CN111188834B - 空气轴承 - Google Patents

Abstract

一种空气轴承，包括：主体部分，具有面对引导表面的承载表面；流动路径，设置在主体部分中，压缩空气通过该流动路径流动；空气供应孔，将流过流动路径的压缩空气供应到引导表面，以在承载表面和引导表面之间形成空气膜；负压力产生部分，通过流动速度所经过的压缩空气的流动速度而产生负压力，从而在承载表面和引导表面之间抽吸空气，负压力产生部分设置在流动路径中；排放路径，排放经过负压力产生部分的压缩空气和被负压力产生部分抽吸的空气，排放路径与流动路径连通；和流率调整部分，根据与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力调整从流动路径流动到排放路径的空气流率。

Description

空气轴承

技术领域

本发明涉及具有真空预负荷功能的空气轴承。

背景技术

传统上，许多空气轴承被用于诸如坐标测量机(CMM)这样的的高精度测量设备和高精度机床的引导机构。当从外部压缩机提供给空气轴承的压缩空气被供给到引导机构的引导表面时，在空气轴承的承载表面和引导表面之间产生气膜。因此，承载表面从引导表面浮起，因此可以实现具有基本为零的滑动阻力的引导机构。

众所周知，气膜的特性是其刚度根据施加在空气轴承上的负荷而非线性地变化，并且气膜的刚度低并且在轻载状态下不稳定。因此，为了确保气膜的刚度，已经提出了真空预负荷法的空气轴承，从承载表面与引导表面之间抽吸空气来进行预压(参照日本特开2017-187060号公报)。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在采用真空预负荷系统的上述空气轴承时，用于支撑负荷的空气膜的区域会形成得很窄，因为承载表面和引导表面之间的部分被用作用于抽吸空气的区域。结果，难以充分支撑施加到空气轴承的更高负荷。

本发明聚焦于这些点，且本发明的目的是甚至在宽范围的负荷施加到空气轴承时也能适当地用空气膜支撑空气轴承。

解决问题的手段

根据本发明的一个方面，提供一种空气轴承，其包括：主体部分，具有面对引导表面的承载表面；流动路径部分，设置在主体部分，压缩空气通过该流动路径部分流动；空气膜形成部分，将流过流动路径部分的压缩空气供应到引导表面，以在承载表面和引导表面之间形成空气膜；负压力产生部分，通过增加所经过的压缩空气的流动速度产生负压力，从而抽吸承载表面和引导表面之间的空气，负压力产生部分设置在流动路径部分中；排放路径，排放经过负压力产生部分的压缩空气和被负压力产生部分抽吸的空气，排放路径与流动路径部分连通；和流率调整部分，根据与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力来调整从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率。

空气轴承可以进一步包括传播路径，其将与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力传播到流率调整部分，其中流率调整部分可以在接收到经由传播路径传播的压缩空气压力时调整从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率。

传播路径可以是在主体部分中连接流动路径部分和流率调整部分的路径。

流率调整部分可以在经由传播路径传播的压缩空气压力低时通过增加从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率而有助于从承载表面和引导表面之间抽吸空气，和可以在经由传播路径传播的压缩空气压力高时通过降低从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率而抑制从承载表面和引导表面之间抽吸空气。

还有，用于在流动路径部分和排放路径之间形成连通的连通部分可以具有连通端口，且流率调整部分可以通过关闭连通端口而停止负压力产生部分进行的空气抽吸。

还有，空气轴承可以进一步包括抽吸路径，从承载表面和引导表面之间抽吸的空气通过该抽吸路径流动到负压力产生部分，其中流率调整部分可以通过关闭连通端口在承载表面和引导表面之间经由抽吸路径供应用于形成空气膜的压缩空气。

还有，在流率调整部分关闭连通端口时形成在承载表面和引导表面之间的空气膜的区域可以比在流率调整部分打开连通端口时形成在承载表面和引导表面之间的空气膜的区域更宽。

还有，负压力产生部分可以具有限制压缩空气的流动路径的喷嘴，和流率调整部分可以通过关闭连通端口经由抽吸路径在承载表面和引导表面之间供应经过喷嘴的压缩空气。

还有，流率调整部分可以包括运动构件，其在接收到与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力时沿运动方向运动，且运动构件可以运动以调整通过流动路径部分和排放路径之间的连通端口的空气流率。

