JP4195939B2 - Levitation / adsorption force generator - Google Patents

Levitation / adsorption force generator Download PDF

Info

Publication number
JP4195939B2
JP4195939B2 JP2005234235A JP2005234235A JP4195939B2 JP 4195939 B2 JP4195939 B2 JP 4195939B2 JP 2005234235 A JP2005234235 A JP 2005234235A JP 2005234235 A JP2005234235 A JP 2005234235A JP 4195939 B2 JP4195939 B2 JP 4195939B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
generated
traveling wave
bearing
levitation
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005234235A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007046756A (en
Inventor
英二 社本
教和 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya University NUC, Tokai National Higher Education and Research System NUC filed Critical Nagoya University NUC
Priority to JP2005234235A priority Critical patent/JP4195939B2/en
Publication of JP2007046756A publication Critical patent/JP2007046756A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4195939B2 publication Critical patent/JP4195939B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Hooks, Suction Cups, And Attachment By Adhesive Means (AREA)

Description

本発明は、進行波を利用して2つの部材間に浮上力又は吸着力を発生させる技術に関する。   The present invention relates to a technique for generating a levitation force or an adsorption force between two members using traveling waves.

ほとんどの機械は2以上の部材が組合わされて構成されている。組合わされた2つの部材の一方を他方に対して相対運動(例えば、回転運動、スライド運動)させる場合に、両部材間に作用する摩擦力が大きいと、精密な位置決めや送り動作が困難となり、また、両部材の摺動面の磨耗や、摩擦熱による焼きつき等の問題が生じる。一方、相対運動が可能な2部材の一方を他方に対して所定の位置で位置決めした後に、両部材間に作用する摩擦力が小さすぎると、小さな外力によって両部材の位置関係が崩れてしまう。このため、摩擦力を極めて小さくして滑らかな移動や回転を実現する各種軸受、逆に摩擦力を大きくしてクランプする装置の開発が行われてきた。また、精密な機械要素では案内面の持つ幾何学的誤差や外力による誤差運動を補正する装置の開発が行われてきた。   Most machines are composed of two or more components combined. When one of the two members combined is moved relative to the other (for example, rotational motion, slide motion), if the frictional force acting between the two members is large, precise positioning and feeding operations become difficult. In addition, problems such as wear of sliding surfaces of both members and seizure due to frictional heat occur. On the other hand, if one of the two members capable of relative movement is positioned at a predetermined position with respect to the other and the frictional force acting between the two members is too small, the positional relationship between the two members is destroyed by a small external force. For this reason, various bearings that realize smooth movement and rotation with extremely small frictional force, and conversely, devices that clamp with increased frictional force have been developed. In addition, for precision machine elements, devices have been developed that correct geometrical errors of guide surfaces and error motions caused by external forces.

2つの部材の間に作用する摩擦力を制御する装置としては、例えば、一方の部材(軸受)に対して他方の部材(軸)を非接触で支持し、2つの部材の間に作用する摩擦力を小さくする軸受装置が知られている。この種の軸受装置としては、静圧軸受装置(例えば、非特許文献1)、動圧軸受装置(例えば、非特許文献2)、スクイーズ膜軸受装置(例えば、非特許文献3)等が開発されている。
静圧軸受装置では、軸受(一方の部材)と軸(他方の部材)の隙間に圧縮した流体(例えば、空気、油等)を供給し、その圧力によって軸を非接触で支持する。この静圧軸受装置では、軸受と軸の隙間に圧縮した流体を供給するための周辺装置(例えば、コンプレッサ等)を必要とするため、装置が大掛かりで高価なものとなってしまう。また、移動するテーブル等に長い配管を設置する必要がある上、運動の妨げとなる場合もある。
動圧軸受装置では、軸受又は軸が運動する際に、その間に挟まれた流体が軸の回転につられて狭い隙間へと運ばれるくさび効果によって圧力が発生し、その圧力によって軸を非接触で支持する。この動圧軸受装置では、軸の回転速度が小さくなると、くさび効果によって発生する圧力が低下し、軸と軸受とが接触してしまう。
また、スクイーズ膜軸受装置では、圧縮性のある流体膜に支持方向の振動を与え、そのスクイーズ膜効果による圧力によって軸を非接触で支持する。このスクイーズ膜軸受装置では、スクイーズ膜効果によって得られる圧力が低いため、充分な負荷容量と剛性を得ることができない。
上述したことから明らかなように、従来の技術では、実用的に摩擦力が極めて小さな軸受を実現するためには、コンプレッサ等の周辺装置を用いて配管を設置しなければならず、さらに誤差運動を補正したり位置決め後のクランプを行うためには追加の装置を必要とするなどの問題があった。
青山藤詞郎、「静圧軸受−設計と応用」、工業調査会(1990) 十合晋一、「気体軸受−設計から製作まで」、共立出版株式会社(1984) 吉本成香、阿武芳郎、「圧電素子を用いた動圧形スクイーズ空気案内面」、トライポロジスト(1991年7月)、p.543−548
As an apparatus for controlling the frictional force acting between two members, for example, the other member (shaft) is supported in a non-contact manner with respect to one member (bearing), and the friction acting between the two members Bearing devices that reduce the force are known. As this type of bearing device, a hydrostatic bearing device (for example, Non-Patent Document 1), a hydrodynamic bearing device (for example, Non-Patent Document 2), a squeeze film bearing device (for example, Non-Patent Document 3), and the like have been developed. ing.
In a hydrostatic bearing device, a compressed fluid (for example, air, oil, etc.) is supplied to a gap between a bearing (one member) and a shaft (the other member), and the shaft is supported in a non-contact manner by the pressure. In this hydrostatic bearing device, a peripheral device (for example, a compressor) for supplying a compressed fluid to the gap between the bearing and the shaft is required, so that the device is large and expensive. In addition, it is necessary to install a long pipe on a moving table or the like, which may hinder movement.
In a hydrodynamic bearing device, when the bearing or shaft moves, pressure is generated by the wedge effect in which the fluid sandwiched between the bearings and the shaft is carried by the rotation of the shaft into a narrow gap, and the shaft is brought into contact with the pressure. To support. In this hydrodynamic bearing device, when the rotational speed of the shaft decreases, the pressure generated by the wedge effect decreases, and the shaft and the bearing come into contact with each other.
In the squeeze film bearing device, vibration in the support direction is applied to the compressible fluid film, and the shaft is supported in a non-contact manner by pressure due to the squeeze film effect. In this squeeze film bearing device, since the pressure obtained by the squeeze film effect is low, sufficient load capacity and rigidity cannot be obtained.
As is clear from the above, in the conventional technology, in order to realize a bearing that has practically extremely low frictional force, piping must be installed using a peripheral device such as a compressor, and error motion There is a problem that an additional device is required to correct the angle and perform clamping after positioning.
Aoyama Fujiro, “Hydrostatic Bearings-Design and Application”, Industrial Research Committee (1990) Junichi Jugo, “Gas bearings-from design to production”, Kyoritsu Publishing Co., Ltd. (1984) Yoshika Narika, Abu Yoshiro, “Dynamic Pressure Squeeze Air Guide Surface Using Piezoelectric Elements”, Tripodologist (July 1991), p. 543-548

