CN1798934A - 减振结构和装有该减振结构的运动导向装置 - Google Patents

Abstract

多个薄金属层(8)和多个薄阻尼层(9)逐一交替地层压。层压减振结构的总厚度被设定为不超过1.0mm。按照该结构，由于在金属层(8)与阻尼层之间存在多个边界面，振动能就容易转变成摩擦能，从而提供大的阻尼力。此外，由于总厚度被设定为不超过1.0mm，减振结构(6)因剪切力变形的量就可小些，这样就可提高减振结构(6)的刚度。

Description

减振结构和装有该减振结构的运动导向装置

技术领域

本发明涉及一种带阻尼或减振功能的减振结构，尤其涉及一种将阻尼功能应用到导向系统上来引导工作台相对于基座的相对运动的减振结构。

背景技术

已知一种相对于基座引导工作台的导向系统。该导向系统包括一个导轨和一个可移动块体，导轨安装在基座上，而可移动块体安装在工作台上，从而可沿着导轨滑动。为了确保可移动块体能相对于导轨平稳地滑动，在导轨与可移动块体之间布置有进行滚动的滚动件如滚珠、辊子等。

当工作台在其通过使用一个驱动机构如滚珠丝杠运动之后快速停止时，工作台在其前进的方向上振动或震动。在将导向系统装配在机床、零件安装机器、半导体/液晶制造装置等中的情况下，操作员必须一直等到振动或震动停止才执行对导向系统的操作，因此就需要阻尼或减震该振动。

在一种常规的导向系统中，为了阻尼该工作台的振动，采用了一种预加载方法，其中，将内部负载施加到滚动件上。例如，在导轨与可移动块体之间安置有滚动件，每个滚动件的外径都大于在导轨上形成的滚动件滚槽与可移动块体的滚动件滚槽之间的间隙。如果将内部负载施加到滚动件上，则滚动件在滚动件滚槽上滚动时中止的摩擦阻力变大，因而就提高了移动刚性。并且，振动(震动)能可以转变成热能，从而阻尼该振动。

发明内容

本发明要解决的技术问题

不过，根据上述结构，通过向滚动件赋予内部负载，阻力在可移动块体相对于导轨滑动时增大，因此，滚动件的有效寿命就会缩短。

与此同时，还公知一种加在建筑物与其基本结构之间的层压橡胶结构，充当一种保护建筑物不受地震危害的抗震结构。该层压橡胶结构是由交替层压的铁板和橡胶制成的，且层压橡胶结构具有抵抗垂直负载的高刚度，且在水平方向上发生变形，由此提供大的阻尼(减振)功能。

但是，传统层压橡胶结构一般具有不很大的厚度(高度)，例如为10-20mm，这不适用于将它装配在小型化需求的导向系统中。而且，按照该高度，层压橡胶结构因水平负载(即剪切力)变形的量变大。就这一观点来看，该传统层压橡胶结构并不适用于要求高刚度的导向系统。

本发明的目的在于，提供一种紧凑的减振结构，其能实现高的阻尼性能，并能提供高的刚度。

解决问题的方式

下面将对本发明进行描述。

为了解决上述问题，本申请的发明人构思了具有多个薄金属层和多个薄阻尼层的层压结构，每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量，并且将总厚度设定得相当薄，其不是按传统的层压橡胶结构构想的。

也就是说，为了解决上述问题，权利要求1的发明提供了一种减振结构，该减振结构包括多个薄金属层和多个薄阻尼层，每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量，金属层和阻尼层逐一交替地层压，从而提供了总厚度不超过1.0mm的减振结构。

从一个要能实现高阻尼性能，还要能实现高的刚度的观点看，希望减振结构的总厚度不超过0.5mm，金属层的厚度为20-40μm，阻尼层的厚度为5-10μm。

在一个实施例中，阻尼层由一橡胶或树脂层构成并印在金属层上，待层压的阻尼层的厚度可以制得薄些。

在一个实施例中，金属层和阻尼层之间的边界面形成了一种波纹形状，其具有连续交替着的波峰和波谷，边界面的面积可以增大，由此进一步提高了阻尼性能。

此外，本发明提供了一种运动导向装置，其包括一个导轨和一个可移动块体，该可移动块体被布置成可沿着导轨滑动，其中多个薄金属层和多个薄阻尼层逐一交替地层压，从而提供总厚度不超过1.0mm的减振结构，其中每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量。

