JP2017187060A - エアベアリング - Google Patents

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Abstract

【課題】簡便な構成でプリロード機能を実現可能なエアベアリングを提供する。
【解決手段】エアベアリング１は、案内面５０１に対向する軸受面２０を有する本体部１０と、本体部１０内に設けられ、外部から供給されてきた圧縮空気が流れる流路部３１、３２と、流路部３２に設けられ、圧縮空気を案内面５０１へ給気して軸受面２０と案内面５０１との間に空気膜を形成する給気孔２１と、流路部３２と交差する流路部３１に設けられ、圧縮空気の流速を大きくして、案内面５０１と本体部１０の間の空気を吸引する負圧を発生させる負圧発生部４５と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、真空プリロード機能を備えるエアベアリングに関する。
従来、三次元測定機等の高精度な測定機器や高精度な工作機械の案内機構には、エアベアリングが多用されている。外部のコンプレッサーからエアベアリングに供給される圧縮空気が案内機構の案内面へ給気されることによって、エアベアリングの軸受面と案内面との間に空気膜が形成され、軸受面が案内面から浮上するので、摺動抵抗が略ゼロの案内機構を構成することができる。
ところで、空気膜の剛性が、エアベアリングに作用する負荷に応じて非線形に変化する特性を有することが知られており、軽負荷状態では、空気膜の剛性が低くなってしまい不安定な状態になってしまう。そこで、空気膜の剛性を確保するために、例えば特許文献１に記載のように、真空による負圧によって軸受面と案内面が引き合う真空プリロードによって、空気膜の厚さを一定に規制する技術が採用されている。
特開２００５−３７２０１号公報
しかし、特許文献１の真空プリロード方式の場合には、圧縮空気を供給するためにエアベアリングとコンプレッサーとを繋ぐ配管と、負圧を得るためにエアベアリングと真空ポンプとを繋ぐ配管とが、別々に必要になる。このため、エアベアリングを含む装置全体が大型化、複雑化してしまう。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で真空プリロード機能を備えるエアベアリングを提供することを目的とする。
本発明の一の態様においては、案内面に対向する軸受面を有する本体部と、前記本体部内に設けられ、外部から供給される圧縮空気が分岐部で分岐されて流される第１流路部及び第２流路部と、前記第１流路部に設けられ、圧縮空気を前記案内面へ給気して前記軸受面と前記案内面との間に空気膜を形成する給気孔と、前記第２流路部に設けられ、圧縮空気の流速を大きくして、前記案内面と前記本体部の間の空気を吸引する負圧を発生させる負圧発生部と、を備える、エアベアリングを提供する。
また、前記負圧発生部に連通されると共に、真空プリロードを発生する吸引領域を前記軸受面に有することとしてもよい。
また、前記吸引領域は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された凹部領域であることとしてもよい。
また、前記吸引領域は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された環状溝で囲まれた領域であることとしてもよい。
また、前記負圧発生部は、前記第２流路部の流路を狭くして、圧縮空気の流速を大きくするノズル部を有し、前記第２流路部は、前記ノズル部の先端側に発生された負圧によって、前記案内面と前記本体部の間の空気を吸引する吸引孔を有することとしてもよい。
また、前記ノズル部は、着脱可能に装着されていることとしてもよい。
また、前記分岐部と前記給気孔との間に、流路を狭めた絞り部が設けられていることとしてもよい。
また、前記絞り部と前記給気孔との間に、流路を広げたエアチャンバーが設けられていることとしてもよい。
また、前記第２流路部は、空気の流れを整える整流部を有することとしてもよい。
また、前記整流部は、前記第２流路部の長手方向に沿って筋状に形成された複数の突起を有することとしてもよい。
また、前記吸引孔は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された環状溝と繋がっていることとしてもよい。
