JP2001041242A

JP2001041242A - 静圧気体軸受装置

Info

Publication number: JP2001041242A
Application number: JP11213353A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Ito; 高順伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】嵌合面における圧力溜まりの発生が防止さ
れ、軸受スリーブの変形が抑制できて、優れた軸受性能
を維持できる静圧気体軸受装置を提供する。【解決手段】ハウジング１の内径面に嵌合した軸受ス
リーブ２を備え、軸受スリーブ２の微細な絞り孔２１
ａ，２２ａを有する軸受面ＪＢ，ＴＢに、ハウジング１
側から気体を供給する。これら軸受面の静圧気体で主軸
３を支承する。この構成の静圧気体軸受装置において、
ハウジング１と軸受スリーブ２との嵌合面Ｂに環状溝２
３を形成し、この環状溝２３から大気に通じる排気通路
２４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主に精密加工、
精密検査等に使用される静圧空気スピンドル、または静
圧空気スライド等に応用される静圧気体軸受装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】静圧空気
軸受スピンドルは、主軸を軸受に対して非接触で支持す
るため、回転精度が高く、精密加工機や精密検査装置等
のワークスピンドルまたは工具スピンドル等に使用され
る。これら静圧空気軸受スピンドルは、何らかのトラブ
ルで軸と軸受が接触した場合の耐久性（耐焼き付き性）
を考慮して、構造材で形成したハウジング内部に空気軸
受に適した材料で形成した軸受スリーブを締まり嵌めに
より固定して、ハウジングアセンブル部品を構成するも
のが多い。このようにハウジング内に軸受スリーブを嵌
合させたものでは、ハウジング側から軸受スリーブ側に
その嵌合面を貫通して給気通路が設けられるため、嵌合
面で空気漏れが生じる問題がある。

【０００３】特に、ジャーナル軸受部の他にスラスト軸
受部を有する静圧気体軸受装置において、軸受スリーブ
が鍔面でハウジングに接触する嵌合面を有するものであ
る場合、この鍔面での空気漏れの問題が大きい。このよ
うな鍔面での空気漏れの防止は、図５に示すように、ス
ラスト軸受絞り孔５４に連通する給気路５６を、ジャー
ナル軸受絞り孔５５と共に軸受スリーブ５２の外径面か
ら供給することで対処するものが提案されている（例え
ば、特開平１１−１３７６４号）。軸受スリーブ５２
は、ハウジング５１の内周に嵌合し、主軸５３を支持す
る。この構成は、同公報で示されるように、圧縮空気に
より軸受スリーブ５２を軸方向に加圧する力が発生せ
ず、軸受スリーブ５２の変形や移動による軸受性能の低
下が防止され、空気漏れを防止する手段として有効であ
る。空気漏れが生じると、軸受空気消費量の増大、軸受
負荷容量の減少につながり、軸受としての性能上問題と
なる。

【０００４】しかし、軸受スリーブ５２の材質等によ
り、図５の従来例のものにおいても、空気漏れ防止の要
求を満足することができない場合がある。例えば、現
在、この種の軸受スリーブ５２の材料としては、砲金、
鉛青銅、ベリリウム銅等の銅系の合金が多く使用されて
いるが、これらの金属よりも耐焼き付き性が優れた材料
として黒鉛が注目され、使用が広まっている。このよう
に軸受スリーブ５２を黒鉛とした場合、材料の特質によ
り、嵌合面の加工後の面粗度が他の金属を加工した場合
よりも大きくなり易い。そして、面粗度が大きい軸受ス
リーブ５２を焼嵌めまたは圧入等によってハウジング５
１に取付けた場合には、嵌合面Ａ，Ｂにおいて微小な空
孔が存在することとなり、その孔が連通すると、図５の
従来例のものによっても空気漏れが発生することがあ
る。一般に、この場合における空気漏れは、連通した空
孔を通り抜ける間の流路抵抗が大きいため、ごく微量で
あり、空気漏れそのものが軸受性能に直接影響を与える
場合は少ない。

【０００５】しかし、図５の従来例における円周溝５７
からハウジング５１と軸受スリーブ５２の嵌合面Ａ，Ｂ
に漏れた空気は、流路抵抗が大きいために嵌合面Ａ，Ｂ
において圧力溜まりを形成する場合がある。この圧力溜
まりの圧力は、軸受スリーブ５２を変形させるように働
くため、空気軸受の軸受隙間を変形させ、軸受面の性状
を悪くする。特に、黒鉛等の弾性係数が小さい材料を軸
受スリーブ５２に用いる場合には、変形が大きくなるの
で問題になる。

