ、該接触により生じる摩擦力により、前記基部に対する可動部の静止を行うことを特徴とする空気軸受。A base, a movable part supported by the base via an air film and movable relative to the base, and a compressed air for levitation for supplying the compressed air for levitation forming the air film between the base and the movable part An air bearing comprising a supply means,
The movable portion is provided on the back surface opposite to the surface in contact with the air film, and is configured by at least a diaphragm. When compressed air for stationary is supplied, a specific portion of the outer wall of the diaphragm is deformed in the direction of increasing the thickness of the air film. A chamber;
A stationary compressed air supply means for supplying the stationary compressed air into the chamber;
And a release command of the floating compressed air supply between the base and the movable part by the floating compressed air supply means and a chamber by the stationary compressed air supply means by a lock command instructing the stationary of the movable part with respect to the base part Supply static compressed air to the inside,
The diaphragm with respect to the base is deformed by deforming a specific part of the outer wall of the diaphragm in the direction of increasing the thickness of the air film by the same amount as the thickness of the air film between the base and the movable part that disappears when the supply of the compressed air for floating is released. An air bearing characterized in that the base and the movable part are brought into contact with each other without changing the position and posture of a specific portion of the outer wall, and the movable part is stationary with respect to the base by a frictional force generated by the contact.
前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を浮上用圧縮空気として前記基部と可動部間に供給する浮上用給気管を含み、
前記静止用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を静止用圧縮空気として前記チャンバに供給する静止用給気管を含み、
また前記供給源と前記各給気管の間に設けられ、前記ロック指令により、前記浮上用給気管による浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う制御弁を備えたことを特徴とする空気軸受。The air bearing according to claim 1,
The floating compressed air supply means includes a floating air supply pipe that supplies compressed air from the compressed air supply source as the floating compressed air between the base portion and the movable portion,
The stationary compressed air supply means includes a stationary air supply pipe that supplies compressed air from the compressed air supply source to the chamber as compressed compressed air.
Also, a control provided between the supply source and each of the air supply pipes, for releasing the floating compressed air supply by the floating air supply pipe and supplying the stationary compressed air by the stationary air supply pipe by the lock command. An air bearing comprising a valve.
前記ロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリより求めるダイアフラム制御情報取得手段と、
前記制御弁の後段に設けられ、前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が、該ダイアフラム制御情報取得手段により求めた圧力の値となるように、前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行うレギュレータと、
を備えたことを特徴とする空気軸受。3. The air bearing according to claim 2, wherein a relationship between at least the pressure of the compressed air for stationary use in the chamber obtained in advance and the deformation amount in the thickness direction of the air film at a specific portion of the outer wall of the diaphragm at the pressure is stored. A stationary control memory, and
Diaphragm control information acquisition means for obtaining from the static control memory a value of the pressure of the static compressed air corresponding to the thickness of the air film between the base and the movable part that disappears when the floating compressed air supply is released by the lock command When,
The control valve is provided at a subsequent stage, and the pressure of the static compressed air in the chamber is set in the chamber via the static air supply pipe so that the pressure obtained by the diaphragm control information acquisition means becomes the pressure value. A regulator for adjusting the pressure of the supplied compressed air for stationary use;
An air bearing comprising:
また前記圧縮空気供給溝の外側に前記浮上用圧縮空気を回収する凹状に窪んで形成された圧縮空気排気溝と、
前記圧縮空気排気溝の壁面に開口されて前記回収された浮上用圧縮空気を排気する圧縮空気排気穴と、
前記圧縮空気排気穴と前記回収された浮上用圧縮空気を吸引する吸引手段とを接続する排気管と、
を更に備え、前記浮上用圧縮空気を回収することを特徴とする空気軸受。The air bearing according to any one of claims 1 to 5, wherein the compressed air supply means further includes a compressed air supply groove formed in a concave shape on a surface in contact with the air film of the movable part,
A compressed air exhaust groove formed in a concave shape for collecting the floating compressed air outside the compressed air supply groove;
A compressed air exhaust hole that is opened in the wall surface of the compressed air exhaust groove and exhausts the recovered compressed air for levitation;
An exhaust pipe for connecting the compressed air exhaust hole and a suction means for sucking the recovered floating compressed air;
The air bearing is further characterized in that the compressed air for floating is recovered.
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