JPH04107321A - 静圧空気軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば超精密加工機、測定器又は半導体製造
装置等の諸種の精密機器の軸受として使用される静圧空
気軸受に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、この種の静圧空気軸受は油圧静圧軸受やその他
の転がり軸受等と比較して精度が極めて高いという優れ
た長所を有しているが、その反面において剛性が小さい
という欠点がある。一方、最近の高精度の測定器や精密
加工機等では、精度上又は環境上から剛性が大きな静圧
空気軸受が要求されている。

［発明が解決しようとする課題］ 一１ｔｌＲに、静圧空気軸受の剛性を高めるには、大き
なポケットを用いることが考えられるが、その場合の設
計や製作方法によって不安定振動を生ずることがある。

特に、静圧空気軸受においては、ばね定数と減衰係数の
大きさは互いに相反する関係にあるため、ばね定数を高
くしようとすると減衰係数が小さくなって不安定振動が
発生し易（なる。逆に、不安定振動の発生を抑制しよう
とすると、軸の減衰係数を太き（するために、ばね定数
を成る程度犠牲にしなければならなくなる。このような
問題に対処するため、従来においても軸受内に磁性流体
を付加して軸の減衰係数を高めるようにした静圧空気軸
受が、例えば実開平２−２７０１７号公報に開示されて
いる。

しかし、この従来例では磁性流体やそれを収納する容器
については深い洞察がなされていないし、また効果的な
設計方法については何も記載されていないので、場合に
よっては効果が得られない可能性もある。また、減衰係
数を考慮して設計された静圧空気軸受がないため、測定
器や工作機械等に用いられても、テーブルの位置決めに
おいて外乱に対する収束特性や復元性に問題がある。

本発明の目的は、このような問題を改善するため、静圧
空気軸受に流体ダンパを付加することにより、軸受全体
の減衰特性を向上し、高剛性化に伴う減衰係数の低下及
び不安定振動の発生を防止し、更に最適な減衰係数が任
意に設定できるようにした静圧空気軸受を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係る静圧空気軸
受においては、空気軸受内において、固定部と可動部間
に形成した微小隙間に非圧縮流体を介在させ、該非圧縮
流体の粘性による減衰用ダンパ機構を設けたことを特徴
とするものである。

［イ乍用］ 上述の構成を有する静圧空気軸受は、静圧空気軸受内の
流体ダンパの形状や微小隙間の大きさ及びこの微小隙間
内に供給される非圧縮流体の粘度によって、軸受全体の
減衰係数は適切な値に設定される。

「実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明をエアウェイ静圧空気軸受に適用した場
合の実施例を示す断面図であり、第２図はその平面図で
ある。静圧空気軸受を構成する一方の部材はガイド部材
ｌであり、他方の可動部材はスライダ２であって、両者
の間にはスライダ２のエアノズル３から噴射される圧縮
空気によって適当な軸受隙間ｇが保持されている。軸受
機能を妨げない位置において、ガイド部材１にその移動
方向に延在する凹部４が形成され、この凹部４内には水
、シリコン油、その他の油圧作動油等の非圧縮性流体Ａ
が供給されている。また、スライダ２には凹部４にダン
パ隙間である微小隙間を介して嵌合される突体５が一体
的に形成されており、凹部４と突体５との間のダンパ隙
間に介在する非圧縮流体Ａによりダンパ機構を構成して
いる。

この実施例の場合に、第３図に示すようにスライダ２の
Ｙ方向の動きに対しては、凹部４の底面と突体５の先端
面との間のダンパ隙間ＤＩが対応し、またＸ方向の動き
に対しては、凹部４の側面と突体５の側面との間のダン
パ隙間Ｄ２が対応して、それぞれダンパ機構を構成して
いる。この場合の減衰特性つまり減衰係数の変化は、突
体５のダンパ隙間旧、Ｄ２を形成している対向面の面積
とダンパ隙間Ｄｉ、　Ｄ２の大きさ及び非圧縮流体Ａの
粘度によって決定される。

第４図、第５図は第２の実施例を示し、凹部４の断面形
状を略Ｖ字形とし、それに嵌合される突体５の形状も凹
部４に対応してＶ字形とした例を示している。この実施
例の場合には、第６図に示すように可動部材であるスラ
イダ２のＸ方向及びＹ方向の動きを斜め方向のダンパ隙
間Ｄ３で対応することができる。

第７図は本発明をスラスト型軸受に適用した場合におい
て、上下方向の減衰特性を調整するための実験装置を示
し、第８図はそのスラスト軸受部１１のノズル配置例を
示している。この場合は、静圧空気軸受を構成する一方
の部材はスラスト軸受部１１、他方の部材はスラスト板
工２であり、スラスト軸受部１１の上面に配置されたエ
アノズル１３からの圧縮空気によって、両者間には軸受
・・　（ ，１ 隙間ｇが保持されている。また、スラスト軸受部１１の
上面には非圧縮流体Ａを収容する凹部１４が設けられ、
スラスト板１２には凹部１４と適当なダンパ隙間りを介
して嵌合される突体１５が一体的に形成され、スラスト
板１２上には負荷１６が配置されている。

