JPH06147225A - 静圧気体軸受 - Google Patents
静圧気体軸受Info
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- JPH06147225A JPH06147225A JP31787792A JP31787792A JPH06147225A JP H06147225 A JPH06147225 A JP H06147225A JP 31787792 A JP31787792 A JP 31787792A JP 31787792 A JP31787792 A JP 31787792A JP H06147225 A JPH06147225 A JP H06147225A
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- Japan
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- bearing
- bearing housing
- static pressure
- rotary shaft
- thrust plate
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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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings 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
- F16C32/0603—Bearings 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
- F16C32/0614—Bearings 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
- F16C32/0618—Bearings 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
-
- 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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings 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
- F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
- F16C32/0685—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for radial load only
-
- 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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings 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
- F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
- F16C32/0696—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速回転に適した静圧気体軸受を実現する。
【構成】 回転軸１は、一対の円筒部分１ｂ，１ｃおよ
びその間に配置されたスラストプレート部分１ｄからな
る中空体であり、該中空体はセラミック材料によって作
られている。軸受ハウジング２は、回転軸１の円筒部分
１ｂ，１ｃに向ってそれぞれ気体を噴出するラジアル軸
受パッド３ａ，３ｂと、スラストプレート部分１ｄの両
面に向ってそれぞれ気体を噴出するスラスト軸受パッド
４ａ，４ｂを有する。スラストプレートを接合する埋金
やタップを必要としないため、遠心力によって破壊され
るおそれがないうえに、軽量化により共振周波数を高く
して振動を防止できる。
びその間に配置されたスラストプレート部分１ｄからな
る中空体であり、該中空体はセラミック材料によって作
られている。軸受ハウジング２は、回転軸１の円筒部分
１ｂ，１ｃに向ってそれぞれ気体を噴出するラジアル軸
受パッド３ａ，３ｂと、スラストプレート部分１ｄの両
面に向ってそれぞれ気体を噴出するスラスト軸受パッド
４ａ，４ｂを有する。スラストプレートを接合する埋金
やタップを必要としないため、遠心力によって破壊され
るおそれがないうえに、軽量化により共振周波数を高く
して振動を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は精密工作機械等に用いら
れる静圧気体軸受に関し、とくに高速回転に適した静圧
気体軸受に関するものである。
れる静圧気体軸受に関し、とくに高速回転に適した静圧
気体軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、静圧気体軸受は回転トルクが小
さく、また回転精度も高く、さらにメンテナンスがほと
んど不用であることから、精密工作機械の主軸等に広く
用いられている。従来の静圧気体軸受の構成には次のよ
うなものがある。
さく、また回転精度も高く、さらにメンテナンスがほと
