TWI513917B - Static pressure gas bearings and the use of the static pressure gas bearing linear motion guide device - Google Patents

Static pressure gas bearings and the use of the static pressure gas bearing linear motion guide device Download PDF

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TWI513917B
TWI513917B TW102111745A TW102111745A TWI513917B TW I513917 B TWI513917 B TW I513917B TW 102111745 A TW102111745 A TW 102111745A TW 102111745 A TW102111745 A TW 102111745A TW I513917 B TWI513917 B TW I513917B
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Description

靜壓氣體軸承及使用該靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置
本發明係關於靜壓氣體軸承及使用該靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置。
精密工作機械或半導體曝光裝置等中，要求高精度定位加工工具或基板等被加工物。因此使用利用與被加工物之載置台之定位裝置幾乎無摩擦之靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置。如此之直線運動引導裝置中，在作為被加工物之載置台之可動台座與作為引導構件之導軌間存在有壓縮空氣之潤滑膜，以該可動台座對導軌非接觸移動之方式構成。
作為該直線運動引導裝置所使用之靜壓氣體軸承之空氣噴出口之節流形式，有多孔質節流、表面節流、孔口節流、自成節流等，具備該等節流形式之靜壓氣體軸承根據各用途一面調整負荷容量及軸承剛性等一面使用。
例如專利文獻1中提案有一種靜壓氣體軸承墊，其係固定於被支持體或支持體之任一者上，藉由經由其軸承構件供給於軸承面之加壓空氣使支持體移動自如地支撐，其中作為軸承構件，使用素材粒子之直徑大致均一且可獲得開氣孔之均等性之種類之碳石墨系材料。
又，專利文獻2中提案有一種靜壓氣體軸承，其具備包含多孔質體之母材、與包含接合於該母材上，並以成預先期望之空氣透過量之方式調整貫通孔之直徑及分佈而製作之多孔板之表面節流層，經由表面節流層噴出氣體，利用其靜壓支持被支持體。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開昭63-231020號公報
〔專利文獻2〕日本特開2001-56027號公報
〔專利文獻3〕日本特開2008-82449號公報
上述先前之靜壓氣體軸承可實現超低摩擦、超高精度及超高速運動，但由於作為軸承材料主要使用高強度金屬或陶瓷且有必要對包含該等軸承材料之軸承面實施高精度之研磨加工等，因此有必然變得高價之問題。
然而，就算不要求至上述超低摩擦、超高精度及超高速運動，但例如以非接觸搬送液晶螢幕等物品、或不產生溫度變化地使物品水平移動之用途下，若使用靜壓氣體軸承，雖具有裝置構成簡化等優點，但相反地由於靜壓氣體軸承本身為高價，因此實際情況係未能廣泛活用於該用途。
鑑於上述實情，為提供各種領域中可活用之低價靜壓氣體軸承，本申請者最初提案有一種靜壓氣體軸承(專利文獻3)，其係將合成樹脂製軸承構件與軸承基體一體化而成者，該軸承構件係於上表面具有自成節流形狀或孔口節流形狀之複數個空氣噴出口，且於下表面具有與該複數個空氣噴出口連通之供氣槽，該軸承基體係以覆蓋前述供氣槽之方式與該軸承構件之下表面接合，且具有與該供氣槽連通之供氣口。
