JPH10306825A - 気体軸受 - Google Patents
気体軸受Info
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- JPH10306825A JPH10306825A JP11492897A JP11492897A JPH10306825A JP H10306825 A JPH10306825 A JP H10306825A JP 11492897 A JP11492897 A JP 11492897A JP 11492897 A JP11492897 A JP 11492897A JP H10306825 A JPH10306825 A JP H10306825A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 気体軸受の剛性と、負荷変動に対する安定性
とを向上させる。 【解決手段】 リニアステージ５に軸受台２を設けた気
体軸受１と、この気体軸受の上の受圧体にラジアル気体
軸受９で支持された回転軸８を取り付けた浮上体６と、
この浮上体６に加えられた負荷Ｗによる変位量を検出す
るセンサ１５と、このセンサ１５によって検出された変
位量に応じてリニアステージ５を上昇または下降させて
その位置を制御する制御手段１７とを設ける。
とを向上させる。 【解決手段】 リニアステージ５に軸受台２を設けた気
体軸受１と、この気体軸受の上の受圧体にラジアル気体
軸受９で支持された回転軸８を取り付けた浮上体６と、
この浮上体６に加えられた負荷Ｗによる変位量を検出す
るセンサ１５と、このセンサ１５によって検出された変
位量に応じてリニアステージ５を上昇または下降させて
その位置を制御する制御手段１７とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体を潤滑材とし
て利用した気体軸受に関するものである。
て利用した気体軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、気体軸受では、気体を供給する絞
りの形状を工夫することによって軸受剛性を向上させて
いる。
りの形状を工夫することによって軸受剛性を向上させて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、受動型のため
ゆっくりした負荷変動に対しても無限軸受剛性を得るこ
とはできなかった。また、軸受剛性の向上を図ると自励
振動を起こしやすい欠点があった。
ゆっくりした負荷変動に対しても無限軸受剛性を得るこ
とはできなかった。また、軸受剛性の向上を図ると自励
振動を起こしやすい欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、上述した従来の問題点を
解消し、気体軸受に制御を施して本来の気体軸受の長所
を保ちつつ所定のほぼ無限の軸受剛性を得ることが可能
な気体軸受を提供することにある。
解消し、気体軸受に制御を施して本来の気体軸受の長所
を保ちつつ所定のほぼ無限の軸受剛性を得ることが可能
な気体軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる気体軸受
は、軸受台から気体を噴出して浮上体を浮上させ非接触
で保持する気体軸受において、前記軸受台を上昇または
下降させ前記浮上体との間隔を調整する駆動手段と、前
記浮上体側の負荷による軸の変位を検出する検出手段
と、検出された変位に応じてフィードバック制御して前
記駆動手段を前記浮上体の変位を打消すように駆動する
制御手段とを具備したものである。
は、軸受台から気体を噴出して浮上体を浮上させ非接触
で保持する気体軸受において、前記軸受台を上昇または
下降させ前記浮上体との間隔を調整する駆動手段と、前
記浮上体側の負荷による軸の変位を検出する検出手段
と、検出された変位に応じてフィードバック制御して前
記駆動手段を前記浮上体の変位を打消すように駆動する
制御手段とを具備したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明にかかる気体軸受は、従来
固定であった軸受台を浮上体の位置変動に合わせて移動
（上昇または下降）させる。したがって浮上体にかかる
負荷に変動があっても浮上体そのものは位置の変動を起
さずその位置に保持されることになる。
