JPH04357321A - 静圧流体支持装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はガイド体に被支持体を
流体の圧力によって非接触状態で支持する静圧流体支持
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静圧流体支持装置は、超精密ダイヤモン
ド旋盤や情報関連機器あるいは半導体製造装置など精密
な位置決めが要求される場合などに広く用いられている
。

【０００３】上記静圧流体支持装置はガイド体と、この
ガイド体に流体の圧力によって非接触で支持されるテ−
ブルや軸などの被支持体とから構成されている。上記ガ
イド体あるいは被支持体のいずれか一方の表面には、被
支持体の支持剛性を高めるための複合絞りが形成される
ことがある。この複合絞りは表面絞りとオリフィス絞り
からなり、上記表面絞りは溝から形成されている。この
溝は、その深さによって上記被支持体の支持剛性を大き
く左右することになる。また、被支持体の支持剛性はガ
イド体のガイド面と被支持体との隙間寸法によっても大
きく変化する。

【０００４】ところで、上記構成の静圧流体支持装置に
おいては、被支持体の支持剛性は設計の段階で決定され
る。しかしながら、設計の段階では、仮定や近似によっ
て支持剛性が計算されるため、実際の支持剛性が設計通
りにならないのが一般的である。さらに、加工精度や組
立精度の影響によっても、目的の支持剛性が得られない
ということがある。

【０００５】従来の静圧流体支持装置は、組立後に被支
持体の支持剛性を調節できる構成となっていない。つま
り、上記溝の深さやガイド面と被支持体との隙間を調節
できる構成となっていない。そのため、目的の支持剛性
が得られない場合、その支持装置が組み込まれる機器の
性能低下を招くということがある。

【０００６】また、加工精度や組立精度が低下すると、
ガイド体に対する被支持体の支持位置がずれることがあ
り、さらに利用目的によっては被支持体の支持位置を変
えたいこともある。

【０００７】しかしながら、従来の静圧流体支持装置に
おいては、上記被支持体の支持位置を調節することがで
きるようになっていなかった。そのため、そのような場
合にも、上記支持装置が組み込まれる機器の性能低下を
招いたり、種々の目的に利用できないなどのことがある
。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は被
支持体の支持剛性や支持位置を調節することができない
ということがあった。

【０００９】この発明は上記事情にもとづきなされたも
のでその目的とするところは、ガイド体に対する被支持
体の支持剛性を変えることができるようにした静圧流体
支持装置を提供することにある。この発明の他の目的は
、ガイド体に対する被支持体の支持位置を調節すること
ができるようにした静圧流体支持装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明の第１の手段は、ガイド体と被支持体との間
の隙間に流体を供給し、その流体の圧力で上記被支持体
を上記ガイド体に非接触で支持する静圧流体支持装置に
おいて、上記ガイド体と被支持体のいずれか一方には、
光が照射されることで歪みが生じる変える光歪素子から
なる制御部材が設けられていることを特徴とする。

【００１１】この発明の第２の手段は、ガイド体と被支
持体との間の隙間に流体を供給し、その流体の圧力で上
記被支持体を上記ガイド体に非接触で支持する静圧流体
支持装置において、上記ガイド体は、上記被支持体に対
して対称に配置された複数のパッドからなり、各パッド
は、光が照射されることで歪みが生じる光歪素子からな
る駆動部材によって上記被支持体との間隔の調節自在に
設けられていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記第１の手段によれば、ガイド体と被支持体
との隙間の大きさを変えることで被支持体の支持剛性を
制御することができる。上記第２の手段によれば、駆動
部材を変形させてパッドを変位させることで、被支持体
の支持位置を変えることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００１４】図１と図２はこの発明の第１の実施例を示
す。図１と図２において、１は直方体状をなした精密機
器のテ−ブルなどを構成する非透光性の材料によって形
成された被支持体である。この被支持体１の下面には田
の字状の取付溝２が所定の深さ寸法で形成されている。 この取付溝２には制御部材３が上面を固定して設けられ
ている。