【０００６】この発明の目的は、嵌合面における圧力溜
まりの発生を防止し、軸受スリーブの変形が抑制でき
て、優れた軸受性能を維持できる静圧気体軸受装置を提
供することである。この発明の他の目的は、軸受スリー
ブが鍔部を有するものである場合に、その剛性の比較的
弱い鍔部が圧力溜まりで変形することを防止することで
ある。この発明のさらに他の目的は、耐焼き付き性能に
優れながら、圧力溜まりによる軸受性能の低下の問題を
無くすことのできる静圧気体軸受装置を提供することで
ある。この発明のさらに他の目的は、テーブル支持用の
静圧気体軸受装置において、嵌合面における圧力溜まり
の発生を防止し、軸受パッドの変形が抑制できて、優れ
た軸受性能を維持できるものとすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の静圧気体軸受
装置は、ハウジングの内径面に嵌合した軸受スリーブを
備え、この軸受スリーブとハウジングとの嵌合面を貫通
する給気通路を設け、軸受スリーブに設けられた複数の
微細な絞り孔を有する軸受面に、ハウジング側から気体
を供給することにより、静圧気体を介して主軸を支承す
る静圧気体軸受装置に適用される。この構成の静圧気体
軸受装置において、上記ハウジングと軸受スリーブとの
嵌合面から大気に通じる排気通路を形成したことを特徴
とする。この構成によると、軸受スリーブとハウジング
の嵌合面に給気通路から気体漏れが発生した場合に、漏
れた気体は排気通路から大気に排出される。そのため、
圧力溜まりの発生が防止されて、軸受スリーブの変形が
抑えられ、軸受精度等の軸受性能の低下が防止される。
嵌合面からの気体の漏れ量が微量である場合、空気漏れ
そのものが、軸受負荷容量や圧力気体消費量等の軸受性
能に直接影響を与える場合は少ないが、圧力溜まりによ
る影響は大きいため、このように漏れ気体を積極的に逃
がすことで、軸受性能が維持される。

【０００８】この発明の上記構成のものにおいて、上記
ハウジングと軸受スリーブとの嵌合面に環状溝を形成
し、上記排気通路は、この環状溝から大気に開口するも
のとしても良い。このように嵌合面に環状溝を形成する
ことで、嵌合面で給気通路から気体漏れが発生した場合
に、その漏れ気体を排気通路に導き易くなり、圧力溜ま
りの発生がより一層確実に防止される。なお、上記環状
溝は、空気通路の両側に設けることが好ましい。上記の
環状溝は、給気通路の近傍に形成しても良い。このよう
に環状溝を給気経路の近傍とすることで、給気通路から
嵌合面に漏れた気体を、漏れ位置の直ぐ側で排出するこ
とができ、より一層、圧力溜まりの発生防止が確実とな
る。

【０００９】この発明の上記各構成のものにおいて、上
記軸受スリーブが鍔部を有し、その鍔部の側面でハウジ
ングと接触する嵌合面を有するものであっても良い。鍔
部は、軸受スリーブのうちで剛性が弱い部分であって、
圧力溜まりが発生した場合に変形を生じ易い。そのた
め、上記のように排気通路で圧力溜まりの発生を防止す
ることによる変形防止の効果が大きい。

【００１０】この発明の上記各構成のものにおいて、軸
受スリーブのうちで剛性の低い部分とハウジングとの嵌
合面に排気通路を形成しても良い。具体的には、上記の
ように軸受スリーブが鍔部を有し、その鍔部の側面でハ
ウジングと接触する嵌合面を有するものである場合に、
軸受スリーブの鍔部の側面に接触するハウジングの嵌合
面に通じる排気通路を形成しても良い。このように、鍔
部の側面に接触するハウジングの嵌合面に排気通路を形
成することで、剛性の低い軸受スリーブの鍔部が圧力溜
まりで変形することが防止され、軸受性能が維持され
る。

【００１１】この発明の上記各構成のものにおいて、軸
受スリーブの材質は黒鉛であっても良い。黒鉛は、耐焼
き付き性能が優れていることで、軸受スリーブの材料と
して優れている反面、強度と弾性係数が小さく、圧力溜
まりの影響を受け易い。しかし、上記のように嵌合面に
排気経路を設けて圧力溜まりの発生を防止することによ
り、軸受スリーブの材料として黒鉛を用いることで、気
体漏れに伴う変形も生じず、耐焼き付き性能が優れた静
圧気体軸受装置とすることができる。

