JPH11511540A - 一体型シャフト自己補償静圧軸受け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外部軸受けスリーブ構成の必要性を排除する、スピンドルシャフトその他と自己補償静圧軸受けを一体化したアセンブリであって、円筒形軸受けボアが、圧力供給（１１、１２）及び排出システム（１４）に接続された周方向溝を有するように設けられ、収集スペース圧力供給溝、及び流体排出溝が設けられ、これらは、周方向収集溝（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）及びポケット（５ｃ、５ｄ、５ａ、５ｂ）と協働するため、流体が、圧力溝（１１、１２）から軸方向にシャフトを横切り収集溝（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）へと流れる際に、シャフト表面とボア間の半径方向公差に比例して、収集溝と対向するポケットと関連して、シャフトの半径方向変位に比例した復元力を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 一体型シャフト自己補償静圧軸受け 本発明は、スピンドルその他のシャフト用の自己補償静圧軸受けに関し、更に 特定すると、静圧自己補償流体論理を含めるのに外部スリーブマウントを必要と しない自己補償静圧軸受け設計を目指すものである。 かかる及び関連した回転運動軸受けシステムにおいて、軸受けは、加圧流体（ 液体又はガス状）の薄い膜で支持されるが、これら流体には、とりわけ水及び空 気が含まれ、今後は一般的に「流体」と呼び、また置き換え可能であるが「圧力 流体」又は静圧軸受けと呼ぶ場合がある。 本出願は、１９９４年５月４日に出願され、１９９５年４月１３日に許可され た親出願第08/237,852号の一部継続出願である。 背景 静圧軸受けは、非常に長い間使用されてきて、補償器設計における最近の改善 点は、例えば、本願と共通の譲受人による、米国特許第5,164,237号、米国特許 第5,281,032号、及び米国特許同時係属出願第209,384号（高速静圧スピンドル設 計）に記載されているような点があり、それには、水（又は、本明細書で一般に 「水」と呼ぶ、類似の水派生又は水関連の流体も）を軸受け用の作用流体として 用いることを可能にする手段が設けられる。多くの場合、シャフトを支承する半 径方向軸受けに対して、かかる設計を達成するための静圧回路は、ハウジングの ボア内に圧入されるスリーブの内径及 び外径に含まれる。これは、多くの型式のスピンドルにとって有効な設計であり 、特に、最大精度を達成すべき場合が有効である。というのは、平滑なシャフト が、動的な平衡状態での最大精度とって望ましいためである。 しかしながら、多くの場合、例えば、クラスタスピンドル（固定中心距離を備 えた工具を用いた、同時掘削又は粉砕用の多数スピンドルアセンブリ）の場合、 シャフトが緊密な間隔で存在し、シャフトの直径は、システム全体の剛性が支配 的に働く。この場合に望ましいのは、ハウジングのボア内に圧入されるスリーブ を必要としないことである。というのは、これにより、シャフトの許容できる直 径に対する空間が低るためである。 従って、本発明によって、設計者は、上述の特許及び出願に開示される最新の 設計上の進歩をうまく利用して、自己補償静圧回路用に開発された標準的な設計 方法を用いることが可能になり、その場合、スピンドル回転の方向は主に一方向 であるので、静圧軸受け補償器への流体の流れは、収集溝の一端に始まり、その 他端（後縁）へと向かう。次に、流体はポケットの前縁へと分流されるため、流 体は、回転シャフトの粘性セン断効果によって、ポケットの至る所に均一に分散 することができる。本発明の斬新な構成の場合、収集溝及びポケットが、シャフ トの表面内に加工され、次に、穴が掘削され、流路が、シャフトの琴線すなわち 外部のシャフト表面溝流れ直径を横切って確立され、対応して反対に配置された 収集溝とポケットを連通するように形成される。流体は、収集部の後縁で収集さ れて、ポケットの前縁で注入されるので、シャフトの外部領域における又はその 付近の流路は、僅かな遠心力の影響を最小限にしか受けない。 