JPH06213236A - 気体軸受 - Google Patents
気体軸受Info
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- JPH06213236A JPH06213236A JP20568993A JP20568993A JPH06213236A JP H06213236 A JPH06213236 A JP H06213236A JP 20568993 A JP20568993 A JP 20568993A JP 20568993 A JP20568993 A JP 20568993A JP H06213236 A JPH06213236 A JP H06213236A
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- JP
- Japan
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- bearing
- gas
- gas bearing
- thrust
- carbon graphite
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 運転中の予期しない過負荷等による焼付きや
かじりを防ぐ。 【構成】 ロータＲ1 は、中空軸１とその両端に結合さ
れた一対のスラストプレート２，３からなり、軸受ハウ
ジングＨ1 の各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび各
スラスト軸受パッド６，７から噴出される気体の圧力に
よって非接触で支持される。中空軸１の軸受面１ａおよ
び各スラストプレート２，３の軸受面２ａ，３ａはそれ
ぞれアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の被膜９〜１１によって被
覆されており、また、各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂ
および各スラスト軸受パッド６，７はカーボングラファ
イトによって作られている。アルミナおよびカーボング
ラファイトは表面エネルギーが小であり、かつ、両者の
界面エネルギーが大であるため、ロータＲ1 と各ラジア
ル軸受パッド５ａ，５ｂまたは各スラスト軸受パッド
６，７が接触したときの摩擦を低減し、摩擦熱や摩耗粒
子の発生を軽減できる。
かじりを防ぐ。 【構成】 ロータＲ1 は、中空軸１とその両端に結合さ
れた一対のスラストプレート２，３からなり、軸受ハウ
ジングＨ1 の各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび各
スラスト軸受パッド６，７から噴出される気体の圧力に
よって非接触で支持される。中空軸１の軸受面１ａおよ
び各スラストプレート２，３の軸受面２ａ，３ａはそれ
ぞれアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の被膜９〜１１によって被
覆されており、また、各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂ
および各スラスト軸受パッド６，７はカーボングラファ
イトによって作られている。アルミナおよびカーボング
ラファイトは表面エネルギーが小であり、かつ、両者の
界面エネルギーが大であるため、ロータＲ1 と各ラジア
ル軸受パッド５ａ，５ｂまたは各スラスト軸受パッド
６，７が接触したときの摩擦を低減し、摩擦熱や摩耗粒
子の発生を軽減できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軸受間隙の気体の静圧
または動圧によって、回転軸等の移動部材を非接触で支
持する気体軸受に関するものである。
または動圧によって、回転軸等の移動部材を非接触で支
持する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および動圧気体軸受
等の気体軸受は、摩擦抵抗が少いために回転軸等の移動
部材が軽く滑かに動き、加えて、オイル等の潤滑剤を必
要としないために雰囲気を汚染するおそれもない。従っ
て、高精度を必要とし、かつ塵を嫌う精密工作機械や半
導体露光装置あるいは１５，０００ｒ．ｐ．ｍ以上の高
速回転を行うレーザビームプリンタの回転多面鏡の駆動
モータやＶＴＲヘッド駆動モータ、ジャイロ用モータ等
の軸受部分に広く利用されている。
等の気体軸受は、摩擦抵抗が少いために回転軸等の移動
部材が軽く滑かに動き、加えて、オイル等の潤滑剤を必
要としないために雰囲気を汚染するおそれもない。従っ
て、高精度を必要とし、かつ塵を嫌う精密工作機械や半
導体露光装置あるいは１５，０００ｒ．ｐ．ｍ以上の高
速回転を行うレーザビームプリンタの回転多面鏡の駆動
モータやＶＴＲヘッド駆動モータ、ジャイロ用モータ等
の軸受部分に広く利用されている。
【０００３】一般に、静圧気体軸受はその軸受間隙に気
体を噴出する絞りを有し、該絞りは、図６に示すよう
に、移動部材５１の軸受面５１ａおよびこれに対向する
軸受面５２ａの少くとも一方に１個あるいは複数の小孔
５５を設けた自成絞り形や、図７に示すようなオリフィ
ス６５を設けたオリフィス絞り形や、図８に示すような
軸受面に沿ってのびる浅溝７５を設けた表面絞り形や、
図９に示すような多孔質パッド８５を用いた多孔質絞り
形などがあり、自成絞り形、オリフィス絞り形および表