而且，本发明提供了一种导向系统，包括一个基座、一个工作台和一个运动导向装置，该运动导向装置被布置在基座和工作台之间，使得工作台相对于基座可相对移动，其中运动导向装置包括一个安装在基座上的导轨和一个安装在工作台上以沿着导轨可滑动的可移动块体，其中多个薄金属层和多个薄阻尼层逐一交替地层压，从而提供总厚度不超过1.0mm的减振结构，其中每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量。

根据具有上述特征的本发明，减振结构的阻尼性能就得以提高。此外，其刚度也得到提高。也就是说，减振结构因剪切力变形的量可小些，待施加的压缩负载可大些。

此外，不用在可移动块体上作设计变化，通过对可移动块体的顶面作额外的加工比如切割，就可装配减振结构。

而且，由于安置了多个阻尼层，就可阻断产生于工作台侧面上的热量以防其传递至运动导向装置，从而提供绝热功能。

附图说明

图1是示出了一个装有本发明一实施例的减振垫的导向系统的透视图；

图2是图1中导向系统的局部剖视图；

图3是减振垫的断面图；

图4是示出了因剪切力引起的变形的示意图；

图5是示出了一个运动导向装置的透视图；

图6是本发明另一实施例的减振垫的断面图。

参考标号说明

1---基座

2---工作台

3---导轨

4---可移动块体

6---减振垫

8---金属层

9---阻尼层

具体实施方式

图1和图2表示了一个装有本发明一实施例的减振结构的导向系统。该导向系统用于机床如加工中心、车床、铣床等、零件安装机器如将零件装在电路板上的机器人以及半导体或液晶生产机器如切块机或引线接合器等，且该导向系统被用来支承工作台2相对于基座1的直线运动或曲线运动。

细长延展的导轨3与基座1相连。跨式可移动块体4安装在导轨3上，从而可沿着导轨3滑动。工作台2与可移动块体4的顶面相连。在该实施例中，尽管布置的是两个导轨3、3和四个可移动块体4，但可以根据所用机器来改变或设定导轨3和可移动块体4的数量。

将大量作为滚动件的滚珠5插在导轨3与可移动块体4之间，这样可移动块体4就可平稳地滑动。这些滚珠5在滚珠滚槽3a与负载滚珠滚槽4a之间滚动且移动，滚珠滚槽3a沿着导轨3细长地延展，负载滚珠滚槽4a形成在可移动块体4的内部，从而与滚珠滚槽3a相对。下面将对由这些导轨3和可移动块体4构成的运动导向装置的细节进行描述。

减振垫6作为一种减振结构夹在可移动块体4与工作台2之间，厚度薄，具有与可移动块体4的平面形状相对应的矩形形状。工作台2例如通过一个未示出的比如滚珠丝杠等的驱动机构在图中的X方向上直线移动。当工作台2快速停止时，工作台2在X方向上振动(震动)。在将该导向系统装入机床中的情况下，操作员不可能执行下一个加工步骤，直到该振动停止，另一方面，在将该导向系统装入零件安装机器中的情况下，操作员不可能安装零件，直到该振动停止。该实施例中的减振垫6可抵抗并阻尼工作台在X-Y面上各个方向的振动，从而快速收敛振动。

减振垫6将以下列方式固定在可移动块体4与工作台2之间。螺丝孔4b形成在可移动块体4的顶面，螺栓孔形成在工作台2和减振垫6上以安插螺栓，工作台2和减振垫6通过紧固件比如螺栓固定在可移动块体4上。在这种固定操作中，这样控制螺栓紧固扭矩，以使得这三个元件不成为一体，并且工作台2能相对于可移动块体4稍微变形。换言之，可移动块体4和减振垫6可接合，或者减振垫6和工作台2可接合。

图3示出了减振垫6的断面图。减振垫6是通过交替层压多个薄金属层和多个阻尼层而构成的，阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量。更具体地说，金属层8是由多个薄不锈钢或铁制平板状金属层形成的，而阻尼层9是由多个薄橡胶或胶合剂平板状层形成的，这样这些层8和层9就逐一交替层压。该实施例中的减振垫6是由多个层压单元U形成的，每个层压单元U都由其上印有由橡胶制成的阻尼层9的金属层8构成。印有阻尼层9的单元U并不相互接合。阻尼层9按此方式形成，即，将具有阻尼功能的液态橡胶网印在金属层8的整个表面上，随后例如通过热处理硬化该液态橡胶。换句话说，可采用加热和加压放在金属板上的橡胶片的方法，或是通过注射成型工艺在金属板上形成橡胶层的方法。

