JPH0348015A

JPH0348015A - 流体軸受

Info

Publication number: JPH0348015A
Application number: JP18049389A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Kubo; 忠之久保; Yasuo Horikoshi; 堀越　康夫; Kaname Furukawa; 古川　要; Kazuya Sawaguchi; 一也沢口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1991-03-01

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、高速回転および高精度回転する可動部分を有
する工作機械や計測機械等に使用される流体軸受に関す
るものである。

［従来の技術］このような工作機械や計測機械等に使用される従来の流
体静圧軸受を第８図（断面図）に示す。

同図において、１は回転体であるスラストプレート、２
は回転体であるロータ、３はハウジング、４はハウジン
グ３に固定されたリング形状の多孔質体、５はハウジン
グ３に嵌着された円筒形状の多孔質体、６は給気孔、７
は多孔質体４．５とハウジング３の間に形成された中空
の給気室、８は多孔質体５の円周上に設けられた排気溝
、９は排気孔、１０は多孔質体４の軸受面４ａとスラス
トプレート１との間の微小隙間、１１は多孔質体５の軸
受面５ａとロータ２との間の微小隙間である。

上記構成において、給気孔６から加圧気体を供給すると
、この加圧気体は給気室７から多孔質体４．５を通り軸
受面４ａ、５ａの開気孔から噴出する。そして、微小隙
間ｉｏ、ｚに気体膜を形成し、スラストプレート１およ
びロータ２を支持する。軸受面４ａに噴出した気体は外
部へ排出され、軸受面５ａに噴出した気体は排気溝８を
通り排気孔９から外部へ排出される。

ここで、回転体であるスラストプレート１およびロータ
２を駆動手段（図示しない）により高速回転させると、
これらの回転体は遠心力により変形し、微小隙間１０．
１１の間隔が減少する。その結果、回転体と軸受面４ａ
、５ａとが接触してしまう。そこで、−船釣には予め遠
心力による変形を見込んで、微小隙間１０．１１を各々
均等な量だけ大きく設定している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述したように、回転体であるスラスト
プレート１とロータ２が高速回転したとき、これらの回
転体は遠心力により変形する。具体的にはスラストプレ
ート１の質量が大きいために、これに引っばられるかた
ちでスラストプレート１とロータ２との接合部近傍の変
形が急激に大きくなり、回転体は第９図に示す破線のよ
うな形状になる。

したがって、上記従来例では、遠心力による変形を見込
んで微小隙間を設定したにもかかわらず、多孔質体５の
端部においては軸受面５ａと回転体とが接触してしまう
という欠点があった。

本発明の目的は、上述の従来例における問題点に鑑み、
回転体の高速回転時に回転体が変形して回転体と軸受面
とが接触することを回避することができ、これにより回
転体と軸受面との接触により発生する軸受や回転体の焼
付き、回転精度の低下および多孔質体端部の欠損等を防
止することのできる良好な流体軸受を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段および作用コ上記の目的を
達成するため、本発明は、軸受面と回転体との間の微小
隙間に流体膜を形成して回転体を非接触支持する流体軸
受において、軸受面を構成する部材の各部分の中で、回
転体が回転することによって生ずる変形により軸受面と
回転体とが接触することとなる部分を予め除去すること
によって、軸受面と回転体とが接触することを防止する
こととしている。

具体的な態様としては、回転体の形状、材質、目標とす
る回転数および／または目標とする軸受隙間により決定
される回転体の変形する範囲と量に対応して、軸受面に
テーパ部または段差を設けること、軸受面を後退させる
こと、回転体の外径寸法を調整することなどがある。こ
れにより、軸受面と回転体とが接触することを防止する
ものである。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る流体軸受の構成を示
す断面図である。同図において、ｌは回転体であるスラ
ストプレート、２は回転体であるロータ、３はハウジン
グ、４はハウジング３に固定されたリング形状の多孔質
体、５はハウジング３に嵌着された円筒形状の多孔質体
、６は給気孔、７は多孔質体４．５とハウジング３の間
に形成された中空の給気室、８は多孔質体５の円周上に
設けられた排気溝、９は排気孔、１０は多孔貿体４の軸
受面４ａとスラストプレート１との間の微小隙間、１１
は多孔質体５の軸受面５ａとロータ２との間の微小隙間
である。

第２図は、第１図の部分拡大図でスラストプレート１と
ロータ２との接合部近傍を表わしてしする。同図におい
て、第１図と同一の付番は同一の部材を示す。１２は多
孔質体５の端部に設けられたテーパ部である。このテー
パ部１２は、スラストプレート１の内面から寸法℃の位
置からテーパが始まるように設定されている。

