JPS62285804A - 浮動支持機構 - 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】 ３、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
ックスを回転させ、このスパイラル溝によって生じる流
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っている
。第４図にエアスライダと通称される高圧空気を利用し
た物体の移動装百を示す。

床面１には多数のエアノズル２が形成され、床下３から
高圧の空気が矢印へ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Ｎけられたキャリアボックス５で物品を移送す
るものである。ここで、浮上台４にはりニアモータ（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によって吸引（反発）されるので、？７
７上４は床面１に沿って所定の位置へ移動できるもので
ある。従って、該床面１には全面に亘って均等にエアノ
ズル２が多数配置されているが、その床下３にはバネは
構８によって支承された弁座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ｉ
ユ弁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によって弁座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、もう一方の側のりニアモータ６
．７は省略しである。

また、第５図及び第６図は基台１７に取付けたレール１
３上に移動台１５が走行できるようにした別の例であっ
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１５上に首かれた物体１６をレール１
３に沿って移送するものである。

この場合、所定の開隔を保って固定されたレール１３は
略台形の剛固形状であると共に、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Ｘ人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っている。なお、２
ｏは案内溝１９の深部に形成された油漏てあり、ボール
ベアリング２１は図示しないピアノ線によって脚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）を利用だ支持装置で
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がら空気を噴
出させねばならず、多晶の高圧空気を必要とする。そし
て、この）ツ上台４が投首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ずことにもなるので、
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
）にあっては、極めて多ぎ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、光学礪械測定台等広範囲に利
用されているが、レールの良さが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
は不適当であった。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的Φ
を受けた場合には、ボールベアリング２１と案内溝１９
とに局部的な永久変形を生じ、その侵の円滑な運動に大
きな障害を与える問題があった。そしてこの種のものは
運動する軌跡が案内溝１９に沿ったものに限定される。

従って、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ω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昂物を支持し、且つ
移送することが可能な？ｌ上支持装：？３を寞価な形態
で提供することを目的とする。

［問題点を解決づ−ろための手段］ 上記の問題点を解決するため本発明によれば、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ックから
なる回転円板と、該駆動軸を支持する固定側部材の該回
転円板に而する側に弾性体を介して取り付けられたセラ
ミックの軸受板とを備えている浮動支持磯構であって、
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而とに夫々動ｒｆ発生用の溝が
形成されていると共に該弾性体が板状のゴムである）１
動支持機構が提供される。

［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ックの回
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、駆動軸によって回転
円板が回転されると床面と回転円板との間には流体のｖ
Ｊ圧が発生し、この初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とセラミックの軸受板とに
介在された弾性体は板状のゴムからなるものであり、軸
受板の背面のほぼ全体に対し、局所的に応力集中を生ず
ることなく、平均的にスラスト荷重を受けることになり
、さらに回転円板の背面の動きに追従して軸受板が揺動
する場合少ない力で追従することができる。

［実施例１ 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の上部
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
ックの回転円板２６を弾性のある接着剤２７で取付け、
回転円板２６が主軸２５と一体に回転すると共に若干の
揺動が可能となっている。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側の面にセラミックの軸受板３０が接着されて
いる。なお、弾慴板２９は軸受板３０の背面（即ち非摺
動面）のほぼ全面にわたってフランジ２８との間に介在
されているものであって、軸受板３０を押圧するスラス
ト荷重は局所に集中することなく分散される。

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っている。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によって固定子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の外周部においてポル１−３８によって浮上台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
がバネ板によってフレーム３９に取付けられており、小
さなスラスｌ−倚干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而（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っている
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１習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の全体に亘ってランド４ｏのうねりは小
さく仕上げられており、通常１μｍ以内である。八は七
−夕２４が側突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
状の満４１に沿って中心に押し込まれるので床面１と回
転円板２６とのＦｔ！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　ｆ
）ｆｆｉ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ちのでり、回転円板２６の
中央はモータ２４の主軸２５を取付けるための四部４３
が形成され、それ以外は］Ｌ面となっている。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、内周には初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４６と内周のランド４５とはＨいに同一平面上に位
置すべきものであって、ランド４５．４６は全面に亘っ
てやはり１μｍ以内のうねりに仕上げられ、しかも表面
３１と平行な而となっている。

従って、回転円板２６が回転すると初圧発生用の１苫４
４に沿って中心に向って流体が流入し、流入した流体は
内周のランド４５によっ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、即ら回
転円板２６に面する側の平面３３は回転円板２６の背面
３２と対向して摺動面を形成する平面であって、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３０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との間には軸
受板３０の背面、即ら摺動面と反対側の面のほぼ全面に
わたるようにシリコンゴムの平板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にかかった状態
でモータ２４が付勢されると、セラミックの回転円板２
６の表面３１及び背面３２に形成された動圧発生用の溝
４１．４４の作用によって各々の摺動面には流体の動圧
が発生し、浮上台４の荷重を流体膜によって支持するこ
とができる。

