JP4379134B2 - 多孔質静圧気体軸受パッド及びこれを用いた静圧気体軸受機構 - Google Patents

Description

本発明は、可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッド及びこれを用いた静圧気体軸受機構に関する。

特開平９−２２２１２４号公報

静圧気体軸受、特に、多孔質金属焼結体を用いた多孔質静圧気体軸受は、すぐれた高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗をもつ軸受として知られていると共にこれら優れた利点のために多くの分野に用いられている。斯かる多孔質静圧気体軸受を可動体と固定体との間にパッド形態（以下、パッド形態の多孔質静圧気体軸受を単に軸受パッドという）をもって介在させる場合には、通常、可動体との間に微小の隙間、例えば５μｍ程度の隙間をもって軸受パッドを配置する。

可動体と固定体との間に配される軸受パッドは、特に可動体が軽量である場合には、可動体と固定体との間の隙間への給気のみでは可動体がふわふわと浮いてしまって可動体を安定に位置決めすることが困難となるために、軸受パッドの可動体に対面する多孔面に空気吸引手段に連通された吸引溝を設けて、この吸引溝に対する吸引を介して可動体を多孔面側に吸引し、多孔面の細孔の開口を介する隙間への給気と吸引溝を介する隙間からの吸気との均衡の上で可動体を安定に位置決めすることが提案されている。

ところで、吸引溝は、多孔面の細孔の開口面に比較して大きな開口面を有するために、例えばガラス板又はフィルム等の薄板のように軽量である上に若干の可撓性を有している可動体であると、吸引溝を介する吸気において可動体が吸引溝の部位で凹み変形する虞があり、斯かる変形が生じると可動体を滑らかに移動させることが困難となる上に部分的に凹み変形された製品となる虞がある。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、軽量の可動体であってもこれを安定に位置決めすることができる上に、可撓性を有した可動体であっても変形を生じさせないでこれを滑らかに移動させることができる軸受パッド及びこれを用いた静圧気体軸受機構を提供することにある。

可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる本発明の第一の態様の軸受パッドは、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、ここで、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっている。

第一の態様の軸受パッドによれば、可動体に隙間をもって対面するための平坦面が第一及び第二の多孔面を有しており、第一の多孔面の各開口には高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には空気吸引手段が連通されている結果、高圧空気供給手段による高圧空気供給と空気吸引手段による空気吸引とにより第一の多孔面での可動体の浮上と第二の多孔面での可動体の吸引との均衡の上で軽量の可動体であってもこれを安定に位置決めすることができ、しかも、第二の多孔面が多数の細孔の開口を有している上に第二の多孔面が第一の多孔面と実質的に面一になっているために、可撓性の可動体であっても凹み変形を生じさせることなしにこれを吸引でき、而して、可撓性の可動体でも滑らかにこれを移動させることができる。

隔壁の端面は、第一又は第二の多孔面に対して凹んでいてもよいが、好ましくは本発明の第二の態様の軸受パッドのように、第一又は第二の多孔面と実質的に面一になっている。

本発明の第三の態様の軸受パッドは、第一又は第二の態様の軸受パッドおいて、隔壁を一体的に有したパッド基台と、隔壁内外においてパッド基台に焼成された多孔質金属焼結層とを具備しており、隔壁内における多孔質金属焼結層は、第一の多孔面及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面を有しており、隔壁外における多孔質金属焼結層は、第二の多孔面及び第一の多孔面のうちの他方の多孔面を有している。

多孔質金属焼結層としては金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなるものを好ましい一例として挙げることができ、ここで、金属粉末は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、更には、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一方を含んでいるとよく、無機質粉末は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んでいるとよいが、本発明はこれらに限定されない。

本発明では第一及び第二の多孔面の平面形状は特に限定されないが、本発明の第四の態様の軸受パッドのように、第一の多孔面は円形状及び円環状のうちの一方の形状であり、第二の多孔面は円形状及び円環状のうちの他方の形状であってもよく、また本発明の第五の態様の軸受パッドのように、第一及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面は、略円形状の中央部と、この中央部から放射外方向に伸長した複数個の略矩形状の放射部とを有していてもよい。

平坦面は、好ましい例では本発明の第六及び第七の態様の軸受パッドのように、第一及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面を複数個有しており、ここで、第六の態様の場合には、第一及び第二の多孔面のうちの他方の多孔面は、第一及び第二の多孔面のうちの複数個の一方の多孔面の間に配されており、第一及び第二の多孔面は同心に配されており、第七の態様の場合には、第一及び第二の多孔面のうちの複数個の一方の多孔面は、第一及び第二の多孔面のうちの他方の多孔面内に分散して配されているが、本発明はこれらに限定されない。

本発明においては、高圧空気供給手段に連通する第一の多孔面の開口と空気吸引手段に連通する第二の多孔面の開口との数が多ければ多いほど、可動体の撓み量を少なくすることができる。

本発明の静圧気体軸受機構は、可動体と、この可動体の可動方向を規定する固定体と、可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在された上記のいずれかの態様の軸受パッドとを具備している。