もっと具体的には、本発明が関係するシステムは、丸形、円筒形、又は弓形の 軸受けハウジングを含み、このハウジングは、丸い内部同軸シャフトの回転運動 を案内し、このシャフトは、同心状に取り囲む円筒形軸受けハウジングの表面部 分からの距離を、シャフトを取り囲む円筒形軸受けハウジング内の、又はシャフ ト軸受け表面内のポケットから出る流体の加圧薄膜によって、対向した領域にお いて互いに幾何的に対向するように維持する。ポケットへの流量は、シャフト又 は軸受けハウジングに加えられる力に応じて、ポケット間に差圧を生じることが 可能なように調節される。この流量調節を達成する機構には、補償型対向ポケッ ト軸受けが伴い、これらは、互いに直列な、また他方の直列な組と並列な２つの 抵抗のように振る舞う。シャフト又は軸受けハウジングに力が加えられる際に、 力が加わる側又は領域での軸受け間隙は減少し、他方の側又は領域での軸受け間 隙は増大する。軸受けポケットから出る流体流れに対する抵抗は、間隙寸法に反 比例する。ゆえに、負荷が加わると、負荷側の軸受けポケットから出る流体流れ に対する抵抗は増大し、他方の側の軸受けポケットから出る流体流れに対する抵 抗は減少する。また、前記特許の場合のように、軸受けポケットに入る流体流れ に対する抵抗は、軸受けポケットから出る流体流れに対する抵抗とは、反対の関 係となる。すなわち、負荷側の軸受けポケットに入る流体 流れに対する抵抗は減少し、他方の側の軸受けポケットから出る流体流れに対す る抵抗は増大する。この結果として、圧力は、負荷が加わる側でのポケット内で 増大するが、これは、負荷と、２つのポケット間で発生した差圧との平衡がとれ るまで増大する。従って、軸受けは、復元力を生成して、加わった負荷を補償す る。本明細書では、ポケットに入る流体流れの抵抗を補償と呼ぶ。 しかし、本出願の軸受けの場合、流体は、入口抵抗機能部から出口抵抗機能部 へと、ハウジング又はシャフトを介して穿孔された穴により経路指定され、流路 が画定されてこれらの箇所が連通されるか、又は軸受け表面部内へと形成された 溝を用いて、かかる流路を設けることによって、更に簡単、低コストで、効果的 な軸受けが提供される。 発明の目的 従って、本発明の目的は、新規で改良した自己補償型の静圧軸受け回路構成を 提供することと、従来では静圧回路に含める必要のあった圧入スリーブの必要性 を排除することによって、限られた空間内で一体のシャフト径を最大にすること にある。 更なる目的は、スピンドル又は他のシャフト上に一体化した自己補償型の静圧 軸受けを提供することにある。 本発明の他の目的は、従来技術の欠点を排除して、新規な且つ改良した自己補 償静圧回転運動軸受け、及び入口補償抵抗からの流体を軸受けポケットに経路指 定する斬新な機構を伴うことによって、更に容易に生産できると共に耐負荷能力 を増大させた軸受けを製造 する方法を提供することにある。 更に他の目的は、軸受けポケット内への流体抵抗すなわち補償が、軸受けハウ ジング表面自体の幾何パターンで形成されるため、軸受けの公称平衡位置、すな わち機構の抵抗が、公称平衡間隙の大きさに係わりなく、軸受けポケットから出 る流体抵抗と所望の比例関係となり、それによって、性能を特別に手調整する必 要のない生産が容易な静圧軸受けが得られる、斬新な軸受け構成を提供すること にある。 更に他の目的は、安価なモジュール型軸受け設計を提供することにあり、これ によって、機械工具の製造者は、以前から利用していたモジュール型回転要素軸 受けと同じ容易さであるが、軸受けが静圧式であるので性能の度合いが一桁上が った、静圧軸受けを利用することが可能になる。 更に他の目的は、軸受けが高速で動く場合でさえも、軸受けの全ての領域が十 分な流量を受けるような、斬新な軸受けを提供することにある。 他の及び更なる目的は、以下で説明し、具体的には請求の範囲に記載されてい る。 摘要 要約すると、本発明は、スピンドルその他のシャフト上への自己補償静圧軸受 け流体回路に関し、これにより、設計者は、スピンドルと一体化した自己補償静 圧軸受けの設計が可能になり、それには、軸受けボア内への圧入を要する、従来 技術の自己補償静圧回路を含 むシステムをスリーブの外径に形成する必要がない。むしろ、本発明の構成は、 周方向溝を加工しやすい円筒形軸受けボアからなり、それらの溝は各々、それに 応じて、シャフト内又はそれに沿って圧力供給及び排出システムに、流路手段に より接続される。