JPH0579510A - 自己加圧式の気体支持型の軸受 - Google Patents
自己加圧式の気体支持型の軸受Info
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- JPH0579510A JPH0579510A JP3136754A JP13675491A JPH0579510A JP H0579510 A JPH0579510 A JP H0579510A JP 3136754 A JP3136754 A JP 3136754A JP 13675491 A JP13675491 A JP 13675491A JP H0579510 A JPH0579510 A JP H0579510A
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- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
- F16C17/026—Sliding-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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/0427—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for axial load mainly
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
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- H02K5/1675—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
- F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
- F16C2240/54—Surface roughness
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 迅速にかつ低速度で約５，３５０から８，９
１７ｋｇ／ｃｍ程度の高いレベルの軸受剛さを生じかつ
広い速度範囲で作動可能な高精度の自己加圧式の気体支
持型の軸受を提供する。 【構成】 自己加圧式の気体支持型の軸受は円筒形の軸
受スリーブ４０を備え、第１の粗度Ｒａプロファイルの
ランダムな表面形状を有する第１の軸受面を形成する円
筒形の内側面４４を有する。円筒形の軸受シャフト４６
が軸受スリーブ４０の中でこれと同軸状に配設されてお
り、軸受シャフト４６は、第２の粗度プロファイルのラ
ンダムな表面形状を有する第２の軸受面を形成する円筒
形の外側面を有する。第１及び第２の粗度Ｒａプロファ
イルの和は約１８から６０の範囲に入る。駆動装置が軸
受スリーブ４０と軸受シャフト４６との間の相対的な回
転速度を確立し、重なる軸受面を浮遊させてこれら軸受
面の接触を断つ軸受剛性力を生ずる。
１７ｋｇ／ｃｍ程度の高いレベルの軸受剛さを生じかつ
広い速度範囲で作動可能な高精度の自己加圧式の気体支
持型の軸受を提供する。 【構成】 自己加圧式の気体支持型の軸受は円筒形の軸
受スリーブ４０を備え、第１の粗度Ｒａプロファイルの
ランダムな表面形状を有する第１の軸受面を形成する円
筒形の内側面４４を有する。円筒形の軸受シャフト４６
が軸受スリーブ４０の中でこれと同軸状に配設されてお
り、軸受シャフト４６は、第２の粗度プロファイルのラ
ンダムな表面形状を有する第２の軸受面を形成する円筒
形の外側面を有する。第１及び第２の粗度Ｒａプロファ
イルの和は約１８から６０の範囲に入る。駆動装置が軸
受スリーブ４０と軸受シャフト４６との間の相対的な回
転速度を確立し、重なる軸受面を浮遊させてこれら軸受
面の接触を断つ軸受剛性力を生ずる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自己加圧式の気体支持型
の軸受に関し、より詳細には高精度で高速の気体支持型
の軸受に関する。
の軸受に関し、より詳細には高精度で高速の気体支持型
の軸受に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】図１Ａ及び図１Ｂは円筒
型の回転シャフト１２に機械的に連結された多角形の回
転ミラー１０を有する多角形のミラー・スキャニング装
置を示している。シャフト１２の下端部は玉軸受１６に
よりスキャナ・ハウジング１４に回転可能に接続されて
いる。シール２０は、高速作動の間に、玉軸受１６、１
８から排出される液体の潤滑剤の循環を最適にしてい
る。
型の回転シャフト１２に機械的に連結された多角形の回
転ミラー１０を有する多角形のミラー・スキャニング装
置を示している。シャフト１２の下端部は玉軸受１６に
よりスキャナ・ハウジング１４に回転可能に接続されて
いる。シール２０は、高速作動の間に、玉軸受１６、１
８から排出される液体の潤滑剤の循環を最適にしてい
る。
【０００３】永久磁石２２がシャフト１２に堅固に連結
されている。励起されると、モータの磁界巻線２４が磁
石２２と相互に作用してシャフト１２及び多角形のミラ
ー１０を回転させる。
されている。励起されると、モータの磁界巻線２４が磁
石２２と相互に作用してシャフト１２及び多角形のミラ
ー１０を回転させる。
【０００４】このような従来技術の玉軸受に支持されて
モータ駆動される負荷は、玉軸受のボール及びレースの
アセンブリの寸法的な不規則性に応答し、また液体の潤
滑剤による不都合な干渉により、２つの支持軸受アセン
ブリの間の間隔に応じて１０アークセコンドあるいはそ
れ以上の多角形のミラーのスキャニング誤差を生ずる。
選択した玉軸受の要素を需要家に合わせて機械加工しか
つ取り付けた場合でも、スキャニング誤差を約５アーク
セコンドより小さくすることはできない。潤滑剤の再分
布は回転周期を不安定にする（速度が不安定になる）。
モータ駆動される負荷は、玉軸受のボール及びレースの
アセンブリの寸法的な不規則性に応答し、また液体の潤
滑剤による不都合な干渉により、２つの支持軸受アセン
ブリの間の間隔に応じて１０アークセコンドあるいはそ
れ以上の多角形のミラーのスキャニング誤差を生ずる。
選択した玉軸受の要素を需要家に合わせて機械加工しか
つ取り付けた場合でも、スキャニング誤差を約５アーク
セコンドより小さくすることはできない。潤滑剤の再分
布は回転周期を不安定にする（速度が不安定になる）。
【０００５】玉軸受から排出される液体の潤滑剤の不可
避的な循環がハウジング１４の内側に入り、多角形のミ
ラー１０の反射ファセットを、特に各ファセットの先導
縁に沿って汚し、これによりミラーの反射特性を低下さ
せる。多角形のミラー１０の個々のファセットを定期的
に洗浄して汚染している潤滑剤を取り除く必要がある。
避的な循環がハウジング１４の内側に入り、多角形のミ
ラー１０の反射ファセットを、特に各ファセットの先導
縁に沿って汚し、これによりミラーの反射特性を低下さ
せる。多角形のミラー１０の個々のファセットを定期的
に洗浄して汚染している潤滑剤を取り除く必要がある。
【０００６】図２に示す従来技術のヘリンボーン型の軸
受アセンブリは円筒形の孔２６及びシャフト２８を有し
ている。シャフト２８は参照符号３０、３２により指示
された独立したヘリンボーン・パターンを有している。
シャフト２８の外面の各ヘリンボーン・パターンは可能
な限り精緻なものとしなければならない。符号３４に指
示されたシャフト２８の断面の縁部により示されるよう
に、ヘリンボーン・パターン領域の中のシャフト表面積
の約５０％が切除され、これにより残余のシャフト表面
の約５０％だけが、回転シャフトとスリーブの孔２６の
切除されていない円筒形の面との間に荷重支持面を形成
することができる。極めて制限されたこの荷重支持面の
領域は、荷重支持力あるいはシャフト２８及びスリーブ
２６の間に生ずる軸受剛さを急激に減少させる。その直
接的な結果として、シャフト２８及びスリーブ孔２６の
接近して隔置された面は上昇せず溝が加圧されるまで浮
遊する。０ＲＰＭから上昇速度まで、これら２つの面は
接触軸受として作動し、互いに擦れ合って大きな摩擦力
と軸受面の摩耗を生ずる。
受アセンブリは円筒形の孔２６及びシャフト２８を有し
ている。シャフト２８は参照符号３０、３２により指示
された独立したヘリンボーン・パターンを有している。
シャフト２８の外面の各ヘリンボーン・パターンは可能
な限り精緻なものとしなければならない。符号３４に指
示されたシャフト２８の断面の縁部により示されるよう
に、ヘリンボーン・パターン領域の中のシャフト表面積
の約５０％が切除され、これにより残余のシャフト表面
の約５０％だけが、回転シャフトとスリーブの孔２６の
切除されていない円筒形の面との間に荷重支持面を形成
することができる。極めて制限されたこの荷重支持面の
領域は、荷重支持力あるいはシャフト２８及びスリーブ
２６の間に生ずる軸受剛さを急激に減少させる。その直
接的な結果として、シャフト２８及びスリーブ孔２６の
接近して隔置された面は上昇せず溝が加圧されるまで浮
遊する。０ＲＰＭから上昇速度まで、これら２つの面は
接触軸受として作動し、互いに擦れ合って大きな摩擦力
と軸受面の摩耗を生ずる。
【０００７】図２に示すヘリンボーン型の空気軸受は、
相対的に回転するスリーブの孔２６とシャフト２８との
間の相互作用により生ずる空気圧送作用に依存してい
る。そのような空気圧送作用は加圧空気の流れを生じ、
この流れは矢印３６で示す方向へ軸受面を通って上方へ
流れて空気排出ポート３８から排出される。回転するス
リーブアセンブリにより適正な加圧が一旦確立される
と、スリーブの孔２６はシャフト２８の凸面状の頂部と
相対的に浮遊する。上昇が生ずるまでは、シャフト２８
の頂部は擦れ、シャフト２８の頂部と空気排出ポート３
８の基部との間の界面に表面の摩耗が生ずる。
相対的に回転するスリーブの孔２６とシャフト２８との
間の相互作用により生ずる空気圧送作用に依存してい
る。そのような空気圧送作用は加圧空気の流れを生じ、
この流れは矢印３６で示す方向へ軸受面を通って上方へ
流れて空気排出ポート３８から排出される。回転するス
リーブアセンブリにより適正な加圧が一旦確立される
と、スリーブの孔２６はシャフト２８の凸面状の頂部と
相対的に浮遊する。上昇が生ずるまでは、シャフト２８
の頂部は擦れ、シャフト２８の頂部と空気排出ポート３
８の基部との間の界面に表面の摩耗が生ずる。
【０００８】図２に示すタイプのヘリンボーン型の空気
軸受の他の欠点は、これら軸受を垂直方向の向きで作動
させなければならないことである。軸受シャフト２８の
表面に極めて高度の機械的な精度のヘリンボーン・パタ
ーンを形成する必要があるために製造コストが高くな
る。
軸受の他の欠点は、これら軸受を垂直方向の向きで作動
させなければならないことである。軸受シャフト２８の
表面に極めて高度の機械的な精度のヘリンボーン・パタ
ーンを形成する必要があるために製造コストが高くな
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の基本的
な目的は、迅速にかつ低速度で約５，３５０から８，９
１７ｋｇ／ｃｍ（３０，０００から５０，０００ポンド
／インチ）程度の高いレベルの軸受剛さを生じかつ広い
速度範囲で作動可能な高精度の自己加圧式の気体支持型
の軸受を提供することである。
な目的は、迅速にかつ低速度で約５，３５０から８，９
１７ｋｇ／ｃｍ（３０，０００から５０，０００ポンド
／インチ）程度の高いレベルの軸受剛さを生じかつ広い
速度範囲で作動可能な高精度の自己加圧式の気体支持型
の軸受を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、軸受スリーブが軸受
シャフトに対して比較的低い速度で上昇（リフトオフ）
する高精度の自己加圧式の気体支持型の軸受を提供する
ことである。
シャフトに対して比較的低い速度で上昇（リフトオフ）
する高精度の自己加圧式の気体支持型の軸受を提供する
ことである。
【００１１】本発明の他の目的は、広い速度範囲にわた
って軸受を水平方向、垂直方向あるいはこれらの間の傾
斜した方向のいずれの向きにおいても作動可能で極めて
高いレベルの軸受剛さの力を生ずる高精度の自己加圧式
の気体支持型の軸受を提供することである。
って軸受を水平方向、垂直方向あるいはこれらの間の傾
斜した方向のいずれの向きにおいても作動可能で極めて
高いレベルの軸受剛さの力を生ずる高精度の自己加圧式
の気体支持型の軸受を提供することである。
【００１２】本発明の他の目的は、双方向に作動可能な
高精度の自己加圧式の気体支持型の軸受を提供すること
である。
高精度の自己加圧式の気体支持型の軸受を提供すること
である。
【００１３】本発明の他の目的は、閉鎖システムとして
作動し軸受の空気ギャップの中へ送り込まれる異物によ
り生ずるトラブルを低減することのできる高精度の自己
加圧式の気体支持型の軸受を提供することである。
作動し軸受の空気ギャップの中へ送り込まれる異物によ
り生ずるトラブルを低減することのできる高精度の自己
加圧式の気体支持型の軸受を提供することである。
