JPH09189328A - 空気軸受け - Google Patents

空気軸受け

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JPH09189328A
JPH09189328A JP8002019A JP201996A JPH09189328A JP H09189328 A JPH09189328 A JP H09189328A JP 8002019 A JP8002019 A JP 8002019A JP 201996 A JP201996 A JP 201996A JP H09189328 A JPH09189328 A JP H09189328A
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JP
Japan
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bearing
air bearing
air
guide
moving body
Prior art date
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Application number
JP8002019A
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English (en)
Inventor
Yoichi Arai
洋一 新井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体の質量を増したり部品点数を増す
ことなく、軸受け剛性の高い空気軸受けを実現するこ
と。 【解決手段】 移動体を案内するガイド部材(12)
と、前記ガイド部材の案内面に対向して前記移動体に設
けた空気軸受け部材(11)とを有し、前記案内面と前
記空気軸受け部材(11)の間に空気層を形成した空気
軸受けに於いて、前記ガイド部材(12)を磁性体で構
成すると共に、前記空気軸受け部材(11)を帯磁体
(永久磁石、電磁石)で構成し、前記ガイド部材(1
2)と前記空気軸受け部材(11)との間に吸引力を作
用させるようにした。その結果、前記吸引力が軸受け隙
間を小さくする予圧として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は空気軸受けに関し、
特に、精密な運動を要する箇所に用いられる空気軸受け
に関する。
【0002】
【従来の技術】空気軸受けは、移動体を案内するガイド
部材の案内面と、該案内面に対向して移動体に設けた空
気軸受け部材(以下、軸受け部材と言う)の軸受け面と
の間に高圧空気層を形成したものである。空気軸受け
は、移動体とガイド部材が完全に非接触で運動するの
で、ガイド部材表面の微細な凹凸に影響されず、又摩擦
抵抗がないのでスムーズに、且つ小さい力で移動体を運
動させることができる。このような特性により、空気軸
受けは、三次元測定機、XYステージの精密直線案内や
精密回転テーブルなどの精密機械に多用されている。
【0003】しかし、空気軸受けは移動体と案内面との
隙間保持に空気を用いる為、他の種類の軸受、例えば玉
軸受けに比較し軸受け剛性が低いという欠点がある。一
方、精密機械の精度を向上させる為には、高い軸受け剛
性が要求される。その為、軸受けの軸受け剛性を高める
為に多くの努力が払われてきた。空気軸受けの軸受け剛
性を高める1方法として、軸受け隙間を小さくする方法
がある。そこで、ガイド部材の案内面が重力を受ける
方向である場合には移動体の質量を大きくすることによ
って、或いは、ガイド部材を挟んで軸受け部材と反対
側にも、軸受け部材を保持する移動体に保持された第2
の軸受け部材(以下、予圧軸受けと言う)を配設し、予
圧軸受けの高圧空気層で発生する軸受け隙間を小さくし
ようとする力(予圧)を加えることによって、軸受け隙
間を小さくする。
【0004】一般に、空気軸受けの諸元(寸法、絞り
径、絞りの長さ等)によって決まる、その軸受け部材に
固有の臨界値以内であれば、軸受け隙間が小さいほど軸
受け剛性が高くなる。但し、空気軸受けの諸元によって
は、軸受け隙間が小さくなるとニューマチックハンマー
現象と呼ばれる自励振動が発生することがある。ニュー
マチックハンマー現象が発生すると精密機械の空気軸受
けとして機能できない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術ので
は、移動部材の質量が大きくなるので、移動体の移動速
度の高速化や精密な位置決め制御が難しくなるという問
題点があった。又、では、部品点数が増加する、ガイ
ド部材の予圧軸受けに対向する面も高精度に加工せねば
ならずコストアップとなるという問題点があった。
【0006】本発明の課題は、移動体の質量を増した
り、部品点数を増すことなく、軸受け剛性の高い空気軸
受けを実現することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、移動体を案内するガイド部材(2)と、前記ガイド
部材の案内面に対向して前記移動体に設けた軸受け部材
