JPH0953640A - 静圧軸受装置 - Google Patents
静圧軸受装置Info
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- JPH0953640A JPH0953640A JP7233304A JP23330495A JPH0953640A JP H0953640 A JPH0953640 A JP H0953640A JP 7233304 A JP7233304 A JP 7233304A JP 23330495 A JP23330495 A JP 23330495A JP H0953640 A JPH0953640 A JP H0953640A
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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
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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
- F16C32/0629—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 liquid cushion, e.g. oil cushion
- F16C32/064—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 liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
- F16C32/0644—Details of devices to control the supply of liquids to the bearings
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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
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- F16C32/0651—Details of the bearing area per se
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸受に負荷される荷重変動に対して高剛性で
安定した軸受特性を達成できる、小型かつ単純な構造で
汎用性の高い可変絞り機構を備えた静圧軸受装置を提供
する。 【解決手段】 軸受面２３に給気する貫通孔２５が配置
された軸受本体２と、この軸受本体２の軸受面２３と反
対側の平面との間に絞り隙間ｈｒを形成して配置され
て、軸受面２３の圧力変動により軸受面２３に供給され
る空気流量を調整する可変絞り機構３とを有し、可変絞
り機構３は、軸受本体２の軸受面２３と反対側の平面に
対向し、シーリングを兼ねたＯリング３２により保持さ
れて中心に絞り隙間ｈｒに給気する貫通孔３６が設けら
れた絞り円板３３と、この絞り円板３３を支持する円形
板バネ３４とを備え、絞り隙間にｈｒおける空気の流れ
を拡がり流れとして絞り円板３３の角度変位に復元力が
与えられるようにした。
安定した軸受特性を達成できる、小型かつ単純な構造で
汎用性の高い可変絞り機構を備えた静圧軸受装置を提供
する。 【解決手段】 軸受面２３に給気する貫通孔２５が配置
された軸受本体２と、この軸受本体２の軸受面２３と反
対側の平面との間に絞り隙間ｈｒを形成して配置され
て、軸受面２３の圧力変動により軸受面２３に供給され
る空気流量を調整する可変絞り機構３とを有し、可変絞
り機構３は、軸受本体２の軸受面２３と反対側の平面に
対向し、シーリングを兼ねたＯリング３２により保持さ
れて中心に絞り隙間ｈｒに給気する貫通孔３６が設けら
れた絞り円板３３と、この絞り円板３３を支持する円形
板バネ３４とを備え、絞り隙間にｈｒおける空気の流れ
を拡がり流れとして絞り円板３３の角度変位に復元力が
与えられるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種精密測定機
や精密加工機の可動部の軸受として有用な静圧軸受装置
に係り、特に可変絞り機構を改良した静圧軸受装置に関
する。
や精密加工機の可動部の軸受として有用な静圧軸受装置
に係り、特に可変絞り機構を改良した静圧軸受装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】静圧軸受は、空気や潤滑油等の流体を軸
受内に導き、絞り効果を利用して負荷容量を得る形式の
非接触軸受であり、摩擦が小さく、平均化効果により運
動精度が良好であるといった長所を持つ反面、剛性や減
衰性が小さいという欠点を持っている。静圧軸受の剛性
を高めるには、軸受隙間をできるだけ小さく設計するこ
とが有効とされている。そして、小さい軸受隙間領域で
最適な軸受設計を行うためには、軸受内に流入する流体
流量を軸受隙間に応じて微小量に絞ることが必要にな
る。
受内に導き、絞り効果を利用して負荷容量を得る形式の
非接触軸受であり、摩擦が小さく、平均化効果により運
動精度が良好であるといった長所を持つ反面、剛性や減
衰性が小さいという欠点を持っている。静圧軸受の剛性
を高めるには、軸受隙間をできるだけ小さく設計するこ
とが有効とされている。そして、小さい軸受隙間領域で
最適な軸受設計を行うためには、軸受内に流入する流体
流量を軸受隙間に応じて微小量に絞ることが必要にな
る。
【０００３】しかし、軸受隙間を小さくすると、軸受の
加工精度が厳しくなり、軸受隙間の微小化による高剛性
