專利名稱：靜壓軸承裝置以及具備靜壓軸承裝置的工作臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過加壓氣體使移動體相對于固定體浮起，對其進(jìn)行支承并使其移動 的高精度的靜壓軸承裝置以及具備靜壓軸承裝置的工作臺。
背景技術(shù)：
以往，在要求高精度定位的加工裝置、檢查裝置、半導(dǎo)體制造裝置等中使用采用靜 壓氣體的靜壓軸承裝置。圖9表示現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的例子。如圖9(A)所示，靜壓軸承 裝置100的構(gòu)成包括形成為方柱狀的固定體120、和形成為包圍固定體120并能夠沿著固 定體120移動地構(gòu)成的移動體110。圖9(B)表示圖9(A)的X-X截面放大說明圖。在移動 體110的滑動面1 IOa上形成有靜壓衰減器111，該靜壓衰減器111具備與加壓氣體的供給 源連通并噴出加壓氣體的噴出口 111a、將從噴出口 Illa噴出的加壓氣體沿著滑動面IlOa 分配的通氣槽111b。通氣槽Illb例如形成為槽深度大約30 μ m、槽寬度1000 μ m的矩形截 面形狀的槽。在靜壓軸承裝置100中，能夠使加壓氣體從靜壓衰減器111噴出到移動體110的 滑動面IlOa與固定體120之間形成的軸承間隙Gl中，從而能夠使移動體110在固定體120 上浮起，并使其沿著固定體120的延伸方向移動。這樣，由于靜壓軸承裝置100是移動體 110與固定體120非接觸的移動機(jī)構(gòu)，因此不易發(fā)生振動且能夠高精度地定位。近年來，在用靜壓軸承裝置進(jìn)行超高精度的加工、測量時，要求更高的定位精度， 例如要求定位精度為IOnm以下，這就使至今為止不是問題的移動體的微小振動成為問題。移動體的振動起因于軸承間隙Gl內(nèi)流動的加壓氣體成為不穩(wěn)定的狀態(tài)。加壓氣 體雖然在層流區(qū)域或紊流區(qū)域均成為穩(wěn)定的氣流，但在兩者的中間區(qū)域，由于氣體的壓力 變動劇烈因此氣流成為不穩(wěn)定的狀態(tài)。在此，由于層流和紊流的遷移區(qū)域處于雷諾數(shù)Re = 2000 3000的范圍，因此如果Re ^ 2000時則為層流狀態(tài)。由于在層流狀態(tài)下加壓氣體為 平緩的氣流，因此不產(chǎn)生振動。為了抑制這樣的靜壓軸承裝置中移動體的振動，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了對通 氣槽的流路模式形狀進(jìn)行改進(jìn)，從而難以發(fā)生紊流的流路形成技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中公開了通過減小靜壓衰減器的滑動面的表面粗糙度，來減小氣體 流動的粘性阻力從而不發(fā)生紊流的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)3中公開了以與專利文獻(xiàn)1或2相反的想法，通過使靜壓衰減器的滑 動面的氣體流出部粗糙化，消除紊流和層流的遷移并形成穩(wěn)定的紊流區(qū)域從而防止振動的 技術(shù)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-194059號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平6-307449號公報專利文獻(xiàn)3 日本專利3260869號公報然而，如專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)那樣，在使用具有角部的流路模式形狀、矩形狀的 通氣槽時，存在以下問題在角部等處由于軸承間隙的變化等而易使加壓空氣的氣流散亂，特別是在為了提高靜壓軸承的剛性而增大加壓氣體的流量時容易發(fā)生紊流從而發(fā)生振動。如專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)那樣，當(dāng)將靜壓衰減器的滑動面的表面粗糙度Ra加工成 0. Ιμπι以下的非常平滑的面時，則存在制造成本增加的問題。