【００１２】この発明の静圧気体軸受装置は、テーブル
に軸受パッドを接合し、この軸受パッドとテーブルとの
接合面を貫通して給気通路を設け、軸受パッドに設けら
れた微細な絞り孔を有する軸受面に、テーブル側から気
体を供給することにより、静圧気体を介してガイド部材
に対して上記テーブルをスライド自在に支承する静圧気
体軸受装置において、上記テーブルと軸受パッドとの接
合面から大気に通じる排気通路を形成したものであって
も良い。このように、テーブルを支持する静圧気体軸受
装置においても、テーブルと軸受パッドとの接合面から
大気に通じる排気通路を形成することで、圧力溜まりの
発生を防止し、軸受パッドの変形を防止して、精度等の
軸受性能を維持することができる。

【００１３】この発明の上記のテーブルを支持する静圧
気体軸受装置の場合に、テーブルと軸受パッドとの接合
面の給気通路を取り囲むように、円環溝を形成し、この
円環溝から大気に開口する排気通路を形成しても良い。
このように、給気通路を取り囲むように円環溝を形成す
ることで、給気通路から嵌合面に漏れた気体が、円環溝
を介して確実に排出でき、圧力溜まりの発生がより良好
に防止される。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の１実施形態を図１と共
に説明する。ハウジング１に軸受スリーブ２を締まり嵌
めにより組付けてハウジングアッシ、つまりハウジング
アッセンブル部品とする。ハウジング１は強度に優れた
金属材製とし、軸受スリーブ２は黒鉛製としてある。軸
受スリーブ２は、２個が互いに逆向きに設けられてい
る。各スリーブ２は、外側端部の外周に鍔部２ａを有す
るものであり、鍔部２ａはハウジング１の内径面の開口
縁に形成された座繰り状の大径孔部に嵌合する。ハウジ
ングアセンブル部品の軸受スリーブ２の内径面をジャー
ナル軸受の軸受面ＪＢ、両端面をスラスト軸受の軸受面
ＴＢとし、これらハウジングアセンブル部品と主軸３と
一対のスラスト板４，４とを組合せて静圧気体軸受スピ
ンドルにおける静圧気体軸受装置を構成する。軸受スリ
ーブ２に鍔部２ａを設ける構造にすることで、スラスト
軸受が過負荷を受けた場合も軸受スリーブ２の鍔部２ａ
がハウジング１に形成された座繰り状の大径孔部に支持
され、軸受スリーブ２がハウジング１内に押し込まれる
ことがない。一対のスラスト板４，４は、主軸３の両端
面に各々ボルト固定された円板状の部品であり、軸受ス
リーブ２の端面からなる軸受面ＴＢに空気層となる隙間
を介して対面する。主軸３は、軸受スリーブ２の内径面
からなる軸受面ＪＢに軸受隙間を介して嵌合する。

【００１５】各軸受スリーブ２には、円周方向の複数箇
所に、径方向に貫通した複数のジャーナル軸受給気孔２
１を設け、この孔２１に交差するように、軸方向に貫通
したスラスト軸受給気孔２２を設ける。各孔２１，２２
の各軸受面に開口する部分は、各々ジャーナル軸受絞り
孔２１ａおよびスラスト軸受絞り孔２２ａに形成され
る。スラスト軸受給気孔２２の不要部分、つまりジャー
ナル軸受給気孔２１よりもスラスト軸受面から離れた部
分は、埋め栓２８を施してあり、これにより、孔２１か
ら分岐したスラスト軸受側の給気路２２ｂ、およびジャ
ーナル軸受側の給気路２１ｂが複数形成される。

【００１６】ハウジング１には、軸受スリーブ２をハウ
ジング１に組み付けたときのジャーナル軸受給気孔２１
と軸方向の同一位置（孔２１と連通する内径面の位置）
に円周溝１３を設け、この円周溝１３を軸方向の孔１２
で圧縮空気の給気孔１１とつないで圧縮空気給気路を形
成する。孔１２の不要部分に埋め栓１４を施す。

【００１７】この実施形態は、上記構成において、ハウ
ジング１の内周面と軸受スリーブ２の外周面との嵌合面
Ｂにおいて、ハウジング１の内周面に排気用の環状溝２
３を形成し、環状溝２３からハウジング１の外部に通じ
る排気通路２４を設けたものである。排気用の環状溝２
３は、各給気用円周溝１３の両側に各々設けてある。排
気通路２４は、排気用環状溝２３から径方向に延びる孔
で形成されている。