【００１５】上記制御部材３は、照射される光の強度に
応じて伸縮する光歪素子からなる。光歪素子としてはニ
オブ、タングステンなどを添加したジルコン酸ランタン
鉛（ＰＬＺＴ３／５２／４８）などが用いられている。

【００１６】上記制御部材３は、光が照射されていない
状態において、上記取付溝２の深さ寸法よりも小さな高
さ寸法となるよう設定されている。それによって、上記
制御部材３の下面側には、複合絞りの表面絞りとなる所
定の深さ寸法の絞り溝４が形成されている。この絞り溝
４の深さ寸法をｈ１　とする。

【００１７】上記被支持体１の中心である田の字の中心
には、厚さ方向に貫通する給気孔５が穿設されている。 この給気孔５は複合絞りのオリフィス絞りを形成するも
ので、その上面側に開放した一端には接続具６が取付け
られている。この接続具６にはホ−ス７の一端が接続さ
れている。このホ−ス７の他端は図示しない圧縮空気の
供給源に連通している。

【００１８】上記被支持体１の下面側には、上面がガイ
ド面８に形成されたガイド体９が配置されている。この
ガイド体９はガラスや樹脂などの透光性の材料で形成さ
れていて、その下面側には光の強度を変えることができ
る光源１１が配置されている。この光源１１から出射さ
れた光Ｌは上記ガイド体９を透過して上記制御部材３を
照射する。それによって、上記絞り溝４の深さ寸法ｈ１
　を変えることができるようになっている。

【００１９】圧縮空気が上記ホ−ス７へ供給され、吸気
孔５から流出することで、その圧縮空気の静圧によって
上記被支持体１は上記ガイド体９のガイド面８に非接触
状態で支持される。そのときの、ガイド面８と被支持体
１の下面１ａとの隙間（案内面隙間）をｈ２　とする。

【００２０】絞り溝４の深さ寸法ｈ１　と案内面隙間ｈ
２　との間には図３に示す関係が実験により確認されて
いる。つまり、図３は、横軸に案内面隙間ｈ２　、縦軸
に支持剛性を示し、曲線Ａ〜Ｄは絞り溝４の深さ寸法ｈ
１　を５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍと変えた
場合である。また、給気圧力は４．５ｋｇ　／ｃｍ２　
、吸気孔５の径は０．１６ｍｍに設定した。なお、曲線
Ｃ、Ｄにおける破線部分は自励振動域である。

【００２１】図３に示される実験結果から明らかなよう
に、絞り溝４の深さ寸法ｈ１　が浅くなればなるほど支
持剛性が低くなる。たとえば、案内面隙間ｈ２　を７μ
ｍに設定して絞り溝４の深さ寸法ｈ１　を１０μｍから
５μｍに変えた場合、被支持体１の支持剛性は０．９ｋ
ｇｆ／　μｍから０．３ｋｇｆ／　μｍに低下する。

【００２２】以上のことから、光源１１から出射される
光Ｌの強度を制御し、光歪素子からなる上記制御部材３
の伸縮量を変えれば、上記被支持体１の支持剛性を所望
する強さに設定することができる。

【００２３】図４と図５はこの発明の第２の実施例を示
す。この実施例は上記第１の実施例と非透光性の被支持
体２１の構造が異なる。すなわち、この実施例における
被支持体２１には、その下面に開放した第１の取付溝２
２が田の字状に形成されている。この第１の取付溝２２
には光歪素子からなる第１の制御部材２３がその下面側
に深さ寸法ｈ１　の第１の絞り溝２４を形成して設けら
れている。