【００１４】本発明の他の目的は、少なくとも２０，０
００回の起動／停止サイクルが可能な高精度の自己加圧
式の気体支持型の軸受を提供することである。
００回の起動／停止サイクルが可能な高精度の自己加圧
式の気体支持型の軸受を提供することである。
【００１５】本発明の一実施例によれば、概略的に言っ
て、自己加圧式の気体支持型の軸受は、長手方向の軸線
を有すると共に第１の粗度Ｒａプロファイルのランダム
な表面形状を有する第１の軸受面を含む円筒形の内側面
を有する円筒形の軸受スリーブと、軸受スリーブの中で
これと同心円状に配設された円筒形の軸受シャフトとを
備えている。軸受シャフトは円筒形の外側面を有してお
り、この外側面は第２の粗度Ｒａのプロファイルのラン
ダムな表面形状を有する第２の軸受面を備えている。第
１及び第２の粗度Ｒａプロファイルの和は約１８から約
６０の範囲内にある。軸受スリーブ及び軸受シャフトは
長手方向の軸線に沿って整合され、これにより第１及び
第２の軸受面は重なる。駆動手段が軸受スリーブと軸受
シャフトとの間に相対的な回転速度を確立し、ここにお
いて相対的な回転速度は軸受剛さの力を発生すると共に
スリーブとシャフトの重なった軸受面を分離してそれら
の間の接触状態を解放する。軸受スリーブ及び軸受シャ
フトは、スリーブの第１の軸受面とこれに重なるシャフ
トの第２の軸受面との間に所定の平均間隔を維持する寸
法になされ、その平均間隔は、最小で約０．００１９ｍ
ｍ（７５マイクロインチ）から第１及び第２の軸受面が
浮揚して接触していない状態とならない最大平均間隔の
間である。本発明の軸受はまた線形軸受として構成する
こともできる。
て、自己加圧式の気体支持型の軸受は、長手方向の軸線
を有すると共に第１の粗度Ｒａプロファイルのランダム
な表面形状を有する第１の軸受面を含む円筒形の内側面
を有する円筒形の軸受スリーブと、軸受スリーブの中で
これと同心円状に配設された円筒形の軸受シャフトとを
備えている。軸受シャフトは円筒形の外側面を有してお
り、この外側面は第２の粗度Ｒａのプロファイルのラン
ダムな表面形状を有する第２の軸受面を備えている。第
１及び第２の粗度Ｒａプロファイルの和は約１８から約
６０の範囲内にある。軸受スリーブ及び軸受シャフトは
長手方向の軸線に沿って整合され、これにより第１及び
第２の軸受面は重なる。駆動手段が軸受スリーブと軸受
シャフトとの間に相対的な回転速度を確立し、ここにお
いて相対的な回転速度は軸受剛さの力を発生すると共に
スリーブとシャフトの重なった軸受面を分離してそれら
の間の接触状態を解放する。軸受スリーブ及び軸受シャ
フトは、スリーブの第１の軸受面とこれに重なるシャフ
トの第２の軸受面との間に所定の平均間隔を維持する寸
法になされ、その平均間隔は、最小で約０．００１９ｍ
ｍ（７５マイクロインチ）から第１及び第２の軸受面が
浮揚して接触していない状態とならない最大平均間隔の
間である。本発明の軸受はまた線形軸受として構成する
こともできる。
【００１６】
【実施例】本発明の利点および当該技術への貢献をより
良く示すために、本発明の好ましい装置の実施例を以下
に詳細に説明する。
良く示すために、本発明の好ましい装置の実施例を以下
に詳細に説明する。
【００１７】図３を参照すると、自己与圧型の気体軸受
は円筒形の軸受スリーブ４０を有しており、この軸受ス
リーブは、長手方向の軸線４２と、第１の軸受面を形成
する円筒形の内側面４４とを有している。
は円筒形の軸受スリーブ４０を有しており、この軸受ス
リーブは、長手方向の軸線４２と、第１の軸受面を形成
する円筒形の内側面４４とを有している。
【００１８】円筒形の軸受シャフト４６は、軸受スリー
ブ４０の中でこの軸受スリーブと同軸状に位置している
と共に、第２の軸受面を形成する円筒形の外側面４８を
有している。シャフト４６の上端部は回転可能な多角形
のスキャニング・ミラー５０等の負荷を支持するように
堅固に連結されている。
ブ４０の中でこの軸受スリーブと同軸状に位置している
と共に、第２の軸受面を形成する円筒形の外側面４８を
有している。シャフト４６の上端部は回転可能な多角形
のスキャニング・ミラー５０等の負荷を支持するように
堅固に連結されている。
【００１９】シャフト４６の下端部は、軸方向のスラス
ト軸受アセンブリの一部を形成する環状の磁石アセンブ
リ５２に連結されており、上記軸受アセンブリも非回転
環状磁石５４および５６を有している。図３に示すよう
に、磁石５２、５４、５６は、これらの向かい合う磁極
が回転磁石５２の上方及び下方の両方において磁気的な
反発力を生ずるように配設されている。これらの実質的
に等しい磁気的な反発力が、磁石５２と５４との間及び
磁石５２と５６との間に約０．７６ｍｍ（０．０３０イ
ンチ）程度の実質的に固定された空隙を維持し、これに
より、シャフト４６及び多角形のミラー５０等の負荷の
両方に対して実質的に固定された軸方向の整合を維持し
ている。
ト軸受アセンブリの一部を形成する環状の磁石アセンブ
リ５２に連結されており、上記軸受アセンブリも非回転
環状磁石５４および５６を有している。図３に示すよう
に、磁石５２、５４、５６は、これらの向かい合う磁極
が回転磁石５２の上方及び下方の両方において磁気的な
反発力を生ずるように配設されている。これらの実質的
に等しい磁気的な反発力が、磁石５２と５４との間及び
磁石５２と５６との間に約０．７６ｍｍ（０．０３０イ
ンチ）程度の実質的に固定された空隙を維持し、これに
より、シャフト４６及び多角形のミラー５０等の負荷の
両方に対して実質的に固定された軸方向の整合を維持し
ている。
【００２０】上記特定の軸方向のスラスト軸受の構造は
良好に作動するが、図３に示す磁気的な軸方向のスラス
ト軸受アセンブリを当業者に周知の種々の他の形態の軸
方向のスラスト軸受アセンブリで容易に置き換えること
ができる。
良好に作動するが、図３に示す磁気的な軸方向のスラス
ト軸受アセンブリを当業者に周知の種々の他の形態の軸
方向のスラスト軸受アセンブリで容易に置き換えること
ができる。
【００２１】電動モータ５８の形態の駆動手段が連結さ
れて軸受スリーブ４０と軸受シャフト４６との間に所望
の相対的な回転速度を達成している。図３において、電
動モータ５８は、シャフト４６の外側面に堅固に連結さ
れた永久磁石アセンブリ６０と、非回転アセンブリ・ハ
ウジング６４に堅固に連結された界磁巻線６２とを有し
ている。
れて軸受スリーブ４０と軸受シャフト４６との間に所望
の相対的な回転速度を達成している。図３において、電
動モータ５８は、シャフト４６の外側面に堅固に連結さ
れた永久磁石アセンブリ６０と、非回転アセンブリ・ハ
ウジング６４に堅固に連結された界磁巻線６２とを有し
ている。
【００２２】図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、固定シャ
フトと回転スリーブとを用いた本発明の自己与圧型の気
体軸受の他の実施例が示されており、この実施例を以下
に詳細に説明する。
フトと回転スリーブとを用いた本発明の自己与圧型の気
体軸受の他の実施例が示されており、この実施例を以下
に詳細に説明する。
【００２３】図４Ａは、軸受シャフト６６が上端部及び
下端部を有しており、これら両端部がハウジング６４の
両端部の円筒形の孔に堅固に連結されている状態を示し
ている。回転軸受スリーブ６８は軸受シャフトの外側で
この軸受シャフトと同軸状に配設されている。多角形の
回転ミラー等の負荷が、複数のねじ７０により回転スリ
ーブ６８に機械的に固定されている。
下端部を有しており、これら両端部がハウジング６４の
両端部の円筒形の孔に堅固に連結されている状態を示し
ている。回転軸受スリーブ６８は軸受シャフトの外側で
この軸受シャフトと同軸状に配設されている。多角形の
回転ミラー等の負荷が、複数のねじ７０により回転スリ
ーブ６８に機械的に固定されている。
【００２４】図３に示したアセンブリに相当する軸方向
のスラスト制御磁石アセンブリ７２、７４が回転スリー
ブ６８の上端部及び下端部に位置していて、スリーブ６
８をシャフト６６に対して実質的に固定した軸線位置す
なわち長手方向の位置に維持している。各々の磁石アセ
ンブリは、非回転磁石７６と、回転スリーブ６８の両端
に堅固に連結された回転磁石アセンブリ７８とを有して
いる。
のスラスト制御磁石アセンブリ７２、７４が回転スリー
ブ６８の上端部及び下端部に位置していて、スリーブ６
８をシャフト６６に対して実質的に固定した軸線位置す
なわち長手方向の位置に維持している。各々の磁石アセ
ンブリは、非回転磁石７６と、回転スリーブ６８の両端
に堅固に連結された回転磁石アセンブリ７８とを有して
いる。
【００２５】次に図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、従来
技術の自己与圧型の気体軸受は、事実上ほぼ一般的に、
図５Ａにおいて符号８０で示す高度に研磨された極めて
滑らかな軸受面を用いている。図５Ｂは、図５Ａの自己
与圧型の気体軸受に対応する本発明の自己与圧型の気体
軸受のスリーブ及びシャフトの軸受面を示しており、こ
の自己与圧型の気体軸受は、符号８２で示す軸受面によ
り示されるように、対向する軸受面に一定程度の粗度が
必須的に与えられている。
技術の自己与圧型の気体軸受は、事実上ほぼ一般的に、
図５Ａにおいて符号８０で示す高度に研磨された極めて
滑らかな軸受面を用いている。図５Ｂは、図５Ａの自己
与圧型の気体軸受に対応する本発明の自己与圧型の気体
軸受のスリーブ及びシャフトの軸受面を示しており、こ
の自己与圧型の気体軸受は、符号８２で示す軸受面によ
り示されるように、対向する軸受面に一定程度の粗度が
必須的に与えられている。
【００２６】次に図６Ａ，図６Ｂ及び図６Ｃを参照する
と、表面粗度の測定に関する特殊な工学的な用語が示さ
れており、これら図面を検討することにより本発明の軸
受面８２の相当する粗度特性の定義を理解することがで
きる。
と、表面粗度の測定に関する特殊な工学的な用語が示さ
れており、これら図面を検討することにより本発明の軸
受面８２の相当する粗度特性の定義を理解することがで
きる。
【００２７】表面粗度は、機械工学においては一般に以
下の４つの特性を含むものであると認識されている。 １． 粗度： 表面組織における細かい凹凸部、 ２． うねり： より広く隔置された表面組織の成分、 ３． より： 顕著な表面パターンの方向、及び ４． きず： 予期しない、望ましくない表面組織。
下の４つの特性を含むものであると認識されている。 １． 粗度： 表面組織における細かい凹凸部、 ２． うねり： より広く隔置された表面組織の成分、 ３． より： 顕著な表面パターンの方向、及び ４． きず： 予期しない、望ましくない表面組織。
【００２８】図６Ａは、無理のない直線的な面を示すこ
とを意図した面の部分の斜視図である。図６Ｂは図６Ａ
に示す面を拡大してその一部を示す断面図であり、うね
りのある表面粗度特性を示している。図６Ｃは図６Ｂの
一部を取り出した断面図であり、山及び谷を含む表面の
高さの絶対的な変化を示している。記号Ｒａで示す平均
粗さが図６Ｃに図解的に示されており、この平均粗さ
は、機械工学的には、サンプリングした長さの中で得ら
れかつ図式的な中心線から測った測定した輪郭の高さの
偏差の絶対値の算術平均を意味するものとして定義され
る。平均粗さＲａは一般にマイクロメ−トル（ミクロ
ン）で表される。
とを意図した面の部分の斜視図である。図６Ｂは図６Ａ
に示す面を拡大してその一部を示す断面図であり、うね
りのある表面粗度特性を示している。図６Ｃは図６Ｂの
一部を取り出した断面図であり、山及び谷を含む表面の
高さの絶対的な変化を示している。記号Ｒａで示す平均
粗さが図６Ｃに図解的に示されており、この平均粗さ
は、機械工学的には、サンプリングした長さの中で得ら
れかつ図式的な中心線から測った測定した輪郭の高さの
偏差の絶対値の算術平均を意味するものとして定義され
る。平均粗さＲａは一般にマイクロメ−トル（ミクロ
ン）で表される。
【００２９】本発明の軸受面のＲａパラメータ及び限界
はＲａで表される。Ｒａは更に１９５５年１０月１３日
付けのミル標準１０Ａ（ＭＩＬ ＳＴＤ−１０Ａ）によ
り定義され、その値は商業的に入手可能な試験装置（例
えば日本国のＭｉｔｏｔｏｙ社により製造されるＳｕｒ
ｆｔｅｓｔ Ｍｏｄｅｌ ２１１ ＳｕｒｆａｃｅＰｒ
ｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）により容易に測定される。
はＲａで表される。Ｒａは更に１９５５年１０月１３日
付けのミル標準１０Ａ（ＭＩＬ ＳＴＤ−１０Ａ）によ
り定義され、その値は商業的に入手可能な試験装置（例
えば日本国のＭｉｔｏｔｏｙ社により製造されるＳｕｒ
ｆｔｅｓｔ Ｍｏｄｅｌ ２１１ ＳｕｒｆａｃｅＰｒ
ｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）により容易に測定される。
【００３０】本発明の自己与圧型の気体軸受は、図３、
図４及び図５Ｂに示す本発明のスリーブ及びシャフト要
素に対して種々の材料を用いることにより組み立てるこ
とができる。特に、以下の表１に示す材料の組み合わせ
が本発明に用いられる軸受面を満足することが判明し