溝の収集部は通常、ある距離だけ、通常１０−１５ｍｍ離隔し た２つの圧力供給溝と、該圧力供給溝から各々軸方向に通常５ｍｍの場所に配置 した２つの排出溝と、他の排出溝の１つから軸方向に通常１シャフト径の場所に 配置した１つの排出溝とからなる。溝の組は、前記軸受けボアの各端部で２つの 組に配列されて、流体供給溝及び流体ドレイン溝として働き、軸受け回転子が、 ある半径方向公差で軸受けボア内に嵌合し、それにより、通常のシャフト偏向が 可能になると同時に、依然として軸受け間隙が、ボアとシャフト間で静圧支承作 用をもたらすことが可能になる。周方向の収集溝手段が、シャフトの両端内に加 工又は形成される。通常、４つの溝が、角度が６０°程度の周方向弧長を有して シャフトの周りに等間隔にとられるため、シャフトがボア内に配置されると、シ ャフト内の溝の組は、２つの圧力供給溝の組間で軸方向に配置される。単一の又 は多数の溝ポケット形状が、周方向に離隔され、それらの数は、収集溝の数に等 しく、それらは収集溝から軸方向に変位しているため、ポケットは、シャフトが ボア内に挿入されると、ボア内で大きな間隔を開けた排出溝間に配置される。流 路が、ポケットの１つのコーナーに接続するための、シャフトを横切りシャフト の弦を通って穿孔した穴により設けられるか、又はシャフトの外部表面に沿って それを横切って 形成される表面溝により設けられるため、流体が圧力供給溝からシャフト表面を 横切って収集溝内へと流れると、シャフト表面とボア間の半径方向公差に比例し て、流体は、収集部に対向したポケットへと流れ、従って、シャフトの半径方向 変位に比例した復元力を与えるように働くことができる。 本発明が更に及ぶ範囲として、円筒形ハウジング、それに沿って位及びその間 に同軸に延伸するが、その円筒形ハウジングにより同心状に取り囲まれる円筒形 シャフト内に、対向した軸受け表面部分を備えた静圧軸受けがあり、各軸受け表 面部分は、圧力流体が通る表面内に同様で対称的なポケット及び溝を備えて、シ ャフト表面とハウジング表面との間の間隙内に介挿される流体の薄膜をもたらす 。また本発明は、軸受けのいずれかの側での負荷変動を自己補償するための装置 にも及び、該装置は共通の圧力環部を備え、そこから、流体が、補償抵抗領域に わたって溝流路へと送られ、流体は、シャフトの表面をまわって長手方向にポケ ットへと経路指定され、またこれらの溝への流量に対する抵抗は、軸受けが外力 による荷重のない公称平衡位置及び間隙にある場合、対向した表面ポケットから 出る流量に対する抵抗の割合に等しくなるように調整され、それによって、外力 が加えられた際に、流量は、加えられた負荷により生じる軸受け間隙の変動に比 例して、負荷を補償するように調節されるが、その場合差圧が、かかる加えられ た負荷を補償するために、対向したポケット内に確立される。 このようにして、自己補償軸受けがシャフト自体に一体化される。 以下で、好適且つ最良形態の構成及び技法を説明する。 図面 次に、添付図面を参照して本発明を説明する。添付図面において、 図１は、クラスターを形成するハウジング及び４つのスピンドルを示す、スピ ンドルアセンブリの端面図である。 図２は、対向配置された収集溝とポケット溝を接続するシャフト内の弦に沿っ た流路を用いた、クラスターアセンブリの断面図である。 図３は、シャフトの１つの断面図である。 図４は、本発明に従って構成された軸受けの弓状円筒形の表面部分の平面投影 図（巻き付けのない）であり、補償抵抗領域と、流体分配溝と、ポケットを示し 、また収集溝とポケットを接続するための、シャフトの外部表面上に流路溝を用 いる様子を示す。 図５は、図４の軸受けシステムの部分等角図であり、これは明瞭化のために、 シャフトとハウジング間で誇張した間隙と、シャフトの表面上の幾何形状を見せ るために、切り取ったハウジングの一部を備える。 図６は、流体分配ポケットと幅が同じ桁の大きさであるポケットを有する、修 正した軸受けの弓状円筒形の表面部分の平面投影図（巻き付けのない）である。 図７は、ポケット間で周方向の漏れ流体を防止するために、ポケット間に排出 溝を有する、更に修正した軸受けの弓状円筒形の表面部分の平面投影図（巻き付 けのない）である。 本発明の好適実施例 一般に、前に説明したように、精密な静圧軸受けで支承されるスピンドルが、 ボア内に加工されたポケットを含む軸受けボアへと、又はボア内に圧入されるポ ケット及び静圧回路を含むスリーブへと、平滑なシャフトを大まかに配置するこ とにより製造される。 