んど不用であることから、精密工作機械の主軸等に広く
用いられている。従来の静圧気体軸受の構成には次のよ
うなものがある。
【０００３】（１）回転軸の円筒面を軸受ハウジングの
ラジアル軸受パッドに対向させるとともに、回転軸の両
端にそれぞれスラストプレートを接合し、各スラストプ
レートの片面を軸受ハウジングのスラスト軸受パッドに
対向させるもの。
ラジアル軸受パッドに対向させるとともに、回転軸の両
端にそれぞれスラストプレートを接合し、各スラストプ
レートの片面を軸受ハウジングのスラスト軸受パッドに
対向させるもの。
【０００４】（２）回転軸の円筒面を軸受ハウジングの
ラジアル軸受パッドに対向させるとともに、回転軸の一
端に接合されたスラストプレートの両面をそれぞれ軸受
ハウジングのスラスト軸受パッドに対向させるもの。
ラジアル軸受パッドに対向させるとともに、回転軸の一
端に接合されたスラストプレートの両面をそれぞれ軸受
ハウジングのスラスト軸受パッドに対向させるもの。
【０００５】（３）回転軸の中央にスラストプレートを
接合し、その両面をそれぞれ軸受ハウジングのスラスト
軸受パッドに対向させるとともに、スラストプレートの
両側の円筒面にそれぞれ軸受ハウジングのラジアル軸受
パッドに対向させるもの。
接合し、その両面をそれぞれ軸受ハウジングのスラスト
軸受パッドに対向させるとともに、スラストプレートの
両側の円筒面にそれぞれ軸受ハウジングのラジアル軸受
パッドに対向させるもの。
【０００６】従来例（１）は、２つのスラストプレート
のそれぞれの片面を軸受ハウジングのスラスト軸受パッ
ドに対向させるものであるため、軸受間隙の気体の圧力
によって、各スラストプレートが外側あるいは遠心力に
より内側に変形するおそれがあり、また、従来例（２）
は、軸方向に非対称であるために回転軸が自重によって
傾くおそれがある。従来例（３）は、これらの欠点を除
くために開発されたものであり、スラストプレートが変
形するおそれがないうえに、回転軸とスラストプレート
からなる回転体が軸方向に対称であり、回転軸が傾くお
それがないため、とくに高速回転に適している。
のそれぞれの片面を軸受ハウジングのスラスト軸受パッ
ドに対向させるものであるため、軸受間隙の気体の圧力
によって、各スラストプレートが外側あるいは遠心力に
より内側に変形するおそれがあり、また、従来例（２）
は、軸方向に非対称であるために回転軸が自重によって
傾くおそれがある。従来例（３）は、これらの欠点を除
くために開発されたものであり、スラストプレートが変
形するおそれがないうえに、回転軸とスラストプレート
からなる回転体が軸方向に対称であり、回転軸が傾くお
それがないため、とくに高速回転に適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、高速回転時に様々な障害を発生する。
すなわち上記従来例のいずれも、回転軸が２部品または
３部品により構成され、回転軸の材料としてセラミック
を用いた場合には、各部品の接合部の埋金やタップのた
め強度が低下し、高速回転時に遠心力に基づく応力集中
によって破壊するおそれがある。
の技術によれば、高速回転時に様々な障害を発生する。
すなわち上記従来例のいずれも、回転軸が２部品または
３部品により構成され、回転軸の材料としてセラミック
を用いた場合には、各部品の接合部の埋金やタップのた
め強度が低下し、高速回転時に遠心力に基づく応力集中
によって破壊するおそれがある。
【０００８】従来、回転軸の高速回転駆動には高周波モ
ータやタービンが用いられているが、これらの場合は、
回転軸の端面にモータのロータやタービン翼列を取付け
るため、駆動系を含めた回転体の軸方向の長さが長くな
り、その結果、回転体の重量が大となり、共振周波数が
低いために振動を発生しやすい。
ータやタービンが用いられているが、これらの場合は、
回転軸の端面にモータのロータやタービン翼列を取付け
るため、駆動系を含めた回転体の軸方向の長さが長くな
り、その結果、回転体の重量が大となり、共振周波数が
低いために振動を発生しやすい。
【０００９】また、例えば円筒状の被削材を外径加工す
る工作機械の場合は、主軸の起動や停止時間によるタイ
ムロスを防ぐために、主軸の一端に工具を取付けるとと
もに主軸を中空とし、主軸を常時回転させながらその中
空部を通って被削材を送るのが望ましいが、主軸の軸受
部分の長さが長いと、被削材を保持して主軸の中空部を
通過させるチャックの長さも長くなるため、その剛性が
低下し、良好な真直度が得られない。
る工作機械の場合は、主軸の起動や停止時間によるタイ
ムロスを防ぐために、主軸の一端に工具を取付けるとと
もに主軸を中空とし、主軸を常時回転させながらその中
空部を通って被削材を送るのが望ましいが、主軸の軸受
部分の長さが長いと、被削材を保持して主軸の中空部を
通過させるチャックの長さも長くなるため、その剛性が
低下し、良好な真直度が得られない。
【００１０】さらに、近年、加工タクトの短縮を目指し
て、工作機械の主軸には一層の高速化が求められている
が、従来の静圧気体軸受において高速回転を行うと、遠
心力および軸受間隙の空気膜の剪断による発熱のために
回転軸が膨張し、その結果、軸受間隙が減少する。この
ように、軸受間隙が減少すると、発熱量は一層増加し、
回転軸が軸受パッドに接触して円滑な回転ができなくな
るおそれがある。これを防ぐために、軸受ハウジングの
熱膨張係数が回転軸より大きくなるように両者の材質を
選定し、軸受ハウジングに冷却ジャケットを設けて、予