根據該專利文獻3所記載之靜壓氣體軸承，可使用模具藉由射出成型形成構成靜壓氣體軸承之合成樹脂製軸承構件，可無需機械加工且軸承基體之構造亦僅藉由形成與該軸承體連通之供氣口，僅藉由接合軸承體與軸承基體即可組裝靜壓氣體軸承，可低價大量生產。
但專利文獻3所記載之靜壓氣體軸承之空氣噴出口由於以使用模具之射出成型形成，因此成為其直徑0.2~0.4mm左右較大直徑之自成節流或孔口節流形狀，自該空氣噴出口之供氣噴出量過多，有產生自激振動之虞，利用靜壓氣體軸承支持被支持體變得不穩定，實用化仍需改良。
本發明係鑑於上述各點而完成者，其目的係提供一種可不產生自激振動地穩定進行被支持體之支持之低價靜壓氣體軸承及使用該靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置。
本發明之靜壓氣體軸承具備：合成樹脂製軸承體，其於一面具有在該一面開口而形成之圓環狀凹部，於另一面具有在該另一面開口而形成之環狀凹槽，及一端在環狀凹槽開口且另一端在圓環狀凹部開口之作為自成節流之複數個空氣噴出孔；軸承基體，其具備一端在與該軸承體之一面對向之一面上開口，該一端與圓環狀凹部連通，而對另一端供給氣體之供氣通路，且一體結合於該軸承體；及自激振動衰減機構，其具有一端在軸承體之另一面之中央部開口且延伸至軸承體之一面之空洞。
根據本發明之靜壓氣體軸承，可以具有一端在軸承體之另一面之中央部開口且延伸至軸承體之一面之空洞之自激振動衰減機構抑制自激振動之產生，因此可穩定進行被支持體之支持。
本發明之較佳例中，圓環狀凹部藉由以下各面所規定：圓環狀之內側小徑外周面、相對於該內側小徑外周面擴徑之圓環狀內側大徑外周面、內周緣與內側小徑外周面之下緣連接而外周緣與內側大徑外周面之上緣連接之圓環狀階部面；於該情形下，本發明之靜壓氣體軸承亦可進而具備與內側大徑外周面及圓環狀階部面接觸地配置於圓環狀凹部、且與軸承基體之一面彈性接觸之環狀密封構件；若具備該環 狀密封構件，則可以高密閉性一體結合軸承基體與軸承體。
圓環狀凹部又亦可以從軸承體之一面向另一面逐漸擴大地形成之截頭圓錐面規定。
本發明之靜壓氣體軸承中，環狀凹槽較佳為具有至少0.3mm之寬度，更佳為具有0.3~0.1mm之寬度，較佳為具有至少0.01mm之深度，更佳為具有0.01~0.05mm之深度，空氣噴出孔其一端較佳為具有至少30μm之直徑，更佳為具有30~120μm之直徑，亦可在圓環狀凹部與環狀凹槽間形成自成節流。
本發明之靜壓氣體軸承中，空洞可僅形成於軸承體上，亦可從軸承體延伸至軸承基體形成，較佳例中，具有在軸承體之一面開口之開口端，該開口端由軸承基體之一面封閉；其他較佳例中，具備從軸承體之另一面至軸承體之一面以相同直徑延伸之圓柱狀貫通孔。
各環狀凹槽及空氣噴出孔較佳為利用從碳酸氣體雷射、YAG雷射、UV雷射及準分子雷射等選擇之加工用雷射藉由雷射加工而形成。
若藉由雷射加工形成各環狀凹槽及空氣噴出孔，則與切削等機械加工相比，可瞬間形成該等，不僅可大量生產，亦可低價製作。
本發明之靜壓氣體軸承中，軸承體亦可進而具備：大徑環狀凹槽，其形成於該另一面，且在該環狀凹槽之外側包圍該環狀凹槽；複數個第一放射狀凹槽，其一端部於該環狀凹槽開口且另一端部於大徑環狀凹槽開口；小徑環狀凹槽，其形成於該另一面且在該環狀凹槽之內側被該環狀凹槽包圍；及複數個第二放射狀凹槽，其一端部於環狀凹槽開口且另一端部於小徑環狀凹槽開口；該第一放射狀凹槽及第二放射狀凹槽亦可各自藉由雷射加工形成。
本發明之靜壓氣體軸承亦可進而具備設於軸承基體上且具有球體接收凹部之球體接收機構，該球體接收機構亦可具有在軸承基體之 另一面開口且形成於該軸承基體之截頭圓錐凹部或半球凹部作為球體接收部，又，亦可具備在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體之圓柱狀凹部，及具有在一面開口之截頭圓錐凹部作為球體接收凹部且嵌合固定於圓柱狀凹部之楔子；亦可具備在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體上之圓柱狀凹部，及具有在一面開口之半球凹部作為球形接收凹部且嵌合固定於圓柱狀凹部之楔子。
具備該球體接收機構之靜壓氣體軸承中，例如可將球螺椿之球體滑動自如地與軸承基體或楔子相接地配置於球體接收凹部，於該情形下對靜壓氣體軸承附加球體旋轉之自動調芯功能。
