JP3572737B2 - 静圧気体軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば静電塗装等用の軸部材を支持する静圧気体軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このように高速回転される軸部材を支持する従来の静圧気体軸受装置としては、例えば図４に示すようなものがある。この静圧気体軸受装置は、ラジアル軸受面及びスラスト軸受面を多孔質部材で構成して、そのラジアル軸受面とスラスト軸受面とから圧縮供給された気体が噴出するようにし、このラジアル軸受面を有する二つのラジアル軸受部材とスラスト軸受面を有する一対のスラスト軸受部材とを互いに独立して配設したものである。
【０００３】
このうち、高速回転される軸部材Ａのラジアル荷重を支持するラジアル軸受部材Ｂは、軸線方向に長い円筒状に形成され、特に軸部材Ａのモーメントを支持するために、夫々多孔質部材Ｚが軸受ケースＣに収納された二つのラジアル軸受部材Ｂを軸線方向に所定間隔離間してハウジングＤの内孔に弾性支持する。この従来例では、前記軸受ケースＣとハウジングＤとの間にゴム製等の弾性部材からなるＯリングＥを介装して、当該ラジアル軸受部材Ｂを弾性支持している。このようにラジアル軸受部材Ｂを弾性支持することにより、高速回転される軸部材Ａのラジアル方向（径方向）への振れ回りが後述するようにして吸収される。なお、円筒状のラジアル軸受部材Ｂの多孔質部材Ｚの両端面は、前記軸受ケースＣやハウジングＤによって閉塞され、ハウジングＤに形成された給気口Ｆから圧縮気体が供給されると、各ラジアル軸受部材Ｂの内周面から圧縮気体が噴出して、当該軸部材Ａの外周面とラジアル軸受部材Ｂの内周面との間に所定のラジアル軸受隙間Ｈを形成して当該軸部材Ａをラジアル方向に非接触に支持する。ここで、高速回転される軸部材Ａがラジアル方向に振れ回ると、各ラジアル軸受隙間Ｈが一定になるように、前記弾性部材からなるＯリングＥの変形を伴って前記軸受ケースＣを含むラジアル軸受部材Ｂがラジアル方向に移動して、当該軸部材Ａのラジアル方向への振れ回りが吸収される。
【０００４】
一方、高速回転される軸部材Ａのスラスト荷重を分担する一対のスラスト軸受部材Ｊは、方形断面を有するリング状に形成されている。軸部材Ａに一体に形成されたフランジ部Ｋの両端面と各スラスト軸受部材Ｊの一方の端面との間に、夫々所定のスラスト軸受隙間Ｌが形成されるようにして、当該フランジ部Ｋの両側にスラスト軸受部材Ｊが配設され、各スラスト軸受部材ＪはハウジングＤにリジッドに固定支持される。なお、前記スラスト軸受部材Ｊのうち、前記軸部材Ａのフランジ部Ｋの端面に対向しない端面及び外周面はハウジングＤに密着されて閉塞される。ハウジングＤに形成された給気口Ｍから圧縮気体が供給されると、スラスト軸受部材Ｊの前記一方の端面から圧縮気体が噴出されて、その気体圧力が前記軸部材Ａのフランジ部Ｋを非接触に支持する。
【０００５】
なお、噴出された圧縮気体は、ハウジングＤに形成された排気口Ｇ及びハウジングＤと軸部材Ａとの間の隙間から当該ハウジングＤの外部に排気される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の静圧気体軸受装置では、前記スラスト軸受部材及びラジアル軸受部材を正確に位置決めする必要があるが、互いに独立した前記スラスト軸受部材Ｊとラジアル軸受部材Ｂとを軸方向に正確に位置出しして組立てることが非常に困難であり、またその調整には大変な手間と時間，或いは熟練を要する。また、スラスト軸受については、各スラスト軸受部材Ｊが、ハウジングＤにリジッドに固定支持されているため、高速回転される軸部材Ａの振れ回りから前記フランジ部Ｋがスラスト方向（軸方向）に振れてスラスト軸受部材Ｊに接触し、軸部材Ａの回転速度が低下するばかりでなく、軸受かじりという不具合が発生することもあった。また、スラスト軸受部材とラジアル軸受部材とを軸方向の両側に併設する関係から、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性が低い。また、ハウジングＤの軸方向寸法が大きくなってしまうという問題もある。
【０００７】
本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、部品が少なくてコストが安価であり、組立・調整が簡便であり、特にスラスト荷重を支持する軸受部材と軸部材との接触を回避でき、更に従来に比してラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性を大きくすることのできる静圧気体軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の静圧気体軸受装置は、円筒状に形成された軸受部材の内周面と両端面とに気体噴出部を設け、当該軸受部材の内周面内に軸部材を挿通して当該軸部材の軸方向中間部に一体に形成されたフランジ部の両側に軸受部材を夫々配設し、各軸受部材はハウジングの内孔に弾性支持され、各軸受部材の一方の端面と当該一方の端面に対向する軸部材のフランジ部端面との間に夫々スラスト軸受隙間を形成し、各軸受部材の他方の端面と当該他方の端面に対向するハウジングとの間に夫々スラスト方向隙間を形成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の静圧気体軸受装置では、図１に示すように、例えば多孔質部材を用いて円筒状の軸受部材１を形成することで、例えばその外周面から圧縮気体が供給されると、その内周面と両端面とから当該圧縮気体が噴出されるように当該内周面と両端面とに気体噴出部２ａ〜２ｃを設ける。