專利名稱：空氣軸承結(jié)構(gòu)及使用空氣軸承結(jié)構(gòu)的直線驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣軸承結(jié)構(gòu)及與該空氣軸承結(jié)構(gòu)成為一體的直線驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
在超精密加工機(jī)等，需要納米級(jí)定位精度的裝置中，為了消除可動(dòng)部移動(dòng)時(shí)的摩擦而使用空氣軸承。通過利用空氣軸承可以實(shí)現(xiàn)非常高精度的運(yùn)動(dòng)。但是，由于空氣是壓縮流體，所以與油軸承或轉(zhuǎn)動(dòng)軸承相比略差一籌。
空氣軸承是向固定部側(cè)的軸承面與可動(dòng)部側(cè)的軸承面之間供給壓縮空氣，利用該空氣的壓力支承可動(dòng)部。特別地，在可動(dòng)部相對(duì)于固定部向直線方向移動(dòng)的空氣軸承的場合，對(duì)應(yīng)于可動(dòng)部的直線方向移動(dòng)，與可動(dòng)部側(cè)的軸承面相對(duì)的固定部側(cè)的軸承面的區(qū)域發(fā)生變化。因此，當(dāng)在固定部側(cè)設(shè)置噴嘴等的空氣排出口并從固定部側(cè)供給空氣時(shí)，從形成于不與可動(dòng)側(cè)軸承面面對(duì)的固定部側(cè)的軸承面的區(qū)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(dòng)部相對(duì)于固定部直線移動(dòng)的空氣軸承的場合，從可動(dòng)部側(cè)供給空氣。
在此，參照?qǐng)D2A～圖2E說明從可動(dòng)部側(cè)供給空氣的、可動(dòng)部相對(duì)于固定部側(cè)直線移動(dòng)的空氣軸承的現(xiàn)有實(shí)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的面上并從底板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(guī)定寬度的縱槽11a、11b、11c、11d。其結(jié)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(cè)突出的突出部11ab、11bc、11cd、11da。于是，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(gè)縱槽11a以及與該槽面對(duì)的另一個(gè)縱槽11c上，在其底面分別安裝了構(gòu)成直線馬達(dá)的磁鐵16。并且，還在其他縱槽11b的底面上安裝了直線型位置檢測器的標(biāo)尺18。
另一方面，如圖2C所示，在可動(dòng)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(dòng)部12內(nèi)側(cè)的四壁面當(dāng)中、相對(duì)的兩壁面上，在其寬度方向中央從可動(dòng)部12底邊到頂邊分別形成了規(guī)定寬度的縱槽12a、12c。在這些縱槽12a、12c的底面上安裝了構(gòu)成直線馬達(dá)的線圈15，并與被安裝在固定部11上的磁鐵16相對(duì)。并且，在可動(dòng)部12的內(nèi)側(cè)，在沒有形成縱槽的一個(gè)壁面上安裝有檢測頭17，其與安裝在固定部11上的標(biāo)尺18相對(duì)。
進(jìn)一步地，在可動(dòng)部12內(nèi)側(cè)的壁面與壁面相匯的四角，沿縱向形成多個(gè)將壓縮空氣朝內(nèi)側(cè)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(dòng)部12的貫通孔、且將固定部12的磁鐵16與可動(dòng)部12的線圈15相對(duì)，并且將固定部11的標(biāo)尺18面對(duì)可動(dòng)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(gè)相鄰兩面與可動(dòng)部12設(shè)置空氣排出口的面面對(duì)，這些面對(duì)的面分別成為空氣軸承面F，并形成空氣軸承。
如圖2E所示，固定部11側(cè)的空氣軸承面的縱向長度Hs(等于固定部11的縱向長度)比可動(dòng)部12側(cè)的空氣軸承面的縱向長度Hm(等于可動(dòng)部12的縱向長度)長。圖2A所示，在可動(dòng)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(dòng)力線以及檢測頭17的信號(hào)線等的纜線19。
