静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置
【課題】大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供すること。
【解決手段】静圧気体軸受1は、好ましくは、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などの熱可塑性合成樹脂、又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている軸受基体2と、軸受基体2に環状シール部材3を介して締結部材4により締結一体化されていると共に好ましくはポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性合成樹脂から形成されている合成樹脂製の軸受体5とを具備している。
【解決手段】静圧気体軸受1は、好ましくは、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などの熱可塑性合成樹脂、又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている軸受基体2と、軸受基体2に環状シール部材3を介して締結部材4により締結一体化されていると共に好ましくはポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性合成樹脂から形成されている合成樹脂製の軸受体5とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置に関する。
【背景技術】
【0002】
精密工作機械や半導体露光装置などにおいては、加工工具や基板等の被加工物を高精度で位置決めすることが要求されている。そのため、被加工物の載置台の位置決め装置に摩擦の殆んどない静圧気体軸受を用いた直動案内装置が用いられている。このような直動案内装置では、被加工物の載置台としての可動テーブルと、案内部材としてのガイドレールとの間に圧縮空気の潤滑膜が介在され、この可動テーブルがガイドレールに対して非接触で移動されるように構成されている。
【0003】
この直動案内装置に用いられる静圧気体軸受の空気吹出口の絞り形式としては、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞り等があり、これらの絞り形式を備えた静圧気体軸受は、それぞれ用途に応じて負荷容量及び軸受剛性等を調節しながら使用されている。
【0004】
例えば、特許文献1には、被支持体又は支持体のいずれか一方に固定され、その軸受部材を介して軸受面に供給される加圧空気により支持体を移動自在に支承するようにした静圧軸受パッドにおいて、軸受部材として、素材粒子の径がほぼ均一で開気孔の均等性が得られる種類のカーボングラファイト系の材料が提案されている。
【0005】
また、特許文献2には、比較的高い剛性を保ちながら、高い減衰性を実現した気体軸受装置として、2つの相対向する実質的に平行な軸受面及び両軸受面間の軸受隙間に、オリフィスを通じて気体を供給する少なくとも1つの気体ダクトを有する気体軸受装置が提案されている。
【0006】
さらに、特許文献3には、多孔質体からなる母材と、この母材上に接合され、予め所望の空気透過量になるように、貫通孔の径及び分布を調整して作製された多孔板からなる表面絞り層とを備え、表面絞り層を介して気体を噴出させ、その静圧によって被支持体を支持する静圧気体軸受が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭63−231020号公報
【特許文献2】特表2006−510856号公報
【特許文献3】特開2001−56027号公報
【特許文献4】特開2008−82449号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記従来の静圧気体軸受は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現できるものの、軸受材料として、主に、高強度の金属やセラミックスが用いられると共に、これら軸受材料からなる軸受面に高精度の研削仕上げ等を施す必要があるため、必然的に高価となるという問題がある。
【0009】
しかしながら、上記した超低摩擦、超高精度及び超高速運動までは要求されないが、例えば、液晶スクリーン等の物品を非接触で搬送したり、温度変化を生じさせることなく物品を水平移動させたりする用途においては、静圧気体軸受を用いると装置の構成が簡略化されるなどの利点を有する反面、静圧気体軸受自体が高価なため、当該用途には広く活用されていないのが実情である。
【0010】
上記実情に鑑み、種々の分野で活用可能な安価な静圧気体軸受を提供するべく本出願人は先に、上面に自成絞り形状又はオリフィス絞り形状の複数個の空気吹出口を、下面に該複数個の空気吹出口と連通する給気溝を有する合成樹脂製の軸受部材と、該軸受部材の下面に前記給気溝を覆うように接合され、該給気溝と連通する給気口を有する軸受基体とが一体化された静圧気体軸受を提案した(特許文献4)。
【0011】
この特許文献4に記載された静圧気体軸受によれば、静圧気体軸受を形成する合成樹脂製の軸受部材を、金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械加工を不要とすることができると共に、軸受基体の構造も該軸受体と連通する給気口を形成するのみで、該軸受体と軸受基体とを接合するだけで静圧気体軸受を組み立てることができ、静圧気体軸受の大量生産が可能となり、安価な静圧気体軸受を提供することができるというものである。
【0012】
しかしながら、特許文献4に記載された静圧気体軸受における空気吹出口は、金型を用いた射出成形で形成されるため、その直径が0.2〜0.4mm程度の比較的大きな直径の自成絞りあるいはオリフィス絞り形状となり、当該空気吹出口からの給気吹出量が多すぎて自励振動を起こす虞があり、実用化するには改良を必要とするものである。
【0013】
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の静圧気体軸受は、一方の面に形成された円環状凹部、該円環状凹部の外周壁面に連接していると共に当該外周壁面に対し拡径している環状肩部面、他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材と、軸受体の一方の面に対面している一方の面に、一端では当該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口している一方、他端では外周面で開口する給気通路を備えた軸受基体とを具備しており、軸受体は、円環状凹部の開口部を軸受基体の給気通路に連通させると共に、該軸受基体に複数個の締結部材を介して締結固定されて、軸受基体に一体化されており、環状凹溝は、少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成していることを特徴とする。
【0015】
本発明の静圧気体軸受によれば、合成樹脂製の軸受体は、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材を介して軸受基体に締結固定されているため、合成樹脂製の軸受体と軸受基体とが高い密封性をもって強固に一体化されており、また、合成樹脂製の軸受体が他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した複数個の空気吹出孔を有しており、環状凹溝が少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成しており、当該環状凹溝及び複数個の空気吹出孔を機械加工によることなく形成されているため、大量生産が可能で、安価な製作が可能となる。
【0016】
好ましい例では、環状凹溝は、0.3〜1.0mm又は0.3〜0.7mmの幅と、0.01〜0.05mm又は0.01〜0.03mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で30〜120μmの直径を有している。
【0017】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々は、好ましくは、レーザー加工により形成されている。加工用レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、UVレーザー、エキシマレーザー等から選択される。
【0018】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々をレーザー加工により形成すると、切削等の機械加工に比較して、瞬時にこれらを形成でき、大量生産が可能となるばかりでなく、安価に製作することができる。
【0019】
本発明の静圧気体軸受において、円環状凹部の内周壁面は、開口部から環状底面にかけて末広がりの截頭円錐面に形成されていてもよい。
【0020】
本発明の静圧気体軸受において、軸受基体の他方の面には、球体受圧凹部が形成されていてもよい。
【0021】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する截頭円錐凹部又は凹球面部を有していてもよく、これら球体受圧凹部は、該軸受体の他方の面に直接形成されていてもよい。
