JP2021080986A - Fluid bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体軸受装置に関する。 The present invention relates to a fluid bearing device.
従来、流体軸受装置において、高速変動する外乱負荷による移動体の精度低下を抑制するようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1等参照。)。この流体軸受装置は、移動体の振動量を検出する手段として、移動体と流体軸受本体との相対変位を計測する変位センサを設け、その計測された相対変位に応じて静圧ポケットを前後進することで、外乱力による流体軸受本体と移動体との相対変位を抑制し、外乱力による流体保持装置の精度低下を抑制している。
Conventionally, in a fluid bearing device, a technique for suppressing a decrease in accuracy of a moving body due to a disturbance load fluctuating at high speed has been proposed (see, for example,
上述した従来の流体軸受装置では、測定対象である移動体は移動しており、移動体と変位センサとの間には水や油等の流体が存在する。このため、高速回転の回転軸体が移動体である場合、接触式の変位センサは使用できない。さらに、非接触式変位センサにおいても、水や油の環境下では静電容量方式やレーザー方式のセンサは使用できない。一方、渦電流方式の変位センサは、水や油に強く、耐環境性に優れている。 In the conventional fluid bearing device described above, the moving body to be measured is moving, and a fluid such as water or oil exists between the moving body and the displacement sensor. Therefore, when the rotating shaft body of high-speed rotation is a moving body, the contact type displacement sensor cannot be used. Further, even in the non-contact type displacement sensor, the capacitance type or laser type sensor cannot be used in the environment of water or oil. On the other hand, the eddy current type displacement sensor is resistant to water and oil and has excellent environmental resistance.
しかしながら、渦電流方式の変位センサは、対象物における同一の部位の測定には問題無いが、回転軸体のような素材特性にバラツキのある表面が回転により連続的に変化してしまうような場合、変位測定が困難であることが知られている。これは、対象物の材質ムラや残留応力などに起因するエレクトリカルランナウトの影響によるものである。 However, the eddy current type displacement sensor has no problem in measuring the same part of the object, but the surface such as the rotating shaft body having variations in material characteristics continuously changes due to rotation. , It is known that displacement measurement is difficult. This is due to the influence of electrical runout due to uneven material of the object and residual stress.
本発明は、回転中の回転軸体の振れ量を高精度に安定して測定可能な流体軸受装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fluid bearing device capable of stably and accurately measuring the amount of runout of a rotating shaft body during rotation.
本発明に係る流体軸受装置は、回転軸体と流体軸受本体との間に充填される流体の圧力により前記回転軸体を支持する流体軸受装置であって、前記流体軸受本体内に前記流体を供給する流体供給部と、前記回転軸体の外周に隙間を隔てて配置され、前記流体によって前記隙間に形成される流体膜を介して配置される測定板と、前記測定板を前記流体軸受本体に対して径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持する支持部材と、前記流体軸受本体に一体的に配置され、前記測定板との距離の変位を測定する変位センサと、を備える。 The fluid bearing device according to the present invention is a fluid bearing device that supports the rotating shaft body by the pressure of the fluid filled between the rotating shaft body and the fluid bearing body, and the fluid is placed in the fluid bearing body. A fluid supply unit to be supplied, a measuring plate arranged on the outer periphery of the rotating shaft body with a gap, and a measuring plate arranged via a fluid film formed in the gap by the fluid, and the measuring plate are the fluid bearing main body. It is provided with a support member that is movable in the radial direction and elastically supports it so as not to rotate, and a displacement sensor that is integrally arranged in the fluid bearing body and measures the displacement of the distance from the measuring plate.
この構成によれば、回転軸体に振れが生じると、流体膜を介して配置される測定板は、支持部材によって径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持されることから、回転軸体の振れ量に応じて移動する。測定板が移動すると、流体軸受本体に一体的に配置される変位センサによって、測定板との距離の変位が測定される。よって、回転軸体の振れに応じて移動する測定板の変位を測定することにより、回転中の回転軸体の振れ量を高精度に安定して測定することができるという効果を奏する。 According to this configuration, when the rotating shaft body swings, the measuring plate arranged via the fluid film is elastically supported by the support member so as to be movable in the radial direction and non-rotatably. It moves according to the amount of swing of the body. When the measuring plate moves, the displacement of the distance from the measuring plate is measured by the displacement sensor integrally arranged on the fluid bearing body. Therefore, by measuring the displacement of the measuring plate that moves according to the runout of the rotating shaft body, it is possible to stably measure the amount of runout of the rotating shaft body during rotation with high accuracy.