附加有該自動調芯功能之靜壓氣體軸承較佳用於作為被加工物之載置台之定位裝置之直線運動引導裝置。
本發明之具備靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置具備：引導構件，其具有上表面引導面及兩側引導面；可動台座，其配置於該引導構件外側，且具備面對上表面引導面之上板及面對兩側引導面之一對側板；球螺椿，其使球體朝向引導構件地立設於該可動台座之上板下表面及一對側板之各內面中之至少一個面上；上述靜壓氣體軸承，其配置於該球螺椿之球體與面對該至少一個面之上表面引導面及兩側引導面之間，且具有球形接收機構；上述靜壓氣體軸承，其配置於該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面與面對該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面之上表面引導面及兩側引導面間，且未必具有球形接收機構；球螺椿之球體係以具有球體接收機構之上述靜壓氣體軸承之軸承基體將該球體為中心對球螺椿擺動自如之方式，收納於該靜壓氣體軸承之球體接收機構之各球體接收部；未必具有球體接收機構之上述靜壓氣體軸承中至少一個靜壓氣體軸承之軸承基體係固定於該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面上。
根據本發明之直線運動引導裝置，藉由從軸承體之複數個空氣噴出孔對引導構件之引導面噴射壓縮空氣，藉由形成於軸承體之一面與引導面間之空氣之潤滑膜，可使可動台座對引導面保持非接觸狀態，此時，靜壓氣體軸承其經由節流孔連通於軸承體之一面與引導面間之空氣室由於發揮振動衰減作用，故可抑制自激振動之產生，並且，即使軸承體之一面與引導面間之軸承間隙(數μm~數十μm左右)為不均一、於軸承間隙上產生壓力差，亦由於藉由該壓力差將軸承體自動調芯為軸承間隙成均一之方向，保持相對引導面平行之狀態，因此可使引導構件及可動台座之平行度、直角度等零件精度為較粗精度，可提供除靜壓氣體軸承本身之低成本外，低價之直線運動引導裝置。
本發明之靜壓氣體軸承中，軸承體由聚縮醛樹脂、聚醯胺樹脂、聚苯硫醚樹脂等熱可塑性合成樹脂形成較佳，又，軸承基體由聚縮醛樹脂、聚醯胺樹脂、聚苯硫醚樹脂等熱可塑性合成樹脂、該等熱可塑性合成樹脂中含有30~50質量%之玻璃纖維、玻璃粉末、碳纖維或無機填充材之含強化填充材熱可塑性合成樹脂或鋁或鋁合金形成較佳。該等合成樹脂製軸承體及軸承基體可將合成樹脂素材機械加工形成，亦可使用模具藉由射出成型形成。
根據本發明，可提供可抑制自激振動之產生且可大量生產並低價之靜壓氣體軸承及使用該靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置。
1‧‧‧靜壓氣體軸承
2‧‧‧軸承體
2a‧‧‧軸承體素材
3‧‧‧緊固構件
4‧‧‧軸承基體
5‧‧‧環狀密封構件
6‧‧‧自激振動衰減機構
11‧‧‧面
12‧‧‧圓環狀凹部
13‧‧‧面
14‧‧‧環狀凹槽
15‧‧‧一端
16‧‧‧另一端
17‧‧‧空氣噴出孔
18‧‧‧母螺紋孔
21‧‧‧圓環狀內側小徑外周面
22‧‧‧圓環狀內側大徑外周面
23‧‧‧圓環狀階部面
24‧‧‧頂面
25‧‧‧截頭圓錐面
26‧‧‧環狀部
27‧‧‧環狀面
28‧‧‧圓筒面
31‧‧‧一端
32‧‧‧面
33‧‧‧另一端
34‧‧‧外周面
35‧‧‧供氣通路
36‧‧‧一端
37‧‧‧另一端
38‧‧‧另一面
39‧‧‧螺栓插通孔
41‧‧‧縱向供氣孔
42‧‧‧一端
43‧‧‧橫向供氣孔
44‧‧‧母螺紋
46‧‧‧環狀階部
51‧‧‧一端
52‧‧‧空洞
53‧‧‧另一端
54‧‧‧圓柱狀貫通孔
61‧‧‧組裝體
65‧‧‧大徑環狀凹槽
66‧‧‧一端部
67‧‧‧另一端部
68‧‧‧放射狀凹槽
69‧‧‧小徑環狀凹槽
70‧‧‧一端部
71‧‧‧另一端部
72‧‧‧放射狀凹槽
75‧‧‧截頭圓錐凹部
76‧‧‧球體接收機構
81‧‧‧圓形頂面
82‧‧‧截頭圓錐面
85‧‧‧球螺椿
86‧‧‧球體
90‧‧‧凹球面
