JPH0198710A - 静圧気体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高速に回転するフランジを有する回転体を
コンプレ、す等の外部の給気源から供給された気体によ
って非接触に支持する静圧気体軸受の構成に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の静圧気体軸受の一般的な構造としては、
第３図に示すものが周知である。

第３図において、フランジ１を有する回転体２はビルト
インモータ３により回転駆動され、コンプレッサ等の給
気源４にて圧縮された気体がフィルタ５及びレギュレー
タ６を通過した後、気体供給ロアから気体軸受部に供給
される。

気体軸受部は、ラジアル軸受部材８．ラジアル軸受部８
１とスラスト軸受部９１とを有する軸受部材１０、及び
回転体２の７ランジ１に対向するスラスト軸受部材９か
ら構成されている。気体供給口７から供給された気体は
、ラジアル軸受部材８．軸受部材１０．及びスラスト軸
受部材９に形成された微小な径を有する給気孔１３ａ、
　８１ｇ、　９１ａ、及び９ａから回転体２あるいはそ
の７ランジ１に向けて放出され、回転体２をラジアル軸
受部材８．軸受部材１０．スラスト軸受部材９に対して
非接触状態にして支持している。

また、１１は供給された気体をシールするための０リン
グであって、ラジアル軸受部材８の外周及び軸受部材ｌ
Ｏの外周に形成された周溝８ｂ及び８１ｂに嵌入されて
いる。

ところで、上記の如く構成された静圧気体軸受において
、回転体２の回転数を上昇させていくと、回転体２のラ
ジアル方向の軸変位は第４図に示すように変化する。す
なわち、回転数を上昇させてい（と、まずｎｌとｎ２の
回転数において％　２つの共振点２１．２２が現われる
。これらの共振点は、回転体２の重量とラジアル軸受部
材８．軸受部材１ｏのバネ剛性により生じるものであり
、′これらのうちの１つは回転体２がコニカルモードで
共振する場合で、他の１つは回転体２が平行モードで共
振する場合である。共振点２１　、２２がコニカルモー
ドと平行上−ドのどちらに対応するかは、回転体２の形
状及びラジアル軸受部材８．軸受部材ｌＯの配置方法に
依存する。これらの共振点では５回転数を上昇させてい
くにつれて、半径方向軸変位はあるピーク値に達するが
１回転体２のバランスを良好なものにしておけば、回転
数をさらに上昇させた時に半径方向軸変位がしだいに小
さくなることが知られている。しかし、回転数をさらに
上昇させていくと、共振点２１の現われる回転数ｎｌの
２倍以上の回転数ｎ３において１回転体２の半径方向軸
変位が急激に上昇する現象が起こる。この現象はホワー
ルと呼ばれるもので、ホワールが発生するとそれ以上に
回転数を上昇させても半径方向軸変位は小さくならず、
極端な場合には回転体２とラジアル軸受部材８とが接触
し焼き付けを起こすことになる７ このホワールが発生する回転数ｎ３と、共振点２１の回
転数ｆｉｌとの比ｎｓ／ｎ１をホワール比という。ホワ
ール比は２以上の数になることが知られているが、回転
体２をより高速に安定して回転させるた゛めには、ホワ
ール比を太き（する必要がある。

ホワール比を大きくする方法としては、第５図に示すよ
うに、ラジアル軸受部材１２を０リング１１で弾性的に
支持する方法が周知である。この方法は、ホワールの発
生初期において、０リング１０の弾性作用により振動を
減衰させようとするものである。

上記の方法を適用した従来技術による静圧気体軸受の２
つの例を第６図及び第７図に基づいて以下に説明する。

イ１；第６図は静圧気体軸受の軸受部材の断面を示すも
のである。第６図において、田は静圧気体軸受の軸受部
材で、図示のように、一体成形されたラジアル軸受部３
１とスラスト軸受部羽を有している。また、ホワール比
を大きくするために、供給気体に対するシールとしても
作用するＱ　ＩＪソングがラジアル軸受部３１の外周に
形成さｎた周溝３１ｂに嵌入されている。この０リング
あにより、ホワール発生初期において回転体Ｕからラジ
アル軸受部３１に伝播される半径方向の軸振動を減衰さ
せる。

（ロ）：第７図は他の静圧気体軸受の軸受部材の断面を
示すものである。上記ビ）例と異なり、軸受部材槌は分
割されたラジアル軸受部材４】とスラスト軸受部材４２
とから構成されている。また、スラスト軸受部材４２の
ラジアル軸受部材４１に当接する端面４２１に形成され
た周溝４２ｂには供給気体に対するシールとして作用す
る０りングＩが嵌入されている。なお、この例において
も、ラジアル軸受部材４】の外周に形成された周溝４１
ｂに嵌入された０リング４３により、回転体４５からラ
ジアル軸受部材４１に伝播される半径方向の軸振動を減
衰させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、これらの従来の静圧気体軸受にあっては、次
のような問題点がある。

