(57)【要約】【課題】本発明の目的は、基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、基部に対し可動部をしっかりとロックすることのできる空気軸受を提供することにある。【解決手段】ロック指令により、基部１２と可動部１６ａ間への浮上用圧縮空気供給の解除と、静止用圧縮空気供給手段３２，３４によるチャンバ２２内への静止用圧縮空気の供給を行い、前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部１２と可動部１６ａ間の空気膜３６の厚みと同じ量だけ、前記ダイアフラム２４外壁の特定部位４０を空気膜３６の厚み増大方向に変形させることにより、前記基部１２に対するダイアフラム２４外壁の特定部位４０の位置及び姿勢を変えることなく前記基部１２と可動部１６ａを接触させ、該接触により生じる摩擦力により前記基部１２に対する可動部１４の静止を行うことを特徴とする空気軸受１０。【選択図】　　　図１
2004011686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、該基部に空気膜を介して支持され、該基部に対し相対運動可能な可動部と、前記基部と可動部間に前記空気膜を形成する浮上用圧縮空気を供給する浮上用圧縮空気供給手段と、を備えた空気軸受において、
前記可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成され、静止用圧縮空気が供給されると、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚みの増大方向に変形させるチャンバと、
前記チャンバ内に前記静止用圧縮空気を供給する静止用圧縮空気供給手段と、
を備え、前記基部に対する可動部の静止を指示するロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給手段による基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、
前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、前記ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることにより、前記基部に対するダイアフラム外壁の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、前記基部と可動部を接触させ、該接触により生じる摩擦力により、前記基部に対する可動部の静止を行うことを特徴とする空気軸受。
【請求項２】
請求項１記載の空気軸受において、
前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を浮上用圧縮空気として前記基部と可動部間に供給する浮上用給気管を含み、
前記静止用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を静止用圧縮空気として前記チャンバに供給する静止用給気管を含み、
また前記供給源と前記各給気管の間に設けられ、前記ロック指令により、前記浮上用給気管による浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う制御弁を備えたことを特徴とする空気軸受。
【請求項３】
請求項２記載の空気軸受において、前記制御弁の後段に設けられ、前記ロック指令における前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が所定の値となるように前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行う静止用レギュレータあるいは、前記ロック指令解除時における前記空気膜の厚みが所定の値となるように前記浮上用給気管を介して前記浮上用圧縮空気の圧力の調整を行う浮上用レギュレータの少なくとも何れかを更に備えたことを特徴とする空気軸受。
【請求項４】
請求項３記載の空気軸受において、前記ダイアフラム外壁の特定部位と前記基部との距離を測定するセンサと、このセンサの出力によって前記レギュレータを制御する制御回路を更に備え、前記ロック指令の有無に拘わらず、前記特定部位と前記基部との距離が常に一定になるようにレギュレータを制御することを特徴とする空気軸受。
【請求項５】
請求項２記載の空気軸受において、予め得ておいた少なくともチャンバ内の静止用圧縮空気の圧力と、該圧力での前記ダイアフラム外壁の特定部位の空気膜の厚み方向の変形量との関係を記憶している静止制御用メモリと、
前記ロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリより求めるダイアフラム制御情報取得手段と、
前記制御弁の後段に設けられ、前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が、該ダイアフラム制御情報取得手段により求めた圧力の値となるように、前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行うレギュレータと、
