(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された流体ベアリングを使用し、１つ又は１組の精密な機械ベアリング・レールを備え、そして通常は加圧された流体がベアリング・レールに適用される所定の領域、精密に製造されたモジュール式のベアリング・パッド、及びベアリング・レール上に配置されたときにベアリング・パッドを取り囲む粗い内側表面を持つキャリッジ又はハウジングを有する、精密な直線運動、又は回転運動システムを製造する方法であって、前記方法が、
ベアリング・パッドをその内側をベアリング・レールに向けて所定の位置に配置するステップ、
ベアリング・パッドとベアリング・レールの間の前記所定の領域のみに真空を適用し、キャリッジ又はハウジングの粗い表面とベアリング・パッドの外側との間に隙間を残しながら、好適な位置にベアリング・パッドを平坦に保持するステップ、
ベアリング・パッドの外側とキャリッジの粗い内側表面との間の前記隙間を充填するために、安定化用エポキシを注入して、ベアリング・パッドを正確に調整された位置に保持するステップ、及び
真空の供給を止め、ベアリング・パッドの内側とベアリング・レールの間に加圧されたベアリング流体を適用して、その間に動作流体フィルムを提供するステップを含むことを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
ベアリング・パッドが流体自己補償型であり、流体が液体であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ベアリング・パッドが多孔性グラファイトを含み、流体が気体であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ベアリング・パッドがポケット、及びポケット内への流れを調整する流体の流れを調整する装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本願発明は、外部から加圧されるベアリング・アセンブリ、及びそれと同等のものを製造する方法に関し、これまでベアリング・レールとベアリング・パッドのみが精密に製造されることを要求されたものより、格段に容易な方法を提供する。以前はベアリングがベアリング・レールに対して正確に配列され、位置づけられることを保証するために精密に製造される必要があったが、本願発明では、レール上を移動するキャリッジの、それを支持するベアリングが取り付けられる表面が、特別なエポキシ・ポッティングで処理されるので、精密でない表面で製造することができる。
発明の背景
外部から加圧されるベアリングは、多孔性カーボン、オリフィス、及びステップ補償気体ベアリングとオリフィス・セルフ・ダイアフラム（orifice self diaphragm）、又は他の同様な流体補償ベアリングを含む。こうしたベアリング全ては共通点を有しており、それは、外部供給線に接続されたポケット領域（多孔性グラファイトの場合に比べて大きいか又は小さい）の存在、ベアリングを外部圧力供給に接続する供給線の存在、上をベアリングが移動するベアリング・レール、又はシャフトに関して非常に高い精度で位置づけられる必要性、及びベアリングがハウジングに関して支持されるようになっているキャリッジ、又はハウジングである。
今まで、ベアリングが取り付けられるキャリッジ上の表面は、ベアリング・パッドがその表面に取り付けられた場合に、アセンブリ全体がベアリング・レール又は挿入シャフト上を滑動できるように精密に製造されることが多かった。言うまでもないが、この方法は非常に費用がかかり、全てのレール・アセンブリが慎重に計測される必要があり、次にキャリッジが慎重に製造されてレール・アセンブリに適合され、そうして各システムが適合された組からなることになる。
代替手段は、ベアリング・パッドを、ベアリング・レールやシャフトに接するようにベアリング・パッドの背面を押す、とめネジを用いた、精密に製造されていないキャリッジを使用することである。ここで、エポキシがベアリング・パッドの背面とキャリッジ又はハウジングの粗い内側表面の間の隙間に注入される。この方法は、１つの非常に重大な欠点を有している。とめネジの力が、ベアリングの隙間を不均一にするベアリング・パッドの形状の局部的な押し下げを生じさせ、それによって、ベアリング・レールの形状、及び取り付けにおける誤差によって生じる隙間の変化に対する感度が増大する。このことは、一旦機械が動作可能になると、「クラッシュ」の可能性を増大させる。更に、セラミック構造に関し、孔を集中させる応力を有することが高価で望ましくない場合、又は幾つかのタイプのハウジングでは、この方法で製造された補助孔は受け入れられない。パッドの変形を防止するのに十分に薄いベアリング・パッド又は有効なとめネジが用いられる場合に、好ましい結果が得られるが、費用は増大する。
