JPH04505796A - 補助溜め部を有する気体支承体 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 補助溜め部を有する気体支承体 肢街分野 本発明は一般的に機械部分の互いに関する正確な運動のための流体支承体に関し 、且つ特に高周波数振動及び低周波数振動の両方を減衰するための手段を有する 高い静的剛性を有する気体支承体に関する。

背景技術 工作機械、座標測定機械、及び他の同様な機械のような精密機械では、キャリッ ジを含む機械の部分の機械レールに沿った比較的摩擦のない運動を許すために気 体支承体がしばしば使用される。そのような気体支承体は機械構造中の振動によ って振動することが生しることがあり、これらの気体支承体、特に高い静的剛性 を有するものはばねにかなり憤で機械振動を応動する。そのような振動は望まし くなく、その装置から急速に減衰されないならば機械精度に影響することがある 。多くの懸念は、気体支承体が不安定になる周波数範囲が機械部分の固有又は共 振周波数と一致する時である。そのような状態では、支承体は増幅器として作用 し、機械振動を維持し又は増幅さえすることがある。このため、その装置からの 振動を減衰することが一層困難になり、従ってその整合及び精度を損なう。

そのような振動は、高精度ツーリング機械又は座標測定機械のような高精度位置 決め機械で特に問題である。ガントリ形式の支持構造は一般にそのような座標測 定機械で使用されている。そのようなガントリ形式の構造は典型的には基部と、 基部上に載ったテーブルと、基部によって支持された平行に離間したレール上に 載るガントリ構造と、ガントリ構造上に載るキャリフジとを含む、典型的にはＺ 方向レールと称せられる垂直方向移動可能な要素はその下方端に配置された接触 感知プローブを含み、Ｚ方向レールはキャリッジに対して垂直に移動するのに対 して、キャリ、ジはガントリ構造上に配置されたレールに沿って水平方向に移動 する。気体支承体はその関連したレール上でのガントリ構造の移動を容易にする ために使用される。それ故、Ｚ方向レールの端に配置されたプローブは三次元で 移動され、試験される部品上の位置を測定するためにテーブル上のどの点でも位 置決めされることができる。

使用中、ガントリ構造はプローブを、それがその作業又は測定を行う点へ送出す ように急速に加速又は減速される。そのような急速な移動は、測定が迅速になさ れることができ且つ部品を試験する期間がひどく長くならなくなるので必要であ る。一部分では、そのようなガントリ構造は概ね一端においてだけ駆動されるの で、振動は後述するように構造の固有の慣性の故にその構造に生しることがある 。駆動がガントリ形式の構造に結合された点の周りにトルクが発生され、トルク がガントリ形式の構造の重心に加えられ、且つ構造への駆動の結合点からその重 心まで延びるモーメント腕を有することは大部分の目的のために考えられる。

ガントリ形式の構造は若干の弾性を有するので、また構造の連続した移動は駆動 によって及び構造の適正な位置決めを維持する支承体によって抵抗されるので、 このトルクはガントリが駆動に結合された点の周りにおいてガントリ中に振動を 生しさせる。これらの振動は次に空気支承体へ伝達され、該空気支承体は説明さ れるように能動ばねのように作用する。測定の誤りを避けるために、できるだけ 迅速にその装置から振動を減衰させるのが望ましいことは明らかである。

高精度座標測定機械については、正確な整合が維持され得るように振動が存在し ない時に測定がなされることが必要である。それ故、多くの従来技術の座標測定 機械は高い静的剛性とやや低い動的剛性とを提供する支承体を有する。この高い 静的剛性は空気間隙をかなり幅狭くすること及び気体供給を少なくすることによ って達成される。支承体は静的状態からそれが関連したレールに対して移動して いる動的状態まで移動するので、支承体の剛性は概ね一定の定常状態の剛性が得 られるまでその構造の振動周波数に対して減少する。その機械構造の固有又は共 振周波数が低下する剛性のこの領域と一致するならば、その装置は不安定になり 、その装置からの振動は減衰することが非常に困難となる。

剛性対周波数曲線が負の勾配をもつ周波数を減少する努力において、従来技術の 支承体シューは、シューの支承体表面へ通じ且つ所望の気体クッションを提供す る気体口部と連通ずる小さい内部溜め部を設けている。この内部溜め部はある程 度の高い周波数を減衰し、これらの周波数においてこの室は無制限の空気供給部 のように作用するので、支承体はより低い剛性となり振動をより急速に減衰する 。しかしながら、この従来技術の内部溜め部はある程度のより低い周波数での振 動を減衰するためには充分ではない。あるガントリ形式の座標測定機械では、そ れらの大きい慣性モーメントの故に、その装置はそのような従来技術の支承体に よって減衰され得る共振周波数よりも低い共振周波数を存する。これらの共振周 波数は剛性対周波数曲線の勾配の負部分と一致し、その装置はそれらの状態にお いて不安定になることがある。