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサ等の周辺装置を用いることなく2つの部材の間に作用する摩擦力を極めて小さくすること、さらには浮上力から逆に吸着力を発生するまでの広範囲において2つの部材の間に作用する力を自在に制御することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to extremely reduce the frictional force acting between two members without using a peripheral device such as a compressor. It is an object of the present invention to provide a technique capable of freely controlling the force acting between two members over a wide range until the occurrence of the above.

本発明では、2つの部材の少なくとも一方の部材の表面に進行波を発生させることで、2つの部材の間に作用する摩擦力を自在に制御することを可能とする。すなわち、本発明の装置は、第1の部材と、この第1の部材と対向する第2の部材と、第1の部材と第2の部材の少なくとも一方に設けられ、一方の部材に対して他方の部材の表面に進行波を発生させるアクチュエータと、を備える。そして、アクチュエータによって一方の部材に対して他方の部材の表面に進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間の流体に力を及ぼして、第1の部材と第2の部材との間に浮上力又は吸着力を発生させる。
この装置では、アクチュエータによって一方の部材に対して他方の部材の表面に進行波を発生させ、それによって2つの部材の間に浮上力又は吸着力を発生させる。2つの部材の間に浮上力が発生すると、両者の間に作用する摩擦力が極めて小さくなる。また、2つの部材の間に吸着力が発生すると、両者の間に作用する摩擦力が大きくなる。
この装置では、2つの部材の少なくとも一方にアクチュエータを設けるだけでよいので、コンプレッサ等の周辺装置や配管が不要となる。また、進行波によって発生する浮上力又は吸着力は、振動の強弱や周波数によって制御することができる。したがって、この装置によると、コンプレッサ等の周辺装置や配管を用いることなく、2つの部材間に作用する摩擦力を極めて小さくすることができ、また、2つの部材間に作用する摩擦力を大きくして一方の部材に他方の部材をクランプすることができ、さらに、浮上力を制御して誤差運動を補正することが可能となる。
In the present invention, by generating a traveling wave on the surface of at least one of the two members, the frictional force acting between the two members can be freely controlled. That is, the device of the present invention is provided on at least one of the first member, the second member facing the first member, the first member, and the second member, An actuator that generates a traveling wave on the surface of the other member. The actuator generates a traveling wave on the surface of the other member with respect to the one member, thereby exerting a force on the fluid between the first member and the second member, and the first member and the second member. A levitation force or adsorption force is generated between the member and the other member.
In this apparatus, a traveling wave is generated on the surface of the other member by the actuator with respect to one member, thereby generating a levitation force or an adsorption force between the two members. When a levitation force is generated between the two members, the frictional force acting between the two members becomes extremely small. Further, when an attracting force is generated between the two members, a frictional force acting between the two members is increased.
In this apparatus, since it is only necessary to provide an actuator on at least one of the two members, peripheral devices such as a compressor and piping are not required. Further, the levitation force or adsorption force generated by the traveling wave can be controlled by the vibration intensity and frequency. Therefore, according to this device, the frictional force acting between the two members can be extremely reduced without using peripheral devices such as a compressor and piping, and the frictional force acting between the two members can be increased. Thus, the other member can be clamped to one member, and the levitating force can be controlled to correct the error motion.

上記の装置においては、第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に外側から内側に向かって進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間に浮上力を発生させることができる。すなわち、第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に、外側から内側に向かって進行波が発生すると、第1の部材と第2の部材の中央において流体の圧力が上昇し、第1の部材と第2の部材との間に浮上力が発生する。   In the above apparatus, a traveling wave is generated from the outside to the inside of the surface of at least one of the first member and the second member, so that the surface floats between the first member and the second member. Can generate power. That is, when a traveling wave is generated from the outside toward the inside on the surface of at least one of the first member and the second member, the fluid pressure increases at the center of the first member and the second member. A levitation force is generated between the first member and the second member.