<第1実施形態>
(1.流体軸受装置1の全体構成)
本発明を具体化した流体軸受装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本発明に係る流体軸受装置1は、研削盤の砥石軸等の回転軸体を静圧支持すると共に、回転軸体の振れ量に応じて流体(本実施形態では潤滑油)の供給量を制御して、回転軸体の振動を抑制するように構成された軸受装置である。流体軸受装置1は、図1に示すように、流体軸受本体3と、ポンプPと、軸変位測定機構10と、制御装置90とを備えて構成される。
<First Embodiment>
(1. Overall configuration of fluid bearing device 1)
An embodiment of a fluid bearing device embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The fluid bearing
流体軸受本体3は、回転軸体2を収容するための空間を有する円筒状に形成され、内周面には回転軸体2の外周面に対向する凹状の静圧ポケット4a〜4dが周方向に4個配置されている。具体的には、垂直方向上側の静圧ポケット4aと下側の静圧ポケット4bとが対向して配置され、水平方向右側の静圧ポケット4cと左側の静圧ポケット4dとが対向して配置されている。流体軸受本体3と回転軸体2との間に流体が供給されることで流体軸受が構成される。
The fluid bearing
ポンプPから上側の静圧ポケット4aに潤滑油を供給する流路5aには固定絞り6aが、ポンプPから下側の静圧ポケット4bに潤滑油を供給する流路5bには可変絞り6bが、それぞれ設けられている。同様に、ポンプPから右側の静圧ポケット4cに潤滑油を供給する流路5cには固定絞り6cが、ポンプPから左側の静圧ポケット4dに潤滑油を供給する流路5dには可変絞り6dが、それぞれ設けられている。
A
可変絞り6b、6dは、指令に応じて絞りの開度を可変できる可変絞り装置である。可変絞り6b、6dとして、流出路が設けられる弁座に対向してダイアフラムを配置し、ダイアフラムをボイスコイルモータ等のアクチュエータで駆動して開度を可変する、公知のダイアフラム式可変絞り装置を用いることができる。ダイアフラム式可変絞り装置の具体的な構成は、例えば、特開2015−218827号公報に記載されている。
The
さらに、流体軸受本体3の内周面には、隣接する静圧ポケット4aと4c、4cと4b、4bと4d、4dと4aとの周方向間に、変位センサ40を有する軸変位測定機構10がそれぞれ設けられている。変位センサ40は、制御装置90と電気的に接続され、回転軸体2の軸変位(振れ)の測定結果を制御装置90へ送信する。軸変位測定機構10の詳細については後述する。
Further, an axial
ポンプPは、流路5a〜5dを介して流体(以下、潤滑油)を圧送して、静圧ポケット4a〜4dに潤滑油を供給する。制御装置90は、軸変位測定機構10の変位センサ40から受信した軸変位に応じて、可変絞り6b、6dの開度を制御する。例えば、静圧ポケット4bに隣接する変位センサ40で回転軸体2が接近することを示す変位が検出された場合、可変絞り6bの開度を大きくする制御を行い、静圧ポケット4bへの流量を増大させる。或いは、静圧ポケット4bに隣接する変位センサ40で回転軸体2が遠ざかることを示す変位が検出された場合、可変絞り6bの開度を小さくする制御を行い、静圧ポケット4bへの流量を減少させる。このようにして、静圧ポケット4b、4d内の潤滑油の圧力を変化させることにより、回転軸体2の振動の抑制を図ることができる。
The pump P pumps a fluid (hereinafter, lubricating oil) through the
(2.軸変位測定機構10(第1実施形態)の構成)
軸変位測定機構10は、流体軸受本体3に設けられ、回転軸体2の径方向の変位を非接触で測定する機構である。軸変位測定機構10は、図2に示すように、ケース20と、測定対象部材30と、変位センサ40とを備えて構成される。
(2. Configuration of Shaft Displacement Measuring Mechanism 10 (First Embodiment))
The shaft
ケース20は、蓋状の筐体であって、内側のセンサ空間21内に変位センサ40を収容すると共に、流体軸受本体3に対して測定対象部材30を固定する。ケース20は、流体軸受本体3の外側面に沿う曲面状をなす底部22を有し、センサ空間21内の底部22中央に変位センサ40が取り付けられている。ケース20は、流体軸受本体3の側面開口3aに整合する外形を有し、側面開口3aの段部3bとの間に測定対象部材30の支持部32を挟んで取り付けられる。これにより、ケース20は、側面開口3aを塞ぐと共に、測定板31を回転軸体2と変位センサ40との間にそれぞれに対して隙間を隔てた状態で固定される。
The
ケース20には、外部とセンサ空間21とを貫通する流入穴23が形成されている。流入穴23は、流路5eによってポンプPに接続され、流路5eには可変絞り6eが設けられ流入穴23へ流入する潤滑油の流量を可変できるようになっている。従って、ポンプPから供給される潤滑油は、流路5eを通って可変絞り6eで流量が調整され、流入穴23からセンサ空間21内に流入する。
The
測定対象部材30は、図2及び図3に示すように、円板状の測定板31と、測定板31の外周全体に鍔状に設けられる支持部32とを備えて構成される。測定対象部材30は、バネ鋼等の金属材料からなる単一の母材から、削り加工によって測定板31と支持部32とを形成したものである。測定板31は、回転軸体2に対向する第1面に凹状のポケット部33が形成され、変位センサ40に対向する第2面は平坦な測定面34となっている、ポケット部33は、測定板31の外周よりも一回り小さい円形状の凹部であり、ポケット部33の底面33aには第2面側へ貫通するノズル穴35を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
