JPH03213718A - 静圧空気軸受 - 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、例えば超精密加工機や精密測定器などに利用
される静圧空気軸受に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の静圧空気軸受には、絞り形式において、
主なものに自成絞り方式とポケット付オリフィス絞り方
式とが知られている。

第８図、第９図はそれぞれ自成絞りとポケット付オリフ
ィス絞り方式のモデルを示し、第１０図、第１１図はそ
れぞれ空気流が絞られる位置を表している。

図面において、■は軸、２は軸受本体、Ｇはその間の軸
隙間である。自成絞り方式は第８図に示すように、供給
圧力Ｐｓの空気をノズル３から直接軸隙間Ｇに噴射する
ようにし、この空気流が絞られる位置Ａは第１０図に示
すように軸隙間Ｇのノズル３の出口近傍である。一方、
ポケット付オリフィス絞り方式は第９図に示すように、
オリフィス４に続いてかなりの深さを有するポケット５
が形成されており、第１１図に示すように空気流が絞ら
れる位置Ｂはノズル４内の範囲にとどまっている。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、この種の静圧空気軸受においては、絞りがある
ことにより供給圧力Ｐｓに対し絞り下流部で二次圧が発
生し、この圧力が軸隙間Ｇの変動につれて変化するため
、−船釣には剛性と称するばね定数が軸受に生ずる。

自戒絞りの場合は、ばね定数を高（するために、ノズル
径を小さくして、軸隙間Ｇを小さくし、絞り面積を小さ
くする場合が一般的であるが、絞り面積を極度に小さ（
すると、軸受本来の機能を失うため、軸隙間Ｇを小さ（
することには自ら限度があり、ばね定数をあまり高くで
きないという欠点がある。

これに対し、ポケット付オリフィス絞りはポケット５が
存在するため、自戒絞りよりもばね定数を高く設定でき
るという長所を有しているが、軸隙間Ｇとばね定数との
関係において、ばね定数が最大となる軸隙間Ｇの大きさ
Ｃｒの付近では、減衰係数が極度に減少し、場合によっ
ては負の値になるので軸受本体が自励振動を起す等の不
安定な状態になり易い。

第１２図、第１３図はそれぞれ自戒絞りとポケット付オ
リフィス絞りにおいて、軸隙間変動に対する軸隙間Ｇ内
の圧力分布の変化する様子を示し、Ｐａは大気圧、Ｐｓ
は供給圧、Ｐｏはポケット５内の圧力を示し、ハツチン
グを施した圧力変化分がばね定数となる。ポケット付オ
リフィス絞りはポケット５が存在するため、軸隙間Ｇの
変動に対し圧力の変化量が大きく、自戒絞りの場合より
も高いぼね定数を設定できる。しかし、軸隙間Ｇとばね
定数との関係において、ばね定数が最大となる軸隙間Ｇ
の大きさＣｒ付近では、減衰係数が極度に減少又は負に
なるので、軸受は自励振動が生じ易い不安定な状態にな
る。従って、正の減衰係数を確保して軸の安定化を図る
ためには、ばね定数を犠牲にした軸隙間を設定しなけれ
ばならないために、必ずしもポケット付オリフィス絞り
の長所を十分に生かしきれていないという問題がある。

本発明の目的は、このような問題点を改善するため、ノ
ズル先端のポケットの深さを、ポケット内で自戒絞り状
態が形成される程度に浅くすることにより、ばね定数が
高くかつ安定性が良い静圧空気軸受を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成するために、本発明に係る静圧空気
軸受においては、ノズル先に端部ポケットを有する絞り
形式を持つ静圧空気軸受において、前記ポケットの深さ
Ｈと軸隙間の大きさＣｒとの関係を・、Ｈ／Ｃｒ＝０．
５〜１．５としたことを特徴とするである。

［作用Ｊ 上述の構成を有する静圧空気軸受は、ポケット深さを軸
隙間とほぼ同じ程度に浅くすることにより、ポケット内
にも自戒絞りが形成され、その絞りの有効断面積がノズ
ルの有効断面積より小さくなるので、ノズル径が同じで
もポケット付オリフィス絞りよりも狭い軸隙間で最大ば
ね定数値を得ることができる。また、ポケット深さが浅
いため減衰係数の低下が防止される。

［実施例］ 本発明を第１図〜第７図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る複合絞り方式の静圧空気軸受を示
し、１１は軸、１２は軸受本体、１３はノズルであり、
このノズル１３に続くポケット１４の深さは、自戒絞り
の作用が機能する程度に浅（なっている。ここで、軸隙
間Ｇの大きさＣｒに対するポケット深さＨの比を、 Ｈ／Ｃｒ＝０．５〜１．５ の範囲とした場合には、最大ばね定数値と高い減衰係数
が得られることが実験により確認されている。