測される発熱量に基づいて温度制御された冷媒を供給す
ることで軸受ハウジングの温度を調節し、これによって
軸受間隙の変動を防ぐ方法が開発されているが、回転速
度を大幅に変化させた場合には、発熱量の変動の予測が
困難であるために適正な温度制御ができず、必要以上に
冷却されて軸受剛性が低下したり、逆に冷却が不充分な
ために回転不良や焼き付きを発生するおそれがあった。
また、始動時には、所定の温度状態に到達するまでに長
時間のならし運転を必要とするためにタイムロスが大き
い。
て、工作機械の主軸には一層の高速化が求められている
が、従来の静圧気体軸受において高速回転を行うと、遠
心力および軸受間隙の空気膜の剪断による発熱のために
回転軸が膨張し、その結果、軸受間隙が減少する。この
ように、軸受間隙が減少すると、発熱量は一層増加し、
回転軸が軸受パッドに接触して円滑な回転ができなくな
るおそれがある。これを防ぐために、軸受ハウジングの
熱膨張係数が回転軸より大きくなるように両者の材質を
選定し、軸受ハウジングに冷却ジャケットを設けて、予
測される発熱量に基づいて温度制御された冷媒を供給す
ることで軸受ハウジングの温度を調節し、これによって
軸受間隙の変動を防ぐ方法が開発されているが、回転速
度を大幅に変化させた場合には、発熱量の変動の予測が
困難であるために適正な温度制御ができず、必要以上に
冷却されて軸受剛性が低下したり、逆に冷却が不充分な
ために回転不良や焼き付きを発生するおそれがあった。
また、始動時には、所定の温度状態に到達するまでに長
時間のならし運転を必要とするためにタイムロスが大き
い。
【００１１】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであり、高速回転に適した
静圧気体軸受を提供することを目的とするものである。
の課題に鑑みてなされたものであり、高速回転に適した
静圧気体軸受を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の静圧気体軸受は、軸方向のほぼ中央にスラ
ストプレートを有する回転軸と、これを非接触で回転自
在に支持する軸受ハウジングからなり、前記回転軸が前
記スラストプレートと一体的に形成された中空体であ
り、該中空体がセラミック材料によって作られているこ
とを特徴とする。
めに本発明の静圧気体軸受は、軸方向のほぼ中央にスラ
ストプレートを有する回転軸と、これを非接触で回転自
在に支持する軸受ハウジングからなり、前記回転軸が前
記スラストプレートと一体的に形成された中空体であ
り、該中空体がセラミック材料によって作られているこ
とを特徴とする。
【００１３】また、回転軸を非接触で回転自在に支持す
る軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを冷却する冷却
ジャケットを有し、前記軸受ハウジングが前記回転軸よ
り熱膨張係数の大きい材料によって作られている静圧気
体軸受であって、前記回転軸と前記軸受ハウジングの間
の軸受間隙の寸法の変化を検出する検出手段と、該検出
手段の出力に基づいて、前記冷却ジャケットに供給され
る冷媒の温度および流量を制御する制御手段が設けられ
ていることを特徴とする。
る軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを冷却する冷却
ジャケットを有し、前記軸受ハウジングが前記回転軸よ
り熱膨張係数の大きい材料によって作られている静圧気
体軸受であって、前記回転軸と前記軸受ハウジングの間
の軸受間隙の寸法の変化を検出する検出手段と、該検出
手段の出力に基づいて、前記冷却ジャケットに供給され
る冷媒の温度および流量を制御する制御手段が設けられ
ていることを特徴とする。
【００１４】
【作用】回転軸が軸方向のほぼ中央にスラストプレート
を有し、かつ中空体であるために、回転中の動的不均衡
が軽減されるとともに、軽量化によって共振周波数を高
くできるため、高速回転中の振動を防止できる。加え
て、中空体がセラミック材料で作られているため、薄肉
であっても剛性が不足するおそれがない。また、スラス
トプレートが回転軸と一体的に形成されているため、ス
ラストプレートの接合部に埋金やタップを必要とせず、
遠心力が増大しても破壊するおそれがない。
を有し、かつ中空体であるために、回転中の動的不均衡
が軽減されるとともに、軽量化によって共振周波数を高
くできるため、高速回転中の振動を防止できる。加え
て、中空体がセラミック材料で作られているため、薄肉
であっても剛性が不足するおそれがない。また、スラス
トプレートが回転軸と一体的に形成されているため、ス
ラストプレートの接合部に埋金やタップを必要とせず、
遠心力が増大しても破壊するおそれがない。
【００１５】また、回転軸を非接触で回転自在に支持す
る軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを冷却する冷却
ジャケットを有し、前記軸受ハウジングが前記回転軸よ
り熱膨張係数の大きい材料によって作られている静圧気
体軸受であって、前記回転軸と前記軸受ハウジングの間
の軸受間隙の寸法の変化を検出する検出手段と、該検出
手段の出力に基づいて、前記冷却ジャケットに供給され
る冷媒の温度および流量を制御する制御手段が設けられ
ていれば、軸受間隙の寸法の変化を検出して冷却ジャケ
ットの温度および流量を調節し、これによって軸受ハウ
ジングの熱膨張量を制御することにより、軸受間隙の寸