91‧‧‧半球凹部
95‧‧‧圓柱狀凹部
96‧‧‧一面
97‧‧‧截頭圓錐凹部
98‧‧‧另一面
99‧‧‧圓柱凹部
100‧‧‧楔子
101‧‧‧圓形頂面
102‧‧‧圓筒狀面
103‧‧‧截頭圓錐面
104‧‧‧一端
105‧‧‧另一端
106‧‧‧圓筒狀外周面
110‧‧‧半球凹部
111‧‧‧凹球面
120‧‧‧直線運動引導裝置
121‧‧‧上表面引導面
122‧‧‧兩側引導面
123‧‧‧引導構件
124‧‧‧上板
125‧‧‧側板
126‧‧‧橫剖面字形可動台座
127‧‧‧下表面
128‧‧‧內面
圖1係本發明之實施形態之較佳例之俯視說明圖。
圖2係圖1所示例之Ⅱ-Ⅱ線箭視剖面說明圖。
圖3係圖1所示例之仰視說明圖。
圖4係圖2所示之軸承體之仰視說明圖。
圖5係圖4所示之軸承體之V-V線箭視剖面說明圖。
圖6係圖2所示之軸承體之一部分放大剖面說明圖。
圖7係圖2所示之軸承基體之仰視說明圖。
圖8係圖7所示之軸承基體之Ⅷ-Ⅷ線箭視剖面說明圖。
圖9係用以說明圖1所示例之製造方法之軸承體素材與軸承基體之組裝體之剖面說明圖。
圖10係本發明之實施形態之較佳其他例之俯視說明圖。
圖11係軸承基體之實施形態之較佳其他例之仰視說明圖。
圖12係圖11所示例之軸承基體之XII-XII線箭視剖面說明圖。
圖13係對圖12所示例附加自動調芯功能之本發明之實施形態例之剖面說明圖。
圖14係軸承基體之實施形態之較佳進而其他例之仰視說明圖。
圖15係圖14所示例之軸承基體之XV-XV線箭視剖面說明圖。
圖16係對圖14所示例附加自動調芯功能之本發明之實施形態例之剖面說明圖。
圖17係軸承基體之實施形態之較佳進而其他例之仰視說明圖。
圖18係圖17所示例之軸承基體之XⅧ-XⅧ線箭視剖面說明圖。
圖19係圖18所示之軸承基體之立體圖。
圖20係楔子之實施形態之較佳例之剖面說明圖。
圖21係嵌合固定有圖20所示之楔子之軸承基體之較佳例之剖面說明圖。
圖22係對圖21所示例附加自動調芯功能之本發明之靜壓氣體軸承之較佳其他例之剖面說明圖。
圖23係楔子之實施形態之較佳例之剖面說明圖。
圖24係嵌合固定有圖23所示之楔子之軸承基體之較佳例之剖面說明圖。
圖25係對圖24所示例附加自動調芯功能之本發明之靜壓氣體軸 承之較佳進而其他例之剖面說明圖。
圖26係使用靜壓氣體軸承之直線運動引導裝置之較佳例之剖面說明圖。
接著，基於圖示之較佳實施形態之例進而詳細說明本發明。另，本發明不限於該等例。
圖1至圖8中，靜壓氣體軸承1具備合成樹脂製軸承體2、藉由緊固構件3一體接合於軸承體2之軸承基體4、以防止壓縮空氣(氣體)自一體接合之軸承體2及軸承基體4間之間隙漏出之方式安裝於軸承體2之環狀密封構件5、及自激振動衰減機構6。
如圖4至圖6特別顯示，軸承體2係於俯視圓形之軸承體2之一面11具有在該面11開口而形成之圓環狀凹部12、於俯視圓形之軸承體2之另一面13具有在該面13開口而形成之環狀凹槽14，且具有一端15於環狀凹槽14開口，而另一端16在圓環狀凹部12開口且在圓周方向R等間隔排列形成之作為自成節流之複數個空氣噴出孔17，以及於面11上開口，在圓周方向R等間隔排列形成之複數個母螺紋孔18。
圓環狀凹部12以軸承體2之圓環狀內側小徑外周面21、相對內側小徑外周面21擴徑之軸承體2之圓環狀內側大徑外周面22、內周緣連接於內側小徑外周面21之下緣，而外周緣連接於內側大徑外周面22之上緣之軸承體2之圓環狀階部面23、外周緣連接於內側小徑外周面21之上緣之軸承體2之頂面24、及上緣連接於頂面24之內周緣且從面11向面13逐漸擴徑地延伸至上緣之軸承體2之截頭圓錐面25規定之；藉由將圓環狀凹部12由從該面11向面13逐漸擴大而形成之截頭圓錐面25規定，可不在徑方向增長形成於面11與頂面24間之環狀薄壁部26地增大圓環狀凹部12之容積，因此不會對具有環狀薄壁部26之軸承體2帶來強度下降。
如圖6所示，藉由軸承體2之環狀面27與互相面對之軸承體2之一對圓筒面28規定之環狀凹槽14具有至少0.3mm之寬度W，與至少0.01mm之深度d，空氣噴出孔17其一端15在本例中從一端15至另一端16全體具有至少30μm之直徑D，在環狀凹槽14與圓環狀凹部12間形成自成節流。
