JPH0972338A - 静圧気体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速回転される軸部材が軸方向に振れ回りして
も軸部材やそのフランジ部が軸受部材に接触せず、組立
・調整が簡便且つ容易な静圧気体軸受装置を提供する。 【解決手段】多孔質軸受部材１を円筒状に形成して、そ
の内周面と両端面とに気体噴出部２ａ〜２ｃを設け、軸
部材３の軸方向中間部に設けたフランジ部４の両側から
各軸受部材１を軸部材３に被せて当該フランジ部４の両
側に軸受部材１を配設し、この軸受部材１はハウジング
５の内孔５ａに弾性支持され、各軸受部材１の内側端面
とフランジ部４端面との間に夫々所定のスラスト軸受隙
間７ａを形成し、各軸受部材１の外側端面とハウジング
５との間に夫々所定のスラスト方向隙間７ｂを形成し、
各軸受部材１の内周面と両端面との気体噴出部２ａ〜２
ｃから軸部材３とハウジング５とに気体を噴出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば静電塗装等
用の軸部材を支持する静圧気体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このように高速回転される軸部材を支持
する従来の静圧気体軸受装置としては、例えば図４に示
すようなものがある。この静圧気体軸受装置は、ラジア
ル軸受面及びスラスト軸受面を多孔質部材で構成して、
そのラジアル軸受面とスラスト軸受面とから圧縮供給さ
れた気体が噴出するようにし、このラジアル軸受面を有
する二つのラジアル軸受部材とスラスト軸受面を有する
一対のスラスト軸受部材とを互いに独立して配設したも
のである。

【０００３】このうち、高速回転される軸部材Ａのラジ
アル荷重を支持するラジアル軸受部材Ｂは、軸線方向に
長い円筒状に形成され、特に軸部材Ａのモーメントを支
持するために、夫々多孔質部材Ｚが軸受ケースＣに収納
された二つのラジアル軸受部材Ｂを軸線方向に所定間隔
離間してハウジングＤの内孔に弾性支持する。この従来
例では、前記軸受ケースＣとハウジングＤとの間にゴム
製等の弾性部材からなるＯリングＥを介装して、当該ラ
ジアル軸受部材Ｂを弾性支持している。このようにラジ
アル軸受部材Ｂを弾性支持することにより、高速回転さ
れる軸部材Ａのラジアル方向（径方向）への振れ回りが
後述するようにして吸収される。なお、円筒状のラジア
ル軸受部材Ｂの多孔質部材Ｚの両端面は、前記軸受ケー
スＣやハウジングＤによって閉塞され、ハウジングＤに
形成された給気口Ｆから圧縮気体が供給されると、各ラ
ジアル軸受部材Ｂの内周面から圧縮気体が噴出して、当
該軸部材Ａの外周面とラジアル軸受部材Ｂの内周面との
間に所定のラジアル軸受隙間Ｈを形成して当該軸部材Ａ
をラジアル方向に非接触に支持する。ここで、高速回転
される軸部材Ａがラジアル方向に振れ回ると、各ラジア
ル軸受隙間Ｈが一定になるように、前記弾性部材からな
るＯリングＥの変形を伴って前記軸受ケースＣを含むラ
ジアル軸受部材Ｂがラジアル方向に移動して、当該軸部
材Ａのラジアル方向への振れ回りが吸収される。

【０００４】一方、高速回転される軸部材Ａのスラスト
荷重を分担する一対のスラスト軸受部材Ｊは、方形断面
を有するリング状に形成されている。軸部材Ａに一体に
形成されたフランジ部Ｋの両端面と各スラスト軸受部材
Ｊの一方の端面との間に、夫々所定のスラスト軸受隙間
Ｌが形成されるようにして、当該フランジ部Ｋの両側に
スラスト軸受部材Ｊが配設され、各スラスト軸受部材Ｊ
はハウジングＤにリジッドに固定支持される。なお、前
記スラスト軸受部材Ｊのうち、前記軸部材Ａのフランジ
部Ｋの端面に対向しない端面及び外周面はハウジングＤ
に密着されて閉塞される。ハウジングＤに形成された給
気口Ｍから圧縮気体が供給されると、スラスト軸受部材
Ｊの前記一方の端面から圧縮気体が噴出されて、その気
体圧力が前記軸部材Ａのフランジ部Ｋを非接触に支持す
る。

