JP5928106B2 - 静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置に関する。

精密工作機械や半導体露光装置等においては、加工工具や基板等の被加工物を高精度で位置決めすることが要求されている。そのため、被加工物の載置台の位置決め装置に摩擦の殆んどない静圧気体軸受を用いた直動案内装置が用いられている。このような直動案内装置では、被加工物の載置台としての可動テーブルと、案内部材としてのガイドレールとの間に圧縮空気の潤滑膜が介在され、この可動テーブルがガイドレールに対して非接触で移動されるように構成されている。

この直動案内装置に用いられる静圧気体軸受の空気吹出口の絞り形式としては、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞り等があり、これらの絞り形式を備えた静圧気体軸受は、それぞれの用途に応じて負荷容量及び軸受剛性等を調整しながら使用されている。

例えば、特許文献１には、被支持体又は支持体のいずれか一方に固定され、その軸受部材を介して軸受面に供給される加圧空気により支持体を移動自在に支承するようにした静圧気体軸受パッドにおいて、軸受部材として、素材粒子の径がほぼ均一で開気孔の均等性が得られる種類のカーボングラファイト系の材料が提案されている。

また、特許文献２には、多孔質体からなる母材と、この母材上に接合され、予め所望の空気透過量になるように、貫通孔の径及び分布を調整して作製された多孔板からなる表面絞り層とを備え、表面絞り層を介して気体を噴出させ、その静圧によって被支持体を支持する静圧気体軸受が提案されている。

特開昭６３−２３１０２０号公報 特開２００１−５６０２７号公報 特開２００８−８２４４９号公報

上記従来の静圧気体軸受は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現できるものの、軸受材料として、主に、高強度の金属やセラミックスが用いられると共にこれら軸受材料からなる軸受面に高精度の研削仕上げ等を施す必要があるため、必然的に高価となるという問題がある。

しかしながら、上記した超低摩擦、超高精度及び超高速運動までは要求されないが、例えば、液晶スクリーン等の物品を非接触で搬送したり、温度変化を生じさせることなく物品を水平移動させたりする用途においては、静圧気体軸受を用いると装置の構成が簡略化される等の利点を有する反面、静圧気体軸受自体が高価なため、当該用途には広く活用されていないのが実情である。

上記実情に鑑み、種々の分野で活用可能な安価な静圧気体軸受を提供するべく本出願人は先に、上面に自成絞り形状又はオリフィス絞り形状の複数個の空気吹出口を、下面に該複数個の空気吹出口と連通する給気溝を有する合成樹脂製の軸受部材と、該軸受部材の下面に前記給気溝を覆うように接合され、該給気溝と連通する給気口を有する軸受基体とが一体化された静圧気体軸受を提案した（特許文献３）。

この特許文献３に記載された静圧気体軸受によれば、静圧気体軸受を構成する合成樹脂製の軸受部材を、金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械加工を不要とすることができると共に軸受基体の構造も該軸受体と連通する給気口を形成するのみで、軸受体と軸受基体とを接合するだけで静圧気体軸受を組み立てることができ、安価に大量生産が可能となる。

しかしながら、特許文献３に記載された静圧気体軸受における空気吹出口は、金型を用いた射出成形で形成されるため、その直径が０．２〜０．４ｍｍ程度の比較的大きな直径の自成絞り又はオリフィス絞り形状となり、当該空気吹出口からの給気吹出量が多すぎて自励振動を生じる虞があり、静圧気体軸受による被支持体の支持が不安定となり、やはり実用化するには改良が必要とされる。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自励振動を起こすことなく被支持体の支持を安定的に行うことができる安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することにある。

本発明の静圧気体軸受は、一方の面に当該一方の面で開口して形成された円環状凹部、他方の面に当該他方の面で開口して形成された環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、一端では該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口して当該一端で円環状凹部に連通している一方、他端に気体が供給されるようになっている給気通路を備えていると共に該軸受体に一体的に結合された軸受基体と、一端では軸受体の他方の面の中央部で開口すると共に軸受体の一方の面まで伸びた空洞を有した自励振動減衰機構とを具備している。