尤其如圖7及圖8所示，軸承基體4具備：供氣通路35，其一端31在面對面11之軸承基體4之俯視圓形之一面32開口，該一端31與圓環狀凹部12連通，而另一端33在軸承基體4之外周面34開口，對該另一端33供給壓縮空氣(氣體)；及複數個螺栓插通孔39，其一端36在一面32開口，而另一端37在軸承基體4之另一面38開口，且沿著圓周方向R等間隔排列形成。
供氣通路35具備具有一端31之縱向供氣孔41，及一端42與縱向供氣孔41連通且具有另一端33之橫向供氣孔43，於另一端33側之橫向供氣孔43之軸承基體4上，形成有螺合連結供氣塞(未圖示)之母螺紋44。
各螺栓插通孔39經由環狀階部46在一端36側縮徑，而在另一端37側擴徑，各螺栓插通孔39中插通有作為螺合於母螺紋孔18之緊固構件3之六角承窩頭螺栓，軸承基體4藉由該六角承窩頭螺栓與軸承體2一體接合。
與內側大徑外周面22及圓環狀階部面23接觸且以從面11突出之方式具有擠壓裕度地配置於圓環狀凹部12之作為環狀密封構件5之O型環尤其如圖2所示，被擠壓而與面32彈性按壓接觸，將面11及32間之間隙密封。
自激振動衰減機構6具有作為開口端之一端51在軸承體2之面13中央部開口且延伸至軸承體2之面11之空洞52，空洞52除作為開口端之一端51外，具有在軸承體2之面32開口之作為另一開口端之另一端 53，作為開口端之一端53由軸承基體4之面32封閉，空洞52具備從軸承體2之面13至軸承體2之面11以相同直徑延伸之圓柱狀貫通孔54，該空洞52經由一端51與外部連通。
接著說明圖1至圖8所示之靜壓氣體軸承1之製造方法之例，首先，準備與如圖4及圖5所示之合成樹脂製軸承體2相同但不具有環狀凹槽14及空氣噴出孔17之軸承體素材2a，及如圖7及圖8所示之軸承基體4，如圖9所示，夾著作為配置於圓環狀凹部12之環狀密封構件5之O型環，使軸承體素材2a之圓環狀凹部12之開口端與軸承基體4之縱向供氣孔41之一端31一致，且使軸承體素材2a之母螺紋孔18之開口端與軸承基體4之螺栓插通孔39之一端36一致後，於螺栓插通孔39中插通作為緊固構件3之六角承窩頭螺栓，且將六角承窩頭螺栓之公螺紋部螺合固定於軸承體素材2a之母螺紋孔18，形成使軸承基體4與軸承體素材2a緊固一體化之組裝體61。
接著，將圖9所示之組裝體61之軸承體素材2a之面13調整成期望之平面度後，藉由雷射加工機對面13照射雷射，形成寬度W為0.3~1.0mm，深度d為0.01~0.05mm之環狀凹槽14，與從規定環狀凹槽14之環狀面27貫通軸承體素材2a之環狀薄壁部26、在規定圓環狀凹部12之頂面24開口之直徑D至少30μm，較佳為30~120μm之複數個自成節流形狀之空氣噴出孔17，藉此獲得具備軸承體2與軸承基體4之圖1至圖8所示之靜壓氣體軸承1。
所使用之加工用雷射從碳酸氣體雷射、YAG雷射、UV雷射及準分子雷射等中選擇，較佳為碳酸氣體雷射。
如此製作之靜壓氣體軸承1中，軸承體2與軸承基體4經由作為環狀密封構件5之O型環由作為緊固構件3之六角承窩頭螺栓緊固而一體化，因此包含軸承體2與軸承基體4之面11及32之接合面之間隙對圓環狀凹部12、供氣通路35及空洞52強固密封，又，形成於軸承體2之面 13之環狀凹槽14及複數個自成節流形狀之空氣噴出孔17藉由雷射加工形成，因此其製造價格明顯降低，並且藉由高壓空氣進出自激振動衰減機構6之空洞52而可抑制自激振動之產生，因此可穩定支持利用靜壓氣體軸承1之被支持體。
上述靜壓氣體軸承1之軸承體2具備一個環狀凹槽14，但除該環狀凹槽14外，如圖10所示，亦可具備：在面13與環狀凹槽14同心地形成且在環狀凹槽14外側包圍環狀凹槽14之大徑環狀凹槽65；一端部66於環狀凹槽14開口且另一端部67於大徑環狀凹槽65開口，沿著圓周方向R等間隔排列形成於面13之複數個放射狀凹槽68；在面13與環狀凹槽14同心地形成且在環狀凹槽14內側被環狀凹槽14包圍之小徑環狀凹槽69；及一端部70於環狀凹槽14開口且另一端部71於小徑環狀凹槽69開口，沿著圓周方向R等間隔排列形成於面13之複數個放射狀凹槽72。
藉由雷射加工機形成環狀凹槽14時，亦可藉由相同雷射加工機同樣形成該大徑環狀凹槽65及小徑環狀凹槽69以及放射狀凹槽68及72。