本実験装置において、スラスト軸受部１１は外径が１０
０ｍｍφ、内径が５４ｍｍφであり、その間においてエ
アノズル１３が内円と外円にそれぞれ８個ずつ合計１６
個配置されている。また、スラスト板１２とその上に載
置されている負荷１６の合計荷重は１４Ｋｇｗである。

また、非圧縮流体Ａには粘度０．ＯＯ０２Ｋｇｆ／ｃｍ
、Ｓのシリコン油が用いられている。

本装置では、凹部１４の底は上下方向に移動可能にして
、ダンパ隙間りの大きさを変化できるようになっている
。この装置を用いて上下方向の減衰特性を調べるため、
第９図に示すように上から衝撃力を加え、更にダンパ隙
間りを変化させてスラスト板１２がどのように運動する
かを変位計を用いて測定したところ、第１０図に示すよ
うな結果が得られた。第１０図において、実線で示す曲
線ａは流体ダンパの無い状態で静圧空気軸受のみの減衰
特性を示し、また破線すはダンパ隙間りを１００μｍに
設定した場合、−点鎖線Ｃはダンパ隙間りを５０ＬＬｍ
に設定した場合、二点鎖線ｄはダンパ隙間りを１０μｍ
に設定した場合のそれぞれの減衰特性を示している。

この実験結果で示されるように、凹部１４と突体１５と
の間のダンパ隙間りを例えば圧電素子を用いて変位する
ことによって、軸受全体の減衰特性を任意に設定するこ
とが可能である。勿論、ダンパ隙間りに介在する非圧縮
流体Ａの粘度又はダンパ対向面の面積を変えることによ
っても、軸受の減衰特性を設定することができる。

以上は実験による例であるが、このような流体ダンパ機
構を有する静圧空気軸受の減衰特性は計算によっても求
めることができ、一般の精密加工機や測定器等で要求さ
れる適切な減衰係数を持つ静圧空気軸受を任意に設計す
ることが可能である。更に、上述した減衰特性としての
作用とは別に、非圧縮流体Ａの粘性は軸受可動部材の運
動方向にも減衰として作用するから、この機能も有効に
利用することができる。

また、スラスト軸受の場合に、第１１図、第１２図に示
すように凹部１４を環状溝とし、この凹部１４内に嵌合
される突体１５をバランス上受なくとも３個所設けるよ
うにしてもよい。

静圧空気軸受を諸種の精密加工機や測定器等の実機に要
素部品として実際に組込んだ場合は、実機又は静圧空気
軸受が受ける負荷変動や環境変化など外乱に対して適切
な減衰係数が得られる機構が可能である。例えば、前述
のダンパ隙間の大きさを圧電素子等の微小変位機構によ
って制御することにより、能動的に適切な減衰係数を得
ることができる。

なお、本実施例はスラスト軸受、エアウェイ軸受の外、
エアスピンドル等の静圧空気軸受全般に適用可能である
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る静圧空気軸受は、軸受
内に流体ダンパ機構を付加することにより、静圧空気軸
受の高剛性化に伴う不安定振動の発生及び減衰係数の低
下を防止することができる。また、減衰機構を付加でき
るため、静圧空気軸受の用途に応じて剛性を犠牲にする
ことなく、適切な減衰係数を設定することができる。更
に、軸受への動的変動に対しダンパ隙間を機械的に変化
させることにより、適切な減衰係数を得る制御機構が可
能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る静圧空気軸受の実施例を示し、第１
図は第１の実施例の断面図、第２図はその平面図、第３
図はその作用説明図、第４図は第２の実施例の断面図、
第５図は平面図、第６図は作用説明図、第７図はスラス
ト軸受に適用した第３の実施例の断面図、第８図はスラ
スト軸受部の平面図、第９図、第１０図は実験値のグラ
フ図、第１１図は第４の実施例の断面図、第１２図は第
１１図のＢ−Ｂ線による断面図である。 符号１はガイド部材、２はスライダ、３はエアノズル、
４は凹部、５は突体、１１はスラスト軸受部、１２はス
ラスト板、１３はエアノズル、１４は凹部、１５は突体
、１６は負荷である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気軸受内において、固定部と可動部間に形成した
   微小隙間に非圧縮流体を介在させ、該非圧縮流体の粘性
   による減衰用ダンパ機構を設けたことを特徴とする静圧
   空気軸受。 ２、前記固定部と可動部の何れか一方に前記非圧縮流体
   を収容する凹部を設け、他方に該凹部の内面と微小隙間
   を形成するように嵌合した突体を設けた請求項１に記載
   の静圧空気軸受。 ３、前記減衰用ダンパ機構に減衰係数を能動的に制御す
   る減衰係数制御手段を付加した請求項１に記載の静圧空
   気軸受。 ４、前記減衰係数制御手段を前記微小隙間の大きさを制
   御する微小変位機構とした請求項４に記載の静圧空気軸
   受。 ５、前記微小変位機構を圧電素子とした請求項４に記載
   の静圧空気軸受。