JPS6235947Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、外部から加圧気体を微小な給気孔を
通して軸受隙間内に供給し、回転軸をラジアル方
向及びスラスト方向に支える静圧気体軸受に関す
る。

〔従来の技術〕

回転軸をラジアル方向及びスラスト方向の両方
において支える静圧気体軸受としては、従来第１
図に示すようなものがある。この軸受は、回転軸
０１を包む軸受本体０２のラジアル軸受面０２ａ
にその中央部周囲に沿つて１列あるいは２列に多
数の給気孔０３を設けると共に左右のスラスト軸
受面０２ｂに多数の給気孔０４を環状に配列して
なり、給気孔０３，０４のオリフイス絞りあるい
は自成絞り効果を利用して回転軸０１を支えるも
のである。

従来のこの種の軸受の他のものとしては、特公
昭45−21404号公報及び特公昭46−12682号公報等
に開示されているような、軸の回転方向と直角方
向に多数の微細溝を有する表面絞り軸受がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前者の軸受においては、給気孔０３，０４の径
は加工上0.1mmより小さくすることができないた
め、負荷容量が最大となる最適軸受隙間は30μｍ
以上となつてしまう。そのため、軸受に負荷を加
えた時の軸受の移動量が大きく、その負荷と軸受
の移動量との比で定義される軸受のステイフネス
（負荷／移動量）が小さく、また多数の給気孔を
必要とするため給気流量が多いという欠点を有し
ていた。

次に、後者の軸受においては、５μｍ前後の微
小な軸受隙間で高い負荷容量が得られるため、軸
受のステイフネスが大きく、給気流量が少なくて
済むという長所を有しているが、回転方向と直角
方向の多数の微細溝を加工するのが難しく、軸受
がかなり高価になつてしまうという欠点があつ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、回転軸をラジアル方向及びスラスト
方向の両方において支える従来の静圧気体軸受に
おける上述のような欠点を解消することを目的と
してなされたもので、その構成は、単数又は複数
のラジアル軸受面からなるラジアル軸受部とその
両側に形成されたスラスト軸受部とから構成さ
れ、ラジアル軸受部とスラスト軸受部との境界に
軸受周囲に通じる排気孔に接続されて周囲圧とな
つている排気通路を有するとともに複数のラジア
ル軸受面の間に軸受周囲に通じる排気孔に接続さ
れて周囲圧となつている排気溝を有し、軸をラジ
アル方向及びスラスト方向に支持する静圧気体軸
受において、このラジアル軸受面の両端面近傍及
び前記スラスト軸受部の両端部近傍に軸受すき間
の２ないし５倍の深さの環状溝を形成すると共
に、気体を吐出する微小な給気孔を前記環状溝内
にそれぞれ３個以上開口したものである。

〔作 用〕

本考案では、加圧空気が給気圧力Psから給気
孔の絞り抵抗R₁を通り、環状溝を通つて円周方
向に拡つた後に軸受すき間内の流れ抵抗R₂を通
つて排気溝、排気通路等の大気圧Paへと低下す
る。このため、軸受すき間の変化により、流れ抵
抗R₂が場所によつて変化し、狭まり軸受すき間
領域の軸受内部圧力が増加し、拡がり軸受すき間
領域の軸受内部圧力が減少して回転軸を支持して
いる。特に環状溝の効果により円周方向に緩慢に
変化する圧力分布を形成できるため、円周方向に
３個と少ない給気孔でも加工不可能な程の微小な
孔径の給気孔を多数あけた場合と同一の効果があ
り、回転軸の任意方向の偏心を復元する圧力を発
生できる。すなわち、両側の排気溝の近傍に給気
孔列を設けても環状溝によつて円周方向の圧力変
化の連続性が保持され、円周方向の軸受面の利用
効率が低下せず、かつ２つの環状溝間の広い領域
で大きな復元力を発生できる。

また、静圧軸受において、給気孔数ｎ、給気孔
径ｄ、給気孔から排気溝あるいは排気通路に接す
る軸受端までの距離l₁とすると負荷容量を最大と
する最適軸受すき間はｎ・ｄ・l₁の積に比例する
ことが知られており、本考案では前述のような環
状溝の効果によつて給気孔数ｎ、給気孔径ｄ、距
離l₁のすべてを小さくできることから最適軸受す
き間を最小にでき、加圧気体の消費量をきわめて
少なくできる。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