面絞り形の絞りを有する軸受面は、加工しやすいという
点から軟質な銅合金によって形成され、多孔質絞り形の
場合は、多孔質パッドの材料に銅合金、超硬合金、カー
ボン系材料、あるいは多孔質セラミック等が用いられ
る。このような静圧気体軸受の互に対向する軸受面の間
の軸受間隙は、数マイクロメータから十数マイクロメー
タと極めて狭いため、運転中の予期しない過負荷や供給
される気体の圧力不足などによって、前記軸受面が互に
接触し、摩擦による発熱や摩耗粉末の発生等によってか
じりや焼付きを生じる。
体を噴出する絞りを有し、該絞りは、図６に示すよう
に、移動部材５１の軸受面５１ａおよびこれに対向する
軸受面５２ａの少くとも一方に１個あるいは複数の小孔
５５を設けた自成絞り形や、図７に示すようなオリフィ
ス６５を設けたオリフィス絞り形や、図８に示すような
軸受面に沿ってのびる浅溝７５を設けた表面絞り形や、
図９に示すような多孔質パッド８５を用いた多孔質絞り
形などがあり、自成絞り形、オリフィス絞り形および表
面絞り形の絞りを有する軸受面は、加工しやすいという
点から軟質な銅合金によって形成され、多孔質絞り形の
場合は、多孔質パッドの材料に銅合金、超硬合金、カー
ボン系材料、あるいは多孔質セラミック等が用いられ
る。このような静圧気体軸受の互に対向する軸受面の間
の軸受間隙は、数マイクロメータから十数マイクロメー
タと極めて狭いため、運転中の予期しない過負荷や供給
される気体の圧力不足などによって、前記軸受面が互に
接触し、摩擦による発熱や摩耗粉末の発生等によってか
じりや焼付きを生じる。
【０００４】また、動圧気体軸受は、一般に、図１０に
示すように、円筒状のスリーブ９４とその内側に固着さ
れたスラスト軸受部材９２を有する軸受ハウジングＨ0
と、スリーブ９４内に嵌挿された回転軸９１からなり、
回転軸９１は図示しないモータによって回転されるロー
タと一体であり、回転軸９１の軸受面９１ａにはスパイ
ラル状の溝９１ｂが設けられ、また、回転軸９１の端面
９１ｃはスラスト軸受部材９２に向って球面状に突出し
ている。回転軸９１とスリーブ９４の間の軸受間隙の寸
法は２ないし１０マイクロメータであり、回転軸９１が
回転すると、前記軸受間隙の空気が回転軸９１の溝９１
ｂに沿って流動し、その動圧によって回転軸９１がスリ
ーブ９４に対して非接触で支持されるとともに、回転軸
９１の端面９１ｃがスラスト軸受９２から浮上する。な
お、スラスト軸受部材９２は前記動圧を調整するための
貫通孔９８を有する。
示すように、円筒状のスリーブ９４とその内側に固着さ
れたスラスト軸受部材９２を有する軸受ハウジングＨ0
と、スリーブ９４内に嵌挿された回転軸９１からなり、
回転軸９１は図示しないモータによって回転されるロー
タと一体であり、回転軸９１の軸受面９１ａにはスパイ
ラル状の溝９１ｂが設けられ、また、回転軸９１の端面
９１ｃはスラスト軸受部材９２に向って球面状に突出し
ている。回転軸９１とスリーブ９４の間の軸受間隙の寸
法は２ないし１０マイクロメータであり、回転軸９１が
回転すると、前記軸受間隙の空気が回転軸９１の溝９１
ｂに沿って流動し、その動圧によって回転軸９１がスリ
ーブ９４に対して非接触で支持されるとともに、回転軸
９１の端面９１ｃがスラスト軸受９２から浮上する。な
お、スラスト軸受部材９２は前記動圧を調整するための
貫通孔９８を有する。
【０００５】回転軸９１は通常ＳＵＳ４２０等の焼入れ
を行ったステンレス材によって作られており、スラスト
軸受部材９２は自己潤滑性のある樹脂、例えば、ポリア
セタール等が用いられる。しかしながら前述の樹脂は加
工性が悪く所望の精度を得るのが難しいうえに、多量の
摩耗粉末が発生する傾向がある。
を行ったステンレス材によって作られており、スラスト
軸受部材９２は自己潤滑性のある樹脂、例えば、ポリア
セタール等が用いられる。しかしながら前述の樹脂は加
工性が悪く所望の精度を得るのが難しいうえに、多量の
摩耗粉末が発生する傾向がある。
【０００６】一般に、互に接触する２つの表面の摩擦
は、両者の原子や分子が力を及ぼし合って結合する力
（以下、「凝着力」という。）に起因するもので、その
大きさ（以下、「摩擦力」という。）Ｆs は、このよう
に両表面の原子や分子が力を及ぼし合って凝着力が発生
する面（以下、「真実接触面」という。）の大きさＡr
に比例し、以下の式で表わされる。
は、両者の原子や分子が力を及ぼし合って結合する力
（以下、「凝着力」という。）に起因するもので、その
大きさ（以下、「摩擦力」という。）Ｆs は、このよう
に両表面の原子や分子が力を及ぼし合って凝着力が発生
する面（以下、「真実接触面」という。）の大きさＡr
に比例し、以下の式で表わされる。
【０００７】Ｆs ＝ｓ・Ａr ・・・・・・・・（１） ここで、ｓ：材料の単位面積あたりの剪断力 真実接触面の大きさＡr は、荷重Ｗと、硬度の低い方の
表面の硬度Ｈの比で表わされるものであるから、（１）
式は以下のように表わされる。
表面の硬度Ｈの比で表わされるものであるから、（１）
式は以下のように表わされる。
【０００８】Ｆs ＝ｓ・Ｗ／Ｈ・・・・・・・（２） 摩擦力Ｆs が一方の表面の材料強度を越えると、摩耗粉
末が発生する。気体軸受においては、このような摩耗粉
末が互に付着して大きな粒子に成長すると、軸受間隙が
減少して焼付きやかじりを発生する。また、摩擦熱によ
って軸受面や摩擦粉末が溶融し、このために焼付きを起
こしたり、軸受精度が低下するおそれもある。
