DE102007058066A1

DE102007058066A1 - Aerostatische Lagerspindel

Info

Publication number: DE102007058066A1
Application number: DE200710058066
Authority: DE
Inventors: Junichi Iwata Hirata
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Eine aerostatische Lagerspindel (1), die eine Ladungsakkumulierung in einer Lagerbuchse reduzieren und Schäden lindern kann, die durch eine Entladung verursacht werden, während Funktionen zum Abdichten eines ringartigen Raumes und zum Dämpfen von Wirbelschwingungen einer Drehwelle ausreichend erreicht werden, weist Folgendes auf: Eine Drehwelle (10); eine Lagerbuchse (20), die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche (10A) der Drehwelle (10) umgibt; ein Gehäuse (30), das die Lagerbuchse (20) umgibt und stützt, und eine elastische Stützvorrichtung (40), die zwischen der Lagerbuchse (20) und dem Gehäuse (30) angeordnet ist. Die elastische Stützvorrichtung (40) hat eine elektrische Leitfähigkeit, da sie einen O-Ring (41) und ein leitendes Fett (71) aufweist, das auf die Oberfläche des O-Rings (41) aufgebracht ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aerostatische Lagerspindel und insbesondere auf eine aerostatische Lagerspindel, die Schäden verringern kann, die durch eine Entladung von einer Lagerbuchse zu Elementen angrenzend an der Lagerbuchse verursacht werden.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Bei Maschinen und Anlagen wie z. B. einer elektrostatischen Lackiermaschine, einer Präzisionsbearbeitungsmaschine und einer Halbleiterherstellungsmaschine wird manchmal eine aerostatische Lagerspindel verwendet, um eine hohe Drehzahl eines Elementes zu ermöglichen. Als eine aerostatische Lagerspindel für eine derartige Anwendung ist jene bekannt, die eine Drehwelle, eine Lagerbuchse, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der Drehwelle umgibt, und ein Ge häuse aufweist, das die Lagerbuchse stützt, wobei dazwischen ein O-Ring eingefügt ist (siehe z. B. Japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-295470 A (Patentdruckschrift 1)).
Im Folgenden wird eine herkömmliche aerostatische Lagerspindel beschrieben. 7 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der herkömmlichen aerostatischen Lagerspindel, die in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist. Unter Bezugnahme auf die 7 hat die in der Patentdruckschrift 1 offenbarte, herkömmliche aerostatische Lagerspindel 100 eine Drehwelle 110, eine Lagerbuchse 120, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der Drehwelle 110 umgibt, die über einen Lagerzwischenraum 151 beabstandet ist, ein Gehäuse 130, das die Lagerbuchse 120 umgibt und stützt, und einen O-Ring 141, der zwischen der Lagerbuchse 120 und dem Gehäuse 130 angeordnet ist.
Der O-Ring 141 ist im Allgemeinen aus Gummi wie z. B. Nitrylgummi ausgebildet. Die Lagerbuchse 120 besteht aus einem äußeren Zylinderelement 122 aus Metall und einem inneren Zylinderelement 121 aus Graphit, das in die Innenumfangsfläche des äußeren Zylinderelements 122 eingepasst ist. Des Weiteren sind bei der Lagerbuchse 120 viele Düsen 152A, die ein Lagergas zum Stützen der Drehwelle 110 an den Lagerzwischenraum 151 zuführen, in zwei oder mehr Reihen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. Die Düse 152A ist mit einem nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt durch einen Buchsengaszuführungspfad 152, durch einen ringartigen Raum 153, der durch die Lagerbuchse 120, das Gehäuse 130 und den O-Ring 141 umgeben ist, und durch einen Gaszuführungskanal 154 verbunden. An einem Ende der Drehwelle 110 ist ein Halteabschnitt 111 zum Halten von gewünschten Elementen wie z. B. Werkzeugen ausgebildet.
Als nächstes wird der Betrieb der herkömmlichen aerostatischen Lagerspindel 100 beschrieben. Ein Lagergas mit einem hohen Druck, das von dem nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt zugeführt wird, tritt durch den Gaszuführungskanal 154, den ringartigen Raum 153, den Buchsengaszuführungspfad 152 und die Düse 152A hindurch, und es wird zu dem Lagerzwischenraum 151 zugeführt, wodurch eine Drehwelle 111 frei drehbar um die Lagerbuchse 120 kontaktlos gestützt wird. Wenn die Drehwelle 110 eine Antriebskraft von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung aufnimmt, dreht sie sich in der Umfangsrichtung.
Dabei wird die Lagerbuchse 120 an dem Gehäuse 130 mittels des O-Rings 141 gestützt, und daher wird der ringartige Raum 153 luftdicht abgedichtet, und Wirbelschwingungen der Drehwelle 110 können gedämpft werden.
Die herkömmliche aerostatische Lagerspindel, bei der die Lagerbuchse gegen das Gehäuse mittels einer elastischen Stützvorrichtung wie z. B. den O-Ring 141 gehalten wird, der aus Gummi oder einem anderen Isolator ausgebildet ist, einschließlich der in der Patentdruckschrift 1 beschriebenen aerostatischen Lagerspindel hat die folgenden Probleme. Insbesondere wenn die aerostatische Lagerspindel bei einer Maschine angebracht und verwendet wird, können Ladungen möglicherweise in den inneren Elementen akkumuliert werden, und wenn die Ladungen entladen werden, kann das Element, das die Ladungen akkumuliert hat, oder die daran angrenzenden Elemente möglicherweise beschädigt werden. Dieses Problem kann hauptsächlich dadurch gelöst werden, dass jeder Abschnitt der aerostatischen Lagerspindel geerdet wird. Wenn die aerostatische Lagerspindel z. B. für eine elektrostatische Lackiermaschine verwendet wird, wird eine elektrische Hochspannung auf Beschichtungszusammensetzungen aufgebracht, die zum elektrostatischen Lackieren in der Luft schwimmen, und daher werden verschiedene Abschnitte der aerostatischen Lagerspindel geerdet.