それ故、改善された剛性を存する気体支承体を提供することは本発明の目的であ る。

ガントリ形式の構造を存する高精度座標測定機械で用いるための改良された気体 支承体を提供することは本発明の別の目的である。

より広い周波数範囲にわたって充分な減衰を提供する気体支承体を提供すること は本発明の更に別の目的である。

ガントリ形式の座標測定機械の共振周波数と一致する全ての周波数の振動を減衰 する高い静的剛性を有する気体支承体を提供することは本発明の更に別の目的で ある。

ガントリ形式の座標測定機械について、負勾配を有する支承体剛性対周波数曲線 の部分を共振周波数がない領域へ移行することは本発明の更に別の目的である。

光皿Ω開示 本発明は一般的に改良された気体支承体に関し、且つ特に支承体が使用される機 械の共振周波数に対応する振動が減衰され、該振動が不安定になるのを防止し且 つ機械の精度に作用するのを防止し又は機械の正確な精度を損なうのをさえ防止 するように高い周波数及びより低い周波数の両方の振動の減衰を許す気体支承体 系に関する。そのような気体支承体系は、座標測定機械、特にガントリ形式の構 造を有する座標測定機械、並びに整合が機械の適正な動作に重要である別の高精 度位置決め機械で特に応用される。

本発明の気体支承体装置は支承体シューを含み、咳シューはそれが載るレールの 支承体表面と離間した対面関係で支承体表面を有する。支承体シューは気体源か ら王制眼部を通して加圧気体が供給される主溜め部を含む、第２のより大きい補 助溜め部が副制限部を通して主溜め部へ結合される。補助溜め部は空気を主溜め 部から副制限部を通して受取るだけである密閉された溜め部である。主溜め部中 の空気は、シュー支承体表面とレール表面との間にクッションを提供するように シューの支承体表面へ気体を供給する口部へ分配される。気体源から主制限部を 通る気体の流れに対する抵抗は支承体表面における口部を通る気体の流れに対す る複合抵抗よりも大きい。補助溜め部と主溜め部との間の空気の流れを制御する 副制限部は支承体表面へ通しる口部を通る流れに対する複合抵抗よりも高い気体 流れ抵抗を有するが、上流側の主制限部よりも低い気体流れ抵抗を有する。補助 溜め部は、振動に最も弱い特別の機械構造要素の特別の条件に合うようにその容 積及び副制限部抵抗に適合されることができる。より小さい主溜め部は高い周波 数における必要な減衰を提供し且つ高い静的剛性の維持を許す、より低い周波数 では、補助溜め部は主溜め部と共に振動の減衰を提供する。

このようにして、同じ装置は座標測定機械の共振周波数における減衰を含む高い 周波数及び低い周波数の両方の振動を減衰すると同時に支承体に高い静的剛性を 維持する。このため、負勾配を有する支承体謝性対周波数曲線の部分は機械の共 振周波数範囲の外側へ移行され、不安定な状態は回避される。

回回虫簡単星説皿 本発明の目的、利点及び特徴は、添付図面との関連をとるならば以下の詳細な説 明からより明らかに理解されよう０図面において、第１図は本発明の気体支承体 系を利用する座標測定機械を示す前面絵画図であり、 第２図は低い静的剛性を有する典型的な従来技術の気体支承体の支承体謝性対周 波数のプロットを示すグラフであり、第３図は高い静的剛性を有する典型的な従 来技術の気体支承体の支承体謝性対周波数のプロットを示すグラフであり、第４ 図は主室を有する気体支承体及び本発明の気体支承体の両方の支承体謝性対周波 数のプロットを示すグラフであり、そして第５図は本発明の気体支承体装置を示 す破断概略断面図である。

日　′−こめの　の 気体支承体は、工作機械、座標測定機械及び類領物のような、工具又はプローブ の正確な位置決めを必要とする多くの精密機械で使用される。そのような気体支 承体は、プローブ又は工具の正確な位置決めを許すように機械の異なる部分相互 の機械レールに沿った三次元の比較的摩擦のない運動を許す。本発明は特にガン トリ形式の構造を有する座標測定機械と関連して説明されるが、そのような座標 測定機械での本発明の使用は例示のためにすぎないこと、及び本発明はＨ擦のな い運動のために気体支承体の使用を必要とし且つ系での高い周波数及び低い周波 数の両方の振動の減衰を必要とする工作機械のような他の高精度位置決め機械で 使用されることができることは理解されるべきである。

ガントリ形式の座標測定機械での本発明の気体支承体装置の例示的な応用が特に 第１図を参照して次に説明される。第１図は機械部品のような加工物の寸法検査 に使用されるような座標測定機械１０を概略的に例示している０機械１０は基部 組立体１１と、ブリッジ１３と、キャリッジ２４とを含む、キャリッジ２４はＹ 方向レール２０に沿う案内路上を水平方向に即ちＹ方向に移動することができる 。Ｙ方向レール２０はそれと一緒にブリッジ１３を形成する垂直方向支持部材１ ５によって担持されている。支持部材１５はＸ方向レール２１及び２２上に載り 且つブリッジ１３をＸ方向へ移動させることができる。Ｘ方向レール２１及び２ ２は基部組立体ｌｌ上に取付けられている。Ｚ方向レール１８はキャリッジ２４ に取付けられており且つキャリッジ２４に対して垂直方向即ちＺ方向に移動する ことができる。Ｚ方向レール１８はキャリッジ２４によって担持され且つそれ自 体でその下方遠位端にプローブ１２を担持する。プローブ１２は加工物の表面上 の点と接触状態にされてそれらの点の座標を決定することができる。

