(57)【要約】【課題】可動部が固定部に対して空気軸受で支持された軸受装置において、軸受装置全体の空間体積の増加を抑えることができ、かつ、既存の駆動機構を備えていない軸受装置に後付けによる設置が容易な駆動機構を有する軸受装置を提供すること。【解決手段】長尺状の固定部２と、固定部２に沿って案内される可動部３とを備える。可動部３は、可動部３を固定部２に対して浮上させた状態で案内可能な空気軸受によって支持される。可動部３は、可動部３を駆動するモータユニット４を備え、モータユニット４は、モータと、モータの駆動力によって回転するとともに固定部２に接する車輪８とを有して構成される。従って、モータユニット４を備えることにより軸受装置１全体の空間体積の増加を抑えることができ、モータユニット４が可動部３に取り付けられているので、既存の軸受装置に対して後付で容易に取り付けることもできる。【選択図】図１
2009019694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の固定部と、この固定部に沿って案内される可動部とを備え、前記可動部は、当該可動部を前記固定部に対して浮上させた状態で案内可能な空気軸受によって支持されている軸受装置であって、
前記可動部は、当該可動部を駆動する駆動機構を備え、
前記駆動機構は、モータと、このモータの駆動力によって回転するとともに前記固定部に接する回転部材とを有して構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受装置において、
前記回転部材を前記固定部に対して付勢する付勢手段を備えることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軸受装置において、
前記駆動機構が前記固定部を挟んで一対で設けられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸受装置において、
前記モータの回転中心軸が、当該モータの本体から前記回転部材に向かって前記固定部に接近するように配置され、
前記回転部材の外径寸法が、前記モータの回転中心軸に直交する方向における当該モータの外形寸法よりも小さいことを特徴とする軸受装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の軸受装置において、
前記モータは、当該モータの回転中心軸が前記可動部の移動方向に対して平行となるように配置され、当該モータの出力軸には、第１の円錐状部材が設けられ、
前記回転部材は、当該回転部材の回転中心軸が前記可動部の移動方向に対して直交して配置され、当該回転部材には、前記第１の円錐状部材と接する第２の円錐状部材が同軸に設けられていることを特徴とする軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置に関し、詳しくは、固定部と、この固定部に対して空気軸受によって支持された可動部とを備えた軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定部と、この固定部に沿って移動可能に設けられた可動部とを有して構成されるテーブル等を備えた精密機器において、可動部を固定部から浮上させた状態で案内する静圧空気軸受を備えた軸受装置が知られている。
このような軸受装置において、可動部を移動させる駆動機構としては、例えば、送りねじ機構を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の軸受装置には、空気軸受の案内軸と送りねじ機構の送り軸とが略一致しているタイプと、案内軸と送り軸とが離れているタイプとがあり、両タイプとも、可動部の全移動範囲に亘って設けられるねじ軸と、このねじ軸に沿って案内されるナットとを備えている。
【０００３】
また、軸受装置における別の駆動機構としては、例えば、リニアモータ駆動を利用したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の軸受装置では、リニアモータ駆動用のコイルが固定部の案内面に可動部の全移動範囲に亘って並設され、リニアモータ駆動用の磁石が可動部の被案内面に配置され、コイルに通電することによって可動部を移動させるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８８２３６号公報
【特許文献２】実公平７−２４６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の軸受装置では、送りねじ機構のねじ軸が空気軸受の案内軸と平行に配置する必要があり、軸受装置全体が占める空間体積が大きくなってしまうという問題がある。