支持部32は、測定板31の外周に円環状に設けられる。測定対象部材30は、支持部32を側面開口3a内の段部3bに沿って配置した状態で、側面開口3aにケース20をはめ込んで図示しないネジ等で固定することによって、ケース20外周部と段部3bとの間に支持部32が挟まれて固定される。支持部32は弾性を有するため、測定板31は回転軸体2の径方向に所定範囲で移動可能である。すなわち、支持部32は、測定板31を流体軸受本体3に対して径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持する。測定板31は、例えば、数μm〜数十μmの範囲で移動可能である。
The
変位センサ40は、公知の距離センサである。本実施形態では、変位センサ40として、渦電流センサを好適に用いることができる。渦電流センサは、高周波磁界を利用して測定対象物との距離を測定するセンサである。渦電流センサは、センサヘッド内部のコイルに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させる。この磁界内に測定対象物である金属が存在すると、電磁誘導作用によって、対象物表面に磁束の通過と垂直方向の渦電流が流れ、センサコイルのインピーダンスが変化する。渦電流式変位センサは、この現象による発振状態の変化により、距離を測定する。渦電流センサは、水や油に強く、耐環境性に優れている。変位センサ40で検出された変位信号は、増幅回路41で増幅されて制御装置90へ送られる。
The
次に、測定対象部材30における測定板31の位置調整について説明する。上述した通り、測定板31は、弾性を有する支持部32を介して流体軸受本体3に取付けられる。このため、測定板31は、センサ空間21内の圧力と、ポケット部33と回転軸体2との間に形成される静圧油膜の圧力とが押圧し合うことで均衡する位置に停止する。従って、測定対象部材30を流体軸受本体3の側面開口3a内の所定位置に配置してケース20を取付け固定した後、ポンプPからセンサ空間21へ供給する潤滑油の圧力(一次圧)を適切に設定することで、測定板31と回転軸体2との距離(隙間)を微調整することができる。
Next, the position adjustment of the measuring
以下、測定板31と回転軸体2との距離(隙間)と、潤滑油の圧力との関係について説明する。センサ空間21へ供給する潤滑油の圧力である1次圧(供給圧)をP1[Pa]、ポケット部33内の潤滑油の圧力である2次圧(ポケット圧)をP2[Pa]、測定板31の外径面積をA1[m2]、測定板31と回転軸体2との距離をh[m]、測定板31のノズル部の抵抗をKd[m3/s・1/Pa]、ポケット部33の面積をA2[m2]、測定板31の流出抵抗をKh[m3/s・1/Pa]とする。これらのうち、2次圧(ポケット圧)P2及び測定板31と回転軸体2との距離hは、未知の値である。
Hereinafter, the relationship between the distance (gap) between the measuring
センサ空間21の内径(半径)をr1としたとき、センサ空間外径面積A1=πr1 2[m2]となる。ポケット部33の内径(半径)をr2としたとき、ポケット部面積A2=πr2 2[m2]となる。
When the inner diameter (radius) of the
そして、力のつり合いは、以下に示す式(1)によって表され、流量のつり合いは、式(2)によって表される。
上記式(1)と式(2)とを連立することにより、2次圧(ポケット圧)P2及び測定板31と回転軸体2との距離hを求めることができる。よって、測定対象部材30を流体軸受本体3の側面開口3a内の所定位置に配置してケース20を取付け固定した後、hが目標の値となるように可変絞り6eで1次圧(供給圧)P1を調整することで、測定板31を所定位置で停止させることができる。尚、図5は、回転軸体2と測定板31との間の圧力分布を示す模式図である。図5では、矢印の長さが圧力の大きさを表しており、回転軸体2と測定板31との間は台形状の圧力分布となっていることがわかる。
By combining the above equations (1) and (2), the secondary pressure (pocket pressure) P 2 and the distance h between the measuring
上述した本実施形態の各構成において、流路5e、可変絞り6e、流入穴23及びポンプPが、本発明の「流体軸受本体の外部から内部へ流体を供給する流体供給部」を構成する。また、測定板31が「回転軸体の外周に隙間を隔てて配置され、流体によって隙間に形成される流体膜を介して配置される測定板」を構成する。支持部32が、「測定板を流体軸受本体に対して径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持する支持部材」を構成する。変位センサ40が、「測定板に対して回転軸体とは反対側のセンサ空間内に対向配置され、測定板との距離の変位を測定する変位センサ」を構成する。
In each configuration of the present embodiment described above, the
(3.軸変位測定機構10(第1実施形態)の作用)