また、軸受部材１の外周面は軸方向中央部の円周溝を除く箇所が目つぶし加工を施されている。そして、軸部材３の軸方向中間部に両側部より大径に一体に形成されたフランジ部４の両側から当該軸部材３の外側に各軸受部材１を被せ、当該軸受部材１の内周面内に軸部材３を挿通して当該フランジ部４の両側に軸受部材１を夫々配設する。この状態で、軸部材３を軸受部材１ごとハウジング５のハウジング本体５ｃの内孔５ａ内に挿入し、各軸受部材１と当該ハウジング５の内孔５ａとの間に、ゴム製等の弾性部材からなるＯリング等の弾性支持部材６を介装するなどにより当該軸受部材１をハウジング５の内孔５ａが弾性支持する。また、図１では前記軸部材３のフランジ部４の端面に対向しない両軸受部材１の外側端面にハウジング５のサイドカバー５ｂを被せる。これにより、各軸受部材１の内側端面（一方の端面）と当該一方の端面に対向する軸部材３のフランジ部４の端面との間に夫々所定寸法のスラスト軸受隙間７ａが形成され、そして各軸受部材１の外側端面（他方の端面）と当該他方の端面に対向するハウジング５（サイドカバー５ｂ）との間に、夫々所定寸法のスラスト方向隙間（ダンパー用隙間）７ｂが形成される。そして、ハウジング５に形成された給気口９から各軸受部材１の外周面に圧縮気体が供給されて、前記各軸受部材１の内周面及び両端面に設けられた気体噴出部２ａ，２ｂ，２ｃから圧縮気体が噴出し、そのうちの内周面気体噴出部２ａから噴出された気体圧力によって当該軸受部材１の内周面と軸部材３の外周面との間に所定寸法のラジアル軸受隙間８が形成され、当該軸部材３をラジアル方向に支持すると共に、各軸受部材１の内側端面の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮気体の圧力がフランジ部４，即ち軸部材３をスラスト方向に支持する。また、各軸受部材１自体は、当該軸受部材１の外側端面の気体噴出部２ｃから噴出された圧縮気体の圧力により、ハウジング５（サイドカバー５ｂ）に非接触にスラスト方向に支持されている。なお、排気はハウジング５に形成された排気口１０及び軸部材３とサイドカバー５ｂとの間の隙間から行われる。従って、高速回転される軸部材３のラジアル荷重及びモーメントは前記二つのラジアル軸受隙間８内の気体圧力で受けられ、軸部材３のスラスト荷重は前記フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａの気体圧力で受けられる。また、当該軸部材３のラジアル方向の振れ回りは、従来と同様に、前記ラジアル軸受隙間８が一定になるように、Ｏリング等の弾性支持部材６の変形を伴って、軸受部材１がラジアル方向に移動することで吸収され、そのスラスト方向の振れは、前記フランジ部４の両側のスラスト軸受隙間７ａが一定になるように、前記Ｏリング等の弾性支持部材６の変形及び前記ハウジング５（サイドカバー５ｂ）と軸受部材１との間のスラスト方向隙間７ｂの変化を伴って、軸受部材１がスラスト方向に移動することで吸収される。特に当該フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂの気体圧力によって速やかに減衰され、当該フランジ部４及び軸部材３を各軸受部材１に対して軸線方向の所定位置に維持する。従って、軸部材３及びそのフランジ部４が、ラジアル方向にもスラスト方向にも各軸受部材１に接触することがない。また、各軸受部材１が、軸部材３のラジアル荷重とスラスト荷重との両方を支持し、一つの軸受部材１でラジアル軸受隙間８とスラスト軸受隙間７ａとスラスト方向隙間７ｂとを同時に形成することができ、前述のようにスラスト方向への大きな振れを前記フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂで吸収することができるため、軸部材３に対する軸受部材１の位置精度出しが容易となるから、そのための組立・調整が簡便となる。また、各軸受部材１の軸線方向長さを長くしたり、隣合う軸受部材１の間隔を広げたりすることができるので、ラジアル負荷容量やモーメント剛性を大きくすることができ、またハウジング５の軸方向寸法を小さくすることも可能となる。即ち、同じ大きさの外観を持つ従来の静圧気体軸受装置と較べると、従来より大きなラジアル負荷容量を得ることができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の静圧気体軸受装置の一実施例を図２を用いて説明する。この実施例は、前記図１に示す静圧気体軸受装置を高速で回転される静電塗装用エアスピンドルに適用したものであり、基本的な軸受装置の構成については同図１に示すものと同様であるため、同様の構成部材については同等の符号を附してその詳細な説明を省略する。