JP2003065334A - 静圧気体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造を単純化して、小型で、製作容易で、ハ
ウジングと多孔質部材とが軸方向にずれるおそれがな
く、また加圧気体の供給に事故があっても焼きつくおそ
れがない静圧気体軸受を安価に提供する。 【解決手段】 ハウジング１の内周面に全面的に取り付
けた多孔質体２４の内周に軸体２を配設し、多孔質体２
４の内周面と軸体２の外周面との少なくとも一方に内側
の内周溝３０を設けて、その溝３０を介してハウジング
１の外部と軸体２の内部とを連通孔９と通気孔３１とで
連通させた。また、多孔質体２４の内周面と軸体２の外
周面との少なくとも一方には内側の内周溝３０の両側に
外側の内周溝３３をそれぞれ設けて、その溝３３はハウ
ジングに設けた排気孔３５を介してハウジング１の外部
に連通させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密機械、超精密
機械等の主軸や回転テーブルを支持する軸等に好適に用
いられる静圧気体軸受の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静圧気体軸受の中空スピンドル軸
の一端に回転継手を取り付けると共に他端には真空吸着
機構を配設し、その回転継手を介して真空ポンプの配管
を接続するようにした真空吸着機構付き静圧気体軸受が
知られている。しかし、この真空吸着機構付き静圧気体
軸受は、スピンドル軸の真空吸着側とは反対側の軸端に
回転継手が接続されているため、スピンドルの軸方向長
さが長くなるばかりではなく、回転継手のシールの摩擦
抵抗が加わるために大きなトルクが必要となり、また回
転継手の部品代金の分だけコスト高となり、更にスピン
ドルの軸端に回転継手以外の部品を取り付けることがで
きない等の問題があった。

【０００３】これに対して、本出願人は、先に、上記の
問題を改善した真空吸着機構付き静圧気体軸受を出願し
た（特開昭６２−２１８８８９号公報）。このものは、
スピンドル軸端に取り付けられる回転継手の代わりに、
静圧気体軸受のハウジングと中空軸とに回転継手と同等
の機構を設けたものである。図２はその軸受の要部を示
した断面図で、固定のハウジング１の内側に中空の円筒
状の軸体２が回転自在に非接触で支承されるもので、そ
のハウジング１の内面には中間部３を隔てて一対のリン
グ状の多孔質体４が取り付けられており、その内周面が
一方の軸受面であるラジアル軸受面５を形成するととも
に、その一端面がスラスト軸受面６を形成している。軸
体２は一端にワークＷを真空吸着（真空チャック）する
開口を有し、その外周面が他方の軸受面であるラジアル
受面７を形成し、軸受すき間８を介してラジアル軸受面
５に対向している。

【０００４】また、軸体２に設けた中空孔Ｈが設けら
れ、その中空孔Ｈの長手方向の中間部位には連通孔９が
設けられて軸体の外周面に開口している。一方、ハウジ
ング１の中間部３には、内周面に円周方向に連続する内
周溝１０を連通孔９に対向させて設けると共に、その内
周溝１０からハウジング外面に貫通する通気孔１１を設
けてある。そして、この通気孔１１に真空配管を接続し
て吸引すると、連通孔９，内周溝１０，通気孔１１で構
成される通気径路が回転継手として機能して回転する軸
体２内が排気され、軸端のワークＷを軸体２の端面に吸
着するようにしている。

【０００５】軸体２は給気孔１２から供給した圧力気体
を多孔質体４のラジアル軸受面５から軸受すき間８に噴
出せしめることにより、軸受すき間８を介してハウジン
グ１に非接触で支持される。そして、例えば軸端に取り
付けられた図示されない円盤状のロータと、これに対向
するハウジング１の側壁に取り付けられた図示されない
円盤状のステータとによって回転駆動するようにしてあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の静圧気体軸受にあっては、多孔質体４がハウジング
１の両端部の内径側に段部を加工して軸方向に一対に装
着されているため、以下のような種々の問題点が生じて
いた。 同一径で軸受面積を大きくして耐負荷性能を高めよう
とすると、装置の全長が長くなり装置全体が大型化す
る。また、多孔質体４の取り付け構造が複雑で製造コス
トが高くなる。

