TWI622715B - Hydrostatic gas bearing unit - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種構造簡單且更穩定地非接觸支撐高速旋轉之旋轉體的小型靜壓氣體軸承單元之構造。
其解決手段在於二台軸座(shaft holder)(3A、3B)，係以其兩端部(113、12)來固定以非接觸方式支撐滑輪(2)的氣壓軸單元(1)。從氣壓軸單元(1)之徑向軸承面(1121)，對徑向軸承面(1121)與滑輪(2)之內周面(221)之間的徑向軸承間隙(60)供應氣體(f)以在徑向軸承間隙(60)內形成氣體膜，且使該氣體(f)從徑向軸承間隙(60)，排出至與徑向軸承間隙(60)連繫的氣壓軸單元(1)之軸向軸承面(1132、121)與滑輪(2)之輪轂端面(241A、241B)之間的軸向軸承間隙(61a、61b)。亦利用該排氣(f1)在軸向軸承間隙(61a、61b)內形成氣體膜。

Description

靜壓氣體軸承單元
本發明係關於一種構造簡單且能夠更穩定地非接觸支撐高速旋轉之滑輪(pulley)等零件的兩端支撐式(both end support type)靜壓氣體軸承單元之構造。
在專利文獻1中，係有記載一種以非接觸方式支撐旋轉軸的空氣軸承單元(air bearing unit)(靜壓氣體軸承裝置)。
在該空氣軸承單元中，係在可供軸(shaft)(旋轉軸)插入之圓筒形的外殼(housing)之內周的兩端側，分別設置有一個分別以個別之軸承面(軸向(thrust)軸承面、徑向(radial)軸承面)來承受軸之軸向荷重及徑向荷重的多孔質引伸模(porous drawing die)(多孔質石墨(graphite)等之多孔質體)之空氣軸承(靜壓空氣軸承)。在此，徑向軸承面，係與軸之外周面相對向，並在與該外周面之間形成徑向軸承間隙，而軸向軸承面，係與形成於軸之外周的凸緣(flange)相對向，並在與該凸緣之間形成軸向軸承間隙。
在此，針對每一空氣軸承，在外殼之內周面 ，係隔著空氣軸承之徑向軸承面而在軸向軸承面之相反側(外殼之內周面的中央側)於圓周方向形成有排氣用槽，在該排氣用槽之槽底，係形成有貫通至外殼之外周面的排氣孔。又，在軸之外周面，係在空氣軸承之靠近軸向軸承面的位置於圓周方向形成有排氣用槽，而在軸之內部，係形成有連繫該排氣用槽和外殼之內周面的排氣用槽的排氣孔。
在如此之構成中，供應至空氣軸承的空氣，係從空氣軸承之軸向軸承面及徑向軸承面分別噴出。從軸向軸承面噴出之空氣，係朝向凸緣之外周而流動於軸向軸承間隙內，且從軸向軸承間隙朝向外部釋放出。另一方面，從徑向軸承面噴出之空氣，係朝向靠近軸向軸承面的排氣用槽和軸向軸承面之相反側的排氣用槽，而流動於徑向軸承間隙內，並流入於上述的排氣用槽，且經由排氣孔而排出至外殼之外部。
(專利文獻1)日本特開2008-57696號公報
然而，專利文獻1所述的空氣軸承單元，係有必要針對每一空氣軸承，事先在靠近軸向軸承面之位置、和隔著徑向軸承面而在軸向軸承面之相反側的位置，分別形成用以排出供應至徑向軸承間隙之空氣的排氣用槽。又，有必要事先將用以將已流入於上述之排氣用槽的空氣 排出至外殼之外部的排氣孔，形成於外殼及軸之雙方。更且，在外殼之內周，係有必要事先個別地設置噴出壓縮空氣的軸向軸承面及徑向軸承面。因此，構造複雜化。
又，因軸側之排氣孔，係為了連繫軸之外周 面的排氣用槽和外殼之內周面的排氣用槽而沿著軸之軸心方向所形成，故而軸需要某種程度的厚度。因此，當軸重量化時，軸就有可能例如因自重而撓曲。因形成於外殼內周的空氣軸承(靜壓空氣軸承)的徑向軸承面與軸之外周面之間的徑向軸承間隙係非常狹窄，故而當軸發生撓曲時，軸和軸承就會接觸，而有無法穩定地保持軸的可能性。
