JP4483430B2 - 静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造及びこれを用いた静圧気体軸受機構 - Google Patents

Description

本発明は、可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる静圧気体軸受パッドと、この静圧気体軸受パッドと可動体との間の隙間を調節する隙間調節部材との組み合わせ構造及びこれを用いた静圧気体軸受機構に関する。

特開平８−２８５６４号公報 特開２０００−１９９５２２号公報 特開２００２−３４９５６９号公報

静圧気体軸受、特に、多孔質金属焼結体を用いた多孔質静圧気体軸受は、すぐれた高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗をもつ軸受として知られていると共にこれら優れた利点のために多くの分野に用いられている。斯かる静圧気体軸受を可動体と固定体との間にパッド形態（本発明ではパッド形態の静圧気体軸受を静圧気体軸受パッドという）をもって介在させる場合には、通常、可動体との間に微小の隙間、例えば５μｍ程度の隙間をもって静圧気体軸受パッドを配置する。

この隙間は、軸受剛性、負荷能力及び速度特性に大きく影響を与えるために、可動体との間の隙間を調節できる隙間調節部材を介して静圧気体軸受パッドは可動体と固定体との間に介在されるのであるが、隙間調節部材は、通常、静圧気体軸受パッドが揺動（首振り）できるようにして、しかも、静圧気体軸受パッドから脱落しないようにその先端部で押え部材及びねじ等を介して静圧気体軸受パッドに連結される。

ところで、斯かる静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造であると、ねじ等を用いるために、組立及び保守に時間が掛かり、コストアップの要因となる。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結できて、而して、コスト低下を図り得る静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造、それに最適な静圧気体軸受パッド及び隙間調節部材並びにそれを用いた静圧気体軸受機構を提供することにある。

可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる静圧気体軸受パッドと、この静圧気体軸受パッドと可動体との間の隙間を調節する隙間調節部材との本発明の組み合わせ構造は、静圧気体軸受パッドに設けられていると共にリング装着溝を有する凹所と、リング装着溝に装着された拡径自在なリングと、隙間調節部材に設けられていると共に凹所を規定する静圧気体軸受パッドの凹所規定面から部分的に突出するリングを受容する受容溝とを具備している。

本発明の組み合わせ構造によれば、リング装着溝に装着された拡径自在なリングが部分的に受容溝に受容されているために、斯かるリングを介してねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結でき、而して、コスト低下を図り得る。

本発明において、凹所規定面は、円筒凹面と半球凹面又は円錐凹面とを具備しており、リング装着溝は、円筒凹面と半球凹面又は円錐凹面との間に設けられているとよく、また、隙間調節部材は、大径円柱部と、大径円柱部に一体的に連接されていると共に大径円柱部よりも小径の小径円柱部と、小径円柱部に一体的に連接されていると共に小径円柱部よりも大径の半球部とを具備しているとよく、この場合、受容溝は、大径円柱部と半球部との間に設けられているとよい。半球部としては、真円又はそれに近似の円からなる半円球部であっても、真楕円又はそれに近似の楕円からなる半楕円球部であってもよい。

本発明において好ましい例では、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面又は円錐凹面に接触しており、凹所規定面が円筒凹面と半球凹面とを具備している場合、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面の曲率と略同一の曲率又はそれよりも大きな曲率を有しているとよい。半球凸面及び半球凹面もまた、半球部と同様に、真円若しくはそれに近似の円又は真楕円若しくはそれに近似の楕円からなるものであってもよく、円錐凹面も同様である。

また本発明の好ましい例では、大径円柱部は、その外面にねじ部を有しており、このねじ部を介して固定体に螺合されるようになっており、半球部は、大径円柱部の径よりも小さな径を有しており、リング装着溝及び受容溝の夫々は環状であり、静圧気体軸受パッドは、可動体に対面する多孔面と、固定体に対面する無孔面とを有しており、凹所は、無孔面において開口しており、静圧気体軸受パッドは多孔質金属焼結層を具備しており、多孔質金属焼結層の一方の面が可動体に対面する多孔面となっており、リングは弾性Ｏリングからなる。

多孔質金属焼結層としては金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなるものを好ましい一例として挙げることができ、ここで、金属粉末は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、更には、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一方を含んでいるとよく、無機質粉末は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んでいるとよいが、本発明はこれらに限定されない。

リングは上記のように弾性材料からなる弾性Ｏリングからなっていると好ましいが、本発明は、斯かるリングに限定されず、弾性的に拡径自在であって縮径自在であると共に剛性材料からなるＥリング又はＣリング等であってもよく、また、半球部の半球凸面は、凹所規定面の半球凹面に全体的に接触、好ましくは摺動自在に接触していてもよいが、これに代えて、部分的に凹所規定面の半球凹面に接触、好ましくは摺動自在に接触していてもよい。