可動体としては、工作機械の工具ヘッドを担持する基台等のものでもよいが、例えばガラス板又はフィルム等の薄板のように軽量である上に若干の可撓性を有しているものが特に本発明の効果を発揮できる。

本発明によれば、軽量の可動体であってもこれを安定に位置決めすることができる上に、可撓性を有した可動体であっても変形を生じさせないでこれを滑らかに移動させることができる軸受パッド及びこれを用いた静圧気体軸受機構を提供することができる。

次に本発明及びそれを実施するための最良の形態を図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

図１から図４において、本例の静圧気体軸受機構１は、可動体としてのガラス板２と、ガラス板２の可動方向であるＸ方向を規定する固定体としての案内レール３と、ガラス板２を案内レール３に対してＸ方向に移動自在に保持すベくガラス板２の下面４と案内レール３の上面５との間に分散して介在された複数の軸受パッド６とを具備している。

可動体としては本例ではガラス板２であるがガラス板２以外の薄板又はフィルム等であってもよく、また案内レール３は、ガラス板２をＸ方向に移動自在に保持するに適した断面コ字状の形態となっているが、固定体は斯かる断面コ字状の案内レール３に限定されない。

各軸受パッド６は、円環状の隔壁１１を一方の面１２に一体的に有した円盤状のパッド基台１３と、隔壁１１内外においてパッド基台１３の一方の面１２に焼成された多孔質金属焼結層１４及び１５とを具備している。

金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結層１４は、外部に露出した平坦な円環状の多孔面２１と、面１２に固着された円環状の多孔面２２と、一端では多孔面２１で開口すると共に他端では多孔面２２で開口する多数の細孔とを有しており、同じく金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結層１５は、外部に露出した平坦な円形状の多孔面２３と、面１２に固着された円形状の多孔面２４と、一端では多孔面２３で開口すると共に他端では多孔面２４で開口する多数の細孔とを有している。

而して、軸受パッド６は、多孔面２１及び多孔面２３と多孔面２１に対して多孔面２３を隔離する隔壁１１の環状の端面３１とを有すると共にガラス板２の下面４に隙間２５をもって対面するための平坦面３２を有しており、多孔面２３は、多孔面２１と実質的に面一になっており、端面３１もまた、多孔面２１及び多孔面２３と実質的に面一になっており、多孔面２１は、多数の細孔の開口３３を有しており、多孔面２３もまた、多数の細孔の開口３４を有している。

軸受パッド６はまた、多孔面２１及び多孔面２３並びに端面３１に加えて、多孔面２１の各開口３３から高圧空気を隙間２５に供給すべく各開口３３に連通された高圧空気供給手段４１と、多孔面２３の各開口３４から隙間２５の空気を吸引すべく各開口３４に通された空気吸引手段４２とを具備している。

高圧空気供給手段４１は、面１２において開口されてパッド基台１３に形成された円環状の溝５１と、一端では円環状の溝５１に、他端ではパッド基台１３の側面５２に夫々開口してパッド基台１３に形成された孔５３とを具備しており、図示しない空気圧縮ポンプからの高圧空気を孔５３及び溝５１を介して多孔質金属焼結層１４内の多数の細孔に供給し、而して、斯かる多孔質金属焼結層１４内の多数の細孔を介して多孔面２１の各開口３３から高圧空気を隙間２５に供給するようになっている。

空気吸引手段４２は、面１２において開口されてパッド基台１３に形成された円環状の溝５５と、一端では円環状の溝５５に、他端ではパッド基台１３の側面５２に夫々開口してパッド基台１３に形成された孔５６とを具備しており、図示しない空気吸引ポンプによる空気の吸引を孔５６及び溝５５を介して多孔質金属焼結層１５内の多数の細孔に伝達し、而して、斯かる多孔質金属焼結層１５内の多数の細孔を介して多孔面２３の各開口３４から隙間２５の空気を吸引するようになっている。

以上の静圧気体軸受機構１は、多孔面２１の各開口３３からの高圧空気の隙間２５への供給で隙間２５に気体圧を生じさせてガラス板２を隙間２５をもって平坦面３２上に浮上させる一方、多孔面２３の各開口３４からの隙間２５の空気の吸引でガラス板２を平坦面３２側に引き寄せ、この浮上力と引き寄せ力の均衡の下でガラス板２をＸ方向に可動に支持するようになっている。

そして軸受パッド６によれば、ガラス板２に隙間２５をもって対面するための平坦面３２が多孔面２１及び２３を有しており、多孔面２１の各開口３３には高圧空気供給手段４１が連通されており、多孔面２３の各開口３４には空気吸引手段４２が連通されている結果、高圧空気供給手段４１による高圧空気供給と空気吸引手段４２による空気吸引とにより多孔面２１でのガラス板２の浮上と多孔面２３でのガラス板２の吸引との均衡の上で軽量のガラス板２であってもこれを安定に位置決めすることができ、しかも、多孔面２３が多数の細孔の開口３４を有している上に多孔面２３が多孔面２１と実質的に面一になっているために、可撓性のガラス板２であっても凹み変形を生じさせることなしにこれを吸引でき、而して、可撓性のガラス板２でも滑らかに移動させることができる。