Bei der herkömmlichen aerostatischen Lagerspindel, bei der die Lagerbuchse an dem Gehäuse durch eine isolierende, elastische Stützvorrichtung gehalten wird, die aus einem dazwischen angeordneten Gummi o. dgl. gebildet wird, ist die Lagerbuchse von dem Gehäuse elektrisch entkoppelt. Daher werden Ladungen in der Lagerbuchse akkumuliert, und wenn sie entladen werden, wird möglicherweise ein Schaden der Lagerbuchse und der Elemente angrenzend an der Lagerbuchse verursacht. Wenn eine einfache Maßnahme zum Anordnen eines Elements unternommen wird, das die Lagerbuchse mit den Elementen angrenzend an der Lagerbuchse e lektrisch verbindet, könnten die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle durch die elastische Stützvorrichtung nicht voll erreicht werden.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aerostatische Lagerspindel vorzusehen, die eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse reduzieren und Schäden lindern kann, die durch die Entladung verursacht werden, während die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwindungen der Drehwelle ausreichend erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung sieht eine aerostatische Lagerspindel vor, die eine Drehwelle, eine Lagerbuchse, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der Drehwelle umgibt, ein Gehäuse, das die Lagerbuchse umgibt und stützt, und eine elastische Stützvorrichtung aufweist, die zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. Die elastische Stützvorrichtung ist elektrisch leitend.
Bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrisch leitende, elastische Stützvorrichtung als die elastische Stützvorrichtung verwendet, die zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. Daher sind die Lagerbuchse und das Gehäuse durch die elastische Stützvorrichtung elektrisch verbunden, und durch Erden des Gehäuses kann eine Akkumulierung von Ladung in der Lagerbuchse gehemmt werden. In Folge dessen kann durch die aerostatische Lagerspindel der vorliegenden Erfindung eine aerostatische Lagerspindel vorgesehen werden, die eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse reduzieren kann und die Schäden lindern kann, die durch eine Entladung verursacht werden, während die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle ausreichend erreicht werden.
Bei der aerostatischen Lagerspindel der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, kann die elastische Stützvorrichtung ein elastisches Element und ein leitendes Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit aufweisen, das auf die Oberfläche des elastischen Elements aufgebracht wird.
Durch diesen Ansatz sorgt das elektrisch leitende Material, das auf die Oberfläche aufgebracht wird, für eine elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse, auch wenn eine Isolator wie z. B. ein Gummi als das Material des elastischen Elements verwendet wird. Daher erreicht das elastische Element die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle, während das elektrisch leitende Material eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse hemmt.
Bei der aerostatischen Lagerspindel der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, kann die elastische Stützvorrichtung ein leitendes, elastisches Element aufweisen, das mit einem leitenden Mittel gemischt ist, um eine elektrische Leitfähigkeit vorzusehen.
Daher wird dem elastischen Element an sich eine elektrische Leitfähigkeit verliehen, und somit erreicht das elastische Element die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raums und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle, und es hemmt eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse.
Die aerostatische Lagerspindel der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, kann des Weiteren ein isolierendes elastisches Element aufweisen, das aus einem Isolator ausgebildet ist, der zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall ist der Elastizitätsmodul der elastischen Stützvorrichtung vorzugsweise kleiner als der der Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements.
Bei der vorstehend beschriebenen aerostatischen Lagerspindel sorgt die elastische Stützvorrichtung für eine elektrische Verbindung der Lagerbuchse und dem Gehäuse. Durch Erden des Gehäuses kann dadurch eine Akkumulierung der Ladung in der Lagerbuchse gehemmt werden. Des Weiteren ist der Elastizitätsmodul der elasti schen Stützvorrichtung kleiner als der Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements. Dies verringert den Einfluss der Anordnung der elastischen Stützvorrichtung auf die Funktion des isolierenden, elastischen Elements, d. h. auf die Funktion zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle. Durch die vorstehend beschriebene aerostatische Lagerspindel kann in Folge dessen eine aerostatische Lagerspindel vorgesehen werden, die eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse reduzieren kann und die Schäden verringern kann, die durch die Entladung verursacht werden, während die Funktionen des isolierenden, elastischen Elements zum Abdichten des ringartigen Raums und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle ausreichend erreicht werden.
Hierbei bezieht sich die vorstehend beschriebene elastische Stützvorrichtung der aerostatischen Lagerspindel auf ein Element mit einer elektrischen Leitfähigkeit und einer Funktion zum Folgen der Änderung des Raums zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse, und ihre Form ist nicht besonders beschränkt. Z. B. kann sie ein federförmiges Element oder ein maschenförmiges Element sein, die aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Metall ausgebildet sind, oder ein elektrisch leitender Draht, der die Lagerbuchse und das Gehäuse mit einem gewissen Spiel verbindet, das größer als eine mögliche Änderung des Raums zwischen der Buchse und dem Gehäuse ist. Falls die elastische Stützvorrichtung in dem Zuführungsverlauf des Lagergases angeordnet ist, das die Drehwelle stützt, muss eine Form mit einer guten Luftdurchlässigkeit übernommen werden. Falls sie außerhalb des Zuführungsverlaufs des Lagergases angeordnet ist, kann außerdem eine Form mit einer geringeren Luftdurchlässigkeit verwendet werden. Des Weiteren können spezifische Materialien für die elastische Stützvorrichtung Edelstahl, Kohlenstoffstahl und Kupferlegierungen beinhalten.