具有圖10所示之軸承體2之靜壓氣體軸承1中，對環狀凹槽14供氣之空氣經由放射狀凹槽68及72亦供給於大徑環狀凹槽65及小徑環狀凹槽69，因此例如空氣向被支持體之供給面積變大，可使被支持體穩定上浮，且與前述相同，包含軸承體2與軸承基體4之面11及32之接合面之間隙藉由環狀密封構件5對圓環狀凹部12、供氣通路35及空氣室51強固密封，又，若藉由雷射加工機形成環狀凹槽14、放射狀凹槽68及72以及大徑環狀凹槽65及小徑環狀凹槽69，則其製造價格可明顯降低，並且利用靜壓氣體軸承1之被支持體藉由具備空洞52之自激振動衰減機構6穩定支持。
靜壓氣體軸承1又如圖11及圖12所示，亦可進而具備球體接收機 構76，其形成於軸承基體4之面38、設置於軸承基體4上，且作為球體接收凹部具有在軸承基體4之面38中央部開口之研鉢狀截頭圓錐凹部75。
截頭圓錐凹部75以形成於軸承基體4之俯視圓形之頂面81，與從頂面81至面38逐漸擴大地延伸之截頭圓錐面82規定。
如圖13所示，藉由將具備比截頭圓錐凹部75之開口徑小徑之球螺椿85之球體86與截頭圓錐面82滑接，配置於該截頭圓錐凹部75，而對具備球體接收機構76之靜壓氣體軸承1附加自動調芯功能。
球體接收機構76亦可取代截頭圓錐凹部75，如圖14及圖15所示，具有在軸承基體4之面38中央部開口，形成於該軸承基體4之面38上，且由凹球面90規定之半球凹部91作為球體接收凹部。
具備具有半球凹部91作為球體接收凹部之球體接收機構76之靜壓氣體軸承1亦如圖16所示，藉由將具備與半球凹部91之開口徑同徑或比半球凹部91之開口徑小徑之球螺椿85之球體86與凹球面90滑接，配置於該半球凹部91，而附加自動調芯功能。
球體接收機構76亦可取代具備直接形成於軸承基體4之面38之截頭圓錐凹部75或半球凹部91作為球體接收凹部，如圖17至圖21所示，具備在軸承基體4之面38開口，形成於該軸承基體4之圓柱狀凹部95，與具有在一面96開口之作為球體接收凹部之截頭圓錐凹部97及在另一面98開口之圓柱凹部99且嵌合固定於圓柱狀凹部95之楔子100。
圓柱狀凹部95以形成於軸承基體4之俯視圓形之頂面101，與連接於頂面101且形成於軸承基體4之圓筒狀面102規定，截頭圓錐凹部97以形成於楔子100上且從面98朝向面96之方向上逐漸擴大狀地擴徑之截頭圓錐面103規定，圓柱凹部99一端104在面98開口，而另一端105與截頭圓錐凹部97連通，具有圓筒狀外周面106之楔子100該外周面106與圓筒狀面102剛好接觸，面98與頂面101剛好接觸，面96與面 38成為一面地嵌合固定於圓柱狀凹部95。
如圖22所示，具備形成於楔子100之截頭圓錐凹部97作為球體接收凹部之靜壓氣體軸承1，與前述相同，藉由將具有比截頭圓錐凹部97之開口徑小徑之球螺椿85之球體86與截頭圓錐面103滑接，配置於截頭圓錐凹部97，而附加自動調芯功能。
圖17至圖22所示之球體接收機構76係將截頭圓錐凹部97作為球體接收凹部設於楔子100之例，但亦可取代其，如圖23及圖24所示，於楔子100上設置半球凹部110作為球體接收凹部，半球凹部110與前述相同，由在楔子100之面96之中央部開口、形成於該楔子100之凹球面111規定。
具有具備在軸承基體4之面38開口、形成於該軸承基體4之圓柱狀凹部95，與具有在面96開口之半球凹部110作為球體接收凹部且嵌合固定於圓柱狀凹部95之楔子100之球體接收機構76之靜壓氣體軸承1中，與前述相同，如圖25所示，藉由將具有與半球凹部110之開口徑同徑或比半球凹部110之開口徑小徑之球螺椿85之球體86與凹球面111滑接，配置於該半球凹部110上，而附加自動調芯功能。
如此，藉由使用與軸承基體4獨立之楔子100，於楔子100上設置球體接收凹部，並以滑動性佳之材料，例如聚縮醛樹脂或聚醯胺樹脂、聚酯樹脂等熱可塑性合成樹脂或銅或銅合成等形成楔子100，而可使楔子100之截頭圓錐面103或凹球面111與球螺椿85之球體86之滑接更順利進行。