(1)とを有し、前記案内面と前記軸受け部材(1)の
軸受け面との間に空気層を形成した空気軸受けに於い
て、前記ガイド部材(2)を磁性体で構成すると共に、
前記軸受け部材(1)を帯磁体(永久磁石、電磁石)で
構成し、前記ガイド部材(2)と前記軸受け部材(1)
との間に吸引力を作用させるようにした。本発明では、
前記吸引力が軸受け隙間を小さくする予圧として作用す
る。
【0008】請求項2に記載の本発明は、請求項1に記
載の空気軸受けに於いて、前記軸受け部材(1)を電磁
石を含んで構成すると共に、前記電磁石に電力を供給す
る電源装置(27)と、前記電源装置(27)から前記
電磁石に供給する電力を変化させる制御装置(26)と
を設けた。本発明では、電磁石に供給する電力の変化に
より、予圧力が変化し、軸受け隙間の大きさが変化す
る。
【0009】請求項3に記載の本発明は、請求項2に記
載の空気軸受けに於いて、前記ガイド部材(2)と前記
軸受け部材(1)との間隔を検知する検知手段(29)
を更に設けて、前記間隔の大きさに応じて前記電源装置
(26)から前記電磁石に供給する電力を前記制御装置
(26)が制御する。本発明では、検知手段(29)で
検知した軸受け隙間の変化に応じて、電磁石に供給する
電力を制御装置(27)が制御する。軸受け隙間が一定
になるように制御すれば、軸受け剛性が極めて大きい空
気軸受けを実現できる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、第1の実施形態を示す断
面図である。2は、例えば精密機械の直線案内のガイド
部材であり、磁性体、例えば鋼材で構成される。2aは
ガイド部材2の案内面である。1は軸受け部材で、永久
磁石で構成され、案内面2aに対向して設けられる。5
は移動体で、移動体5に螺合した調整ねじ4の端部に設
けた円錐状窪み4aと軸受け部材2の案内面2aの反対
側に設けた円錐状窪み1aとの間に配設したボール3と
によって構成するピボット構造で軸受け部材1を保持し
ている。このピボット構造によって、移動体5が傾斜し
ても軸受け部材1にはモーメントが作用せず、案内面2
aと軸受け部材の案内面2aに対向する面(以下、軸受
け面1bと言う)とは平行を保つ。調整ねじ4はガイド
部材2と移動体5との間隔を調整するために用いられ
る。
【0011】軸受け部材1に、不図示のエアーコンプレ
ッサから接続されたホースを通じて圧縮空気が供給され
る。圧縮空気は、軸受け部材1の軸受け面1bに設けた
小径穴(絞り)1cから案内面2aに向かって放出さ
れ、軸受け面1bと案内面2aとの間に圧力の高い空気
層を形成した後、軸受け部材1の周辺部から大気中に開
放される。この空気層の圧力によって軸受け部材1が案
内面2aから浮上する。この案内面2aと軸受け面1b
との間隔を軸受け隙間と言う。軸受け隙間の大きさは、
軸受け隙間内の空気層の圧力による浮上力(軸受け隙間
を大きくしようとする力)と、軸受け部材1をガイド部
材2に押しつける力(軸受け隙間を小さくしようとする
力、即ち予圧)とのバランスによって決まる。
【0012】軸受け部材1とガイド部材2との間には磁
力による吸引力が発生し、これが予圧力として作用す
る。永久磁石の磁力が大きい程前記予圧力が大きくなる
ので、必要な予圧力に応じた強さの磁石を使用する。こ
の結果、移動体5の質量を増したり、予圧軸受けを設け
たりしなくとも、予圧がない場合に較べ軸受け隙間がよ
り小さくなり、軸受け剛性がより高い空気軸受けが構成
される。
【0013】尚、軸受け部材1は、ハウジングとその内
部に磁極がガイド部材の案内面に垂直になるように組み
込まれた永久磁石とからなる構造、或いは磁性体のハウ
ジングとその内部に磁極がガイド部材の案内面に垂直に
なるように組み込まれた電磁石とからなる構造としても
良い。図2は請求項2に基づく第2の実施形態の要部を
示す斜視図である。本実施形態の構造は第1の実施形態
と同様であるので、同一機能の部材には下一桁が同一数
字の記号を付した。22は磁性体で構成されたガイド部
材である。軸受け部材21は強磁性体で構成され、その
外周にコイル28が巻き付けられている。軸受け部材2
1は、その上面に設けられた円錐窪みと調整ねじ24の
下端に設けられた円錐窪みとの間に配設されたボール2
3とによって構成されるピボット構造によって図示しな
い移動体に保持される。27はコイル28に電力を供給
する電源装置、26はコイル28に供給される電力を変
化させる制御装置である。電源装置27からコイル28
に電力を供給すると軸受け部材21とコイル28とで電
磁石が構成され、ガイド部材22との間に吸引力が発生
する。制御装置26によってコイル28に供給される電
力を変化させると電磁石とガイド部材22との間に作用
する吸引力が変化するので、所用の予圧力が得られるよ
うに制御装置を調整する。その結果、第1の実施形態と
同様に、移動体5の質量を増したり、予圧軸受けを設け
たりすることなく軸受け隙間が予圧がない場合の軸受け
隙間より小さくなり、軸受け剛性のより高い空気軸受け
が構成される。
【0014】又、移動体に設けた複数の軸受け部材21
の夫々に制御装置26を設け、各軸受け部材21のコイ
ル28に供給する電力を調整して、各軸受け部材21に
