JPH0324319A - 気体軸受装置 - Google Patents

気体軸受装置

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JPH0324319A
JPH0324319A JP1159317A JP15931789A JPH0324319A JP H0324319 A JPH0324319 A JP H0324319A JP 1159317 A JP1159317 A JP 1159317A JP 15931789 A JP15931789 A JP 15931789A JP H0324319 A JPH0324319 A JP H0324319A
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JP
Japan
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sleeve
housing
rotating shaft
rotary shaft
gas
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JP1159317A
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English (en)
Inventor
Kaname Furukawa
古川 要
Yasuo Horikoshi
堀越 康夫
Kazuya Sawaguchi
一也 沢口
Tadayuki Kubo
忠之 久保
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/18Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with floating brasses or brushing, rotatable at a reduced speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C17/026Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with helical grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. herringbone grooves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0618Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は気体軸受装置、特には高精度な高速回転が必要
とされる機器、例えばポリゴンミラ一回転装置、繊m巻
取り装置、各種工作機械等のスピンドルユニットに適用
される気体軸受装置に関するものである. [従来の技術] 従来、高速回転可能なスピンドルユニットに適用される
気体軸受装置としては、例えば第9図に示すようなもの
が知られている。この装置は、殻に静圧軸受装置と呼ば
れるもので、回転釉102と軸受パッド104の間に数
ミクロンの間隔を設け、この間隔に軸受パッド104か
ら気体、例えば空気を噴出することにより、ハウジング
101に対して回転軸102を静圧支持するものである
[発明が解決しようとしている問題点]しかしながら、
このような従来例では、回転軸102が高速回転し、回
転軸102がその半径方向に膨らむと、回転軸102の
表面が軸受パッド104に接触し、軸受パッド104を
傷付けてしまうという不都合があった.また、高速回転
の際にも両者が接触しない程度に、回転i102と軸受
パッド104の間の間隔を大きくすると、静圧釉受とし
ての剛性が低下して、回転精度が低下するという不都合
が生じる。このため、従来例では、回転軸102を精度
よく高速回転させることが困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的は、回転軸を高精度に高速回転させることのできる気
体軸受装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上述の目的を達戒するために、ヘリングボー
ン溝が形成されている回転軸と、気体噴出用の軸受パッ
ドを有するハウジングと、前記回転軸と前記ハウジング
の間に前記回転軸を囲むように介在するスリーブを有し
、前記軸受パッドから気体を噴出することにより前記ス
リーブを前記ハウジングに対して静圧支持すると共に、
前記回転軸と前記スリーブの相対的な回転差に応じて前
記ヘリングボーン溝が発生する動圧により前記回転軸を
前記スリーブに対して動圧支持している。
[作用] 本発明によれば、ハウジングに静圧支持されたスリーブ
は、回転軸を動圧支持しながら、回転軸よりも遅い速度
で回転することになる。このため、回転軸を高速回転さ
せる際には、回転軸と同様にスリーブも半径方向に膨ら
むことになるので、両者が接触することはない。また、
この場合には、スリーブの膨らみは回転速度が遅い分だ
け回転軸の膨らみよりも小さいので、静圧軸受の剛性を
高めるために軸受パッドとスリーブの間隔を狭めても、
軸受パッドとスリーブが接触する恐れは小さい。従って
、本発明によれば、高精度に高速回転できる気体軸受装
置の提供が可能となる。
[実施例] 以下、本発明を図に示した実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の気体軸受装置を用いたスピンドル機構
