專利名稱：流體軸承構(gòu)造及流體軸承的組裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體軸承構(gòu)造及流體軸承構(gòu)造的組裝方法，特別是涉及一 種適用于需要超精密加工機或超精密三維測定機等毫微級定位精度的裝置中 使用的軸承的流體軸承構(gòu)造及流體軸承的組裝方法。
背景技術：
在需要超精密加工機或超精密三維測定機等毫微級定位精度的裝置中，為 了在可動部件移動時沒有磨擦的影響，要使用空氣軸承等非接觸軸承。空氣軸 承為，將壓縮空氣送入數(shù)微米的微小間隙中，從而構(gòu)成非接觸軸承。
在空氣軸承等流體軸承中，軸承剛性取決于間隙的大小，軸承間隙狹小， 則軸承剛性較高。為此，對于軸承為了具有高的軸承剛性以及保持非接觸的狀 態(tài)，需要使軸承間隙有數(shù)微米。該軸承間隙過于狹窄的話，由于隨著外力，軸 承容易接觸，因此負荷容量會變小，反之，過寬的話，不能得到足夠的軸承剛 性。為此，作為流體軸承需要最適地管理軸承間隙。
因此，作為流體軸承，需要將構(gòu)成軸承的部件加工成軸承間隙為數(shù)微米。 為達到軸承間隙成數(shù)微米的加工目標，必須反復地進行部件的尺寸測定和加 工，只通過機械加工該部件的加工，需要非常多的時間。在加工各部件之后， 不能調(diào)整該軸承間隙。
在曰本專利特開2006-83939號公報中公開了 一種在流體軸承構(gòu)造組裝時 可調(diào)整直動軸的空氣軸承間隙，以減輕構(gòu)成軸承的部件機加工的負擔的技術。 在該專利文獻中公開的流體軸承構(gòu)造中，通過將連接固定著構(gòu)成流體軸承構(gòu)造 的板狀部件的螺栓與螺栓插入孔的位置關系加以調(diào)整，可調(diào)整流體軸承的軸承 間隙，因此，使構(gòu)成流體軸承的部件的加工容易進行，并縮短了加工時間。
然而，在組裝上述專利文獻公開的流體軸承構(gòu)造時，需要使用千分表測定 各面的流體軸承的間隙， 一面進行微調(diào)整一面操作。在該組裝方法中，不僅軸
承間隙的調(diào)整操作需要時間，而且整體均衡地調(diào)整軸承間隙以組裝流體軸承的 操作也會非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在組裝流體軸承時，不僅無需操作者進行繁雜的 調(diào)整操作，通常，還可以正確的軸承間隙進行組裝的流體軸承構(gòu)造及其組裝方 法。
本發(fā)明的流體軸承構(gòu)造包括軸承導軌和滑塊。前述滑塊由具有平坦面和與 之垂直的端面的4塊四方形的板狀部件構(gòu)成。各板狀部件為，在其一邊的附近、
沿著該邊形成2個以上的螺栓插通孔，另外，在與該邊相對的另一邊側(cè)的端面
上，在與前述螺栓插通孔相對應處形成螺絲孔。而且，通過將螺栓在一個板狀 部件的螺栓插通孔中插通，使該螺栓的前端與另 一個板狀部件的螺絲孔螺紋配