軸変位測定機構10により回転軸体2の変位を測定する際の各部の作用について説明する。軸変位測定機構10において、変位センサ40が収容されるケース20のセンサ空間21は、回転軸体2側の空間から測定対象部材30によって遮断されている。ポンプPから圧送されて流入路を通してセンサ空間21内に流入した潤滑油は、ノズル穴35を通して測定板31のポケット部33内に供給され、回転軸体2と測定板31との隙間に静圧油膜が形成される。
(3. Action of Shaft Displacement Measuring Mechanism 10 (First Embodiment))
The operation of each part when measuring the displacement of the
測定対象部材30の測定板31は、センサ空間21内の潤滑油の圧力と、静圧油膜による圧力とが押圧し合うことで均衡の取れた位置で停止している。回転軸体2が径方向のいずれかに振れると、測定板31が静圧油膜を介して押圧され、回転軸体2の振れと同一の径方向に同一距離だけ変位する。そして、変位センサ40が、測定板31との距離変化を測定することで、回転軸体2の振動を測定することができる。
The measuring
そして、制御装置90は、変位センサ40から受信した回転軸体2の変位に応じて、可変絞り26、28の開度を制御する。これにより、静圧ポケット4b、4d内の潤滑油の圧力が変化し、回転軸体2の振動が抑制される。
Then, the
<第2実施形態>
(4.軸変位測定機構110(第2実施形態)の構成)
上述した第1実施形態に係る軸変位測定機構10では、測定対象部材30の測定板31を、回転軸体2に対して静圧油膜を介して配置されるように構成したが、第2実施形態に係る軸変位測定機構110では、回転軸体2の回転によって発生する動圧油膜を介して配置されるように構成している。以下、第2実施形態に係る軸変位測定機構110の構成について、図6を参照しつつ説明する。尚、第1実施形態と同一部材には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。また、第1実施形態に対応する部材であり且つ異なる部材には、第1実施形態における各部の符号に100を加算した符号を付すこととする。
<Second Embodiment>
(4. Configuration of Shaft Displacement Measuring Mechanism 110 (Second Embodiment))
In the shaft
本実施形態に係る軸変位測定機構110は、図6に示すように、ケース20と、測定対象部材130と、変位センサ40とを備えて構成される。ケース20及び変位センサ40の構成は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 6, the shaft
測定対象部材130は、図6に示すように、円板状の測定板131と、測定板131の外周に鍔状に設けられる支持部132とを備えて構成される。測定板131は、第1実施形態の測定板31とは異なり、回転軸体2に対向する第1面にポケット部は設けられていない。従った、測定板131の第1面は、変位センサ40に対向する第2面の測定面134と同様に平坦面となっている。
As shown in FIG. 6, the
支持部132は、基本的な構成は第1実施形態に係る支持部32と同様であるが、複数箇所で回転軸体2と流体軸受本体3との間の軸受空間3sとセンサ空間21とを貫通する連通穴135が設けられている点で、支持部32と異なっている。
The basic configuration of the
本実施形態も第1実施形態と同様に、測定対象部材130を流体軸受本体3の側面開口3a内に配置してケース20を組み付けた後、ポンプPからセンサ空間21へ供給する潤滑油の圧力(一次圧)を適切に設定して軸受空間3sとセンサ空間21との圧力差を調整することにより、測定板131と回転軸体2との距離(隙間)を高精度に調整することができる。
In this embodiment as well as in the first embodiment, the pressure of the lubricating oil supplied from the pump P to the
(5.軸変位測定機構110(第2実施形態)の作用)
次に、第2実施形態に係る軸変位測定機構110により回転軸体2の振れ量を測定する際の各部の作用について説明する。軸変位測定機構110において、変位センサ40が収容されるケース20のセンサ空間21は、回転軸体2側の軸受空間3sから測定板131によって遮断されている。ポンプPから圧送されて流入穴23を通してセンサ空間21内に流入した潤滑油は、連通穴135を通して回転軸体2側の軸受空間3sに流入する。そして、回転軸体2が回転すると、軸受空間3s内の潤滑油によって回転軸体2と測定板131との隙間に動圧油膜が形成される。
(5. Action of Axis Displacement Measuring Mechanism 110 (Second Embodiment))
Next, the operation of each part when measuring the amount of runout of the
測定板131は、センサ空間21内の潤滑油の圧力と、動圧油膜による圧力とが押圧し合うことで均衡の取れた位置で停止している。回転軸体2が回転中に径方向のいずれかの方向に振れると、測定板131が動圧油膜を介して押圧され、回転軸体2の振れと同一方向に同一距離だけ変位する。変位センサ40は、測定板131との距離変位を測定することを通して、回転軸体2の振れ量を測定することができる。
The measuring
そして、制御装置90は、変位センサ40から受信した測定板131の変位に応じて、可変絞り6b、6dの開度を制御する。これにより、静圧ポケット4b、4d内の潤滑油の圧力が変化し、回転軸体2の振動が抑制される。
