特許 7210234 エアベアリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-13

(45)【発行日】2023-01-23

(54)【発明の名称】エアベアリング

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/06 20060101AFI20230116BHJP

【ＦＩ】

F16C32/06 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018213799

(22)【出願日】2018-11-14

(65)【公開番号】P2020079632

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-10-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】境 久嘉

(72)【発明者】

【氏名】植田 兼史

【審査官】日下部 由泰

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８７０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１２６８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３２／０６

Ｂ６５Ｇ ５１／０３，３５／００，５４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

案内面に対向する軸受面を有する本体部と、
前記本体部内に設けられ、圧縮空気が流れる流路部と、
前記流路部を流れる圧縮空気を前記案内面へ給気して、前記軸受面と前記案内面の間に空気膜を形成する空気膜形成部と、
前記流路部内に設けられ、通過する圧縮空気の流速を速くして負圧を発生させ前記軸受面と前記案内面の間の空気を吸引する負圧発生部と、
前記流路部と連通しており、前記負圧発生部を通過した圧縮空気と前記負圧発生部によって吸引された空気とが排出される排出路と、
前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力に応じて、前記流路部から前記排出路へ流れる空気の流量を調整する流量調整部と、
前記流路部と前記排出路の連通部に連通しており前記負圧発生部における圧縮空気の排出側に設けられ、前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力を前記連通部に設けた前記流量調整部に伝播するための伝播路と、
を備え、
前記流量調整部は、前記伝播路側から伝播された圧力を受けて、前記流路部から前記排出路へ流れる空気の流量を調整する、エアベアリング。

【請求項2】

前記伝播路は、前記本体部内において前記流路部と前記流量調整部を接続している通路である、
請求項１に記載のエアベアリング。

【請求項3】

前記流路部と前記排出路の連通部には、連通口が設けられており、
前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記負圧発生部による空気の吸引を停止させる、
請求項１又は２に記載のエアベアリング。

【請求項4】

前記軸受面と前記案内面の間から吸引される空気が前記負圧発生部へ流れる吸引路を更に備え、
前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記吸引路を介して前記空気膜を形成する圧縮空気を前記軸受面と前記案内面の間に給気させる、
請求項３に記載のエアベアリング。

【請求項5】

前記負圧発生部は、圧縮空気の流路を狭めた絞りを有し、
前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記絞りを通過した圧縮空気を前記吸引路を介して前記軸受面と前記案内面の間に給気させる、
請求項４に記載のエアベアリング。

【請求項6】

前記流量調整部は、前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力を受けて移動方向に移動する移動部材を有し、
前記移動部材は、移動して前記流路部と前記排出路の連通口を通過する空気の流量を調整する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のエアベアリング。

【請求項7】

前記移動部材は、前記本体部に加わる負荷の変動に対応した圧縮空気の圧力変動に応じて、前記移動方向において往復動する、
請求項６に記載のエアベアリング。

【請求項8】

前記移動部材は、
前記圧力を受けて前記移動方向に伸縮可能な伸縮部材と、
前記伸縮部材の先端側に設けられ、前記伸縮部材の伸縮に伴い前記移動方向に移動して前記連通口を通過する空気の流量を調整する柱部と、を有する、
請求項６又は７に記載のエアベアリング。

【請求項9】

前記移動部材は、前記圧力を受けて前記移動方向に移動する軸部材であり、
前記軸部材の先端側に設けられ、前記軸部材の移動に伴い前記連通口を通過する空気の流量を調整する柱部を有する、
請求項６又は７に記載のエアベアリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空プリロード機能を備えるエアベアリングに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、三次元測定機等の高精度な測定機器や高精度な工作機械の案内機構には、エアベアリングが多用されている。外部のコンプレッサーからエアベアリングに供給される圧縮空気が案内機構の案内面へ給気されることによって、エアベアリングの軸受面と案内面との間に空気膜が形成され、軸受面が案内面から浮上するので、摺動抵抗が略ゼロの案内機構を構成することができる。

【0003】

ところで、空気膜の剛性が、エアベアリングに作用する負荷に応じて非線形に変化する特性を有することが知られており、軽負荷状態では、空気膜の剛性が低くなってしまい不安定な状態になってしまう。そこで、空気膜の剛性を確保するために、軸受面と案内面の間から空気を吸引して予圧を与える真空予圧方式のエアベアリングが提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１８７０６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記の真空予圧方式のエアベアリングを採用する場合には、軸受面と案内面の間の一部を空気を吸引する領域とするため、負荷を支持する空気膜を形成できる領域が狭くなってしまう。この結果、エアベアリングに加わる高い負荷を適切に支持することが困難となる恐れがある。

