JP2008082356A - Static pressure gas bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静圧気体軸受に関し、特に、筒状に形成され、内部に軸を挿通させて回転運動又は揺動運動又は往復運動を行わせる軸受として用いることができ、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受に関する。 The present invention relates to a static pressure gas bearing, and in particular, is formed in a cylindrical shape and can be used as a bearing that allows a shaft to be inserted therein to perform a rotational motion, a rocking motion, or a reciprocating motion. The present invention relates to a static pressure gas bearing.
従来、静圧気体軸受は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現することのできる軸受として、スラスト軸受の場合には、物品を載置したり、水平移動させて超精密加工や超精密測定等を行い、筒状のラジアル軸受の場合には、内部に軸を挿通させ、超高速回転を行わせるなどの用途がある。この静圧気体軸受の空気吹出口の絞りの形式としては、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞りなどがあり、用途に応じて負荷容量及び剛性等を調節しながら使用していた。 Conventionally, a static pressure gas bearing is a bearing capable of realizing ultra-low friction, ultra-high accuracy, and ultra-high-speed motion. In the case of cylindrical radial bearings that perform ultra-precise measurements, etc., there are applications such as inserting a shaft inside to perform ultra-high speed rotation. There are porous throttles, surface throttles, orifice throttles, self-contained throttles, etc., as the types of throttles at the air outlet of this static pressure gas bearing, and they were used while adjusting the load capacity and rigidity according to the application. .
例えば、特許文献1には、超高剛性及び超高精度を実現するラジアル軸受として、多孔質絞りを有するカーボングラファイト製の軸受部材と、軸受部材を保持するアルミナセラミック製の保持部材とを有する静圧気体軸受が提案されている。
For example,
上記従来の静圧気体軸受等は、超低摩擦、超高精度及び超高速運動を実現することができるものの、軸受材料として、主に、高強度の金属やセラミックが用いられるとともに、高精度の研削仕上げなどを行う必要があるため、大量生産が困難で価格が高騰するという問題があった。このため、現状、市場には高価格の静圧気体軸受しか出回っておらず、超低摩擦、超高精度及び超高速運動までは要請されない場合でも、高価格の静圧気体軸受を選択せざるを得なかったため、静圧気体軸受が広く活用されるには至っていなかった。 Although the above-mentioned conventional static pressure gas bearings and the like can achieve ultra-low friction, ultra-high precision and ultra-high-speed motion, high-strength metals and ceramics are mainly used as bearing materials, and high-precision Since it is necessary to perform grinding finishing etc., there was a problem that mass production was difficult and the price increased. For this reason, currently only high-priced hydrostatic gas bearings are available on the market, and even when ultra-low friction, ultra-high accuracy and ultra-high-speed motion are not required, high-priced hydrostatic gas bearings must be selected. Therefore, static pressure gas bearings have not been widely used.
そこで、本発明は、上記従来の静圧気体軸受における問題点に鑑みてなされたものであって、種々の分野で活用することができる安価な静圧気体軸受を提供することを目的とする。 Then, this invention was made | formed in view of the problem in the said conventional static pressure gas bearing, Comprising: It aims at providing the cheap static pressure gas bearing which can be utilized in various field | areas.
上記目的を達成するため、本発明は、静圧気体軸受であって、貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を、外面に該複数の空気吹出口と連通する給気溝を有する樹脂製軸受部材と、前記給気溝を覆うように該樹脂製軸受部材に接合され、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a static pressure gas bearing, wherein a through hole is formed in a cylindrical shape extending in an axial direction, and a plurality of air outlets are provided on an inner surface of the through hole, and the plurality of air outlets are provided on an outer surface. A resin bearing member having an air supply groove communicating with the air outlet, and a base body having an air supply opening connected to the resin bearing member so as to cover the air supply groove and communicating with the air supply groove on the outer surface; It is characterized by providing.