另外，由于移動體和固定體的軸承間隙在移動體的移動過程中容易變化，因此如 專利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)那樣，即使將滑動面的表面粗糙度做得粗糙而積極地形成紊流，也 會變成層流和紊流的中間區(qū)域。由紊流產(chǎn)生的振動不具有固定的振動頻率，而是從十到幾 十kHz這樣寬范圍頻率的振動，因此不能使靜壓軸承裝置的共振頻率脫離該微小振動頻率 的頻帶。在因該微小振動而使靜壓軸承裝置產(chǎn)生了共振時，還能引起增大到數(shù)百nm的振動 振幅的情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)高精度的靜壓軸承裝置以及具備靜壓軸承裝置的工 作臺，根據(jù)適用的供氣壓力，構(gòu)成節(jié)流孔、通氣槽等，，以在加壓氣體的通氣路徑的全體區(qū)域 維持層流狀態(tài)，由此防止振動的發(fā)生。本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，第一技術(shù)方案涉及的發(fā)明是一種靜壓軸承裝置，其構(gòu) 成為在固定體和移動體的滑動面之間設(shè)置軸承間隙，并向該軸承間隙供給加壓氣體，從而 使上述移動體在上述固定體上浮起并能夠移動，，上述移動體具備供給加壓氣體的主配 管；節(jié)流孔，其設(shè)置于在滑動面呈開口的主配管的噴出口處，對加壓氣體進(jìn)行整流；靜壓衰 減器，其形成有與上述節(jié)流孔連通并將從上述節(jié)流孔噴出的加壓氣體分配供給到上述軸承 間隙的通氣槽，上述通氣槽的構(gòu)成包括環(huán)狀槽，其圍繞上述節(jié)流孔形成為環(huán)狀；多個分配 槽，它們以上述節(jié)流孔為中心朝向上述環(huán)狀槽以放射狀延伸設(shè)置并將上述環(huán)狀槽和上述節(jié) 流孔連通，上述通氣槽形成為相對于上述移動體的移動方向中心線對稱，上述通氣槽的寬 度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面的方向突出的曲線。根據(jù)第一技術(shù)方案涉及的發(fā)明，通過設(shè)置于移動體的主配管來供給加壓氣體；通 過設(shè)置在開口于滑動面的主配管的噴出口處的節(jié)流孔對加壓氣體進(jìn)行整流；通過形成了與 節(jié)流孔連通并將從節(jié)流孔噴出的加壓氣體分配供給到上述軸承間隙的通氣槽的靜壓衰減 器，從而向設(shè)在固定體與移動體的滑動面間的軸承間隙內(nèi)供給加壓氣體，由此使移動體在 固定體上浮起，進(jìn)行移動、定位。在此，由于通氣槽的寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面的方向突出的曲 線，因此在加壓氣體從通氣槽的寬度方向流到軸承間隙時，沒有壓力損失以及氣流的散亂， 從而能夠維持層流。另外，由于通氣槽的構(gòu)成包括環(huán)狀槽，其圍繞上述節(jié)流孔形成為環(huán)狀；多個分配 槽，它們以上述節(jié)流孔為中心朝向上述環(huán)狀槽以放射狀延伸設(shè)置并將上述環(huán)狀槽和上述節(jié) 流孔連通，并且通氣槽形成為相對于上述移動體的移動方向中心線對稱，由此能夠使軸承 間隙內(nèi)的加壓氣體的壓力分布相同。由此，能夠使從靜壓衰減器向軸承間隙噴出的加壓氣體成為壓力分布相同的層 流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可防止振動發(fā)生的高精度的靜壓軸承裝置。此外，由于能夠穩(wěn)定地保持層流，因此能夠提高加壓氣體的供給壓力，能夠?qū)崿F(xiàn)高 剛性的靜壓軸承裝置。