化には限界が生じる。この限界を打破する手法として、
可変絞り機構が種々提案されている。そのひとつとし
て、図８または図９に示すような、ダイヤフラム型可変
絞り軸受がある。これは軸受面を弾性変形可能なダイヤ
フラムで構成し、軸受に負荷される荷重の変化に対応す
る軸受面の圧力変化により軸受面形状を変形させて、高
い軸受剛性を得るものである。特に図９のものは、軸受
面を構成するダイヤフラムの内周を固定し、外周をＯリ
ングで弾性的に支持して、ハウジングの中央付近の小孔
によりダイヤフラム背面の圧力が軸受面圧力に応じて変
化するようになっている。このため、荷重変動によりダ
イヤフラムの形状が敏感に変化する。
加工精度が厳しくなり、軸受隙間の微小化による高剛性
化には限界が生じる。この限界を打破する手法として、
可変絞り機構が種々提案されている。そのひとつとし
て、図８または図９に示すような、ダイヤフラム型可変
絞り軸受がある。これは軸受面を弾性変形可能なダイヤ
フラムで構成し、軸受に負荷される荷重の変化に対応す
る軸受面の圧力変化により軸受面形状を変形させて、高
い軸受剛性を得るものである。特に図９のものは、軸受
面を構成するダイヤフラムの内周を固定し、外周をＯリ
ングで弾性的に支持して、ハウジングの中央付近の小孔
によりダイヤフラム背面の圧力が軸受面圧力に応じて変
化するようになっている。このため、荷重変動によりダ
イヤフラムの形状が敏感に変化する。
【０００４】上述のダイヤフラム型可変絞り機構を用い
ると、適切な軸受条件の設定によってかなり高い軸受剛
性が得られるが、軸受面の変形を前提としているた
め、軸受用途が限定される、ダイヤフラム変形が大き
い場合、軸受内部にポケツトが形成され、空気の圧縮性
に起因する自励振動発生のおそれがある、ダイヤフラ
ム加工が容易ではなく、この加工精度によって、軸受特
性が変化し、ダイヤフラムの耐久性も左右される、とい
った難点がある。
ると、適切な軸受条件の設定によってかなり高い軸受剛
性が得られるが、軸受面の変形を前提としているた
め、軸受用途が限定される、ダイヤフラム変形が大き
い場合、軸受内部にポケツトが形成され、空気の圧縮性
に起因する自励振動発生のおそれがある、ダイヤフラ
ム加工が容易ではなく、この加工精度によって、軸受特
性が変化し、ダイヤフラムの耐久性も左右される、とい
った難点がある。
【０００５】可変絞り機構のもう一つの例として、図１
０に示すような圧電アクチュエータを利用するものがあ
る。これは図示のように、軸受で支えられる軸の変位を
非接触変位計により直接測定し、この軸変位が最小にな
るように圧電アクチュエータでスリット絞り隙間を制御
して、絞りを通過する空気量を調整する。
０に示すような圧電アクチュエータを利用するものがあ
る。これは図示のように、軸受で支えられる軸の変位を
非接触変位計により直接測定し、この軸変位が最小にな
るように圧電アクチュエータでスリット絞り隙間を制御
して、絞りを通過する空気量を調整する。
【０００６】この可変絞り機構は、静圧軸受の軸受隙間
を容易に制御することができるという利点がある反面、
圧電アクチュエータの駆動装置が大がかりになる、圧電
アクチュエータの耐久性が懸念される等、実用化に当た
って技術的、コスト的に問題がある。
を容易に制御することができるという利点がある反面、
圧電アクチュエータの駆動装置が大がかりになる、圧電
アクチュエータの耐久性が懸念される等、実用化に当た
って技術的、コスト的に問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】静圧軸受が精密測定
機、精密工作機械等に利用されるとき、高い軸受負荷能
力を得ることよりも、軸受そのものを小型化し、かつ比
較的高い軸受剛性を達成することが重要な課題として要
求されることが多い。この様なときに、可変絞り機構を
静圧軸受に付加することは、軸受剛性を高めるために有
効であるが、以下のような課題を解決することが肝要と
なる。
機、精密工作機械等に利用されるとき、高い軸受負荷能
力を得ることよりも、軸受そのものを小型化し、かつ比
較的高い軸受剛性を達成することが重要な課題として要
求されることが多い。この様なときに、可変絞り機構を
静圧軸受に付加することは、軸受剛性を高めるために有
効であるが、以下のような課題を解決することが肝要と
なる。
【０００８】（１）可変絞り機構に流体の圧力、粘性力
が作用したとき、絞り機構の運動が常に安定側に動作
し、ヒステリシス等を除去して安定した軸受特性を発揮
させること。 （２）可変絞り機構の小型化、簡略化を実現するため
に、圧電素子等のアクチュエータを介在させることなく
要求される軸受特性を達成し、軸受機構の汎用性を高め
ること。 （３）可変絞り機構を適用するに当たって、振動に対す
る軸受面と絞り機構の安定性を確保すること。
が作用したとき、絞り機構の運動が常に安定側に動作
し、ヒステリシス等を除去して安定した軸受特性を発揮
させること。 （２）可変絞り機構の小型化、簡略化を実現するため
に、圧電素子等のアクチュエータを介在させることなく
要求される軸受特性を達成し、軸受機構の汎用性を高め
ること。 （３）可変絞り機構を適用するに当たって、振動に対す
る軸受面と絞り機構の安定性を確保すること。
【０００９】この発明は、上記課題を解決し、軸受に負
荷される荷重変動に対して高剛性で安定した軸受特性を
達成すると共に、小型かつ単純な構造で汎用性の高い可
変絞り機構を備えた静圧軸受装置を提供することを目的
としている。
荷される荷重変動に対して高剛性で安定した軸受特性を
達成すると共に、小型かつ単純な構造で汎用性の高い可
変絞り機構を備えた静圧軸受装置を提供することを目的
としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、軸受面に流
体を供給する複数の貫通孔が軸受面の中心から所定距離
の円周上に配置された軸受本体と、この軸受本体の軸受
面とは反対側の平面との間に絞り隙間を形成して配置さ
れて、軸受に負荷される荷重の変化に起因する軸受面の
圧力変動により軸受面に供給される流体の流量を調整す
る可変絞り機構とを有する静圧軸受装置において、前記
可変絞り機構は、前記軸受本体の軸受面とは反対側の平
面に対向し、周辺が流体シーリングを兼ねたダンピング
材により保持され、中心に前記絞り隙間に流体を供給す
る貫通孔が設けられた絞り円板と、この絞り円板を弾性
ヒンジを介して支持する支持部材とを備えて構成され、
前記絞り隙間における流体の流れを中心から外側への拡
がり流れとして前記絞り円板の角度変位に復元力が与え
られるようにしたことを特徴としている。
体を供給する複数の貫通孔が軸受面の中心から所定距離
の円周上に配置された軸受本体と、この軸受本体の軸受
面とは反対側の平面との間に絞り隙間を形成して配置さ
れて、軸受に負荷される荷重の変化に起因する軸受面の
圧力変動により軸受面に供給される流体の流量を調整す
る可変絞り機構とを有する静圧軸受装置において、前記
可変絞り機構は、前記軸受本体の軸受面とは反対側の平
面に対向し、周辺が流体シーリングを兼ねたダンピング
材により保持され、中心に前記絞り隙間に流体を供給す
る貫通孔が設けられた絞り円板と、この絞り円板を弾性
ヒンジを介して支持する支持部材とを備えて構成され、
前記絞り隙間における流体の流れを中心から外側への拡
がり流れとして前記絞り円板の角度変位に復元力が与え
られるようにしたことを特徴としている。
【００１１】この発明においてはまた、前記絞り円板と
これを支持する弾性ヒンジおよび支持部材は、有底筒体
を加工して一体形成されたものであり、前記有底筒体の
周囲に連結部を残して溝を加工して前記弾性ヒンジとな
る円形板バネ部が構成され、前記有底筒体の底板部に貫
通孔を開けてこの底板部を前記絞り円板としたことを特
徴としている。この発明においては更に、前記軸受本体
は、前面を前記軸受面とする軸受パッド部とその後方に
円柱状空間を構成するように一体形成されたハウジング
とから構成され、前記可変絞り機構は前記軸受パッド部
の軸受面とは反対側の面に前記絞り円板を対向させて前
記ハウジングに埋設されていることを特徴としている。
これを支持する弾性ヒンジおよび支持部材は、有底筒体
を加工して一体形成されたものであり、前記有底筒体の
周囲に連結部を残して溝を加工して前記弾性ヒンジとな
る円形板バネ部が構成され、前記有底筒体の底板部に貫
通孔を開けてこの底板部を前記絞り円板としたことを特
徴としている。この発明においては更に、前記軸受本体
は、前面を前記軸受面とする軸受パッド部とその後方に
円柱状空間を構成するように一体形成されたハウジング
とから構成され、前記可変絞り機構は前記軸受パッド部
の軸受面とは反対側の面に前記絞り円板を対向させて前
記ハウジングに埋設されていることを特徴としている。
【００１２】この発明による可変絞り機構は、軸受に負
荷される荷重が変化したときの流体絞りが、弾性ヒンジ
の変形力と流体圧力との相互作用でのみ作動する絞り円
板により行われる。しかも絞り円板の貫通孔は中心に設
けられ、軸受本体の複数の貫通孔は中心から所定距離の
円周上に配置されて、絞り隙間における流体の流れを中
心からの拡がり流れとすることで、絞り円板の角度変位
に対しては常にこれを復元させる安定側に作動するよう
になっており安定した軸受特性が得られる。これによ
り、軸受に負荷される荷重変動に対して高剛性でかつ優
れた軸受特性を持つ静圧軸受装置が実現できる。また圧
電アクチュエータ等を用いないから、可変絞り機構は小
型化、簡略化が可能で、汎用性の高いものとなる。
荷される荷重が変化したときの流体絞りが、弾性ヒンジ
の変形力と流体圧力との相互作用でのみ作動する絞り円
板により行われる。しかも絞り円板の貫通孔は中心に設
けられ、軸受本体の複数の貫通孔は中心から所定距離の
円周上に配置されて、絞り隙間における流体の流れを中
心からの拡がり流れとすることで、絞り円板の角度変位
に対しては常にこれを復元させる安定側に作動するよう
になっており安定した軸受特性が得られる。これによ
り、軸受に負荷される荷重変動に対して高剛性でかつ優
れた軸受特性を持つ静圧軸受装置が実現できる。また圧
電アクチュエータ等を用いないから、可変絞り機構は小
型化、簡略化が可能で、汎用性の高いものとなる。
【００１３】更にこの発明によると、軸受面の裏面が円
柱状の空間の底部となるように穿たれた軸受本体の空間
内に、軸受面の裏面に対向して流体に対する絞り隙間を
形成する絞り部材が軸受面の裏面との距離が微小に変位
できるように配設されて、絞り部材の中央に穿たれた貫
通口を通して供給される流体が、この貫通口に関して対
称な複数位置に穿たれた絞り隙間と軸受面とを結ぶ貫通
口を通して流れるように構成されて、軸受部と絞り機構
とが近接配置されるから、優れた応答性が得られる。
柱状の空間の底部となるように穿たれた軸受本体の空間
内に、軸受面の裏面に対向して流体に対する絞り隙間を
形成する絞り部材が軸受面の裏面との距離が微小に変位
できるように配設されて、絞り部材の中央に穿たれた貫
通口を通して供給される流体が、この貫通口に関して対
称な複数位置に穿たれた絞り隙間と軸受面とを結ぶ貫通
口を通して流れるように構成されて、軸受部と絞り機構
とが近接配置されるから、優れた応答性が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１はこの発明の一実施例による
可変絞り機構を持つ静圧空気スラスト軸受を示す。スラ
