JPH0439415A - 流体軸受装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、軸受面と回転体との間の微小すきまに流体膜
を形成して回転体を非接触支持する流体軸受に関し、特
に、高速回転および高精度回転を必要とする工作機械、
計測機械等に使用される流体軸受に関する。

［従来の技術］ 従来の流体静圧軸受として、第４図に示す構成のものが
知られている。同図において、１は回転体であるスラス
トプレート、２は回転体であるロータ、３はハウジング
、４はハウジング３に固定されたリング形状の多孔質体
、５はハウジング３に嵌着された円筒形状の多孔質体、
６は給気孔、７は多孔質体４，５とハウジング３の間に
形成された中空の給気室、８は多孔質体５の円周上に設
けられた排気溝、９は排気孔、１０は多孔質体４の軸受
面４ａとスラストプレート１との間の微小すきま、１１
は多孔質体５の軸受面５ａとロータ２との間の微小すぎ
まである。

上記構成において、給気孔６から加圧気体を供給すると
、その加圧気体は、給気室７から多孔質体４．５を通り
、軸受面４ａ、５ａの開気孔から噴出し、微小すきま１
０．１１に気体膜を形成し、スラストプレート１および
ロータ２を支持する。軸受面４ａに噴出した気体は外部
へ排出される。軸受面５ａに噴出した気体は排気溝８を
通り排気孔９から外部へ排出される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような従来例では回転体が高速回転した
ときの変形により、スラストプレート１の面１ａと軸受
面４ａとが接触してしまうという欠点があった。

本発明の目的は、回転体の回転時の変形によりスラスト
軸受部で軸受面と回転体とが接触することを防止した流
体軸受の提供にある。

〔課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明では、軸受面と回転
体との間の微小すきまからなる軸受すきまに流体膜を形
成して回転体を非接触支持する流体軸受において、回転
体の回転時の変形によりスラスト軸受部で軸受面と回転
体とが接触することを防止するよう回転体の回転時の変
形を見込んてスラスト軸受部の軸受すきまを設定したこ
とを特徴としている。

［作用］ 従来の流体軸受において、回転体が高速回転したときの
変形によりスラスト軸受部で軸受面と回転体とが接触し
てしまう理由は、以下の通りである。

すなわち、スラストプレート１およびロータ２からなる
第４図に示すような回転体を駆動手段（図示しない）に
より高速回転させたとぎ、ロータ２が遠心力により変形
し、微小すきま１１が減少して回転体と軸受面５ａとが
接触してしまうことは知られている。そこで、−数的に
は予め遠心力による変形を見込んでロータ２と多孔質体
５との間の微小すきま１１を各々均等な量だけ太き目に
設定している。また、一般に、回転円板の遠心力による
変形形状は、第５図の破線のようになることが知られて
いるが、従来は、回転軸に垂直な面すなわち第４図にお
けるスラストプレート１の面１ａの変形も同様の傾向の
変形であり、すなわち高速回転時、微小隙間１０はむし
ろ広がる傾向にあると考えられていた。このため、高速
回転時におけるスラストプレート１と多孔質体４との間
の微小すきま１０の変化に関してあまり考慮されていな
いのが実状であった。

これに対し、本発明者の知見によると、第４図に示すよ
うな回転体が高速回転したときは、スラストプレート１
の片側にロータ２が設けられているため、ロータ２と結
合されている側の面１ａの遠心力による伸びがロータ２
によって押えられ、結果としてスラストプレート１のロ
ータ側の面１ａは、第６図に示す破線のように、ロータ
側へ倒れ込むように変形する。すなわち、回転体が高速
回転したときには、微小すきま１０も少さくなるため、
上記従来例のように微小すきま１１を太き目に設定して
も、スラストプレート１の面１ａと軸受面４ａとが接触
してしまうことになる。