すなわち、上記イ）例においては、ラジアル軸受部３１
とスラスト軸受部諺が一体的に形成されており、かつス
ラスト軸受部諺を貫通するボルトあにより軸受部材（９
）をフレーム（図示せず）に固定する構成であるためＩ
こ、ラジアル軸受部３１の半径方向の動きが規制される
。したがって、回転体具からラジアル軸受部３１に伝播
される半径方向の軸振動を０リングあにより充分に減衰
させることができない。

また、上記（０１例においては、ラジアル軸受部材４１
とスラスト軸受部材４２とが分割されているので、スラ
スト軸受部材４２がボルト４６により７レーム（図示せ
ず）に固定されていても、ラジアル軸受部材４１の半径
方向の動きが規制されることはないが、ラジアル軸受部
材４１とスラスト軸受部材４２を同時に機械加工するこ
とができないためにラジアル軸受部４１の内面４１１と
スラスト軸受部４２の端面４２２との直角度を高精度で
与えることができない。

さらに、供給気体をシールする０リング偏が必要となり
部品点数が増加するという欠点がある。

この発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、ホワールが発生する際に、回転体か
らラジアル軸受部材に伝播される半径方向の軸振動を充
分に減衰させることができ、かつラジアル軸受部材の内
面とスラスト軸受部材の直角度を高精度で与えることの
できる静圧気体軸受を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は少なくとも一方の端面が中心軸線に対して
直角となっているフランジを有する回転体と、該回転体
の外周面に嵌合するラジアル軸受面と該回転体のフラン
ジの一方の端面に対向するスラスト軸受面を有しかつラ
ジアル軸受部とスラスト軸受部が一体成形された軸受部
材と、該軸受部材の外周に形成された周溝に嵌入される
０リングと、前記軸受部材が固定されるフレームと、該
フレームに形成され外部の給気源と接続される気体供給
口と、前記軸受部材に形成され前記気体供給口に連通ず
るとともに供給された気体を前記回転体の外周面および
７ランジの一方の端面に向けて放出させる給気孔とを備
えてなり、前記回転体を非接触に支持する静圧気体軸受
において、前記軸受部材のスラスト軸受部に取付部を設
けて該軸受部材を前記フレームに固定するとともに、前
記軸受部材のラジアル軸受面またはスラスト軸受面を避
けた位置に複数個のリング状の溝を設けることにより達
成される。

〔作用〕

上記の如（構成された静圧気体軸受においては。

ラジアル軸受部とスラスト軸受部が一体成形されてなる
軸受部材のラジアル軸受面またはスラスト軸受面を避け
た位置にリング状の溝を設けであるので、前記軸受部材
の７レームへの取付部とラジアル軸受部とが振動的に切
離され、回転体から前記軸受部材のラジアル軸受部に伝
播される半径方向の軸振動を充分に減衰させることがで
きる。

また、前記軸受部材のラジアル軸受部とスラスト軸受部
が一体構造をなしており、機械加工を同時に施すことが
できるので、前記ラジアル軸受面と前記スラスト軸受面
との直角度を高精度で与えることができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図に本発明にかかわる静圧気体軸受の第１の実施例
を示す。

第１図において、刃は円筒状の軸受部材であって、その
ラジアル軸受部５１とスラスト軸受部５２とは一体にな
っている。このため、回転体調の外周面に嵌合するラジ
アル軸受部５１のラジアル軸受面５１１と回転体シのフ
ランジＩの一方の端面５５１に対向するスラスト軸受部
５２のスラスト軸受面５２１とに同時に機械加工を施す
ことかでき、ラジアル軸受面５１１とスラスト軸受面５
２１との間の直角度を極めて精度よく仕上げることがで
きる。

この軸受部材刃には、フレーム邪に形成され外部の給気
源と接続されている気体供給口５９に連通ずる給気孔５
１ｍ、５２ａが形成されており、供給さｎた気体は、そ
れぞれの気体供給穴５１ａ、５２ａから回転体調の外周
面およびフランジ邸の端面５５１に向けて放出される。

また、軸受部材刃のラジアル軸受部５１の外周１（形成
された周溝５１ｂには０リング団が嵌入されている。こ
の０リング団により、外部の給気源から供給された気体
をシールするとともに、ラジアル軸受部５１．　ｌこ伝
播される半径方向の軸振動を減衰させる。

さらに、軸受部材間には、そのスラスト軸受部５２から
回転体シの半径方向に突出する段状の取付部間が形成さ
れており、この取付部間をフレーム５８の端面に当接さ
せてボルトで固定することにより、軸受部材間がフレー
ム団に取付けられる。

６０は軸受部材間のラジアル軸受面５１１とスラスト軸
受面５２１を避けて取付部あの内方側に形成さｎた複数
個のリング状の溝であって、軸受部材間のラジアル軸受
部５１と取付部あとを振動的に切離すものである。

