JP3089270B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明に係る静圧気体軸受は、精密工作機械等の回転
部分を支承する場合に利用するもので、本発明は、この
様な静圧気体軸受の運転時の安定性及び剛性向上を図る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】

精密工作機械等に組み込まれ、高速で回転する回転軸
等の回転部材を、空気等の圧縮気体の力により支承する
静圧気体軸受が、従来から広く使用されている。図９〜
10は、この様な静圧気体軸受の１例として、特公昭45−
37683号公報に記載された構造を利用した静圧気体軸受
を示している。この静圧気体軸受では、図９に示す様
に、内周面を円筒状の軸受面２とした軸受部材１の内側
に、回転軸３を挿通している。そして、上記軸受面２の
上下左右４個所位置に、それぞれ凹部4a、4b、5a、5bを
形成し、これら各凹部4a、4b、5a、5bに圧縮気体を送り
込む事により、上記回転軸３を軸受部材１の内側に、非
接触状態で支承する様にしている。

【０００３】 上記４個の凹部4a、4b、5a、5bのうち、上下２個所位
置の凹部4a、4bは第一の制御絞り弁６を介して、左右２
個所位置の凹部5a、5bは第二の制御絞り弁７を介して、
それぞれコンプレッサ等の圧縮気体供給源に通じさせて
いる。これら第一、第二の制御絞り弁６、７は、軸受面
２と回転軸３の外周面とが同心になる様に、上下の凹部
4a、4b、或は左右の凹部5a、5bに送る圧縮気体の量と圧
力とを調節する為のもので、例えば図10に示す様に構成
している。

【０００４】 即ち、第一（第二）の制御絞り弁６（７）を構成する
ハウジング８の片面中央部に設けた第一ポート９と凹部
4a（5a）とは第一供給管10により、他面中央部に設けた
第二ポート11と凹部4b（5b）とは第二供給管12により、
それぞれ連通させている。又、上記ハウジング８の中間
部にダイヤフラム15を設けて、このハウジング８の内側
を、第一ポート９側の第一室13と第二ポート11側の第二
室14とに分割し、これら第一、第二両室13、14に、圧縮
気体供給源から圧縮気体を送り込んでいる。上記ハウジ
ング８の内面で、第一、第二両ポート９、11の開口部を
囲む位置は、全周に亙ってそれぞれ内方に突出させ、上
記ダイヤフラム15の両側には、第一、第二両ポート９、
11と第一、第二両室13、14との間に、それぞれ第一、第
二両絞り流路16、17を形成している。

【０００５】 上述の様に構成される為、回転軸３の変位に基づい
て、この回転軸３の外周面と軸受面２とが同心でなくな
った場合、第一、第二の制御絞り弁６、７の作用によ
り、凹部4a、4b、5a、5bに送り込まれる圧縮空気の量と
圧力とが適当に調節され、上記回転軸３の外周面と軸受
面２とが同心になる。

【０００６】 例えば、図10に於いて回転軸３が下方に変位した場
合、回転軸３の外周面と軸受面２との間の軸受隙間18の
厚さ寸法が、下側で小さく、上側で大きくなる。この厚
さ寸法の変化に伴い、下側の凹部4b（5b）内の圧力が高
く、上側の凹部4a（5a）内の圧力が低くなる。そして、
第二供給管12により凹部4b（5b）と通じた第二ポート11
内の圧力が上昇し、第一供給管10により凹部4a（5a）と
通じた第一ポート９内の圧力が低下する。

【０００７】 この結果、第一、第二両ポート９、11を仕切るダイヤ
フラム15が上方に変位し、第二絞り流路17が広く、第一
絞り流路16が狭くなって、下側の凹部4b（5b）内に送り
込む圧縮気体の量と圧力とが大きくなる。そして、裏側
の凹部4a（5a）内に送り込まれる圧縮気体の量と圧力と
が小さくなって、回転軸３が図10で上方に押され、この
回転軸３の変位が解消される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上述の様に構成され作用する、従来の静圧
気体軸受に於いては、次に述べる様な問題があった。 即ち、従来構造の場合、軸受隙間18に圧縮気体を供給
する為の凹部4a、4b、5a、5bが、大きな凹みであった
為、これら各凹部4a、4b、5a、5bに送り込んだ圧縮気体
により、自励振動が発生し易い。そして、発生した場合
には、静圧気体軸受を組み込んだ工作機械等の運転を安
定して行なえなくなってしまう。特に、軸受剛性を高め
る為、上記各凹部4a、4b、5a、5bに供給する気体の圧力
を上昇させると、上述の様な自励振動が発生し易くなる
ので、軸受剛性を高めるのに限度があった。 本発明の静圧気体軸受は、上述の様な問題を解決する
ものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】