第二技術(shù)方案涉及的發(fā)明，在第一技術(shù)方案涉及的發(fā)明的靜壓軸承裝置中，上述 分配槽寬度方向的截面積的總和為上述節(jié)流孔的截面積以上。根據(jù)第二技術(shù)方案涉及的發(fā)明，分配槽寬度方向的截面積總和為節(jié)流孔的截面積 以上，例如在有η條截面積Sl的分配槽時，與節(jié)流孔的截面積S2之間，Sl Xn ^ S2的關(guān)系 成立，因此從節(jié)流孔噴出的加壓氣體流入分配槽時難以產(chǎn)生壓力損失，從而能夠保持穩(wěn)定 的層流，能夠防止振動的發(fā)生。第三技術(shù)方案涉及的發(fā)明，在第一技術(shù)方案涉及的發(fā)明的靜壓軸承裝置中，將上 述通氣槽的表面粗糙度形成為小于上述移動體的滑動面的表面粗糙度。根據(jù)第三技術(shù)方案涉及的發(fā)明，由于將通氣槽的表面粗糙度形成為小于移動體的 滑動面的表面粗糙度，因而在加壓氣體的流動與滑動面相比容易遷移成紊流的通氣槽中， 難以發(fā)生由表面粗糙度引起的氣流散亂，因此能夠保持穩(wěn)定的層流，能夠防止振動的發(fā)生。 例如，在滑動面的表面粗糙度Ra (算術(shù)平均粗糙度)為0. 2 0. 6 μ m的情況下，通氣槽的 表面粗糙度Ra優(yōu)選為0. 1 0. 4 μ m。第四技術(shù)方案涉及的發(fā)明，在第一至第三技術(shù)方案涉及的任意一項發(fā)明所述的靜 壓軸承裝置中，還具備排氣槽，該排氣槽圍繞上述環(huán)狀槽設(shè)置，將從上述通氣槽供給到上述 軸承間隙的加壓氣體向上述軸承間隙的外側(cè)引導(dǎo)并予以排出，上述排氣槽形成為相對于上 述移動體的移動方向中心線對稱，寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面的方向突出的 曲線，并且截面積為上述環(huán)狀槽的截面積以上。通過設(shè)置第四技術(shù)方案涉及的發(fā)明的排氣槽，能夠使加壓氣體的壓力分布變得相 同，從而能有效地向軸承間隙外排出，并能夠使加壓氣體的流量穩(wěn)定，因此能夠穩(wěn)定地保持層流。第五技術(shù)方案涉及的發(fā)明，在第一至第三技術(shù)方案涉及的任意一項發(fā)明所述的靜 壓軸承裝置中，將上述軸承間隙設(shè)為ΙΟμπι以下。在第一至第三技術(shù)方案涉及的發(fā)明的任意一項所述的靜壓軸承裝置中，由于能夠 穩(wěn)定地維持層流，因此能夠減小軸承間隙。如第五技術(shù)方案涉及的發(fā)明那樣，能夠構(gòu)成將軸 承間隙設(shè)為比現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的軸承間隙小的IOym以下的靜壓軸承裝置。由此，能 夠成為更高剛性的靜壓軸承裝置。第六技術(shù)方案涉及的發(fā)明，在第一至第三技術(shù)方案涉及的任意一項發(fā)明所述的靜 壓軸承裝置中，上述移動體以及固定體由陶瓷構(gòu)成。如第六技術(shù)方案涉及的發(fā)明那樣，如果移動體和固定體由陶瓷構(gòu)成，則能夠提高 表面精度，因此能夠構(gòu)成更高剛性且高精度的靜壓軸承裝置。另外，由于陶瓷與金屬材料相比為低熱膨脹，因此能夠減小由于溫度變化引起的 尺寸變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的靜壓軸承裝置。第七技術(shù)方案涉及的發(fā)明是一種工作臺，該工作臺構(gòu)成為具備第一至第三技術(shù) 方案涉及的任意一項發(fā)明所述的靜壓軸承裝置，并構(gòu)成為在上述移動體上搭載物體且能夠 沿著上述固定體移動。根據(jù)第七技術(shù)方案涉及的發(fā)明，由于具備第一至第三技術(shù)方案涉及的發(fā)明中任意 一項所述的靜壓軸承裝置，因此能夠成為高剛性且抑制在驅(qū)動時和靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生振動的 良好的工作臺。


