JPS61290231A - 静圧案内軸受 - 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］ この発明は、案内レールに支持された軽量の可動体を極
めてＭ密に案内出来るようにしだ静圧案内軸受に関する
ものである。

［従来の技術１ 静圧案内軸受は案内レールに支持されて軸方向に移動す
る可動体が案内レールに非接触で支持されているため摺
動抵抗がほとんどなく、また可動体の支持が流体の静圧
力によるものであるため静圧軸受面の形状精度は平均化
され、真直度の高い案内精度を得ることができるという
特徴を有している。

この上うな静圧案内軸受の従来例としては第６図及び第
７図に示すものが知られている。

この第６図及び第７図に示す静圧案内軸受は、角形状の
横断面を有する案内レール５０がベース５１に固定され
た支持部材５２により両端を支持され、案内レール５０
は両持梁構造とされている。案内レール５０の外面は互
いに対向する平行な平面とされ、静圧軸受の受面５５．
５６を形成している。この案内レール５０には案内レー
ル５０の横断面より僅か大きな角形断面の内孔５３をも
った可動体５４がその内孔５３を遊嵌させている。

可動体５４の内孔５３の内面は案内レール５０の受面５
５．５６に対向する平面とされ、軸受面５７．５８を形
成している。

可動体５４には加圧流体を軸受面５７．５８と受面５５
．５６との間に供給する流体通路６１が設けられ、この
流体通路６１は軸受面５７．５８に凹所として設けられ
た静圧軸受ポケットに開口しており、この開口部には絞
り５９が設けられている。

可動体５４に接続されたホース６０は流体通路６１に加
圧流体を外部より供給する管路である。

この上うな静圧案内軸受は通常剛性を高めるため静圧軸
受を対向配置としている。特に加圧流体として圧縮空気
を用いるものでは、空気は圧縮性流体であるからこの上
うな静圧軸受の対向配置は剛性を弱めないために必要と
なっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この従来の静圧案内軸受は可動体５４を
支持する案内レール５０が長い場合、案内レール５０が
両持構造であるため案内レール５０が撓みやすく、可動
体に精密な直進精度を得ること出来ないという問題があ
った。

また、この静圧案内軸受はｈ１造的に全体の高さを低く
することが困難であった。更に、この静圧案内軸受では
可動体自身の重量を軽量とすることがむずかしく、可動
体を高速で位置決めする際の応答性が悪いという問題が
あった。

このような問題を解決するため、第８図及び第９図に示
すように可動体７４を鞍形とし案内レール７０の底面を
取付面であるベース７１に直かに接触させるようにする
ことが考えられるが、従来の静圧案内軸受から下側の静
圧粕受をとった場合には、上下方向の力を上側の一つの
静圧軸受で支持しなければならなくなるので、上下方向
の剛性が弱くなり上下方向の負荷の変動があると可動体
７４は上下に変位しやすくなり、また負荷が偏心的に加
わると可動体フ４は回動を併った変位をしやすくなるた
め、可動体７４に正確な直進精度を得ること出来ないと
いう問題がある。

［問題点を解決するための手段Ｊ この発明は上述の問題点を解決するため、軸方向の案内
面である受面を有する長尺の案内レールと、この案内レ
ールの受面がら僅が離間して対向しこの受面との間に加
圧流体を供給することによって静圧軸受を形成するため
の軸受面を有する可動体と、この可動体の軸受面と前記
案内レールの受面のいずれか一方または両方に開口を有
し前記の可動体の軸受面と前記案内レールの受面との間
に加圧流体を供給する加圧流体供給手段とを具え、前記
可動体が前記案内レールに流体の静圧力により支承され
前記案内レールの受面に沿って軸方向に移動自在とされ
た静圧案内軸受において、前記可動体と前記案内レール
は前記案内レールの受面と前記可動体の軸受面とが互い
に接近する方向に吸引力を及ぼし合う磁気吸引手段によ
り吸引されるようにしたものである。

［作　用１ この発明は可動体を磁気吸引手段により案内レールに吸
引し静圧軸受の隙間が大きくならないようにしたいので
、応答性の良好な軽量の可動体の支持剛性が向上する。