可是，當以空氣軸承來保持高速旋轉的滑輪 等之旋轉體時，有時在供氣時會發生自激振動(self-excited vibration)。當系統藉此共振時，就會妨礙到例如搬運物之穩定行走等。
本發明係有鑒於上述情事而開發完成者，其 目的在於提供一種構造簡單且更穩定地非接觸支撐高速旋轉之旋轉體的兩端支撐式靜壓氣體軸承單元之構造。
為了解決上述課題，在本發明中，係使旋轉體插入於形成於該旋轉體之軸向的軸插入孔內，且將以非接觸式方式支撐該旋轉體的軸單元，利用從軸向兩側夾入旋轉體之軸插入孔的位置來加以固定。又，藉由從與旋轉體之軸插入孔內的內周面相對向之形成於軸單元(shaft unit)之外周面的徑向軸承面噴出的氣體，而在徑向軸承面與旋轉體之軸插入孔的內周面之間的徑向軸承間隙內形成氣體膜，且使該氣體，從徑向軸承間隙，排出至軸單元之軸向軸承面與旋轉體之各端面之間的徑向軸承間隙內。亦利用該被排出的氣體在軸向軸承間隙內形成氣體膜。
例如，本發明係一種係藉由夾介存在於徑向軸承間隙和第一及第二軸向軸承間隙的氣體膜以非接觸方式支撐朝向繞軸心之方向旋轉的旋轉體之靜壓氣體軸承單元，其具備：軸單元，其係插入於貫通前述旋轉體之兩端面的軸插入孔內；以及軸保持手段，其係以前述旋轉體之軸插入孔的兩側之位置來保持前述軸單元，前述軸單元，係具有：徑向軸承面，其係對向於前述軸插入孔之內周面，並在與該內周面之間形成前述徑向軸承間隙，且對前述徑向軸承間隙噴出用以形成前述氣體膜的氣體；及第一軸向軸承面，其係與前述徑向軸承面相鄰，且對向於前述旋轉體之一方的端面，並在與該端面之間，形成與前述徑向軸承間隙之一方的端側連繫的前述第一軸向軸承間隙；以及第二軸向軸承面，其係與前述徑向軸承面相鄰，且對向於前述旋轉體之另一方的端面，並在與該端面之間，形成與前述徑向軸承間隙之另一方的端側連繫的前述第二軸 向軸承間隙，前述氣體，係朝向前述第一軸向軸承間隙及前述第二軸向軸承間隙流動於前述徑向軸承間隙內，並從該徑向軸承間隙分別排出至前述第一軸向軸承間隙及前述第二軸向軸承間隙，且在該第一軸向軸承間隙內及該第二軸向軸承間隙分別形成前述氣體膜。
依據本發明，因其是利用於以下之目的：從徑向軸承間隙排出的壓縮氣體，在供應至形成於旋轉體之各端面與軸單元之軸向軸承面之間的軸向軸承間隙之後才被排氣，且在軸向軸承間隙形成氣體膜，該徑向軸承間隙係形成於旋轉體之軸插入孔的內周面、和與旋轉體之軸插入孔的內周面相對向之形成於軸單元之外周面的徑向軸承面之間，故而沒有必要另外設置用以排出來自徑向軸承間隙之壓縮氣體的溝槽及孔、或是將壓縮氣體噴出至軸向軸承間隙的軸向軸承面。又，因非接觸支撐旋轉體之軸單元兩端被固定，故而即便是在軸單元隨著旋轉體之尺寸而長條化的情況，仍可以抑制其撓曲，且可以防止旋轉體與軸單元之接觸。因此，可以實現一種構造簡單且能夠更穩定地非接觸支撐高速旋轉之旋轉體的兩端支撐式靜壓氣體軸承單元之構造。
1‧‧‧氣壓軸單元
2‧‧‧滑輪
3A、3B‧‧‧軸座
4‧‧‧空氣軸承單元
11‧‧‧氣壓軸
12‧‧‧軸向板
13‧‧‧螺帽
21‧‧‧凸緣部
22‧‧‧氣壓軸插入用孔
23‧‧‧輪轂之外周面
24A、24B‧‧‧輪轂
25A、25B‧‧‧滑輪之端面
31‧‧‧軸固定孔
32‧‧‧上側塊體材料
33‧‧‧下側塊體材料
34‧‧‧螺栓
40‧‧‧聯結器
41‧‧‧供氣管
111‧‧‧背墊金屬
112‧‧‧多孔質燒結層
113‧‧‧基底部
114‧‧‧徑向軸承部
115‧‧‧桿部
116‧‧‧通氣路
117‧‧‧供氣口
118‧‧‧螺紋部
121‧‧‧軸向板之端面(軸向軸承面)
122‧‧‧軸向板之端面
123‧‧‧軸插入用孔
221‧‧‧滑輪之內周面
241A、241B‧‧‧輪轂之端面