Der Elastizitätsmodul der elastischen Stützvorrichtung und des isolierenden, elastischen Elements ist der Young'sche Modul, der durch die relativen Positionen der Lagerbuchse und des Gehäuses bestimmt ist, und er meint eine Größe der Kraft, die dazu erforderlich ist, dass die elastische Stützvorrichtung des isolierenden, elastischen Elements um eine Längeneinheit in einer Richtung zum Verengen des Raums zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse verkleinert wird, wenn die elastische Stützvorrichtung oder das isolierende, elastische Element zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse positioniert ist. Des Weiteren ist der Elastizitätsmodul der elastischen Stützvorrichtung vorzugsweise so festgelegt, dass er höchstens 50% des Elastizitätsmoduls des isolierenden, elastischen Elements beträgt, und weiter bevorzugt wird er so festgelegt, dass er höchstens 30% beträgt. Bei der vorstehend beschriebenen aerostatischen Lagerspindel werden die Wirbelschwingungen der Drehwelle durch eine innere Reibung gedämpft, die durch eine Verformung des isolierenden elastischen Elements verursacht wird. Daher sollte das isolierende, elastische Element vorzugsweise gut verformt werden. Durch Festlegen des Elastizitätsmoduls der elastischen Stützvorrichtung derart, dass er kleiner ist als der Elastizitätsmodul des isolierenden elastischen Elements, und insbesondere durch Festlegen des Elastizitätsmoduls der elastischen Stützvorrichtung auf höchstens 50% des Elastizitätsmoduls des isolierenden, elastischen Elements kann eine wirksame Dämpfung durch das isolierende, elastische Element erreicht werden, und durch Festlegen des Moduls auf höchstens 30 % kann eine noch wirksamere Dämpfung erreicht werden.
Vorzugweise hat die vorstehend beschriebene aerostatische Lagerspindel viele elastische Stützvorrichtungen. Die vielen elastischen Stützvorrichtungen sind in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse.
Vorzugsweise ist bei der vorstehend beschriebenen aerostatischen Lagerspindel die elastische Stützvorrichtung kontinuierlich an dem gesamten Umfang in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse.
Vorzugsweise ist bei der vorstehend beschriebenen aerostatischen Lagerspindel die elastische Stützvorrichtung eine Feder, die aus einem elektrischen Leiter ausgebil det ist. Da die Feder, die aus einem Leiter wie z. B. Metall ausgebildet ist, als elastische Stützvorrichtung verwendet wird, folgt die elastische Stützvorrichtung zuverlässig der Änderung des Raums zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse, während die aerostatische Lagerspindel in Betrieb ist, und eine elektrische Verbindung zwischen ihnen wird verwirklicht.
Vorzugsweise ist bei der vorstehend beschriebenen aerostatischen Lagerspindel die elastische Stützvorrichtung ein Maschenelement, das aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist. Da das Maschenelement, das aus einem Leiter wie z. B. Metall ausgebildet ist, als die elastische Stützvorrichtung übernommen wird, kann eine elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse verwirklicht werden, während eine Luftdurchlässigkeit auch dann gewährleistet wird, wenn die elastische Stützvorrichtung in dem Zuführungsverlauf des Lagergases angeordnet ist, das die Drehwelle stützt.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine aerostatische Lagerspindel vor, die eine Drehwelle, eine Lagerbuchse, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der Drehwelle umgibt, eine Gehäuse, das die Lagerbuchse umgibt und stützt, und ein isolierendes, elastisches Element aufweist, das aus einem Isolator ausgebildet ist, der zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. Zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse ist ein leitendes, elastisches Element mit einer Elastizität angeordnet, das aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist und somit die Lagerbuchse und das Gehäuse elektrisch verbindet, und der Elastizitätsmodul des leitenden, elastischen Elements ist kleiner als der Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements.
Bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sorgt das leitende, elastische Element für eine elektrische Verbindung der Lagerbuchse mit dem Gehäuse. Daher kann durch Erden des Gehäuses eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse reduziert werden. Des Weiteren ist der Elastizitätsmodul des leitenden, elastischen Elements kleiner als der Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements. Dies verringert den Einfluss der Anordnung des leitenden elastischen Elements auf die Funktion des isolierenden, elastischen Elements, nämlich die Funktion zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle. In Folge dessen kann durch die vorstehend beschriebene aerostatische Lagerspindel eine aerostatische Lagerspindel vorgesehen werden, die die Akkumulierung der Ladungen in der Lagerbuchse reduzieren und Schäden lindern kann, die durch ein Entladen verursacht werden, während die Funktionen des isolierenden, elastischen Elements zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle ausreichend erreicht werden.
Bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich das leitende, elastische Element auf ein Element mit einer elektrischen Leitfähigkeit und einer Funktion zum Folgen der Änderung des Raums zwischen der Lagerspindel und dem Gehäuse, und seine Form ist nicht besonders beschränkt. Z. B. kann es ein federförmiges Element oder ein maschenförmiges Element sein, die aus einem leitenden Material wie z. B. Metall ausgebildet sind, oder ein elektrisch leitender Draht, der die Lagerbuchse und das Gehäuse mit einem gewissen Spiel verbindet, das größer ist als eine mögliche Änderung des Raums zwischen der Buchse und dem Gehäuse. Falls das leitende elastische Element so in dem Zuführungsverlauf des Lagergases anzuordnen ist, das die Drehwelle stützt, muss eine Form mit einer guten Luftdurchlässigkeit übernommen werden. Falls es außerhalb des Zuführungsverlaufs des Lagergases angeordnet ist, kann außerdem eine Form mit einer geringeren Luftdurchlässigkeit verwendet werden. Des Weiteren können spezifische Materialien für das leitende, elastische Element Edelstahl, Kohlenstoffstahl und Kupferlegierungen beinhalten.
