JP2013113344A - 静圧気体軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷変動に強く、かつ搭載装置の小型・軽量化を可能とする静圧気体軸受構造を提供する。
【解決手段】エアベアリング１は、相手部材を引き寄せる磁力を発生する磁力発生部１１と、磁力発生部１１の周囲に配置され、相手部材に向けて圧縮空気を吐出する圧縮空気供給部１２と、磁力発生部１１および圧縮空気供給部１２が取り付けられるベースプレート１３と、エアベアリング１の傾きを調整自在に保持するボールジョイント１４と、を備えている。磁力発生部１１は、円柱状に形成されたネオジム磁石等の永久磁石である。圧縮空気供給部１２は、貫通孔１２３が中央に形成された円板状部材であり、この貫通孔１２３に磁力発生部１１が嵌入されている。圧縮空気供給部１２の一方の端面１２１は、貫通孔１２３に嵌入された磁力発生部１１の一方の端面１１１とともに、相手部材の表面と非接触で対面する支持面１０を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対的に運動する相手部材との隙間に気体層を形成して、この気体層を介して相手部材を支持する静圧気体軸受に関し、特に、負荷変動に強く、かつ装置の小型・軽量化を可能とする静圧気体軸受構造に関する。

特許文献１には、軽量の支持対象であっても、これを安定して非接触で支持することができる静圧気体軸受が開示されている。この静圧気体軸受は、支持対象と非接触にて対面する支持面に、それぞれ多数の細孔が形成された第一および第二の多孔面と、第一の多孔面に対して第二の多孔面を隔離する隔壁の端面と、を有している。そして、第一の多孔面の各細孔には、開口から圧縮空気を吐き出すための圧縮空気供給用ポンプが連結されており、第二の多孔面の各細孔には、開口に空気を吸い込むための空気吸引用ポンプが連結されている。また、第二の多孔面と第一の多孔面とは実質的に面一になっている。

このような構造により、特許文献１に記載の静圧気体軸受は、圧縮空気供給用ポンプによる第一の多孔面からの圧縮空気の吐き出しと、空気吸引用ポンプによる第二の多孔面への空気の吸い込みと、自重もしくは支持対象の重さとのバランスによって、軽量の支持対象であっても、これを安定して非接触で支持することができる。

特開２００５−２１４２９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の静圧気体軸受は、第二の多孔面内への空気の吸い込みにより支持対象を支持面に引き寄せるものであるため、大気圧以上の力で支持対象を支持面に引き寄せることができない。このため、特許文献１に記載の静圧気体軸受は、剛性が低く、例えば支持対象あるいは静圧気体軸受に外力が加わり、負荷変動が生じると、支持対象の支持状態が不安定になる可能性がある。

また、特許文献１に記載の静圧気体軸受では、第一の多孔面から圧縮空気を吐き出すための圧縮空気供給用ポンプとは別に、第二の多孔面内に空気を吸い込むための空気吸引用ポンプも必要となる。このため、この静圧気体軸受を例えばエアスライド装置等の装置に用いた場合など、静圧気体軸受を用いた装置全体が大型・重量化する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外力等による負荷変動に対する影響を受け難く、このため支持状態の安定性が高く、かつ搭載される装置の小型・軽量化を可能とする静圧気体軸受構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、静圧気体軸受構造において、支持対象である相対的に運動する相手部材と非接触で対面する支持面を備えた支持手段に、磁力を発生させる磁力発生手段と、圧縮気体を吐出する圧縮気体供給手段と、を設けるとともに、この支持面との間に空気層を形成する相手部材として磁性を帯びた部材を用いた。

例えば、本発明は、相対的に運動する相手部材と非接触で対面する支持面を備えた支持手段を有する静圧気体軸受構造であって、
前記相手部材は、磁性を帯びた部材であり、
前記支持手段は、
磁力を発生させる磁力発生手段と、
前記相手部材と前記支持面との隙間に圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、を有する。