上記の軸受パッド６では、円環状の多孔面２１と円形状の多孔面２３と多孔面２１に対して多孔面２３を隔離する端面３１とをもって平坦面３２を構成したが、これに代えて、図５に示すように、同心に配された複数の円環状の多孔面２１及び斯かる円環状の多孔面２１に同心に配された円形状の多孔面２１と、これら複数の多孔面２１の間に配されていると共に多孔面２１に同心に配された複数の円環状の多孔面２３と、各多孔面２１に対して各多孔面２３を隔離する複数の円環状の端面３１とで平坦面３２を構成してもよく、更には図６に示すように、多孔面２１と、多孔面２１内に分散して配されている複数個の円形状の多孔面２３と、多孔面２１に対して各多孔面２３を隔離する複数の円環状の端面３１とをもって平坦面３２を構成してもよい。

また、多孔面２３を円形状又は環状に形成する代わりに、図７に示すように、略円形状の中央部６１と、中央部６１から放射外方向に伸長した複数個の略矩形状の放射部６２とを有して多孔面２３を形成してもよく、この場合、多孔面２１に対して多孔面２３を隔離する端面３１は、多孔面２３の外縁形状と同様の形状を有して形成されているとよい。

上記の多孔面２１及び２３のいずれにおいても、多孔面２１の開口３３を空気吸引手段４２に連通させる一方、多孔面２３の開口３４を高圧空気供給手段４１に連通させて、多孔面２３の開口３４から高圧空気を隙間２５に供給する一方、多孔面２１の開口３３から隙間２５の空気を吸引するようにしてもよい。

上述のいずれの場合も、開口３３及び３４の数が多ければ多いほど、ガラス板２の撓み量を少なくすることができる。

本発明の静圧気体軸受機構の図４に示す実施の形態の好ましい一例の部分断面説明図である。 図４の例に示す軸受パッドの平面図である。 図１に示すパッド基台の平面図である。 本発明の静圧気体軸受機構の実施の形態の好ましい一例の斜視図である。 本発明の軸受パッドの実施の形態の好ましい他の例の平面図である。 本発明の軸受パッドの実施の形態の好ましい更に他の例の平面図である。 本発明の軸受パッドの実施の形態の好ましい更に他の例の平面図である。

符号の説明

１ 静圧気体軸受機構
２ ガラス板
３ 案内レール
４ 下面
５ 上面
６ 軸受パッド
１１ 隔壁
２１、２２、２３、２４ 多孔面
３１ 端面
３２ 平坦面
３３、３４ 開口

Claims (7)

1. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッドであって、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっており、前記多孔質静圧気体軸受パッドは、隔壁を一体的に有したパッド基台と、隔壁内外においてパッド基台に焼成された多孔質金属焼結層とを具備しており、隔壁内における多孔質金属焼結層は、第一の多孔面及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面を有しており、隔壁外における多孔質金属焼結層は、第一の多孔面及び第二の多孔面のうちの他方の多孔面を有している多孔質静圧気体軸受パッド。
2. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッドであって、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっており、第一の多孔面は円形状及び円環状のうちの一方の形状であり、第二の多孔面は円形状及び円環状のうちの他方の形状である多孔質静圧気体軸受パッド。
3. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッドであって、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっており、第一及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面は、略円形状の中央部と、この中央部から放射外方向に伸長した複数個の略矩形状の放射部とを有している多孔質静圧気体軸受パッド。
4. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッドであって、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっており、平坦面は、第一及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面を複数個有しており、第一及び第二の多孔面のうちの他方の多孔面は、第一及び第二の多孔面のうちの複数個の一方の多孔面の間に配されており、第一及び第二の多孔面は同心に配されている多孔質静圧気体軸受パッド。
5. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる多孔質静圧気体軸受パッドであって、可動体に隙間をもって対面するための平坦面を有しており、この平坦面は、多数の細孔の開口を夫々有した第一及び第二の多孔面と、この第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面とを有しており、第一の多孔面の各開口には、当該各開口から高圧空気を隙間に供給すべく高圧空気供給手段が連通されており、第二の多孔面の各開口には、当該各開口から隙間の空気を吸引すべく空気吸引手段が連通されており、第二の多孔面は、第一の多孔面と実質的に面一になっており、平坦面は、第一及び第二の多孔面のうちの一方の多孔面を複数個有しており、第一及び第二の多孔面のうちの複数個の一方の多孔面は、第一及び第二の多孔面のうちの他方の多孔面内に分散して配されている多孔質静圧気体軸受パッド。
6. 隔壁の端面は、第一又は第二の多孔面と実質的に面一になっている請求項１から５のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受パッド。
7. 可動体と、この可動体の可動方向を規定する固定体と、可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在された請求項１から６のいずれか一項に記載の多孔質静圧気体軸受パッドとを具備した静圧気体軸受機構。

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