【0006】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、エアベアリングに広範囲の負荷が加わっても空気膜によって適切に支持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の態様においては、案内面に対向する軸受面を有する本体部と、前記本体部内に設けられ、圧縮空気が流れる流路部と、前記流路部を流れる圧縮空気を前記案内面へ給気して、前記軸受面と前記案内面の間に空気膜を形成する空気膜形成部と、前記流路部内に設けられ、通過する圧縮空気の流速を速くして負圧を発生させ前記軸受面と前記案内面の間の空気を吸引する負圧発生部と、前記流路部と連通しており、前記負圧発生部を通過した圧縮空気と前記負圧発生部によって吸引された空気とが排出される排出路と、前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力に応じて、前記流路部から前記排出路へ流れる空気の流量を調整する流量調整部と、を備える、エアベアリングを提供する。

【0008】

また、前記エアベアリングは、前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力を前記流量調整部に伝播するための伝播路を更に備え、前記流量調整部は、前記伝播路を介して伝播された圧力を受けて、前記流路部から前記排出路へ流れる空気の流量を調整することとしてもよい。

【0009】

また、前記伝播路は、前記本体部内において前記流路部と前記流量調整部を接続している通路であることとしてもよい。

【0010】

また、前記流路部と前記排出路の連通部には、連通口が設けられており、前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記負圧発生部による空気の吸引を停止させることとしてもよい。

【0011】

また、前記エアベアリングは、前記軸受面と前記案内面の間から吸引される空気が前記負圧発生部へ流れる吸引路を更に備え、前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記吸引路を介して前記空気膜を形成する圧縮空気を前記軸受面と前記案内面の間に給気させることとしてもよい。

【0012】

また、前記負圧発生部は、圧縮空気の流路を狭めた絞りを有し、前記流量調整部は、前記連通口を閉じることで、前記絞りを通過した圧縮空気を前記吸引路を介して前記軸受面と前記案内面の間に給気させることとしてもよい。

【0013】

また、前記流量調整部は、前記本体部に加わる負荷に対応した圧縮空気の圧力を受けて移動方向に移動する移動部材を有し、前記移動部材は、移動して前記流路部と前記排出路の連通口を通過する空気の流量を調整することとしてもよい。

【0014】

また、前記移動部材は、前記本体部に加わる負荷の変動に対応した圧縮空気の圧力変動に応じて、前記移動方向において往復動することとしてもよい。

【0015】

また、前記移動部材は、前記圧力を受けて前記移動方向に伸縮可能な伸縮部材と、前記伸縮部材の先端側に設けられ、前記伸縮部材の伸縮に伴い前記移動方向に移動して前記連通口を通過する空気の流量を調整する柱部と、を有することとしてもよい。

【0016】

また、前記移動部材は、前記圧力を受けて前記移動方向に移動する軸部材であり、前記軸部材の先端側に設けられ、前記軸部材の移動に伴い前記連通口を通過する空気の流量を調整する柱部を有することとしてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、エアベアリングに広範囲の負荷が加わっても空気膜によって適切に支持できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るエアベアリング１の外観構成を説明するための模式図である。

【図2】エアベアリング１の軸受面２０側を示した図である。

【図3】空気膜の厚さと負荷との関係を示す図である。

【図4】エアベアリング１の内部構成を示す図である。

【図5】図４のＩ－Ｉ断面図である。

【図6】図４のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図7】エアベアリング１内の空気の流れを説明するための図である。

【図8】エアベアリング１内の空気の流れを説明するための図である。

【図9】エアベアリング１内の空気の流れを説明するための図である。

【図10】柱部６６が開口４８を閉じた際の圧縮空気の流れを説明するための模式図である。

【図11】第１変形例を説明するための模式図である。

【図12】第２変形例を説明するための模式図である。

【図13】第２の実施形態に係るエアベアリング１の構成を説明するための模式図である。

【図14】第２の実施形態に係るエアベアリング１の構成を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜第１の実施形態＞
（エアベアリングの概要）
本発明の第１の実施形態に係るエアベアリングの外観構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、第１の実施形態に係るエアベアリング１の外観構成を説明するための模式図である。図２は、エアベアリング１の軸受面２０側を示した図である。

【0020】

エアベアリング１は、三次元測定機等の高精度な測定機器に用いられている。エアベアリング１は、例えば三次元測定機においてプローブを移動させる移動機構（コラム）の下部に設けられている。エアベアリング１は、図１に示すように案内機構のガイドレール５００に対向しており、コラムをガイドレール５００に沿って案内する。エアベアリング１は、ガイドレール５００の案内面５０１と軸受面２０（図２）との間に空気膜を介在させる非接触式の軸受けである。