本発明では、スラスト軸受部において、回転体の形状、
材質、目標とする回転数等により決定される回転体の変
形量を見込んで停止時の軸受すきまを設定するようにし
たため、回転体が回転時の遠心力等により変形しても、
軸受面と回転体とがスラスト軸受部で接触することを防
止することができる。また、回転体の変形量および変形
形状に合わせて回転体の形状を設定することにより、軸
受面全面にわたって均一な軸受すきまを確保することも
可能である。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る気体軸受の微小すき
ま１０の部分の拡大図である。第１図の軸受は、全体構
成は第４図に示す従来例と同様であるが、この微小すき
ま１０の部分の構造が異なっている。第１図において、
微小すきま１０．１１および面１ａの変形形状（図中破
線）は説明のために誇張して表わしている。

回転前の微小すきま１０（幅Ｃ）は、回転によるスラス
トプレート１の変形量をΔＸとし、目標とする軸受性能
（主に剛性および負荷容量）を得るための設計上のすき
まを００として、Ｃ＝ｃ。

＋ΔＸの関係となるようにしている。

上記構成において、回転体であるスラストプレート１と
ロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の面
１ａはロータ２の影響により図中破線のように軸受面４
側へ倒れ込んでくる。しかし、第１図の流体軸受におい
ては、この倒れ込んでくる量（ΔＸ）を見込んで微小す
きま１０の幅Ｃが設定されているため、面１ａと軸受面
４ａとが接触することが防止される。

微小すきま１０の量Ｃについて具体例で説明する。スラ
ストプレート１の外径が１０５　ｍｍ、内径が３０ｍｍ
、厚さが２５１１１ｍであり、ロータ２の外径が５０ａ
ｏａ、内径が３０ｍｍ、長さが５６ｍｍ、ヤング率が２
１０００　Ｋｇｆ　７ｍｍ２　　ポアソン比が０．３３
、比重が７．８ｇ／ｃｍ’である回転体を３００００　
ｒ、ｐ、ｍ。

で回転させたとき、これを有限要素法を用いて解析する
と、スラストプレート１の面１ａの最大の変形量（ΔＸ
）は８．６μｍ程度になる。

例えば回転体が３００００　ｒ、ｐ、ｍ、で回転時に微
小すきま１０がＣ０＝１０μｍになるようにするために
、面１ａの変形量Δｘ＝８．６μｍを見込んで製作時に
Ｃ＝Ｃ０＋Δｘ　＝　１８．６μｍとなるように微小す
きま１０の大きさＣを設定しておけば、面１ａと軸受面
４ａは接触することなく、また剛性、負荷容量も確保す
ることができる。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す微小すきま１０
の部分の拡大図である。全体の構成は従来例第４図と同
様である。ここで、微小すきま１０．１１および面１ａ
の変形形状（図中破線）は説明のために誇張して表わし
ている。

回転前の微小すきま１０　（＝Ｃ，Ｃ′）は、スラスト
プレート１の外周側の変形量ΔＸと、内周側の変形量Δ
Ｘ′と、目標とする軸受性能（主に剛性および負荷容量
）を得るための設計上のすきまＣ０とからなり、各々Ｃ
＝Δｘ＋Ｃｏ、Ｃ’　＝Δｘ′＋Ｃｏの関係となるよう
にし、軸受面４ａをテーパー形状にしている。

上記構成において、回転体であるスラストプレート１と
ロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の面
１ａは、ロータ２の影響により図中破線のように軸受面
４ａ側へ倒れ込んでくる。

このときのスラストプレートの外周側変形量ΔＸと内周
側の変形量ΔＸ′とを見込んで微小すきま１ｏ　（＝Ｃ
，Ｃ’　）が設定されている。このため、面１ａと軸受
面４ａとが接触することがなくなる。

微小すきま１０の量ｃ、ｃ’　と軸受面４ａのテーバ−
量について具体例で説明する。スラストプレート１の外
径が１０５ｍｍ、内径が３０ａｕｎ、厚さが２５ｍｍて
あり、ロータ２の外径が５０ｍｍ、内径が３０ｍｍ、長
さが５６ｍｍ、ヤング率が２１０００Ｈｇｆ　／　ｍｍ
’　、ポアソン比が０．３３．比重が７８ｇ／ｃｍ３で
ある回転体を３００００　ｒ、ｐ、ｍ、で回転させたと
き、これを有限要素法を用いて解析すると、スラストプ
レートの外周側の変形量（ΔＸ）および内周側の変形量
（Δｘ’　）は、各々８．６μｍおよび５．４μｍ程度
になる。