また、前記特許文献２に記載の軸受装置では、固定部の案内面と可動部の被案内面との間に、リニアモータ駆動用のコイルを配置する必要があり、既存の軸受装置にリニアモータ駆動による駆動装置を後付けする場合には、コイルおよび磁石の配置スペースを確保する点で、駆動装置の後付けが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、可動部が固定部に対して空気軸受で支持された軸受装置において、軸受装置全体の空間体積の増加を抑えることができ、かつ、既存の駆動機構を備えていない軸受装置に後付けによる設置が容易な駆動機構を有する軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の軸受装置は、長尺状の固定部と、この固定部に沿って案内される可動部とを備え、前記可動部は、当該可動部を前記固定部に対して浮上させた状態で案内可能な空気軸受によって支持されている軸受装置であって、前記可動部は、当該可動部を駆動する駆動機構を備え、前記駆動機構は、モータと、このモータの駆動力によって回転するとともに前記固定部に接する回転部材とを有して構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、可動部が駆動機構を備えているので、従来の送りねじ機構またはリニアモータ駆動のように可動部の全移動範囲に亘ってねじ軸またはコイルを配置する必要がなく、駆動機構を備えることによる軸受装置全体の空間体積の増加を抑えることができる。また、モータと回転部材を有する駆動機構が可動部に取り付けられているので、例えば、既存の軸受装置に駆動機構を後付けで容易に取り付けることができる。
【０００９】
本発明の軸受装置では、前記回転部材を前記固定部に対して付勢する付勢手段を備えることが好ましい。
本発明によれば、回転部材を固定部に対して付勢する付勢手段を備えているので、可動部が空気軸受の作用によって固定部に対して浮上した状態でも、回転部材が付勢手段によって固定部に対して常に付勢されることによって、回転部材が固定部に対して空回りすることを確実に防止することができる。
【００１０】
本発明の軸受装置では、前記駆動機構が前記固定部を挟んで一対で設けられていることが好ましい。
本発明によれば、固定部を挟むようにして設けられた一対の駆動機構によって、各駆動機構の回転部材が固定部を挟んで当該固定部に当接しているので、回転部材が固定部に接することで可動部に微小な振動が生じてしまうことを抑制することができ、可動部の移動を安定させることができる。また、可動部が付勢手段の付勢力によって固定部から浮き上がる等の影響を無視することができない場合には、駆動機構が固定部を挟んで一対で設けられているので、固定部に対する付勢手段の付勢力を互いに打ち消すことができる。
【００１１】
本発明の軸受装置では、前記モータの回転中心軸が、当該モータの本体から前記回転部材に向かって前記固定部に接近するように配置され、前記回転部材の外径寸法が、前記モータの回転中心軸に直交する方向における当該モータの外形寸法よりも小さいことが好ましい。
ここで、回転部材の形状は、そろばん玉状、楕円球状、または、球状とすることができる。
【００１２】
本発明によれば、モータの回転中心軸が、当該モータの本体から駆動機構の出力軸の先端に向かって固定部に接近するように配置されているので、回転部材の外径寸法が、モータの回転中心軸に直交する方向における外形寸法よりも小さく設定されていても、モータを可動部と干渉せずに取り付けることができる。また、回転部材の外径寸法が、駆動機構の出力軸に直交する方向におけるモータの外形寸法よりも小さく設定されているので、回転部材の外径寸法が、駆動機構の出力軸に直交する方向の外形寸法よりも大きい場合と比べて、回転部材の回転トルクを増大させることができ、可動部を確実に移動させることができる。
【００１３】
本発明の軸受装置では、前記モータは、当該モータの回転中心軸が前記可動部の移動方向に対して平行となるように配置され、当該モータの出力軸には、第１の円錐状部材が設けられ、前記回転部材は、当該回転部材の回転中心軸が前記可動部の移動方向に対して直交して配置され、当該回転部材には、前記第１の円錐状部材と接する第２の円錐状部材が同軸に設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、モータの回転駆動力は、当該モータの出力軸に設けられた第１の円錐状部材と、回転部材と同軸に設けられた第２の円錐状部材とを介して回転部材に伝達される。このように、モータの回転中心軸が可動部の移動方向に対して平行に配置されているので、モータの重心を可動部の移動方向の中心上に位置させることができ、可動部のバランスを良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第２実施形態以降において、以下に説明する第１実施形態での構成部材と同じ構成部材および同様な機能を有する構成部材には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