【0022】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に截頭円錐凹部を有すると共に該截頭円錐凹部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されていてもよい。
【0023】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に凹球面部を有すると共に該凹球面部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されていてもよい。
【0024】
軸受基体の他方の面に球体受圧凹部を備えた静圧気体軸受においては、該球体受圧凹部に、例えばボールスタッドの球体が摺接して配されていてもよく、斯かる場合においては静圧気体軸受に該球体回りの自動調芯機能が付加される。
【0025】
斯かる自動調芯機能が付加された静圧気体軸受は、被加工物の載置台の位置決め装置としての直動案内装置に用いられて好適である。
【0026】
本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、環状凹溝に加えて、その一方の面に形成されていると共に、該環状凹溝の外側に該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、該環状凹溝の内側に形成された小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを具備していてもよい。
【0027】
本発明の静圧気体軸受を具備した直動案内装置は、案内面としての上面案内面及び両側案内面を有する案内部材の外側に、上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルが配されていてもよく、該可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面には、夫々ボールスタッドが球体を内方に向けて立設されていてもよく、また、該ボールスタッドとガイド部材の上面及び両側面との間には、該静圧気体軸受が球体受圧凹部を該ボールスタッドの球体に摺接させると共に、軸受体をガイド部材の上面案内面及び両側案内面に対面させて配されていてもよい。
【0028】
本発明の直動案内装置によれば、軸受体の複数個の空気吹出孔から案内部材の案内面に圧縮空気を噴射することにより、案内面との間に形成される空気潤滑膜によって可動テーブルを案内面に対して非接触の状態に保持することができる。そして、軸受体と案内面間の軸受隙間(数μm〜数十μm程度)が不均一であると、軸受隙間各部に圧力差が発生し、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に軸受体が自動調芯され、案内面に対して平行な状態が保持される。このため、案内部材及び可動テーブルの平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、前記静圧気体軸受自体の低コストに加えて、安価な直動案内装置を提供することができる。
【0029】
本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂から形成されているのが好ましく、また軸受基体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されているのが好ましい。これら合成樹脂製の軸受体及び軸受基体は、合成樹脂素材を機械加工して形成しても、金型を用いて射出成形により形成してもよい。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】図1は、本発明の実施の形態の好ましい例の平面説明図である。
【図2】図2は、図1のII−II線矢視断面説明図である。
【図3】図3は、図2の底面説明図である。
【図4】図4は、図2の軸受体の底面説明図である。
【図5】図5は、図2の一部拡大断面説明図である。
【図6】図6は、軸受基体の底面説明図である。
【図7】図7は、図6のVII−VII線矢視断面説明図である。
【図8】図8は、軸受体の底面説明図である。
【図9】図9は、図8のIX−IX線矢視断面説明図である。
【図10】図10は、図8の斜視説明図である。
【図11】図11は、軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図12】図12は、軸受体の他の実施の形態の平面説明図である。
【図13】図13は、軸受基体の他の実施の形態の底面説明図である。
【図14】図14は、図13のXIV−XIV線矢視断面説明図である。
【図15】図15は、図14に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図16】図16は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図17】図17は、軸受基体の更に他の実施の形態の底面説明図である。
【図18】図18は、図17のXVIII−XVIII線矢視断面説明図である。
【図19】図19は、図18に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図20】図20は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図21】図21は、軸受基体の他の実施の形態の底面説明図である。
【図22】図22は、図21のXXII−XXII線矢視断面説明図である。
【図23】図23は、図21の斜視説明図である。
【図24】図24は、駒の断面説明図である。
【図25】図25は、図21に示す駒を嵌合固定した軸受基体の断面説明図である。
【図26】図26は、図25に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図27】図27は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図28】図28は、駒の他の実施の形態の断面説明図である。
【図29】図29は、図28に示す駒を嵌合固定した軸受基体の断面説明図である。
【図30】図30は、図29に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図31】図31は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図32】図32は、静圧気体軸受を用いた直動案内装置の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお
、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【0033】
図1から図5において、静圧気体軸受1は、好ましくは、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などの熱可塑性合成樹脂、又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている軸受基体2と、軸受基体2に環状シール部材3を介して締結部材4により締結一体化されていると共に好ましくはポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性合成樹脂から形成されている合成樹脂製の軸受体5とを具備している。
【0034】
軸受基体2は、特に、図6及び図7に示すように、一端6では平面視円形の一方の面7で開口している円形の開口部8を有する給気穴9と、一端10では給気穴9に連通すると共に他端11では外周面12で開口する給気通路13と、一端14では一方の面7で開口している一方、他端15では環状段部16を介して拡径して他方の面17で開口すると共に円周方向に沿って等間隔に複数個形成されているボルト挿通孔18とを具備している。
【0035】
給気通路13の外周面12で開口する端部19には、雌ねじ20が形成されており、雌ねじ20には給気プラグ(図示せず)が螺合固定される。
【0036】
軸受体5は、特に、図8から図10に示すように、軸受基体2の一方の面7に対面している一方の平面視円形の面21に形成された円環状凹部22と、環状肩部面24で規定されていると共に一方の面21で開口する拡径凹部25と、他方の平面視円形の面26で開口した環状凹溝27と、一端28では環状凹溝27に連通していると共に他端29では円環状凹部22の環状底面30で開口した複数個の空気吹出孔31と、一方の面21に外周縁に円周方向に沿って等間隔に形成された複数個の雌ねじ穴32とを有している。
【0037】
環状肩部面24は、円環状凹部22の円筒状の外周壁面23に連接していると共に径方向外方に伸びた径方向環状肩部面24aと、径方向環状肩部面24aに連接していると共に軸方向に伸びた軸方向円筒状肩部面24bとを具備している。
【0038】
軸受体5の環状面33と互いに対面する円筒面34とによって規定された環状凹溝27は、図5に示すように、少なくとも0.3mmの幅Wと、少なくともに0.01mmの深さdとを有しており、空気吹出孔31は、その一端28で、本例では一端28から他端29に亘って少なくとも30μmの直径Dを有して、円環状凹部22の環状底面30と環状凹溝27との間で自成絞りを形成している。