一般に、静圧軸受の隙間と支持荷重との関係は第５図に
示すようになり応答性の良好な軽量の可動体では隙間の
大きなところ例えばＢ点で釣合い、重量のある可動体で
は隙間の小さいところ例えばＡ点で釣合う、Ｂ点では特
性曲線の傾斜がなだらかで剛性（荷重／変位）が小さく
、Ａ点では特性曲線の傾斜がｍ、であるので剛性が大き
い。したがって静圧軸受は剛性の大きいＡ点で使用する
のが望ましいが、静圧軸受を対向配置としない場合には
、即ち対向配置でない一つの静圧軸受のみでは、可動体
の重量によＩ）Ｗ４性が左右され、所望の剛性を得るこ
とが困難であり、剛性を大きくするため可動体のｉ！量
を増すと可動体の応答性が悪化してしまう。

［実施例の説明１ 次に、本発明の第１の実施例を第１図及び＠２図により
説明する。

案内レール１は断面角形の長尺の軸で、底面９はその全
長に亘って基台２に当接され、端部に設けたボルト穴に
嵌合するボルト３により基台２に固定されている。

案内レール１の両側面は互いに平行な受面４．４となっ
ており、上面は底面９と平行をなす受面５となっている
。この受面５には２条の軸方向溝６が形成され、この軸
方向溝６には磁性体７が埋設されている。

案内レール１の上端両角部には流体排出通路を形成する
面取８が設けられている。

可動体１０は案内レールの上面に形成された受面５に僅
かな隙間を介して対向する軸受面１１と案内レールの側
面に形成された受面４に僅かな隙間を介して対向する軸
受面１２とを有し、この軸受面１１．１２によりコの字
形の横断面を有する軸方向の門溝が形成され、可動体１
０は鞍形状をなしている。

可動体１０には流体通路１３．１４が形成され、流体通
路１３は軸受面１１に凹所として設けられた静圧軸受ポ
ケット１５に開口しており、この開口部には絞り１７が
設けられている。流体通路１４は軸受面１２４こ凹所と
して設けられた静圧軸受ポケット１６に開口しており、
この開口部には絞り１８が設けられている。

可動体１０に取付られたホース１９．２０は流体通路１
３．１４に圧縮空気を供給する管路で、可動体１０に加
圧流体供給手段が構成されている。

２１は可動体１０に設けた排気用の溝である一０可動体
の軸受面１１１こは案内レールの受面５に埋設された磁
性体７に対向させて永久磁石２５が埋設されており、可
動体１０と案内レール１は可動体の軸受面１１と案内レ
ールの受面５が互いに接近する方向の吸引力を及ぼし合
うようにされている。

永久磁石２５による吸引力は通常の基金上下左右の剛性
が等しくなねように選ばれる。このためには１５図に示
すように軸受隙間を小さくすることが必要であるが、軸
受隙間は軸受面および受面の加工精度および荷重が増加
した場合に軸受面と受面との接触がないようにするため
の余裕を考えて定められる。また、軸受剛性は高い程望
ましｌＶｌが空気は圧縮性流体であるから自ら限度があ
り、軸受の固有振動、軸受の自励振動、軸受の荷重が増
加した場合の撓み等を考慮してなるべ（高い値に定めら
れる。

この実施例では対向する左右の静圧軸受に与えられる予
圧荷重に相当する力を磁気吸引力により与え各静圧軸受
の隙間がほぼ等しくなるようにしている。

可動体の応答性に対する一例として、可動体の重量が３
．５ｋｇｆで磁気吸引力を３．５Ｋｔｒｆ与え０．５に
、ｆ／μｍの剛性を得るようにした静圧案内軸受の場合
、磁気吸引力を作用させない場合可動体の重量を７　Ｋ
ｇｆにしないと同じ剛性が得られない。この場合、所定
時間Ｔに重量Ｗの可動体が移動する距。

離りは、駆動推力をＦとし重力の加速度をｇとすると　
Ｌ＝ＦｇＴ２／Ｚ−即ち　駆動推力Ｆが同じ場合　ＬＣ
ｘ−１／Ｗ　であるから磁気吸引力を作用させない重ｆ
ｉ７Ｋｇｆ　　の可動体は同じ時間に半分の距離しか動
かすことが出来ないことになる。