还有，运动构件可以响应于压缩空气的压力变化而沿运动方向来回运动，该压力变化对应于施加到主体部分的负荷的压力变化。

还有，流率调整部分可以进一步包括偏压构件，该偏压构件沿运动方向将运动构件偏压远离连通端口，且运动构件可以在接收到压缩空气压力时抵抗偏压构件的偏压力而沿运动方向接近连通端口。

还有，运动构件可以包括弹性构件，该弹性构件在接收到压缩空气压力时能沿运动方向伸展；和柱部分，根据弹性构件的伸展和收缩沿运动方向运动，以调整经过连通端口的空气的流率，柱部分设置在弹性构件的末端侧。

还有，运动构件可以是在接收到压缩空气压力时沿运动方向运动的轴构件，且柱部分根据轴构件的运动调整经过连通端口的空气的流率，柱部分设置在轴构件的末端侧。

本发明的效果

根据本发明，即使宽范围的负荷施加到空气轴承，空气轴承也可用空气膜适当支撑这些负荷。

附图说明

图1是显示了根据本发明第一实施例的空气轴承1的外部构造的示意图。

图2显示空气轴承1的承载表面20。

图3显示了空气膜的厚度和负荷之间的关系。

图4显示了空气轴承1的内部构造。

图5显示了图4的I-I截面图。

图6显示图4的II-II截面图。

图7是显示了空气轴承1中空气流的图。

图8是显示了空气轴承1中空气流的图。

图9是显示了空气轴承1中空气流的图。

图10是显示了在柱部分66关闭开口48时的压缩空气的流动的示意图。

图11显示了变化例1的示意图。

图12显示了变化例2的示意图。

图13是显示了根据第二实施例的空气轴承1的构造的示意图。

图14是显示了根据第二实施例的空气轴承1的构造的示意图。

具体实施方式

<第一实施例>

(空气轴承的概况)

参见图1和2，将解释根据本发明的第一实施例的空气轴承的外部构造。图1显示一示意图，其显示了根据第一实施例的空气轴承1的外部构造。图2显示了空气轴承1的承载表面20侧。

空气轴承1用于例如坐标测量机(CMM)这样的高精度测量仪器。空气轴承1设置在运动机构(柱)的下部部分，用于例如让CMM中的探针运动。空气轴承1面对引导机构的引导轨道500，如图1所示，且沿引导轨道500引导该柱。空气轴承1是非接触类型的轴承，其中空气膜插置在引导轨道500的引导表面501和承载表面20之间(图2)。

空气轴承1包括具有矩形平行六面体形状的主体部分10。主体部分10例如用金属制造且连接到压缩机，该压缩机经由供应路径510以足够的流率(flow rate，流量)供应压缩空气。在主体部分10中，提供流动路径(随后描述)，所供应的压缩空气通过该流动路径流动。进一步地，如图2所示，承载表面20、空气供应孔21、空气供应沟槽22、凹入部分25和抽吸孔26设置在主体部分10的底表面上。

承载表面20面对引导轨道500的引导表面501(图1)。在压缩空气被供应到空气轴承1时，压缩空气形成的空气膜被插置在承载表面20和引导表面501之间。

空气供应孔21是在主体部分10中的承载表面20和流动路径之间提供连通的通孔，且朝向引导表面501供应压缩空气。结果，压缩空气的空气膜在承载表面20和引导表面501之间形成(空气供应区域)。在本实施例中，空气供应孔21对应于空气膜形成部分。主体部分10的承载表面20具有四个空气供应孔21。

空气供应沟槽22是承载表面20中的环状凹入沟槽。空气供应沟槽22与四个空气供应孔21连通。通过空气供应孔21供应的压缩空气沿空气供应沟槽22流动，且因此空气膜形成在承载表面20和引导表面501之间(空气供应区域)。即，空气供应区域是空气供应沟槽22和围绕空气供应沟槽22的区域。通过设置空气供应沟槽22，更容易在较宽的区域形成具有均匀厚度的空气膜。

凹入部分25是承载表面20所凹入的凹部。与承载表面20中的空气供应沟槽22相比，更靠近中心时，凹入部分25形成为矩形形状。

抽吸孔26是在主体部分10中的凹入部分25和流动路径之间提供连通的通孔，且在承载表面20和引导表面501之间抽吸空气(抽吸区域)。具体地，抽吸孔26设置在凹入部分25中，且抽吸凹入部分25中的空气。即，凹入部分25是抽吸区域。抽吸孔26(其细节将在后文描述)使用通过设置在主体部分10中的负压力产生部分产生的负压力来抽吸凹入部分25中的空气。结果，可在凹入部分25中产生吸力。

