CN117916479A - 构成静压气体轴承的气体节流结构和静压气体轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种构成减小节流部的面积的同时从兜孔部分的喷出口端倾斜地喷出气体的静压气体轴承的气体节流结构和静压气体轴承。气体节流结构(140)形成于单一基材并使用于喷出压缩空气(G)而以非接触状态支撑套环(C)的静压气体轴承(100)，气体节流结构(140)具备：气体流路部分(141)，其与供给压缩空气(G)的供气源相连通；以及兜孔部分(142)，该兜孔部分(142)的与气体流路部分(141)的出口端(141a)相连通的喷出口端(142b)与套环(C)相对置，从兜孔部分(142)的喷出口端(142b)侧观察时，兜孔部分(142)的一部分和气体流路部分(141)的一部分重叠，从兜孔部分(142)的喷出口端(142b)侧观察时，气体流路部分(141)的中心轴(Ac)和兜孔部分(142)的中心轴(Ap)彼此偏心。

Description

构成静压气体轴承的气体节流结构和静压气体轴承

技术领域

本发明涉及构成静压气体轴承的气体节流结构和静压气体轴承。

背景技术

在利用从轴承外导入至轴承内的加压流体的压力来对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承中，被称之为节流部的成为气体流的阻力的部分设置于支撑对象物和静压气体轴承之间的间隙(轴承游隙(bearing clearance))之前。

将节流部设置于静压气体轴承，由此，若轴承游隙变小，则充满整个轴承游隙内的气体(气体膜)的压力上升，若轴承游隙变大，则轴承游隙内的气体膜的压力下降，因此能够以支撑对象物从静压气体轴承浮上至施加于静压气体轴承的负载载荷和轴承游隙内的气体膜的压力达到平衡的位置的状态保持支撑对象物。

作为构成这种静压气体轴承的气体节流结构之一，现今，已知有利用了孔口(orifice)的孔口节流部(orifice throttle)(例如，专利文件1)。

在利用了孔口节流部的静压气体轴承中，从流入路流入的气体在孔口处节流而流入到被称之为兜孔(pocket)的孔口和轴承游隙之间的空间，进而从兜孔流入到轴承游隙而支撑轴。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2005-282635号公报(特别地，图1)

发明内容

(发明所要解决的问题)

在如上所述般的静压气体轴承中，通常，节流部的面积越小，则流量损耗越少，与此同时作为轴承的刚性(对于轴承游隙的变化的负载容量(轴承内压力的总和)的变化)越大，因此节流部的面积最好要小。

更进一步地，近年来，伴随着装置整体的小型化，轴承也愈发小型化，因此相对应地，需要使节流部小型化。

然而，节流部是通过切削工具、激光等的基于钻孔加工而制作的，而由于受工具直径、激光直径的微细化方面的限制，因此难以实现基于钻孔加工的节流部的小型化，静压气体轴承的性能还存在进一步提高的空间。

此外，静压气体轴承通常对于与支撑对象物对置的静压气体轴承的轴承面大致垂直地地喷出气体，因此只能以非接触状态对支撑对象物进行支撑，无法移动支撑对象物。

因此，为了以非接触状态对支撑对象物进行支撑的同时移动支撑对象物，考虑过对于轴承面倾斜地喷出气体，从而不仅沿轴承面移动支撑对象物，还以非接触状态对支撑对象物进行支撑，但难以在保持微米级的加工精度的同时通过钻孔加工直接形成对于轴承面倾斜的节流部。

因此，本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的，即，本发明的目的在于，提供构成减小节流部的面积的同时从兜孔部分的喷出口端倾斜地喷出气体的静压气体轴承的气体节流结构和静压气体轴承。

(解决问题所采用的措施)

权利要求1所涉及的发明为形成于单一基材并构成通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承的气体节流结构，其具备：气体流路部分，其与供给所述气体的供气源相连通；以及兜孔部分，所述兜孔部分的与该气体流路部分的出口端相连通的喷出口端与所述支撑对象物对置，从所述兜孔部分的喷出口端侧观察时，所述兜孔部分的一部分和所述气体流路部分的一部分重叠，从所述兜孔部分的喷出口端侧观察时，所述气体流路部分的中心轴和所述兜孔部分的中心轴彼此偏心，由此解决上述问题。

权利要求2所涉及的发明为由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承，所述静压气体轴承具备用于喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面，由此解决上述问题。