スト軸１に対向する軸受本体２は、軸受パッド２１とそ
の後方に円柱状空間が穿たれた状態に一体形成されたハ
ウジング２２を有する。この軸受本体２のハウジング２
２に埋設された形で可変絞り機構３が構成されている。
の実施例を説明する。図１はこの発明の一実施例による
可変絞り機構を持つ静圧空気スラスト軸受を示す。スラ
スト軸１に対向する軸受本体２は、軸受パッド２１とそ
の後方に円柱状空間が穿たれた状態に一体形成されたハ
ウジング２２を有する。この軸受本体２のハウジング２
２に埋設された形で可変絞り機構３が構成されている。
【００１５】軸受パッド２１のスラスト軸１に対向する
軸受面２３には、図２に平面図を示すように、田の字形
に溝２４が加工され、かつスラスト軸１との間の軸受隙
間ｈｂに空気を供給するための４個の貫通孔２５（２５
ａ〜２５ｄ）が形成されている。これらの貫通孔２５
は、軸受パッド２１の中心から所定距離の円周上にある
溝２４に開口を持つように形成されている。
軸受面２３には、図２に平面図を示すように、田の字形
に溝２４が加工され、かつスラスト軸１との間の軸受隙
間ｈｂに空気を供給するための４個の貫通孔２５（２５
ａ〜２５ｄ）が形成されている。これらの貫通孔２５
は、軸受パッド２１の中心から所定距離の円周上にある
溝２４に開口を持つように形成されている。
【００１６】可変絞り機構３は、軸受パッド２１の軸受
面２３とは反対側の平面に対して所定幅の絞り隙間ｈｒ
をおいて対向する絞り円板３３を有する。絞り円板３３
はその中心に絞り隙間ｈｒに空気を供給するための貫通
孔３６が開けられていて、弾性ヒンジとしての円形板バ
ネ３４を介して円筒支持体３５に弾性的に支持され、こ
れらが円筒ソケット３１により軸受ハウジング２２に埋
設されている。この可変絞り機構３の具体的な構造およ
び製造法については後述する。
面２３とは反対側の平面に対して所定幅の絞り隙間ｈｒ
をおいて対向する絞り円板３３を有する。絞り円板３３
はその中心に絞り隙間ｈｒに空気を供給するための貫通
孔３６が開けられていて、弾性ヒンジとしての円形板バ
ネ３４を介して円筒支持体３５に弾性的に支持され、こ
れらが円筒ソケット３１により軸受ハウジング２２に埋
設されている。この可変絞り機構３の具体的な構造およ
び製造法については後述する。
【００１７】ソケット３１の先端部には絞り円板３２の
周囲を変位可能に支持するダンピング材としてのＯリン
グ３２を介在させている。このＯリング３２は、絞り円
板３３の貫通孔３６を介しての絞り隙間ｈｒへの空気流
入のみを可能とし、周辺からの空気流入を防止するシー
リングを兼ねている。
周囲を変位可能に支持するダンピング材としてのＯリン
グ３２を介在させている。このＯリング３２は、絞り円
板３３の貫通孔３６を介しての絞り隙間ｈｒへの空気流
入のみを可能とし、周辺からの空気流入を防止するシー
リングを兼ねている。
【００１８】可変絞り機構３の絞り円板３３、これを支
持する円形板バネ３４および支持体３５の部分を図３に
一部切開して示す。これは、有底筒体を加工して一体的
に形成されたものである。即ち有底筒体の底板部が絞り
円板３３であって、その中心に貫通孔３６が加工されて
いる。またこの有底筒体の周囲にワイヤカット加工によ
って、図示のような連結部３８を１８０°間隔で２箇所
残して溝３７を加工して円形板バネ３４を形成し、絞り
円板３３をこの円形板バネ３４により弾性的に支持体３
５で支持するようになっている。
持する円形板バネ３４および支持体３５の部分を図３に
一部切開して示す。これは、有底筒体を加工して一体的
に形成されたものである。即ち有底筒体の底板部が絞り
円板３３であって、その中心に貫通孔３６が加工されて
いる。またこの有底筒体の周囲にワイヤカット加工によ
って、図示のような連結部３８を１８０°間隔で２箇所
残して溝３７を加工して円形板バネ３４を形成し、絞り
円板３３をこの円形板バネ３４により弾性的に支持体３
５で支持するようになっている。
【００１９】この様に構成された静圧空気スラスト軸受
の動作を次の説明する。空気は、図１に矢印で示すよう
に、軸受本体２の後方から、可変絞り機構３の絞り円板
３３に設けられた貫通孔３６を通して絞り隙間ｈｒに供
給され、更に軸受パッド２１の貫通孔２５を介して軸受
面２３の溝２５を介して軸受隙間ｈｂに供給される。絞
り隙間ｈｒでは従って空気の流れは、絞り中心から周辺
に向かって流れる拡がり流れとなっている。
の動作を次の説明する。空気は、図１に矢印で示すよう
に、軸受本体２の後方から、可変絞り機構３の絞り円板
３３に設けられた貫通孔３６を通して絞り隙間ｈｒに供
給され、更に軸受パッド２１の貫通孔２５を介して軸受
面２３の溝２５を介して軸受隙間ｈｂに供給される。絞
り隙間ｈｒでは従って空気の流れは、絞り中心から周辺
に向かって流れる拡がり流れとなっている。
【００２０】スラスト軸１に負荷されている荷重Ｗが増
加すると、軸受隙間ｈｂが減少するとともに、軸受圧力
Ｐｂが増加する。この軸受圧力の増加は、軸受パッド２
１の貫通孔２５を介して絞り隙間ｈｒに伝搬され、絞り
圧力Ｐｒの増加をもたらす。これにより絞り円板３３が
押されて絞り隙間ｈｒが増加する。絞り円板３３は、絞
り圧力Ｐｒによる力と、円形板バネ３４の撓みによる弾
性力がつり合う位置で止まる。
加すると、軸受隙間ｈｂが減少するとともに、軸受圧力
Ｐｂが増加する。この軸受圧力の増加は、軸受パッド２
１の貫通孔２５を介して絞り隙間ｈｒに伝搬され、絞り
圧力Ｐｒの増加をもたらす。これにより絞り円板３３が
押されて絞り隙間ｈｒが増加する。絞り円板３３は、絞
り圧力Ｐｒによる力と、円形板バネ３４の撓みによる弾
性力がつり合う位置で止まる。
【００２１】絞り隙間ｈｒが増加すると、絞り隙間ｈｒ