末が発生する。気体軸受においては、このような摩耗粉
末が互に付着して大きな粒子に成長すると、軸受間隙が
減少して焼付きやかじりを発生する。また、摩擦熱によ
って軸受面や摩擦粉末が溶融し、このために焼付きを起
こしたり、軸受精度が低下するおそれもある。
【０００９】摩擦力Ｆs を小さくするには、（２）式か
ら解るように、各軸受面に硬度の高い材料を用いるとよ
い。そこで、回転軸等の移動部材をセラミック材料で作
成するとともに、セラミック材料の粉末を焼成した多孔
質パッドを用いた静圧気体軸受（特開昭６２−２８５１
９号公報参照）や、回転軸の表面をイオンプレーティン
グによるちっ化チタン（ＴｉＮ）の薄膜で被覆するとと
もに、多孔質グラファイトによって作成された多孔質パ
ッドを用いる静圧気体軸受（特開昭６３−１８６０３０
号公報参照）が開発された。
ら解るように、各軸受面に硬度の高い材料を用いるとよ
い。そこで、回転軸等の移動部材をセラミック材料で作
成するとともに、セラミック材料の粉末を焼成した多孔
質パッドを用いた静圧気体軸受（特開昭６２−２８５１
９号公報参照）や、回転軸の表面をイオンプレーティン
グによるちっ化チタン（ＴｉＮ）の薄膜で被覆するとと
もに、多孔質グラファイトによって作成された多孔質パ
ッドを用いる静圧気体軸受（特開昭６３−１８６０３０
号公報参照）が開発された。
【００１０】また、回転軸と軸受ハウジングの軸受面の
材料を超硬合金とセラミックの組合わせとした動圧気体
軸受（特開昭６０−１７９５１７号公報参照）も開発さ
れている。
材料を超硬合金とセラミックの組合わせとした動圧気体
軸受（特開昭６０−１７９５１７号公報参照）も開発さ
れている。
【００１１】
【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、軸受面が接触したときの摩擦を充分低
減できないうえに、セラミック材料で作られた多孔質パ
ッドは、セラミック粒子の結合力が弱いために極めて摩
耗しやすく、摩耗粒子が高硬度であるために多孔質パッ
ドに対向する軸受面が損傷され、軸受精度を低下させる
おそれがある。
の技術によれば、軸受面が接触したときの摩擦を充分低
減できないうえに、セラミック材料で作られた多孔質パ
ッドは、セラミック粒子の結合力が弱いために極めて摩
耗しやすく、摩耗粒子が高硬度であるために多孔質パッ
ドに対向する軸受面が損傷され、軸受精度を低下させる
おそれがある。
【００１２】また、回転軸の表面をイオンプレーティン
グによるちっ化チタンの薄膜で被覆する方法は、薄膜の
膜厚が数ミクロン（１〜５μｍ程度）であるため円筒面
に均一な薄膜を設けることが困難であり、かつ機械的方
法による膜厚の修正も難しい。
グによるちっ化チタンの薄膜で被覆する方法は、薄膜の
膜厚が数ミクロン（１〜５μｍ程度）であるため円筒面
に均一な薄膜を設けることが困難であり、かつ機械的方
法による膜厚の修正も難しい。
【００１３】さらに、軸受面に超硬合金等の金属を使用
すると、これらは化学的活性度が高いために軸受面が接
触したときの摩擦を充分低減できない。
すると、これらは化学的活性度が高いために軸受面が接
触したときの摩擦を充分低減できない。
【００１４】本発明は上記従来の技術の未解決の課題に
鑑みてなされたものであり、運転中の予期しない過負荷
や供給される気体の圧力不足または運転速度の低下等に
よって互に対向する軸受面が接触したときの摩擦を大幅
に低減し、焼付きやかじり、あるいは軸受精度の低下を
容易に防ぐことのできる気体軸受を提供することを目的
とするものである。
鑑みてなされたものであり、運転中の予期しない過負荷
や供給される気体の圧力不足または運転速度の低下等に
よって互に対向する軸受面が接触したときの摩擦を大幅
に低減し、焼付きやかじり、あるいは軸受精度の低下を
容易に防ぐことのできる気体軸受を提供することを目的
とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の気体軸受は、移動部材とこれに対向する支
持部材の間に気体を噴出し、該気体の静圧によって前記
移動部材を非接触で支持する気体軸受であって、前記移
動部材と前記支持部材のそれぞれの少くとも他方に対向
する表面がそれぞれ表面エネルギーの小さい材料で作ら
れており、かつ、これらの材料が両者が互に凝着したと
きの界面エネルギーの大きい組合わせであることを特徴
とする。
めに本発明の気体軸受は、移動部材とこれに対向する支
持部材の間に気体を噴出し、該気体の静圧によって前記
移動部材を非接触で支持する気体軸受であって、前記移
動部材と前記支持部材のそれぞれの少くとも他方に対向
する表面がそれぞれ表面エネルギーの小さい材料で作ら
れており、かつ、これらの材料が両者が互に凝着したと
きの界面エネルギーの大きい組合わせであることを特徴
とする。
【００１６】一方の表面が気体を噴出する多孔質体の表
面であり、他方の表面が、前記多孔質体より硬度の高い
材料で作られているとよい。
面であり、他方の表面が、前記多孔質体より硬度の高い
材料で作られているとよい。
【００１７】また、回転部材とこれに対向する支持部材
の少くとも一方に動圧発生用の溝を有する気体軸受であ
って、前記移動部材と前記支持部材のそれぞれの少くと
も他方に対向する表面がそれぞれ表面エネルギーの小さ
い材料で作られており、かつ、これらの材料が、両者が
互に凝着したときの界面エネルギーの大きい組合わせで
あることを特徴とする。
の少くとも一方に動圧発生用の溝を有する気体軸受であ