【0021】

エアベアリング１は、直方体形状の本体部１０を有する。本体部１０は、例えば金属製であり、十分な流量の圧縮空気を供給するコンプレッサーに供給路５１０を介して接続されている。本体部１０の内部には、供給されてきた圧縮空気が流れる流路（後述）が設けられている。また、本体部１０の底面には、図２に示すように、軸受面２０と、給気孔２１と、給気溝２２と、凹部２５と、吸引孔２６とが設けられている。

【0022】

軸受面２０は、ガイドレール５００の案内面５０１（図１）に対向している。エアベアリング１に圧縮空気が供給されている場合には、軸受面２０と案内面５０１の間に圧縮空気で形成された空気膜が介在している。

【0023】

給気孔２１は、軸受面２０と本体部１０内の流路とを連通している貫通孔であり、案内面５０１に向けて圧縮空気を給気する。これにより、軸受面２０と案内面５０１との間（給気領域）に、圧縮空気による空気膜が形成される。本実施形態では、給気孔２１が空気膜形成部に該当する。給気孔２１は、本体部１０の軸受面２０に４個設けられている。

【0024】

給気溝２２は、軸受面２０において環状に凹ませた溝である。給気溝２２は、４個の給気孔２１と連通している。給気孔２１が給気した圧縮空気が給気溝２２に沿って流れることで、軸受面２０と案内面５０１の間（給気領域）に空気膜が形成される。すなわち、給気領域は、給気溝２２及び給気溝２２の周囲の領域となる。給気溝２２を設けることで、より広い面積に均一な厚みの空気膜を形成させやすい。

【0025】

凹部２５は、軸受面２０を凹ませた溝である。凹部２５は、軸受面２０において給気溝２２よりも中央側に矩形状に形成されている。

【0026】

吸引孔２６は、凹部２５と本体部１０内の流路とを連通している貫通孔であり、軸受面２０と案内面５０１との間（吸引領域）の空気を吸引する。具体的には、吸引孔２６は、凹部２５に設けられており、凹部２５の空気を吸引する。すなわち、凹部２５が吸引領域となる。吸引孔２６は、詳細は後述するが、本体部１０内に設けられた負圧発生部が発生させた負圧によって、凹部２５の空気を吸引する。これにより、凹部２５において吸着力を発生させることができる。

【0027】

エアベアリング１上には移動機構（コラム等）が設けられているため、エアベアリング１には負荷が作用する。なお、三次元測定機の移動機構は、直交３軸方向に移動するため、移動中にエアベアリング１に作用する負荷が変動しうる。以下では、軸受面２０と案内面５０１の間の空気膜の剛性と、負荷との関係について説明する。空気膜の剛性は、下記の式（１）のように、負荷と空気膜の厚さ（以下、膜厚とも呼ぶ）とを用いて規定される。

【0028】

式（１）のｋは空気膜の剛性を示し、ΔＷはエアベアリング１に作用する負荷の変動を示し、Δｈは空気膜の厚さの変動を示す。

【0029】

また、給気孔２４を通過後の空気圧の変化をΔｐ、Ａを軸受有効面積（当該軸受有効面積は、ほぼ一定である）とすると、ΔＷ＝Δｐ×Ａとなることから、上記の式（１）は下記の式（２）に置き換えることができる。

【0030】

図３は、空気膜の厚さと負荷との関係を示す図である。図３のグラフの横軸が空気膜の厚さ［μm］を示し、縦軸が負荷［Ｎ］を示している。式（１）で規定される剛性ｋは、図３に示す特性曲線の傾きに対応している。図３を見ると分かるように、空気膜の厚さが小さい範囲（以下、第１範囲とも呼ぶ）では、特性曲線における概線形部分で傾きが急であり、空気膜の剛性が高い。このため、上記の第１範囲で負荷が変動しても、空気膜の厚さの変動が小さく、空気膜が安定した状態を維持する。一方で、空気膜の厚さが大きい範囲（以下、第２範囲とも呼ぶ）では、曲線の傾きが緩やかであり、空気膜の剛性が低い。このため、上記の第２範囲で負荷が変動すると、空気膜の厚さの変動も大きくなってしまい、空気膜が不安定な状態となってしまう。

【0031】

軸受面２０と案内面５０１の間の空気膜の剛性を高くし安定した状態を維持するためには、図３の特性曲線における概線形部分に対応する負荷の範囲で使用することが望ましい。このため、エアベアリング１に作用する負荷が小さい場合には、吸引孔２６から空気を吸引することで、エアベアリング１と案内面５０１を引き付ける負荷を発生させている（予圧を与えている）。これにより、エアベアリング１に作用する負荷が小さい場合でも、特性曲線における概線形部分の範囲での使用が可能となり、空気膜の剛性を高められる。

