JP3609455B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、穴明け機の主軸等に用いる静圧気体軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、穴明け機の主軸等に用いる静圧軸受としては、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようなものがある。即ち、主軸１はスラスト板２を有し、そのスラスト板２の下方の主軸１の外径面とスラスト板２の下面と対向した下軸受部材３がハウジング４に取付けられる。また、スラスト板２の上方の主軸１の外径面とスラスト板２の上面と対向した上軸受部材５がハウジング４に取付けられる。
【０００３】
上記の下軸受部材３には、ジャーナル軸受部６及びスラスト軸受部７が設けられ、そのジャーナル軸受部６は、主軸１の外径面とジャーナル軸受すきま８を介して対向したジャーナル軸受面９を有し、そのジャーナル軸受面９に自成絞り孔１１が設けられる。
【０００４】
また、スラスト軸受部７は、スラスト板２とスラスト軸受すきま１２を介して対向するスラスト軸受面１３を有し、そのスラスト軸受面１３に自成絞り穴１４が設けられる。
【０００５】
上記の上軸受部材５にはスラスト軸受部７’が設けられ、そのスラスト軸受部７’はスラスト板２とスラスト軸受すきま１２’を介して対向するスラスト軸受面１３’を有し、そのスラスト軸受面１３’に自成絞り孔１４’が設けられる。
【０００６】
ハウジング４に設けた通路１５に圧縮気体を供給すると、ジャーナル軸受部６及び各スラスト軸受部７、７’に設けられた各絞り孔１１、１４、１４’からジャーナル軸受すきま８、スラスト軸受すきま１２、１２’に圧縮気体が流入し、主軸１を非接触で支持する。
【０００７】
上記の主軸１には、コレットチャック１６が取付けられており、そのコレットチャック１６により工具１７を把持する。主軸１をモータ等で高速回転させると工具１７が回転し、その工具１７をワークに押付けることにより穴明け加工等を行うことができる。工具１７とワークが押付けられる力により主軸１がハウジング４に対して変位する。これにより、上部スラスト軸受面１３’が負荷受面となり、下方のスラスト軸受面１３が反負荷側となる。
【０００８】
従来、穴明け機の主軸１等に使用されていたスラスト軸受は、負荷側、反負荷側を特に区別することなく、両方とも全く同一構成の軸受を使用するのが一般的であったが、焼付き等の故障防止の観点から、軸受面積、給気孔数、給気孔径のそれぞれについて、負荷側軸受の方が反負荷側軸受よりも大になるようにしたスラスト軸受が提案されている（特開平２−２０９６２２号公報）。このものは、無負荷時に負荷側の軸受すきまを大きくし、負荷状態で負荷側の軸受すきまを反負荷側の軸受すきまに近づけるようにしただけのものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
穴明け機の主軸等に用いられるスラスト軸受の負荷容量は使用目的、使用方法により決定される。ここでは、一例として負荷側の負荷容量Ｗ_ＯＡ、反負荷側の負荷容量Ｗ_ＯＢが必要である場合を考える。ただし、Ｗ_ＯＡ＞Ｗ_ＯＢとする。
【００１０】
図４に上記の負荷容量を満足し、かつ負荷側および反負荷側に同一の自成絞りスラスト軸受を用いた場合の負荷容量特性曲線図を示す。この場合、負荷側の負荷容量Ｗ_１Ａ、反負荷側の負荷容量Ｗ_１ＢとするとＷ_１Ａ＝Ｗ_１Ｂであり、Ｗ_１Ａ＝Ｗ_ＯＡとするとＷ_１Ｂ＞Ｗ_ＯＢである。即ち、反負荷側の軸受の負荷容量は必要以上に大きいと言える。
【００１１】
一般に、スラスト軸受において軸受面積が一定のもとでは、負荷容量を大きくすると消費流量も大きくなるという関係がある為、図４に示した軸受の構成では必要以上に消費流量を大きくしていることになる。
【００１２】
この問題を解決する方法として、前掲の特開平２−２０９６２２号公報に記載されている通り、負荷側の軸受の給気孔数を反負荷側の軸受よりも多くしたり、あるいは、負荷側の軸受の給気孔径を反負荷側の軸受よりも大きくしたりする方法がある。つまり、反負荷側の軸受の給気孔数を負荷側のそれよりも減らしたり、あるいは、反負荷側の軸受の給気孔径を負荷側の軸受のそれよりも小さくしたりすることにより、反負荷側の軸受の流量を節約することが考えられる。
【００１３】
この方法でＷ_ＯＢを考慮し、軸受を選定した場合の負荷容量特性曲線図を図５に示す。この場合の負荷側の負荷容量Ｗ_２Ａ、反負荷側の負荷容量Ｗ_２ＢとするとＷ_２Ｂ＝Ｗ_ＯＢとなる。その結果、消費流量をある程度少なくすることが可能である。
【００１４】
しかし、近年、穴明け機等の高性能化が進み、さらに消費流量の低減が求められ、上記の方法だけでは不十分な場合があった。
