JP2008531938A - 枢動可能に支持されたベアリング・ベースおよびベアリング・カップリングから成る気体静力学的ベアリング - Google Patents

Abstract

本発明は、ベアリング・ベース(2)をもつ気体静力学的ベアリングに関するものであり、このベアリング・ベースは、正面に平坦なベアリング面(3)と、それに対して垂直な中央のベアリング軸を有し、後面では、このベアリング・ベースがサポート・ベアリングによって、ベアリングのリテーナ(1)に枢動可能に支持されている。発明に従って、このサポート・ベアリングは、固体ジョイント(9)として構成されている。このようなベアリングは、電気コンポーネントを操作するためのドライブ・ユニットに取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベアリング・ベースをもつ気体静力学的ベアリングに関するものであり、このベアリング・ベースは、正面に平坦なベアリング面と、それに対して垂直な中央のベアリング軸を有し、後面では、このベアリング・ベースがサポート・ベアリングによって、ベアリング軸に対し横向きにベアリングのリテーナに取り付けられ、枢動可能に支持されている。

気体静力学的直線ベアリングの場合、直線状の固定型サポート・レーンの外側摺動面に沿って、平坦なベアリング面をもつベアリング・ベースを通すのが通常である。その際、摺動面から狭いすき間の中を通りベアリング面へニューマチックの圧力媒体が流れ込み、それによって、ベアリング力とニューマチック圧力との間に均衡が生じる。摺動面とベアリング面との間に正確な平行度を確実に作るために、さらに、複数の部分に分かれたボール・ジョイントを用いてベアリング・ベースをあらゆる面で枢動可能に支持することも通常である。ベアリング・ベースは、圧力ガスを通すプレッシャ・ホースに直接接続される。

本発明の課題は、このベアリングの製作および構造を簡素化することにある。

この課題は、請求項1に示されている特徴によって解決される。固定ベアリングは、ボール・ジョイントに比べ構造が単純であり、簡単な方法で組立て可能である。磨耗や遊びがないことから、リテーナの正確な位置決めに時間がかからない。この固定ベアリングは、非常に細く設計することができるので、とくに小さなベアリングに適している。

本発明の有利な形態は、請求項2〜12に示された特徴から生じる。

請求項2による貫通孔は、軸受けすき間を簡単な方法で供給できるようにし、その際、ベアリング・ベースの位置が接続されているプレッシャ・ホースによって影響を受けることはない。多数のベアリング・ベースをもつリテーナには、プレッシャ・ホースを1箇所だけ接続すればよい。圧力媒体は、個々のベアリング・ベース上に内部ダクトによって分配することが可能である。

請求項3に基づいて、たとえばリーフ・スプリングとして形成されるフレキシブル・スプリングがベアリング軸を中心とした回転に対して、支障なくベアリング・ベースを固定していることによって、固体ジョイントの断面を非常に小さくすることができる。このフレキシブル・スプリングは、非常に少ないプリ・ロードでベアリング・ベースのチルト・ポジションに適合させることができる。

請求項4に基づくサポート・ピンは非常に単純な構成部品であり、そのジョイント断面は先が次第に細くなっており、様々なサイズのベアリングに適合することができる。中心のボアによって、ベアリング・ベースとプレッシャ・ラインとの接続が簡単にできる。

請求項5に基づく形態によって、サポート・ピンが確実に固定され、固定ボルトなどを使って、適切な移動ポジションに簡単に固定することができ、それぞれの取付けサイズに適応させることができる。

請求項6による永久磁石のプリ・ロードは、その重心をベアリング軸上へ合わせることができる。それによって、ベアリング面が一定のエア・ギャップにより摺動面に対して正確に平行となる。この固体ジョイントは、磁力周辺で負荷が軽減され、柔軟性を高めるために断面を適切に縮小することができる。

請求項７によるカルダンに似たカップリングは、シャフト間の回転運動を確実に、遊びなく伝達できるようにする。その際、軸と軸との間の角度のずれは、影響を受けない。回転軸まで距離のある固体ジョイントの偏心配置によって、そのトルクは、固体ジョイントにより曲げ荷重なしに推進力として伝達される。ベアリング・ベースは、スプリングのように枢動可能なベアリングによって自動的に摺動面に位置を合わせることのできる単純な伝達エレメントとなり、それによって、シャフトは、回転運動の伝達に関しては連結されているが、自由度の面においては切離されている。ベアリング面と摺動面との間の磁気引力は、反対に作用するガス圧の下で、一定のエア・ギャップをもつ、確実に平行な調整を可能にする。このようなカップリングは、とりわけ取付け部品の回転位置決定やプリント回路基板の穴あけなどに使用する回転数の高い加工ツールの場合などで、わずかなトルクを伝達するのに適している。