ここで、図１の静圧気体軸受装置との最も大きな差異は、前記ハウジング５を形成する図示の右側のサイドカバー５ｂと、軸受部材１を収納するハウジング本体５ｃとの間に、軸部材３となるエアスピンドルを高速回転させるためのタービン機構１１を介装したことであり、従って図１の右側サイドカバー５ｂ側スラスト方向隙間７ｂは、右側軸受部材１の外側端部の気体噴出部２ｃと後述するハウジング５のタービン機構用ハウジング１４との間に形成されることになる。また、エアスピンドルを構成する軸部材３は、中空構造とされ、その内径面内に、回転されない塗料供給管３０が挿通され、当該軸部材３の左側サイドカバー５ｂからの突出部には、供給される塗料を霧化するための塗装用治具３１が取付けられている。また、前記各軸受部材１への圧縮気体の給気口９は、装置の後方，即ち図示の右方から圧縮気体が供給できるように、前記右側サイドカバー５ｂから各軸受部材１の外周面に連通されている。なお、この右側サイドカバー５ｂには、タービン，即ち軸部材３であるエアスピンドルの回転速度を、光や磁気を利用して検出する回転速度センサ３２が取付けられている。
【００１１】
前記タービン機構１１としては、軸部材３の後方端部，即ち図示の右側端部に、軸部材３を正回転させるためのタービン用羽根１２と、軸部材３を停止させるための逆転用となるタービン逆転用羽根１３とを、当該軸部材３と一体に形成している。また、前記右側サイドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を介して前記タービン用羽根１２まで圧縮気体を供給するタービン用給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン用ノズル１６とが設けられ、更に同じく前記右側サイドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を介して前記タービン逆転用羽根１３まで圧縮気体を供給するタービン逆転用給気口１７と、当該タービン逆転用給気口１７内の圧縮気体を前記タービン逆転用羽根１３に向けて噴出するタービン逆転用ノズル１８とが設けられている。
【００１２】
次に本実施例の静電塗装装置及び静圧気体軸受装置の作用について説明する。まず、図２の左方に配設される被塗装物をプラス電位又はゼロ電位に帯電し、前記軸部材３とは一緒に回転しない塗料供給管３０を介して、装置の後方，即ち図示の右方から、例えばマイナス電位に帯電された塗料が供給されると、塗料は当該塗料供給管３０の先端，即ち図示の左方端部から、軸部材３に一体化された塗装用治具３１に導かれ、その遠心力及び塗装用治具３１の形状によって図示の左方向に噴射される。すると、塗料と被塗装物との間の電磁力によって軽量に霧化された塗料が被塗装物に吸引され、塗料は被塗装物に行き渡って付着し、ムラのない安定した塗装が達成される。
【００１３】
ここで、静電塗装装置の軸部材３は、例えば塗料のバラツキなどによって大きく振れ回る可能性があるが、前述のように本実施例の静圧気体軸受装置では、軸部材３の振れ回りに対して大きな吸収力があり、またそのスラスト成分に対して十分な減衰力があるため、従来のように軸受かじり等の問題が発生することはない。
【００１４】
次に、本発明の静圧気体軸受装置を前述のような静電塗装用エアスピンドルに適用した他の実施例を図３を用いて説明する。この実施例の静電塗装用エアスピンドルの基本的な軸受装置の構成については前記図１及び図２に示すものと同様であり、図１及び図２に示す構成部材と同様の構成部材については同等の符号を附してその詳細な説明を省略する。
【００１５】
ここで、図２の静電塗装用エアスピンドルとの最も大きな差異は、前記図２の実施例でハウジング５の右部分に設けられたタービン機構１１が、本実施例ではハウジング５の軸方向中間部，即ち前記軸部材３のフランジ部４に設けられていることであり、従って本実施例のハウジング本体５ｃが前記図２のタービン機構用ハウジング１４を兼任する。このため、本実施例のフランジ部４は、前記図２のものに比して軸方向に少し長くなっているが、フランジ部４の各端面４ａは前記各軸受部材１の内側端面の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮気体の圧力を受けて、両者の間に前記スラスト軸受隙間７ａを構成し、もって前記と同様にフランジ部４，即ち軸部材３をスラスト方向に支持する。
【００１６】
一方、前記タービン機構１１としては、前記軸部材３のフランジ部４の外周部にタービン用羽根１２が設けられ、またフランジ部４の外周面にはタービン用羽根１２の軸方向両側に円周溝４ｃがそれぞれ形成されている。タービン用羽根１２の半径方向外方端を結ぶ円の直径即ちタービン用羽根１２の外径は軸受部材１の内径面より大径であり、またタービン用羽根１２を軸部材３と一体に形成している。また、ハウジング５にはタービン用羽根１２に対して、図３ｂに示すように前記右側サイドカバー５ｂから圧縮気体を供給するタービン用給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン用ノズル１６とが設けられると共に、図３ａに示すように、同じく前記右側サイドカバー５ｂからタービン用羽根１２に圧縮気体を供給するタービン逆転用給気口１７と、当該タービン逆転用給気口１７内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン逆転用ノズル１８とが設けられている。従って、前記図２に示す実施例と異なり、本実施例では前記タービン用羽根１２が、前記タービン逆転用羽根１３を兼任することになる。また、タービン用ノズル１６とタービン逆転用ノズル１８とは軸部材３の軸新を含む平面に対して対称に傾斜している。