【０００５】なお、噴出された圧縮気体は、ハウジング
Ｄに形成された排気口Ｇ及びハウジングＤと軸部材Ａと
の間の隙間から当該ハウジングＤの外部に排気される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の静圧気体軸受装置では、前記スラスト軸受部材及び
ラジアル軸受部材を正確に位置決めする必要があるが、
互いに独立した前記スラスト軸受部材Ｊとラジアル軸受
部材Ｂとを軸方向に正確に位置出しして組立てることが
非常に困難であり、またその調整には大変な手間と時
間，或いは熟練を要する。また、スラスト軸受について
は、各スラスト軸受部材Ｊが、ハウジングＤにリジッド
に固定支持されているため、高速回転される軸部材Ａの
振れ回りから前記フランジ部Ｋがスラスト方向（軸方
向）に振れてスラスト軸受部材Ｊに接触し、軸部材Ａの
回転速度が低下するばかりでなく、軸受かじりという不
具合が発生することもあった。また、スラスト軸受部材
とラジアル軸受部材とを軸方向の両側に併設する関係か
ら、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛
性が低い。また、ハウジングＤの軸方向寸法が大きくな
ってしまうという問題もある。

【０００７】本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発さ
れたものであり、部品が少なくてコストが安価であり、
組立・調整が簡便であり、特にスラスト荷重を支持する
軸受部材と軸部材との接触を回避でき、更に従来に比し
てラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性
を大きくすることのできる静圧気体軸受装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静圧気体軸受装置は、円筒状に形成された
軸受部材の内周面と両端面とに気体噴出部を設け、当該
軸受部材の内周面内に軸部材を挿通して当該軸部材の軸
方向中間部に一体に形成されたフランジ部の両側に軸受
部材を夫々配設し、各軸受部材はハウジングの内孔に弾
性支持され、各軸受部材の一方の端面と当該一方の端面
に対向する軸部材のフランジ部端面との間に夫々スラス
ト軸受隙間を形成し、各軸受部材の他方の端面と当該他
方の端面に対向するハウジングとの間に夫々スラスト方
向隙間を形成したことを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の静圧気体軸受装置では、
図１に示すように、例えば多孔質部材を用いて円筒状の
軸受部材１を形成することで、例えばその外周面から圧
縮気体が供給されると、その内周面と両端面とから当該
圧縮気体が噴出されるように当該内周面と両端面とに気
体噴出部２ａ〜２ｃを設ける。また、軸受部材１の外周
面は軸方向中央部の円周溝を除く箇所が目つぶし加工を
施されている。そして、軸部材３の軸方向中間部に両側
部より大径に一体に形成されたフランジ部４の両側から
当該軸部材３の外側に各軸受部材１を被せ、当該軸受部
材１の内周面内に軸部材３を挿通して当該フランジ部４
の両側に軸受部材１を夫々配設する。この状態で、軸部
材３を軸受部材１ごとハウジング５のハウジング本体５
ｃの内孔５ａ内に挿入し、各軸受部材１と当該ハウジン
グ５の内孔５ａとの間に、ゴム製等の弾性部材からなる
Ｏリング等の弾性支持部材６を介装するなどにより当該
軸受部材１をハウジング５の内孔５ａが弾性支持する。
また、図１では前記軸部材３のフランジ部４の端面に対
向しない両軸受部材１の外側端面にハウジング５のサイ
ドカバー５ｂを被せる。これにより、各軸受部材１の内
側端面（一方の端面）と当該一方の端面に対向する軸部
材３のフランジ部４の端面との間に夫々所定寸法のスラ
スト軸受隙間７ａが形成され、そして各軸受部材１の外
側端面（他方の端面）と当該他方の端面に対向するハウ
ジング５（サイドカバー５ｂ）との間に、夫々所定寸法
のスラスト方向隙間（ダンパー用隙間）７ｂが形成され
る。そして、ハウジング５に形成された給気口９から各
軸受部材１の外周面に圧縮気体が供給されて、前記各軸
受部材１の内周面及び両端面に設けられた気体噴出部２
ａ，２ｂ，２ｃから圧縮気体が噴出し、そのうちの内周
面気体噴出部２ａから噴出された気体圧力によって当該
軸受部材１の内周面と軸部材３の外周面との間に所定寸
法のラジアル軸受隙間８が形成され、当該軸部材３をラ
ジアル方向に支持すると共に、各軸受部材１の内側端面
の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮気体の圧力がフラ
ンジ部４，即ち軸部材３をスラスト方向に支持する。ま
た、各軸受部材１自体は、当該軸受部材１の外側端面の
気体噴出部２ｃから噴出された圧縮気体の圧力により、
ハウジング５（サイドカバー５ｂ）に非接触にスラスト
方向に支持されている。なお、排気はハウジング５に形
成された排気口１０及び軸部材３とサイドカバー５ｂと
の間の隙間から行われる。従って、高速回転される軸部
材３のラジアル荷重及びモーメントは前記二つのラジア