第1の部材と第2の部材の間に浮上力を発生させる場合、第1の部材と第2の部材の中央部では、アクチュエータによって発生した進行波が吸収されることが好ましい。このような構成によると、外側から内側に向かう進行波が中央部で反射することが防止され、2つの部材間に浮上力を効果的に発生させることができる。
上記の装置は、第1の部材と第2の部材との間に発生する浮上力によって第1の部材に対して第2の部材を非接触で支持する支持装置(例えば、回転軸受装置や対向型、重力バランス型の直動案内装置)に応用することができる。
When a levitation force is generated between the first member and the second member, it is preferable that the traveling wave generated by the actuator is absorbed in the central portion of the first member and the second member. According to such a configuration, the traveling wave traveling from the outside to the inside is prevented from being reflected at the central portion, and a levitation force can be effectively generated between the two members.
The above-described device is a support device that supports the second member in a non-contact manner with respect to the first member by a levitation force generated between the first member and the second member (for example, a rotary bearing device or an opposing device). It can be applied to a type and gravity balance type linear motion guide device).

あるいは、第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に内側から外側に向かって進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間に吸着力を発生させることができる。すなわち、第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に内側から外側に向かって進行波が発生すると、第1の部材と第2の部材の間から流体が排出され(中央部が負圧となり)、2つの部材の間に吸着力が発生する。   Alternatively, an attraction force is generated between the first member and the second member by generating a traveling wave on the surface of at least one of the first member and the second member from the inside toward the outside. be able to. That is, when a traveling wave is generated on the surface of at least one of the first member and the second member from the inside to the outside, the fluid is discharged from between the first member and the second member (the central portion). A negative pressure), an adsorption force is generated between the two members.

また、本発明は、第1の部材と第2の部材との間に浮上力又は吸着力を発生させる新規な方法を提供する。すなわち、本発明の方法は、第1の部材に対して第2の部材の表面に進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間の流体に力を及ぼして、第1の部材と第2の部材との間に浮上力又は吸着力を発生させることを特徴とする。   The present invention also provides a novel method for generating a levitation force or an adsorption force between a first member and a second member. That is, the method of the present invention applies a force to the fluid between the first member and the second member by generating a traveling wave on the surface of the second member with respect to the first member, A levitation force or an adsorption force is generated between the first member and the second member.

本発明の一実施形態に係る進行波を利用した浮上・吸着力発生装置の原理について図5を参照して説明する。図5は進行波によって2つの部材12,14間に浮上力が発生している状態を模式的に示している。
図5に示すように、本実施形態の浮上・吸着力発生装置10は、第1部材(例えば、軸受)12と、第2部材(例えば、軸や案内面)14を備えている。第2部材14は案内面14aを有している。図5に示す場合、案内面14aは滑らかな平面であり、その形状は変化しないようになっている。
第1部材12は、板状の部材(例えば、円板、方形板等)であり、第2部材14と対向する位置に配されている。第1部材12は軸受面12a(例えば、平面、円筒面、球面、円錐面等)を有し、軸受面12aは同じ面形状を有する案内面14aと対向している。第1部材12は、複数のアクチュエータ18a,18b・・を備えている。複数のアクチュエータ18a,18b・・は、第1部材12の中心から周方向に所定の間隔で複数配置されると共に、半径方向に所定の間隔で複数配置されている(すなわち、アクチュエータ18a,18b・・は第1部材12の中心から放射状に配置されている)。
The principle of the levitation / adsorption force generator using traveling waves according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 schematically shows a state in which a levitation force is generated between the two members 12 and 14 by the traveling wave.
As shown in FIG. 5, the levitation / adsorption force generator 10 of the present embodiment includes a first member (for example, a bearing) 12 and a second member (for example, a shaft or a guide surface) 14. The second member 14 has a guide surface 14a. In the case shown in FIG. 5, the guide surface 14a is a smooth flat surface, and its shape is not changed.
The first member 12 is a plate-like member (for example, a disk, a square plate, etc.), and is disposed at a position facing the second member 14. The first member 12 has a bearing surface 12a (for example, a flat surface, a cylindrical surface, a spherical surface, a conical surface, etc.), and the bearing surface 12a faces a guide surface 14a having the same surface shape. The first member 12 includes a plurality of actuators 18a, 18b,. The plurality of actuators 18a, 18b,... Are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction from the center of the first member 12, and are arranged at predetermined intervals in the radial direction (that is, the actuators 18a, 18b,. Is arranged radially from the center of the first member 12).

アクチュエータ18a,18b・・を駆動すると、軸受面12aの形状が変化し、軸受面12aの外周部から中心部に向かって進行波を発生させることができる。すなわち、軸受面12aと案内面14aとの間の体積変化に伴って、流体が外周部から中心部に向かって力を受ける。これによって、軸受面12aの中心部の圧力が高くなり、第1部材12と第2部材14との間に浮上力が発生し、第2部材14から第1部材12が浮上する。これにより、第1部材12と第2部材14との間に作用する摩擦力を極めて小さくすることができる。   When the actuators 18a, 18b,... Are driven, the shape of the bearing surface 12a changes, and a traveling wave can be generated from the outer peripheral portion of the bearing surface 12a toward the center portion. That is, with the volume change between the bearing surface 12a and the guide surface 14a, the fluid receives a force from the outer peripheral portion toward the central portion. As a result, the pressure at the central portion of the bearing surface 12a is increased, a levitation force is generated between the first member 12 and the second member 14, and the first member 12 is lifted from the second member 14. Thereby, the frictional force which acts between the 1st member 12 and the 2nd member 14 can be made very small.