【００１７】
従って、前記タービン用給気口１５を介してタービン用ノズル１６からタービン用羽根１２に圧縮気体を噴射すると、その圧力でタービン用羽根１２が回転され、もって軸部材３が高速回転される。また、前記タービン用給気口１５への圧縮気体の供給を停止して、前記タービン逆転用給気口１７を介してタービン逆転用ノズル１８からタービン用羽根１２に圧縮気体を噴射すると、その圧力がタービン用羽根１２を逆回転させる方向に作用して、軸部材３の回転が減速される。
【００１８】
ここで、前記図２の静電塗装用エアスピンドルのように静圧気体軸受装置とタービン機構とを軸方向に併設すると、前記フランジ部４とタービン用羽根１２との間に軸受部材１があるので組立工程での規制から、タービン用羽根１２の外径を、前記軸受部材１の外径より小さいものにしなければならない。タービン機構１１の軸トルクは、同等の噴射気体圧力に対してタービン用羽根１２の外径が大きいほど大きくなるから、このようにタービン用羽根１２の外径が小さいと出力トルクも小さくなってしまう。一方、図３に示す本実施例の静電塗装用エアスピンドルでは、軸受部材１の内径より大きい外径のタービン用羽根１２を設定することができるので、同等の噴射気体圧力に対して当該タービン機構１１の出力トルクを大きくすることができ、もってエアスピンドルの回転特性を安定することができるという利点もある。また、タービン用羽根１２が受けるトルクを軸受方両側の軸受部材１がバランス良く受けることができ、回転精度が向上する。更に、二つの軸受部材１の間隔が広くなるので外部モーメント負荷に対して強くなる。また、タービン機構用ハウジング１４を軸受用ハウジング本体５ｃと一体にするなど、部品点数を低減してコストを低廉化できると共に、エアスピンドル装置を軸線方向に小さくすることも可能となる。
【００１９】
なお、前記軸受部材は、前述のような多孔質絞り軸受だけでなく、オリフィス絞り軸受や自成絞り軸受，表面絞り軸受等を使用することも可能である。
また、前記図３の実施例ではフランジ部４に設けられたタービン用羽根１２が逆転用羽根を兼任する場合について説明したが、当該フランジ部４の外周部にタービン用羽根１２とタービン逆転用羽根とを併設し、タービン用羽根に圧縮気体を噴射するタービン用ノズルと、タービン逆転用羽根に圧縮気体を噴射するブレーキ用ノズルとを夫々独立してハウジング５に設けてもよく、そのようにすればタービン逆転用羽根の形状を最適に設定することにより軸部材３の停止トルクを大きくすることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静圧気体軸受装置によれば、一つの軸受部材の周囲にラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間とスラスト方向隙間とを形成することができ、しかもスラスト軸受隙間は軸部材に一体に形成されたフランジ部側に形成され、スラスト方向隙間はハウジング側に形成されるから、スラスト軸受隙間及びスラスト方向隙間内に噴出される圧縮気体の圧力によって軸部材のスラスト方向の振れを速やかに減衰して吸収することができるから、軸部材及びフランジ部が軸受部材に接触することがない。また、これに伴って軸部材に対する軸受部材の位置精度が厳しくなくなるから、装置の組立・調整が簡便で容易になる。また、ラジアル軸受部材とスラスト軸受部材との両方を併設する必要がなくなるから、部品点数が少なく、組立が容易でコストが安価である。更に、隣合う軸受部材を軸方向にある程度離したり、軸受部材の軸方向寸法を長くできるから、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性を大きくできる。また、ハウジングの軸方向寸法を小さくしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静圧気体軸受装置の構成図である。
【図２】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアスピンドルに使用した一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアスピンドルに使用した他の実施例を示す構成図である。
【図４】従来の静圧気体軸受装置の構成図である。
【符号の説明】
１は軸受部材
２ａ，２ｂ，２ｃは気体噴出部
３は軸部材
４はフランジ部
５はハウジング
６は弾性支持部材
７ａはスラスト軸受隙間
７ｂはスラスト方向隙間
８はラジアル軸受隙間
９は給気口
１０は排気口
１１はタービン機構
３０は塗料供給管
３１は静電塗装用治具