本発明の静圧気体軸受によれば、一端では軸受体の他方の面の中央部で開口すると共に軸受体の一方の面まで伸びた空洞を有した自励振動減衰機構でもって自励振動の発生を抑制できるので、被支持体の支持を安定的に行わせることができる。

本発明の好ましい例では、円環状凹部は、円環状の内側小径外周面と、この内側小径外周面に対して拡径している円環状の内側大径外周面と、内周縁では内側小径外周面の下縁に連接する一方、外周縁では内側大径外周面の上縁に連接した円環状段部面とにより規定されており、この場合、本発明の静圧気体軸受は、内側大径外周面及び円環状段部面に接触して円環状凹部に配されていると共に軸受基体の一方の面に弾性的に接触した環状シール部材を更に具備していてもよく、斯かる環状シール部材を具備していると、軸受基体と軸受体とを高い密閉性をもって一体的に結合することができる。

円環状凹部はまた、軸受体の一方の面から他方の面に向かうに連れて末広がりに形成された截頭円錐面で規定されていてもよい。

本発明の静圧気体軸受において、環状凹溝は、好ましくは、少なくとも０．３ｍｍの幅、より好ましくは０．３〜０．１ｍｍの幅と、好ましくは少なくとも０．０１ｍｍの深さ、より好ましくは０．０１〜０．０５ｍｍの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で好ましくは少なくとも３０μｍの直径、より好ましくは３０〜１２０μｍの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成しているとよい。

本発明の静圧気体軸受において、空洞は、軸受体のみに形成されていても、軸受体から軸受基体まで伸びて形成されていてもよく、好ましい例では、軸受体の一方の面で開口する開口端を有しており、この開口端は、軸受基体の一方の面で閉鎖されており、他の好ましい例では、軸受体の他方の面から軸受体の一方の面まで同径をもって伸びた円柱状の貫通孔を具備している。

環状凹溝及び空気吹出孔の夫々は、好ましくは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶレーザー及びエキシマレーザー等から選択される加工用レーザーをもってレーザー加工により形成されている。

環状凹溝及び空気吹出孔の夫々をレーザー加工により形成すると、切削等の機械加工に比較して、瞬時にこれらを形成でき、大量生産が可能となるばかりでなく、安価に製作することができる。

本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、その他方の面に形成されていると共に該環状凹溝の外側で当該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、その他方の面に形成されていると共に該環状凹溝の内側で当該環状凹溝に囲まれた小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを更に具備していてもよく、斯かる第一の放射状凹溝及び第二の放射状凹溝の夫々も、レーザー加工により形成されているとよい。

本発明の静圧気体軸受は、軸受基体に設けられていると共に球体受容凹部を有する球体受容手段を更に具備していてもよく、斯かる球体受容手段は、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された截頭円錐凹部又は半球凹部を球体受容部として有していてもよく、また、軸受基体の他方の面で開口部して当該軸受基体に形成された円柱状凹部と、一方の面で開口した截頭円錐凹部を球体受容凹部として有すると共に円柱状凹部に嵌合固定された駒とを具備していても、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された円柱状凹部と、一方の面で開口した半球凹部を球体受容凹部をして有すると共に円柱状凹部に嵌合固定された駒とを具備していてもよい。

斯かる球体受容手段を備えた静圧気体軸受においては、例えばボールスタッドの球体が軸受基体又駒に摺動自在に接して球体受容凹部に配されていてもよく、斯かる場合においては、静圧気体軸受に球体回りの自動調芯機能が付加される。

斯かる自動調芯機能が付加された静圧気体軸受は、被加工物の載置台の位置決め装置としての直動案内装置に用いられて好適である。

本発明の静圧気体軸受を具備した直動案内装置は、上面案内面及び両側案内面を有する案内部材と、この案内部材の外側に配されていると共に上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルと、この可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面のうちの少なくとも一つの面に球体を案内部材に向けて立設されたボールスタッドと、このボールスタッドの球体と該少なくとも一つの面に対面する上面案内面及び両側案内面との間に配されていると共に球体受容手段を有した上記の静圧気体軸受と、該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面と当該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面に対面する上面案内面及び両側案内面との間に配された球体受容手段を必ずしも有しない上記の静圧気体軸受とを具備しており、ボールスタッドの球体は、球体受容手段を有した上記の静圧気体軸受の軸受基体が当該球体を中心としてボールスタッドに対して揺動自在となるように、当該静圧気体軸受の球体受容手段の球体受容部の夫々に受容されており、球体受容手段を必ずしも有しない上記の静圧気体軸受のうちの少なくとも一つの静圧気体軸受の軸受基体は、該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面に固定されている。