圖1是靜壓軸承裝置的立體說明圖。圖2是靜壓軸承裝置的剖視說明圖。圖2(A)是圖1的A-A截面的放大說明圖，圖 2(B)是節(jié)流孔的放大說明圖。圖3是表示靜壓軸承裝置的靜壓衰減器構(gòu)造的俯視說明圖。圖4是圖3的B-B截面，是表示通氣槽和排氣槽寬度方向的截面形狀的剖視說明 圖。圖5是表示加壓氣體的供氣壓力與流量消耗之間的關(guān)系的說明圖。圖6是表示加壓氣體的供氣壓力與軸承剛性之間的關(guān)系的說明圖。圖7是加壓氣體的供氣壓力與移動體的振動振幅之間的關(guān)系的說明圖。圖8是表示靜壓軸承裝置的靜壓衰減器構(gòu)造的變形例的俯視說明圖。圖9是表示現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的構(gòu)造的說明圖。圖9㈧是立體說明圖，圖9(B) 是圖9(A)的X-X截面的放大說明圖。附圖標(biāo)記說明1...靜壓軸承裝置；10...移動體；10a...滑動面；11...通氣 槽；11a···分配槽；lib...環(huán)狀槽；12...排氣槽；1 ...環(huán)狀排氣槽；12b...外部排氣 槽；12c...第二外部排氣槽；13...主配管；13a...噴出口 ；14...節(jié)流孔；20...固定體； 30...靜壓衰減器；G...軸承間隙。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的靜壓軸承裝置。另外，本發(fā)明不限定于以下的實施方 式。如圖1所示，靜壓軸承裝置1的構(gòu)成包括形成為方柱狀的固定體20、和形成為包 圍固定體20并能夠沿著固定體20移動地構(gòu)成的移動體10。移動體10和固定體20例如由 氧化鋁那樣的陶瓷形成。如果移動體10和固定體20由陶瓷構(gòu)成就能夠提高表面精度，因 此能夠構(gòu)成難以發(fā)生紊流且高精度的靜壓軸承裝置。另外，由于陶瓷與金屬材料相比為低 熱膨脹，因此能夠減小由于溫度變化引起的尺寸變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的靜壓軸承
直ο如圖2(A)所示，移動體10具備供給加壓氣體的主配管13、對加壓氣體進(jìn)行整流 的節(jié)流孔14以及靜壓衰減器30，其中靜壓衰減器30與節(jié)流孔14連通，并將從節(jié)流孔14噴 出的加壓氣體分配供給到形成于移動體10的滑動面IOa與固定體20之間的軸承間隙G中。在靜壓衰減器30內(nèi)形成有由后述的分配槽Ila和環(huán)狀槽lib構(gòu)成的通氣槽11。 在通氣槽11的外周形成有排氣槽12，該排氣槽12將從通氣槽11供給到軸承間隙G的加壓 氣體引導(dǎo)并排出到軸承間隙G的外側(cè)。雖然圖2(A)表示出固定體20上方的移動體10的 構(gòu)造，但對于隔著固定體20相向的下方的滑動面也形成同樣的構(gòu)造。在此，水平方向的滑 動面也形成同樣的構(gòu)造。如圖2 (B)所示，節(jié)流孔14設(shè)置在開口于滑動面IOa (圖中是下表面)的主配管13 的噴出口 13a處，噴出口 13a側(cè)形成為壓力損失少的尖細(xì)的圓錐形狀。由此，能夠?qū)膰姵?口 13a噴出的加壓氣體整流成層流。在本實施方式中，主配管13形成為直徑3 5mm左右的管狀，節(jié)流孔14頂端的直徑形成為0. 2 0. 3mm。在靜壓軸承裝置1中，將加壓氣體從主配管13經(jīng)由節(jié)流孔14供給到靜壓衰減器 30，并使加壓氣體從靜壓衰減器30噴出到形成于移動體10的滑動面IOa和固定體20之間 的軸承間隙G中，由此能夠使移動體10在固定體20上浮起，并在沿著固定體20的延伸方 向移動的同時進(jìn)行高精度的定位。從靜壓衰減器30噴出到軸承間隙G的加壓氣體，通過排 氣槽12被排出到軸承間隙G的外側(cè)。本發(fā)明的靜壓軸承裝置1為了實現(xiàn)高精度的移動、定位，設(shè)計了節(jié)流孔14、通氣槽 11以及排氣槽12的形狀等結(jié)構(gòu)，使得加壓氣體在通氣路徑的全體區(qū)域維持層流狀態(tài)。下面 說明具體的構(gòu)成。如圖3所示，滑動面IOa形成為矩形，在該滑動面IOa上形成有具備通氣槽11的 靜壓衰減器30和排氣槽12。