本発明によれば、ねじ等を用いないでも静圧気体軸受パッドに隙間調節部材を脱落しないように連結できて、而して、コスト低下を図り得る静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造、それに最適な静圧気体軸受パッド及び隙間調節部材並びにそれを用いた静圧気体軸受機構を提供することができる。

次に本発明及びそれを実施するための最良の形態を図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

図１から図３において、可動体１を固定体２に対してＸ方向に移動自在に保持すベく可動体１と固定体２との間に介在させる静圧気体軸受パッド３と、静圧気体軸受パッド３と可動体１との間の隙間４を調節する隙間調節部材５との組み合わせ構造６は、静圧気体軸受パッド３に設けられていると共にリング装着溝７を有する凹所８と、リング装着溝７に装着された拡径自在な弾性Ｏリングからなるリング９と、隙間調節部材５に設けられていると共に凹所８を規定する静圧気体軸受パッド３の凹所規定面１０から部分的に突出するリング９を受容する受容溝１１とを具備している。

可動体１及び固定体２の夫々は、図示の例では矩形板及び断面コ字状のレールの夫々で構成されているが、組み合わせ構造６が例えば精密工作機械等に適用される場合には、可動体１は工作ヘッド自体若しくは工作ヘッドが載置される基台又はワーク載置台に適した形態となり、固定体２もまた、斯かる形態の可動体１をＸ方向に移動自在に保持するに適した形態となり、したがって、可動体１及び固定体２の夫々は、矩形板及び断面コ字状のレールの夫々に限定されない。

可動体１の側面１５及び１６の夫々と固定体２の内側面１７及び１８との間に介在された複数の静圧気体軸受パッド３並びに可動体１の底面１９と固定体２の基部上面２０との間に介在された複数の静圧気体軸受パッド３の夫々は互いに同様に構成されており、また各静圧気体軸受パッド３に対応して固定体２に装着されている隙間調節部材５の夫々も互いに同様に構成されており、更に静圧気体軸受パッド３の夫々とこれに対応の隙間調節部材５の夫々との組み合わせ構造６もまた互いに同様に構成されているので、以下、可動体１の側面１５と固定体２の内側面１７との間に介在された静圧気体軸受パッド３及びこの静圧気体軸受パッド３に対応して固定体２に装着されている隙間調節部材５並びにこれら静圧気体軸受パッド３と隙間調節部材５との組み合わせ構造６について詳述する。

静圧気体軸受パッド３は、固定体２の内側面１７に対面する無孔面である平面２２の略中央部で開口している凹所８を有している円盤状の裏金２３と、裏金２３の他方の平面に一体に形成されて固着されていると共に裏金２３と協働して気体通路２４を形成した円盤状の多孔質金属焼結層２５とを具備しており、可撓性の配管２６を介して気体通路２４に供給された高圧空気を多孔質金属焼結層２５の多数の細孔を介して可動体１の側面１５に向かって噴出するようになっている。このように静圧気体軸受パッド３は、可動体１の側面１５に対面する多孔面２７と、固定体２の内側面１７に対面する無孔面としての平面２２とを有しており、金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなる多孔質金属焼結層２５の一方の平坦な面が多孔面２７となっている。

静圧気体軸受パッド３の凹所８を規定する凹所規定面１０は、円筒凹面３１と半円球凹面からなる半球凹面３２とを具備しており、円環状のリング装着溝７は、Ｘ方向に直交するＹ方向において円筒凹面３１と半球凹面３２との間に設けられている。

静圧気体軸受パッド３の多孔面２７と可動体１の側面１５との間の隙間４の大きさ（Ｙ方向の幅）を調節する隙間調節部材５は、大径円柱部３５と、大径円柱部３５に一体的に連接されていると共に大径円柱部３５及び円筒凹面３１よりも小径の小径円柱部３６と、小径円柱部３６に一体的に連接されていると共に小径円柱部３６よりも大径であって大径円柱部３５の径よりも小さな径を有している半円球部からなる半球部３７とを具備しており、環状の受容溝１１は、Ｙ方向において大径円柱部３５と半球部３７との間に設けられている。大径円柱部３５は、端面４４側で部分的に凹所８内に配されていてもよく、この場合には、大径円柱部３５は、静圧気体軸受パッド３の揺動（首振り）を可能とするように、円筒凹面３１の径よりも小さい径を有しているとよい。

大径円柱部３５は、その外面にねじ部４１を有しており、ねじ部４１を介して固定体２に螺合されており、隙間調節部材５は、大径円柱部３５を回転させることにより軸方向、即ちＹ方向に進退されるようになっており、斯かる進退により静圧気体軸受パッド３の多孔面２７と可動体１の側面１５との間の隙間４の大きさを調節するようになっている。

半球部３７の半円球凸面からなる半球凸面４２は、凹所規定面１０の半球凹面３２の曲率と略同一の曲率有していると共に凹所規定面１０の半球凹面３２に摺動自在に全体的に接触している。半球凸面４２は、半球凹面３２の曲率よりも大きな曲率を有していてもよく、この場合には、半球凹面３２に摺動自在に部分的に接触することになる。

