JPH0565920A - 流体軸受装置 - Google Patents

流体軸受装置

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Publication number
JPH0565920A
JPH0565920A JP25463091A JP25463091A JPH0565920A JP H0565920 A JPH0565920 A JP H0565920A JP 25463091 A JP25463091 A JP 25463091A JP 25463091 A JP25463091 A JP 25463091A JP H0565920 A JPH0565920 A JP H0565920A
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JP
Japan
Prior art keywords
clearance
bearing
guide surface
throttle
bearing device
Prior art date
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Pending
Application number
JP25463091A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Nakamura
哲夫 中村
Akira Inagaki
章 稲垣
Naoyuki Taketomi
尚之 武富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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Publication of JPH0565920A publication Critical patent/JPH0565920A/ja
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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷変動に対してもクリアランス変化のない
高剛性化および振動に対する減衰特性の向上が可能な流
体軸受装置を提供する。 【構成】 圧力油を可変絞り54の絞り隙間を通して軸
受リセス5に供給し、軌道台2と可動台3との隙間に噴
出させるとともに、これによって生じる軌道台2と可動
台3との間のクリアランスH1 を非接触変位計60Bに
よって検出し、そのクリアランスH1 と設定値H0 との
偏差がなくなるように可変絞り54の絞り隙間を変化さ
せる。これにより、クリアランスH1 が設定値H0 にな
るように制御されるから、負荷変動に対してもクリアラ
ンスHを常に一定に維持させることができ、かつ、振動
に対する減衰特性も向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二部材を相対移動可能
に案内する流体軸受装置に関する。例えば、三次元測定
機や大型ハイトゲージなどの測定機、あるいは、工作機
械、その他の機器に用いられる流体軸受装置の改良に関
する。
【0002】
【背景技術】三次元測定機や工作機械などの可動部を案
内する軸受装置として、例えば、図6に示す流体軸受装
置が用いられる。これは、相対移動する軌道台2および
可動台3のうち一方、ここでは、軌道台2の上面に案内
面4を前記相対移動方向に沿って形成するとともに、他
方の可動台3に軸受リセス5を前記案内面4に開口して
設け、この軸受リセス5内に外部給気源6からの高圧気
体を配管7および絞り8を通じて供給し、軌道台2の案
内面4と可動台3との隙間9に吹き出させる構造であ
る。
【0003】従って、外部給気源6からの高圧気体が配
管7および絞り8を通じて軸受リセス5内に供給され、
軌道台2の案内面4と可動台3との隙間9に吹き出され
ると、可動台3は吹き出された気体のもつ静圧によって
軌道台2の案内面4上に浮上されるから、可動台3を軌
道台2の案内面4に沿って円滑に移動させることができ
る。ちなみに、浮上隙間(クリアランスH)は、一般に
10μm以下である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の流体
軸受装置の構造では、軸受リセス5内の圧力Pが一定で
あるから、可動台3にかかる負荷が変動するとクリアラ
ンスHが変化してしまう。つまり、図7に示す如く、縦
軸に負荷能力Wを、横軸にクリアランスHをとると、軸
受剛性は軸受特性曲線の勾配dW/dHとして表され
