空氣軸承結構及使用空氣軸承結構的直線驅動裝置的製作方法
2023-10-07 11:59:04
專利名稱：空氣軸承結構及使用空氣軸承結構的直線驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及空氣軸承結構及與該空氣軸承結構成為一體的直線驅動裝置。
背景技術：
在超精密加工機等，需要納米級定位精度的裝置中，為了消除可動部移動時的摩擦而使用空氣軸承。通過利用空氣軸承可以實現非常高精度的運動。但是，由於空氣是壓縮流體，所以與油軸承或轉動軸承相比略差一籌。
空氣軸承是向固定部側的軸承面與可動部側的軸承面之間供給壓縮空氣，利用該空氣的壓力支承可動部。特別地，在可動部相對於固定部向直線方向移動的空氣軸承的場合，對應於可動部的直線方向移動，與可動部側的軸承面相對的固定部側的軸承面的區域發生變化。因此，當在固定部側設置噴嘴等的空氣排出口並從固定部側供給空氣時，從形成於不與可動側軸承面面對的固定部側的軸承面的區域的空氣排出口向大氣排出空氣，降低了軸承面之間的空氣壓力。因此，一直以來，在可動部相對於固定部直線移動的空氣軸承的場合，從可動部側供給空氣。
在此，參照圖2A～圖2E說明從可動部側供給空氣的、可動部相對於固定部側直線移動的空氣軸承的現有實例。
如圖2B所示，固定部11為大致的方形柱的形狀，其底面被固定在底板13的面上並從底板13的面向上方延伸。該固定部11的四面都在其寬度方向中央從固定部11的底邊到頂邊形成規定寬度的縱槽11a、11b、11c、11d。其結果是，在固定部11的方形柱的四角除去縱槽11a、11b、11c、11d的部分，成為從方形柱的角向外側突出的突出部11ab、11bc、11cd、11da。於是，在各突出部11ab、11bc、11cd、11da相鄰的兩壁面上分別形成了空氣軸承面。
另一方面，在固定部11的一個縱槽11a以及與該槽面對的另一個縱槽11c上，在其底面分別安裝了構成直線馬達的磁鐵16。並且，還在其他縱槽11b的底面上安裝了直線型位置檢測器的標尺18。
另一方面，如圖2C所示，在可動部12上形成了能夠插入固定部11的截面呈大致方形的貫通孔。在圍繞該貫通孔的可動部12內側的四壁面當中、相對的兩壁面上，在其寬度方向中央從可動部12底邊到頂邊分別形成了規定寬度的縱槽12a、12c。在這些縱槽12a、12c的底面上安裝了構成直線馬達的線圈15，並與被安裝在固定部11上的磁鐵16相對。並且，在可動部12的內側，在沒有形成縱槽的一個壁面上安裝有檢測頭17，其與安裝在固定部11上的標尺18相對。
進一步地，在可動部12內側的壁面與壁面相匯的四角，沿縱向形成多個將壓縮空氣朝內側排出的噴嘴等的空氣排出口14。
在此，如圖2D所示，使固定部11穿過可動部12的貫通孔、且將固定部12的磁鐵16與可動部12的線圈15相對，並且將固定部11的標尺18面對可動部12的檢測頭17。如此，則固定部11的四角的突出部11ab、11bc、11cd、11da的各個相鄰兩面與可動部12設置空氣排出口的面面對，這些面對的面分別成為空氣軸承面F，並形成空氣軸承。
如圖2E所示，固定部11側的空氣軸承面的縱向長度Hs(等於固定部11的縱向長度)比可動部12側的空氣軸承面的縱向長度Hm(等於可動部12的縱向長度)長。圖2A所示，在可動部12上連接向空氣排出口14供給空氣的空氣供給管、向線圈15供給電力的動力線以及檢測頭17的信號線等的纜線19。
從纜線19供給壓縮空氣，並從可動部12的空氣排出口14將空氣噴射到空氣軸承面F，由此藉助空氣將可動部12不與固定部11接觸地保持在其間。此外，若通過纜線19向線圈15供給動力並驅動由固定部11的磁鐵16和可動部12的線圈15構成的直線馬達，則可動部12被固定部11的空氣軸承面F導向，並被沿圖2A的上下方向驅動。利用由固定部11的標尺18和可動部12的檢測頭17構成的直線型位置檢測器能檢測出該可動部12相對於固定部11的移動量。
如上所述，在使用現有的空氣軸承的直線驅動機構中，由於將空氣排出口14設在了可動部12上，所以不得不在可動部12上連接供給壓力空氣的供給管。並且，如上所述在可動部上還連接了動力線和信號線的纜線。
但是，如上所述空氣軸承由於空氣是可壓縮性流體，所以軸承剛性小。因此，以往，在處理安裝於可動部12上的纜線時，要加大曲率以使其不承受負荷。但是，即使對於稍微的外力，納米級的外力也會產生影響，所以不能忽略來自該安裝於可動部上的纜線等的負荷影響。此外，由於空氣軸承面因壓縮空氣而受到較大的力，所以也不能忽視機械結構的變形量對精度的影響。