合，前述4塊板狀部件通過各自的螺栓結(jié)合而成箱型。將成箱型的4塊板狀部 件的各個內(nèi)面作為流體軸承的軸承面，通過將前述軸承導軌插通在其面上，以 組裝成流體軸承構(gòu)造。在該流體軸承構(gòu)造中，通過分別由熱膨脹率不同的材質(zhì) 形成前述軸承導軌與前述滑塊，在與使用前述流體軸承時的溫度不同的溫度環(huán) 境下，成為使前述4塊板狀部件分別與前述軸承導軌緊密接觸的狀態(tài)，即，前 述導軌與滑塊之間的軸承間隙成零的狀態(tài)，組裝前述流體軸承構(gòu)造，在使用前 述流體軸承時，對于前述組裝的流體軸承構(gòu)造，給予大小基于其使用時的環(huán)境 溫度與組裝前述流體軸承構(gòu)造時的環(huán)境溫度差的軸承間隙。
通過使前述螺栓插通孔的直徑比與前述螺絲孔接合的螺栓的直徑要大，可 調(diào)節(jié)一個板狀部件的螺4全插通孔與另 一個板狀部件的螺絲孔的位置關系，因此 可以成為使前述4塊板狀部件分別與前述軸承導軌緊密接觸的狀態(tài)來組裝流 體軸承構(gòu)造。
前述流體軸承的軸承面可以為垂直于驅(qū)動方向的斷面形狀呈大致正方形 或大致正方形的一部分。
本發(fā)明的流體軸承構(gòu)造的組裝方法由下面步驟構(gòu)成，所述步驟包括對于 組裝由軸承導軌與滑塊構(gòu)成的流體軸承構(gòu)造、對前述軸承導軌與前述滑塊分別 選擇熱膨脹率不同的材質(zhì)，在第1溫度環(huán)境下使前述滑塊與前述軸承導軌緊密
接觸，組裝前述導軌與前述滑塊之間的軸承間隙為零的流體軸承構(gòu)造的步驟， 和通過將前述被組裝的流體軸承構(gòu)造放在與前述第1溫度不同的第2溫度環(huán)境
下，將此時的軸承間隙調(diào)整為基于前述第1溫度與前述第2溫度差異的大小， 將具有該調(diào)整的軸承間隙的流體軸承構(gòu)造在前述第2溫度環(huán)境下使用的步驟。
本發(fā)明的流體軸承的軸承間隙的調(diào)整方法包括，在設定的溫度的環(huán)境下， 使具有規(guī)定形狀、尺寸、材質(zhì)的軸承導軌與具有規(guī)定形狀、尺寸、材質(zhì)的滑塊 緊密接觸、而組裝成這些軸承導軌與滑塊之間的軸承間隙為零的流體軸承構(gòu) 造，接著，將該組裝的前述流體軸承構(gòu)造放置于與前述設定溫度不同的多種溫 度環(huán)境下時所發(fā)生的軸承間隙的各自大小，作為與前述設定溫度的溫度差的函 數(shù)求出的步驟，再有，為了對前述流體軸承構(gòu)造實現(xiàn)所期望的軸承間隙，將該 流體軸承構(gòu)造參照前述求得的函數(shù)，在與該前述設定溫度具有同前述所期望的 軸承間隙對應的溫度差的溫度環(huán)境下實際使用，或在流體軸承構(gòu)造時的使用環(huán) 境溫度具有與前述軸承間隙對應的溫度差的溫度環(huán)境下，組裝軸承間隙為零的 流體軸承構(gòu)造的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，由于流體軸承的軸承間隙根據(jù)構(gòu)成流體軸承的導軌與滑塊的 熱膨脹率的差和恒溫室的設定溫度而定，故操作者不必調(diào)整該軸承間隙，通常， 可得到正確的軸承間隙。
使用流體軸承的如高精度的三維測定器的測定器或加工機， 一般地在恒溫 室內(nèi)運轉(zhuǎn)。因此，由于室溫總是一定，從而流體軸承間隙的大小不會因構(gòu)成材 料的熱膨脹而變化。


本發(fā)明的前述以及其他的目的和特征，根據(jù)參照附圖的以下實施例的說明 更加明了。在這些圖中
圖1A為示出本發(fā)明的流體軸承構(gòu)造一實施例的透視圖。