って、前記移動部材と前記支持部材のそれぞれの少くと
も他方に対向する表面がそれぞれ表面エネルギーの小さ
い材料で作られており、かつ、これらの材料が、両者が
互に凝着したときの界面エネルギーの大きい組合わせで
あることを特徴とする。
【００１８】
【作用】上記装置によれば、移動部材または回転部材が
支持部材と接触したときの摩擦を大幅に低減できる。そ
の理由は以下の通りである。
支持部材と接触したときの摩擦を大幅に低減できる。そ
の理由は以下の通りである。
【００１９】互に凝着する２つの物体をその凝着力に抗
して分離するのに必要な単位面積あたりの仕事量γ0 は
以下の式で表わされる。
して分離するのに必要な単位面積あたりの仕事量γ0 は
以下の式で表わされる。
【００２０】 γ0 ＝γ1 ＋γ2 −γ12・・・・・・・・（３） ここで、γ1 ，γ2 ：各物体の表面エネルギー γ12：両物体間の界面エネルギー （３）式から、両物体のそれぞれの表面エネルギーが小
さい程、また、両物体の界面エネルギーが大きい程、両
者を分離するのに要する力は少くなる。すなわち、両物
体の凝着力が小さくなる。そこで、移動部材または回転
部材と支持部材のそれぞれの少くとも他方に対向する表
面を構成する材料にそれぞれの表面エネルギーが小さく
て、両者の界面エネルギーの大きい組合わせのものを選
定すれば、移動部材または回転部材と支持部材の凝着力
を大幅に低減できる。一方の表面が多孔質体の表面であ
り、他方の表面が前記多孔質体より硬度の高い材料で作
られていれば、多孔質体の摩耗粒子が他方の表面を損傷
するおそれがない。
さい程、また、両物体の界面エネルギーが大きい程、両
者を分離するのに要する力は少くなる。すなわち、両物
体の凝着力が小さくなる。そこで、移動部材または回転
部材と支持部材のそれぞれの少くとも他方に対向する表
面を構成する材料にそれぞれの表面エネルギーが小さく
て、両者の界面エネルギーの大きい組合わせのものを選
定すれば、移動部材または回転部材と支持部材の凝着力
を大幅に低減できる。一方の表面が多孔質体の表面であ
り、他方の表面が前記多孔質体より硬度の高い材料で作
られていれば、多孔質体の摩耗粒子が他方の表面を損傷
するおそれがない。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２２】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、円筒状の軸受面１
ａを有する中空軸１と、その両端のそれぞれに、図示し
ないボルト等によって固着されたスラストプレート２，
３からなる移動部材であるロータＲ1 と、これを非接触
で回転自在に支持する支持部材である軸受ハウジングＨ
1 からなり、軸受ハウジングＨ1 の本体４は、ロータＲ
1 の中空軸１の表面である軸受面１ａに対向する表面を
有する一対の多孔質体であるラジアル軸受パッド５ａ，
５ｂと、各スラストプレート２，３の表面である軸受面
２ａ，３ａに対向する表面を有する多孔質体であるスラ
スト軸受パッド６，７を保持し、ラジアル軸受パッド５
ａ，５ｂおよびスラスト軸受パッド６，７は焼きばめや
接着等によって軸受ハウジングＨ1 の本体４に固着され
る。図示しない加圧気体供給源から供給される加圧気体
は、軸受ハウジングＨ1 の本体４に設けられた加圧気体
供給孔８ａ，８ｂを経て分配流路８ｃに導入され、各ラ
ジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび各スラスト軸受パッ
ド６，７に分配供給され、それぞれに対向する軸受面１
ａ，２ａ，３ａに向って噴出されたのち、軸受面２ａ，
３ａの外周および軸受ハウジングＨ1 の本体４を径方向
に貫通する排出孔８ｄを経て排出される。中空軸１およ
び各スラストプレート２，３はそれぞれ金属材料によっ
て作られており、各軸受面１ａ，２ａ，３ａは、図２に
拡大して示すように、セラミック材料であるアルミナ
（Ａｌ2 Ｏ3 ）の被膜９，１０，１１によって被覆され
ている。また、各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび
各スラスト軸受パッド６，７はカーボングラファイトで
作られている。
て、本実施例の静圧気体軸受Ｅ1 は、円筒状の軸受面１
ａを有する中空軸１と、その両端のそれぞれに、図示し
ないボルト等によって固着されたスラストプレート２，
３からなる移動部材であるロータＲ1 と、これを非接触
で回転自在に支持する支持部材である軸受ハウジングＨ
1 からなり、軸受ハウジングＨ1 の本体４は、ロータＲ
1 の中空軸１の表面である軸受面１ａに対向する表面を
有する一対の多孔質体であるラジアル軸受パッド５ａ，
５ｂと、各スラストプレート２，３の表面である軸受面
２ａ，３ａに対向する表面を有する多孔質体であるスラ
スト軸受パッド６，７を保持し、ラジアル軸受パッド５
ａ，５ｂおよびスラスト軸受パッド６，７は焼きばめや
接着等によって軸受ハウジングＨ1 の本体４に固着され
る。図示しない加圧気体供給源から供給される加圧気体
は、軸受ハウジングＨ1 の本体４に設けられた加圧気体
供給孔８ａ，８ｂを経て分配流路８ｃに導入され、各ラ
ジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび各スラスト軸受パッ
ド６，７に分配供給され、それぞれに対向する軸受面１
ａ，２ａ，３ａに向って噴出されたのち、軸受面２ａ，
３ａの外周および軸受ハウジングＨ1 の本体４を径方向
