JPH0419141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、清浄な環境の下で使用するに適した
浮動支持装置に関し、詳しくはスパイラル溝が形
成されたセラミツクスを回転させ、このスパイラ
ル溝によつて生じる流体膜で物体若しくはスラス
ト荷重を支持するようにした浮動支持装置に関す
る。

［従来技術］ 従来、半導体製造、バイオ産業、或いは医薬
品、製造などにおいてはクリーンな環境の下で物
品を取扱つている。第４図にエアスライダと通称
される高圧空気を利用した物体の移動装置を示
す。

床面１には多数のエアノズル２が形成され、床
面３から高圧の空気が矢印Ａのように供給されて
床面１上に置かれた浮上台４を空気力で押し上げ
て、移送される浮上台４上に取付けられたキヤリ
アボツクス５で物品を移送するものである。ここ
で、浮上台４にはリニアモータ（２次側）６が固
定されており、床に固定されたリニアモータ（１
次側）７によつて吸引（反発）されるので、浮上
台４は床面１に沿つて所定の位置へ移動できるも
のである。従つて、該床面１には全面に亘つて均
等にエアノズル２が多数配置されているが、その
床下３にはバネ機構８によつて支承された弁座９
が接離自在に設けられており、弁座９の上面のエ
アノズル２と対向する位置には弁１０が形成さ
れ、浮上台４が通過中の部分以外の床面１では、
電磁石１１によつて弁座９に固着された永久磁石
１２が反発して弁座９が持ち上り、弁１０がエア
ノズル２を閉塞して高圧空気の使用量を最小限に
止めている。なお、第４図において浮上台４は図
面と垂直の方向に移動するものであり、もう一方
の側のリニアモータ６，７は省略してある。

また、第５図及び第６図は基台１７に取付けた
レール１３上に移動台１５が走行できるようにし
た別の例であつて、２本の平行なレール１３上に
合計４個の脚１４が該レール１３に対して移動可
能に取付けられた移動台１５を配置し、移動台１
５上に置かれた物体１６をレール１３に沿つて移
送するものである。

この場合、所定の間隔を保つて固定されたレー
ル１３は略台形の断面形状であると共に、その両
方の斜面１８にはボールベアリングの案内溝１９
がそれぞれ形成され、これに嵌入しているボール
ベアリング２１で脚１４を介して移動台１５を支
持するようになつている。なお、２０は案内溝１
９の深部に形成された油溝であり、ボールベアリ
ング２１は図示しないピアノ線によつて脚１４か
ら脱落しないように保持されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の空気浮上方式（第４図の例）を利用た支
持装置では、浮上台４と床面１とが固体接触して
いないので、物品に衝撃が加わらず、振動を与え
ることなく搬送できる利点があるが、浮上台４を
浮上させるために常時浮上台４の下部に対向する
床面１のエアノズル２から空気を噴出させねばな
らず、多量の高圧空気を必要とする。そして、こ
の浮上台４が設置される場所が例えばクリーンル
ームのように高度に清浄な環境であれば、浮上台
４を浮上させるための高圧空気も高度に浄化され
たものを用いなければならず、運転費が高いもの
となる。また、浮上用の高圧空気は周囲の気流を
乱すことにもなるので、物品を所望の清浄な環境
に保持しにくいものとなる。

他方、従来のリニアガイド方式（第５図及び第
６図の例）にあつては、極めて大きな荷重に対し
ても利用することができ、また正確な位置決めも
可能であることから、NC旋盤、XYテーブル、
光学機械測定台等広範囲に利用されているが、レ
ールの長さが３ｍを越えると製作が困難となるこ
とから大型の設備で長い距離を移送するには不適
当であつた。また、ボールベアリング２１が静止
又は低速運動をしている状態で過大な荷重又は衝
撃荷重を受けた場合には、ボールベアリング２１
と案内溝１９とに局部滴な永久変形を生じ、その
後の円滑な運動に大きな障害を与える問題があつ
た。そしてこの種のものは運動する軌跡が案内溝
１９に沿つたものに限定される。

なお、特公昭42−6443号公報にはセラミツク製
ガス潤滑軸受が開示されているが、移動に対して
適用できず、また浮動力の発生も充分でない。さ
らに特開昭60−113760号公報には空気浮上による
搬送装置が開示されるいるが、ブロアを用いエア
リアクシヨン効果により浮上せさるものであり、
浮上のためのエネルギの消費が比較的に大きい。