における空気の流動抵抗が減少して、空気流量が増加す
ると共に、より高い圧力の空気が貫通孔２５を介して軸
受隙間ｈｂに供給される。これによって軸受圧力Ｐｂは
更に増加して、荷重Ｗの増加に応じて軸受負荷能力が増
加し、軸１には元の位置に戻るような力が作用すること
になる。また、荷重Ｗが減少して軸受隙間ｈｂが増加し
たときは、上述と逆の経過を経て軸受負荷能力が減少
し、やはり軸１には元の位置に戻るような力が作用す
る。従って可変絞り機構３の作用により、軸１が常に一
定の位置に止まるような力が発生し、高い軸受剛性が達
成できることになる。
における空気の流動抵抗が減少して、空気流量が増加す
ると共に、より高い圧力の空気が貫通孔２５を介して軸
受隙間ｈｂに供給される。これによって軸受圧力Ｐｂは
更に増加して、荷重Ｗの増加に応じて軸受負荷能力が増
加し、軸１には元の位置に戻るような力が作用すること
になる。また、荷重Ｗが減少して軸受隙間ｈｂが増加し
たときは、上述と逆の経過を経て軸受負荷能力が減少
し、やはり軸１には元の位置に戻るような力が作用す
る。従って可変絞り機構３の作用により、軸１が常に一
定の位置に止まるような力が発生し、高い軸受剛性が達
成できることになる。
【００２２】この実施例の可変絞り機構３において、絞
り円板３３に作用す力は、空気の圧力と粘性力、および
Ｏリング３２と円形板バネ３４から受ける弾性力である
が、これらの力が作用したとき絞り円板３３が常に平行
変位するとは限らない。しかしこの実施例の場合上述の
ように、絞り隙間ｈｒでの空気の流れを、絞り円板３３
の中心から周辺に向かう拡がり流れとしている結果、絞
り円板３３の角度変位に対して安定側に作動する。この
ことを具体的に図４を参照して説明する。
り円板３３に作用す力は、空気の圧力と粘性力、および
Ｏリング３２と円形板バネ３４から受ける弾性力である
が、これらの力が作用したとき絞り円板３３が常に平行
変位するとは限らない。しかしこの実施例の場合上述の
ように、絞り隙間ｈｒでの空気の流れを、絞り円板３３
の中心から周辺に向かう拡がり流れとしている結果、絞
り円板３３の角度変位に対して安定側に作動する。この
ことを具体的に図４を参照して説明する。
【００２３】図４に一点鎖線で示したように絞り円板３
３が角度変位して、絞り隙間ｈｒに不均衡が発生して、
絞り圧力Ｐｒが、図の中心の左右で異なる値Ｐｒ１，Ｐ
ｒ２になったとする。このとき、絞り隙間ｈｒでの空気
の流れが拡がり流れであるため、必ず、Ｐｒ１＞Ｐｒ２
となり、絞り円板３３には角度変位をなくす方向の復元
力が作用する。即ちこの実施例の可変位絞り機構３は、
常に安定側に移行することになる。
３が角度変位して、絞り隙間ｈｒに不均衡が発生して、
絞り圧力Ｐｒが、図の中心の左右で異なる値Ｐｒ１，Ｐ
ｒ２になったとする。このとき、絞り隙間ｈｒでの空気
の流れが拡がり流れであるため、必ず、Ｐｒ１＞Ｐｒ２
となり、絞り円板３３には角度変位をなくす方向の復元
力が作用する。即ちこの実施例の可変位絞り機構３は、
常に安定側に移行することになる。
【００２４】参考までに、図５は、実施例と逆の求心流
れを利用した場合を示している。この場合、絞り円板３
３には貫通孔がなく、下から供給された空気は円形板バ
ネ３４の上下にある溝３７から外に出て絞り円板３３の
周辺から絞り隙間ｈｒに空気が供給される。この様にし
ても、可変絞りは可能である。この場合、絞り円板３３
に作用する力は、空気の圧力と粘性力、および円形板バ
ネ３４からの弾性力である。
れを利用した場合を示している。この場合、絞り円板３
３には貫通孔がなく、下から供給された空気は円形板バ
ネ３４の上下にある溝３７から外に出て絞り円板３３の
周辺から絞り隙間ｈｒに空気が供給される。この様にし
ても、可変絞りは可能である。この場合、絞り円板３３
に作用する力は、空気の圧力と粘性力、および円形板バ
ネ３４からの弾性力である。
【００２５】このとき絞り円板３３が図４と同様に角度
変位して、絞り圧力Ｐｒが、Ｐｒ１，Ｐｒ２になったと
する。絞り隙間ｈｒにおける空気の流れは円板外周から
の求心流れであるために、絞り圧力は、Ｐｒ１＜Ｐｒ２
となり、絞り円板３３の角度変位が更に加速される方向
に作用する。従って、この可変絞り機構は、不安定特性
を示すことになる。
変位して、絞り圧力Ｐｒが、Ｐｒ１，Ｐｒ２になったと
する。絞り隙間ｈｒにおける空気の流れは円板外周から
の求心流れであるために、絞り圧力は、Ｐｒ１＜Ｐｒ２
となり、絞り円板３３の角度変位が更に加速される方向
に作用する。従って、この可変絞り機構は、不安定特性
を示すことになる。
【００２６】この実施例の静圧空気スラスト軸受の具体
的な特性データを説明する。軸受特性曲線は、図６に示
すように、無次元負荷能力Ｗ0 と軸受隙間ｈｂの関係で
示される。具体的な設計条件は、軸受面２３が４５ｍｍ
角、軸受面２３の給気溝２４は幅０．６ｍｍ、深さ３０
μm で田の字全体の大きさが３１．５ｍｍ角、貫通孔２
５は０．６ｍｍφである。また絞り円板３３は６ｍｍ
φ、その中心の貫通孔３２は０．２ｍｍφであり、絞り
隙間ｈｒの初期値は１０．５μm である。実験軸受は所
定のハウジングに軸受面を下にして取り付け、加圧空気
をドライヤー、フィルターを介して供給し、負荷荷重は
空気シリンダーにより与えて、軸受隙間は非接触変位計
により測定した。
的な特性データを説明する。軸受特性曲線は、図６に示
すように、無次元負荷能力Ｗ0 と軸受隙間ｈｂの関係で
示される。具体的な設計条件は、軸受面２３が４５ｍｍ
角、軸受面２３の給気溝２４は幅０．６ｍｍ、深さ３０
μm で田の字全体の大きさが３１．５ｍｍ角、貫通孔２
５は０．６ｍｍφである。また絞り円板３３は６ｍｍ
φ、その中心の貫通孔３２は０．２ｍｍφであり、絞り
隙間ｈｒの初期値は１０．５μm である。実験軸受は所