本発明の静圧気体軸受は、従来から広く知られている
静圧気体軸受と同様に、固定の軸受部材と、この軸受部
材に設けた軸受面と軸受隙間を介して対向する回転部材
と、上記軸受面に互いに対向する状態で形成され、且つ
供給口を通じて圧縮気体の供給源に通じるスリット溝と
から成る。 特に、本発明の静圧気体軸受に於いては、上記供給口
及びスリット溝を上記軸受部材に、上記回転部材を挟む
状態で少なくとも１対設け、これら各供給口と上記供給
源との間に、これら各供給口の上流端に通じる１対の空
気室同士を仕切る状態で配置されたダイヤフラムの弾性
的変位に基づき、上記軸受面と上記回転部材の表面との
間の軸受隙間の厚さに対応して、この厚さが小さい側の
軸受隙間への圧縮気体の供給量をこの厚さが大きい側の
軸受隙間への圧縮気体の供給量よりも多くする制御絞り
弁を設けている。これと共に、この制御絞り弁と上記各
スリット溝との間に、上記圧縮気体の流通に対する抵抗
となる絞り構造を設けず、更に、上記スリット溝の深さ
ｄを、軸受隙間寸法ｈの３〜８倍とし、上記スリット溝
の幅ｗを、上記深さｄの１〜５倍としている。

【００１０】

【作用】

上述の様に構成する本発明の静圧気体軸受の場合、制
御絞り弁が、回転部材を挟む状態で設けた１対の供給口
への圧縮気体の供給量を調節し、軸受面と回転部材の表
面との間の軸受隙間の厚さを均一にする。従って、上記
回転部材の表面が上記軸受面に対し変位しにくくなっ
て、軸受剛性を大きくできる。上記制御絞り弁と上記各
スリット溝との間には、上記圧縮気体の流通に対する抵
抗となる絞り構造を設けていない為、上記各スリット溝
内の圧力変化を上記制御絞り弁を構成するダイヤフラム
に迅速に伝える事ができる。この為、軸受部材に対する
上記回転部材の変位阻止を、効率良く行なえる。

【００１１】 上記回転部材を支承する為の圧縮気体は、上記各供給
口から噴出した後、スリット溝を通じて上記軸受隙間に
送り込まれるが、スリット溝の形状が工夫されている事
により、自励振動が発生し難くなる。この為、静圧気体
軸受を組み込んだ装置を安定した状態で運転する事が出
来る。更には、圧縮気体の圧力を高めて、軸受剛性をよ
り一層向上させる事も可能となる。

【００１２】

【実施例】

図１〜３は、本発明の第一実施例を示している。内周
面を円筒状の軸受面２とした軸受部材１の内側に、外径
が50〜150mm程度の回転軸３を挿通している。上記軸受
面２の上下左右４個所位置には、それぞれスリット溝19
a、19b、20a、20bを形成している。そして、各スリット
溝19a、19b、20a、20bに圧縮気体を送り込む事により、
上記回転軸３を軸受部材１の内側に、非接触状態で支承
する様にしている。

【００１３】 即ち、上記各スリット溝19a、19b、20a、20b内に送り
込まれた圧縮気体により、上記軸受面２と回転軸３の外
周面との間に、寸法がｈの軸受隙間18を全周に亙って形
成し、回転軸３が軸受部材１の内側で、両部材３、１同
士が互いに接触する事なく回転する様にしている。

【００１４】 又、上記４個のスリット溝19a、19b、20a、20bのう
ち、上下２個所位置のスリット溝19a、19bは第一の制御
絞り弁６を介して、左右２個所位置のスリット溝20a、2
0bは第二の制御絞り弁７を介して、それぞれコンプレッ
サ等の圧縮気体供給源に通じさせている。上記各スリッ
ト溝19a、19b、20a、20bと上記第一、第二の制御絞り弁
６、７との間には、固定絞り等の圧縮気体の流通に対す
る抵抗となる絞り構造を設けず、上記各スリット溝19
a、19b、20a、20b内の圧力が、上記第一、第二の制御絞
り弁６、７を構成するダイヤフラム15（図10参照）に、
迅速に伝わる様にしている。

【００１５】 上記第一、第二の制御絞り弁６、７は、軸受面２と回
転軸３の外周面とが同心になる様に、上下のスリット溝
19a、19b、或は左右のスリット溝20a、20bに送る圧縮気
体の量を調節する為のもので、前述した図10に示す様に
構成している。そして、各制御絞り弁６、７の両端部に
その一端を接続した、第一、第二供給管10、12の他端
を、上記各スリット溝19a、19b、20a、20bの中央部に通
じさせている。尚、これら各スリット溝19a、19b、20
a、20bは、それぞれ第２図に示す様に、『田』字形に形
成している。