法を所定の値に維持することができる。
る軸受ハウジングと、該軸受ハウジングを冷却する冷却
ジャケットを有し、前記軸受ハウジングが前記回転軸よ
り熱膨張係数の大きい材料によって作られている静圧気
体軸受であって、前記回転軸と前記軸受ハウジングの間
の軸受間隙の寸法の変化を検出する検出手段と、該検出
手段の出力に基づいて、前記冷却ジャケットに供給され
る冷媒の温度および流量を制御する制御手段が設けられ
ていれば、軸受間隙の寸法の変化を検出して冷却ジャケ
ットの温度および流量を調節し、これによって軸受ハウ
ジングの熱膨張量を制御することにより、軸受間隙の寸
法を所定の値に維持することができる。
【００１６】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は第１実施例を示す模式断面図であっ
て、本実施例の静圧気体軸受Ｅ1 は、工作機械の主軸等
と一体的に設けられる回転軸１と、これを回転自在に支
持する軸受ハウジング２からなり、回転軸１はその中心
軸に沿って貫通孔１ａを有する中空体であり、該中空体
は、一対の円筒部分１ｂ，１ｃと、両者の間に配設され
たスラストプレート部分１ｄからなり、これらはセラミ
ック材料によって一体的に形成されている。軸受ハウジ
ング２は、回転軸１の各円筒部分１ｂ，１ｃにそれぞれ
対向するラジアル軸受パッド３ａ，３ｂを有し、また、
回転軸１のスラストプレート部分１ｄの各面Ｄ1 に対向
するスラスト軸受パッド４ａ，４ｂを有する。各ラジア
ル軸受パッド３ａ，３ｂを保持する軸受ハウジング２の
筒状部分２ａ，２ｂは、それぞれ冷却ジャケット２ｃ，
２ｄによって包囲されている。
て、本実施例の静圧気体軸受Ｅ1 は、工作機械の主軸等
と一体的に設けられる回転軸１と、これを回転自在に支
持する軸受ハウジング２からなり、回転軸１はその中心
軸に沿って貫通孔１ａを有する中空体であり、該中空体
は、一対の円筒部分１ｂ，１ｃと、両者の間に配設され
たスラストプレート部分１ｄからなり、これらはセラミ
ック材料によって一体的に形成されている。軸受ハウジ
ング２は、回転軸１の各円筒部分１ｂ，１ｃにそれぞれ
対向するラジアル軸受パッド３ａ，３ｂを有し、また、
回転軸１のスラストプレート部分１ｄの各面Ｄ1 に対向
するスラスト軸受パッド４ａ，４ｂを有する。各ラジア
ル軸受パッド３ａ，３ｂを保持する軸受ハウジング２の
筒状部分２ａ，２ｂは、それぞれ冷却ジャケット２ｃ，
２ｄによって包囲されている。
【００１８】各ラジアル軸受パッド３ａ，３ｂに加圧気
体を供給する給気孔５ａ，５ｂは、それぞれ軸受ハウジ
ング２の中央部分２ｅに開口する。各スラスト軸受パッ
ド４ａ，４ｂに加圧気体を供給する給気孔６ａ，６ｂは
軸受ハウジング２の中央部分２ｅの外周面に開口する。
また、軸受ハウジング２の中央部分２ｅは、回転軸１の
各円筒部分１ｂ，１ｃと軸受ハウジング２の間の軸受間
隙Ａ1 ，Ｂ1 にそれぞれ開口する排気孔５ｃ，５ｄと、
回転軸１のスラストプレート部分１ｄの外周面と軸受ハ
ウジング２の間のタービン間隙Ｃ1 に開口する排気孔６
ｃを有する。
体を供給する給気孔５ａ，５ｂは、それぞれ軸受ハウジ
ング２の中央部分２ｅに開口する。各スラスト軸受パッ
ド４ａ，４ｂに加圧気体を供給する給気孔６ａ，６ｂは
軸受ハウジング２の中央部分２ｅの外周面に開口する。
また、軸受ハウジング２の中央部分２ｅは、回転軸１の
各円筒部分１ｂ，１ｃと軸受ハウジング２の間の軸受間
隙Ａ1 ，Ｂ1 にそれぞれ開口する排気孔５ｃ，５ｄと、
回転軸１のスラストプレート部分１ｄの外周面と軸受ハ
ウジング２の間のタービン間隙Ｃ1 に開口する排気孔６
ｃを有する。
【００１９】さらに、回転軸１のスラストプレート部分
１ｄの外周面にはタービン翼列１ｅが形成され、軸受ハ
ウジング２の中央部分２ｅは、回転軸１のスラストプレ
ート部分１ｄのタービン翼列１ｅに向って加圧気体を噴
出するタービンノズル７を有する。
１ｄの外周面にはタービン翼列１ｅが形成され、軸受ハ
ウジング２の中央部分２ｅは、回転軸１のスラストプレ
ート部分１ｄのタービン翼列１ｅに向って加圧気体を噴
出するタービンノズル７を有する。
【００２０】図示しない加圧気体供給源から各給気孔５
ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに加圧空気を供給すると、回転軸
１は、各ラジアル軸受パッド３ａ，３ｂおよび各スラス
ト軸受パッド４ａ，４ｂからそれぞれ回転軸１の各円筒
部分１ｂ，１ｃおよびスラストプレート部分１ｄの両面
Ｄ1 に向って噴出される加圧気体によって軸受ハウジン
グ２に接触することなく回転自在に支持される。また、
上記と同じ加圧気体供給源あるいはこれとは別の加圧空
気供給源から加圧気体がタービンノズル７に供給され、
タービン翼列１ｅに向って噴出されると、これによって
回転軸１が高速度で回転する。
ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに加圧空気を供給すると、回転軸
１は、各ラジアル軸受パッド３ａ，３ｂおよび各スラス
ト軸受パッド４ａ，４ｂからそれぞれ回転軸１の各円筒
部分１ｂ，１ｃおよびスラストプレート部分１ｄの両面
Ｄ1 に向って噴出される加圧気体によって軸受ハウジン
グ２に接触することなく回転自在に支持される。また、
上記と同じ加圧気体供給源あるいはこれとは別の加圧空
気供給源から加圧気体がタービンノズル７に供給され、
タービン翼列１ｅに向って噴出されると、これによって
回転軸１が高速度で回転する。