気体支承体２６はＸ方向レール２】及び２２上で支持部材１５の比較的摩擦のな い運動を許すように利用される。また、同様な気体支承体（図示せず）はキャリ ッジ２４に対するＺ方向レール１８の比較的Ｗｌ！ＩＩのない運動を許し、且つ Ｙ方向レール２０上でのキャリッジ２４の運動を許す。典型的には、図示したよ うに、支承体２６はレール２１及び２２の両側に配置される。そのような支承体 は典型的には、しかし必ずとはいえないが、互いに対して直接に対向した対面関 係で配置される。ブリッジ１３はＸ軸線駆動装置２９によって駆動され、該χ軸 線駆動装置は典型的にはＸ方向レール２２上の点７７においてだけブリッジ１３ と結合されている。Ｙ方向レール駆動装置（図示せず）はキャリッジ２４をＹ方 向レール２０に沿って移動させ、キャリッジ２４内に収容されたＺレール駆動装 置（図示せず）はＺ方間レールをキャリッジ２４に対して上方及び下方へ移動さ せる。

典型的には、測定は、試験中の部品について、プローブ１２を該部品上の基準点 と接触状態にすることによって行われる。プローブによって測定されるＸ、　Ｙ 及びＺ方向のレールに沿った基準点の座標はそのとき電子的に感知され且つディ ジタル情報に変換される。プローブは次に試験中の部品の第２の点へ移動され、 Ｘ、Ｙ及びＺ方向のレールに対する第２の点の位置が再びディジタル的に記録さ れる。試験中の部品上の追加の基準点は同様に測定されることができ、座標情報 は次に座標測定機械内のコンピュータ（図示せず）によって取り入れられ、試験 中の部品が必要な仕様に合えば、ある決定がなされる。

基部組立体１１に対するブリッジ１３の移動中、ブリッジ構造に振動が発生され る。ブリッジ１３がＸ方向レール２２においてだけ駆動され、Ｘ方向レール２１ において駆動されないので、振動問題は悪化される。ブリッジ１３はしばしば大 きい慣性モーメントを有するので、ブリッジ１３が急速に加速及び減速される時 に、Ｘ軸線駆動装置２９がブリッジ１３に結合されている点の周りでトルクがブ リッジ１３へ加えられる。ブリッジ１３へ屑えられた力は、減速中には得られた ブリッジの運動量から決定され、加速中にはブリッジの重量から決定され、モー メント腕は点７７からブリッジの質量中心までの距離である。ブリッジ構造の固 有の可撓性の故に、及びブリフジの運動が点２７においてＸ軸線駆動装置２９に よって拘束され且つ支承体２６によって拘束される故に、振動がブリッジ中に誘 起され、ブリッジ構造中のこれらの振動は支承体２６へ伝達される。これらの振 動の振幅及び周波数はブリッジの特別の構造によって決定される。

座標測定機械では、高い静的剛性を有する空気支承体は、測定が行われている時 に、定常状態の間、所望の精度の整合が維持されることが必要とされる。しかし ながら、そのような剛性のある空気支承体は支承体シューの支承表面と支承体が 載るレールの対面する支承表面との間に非常に小さい空気間隙を有する。また、 低い空気供給量が高い静的剛性を有する支承体にこの空気間隙を生じるように使 用される。これらの剛性ある支承体は能動ばねのように作用し且つ空気間隙の大 きさの変化に鋭敏に反応する。支承体がブリッジ１３から振動を受けると、支承 体は振動し始め、支承体と関連したレールの周囲で、支承体の反対側の対応部分 も振動する。１つの支承体上の空気間隙が増加するにつれて、その反対側の対応 部分はそれに応じてより小さい空気間隙をもち、また該支承体上の空気間隙が減 少するにつれて、その反対側の対応部分はそれに応じてより大きい空気間隙をも つ、支承体系は、振動がその系から減衰されるまで振動し続ける。典型的には、 支承体が剛性を強めるほど、その系から振動を減衰することは長くかかる。この 時間はしばしば系の鎮静化時間と称せられる。

第２図及び第３図はそれぞれが気体支承体の剛性対ブリッジ構造の振動周波数の プロットを示すグラフである。支承体謝性は変位中の力として表わされ且つボン ド／インチ、又はニュートン／メートルの単位を有することができる。ブリッジ 構造の振動周波数はヘルツで表わされる。第２図は、支承体の静的剛性に、アが 動的状態における支承体の剛性に対して低い状態を例示する曲線８４を有する。

第３図は、支承体の静的剛性ＫＳｔが動的状態における支承体の剛性に対して高 い状態を例示する曲線８６を有する。高い静的剛性を有するそのような支承体は それが静的状態において高い精度を提供するので座標測定機械に好適とされる。