【０００７】多孔質体４の内側端面がハウジングの中
間部３の段部の面に対向しているから、給気孔１２から
加圧気体を供給したときハウジング１と多孔質体４が軸
方向に相対移動してずれてしまうおそれがある。 万一、回転中に加圧気体の供給が停止するなどの事故
が生じた場合に、ハウジング１の中間部３の内径面と軸
体２の外径面とが多孔質体４を介さずに直接に接触して
摩擦熱で焼きつくおそれがある。

【０００８】そこで本発明は、ハウジングの内面の多孔
質体を軸方向に連続させて形成することにより構造を単
純化して、小型で、製作容易で、ハウジングと多孔質部
材とが軸方向にずれるおそれがなく、また加圧気体の供
給に事故があっても焼きつくおそれがない静圧気体軸受
を安価に提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ハウ
ジングの内周面に取り付けた多孔質体の内周に軸体を配
設し、該軸体に設けた中空孔は連通孔を介して軸体の外
周面に開口し、前記多孔質体から軸体に加圧気体を噴出
する静圧気体軸受において、前記多孔質体は前記ハウジ
ング内に該ハウジングの内周面全体を覆うように連続し
て設けられ、前記多孔質体の内周面と前記軸体の外周面
との少なくとも一方には前記連通孔と対向する位置に内
側の内周溝を設け、該内側の内周溝は多孔質体に設けた
通気孔およびハウジングに設けた排気孔を介してハウジ
ングの外面に開口し、かつ前記多孔質体の内周面と前記
軸体の外周面との少なくとも一方には内側の内周溝の両
側に外側の内周溝をそれぞれ設け、該外側の内周溝は多
孔質体に設けた通気孔およびハウジングに設けた排気孔
を介してハウジングの外面に開口する構成とした。

【００１０】請求項２の発明は、前記多孔質体をグラフ
ァイトから形成したことを特徴とする。また、請求項３
の発明は、前記多孔質体が前記ハウジングの内周面に連
続して一体に取り付けられていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の多孔質体は、ハウジングの内周面全体
を覆うように連続しており、軸方向に分割されていな
い。そのため軸受の構造が単純になり、製作が容易であ
る。また、多孔質体のラジアル軸受面積が同一の従来品
より軸方向長さが短くなって小型化される。

【００１２】また、多孔質体は軸方向でハウジングと対
向する面を有しないため、多孔質体から噴出する加圧気
体でハウジングと多孔質体との両者の間に相対的な軸方
向加圧力が作用することはない。また、ハウジングの内
周面全面が多孔質部材で構成されているため、摺動性の
良い多孔質部材を使用すれば、回転中に多孔質体と軸が
接触しても焼きつくことはない。

【００１３】本発明の静圧気体軸受は、軸体に設けた中
空孔内を連通孔，内側の内周溝，通気孔を介して排気し
た場合は、真空チャックとして機能する。一方、軸体に
設けた中空孔内に連通孔，内側の内周溝，通気孔を介し
て加圧気体を送った場合は、加圧チャックとして機能す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図１は、本発明の静圧気体軸受の一実
施例の縦断面図である。なお、従来と同一または相当部
分には同一の符号を付してある。まず構成を説明する
と、固定のハウジング１の内部に、軸体２が回転自在に
支持されている。回転体２の円筒部の両軸端には、フラ
ンジ状の鍔部２ａがそれぞれに取り付けてあり、一方の
鍔部２ａは盲とされ他方の鍔部２ａは開口３ａを有して
いる。図示されてはいないが、そのうち少なくとも一方
の鍔部２ａは、ハウジング１への回転体２の組付けを考
慮して、着脱可能にネジ止めされている。

【００１５】ハウジング１の内周面には、１個の長円筒
状の多孔質体２４が全面に固着されている。またハウジ
ング１には、外周面に開口するねじ付給気孔１２から多
孔質体２４の軸方向端部近傍の外周面に設けた円周方向
の溝２５，２５に至る給気通路２６が形成され、多孔質
体２４に圧力気体を送り込む構造になっている。多孔質
体２４の内周面は一方の軸受面としてのラジアル軸受面
５であって、ラジアル軸受すきま８を介して軸体２の外
周面の他方の軸受面であるラジアル受面７に対向してい
る。また、多孔質体２４の軸方向の両端面はスラスト軸
受面６とされ、軸体２の各鍔部２ａの内側面であるスラ
スト受面２７とスラスト軸受すきま２８を介して対向し
ている。