圖1B為構(gòu)成圖1A的流體軸承構(gòu)造上使用的箱形滑塊的板狀部件的透視圖。
圖2為從上方看圖1A的流體軸承構(gòu)造的俯視圖。
圖3為說明在使構(gòu)成滑塊的板狀部件(與軸承導軌有不同的熱膨脹率)的
平坦面與軸承導軌緊密接觸的狀態(tài)(即，軸承間隙為零的狀態(tài))下，組裝流體 軸承構(gòu)造的俯:規(guī)圖。
圖4為示出圖3所示的流體軸承構(gòu)造在與其組裝時的溫度不同的溫度環(huán)境 下，產(chǎn)生軸承導軌與滑塊之間規(guī)定大小的軸承間隙d的俯視圖。
圖5A為示出構(gòu)成圖1A的流體軸承構(gòu)造的軸承導軌斷面形狀的第l例圖。 圖5B為示出構(gòu)成圖1A的流體軸承構(gòu)造的軸承導軌斷面形狀的第2例圖。 圖6A為示出取決于組裝圖1A流體軸承構(gòu)造時的溫度與使用其流體軸承 構(gòu)造時的溫度(比組裝時的溫度還低)差異，軸承間隙不同的圖。
圖6B為示出取決于組裝圖1A的流體軸承構(gòu)造時的溫度與使用該流體軸 承構(gòu)造時的溫度(比組裝時的溫度要低)的差異，軸承間隙不同的視圖。
圖7A-圖7C為示出在構(gòu)成滑塊的板狀部件上形成的螺栓插通孔直徑比插 通該螺栓插通孔的螺栓直徑要大地形成的視圖，在圖7A中，螺栓插通孔的中 心與螺栓的中心一致，在圖7B中，螺栓插通孔的中心相對于螺栓的中心向一 側(cè)變位，在圖7C中，螺栓插通孔的中心相對于螺栓的中心向另一側(cè)變位。
具體實施例方式
圖1A為本發(fā)明的流體軸承構(gòu)造一實施例的說明圖，符號20為在導引流 體軸承用的機械等上固定的軸承導軌。以包圍該軸承導軌20的方式形成箱型 的滑塊10。
圖1B為構(gòu)成該箱形滑塊10的板狀部件1的透視圖。該板狀部件1具有 平坦面6和與其垂直的端面7。在板狀部件1的平坦面6上，在其一端邊部上 沿著該端部的邊形成多個(在本實施例中為3個)螺栓插通孔2。另外，在與 形成該螺栓插通孔2的端部相對置的邊側(cè)的端面7上，在與其他板狀部件1 的螺栓插通孔2相對應處形成多個(在本實施例中為3個)螺絲孔3。再有， 該板狀部件1的平坦面6上，設有多個(在圖1B中圖示了 4個)流體排出口 4。
將4塊該圖1B所示的板狀部件1組合以形成箱形的滑塊10。 一個(第1 ) 板狀部件1的端面7與其他的(第2)板狀部件1的平坦面6碰接，設置于第 1板狀部件1的端面7上的螺絲孔3與第2板狀部件1的螺栓插通孔2的位置 對準，通過使螺栓5穿過第2板狀部件1的螺栓插通孔2并與第1板狀部件1 的螺絲孔3用螺紋配合，以將這2個(第1及第2 )板狀部件1結(jié)合。同樣地， 將4塊板狀部件結(jié)合以形成箱形的滑塊10。
圖2為從上方看圖1A的流體軸承構(gòu)造的俯視圖。在使固定軸承導軌20 的加工機或測定器運轉(zhuǎn)的恒溫室內(nèi)等的使用溫度環(huán)境下，在軸承導軌20與滑 塊10之間形成如圖2所示的軸承間隙d。通過向該軸承間隙d噴射空氣等壓 縮流體，形成流體軸承。
使用空氣軸承的如高精度的三維測定器的測定器或加工機， 一般地在恒溫 室內(nèi)運轉(zhuǎn)。因此，由于室溫總是一定，從而該空氣軸承(流體軸承)的軸承間 隙d不會因構(gòu)成空氣軸承的部件材料的熱膨脹而變化。