両方の場合に、ブリッジ１３の振動周波数が周波数ｆ１を超えると、支承体の剛 性はブリッジ１３の振動周波数の変化に対して殆ど一定になる傾向がある。動的 状態でのこの支承体の剛性はに、として参照される。

低い静的剛性を有する支承体について、支承体の剛性は、曲線の勾配が零になる 定常状態の剛性に４に達するまで振動周波数の増加につれて増加することは第２ 図から理解されることができる。第２図では、曲線の勾配は常に正又は零である 。そのような低い静的剛性の支承体は高い静的剛性を持つ支承体よりも大きい空 気間隙とより大きな空気供給をもつ傾向がある。また、そのような支承体は、第 ２図の曲線の勾配が決して負でなく且つ全ての共振周波数は充分に減衰されるの で非常に安定である傾向がある。しかしながら、そのような系は、それが大きい 静的撓みの作用を受け且つ機械構造の不整合を許すことがあるので座標測定機械 のために受入れられることができない。

対照的に、第３図では、高い静的剛性を有する支承体については、支承体の剛性 は定常状！！に−に達するまで周波数の増加につれて減少する。第３図で曲線の 勾配が低い周波数の大きい範囲にわたって負であることは理解されることができ る。支承体は負勾配の領域で不安定になる傾向がある。従って、第３図で零から 勾配が零になるおよそｆＩまでの範囲で、支承体は不安定になる傾向がある。特 別の懸念は、ブリッジ１３の共振周波数又は幾つかの共振周波数が零からｆ、ま での範囲に入る場合である。これらの状態では、支承体は増幅器として作用し、 ブリッジ１３の振動を維持し且つおそらく振動を増加し、系の許容し得ないほど 長い鎮静時間を生じ、又は全く鎮静を生じない。もしこれらの振動がプローブに よる測定に先立ってその系から完全に減衰されないならば、この系の精度は悪影 響を受けることがあり、又は測定の間に許容し得ないほど長い遅延を生じること がある。

この問題を処理するために修正が従来技術の支承体系になされている。空気溜め 部が空気供給部と空気を空気間隙へ供給する口部との間に設けられる。そのよう な溜め部を設けることは第４図に示したような修正された曲線８０を生じる。

第４図は支承体の剛性対ブリッジ１３の振動周波数のプロットである。そのよう な溜め部は系から若干の振動を減衰する傾向があり、且つ第３図に示した曲線の 負勾配を第４図に示したようにより低い周波数まで移行させる。このため、その ような溜め部によって、第４図に示したｆ２より下の周波数においてだけ支承体 は不安定である。ｆｚよりも大きい周波数では、勾配は正又は零であり、この範 囲で支承体は安定である。

この性能は若干の従来技術の座標測定機械に受入れられることができるが、全て のそのような機械、特に高速度軽量機械に受入れられることができない。溜め部 をもってさえ、支承体が不安定である零からｆ２までのかなりの周波数範囲が依 然としてあり、もしブリフジの共振周波数がその範囲内に入ることが起きるなら ば、問題が依然起こることがある。特に、第１図に示した座標測定機械では、ブ リッジ１３の共振又は開存周波数は約７ヘルツ又はそれより大きい１頃向がある 。

大部分の従来技術の支承体について、第４図に示した周波数ｆ！は７ヘルツより も大きい、その結果として、溜め部をもってしても、支承体が不安定であり且つ ブリッジ１３の共振周波数がある幅狭い周波数範囲がある。

特に第５図を参照して、本発明の気体支承体装置３１が次に説明される。支承体 装置３１は、互いに対して移動し得る２つの部材、レール３３と、レール３３の 支承表面７５上に載る部材３５と関連して図示されている。支承体装置３１は典 型的には部材３５と関連しており且つ部材３５上に取付けられ、支承体装置３１ は高いレベルの精度をもってレール３３上の直線経路で部材３５を案内するため に使用される０部材３５はレール３３の長手方向へ、即ち第５図に示したように 左から右へ又は右から左へ移動する。レール３３はレール１８．２０．２１又は ２２の１つであることができ、又はそれは高精度位置決め機械で使用される他の 通常のレールであることができる。部材３５はブリッジ１Ｇ又はキャリッジ２４ の支持部材１５の１つであることができ、又は部材３５はキャリッジ、柱又はテ ーブルの支持体のような高精度位置決め機械の他の同櫂な可動部材であることが できる。レール３３は典型的には適当な輪郭を提供する綱、グラナイト、アルミ ニウム又は他の固体材料で作られる。レール３３の表面７５は表面７５が１つの 平面内にあるように作られるようにかなりの精度で機械加工されている。その装 置に生しることがある不完全性にかかわらず、部材３５がレール３３に沿って移 動する時に可動部材３５とレール３３との間に正確な所定の関係を維持すること が望まれる。

典型的には、支承体装置３１はレールの両側に配置された対向した対で使用され る。しかしながら、検討のために、１つだけのそのような支承体装置３１が説明 される０反対側の支承体装置は第５図に示した支承体装置とほぼ同しであること は理解される。

