JPH07151147A - 静圧気体軸受装置 - Google Patents

静圧気体軸受装置

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JPH07151147A
JPH07151147A JP24121394A JP24121394A JPH07151147A JP H07151147 A JPH07151147 A JP H07151147A JP 24121394 A JP24121394 A JP 24121394A JP 24121394 A JP24121394 A JP 24121394A JP H07151147 A JPH07151147 A JP H07151147A
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Shizuka Yamazaki
静 山崎
Yoshio Fujikawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面絞り型静圧気体軸受装置において、エア
ハンマを防止し、軸受剛性の向上を図る。 【構成】 回転軸1とハウジング3間に軸受すきま5を
形成し、この軸受すきま5に、気体溜り6を介して給気
する表面絞り型静圧気体軸受を形成する。回転軸1に、
ハウジング3と隙間を介して対向する磁気部材11、1
2を取付け、その磁気部材12とハウジング3間の隙間
を横切る磁束によって、前記隙間に磁性流体14を前記
磁気部材12とハウジング3に接して保持する。この磁
性流体14を介してハウジング3に回転軸1が支持され
ているため、その磁性流体14によって回転軸1の振動
が減衰させられ、気体溜り6の面積を大きくし、あるい
は深くしてもエアハンマは発生しない。このため静圧気
体軸受装置の剛性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、静圧気体軸受装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】回転部材とこれを支持する軸受部材との
間に軸受すきまを形成し、その軸受すきまに供給される
圧縮気体の気体膜によって回転部材を非接触の状態に保
持する静圧気体軸受装置は、高精度、低摩擦、低トル
ク、長寿命、環境を汚染しないなど、多くの特徴を有し
ている。このため、精密加工機械、検査装置、測定器な
どの軸受装置として非常に多く用いられている。
【0003】上記静圧気体軸受装置は、圧縮気体を絞る
型式によって、給気孔絞り型、表面絞り型および多孔質
絞り型に分類される。その3種の静圧気体軸受装置のう
ち、表面絞り型および多孔質絞り型は、給気孔絞り型に
比較して軸受剛性が高いという長所がある。
【0004】図4は、表面絞り型の静圧気体軸受装置を
示し、回転部材21を支持する軸受部材22の内径面に
溝から成る気体溜り23を形成し、気体溜り23に連通
する給気孔24を設け、この給気孔24から上記気体溜
り23を通して回転部材21と軸受部材22間の軸受す
きま25に圧縮気体を供給するようにしている。
【0005】この表面絞り型静圧気体軸受装置は、気体
溜り23において圧縮気体が保持されるため、気体溜り
23の面積を広くし、かつ深くするほど軸受剛性を高め
ることができる。
【0006】図5は、多孔質絞り型の静圧気体軸受装置
を示す。この軸受装置は、軸受部材22の内径面に通気
性を有する環状の多孔質部材26を取付け、上記軸受部
材22に形成した給気孔24から多孔質部材26を通し
て軸受すきま25に圧縮気体を供給している。
【0007】この静圧気体軸受装置は、多孔質部材26
の軸受面の全体にわたって給気することができるため、
大きな剛性を得ることができる。
【0008】また、特開昭62−63217号公報に
は、回転部材とこれを支持する軸受部材間の軸受すきま
の両端の開口を磁性流体でシールした静圧気体軸受装置
が示されている。
【0009】この静圧気体軸受装置は、軸受すきまの両