【0039】
円環状凹部22の内周壁面35は、図8から図10に示すように、円環状凹部22の開口部36から円環状凹部22の環状底面30にかけて末広がりに伸びる截頭円錐面37に形成されており、内周壁面35を截頭円錐面37とすることにより、円環状凹部22の環状底面30と一方の面21との間に形成される環状薄肉部38を径方向に大きくすることなく円環状凹部22の容積を増大することができるので、環状薄肉部38を有する軸受体5に強度低下を来たすことはない。
【0040】
円環状凹部22は、空気吹出孔31の他端29が開口する環状底面30と、環状底面30の外縁に連接されている円筒状の外周壁面23と、環状底面30の内縁に連接されている截頭円錐面37を有する内周壁面35とにより規定されている。
【0041】
軸受体5の拡径凹部25には、特に図2に示すように、環状シール部材3としてのOリングがつぶし代をもって円環状凹部22の開口部36から突出して装着されており、Oリングは軸受体5の一方の面21と軸受基体2の一方の面7との接合面に押圧されて介在して面21及び7間を密封する。
【0042】
以上の静圧気体軸受1は、軸受体5が、拡径凹部25に装着されたOリングを介して締結部材4としての六角穴付きボルトによって軸受基体2と締結一体化されているので安価な製作が可能となる。また、空気吹出孔31は、少なくとも30μmの直径Dと極めて小径であるため、空気吹出孔31からの多量の空気噴射に起因する自励振動の発生を抑制することができる。
【0043】
次に図1から図5に示す静圧気体軸受1の製造方法の例を説明すると、まず、図6及び図7に示すような補強充填材含有合成樹脂製あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の軸受基体2と、図8から図10に示すような合成樹脂製の軸受体5であって、環状凹溝27及び空気吹出孔31を有していない軸受体5aを準備し、図11に示すように、拡径凹部25に装着したOリングを介して軸受体5aの円環状凹部22の開口部36を軸受基体2の給気穴9の開口部8に連通させると共に軸受体5aの雌ねじ穴32を軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体39を形成する。
【0044】
このように締結一体化された組立体39における軸受体5aの他方の面26に、レーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5aを貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0045】
用いる加工用レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、UVレーザー又はエキシマレーザー等から選択されるが、好ましくは、炭酸ガスレーザーを用いる。
【0046】
直径30mmの円弧を中心として幅0.5mm、深さ0.05mmの環状凹溝27は、レーザー出力9.5Wの炭酸ガスレーザーを使用して、スキャンスピード1000mm/s、重ね印字回数1回、加工時間2秒でポリフェニレンサルファイド樹脂から形成された軸受体5の面26に形成、加工することができ、また、環状凹溝27の環状面33に、環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径0.06mmの自成絞り形状の空気吹出孔31は、レーザー出力14W、加工時間15秒で円周方向に10等配の位置に10個加工することができた。
【0047】
上記の静圧気体軸受1の軸受体5は、一個の環状凹溝27を具備しているが、環状凹溝27に加えて、軸受体5は、図12に示すように、軸受体5の一方の面26に形成されていると共に、環状凹溝27の外側に環状凹溝27を囲むと共に環状凹溝27と同心の大径環状凹溝40と、一方の端部41が環状凹溝27に開口すると共に他方の端部42が大径環状凹溝40に開口する複数個の放射状凹溝43と、環状凹溝27の内側に形成されていると共に環状凹溝27と同心の小径環状凹溝44と、一方の端部45が環状凹溝27に開口すると共に他方の端部46が小径環状凹溝44に開口する複数個の放射状凹溝47とを具備していてもよい。
【0048】
図12に示す軸受体5を有した静圧気体軸受1では、環状凹溝27に給気された空気は、放射状凹溝43及び47を介して大径環状凹溝40及び小径環状凹溝44に供給されるので、供給面積が大きくなり、例えば物品の浮上において、安定した浮上を行うことができる。
【0049】
図13から図16は、静圧気体軸受1の他の実施の形態を示すもので、軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部48を有する凹部49が形成されており、凹部49は、平面視円形の底面50と、底面50から開口部48にかけて末広がりに伸びる截頭円錐面51を有している。
【0050】
凹部49を有する軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に軸受体5の雌ねじ穴32を合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体52を形成する。
【0051】
このように締結一体化された組立体52における軸受体5の他方の面26に、レーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0052】
このように形成された静圧気体軸受1には、図16に示すように、軸受基体2の凹部49の截頭円錐面51にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0053】
図17及び図20は、静圧気体軸受1の更に他の実施の形態を示すもので、軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部48を有する凹部49が形成されており、凹部49は、底面50から開口部48にかけて広がる凹球面55を有している。
【0054】
凹球面55を有する凹部49を備えた軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に軸受体5の雌ねじ穴32を合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体56を形成する。
【0055】
このように締結一体化された組立体56における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0056】
このように形成された静圧気体軸受1には、図20に示すように、軸受基体2の凹部49の凹球面55にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0057】
図21から図27は、自動調芯機能が付加され静圧気体軸受1の他の実施の形態を示すものである。軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部57を有すると共に円形の底面58を有する円柱状凹部59が形成されており、円柱状凹部59には、図24に示すように、円柱体60と、一端61で円柱体60の一方の面62で開口する円孔63と、円孔63の他端64に連接し、他端64から他方の面65に向けて末広がりに伸びると共に円柱体60の他方の面65で開口して截頭円錐面66を有する凹部67とを備えた駒68が一方の面62を円柱状凹部59の底面58に向けて嵌合固定されている。
【0058】
駒68を嵌合固定した軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14を軸受体5の雌ねじ穴32に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体70を形成する。
【0059】
このように締結一体化された組立体70における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0060】
このように形成された静圧気体軸受1には、図27に示すように、軸受基体2の他方の面17に嵌合固定された駒68の凹部67の截頭円錐面66にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0061】
図28から図31は、自動調芯機能が付加され静圧気体軸受1の更に他の実施の形態を示すものである。軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部57を有すると共に円形の底面58を有する円柱状凹部59が形成されており、円柱状凹部59には、図28に示すように、円柱体60と、一端61で円柱体60の一方の面62に開口する円孔63と、円孔63の他端64に連接し、他端64から他方の面65に向けて広がる凹球面69とを有する凹部67を備えた駒68が一方の面62を円柱状凹部59の底面58に向けて嵌合固定されている。
【0062】
駒68を嵌合固定した軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14を軸受体5の雌ねじ穴32に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体71を形成する。