を備えたことを特徴とする空気軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の空気軸受において、前記圧縮空気供給手段は、前記可動部の空気膜と接する面に凹状に窪んで形成された圧縮空気供給溝を更に含み、
また前記圧縮空気供給溝の外側に前記浮上用圧縮空気を回収する凹状に窪んで形成された圧縮空気排気溝と、
前記圧縮空気排気溝の壁面に開口されて前記回収された浮上用圧縮空気を排気する圧縮空気排気穴と、
前記圧縮空気排気穴と前記回収された浮上用圧縮空気を吸引する吸引手段とを接続する排気管と、
を更に備え、前記浮上用圧縮空気を回収することを特徴とする空気軸受。
【請求項７】
請求項６に記載の空気軸受において、前記圧縮空気排気溝の外周側に連続的に配置されかつ前記可動部の空気膜と接する面と略同一面上に配置された外周抵抗部を更に備えていることを特徴とする空気軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気軸受、特にそのロック機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機等の送り装置の案内機構には、静圧スラスト空気軸受が多用されている。
この静圧空気軸受は、可動部を他から供給された圧縮空気の力で基部より浮かせることにより、該基部と可動部間の摩擦を小さくしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば前述のような送り装置等の案内機構においては、非常に高い位置決め精度が要求される。
しかしながら、前記案内機構に用いられる静圧空気軸受は、非接触であるため、基部と可動部間に摩擦力が作用しない。このため、静圧空気軸受では、振動等の外乱により、少なくとも位置検出単位分の位置決め誤差を発生し、位置検出単位以下の静止は難しい。
したがって、静圧空気軸受では位置決め精度の改善が急務であり、従来は、例えば空気軸受に摩擦部材を設ける技術（例えば特開昭６０−４５６２６号等）、空気軸受への圧縮空気の供給を遮断し基部と可動部を接触させる技術（例えば特開平４−２８５８０９号、特許２９８７５１７号等）等を用いることが考えられる。
【０００４】
しかしながら前記特開昭６０−４５６２６号等の技術は、振動等の外乱により、ロック指令後に可動部の位置が変動することがあるので、採用するには至らなかった。
また前記特開平４−２８５８０９号、特許２９８７５１７号等は、基部に対する可動部の位置及び姿勢変化の低減に関しては、より一層の改善が望まれていた。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、基部に対し可動部をしっかりとロックすることのできる空気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】
前記目的を達成するために本発明にかかる空気軸受は、基部と、可動部と、浮上用圧縮空気供給手段と、を備えた空気軸受において、チャンバと、静止用圧縮空気供給手段と、を備える。そして、前記基部に対する可動部の静止を指示するロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給手段による基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、前記静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、
前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、前記ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることにより、前記基部に対するダイアフラム外壁の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、前記基部と可動部を接触させ、該接触により生じる摩擦力により、前記基部に対する可動部の静止を行うことを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記可動部は、該基部に空気膜を介して支持され、該基部に対し相対運動可能とする。
また前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記基部と可動部間に前記空気膜を形成する浮上用圧縮空気を供給する。
前記チャンバは、前記可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成され、静止用圧縮空気が供給されると、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚みの増大方向に変形させる。
前記静止用圧縮空気供給手段は、前記チャンバ内に前記静止用圧縮空気を供給する。
【０００７】
ここにいう軸受とは、回転運動等の特定の運動に限定されるものではなく、直線運動、揺動等の基部に対し可動部が相対運動可能なものに対し適用できるものをいう。