权利要求3所涉及的发明为由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承，所述静压气体轴承配置有多个用于喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面，所述气体节流结构相邻配置为：从相邻配置的所述气体节流结构的一方的兜孔部分喷出的气体所导致的所述支撑对象物的移动方向和从相邻配置的所述气体节流结构的另一方的兜孔部分喷出的气体所导致的所述支撑对象物的移动方向成为逆向，由此解决上述问题。

权利要求4所涉及的发明为由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承，所述静压气体轴承配置有多个喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面，所述气体节流结构配置为：从所述气体节流结构喷出的所述气体的喷出方向矢量的总和成为0，由此解决上述问题。

(发明的效果)

根据权利要求1所涉及的发明的构成静压气体轴承的气体节流结构，从兜孔部分的喷出口端观察时，兜孔部分的一部分和气体流路部分的一部分重叠，从兜孔部分的喷出口端观察时，气体流路部分的中心轴和兜孔部分的中心轴彼此偏心，由此，从兜孔部分的喷出口端侧观察时的气体流路部分和兜孔部分的重叠部分成为节流部，因此，与由钻孔加工制作节流部的情况相比，可以更容易地减小节流部的面积，并且，由于从兜孔部分的喷出口端侧观察时，气体流路部分的中心轴、节流部的中心轴和兜孔部分的中心轴彼此偏心，因此还可以从兜孔部分的喷出口端倾斜地喷出气体。

根据权利要求2所涉及的发明的静压气体轴承，其具备用于喷出气体的权利要求1所述的气体节流结构，气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与支撑对象物对置的轴承面处于同一面，由此，从与兜孔部分的喷出口端处于同一面的轴承面侧观察时的气体流路部分和兜孔部分的重叠部分成为节流部，因此，与由钻孔加工制作节流部的情况相比，可以更容易地减小节流部的面积，并且，由于从轴承面侧观察时，气体流路部分的中心轴、节流部的中心轴和兜孔部分的中心轴彼此偏心，因此不仅能够以非接触状态对支撑对象物进行支撑，还能够沿轴承面移动支撑对象物。

即，能够减小节流部的面积而减少空气的流量损耗的同时提高刚性，并且能够以非接触状态对支撑对象物进行支撑的同时使其沿着轴承面移动。

根据权利要求3所涉及的发明的静压气体轴承，其配置有多个用于喷出气体的权利要求1所述的气体节流结构，气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与支撑对象物对置的轴承面处于同一面，由此，从与兜孔部分的喷出口端处于同一面的轴承面侧观察时的气体流路部分和兜孔部分的重叠部分成为节流部，因此，与由钻孔加工制作节流部的情况相比，可以更容易地减小节流部的面积，并且，由于气体节流结构相邻配置为：从相邻配置的气体节流结构的一方的兜孔部分喷出的气体所导致的支撑对象物的移动方向和从相邻配置的气体节流结构的另一方的兜孔部分喷出的气体所导致的支撑对象物的移动方向成为逆向，从而抵消了对于静压气体轴承的支撑对象物的移动，因此，还能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

即，能够减小节流部的面积而减少空气的流量损耗的同时提高刚性，并且能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

根据权利要求4所涉及的发明的静压气体轴承，其配置有多个喷出气体的权利要求1所述的气体节流结构，气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与支撑对象物对置的轴承面处于同一面，由此，从与兜孔部分的喷出口端处于同一面的轴承面侧观察时的气体流路部分和兜孔部分的重叠部分成为节流部，因此，与由钻孔加工制作节流部的情况相比，可以更容易地减小节流部的面积，并且，由于气体节流结构配置为：从气体节流结构喷出的气体的喷出方向矢量的总和成为0，通过如此的配置抵消了对于静压气体轴承的支撑对象物的移动，因此，还能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

即，能够减小节流部的面积而减少空气的流量损耗的同时提高刚性，并且能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