【００２１】なお、軸受ハウジング２は回転軸１のセラ
ミック材料より熱膨張係数の大きい材料で作られてお
り、両ラジアル軸受パッド３ａ，３ｂおよび両スラスト
軸受パッド４ａ，４ｂは、前記セラミック材料と同じか
それ以上の熱膨張係数をもつ材料によって作られてい
る。従って、回転軸１の高速回転時に、各軸受間隙Ａ
1 ，Ｂ1 の気体の粘性摩擦等によって回転軸１および軸
受ハウジング２の温度が上昇すると、回転軸１より軸受
ハウジング２の熱膨張量の方が大であるために各軸受間
隙Ａ1 ，Ｂ1 の寸法が増大するが、各冷却ジャケット２
ｃ，２ｄの冷媒流路２ｆ，２ｇに供給する冷媒の温度を
調節することによって回転軸１と軸受ハウジング２の間
に温度差を設けることで前記軸受間隙Ａ1 ，Ｂ1 の寸法
を所定の値に維持する。
ミック材料より熱膨張係数の大きい材料で作られてお
り、両ラジアル軸受パッド３ａ，３ｂおよび両スラスト
軸受パッド４ａ，４ｂは、前記セラミック材料と同じか
それ以上の熱膨張係数をもつ材料によって作られてい
る。従って、回転軸１の高速回転時に、各軸受間隙Ａ
1 ，Ｂ1 の気体の粘性摩擦等によって回転軸１および軸
受ハウジング２の温度が上昇すると、回転軸１より軸受
ハウジング２の熱膨張量の方が大であるために各軸受間
隙Ａ1 ，Ｂ1 の寸法が増大するが、各冷却ジャケット２
ｃ，２ｄの冷媒流路２ｆ，２ｇに供給する冷媒の温度を
調節することによって回転軸１と軸受ハウジング２の間
に温度差を設けることで前記軸受間隙Ａ1 ，Ｂ1 の寸法
を所定の値に維持する。
【００２２】本実施例の静圧気体軸受は、軸方向のほぼ
中央にスラストプレートを有する中空の回転軸をセラミ
ックによって一体的に製作するものであるため、極めて
軽量であるうえに、スラストプレートと回転軸を接合す
るボルト穴やタップまたは埋金等による強度低下のおそ
れもなく、従って回転軸を高速回転させても振動を発生
したり応力集中によって破損するおそれがない。加えて
セラミックで作られた回転軸は、金属製の回転軸に比べ
てヤング率が大きいために、高速回転時に遠心力による
変形や膨張も極めて少ない。
中央にスラストプレートを有する中空の回転軸をセラミ
ックによって一体的に製作するものであるため、極めて
軽量であるうえに、スラストプレートと回転軸を接合す
るボルト穴やタップまたは埋金等による強度低下のおそ
れもなく、従って回転軸を高速回転させても振動を発生
したり応力集中によって破損するおそれがない。加えて
セラミックで作られた回転軸は、金属製の回転軸に比べ
てヤング率が大きいために、高速回転時に遠心力による
変形や膨張も極めて少ない。
【００２３】また、回転軸のスラストプレート部分の外
周面にタービン翼列を形成することによって、回転軸と
これを回転駆動する駆動系を含む回転体の全長を短縮す
ることができるため、回転体の軽量化が一層容易である
うえに、回転軸の貫通孔を通って被削材等を送る場合
に、被削材を保持するチャックの長さを短縮し、その剛
性の低下を防ぐことができる。
周面にタービン翼列を形成することによって、回転軸と
これを回転駆動する駆動系を含む回転体の全長を短縮す
ることができるため、回転体の軽量化が一層容易である
うえに、回転軸の貫通孔を通って被削材等を送る場合
に、被削材を保持するチャックの長さを短縮し、その剛
性の低下を防ぐことができる。
【００２４】図２は第２実施例を説明する説明図であっ
て、本実施例の静圧気体軸受Ｅ2 は、工作機械の主軸等
と一体的に設けられる回転軸１１と、これを回転自在に
支持する軸受ハウジング１２からなり、軸受ハウジング
１２は、回転軸１１の円筒面に対向するラジアル軸受パ
ッド１３ａを保持し、軸受ハウジング１２の外周面は冷
却ジャケット１２ｄによって包囲されている。また、軸
受ハウジング１２は、ラジアル軸受パッド１３ａに加圧
気体を供給する給気孔１５ａを有し、給気孔１５ａは、
給気ライン１５ｂによって図示しない加圧気体供給源に
接続される。該加圧気体供給源から給気ライン１５ｂを
経てラジアル軸受パッド１３ａに供給された加圧気体
は、回転軸１１の円筒面に向って噴出され、これによっ
て回転軸１１はラジアル軸受パッド１３ａに非接触で支
持され、図示しない駆動手段によって回転される。冷却
ジャケット１２ｄの冷媒流路１２ｆは、冷媒供給ライン
１２ｇおよび冷媒排出ライン１２ｈに接続され、冷媒供
給ライン１２ｇは循環器２０の吐出側、冷媒排出ライン
１２ｈは吸入側に接続される。
て、本実施例の静圧気体軸受Ｅ2 は、工作機械の主軸等
と一体的に設けられる回転軸１１と、これを回転自在に
支持する軸受ハウジング１２からなり、軸受ハウジング
１２は、回転軸１１の円筒面に対向するラジアル軸受パ
ッド１３ａを保持し、軸受ハウジング１２の外周面は冷
却ジャケット１２ｄによって包囲されている。また、軸
受ハウジング１２は、ラジアル軸受パッド１３ａに加圧
気体を供給する給気孔１５ａを有し、給気孔１５ａは、
給気ライン１５ｂによって図示しない加圧気体供給源に
接続される。該加圧気体供給源から給気ライン１５ｂを
経てラジアル軸受パッド１３ａに供給された加圧気体
は、回転軸１１の円筒面に向って噴出され、これによっ
て回転軸１１はラジアル軸受パッド１３ａに非接触で支
持され、図示しない駆動手段によって回転される。冷却
ジャケット１２ｄの冷媒流路１２ｆは、冷媒供給ライン
１２ｇおよび冷媒排出ライン１２ｈに接続され、冷媒供
給ライン１２ｇは循環器２０の吐出側、冷媒排出ライン
１２ｈは吸入側に接続される。
【００２５】また、軸受ハウジング１２は、回転軸１１