そして、本発明によれば、静圧気体軸受を構成する樹脂製軸受部材を金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械的な加工を不要とすることができるとともに、基体の構造も樹脂製軸受部材と連通する給気口を有するのみで、樹脂製軸受部材を覆うように接合するだけで静圧気体軸受を組み立てることができるため、静圧気体軸受の大量生産が可能になり、安価な静圧気体軸受を提供することができる。 According to the present invention, the resin bearing member constituting the static pressure gas bearing can be formed by injection molding using a mold, and mechanical processing is not required, and the structure of the base body Since the static pressure gas bearing can be assembled by simply joining the resin bearing member so as to cover the resin bearing member only by having an air supply port communicating with the resin bearing member, mass production of the static pressure gas bearing becomes possible. An inexpensive static pressure gas bearing can be provided.
また、本発明は、静圧気体軸受であって、貫通孔が軸方向に伸びる筒状に形成され、前記貫通孔の内面に複数の空気吹出口を有する樹脂製軸受部材と、該樹脂製軸受部材を覆うように、該樹脂製軸受部材に接合され、該樹脂製軸受部材との接合面に前記複数の空気吹出口と連通する給気溝を、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする。これによって、前記発明と同様に、静圧気体軸受の大量生産が可能になり、安価な静圧気体軸受を提供することができる。 The present invention also relates to a static pressure gas bearing, wherein a through hole is formed in a cylindrical shape extending in the axial direction, and a resin bearing member having a plurality of air outlets on the inner surface of the through hole, and the resin bearing An air supply groove that is joined to the resin bearing member so as to cover the member, communicates with the plurality of air outlets on the joint surface with the resin bearing member, and air supply communicates with the air supply groove on the outer surface. And a base having a mouth. As a result, as in the above-described invention, mass production of static pressure gas bearings is possible, and an inexpensive static pressure gas bearing can be provided.
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材を、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも1つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂で形成することができ、強度の大きい樹脂製軸受部材とすることができる。また、それらの樹脂で形成した樹脂製軸受部材は、摺動性に優れ、自己潤滑性も有するため、仮に他の部材と接触することがあっても損傷する虞が少なく、安全性が高い。 In the static pressure gas bearing, the resin bearing member is made of at least one of polyphenylene sulfide resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin, liquid crystal polymer resin, glass fiber, carbon fiber, or inorganic filler. It can be formed of a reinforced reinforcing material-containing polyphenylene sulfide resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin, or liquid crystal polymer resin, and can be a resin bearing member having high strength. Moreover, since the resin bearing members formed of these resins are excellent in slidability and have self-lubricating properties, there is little risk of damage even if they come into contact with other members, and the safety is high.
また、前記基体についても、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも1つによって強化した補強材入りのポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂で形成してもよく、また、それらの合成樹脂の他、金属によって形成してもよい。 The substrate is also made of polyphenylene sulfide resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin or liquid crystal polymer resin, or polyphenylene containing a reinforcing material reinforced with at least one of glass fiber, carbon fiber, or inorganic filler. It may be formed of a sulfide resin, a polyether sulfone resin, a polyether ether ketone resin, or a liquid crystal polymer resin, or may be formed of a metal other than those synthetic resins.
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材と前記基体とを、超音波接合、高周波誘導加熱による接合又は接着剤を介しての接合により接合してもよく、樹脂製軸受部材と基体との接合強度を向上させ、給気による各部材の変形や、空気の漏れを容易に防ぐことができる。 In the static pressure gas bearing, the resin bearing member and the substrate may be bonded by ultrasonic bonding, bonding by high frequency induction heating, or bonding via an adhesive. The bonding strength can be improved, and deformation of each member due to air supply and air leakage can be easily prevented.
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材及び前記基体を円筒状とすることができ、内外輪の2部品を組み合わせた静圧気体軸受を構成することができる。 In the static pressure gas bearing, the resin bearing member and the base body can be formed in a cylindrical shape, and a static pressure gas bearing in which two parts of the inner and outer rings are combined can be configured.