た。 表 １： スリーブ シャフト １． 鋼鉄 セラミック ２． 硬質陽極処理アルミニウム 鋼鉄 ３． 硬質陽極処理アルミニウム セラミック ４． 硬質陽極処理アルミニウム 硬質陽極処理アルミニウム ５． セラミック セラミック ６． セラミック 鋼鉄
図４及び図５Ｂに示す本発明のスリーブ及びシャフト要
素に対して種々の材料を用いることにより組み立てるこ
とができる。特に、以下の表１に示す材料の組み合わせ
が本発明に用いられる軸受面を満足することが判明し
た。 表 １： スリーブ シャフト １． 鋼鉄 セラミック ２． 硬質陽極処理アルミニウム 鋼鉄 ３． 硬質陽極処理アルミニウム セラミック ４． 硬質陽極処理アルミニウム 硬質陽極処理アルミニウム ５． セラミック セラミック ６． セラミック 鋼鉄
【００３１】本発明の自己与圧型の気体軸受を高精度と
するために、４つの異なったパラメータを限定された範
囲内で慎重に制御しなければならない。そのようなパラ
メータ制御を適正に実行すると、高精度の軸受アセンブ
リを作ることができ、５アークセコンドよりもかなり小
さく、一般には周囲温度において１アークセコンドに等
しいかそれよりも小さな繰り返しのない誤差が得られ
る。６２°Ｃ（１４０°Ｆ）程度の高い温度では、一般
にそのような繰り返しのない誤差を約２乃至３アークセ
コンドに等しいかそれ以下のレベルまで制御することが
できる。そのような精度は、写真複写機、レーザプリン
タ及び関連する装置を含む高精度スキャニングシステム
に一般に用いられるボールベアリング・アセンブリによ
り達成されるものに比べて、実際上より良好な値であ
る。
するために、４つの異なったパラメータを限定された範
囲内で慎重に制御しなければならない。そのようなパラ
メータ制御を適正に実行すると、高精度の軸受アセンブ
リを作ることができ、５アークセコンドよりもかなり小
さく、一般には周囲温度において１アークセコンドに等
しいかそれよりも小さな繰り返しのない誤差が得られ
る。６２°Ｃ（１４０°Ｆ）程度の高い温度では、一般
にそのような繰り返しのない誤差を約２乃至３アークセ
コンドに等しいかそれ以下のレベルまで制御することが
できる。そのような精度は、写真複写機、レーザプリン
タ及び関連する装置を含む高精度スキャニングシステム
に一般に用いられるボールベアリング・アセンブリによ
り達成されるものに比べて、実際上より良好な値であ
る。
【００３２】本発明の高精度軸受を製造するために制御
するべき第１のパラメータは軸受形状であり、この軸受
形状は更に、真直度、粗度及び寸法均一性という副パラ
メータを含む。円筒形の軸受形状においては、寸法均一
性のパラメータはバレル及びテーパの誤差を含む。
するべき第１のパラメータは軸受形状であり、この軸受
形状は更に、真直度、粗度及び寸法均一性という副パラ
メータを含む。円筒形の軸受形状においては、寸法均一
性のパラメータはバレル及びテーパの誤差を含む。
【００３３】次に図７乃至図１２を参照して種々のタイ
プの形状および形状誤差を簡単に説明するが、このよう
な用語は当業者には周知である。
プの形状および形状誤差を簡単に説明するが、このよう
な用語は当業者には周知である。
【００３４】図７は、テーパ付きの孔を有するスリーブ
８６の中に配設された比較的真直なシャフト８４を示し
ている。このようなテーパ寸法の均一な変化はシャフト
８４とスリーブ８６との間に均一でない空隙を生じる
が、もしこの不均一な空隙が過度であれば、本発明の軸
受の性能を低下させる。
８６の中に配設された比較的真直なシャフト８４を示し
ている。このようなテーパ寸法の均一な変化はシャフト
８４とスリーブ８６との間に均一でない空隙を生じる
が、もしこの不均一な空隙が過度であれば、本発明の軸
受の性能を低下させる。
【００３５】図８は、両端部において鐘形の口をした寸
法均一性の変化を示す孔を有するスリーブ８６の中に設
けられた真直なシャフト８４を示している。
法均一性の変化を示す孔を有するスリーブ８６の中に設
けられた真直なシャフト８４を示している。
【００３６】図９は、高い精度の孔を有するスリーブ８
６の中に設けられた両側の下がったシャフト８４を示し
ており、このシャフト８４が真直性を欠くために不均一
なエアギャップが生じている。
６の中に設けられた両側の下がったシャフト８４を示し
ており、このシャフト８４が真直性を欠くために不均一
なエアギャップが生じている。
【００３７】図１０は単一のシャフト８４と一対のスリ
ーブ８６により画成された複軸受アセンブリを示してい
る。左側のスリーブ８６と右側のスリーブ８６とが異な
った直径を有するために不均一なギャップが生じてい
る。
ーブ８６により画成された複軸受アセンブリを示してい
る。左側のスリーブ８６と右側のスリーブ８６とが異な
った直径を有するために不均一なギャップが生じてい
る。
【００３８】図１１は、真直なシャフトを有する軸受ア
センブリを示しており、スリーブ８６は樽形状の形状誤
差を有していてシャフトとスリーブとの間に不均一なギ
ャップが生じている。
センブリを示しており、スリーブ８６は樽形状の形状誤
差を有していてシャフトとスリーブとの間に不均一なギ
ャップが生じている。
【００３９】図１２は、スリーブ８６の孔の中央部の中
で樽形状の誤差により生じた不均一なギャップを有する
軸受アセンブリを示している。
で樽形状の誤差により生じた不均一なギャップを有する
軸受アセンブリを示している。
【００４０】本発明を実行する際に、本発明のシャフト
及びスリーブの要素の形状を所定限度内で制御して、本
発明の所望の工夫を凝らした機能を発揮させる必要があ
る。すなわち、図７に示すように、本発明の軸受アセン
ブリのギャップの中の形状変化を制御して、シャフトと
の間のギャップを軸受を横断する全距離にして約０．０
０２５ｍｍ（１００マイクロインチ）に等しいかあるい
はこれよりも大で約０．００９ｍｍ（３５０マイクロイ
ンチ）よりも小さくなるように制限する必要がある。図
７に示すように、符号８８で示す全ギャップ寸法を有す
る第１の半径方向成分が符号９０で示すギャップ寸法を
有する第２の半径方向成分に加えられる。符号８８及び
符号９０で示すギャップの寸法和を、約０．００５ｍｍ
（２００マイクロインチ）乃至約０．００７６（３００
マイクロインチ）の間の範囲とし、上記表１に示す材料
から満足すべき適正な機能を有する気体軸受を作る必要
がある。
及びスリーブの要素の形状を所定限度内で制御して、本
発明の所望の工夫を凝らした機能を発揮させる必要があ
る。すなわち、図７に示すように、本発明の軸受アセン
ブリのギャップの中の形状変化を制御して、シャフトと
の間のギャップを軸受を横断する全距離にして約０．０
０２５ｍｍ（１００マイクロインチ）に等しいかあるい
はこれよりも大で約０．００９ｍｍ（３５０マイクロイ
ンチ）よりも小さくなるように制限する必要がある。図
７に示すように、符号８８で示す全ギャップ寸法を有す
る第１の半径方向成分が符号９０で示すギャップ寸法を
有する第２の半径方向成分に加えられる。符号８８及び
符号９０で示すギャップの寸法和を、約０．００５ｍｍ
（２００マイクロインチ）乃至約０．００７６（３００
マイクロインチ）の間の範囲とし、上記表１に示す材料
から満足すべき適正な機能を有する気体軸受を作る必要
がある。
【００４１】表１に示していない新規な材料に対して
は、０．００２５（１００マイクロインチ）の最小のギ
ャップ寸法を与えることになるが、そのような以前にテ
ストしていない材料が、軸受作動速度以下の速度で２つ
の対向する軸受面が持ち上がり空中に浮かんだ状態とな
るならば、最大ギャップ寸法を一般的な上限である０．
００７６ｍｍ（３００マイクロインチ）より大きくする
ことができる。相対的に回転する軸受面の間に十分な軸
受こわさが生じ、また介在する気体層によって２つの軸
受面が動かされて互いに機械的な接触をしなくなると、
一方の軸受要素が他方の軸受要素から相対的に浮き上が
る。
は、０．００２５（１００マイクロインチ）の最小のギ
ャップ寸法を与えることになるが、そのような以前にテ
ストしていない材料が、軸受作動速度以下の速度で２つ
の対向する軸受面が持ち上がり空中に浮かんだ状態とな
るならば、最大ギャップ寸法を一般的な上限である０．
００７６ｍｍ（３００マイクロインチ）より大きくする
ことができる。相対的に回転する軸受面の間に十分な軸
受こわさが生じ、また介在する気体層によって２つの軸
受面が動かされて互いに機械的な接触をしなくなると、
一方の軸受要素が他方の軸受要素から相対的に浮き上が
る。
【００４２】図１３はシャフト８４及びスリーブ８６の
断面図であり、本発明の限度内に制御されなければなら
ない直径方向に隔置されたギャップ要素８８及び９０を
更に示している。
断面図であり、本発明の限度内に制御されなければなら
ない直径方向に隔置されたギャップ要素８８及び９０を
更に示している。
【００４３】次に図１４を参照すると、制御すべき本発
明の形状に関するアスペクトが示されており、寸法
「Ｘ」で示すシャフトの直径のスリーブの長さに対する
比を示している。表１に示した材料に対してのスリーブ
長さのシャフト直径に対するアスペクト比は、一般に３
対１にほぼ等しくなければならず、最も好ましいのは約
４対１に等しいかあるいはそれより大きい値である。ス
リーブ長さのシャフト直径に対する最大アスペクト比に
対する上限はないが、実際問題として、十分に長いスリ
ーブ長さは本発明の幾何学的ギャップ限界の維持に関す
る深刻な困難性を生ずる。任意のシャフト直径に対して
スリーブの長さが増加すると、本発明を実施するのに必
要な所要の円筒形状を維持することがより困難でかつよ
り高価なものとなる。
明の形状に関するアスペクトが示されており、寸法
「Ｘ」で示すシャフトの直径のスリーブの長さに対する
比を示している。表１に示した材料に対してのスリーブ
長さのシャフト直径に対するアスペクト比は、一般に３
対１にほぼ等しくなければならず、最も好ましいのは約
４対１に等しいかあるいはそれより大きい値である。ス
リーブ長さのシャフト直径に対する最大アスペクト比に
対する上限はないが、実際問題として、十分に長いスリ
ーブ長さは本発明の幾何学的ギャップ限界の維持に関す
る深刻な困難性を生ずる。任意のシャフト直径に対して
スリーブの長さが増加すると、本発明を実施するのに必
要な所要の円筒形状を維持することがより困難でかつよ
り高価なものとなる。
【００４４】本発明の自己与圧型の気体軸受を実施する
ために制御しなければならない次のパラメータは軸受面
の表面粗さすなわちＲａである。適正に高精度で低い摩
耗特性の本発明を達成するためには、スリーブ及びシャ
フトの両方からのＲａ貢献度の和を、約１８の最小Ｒａ
（比較的滑らか）及び６０の最大Ｒａ（比較的粗い）に
等しいかあるいはそれ以上にする必要がある。
ために制御しなければならない次のパラメータは軸受面
の表面粗さすなわちＲａである。適正に高精度で低い摩
耗特性の本発明を達成するためには、スリーブ及びシャ
フトの両方からのＲａ貢献度の和を、約１８の最小Ｒａ
（比較的滑らか）及び６０の最大Ｒａ（比較的粗い）に
等しいかあるいはそれ以上にする必要がある。
【００４５】表１に示した材料に対して、スリーブのＲ
ａとシャフトのＲａとの貢献度の和Ｒａが１８に等しい
かあるいはこれを超す必要があることが判明している
が、またスリーブあるいはシャフトのＲａが最小のＲａ
値を下回ると、本発明の軸受は適正に作動しないことも
判明している。例えば、スリーブに対する最小Ｒａは４
にほぼ等しいかあるいはこれよりも大きい必要がある
が、シャフトの最小Ｒａは約７に等しいかあるいはこれ
よりも大きい必要がある。いずれの場合においても、Ｒ
ａの合計は１８にほぼ等しいかあるいはこれを超す必要
がある。スリーブに対するＲａが約４程度であるとすれ
ば、シャフトのＲａ貢献度は１４にほぼ等しいかあるい
はこれよりも大きい必要がある。同様に、シャフトの最
小Ｒａが約７程度であるとすれば、スリーブのＲａは約
１１に等しいかあるいはこれよりも大きい必要がある。
ａとシャフトのＲａとの貢献度の和Ｒａが１８に等しい
かあるいはこれを超す必要があることが判明している
が、またスリーブあるいはシャフトのＲａが最小のＲａ
値を下回ると、本発明の軸受は適正に作動しないことも
判明している。例えば、スリーブに対する最小Ｒａは４
にほぼ等しいかあるいはこれよりも大きい必要がある
が、シャフトの最小Ｒａは約７に等しいかあるいはこれ
よりも大きい必要がある。いずれの場合においても、Ｒ
ａの合計は１８にほぼ等しいかあるいはこれを超す必要
がある。スリーブに対するＲａが約４程度であるとすれ
ば、シャフトのＲａ貢献度は１４にほぼ等しいかあるい
はこれよりも大きい必要がある。同様に、シャフトの最
小Ｒａが約７程度であるとすれば、スリーブのＲａは約
１１に等しいかあるいはこれよりも大きい必要がある。
【００４６】スリーブとシャフトのＲａの和が１８以下
になると、軸受のこわさは減少し、また周知の現象であ
る軸受のコーニング（ｃｏｎｉｎｇ）が増加し、これに
より負荷の振れ（ｗｏｂｂｌｅ：負荷のみそすり運動）
が生ずる。図３及び図４に示す回転する多面体ミラー・
スキャナの実施例においては、そのようなコーニング誤
差は光学スキャナの出力ビームの角度的な偏差を増加す
る。同様な現象は、全Ｒａの値が約６０を超えたとき、
あるいは形状誤差が全体で約０．００２５ｍｍ（１００
