JPS6148613A - 複合軸受 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気軸受と空気軸受とを組合わせて可動部上非
接触状態で軸支する複合軸受に関するものでるる。

〔従来技術〕

可動部上非接触状態で軸支する非接触軸受として従来一
般に知られているものには、油潤滑のすベク軸受、靜圧
空気軸受、動圧空気軸受、および磁気軸受等かめる。

このうち、油潤滑のすベク軸受は、潤滑材として油を使
用するのでこの油が軸受から漏れて周辺を汚染させるこ
とが多く、例えば分析装置の試料容器内や半導体集積回
路製造装置の工場などのように不純物をきらう環境や高
度の清浄度が要求される雰囲気等には不向でるる。

また、空気軸受は油を使用しないので、上記障害を回避
できるが、このうちの静圧空気軸受は、圧縮空気上供給
するためのコンプレッサ會必要とするので、設備費が嵩
み、保守作業が面倒でるるばかりでなく、軸受までの空
気配管が太くて剛性が大きいことにより軸受の運動を阻
害するので、例えばロボットのように軸受部が空間内を
動く機械や小形の機械装置には不同でめる。また、コン
プレッサには摺動部品がめるので、これから送り出され
る空気に塵埃などが含まれることが多くも清浄な雰囲気
が期待できず、清浄化のためにフィルタ装置など全付設
すると設備費が嵩むとともに小形化が阻害されるという
欠点があった。

また、動圧空気軸受株コンプレッサを使用しないので、
上記欠点が解消されるが、軸の低回転時や静止時には非
接触支持機能を有しないので、適用範囲が限定される。

さらに、磁気軸受は永久磁石と可動部との反発によって
可動部を非接触状態で支持するものであるが、永久磁石
だけでは完全な非接触支持が不可能でめり、いずれかの
方向に対して上記他の軸受を併用したり、電磁石を用い
て支持力を制御したりしなければムらない・。特に電磁
石音用いるとその制御系内には、可動部の運動を検知す
る変位センサやそのイｇ号の処理回路、ならびに５Ｔ：
１イル電流金与えるための電力増幅器など多くの付属機
器上必要とすることにより、装置の規模が大きくなり、
これを安価に提供することができない。

さらに空気軸受の一種としてスクイズ空気軸受が開発さ
れているので、これを第１図および第２図に基いて説明
する。第１図はその原理説明図で１　　　　　　　　あ
って、図において１は高周波撮動する振動体、２は可動
部としての浮上体を示している。この空気軸受は、振動
体１０表面ｔ′？１６周波振動させた場合に振動体１と
浮上体２との間の微小空気膜３に正圧が発生する現象全
利用したものでめる。すなわち、気体が粘性を有してい
るため、振動体１の振動周波数を高くすると、空気膜３
周辺部の気体の出入りが拘束され、あたかも密閉した圧
縮性流体に面周波の体積変化を起こさせたのと同様とな
る。この場合、振動体１０周波数が商いと、浮上体２は
慣性力のため、追従できず、はとんど振動しなくなる。

そしてボイルの法則からも証せられるように密閉した圧
縮性流体でめる空気等に高周波の体積変化奮起こさせる
と、変位に対する圧力発生が非線形となり、平均的な正
圧が得られるもの′″ｃ６つ−Ｃ１これにより第１図に
示すように浮上体２が非接触状態で振動体１の上方に支
えられる。

このようなスクイズ空気軸受には圧電材料で形成された
振動子と、これ音振動させる駆動源としての電力アンプ
が必要でるるか、磁気軸受のように変位センサや制御回
路全必要とせず、駆動電気回路の規模が比較的小さくて
安価に構成できるとともに、軸受へのエネルギの供給を
電線によって行なうことができるから、小形で簡素な構
成となる。

以上説明したようにスクイズ空気軸受は多くの長所を有
するが、従来これを実用化する場合問題がめった。第２
図は上記の原理を利用した従来のスクイズ空気軸受の断
面図でろって、これ會同図に基いて説明すると、円板状
に形成された一対の振動体４，５の対向面間には、円筒
状に形成された複数個（かの例では６個）の振動子６が
、固定軸γに嵌装されて円周方向に等間隔で配設されて
おり、振動体４．５には、円錐筒状に形成された振動面
でめる軸受板８，９が一体形成されている。１０は両側
の円錐部と中央の小径円柱部とで一体形成されたロータ
でろって円錐部の局面を軸受板８，９の内周面と対向さ
せて配設されており、その円錐状対向部には、すき間ｉ
ｔ、１２がそれぞれ形成されている。こうすることによ
り、振動子６會高周波振動させると、振動体４，５の振
動板８，９が振動し、すき間１１．１２内のスクイズ空
気膜によってロータ１０が非接触に支持される。