なお、第1部材12の浮上量が大きくなると、軸受面12aと案内面14aの隙間が大きくなるため、軸受面12aと案内面14aの間から流体が流出し易くなる。このため、軸受面12aと案内面14aの間の流体の圧力が低下して浮上量は小さくなる。したがって、流体圧力と流体流出量とがバランスする位置で第1部材12の浮上量が決まることとなる。
また、第1部材12に上方から下方に向かって負荷が作用すると、軸受面12aと案内面14aの隙間が小さくなるため、軸受面12aと案内面14aの間から流体が流出し難くなる。このため、軸受面12aと案内面14aの間の流体の圧力が上昇して、第1部材12を支持する力が増大する。すなわち軸受として必要な復元力を有している。
さらに、第1部材12の偏心した位置に負荷が作用する場合に、大きな負荷が作用する側では、軸受面12aと案内面14aの隙間が小さくなり、軸受面12aに作用する流体の圧力が高くなる。一方、小さな負荷が作用する側では、軸受面12aと案内面14aの隙間が開き、軸受面12aと案内面14aの間から流体が流出し易くなって、軸受面12aに作用する流体の圧力が低くなる。流体には粘性抵抗が存在し、高圧側から低圧側へ移動することは容易ではないため、第1部材12の偏心した位置に負荷が作用しても、第1部材12は第2部材14上に非接触の状態で維持されることとなる(すなわち、耐モーメント性を有している)。
Note that when the flying height of the first member 12 increases, the gap between the bearing surface 12a and the guide surface 14a increases, so that fluid easily flows out between the bearing surface 12a and the guide surface 14a. For this reason, the pressure of the fluid between the bearing surface 12a and the guide surface 14a falls, and the flying height becomes small. Therefore, the flying height of the first member 12 is determined at a position where the fluid pressure and the fluid outflow amount are balanced.
Further, when a load acts on the first member 12 from the upper side to the lower side, the gap between the bearing surface 12a and the guide surface 14a becomes small, so that it is difficult for fluid to flow out between the bearing surface 12a and the guide surface 14a. For this reason, the pressure of the fluid between the bearing surface 12a and the guide surface 14a rises, and the force which supports the 1st member 12 increases. That is, it has a restoring force necessary as a bearing.
Furthermore, when a load acts on the eccentric position of the first member 12, the gap between the bearing surface 12a and the guide surface 14a is reduced on the side where a large load acts, and the pressure of the fluid acting on the bearing surface 12a is high. Become. On the other hand, on the side where a small load acts, a gap between the bearing surface 12a and the guide surface 14a is opened, and fluid easily flows out between the bearing surface 12a and the guide surface 14a, and the pressure of the fluid acting on the bearing surface 12a is increased. Lower. Since the fluid has viscous resistance and it is not easy to move from the high pressure side to the low pressure side, the first member 12 remains on the second member 14 even if a load acts on the eccentric position of the first member 12. It is maintained in a non-contact state (that is, it has moment resistance).

また、アクチュエータ18a,18b・・を駆動して、軸受面12aの中心部から外周部に向かって進行波を発生させることができる。すなわち、軸受面12aと案内面14aとの間の体積変化に伴って、流体が中心部から外周部に搬送されるようにする。これによって、軸受面12aと案内面14aとの間の流体が排出され、第1部材12が第2部材14に吸着されることとなる(両者の間に吸着力が発生する)。これによって、第1部材12と第2部材14との間に作用する摩擦力を極めて大きくすることができる。   Further, the traveling waves can be generated from the center portion of the bearing surface 12a toward the outer peripheral portion by driving the actuators 18a, 18b,. That is, the fluid is conveyed from the central portion to the outer peripheral portion in accordance with the volume change between the bearing surface 12a and the guide surface 14a. As a result, the fluid between the bearing surface 12a and the guide surface 14a is discharged, and the first member 12 is adsorbed by the second member 14 (an adsorbing force is generated therebetween). As a result, the frictional force acting between the first member 12 and the second member 14 can be extremely increased.

ここで、軸受面の表面に進行波を発生させる方法について、簡単に説明しておく。図6は強制振動によって進行波を発生させる方法を模式的に示す図である。図6では案内面20aに対向して金属板22が配されている。金属板22には等間隔Lで3つの圧電素子(図示しない)が配置され、圧電素子によって金属板22が強制的に変位させられる。ここで、各圧電素子が等位相差αで駆動されると(例えば、sin(θ+α)、sinθ、sin(θ−α)のそれぞれで駆動されると)、軸受面22aに位相進み側から位相遅れ側に向かう進行波が発生する。
したがって、上述した実施形態において、軸受面12aに進行波を発生させ、流体駆動力を得るためには、例えば、第1部材12の周方向及び半径方向に等距離Lで3つの圧電素子を配置する。そして、軸受面12aと案内面14aの間に浮上力を発生させる場合は、外周側から中心に向かって位相進み振動、位相零振動、位相遅れ振動をさせることで、外周側から中心に向かう進行波を発生させる。一方、軸受面12aと案内面14aの間に吸着力を発生させる場合は、中心から外周に向かって位相進み振動、位相零振動、位相遅れ振動をさせることで、中心から外周に向かう進行波を発生させる。
Here, a method for generating a traveling wave on the surface of the bearing surface will be briefly described. FIG. 6 is a diagram schematically showing a method of generating a traveling wave by forced vibration. In FIG. 6, a metal plate 22 is disposed so as to face the guide surface 20a. Three piezoelectric elements (not shown) are arranged on the metal plate 22 at equal intervals L, and the metal plate 22 is forcibly displaced by the piezoelectric elements. Here, when each piezoelectric element is driven with an equal phase difference α (for example, when each piezoelectric element is driven with sin (θ + α), sin θ, sin (θ−α)), the phase is shifted to the bearing surface 22a from the phase advance side. A traveling wave toward the delay side is generated.
Therefore, in the above-described embodiment, in order to generate a traveling wave on the bearing surface 12a and obtain a fluid driving force, for example, three piezoelectric elements are arranged at an equal distance L in the circumferential direction and the radial direction of the first member 12. To do. When a levitation force is generated between the bearing surface 12a and the guide surface 14a, advancing from the outer peripheral side toward the center by causing phase advance vibration, phase zero vibration, and phase delay vibration from the outer peripheral side toward the center. Generate a wave. On the other hand, when an adsorption force is generated between the bearing surface 12a and the guide surface 14a, a traveling wave from the center toward the outer periphery is generated by causing phase advance vibration, phase zero vibration, and phase delay vibration from the center toward the outer periphery. generate.