ベアリング・レールに接触しているベアリング・ブロックと構造物の間の好適な結合を開発するための他の技法も提案されている。ペンシルヴァニア州AstonのDevitt Machineryとペンシルヴァニア州MontgomeryのPhiladelphia Resinsは、縮まないように設計され、ベアリング・ブロックと構造体の隙間に充填される特別のエポキシを多年にわたり販売している。この処理は通常、本願出願人に許可された米国特許第5,102,235号に記載されているような直線ガイド・タイプのベアリングに用いられる。平行調整レールは機械の台に対してボルトで締められ、そのレールの各々にキャリッジが取り付けられる。この設計によって、キャリッジはベアリング・ブロック越しに位置づけられ、その後、高い実効粘性を有する非ニュートン・エポキシが、ベアリング・ブロックの上部とキャリッジの精密でない下側部分との間の空間に注入される。こうして、キャリッジはベアリングに関して配置され、キャリッジとベアリングの間の取付表面を精密に製造することを必要とせずに、所定の位置に保持される。とめネジは通常、エポキシの注入前にキャリッジの位置を調整するのに使用される。
Knight他の米国特許第4,626,299号は、他の者に日常茶飯的に用いられているが、機械ツールの台に滑り溝を取り付け、その滑り溝と機械ツールの間を接着剤で満たすための同様の方法を記述している。米国特許第4,726,103号では、構成要素を一緒にボルトで締め、それらをとめネジと共に位置づけ、その後エポキシを注入する。
この発想の別の変形は米国特許第4,863,149号に記述してあり、この発明は、エポキシが注入されている間に、上下逆さまになったキャビティのローラ・ボール内の位置に先細の仮受板を配置／保持する「アーム」を有する複雑な定着アセンブリを使用する。この定着物は、「アーム」がキャビティ内に伸ばされている間、仮受板をそのアームに保持する電磁石を有する。エポキシが硬化した後、これらの磁石は離され、定着「アーム」は引っ込められる。仮受板は先細になっており、ベアリング・キャビティ内に滑動するよう反対方向に位置づけられたベアリング・アセンブリとともに、ベアリング・キャビティ内に位置づけられる。先細が対向しているために、ベアリング・アセンブリが定着する（即ちそれらの事前設置）位置における深さは、ベアリングをキャビティ内で縦方向に移動させることによって調整可能である。ネジ・アセンブリは各形状の縦方向の軸に沿って含まれる。
製造の他の実施は米国特許第4,970,773号に記載されており、この発明は、操作表面をMagLev電車上に位置づける方法／装置である。側部レールが定着物によって所定の位置に保持されており、側部レールの内側と線路（track）の外側との間の空間がコンクリートで満たされている、電車に関する構造物に対して適切な位置に長いレールを取り付けることは、同様のものであると見ることができる。他の同様の特許は、米国特許第5,065,489号であり、これはコピー機の複数の部品に適応し、これらの部品は合致するよう取り付けるために好ましい配列でなければならない。保守の間、機械は、再組立を容易にするために除去され、かつ調整されなければならない。「調整部材」が、既に設置され、調整されている構成要素の上を滑動し、調整された構成要素と部材の内側との間にキャビティを形成し、そのキャビティが接着剤で満たされ、接着剤が注入されたときと同じ相対位置に、接着剤が各部を保持するので、それによって除去と再設置が容易な１つの一体化された部品ができあがる。ベアリングの製造に戻ると、前述の複数の特許で述べられているベアリング製造システムは、転がり要素を有するベアリングをベースにした機械の製造方法を記載している。しかし、これらは、本願発明の外部から加圧されるベアリング・アセンブリと比べて機能的に、及び製造方法において大きく異なっている。本願発明は、静圧ベアリングを通る流れが、ベアリング・レールに対して正確な位置でそのベアリングを保持するために逆方向にされ、次に、そのベアリングが所定の位置にエポキシによって保持される。正方向の圧力に復旧させると、ベアリングは通常に機能する。ここで述べる真空方法は、一様に分配された力の最も高いレベルを実際に提供し、ベアリング表面をベアリング・レールに引きつける。このことによって、精度と長期間にわたる安定性の達成を保証する助けとなる小さい応力を用いた方法で、表面の正確な適応がなされる。
発明の目的
従って、本発明は、全ての部品に正確な製造を要求しないというわけではなく、ベアリング・レール（即ち、長い直線の平行な表面、又は単一の直線シャフト）、及び交換式のベアリング・パッドだけは正確な製造を要求する、正確な直線運動、又は回転運動システムを製造するための、新しく、かつ改良された方法を目的とする。
本発明の別の目的は、自動的に精度調整とベアリング・レールに関するベアリングの位置を保証するような方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、以降で記述され、より詳しくは請求の範囲に記載される。
発明の概要
要約すれば、本発明は加圧された流体ベアリングを使用する、正確な直線運動、又は回転運動システムを製造するための方法を含み、１つ又は１組の正確な機械ベアリング・レール、正確に製造された交換式のベアリング・パッド、及びレール上に配置されたときにベアリング・パッドを取り囲む正確でない内側表面を有するキャリッジ／ハウジングからなり、ベアリング・パッドをその内側をレールに向けて所定の位置に配置し、加圧された流体が普通にベアリング・レールに適用されて、ベアリング・パッド・フラットを、キャリッジ／ハウジングの正確でない表面とベアリング・パッドの外側との間の隙間が残っている間に、それらの好適な位置に保持する場合に真空を適用し、ベアリング・パッドの外側とキャリッジの正確でない内側表面との間の前記隙間を充填するために、安定エポキシを注入して、ベアリング・パッドを正確に調整された位置に保持し、真空の供給を止め、ベアリング・パッドの内側とレールの間に加圧されたベアリング流体を適用して、その間に動作流体フィルムを提供することを含む。
好適、及び最善の実施例は以降で記述する。
本発明は、以下の図面に関連して説明される。
【図面の簡単な説明】
図１は、キャリッジがシステムに配置される前でかつ、エポキシの注入が行われる前の、真空手段によってレールに保持される交換式のベアリング・パッドを有する典型的なベアリング・レール・システムの等角図である。
図２は、エポキシの注入が行われた後の、真空手段によってレールに保持される交換式のベアリング・パッドを有し、キャリッジがシステムに配置される典型的なベアリング・レール・システムの等角図である。
図３は、真空によってレールに吸引される直前の、ベアリング・レール（明確には示していない）の周りに構成される２つの対向するベアリング・パッドの等角図である。
図４は、ハウジングがシステムに配置される前でかつ、エポキシの注入が行われる前の、真空手段によってシャフトに保持される交換式ベアリング・パッドを有するスピンドル・シャフトの等角図である。
図５は、エポキシの注入が行われた後の、真空手段によってシャフトに保持される交換式のベアリング・パッドを有し、ハウジングがシステムに配置されるスピンドル・シャフトの図である。
発明の説明
一般に、正確に動作するシステムは、１組の正確な機械ベアリング・レール（即ち、長い直線の平行な表面、又は単一の直線シャフト）、正確に製造された交換式のベアリング・パッド、及びキャリッジ又はハウジングから製造されており、キャリッジ又はハウジングがレール上に配置され、通常ベアリング・レールに加圧された潤滑油を供給するために使用されるポート上に真空を設定することによって所定の位置に保持されるときに、その正確でない内側表面がベアリング・パッドを取り囲むようになっている。ハウジング又はキャリッジの正確でない表面と、ベアリング・パッドの背部との間には隙間が残っており、その中に、安定エポキシが注入され、ベアリング・パッドの背面とキャリッジの正確でない内側表面との間の隙間を充填する。アセンブリは、ベアリング・パッドがエポキシによって所定の位置に保持され、潤滑油に関する外部圧力源の供給が開始されるときに、キャリッジ又はハウジングがシャフトに関する移動の全範囲にわたって移動するにつれて、システムがベアリング・パッドの表面と、レール又はシャフトとの間に十分で一様な流体又は気体フィルムを提供するのに十分な程度に拡張されるように、ベアリング・レール又はシャフトを、所望の直線誤差と平行誤差を有するように製造し、キャリッジ又はハウジングを所望の剛性を有するように製造することによって形成される。代替案として、孔を有する薄いシム・ストック（例えば10ミクロンの薄さ）が、真空の供給前に、１つ又は複数のベアリング・パッドとレールの間に配置されうる。エポキシが注入され硬化した後、圧力をかけると、このシム・ストックは簡単に除去される。
直線運動システムの適用例に関して、図１は、機械の台６にボルト、又はその他の手段で取り付けられた、正確なベアリング・レール5a及び5bを有する機械の台６を示している（例えば、レールは、台の統合された部分とすることもできる）。キャリッジ９はＺ方向に、交換式静圧ベアリング・パッドの対1aと3a、及び1bと3bで支持されてレール5a上を移動し、更に前記キャリッジは1cと3c、及び1dと3dとで支持されてレール5b上を移動する。キャリッジ９はＹ方向に、交換式静圧ベアリング・パッドの対2aと4a、及び2bと4bで支持されてレール5a上を移動する。ベアリング・パッドは、ホース・システム８によってパッドと結合されている真空システムを使用することによってレールに保持される。