【0063】
このように締結一体化された組立体71における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0064】
このように形成された静圧気体軸受1には、図31に示すように、軸受基体2の円柱状凹部59に嵌合固定された駒68の凹部67の凹球面69にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより自動調芯機能が付加される。
【0065】
軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部に形成された円柱状凹部59に嵌合固定された駒68を摺動性に優れた材料、例えばポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の自己潤滑性を有する熱可塑性合成樹脂、あるいは銅又は銅合金等で形成することにより、駒68の凹部67の截頭円錐面66又は凹球面69とボールスタッド53の球体54との摺接をより円滑に行わせることができる。
【0066】
図32は、図27に示す静圧気体軸受1を用いた直動案内装置72を示すもので、直動案内装置72は、案内面としての上面案内面73及び両側案内面74及び74を有する案内部材75と、案内部材75の外側に跨って配された上面案内面73に対面する上板76及び両側案内面74及び74に対面する一対の側板77及び77を備えた横断面コの字形の可動テーブル78と、可動テーブル78の上板76の下面79及び一対の側板77の夫々の内面80及び80に球体54を内方に向けて固定されたボールスタッド53と、ボールスタッド53と案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74の間に駒68の截頭円錐面66をボールスタッド53の球体54に摺接させると共に、軸受体5の一方の面26を案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74に対面させて配された静圧気体軸受1とから形成されている。
【0067】
この直動案内装置72によれば、軸受体5の複数個の空気吹出孔31から案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74に圧縮空気を噴射することにより、上面案内面73及び両側案内面74及び74との間に形成される空気潤滑膜によって可動テーブル78を上面案内面73及び両側案内面74及び74に対して非接触の状態に保持することができる。そして、軸受体5と上面案内面73及び両側案内面74及び74との間の軸受隙間が不均一であると、軸受隙間各部に圧力差が発生するが、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に静圧気体軸受1が自動調芯され、上面案内面73及び両側案内面74及び74に対して平行な状態が保持される。このため、案内部材75及び可動テーブル78の平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、静圧気体軸受1自体の低コストに加えて、直動案内装置72の製作の容易化及びコストの低下を図ることができる。
【0068】
直動案内装置72においては、自動調芯機能が付加された静圧気体軸受1として、図16、図20及び図31に示す静圧気体軸受1を使用してもよい。
【0069】
以上のように、軸受体と軸受基体とは、環状シール部材を介して締結部材によって締結一体化されているので、軸受体と軸受基体との接合面は強固に密封されており、軸受体の一方の面には、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝と、環状凹溝を規定する環状面に環状面から軸受体を貫通して円環状凹部の環状底面に開口する直径Dが少なくとも30μmの複数個の自成絞り形状の空気吹出孔が形成されており、当該環状凹溝及び空気吹出孔を機械加工によることなく形成できるので、大量生産が可能で、安価な静圧気体軸受を提供できるばかりでなく、当該静圧気体軸受を用いた製作の容易化及びコストの低下を図ることができる直動案内装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0070】
1 静圧気体軸受
2 軸受基体
3 環状シール部材
4 締結部材
5 軸受体
13 給気通路
22 円環状凹部
23 外周壁面
24 環状肩部面
31 空気吹出孔
【技術分野】
【0001】
本発明は、静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置に関する。
【背景技術】
【0002】
精密工作機械や半導体露光装置などにおいては、加工工具や基板等の被加工物を高精度で位置決めすることが要求されている。そのため、被加工物の載置台の位置決め装置に摩擦の殆んどない静圧気体軸受を用いた直動案内装置が用いられている。このような直動案内装置では、被加工物の載置台としての可動テーブルと、案内部材としてのガイドレールとの間に圧縮空気の潤滑膜が介在され、この可動テーブルがガイドレールに対して非接触で移動されるように構成されている。
【0003】
この直動案内装置に用いられる静圧気体軸受の空気吹出口の絞り形式としては、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞り等があり、これらの絞り形式を備えた静圧気体軸受は、それぞれ用途に応じて負荷容量及び軸受剛性等を調節しながら使用されている。
【0004】
例えば、特許文献1には、被支持体又は支持体のいずれか一方に固定され、その軸受部材を介して軸受面に供給される加圧空気により支持体を移動自在に支承するようにした静圧軸受パッドにおいて、軸受部材として、素材粒子の径がほぼ均一で開気孔の均等性が得られる種類のカーボングラファイト系の材料が提案されている。
【0005】
また、特許文献2には、比較的高い剛性を保ちながら、高い減衰性を実現した気体軸受装置として、2つの相対向する実質的に平行な軸受面及び両軸受面間の軸受隙間に、オリフィスを通じて気体を供給する少なくとも1つの気体ダクトを有する気体軸受装置が提案されている。
【0006】
さらに、特許文献3には、多孔質体からなる母材と、この母材上に接合され、予め所望の空気透過量になるように、貫通孔の径及び分布を調整して作製された多孔板からなる表面絞り層とを備え、表面絞り層を介して気体を噴出させ、その静圧によって被支持体を支持する静圧気体軸受が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭63−231020号公報
【特許文献2】特表2006−510856号公報
【特許文献3】特開2001−56027号公報
【特許文献4】特開2008−82449号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記従来の静圧気体軸受は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現できるものの、軸受材料として、主に、高強度の金属やセラミックスが用いられると共に、これら軸受材料からなる軸受面に高精度の研削仕上げ等を施す必要があるため、必然的に高価となるという問題がある。
【0009】
しかしながら、上記した超低摩擦、超高精度及び超高速運動までは要求されないが、例えば、液晶スクリーン等の物品を非接触で搬送したり、温度変化を生じさせることなく物品を水平移動させたりする用途においては、静圧気体軸受を用いると装置の構成が簡略化されるなどの利点を有する反面、静圧気体軸受自体が高価なため、当該用途には広く活用されていないのが実情である。
【0010】
上記実情に鑑み、種々の分野で活用可能な安価な静圧気体軸受を提供するべく本出願人は先に、上面に自成絞り形状又はオリフィス絞り形状の複数個の空気吹出口を、下面に該複数個の空気吹出口と連通する給気溝を有する合成樹脂製の軸受部材と、該軸受部材の下面に前記給気溝を覆うように接合され、該給気溝と連通する給気口を有する軸受基体とが一体化された静圧気体軸受を提案した(特許文献4)。
【0011】
この特許文献4に記載された静圧気体軸受によれば、静圧気体軸受を形成する合成樹脂製の軸受部材を、金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械加工を不要とすることができると共に、軸受基体の構造も該軸受体と連通する給気口を形成するのみで、該軸受体と軸受基体とを接合するだけで静圧気体軸受を組み立てることができ、静圧気体軸受の大量生産が可能となり、安価な静圧気体軸受を提供することができるというものである。
【0012】
しかしながら、特許文献4に記載された静圧気体軸受における空気吹出口は、金型を用いた射出成形で形成されるため、その直径が0.2〜0.4mm程度の比較的大きな直径の自成絞りあるいはオリフィス絞り形状となり、当該空気吹出口からの給気吹出量が多すぎて自励振動を起こす虞があり、実用化するには改良を必要とするものである。
【0013】