本発明によれば、静圧気体軸受の相手部材として磁性を帯びた部材を用い、磁力発生手段により発生する磁力により、この磁性を帯びた部材を静圧気体軸受の支持手段の支持面に相対的に引き寄せる。このため、相手部材を引き寄せる手段として、引き寄せる力が大気圧以下に制限される空気吸引手段を用いた静圧気体軸受の場合に比べて、突然の負荷変動に対する影響を低減させることが可能な高剛性を有した静圧気体軸受を実現することができる。このため、相手部材あるいは静圧気体軸受自体に突然の負荷変動が生じても、静圧気体軸受と相手部材との安定した相対運動を維持することができる。また、気体吸引用ポンプが不要となるので、静圧気体軸受が搭載された装置全体を小型・軽量化することが可能となる。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るエアベアリング１の外観図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示すエアベアリング１の正面図、背面図である。 図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示すエアベアリング１の右側面図であり、図３（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すエアベアリング１のＡ−Ａ断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係るエアベアリング１の動作原理を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るエアベアリング１の外観図である。また、図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示すエアベアリング１の正面図、背面図であり、図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示すエアベアリング１の右側面図であり、図３（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すエアベアリング１のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、本実施の形態に係るエアベアリング１は、支持対象である相対的に運動する相手部材と非接触で対面する支持面１０と、磁力を発生する手段である磁力発生部１１と、磁力発生部１１の周囲に配置され、圧縮空気を吐出する手段である圧縮空気供給部１２と、を有する支持体１８を備えている。さらに、エアベアリング１は、支持体１８が取り付けられたベースプレート１３と、エアベアリング１を揺動自在に保持するボールジョイント１４と、を備えている。

磁力発生部１１は、例えば円柱状に成形された永久磁石であり、例えばネオジム磁石が用いられる。なお、本実施の形態においては、磁力発生部１１として円柱状の永久磁石を１つ用いているが、永久磁石の形状および数は適宜変更可能である。例えば、角柱状の永久磁石を用いてもよいし、また、後述の圧縮空気供給部１２の中央部に複数の貫通穴１２３を形成し、これらの貫通穴１２３にそれぞれ永久磁石をはめ込んでもよい。

圧縮空気供給部１２は、一方の端面１２１から他方の端面１２２に繋がる貫通孔１２３が中央部に形成された円板状部材であり、この貫通孔１２３に磁力発生部１１が嵌入されている。

圧縮空気供給部１２の一方の端面１２１は、貫通孔１２３に嵌入された磁力発生部１１の一方の端面１１１とともに、エアベアリング１に対して相対的に運動する相手部材（以下、支持対象）の表面と非接触で対面する支持面１０を構成している。また、一方の端面１２１には、貫通穴１２３（つまり磁力発生部１１）を囲む環状の溝１２４が形成されており、この溝１２４の溝底には、自成絞りによる圧縮空気吐出口１２５が溝１２４の周方向に沿って等間隔に多数形成されている。

圧縮空気供給部１２の他方の端面１２２には、一方の端面１２１に多数形成された圧縮空気吐出口１２５と繋がる環状溝１２６が圧縮空気供給路１２６として形成されている。この圧縮空気供給路１２６の外縁にはОリング用溝１２７が形成されており、このОリング用溝１２７内に、圧縮空気供給路１２６からの空気漏れを防止するためのОリング１７が収容される。また、圧縮空気供給部１２の他方の端面１２２には、圧縮空気供給部１２をベースプレート１３に固定するための六角穴付きボルト１５が締結されるネジ穴１２７が形成されている。

ベースプレート１３は、圧縮空気供給部１２と略同じ外径の円板状部材であり、圧縮空気供給部１２のネジ穴１２７に対応する位置に、一方の端面１３１から他方の端面１３２に繋がる座繰り穴１３３が形成されている。ベースプレート１３の他方の端面１３２を圧縮空気供給部１２の他方の端面１２２に接触させた状態で、六角穴付きボルト１５を、この座繰り穴１３３に挿入して圧縮空気供給部１２のネジ穴１２７に螺合させることにより、圧縮空気供給部１２がベースプレート１３に固定される。この際、圧縮空気供給部１２の貫通孔１２３に嵌入された磁力発生部１１の他方の端面１１２を、接着剤によりベースプレート１３の他方の端面１３２に接着するようにしてもよい。

ベースプレート１３の一方の端面１３１には、ボールジョイント１４をベースプレート１３に固定するための六角穴付きボルト１６が締結されるネジ穴１３４が形成されている。

ベースプレート１３の他方の端面１３２は、圧縮空気供給部１２の圧縮空気供給路１２６の外縁に形成されたОリング用溝１２７内のＯリング１７と当接している。これにより、圧縮空気供給部１２の圧縮空気供給路１２６に充填された圧縮空気が、圧縮空気供給部１２の圧縮空気吐出口１２５以外の領域、つまり、圧縮空気供給部１２の他方の端面１２２とベースプレート１３の他方の端面１３２との当接部分から外部に漏れるのを防止している。