マイクロインチ）を超えた時に生ずる。
になると、軸受のこわさは減少し、また周知の現象であ
る軸受のコーニング（ｃｏｎｉｎｇ）が増加し、これに
より負荷の振れ（ｗｏｂｂｌｅ：負荷のみそすり運動）
が生ずる。図３及び図４に示す回転する多面体ミラー・
スキャナの実施例においては、そのようなコーニング誤
差は光学スキャナの出力ビームの角度的な偏差を増加す
る。同様な現象は、全Ｒａの値が約６０を超えたとき、
あるいは形状誤差が全体で約０．００２５ｍｍ（１００
マイクロインチ）を超えた時に生ずる。
【００４７】本発明の自己与圧型の気体軸受を製造する
ために制御する必要のある最後のパラメータは、軸受面
に任意に分布させた凹所の各軸受面の全体面積対する比
である。以下に述べるように、スリーブ及びシャフトの
両方の軸受面を、軸受面面積全体に対する空気溜を作り
出すことのできる所定の最小及び最大凹所比を含むよう
に、特別に選定しかつ処理する必要がある。ある材料に
おいては、空気溜を形成する凹所は、溝、クロス・ハッ
チングあるいはくぼみの形状とすることができる。
ために制御する必要のある最後のパラメータは、軸受面
に任意に分布させた凹所の各軸受面の全体面積対する比
である。以下に述べるように、スリーブ及びシャフトの
両方の軸受面を、軸受面面積全体に対する空気溜を作り
出すことのできる所定の最小及び最大凹所比を含むよう
に、特別に選定しかつ処理する必要がある。ある材料に
おいては、空気溜を形成する凹所は、溝、クロス・ハッ
チングあるいはくぼみの形状とすることができる。
【００４８】次に図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して、セ
ラミックシャフトに適用される全軸受面に対する凹所あ
るいは溝の比を以下に詳細に説明する。
ラミックシャフトに適用される全軸受面に対する凹所あ
るいは溝の比を以下に詳細に説明する。
【００４９】図１５Ａの陰影を施した部分はアルミナセ
ラミック製のシャフトの隆起領域すなわちランド部９２
を示しており、また各々のランド部に隣接して設けられ
る介在する低いスポットすなわち溝も示している。溝す
なわち凹陥領域９４は空気溜すなわちポケットを形成
し、これら空気溜は本発明の軸受が適正に機能するため
に重要である。
ラミック製のシャフトの隆起領域すなわちランド部９２
を示しており、また各々のランド部に隣接して設けられ
る介在する低いスポットすなわち溝も示している。溝す
なわち凹陥領域９４は空気溜すなわちポケットを形成
し、これら空気溜は本発明の軸受が適正に機能するため
に重要である。
【００５０】表１に示した軸受面材料に対して、ポケッ
トあるいは空気溜の全面積は軸受の全表面積の約１５％
に等しいかあるいはこれよりも小さくする必要がある。
最適レベルの性能を得るために、ポケットあるいは空気
溜の面積を、軸受の全表面積の約３０から４０％の範囲
の中にほぼ入るようにし、これにより負荷軸受面となる
軸受のランド部９２の面積が全表面積の約５０から７０
％を覆うようにする必要がある。
トあるいは空気溜の全面積は軸受の全表面積の約１５％
に等しいかあるいはこれよりも小さくする必要がある。
最適レベルの性能を得るために、ポケットあるいは空気
溜の面積を、軸受の全表面積の約３０から４０％の範囲
の中にほぼ入るようにし、これにより負荷軸受面となる
軸受のランド部９２の面積が全表面積の約５０から７０
％を覆うようにする必要がある。
【００５１】図１５に概略的に示すタイプのセラミック
製の軸受材料に対して約３００倍に拡大された顕微鏡写
真は、セラミック材料の空気ポケット及びランド部の目
視観察を許容すると共に全セラミック表面積に対する空
気ポケットの比を計算可能とする。
製の軸受材料に対して約３００倍に拡大された顕微鏡写
真は、セラミック材料の空気ポケット及びランド部の目
視観察を許容すると共に全セラミック表面積に対する空
気ポケットの比を計算可能とする。
【００５２】図１６Ａは鋼鉄あるいはアルミニウム製の
シャフト又はスリーブの表面を示しており、この表面
は、ランド部９２及び溝９４からなる任意の交差ハッチ
ングのパターンを得るために、ホーニングプロセス、研
磨技術あるいは他の方法により処理されたものである。
本発明のこの実施例においては、溝が空気ポケットある
いは空気溜を形成し、また軸受面の全表面積に対する溝
の面積の比は上述の所定の限度内とする必要がある。
シャフト又はスリーブの表面を示しており、この表面
は、ランド部９２及び溝９４からなる任意の交差ハッチ
ングのパターンを得るために、ホーニングプロセス、研
磨技術あるいは他の方法により処理されたものである。
本発明のこの実施例においては、溝が空気ポケットある
いは空気溜を形成し、また軸受面の全表面積に対する溝
の面積の比は上述の所定の限度内とする必要がある。
【００５３】図１７Ａは、通常のゲージ・ピン製造技術
により処理された鋼鉄製のシャフトの一部を部分的に切
除して拡大した斜視図であり、このシャフトはシャフト
の回転軸線に直交する円周方向の溝９４を含んでいる。
図１７Ｂは図１７Ａに示すランド部９２及び溝９４を一
部切除して示す断面図である。この応用例において、溝
は回転軸線に直交する平面において互いに平行である
が、これら溝は任意の長さ及び間隔を有している。この
ような溝の任意の分布は本発明の基本的な特徴である。
により処理された鋼鉄製のシャフトの一部を部分的に切
除して拡大した斜視図であり、このシャフトはシャフト
の回転軸線に直交する円周方向の溝９４を含んでいる。
図１７Ｂは図１７Ａに示すランド部９２及び溝９４を一
部切除して示す断面図である。この応用例において、溝
は回転軸線に直交する平面において互いに平行である
が、これら溝は任意の長さ及び間隔を有している。この
ような溝の任意の分布は本発明の基本的な特徴である。
【００５４】図１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１７
Ａ、１７Ｂに示す総ての実施例において、溝は任意に生
じておりまた軸受アセンブリの全表面積の中に無数とも
言える数の空気ポケットすなわち空気溜を形成してい
る。本発明のこの形状は、図２に関連して上に説明した
高度にパターン化され、反復する極めて精緻な杉綾模様
の溝及びランド部パターンとは明確に異なっている。
Ａ、１７Ｂに示す総ての実施例において、溝は任意に生
じておりまた軸受アセンブリの全表面積の中に無数とも
言える数の空気ポケットすなわち空気溜を形成してい
る。本発明のこの形状は、図２に関連して上に説明した
高度にパターン化され、反復する極めて精緻な杉綾模様
の溝及びランド部パターンとは明確に異なっている。
【００５５】所要の幾何学的限度、Ｒａ限度、空気溜比
の限度及びアスペクト比が満たされているか否かを判定
するために、軸受アセンブリを図３及び図４に示す如き
作動用途に定置してこれをテストし、これにより繰り返
しのない誤差が特定の用途に対して許容できるレベルま
で減少しているか否かを判定することができる。１アー
クセコンドよりも小さな繰り返しのない誤差が通常得ら
れる。これらの測定は電子的あるいは光学的に行われ
る。
の限度及びアスペクト比が満たされているか否かを判定
するために、軸受アセンブリを図３及び図４に示す如き
作動用途に定置してこれをテストし、これにより繰り返
しのない誤差が特定の用途に対して許容できるレベルま
で減少しているか否かを判定することができる。１アー
クセコンドよりも小さな繰り返しのない誤差が通常得ら
れる。これらの測定は電子的あるいは光学的に行われ
る。
【００５６】本発明の制御可能な各々のパラメータは本
質的に他のパラメータに関係する。例えば、軸受面のＲ
ａ値を本発明の下限である１８Ｒａに向けて下げると軸
受のこわさが減少してスリーブ／シャフトのギャップに
対する形状公差を下限である０．０２５ｍｍ（１００マ
イクロインチ）に向けてより正確にすることが必要とな
る。より高い軸受面のＲａ値に対しては、より高いレベ
ルの軸受のこわさが形成され、これにより約０．００７
６ｍｍ（３００マイクロインチ）の下限までのよりルー
ズな軸受ギャップの形状公差を用いることができる。同
様に、全軸受表面積に対する空気溜すなわちポケットの
面積の比が下限まで減少すると、上限までの増加したＲ
ａ値を用いて補うことができる。
質的に他のパラメータに関係する。例えば、軸受面のＲ
ａ値を本発明の下限である１８Ｒａに向けて下げると軸
受のこわさが減少してスリーブ／シャフトのギャップに
対する形状公差を下限である０．０２５ｍｍ（１００マ
イクロインチ）に向けてより正確にすることが必要とな
る。より高い軸受面のＲａ値に対しては、より高いレベ
ルの軸受のこわさが形成され、これにより約０．００７
６ｍｍ（３００マイクロインチ）の下限までのよりルー
ズな軸受ギャップの形状公差を用いることができる。同
様に、全軸受表面積に対する空気溜すなわちポケットの
面積の比が下限まで減少すると、上限までの増加したＲ
ａ値を用いて補うことができる。
【００５７】軸受ギャップ形状、Ｒａ値、空気溜比及び
アスペクト比の間の種々の相互関係は、これら各々のパ
ラメータの間の経験的な関係を明確に示す。本発明を実
施するためには上述のパラメータを満足することが必要
である。
アスペクト比の間の種々の相互関係は、これら各々のパ
ラメータの間の経験的な関係を明確に示す。本発明を実
施するためには上述のパラメータを満足することが必要
である。
【００５８】本発明を実施するのには必要がないが起動
／停止サイクルの寿命を延ばすための助けとなり得る処
理は乾式潤滑（ドライルーブ）であり、これは軸受が浮
いていない起動時および作動の終わりに生ずる接触摩擦
を減少させる。
／停止サイクルの寿命を延ばすための助けとなり得る処
理は乾式潤滑（ドライルーブ）であり、これは軸受が浮
いていない起動時および作動の終わりに生ずる接触摩擦
を減少させる。
【００５９】ランダムな模様及び閉止流の設計により、
作動サイクルの間に低速度の加圧及び減圧が生ずる。
作動サイクルの間に低速度の加圧及び減圧が生ずる。
【００６０】表１に示した軸受け面材料の種々のタイプ
に対して、所望の表面処理を行うための方法を以下に説
明する。
に対して、所望の表面処理を行うための方法を以下に説
明する。
【００６１】セラミック製のスリーブあるいはシャフト
に対しては、約９４％から約９９．８％のアルミナを含
むセラミックが用いられる。そのような材料は、Ｃｏｏ
ｒｓ社のセラミック事業部（カリフォルニア州Ｅｌ Ｃ
ａｈｏｎ）又はＭｉｎｄｒｕｍ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（カリフォルニア社ＲａｎｃｈｏＣ
ｕｃａｍｏｎｇａ）から入手可能である。これらの会社
は広いＲａ範囲にわたってセラミック面仕上げを提供す
ることができると共に、仕様に対して適宜なセラミック
面Ｒａ範囲を容易に提供することができる。
に対しては、約９４％から約９９．８％のアルミナを含
むセラミックが用いられる。そのような材料は、Ｃｏｏ
ｒｓ社のセラミック事業部（カリフォルニア州Ｅｌ Ｃ
ａｈｏｎ）又はＭｉｎｄｒｕｍ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（カリフォルニア社ＲａｎｃｈｏＣ
ｕｃａｍｏｎｇａ）から入手可能である。これらの会社
は広いＲａ範囲にわたってセラミック面仕上げを提供す
ることができると共に、仕様に対して適宜なセラミック
面Ｒａ範囲を容易に提供することができる。
【００６２】セラミックシャフトあるいはスリーブの形
状は、１インチの１００万分の２５の精度の円筒度まで
制御されなければならない。この仕様は、内側の円筒が
外側の円筒の直径よりも１インチの１００万分の５０小
さくまた内側の円筒の外面と外側の円筒の内面との間の
ギャップが半径方向において１インチの１００万分の２
５に等しい２つの同心円状の円筒を作ることにより決定
される。この仕様に合致するセラミック要素の表面の総
ての部分は上記２つの同心円状の円筒の間のギャップの
範囲内になければならない。この円筒度の仕様に合致す
るセラミック製の軸受要素はまた真直度、真円度及び寸
法の均一性の関連するすべての形状パラメータを満足す
る。
状は、１インチの１００万分の２５の精度の円筒度まで
制御されなければならない。この仕様は、内側の円筒が
外側の円筒の直径よりも１インチの１００万分の５０小
さくまた内側の円筒の外面と外側の円筒の内面との間の
ギャップが半径方向において１インチの１００万分の２
５に等しい２つの同心円状の円筒を作ることにより決定
される。この仕様に合致するセラミック要素の表面の総
ての部分は上記２つの同心円状の円筒の間のギャップの
範囲内になければならない。この円筒度の仕様に合致す
るセラミック製の軸受要素はまた真直度、真円度及び寸
法の均一性の関連するすべての形状パラメータを満足す
る。
【００６３】軸受の全表面積に対する空気ポケットの比
は、約３００から至６００倍の間の倍率を有する顕微鏡
写真により検査することができる。この比が約４０から
５０％に等しくなると最適の性能が達成される。上述の
総てのパラメータが達成されると、セラミック製の軸受
面を更に処理する必要はない。
は、約３００から至６００倍の間の倍率を有する顕微鏡