固定であった軸受台を浮上体の位置変動に合わせて移動
（上昇または下降）させる。したがって浮上体にかかる
負荷に変動があっても浮上体そのものは位置の変動を起
さずその位置に保持されることになる。
【０００７】このように、軸受台を位置制御することに
よって気体軸受の剛性を極めて高くすることができる。
よって気体軸受の剛性を極めて高くすることができる。
【０００８】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
を詳細に説明する。
を詳細に説明する。
【０００９】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の動作原理
を示す図で、図１（ａ），（ｂ）は軸受側位置の制御動
作原理を示す概略構成図、図１（ｃ）は浮上体に負荷が
加わったとき軸受側を制御しない場合の特性を示す図、
図１（ｄ）は浮上体に負荷が加わったとき軸受側を制御
した場合の特性を示す図である。
を示す図で、図１（ａ），（ｂ）は軸受側位置の制御動
作原理を示す概略構成図、図１（ｃ）は浮上体に負荷が
加わったとき軸受側を制御しない場合の特性を示す図、
図１（ｄ）は浮上体に負荷が加わったとき軸受側を制御
した場合の特性を示す図である。
【００１０】これらの図において、１は気体軸受（以
下、単に軸受という）で、軸受台２がリニアステージ５
の上方に設けられて構成される。軸受台２には、表面に
噴出孔３が所要数形成されており、図示しない給気装置
から圧力気体４を噴出する。その上方には圧力気体４に
よって浮上している浮上体６が所要の負荷Ｗを受けて配
設されている。リニアステージ５は、上下方向（座標Ｚ
方向）への微小移動がリニアに可能なものである。な
お、図１（ａ）においては、浮上体６は他の構成部分を
省略して受圧体７のみを図示してあり、受圧体７は軸受
台２と対向して配設されている。また、Ｗは負荷で、Δ
Ｗは負荷Ｗに対しさらに加えられた荷重を示す。また、
Ｏは前記軸受台２の上面で軸受面となる部分である。ｈ
は前記軸受台２の上面Ｏから受圧体７の下面までの距離
である。
下、単に軸受という）で、軸受台２がリニアステージ５
の上方に設けられて構成される。軸受台２には、表面に
噴出孔３が所要数形成されており、図示しない給気装置
から圧力気体４を噴出する。その上方には圧力気体４に
よって浮上している浮上体６が所要の負荷Ｗを受けて配
設されている。リニアステージ５は、上下方向（座標Ｚ
方向）への微小移動がリニアに可能なものである。な
お、図１（ａ）においては、浮上体６は他の構成部分を
省略して受圧体７のみを図示してあり、受圧体７は軸受
台２と対向して配設されている。また、Ｗは負荷で、Δ
Ｗは負荷Ｗに対しさらに加えられた荷重を示す。また、
Ｏは前記軸受台２の上面で軸受面となる部分である。ｈ
は前記軸受台２の上面Ｏから受圧体７の下面までの距離
である。
【００１１】また、図１（ｃ）において、点Ｓ０は軸受
１の動作点で、受圧体７の負荷Ｗにさらに負荷ΔＷが加
わると、フィードバック制御をしない図１（ａ）の場合
では、図１（ｃ）に示すように点Ｓ０から点Ｓ１に変位
した距離Δｈだけ受圧体７が軸受１側に移動し、図１
（ａ）の実線の位置から２点鎖線に示した位置になる。
一方、フィードバック制御をする図１（ｂ）の場合は、
図１（ｄ）に示すように変位した距離Δｈだけ軸受台２
の上面Ｏが図１（ａ）の受圧体７、つまり浮上体６に近
づくため、点Ｓ０は点Ｓ２に移動するが受圧体７の位置
の変化がなく、高剛性を得たことになる。
１の動作点で、受圧体７の負荷Ｗにさらに負荷ΔＷが加
わると、フィードバック制御をしない図１（ａ）の場合
では、図１（ｃ）に示すように点Ｓ０から点Ｓ１に変位
した距離Δｈだけ受圧体７が軸受１側に移動し、図１
（ａ）の実線の位置から２点鎖線に示した位置になる。
一方、フィードバック制御をする図１（ｂ）の場合は、
図１（ｄ）に示すように変位した距離Δｈだけ軸受台２
の上面Ｏが図１（ａ）の受圧体７、つまり浮上体６に近
づくため、点Ｓ０は点Ｓ２に移動するが受圧体７の位置
の変化がなく、高剛性を得たことになる。
【００１２】図２は、本発明にかかる気体軸受の実験装
置の一例を示す一部を断面で示した側面図で、図１と同
一符号は同一部分を示す。すなわち、図２は図１の動作
原理を具体的に説明するためのもので、リニアステージ
支持の気体の軸受の実験装置である。すなわち、リニア
ステージ５上に軸受台２を設ける。浮上体６の受圧体７