ここにいう可動部の空気膜と接する面と反対側の背面に設けられ、少なくともダイアフラムにより構成されるとは、可動部の背面とダイアフラムによりチャンバを構成すること、可動部の背面に既にチャンバを構成しているダイアフラムを設けること等を含めていう。
ここにいうダイアフラム外壁の特定部位とは、ダイアフラム外壁そのもの、ダイアフラム外壁の特定部位に支持されるものを含めていう。
【０００８】
なお、本発明において、前記浮上用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を浮上用圧縮空気として前記基部と可動部間に供給する浮上用給気管を含み、前記静止用圧縮空気供給手段は、前記圧縮空気の供給源よりの圧縮空気を静止用圧縮空気として前記チャンバに供給する静止用給気管を含み、また制御弁を備えることが好適である。
ここで、前記制御弁は、前記供給源と前記各給気管の間に設けられ、前記ロック指令により、前記浮上用給気管による浮上用圧縮空気の供給の解除と、前記静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う。
【０００９】
ここにいう圧縮空気の供給源は、浮上用圧縮空気供給手段と、静止用圧縮空気供給手段が共通の供給源を用いること、別個の供給源を用いることを含めていう。　なお、本発明において、前記制御弁の後段に設けられ、前記ロック指令における前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が所定の値となるように前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行う静止用レギュレータあるいは、前記ロック指令解除時における前記空気膜の厚みが所定の値となるように前記浮上用給気管を介して前記浮上用圧縮空気の圧力の調整を行う浮上用レギュレータの少なくとも何れかを更に備えることが好適である。
【００１０】
ここで、レギュレータは、制御弁が供給・解除に限らず、弁の開度を制御して圧力調整を行えるものであれば、この制御弁に換えることも含む。
また本発明においては、前記ダイアフラム外壁の特定部位と前記基部との距離を測定するセンサと、このセンサの出力によって前記レギュレータを制御する制御回路を更に備え、前記ロック指令の有無に拘わらず、前記特定部位と前記基部との距離が常に一定になるようにレギュレータを制御することが好適である。
【００１１】
さらに本発明においては、静止制御用メモリと、ダイアフラム制御情報取得手段と、レギュレータと、を備えることが好適である。
ここで、前記静止制御用メモリは、予め得ておいた少なくともチャンバ内での静止用圧縮空気の圧力と、該圧力での前記ダイアフラム外壁の特定部位の空気膜の厚み方向の変形量との関係を記憶している。
【００１２】
また前記ダイアフラム制御情報取得手段は、前記ロック指令により、前記浮上用圧縮空気供給の解除により消失する前記基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリより求める。
前記レギュレータは、前記制御弁の後段に設けられ、前記チャンバ内での静止用圧縮空気の圧力が、前記ダイアフラム制御情報取得手段により求めた圧力の値となるように、前記静止用給気管を介して前記チャンバ内に供給される静止用圧縮空気の圧力の調整を行う。
【００１３】
さらに本発明において、前記圧縮空気供給手段は、前記可動部の空気膜と接する面に凹状に窪んで形成された圧縮空気供給溝を更に含み、また圧縮空気排気溝と、圧縮空気排気穴と、排気管と、を更に備え、前記浮上用圧縮空気を回収することが好適である。
ここで、前記圧縮空気排気溝は、前記圧縮空気供給溝の外側に前記浮上用圧縮空気を回収する凹状に窪んで形成されている。
【００１４】
また前記圧縮空気排気穴は、前記圧縮空気排気溝の壁面に開口されて前記回収された浮上用圧縮空気を排気する。
前記排気管は、前記圧縮空気排気穴と前記回収された浮上用圧縮空気を吸引する吸引手段とを接続する。
また本発明においては、前記圧縮空気排気溝の外周側に連続的に配置されかつ前記可動部の空気膜と接する面と略同一面上に配置された外周抵抗部を更に備えていることが好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００１６】
図１（Ａ）には本発明の一実施形態にかかる空気軸受を用いた送り装置の案内機構の概略構成が示されており、同図（Ｂ）には空気軸受本体を軸受面より見た図である。
同図に示すロック機構付き空気軸受（空気軸受）１０は、三次元測定機のＸ軸ガイド機構、Ｙ軸ガイド機構、Ｚ軸ガイド機構にそれぞれ設けられた静圧スラスト空気軸受の一例であり、案内面（基部）１２と、スライダ（可動部）１４と、空気軸受本体１６と、浮上用圧縮空気供給手段１８と、静止用圧縮空気供給手段２０を備える。
【００１７】
前記空気軸受本体１６は、チャンバ２２を構成するダイアフラム２４が設けられる。
前記浮上用圧縮空気供給手段１８は、圧縮空気供給源２６と、空気軸受側圧縮空気供給配管（浮上用給気管）２８と、空気軸受本体１６の空気軸受側圧縮空気供給通路３０を含む。