図１に示すように、幾つかのスピンドルを、近接して、また固定距離だけ互い から離して配置する必要のある場合が多い。ここでは、図示のように、ハウジン グ２０が、その内部に複数のスピンドルシャフト１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄを含 む。これらのスピンドルを用いて、例えば、固定間隔の穴が一部に中ぐり又はド リル加工される。かかる用途が極めて一般的なのは、自動車産業である。あいに く、シャフトの剛性がシャフト径の４乗に比例するので、クラスタースピンドル 内でシャフト径を最大化できるのは極めて重要である。 ここに提示する本発明の斬新な構成の場合、スリーブを用いる代わりに、周方 向の収集溝４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄが、図２及び３に示すように、シャフト１ ａの両端における表面内に一体加工される。通常、４つの溝が、６０°程度の角 度の周方向弧長で、シャフト周りに等間隔に配置されるため、シャフトがハウジ ング２０のボア内に配置されると、収集溝の組が、２つの圧力供給溝１１及び１ ２の組間で軸方向に配置される。次に、流れが、シャフトとボア間の負荷及びそ の結果としての間隙変化に従って、収集溝へと規制される。圧力供給溝１１及び １２からの流れは、緊密なシャフト−ボア間の間隙を横切る漏れにより、排出溝 １０及び１３へと収容され る。排出溝１４が、軸受けの他端から流体を排出するよう働く。半径方向穴１５ 、１６、１７、１８及び１９が、排出溝及び圧力溝を外部ソースに接続するが、 これは当業者には周知のところである。負荷を支承するには、収集部４ａ、４ｂ 、４ｃ及び４ｄ内で収集された圧力補償流体を、それぞれ、対応する反対側のポ ケット５ｃ、５ｄ、５ａ及び５ｂへと取り込む必要がある。これが行われるのは 、収集部４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄの端部における穴６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄ を介してであり、これらは、シャフト表面に対して接線方向に位置合わせされ、 シャフトの円周上の点から、変位したすなわち対向した周方向の点へと、シャフ トを横切る経路指定流路を画定する。図示のように、対向する点間の流路は、シ ャフトに対して軸方向に傾斜した角度で、シャフトの経路指定中空弦に沿って内 部に向けられるが、それは、流路が、それぞれ、ポケット５ｃ、５ｄ、５ａ及び ５ｂの前コーナー縁部３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと交差するまでである。流体が 、圧力溝１１及び１２からシャフトを横切って収集溝４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄ へと流れると、シャフト１ａの表面とハウジング２０内のボアとの間の半径方向 公差に比例して、流体は、収集部に対向したポケットに流れることができ、従っ て、シャフトの半径方向変位に比例した復元力を与えるように働く。流体は、収 集部の後縁で収集されて、ポケットの前縁で注入されるので、収集部からポケッ トへの穴は、シャフトの外部領域付近に留まり、僅かな遠心力によって最小限の 影響しか受けない。 図２は、前記特許の手法で教示されるように、選り好まれる菱形 状のポケットを例示的に示す。ポケット間には、螺旋状の軸方向排出溝７ａ、７ ｂ、７ｃ及び７ｄがあり、これらは、ポケット圧力差、従ってまた荷重容量及び 剛性も最大にする。排出溝の両端においてシャフトに、シャフト剛性を低くする ことになる周方向溝を切る必要を避けるために、螺旋状の軸方向排出溝の両端は 、短い周方向区画８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄを有し、これらは、排出溝の両端を 、ハウジング２０のボア内の周方向排出溝１３及び１４に連結するのに役立つ。 必ずしも必要ではないが、乱流と空洞発生の低減という見地から恩恵があり得 るのは、１ミリメートルの何分の一の開始深さから数ミリメートルへと長さに沿 って先細にした、図３の収集溝４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを製作することである 。