端を磁性流体でシールするため、軸受すきまに圧縮気体
が封じ込まれ、シールの無いものに比較して軸受の剛性
を高くすることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記図4に示す静圧気
体軸受装置においては、軸受剛性を大きくするために、
気体溜り23の面積を広く、かつ深くすると、その気体
溜り23の容積が大きくなる。この容積が大きくなるこ
とは、気体の圧縮性により、振動減衰機能が低下し、一
定の限度を越えると減衰係数が負になってエアハンマと
称される自励振動が発生する。このため、実際には、エ
アハンマが発生しない範囲で気体溜りの面積や深さを決
定しており、十分に剛性向上の効果が上がっていない。
【0011】また、図4に示す静圧気体軸受装置におい
ては、多孔質部材の内部の気孔のため、エアハンマが発
生し易く、これを防止するため、多孔質部材の品質や加
工の条件を厳しく管理する必要があり、製作が困難であ
る。
【0012】さらに、上記公開公報に示された静圧気体
軸受装置は、軸受すきまをシールする目的で磁性流体を
用いており、静圧気体軸受部の気体圧力が磁性流体に加
わるため、磁性流体の耐圧力が問題となる。このため、
その軸受部の圧力を十分に高めることができず、表面絞
り型の静圧気体軸受装置のような高い軸受剛性を得てい
ないのが実情である。
【0013】ところで、本願の発明者等は、上記公開公
報の静圧気体軸受装置の上記磁性流体は、シール作用の
他、きわめて大きな振動減衰作用を発揮しているること
を知見した。
【0014】この発明は、上記知見に基づき、磁性流体
の振動減衰作用を利用して表面絞り型あるいは多孔質絞
り型の静圧気体軸受装置のエアハンマを防止し、軸受剛
性の向上を図ることを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明においては、回転部材とこれを支持する
軸受部材の対向面間に軸受すきまを形成し、回転部材と
軸受部材のうち、一方の部材に、上記軸受すきまと対向
する面に気体溜りを設け、その気体溜りを通して前記軸
受すきまに圧縮気体を供給する給気孔を回転部材又は軸
受部材に形成した前述の表面絞り型静圧気体軸受装置に
おいて、上記回転部材と軸受部材のうち、一方の部材に
は、他方の部材と隙間を介して対向する磁気部材を取付
け、その磁気部材と他方の部材間の隙間を横切る磁束に
よって、前記隙間に磁性流体を前記磁気部材と他方の部
材に接して保持した構成を採用したのである。
【0016】ここで、磁気部材は、永久磁石と強磁性体
によって形成された2枚のヨークの組合わせから成るも
の、永久磁石、鉄芯にコイルを巻付けた電磁石のいずれ
でもよい。
【0017】この磁気部材によって保持される磁性流体
は、給気孔から環状の通気性を有する多孔質部材を通し
て軸受すきまに圧縮気体を供給する多孔質絞り型の静圧
気体軸受装置に組込むこともできる。
【0018】
【作用】上記のように構成すれば、磁性流体が磁気部材
と他方の部材に接してその両者の隙間に保持され、この
磁性流体を介して軸受部材に回路部材が支持されている
ため、その磁性流体によって回転部材の振動が減衰させ
られ、気体溜りの面積を大きくし、あるいは深くしても
エアハンマは発生しない。このため、表面絞り型あるい
は多孔質絞り型の静圧気体軸受装置の剛性を向上させる
ことができる。
【0019】
【実施例】以下、この発明の実施例を図1乃至図3に基
づいて説明する。
【0020】図1は、この発明に係る静圧気体軸受装置
の第1の実施例を示す。この静圧気体軸受装置は、表面
絞り型の静圧気体軸受装置であり、軸受部材2をなすハ
ウジング3内に、軸受スリーブ4を介して回転軸1が挿
通しており、前記軸受スリーブ4の外径面とハウジング
3の内径面間に軸受すきま5が形成されている。
【0021】軸受スリーブ4の外径面には、周方向に等
間隔に並ぶ溝状の気体溜り6が複数列に設けられ、各気
