JPH09317768A - 静圧流体軸受 - Google Patents

静圧流体軸受

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JPH09317768A
JPH09317768A JP8139326A JP13932696A JPH09317768A JP H09317768 A JPH09317768 A JP H09317768A JP 8139326 A JP8139326 A JP 8139326A JP 13932696 A JP13932696 A JP 13932696A JP H09317768 A JPH09317768 A JP H09317768A
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groove
movable body
hydrostatic bearing
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pressure
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Yuzaburo Osumi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】可動体と固定体との間隙に供給する圧縮流体に
よる可動体の撓みを抑え、軸受け剛性および最大負荷容
量を向上させる。 【解決手段】固定体と該固定体を囲繞する可動体とから
なり、上記可動体の内壁面には、移動方向に対して直角
に左右対称な裾広がり状の圧力調整溝を形成し、該圧力
調整溝に圧縮流体を供給することで可動体を固定体上で
静圧支持して静圧流体軸受を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超精密旋盤、フラ
イス盤、平面研削盤などの精密加工装置や精密測定測定
装置のスライド装置等を構成する静圧流体軸受に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、超精密旋盤、フライス盤、平面研
削盤などの精密加工装置や精密測定測定装置には、高精
度な案内および位置決めを行うためのスライド装置とし
て静圧流体軸受が使用されている。
【0003】図6(a)、(b)に一般的な静圧流体軸
受Bの構造を示すように、外周のエッジ部に排気溝23
を備えた固定体22と、該固定体22を囲繞する可動体
21とからなり、上記固定体22と可動体21との間隙
に圧縮流体を供給することにより可動体21を固定体2
2上で静圧支持するとともに、ボールネジあるいはリニ
アモー等の駆動手段(不図示)により可動体1の移動お
よび位置決めを行うようになっていた。
【0004】また、図7に示すように、可動体21の各
内壁面210には移動方向と平行な細長の流体溝211
が、移動方向と直角な方向には上記流体溝211より浅
いT字状の圧力導入溝212が左右対称にそれぞれ複数
個刻設してあり、各内壁面210の流体溝211には可
動体21の内部に穿設する供給通路214から噴出孔2
15を介して圧縮流体を噴出させるようになっていた。
【0005】そして、上記可動体21の供給通路214
に圧縮流体を供給し、噴出孔215より各内壁面210
の流体溝211に噴出させることにより圧力導入溝21
2を介して固定体22と可動体21との間隙に静圧流体
層を形成して静圧支持するようになっていた。
【0006】また、このような静圧流体軸受Bにおい
て、軸受け剛性(モーメント、回転方向)を高めるため
には可動体21の内壁面210に形成する圧力導入溝2
12の面積を大きくする必要があり、その溝212を図
8aに示す田字状をした圧力導入溝212や、さらには
図8bに示す多孔質体からなる圧力導入溝212とした
ものもあった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記静圧流
体軸受Bでは、可動体21の噴出孔215より圧縮流体
を噴出して固定体22と可動体21との間隙に静圧流体
層を形成すると、図9のように可動体21の各内壁面2
10の中央部が外側に撓み、可動体21と固定体21と
の間隙が大きくなるといった課題があった。即ち、圧力
導入溝212の溝形状(溝深さや溝幅、溝長さ)は固定
体22と可動体21との間隙幅に応じて最適値が設計さ
れており、上述の如く可動体21の内壁面210の中央
部が外側に撓んで間隙幅が変化すると、圧力導入溝21
2の溝形状が最適設計から外れることから軸受け剛性
(モーメント、回転方向)が著しく低下するとともに、
振動を誘発したり、最大負荷容量が低下し、さらには圧
縮流体の使用量が多くなるといった課題があった。
【0008】そこで、可動体21の変形を防ぐために肉
厚を厚くすることも考えられるが、この場合、可動体2
1の重量増加に伴い摺動特性を大きく阻害する恐れがあ
った。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、固定体と該固定体を囲繞する可動体とからな
り、上記可動体の内壁面には、移動方向に対して直角に
裾広がり状の圧力導入溝を左右対称に備え、該圧力導入
溝に圧縮流体を供給することにより可動体を固定体上で