1121‧‧‧多孔質燒結層之外周面(徑向軸承面)
1131‧‧‧基底部之端面
1132‧‧‧基底部之端面(段差面、軸向軸承面)
1141‧‧‧徑向軸承部之端面(段差面)
1142‧‧‧徑向軸承部之外周面
1143‧‧‧環狀槽
1144‧‧‧孔
1151‧‧‧螺紋部
11411‧‧‧邊緣部
f、f1‧‧‧壓縮空氣
O‧‧‧軸心
r1‧‧‧氣壓軸插入用孔之內徑
R1‧‧‧徑向軸承部之外徑
r2‧‧‧直徑
s1‧‧‧軸向軸承間隙之厚度
s2‧‧‧徑向軸承間隙之厚度
t1‧‧‧下側塊體材料與上側塊體材料之間隔
t2‧‧‧厚度
t3‧‧‧輪轂的端面間之距離(滑輪之長度)
t4‧‧‧徑向軸承部之長度
第1圖係本發明一實施形態之兩端支撐式空氣軸承單元4的外觀圖(無滑輪2)。
第2圖係本發明一實施形態之組裝有滑輪2之狀態的兩端支撐式空氣軸承單元4之側視圖。
第3圖(A)係滑輪2之前視圖；第3圖(B)係第3圖(A)之A-A剖視圖。
第4圖係本發明一實施形態之氣壓軸單元1的零件展開圖。
第5圖(A)係氣壓軸11之前視圖；第5圖(B)係第5圖(A)之B-B剖視圖；第5圖(C)係氣壓軸11之仰視圖；第5圖(D)係徑向軸承部114之放大部分剖視圖。
第6圖(A)係軸向板12之前視圖；第6圖(B)係第6圖(A)之C-C剖視圖。
第7圖係顯示對氣壓軸11供氣中的滑輪2之支撐狀態的示意圖。
以下，一邊參照附圖，一邊就本發明之實施形態加以說明。
首先，就本實施形態之兩端支撐式靜壓氣體軸承單元之全體構造加以說明。在此，係列舉適用於送出光纖、碳纖維等線材的滑輪2等之在軸心O方向為長條狀的旋轉體之非接觸支撐的兩端支撐式空氣軸承單元4作為 一例。
第1圖係本實施形態之兩端支撐式空氣軸承 單元4的外觀圖，第2圖係組裝有支撐對象之滑輪2之狀態的兩端支撐式空氣軸承單元4之側視圖。
如圖示般，本實施形態之兩端支撐式空氣軸 承單元4，係具備：以能夠旋轉之方式非接觸支撐在軸心O方向為長條狀之滑輪2的氣壓軸單元(air shaft unit)1；以及兩端支撐氣壓軸單元1的二台軸座3A、3B。
如後述般，氣壓軸單元1，係氣壓軸11和軸 向板12和螺帽13之組裝體(參照第4圖)，滑輪2，係在形成於滑輪2之軸向的氣壓軸插入用孔22內插入有氣壓軸11(形成有多孔質燒結層112的徑向軸承部114)之後，藉由隔著軸向板12將氣壓軸11(桿部115之螺紋部1151)與螺帽13之緊固能在非接觸狀態下以能夠旋轉之方式組裝於氣壓軸單元1。
另一方面，二台軸座3A、3B，係例如以相應 於氣壓軸單元1之長度的間隔相對向的方式配置固定於石材板(stone plate)等之台座上。各軸座3A、3B，係以與滑輪2之最大直徑相應的高度之位置，來保持軸心O朝向大致平行於台座的氣壓軸單元1之端部(軸向板12、氣壓軸11之基底部113)。
各軸座3A、3B，係分別具有：例如以螺栓固 定於台座之具有凸緣35的下側塊體材料(block material)33；及載置於下側塊體材料33之上面的上側塊 體材料32；以及用以調整下側塊體材料33之上面與上側塊體材料32之底面之間隔t1的二支螺栓34。在下側塊體材料33之上面與上側塊體材料32之底面係分別於厚度t2方向形成有半圓形剖面的溝槽，且藉由上述的溝槽相對向而在預定之高度的位置形成有軸固定孔31。二支螺栓34，係在軸固定孔31兩側的位置，經由上側塊體材料32之螺栓孔而鎖緊連結於下側塊體材料33之螺紋孔。
在對向配置的二台軸座3A、3B之軸固定孔 31分別插入有氣壓軸單元1之端部(軸向板12、氣壓軸11之基底部113)，且二支螺栓34緊固於各自的軸座3A、3B，藉此下側塊體材料33與上側塊體材料32之間隔t1會變窄，而氣壓軸單元1之兩端部(軸向板12、氣壓軸11之基底部113)可固定。藉此，組裝於氣壓軸單元1之滑輪2，係能在預定之高度的位置以在非接觸狀態下能夠繞軸心O方向旋轉的方式保持。
