JP4483430B2 - Combination structure of hydrostatic gas bearing pad and gap adjusting member, and hydrostatic gas bearing mechanism using the same - Google Patents
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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静圧気体軸受パッドと、この静圧気体軸受パッドと可動体との間の隙間を調節する隙間調節部材との組み合わせ構造及びこれを用いた静圧気体軸受機構に関する。 The present invention relates to a static pressure gas bearing pad interposed between a movable body and a fixed body, which should hold the movable body movably with respect to the fixed body, and between the static pressure gas bearing pad and the movable body. The present invention relates to a combination structure with a gap adjusting member for adjusting a gap and a static pressure gas bearing mechanism using the same.
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。斯かる静圧気体軸受を可動体と固定体との間にパッド形態(本発明ではパッド形態の静圧気体軸受を静圧気体軸受パッドという)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静圧気体軸受パッドを配置する。 Hydrostatic gas bearings, especially porous hydrostatic gas bearings using porous metal sintered bodies, are known as bearings with excellent high-speed stability, high load capacity, and extremely low movement resistance, and these excellent It is used in many fields because of its advantages. When such a static pressure gas bearing is interposed between the movable body and the fixed body in a pad form (in the present invention, the pad-shaped static pressure gas bearing is referred to as a static pressure gas bearing pad), usually, A static pressure gas bearing pad is arranged with a minute gap between them, for example, a gap of about 5 μm.
この隙間は、軸受剛性、負荷能力及び速度特性に大きく影響を与えるために、可動体との間の隙間を調節できる隙間調節部材を介して静圧気体軸受パッドは可動体と固定体との間に介在されるのであるが、隙間調節部材は、通常、静圧気体軸受パッドが揺動(首振り)できるようにして、しかも、静圧気体軸受パッドから脱落しないようにその先端部で押え部材及びねじ等を介して静圧気体軸受パッドに連結される。 Since this gap greatly affects the bearing rigidity, load capacity and speed characteristics, the static pressure gas bearing pad is located between the movable body and the fixed body via a gap adjustment member that can adjust the gap between the movable body and the movable body. However, the clearance adjustment member usually allows the hydrostatic gas bearing pad to oscillate (swing) and, at the tip of the presser member, so that it does not fall off from the hydrostatic gas bearing pad. And a hydrostatic gas bearing pad via a screw or the like.
ところで、斯かる静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造であると、ねじ等を用いるために、組立及び保守に時間が掛かり、コストアップの要因となる。 By the way, in the case of such a combined structure of the static pressure gas bearing pad and the gap adjusting member, since screws and the like are used, it takes time for assembly and maintenance, resulting in an increase in cost.
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、ねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結できて、而して、コスト低下を図り得る静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造、それに最適な静圧気体軸受パッド及び隙間調節部材並びにそれを用いた静圧気体軸受機構を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to connect the static pressure gas bearing pad to the static pressure gas bearing pad so as not to drop off without using a screw or the like. Another object of the present invention is to provide a combined structure of a static pressure gas bearing pad and a gap adjusting member capable of reducing the cost, an optimum static pressure gas bearing pad and a gap adjusting member, and a static pressure gas bearing mechanism using the same.
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静圧気体軸受パッドと、この静圧気体軸受パッドと可動体との間の隙間を調節する隙間調節部材との本発明の組み合わせ構造は、静圧気体軸受パッドに設けられていると共にリング装着溝を有する凹所と、リング装着溝に装着された拡径自在なリングと、隙間調節部材に設けられていると共に凹所を規定する静圧気体軸受パッドの凹所規定面から部分的に突出するリングを受容する受容溝とを具備している。 A static pressure gas bearing pad interposed between the movable body and the fixed body that holds the movable body relative to the fixed body, and a gap between the static pressure gas bearing pad and the movable body is adjusted. The combined structure of the present invention with a gap adjusting member is provided in a hydrostatic gas bearing pad and has a recess having a ring mounting groove, a ring having a diameter expandable mounted in the ring mounting groove, and a gap adjusting member. And a receiving groove for receiving a ring partially protruding from the recess defining surface of the hydrostatic gas bearing pad provided and defining the recess.
本発明の組み合わせ構造によれば、リング装着溝に装着された拡径自在なリングが部分的に受容溝に受容されているために、斯かるリングを介してねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結でき、而して、コスト低下を図り得る。 According to the combination structure of the present invention, since the ring having an increased diameter mounted in the ring mounting groove is partially received in the receiving groove, the static pressure gas can be used without using a screw or the like through the ring. The gap adjusting member can be connected to the bearing pad so as not to drop off, and thus the cost can be reduced.