定のハウジングに軸受面を下にして取り付け、加圧空気
をドライヤー、フィルターを介して供給し、負荷荷重は
空気シリンダーにより与えて、軸受隙間は非接触変位計
により測定した。
【００２７】図６に示すように、無次元負荷能力Ｗ0 ＝
２．４程度まで、極めて高い軸受剛性が得られている。
しかも、負荷荷重Ｗの増加時（実線）と減少時（破線）
の特性曲線は、図では分かりやすくするため分離して示
しているが、ほぼ完全に一致してヒステリシスがなく、
拡がり流れによる可変絞りが有効に作動していることが
明かになった。なお図６のデータは、給気圧Ｐｓ＝０．
６９ＭＰａの場合であるが、給気圧をより小さくする
と、ｈｒ−Ｗ0 特性曲線の傾きはより小さくなる。また
高い軸受剛性が得られる領域は、絞り隙間ｈｒの大き
さ、給気孔である貫通孔３６，２５５の直径、円形板バ
ネ３４のバネ定数、給気圧力等によって任意に設定する
ことができる。
２．４程度まで、極めて高い軸受剛性が得られている。
しかも、負荷荷重Ｗの増加時（実線）と減少時（破線）
の特性曲線は、図では分かりやすくするため分離して示
しているが、ほぼ完全に一致してヒステリシスがなく、
拡がり流れによる可変絞りが有効に作動していることが
明かになった。なお図６のデータは、給気圧Ｐｓ＝０．
６９ＭＰａの場合であるが、給気圧をより小さくする
と、ｈｒ−Ｗ0 特性曲線の傾きはより小さくなる。また
高い軸受剛性が得られる領域は、絞り隙間ｈｒの大き
さ、給気孔である貫通孔３６，２５５の直径、円形板バ
ネ３４のバネ定数、給気圧力等によって任意に設定する
ことができる。
【００２８】比較のため、図５で説明した求心流れ方式
を採用した場合の図７に対応するデータを図７に示す。
この可変絞り機構でも軸受剛性が高められることは認め
られるが、可変絞りの作動の不安定のために、負荷荷重
の増減によりヒステリシスが発生すると共に、特性曲線
に不連続点、即ち軸受隙間ｈｒが急減に変化する現象が
認められる。
を採用した場合の図７に対応するデータを図７に示す。
この可変絞り機構でも軸受剛性が高められることは認め
られるが、可変絞りの作動の不安定のために、負荷荷重
の増減によりヒステリシスが発生すると共に、特性曲線
に不連続点、即ち軸受隙間ｈｒが急減に変化する現象が
認められる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、拡
がり流れを利用した可変絞り機構を静圧軸受に適用する
ことにより、極めて高い軸受剛性が達成できると共に、
その特性は再現性が高く安定したものとなる。従ってこ
の可変絞り機構を精密測定機器の案内面の静圧軸受に利
用することにより、荷重変動に対して強く、高い測定精
度が得られる測定系を実現することができる。またこの
発明にる静圧軸受は、軸受部と絞り機構が近接配置され
て、優れた応答性が得られる。
がり流れを利用した可変絞り機構を静圧軸受に適用する
ことにより、極めて高い軸受剛性が達成できると共に、
その特性は再現性が高く安定したものとなる。従ってこ
の可変絞り機構を精密測定機器の案内面の静圧軸受に利
用することにより、荷重変動に対して強く、高い測定精
度が得られる測定系を実現することができる。またこの
発明にる静圧軸受は、軸受部と絞り機構が近接配置され
て、優れた応答性が得られる。
【図１】 この発明の実施例による静圧空気スラスト軸
受を示す。
受を示す。
【図２】 同実施例の軸受面の平面図を示す。
【図３】 同実施例の可変絞り機構の要部構成を具体的
に示す。
に示す。
【図４】 同実施例の可変絞り機構の動作を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図５】 参考例の可変絞り機構の動作を説明するため
の図である。
の図である。
【図６】 同実施例の軸受特性曲線を示す。
【図７】 同参考例の軸受特性曲線を示す。
【図８】 従来の可変絞り機構の例を示す。
【図９】 従来の可変絞り機構の他の例を示す。
【図１０】 従来の可変絞り機構の他の例を示す。
１…スラスト軸、２…軸受本体、２１…軸受パッド、２
２…ハウジング、２３…軸受面、２４…溝、２５ａ〜２
５ｄ…貫通孔、３…可変絞り機構、３１…ソケット、３
２…Ｏリング、３３…絞り円板、３４…円形板バネ、３
５…支持体、３６…貫通孔、３７…溝、３８…連結部、
ｈｂ…軸受隙間、ｈｒ…絞り隙間。
２…ハウジング、２３…軸受面、２４…溝、２５ａ〜２
５ｄ…貫通孔、３…可変絞り機構、３１…ソケット、３
２…Ｏリング、３３…絞り円板、３４…円形板バネ、３
５…支持体、３６…貫通孔、３７…溝、３８…連結部、
ｈｂ…軸受隙間、ｈｒ…絞り隙間。
Claims (4)
- 【請求項１】 軸受面に流体を供給する複数の貫通孔が
軸受面の中心から所定距離の円周上に配置された軸受本
体と、この軸受本体の軸受面とは反対側の平面との間に
絞り隙間を形成して配置されて、軸受に負荷される荷重
の変化に起因する軸受面の圧力変動により軸受面に供給
される流体の流量を調整する可変絞り機構とを有する静
圧軸受装置において、 前記可変絞り機構は、前記軸受本体の軸受面とは反対側
の平面に対向し、周辺が流体シーリングを兼ねたダンピ
ング材により保持され、中心に前記絞り隙間に流体を供
給する貫通孔が設けられた絞り円板と、この絞り円板を
弾性ヒンジを介して支持する支持部材とを備えて構成さ
れ、 前記絞り隙間における流体の流れを中心から外側への拡
がり流れとして前記絞り円板の角度変位に復元力が与え
られるようにしたことを特徴とする静圧軸受装置。 - 【請求項２】 前記絞り円板とこれを支持する弾性ヒン
ジおよび支持部材は、有底筒体を加工して一体形成され
たものであり、前記有底筒体の周囲に連結部を残して溝
