(57)【要約】【課題】  摺動部の浮上量が大きく、スクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を行うことができると共に、小型かつ安価で、複雑な調整が不要な高精度のスクイーズ空気軸受およびそれを用いた位置決め案内装置を提供する。【解決手段】  動体を取り付けるための平板状の取付け部７と、該取付け部７に対して、圧電素子で構成される振動子１によって振動方向に振動させる傾斜した摺動部２と、該摺動部２の振動面２ａに微小な隙間４を介して対向させた略Ｖ字形状の案内面３と、を具備し、スクイーズ空気膜によって非接触に該摺動部２を支持させるスクイーズ空気軸受において、振動子１が１個で構成されると共に、該摺動部２の振動面２ａが２つ設けられ、また、摺動部２の振動面２ａは、振動子１が配置される軸線方向に対して左右対称な位置にそれぞれ設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を取り付けるための取付け部と、
前記取付け部に対して、振動子によって振動方向に振動させる摺動部と、
前記摺動部の振動面に微小な隙間を介して対向させた案内面と、
を具備し、スクイーズ空気膜によって非接触に前記摺動部を支持させるスクイーズ空気軸受において、
前記振動子が１個で構成されると共に、前記摺動部の振動面が少なくとも２つ設けられたことを特徴とするスクイーズ空気軸受。
【請求項２】
前記摺動部の振動面は、前記振動子が配置される軸線方向に対して左右対称な位置にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１記載のスクイーズ空気軸受。
【請求項３】
前記取付け部と前記摺動部の振動面の間もしくは前記振動子と前記摺動部の振動面の間に弾性ヒンジを設けると共に、前記１個の振動子で前記少なくとも２つ設けた振動面を振動させることを特徴とする請求項１または２に記載のスクイーズ空気軸受。
【請求項４】
前記弾性ヒンジが円弧状の切欠を有することを特徴とする請求項３記載のスクイーズ空気軸受。
【請求項５】
前記振動子は、圧電素子または静電電極からなることを特徴とする請求項１または３記載のスクイーズ空気軸受。
【請求項６】
前記弾性ヒンジの数を前記摺動部の振動面の数よりも多くし、前記振動子による振動変位を拡大させるようにしたことを特徴とする請求項３または４記載のスクイーズ空気軸受。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の空気軸受で構成される案内機構を備えたことを特徴とする位置決め案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使用されると共に、高速な動作と高精度な位置決め性能が要求される位置決め案内装置に好適な、非接触の空気軸受、特にスクイーズ空気軸受およびそれを用いた位置決め案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに適用されると共に、高速な動作と高精度な位置決め性能が要求される位置決め案内装置には、機構の低摩擦化のために非接触軸受が用いられている。
非接触軸受には、例えば、磁気軸受、静圧空気軸受、動圧空気軸受などがあるが、超寿命、低騒音、高精度回転制御、メンテナンスフリーといった特徴がある。
磁気軸受は、永久磁石または電磁石の吸引力を利用し、回転軸を空間に支持する軸受であるが、永久磁石単体では成立しないため、永久磁石と電磁石の複合使用または電磁石の単体使用となり、電磁石制御のための位置センサ、その信号処理回路、電磁石のための増幅器などが必要となり、装置が複雑・大型・高価であった。
また、静圧空気軸受は、圧縮空気をガイドに対して噴出させ、発生した静圧によって浮上させる軸受であるが、圧縮空気を供給するコンプレッサが必須となり、圧縮空気の配管が邪魔であった。
さらに、動圧空気軸受は、軸の回転に伴って周辺の空気を軸受隙間へ誘いこみ、圧力を上昇させて回転軸を支持する軸受だが、圧縮空気は不要であるものの、軸の低速回転時や静止時には非接触支持機能を失ってしまう。
【０００３】
上記のような軸受に対して、対向する二面間の相対的な垂直方向の高周波の振動により発生するスクイーズ空気膜を利用して非接触に移動体を支持させるスクイーズ空気軸受が知られている。スクイーズ空気軸受は、振動子として例えば圧電素子を採用することができるが、他には圧電素子を駆動するアンプが必要なだけで、磁気軸受と異なり装置は複雑にはならない。また、静圧空気軸受と異なりコンプレッサや圧縮空気の配管が不要で、動圧空気軸受と異なり、低速回転時や静止時にも非接触の支持機能を失わないという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