ル軸受隙間８内の気体圧力で受けられ、軸部材３のスラ
スト荷重は前記フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ
の気体圧力で受けられる。また、当該軸部材３のラジア
ル方向の振れ回りは、従来と同様に、前記ラジアル軸受
隙間８が一定になるように、Ｏリング等の弾性支持部材
６の変形を伴って、軸受部材１がラジアル方向に移動す
ることで吸収され、そのスラスト方向の振れは、前記フ
ランジ部４の両側のスラスト軸受隙間７ａが一定になる
ように、前記Ｏリング等の弾性支持部材６の変形及び前
記ハウジング５（サイドカバー５ｂ）と軸受部材１との
間のスラスト方向隙間７ｂの変化を伴って、軸受部材１
がスラスト方向に移動することで吸収される。特に当該
フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング
５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂの気
体圧力によって速やかに減衰され、当該フランジ部４及
び軸部材３を各軸受部材１に対して軸線方向の所定位置
に維持する。従って、軸部材３及びそのフランジ部４
が、ラジアル方向にもスラスト方向にも各軸受部材１に
接触することがない。また、各軸受部材１が、軸部材３
のラジアル荷重とスラスト荷重との両方を支持し、一つ
の軸受部材１でラジアル軸受隙間８とスラスト軸受隙間
７ａとスラスト方向隙間７ｂとを同時に形成することが
でき、前述のようにスラスト方向への大きな振れを前記
フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング
５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂで吸
収することができるため、軸部材３に対する軸受部材１
の位置精度出しが容易となるから、そのための組立・調
整が簡便となる。また、各軸受部材１の軸線方向長さを
長くしたり、隣合う軸受部材１の間隔を広げたりするこ
とができるので、ラジアル負荷容量やモーメント剛性を
大きくすることができ、またハウジング５の軸方向寸法
を小さくすることも可能となる。即ち、同じ大きさの外
観を持つ従来の静圧気体軸受装置と較べると、従来より
大きなラジアル負荷容量を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の静圧気体軸受装置の一実施
例を図２を用いて説明する。この実施例は、前記図１に
示す静圧気体軸受装置を高速で回転される静電塗装用エ
アスピンドルに適用したものであり、基本的な軸受装置
の構成については同図１に示すものと同様であるため、
同様の構成部材については同等の符号を附してその詳細
な説明を省略する。ここで、図１の静圧気体軸受装置と
の最も大きな差異は、前記ハウジング５を形成する図示
の右側のサイドカバー５ｂと、軸受部材１を収納するハ
ウジング本体５ｃとの間に、軸部材３となるエアスピン
ドルを高速回転させるためのタービン機構１１を介装し
たことであり、従って図１の右側サイドカバー５ｂ側ス
ラスト方向隙間７ｂは、右側軸受部材１の外側端部の気
体噴出部２ｃと後述するハウジング５のタービン機構用
ハウジング１４との間に形成されることになる。また、
エアスピンドルを構成する軸部材３は、中空構造とさ
れ、その内径面内に、回転されない塗料供給管３０が挿
通され、当該軸部材３の左側サイドカバー５ｂからの突
出部には、供給される塗料を霧化するための塗装用治具
３１が取付けられている。また、前記各軸受部材１への
圧縮気体の給気口９は、装置の後方，即ち図示の右方か
ら圧縮気体が供給できるように、前記右側サイドカバー
５ｂから各軸受部材１の外周面に連通されている。な
お、この右側サイドカバー５ｂには、タービン，即ち軸
部材３であるエアスピンドルの回転速度を、光や磁気を
利用して検出する回転速度センサ３２が取付けられてい
る。

【００１１】前記タービン機構１１としては、軸部材３
の後方端部，即ち図示の右側端部に、軸部材３を正回転
させるためのタービン用羽根１２と、軸部材３を停止さ
せるための逆転用となるタービン逆転用羽根１３とを、
当該軸部材３と一体に形成している。また、前記右側サ
イドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を介
して前記タービン用羽根１２まで圧縮気体を供給するタ
ービン用給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の
圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタ
ービン用ノズル１６とが設けられ、更に同じく前記右側
サイドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を
介して前記タービン逆転用羽根１３まで圧縮気体を供給
するタービン逆転用給気口１７と、当該タービン逆転用
給気口１７内の圧縮気体を前記タービン逆転用羽根１３
に向けて噴出するタービン逆転用ノズル１８とが設けら
れている。