支承体装置３１はシュー２８とボール３７とを含む、シュー２８は典型的には硬 質被覆陽極処理表面を有するアルミニウム、腐食しない鋼又は他の適当な材料の ような金属で作られた概ね矩形の形状又は概ね円形の円板形状のブロックである 。シュー２８はレール３３の支承体表面７５と密接に離間した対面する概ね平行 な関係にある支承表面３９を存する。内方主情め部３０がシュー２８内に配置さ れ且つシュー２８の周りに延在している。溜め部３０は単一の室又は複数個の相 互連結された別々の室で作られることができ、溜め部３０は例えば第５図に示し た環状の形状のような適当な形状をもつことができる。加圧された気体は加圧気 体源３２から主流れ制限部３４を通して支承体シュー２８の溜め部３０へ供給さ れる。溜め部３０に隣接してシュー２８の表面３９にチャネル４３が形成されて おり、咳チャフル４３は１つ以上の幅狭い口部３６を通して溜め部３０と気体連 通状態にある。チャネル４３は溜め部３０と同じ形状で配置されることができ、 又は該チャネルは通常そのような支承体装置で便利に使用されている８字形状、 Ｘ字形状又は他の便利な形状を有することができる。気体はチャネル４３に沿っ て通り且つ支承表面３９とレール３３の表面７５との間を通って逃げ、表面３９ 及び７５の間の間隙に気体の所アの非常に薄いクッション又は膜を提供し、それ が表面３９及び７５の間に殆ど摩擦のない関係を生じる。典型的には、表面３９ 及び７５の間の間隙は０．１０１６ミリメードル（０，００４インチ）のオーダ ーを有する。

ボール３７はシュー２８の表面３７上に配置された相補した凹部４１内にある。

凹部４１は表面３９の反対側に配置され且つシ二一２８の表面７３の中心に置か れている。ボール３７は部材３５の相補した凹部４５中にもある。このように、 部材３５によって担持される負荷はボール３７を介してシュー２８へ伝達され、 ボール３７はシュー２８に対する部材３５の若干を角度不整合を許し且つそれを 調節する。ソニー２８の溜め部部分は必要とされる負荷を担持するために充分な 強さをもつことができないので、凹部４１はシュー２８の中実部分の上にあるべ きであり、溜め部３０の部分の上にあってはならない、このために、溜め部３０ は典型的にはシュー２８の外方横方向表面に隣接してそれに沿って延在している 。

シュー２８の外部に補助溜め部４０が配置されている。補助溜め部４０は導管４ ７及び副制限部４２を通して溜め部３０と気体連通状態にある。制限部４２は溜 め部４０と溜め部３０との間の気体の流れを制御する。溜め部４０は密閉された 溜め部であり、溜め部３０からだけ制限部４２を通してだけ気体を受入れる。

なんらの気体をも主気体供給部３２から補助溜め部へ直接に供給されない。補助 溜め部４０は溜め部３０の容量又は内容積と等しいか又はそれより大きい容量又 は内容積を有する。制限部４２を通る気体の流れに対する抵抗は制限部３４を通 る気体の流れに対する抵抗よりも低い、しかしながら、制限部４２を通る気体の 流れに対する抵抗は口部３６の全てを通る気体の流れに対する抵抗よりも高い。

換言すれば、気体は溜め部３０から口部３６を通過するよりも溜め部３０から補 助溜め部４０中へより低い流量で移動し、気体は制限部４２又は複合した口部３ ６のいずれかを通る流量よりも低い流量で制限部３４を通過する。補助溜め部４ ０は、その容積及び制限部４２を遣る気体の流れ抵抗を変えることによって、振 動に最も弱い機械要素の特別の条件に合うように調整されることができる。この ように、溜め部３０及び４０は一緒に最大静的剛性を提供すると共に高い周波数 及び低い周波数の振動範囲の減衰を提供する。

補助溜め部４０がシュー２８の一部分を形成しないことは好適とされる。シュー ２８は典型的には溜め部３０及び４０の両方を収容するために充分大きくない。

加えて、同じ結果は単に溜め部３０をやや大きく作ることによって得ることがで きない。第一に、シュー２８の寸法及び構造的強さの条件の故に、溜め部３０が 作られることができる大きさに物理的な制限がある。第二に、もし溜め部３０が 単に大きさを増加されるならば、支承体装置の応答が犠牲にされる。所望の結果 を得るために２つの別々の溜め部がなければならない。

好適な実施例では、制限部３４及び４２は所望の流れ制限を提供するためにオリ フィス中に挿入された精密に製作された宝石である。好ましくは、制限部３４及 び４２の流量は一定であり、宝石を交換することによってだけ変化されることが できる。典型的には、第１図に示した形式の座標測定機械の丸い円板傾斜付支承 体２６については、３つの口部３６が設けられる。矩形形状にされた支承体につ いては４つの口部が使用されることができる。そのような例示的な座標測定機械 の支承体２６について、制限部４２を通る気体の許された流量は制限部３４を通 る気体の許された流量の約２倍から２５倍までである。更に、支承体２６の口部 ３６のそれぞれを通る気体の許された流量は制限部３４を通る気体の許された流 量のおよそ１．５倍であるので、口部３６の全てを通る気体の許された流量は制 限部３４を通る気体の許された流量のおよそ４．５倍である。そのような例示的 な座標測定機械の支承体２６について、溜め部４０の容積は溜め部３０の容積の およそ１．５倍から２−５倍までである。

