すべての機械式ベアリングは、どれほどよく作られたものであっても、ボールとレース、シャフトとブッシング、ローラーとレールなど、どこかで接触しています。{0}}この接触は、精密モーション システムの精度が失われる箇所であり、製造の改善だけでは取り除くのが困難です。エアベアリングはまったく異なるアプローチを採用しています。つまり、接触を除去すると、それに伴う誤差の原因のほとんどが除去されます。尋ねる価値のある質問は、それが原理的に正しいかどうかではなく、明らかに - ですが、追加される複雑さとコストを正当化するのに十分な問題が実際にどこにあるのかということです。
従来のベアリングが実際に取り組んでいること
転動体-ベアリング - ボールまたはローラー タイプ - は、硬化された精密な接地面によって低摩擦を実現します。ただし、「低摩擦」は「摩擦がない」わけではなく、残る摩擦は完全に一定ではありません。静止時の静摩擦は、ベアリングが移動すると動摩擦よりも高くなります。この差はスティックスリップとして知られ、ステージが停止から開始するたびに、小さいながらも実際の位置の不連続として現れます。{4}}一般的な加工では、その切れ目は見えません。サブ-ミクロンの位置決めでは、測定可能な再現性誤差の原因となります。
転動体のベアリングも摩耗します。-回転するたびにボール レースの界面に微視的な接触応力が発生し、数百万回のサイクルにわたってその応力によって測定可能な摩耗が発生し、予圧が変化し、遊びが生じ、ベアリングの新品時の再現性が徐々に低下します。-潤滑は役立ちますが、このメカニズムを排除するわけではありません。それはベアリングの仕組みに固有のものです。
エアベアリングの構造変化
エアベアリングは、通常数ミクロンの厚さの連続的に加圧された空気の薄い膜によって可動要素をその基準面から分離します。転がり接触や、静摩擦と動摩擦の間のスティックスリップ遷移はありません。また、接触点で応力を生成する物理的接触がないため、ベアリングの動作自体による摩耗メカニズムも-、決定的に-ありません。可動要素は本質的に浮遊しており、機械的接触ではなく空気圧によって拘束されます。
これにより、精密な動作に対して 2 つの直接的な利点がもたらされます。まず、摩擦が実質的に無視できるようになり、動作範囲全体にわたって一貫性が増し、非常に細かい位置決め増分での回転要素の再現性を制限するスティック スリップの不連続性がなくなりました。{1}{2}第 2 に、接触による磨耗がないため、エア ベアリングの精度特性は、転がり要素ベアリングよりも動作寿命にわたってはるかに安定しています。-これは、長年の継続使用にわたって校正を維持することが期待される機器にとって重要な利点です。-
基準面が制限要因になる場所
ここは、会話を「エア ベアリングと従来のベアリング」からより具体的なものに変える部分です。つまり、エア ベアリング自体の精度は、エア ベアリングが乗っている基準面と同じくらい優れています。空気膜の一貫性は、その表面の平坦度と多孔度に依存します - 表面の変動は剛性の変動に直接影響し、最終的には位置決め誤差につながります。これが、花崗岩が常に参考資料として登場する理由です。エアベアリングシステムテクノロジーに付随するものではなく、特に。
花崗岩の緻密で緻密な結晶構造は、平坦で気孔率の低い基準面に加工されます。この基準面は、勤務シフト全体にわたって寸法安定性があり、非磁性であり、多くのエア ベアリング XY テーブルやリニア モーター プラットフォームで必要とされる広い表面積で経済的です。{{0}{1}{2}{2}}実際には、ベアリング技術と基準材料は別個に決定されるわけではありません。-適切に設計されたエア ベアリングを不適切に指定された基準面上に置くと、優れた基準面上にある平凡なベアリングよりも性能が劣ります。
トレードオフが実際にどこに着地するか-
これらのいずれも、エア ベアリングがあらゆる用途に適切な選択であるとは言えず、それについて直接言う価値はあります。エア ベアリングには、継続的でクリーンな調整された空気の供給が必要です -。これは従来のベアリングにはまったく備わっていない依存関係であり、実際のインフラストラクチャとランニング コストが追加されます。一般に、単位面積あたりの負荷容量は、同等の転がり要素ベアリングよりも低くなります。つまり、エア ベアリング システムでは、多くの場合、同じ荷重を支えるためにより大きなベアリング パッド表面積が必要になります。サブ-ミクロンの再現性が重要な要件ではない汎用動作の場合、適切に仕様化された回転要素システム-のほうが経済的で機械的に単純です。-
エア ベアリングが特に価値を発揮するのは、スティック{0}スリップや-長期摩耗-に関連するドリフトが実際の制限要因となるアプリケーション、-高精度-ステージ、半導体ウェーハのハンドリング、光学アライメント システム、およびシステム全体が仕様を満たしているかどうかをサブミクロン レベルでの位置再現性が決定するその他のアプリケーションです。{6}}
エアベアリングシステムを指定する前に確認すべきこと
エアベアリングシステムを評価するエンジニアリング購入者にとって、基準面はベアリングハードウェア自体と同じくらい精査する価値があります。直接質問する価値があります。引用されている花崗岩またはセラミックの基準面を裏付ける平坦度と気孔率のデータは何か、その平坦度がサンプル クーポンではなく作業領域全体にわたってどのように検証されるか、サプライヤーはベアリング パッドの設計を特定の基準面に合わせて 2 つを個別に調達したコンポーネントとして扱うのではなく統合した経験があるかどうかなどです。当社では、精密御影石ラインの一部としてエア ベアリング アプリケーション向けに花崗岩の基準面を機械加工しています。その作業から得られる実践的な教訓は一貫しています。-仕様に関する議論ではベアリングが注目を集めますが、それが乗る表面も同じくらい多くの場合、システム パフォーマンスの実際の制限要因となります。