本発明の直動案内装置によれば、軸受体の複数個の空気吹出孔から案内部材の案内面に圧縮空気を噴射することにより、軸受体の一方の面と案内面との間に形成される空気の潤滑膜によって可動テーブルを案内面に対して非接触の状態に保持することができ、その際、静圧気体軸受は、絞り孔を介して軸受体の一方の面と案内面との間に連通する空気室が振動減衰作用を発揮するため自励振動の発生を抑制でき、そして、軸受体の一方の面と案内面との間の軸受隙間（数μｍ〜数十μｍ程度）が不均一であって、軸受隙間において圧力差が発生しても、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に軸受体が自動調芯され、案内面に対して平行な状態が保持されるため、案内部材及び可動テーブルの平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、静圧気体軸受自体の低コストに加えて、安価な直動案内装置を提供することができる。

本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂から形成されているのが好ましく、また、軸受基体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂、これらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維若しくは無機充填材を３０〜５０質量％含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金から形成されているのが好ましい。これら合成樹脂製の軸受体及び軸受基体は、合成樹脂素材を機械加工して形成しても、金型を用いて射出成形により形成してもよい。

本発明によれば、自励振動の発生を抑制することができると共に大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態の好ましい例の平面説明図である。 図２は、図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線矢視断面説明図である。 図３は、図１に示す例の底面説明図である。 図４は、図２に示す軸受体の底面説明図である。 図５は、図４に示す軸受体のＶ−Ｖ線矢視断面説明図である。 図６は、図２に示す軸受体の一部拡大断面説明図である。 図７は、図２に示す軸受基体の底面説明図である。 図８は、図７に示す軸受基体のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面説明図である。 図９は、図１に示す例の製造方法の説明するための軸受体素材と軸受基体との組立体の断面説明図である。 図１０は、本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。 図１１は、軸受基体の実施の形態の好ましい他の例の底面説明図である。 図１２は、図１１に示す例の軸受基体のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面説明図である。 図１３は、図１２に示す例に自動調芯機能を付加した本発明の実施の形態の例の断面説明図である。 図１４は、軸受基体の実施の形態の好ましい更に他の例の底面説明図である。 図１５は、図１４に示す例の軸受基体のＸＶ−ＸＶ線矢視断面説明図である。 図１６は、図１４に示す例に自動調芯機能を付加した本発明の実施の形態の例の断面説明図である。 図１７は、軸受基体の実施の形態の好ましい更に他の例の底面説明図である。 図１８は、図１７に示す例の軸受基体のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢視断面説明図である。 図１９は、図１８示す軸受基体の斜視図である。 図２０は、駒の実施の形態の好ましい例の断面説明図である。 図２１は、図２０に示す駒を嵌合固定した軸受基体の好ましい例の断面説明図である。 図２２は、図２１に示す例に自動調芯機能を付加した本発明の静圧気体軸受の好ましい他の例の断面説明図である。 図２３は、駒の他の実施の形態の好ましい例の断面説明図である。 図２４は、図２３に示す駒を嵌合固定した軸受基体の好ましい例の断面説明図である。 図２５は、図２４に示す例に自動調芯機能を付加した本発明の静圧気体軸受の好ましい更に他の例の断面説明図である。 図２６は、静圧気体軸受を用いた直動案内装置の好ましい例の断面説明図である。

次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。

図１から図８において、静圧気体軸受１は、合成樹脂製の軸受体２と、軸受体２に締結部材３により一体的に接合されている軸受基体４と、一体的に接合された軸受体２及び軸受基体４間の隙間からの圧縮空気（気体）の漏出を防止するように、軸受体２に装着された環状シール部材５と、自励振動減衰機構６とを具備している。