に貫通する排出孔８ｄを経て排出される。中空軸１およ
び各スラストプレート２，３はそれぞれ金属材料によっ
て作られており、各軸受面１ａ，２ａ，３ａは、図２に
拡大して示すように、セラミック材料であるアルミナ
（Ａｌ2 Ｏ3 ）の被膜９，１０，１１によって被覆され
ている。また、各ラジアル軸受パッド５ａ，５ｂおよび
各スラスト軸受パッド６，７はカーボングラファイトで
作られている。
【００２３】アルミナは主にイオン結合によって結合さ
れた材料であり、また、カーボングラファイトは共有結
合およびファン・デル・ワールス力によって結合された
材料である。従って、金属に比べるとそれぞれの材料の
表面エネルギーが極めて小さく、かつ、両材料の界面エ
ネルギーが大きいために両者の凝着力が極めて小さい。
また、アルミナおよびカーボングラファイトの硬度はそ
れぞれＫＮＨ25２０００（Ｈｖ２０００に相当する）、
ショア６７（Ｈｖ５２０程度）であり、従って、両者の
真実接触面積も比較的小さいために、ロータＲ1 の各軸
受面１ａ，２ａ，３ａとこれに対向するラジアル軸受パ
ッド５ａ，５ｂ、スラスト軸受パッド６，７が接触した
ときの摩擦は大幅に軽減される。さらに、カーボングラ
ファイトは結晶面のすべりによる自己潤滑性と耐摩耗性
にすぐれており、これらによる摩擦も小さいために摩擦
の発生も一層大幅に軽減できるという利点もある。加え
て、カーボングラファイトの摩擦によって発生する摩耗
粉末の粒子硬度もアルミナの硬度よりはるかに低いため
に、摩耗粉末によって各軸受面１ａ，２ａ，３ａが損傷
されるおそれはない。なお、中空軸１および各スラスト
プレート２，３は前述のように金属材料で作られてお
り、それぞれのアルミナの被膜９，１０，１１は、溶射
によって形成された溶射膜であり、機械加工等による寸
法の修正も容易である。
れた材料であり、また、カーボングラファイトは共有結
合およびファン・デル・ワールス力によって結合された
材料である。従って、金属に比べるとそれぞれの材料の
表面エネルギーが極めて小さく、かつ、両材料の界面エ
ネルギーが大きいために両者の凝着力が極めて小さい。
また、アルミナおよびカーボングラファイトの硬度はそ
れぞれＫＮＨ25２０００（Ｈｖ２０００に相当する）、
ショア６７（Ｈｖ５２０程度）であり、従って、両者の
真実接触面積も比較的小さいために、ロータＲ1 の各軸
受面１ａ，２ａ，３ａとこれに対向するラジアル軸受パ
ッド５ａ，５ｂ、スラスト軸受パッド６，７が接触した
ときの摩擦は大幅に軽減される。さらに、カーボングラ
ファイトは結晶面のすべりによる自己潤滑性と耐摩耗性
にすぐれており、これらによる摩擦も小さいために摩擦
の発生も一層大幅に軽減できるという利点もある。加え
て、カーボングラファイトの摩擦によって発生する摩耗
粉末の粒子硬度もアルミナの硬度よりはるかに低いため
に、摩耗粉末によって各軸受面１ａ，２ａ，３ａが損傷
されるおそれはない。なお、中空軸１および各スラスト
プレート２，３は前述のように金属材料で作られてお
り、それぞれのアルミナの被膜９，１０，１１は、溶射
によって形成された溶射膜であり、機械加工等による寸
法の修正も容易である。
【００２４】また、各軸受面１ａ，２ａ，３ａの被膜
９，１０，１１の材料は、アルミナに替えて、酸化クロ
ム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）等の他の酸化物セラミックや、より凝
着力の小さい炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化物セラミッ
ク、あるいはちっ化珪素（ＳｉＮ）等のちっ化物セラミ
ックでもよい。
９，１０，１１の材料は、アルミナに替えて、酸化クロ
ム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）等の他の酸化物セラミックや、より凝
着力の小さい炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化物セラミッ
ク、あるいはちっ化珪素（ＳｉＮ）等のちっ化物セラミ
ックでもよい。
【００２５】さらに、本実施例は、加圧気体の絞りに多
孔質体の軸受パッドを用いるものであるが、前述の自成
絞り形、オリフィス絞り形、表面絞り形等にも適用でき
ることは言うまでもない。
孔質体の軸受パッドを用いるものであるが、前述の自成
絞り形、オリフィス絞り形、表面絞り形等にも適用でき
ることは言うまでもない。
【００２６】図３は、第２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Ｅ2は、中空軸２１とそ
の両端のスラストプレート２２，２３からなる移動部材
であるロータＲ2 と、多孔質体であるラジアル軸受パッ
ド２５ａ，２５ｂおよびスラスト軸受パッド２６，２７
を保持する支持部材である軸受ハウジングＨ2 からな
り、軸受ハウジングＨ2 の本体２４には加圧気体供給孔
２８ａ，２８ｂ、分配流路２８ｃおよび排気孔２８ｄが
設けられている。
って、本実施例の静圧気体軸受Ｅ2は、中空軸２１とそ
の両端のスラストプレート２２，２３からなる移動部材
であるロータＲ2 と、多孔質体であるラジアル軸受パッ
ド２５ａ，２５ｂおよびスラスト軸受パッド２６，２７
を保持する支持部材である軸受ハウジングＨ2 からな
り、軸受ハウジングＨ2 の本体２４には加圧気体供給孔
２８ａ，２８ｂ、分配流路２８ｃおよび排気孔２８ｄが
設けられている。