前記静止用圧縮空気供給手段２０は、前記圧縮空気供給源２６と、ロック機構側圧縮空気供給配管（静止用給気管）３２と、空気軸受本体１６のロック機構側圧縮空気供給通路３４を含む。
前記案内面１２は、三次元測定機のテーブル（図示省略）に設けられ、前記空気軸受本体１６は前記ガイド機構のスライダ（可動部）１４の下方に設けられている。
【００１８】
そして、本実施形態においては、スライダ１４は、例えばＹ軸ガイド機構であり、モータ等の駆動源３６よりの駆動力が、ボールねじ等の送り機構３８を介してスライダ１４に伝達されており、スライダ１４の運動は案内面１２により例えばＹ軸方向等の特定の方向に規定されている。
案内面１２上に空気膜３６を介して空気軸受本体１６が設けられ、該空気軸受本体１６の背面に、空気軸受本体１６の背面と共にチャンバ２２を構成するダイアフラム２４が設けられている。ダイアフラム２４上部の略中央（ダイアフラムの中心軸上）及びスライダ１４下部には、それぞれ剛球４０を設けるための穴４２，４４が設けられている。該剛球４０を介してダイアフラム２４上部の略中央にスライダ１４下部が支持されている。
【００１９】
本実施形態においては、ダイアフラム２４上壁の中央部をダイアフラム２４外壁の特定部位とすることもできるが、剛球４０の略中心も、ダイアフラム２４上壁の中央部の機能と等価であるので、剛球４０の略中心をダイアフラム２４外壁の特定部位としている。
該スライダ１４のダイアフラム２４中心軸上には、スライダ１４下面とダイアフラム２４上面間の離隔距離を調整する調整ねじ４６を設けるための穴４８が設けられており、該調整ねじ４６の先端部と剛球４０が当接している。調整ねじ４６の先端部と対向する頭部側はスライダ１４の上方よりナット５０が設けられており、該ナット５０によりスライダ１４の下面に剛球４０を介して空気軸受本体１６がしっかりと設けられている。ダイアフラム２４の中心軸に沿って、該スライダ１４、該スライダ１４により移動する門柱等（図示省略）の加重Ｗがかかっている。
【００２０】
空気軸受本体１６は、側壁より空気軸受側圧縮空気供給通路３０の入口３０ａが開口し、下壁より出口３０ｂが開口している。
また空気軸受本体１６は、空気軸受側圧縮空気供給通路３０と独立しているロック機構側圧縮空気供給通路３４が設けられており、側壁よりその入口３４ａが開口し、ダイアフラム２４と空気軸受本体１６背面により気密に構成されるチャンバ２２と対向する空気軸受本体１６背面より、その出口３４ｂが開口している。
またロック機構付き空気軸受１０は、制御弁５２と、レギュレータ５３と、コンピュータ５４を備える。
【００２１】
制御弁５２は少なくとも３ポート５６ａ，５６ｂ，５６ｃを備えており、前記圧縮空気供給源２６と制御弁５２の第三ポート５６ｃ間は主配管５８で接続されている。
前記制御弁５２の第一ポート５６ａと空気軸受本体１６の空気軸受側圧縮空気供給通路３０の入口３０ａ間は、空気軸受側圧縮空気供給配管２８で接続されている。
前記制御弁５２の第二ポート５６ｂと空気軸受本体１６のロック機構側圧縮空気供給通路３４の入口３４ａの間は、前記空気軸受側圧縮空気供給配管２８と独立しているロック機構側圧縮空気供給配管３２で接続されている。
前記制御弁５２とコンピュータ５４間は信号線６０で接続されている。
【００２２】
そして、コンピュータ５４より、浮上を指示する制御信号が制御弁５２に送られると、制御弁５２は、第一ポート５６ａを開の状態とし、第二ポート５６ｂを閉の状態とする。
すると、圧縮空気供給源２６よりの圧縮空気は、主配管５８、制御弁５２の第一ポート５６ａ、空気軸受側圧縮空気供給配管２８を介して、空気軸受本体１６の入口３０ａより、空気軸受側圧縮空気供給通路３０に供給され、空気軸受本体１６の軸受面１６ａより開口している出口３０ｂより案内面１２に向けて供給される。
【００２３】
空気軸受本体１６の軸受面１６ａの出口３０ｂより供給された圧縮空気の力で、案内面１２に対し空気軸受本体１６を浮かせている。
同図では、前記空気膜３６による案内面１２より空気軸受本体１６の軸受面１６ａまでの軸受すきまをｈとし、案内面１２より剛球中心４０までの軸受支持高さをＨとしている。
このように空気軸受１０を構成することにより、案内面１２と空気軸受本体１６の軸受面１６ａ間の始動摩擦ないし移動摩擦を小さくしており、スライダ１４を例えばＹ軸方向にスムースに移動することができる。
【００２４】
ところで、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機の送り装置の案内機構においては、非常に高い位置決め精度が要求される。
このために、例えばボールねじ駆動等においては、モータ軸をメカニカルに固定することが一般的に考えられるが、モータ軸から先のカップリング、ボールねじ、ボールナット、スライダとのジョイント部等がばね要素であり、振動等の外乱により弾性変形を生じ、スライダの位置の変動を生じることがある。
【００２５】
また従来は、位置決め完了後、空気軸受への圧縮空気を遮断し、スライダの軸受面と案内面とを接触させ、摩擦を生じさせることにより、スライダの完全静止状態を得ることが考えられる。この方法ではスライダの完全静止状態が得られる点では非常に優れているが、空気軸受への圧縮空気供給遮断前に形成されていた空気膜の消失に起因し、スライダの幾何位置、幾何姿勢を大きく崩してしまうので、この点はまだまだ改善の余地が残されていた。