従つて、本発明はこれら従来の欠点を排除しよ
うとするもので、前述のエアスライダのように多
量の空気を使用することなく物品を移送する手段
を提供することにあり、また簡単な構成で比較的
大きな重量物を支持し、且つ移送することが可能
な浮上支持装置を安価な形態で提供することを目
的とする。

さらにまた、本発明は簡単な構成でスラスト荷
重を浮動支持できる浮動支持機構を提供すること
にある。

［課題を解決する手段］ 本発明によれば、駆動軸の端部に該駆動軸と回
転一体に設けられたセラミツクからなる回転円板
と、該駆動軸を支持する固定側部材の該回転円板
に面する側に弾性体を介して取り付けられたセラ
ミツクの軸受板とを備えている浮動支持機構であ
つて、該回転円板の表面と、該回転円板の背面と
該軸受板との摺動部のいずれか一方の面とに夫々
動圧発生用の溝が設けられ、該動圧発生用の溝は
半径方向内方から回転方向に半径方向外方にスパ
イラル状に延びており、前記駆動軸の回転中心と
直交する平面上を移動可能に構成されている。

［発明の作用］ 本発明では、駆動軸の端部に設けられたセラミ
ツクの回転円板の表面、即ち床やレールの平面に
対向する面に動圧発生用溝が形成されているの
で、駆動軸によつて回転円板が回転されると床面
と回転円板との間には流体の動圧が発生し、この
動圧が回転円板が床面に押圧される力に対抗する
ので、回転円板と床面とは実質的に固体接触する
ことなく相対運動が可能となる。

また、該回転円板の裏面においても同様に動圧
が発生するので、回転円板は床面や駆動軸の固定
側部材とは直接接触することなく回転することが
できる。

そして、駆動軸の固定側部材に弾性体を介して
配置されたセラミツクの軸受板の摺動部に面する
平面は容易に回転円板の背面の傾きに追従でき
る。

特に本発明によれば、動圧発生用の溝が半径方
向内方から回転方向に半径方向外方にスパイラル
状に延びているので、回転に際してスパイラル状
の溝の中心に向つて流体が流入し、その結果、好
適な動圧が発生する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の浮動支持装置の部分縦断面図
である。図において、床面１の上方に配置された
浮上台４の下部に、駆動用のモータ２４を主軸
（駆動軸）２５が該床面１と直角となるように固
定し、主軸２５の先端にセラミツクの回転円板２
６を弾性のある接着剤２７で取付け、回転円板２
６が主軸２５と一体に回転すると共に若干の揺動
が可能となつている。他方、モータ２４のフラン
ジ２８の該回転円板２６に対向する面にはシリコ
ンゴム製の弾性板２９が接着され、さらに該弾性
板２９の該回転円板２６側の面にセラミツクの軸
受板３例が接着されている。

床面１は平滑な平面であり、回転円板２６の表
面３１及び背面３２も平滑な平面であり、さらに
軸受板３０の表面３３も同様に平滑な平面となつ
ている。そして回転円板２６の表面３１には動圧
発生用のスパイラル溝が形成され、軸受板３０の
表面３３と回転円板２６の背面３２とによる摺動
部においても回転円板２６の背面３２の側に動圧
発生用のスパイラル溝が形成されいてる。

モータ２４は図示しないリード線から給電され
て矢印Ａの方向に回転するものであり、フランジ
２８に取付けられたケーシング３４によつて固定
子３５、回転子３６、軸受３７全体が覆われてい
る。またモータ２４はフランジ２８の外周部にお
いてボルト３８によつて浮上台４の下部に固定さ
れている。そして上方の軸受３７が軸方向に関し
て若干の移動が可能なようにボールベアリングが
バネ板によつてフレーム３９に取付けられてお
り、小さなスラスト荷重を支えることができる。

