JPS5969523A - 流体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は回転もしくは摺動といった相対的に運動する二
表面間の潤滑に空気、油等の流体を用いた流体軸受に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 流体軸受はすべり案内やころがり案内等の他の軸受手段
に比べ、いくつかの長所をもっている。

特に局部的な接触案内でなく比較的広い範囲での案内と
なり、かつ流体膜厚さも平均化されるため軸受構成面の
形状精度をはるかにしのぐ案内精度が得られ、精密工作
機械あるいは精密測定機械などに利用されている。しか
しその加工には高度の加工技術が要請されるため、他の
軸受手段に比べ未だに広く利用されるに至ってい力い。

以下に従来の流体軸受について説明する。

第１図は従来の流体に空気を用いた直進型の静圧流体軸
受の構成図である。スライダー２はガイド１を囲むよう
に構成され、圧縮空気を介しスライダ−２はガイド１の
軸方向に摺動する。第２図はスライダー２の内面である
摺動面の部分斜視図であり、この摺動面には深い溝３以
下エアーポケットと呼ぶ）及び、エアーポケット３に外
部から圧縮空気を供給する給気孔４が設けられている、
。

圧縮空気は給気孔４からエアーポケット３に流れ込み、
スライダー２とガイド１の間のすき寸を通って排気され
るが、軸受に剛性を付与するためエアーポケット３から
複数の絞り溝６を延ばしている。一般にガイド１とスラ
イダー２との間のすきまは数／Ａｍであり、このすきま
量を均一に維持するには高度の加工精度・組立て精度が
必要である。

また熱膨張によるすきま量の変化をさけるためガイド１
とスライダー２とに同一の材質が用いられ、軸受の負荷
能力以上の荷重がかかったり、偏荷重・給気圧の低下等
が生じた場合スライダー２とガイド１が摺動面で接触し
かじりを生ずる。この摺動面でのかじりを幾分でも緩和
するために摺動面を熱処理により表面硬化させたり、メ
ッキあるいは化成処理等の表面処理を施したうえで、高
度の加工精度で表面を仕上げなければならない。

しかしながら、同一材料であるため表面を硬化してもか
じり防止には有効性が小さい。

さらに硬質の摺動面に絞り溝を形成する点でも高度の加
工技術が要請される。以上の理由が流体軸受の加工を困
難にしているものであり、特にかじりの問題は流体軸受
にとって縮合的かつ致命的なものといえる。これは上記
従来例で示した直進型の静圧流体軸受に限らず、直進型
・回転型及び動圧・静圧の各種流体軸受に共通するもの
でありその有効な対策が待たれる。

発明の目的 本発明は流体軸受の加工を困難とする問題点を取り除く
とともに、かじりの問題を改善することを目的とする。

発明の構成 本発明は第一の部材と、前記第一の部材を囲む部材であ
って動作流体を介して前記第一の部材に対して摺動もし
くは回転運動可能な第二の部材と少なくとも前記第一の
部材もしくは前記第二の部材のいずれか一方の動作流体
に接する表面に固設した高分子材料を主成分とする固体
潤滑材層とにより構成された流体軸受であり、前記第一
の部材の熱膨張率をａ１前記第二の部材の熱膨張率をβ
、前記固体潤滑材の熱膨張率をγとしたとき、α〈β〈
γもしくはα〉β〉γの関係をみたし、さらに前記第一
の部材の動作流体に接する表面に直交する断面において
、前記第一の部材の断面寸法を１１前記固体潤滑材層の
厚さの合計を２１としたとき、（β−ａ）ｌ＝２ｔ（γ
−β）の関係をもたせることにより、流体軸受の加工を
容易にしかじりに強くするとともに軸受剛性等の軸受性
能の向上を図ることのできるものである。

実施例の説明 第３図は本発明を適用する摺動型静圧気体軸受のスライ
ダーの斜視図を示すものである。なお、前述の従来例の
構成と同一要素については同一番号を付与する。第３図
において、スライダー２の摺動面には、たとえば４フフ
化エチレン等の低摩擦係数材料あるいはそれに黒鉛、二
硫化モリブデ　　− ン等を含む材料から々る固体潤滑材層６が接着などの方
法で固設されており、絞り溝５は固体潤滑材層６に形成
されている。第４図は本発明を適用する前記気体軸受の
ガイド軸直角断面、すなわち動作流体に接するガイド摺
動面に直交する断面を示す。スライダー２は動作流体９
を介してガイド１の軸方向を摺動運動する。