【0032】

一方で、軸受面２０に吸引孔２６を設けた場合には、軸受面２０と案内面５０１の間の一部を吸引領域として使うため、吸引孔２６を設けない場合に比べて軸受面２０と案内面５０１の間の給気領域が狭くなり、空気膜で支えられる最大負荷が小さくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、詳細は後述するが、エアベアリング１に作用する負荷に応じて吸引孔２６による空気の吸引を調整する流量調整部を設けることで、空気膜で支えられる最大負荷が小さくなることを抑制できる。

【0033】

（エアベアリングの内部構成）
エアベアリング１の内部構成について、図４～図９を参照しながら説明する。
図４は、エアベアリング１の内部構成を示す図である。図５は、図４のＩ－Ｉ断面図である。図６は、図４のＩＩ－ＩＩ断面図である。図７～図９は、エアベアリング１内の空気の流れを説明するための図である。図７～図９においては、空気の流れが太線で示されている。

【0034】

エアベアリング１は、図４に示すように、流入口３０と、流路３１、３２、３３、３４と、吸引路３６と、真空エジェクタ４０と、負圧発生部４５と、排出路５０と、伝播路５５と、流量調整部６０とを有する。

【0035】

流路３１、３２、３３、３４は、図４に示すように本体部１０内に設けられ、流入口３０から流入した圧縮空気が流れる流路部である。流路３１及び流路３３は、図４のＸ軸方向に沿って設けられ、流路３２、３４は、流路３１、３３と直交するように図４のＹ軸方向に沿って設けられている。流路３２は、流路３１から分岐した流路である。流路３３は、流路３２、３４と連通した流路である。流路３１から流路３２へ分流した圧縮空気は、図７に示すように、流路３２、流路３３、流路３４の順に流れる。

【0036】

流路３２、３３、３４が交差する位置のエアチャンバー３５には、前述した給気孔２１が設けられている。このため、流路３２、３３、３４を流れる圧縮空気の一部は、図８に示すように給気孔２１から給気され、軸受面２０と案内面５０１の間（給気領域）に空気膜を形成する。流路３２の途中には、流路３２の流路を狭める絞り３２ａが設けられている。流路３１の途中には、前述した吸引孔２６が設けられている。

【0037】

吸引路３６は、図６に示すように流路３１と軸受面２０を連通しており、吸引孔２６から吸引された空気が流れる流路である。吸引路３６の一端側は、吸引孔２６に接続され、吸引路３６の他端側は、流路３１に設けた真空エジェクタ４０内の負圧発生部４５に接続されている。軸受面２０と案内面５０１の間（吸引領域）から吸引孔２６を介して吸引された空気は、図９に示すように、吸引路３６を流れて流路３１（具体的には真空エジェクタ４０）へ向かう。

【0038】

真空エジェクタ４０は、図６に示すように流路３１に設けられ、圧縮空気を利用して負圧を発生させる機能を有する。真空エジェクタ４０は、流入口３０から流路３１内に着脱可能に装着されている金属製または樹脂製の装着部材である。例えば、真空エジェクタ４０は、流路３１と締結可能なネジ部を有する。真空エジェクタ４０は、円筒形状を成しており、内部を圧縮空気が通過する。真空エジェクタ４０の外周面には、開口４１（図４）が設けられており、流路３１を流れる圧縮空気の一部は、開口４１を通過して流路３２へ流れる。また、真空エジェクタ４０は、図４に示すように、負圧発生部４５と、ディフューザ部４７とを有する。

【0039】

負圧発生部４５は、真空エジェクタ４０の内部を通過する圧縮空気の流速を大きくして、凹部２５の空気を吸引する負圧を発生させる。このような負圧を発生することで、予圧を与えることが可能となり、空気膜の剛性を高められる。

【0040】

負圧発生部４５は、図６に示すように、先端側にノズル部４６を有する。ノズル部４６は、流路を狭くして、圧縮空気の流速を速くする。ノズル部４６は円錐状に形成されており、ノズル先端で圧縮空気の流速を速くする。具体的には、ノズル部４６の先端の開口の直径の大きさに応じて、圧縮空気の流速が速くなる。ノズル先端で圧縮空気の流速が速くなると、ノズル先端の周囲の圧力が低くなって負圧になる。

【0041】

ノズル部４６の先端は、吸引路３６（吸引孔２６）の真上に位置している。このため、吸引孔２６の周囲で、負圧が発生する。負圧は、ベルヌーイの負圧発生の原理に従い、圧縮空気の流れと直交する方向に発生する。ここでは、吸引孔２６から上方のノズル部４６の先端へ向かう方向に、負圧が発生する。このような負圧が発生することで、凹部２５の空気が、図９に示すように吸引孔２６及び吸引路３６を通過して負圧発生部４５へ流れ込む。なお、負圧発生部４５へ流れ込んだ空気は、圧縮空気と共にディフューザ部４７へ流れる。