回転円板２６の表面及び背面の摺動部について
第２図を参照して述べると、第２図ａは回転円板
２６の表面３１に形成された動圧発生用の溝の模
様を示したもので、スパイラル状の平滑な面（白
塗り部分）４０とそれよりも約３〜20μm深いス
パイラル状の溝となつている溝部（黒塗りの部
分）４１と中央の均圧部４２とからなり、白塗り
の部分４０はランドと称されている。床面１も平
滑な平面であるため、床面１と回転円板２６の表
面３１との摺動部において固体接触が行われる位
置はランド４０の面と床面１とであり、これがた
め回転円板２６の表面３１の全体に亘つてランド
４０のうねりは小さく仕上げられており、通常
1μm以内である。Ａはモータ２４が付勢された時
の回転円板２６の表面３１の回転方向であり、摺
動部に介在している流体がスパイラル状の溝４１
に沿つて中心に押し込まれるので床面１と回転円
板２６との摺動部に流体の動圧が発生し、回転円
板２６と床面１とは互いに固体接触することなく
任意の方向に移動することができる。

第２図ｂは回転円板２６の背面３２に形成され
た動圧発生用の溝の模様を示したものでり、回転
円板２６の中央はモータ２４の主軸２５を取付け
るための凹部４３が形成され、それ以外は平面と
なつている。この平面の外周部分にスパイラル状
の動圧発生用の溝（黒塗りの部分）４４が形成さ
れ、内周には動圧を保持するランド４５が形成さ
れている。スパイラル溝４４と隣接するランド４
６と内周のランド４５とは互いに同一平面上に位
置すべきものであつて、ランド４５，４６は全面
に亘つてやはり1μm以内のうねりに仕上げられ、
しかも表面３１と平行な面となつている。従つ
て、回転円板２６が回転すると動圧発生用の溝４
４に沿つて中心に向つて流体が流入し、流入した
流体は内周のランド４５によつて保持されること
になるので軸受板３０と回転円板２６との間に流
体の動圧を発生し、軸受板３０と回転円板２６と
は互いに固体接触することなく相対回転運動を行
うものである。

また、第２図ｃに示した軸受板３０の表面、即
ち回転円板２６に面する側の平面３３は回転円板
２６の背面３２と対向して摺動部を形成する平面
であつて、その表面は回転円板２６の表面３１、
背面３２のランド４０，４５，４６と同じく平滑
な平面に仕上げられている。そしてこの軸受板３
０の中心には主軸２５の貫通孔４７が設けられ、
他方モータ２４のフランジ２８との間にはシリコ
ンゴムのような弾性体の平板２９が介在されてい
る。

ここで浮上台４の荷重が第１図の床面１にかか
つた状態でモータ２４が付勢されると、セラミツ
クの回転円板２６の表面３１及び背面３２に形成
された動圧発生用の溝４１，４４の作用によつて
各々の摺動部には流体の動圧が発生し、浮上台４
の荷重を流体膜によつて支持することができる。
さらに床面１、回転円板２６の表面３１や背面３
２、或いは軸受板３０の平面３３のうねりや、回
転円板２６の表面３１と背面３２との平行度のず
れなどによつて生じる回転円板２６の表面３１と
背面３２の面ぶれは軸受板３０の表面３３の揺動
によつて容易に追従することができ、安定して荷
重を支えることができる。

なお、上述の例では回転円板２６の背面３２に
動圧発生用の溝４４が形成されているが、それに
変え軸受板３０の回転円板２６に面する側の面に
動圧発生用の溝を形成するようにしてもよい。

第３図は第１図に示した浮動支持機構を備えた
浮上台の平面図であつて、２本の平行なレール５
０，５０′に亘つて第１図に示した浮動支持機構
５１，５１′を下部に備えた浮上台５２を設け、
浮上台５２上に物体５３を置いて移送するように
したものである。レール５０，５０′の中間の床
にはリニアモータ５４が固定され、浮上台５２に
固定されたリニアモータ５５とによつて浮上台５
２はレール５０，５０′に沿つて所望の位置に移
動することができる。浮動支持機構は全部で８個
備えられ、破線で示された浮動支持機構５１は互
いに同一方向に回転し、二重の破線で示された浮
動支持機構５１′はそれとは反対方向に回転し偶
力を相殺するようになつている。

なお、第３図において５６は浮動支持機構５
１，５１′のモータの起動に際し浮上台５２を僅
かに浮上させるロツドであり、モータが起動した
のち徐々に後退（低下）して回転円板及び軸受板
によつて荷重を支える。このようにすれば起動時
のセラミツク同志の固体接触も断つことができる 以上の実施例において、回転円板２６及び軸受
板３０に用いるセラミツクの材質としてはSiC、
Si3N4、Al2O3、TiC、TiN、BN、ZrO2など高
硬度のものがよく、軸受板３０とモータのフラン
ジ２８との間に介在される弾性体としてはシリコ
ンゴム、ネオプレンゴムなど広範囲の弾性材料が
用いられる他の板バネ等を用いることができる。