另外，本實施形態中，雖然是使用以二支螺 栓34來調整具有凸緣35的下側塊體材料33與上側塊體材料32之間隔t1的二台軸座3A、3B，但是若能夠在其兩端部(軸向板12、氣壓軸11之基底部113)保持氣壓軸單元1的話，亦可使用任何形態的軸座。
其次，說明滑輪2、及以能夠繞軸心O旋轉之方式非接觸支撐該滑輪2的氣壓軸單元1之詳細。
第3圖(A)係滑輪2之前視圖；第3圖(B)係第3圖(A)之A-A剖視圖。
如圖示般，支撐對象之滑輪2，係具有例如在 軸心O方向上較直徑r2更長之略呈長條狀的圓柱形，且在其外周面23，係於圓周方向舖設有線材。又，在滑輪2，於軸心O通過的位置，係形成有從一方之端面25A貫通至另一方之端面25B的氣壓軸插入用孔22，且在該氣壓插入用孔22內，以能夠滑動之方式插入有氣壓軸11之具有多孔質燒結層112的徑向軸承部114。
在滑輪2之兩端面25A、25B，係分別形成有 包圍氣壓軸插入用孔22的輪轂(boss)24A、24B。各輪轂24A、24B之端面241A、241B係可精加工成平坦。在組裝滑輪2後之狀態(第2圖之狀態)的空氣軸承單元4中，一方之輪轂24A的端面241A，係隔出些微的間隔(軸向軸承間隙)，來與氣壓軸11之後述的段差面(軸向軸承面)1132相對向，而另一方之輪轂24B的端面241B係隔出些微的間隔(軸向軸承間隙)來與軸向板12之一方的端面(軸向軸承面)121相對向(參照第5圖、第6圖)。
另外，如圖示般，在滑輪2之兩端部，亦可 形成有從外周面23朝徑向膨出的環狀之凸緣部21。
第4圖係氣壓軸單元1之零件展開圖。
如圖示般，氣壓軸單元1，係具備：插入於滑輪2之氣壓軸插入用孔22內，且以能夠繞軸心O旋轉之方式非接觸支撐滑輪2的氣壓軸11；及阻止滑輪2從氣壓軸11脫落的軸向板12；以及將軸向板12固定於氣壓軸11的螺帽13。
第5圖(A)係氣壓軸11之前視圖；第5圖(B) 係第5圖(A)之B-B剖視圖；第5圖(C)係氣壓軸11之仰視圖；第5圖(D)係徑向軸承部114之放大部分剖視圖。
如圖示般，氣壓軸11，係具備：具有段差的 圓筒狀之背墊金屬(back metal)111；以及形成於背墊金屬111之中段部(徑向軸承部)114之外周面1142上的多孔質燒結層112。
背墊金屬111，係一體地具備：直徑與滑輪2 之輪轂24A、24B之外徑大致相同的基底部113；及直徑比基底部113還更為小的徑向軸承部114；以及直徑比徑向軸承部114更小的桿(rod)部115。
在基底部113之一方的端面1131，係形成有 從該端面1131通過基底部113之內部而到達徑向軸承部114之內部的通氣路116。在一方之端面1131的通氣路116之開口部(供氣口)117，係形成有將用以連結泵浦之供氣管41的聯結器(coupler)40(參照第2圖)予以鎖入的螺紋部118。
該基底部113，係插入於一方之軸座3A的軸 固定孔31內，直到另一方之端部1132從一方之軸座3A的軸固定孔31朝向另一方之軸座3B側突出的位置為止(參照第2圖)。在此狀態下可鎖緊一方之軸座3A的二支螺栓34，藉此，基底部113係可固定於一方之軸座3A的軸固定孔31內。
徑向軸承部114，係一體地形成於基底部113 之另一方的端面(作為軸向軸承面之段差面發揮作用)1132，且在該徑向軸承部114之外周面1142的全區域，形成有具有通氣性的多孔質燒結層112。在徑向軸承部114之外周面1142，係於圓周方向形成有位於與多孔質燒結層112間之境界部的複數個環狀槽1143，且在各環狀槽1143之槽底，係分別形成有連繫於通氣路116的孔1144。藉此，當來自連結於供氣口117的泵浦之供氣管41的供氣開始時，從泵浦送來的壓縮空氣，就會經由通氣路116及孔1144，供應至位於徑向軸承部114之外周面1142的圓周方向之各環狀槽1143，且通過多孔質燒結層112內之細孔，從發揮作為徑向軸承面的多孔質燒結層112之外周面1121噴出。