因为运动机构(例如柱)设置在空气轴承1上，所以负荷作用在空气轴承1上。因为CMM的运动机构沿三个垂直方向运动，所以施加在空气轴承1上的负荷可以在运动期间变动。下文中，将解释在承载表面20和引导表面501之间的(i)空气膜的刚度和(ii)负荷之间的关系。空气膜的刚度通过使用负荷和空气膜的厚度限定(下文也称为膜厚度)，如下列等式(1)所示。

在等式(1)中，空气膜的刚度通过k表示，施加在空气轴承1上的负荷的变化通过ΔW表示，且空气膜厚度的变化通过Δh表示。

进一步地，因为ΔW＝Δp×A，在假设经过空气供应孔21之后空气压力的变化为Δp和轴承有效面积(轴承有效面积基本上恒定)为A时，上述等式(1)可通过下列等式(2)代替。

图3显示了空气膜的厚度和负荷之间的关系。在图3中，图的水平轴线表示空气膜的厚度[μm]，且垂直轴线表示负荷[N]。刚度k通过与如图3所示的特征曲线的斜率对应的等式(1)限定。如从图3可见，在空气膜的厚度小的范围(下文也称为第一范围)中，在该特征曲线的大致直线部分处该斜率陡，且空气膜的刚度高。因此，即使负荷在第一范围中波动，空气膜厚度的波动小且空气膜保持在稳定状态。另一方面，在空气膜的厚度大的范围(下文也称为第二范围)中，曲线的斜率缓和，且空气膜的刚度低。为此，在第二范围中负荷波动时，空气膜的厚度也波动，且空气膜变得不稳定。

为了增强承载表面20和引导表面501之间的空气膜的刚度并保持稳定状态，期望的是在与图3的特征曲线空气膜中的大致直线部分对应的负荷范围中使用空气膜。因此，在施加在空气轴承1上的负荷小时，从抽吸孔26抽吸空气，以产生用于吸引空气轴承1和引导表面501的负荷(赋予一预负荷)。即使施加在空气轴承1上的负荷小，也可以在特征曲线中的大致直线部分的区域中使用空气膜，且可以增强空气膜的刚度。

另一方面，在承载表面20具有抽吸孔26的情况下，承载表面20和引导表面501之间的部分被用作抽吸区域，使得承载表面20和引导表面501之间的空气供应区域比承载表面20没有抽吸孔26的情况更窄，且被空气膜支撑的最大负荷减小。另一方面，在本实施例中，如随后详细描述的，通过提供流率调整部分以根据空气轴承1上施加的负荷来调整抽吸孔26进行的空气抽吸，可以防止被空气膜支撑的最大负荷减小。

<空气轴承的内部构造>

解释图4到9解释空气轴承1的内部构造。图4显示了空气轴承1的内部构造。图5显示了图4的I-I截面图。图6显示图4的II-II截面图。图7到9每一个显示了空气轴承1中的空气流。在图7到9中，空气流通过粗线示出。

如图4所示，空气轴承1包括入口端口30，流动路径31、32、33、和34，抽吸路径36，真空发生器40，负压力产生部分45，排放路径50，传播路径55，和流率调整部分60。

流动路径31、32、33和34设置在主体部分10中，如图4所示，且每一个是让来自入口端口30的压缩空气流过的流动路径部分。流动路径31和33沿图4中的x轴线方向的设置，且流动路径32和34沿图4中的y轴线方向设置，以便与流动路径31和33正交。流动路径32是从流动路径31分支的流动路径。流动路径33与流动路径32和34连通。从流动路径31转向流动路径32的压缩空气按流动路径32、流动路径33和流动路径34的顺序流动，如图7所示。

流动路径32、33和34彼此相交的位置处的空气隔室35具有上述空气供应孔21。因此，流过流动路径32、33和34的一部分压缩空气被从空气供应孔21供应，如图8所示，且在承载表面20和引导表面501之间(空气供应区域)形成空气膜。用于限制流动路径32的流动路径的限制器32a设置在流动路径32的中间。流动路径31具有在流动路径31的中间的上述抽吸孔26。

如图6所示，抽吸路径36在流动路径31和承载表面20之间形成连通，且是从抽吸孔26抽吸的空气所流过的流动路径。抽吸路径36的一端侧连接到抽吸孔26，且抽吸路径36的另一端侧连接到设置在流动路径31中的真空发生器40中的负压力产生部分45。经由抽吸孔26从承载表面20和引导表面501之间(抽吸区域)抽吸的空气流过抽吸路径36并到达流动路径31(具体是真空发生器40)，如图9所示。