請求項8によるドライブ・プレートは、個別の構成部品として、ドライブ・シャフトに固定されている。それによって、普通の電気アクチュエータを使用することができ、このアクチュエータは、正確に位置を合わせなくても、センタ・スリーブによって共通のハウジングに固定することができるため、製造および取付け経費を抑えることができる。つめは、特別な構成部品として製造されるセンタ・スリーブに一体的に設計され得る。

請求項9および10によるフレキシブル・スプリングとして働くワイヤ様のバーおよびサポート・ピンは、その位置で柔軟にベアリング・ベースを固定する。バーは、ガイドのない長い部分を有し、それによってベアリング・パッドは、磁力の下で完全に摺動面に適合することができる。短いピンは、ロータリ・ドライブのトルクをベアリング・パッドに伝達し、滑り面とベアリング・パッドの合わせ面との間の軸方向におけるわずかな角度のずれを調整するため、微妙な変形が可能である。従って、こうしたカップリングは、製造や組立ての精度を必要としない。

請求項11および12によるロータリ・ドライブとリフト・ドライブの組み合わせは、発明に基づくカップリングをとくに有利な方法で使用する。工作物を位置決めする場合には、高い精度が要求され、これは、とりわけ、わずかなトルクを確実に伝送する、センタ・スリーブおよびカップリングの気体静力学的ベアリングによって可能となる。
エア・ベアリングにより、カップリング面は頻回のリフト運動でも磨耗することがない。一方の終端で、細いタペットをリフト・ドライブと接続することができ、このタペットは、その伸縮性により、軸位置に関してセンタ・スリーブから分離されている。

発明の実施形態の例を図に示し、以下に詳しく説明する。

図1では、ベアリング・ベース2付き移動リテーナ1が気体静力学的ベアリングを構成し、これは、ベアリング・ベースの平坦なベアリング面とともに、直線状の固定型サポート・レーン5の平坦な摺動面4の上で移動可能なように支持されている。ベアリング・ベース2は、中央部分で細くなっているシリンダ形サポート・ピン6により、ベアリング面3に対して垂直なベアリング軸の付近で、リテーナ1に保持されており、このサポート・ピンは、その終端でボルト7によってリテーナ1またはベアリング・ベース2の固定ボア8に固定されている。サポート・ピン6のかなり細くなっている短い中央部分はガイドがなく、固体ジョイント9を形成し、これがわずかな偏向力によって、ベアリング・ベース2の軽微な横揺れを生じさせる。サポート・ピンは軸方向の貫通孔10を有し、これを通じてベアリング・エアはリテーナ1からベアリング・ベース2へと流れ、そこで摺動面4に向かい合うベアリング・ベース2のベアリング面3に分配され得る。その他にも、気体静力学的ベアリングのためのプレッシャ・エアは、ガイド・レール5によって摺動面4へ導かれることができる。

あらゆる面に枢動可能なベアリング・ベース2は、固体ジョイント9に加え、そのエッジ部分で、摺動面3に対して垂直に動くことのできるU字形に曲げられたフレキシブル・スプリング11の先端部と接続されており、このフレキシブル・スプリングは、もう一方の先端でリテーナ1に固定されている。薄いリーフ・スプリングとして形成されたフレキシブル・スプリング11は、通常の状態ではテンションを有していないため、微小な動きでは、ベアリング・フォースに比べ、わずかなスプリング・フォースしか生じない。しかし、U字形に曲げられたフレキシブル・スプリング11は、その側面の剛性によって、ベアリング・ベース2がベアリング軸の周りを回転するのを阻止する。

図2、3および4では、電気コンポーネント12を使用するためのドライブ・ユニットが、主にシリンダ形で、軸方向に移動でき、回転可能な、構成部品1の真空グリッパー16付きセンタ・スリーブ15のための垂直なボア14を有している。ここでは、下方のリフト・ポジションにおけるセンタ・スリーブ15が示されている。

センタ・スリーブ15は、電気リニア・モータの形式においてはリニア・ドライブ17によって、電気モータの形式ではロータリ・ドライブ18によって作動し、このロータリ・ドライブは、ハウジング13上部のボア14の上で、ほぼこれと同軸に固定されている。リニア・ドライブ17は、ロータリ・ドライブ18の上部にあり、その固定部品がハウジング13と接続されている。ロータリ・ドライブ18に対面するリニア・ドライブ17のロータ19は、ボア14の軸方向に動くことができ、ロータリ・ドライブ18とほぼ同軸に配置されている。このロータリ・ドライブは、回転可能な中空のドライブ・シャフト20を有し、このドライブ・シャフトがハウジング13の中で気体静力学的に支持されているセンタ・スリーブ15と、カップリング21によって接続されており、このカップリングは、ドライブ・プレート22と、もうひとつのベアリング・ベース23、センタ・スリーブ15横側のつめ24から成る。