軸受体２は、図４から図６に特に示すように、平面視円形の軸受体２の一方の面１１に当該面１１で開口して形成された円環状凹部１２と、平面視円形の軸受体２の他方の面１３に当該面１３で開口して形成された環状凹溝１４と、一端１５では環状凹溝１４に開口している一方、他端１６では円環状凹部１２で開口していると共に円周方向Ｒに等間隔に配列して形成された自成絞りとしての複数個の空気吹出孔１７と、面１１で開口して円周方向Ｒに等間隔に配列して形成された複数個の雌ねじ穴１８とを有している。

円環状凹部１２は、軸受体２の円環状の内側小径外周面２１と、内側小径外周面２１に対して拡径している軸受体２の円環状の内側大径外周面２２と、内周縁では内側小径外周面２１の下縁に連接する一方、外周縁では内側大径外周面２２の上縁に連接した軸受体２の円環状段部面２３と、外周縁で内側小径外周面２１の上縁に連接した軸受体２の天井面２４と、上縁で天井面２４の内周縁に連接すると共に面１１から面１３に向かうに連れて徐々に拡径して上縁まで伸びた軸受体２の截頭円錐面２５とで規定されており、円環状凹部１２を斯かる面１１から面１３に向かうに連れて末広がりに形成された截頭円錐面２５で規定することにより、面１１と天井面２４との間に形成される環状薄肉部２６を径方向に長くすることなしに円環状凹部１２の容積を増大することができるので、環状薄肉部２６を有する軸受体２に強度低下を来たすことはない。

軸受体２の環状面２７と、互いに対面する軸受体２の対の円筒面２８とによって規定された環状凹溝１４は、図６に示すように、少なくとも０．３ｍｍの幅Ｗと、少なくとも０．０１ｍｍの深さｄとを有しており、空気吹出孔１７は、その一端１５で、本例では一端１５から他端１６にわたって全体において少なくとも３０μｍの直径Ｄを有して、環状凹溝１４と円環状凹部１２との間で自成絞りを形成している。

軸受基体４は、特に図７及び図８に示すように、一端３１では面１１に対面している軸受基体４の平面視円形の一方の面３２で開口して当該一端３１で円環状凹部１２に連通している一方、他端３３では軸受基体４の外周面３４で開口して当該他端３３に圧縮空気（気体）が供給されるようになっている給気通路３５と、一端３６では一方の面３２で開口している一方、他端３７では軸受基体４の他方の面３８で開口すると共に円周方向Ｒに沿って等間隔に配列して形成されている複数個のボルト挿通孔３９とを具備している。

給気通路３５は、一端３１を有した縦給気穴４１と、縦給気穴４１に一端４２で連通すると共に他端３３を有した横給気穴４３とを具備しており、他端３３側の横給気穴４３における軸受基体４には、給気プラグ（図示せず）が螺合連結される雌ねじ４４が形成されている。

各ボルト挿通孔３９は、環状段部４６を介して、一端３６側では縮径されている一方、他端３７側では拡径されており、各ボルト挿通孔３９には、雌ねじ穴１８に螺合した締結部材３としての六角穴付きボルトが挿通されており、本六角穴付きボルトにより軸受基体４は、軸受体２に一体的に接合されている。

内側大径外周面２２及び円環状段部面２３に接触すると共に面１１から突出するようにつぶし代をもって円環状凹部１２に配された環状シール部材５としてのＯリングは、特に図２に示すように、潰されて面３２に弾性的に押圧接触して面１１及び３２間の隙間を密封するようになっている。

自励振動減衰機構６は、開口端としての一端５１では軸受体２の面１３の中央部で開口すると共に軸受体２の面１１まで伸びた空洞５２を有しており、空洞５２は、開口端としての一端５１に加えて、軸受体２の面３２で開口する他方の開口端としての他方の一端５３を有しており、開口端としての一端５３は、軸受基体４の面３２で閉鎖されており、空洞５２は、軸受体２の面１３から軸受体２の面１１まで同径をもって伸びた円柱状の貫通孔５４を具備しており、斯かる空洞５２は、一端５１を介して外部と連通している。