収集部を対向したポケットに接続する穴６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは、収集部 の深い端部に配置されるため、収集部への流量が低減すると、そこには更にスペ ースが設けられ、空洞化の危険性が少なくなる。すなわち、端部において、傾斜 した穴によって、穴内への流れ、及び前記シャフトを横切って弦状にポケットの 前縁への流れが促進される。更に、収集部からポケットへの穴が、シャフト回転 により誘起される流体流れの方向に対して、ポケットの前縁でポケットと交差す るシステムの場合、流体流れは、シャフト回転時にポケットの周方向幅を横切っ て搬送され、それによって、空洞、泡、及び浸食を最小限に抑えて、ポケットが 更に均一な圧力分布を受けることが保証される。 本発明の構成の更に重要な利点として、通路が、単にシャフトを 取り外すだけで容易に清掃できる、という点がある。通路がスリーブとハウジン グ間で環状である構成の場合、通路は、高圧の溶剤を利用することでしか清掃で きない。しかし、どちらの場合にも、フィルタとして働く自己補償の性質によっ て、どんな大きな粒子も、除去できない障害物となるのが防止されることになる 。 従って、各図面は、正確な動作能力を与える加圧薄膜を用いて円筒形シャフト を支承するための装置を示している。融通性を最大にするために望ましいのは、 モジュール型の円筒形軸受けハウジングを設けることと、正確な回転運動を与え ることであり、少なくとも４つの自由度が制約を受ける必要がある。４つの自由 度のうちの２つは並進であり、自由度のうちの２つは角度（傾斜）である。傾斜 運動に対する抵抗を最大にするために、円筒形軸受けは、シャフトに沿って軸方 向に間隔を開けられる。代替として、単一の回転軸受けを、傾斜運動に抗するこ とになるスラスト軸受けと組み合わせることも可能である。後者のオプションの 結果として、非常に正確な回転テーブルが形成されることになる。単純なスラス ト軸受けと組み合わせた前者のオプションは、やはり自己補償となるが、その結 果として、例えば、機械工具及び研磨機械その他に用いるための正確なスピンド ルが形成されることになる。 前に言及したが、シャフトを弦状に横切る内部の収集部−ポケット間流路の型 式を用いるよりも低コストで効率的な構成の場合、流路６ａ、６ｂ等が、図４及 び５の実施例における５２Ａ、５２Ｂ等、図６の６２Ａ、及び図７の修正例の８ ２Ａ、８２Ｂで示すのと同じ ものを横切るように、シャフトの外部表面に流路を配置することにより設けられ る。 図５に示すように、本発明の円筒形シャフト４０が、同心状の外部円筒形軸受 けハウジング４１（シャフト内の溝とポケットを更に明瞭に示すために、図では 部分的に切り取られている）の内側で同軸に移動する。水平又はＸ軸周りの（沿 った）シャフト４０の移動は、弓状の又は円筒形の（すなわち、円筒の部分をこ こでは円筒形と言う）長手方向に延伸する軸受けパッド表面部分５３Ｂにより案 内され、それが多くしかし少なくとも３つ存在し得る。図５に、シャフトが、流 体供給路を規定する平面に対して対称であり、その垂直ベクトルが、シャフト４ ０の軸方向に延伸する中心線と平行且つ同心である様子が示されているが、同様 の長手方向に延伸する軸受けパッド表面部分が、ハウジング４１で隠され、この 制限的な図示には示されていない。同じシャフト上で２つの軸受けを用いること により、シャフトの中心線に垂直な２軸周りのモーメントが対抗する。しかし、 ここに記載の型式の単一の軸受けと共に、モーメント抵抗を与える２つのスラス ト軸受けを備えたスピンドルも構成可能であろう。 図５において、流体は、ハウジング４１を介して供給圧力環部５０へと、半径 方向にドリル加工された穴を通って、高速で軸受けに入る。環部５０の寸法は、 軸受けの他の流れ寸法と比較して大きいので、流体は、均一に高い圧力の領域を 与える環部５０を介して、周方向に自由に流れる。 図４の巻き付けのない図面に更に詳細に示すように、流体は次に、補償抵抗領 域５１Ａ及び５１Ｂを横切って軸方向に、流体の経路指定流路溝５２Ａ及び５２ Ｂへと流れ、これらは、前記した図２及び３のように、シャフトを介して内部で 弦状に横切るのではなく、シャフトの外部表面に形成され、そのシャフト内への 半径方向深さは、シャフト４０とハウジング４１間の公差と比べて大きい（少な くとも約５倍だけ）。