JP6413356B2 - 流量制御機構およびこれを備えた流体軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は流量制御機構およびこれを備えた流体軸受装置に関する。

静圧流体軸受装置においては、ポンプから圧送される流体の流量を流量制御機構によって制御して静圧流体軸受の静圧ポケットに供給するように構成されたものが知られている。また、流量制御機構においては、弁筺と、弁筺の内部室を吐出室と背圧室とに区画するダイアフラムとを備えたダイアフラム式の流量制御機構が知られている。ダイアフラム式の流量制御機構においては、吐出室と背圧室との圧力差に応じてダイアフラムが変形（撓み変形）し、これによって、弁筺の流出口の開度を増減させて流体の供給流量を制御している。このようなダイアフラム式の流量制御機構が用いられた静圧流体軸受装置においては、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１０７７４４号公報

ところで、ダイアフラム式の流量制御機構が用いられた静圧流体軸受装置においては、外乱などによりダイアフラムが急激に変形すると、これに伴って背圧室の圧力が変動する。背圧室の圧力の変動によってダイアフラムが不測に変動し、このような働きが繰り返されることでダイアフラムの不測の振動が増幅され、流体軸受機能が低下する。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、ダイアフラムの急激な変形による背圧室の圧力の変動を軽減することで、ダイアフラムの不測の振動を抑制することができる流量制御機構およびこれを備えた流体軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の第１の発明に係る流量制御機構は、ポンプから圧送される流体の流量を制御する流量制御機構であって、前記流量制御機構は、弁筺と、前記弁筺の内部室を吐出室と背圧室とに区画するダイアフラムと、を備え、前記弁筺は、前記内部室の容積を変化するように相対移動可能な第１の弁筺体と第２の弁筺体とからなり、前記第１の弁筐体は、前記吐出室の底面から前記ダイアフラムに向かって突出して、突出端面に前記ダイアフラムとの間に設定された隙間を隔てる弁座面が形成された突出部と、前記突出部の中心部に貫通状に形成されて前記弁座面に開口する前記流体の流出口と、を有し、前記ポンプから前記吐出室に流入した前記流体は、前記ダイアフラムと前記弁座面とによって形成される可変絞り流路を通過して前記流出口に流れ、前記可変絞り流路前の前記吐出室の圧力を流入孔を介して前記背圧室に導き、前記ダイアフラムの変形に対応して前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体が相対移動することにより前記背圧室の容積変動を抑制することを特徴とする。

第１の発明によると、ダイアフラムの変形に対応して第１の弁筺体と第２の弁筺体が相対移動することにより背圧室の容積変動が抑制されることで、ダイアフラムの急激な変形による背圧室の圧力の変動を軽減することができる。これによって、ダイアフラムの不測の振動を抑制することができ、流量の不測の変動を抑制することができる。また、ポンプから吐出室に流入した流体は、ダイアフラムと弁座面とによって形成される可変絞り流路を通過して流出口に流れる。つまり、流出口の出口側の圧力が低くなると、ダイアフラムが押下げられ、ダイアフラムと弁座面との間の隙間が、設定された隙間よりも狭くなり、一方、流出口の出口側の圧力が高くなると、ダイアフラムが押し上げられる。これにより、流出口の出口側の圧力が低くなると、供給流量を小さくし、流出口の出口側の圧力が高くなると、供給流量を大きくすることが可能となる。

第２の発明に係る流量制御機構は、第１の発明の流量制御機構であって、前記第１の弁筺体は嵌合凹部を有し、前記第２の弁筺体は、前記嵌合凹部に相対的に移動可能に嵌合される嵌合凸部を有し、前記嵌合凹部の底面と前記嵌合凸部の端面との間に前記ダイアフラムが配設され、前記ダイアフラムの変形に対応して前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とが相対移動することを特徴とする。

第２の発明によると、嵌合凹部が形成される第１の弁筺体の嵌合凹部の底面と、第２の弁筺体の嵌合凸部の端面との間に、ダイアフラムが配設されることで、嵌合凹部の底面側に吐出室が構成され、嵌合凸部の端面側に背圧室が構成される。また、ダイアフラムの変形に対応して、第１の弁筺体と第２の弁筺体とが相対移動することで、背圧室の周壁面の高さが変化される。このため、背圧室の容積変動が抑制される。この結果、ダイアフラムの不測の振動を抑制することができる。