靜壓衰減器30由將節(jié)流孔節(jié)流和表面節(jié)流進(jìn)行組合的復(fù)合節(jié) 流所形成。通氣槽11具備環(huán)狀槽11b，其圍繞節(jié)流孔14并形成環(huán)狀；多個分配槽11a，它們 以節(jié)流孔14為中心朝向環(huán)狀槽lib以放射狀延伸設(shè)置并將環(huán)狀槽lib與節(jié)流孔14連通。 在本實施方式中，環(huán)狀槽lib形成為圓形，分配槽Ila以中心角22. 5°形成有16條。另外， 通氣槽11形成為相對于移動體10的移動方向(圖中的左右方向)對稱。排氣槽12具備圍繞環(huán)狀槽lib設(shè)置的環(huán)狀排氣槽12a、和將環(huán)狀排氣槽1 與 靜壓軸承裝置1的外部連通的外部排氣槽12b。排氣槽12以使加壓氣體的壓力分布為相同 的方式，形成為能夠有效地向外部排氣的形狀(圖4)。排氣槽12也與通氣槽11 一樣，形成 為相對于移動體10的移動方向中心線對稱。環(huán)狀排氣槽1 為了使與從環(huán)狀槽lib噴出的加壓氣體相應(yīng)的量以壓力分布相同 的方式排出，優(yōu)選為與環(huán)狀槽lib相似的形狀。在本實施方式中為與環(huán)狀槽lib相同的圓形。在此，環(huán)狀排氣槽12a的半徑R2只要在環(huán)狀槽lib的半徑Rl的基礎(chǔ)上確保環(huán)狀 槽lib的寬度Wl (圖4)的兩倍以上較大的間隔，就能夠成為沒有壓力損失、加壓氣體的流 動散亂的良好的排氣狀態(tài)。在后述的實施例中為R2-R1 = 2 10mm，能夠進(jìn)行良好的排氣 且未發(fā)生振動。從主配管13經(jīng)由節(jié)流孔14從噴出口 13a噴出的加壓氣體，通過分配槽Ila在靜 壓衰減器30內(nèi)被各向同性地分配，并在從分配槽Ila和環(huán)狀槽lib噴出到軸承間隙G后， 通過排氣槽12被排出到軸承間隙G的外側(cè)。如上所述，通過將通氣槽11形成為相對于移 動體10的移動方向中心線對稱，能夠使軸承間隙G的加壓氣體的壓力分布相同。另外，通 過設(shè)置排氣槽12使得加壓氣體的壓力分布相同，因此能夠有效地將加壓氣體向外部排出， 能夠使加壓氣體的流量穩(wěn)定。如圖4所示，通氣槽11 (圖中只表示環(huán)狀槽lib)以及排氣槽12(圖中只表示環(huán)狀 排氣槽12a)，寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面IOa的方向突出的曲線。在本實施方式中，環(huán)狀槽lib的截面形狀是圓弧狀，形成為深度Dl為10 μ m以下、 寬度Wl為300 500 μ m。分配槽Ila也具有同樣的截面形狀。通氣槽11，例如可以通過 用半徑1 5mm的研磨鉆等進(jìn)行加工而形成。在此，由于通氣槽11及排氣槽12寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面IOa的方向突出的曲線，因此在加壓氣體從各槽的寬度方向流到軸承間隙G時，沒有壓力損失、 氣流的散亂，能夠保持層流。分配槽Ila寬度方向的截面積的總和形成為節(jié)流孔14的截面積以上。例如，當(dāng)分 配槽Ila的截面積為Sl時，由于在本實施方式中分配槽Ila有16條，因此與節(jié)流孔14的 截面積S2之間，Sl X 16 ^ S2的關(guān)系成立。由此，從節(jié)流孔14以層流噴出的加壓氣體流入 到分配槽Ila時難以發(fā)生壓力損失，因此能夠保持穩(wěn)定的層流，能夠防止振動發(fā)生。為了使環(huán)狀排氣槽1 排出與從環(huán)狀槽lib噴出的加壓氣體相應(yīng)的量，因此排氣 槽12的截面積優(yōu)選為環(huán)狀槽lib的截面積以上。在本實施方式中，環(huán)狀槽lib的截面形狀 是與通氣槽11相同的圓弧狀，形成為深度D2為30 μ m、寬度W2為300 μ m。此外，當(dāng)對滑動面IOa和通氣槽11或排氣槽12交界的角部進(jìn)行倒角而平滑地形 成時，能夠進(jìn)一步使氣流難以散亂，從而能夠成為層流狀態(tài)穩(wěn)定的形狀。