JPH03249425A

JPH03249425A - 静圧気体軸受

Info

Publication number: JPH03249425A
Application number: JP4269290A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Tanaka; 守田中; Masayuki Suzuki; 雅之鈴木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2814656B2

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）本発明の静圧気体軸受は、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
圧気体軸受の小型化と剛性向上とを図るものである。

（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。

第１０〜１１図は、この様な従来から知られている静圧
気体軸受の１例として、特公昭４５−３７６８３号公報
に記載された静圧気体軸受を示している。

第１０図に於いて１は、内周面を円筒状の軸受面２とし
た軸受部材で、この軸受部材１の内側に３゜回転部材である回転軸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、それぞれ圧力容積部である
凹部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを形成し、各凹部４ａ、４
ｂ、５ａ、５ｂに圧縮気体を送り込む事で、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。

上記４個の凹部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの内、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。

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、上下の凹部４ａ、４
ｂ、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、例えば第１１図に示す様に
構成されている。

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ボート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
第二ボート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の中間部にはダイヤフラム１５を設けて、このハウジ
ング８の内側を、第一ボート９側の第一室１３と第一ボ
ート１１側の第二室１４とに分割し、これら第、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、第二両ボート９．１
１の開口部を囲む位置は、全周に互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
二両ボート９．１１と第第二両室１３．１４との間に、
それぞれ第第二両絞り流路１６．１７を形成している。

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４ａ１４ｂ、５ａ、５ｂに送り込まれる圧縮気体の量
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。

例えば、第１１図に於いて回転軸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
の寸法が、下側で小さく、上側で大きくなる。この寸法
変化に伴ない、下側の凹部４ｂ　（５ｂ）内の圧力が高
く、上側の凹部４ａ（５ａ）内の圧力が低くなり、第二
供給管１２により凹部４ｂ　（５ｂ）と通じた第二ボー
ト１１内の圧力が上昇し、第一供給管１０により凹部４
ａ（５ａ）と通じた第一ボート９内の圧力が低下する。

この結果、第一、第二両ボート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り、上
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が第１１図で上方に押
され、この回転＠３の変位が解消される。

（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フた。

即ち、従来構造の場合、前記第１０図に示した様に、第
一、第二の両制御絞り弁６．７と各凹部４ａ、　　４ｂ
、５ａ、５ｂとを連通ずる為の、第、第二両室１３１０
．１２が長く、回転軸３が変位した場合に於ける流量制
御の応答性が悪い為、凹部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂに送
り込んだ圧縮気体により、自動振動が発生し易く、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。

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。

Ｃ８題を解決する為の手段）本発明の静圧気体軸受は、軸受面を有するハウジングと
、この軸受面に形成された複数の圧力容積部と、上記ハ
ウジングの外面に形成した長孔状の空間部に設けた制御
絞り弁と、上記ハウジング内に形成され、且つ上記制御
絞り弁と上記各圧力容積部とを連通させる分配流路と、
圧縮気体供給源と上記空間部とを連通させる給気流路と
を具えている。

そして、上記制御絞り弁は、長方形状の板ばねと、この
板ばねを挟持する１対の長方形状の弁座板とを具え、各
弁座板の板ばねと対向する面の中央部に形成した凹部の
中央には、この凹部の深さ寸法よりも小さな高さ寸法を
有する凸部を形成し、この凸部の中央には、各弁座板と
板ばねとの間に存在する空間と上記分配流路とを連通ず
る通孔を形成している。

（作　　用）上述の様に構成される本発明の静圧気体軸受の場合、回
転部材を支承する為の圧縮気体は、制御絞り弁と圧力容
積部とを通じて軸受隙間に送り込まれ、上記回転部材を
軸受部材に対して、非接触状態で支承する。

本発明の静圧気体軸受の場合、制御絞り弁をハウジング
に内蔵し、この制御絞り弁と圧力容積部とを結ぶ分配流
路を短くしている為、制御絞り弁の応答性が向上し、自
助振動が発生しにくくなって、静圧気体軸受を組み込ん
だ装置の運転を安定した状態で行なえる。

又、制御絞り弁を構成する板ばね及び弁座板を長方形状
とし、上記制御絞り弁を収納する為の空間部を、長孔状
とした為、複数の制御絞り弁を狭い面積内に設置する事
が可能となり、静圧気体軸受の小型化を図れる。