此外，为了获得大的阻尼力，不希望单元U接合在一起，但从其易于操作的方面考虑，可将单元U接合在一起。减振垫6的最外层可设有金属层8或阻尼层9。另外，位于外面的金属层8可嵌缝，从而提供一体化的减振垫。

本实施例中减振垫6的特征要素在于，通过在各相邻的金属层8和阻尼层9之间安置一边界面10而形成薄金属层8和阻尼层9的层压层状结构。多个边界面10的位置之所以用于提供大的阻尼力的一个原因如下。当将剪切力作用在减振垫6上时，就生成一种在金属层8与阻尼层9之间的边界面10处发生移位的作用力，而按照该移位，就会让边界面10产生摩擦力，其将振动能转换成热能，从而产生阻尼力。因此，多个该边界面10的位置就生成大的摩擦力，由此产生大的阻尼力。

在一个特定的结构中，金属层8的厚度为20-80μm，阻尼层9的厚度为5-10μm。减振垫6的总厚度设定为小于1mm，在该实施例中大约为0.5mm。在金属层8和阻尼层9的厚度超过上述值的情况下，要层压的层数会减少，由此将减小阻尼力。另一方面，在金属层8和阻尼层9的厚度小于上述值的情况下，在要加载的厚度方向上的压缩负载将减少。

下面将描述为什么将减振垫的总厚度设定成小于(不超过)1mm，在该实施例中定为约0.5mm的原因所在。

当图1中所示的工作台2快速停止时，如图4所示，剪切力P被施加到减振垫6上。当施加剪切力P时，顶面相对于底面移动一个λ的量。该λ是由剪切力P引起的位移量。假定减振垫相对于厚度t移动λ的量，剪应变ψ表达为ψ＝λ/t。在材料的强度方面，在剪切力P恒定的情况下，剪应变ψ也恒定，这样当厚度t变大时，位移λ也变大。因此，通过将减振垫6的总厚度制得极薄，比如约0.5mm，因剪切力引起的位移就可能小点。另一方面，对于厚度约20mm的传统建筑上的层压橡胶来说，位移λ变得太大，因此就不适用于需要高刚度的导向系统。

另一个在该实施例中将减振垫的厚度设为约0.5mm的原因在于，通过对可移动块体4的顶面进行额外的加工例如切割，可将减振垫6装入可移动块体4中，不用改变现有可移动块体4的设计。由于无需改变现有可移动块体4的设计，减振垫6就可在装配之后加到现有机床或零件安装机器上。

此外，由于减振垫6设有多个阻尼层9，则阻断了产生于工作台侧面上的热量以防止其传递到运动导向装置上，从而实现了绝热效果。

图5示出了运动导向装置的细节。该运动导向装置包括一个作为轨道元件直线延展的导轨3和一个安装在导轨3上以相对于其滑动的可移动块体4。大量滚珠5作为滚动件被安置在导轨3与可移动块体4之间。

导轨3具有左右两侧面，两条滚珠滚槽3a、3a在其上形成，从而在导轨3的纵向上相互平行延展。

可移动块体4包括一个平中央部11和一个侧壁部12，平中央部11与导轨3的顶面相对，侧壁部12在平中央部11的左右两侧端部向下延展，从而与导轨3的侧面相对。可移动块体4还在其两纵向端(移动方向端)装有一对作为侧盖的端板13、13。可移动块体4的侧壁部12形成有两条负载滚珠滚槽4a、4a，其分别与导轨3的滚珠滚槽3a、3a相对。两负载滚珠滚槽4a、4a垂直地形成在可移动块体4的各侧壁部12上，因而，就在两侧壁部12上形成相互平行的四个负载滚珠滚槽4a、4a。

可移动块体4还在其侧壁部12垂直地设有两滚珠返回通道14、14，其被安置成在与两垂直的负载滚珠滚槽4a相隔预定距离的部分相互平行，可移动块体4还设有U形的负载滚珠滚动方向切换通道，以通过连接负载滚珠滚槽4a的端部和滚珠返回通道14使滚珠5循环。如上所述，由负载滚珠滚槽4a、成对方向切换通道和滚珠返回通道14构成一回路形滚珠循环通道。