次に図１から図８に示す静圧気体軸受１の製造方法の例を説明すると、まず、図４及び図５に示すような合成樹脂製の軸受体２と同様であるが、環状凹溝１４及び空気吹出孔１７を有しない軸受体素材２ａと、図７及び図８に示すような軸受基体４とを準備し、図９に示すように、円環状凹部１２に配した環状シール部材５としてのＯリングを挟んで軸受体素材２ａの円環状凹部１２の開口端を軸受基体４の縦給気穴４１の一端３１に合致させると共に軸受体素材２ａの雌ねじ穴１８の開口端を軸受基体４のボルト挿通孔３９の一端３６に合致させたのち、ボルト挿通孔３９に締結部材３としての六角穴付きボルトを挿通すると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体素材２ａの雌ねじ穴１８に螺合固定して軸受基体４と軸受体素材２ａとを締結一体化した組立体６１を形成する。

次に、図９に示す組立体６１における軸受体素材２ａの面１３を所望の平面度に調整した後、面１３にレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅Ｗ０．３〜１．０ｍｍ、深さｄ０．０１〜０．０５ｍｍの環状凹溝１４と、環状凹溝１４を規定する環状面２７から軸受体素材２ａの環状薄肉部２６を貫通して円環状凹部１２を規定する天井面２４で開口する直径Ｄが少なくとも３０μｍ、好ましくは３０〜１２０μｍの複数個の自成絞り形状の空気吹出孔１７とを形成し、これにより軸受体２と軸受基体４とを具備した図１から図８に示す静圧気体軸受１を得る。

用いる加工用レーザーは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶレーザー及びエキシマレーザー等から選択されるが、好ましくは、炭酸ガスレーザーである。

このようにして作製された静圧気体軸受１において、軸受体２と軸受基体４とが環状シール部材５としてのＯリングを介して締結部材３としての六角穴付きボルトによって締結一体化されているので、軸受体２と軸受基体４との面１１及び３２からなる接合面の隙間は、円環状凹部１２、給気通路３５及び空洞５２に関して強固に密封され、また、軸受体２の面１３に形成された環状凹溝１４及び複数個の自成絞り形状の空気吹出孔１７がレーザー加工により形成されているので、その製造価格は、著しく低減され、しかも、自励振動減衰機構６の空洞５２に対する高圧空気の出入りにより自励振動の発生が抑制されるので、静圧気体軸受１による被支持体は、安定に支持されることになる。

上記の静圧気体軸受１の軸受体２は、一個の環状凹溝１４を具備しているが、斯かる環状凹溝１４に加えて、図１０に示すように、面１３に環状凹溝１４と同心に形成されていると共に環状凹溝１４の外側で環状凹溝１４を囲む大径環状凹溝６５と、一方の端部６６が環状凹溝１４に開口すると共に他方の端部６７が大径環状凹溝６５に開口して円周方向Ｒに沿って面１３に等間隔に配列して形成された複数個の放射状凹溝６８と、面１３に環状凹溝１４と同心に形成されていると共に環状凹溝１４の内側で環状凹溝１４に囲まれた小径環状凹溝６９と、一方の端部７０が環状凹溝１４に開口すると共に他方の端部７１が小径環状凹溝６９に開口して円周方向Ｒに沿って面１３に等間隔に配列して形成された複数個の放射状凹溝７２とを具備していてもよい。

斯かる大径環状凹溝６５及び小径環状凹溝６９並びに放射状凹溝６８及び７２をも、環状凹溝１４をレーザー加工機により形成する際に、同レーザー加工機により同様に形成されてもよい。