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の静圧気体軸受は、一方の面に形成された円環状凹部、該円環状凹部の外周壁面に連接していると共に当該外周壁面に対し拡径している環状肩部面、他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材と、軸受体の一方の面に対面している一方の面に、一端では当該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口している一方、他端では外周面で開口する給気通路を備えた軸受基体とを具備しており、軸受体は、円環状凹部の開口部を軸受基体の給気通路に連通させると共に、該軸受基体に複数個の締結部材を介して締結固定されて、軸受基体に一体化されており、環状凹溝は、少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成していることを特徴とする。
【0015】
本発明の静圧気体軸受によれば、合成樹脂製の軸受体は、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材を介して軸受基体に締結固定されているため、合成樹脂製の軸受体と軸受基体とが高い密封性をもって強固に一体化されており、また、合成樹脂製の軸受体が他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した複数個の空気吹出孔を有しており、環状凹溝が少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成しており、当該環状凹溝及び複数個の空気吹出孔を機械加工によることなく形成されているため、大量生産が可能で、安価な製作が可能となる。
【0016】
好ましい例では、環状凹溝は、0.3〜1.0mm又は0.3〜0.7mmの幅と、0.01〜0.05mm又は0.01〜0.03mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で30〜120μmの直径を有している。
【0017】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々は、好ましくは、レーザー加工により形成されている。加工用レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、UVレーザー、エキシマレーザー等から選択される。
【0018】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々をレーザー加工により形成すると、切削等の機械加工に比較して、瞬時にこれらを形成でき、大量生産が可能となるばかりでなく、安価に製作することができる。
【0019】
本発明の静圧気体軸受において、円環状凹部の内周壁面は、開口部から環状底面にかけて末広がりの截頭円錐面に形成されていてもよい。
【0020】
本発明の静圧気体軸受において、軸受基体の他方の面には、球体受圧凹部が形成されていてもよい。
【0021】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する截頭円錐凹部又は凹球面部を有していてもよく、これら球体受圧凹部は、該軸受体の他方の面に直接形成されていてもよい。
【0022】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に截頭円錐凹部を有すると共に該截頭円錐凹部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されていてもよい。
【0023】
本発明の静圧気体軸受において、球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に凹球面部を有すると共に該凹球面部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されていてもよい。
【0024】
軸受基体の他方の面に球体受圧凹部を備えた静圧気体軸受においては、該球体受圧凹部に、例えばボールスタッドの球体が摺接して配されていてもよく、斯かる場合においては静圧気体軸受に該球体回りの自動調芯機能が付加される。
【0025】
斯かる自動調芯機能が付加された静圧気体軸受は、被加工物の載置台の位置決め装置としての直動案内装置に用いられて好適である。
【0026】
本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、環状凹溝に加えて、その一方の面に形成されていると共に、該環状凹溝の外側に該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、該環状凹溝の内側に形成された小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを具備していてもよい。
【0027】
本発明の静圧気体軸受を具備した直動案内装置は、案内面としての上面案内面及び両側案内面を有する案内部材の外側に、上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルが配されていてもよく、該可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面には、夫々ボールスタッドが球体を内方に向けて立設されていてもよく、また、該ボールスタッドとガイド部材の上面及び両側面との間には、該静圧気体軸受が球体受圧凹部を該ボールスタッドの球体に摺接させると共に、軸受体をガイド部材の上面案内面及び両側案内面に対面させて配されていてもよい。
【0028】
本発明の直動案内装置によれば、軸受体の複数個の空気吹出孔から案内部材の案内面に圧縮空気を噴射することにより、案内面との間に形成される空気潤滑膜によって可動テーブルを案内面に対して非接触の状態に保持することができる。そして、軸受体と案内面間の軸受隙間(数μm〜数十μm程度)が不均一であると、軸受隙間各部に圧力差が発生し、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に軸受体が自動調芯され、案内面に対して平行な状態が保持される。このため、案内部材及び可動テーブルの平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、前記静圧気体軸受自体の低コストに加えて、安価な直動案内装置を提供することができる。
【0029】
本発明の静圧気体軸受において、軸受体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂から形成されているのが好ましく、また軸受基体は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性合成樹脂又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されているのが好ましい。これら合成樹脂製の軸受体及び軸受基体は、合成樹脂素材を機械加工して形成しても、金型を用いて射出成形により形成してもよい。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】図1は、本発明の実施の形態の好ましい例の平面説明図である。
【図2】図2は、図1のII−II線矢視断面説明図である。
【図3】図3は、図2の底面説明図である。
【図4】図4は、図2の軸受体の底面説明図である。
【図5】図5は、図2の一部拡大断面説明図である。
【図6】図6は、軸受基体の底面説明図である。
【図7】図7は、図6のVII−VII線矢視断面説明図である。
【図8】図8は、軸受体の底面説明図である。
【図9】図9は、図8のIX−IX線矢視断面説明図である。
【図10】図10は、図8の斜視説明図である。
【図11】図11は、軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図12】図12は、軸受体の他の実施の形態の平面説明図である。
【図13】図13は、軸受基体の他の実施の形態の底面説明図である。
【図14】図14は、図13のXIV−XIV線矢視断面説明図である。
【図15】図15は、図14に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図16】図16は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図17】図17は、軸受基体の更に他の実施の形態の底面説明図である。
【図18】図18は、図17のXVIII−XVIII線矢視断面説明図である。
【図19】図19は、図18に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図20】図20は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図21】図21は、軸受基体の他の実施の形態の底面説明図である。
【図22】図22は、図21のXXII−XXII線矢視断面説明図である。
【図23】図23は、図21の斜視説明図である。
【図24】図24は、駒の断面説明図である。
【図25】図25は、図21に示す駒を嵌合固定した軸受基体の断面説明図である。
【図26】図26は、図25に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図27】図27は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図28】図28は、駒の他の実施の形態の断面説明図である。
