JPH0257723A - 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］ 本発明は、超精密加工又は超精密測定等に用いられる静
圧気体軸受に関するものである。

［従来の技術］ 一般にこの種の静圧気体軸受は、軸受内周面に多数配置
されたノズルから高圧気体を軸受隙間に流入させること
により、ノズル及び軸受隙間が持つ流体抵抗を利用して
負荷力を発生させ、この負荷力によって軸を無接触で支
持するようにしている。

第４図、第５図は従来の一般的な静圧気体軸受の構成を
示し、可動軸１の周囲に軸受隙間２を介して多数のノズ
ル３を有するスリーブ４が設けられ、更にその外側に気
体供給口５を有する固定部材６が設けられており、気体
供給口５からノズル３の後部の空胴部７に供給された高
圧気体をノズル３から軸受隙間２に噴射し、軸受隙間２
内の気体圧力によって可動軸ｌを無接触で支持するよう
にされている。

この構成において、供給圧Ｐｓの気体を気体供給口５が
ら空胴部７内に供給すると、その供給圧Ｐｓは可動軸１
の上方では流体抵抗により圧力ＰＯに低下して上部軸受
隙間２ａに入り、この上部軸受隙間２ａで生ずる流体抵
抗により減圧しながら、軸受端部から外部に排気され大
気圧となる。また、可動軸ｌの下方の軸受隙間２ｂでも
同様に圧力はＰｌ！−＋ＰＧ’　→大気圧というように
減圧される。そして、第４図、第５図にも示すように、
可動軸ｌの重量等の影響によって可動軸１の軸線がスリ
ーブ４の軸線よりも下がると、下部軸受隙間２ｂの方が
上部軸受隙間２ａよりも小さくなり、下部軸受隙間２ｂ
で生ずる流体抵抗は上部軸受隙間２ａで生ずる流体抵抗
よりも大きくなるから、前述の圧力ＰＯ°はＰＯよりも
大きくなる。

第６図は第４図の状態における流体抵抗の圧力分布を示
し、上部軸受隙間２ａの圧力と下部軸受隙間２ｂの圧力
との差が可動軸ｌを押し上げる力つまり負荷力となる。

しかし、このような構造では第７図に示すように可動軸
１が傾く方向に外乱が加わった場合には、軸受隙間の小
さい側の気体は、軸受隙間の大きい側に流れてしまうた
め圧力が上昇しなくなる。このために、モーメント荷重
が加わった場合には復元力が弱くなるので、モーメント
剛性が低いという欠点がある。また、高速回転域の中で
も比較的低い回転数で動圧効果による不安定現象、例え
ばホワール現象等の自励振動が発生し、可動軸１が振動
して極端な場合は可動軸ｌが破損することもあり、高速
運転領域が制限されている。

このような、高速回転時の動圧効果による不安定現象を
防止するために、軸受隙間での圧力を降下させながら、
軸受端部等から外部に流出する方策が従来でも種々提案
されている０例えば、特公昭６１−２０７３５号公報に
開示されている静圧ジャーナル気体軸受においては、ス
リーブ内周面の上部軸受隙間側の面に排気用半周状溝を
所要数条だけ設け、その半周状溝内の気体をスリーブに
設けた排気孔によって外部に連通し、それによって軸受
隙間の圧力を外部へ逃がすようにしている。

更に、別の例として特公昭６２−８６５０号公報に示さ
れているガス軸受においては、軸受面内周に空気供給孔
と連通ずる環状給気溝を形成し。

相対向する軸又は軸受側の何れか一方の対向面に、軸受
面端部の内方から軸方向に沿って環状給気溝まで延出し
た表面絞り用の給気細溝と、環状給気溝の外方から軸方
向に沿って軸受面端部まで延出した表面絞り用の排気細
溝とを周方向に交互に形成し、排気細溝により圧力を降
下させながら外部へ開放するようにしている。

しかし、前者は軸受ハウジングに排気管路が必要である
ため、軸受ハウジングが大型になり、内部構造も複雑に
なるという欠点がある。また、後者〒はその構造上ノズ
ルを１条にしか配列することができないという制約があ
り、更に軸受を傾かせる方向に外乱が加わったときなど
のように。