図６は第１従来技術を示すスクイーズ空気軸受の正断面図である。
図６において、１は振動子、２は摺動部、２ａは振動面、３は案内面、４は隙間、６は振動方向であり、振動子１により摺動部２の振動面２ａを振動させることにより、案内面３との間の微小な隙間４に空気膜が成形され、非接触の支持機能を発生する。これは、気体が粘性を有するため、振動子１の振動周波数が高いと隙間４の空気膜の周辺部の空気の出入が拘束され、あたかも密閉した圧縮性流体に高周波の体積変化を起こさせたと同様になる。そのとき振動子１の周波数が高いと、慣性力のため追従できずほとんど振動しなくなり、変位に対する圧力発生が非線形となり、平均的に正圧が得られ、非接触に案内面３の上で支持される。
【０００４】
振動面が複数あるスクイーズ空気軸受としては、Ｖ平面案内式の位置決め案内装置に圧電素子を適用したものがあり、案内機構として高精度であると同時にその周辺機器および制御機構を簡略化できる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図７および図８は、それぞれ第２従来技術、第３従来技術を示すＶ平面案内式の位置決め案内装置に適用されるスクイーズ空気軸受部の正断面図である。
図７および図８において、１は振動子、２は摺動部、２ａは振動面、３は案内面、４は隙間、６は振動方向である。図７は、Ｖ字形状の案内面３に対向させて、２個の振動子１および振動面２ａを配置する。図８においては、Ｖ字形状の案内面３に対向させて、Ｖ字形状の摺動部２を配置し、１個の振動子１で摺動部２の振動面２を振動させる。
【特許文献１】特開昭６２−２５５６１３号公報（第１−３頁、図１、図５、図６）
【特許文献２】特許２６６９６４６号公報（第１−４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、第２従来技術のＶ字平面案内式の位置決め案内装置に用いるスクイーズ空気軸受の構成では、Ｖ字形状の摺動部に対向した２個の振動子が必要であるため、高価であると共に、振動子を摺動部に取り付ける際に位置精度にバラツキが生じたり、あるいは振動子の特性自体にバラツキが生じることによって、２個の振動子の浮上面のバランスがとれなくなる。その結果、該空気軸受の摺動部の浮上が不安定になるという問題があった。加えて、機械的な構造上の制約（省スペースなど）から、薄型の振動子しか採用できないので、振幅量が小さくなり、摺動部の浮上量が小さく、スクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を行うことができないという問題点があった。
また、第３従来技術のＶ字平面案内式の案内機構装置に用いるスクイーズ空気軸受の構成では、図８に示すように、１個の振動子が対向する案内面に対して直角方向にしか振動させることができないので、振動子の発生エネルギーを十分に利用できず、摺動部の浮上量が小さい上、第1従来技術と同様にスクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を行うことができないという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、例えば弾性ヒンジを用いることにより、１個の振動子で複数の振動面を、案内面に対し垂直に振動させることにより、摺動部の浮上量が大きく、スクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を行うことができると共に、小型かつ安価で、複雑な調整が不要な高精度のスクイーズ空気軸受およびそれを用いた位置決め案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、スクイーズ空気軸受に係わるものであって、移動体を取り付けるための取付け部と、前記取付け部に対して、振動子によって振動方向に振動させる摺動部と、前記摺動部の振動面に微小な隙間を介して対向させた案内面と、を具備し、スクイーズ空気膜によって非接触に前記摺動部を支持させるスクイーズ空気軸受において、前記振動子が１個で構成されると共に、前記摺動部の振動面が少なくとも２つ設けられたものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のスクイーズ空気軸受において、前記摺動部の振動面は、前記振動子が配置される軸線方向に対して左右対称な位置にそれぞれ設けられたものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のスクイーズ空気軸受において、前記取付け部と前記摺動部の振動面の間もしくは前記振動子と前記摺動部の振動面の間に弾性ヒンジを設けると共に、前記１個の振動子で前記少なくとも２つ設けた振動面を振動させるものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のスクイーズ空気軸受において、前記弾性ヒンジが円弧状の切欠を有するものである。