Der Elastizitätsmodul des leitenden elastischen Elements und des isolierenden, elastischen Elements ist der Young'sche Modul, der durch die relativen Positionen der Lagerbuchse und des Gehäuses bestimmt ist, und er meint eine Größe einer Kraft, die dazu erforderlich ist, das leitende elastische Element oder das isolierende elastische Element um eine Längeneinheit in einer Richtung zum Verengen des Raums zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse zu verkleinern, wenn das leitende, elastische Element oder das isolierende, elastische Element zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse positioniert ist. des Weiteren ist der Elastizitätsmodul des leitenden, elastischen Elements vorzugsweise auf höchstens 50% des Elastizitätsmoduls des isolierenden, elastischen Elements festgelegt, und weiter bevorzugt ist er auf höchstens 30% festgelegt. Bei der aerostatischen Lagerspindel der vorliegenden Erfindung werden die Wirbelschwingungen der Drehwelle durch eine innere Reibung gedämpft, die durch eine Verformung des isolierenden, elastischen Elements verursacht wird. Daher soll das isolierende, elastische Element vorzugsweise gut verformt werden. Durch Festlegen des Elastizitätsmoduls des leitenden, elastischen Elements derart, dass er kleiner ist als das Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements, und insbesondere durch Festlegen des Elastizitätsmoduls des leitenden, elastischen Elements auf höchstens 50% des Elastizitätsmoduls des isolierenden elastischen Elements kann eine wirksame Dämpfung durch das isolierende elastische Element erreicht werden, und durch Festlegen des Moduls auf höchstens 30% kann eine noch wirksamere Dämpfung erreicht werden.
Vorzugsweise hat die aerostatische Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung des Weiteren viele leitende elastische Elemente. Die vielen leitenden, elastischen Elemente sind in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse.
Vorzugsweise ist bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung das leitende elastische Element an dem gesamten Umfang kontinuierlich in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse.
Vorzugsweise ist bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung das leitende, elastische Element eine Feder, die aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist. Da die Feder, die aus einem Leiter wie z. B. Metall ausgebildet ist, als da leitende elastische Element verwendet wird, folgt das leitende, elastische Element zuverlässig der Änderung des Raums zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse, während die aerostatische Lagerspindel in Betrieb ist, und eine elektrische Verbindung zwischen ihnen wird verwirklicht.
Vorzugsweise ist bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung das leitende elastische Element ein Maschenelement, das aus einem elektrischen Leiter wie z. B. Metall ausgebildet ist. Da das Maschenelement, das aus einem Leiter wie z. B. Metall ausgebildet ist, als das leitende elastische Element übernommen wird, kann eine elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse verwirklicht werden, während eine Luftdurchlässigkeit auch dann gewährleistet wird, wenn das leitende, elastische Element in dem Zuführungsverlauf des Lagergases angeordnet ist, das die Drehwelle stützt.
Wie dies aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann durch die aerostatische Lagerspindel, die vorstehend beschrieben ist, eine aerostatische Lagerspindel vorgesehen werden, die eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse reduzieren und Schäden lindern kann, die durch eine Entladung verursacht werden, während die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raumes und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle ausreichend erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 1
2 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt eines vergrößerten Hauptabschnitts in der 1
3 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 2
4 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 3
5 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 4
6 zeigt schematisch einen ausschnittartigen Querschnitt einer Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 5
7 zeigt schematisch einen aufschnittartigen Querschnitt einer Struktur einer herkömmlichen aerostatischen Lagerspindel.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren werden die gleichen oder entsprechenden Abschnitte durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
(Ausführungsbeispiel 1)
Zunächst wird die Struktur der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, das eine Implementierung der vorliegenden Erfindung ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 hat eine aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 eine Drehwelle 10, eine Lagerbuchse 20, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche 10A der Drehwelle 10 mit einem Lagerzwischenraum 51 umgibt, ein Gehäuse 30, das die Lagerbuchse 20 umgibt und die Lagerbuchse 20 stützt, und eine elastische Stützvorrichtung 40, die zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet ist.
Die elastische Stützvorrichtung 40 hat einen O-Ring 41 als ein elastisches Element, der aus einem Isolator ausgebildet ist, und ein leitendes Fett 71 als ein elektrisch leitendes Material, das auf der Oberfläche des O-Rings 41 aufgebracht ist. Insbesondere ist an der Oberfläche der elastischen Stützvorrichtung 40 ein leitendes Fett 71 aufgebracht. In Folge dessen dient das leitende Fett 71 als ein Strompfad, und somit wird der elastischen Stützvorrichtung 40 eine elektrische Leitfähigkeit verliehen. Insgesamt vier O-Ringe 41 sind angeordnet, insbesondere zwei an entge gengesetzten Endflächen der Lagerbuchse 20 und zwei nahe entgegengesetzten Endabschnitten in der axialen Richtung der Außenumfangsfläche. Es ist ausreichend, dass das leitende Fett 71 an der Oberfläche von zumindest einem O-Ring 41 aufgebracht wird. Um eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 durch die elastische Stützvorrichtung 40 zu erreichen, ist es jedoch vorzuziehen, dass das leitende Fett 71 an den Oberflächen von vielen O-Ringen 41 aufgebracht wird. Weiter bevorzugt wird das leitende Fett 71 an den Oberflächen von allen O-Ringen 41 aufgebracht.
Um ein Flattern von Fettkomponenten in das Lagergas zu verhindern, können hierbei als das leitende Fett vorzugsweise ein Fett, das Silikonfett enthält, ein Fett auf Fluorbasis o. dgl. mit einer geringen Flüchtigkeit als eine Hauptkomponente mit einem leitenden Mittel wie feines Metallpulver, wie z. B. Aluminiumpulver oder Kohlenstoffpulver verwendet werden, die zum Vorsehen einer elektrischen Leitfähigkeit hinzu gefügt werden.