る。軸受けの使用条件としては、剛性が最大となる領
域、つまり、勾配が最大の領域を採用することになる
が、図示のように勾配は無限大ではないから、負荷変動
Wαに対してクリアランス変化Hβが生じるという問題
がある。
【0005】ここに、本発明の目的は、このような従来
の問題を解決し、負荷変動に対してもクリアランス変化
のない高剛性化を達成でき、かつ、振動に対する減衰特
性の向上が図れる流体軸受装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明の流体
軸受装置は、相対移動する二部材のうち一方の部材に前
記相対移動方向に沿って設けられた案内面と、前記相対
移動する二部材のうち他方の部材に前記案内面に開口し
て設けられた軸受リセスと、この軸受リセスに圧力流体
を供給する流体供給口の近傍に設けられた可変絞りと、
前記一方の部材の案内面と他方の部材とのクリアランス
を検出する変位計と、この変位計の出力が一定になるよ
うに前記可変絞りの絞り隙間を変化させる制御手段と、
を具備したことを特徴とする。
【0007】
【作用】流体供給口から可変絞りを通じて軸受リセス内
に圧力流体が供給されると、その圧力流体の圧力により
案内面と軸受リセス周囲の軸受ランド部との間に流体膜
が形成される。すると、その流体膜の作用によって案内
面と軸受ランド部との摺動抵抗は流体膜の粘性に依存す
ることになるから、案内面に対する軸受部の相対運動の
抵抗を軽減させることができ相対移動を円滑に行うこと
ができる。
【0008】この状態において、軸受部に加わる負荷が
変動すると、その負荷変動に応じて案内面と軸受ランド
部との間のクリアランスが変化しようとする。このと
き、そのクリアランス変化を変位計により検出するとと
もに、その変位計の出力を利用して可変絞りの絞り隙間
を制御すれば、軸受部に加わる負荷の変動に対応させて
軸受リセス内の流体圧力を調整でき、変位計の出力、つ
まりクリアランスを一定に維持させることができる。
【0009】例えば、負荷の増加に伴ってクリアランス
が減少しようとすると、可変絞りの絞り隙間が大きくな
るように制御される結果、圧力流体の圧力上昇によって
クリアランスが増大されていく。逆に、負荷の減少に伴
ってクリアランスが増大しようとすると、可変絞りの絞
り隙間が小さくなるように制御される結果、圧力流体の
圧力低下によってクリアランスが減少されていく。その
結果、負荷変動に対してもクリアランスを一定に維持さ
せることができる。従って、負荷変動に対してもクリア
ランス変化のない高剛性化を達成でき、かつ、振動に対
する減衰特性の向上も図れる。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係る流体軸受装置の一実施例
を図1〜図5を参照しながら詳細に説明する。なお、こ
れらの図の説明に当たって、前述した図6と同一構成要
件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【0011】本実施例の流体軸受装置は、大きく分け
て、図1および図2に示す流体軸受機構20と、図3に
示す基準レール60Aおよび非接触変位計60Bと、図
4に示す制御装置70とから構成されている。前記流体
軸受機構20は、図1および図2に示す如く、前記相対
移動する軌道台2および可動台3のうちの一方、ここで
は、軌道台2の上面に前記相対移動方向に沿って形成さ
れた案内面4と、他方の可動台3に設けられた軸受本体
21と、この軸受本体21の一端面にボルトなどにより
固定された端部カバー31と、前記軸受本体21の他端
面にボルトなどにより固定された端部カバー41および
ダイヤフラム板51とから構成されている。
【0012】前記軸受本体21には、前記軌道台2の案
内面4と対向する下面に凹形ポケット状の軸受リセス5
が形成されているとともに、内部中心位置に貫通孔23
が形成されている。貫通孔23内には、両端面が前記端
部カバー31とダイヤフラム板51との間に鋼球24
A,24Bを介して水平に支持された積層圧電素子アク
チュエータ25が収納されている。積層圧電素子アクチ
ュエータ25の両端と前記各鋼球24A,24Bとの間
には、各鋼球24A,24Bを保持する受座26A,2
6Bが介在されている。両側の受座26A,26B間に
は、前記積層圧電素子アクチュエータ25の外側を包囲
するように一部が蛇腹状のベロース27となった保護筒
28が支持されている。
【0013】前記端部カバー41の外端面中心位置に
は、流体供給口42が内端面側へ貫通形成されている。
また、内端面側には、前記流体供給口42の周囲に弁座