【００１８】この構成の静圧気体軸受装置によると、圧
縮空気は給気孔１１から供給され、孔１２および円周溝
１３を経て、円周上に複数配置されたジャーナル軸受給
気孔２１およびスラスト軸受給気孔２２に供給される。
給気円周溝１３からハウジング１と軸受スリーブ２との
嵌合面Ｂに漏れ出た空気は、排気用の環状溝２３に流入
し、排気通路２４を通ってハウジング１外へ流れる。こ
のように漏れ空気が大気に排出されるため、嵌合面Ａ，
Ｂで圧力溜まりが発生することで防止され、軸受スリー
ブ２が変形を生じることが防止される。そのため、圧力
溜まりの発生による軸受性能の低下が防止される。

【００１９】この発明の他の実施形態を図２と共に説明
する。同図の実施形態は、排気系を除いて、図１の実施
形態と同じである。この実施形態では、軸受スリーブ２
の鍔部２ａの側面とハウジング１の端面との嵌合面Ａに
排気溝２５を設け、この排気溝２５からハウジング１の
外部に通じる排気通路２６を設けた。排気溝２５は、ハ
ウジング１の端面に、主軸中心回りの環状溝として形成
した。図１の例における環状溝２３および排気通路２４
は無くした。

【００２０】同図および図１の例のように、軸受スリー
ブ２の径方向の厚みが大きい場合には、径方向の嵌合面
Ｂに圧力溜まりが発生しても軸受性能への影響が小さ
い。一方、鍔部２ａの軸方向厚さは薄く、軸方向の剛性
が特に弱いので、軸方向の嵌合面Ａにおいて圧力溜まり
が発生すると、軸受性能に影響を及ぼす。これに対し
て、この実施形態では、この軸方向の嵌合面Ａにおい
て、排気溝２５および排気通路２６を形成したため、軸
方向の嵌合面Ａで圧力溜まりが発生することが防止され
る。そのため、剛性の小さい鍔部２ａが圧力溜まりで変
形することが防止され、優れた軸受性能が維持される。

【００２１】この発明の第３の実施形態を図３および図
４と共に説明する。この実施形態は、スライドテーブル
の支持用の静圧気体軸受装置に適用した例である。テー
ブル３１は、軸受パッド３２を接合面Ｄで接合してスラ
イド体３０を構成しており、スライド体３０は、支柱３
４で支えられたガイド３３に沿って移動可能に取付けら
れる。ガイド３３は、断面が正方形等の矩形に形成さ
れ、直線状等の棒状に延びるものである。テーブル３１
は、ガイド３３の外周を囲むように角筒状に形成され、
その内周面となる４側面に、軸受パッド３２が接合され
ている。

【００２２】各軸受パッド３２は、ガイド３３の表面と
軸受パッド３２の軸受面Ｓとの間に静圧軸受隙間を形成
する部材であり、各々、絞りを有する給気孔３６がテー
ブル３１の軸方向に沿って配列されている。各給気孔３
６は、テーブル３１と軸受パッド３２と接合面Ｄを貫通
してテーブル３１に設けられた給気通路３７に連通して
いる。給気通路３７は、テーブル３１内に軸方向に延び
て形成された軸方向孔３７ａと、テーブル３１内の４側
の側壁面内を環状に続く周方向孔３７ｂと、これら軸方
向孔３７ａまたは周方向孔３７ｂから各給気孔３６に連
通する分岐孔３７ｃとで構成される。給気通路３７の一
部は給気口３８となり、給気通路３７を構成する各孔３
７ａ，３７ｂの他のハウジング外面開口部は、栓３９で
封鎖されている。

【００２３】テーブル３１と軸受パッド３２との接合面
Ｄには、各分岐孔３７ｃの回りを囲むように、円環溝４
０がテーブル３１に設けられている。これら円環溝４０
は、排気通路４１によりテーブル３１の外面に通じてい
る。排気通路４１は、個々の円環溝４０に対して個別に
設けてあるが、個々の円環溝４０に続く排気通路４１
は、互いに連通して１か所または複数箇所でテーブル３
１の外面に開口するものとしても良い。

【００２４】この構成の場合、圧縮空気は給気口３８か
ら供給され、給気経路３７を経て各給気孔３６に供給さ
れ、軸受面Ｓに吐出される。給気経路３７の各分岐経路
３７ｃからテーブル３１と軸受パッド３２との接合面Ｄ
に漏れ出た空気は、排気用の円環溝４０に流入し、排気
通路４１を通ってテーブル３１外へ流れる。このように
漏れ空気が大気に排出されるため、嵌合面Ｄで圧力溜ま
りが発生することが防止され、軸受パッド３２が変形を
生じることが防止される。そのため、圧力溜まりの発生
による軸受性能の低下が防止される。