【００２４】また、被支持体２１にはＸ字状の第２の取
付溝２５が厚さ方向に貫通して形成されている。この第
２の取付溝２５には光歪素子からなる第２の制御部材２
６が設けられている。この第２の制御部材２６は被支持
体１の上面側の上端部が被支持体１に固定されている。 したがって、第２の制御部材２６は上端を支点として下
端側が伸縮するようになっている。この第２の制御部材
２６の下端面には遮光板２７が取着されているとともに
、その下端面側にはたとえば第１の絞り溝２４と同じ深
さ寸法ｈ１　の第２の絞り溝２８を形成している。なお
、図４では第１の制御部材２２が縮小し、第２の制御部
材２６が伸長して第２の絞り溝２８を半分程度浅くした
状態を示している。

【００２５】ガイド体９は透光性の材料で形成され、そ
の下方には強度調節自在な第１の光源２９が配置されて
いる。この第１の光源２７からの光Ｌ１　は第１の制御
部材２３だけを照射する。上記被支持体２１の上面側に
は強度調節自在な第２の光源３１が配置されている。こ
の第２の光源３１からの光Ｌ２　は第２の制御部材２６
だけを照射する。

【００２６】また、被支持体２１の中心部分には給気孔
３２が一端を下面に開口して形成されている。この給気
孔３２は被支持体１の厚さ方向中途部でＬ字状に屈曲さ
れ、他端は上被支持体２１の側面に開口している。この
吸気孔３２の他端には接続具６を介してホ−ス７が接続
されている。

【００２７】上記構成の支持装置において、第２の光源
３１だけを点灯し、第２の制御部材２６だけを伸長させ
ると、第２の絞り溝２８が浅くなる。第２の光源３１か
らの光Ｌ２　の強度を制御し、第２の絞り溝２８の深さ
を０にすれば、深さがｈ１　の第１の絞り溝２４のもつ
田の字状の支持剛性によって被支持体２１を支持するこ
とができる。

【００２８】上記第２の光源３１を消灯し、第１の光源
２７を点灯すれば、第２の制御部材２６は縮小し、第１
の制御部材２３が伸長する。第１の制御部材２３を第１
の絞り溝２４の深さが０となるまで伸長させれば、第２
の絞り溝２８がもつＸ字状の支持剛性によって被支持体
２１を支持することができる。

【００２９】また、第１の絞り溝２４および第１の絞り
溝２８の深さを０と最大との間の任意の深さとなるよう
制御すれば、各絞り溝のもつ深さ応じた特性によって被
支持体２１の支持剛性を変えることができる。

【００３０】なお、上記第１の実施例と第２の実施例に
おいて、被支持体１、２１に形成される絞り溝の形状は
、田の字状とＸ字状以外の形状であってもよく、たとえ
ば枠状や直線状、さらには複数の直線を平行あるいは一
列に設けた形状などであってもよい。また、絞り溝は被
支持体でなく、ガイド体に形成しても、同様の作用効果
が得られる。

【００３１】図６と図７はこの発明の第３の実施例を示
す。この実施例は軸状の被支持体４１を支持する構成で
ある。すなわち、図中４２はガラスや合成樹脂などの透
光性の材料によって両端面が開放した角筒状に形成され
た本体である。この本体４２の４つの内面には、それぞ
れ光歪素子からなる盤状の第１乃至第４の駆動部材４３
ａ〜４３ｄが一端面を取着して設けられている。

【００３２】各駆動部材４３ａ〜４３ｄの一端面側には
、上記本体４２の各側壁を介して第１乃至第４の光源４
４ａ〜４４ｄが対向して配置されている。これら光源４
４ａ〜４４ｄは、それぞれ出射される光の強度に応じて
上記駆動部材４３ａ〜４３ｄを伸縮する。各光源４４ａ
〜４４ｄから出射される光の強度は、駆動部４５からの
駆動信号によってそれぞれ制御される。この駆動部４５
は制御装置４６に接続され、この制御装置４６からの制
御信号によって上記光源４４ａ〜４４ｄに出力する駆動
信号が制御される。