また、ベースプレート１３には、圧縮空気供給部１２の圧縮空気供給路１２６に繋がる通気路１３７が形成されている。この通気路１３７の開口１３８は、ベースプレート１３の側面１３６に形成されており、図示していない圧縮空気供給ポンプのチューブが連結される。これにより、圧縮空気供給ポンプからの圧縮空気が、通気路１３７を介して圧縮空気供給部１２の圧縮空気供給路１２６に供給され、圧縮空気供給部１２の圧縮空気吐出口１２５から相手部材に向けて噴出する。

ボールジョイント１４は、ボールヘッド１４２を有するボールスタッド１４１と、ボールヘッド１４２を回動自在に収容するボールソケット１４３と、ボールソケット１４３に一体的に形成された固定プレート１４４と、エアベアリング１をスライドプレート３（図４参照）等のベースに固定するための固定用ナット１４５と、を備えている。

ボールスタッド１４１は、雄ネジ部１４８が形成されたスタッド部１４９と、スタッド部１４８の一方の端面１４８１に一体的に形成されたボールヘッド１４２と、を有している。スタッド部１４８の他方の端面１４８２には、六角レンチ用の六角穴１４８３が形成されている。また、スタッド部１４９の、ボールヘッド１４２側（雄ネジ部１４８とボールヘッド１４２との間）の外周には、外周面から張り出したフランジ１４９４が形成されている。エアベアリング１のスライドプレート３等のベースへの取付け前において、固定用ナット１４５は、このフランジ１４９４と当接するまで、スタッド部１４９の雄ネジ部１４８にねじ込まれている。エアベアリング１のスライドプレート３等のベースへの取付けの際には、スライドプレート３等のベースに形成されたネジ穴１３３にスタッド部１４９のネジ部１４８をねじ込んだ後、六角穴１４８８内へ六角レンチを差し込んでスタッド部１４９の回転を阻止しながら、固定用ナット１４５を、スライドプレート３等のベースに接触するまで回転させる。これにより、エアベアリング１がスライドプレート３等のベースに取り付けられる。

ボールソケット１４３は、例えば、以下のように形成される。すなわち、一方の端面が固定プレート１４４により塞がれるように固定プレート１４４と一体的に形成された円筒部材の内部にボールスタッド１４１のボールヘッド１４２を挿入し、この状態で、円筒部材の開口側を可締める。ボールソケット１４３にはコマ１４３１が配置されており、ボールソケット１４３に収容されたボールヘッド１４２は、このコマ１４３１によって支えられる。

固定プレート１４４には、ベースプレート１３のネジ穴１３４に対応する位置にボルト挿入用の貫通孔１４４１が形成されている。この貫通孔１４４１に六角穴付きボルト１６を挿入して、六角穴付きボルト１６をベースプレート１３のネジ穴１３４に螺合させることにより、ボールジョイント１４がベースプレート１３に取り付けられる。

つぎに、以上のような構造を有するエアベアリング１の動作原理を説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係るエアベアリング１の動作原理を説明するための図である。この図では、エアベアリング１を、エアスライド装置の固定レール２上を非接触でスライドするエアベアリングとして用いた場合を例示している。

エアベアリング１の支持対象となる固定レール２は、磁性体により形成されている。エアベアリング１が取り付けられるベースとなるスライドプレート３には、一方の端面３１から他方の端面３２に繋がるボールスタッド１４１用のネジ穴３３が形成されている。

スライドプレート３の一方の端面３１側からネジ穴３３に、エアベアリング１のボールスタッド１４１をねじ込み、スライドプレート３の他方の端面３２側から、このボールスタッド１４１の端面１４５の六角穴１４８３に、図示していない六角レンチを挿入する。これによりボールスタッド１４１の共回りを阻止しながら、固定用ナット１４５を、スライドプレート３の一方の端面３１に接触するまで回転させる。これにより、エアベアリング１がスライドプレート３に取り付けられる。