【００１２】次に本実施例の静電塗装装置及び静圧気体
軸受装置の作用について説明する。まず、図２の左方に
配設される被塗装物をプラス電位又はゼロ電位に帯電
し、前記軸部材３とは一緒に回転しない塗料供給管３０
を介して、装置の後方，即ち図示の右方から、例えばマ
イナス電位に帯電された塗料が供給されると、塗料は当
該塗料供給管３０の先端，即ち図示の左方端部から、軸
部材３に一体化された塗装用治具３１に導かれ、その遠
心力及び塗装用治具３１の形状によって図示の左方向に
噴射される。すると、塗料と被塗装物との間の電磁力に
よって軽量に霧化された塗料が被塗装物に吸引され、塗
料は被塗装物に行き渡って付着し、ムラのない安定した
塗装が達成される。

【００１３】ここで、静電塗装装置の軸部材３は、例え
ば塗料のバラツキなどによって大きく振れ回る可能性が
あるが、前述のように本実施例の静圧気体軸受装置で
は、軸部材３の振れ回りに対して大きな吸収力があり、
またそのスラスト成分に対して十分な減衰力があるた
め、従来のように軸受かじり等の問題が発生することは
ない。

【００１４】次に、本発明の静圧気体軸受装置を前述の
ような静電塗装用エアスピンドルに適用した他の実施例
を図３を用いて説明する。この実施例の静電塗装用エア
スピンドルの基本的な軸受装置の構成については前記図
１及び図２に示すものと同様であり、図１及び図２に示
す構成部材と同様の構成部材については同等の符号を附
してその詳細な説明を省略する。

【００１５】ここで、図２の静電塗装用エアスピンドル
との最も大きな差異は、前記図２の実施例でハウジング
５の右部分に設けられたタービン機構１１が、本実施例
ではハウジング５の軸方向中間部，即ち前記軸部材３の
フランジ部４に設けられていることであり、従って本実
施例のハウジング本体５ｃが前記図２のタービン機構用
ハウジング１４を兼任する。このため、本実施例のフラ
ンジ部４は、前記図２のものに比して軸方向に少し長く
なっているが、フランジ部４の各端面４ａは前記各軸受
部材１の内側端面の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮
気体の圧力を受けて、両者の間に前記スラスト軸受隙間
７ａを構成し、もって前記と同様にフランジ部４，即ち
軸部材３をスラスト方向に支持する。

【００１６】一方、前記タービン機構１１としては、前
記軸部材３のフランジ部４の外周部にタービン用羽根１
２が設けられ、またフランジ部４の外周面にはタービン
用羽根１２の軸方向両側に円周溝４ｃがそれぞれ形成さ
れている。タービン用羽根１２の半径方向外方端を結ぶ
円の直径即ちタービン用羽根１２の外径は軸受部材１の
内径面より大径であり、またタービン用羽根１２を軸部
材３と一体に形成している。また、ハウジング５にはタ
ービン用羽根１２に対して、図３ｂに示すように前記右
側サイドカバー５ｂから圧縮気体を供給するタービン用
給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の圧縮気体
を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン用
ノズル１６とが設けられると共に、図３ａに示すよう
に、同じく前記右側サイドカバー５ｂからタービン用羽
根１２に圧縮気体を供給するタービン逆転用給気口１７
と、当該タービン逆転用給気口１７内の圧縮気体を前記
タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン逆転用ノ
ズル１８とが設けられている。従って、前記図２に示す
実施例と異なり、本実施例では前記タービン用羽根１２
が、前記タービン逆転用羽根１３を兼任することにな
る。また、タービン用ノズル１６とタービン逆転用ノズ
ル１８とは軸部材３の軸新を含む平面に対して対称に傾
斜している。

【００１７】従って、前記タービン用給気口１５を介し
てタービン用ノズル１６からタービン用羽根１２に圧縮
気体を噴射すると、その圧力でタービン用羽根１２が回
転され、もって軸部材３が高速回転される。また、前記
タービン用給気口１５への圧縮気体の供給を停止して、
前記タービン逆転用給気口１７を介してタービン逆転用
ノズル１８からタービン用羽根１２に圧縮気体を噴射す
ると、その圧力がタービン用羽根１２を逆回転させる方
向に作用して、軸部材３の回転が減速される。