為了在上述測定器或加工機的使用環(huán)境下，將圖2所示的軸承間隙d管理 為最適的軸承間隙，使軸^c導軌20的熱膨脹率與滑塊10的熱膨脹率不同的流 體軸承的一例由圖3示出。
在圖3所示的流體軸承中，將使用溫度環(huán)境設定為22°C，在作為組裝溫 度環(huán)境的3(TC的溫度環(huán)境下，為了使軸承間隙d成零，使軸承導軌20與構(gòu)成 滑塊10的板狀部件1的平坦面6緊密接觸來組裝流體軸承。在此，對于軸承 間隙為零，由于只將構(gòu)成滑塊10的板狀部件1的平坦面6與軸承導軌20緊密 接觸就可，無需以往技術所必須的調(diào)整作業(yè)。
在圖3所示的實施例中，軸承導軌20的斷面尺寸為lOOmmxlOOmm的正方 形，滑塊10的線熱膨脹系數(shù)為10xlO，C,另外，軸承導軌20的線熱膨脹系 數(shù)為20xl(T6/°C。為實現(xiàn)此，作為一例，對于滑塊IO，使用線熱膨脹系數(shù)小的 不銹鋼，對于軸承導軌20,使用線熱膨脹系數(shù)大的硬鋁。
圖4示出圖3所示的、由熱膨脹率不同的軸承導軌20與滑塊IO構(gòu)成的流 體軸承構(gòu)造處于測定器或加工機運轉(zhuǎn)的使用溫度(22°C)的環(huán)境下的狀態(tài)。
軸承導軌20與滑塊10根據(jù)組裝溫度環(huán)境30。C與使用溫度環(huán)境22。C的溫 度差8。C收縮，因各自的熱膨脹率不同，對于軸承部分的斷面尺寸產(chǎn)生約8|im 的差。當看到軸承兩側(cè)成均等間隙時，則構(gòu)成單側(cè)4|_im的軸承間隙。再有， 由于軸承導軌20的斷面形狀為lOOiMxlOOmm的正方形，由熱膨脹率不同產(chǎn)生 的尺寸收縮同樣會發(fā)生，從而形成相同的軸承間隙。其結(jié)果，構(gòu)成滑塊10的 板狀部件1平行于軸承導軌20的面，不用實施來自外部的特別調(diào)整就可形成
高精度的軸承間隙。
圖5A及圖5B為示出軸承導軌20的斷面形狀的第1、第2例的視圖。
圖5A示出了具有去掉正方形的各角(大致正方形)的斷面形狀的軸承導 軌20的例子。由去掉軸承導軌20的角部的滑塊10形成的空間部設置成抽出 空氣用。軸承導軌20通過其斷面形狀大致為正方形，由線膨脹引起的尺寸變 化均等，可得到均勻的軸承間隙。
圖5B為在斷面正方形的軸承導軌20的各邊上形成沿著導軌方向延伸的 凹陷例。即使在該軸承導軌20的例中，其斷面也部分地呈正方形。在圖5B 中，粗線部所示的部分為正方形的一部分。
圖6A及圖6B示出及圖6B示出了組裝流體軸承時的溫度和使用流體軸承 時的溫度各自中的軸承間隙不同的視圖。
圖6A為組裝流體軸承時的設定溫度比使用該流體軸承時的溫度要高時的 例子，將30。C作為流體軸承組裝時的溫度，將22"C作為該流體軸承使用時的 溫度。為了在該流體軸承使用時的溫度下生成最適的軸承間隙d，對于軸承導 軌20選擇尺寸變化大(換句話說熱膨脹率大)的材質(zhì)，對于滑塊IO選擇尺寸 變化小(換句話說熱膨脹率小)的材質(zhì)。
在圖6B中，將14。C作為流體軸承組裝時的溫度，將22。C作為該流體軸 承使用時的溫度。為了在該流體軸承使用時的溫度下生成最適的軸承間隙d, 對于軸承導軌20選擇尺寸變化小(換句話說熱膨脹率小)的材質(zhì)，對于滑塊 IO選擇尺寸變化大(換句話說熱膨脹率大)的材質(zhì)。