前記静圧気体軸受において、前記樹脂製軸受部材が、前記基体の内径よりも大きい外径を有し、該樹脂製軸受部材の外径を一時的に縮径し、又は、前記基体の内径を一時的に拡径した状態で、該樹脂製軸受部材を前記基体の内側に挿設することによって、樹脂製軸受部材と基体とを組み付けてもよい。樹脂製軸受部材の外径を一時的に縮径し、又は、基体の内径を一時的に拡径する方法としては、熱によって樹脂製軸受部材又は基体を変形させる方法などを用いることができ、上記構成によれば、樹脂製軸受部材を基体の内側に挿入した後に、樹脂製軸受部材の外径が拡径し、又は、基体の内径が縮径するため、樹脂製軸受部材と基体との間の残留応力によって両者を強固に圧着することができ、給気圧力による位置ずれや変形、その他、空気漏れなどが生じるのを抑制することが可能になる。 In the static pressure gas bearing, the resin bearing member has an outer diameter larger than the inner diameter of the base, and the outer diameter of the resin bearing member is temporarily reduced, or the inner diameter of the base is reduced. The resin bearing member and the base may be assembled by inserting the resin bearing member inside the base in a state where the diameter is temporarily expanded. As a method of temporarily reducing the outer diameter of the resin bearing member or temporarily expanding the inner diameter of the base, a method of deforming the resin bearing member or the base by heat, etc. can be used. According to the above configuration, after the resin bearing member is inserted inside the base, the outer diameter of the resin bearing member is increased or the inner diameter of the base is reduced. Both of them can be firmly pressed by the residual stress between them, and it is possible to suppress the occurrence of displacement and deformation due to the supply air pressure, and other air leaks.
以上のように、本発明によれば、大量生産が可能で安価な静圧気体軸受を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an inexpensive static pressure gas bearing that can be mass-produced.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1乃至図4は、本発明にかかる静圧気体軸受の一実施の形態を示し、この静圧気体軸受1は、樹脂製軸受部材2と、基体3とで構成される。
1 to 4 show an embodiment of a static pressure gas bearing according to the present invention, and the static pressure gas bearing 1 includes a
樹脂製軸受部材2は、図2に示すように、中央に軸方向に伸びる貫通孔2aを有する円筒状に形成され、貫通孔2aの内周面に、直径0.2〜0.4mm程度の自成絞り形状の空気吹出口2bが複数設けられ、外周面に、これらの空気吹出口2bの各々と連通する、断面が矩形状で正面視環状の2本の給気溝2cを備える。樹脂製軸受部材2は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂を用いて形成することができ、それらの樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも1つを混入して強化することが好ましい。これらの樹脂を用いることにより、樹脂製軸受部材2の強度を高めることができ、また、こうした樹脂製軸受部材2は、摺動性に優れ、自己潤滑性も有するため、仮に他の部材と接触することがあっても損傷する虞が少なく、安全性が高い。
As shown in FIG. 2, the
尚、図2には、樹脂製軸受部材2の形状に沿って等間隔に並設された8個の空気吹出口2bを1本の給気溝2cで繋ぎ、それらを2組設けた構成が示されているが、空気吹出口2b及び給気溝2cの数は、支持すべき物品の重量や用途に応じて適宜変更可能である。また、空気吹出口2bは、図2に示したような自成絞り形状以外にも、図3に示すように、樹脂製軸受部材5の給気溝5cに空気通路5bを介して連通し、空気通路5bより大径の空気吹出口5aを有する、いわゆるオリフィス形状の空気吹出口とすることもできる。
2 shows a configuration in which eight
基体3は、図4に示すように、中央に軸方向に伸びる貫通孔3aを有する円筒状に形成され、図2に示した樹脂製軸受部材2の給気溝2cと連通する給気口3bと、給気口3bの内周面に形成された雌ねじ部3cを備える。基体3の貫通孔3aには、図1に示すように、樹脂製軸受部材2が挿設されるが、基体3は、樹脂製軸受部材2が挿設される前の状態において、貫通孔3aの径が、樹脂製軸受部材2の外径よりも僅かに小さくなるように形成される。
As shown in FIG. 4, the
また、基体3は、樹脂製軸受部材2と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂もしくは液晶ポリマー樹脂、又は、それらの合成樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維もしくは無機質充填材の少なくとも1つを混入した強化合成樹脂によって形成することができる。
Similarly to the
次に、上記構成を有する静圧気体軸受1の製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Next, the manufacturing method of the static pressure gas bearing 1 having the above configuration will be described with reference to the drawings.