附图说明

图1为作为本发明的一实施例的静压气体轴承的立体图。

图2为图1的侧视图。

图3A为示出静压气体轴承的剖面结构的沿图2的IIIA-IIIA的剖视图。

图3B为图3A的IIIB的放大图。

图4A为从IVA观察图3A所示的气体节流部件时的主要部分的放大图。

图4B为图4A的IVB的放大图。

图5A为示出本发明的静压气体轴承的第一变形例的剖视图。

图5B为示出本发明的静压气体轴承的第二变形例的侧面展开图。

具体实施方式

本发明的气体节流结构，其形成于单一基材，并构成通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承，该气体节流结构具备：气体流路部分，其与供给气体的供气源相连通；以及兜孔部分，所述兜孔部分的与该气体流路部分的出口端相连通的喷出口端与支撑对象物对置，从兜孔部分的喷出口端侧观察时，兜孔部分的一部分和气体流路部分的一部分重叠，从兜孔部分的喷出口端侧观察时，气体流路部分的中心轴和兜孔部分的中心轴彼此偏心，只要减小节流部的面积的同时从兜孔部分的喷出口端倾斜地喷出气体的气体节流结构，本发明的具体的实施方式可以是任意的。

例如，本发明中的气体可以是任意气体，优选为空气。

例如，本发明的气体节流结构只要形成于单一基材即可，该材料可以为树脂、金属、陶瓷等的任意的材料。

此外，在此所述的“单一基材”可以由一种材料形成，也可以是密接层叠多种材料而防止各层间的气体泄露的部件。

例如，本发明的气体节流结构的气体流路部分的剖面形状和兜孔部分的剖面形状可以是任意形状，从兜孔部分的喷出口端侧观察时只要形成节流部即可。

此外，节流部的形状可以是任意形状。

此外，本发明的气体节流结构的气体流路部分的截面积和兜孔部分的截面积之间的大小关系优选为兜孔部分的截面积在气体流路部分的截面积以下，但也可以是兜孔部分的截面积比气体流路部分的截面积大，从兜孔部分的喷出口端侧观察时只要形成节流部即可。

例如，本发明的气体节流结构的兜孔部分的深度可以是任意深度，只要是不产生自激振动(气锤(pneumatic hammer))的深度即可。

例如，组入有本发明的气体节流结构的静压气体轴承可以是支撑作为支撑对象物的旋转体的轴向的载荷的推力轴承(thrust bearing)，也可以是支撑作为支撑对象物的旋转体的径向的载荷的径向轴承(journal bearing)，还可以是允许支撑对象物的直线运动的同时进行支撑的引导件(滑块)。

即，不对静压气体轴承所支撑的支撑对象物和其运动方向作特别的限制。

实施例一

以下，基于图1至图4B，对具备作为本发明的一实施例的气体节流结构的静压气体轴承100进行说明。

图1为作为本发明的一实施例的静压气体轴承的立体图，图2为图1的侧视图，图3A为示出静压气体轴承的剖面结构的图1的沿IIIA-IIIA的剖视图，图3B为图3A的IIIB的放大图，图4A为从IVA观察图3A所示的气体节流部件时的主要部分的放大图，图4B为图4A的IVB的放大图。

如图1和图2所示，静压气体轴承100为由单一树脂形成的中空圆柱状的轴承，在压缩空气(气体)的作用下使作为支撑对象物的圆筒状的套环(Collar)C与静压气体轴承100间隔轴承游隙h相当的量而以非接触状态支撑该套环C。