しかしながら、このような従来のスクイズ空気軸受にお
いては、軸受板８，９とロータ１０との対向面會円錐状
に形成し、すき間１１．１２内のスクイズ空気膜により
ロータ１０をラジアル方向とスラスト方向との両方向へ
同時に支持しようとしているため、すき間１１．１２に
μｍオーダで保てるように軸受板８，９とロータ１０と
の円錐直音きわめて高精度で力１工しなけれはならない
し、また左右の円錐軸受面の芯出しもきわめて厳しい精
度が要求されるので、製作費が嵩むという欠点かめった
。

Ｃ発明の概要〕 本発明はＶ、上のような点に鑑みなされたもので可動側
と固定側とに互に反発する永久磁石を設け、固定側には
永久磁石の反発方向と直交する方向へ振動する振動集子
を可動側の面と微小すき間を距てて設けることにより、
永久磁石の反発力とスクイズ空気膜の支持力とを組合わ
せて可動部を非接触支持することを可能にし、高精度の
加工組立を不要にして製作費の低減全針った複合軸受を
提供するものである。

以下、本発明の実施例全図面に基いて詳細に説明する。

〔実施例〕

第３図ないし第５図は本発明に係る複合軸受の実施例を
示し、第３図はその縦断面図、第４図は同じく分解斜視
図、第５図は永久磁石の縦断面図でるる。これらの図に
おいて、固定側には、一対の７ランシ付ホルダ２１．２
２で両端面全固定支持された固定軸２３か設けられてお
り、この固定軸２３には、円筒状に形成された永久磁石
２４が嵌装固定されている。２５は円筒状に形成された
可ｔＸＩＩ（ｌｉＩのロータでろって、その内周面には
円筒状に形成された永久磁石２６か嵌着固定されており
、ロータ２５は永久磁石２４．２６の吸引面全対向させ
て固定軸２３上に嵌装されている。そして永久磁石２４
．２６は、第５図に示すように同極同士全対向させてお
り、両磁石２４．２６間には互に相反発する力がラジア
ル方向に作用している。

一方、前記ホルダ２１．２２の小径部には、セラミック
等の圧電材料により扁平円筒状に形成されて両面に電極
２γａ　、　２７ｂ　および２８ａ、２８ｂ　ｋ有する
振動素子２７．２８が嵌装されており、これら振動素子
２７．２８とロータ２５との間には、微小すき間２９が
形成されている。振動素子２Ｔ、２８はその電極２７ａ
、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ　’ｌｉｌミーリード０によ
って電源に接続されており、電源を入れることにより永
久磁石２４．２６の反発方向と直交する方向に振動して
すき間２９内にスラスト方向の支持力が作用するように
構成されている。

以上のように構成されていることにより、振動素子２γ
、２８の電源ケ入れてこれ全振動させ、ロータ２５を回
転させると、永久磁石２４．２６が互に反発し合ってロ
ータ２５にはラジアル方向の非接触支持力が作用すると
ともに、振動素子２７．２８がロータ２５のスラスト方
向に振動し、第１図で説明した原理によりすき間２９に
スクイズ空気膜の支持力が発生してロータ２５がスラス
ト方向に非接触支持される。

第６囚および第７図は本発明の他の実施例を示し、第６
図は複合軸受の縦断面図、第７図は分解斜視図でろる。

本実施例においては、アウタロータ型と呼ばれる前記実
施例において内側にめった固定側ｊが外側にめり、外側
にめった可動側が内側にある点が異なっており、インナ
ロータ型と呼ばれている。すなわち、一対のホルダ３１
．３２には円筒状に形成された固定側の固定管３３が支
持されており、その内周面には、円筒状に形成された永
久磁石３４が嵌着されている。３５は可動側のロータで
ろって小径軸部をホルダ３１から突出させており、大径
部の外回面には、円筒状の永久磁石３６か固定側の永久
磁石３４と同極同士全対向させて嵌装されている。ホル
ダ３１．３２とロータ３５との間には、扁平円筒状に形
成されて両面に電極３７ａ、３７ｂ　ｋ有する振動素子
２７と、円板状に形成されて両面に電極３８ａ、３８ｂ
　ｆ有する振動素子２８とが、ロータ３５との間にすき
間３９全形成させてそれぞれ介装されている。４０は各
振動素子３７．３８の電極３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３
８ｂ　と電源とを接続するリード線でるる。

以上のように構成されていることにより、振動素子３７
．３８の電源を入れてこれ孕振動させ、ロータ３５′ｆ
ｔ回転させると、永久磁石３４　、３６が互に反発し合
ってロータ３５にはラジアル方向の非接触支持力が作用
するとともに、振動素子３７．３８がロータ３５のスラ
スト方向に振動し、すき間３９にスクイズ空気膜の支持
力が発生してロータ３５がスラスト方向に非接触支持さ
れる。