第３の発明に係る流量制御機構は、第２の発明の流量制御機構であって、前記嵌合凹部と前記嵌合凸部とは、横断面円形で嵌合していることを特徴とする。

第３の発明によると、嵌合凹部と嵌合凸部とが横断面円形で嵌合することで、嵌合凹部と嵌合凸部との相対移動が円滑となる。

第４の発明に係る流量制御機構は、第２又は第３の発明の流量制御機構であって、前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とは、設定された隙間をもって締結され、前記隙間に相当する分だけ前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とが相対移動可能であることを特徴とする。

第４の発明によると、ダイアフラムの変形に対応して、第１の弁筺体と第２の弁筺体との間の設定された隙間に相当する分だけ第１の弁筺体と第２の弁筺体とが相対移動可能となる。

第５の発明に係る流量制御機構は、第４の発明の流量制御機構であって、前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体との間の隙間には、粘弾性を有する弾性体が配設されていることを特徴とする。

第５の発明によると、ダイアフラムの変形に対応して、第１の弁筺体と第２の弁筺体ととが相対移動する際、弾性体の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、振動抑制に効果が大きい。

第６の発明に係る流量制御機構は、第１〜５の発明のいずれかの発明の流量制御機構であって、前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体との許容される相対的な移動による前記背圧室の容積の最大変化量は、前記ダイアフラムの変形により生じる容積変化量よりも大きく設定されていることを特徴とする。

第６の発明によると、ダイアフラムの変形に対応して、第１の弁筺体と第２の弁筺体とが不足なく相対移動することができる。

第７の発明に係る流体軸受装置は、第１〜６の発明のいずれかの発明の流量制御機構によって流量が制御された流体を流体軸受のポケットに供給することを特徴とする。

第７の発明によると、安定した流体軸受機能が得られる。

この発明によると、ダイアフラムの不測の振動を抑制することができ、安定した流体軸受機能が得られる。すなわち、流体軸受の剛性を高めることができる。

この発明の実施例１に係る静圧流体軸受装置の概略を示す説明図である。 静圧流体軸受装置の流量制御機構を示す縦断面図である。 制圧ポケットの圧力が低下してダイアフラムが変形した状態を示す縦断面図である。 この発明の実施例２に係る静圧流体軸受装置の流量制御機構を示す縦断面図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図１〜図３にしたがって説明する。図１に示すように、静圧流体軸受装置は、ポンプＰから圧送される流体（液体や気体）の流量を流量制御機構１０によって制御して、静圧流体軸受１の軸受体２に形成された静圧ポケット４に供給し、可動体６（回転体又はスライド体）の案内面７を非接触状態で移動案内する。

図２に示すように、流量制御機構１０は、弁筺２０と、弁筺２０の内部室を吐出室７０と背圧室７１とに区画する鋼板製のダイアフラム６０とを備える。そして、ダイアフラム６０が変形（撓み変形）する際に、後述のようにダイアフラム６０の変形に対応して背圧室７１の周壁面７１ａの高さが変化されることで、背圧室７１の容積の変動が抑制される。

この実施例１において、弁筺２０は、第１の弁筺体２１と、第２の弁筺体４１とを備える。第１の弁筺体２１の上面の中央部には、底面側が小径で開口側が大径の段差状凹部２１ａが形成され、その段差面をダイアフラム６０の設置面２４としている。そして、段差状凹部２１ａの底面側に吐出室７０が形成され、段差状凹部２１ａの開口側を嵌合凹部２２としている。また、第１の弁筺体２１の段差状凹部２１ａの底面には、突出部２６が形成され、この突出部２６の突出端面には、設置面２４上に設置されるダイアフラム６０との間に、設定された隙間を隔てる弁座面２７が形成されている。また、突出部２６の中心部には流体の流出口３０が貫通状に形成されている。また、第１の弁筺体２１の側部には、ポンプＰに通じる供給管が接続される流入口３１が形成され、この流入口３１の奥側には、吐出室７０に通じる吐出側流入孔３２と、背圧室７１に通じる背圧側流入孔３３とが平行状に形成されている。

第２の弁筺体４１の下面の中央部には、第１の弁筺体２１の嵌合凹部２２に相対的に移動可能に嵌合される嵌合凸部４２が形成されている。そして、第１の弁筺体２１の設置面２４上にダイアフラム６０が設置された後、嵌合凹部２２に対し嵌合凸部４２が移動可能に嵌合される。この嵌合状態において、段差状凹部２１ａの底面側に吐出室７０が、嵌合凸部４２の端面側に背圧室７１が構成される。また、ダイアフラム６０の変形（撓み変形）に対応して、第１の弁筺体２１と第２の弁筺体４１とが相対移動、即ち、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対移動することで、背圧室７１の周壁面（嵌合凹部２２の周壁面７１ａ）の高さが変化され、背圧室７１の容積が一定に制御される。