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば静電塗装等用の軸部材を支持する静圧気体軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このように高速回転される軸部材を支持する従来の静圧気体軸受装置としては、例えば図４に示すようなものがある。この静圧気体軸受装置は、ラジアル軸受面及びスラスト軸受面を多孔質部材で構成して、そのラジアル軸受面とスラスト軸受面とから圧縮供給された気体が噴出するようにし、このラジアル軸受面を有する二つのラジアル軸受部材とスラスト軸受面を有する一対のスラスト軸受部材とを互いに独立して配設したものである。
【０００３】
このうち、高速回転される軸部材Ａのラジアル荷重を支持するラジアル軸受部材Ｂは、軸線方向に長い円筒状に形成され、特に軸部材Ａのモーメントを支持するために、夫々多孔質部材Ｚが軸受ケースＣに収納された二つのラジアル軸受部材Ｂを軸線方向に所定間隔離間してハウジングＤの内孔に弾性支持する。この従来例では、前記軸受ケースＣとハウジングＤとの間にゴム製等の弾性部材からなるＯリングＥを介装して、当該ラジアル軸受部材Ｂを弾性支持している。このようにラジアル軸受部材Ｂを弾性支持することにより、高速回転される軸部材Ａのラジアル方向（径方向）への振れ回りが後述するようにして吸収される。なお、円筒状のラジアル軸受部材Ｂの多孔質部材Ｚの両端面は、前記軸受ケースＣやハウジングＤによって閉塞され、ハウジングＤに形成された給気口Ｆから圧縮気体が供給されると、各ラジアル軸受部材Ｂの内周面から圧縮気体が噴出して、当該軸部材Ａの外周面とラジアル軸受部材Ｂの内周面との間に所定のラジアル軸受隙間Ｈを形成して当該軸部材Ａをラジアル方向に非接触に支持する。ここで、高速回転される軸部材Ａがラジアル方向に振れ回ると、各ラジアル軸受隙間Ｈが一定になるように、前記弾性部材からなるＯリングＥの変形を伴って前記軸受ケースＣを含むラジアル軸受部材Ｂがラジアル方向に移動して、当該軸部材Ａのラジアル方向への振れ回りが吸収される。
【０００４】
一方、高速回転される軸部材Ａのスラスト荷重を分担する一対のスラスト軸受部材Ｊは、方形断面を有するリング状に形成されている。軸部材Ａに一体に形成されたフランジ部Ｋの両端面と各スラスト軸受部材Ｊの一方の端面との間に、夫々所定のスラスト軸受隙間Ｌが形成されるようにして、当該フランジ部Ｋの両側にスラスト軸受部材Ｊが配設され、各スラスト軸受部材ＪはハウジングＤにリジッドに固定支持される。なお、前記スラスト軸受部材Ｊのうち、前記軸部材Ａのフランジ部Ｋの端面に対向しない端面及び外周面はハウジングＤに密着されて閉塞される。ハウジングＤに形成された給気口Ｍから圧縮気体が供給されると、スラスト軸受部材Ｊの前記一方の端面から圧縮気体が噴出されて、その気体圧力が前記軸部材Ａのフランジ部Ｋを非接触に支持する。
【０００５】
なお、噴出された圧縮気体は、ハウジングＤに形成された排気口Ｇ及びハウジングＤと軸部材Ａとの間の隙間から当該ハウジングＤの外部に排気される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の静圧気体軸受装置では、前記スラスト軸受部材及びラジアル軸受部材を正確に位置決めする必要があるが、互いに独立した前記スラスト軸受部材Ｊとラジアル軸受部材Ｂとを軸方向に正確に位置出しして組立てることが非常に困難であり、またその調整には大変な手間と時間，或いは熟練を要する。また、スラスト軸受については、各スラスト軸受部材Ｊが、ハウジングＤにリジッドに固定支持されているため、高速回転される軸部材Ａの振れ回りから前記フランジ部Ｋがスラスト方向（軸方向）に振れてスラスト軸受部材Ｊに接触し、軸部材Ａの回転速度が低下するばかりでなく、軸受かじりという不具合が発生することもあった。また、スラスト軸受部材とラジアル軸受部材とを軸方向の両側に併設する関係から、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性が低い。また、ハウジングＤの軸方向寸法が大きくなってしまうという問題もある。
【０００７】
本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、部品が少なくてコストが安価であり、組立・調整が簡便であり、特にスラスト荷重を支持する軸受部材と軸部材との接触を回避でき、更に従来に比してラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性を大きくすることのできる静圧気体軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の静圧気体軸受装置は、円筒状に形成された軸受部材の内周面と両端面とに気体噴出部を設け、当該軸受部材の内周面内に軸部材を挿通して当該軸部材の軸方向中間部に一体に形成されたフランジ部の両側に軸受部材を夫々配設し、各軸受部材はハウジングの内孔に弾性支持され、各軸受部材の一方の端面と当該一方の端面に対向する軸部材のフランジ部端面との間に夫々スラスト軸受隙間を形成し、各軸受部材の他方の端面と当該他方の端面に対向するハウジングとの間に夫々スラスト方向隙間を形成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の静圧気体軸受装置では、図１に示すように、例えば多孔質部材を用いて円筒状の軸受部材１を形成することで、例えばその外周面から圧縮気体が供給されると、その内周面と両端面とから当該圧縮気体が噴出されるように当該内周面と両端面とに気体噴出部２ａ〜２ｃを設ける。