【0042】

ディフューザ部４７は、図６に示すように、流路３１において吸引孔２６よりも下流側に位置している。ディフューザ部４７は、吸引孔２６から流れ込んできた空気及び負圧発生部４５を通過した圧縮空気の流速を遅くして、圧力を回復する部分である。

【0043】

排出路５０は、図６に示すように、連通部３８と連通している。ここでは、排出路５０は、接続路５１を介して連通部３８と連通している。排出路５０は、真空エジェクタ４０（具体的にはディフューザ部４７）を通過した圧縮空気及び吸引空気を、エアベアリング１の外部へ排出するための流路である。排出路５０は、上下方向において流路３１よりも上方で流路３１と交差する方向（図４のＹ軸方向）に沿って設けられている。なお、図４では、排出路５０がＹ軸方向に平行に形成されているが、これに限定されず、例えばＹ軸方向に対して斜めになっていてもよい。

【0044】

排出路５０は、図４に示すように、本体部１０のＹ軸方向の両側面１２、１３の間を貫通している。両側面１２、１３には、排出口１２ａ、１３ａが形成されている。このため、流路３１から連通口５１ａを介して排出路５０へ流れ込んだ圧縮空気及び吸引空気は、排出路５０を流れて排出口１２ａ、１３ａから排出される（図９参照）。

【0045】

伝播路５５は、図４に示すように流路３４と連通しており、流路３２、３３、３４の圧縮空気の圧力が伝播される通路である。伝播路５５は、図４に示すように、流路３４と交差するようにＸ軸方向に沿って形成されている。伝播路５５の一端側は流路３４に接続され、伝播路５５の他端側は流量調整部６０に接続されている。伝播路５５は、流路３２、３２、３４の圧縮空気の圧力を流量調整部６０に伝播させる。

【0046】

流路３２、３３、３４の圧縮空気は、本体部１０に作用する負荷（図９に示す負荷Ｆ）を支える空気膜を形成する。そして、圧縮空気の圧力は、本体部１０に作用する負荷に連動して変化する。例えば、圧縮空気の圧力は、本体部１０に作用する負荷の大きさに比例する。このように負荷に応じて大きさが変化する圧縮空気の圧力が、伝播路５５を介して流量調整部６０に伝播される。具体的には、図７の破線の矢印で示すように、圧縮空気の圧力が伝播される。

【0047】

流量調整部６０は、伝播路５５を介して伝播された圧縮空気の圧力に応じて、流路３１から排出路５０へ流れる圧縮空気及び吸引空気の流量（以下では、空気の排出量と呼ぶ）を調整する。流量調整部６０は、圧縮空気の圧力が小さい場合（別言すれば、本体部１０に作用する負荷が小さい場合）には、空気の排出量を多くし、軸受面２０と案内面５０１の間からの空気の吸引を促す。一方で、流量調整部６０は、圧縮空気の圧力が大きい場合（別言すれば、本体部１０に作用する負荷が大きい場合）には、空気の排出量を少なくし、軸受面２０と案内面５０１の間からの空気の吸引を抑制する。このように、本体部１０に作用する負荷に応じて、予圧を調整して、軸受面２０と案内面５０１の間の空気膜の剛性を高める。

【0048】

流量調整部６０は、図４に示すように、真空エジェクタ４０の排出路５０への連通部３８に設けられている。流量調整部６０は、連通部３８（具体的には、ディフューザ部４７の先端側の連通口である開口４８）の開口面積を調整することで、流路３１から排出路５０への空気の排出量を調整する。具体的には、流量調整部６０は、開口４８の開口面積を大きくすることで排出量を多くし、開口４８開口面積を小さくすることで空気の排出量を少なくする。

【0049】

流量調整部６０は、図６に示すように、伸縮部材であるベローズ６２と、圧縮バネ６４と、柱部６６とを有する。第１の実施形態では、ベローズ６２及び柱部６６が、圧縮空気の圧力を受けて移動する移動部材に該当する。

【0050】

ベローズ６２は、所定のばね定数を持った一種のばねとして機能する。ベローズ６２は、図６に示すように、蛇腹状の形状を成している。ベローズ６２の一端側は、内部に伝播路５５が形成された基台６８に接続されている。ベローズ６２の他端側は、プレート６２ａに接合されている。ベローズ６２の内部には、伝播路５５から圧縮空気の圧力が伝播される空洞６２ｂが形成されている。ベローズ６２は、伝播路５５から伝播された圧力を受けて、本体部１０内で軸方向（図４のＸ軸方向）に伸縮する。ベローズ６２は、例えば複数の円環状（具体的には、中央に孔があるドーナツ板状）の金属薄板の外周縁部同士と内周縁部同士を交互に溶接して積層したものであり、内周縁部同士及び外周縁部同士が交互に接合することで伸縮可能な空洞６２ｂを形成している。なお、本体部１０内に移動部材としてベローズ６２を設けた場合には、ピストンとシリンダで構成した場合に比べて、シールやパッキン等の摩擦要素を排除できる点で、有効である。