ホース１９に圧縮空気を供給すると、圧縮空気は流体通
路１３を通って絞す１７で僅か減圧されて静圧軸受ポケ
ット１５に噴出し案内レールの受面５と可動体の軸受面
１１の狭い隙間を通って外部に排出される。このとき案
内レールの受面５と可動体の軸受面１１の間には流体の
静圧力が作用し静圧軸受が形成され、可動体１０はその
上下方向を静圧軸受により案内レール１と非接触状態で
支承される。

ホース２０に供給される圧縮空気は流体通路１４を通っ
て絞り１８で僅か減圧されて静圧軸受ポケット１６．１
６に噴出し案内レールの受面４と可動体の紬受面１２の
狭い隙間を通って外部に排出され、可動体１０の左右方
向は対向配置とされた静圧軸受が形成される。

案内レール１の上面に形成される静圧軸受は磁気吸引手
段による吸引力が可動体１０に作用しているので、その
浮上量は小さくされ静圧軸受の剛性は向上されている。

この実施例では案内レールに磁性体７を取付は可動体に
永久磁石２５を取付けた例を示したが、案内レール側に
永久磁石２５を取付は可動体に磁性体７を取付けでも良
い。

また、永久磁石に対向する案内レールまたは可動体を磁
性体とすればわざわざ磁性体７を埋設しくくて良いこと
は言うまでもない。この実施例で丘案内レール又は／及
び可動体をセラミックス、軽合金等の非磁性体に適用す
る場合の例とされている。

セラミックスは加工が容易でないという問題があるが、
熱膨張が少なくまた強度が大きいため安定性が良く耐久
性のある静圧案内軸受を得ることが出来る。可動体に軽
合金特にマグネシウム合金を用いるとききわめて応答性
の優れた静圧案内軸受を得ることが出来るものである。

更にまた、案内レールと可動体の両方に永久・磁石を設
は互いに吸引力が作用するようにしても良−１゜ 次に、この発明に係わる第２の実施例を第３図及び第４
図により説明する。

この実施例は案内レールと可動体に作用させる磁気吸引
力を電磁石により得るようにしたもので、ｔＡｌの実施
例と同じ部分の説明はｖＪｌの実施例と同じ符号を付し
重複する説明は省略する。

案内レール３１の上面中央部には軸方向の溝３２が形成
されその左右に受面５．５が形成されている。

この軸方向の溝３２には櫛形の薄板を積層し、軸方向に
間隔をおいて所定ピッチの歯３３を形成した固定子鉄心
３４が嵌合し固定されている。固定子鉄心３４の歯には
コイル３５が巻回されている。

可動体４０は鞍形状をなし案内レール３１の固定子鉄心
３４の両側に形成された受面５．５に対向する軸受面１
１．１１を有している。そして案内レールの固定子鉄心
３４に対向し固定子鉄心３４のピッチと異るピッチとさ
れた磁性体の突片３６を有する可動子鉄心３７が可動体
４０に固定されている。この第２の実施例もｆ５１の実
施例と同様、案内レールの受面と可動体の軸受面との間
にホース３９から圧縮空気を供給することによって静圧
軸受を形成しており、可動体４０は案内レール３１に静
圧軸受により非接触状態で支承されている。案内レール
のコイル３５に電流を通じることにより固定子鉄心３４
の歯３３は磁化され電磁石が形成される。軸方向に設け
られた固定子鉄心の歯３３を順次磁化することにより磁
性体の突片３６の吸引位置がずれ可動子鉄心３フは軸方
向に移動し、リニアパルスモータが形成される。

このコイル３５に与える電流は可動体４０を平均して吸
引するように可動体４０の下方となるコイルにはバイア
ス電流が重畳されている。

可動体４０と案内レール３１はバイアス電流により可動
体の軸受面１１と案内レールの受面５が互いに接近する
方向の吸引力を及ぼし合って入る。リニアパルスモータ
の推進力を得るためのパルス励磁によって可動体４０を
吸引する力が変動しないように可動体の固定子鉄心の歯
３３は比較的小さいピッチとされ同時に励磁出来る歯が
多（とれるようにされている。このように可動体４０に
は磁気吸引力が作用しでいるので可動体４０の浮上量は
小さくされ静圧軸受の剛性は向上される。