さらに床面１、回転円板２６の表面３１や背面３２、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って生じ
る回転円板２６の表面３１と背面３２の面ぶれは軸受板
３０が揺動して表面３３が回転円板２６の背面３２と微
小な空間を５つて略平行な位置関係となることで吸収さ
れるものであるが、この時に運動する物体は軸受板３０
だけであり、その質量は比較的小さいものであるから摺
動面の流体＋１Ｑに大きな影響を与えるごとなく容易に
追従することができ、しかも軸受板３０の背面全体でス
ラスト開型を支えることができるので、局部に応力が集
中することもなく、また局部に大きな変形が生ずること
もないので、安定して荷重を支えることかできる。

なＪ３、上述の例では回転円板２６の背面３２に動圧発
生用の満４４が形成されているが、それに変え軸受板３
０の回転円板２６に面する側の面に初圧発生用の溝を形
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
平面図であって、２本の平行なレール５０．５０”に亘
って第１図に示した浮動支持機構５１．５１′を下部に
億えた浮上台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５０１５０
”の中間の床にはりニアモータ５４が固定され、浮十台
５２に固定されたりニアモータ５５とによって浮上台５
２はレール５０．５０′に沿って所望の位置に移ｆｆｊ
ｌ　ｉ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５１Ｓよ互いに同一
方向に回転し、二重の破線で示された浮動支持へ構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
っている。

なお、第３図において５６は浮動支持機構５１．５１′
のモータの起動に際し浮上台５２を僅かに浮上さＵ−る
ロッドであり、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ってＭｆｆｌを支える。

このようにすれば起動時のセラミッ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
用いるセラミックの材質としては５ｉＣ１Ｓｉ３Ｎ４、
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
の間に介在される板状の弾性体としてはシリコンゴム、
フッ素ゴム、ネオプレンゴムなど広範囲のゴムを使用条
件に応じて用いることができる。

また、回転円板２６　ｉ、を中央部分に１１通孔が形成
さ机たセラミック材料であってらよい。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って回転円板２６の背面の凹Ｆ′１
Ｉ４３の形状ちこれと対応して十字としであるが、円筒
形や他の形状であってらよい。

本実施例においてロッド５６によって？７十台５２が持
ち上げられた場合、モータ２４の↑軸２５が自重によっ
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、またロッド５６が後退して回転円板２６の回
転によって浮上台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って背圧を受け
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っては潤滑油、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。

［発明の効果コ 本発明の浮動支持装置は、駆動軸の先端に設置プられな
セラミックの回転円板の表面に動圧発生用の満を形成し
、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
１」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
る側に板状のゴムからなる弾性体を介して配設されたセ
ラミッ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ッ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
環境においてら使用できる。

さらに、本発明の浮動支持機構は、回転円板の背面と摺
動する軸受板は板状のゴムからなる弾性体を介して設け
られているので、回転円板の背面の回転軌跡に振れがあ
ったとしても弾性体の変形によって吸収されるものであ
り、しかもこの時に回転円板の面振れに追従するために
揺動する軸受側の部材としては軸受板であり、その質量
は小さいものであるから摺動部に形成された潤滑膜（流
体膜）をいたずらに変形させることなく容易に追従でき
るので幅広い使用条件に対しても安定して浮動支持機構
を発揮し得るものであり、そして軸受板と回転円板とに
よる摺動部は常時平行な位置に保持されるので、効果的
に動圧が発生し、大きな負荷に耐えて浮動支持できるも
のである。

また、本発明の浮動支持機構においては、）ツ上刃を得
るために必要な回転円板を回転さゼるための動力は極め
て少なく、ランニングコスｌ〜が安価となる。

更に本発明の浮動支持機構は、前後、左右に移動を行わ
ないもの、即ち通常のスラスＩ−荷重を浮動支持するこ
とだけに用いてもよく、全く同様の浮動支持機構を発揮
することにより良好なスラスト軸受にもなりうるちので
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？
゛７動支Ｉ！ｆ機構の摺動部の模式図、第３図は第１図
の浮動支持Ｉｆｆ　Ｉｔ’ｄ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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   ッ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
   れたセラミックの軸受板とを備えている浮動支持機構で
   あって、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
   の溝が形成されていると共に該弾性体が板状のゴムであ
   ることを特徴とする浮動支持機構。