また、請求項５記載の発明は、請求項１または３記載のスクイーズ空気軸受において、前記振動子は、圧電素子または静電電極から構成されるものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項３または４記載のスクイーズ空気軸受において、前記弾性ヒンジの数を前記摺動部の振動面の数よりも多くし、前記振動子による振動変位を拡大させるようにしたものである。
また、請求項７記載の発明は、位置決め案内装置に係わるものであって、請求項１〜６の何れか１項に記載のスクイーズ空気軸受で構成される案内機構を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１〜３に記載のスクイーズ空気軸受によると、１個の振動子でふたつ以上の振動面を振動させることにより、振動子の特性バラツキはなくなり、振動子および振動面の位置バラツキについても機械加工精度により無視できるレベルにまで低減できる。
また、請求項１または５記載のスクイーズ空気軸受によると、振動子の取り付けや種類の制約がないので、長尺の振動子を採用することができ、振動の振幅量を高めることができ、浮上量を高めることができる。その際、振動面は案内面に垂直に振動するので、振動子の発生エネルギーを無駄なく利用できるので、浮上量を高めることができる。
さらに、請求項３、４、６記載のスクイーズ空気軸受によると、弾性ヒンジの構成を工夫することにより、振幅量を増幅することもでき、振動子の振幅量を変えることなく、浮上量を高めることができる。
また、請求項７の位置決め案内装置によると、大がかりな付帯設備が不要で、小型で複雑な調整が不要な高精度案内を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施例を示すスクイーズ空気軸受の側断面図である。
図１において、１は振動子、２は摺動部、２ａは振動面、３は案内面、４は振動面２ａと案内面３の間の隙間、５は弾性ヒンジ、６は振動方向、７は取付け部である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、移動体を取り付けるための平板状の取付け部７と、該取付け部７に対して、圧電素子で構成される振動子１によって振動方向に振動させる傾斜した摺動部２と、該摺動部２の振動面２ａに微小な隙間４を介して対向させた略Ｖ字形状の案内面３と、を具備し、スクイーズ空気膜によって非接触に該摺動部２を支持させるスクイーズ空気軸受において、振動子１が１個で構成されると共に、該摺動部２の振動面２ａが２つ設けられた点、また、摺動部２の振動面２ａは、振動子１が配置される軸線方向に対して左右対称な位置にそれぞれ設けられたものとなっている。
また、取付け部７と摺動部２の振動面２ａの間もしくは振動子１と摺動部２の振動面２ａの間に円弧状の切欠を有する弾性ヒンジ５を設けると共に、１個の振動子１で２つ設けた振動面２ａを案内面３の方向に向かって垂直に振動させるようになっている。
【００１２】
次に動作について説明する。
図１において、振動子１の振動周波数が高いと、摺動部２と案内面３の間の隙間４中の空気は粘性を有するので周辺の空気の出入りは拘束され、あたかも密閉した圧縮性流体に高周波の体積変化を起こさせたと同様になり、変位に対する圧力発生が非線形となり、平均的に正圧が得られ、非接触に支持される。
【００１３】
したがって、本発明の第１実施例は、摺動部２と案内面３とで構成されるＶ平面案内式のスクイーズ空気軸受において、弾性ヒンジ５を用いることにより、１個の振動子１で２つの振動面２ａを案内面３の方向に向かって垂直に直接振動させるようにしたので、摺動部２の浮上量を大きくでき、スクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を、複雑な調整なしに行うことができる。
【実施例２】
【００１４】
次に本発明の第２実施例を説明する。
図３は、本発明の第２実施例を示すスクイーズ空気軸受の正断面図である。