第４図において、ガイド１の上下幅を４１固体潤滑材層
６の厚みを」二下ともに１１上方摺動面に接する流体膜
の膜厚をｈａ１ｊ下方摺動面に接する流体膜の膜厚をｈ
ｅ２、ガイド１の熱膨張率をａ、スライダー２の熱膨張
率をβ、固体潤滑材の熱膨張率をａとしたとき、本実施
例では （β−α）７＝２ｔ（γ−β） を満たすように設計され、左右方向に関しても同様の関
係が成り立つ。

温度がΔｔ″Ｃ上昇した時、 ガイド１の上下幅＝ｌ（１＋α・Δｔ）スライダー２の
固体潤滑材層に接し互に対向する上下面の距離＝（ｌ＋
２ｔ＋ｈｅ１＋ｈｅ２）（１＋β・Δｔ）固体潤滑材層
の厚み−ｔ（１＋γ・Δｔ）であり、このとき 上方及び下方の摺動面に接する流体膜の膜厚の和＝（ｌ
＋２ｔ＋ｈｅ１＋ｈｅ２）（１＋β慟Δｔ）−ｌ（１＋
α−Δｔ　）　−２ｔ　（１＋ｒ”Δｔ）＝ｈｅ１＋ｈ
ｅ２＋Δｔ＋　ｌ（β−ａ）−２ｔ（７−β）＋β（ｈ
ｅ　１−＋−ｈｅ　２）　１一般にＩＪ　＞＞ｈ　ｅ１
＋ｈｅ２．　ｔ＞＞ｈｅ１＋ｈｅ２であるから、」−代
品ｈｅ１＋ｈｅ２＋Δｔｆｌ（β−α）−２ｔ（γ−β
））とおくことができる。この式より ｌ（β−ａ）＝２ｔ（γ−β）をみたせば温度変化にか
かわらず上下流体膜の膜厚の和が変化しないことがわか
る。なおγがα、βに比べ大きい場合は弐ｌ（β−ａ）
−２ｔ（γ−β）によりα、β、γ間にはα〈β〈γの
大小関係が成り立ち、γがα、βより小さい場合にはα
〉β〉γの関係が成り立ち、この大小関係に留意してス
ライダー２、ガイド１、固体潤滑材ｔの寸法・材質の選
定を図ればよい。

以上より上記第１実施例によれば以下の効果が期待でき
る。

（１）　　前述したような固体潤滑材は一般に加工性に
豊み、高精度の表面加工が可能であり、絞り溝等の加工
も容易である。壕だ固体潤滑材は非常に潤滑性がよいう
え、軟質であるため摺動面間にゴミ等をかみ込んでもゴ
ミが固体潤滑材層にうめ込まれ他方の摺動面に傷がつか
ず、かじりは生じにくい。

（功　加工誤差、組立誤差等により仮に摺動面の一部に
接触が生じたとしても固体潤滑材は軟質であるから塑性
変形して他方の摺動面になじみ接触圧は軽微となり流体
軸受の特性はほとんど失なわれない。

（鋤　一般に流体軸受のすきま（流体膜の膜厚）が小さ
いほど剛性の向上、動作流体の流出流量の低減、動作流
体の流れにより発生する振動の低減、外部からの加振に
対する振動減衰性の向上が図れる。本発明によれば前記
１，２の理由により軸受すきまを従来の流体軸受に比べ
、より小さく設定することが可能であり、流体軸受の性
能向上が図れる。

（４一般に流体軸受はホコリに弱く、クリーンな雰囲気
のもとで使用する必要があった。しかし前記１に説明し
た如く、本発明によればホコリに強く利用分野を広くす
ることが出来る。

（鴫　ガイドとスライダーとに別種の材料を用いること
ができα〈β〈γなる条件を適用するとたとえばガイド
には鋼材等の高剛性の材料、スライダーにはアルミ合金
等の軽材料を用い、軸受の軽量化を図ることが出来る。

特にスライダーを軽量化することにより、スライダーの
起動・停止時に伴なう慣性力を小さくできるので、位置
決め機構の案内に用いる場合は加減速に必要な駆動力を
低減することができ、高速位置決めに適する。