環状の受容溝１１は、小径円柱部３６の外周面４３と、大径円柱部３５の環状の端面４４と、半球部３７の環状の端面４５とによって規定されている。

以上の組み合わせ構造６を具備した静圧気体軸受機構５０によれば、多孔面２７から可動体１に向かって噴出する高圧空気により可動体１を固定体２に対して隙間４をもってＸ方向に移動自在に保持する。そして、隙間４の大きさは、隙間調節部材５のＹ方向の進退で最適値に設定され、この最適値に設定された後に隙間調節部材５は、ロックナット５１によりＹ方向に進退できないように固定体２に固定される。

ところで、組み合わせ構造６によれば、環状のリング装着溝７に装着された拡径自在なリング９が部分的に受容溝１１に受容されて、半球部３７の端面４５がリング９に係合し、凹所８から半球部３７が抜け出さないようになっているために、ねじ等を用いないでも斯かるリング９を介して静圧気体軸受パッド３に隙間調節部材５を脱落しないように連結でき、而して、コスト低下を図ることができる。しかも、組み合わせ構造６では、半球部３７の半球凸面４２が半球凹面３２に摺動自在に接触しているために、静圧気体軸受パッド３の揺動（首振り）を可能とする結果、隙間４を最適に保持でき、しかも、弾性Ｏリングからなるリング９の多少の弾性力でもって半球部３７がその半球凸面４２で半球凹面３２に弾性的に押し付けられるために、弾性Ｏリングからなるリング９がダンパ材（減衰材）となり静圧気体軸受パッド３の首振り振動の発生を効果的に抑制できて好ましい。

また組み合わせ構造６によれば、図３に示す分解状態でリング９をリング装着溝７に嵌装した後に半球部３７を凹所８に挿入して半球部３７の端面４５をリング９に係合させることにより図１に示す状態に簡単に組立てることができる。

なお、リング９としては、弾性Ｏリングが好ましいのであるが、単なる連結という目的であれば、剛性材料であるが拡径自在且つ縮径自在なＥリング又はＣリングであってもよく、斯かるＥリング又はＣリングを用いても、静圧気体軸受パッド３に隙間調節部材５を脱落しないように連結できてコスト低下を図ることができる。

また、凹所８を規定する凹所規定面１０は、円筒凹面３１と半球凹面３２とに代えて、図４に示すように円筒凹面３１と円錐凹面５２とを具備していてもよく、図４に示すような凹所規定面１０であるとそれを容易に形成し得て好ましい。加えて、凹所規定面１０において、円筒凹面３１に代えて角筒凹面であってもよい。

本発明の実施の形態の好ましい一例の平面説明図である。 図１に示す例の全体斜視図である。 図１の例の一部の分解説明図である。 本発明の実施の形態の好ましい他の例の一部説明図である。

符号の説明

１ 可動体
２ 固定体
３ 静圧気体軸受パッド
４ 隙間
５ 隙間調節部材
６ 組み合わせ構造
７ リング装着溝
８ 凹所
９ リング
１０ 凹所規定面
１１ 受容溝

Claims (5)

1. 可動体を固定体に対して移動自在に保持すベく可動体と固定体との間に介在させる静圧気体軸受パッドと、この静圧気体軸受パッドと可動体との間の隙間を調節する隙間調節部材との組み合わせ構造であって、静圧気体軸受パッドに設けられていると共に環状のリング装着溝を有する凹所と、リング装着溝に装着された拡径自在な弾性Ｏリングからなるリングと、隙間調節部材に設けられていると共に凹所を規定する静圧気体軸受パッドの凹所規定面から部分的に突出するリングを受容する環状の受容溝とを具備しており、凹所規定面は、円筒凹面と円錐凹面とを具備しており、リング装着溝は、円筒凹面と円錐凹面との間に設けられており、隙間調節部材は、外面にねじ部を有していると共に当該ねじ部を介して固定体に螺合されるようになっている大径円柱部と、大径円柱部に一体的に連接されていると共に大径円柱部よりも小径の小径円柱部と、小径円柱部に一体的に連接されていると共に小径円柱部よりも大径の半球部とを具備しており、受容溝は、大径円柱部と半球部との間に設けられており、半球部の半球凸面は、凹所規定面の円錐凹面に摺動自在に接触している静圧気体軸受パッドと隙間調節部材との組み合わせ構造。
2. 半球部は、大径円柱部の径よりも小さな径を有している請求項１に記載の組み合わせ構造。
3. 静圧気体軸受パッドは、可動体に対面する多孔面と、固定体に対面する無孔面とを有しており、凹所は、無孔面において開口している請求項１又は２に記載の組み合わせ構造。
4. 静圧気体軸受パッドは多孔質金属焼結層を具備しており、多孔質金属焼結層の一方の面が可動体に対面する多孔面となっている請求項３に記載の組み合わせ構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の組み合わせ構造を具備した静圧気体軸受機構。

Images