体溜り6に給気孔7の先端の絞り孔8が連通している。
また、各給気孔7は、回転軸1に形成された給気通路9
と連通している。このため、給気通路9から給気孔7に
圧縮気体を供給すると、その圧縮気体は、気体溜り6か
ら軸受すきま5に流れ、その圧縮気体膜によって回転軸
1が軸受スリーブ4を介しハウジング3に対して非接触
の状態に支持される。
【0022】上記回転軸1の端部外径面には磁気部材1
0が取付けられている。この磁気部材10は、永久磁石
11と強磁性体によって形成された2枚のヨーク12、
12から成っている。各ヨーク12の外径面とハウジン
グ3の内径面間には隙間が設けられ、その隙間には、適
量の磁性流体14が満たされる。磁性流体14は、永久
磁石11、ヨーク12およびハウジング3で構成される
磁気回路によって、ヨーク12とハウジング3間の隙間
にそのヨーク12とハウジング3に接して保持される。
【0023】上記のように、磁気部材10とハウジング
3との間に形成された隙間で磁性流体14を保持し、こ
の磁性流体14を介してハウジング3に回転軸1を支持
することにより、この磁性流体14の粘性は気体に比べ
てきわめて大きいため、回転軸1の振動をきわめて効果
的に減衰することができる。
【0024】このため、軸受スリーブ4の外径面に形成
した気体溜り6の面積を大きくし、あるいは深くしても
エアハンマが発生せず、軸受剛性の高い表面絞り型の静
圧気体軸受装置を得ることができる。
【0025】なお、磁性流体14を保持する磁気部材1
0は、永久磁石11とヨーク12から成るものに限定さ
れず、その永久磁石11とヨーク12に代えてコイルと
鉄芯から成る電磁石を用いてもよく、永久磁石を単独で
用いてもよい。
【0026】図2は、この発明に係る静圧気体軸受装置
の第2の実施例を示す。この実施例は、静圧気体軸受ス
ピンドルに本発明の静圧気体軸受装置を適用した例であ
る。ハウジング3の内径面には、フランジ4’を有する
2個の軸受スリーブ4が取付けられ、その軸受スリーブ
4の内径面と回転軸1の間にラジアル軸受すきま17が
形成されている。また、軸受スリーブ4のフランジ4’
と回転軸1の両端に設けられた大径軸部1’の対向面間
にスラスト軸受すきま18が形成され、ハウジング3の
給気通路9に供給された圧縮気体を、給気孔7および気
体溜り6を通して前記ラジアル軸受すきま17およびス
ラスト軸受すきま18に流出させるようにしている。こ
の軸受すきま17、18の圧縮気体は、ハウジング3に
形成した排気通路19から外部に排出される。
【0027】また、ハウジング3の上下両端面に永久磁
石11および2枚のヨーク12’、12”から成る2つ
の磁気部材10を取付け、2枚のヨーク12’、12”
のうち、一方のヨーク12’の内径面と大径軸部1’の
外径面間に隙間を形成し、その隙間に満たした磁性流体
14をヨーク12’で保持している。また、他方のヨー
ク12”と大径軸部1’の段部1”の対向面間に隙間を
形成し、その隙間に満たした磁性流体14を他方ヨーク
12”で保持している。
【0028】磁性流体14、14による制振機構をハウ
ジング3の両端に設けることによって、外部から軸受す
きま17、18に異物が混入するのを防止することがで
きる。
【0029】また、一方ヨーク12’と大径軸部1’と
の隙間をラジアル軸受すきま17と同程度とすれば、磁
性流体14の潤滑作用によって、回転軸1のラジアル方
向の振動減衰機構部が、過負荷に対する非常用軸受とし
て作用することになる。したがって、剛性が大きく信頼
性の優れた静圧気体軸受スピンドルが得られる。
【0030】前記両実施例は、いずれも表面絞り型の静
圧気体軸受装置であるが、図3に示すように、第1の実
施例で示す軸受スリーブ4に代えて多孔質の多孔質部材
20を取付け、その多孔質部材20の微細な孔を通して
軸受すきま5に給気する多孔質絞り型の静圧気体軸受装
置に磁気部材10で磁性流体14を保持する振動減衰機
構を組込むようにしてもよい。
【0031】また、前記各実施例は、いずれも軸が回転