また、前記吸引孔は、前記軸受面の中央側の吸引領域の空気を吸引し、前記給気孔は、前記吸引領域よりも外側の給気領域へ圧縮空気を給気することとしてもよい。
また、前記給気孔は、前記軸受面の中央側の給気領域へ圧縮空気を給気し、前記吸引孔は、前記給気領域よりも外側の吸引領域の空気を吸引することとしてもよい。
また、エアベアリングは、前記第１流路部に移動可能に設けられ、前記給気孔へ供給される圧縮空気が通過する開口を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を押圧して、前記開口を開放させる付勢部材と、通電されると前記付勢部材の付勢力に抗い前記開閉弁を吸引して、前記開口を閉塞させる電磁コイルと、を更に備え、前記開閉弁が前記開口を閉塞した状態で前記負圧発生部が前記負圧を発生させると、吸引力によって前記本体部が前記案内面に吸着されることとしてもよい。
本発明によれば、簡便な構成で真空プリロード機能を備えた高剛性エアベアリングを提供できるという効果を奏する。すなわち、エアベアリングは薄い空気膜を介して案内面から浮上しているが、同時に真空プリロードにより発生する吸着力によってエアベアリングは、空気膜を挟んで案内面に吸着している。従って、この吸着力以上の力でエアベアリングを引っ張らない限り、エアベアリングは案内面から離れることはない。
本発明の一の実施形態に係るエアベアリング１の外観構成を説明するための模式図である。 エアベアリング１の軸受面２０側を示した図である。 空気膜の膜厚と負荷との関係を示す図である。 エアベアリング１の内部構成を示す図である。 図４のＩ−Ｉ断面図である。 図４のＩＩ−ＩＩ断面図である。 エアベアリング１内の圧縮空気の流れを説明するための図である。 エアベアリング１内の圧縮空気の流れを説明するための図である。 エアベアリング１内の圧縮空気の流れを説明するための図である。 エアベアリング１の第１変形例を示す図である。 エアベアリング１の第２変形例を示す図である。 エアベアリング１の第３変形例を示す図である。 エアベアリング１の第４変形例を示す図である。 エアベアリング１の第５変形例を示す図である。 エアベアリング１の第６変形例を示す図である。
＜エアベアリングの概要＞
図１及び図２を参照しながら、本発明の一の実施形態に係るエアベアリング１の外観構成について説明する。
図１は、一の実施形態に係るエアベアリング１の外観構成を説明するための模式図である。図２は、エアベアリング１の軸受面２０側を示した図である。
エアベアリング１は、例えば三次元測定機等の高精度な測定機器の案内機構に用いられている。ここでは、エアベアリング１は、図１に示すように、案内機構のガイドレール５００に取り付けられている。エアベアリング１は、ガイドレール５００の案内面５０１と軸受面２０（図２）との間に空気膜を介在させる非接触式の軸受けである。案内面５０１として、ここでは石の定盤が用いられるが、これに限定されず、エアベアリング１を使用する上で必要な平面度を有する板状の部材であれば、他の材料から成ってもよい。例えば、案内面５０１は、鉄、アルミ、ステンレス、ガラス、アクリルから成ってもよい。
エアベアリング１は、直方体形状の本体部１０を有する。本体部１０は、例えば金属製であり、十分な流量の圧縮空気（例えば、０．５ＭＰａ以上、１５Ｌ／ｍｉｎ以上）を供給するコンプレッサーに供給路５１０を介して接続されている。本体部１０の内部には、供給されてきた圧縮空気が流れる流路部（後述）が設けられている。また、本体部１０の底面には、図２に示すように、軸受面２０と、給気孔２１と、溝部２２と、凹部２５と、吸引孔２６とが設けられている。
軸受面２０は、ガイドレール５００の案内面５０１（図１）に対向している。エアベアリング１に圧縮空気が供給されている場合には、軸受面２０と案内面５０１の間に圧縮空気で形成された空気膜が介在している。
給気孔２１は、軸受面２０と本体部１０内の流路部とを連通している貫通孔であり、案内面５０１に向けて圧縮空気を給気する。これにより、軸受面２０と案内面５０１との間（給気領域）に、圧縮空気による空気膜が形成される。給気孔２１は、例えば直径が０．２（mm）程度の細孔であり、本体部１０の底面の四隅に設けられている。