【００１６】軸体２の長さ方向の中間位置には、肉厚を
径方向に貫通して連通孔９が１８０度の位相で二箇所に
形成されている。この連通孔９は二個以上でもよいが、
できるだけ円周等分位置に設けるのが好ましい。多孔質
体２４の内周面の長さ方向の中間位置には、円周方向に
連続する内側の内周溝３０が軸体２の連通孔９に対向さ
せて設けてある。また、その内側の内周溝３０から多孔
質体２４とハウジング１の各側壁を貫通して外部に開口
する径方向の通気孔３１が設けてあり、連通孔９，内側
の内周溝３０，通気孔３１で回転継手の通気経路を構成
している。更に、内側の内周溝３０を挟んで両側の二箇
所に、円環状の内周ランド部３２，３２を隔てて円周方
向に連続する溝が外側の内周溝３３，３３として形成さ
れている。そして、それらの各外側の内周溝３３，３３
から多孔質体２４とハウジング１の各側壁を貫通して外
部に開口する径方向の排気孔３５が設けられている。

【００１７】上記の内周ランド部３２，３２はラジアル
受面７との間に微小すき間を形成して内側の内周溝３０
と外側の内周溝３３，３３との間に圧力差を確保するた
めのもので、当該微小すき間の大きさは、内側の内周溝
３０内の圧力の大きさ（減圧の場合と加圧の場合とでは
かなり異なる）に応じて適宜に調整される。次に作用を
説明する。

【００１８】ハウジング１の給気孔１２から圧力気体を
供給すると、その圧力気体は給気路２６を経て多孔質体
２４の外周の溝２５，２５に至り、そこから多孔質体２
４に供給されて、多孔質体２４内を通り内周面のラジア
ル軸受面５及び外側面のスラスト軸受面６から均一に噴
出する。これにより、ラジアル軸受すきま８及びスラス
ト軸受すきま２８に圧力の高い気体層が形成されて、軸
体２はハウジング１に非接触に浮上支持される。噴出し
た圧力気体は外側の内周溝３３，３３から排気孔３５を
経て大気中へ放出される。また、噴出した圧力気体の一
部は、スラスト軸受すきま２８からも大気中へ放出され
る。

【００１９】この場合、多孔質体２４はハウジング１の
内周全面に形成されていて、従来例のようにハウジング
１と軸方向に対向する面を有しないことから、多孔質体
２４からの圧力気体の噴出でハウジング１と多孔質体２
４とが軸方向に相対移動してずれるという現象は全く生
じない。また、なんらかの事故でハウジングの給気孔１
２への圧力気体の供給が止まると、軸受すき間２８の圧
力が低下してそれまで多孔質体２４に非接触状態で回転
中の軸体２が沈み、多孔質体のラジアル軸受面５と中空
軸のラジアル受面７とが接触して回転することになる。
その場合も、金属製のハウジング１の内面が直接に金属
製のラジアル受面７に接触することはなく、多孔質体２
４とラジアル受面７との接触であるから、多孔質体２４
を摺動性の良いグラファイトなどの材料を用いて形成す
れば、ラジアル軸受面５の焼きつきを防止できる。

【００２０】この静圧気体軸受を真空チャックとして機
能させる場合は、通気孔３１に真空配管を接続して吸引
する。これにより、回転中の軸体内の空気が連通孔９，
内側の内周溝３０，通気孔３１を経て吸引されて軸体の
中空孔Ｈ内が減圧され、ワークＷは軸体２の開口３ａ側
の端面に真空吸着して保持される。この真空吸引に際し
て、内側の内周溝３０の両隣は大気に開放された外側の
内周溝３３であるが、内周ランド部３２とラジアル受面
７とのすき間が微小であるから、その排気抵抗で内側の
内周溝３０内は所定の減圧状態に維持される。

【００２１】反対に、この静圧気体軸受を加圧チャック
として機能させる場合は、軸体２の中空孔Ｈ内に、加圧
チャック用のバネ付きピストンを装着しておく。このピ
ストンは非加圧時はバネで押されて前進位置にあり、被
チャック部材であるワークＷは開放されている。チャッ
ク時には、通気孔３１にコンプレッサの配管を接続して
軸体２内に加圧気体を送りこむ。加圧気体は軸体２が回
転中でも通気孔３１，内側の内周溝３０，連通孔９を経
て中空孔Ｈに達し、加圧チャック用のバネ付きピストン
を加圧してバネの押圧に抗して後退させる。これにより
ワークＷは軸体２の開口３ａ側の端面に保持される。