また、嵌合凸部４２の突出方向の中央部外周には環状溝４３が形成され、この環状溝４３には嵌合凹部２２の内周壁面に密接するＯリング４５が配設されてシール性が確保されている。また、この実施例１において、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とは、横断面円形で嵌合している。すなわち、嵌合凹部２２は円筒孔に形成され、嵌合凸部４２は円柱形に形成されている。また、設置面２４上に設置されるダイアフラム６０は、円板状に形成されている。

本実施例１において、第１の弁筺体２１と第２の弁筺体４１とは、複数の段付ボルト５０によって設定された隙間Ｓをもって締結され、隙間Ｓに相当する分だけ嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対的に移動する。すなわち、段付ボルト５０は、頭部５１と、第２の弁筺体４１の周辺部の肉厚（図２の上下方向長さ）よりも隙間Ｓに相当する分だけ長い軸部５２と、この軸部５２の先端に段差面をもって小径に形成された雄ねじ部５３とを有している。そして、段付ボルト５０の軸部５２が、第２の弁筺体４１の周辺部に貫設された複数のボルト孔４４に挿通され、雄ねじ部５３が第１の弁筺体２１の周囲の上面に穿設された雌ねじにねじ込まれて締結されることで、第１の弁筺体２１と第２の弁筺体４１との間に隙間Ｓが設定される。

また、この実施例１において、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２との許容される相対的な移動による背圧室７１の容積の最大変化量Ｌ１は、ダイアフラム６０の変形によって生じるドーム状の容積（図３の斜め格子で示した部分）の最大値Ａよりも大きく（例えば、二倍程度大きく）設定されている。

この実施例１に係る静圧流体軸受装置は上述したように構成される。したがって、ポンプＰにより加圧された流体は、流量制御機構１０の流入口３１を経て吐出側流入孔３２と背圧側流入孔３３とに分岐して流れる。吐出側流入孔３２に流れた流体は、ダイアフラム６０と弁座面２７との可変絞り流路を通過して流出口３０に流れた後、軸受体２の静圧ポケット４に供給される。静圧ポケット４に供給された流体により、軸受体２の軸受面と、可動体６の案内面７との間に所定の厚さの流体膜が形成され、案内面７が支持される。流体膜は動的に形成された後、ドレン及び排出流路（図示しない）へ排出されることを繰り返すことにより維持されている。一方、背圧側流入孔３３に流れた流体は、背圧室７１に流入される。これによって、第２の弁筺体４１の上面が段付ボルト５０の頭部５１下面に当接する状態となる（図２参照）。

静圧流体軸受１に加わる外乱負荷により流体膜に外乱力が作用すると、静圧ポケット４の圧力が変動する。例えば、静圧ポケット４の圧力が急激に低下すると、これに伴って吐出室７０側の圧力が急激に低下する。すると、吐出室７０と背圧室７１との圧力差によって、ダイアフラム６０は下方へ向けて変形（撓み変形）して押し下げられる。すると、背圧室７１の容積がダイアフラム６０の下方への変形によって生じるドーム状の容積に相当する分だけ増大しようとするが、ダイアフラム６０の急激な変形に対応して、図３に示すように、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対的に移動する。

すなわち、ダイアフラム６０のドーム状の容積、例えば、ドーム状の容積が最大値Ａである場合には、その容積に相当する容積Ｌ２となるように、背圧室７１の周壁面（嵌合凹部７１の周壁面７１ａ）の高さが変化される。これによって、背圧室７１の容積の変動が抑制される。このため、ダイアフラム６０が急激な変形による背圧室７１の圧力の変動を軽減することができる。この結果、ダイアフラム６０の不測の振動を抑制することができ、安定した流体軸受機能が得られる。すなわち、流体軸受の剛性を高めることができる。

また、この実施例１において、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが横断面円形で嵌合することで、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２との相対的な移動が円滑となる。

また、この実施例１において、ダイアフラム６０の変形に対応して、第１の弁筺体２１と第２の弁筺体４１との間の設定された隙間Ｓに相当する分だけ嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対的に移動可能となる。このため、ダイアフラム６０が急激な変形に対応して嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが所要とするストロークにおいて、相対的に移動することができ、背圧室７１の圧力変動を良好に抑制することができる。

また、この実施例１において、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２と許容される相対的な移動による背圧室７１の容積の最大変化量Ｌ１は、ダイアフラム６０の変形によって生じるドーム状の容積の最大値Ａよりも大きく（例えば、二倍程度大きく）設定されている。このため、ダイアフラム６０の変形に対応して、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが不足なく相対的に移動可能となる。

