JPH0611608B2 - 浮動支持機構及びその始動方法 - Google Patents

Description

【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適した浮動支持機構
に関し、詳しくは、スパイラル溝が形成されたセラミッ
ク板を回転させ、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様にした浮動
支持機構及びその始動方法に関する。

［従来の技術］ 従来半導体製造、バイオ産業、或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り扱っていた。

この様な環境における物品移動装置としては、円滑な物
品の移動と、移動台の摺動部分が摩耗することによる粉
塵が発生することとを避ける為、床面に設けられたエア
ノズルから高圧空気を吹き出し、以て浮上台を床面から
浮き上がらせて移動させるエアスライダが用いられるこ
とが多かった。しかし、該エアスライダは多量の高圧空
気を必要とする欠点があった。

この為、浮上台の下側に設けた円板を回転させることに
より該円板と床面との間に動圧を生じさせて円板を床面
から浮上させる浮動支持機構が提案されている。

該浮動支持機構の主浮動装置は駆動用モータと螺旋状溝
部を下面に形成した円板部とで構成されるものであり、
第４図に示す様にケーシング19内にモータ21を設け、該
モータ21の駆動軸22下端に円板部31が設けられている。

該円板部31は、床面41に対面する下面32をセラミック層
39として強度を高め、該下面32において、第５図に示す
様に周囲には螺旋状の溝部36を多数形成すると共に、中
央部分を平坦な均圧部35としている。尚、該溝部36の深
さは約３乃至20μｍであり、且つ溝部36の底部を均圧部
35と同一高さに形成している。

従って、該円板部31を平滑な床面41上で高速回転させる
と溝部36によって空気等の流体が均圧部35に集中するこ
ととなり、動圧が発生して円板部31は床面41から浮上す
る。

この床面41と円板部31との間に生ずる間隙は約１μｍと
極めて狭い間隙であるも、この流体層により床面41に対
する摩擦係数を略零とすることができ、重量物の移動を
円滑且つ容易に行なうことができ、又、モータ21の駆動
は極めて小さな動力で足りる等種々の利点を有する。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述の様に平滑な床面に対し、螺旋状の溝部を有する円
板部をモータにより回転させ、以て動圧により円板部を
浮上させる浮動支持機構は、空気層等の流体層を介して
重量物を支持する故、重量物を容易且つ円滑に移動させ
ることが可能となり、且つ、円板部を回転させる為には
小さな動力で足りるも、主浮動装置の起動時、即ち、円
板部の回転始動に際して円板部を床面から持ち上げる必
要が有り、円板部、即ち、モータが定格回転数に至った
後、該円板部を床面へ徐々に降下させる機構を付加しな
ければならず、油圧シリンダやカムとロッドとを用いる
ことが考えられるも、浮動支持機構を複雑とする欠点が
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は駆動軸の端部に設けられた回転円板部の表面に
動圧発生用の溝部を形成した主浮動装置を有する浮動支
持機構において、主浮動装置の近くに脚部を設け、該脚
部のし下端は主浮動装置の円板部下面高さよりも僅かに
高い位置とすると共に、各脚部の一部を圧電素子にて構
成する構造とするものであり、該浮動支持機構の始動方
法としては、該圧電素子の電源スイッチをモータの電源
スイッチと連動させることにより主浮動装置の周囲に配
置した圧電素子に対し、主浮動装置の始動と同時に所定
電圧を加え、且つ、所要時間後に圧電素子に加えた電圧
を遮断する浮動支持機構の始動方法である。

［作用］ 本発明に係る浮動支持機構は主浮動装置の周囲に脚部を
設け、該脚部は圧電素子を有しており、該圧電素子に電
圧を加えることにより脚部の長さが容易に伸縮し、以て
主浮動装置の円板部を容易に床面から持ち上げることが
できる。

そして、圧電素子は印加電圧に対する応答速度が早く、
主浮動装置の始動と同時に圧電素子に電圧を加えること
により微小間隙ではあっても円板部を瞬時に床面から持
ち上げることが可能となり、又、主浮動装置の電源スイ
ッチと連動させることにより圧電素子への電圧印加を容
易とすることができる。

又、主浮動装置の始動と同時に圧電素子に電圧を加える
方法は主浮動装置の電源スイッチと圧電素子の電源スイ
ッチを連動させることにより容易に自動化でき、浮動支
持機構の始動の為のスイッチ操作を容易とすることがで
きるものであって、主浮動装置の始動と同時に圧電素子
に電圧を加えることにより主浮動装置の円板部を床面か
ら持ち上げ、円板部の回転始動を確実とし、且つ、所要
時間後に圧電素子に加えた電圧を遮断する方法である
故、モータ及び円板部が所要の回転数に至った後、圧電
素子を縮め、円板部の回転により発生する動圧により、
床面との摩擦抵抗を極めて小さくした主浮動装置による
支持を容易に達成し得る浮動支持機構の始動方法であ
る。