Obwohl der O-Ring 41 aus Nitrylgummi ausgebildet ist, das ein Isolator ist, kann er aus einem Material wie z. B. Fluorgummi oder Silikongummi ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 20 hat eine zylindrische Form, und sie hat ein äußeres Zylinderelement 22, das aus Metall wie z. B. Edelstahl Aluminium, Stahl o. dgl. ausgebildet ist, und ein inneres Zylinderelement 21, das aus Grafit ausgebildet ist, und das in die Innenumfangsfläche des äußeren Zylinderelements 22 mit einer geeigneten Fassung eingepasst ist. Des Weiteren sind in der Lagerbuchse 20 viele Düsen 52A, die das Lagergas zum Stützen der Drehwelle 10 zu dem Lagerzwischenraum 51 zuführen, in zwei oder mehr Reihen (zwei Reihen in der 1) entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Des Weiteren ist in der Lagerbuchse 20 ein Buchsengaszuführungspfad 52 ausgebildet, der durch die Lagerbuchse 20 in der radialen Richtung hindurch tritt, um die Düse 52A mit einem ringartigen Raum 53 zu verbinden, der durch die Lagerbuchse 20, das Gehäuse 30 und den O-Ring 41 umgeben ist. Des Weiteren ist in dem Gehäuse 30 ein Gaszuführungskanal 54 ausgebildet, der den ringartigen Raum 53 mit einem Lagergaszuführungsabschnitt (nicht gezeigt) verbindet, der das Lagergas zum Stützen der Drehwelle 10 zuführt. An dem Lagergaszuführungsabschnitt ist eine Hochdruckgaszuführungsquelle wie z. B. ein Luftkompressor verbunden. Insbesondere ist die Düse 52A mit dem nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt durch den Buchsengaszuführungspfad, den ringartigen Raum 53 und den Gaszuführungskanal 54 verbunden. Des Weiteren ist an einem Ende der Drehwelle 10 ein Halteabschnitt 11 zum Halten von gewünschten Elementen wie z. B. Werkzeugen ausgebildet.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur wird die Drehwelle 10 kontaktlos hinsichtlich des Gehäuses 30 in einer Richtung gestützt, die vertikal zu der axialen Richtung (radialen Richtung) ist, und zwar durch die Lagerbuchse 20, die als ein Gaslager (Radiallager) dient. Die Drehwelle 10 ist außerdem des Weiteren kontaktlos hinsichtlich des Gehäuses 30 durch ein nicht gezeigtes Gaslager (Axiallager) in der axialen Richtung gestützt.
Als nächstes wird der Betrieb der aerostatischen Lagerspindel 1 beschrieben. Ein Lagergas mit einem hohen Druck wie z. B. verdichtete Luft, das von dem nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt zugeführt wird, tritt durch den Gaszuführungskanal 54, den ringartigen Raum 53, den Buchsengaszuführungspfad 52 und die Düse 52A hindurch, und es wird zu dem Lagerzwischenraum 51 zugeführt, wodurch die Drehwelle 10 frei drehbar um die Lagerbuchse 20 kontaktlos gestützt wird. Wenn die Drehwelle 10 eine Antriebskraft von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung aufnimmt, dreht sie sich in der Umfangsrichtung der Drehwelle 10, und zwar mit Werkzeugen u. dgl., die an dem Halteabschnitt 11 gehalten sind. Als die Antriebseinrichtung kann ein eingebauter Motor, eine Luftturbine o. dgl. verwendet werden.
Bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 1 wird eine elektrisch leitende, elastische Stützvorrichtung 40 als eine elastische Stützvorrichtung übernommen, die zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet ist. Daher sind die Lagerbuchse 20 und das Gehäuse 30 durch die elastische Stütz vorrichtung 40 elektrisch verbunden, und durch Erden des Gehäuses 30 kann eine Ladungsakkumulierung in der Lagerbuchse 20 gehemmt werden. Des Weiteren ist es bei der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 nicht erforderlich, ein anderes leitendes Element für eine elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 separat vorzusehen, da die elastische Stützvorrichtung 40 an sich elektrisch leitend ist. Daher wird die Funktion zum Abdichten des ringartigen Raums 53 nicht durch ein anderes Element behindert, während eine Dämpfung der Wirbelströmungen der Drehwelle 10 durch die elastische Stützvorrichtung 40 erreicht würde. Durch die vorstehend beschriebene aerostatische Lagerspindel 1 kann in Folge dessen eine aerostatische Lagerspindel vorgesehen werden, die eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse 20 reduzieren und Schäden lindern kann, die durch Entladung verursacht werden, während die Funktionen der elastischen Stützvorrichtung 40 zum Abdichten des ringartigen Raums 53 und zum Dämpfen der Wirbelströmungen der Drehwelle 10 ausreichend erreicht werden.
Insbesondere hat bei der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 die elastische Stützvorrichtung 40 den O-Ring 41 als ein elastisches Element, das zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet ist, und das leitende Fett 71 als ein leitendes Material, das an der Oberfläche des O-Rings 41 aufgebracht ist. Daher werden die Lagerbuchse 20 und das Gehäuse 30 durch das leitende Fett 71 elektrisch verbunden. In Folge dessen können die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raums 53 und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle 10 durch den O-Ring 41 zuverlässig erreicht werden, während eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse 20 durch das leitende Fett 71 gehemmt werden kann.
(Ausführungsbeispiel 2)
Als nächstes wird die Struktur einer aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 2 als eine andere Implementierung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 3 hat die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 2 hauptsächlich dieselbe Struktur wie die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1, und sie erreicht ähnliche Wirkungen. Die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 2 unterscheidet sich jedoch von der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 darin, dass an Stelle des O-Rings 41 und des leitenden Fetts 71 von Ausführungsbeispiel 1 ein elektrisch leitender O-Ring 43 als ein elektrisch leitendes, elastisches Element übernommen wird, das mit einem leitenden Mittel gemischt ist.