（実施例）次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を更に詳しく
説明する。

第１〜８図は本発明の実施例を示しており、第１図は第
８図のＡ−Ａ線で切断してスラスト軸受部分を示す断面
図、第２図はスラスト軸受面に形成したスリット溝の形
状を示す、第１図のＢ−Ｂ親図、第３図は第８図のＣ−
Ｃ線で切断してラジアル軸受部分を示す断面図、′ｓ４
図は′ｓ３図のＤ−Ｄ断面図、第５図はラジアル軸受面
に形成したスリット溝の形状を示す、第４図のＥ−Ｅ親
図、第６図は制御絞り弁の分解斜視図、第７図は制御絞
り弁の組み付は状態を示す、′ｓ６図のＦ−Ｆ断面に相
当する図、第８図は制御絞り弁の配置状態を示す、第１
図のＧ−Ｇ親図である。

第１図に於いて、それぞれ短筒状に形成された内筒２２
に外筒２３を外嵌固定している。内筒２２の内側には、
円管状の回転部材２４が挿通されており、この回転部材
２４の両端部にそれぞれ固定されたフランジ片２５ａ、
２５ｂの内側面と、上記内筒２２と外筒２３との端面に
固定した軸受部材２６ａ、２６ｂとが対向している。そ
して、内筒２２と外筒２３と軸受部材２６ａ、２６ｂと
で、ハウジング２１を構成している。

内筒２２と外筒２３との間に挟まれる様にして、これら
部材２２．２３の端面に固定された各軸受部材２６ａ、
２６ｂは、それぞれの外側面を軸受面２７ａ、２７ｂと
しており、各軸受面２７ａ、２７ｂに、それぞれ第２図
に示す様に、複数の同心円弧部とこれら複数の同心円弧
部同士を連続させる放射部とから成る、圧力容積部であ
るスリット溝２８ａ、２８ｂを形成している。

各スリット溝２８ａ、２８ｂはそれぞれ、分配流路２９
ａ、２９ｂと、外筒２３内に設けられた制御絞り弁３０
ａと、給気流路３１とを介して、コンプレッサ等の圧縮
気体供給源に通じており、各スリット溝２８ａ、２８ｂ
に圧縮気体を送り込む事で、上記回転部材２４をハウジ
ング２１が非接触状態で支承する様にしている。

即ち、上記各スリット溝２８ａ、２８ｂ内に送り込まれ
た圧縮気体により、上記軸受面２７ａ、２７ｂとフラン
ジ片２５ａ、２５ｂの内側面との間に軸受隙間を形成し
、回転部材２４がハウジング２１の内筒２２の内側で、
各フランジ片２５ａ、２５ｂと各軸受部材２６ａ、２６
ｂとが互いに接触する事なく回転する様にしている。

各スリット溝２８ａ、２８ｂに通じる分配流路２９ａ、
２９ｂと給気流路３１との間に設けた制御絞り弁３０ａ
は、前述した従来構造に於ける第、第二の制御絞り弁６
．７（第１０〜１１図参照）と同様に機能して、両スリ
ット溝２８ａ、２８ｂへの圧縮気体の供給量を調節し、
フランジ片２５ａの内側面と軸受面２７ａとの間の軸受
隙間の大きさと、フランジ片２５ｂの内側面と軸受面２
７ｂとの間の軸受隙間の大きさとが大きく異ならない様
にするものである。

但し、本発明に使用する制御絞り弁の場合、この様な制
御絞り弁３０ａを、第６図に示す様に、長方形状で、厚
さが０．１〜０．３５ｍｍ程度の板ばね３２と、この板
ばね３２を挟持する１対の長方形状の弁座板３７．３７
と、両弁座板３７．３７を取り付けるボルトとから構成
すると共に、これら各部材３２．３７から成る制御絞り
弁３０ａを、上記外筒２３の外面に形成した、長孔状の
空間部である凹部３３ａ内に装着している。

尚、静圧気体軸受用制御絞り弁３０ａの場合は、板ばね
３２の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、圧力変化に対応し
た板ばね３２の動きが過敏になり過ぎて、制御絞り弁３
０ａによる制御が安定せずに、自助振動が発生し易くな
る。反対に、板ばね３２の厚さが０．３５ｍｍを越えた
場合、板ばね３２の動きかにぶくなり過ぎて、制御絞り
弁３０ａによる制御があまり行なわれなくなる。この為
、板ばね３２の厚さを、上記範囲に限定した。