上述靜壓氣體軸承1亦可用於如圖26所示之直線運動引導裝置120，圖26所示之直線運動引導裝置120具備：引導構件123，其具有作為引導面之上表面引導面121及兩側引導面122；橫剖面字形可動台座126，其跨過引導構件123配置於引導構件123外側且具備面對上表面引導面121之上板124及面對兩側引導面122之一對側板125；球螺 椿85，其在可動台座126之上板124之下表面127及側板125之各內面128中之至少一個面上，本例中在側板125之各內面128上使球體86朝向引導構件123固定；圖22所示之靜壓氣體軸承1，其配置於球螺椿85之各球體86與面對該至少一個面之側板125之各內面128之各兩側引導面122間；及圖2所示之靜壓氣體軸承1，其配置於該至少一個面以外之面之上板124之下表面127與面對下表面127之上表面引導面121間。
直線運動引導裝置120中，各球螺椿85之球體86以靜壓氣體軸承1之各軸承基體4將該球體86作為中心對球螺椿85擺動自如之方式，與截頭圓錐面103滑動自如地接觸，並收納於球體接收機構76之各截頭圓錐凹部97。
配置於上板124之下表面127與面對下表面127之上表面引導面121間之圖2所示之靜壓氣體軸承1之軸承基體4係固定於可動台座126之上板124之下表面127上。
根據該直線運動引導裝置120，藉由使供給於各供氣通路35之壓縮空氣從軸承體2之複數個空氣噴出孔17向引導構件123之上表面引導面121及兩側引導面122噴射，藉由形成於軸承體2之面13與上表面引導面121及兩側引導面122間之軸承間隙之空氣潤滑膜，可使可動台座126對上表面引導面121及兩側引導面122保持非接觸狀態。然後，若軸承體2之面13與兩側引導面122間之軸承間隙不均一，則在軸承間隙各部產生壓力差，但藉由該壓力差可將靜壓氣體軸承1自動調芯為軸承間隙成均一之方向，保持相對兩側引導面122平行之狀態，因此可使引導構件123及可動台座126之平行度、直角度等零件精度為較粗精度，除靜壓氣體軸承1本身之低成本外，可謀求直線運動引導裝置120之製作容易化及成本下降。
然後，根據直線運動引導裝置120，可將軸承體2之面13與上表面引導面121及兩側引導面122間之軸承間隙之空氣壓經由一端51傳遞 至空洞52，因此可抑制靜壓氣體軸承1之自激振動，可穩定進行作為被支持體之可動台座126之支持。
直線運動引導裝置120中，作為附加有自動調芯功能之靜壓氣體軸承，亦可使用圖13、圖16及圖25所示之靜壓氣體軸承1。
1‧‧‧靜壓氣體軸承
2‧‧‧軸承體
3‧‧‧緊固構件
4‧‧‧軸承基體
5‧‧‧環狀密封構件
6‧‧‧自激振動衰減機構
11‧‧‧面
12‧‧‧圓環狀凹部
13‧‧‧面
14‧‧‧環狀凹槽
17‧‧‧空氣噴出孔
18‧‧‧母螺紋孔
21‧‧‧圓環狀內側小徑外周面
22‧‧‧圓環狀內側大徑外周面
23‧‧‧圓環狀階部面
24‧‧‧頂面
25‧‧‧截頭圓錐面
26‧‧‧環狀部
31‧‧‧一端
32‧‧‧面
33‧‧‧另一端
34‧‧‧外周面
35‧‧‧供氣通路
38‧‧‧另一面
39‧‧‧螺栓插通孔
41‧‧‧縱向供氣孔
43‧‧‧橫向供氣孔
46‧‧‧環狀階部
52‧‧‧空洞
54‧‧‧圓柱狀貫通孔

Claims (16)

  1. 一種靜壓氣體軸承，其具備：合成樹脂製軸承體，其於一面具有在該一面開口而形成之圓環狀凹部，於另一面具有在該另一面開口而形成之環狀凹槽、及一端在環狀凹槽開口且另一端在圓環狀凹部開口之作為自成節流之複數個空氣噴出孔；軸承基體，其具備一端在與該軸承體之一面對向之一面上開口且在該一端與圓環狀凹部連通，而對另一端供給氣體之供氣通路，並且一體結合於該軸承體；自激振動衰減機構，其具有一端在軸承體之另一面之中央部開口且延伸至軸承體之一面之空洞。
  2. 如請求項1之靜壓氣體軸承，其中圓環狀凹部藉由以下等面而規定：圓環狀之內側小徑外周面、相對於該內側小徑外周面擴徑之圓環狀內側大徑外周面、內周緣與內側小徑外周面之下緣連接而外周緣與內側大徑外周面之上緣連接之圓環狀階部面；靜壓氣體軸承進而具備與內側大徑外周面及圓環狀階部面接觸地配置於圓環狀凹部、且與軸承基體之一面彈性接觸之環狀密封構件。
  3. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中圓環狀凹部以從軸承體之一面向另一面逐漸擴大而形成之截頭圓錐面規定。