圖7A-圖7C示出在構(gòu)成滑塊10的板狀部件上形成的螺栓插通孔2的直徑 比在該螺栓插通孔2中插通的螺栓5的直徑要大地形成，與插入該螺栓插通孔 2中的板狀部件1上形成的螺絲孔3 (參照圖1B )螺紋配合的螺栓5的、相對 該螺栓插通孔2的位置關系可調(diào)整的例子。
圖7A示出了為使形成在一個板狀部件l(板狀部件la)上的螺栓插通孔2 的中心，和與形成在另一個板狀部件1 (板狀部件lb)上的螺絲孔3螺紋配合 的螺栓5的中心軸一致，將板狀部件lb相對于板狀部件la定位，用具有的螺 栓5將板狀部件la固定到板狀部件lb上的例子。
在圖7B及圖7C中示出了形成在一個板狀部件1 (板狀部件la)上的螺
栓插通孔2的中心，在比與形成在另一個板狀部件1 (板狀部件lb)上的螺絲
孔3螺紋配合的螺栓5的中心軸要偏向上述板狀部件la寬度方向的一側(cè)或其 反向側(cè)的狀態(tài)下定位，用具有的螺栓5將板狀部件la固定到板狀部件lb上的 例子。
通過以上的構(gòu)成，即使形成在板狀部件1上的螺栓插通孔2或螺絲孔3 的位置發(fā)生錯位，也可通過調(diào)整一個板狀部件1 (板狀部件lb)的螺栓5相對 另一個板狀部件1 (板狀部件la)的螺栓插通孔2的位置關系，可分別將板狀 部件1的平坦面6 (在不添加壓力的狀態(tài)下)與軸承導軌20緊密接觸。如此， 在將各板狀部件1的平坦面6分別與軸承導軌20緊密接觸的狀態(tài)后，用具有 的螺栓5將這些板狀部件1結(jié)合，就形成了箱形的滑塊10。
而且，如為了在組裝流體軸承時的溫度環(huán)境下，可將各板狀部件1與軸承 導軌20緊密接觸地形成滑塊10，可將螺栓插通孔2或螺絲孔3分別形成在板 狀部件1的正確位置上，則不必如圖7A-圖7B所示地，^_形成在各板狀部件 1上的螺栓插通孔2的直徑比螺栓5的直徑大地形成地、調(diào)整該螺栓5相對螺 栓插通孔2的位置關系。
另外，本發(fā)明的流體軸承構(gòu)造為了防止因溫度環(huán)境的變化而受到破壞，可 以在具有該流體軸承構(gòu)造的測定裝置或加工機上設置加溫裝置或冷卻裝置的 溫度調(diào)節(jié)器。
權利要求
1. 一種流體軸承構(gòu)造，包括軸承導軌和滑塊；所述滑塊由具有平坦面和與之垂直的端面的4塊四方形的板狀部件構(gòu)成；各板狀部件為，在其一邊的附近沿著該邊形成2個以上的螺栓插通孔，另外，在與該邊相對的另一邊側(cè)的端面上，在與所述螺栓插通孔相對應處形成螺絲孔；通過將螺栓在一個板狀部件的螺栓插通孔中插通并使該螺栓的前端與另一個板狀部件的螺絲孔螺紋配合，而將所述4塊板狀部件通過各自的螺栓結(jié)合成箱型；將成為箱型的4塊板狀部件的各個內(nèi)面作為流體軸承的軸承面，通過將所述軸承導軌插通在其面上，以組裝成流體軸承構(gòu)造，其特征在于，通過分別由熱膨脹率不同的材質(zhì)形成所述軸承導軌與所述滑塊，并在與使用所述流體軸承時的溫度不同的溫度環(huán)境下成為使所述4塊板狀部件分別與所述軸承導軌緊密接觸的狀態(tài)，即，使所述導軌與滑塊之間的軸承間隙成零的狀態(tài)，來組裝所述流體軸承構(gòu)造，從而在使用所述流體軸承時，對于所述組裝的流體軸承構(gòu)造，給予大小基于其使用時的環(huán)境溫度與組裝所述流體軸承構(gòu)造時的環(huán)境溫度差的軸承間隙。