を示すもので、この図において、1はハウジング、2は
回転軸、3は回転軸2を囲むようにハウジング1と回転
軸2の間に介在されている円筒状のスリーブで、図示の
如く、ハウジングi内に設けられている。
4はそれぞれ多孔質材で形成されている軸受パッドで、
ハウジング1の両端部に設けられている。ハウジング1
には各軸受パッド4に対応して給気通路8が形成され、
軸受パッド4には給気通路8を介して気体供給源20か
ら気体、例えば空気が供給される。軸受パッド4に供給
される気体は、軸受パッド4からスリーブ3に向けて噴
出され、この後、排気通路9を介してハウジング1の外
部に排出ざれる。なお、軸受パッド4は多孔質材を用い
た絞りでなくても、自戒絞り、オリフィス絞り、表面絞
り等の他の絞り方式のものでも良い。
5は回転軸2の表面にその回転方向に沿って形成されて
いる動圧発生用のヘリングボーン溝で、図示の如く、ハ
ウジング1の両端部近傍にそれぞれ位置するように、回
転軸2上で2箇所に形成されている。ハウジング1とス
リーブ3の間には空気層〈間隔〉6が形成され、スリー
ブ3と回転軸2の間には空気層(間隔)7が形成されて
いる。
空気層6と空気層7はスリーブ3によって完全に遮断さ
れている. 次に、この実施例の動作を説明する。先ず、回転軸2が
停止もしくは低速で回転している際には、回転@2はス
リーブ3に接触した状態でスリーブ3に支持されている
。一方、スリーブ3は、軸受パッド4がら空気層6に噴
出されている気体により構成される静圧軸受により、ハ
ウジング1 (@受パッド4)に対して非接触に、且つ
回転可能に支持されている。従って、この際には、回転
軸2はスリーブ3と一体的に静圧軸受で支持された状態
で回転ずる。
この後、次第に回転軸2の回転速度が増加していくと、
ハウジング1とスリーブ3の間の空気層6の粘性抵抗が
増加し、この粘性抵抗が回転軸2とスリーブ3の間の最
大静止摩擦力よりも大きくなったとき、回転軸2とスリ
ーブ3の間に相対的な回転が生じる。この相対的な回転
差の発生に応じて、回転軸2とスリーブ3の間にはヘリ
ングボーン溝5により動圧が生じる. 更に、この後、回転軸2の回転速度が増加して、回転軸
2の回転速度が定常回転数となったときには、ヘリング
ボーン満5により生じている動圧(動圧軸受)によって
、回転軸2はスリーブ3に対して非接触状態で支持され
ている.即ち、この際には、ハウジング1とスリーブ3
の間の静圧軸受により、スリーブ3はハウジング1に対
して非接触に支持され、回転釉2とスリーブ3の間の動
圧軸受により、回転軸2はスリーブ3に対して非接触に
支持されている。
この時のスリーブ3の角速度ωは、空気層6の半径方向
の厚さをh,(5〜10μm程度)、空気層7の半径方
向の厚さをh2 (5〜lOμm程度)、回転軸2の角
速度をω。とすると、で表わさせる。ただし、スリーブ
3の半径方向の厚さtが、回転軸2の軸径dに比べて十
分に小さいものとする。
従って、回転軸2の回転速度が定常速度となったときに
は、スリーブ3も回転軸2の回転速度より遅い所望の速
度で回転することになる。このため、高速回転時、遠心
力により回転!Nl2が半径方向に膨らんでも、スリー
ブ3の内、外径も同様に膨らんでいるので、両者が接触
することがない。
また、スリーブ3の角速度ωは回転IM2の角速度ω。
よりも小さいので、遠心力による膨らみも小さく、空気
層6の半径方向の厚さh,をそれほど大きくしなくても
、スリーブ3が軸受パッド4に接触しないようにできる
。即ち、静圧軸受の剛性を低下させることなく、高速回
転時の接触を防止できる。
なお、回転軸2の停止時もしくは低速回転時にも、回転
軸2とスリーブ3の間に空気層7が存在するように、予
め゛回転軸の2の直径よりもスリーブ3の内径を多少大
きくして設定するようにしても良いが、この場合には、
回転I1iIll2の停止時もしくは低速回転時には、
回転軸2はハウジング1に関して多少偏心した状態とな
る。一方、スリーブ3を回転Itk 2と比べてかなり
縦弾性係数の小さな材質で作れば、回転軸2の停止時も
しくは低速回転時は、空気層7の厚さh2が零であって
も、高速回転になるにつれて遠心力により空気層7が形
成されることになるので、上述の偏心を避けて、高速回
転時に回転軸2とスリーブ3の間に動圧を生じさせるこ
とも可能である。
次に、本発明の他の実施例を説明する。第2図は本発明
の更に改良された気体軸受装置を示す図、第3図は第2
図のA部分を拡大して示す図、第4図は第2図のB−B
断面を示す図である。
この実施例は、スリーブ3の軸方向の移動を規制するた
めの手段がハウジング1に更に設けられている点が、第
1図の実施例と異なっている。第2図において、12は
スリーブ3の軸方向の移動を規制するための規制板で、
ハウジング1の両側にそれぞれ設けられている。第4図
に示す如く、規制板12には回転@2の回転方向に沿っ
て等間隔に4つの通気路12aが形成されている。通気
路12aには給気通路8を介して気体供給源20から気
体が供給されている。通気路12aに供給された気体は
、第3図に示す如く、スリーブ3の側而3aに向けて噴
射され、その圧力によりスリーブ3の軸方向の移動を規
制する。
また、規制板12は自己潤滑性材料で形威され、もしス
リーブ3と接触しても固体潤滑により、不都合が生じな
いようになされている。
10は規制板l2をハウジング1に取付けるための取付
け板、1lは取付け板10をハウジング1に固定するた
めのネジである。他は第1図の実施例と同様である。
第5図は規制手段を多孔質材料で形成する例を示すもの