本発明において、凹所規定面は、円筒凹面と半球凹面又は円錐凹面とを具備しており、リング装着溝は、円筒凹面と半球凹面又は円錐凹面との間に設けられているとよく、また、隙間調節部材は、大径円柱部と、大径円柱部に一体的に連接されていると共に大径円柱部よりも小径の小径円柱部と、小径円柱部に一体的に連接されていると共に小径円柱部よりも大径の半球部とを具備しているとよく、この場合、受容溝は、大径円柱部と半球部との間に設けられているとよい。半球部としては、真円又はそれに近似の円からなる半円球部であっても、真楕円又はそれに近似の楕円からなる半楕円球部であってもよい。 In the present invention, the recess defining surface includes a cylindrical concave surface and a hemispherical concave surface or a conical concave surface, and the ring mounting groove may be provided between the cylindrical concave surface and the hemispherical concave surface or the conical concave surface. The gap adjusting member is integrally connected to the large-diameter cylindrical portion and the large-diameter cylindrical portion, and is integrally connected to the small-diameter cylindrical portion having a smaller diameter than the large-diameter cylindrical portion and the small-diameter cylindrical portion. It is preferable that a hemispherical portion having a larger diameter than the small-diameter cylindrical portion is provided. In this case, the receiving groove is preferably provided between the large-diameter cylindrical portion and the hemispherical portion. The hemispherical part may be a hemispherical part composed of a perfect circle or a circle approximate thereto, or a hemispherical part composed of a perfect ellipse or an ellipse approximated thereto.
本発明において好ましい例では、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面又は円錐凹面に接触しており、凹所規定面が円筒凹面と半球凹面とを具備している場合、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面の曲率と略同一の曲率又はそれよりも大きな曲率を有しているとよい。半球凸面及び半球凹面もまた、半球部と同様に、真円若しくはそれに近似の円又は真楕円若しくはそれに近似の楕円からなるものであってもよく、円錐凹面も同様である。 In a preferred example of the present invention, the hemispherical convex surface of the hemispherical portion is in contact with the concave or conical concave surface of the concave defining surface, and when the concave defining surface includes a cylindrical concave surface and a hemispherical concave surface, The hemispherical convex surface may have substantially the same curvature as the curvature of the concave hemispherical surface of the recess defining surface or a larger curvature. Similarly to the hemispherical portion, the hemispherical convex surface and the hemispherical concave surface may be formed of a perfect circle or a circle approximate thereto or a perfect ellipse or an ellipse approximate thereto, and the conical concave surface is also the same.
また本発明の好ましい例では、大径円柱部は、その外面にねじ部を有しており、このねじ部を介して固定体に螺合されるようになっており、半球部は、大径円柱部の径よりも小さな径を有しており、リング装着溝及び受容溝の夫々は環状であり、静圧気体軸受パッドは、可動体に対面する多孔面と、固定体に対面する無孔面とを有しており、凹所は、無孔面において開口しており、静圧気体軸受パッドは多孔質金属焼結層を具備しており、多孔質金属焼結層の一方の面が可動体に対面する多孔面となっており、リングは弾性Oリングからなる。 In a preferred example of the present invention, the large-diameter cylindrical portion has a threaded portion on the outer surface thereof, and is screwed to the fixed body via the threaded portion. The ring mounting groove and the receiving groove are each annular, and the static pressure gas bearing pad has a porous surface facing the movable body and a non-porous surface facing the fixed body. And the recess is open in a non-porous surface, the hydrostatic gas bearing pad has a porous metal sintered layer, and one surface of the porous metal sintered layer is It is a porous surface facing the movable body, and the ring is an elastic O-ring.
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。 As the porous metal sintered layer, a metal powder and an inorganic powder mixed and sintered can be cited as a preferred example, where the metal powder contains at least tin, phosphorus and copper, Furthermore, it is preferable that at least one of nickel and manganese is included, and the inorganic powder includes at least one of graphite, boron nitride, graphite fluoride, calcium fluoride, aluminum oxide, silicon oxide, and silicon carbide. Although it is good to include, this invention is not limited to these.