從纜線19供給壓縮空氣，并從可動(dòng)部12的空氣排出口14將空氣噴射到空氣軸承面F，由此借助空氣將可動(dòng)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(dòng)力并驅(qū)動(dòng)由固定部11的磁鐵16和可動(dòng)部12的線圈15構(gòu)成的直線馬達(dá)，則可動(dòng)部12被固定部11的空氣軸承面F導(dǎo)向，并被沿圖2A的上下方向驅(qū)動(dòng)。利用由固定部11的標(biāo)尺18和可動(dòng)部12的檢測頭17構(gòu)成的直線型位置檢測器能檢測出該可動(dòng)部12相對(duì)于固定部11的移動(dòng)量。
如上所述，在使用現(xiàn)有的空氣軸承的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，由于將空氣排出口14設(shè)在了可動(dòng)部12上，所以不得不在可動(dòng)部12上連接供給壓力空氣的供給管。并且，如上所述在可動(dòng)部上還連接了動(dòng)力線和信號(hào)線的纜線。
但是，如上所述空氣軸承由于空氣是可壓縮性流體，所以軸承剛性小。因此，以往，在處理安裝于可動(dòng)部12上的纜線時(shí)，要加大曲率以使其不承受負(fù)荷。但是，即使對(duì)于稍微的外力，納米級(jí)的外力也會(huì)產(chǎn)生影響，所以不能忽略來自該安裝于可動(dòng)部上的纜線等的負(fù)荷影響。此外，由于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(jī)械結(jié)構(gòu)的變形量對(duì)精度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)是可動(dòng)部相對(duì)于固定部直線移動(dòng)型，在固定部側(cè)的軸承面上形成多個(gè)噴射空氣的空氣排出口，并且在固定部上設(shè)有與空氣供給機(jī)構(gòu)連接的連接部。此外，可動(dòng)部側(cè)的軸承面在移動(dòng)方向的長度比固定部側(cè)的軸承面的長度長出移動(dòng)行程長度或長出移動(dòng)行程長度以上。
上述可動(dòng)部也可以是朝向其移動(dòng)方向的一方而開口的箱型，并能夠在該可動(dòng)部的內(nèi)部插入上述固定部。
本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)裝置具備具有軸承面的可動(dòng)部相對(duì)于具有軸承面的固定部直線移動(dòng)的空氣軸承結(jié)構(gòu)。并且，在固定部側(cè)的軸承面上形成多個(gè)噴射空氣的空氣排出口，在固定部上設(shè)有用于與空氣供給機(jī)構(gòu)連接的連接部。此外，可動(dòng)部側(cè)的軸承面在移動(dòng)方向的長度比固定部側(cè)的軸承面的長度長出移動(dòng)行程或長出移動(dòng)行程以上，使得固定部側(cè)的軸承面全區(qū)域能夠總量朝向上述可動(dòng)部側(cè)的軸承面。并且，線圈配置在固定部上，磁鐵配置在可動(dòng)部上，用這些線圈和磁鐵構(gòu)成直線馬達(dá)。
上述可動(dòng)部也可以是朝向其移動(dòng)方向的一方而開口的箱型，并能夠在該可動(dòng)部的內(nèi)部插入上述固定部。
也可以是利用在上述固定部側(cè)具備檢測頭且在可動(dòng)部側(cè)具備標(biāo)尺的直線型位置檢測器檢測出可動(dòng)部側(cè)的移動(dòng)位置。
也可以是驅(qū)動(dòng)所必須的配線只連接在固定部側(cè)。
在本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)中，由于空氣供給機(jī)構(gòu)和用于電力供給的配線不與可動(dòng)部連接，隨著可動(dòng)部的移動(dòng)并沒有對(duì)可動(dòng)部施加來自這些的外力，所以可動(dòng)部能進(jìn)行高精度的運(yùn)動(dòng)。此外，由于可動(dòng)部是朝向其移動(dòng)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(dòng)部的內(nèi)部，所以提高了機(jī)械剛性，即使受到壓縮空氣的較大的力其變形也很小。
根據(jù)上述的本發(fā)明能夠提供一種可以實(shí)現(xiàn)高精度直線移動(dòng)的軸承結(jié)構(gòu)以及具備該軸承結(jié)構(gòu)的直線驅(qū)動(dòng)裝置。