図2に示す樹脂製軸受部材2は、金型を用いて全体を射出成形する。空気吹出口2b、給気溝2c及び空気通路2dは、射出成形によって形成することが好ましいが、静圧気体軸受1の生産数や空気吹出口2bの数が少ない場合には、機械加工によって形成してもよい。
The entire
図4に示す基体3も、樹脂製軸受部材2と同様に射出成形によって形成する。基体3の給気口3b及び雌ねじ部3cを形成する場合にも、樹脂製軸受部材2の空気吹出口2b等と同様に、射出成形によって形成することが好ましいが、機械加工によって形成してもよい。
The
樹脂製軸受部材2及び基体3の作成後、樹脂製軸受部材2と基体3を接合するが、その際、冷しばめを用いて樹脂製軸受部材2を基体3の貫通孔3a内に挿設することが好ましい。すなわち、樹脂製軸受部材2を基体3の貫通孔3aに挿通するのに先立って、樹脂製軸受部材2を冷却して樹脂製軸受部材2の外径を一時的に縮径し、その状態で樹脂製軸受部材2を基体3の貫通孔3aに挿入する。その後、樹脂製軸受部材2を常温に晒すと、樹脂製軸受部材2の外径が拡径されるため、樹脂製軸受部材2と基体3との間の残留応力によって両者を強固に圧着することができ、給気圧力による位置ずれや変形、その他、空気漏れなどが生じるのを抑制することが可能になる。
After the
また、樹脂製軸受部材2と基体3を接合するに際しては、冷しばめに加えて、図1に示すように、空気吹出口2bを挟んだ両側の部分10を、樹脂製軸受部材2の形状に沿って環状に超音波又は高周波誘導加熱したり、接着剤を用いて接合することが好ましい。これによって、樹脂製軸受部材2と基体3との接合強度をさらに向上させることができ、位置ずれや変形などを、より一層、抑制することが可能になる。
Further, when joining the
次に、図1乃至図4に示した静圧気体軸受1の動作について、図5を参照しながら説明する。
Next, the operation of the
基体3の雌ねじ部3cに、静圧気体軸受1に空気を供給するための樹脂製チューブ7の端部に取り付けられたプラグ7aをねじ込み、樹脂製チューブ7を介して給気口3bに空気を供給する。給気口3bから取り入れられた空気は、樹脂製軸受部材2の給気溝2c及び空気通路2dを介して各々の空気吹出口2bから静圧気体軸受1の内側(矢印方向)に噴出する。これにより、静圧気体軸受1の貫通孔2a内に位置する軸9を空気層を介して支持し、軸9を高速回転させることができる。
A plug 7 a attached to the end of a
以上のように、本実施の形態によれば、樹脂製軸受部材2及び基体3を金型を用いて射出成形によって形成することができ、機械的な加工を不要とすることができるとともに、基体3の構造も樹脂製軸受部材2の給気溝2cと連通する給気口3bを有するのみで、樹脂製軸受部材2を覆うように接合するだけで静圧気体軸受1を組み立てることができるため、静圧気体軸受1を安価に大量生産することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the
尚、上記実施の形態では、樹脂製軸受部材2及び基体3の双方が何れも円筒状のラジアル型の静圧気体軸受を例示しているが、図6(a)に示すように、樹脂製軸受部材2を円柱状の貫通孔2aを有する円筒状に形成し、基体3を樹脂製軸受部材2を囲繞する角筒状とすることも可能であり、図6(b)に示すように、樹脂製軸受部材2も円柱状の貫通孔2aを有する角筒状とし、貫通孔2aに軸を挿通させて高速回転等を行わせることができる。
In the above embodiment, both the
さらに、図6(c)に示すように、樹脂製軸受部材2を角柱状の貫通孔2aを有する角筒状に形成し、基体3も樹脂製軸受部材2を囲繞する角筒状とすることも可能であり、角柱状の貫通孔2aに軸を挿通させて往復運動を行わせる構成とすることもできる。また、図6(c)において、樹脂製軸受部材2が角柱状の貫通孔2aを有する状態で、樹脂製軸受部材2又は基体3のいずれか一方を円筒状に形成したり、双方を円筒状に形成することもできる。
Further, as shown in FIG. 6C, the
また、上記実施の形態では、図1等に示すように、給気溝2cを樹脂製軸受部材2に形成しているが、給気溝を基体3に形成するようにしてもよい。例えば、図7に示すように、樹脂製軸受部材2の外面から、貫通孔2aの内面2eの空気吹出口2bまで貫通する断面が均一の空気通路2dを穿設し、基体3の内周面に、空気通路2dを介して空気吹出口2bと連通するように給気溝3dを形成してもよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 1 and the like, the