とラジアル軸受パッド１３ａの間の軸受間隙Ａ1 の寸法
Ｔ1 の変化を検出する検出手段である非接触静電容量型
の変位センサ１８を有し、該変位センサ１８は、増幅器
１８ａを介して循環器２０を制御する制御手段であるコ
ントローラ１９に接続される。
とラジアル軸受パッド１３ａの間の軸受間隙Ａ1 の寸法
Ｔ1 の変化を検出する検出手段である非接触静電容量型
の変位センサ１８を有し、該変位センサ１８は、増幅器
１８ａを介して循環器２０を制御する制御手段であるコ
ントローラ１９に接続される。
【００２６】さらに、軸受ハウジング１２は回転軸１１
の材料より熱膨張係数の大きい材料で作られており、回
転軸１１の高速回転時に軸受間隙Ａ1 の気体の粘性摩擦
等によって回転軸１１および軸受ハウジング１２の温度
が上昇すると、回転軸１１より軸受ハウジング１２の熱
膨張量の方が大であるために軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1が
増大する。
の材料より熱膨張係数の大きい材料で作られており、回
転軸１１の高速回転時に軸受間隙Ａ1 の気体の粘性摩擦
等によって回転軸１１および軸受ハウジング１２の温度
が上昇すると、回転軸１１より軸受ハウジング１２の熱
膨張量の方が大であるために軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1が
増大する。
【００２７】これと同時に、回転軸１１に作用する遠心
力によって回転軸１１が径方向に膨張するため、変位セ
ンサ１８によって検出される軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の
変化量は、軸受ハウジング１２と回転軸１１の熱膨張の
差による軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の増大量から回転軸１
１の遠心力による径方向の膨張量を差引いたものであ
る。
力によって回転軸１１が径方向に膨張するため、変位セ
ンサ１８によって検出される軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の
変化量は、軸受ハウジング１２と回転軸１１の熱膨張の
差による軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の増大量から回転軸１
１の遠心力による径方向の膨張量を差引いたものであ
る。
【００２８】前述のように回転軸１１が回転され、変位
センサ１８によって軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の変化が検
出されると、検出された変化に基づいてコントローラ１
９が制御され、循環器２０から冷却ジャケット１２ｄの
冷媒流路１２ｆに供給される冷媒の温度および流量が調
節される。これによって、軸受ハウジング１２が適正な
温度に冷却され、軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の変化を防
ぐ。
センサ１８によって軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の変化が検
出されると、検出された変化に基づいてコントローラ１
９が制御され、循環器２０から冷却ジャケット１２ｄの
冷媒流路１２ｆに供給される冷媒の温度および流量が調
節される。これによって、軸受ハウジング１２が適正な
温度に冷却され、軸受間隙Ａ1 の寸法Ｔ1 の変化を防
ぐ。
【００２９】本実施例によれば、変位センサによって軸
受間隙の寸法の変化を検出し、これに基づいて冷却ジャ
ケットの冷媒の温度および流量を調節するものであるた
め、回転軸の回転数の変化によって焼き付きを起した
り、逆に軸受剛性が低下するおそれはない。また、始動
時から軸受ハウジングを適正な温度に維持することがで
きるため、ならし運転も不用である。なお、非接触静電
容量型の変位センサに替えて、光学式または渦電流式の
非接触型変位センサを用いることもできる。さらに、軸
受間隙の寸法の変化を直接測定する変位センサの替わり
に、予め軸受ハウジングの温度と軸受間隙の寸法の変化
の関係を測定しておき、軸受ハウジングの側面に取付け
られた温度センサによって測定された軸受ハウジングの
温度と比較することで軸受間隙の寸法の変化を推定して
もよい。
受間隙の寸法の変化を検出し、これに基づいて冷却ジャ
ケットの冷媒の温度および流量を調節するものであるた
め、回転軸の回転数の変化によって焼き付きを起した
り、逆に軸受剛性が低下するおそれはない。また、始動
時から軸受ハウジングを適正な温度に維持することがで
きるため、ならし運転も不用である。なお、非接触静電
容量型の変位センサに替えて、光学式または渦電流式の
非接触型変位センサを用いることもできる。さらに、軸
受間隙の寸法の変化を直接測定する変位センサの替わり
に、予め軸受ハウジングの温度と軸受間隙の寸法の変化
の関係を測定しておき、軸受ハウジングの側面に取付け
られた温度センサによって測定された軸受ハウジングの
温度と比較することで軸受間隙の寸法の変化を推定して
もよい。
【００３０】加えて、図３に示すように、ラジアル軸受
パッド１３ａと同様のラジアル軸受パッド２３ａの給気
孔２５ａに加圧気体を供給する給気ライン２５ｂに流量
計２８を設けて、その出力を増幅器２８ａを経てコント
ローラ２９に送り、ラジアル軸受パッド２３ａに供給さ
