JP2711584B2 - 流体軸受装置 - Google Patents
流体軸受装置Info
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- JP2711584B2 JP2711584B2 JP2145349A JP14534990A JP2711584B2 JP 2711584 B2 JP2711584 B2 JP 2711584B2 JP 2145349 A JP2145349 A JP 2145349A JP 14534990 A JP14534990 A JP 14534990A JP 2711584 B2 JP2711584 B2 JP 2711584B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軸受面と回転体との間の微小すきまに流体
膜を形成して回転体を非接触支持する流体軸受に関し、
特に、高速回転および高精度回転を必要とする工作機
械、計測機械等に使用される流体軸受に関する。
膜を形成して回転体を非接触支持する流体軸受に関し、
特に、高速回転および高精度回転を必要とする工作機
械、計測機械等に使用される流体軸受に関する。
［従来の技術］ 従来の流体静圧軸受として、第４図に示す構成のもの
が知られている。同図において、１は回転体であるスラ
ストプレート、２は回転体であるロータ、３はハウジン
グ、４はハウジング３に固定されたリング形状の多孔質
体、５はハウジング３に嵌着された円筒形状の多孔質
体、６は給気孔、７は多孔質体4,5とハウジング３の間
に形成された中空の給気室、８は多孔質体５の円周上に
設けられた排気溝、９は排気孔、10は多孔質体４の軸受
面4aとスラストプレート１との間の微小すきま、11は多
孔質体５の軸受面5aとロータ２との間の微小すきまであ
る。
が知られている。同図において、１は回転体であるスラ
ストプレート、２は回転体であるロータ、３はハウジン
グ、４はハウジング３に固定されたリング形状の多孔質
体、５はハウジング３に嵌着された円筒形状の多孔質
体、６は給気孔、７は多孔質体4,5とハウジング３の間
に形成された中空の給気室、８は多孔質体５の円周上に
設けられた排気溝、９は排気孔、10は多孔質体４の軸受
面4aとスラストプレート１との間の微小すきま、11は多
孔質体５の軸受面5aとロータ２との間の微小すきまであ
る。
上記構成において、給気孔６から加圧気体を供給する
と、その加圧気体は、給気室７から多孔質体4,5を通
り、軸受面4a、5aの開気孔から噴出し、微小すきま10,1
1に気体膜を形成し、スラストプレート１およびロータ
２を支持する。軸受面4aに噴出した気体は外部へ排出さ
れる。軸受面5aに噴出した気体は排気溝８を通り排気孔
９から外部へ排出される。
と、その加圧気体は、給気室７から多孔質体4,5を通
り、軸受面4a、5aの開気孔から噴出し、微小すきま10,1
1に気体膜を形成し、スラストプレート１およびロータ
２を支持する。軸受面4aに噴出した気体は外部へ排出さ
れる。軸受面5aに噴出した気体は排気溝８を通り排気孔
９から外部へ排出される。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような従来例では回転体が高速回転し
たときの変形により、スラストプレート１の面1aと軸受
面4aとが接触してしまうという欠点があった。
たときの変形により、スラストプレート１の面1aと軸受
面4aとが接触してしまうという欠点があった。
本発明の目的は、回転体の回転時の変形によりスラス
ト軸受部で軸受面と回転体とが接触することを防止した
流体軸受の提供にある。
ト軸受部で軸受面と回転体とが接触することを防止した
流体軸受の提供にある。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため本発明では、スラストプレー
トと該スラストプレートの片面にのみ結合されたロータ
とを有する回転体と、該スラストプレートのロータが結
合されている側の側面に対向して流体膜によって非接触
支持するスラスト軸受面を持った流体軸受とを備え、該
回転体が回転したときの遠心力で該スラストプレートが
倒れ込んで、前記スラスト軸受面に対向する前記スラス
トプレートの側面が傾くことを予め見込んで、回転体の