［実施例］ 本発明の１実施例は第１図に示す様にケーシング19内に
組み込まれたモータ21の駆動軸22の下端に円板部31を設
けた主浮動装置20を２固有する浮動指示機構10である。

該２個の浮動支持機構10は、同一構造にして逆方向に円
板部31を回転させることにより浮動支持機構10に生じる
反力を打ち消す様にしている。

そして、円板部31は上面33及び下面32をセラミック層39
としてその強度を高くし、以て、動圧が発生した状態に
おいても上面33及び下面32の変形の度合が小さくなる様
にし、該円板部31の下面32には第２図に示す様に動圧を
発生させる為の螺旋状の溝部36が周囲に刻設されてお
り、上面33にも同様に螺旋状の溝部が形成されている。
尚、円板部31の表面、溝部36の底面、及び溝部36の底面
と同一高さに形成されている均圧部35の表面は極めて平
面とされていることは言う迄もない。

更に、円板部31の上方にはシリコンゴム製の弾性板26を
介し、下面をセラミック層27として表面を極めて平滑と
した軸受板25が円板部31に近接する様にケーシング19に
取り付けられている。

又、上記２個の主浮動装置20を囲む様にケーシング19の
四隅近傍には、第３図に示す様にケーシング19に螺子止
めされた脚部基部12に対して極めてピッチの短い螺子に
より固定され、且つ下端に圧電素子15を設けた支柱部13
を取り付けることにより脚部11を形成している。該脚部
11はその下端17の高さが前記主浮動装置20の円板部下面
32よりも約＋μｍ程度高い位置となる様に調整されてい
る。

これは前記圧電素子15として積層型圧電アクチュエータ
と称させる素子が用いられ、該圧電素子15に電圧を加え
た場合の伸長変位量が数十μｍであって、該圧電素子15
の伸長により脚部11の長さが伸びた場合に円板部31を床
面41から僅かに持ち上げ得る脚部下端17高さとして調整
されるものである。

上述の如き主浮動装置20と脚部11とを有する浮動支持機
構10の始動に際しては、モータ21の電源を入れると同時
に圧電素子15に電圧を印加し、以て、圧電素子15を伸長
させて円板部31を床面41から持ち上げる様にする。この
モータ21電源のONと同時に圧電素子15に電圧を印加する
ことは圧電素子15の電源スイッチとモータ21の電源スイ
ッチを単に連動させれば足りる。

更に、圧電素子15の電源スイッチと直列に補助スイッチ
を設けるものとし、該補助スイッチは通常ON状態とされ
ており、主浮動装置20のモータ21の回転数を検出し、モ
ータ21の回転数が定格回転数に至るとOFF状態となるガ
バナスイッチである。

従って、モータ21の電源をONとすることにより、圧電素
子15の電源スイッチをONとして圧電素子15を伸長させ、
円板部31を床面41から持ち上げた状態でモータ21の始動
を行なうことができ、円板部31は固体接触することなく
回転を開始し、円板部31の下面32に形成された溝部36に
より空気等の流体を円板部31の中心に送り込み、以て円
板部31と床面41との間に動圧を生じさせることになる。
このとき、円板部31はその上面33の溝部によって軸受板
25と円板部31との間にも動圧を生じさせる。

そして、モータ21の電源がONとされてから所要時間経過
し、モータ21が定格回転に達すると補助スイッチがOFF
状態となり、圧電素子15に印加されていた電圧が零とな
ることにより圧電素子15が初期の長さに短縮し、従って
円板部31及びケーシング19が降下することとなる。

しかし、円板部31と床面41との間には円板部31の高速回
転による動圧が生じており、円板部31は床面41との間に
約１μｍ程度の流体層を形成しており床面41から浮上し
た状態を保つこととなる。

尚、円板部31の上面に設けられた溝部は、円板部31と軸
受板25との間に動圧を生じさせ、以て、ケーシング19の
上部に載置される荷物による荷重を、軸受板25及び流体
層を介して円板部31に伝達することにより駆動軸22の軸
受に加わる負荷を軽減するものである。

又、圧電素子15の電源スイッチと直列に挿入された補助
スイッチはガバナスイッチに限ることなく、電気的にモ
ータ21の回転数を検出し得るものでも良く、要はモータ
21が定格回転に至った場合にOFF状態と成し得るスイッ
チで足り、更には、モータ21の回転数を検出することな
く、モータ21の電源スイッチがONとされた後、数秒間の
時間経過によりOFF状態とする場合もある。

この様に、モータ21が定格回転に至る所要時間後に補助
スイッチをOFF状態とする場合は、単安定マルチバイブ
レータ、その他コンデンサの放電特性を利用した回路等
種々のタイマー回路と半導体スイッチを用いることによ
り容易に組むことができ、又、半導体スイッチは電流を
遮断接続する時にスパーク等の放電をすることなく、ク
リーンな環境を維持する利点がある。