另外，位於徑向軸承部114之外周面1142的 環狀槽1143之條數及佈置，只要是以壓縮空氣能從多孔質燒結層112之外周面1121全區域均一地噴出的方式適當地決定即可。例如，亦可將與徑向軸承部114之長度(多孔質燒結層112之寬度)t4等相應之條數的環狀槽1143，以大致等間隔配置於多孔質燒結層112之軸心O方向。 又，亦可在從徑向軸承部114之中央位置(從徑向軸承部114之一方的端起算僅位在t4/2內側的位置)朝基底部113側及桿部115側分離的位置等、能夠維持較高的徑向軸承間隙60整體之壓力的位置形成環狀槽1143。
形成有多孔質燒結層112的徑向軸承部114， 係插入於滑輪2之氣壓軸插入用孔22內。包含多孔質燒 結層112的徑向軸承部114之外徑R1，係設計得比滑輪2的氣壓軸插入用孔22之內徑r1(參照第3圖)還更小預定尺寸。因此，當徑向軸承部114插入於滑輪2之氣壓軸插入用孔22內時，就會在該氣壓軸插入用孔22之內周面221與形成於徑向軸承部114之外周面1142的多孔質燒結層112之外周面(徑向軸承面)1121之間形成有徑向軸承間隙60(參照第7圖)。然後，在從泵浦對氣壓軸11開始供氣之後，藉由從多孔質燒結層112之外周面(徑向軸承面)1121噴出的壓縮空氣，在該徑向軸承間隙60形成有高壓的空氣膜。能藉由該空氣膜之壓力來支撐徑向荷重。
徑向軸承部114之長度(段差面1132、1141 間之距離)t4，係設計得比滑輪2的兩端面25A、25B之輪轂24A、24B的端面241A、241B間之距離(滑輪2之長度)t3還更大預定尺寸。因此，在從泵浦對氣壓軸11開始供氣之後，在插入於徑向軸承部114的滑輪2之一方的輪轂24A之端面241A、與基底部113之另一方的端面(藉由徑向軸承部114及基底部113之外徑差所形成，且發揮作為軸向軸承面之功能的段差面)1132之間，係形成有與徑向軸承間隙60連繫的軸向軸承間隙61a。同樣，在滑輪2之另一方的輪轂24B之端面241B、與接觸到徑向軸承部114的端面(藉由徑向軸承部114及桿部115之外徑差所形成的段差面)1141、且發揮作為軸向軸承面之功能之後述的軸向板12之一方的端面121之間，亦形成有與徑向軸承間隙60連繫的軸向軸承間隙61b(參照第7圖)。另外， 為了防止自激振動發生，較佳是以徑向軸承部114之端面1141的邊緣部11411不塌邊之方式進行精加工，藉此提高軸向板12之組裝精度。
桿部115，係連續形成於徑向軸承部114之端 面1141，且插入於後述的軸向板12之軸插入用孔123內。又，在該桿部115之前端，係形成有與螺帽13螺合的螺紋部1151。
第6圖(A)係軸向板12之前視圖；第6圖(B) 係第6圖(A)之C-C剖視圖。
如圖示般，軸向板12，係為外徑與氣壓軸11 的基底部113之外徑大致相同的圓筒形狀，且在軸心O通過的位置，形成有從一方之端面121貫通至另一方之面122的軸插入用孔123。在該軸插入用孔123，係插入有氣壓軸11之桿部115。
而且，具有上述構成的氣壓軸單元1，係組裝 如下。
首先，在氣壓軸單元1組裝有滑輪2。具體而言，以形成有多孔質燒結層112的徑向軸承部114位於滑輪2之氣壓軸插入用孔22內的方式，將氣壓軸11插入於滑輪2之氣壓軸插入用孔22，接著，以桿部115位於軸向板12之軸插入用孔123內的方式，將插入有滑輪2的氣壓軸11更進一步插入於軸向板12之軸插入用孔123。在此狀態下，當在形成於桿部115之前端的螺紋部1151鎖緊連結有螺帽13時，軸向板12，其一方之端面121， 就會以接觸到藉由徑向軸承部114及桿部115之外徑差所形成的段差面(徑向軸承部114之端面)1141的位置來固定。