Insbesondere wird als die elastische Stützvorrichtung von Ausführungsbeispiel 2 der leitende O-Ring 43 mit einem ihm zugefügten, leitenden Mittel verwendet, der zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 positioniert ist.
Im Unterschied zu Ausführungsbeispiel 1 hat bei der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 2 das elastische Element an sich die elektrische Leitfähigkeit. Durch den leitenden O-Ring 43 als das leitende elastische Element können daher die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raum 53 und zum Dämpfen der Wirbelströmungen der Drehwelle 10 zuverlässig erreicht werden, und die Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse 20 kann gehemmt werden.
Es ist ausreichend, das zumindest ein leitender O-Ring 43 zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet ist. Um eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 durch die elastische Stützvorrichtung zu erreichen, ist jedoch eine Anordnung von vielen O-Ringen vorzuziehen.
Als die Hauptkomponente des leitenden, elastischen Elements können Nitrylgummi, Fluorgummi, Silikongummi o. dgl. verwendet werden, denen ein leitendes Mittel wie feines Metallpulver wie z. B. Aluminiumpulver oder Kohlenstoffpulver hinzugefügt wird, und der resultierende Körper kann als das leitende, elastische Element verwendet werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als die leitende, elastische Stützvorrichtung jene verwendet, die einen O-Ring beinhaltet, der aus einem Isolator und einem leitenden Fett ausgebildet ist, das auf dem O-Ring aufgebracht ist, und jene, die einen leitenden O-Ring beinhaltet. Die elastische Stützvorrichtung, die bei der aerostatischen Lagerspindel der vorliegenden Erfindung übernommen werden kann, ist jedoch nicht auf jene beschränkt. Z. B. kann ein O-Ring mit einer elektrisch leitenden Beschichtung, die an seiner Oberfläche vorgesehen ist, als die elastische Stützvorrichtung verwendet werden.
(Ausführungsbeispiel 3)
Als nächstes wird die Struktur einer aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 3 als eine andere Implementierung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 4 hat eine aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3 eine Drehwelle 10, eine Lagerbuchse 20, die so angeordnet, dass sie eine Außenumfangsfläche 10A der Drehwelle 10 mit einem Lagerzwischenraum 51 umgibt, ein Gehäuse 30, das die Lagerbuchse 20 umgibt und die Lagerbuchse 20 stützt, und einen O-Ring 41 als ein isolierendes, elastisches Element, das aus einem Isolator ausgebildet ist und zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet ist. Insgesamt vier O-Ringe 41 sind angeordnet, insbesondere zwei an entgegengesetzten Endflächen der Lagerbuchse 20 und zwei nahe entgegengesetzten Endabschnitten in der axialen Richtung der Außenumfangsfläche.
Obwohl der O-Ring 41 aus Nitrylgummi ausgebildet ist, das ein Isolator ist, kann er aus einem Material z. B. Fluorgummi oder Silikongummi ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 20 hat eine zylindrische Form, und sie hat ein äußeres Zylinderelement 22, das aus Metall wie z. B. Edelstahl, Aluminium, Kohlenstoffstahl o. dgl. ausgebildet ist, und ein inneres Zylinderelement 21, das aus Grafit ausgebildet ist und in der Innenumfangsfläche des äußeren Zylinderelements 22 mit einer geeigneten Fassung eingepasst ist. Des Weiteren sind bei der Lagerbuchse 20 viele Düsen 52A, die ein Lagergas zum Stützen der Drehwelle 10 zu dem Lagerzwischenraum 51 zu führen, in zwei oder mehr Reihen (zwei Reihen in der 4) entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Des Weiteren ist bei der Lagerbuchse 20 ein Buchsengaszuführungspfad 52 ausgebildet, der durch die Lagerbuchse 20 in der radialen Richtung hindurch tritt, um die die Düse 52A mit einem ringartigen Raum 53 zu verbinden, der durch die Lagerbuchse 20, das Gehäuse 30 und den O-Ring 41 umgeben ist. Des Weiteren ist bei dem Gehäuse 30 ein Gaszuführungskanal 54 ausgebildet, der den ringartigen Raum 53 mit einem Lagergaszuführungsabschnitt (nicht gezeigt) verbindet, der das Lagergas zum Stützen der Drehwelle 10 zuführt. Mit dem Lagergaszuführungsabschnitt ist eine Hochdruckgaszuführungsquelle wie z. B. ein Luftkompressor verbunden. Insbesondere ist die Düse 52A mit dem nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt durch den Buchsengaszuführungspfad 52, den ringartigen Raum 53 und einen Gaszuführungskanal 54 verbunden. Des Weiteren ist an einem Ende der Drehwelle 10 ein Halteabschnitt 11 zum Halten von gewünschten Elementen wie Z. B. Werkzeugen aus gebildet.
Zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 ist eine Blattfeder 61 als eine elastische Stützvorrichtung (leitendes elastisches Element) mit einer Elastizität angeordnet und durch einen elektrischen Leiter ausgebildet, und somit verbindet sie elektrisch die Lagerbuchse mit dem Gehäuse. Der Elastizitätsmodul der Blattfeder 61 ist kleiner als der Elastizitätsmodul des O-Rings 41.