図３において、１は振動子、２は摺動部、２ａは振動面、３は案内面、４は振動面２ａと案内面３の間の隙間、５は弾性ヒンジ、６は振動方向、７は取付け部である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、弾性ヒンジ５の数を摺動部２の振動面２ａの数よりも多くし、振動子による振動変位を拡大させるようにした点である。
【００１５】
次に動作について説明する。
図３において、振動子１を振動させると、振動子１の振動は取付け部７を介して、取り付け部７と摺動部２の境界付近に設けた弾性ヒンジ５に伝わった後、その他複数設けた弾性ヒンジによって、取り付け部７と摺動部２の境界付近から振動面２ａに向かって振動の変位が徐々に拡大される。その結果、摺動部２と案内面３の間の隙間４中の空気は粘性を有するので周辺の空気の出入りは拘束され、あたかも密閉した圧縮性流体に高周波の体積変化を起こさせたと同様になり、変位に対する圧力発生が非線形となり、平均的に正圧が得られ、非接触に支持される。
【００１６】
したがって、本発明の第２実施例は、弾性ヒンジ５の数を摺動部２の振動面２ａの数よりも多くすることにより、摺動部２の浮上量をよち大きくでき、スクイーズ空気膜により非接触に安定した支持を、複雑な調整なしに行うことができる。
【実施例３】
【００１７】
次に本発明の第３実施例を説明する。
図４は、第１実施例および第２実施例にて説明したスクイーズ空気軸受を位置決め案内装置として用いた、本発明の第３実施例における位置決め案内装置の正断面図である。また、図５は、第３実施例の変形例を示す位置決め案内装置の正断面図である。
図４において、３は固定側部材を構成する案内面、９１はＶ字空気軸受、８は可動側部材、９２は平面空気軸受である。なお、動作の説明については省略する、
したがって、本発明の第３実施例は、スクイーズ空気軸受２個を、移動体を搭載する１個の可動部側部材と一体化して位置決め案内装置を構成することにより、大がかりな付帯設備が不要で、小型で複雑な調整が不要な高精度の案内機構装置が実現することができる。
なお、図４の構成例に替えて、図５に示すように、本発明のＶ字空気軸受９１と従来技術による平面空気軸受９２を組み合わせた構成にしても構わない。
【００１８】
なお、以上の本発明の実施例の説明では、振動面２ａを振動させる手段として圧電素子からなら振動子を用いたが、例えば静電電極などでも同様の効果が得られており、その種類や方式に限定されるものではない。
また、１個の振動子でふたつ以上の振動面を振動させるための機構として弾性ヒンジ５を用いた例を示したが、本発明では１個の振動子でふたつ以上の振動面を振動させることができれば良く、その種類や方式に限定されるものではない。
また、弾性ヒンジ５を有する摺動部の構成例を第１、第２実施例で示したが、摺動部を位置決め案内装置に取り付けた際に移動体の負荷容量が大きい場合、摺動部の形状によっては負荷を支持するための強度が不足することになり、そのような場合は、図２に示す第１実施例のスクイーズ空気軸受の変形例のごとく、弾性ヒンジの数を変えない範囲で、摺動部の形状を太くして強度を上げるようにしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の空気軸受は、安価で浮上量も大きく浮上も安定しているので、例えば高精度なＶ平面案内機構が特別な調整なしに実現でき、非接触軸受を備えて平面アクチュエータ装置やリニアモータなどに代表される各種アクチュエータに好適な位置決め案内装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例を示すスクイーズ空気軸受の正断面図
【図２】第１実施例の変形例を示すスクイーズ空気軸受の正断面図
【図３】本発明の第２実施例を示すスクイーズ空気軸受の正断面図
【図４】本発明の第３実施例を示す位置決め案内装置の正断面図
【図５】第３実施例の変形例を示す位置決め案内装置の正断面図
【図６】第１従来技術を示すスクイーズ空気軸受の正断面図
【図７】第２従来技術を示すＶ平面案内式の位置決め案内装置に適用されるスクイーズ空気軸受部の正断面図
【図８】第３従来技術を示すＶ平面案内式の位置決め案内装置に適用されるスクイーズ空気軸受部の正断面図
【符号の説明】
【００２１】
１  振動子
２  摺動部
２ａ  振動面
３  案内面（固定側部材）
４  隙間
５  弾性ヒンジ
６  振動方向
７  空気軸受
８  取付け部（可動側部材）
９１  Ｖ字空気軸受
９２  平面空気軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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