之後，在如上述地組裝有滑輪2的氣壓軸單 元1之軸心O大致平行地朝向台座的狀態下，使得其兩端(軸向板12、氣壓軸11之基底部113)，固定於以預定間隔對向配置的二台軸座3A、3B(參照第2圖)。具體而言，能以氣壓軸11的基底部113之另一方的端面(發揮作為軸向軸承面之功能的段差面)1132從一方之軸座3A的軸固定孔31朝向另一方之軸座3B側突出的方式，使氣壓軸11之基底部113插入於一方之軸座3A的軸固定孔31內，並且能以軸向板12之一方的端面(發揮作為軸向軸承面之功能的端面)121從另一方之軸座3B的軸固定孔31朝向一方之軸座3A側突出的方式，使軸向板12插入於另一方之軸座3B的軸固定孔31內。在此狀態下能藉由各軸座3A、3B之二支螺栓34的緊固，使氣壓板11之基底部113及軸向板12固定於各軸座3A、3B之軸固定孔31內。
如上述般，因徑向軸承部114之長度t4，係 比滑輪2之長度t3還更多出預定尺寸，故而在滑輪2的一方之輪轂24A的端面241A與基底部113之另一方的端面(軸向軸承面)1132之間形成有軸向軸承間隙61a，且在滑輪2的另一方之輪轂24B的端面241B與軸向板12之一方的端面(軸向軸承面)121之間形成有軸向軸承間隙61b。在上述的軸向軸承間隙61a、61b內，係流入有從徑向軸承間隙60排出的壓縮空氣，且形成有高壓的空氣膜 。能藉由該空氣膜之壓力來支撐軸向荷重。
在此，徑向軸承部114之長度t4，係以滑輪2兩側的軸向軸承間隙61a、61b之厚度s1(參照第7圖)比徑向軸承間隙60之厚度s2還更為大之方式所設定，以免發生自激振動。在此，所謂以免發生自激振動之厚度s1的軸向軸承間隙61a、61b，係指較寬的軸向軸承間隙61a、61b，其設計為以下的程度：即便因呈無負載狀態之滑輪2在軸向方向所發生之些微程度的移動，使得滑輪2些微靠近一方之軸向軸承面1132、121側，亦不會急劇地被回推至另一方之軸向軸承面121、1132側。例如，在滑輪2的輪轂24A、24B之外徑約22mm、徑向軸承間隙60之厚度約9μm至10μm的情況，以軸向軸承間隙61a、61b之厚度s1成為約22.5μm至37μm的方式設定徑向軸承部114之長度t4，且更進一步在開放流量520NL/hr以下之範圍內進行供氣壓0.5Mpa之壓縮空氣的流量調整，藉此能防止自激振動之發生。
其次，就對氣壓軸11供氣中的滑輪2之支撐狀態加以說明。
第7圖係顯示對氣壓軸11供氣中的滑輪2之支撐狀態的示意圖。
如圖示般，在組裝有滑輪2之狀態(第2圖之狀態)的空氣軸承單元4中，當將泵浦之供氣管(未圖示)連結於氣壓軸11之供氣口117，且開始來自泵浦之壓縮空氣f的供應時，該壓縮空氣f，係經由氣壓軸11之通氣路 116及孔1144，供應至位於徑向軸承部114之外周面1142的各環狀槽1143，且從多孔質燒結層112之外周面(徑向軸承面)1121噴出至徑向軸承間隙60內。因此，在徑向軸承間隙60內形成有高壓的空氣膜，能藉由該壓力來支撐徑向荷重。藉此，能拘束滑輪2朝向徑向方向之移動。
再者，徑向軸承間隙60內之壓縮空氣f，係 沿著多孔質燒結層112之外周面(徑向軸承面)1121，朝向軸向板12之一方的端面(軸向軸承面)121側及基底部113之另一方的端面(軸向軸承面)1132側流動，且流入於滑輪2的一方之輪轂24A的端面241A與基底部113之軸向軸承面1132之間的軸向軸承間隙61a、及滑輪2的另一方之輪轂24B的端面241B與軸向板12之一方的端面(軸向軸承面)121之間的軸向軸承間隙61b。