【００３３】上記各駆動部材４３ａ〜４３ｄの他端面に
は、ガイド体４７を構成する第１乃至第４のパッド４７
ａ〜４７ｄがそれぞれ一端面を接合して設けられている
。各パド４７ａ〜４７ｄの内面は円弧面に形成され、こ
れらの円弧面によって周方向に不連続な円筒面を形成し
ている。

【００３４】上記各パッド４７ａ〜４７ｄには、それぞ
れ軸方向に離間した一対のノズル孔４８ａ〜４８ｄが一
端を円弧面に開放させて穿設されている。各ノズル孔４
８ａ〜４８ｄは図示しない圧縮空気の供給源にホ−スな
どを介して接続されている。

【００３５】４つのパッド４７ａ〜４７ｄがなす円筒面
内には軸状の上記被支持体４１が挿通されている。この
被支持体４１は、上記各パッド４７ａ〜４７ｄのノズル
孔４８ａ〜４８ｄから圧縮空気を流出させることで、そ
の静圧によって非接触状態で支持される。

【００３６】上記パッド４７ａ〜４７ｄの内面と、被支
持体４１の外周面との隙間は、上記各パッドに設けられ
た４つのセンサ５１ａ〜５１ｄによって検出される。こ
れらセンサからの検出信号は上記制御装置４６に入力さ
れる。それによって、制御装置４６からは、上記駆動部
４５に制御信号が出力されるようになっている。

【００３７】上記構成の静圧流体支持装置において、被
支持体４１は、各駆動部材４３ａ〜４３ｄが所定強度の
光を照射して所定寸法伸長した状態（バイアスを与えた
状態）で各パッド４７ａ〜４７ｄのノズル孔４８ａ〜４
８ｄから圧縮空気を流出させれば、その圧縮空気の静圧
によって上記各パッドの内面に対して非接触状態で支持
される。

【００３８】この状態において、上記被支持体４１の支
持剛性を高くしたい場合には、被支持体４１と各パッド
４７ａ〜４７ｄの内面との隙間（軸受隙間）を小さくす
る。つまり、駆動部４５から各光源４４ａ〜４４ｄに出
力される駆動信号を増大させ、各駆動部材４３ａ〜４３
ｄを照射する光の強度を増大させれば、その強度に応じ
て各駆動部材が伸長し、各パッド４７ａ〜４７ｄと被支
持体４１との隙間が小さくなるから、その支持剛性を増
大させることができる。被支持体４１の支持剛性の設定
は、各第１乃至第４のセンサ５１ａ〜５１ｄが検出する
軸受隙間を制御することで行える。図８は軸受隙間と支
持剛性との関係を示す。この図から明らかなように、軸
受隙間をａからｂへ小さくすると、支持剛性はｃからｄ
へ上昇することになる。したがって、上述したように、
軸受隙間を変化させれば、被支持体４１の支持剛性を制
御することができる。

【００３９】被支持体４１が負荷の変動、加工や組立精
度などの影響を受け、その軸心がガイド体４７がなす円
筒面の中心から偏心している場合には、第１乃至第４の
センサ５１ａ〜５１ｄによってその偏心量が検出される
。たとえば、被支持体４１が図６において＋Ｘ方向に偏
心している場合には、被支持体４１と第１のパッド４７
ａの内面との隙間が小さくなり、第３のパッド４７ｃの
内面との隙間が大きくなる。そして、その隙間の変化は
第１のセンサ５１ａと第３のセンサ５１ｃとで検出され
、その検出信号が制御装置４６に入力される。

【００４０】これらセンサ５１ａ、５１ｃの検出信号が
入力された制御装置４６は、その検出信号に応じた制御
信号を駆動部４５に出力する。それによって、駆動部４
５からは第１の光源４４ａと第３の光源４４ｃとに駆動
信号が出力され、これら光源からの光の強度が制御され
る。