（＠　一般に流体軸受の剛性は軸受すきま（流体膜厚）
によって決定ずけられ、流体軸受によって最適のすきま
量が存在する。ガイドとスライダーとに別種の材料を用
いたりすれば、温度変化に伴なう熱膨張に応じて軸受す
きまは最適値よりずれるが、本発明によると軸受すきま
は変化せず、従って軸受剛性は温度により劣化すること
がない。

上記第１の実施例においては直進型静圧流体軸受を例に
とり、そのスライダー側に固体潤滑材層１゜ を固設したものを示したが、固体潤滑材層はガイド側に
あってもよく、ガイド、スライダーの両方に固設されて
いてもよい。捷だ直進型・回転型及び静圧・動圧の各種
流体軸受についても本発明を適用することで、同様の効
果を得ることができる。

第６図は回転型静圧流体軸受に本発明を適用した第２実
施例の回転軸断面である。同図において７は回転軸、８
は軸受であり、軸７と軸受８間の中空円筒状のすきまに
おいて流体軸受を形成することでラジアル方向の剛性を
付与し、軸受８が軸７を上下から挟み込む部分に流体軸
受を形成することでスラスト方向の剛性を付与している
。軸７のラジアル方向表面及びスラスト方向表面には固
体潤滑材層６を固設し、絞り溝は固体潤滑材層６上に形
成されている。１ｏは圧縮空気の給気路、１１は排気路
であり、軸７は動作流体９を介して軸受８に対し回転運
動をする。第１の実施例と同様に軸７の熱膨張率をα、
軸受８の熱膨張率をβ、固体潤滑材の熱膨張率をγとし
、ラジアル方向断面での軸７の直径を１１、固体潤滑材
層の厚みを一様にｔｌとし、スラスト方向断面での軸受
断面寸法を１２、固体潤滑材層の厚みを上下とも一様に
１２とすれば、（β−ａ）１１＝２ｔ１（ｒ−β）及び
（β−α）１２＝２ｔ２（γ−β）の関係をもたせるこ
とに」：す、第一の実施例の効果１〜６と同様の効果を
イ！Ｉることか出来る。

発明の効果 本発明の流体軸受は第一の部材と、前記第一の部材を囲
む部材であって動作流体を介して前記第一の部材に対し
て摺動もしくは回転運動可能々第二の部材と、少なくと
も前記第一の部材もしくは前記第二の部材のいずれか一
方の動作流体に接する表面に高分子材料を主成分とする
固体潤滑材層を固設することにより流体軸受の加工を容
易とすると共に、かじりの発生を無くす効果を得ること
ができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の直進型静圧空気軸受を示す斜視図、第２
図は従来の直進型静圧空気軸受のスライダー摺動面を示
す斜視図、第３図は本発明による直進型静圧空気軸受の
一実施例のスライダー摺動面を示す斜視図、第４図は本
発明による直進型静圧空気軸受の一実施例の断面図、第
６図は本発明による回転型静圧流体軸受の一実施例の断
面図である。 １・・・・・・ガイド、２・・・・・・スライダー、３
・・・・・・エアーポケット、４・・・・・・給気孔、
５・・・・・・絞り溝、６・・・１．・固体潤滑材層、
７・・・・・・回転型静圧流体軸受の軸、８・・・・・
・回転型静圧流体軸受の軸受、９・・・・・・動作流体
、１ｏ・・・・・・給気路、１１・・・・・・排気路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１基量　
１　図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　第一の部材と、その第一の部材を囲む部材で
   あって動作流体を介して前記第１の部材に対して摺動も
   しくは回転運動可能な第二の部材と、少なくとも前記第
   一部材もしくは前記第二部材のいずれか一方の動作流体
   に接する表面に固設した高分子材料を主成分とする固体
   潤滑材層とにより構成したことを特徴とする流体軸受。 （功　第一の部材の熱膨張率をα、第二の部材の熱膨張
   率をβ、固体潤滑材の熱膨張率をγとしたとき、α〈β
   〈Ｔもしくはα〉β〉Ｔとしたことを　　。 特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体軸受。 （→　第一の部材の動作流体に接する表面に直交する断
   面において、前記第一の部材の断面寸法を１１前記固体
   潤滑材層の厚さの合計を２ｔ　　としたとき（β−ａ）
   ７輯２ｔ（γ−β） としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流
   体軸受。