【００１８】ここで、前記図２の静電塗装用エアスピン
ドルのように静圧気体軸受装置とタービン機構とを軸方
向に併設すると、前記フランジ部４とタービン用羽根１
２との間に軸受部材１があるので組立工程での規制か
ら、タービン用羽根１２の外径を、前記軸受部材１の外
径より小さいものにしなければならない。タービン機構
１１の軸トルクは、同等の噴射気体圧力に対してタービ
ン用羽根１２の外径が大きいほど大きくなるから、この
ようにタービン用羽根１２の外径が小さいと出力トルク
も小さくなってしまう。一方、図３に示す本実施例の静
電塗装用エアスピンドルでは、軸受部材１の内径より大
きい外径のタービン用羽根１２を設定することができる
ので、同等の噴射気体圧力に対して当該タービン機構１
１の出力トルクを大きくすることができ、もってエアス
ピンドルの回転特性を安定することができるという利点
もある。また、タービン用羽根１２が受けるトルクを軸
受方両側の軸受部材１がバランス良く受けることがで
き、回転精度が向上する。更に、二つの軸受部材１の間
隔が広くなるので外部モーメント負荷に対して強くな
る。また、タービン機構用ハウジング１４を軸受用ハウ
ジング本体５ｃと一体にするなど、部品点数を低減して
コストを低廉化できると共に、エアスピンドル装置を軸
線方向に小さくすることも可能となる。

【００１９】なお、前記軸受部材は、前述のような多孔
質絞り軸受だけでなく、オリフィス絞り軸受や自成絞り
軸受，表面絞り軸受等を使用することも可能である。ま
た、前記図３の実施例ではフランジ部４に設けられたタ
ービン用羽根１２が逆転用羽根を兼任する場合について
説明したが、当該フランジ部４の外周部にタービン用羽
根１２とタービン逆転用羽根とを併設し、タービン用羽
根に圧縮気体を噴射するタービン用ノズルと、タービン
逆転用羽根に圧縮気体を噴射するブレーキ用ノズルとを
夫々独立してハウジング５に設けてもよく、そのように
すればタービン逆転用羽根の形状を最適に設定すること
により軸部材３の停止トルクを大きくすることができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静圧気体
軸受装置によれば、一つの軸受部材の周囲にラジアル軸
受隙間とスラスト軸受隙間とスラスト方向隙間とを形成
することができ、しかもスラスト軸受隙間は軸部材に一
体に形成されたフランジ部側に形成され、スラスト方向
隙間はハウジング側に形成されるから、スラスト軸受隙
間及びスラスト方向隙間内に噴出される圧縮気体の圧力
によって軸部材のスラスト方向の振れを速やかに減衰し
て吸収することができるから、軸部材及びフランジ部が
軸受部材に接触することがない。また、これに伴って軸
部材に対する軸受部材の位置精度が厳しくなくなるか
ら、装置の組立・調整が簡便で容易になる。また、ラジ
アル軸受部材とスラスト軸受部材との両方を併設する必
要がなくなるから、部品点数が少なく、組立が容易でコ
ストが安価である。更に、隣合う軸受部材を軸方向にあ
る程度離したり、軸受部材の軸方向寸法を長くできるか
ら、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛
性を大きくできる。また、ハウジングの軸方向寸法を小
さくしたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静圧気体軸受装置の構成図である。

【図２】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアス
ピンドルに使用した一実施例を示す構成図である。

【図３】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアス
ピンドルに使用した他の実施例を示す構成図である。

【図４】従来の静圧気体軸受装置の構成図である。

【符号の説明】

１は軸受部材 ２ａ，２ｂ，２ｃは気体噴出部 ３は軸部材 ４はフランジ部 ５はハウジング ６は弾性支持部材 ７ａはスラスト軸受隙間 ７ｂはスラスト方向隙間 ８はラジアル軸受隙間 ９は給気口 １０は排気口 １１はタービン機構 ３０は塗料供給管 ３１は静電塗装用治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 俊徳 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状に形成された軸受部材の内周面と
   両端面とに気体噴出部を設け、当該軸受部材の内周面内
   に軸部材を挿通して当該軸部材の軸方向中間部に一体に
   形成されたフランジ部の両側に軸受部材を夫々配設し、
   各軸受部材はハウジングの内孔に弾性支持され、各軸受
   部材の一方の端面と当該一方の端面に対向する軸部材の
   フランジ部端面との間に夫々スラスト軸受隙間を形成
   し、各軸受部材の他方の端面と当該他方の端面に対向す
   るハウジングとの間に夫々スラスト方向隙間を形成した
   ことを特徴とする静圧気体軸受装置。