例えば回転体が３００００　ｒ、ｐ、ｍ、で回転時に微
小すきま１０が１０μｍ　＜ｘｃｏ　＞になるようにす
るために、製作時に、面１ａの変形量Δｔ−８，６μｍ
およびΔｔ’　＝５．４　μｍを見込んでＣ工１８．６
、かツＣ’　＝　　１５．４　μｍとなるように軸受面
４ａにテーパーを設けておけば、面１ａと軸受面４ａと
は接触することがなく、また、軸受面４ａ全面にわたっ
て均一なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に確
保できる。

第３図は、本発明の第３実施例を示す。同図の軸受は、
スラストプレート１の面１ａが軸受面４ａに対向する範
囲にテーパーを設けたものである。このテーパー量りは
、′ｓ２図におけるスラストプレート外周側変形量ΔＸ
と内周側変形量ΔＸ′　とから求まり、ｈ；ΔＸ−ΔＸ
′　という関係にあり、Ｃ”　Ｃｏ＋Δｘ　　＋ｈとな
る。上述の具体例を用いて説明すると、回転体が３００
００ｒ、ｐ、ｏ＋、で回転したときにΔｘ＝８．６μｍ
、ΔＸ−５，４μｍであるから、ｈ＝３．２μｍのテー
パー量となり、製作時にスラストプレートに３，２μｍ
のテーパーを設け、Ｃ＝　１８．６μｒｎとなるように
微小すきま１０を設定しておけば、面１ａと軸受面４ａ
とは接触することなく、また軸受面４ａ全面にわたって
均一なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に確保
できる。

以上は多孔買体を用いた多孔買絞り方式の気体軸受に関
して説明したが、本発明は、他の絞り方式、例えば自戒
絞り、表面絞り、オリフィス絞り等による気体軸受にも
応用できる。また動圧気体軸受にも応用可能で、気体に
限らず油等の液体による軸受にも応用可能である。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、回転体の径、長
さ、材質、回転数により決定される回転体の変形量を見
込んで軸受すきまを設定することにより、回転体の高速
回転時にロータの影響でスラストプレート軸受面側へ倒
れ込むように変形しても軸受面とスラストプレートとの
接触を回避でき、軸受回転時の焼付き、回転精度の低下
等を防止でき良好な軸受を達成することができる。

また、回転体の変形量および変形形状に合わせて軸受面
または回転体の形状を調整することで、上述の効果に合
わせて軸受面全面にわたって均な軸受すきまを確保する
ことができるため、剛性、負荷容量として設計通りの値
が得られる。

１１・微小すきま

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る気体軸受の部分拡大
図、 第２図は、本発明の第２実施例に係る気体軸受の部分拡
大図、 第３図は、本発明の＄３実施例に係る気体軸受の部分拡
大部、 第４図は、従来の気体軸受の断面図、 第５図は、回転円板の回転時の変形状態を模擬的に表わ
した図、そして 第６図は、回転体の回転時の変形状態を模擬的に表わし
た図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸受面と回転体との間の微小すきまからなる軸受
   すきまに流体膜を形成して回転体を非接触支持する流体
   軸受において、 回転体の回転時の変形を見込んで、この変形によりスラ
   スト軸受部で軸受面と回転体とが接触しないように、回
   転体の停止時におけるスラスト軸受部の軸受すきまを設
   定したことを特徴とする流体軸受。
2. （２）軸受すきまを、回転体が回転することにより変形
   したとき均一となるように設定したことを特徴とする請
   求項１記載の流体軸受。
3. （３）回転体の形状、材質、目標とする回転数により決
   定される回転体の変形量を見込んで停止時の軸受すきま
   を大き目に設定したことを特徴とする請求項１記載の流
   体軸受。
4. （４）回転体の形状、材質、目標とする回転数により決
   定される回転体の変形量および変形形状に合わせて軸受
   面の形状を設定したことを特徴とする請求項２記載の流
   体軸受。
5. （５）回転体の形状、材質、目標とする回転数により決
   定される回転体の変形量および変形形状に合わせて回転
   体の形状を設定したことを特徴とする請求項２記載の流
   体軸受。