なお、進行波を発生させる方法は、上述した強制振動による方法に限られず、例えば、共振現象を利用して進行波を発生させることもできる。共振現象を利用して第1部材12の外周から中心に向かって進行波を発生させる場合、第1部材12の外周に振動子(例えば、ボルト締めランジュバン型振動子)によって振動を発生させる。この際、第1部材12は放射線状に波が伝播するように共振設計をしておく。第1部材12の中央又は中心側にも振動子(例えば、ボルト締めランジュバン型振動子)を配置し、伝播してきた進行波を電気エネルギ等に変換して負荷抵抗等によって消費、あるいは、中央又は中心側の振動子によって伝播してきた進行波を打ち消す。このような方法によっても、第1部材12の外周から中心に向かう進行波を発生させることができる。なお、第1部材12の中心から外周に向かう進行波を発生させる場合は、中央又は中心側の振動子で振動を発生させ、外周側の振動子で伝播してきた進行波を吸収するようにすればよい。   Note that the method of generating the traveling wave is not limited to the above-described method using forced vibration, and for example, the traveling wave can be generated using a resonance phenomenon. When a traveling wave is generated from the outer periphery of the first member 12 toward the center using the resonance phenomenon, vibration is generated on the outer periphery of the first member 12 by a vibrator (for example, a bolted Langevin vibrator). At this time, the first member 12 is designed to be resonant so that the wave propagates radially. A vibrator (for example, a bolt-clamped Langevin vibrator) is also arranged at the center or the center side of the first member 12, and the propagating traveling wave is converted into electric energy or the like and consumed by load resistance or the like. Cancels the traveling wave propagated by the vibrator on the center side. Also by such a method, a traveling wave from the outer periphery of the first member 12 toward the center can be generated. When a traveling wave from the center of the first member 12 toward the outer periphery is generated, vibration is generated by the center or center-side vibrator and the traveling wave propagated by the outer-side vibrator is absorbed. That's fine.

上記の浮上・吸着力発生装置10は、アクチュエータ18a,18b・・を駆動することで軸受面12aの表面に進行波を発生させるため、コンプレッサ等の周辺装置によって軸受面12aと案内面14aの間に流体を供給する必要がない。
また、第1部材12と第2部材14が静止している状態でも進行波を発生させることができ、第1部材12と第2部材14との間に浮上力又は吸着力を発生させることができる。
また、第1部材12と第2部材14との間に作用する浮上力又は吸着力は、進行波の振幅及び/又は周波数によって変化する(すなわち、進行波によって搬送されようとする流体の単位時間当りの体積によって変化する)。したがって、進行波の振幅及び/又は周波数を制御することで、第1部材12と第2部材14との間に作用する浮上力又は吸着力を任意に制御することができる。このため、用途に応じて適切な浮上力又は吸着力に調節することができる。
The above-described levitation / adsorption force generator 10 generates a traveling wave on the surface of the bearing surface 12a by driving the actuators 18a, 18b,... There is no need to supply fluid.
Further, a traveling wave can be generated even when the first member 12 and the second member 14 are stationary, and a levitation force or an adsorption force can be generated between the first member 12 and the second member 14. it can.
Further, the levitation force or adsorption force acting between the first member 12 and the second member 14 varies depending on the amplitude and / or frequency of the traveling wave (that is, the unit time of the fluid to be conveyed by the traveling wave) Depending on the volume per unit). Therefore, by controlling the amplitude and / or frequency of the traveling wave, the levitation force or adsorption force acting between the first member 12 and the second member 14 can be arbitrarily controlled. For this reason, it can be adjusted to an appropriate levitation force or adsorption force according to the application.

なお、上述した実施形態では、第2部材14の案内面14aの形状が変化しないようにしたが、案内面14aを第1部材12の軸受面12aの振動に応じて振動させるようにしてもよい。これによって、軸受面12aに対する案内面14aの振動の振幅を大きくでき、より大きな浮上力又は吸着力を発生させることができる。   In the above-described embodiment, the shape of the guide surface 14a of the second member 14 is not changed, but the guide surface 14a may be vibrated according to the vibration of the bearing surface 12a of the first member 12. . Thereby, the amplitude of the vibration of the guide surface 14a with respect to the bearing surface 12a can be increased, and a larger levitation force or adsorption force can be generated.