そこで、本発明において特徴的なことは、軸受が支持するスライダの位置及び姿勢を損なうことなく、軸受面と案内面を接触させ、該軸受面と案内面間の接触により生じる摩擦力により、スライダを完全静止させたことである。
【００２６】
このために本実施形態においては、同図に示すように空気軸受本体１６に、ダイアフラム２４と、ロック機構側圧縮空気供給通路３４を設けている。またロック機構側圧縮空気供給通路３４の入口３４ａに、空気軸受側圧縮空気供給配管２８と独立しているロック機構側圧縮空気供給配管３２を設けている。
そして、図２に示すようにコンピュータ５４より、静止を指示する制御信号（ロック指令）が制御弁５２に送られると、制御弁５２は、第一ポート５６ａを閉の状態とし、第二ポート５６ｂを開の状態とする。
【００２７】
すると、前記静止を指示する制御信号（ロック指令）の直前まで、前記軸受面１６ａの出口３０ｂより案内面１２に向けて供給されていた圧縮空気供給が解除され、これにより圧縮空気により形成されていた空気膜が消失する。これにより空気軸受本体１６の軸受面１６ａが案内面１２と接触し、該軸受面１６ａと案内面１２との接触により生じる摩擦力により、スライダ１４を静止させる。
ここで、前記浮上用圧縮空気供給の解除と同時に、圧縮空気供給源２６よりの圧縮空気は、主配管５８、制御弁５２の第二ポート５６ｂ、ロック機構側圧縮空気供給配管３２を介して、空気軸受本体１６の入口３４ａより、ロック機構側圧縮空気供給通路３４に供給され、空気軸受本体１６の背面に開口している出口３４ｂよりチャンバ２２内に供給される。
【００２８】
チャンバ２２内に供給された圧縮空気の力で、ダイアフラム２４は上方（図中矢印＋Ｚ方向）に撓む。
同図では、前記ダイアフラム２４のたわみ量δを、前記図１に示した軸受すきまｈと同じとし、案内面１２より剛球４０中心までの軸受支持高さＨが、前記図１に示した浮上時の軸受支持高さＨと同じ高さとしている。
【００２９】
このように本実施形態においては、本来はスライダ１４の移動方向（Ｙ軸方向）には拘束力を持たない静圧スラスト空気軸受１６の背面に、軸受面１６ａへの給気とは独立した給気配管系統であるロック機構側圧縮空気供給配管３２をもつダイアフラム２２により構成されるチャンバ２２を設けている。
そして、スライダ１４に対するコンピュータ５４等の制御系よりの位置決め指令に対して、前記駆動源３６に停止命令を出すと共に、前記チャンバ２２への圧縮空気供給と空気軸受本体１６への圧縮空気供給の解除を行っている。
【００３０】
このとき、静圧スラスト空気軸受本体１６の軸受面１６ａと案内面１２との間に形成されていた空気膜が消失し、一方、チャンバ２２に圧縮空気が供給されることにより、消失前に形成されていた空気膜と同じ厚さ分のダイアフラム２４の変形を生じさせている。
したがって、空気軸受本体１６が支持するスライダ１４の幾何位置及び幾何姿勢を保持したまま、軸受面１６ａと案内面１２との接触を行い、その接触により生じる摩擦力が案内面１２に対するスライダ１４のＹ軸方向への相対移動を規制することができる。
【００３１】
＜制御弁＞
ところで、空気軸受では、スライダの完全静止状態をより簡易に実現することが重要である。
そこで、本発明において特徴的なことは、スライダの完全静止状態を簡易に実現するために、軸受面への圧縮空気供給の解除と前記チャンバへの圧縮空気供給を、軸受への配管の途中に設けられた制御弁に対する制御指令により行ったことである。
このために本実施形態においては、前述のように制御弁５２と、コンピュータ５４を備えている。そして、コンピュータ５４よりの制御指令により、制御弁５２の第一ポート５６ａ、第二ポート５６ｂの開閉制御を行っており、前記軸受面１６ａへの圧縮空気供給解除と、チャンバ２２への圧縮空気供給が、より簡易に行える。これにより前記スライダ１４の静止がより簡易に行える。
【００３２】
＜レギュレータ＞
前記静止時の、軸受１６が支持するスライダ１４の幾何位置、幾何姿勢の変化をより小さくするためには、ダイアフラム２４のたわみ量δが、浮上用圧縮空気供給により形成されていた空気膜（軸受すきまｈ）と同じ厚さ分となるように、チューニングする必要がある。
そこで、本実施形態においては、チューニング用レギュレータ５３と、コンピュータ５４を備え、前記ダイアフラム２４のたわみ量（変形量）δのチューニングを、ダイアフラム２４の形状とチャンバ２２に供給される圧力により行っている。
【００３３】
チューニング用レギュレータ５３は、制御弁５２の第二ポート５６ｂとロック機構側圧縮空気供給配管３２の間に設けられている。チューニング用レギュレータ５３は制御弁５２と信号線６２で接続され、またコンピュータ５４と信号線６４で接続されている。
前記コンピュータ５４は、メモリ６６と、ＣＰＵ（ダイアフラム制御情報取得手段）６８を備え、メモリ６６は浮上制御用メモリ７０と、静止制御用メモリ７２を備える。
前記浮上制御用メモリ７０は、予め得ておいた案内面１２と軸受面１６ａ間の浮上用圧縮空気の圧力と、該圧力での案内面１２と軸受面１６ａ間の空気膜の厚み（軸受すきまｈ）の関係を記憶している。