【００４１】たとえば、被支持体４１が上述したように
＋Ｘ方向に変位していると、第１の光源４４ａは光の強
度が増大させられ、第３の光源４４ｃは光の強度が減少
させられる。それによって、第１の駆動部材４３ａが伸
長し、第１のパッド４７ａの内面と被支持体４１との隙
間が小さくなり、第３の駆動部材４３ｃが縮小して第３
のパッド４７ｃの内面と被支持体４１との間隔が増大す
るから、上記被支持体４１は、隙間が増大する方向、つ
まりその軸心がガイド体４７の中心に近づく−Ｘ方向に
変位する。

【００４２】すなわち、上記構成によれば、被支持体４
１の支持剛性を制御することができるばかりか、ガイド
体４７に対する被支持体４１の支持位置を調整すること
もでき、したがって、被支持体４１の偏心量を補正する
ことができる。しかも、その支持位置の調整は、制御装
置４６によって自動で行うことができる。

【００４３】図９はこの発明の第４の実施例を示す。こ
の実施例は被支持体６１が直線運動をする静圧流体支持
装置を示す。つまり、被支持体６１は所定の厚さを有す
る矩形板状をなしている。ガイド体６２は透光性の材料
で作られているとともに、上記被支持体６１を収容する
紙面に対して直交する方向に長い凹状の収容部６３を有
する。

【００４４】被支持体６１の両側面にはそれぞれ光歪素
子によって形成された第１の駆動部材６４ａと第２の駆
動部材６４ｂとが一側面を固着して設けられている。各
駆動部材６４ａ，６４ｂの外面にはそれぞれ第１のパッ
ド６５ａと第２のパッド６５ｂとが取着されている。各
パッド６５ａ，６５ｂにはそれぞれ先端が上記ガイド体
６２の内側面に対向する第１、第２のノズル孔６６ａ、
６６ｂが形成されている。これらノズル孔６６ａ、６６
ｂには、それぞれ供給路６７の一端が連通している。こ
れら供給路６７の他端にはホ−ス６８の一端が接続され
ている。このホ−ス６８の他端は図示しない圧縮空気の
供給源に連通している。

【００４５】上記各パッド６５ａ、６５ｂのノズル孔６
６ａ、６６ｂから圧縮空気を流出させてパッドの外面と
収容部６３の内面との間の隙間に流せば、その静圧によ
って被支持体６１はガイド体６２の幅方向に対して非接
触状態で支持される。

【００４６】また、被支持体６１にはその下面に開口し
た第３のノズル孔６６ｃが開口している。この第３のノ
ズル孔６６ｃには連通路６９の一端が接続され、その他
端には上記ホ−ス６８が接続されている。第３のノズル
孔６６ｃから圧縮空気を流出させれば、その静圧によっ
て被支持体６１は収容部６３の内底面に対して非接触状
態で支持される。

【００４７】上記各パッド６５ａ、６５ｂにはそれぞれ
第１のセンサ６９ａと第２のセンサ６９ｂとが設けられ
ている。これらセンサは各パッド６５ａ、６５ｂの外面
とガイド体６２の収容部６３の内面との隙間を検出する
。センサ６９ａ、６９ｂによる検出信号は制御装置４６
に入力される。

【００４８】制御装置４６は、各センサ６９ａ、６９ｂ
からの検出信号に応じて駆動部４５に制御信号を出力す
る。駆動部４５からは上記ガイド体６２の両側に配置さ
れた第１の光源７３ａと第２の光源７３ｂとにそれぞれ
駆動信号を出力する。それによって、各光源７３ａ、７
３ｂから出射される光の強度が制御される。

【００４９】上記第１のパッド６５ａと第２のパッド６
５ｂとは透光性の材料によって形成されている。そして
、上記各光源７３ａ、７３ｂからの光は、ガイド体６２
とパッド６５ａ、６５ｂを介して各駆動部材６４ａ、６
４ｂに照射されるようになっている。