以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下に説明する実施例は、平坦な案内面(上述した実施形態において第2部材14に相当する)に対して浮上・吸着する軸受(上述した実施形態において第1部材12に相当する)に本発明を適用した例である。図1は本実施例の軸受の縦断面図であり、図2は図1のII−II線断面図である。図1,2に示すように、本実施例の軸受30は、下板32と、上板48を備えている。
下板32は、円板状の薄板であり、その下面が軸受面32aとなっている。下板32には、例えば、アルミニウム製の薄板を用いることができる。アルミニウム製の薄板は、加工性に優れると共に軽量化でき、さらに、軸受面32aを効率よく強制的に変位させることができるためである。なお、下板32の軸受面32aは、高い平坦度を有することが好ましい。このため、軸受30の組立て後に軸受面32aにダイヤモンド切削等を施して、その平坦度を上げるようにしてもよい。
Examples of the present invention will be described below. In the example described below, a bearing that floats and sucks against a flat guide surface (corresponding to the second member 14 in the above-described embodiment) (corresponding to the first member 12 in the above-described embodiment). This is an example in which the present invention is applied. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the bearing of this embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the bearing 30 of this embodiment includes a lower plate 32 and an upper plate 48.
The lower plate 32 is a disk-shaped thin plate, and the lower surface thereof serves as a bearing surface 32a. For the lower plate 32, for example, an aluminum thin plate can be used. This is because the aluminum thin plate is excellent in workability and can be reduced in weight, and the bearing surface 32a can be efficiently and forcibly displaced. The bearing surface 32a of the lower plate 32 preferably has high flatness. For this reason, after the bearing 30 is assembled, the bearing surface 32a may be subjected to diamond cutting or the like to increase its flatness.

下板32の上面には、同心状に3枚のリング板42,44,46が固定されている。リング板42,44,46は、下板32の軸受面32aに与える周方向の強制変位のばらつきを抑えるために配されている(すなわち、周方向に均一に振動させるために配されている)。3枚のリング板42,44,46にもアルミニウム製の薄板を用いることができ、下板32と一体構造とすることもできる。   Three ring plates 42, 44 and 46 are fixed concentrically on the upper surface of the lower plate 32. The ring plates 42, 44, 46 are arranged in order to suppress variation in the forced displacement in the circumferential direction applied to the bearing surface 32 a of the lower plate 32 (that is, arranged to vibrate uniformly in the circumferential direction). . The three ring plates 42, 44, 46 can also be made of thin aluminum plates and can be integrated with the lower plate 32.

リング板42上には周方向に60°間隔で圧電素子34が配され、リング板44上には周方向に60°間隔で圧電素子36が配され、リング板46上には周方向に60°間隔で圧電素子38が配されている(ただし、図では一部の圧電素子にのみ番号を付している)。したがって、下板32の上面には、18個の圧電素子34,36,38が配されており、これらの圧電素子34,36,38は下板32の上面に放射状に配置されている。
圧電素子34,36,38には積層型圧電素子を用いることができる。積層型圧電素子としては、例えば、TOKIN社製(AE1010D16)を用いることができる。圧電素子34,36,38に電圧を印加すると、圧電素子34,36,38はリング板42,44,46を介して下板32を押圧する。リング板42,44,46から下板32に圧縮力が作用すると、下板32の各部は圧縮力に応じて変形する。
Piezoelectric elements 34 are arranged on the ring plate 42 at intervals of 60 ° in the circumferential direction, piezoelectric elements 36 are arranged on the ring plate 44 at intervals of 60 ° in the circumferential direction, and 60 on the ring plate 46 in the circumferential direction. Piezoelectric elements 38 are arranged at intervals of 0 ° (however, only some piezoelectric elements are numbered in the figure). Accordingly, 18 piezoelectric elements 34, 36, 38 are arranged on the upper surface of the lower plate 32, and these piezoelectric elements 34, 36, 38 are arranged radially on the upper surface of the lower plate 32.
As the piezoelectric elements 34, 36, and 38, stacked piezoelectric elements can be used. As the multilayer piezoelectric element, for example, TOKIN (AE1010D16) can be used. When a voltage is applied to the piezoelectric elements 34, 36, 38, the piezoelectric elements 34, 36, 38 press the lower plate 32 through the ring plates 42, 44, 46. When a compressive force acts on the lower plate 32 from the ring plates 42, 44, 46, each part of the lower plate 32 is deformed according to the compressive force.

圧電素子34,36,38の上端には上板48が取り付けられる。上板48も円板状の部材であり、下板32より剛性が強くされている。これによって、圧電素子34,36,38の圧縮力が上板48に作用しても上板48は変形し難く、下板32を効率的に変形させることができる。上板48には、例えば、鋼製(SUS304)の板を用いることができる。
上板48の中央部と下板32の中央部はネジ40により固定される。これによって、下板32の中央部は振動し難くなり、軸受面32aに発生した進行波が中央部で吸収されるようになっている。
An upper plate 48 is attached to the upper ends of the piezoelectric elements 34, 36 and 38. The upper plate 48 is also a disk-shaped member, and is more rigid than the lower plate 32. Thereby, even if the compressive force of the piezoelectric elements 34, 36, and 38 acts on the upper plate 48, the upper plate 48 is hardly deformed, and the lower plate 32 can be efficiently deformed. As the upper plate 48, for example, a steel plate (SUS304) can be used.
The central portion of the upper plate 48 and the central portion of the lower plate 32 are fixed with screws 40. As a result, the central portion of the lower plate 32 becomes difficult to vibrate, and the traveling wave generated on the bearing surface 32a is absorbed by the central portion.