上記各弁座板３７．３７の、板ばね３２と対向する面の
中央部には、凹部３４．３４を形成しており、各凹部３
４．３４の中央には、各凹部３４．３４の深さ寸法ｄよ
りも小さな高さ寸法ｈ（くｄ）を有する凸部３５．３５
を形成している。更に、各凸部３５．３５の中央には、
各弁座板３７．３７と板ばね３２との間に存在する空間
３６．３６と前記分配流路２９ａ、２９ｂとを連通ずる
為、第７図に示す様に、内径が１〜３ｍｍ程度の通孔４
２．４２を形成している。そして、これら各部材３２．
３７より成る制御絞り弁３０ａを装着した凹部３３ａの
開口部を蓋板３８により塞いでいる。蓋板３８には、ス
リット溝２８ｂに通じる分配流路２９ｂの一部を形成し
、１対の分配流路２９ａ、２９ｂが上記制御絞り弁３０
ａに対して、両側から接続される様にしている。

尚、通孔４２の内径が１ｍｍ未満であると、各スリット
溝２８ａ、２８ｂへの圧縮気体の供給量が不足し、回転
部材２４の支持が不十分となる。反対に、通孔４２の内
径が３ｍｍを越えた場合、凸部３５の板ばね３２側の面
の面積が小さくなって、凸部３５と板ばね３２との間の
空間３６の絞り効果が小さくなり、圧縮気体の流れの乱
れが大きくなって、回転部材２４の支持が不安定になる
。この為、各通孔４２．４２の内径を、１〜３ｍｍとし
た。

更に、内筒２２の内周面に設けられた軸受面３９には、
圧力容積部である、第５図に示す様な１８１字形のスリ
ット溝４０．４０を、軸方向２個所に４個ずつ、合計８
個形成している。そして、第３．４．８図に示す様に、
外筒２３の外周面に形成した長孔状の空間部である、凹
部３３ｂ〜３３ｅに内蔵した、長方形状の板ばね３２と
弁座板３７．３７とを具えた制御絞り弁３０ｂ〜３０ｅ
と分配流路４１．４１とを通じて、各スリット溝４０．
４０に圧縮気体を供給する様にしている。

上述の様に構成される本発明の静圧気体軸受の場合、回
転部材２４を支承する為の圧縮気体は、各スリット溝２
８　ａ、　　２８　ｂ、　　４０．４０を通して、各フ
ランジ片２５ａ、２５ｂの内側面と軸受面２７ａ、２７
ｂとの間、及び回転部材２４の外周面と軸受面３９との
間の軸受隙間に送り込まれ、軸受部材であるハウジング
２１の内側に回転部材２４を、非接触状態で支承する。

回転部材２４が軸方向（第１図の左右方向）にずれた場
合には、制御絞り弁３０ａの作用によりこのずれを修正
し、又、回転部材２４が軸と直角方向にずれた場合や傾
斜した場合には、制御絞り弁３０ｂ〜３０ｅの作用によ
り、このずれや傾斜を修正する。

更に、本発明の静圧気体軸受の場合、第８図に示す様に
複数個（５個）の制御絞り弁３０ａ〜３０ｅをハウジン
グ２１に内蔵し、各制御絞り弁３０ａ〜３０ｅと圧力容
積部であるスリット溝２８ａ、２８ｂ、４０，４０とを
結ぶ分配流路２９ａ、２９ｂ、４１．４１を短くしてい
る為、各制御絞り弁３０ａ〜３０ｅの応答性が向上し、
自動振動が発生しにくくなって、静圧気体軸受を組み込
んだ装置の運転を安定した状態で行なえる。

尚、第９図に示す様に、ハウジング８の外面に、それぞ
れが円形の凹部１９．１９を形成し、各凹部１９．１９
の内側に円形の制御絞り弁２０．２０を組み込むと、隣
り合う凹部１９．１９同士が干渉しない様にする為に、
隣り合う凹部１９．１９同士の間隔を十分に広くする必
要が生じ、制御絞り弁２０．２０の設置スペースが広く
なって、静圧気体軸受が大型化してしまう。