する形式の軸受であるが、軸を固定し、ハウジングが回
転する場合にも同様に適用できる。
【0032】因みに、静圧気体軸受部より、磁性流体1
4が外側にあって、前述の気体シール作用もなす場合、
上記各実施例は気体溜り6又は多孔質部材20の部分
で、静圧気体軸受をなし、その気体圧は磁性流体14に
直接加わらず、磁性流体14への圧は、その気体圧より
低いものとなる。このため、上記公開公報の軸受装置の
ように、軸受の気体圧が磁性流体に直接に加わるものに
比べ、同一の軸受剛性を得る場合、実施例のものは低い
耐圧力でよいこととなる。したがって、本願発明におい
ては、磁性流体14が静圧気体軸受の外側にあっても、
上記公開公報のものに比べて高い軸受剛性を得ることが
できる。
【0033】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、表面
絞り型の静圧気体軸受装置あるいは多孔質絞り型の静圧
気体軸受装置において、その回転部材と軸受部材のう
ち、一方の部材に磁気部材を取付け、その磁気部材と他
方の部材間に形成された隙間に磁性流体を満たし、この
磁性流体を磁気部材で保持したことにより、磁性流体に
よって回転部材の振動を減衰することができる。
【0034】このため、表面絞り型の静圧気体軸受装置
においては、気体溜りの面積を大きくし、あるいは深く
しても磁性流体の振動減衰作用によってエアハンマが発
生せず、軸受剛性の大きな静圧気体軸受装置を得ること
ができる。
【0035】また、多孔質絞り型の静圧気体軸受装置に
おいても、磁性流体によってエアハンマが生じるのを防
ぐことができ、多孔質部材の品質や加工の条件を厳しく
管理する必要がなく、製作を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る静圧気体軸受装置の一実施例を
示す縦断正面図
【図2】同上の他の実施例を示す縦断正面図
【図3】同上の他の実施例を示す縦断正面図
【図4】従来の静圧気体軸受装置を示す縦断正面図
【図5】従来の静圧気体軸受装置を示す縦断正面図
【符号の説明】
1 回転軸 2 軸受部材 3 ハウジング 4 軸受スリーブ 5 軸受すきま 6 気体溜り 7 給気孔 10 磁気部材 11 永久磁石 12、12’、12” ヨーク 14 磁性流体 16 スラスト板 17 ラジアル軸受すきま 18 スラスト軸受すきま 20 多孔質部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転部材とこれを支持する軸受部材の対
    向面間に軸受すきまを形成し、回転部材と軸受部材のう
    ち、一方の部材に、前記軸受すきまと対向する面に気体
    溜りを設け、その気体溜りを通して前記軸受すきまに圧
    縮気体を供給する給気孔を回転部材又は軸受部材に形成
    した表面絞り型静圧気体軸受装置において、 上記回転部材と軸受部材のうち、一方の部材に、他方の
    部材と隙間を介して対向する磁気部材を取付け、その磁
    気部材と他方の部材間の隙間を横切る磁束によって、前
    記隙間に磁性流体を前記磁気部材と他方の部材に接して
    保持したことを特徴とする静圧気体軸受装置。
  2. 【請求項2】 回転部材とこれを支持する軸受部材の対
    向面における一方の面に、他方の部材との間で軸受すき
    まを形成する環状の通気性を有する多孔質部材を取付
    け、その多孔質部材を通して前記軸受すきまに圧縮気体
    を供給する多孔質絞り型静圧気体軸受装置において、 上記回転部材と軸受部材のうち、一方の部材に、他方の
    部材と隙間を介して対向する磁気部材を取付け、その磁
    気部材と他方の部材間の隙間を横切る磁束によって、前
    記隙間に磁性流体を前記磁気部材と他方の部材に接して
    保持したことを特徴とする静圧気体軸受装置。
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