真空发生器40设置在如图6所示的流动路径31中，且具有通过使用压缩空气产生负压力的功能。真空发生器40是金属或树脂安装构件，其从入口端口30可拆卸地安装在流动路径31中。例如，真空发生器40具有可紧固到流动路径31的螺纹部分。真空发生器40具有圆柱形形状，且压缩空气经过其。真空发生器40具有在外周向表面上的开口41(图4)，且流过流动路径31的压缩空气的一部分流过开口41，并到达流动路径32。如图4所示，真空发生器40包括负压力产生部分45和扩压器部分47。

负压力产生部分45增加经过真空发生器40的内部的压缩空气的流动速度，以在凹入部分25中产生用于抽吸空气的负压力。通过产生这种负压力，可施加预负荷，且可增强空气膜的刚度。

如图6所示，负压力产生部分45具有在末端侧的喷嘴部分46。喷嘴部分46是一种限制器，其限制压缩空气的流动路径，且增加压缩空气的流动速度。喷嘴部分46形成为圆锥形形状且增加喷嘴末端处的压缩空气的流动速度。具体说，压缩空气的流动速度根据喷嘴部分46末端处的开口直径而增加。在喷嘴末端处的压缩空气的流动速度增加时，喷嘴末端周围的压力减小，由此产生负压力。

喷嘴部分46的末端正好位于抽吸路径36(抽吸孔26)的上方。因此，在抽吸孔26周围产生负压力。根据负压力产生的伯努利原理，沿与压缩空气流动正交的方向产生负压力。这里，沿从抽吸孔26到位于上方的喷嘴部分46的末端的方向产生负压力。通过产生这种负压力，凹入部分25中的空气经过抽吸孔26和抽吸路径36，且流动到如图9所示的负压力产生部分45中。应注意，流动到负压力产生部分45中的空气与压缩空气一起流动到扩压器部分47中。

如图6所示，扩压器部分47位于流动路径31中的抽吸孔26的下游侧。扩压器部分47是让从抽吸孔26流动的空气的流动速度和已经经过负压力产生部分45的压缩空气的流动速度减小的部分，以回收压力。

如图6所示，排放路径50与连通部分38连通。这里，排放路径50经由连接路径51与连通部分38连通。排放路径50是用于将已经经过真空发生器40(具体是，扩压器部分47)的吸入空气和压缩空气排放到空气轴承1以外的路径。在沿垂直方向于流动路径31的上方与流动路径31相交的方向(图4中的Y轴线方向)上设置排放路径50。在图4中，排放路径50形成为与Y轴线方向平行，但是本发明并不限于此，且排放路径50可以例如相对于Y轴线方向倾斜。

如图4所示，排放路径50沿主体部分10的Y轴线方向在侧表面12和13之间穿过。排放端口12a和13a分别形成在侧表面12和13上。因此，从流动路径31经由连通端口51a流动到排放路径50中的压缩空气和吸入空气流过排放路径50并从排放端口12a和13a排放(见图9)。

传播路径55与流动路径34连通，如图4所示，且是流动路径32、33和34的压缩空气压力传播所经过的路径。如图4所示，传播路径55沿x轴线方向形成以便与流动路径34相交。传播路径55的一端侧连接到流动路径34，且传播路径55的另一端侧连接到流率调整部分60。传播路径55使得流动路径32、32、34中的压缩空气压力传播到流率调整部分60。

流动路径32、33和34中的压缩空气形成空气膜，该空气膜支撑施加在主体部分10上的负荷(如图9所示的负荷F)。压缩空气压力与施加在主体部分10上的负荷关联地变化。例如，压缩空气压力与施加在主体部分10上的负荷压力成比例。以这种方式，幅值根据负荷改变的压缩空气压力经由传播路径55传播到流率调整部分60。更具体地，压缩空气压力如图7的虚线箭头所示地传播。

流率调整部分60根据经由传播路径55传播的压缩空气压力对从流动路径31流动到排放路径50的吸入空气和压缩空气的流率(下文称为空气的排放量)进行调整。在压缩空气压力低时(换句话说，在施加在主体部分10上的负荷小时)流率调整部分60增加空气的排放量，且有助于从承载表面20和引导表面501之间抽吸空气。另一方面，在压缩空气压力高时(换句话说在施加在主体部分10上的负荷大时)，流率调整部分60减少空气的排放量且抑制从承载表面20和引导表面501之间抽吸空气。以这种方式，调整预负荷，以根据施加在主体部分10上的负荷来增强承载表面20和引导表面501之间的空气膜的刚度。