モーメント力が掛かったときに発生するモーメント剛性
を向上させて、軸の振れ現象を回復させる収束速度を高
めることはできない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の問題点を解消し、軸剛性のうち
特に軸振れ方向のモーメント剛性を高めると共に１回転
軸への外乱による変位に対して元の位置に復帰しようと
する収束速度を高め、かつ高速回転時に生ずる動圧によ
る不安定現象即ちホワール現象が発生する回転数を従来
よりも高くして軸受の運転可能領域を広め、しかも軸受
ハウジングの排気管路を別途に設ける必要のない静圧気
体軸受を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は。

可動軸の周囲に軸受隙間を介して配置するスリーブと更
にその周囲に配置した固定部材との間に空胴部を設け、
該空胴部に供給した高圧気体を前記スリーブに設けた多
数のノズルから前記軸受隙間に供給し、該軸受隙間内の
気体圧力によって前記可動軸を支持するようにした静圧
気体軸受において、前記スリーブの内面に複数の互いに
交叉する凹溝によって多数の独立した内壁部を区画し、
これらの内壁部に前記ノズルを配置したことを特徴とす
る静圧気体軸受である。

［発明の実施例］ 本発明を第１図〜第３図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る静圧気体軸受の一実施例の縦断面
図、第２図はその横断面図、第３図は可動軸が傾いた場
合の軸受隙間における圧力分布を示している０図面にお
いて、可動軸１１の周りには、軸受隙間１２を介して嵌
合される多数のノズル１３を有するスリーブ１４と、更
にその周りに嵌合固定された気体供給口１５を有する固
定部材１６との間に空胴部１７が設けられ、気体供給口
１５から供給された圧縮空気等の高圧気体を空洞部１７
から各ノズル１３を通じて軸受隙間１２に噴出させ、軸
受隙間１２内の気体圧力によって可動軸１１を支持させ
ることは従来例と同様である。

しかし本実施例においては、スリーブ１４の内面にノズ
ル１３間を通る複数の円周方向の凹溝１８と、これらの
凹溝１８と交叉し軸方向の軸受端部にまで達する適宜数
の凹溝１９が設けられている。つまり、各ノズル１３は
円周方向の凹溝１８と軸方向の凹溝１９とによって区画
された各内壁部２０の領域内に配置されている。ここで
。

各円周方向の凹溝１８と各軸方向の凹溝１９の深さや溝
幅は、これらの溝１８．１９内の圧力が外気圧つまり大
気圧にほぼ等しくなる程度の寸法になっている。

上述の構成において、気体供給口１５から空胴部１７に
高圧気体を供給すると、空胴部１７内の高圧気体は各ノ
ズル１３から可動軸１１の外周面に向って噴出するため
、スリーブ１４と可動軸１１との間に軸受隙間１２を生
じ、この軸受隙間１２内の気体圧力によって可動軸１１
が支持される０、この場合に、軸受隙間１２内の気体は
円周方向の凹溝１８及び軸方向の凹溝１９を通って軸受
端部から外部に排気される。即ち、第３図に示すように
気体が気体供給口１５から空胴部１７に供給されたとき
、供給圧Ｐｓであった高圧気体はノズル１３のオリフィ
スによって圧力Ｐａまで低下して軸受隙間１２に噴出さ
れ、各内壁部２０から円周方向の凹溝１８又は軸方向の
凹溝１９にかけて徐々に圧力を低下し１円周方向の凹溝
１８又は軸方向の凹溝１９内では大気圧とほぼ同程度に
なる。

実施例では、各ノズル１３及び各内壁部２０を円周方向
の凹溝１８及び軸方向の凹溝１９で区画してそれぞれ独
立させることにより、各内壁部２０内で個々に圧力分布
を構成するようにしである。即ち、可動軸１１が変位し
た場合の圧力分布の変化は、各内壁部２０で個々に変化
することになる。仮に、凹溝１８．１９を設けていない
とすれば、軸受隙間１２の狭い側と広い側とが連続して
いるため、狭い側の高圧気体が広い側へ逃げてしまうこ
とになり、圧力が上昇しきれないことになるが、本実施
例では凹溝１８．１９によって各内壁部２０がそれぞれ
独立しているため、軸受隙間１２の狭い側は圧力が上昇
し、広い側は圧力が下がるように作動する。この動作原
理により、可動軸１１に外乱や負荷変動、特にモーメン
ト荷重が加わった場合には、各内壁部２０の負荷復元力
が増加し、可動軸１１を平衡状態の位置に戻そうとする
力が大きくなり、収束速度を高めることが可能である。