Then, the
<第3実施形態>
(6.軸変位測定機構210(第3実施形態)の構成)
上述した第1実施形態に係る軸変位測定機構10及び第2実施形態に係る軸変位測定機構110では、センサ空間21内に潤滑油を充填する構成としたが、本実施形態では、センサ空間内を大気とし且つセンサ空間21外から軸受空間3sへ潤滑油を供給して、回転軸体2の回転によって発生する動圧油膜を介して測定板が配置されるように構成している。以下、第3実施形態に係る軸変位測定機構210の構成について、図6を参照しつつ説明する。尚、第1、第2実施形態と同一部材には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。また、第1実施形態に対応する部材であり且つ異なる部材には、第1実施形態における各部の符号に200を加算した符号を付すこととする。
<Third Embodiment>
(6. Configuration of Shaft Displacement Measuring Mechanism 210 (Third Embodiment))
In the shaft
本実施形態に係る軸変位測定機構210は、図7に示すように、ケース220と、測定対象部材230と、変位センサ40とを備えて構成される。ケース20及び変位センサ40は、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 7, the shaft
ケース220は、基本的構成は第1実施形態のケース20と同一である。但し、ケース220には、第1実施形態のケース20とは異なり、内外を貫通する流入穴23は設けられておらず、センサ空間221内に潤滑油は充填されない。一方、流体軸受本体3には、内外を貫通する流入穴3cが、側面開口3aに対して周方向に隣接して設けられている。流入穴3cは、流路5fによってポンプPに接続され、流路5fには可変絞り6fが設けられ流入穴3cへ流入する潤滑油の流量を可変できるようになっている。従って、ポンプPから供給される潤滑油は、流路5fを通って可変絞り6fで流量が調整され、流入穴3cから回転軸体2と流体軸受本体3との間の軸受空間3sに流入する。
The basic configuration of the
測定対象部材230は、図7に示すように、円板状の測定板231と、測定板231の外周に鍔状に設けられる支持部232とを備えて構成される。測定板231は、基本的構成は第2実施形態の測定板131と同様である。つまり、測定板231は、第1実施形態の測定板31とは異なり、回転軸体2に対向する第1面にポケット部33は設けられず、第1面は変位センサ40に対向する第2面の測定面234と同様に平坦面となっている。
As shown in FIG. 7, the
支持部232は、第1実施形態の支持部32と同様の構成を有する。つまり、支持部232には、第2実施形態の支持部132とは異なり、回転軸体2側の軸受空間3sとセンサ空間21側とを貫通する連通穴135は設けられていない。
The
尚、本実施形態では、第1実施形態や第2実施形態とは異なり、センサ空間221内に潤滑油は充填されず、大気で満たされている。従って、測定対象部材230を流体軸受本体3の側面開口3a内の所定位置に配置してケース220を取付け固定した後、測定板231を挟む両側の空間における潤滑油の圧力差を利用した測定板231と回転軸体2との距離(隙間)の微調整は行われない。
In the present embodiment, unlike the first embodiment and the second embodiment, the
(7.軸変位測定機構210(第3実施形態)の作用)
軸変位測定機構210により回転軸体2の振れ量を測定する際の各部の作用について説明する。軸変位測定機構210において、変位センサ40が収容されるケース220のセンサ空間221は、回転軸体2側の軸受空間3sから測定対象部材230によって遮断されている。ポンプPから供給される潤滑油は、流路5fを通って可変絞り6fで流量が調整され、流入穴3cから回転軸体2と流体軸受本体3との間の軸受空間3sに流入する。そして、回転軸体2が回転すると、軸受空間3s内の潤滑油によって回転軸体2と測定板231との隙間に動圧油膜が形成される。
(7. Action of Axis Displacement Measuring Mechanism 210 (Third Embodiment))
The operation of each part when measuring the amount of runout of the
測定対象部材230の測定板231は、センサ空間221内の潤滑油の圧力と、動圧油膜による圧力とが押圧し合うことで均衡の取れた位置で停止している。回転軸体2が回転中に径方向のいずれかの方向に振れると、測定板231が動圧油膜を介して押圧され、回転軸体2の振れと同一方向に同一距離だけ変位する。そして、変位センサ40は、測定板231との距離変位を測定することを通して、回転軸体2の振れ量を測定することができる。
The measuring
そして、制御装置90は、変位センサ40から受信した測定板231の変位(すなわち、回転軸体2の振れ量)に応じて、可変絞り6b、6dの開度を制御する。これにより、静圧ポケット4b、4d内の潤滑油の圧力が変化し、回転軸体2の振動が抑制される。
Then, the
(8.まとめ)