で、第5図とこの図のA−A断面を示す第6図において
、l5は第2図の規制板12と同様な作用を行なう規制
板で、この規制板15は例えばグラファイト等の自己潤
滑性を有するカーボン系の多孔質材で形威されている。
規制板15には軸受パッド4を介して気体が供給され、
供給された気体は第2図の実施例と同様にスリーブ3の
側面に噴射され、スリーブ3の軸方向の移動を規制する
。他は上述の実施例と同様である。
第7図は、スリーブ3の軸方向の移動を、磁力を用いて
規制する例を示すものである。第7図とこの図の矢視A
を示す第8図において、l7は永久磁石で、ハウジング
1の両側に、回転軸2の回転方向に沿って等間隔に4つ
配置されている。ハウジングlの図示右側の永久磁石1
7はスリーブ3に対向する側がS極に、また、図示左側
の永久磁石17はスリーブ3に対向する側がN極に設定
されている。スリーブ3の図示右端はS極に、また、図
示左端はN極に磁化されている。これらにより、スリー
ブ3と永久磁石l7の間に反発力が生じるので、スリー
ブ3は軸方向の移動が規制される。なお、この場合には
、回転軸2は非磁性体で形成される。他は上述の実施例
と同様である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、回転軸と軸受パッドの
間にスリーブを設け、更に回転軸の表面には動圧発生用
にヘリングボーン溝を設けることによって、回転軸は対
して静圧軸受と動圧軸受が直列となるため、本発明によ
れば、停止時もしくは低速回転時には静圧軸受により、
また、高速回転時には静圧及び動圧軸受により、回転軸
をハウジング(軸受パッド)に対して常に非接触状態と
することができる。
従って、本発明によれば、起動時のトルクを小さくでき
ると共に、回転軸及び軸受パッドの摩耗を防ぐことがで
きる。また、高速回転時の遠心力による回転軸の膨らみ
は、スリーブも膨らむことにより緩和されるので、回転
軸とスリーブの間隔と、スリーブとハウジング(軸受パ
ッド)の間隔を遠心力を見込んだ大きさにする必要がな
く、軸受剛性の低下を大幅に防ぐことができる。更に、
静圧及び動圧軸受を直列に配置し、その間にスリーブを
介在させたことにより、軸受全休の発熱量も静圧のみの
場合に比して小さくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の気体軸受装置を用いたスピンドル機構
の一実施例を示す図、第2図は本発明の他の実施例を示
す図、第3図は第2図のA部分を拡大して示す図、第4
図は第2図のB−B断面を示す図、第5図は本発明の更
に他の実施例を示す図、第6図は第5図のA−A断面を
示す図、第7図は本発明の更に他の実施例を示す図、第
8図は第7図の矢視Aを示す図、第9図は従来例を示す
図である。 1はハウジング、2は回転軸、3はスリーブ、4は軸受
パッド、5はヘリングボーン溝、6・7は空気層、12
・l5は規制板、l7は永久磁石、20は気体供給源で
ある。 k’(Z ゝff

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ヘリングボーン溝が形成されている回転軸と、気
    体噴出用の軸受パッドを有するハウジングと、前記回転
    軸と前記ハウジングの間に前記回転軸を囲むように介在
    するスリーブを有し、前記軸受パッドから気体を噴出す
    ることにより前記スリーブを前記ハウジングに対して静
    圧支持すると共に、前記回転軸と前記スリーブの相対的
    な回転差に応じて前記ヘリングボーン溝が発生する動圧
    により前記回転軸を前記スリーブに対して動圧支持する
    ことを特徴とする気体軸受装置。
  2. (2)前記スリーブの縦弾性係数は前記回転軸の縦弾性
    係数より小さいことを特徴とする請求項(1)に記載の
    気体軸受装置。
  3. (3)前記ハウジングは前記スリーブの軸方向の移動を
    規制するための規制手段を有することを特徴とする請求
    項(1)に記載の気体軸受装置。
  4. (4)前記規制手段は前記スリーブの側面に気体を噴出
    するものであることを特徴とする請求項(3)に記載の
    気体軸受装置。
  5. (5)前記規制手段は永久磁石を有し、この永久磁石に
    より前記規制手段と前記スリーブの間に反発力を発生さ
    せるのであることを特徴とする請求項(3)に記載の気
    体軸受装置。
JP1159317A 1989-06-21 1989-06-21 気体軸受装置 Pending JPH0324319A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005083506A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Canon Inc 空気軸受装置
US8052327B2 (en) * 2007-06-04 2011-11-08 Ntn Corporation Hydrostatic gas bearing, rotator and CT scanner
US20150104123A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 General Electric Company Journal bearing assemblies and methods of assembling same

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