静圧支持して静圧流体軸受を構成したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。
【0011】図1は本発明の実施形態の一例である静圧
流体軸受Aを示す図で、(a)は斜視図、(b)は主要
部の縦断面図であり、外周のエッジ部に排気溝3を備え
た四角柱の固定体2と、該固定体2を囲繞する固定体1
とからなり、上記固定体2と可動体1との間隙に圧縮流
体を供給することにより可動体1を固定体2上で静圧支
持するとともに、ボールネジあるいはリニアモー等の駆
動手段(不図示)により可動体1の移動および位置決め
を行うようになっている。
【0012】また、図2に示すように、可動体1の各内
壁面10には移動方向と平行な細長の流体溝11を設け
るとともに、移動方向と直角な方向には上記流体溝11
より浅い溝深さが3〜25μm程度の圧力導入溝12を
左右対称にそれぞれ複数個刻設してなり、上記圧力導入
溝12の溝形状を中央部から側端部に向かって裾広がり
状としてある。また、可動体1の内部には供給通路14
を穿設してあり、該供給通路14は噴出孔15を介して
各内壁面10の流体溝11と連通させてある。
【0013】なお、噴出孔15より流体溝11に噴出さ
れた圧縮流体は絞り溝13を介して圧力導入溝12に導
入するようになっている。
【0014】そして、上記可動体1の供給通路14に圧
縮流体を供給して噴出孔15から流体溝11に噴出し、
該圧力導入溝12を介して固定体2と可動体1との間隙
に静圧流体層を形成することにより可動体1を固定体2
上で静圧支持するようになっている。
【0015】また、本発明は可動体1の各内壁面10に
形成する圧力導入溝12の溝形状を裾広がり状としてあ
るため、固定体2と可動体1との間隙に供給する圧縮流
体による可動体1の変形を抑えることができる。
【0016】即ち、圧力導入溝12の溝形状を裾広がり
状とすることにより内壁面10の中央部における圧力面
積を小さくし、内壁面10の両側端部における圧力面積
を大きくすることができるため、噴出孔15から流体溝
11に供給された圧縮流体は剛性の高い内壁面10の両
側端部へ流れるため、剛性の低い内壁面10の中央部に
おける撓みを抑えることができる。その為、固定体2と
可動体1との間隙に供給する圧縮流体の噴出圧を高める
ことができるため、軸受け剛性ならびに最大負荷容量を
大幅に向上させることができるとともに、圧縮流体の使
用量を抑えることができる。
【0017】ところで、圧力導入溝12の溝形状が裾広
がり状とは、図2に示すように中央部から側端部に向か
って溝幅が滑らかに広くなる構造をしたもののことであ
り、図7に示す圧力導入溝212のように溝幅が急激に
広がるT字状をしたものとは明らかに異なるものであ
る。
【0018】このような圧力導入溝12の溝形状の決定
に当たっては、圧力導入溝12の溝形状を長方形とし、
固定体2と可動体1と間隙に圧縮流体を供給した時の可
動体1の撓み量を電気マイクロ等の測定器により検出
し、この撓みカーブと同一または近似した曲面パターン
を有する溝形状とすれば良い。その為、圧力導入溝12
の溝形状は図2に示すもの以外に、図3に示すようなベ
ルボトム状をしたもの、あるいは三角形状をしたものや
階段状に広がる形状をしたものであっても良く、、好ま
しくは撓みカーブが最小でかつ溝面積が最大となるよう
な溝形状とすれば良い。なお、圧力導入溝12の溝形状
の決定に当たってはコンピュータシュミレーション等に
より解析した溝形状を採用することもできる。
【0019】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。
【0020】図4は可動体1の内壁面10に形成する圧
力調整溝12の他の溝形状を示す拡大図であり、図4
(a)は裾広がり状の圧力調整溝12の内部に噴出孔1
5を設けるとともに、溝12の内部に複数個の凸部16
を設けたものである。このように溝12の内部に複数個
の凸部16を設けることにより溝12容積の増加に伴う
共振(ニューマチックハンマ)を抑えることができる。
【0021】図4(b)は中央部で左右対称な裾広がり
状の圧力調整溝12を連通させたものであり、該圧力調
整溝12の内部には噴出孔15を設けるとともに、圧力
調整溝12の外周に複数個のスリット17を設けたもの
である。このように溝12の外周にスリット17を設け
ても図4(a)に示す圧力調整溝12と同様に共振(ニ
ューマチックハンマ)を抑えることができる。
【0022】なお、本発明における圧力調整溝12の溝
形状は、図2乃至図4に示したものだけに限定されるも
のではなく、溝幅が内壁面10の中央部から側端部に向
かって滑らかに広がる裾広がり状をしたものであれば良
い。
【0023】
【実施例】
(実施例1)図2の圧力調整溝12を有する本発明の静
圧流体軸受Aと図8a〜cの圧力調整溝212を有する
従来の静圧流体軸受Bとを用意して剛性特性(中央ラジ
アル剛性、モーメント剛性)および最大負荷容量につい
て実験を行った。
【0024】各静圧流体軸受A、Bは固定体2、22を
断面が正方形(一辺:60mm)をした角柱体とし、該
固定体2、22を囲繞する可動体1、21には長さが1
50mm、厚さが15mmで、かつその軸受面積が15
0×56(mm)であるものを使用した。また、可動体
1、21の内壁面10、210に形成する圧力導入溝1