【0051】

圧縮バネ６４は、図６に示すように、ベローズ６２のプレート６２ａと真空エジェクタ４０の先端部４９との間に設けられている。ベローズ６２は、圧縮バネ６４の付勢力によって、軸方向において後退する方向に付勢されている。伝播路５５からベローズ６２の空洞６２ｂに伝播されてきた圧縮空気の圧力が、圧縮バネ６４の付勢力よりも大きい場合には、ベローズ６２が付勢力に抗い軸方向において前方へ伸びる（この際、圧縮バネ６４は縮む）。一方で、空洞６２ｂ内の圧縮空気の圧力が小さくなると、ベローズ６２は、圧縮バネ６４の付勢力によって後方へ縮む（この際、圧縮バネ６４は伸びる）。

【0052】

柱部６６は、ベローズ６２の先端側に設けられ、例えば円錐形状を成している。柱部６６は、ベローズ６２のプレート６２ａに連結されている。柱部６６は、プレート６２ａから軸方向に突出するように設けられている。柱部６６は、ベローズ６２の伸縮に連動して軸方向に移動する。例えば、ベローズ６２が伸びた際に、柱部６６の先端側が、開口４８からディフューザ部４７に入り込む。柱部６６は、ベローズ６２の伸縮に伴い開口４８に対して移動することで、開口４８との間の空隙を調整する。この結果、開口４８を通過して排出路５０へ流れる空気の排出量を調整できる。

【0053】

ところで、流量調整部６０は、連通部３８（開口４８）を閉じることで、負圧発生部４５による空気の吸引を停止させる。すなわち、柱部６６の先端側が開口４８を閉じることで、排出路５０へ向かう空気の流れが生じず、負圧発生部４５による空気の吸引もされない。代わりに、負圧発生部４５のノズル部４６を通過した圧縮空気は、吸引路３６を流れて吸引孔２６へ向かうことになる。

【0054】

図１０は、柱部６６が開口４８を閉じた際の圧縮空気の流れを説明するための模式図である。柱部６６が開口４８を閉じると、図１０に示すように、ノズル部４６を通過した圧縮空気が排出路５０へ向かわずに、吸引路３６を経由して吸引孔２６へ向かう。すなわち、吸引路３６から吸気された空気が吸引路３６を流れる代わりに、ノズル部４６を通過した圧縮空気が吸引路３６を流れる。そして、吸引路３６を流れる圧縮空気は、吸引孔２６から給気され、軸受面２０の凹部２５（吸引領域）にも空気膜が形成される。

【0055】

柱部６６が開口４８を閉じた際には、給気孔２１及び吸引孔２６から圧縮空気が給気されることで、軸受面２０と案内面５０１の間の広い領域（すなわち、開口４８が閉じる前の給気領域及び吸引領域）に空気膜を形成できる。このように軸受面２０と案内面５０１の間に空気膜を最大限形成できるので、本体部１０に作用する負荷が大きくなっても支えることができる。

【0056】

なお、ノズル部４６を通過した圧縮空気を吸引孔２６から給気させる場合には、吸引路３６に絞りを設けなくても、流路３２に設けた絞りを通過した圧縮空気を給気孔２１から給気させる場合と同じように空気膜を形成できる。一方、吸引路３６に絞りを設けないことによって、軸受面２０と案内面５０１の間からの空気の吸引を流路抵抗の伴わない状態で適切に行える。

【0057】

（圧縮空気及び吸引空気の流れ）
エアベアリング１内における圧縮空気及び吸引空気の流れについて、図７～図１０を参照しながら説明する。

【0058】

まず、供給路５１０（図１）を介して供給されてきた圧縮空気は、流入口３０から流路３１へ流れ込む。圧縮空気は、流路３１を流れて、図７に示すように３方向に分流される。すなわち、圧縮空気の一部は、流路３１から流路３２へ流れ、圧縮空気の残りは、流路３１を直進して負圧発生部４５へ向かう。

【0059】

流路３２へ分流した圧縮空気は、流路３２を流れて絞りを通過した後に、流路３３、３４へ流れる。この際、圧縮空気は、図８に示すように給気孔２１から給気される。これにより、軸受面２０と案内面５０１の間（給気領域）に、給気された圧縮空気によって空気膜が形成される。