図１０に示す軸受体２を有した静圧気体軸受１では、環状凹溝１４に給気された空気は、放射状凹溝６８及び７２を介して大径環状凹溝６５及び小径環状凹溝６９にも供給されるので、例えば被支持体への空気の供給面積が大きくなり、被支持体を安定に浮上させることができる上に、前記と同様に、軸受体２と軸受基体４との面１１及び３２からなる接合面の隙間は、環状シール部材５により円環状凹部１２、給気通路３５及び空気室５１に関して強固に密封され、また、その製造価格は、環状凹溝１４、放射状凹溝６８及び７２並びに大径環状凹溝６５及び小径環状凹溝６９をレーザー加工機により形成すると、著しく低減でき、しかも、静圧気体軸受１による被支持体は、空洞５２を具備した自励振動減衰機構６により安定に支持されることになる。

静圧気体軸受１はまた、図１１及び図１２に示すように、軸受基体４の面３８に形成して軸受基体４に設けられていると共に球体受容凹部として軸受基体４の面３８の中央部で開口したすり鉢状の截頭円錐凹部７５を有した球体受容手段７６を更に具備していてもよい。

截頭円錐凹部７５は、軸受基体４に形成された平面視円形の天井面８１と、天井面８１から面３８にかけて末広がりに伸びる截頭円錐面８２とで規定されている。

球体受容手段７６を具備した静圧気体軸受１には、図１３に示すように、截頭円錐凹部７５の開口径よりも小さな径をもったボールスタッド８５の球体８６が截頭円錐面８２に摺接して当該截頭円錐凹部７５に配されることにより、自動調芯機能が付加される。

球体受容手段７６は、截頭円錐凹部７５に代えて、図１４及び図１５に示すように、軸受基体４の面３８の中央部で開口して当該軸受基体４の面３８に形成されていると共に凹球面９０で規定された半球凹部９１を球体受容凹部として有していてもよい。

半球凹部９１を球体受容凹部として有している球体受容手段７６を具備した静圧気体軸受１でも、図１６に示すように、半球凹部９１の開口径と同径又は半球凹部９１の開口径よりも小さな径をもったボールスタッド８５の球体８６が凹球面９０に摺接して当該半球凹部９１に配されることにより、自動調芯機能が付加される。

球体受容手段７６は、球体受容凹部として軸受基体４の面３８に直接形成された截頭円錐凹部７５又は半球凹部９１を具備する代わりに、図１７から図２１に示すように、軸受基体４の面３８で開口して当該軸受基体４に形成された円柱状凹部９５と、一方の面９６で開口した球体受容凹部としての截頭円錐凹部９７及び他方の面９８で開口した円柱凹部９９を有すると共に円柱状凹部９５に嵌合固定された駒１００とを具備していてもよい。

円柱状凹部９５は、軸受基体４に形成された平面視円形の天井面１０１と、天井面１０１に連接されていると共に軸受基体４に形成された円筒状面１０２とで規定されており、截頭円錐凹部９７は、駒１００に形成されていると共に面９８から面９６に向かう方向において末広がり状に拡径した截頭円錐面１０３で規定されており、円柱凹部９９は、一端１０４では面９８で開口している一方、他端１０５では截頭円錐凹部９７に連通しており、円筒状の外周面１０６を有する駒１００は、当該外周面１０６が円筒状面１０２に、面９８が天井面１０１に夫々ぴったりと接触して、面９６が面３８と面一になって円柱状凹部９５に嵌合固定されている。

図２２に示すように、駒１００に形成された截頭円錐凹部９７を球体受容凹部として具備した静圧気体軸受１には、前記と同様に、截頭円錐凹部９７の開口径よりも小さな径をもったボールスタッド８５の球体８６が截頭円錐面１０３に摺接して截頭円錐凹部９７に配されることにより、自動調芯機能が付加される。

図１７から図２２に示す球体受容手段７６は、駒１００に截頭円錐凹部９７を球体受容凹部として設けた例であるが、これに代えて、図２３及び図２４に示すように、駒１００に球体受容凹部として半球凹部１１０を設けてもよく、半球凹部１１０は、前記と同様に、駒１００の面９６の中央部で開口して当該駒１００に形成された凹球面１１１で規定されている。