リングは上記のように弾性材料からなる弾性Oリングからなっていると好ましいが、本発明は、斯かるリングに限定されず、弾性的に拡径自在であって縮径自在であると共に剛性材料からなるEリング又はCリング等であってもよく、また、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面に全体的に接触、好ましくは摺動自在に接触していてもよいが、これに代えて、部分的に凹所規定面の半球凹面に接触、好ましくは摺動自在に接触していてもよい。 The ring is preferably made of an elastic O-ring made of an elastic material as described above, but the present invention is not limited to such a ring, and is elastically expandable and contractible, and is a rigid material. The hemispherical convex surface of the hemispherical portion may be in contact with the hemispherical concave surface of the recess-defining surface as a whole, preferably in a slidable manner, Alternatively, it may partially contact the hemispherical concave surface of the recess defining surface, preferably slidably.
本発明によれば、ねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結できて、而して、コスト低下を図り得る静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造、それに最適な静圧気体軸受パッド及び隙間調節部材並びにそれを用いた静圧気体軸受機構を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to connect the static pressure gas bearing pad to the static pressure gas bearing pad so as not to drop off without using a screw or the like, and thus to reduce the cost between the static pressure gas bearing pad and the gap adjustment member. It is possible to provide a combined structure, a hydrostatic gas bearing pad and a gap adjusting member optimum for the combined structure, and a hydrostatic gas bearing mechanism using the same.
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。 Next, the present invention and the best mode for carrying it out will be described in more detail based on the preferred embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to these examples.
図1から図3において、可動体1を固定体2に対してX方向に移動自在に保持すベく可動体1と固定体2との間に介在させる静圧気体軸受パッド3と、静圧気体軸受パッド3と可動体1との間の隙間4を調節する隙間調節部材5との組み合わせ構造6は、静圧気体軸受パッド3に設けられていると共にリング装着溝7を有する凹所8と、リング装着溝7に装着された拡径自在な弾性Oリングからなるリング9と、隙間調節部材5に設けられていると共に凹所8を規定する静圧気体軸受パッド3の凹所規定面10から部分的に突出するリング9を受容する受容溝11とを具備している。
1 to 3, a static pressure gas bearing
可動体1及び固定体2の夫々は、図示の例では矩形板及び断面コ字状のレールの夫々で構成されているが、組み合わせ構造6が例えば精密工作機械等に適用される場合には、可動体1は工作ヘッド自体若しくは工作ヘッドが載置される基台又はワーク載置台に適した形態となり、固定体2もまた、斯かる形態の可動体1をX方向に移動自在に保持するに適した形態となり、したがって、可動体1及び固定体2の夫々は、矩形板及び断面コ字状のレールの夫々に限定されない。
Each of the
可動体1の側面15及び16の夫々と固定体2の内側面17及び18との間に介在された複数の静圧気体軸受パッド3並びに可動体1の底面19と固定体2の基部上面20との間に介在された複数の静圧気体軸受パッド3の夫々は互いに同様に構成されており、また各静圧気体軸受パッド3に対応して固定体2に装着されている隙間調節部材5の夫々も互いに同様に構成されており、更に静圧気体軸受パッド3の夫々とこれに対応の隙間調節部材5の夫々との組み合わせ構造6もまた互いに同様に構成されているので、以下、可動体1の側面15と固定体2の内側面17との間に介在された静圧気体軸受パッド3及びこの静圧気体軸受パッド3に対応して固定体2に装着されている隙間調節部材5並びにこれら静圧気体軸受パッド3と隙間調節部材5との組み合わせ構造6について詳述する。