如图4所示，流率调整部分60设置在真空发生器40与排放路径50的连通部分38中。流率调整部分60通过调整连通部分38的开口面积(具体是开口48，其是在扩压器部分47的末端侧上的连通端口)来调整从流动路径31到排放路径50的空气排放量。具体地，流率调整部分60通过增加开口48的开口面积来增加排放量，和通过减小开口48的开口面积来减小空气排放量。

如图6所示，流率调整部分60包括波纹管62(其是弹性构件)、压缩弹簧64和柱部分66。在第一实施例中，波纹管62和柱部分66对应于运动构件，该运动构件在接收到压缩空气压力时运动。

波纹管62用作具有预定弹簧常数的一类弹簧。如图6所示，波纹管62具有波纹管形状。波纹管62的一端侧连接到基部68，传播路径55形成在该基部中。波纹管62的另一端侧连结到板62a。在波纹管62中形成空腔62b，压缩空气压力通过该空腔从传播路径55传播。波纹管62在接收到从传播路径55传播的压缩空气压力时沿轴向方向(图4中的X轴线方向)在主体部分10中伸展和收缩。波纹管62例如是通过堆叠多个环形薄金属板(具体地，在中心具有孔的圆环形板)形成的波纹管，这些金属板在其外周向边缘和内周向边缘擦交替地焊接在一起，且可伸展空腔62b是通过将内周向边缘和外周向边缘交替地连结而形成的。应注意，与活塞设置在筒体中的情况相比，在例如密封件和封装这样的消除摩擦因素方面，让设置在主体部分10中的波纹管62作为运动构件是有效的，以用作运动构件。

如图6所示，压缩弹簧64是设置在波纹管62的板62a和真空发生器40的末端部分49之间的偏压构件。波纹管62沿轴向方向被压缩弹簧64的偏压力向后偏压。在从传播路径55传播到波纹管62的空腔62b的压缩空气压力大于压缩弹簧64的偏压力时，波纹管62抵抗偏压力沿轴向方向向前延伸(在该情况下，压缩弹簧64收缩)。另一方面，在空腔62b中的压缩空气压力减小时，波纹管62由于压缩弹簧64的偏压力向后收缩(在该情况下，压缩弹簧64延伸)。

柱部分66设置在波纹管62的末端侧上，且例如具有圆锥形形状。柱部分66连接到波纹管62的板62a。柱部分66设置为沿轴向方向从板62a伸出。柱部分66沿轴向方向与波纹管62的伸展和收缩关联地运动。例如，在波纹管62延伸时，柱部分66的末端侧从开口48进入扩压器部分47。在波纹管62伸展和收缩时柱部分66相对于开口48运动(即柱部分66在波纹管62收缩时运动离开开口48，且在波纹管62伸展时接近开口48)，以调整与开口48的间隙。结果，可调整流过开口48并到达排放路径50的空气排放量。

流率调整部分60通过关闭连通部分38(开口48)停止通过负压力产生部分45进行的空气抽吸。即，在柱部分66关闭开口48的末端侧时，没有空气朝向排放路径50流动，且没有空气被负压力产生部分45抽吸。替代地，已经经过负压力产生部分45的喷嘴部分46的压缩空气流过抽吸路径36并到达抽吸孔26。

图10是显示了在柱部分66关闭开口48时的压缩空气的流动的示意图。在柱部分66关闭开口48时，已经经过喷嘴部分46的压缩空气通过抽吸路径36被引导到抽吸孔26，而不是被引导到排放路径50，如图10所示。即，已经经过喷嘴部分46的压缩空气流过抽吸路径36，而不是从抽吸路径36抽吸的空气流过抽吸路径36。流过抽吸路径36的压缩空气从抽吸孔26供应，且空气膜也形成在承载表面20的凹入部分25中。

在柱部分66关闭开口48时，压缩空气从空气供应孔21和抽吸孔26供应，使得空气膜可形成在承载表面20和引导表面501之间的宽区域中(即在开口48关闭之前的空气供应区域和空气抽吸区域)。因此，在开口48关闭时空气膜的区域比在开口48打开时的空气膜的区域更宽。因为空气膜可以以这种方式最大程度地形成承载表面20和引导表面501之间，所以甚至在负荷增加时，在主体部分10上施加的负荷也可被支撑。

在已经经过喷嘴部分46的压缩空气被从抽吸孔26供应时，空气膜可以以与已经经过设置在流动路径32中的限制器32a的压缩空气被从空气供应孔21供应时同样的方式形成，即使限制器未设置在抽吸路径36中也可以。同时，通过不在抽吸路径36中设置限制器，可以从承载表面20和引导表面501之间适当地抽吸空气，而不经历流动路径阻力。