流入於軸向軸承間隙61a、61b的壓縮空氣f1 ，係以輻射狀朝向各輪轂24A、24B之外周流動，最終朝向外部(大氣壓)釋放出。各軸向軸承間隙61a、61b內之壓力，係在從徑向軸承間隙60排出的壓縮氣體f1所流入的滑輪2之內周側變高，而隨著朝向輪轂24A、24B之外周逐漸地減少。因此，在軸向軸承間隙61a、61b內係形成有平均壓力較高的空氣膜，能藉由該壓力來支撐軸向荷重。藉此，能拘束滑輪2朝向軸向方向之移動。
在此，在軸向軸承間隙61a、61b之厚度s1較小的情況，當滑輪2沿著軸心O些微移動時，因一方之 軸向軸承間隙61a、61b會變狹窄，而另一方之軸向軸承間隙61a、61b變寬厚，故而軸向軸承間隙61a、61b內之壓力分佈會變化，而有發生自激振動的可能性。具體而言，因在變窄的軸向軸承間隙61a、61b內，壓力會依阻抗之增加而上升，而在變寬的軸向軸承間隙61a、61b內，壓力會依阻抗之減少而減少，故而滑輪2，係以只要些微地靠近一方之軸向軸承面1132、121就會被回推至另一方之軸向軸承面121、1132側的方式沿著軸心O移動。這情形將反覆發生。
在本實施形態中，因是以即便滑輪2朝向一 方之軸向軸承面1132、121些微地移動，亦不急劇地被回推至另一方之軸向軸承面121、1132側的程度設置具有餘裕之厚度s1的軸向軸承間隙61a、61b，故而可以抑止自激振動之發生。
如此，依據本實施形態的空氣軸承單元4，因 能從與滑輪2之內周面221對向的多孔質燒結層112對徑向軸承間隙60供應壓縮空氣，而從該徑向軸承間隙60排出的壓縮空氣，能在保持其壓力之狀態下，導入於滑輪2的兩面側之軸向軸承間隙61a、61b，故而可以藉由徑向軸承間隙60內的空氣膜之壓力及軸向軸承間隙61a、61b內的空氣膜之壓力，以非接觸方式支撐滑輪2之徑向荷重及軸向荷重。因此，因幾乎不會發生動力損失，故而可以使滑輪2高速地旋轉。又，因將從徑向軸承間隙60排出的壓縮空氣利用於軸向軸承間隙61a、61b內的空氣膜之 形成，故而沒有必要將用以排出來自徑向軸承間隙60之壓縮空氣的排氣用槽和排氣孔，形成於氣壓軸單元1及滑輪2中之任一個。因而，可以簡化保持高速旋轉的滑輪2之空氣軸承單元4的構造。
再者，因亦沒有必要將對軸向軸承間隙61a、 61b噴出壓縮空氣的多孔質燒結層另外設置於氣壓軸11，故而可以更加簡化空氣軸承單元4之構造，並且可以謀求空氣軸承單元4之製造成本的減低。
又，氣壓軸單元1係以其兩端部來保持，故 而即便為了保持長條狀之滑輪2而使氣壓軸11長條化，亦可以抑制氣壓軸11因自重所引起的撓曲。因此，隔出些微之徑向軸承間隙60可防止相對向的滑輪2之氣壓軸插入用孔22之內周面221與多孔質燒結層112之外周面(徑向軸承面)1121的接觸。因此，即便將支撐對象之滑輪2在軸心O方向加長，亦可以穩定地非接觸支撐該滑輪2。
又，由於沒有必要將順沿軸心O方向的排氣 孔形成於滑輪2，所以能夠將滑輪2之厚度形成得更為薄。因此，即便將滑輪2在軸心O方向加長，亦可以藉由滑輪2的薄化，來謀求滑輪2之輕量化。藉此，因能夠使長條狀之滑輪2更高速地旋轉，並且能減低施加於氣壓軸11的荷重，故而能更進一步抑制氣壓軸11之撓曲。因此，可以更穩定地非接觸支撐高速旋轉的滑輪2。
又，在本實施形態的空氣軸承單元4中，只 要能從徑向軸承面1121對徑向軸承間隙60噴出壓縮空氣即可，沒有必要安裝從軸向軸承面1132、121及徑向軸承面1121之各個噴出壓縮氣體之較厚的多孔質體。因而，只要厚度數毫米(例如約2.5mm)左右的多孔質燒結層112一體地形成於背墊金屬111即可。因此，可以實現空氣軸承單元4之小型化。
