JPH06254702A - 高速回転軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低速域から高速域までの広い範囲に亘り回転
軸の各部の半径隙間を略一様とでき、軸受け性能が安定
しており、不安定振動の発生がなく、外乱に対する信頼
性が低下しない。 【構成】 回転部材（２）が円筒形状をしており、円筒
状回転部材の軸方向に間隔を開けた２位置に空気軸受け
（１ａ、４）がそれぞれ設けられ、静止部材に突設され
た軸（７）が回転円筒内に貫挿されており、軸にステー
タ部材（９）が取着されており、ステータ部材に対向し
て円筒状回転部材の円筒内に円筒状のロータ部材（５）
が取着されるとともにロータ部材の軸方向外側位置に内
側円筒（６）が焼き嵌めされて一様厚さの多重円筒が構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静止部材、静止部材に
対して回転可能な回転部材、静止部材と回転部材との間
に設けられた空気軸受け部材からなる高速回転軸に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空気軸受けを用いた高速回転軸は、非接
触軸受けで支持しており、回転に対する動力損失や発熱
が小さく、僅かな軸受け動力（摩擦）損失で、高速回転
することに適している。

【０００３】この空気軸受けの高速安定性を高めるため
には、軸受け剛性を大きく確保する必要があるが、軸受
け剛性を大きくするためには軸受け隙間を微小に押さえ
る必要がある。一般に空気軸受けの半径隙間は、最大剛
性を与える最適値として通常２０〜３０μｍ程度が採用
されている。

【０００４】このような空気軸受けで回転部材（スピン
ドル）を数万〜十数万ｒｐｍで回転させる場合には、高
速回転に伴う遠心力により回転部材が膨脹し（遠心膨脹
量が数十μに達し）、上記軸受け隙間が減少し、回転部
材と静止部材が直接接触する問題がある。

【０００５】そこで、作動時における軸受け隙間の減少
量を見越して製作時の軸受け隙間を予め補正しておくこ
とが提案されている（空気軸受けについて「油圧と空気
圧」第２０巻第７号、平成元年１１月号参照）。

【０００６】すなわち、遠心力による膨脹量を見越して
初期半径隙間を広く設定し、高速回転領域で隙間が初め
て最適値になるように設計する方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遠心力
による回転軸の外径の膨脹量は、軸の内外径に依存し、
同一外径であっても内径が異なれば膨脹量も異なる。
今、回転部材の内側にロータマグネットを内蔵するよう
な場合には、組み込み上、ロータマグネットの前後の内
径が異なるため、組立時に仮に上述のように軸受け隙間
を設定していたとしても、高速回転した場合にはロータ
マグネットの前後の回転軸外径の膨脹量に差が生じ、軸
方向に前後に設けた空気軸受けの性能に差が生じ同様に
高速回転上の問題が発生する。

【０００８】

【発明の目的】本発明は上述した従来技術に付随する問
題点を解決して、低速域から高速域までの広い範囲に亘
り回転軸の各部の半径隙間が一様にでき、軸受け性能が
安定しており、不安定振動の発生がなく、外乱に対する
信頼性が低下しない高速回転軸を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、静止
部材、該静止部材に対して回転可能な回転部材、前記静
止部材と回転部材との間に設けられた空気軸受け部材ま
たは磁気軸受け部材からなる高速回転軸において、前記
回転部材が部分的に同軸状の多重円筒からなり、該多重
円筒の外側円筒に内側軸に焼き嵌めされていることを特
徴とする高速回転軸により、上記目的を達成する。

【００１０】

【作用】本発明では、高速回転する回転軸（回転部材）
を焼き嵌めによる組合わせ軸としている。すなわち、内
側軸の外径より外側円筒の内径を僅かに小さくして、外
側円筒を内側軸に焼き嵌めして組合わせ軸としており、
円筒部の肉厚を一様としている。

【００１１】この多重円筒が回転を始めると、内側軸お
よび外側円筒の両者が遠心力の影響を受ける。しかし焼
き嵌めされた内側軸と外側円筒とはあたかも一体構造の
軸と同じ膨脹量を示す。従って、軸隙間の軸方向のばら
つき量を小さく押さえることができる。すなわち、回転
部材の外径と静止部材の内径との隙間が軸の位置に拘ら
ずほぼ一定となり、低速域から高速域迄の広範な回転範
囲において安定した軸受け特性が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す添付図面に従い
詳細に説明する。図１は空気軸受け支持された本発明に
係る高速回転軸の断面図であり、ケース本体１は固定脚
部１ｄ（図２）を有する筒形状をしており、ケース本体
１の左側壁面の中心部に開口１ｂが穿たれ、開口１ｂに
本発明の回転部材として軸２が貫通している。軸２の左
端には砥石が止着されている。