尚、上記実施例は主浮動装置20を２個用い、脚部11を四
隅に設けたが、主浮動装置20の数は２個に限ることな
く、又、脚部11の数も４個に限るものではなく、更に、
該脚部11の一部を構成する圧電素子15は、支柱部13の下
端に設ける場合に限ることなく支柱部13の中間等適宜位
置で脚部11の一部を構成すれば足りる。

特に脚部11は主浮動装置20の始動時に円板部31を床面41
から持ち上げるものである故、該脚部11の低面積を広く
して安定性を有する様にすれば、ケーシング19の下方中
央、即ち２個又は３個の主浮動装置20の中央に該脚部11
を１個設けるのみで、足りることもあり、又、圧電素子
15の耐圧力に応じて適宜増設し得るものである。

そして、圧電素子15は消費電力が極めて小さい故、太陽
電池を適宜直列に接続して所要の電圧とすることにより
圧電素子15に印加する電圧を得ることができ、モータ21
の消費電力も比較的小さいことと併せてケーシング19に
太陽電池を設ける等により動力源を該浮動支持機構10に
設け、浮動支持機構10の移動性を一層高めることもでき
る。

要は、電圧を加えるのみでその長さが変化する圧電素子
15を組み込んだ脚部11を主浮動装置20の周囲に配して円
板部31を床面41から持ち上げ得る様にした浮動支持機構
10であり、又、主浮動装置20の電源スイッチの接続と同
時に、該主浮動装置20の周囲に設けた脚部11の圧電素子
15に電圧を加え、以て主浮動装置20の円板部31を床面41
から持ち上げ、主浮動装置20のモータ21が定格回転に至
る所要時間が経過した後に前記圧電素子15に加えた電圧
を遮断する浮動支持機構10の始動方法である。尚、圧電
素子15に印加した電圧の遮断に際しては、所定電圧から
一気に零電圧とすることなく、徐々に電圧を降下させる
様にして遮断すれば圧電素子15の短縮が該電圧降下に従
って徐々に行なわれ、円板部31の降下を緩やかに行なう
ことができる。

［発明の効果］ 本発明は主浮動装置の周囲に圧電素子を組み込んだ脚部
を設ける浮動支持機構である故、製造容易にして、該脚
部は圧電素子に電圧を印加するのみで伸長し、単純な構
造にして容易に主浮動装置の円板部を床面から浮き上が
らせることができ、円板部の回転始動の回転始動を容易
として動圧の発生を確実とすることができる。

又、圧電素子の電源スイッチとモータの電源スイッチを
連動させて主浮動装置の始動と同時に圧電素子に電圧を
印加し、且つ、所要時間後に電圧を遮断する方法は、タ
イマーやモータの回転検出器を用いて容易に自動化でき
る方法であり、主浮動装置の円板部が高速回転に達する
迄の所要時間だけ円板部を床面から持ち上げることがで
きる方法であって主浮動装置の始動を容易且つ確実と成
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る浮動支持機構の断面側面図、第２
図は底面図であり、第３図は脚部を示す図にして、第４
図は主浮動装置の断面側面図、第５図は円板部の下面を
示す図である。 10……浮動支持機構、11……脚部、12……脚部基部、13
……支柱部、15……圧電素子、17……脚部下端、19……
ケーシング、20……主浮動装置、21……モータ、22……
駆動軸、25……軸受板、26……弾性板、27……軸受板セ
ラミック層、31……円板部、32……円板部下面、33……
円板部上面、35……均圧部、36……溝部、39……円板部
セラミック層、41……床面。

フロントページの続き (72)発明者 千葉 勝利 神奈川県藤沢市藤沢4720番地 株式会社荏 原総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−283214（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸の端部に設けられた回転円板部の表
   面に動圧発生用の溝部を形成した主浮動装置を有する浮
   動支持機構において、該主浮動装置の近くに脚部を設
   け、該脚部の下端は主浮動装置の円板部下面高さよりも
   僅かに高い位置とすると共に、各脚部の一部を圧電素子
   にて構成した構造を特徴とする浮動支持機構。
2. 【請求項２】主浮動装置の周囲に圧電素子を組み込んだ
   脚部を配置した浮動支持機構において、圧電素子の電源
   スイッチをモータの電源スイッチと連動させ、以て前記
   圧電素子に対し、主浮動装置の始動と同時に所定電圧を
   印加し、且つ、所要時間後に圧電素子に印加した電圧を
   遮断することを特徴とする浮動支持機構の始動方法。
3. 【請求項３】圧電素子に印加した電圧を遮断するに際し
   て、印加電圧を徐々に降下させて所定電圧から零電圧と
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の浮動
   支持機構の始動方法。