は筐体１０内のラジアル気体軸受９で支持されたステン
レス製の回転軸８の下端８ａに取り付けられている。回
転軸８の上方部分８ｂはラジアル気体軸受９を封止する
遮蔽板１１に挿通されている。また、支柱１２の上端に
はレバー１３の基部１３ａが回動自在に支持され、その
先端部１３ｂに荷重が回転軸８の上端８ｃに負荷Ｗとし
て加えられる。負荷Ｗの大きさは回転軸８の上端８ｃに
設けたロードセル１４によって検出される。また、負荷
Ｗによる浮上体４の変位量は例えば渦電流式のセンサ１
５によって検出するようになっている。
置の一例を示す一部を断面で示した側面図で、図１と同
一符号は同一部分を示す。すなわち、図２は図１の動作
原理を具体的に説明するためのもので、リニアステージ
支持の気体の軸受の実験装置である。すなわち、リニア
ステージ５上に軸受台２を設ける。浮上体６の受圧体７
は筐体１０内のラジアル気体軸受９で支持されたステン
レス製の回転軸８の下端８ａに取り付けられている。回
転軸８の上方部分８ｂはラジアル気体軸受９を封止する
遮蔽板１１に挿通されている。また、支柱１２の上端に
はレバー１３の基部１３ａが回動自在に支持され、その
先端部１３ｂに荷重が回転軸８の上端８ｃに負荷Ｗとし
て加えられる。負荷Ｗの大きさは回転軸８の上端８ｃに
設けたロードセル１４によって検出される。また、負荷
Ｗによる浮上体４の変位量は例えば渦電流式のセンサ１
５によって検出するようになっている。
【００１３】また、１６は前記リニアステージ５を載置
し、支柱１２を取り付けたテーブルで、例えばハンドル
操作により座標Ｘ，Ｙ方向に移動可能になっている。
し、支柱１２を取り付けたテーブルで、例えばハンドル
操作により座標Ｘ，Ｙ方向に移動可能になっている。
【００１４】１７は制御手段で、一方はセンサ１５に、
他方はリニアステージ５に接続されており、浮上体６の
回転軸８の変位をセンサ１５によって検出して、この検
出量を制御手段１７によりリニアステージ５にフィード
バックして移動させる。
他方はリニアステージ５に接続されており、浮上体６の
回転軸８の変位をセンサ１５によって検出して、この検
出量を制御手段１７によりリニアステージ５にフィード
バックして移動させる。
【００１５】本発明にかかる気体軸受は、従来固定であ
った超電導体を浮上体６の位置の変動に合わせて上昇ま
たは下降させる。したがって浮上体６にかかる負荷Ｗに
変動があっても浮上体６そのものは位置の変動を起さず
その位置に保持されることになる。
った超電導体を浮上体６の位置の変動に合わせて上昇ま
たは下降させる。したがって浮上体６にかかる負荷Ｗに
変動があっても浮上体６そのものは位置の変動を起さず
その位置に保持されることになる。
【００１６】次に図２の実験装置の動作の概要について
説明する。レバー１３の先端部１３ｂを押し下げて負荷
Ｗを回転軸８に加えて降下させると、その変位量（下降
量）がセンサ１５により検出される。この変位量が制御
手段１７に入力されると制御手段１７はリニアステージ
５を制御して上記の変位量だけリニアステージ５を上昇
させる。これにより受圧体７すなわち回転軸８は降下す
ることなく、その位置に保持される。負荷Ｗをいろいろ
と増減させても常に前記の動作が行われる。
説明する。レバー１３の先端部１３ｂを押し下げて負荷
Ｗを回転軸８に加えて降下させると、その変位量（下降
量）がセンサ１５により検出される。この変位量が制御
手段１７に入力されると制御手段１７はリニアステージ
５を制御して上記の変位量だけリニアステージ５を上昇
させる。これにより受圧体７すなわち回転軸８は降下す
ることなく、その位置に保持される。負荷Ｗをいろいろ
と増減させても常に前記の動作が行われる。
【００１７】なお、制御方式は比例微分積分制御を使用
している。また、検出手段であるセンサ１５は前記渦電
流式に限定されることなく光センサ、圧力センサまたは
磁気センサであってもよい。さらに、変位量が少ないと
きは駆動手段であるリニアステージ５の代わりに電歪素
子や磁歪素子を利用することにより小型で高速な制御が
可能となる。
している。また、検出手段であるセンサ１５は前記渦電
流式に限定されることなく光センサ、圧力センサまたは
磁気センサであってもよい。さらに、変位量が少ないと
きは駆動手段であるリニアステージ５の代わりに電歪素
子や磁歪素子を利用することにより小型で高速な制御が
可能となる。
【００１８】図３，図４は時間（横軸）に対し、浮上体