リテーナの役割を果たすドライブ・プレート22は、プレート形のスリーブ25でドライブ・シャフト20の上に固定され、そこから弓形の脚部26がセンタ・スリーブ15の方向へ突き出ている。ベアリング・ベース23は、脚部26で、もうひとつの固体ジョイントを形成する一方のサポート・ピン27によって保持され、このサポート・ピンはボアの軸方向に対して垂直に伸びている。もうひとつのベアリング面28は、ボアの軸方向に平行に通っている。センタ・スリーブ15に形成されているつめ24は、ドライブ・シャフト20の方向に突き出し、ボアの軸方向に並行なもう一方の摺動面29で脚部26とオーバーラップする。ここでは、フレキシブル・スプリングが、ボアの軸方向に平行で、柔軟性のある変形可能なバー30で示されており、その先端は、スリーブ25またはベアリング・ベース23に固定されている。ワイヤに似たバー30およびサポート・ピン27は、ベアリング・ベース23をカルダンのようにフレキシブルにラフなポジションに固定している。その先端で長さが調整できるように固定されているバー30は、ガイドのない、弾力のある長い部分を有する。

もうひとつのボルト31によってベアリング・ベース23に調整可能に固定されている短いサポート・ピン27は、ロータリ・ドライブ18のトルクをベアリング・ベースに伝達し、僅かに変形可能である。つめ24の摺動面29は、狭く設定されたエア・ベアリング・ギャップを隔てて、ベアリング・ベース23のベアリング面28と平行に向かい合っている。ベアリング・ベース23は永久磁石32を有し、これは、挿入されているつめ24の鋼板33およびギャプ内のエア・プレッシャに対して、ベアリング・ベース23を緊張させる。バー30およびサポート・ピン27の柔軟性によって、ベアリング・ベース23のベアリング面30は、摺動面29に対して正確に平行になるため、ベアリング・ベース23は、つめ24に対して比較的ベアリング・クリアランスがなく軸方向へ移動可能である。この方法で、ドライブ・シャフト20の回転ポジションが、正確にセンタ・スリーブ15へ伝達され、その際、両方の回転軸が正確に一致している必要はない。

リニア・ドライブ17のロータ19は、薄いパイプ形のリフト・タペット34を介して、中空のドライブ・シャフト20とベアリング・ベースによってセンタ・スリーブ15と接続されている。センタ・スリーブでは、ロータが、クランプ・ジョイント35によって固定コーンの方法で固定されている。ロータ19のリフト運動は、その際、遊びなくセンタ・スリーブ4に伝達される。構成部品1のための真空グリッパー16は、カップリング21に向かい合うセンタ・スリーブ15の下方先端で、軸方向に弾力的に支持されている。

本明細書の中でエア・ベアリングとして呼ばれている空気静力学的ベアリングは、空気の代わりに、その他の適切な圧力ガスによっても使用可能である。

本発明は、発明の一般的説明にのみ用いられた上記の実施例に限定されない。保護範囲の枠内において、本発明に基づく装置は、むしろ上述の形態以外のものも受け入れることができる。その場合、装置は、請求項の個々の特性を組み合わせた特別な特徴を有している。

請求項、明細書および図の中の数字は、本発明をより分かりやすく理解するためにのみ使用されており、保護範囲を制限するものではない。

ベアリングのための固定型ベアリング・レーン付き気体静力学的ベアリングの断面。 図1のベアリングおよびハウジングを装備したドライブ・ユニットの垂直な縦断面。 ハウジングのない図2のドライブ・ユニット部分による別の縦断面。 図3を部分的に拡大した透視図。

符号の説明

１ リテーナ
２ ベアリング・ベース
３ ベアリング面
４ 摺動面
５ ガイド・レール
６ サポート・ピン
７ ボルト
８ 固定ボア
９ 固体ジョイント
１０ 貫通孔
１１ フレキシブル・スプリング
１２ コンポーネント
１３ ハウジング
１４ ボア
１５ センタ・スリーブ
１６ 真空グリッパー
１７ リニア・ドライブ
１８ ロータリ・ドライブ
１９ ロータ
２０ ドライブ・シャフト
２１ カップリング
２２ ドライブ・プレート
２３ ベアリング・ベース
２４ つめ
２５ スリーブ
２６ 脚部
２７ サポート・ピン
２８ ベアリング面
２９ 摺動面
３０ バー
３１ ボルト
３２ 永久磁石
３３ 鋼板
３４ リフト・タペット
３５ クランプ・ジョイント