【0060】

流路３１を直進した圧縮空気は、負圧発生部４５のノズル部４６を通過する。圧縮空気の流速はノズル部４６によって速くなって、流れと垂直な方向に負圧が発生する。この負圧によって、図９に示すように、軸受面２０と案内面５０１の間の空気が、吸引孔２６から吸引され吸引路３６を流れて負圧発生部４５へ向かう。そして、圧縮空気と吸引空気は、排出路５０へ流れて排出口１２ａ、１３ａから排出される（図７参照）。

【0061】

一方、流路３２、３３、３４を流れている圧縮空気の圧力は、本体部１０に作用する負荷（図９及び図１０の負荷Ｆ）によって変動されるが、伝播路５５を介して流量調整部６０のベローズ６２内部の空洞６２ｂに伝播される（図７参照）。流量調整部６０は、伝播されてきた圧縮空気の圧力に応じて、開口４８の開口面積を調整して、空気の排出量を調整する。この際、流量調整部６０は、圧縮空気の圧力を受けてベローズ６２を往復動させ柱部６６を変位させて、開口４８の開口面積を自動で調整する。

【0062】

（第１変形例）
上述した実施形態では、図２に示すように、吸引孔２６が、軸受面２０の中央側を凹ませた凹部２５に設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、吸引孔２６は、図１１に示す第１変形例のように、環状に形成された環状溝に設けられていてもよい。

【0063】

図１１は、第１変形例を説明するための模式図である。第１変形例においては、図１１に示すように、吸引孔２６が、溝が環状に形成された環状溝２２５に設けられている。環状溝２２５の内側には、矩形状の面２２７がある。別言すれば、環状溝２２５は、面２２７の縁に沿った溝である。面２２７は、軸受面２０と同一面となっている。これにより、面２２７については凹ませる必要がないので、図２に示す構成（矩形状の凹部２５）に比べて加工量が少なくなり、エアベアリング１を製造しやすくなる。

【0064】

第１変形例の構成では、吸引孔２６は、環状溝２２５の空気だけでなく、面２２７に対向する領域の空気も吸引する。すなわち、環状溝２２５及び面２２７が、吸着力を発生させる吸引領域となる。一方で、前述した図１０で説明したように開口４８が閉じることで圧縮空気が吸引孔２６へ流れて給気される場合には、面２２７にも軸受面２０と同じ厚さの空気膜が形成される。これにより、面２２７及び軸受面２０に形成された空気膜によって、エアベアリング１に作用するより大きな負荷を支えることができる。

【0065】

（第２変形例）
上述した実施形態では、図２に示すように、複数（４個）の給気孔２１が、凹部２５を囲むように環状に繋がった給気溝２２に設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、４個の給気孔２１は、図１２に示す第２変形例のように、それぞれ別々の給気溝に設けられていてもよい。

【0066】

図１２は、第２変形例を説明するための模式図である。第２変形例においては、図１２に示すように、４個の給気孔２１が、それぞれＬ字状に形成された４個の給気溝２２２に設けられている。４個の給気溝２２２の端部２２２ａ同士は、繋がっておらず、所定間隔だけ離間している。端部２２２ａの間の部分は、軸受面２０と同一面となっている。これにより、給気溝２２２の領域が、図２に示す構成に比べて給気溝２２２の加工量が少なくなり、エアベアリング１を製造しやすくなる。

【0067】

第２変形例の構成でも、図２の構成と同様に、給気孔２１から圧縮空気が給気されて、空気膜が形成される。上記のように、端部２２２ａ同士が離間していることで、軸受面２０の面積が増えるため、エアベアリング１に作用する大きな負荷を支えることができる。
なお、第２変形例において、凹部２５の代わりに、第１変形例で説明した環状溝２２５（図１１）を設けてもよい。

【0068】

（第１の実施形態における効果）
上述した第１の実施形態のエアベアリング１は、負圧発生部４５を通過した圧縮空気及び吸引空気（単に空気と呼ぶ）を排出するための排出路５０と、本体部１０に加わる負荷に応じて排出路５０からの空気の排出量を調整する流量調整部６０とを有する。
そして、流量調整部６０は、本体部１０に作用する負荷が小さい場合には空気の排出量を多くして、軸受面２０と案内面５０１の間からの空気の吸引を促進し、予圧を大きくする。一方で、流量調整部６０は、本体部１０に作用する負荷が大きい場合には空気の排出量を少なくして、軸受面２０と案内面５０１の間からの空気の吸引を抑制し、予圧を小さくする。これにより、本体部１０に作用する負荷に応じた予圧を自動で調整できる（すなわち、空気膜の剛性を調整できる）ので、広範囲の負荷に対応できる空気膜を形成しやすくなる。