即，本实施例中的静压气体轴承100为用于支撑套环C的径向的载荷的径向轴承。

如图2所示，该静压气体轴承100的一方的端面形成有内螺纹孔110。

此外，静压气体轴承100的另一方的端面被封闭。

内螺纹孔110的前端与沿长度方向延伸的圆柱状的气体储存区域120相连通。

此外，如图1和图2所示，该内螺纹孔110螺合有与空气配管T相连接的联结器J，所述空气配管T连接有未图示的供气源。

接着，如图3A所示，静压气体轴承100形成有从气体储存区域120以放射状延伸的8条气体导入路130。

气体导入路130与用于喷出以非接触状态支撑套环C的压缩空气G的气体节流结构140相连通。

在本实施例中，配置有8个气体节流结构140。

此外，如图3B所示，该气体节流结构140由气体流路部分141和兜孔部分142构成。

如图4A和图4B所示，气体流路部分141在俯视时呈矩形，如图3A所示，气体流路部分141与气体导入路130相连通。

即，气体流路部分141通过气体导入路130与供气源相连通。

如图4A和图4B所示，兜孔部分142在俯视时呈矩形，如图3B所示，兜孔部分142的注入口端142a与气体流路部分141的出口端141a相连通。

此外，兜孔部分142的喷出口端142b与静压气体轴承100的轴承面100A处于同一面，并与套环C相对置。

如图4B所示，气体节流结构140的气体流路部分141的中心轴Ac和兜孔部分142的中心轴Ap分别配置于直线Lr的两侧。

此外，从轴承面100A侧观察时，气体流路部分141的一部分与兜孔部分142的一部分重叠，该重叠的部分成为节流部143。

即，从轴承面100A侧观察时，气体流路部分141的中心轴Ac、节流部143的中心轴Ar和兜孔部分142的中心轴Ap彼此偏心。

如图2、图4A和图4B所示，在周向上相邻的气体节流结构140中，节流部143的中心轴Ar位于在侧视时与静压气体轴承100的中心轴纵行的直线Lr上。

此外，在周向上相邻的气体节流结构140的气体流路部分141的中心轴Ac彼此之间以及在周向上相邻的气体节流结构140的兜孔部分142的中心轴Ap彼此之间夹着直线Lr。

此外，如图4A所示，在周向上相邻的气体节流结构140中，兜孔部分142彼此相邻。

接着，基于图2、图3A和图4A，对上述静压气体轴承100中的压缩空气G的流动进行说明。

从供气源供给的压缩空气G经过空气配管T，并通过联结器J流入到静压气体轴承100的气体储存区域120。

此外，如图3A所示，压缩空气G流动于气体导入路130而流入到气体节流结构140。

流入到气体节流结构140的压缩空气G被节流部143节流而以压力变高的状态流入到兜孔部分142，并从兜孔部分142流入到轴承游隙h内。

在此，从轴承面100A侧观察时，气体流路部分141的中心轴Ac、节流部143的中心轴Ar和兜孔部分142的中心轴Ap彼此偏心，因此如图3B和图4A所示，从兜孔部分142的喷出口端142b喷出的压缩空气G从气体流路部分141朝向兜孔部分142喷出，即对于轴承面100A倾斜地喷出。

此外，在周向上相邻的气体节流结构140的气体流路部分141和兜孔部分142对于直线Lr的配置关系不同，因此如图4A所示，从在周向上相邻的气体节流结构140喷出的压缩空气的朝向(G1、G2)彼此逆向。

根据以上说明的本实施例的气体节流结构140，从兜孔部分142的喷出口端142b观察时，兜孔部分142的一部分和气体流路部分141的一部分重叠，从兜孔部分142的喷出口端142b观察时，气体流路部分141的中心轴Ac和兜孔部分142的中心轴Ap彼此偏心，由此，与由钻孔加工制作节流部143的情况相比，不仅可以更容易地减小节流部143的面积，还可以从兜孔部分142的喷出口端142b倾斜地喷出压缩空气G。

此外，根据本实施例的静压气体轴承100，气体节流结构140配置有多个，气体节流结构140相邻配置为：从在周向上相邻配置的气体节流结构140的一方的兜孔部分142喷出的压缩空气G1所导致的作为支撑对象物的套环C的移动方向D1和从在周向上相邻配置的气体节流结构140的另一方的兜孔部分142喷出的压缩空气G2所导致的支撑对象物的移动方向D2成为逆向，由此，能够对于静压气体轴承100在固定位置以非接触状态支撑套环C。

<变形例>

以上，说明了作为本发明的一实施例的静压气体轴承100，但本发明的静压气体轴承并不限定于上述的实施例的静压气体轴承100。

例如，在本实施例中，在静压气体轴承100中，在周向上等间隔地形成8个气体节流结构140，且在长度方向上两处形成气体节流结构140，但气体节流结构的配置位置并不限定于此，可以是与轴承形状、支撑对象物相适应地任意配置。

例如，在本实施例中，气体节流结构140配置有多个，气体节流结构140相邻配置为：从在周向上相邻配置的气体节流结构140的一方的兜孔部分142喷出的压缩空气G1所导致的作为支撑对象物的套环C的移动方向D1和从在周向上相邻配置的气体节流结构140的另一方的兜孔部分142喷出的压缩空气G2所导致的支撑对象物的移动方向D2成为逆向，但静压气体轴承中的气体节流结构的配置并不限定于此。

具体地，气体节流结构配置多个，并气体节流结构配置为从气体节流结构喷出的气体的喷出方向矢量的总和成为0也可。

通过如此配置气体节流结构，来抵消对于配置有气体节流结构的静压气体轴承的支撑对象物的移动，因此，能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