【００２７】ロータＲ2 の中空軸２１と各スラストプレ
ート２２，２３は、アルミナ等のセラミック材料によっ
て一体的に作成されている。従って、各ラジアル軸受パ
ッド２５ａ，２５ｂおよび各スラスト軸受パッド２６，
２７に対向するロータＲ2 の表面である軸受面２１ａ，
２２ａ，２３ａにはアルミナ等のセラミック材料の被膜
を必要としない。その他の点は、第１実施例と同様であ
るので説明は省略する。
ート２２，２３は、アルミナ等のセラミック材料によっ
て一体的に作成されている。従って、各ラジアル軸受パ
ッド２５ａ，２５ｂおよび各スラスト軸受パッド２６，
２７に対向するロータＲ2 の表面である軸受面２１ａ，
２２ａ，２３ａにはアルミナ等のセラミック材料の被膜
を必要としない。その他の点は、第１実施例と同様であ
るので説明は省略する。
【００２８】図４は第３実施例を示す模式断面図であっ
て、本実施例の動圧気体軸受Ｅ3 は、円筒状のスリーブ
３４にカーボングラファイトで作られたラジアル軸受部
材３５とスラスト軸受部材３２を焼きばめや接着によっ
て固着した支持部材である軸受ハウジングＨ3 を有し、
ラジアル軸受部材３５の表面であるラジアル軸受面３５
ａとスラスト軸受部材３２の表面であるスラスト軸受面
３２ａは精度よく仕上げられており、また、スラスト軸
受部材３２はその中央に貫通孔３８を有する。軸受ハウ
ジングＨ3 の軸受面によって支持される回転部材である
回転軸３１は、図示しないモータによって回転されるロ
ータと一体であり、回転軸３１の表面である円筒面３１
ａはスリーブ３４のラジアル軸受面３５ａに対向し、ま
た回転軸３１の球面状に突出する端面３１ｃはスラスト
軸受部材３２のスラスト軸受面３２ａに対向する。回転
軸３１の円筒面３１ａと端面３１ｃの表面にはセラミッ
ク材料であるアルミナの被膜３９が施されており、該被
膜３９の回転軸３１の円筒面３１ａの表面を覆う部分に
はスパイラル状の溝３１ｂが形成されている。
て、本実施例の動圧気体軸受Ｅ3 は、円筒状のスリーブ
３４にカーボングラファイトで作られたラジアル軸受部
材３５とスラスト軸受部材３２を焼きばめや接着によっ
て固着した支持部材である軸受ハウジングＨ3 を有し、
ラジアル軸受部材３５の表面であるラジアル軸受面３５
ａとスラスト軸受部材３２の表面であるスラスト軸受面
３２ａは精度よく仕上げられており、また、スラスト軸
受部材３２はその中央に貫通孔３８を有する。軸受ハウ
ジングＨ3 の軸受面によって支持される回転部材である
回転軸３１は、図示しないモータによって回転されるロ
ータと一体であり、回転軸３１の表面である円筒面３１
ａはスリーブ３４のラジアル軸受面３５ａに対向し、ま
た回転軸３１の球面状に突出する端面３１ｃはスラスト
軸受部材３２のスラスト軸受面３２ａに対向する。回転
軸３１の円筒面３１ａと端面３１ｃの表面にはセラミッ
ク材料であるアルミナの被膜３９が施されており、該被
膜３９の回転軸３１の円筒面３１ａの表面を覆う部分に
はスパイラル状の溝３１ｂが形成されている。
【００２９】前述のモータによって回転軸３１が高速回
転されると、ラジアル軸受部材３５と回転軸３１の間の
空気が溝３１ｂに巻きこまれてスラスト軸受部材３２に
向って流動し、その動圧によって回転軸３１がラジアル
軸受部材３５に非接触で支持されるとともに、回転軸３
１の端面３１ｃとスラスト軸受部材３２の間の空気が加
圧されて回転軸３１の端面３１ｃがスラスト軸受部材３
２から浮上する。回転軸３１とスラスト軸受部材３２の
間の空気の圧力は、その一部分をスラスト軸受部材３２
の貫通孔３８から逃がすことで適正な値に調節される。
転されると、ラジアル軸受部材３５と回転軸３１の間の
空気が溝３１ｂに巻きこまれてスラスト軸受部材３２に
向って流動し、その動圧によって回転軸３１がラジアル
軸受部材３５に非接触で支持されるとともに、回転軸３
１の端面３１ｃとスラスト軸受部材３２の間の空気が加
圧されて回転軸３１の端面３１ｃがスラスト軸受部材３
２から浮上する。回転軸３１とスラスト軸受部材３２の
間の空気の圧力は、その一部分をスラスト軸受部材３２
の貫通孔３８から逃がすことで適正な値に調節される。
【００３０】回転軸３１の回転速度が低下したり、回転
軸３１の回転が停止したときは、回転軸３１の球面状の
端面３１ｃの最も突出した部分がスラスト軸受部材３２
に接触し、また、回転軸３１の円筒面３１ａの一部分が
ラジアル軸受部材３５のラジアル軸受面３５ａに接触す
る。しかしながら、前述のように、回転軸３１の円筒面
３１ａと端面３１ｃの表面はアルミナが被膜されてお
り、これらに対向する軸受ハウジングＨ3 のラジアル軸
受面３５ａとスラスト軸受面３２ａはカーボングラファ
イトで作られているため、両者の表面エネルギーは極め
て小さいうえに、これらが互に接触したときの界面エネ
ルギーは大であり、従って、両者の凝着力が極めて小さ
い。さらに前述のように、アルミナとカーボングラファ
イトが接触したときの真実接触面積も小であるため、回
転軸３１がラジアル軸受部材３５やスラスト軸受部材３
２に接触しても両者の間に大きな摩擦を生じるおそれは
ない。また、カーボングラファイトは結晶面のすべりに
よる自己潤滑性と耐摩擦性にすぐれており、その結果、
回転軸３１の始動、停止を頻繁に行っても、あるいは回
転軸３１の回転速度がたびたび低下することがあって
も、多量の摩耗粉末を発生したり、摩擦熱による焼付き
やかじりを起すおそれはない。
軸３１の回転が停止したときは、回転軸３１の球面状の