写真により検査することができる。この比が約４０から
５０％に等しくなると最適の性能が達成される。上述の
総てのパラメータが達成されると、セラミック製の軸受
面を更に処理する必要はない。
【００６４】軸受スリーブあるいはシャフトが鋼鉄から
形成される場合には、４４０ステンレス鋼あるいはこれ
と同等のものが満足すべき機能を果たすことが判明し
た。セラミック材料に関して上述したものと同一の円筒
度の仕様は軸受面の形状を適正に制御する。
形成される場合には、４４０ステンレス鋼あるいはこれ
と同等のものが満足すべき機能を果たすことが判明し
た。セラミック材料に関して上述したものと同一の円筒
度の仕様は軸受面の形状を適正に制御する。
【００６５】本発明の軸受要素として機能し得る鋼鉄製
のスリーブを製造するための１つの許容し得る方法は、
以下の一連の段階を含む。 １．スリーブの孔を標準寸法の直径よりも僅かに小さな
寸法に機械加工する。 ２．最初にスリーブ孔をホーニング仕上げしてスリーブ
の直径を所望の直径まで増加させて所望の表面形状を達
成する。 ３．最終ホーニング仕上げを行って本発明の範囲内の所
望のＲａ値を得る。
のスリーブを製造するための１つの許容し得る方法は、
以下の一連の段階を含む。 １．スリーブの孔を標準寸法の直径よりも僅かに小さな
寸法に機械加工する。 ２．最初にスリーブ孔をホーニング仕上げしてスリーブ
の直径を所望の直径まで増加させて所望の表面形状を達
成する。 ３．最終ホーニング仕上げを行って本発明の範囲内の所
望のＲａ値を得る。
【００６６】本発明の軸受に用いるための４４０スチー
ルのシャフトを準備するには、この目的を達成するため
に以下の手順を実行する。 １．通常のゲージピン製造技術により所望の形状仕様の
スチールシャフトを製造し、このスチールシャフトの面
を約２から４の間のＲａまでロールラッピング（ｒｏｌ
ｌ ｌａｐｐｉｎｇ）する。 ２．旋盤上でスチールシャフトを回転させ、１８０グリ
ット（ｇｒｉｔ）の湿式あるいは乾式サンドペーパでシ
ャフトの表面をざらざらにする。この際、サンドペーパ
は、第１の横方向運動方向への第１の通過の際に、また
第２の横方向運動方向への第２の通過の際に、スチール
シャフトに接触し、これにより図１６Ａに示すタイプの
所望のランダムな斜交ハッチパターンを得ると共にＲａ
を２乃至４から適宜な１８乃至３０まで増加させる。
ルのシャフトを準備するには、この目的を達成するため
に以下の手順を実行する。 １．通常のゲージピン製造技術により所望の形状仕様の
スチールシャフトを製造し、このスチールシャフトの面
を約２から４の間のＲａまでロールラッピング（ｒｏｌ
ｌ ｌａｐｐｉｎｇ）する。 ２．旋盤上でスチールシャフトを回転させ、１８０グリ
ット（ｇｒｉｔ）の湿式あるいは乾式サンドペーパでシ
ャフトの表面をざらざらにする。この際、サンドペーパ
は、第１の横方向運動方向への第１の通過の際に、また
第２の横方向運動方向への第２の通過の際に、スチール
シャフトに接触し、これにより図１６Ａに示すタイプの
所望のランダムな斜交ハッチパターンを得ると共にＲａ
を２乃至４から適宜な１８乃至３０まで増加させる。
【００６７】スチールシャフトの面を仕上げしてかなり
低いＲａ値まで研磨することができるが、上述のプロセ
スは、湿式又は乾式のサンドペーパの付与を含む研磨技
術が実行されて溝及びランド部の斜交ハッチパターンを
形成し、１８から３０のＲａ値を達成することができ
る。このＲａは今まで達成されていたＲａ値よりも遥か
に高いＲａ値であって本発明の所望の目的を達成する。
低いＲａ値まで研磨することができるが、上述のプロセ
スは、湿式又は乾式のサンドペーパの付与を含む研磨技
術が実行されて溝及びランド部の斜交ハッチパターンを
形成し、１８から３０のＲａ値を達成することができ
る。このＲａは今まで達成されていたＲａ値よりも遥か
に高いＲａ値であって本発明の所望の目的を達成する。
【００６８】以下の段階を実行してアルミニウムシャフ
トを処理し、これにより本発明の軸受の機能を満足する
ことができる。 １．アルミニウムシャフトをホーニング仕上げして標準
寸法よりも僅かに小さな形状寸法を得るか、又はアルミ
ニウムシャフトを旋盤加工すなわち機械加工して所望の
形状とする。 ２．シャフトの面を硬質陽極酸化する。 ３．陽極酸化されたシャフトをホーニング仕上げして完
成された形状寸法を得る。 ４．陽極されたアルミニウムの表面をサネン（Ｓｕｎｎ
ｅｎ）ホーニング石の約２ストロークによってホーニン
グ仕上げして以下に説明する所望の表面粗度を得る。
トを処理し、これにより本発明の軸受の機能を満足する
ことができる。 １．アルミニウムシャフトをホーニング仕上げして標準
寸法よりも僅かに小さな形状寸法を得るか、又はアルミ
ニウムシャフトを旋盤加工すなわち機械加工して所望の
形状とする。 ２．シャフトの面を硬質陽極酸化する。 ３．陽極酸化されたシャフトをホーニング仕上げして完
成された形状寸法を得る。 ４．陽極されたアルミニウムの表面をサネン（Ｓｕｎｎ
ｅｎ）ホーニング石の約２ストロークによってホーニン
グ仕上げして以下に説明する所望の表面粗度を得る。
【００６９】アルミニウムスリーブに対して適宜な表面
粗度をえるためには、以下の段階を実行することができ
る。 １．アルミニウムの孔を機械加工して標準寸法よりも僅
かに小さいものとする。 ２．アルミニウムの孔を硬質陽極酸化して孔を寸法に完
成する。 ３．陽極酸化した孔を所望の形状にホーニング仕上げす
る。 ４．サネンホーニング石の約２ストロークにより陽極酸
化されたアルミニウムの孔をホーニング仕上げして所望
の表面粗度を達成する（サネン石は、ミズーリ州のセン
トルイスにあるサネン・プロダクツ社により提供され
る）。段階３のホーニング仕上げに対しては、サネン石
Ｎｏ．Ｋ１２−Ａ５５（酸化アルミニウム、２２０グリ
ット、硬度５）を用いる。段階４のホーニング仕上げに
対しては、サネンＮｏ．Ｋ１２−Ａ４７（アルミニウム
酸化物、１５０グリット、硬度７）を用いる。
粗度をえるためには、以下の段階を実行することができ
る。 １．アルミニウムの孔を機械加工して標準寸法よりも僅
かに小さいものとする。 ２．アルミニウムの孔を硬質陽極酸化して孔を寸法に完
成する。 ３．陽極酸化した孔を所望の形状にホーニング仕上げす
る。 ４．サネンホーニング石の約２ストロークにより陽極酸
化されたアルミニウムの孔をホーニング仕上げして所望
の表面粗度を達成する（サネン石は、ミズーリ州のセン
トルイスにあるサネン・プロダクツ社により提供され
る）。段階３のホーニング仕上げに対しては、サネン石
Ｎｏ．Ｋ１２−Ａ５５（酸化アルミニウム、２２０グリ
ット、硬度５）を用いる。段階４のホーニング仕上げに
対しては、サネンＮｏ．Ｋ１２−Ａ４７（アルミニウム
酸化物、１５０グリット、硬度７）を用いる。
【００７０】作動可能な粗さを得るために幾つかの材料
処理手順を上に述べたが、以下に述べる本質的に等価な
表面仕上げ技術の１つあるいはそれ以上を既存の技術を
用いて実行し、これにより所望のＲａ値および空気溜比
を達成することができる。 １．ホーニング仕上げ； ２．エッチング； ３．心なし研削； ４．イオン注入（イオン・インプランテーション）； ５．ショット・ピーニング； ６．２段機械加工／エッチング； ７．バニシ仕上げ； ８．ＥＤＭ（放電加工）； ９．プラズマ・コーティング；及び １０．他の等価の技術。
処理手順を上に述べたが、以下に述べる本質的に等価な
表面仕上げ技術の１つあるいはそれ以上を既存の技術を
用いて実行し、これにより所望のＲａ値および空気溜比
を達成することができる。 １．ホーニング仕上げ； ２．エッチング； ３．心なし研削； ４．イオン注入（イオン・インプランテーション）； ５．ショット・ピーニング； ６．２段機械加工／エッチング； ７．バニシ仕上げ； ８．ＥＤＭ（放電加工）； ９．プラズマ・コーティング；及び １０．他の等価の技術。
【００７１】本発明の一実施例においては、以下の寸法
が満足すべき高度な軸受性能を達成することが判明し
た。 １．シャフト直径： １０．３１２ｍｍ（０．４０６０
インチ） ２．スリーブ孔直径： １０．３１９ｍｍ（０．４０６
２５インチ） ３．軸受クリアランス（半径方向）： ０．０００３２
ｍｍ（０．０００１２５インチ）
が満足すべき高度な軸受性能を達成することが判明し
た。 １．シャフト直径： １０．３１２ｍｍ（０．４０６０
インチ） ２．スリーブ孔直径： １０．３１９ｍｍ（０．４０６
２５インチ） ３．軸受クリアランス（半径方向）： ０．０００３２
ｍｍ（０．０００１２５インチ）
【００７２】表１に示した種々の材料の組み合わせに対
して、種々の利点及び不利益が観察された。最も信頼性
のある組み合わせは鋼鉄製のスリーブをセラミック製の
シャフト上に施すことである。この組み合わせにおける
利点は以下の通りである。 １．熱膨張係数が緊密に合致している。 ２．焼入れした４４０Ｃステンレス鋼で形成したスリー
ブはヒステリシス同期モータのロータとしても機能し、
これにより永久磁石ロータを用いる必要がない。 ３．腐食に対して高い耐久性がある。
して、種々の利点及び不利益が観察された。最も信頼性
のある組み合わせは鋼鉄製のスリーブをセラミック製の
シャフト上に施すことである。この組み合わせにおける
利点は以下の通りである。 １．熱膨張係数が緊密に合致している。 ２．焼入れした４４０Ｃステンレス鋼で形成したスリー
ブはヒステリシス同期モータのロータとしても機能し、
これにより永久磁石ロータを用いる必要がない。 ３．腐食に対して高い耐久性がある。
【００７３】焼入れした鋼鉄製のシャフト上に硬質陽極
酸化したアルミニウムスリーブを組み合わせたものに関
しては、以下の利点及び欠点が観察された。 １．鋼鉄製のシャフトは周知であり容易に実行可能なゲ
ージ・ピン製造技術により妥当なコストで形成すること
ができ、これにより優れた形状を有する粗面シャフトを
得ることができる。 ２．アルミニウム製のスリーブは容易に機械加工しかつ
陽極酸化を行うことができ、これにより硬い、容易にホ
ーニング仕上げされる軸受面が形成される。 ３．アルミニウム及び鋼鉄の熱膨張率が異なっているの
で軸受の使用温度範囲が制限される。
酸化したアルミニウムスリーブを組み合わせたものに関
しては、以下の利点及び欠点が観察された。 １．鋼鉄製のシャフトは周知であり容易に実行可能なゲ
ージ・ピン製造技術により妥当なコストで形成すること
ができ、これにより優れた形状を有する粗面シャフトを
得ることができる。 ２．アルミニウム製のスリーブは容易に機械加工しかつ
陽極酸化を行うことができ、これにより硬い、容易にホ
ーニング仕上げされる軸受面が形成される。 ３．アルミニウム及び鋼鉄の熱膨張率が異なっているの
で軸受の使用温度範囲が制限される。
【００７４】スリーブ及びシャフトの両方に対して硬質
陽極酸化されたアルミニウムを用いて形成した軸受につ
いては以下の利点及び欠点が観察された。 １．熱膨張率が等しいために広い温度範囲にわたって動
作可能である。 ２．アルミニウム材料は機械加工が容易である。
陽極酸化されたアルミニウムを用いて形成した軸受につ
いては以下の利点及び欠点が観察された。 １．熱膨張率が等しいために広い温度範囲にわたって動
作可能である。 ２．アルミニウム材料は機械加工が容易である。
【００７５】セラミック製のスリーブ及びシャフトに関
して、以下の利点及び欠点が観察された。 １．熱膨張率が同一であるために広い温度範囲にわたっ
て動作可能である。 ２．この材料は高度な安定性を有する材料である。
して、以下の利点及び欠点が観察された。 １．熱膨張率が同一であるために広い温度範囲にわたっ
て動作可能である。 ２．この材料は高度な安定性を有する材料である。
【００７６】軸受面の一方あるいは両方に乾式潤滑剤を
与えることにより、約２２．４ｍ／ｍｉｎ（７５フィー
ト／分）から６８．６ｍ／ｍｉｎ（２２５フィート／
分）の表面速度において軸受の浮き上がりが起こるま
で、軸受が回転し始めることによる軸受の摩擦摩耗を最
小にすることができる。起動及び停止の間の０速度と上
昇速度との間に、軸受面は互いに接触して接触軸受とし
て作用する。乾式潤滑剤はこの遷移速度領域の間にだけ
機能して２つの接触軸受面の摩擦による摩耗を減少させ
る。本発明を機能させるために乾式潤滑剤は必要ではな
い。
与えることにより、約２２．４ｍ／ｍｉｎ（７５フィー
ト／分）から６８．６ｍ／ｍｉｎ（２２５フィート／
分）の表面速度において軸受の浮き上がりが起こるま
で、軸受が回転し始めることによる軸受の摩擦摩耗を最
小にすることができる。起動及び停止の間の０速度と上
昇速度との間に、軸受面は互いに接触して接触軸受とし
て作用する。乾式潤滑剤はこの遷移速度領域の間にだけ
機能して２つの接触軸受面の摩擦による摩耗を減少させ
る。本発明を機能させるために乾式潤滑剤は必要ではな
い。
【００７７】接触状態で作動する軸受面の摩耗を抑制す
るために、スリーブの孔及びシャフトを二硫化タングス
テンあるいは窒化ホウ素基材の乾式潤滑剤で処理するこ
とができる。
るために、スリーブの孔及びシャフトを二硫化タングス
テンあるいは窒化ホウ素基材の乾式潤滑剤で処理するこ
とができる。
【００７８】セラミック製のスリーブ及びセラミック製
のシャフトを含む軸受に対しては、乾式潤滑剤は一般に
