JPH0729719Y2 - 空気軸受モータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案は軸受部に空気軸受を用いたモータの構造に関す
る。

（従来技術とその問題点） 空気軸受は、空気を使用して軸受に回転軸を支持し、且
つ両者間の潤滑を行なうもので、回転の円滑さ、芯振
れ、面振れ等に関しては通常の玉軸受、スベリ軸受等と
比較して精度が極めて高く、サブミクロン単位の精度の
ものが実現しており、しかも潤滑材が空気であることか
ら保守を必要としない等の優れた軸受である。

このような高精度の空気軸受を使用して例えば回転テー
ブルを構成する場合には駆動源となるモータを連結する
必要があり、その連結及び回転の伝達の方法として、回
転テーブルの回転軸即ち、空気軸受の回転軸とモータの
回転軸とを同軸上に配置し、両者をカップリングを介し
て連結する方法、及び回転テーブルの回転軸とモータの
回転軸とを並列に配置し、双方の軸にベルトを掛回する
方法が最も一般的に使用されている。そして、回転伝達
において、回転テーブルの回転ムラの低減や高精度の位
置決めを実現する場合には、被駆動側の回転テーブルの
回転と駆動側のモータの回転とを完全に一致させること
が必要不可欠である。

しかしながら、上記従来の各連結方法においては、カッ
プリングやベルトのトルク伝達手段としての部材の特有
の「こわさ（スティッフネス）」が存在する為に、微小
な時間間隔を区切って観察した場合、被駆動側が駆動側
に対して常に遅れ又は進むという現象が発生している。

更に、モータそのものは通常スベリ軸受や玉軸受が使用
されている為に、芯振れ等で精度が低く、高精度の空気
軸受で支持し、且つ非接触で回転テーブルを回転させる
意味が半減する。特に同軸配置でカップリングを使用す
る場合には、双方の回転軸の軸芯を誤差なく合致させる
ことは現実的には不可能に近く、空気軸受の回転軸の偏
心或はモータの軸受部の摩耗を早める要因となる。

また、ベルトによる伝達の場合には、ベルトの張力によ
りモータの軸に側圧が掛かるためにモータ軸受部の摩耗
が早まるばかりでなく、スリップによる伝達誤差が発生
する。更に、カップリングやベルトの劣化による回転伝
達の性能が低下する等の問題もある。

（考案の目的） 本考案は上述の点に鑑みてなされたもので、高S/N、低
回転ムラ、しかも回転の遅れ、進み等の現象を皆無とし
たモータを平易な構成で実現した空気軸受モータを提供
することを目的とする。

（考案の概要） 上記目的を達成するために本考案においては、軸受孔
（2a）と該軸受孔（2a）より大径の孔（2b）とが軸芯に
同心的に且つ連通して形成されたハウジング（２）、お
よび中央部（4b）が両端（4a,4c）より小径に形成され
該中央部（4b）が前記ハウジング（２）の前記軸受孔
（2a）内に微小な空隙をもって回転可能に軸支され、一
端（4c）が前記ハウジング（２）の前記大径の孔（2b）
に遊嵌された回転軸（４）とより成り、前記ハウジング
（２）の前記軸受孔（2a）の周辺部には複数の半径方向
の孔（2d）および軸方向の孔（2e）がその各開口端が前
記回転軸（４）の前記中央部（4b）の外周面（4b′）お
よび前記両端（4a,4c）の内端面（4a′,4c″）に夫々対
向して形成され、前記孔（2d,2e）を介して供給される
空気圧により前記回転軸（４）を上下方向及び径方向に
完全に浮上支持する空気軸受と、前記回転軸（４）の少
なくとも一部に設けられた永久磁石（５）と、該永久磁
石（５）の近傍に僅かな空隙で対向させて配置された駆
動ステータコイル（６）とを備えたことを特徴とする。