次に、この発明の実施例２に係る静圧流体軸受装置を図にしたがって説明する。この実施例２においては、図４に示すように、流量制御機構１１０の第１の弁筺体２１と第２の弁筺体１４１との間の隙間Ｓに対し、粘弾性を有する弾性体１８０（例えばゴムシート）が配設されている。さらに、第２の弁筺体１４１は、その上下方向に本体部１４２とスペーサ部１４３とに設定された隙間Ｓ２を隔てて分割され、その隙間Ｓ２に対しても粘弾性を有する弾性体１８１（例えばゴムシート）が配設されている。この実施例２のその他の構成は、実施例１と同様に構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。

この実施例２においては上述したように構成される。したがって、ダイアフラム６０の急激な変形に対応して、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対的に移動し、背圧室７１の周壁面の高さが変化される。これによって、背圧室７１の容積の変動が抑制される。このため、ダイアフラム６０が急激な変形による背圧室７１の圧力の変動を軽減することができる。この結果、ダイアフラム６０の不測の振動を抑制することができ、安定した流体軸受機能が得られる。特に、この実施例２においては、ダイアフラム６０の急激な変形に対応して、嵌合凹部２２と嵌合凸部４２とが相対的に移動する際、弾性体１８０、１８１の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、振動抑制に効果が大きい。

なお、この発明は前記実施例１及び２に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。例えば、前記実施例１及び２に吐出室７０に流体を供給する吐出側流入孔３２に対し固定絞り部を形成してもよい。この場合、背圧室７１内の流体の逆流を抑制することができ、背圧室７１内の圧力変動の抑制に効果がある。

１ 静圧流体軸受
１０ 流量制御機構
２０ 弁筺
２１ 第１の弁筺体
２２ 嵌合凹部
４１ 第２の弁筺体
４２ 嵌合凸部
６０ ダイアフラム
７０ 吐出室
７１ 背圧室

Claims (7)

1. ポンプから圧送される流体の流量を制御する流量制御機構であって、
   前記流量制御機構は、
   弁筺と、
   前記弁筺の内部室を吐出室と背圧室とに区画するダイアフラムと、を備え、
   前記弁筺は、
   前記内部室の容積を変化するように相対移動可能な第１の弁筺体と第２の弁筺体とからなり、
   前記第１の弁筐体は、
   前記吐出室の底面から前記ダイアフラムに向かって突出して、突出端面に前記ダイアフラムとの間に設定された隙間を隔てる弁座面が形成された突出部と、
   前記突出部の中心部に貫通状に形成されて前記弁座面に開口する前記流体の流出口と、
   を有し、
   前記ポンプから前記吐出室に流入した前記流体は、前記ダイアフラムと前記弁座面とによって形成される可変絞り流路を通過して前記流出口に流れ、
   前記可変絞り流路前の前記吐出室の圧力を流入孔を介して前記背圧室に導き、
   前記ダイアフラムの変形に対応して前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体が相対移動することにより前記背圧室の容積変動を抑制する
   ことを特徴とする流量制御機構。
2. 請求項１に記載の流量制御機構であって、
   前記第１の弁筺体は嵌合凹部を有し、
   前記第２の弁筺体は、前記嵌合凹部に相対的に移動可能に嵌合される嵌合凸部を有し、
   前記嵌合凹部の底面と前記嵌合凸部の端面との間に前記ダイアフラムが配設され、前記ダイアフラムの変形に対応して前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とが相対移動する
   ことを特徴とする流量制御機構。
3. 請求項２に記載の流量制御機構であって、
   前記嵌合凹部と前記嵌合凸部とは、横断面円形で嵌合している
   ことを特徴とする流量制御機構。
4. 請求項２又は３に記載の流量制御機構であって、
   前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とは、設定された隙間をもって締結され、
   前記隙間に相当する分だけ前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体とが相対移動可能であることを特徴とする流量制御機構。
5. 請求項４に記載の流量制御機構であって、
   前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体との間の隙間には、粘弾性を有する弾性体が配設されている
   ことを特徴とする流量制御機構。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の流量制御機構であって、
   前記第１の弁筺体と前記第２の弁筺体との許容される相対的な移動による前記背圧室の容積の最大変化量は、前記ダイアフラムの変形により生じる容積変化量よりも大きく設定されている
   ことを特徴とする流量制御機構。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の流量制御機構によって流量が制御された流体を流体軸受のポケットに供給することを特徴とする流体軸受装置。

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