スライドプレート３に取り付けられたエアベアリング１を、エアベアリング１の支持面１０が固定レール２の表面２１と対面するように固定レール２に近付けると、磁力発生部１１の磁力ｍによりエアベアリング１が固定レール２に引き寄せられる。これにより、エアベアリングの支持面１０が固定レール２の表面２１に吸着する。この状態において、図示していない圧縮空気供給ポンプにより、ベースプレート１３の側面１３６に設けられた開口１３８から通気路１３７に圧縮空気を供給すると、圧縮空気供給部１２の圧縮空気供給路１２６内が圧縮空気で充満し、複数の圧縮空気吐出口１２５から、固定レール２の表面２１に向けて圧縮空気ａが吐き出される。その結果、エアベアリング１は、固定レール２から引き離されて、圧縮空気ａの圧力、エアベアリング１等を含むスライドプレート３の重さおよび磁力発生部１１の磁力ｍがバランスする位置に位置決めされる。これにより、固定レール２に対して非接触で、スライドプレート３およびその積載物等からの荷重を支持し、固定レール２に沿ってスライドプレート３をスライド自在に保持する。

このとき、ボールジョイント１４は、エアベアリング１の支持面１０と固定レール２の表面２１との隙間ｔを均一に保つように、ボールヘッド１４２の中心周りの方向ｄに、ベースプレート１３、圧縮空気供給部１２および磁力発生部１１を一体として揺動させ、ボールスタッド１４１に対する支持面１０の傾きを調節する。

以上、本発明の実施の形態を説明した。

本実施の形態によれば、磁力発生部１１の磁力ｍにより、エアベアリング１の支持面１０に磁性体の支持対象（図４の例では固定レール２）を相対的に引き寄せる。このため、空気吸引により支持対象を相対的に引き寄せる場合（つまり、支持対象を引き寄せる力が大気圧以下に制限される場合）に比べて、より大きな力で支持対象をエアベアリング１の支持面１０に引き寄せることが可能となる。このため、エアベアリング１の荷重変動に対する剛性をより高くすることができ、支持対象あるいはエアベアリング１（具体的には、図４に示すスライドプレート３のような、エアベアリング１が取り付けられたベース）に荷重変動が生じても、支持対象に対して安定して相対運動することができる。また、空気吸引ポンプが不要となるので、エアベアリング１を用いた装置全体の小型・軽量化を図ることができる。さらに、図４に示すように、エアベアリング１をエアスライド装置に用いた場合、スライドプレート３の固定レール２上の所望の位置により正確に静止させることが可能となり、位置決め機能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、エアベアリング１と支持対象とを相対的に引き寄せる力を発生する磁力発生部１１を中央に配置し、この磁力発生部１１の外周側を囲むように、エアベアリング１と支持対象とを相対的に引き離す力を発生する圧縮空気供給部１２を配置している。このため、例えば支持対象に対して支持面１０を傾斜させる方向の力が、エアベアリング１に加わった場合でも、支持面１０の外周領域において、この傾斜を解消するように、エアベアリング１と支持対象とを相対的に引き離す力を作用するため、支持面１０と支持対象の表面との隙間ｔを維持しながら、支持対象に対する相対的な運動をより安定化することができる。

また、本実施の形態では、磁力発生部１１に永久磁石を用いている。空気吸引により支持対象を相対的に引き寄せる場合、故障等によりポンプが停止した際に、支持対象とエアベアリングとを相対的に引き離す力とともに、支持対象とエアベアリングとを相対的に引き寄せる力も働かなくなるため、支持対象がエアベアリングから脱落、あるいはエベアリングが支持対象から脱落する可能性がある。これに対して、本実施の形態によれば、永久磁石により、エアベアリング１と支持対象とを相対的に引き寄せる磁力ｍが常に作用しているため、圧縮空気供給ポンプが停止しても、エアベアリング１と支持対象とが互いに吸着するため、特別な脱落防止措置をとらなくても、エアベアリング１を支持対象に、または、支持対象をエアベアリング１に保持させることができる。

また、本実施の形態では、ボールジョイント１４が、エアベアリング１の支持面１０と支持対象の表面との隙間ｔを均一に保つように、ボールスタッド１４１に対する支持面１０の傾きｄを調節するので、例えば図４において、固定レール２の表面２１の傾きに対して、エアベアリング１を自動調芯することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、自成絞りによる圧縮空気吐出口１２５が多数形成された圧縮空気供給部１２を用いているが、本発明はこれに限定されない。圧縮空気供給部１２の代わりに、例えば、オリフィス絞り、表面絞り等による圧縮空気吐出口が、支持面１０を構成する表面に多数形成された圧縮空気供給部を用いてもよい。あるいは、支持面１０を構成する表面に、圧縮空気供給路１２６に繋がる多孔質焼結層が形成された圧縮空気供給部を用いてもよい。