本発明は第４図の曲１Ｉ８２によって示されるような支承体調性対周波数の関係 を生じる０曲線８２はｆ、より大きい全ての周波数において正勾配又は零勾配を 有する。従って、支承体はｆ３より大きい全ての周波数において安定である。負 勾配を有する部分は、支承体が不安定になる周波数がブ’Ｊ　フジ１３の共振周 波数の範囲の外側になるように充分に左へ遠く、又は充分に低い周波数へ押出さ れている。第１図に示した特別の座標測定機械については、ｆ、はおよそ５ヘル ツである。従って、支承体が不安定になる周波数でブリッジ１３の共振周波数が 生しる危険がなく、ブリッジ１３の全ての共振周波数は支承体装置３１によって 充分に減衰される。

より高い周波数において、支承体製Ｗ３１は従来技術の溜め部を含む支承体装置 が動作するようにほぼ行い、そのようなより高い周波数の振動は溜め部３ｏがら 口部３６を通る空気の流れによってだけ充分に減衰される。空気は溜め部４゜へ 又は溜め部４０から殆ど又は全く流れず、溜め部４ｏはそのような振動を減衰す る部分を演じない、更に、空気が溜め部４０へ又はそれから流れないので、支承 体装置３１の高い静的剛性は大部分の座標測定機械の条件に従って維持される、 しかしながら、より低い周波数では、空気は溜め部４ｏがら溜め部３ｏ中へ引入 れられ、且つ溜め部３０から逆に溜め部４０中へ排出される。これらのより低い 周波数では、口部３６はより大きい容積を「見せ」、支承体装置３１はより柔ら かい支承体装置として作用する。その結果として、これらのより低い周波数の振 動は充分に減衰される。従って、支承体装置３１は従来技術におけるように高い 周波数の振動の所望の減衰と一緒に必要とされる高い静的剛性を提供し、加えて より低い周波数の振動の減衰を提供して支承体謝性対振動周波数曲線のより低い 周波数への所望の移行を提供する。

動作中、本発明の支承体装置３】は次のように作用する。支承体装置は高い静的 剛性をもつように要求されるので、王制眼部３４を通る気体の流れは比較的低く 、支承表面３９と支承表面７５との間の間隙又は空間は非常に小さい。そのよう な剛性のある支承体では、表面３９に対して垂直な支承体シュー２８の移動に対 する力又は抵抗対支承表面３９と７５との間の間隙の変化のプロットにおいて、 その勾配は非常に急峻である。従って、表面３９と７５との間の間隙における非 常に小さい変化は大きい抵抗力を生じる。支承体が静的状態で負荷されている時 にその装置に振動がないならば、それは表面３９と７５との間の空気間隙の非常 に小さい変形をもつ。支承体の剛性に依存して、この間隙は、源３２からの気体 の連続した供給によって、及び零振動におけるこの間隙の非常に小さい変化から 生じる強い抵抗力の故１７こ、その初めの大きさに非常に急速に回復される。も しブリッジ１３に存在する振動が第４図に示すように周波数ｆ、より低い領域又 は座標測定ｍ械の他の部分にあるならば、これらの振動による表面３９及び７５ の間の空気間隙の大きさの反動変化中の支承体の剛性は、振動周波数が増加する につれて急速に減少し、振動は直ちにというほどではなく減衰される。もしブリ フジ系の共振周波数が勾配のこの負部分と一致するならば、支承体装置３１は増 幅器として作用することができ、実際にその振動を増強し且つ増加する。

ブリッジ１３の振動の非常に高い周波数において、支承体が低い静的剛性又は高 い静的剛性をもつかにかかわらず、振動は溜め部３０又は４ｏの支援なく急速に 減衰される。これらの高い周波数において、表面３９は、高い速度で表面７５の 方へ又はそれから離れる方へ移動しており、その結果、表面３９及び７５の間に 含まれた気体は、振動の間に逃げる機会がなくなり、そして交互に圧縮され且フ 膨張される。その結果として、振動によって生じた表面３９及び７５の間の間隙 の大きさの非常に小さい変化があり、抵抗力は大きく変化されない。