６側の変位量（縦軸）Ｄと負荷Ｗの変化の関係を示す図
で、図３は軸受１側を制御しない場合、図４は軸受１側
を制御した場合を示す。各図はいずれも傾向の説明図で
ある。
６側の変位量（縦軸）Ｄと負荷Ｗの変化の関係を示す図
で、図３は軸受１側を制御しない場合、図４は軸受１側
を制御した場合を示す。各図はいずれも傾向の説明図で
ある。
【００１９】図３の軸受１側を制御しない場合は、負荷
Ｗの変動に対し、受圧体７の変位量Ｄも大きく変わる。
また、図４の軸受１側を制御した場合は、負荷Ｗが変化
しても受圧体７の変位の変化が小さく、したがって、軸
受１に高剛性が得られる。
Ｗの変動に対し、受圧体７の変位量Ｄも大きく変わる。
また、図４の軸受１側を制御した場合は、負荷Ｗが変化
しても受圧体７の変位の変化が小さく、したがって、軸
受１に高剛性が得られる。
【００２０】図５は、本発明による気体軸受の一実施形
態を示す構成略図である、円板状の浮上体６の下面の周
辺に受圧体７が配置され、一方この受圧体７に対応する
軸受台２が基体１８に設けたリニアステージ５上に設け
られる。なお、図２に示すラジアル気体軸受９および制
御手段１７は省略してある。この構成によって浮上体６
は負荷変動により上昇したり下降したりせずに常に所定
の位置に保持される。
態を示す構成略図である、円板状の浮上体６の下面の周
辺に受圧体７が配置され、一方この受圧体７に対応する
軸受台２が基体１８に設けたリニアステージ５上に設け
られる。なお、図２に示すラジアル気体軸受９および制
御手段１７は省略してある。この構成によって浮上体６
は負荷変動により上昇したり下降したりせずに常に所定
の位置に保持される。
【００２１】なお、上記の実施形態では圧力気体４を用
いたが、これは圧力液体であってもよく、これらを総称
して圧力流体ということもできる。
いたが、これは圧力液体であってもよく、これらを総称
して圧力流体ということもできる。
【００２２】本発明の他の実施形態として、圧力気体４
の圧力を一定とせずに、ゆっくりとした変化に対して圧
力を変化させて対応させ、急激の変化に対してはリニア
ステージによる制御を用いることもできる。
の圧力を一定とせずに、ゆっくりとした変化に対して圧
力を変化させて対応させ、急激の変化に対してはリニア
ステージによる制御を用いることもできる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸受台から気体を噴出して浮上体を浮上させ非接触で保
持する気体軸受において、前記軸受台を上昇または下降
させ前記浮上体との間隔を調整する駆動手段と、前記浮
上体側の負荷による軸の変位を検出する検出手段と、検
出された変位に応じてフィードバック制御して前記駆動
手段を前記浮上体の変位を打消すように駆動する制御手
段とを具備したので、軸受台を浮上体の変位量に応じて
その位置を制御することによって、浮上体の位置の変位
は打消され気体軸受の剛性が著しく高められる。この結
果、気体軸受本来の長所を損なうことなく、浮上体の負
荷による変動に対する変位を少なくすることが可能とな
り、半導体産業に使われているＸ−Ｙステージ、真円度
測定器等の回転テーブルなどの精度を著しく向上でき
る。また、その他の各種機器の軸受に本発明の気体軸受
を用いることができ、各種機器の性能および信頼性の向
上に貢献できる。
軸受台から気体を噴出して浮上体を浮上させ非接触で保
持する気体軸受において、前記軸受台を上昇または下降
させ前記浮上体との間隔を調整する駆動手段と、前記浮
上体側の負荷による軸の変位を検出する検出手段と、検
出された変位に応じてフィードバック制御して前記駆動
手段を前記浮上体の変位を打消すように駆動する制御手
段とを具備したので、軸受台を浮上体の変位量に応じて
その位置を制御することによって、浮上体の位置の変位
は打消され気体軸受の剛性が著しく高められる。この結
果、気体軸受本来の長所を損なうことなく、浮上体の負
荷による変動に対する変位を少なくすることが可能とな
り、半導体産業に使われているＸ−Ｙステージ、真円度
測定器等の回転テーブルなどの精度を著しく向上でき
る。また、その他の各種機器の軸受に本発明の気体軸受
を用いることができ、各種機器の性能および信頼性の向
上に貢献できる。
【図１】本発明の動作原理を示す図で、図１（ａ），
（ｂ）は軸受側位置の制御動作原理を示す概略構成図、
図１（ｃ）は浮上体に負荷が加わったとき軸受側を制御