Insbesondere in einem Bereich des Gehäuses 30 gegenüber einer Endfläche der Lagerbuchse 20 ist ein ausgesparter Abschnitt A als ein Halteabschnitt für die elastische Stützvorrichtung ausgebildet. Die Blattfeder 61 ist so angeordnet, dass der ausgesparte Abschnitt 30A mit einer Endfläche der Lagerbuchse 20 gegenüber dem ausgesparten Abschnitt 30A verbunden ist. Des Weiteren ist die Blattfeder 61 abnehmbar an dem ausgesparten Abschnitt 30A des Gehäuses 30 durch eine Schraube 62 als ein Fixierelement gehalten. Die Blattfeder 61 ist außerhalb des Lagergaszuführungsverlaufs einschließlich der Düse 52A, des Buchsengaszuführungsgaspfads 52, des ringartigen Raums 53 und des Gaszuführungskanals 54 angeordnet.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur wird die Drehwelle 10 kontaktlos hinsichtlich des Gehäuses 30 in einer Richtung gestützt, die vertikal zu der axialen Richtung (radialen Richtung) ist, und zwar durch die Lagerbuchse 20, die als ein Gaslager (Radiallager) dient. Die Drehwelle 10 ist außerdem des Weiteren kontaktlos hinsichtlich des Gehäuses 30 durch ein nicht gezeigtes Gaslager (Axiallager) in der axialen Richtung gestützt.
Als nächstes wird der Betrieb der aerostatischen Lagerspindel 1 beschrieben. Ein Lagergas mit hohem Druck wie z. B. verdichtete Luft, das von den nicht gezeigten Lagergaszuführungsabschnitt zugeführt wird, tritt durch den Gaszuführungskanal 54, den ringartigen Raum 53, den Buchsengaszuführungspfad 52 und die Düse 52A hindurch, und es wird zu dem Lagerzwischenraum 51 zugeführt, wodurch die Drehwelle 10 frei drehbar um die Lagerbuchse 20 kontaktlos gestützt wird. Wenn die Drehwelle 10 eine Antriebskraft von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung aufnimmt, dreht sie sich in der Umfangsrichtung der Drehwelle 10 mit Werkzeugen u. dgl., die an dem Halteabschnitt 11 gehalten sind. Als die Antriebseinrichtung kann ein eingebauter Motor, eine Luftturbine o. dgl. verwendet werden.
Hierbei ist die Lagerbuchse 20 an dem Gehäuse 30 mittels des O-Rings 41 gestützt, und daher wird der ringartige Raum 53 luftdicht abgedichtet, und Wirbelschwingungen der Drehwelle 10 können gedämpft werden.
Bei der aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 3 sind die Lagerbuchse 20 und das Gehäuse 30 durch die Blattfeder 61 elektrisch verbunden. Daher kann durch Erden des Gehäuses 30 eine Akkumulierung von Ladung in der Lagerbuchse 20 gehemmt werden. Des Weiteren ist der Elastizitätsmodul der Blattfeder 61 kleiner als der Elastizitätsmodul des O-Rings 41. Daher kann der Einfluss der Anordnung der Blattfeder 61 auf die Funktion des O-Rings 41 reduziert werden, nämlich die Funktion zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle 10. In Folge dessen können bei der aerostatischen Lagerspindel 1 die Funktionen zum Abdichten des ringartigen Raums 53 und zum Dämpfen der Wirbelschwingungen der Drehwelle 10 zuverlässig durch den O-Ring 41 erreicht werden, während eine Akkumulierung von Ladungen in der Lagerbuchse 20 gehemmt werden kann und Schäden gelindert werden können, die durch eine Entladung verursacht werden.
Des Weiteren sind bei der aerostatischen Lagerspindel 1 vorzugsweise viele Blattfedern 61 vorgesehen, und die vielen Blattfedern sind in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet. Obwohl die Anordnung von nur einer Blattfeder 61 die Funktion sicher erreicht, verwirklicht die Anordnung von zwei oder mehr Blattfedern in gleichen Intervallen eine noch zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30.
(Ausführungsbeispiel 4)
Als nächstes wird die Struktur einer aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 4 als eine andere Implementierung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 5 hat die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 4 hauptsächlich die gleiche Struktur wie die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3, und sie erreicht ähnliche Wirkungen. Die aerostatische Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 4 unterscheidet sich jedoch von der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3, dass an Stelle der Blattfeder 61, die durch eine Schraube 62 bei dem Ausführungsbeispiel 3 befestigt ist, eine Scheibenfeder 64 übernommen wird.
Insbesondere ist bei der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 4 eine Scheibenfeder 64 zwischen einer Endfläche 20B der Lagerbuchse 20 und einer Innenwand 30B des Gehäuses 30 gegenüber der Endfläche 20B angeordnet.
Insbesondere ist bei der aerostatischen Lagerspindel 1 von Ausführungsbeispiel 4 die Scheibenfeder 64 so angeordnet, dass die Feder mit einer Ecke 30D in Kontakt ist, an der sich eine Innenumfangsfläche 30C mit einer Innenwand 30B gegenüber der einen Endfläche 20B der Lagerbuchse 20 in dem Gehäuse 30 schneidet. Insbesondere ist der Außendurchmesser der Scheibenfeder 64 gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 30 in dem Bereich, in dem die Scheibenfeder 64 angeordnet ist, und die Scheibenfeder 64 ist in dem Gehäuse 30 eingepasst. Des Weiteren ist die Scheibenfeder 64 außerhalb des Lagergaszuführungsverlaufs einschließlich der Düse 52A, des Buchsengaszuführungspfads 52, des ringartigen Raums 53 und des Gaszuführungskanals 54 angeordnet.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Scheibenfeder 64 in dem Gehäuse 30 eingepasst und kontinuierlich in Kontakt mit dem gesamten Umfang in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet. In Folge dessen ist es möglich, eine Kraft gleichmäßig auf die eine Endfläche 20B der Lagerbuchse 20 aufzubringen, und der Versetzungsbetrag der Lagerbuchse 20 relativ zu dem Gehäuse 30 kann vereinheitlicht werden, der durch die Wirbelschwingungen der Drehwelle 10 verursacht wird. Des Weiteren ist die Ausbildung eines ausgesparten Abschnitts zum Halten der Scheibenfeder 64 oder eines Fixierelements wie z. B. einer Schraube zum Befestigen der Feder nicht immer erforderlich, und daher kann die Anzahl der Teile oder die Anzahl der Verarbeitungsschritte zum Verarbeiten des Gehäuses 30 reduziert werden.