【００２５】

【発明の効果】この発明の静圧気体軸受装置は、ハウジ
ングと軸受スリーブとの嵌合面から大気に通じる排気通
路を形成したため、嵌合面における圧力溜まりの発生を
防止し、軸受スリーブの変形が抑制できて、優れた軸受
性能を維持することができる。上記ハウジングと軸受ス
リーブとの嵌合面に環状溝を形成し、この環状溝から大
気に開口する排気通路を形成した場合、あるいはさらに
上記環状溝を給気通路の近傍に形成した場合は、より一
層、圧力溜まりの発生防止が確実となる。上記軸受スリ
ーブが鍔部を有し、その鍔部の側面でハウジングと接触
する嵌合面を有する場合は、剛性の弱い鍔部があって
も、上記のように圧力溜まりの発生を防止することで、
変形を防止し、優れた軸受性能を維持することができ
る。特に、上記軸受スリーブの鍔部側面に接触するハウ
ジングの嵌合面に、大気に通じる排気通路を形成した場
合は、鍔部の変形防止効果に優れる。上記軸受スリーブ
の材質が黒鉛である場合は、耐焼き付き性能に優れなが
ら、圧力溜まりによる軸受性能の低下の問題のない軸受
とできる。テーブルをスライド自在に支承する静圧気体
軸受装置において、上記テーブルと軸受パッドとの接合
面から大気に通じる排気通路を形成した場合も、接合面
における圧力溜まりの発生を防止し、軸受パッドの変形
が抑制できて、優れた軸受性能が維持できる。上記テー
ブルと軸受パッドとの接合面の給気経路を取り囲むよう
に、円環溝を形成し、この円環溝から大気に通じるよう
にした場合は、給気通路から接合面に漏れた気体が、円
環溝を介して確実に排出でき、圧力溜まりの発生がより
良好に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す断面図であ
る。

【図２】この発明の第２の実施形態を示す断面図であ
る。

【図３】この発明の第３の実施形態を示す破断正面図で
ある。

【図４】そのスライドの横断面図である。

【図５】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング２…軸受スリーブ２ａ…鍔部３…主軸４…スラスト板１１…給気孔１２…孔２１…ジャーナル軸受給気孔２２…スラスト軸受給気孔２３…環状溝２４…排気通路３１…テーブル３２…軸受パッド３３…ガイド３６…給気孔３７…給気通路４０…円環溝４１…排気通路Ａ〜Ｃ…嵌合面Ｄ…接合面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングの内径面に嵌合した軸受スリ
ーブを備え、この軸受スリーブとハウジングとの嵌合面
を貫通する給気通路を設け、軸受スリーブに設けられた
複数の微細な絞り孔を有する軸受面に、ハウジング側か
ら気体を供給することにより、静圧気体を介して主軸を
支承する静圧気体軸受装置において、上記ハウジングと
軸受スリーブとの嵌合面から大気に通じる排気通路を形
成したことを特徴とする静圧気体軸受装置。
【請求項２】上記ハウジングと軸受スリーブとの嵌合
面に環状溝を形成し、この環状溝から大気に通じる排気
通路を形成した請求項１に記載の静圧気体軸受装置。
【請求項３】上記環状溝を給気通路の近傍に形成した
請求項２に記載の静圧気体軸受装置。
【請求項４】上記軸受スリーブが鍔部を有し、その鍔
部の側面でハウジングと接触する嵌合面を有する請求項
１に記載の静圧気体軸受装置。
【請求項５】上記軸受スリーブの鍔部の側面に接触す
るハウジングの嵌合面に、大気に通じる排気通路を形成
した請求項４に記載の静圧気体軸受装置。
【請求項６】上記軸受スリーブの材質が黒鉛である請
求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静圧気体軸受
装置。
【請求項７】テーブルに軸受パッドを接合し、この軸
受パッドとテーブルとの接合面を貫通して給気通路を設
け、軸受パッドに設けられた微細な絞り孔を有する軸受
面に、テーブル側から気体を供給することにより、静圧
気体を介してガイド部材に対して上記テーブルをスライ
ド自在に支承する静圧気体軸受装置において、上記テー
ブルと軸受パッドとの接合面から大気に通じる排気通路
を形成したことを特徴とする静圧気体軸受装置。
【請求項８】上記テーブルと軸受パッドとの接合面の
給気通路を取り囲むように、円環溝を形成し、この円環
溝から大気に開口する排気通路を形成した請求項７に記
載の静圧気体軸受装置。