（実施例） 以下本考案の一実施例を添附図面に基づいて詳述する。

図は本考案に係る空気軸受モータの縦断面を示し、空気
軸受モータ１のハウジング２は固定軸を兼用するもので
円柱状をなし、軸芯には軸受孔2aと、該軸受孔2aより大
径の孔2bとが同心的に且つ連通して貫設され、一端外周
面にはフランジ2cが設けられており、側壁には一端が軸
受孔2aの内周面2a′に、他端が外周面に開口する半径方
向の小孔2dが周方向に等間隔に所定数穿設されている。
更に、軸受孔2aの周縁には、各一端が外端面2fに、各他
端が内端面2f′に開口し、且つ中央部が各小孔2dに連通
する小孔2eが軸方向に複数穿設されている。底蓋３は略
皿状をなし、ハウジング２の孔2bの開口端に気密に装着
され図示しないボルトにより螺着される。

回転軸４の中央部4bは両端4a,4cよりも小径をなし、中
央部（以下軸部という）4bはハウジング２の軸受孔2a内
に後述するように僅かな空隙で回転可能に軸支され、一
端4aはハウジング２の外部に突出され、他端4cは孔2b内
に遊嵌されており、当該他端4cの端面4c′には同心的に
穴4dが穿設されている。回転軸４の両端4a,4cの各内端
面4a′,4c″と軸受孔2aの対向する両端面2f,2f′との間
及び軸部4bの外周面4b′と軸受孔2aの内周面2a′との間
には微小な空隙例えば５μｍ程度の空隙が夫々形成され
ている。また、ハウジング２の孔2bの内周面と回転軸４
の他端4bの外周面との間は前記空隙よりも大きな空隙が
形成されている。

永久磁石５は例えば環状体に形成され、回転軸４の他端
4cの穴4d内に嵌装され、その外端面5aは穴4dの開口端面
4c′と同一面をなし、周方向に等間隔で複数例えば８極
の磁極が設けられている。駆動用のステータコイル６は
外蓋３の開口端近傍位置に嵌装された支持部材７に前記
永久磁石５の端面5aと僅かな空隙例えば0.3〜1mm程度の
空隙で対向して同一円周上に等間隔で複数例えば６個配
設されている。更に底蓋３内には駆動回路８が収納さ
れ、該駆動回路８は通常のDCサーボモータの駆動回路と
同様に構成されており、各ステータコイル６を所定のタ
イミングで励磁して回転軸４を回転駆動する。

このように、空気軸受の回転軸４の一端に永久磁石５を
設け、構造上機械要素としての空気軸受の回転軸と、電
気磁気要素としてのモータの回転軸との双方を１個の回
転軸４で構成する。そして、ハウジング２は例えばロー
タリエンコーダ等の生産及び検査装置等に装着される。

以下に作用を説明する。

先ず、ハウジング２に設けた各小孔2dの外周面に開口す
る各開口端を管路を介して空気源（共に図示せず）に接
続し、所定圧の空気を供給する。これらの各小孔2dに供
給される空気は軸受孔2aの内周面2a′に開口する各開口
端及び、これらの各小孔2dに連通する各小孔2eの端面2
f,2f′に開口する各開口端から吹き出す。この結果、ハ
ウジング２の軸受孔2aの内周面2a′と回転軸４の軸部4b
の外周面4b′との間、及びハウジング２の端面2f,2f′
と回転軸４の対向する端面4a′,4c″との間に前記空隙
により５μｍの空気層が夫々形成され、回転軸４はハウ
ジング２にこれらの空気層により非接触で回転可能に軸
支される。

次いで、駆動回路８を図示しない所定の電源に接続し、
各ステータコイル６を所定のタイミングで励磁する。こ
れらの各ステータコイル６が励磁されると、回転軸４が
回転駆動される。斯くして、回転軸４を直接駆動するこ
との出来る空気軸受モータが実現される。

尚、本実施例においては永久磁石として単一の環状体の
永久磁石を使用した場合について記述したが、これに限
るもるではなく、複数個の扇状のセグメントを円周方向
に環状等に配列してもよい。