【００２２】この加圧の場合にも、内周ランド部３２と
ラジアル受面７との微小なすき間が、外側の内周溝３３
との圧力差を維持して内側の内周溝３０の圧力低下を防
止する。なお、多孔質体２４の三個の内周溝３０，３
３，３３、通気孔３１の配管接続口及び内周ランド部３
２には樹脂含浸を行って気体が連通しにくくすることが
好ましい。しかし、例えば排気する場合の真空ポンプに
は十分な排気容量があり、加圧する場合のコンプレッサ
には十分な気体圧縮容量があるので、これらの樹脂含浸
は行わなくても、実用上の問題はない。

【００２３】上記実施例では、円周方向に連続する内周
溝３０，３３，３３を多孔質体２４の内周面の三個所に
形成したものを示したが、これに限らず、それらの内周
溝３０，３３，３３は軸体２の外周面に設けてもよく、
あるいは多孔質体２４の内周面と軸体２の外周面との双
方に分けて設けても良い。また、円周方向に連続する溝
３０，３３，３３は、多孔質部材２４の軸方向長さ（ハ
ウジング１の軸方向長さ）に応じて三個所以上の個所に
設けてもよい。その場合、溝の配置個所が奇数であれば
内側の内周溝３０を一個もしくは奇数個とし、この溝に
少なくとも一個の通気孔３１を設けると共に、外側の内
周溝３３にそれぞれ排気孔３５を設けても良い。一方、
溝の配置個所が偶数であれば内側の内周溝３０二個もし
くは偶数個としてこの溝に少なくとも一個の通気孔３１
を設けると共に、外側の内周溝３３にそれぞれ排気孔３
５を設けても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静圧気体軸受の一方の軸受面をハウジング内面の全面を
連続して覆う多孔質体で形成したため、構造が小型化，
単純化されて製作が容易になり、その結果、低コストに
製作できるという効果が得られる。

【００２５】また、多孔質体はハウジングと軸方向で対
向する面を有しないため、ハウジングと多孔質体とが圧
力気体の力に押されて相対移動し変形することがないと
いう効果が得られる。更に、ハウジングの内周面が多孔
質体に覆われることにより、軸体の回転中に加圧気体の
供給が停止しても軸体の外周面がハウジングの内周面に
接触することがないので、軸体が摩擦熱によってハウジ
ングに焼き付くことを防止できるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部の縦断面図である。

【図２】従来の静圧気体軸受の要部の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 軸体 ９ 連通孔 ２４ 多孔質体 ３０ 内側の内周溝 ３１ （ハウジングの）通気孔 ３３ 外側の内周溝 ３５ 排気孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内周面に取り付けた多孔質
   体の内周に軸体を配設し、該軸体に設けた中空孔は連通
   孔を介して軸体の外周面に開口し、前記多孔質体から軸
   体に加圧気体を噴出する静圧気体軸受において、 前記多孔質体は前記ハウジング内に該ハウジングの内周
   面全体を覆うように連続して設けられ、前記多孔質体の
   内周面と前記軸体の外周面との少なくとも一方には前記
   連通孔と対向する位置に内側の内周溝を設け、該内側の
   内周溝は多孔質体に設けた通気孔およびハウジングに設
   けた排気孔を介してハウジングの外面に開口し、かつ前
   記多孔質体の内周面と前記軸体の外周面との少なくとも
   一方には内側の内周溝の両側に外側の内周溝をそれぞれ
   設け、該外側の内周溝は多孔質体に設けた通気孔および
   ハウジングに設けた排気孔を介してハウジングの外面に
   開口することを特徴とする静圧気体軸受。
2. 【請求項２】 前記多孔質体をグラファイトから形成し
   たことを特徴とする請求項１記載の静圧気体軸受。
3. 【請求項３】 前記多孔質体は前記ハウジングの内周面
   に連続して一体に取り付けられていることを特徴とする
   請求項１記載の静圧気体軸受。