上記構成において、給気孔６から加圧気体を供給すると
、この加圧気体は給気室７から多孔質体４．５を通り軸
受面４ａ、５ａの開気孔から噴出する。そして、微小隙
間１０．１１に気体膜を形成し、スラストプレート１お
よびロータ２を支持する。軸受面４ａに噴出した気体は
外部へ排出され、軸受面５ａに噴出した気体は排気溝８
を通り排気孔９から外部へ排出される。

ここで、回転体であるスラストプレート１およびロータ
２を駆動手段（図示しない）により高速回転させると、
スラストプレート１の質量が大きいためにこれに引っば
られるかたちでスラストプレート１とロータ２との接合
部近傍の変形が急激に大きくなり、これらの回転体は第
９図に示す破線のような形状になる。本実施例では、こ
の急激な変形の生じる範囲とテーパ部１２の始まる位置
すなわち寸法λとを対応させている。したがって、回転
体の高速回転時でも多孔質体５の軸受面５ａとロータ２
とは接触することがなくなる。

テーパ部１２の寸法ｌについて具体例で説明する。各種
の条件として、スラストプレート１の外径　１０５ｍｌ１１、内径　　
　　　３０＋ｎｍ。

厚　　さ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２５ｍｍ。

ロータ２の外径　　　　　　　５０　ｍｍ。

内　　径　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０ｍ
ｍ、長　　さ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５６ｍｎ＋。

ヤング率　　　　　　　２１０００　Ｋｇｆ／ｍｍ’ポ
アソン比　　　　　　　　　　０・３３島比重　　　　
　７．８　ｇ７ｃｍ３とし、この回転体を３００００　ｒ、ｐ、ｍ、で回転さ
せたとして、これを有限要素法を用いて解析した。そし
て、ロータ２の外径寸法は、スラストプレート１との接
合部からロータ２の長手方向で中央へ向って約１４＋ｎ
＋ｎの位置を境に、中央部側の範囲で３μｍ程度の変形
を生し、スラストプレート１側の範囲では変形が急激に
大きくなりスラストプレート１との接合部では８．５　
μｍ程度の変形を生じるという結果を得た。

したがって、例えば回転体が３００００　ｒ、ｐ、ｍ、
で回転しているときに微小隙間１１が１０μｍになるよ
うにするためには、ロータ２の中央部側は変形３μｍを
見込んで製作時に１３μｍの隙間となるように設定し、
テーパ部１２の寸法１を１４＋＋＋＋ｎとして、スラス
トプレート１との接合部での変形をも考慮してテーパを
設定すればよい。これにより、多孔質体５の軸受面５ａ
とロータ２とは接触することなく回転することが可能と
なる。

ここで、テーパ部１２のテーパ量はロータ２の変形に合
わせてテーパ部全域で微小隙間１０μｍが確保できるよ
うに設定してもよく、また単に接触を避けるためにテー
パ量を大きく設定してもよい。

なお、多孔質体５の端面５ｂとテーパ部１２には軸受面
５ａ以外への気体の漏れを防止するための処置が施され
ている。テーパ部１２に関しては軸受面として作用させ
るため気体漏れ防止の処置をしなくてもよい。

［他の実施例］第３図は、本発明の第２の実施例に係る流体軸受の部分
断面図である。同図の軸受は、スラストプレート１によ
りロータ２が急激な変形を生じる範囲に対応する位置す
なわち寸法１の位置まで、多孔質体５を後退させたもの
である。

第４図は、本発明の第３の実施例に係る流体軸受の部分
断面図である。同図の軸受は、寸法℃の位置から第１テ
ーパ部１２ａが設けられ、寸法１′の位置から第２テー
パ部１２ｂが設けられている。第１テーパ部１２ａはロ
ータ２の変形に合わせたテーパ量とし、この第１テーパ
部１２ａをも軸受面として作用させ軸受面５ａと合わせ
て軸受面を広くしようとしたものである。第２テーパ部
１２ｂは大きなテーパ量とし、また多孔質体５の端面５
ｂと同様に気体漏れ防止の処置を施し、ロータ２との接
触を回避するようにしている。第１テーパ部ｔ２ａと第
２テーパ部１２ｂの連結部は曲面で構成しても良い。