2. 按照權利要求1所述的流體軸承構(gòu)造，其特征在于，通過使所述螺栓 插通孔的直徑比與所述螺絲孔接合的螺栓的直徑要大，可調(diào)節(jié)一個板狀部件的 螺栓插通孔與另一個板狀部件的螺絲孔的位置關系，因此可以成為使所述4 塊板狀部件分別與所述軸承導軌緊密接觸的狀態(tài)來組裝流體軸承構(gòu)造。
3. 根據(jù)權利要求1所述的流體軸承構(gòu)造，其特征在于，所述流體軸承的 軸承面是垂直于驅(qū)動方向的斷面形狀呈大致正方形或大致正方形的一部分。
4. 一種組裝由軸承導軌與滑塊構(gòu)成的流體構(gòu)造軸承的方法，其特征在于， 包括對所述軸承導軌與所述滑塊分別選擇熱膨脹率不同的材質(zhì)，在第1溫度環(huán) 境下使所述滑塊與所述軸承導軌緊密接觸，組裝所述導軌與所述滑塊之間的軸 承間隙為零的流體軸承構(gòu)造的步驟；和通過將所述被組裝的流體軸承構(gòu)造放在與所述第1溫度不同的第2溫度環(huán) 境下，而將此時的軸承間隙調(diào)整為基于所述第1溫度與所述第2溫度差異的大 小，并將具有該調(diào)整的軸承間隙的流體軸承構(gòu)造在所述第2溫度環(huán)境下使用的 步驟。
5. —種流體軸承的軸承間隙的調(diào)整方法，其特征在于，包括，在設定的溫度的環(huán)境下，使具有規(guī)定形狀、尺寸、材質(zhì)的軸承導軌與具有 規(guī)定形狀、尺寸、材質(zhì)的滑塊緊密接觸、而組裝成這些軸承導軌與滑塊之間的 軸承間隙為零的流體軸承構(gòu)造，接著，將該組裝的所述流體軸承構(gòu)造放置于與 所述設定溫度不同的多種溫度環(huán)境下時所發(fā)生的軸承間隙的各自大小作為與 所述設定溫度的溫度差的函數(shù)而求出的步驟，以及，為了對所述流體軸承構(gòu)造實現(xiàn)所期望的軸承間隙，而將該流體軸承構(gòu)造參 照所述求得的函數(shù)在與該所述設定溫度具有同所述所期望的軸承間隙對應的 溫度差的溫度環(huán)境下實際使用，或在流體軸承構(gòu)造時的使用環(huán)境溫度具有與所 述軸承間隙對應的溫度差的溫度環(huán)境下，組裝軸承間隙為零的流體軸承構(gòu)造的 步驟。
6. 根據(jù)權利要求5所述的流體軸承的軸承間隙的調(diào)整方法，其特征在于， 所述滑塊為4塊板狀部件相互結(jié)合而成；這些板狀部件與板狀部件的結(jié)合構(gòu)造 構(gòu)成為，在這些板狀部件4塊結(jié)合時、允許在規(guī)定的范圍內(nèi)變動可能的內(nèi)部空 間的斷面大小和形狀。
全文摘要
分別由熱膨脹率不同的材質(zhì)選擇構(gòu)成流體軸承的軸承導軌和滑塊。并且，在與實際使用流體軸承時的溫度不同的溫度環(huán)境下，使前述導軌與前述滑塊緊密接觸(即，使兩者間的軸承間隙成零)并組裝。其結(jié)果，在前述使用的溫度下的軸承間隙可基于與流體軸承組裝時的溫度的差進行調(diào)整。
文檔編號F16C32/06GK101387316SQ20081013134
公開日2009年3月18日 申請日期2008年8月6日 優(yōu)先權日2007年9月11日
發(fā)明者河合知彥, 蛯原建三 申請人:發(fā)那科株式會社