上記の如く構成された静圧気体軸受においては、軸受部
材間のラジアル軸受部５１と取付部間とが振動的に切離
されているために、回転体シの回転数が上昇してホワー
ルが発生しそうになると、ラジアル軸受部５１が回転体
シの振動を伝播して半径方向に動き、０リング＆の作用
により回転体シの振動が減衰される。このようにしてホ
ワールの発生が抑えられ、回転体シを高速で回転させる
ことが可能になる。

第２図に本発明にかかわる静圧気体軸受の第２の実施例
を示す、説明を簡単にするために第１の実施例と同様の
部分には同一符号を付して説明を省略する。

図番こ示すように第２の実施例においては、軸受部材間
のラジアル軸受部５１と取付部間とを振動的に切離すた
めの複数個のリング状の溝６２がラジアル軸受部５１と
スラスト軸受部５２の間の位置に細心の方向に適度の間
隔をおいて形成されている。そして、このリング状の溝
６２を避けるようにして給気孔５２ａと連通ずる気体供
給口６１が軸受部材間の取付部郭の外方側からスラスト
軸受部協に向けて形成されている。

なお、第２の実施例においても、第１の実施例と同様に
ホワールの発生が抑えられ１回転体詞を高速で回転させ
ることが可能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば少な（とも一方の端面が中心軸線に対
して直角となっているフランジを有する回転体と、該回
転体の外周面に嵌合するラジアル軸受面と該回転体の７
ランジの一方の端面に対向するスラスト軸受面を有しか
つラジアル軸受部とスラスト軸受部が一体成形された軸
受部材と、該軸受部材の外周に形成された周溝に嵌入さ
れるＯ　・リングと、前記軸受部材が固定されるフレー
ムと該フレームに形成され外部の給気源と接続される気
体供給口と、前記軸受部材に形成され前記気体供給口に
連通ずるとともに供給された気体を前記回転体の外周面
およびフランジの一方の端面に向けて放出させる給気孔
とを備えてなり、前記回転体を非接触に支持する静圧気
体軸受において、前記軸受部材のスラスト軸受部に取付
部を設けて該軸受部材を前記フレームに固定するととも
に、前記軸受部材のラジアル軸受面またはスラスト軸受
面を避けた位置に複数個のリング状の溝を設けるように
したので、次のような効果が得られる。

（１）軸受部材のラジアル軸受面とスラスト軸受面とを
同時に機械加工すること番こよりこれらの間の直角度を
極めて精度よく仕上げることができる。

（２１軸受部材のラジアル軸受部が、他の構成部材と振
動的に切離され１回転体からラジアル軸受部に伝播され
る半径方向の軸振動が充分に減衰されるので、ホワール
の発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す静圧気体軸受の軸
受部材の断面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す
静圧気体軸受の軸受部材の断面図、第３図は従来技術に
よる一般的な静圧気体軸受の構造を示す構成図、第４図
は回転体の回転数と半径方向軸変位との関係を表わす特
性図、第５図はホワール比を大きくするための手段を説
明するための静圧気体軸受の断面図、第６図はラジアル
軸受部とスラスト軸受部とが一体成形された従来の静圧
気体軸受の軸受部材の断面図、第７図はラジアル軸受部
材とスラスト軸受部材とが分割されてなる従来の静圧気
体軸受の軸受部材の断面図。 ５０：軸受部材、５１ニラシアル軸受部、５１１ニラシ
アル軸受部、５１ｂ：周溝、５１ａ、５２ａ：給気孔。 ５２ニスラスト軸受部、５２１ニスラスト軸受面、５３
：０リング、５４＝回転体、５５：フランジ、５６：取
付部、５７：ボルト、５８：フレーム、５９．６］：気
体供給口、印、６１　：　ＩＪソング状溝。 毛３　ス Ｔｌｌ　　ｍｚ　　　　　　　　？＋３　　　　　　百
ｋｔｉＭ囁乙区　　　パ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）少なくとも一方の端面が中心軸線に対して直角とな
   つているフランジを有する回転体と、該回転体の外周面
   に嵌合するラジアル軸受面と該回転体のフランジの一方
   の端面に対向するスラスト軸受面を有しかつラジアル軸
   受部とスラスト軸受部が一体成形された軸受部材と、該
   軸受部材の外周に形成された周溝に嵌入されるＯリング
   と、前記軸受部材が固定されるフレームと、該フレーム
   に形成され外部の給気源と接続される気体供給口と、前
   記軸受部材に形成され前記気体供給口に連通するととも
   に供給された気体を前記回転体の外周面およびフランジ
   の一方の端面に向けて放出させる給気孔とを備えてなり
   、前記回転体を非接触に支持する静圧気体軸受において
   、前記軸受部材のスラスト軸受部に取付部を設けて該軸
   受部材を前記フレームに固定するとともに、前記軸受部
   材のラジアル軸受面またはスラスト軸受面を避けた位置
   に複数個のリング状の溝を設けることを特徴とする静圧
   気体軸受。