【図29】図29は、図28に示す駒を嵌合固定した軸受基体の断面説明図である。
【図30】図30は、図29に示す軸受基体と軸受体の組立体の断面説明図である。
【図31】図31は、自動調芯機能を付加した静圧気体軸受の断面説明図である。
【図32】図32は、静圧気体軸受を用いた直動案内装置の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお
、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【0033】
図1から図5において、静圧気体軸受1は、好ましくは、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などの熱可塑性合成樹脂、又はこれらの熱可塑性合成樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維もしくは無機充填材を30〜50質量%含有した補強充填材含有熱可塑性合成樹脂、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている軸受基体2と、軸受基体2に環状シール部材3を介して締結部材4により締結一体化されていると共に好ましくはポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性合成樹脂から形成されている合成樹脂製の軸受体5とを具備している。
【0034】
軸受基体2は、特に、図6及び図7に示すように、一端6では平面視円形の一方の面7で開口している円形の開口部8を有する給気穴9と、一端10では給気穴9に連通すると共に他端11では外周面12で開口する給気通路13と、一端14では一方の面7で開口している一方、他端15では環状段部16を介して拡径して他方の面17で開口すると共に円周方向に沿って等間隔に複数個形成されているボルト挿通孔18とを具備している。
【0035】
給気通路13の外周面12で開口する端部19には、雌ねじ20が形成されており、雌ねじ20には給気プラグ(図示せず)が螺合固定される。
【0036】
軸受体5は、特に、図8から図10に示すように、軸受基体2の一方の面7に対面している一方の平面視円形の面21に形成された円環状凹部22と、環状肩部面24で規定されていると共に一方の面21で開口する拡径凹部25と、他方の平面視円形の面26で開口した環状凹溝27と、一端28では環状凹溝27に連通していると共に他端29では円環状凹部22の環状底面30で開口した複数個の空気吹出孔31と、一方の面21に外周縁に円周方向に沿って等間隔に形成された複数個の雌ねじ穴32とを有している。
【0037】
環状肩部面24は、円環状凹部22の円筒状の外周壁面23に連接していると共に径方向外方に伸びた径方向環状肩部面24aと、径方向環状肩部面24aに連接していると共に軸方向に伸びた軸方向円筒状肩部面24bとを具備している。
【0038】
軸受体5の環状面33と互いに対面する円筒面34とによって規定された環状凹溝27は、図5に示すように、少なくとも0.3mmの幅Wと、少なくともに0.01mmの深さdとを有しており、空気吹出孔31は、その一端28で、本例では一端28から他端29に亘って少なくとも30μmの直径Dを有して、円環状凹部22の環状底面30と環状凹溝27との間で自成絞りを形成している。
【0039】
円環状凹部22の内周壁面35は、図8から図10に示すように、円環状凹部22の開口部36から円環状凹部22の環状底面30にかけて末広がりに伸びる截頭円錐面37に形成されており、内周壁面35を截頭円錐面37とすることにより、円環状凹部22の環状底面30と一方の面21との間に形成される環状薄肉部38を径方向に大きくすることなく円環状凹部22の容積を増大することができるので、環状薄肉部38を有する軸受体5に強度低下を来たすことはない。
【0040】
円環状凹部22は、空気吹出孔31の他端29が開口する環状底面30と、環状底面30の外縁に連接されている円筒状の外周壁面23と、環状底面30の内縁に連接されている截頭円錐面37を有する内周壁面35とにより規定されている。
【0041】
軸受体5の拡径凹部25には、特に図2に示すように、環状シール部材3としてのOリングがつぶし代をもって円環状凹部22の開口部36から突出して装着されており、Oリングは軸受体5の一方の面21と軸受基体2の一方の面7との接合面に押圧されて介在して面21及び7間を密封する。
【0042】
以上の静圧気体軸受1は、軸受体5が、拡径凹部25に装着されたOリングを介して締結部材4としての六角穴付きボルトによって軸受基体2と締結一体化されているので安価な製作が可能となる。また、空気吹出孔31は、少なくとも30μmの直径Dと極めて小径であるため、空気吹出孔31からの多量の空気噴射に起因する自励振動の発生を抑制することができる。
【0043】
次に図1から図5に示す静圧気体軸受1の製造方法の例を説明すると、まず、図6及び図7に示すような補強充填材含有合成樹脂製あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の軸受基体2と、図8から図10に示すような合成樹脂製の軸受体5であって、環状凹溝27及び空気吹出孔31を有していない軸受体5aを準備し、図11に示すように、拡径凹部25に装着したOリングを介して軸受体5aの円環状凹部22の開口部36を軸受基体2の給気穴9の開口部8に連通させると共に軸受体5aの雌ねじ穴32を軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体39を形成する。
【0044】
このように締結一体化された組立体39における軸受体5aの他方の面26に、レーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5aを貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0045】
用いる加工用レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、UVレーザー又はエキシマレーザー等から選択されるが、好ましくは、炭酸ガスレーザーを用いる。
【0046】
直径30mmの円弧を中心として幅0.5mm、深さ0.05mmの環状凹溝27は、レーザー出力9.5Wの炭酸ガスレーザーを使用して、スキャンスピード1000mm/s、重ね印字回数1回、加工時間2秒でポリフェニレンサルファイド樹脂から形成された軸受体5の面26に形成、加工することができ、また、環状凹溝27の環状面33に、環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径0.06mmの自成絞り形状の空気吹出孔31は、レーザー出力14W、加工時間15秒で円周方向に10等配の位置に10個加工することができた。
【0047】
上記の静圧気体軸受1の軸受体5は、一個の環状凹溝27を具備しているが、環状凹溝27に加えて、軸受体5は、図12に示すように、軸受体5の一方の面26に形成されていると共に、環状凹溝27の外側に環状凹溝27を囲むと共に環状凹溝27と同心の大径環状凹溝40と、一方の端部41が環状凹溝27に開口すると共に他方の端部42が大径環状凹溝40に開口する複数個の放射状凹溝43と、環状凹溝27の内側に形成されていると共に環状凹溝27と同心の小径環状凹溝44と、一方の端部45が環状凹溝27に開口すると共に他方の端部46が小径環状凹溝44に開口する複数個の放射状凹溝47とを具備していてもよい。
【0048】
図12に示す軸受体5を有した静圧気体軸受1では、環状凹溝27に給気された空気は、放射状凹溝43及び47を介して大径環状凹溝40及び小径環状凹溝44に供給されるので、供給面積が大きくなり、例えば物品の浮上において、安定した浮上を行うことができる。
【0049】
図13から図16は、静圧気体軸受1の他の実施の形態を示すもので、軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部48を有する凹部49が形成されており、凹部49は、平面視円形の底面50と、底面50から開口部48にかけて末広がりに伸びる截頭円錐面51を有している。
【0050】
凹部49を有する軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に軸受体5の雌ねじ穴32を合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体52を形成する。
【0051】
このように締結一体化された組立体52における軸受体5の他方の面26に、レーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0052】
このように形成された静圧気体軸受1には、図16に示すように、軸受基体2の凹部49の截頭円錐面51にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0053】