43が形成されているとともに、その弁座43の周囲に
環状の凹部44が形成されている。凹部44は、前記ダ
イヤフラム板51の下部に形成された連通孔45および
前記軸受本体21に形成された連通孔46を通じて前記
軸受リセス5に連通されている。なお、47は前記軸受
リセス5の周囲に形成された軸受ランド部である。
【0014】前記ダイヤフラム板51には、その中心に
前記端部カバー41の弁座43に対して接離し絞り隙間
を変化させる弁体52が形成されているとともに、この
弁体52の周囲にその弁体52を弁座43に対して接離
させるための薄肉状のダイヤフラム部53が形成されて
いる。ここに、前記弁座43、弁体52を有するダイヤ
フラム板51および積層圧電素子アクチュエータ25か
ら、可変絞り54が構成されている。
【0015】従って、流体供給口42から圧力流体、こ
こでは、圧力油を供給すると、その圧力油は、可変絞り
54の弁座43と弁体52との絞り隙間を通り、続い
て、凹部44、流通孔45,46を通って軸受リセス5
内に供給され、軸受ランド部47を通過して大気に放出
される。これにより、軌道台2の案内面4に対して、軸
受本体21の軸受ランド部47がクリアランスH分だけ
浮上されるから、可動台3を案内面4に沿って軽い力で
移動させることができる。
【0016】前記基準レール60Aおよび非接触変位計
60Bは、図3の位置関係に取り付けられている。つま
り、基準レール60Aは、前記軌道台2側に、前記可動
台3の移動方向に沿って取り付けられている。また、非
接触変位計60Bは、前記可動台3側に前記基準レール
60Aの上端面に対向した姿勢で取り付けられ、その基
準レール60Aの上端面までのクリアランスH1 を非接
触で検出できるようになっている。
【0017】前記制御装置70は、図4に示す如く、前
記非接触変位計60Bで検出されるクリアランスH1 の
変化に反比例した検出電圧E1 を出力する増幅器71
と、予め設定したクリアランス設定値H0 に対応した設
定電圧E0 を出力する設定器72と、この設定器72で
設定された設定電圧E0 から前記増幅器71からの検出
電圧E1 を減算する減算器73と、この減算器73から
の出力、つまり、E0 −E1 の値を積分増幅する積分増
幅器74と、この積分増幅器74からの出力に基づき前
記積層圧電素子アクチュエータ25を駆動させるドライ
バ75とから構成されている。
【0018】ここで、積分増幅器74の出力特性は、E
0 =E1 のとき一定、E0 >E1 のとき上昇、E0 <E
1 のとき下降となっており、その出力に基づき、積層圧
電素子アクチュエータ25のドライバ75が制御され
る。
【0019】いま、クリアランスH1 と設定値H0 との
関係が、H1 <H0 ならばE0 <E1 となり、積分増幅
器74の出力は下降に向い、積層圧電素子アクチュエー
タ25の印加電圧が減少する。これにより、可変絞り5
4の絞り隙間が大きくなり、軸受圧力Pが上昇し、クリ
アランスH1 が設定値H0 に向かって増加する。逆に、
H1 >H0 ならばE0 >E1 となり、積分増幅器74の
出力は上昇に向い、積層圧電素子アクチュエータ25の
印加電圧が増大する。これにより、可変絞りの絞り隙間
が小さくなり、軸受圧力Pが低下し、クリアランスH1
が設定値H0 に向かって減少する。
【0020】その結果、H1 <H0 (E0 <E1 )ある
いはH1 >H0 (E0 >E1 )のいずれの状態において
も、H1 =H0 (E1 =E0 )となるような制御が施さ
れ、負荷変動に対してもクリアランスH1 は常に一定に
維持される。このことは、図5に示す軸受特性曲線が得
られるから、負荷能力Wの変動Wαに対しても軌道台2
の案内面4と軸受ランド部47とのクリアランスHを常
に一定に維持させることができる。
【0021】従って、本実施例によれば、圧力油を可変
絞り54の絞り隙間を通して軸受リセス5に供給し、こ
れによって生じる軌道台2と可動台3との間のクリアラ
ンスHを非接触変位計60Bによって検出し、この非接
触変位計60Bの出力が設定値に一致するように可変絞
り54の絞り隙間を変化させるようにしたので、負荷変
動に対してもクリアランスHを常に一定に維持させるこ
とができる。よって、負荷変動に対してもクリアランス
変化のない高剛性化を達成でき、かつ、振動に対する減
衰特性の向上も図れる。
【0022】特に、本実施例では、軌道台2側に基準レ
ール60Aを設けるとともに、可動台3側に基準レール
60AまでのクリアランスH1 を非接触で検出する非接
触変位計60Bを設け、これによって検出したクリアラ