停止時に前記スラスト軸受面と前記スラストプレート側
面との間隔が外周ほど大きくなるように軸受間隔を設定
したことを特徴とする。
トと該スラストプレートの片面にのみ結合されたロータ
とを有する回転体と、該スラストプレートのロータが結
合されている側の側面に対向して流体膜によって非接触
支持するスラスト軸受面を持った流体軸受とを備え、該
回転体が回転したときの遠心力で該スラストプレートが
倒れ込んで、前記スラスト軸受面に対向する前記スラス
トプレートの側面が傾くことを予め見込んで、回転体の
停止時に前記スラスト軸受面と前記スラストプレート側
面との間隔が外周ほど大きくなるように軸受間隔を設定
したことを特徴とする。
［作用］ 従来の流体軸受において、回転体が高速回転したとき
の変形によりスラスト軸受部で軸受面と回転体とが接触
してしまう理由は、以下の通りである。
の変形によりスラスト軸受部で軸受面と回転体とが接触
してしまう理由は、以下の通りである。
すなわち、スラストプレート１およびロータ２からな
る第４図に示すような回転体を駆動手段（図示しない）
により高速回転させたとき、ロータ２が遠心力により変
形し、微小すきま11が減少して回転体と軸受面5aとが接
触してしまうことは知られている。そこで、一般的には
予め遠心力による変形を見込んでロータ２と多孔質体５
との間の微小すきま11を各々均等な量だけ大き目に設定
している。また、一般に、回転円板の遠心力による変形
形状は、第５図の破線のようになることが知られている
が、従来は、回転軸に垂直な面すなわち第４図における
スラストプレート１の面1aの変形も同様の傾向の変形で
あり、すなわち高速回転時、微小隙間10はむしろ広がる
傾向にあると考えられていた。このため、高速回転時に
おけるスラストプレート１と多孔質体４との間の微小す
きま10の変化に関してあまり考慮されていないのが実状
であった。
る第４図に示すような回転体を駆動手段（図示しない）
により高速回転させたとき、ロータ２が遠心力により変
形し、微小すきま11が減少して回転体と軸受面5aとが接
触してしまうことは知られている。そこで、一般的には
予め遠心力による変形を見込んでロータ２と多孔質体５
との間の微小すきま11を各々均等な量だけ大き目に設定
している。また、一般に、回転円板の遠心力による変形
形状は、第５図の破線のようになることが知られている
が、従来は、回転軸に垂直な面すなわち第４図における
スラストプレート１の面1aの変形も同様の傾向の変形で
あり、すなわち高速回転時、微小隙間10はむしろ広がる
傾向にあると考えられていた。このため、高速回転時に
おけるスラストプレート１と多孔質体４との間の微小す
きま10の変化に関してあまり考慮されていないのが実状
であった。
これに対し、本発明者の知見によると、第４図に示す
ような回転体が高速回転したときは、スラストプレート
１の片側にロータ２が設けられているため、ロータ２と
結合されている側の面1aの遠心力による伸びがロータ２
によって押えられ、結果としてスラストプレート１のロ
ータ側の面1aは、第６図に示す破線のように、ロータ側
へ倒れ込むように変形する。すなわち、回転体が高速回
転したときには、微小すきま10も少さくなるため、上記
従来例のように微小すきま11を大き目に設定しても、ス
ラストプレート１の面1aと軸受面4aとが接触してしまう
ことになる。
ような回転体が高速回転したときは、スラストプレート
１の片側にロータ２が設けられているため、ロータ２と
結合されている側の面1aの遠心力による伸びがロータ２
によって押えられ、結果としてスラストプレート１のロ
ータ側の面1aは、第６図に示す破線のように、ロータ側
へ倒れ込むように変形する。すなわち、回転体が高速回
転したときには、微小すきま10も少さくなるため、上記
従来例のように微小すきま11を大き目に設定しても、ス
ラストプレート１の面1aと軸受面4aとが接触してしまう
ことになる。
本発明では、回転体が回転したときの遠心力でスラス
トプレートが倒れ込んで、スラスト軸受面に対向するス
ラストプレートの側面が傾くことを予め見込んで、回転
体の停止時にスラスト軸受面とスラストプレート側面と
の間隔が外周ほど大きくなるように軸受間隔を設定する
ようにしたため、回転時の遠心力によりスラストプレー
トの側面が倒れ込んでも、スラスト軸受面とスラストプ