用いない。鋼鉄製のスリーブ／セラミック製のシャフト
の実施例においては、スリーブの孔に乾式潤滑剤を塗布
することができる。アルミニウム／鋼鉄製の軸受面に対
しては、潤滑剤をシャフト及びスリーブの両方に塗布す
ることができる。
のシャフトを含む軸受に対しては、乾式潤滑剤は一般に
用いない。鋼鉄製のスリーブ／セラミック製のシャフト
の実施例においては、スリーブの孔に乾式潤滑剤を塗布
することができる。アルミニウム／鋼鉄製の軸受面に対
しては、潤滑剤をシャフト及びスリーブの両方に塗布す
ることができる。
【００７９】本発明は上述の特定の実施例に加えて他の
種々の実施例において実施できる。例えば、図１８は共
通の固定軸上で反対方向に回転する２つのスリーブを示
している。図示のように磁性の一連の軸方向のスラスト
軸受が連結されて種々の軸受要素の所要の軸方向の整合
（アラインメント）を維持している。
種々の実施例において実施できる。例えば、図１８は共
通の固定軸上で反対方向に回転する２つのスリーブを示
している。図示のように磁性の一連の軸方向のスラスト
軸受が連結されて種々の軸受要素の所要の軸方向の整合
（アラインメント）を維持している。
【００８０】次に図１９を参照すると、球形の回転軸受
要素１００が、モータ１０２と合致する球形の固定軸受
面１０４を有する中間部材とに堅固に連結されている。
本発明の図１９の実施例においては、回転する軸受面１
００を長手方向の軸線１０６に関して相対的にその位置
を調節し上述の如き適正なギャップ寸法を提供するため
の調節機構を設ける必要がある。そのような調節は、調
節可能なハブあるいは調節ねじを設けることにより、あ
るいは適宜に選択されたシムを設けることによってさえ
も達成することができる。
要素１００が、モータ１０２と合致する球形の固定軸受
面１０４を有する中間部材とに堅固に連結されている。
本発明の図１９の実施例においては、回転する軸受面１
００を長手方向の軸線１０６に関して相対的にその位置
を調節し上述の如き適正なギャップ寸法を提供するため
の調節機構を設ける必要がある。そのような調節は、調
節可能なハブあるいは調節ねじを設けることにより、あ
るいは適宜に選択されたシムを設けることによってさえ
も達成することができる。
【００８１】図２０を参照すると、本発明の軸受アセン
ブリは、円錐形の回転軸受面１０８及び円錐形の静止軸
受面１１０を含む円錐部分として構成されている。軸受
面１０８は回転軸１１２に堅固に連結されている。図１
９に示した球形部分軸受アセンブリと同様に、２つの軸
受面１０８の少なくとも一方の長手方向の軸線１１２に
関する調節を、シム、ねじあるいは調節可能なハブ等の
適宜な調節手段により行わなければならない。
ブリは、円錐形の回転軸受面１０８及び円錐形の静止軸
受面１１０を含む円錐部分として構成されている。軸受
面１０８は回転軸１１２に堅固に連結されている。図１
９に示した球形部分軸受アセンブリと同様に、２つの軸
受面１０８の少なくとも一方の長手方向の軸線１１２に
関する調節を、シム、ねじあるいは調節可能なハブ等の
適宜な調節手段により行わなければならない。
【００８２】本発明の図１９及び図２０の両方の実施例
においては、回転軸受面及び静止軸受面は慎重に整合さ
せる必要があり、この整合は、例えば、回転面の間に細
かい粒度の研磨材を付与して隣接する軸受面の間で摩耗
させることにより行うことができる。適宜な高精度の機
械加工技術を用いてそのような研磨段階を除くこともで
きる。そのような研磨による整合手順が完了すると、そ
の結果生じた軸受面の粗度を評価して、本発明の適正な
作動に必要とされる適正な表面粗度Ｒａを得るために軸
受面を更に処理する必要があるか否かを判定する。
においては、回転軸受面及び静止軸受面は慎重に整合さ
せる必要があり、この整合は、例えば、回転面の間に細
かい粒度の研磨材を付与して隣接する軸受面の間で摩耗
させることにより行うことができる。適宜な高精度の機
械加工技術を用いてそのような研磨段階を除くこともで
きる。そのような研磨による整合手順が完了すると、そ
の結果生じた軸受面の粗度を評価して、本発明の適正な
作動に必要とされる適正な表面粗度Ｒａを得るために軸
受面を更に処理する必要があるか否かを判定する。
【００８３】図２１Ａを参照すると、本発明の軸受アセ
ンブリは、軸受面１１６を有する回転ディスク１１４及
び軸受面１２０を有する静止ディスク１１８を含む環状
のディスク部分として構成されている。回転ディスク１
１４は回転スリーブ１２２に堅固に連結されている。円
筒形の軸受シャフト１２４が軸受スリーブ１２２の中で
同心状に設けられており、この軸受スリーブはディスク
１１８と共にハウジング１２６へ堅固に連結された両端
部を有している。
ンブリは、軸受面１１６を有する回転ディスク１１４及
び軸受面１２０を有する静止ディスク１１８を含む環状
のディスク部分として構成されている。回転ディスク１
１４は回転スリーブ１２２に堅固に連結されている。円
筒形の軸受シャフト１２４が軸受スリーブ１２２の中で
同心状に設けられており、この軸受スリーブはディスク
１１８と共にハウジング１２６へ堅固に連結された両端
部を有している。
【００８４】図２１Ａに示された軸受は軸方向のスラス
ト制御軸受として機能する。ディスクは整合されていて
上述の如き適正なギャップ寸法及び面粗度Ｒａを提供し
ている。
ト制御軸受として機能する。ディスクは整合されていて
上述の如き適正なギャップ寸法及び面粗度Ｒａを提供し
ている。
【００８５】図２１Ａに示すように各端部にスラスト軸
受を有するこの構成の軸受は水平方向又は垂直方向にお
いて作動可能である。一方の端部のみにスラスト面を有
する軸受は、スラスト面で負荷を支持した状態で垂直方
向に作動することができる。
受を有するこの構成の軸受は水平方向又は垂直方向にお
いて作動可能である。一方の端部のみにスラスト面を有
する軸受は、スラスト面で負荷を支持した状態で垂直方
向に作動することができる。
【００８６】図２１Ｂは、回転シャフト１３２に堅固に
連結されたスラスト面１３０を有するディスク１２８を
含む軸受を示している。スラスト面１３６を有するディ
スク１３４は、軸受スリーブ１３８と共にハウジング１
４０へ堅固に連結されている。
連結されたスラスト面１３０を有するディスク１２８を
含む軸受を示している。スラスト面１３６を有するディ
スク１３４は、軸受スリーブ１３８と共にハウジング１
４０へ堅固に連結されている。
【００８７】図２１Ｃは、回転スリーブ１４６に堅固に
連結されたスラスト面１４４を有するディスク１４２を
含んでいる。ディスク１４８が、軸受シャフトと共にハ
ウジング１５２に堅固に連結されている。
連結されたスラスト面１４４を有するディスク１４２を
含んでいる。ディスク１４８が、軸受シャフトと共にハ
ウジング１５２に堅固に連結されている。
【００８８】これら軸方向のスラスト制御軸受の特定の
実施例だけが図２１Ａに示されているが、軸方向のスラ
スト制御軸受アセンブリとしての気体支持される空気軸
受の応用例は、図２１に示す原理に基づき当業者には容
易に理解できる種々の方法で変更することができる。
実施例だけが図２１Ａに示されているが、軸方向のスラ
スト制御軸受アセンブリとしての気体支持される空気軸
受の応用例は、図２１に示す原理に基づき当業者には容
易に理解できる種々の方法で変更することができる。
【００８９】本発明の実施により多くの利益が達成され
る。軸受形状、粗度Ｒａ、軸受表面積に対する空気溜の
比及び縦横比のユニークかつ相互に関連した組み合わせ
により、５，３５０から８，９１７ｋｇ／ｃｍ（３０，
０００から５０，０００ポンド／インチ）程度の極めて
高い軸受剛さが得られる。本発明の新規な構造により、
起動時から動作速度が増加するに従って急速に剛さが増
加し、極めて低い速度で一方の軸受が他方の軸受と相対
的に上昇する。本発明においては、毎分約２３から６９
ｍ（７５から２２５フィート）の表面速度において上昇
が起こる。ある従来技術のヘリンボーン型の軸受アセン
ブリでは、毎分約１８３ｍ（約６００フィート）の表面
速度になるまでは上昇が起こらない。
る。軸受形状、粗度Ｒａ、軸受表面積に対する空気溜の
比及び縦横比のユニークかつ相互に関連した組み合わせ
により、５，３５０から８，９１７ｋｇ／ｃｍ（３０，
０００から５０，０００ポンド／インチ）程度の極めて
高い軸受剛さが得られる。本発明の新規な構造により、
起動時から動作速度が増加するに従って急速に剛さが増
加し、極めて低い速度で一方の軸受が他方の軸受と相対
的に上昇する。本発明においては、毎分約２３から６９
ｍ（７５から２２５フィート）の表面速度において上昇
が起こる。ある従来技術のヘリンボーン型の軸受アセン
ブリでは、毎分約１８３ｍ（約６００フィート）の表面
速度になるまでは上昇が起こらない。
【００９０】本発明の軸受は極めて高い回転数において
も動作可能である。本発明の試作品は、この試作品の駆
動モータの最大回転数である４０，０００ＲＰＭにおい
てテストしても満足すべきものであった。一般に、従来
技術のヘリンボーン型の軸受は、約３０，０００ＲＰＭ
程度の最大作動回転数が限度である。
も動作可能である。本発明の試作品は、この試作品の駆
動モータの最大回転数である４０，０００ＲＰＭにおい
てテストしても満足すべきものであった。一般に、従来
技術のヘリンボーン型の軸受は、約３０，０００ＲＰＭ
程度の最大作動回転数が限度である。
【００９１】本発明により達成される極めて高い軸受剛
さ（５，３５０から８，９１７ｋｇ／ｃｍ）により、軸
受は、水平方向、垂直方向あるいは傾斜した方向を含む
あらゆる方向において動作可能である。ある従来技術の
ヘリンボーン型の装置の軸受剛さの範囲は不十分なもの
であり、垂直方向において作動することを必要とし、垂
直方向から１０°傾いただけでも十分な時間にわたって
満足すべき作動を示さない。
さ（５，３５０から８，９１７ｋｇ／ｃｍ）により、軸
受は、水平方向、垂直方向あるいは傾斜した方向を含む
あらゆる方向において動作可能である。ある従来技術の
ヘリンボーン型の装置の軸受剛さの範囲は不十分なもの
であり、垂直方向において作動することを必要とし、垂
直方向から１０°傾いただけでも十分な時間にわたって
満足すべき作動を示さない。
【００９２】本発明の軸受はまた時計方向あるいは反時
計方向のいずれの方向においても作動可能である。従来
技術ヘリンボーン型の軸受は、その特異なヘリンボーン
溝のパターンのためにまた軸受を加圧するために一方向
に空気を圧送する必要があるために、その動作方向は一
方向である。本発明は、外部空気供給源を必要とせずに
クローズドシステムとして動作する。ヘリンボーン型の
軸受はこの軸受へ圧送されるべき空気源を必要とする。
異物の存在しない環境で作動させない限り、ヘリンボー
ン型の軸受は浮遊する異物によりほぼ常に汚染され、こ
れにより軸受の突発的な故障が生ずる。
計方向のいずれの方向においても作動可能である。従来
技術ヘリンボーン型の軸受は、その特異なヘリンボーン
溝のパターンのためにまた軸受を加圧するために一方向
に空気を圧送する必要があるために、その動作方向は一
方向である。本発明は、外部空気供給源を必要とせずに
クローズドシステムとして動作する。ヘリンボーン型の
軸受はこの軸受へ圧送されるべき空気源を必要とする。
異物の存在しない環境で作動させない限り、ヘリンボー
ン型の軸受は浮遊する異物によりほぼ常に汚染され、こ
れにより軸受の突発的な故障が生ずる。
【００９３】本発明の軸受を６，１００ｍ（２０，００
０フィート）の高度でテストしても何ら性能的な低下は
見られなかった。
０フィート）の高度でテストしても何ら性能的な低下は
見られなかった。
【００９４】本発明の軸受の特異な構造により軸受面の
摩耗は極めて低い。本発明の試作品を４０，０００回の
起動／停止サイクルを行ってテストし、極めて高い解像
度の測定機器を用いて摩耗を検査したにも拘わらず、測
定できるほどの摩耗量を見いだすことはできなかった。
従って、この軸受の動作寿命は２０，０００回の起動／
停止サイクルを優に超えるものと予想される。一般に、
従来技術のあるヘリンボーン型の軸受アセンブリは、僅
か１０，０００回の起動／停止サイクルの寿命を持つと
されている。本発明の試作品を今まで２２，０００時間
以上連続的に作動させているが明らかな摩耗は生じてい
ない。一般に、従来技術の玉軸受アセンブリの寿命は２
０，０００ＲＰＭを超える速度で約２０００時間程度で
ある。
摩耗は極めて低い。本発明の試作品を４０，０００回の
起動／停止サイクルを行ってテストし、極めて高い解像
度の測定機器を用いて摩耗を検査したにも拘わらず、測
定できるほどの摩耗量を見いだすことはできなかった。
従って、この軸受の動作寿命は２０，０００回の起動／
停止サイクルを優に超えるものと予想される。一般に、
従来技術のあるヘリンボーン型の軸受アセンブリは、僅
か１０，０００回の起動／停止サイクルの寿命を持つと
されている。本発明の試作品を今まで２２，０００時間
以上連続的に作動させているが明らかな摩耗は生じてい
ない。一般に、従来技術の玉軸受アセンブリの寿命は２
０，０００ＲＰＭを超える速度で約２０００時間程度で
ある。
【００９５】本発明の特異な構造により、軸受スリーブ
及び軸受シャフトの対向する面全体にわたって全長をカ