おける軸受け隙間を変化させ、移動体の姿勢を調整でき
る。尚、軸受け部材21は、磁性体のハウジングとその
内部に磁極がガイド部材の案内面に垂直になるように組
み込まれた電磁石とからなる構造としても良い。
【0015】図3は請求項3に基づく第3の実施形態の
要部を示す斜視図である。軸受け隙間の変化量を検出す
る静電容量式変位センサ(検出手段)29をその検出部
がガイド部材22の案内面に近接するように第2の実施
形態(図2)の装置の移動体側部材、ここでは軸受け部
材21に付加して本発明の装置を構成する。静電容量式
変位センサ29で検出した軸受け隙間の変化量は制御装
置26に入力され、制御装置26はこの変化量が0にな
るようにコイル28に供給する電力を制御する。
【0016】即ち、移動体に作用する外力などによって
軸受け部材21にかかる力が増加すると、軸受け隙間が
通常(外力が作用していない時)よりも減少する。これ
を検知した変位センサ29の信号に基づいて、制御装置
26はコイル28に供給する電力を減少させる。その結
果、予圧力が弱くなるので軸受け隙間が増大する。外力
が逆方向に作用し、軸受け部材21にかかる力が減少す
ると、軸受け隙間が増大する。これを検知した変位セン
サ29の信号に基づいて制御装置26はコイル28に供
給する電力を増加させる。その結果、予圧力が強くなる
ので軸受け隙間が減少する。このようなクローズドルー
プによるサーボ制御を制御装置26で行うことにより、
空気軸受けの負荷容量の範囲内で軸受け剛性を(理論上
は)無限大とすることができ、現実にも極めて大きい軸
受け剛性を得ることができる。
【0017】更に、ニューマチックハンマー現象が発生
すると軸受け隙間がその空気軸受け固有の周波数で変動
するが、上記サーボ制御系の応答周波数がニューマチッ
クハンマー現象の周波数よりも10倍程度高くなるよう
に制御装置26を構成すれば、前記サーボ制御によって
ニューマチックハンマー現象の振動と逆位相で変化する
電力がコイル28に供給され、ニューマチックハンマー
現象が抑えられる。
【0018】
【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、移動
体の質量を増したり部品点数を増すことなく、軸受け剛
性の高い空気軸受けを実現できる。請求項2に記載の本
発明によれば、上記効果に加えて軸受け隙間の大きさを
変えることができるので、ガイド部材の案内面の平面度
や表面荒さに応じた軸受け隙間を設定できる。又、移動
体の姿勢を微調整することができる。
【0019】請求項3に記載の本発明によれば、更に軸
受け剛性が極めて高い空気軸受けが実現できる。何れの
請求項の発明も、上記効果により空気軸受けを使用した
精密機械の安定性が増し、精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態の要部を示す斜視図。
【図3】本発明の第3の実施形態の要部を示す斜視図。
【符号の説明】
1、21……軸受け部材 2、22……ガイド部材 3、23……ボール 4、24……調整ねじ 5、25……移動体 26…………電源装置 27…………制御装置 28…………コイル 29…………静電容量形変位センサ(検出手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体を案内するガイド部材と、前記ガ
    イド部材の案内面に対向して前記移動体に設けた空気軸
    受け部材とを有し、前記案内面と前記空気軸受け部材の
    軸受け面との間に空気層を形成した空気軸受けに於い
    て、 前記ガイド部材を磁性体で構成すると共に、前記空気軸
    受け部材を帯磁体を含んで構成し、前記ガイド部材と前
    記空気軸受け部材との間に吸引力を作用させることを特
    徴とする空気軸受け。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の空気軸受けに於いて、
    前記空気軸受け部材を構成する帯磁体を電磁石とすると
    共に、前記電磁石に電力を供給する電源装置と、前記電
    源装置から前記電磁石に供給する電力を変化させる制御
    装置とを設けたことを特徴とする空気軸受け。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の空気軸受けに於いて、
    前記ガイド部材と前記空気軸受け部材との間隔を検知す
    る検知手段を更に設けて、前記間隔の大きさに応じて前
    記電源装置から前記電磁石に供給する電力を前記制御装
    置が変化させることを特徴とする空気軸受け。
JP8002019A 1996-01-10 1996-01-10 空気軸受け Pending JPH09189328A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104165195A (zh) * 2013-05-15 2014-11-26 株式会社三丰 旋转传递装置

Cited By (3)

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