又，依據本實施形態的空氣軸承單元4，因在 氣壓軸11側形成有多孔質燒結層112，故而只要在支撐對象之滑輪2，形成有用以插入氣壓軸11的氣壓軸插入用孔22就足夠，沒有必要形成特別的部位。因此，可以減低作為交換零件的滑輪2之製造成本，且可以削減運轉成本(running cost)。
又，因將軸向軸承間隙61a、61b之厚度s1， 加大至不發生自激振動的程度，故而可以防止自激振動之發生。因此，可以更穩定地非接觸支撐高速旋轉的滑輪2。
另外，在本實施形態中，雖然是使用具有段 差的圓柱狀之背墊金屬111，但是亦可將該背墊金屬111形成為例如中空構造。
以上，在本實施形態中，雖然是舉支撐長條 狀之滑輪2的空氣軸承單元4為例，但是亦可為支撐長條狀之滑輪2以外的旋轉體者。例如，亦可為支撐複數個一般的滑輪者。

Claims (5)

  1. 一種靜壓氣體軸承單元，係藉由夾介存在於徑向軸承間隙和第一及第二軸向軸承間隙的氣體膜以非接觸方式支撐朝向繞軸心之方向旋轉的旋轉體之靜壓氣體軸承單元，其特徵為，具備：軸單元，其係插入於貫通前述旋轉體之兩端面的軸插入孔內；以及軸保持手段，其係以前述旋轉體之軸插入孔的兩側之位置來保持前述軸單元，前述軸單元，係具有：徑向軸承面，其係對向於前述軸插入孔之內周面，並在與該內周面之間形成前述徑向軸承間隙，且對前述徑向軸承間隙噴出用以形成前述氣體膜的氣體，前述徑向軸承間隙，具有較前述第一及第二軸向軸承間隙之厚度更小的厚度；及第一軸向軸承面，其係與前述徑向軸承面相鄰，且對向於前述旋轉體之一方的端面，並在與該端面之間，形成與前述徑向軸承間隙之一方的端側連繫的前述第一軸向軸承間隙；以及第二軸向軸承面，其係與前述徑向軸承面相鄰，且對向於前述旋轉體之另一方的端面，並在與該端面之間，形成與前述徑向軸承間隙之另一方的端側連繫的前述第二軸向軸承間隙，前述氣體，係朝向前述第一軸向軸承間隙及前述第二 軸向軸承間隙流動於前述徑向軸承間隙內，並從該徑向軸承間隙分別排出至前述第一軸向軸承間隙及前述第二軸向軸承間隙，且在該第一軸向軸承間隙內及該第二軸向軸承間隙分別形成前述氣體膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的靜壓氣體軸承單元，其中，前述軸單元，係具備：軸，其係具有：附段差的圓柱狀之背墊金屬；以及形成於前述徑向軸承部之外周面的多孔質層，該背墊金屬係具有：基底部；以及形成於前述基底部之端面且直徑比前述基底部還更為小的徑向軸承部，前述軸係插入於前述旋轉體之軸插入孔，並以前述多孔質層之表面作為前述徑向軸承面而在與前述旋轉體之軸插入孔的內周面之間形成前述徑向軸承間隙，並且以前述基底部與前述徑向軸承部之間的段差面作為前述第一軸向軸承面而在與前述旋轉體之一方的端面之間形成前述第一軸向軸承間隙；以及軸向板，其係固定於前述徑向軸承部之端面，且以與前述旋轉體之另一方的端面相對向之面作為前述第二軸向軸承面而在與前述旋轉體之另一方的端面之間形成前述第二軸向軸承間隙，前述軸保持手段，係固定前述軸之基底部和前述軸向板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的靜壓氣體軸承單元，其中，作為前述旋轉體，係具有軸向之尺寸比徑向之尺寸還更為長的滑輪。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的靜壓氣體軸承單元，其中，作為前述旋轉體，係具有軸向之尺寸比徑向之尺寸還更為長的滑輪。
  5. 一種軸單元，其特徵為：作為申請專利範圍第1至3項中任一項所述的靜壓氣體軸承單元之構成要素而用於該靜壓氣體軸承單元。
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