そのように寸法決めされると、流体は、軸受けポケット領 域５３Ａ及び５３Ｂへと自由に流れ、それらの深さは、比較的均一な圧力を与え るために、溝５２Ａ及び５２Ｂの深さに匹敵する。漏れ低減領域５６Ａ、５６Ｂ 、５７Ａ及び５７Ｂは、軸受けハウジング４１の内部表面から半径方向である小 さな距離（通常、０．０１ｍｍから０．０３ｍｍ）にある。この領域は、経路指 定溝５２Ａと５２Ｂの間で周方向に、またポケット５３Ａと５３Ｂの間で周方向 に、漏れ流れを大幅に低減するよう働く。流れは、軸受けポケット５３Ａ及び５ ３Ｂを出て、ポケット抵抗領域５４Ａ及び５４Ｂを横切って、流体収集環部５５ Ａ及び５５Ｂへと入るが、それらの寸法は、供給圧力環部５０の寸法と同じであ る。流体収集環部５５Ａ及び５５Ｂを介して周方向で自由に流れた後、流体は、 軸受けを出て、ハウジング４１を介してドリル加工された低圧力（通常、大気圧 ）の貫通孔１０Ａ及び１０Ｂへと入る。 流路経路指定溝５２Ａ及び５２Ｂは通常、ポケット５３Ａ及び５３Ｂの中心に 対して、シャフト周りで９０度と１８０度の間で延伸するように寸法決めされる 。それらがそのように寸法決めされるの は、当業者には周知の流体流れ抵抗計算を用いてであり、それにより、シャフト が、シャフト又はハウジングに加えられた負荷により同心から外れて移動する際 に、補償抵抗領域５１Ａ及び５１Ｂの応答が、ポケット抵抗領域５４Ａ及び５４ Ｂと比較して異なることになる。補償領域５１Ａ及び５１Ｂの抵抗変化、及びポ ケット領域５４Ａ及び５４Ｂの抵抗変化によって、長手方向でシャフトの対向側 にあるポケット領域５３Ａと５３Ｂ間に圧力差を誘起して、前記したように、加 えられた負荷に対抗する復元力が生成されることになる。この修正例での改善点 は、外部のシャフト流路経路指定溝５２Ａ及び５２Ｂの利用にある。 図５の図面は、ポケット５３Ａ及び５３Ｂと、流路経路指定溝５２Ａ及び５２ Ｂとが、シャフト４０の表面内に機械加工又は別態様で形成される（適切な厚板 材料を用いる場合、鋳造又はモールド等により）様子を示す。これは簡単に製造 される。本発明が意図する効果も、所望であれば、軸受けハウジング４１の内部 表面内に、ポケット５３Ａ及び５３Ｂと、流路経路指定溝５２Ａ及び５２Ｂとを 機械加工又は別態様で形成することにより達成できる。 図６には、前記したのと同様の軸受けが示されているが、異なる点としては、 ポケットの寸法が、それらの幅が、経路指定溝の幅に匹敵するような大きさにま で低減されており、それは、鈍角相対関係で示されている。この構成は、複数の 又は多数の本質的に平行な溝及びポケットの利用を求めるものであり、多くの軸 受け用途において、図４の軸受けよりも高い荷重容量を有するように構成でき、 複数のポケットがあるので、図４の軸受けよりも精密な回転運動が得られる。流 体供給圧力環部６０に入った後、流体は、補償抵抗領域６１Ａ及び６１Ｂを横切 って軸方向に、流体の経路指定流路溝６２Ａ及び６２Ｂへと流れるが、これらの シャフト内への半径方向深さは、シャフト４０とハウジング４１間の公差と比較 して大きい（少なくとも５倍だけ）。そのように寸法決めされると、流体は、軸 受けポケット領域６３Ａ及び６３Ｂへと自由に流れ、これら領域の深さは、比較 的均一な圧力の領域を与えるように、流路溝６２Ａ及び６２Ｂの深さに匹敵する 。漏れ低減領域６６Ａ、６６Ｂ、６７Ａ及び６７Ｂは、軸受けハウジング４１の 内部表面から半径方向にある距離（通常、０．０１ｍｍから０．０３ｍｍ）にあ る。この領域は、経路指定溝６２Ａと６２Ｂの間の周方向から、またポケット６ ３Ａと６３Ｂの間の周方向から、漏れ流体を大幅に低減するよう働く。流体は、 軸受けポケット６３Ａ及び６３Ｂを出て、ポケット抵抗領域６４Ａ及び６４Ｂを 横切り、流体収集環部６５Ａ及び６５Ｂへと入るが、これらの寸法は、供給圧力 環部６０の寸法と同じである。流体収集環部６５Ａ及び６５Ｂを介して周方向で 自由に流れた後、流体は、軸受けを出て、ハウジング４１を介して半径方向にド リル加工された低圧力（通常、大気圧）の貫通孔１０Ａ及び１０Ｂへと入る。 図７には、前記したのと同様の軸受けが示されているが、異なる点としては、 排出溝がポケット間に付加されており、供給圧力環部の形状が変更されている。 