前記静止制御用メモリ７２は、予め得ておいたチャンバ２２内の静止用圧縮空気の圧力と、該圧力でのダイアフラム２４のたわみ量δの関係を記憶している。
【００３４】
ＣＰＵ６８は、前記静止を指示する制御信号（ロック指令）により、該静止指示の制御信号直前に案内面１２と軸受面１６ａ間に供給されていた浮上用圧縮空気の圧力に対応する空気膜の厚み（軸受すきまｈ）を浮上制御用メモリ７０より求める。該求めた空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値を静止制御用メモリ７２より求める。
そして、ＣＰＵ６８は、制御弁５２よりチャンバ２２内に供給される静止用圧縮空気圧が、静止制御用メモリ７２より求めた静止用圧縮空気圧となるように、チューニング用レギュレータ５３に指示を出す。
チューニング用レギュレータ５３は、制御弁５２よりチャンバ２２への圧縮空気の供給量を流路の開度等により調整することにより、チャンバ２２への静止用圧縮空気の圧力の値が、ＣＰＵ６８よりの指示値となるように調整している。
【００３５】
このように本実施形態においては、制御弁５２に加えて、チューニング用レギュレータ５３を設けることにより、チャンバ２２への静止用圧縮空気の圧力の、より詳細な制御が行える。これにより、ダイアフラム２４のたわみ量δの制御がより詳細に行えるので、静止時、つまり軸受面１６ａと案内面１２との接触時の、軸受１６が支持するスライダ１４の幾何位置及び幾何姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
なお、本実施形態においては、ダイアフラム２４のたわみ量δをより詳細に制御するために、チャンバ２２内の圧縮空気の圧力をモニタする圧力センサ（図示省略）、該圧力センサよりの圧力情報をコンピュータに送る信号線（図示省略）等を設け、チャンバ２２内の圧縮空気の圧力をより詳細に把握することが、より好ましい。
【００３６】
＜タイミング＞
なお、前記構成では、軸受面１６ａへの圧縮空気供給の解除とチャンバ２２への圧縮空気供給を同時に行う例について説明したが、軸受面１６ａへの圧縮空気供給解除により消失していく空気膜３６とダイアフラム２４のたわみ量δとの関係に、極僅かなずれがあり、これを補正したいときは、チューニング用レギュレータ５３の開度や制御時期の調整により、ロック時の、空気軸受本体１６が支持するスライダ１４の幾何位置および幾何姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
【００３７】
変形例
本発明は前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内の範囲で種々の変形が可能である。
【００３８】
＜メカニカルロック＞
例えば、本実施形態においては、ロック機構付き空気軸受１０に加えて、前記駆動用アクチュエータの動きをメカニカルに拘束することにより、スライダ１４の静止安定性をより得ることができる。
【００３９】
＜運動＞
前記構成では、Ｙ軸方向等の直線運動の例について説明したが、本実施形態のロック機構付き空気軸受は、これに限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば、そのほか、回転運動、揺動等の任意の運動に適用することも好ましい。
【００４０】
＜機械への適用例＞
本実施形態のロック機構付き空気軸受１０は、空気軸受を用いる任意の機械に用いることができるが、特に高い位置決め精度が要求される機械、例えば三次元測定機等の測定機器、非球面加工機や半導体製造装置等の超精密加工機等の各案内機構に用いることが、より好適である。これにより、あまり位置決め精度が要求されない一般的な機械に用いたものに比較し、前述のような本実施形態のロック機構付き空気軸受のもつ効果を、より顕著に発揮することができる。
以下にその一例を示す。
【００４１】
すなわち、最近の三次元測定機（以下、ＣＭＭという）に装着されるプローブとして、一般的な３Ｄ型接触・非接触プローブのほかに、１Ｄ（一方向）ではあるが、変位の分解能がＣＭＭの位置検出分解能に比較し著しく高いもの、例えば粗さや真円度の測定に用いられる変位計等がある。
この場合、ＣＭＭ側での位置決め精度は、前記変位計の検出ストローク（測定範囲）の１／１０程度で充分であるが、重要なことは、静止安定性である。その安定度は、前記変位計の検出分解能と同等か、もしくはそれ以下であることが望ましい。
【００４２】
しかしながら、これまでは、本発明のように非常に高い静止安定性と、ロック時のスライダ等の幾何位置及び幾何姿勢の変化の大幅な低減効果が得られる空気軸受が存在しなかったので、ＣＭＭに粗さや真円度の測定に用いられる変位計を装着し、粗さや真円度を高いレベルで計測した例はなかった。
そこで、本実施形態においては、図３（Ａ）に示すようなＣＭＭ７４のＸ軸ガイド機構７６、Ｙ軸ガイド機構７８、Ｚ軸ガイド機構８０等の空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用している。
【００４３】