【００１６】 この様な各スリット溝19a、19b、20a、20bの深さｄ
は、上記軸受隙間18の寸法ｈ（通常５〜20μｍ）の３〜
８倍（ｄ＝（３〜８）ｈ）としている。又、上記各スリ
ット溝19a、19b、20a、20bの幅ｗは、上記深さｄの１〜
５倍（ｗ＝（１〜５）ｄ）としている。

【００１７】 上述の様に構成する本発明の静圧気体軸受の運転時に
は、回転軸３を支承する為の圧縮気体は、各スリット溝
19a、19b、20a、20bを通じて軸受隙間18に送り込まれ
る。そして、軸受部材１の内側に回転軸３を、非接触状
態で支承すると共に、回転軸３の外周面の中心と軸受面
２の中心とがずれた場合には、第一、第二の両制御絞り
弁６、７の作用により、このずれを修正する。前述した
通り、上記各スリット溝19a、19b、20a、20bと上記第
一、第二の制御絞り弁６、７との間には絞り構造が存在
せず、上記各スリット溝19a、19b、20a、20b内の圧力
は、上記第一、第二の制御絞り弁６、７を構成するダイ
ヤフラム15に迅速に伝わる為、上記修正は迅速に行なわ
れる。

【００１８】 即ち、これら両制御絞り弁６、７が、上記軸受隙間18
の厚さが小さい部分に対向するスリット溝への圧縮気体
の供給量を、同じく厚さが大きい部分に対向する別のス
リット溝への供給量よりも多くする。そして、上記回転
軸３を、上記軸受隙間18の厚さが大きい側に押して、軸
受面２と上記回転軸３の外周面との間の軸受隙間18の厚
さを均一にする。従って、この回転軸３が上記軸受面２
に対し変位しにくくなって、軸受剛性を大きくできる。

【００１９】 更に、本発明の静圧気体軸受の場合、スリット溝19
a、19b、20a、20bの形状を、上述の様に工夫している事
により、自励振動が発生し難くなる。この為、静圧気体
軸受を組み込んだ精密工作機械等の装置を安定した状態
で運転する事が出来る。更には、上記圧縮気体の圧力を
高めて、軸受剛性を向上させる事も可能となる。この場
合に於いて、本発明の静圧気体軸受によれば、実用的な
気体消費量（例えば、１軸受当たりで５〜50リットル/m
in）で、十分な軸受剛性を得る事が出来る。

【００２０】 尚、スリット溝19a、19b、20a、20bの形状を、上述の
様に定める理由は、次の通りである。 先ず、各スリット溝19a、19b、20a、20bの深さｄを軸
受隙間18の寸法ｈの３〜８倍（ｄ＝（３〜８）ｈ）とし
た理由は、軸受剛性の確保と自励振動の発生防止とを図
る為である。上記深さｄを隙間寸法ｈの３倍よりも小さ
くした場合（ｄ＜3h）には、各スリット溝19a、19b、20
a、20b内に送り込まれた圧縮気体が、溝全体に亙って広
がりにくく、各スリット溝19a、19b、20a、20b内に存在
する圧縮気体の圧力が均一となり難い為、軸受剛性が低
くなる。反対に、深さｄを隙間寸法ｈの８倍よりも大き
くした場合（ｄ＞8h）には、各スリット溝19a、19b、20
a、20bの容積が大きくなって、自動振動が発生し易くな
る。

【００２１】 又、各スリット溝19a、19b、20a、20bの幅ｗを深さｄ
の１〜５倍（ｗ＝（１〜５）ｄ）とした理由は、コスト
上昇を防止し、軸受剛性を確保すると共に、自励振動の
発生を防止する為である。即ち、幅ｗを深さｄよりも小
さくした場合（ｗ＜ｄ）には、スリット溝19a、19b、20
a、20bの加工作業が難しくなり、静圧気体軸受の製作費
が徒に高くなる。又、各スリット溝19a、19b、20a、20b
内の気体の圧力が全体に亙って均一化されないので、軸
受剛性が低くなる。反対に、幅ｗを深さｄの５倍よりも
大きくした場合（ｗ＞5d）には、軸受面２に形成するス
リット溝の体積が大きくなって、自励振動が発生し易く
なる。尚、各スリット溝19a、19b、20a、20bの断面形状
は、矩形でも、或は円弧形でも良い。

【００２２】 次に、図４は、本発明の第二実施例を示している。上
述した第一実施例が、スリット溝19a、19b、20a、20bの
全体形状を『田』字形としていたのに対して、本実施例
の場合は、互いに平行な複数の分配溝部21、21の中央部
同士を、連結溝部22で連続させた形状としている。 その他の構成及び作用は、スリット溝の幅や深さも含
め、前述した第一実施例の場合と同様である為、重複す
る図示並びに説明を省略する。