れる加圧気体の流量変化から軸受間隙の寸法の変化を推
定し、循環器３０を制御してもよい。なお、回転軸１
１，軸受ハウジング１２，冷却ジャケット１２ｄについ
ては図２の装置と同様であるので同一符号で表わし、説
明は省略する。
パッド１３ａと同様のラジアル軸受パッド２３ａの給気
孔２５ａに加圧気体を供給する給気ライン２５ｂに流量
計２８を設けて、その出力を増幅器２８ａを経てコント
ローラ２９に送り、ラジアル軸受パッド２３ａに供給さ
れる加圧気体の流量変化から軸受間隙の寸法の変化を推
定し、循環器３０を制御してもよい。なお、回転軸１
１，軸受ハウジング１２，冷却ジャケット１２ｄについ
ては図２の装置と同様であるので同一符号で表わし、説
明は省略する。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。高速回転に適
した静圧気体軸受を実現できる。
で、以下に記載するような効果を奏する。高速回転に適
した静圧気体軸受を実現できる。
【００３２】請求項１に記載された発明は、高速回転時
に遠心力の増大によって破壊したり、振動を発生するお
それのない静圧気体軸受を実現する。
に遠心力の増大によって破壊したり、振動を発生するお
それのない静圧気体軸受を実現する。
【００３３】請求項３に記載された発明は、回転数等が
変化しても、軸受間隙の寸法の変化によって焼き付きを
起したり、軸受剛性が低下するおそれのない静圧気体軸
受を実現する。
変化しても、軸受間隙の寸法の変化によって焼き付きを
起したり、軸受剛性が低下するおそれのない静圧気体軸
受を実現する。
【図１】第１実施例を示す模式断面図である。
【図２】第２実施例を説明する説明図である。
【図３】図２の装置の変形例を説明する説明図である。
１，１１ 回転軸 １ｂ，１ｃ 円筒部分 １ｄ スラストプレート部分 １ｅ タービン翼列 ２，１２ 軸受ハウジング ２ｃ，２ｄ，１２ｄ 冷却ジャケット ３ａ，３ｂ，１３ａ，２３ａ ラジアル軸受パッド ４ａ，４ｂ スラスト軸受パッド ５ａ，５ｂ，１５ａ，２５ａ 給気孔 １５ｂ，２５ｂ 給気ライン １８ 変位センサ １９，２９ コントローラ ２０，３０ 循環器 ２８ 流量計
Claims (6)
- 【請求項１】 軸方向のほぼ中央にスラストプレートを
有する回転軸と、これを非接触で回転自在に支持する軸
受ハウジングからなり、前記回転軸が前記スラストプレ
ートと一体的に形成された中空体であり、該中空体がセ
ラミック材料によって作られていることを特徴とする静
圧気体軸受。 - 【請求項２】 スラストプレートの外周面に、回転軸を
回転駆動するタービンのタービン翼列が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の静圧気体軸受。 - 【請求項３】 回転軸を非接触で回転自在に支持する軸
受ハウジングと、該軸受ハウジングを冷却する冷却ジャ
ケットを有し、前記軸受ハウジングが前記回転軸より熱
膨張係数の大きい材料によって作られている静圧気体軸
受であって、前記回転軸と前記軸受ハウジングの間の軸
受間隙の寸法の変化を検出する検出手段と、該検出手段
の出力に基づいて、前記冷却ジャケットに供給される冷
媒の温度および流量を制御する制御手段が設けられてい
ることを特徴とする静圧気体軸受。 - 【請求項４】 検出手段が、光学式、静電容量式または
渦電流式の非接触変位センサであることを特徴とする請
求項３記載の静圧気体軸受。 - 【請求項５】 検出手段が、軸受ハウジングの温度変化
を検出し、該温度変化に基づいて軸受間隙の寸法の変化
を推定するものであることを特徴とする請求項３記載の
静圧気体軸受。 - 【請求項６】 検出手段が、軸受ハウジングに供給され
る気体の流量変化を検出し、該流量変化に基づいて軸受
間隙の寸法の変化を推定するものであることを特徴とす
る請求項３記載の静圧気体軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31787792A JP3113750B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 静圧気体軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31787792A JP3113750B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 静圧気体軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147225A true JPH06147225A (ja) | 1994-05-27 |
| JP3113750B2 JP3113750B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=18093060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31787792A Expired - Fee Related JP3113750B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 静圧気体軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3113750B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4931248A (en) * | 1987-06-12 | 1990-06-05 | Eta Sa Fabriques D'ebauches | Method of manufacturing an object of thermoplastics material having a decorative design |