第２図において回転軸１に設けた小径部１ａと
該小径部１ａ表面に直角なその両端の側壁部１ｂ
とからなる溝内に軸受本体２は収められる。前記
小径部１ａを囲む軸受本体２のラジアル軸受面２
ａと前記側壁部１ｂと対面する左右二つのスラス
ト軸受面２ｂとの交わり部（境界部）には面取り
が施され、面取り部には、回転軸１に形成されか
つ回転軸１の周囲に通じる排気孔３が接続され
て、周囲圧（大気圧）になつている排気通路４が
構成されている。軸受本体２のラジアル軸受面２
ａのある面の中央部には環状排気溝５が設けられ
て、ラジアル軸受面２ａは二つに分割されてい
る。前記環状排気溝５には、軸受本体２の周囲に
通じさせて軸受本体２に設けた排気孔６が接続さ
れて、前記環状排気溝５を周囲圧にしている。分
割された二つのラジアル軸受面２ａにおける前記
排気通路４の近傍及び前記環状排気溝５の近傍に
はラジアル環状溝７が形成されている。これらの
ラジアル環状溝７内には、軸受本体２に形成され
た気体通路８に通じる微小な径の給気孔９が第３
図に示すように等間隔に三つ開口している。ま
た、前記二つのスラスト軸受面２ｂにおいてはそ
の外周面近傍及び前記排気通路４近傍にスラスト
環状溝１０が形成され、それぞれの環状溝１０内
には第４図に示すように等間隔に三つの給気孔１
１が開口されている。図面中、１２は前記気体通
路８に気体を供給するための口金である。

口金１２に供給された気体は気体通路８を通
り、各給気孔９，１１より吐出されて、ラジアル
軸受面２ａと回転軸１の小径部１ａとの間及びス
ラスト軸受面２ｂと回転軸１の側壁部１ｂとの間
にそれぞれ流入し、軸を支える負荷を発生する。

本考案の第１の特徴は各軸受面２ａ，２ｂの両
端近傍に設けられた環状溝７，１０が給気孔９，
１１からの加圧気体の大部分を円周方向に導くに
十分なだけ深く、且つ軸受隙間が十分大きい領域
では給気孔からの気体の大半が即座に軸受端まで
流出する程度に浅いことである。第２の特徴はラ
ジアル環状溝７及びスラスト環状溝１０内に設け
られた給気孔９，１１の内径は加工上可能な限り
小さく、例えば0.1mm程度で、また円周方向の孔
の数も３〜６個程度（本実施例では120度間隔に
３個）としたことである。すなわち、環状溝７，
１０がなければ給気孔を多数（例えば10個以上）
開口する必要があるが、環状溝の効果によつて加
圧気体の圧力低下を抑えつつ円周方向に分散させ
ることのできるので、給気孔数は少なくとも加工
上不可能な微小な孔径の給気孔を円周方向に多数
あけたものと同じ効果を得ることができる。な
お、環状溝内に２つの給気孔では給気孔方向に偏
心したときには復元力が働くが、給気孔方向と直
角な方向などの任意の方向では復元力は弱くな
り、回転軸の偏心を元にもどせなくなる。そこ
で、回転軸が任意の方向に偏心しても一様な復元
力を持たせるには、少なくとも環状溝内に120℃
間隔で３つの給気孔を開口させる必要がある。

このような構造を有する軸受の回転軸１が第７
図に示すように偏心している場合（第７図は偏心
を強調している。）に加圧気体を供給すると各軸
受内の幅方向の圧力分布は軸受すき間が狭いとこ
ろと、軸受すき間の広いところとでおのおの第５
図ａ中のＡ及びA′のような台形となる。すなわ
ち、環状溝７間の距離が短いため、環状溝７間の
領域において円周方向の流路抵抗に比し、軸受幅
方向のそれが小さいので、軸受幅方向の圧力変化
は少なく、軸受隙間の増減に応じて台形圧力分布
はそれぞれA′及びＡのように変化し、これら
A′及びＡの圧力差によつて回転軸１の偏心を復
元するように働く。

なお、軸受幅が軸受径より大きい場合には、軸
受内の幅方向の流路抵抗が円周方向に対して無視
できなくなるため第５図ｂ中ＢとB′とで示すよう
に中央部の圧力差が少なくなり、軸受の負荷容量
低下をもたらす。

そこで、第２図に示すようにラジアル軸受面の
ある面の中央に周囲圧となつている環状排気溝５
と排気孔６を設けてラジアル軸受面を２つに分割
し、第５図ｃ中ＣをC′で示すように軸受部すべ
てにわたつて圧力差が大きく発生するようにし
て、軸受の負荷容量を向上している。

次に、ラジアル軸受面２ａにおける給気孔９列
に沿つてこの円周方向の圧力分布特性を第６図に
示す。第６図では、第７図に示すように３つの給
気孔９がある場合に回転軸１が下方に偏心した時
の最大すきま位置からの角度φと圧力の関係をラ
ジアル環状溝の深さをパラメータとして表してい
る。円周方向圧力分布特性は主として給気孔９を
開口してあるラジアル環状溝７の深さに依存し、
軸受すき間の２〜５倍程度の深さを持つた環状溝
を形成すると、第６図中の曲線Ｃで示すように、
回転軸１の変位に応じて生ずる、狭まりすき間領
域の圧力（第６図中で角度φが90゜から180゜の
領域を積分した圧力）と広がりすき間領域のの圧
力（第６図中で角度φが０゜から90゜の領域を積
分した圧力）の差が最大となる。

もし、環状溝７の深さがこの最適値より小さけ
れば、加圧気体は給気孔９間に十分満たされぬま
ま軸受端から流出するため圧力分布は曲線Ｄで示
すようになり、逆に最適値より大きければ広がり
隙間領域内でも加圧気体が円周方向に充満し過
ぎ、圧力分布は曲線Ｅのようになる。したがつ
て、いずれの場合も圧力差は減少し軸受の負荷容
量が低下する。