図１および図２は、本実施形態の軸受装置１の正面図および断面図である。
この軸受装置１は、断面略矩形で長尺状の固定部２と、この固定部２の長尺方向に沿って案内される断面略ロ字形で角筒状の可動部３と、この可動部３に固定され当該可動部３を駆動する駆動機構としてのモータユニット４とを備えて構成されている。
【００１６】
固定部２には、図２に示すように、可動部３に対向する四方の案内面２１，２２，２３，２４が形成され、各案内面２１〜２４と可動部３との間には、所定寸法の隙間がそれぞれ設けられている。
可動部３には、固定部２の案内面２１〜２４のうち、上側の案内面２１と左右の側方の案内面２２，２３に向かって図示しない加圧装置からの圧縮空気を吹き付けるための流路３１〜３３が形成されている。これらの流路３１〜３３を通って固定部の案内面２１〜２３に吹き付けられる空気によって、案内面２１〜２４と可動部３との隙間に、固定部２と可動部３との間の摩擦抵抗を軽減する空気層が形成されている。このようにして、可動部３は、固定部２に対して空気軸受によって支持されている。
【００１７】
モータユニット４は、可動部３にボルト止めされたハウジング５と、ハウジング５に支持されたＤＣモータ６と、このＤＣモータ６の出力回転数を減速する同心軸型の減速機７と、減速機７の出力軸に取り付けられるとともに外周部が固定部２に接する回転部材としての車輪８とを有して構成されている。ＤＣモータ６および減速機７は、ハウジング５に形成された円筒状の収納部５１に挿通されるとともに、図示しない止めねじによってハウジング５に対して固定されている。また、ＤＣモータ６の回転中心軸Ａは、案内面２１に対して平行、かつ、固定部２の長尺方向に直交する向きとなるように配置されている。
【００１８】
車輪８は、扁平な円盤状に形成され、車輪８の外周部は、図示しないシート状のゴム材によって覆われている。このシート状のゴム材としては、小さい厚さ寸法で、高硬度、かつ、固定部２に対する摩擦係数の大きいものが好ましく、可動部３の位置決め精度を高めることができる。
また、固定部２における車輪８の外周部との当接部分には、車輪８との摩擦係数を高めるために、放電加工等の手段によって梨地状に加工されている。このようにして、必要な可動部の推進力を確保することができるようになっている。
【００１９】
このような構成において、ＤＣモータ６の回転駆動力によって、減速機７を介して車輪８が回転すると、車輪８の外周部と固定部２との接点部に生じる摩擦力によって、可動部３が固定部２の長尺方向に移動する。
従って、モータユニット４を備えることによって、軸受装置１全体の空間体積の増加を抑えることができるとともに、当該モータユニット４が可動部３に取り付けられているので、既存の軸受装置に対して後付で容易にモータユニット４を取り付けることもできる。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態に係る軸受装置１Ａについて図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態の軸受装置１Ａの断面図である。
軸受装置１Ａは、前述の第１実施形態の軸受装置１に対してモータユニット４の構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、軸受装置１Ａのモータユニット４Ａは、車輪８を固定部２に対して付勢する付勢手段としてのコイルばね９を有する。
【００２１】
ハウジング５Ａには、ＤＣモータ６が固定部２に対して接近あるいは離隔する方向に移動可能な収納部５２を有して形成されている。この収納部５２には、ＤＣモータ６が挿通されている。
モータユニット４Ａのハウジング５Ａの上面には、ＤＣモータ６の回転中心軸方向に沿って二つのボルト５３が噛合している。コイルばね９は、ボルト５３とＤＣモータ６との間に収縮した状態で配設され、ＤＣモータ６を固定部２に向かって常時付勢している。
【００２２】
従って、本実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて、可動部３が空気軸受の作用によって固定部２に対して浮上した状態でも、車輪８がコイルばね９によって固定部２に対して常に付勢されているので、車輪８が固定部２に対して空回りすることを確実に防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の第３実施形態に係る軸受装置１Ｂについて図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態の軸受装置１Ｂの断面図である。
軸受装置１Ｂは、前述の第２実施形態の軸受装置１Ａに対してモータユニット４Ａの構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、軸受装置１Ｂのモータユニット４Ｂは、ＤＣモータ６の回転中心軸Ｂが当該ＤＣモータ６から減速機７の出力軸の先端に向かって固定部２に接近するように配置され構成されている。具体的には、ＤＣモータ６および減速機７は、取付ボルト５４によって可動部３に固定されたハウジング５Ｂによって支持され、回転中心軸Ｂと案内面２１とが所定角度Ｃをなすように配置されている。