Claims (12)

1. ベアリング軸付近に配置されたサポート・ベアリングが固体ジョイント(9)として形成されていることを特徴とし、正面に平坦なベアリング面(3、28)と、それに対し垂直な中央のベアリング軸を有し、後面では、サポート・ベアリングによって、ベアリングのリテーナ(1)に枢動可能に支持されているベアリング・ベース(2、3)をもつ気体静力学的ベアリング。
2. 固体ジョイント(9)がベアリング・ベース(2、23)に圧力ガスを供給するため、中央部に貫通孔(10)を有していることを特徴とする、請求項1に記載のベアリング。
3. あらゆる面に枢動可能なベアリング・ベース(2、23)に、固体ジョイント(9)の他に、ベアリング軸の外でフレキシブル・スプリング(11)が取り付けられており、その取付け位置はベアリング面(3、28)に対して垂直に動くことが可能であるが、ベアリング・ベース(2、23)の周囲方向には不可動であることを特徴とする、請求項1または2に記載のベアリング。
4. 固体ジョイント(９)が、ベアリング軸に平行に伸びているサポート・ピン(6、27)によって形成されており、このサポート・ピンがリテーナ(1)およびベアリング・ベース(2、23)の固定ベアリングの中に固定され、固定ベアリング間の自由な部分はフレキシブルに形成されていることを特徴とする、請求項1、2または3に記載のベアリング。
5. 少なくとも固定ベアリングのひとつが、リテーナ(1)またはベアリング・ベース(2、23)に1個の固定ボア(8)を有し、その中にシリンダ形のサポート・ピン(6)が前後方向に移動可能なように挿入され、固定されていることを特徴とする、請求項4に記載のベアリング。
6. 永久磁石によってテンションをかける手段をもつベアリング・ベース(23)で、そのベアリング面(28)にガイド・レーン(5)の補助摺動面(29)が取り付けられていることを特徴とする、請求項4に記載のベアリング。
7. ドライブ・プレート(22)として形成されたリテーナが、2つのシャフトのひとつに固定されていること、ベアリング・ベース(23)の平坦なベアリング面(28)が、回転軸に平行に伸びていること、もうひとつのシャフトは、ベアリング面(28)にオーバーラップして、このベアリング面に適合する摺動面(29)を有すること、固体ジョイントが、回転軸と距離を置いてシャフトに配置されていることを特徴とし、2つのシャフトは互いに軸方向に移動可能であって、前述の請求項に記載の静力学的ベアリングを具備し、ほぼ同軸の2つのシャフトを耐トルクであるように接続するためのカップリング。
8. シャフトのひとつが、軸方向に不可動のドライブ・シャフト(20)として形成されており、このシャフトのフロント・エンドにドライブ・プレート(22)が固定され、その脚部(26)がもう一方のシャフトの方向へ突き出し、ベアリング・ベース(23)を保持していること、他方のシャフトは、軸方向に可動であるセンタ・スリーブ(15)として形成され、ドライブ・シャフト(20)の方向へ突き出したつめ(24)を有し、そこに摺動面(29)が形成されていることを特徴とする、請求項6に記載のカップリング。
9. ドライブ・プレート(22)が、ドライブ・シャフト(20)の先端に押し込まれたスリーブ(25)と、ドライブ・シャフトの自由な脚部の先端に、ベアリング・ベース(23)のためのサポート・ピン(27)を有していること、ベアリング・ベース(23)がスリーブ(25)への移動方向において、塞がれていない間隔を有していること、フレキシブル・スプリングがドライブ・シャフト(20)の回転軸に対して平行な薄いバー(30)として形成されており、このバーは、スリーブ(25)とベアリング・ベース(23)に固定されていることを特徴とする、請求項7に記載のカップリング。
10. 直線状で、断面の丸いバー(30)が、少なくともその一方の先端で、スリーブ(25)またはベアリング・ベース(23)のボアに前後方向に移動可能であるように固定されていることを特徴とする、請求項8に記載のカップリング。
11. カップリング(21)が、エア・ベアリングのセンタ・スリーブ(15)のためのロータリ / リフト・ドライブをもつ電気モータ・ユニットの部品であり、センタ・スリーブの一方の先端で位置決めの可能な、工作物をキャッチするための手段を有することを特徴とする、請求項6〜10に記載のカップリング。
12. センタ・スリーブ(15)が薄い同軸のリフト・タペット(34)を固定するための手段を有していること、ドライブ・シャフト(20)が中空のシャフトとして形成されており、その中を通ってリフト・タペット(34)が移動可能になっていることを特徴とする、請求項11に記載のカップリング。

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