この為本発明の場合、各制御絞り弁３０ａ〜３０ｅを構
成する板ばね３２及び弁座板３７．３７を長方形状とし
、上記各制御絞り弁３０ａ〜３０ｅを収納する為の凹部
３３ａ〜３３ｅを長孔状として、第８図に示す様に、複
数の制御絞り弁３０ａ〜３０ｅを狭い面積内に設置する
事が可能とし、静圧気体軸受の小型化を図れる様にした
。

尚、ラジアル方向の変位とスラスト方向の変位との両方
向を制御絞り弁により規制する為には、少なくとも３個
の制御絞り弁が必要となり、更に回転軸３の傾斜を抑え
る為、軸方向に亙って２組のラジアル軸受を設ける場合
には、５個の制御絞り弁が必要となる。

又、図示された１対のスラスト軸受により、回転軸３の
傾斜を抑える為には、スラスト軸受用の制御絞り弁が４
個必要である。

（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、回転部材を支承する為の圧縮気体による自動
振動が発生し難く、しかも小型の静圧気体軸受を提供す
る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の実施例を示しており、第１図は第
８図のＡ−Ａ線で切断してスラスト軸受部分を示す断面
図、第２図はスラスト軸受面に形成したスリット溝の形
状を示す、′！Ｊ１図のＢ−Ｂ親図、第３図は′ｓ８図
のＣ−Ｃ線で切断してラジアル軸受部分を示す断面図、
第４図は第３図のＤ−Ｄ断面図、第５図はラジアル軸受
面に形成したスリット溝の形状を示す、第４図のＥ−Ｅ
親図、第６図は制御絞り弁の分解斜視図、第７図は制御
絞り弁の組み付は状態を示す、第６図のＦ−Ｆ断面に相
当する図、３４８図は制御絞り弁の配置状態を示す、第
１図のＧ−Ｇ親図、第９図は円形の制御絞り弁を配置し
た状態を示す、第８図と同様の図、第１０図は従来の静
圧気体軸受の１例を示す断面図、第１１図は制御絞り弁
による制御回路を示す断面図である。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−室、１４：第二室、１５：ダイヤフラム、１
６：第一絞り流路、１７：ｌ二絞り流路、１８：軸受隙
間、１９：凹部、２０：制御絞り弁、２１：ハウジング
、２２：内筒、２３：外筒、２４：回転部材、２５ａ、
２５ｂ：フランジ片、２６ａ、２６ｂ：軸受部材、２７
ａ、２７ｂ；軸受面、２８ａ、２８ｂ＝スリツト溝、２
９ａ、２９ｂ：分配流路、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３
０ｄ、３０ｅ　：制御絞り弁、３１：給気流路、３２：
板ばね、３３ａ、　３３　ｂ、　３３　ｅ、　３３　ｄ
、　３３　ｅ、３４：凹部、３５：凸部、３６：空間、
３７：弁座板、３８：蓋板、３９：軸受面、４０ニスリ
ツト溝、４１：分配流路、４２：通孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸受面を有するハウジングと、この軸受面に形成
された複数の圧力容積部と、上記ハウジングの外面に形
成した長孔状の空間部に設けた制御絞り弁と、上記ハウ
ジング内に形成され、且つ上記制御絞り弁と上記各圧力
容積部とを連通させる分配流路と、圧縮気体供給源と上
記空間部とを連通させる給気流路とを具え、上記制御絞
り弁は、長方形状の板ばねと、この板ばねを挟持する１
対の長方形状の弁座板とを具え、各弁座板の板ばねと対
向する面の中央部に形成した凹部の中央には、この凹部
の深さ寸法よりも小さな高さ寸法を有する凸部を形成し
、この凸部の中央には、各弁座板と板ばねとの間に存在
する空間と上記分配流路とを連通する通孔を形成した静
圧気体軸受。
（２）ハウジングの外面に複数の空間部が形成されてお
り、各空間部にそれぞれ制御絞り弁が設けられている、
請求項１に記載の静圧気体軸受。
（３）通孔の内径が１〜３ｍｍであり、板ばねの厚さが
０．１〜０．３５ｍｍである、請求項１又は請求項２に
記載の静圧気体軸受。