2、212の溝深さは20μmとし、可動体1および固
定体2は共にアルミナ純度が99.5%のアルミナセラ
ミックスで形成した。
【0025】そして、可動体1の供給通路14、214
に4(Kg/cm2 )の圧縮流体を供給して可動体1、
21を固定体2、22上で静圧支持させて剛性特性およ
び最大負荷容量を測定した。それぞれの結果は表1に示
す通りである。
【0026】
【表1】
【0027】この結果、従来の静圧流体軸受Bは全て図
9に示すように可動体21の内壁面210の中央部にお
いて外側に広がる撓みを生じたが、本発明に係る静圧流
体軸受Aでは可動体1の変形は見られなかった。
【0028】その為、本発明に係る静圧流体軸受Aは従
来の中で最も高い軸受け剛性を有する図8bの圧力調整
溝212を備える静圧流体軸受Bと比べて軸受け剛性を
2倍近くまで高めることができ、また、最大負荷容量が
最も高い図8aの圧力調整溝212を備える静圧流体軸
受Bと比べても最大負荷容量を大幅に向上させることが
できた。
【0029】(実施例2)次に、図2の圧力調整溝12
を有する本発明の静圧流体軸受Aと図8bの圧力調整溝
12を有する従来の静圧流体軸受Bとを用意して、各静
圧流体軸受A、Bの可動体1、21を一定の強さのもと
で樹脂ハンマーにより叩いた時の振動特性について比較
実験を行った。
【0030】本発明に係る静圧流体軸受Aの振動特性は
図5(a)に、従来の静圧流体軸受Bの振動特性は図5
(b)にそれぞれ示す通りである。
【0031】この結果、本発明に係る静圧流体軸受Aの
減衰時間は、従来の静圧流体軸受Bの減衰時間の1/4
と非常に短く、振動発生の少ない静圧流体軸受とできる
ことが判った。
【0032】そこで、本発明の静圧流体軸受Aを精密加
工装置のスライド装置に採用したところ、高速、高負荷
が可能となり、切削加工や研削加工では仕上げまでの加
工時間を従来のものに比べて2/3〜1/4にまで短縮
することができ、大幅に改善することができた。
【0033】また、3次元測定装置のスライド装置に採
用したところ、耐振動特性が改善され、測定精度と測定
スピードをそれぞれ40%程度向上させることができ
た。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固定体
と該固定体を囲繞する可動体とからなり、上記可動体の
内壁面には、移動方向に対して直角に裾広がり状の圧力
調整溝を左右対称に備え、該圧力調整溝に圧縮流体を供
給することにより可動体を固定体上で静圧支持して静圧
流体軸受を構成したことにより、可動体と固定体との間
隙に供給する圧縮流体による可動体の撓みを抑えること
ができる。その為、圧縮流体の噴出圧を高めることがで
き、軸受け剛性ならびに最大負荷容量を大幅に向上させ
ることができるとともに、圧縮流体の漏れを抑えること
ができる。その結果、いままでにない高速、高負荷が可
能となり、精密測定装置に用いれば、加工精度の向上と
加工時間を短縮することができるとともに、精密測定装
置に用いれば、測定精度の向上と測定時間を短縮するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例である静圧流体軸受を
示す図であり、(a)は斜視図、(b)は主要部の縦断
面図である。
【図2】図1(b)のXーX線断面図である。
【図3】本発明に係る他の溝形状を有する圧力調整溝を
備えた断面図である。
【図4】(a)、(b)は本発明に係る圧力調整溝の他
の溝形状を示す拡大図である。
【図5】(a)は本発明に係る静圧流体軸受の減衰特性
を示すグラフであり、(b)は従来の静圧流体軸受の減
衰特性を示すグラフである。
【図6】一般的な静圧流体軸受を示す図であり、(a)
は斜視図、(b)は主要部の縦断面図である。
【図7】図6(b)のYーY線断面図である。
【図8】(a)、(b)は従来の他の溝形状を有する圧
力調整溝を備えた断面図である。
【図9】従来の静圧流体軸受を構成する可動体と固定体
との間隙に圧縮流体を供給した時の状態を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1・・・可動体、 2・・・固定体、 3・・・排出
溝、 10・・・内壁面、11・・・流体溝、 12・・・圧
力導入溝、 13・・・絞り溝、14・・・供給通路、 15
・・・噴出孔、 A・・・静圧流体軸受

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定体と該固定体を囲繞する可動体とから
    なり、上記可動体の内壁面には、移動方向に対して直角
    に裾広がり状の圧力導入溝を左右対称に備え、該圧力導
    入溝に圧縮流体を供給することにより可動体を固定体上
    で静圧支持してなる静圧流体軸受。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5913120A (ja) * 1982-07-09 1984-01-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 静圧流体軸受
JPS6237622U (ja) * 1985-08-22 1987-03-05

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