ＣＭＭ７４は、テーブル８２と、テーブル８２上に設けれた門柱８４と、門柱８４にＹ軸方向に移動自在に支持されたＸビーム８６と、該Ｘビーム８６にＸ軸方向に移動自在に支持されたスライダ８８と、該スライダ８８にＺ軸方向に移動自在に支持されたＺ軸スピンドル９０を備える。
Ｚ軸スピンドル９０の下端にはプローブ９２が設けられている。そして、入力デバイス（図示省略）よりの入力情報に基づき、プローブ９２をテーブル８２上に載置された被測定物９４に接触させ、その時に発生する接触信号により検出される位置情報を前記コンピュータで演算処理し、被測定物９４の寸法等を得ている。
【００４４】
このような三次元測定機のＸ軸ガイド機構７６、Ｙ軸ガイド機構７８、Ｚ軸ガイド機構８０等の案内に空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用している。
すなわち、同図（Ｂ）に示すようにＹ軸ガイド機構７８は、空気軸受本体１６が門柱８４の下面に設けられており、該空気軸受本体１６、空気膜３６を介して門柱８４はテーブル２２に対しＹ軸方向に移動する。
【００４５】
また同図（Ｃ）に示すようにＸ軸ガイド機構７６は、空気軸受本体１６がスライダ８８の下面及び側面に設けられており、該空気軸受本体１６、空気膜３６を介してスライダ８８はＸビーム８６に対しＸ軸方向に移動する。
また同図（Ｄ）に示すようにＺ軸ガイド機構８０は、空気軸受本体１６がＺ軸スピンドル９０の各側壁に設けられており、該空気軸受本体１６、空気膜３６を介してＺ軸スピンドル９０はスライダ８８に対しＺ軸方向に移動する。
このようなＣＭＭ７４のガイド機構７６，７８，８０に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を適用することができる。
【００４６】
したがって、ＣＭＭ７４の一般的なプローブ９２に代えて、例えば粗さや真円度の測定に用いられる変位計を装着し、変位計を移動するＣＭＭのＸ軸ガイド機構７６、Ｙ軸ガイド機構７８、Ｚ軸ガイド機構８０等の空気軸受に、本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受を採用することにより、本実施形態の空気軸受のもつ、非常に高い静止安定性と、ロック時のスライダ等の幾何位置及び幾何姿勢の変化の大幅な低減効果を生かして、粗さや真円度などの精密表面性状の測定が可能となる。
したがって、本実施形態においては、例えばＣＭＭに粗さ計や真円度用に用いられる変位計を装着することにより、従来極めて困難であった、粗さ計や真円度測定機と同等の精度にて粗さや真円度の測定が行える。
【００４７】
また本発明はこれらの実施形態に限られることなく、さらに各種の変形が可能である。
すなわち、本実施形態におけるレギュレータは、チャンバの圧縮空気圧力を調整するもののみを示したが、浮上用給気管を介して浮上用圧縮空気圧力調整用レギュレータを設けてもよい。このレギュレータは浮上用と静止用の何れか一方、あるいは両方を備えても良い。要は、ロック指令の有無にかかわらずダイアフラム外壁の特定部位の基部からの高さが変わらない様に浮上用圧縮空気圧力または静止用圧縮空気圧力の調整が行えれば良い。このようにすれば、圧縮空気供給源の発生圧力の精度は必ずしも高くする必要がない。また、ダイアフラム外壁の特定部位の基部からの高さの調整精度が向上する。
【００４８】
また、これらのレギュレータや制御弁は、電磁弁やサーボ弁であっても良い。すなわち、要求精度に適した精度のレギュレータや制御弁を用いれば良い。
さらに本実施形態では圧縮空気を用いる例を示したが、より一般的に圧縮流体を用いることができる。たとえば、空気以外の気体や液体であっても良い。これによって必要な圧力に応じて適切な流体の選択が可能となる。
【００４９】
また、チャンバ内への静止用圧縮流体と浮上用圧縮流体は同一である必要はない。例えば、浮上用圧縮流体を空気として、静止用圧縮流体を油とすることができる。このようにすれば、高い圧力を容易に得ることができるので、剛性の高いダイアフラム構造とすることができる。
さらに、軸受支持高さＨについては、ロック指令の有無にかかわらず高さが変化しないように圧力調整のみによって調整したが、この高さＨを測定するセンサを設け、このセンサ出力が所定の値になるようにレギュレータで圧力調整を行う構成とすることが出来る。この場合のセンサは、静電容量式、光学式、電磁式、超音波式など各種のものを用いることが出来るが、非接触式のセンサが好ましい。このようにすれば、仮に圧力変動が生じても軸受支持高さＨが修正されるので、精度が高く安定な浮上・静止が可能となる。
【００５０】
また基部（案内面）と軸受本体側（軸受面）は、異なる材質を用いることが好ましい。例えば案内面としてアルミナセラミックスを用い、軸受面にはステンレス（例：ＳＵＳ４２０Ｊ２）とする。このようにすれば、案内面の損傷を防ぐことができる。
さらに軸受本体側は、耐食性のある材質とすることが好ましい。具体的にはステンレスや銅合金を用いることが出来る。このようにすれば軸受内に圧縮空気を通しても腐食による損傷を防止することができる。
【００５１】