図17及び図20は、静圧気体軸受1の更に他の実施の形態を示すもので、軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部48を有する凹部49が形成されており、凹部49は、底面50から開口部48にかけて広がる凹球面55を有している。
【0054】
凹球面55を有する凹部49を備えた軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14に軸受体5の雌ねじ穴32を合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合固定させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体56を形成する。
【0055】
このように締結一体化された組立体56における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0056】
このように形成された静圧気体軸受1には、図20に示すように、軸受基体2の凹部49の凹球面55にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0057】
図21から図27は、自動調芯機能が付加され静圧気体軸受1の他の実施の形態を示すものである。軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部57を有すると共に円形の底面58を有する円柱状凹部59が形成されており、円柱状凹部59には、図24に示すように、円柱体60と、一端61で円柱体60の一方の面62で開口する円孔63と、円孔63の他端64に連接し、他端64から他方の面65に向けて末広がりに伸びると共に円柱体60の他方の面65で開口して截頭円錐面66を有する凹部67とを備えた駒68が一方の面62を円柱状凹部59の底面58に向けて嵌合固定されている。
【0058】
駒68を嵌合固定した軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14を軸受体5の雌ねじ穴32に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体70を形成する。
【0059】
このように締結一体化された組立体70における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0060】
このように形成された静圧気体軸受1には、図27に示すように、軸受基体2の他方の面17に嵌合固定された駒68の凹部67の截頭円錐面66にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより、自動調芯機能が付加される。
【0061】
図28から図31は、自動調芯機能が付加され静圧気体軸受1の更に他の実施の形態を示すものである。軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部には、面17に平面視円形の開口部57を有すると共に円形の底面58を有する円柱状凹部59が形成されており、円柱状凹部59には、図28に示すように、円柱体60と、一端61で円柱体60の一方の面62に開口する円孔63と、円孔63の他端64に連接し、他端64から他方の面65に向けて広がる凹球面69とを有する凹部67を備えた駒68が一方の面62を円柱状凹部59の底面58に向けて嵌合固定されている。
【0062】
駒68を嵌合固定した軸受基体2は、前記静圧気体軸受1と同様に、給気穴9の開口部8を、拡径凹部25にOリングを装着した軸受体5の円環状凹部22の開口部36に連通させると共に軸受基体2のボルト挿通孔18の一端14を軸受体5の雌ねじ穴32に合致させたのち、ボルト挿通孔18に締結部材4としての六角穴付きボルトを挿通させると共に六角穴付きボルトの雄ねじ部を軸受体5の雌ねじ穴32に螺合させて軸受基体2と軸受体5とを締結一体化した組立体71を形成する。
【0063】
このように締結一体化された組立体71における軸受体5の他方の面26に、前記と同様にしてレーザー加工機によりレーザーを照射し、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝27と、環状凹溝27を規定する環状面33に環状面33から軸受体5を貫通して円環状凹部22の環状底面30に開口する直径Dが少なくとも30μm、好ましくは30〜120μmに複数個の自成絞り形状の空気吹出孔31を形成し、静圧気体軸受1を作製する。
【0064】
このように形成された静圧気体軸受1には、図31に示すように、軸受基体2の円柱状凹部59に嵌合固定された駒68の凹部67の凹球面69にボールスタッド53の球体54が摺接して配されることにより自動調芯機能が付加される。
【0065】
軸受基体2の他方の平面視円形の面17の中央部に形成された円柱状凹部59に嵌合固定された駒68を摺動性に優れた材料、例えばポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の自己潤滑性を有する熱可塑性合成樹脂、あるいは銅又は銅合金等で形成することにより、駒68の凹部67の截頭円錐面66又は凹球面69とボールスタッド53の球体54との摺接をより円滑に行わせることができる。
【0066】
図32は、図27に示す静圧気体軸受1を用いた直動案内装置72を示すもので、直動案内装置72は、案内面としての上面案内面73及び両側案内面74及び74を有する案内部材75と、案内部材75の外側に跨って配された上面案内面73に対面する上板76及び両側案内面74及び74に対面する一対の側板77及び77を備えた横断面コの字形の可動テーブル78と、可動テーブル78の上板76の下面79及び一対の側板77の夫々の内面80及び80に球体54を内方に向けて固定されたボールスタッド53と、ボールスタッド53と案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74の間に駒68の截頭円錐面66をボールスタッド53の球体54に摺接させると共に、軸受体5の一方の面26を案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74に対面させて配された静圧気体軸受1とから形成されている。
【0067】
この直動案内装置72によれば、軸受体5の複数個の空気吹出孔31から案内部材75の上面案内面73及び両側案内面74及び74に圧縮空気を噴射することにより、上面案内面73及び両側案内面74及び74との間に形成される空気潤滑膜によって可動テーブル78を上面案内面73及び両側案内面74及び74に対して非接触の状態に保持することができる。そして、軸受体5と上面案内面73及び両側案内面74及び74との間の軸受隙間が不均一であると、軸受隙間各部に圧力差が発生するが、その圧力差により、軸受隙間が均一となる方向に静圧気体軸受1が自動調芯され、上面案内面73及び両側案内面74及び74に対して平行な状態が保持される。このため、案内部材75及び可動テーブル78の平行度、直角度等の部品精度を比較的粗い精度とすることができ、静圧気体軸受1自体の低コストに加えて、直動案内装置72の製作の容易化及びコストの低下を図ることができる。
【0068】
直動案内装置72においては、自動調芯機能が付加された静圧気体軸受1として、図16、図20及び図31に示す静圧気体軸受1を使用してもよい。
【0069】
以上のように、軸受体と軸受基体とは、環状シール部材を介して締結部材によって締結一体化されているので、軸受体と軸受基体との接合面は強固に密封されており、軸受体の一方の面には、幅W0.3〜1.0mm、深さd0.01〜0.05mmの環状凹溝と、環状凹溝を規定する環状面に環状面から軸受体を貫通して円環状凹部の環状底面に開口する直径Dが少なくとも30μmの複数個の自成絞り形状の空気吹出孔が形成されており、当該環状凹溝及び空気吹出孔を機械加工によることなく形成できるので、大量生産が可能で、安価な静圧気体軸受を提供できるばかりでなく、当該静圧気体軸受を用いた製作の容易化及びコストの低下を図ることができる直動案内装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0070】
1 静圧気体軸受
2 軸受基体
3 環状シール部材
4 締結部材
5 軸受体
13 給気通路
22 円環状凹部
23 外周壁面
24 環状肩部面
31 空気吹出孔
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の面に形成された円環状凹部、該円環状凹部の外周壁面に連接していると共に当該外周壁面に対し拡径している環状肩部面、他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材と、軸受体の一方の面に対面している一方の面に、一端では当該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口している一方、他端では外周面で開口する給気通路を備えた軸受基体とを具備しており、軸受体は、円環状凹部の開口部を軸受基体の給気通路に連通させると共に、該軸受基体に複数個の締結部材を介して締結固定されて、軸受基体に一体化されており、環状凹溝は、少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成していることを特徴とする静圧気体軸受。
【請求項2】