レート側面とが接触するのを防止することができる。
トプレートが倒れ込んで、スラスト軸受面に対向するス
ラストプレートの側面が傾くことを予め見込んで、回転
体の停止時にスラスト軸受面とスラストプレート側面と
の間隔が外周ほど大きくなるように軸受間隔を設定する
ようにしたため、回転時の遠心力によりスラストプレー
トの側面が倒れ込んでも、スラスト軸受面とスラストプ
レート側面とが接触するのを防止することができる。
本発明のより具体的な態様においては、回転体が目標
回転数になったとき、前記軸受面とスラストプレートの
対向面とが平行になるように停止時の軸受間隔を設定す
る。また、回転体の形状、材質、目標とする回転数によ
り決定される回転体の変形量および変形形状に合わせ
て、軸受面の形状あるいはスラストプレート側面の形状
を設定する。
回転数になったとき、前記軸受面とスラストプレートの
対向面とが平行になるように停止時の軸受間隔を設定す
る。また、回転体の形状、材質、目標とする回転数によ
り決定される回転体の変形量および変形形状に合わせ
て、軸受面の形状あるいはスラストプレート側面の形状
を設定する。
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る気体軸受の微小す
きま10の部分の拡大図である。第１図の軸受は、全体構
成は第４図に示す従来例と同様であるが、この微小すき
ま10の部分の構造が異なっている。第１図において、微
小すきま10、11および面1aの変形形状（図中破線）は説
明のために誇張して表わしている。
きま10の部分の拡大図である。第１図の軸受は、全体構
成は第４図に示す従来例と同様であるが、この微小すき
ま10の部分の構造が異なっている。第１図において、微
小すきま10、11および面1aの変形形状（図中破線）は説
明のために誇張して表わしている。
回転前の微小すきま10（幅Ｃ）は、回転によるスラス
トプレート１の変形量をΔｘとし、目標とする軸受性能
（主に剛性および負荷容量）を得るための設計上のすき
まをCoとして、Ｃ＝Co＋Δｘの関係となるようにしてい
る。
トプレート１の変形量をΔｘとし、目標とする軸受性能
（主に剛性および負荷容量）を得るための設計上のすき
まをCoとして、Ｃ＝Co＋Δｘの関係となるようにしてい
る。
上記構成において、回転体であるスラストプレート１
とロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の
面1aはロータ２の影響により図中破線のように軸受面４
側へ倒れ込んでくる。しかし、第１図の流体軸受におい
ては、この倒れ込んでくる量（Δｘ）を見込んで微小す
きま10の幅Ｃが設定されているため、面1aと軸受面4aと
が接触することが防止される。
とロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の
面1aはロータ２の影響により図中破線のように軸受面４
側へ倒れ込んでくる。しかし、第１図の流体軸受におい
ては、この倒れ込んでくる量（Δｘ）を見込んで微小す
きま10の幅Ｃが設定されているため、面1aと軸受面4aと
が接触することが防止される。
微小すきま10の量Ｃについて具体例で説明する。スラ
ストプレート１の外径が105mm、内径が30mm、厚さが25m
mであり、ロータ２の外径が50mm、内径が30mm、長さが5
6mm、ヤング率が21000kgf/mm2、ボアソン比が0.33、比
重が7.8g/cm3である回転体を30000r.p.m.で回転させた
とき、これを有限要素法を用いて解析すると、スラスト
プレート１の面1aの最大の変形量（Δｘ）は8.6μｍ程
度になる。
ストプレート１の外径が105mm、内径が30mm、厚さが25m
mであり、ロータ２の外径が50mm、内径が30mm、長さが5
6mm、ヤング率が21000kgf/mm2、ボアソン比が0.33、比
重が7.8g/cm3である回転体を30000r.p.m.で回転させた
とき、これを有限要素法を用いて解析すると、スラスト
プレート１の面1aの最大の変形量（Δｘ）は8.6μｍ程
度になる。
例えば回転体が30000r.p.m.で回転時に微小すきま10
がCo＝10μｍになるようにするために、面1aの変形量Δ
ｘ＝8.6μｍを見込んで製作時にＣ＝Co＋Δｘ＝18.6μ
ｍとなるように微小すきま10の大きさＣを設定しておけ