第２図（ａｌ　　（ｂｌは、例として第３図〜第６図に
示すデータのためのラジアル軸受の具体的な軸受の寸法
とノズル位置（矢印Ｎ）の寸法図であり、第７図はノズ
ルの自戒絞り、ポケット付きオリフィス絞り、複合絞り
におけるそれぞれの寸法図である。また、ここで示すデ
ータは供給圧力が５　ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの場合である。

第３図は横軸をＨ／Ｃｒ、縦軸を軸受の最適隙間に対す
るばね定数つまり最大ばね定数値であり、縦軸を軸受の
最適隙間に対するばね定数値との関係を示したデータで
ある。また、第４図は同様に横軸をＨ／Ｃｒとし、縦軸
を軸受の最適隙間に対する無次元減衰係数としたデータ
である。

この２つのデータから、Ｈ／Ｃｒが０．５〜１．５の範
囲内にあるとき最大ばね定数が得られ、かつ最大ばね定
数値時の減衰係数の値が高いことが明らかである。

第１図に示すように、ポケット１４の深さを軸隙間Ｇの
大きさＣｒとほぼ同じ程度に浅くすると、つまりノズル
径ｄとＨ及びＣｒとの関係、πｄ”　／４＞π（Ｈ＋Ｃ
ｒ） が成り立つとき、空気流が絞られる位置Ｃはポケット１
４及び軸隙間Ｇの両方に形成される。そして、この機能
を持つ絞り形式を複合絞りと称することにする。

第５図は本発明に係る複合絞り方式の静圧空気軸受にお
ける軸隙間Ｇの大きさＣｒとばね定数との関係を、供給
圧力を５　Ｋｇｆ／ｃｍ”　Ｇとした場合において、従
来の自戒絞り及びポケット付オリフィス絞りのそれと比
較して示したものであり、Ｆは本発明に係る複合絞り、
Ｊは従来の自戒絞り、Ｐはポケット付オリフィス絞りを
表している。

複合絞りＦでは絞りの有効断面積が小さくなるので、ノ
ズル径が同じでも従来のポケット付オリフィス絞りＰよ
りも狭い軸隙間でばね定数の最大値を得ることができ、
しかもポケット付オリフィス絞りＰよりも最大ばね定数
値は大きくなる。また、狭い隙間で最大ばね定数値が得
られるため、空気使用量を従来のポケット付オリフィス
絞りＰよりも大幅に少なくすることができる。

第６図は軸隙間Ｇの大きさＣｒと無次元減衰係数との関
係を同様に従来の方式と比較して示したものであり、θ
はポケット付オリフィス絞りＰの不安定領域を表してい
る。この第６図から判かるように、本発明の複合絞りＦ
ではポケット１４の深さが浅いため、減衰係数の低下を
防止することができ、最大ばね定数値を示す軸隙間Ｇの
大きさＣｒにおいても、減衰係数がポケット付オリフィ
ス絞りＰはと低下せず、軸受本体は安定化を保持するこ
とができる。

複合絞りＦは静圧空気軸受と同様な機能を有する静圧空
気テーブルにも適応することができるし、またノズルの
ポケット深さを制御する能動型静圧空気軸受の最適制御
等にも応用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る静圧空気軸受は、ポケ
ット内にも自戒絞りの機能を持たせることにより、ポケ
ット付オリフィス絞りよりも狭い軸隙間でより大きなば
ね定数を得ることができ、軸隙間の微少化が可能となり
消費空気量も少なくすることができる。更に、最大ばね
定数を持つ軸隙間の大きさが不安定領域から大幅にずれ
ているので、軸隙間が大きく変動しても十分に安定性を
保持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第７図は本発明に係る静圧空気軸受の実施
例を示し、第１図は複合絞りの原理図、第２図（ａｌ　
　　（ｂｌは実験に用いたラジアル軸受の寸法図、第３
図はその最大ばね定数の変化の特性図、第４図は最大ば
ね定数値時の無次元減衰係数の変化の特性図、第５図は
ばね定数と軸隙間との間係の特性図、第６図は無次元減
衰関数と軸隙間との関係の特性図、第７図はノズルの寸
法図であり、第８図〜第１３図は従来の静圧空気軸受の
絞り方式を示し、第８図は自戒絞りの構成図、第９図は
ポケット付オリフィス絞りの構成図、第１０図は自戒絞
りの説明図、第１１図はポケット付オリフィス絞りの説
明図、第１２図は自戒絞りの圧力分布状態のグラフ図、
第１３図はポケット付オリフィス絞りの圧力分布状態の
グラフ図である。 符号１１は軸、１２は軸受本体、１３はオリフィス、Ｉ
４はポケット、Ｇは軸隙間である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ノズル先に端部ポケットを有する絞り形式を持つ静
   圧空気軸受において、前記ポケットの深さＨと軸隙間の
   大きさＣｒとの関係を、Ｈ／Ｃｒ＝０．５〜１．５とし
   たことを特徴とする静圧空気軸受。