上述した第1実施形態によれば、回転軸体2に振れが生じると、回転軸体2に油膜を介して配置される測定板31は、支持部32によって径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持されることから、回転軸体2の振れ量に応じて移動する。測定板31が移動すると、流体軸受本体3に一体的に配置される変位センサ40によって、測定板31との距離の変位が測定される。よって、回転軸体2の振れに応じて移動する測定板31の変位を測定することにより、回転中の回転軸体2の振れ量を高精度に安定して測定することができるという効果を奏する。第2実施形態及び第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(8. Summary)
According to the first embodiment described above, when the
また、第1実施形態によれば、変位センサ40は、測定板31に対して回転軸体2とは反対側のセンサ空間21内に対向配置され、流体供給部としてのポンプP及び流入穴23は、流体軸受本体3の外部からセンサ空間21に潤滑油を供給するように構成され、測定板31は、回転軸体2に対向する面に設けられる凹状のポケット部33と、ポケット部33内とセンサ空間21とを連通するノズル穴35とを有し、ノズル穴35を通してセンサ空間21からポケット部33内に供給される潤滑油により回転軸体2との軸受空間3sに形成される静圧流体膜としての静圧油膜を介して配置される。この構成によれば、回転軸体2と測定板31との間に確実に静圧油膜を形成し、測定板31が静圧油膜を介して回転軸体2と一体に移動する状態とすることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、第1実施形態によれば、測定対象部材30を流体軸受本体3の所定位置に取付けて機械的調整を行った後、測定板31は、ポケット部33内とセンサ空間21とにおける潤滑油の圧力差によって基準位置が高精度に調整されているので、変位センサ40により測定板31の距離変位を測定することで、回転軸体2の振れ量を高精度に測定することができる。
Further, according to the first embodiment, after the
また、第2実施形態によれば、測定板131は、回転軸体2の回転に伴って測定板131と回転軸体2との隙間に形成される動圧流体膜としての動圧油膜を介して配置される。この構成によれば、回転軸体2と測定板31との間に確実に動圧油膜を形成し、測定板31が動圧油膜を介して回転軸体2と一体に移動する状態とすることができる。第3実施形態も同様の効果を奏する。
Further, according to the second embodiment, the measuring
特に、第3実施形態では、流体供給部としてのポンプP及び流入穴3cは、回転軸体2の外周(軸受空間3s)に潤滑油を供給するので、回転軸体2を回転させると、測定板231との間に確実に動圧油膜を形成することができる。
In particular, in the third embodiment, the pump P and the
また、第2実施形態によれば、変位センサ40は、測定板131に対して回転軸体2とは反対側のセンサ空間21内に対向配置され、流体供給部としてのポンプP及び流入穴23は、センサ空間21に潤滑油を供給するように構成され、支持部132は、回転軸体2側の空間とセンサ空間21とに連通する連通穴135を有し、連通穴135を通してセンサ空間21から回転軸体2の外周(軸受空間3s)に供給される潤滑油により、回転軸体2の回転に伴って隙間に形成される動圧油膜を介して配置される。この構成によれば、回転軸体2を回転させると、測定板131との間に確実に動圧油膜を形成することができる。
Further, according to the second embodiment, the
特に、第2実施形態では、測定板131は、回転軸体2側の軸受空間3sとセンサ空間21とにおける潤滑油の圧力差によって基準位置が高精度に調整されているので、変位センサ40により測定板31の距離変位を測定することで、回転軸体2の振れ量を高精度に測定することができる。
In particular, in the second embodiment, since the reference position of the measuring
また、第1実施形態によれば、測定板31は、円板状であり、支持部材32は、測定板31の外周に円環状に設けられる。この構成によれば、測定板31は中心から外周までの距離が均等な円板状であり、測定板31の外周が支持部材32により支持されるので、回転軸体2の振れによって測定板31を安定した姿勢で移動させることができる。特に、測定板31と支持部32とは、一体に形成されているので、構造が単純で組み付けが容易である。第2実施形態及び第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the measuring
また、第1実施形態によれば、流体軸受本体の側面には、前記測定板及び前記支持部材が配置される開口部が形成され、前記開口部は、前記センサが取付けられて内部に前記センサ空間を形成する蓋状のケースによって塞がれる。第2、第3実施形態も同様の効果を奏する。 Further, according to the first embodiment, an opening in which the measuring plate and the support member are arranged is formed on the side surface of the fluid bearing body, and the sensor is attached to the opening in the opening. It is closed by a lid-like case that forms a space. The second and third embodiments have the same effect.