ば、面1aと軸受面4aは接触することなく、また剛性、負
荷容量も確保することができる。
がCo＝10μｍになるようにするために、面1aの変形量Δ
ｘ＝8.6μｍを見込んで製作時にＣ＝Co＋Δｘ＝18.6μ
ｍとなるように微小すきま10の大きさＣを設定しておけ
ば、面1aと軸受面4aは接触することなく、また剛性、負
荷容量も確保することができる。
第２図は、本発明の第２の実施例を示す微小すきま10
の部分の拡大図である。全体の構成は従来例第４図と同
様である。ここで、微小すきま10、11および面1aの変形
形状（図中破線）は説明のために誇張して表わしてい
る。
の部分の拡大図である。全体の構成は従来例第４図と同
様である。ここで、微小すきま10、11および面1aの変形
形状（図中破線）は説明のために誇張して表わしてい
る。
回転前の微小すきま10（＝C,C′）は、スラストプレ
ート１の外周側の変形量Δｘと、内周側の変形量Δｘ′
と、目標とする軸受性能（主に剛性および負荷容量）を
得るための設計上のすきまCoとからなり、各々Ｃ＝Δｘ
＋Co,C′＝Δｘ′＋Coの関係となるようにし、軸受面4a
をテーパー形状にしている。
ート１の外周側の変形量Δｘと、内周側の変形量Δｘ′
と、目標とする軸受性能（主に剛性および負荷容量）を
得るための設計上のすきまCoとからなり、各々Ｃ＝Δｘ
＋Co,C′＝Δｘ′＋Coの関係となるようにし、軸受面4a
をテーパー形状にしている。
上記構成において、回転体であるスラストプレート１
とロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の
面1aは、ロータ２の影響により図中破線のように軸受面
4aへ倒れ込んでくる。このときのスラストプレートの外
周側変形量Δｘと内周側の変形量Δｘ′とを見込んで微
小すきま10（＝C,C′）が設定されている。このため、
面1aと軸受面4aとが接触することはなくなる。
とロータ２を高速回転させると、スラストプレート１の
面1aは、ロータ２の影響により図中破線のように軸受面
4aへ倒れ込んでくる。このときのスラストプレートの外
周側変形量Δｘと内周側の変形量Δｘ′とを見込んで微
小すきま10（＝C,C′）が設定されている。このため、
面1aと軸受面4aとが接触することはなくなる。
微小すきま10の量C,C′と軸受面4aのテーパー量につ
いて具体例で説明する。スラストプレート１の外径が10
5mm、内径が30mm、厚さが25mmであり、ロータ２の外径
が50mm、内径が30mm、長さが56mm、ヤング率が21000kgf
/mm2、ボアソン比が0.33,比重が7.8g/cm3である回転体
を30000r.p.m.で回転させたとき、これを有限要素法を
用いて解析すると、スラストプレートの外周側の変形量
（Δｘ）および内周側の変形量（Δｘ′）は、各々8.6
μｍおよび5.4μｍ程度になる。
いて具体例で説明する。スラストプレート１の外径が10
5mm、内径が30mm、厚さが25mmであり、ロータ２の外径
が50mm、内径が30mm、長さが56mm、ヤング率が21000kgf
/mm2、ボアソン比が0.33,比重が7.8g/cm3である回転体
を30000r.p.m.で回転させたとき、これを有限要素法を
用いて解析すると、スラストプレートの外周側の変形量
（Δｘ）および内周側の変形量（Δｘ′）は、各々8.6
μｍおよび5.4μｍ程度になる。
例えば回転体が30000r.p.m.で回転時に微小すきま10
が10μｍ（＝Co）になるようにするために、製作時に、
面1aの変形量Δｔ＝8.6μｍおよびΔｔ′＝5.4μｍを見
込んでＣ＝18.6、かつＣ′＝15.4μｍとなるように軸受
面4aにテーパーを設けておけば、面1aと軸受面4aとは接
触することがなく、また、軸受面4a全面にわたって均一
なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に確保でき
る。
が10μｍ（＝Co）になるようにするために、製作時に、
面1aの変形量Δｔ＝8.6μｍおよびΔｔ′＝5.4μｍを見
込んでＣ＝18.6、かつＣ′＝15.4μｍとなるように軸受
面4aにテーパーを設けておけば、面1aと軸受面4aとは接
触することがなく、また、軸受面4a全面にわたって均一
なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に確保でき
る。
第３図は、本発明の第３実施例を示す。同図の軸受
は、スラストプレート１の面1aが軸受面4aに対向する範
囲にテーパーを設けたものである。このテーパー量ｈ
は、第２図におけるスラストプレート外周側変形量Δｘ
と内周側変形量Δｘ′とから求まり、ｈ＝Δｘ−Δｘ′
という関係にあり、Ｃ＝Co＋Δｘ′＋ｈとなる。上述の
具体例を用いて説明すると、回転体が30000r.p.m.で回
転したときにΔｘ＝8.6μｍ、Δｘ′＝5.4μｍであるか
ら、ｈ＝3.2μｍのテーパー量となり、製作時にスラス
トプレートに3.2μｍのテーパーを設け、Ｃ＝18.6μｍ
となるように微小すきま10を設定しておけば、面1aと軸
受面4aとは接触することなく、また軸受面4a全面にわた
って均一なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に
確保できる。
は、スラストプレート１の面1aが軸受面4aに対向する範
囲にテーパーを設けたものである。このテーパー量ｈ
は、第２図におけるスラストプレート外周側変形量Δｘ
と内周側変形量Δｘ′とから求まり、ｈ＝Δｘ−Δｘ′
という関係にあり、Ｃ＝Co＋Δｘ′＋ｈとなる。上述の
具体例を用いて説明すると、回転体が30000r.p.m.で回
転したときにΔｘ＝8.6μｍ、Δｘ′＝5.4μｍであるか
ら、ｈ＝3.2μｍのテーパー量となり、製作時にスラス
トプレートに3.2μｍのテーパーを設け、Ｃ＝18.6μｍ
となるように微小すきま10を設定しておけば、面1aと軸
受面4aとは接触することなく、また軸受面4a全面にわた
って均一なすきまとなるため、剛性、負荷容量も確実に
確保できる。
以上は多孔質体を用いた多孔質絞り方式の気体軸受に
関して説明したが、本発明は、他の絞り方式、例えば自
成絞り、表面絞り、オリフィス絞り等による気体軸受に
も応用できる。また動圧気体軸受にも応用可能で、気体
に限らず油等の液体による軸受にも応用可能である。
関して説明したが、本発明は、他の絞り方式、例えば自
成絞り、表面絞り、オリフィス絞り等による気体軸受に
も応用できる。また動圧気体軸受にも応用可能で、気体
に限らず油等の液体による軸受にも応用可能である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、回転体が回転
したときの遠心力でスラストプレートが倒れ込んで、ス
ラスト軸受面に対向するスラストプレートの側面が傾く
ことを予め見込んで、回転体の停止時にスラスト軸受面
とスラストプレート側面との間隔が外周ほど大きくなる
ように軸受間隔を設定するようにしたため、スラストプ
レート側面が回転体の高速回転時にロータの影響でスラ
ストプレート軸受面側へ倒れ込むように変形しても軸受
面とスラストプレートとの接触を回避でき、軸受回転時
の焼付き、回転精度の低下等を防止でき良好な軸受を達
成することができる。
したときの遠心力でスラストプレートが倒れ込んで、ス
ラスト軸受面に対向するスラストプレートの側面が傾く
ことを予め見込んで、回転体の停止時にスラスト軸受面
とスラストプレート側面との間隔が外周ほど大きくなる
ように軸受間隔を設定するようにしたため、スラストプ
レート側面が回転体の高速回転時にロータの影響でスラ
ストプレート軸受面側へ倒れ込むように変形しても軸受
面とスラストプレートとの接触を回避でき、軸受回転時
の焼付き、回転精度の低下等を防止でき良好な軸受を達
成することができる。
また、回転体の変形量および変形形状に合わせて軸受
面またはスラストプレート側面の形状を調整すること
で、上述の効果に合わせて軸受面全面にわたって均一な
軸受すきまを確保することができるため、剛性、負荷容
量として設計通りの値が得られる。
面またはスラストプレート側面の形状を調整すること
で、上述の効果に合わせて軸受面全面にわたって均一な
軸受すきまを確保することができるため、剛性、負荷容
量として設計通りの値が得られる。
第１図は、本発明の一実施例に係る気体軸受の部分拡大
図、 第２図は、本発明の第２実施例に係る気体軸受の部分拡
大図、 第３図は、本発明の第３実施例に係る気体軸受の部分拡
大部、 第４図は、従来の気体軸受の断面図、 第５図は、回転円板の回転時の変形状態を模擬的に表わ