<压缩空气和吸入空气的流动>

将参考图7到10解释压缩空气和吸入空气在空气轴承1中的流动。

首先，经由供应路径510供应的压缩空气(图1)从入口端口30流动到流动路径31。压缩空气流过流动路径31，且被分为三个方向，如图7所示。即，一部分压缩空气从流动路径31流动到流动路径32，且其余压缩空气直接行进经过流动路径31并到达负压力产生部分45。

被转向流动路径32的压缩空气流过流动路径32，经过限制器32a，且随后流动到流动路径33和34。此时，压缩空气被从空气供应孔21供应，如图8所示。因此，通过在承载表面20和引导表面501之间(空气供应区域)供应的压缩空气形成空气膜。

直接行进通过流动路径31的压缩空气经过负压力产生部分45的喷嘴部分46。压缩空气的流动速度被喷嘴部分46增加，且沿垂直于流动的方向产生负压力。这种负压力使得承载表面20和引导表面501之间的空气从抽吸孔26抽取，并流动通过抽吸路径36并到达负压力产生部分45，如图9所示。随后，压缩空气和吸入空气流动到排放路径50并从排放端口12a和13a排放(如图7所示)。

另一方面，虽然流过流动路径32、33和34的压缩空气压力体根据施加在主部分10上的负荷(图9和10中的负荷F)波动，但是流过流动路径32、33和34的压缩空气压力经由传播路径55传播到流率调整部分60的波纹管62中的空腔62b(见图7)。流率调整部分60根据所传播的压缩空气压力调整开口48的开口面积，以空气排放量。此时，在接收到压缩空气压力时，流率调整部分60通过让波纹管62来回运动并让柱部分66移位而自动地调整开口48的开口面积。

<变化例1>

在如上所述的实施例中，在承载表面20的中心处凹入的凹入部分25具有抽吸孔26，如图2所示，但是本发明并不限于此。例如，抽吸孔26可以设置在以环形形状形成的环形沟槽中，如变化例1中那样，如图11所示。

图11显示了变化例1的示意图。在变化例1中，如图11所示，作为以环形形状形成的沟槽的环形沟槽225具有抽吸孔26。在环形沟槽225中，存在具有矩形形状的表面227。换句话说，环形沟槽225是沿表面227的边缘的沟槽。表面227与承载表面20齐平。结果，因为表面227不需要凹入，所以加工量小于如图2所示的构造(矩形凹入部分25)，且因此更容易制造空气轴承1。

在变化例1的构造中，抽吸孔26不仅抽吸环形沟槽225中的空气，而还抽吸面对表面227的区域中的空气。即，环形沟槽225和表面227成为用于产生吸力的抽吸区域。另一方面，在压缩空气流动到抽吸孔26且通过关闭开口48来供应时，如上参考图10所述，具有与承载表面20的厚度相同厚度的空气膜也形成在表面227上。结果，作用在空气轴承1上的较大负荷可被形成在表面227和承载表面20上的支撑。

<变化例2>

在如上所述的实施例中，以环形形状连接以便围绕凹入部分25的空气供应沟槽22具有多个(四个)空气供应孔21，如图2所示，但是本发明并不限于此。例如，四个空气供应孔21可以设置在分离的空气供应沟槽中，如变化例2那样，如图12所示。

图12显示了变化例2的示意图。在变化例2中，如图12所示，四个空气供应沟槽222每一个形成为L形且每一个具有一个空气供应孔21。四个空气供应沟槽222的端部部分222a不彼此连接，且按预定间隔分离。端部部分222a之间的部分与承载表面20齐平。结果，加工量小于如图2所示的空气供应沟槽222的构造，且因此更容易制造空气轴承1。

在变化例2的构造中，类似于图2的构造，压缩空气从空气供应孔21供应，以形成空气膜。如上所述，承载表面20的面积区域，因为端部部分222a彼此分离，使得作用在空气轴承1上的大负荷可被支撑。应注意，在变化例2中，可以代替凹入部分25提供变化例1中所述的环形沟槽225(图11)。