參照附圖的以下實(shí)施例說明能清楚地說明本發(fā)明上述的及其他目的和特征。圖中圖1A是本發(fā)明直線驅(qū)動(dòng)裝置的一實(shí)施例的立體圖；圖1B是圖1A的直線驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)裝置所用空氣軸承的可動(dòng)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是使用空氣軸承并使可動(dòng)部直線移動(dòng)的直線驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)有例的立體圖。
圖2B是圖2A的直線驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)裝置所用空氣軸承的可動(dòng)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(shí)施例方式
以下，參照?qǐng)D1A～圖1B說明本發(fā)明的一實(shí)施例的空氣軸承結(jié)構(gòu)及使用該空氣軸承結(jié)構(gòu)的直線驅(qū)動(dòng)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面上并從底板3的面向上方延伸。從該固定部1的四角，向外側(cè)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沒有被形成于靠近固定部1的底面的部分，而是被分別形成于從距固定部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(shè)有多個(gè)噴嘴等的空氣排出口4，并形成了空氣軸承面。
進(jìn)而，在形成于突出部1ab與1da之間的縱槽1a、及與其面對(duì)的形成于突出部1cd與1bc之間的縱槽1c上，在各個(gè)底面上安裝了構(gòu)成直線馬達(dá)的線圈5。此外，在形成于突出部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(dòng)部2的結(jié)構(gòu)，其與在可動(dòng)部12側(cè)設(shè)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(xiàn)有例的不同之處在于在固定部1側(cè)設(shè)置壓縮空氣排出口4以及在固定部1側(cè)設(shè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)部2內(nèi)側(cè)的四個(gè)壁面當(dāng)中、在相對(duì)的兩壁面上在其寬度方向中央從可動(dòng)部2的底面到頂上面分別形成了規(guī)定寬度的縱槽2a、2c。于是，在該縱槽2a、2c上安裝構(gòu)成直線馬達(dá)的磁鐵6。此外，在沒有形成這些縱槽2a、2c的可動(dòng)部2的一壁面上安裝了標(biāo)尺8，并與被安裝在固定部1上的檢測頭7(圖1B)相對(duì)。
因此，如圖1A所示，在固定部1上將可動(dòng)部2從其開口部插入孔內(nèi)，如圖1D所示，使可動(dòng)部2的磁鐵6和固定部1的線圈5相對(duì)，并且使可動(dòng)部2的標(biāo)尺8與固定部1的檢測頭7相對(duì)。如此，在固定部1的四角設(shè)置空氣排出口的突出部1ab、1bc、1cd、1da的各個(gè)相鄰兩壁面、與可動(dòng)部12內(nèi)側(cè)的壁面和壁面交匯的四角相對(duì)，這些相對(duì)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(dòng)部2的空氣軸承面的縱向長度Hm(等于可動(dòng)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(dòng)部2的空氣軸承面的縱向(可動(dòng)部移動(dòng)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(dòng)部2的直線移動(dòng)的行程的長度長。利用該結(jié)構(gòu)，即使可動(dòng)部2被驅(qū)動(dòng)且沿固定部1進(jìn)行最大限度移動(dòng)，可動(dòng)部2的空氣軸承面也不會(huì)離開固定部1的空氣軸承面，并且固定部1空氣軸承面總是與可動(dòng)部的空氣軸承面相對(duì)。
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(dòng)力線以及檢測頭7的信號(hào)線等的纜線9。