溝部２２は、給気孔２１と連通するように、本体部１０の底面の四隅にＬ字状にそれぞれ設けられている。４つの溝部２２は互いに離間しているが、これに限定されず、繋がっていてもよい。給気孔２１が給気した圧縮空気が溝部２２に沿って流れることで、軸受面２０と案内面５０１の間に空気膜が形成される。なお、溝部２２がなくても空気膜を形成できるが、溝部２２を設けた場合には、より広い面積に均一な厚みの空気膜を安定して形成させる点で効果がある。
凹部２５は、軸受面２０と同一面に形成された凹部領域である。凹部２５は、軸受面２０から所定の深さだけ凹んである。凹部２５は、底面の中央側に矩形状に形成されている。
吸引孔２６は、凹部２５と本体部１０内の流路部とを連通している貫通孔であり、凹部２５の空気（本体部１０と案内面５０１との間（吸引領域）の空気）を吸引する。吸引孔２６は、詳細は後述するが、本体部１０内の流路部に設けられた負圧発生部が発生させた負圧によって、凹部２５の空気を吸引する。これにより、凹部２５において吸着力（プリロード）を発生させることができる。この吸着力は、凹部２５の面積に比例する。ここでは、１（cm2）あたり約０．８（kgf）発生させるので、例えば凹部２５の面積が５０（cm2）であれば、約４０（kgf）の吸着力を発生させることができる。
ここで、圧縮空気によって軸受面２０と案内面５０１との間に形成された空気膜の剛性について説明する。空気膜の剛性は、下記の式（１）のように、負荷と膜厚を用いて規定される。
Figure 2017187060
式（１）のｋは空気膜の剛性を示し、ΔＷはエアベアリング１に作用する負荷の変動を示し、Δｈは空気膜の膜厚の変動を示す。また、給気孔２１を通過後の空気圧の変化をΔｐ、Ａを軸受有効面積とすると、ΔＷ＝Δｐ×Ａとなることから、上記の式（１）は下記の式（２）に置き換えることができる。
Figure 2017187060
図３は、空気膜の膜厚と負荷との関係を示す図である。グラフの横軸が空気膜の膜厚［μm］を示し、縦軸が負荷［Ｎ］を示している。上記の式（１）で規定される剛性ｋは、図３に示す非線形の曲線の傾きに対応する。図３を見ると分かるように、膜厚が小さい場合には、この特性曲線における概線形部分で傾きが急であり、空気膜の剛性が高い。このため、膜厚が小さい状態で負荷が変動しても、膜厚の変動が小さく、空気膜が安定した状態を維持する。一方で、膜厚が大きい場合には、曲線の傾きが緩やかである（すなわち、空気膜の剛性が低い）。このため、膜厚が大きい状態で負荷が変動すると、膜厚の変動も大きくなってしまい、空気膜が不安定な状態となってしまう。
また、上記の式（２）より、Δｐを大きくすることも剛性ｋを大きくすることに寄与することがわかる。すなわち、Δｐを大きくするためには、給気孔２１を通過する空気流速の変化を大きくすればよいということになり、そのためには給気孔２１の径をより小さくすればよいということがわかる。従って、給気孔２１の径をより小さくすることで、空気膜の膜厚はより小さくなり、剛性はより高まる。さらに、膜厚が小さいほど空気膜から凹部２５の負圧領域に流れ込む空気の量は少なくなるので、負圧により発生する吸引力が劣化することを防ぎ、より高い吸引力が維持されるようになる。
上述したように、空気膜の剛性を高く維持して安定した状態で使用するためには、特性曲線における概線形部分に対応する負荷の範囲で使用することが望ましい。そこで、本実施形態に係るエアベアリング１においては、エアベアリング１が支持する負荷が小さい場合でも、本体部１０の内部の負圧発生部が発生した負圧によって本体部１０の凹部２５の空気を吸引することで、本体部１０を案内面５０１側へ引き付ける負荷を与えている。これにより、特性曲線における概線形部分に対応する負荷の範囲での使用が可能となり、空気膜の剛性を高めることができる。
＜エアベアリングの内部構成＞
図４〜図６を参照しながら、エアベアリング１の内部構成について説明する。
図４は、エアベアリング１の内部構成を示す図である。図５は、図４のＩ−Ｉ断面図である。図６は、図４のＩＩ−ＩＩ断面図である。
エアベアリング１は、図４に示すように、流入口３０と、流路部３１、３２、３３と、分岐部３４と、排気口３５と、真空エジェクタ４０と、負圧発生部４５と、絞り部５０とを有する。なお、本実施形態では、流路部３２及び流路部３３が第１流路部に該当し、流路部３１が第２流路部に該当する。