【００１３】軸２の軸方向の前後部分に対向してケース
本体１に円筒状のブッシュ４がそれぞれ取着され、ケー
ス本体１内に形成された圧縮空気供給通路１ａからブッ
シュ４内に放射方向に形成された噴出口４ａを通じて軸
受け用空気が噴出されるようになっている。上記構成に
よりケース本体１と軸２との間にラジアル空気軸受けが
形成され、軸２はケース本体１内において回転自在とな
っている。なお、図２は放射状に形成された噴出口４ａ
を示すＡ−Ａ断面図である。

【００１４】軸２の左側のラジアル空気軸受けの左側に
は、鍔状突起２ａが形成され、鍔状突起２ａの両側面に
対向して一対のブッシュ１４ａ、１４ｂが設けられ、ス
ラスト軸受け用空気がケース本体１からブッシュ１４
ａ、１４ｂを経て鍔状突起に噴射され、軸２のスラスト
荷重を受けるようになっている。

【００１５】図１に示すように軸２はその右側部分が円
筒状をしており、円筒状をしている部分の中央部から軸
端までの内側は符号２ｂで示すように削り込まれ、この
削られ部分２ｂの中央寄りにロータ部材５となるマグネ
ットが取着されている。このロータ部材５となるマグネ
ットの軸方向外側には内側回転軸６が焼き嵌めにより挿
着されている。すなわち、この実施例においては内側円
筒６は特殊鋼からなっており、外側の円筒２は特殊鋼か
らなっており、７０μｍの焼き嵌め代で焼き嵌めし円筒
部の厚さをほぼ一様としている。なお、外側円筒に内側
円筒を焼き嵌めしているため、外側円筒の外径には焼き
嵌め代に対応する初期膨脹量が付与されている。そこ
で、円筒状をした軸２は焼き嵌めをした後に最終的に機
械仕上げをして所望の空気軸受け隙間となるようにして
いる。

【００１６】また、図１に示すように、静止部材である
ケース本体１の右端にステータ軸７をねじ止め８して突
出させている。このステータ軸７にはモータのステータ
部材９となるコイルが取着されており、前述したロータ
部材５とステータ部材９とを対応するように位置させて
いる。ステータ部材９にはコード１０から励磁電流が供
給される。

【００１７】このようにロータ部材５とステータ部材９
とを空気軸受けにより間隔をあけて支え且つステータ部
材９とロータ部材５とにより電磁的に係合するようにし
て支えることにより、軸２をケース本体１に対し非接触
状態で電磁的に回転させることができる。

【００１８】上記実施例においては、円筒軸２の中に駆
動用のモータを構成するロータ部材５を設置しているに
も拘らず、そのロータ部材５の外側を焼き嵌めにより二
重円筒構造として円筒軸部の肉厚をすべて一様厚さとし
ている。このために高速回転時における円筒軸部の膨脹
量を軸方向各部においてほぼ一様とすることができ、肉
厚の違いによる高速回転時の変化量を小さくでき、高速
回転軸として使用することができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明により低速域から高速域までの広
い範囲に亘り回転軸の各部の半径方向隙間が一様にで
き、それにより軸受け性能が安定しており、不安定振動
が少なく外乱に対する信頼性が高い高速回転軸が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ ケース本体 ２ 軸 ５ ロータ部材 ６ 内側円筒 ７ ステータ軸 ９ ステータ部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止部材、該静止部材に対して回転可能
   な回転部材、前記静止部材と回転部材との間に設けられ
   た軸受け部材からなる高速回転軸受けにおいて、前記回
   転部材が部分的に同軸状の多重円筒からなり、該多重円
   筒の外側円筒に内側円筒が焼き嵌めされていることを特
   徴とする高速回転軸。
2. 【請求項２】 前記軸受け部材が空気軸受け部材である
   ことを特徴とする請求項１に記載の高速回転軸。
3. 【請求項３】 前記回転部材が円筒形状をしており、該
   円筒状回転部材の軸方向に間隔を開けた２位置に前記空
   気軸受けがそれぞれ設けられ、前記静止部材に突設され
   た軸が前記回転円筒内に貫挿されており、該軸にステー
   タ部材が取着されており、該ステータ部材に対向して前
   記円筒状回転部材の円筒内に円筒状のロータ部材が取着
   されるとともに該ロータ部材の軸方向外側位置に前記内
   側円筒が焼き嵌めされて前記多重円筒が一様厚さで構成
   されていることを特徴とする請求項２に記載の高速回転
   軸。