  4. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中環狀凹槽具有至少0.3mm之寬度與至少0.01mm之深度，空氣噴出孔其一端具有至少30μm之直徑，且在圓環狀凹部與環狀凹槽間形成自成節流。
  5. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中環狀凹槽具有0.3~1.0mm之寬度與0.01~0.05mm之深度，空氣噴出孔其一端具有30~120μm之直徑。
  6. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中空洞具有在軸承體之一面開口之開口端，該開口端由軸承基體之一面封閉。
  7. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中空洞具備從軸承體之另一面至軸承體之一面以相同直徑延伸之圓柱狀貫通孔。
  8. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中環狀凹槽及空氣噴出孔各自藉由雷射加工形成。
  9. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中軸承體進而具備：大徑環狀凹槽，其形成於該另一面，且在該環狀凹槽之外側包圍該環狀凹槽；複數個第一放射狀凹槽，其一端部於該環狀凹槽開口且另一端部於大徑環狀凹槽開口；小徑環狀凹槽，其形成於該另一面且在該環狀凹槽之內側被該環狀凹槽包圍；及複數個第二放射狀凹槽，其一端部於環狀凹槽開口且另一端部於小徑環狀凹槽開口。
  10. 如請求項9之靜壓氣體軸承，其中第一放射狀凹槽及第二放射狀凹槽各自藉由雷射加工形成。
  11. 如請求項1或2之靜壓氣體軸承，其中進而具備設於軸承基體上且具有球體接收凹部之球體接收機構。
  12. 如請求項11之靜壓氣體軸承，其中球體接收機構具有在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體之截頭圓錐凹部作為球體接收凹部。
  13. 如請求項11之靜壓氣體軸承，其中球體接收機構具有在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體之半球凹部作為球體接收凹部。
  14. 如請求項11之靜壓氣體軸承，其中球體接收機構具備：圓柱狀凹部，其在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體上；及楔子，其具有在一面開口之截頭圓錐凹部作為球體接收凹部，且嵌合固定於該圓柱狀凹部。
  15. 如請求項11之靜壓氣體軸承，其中球體接收機構具備：圓柱狀凹部，其在軸承基體之另一面開口且形成於該軸承基體上；及楔子，其具有在一面開口之半球凹部作為球體接收凹部，且嵌合固定於圓柱狀凹部。
  16. 一種直線運動引導裝置，其具備：引導構件，其具有上表面引導面及兩側引導面；可動台座，其配置於該引導構件外側，且具備面對上表面引導面之上板及面對兩側引導面之一對側板；球螺椿，其使球體朝向引導構件地立設於該可動台座之上板下表面及一對側板之各內面中之至少一個面上；如請求項11至15中任一項之靜壓氣體軸承，其配置於該球螺椿之球體與面對該至少一個面之上表面引導面及兩側引導面之間；及如請求項1至10中任一項之靜壓氣體軸承，其配置於該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面與面對該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面之上表面引導面及兩側引導面間；球螺椿之球體係以如請求項11至15中任一項之靜壓氣體軸承之軸承基體將該球體為中心對球螺椿擺動自如之方式，收納於該請求項11至15中任一項之靜壓氣體軸承之球體接收機構之各球體接收部；如請求項1至10中任一項之靜壓氣體軸承中之至少一個靜壓氣體軸承之軸承基體係固定於該至少一個面以外之可動台座之上板下表面及一對側板之各內面上。
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