【００２３】 次に、図５〜６は、本発明の第三実施例を示してい
る。前述した第一実施例及び上述した第二実施例が、本
発明をラジアル軸受を適用しているのに対し、本実施
例、及び後述する第四実施例は、本発明をスラスト軸受
に適用している。

【００２４】 本実施例の場合には、回転軸23の両端部にフランジ部
24、24を固定した回転部材25の周囲に、両フランジ部2
4、24に挟まれる様にして、円輪状の軸受部材26を設け
ている。そして、この軸受部材26の両側面を設けた軸受
面28a、28bに、それぞれ図６に示す様に、同心円状の溝
部と放射状の溝部とを組み合わせた、スリット溝27a、2
7bを形成している。そして、各スリット溝27a、27bに圧
縮気体を送り込む事により、各フランジ部24、24が軸受
部材26と接触する事なく、回転軸23及びフランジ部24、
24が回転する様にしている。

【００２５】 又、軸受部材26の内側には、それぞれスリット溝27
a、27bの底部に通じる制御絞り弁29を設けている。そし
て、この制御絞り弁29により、上記各スリット溝27a、2
7bに供給する圧縮気体の量を調節し、各軸受面28a、28b
と各フランジ部24、24の内面との間の軸受隙間30の寸法
が、互いに同じになる様にしている。上記各スリット溝
27a、27bの幅や深さを前述した範囲に規制する事は、第
一〜第二実施例の場合と同様である。

【００２６】 次に、図７〜８は、本発明の第四実施例を示してい
る。本実施例の場合には、軸受部材26の軸受面28a、28b
に形成するスリット溝27a、27bを、１本の円形溝部と、
この円形溝部を横切って設けられた複数の放射溝部とか
ら構成している。その他の構成と作用とに就いては、ス
リット溝の幅や深さも含め、前述した第三実施例の場合
と同様である為、重複する説明を省略する。

【００２７】

【発明の効果】

本発明の静圧気体軸受は、以上に述べた通り構成され
作用する為、軸受剛性が大きい構造で、回転部材を支承
する為の圧縮気体による自励振動が発生し難くし、静圧
気体軸受を組み込んだ工作機械等の運転を安定して行な
えるだけでなく、実用的な気体消費量で、更に軸受剛性
を高める事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施例の全体構成を示す断面図。

【図２】 同じくスリット溝の形状を示す、図１のＡ矢視図。

【図３】 同じく図２のＢ−Ｂ断面図。

【図４】 本発明の第二実施例を示す断面図。

【図５】 同第三実施例を示す、図６のＣ−Ｃ断面図。

【図６】 同じく図５のＤ−Ｄ断面図。

【図７】 本発明の第四実施例を示す、図５と同様の図。

【図８】 同じく図６と同様の図。

【図９】 従来の静圧気体軸受の１例を示す断面図。

【図１０】 同じく制御絞り弁による制御回路を示す断面図。

【符号の説明】

１……軸受部材 ２……軸受面 ３……回転軸 4a、4b、5a、5b……凹部 ６……第一の制御絞り弁 ７……第二の制御絞り弁 ８……ハウジング ９……第一ポート 10……第一供給管 11……第二ポート 12……第二供給管、 13……第一室 14……第二室 15……ダイヤフラム 16……第一絞り流路 17……第二絞り流路 18……軸受隙間 19a、19b、20a、20b……スリット溝 21……分配溝部 22……連結溝部、 23……回転軸 24……フランジ部 25……回転部材 26……軸受部材 27a、27b……スリット溝 28a、28b……軸受面 29……制御絞り弁 30……軸受隙間

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定の軸受部材と、この軸受部材に設けた
   軸受面と軸受隙間を介して対向する回転部材と、上記軸
   受面に互いに対向する状態で形成され、且つ供給口を通
   じて圧縮気体の供給源に通じるスリット溝とから成る静
   圧気体軸受に於いて、上記供給口及びスリット溝を上記
   軸受部材に、上記回転部材を挟む状態で少なくとも１対
   設け、これら各供給口と上記供給源との間に、これら各
   供給口の上流端に通じる１対の空気室同士を仕切る状態
   で配置されたダイヤフラムの弾性的変位に基づき、上記
   軸受面と上記回転部材の表面との間の軸受隙間の厚さに
   対応して、この厚さが小さい側の軸受隙間への圧縮気体
   の供給量をこの厚さが大きい側の軸受隙間への圧縮気体
   の供給量よりも多くする制御絞り弁を設けると共に、こ
   の制御絞り弁と上記各スリット溝との間に、上記圧縮気
   体の流通に対する抵抗となる絞り構造を設けず、更に、
   上記スリット溝の深さｄを、軸受隙間寸法ｈの３〜８倍
   とし、上記スリット溝の幅ｗを、上記深さｄの１〜５倍
   とした事を特徴とする静圧気体軸受。