上述した軸受30においては、外周側の圧電素子38に位相進み振動(sin(θ+α))を発生させ、中央の圧電素子36に位相零振動(sinθ)を発生させ、内側の圧電素子34に位相遅れ振動(sin(θ−α))を発生させると、軸受面32aの外周から中央に向かって進行波が発生する。軸受面32aの外周から中央に向かう進行波が発生すると、案内面と軸受面32aとの間に浮上力が発生し、軸受30は案内面から浮上する。したがって、案内面と軸受面32aとの間に作用する摩擦力を極めて小さくすることができる。
一方、外周側の圧電素子38に位相遅れ振動(sin(θ−α))を発生させ、中央の圧電素子36に位相零振動(sinθ)を発生させ、内側の圧電素子34に位相進み振動(sin(θ+α))を発生させると、軸受面32aの中央から外周に向かう進行波が発生する。軸受面32aの中央から外周に向かう進行波が発生すると、案内面と軸受面32aとの間に吸着力が発生し、軸受30は案内面に吸着する。したがって、案内面と軸受面32aとの間に作用する摩擦力を大きくすることができる。
In the bearing 30 described above, phase advance vibration (sin (θ + α)) is generated in the piezoelectric element 38 on the outer peripheral side, phase zero vibration (sin θ) is generated in the central piezoelectric element 36, and phase is generated in the inner piezoelectric element 34. When delayed vibration (sin (θ−α)) is generated, a traveling wave is generated from the outer periphery of the bearing surface 32a toward the center. When a traveling wave from the outer periphery of the bearing surface 32a toward the center is generated, a levitation force is generated between the guide surface and the bearing surface 32a, and the bearing 30 is levitated from the guide surface. Therefore, the frictional force acting between the guide surface and the bearing surface 32a can be made extremely small.
On the other hand, phase-delayed vibration (sin (θ−α)) is generated in the piezoelectric element 38 on the outer peripheral side, phase zero vibration (sin θ) is generated in the central piezoelectric element 36, and phase advance vibration ( When sin (θ + α) is generated, a traveling wave is generated from the center of the bearing surface 32a toward the outer periphery. When a traveling wave from the center of the bearing surface 32a toward the outer periphery is generated, an adsorption force is generated between the guide surface and the bearing surface 32a, and the bearing 30 is adsorbed on the guide surface. Therefore, the frictional force acting between the guide surface and the bearing surface 32a can be increased.

なお、図1,2に示す軸受30では積層型圧電素子を用いたが、積層型圧電素子に代えて磁歪素子など、いかなるアクチュエータであっても軸受面の表面に進行波を発生できるものであればよい。また、図3,4に示す軸受50では、円板状の板部材52(例えば、アルミニウム製の薄板)の上面にリング形状の板状圧電素子54,56,58を接着している。板状圧電素子54,56,58を用いることで、上述した実施例の軸受30に用いられた上板48を無くすことができ、より簡易な構成とすることができる。
なお、板部材52の中央には突出部53が形成されており、突出部53の上面はワーク等が載置されるテーブル面として利用することができる。また、図3,4では圧電板を直径の異なる3枚のリング形状に分離して板部材52に接着する構成としたが、1枚のリング状圧電板を板部材52に接着し、その上面に形成する電極を直径の異なる3つのリング形状に分離する構成としてもよい。
In the bearing 30 shown in FIGS. 1 and 2, a laminated piezoelectric element is used. However, any actuator such as a magnetostrictive element instead of the laminated piezoelectric element can generate a traveling wave on the surface of the bearing surface. That's fine. 3 and 4, ring-shaped plate-shaped piezoelectric elements 54, 56, and 58 are bonded to the upper surface of a disk-shaped plate member 52 (for example, an aluminum thin plate). By using the plate-like piezoelectric elements 54, 56, and 58, the upper plate 48 used in the bearing 30 of the above-described embodiment can be eliminated, and a simpler configuration can be achieved.
In addition, the protrusion part 53 is formed in the center of the board member 52, and the upper surface of the protrusion part 53 can be utilized as a table surface on which a workpiece | work etc. are mounted. 3 and 4, the piezoelectric plate is separated into three ring shapes having different diameters and bonded to the plate member 52. However, one ring-shaped piezoelectric plate is bonded to the plate member 52 and the upper surface thereof is bonded. It is good also as a structure which isolate | separates the electrode formed in 3 to 3 ring shape from which a diameter differs.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、軸受面を強制振動させて進行波を発生させたが、進行波を発生させる方法としてはボルト締めランジュバン型振動子を用いて進行波を発生させるようにしてもよい。また、上述の例では、平面状の軸受面及び案内面として重力バランス型の構成を示したが、上下または左右の両面から平面状の軸受で支持する対向型の構成とすることができ、あるいは円筒面状の軸受面として回転体を支持するラジアル軸受としたり、球面状の軸受面として回転体を支持する球面軸受とすることもでき、従来の静圧軸受等の軸受装置と同様に多種多様な構成に用いることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the above-described embodiment, the traveling wave is generated by forcibly vibrating the bearing surface. However, as a method of generating the traveling wave, the traveling wave may be generated using a bolted Langevin type vibrator. . Further, in the above-described example, the gravity balance type configuration is shown as the planar bearing surface and the guide surface. However, the configuration can be a facing type configuration that is supported by the planar bearing from both the upper and lower sides or the left and right sides, or It can be a radial bearing that supports a rotating body as a cylindrical bearing surface, or a spherical bearing that supports a rotating body as a spherical bearing surface, and it is as diverse as conventional bearing devices such as hydrostatic bearings. Can be used for various configurations.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

本実施例の軸受の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the bearing of a present Example. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 本実施例の変形例に係る軸受の平面図である。It is a top view of the bearing which concerns on the modification of a present Example. 図3のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 本発明の浮上・吸着力発生装置の原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of the levitation | floating / adsorption force generator of this invention. 進行波を発生させるための方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method for generating a traveling wave.