供給圧力環部８０は、経路指定流路溝８ ２Ａ及び８２Ｂに対する抵抗を減ずるように成形されており、この場合好適には 、ポケットがシャフト内に機械加工される場合、シャフト内に機械加工され、ポ ケットがハウジング内に機械加工される場合、ハウジング内に機械加工される。 排出溝８５Ａ及び８５Ｂが、ポケット抵抗領域８４Ａと８５Ｂの間に含まれて、 軸受けの荷重担持容量を低減するよう働く、ポケット間の周方向流体流れを排除 する。排出溝８５Ａ及び８５Ｂを付加すると、軸受けを介する流体の流量が増大 し、そのことが、高速の回転速度で動作する場合に、軸受けを冷却するのに役立 つことができる。流体供給環部８０に入った後、流体は、補償抵抗領域８１Ａ及 び８１Ｂを横切って軸方向に、流体経路指定溝８２Ａ及び８２Ｂへと流れるが、 これらのシャフト内への半径方向深さは、シャフト４０とハウジング４１間の公 差と比較して大きい（５の倍数だけ）。そのように寸法決めされると、流体は、 軸受けポケット領域８３Ａ及び８３Ｂへと自由に流れるが、それら領域の深さは 、比較的均一な圧力の領域を与えるように、溝８２Ａ及び８２Ｂの深さに匹敵す る。漏れ低減領域８６Ａ及び８６Ｂが、軸受けハウジング４１の内部表面から半 径方向のある小さな距離（通常、０．０１ｍｍから０．０３ｍｍ）にある。これ らの領域は、経路指定溝８２Ａと８２Ｂの間の周方向で、漏れ流れを大幅に低減 するよう働く。流体は、軸受けポケット８３Ａ及び８３Ｂを出て、ポケット抵抗 領域８４Ａ及び８４Ｂを横切り、排出領域８５Ａ及び８５Ｂに入るが、そこでの 圧力は低い（通常、大気圧）。流体は次に、前記した軸受けと同様に、流体収集 環部に送られて軸受 けから出る。 図４−７は、この用途に含まれる軸受けのシャフト回転の好適な方向を示して いる。ハウジングに対するシャフトの運動によって、概ね周方向の流体の流れが 誘起され、また、例えば流路経路指定溝５２Ａ及び５２Ｂの入口から、ポケット ５３Ａ及び５３Ｂの出口への圧力勾配が誘起され、その圧力は、経路指定溝の入 口で最低となり、ポケットの後縁で最高となる。軸受けの設計は、シャフトが高 速の回転速度でこの方向に回転する場合に、軸受けにおける最低の圧力が、経路 指定溝５２Ａ及び５２Ｂの入口で生じるようになされている。これらの領域は、 流体が高圧のままである供給環部８０付近にあるので、経路指定溝５２Ａ及び５ ２Ｂ内の流体の圧力は、非常に高い回転速度でさえも高いままとなる。シャフト が、回転の好適な方向とは反対の方向に高速で回転すると、直ぐ上で説明した、 圧力が最高及び最低である領域は逆になり、空洞が恐らくポケット５３Ａ及び５ ３Ｂに生じる。 本発明の全ての説明で、ハウジング４１に対するシャフト４０の運動が、回転 運動を達成するように、周方向であると言及した。しかしながら、ここに記載の 本発明は、ハウジング４１に対するシャフト４０の運動が、線形運動を達成する ように、軸方向である場合でも等しく良好に機能する。実際、本発明を用いて、 案内レールの幾何形状が円筒形又は弓状である用途において、精密な案内性能を 大幅に高めるために、ローリング要素ブシュを交換することが可能である。 まとめると、本発明の目的はこのようにして、一般に、軸周りの及び／又は軸 に沿ったシャフト４０の運動を案内する１つ以上の軸受けパッド対の手段によっ て、平滑で正確な回転運動を与える機構において達成される。軸受けは、ハウジ ング４１により取り囲まれる、シャフト４０の選択された円筒形表面内の対向し た凹部ポケットの組から流れる加圧流体の薄膜によって、ハウジング４１との機 械的接触から避けられる。ポケットへの流体の流れは、斬新な流路に沿って規制 されて、差圧をポケット間に確立することが可能になり、それによって、ハウジ ングに加えられる負荷の変化が補償される。この流体流れ規制は、環状凹部溝に 加圧流体を供給することにより得られ、その環状凹部溝から、流体が、補償抵抗 領域を横切って、荷重復元容量を与える差圧が発生するポケットへと流れる。 