また、軸受部材１の外周面は軸方向中央部の円周溝を除く箇所が目つぶし加工を施されている。そして、軸部材３の軸方向中間部に両側部より大径に一体に形成されたフランジ部４の両側から当該軸部材３の外側に各軸受部材１を被せ、当該軸受部材１の内周面内に軸部材３を挿通して当該フランジ部４の両側に軸受部材１を夫々配設する。この状態で、軸部材３を軸受部材１ごとハウジング５のハウジング本体５ｃの内孔５ａ内に挿入し、各軸受部材１と当該ハウジング５の内孔５ａとの間に、ゴム製等の弾性部材からなるＯリング等の弾性支持部材６を介装するなどにより当該軸受部材１をハウジング５の内孔５ａが弾性支持する。また、図１では前記軸部材３のフランジ部４の端面に対向しない両軸受部材１の外側端面にハウジング５のサイドカバー５ｂを被せる。これにより、各軸受部材１の内側端面（一方の端面）と当該一方の端面に対向する軸部材３のフランジ部４の端面との間に夫々所定寸法のスラスト軸受隙間７ａが形成され、そして各軸受部材１の外側端面（他方の端面）と当該他方の端面に対向するハウジング５（サイドカバー５ｂ）との間に、夫々所定寸法のスラスト方向隙間（ダンパー用隙間）７ｂが形成される。そして、ハウジング５に形成された給気口９から各軸受部材１の外周面に圧縮気体が供給されて、前記各軸受部材１の内周面及び両端面に設けられた気体噴出部２ａ，２ｂ，２ｃから圧縮気体が噴出し、そのうちの内周面気体噴出部２ａから噴出された気体圧力によって当該軸受部材１の内周面と軸部材３の外周面との間に所定寸法のラジアル軸受隙間８が形成され、当該軸部材３をラジアル方向に支持すると共に、各軸受部材１の内側端面の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮気体の圧力がフランジ部４，即ち軸部材３をスラスト方向に支持する。また、各軸受部材１自体は、当該軸受部材１の外側端面の気体噴出部２ｃから噴出された圧縮気体の圧力により、ハウジング５（サイドカバー５ｂ）に非接触にスラスト方向に支持されている。なお、排気はハウジング５に形成された排気口１０及び軸部材３とサイドカバー５ｂとの間の隙間から行われる。従って、高速回転される軸部材３のラジアル荷重及びモーメントは前記二つのラジアル軸受隙間８内の気体圧力で受けられ、軸部材３のスラスト荷重は前記フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａの気体圧力で受けられる。また、当該軸部材３のラジアル方向の振れ回りは、従来と同様に、前記ラジアル軸受隙間８が一定になるように、Ｏリング等の弾性支持部材６の変形を伴って、軸受部材１がラジアル方向に移動することで吸収され、そのスラスト方向の振れは、前記フランジ部４の両側のスラスト軸受隙間７ａが一定になるように、前記Ｏリング等の弾性支持部材６の変形及び前記ハウジング５（サイドカバー５ｂ）と軸受部材１との間のスラスト方向隙間７ｂの変化を伴って、軸受部材１がスラスト方向に移動することで吸収される。特に当該フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂの気体圧力によって速やかに減衰され、当該フランジ部４及び軸部材３を各軸受部材１に対して軸線方向の所定位置に維持する。従って、軸部材３及びそのフランジ部４が、ラジアル方向にもスラスト方向にも各軸受部材１に接触することがない。また、各軸受部材１が、軸部材３のラジアル荷重とスラスト荷重との両方を支持し、一つの軸受部材１でラジアル軸受隙間８とスラスト軸受隙間７ａとスラスト方向隙間７ｂとを同時に形成することができ、前述のようにスラスト方向への大きな振れを前記フランジ部４側のスラスト軸受隙間７ａ及びハウジング５（サイドカバー５ｂ）側のスラスト方向隙間７ｂで吸収することができるため、軸部材３に対する軸受部材１の位置精度出しが容易となるから、そのための組立・調整が簡便となる。また、各軸受部材１の軸線方向長さを長くしたり、隣合う軸受部材１の間隔を広げたりすることができるので、ラジアル負荷容量やモーメント剛性を大きくすることができ、またハウジング５の軸方向寸法を小さくすることも可能となる。即ち、同じ大きさの外観を持つ従来の静圧気体軸受装置と較べると、従来より大きなラジアル負荷容量を得ることができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の静圧気体軸受装置の一実施例を図２を用いて説明する。この実施例は、前記図１に示す静圧気体軸受装置を高速で回転される静電塗装用エアスピンドルに適用したものであり、基本的な軸受装置の構成については同図１に示すものと同様であるため、同様の構成部材については同等の符号を附してその詳細な説明を省略する。ここで、図１の静圧気体軸受装置との最も大きな差異は、前記ハウジング５を形成する図示の右側のサイドカバー５ｂと、軸受部材１を収納するハウジング本体５ｃとの間に、軸部材３となるエアスピンドルを高速回転させるためのタービン機構１１を介装したことであり、従って図１の右側サイドカバー５ｂ側スラスト方向隙間７ｂは、右側軸受部材１の外側端部の気体噴出部２ｃと後述するハウジング５のタービン機構用ハウジング１４との間に形成されることになる。また、エアスピンドルを構成する軸部材３は、中空構造とされ、その内径面内に、回転されない塗料供給管３０が挿通され、当該軸部材３の左側サイドカバー５ｂからの突出部には、供給される塗料を霧化するための塗装用治具３１が取付けられている。また、前記各軸受部材１への圧縮気体の給気口９は、装置の後方，即ち図示の右方から圧縮気体が供給できるように、前記右側サイドカバー５ｂから各軸受部材１の外周面に連通されている。なお、この右側サイドカバー５ｂには、タービン，即ち軸部材３であるエアスピンドルの回転速度を、光や磁気を利用して検出する回転速度センサ３２が取付けられている。