更に、本実施例においては、回転軸の端面に永久磁石を
配置した場合について上述したが、これに限るものでは
なく、通常のモータと同様に回転軸の外周面に径方向に
配置してもよい。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によれば、軸受孔（2a）と該
軸受孔（2a）より大径の孔（2b）とが軸芯に同心的に且
つ連通して形成されたハウジング（２）、および中央部
（4b）が両端（4a,4c）より小径に形成され該中央部（4
b）が前記ハウジング（２）の前記軸受孔（2a）内に微
小な空隙をもって回転可能に軸支され、一端（4c）が前
記ハウジング（２）の前記大径の孔（2b）に遊嵌された
回転軸（４）とより成り、前記ハウジング（２）の前記
軸受孔（2a）の周辺部には複数の半径方向の孔（2d）お
よび軸方向の孔（2a）がその各開口端が前記回転軸
（４）の前記中央部（4b）の外周面（4b′）および前記
両端（4a,4c）の内端面（4a′,4c″）に夫々対向して形
成され、前記孔（2d,2e）を介して供給される空気圧に
より前記回転軸（４）を上下方向及び径方向に完全に浮
上支持する空気軸受と、前記回転軸（４）の少なくとも
一部に設けられた永久磁石（５）と、該永久磁石（５）
の近傍に僅かな空隙で対向させて配置された駆動ステー
タコイル（６）とを備えたので、構造上機械的要素とし
てのモータの回転軸と、電気磁気要素としてのモータの
回転軸との双方を１個の回転軸で簡単に構成でき、空気
軸受の回転軸を直接モータで駆動できる。

また、回転軸を直接駆動するために回転の遅れ、進み等
の現象を無くすることができると共に、回転部分の摩耗
が全く無くなり、高分解能の位置決め制御が容易に可能
となり、且つ寿命を長くすることができる。

さらに、回転軸を上下方向及び径方向に空気圧により完
全に浮上支持することにより、外部からの駆動を完全に
遮断して高S/N、低回転ムラのモータを平易な構造で構
成することができる。

さらにまた、回転軸を中央部が両端より小径に形成した
形状とし、前記中央部をハウジングの軸受孔内に微小な
空隙をもって回転可能に軸支し、回転軸の中央部と両端
とに空気圧を与えて浮上させるようにしたので、フォノ
モータとして必須の要件である上下方向、径方向、斜め
方向の全ての振動を防止できると共に、装置全体をコン
パクトにすることができる。また、回転軸を直接駆動す
るために回転の遅れ、進み等の現象を無くすることがで
きると共に、回転部分の摩耗が全く無くなり、高分解能
の位置決め制御が容易に可能となり、且つ寿命を長くす
ることができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係る空気軸受モータの一実施例を示す縦断
面図である。 １…空気軸受モータ、２…ハウジング、３…底蓋、４…
回転軸、５…永久磁石、６…ステータコイル、８…駆動
回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受孔（2a）と該軸受孔（2a）より大径の
   孔（2b）とが軸芯に同心的に且つ連通して形成されたハ
   ウジング（２）、および中央部（4b）が両端（4a,4c）
   より小径に形成され該中央部（4b）が前記ハウジング
   （２）の前記軸受孔（2a）内に微小な空隙をもって回転
   可能に軸支され、一端（4c）が前記ハウジング（２）の
   前記大径の孔（2b）に遊嵌された回転軸（４）とより成
   り、前記ハウジング（２）の前記軸受孔（2a）の周辺部
   には複数の半径方向の孔（2d）および軸方向の孔（2e）
   がその各開口端が前記回転軸（４）の前記中央部（4b）
   の外周面（4b′）および前記両端（4a,4c）の内端面（4
   a′,4c″）に夫々対向して形成され、前記孔（2d,2e）
   を介して供給される空気圧により前記回転軸（４）を上
   下方向及び径方向に完全に浮上支持する空気軸受と、前
   記回転軸（４）の少なくとも一部に設けられた永久磁石
   （５）と、該永久磁石（５）の近傍に僅かな空隙で対向
   させて配置された駆動ステータコイル（６）とを備えた
   ことを特徴とする空気軸受モータ。