流入口３０は、供給路５１０（図１）から供給されてきた圧縮空気が流入する開口である。流入口３０は、流路部３１の一端側に位置している。また、流入口３０は、図４には示していないが供給路５１０と連結されている。
流路部３１、３２、３３は、本体部１０内に設けられ、流入口３０から流入した圧縮空気が流れる流路である。流路部３１及び流路部３３は、図４のＸ軸方向に沿って設けられ、流路部３２は、流路部３１、３３と直交するように図４のＹ軸方向に沿って設けられている。流路部３２、３３には、前述した給気孔２１が設けられており、流路部３１には、前述した吸引孔２６が設けられている。なお、流路部３２及び流路部３３の端部の開口には、開口を塞ぐ栓６０が設けられている。
分岐部３４は、流路部３１の途中に設けられ、流入口３０から流入した圧縮空気の一部を流路部３２へ向かわせるための部分である。流入口３０から分岐部３４に至った圧縮空気は、分岐部３４において３方向に分流される。分岐部３４から流路部３２へ分流した圧縮空気は、流路部３２と流路部３３を流れる。この際に、圧縮空気は、給気孔２１から案内面５０１へ向けて給気される。
排気口３５は、流路部３１において流入口３０とは反対側に設けられた開口である。流路部３１を流れた圧縮空気は、排気口３５から大気へ排出される。なお、負圧発生部４５が発生した負圧（約−８０（ｋＰａ））によって吸引された吸引空気（凹部２５の空気）も、排気口３５から大気へ排出される。
真空エジェクタ４０は、圧縮空気を利用して負圧を発生させる機能を有する。真空エジェクタ４０は、流路部３１の流入口３０側において着脱可能に装着されている金属製または樹脂製の装着部材である。例えば、真空エジェクタ４０は、流路部３１と締結可能なネジ部を有する。真空エジェクタ４０は、円筒形状を成しており、内部を圧縮空気が通過する。真空エジェクタ４０の外周面と流路部３１の内壁との間には、シール部材であるＯリング４２が設けられている。
真空エジェクタ４０には、分岐部３４に対応する位置に、圧縮空気が流路部３２へ分流できるように開口４１が設けられている。また、真空エジェクタ４０は、図４に示すように、負圧発生部４５と、ディフューザ部４７とを有する。
負圧発生部４５は、真空エジェクタ４０の内部を通過する圧縮空気の流速を大きくして、凹部２５の空気を吸引する負圧を発生させる。このような負圧を発生することで、空気膜をプリロードすることが可能となり、空気膜の剛性を高められる。なお、プリロード量は、負圧発生部が発生した負圧と凹部２５の面積の積となる。ここでは、吸引力は約０．８（kgf/cm2）であるので、例えば、凹部２５の面積が５０（cm2）であれば、吸着力は約４０（kgf）となる。
負圧発生部４５は、交換可能なノズル部４６を有する。ノズル部４６は、流路部３１の流路を狭くして、圧縮空気の流速を大きくする。ノズル部４６の先端側は、円錐状に形成されており、ノズル先端で圧縮空気の流速を大きくする。具体的には、ノズル部４６の先端の開口４６ａの直径の大きさ（例えば、直径の大きさは、０．５（mm）〜１．０（mm））に応じて、圧縮空気の流速が大きくなる。ノズル先端で圧縮空気の流速が大きくなると、ノズル先端の周囲の圧力が小さくなって負圧になる。
本実施形態では、ノズル部４６の先端が吸引孔２６の真上に位置しているため、吸引孔２６の周囲で負圧が発生する。負圧は、ベルヌーイの負圧発生の原理に従い、圧縮空気の流れと直交する方向に発生する。ここでは、吸引孔２６から上方のノズル部４６の先端へ向かう方向に、負圧が発生する。このような負圧が発生することで、凹部２５の空気が吸引孔２６を通過して流路部３１へ流れ込む。なお、流路部３１へ流れ込んだ空気は、圧縮空気と共に、排気口３５から大気へ排出される。
ディフューザ部４７は、吸引孔２６から流れ込んできた空気の流速を小さくして、圧力を大きくする部分である。
絞り部５０は、流路部３２の流路を狭めた部分である。絞り部５０は、流路部３２において分岐部３４と給気孔２１の間に位置している。給気孔２１の上流側に絞り部５０を設けることで、給気孔２１に向かう圧縮空気の流量が過大になることを抑制できる（２段絞り方式）。ここで、絞り部５０の先端の開口５０ａの直径ｄ０の大きさ（例えば、直径ｄ１＝０．２（mm）の給気孔２１が２箇所ある場合は、一般的にはｄ０≦（ｎ）1/2×ｄ１で求められるので、ｄ０≦（２）1/2×０．２≒０．２８である。従って、直径ｄ０の大きさは０．２８（mm）以下が適当である。）に応じて、圧縮空気の流量が調整される。これにより、給気孔２１から給気される圧縮空気の流量も少なくなり、空気膜の膜厚が大きくなることを抑制できるので、空気膜の剛性が低くなることを抑制できる。