軸受基体４の面３８で開口して当該軸受基体４に形成された円柱状凹部９５と、面９６で開口した半球凹部１１０を球体受容凹部として有すると共に円柱状凹部９５に嵌合固定された駒１００とを具備した球体受容手段７６を有してなる静圧気体軸受１には、前記と同様に、図２５に示すように、半球凹部１１０の開口径と同径又は半球凹部１１０の開口径よりも小さな径をもったボールスタッド８５の球体８６が凹球面１１１に摺接して当該半球凹部１１０に配されることにより、自動調芯機能が付加される。

このように軸受基体４とは別体の駒１００を用いて駒１００に球体受容凹部を設けて、駒１００を摺動性に優れた材料、例えばポリアセタール樹脂若しくはポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性合成樹脂又は銅若しくは銅合金等で形成することにより、駒１００の截頭円錐面１０３又は凹球面１１１とボールスタッド８５の球体８６との摺接をより円滑に行わせることができる。

上記の静圧気体軸受１は、図２６に示すような直動案内装置１２０に用いられてもよく、図２６に示す直動案内装置１２０は、案内面としての上面案内面１２１及び両側案内面１２２を有する案内部材１２３と、案内部材１２３の外側に案内部材１２３を跨いで配されていると共に上面案内面１２１に対面する上板１２４及び両側案内面１２２に対面する一対の側板１２５を備えた横断面コの字形の可動テーブル１２６と、可動テーブル１２６の上板１２４の下面１２７及び側板１２５の夫々の内面１２８のうちの少なくとも一つの面に、本例では、側板１２５の夫々の内面１２８に球体８６を案内部材１２３に向けて固定されたボールスタッド８５と、ボールスタッド８５の球体８６の夫々と該少なくとも一つの面である側板１２５の夫々の内面１２８に対面する両側案内面１２２の夫々との間に配された図２２に示す静圧気体軸受１と、該少なくとも一つの面以外の面である上板１２４の下面１２７と下面１２７に対面する上面案内面１２１との間に配された図２に示す静圧気体軸受１とを具備している。

直動案内装置１２０において、ボールスタッド８５の球体８６の夫々は、静圧気体軸受１の夫々の軸受基体４が当該球体８６を中心としてボールスタッド８５に対して揺動自在となるように、球体受容手段７６の夫々の截頭円錐凹部９７に、截頭円錐面１０３に摺動自在に接触して受容されている。

上板１２４の下面１２７と下面１２７に対面する上面案内面１２１との間に配された図２に示す静圧気体軸受１の軸受基体４は、可動テーブル１２６の上板１２４の下面１２７に固定されている。

斯かる直動案内装置１２０によれば、給気通路３５の夫々に供給された圧縮空気を軸受体２の複数個の空気吹出孔１７から案内部材１２３の上面案内面１２１及び両側案内面１２２に向かって噴射することにより、軸受体２の面１３と上面案内面１２１及び両側案内面１２２との間の軸受隙間に形成される空気の潤滑膜によって可動テーブル１２６を上面案内面１２１及び両側案内面１２２に対して非接触の状態に保持することができる。そして、軸受体２の面１３と両側案内面１２２との間の軸受隙間が不均一であると、軸受隙間各部に圧力差が発生するが、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に静圧気体軸受１が自動調芯され、両側案内面１２２に対して平行な状態が保持されるため、案内部材１２３及び可動テーブル１２６の平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、静圧気体軸受１自体の低コストに加えて、直動案内装置１２０の製作の容易化及びコストの低下を図ることができる。

そして、直動案内装置１２０によれば、軸受体２の面１３と上面案内面１２１及び両側案内面１２２との間の軸受隙間の空気圧を一端５１を介して空洞５２に伝達できるので、静圧気体軸受１の自励振動を抑制でき、被支持体としての可動テーブル１２６の支持を安定的に行うことができる。

直動案内装置１２０においては、自動調芯機能が付加された静圧気体軸受として、図１３、図１６及び図２５に示す静圧気体軸受１を使用してもよい。

１ 静圧気体軸受
２ 軸受体
３ 締結部材
４ 軸受基体
５ 環状シール部材
６ 自励振動減衰機構
１１、１３、３２ 面
１２ 円環状凹部
１４ 環状凹溝
１７ 空気吹出孔
５２ 空洞