また、第1実施形態によれば、測定板31は、金属材料からなり、変位センサ40は、渦電流センサである。この構成によれば、潤滑油で充填されるセンサ空間21内に配置される変位センサ40として、水や油に強く、耐環境性に優れた渦電流センサを用いて、測定板31との距離の変位を測定することができる。そして、回転軸体2の回転により、表面の素材特性や残留応力が連続的に変化してしまう場合であっても、測定対象物である測定板31の同一の部位の測定を行うので、エレクトリカルランナウトの影響なく、安定して高精度に変位測定を行うことができるという効果を奏する。第2、第3実施形態も同様の効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the measuring
また、第1実施形態によれば、流体軸受本体3の側面には、測定対象部材30(測定板31及び支持部32)が配置される側面開口3aが形成され、側面開口3aは、変位センサ40が取付けられて内部にセンサ空間21を形成する蓋状のケース20によって塞がれる。この構成によれば、流体軸受本体3への組付けが容易な構成で、安定して高精度に回転軸体2の振れ量の測定を行うことができるという効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, a
(9.その他の変形例)
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変更を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、測定板31と支持部32とを同一母材の加工により一体形成する構成としたが、円板状の測定板と、円環状の支持部材とを別々に作製した後、測定板の外周に支持部材を外嵌して合体することで一体化するようにしてもよい。この場合、測定板と支持部材とは、異なる材質の母材を用いてもよく、測定板の材質として例えば鉄系の金属材料を用い、支持部材の材質としてバネ性を有する材料、例えばバネ鋼を用いて構成してもよい。
(9. Other modified examples)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the measuring
また、上記各実施形態では、変位センサ40として、渦電流センサを用いた例を示したが、第3実施形態では、センサ空間221内が大気であるため、他の非接触式の距離センサを用いてもよい。例えば、静電容量式やレーザー式の距離センサを用いる構成としてもよい。
Further, in each of the above embodiments, an example in which an eddy current sensor is used as the
また、上記各実施形態では、変位センサ40が、センサ空間21等に配置される構成としたが、これには限られない。変位センサ40は、単に、流体軸受本体3に一体的に配置されていればよい。変位センサ40が測定板31に対して径方向外側に配置される構成に代えて、例えば、変位センサ40が測定板31に対して軸方向にずれた位置に配置されて径方向の変位を測定する構成としてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the
2…回転軸体、3…流体軸受本体、3a…側面開口、3c…流入穴、4a〜4d…静圧ポケット、5e…流路(流体供給部(第1、第2実施形態))、6e…可変絞り(流体供給部(第1、第2実施形態))、10…軸変位測定機構、20…ケース(第1実施形態)、21…センサ空間(第1、第2実施形態)、23…流入穴(流体供給部(第1、第2実施形態))、31…測定板(第1実施形態)、32…支持部(支持部材(第1実施形態))、33…ポケット部、35…ノズル穴、40…変位センサ、110…軸変位測定機構(第1実施形態)、131…測定板(第2実施形態)、132…支持部(第2実施形態)、135…連通穴(第2実施形態)、210…軸変位測定機構(第2実施形態)、220…ケース(第3実施形態)、221…センサ空間(第3実施形態)、231…測定板(第3実施形態)、232…支持部(第3実施形態)、P…ポンプ(流体供給部)。 2 ... Rotating shaft body, 3 ... Fluid bearing body, 3a ... Side opening, 3c ... Inflow hole, 4a to 4d ... Static pressure pocket, 5e ... Flow path (fluid supply unit (first and second embodiments)), 6e ... Variable throttle (fluid supply unit (1st and 2nd embodiments)), 10 ... Shaft displacement measuring mechanism, 20 ... Case (1st embodiment), 21 ... Sensor space (1st and 2nd embodiments), 23 ... Inflow hole (fluid supply part (first, second embodiment)), 31 ... Measuring plate (first embodiment), 32 ... Support part (support member (first embodiment)), 33 ... Pocket part, 35 ... Nozzle hole, 40 ... Displacement sensor, 110 ... Shaft displacement measuring mechanism (first embodiment), 131 ... Measuring plate (second embodiment), 132 ... Support portion (second embodiment), 135 ... Communication hole (first embodiment) 2), 210 ... Shaft displacement measuring mechanism (2nd embodiment), 220 ... Case (3rd embodiment), 221 ... Sensor space (3rd embodiment), 231 ... Measuring plate (3rd embodiment), 232 ... Support unit (third embodiment), P ... Pump (fluid supply unit).