環状凹溝は、0.3〜1.0mm又は0.3〜0.7mmの幅と、0.01〜0.05mm又は0.01〜0.03mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で30〜120μmの直径を有している請求項1に記載の静圧気体軸受。
【請求項3】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々は、レーザー加工により形成されている請求項1又は2に記載の静圧気体軸受。
【請求項4】
円環状凹部の内周壁面は、開口部から環状底面にかけて末広がりの截頭円錐面に形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項5】
軸受基体の他方の面には、球体受圧凹部が形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項6】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する截頭円錐凹部を有している請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項7】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する凹球面部を有している請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項8】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に截頭円錐凹部を有すると共に該截頭円錐凹部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されている請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項9】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に凹球面部を有すると共に該凹球面部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されている請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項10】
軸受体は、環状凹溝に加えて、その一方の面に形成されていると共に、該環状凹溝の外側に該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、該環状凹溝の内側に形成された小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを具備している請求項1から9のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項11】
案内面としての上面案内面及び両側案内面を有する案内部材の外側に、上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルが配されており、該可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面には、夫々ボールスタッドが球体を内方に向けて立設されており、該ボールスタッドとガイド部材の上面及び両側面との間には、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の静圧気体軸受が球体受圧凹部を該ボールスタッドの球体に摺接させると共に、軸受体をガイド部材の上面案内面及び両側案内面に対面させて配されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項1】
一方の面に形成された円環状凹部、該円環状凹部の外周壁面に連接していると共に当該外周壁面に対し拡径している環状肩部面、他方の面で開口した環状凹溝及び一端では環状凹溝に開口していると共に他端では円環状凹部の環状底面で開口した自成絞りとしての複数個の空気吹出孔を有した合成樹脂製の軸受体と、環状肩部面に接触して装着された環状シール部材と、軸受体の一方の面に対面している一方の面に、一端では当該軸受体の一方の面に対面している一方の面で開口している一方、他端では外周面で開口する給気通路を備えた軸受基体とを具備しており、軸受体は、円環状凹部の開口部を軸受基体の給気通路に連通させると共に、該軸受基体に複数個の締結部材を介して締結固定されて、軸受基体に一体化されており、環状凹溝は、少なくとも0.3mmの幅と、少なくとも0.01mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で少なくとも30μmの直径を有して、円環状凹部と環状凹溝との間で自成絞りを形成していることを特徴とする静圧気体軸受。
【請求項2】
環状凹溝は、0.3〜1.0mm又は0.3〜0.7mmの幅と、0.01〜0.05mm又は0.01〜0.03mmの深さとを有しており、空気吹出孔は、その一端で30〜120μmの直径を有している請求項1に記載の静圧気体軸受。
【請求項3】
環状凹溝及び空気吹出孔の夫々は、レーザー加工により形成されている請求項1又は2に記載の静圧気体軸受。
【請求項4】
円環状凹部の内周壁面は、開口部から環状底面にかけて末広がりの截頭円錐面に形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項5】
軸受基体の他方の面には、球体受圧凹部が形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項6】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する截頭円錐凹部を有している請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項7】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面で開口する凹球面部を有している請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項8】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に截頭円錐凹部を有すると共に該截頭円錐凹部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されている請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項9】
球体受圧凹部は、軸受基体の他方の面に開口部を有して形成された円柱状凹部を具備しており、当該円柱状凹部には、一方の面に凹球面部を有すると共に該凹球面部を円柱状凹部の開口部に開口させた駒が嵌合固定されている請求項5に記載の静圧気体軸受。
【請求項10】
軸受体は、環状凹溝に加えて、その一方の面に形成されていると共に、該環状凹溝の外側に該環状凹溝を囲む大径環状凹溝と、一方の端部が該環状凹溝に開口すると共に他方の端部が大径環状凹溝に開口する複数個の第一の放射状凹溝と、該環状凹溝の内側に形成された小径環状凹溝と、一方の端部が環状凹溝に開口すると共に他方の端部が小径環状凹溝に開口する複数個の第二の放射状凹溝とを具備している請求項1から9のいずれか一項に記載の静圧気体軸受。
【請求項11】
案内面としての上面案内面及び両側案内面を有する案内部材の外側に、上面案内面に対面する上板及び両側案内面に対面する一対の側板を備えた可動テーブルが配されており、該可動テーブルの上板の下面及び一対の側板の夫々の内面には、夫々ボールスタッドが球体を内方に向けて立設されており、該ボールスタッドとガイド部材の上面及び両側面との間には、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の静圧気体軸受が球体受圧凹部を該ボールスタッドの球体に摺接させると共に、軸受体をガイド部材の上面案内面及び両側案内面に対面させて配されていることを特徴とする直動案内装置。
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
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【図15】
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【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【公開番号】特開2013−96502(P2013−96502A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−239832(P2011−239832)
【出願日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【出願人】(000103644)オイレス工業株式会社 (384)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【出願人】(000103644)オイレス工業株式会社 (384)
【Fターム(参考)】
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