第５図及び第６図に示した幅方向及び円周方向
の圧力分布特性は第２図の実施例に示すラジアル
軸受部、スラスト軸受部のいずれにも共通する特
性である。したがつて、本考案の軸受は給気孔数
が３〜６個ときわめて少ないにもかかわらず、環
状溝の効果により軸受内の圧力発生効率が良く、
従来の軸受に比べラジアル方向、スラスト方向及
び傾きに関する軸受負荷容量を50％以上高めるこ
とができるのである。

また、本考案の軸受は環状溝の効果により給気
孔列を軸受端近傍に配置できるとともに給気孔径
が0.1mm前後と小さくかつその数も３〜６個を少
なくてよく、負荷容量が最大となる最適軸受すき
間を５μｍ前後に小さくすることができる。すな
わち、気体潤滑理論にもとづく計算によれば、第
２図に示す構造の軸受でラジアル軸受径50mm、全
ラジアル軸受幅50mm、スラスト軸受外径100mm、
各環状溝当りの給気孔数３、給気孔径0.15mm、環
状溝幅１mm、環状溝と軸受端の距離２mmの場合に
は、スラスト軸受部の外周側の最適溝深さ約45μ
ｍ、内周側の最適溝深さ約30μｍ、ラジアル軸受
部の最適溝深さ約25μｍとなり、また負荷容量が
最大となる最適軸受すき間は約６μｍとなる。こ
こで環状溝の最適深さは軸受すき間の２〜５倍で
ある。

このように本考案の軸受は給気孔径が小さく、
孔数が少なく、しかも軸受すきまが小さいので加
圧気体の消費量をきわめて少なくできる。

本考案の静圧気体軸受組立体は第２図に示した
実施例以外にも各種の形式が考えられる。例えば
ラジアル軸受部の長さが短かければ、中央の排気
溝５及びその両側の環状溝と給気孔列をなくし、
一個のラジアル軸受とすることも可能である。ま
た逆にラジアル軸受部を長くして、ラジアル方向
の負荷容量を大きくしたい場合にはラジアル軸受
部を２本あるいは３本の排気溝で３個あるいは４
個のラジアル軸受面に分割しそれぞれの軸受面に
ついて２列の環状溝と給気孔を設けることも可能
である。なお、第２図には、ラジアル軸受面２ａ
と該ラジアル軸受面２ａが囲む小径部１ａとから
なるラジアル軸受部及びスラスト軸受面２ｂとこ
れと対向する側壁部１ｂとからなるスラスト軸受
部において、ラジアル軸受面２ａ及びスラスト軸
受面２ｂにそれぞれ環状溝７，１０、給気孔９，
１１を設けたものを実施例として示したが、これ
らの環状溝、給気孔を回転軸１側の前記小径部１
ａ及び側壁部１ｂに設けることも可能である。

〔考案の効果〕

以上述べたように、本考案に係る静圧気体軸受
組立体によれば、微小な軸受すき間で高い負荷容
量を持たせることができるので、精密工作機械等
で必要なラジアル方向、スラスト方向及び傾きに
対するステイフネスが高まる。また、給気孔数は
少なくて済むので、給気流量は小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給気孔形静圧気体軸受組立体の
縦断面図、第２図は本考案に係る静圧気体軸受組
立体の一実施例の縦断面図、第３図は第２図に示
した実施例におけるラジアル軸受部の給気孔列に
沿つた断面図、第４図は第２図に示した実施例の
スラスト軸受面の側面図、第５図は実施例におけ
る軸受内の幅方向の圧力分布特性を示す説明図、
第６図は実施例における円周方向の圧力分布の環
状溝の深さによる違いを示すグラフ、第７図は実
施例における回転軸の偏心を強調して示した図で
ある。 １……回転軸、１ａ……小径部、１ｂ……側壁
部、２……軸受本体、２ａ……ラジアル軸受面、
２ｂ……スラスト軸受面、３，６……排気孔、４
……排気通路、５……環状排気溝、７……ラジア
ル環状溝、８……気体通路、９，１１……給気
孔、１０……スラスト環状溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 単数又は複数のラジアル軸受面からなるラジア
   ル軸受部とその両側に形成されたスラスト軸受部
   とから構成され、ラジアル軸受部とスラスト軸受
   部との境界に軸受周囲に通じる排気孔に接続され
   て周囲圧となつている排気通路を有するとともに
   複数のラジアル軸受面の間に軸受周囲に通じる排
   気孔に接続されて周囲圧となつている排気溝を有
   し、軸をラジアル方向及びスラスト方向に支持す
   る静圧気体軸受において、このラジアル軸受面の
   両端面近傍及び前記スラスト軸受部の両端部近傍
   に軸受すき間の２ないし５倍の深さの環状溝を形
   成すると共に、気体を吐出する微小な給気孔を前
   記環状溝内にそれぞれ３個以上開口してあること
   を特徴とする静圧気体軸受組立体。