また、一般的なエアベアリングでは不安定な振動である自励振動が発生する恐れがあるが、本実施形態では絞り部５０を設けることで、絞り部５０と給気孔２１との間に設けられるエアチャンバー５５によりエアベアリング１の自励振動を効果的に抑制できる。
エアチャンバー５５は、流路部３２の流路を広げた部分であり、給気孔２１の周囲に位置している。また、エアチャンバー５５は、流路部３３と交わるように形成されている。エアチャンバー５５を設けることで、２箇所ある給気孔２１に均等の空気圧力（背圧）を供給することができる。この結果、各給気孔２１から給気される空気の流量が均等になるので、空気膜の膜厚が均等になり、空気膜の剛性が低くなることを有効に抑制できる。
負圧発生部４５によって案内面５０１と本体部１０の間の空気を吸引する場合には、案内面５０１に付着していた塵やゴミ等が真空エジェクタ４０内に入り込む恐れがある。かかる場合には、塵やゴミ等で真空エジェクタ４０のディフューザ部４７等が詰まる恐れがある。これに対して、本実施形態では、前述したように真空エジェクタ４０が本体部１０に対して着脱可能に装着される構成にすることで、塵やゴミ等が詰まった真空エジェクタ４０を取り外して清掃したり、故障した場合は交換したりすることが可能となる。
＜エアベアリング１内の圧縮空気の流れ＞
図７〜図９を参照しながら、上述した構成のエアベアリング１内における圧縮空気の流れについて説明する。
図７〜図９は、エアベアリング１内の圧縮空気の流れを説明するための図である。図７〜図９において、空気の流れを太線で示している。
供給路５１０（図１）を介して供給されてきた圧縮空気は、流入口３０から流路部３１へ流れ込む。圧縮空気は、流路部３１を流れて、図７に示すように分岐部３４にて、コンプレッサーからの十分な空気流量があれば、空気圧は減圧されることなく３方向に分流される。すなわち、圧縮空気の一部は、分岐部３４から左右の流路部３２へ流れ、圧縮空気の残りは、分岐部３４を直進して負圧発生部４５へ向かって流れる。
分岐部３４から流路部３２へ流れた圧縮空気は、絞り部５０で流量が制限された後に、エアチャンバー５５及び流路部３３へ向かって流れる。この際、図８に示すように圧縮空気が給気孔２１から案内面５０１へ向かって給気されることで、軸受面２０と案内面５０１との間に空気膜が形成される。
一方で、分岐部３４から負圧発生部４５へ直進した圧縮空気の流速は、ノズル部４６の先端で大きくなる。圧縮空気の流速が大きくなることで、負圧発生部４５において吸引孔２６の周囲の圧力が小さくなり、負圧が発生する。そして、負圧によって、図９に示すように凹部２５の空気が吸引孔２６を介して流路部３１に流れ込み、圧縮空気と共に排気口３５から大気へ排出される。
＜変形例＞
図１０〜図１４を参照しながら、エアベアリング１の変形例について説明する。
図１０は、エアベアリング１の第１変形例を示す図である。
第１変形例においては、流路部３１において真空エジェクタ４０（具体的には、負圧発生部４５）と排気口３５との間に、整流部７０が設けられている。整流部７０は、負圧発生部４５を通過した圧縮空気、及び負圧によって吸引された空気（吸引空気とも呼ぶ）の流れを整える機能を有する。
整流部７０は、例えば、流路部３１の長手方向に沿って筋状に形成された複数の突起を有する。かかる場合には、圧縮空気や吸引空気が筋状の突起を通過する際に、突起によって流れる方向が整えられる。これにより、整流部７０がサイレンサーの機能を有することになり、消音効果を得られる。なお、整流部７０は、突起に代えて、例えば圧縮空気や吸引空気を通過させるフィルターを有してもよい。フィルターとしては、例えば綿を用いてもよい。かかる場合にも、消音効果を得られる。
図１１は、エアベアリング１の第２変形例を示す図である。
上述した実施形態では、本体部１０の底面に凹部２５（図６）が形成されており、負圧発生部４５で発生した負圧によって凹部２５の空気を吸引することとした。これに対して、第２変形例では、凹部２５に代えて、図１１に示すように本体部１０の底面に環状溝８０が設けられている。