【００５０】上記構成の静圧流体支持装置によれば、第
１の光源７３ａと第２の光源７３ｂとから出射される光
の強度を制御し、一対の駆動部材６４ａ、６４ｂを伸縮
させることで収容部６３の両側内面と各パッド６５ａ、
６５ｂとの隙間を変えれば、被支持体６１の支持剛性を
制御することができる。

【００５１】また、第１、第２のセンサ６９ａ、６９ｂ
が検出する各パッド６５ａ、６５ｂと収容部６３の両側
内面との隙間に応じて第１の光源７３ａと第２の光源７
３ｂから出力される光の強さを制御すれば、被支持体６
１を収容部６３の幅方向に変位させることができる。た
とえば、一対の駆動部材６４ａ、６４ｂのうち、第１の
駆動部材６４ａを伸長させれば、第１のパッド６５ａと
収容部６３の一側内面との隙間が他方の隙間よりも狭く
なって静圧が増大するから、被支持体６１を図９に示す
−Ｘ方向に変位させることができる。

【００５２】したがって、このような構成によれば、上
記第３の被支持体６１の支持剛性の制御や位置ずれの補
正、さらには被支持体を所望する位置に位置決めするな
どのことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明の第１の手段
によれば、被支持体あるいはガイド体のいずれか一方に
光歪素子からなる制御部材を設け、この制御部材によっ
て上記ガイド体と被支持体との間の隙間の大きさを変え
ることができるようにした。そのため、上記被支持体の
支持剛性を任意に設定することができる。

【００５４】また、この発明の第２の手段によれば、被
支持体を非接触で支持するガイド体を、被支持体に対し
て対称に配置された複数のパッドに分割し、各パッドを
光歪素子からなる駆動部材によって上記被支持体との間
隔の調節自在に設けた。そのため、被支持体の支持剛性
を制御することができるばかりか、ガイド体に対する被
支持体の支持位置を制御することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す側断面図。

【図２】同じく被支持体を下面側から見た平面図。

【図３】同じく案内面隙間と支持剛性との関係を示すグ
ラフ。

【図４】この発明の第２の実施例の第１の制御部材が縮
小し、第２の制御部材が伸長した状態を示す側断面図。

【図５】同じく被支持体を下面側から見た平面図。

【図６】この発明の第３の実施例を示す側面図。

【図７】同じく図６のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。

【図８】同じく軸受け隙間と支持剛性との関係を示すグ
ラフ。

【図９】この発明の第４の実施例を示す側断面図。

【符号の説明】

１，２１，４１…被支持体、３…制御部材、４，２４，
２８…絞り溝、９，２３，２６，４７，６１…ガイド体
、４３ａ〜４３ｄ…駆動部材、４６…制御装置、４７ａ
〜４７ｄ…パッド。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガイド体と被支持体との間の隙間に流
   体を供給し、その流体の圧力で上記被支持体を上記ガイ
   ド体に非接触で支持する静圧流体支持装置において、上
   記ガイド体と被支持体のいずれか一方には、光が照射さ
   れることで歪みが生じる光歪素子からなる制御部材が設
   けられていることを特徴とする静圧流体支持装置。
2. 【請求項２】　　ガイド体と被支持体との間の隙間に流
   体を供給し、その流体の圧力で上記被支持体を上記ガイ
   ド体に非接触で支持する静圧流体支持装置において、上
   記ガイド体は、上記被支持体に対して対称に配置された
   複数のパッドからなり、各パッドは、光が照射されるこ
   とで歪みが生じる光歪素子からなる駆動部材によって上
   記被支持体との間隔の調節自在に設けられていることを
   特徴とする静圧流体支持装置。
3. 【請求項３】　　上記パッドと被支持体との間隔を検出
   するセンサと、このセンサからの検出信号に応じて上記
   各駆動部材を照射する光源からの光の強度を制御する制
   御手段とを具備したことを特徴とする請求項２記載の静
   圧流体支持装置。