また、上記の実施の形態では、磁力発生部１１として永久磁石を用いているが、電磁石を磁力発生部１１として用いてもよい。

また、上記の実施の形態では、エアベアリング１の調芯機構として、ボールジョイント１４を用いているが、本発明はこれに限定されない。エアベアリング１の支持面１０と支持対象との隙間ｔを均一に保つように支持面１０の傾きを自動調節できるものであれば、その他のものを用いてもよい。例えば、弾性体を介してベースにエアベアリング１を取り付けることにより、エアベアリング１の支持面１０と支持対象との隙間ｔを均一に保つようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、エアベアリング１を用いた装置として、ベース（図４のスライドプレート３）に取り付けられたエアベアリング１が、磁性体の支持対象（図４の固定レール２）上を移動するエアスライド装置を例とり説明したが、本発明は、ベースを固定とし、支持対象がエアベアリング１上を非接触で移動する装置等、支持対象との隙間に空気層を形成し、支持対象との隙間方向の荷重を支持するエアベアリングを用いる装置であれば当然適用可能である。

また、上記の実施の形態では、支持対象である相対的に運動する相手部材との隙間に空気層を形成し、この空気層を介して相手部材を支持するエアベアリング１を例にとり説明したが、本発明は、相手部材との隙間に気体層を形成して、この気体層を介して相手部材を支持する静圧気体軸受に広く適用可能である。

１：エアベアリング、２：固定レール、３：スライドプレート、１０：支持面、１１：磁力発生部、１２：圧縮空気供給部、１３：ベースプレート、１４：ボールジョイント、１５、１６：六角穴付きボルト、１７：Ｏリング、１８：支持体、３１、３２：スライドプレート３の端面、３３：スライドプレート３のネジ穴、１１１、１１２：磁力発生部１１の端面、１２１、１２２：圧縮空気供給部１２の端面、１２３：圧縮空気供給部１２の貫通孔、１２４：圧縮空気供給部１２の溝、１２５：圧縮空気吐出口、１２６：圧縮空気供給路、１２７：圧縮空気供給部１２のネジ穴、１２７：圧縮空気供給部１２のОリング用溝、１３１、１３２：ベースプレート１３の端面、１３３：ベースプレート１３の座繰り穴、１３４：ベースプレート１３のネジ穴、１３６：ベースプレート１３の側面、１３７：ベースプレート１３の通気路、１３８：通気路１３７の開口、１４１：ボールスタッド、１４２：ボールヘッド、１４３：ボールソケット、１４４：固定プレート、１４５：ボールスタッド１４１の固定用ナット、１４８：ボールスタッド１４１の雄ネジ部、１４９：ボールスタッド１４１のスタッド部、１４３１：コマ、１４４１：固定プレート１４４のネジ穴、１４９１、１４９２：スタッド部１４９の端面、１４９３：スタッド部１４９の六角穴、１４９４：スタッド部１４９のフランジ

Claims (6)

1. 相対的に運動する相手部材と非接触で対面する支持面を備えた支持手段を有する静圧気体軸受構造であって、
   前記相手部材は、磁性を帯びた部材であり、
   前記支持手段は、
   磁力を発生させる磁力発生手段と、
   前記相手部材と前記支持面との隙間に圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、を有する
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。
2. 請求項１に記載の静圧気体軸受構造であって、
   前記磁力発生手段が前記支持面の中央に配置され、当該磁力発生手段の外周側を囲むように、前記圧縮気体供給手段が配置されている
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。
3. 請求項１または２に記載の静圧気体軸受構造であって、
   前記磁力発生手段は、磁石であり、
   前記圧縮気体供給手段は、一方の端面に圧縮気体吐出口が少なくとも一つ形成され、当該一方の端面の中央に前記磁力発生手段の挿入穴が形成された板状部材であり、
   前記支持面は、
   前記磁石の端面と、前記板状部材の前記一方の端面とを含んで構成されている
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。
4. 請求項３に記載の静圧気体軸受構造であって、
   前記磁石は、少なくとも一つの永久磁石からなる
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の静圧気体軸受構造であって、
   前記支持面と前記相手部材との隙間を均一に保つための調芯手段をさらに有する
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。
6. 請求項５に記載の静圧気体軸受構造であって、
   前記調芯手段は、
   当該静圧気体軸受をベースに角度自在に取り付けるためのボールジョイントである
   ことを特徴とする静圧気体軸受構造。

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