を加工して前記弾性ヒンジとなる円形板バネ部が構成さ
れ、前記有底筒体の底板部に貫通孔を開けてこの底板部
を前記絞り円板としたことを特徴とする請求項１記載の
静圧軸受装置。 - 【請求項３】 前記軸受本体は、前面を前記軸受面とす
る軸受パッド部とその後方に円柱状空間を構成するよう
に一体形成されたハウジングとから構成され、前記可変
絞り機構は前記軸受パッド部の軸受面とは反対側の面に
前記絞り円板を対向させて前記ハウジングに埋設されて
いることを特徴とする請求項１記載の静圧軸受装置。 - 【請求項４】 軸受本体の軸受面と軸体との間に形成さ
れる軸受隙間に流体を供給すると共に、前記軸受面の受
ける圧力変動に応じて流体の流量を調整する手段を設け
た静圧軸受装置において、前記軸受面の裏面が円柱状の
空間部の底部となるように穿たれた前記軸受本体の空間
内に、前記軸受面の裏面に対向して配置されて流体に対
する絞り隙間を形成する絞り部材を前記軸受面の裏面と
の距離が微小に変位できるように配設し、前記絞り部材
の中央に穿たれた貫通口を通して供給される流体が、こ
の貫通口に関して対称な複数位置に穿たれた前記絞り隙
間と軸受面とを結ぶ貫通口を通して流れるように構成し
たことを特徴とする静圧軸受装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233304A JPH0953640A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 静圧軸受装置 |
| GB9617019A GB2304386B (en) | 1995-08-18 | 1996-08-13 | Hydrostatic bearing |
| US08/698,949 US5692838A (en) | 1995-08-18 | 1996-08-16 | Hydrostatic bearing with self-controlled restricting mechanism |
| DE19633146A DE19633146A1 (de) | 1995-08-18 | 1996-08-16 | Hydrostatisches Lager |
| CN96122432A CN1071866C (zh) | 1995-08-18 | 1996-08-17 | 流体静力轴承 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233304A JPH0953640A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 静圧軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0953640A true JPH0953640A (ja) | 1997-02-25 |
Family
ID=16953026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7233304A Pending JPH0953640A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 静圧軸受装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5692838A (ja) |
| JP (1) | JPH0953640A (ja) |
| CN (1) | CN1071866C (ja) |
| DE (1) | DE19633146A1 (ja) |
| GB (1) | GB2304386B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007321838A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Nsk Ltd | 静圧軸受 |
| JP2011043232A (ja) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | Tokyo Univ Of Science | 静圧軸受およびの圧力制御ユニット |
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|---|---|---|---|---|
| US6238092B1 (en) * | 1999-06-01 | 2001-05-29 | Tru-Stone Corporation | Air bearing for a motion system |
| US6787075B2 (en) * | 2002-03-01 | 2004-09-07 | Minebea Co., Ltd. | Method of making synthetic resin composition with lubricative underwater properties containing RBC or CRBC fine powder |
| JP3746242B2 (ja) * | 2002-03-08 | 2006-02-15 | ファナック株式会社 | 層流空気静圧軸受 |
| US20030210995A1 (en) * | 2002-03-13 | 2003-11-13 | Minebea Co., Ltd. | Electrically motorized pump for use in water |
| JP2004144188A (ja) * | 2002-10-24 | 2004-05-20 | Nippon Steel Corp | 静圧気体軸受 |