【００２４】
また、減速機７の出力軸の先端には、回転部材としての球体８Ａが取り付けられ、この球体８Ａ表面が固定部２の案内面２１に接している。球体８Ａの外径寸法ｄは、ＤＣモータ６の回転中心軸Ｂに直交する方向の外形寸法Ｄよりも小さく設定されている。
【００２５】
従って、本実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて、ＤＣモータ６の回転中心軸Ｂが、固定部２の案内面２１に対して傾斜して取り付けられているので、球体８Ａの外径寸法ｄが、ＤＣモータ６の外形寸法Ｄよりも小さく設定されていても、ＤＣモータ６が固定部２に干渉しないで、モータユニット４Ｂを可動部３に固定することができる。
【００２６】
また、球体８Ａの外径寸法ｄが、ＤＣモータ６の外形寸法Ｄよりも小さく設定されているので、前記実施形態の車輪８の外径寸法が、ＤＣモータ６の外形寸法Ｄよりも大きい場合と比べて、球体８Ａの回転トルクを増大させることができ、可動部３を確実に移動させることができる。また、球体８Ａの外径寸法ｄを小さく設定することで、減速機７の出力軸が１回転した場合の可動部３の移動量が小さくなって、可動部３を微動させることができる。
なお、本実施形態では、回転部材として球体８Ａを用いた場合について説明したが、これに限定されることなく、回転部材の形状としては、そろばん玉状や楕円球状としてもよい。
【００２７】
次に、本発明の第４実施形態に係る軸受装置１Ｃについて図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態の軸受装置１Ｃの部分平面図である。
軸受装置１Ｃは、前述の第２実施形態の軸受装置１Ａに対してモータユニット４Ａの構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、軸受装置１Ｃのモータユニット４Ｃでは、ＤＣモータ６は、当該ＤＣモータ６の回転中心軸Ｅが可動部３の移動方向に平行となるように配置され、減速機７の出力軸の先端には、第１円錐状部材８Ｂが固定されている。ＤＣモータ６、減速機７は、取付ボルト５５によって、可動部３に固定されたハウジング５Ｃに支持されている。
【００２８】
ハウジング５Ｃには、第２円錐状部材８Ｃおよび車輪８Ｄが回転中心軸Ｅに直交する方向に回転自在に支持されている。第２円錐状部材８Ｃおよび車輪８Ｄは同軸で一体化されている。また、第２円錐状部材８Ｃのテーパ部は、第１円錐状部材８Ｂのテーパ部に接するように配置されている。
このような構成において、第１円錐状部材８Ｂと第２円錐状部材８Ｃとの間に生じる摩擦力によって、ＤＣモータ６の回転駆動力が車輪８Ｄに伝達され、車輪８Ｄの回転によって可動部３が移動する。
【００２９】
従って、本実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて、ＤＣモータ６の回転中心軸Ｅが可動部３の移動方向に対して平行に配置されているので、ＤＣモータ６の重心を可動部３の移動方向の中心軸上に位置させることができ、可動部３のバランスを良くすることができる。
なお、本実施形態における第１円錐状部材８Ｂおよび第２円錐状部材８Ｃは、それぞれ傘歯車で構成されていてもよい。
【００３０】
次に、本発明の第５実施形態に係る軸受装置１Ｄについて図６から図８に基づいて説明する。図６および図７は、本実施形態の軸受装置１Ｄの正面図および断面図である。図８は、軸受装置１Ｄの制御回路図である。
軸受装置１Ｄは、前述の第２実施形態の軸受装置１Ａに対して、図６および図７に示すように、モータユニット４Ａが固定部２の上方および下方の２箇所に設けられている構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、軸受装置１Ｄには、一対のモータユニット４Ａが固定部２を挟んで可動部３に固定されている。
【００３１】
また、軸受装置１Ｄは、ＤＣモータ６の電源となる電池１１と、ＤＣモータ６の駆動を制御する制御ユニット１２とを備えている。電池１１および制御ユニット１２は、可動部３の上面に固定されている。
制御ユニット１２は、外部光源Ｓの光が入射される２つの受光素子１３，１４と、これらの受光素子１３，１４を支持するブラケット１５とを備えて構成されている。受光素子１３，１４は、前進時に光が入射される前進用の受光素子１３と、後退時に光が入射される後退用の受光素子１４とから構成されている。
【００３２】
各受光素子１３，１４は、図８に示すように、光が入射される窓１６と、この窓１６の内側に設けられたフォトダイオード１７と、フォトダイオード１７のカソード側に接続された抵抗１８と、同じくカソード側にゲート（Ｇ）が接続された２つのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）１９，２０とを有して構成されている。