(Ausführungsbeispiel 5)
Als nächstes wird die Struktur einer aerostatischen Lagerspindel gemäß Ausführungsbeispiel 5 als eine weitere Implementierung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 6 hat die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 5 hauptsächlich die gleiche Struktur wie die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3, und sie erreicht ähnliche Wirkungen. Die aerostatische Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 5 unterscheidet sich jedoch von der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 3, dass a Stelle der Blattfeder 61, die durch die Schraube 62 bei dem Ausführungsbeispiel befestigt ist, ein Metallmaschenelement 66 als ein Maschenelement übernommen wird, das aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist.
Insbesondere ist bei der aerostatischen Lagerspindel 1 gemäß Ausführungsbeispiel 5 ein ausgesparter Abschnitt 20D als ein Halteabschnitt für die elastische Stützvorrichtung über die gesamte Umfangsfläche 20C der Lagerbuchse 20 ausgebildet, und in dem ausgesparten Abschnitt 20D ist ein ringartiges Metallmaschenelement 66 als die elastische Stützvorrichtung eingepasst und gehalten. Das Metallmaschenelement 66 hat eine hohe Luftdurchlässigkeit, und daher kann es die Lagerbuchse 20 mit dem Gehäuse 30 elektrisch verbinden, während eine Luftdurchlässigkeit zuverlässig aufrecht erhalten wird, auch wenn es in dem Lagergaszuführungsverlauf einschließlich der Düse 52A, des Buchsengaszuführungspfads 52, des ringartigen Raums 53 und des Gaszuführungskanals 54 angeordnet ist. Wenn des Weiteren der Raum zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 aufgrund der Wirbelschwingungen der Drehwelle 10 geändert wird, kann das Metallmaschenelement 66 die Wirbelschwingungen durch eine Reibung zwischen den Metallfasern dämpfen.
Bei dem Metallmaschenelement 66 können Metallfasern unregelmäßig angesammelt sein, oder die Metallfasern können regelmäßig angeordnet sein. Jedoch ist es vorzuziehen, dass der Elastizitätsmodul in dem gesamten Element einheitlich ist. Wenn zum Beispiel der Elastizitätsmodul in der Dickenrichtung des Elements an fünf Punkten gemessen wird, soll die Differenz von dem Durchschnitt an jedem Punkt vorzugsweise höchstens 30% von dem Durchschnitt betragen. Des Weiteren kann ein Metallmaschenelement 66 zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet sein, wie dies in der 6 gezeigt ist, oder es können viele Metallmaschenelemente entlang der axialen Richtung angeordnet sein. Des Weiteren kann das Metallmaschenelement eine ringartige Form haben, wie dies vorstehend beschrieben ist, oder es kann in der Umfangsrichtung geteilt sein. Des Weiteren ist es auch möglich, den Elastizitätsmodul des Metallmaschenelements 66 als Ganzes dadurch einzustellen, dass viele Metallmaschenelemente mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen zwischen der Lagerbuchse 20 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden.
Die aerostatische Lagerspindel gemäß der vorliegenden Erfindung ist in vorteilhafter Weise als eine aerostatische Lagerspindel anwendbar, bei der es erforderlich ist, die Schäden zu lindern, die durch eine Entladung von der Lagerbuchse zu Elementen angrenzend an der Lagerbuchse verursacht werden.
Auch wenn die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, ist klar, dass dies nur eine Darstellung eines Beispiels und keinerlei Einschränkung ist, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Aerostatische Lagerspindel (1) mit: einer Drehwelle (10); einer Lagerbuchse (20), die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der Drehwelle (10) umgibt; einem Gehäuse (30), das die Lagerbuchse (20) umgibt und die Lagerbuchse (20) stützt; und einer elastischen Stützvorrichtung (40), die zwischen der Lagerbuchse (20) und dem Gehäuse (30) angeordnet ist; wobei die elastische Stützvorrichtung (40) elektrisch leitend ist.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 1, wobei die elastische Stützvorrichtung (40) ein elastisches Element (41) und ein leitendes Material (71) mit einer elektrischen Leitfähigkeit aufweist, das an einer Oberfläche des elastischen Elements (41) aufgebracht ist.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 1, wobei die elastische Stützvorrichtung (40) ein leitendes, elastisches Element (43) mit einem zugemischten, leitenden Mittel aufweist, das für eine elektrische Leitfähigkeit sorgt.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 1, des weiteren mit einem isolierenden, elastischen Element (41), das aus einem Isolator ausgebildet ist, der zwischen der Lagerbuchse (20) und dem Gehäuse (30) angeordnet ist; wobei ein Elastizitätsmodul einer elastischen Stützvorrichtung (61, 64, 66) kleiner ist als ein Elastizitätsmodul des isolierenden, elastischen Elements (41).
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 4, mit vielen elastischen Stützvorrichtungen (61, 66); wobei die vielen elastischen Stützvorrichtungen (61, 66) in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse (20) und dem Gehäuse (30) angeordnet sind.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 4, wobei die elastische Stützvorrichtung (64, 66) kontinuierlich an dem gesamten Umfang in der Umfangsrichtung zwischen der Lagerbuchse (20) und dem Gehäuse (30) angeordnet ist.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 4, wobei die elastische Stützvorrichtung (61, 64) eine Feder ist, die aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist.
Aerostatische Lagerspindel gemäß Anspruch 4, wobei die elastische Stützvorrichtung (66) ein Maschenelement ist, das aus einem elektrischen Leiter ausgebildet ist.