| JP2004211851A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-07-29 | Minebea Co Ltd | 撥油膜を形成した動圧軸受装置およびこれを搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータ |
| JP4366946B2 (ja) * | 2003-02-07 | 2009-11-18 | オイレス工業株式会社 | スラスト滑り軸受 |
| JP2005344801A (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Fanuc Ltd | 制動装置 |
| US7553085B2 (en) * | 2006-04-28 | 2009-06-30 | The United States Of America As Represented By The United States Environmental Protection Agency | Fluid bearing and method of operation |
| CN101403415B (zh) * | 2008-11-04 | 2010-06-09 | 湖南大学 | 高速主轴液体滑动轴承端面节流结构 |
| US8684606B2 (en) | 2010-09-09 | 2014-04-01 | Orion Corporation | Hydrodynamic bearing with adaptive displacement control |
| JP5915088B2 (ja) * | 2011-10-31 | 2016-05-11 | オイレス工業株式会社 | 静圧気体軸受及びこの静圧気体軸受を用いた直動案内装置 |
| TWI458586B (zh) * | 2012-08-21 | 2014-11-01 | Ind Tech Res Inst | 複合式可變流阻液靜壓滑塊模組 |
| JP6455177B2 (ja) * | 2015-01-23 | 2019-01-23 | 株式会社ジェイテクト | 静圧流体軸受装置、静圧流体軸受装置を用いた工作機械用主軸装置 |
| CN108612756B (zh) * | 2018-07-13 | 2019-08-23 | 燕山大学 | 一种可调式压电陶瓷封油边液体静压轴承 |
| JP7210234B2 (ja) * | 2018-11-14 | 2023-01-23 | 株式会社ミツトヨ | エアベアリング |
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| GB972771A (en) * | 1959-08-10 | 1964-10-14 | Dowty Hydraulic Units Ltd | Improvements in or relating to hydrostatic bearing systems |
| US3799628A (en) * | 1972-06-21 | 1974-03-26 | Caterpillar Tractor Co | Hydrostatic button bearing with attitude control |
| US4080009A (en) * | 1976-09-29 | 1978-03-21 | Giddings & Lewis, Inc. | Servostatic bearing system with variable stiffness |
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| DE3343470A1 (de) * | 1983-12-01 | 1985-06-13 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Gasdrucklager |
| US4719705A (en) * | 1986-06-24 | 1988-01-19 | The Perkin-Elmer Corporation | Reticle transporter |
-
1995
- 1995-08-18 JP JP7233304A patent/JPH0953640A/ja active Pending
-
1996
- 1996-08-13 GB GB9617019A patent/GB2304386B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-16 US US08/698,949 patent/US5692838A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-16 DE DE19633146A patent/DE19633146A1/de not_active Ceased
- 1996-08-17 CN CN96122432A patent/CN1071866C/zh not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9617019D0 (en) | 1996-09-25 |
| DE19633146A1 (de) | 1997-02-20 |
| CN1157377A (zh) | 1997-08-20 |
| GB2304386B (en) | 1999-08-04 |
| US5692838A (en) | 1997-12-02 |
| CN1071866C (zh) | 2001-09-26 |
| GB2304386A (en) | 1997-03-19 |
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