フォトダイオード１７のアノード側は、電池１１の正極に接続され、抵抗１８は、電池１１の負極に接続されている。一方のＭＯＳＦＥＴ１９のドレイン（Ｄ）は、電池１１の正極に接続され、他方のＭＯＳＦＥＴ２０のソース（Ｓ）は、電池１１の負極に接続されている。
【００３３】
前進用の受光素子１３のＭＯＳＦＥＴ１９のソース（Ｓ）は、ＤＣモータ６の正極に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン（Ｄ）は、ＤＣモータ６の負極に接続されている。
後退用の受光素子１４のＭＯＳＦＥＴ１９のソース（Ｓ）は、ＤＣモータ６の負極に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン（Ｄ）は、ＤＣモータ６の正極に接続されている。
【００３４】
このような制御回路によって構成されたＤＣモータ６のリレー機構を用いて、前進用の受光素子１３に外部光源Ｓからの光が入射されると、ＤＣモータ６が前進する方向に直流電流が通電され、可動部３が前進する。また、後退用の受光素子１４に光が入射されると、ＤＣモータ６が後退する方向に直流電流が通電され、可動部３が後退する。
このように、軸受装置１Ｄを無線信号によって制御できるので、制御用の信号線を配線する必要がなくなり、配線工事の手間を無くすことができる。
なお、外部光源Ｓとしては、本実施形態では、レーザー光を発生する半導体を備えたレーザーポインタを用いているが、これに限らず、他の方式の外部光源を用いてもよい。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて、二つのモータユニット４Ａが固定部２を挟むようにして設けられているので、一対の車輪８が固定部２に接することで可動部３に微小な振動が生じたりする影響を抑制することができ、可動部３の移動を安定させることができる。また、可動部３がコイルばね９の付勢力によって固定部２から浮き上がる等の影響を無視することができない場合には、モータユニット４Ａが固定部２を挟んで一対で設けられているので、固定部２に対するコイルばね９の付勢力を互いに打ち消すことができる。
【００３６】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第１実施形態では、回転部材としての車輪８を固定部２の上側の案内面２１に接するように配置した場合を説明したが、これに限らず、回転部材を固定部の下側の案内面２４に接するように配置してもよい。このようにすれば、空気軸受の作用で、可動部が浮上しても、回転部材が固定部に対して空回りせずに、確実に可動部を移動させることができる。
【００３７】
また、前記各実施形態では、断面略ロ字形の可動部３の場合を説明したが、本発明の可動部としては、これに限らず、固定部２の上側の案内面２１および左右の側方の案内面２２，２３を覆う断面略コ字形の可動部であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、固定部と、この固定部に対して空気軸受によって支持された可動部とを備えた軸受装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る軸受装置を示す正面図。
【図２】前記軸受装置を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る軸受装置を示す断面図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る軸受装置を示す断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る軸受装置を示す部分平面図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る軸受装置を示す正面図。
【図７】前記軸受装置を示す断面図。
【図８】前記軸受装置の制御回路図。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…軸受装置
２…固定部
３…可動部
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…モータユニット（駆動機構）
６…ＤＣモータ
８，８Ｄ…車輪（回転部材）
８Ａ…球体（回転部材）
８Ｂ…第１円錐状部材
８Ｃ…第２円錐状部材
９…コイルばね（付勢手段）
Ａ，Ｂ…回転中心軸。
【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】
2009019694.tif 000009
【図８】
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