また、可動軸１１が高速回転になると軸受隙間１２に生
ずる動圧により、成る回転数で所謂ホワール現象が発生
して自動振動を起こし、可動軸１１の回転位置が不安定
になる。この場合に、動圧は可動軸１１を振り廻す力と
して作用し、可動軸１１が旋回すると共に動圧も軸受隙
間１２内を移動するが、本実施例では軸方向の凹溝１９
によって動圧の連続性をカットできるため、可動軸１１
の振れ廻り現象を防止することができる。また、各円周
方向の凹溝１８及び軸方向の凹溝１９は、ノズル１３及
び各内壁部２０を通過した気体の排気通路として利用で
きるため、別途に排気管路を設ける必要はない。

特に、精度を要する気体軸受、例えば軸受隙間が１１０
１Ｌ以下の場合には、必要な軸受剛性を得るためにノズ
ル１３の孔径は従来の場合であれば０．１ｍｍ程度の小
さな直径となり、ノズルの製作が技術的に難しい面があ
ったが１本実施例の場合には凹溝１８．１９を設けるこ
とによりノズル１３の孔の直径を約０．２ｍｍ程度にし
ても従来と略同性能を得ることができ、ノズル１３の製
作も容易になる。

なお、上述の実施例は凹溝１８．１９で区画された各内
壁部２０に１個ずつノズル１３を設けた場合を示したが
、各内壁部２０に設けるノズル１３の数は２４８以上と
することもできる。また、上述の実施例では円周方向の
凹溝１８と軸方向の凹溝１９とによって四角形の各内壁
部２０を形成した場合を示したが、各内壁部２０の形は
四角形とは限らず、例えば三角形や六角形等の種々の形
状をとることもできる。また、凹溝１ｇ、１９の向きも
円周方向や軸方向に限らず、例えば互いに逆行するスパ
イラル方向の凹溝によって菱形の内壁部２０を形成して
もよいし、或いはスパイラル方向の凹溝と軸方向の凹溝
又は円周方向の凹溝とを組合わせてもよい、要するに、
これらの複数の互いに交叉する凹溝１８．１９によって
、それぞれ独立した幾つかの内壁部２０を区画し、各内
壁部２０内に１個宛又は複数個宛のノズル１３を設けれ
ばよい、また、必ずしも各内壁部２０ごとにノズル１３
を設けることなく、特定の内壁部２０のみに設けてもよ
い。

なお１本発明はエアスライドベアリングのスライド面に
も適用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る静圧気体軸受は、スリ
ーブの内周面に複数の互いに交叉する凹溝によって、そ
れぞれ独立した内壁部を設け、内壁部にノズルを配置し
たため、可動軸に外乱や負荷変動、特にモーメント荷重
が掛かった場合に内壁部の負荷復元力が増加し、可動軸
を平衡状態に戻そうとする力が大きくなり、収束速度を
高めることができる。また、可動軸が高速回転する場合
に、軸受隙間に生ずる動圧の連続性を凹溝によりカット
できるため、可動軸の振れ廻り現象を防止することがで
きる。更に、内壁部を区画する凹溝をノズル及び内壁部
を通過した気体の排気通路として兼用できるため、別途
に排気管路を設ける必要がなく、構造を単純化でき、軸
受ハウジングの小型化にも有利である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第３図は本発明に係る静圧気体軸受の実施
例を示し、第ｉｆｆはその縦断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線による横断面図、第３図は圧力分布状態の説明
図であり、第４図、第５図は従来例の第１図、第２図と
同様な断面図、第６図、第７図は従来例の圧力分布状態
の説明図である。 符号１１は可動軸、１２は軸受隙間、１３はノズル、１
４はスリーブ、１５は気体供給口、１６は固定部材、１
７は空胴部、１８．１９は互いに交叉する凹溝、２０は
内壁部である。 特許出願人　　黒田精工株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、可動軸の周囲に軸受隙間を介して配置するスリーブ
   と更にその周囲に配量した固定部材との間に空胴部を設
   け、該空胴部に供給した高圧気体を前記スリーブに設け
   た多数のノズルから前記軸受隙間に供給し、該軸受隙間
   内の気体圧力によって前記可動軸を支持するようにした
   静圧気体軸受において、前記スリーブの内面に複数の互
   いに交叉する凹溝によって多数の独立した内壁部を区画
   し、これらの内壁部に前記ノズルを配置したことを特徴
   とする静圧気体軸受。