バーする軸受アセンブリが提供され、これにより非常に
大きな軸受け支持面が提供されて出荷及び取り扱いの際
のダメージに対して優れた耐衝撃性を有する。従来技術
のヘリンボーン型の軸受アセンブリは、比較的短く小さ
な軸受面にたよっている。
及び軸受シャフトの対向する面全体にわたって全長をカ
バーする軸受アセンブリが提供され、これにより非常に
大きな軸受け支持面が提供されて出荷及び取り扱いの際
のダメージに対して優れた耐衝撃性を有する。従来技術
のヘリンボーン型の軸受アセンブリは、比較的短く小さ
な軸受面にたよっている。
【００９６】スリーブ及びシャフトに使用する材料を熱
膨張係数に関して適正に調和させることが容易に行うこ
とができ、この場合には極めて広い動作温度範囲を容易
に達成することができる。
膨張係数に関して適正に調和させることが容易に行うこ
とができ、この場合には極めて広い動作温度範囲を容易
に達成することができる。
【００９７】本発明の軸受アセンブリにおいては摩擦ト
ルクが極めて低いために、熱上昇は無視し得るものであ
り、一般にその値は約２２，０００ＲＰＭの動作時に約
２．８°Ｃ（５°Ｆ）よりも低い程度である。この低い
熱上昇は主としてモータの過熱によるものである。
ルクが極めて低いために、熱上昇は無視し得るものであ
り、一般にその値は約２２，０００ＲＰＭの動作時に約
２．８°Ｃ（５°Ｆ）よりも低い程度である。この低い
熱上昇は主としてモータの過熱によるものである。
【００９８】従来技術の玉軸受アセンブリにおいて用い
られるような湿式の潤滑剤の代わりに乾式の潤滑剤を用
いる（本発明の軸受けに潤滑剤を用いる場合）ことによ
り、従来技術の玉軸受ユニットにおいて起こる潤滑剤に
よる汚染問題を完全に排除する。従って、光学的な用途
においては、本発明を用いることにより潤滑剤による光
学面の汚染が完全に防止できる。
られるような湿式の潤滑剤の代わりに乾式の潤滑剤を用
いる（本発明の軸受けに潤滑剤を用いる場合）ことによ
り、従来技術の玉軸受ユニットにおいて起こる潤滑剤に
よる汚染問題を完全に排除する。従って、光学的な用途
においては、本発明を用いることにより潤滑剤による光
学面の汚染が完全に防止できる。
【００９９】従来技術の玉軸受において用いられる湿式
の潤滑剤のランダムな再分布により、玉軸受における抗
力がランダムに変化する。これらのランダム再分布によ
り回転部材の回転速度が変化する。本発明の気体軸受に
おいては湿式の潤滑剤を用いていないために、従来技術
の玉軸受に比べて２倍の速度安定性が得られる。
の潤滑剤のランダムな再分布により、玉軸受における抗
力がランダムに変化する。これらのランダム再分布によ
り回転部材の回転速度が変化する。本発明の気体軸受に
おいては湿式の潤滑剤を用いていないために、従来技術
の玉軸受に比べて２倍の速度安定性が得られる。
【０１００】本発明においては、所望の軸受面の形状を
得るために隣接する無数のすなわちランダムに配列され
たランド部及び溝を利用しかつ廉価な製造技術を採用し
ているために、本発明の軸受けは極めて低コストで製造
可能である。従来技術のヘリンボーン型の軸受において
は、制限された数の高度に精緻な形状パターンを必要と
するので、製造の許容差が小さく製造コストが高くな
る。
得るために隣接する無数のすなわちランダムに配列され
たランド部及び溝を利用しかつ廉価な製造技術を採用し
ているために、本発明の軸受けは極めて低コストで製造
可能である。従来技術のヘリンボーン型の軸受において
は、制限された数の高度に精緻な形状パターンを必要と
するので、製造の許容差が小さく製造コストが高くな
る。
【０１０１】以上の記載により、当業者には、ここに開
示する自己加圧式の気体支持型の軸受を種々の方法で変
更できることは明らかであり、上述の好ましい形態に加
えて他の多くの実施例を考えることができるであろう。
特許請求の範囲の記載においては、本発明原理及び範囲
に入る総てのそのような変更例を含むことを意図してい
る。
示する自己加圧式の気体支持型の軸受を種々の方法で変
更できることは明らかであり、上述の好ましい形態に加
えて他の多くの実施例を考えることができるであろう。
特許請求の範囲の記載においては、本発明原理及び範囲
に入る総てのそのような変更例を含むことを意図してい
る。
【図１】図１Ａは、通常の玉軸受により両端部が支持さ
れた円筒形の回転シャフトを有する従来技術の多角形の
ミラー・スキャナの断面図である。図１Ｂは、図１Ａの
スキャナを一部破断して示す斜視図である。
れた円筒形の回転シャフトを有する従来技術の多角形の
ミラー・スキャナの断面図である。図１Ｂは、図１Ａの
スキャナを一部破断して示す斜視図である。
【図２】従来技術のヘリンボーン式の気体支持型の軸受
の断面図である。
の断面図である。
【図３】本発明の自己加圧式の気体支持型の軸受を含む
多角形のミラー・スキャナの断面図であり、この実施例
においては円筒形の軸受シャフトは固定された円筒形の
軸受スリーブと相対的に回転する。
多角形のミラー・スキャナの断面図であり、この実施例
においては円筒形の軸受シャフトは固定された円筒形の
軸受スリーブと相対的に回転する。
【図４】図４Ａは、本発明の自己加圧式の気体支持型の
軸受を含む多角形のミラー・スキャナの断面図であり、
この実施例においては、円筒形の軸受スリーブは静止し
た円筒形のシャフトの周囲で回転する。図４Ｂは、図４
Ａの多角形のミラー・スキャナを一部破断して示す平面
図である。
軸受を含む多角形のミラー・スキャナの断面図であり、
この実施例においては、円筒形の軸受スリーブは静止し
た円筒形のシャフトの周囲で回転する。図４Ｂは、図４
Ａの多角形のミラー・スキャナを一部破断して示す平面
図である。
【図５】図５Ａは、代表的な従来技術の軸受構造の円滑
な軸受面を一部切除して示す断面図である。図５Ｂは、
本明細書において定義する表面粗度を有する本発明の軸
受面を一部切除して示す断面図である。
な軸受面を一部切除して示す断面図である。図５Ｂは、
本明細書において定義する表面粗度を有する本発明の軸
受面を一部切除して示す断面図である。
【図６】図６Ａ，図６Ｂ及び図６Ｃは、粗度平均Ｒａを
含む機械工学的な用語を定義するための一連の図であ
る。
含む機械工学的な用語を定義するための一連の図であ
る。
【図７】テーパの誤差の結果として軸受ギャップの形状
が変化している円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブ
を示す図である。
が変化している円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブ
を示す図である。
【図８】軸受アセンブリの両端に鐘形の形状誤差を含む
円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブを示す図であ
る。
円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブを示す図であ
る。
【図９】軸の下方へのたわみにより生じた不均一な空気
ギャップを含む円筒形の軸受のシャフト及びスリーブを
示す図である。
ギャップを含む円筒形の軸受のシャフト及びスリーブを
示す図である。
【図１０】軸受アセンブリを示す図であり、該軸受アセ
ンブリは２つの隔置されたスリーブ要素を有しており、
各軸受要素のためのシャフトとスリーブとの間のギャッ
プが不均一である状態を示している。
ンブリは２つの隔置されたスリーブ要素を有しており、
各軸受要素のためのシャフトとスリーブとの間のギャッ
プが不均一である状態を示している。
【図１１】樽形状の結果生ずる形状誤差を示す空気軸受
のシャフト及びスリーブの図である。
のシャフト及びスリーブの図である。
【図１２】スリーブ孔の中央部の形状誤差を示す空気軸
受のシャフト及びスリーブの図である。
受のシャフト及びスリーブの図である。
【図１３】シャフト及びスリーブを含む円筒形の空気軸
受アセンブリの断面図であり、形状誤差の結果生ずるギ
ャップ寸法の変化を示している。
受アセンブリの断面図であり、形状誤差の結果生ずるギ
ャップ寸法の変化を示している。
【図１４】軸受スリーブの長さに対する軸受シャフトの
直径の比によって定義される軸受のアスペクト比を示し
ている。
直径の比によって定義される軸受のアスペクト比を示し
ている。
【図１５】図１５Ａは、セラミック製のシャフトのラン
ド部及び溝の相対的な面積を示す図である。図１５Ｂ
は、セラミック製のシャフトのランド部及び溝を一部切
除して示す断面図である。
ド部及び溝の相対的な面積を示す図である。図１５Ｂ
は、セラミック製のシャフトのランド部及び溝を一部切
除して示す断面図である。
【図１６】図１６Ａは、金属製の軸受要素の表面に加え
たランダムな斜交ハッチング形の粗面パターンを示して
いる。図１６Ｂは、図１６Ａに示す軸受要素を一部切除
した断面図であり、他のランド部及び溝を示している。
たランダムな斜交ハッチング形の粗面パターンを示して
いる。図１６Ｂは、図１６Ａに示す軸受要素を一部切除
した断面図であり、他のランド部及び溝を示している。
【図１７】図１７Ａは、金属製の軸受シャフトの面のラ
ンダムな円周方向の溝を示している。図１７Ｂは、図１
７Ａに示す軸受要素を一部切除して示す断面図であり、
軸受のランド部及び溝の間の関係を示している。
ンダムな円周方向の溝を示している。図１７Ｂは、図１
７Ａに示す軸受要素を一部切除して示す断面図であり、
軸受のランド部及び溝の間の関係を示している。
【図１８】非回転型の軸受シャフト上に設けられ反対方
向に回転する一対のスリーブを含む本発明の実施例を示
している。
向に回転する一対のスリーブを含む本発明の実施例を示
している。
【図１９】球形の軸受面を含む本発明の実施例の断面図
である。
である。
【図２０】円錐形状の部分として形成された軸受面を含
む本発明の実施例の断面図である。
む本発明の実施例の断面図である。
【図２１】図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃは軸方向の
スラスト制御軸受として構成された自己加圧式の気体支
持型の軸受を示す断面図である。
スラスト制御軸受として構成された自己加圧式の気体支
持型の軸受を示す断面図である。
４０ 軸受スリーブ ４２ 長手方向の
軸線 ４４ 内側面 ４６ 軸受シャフ
ト ５０ スキャニング・ミラー ５２，５４，５６
磁石 ６４ ハウジング ６８ 軸受スリー
ブ ７０ ねじ ８０，８２ 軸受
面 Ｒａ 表面粗度
軸線 ４４ 内側面 ４６ 軸受シャフ
ト ５０ スキャニング・ミラー ５２，５４，５６
磁石 ６４ ハウジング ６８ 軸受スリー
ブ ７０ ねじ ８０，８２ 軸受
面 Ｒａ 表面粗度
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】１Ａは、通常の玉軸受により両端部が支持され
た円筒形の回転シャフトを有する従来技術の多角形のミ
ラー・スキャナの断面図である。１Ｂは、図１の１Ａの
スキャナを一部破断して示す斜視図である。
た円筒形の回転シャフトを有する従来技術の多角形のミ
ラー・スキャナの断面図である。１Ｂは、図１の１Ａの
スキャナを一部破断して示す斜視図である。
【図２】従来技術のヘリンボーン式の気体支持型の軸受
の断面図である。
の断面図である。
【図３】本発明の自己加圧式の気体支持型の軸受を含む
多角形のミラー・スキャナの断面図であり、この実施例
においては円筒形の軸受シャフトは固定された円筒形の
軸受スリーブと相対的に回転する。
多角形のミラー・スキャナの断面図であり、この実施例
においては円筒形の軸受シャフトは固定された円筒形の
軸受スリーブと相対的に回転する。
【図４】４Ａは、本発明の自己加圧式の気体支持型の軸
受を含む多角形のミラー・スキャナの断面図であり、こ
の実施例においては、円筒形の軸受スリーブは静止した
円筒形のシャフトの周囲で回転する。４Ｂは、図４の４
Ａの多角形のミラー・スキャナを一部破断して示す平面
図である。
受を含む多角形のミラー・スキャナの断面図であり、こ
の実施例においては、円筒形の軸受スリーブは静止した
円筒形のシャフトの周囲で回転する。４Ｂは、図４の４
Ａの多角形のミラー・スキャナを一部破断して示す平面
図である。
【図５】５Ａは、代表的な従来技術の軸受構造の円滑な
軸受面を一部切除して示す断面図である。５Ｂは、本明
細書において定義する表面粗度を有する本発明の軸受面
を一部切除して示す断面図である。
軸受面を一部切除して示す断面図である。５Ｂは、本明
細書において定義する表面粗度を有する本発明の軸受面
を一部切除して示す断面図である。
【図６】６Ａ，６Ｂ及び６Ｃは、粗度平均Ｒａを含む機
械工学的な用語を定義するための一連の図である。
械工学的な用語を定義するための一連の図である。
【図７】テーパの誤差の結果として軸受ギャップの形状
が変化している円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブ
を示す図である。
が変化している円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブ
を示す図である。
【図８】軸受アセンブリの両端に鐘形の形状誤差を含む