以上第３図ないし第７図で示し７ζ２つ−の実施例にお
いては、スクイズ空気膜音形成する軸受振動面でめる電
極２７ａ　　・・・・３８ｂ　ｌ／）面とこれに対向す
るロータ２５，３５の両端面が加工の容易な平面である
から、高い工作精度全要求されても容易に対応すること
ができる。また、固定軸２３および固定管３３に用いて
振動素子２７．２８．３７．３Ｂの電極面全平行に組立
てることは比較的容易であり、さらに電極面とこれに対
向するロータ２５．３５の面との間隔を精度よくかつ平
行に製作するのも比較的容易でるる。

第８図および第９図はさらに本発明の他の実施例全示す
縦断面図と分解斜視図でろって、本実施例は前記各実施
例と異なり、スラスト方向全永久磁石の反発力で支持し
、ラジアル方向をスクイズ空気膜の支持力で支持するも
のでるる。すなわち一対のホルダ４１．４２には環状の
永久磁石４３が固定されており、また可動側の永久磁石
４４は環状に形成されて円筒状のロータ４５に固定され
ている。さらにロータ４５の内周面には、円筒状に形成
された振動索子４６が、ロータ４５との間に環状のすき
間４１を距てて嵌合されている。振動索子４６の外周面
と内周面とである電極面に接続されたリード線４８は、
電源に接続されている。

こうすることにより、振動索子４６の電源を入れてこれ
を振動させ、ロータ４５全回転させると、永久磁石４３
．４４が互に反発し合ってロータ４５にはスラスト方向
の非接触支持力が作用するとともに、振動素子４６がロ
ータ４５のラジアル方向に振動し、すき間４ｇにスクイ
ズ空気膜の支持力が発生してロータ４５がラジアル方向
に非接触支持される。

以上第８図および第９図に示すものはアウタロータ型の
例を示したが、さらに第１０図に鉱これと同じくスラス
ト方向全永久磁石の反発力で支持し、ラジアル方向ｔス
クイズ空気膜の支持力で支持するインナロータ型の例を
示している。本実施例は第８図および第９図に示すもの
と比較してロータ４５と振動索子４１とが外側と内側と
に入れ替ったものでろうて、各部材は互に同じ機能ケ有
するので同−符号上付してその構成および動作の説明全
省略する。

以上第８図ないし第１０図に示した２つの例は、空気Ｗ
’ｘ形成する面が円筒面でめるが、従来の円錐面である
ものと比較すれば高精度で加工すること−ｂ二ｉかに容
易である。

なお、前記第３図ないし第１０図に示す各実施例におい
て、永久磁石間の反発力は”７１０ｍｍ〜１７２ｍｍの
間隔でも発生するものでわるからこの反発力の方向での
部品の精度はさほど高く要求されることがなく、安価に
製作できる。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように、本発明によれば複合
軸受において、可動側と固定側とに互に反発する永久磁
石を設け、固定例には永久磁石の一反発方向と直交する
方向へ振動する振動素子全可動側の面と微小すき間を距
でて設けて、永久磁石の反発力とスクイズ空気膜の支持
力との組合わせで可動部を互に直交する方向に対し非接
触支持するように構成することにより、加工面が平面ま
たは円筒面でろって高精度の力ロエが容易でろジ、ま１
ｔＫＪｉ立が容易であって、従来のものと比較して製作
費？大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスクイズ空気軸受の原理説明図、第２図は従来
のスクイズ空気軸受の縦断面図、第３図ないし第１０図
は本発明に係る複合軸受の実施例全示し、第３図はその
縦断面図、第４図は同じく分解斜視図、第５図は永久磁
石の縦断面図、第６図および第７図は本発明の他の実施
例全示踵第６図はその縦断面図、第７図杖分解斜視図、
第８図および第９図はさらに本発明の他の実施例を示し
、第８図はその縦断面図、第９図は分解斜視図、第１Ｏ
図はさらに本発明の他の実施例を示す縦断面図でるる。 ２１．２２，３１　．３２，４１．４２・・拳・ホルダ
、２３・・・・固定軸、２４，２６，３４．３６．４３
．４４・・・・永久磁石、２５゜３５．４５・・・・ロ
ータ、２７．２８．３７．　−３８．４７ψ拳・番振動
素子、２９，３９．４！！・・・・すき間、３０，４０
．４８・・・・リード線、３３・・・・固定管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同極同士を互に対向させた永久磁石を可動側と固定側と
   にそれぞれ設け、これら永久磁石による反発方向の直角
   方向へ振動する振動素子を固定側に設けるとともに、可
   動側には前記振動素子と微小なすき間をもつて対向する
   面を形成したことを特徴とする複合軸受。