また、回転円板２６は中央部分に貫通孔が形成
されたセラミツク材料であつてもよい。第１図及
び第２図ｂから明らかなようにモータの主軸２５
の先端は十字の断面形状となつて回転円板２６の
背面の凹部４３の形状もこれと対応して十字とし
てあるが、円筒形や他の形状であつてもよい。

本実施例においてロツド５６によつて浮上台５
２が持ち上げられた場合、モータ２４の主軸２５
が自重によつて床面１側に僅かに移動し、回転円
板２６は床面１及び軸受板３０と非接触若しくは
荷重がほとんどかからない状態にあるが、回転円
板２６と軸受板３０との間に形成されるすきまは
極めて僅かなものであるからモータ２４のケーシ
ング３４内にある気体が外部に流出する量は僅か
であり、またロツド５６が後退して回転円板２６
の回転によつて浮上台４が支持されている状態で
は回転円板２６の背面の動圧発生用の溝４４が外
周の流体を内周側に押込む作用をするのでケーシ
ング３４内の気体は容易に外部へ流出せず、外部
の環境が汚染される度合は極度に軽減される。

以上の説明において動圧発生用の溝によつて昇
圧を受ける流体としては空気を想定していたが、
浮動支持装置が設置される環境によつては潤滑
油、水、磁性流体などの液体を使用できるもので
あれば、これらの液体を回転円板２６の表面３１
及び背面３２に介在させることも可能であり、そ
の場合には流体の粘性が増大することとなるので
許容負荷は大きくなる。

［発明の効果］ 本発明の浮動支持装置は、駆動軸の先端に設け
られセラミツクの回転円板の表面に動圧発生用の
溝を形成し、平滑な移動面と対向するようにした
ものであるから、移動面と支持機構（回転円板）
との間に互いに接触することなく荷重を支持する
ことができ、またその移動方向は移動面上であれ
ば前後、左右いずれも自由であり、さらに駆動軸
を支持する固定側部材の該回転円板に面する側に
弾性体を介して配設されたセラミツクの軸受板と
該回転円板の背面との摺動部においても、いずれ
か一方のセラミツクの面に動圧発生用の溝を形成
しているので、この摺動部においても同様に流体
膜が形成されて非接触の状態で荷重を支えること
とになり、摺動部からの摩耗粉の発生もない。

さらに、本発明の浮動支持装置においては、回
転円板の回転が外部環境の気流（或いは流体の流
れ）に外乱を与えることは少ないので、クリーン
ルームのような清浄な環境においても使用でき
る。

特に本発明では、スパイラル状の溝により比較
的に強い動圧が発生するので、大きな負荷に耐え
ることができる。

また、本発明の浮動支持機構においては、浮上
力を得るために必要な回転円板を回転させるため
の動力は極めて少なく、ランニングコストが安価
となる。

更に、本発明の浮動支持機構は、前後、左右に
移動しない通常のスラスト軸受としても用いるこ
とができ、その場合においても、極めて良好な軸
受特性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る浮動支持機構を
示す縦断面図、第２図ａ，ｂ，ｃは第１図に示す
浮動支持機構の摺動面の模式図、第３図は第１図
の浮動支持機構を用いた浮上台の平面図、第４図
は従来例の縦断面図、第５図は他の従来例の平面
図、第６図は第５図の縦断面図である。 １……床面、４……浮上台、２４……モータ、
２５……主軸、２６……回転円板、２８……フラ
ンジ、２９……弾性板、３０……軸受板、４０…
…ランド、４１，４４……溝、４６……ランド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動軸の端部に該駆動軸と回転一体に設けら
   れたセラミツクからなる回転円板と、該駆動軸を
   支持する固定側部材の該回転円板に面する側に弾
   性体を介して取り付けられたセラミツクの軸受板
   とを備えている浮動支持機構であつて、該回転円
   板の表面と、該回転円板の背面と該軸受板との摺
   動部のいずれか一方の面とに夫々動圧発生用の溝
   が設けられ、該動圧発生用の溝は半径方向内方か
   ら回転方向に半径方向外方にスパイラル状に延び
   ており、前記駆動軸の回転中心と直交する平面上
   を移動可能に構成したことを特徴とする浮動支持
   機構。