【００１１】
前記タービン機構１１としては、軸部材３の後方端部，即ち図示の右側端部に、軸部材３を正回転させるためのタービン用羽根１２と、軸部材３を停止させるための逆転用となるタービン逆転用羽根１３とを、当該軸部材３と一体に形成している。また、前記右側サイドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を介して前記タービン用羽根１２まで圧縮気体を供給するタービン用給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン用ノズル１６とが設けられ、更に同じく前記右側サイドカバー５ｂからタービン機構用ハウジング１４を介して前記タービン逆転用羽根１３まで圧縮気体を供給するタービン逆転用給気口１７と、当該タービン逆転用給気口１７内の圧縮気体を前記タービン逆転用羽根１３に向けて噴出するタービン逆転用ノズル１８とが設けられている。
【００１２】
次に本実施例の静電塗装装置及び静圧気体軸受装置の作用について説明する。まず、図２の左方に配設される被塗装物をプラス電位又はゼロ電位に帯電し、前記軸部材３とは一緒に回転しない塗料供給管３０を介して、装置の後方，即ち図示の右方から、例えばマイナス電位に帯電された塗料が供給されると、塗料は当該塗料供給管３０の先端，即ち図示の左方端部から、軸部材３に一体化された塗装用治具３１に導かれ、その遠心力及び塗装用治具３１の形状によって図示の左方向に噴射される。すると、塗料と被塗装物との間の電磁力によって軽量に霧化された塗料が被塗装物に吸引され、塗料は被塗装物に行き渡って付着し、ムラのない安定した塗装が達成される。
【００１３】
ここで、静電塗装装置の軸部材３は、例えば塗料のバラツキなどによって大きく振れ回る可能性があるが、前述のように本実施例の静圧気体軸受装置では、軸部材３の振れ回りに対して大きな吸収力があり、またそのスラスト成分に対して十分な減衰力があるため、従来のように軸受かじり等の問題が発生することはない。
【００１４】
次に、本発明の静圧気体軸受装置を前述のような静電塗装用エアスピンドルに適用した他の実施例を図３を用いて説明する。この実施例の静電塗装用エアスピンドルの基本的な軸受装置の構成については前記図１及び図２に示すものと同様であり、図１及び図２に示す構成部材と同様の構成部材については同等の符号を附してその詳細な説明を省略する。
【００１５】
ここで、図２の静電塗装用エアスピンドルとの最も大きな差異は、前記図２の実施例でハウジング５の右部分に設けられたタービン機構１１が、本実施例ではハウジング５の軸方向中間部，即ち前記軸部材３のフランジ部４に設けられていることであり、従って本実施例のハウジング本体５ｃが前記図２のタービン機構用ハウジング１４を兼任する。このため、本実施例のフランジ部４は、前記図２のものに比して軸方向に少し長くなっているが、フランジ部４の各端面４ａは前記各軸受部材１の内側端面の気体噴出部２ｂから噴出された圧縮気体の圧力を受けて、両者の間に前記スラスト軸受隙間７ａを構成し、もって前記と同様にフランジ部４，即ち軸部材３をスラスト方向に支持する。
【００１６】
一方、前記タービン機構１１としては、前記軸部材３のフランジ部４の外周部にタービン用羽根１２が設けられ、またフランジ部４の外周面にはタービン用羽根１２の軸方向両側に円周溝４ｃがそれぞれ形成されている。タービン用羽根１２の半径方向外方端を結ぶ円の直径即ちタービン用羽根１２の外径は軸受部材１の内径面より大径であり、またタービン用羽根１２を軸部材３と一体に形成している。また、ハウジング５にはタービン用羽根１２に対して、図３ｂに示すように前記右側サイドカバー５ｂから圧縮気体を供給するタービン用給気口１５と、当該タービン用給気口１５内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン用ノズル１６とが設けられると共に、図３ａに示すように、同じく前記右側サイドカバー５ｂからタービン用羽根１２に圧縮気体を供給するタービン逆転用給気口１７と、当該タービン逆転用給気口１７内の圧縮気体を前記タービン用羽根１２に向けて噴出するタービン逆転用ノズル１８とが設けられている。従って、前記図２に示す実施例と異なり、本実施例では前記タービン用羽根１２が、前記タービン逆転用羽根１３を兼任することになる。また、タービン用ノズル１６とタービン逆転用ノズル１８とは軸部材３の軸新を含む平面に対して対称に傾斜している。
【００１７】