円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブを示す図であ
る。
円筒形の軸受シャフト及び軸受スリーブを示す図であ
る。
【図９】軸の下方へのたわみにより生じた不均一な空気
ギャップを含む円筒形の軸受のシャフト及びスリーブを
示す図である。
ギャップを含む円筒形の軸受のシャフト及びスリーブを
示す図である。
【図１０】軸受アセンブリを示す図であり、該軸受アセ
ンブリは２つの隔置されたスリーブ要素を有しており、
各軸受要素のためのシャフトとスリーブとの間のギャッ
プが不均一である状態を示している。
ンブリは２つの隔置されたスリーブ要素を有しており、
各軸受要素のためのシャフトとスリーブとの間のギャッ
プが不均一である状態を示している。
【図１１】樽形状の結果生ずる形状誤差を示す空気軸受
のシャフト及びスリーブの図である。
のシャフト及びスリーブの図である。
【図１２】スリーブ孔の中央部の形状誤差を示す空気軸
受のシャフト及びスリーブの図である。
受のシャフト及びスリーブの図である。
【図１３】シャフト及びスリーブを含む円筒形の空気軸
受アセンブリの断面図であり、形状誤差の結果生ずるギ
ャップ寸法の変化を示している。
受アセンブリの断面図であり、形状誤差の結果生ずるギ
ャップ寸法の変化を示している。
【図１４】軸受スリーブの長さに対する軸受シャフトの
直径の比によって定義される軸受のアスペクト比を示し
ている。
直径の比によって定義される軸受のアスペクト比を示し
ている。
【図１５】１５Ａは、セラミック製のシャフトのランド
部及び溝の相対的な面積を示す図である。１５Ｂは、セ
ラミック製のシャフトのランド部及び溝を一部切除して
示す断面図である。
部及び溝の相対的な面積を示す図である。１５Ｂは、セ
ラミック製のシャフトのランド部及び溝を一部切除して
示す断面図である。
【図１６】１６Ａは、金属製の軸受要素の表面に加えた
ランダムな斜交ハッチング形の粗面パターンを示してい
る。１６Ｂは、図１６の１６Ａに示す軸受要素を一部切
除した断面図であり、他のランド部及び溝を示してい
る。
ランダムな斜交ハッチング形の粗面パターンを示してい
る。１６Ｂは、図１６の１６Ａに示す軸受要素を一部切
除した断面図であり、他のランド部及び溝を示してい
る。
【図１７】１７Ａは、金属製の軸受シャフトの面のラン
ダムな円周方向の溝を示している。１７Ｂは、図１７の
１７Ａに示す軸受要素を一部切除して示す断面図であ
り、軸受のランド部及び溝の間の関係を示している。
ダムな円周方向の溝を示している。１７Ｂは、図１７の
１７Ａに示す軸受要素を一部切除して示す断面図であ
り、軸受のランド部及び溝の間の関係を示している。
【図１８】非回転型の軸受シャフト上に設けられ反対方
向に回転する一対のスリーブを含む本発明の実施例を示
している。
向に回転する一対のスリーブを含む本発明の実施例を示
している。
【図１９】球形の軸受面を含む本発明の実施例の断面図
である。
である。
【図２０】円錐形状の部分として形成された軸受面を含
む本発明の実施例の断面図である。
む本発明の実施例の断面図である。
【図２１】２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃは軸方向のスラス
ト制御軸受として構成された自己加圧式の気体支持型の
軸受を示す断面図である。
ト制御軸受として構成された自己加圧式の気体支持型の
軸受を示す断面図である。
【符号の説明】 ４０ 軸受スリーブ ４２ 長手方向の
軸線 ４４ 内側面 ４６ 軸受シャフ
ト ５０ スキャニング・ミラー ５２，５４，５６
磁石 ６４ ハウジング ６８ 軸受スリー
ブ ７０ ねじ ８０，８２ 軸受
面 Ｒａ 表面粗度
軸線 ４４ 内側面 ４６ 軸受シャフ
ト ５０ スキャニング・ミラー ５２，５４，５６
磁石 ６４ ハウジング ６８ 軸受スリー
ブ ７０ ねじ ８０，８２ 軸受
面 Ｒａ 表面粗度
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【図７】
【図８】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図４】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図２０】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【図２１】
【図１７】
【図１８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デラルド・エフ・ハンソン アメリカ合衆国アリゾナ州85040，フエニ ツクス，イースト・ダレル・ロード 4238 (72)発明者 シー・ドウワイト・スミス アメリカ合衆国アリゾナ州85020，フエニ ツクス，イースト・デザート・パーク・レ ーン 829
Claims (19)
- 【請求項１】 自己加圧式の気体支持型の軸受であっ
て、 （ａ）長手方向の軸線を有する円筒形の軸受スリーブで
あって、第１の粗度Ｒａプロファイルのランダムな表面
形状を有する第１の軸受面をそなえた円筒形の内側面を
備える前記軸受スリーブと； （ｂ）前記軸受スリーブの中に該軸受スリーブと同軸状
に配設される円筒形の軸受シャフトであって、第２の粗
度Ｒａプロファイルのランダムな表面形状を有する第２
の軸受面をそなえた円筒形の外側面を備えており、前記
第１及び第２の粗度Ｒａプロファイルの和は約１８から
約６０の範囲内に入り、前記軸受スリーブ及び軸受シャ
フトは前記長手方向の軸線に沿って整合されて前記第１
及び第２の軸受面が重なるようになされた前記軸受シャ
フトと； （ｃ）前記軸受スリーブと前記軸受シャフトとの間に相
対的な回転速度を確立するための駆動手段であって、該
回転速度が軸受剛さ力を生ずると共に前記軸受スリーブ
及び軸受シャフトの重なる軸受面を浮遊させてそれらの
接触を断つようになされた前記駆動手段と；を備えて成
り、 （ｄ）前記軸受スリーブ及び前記軸受シャフトは、前記
軸受スリーブの前記第１の軸受面とこれに重なる前記軸
受シャフトの前記第２の軸受面との間に所定の平均間隔
を維持するような形状になされ、前記平均間隔は約０．
００１９ｍｍ（７５マイクロインチ）の最小値から第１
及び第２の軸受面が浮遊せずにこれらが接触する最大平
均間隔までの間にある自己加圧式の気体支持型の軸受。 - 【請求項２】 請求項１の軸受において、前記軸受スリ
ーブ及び前記軸受シャフトに連結されて前記軸受スリー
ブと軸受シャフトとを固定された長手方向の整合関係に
維持する長手方向の整合手段を更に備えることを特徴と
する軸受。 - 【請求項３】 請求項２の軸受において、前記軸受スリ
ーブは第１の端部分を有しており、前記軸受シャフトは
第１の端部分を有しており、前記長手方向の整合手段
は、前記軸受スリーブの第１の端部分及び前記軸受シャ
フトの第１の端部分に連結された第１のスラスト軸受を
有することを特徴とする軸受。 - 【請求項４】 請求項１の軸受において、前記第１の軸
受面が第１の長さを有し、前記第２の軸受面が第２の長
さを有することを特徴とする軸受。 - 【請求項５】 請求項４の軸受において、前記軸受シャ
フトは回転方向において固定され、前記駆動手段が前記
軸受スリーブを前記軸受シャフトの周囲で回転させ、前
記回転する軸受スリーブの前記第１の長さが前記固定さ
れた軸受シャフトの第２の長さよりも小さいことを特徴
とする軸受。 - 【請求項６】 請求項４の軸受において、前記軸受スリ
ーブは回転方向において固定され、前記駆動手段が前記
軸受シャフトを前記固定された軸受スリーブと相対的に
回転させ、前記軸受スリーブの前記第１の長さが前記軸
受シャフトの第２の長さよりも小さいことを特徴とする
軸受。 - 【請求項７】 請求項３の軸受において、前記スラスト
軸受が磁気的なスラスト軸受アセンブリを備えることを
特徴とする軸受。 - 【請求項８】 請求項７の軸受において、前記磁気的な
スラスト軸受アセンブリが、 （ａ）前記軸受シャフトの前記第１の端部分に連結され
た環状の第１の磁石と； （ｂ）前記軸受シャフトの前記第１の端部分に連結され
た環状の第２の磁石と；を備えることを特徴とする軸
受。 - 【請求項９】 請求項８の軸受において、前記環状の第
１及び第２の磁石が各々北極及び南極を有しており、前
記環状の第１及び第２の磁石が磁極を合わせた状態で互
いに近接して配設されることを特徴とする軸受。 - 【請求項１０】 請求項９の軸受において、 （ａ）前記軸受シャフト及び前記軸受スリーブが各々第
２の端部分を有しており； （ｂ）前記長手方向の整合手段が、前記軸受スリーブの
前記第２の端部分及び前記軸受シャフトの前記第２の端
部分に連結された第２のスラスト軸受を有する；ことを
特徴とする軸受。 - 【請求項１１】 請求項１０の軸受において、前記第２
のスラスト軸受が磁気的なスラスト軸受アセンブリを有
することを特徴とする軸受。 - 【請求項１２】 請求項１１の軸受において、前記磁気
的なスラスト軸受アセンブリが、 （ａ）前記軸受シャフトの前記第２の端部分に連結され
た環状の第１の磁石と； （ｂ）前記軸受シャフトの前記第２の端部分に連結され
た環状の第２の磁石と；を有することを特徴とする軸
受。 - 【請求項１３】 重心を通って伸びる長手方向の軸線を
有する負荷を回転させるための装置であって、 （ａ）前記負荷を前記長手方向の軸線の周囲で回転させ
るように該負荷に連結された軸受アセンブリを備え、該
軸受アセンブリが、 （i）前記長手方向の軸線にその中心が整合された円筒
形の軸受スリーブであって、第１の粗度Ｒａプロファイ
ルのランダムな表面形状を有する第１の軸受面をそなえ
る円筒形の表面を備える前記軸受スリーブと； （ii）前記軸受スリーブの中に該軸受スリーブと同軸状
に配設される円筒形の軸受シャフトであって、第２の粗
度Ｒａプロファイルのランダムな表面形状を有する第２
の軸受面をそなえた円筒形の外側面備えており、前記第
１及び第２の粗度Ｒａプロファイルの和は約１８から約
６０の範囲内に入り、前記軸受スリーブ及び軸受シャフ
トは前記長手方向の軸線に沿って整合されて前記第１及
び第２の軸受面が重なるようになされた前記軸受シャフ
トと；を備えており、該装置は更に、 （ｂ）前記軸受スリーブと前記軸受シャフトとの間に相
対的な回転速度を確立するための駆動手段であって、該
回転速度が軸受剛さ力を生ずると共に前記軸受スリーブ
及び軸受シャフトの重なる軸受面を浮遊させてそれらの
接触を断つようになされた前記駆動手段；を備えて成
り、 （ｃ）前記軸受スリーブ及び前記軸受シャフトは、前記
軸受スリーブの前記第１の軸受面とこれに重なる前記軸
受シャフトの前記第２の軸受面との間に所定の平均間隔
を維持するような寸法の形状になされ、前記平均間隔は
約０．００１９ｍｍ（７５マイクロインチ）の最小値か
ら第１及び第２の軸受面が浮遊せずにこれらが接触する
最大平均間隔までの間にある装置。 - 【請求項１４】 自己加圧式の気体支持型の軸受であっ
て、 （ａ）長手方向の軸線を有する第１の軸受要素であっ
て、第１の粗度Ｒａプロファイルのランダムな表面形状
を有する湾曲した内側軸受面をそなえた前記第１の軸受
要素と； （ｂ）前記第１の軸受要素の中に該軸受要素と同軸状に
配設される第２の軸受要素であって、第２の粗度Ｒａプ
ロファイルのランダムな表面形状を有する湾曲した外側
の軸受面をを備えており、前記第１及び第２の粗度Ｒａ
プロファイルの和は約１８から約６０の範囲内に入り、
前記第１及び第２の軸受要素は前記長手方向の軸線に沿
って整合されて前記内側及び外側の軸受面が重なるよう
になされた前記軸受要素と； （ｃ）前記内側の軸受面と外側の軸受面との間に相対的
な回転速度を確立するための駆動手段であって、該回転
速度が軸受剛さ力を生ずると共に前記重なる軸受面を浮
遊させてそれらの接触を断つようになされた前記駆動手
段と；を備えて成り、 （ｄ）前記内側及び外側の軸受面は、前記第１及び第２
の軸受要素の前記重なる軸受面の間に所定の平均間隔を
維持するような寸法の形状になされ、前記平均間隔は約
０．００１９ｍｍ（７５マイクロインチ）の最小値から
前記内側及び外側の軸受面が浮遊せずにこれらが接触す
る最大平均間隔までの間にある自己加圧式の気体支持型
の軸受。 - 【請求項１５】 請求項１４の軸受において、前記第１
の軸受要素及び前記第２の軸受要素に連結されてこれら
内側及び外側の軸受面の間に固定された長手方向の整合
を維持するための長手方向の整合手段を更に備えること
を特徴とする軸受。 - 【請求項１６】 請求項１４の軸受において、前記最大
平均間隔が約０．００７６ｍｍ（３００マイクロイン
チ）に等しいかあるいはこれよりも小さいことを特徴と
する軸受。 - 【請求項１７】 請求項１４の軸受において、前記湾曲
した内側及び外側の軸受面が同心円状の円筒体として形
成されることを特徴とする軸受。 - 【請求項１８】 請求項１４の軸受において、前記湾曲
した内側及び外側の軸受面が同心円状の円錐体として形
成されることを特徴とする軸受。 - 【請求項１９】 請求項１４の軸受において、前記湾曲
した内側及び外側の軸受面が同心円状の球形部分として
形成されることを特徴とする軸受。
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