A plurality of static pressure gas bearing
静圧気体軸受パッド3は、固定体2の内側面17に対面する無孔面である平面22の略中央部で開口している凹所8を有している円盤状の裏金23と、裏金23の他方の平面に一体に形成されて固着されていると共に裏金23と協働して気体通路24を形成した円盤状の多孔質金属焼結層25とを具備しており、可撓性の配管26を介して気体通路24に供給された高圧空気を多孔質金属焼結層25の多数の細孔を介して可動体1の側面15に向かって噴出するようになっている。このように静圧気体軸受パッド3は、可動体1の側面15に対面する多孔面27と、固定体2の内側面17に対面する無孔面としての平面22とを有しており、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25の一方の平坦な面が多孔面27となっている。
The hydrostatic gas bearing
静圧気体軸受パッド3の凹所8を規定する凹所規定面10は、円筒凹面31と半円球凹面からなる半球凹面32とを具備しており、円環状のリング装着溝7は、X方向に直交するY方向において円筒凹面31と半球凹面32との間に設けられている。
The
静圧気体軸受パッド3の多孔面27と可動体1の側面15との間の隙間4の大きさ(Y方向の幅)を調節する隙間調節部材5は、大径円柱部35と、大径円柱部35に一体的に連接されていると共に大径円柱部35及び円筒凹面31よりも小径の小径円柱部36と、小径円柱部36に一体的に連接されていると共に小径円柱部36よりも大径であって大径円柱部35の径よりも小さな径を有している半円球部からなる半球部37とを具備しており、環状の受容溝11は、Y方向において大径円柱部35と半球部37との間に設けられている。大径円柱部35は、端面44側で部分的に凹所8内に配されていてもよく、この場合には、大径円柱部35は、静圧気体軸受パッド3の揺動(首振り)を可能とするように、円筒凹面31の径よりも小さい径を有しているとよい。
The
大径円柱部35は、その外面にねじ部41を有しており、ねじ部41を介して固定体2に螺合されており、隙間調節部材5は、大径円柱部35を回転させることにより軸方向、即ちY方向に進退されるようになっており、斯かる進退により静圧気体軸受パッド3の多孔面27と可動体1の側面15との間の隙間4の大きさを調節するようになっている。
The large-diameter
半球部37の半円球凸面からなる半球凸面42は、凹所規定面10の半球凹面32の曲率と略同一の曲率有していると共に凹所規定面10の半球凹面32に摺動自在に全体的に接触している。半球凸面42は、半球凹面32の曲率よりも大きな曲率を有していてもよく、この場合には、半球凹面32に摺動自在に部分的に接触することになる。
The
環状の受容溝11は、小径円柱部36の外周面43と、大径円柱部35の環状の端面44と、半球部37の環状の端面45とによって規定されている。
The
以上の組み合わせ構造6を具備した静圧気体軸受機構50によれば、多孔面27から可動体1に向かって噴出する高圧空気により可動体1を固定体2に対して隙間4をもってX方向に移動自在に保持する。そして、隙間4の大きさは、隙間調節部材5のY方向の進退で最適値に設定され、この最適値に設定された後に隙間調節部材5は、ロックナット51によりY方向に進退できないように固定体2に固定される。
According to the static pressure
ところで、組み合わせ構造6によれば、環状のリング装着溝7に装着された拡径自在なリング9が部分的に受容溝11に受容されて、半球部37の端面45がリング9に係合し、凹所8から半球部37が抜け出さないようになっているために、ねじ等を用いないでも斯かるリング9を介して静圧気体軸受パッド3に隙間調節部材5を脱落しないように連結でき、而して、コスト低下を図ることができる。しかも、組み合わせ構造6では、半球部37の半球凸面42が半球凹面32に摺動自在に接触しているために、静圧気体軸受パッド3の揺動(首振り)を可能とする結果、隙間4を最適に保持でき、しかも、弾性Oリングからなるリング9の多少の弾性力でもって半球部37がその半球凸面42で半球凹面32に弾性的に押し付けられるために、弾性Oリングからなるリング9がダンパ材(減衰材)となり静圧気体軸受パッド3の首振り振動の発生を効果的に抑制できて好ましい。
By the way, according to the
また組み合わせ構造6によれば、図3に示す分解状態でリング9をリング装着溝7に嵌装した後に半球部37を凹所8に挿入して半球部37の端面45をリング9に係合させることにより図1に示す状態に簡単に組立てることができる。
Further, according to the combined
なお、リング9としては、弾性Oリングが好ましいのであるが、単なる連結という目的であれば、剛性材料であるが拡径自在且つ縮径自在なEリング又はCリングであってもよく、斯かるEリング又はCリングを用いても、静圧気体軸受パッド3に隙間調節部材5を脱落しないように連結できてコスト低下を図ることができる。
The
また、凹所8を規定する凹所規定面10は、円筒凹面31と半球凹面32とに代えて、図4に示すように円筒凹面31と円錐凹面52とを具備していてもよく、図4に示すような凹所規定面10であるとそれを容易に形成し得て好ましい。加えて、凹所規定面10において、円筒凹面31に代えて角筒凹面であってもよい。
Further, the
1 可動体
2 固定体
3 静圧気体軸受パッド
4 隙間
5 隙間調節部材
6 組み合わせ構造
7 リング装着溝
8 凹所
9 リング
10 凹所規定面
11 受容溝
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