従って、前記タービン用給気口１５を介してタービン用ノズル１６からタービン用羽根１２に圧縮気体を噴射すると、その圧力でタービン用羽根１２が回転され、もって軸部材３が高速回転される。また、前記タービン用給気口１５への圧縮気体の供給を停止して、前記タービン逆転用給気口１７を介してタービン逆転用ノズル１８からタービン用羽根１２に圧縮気体を噴射すると、その圧力がタービン用羽根１２を逆回転させる方向に作用して、軸部材３の回転が減速される。
【００１８】
ここで、前記図２の静電塗装用エアスピンドルのように静圧気体軸受装置とタービン機構とを軸方向に併設すると、前記フランジ部４とタービン用羽根１２との間に軸受部材１があるので組立工程での規制から、タービン用羽根１２の外径を、前記軸受部材１の外径より小さいものにしなければならない。タービン機構１１の軸トルクは、同等の噴射気体圧力に対してタービン用羽根１２の外径が大きいほど大きくなるから、このようにタービン用羽根１２の外径が小さいと出力トルクも小さくなってしまう。一方、図３に示す本実施例の静電塗装用エアスピンドルでは、軸受部材１の内径より大きい外径のタービン用羽根１２を設定することができるので、同等の噴射気体圧力に対して当該タービン機構１１の出力トルクを大きくすることができ、もってエアスピンドルの回転特性を安定することができるという利点もある。また、タービン用羽根１２が受けるトルクを軸受方両側の軸受部材１がバランス良く受けることができ、回転精度が向上する。更に、二つの軸受部材１の間隔が広くなるので外部モーメント負荷に対して強くなる。また、タービン機構用ハウジング１４を軸受用ハウジング本体５ｃと一体にするなど、部品点数を低減してコストを低廉化できると共に、エアスピンドル装置を軸線方向に小さくすることも可能となる。
【００１９】
なお、前記軸受部材は、前述のような多孔質絞り軸受だけでなく、オリフィス絞り軸受や自成絞り軸受，表面絞り軸受等を使用することも可能である。
また、前記図３の実施例ではフランジ部４に設けられたタービン用羽根１２が逆転用羽根を兼任する場合について説明したが、当該フランジ部４の外周部にタービン用羽根１２とタービン逆転用羽根とを併設し、タービン用羽根に圧縮気体を噴射するタービン用ノズルと、タービン逆転用羽根に圧縮気体を噴射するブレーキ用ノズルとを夫々独立してハウジング５に設けてもよく、そのようにすればタービン逆転用羽根の形状を最適に設定することにより軸部材３の停止トルクを大きくすることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静圧気体軸受装置によれば、一つの軸受部材の周囲にラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間とスラスト方向隙間とを形成することができ、しかもスラスト軸受隙間は軸部材に一体に形成されたフランジ部側に形成され、スラスト方向隙間はハウジング側に形成されるから、スラスト軸受隙間及びスラスト方向隙間内に噴出される圧縮気体の圧力によって軸部材のスラスト方向の振れを速やかに減衰して吸収することができるから、軸部材及びフランジ部が軸受部材に接触することがない。また、これに伴って軸部材に対する軸受部材の位置精度が厳しくなくなるから、装置の組立・調整が簡便で容易になる。また、ラジアル軸受部材とスラスト軸受部材との両方を併設する必要がなくなるから、部品点数が少なく、組立が容易でコストが安価である。更に、隣合う軸受部材を軸方向にある程度離したり、軸受部材の軸方向寸法を長くできるから、ラジアル負荷容量，ラジアル剛性及びモーメント剛性を大きくできる。また、ハウジングの軸方向寸法を小さくしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静圧気体軸受装置の構成図である。
【図２】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアスピンドルに使用した一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の静圧気体軸受装置を静電塗装用エアスピンドルに使用した他の実施例を示す構成図である。
【図４】従来の静圧気体軸受装置の構成図である。
【符号の説明】
１は軸受部材
２ａ，２ｂ，２ｃは気体噴出部
３は軸部材
４はフランジ部
５はハウジング
６は弾性支持部材
７ａはスラスト軸受隙間
７ｂはスラスト方向隙間
８はラジアル軸受隙間
９は給気口
１０は排気口
１１はタービン機構
３０は塗料供給管
３１は静電塗装用治具
Claims (1)
- 円筒状に形成された軸受部材の内周面と両端面とに気体噴出部を設け、当該軸受部材の内周面内に軸部材を挿通して当該軸部材の軸方向中間部に一体に形成されたフランジ部の両側に軸受部材を夫々配設し、各軸受部材はハウジングの内孔に弾性支持され、各軸受部材の一方の端面と当該一方の端面に対向する軸部材のフランジ部端面との間に夫々スラスト軸受隙間を形成し、各軸受部材の他方の端面と当該他方の端面に対向するハウジングとの間に夫々スラスト方向隙間を形成したことを特徴とする静圧気体軸受装置。
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