環状溝８０は、吸引孔２６と連通している。このため、負圧発生部４５で発生した負圧によって、環状溝８０の空気が吸引孔２６を介して流路部３１へ流れる。また、環状溝８０で囲まれた面８１は、軸受面２０と同一面となっている。これにより環状溝８０で囲まれた内側は全て同じ気圧の吸引領域となる。環状溝８０の場合には、矩形状の凹部２５に比べて加工量が少なくなるので、本体部１０を製造しやすくなる。
図１２は、エアベアリング１の第３変形例を示す図である。第３変形例では、吸引孔２６が、第２変形例よりも幅広の環状溝８０に連通している。また、環状溝８０の内側には、田の字状の溝部２２が設けられている。給気孔２１は、ここでは本体部１０の底面の中心に一つ設けられているが、これに限定されず、例えば溝部２２上に複数設けられてもよい。この結果、溝部２２の内側全てと溝部２２の外側周辺に空気膜が形成されて、エアベアリング１を浮上させる。
また、軸受面２０は、環状溝８０と溝部２２の間に位置し、環状溝８０の外側の面８１と同一面となっている。かかる構成の場合にも、負圧発生部４５で発生した負圧によって、環状溝８０の空気が吸引孔２６を介して流路部３１へ流れる。この結果、環状溝８０の外側の面８１では、負圧による吸着力が発生する。環状溝８０は、溝部２２の周囲の空気膜の空気を吸引する。
第３変形例によれば、エアベアリング１の軸受面２０の内側（給気領域）で浮上させる一方で、外側（吸引領域）で吸着するように構成することが可能である。かかる場合には、給気孔２１から給気される空気を吸引孔２６から回収することが可能である。この結果、エアベアリング１の周囲に空気が排出されないので、エアベアリング１は、温度が均一な環境や極めて清潔な環境が要求される半導体製造装置等での使用に適している。
図１３は、エアベアリング１の第４変形例を示す図である。第４変形例は、第３変形例に示す本体部１０を円形状にしたものである。これに伴い、環状溝８０及び溝部２２の形状も、円形状の本体部１０に対応するように形成されている。かかる構成の場合にも、負圧発生部４５で発生した負圧によって、環状溝８０の空気が吸引孔２６を介して流路部３１へ流れる。従って、第４変形例が奏する作用効果は、第３変形例が奏する作用効果とほぼ同じである。
図１４は、エアベアリング１の第５変形例を示す図である。第５変形例では、第４変形例と同様に、本体部１０が円形状になっている。一方で、第５変形例では、吸引孔２６が、本体部１０の底面の中心に位置しており、環状溝８０と連通している。かかる構成の場合にも、負圧発生部４５で発生した負圧によって、環状溝８０の空気が吸引孔２６を介して流路部３１へ流れる。なお、吸引孔２６は、底面の中心に位置しなくてもよく、環状溝８０上のいずれかの場所に位置してもよい。かかる場合でも、環状溝８０の内側（吸引領域）の全てがほぼ均一の負圧になって、吸着力を発生する。
また、環状溝８０の周囲には、例えばバランスを考量して対称的な位置に４つの給気孔２１が設けられている。この４つの給気孔２１は、環状溝８０の周囲に、円周方向に所定間隔で設けられている。これにより、環状溝８０の外側（給気領域）に空気膜が形成されて、エアベアリング１が浮上する。従って、エアベアリング１は、空気膜を介して案内面５０１から浮上すると共に、環状溝８０の内側で発生する吸着力によって真空プリロードが作用するので、この吸着力以上の力で引っ張らない限り、エアベアリング１は案内面５０１から離れることはない。
第５変形例によれば、環状溝８０の周囲に配置された給気孔２１から空気を給気してエアベアリング１を浮上させるので、エアベアリング１の周辺のゴミを吹き飛ばし、環状溝８０の内側に配置された吸引孔２６からゴミを吸い込むことを防止できる。なお、環状溝８０及びその内側を凹部に変更しても、同様の効果が得られる。
＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態に係るエアベアリング１は、本体部１０の内部に負圧発生部４５を有する。負圧発生部４５は、給気孔２１が設けられた流路部３２と交差する流路部３１に設けられており、圧縮空気の流速を大きくして、案内面５０１と本体部１０の間の空気（例えば凹部２５の空気）を吸引する負圧を発生させる。すなわち、従来のエアベアリングと同様に圧縮空気を供給するだけで、真空プリロード機能を発揮することができるので、従来のエアベアリングに置き換えることが容易であり（使用上の互換性がある）、置き換えることで、エアベアリングの剛性を高めることが可能である。さらにばね等を使ったプリロード装置のように、エアベアリング本体以外にプリロードを掛けるための装置を必要としないので、従って、装置の小型化、低コスト化が可能なプリロード機能を有するエアベアリングを実現できる。