また本実施形態における空気軸受の軸受面の浮上用圧縮空気供給溝形状は、十字溝と円周溝を結合して十字溝の交差部分に圧縮空気出口を設ける構成としたが、この浮上用圧縮空気供給溝形状や圧縮空気出口は軸受の要求性能に応じて各種の形状とすることができる。
さらに本実施形態においては、図４に示すように圧縮空気供給溝３０ｄの外側に圧縮空気排気溝１０１ａと圧縮空気排気穴１０１ｂ（図４の例では４箇所）を設ける。そして、図５に示すように圧縮空気排気穴１０１ｂから排気管１０３を介してポンプなどの吸引手段１０４へ接続し、圧縮空気の供給量と排気量が略同一となるように吸引手段１０４の吸引量を制御する構成としても良い。この場合、前記浮上用圧縮空気給気管２８と図５に示す排気管１０３の各々に浮上用圧縮空気給気流量計と排気流量計（図示省略）を挿入し、両者が略同一となるように吸引手段の吸引量を制御する流量制御手段（図示省略）を設けた構成とすれば、制御精度は更に向上する。このようにすれば、浮上用圧縮空気の軸受外への流出と拡散を防止でき、その結果、測定機各部の不要な空気の対流を防止して各部の温度ばらつきの発生を防止できるので、測定精度が向上する。
【００５２】
また本実施形態においては、図４に示すように軸受面の圧縮空気排気溝１０１ａの外周に連続した外周抵抗部１０２を備えていることが好ましい。この外周抵抗部１０２は、軸受面と略同一面とする他、図５に示す空気軸受１６の断面図のように圧縮空気排気溝１０１ａの外側を始点とするテーパ形状（図５（Ｂ）参照）としたり、ラビリンスを形成して（図５（Ａ）参照）抵抗を増大させることができる。
このようにすれば、軸受を設置する環境が真空中であっても本発明を実施できる。特に軸受の浮上時には、前記チャンバ２２内の静止用圧縮空気は前記レギュレータ５３または前記制御弁５２から外部に排気され、浮上用圧縮空気は図５に示す排気管１０３から吸引され外部に排気される。またロック指令による軸受の静止時には、圧縮空気の放出は全く停止される。従って軸受を真空槽内で用いる場合に、真空槽内へ放出される圧縮空気の量を極めて少なくすることができるので、真空度への影響が少なく、極めて有用である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる空気軸受によれば、ロック指令により、基部と可動部間への浮上用圧縮空気供給の解除と、静止用圧縮空気供給手段によるチャンバ内への静止用圧縮空気の供給を行い、該浮上用圧縮空気供給の解除により消失する基部と可動部間の空気膜の厚みと同じ量だけ、ダイアフラム外壁の特定部位を空気膜の厚み増大方向に変形させることとした。
この結果、本発明においては、基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢を変えることなく、基部に対し可動部をしっかりとロックすることができる。
また本発明においては、前記ロック指令により、浮上用給気管による浮上用圧縮空気供給の解除と、静止用給気管による静止用圧縮空気の供給を行う制御弁を設けることにより、前記可動部のロックを、より簡易に行うことができる。
さらに本発明においては、前記ロック指令により、前記チャンバ内の静止用圧縮空気の圧力が、前記ロック指令により消失する基部と可動部間の空気膜の厚みに対応する静止用圧縮空気の圧力の値となるように、静止用圧縮空気の圧力調整を行うレギュレータを設けることにより、前記ロック時の基部に対する可動部の特定部位の位置及び姿勢の変化を、より大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の浮上時の説明図である。
【図２】
本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の静止（ロック）時の説明図であ
る。
【図３】
本実施形態にかかるロック機構付き空気軸受の機械への適用例である。
【図４】
本実施形態にかかる他の実施形態における空気軸受の軸受面の説明図である。
【図５】
本実施形態にかかる更に他の実施形態における空気軸受の断面図である。
【符号の説明】
１０　ロック機構付き空気軸受（空気軸受）
１２　案内面（基部）
１４　スライダ（可動部）
１６　空気軸受本体
２２　チャンバ
２４　ダイアフラム
２８　空気軸受側圧縮空気供給配管（浮上用圧縮空気供給手段，浮上用圧縮空気給気管）
３２　ロック機構側圧縮空気供給配管（静止用圧縮空気供給手段，静止用圧縮空気給気管）
【図１】
2004011686.tif 000003
【図２】
2004011686.tif 000004
【図３】
2004011686.tif 000005
【図４】
2004011686.tif 000006
【図５】
2004011686.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月21日(2002.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004011686.tif 000008
【図２】
2004011686.tif 000009
【図３】
2004011686.tif 000010
【図４】
2004011686.tif 000011
【図５】
2004011686.tif 000012