<第一实施例的效果>

如上所述的第一实施例的空气轴承1包括：排放路径50，用于将已经经过负压力产生部分45的吸入空气和压缩空气排放(称为空气排放量)；和流率调整部分60，用于根据施加到主体部分10的负荷调整从排放路径50而来的空气排放量。在施加在主体部分10上的负荷小时，流率调整部分60(i)增加空气排放量，(ii)促进从承载表面20和引导表面501之间抽吸空气，和(iii)增加预负荷。另一方面，在施加在主体部分10上的负荷大时，流率调整部分60减少空气排放量，以抑制从承载表面20和引导表面501之间抽吸空气，由此降低预负荷。结果，与施加在主体部分10上的负荷对应的预负荷可被自动地调整(即可调整空气膜的刚度)，使得能应对宽范围负荷的空气膜可被容易地形成。

在第一实施例中，流率调整部分60关闭开口48，如图10所示，使得已经经过负压力产生部分45的压缩空气流动到抽吸孔26并从抽吸孔26供应，而不去往排放路径50。结果，压缩空气从空气供应孔21和抽吸孔26供应，以在承载表面20和引导表面501之间的大区域中形成空气膜，使得空气膜可支撑施加在主体部分10上的大负荷。

<第二实施例>

将参见图13和14描述根据第二实施例的空气轴承1的构造。

图13和14每一个是显示了根据第二实施例的空气轴承1的构造的示意图。第二实施例的流率调整部分160的构造不同于第一实施例的流率调整部分60的构造。并非第二实施例的流率调整部分160的构造与第一实施例的构造相同，且因此将省略其详细描述。

以与第一实施例相似的方式，流率调整部分160根据经由传播路径155传播的压缩空气压力来调整从流动路径31到排放路径50的压缩空气和吸入空气的流率(空气排放量)。通过根据施加在主体部分10上的负荷(图14中的负荷F)来调整预负荷，这能增强承载表面20和引导表面501之间的空气膜的刚度。

如图13所示，流率调整部分160包括轴部分162、压缩弹簧164和165、和柱部分166。在第二实施例中，轴部分162和柱部分166对应于运动构件，该运动构件在接收到压缩空气压力时运动。

轴部分162是轴构件，其可在主体部分10中沿轴向方向(图13中的X轴线方向)运动。在接收到传播至传播路径155的压缩空气压力时，轴部分162在轴向方向中来回运动。即，轴部分162响应于压缩空气的压力变化(对应于施加到主体部分10的负荷的压力变化)而沿轴向方向来回运动。所谓的曲径密封件(labyrinth seal)设置在轴部分162的外周向表面上，且曲径密封件形成在轴部分162的外周向表面和主体部分10的内壁表面之间。

压缩弹簧164和165分别沿轴向方向设置在轴部分162的侧部，且偏压轴部分162。压缩弹簧164设置在轴部分162和真空发生器40的末端部分49之间。压缩弹簧165设置在轴部分162和基部168之间。应注意，压缩弹簧164偏压力的大于压缩弹簧165的偏压力。

已经通过传播路径155传播的压缩空气从压缩弹簧165的周边传播到轴部分162。在压缩空气压力高时，轴部分162沿轴向方向抵抗压缩弹簧164的偏压力向前前进(此时，压缩弹簧164收缩且压缩弹簧165伸展)。另一方面，在压缩空气压力减小时，轴部分162通过压缩弹簧164的偏压力而退回(在该情况下，压缩弹簧164延伸且压缩弹簧165收缩)。

柱部分166是设置在轴部分162的末端侧上的末端部分，且例如具有圆锥形形状。柱部分166连接到轴部分162的轴向端部部分。柱部分166与轴部分162的运动关联地沿轴向方向运动。例如，在轴部分162向前前进时，柱部分166的末端侧从开口48进入扩压器部分47。柱部分166通过与轴部分162的运动关联地朝向开口48运动而调整与开口48的间隙。结果，可调整流过开口48并到达排放路径50的空气排放量。

在柱部分166关闭开口48时，在第二实施例中，也停止负压力产生部分45的空气抽吸。即，在柱部分166关闭开口48时，不发生朝向排放路径50的空气流，且空气不被负压力产生部分45抽吸。替代地，流动到负压力产生部分45的压缩空气流过抽吸路径36并从抽吸孔26供应，以形成空气膜(见图10)。

在如上所述的第二实施例中，流率调整部分160根据施加到主体部分10的负荷调整来自空气排放路径50的空气排放量。流率调整部分160调整空气排放量，且因此对应于主体部分10上施加的负荷的预负荷可被自动调整，使得能以与第一实施例相似的方式容易地形成能应对宽范围负荷的空气膜。