| JP2002286037A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Foundation For Advancement Of Science & Technology | 可変絞り形静圧軸受 |
| JP2009036343A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Ntn Corp | 回転装置およびｃｔスキャナ装置 |
| US7534628B2 (en) | 2006-10-12 | 2009-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming semiconductor device and method for forming photovoltaic device |
| US20100322542A1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Argo-Tech Corporation | Self-aligning journal bearing |
| KR101383820B1 (ko) * | 2012-10-04 | 2014-04-08 | 한국에너지기술연구원 | 복합 베어링 시스템과 이를 이용한 발전기 회전축의 복합베어링 시스템 및 발전 장치 그리고 스러스트 베어링의 축하중 분담 방법 |
| US20140307989A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | Seagate Technology Llc | Grooved thrust bearing |
| DE102017210968A1 (de) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Robert Bosch Gmbh | Lagereinrichtung für eine Welle |
| CN114934952A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-23 | 青岛科技大学 | 一种自冷却静压轴承 |
-
1992
- 1992-11-02 JP JP31787792A patent/JP3113750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4931248A (en) * | 1987-06-12 | 1990-06-05 | Eta Sa Fabriques D'ebauches | Method of manufacturing an object of thermoplastics material having a decorative design |
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| US8308366B2 (en) * | 2009-06-18 | 2012-11-13 | Eaton Industrial Corporation | Self-aligning journal bearing |
| KR101383820B1 (ko) * | 2012-10-04 | 2014-04-08 | 한국에너지기술연구원 | 복합 베어링 시스템과 이를 이용한 발전기 회전축의 복합베어링 시스템 및 발전 장치 그리고 스러스트 베어링의 축하중 분담 방법 |
| WO2014054832A1 (ko) * | 2012-10-04 | 2014-04-10 | 한국에너지기술연구원 | 복합 베어링 시스템과 이를 이용한 발전기 회전축의 복합베어링 시스템 및 발전 장치 그리고 스러스트 베어링의 축하중 분담 방법 |
| US20140307989A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | Seagate Technology Llc | Grooved thrust bearing |
| US9181978B2 (en) * | 2013-04-10 | 2015-11-10 | Seagate Technology Llc | Grooved thrust bearing |
| DE102017210968A1 (de) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Robert Bosch Gmbh | Lagereinrichtung für eine Welle |
| CN114934952A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-23 | 青岛科技大学 | 一种自冷却静压轴承 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3113750B2 (ja) | 2000-12-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |