JPH017849Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、軸体および軸受を非接触に軸支する
ことのできる動圧気体軸受装置に関する。

従来、動圧気体軸受装置として、円筒軸受に軸
支される円柱状の軸体の外周面上にヘリングボー
ン（herring bone）状すなわち軸方向に対して
一定角度傾斜した複数の溝が刻設されたヘリング
ボーン溝軸受装置が用いられている。上記ヘリン
グボーン溝は、溝深さが数10μm程度以下であり
かつ軸線に対して一定角度傾斜しているので通常
の機械加工は適用できず溝加工は例えば化学腐食
加工などのような特殊加工に依拠している。とこ
ろが、上記化学腐食加工はパターン作図、フイル
ム作成、レジスト塗布、露光、エツチング等のよ
うな複雑な工程を経由しなければならないので、
生産能率がすこぶる低いのみならず、化学腐食に
より溝を形成するので、溝の断面形状は角形状に
限定されてしまい、動圧の発生という点からは好
ましくない。しかも、溝は軸線方向に対して一定
角度傾斜しているので軸体の回転方向が定まつて
しまい、まんいち逆回転した場合、重大な損傷を
招来する虞がある。

本考案は、上記事情を勘案してなされたもの
で、軸体の外周面に横断面形状が左右対称の円弧
状をなし且つ軸方向に平行な溝を複数個等配して
設けることにより、機械加工が容易で軸受として
の性能が向上した動圧気体軸受装置を提供するこ
とを目的とする。

以下、本考案を図面を参照して実施例に基づい
て詳述する。

第１図に示す動圧気体軸受装置は、いわゆるジ
ヤーナル軸受の一種で、円筒状の軸受１と、この
軸受１により軸支された上記軸受１よりもわずか
に小さい径の円柱状の軸体２とから構成されてい
る。そうして、第２図に示すように、軸体２の外
周面上にはこの軸体２の中心軸線と平行な複数の
直線状の溝３…が等配して形成されている。この
溝３…は、たとえばボールエンドミルを用いたフ
ライス加工で製作されていて、各溝３…の中心軸
線に直角な断面形状は、第３図に示すように、円
弧で、その最大深さは、数10μmないし数100μm
の範囲内である。そうして、各溝３…の中心軸線
に直角な断面形状は左右対称になつている。

しかして、この動圧気体軸受装置において軸体
２をたとえば10000r.p.m以上の高速で回転させる
と、回転にともなつて第３図中の動圧曲線４で示
すような動圧が発生し、軸体２は軸受１に対し完
全非接触で軸支される。上記動圧は、溝３…中に
巻き込まれた空気の渦動と、各溝３…の軸受１内
周面に対するくさび作用とが相俟つて発生するも
のである。したがつて、本実施例の動圧気体軸受
装置を用いたスピンドルでは、数万r.p.mの回転
を安定して、かつ高精度で得ることができる。ち
なみに、第４図は、本実施例の動圧気体軸受装置
と従来のヘリングボーン溝軸受装置との回転安定
性を示している。この図において、Λは、圧縮数
（Compressibility Number）と呼ばれる無次元
数であつて、次式で与えられる。

Λ＝6μω／Pa（Ｒ／Cr）² … ただし、μは気体粘性係数、ωは回転角速度、
Paは大気圧、Ｒは軸体の半径、Crは軸受の半径
すきまである。一方、は、安定限界値と呼ばれ
るもので次式で与えられる。

＝ω（MCr／PaLD）_1/2 … ただし、Ｌは軸体の長さ、Ｄは軸径であつてＲ
の２倍、Ｍは軸体の質量である。この第５図にお
いて溝深さは、次式で与えられる。

＝δ／Cr … つまり、＝１の場合は、半径すきまと溝深さ
が等しいことを示している。この第４図において
は、が１，２，３である本実施例の動圧気体軸
受装置の安定・不安定領域及びが1.35みぞ流入
角βが25゜のヘリングボーン溝軸受装置の安定・
不安定領域が示されている。ただし、この場合、
偏心率ε＝0.5L／Ｄ＝１となつている。この図に
おいて、不安定領域においては、ふれまわりが発
生し不安定現象を生じ、他方の安定領域において
はふれまわりは生じず高精度の回転を得ることが
できる。かくして、第４図が示すように、本実施
例の動圧気体軸受装置は、ヘリングボーン溝軸受
装置に比べて例えばΛ＝50以上の大きなΛ領域に
ても回転安定性を維持することができる。つま
り、本実施例の動圧気体軸受装置は、ヘリングボ
ーン溝軸受装置に比べてより高速域、あるいは軸
受すきまがより小さい場合でも安定して焼付きを
生じることなく使用できる。したがつて、設計条
件を広く取ることができる結果、軸受装置として
の汎用性が格段に向上する格別の効果を奏する。
さらに、上述のように、溝３…は軸体２の中心軸
線に平行かつ直線状に形成されているので、機械
加工により溝３…の断面形状を円弧に形成するこ
とが可能となり、従来の特殊加工による溝形成に
比べて、より能率的かつ高精度で溝加工を行なう
ことができる。したがつて、溝３…の断面が円弧
に形成されていることにより、従来のヘリングボ
ーン溝のような角形状に比べて、動圧が大きくな
り気体軸受としての性能が向上する。さらにま
た、溝３…は横断面形状が左右対称の円弧状をな
し、なおかつ、中心軸線に平行かつ直線状に形成
されているので、正逆いずれの方向の回転に対し
ても同一の軸受性能を得ることができる。

なお、上記実施例においては、各溝３…の軸方
向に直角な断面形状は円弧であるが、これに限る
ことなく、軸方向に直角な断面が左右対称であれ
ば楕円弧でもよい。

以上のように、本考案の動圧気体軸受装置は、
軸体の外周面に横断面形状が左右対称の円弧状を
なし且つ軸方向に平行な複数の溝を等配したもの
で、溝形成に通常の機械加工を適用することが可
能になるので、従来のヘリングボーン溝軸受装置
に比べて溝形成を迅速、高精度かつ廉価で行なう
ことができるようになる。しかも、軸受特性が向
上しなおかつ正逆いずれの方向の回転に対しても
同一の軸受性能を得ることができるようになる結
果、ヘリングボーン溝軸受装置よりも軸受設計条
件が緩和するので、軸受装置としての汎用性が向
上するという格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例における動圧気体軸
受装置の軸方向に直角な断面図、第２図は第１図
の動圧気体軸受装置の斜視図、第３図は同じく第
１図の動圧気体軸受装置の要部断面図、第４図は
軸受の安定曲線を示すグラフ。 １…軸受、２…軸体、３…溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円柱状の軸体と、この軸体を軸支する軸受とを
   備え、上記軸体の外周面には軸方向に直角な横断
   面形状が左右対称の円弧状をなしかつ上記軸方向
   に平行な動圧発生溝が複数本等配して形成されて
   いることを特徴とする動圧気体軸受装置。