符号の説明Explanation of symbols

10:浮上・吸着力発生装置
12:第1部材
14:第2部材
18a,18b:アクチュエータ
32:下板
34,36,38:圧電素子
40:上板
42,44,46:リング板
10: Levitation / adsorption force generator 12: First member 14: Second members 18a, 18b: Actuator 32: Lower plates 34, 36, 38: Piezoelectric element 40: Upper plates 42, 44, 46: Ring plates

Claims (6)

第1の部材と、
第1の部材と対向する第2の部材と、
第1の部材と第2の部材の少なくとも一方に設けられ、一方の部材に対して他方の部材の表面に進行波を発生させるアクチュエータと、を備え、
アクチュエータによって一方の部材に対して他方の部材の表面に、外部から第1の部材と第2の部材との間に流体を供給する方向の進行波、又は、第1の部材と第2の部材との間から外部に流体を排出する方向の進行波を発生させることで、第1の部材と第2の部材との間に浮上力又は吸着力を発生させることを特徴とする浮上・吸着力発生装置。
A first member;
A second member facing the first member;
An actuator provided on at least one of the first member and the second member and generating a traveling wave on the surface of the other member with respect to the one member;
Traveling waves in the direction of supplying fluid between the first member and the second member from the outside to the surface of the other member with respect to one member by the actuator , or the first member and the second member Levitation force or adsorption force is generated between the first member and the second member by generating a traveling wave in the direction of discharging the fluid to the outside from between the first member and the second member Generator.
第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に外側から内側に向かって進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間に浮上力を発生させることを特徴とする請求項1に記載の浮上・吸着力発生装置。   Generating a levitation force between the first member and the second member by generating a traveling wave from the outside toward the inside on the surface of at least one of the first member and the second member; The levitation / adsorption force generator according to claim 1, wherein 第1の部材と第2の部材の中央部では、アクチュエータによって発生した進行波が吸収されることを特徴とする請求項2に記載の浮上・吸着力発生装置。   The levitation / adsorption force generating apparatus according to claim 2, wherein traveling waves generated by the actuator are absorbed in a central portion of the first member and the second member. 第1の部材と第2の部材との間に発生する浮上力によって第1の部材に対して第2の部材を非接触で支持することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の浮上・吸着力発生装置。   The second member is supported in a non-contact manner with respect to the first member by a levitation force generated between the first member and the second member. Levitation and adsorption force generator. 第1の部材と第2の部材の少なくとも一方の部材の表面に内側から外側に向かって進行波を発生させることで第1の部材と第2の部材との間に吸着力を発生させることを特徴とする請求項1に記載の浮上・吸着力発生装置。   Generating an attractive force between the first member and the second member by generating a traveling wave from the inside to the outside on the surface of at least one of the first member and the second member. The levitation / adsorption force generator according to claim 1, wherein 第1の部材に対して第2の部材の表面に、外部から第1の部材と第2の部材との間に流体を供給する方向の進行波、又は、第1の部材と第2の部材との間から外部に流体を排出する方向の進行波を発生させることで、第1の部材と第2の部材との間に浮上力又は吸着力を発生させることを特徴とする浮上・吸着力発生方法。 A traveling wave in the direction of supplying fluid between the first member and the second member from the outside on the surface of the second member with respect to the first member, or the first member and the second member Levitation force or adsorption force is generated between the first member and the second member by generating a traveling wave in the direction of discharging the fluid to the outside from between the first member and the second member How it occurs.
JP2005234235A 2005-08-12 2005-08-12 Levitation / adsorption force generator Active JP4195939B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005234235A JP4195939B2 (en) 2005-08-12 2005-08-12 Levitation / adsorption force generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005234235A JP4195939B2 (en) 2005-08-12 2005-08-12 Levitation / adsorption force generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007046756A JP2007046756A (en) 2007-02-22
JP4195939B2 true JP4195939B2 (en) 2008-12-17

Family

ID=37849732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005234235A Active JP4195939B2 (en) 2005-08-12 2005-08-12 Levitation / adsorption force generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4195939B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007046756A (en) 2007-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ide et al. A non-contact linear bearing and actuator via ultrasonic levitation
CN110838803B (en) Ultrasonic near-field suspension driving system
KR20130116191A (en) Method and device for finishing a workpiece surface
Chen et al. Self-running and self-floating two-dimensional actuator using near-field acoustic levitation
JP2006247808A (en) Fluid hydrostatic bearing ultrasonic vibration spindle
JP5292703B2 (en) Vibration actuator
JP2007074829A (en) Vibration actuator
JP2007321811A (en) Non-contact supporting device
JP2008099487A (en) Vibration actuator
JP4195939B2 (en) Levitation / adsorption force generator
JP4616008B2 (en) Ultrasonic levitation equipment
CN108282106B (en) Eccentric rotary piezoelectric ceramic motor
Guo et al. An active non-contact journal bearing with bi-directional driving capability utilizing coupled resonant mode
JP2017215029A (en) Vibration control device
US9197141B2 (en) Piezoelectric motor with efficient transfer of energy
JP2005256954A (en) Linear guide and feeding screw friction reducing method
JP2006161898A (en) Air sliding device
JP2008283756A (en) Ultrasonic motor
Isobe et al. Frequency characteristics of non-contact ultrasonic motor with motion error correction
CN109898944B (en) Ultrasonic suspension guide rail with high positioning precision
KR100661311B1 (en) Piezoelectric ultrasonic motor
JP2010166720A (en) Drive unit of ultrasonic motor
JP2012067849A (en) Rotary driving device
Shamoto et al. A new fluid bearing utilizing traveling waves
JPH0488890A (en) Ultrasonic motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080303

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20080303

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20080317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080602

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080902

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4195939

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350