図３は通常のパッドの構成をより詳しく示したものである。ここで、交換式自己補償型ベアリング・パッド20及び40が、例えば米国特許第5,104,237号に記載されるように使用される。孔21、25、41、及び45は、マニホルドをベアリング・ブロックに保持するために使用されるボルト孔である。このマニホルドは高圧流体を、補償器内の孔32に接続された孔24に供給する。流体は補償地域33を横断して溝34、及び孔35内に流れる。孔35は、ここでは明確に示していないマニホルドによってベアリング40上の孔42に接続されている孔23に接続されている。逆に、孔43は、マニホルド手段によって孔22に接続される。ベアリング・パッド40上の補償器からの流体は、こうして孔28を介して反対側のベアリング・ポケット27に向かう。
ここで述べる新しい製造手順に関して、孔22と孔42は、ベアリング・レール上に平坦に配置されているベアリング・パッドを吸引する真空システムに接続されている。孔45は孔50によってベアリングの背部のポケット49に接続されうる（又は、ベアリングの背面が平坦であり得る）。次にエポキシがベアリング・パッドとキャリッジの間に注入される。この結果が図２に示されている。見ることができるエポキシ層は10a、11a、12a、及び13aであり、それぞれベアリング・パッド1a、2a、3a、及び4aをキャリッジ９に対し固定しており、10c、及び12cはそれぞれ、ベアリング・パッド1c、及び3cを固定している。
例えば本出願人に許可された米国特許第5,281,032号のような、回転運動システムに対する適用例に関して、図４が、正確なベアリング・ユニツト51a、51b、51c、51d、52a、52b、52c、及び52dを有するシャフト71を示している。これらの部分は、シャフト71と対向するベアリング表面に内部的に接続されている61a、61b、61c、及び61dのようなポートを通して真空によってシャフト71に保持されている。図５は、ハウジング70がエポキシ層を介してベアリング・パッドに固定された最終的なアセンブリを示しており、ここで、例えばベアリング・パッドは51a、51b、51c、及び51dであり、エポキシ層は55a、55b、55c、及び55dである。
従って、要約すると、本発明は１つ又は１組の正確な機械ベアリング・レール（即ち、長い直線の平行な表面、又は単一の直線シャフト）、正確に製造された交換式のベアリング・パッド、及びキャリッジ又はハウジングからなる正確な直線運動、又は回転運動システムを製造する方法を含んでいる。前記キャリッジ又はハウジングは、キャリッジ又はハウジングがレール上に配置され、通常ベアリング・レールに加圧された潤滑油を供給するために使用されるポート上に真空を設定することによって所定の位置に保持されるときに、ベアリング・パッドを取り囲むようになっている。ハウジング又はキャリッジの正確でない表面とベアリング・パッドの背面との間の隙間が残っており、その中に安定エポキシが注入されて、そのベアリング・パッドの背面とキャリッジの正確でない内側表面との間の隙間が充填される。これらの目標はまず、ベアリング・パッドがエポキシによって所定の位置に保持され、潤滑油に関する外部圧力源の供給が開始されるときに、キャリッジ又はハウジングがシャフトに関する移動の全範囲にわたって移動するにつれて、システムがベアリング・パッドの表面と、レール又はシャフトとの間に十分で一様な流体フィルム又は気体フィルムを提供するのに十分な程度に拡張されるように、ベアリング・レール又はシャフトを、所望の直線誤差と平行誤差を有するように設計し、キャリッジ又はハウジングを所望の剛性を有するように設計することによって達成される。代替案として、孔を有する薄いシム・ストック（例えば10ミクロンの薄さ）が、真空の供給前に、１つ又は複数のベアリング・パッドとレールの間に配置されうる。エポキシが注入され硬化した後、圧力をかけると、このシム・ストックは簡単に除去される。
ベアリングとキャリッジは、金属、多孔性グラファイト、重合体、セラミック、その他の様々な材料で構成することができ、ベアリング流体は、水、空気を含む液体、又は気体とすることができる。更なる本発明の変形が当業者によっても行われる可能性があり、そうした変形の全ては請求の範囲によって定義された本発明の意図、及び範囲内に含まれるものと考えられる。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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