發明內容
本發明的空氣軸承結構是可動部相對於固定部直線移動型，在固定部側的軸承面上形成多個噴射空氣的空氣排出口，並且在固定部上設有與空氣供給機構連接的連接部。此外，可動部側的軸承面在移動方向的長度比固定部側的軸承面的長度長出移動行程長度或長出移動行程長度以上。
上述可動部也可以是朝向其移動方向的一方而開口的箱型，並能夠在該可動部的內部插入上述固定部。
本發明的直線驅動裝置具備具有軸承面的可動部相對於具有軸承面的固定部直線移動的空氣軸承結構。並且，在固定部側的軸承面上形成多個噴射空氣的空氣排出口，在固定部上設有用於與空氣供給機構連接的連接部。此外，可動部側的軸承面在移動方向的長度比固定部側的軸承面的長度長出移動行程或長出移動行程以上，使得固定部側的軸承面全區域能夠總量朝向上述可動部側的軸承面。並且，線圈配置在固定部上，磁鐵配置在可動部上，用這些線圈和磁鐵構成直線馬達。
上述可動部也可以是朝向其移動方向的一方而開口的箱型，並能夠在該可動部的內部插入上述固定部。
也可以是利用在上述固定部側具備檢測頭且在可動部側具備標尺的直線型位置檢測器檢測出可動部側的移動位置。
也可以是驅動所必須的配線只連接在固定部側。
在本發明的空氣軸承結構中，由於空氣供給機構和用於電力供給的配線不與可動部連接，隨著可動部的移動並沒有對可動部施加來自這些的外力，所以可動部能進行高精度的運動。此外，由於可動部是朝向其移動方向的一方而開口的方形箱型，且在上述固定部能夠插入該可動部的內部，所以提高了機械剛性，即使受到壓縮空氣的較大的力其變形也很小。
根據上述的本發明能夠提供一種可以實現高精度直線移動的軸承結構以及具備該軸承結構的直線驅動裝置。
參照附圖的以下實施例說明能清楚地說明本發明上述的及其他目的和特徵。圖中圖1A是本發明直線驅動裝置的一實施例的立體圖；圖1B是圖1A的直線驅動裝置所用空氣軸承的固定部的立體圖；圖1C是圖1A的直線驅動裝置所用空氣軸承的可動部的立體圖；圖1D是圖1A的A-A剖視圖；圖1E是圖1A的B-B剖視圖。
圖2A是使用空氣軸承並使可動部直線移動的直線驅動裝置的現有例的立體圖。
圖2B是圖2A的直線驅動裝置所用空氣軸承的固定部的立體圖。
圖2C是圖2A的直線驅動裝置所用空氣軸承的可動部的立體圖。
圖2D是圖2A的C-C剖視圖。
圖2E是圖2A的D-D剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照圖1A～圖1B說明本發明的一實施例的空氣軸承結構及使用該空氣軸承結構的直線驅動裝置。
如圖1B所示，固定部11為大致的方形柱形狀，其底面被固定在底板3面上並從底板3的面向上方延伸。從該固定部1的四角，向外側突出了與如圖2B所示的突出部11ab、11bc、11cd、11da幾乎相同截面形狀的突出部1ab、1bc、1cd、1da。但是，這些突出部1ab、1bc、1cd、1da沒有被形成於靠近固定部1的底面的部分，而是被分別形成於從距固定部1底面某距離上方的位置到頂上面。在各突出部1ab、1bc、1cd、1da相鄰的兩壁面上沿垂直方向設有多個噴嘴等的空氣排出口4，並形成了空氣軸承面。
進而，在形成於突出部1ab與1da之間的縱槽1a、及與其面對的形成於突出部1cd與1bc之間的縱槽1c上，在各個底面上安裝了構成直線馬達的線圈5。此外，在形成於突出部1cd與1da之間的縱槽1d的底面上，安裝了直線型位置檢測器的檢測頭7。
圖1A～圖1E所示的固定部1和可動部2的結構，其與在可動部12側設置壓縮空氣排出口14、線圈15及檢測頭17的圖2A～圖2E所示的現有例的不同之處在於在固定部1側設置壓縮空氣排出口4以及在固定部1側設置了線圈5及檢測頭7。
另一方面，如圖1C所示，在與該固定部1配合的可動部2上形成了能夠插入固定部1的方柱的截面大致呈四邊形的有底的孔。即，可動部2在其一面形成開口部、相反的面上形成有底的方形的箱型形狀。圍繞該孔的可動部2內側的四個壁面當中、在相對的兩壁面上在其寬度方向中央從可動部2的底面到頂上面分別形成了規定寬度的縱槽2a、2c。於是，在該縱槽2a、2c上安裝構成直線馬達的磁鐵6。此外，在沒有形成這些縱槽2a、2c的可動部2的一壁面上安裝了標尺8，並與被安裝在固定部1上的檢測頭7(圖1B)相對。