大量滚珠5被容纳并排列在滚珠循环通道中。滚珠5可通过一个或多个滚珠护圈连成串。

侧盖(端板)13具有与可移动块体4相一致的断面形状。每个侧盖13形成有方向切换通道的外周侧。侧盖13还形成有润滑剂供给通道，以将润滑剂供给到可移动块体的负载滚珠滚槽。

当可移动块体4相对于导轨3移动时，滚珠5在负载状态下在导轨3的滚珠滚槽3a与可移动块体4的负载滚珠滚槽4a之间滚动并移动。移动至可移动块体4的负载滚珠滚槽4a的一端的滚珠5，经过一侧的一个方向切换通道、滚珠返回通道14和另一侧的另一个方向切换通道，按此顺序随后又再次在负载滚珠滚槽4a中滚动。如上所述，在滚珠5从无负载区域移动到负载区域时，就会发生轻微的振动或震动。不过，按照本实施例的减振垫6，即便是这样的振动也可被阻尼，从而是高效的。

图6示出了另一减振垫21的断面图。该减振垫21还包括多个薄金属层22和多个阻尼层23的层压结构，每一阻尼层23的杨氏模量不同于金属层22的杨氏模量，金属层22和阻尼层23被交替地层压。该实施例中的减振垫21是这样成形的，即，压制金属层22等，从而提供波纹(波浪)形状。均由橡胶层形成的阻尼层23是以波纹的形式分别印在波纹金属层22上的。减振垫21是通过层压多个单元片U形成的，每一单元片U是由其上印有阻尼层23的金属层22构成的，且印有阻尼层23的单元U并不层压在一起。金属层的厚度被设定为20-40μm，阻尼层的厚度被设定为5-10μm，而减振垫的总厚度被设定为小于1.0mm，在该实施例中约为0.5mm。

该减振垫21的特征要素在于，金属层22与阻尼层23之间的边界面24是通过提供一个交替具有波峰和波谷的波纹形状而成形的。边界面24的波纹形状以定容增大了边界面24的面积，从而导致增大了将振动能转换成热能的面积，由此获得更大的阻尼力。

本发明的减振结构并不局限于所述实施例，可作多种变换和改进而不脱离本发明的要点。例如，本发明的减振结构可被布置在需要阻尼振动或震动的机器的各个部分上，而不受限于本发明导向系统中工作台与运动导向装置之间的位置。此外，本发明的减振结构还可用到比如滚珠花键、滚珠丝杠等的运动导向装置中，而不受限于比如线性运动导向器的运动导向装置。

此外，应该注意的是，上述本发明实施例的各种变换和改进都可用来实施本发明。因而，本发明的专利权利要求书限定了本发明的范围，且权利要求书中包括的结构和等价物都应包含于其中。

于2003年5月30日和2004年5月19日申请的两日本专利申请2003-155351和2004-148908的全部内容(包括说明书、权利要求书、附图和摘要)在此完全并入以供参考。

Claims (7)

1.一种减振结构，包括多个薄金属层和多个薄阻尼层，每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量，所述金属层和阻尼层逐一交替地层压，从而提供了总厚度不超过1.0mm的减振结构。

2.如权利要求1所述的减振结构，其特征在于，减振结构的总厚度不超过0.5mm。

3.如权利要求1或2所述的减振结构，其特征在于，金属层的厚度为20-40μm，阻尼层的厚度为5-10μm。

4.如权利要求1所述的减振结构，其特征在于，所述阻尼层由一橡胶或树脂层构成并印在金属层上。

5.如权利要求1至4中任一项所述的减振结构，其特征在于，所述金属层和所述阻尼层之间存在一边界面，从而提供了一种波纹形状，其具有连续交替着的波峰和波谷。

6.一种运动导向装置，包括一个导轨和一个可移动块体，该可移动块体被布置成可沿着导轨滑动，其特征在于，多个薄金属层和多个薄阻尼层逐一交替地层压，从而提供总厚度不超过1.0mm的减振结构，其中每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量。

7.一种导向系统，包括一个基座、一个工作台和一个运动导向装置，该运动导向装置被布置在基座和工作台之间，使得工作台相对于基座可相对移动，其特征在于，所述运动导向装置包括一个安装在基座上的导轨和一个安装在工作台上以沿着导轨可滑动的可移动块体，其中多个薄金属层和多个薄阻尼层逐一交替地层压，从而提供总厚度不超过1.0mm的减振结构，其中每一阻尼层的杨氏模量不同于金属层的杨氏模量。

Images