另外，通氣槽11的表面粗糙度形成為小于移動體10的滑動面IOa的表面粗糙度。 由此，在加壓氣體的流動與滑動面IOa相比容易遷移成紊流的通氣槽11中，難以產(chǎn)生由表 面粗糙度引起的氣流散亂，因此能夠維持穩(wěn)定的層流，能夠防止振動的發(fā)生。例如，在滑動面IOa的表面粗糙度Ra (算術(shù)平均粗糙度)為0. 2 0. 6 μ m的情況 下，通氣槽11的表面粗糙度Ra優(yōu)選為0. 1 0.4 μ m。在本發(fā)明的靜壓軸承裝置1中，能夠穩(wěn)定地維持層流，即使降低加壓氣體的供氣 壓力也能夠獲得高剛性。因此，通過將軸承間隙G做成比現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的軸承間隙 小的10 μ m以下，能夠成為更高剛性的靜壓軸承裝置。由于在本發(fā)明的靜壓軸承裝置1中具備上述構(gòu)成，所以能夠使從靜壓衰減器30向 軸承間隙G噴出的加壓氣體成為壓力分布相同的層流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)防止振動發(fā)生的高精 度、例如IOnm以下的超高精度定位的靜壓軸承裝置1。此外，為了能夠穩(wěn)定地維持層流，由于能夠提高加壓氣體的供氣壓力，因此能夠?qū)?現(xiàn)高剛性的靜壓軸承裝置1。而且，當(dāng)使用靜壓軸承裝置1構(gòu)成在移動體10上搭載物體且沿著固定體20能夠 移動的工作臺時，能夠成為高剛性且抑制了在驅(qū)動時及靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生振動的良好的工作 臺。因此，具備靜壓軸承裝置1的工作臺，能夠很好地適用于掃描型曝光裝置、液晶面板的 檢查裝置等要求有較高的移動精度的用途。另外，通過多個靜壓軸承裝置的組合也能夠形成X-Y工作臺等多軸的移動機(jī)構(gòu)。通氣槽11和排氣槽12的截面形狀，只要是平滑的曲線形成的凸形狀且能夠?qū)崿F(xiàn) 層流的形狀，則可以采用橢圓弧或其他的曲線形狀。通氣槽11及排氣槽12的配置形狀，只要是在移動方向中心線上對稱，則可以對于 與移動方向垂直的方向非對稱。分配槽11a、外部排氣槽12b的條數(shù)，只要是在能夠維持層流的范圍內(nèi)則可以是任 意的。分配槽Ila的截面形狀和環(huán)狀槽lib的截面形狀，或者環(huán)狀排氣槽12a的截面形狀 和外部排氣槽12b的截面形狀，只要是在能夠保持層流的范圍內(nèi)，則可以各不相同。只要能夠?qū)崿F(xiàn)向加壓氣體的外部進(jìn)行穩(wěn)定的排氣，則可以不設(shè)排氣槽12。作為形成固定體20和移動體10的陶瓷，除氧化鋁以外還可以使用氧化鋯、碳化 硅、氮化硅等各種陶瓷。另外，也可以用陶瓷以外的材料，例如用不銹鋼等金屬材料等來形成。評價試驗將本發(fā)明的靜壓軸承裝置1的效果與現(xiàn)有的靜壓軸承裝置100進(jìn)行了比較。本發(fā)明的靜壓軸承裝置1，是使用由純度99. 8 %的氧化鋁陶瓷構(gòu)成的截面為 42mmX42mm、長度為200mm的四方柱作為固定體20。移動體10是利用同樣的氧化鋁陶瓷， 以包圍固定體20的方式組合四張平板而構(gòu)成的。上下的平板是寬度為80mm、厚度為20mm、 長度為80mm的平板，左右的平板是寬度為40mm、厚度為20mm、長度為80mm的平板。靜壓衰 減器30、排氣槽12等軸承機(jī)構(gòu)設(shè)置在上下平板的滑動面IOa上。節(jié)流孔14頂端的直徑形 成為0.3mm。通氣槽11寬度方向的截面形成為深度10 μ m、寬度300 μ m的圓弧狀。軸承間 隙G為2μπι。另外，滑動面IOa的表面粗糙度Ra形成為0.4 μ m，通氣槽11的表面粗糙度 Ra形成為0. 2μπι以下。首先，評價了加壓氣體的流量消耗。流量消耗的評價是在使從主配管13供給的壓 縮空氣的供氣壓力發(fā)生了變化時，通過測量壓縮空氣從排氣槽12及軸承間隙G排出的氣體 的消耗量來進(jìn)行的。