【００１５】
そこで、この発明は、負荷側、反負荷側にそれぞれ対向型のスラスト軸受を有する静圧気体軸受において、必要とされる負荷容量を保った状態でスラスト軸受部の消費流量を一層低減することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、負荷側、反負荷側の対向側スラスト軸受を有し、各スラスト軸受面に所要数の給気孔を円周上に設けてなる静圧気体軸受において、上記負荷側スラスト軸受面の給気孔のみを環状の溝の底面に設け、そのスラスト軸受すきまを可及的に小さくした構成としたものである。
【００１７】
【作用】
例として、 図５に示した負荷側軸受と同等の軸受面積および負荷容量を有する溝付き軸受を用いた場合の負荷容量特性曲線を図６に示す。溝付き軸受は溝の表面絞り効果により、すきまが小さいときは自成絞り軸受と同等の負荷容量であっても、軸受すきまが大きくなるにつれ負荷容量が自成絞り軸受の場合（破線参照）よりも小さくなる。よって、この場合の負荷側の負荷容量をＷ_3A、反負荷側の負荷容量をＷ_3Bとすると、Ｗ_3A＝Ｗ_2A＞Ｗ_0A、Ｗ_3B＞Ｗ_2B＝Ｗ_0Bとなる。
【００１８】
ここで、負荷側軸受および反負荷側軸受ともに必要以上に大きい負荷容量になっていることから、軸受すきまを小さくし、負荷容量を減ずることが可能である。一般に軸受すきまを小さくすると消費流量は小さくなるので、すきまを小さくすることは消費流量の低減のための有効な手段である。
【００１９】
負荷容量Ｗ_ＯＡ、Ｗ_ＯＢを考慮し軸受すきまを小さくした結果が図７である。この場合の負荷側の負荷容量Ｗ_４Ａ、反負荷側の負荷容量Ｗ_４Ｂとすると、Ｗ_４Ａ＝Ｗ_ＯＡ、Ｗ_４Ｂ＝Ｗ_０Ｂである。このように、負荷側軸受を溝付きスラスト軸受とし、反負荷側の軸受を自成絞り軸受とすることにより、穴明け機の主軸等に使用されるスラスト軸受部の消費流量の低減が可能となる。
【００２０】
【実施例】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した実施例は、先に図６に示した従来例と基本的構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付して示すにとどめ、その説明を省略する。
【００２１】
相違する点は、負荷側のスラスト軸受面１３’の絞り孔１４’を主軸１と同心状の溝１８の底面に設けた点及びスラスト軸受すきま１２’を可及的に小さく（例えば２０μｍ）に設定した点である。
【００２２】
上記のように構成すると、先に図７に示したような負荷容量特性が得られ、負荷側の負荷容量Ｗ _4A及び反負荷側の負荷容量Ｗ _4B を、それぞれ所要の負荷容量Ｗ_0A、Ｗ_0Bと一致させることができる。
【００２３】
図２は、上記の溝１８及びその溝底に形成される自成絞り孔１４’の具体例であり、溝１の幅ａは０．７ｍｍ、深さｂは０．０１ｍｍ（１０μｍ）である。
【００２４】
なお、自成絞り孔に代え、その他適宜な形状の給気孔を採用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、負荷側スラスト軸受面の給気孔を環状の溝の底面に設け、そのスラスト軸受すきまを可及的に小さくした構成により、所要の負荷容量を確保しつつ、消費流量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）実施例の断面図
（ｂ）同上の負荷側スラスト軸受面の平面図
（ｃ）同上の反負荷側スラスト軸受面の平面図
【図２】同上の一部拡大断面図
【図３】（ａ）従来例の断面図
（ｂ）同上の負荷側スラスト軸受面の平面図
（ｃ）同上の反負荷側スラスト軸受面の平面図
【図４】負荷容量特性図
【図５】負荷容量特性図
【図６】負荷容量特性図
【図７】負荷容量特性図
【符号の説明】
１ 主軸
２ スラスト板
３ 下軸受部材
４ ハウジング
５ 上軸受部材
６ ジャーナル軸受部
７、７’ スラスト軸受部
８ ジャーナル軸受すきま
９ ジャーナル軸受面
１１ 自成絞り孔
１２、１２’ スラスト軸受すきま
１３、１３’ スラスト軸受面
１４、１４ 自成絞り孔
１５ 通路
１６ コレットチャック
１７ 工具
１８ 溝

Claims (1)

1. 負荷側、反負荷側にそれぞれ対向型スラスト軸受を有する静圧気体軸受において、上記負荷側スラスト軸受が、その軸受面に設けた主軸と同芯の環状の溝の底面に給気孔を設けて形成された溝付きスラスト軸受であり、上記反負荷側スラスト軸受が、その軸受面に設けた給気孔により形成された自成絞り軸受であることを特徴とする静圧気体軸受。

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