Claims (11)
前記流体軸受本体の外部から内部へ前記流体を供給する流体供給部と、
前記回転軸体の外周に隙間を隔てて配置され、前記流体によって前記隙間に形成される流体膜を介して配置される測定板と、
前記測定板を前記流体軸受本体に対して径方向に移動可能であり且つ回転不能に弾性支持する支持部材と、
前記流体軸受本体に一体的に配置され、前記測定板との距離の変位を測定する変位センサと、
を備える流体軸受装置。 A fluid bearing device that supports the rotating shaft body by the pressure of the fluid filled between the rotating shaft body and the fluid bearing body.
A fluid supply unit that supplies the fluid from the outside to the inside of the fluid bearing body,
A measuring plate arranged on the outer periphery of the rotating shaft body with a gap, and arranged via a fluid film formed in the gap by the fluid.
A support member that elastically supports the measuring plate so as to be movable in the radial direction and non-rotatably with respect to the fluid bearing body.
A displacement sensor that is integrally arranged on the fluid bearing body and measures the displacement of the distance from the measuring plate.
Fluid bearing device.
前記流体供給部は、前記センサ空間に前記流体を供給するように構成され、
前記測定板は、前記回転軸体に対向する面に凹状のポケット部と、前記ポケット部内と前記センサ空間とを連通するノズル穴とを有し、前記ノズル穴を通して前記センサ空間から前記ポケット部内に供給される前記流体により前記回転軸体との前記隙間に形成される静圧流体膜を介して配置される、請求項1に記載の流体軸受装置。 The displacement sensor is arranged to face the measuring plate in the sensor space on the side opposite to the rotating shaft body.
The fluid supply unit is configured to supply the fluid to the sensor space.
The measuring plate has a concave pocket portion on a surface facing the rotating shaft body and a nozzle hole that communicates the inside of the pocket portion with the sensor space, and the sensor space enters the pocket portion through the nozzle hole. The fluid bearing device according to claim 1, which is arranged via a hydrostatic fluid film formed in the gap between the rotating shaft body and the rotating shaft body by the supplied fluid.
前記流体供給部は、前記センサ空間に前記流体を供給するように構成され、
前記支持部材は、前記回転軸体側の空間と前記センサ空間とに連通する連通穴を有し、前記連通穴を通して前記センサ空間から前記回転軸体の外周に供給される前記流体により、前記回転軸体の回転に伴って前記隙間に形成される動圧流体膜を介して配置される、請求項4に記載の流体軸受装置。 The displacement sensor is arranged so as to face the measuring plate in the sensor space on the side opposite to the rotating shaft body.
The fluid supply unit is configured to supply the fluid to the sensor space.
The support member has a communication hole that communicates with the space on the rotating shaft body side and the sensor space, and the rotating shaft is provided by the fluid supplied from the sensor space to the outer periphery of the rotating shaft body through the communication hole. The fluid bearing device according to claim 4, which is arranged via a hydrodynamic fluid film formed in the gap as the body rotates.
前記支持部材は、前記測定板の外周に円環状に設けられる、請求項1乃至7の何れか一項に記載の流体軸受装置。 The measuring plate has a disk shape and has a disk shape.
The fluid bearing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the support member is provided in an annular shape on the outer circumference of the measuring plate.
前記変位センサは、渦電流センサである、請求項1乃至9の何れか一項に記載の流体軸受装置。 The measuring plate is made of a metal material and is made of a metal material.
The fluid bearing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the displacement sensor is an eddy current sensor.
前記側面開口は、前記変位センサが取付けられて内部にセンサ空間を形成する蓋状のケースによって塞がれる、請求項1乃至10の何れか一項に記載の流体軸受装置。 On the side surface of the fluid bearing body, a side opening on which the measuring plate and the support member are arranged is formed.
The fluid bearing device according to any one of claims 1 to 10, wherein the side opening is closed by a lid-shaped case to which the displacement sensor is attached to form a sensor space inside.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019208310A JP2021080986A (en) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Fluid bearing device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022174934A (en) * | 2021-05-12 | 2022-11-25 | 株式会社大都技研 | Game machine |
-
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- 2019-11-18 JP JP2019208310A patent/JP2021080986A/en active Pending
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