Claims (14)

1. 一方の面に当該一方の面で開口して形成された円環状凹部、他方の面に当該他方の面で開口して形成された環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、一端では該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口して当該一端で円環状凹部に連通している一方、他端に気体が供給されるようになっている給気通路を備えていると共に該軸受体に一体的に結合された軸受基体と、一端では軸受体の他方の面の中央部で開口すると共に軸受体の一方の面まで伸びた空洞を有した自励振動減衰機構とを具備している静圧気体軸受。
2. 円環状凹部は、円環状の内側小径外周面と、この内側小径外周面に対して拡径している円環状の内側大径外周面と、内周縁では内側小径外周面の下縁に連接する一方、外周縁では内側大径外周面の上縁に連接した円環状段部面とにより規定されており、静圧気体軸受は、内側大径外周面及び円環状段部面に接触して円環状凹部に配されていると共に軸受基体の一方の面に弾性的に接触した環状シール部材を更に具備している請求項１に記載の静圧気体軸受。
3. 円環状凹部は、軸受体の一方の面から他方の面に向かうに連れて末広がりに形成された截頭円錐面で規定されている請求項１又は２に記載の静圧気体軸受。
4. 環状凹溝は、少なくとも０．３ｍｍの幅と、少なくとも０．０１ｍｍの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも３０μｍの直径を有していると共に円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成している請求項１から３のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
5. 環状凹溝は、０．３〜１．０ｍｍの幅と、０．０１〜０．０５ｍｍの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で３０〜１２０μｍの直径を有している請求項１から４のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
6. 空洞は、軸受体の一方の面で開口する開口端を有しており、この開口端は、軸受基体の一方の面で閉鎖されている請求項１から５のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
7. 空洞は、軸受体の他方の面から軸受体の一方の面まで同径をもって伸びた円柱状の貫通孔を具備している請求項１から６のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
8. 軸受体は、その他方の面に形成されていると共に該環状凹溝の外側で当該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、その他方の面に形成されていると共に該環状凹溝の内側で当該環状凹溝に囲まれた小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを更に具備している請求項１から７のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
9. 軸受基体に設けられていると共に球体受容凹部を有した球体受容手段を更に具備している請求項１から８のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
10. 球体受容手段は、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された截頭円錐凹部を球体受容凹部として有している請求項９に記載の静圧気体軸受。
11. 球体受容手段は、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された半球凹部を球体受容凹部として有している請求項９に記載の静圧気体軸受。
12. 球体受容手段は、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された円柱状凹部と、一方の面で開口した截頭円錐凹部を球体受容凹部として有すると共該円柱状凹部に嵌合固定された駒とを具備している請求項９に記載の静圧気体軸受。
13. 球体受容手段は、軸受基体の他方の面で開口して当該軸受基体に形成された円柱状凹部と、一方の面で開口した半球凹部を球体受容凹部として有すると共に円柱状凹部に嵌合固定された駒とを具備している請求項９に記載の静圧気体軸受。
14. 上面案内面及び両側案内面を有する案内部材と、この案内部材の外側に配されていると共に上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルと、この可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面のうちの少なくとも一つの面に球体を案内部材に向けて立設されたボールスタッドと、このボールスタッドの球体と該少なくとも一つの面に対面する上面案内面及び両側案内面との間に配された請求項９から１３のいずれか一項に記載の静圧気体軸受と、該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面と当該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面に対面する上面案内面及び両側案内面との間に配された請求項１から８のいずれか一項に記載の静圧気体軸受とを具備しており、ボールスタッドの球体は、請求項９から１３のいずれか一項に記載の静圧気体軸受の軸受基体が当該球体を中心としてボールスタッドに対して揺動自在となるように、当該請求項９から１３のいずれか一項に記載の静圧気体軸受の球体受容手段の球体受容部の夫々に受容されており、請求項１から８のいずれか一項に記載の静圧気体軸受のうちの少なくとも一つの静圧気体軸受の軸受基体は、該少なくとも一つの面以外の可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面に固定されている直動案内装置。

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