した図、そして 第６図は、回転体の回転時の変形状態を模擬的に表わし
た図である。 1:スラストプレート 1a:面 2:ロータ 4a:軸受面 10:微小すきま 11:微小すきま
図、 第２図は、本発明の第２実施例に係る気体軸受の部分拡
大図、 第３図は、本発明の第３実施例に係る気体軸受の部分拡
大部、 第４図は、従来の気体軸受の断面図、 第５図は、回転円板の回転時の変形状態を模擬的に表わ
した図、そして 第６図は、回転体の回転時の変形状態を模擬的に表わし
た図である。 1:スラストプレート 1a:面 2:ロータ 4a:軸受面 10:微小すきま 11:微小すきま
Claims (4)
- 【請求項１】スラストプレートと該スラストプレートの
片面にのみ結合されたロータとを有する回転体と、該ス
ラストプレートのロータが結合されている側の側面に対
向して流体膜によって非接触支持するスラスト軸受面を
持った流体軸受と、を備え、 該回転体が回転したときの遠心力で該スラストプレート
が倒れ込んで、前記スラスト軸受面に対向する前記スラ
ストプレートの側面が傾くことを予め見込んで、回転体
の停止時に前記スラスト軸受面と前記スラストプレート
側面との間隔が外周ほど大きくなるように軸受間隔を設
定したことを特徴とする流体軸受装置。 - 【請求項２】回転体が目標回転数になったとき、前記軸
受面とスラストプレートの対向面とが平行になるように
停止時の軸受間隔を設定したことを特徴とする請求項１
記載の流体軸受装置。 - 【請求項３】回転体の形状、材質、目標とする回転数に
より決定される回転体の変形量および変形形状に合わせ
て軸受面の形状を設定したことを特徴とする請求項２記
載の流体軸受装置。 - 【請求項４】回転体の形状、材質、目標とする回転数に
より決定される回転体の変形量および変形形状に合わせ
てスラストプレート側面の形状を設定したことを特徴と
する請求項２記載の流体軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2145349A JP2711584B2 (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 流体軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2145349A JP2711584B2 (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 流体軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0439415A JPH0439415A (ja) | 1992-02-10 |
| JP2711584B2 true JP2711584B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=15383133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2145349A Expired - Fee Related JP2711584B2 (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 流体軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2711584B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4934875B2 (ja) * | 2001-05-30 | 2012-05-23 | Ｓｍｃ株式会社 | 非接触式ガイドローラ |
| DE102004045629B4 (de) * | 2004-09-21 | 2008-07-03 | Minebea Co., Ltd. | Fluiddynamisches Lagersystem |
-
1990
- 1990-06-05 JP JP2145349A patent/JP2711584B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0439415A (ja) | 1992-02-10 |
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