因此，如圖1A所示，在固定部1上將可動部2從其開口部插入孔內，如圖1D所示，使可動部2的磁鐵6和固定部1的線圈5相對，並且使可動部2的標尺8與固定部1的檢測頭7相對。如此，在固定部1的四角設置空氣排出口的突出部1ab、1bc、1cd、1da的各個相鄰兩壁面、與可動部12內側的壁面和壁面交匯的四角相對，這些相對的面分別成為空氣軸承面F，從而形成空氣軸承。
如圖1E所示，可動部2的空氣軸承面的縱向長度Hm(等於可動部2的孔深)比固定部1的方柱的空氣軸承面的縱向長度Hs長。即，可動部2的空氣軸承面的縱向(可動部移動方向)長度Hm比在固定部1的空氣軸承面縱向長度Hs加上可動部2的直線移動的行程的長度長。利用該結構，即使可動部2被驅動且沿固定部1進行最大限度移動，可動部2的空氣軸承面也不會離開固定部1的空氣軸承面，並且固定部1空氣軸承面總是與可動部的空氣軸承面相對。
如圖1A所示，在固定部1上連接了向空氣排出口4供給空氣的空氣供給管、向線圈5供給電力的動力線以及檢測頭7的信號線等的纜線9。
用纜線9供給壓縮空氣，並從空氣排出口4將空氣噴射到空氣軸承面F上，由此用空氣不與固定部1接觸地保持可動部2。此外，若通過纜線9向線圈5供給動力，並驅動由固定部1的線圈5和可動部2的磁鐵構成的直線馬達，則可動部2被固定部1的空氣軸承面F導向，並沿圖1A的上下方向被驅動。利用由可動部2的標尺8和固定部1的檢測頭7構成的直線型位置檢測器能夠檢測出該可動部2相對於固定部1的移動量。
在本發明中，由於將用於供給向空氣軸承面F噴射空氣的纜線9與固定部1側連接而不是與可動部2側連接，所以該纜線9的外力不會施加於可動部2上。因此，可動部2能被高精度地定位，從而能夠獲得高精度的運動。並且，由於該可動部2是有底箱型，從而成為具有剛性的結構，因此即使受到壓縮空氣的較大的力，也幾乎沒有變形量。
權利要求
1.一種空氣軸承結構，可動部相對於固定部進行直線移動，其特徵在於，在固定部側的軸承面上形成多個噴射空氣的空氣排出口，並且，在所述固定部上設有與空氣供給機構連接的連接部，並且，所述可動部側的軸承面在移動方向上的長度比所述固定部側的軸承面的長度長出移動行程長度或長出移動行程長度以上，使得所述固定部側的軸承面的全部區域總是面對所述可動部側的軸承面。
2.根據權利要求1所述的空氣軸承結構，其特徵在於，所述可動部為朝向其移動方向的一方而開口的箱型，並且所述固定部插在該可動部的內部。
3.一種直線驅動裝置，具備具有軸承面的可動部相對於具有軸承面的固定部進行直線移動的空氣軸承結構，其特徵在於，在固定部側的軸承面上形成多個噴射空氣的空氣排出口，並且，在所述固定部上設有用於與空氣供給機構連接的連接部，所述可動部側的軸承面在移動方向上的長度比所述固定部側的軸承面的長度長出移動行程長度或長出移動行程長度以上，使得所述固定部側的軸承面的全部區域總是面對所述可動部側的軸承面，並且，線圈配置在所述固定部上，且磁鐵配置在所述可動部上，用這些線圈和磁鐵構成直線馬達。
4.根據權利要求3所述的直線驅動裝置，其特徵在於，所述可動部為朝向其移動方向的一方而開口的箱型，並且所述固定部插在該可動部的內部。
5.根據權利要求3所述的直線驅動裝置，其特徵在於，利用在固定部側具有檢測頭、在可動部側具備標尺的直線型位置檢測器可以檢測可動部側的移動位置。
6.根據權利要求3所述的直線驅動裝置，其特徵在於，驅動所必須的配線只連接在固定部側上。
全文摘要
一種空氣軸承結構及使用空氣軸承結構的直線驅動裝置，直線移動的可動部側的軸承面的長度比固定部側的軸承面的長度長出移動行程長度或長出移動行程長度以上。以此，使固定部側的軸承面總是面對可動部側的軸承面。在固定部上連接空氣供給源並且在固定部的軸承面上設置多個噴射空氣的空氣排出口從而構成空氣軸承。可動部只在固定部插入側開口。在固定側配置線圈、在可動側配置磁鐵從而形成直線馬達且成為直線驅動裝置。由於供給壓縮空氣和電力的纜線等與固定部連接而不與可動部連接，所以從纜線等的對可動部不施加外力，從而能夠獲得高精度的運動。
文檔編號F16C32/06GK1727710SQ200510085338
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月22日 優先權日2004年7月26日
發明者河合知彥, 蛯原建三 申請人:發那科株式會社