即，能够减小节流部的面积而减少空气的流量损耗的同时提高刚性，并且能够对于静压气体轴承在固定位置以非接触状态对支撑对象物进行支撑。

例如，在本实施例中，静压气体轴承100具有8个气体节流结构140，但构成静压气体轴承的气体节流结构的个数并不限定于此，可以是与轴承形状、支撑对象物相适应的任意个数。

例如，如作为本发明的第一变形例的静压气体轴承的剖视图的图5A所示，只具有1个气体节流结构140也可，在该情况下，从轴承面侧观察时，气体流路部分的中心轴、节流部的中心轴和兜孔部分的中心轴彼此偏心，从兜孔部分的喷出口端喷出的气体对于轴承面倾斜地喷出，因此不仅能够以非接触状态对支撑对象物进行支撑，还能够沿轴承面移动支撑对象物。

即，能够在减小节流部的面积而减少空气的流量损耗的同时提高刚性，并且能够以非接触状态对支撑对象物进行支撑的同时沿轴承面移动支撑对象物。

例如，在本实施例中，在周向上相邻的气体节流结构140中，节流部143的中心轴Ar位于在俯视时与静压气体轴承100的中心轴纵行的直线Lr上，但在周向上相邻的气体节流结构140中，节流部143的中心轴Ar也可以不位于在俯视时与静压气体轴承100的中心轴纵行的直线Lr上。

此外，从轴承面侧观察时，只要气体流路部分的一部分和兜孔部分的一部分重叠，气体流路部分的中心轴及兜孔部分的中心轴与直线Lr之间的配置关系可以是任意的。

例如，在本实施例中，在周向上相邻的气体节流结构140中，兜孔部分142彼此相邻，但如作为本发明的第二变形例的静压气体轴承的剖视图的图5B所示，在周向上相邻的气体节流结构140中，气体流路部分141和兜孔部分142彼此相邻也可。

在该情况下，与具有1个气体节流结构140的静压气体轴承相同地，从各兜孔部分的喷出口端喷出的气体对于轴承面倾斜地喷出，因此不仅能够以非接触状态对支撑对象物进行支撑，还能够沿轴承面移动支撑对象物。

(附图标记的说明)

100：静压气体轴承；100A：轴承面；110：内螺纹孔；

120：气体储存区域；130：气体导入路；140：气体节流结构；

141；气体流路部分；141a：出口端；142：兜孔部分；

142a：注入口端；142b：喷出口端；143：节流部；J：联结器；

T：空气配管；C：套环(支撑对象物)；h：轴承游隙；

G：压缩空气(气体)；Ac：气体流路部分的中心轴；

Ar：节流部的中心轴；Ap：兜孔部分的中心轴。

Claims (4)

1.一种气体节流结构，其形成于单一基材，并构成通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑的静压气体轴承，其特征在于，

所述气体节流结构具备：

气体流路部分，其与供给所述气体的供气源相连通；以及

兜孔部分，所述兜孔部分的与所述气体流路部分的出口端相连通的喷出口端与所述支撑对象物对置，

从所述兜孔部分的喷出口端侧观察时，所述兜孔部分的一部分和所述气体流路部分的一部分重叠，

从所述兜孔部分的喷出口端侧观察时，所述气体流路部分的中心轴和所述兜孔部分的中心轴彼此偏心。

2.一种静压气体轴承，其由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑，其特征在于，

所述静压气体轴承具备用于喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，

所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面。

3.一种静压气体轴承，其由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑，其特征在于，

所述静压气体轴承配置有多个用于喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，

所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面，

所述气体节流结构相邻配置为：从相邻配置的所述气体节流结构的一方的兜孔部分喷出的气体所导致的所述支撑对象物的移动方向和从相邻配置的所述气体节流结构的另一方的兜孔部分喷出的气体所导致的所述支撑对象物的移动方向成为逆向。

4.一种静压气体轴承，其由单一基材形成并通过喷出气体而以非接触状态对支撑对象物进行支撑，其特征在于，

所述静压气体轴承配置有多个用于喷出所述气体的权利要求1所述的气体节流结构，

所述气体节流结构的兜孔部分的喷出口端和与所述支撑对象物对置的轴承面处于同一面，

所述气体节流结构配置为：从所述气体节流结构喷出的所述气体的喷出方向矢量的总和成为0。