また、本実施形態では、本体部１０に供給された圧縮空気で空気膜を形成する際に、負圧発生部４５が、圧縮空気を利用して負圧を発生させることで空気膜をプリロードすることができる。すなわち、エアベアリング１は、真空ポンプを用いずに負圧を発生させる。これにより、負圧を発生させるための真空ポンプや配管等が不要となるので、簡便な構成で真空プリロード機能を実現できる。
なお、上記では、エアベアリング１が測定機器に取り付けられることとしたが、これに限定されない。例えば、エアベアリング１は、半導体製造装置や工作機械に取り付けられてもよい。
また、上記した通り、エアベアリング１の本体部１０は直方体形状に限定されず、第４変形例及び第５変形例のような円柱形状、三角柱形状、楕円柱形状、又はその他の形状であってもよい。
また、上記では、圧縮空気が分岐部３４において左右２つの流路部３２に分流することとしたが、これに限定されない。例えば、圧縮空気は分岐部３４において一つの流路部３２に分流してもよい。
また、上記では、エアベアリング１が案内面５０１から浮上した状態で使用されることとしたが、これに限定されない。例えば、図１５に示す第６変形例のように、エアベアリング１が空気膜を形成して案内面５０１から浮上している浮上状態（真空プリロードが掛った状態）と、空気膜を形成せずに案内面５０１に吸着されている吸着状態（クランプされた状態）とを切り替える構成になっていてもよい。なお、エアベアリング１を吸着状態として使用することは、例えばエアベアリング１が取り付けられた測定機器の案内機構を所定の位置に保持した状態で高精度に測定できる点で実益がある。
図１５は、エアベアリング１の第６変形例を示す図である。図１５（ａ）には吸着状態のエアベアリング１が示され、図１５（ｂ）には浮上状態のエアベアリング１が示されている。第６変形例では、流路部３２（具体的には、図４で栓６０が設けられた部分）に、開閉弁９０と圧縮バネ９５と電磁コイル９６とが設けられている。
開閉弁９０は、流路部３２内に移動可能に設けられている。開閉弁９０は、流路部３２に設けられた弁座９４の開口の開閉を制御する。開閉弁９０は、弁体９１と、被押圧部９２とを有する。
弁体９１は、連結軸９３によって被押圧部９２に連結されており、弁体９１と被押圧部９２は一緒に移動可能となっている。弁体９１は、弁座９４の開口（圧縮空気の流入口）を閉塞する閉塞位置（図１５（ａ）と、弁座９４の開口を開放する開放位置（図１５（ｂ））との間で移動する。弁座９４は、流路部３２において給気孔２１よりも分岐部３４（図４）側に位置しており、弁座９４の開口（貫通孔）は、開放されている際に圧縮空気が通過可能となっている。
被押圧部９２は、開閉弁９０よりも外側に配置された圧縮バネ９５によって押圧されている。被押圧部９２が圧縮バネ９５によって押圧されることで、弁体９１は、図１５（ｂ）に示すように開放位置に位置する。
圧縮バネ９５は、開閉弁９０の被押圧部９２を閉塞位置から開放位置へ向かって付勢している付勢部材である。このため、開閉弁９０は、通常、図１５（ｂ）に示す開放位置に位置している。
電磁コイル９６は、圧縮バネ９５を覆うように配置されている。電磁コイル９６は、通電されると吸引力を発生する。この吸引力によって、被押圧部９２は、圧縮バネ９５の押圧力に抗い、開放位置から閉塞位置へ移動する。これにより、電磁コイル９６が通電されると開閉弁９０は図１５（ａ）に示す閉塞位置に位置する。一方で、電磁コイル９６への通電がＯＦＦになると、圧縮バネ９５によって開閉弁９０は開放位置に位置する。なお、電磁コイル９６への通電は、外部の制御装置によって管理される。
上述した第６変形例においては、電磁コイル９６への通電のＯＮ・ＯＦＦを切り替えることで、開閉弁９０が閉塞位置又は開放位置に位置する。そして、開閉弁９０が開放位置に位置する場合には、弁座９４の開口を通過した圧縮空気は、給気孔２１を介して案内面５０１へ向かって給気される。これにより、軸受面２０と案内面５０１との間に空気膜が形成されて浮上する浮上状態となる。