しない場合の特性を示す図、図１（ｄ）は浮上体に負荷
が加わったとき軸受側を制御した場合の特性を示す図で
ある。
（ｂ）は軸受側位置の制御動作原理を示す概略構成図、
図１（ｃ）は浮上体に負荷が加わったとき軸受側を制御
しない場合の特性を示す図、図１（ｄ）は浮上体に負荷
が加わったとき軸受側を制御した場合の特性を示す図で
ある。
【図２】本発明にかかる気体軸受の実験装置の一例を示
す一部を断面で示した側面図である。
す一部を断面で示した側面図である。
【図３】図２の軸受側を制御しない場合の時間に対する
浮上体側の変位量と負荷の変化の傾向を説明する図であ
る。
浮上体側の変位量と負荷の変化の傾向を説明する図であ
る。
【図４】図２の軸受側を制御した場合の時間に対する浮
上体側の変位量と負荷の変化の傾向を説明する図であ
る。
上体側の変位量と負荷の変化の傾向を説明する図であ
る。
【図５】本発明の一実施形態の構成を示す略図である。
１ 気体軸受 ２ 軸受台 ３ 噴出口 ４ 圧力気体 ５ リニアステージ ６ 浮上体 ７ 受圧体 ８ 回転軸 ９ ラジアル気体軸受 １０ 筐体 １１ ガイド遮蔽板 １２ 支柱 １３ レバー １４ ロードセル １５ センサ １６ テーブル １７ 制御手段 １８ 基体
Claims (1)
- 【請求項１】 軸受台から気体を噴出して浮上体を浮上
させ非接触で保持する気体軸受において、前記軸受台を
上昇または下降させ前記浮上体との間隔を調整する駆動
手段と、前記浮上体側の負荷による軸の変位を検出する
検出手段と、検出された変位に応じてフィードバック制
御して前記駆動手段を前記浮上体の変位を打消すように
駆動する制御手段とを具備したことを特徴とする気体軸
受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11492897A JPH10306825A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 気体軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11492897A JPH10306825A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 気体軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10306825A true JPH10306825A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14650140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11492897A Pending JPH10306825A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 気体軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10306825A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275102A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Jtekt Corp | 軸受装置 |
| JP2018179849A (ja) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | 株式会社ミツトヨ | 駆動ステージ装置の駆動制御方法 |
-
1997
- 1997-05-06 JP JP11492897A patent/JPH10306825A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275102A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Jtekt Corp | 軸受装置 |
| JP2018179849A (ja) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | 株式会社ミツトヨ | 駆動ステージ装置の駆動制御方法 |
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