【0069】

また、第１の実施形態では、流量調整部６０が図１０に示すように開口４８を閉じることで、負圧発生部４５を通過した圧縮空気が、排出路５０へ向かわずに、吸引孔２６へ流れて吸引孔２６から給気される。これにより、給気孔２１及び吸引孔２６から圧縮空気が給気されることで、軸受面２０と案内面５０１の間の広い領域に空気膜が形成されるので、当該空気膜が本体部１０に作用する大きな負荷を支えられる。

【0070】

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係るエアベアリング１の構成について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。

【0071】

図１３及び図１４は、第２の実施形態に係るエアベアリング１の構成を説明するための模式図である。第２の実施形態の流量調整部１６０の構成が、第１の実施形態の流量調整部６０の構成と異なる。第２の実施形態の流量調整部１６０以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

【0072】

流量調整部１６０は、第１の実施形態と同様に、伝播路１５５を介して伝播された圧縮空気の圧力に応じて、流路３１から排出路５０へ流れる圧縮空気及び吸引空気の流量（空気の排出量）を調整する。これにより、本体部１０に作用する負荷（図１４の負荷Ｆ）に応じて、予圧を調整して、軸受面２０と案内面５０１の間の空気膜の剛性を高める。

【0073】

流量調整部１６０は、図１３に示すように、軸部１６２と、圧縮バネ１６４、１６５と、柱部１６６とを有する。第２の実施形態では、軸部１６２及び柱部１６６が、圧縮空気の圧力を受けて移動する移動部材に該当する。

【0074】

軸部１６２は、本体部１０内において軸方向（図１３のＸ軸方向）に移動可能な軸部材である。軸部１６２は、伝播路１５５に伝播されてきた圧縮空気の圧力を受けて、軸方向に往復動する。すなわち、軸部１６２は、本体部１０に加わる負荷の変動に対応した圧縮空気の圧力変動に応じて、軸方向において往復動する。なお、軸部１６２の外周面には、所謂ラビリンスシールが設けられており、当該ラビリンスシールは軸部１６２の外周面と本体部１０の内壁面との間に形成されている。

【0075】

圧縮バネ１６４、１６５は、軸方向において軸部１６２の両側に設けられており、軸部１６２を付勢している。圧縮バネ１６４は、軸部１６２と真空エジェクタ４０の先端部４９との間に設けられている。圧縮バネ１６５は、軸部１６２と基台１６８との間に設けられている。なお、圧縮バネ１６４の付勢力は、圧縮バネ１６５の付勢力よりも大きい。

【0076】

伝播路１５５を伝播されてきた圧縮空気は、圧縮バネ１６５の周囲から軸部１６２に伝播される。そして、圧縮空気の圧力が大きい場合には、軸部１６２が圧縮バネ１６４の付勢力に抗い軸方向において前進する（この際、圧縮バネ１６４は縮み、圧縮バネ１６５は伸びる）。一方で、圧縮空気の圧力が小さくなると、圧縮バネ１６４の付勢力によって後退する（この際、圧縮バネ１６４は伸び、圧縮バネ１６５は縮む）。

【0077】

柱部１６６は、軸部１６２の先端側に設けられた先端部であり、例えば円錐形状を成している。柱部１６６は、軸部１６２の軸方向の端部に連結されている。柱部１６６は、軸部１６２の移動に連動して軸方向に移動する。例えば、軸部１６２が前進した際に、柱部１６６の先端側が、開口４８からディフューザ部４７に入り込む。柱部１６６は、軸部１６２の移動に連動して開口４８に対して移動することで、開口４８との間の空隙を調整する。この結果、開口４８を通過して排出路５０へ流れる空気の排出量を調整できる。

【0078】

柱部１６６が開口４８を閉じた場合には、第２の実施形態でも、負圧発生部４５による空気の吸引が停止する。すなわち、柱部１６６が開口４８を閉じることで、排出路５０へ向かう空気の流れが生じず、負圧発生部４５による空気の吸引もされない。代わりに、負圧発生部４５へ流れてきた圧縮空気は、吸引路３６を流れて吸引孔２６から給気され、空気膜を形成する（図１０参照）。

【0079】

上述した第２の実施形態において、流量調整部１６０は、本体部１０に加わる負荷に応じて排出路５０からの空気の排出量を調整する。流量調整部１６０が空気の排出量を調整することで、第１の実施形態と同様に、本体部１０に作用する負荷に応じて予圧を自動で調整できるので、広範囲の負荷に対応できる空気膜を形成しやすくなる。

【0080】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

【符号の説明】

【0081】

１ エアベアリング
１０ 本体部
２０ 軸受面
２１ 給気孔
２６ 吸引孔
３１、３２、３３、３４ 流路
３６ 吸引路
３８ 連通部
４５ 負圧発生部
４６ ノズル部
４８ 開口
５０ 排出路
５５ 伝播路
６０ 流量調整部
６２ ベローズ
６６ 柱部
５０１ 案内面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】