用纜線9供給壓縮空氣，并從空氣排出口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(dòng)部2。此外，若通過纜線9向線圈5供給動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)由固定部1的線圈5和可動(dòng)部2的磁鐵構(gòu)成的直線馬達(dá)，則可動(dòng)部2被固定部1的空氣軸承面F導(dǎo)向，并沿圖1A的上下方向被驅(qū)動(dòng)。利用由可動(dòng)部2的標(biāo)尺8和固定部1的檢測頭7構(gòu)成的直線型位置檢測器能夠檢測出該可動(dòng)部2相對(duì)于固定部1的移動(dòng)量。
在本發(fā)明中，由于將用于供給向空氣軸承面F噴射空氣的纜線9與固定部1側(cè)連接而不是與可動(dòng)部2側(cè)連接，所以該纜線9的外力不會(huì)施加于可動(dòng)部2上。因此，可動(dòng)部2能被高精度地定位，從而能夠獲得高精度的運(yùn)動(dòng)。并且，由于該可動(dòng)部2是有底箱型，從而成為具有剛性的結(jié)構(gòu)，因此即使受到壓縮空氣的較大的力，也幾乎沒有變形量。
權(quán)利要求
1.一種空氣軸承結(jié)構(gòu)，可動(dòng)部相對(duì)于固定部進(jìn)行直線移動(dòng)，其特征在于，在固定部側(cè)的軸承面上形成多個(gè)噴射空氣的空氣排出口，并且，在所述固定部上設(shè)有與空氣供給機(jī)構(gòu)連接的連接部，并且，所述可動(dòng)部側(cè)的軸承面在移動(dòng)方向上的長度比所述固定部側(cè)的軸承面的長度長出移動(dòng)行程長度或長出移動(dòng)行程長度以上，使得所述固定部側(cè)的軸承面的全部區(qū)域總是面對(duì)所述可動(dòng)部側(cè)的軸承面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可動(dòng)部為朝向其移動(dòng)方向的一方而開口的箱型，并且所述固定部插在該可動(dòng)部的內(nèi)部。
3.一種直線驅(qū)動(dòng)裝置，具備具有軸承面的可動(dòng)部相對(duì)于具有軸承面的固定部進(jìn)行直線移動(dòng)的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，在固定部側(cè)的軸承面上形成多個(gè)噴射空氣的空氣排出口，并且，在所述固定部上設(shè)有用于與空氣供給機(jī)構(gòu)連接的連接部，所述可動(dòng)部側(cè)的軸承面在移動(dòng)方向上的長度比所述固定部側(cè)的軸承面的長度長出移動(dòng)行程長度或長出移動(dòng)行程長度以上，使得所述固定部側(cè)的軸承面的全部區(qū)域總是面對(duì)所述可動(dòng)部側(cè)的軸承面，并且，線圈配置在所述固定部上，且磁鐵配置在所述可動(dòng)部上，用這些線圈和磁鐵構(gòu)成直線馬達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述可動(dòng)部為朝向其移動(dòng)方向的一方而開口的箱型，并且所述固定部插在該可動(dòng)部的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，利用在固定部側(cè)具有檢測頭、在可動(dòng)部側(cè)具備標(biāo)尺的直線型位置檢測器可以檢測可動(dòng)部側(cè)的移動(dòng)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)所必須的配線只連接在固定部側(cè)上。
全文摘要
一種空氣軸承結(jié)構(gòu)及使用空氣軸承結(jié)構(gòu)的直線驅(qū)動(dòng)裝置，直線移動(dòng)的可動(dòng)部側(cè)的軸承面的長度比固定部側(cè)的軸承面的長度長出移動(dòng)行程長度或長出移動(dòng)行程長度以上。以此，使固定部側(cè)的軸承面總是面對(duì)可動(dòng)部側(cè)的軸承面。在固定部上連接空氣供給源并且在固定部的軸承面上設(shè)置多個(gè)噴射空氣的空氣排出口從而構(gòu)成空氣軸承?？蓜?dòng)部只在固定部插入側(cè)開口。在固定側(cè)配置線圈、在可動(dòng)側(cè)配置磁鐵從而形成直線馬達(dá)且成為直線驅(qū)動(dòng)裝置。由于供給壓縮空氣和電力的纜線等與固定部連接而不與可動(dòng)部連接，所以從纜線等的對(duì)可動(dòng)部不施加外力，從而能夠獲得高精度的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16C32/06GK1727710SQ200510085338
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者河合知彥, 蛯原建三 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社