開閉弁９０が閉塞位置に位置する場合には、弁座９４の開口を圧縮空気が流れなくなるので、案内面５０１へ圧縮空気が給気されない。一方で、前述したように真空エジェクタ４０の負圧発生部４５によって凹部２５の空気が吸引されるので、吸引力によってエアベアリング１が案内面５０１に吸着される吸着状態となる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１ エアベアリング
１０ 本体部
２０ 軸受面
２１ 給気孔
２６ 吸引孔
３１〜３３ 流路部
４０ 真空エジェクタ
４５ 負圧発生部
４６ ノズル部
５０ 絞り部
５５ エアチャンバー
７０ 整流部
８０ 環状溝

Claims (14)

  1. 案内面に対向する軸受面を有する本体部と、
    前記本体部内に設けられ、外部から供給される圧縮空気が分岐部で分岐されて流される第１流路部及び第２流路部と、
    前記第１流路部に設けられ、圧縮空気を前記案内面へ給気して前記軸受面と前記案内面との間に空気膜を形成する給気孔と、
    前記第２流路部に設けられ、圧縮空気の流速を大きくして、前記案内面と前記本体部の間の空気を吸引する負圧を発生させる負圧発生部と、
    を備える、エアベアリング。
  2. 前記負圧発生部に連通されると共に真空プリロードを発生する吸引領域を前記軸受面に有する、
    請求項１に記載のエアベアリング。
  3. 前記吸引領域は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された凹部領域である、
    請求項２に記載のエアベアリング。
  4. 前記吸引領域は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された環状溝で囲まれた領域である、
    請求項２に記載のエアベアリング。
  5. 前記負圧発生部は、前記第２流路部の流路を狭くして、圧縮空気の流速を大きくするノズル部を有し、
    前記第２流路部は、前記ノズル部の先端側に発生された負圧によって、前記案内面と前記本体部の間の空気を吸引する吸引孔を有する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のエアベアリング。
  6. 前記ノズル部は、着脱可能に装着されている、
    請求項５に記載のエアベアリング。
  7. 前記分岐部と前記給気孔との間に、流路を狭めた絞り部が設けられている、
    請求項１から６のいずれか１項に記載のエアベアリング。
  8. 前記絞り部と前記給気孔との間に、流路を広げたエアチャンバーが設けられている、
    請求項７に記載のエアベアリング。
  9. 前記第２流路部は、空気の流れを整える整流部を有する、
    請求項１から８のいずれか１項に記載のエアベアリング。
  10. 前記整流部は、前記第２流路部の長手方向に沿って筋状に形成された複数の突起を有する、
    請求項９に記載のエアベアリング。
  11. 前記吸引孔は、前記本体部の前記軸受面と同一面に形成された環状溝と繋がっている、
    請求項５に記載のエアベアリング。
  12. 前記吸引孔は、前記軸受面の中央側の吸引領域の空気を吸引し、
    前記給気孔は、前記吸引領域よりも外側の給気領域へ圧縮空気を給気する、
    請求項５に記載のエアベアリング。
  13. 前記給気孔は、前記軸受面の中央側の給気領域へ圧縮空気を給気し、
    前記吸引孔は、前記給気領域よりも外側の吸引領域の空気を吸引する、
    請求項５に記載のエアベアリング。
  14. 前記第１流路部に移動可能に設けられ、前記給気孔へ供給される圧縮空気が通過する開口を開閉する開閉弁と、
    前記開閉弁を押圧して、前記開口を開放させる付勢部材と、
    通電されると前記付勢部材の付勢力に抗い前記開閉弁を吸引して、前記開口を閉塞させる電磁コイルと、を更に備え、
    前記開閉弁が前記開口を閉塞した状態で前記負圧発生部が前記負圧を発生させると、吸引力によって前記本体部が前記案内面に吸着される、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載のエアベアリング。

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