端面３１ｃの最も突出した部分がスラスト軸受部材３２
に接触し、また、回転軸３１の円筒面３１ａの一部分が
ラジアル軸受部材３５のラジアル軸受面３５ａに接触す
る。しかしながら、前述のように、回転軸３１の円筒面
３１ａと端面３１ｃの表面はアルミナが被膜されてお
り、これらに対向する軸受ハウジングＨ3 のラジアル軸
受面３５ａとスラスト軸受面３２ａはカーボングラファ
イトで作られているため、両者の表面エネルギーは極め
て小さいうえに、これらが互に接触したときの界面エネ
ルギーは大であり、従って、両者の凝着力が極めて小さ
い。さらに前述のように、アルミナとカーボングラファ
イトが接触したときの真実接触面積も小であるため、回
転軸３１がラジアル軸受部材３５やスラスト軸受部材３
２に接触しても両者の間に大きな摩擦を生じるおそれは
ない。また、カーボングラファイトは結晶面のすべりに
よる自己潤滑性と耐摩擦性にすぐれており、その結果、
回転軸３１の始動、停止を頻繁に行っても、あるいは回
転軸３１の回転速度がたびたび低下することがあって
も、多量の摩耗粉末を発生したり、摩擦熱による焼付き
やかじりを起すおそれはない。
【００３１】なお、本実施例においては回転軸の表面に
動圧発生用の溝が設けられているが、同様の溝をラジア
ル軸受部材の軸受面に設けてもよい。
動圧発生用の溝が設けられているが、同様の溝をラジア
ル軸受部材の軸受面に設けてもよい。
【００３２】図５は、第４実施例を示す模式断面図であ
って、本実施例の動圧気体軸受Ｅ4は、第３実施例と同
様の回転部材である回転軸４１全体がセラミック材料で
あるアルミナによって作られており、その表面である円
筒面４１ａにスパイラル状の溝４１ｂが形成されてい
る。スリーブ４４、ラジアル軸受部材４５およびスラス
ト軸受部材４２については第３実施例のスリーブ３４、
ラジアル軸受部材３５およびスラスト軸受部材３２とそ
れぞれ同様であるので説明は省略する。本実施例は回転
軸４１全体がアルミナで作られているため、その表面に
アルミナの被膜を設ける必要はない。その他の点は第３
実施例と同様であるので説明は省略する。
って、本実施例の動圧気体軸受Ｅ4は、第３実施例と同
様の回転部材である回転軸４１全体がセラミック材料で
あるアルミナによって作られており、その表面である円
筒面４１ａにスパイラル状の溝４１ｂが形成されてい
る。スリーブ４４、ラジアル軸受部材４５およびスラス
ト軸受部材４２については第３実施例のスリーブ３４、
ラジアル軸受部材３５およびスラスト軸受部材３２とそ
れぞれ同様であるので説明は省略する。本実施例は回転
軸４１全体がアルミナで作られているため、その表面に
アルミナの被膜を設ける必要はない。その他の点は第３
実施例と同様であるので説明は省略する。
【００３３】
【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。
で、以下に記載するような効果を奏する。
【００３４】気体軸受において、互に対向する軸受面が
接触したときの摩擦を大幅に軽減し、運転中の予期しな
い過負荷や供給される気体の圧力不足あるいは運転速度
の低下等による焼付きやかじり、あるいは軸受精度の低
下を容易に防ぐことができる。
接触したときの摩擦を大幅に軽減し、運転中の予期しな
い過負荷や供給される気体の圧力不足あるいは運転速度
の低下等による焼付きやかじり、あるいは軸受精度の低
下を容易に防ぐことができる。
【図１】第１実施例を示す模式断面図である。
【図２】図１の装置の一部分を拡大して示す部分拡大断
面図である。
面図である。
【図３】第２実施例を示す模式断面図である。
【図４】第３実施例を示す模式断面図である。
【図５】第４実施例を示す模式断面図である。
【図６】従来の静圧気体軸受の加圧気体を噴出する絞り
の形式の一つである自成絞り形を説明する説明図であ
る。
の形式の一つである自成絞り形を説明する説明図であ
る。
【図７】従来の静圧気体軸受の加圧気体を噴出する絞り
の形式の一つであるオリフィス絞り形を説明する説明図
である。
の形式の一つであるオリフィス絞り形を説明する説明図
である。
【図８】従来の静圧気体軸受の加圧気体を噴出する絞り
の形式の一つである表面絞り形を説明する説明図であ
る。
の形式の一つである表面絞り形を説明する説明図であ
る。
【図９】従来の静圧気体軸受の加圧気体を噴出する絞り
の形式の一つである多孔質絞り形を説明する説明図であ
る。
の形式の一つである多孔質絞り形を説明する説明図であ
る。
【図１０】動圧気体軸受の従来例を示す模式断面図であ
る。
る。
Ｒ1 ，Ｒ2 ロータ Ｈ1 ，Ｈ2 ，Ｈ3 軸受ハウジング １，２１ 中空軸 ２，３，２２，２３ スラストプレート ４，２４ 本体 ５ａ，５ｂ，２５ａ，２５ｂ ラジアル軸受パッド ６，７，２６，２７ スラスト軸受パッド ９〜１１，３９ 被膜 ３１，４１ 回転軸 ３１ｂ，４１ｂ 溝 ３２，４２ スラスト軸受部材 ３５，４５ ラジアル軸受部材
Claims (7)
- 【請求項１】 移動部材とこれに対向する支持部材の間
に気体を噴出し、該気体の静圧によって前記移動部材を
非接触で支持する気体軸受であって、前記移動部材と前
記支持部材のそれぞれの少くとも他方に対向する表面が
それぞれ表面エネルギーの小さい材料で作られており、
かつ、これらの材料が、両者が互に凝着したときの界面
エネルギーの大きい組合わせであることを特徴とする気
体軸受。 - 【請求項２】 一方の表面が気体を噴出する多孔質体の
表面であり、他方の表面が、前記多孔質体より硬度の高