ンスH1を基に可変絞り54の絞り隙間を変化させるよ
うにしたので、クリアランスHを常に正確に一定に維持
させることができる。その際、クリアランスH1 と設定
値H0 との偏差を求めて可変絞り54の絞り隙間を変化
させるようにしたので、設定値H0 の変更によってクリ
アランスHを任意の値に設定することができる。
【0023】以上、本発明について、好適な実施例を挙
げて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
でなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々
の改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。
【0024】例えば、上記実施例では、軌道台2側に基
準レール60Aを設け、この基準レール60Aの上端面
までのクリアランスH1 を非接触変位計60Bによって
検出するようにしたが、基準レール60Aを設けること
なく、非接触変位計60Bによって軌道台2の案内面4
までのクリアランスを直接検出するようにしてもよい。
【0025】また、可変絞り54の駆動手段としては、
積層圧電素子アクチュエータ25に限らず、サーボモー
タと、ピニオン、ラック機構とにより駆動されるロッド
により構成し、このロッドでダイヤフラム板51を駆動
させるなど、他の構成でもよい。
【0026】また、可変絞り54の構造は、上記実施例
の構成に限らず、他の構成でもよい。例えば、ダイヤフ
ラム板51を用いず、積層圧電素子アクチュエータ25
の端部を弁座43に対して直接接離させるようにしても
よい。更に、可変絞り54は、ニードルバルブ状やロー
タリーバルブ状など一般に用いられる他の構造でもよ
い。
【0027】なお、本発明の流体軸受装置は、三次元測
定機、二次元測定機、大型ハイトゲージなどの各種測定
機のほか、工作機械や超精密移動テーブルなどにも適用
でき、その適用対象は限定されない。更に、作用流体に
ついては、圧力油に限らず、空気などの流体であっても
よい。
【0028】
【発明の効果】以上の通り、本発明の流体軸受装置によ
れば、負荷変動に対してもクリアランス変化のない高剛
性化を達成でき、かつ、振動に対する減衰特性の向上も
図れるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1に示す装置の底面図である。
【図3】図1の III−III 線方向から見た図である。
【図4】制御装置を示すブロック図である。
【図5】軸受特性曲線を示す図である。
【図6】従来の流体軸受装置の概略構成を示す図であ
る。
【図7】図6に示す流体軸受装置の軸受特性曲線を示す
図である。
【符号の説明】
2 軌道台(相対移動する部材) 3 可動台(相対移動する部材) 4 案内面 5 軸受リセス 42 流体供給口 54 可変絞り 60B 非接触変位計 70 制御装置(制御手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相対移動する二部材のうち一方の部材に前
    記相対移動方向に沿って設けられた案内面と、前記相対
    移動する二部材のうち他方の部材に前記案内面に開口し
    て設けられた軸受リセスと、この軸受リセスに圧力流体
    を供給する流体供給口の近傍に設けられた可変絞りと、
    前記一方の部材の案内面と他方の部材とのクリアランス
    を検出する変位計と、この変位計の出力が一定になるよ
    うに前記可変絞りの絞り隙間を変化させる制御手段と、
    を具備したことを特徴とする流体軸受装置。
JP25463091A 1991-09-05 1991-09-05 流体軸受装置 Pending JPH0565920A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005032818A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Canon Inc 静圧軸受、位置決め装置、並びに露光装置
JP4938014B2 (ja) * 2005-08-13 2012-05-23 シャフラー、テクノロジーズ、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング、ウント、コンパニー、コマンデイトゲゼルシャフト 静圧異形レールガイド

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Effective date: 20001031