対照的に、ｆ、とｒ、との間の曲線８２の部分で見られるようなやや低い周波数 においては、周波数は気体が振動の間に表面３９及び７５の間がら逃げる機会を もつに充分なだけ低い、溜め部３０及び４０がない場合、表面３９及び７５の間 の間隙は、制限部３４を通る気体の制限された供給のために気体を急速に失う傾 向がある。かなり減少された抵抗力の故に、表面３９及び７５は互いの方へ急速 につぶれてより小さい間隙を生じ、従ってはるかに強い抵抗力を生じる傾向があ る０表面３９及び７５は次に離れる方へ駆動され、サイクルがそれ自体繰返され る。振動は丁度ばねのように減衰されるまで続き、又は振動はそれ自体連続した 振動として持続する。そのようなより低い周波数状態では、溜め部３ｏを設けた ことは気体供給を制限しないとみなすことによってこれらの振動を急速に減衰す る０表面３９及び７５の間の間隙が幅狭くされ且つ気体がそれから逃げた期間中 、溜め部３０からの気体はその中のより低い気体圧力の故に間隙中へ流れ、それ から逃げた気体に取って代わろうとする。溜め部３０からの気体のこの流入は表 面３９及び７５が近づき過ぎるようになることを防止し、その結果として、発注 した抵抗力は減少される。このため、抵抗力はそれらの所望の平衡レベルにより 近くで維持される。その結果として、これらの振動はその装置からで速に減衰さ れる。これらの状態においては、気体は非常に短い間隔で表面３９及び７５の間 の間隙中へ溜め部３０によって圧送されなければならない。溜め部３０はそうす るために充分な容量を有する。というのは、溜め部３０は、気体供給部によって 充分に補給されるからである。

しかしながら、第４図に示したようにｆ２とｆ、との間の周波数において、振動 の期間はそのように長いので、かなり大量の空気が表面３９及び７５の間の間隙 から逃げることを許される。逃げる空気の量は大き過ぎて溜め部３０だけがら充 分に補充されず、溜め部３０はもはや無制限の空気供給部として作用しない。

その結果として、振動は充分に減衰されない。もし溜め部３０がこれらのより低 い周波数の振動の減衰を許すように拡大されるならば、口部３Ｇを通るより大き い許された気体流れが生じ、この周波数頓域に非常に柔らかい支承体を生しるで あろう、そのような柔らかい支承体は、Ｘ軸＆！駆動装置２９によってその機械 に与えられた加速度に対する不十分な応答を提供し、支承体の突然の完全なつぶ れを生じ、それ故レールに損傷を与える。この状態は座ｌｌＩ！測定機械では耐 えられない。

溜め部４０の使用は溜め部３０を単に拡大することと異なる結果を生じる。ｆｚ よりも高い周波数においては、制限部４２を通って溜め部４０へ及び溜め部４０ からの空気の流れが殆ど又は全くない。これは、振動の期間が口部３６を通って 溜め部３０へ及び溜め部３０から流れる気体にとって短いこと、及び溜め部４２ の流れに対する抵抗が口部３６を通る気体の流れに対する抵抗よりもかなり大き いことのためである。しかしながら、第４図に示したようにｆ２とｆ、との間の 周波数においては、気体が溜め部３０から排出される期間が十分に長いので、且 つ排出される気体の量が充分に大きいので且つ制限部４２を通る気体の流れに対 する抵抗が大き過ぎないので、空気は溜め部４０から＃限部４２を通って溜め部 ３０中へ引入れられる。従って、これらのより低い周波数において、補助溜め部 ４０は、支承体装置の要求に応じて溜め部３０及び４０の間に充分な内部減衰を もって気体を溜め部３０へ供給する。それ故、これらの周波数において、溜め部 ３０及び４０のより大きい複合容量は、振動の所望の減衰を生しるように表面３ ９及び７５の間から逃げる気体を補充する無制限の気体供給部として作用する。

制限部４２及び口部３６を通る流れに対する抵抗は制限部３４を通る流れに対す る抵抗よりも小さいので、これらの振動に応して気体供給部３２から追加の空気 が決して吸引されない。空気は溜め部４０からだけ吸引される。

高い周波数においては、気体支承体装置３１はこのため見掛は上手さい容積の溜 め部を存するのに対して、低い周波数においては気体支承体装置３１は充分な内 部減衰をもつ見掛は上大きい容積の溜め部を有する。それ故、振動は高い周波数 及び低い周波数の両方において減衰される。静的状態において、空気は溜め部４ ０から吸引されず、また必要な高い静的剛性が維持される。

本発明の１つの好適な実施例を説明したが、種々の修正及び変更が発明の範囲か ら逸脱せずに可能であることは理解されるべきである。そのような明らかな修正 及び変更は、］つの好通な実施例の上での検討によって制限されない本発明の範 囲内に含まれることを意図される。本発明の範囲についての制限は添付請求の範 囲及びそれらの均等物によって規定される。