この！１２の実施例では案内レール３１に電磁石を設は
可動体４０に磁性体を設けたが、可動体４０に電磁石を
設は案内レール３１に磁性体を設けた構成とす゛ること
も出来る。また、モータの形式は前記リニアパルスモー
タでなくてもリニア誘導モータなどの他の形式でもよい
。

尚、第１の実施例では磁気吸引手段として永久磁石を用
いたので圧縮空気の供給を二系統としホース１９に供給
する圧縮空気の圧力を若干調整することによって最適な
条件が得易いようにされているが、条件が定まれば一系
統の配管としても良い。

第２の実施例では磁気吸引手段として電磁石を用いたの
で圧縮空気の供給は一系統とし電磁石に与えるバイアス
電流を調整し最適な条件が得易いようになっている。ま
た、この実施例では可動体側に流体供給手段をもうけた
が、可動体のストロークが小さい場合には流体供給手段
を案内レールの側に設けることもできる。更に、この実
施例の静圧軸受はオリフィス絞りを用いた例を示したが
、自成絞り、表面絞りあるいは多孔質材を用いた多孔質
絞りなどの絞りを用いて静圧軸受を構成しても良い。

１発明の効果〕 以上のように構成したこの発明の静圧案内軸受は、静圧
軸受により非接触状態で案内レールに支承された鞍形の
可動体の軸受面とこれと対向する案内レールの受面とが
接近する方向に磁気吸引手段により吸引されているので
、案内レールはその底面を基台に接触させた支持が出来
るとともに応答性の良い軽量の可動体を高い剛性で支承
でき、きわめて精密な案内精度で応答性の優れた静圧案
内軸受を得ることが出来るという効果を有する。

また、この静圧案内軸受は磁気吸引力を静圧軸受の支承
荷重より大きく選ぶと静圧案内軸受をひつくりかえしと
した構造、即ち可動体を釣下げ状態で使用することがで
きるという利点もある。

磁気吸引手段として永久磁石を用いたものは構造が簡単
であり、磁気吸引手段として電磁石を用いたものは電磁
力の調整が容易であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この説明に係る静圧案内軸受の第１の実施例
の横断面図で第２図のＡ−Ａ線断面図と３っている、第
２図は、！＠１図の縦断面図、１３図は、この発明に係
る静圧案内軸受の第２の実施例の横断面図、第４図は、
第３図の縦断面図、第５図は、静圧軸受のすきまと支承
荷重の関係を示すグラフ、ｆＪＳ６図は、従来の静圧案
内軸受の斜視図、＠７図は、ｆｊＳ６図の静圧案内軸受
の横断面図、第８図は、従来技術の延長として考えられ
る静圧案内軸受の斜視図、第９図は、ｒ５８図の静圧案
内軸受の横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸方向の案内面である受面を設けた長尺の案内レー
   ルと、該案内レールの受面から僅か離間して対向し該受
   面との間に加圧流体を供給することによって静圧軸受を
   形成する軸受面を設けた可動体と、該可動体の軸受面と
   前記案内レールの受面のいずれか一方または両方に開口
   を有し前記可動体の軸受面と前記案内レールの受面との
   間に加圧流体を供給する加圧流体供給手段とを具え、前
   記可動体が前記案内レールに流体の静圧力により支承さ
   れ前記案内レールの受面に沿って軸方向に移動自在とさ
   れた静圧案内軸受において、前記可動体と前記案内レー
   ルは前記可動体の軸受面と前記案内レールの受面とが互
   いに接近する方向に吸引力を及ぼし合う磁気吸引手段に
   より吸引されていることを特徴とする静圧案内軸受。 ２、前記磁気吸引手段は前記案内レールと前記可動体の
   いずれか一方の部材に磁石を有し、他方の部材に該磁石
   に対向する磁性体を有している前記特許請求の範囲第１
   項記載の静圧案内軸受。 ３、前記磁気吸引手段は前記案内レールと前記可動体の
   両方の部材に互いに対向する磁石を有している前記特許
   請求の範囲第１項記載の静圧案内軸受。 ４、前記磁石は永久磁石である前記特許請求の範囲第２
   項または第３項記載の静圧案内軸受。 ５、前記磁石は電磁石である前記特許請求の範囲第２項
   または第３項記載の静圧案内軸受。