本発明の更なる修正例も、当業者によれば想起されるであろうが、このような 全ては、請求の範囲で規定される、本発明の精神及び範囲以内に入るものと考え られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シャフトその他用の自己補償静圧軸受けにおいて、 円筒形の軸受けボアであって、複数の周方向溝が設けられ、その各々は、圧力 供給及び排出システムへと半径方向穴手段により接続され、前記溝は、圧力供給 溝と、該圧力供給溝から軸方向に離隔された排出溝からなり、流体供給溝及び流 体排出溝として機能するように前記軸受けボア内に配列される、円筒形の軸受け ボアと、 軸受けシャフトであって、通常のシャフト偏向、及び前記ボアと前記シャフト の間の静圧支承作用のための半径方向軸受け間隙を可能にする半径方向公差で、 前記軸受けボア内に嵌合される軸受けシャフトと、 前記シャフトの表面状の周方向収集溝であって、シャフト周りに等間隔で配置 される複数の溝からなり、シャフトをボア内に配置した際に、シャフト内の収集 溝が、圧力供給溝に軸方向で隣接するような周方向収集溝と、 周方向に離隔して、前記収集溝と数が等しく、収集溝から変位したポケットで あって、前記シャフトがボア内部に挿入されると、前記ボア内の排出溝間に配置 されるようなポケットと、 収集溝をポケットに接続して、それに沿って経路指定するために、シャフトを 横切る流路であって、流体が、前記圧力溝からシャフトと横切り前記収集溝へと 流れると、前記シャフトの表面と前記ボア間の半径方向公差に比例して、流体が 、収集溝に対向したポケットへと流れ、従って、シャフトの半径方向変位に比例 した復元力を与 えるべく働くような流路と、 を組み合わせて備える軸受け。 ２．前記シャフトは、前記円筒形軸受けボア内で回転可能なスピンドルからなる 、請求項１に記載の軸受け。 ３．前記流路は、前記収集溝を前記ポケットに接続して、それらの間で流体を経 路指定するために、前記シャフトの内部に形成される、請求項２に記載の軸受け 。 ４．前記流路は、前記シャフトの弦に沿ったものである、請求項３に記載の軸受 け。 ５．前記流路は、前記収集溝を前記ポケットに接続して、それらの間で流体を経 路指定するために、前記シャフトの外部表面に沿った経路指定溝として形成され る、請求項２に記載の軸受け。 ６．前記経路指定溝の深さは、前記軸受け間隙と比較して大きい、請求項５に記 載の軸受け。 ７．前記溝の深さは、前記間隙の寸法の少なくとも５倍である、請求項６に記載 の軸受け。 ８．前記ポケットの幅は、前記経路指定溝の幅に実質的に匹敵する、請求項５に 記載の軸受け。 ９．複数のポケット−経路指定溝が使用される、請求項８に記載の軸受け。 10．前記経路指定溝は、前記供給溝に対して鈍角をなして延伸する、請求項９に 記載の軸受け。 11．前記ポケット−経路指定溝は、互いに実質的に平行である、請 求項１０に記載の軸受け。 12．前記シャフトは、前記円筒形軸受けボア内でそれに沿って、軸方向に移動可 能である、請求項１に記載の軸受け。 13．前記ポケット、及び前記経路指定溝は、前記円筒形軸受けボアの内部表面内 に形成される、請求項５に記載の軸受け。 14．排出溝が、隣接したポケット間に延伸して配設される、請求項５に記載の軸 受け。 15．前記複数の周方向溝の溝は、１対の離隔した圧力供給溝と、該圧力供給溝か ら軸方向に離隔した１対の排出溝からなる、請求項２に記載の軸受け。 16．前記シャフト内の収集溝は、前記１対の圧力供給溝間で軸方向に配置される 、請求項１５に記載の軸受け。 17．前記ポケットは、シャフトと同じ直径で中央ランド領域を取り囲む、矩形又 は菱形の形状の溝から構成される、請求項２に記載の軸受け。 18．前記収集溝から前記ポケットへの前記流路は、シャフト回転により誘起され る流体流れの方向に対して、ポケットの前縁でポケットと交差するため、シャフ ト回転時に流体流れが前記ポケットの周方向幅を横切って搬送され、それによっ て、空洞、泡、及び浸食を最小化して、ポケットが圧力の更に均一な分布を受け るのが保証される、請求項２に記載の軸受け。 19．前記ポケットは、ポケット間の軸方向排出溝により周方向に分離され、前記 シャフト内に、溝の端部を周方向に先細りさせる短い 周方向領域を備えた前記排出溝の端部により形成されて、前記溝の流れが、前記 ボア内の周方向排出溝へと良好に連結される、請求項２に記載の軸受け。 20．前記収集溝は、約１ｍｍの何分の一かの開始深さから、数ミリメートルの深 さまで先細りする、請求項２に記載の軸受け。 21．シャフトの表面の両端での前記周方向収集溝は、６０度程度の周方向弧長で ある、請求項２に記載の軸受け。