ｌ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．１つの部材運動を別の部材に対して案内する気体支承体装置において、その 上に配置された支承表面を有する第１の部材と、第２の部材と関連し且つ前記第 １の部材の前記支承表面と離間した対面関係でその上に配置された支承表面を有 する支承体シューであって、前記第１の部材の支承表面と前記支承体シューの支 承表面とが互いに対して移動可能である支承体シューと、 加圧された気体を前記支承体シューへ供給する手段と、前記供給手段と気体連通 状態で配置された第１の溜め部と、前記第１の溜め部とだけ気体連通状態で配置 された第２の溜め部と、前記シューの前記支承表面と前記第１の部材の前記支承 表面との間の空間へ前記第１の溜め部から気体を供給する少なくとも１つの口部 と、前記供給手段から前記第１の溜め部への気体の流れを制限する第１の手段と 、前記第１の溜め部と前記第２の溜め部との間の気体の流れを制限する第２の手 段とを含む気体支承体装置。
2. ２．前記第１の流れ制限手段は、前記第２の流れ制限手段及び前記口部のいずれ かを通る気体の流れに対する抵抗よりも大きい、前記第１の流れ制限手段を通る 気体の流れに対する抵抗を提供する請求項１に記載された気体支承体装置。
3. ３．前記第２の溜め部は前記第１の溜め部の内部容積よりも小さくない内部容積 を有する請求項１に記載された気体支承体装置。
4. ４．前記第２の溜め部は前記第１の溜め部の内部容積のおよそ２．５倍ある内部 容積を有する請求項３に記載された気体支承体装置。
5. ５．前記第２の溜め部は前記支承体シューの外側に配置されている請求項１に記 載された気体支承体装置。
6. ６．前記第１の溜め部は前記支承体シュー内に配置されている請求項１に記載さ れた気体支承体装置。
7. ７．前記第１の溜め部は環状の形状をした室である請求項１に記載された気体支 承体装置。
8. ８．前記第２の流れ制限手段を通る気体の流れに対する抵抗は前記第１の流れ制 限手段を通る気体の流れに対する抵抗よりも小さく、且つ前記口部を通る気体の 流れに対する抵抗よりも大きい請求項１に記載された気体支承体装置。
9. ９．前記第２の流れ制限手段は前記口部を通る気体の流れに対する抵抗よりも大 きい、前記第２の法体制限手段を通る気体の流れに対する抵抗を提供する請求項 １に記載された気体支承体装置。
10. １０．１つの部材運動を別の部材に対して案内する気体支承体装置において、そ の上に配置された支承表面を有する第１の部材と、第２の部材と関連し且つ前記 第１の部材の前記支承表面と離間した対面関係でその上に配置された支承表面を 有する支承体シューであって、前記第１の部材の支承表面と前記支承体シューの 支承表面とが互いに対して移動可能である支承体シューと、 加圧された気体を前記支承体シューへ供給する手段と、前記供給手段と気体連通 状態で配置された第１の溜め部と、前記支承体シューの支承表面と前記第１の部 材の前記支承表面との間の空間へ前記第１の溜め部から気体を供給する少なくと も１つの口部と、前記第１の溜め部とだけ気体連通状態で配置された第２の溜め 部と、前記第２の部材の振動の所定の周波数範囲内でだけ前記第１の溜め部と前 記第２の溜め部との間の気体の流れを許し、前記所定の周波数範囲以外の前記第 ２の部材の振動周波数において前記第１の溜め部と前記第２の溜め部との間の気 体の流れを阻止する制限部手段とを含む気体支承体装置。
11. １１．基部と、 測定される部品を支持するために前記基部上に配置されたテーブルと、前記基部 上に取付けられた一対の離間した平行なＸ方向レールと、２つの支持部材であっ て、各支持部材が前記２つのＸ方向レールの一方に沿って滑動することができる ２つの支持部材と、前記Ｘ方向レールと概ね直交する方向に整合され且つ前記支 持部材の間に延在するＹ方向レールと、 前記Ｙ方向レールに沿って滑動することができるキャリッジと、前記Ｙ方向レー ル及びＸ方向レールと概ね直角な方向へ前記キャリッジと滑動関係で前記キャリ ッジ上に取付けられたＺ方向レールと、前記支持部材及び前記Ｙ方向レールを前 記Ｘ方向レールに沿って駆動するために前記Ｘ方向レールの一方と関連した手段 と、前記支持部材のそれぞれの運動をその関連したＸ方向レールに沿って案内す る気体支承体装置とを含み、前記気体支承体装置は、前記関連したＸ方向レール 上に配置された支承表面と、前記支持部材と関連し且つ前記関連したＸ方向レー ルの前記支承表面と離間した対面関係でその上に配置された支承表面を有する支 承体シューと、加圧された気体を前記支承体シューへ供給する手段と、前記供給 手段と気体連通状態で配置された第１の溜め部と、前記第１の溜め部とだけ気体 連通状態で配置された第２の溜め部と、前記シューの前記支承表面と前記Ｘ方向 レールの前記支承表面との間の空間へ前記第１の溜め部から気体を供給する少な くとも１つの口部と、前記供給手段から前記第１の溜め部への気体の流れを制限 する第１の手段と、前記第１の溜め部と前記第２の溜め部との間の気体の流れを 制限する第２の手段とを含む座標測定機械。
12. １２．前記第１の流れ制限手段は、前記第２の流れ制限手段及び前記口部のいず れかを通る気体の流れに対する抵抗よりも大きい、前記第１の流れ制限手段を通 る気体の流れに対する抵抗を提供し、前記第２の流れ制限手段は、前記口部を通 る気体の流れよりも大きい、前記第２の流れ制限手段を通る気体の流れに対する 抵抗を提供する請求項１１に記載された気体支承体装置。