尚、図1乃至図4に示した静圧気体軸受1においては、給気溝2cを樹脂製軸受部材2に設けているため、基体3を給気口3bのみを有する円筒状とすることができ、基体3の製造が容易になるとともに、図2に示すように、給気溝2cの底面から貫通孔2aの内面2eまでの厚さd1が薄いため、空気吹出口2b及び空気通路2dを容易に形成することができる。尚、空気吹出口2bを図3に示すようなオリフィス形状とした場合には、オリフィス部分のみを別途機械加工してもよい。
In the static
一方、図7に示した静圧気体軸受1においては、給気溝3dを基体3側に設けているため、空気吹出口2bから給気溝3dまでの距離、すなわち樹脂製軸受部材2の厚さd2が厚くなり、給気口3d周辺の強度を高めることができる。
On the other hand, in the static
さらに、上記実施の形態では、基体3を合成樹脂によって形成しているが、基体3は、合成樹脂の他、アルミニウム等の金属によって形成してもよく、鋳型を用いて基体3全体を鋳造した後、雌ねじ部3cを機械加工してもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the base |
また、上記実施の形態では、樹脂製軸受部材2と基体3との接合に際し、冷しばめを用いているが、冷しばめの他、基体3を加熱して基体3の貫通孔3aの内径を一時的に拡径させる焼きばめや、圧力を加えて樹脂製軸受部材2又は基体3を一時的に変形させる方法を用いてもよい。
In the above-described embodiment, a cold fit is used for joining the
1 静圧気体軸受
2 樹脂製軸受部材
2a 貫通孔
2b 空気吹出口
2c 給気溝
2d 空気通路
2e 内面
3 基体
3a 貫通孔
3b 給気口
3c 雌ねじ部
3d 給気溝
5 樹脂製軸受部材
5a 空気吹出口
5b 空気通路
5c 給気溝
7 樹脂製チューブ
7a プラグ
9 軸
10 接合部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記給気溝を覆うように該樹脂製軸受部材に接合され、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする静圧気体軸受。 A resin bearing member having a through hole formed in a cylindrical shape extending in the axial direction, a plurality of air outlets on an inner surface of the through hole, and an air supply groove communicating with the plurality of air outlets on an outer surface;
A hydrostatic gas bearing, comprising: a base member that is joined to the resin bearing member so as to cover the air supply groove and has an air supply port that communicates with the air supply groove on an outer surface.
該樹脂製軸受部材を覆うように、該樹脂製軸受部材に接合され、該樹脂製軸受部材との接合面に前記複数の空気吹出口と連通する給気溝を、外面に前記給気溝と連通する給気口を有する基体とを備えることを特徴とする静圧気体軸受。 A resin bearing member having a through hole formed in a cylindrical shape extending in the axial direction and having a plurality of air outlets on the inner surface of the through hole;
An air supply groove that is joined to the resin bearing member so as to cover the resin bearing member, communicates with the plurality of air outlets on the joint surface with the resin bearing member, and the air supply groove on the outer surface. A static pressure gas bearing comprising: a base body having an air supply port communicating therewith.
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