い材料で作られていることを特徴とする請求項１記載の
気体軸受。 - 【請求項３】 回転部材とこれに対向する支持部材の少
くとも一方に動圧発生用の溝を有する気体軸受であっ
て、前記移動部材と前記支持部材のそれぞれの少くとも
他方に対向する表面がそれぞれ表面エネルギーの小さい
材料で作られており、かつ、これらの材料が、両者が互
に凝着したときの界面エネルギーの大きい組合わせであ
ることを特徴とする気体軸受。 - 【請求項４】 一方の表面がカーボングラファイトで作
られており、他方の表面が、前記カーボングラファイト
より高い硬度をもつセラミック材料で作られていること
を特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の気体
軸受。 - 【請求項５】 一方の表面がカーボングラファイトで作
られており、他方の表面が、前記カーボングラファイト
より高い硬度をもつセラミック材料の被膜の表面である
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の
気体軸受。 - 【請求項６】 被膜が溶射膜であることを特徴とする請
求項５記載の気体軸受。 - 【請求項７】 セラミック材料が、炭化物セラミック、
ちっ化物セラミックおよび酸化物セラミックのいずれか
であることを特徴とする請求項４ないし６いずれか１項
記載の気体軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05205689A JP3095585B2 (ja) | 1992-11-26 | 1993-07-28 | 気体軸受 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-339768 | 1992-11-26 | ||
| JP33976892 | 1992-11-26 | ||
| JP05205689A JP3095585B2 (ja) | 1992-11-26 | 1993-07-28 | 気体軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213236A true JPH06213236A (ja) | 1994-08-02 |
| JP3095585B2 JP3095585B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=26515201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05205689A Expired - Lifetime JP3095585B2 (ja) | 1992-11-26 | 1993-07-28 | 気体軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3095585B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000008345A1 (de) * | 1998-08-05 | 2000-02-17 | Jaeger Alfred | Luftlager, insbesondere für die welle einer motorspindel |
| US20150104123A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | General Electric Company | Journal bearing assemblies and methods of assembling same |
-
1993
- 1993-07-28 JP JP05205689A patent/JP3095585B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6328475B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-12-11 | JäGER ALFRED | Air bearing, in particular for the shaft of a motor spindle |
| WO2000008345A1 (de) * | 1998-08-05 | 2000-02-17 | Jaeger Alfred | Luftlager, insbesondere für die welle einer motorspindel |
| US20150104123A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | General Electric Company | Journal bearing assemblies and methods of assembling same |
| US9429191B2 (en) * | 2013-10-11 | 2016-08-30 | General Electric Company | Journal bearing assemblies and methods of assembling same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3095585B2 (ja) | 2000-10-03 |
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