第５図は、本発明の第４の実施例に係る流体軸受の部分
断面図である。同図の軸受は、第３の実施例（第４図）
の第１テーパ部１２ａの代わりにこの部分を段差部１３
としたものである。段差部１３は、軸受面５ａに対して
微小量だけ大きな内径の寸法となっており、寸法ｌ−寸
法に′の範囲内でロータ２の変形に対して軸受面として
作用するようになっている。

第６図は、本発明を応用した流体軸受の部分断面図であ
る。同図の軸受は、多孔質体５に給気室７が設けられて
おり、多孔質体５の端面５ｂも軸受面として作用するよ
うにしたものである。この方式の場合、端面５ｂが軸受
面であるため第３図に示した第２の実施例を利用するこ
とができない。したがって、この方式の軸受でテーパ部
１２を設けることは多孔質体５とロータ２との接触を回
避するために特に有効である。

第７図は、本発明の別の応用例に係る流体軸受の部分断
面図である。同図の軸受は、スラストプレート１の両側
にロータ２が設けられている回転体を支持するものであ
る。この例においてもスラストプレート１とロータ２と
の接合部の変形による多孔質体５とロータ２との接触を
回避する手段として第１〜第４の実施例を利用できる。

なお、第１図〜第６図に示した実施例および応用例では
、軸受面にテーパや段差などを設けたが、同じ考え方で
回転体の外径を予め部分的に小さくしておいてもよい。

また、上述の実施例および応用例では、多孔質体を用い
た多孔買絞り方式の気体軸受に関して説明したが、本発
明は他の絞り方式例えば自戒絞り、表面絞りまたはオリ
フィス絞り等による気体軸受にも応用できる。さらに、
動圧気体軸受にも応用可能であり、気体に限らず油等の
液体による軸受にも応用可能である。また、各実施例で
示したそれぞれの態様を組合わせて使用することもでき
る。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば、例えば回転体の
径、長さ、材質、回転数および／または軸受隙間等によ
り決定される寸法１に対応させた位置において軸受面を
構成する多孔質体等にテーパ部や段差部等を設けたり、
あるいは寸法にの位置まで軸受面を後退させたりしてい
るので、回転体の高速回転時にその回転体の急激な変形
のため軸受面と回転体とが接触することが回避でき、こ
れにより軸受や回転体の焼付き、回転精度の低下、およ
び多孔質株端部の欠損等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る気体軸受の断面
図、第２図は、第１図の部分拡大図、第３図は、本発明の第２の実施例に係る気体軸受の部分
拡大図、第４図は、本発明の第３の実施例に係る気体軸受の部分
拡大図、第５図は、本発明の第４の実施例に係る気体軸受の部分
拡大図、第６図は、本発明の応用例である気体軸受の部分拡大図
、第７図は、本発明の別の応′用例である気体軸受の部分
拡大図、第８図は、従来の気体軸受の断面図、第９図は、回転体の回転時の変形状態を模擬的に表わし
た図である。１ニスラストプレート、２；ロータ、３：ハウジング、４．５：多孔質体、６：給気孔、７：給気室、８：排気溝、：排気孔、１０　。：微小隙間、１２：テーパ部。特許出願人キャノン株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸受面と回転体との間の微小隙間に流体膜を形成
して前記回転体を非接触支持する流体軸受において、前記軸受面を構成する部材の各部分中あるいは前記回転
体を構成する部材の各部分中、前記回転体の回転によっ
て生ずる前記回転体の変形により前記軸受面と前記回転
体とが接触することとなる部分を、除去することによっ
て、前記軸受面と前記回転体とが接触することを防止す
る手段を設けたことを特徴とする流体軸受。
（２）前記接触防止手段として、前記回転体の形状、材
質、目標とする回転数、および／または目標とする軸受
隙間により決定される回転体の変形する範囲と量に対応
した軸受面上のテーパ部を設けたことを特徴とする請求
項１に記載の流体軸受。
（３）前記接触防止手段として、前記回転体の形状、材
質、目標とする回転数、および／または目標とする軸受
隙間により決定される回転体の変形する範囲と量に対応
して軸受面を後退させたことを特徴とする請求項１に記
載の流体軸受。
（４）前記接触防止手段として、前記回転体の形状、材
質、目標とする回転数、および／または目標とする軸受
隙間により決定される回転体の変形する範囲と量に対応
した軸受面の段差を設けたことを特徴とする請求項１に
記載の流体軸受。
（５）前記接触防止手段として、前記回転体の形状、材
質、目標とする回転数、および／または目標とする軸受
隙間により決定される回転体の変形する範囲と量に対応
して回転体の外径寸法を調整したことを特徴とする請求
項１に記載の流体軸受。