圖5是供氣壓力在0. 1 0. 5MPa的范圍內(nèi)發(fā)生了變化時的流量消耗 的測量結(jié)果。與現(xiàn)有的靜壓軸承裝置相比，本發(fā)明的靜壓軸承裝置1的壓縮空氣的消耗量 大約降低到2/3，因此確認(rèn)了本發(fā)明的壓縮空氣消耗量的降低效果。接著評價了軸承剛性。軸承剛性是在移動體10上加載了規(guī)定的載荷時，用電動測 微儀測量移動體10的沉降位移量，并通過下式計算得出的。 軸承剛性(N/ μ m)=加載載荷(kg) X 9. 8/位移量(μ m)。圖6是使供氣壓力在0. 1 0. 5MPa的范圍內(nèi)變化時的軸承剛性的測量結(jié)果。與 現(xiàn)有的靜壓軸承裝置相比，本發(fā)明的靜壓軸承裝置1的軸承剛性大約提高為1. 6倍，結(jié)合圖 5顯示的結(jié)果，確認(rèn)了本發(fā)明是能夠減少壓縮空氣的消耗量且高剛性的靜壓軸承裝置。然后，進(jìn)行了本發(fā)明的靜壓軸承裝置1和現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的振動測量。圖7是 使供氣壓力在0. 1 0. 的范圍內(nèi)變化時的振動振幅的測量結(jié)果。供氣壓力達(dá)到0. 2MPa 之前，兩者幾乎均未發(fā)生振動。但在超過0. 3MPa時，現(xiàn)有的靜壓軸承裝置的振動振幅增大， 在0. 5MPa時達(dá)到不能使用的振動振幅水平。另一方面，在本發(fā)明的靜壓軸承裝置1中，即 使在0. 5MPa時也幾乎未發(fā)生振動。如上所述，通過對本發(fā)明的靜壓軸承裝置進(jìn)行最佳設(shè)定，能夠使靜壓軸承裝置1 以IOnm以下的振動振幅水平穩(wěn)定地動作。效果(1)根據(jù)本發(fā)明的靜壓軸承裝置1，為了實現(xiàn)高精度的移動、定位，設(shè)計了節(jié)流孔 14、通氣槽11以及排氣槽12的形狀等結(jié)構(gòu)，使得加壓氣體在通氣路徑的全體區(qū)域維持層流 狀態(tài)，由于通氣槽11寬度方向的截面形狀形成為向離開滑動面IOa的方向突出的曲線，因 此在加壓氣體從通氣槽11的寬度方向流到軸承間隙時，沒有壓力損失、氣流的散亂，因此 能夠保持層流。另外，由于通氣槽11的構(gòu)成包括環(huán)狀槽11b，其圍繞節(jié)流孔14形成為環(huán)狀；多個 分配槽11a，它們以節(jié)流孔14為中心朝向環(huán)狀槽lib以放射狀延伸設(shè)置并將環(huán)狀槽lib與 節(jié)流孔14連通，并將通氣槽11形成為相對于移動體10的移動方向中心線對稱，由此能夠 使軸承間隙G內(nèi)的加壓氣體的壓力分布相同。
通過設(shè)置排氣槽12使加壓氣體的壓力分布變?yōu)橄嗤瑥亩軌蛴行У叵蜉S承間 隙G外排氣，能夠使加壓氣體的流量穩(wěn)定，因此能夠穩(wěn)定地保持層流。由此，能夠使從靜壓衰減器30向軸承間隙G噴出的加壓氣體成為壓力分布相同的 層流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可防止振動發(fā)生的高精度的靜壓軸承裝置1。此外，由于能夠穩(wěn)定地維持層流，因此能夠提高加壓氣體的供氣壓力，從而能夠?qū)?現(xiàn)高剛性的靜壓軸承裝置1。(2)當(dāng)使用靜壓軸承裝置1構(gòu)成在移動體10上搭載物體且沿著固定體20能夠 移動的工作臺時，能夠成為高剛性且抑制了在驅(qū)動時及靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生振動的良好的工作臺。在上述實施方式中，雖然采用了靜壓衰減器30為一個的構(gòu)成，但不限定于此，也 可以采用在一個滑動面IOa上具備多個靜壓衰減器30的構(gòu)成。例如，如圖8所示，能夠?qū)?靜壓衰減器30左右對稱地配置四個。這樣在具備多個靜壓衰減器30的構(gòu)成中，由于加壓 氣體的排氣時氣流容易散亂，因此必須設(shè)置排氣槽12。在本實施方式中，除了環(huán)狀排氣槽 12a、外部排氣槽12b以外還形成有第二外部排氣槽12c，該第二外部排氣槽12c以劃分靜壓 衰減器30形成的區(qū)域的方式形成為十字，并且與外部排氣槽12b連通以輔助排氣。由此， 能夠使加壓氣體的排氣變得順暢，能夠使加壓氣體的流量穩(wěn)定，因此能夠穩(wěn)定地保持層流。