基于示例性实施例解释本发明。本发明的技术范围并不限于上方实施例解释的范围且可以在本发明的范围中做出各种改变和修改。例如，设备的分布和集成的具体实施例不限制于上方实施例，其所有或部分可配置有在功能上或实体地散布或整合的任何单元。进一步地，通过它们的任意组合所形成的新的例子也包括在本发明的示例性实施例中。进一步地，通过组合带来的新的示例性实施例的效果也具有原始示例性实施例的效果。

[附图标记描述]

1 空气轴承

10 主体部分

20 承载表面

21 空气供应孔

26 抽吸孔

31、32、33、34 流动路径

36 抽吸路径

38 连通部分

45 负压力产生部分

46 喷嘴部分

48 开口

50 排放流动路径

55 传播路径

60 流率调整部分

62 波纹管

66 柱部分

501 引导表面

Claims (13)

1.一种空气轴承，包括：

主体部分，具有面对引导表面的承载表面；

流动路径部分，设置在主体部分中，压缩空气通过该流动路径流动；

空气膜形成部分，将流过流动路径部分的压缩空气供应到引导表面，以在承载表面和引导表面之间形成空气膜；

负压力产生部分，通过增加所经过的压缩空气的流动速度产生负压力，从而抽吸承载表面和引导表面之间的空气，负压力产生部分设置在流动路径部分中；

排放路径，排放经过负压力产生部分的压缩空气和被负压力产生部分抽吸的空气，排放路径与流动路径部分连通；

流率调整部分，根据与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力来调整从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率；和

流率调整部分包括运动构件，该运动构件在接收到与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力时沿运动方向运动。

2.如权利要求1所述的空气轴承，进一步包括

传播路径，其将与施加到主体部分的负荷对应的压缩空气压力传播到流率调整部分，其中

流率调整部分在接收到经由传播路径传播的压缩空气压力时调整从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率。

3.如权利要求2所述的空气轴承，其中

传播路径是在主体部分中连接流率调整部分和流动路径部分的路径。

4.如权利要求2所述的空气轴承，其中

流率调整部分在经由传播路径传播的压缩空气压力低时通过增加从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率而有助于从承载表面和引导表面之间抽吸空气，和在经由传播路径传播的压缩空气压力高时通过降低从流动路径部分流动到排放路径的空气的流率而抑制从承载表面和引导表面之间抽吸空气。

5.如权利要求1所述的空气轴承，其中

用于在流动路径部分和排放路径之间形成连通的连通部分具有连通端口，且

流率调整部分通过关闭连通端口而停止通过负压力产生部分进行的空气抽吸。

6.如权利要求5所述的空气轴承，进一步包括

抽吸路径，从承载表面和引导表面之间抽吸的空气通过该抽吸路径流动到负压力产生部分，其中

通过关闭连通端口，流率调整部分经由抽吸路径在承载表面和引导表面之间供应用于形成空气膜的压缩空气。

7.如权利要求6所述的空气轴承，其中

在流率调整部分关闭连通端口时在承载表面和引导表面之间形成的空气膜的区域比在流率调整部分打开连通端口时在承载表面和引导表面之间形成的空气膜的区域更宽。

8.如权利要求6所述的空气轴承，其中

负压力产生部分具有喷嘴，该喷嘴限制压缩空气的流动路径，且

流率调整部分通过关闭连通端口而经由抽吸路径在承载表面和引导表面之间供应经过喷嘴的压缩空气。

9.如权利要求1所述的空气轴承，其中

运动构件运动，以调整在流动路径部分和排放路径之间经过连通端口的空气的流率。

10.如权利要求9所述的空气轴承，其中

运动构件响应于压缩空气的压力变化而沿运动方向来回运动，所述压力变化对应于施加到主体部分的负荷的压力变化。

11.如权利要求10所述的空气轴承，其中

流率调整部分进一步包括偏压构件，该偏压构件将运动构件沿运动方向偏压远离连通端口，且

在接收到压缩空气压力时，运动构件抵抗偏压构件的偏压力运动，以沿运动方向接近连通端口。

12.如权利要求9所述的空气轴承，其中

运动构件包括弹性构件，该弹性构件在接收到压缩空气压力时能沿运动方向伸展；和

柱部分，根据弹性构件的伸展和收缩沿运动方向运动，以调整经过连通端口的空气的流率，柱部分设置在弹性构件的末端侧。

13.如权利要求9所述的空气轴承，其中

运动构件是轴构件，该轴构件在接收到压缩空气压力时沿运动方向运动，且

柱部分根据轴构件的运动调整经过连通端口的空气的流率，柱部分设置在轴构件的末端侧。

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