權(quán)利要求
1.一種靜壓軸承裝置，其構(gòu)成為在固定體和移動體的滑動面之間設(shè)置軸承間隙，并向 該軸承間隙供給加壓氣體，從而使上述移動體在上述固定體上浮起并能夠移動，其特征在 于，上述移動體具備 供給加壓氣體的主配管；節(jié)流孔，其設(shè)置于在滑動面呈開口的主配管的噴出口處，對加壓氣體進(jìn)行整流； 靜壓衰減器，其形成有與上述節(jié)流孔連通并將從上述節(jié)流孔噴出的加壓氣體分配供給 到上述軸承間隙的通氣槽， 上述通氣槽的構(gòu)成包括 環(huán)狀槽，其圍繞上述節(jié)流孔形成為環(huán)狀；多個分配槽，它們以上述節(jié)流孔為中心朝向上述環(huán)狀槽以放射狀延伸設(shè)置并將上述環(huán) 狀槽和上述節(jié)流孔連通，上述通氣槽形成為相對于上述移動體的移動方向中心線對稱，上述通氣槽的寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面的方向突出的曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜壓軸承裝置，其特征在于，上述分配槽寬度方向的截面積的總和為上述節(jié)流孔的截面積以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜壓軸承裝置，其特征在于，將上述通氣槽的表面粗糙度形成為小于上述移動體的滑動面的表面粗糙度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的靜壓軸承裝置，其特征在于，還具備排氣槽，該排氣槽圍繞上述環(huán)狀槽設(shè)置，將從上述通氣槽供給到上述軸承間隙 的加壓氣體向上述軸承間隙的外側(cè)引導(dǎo)并予以排出，上述排氣槽形成為相對于上述移動體的移動方向中心線對稱， 寬度方向的截面形狀形成朝向離開滑動面的方向突出的曲線，并且截面積為上述環(huán)狀 槽的截面積以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的靜壓軸承裝置，其特征在于， 將上述軸承間隙設(shè)為10 μ m以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的靜壓軸承裝置，其特征在于， 上述移動體以及固定體由陶瓷構(gòu)成。
7.一種工作臺，其特征在于，具備權(quán)利要求1至3中任意一項所述的靜壓軸承裝置，并構(gòu)成為在上述移動體上搭載 物體且能夠沿著上述固定體移動。
全文摘要
提供高精度的靜壓軸承裝置以及具備靜壓軸承裝置的工作臺，通過構(gòu)成節(jié)流孔、通氣槽等，使得加壓氣體在通氣路徑的全體區(qū)域維持層流狀態(tài)，從而防止振動的發(fā)生。在靜壓軸承裝置中，為了使加壓氣體在通氣路徑的全體區(qū)域能夠維持層流狀態(tài)而設(shè)計了節(jié)流孔(14)、通氣槽以及排氣槽(12)的形狀等結(jié)構(gòu)，通氣槽寬度方向的截面形狀形成為朝向離開滑動面(10a)的方向突出的曲線，另外，通氣槽包括環(huán)狀槽(11b)，其圍繞節(jié)流孔(14)形成為環(huán)狀；多個分配槽(11a)，它們以節(jié)流孔(14)為中心朝向環(huán)狀槽(11b)以放射狀延伸設(shè)置并將環(huán)狀槽(11b)與節(jié)流孔(14)連通，且形成為相對于移動體(10)的移動方向中心線對稱。
文檔編號F16C32/06GK102135137SQ20101029351
公開日2011年7月27日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者伊藤守, 內(nèi)村勝次 申請人:新東工業(yè)株式會社