JPH061846U - 気体静圧軸受および該軸受を用いたエアスピンドル並びにエアスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コニカル形の気体静圧軸受における軸受性能
の安定化を図る。 【構成】 回転軸３に軸方向Ｐに対して反対方向にそれ
ぞれ漸次径大となる対の円錐状のテーパ面６ａを有する
テーパ軸部６を備える。モータハウジング２にテーパ軸
部６を回転自在に支持する対応する対の円錐状のテーパ
面１０ａを有するテーパ軸受部１０を備える。ハウジン
グ２側に、テーパ軸部６外周面とテーパ軸受部１０内周
面との微少間隙に圧縮空気を供給する給気路１２を備え
る。テーパ軸受部１０内周面の各テーパ面１０ａに周方
向の円周溝１１がそれぞれ形成されると共に、各円周溝
１１に給気路１２と連通状とされる給気孔１３が周方向
に離隔してそれぞれ複数形成される。テーパ面６ａ、１
０ａの頂角Ｒは９０度とされている。テーパ軸部６の対
のテーパ面６ａの相互間の軸方向Ｐ距離はスペーサ７を
介して調整自在とされている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エアスピンドル、タービン、ポンプ等における気体静圧軸受の改良 および該軸受を用いたエアスピンドル並びにエアスピンドルモータに関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

従来、高速回転する回転軸を支持する気体静圧軸受の構造として、例えば、特 開昭６１ー２９０２３２号公報に示される如く、径方向および軸方向に作用する 外力をいわゆるコニカル形の単一の軸受構造で支持し、コンパクト化を図った構 造のものがある。

【０００３】 そしてこの気体静圧軸受は、回転軸に、軸方向に対して反対方向にそれぞれ漸 次径大となる対の円錐状のテーパ面を有する軸受体（テーパ軸部）を備え、該軸 受体を、対応する対の円錐状のテーパ面を有する多孔質材よりなる軸受ブッシュ （テーパ軸受部）で回転自在に支持し、軸受体外周面と軸受ブッシュ内周面との 微少間隙に圧縮空気を供給する構造とされている。

【０００４】 即ち、ケーシングに設けられた供給孔を通じて、圧縮空気がケーシング内に供 給され、さらに軸受ブッシュ自体の微小孔を通じて、軸受体外周面と軸受ブッシ ュ内周面との微少間隙に圧縮空気が供給され、回転軸の回転時における径方向や 軸方向に作用する外力は軸受ブッシュ側の円錐状のテーパ面と軸受体側の円錐状 のテーパ面との相互作用で支承する構造とされていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、多孔質材よりなる軸受ブッシュ自体の微小孔を通じて、軸受体 外周面と軸受ブッシュ内周面との微少間隙に圧縮空気を供給する構造によれば、 微小孔がミクロン単位の微小孔であるため、目詰まりするおそれが大であり、微 小孔の目詰まりによって、圧縮空気が軸受体外周面と軸受ブッシュ内周面との微 少間隙に円滑に供給されず、軸受性能の劣化を招くという欠点があった。

【０００６】 そこで、本考案は上記問題点に鑑み、軸受性能の安定化を図った気体静圧軸受 を提供すると共に、該軸受を用いたエアスピンドルおよびエアスピンドルモータ を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための気体静圧軸受の技術的手段は、回転軸に軸方向に対 して反対方向にそれぞれ漸次径大もしくは漸次径小となる対の円錐状のテーパ面 を有するテーパ軸部が備えられ、該テーパ軸部を、対応する対の円錐状のテーパ 面を有するテーパ軸受部で回転自在に支持すると共に、テーパ軸受部を備えたハ ウジング側に、前記テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周面との微少間隙に圧力 気体を供給する給気路を備えてなる気体静圧軸受において、前記テーパ軸受部内 周面の各テーパ面に周方向の円周溝がそれぞれ形成されると共に、該各円周溝に 前記給気路と連通状とされる給気孔が周方向に離隔してそれぞれ複数形成されて なる点にある。

【０００８】 また前記円錐状のテーパ面の頂角を９０度としてもよい。

【０００９】 さらに前記テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周面との微少間隙を調整自在と すべく、テーパ軸部の対のテーパ面もしくはテーパ軸受部の対のテーパ面の相互 間の前記軸方向距離をスペーサを介して調整自在としてもよい。

【００１０】 またエアスピンドルにおいて、回転軸を回転自在に支持する軸受構造として、 上記気体静圧軸受を採用した点にある。

【００１１】 さらにエアスピンドルモータにおいて、エアスピンドルの回転軸を回転駆動さ せる駆動装置をダイレクトドライブモータとした点にある。

【００１２】

【作用】

本考案の気体静圧軸受によれば、給気路と連通状に形成された複数の給気孔お よび円周溝を通じて、テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周面との微少間隙に圧 力気体を供給する構造であり、多孔質材よりなる軸受自体のミクロン単位の微小 孔を通じて圧力気体を微少間隙に供給する場合と比較して、比較的大きな開口面 積を有する給気孔を通じて圧力気体を供給する方式であるため、目詰まりの弊害 が防止でき、また各給気孔を通じて微少間隙に案内された圧力気体は、円周溝を 通じて微少間隙の周方向に適宜分散されて供給され、ここにテーパ軸部外周面と テーパ軸受部内周面との微少間隙に圧力気体が円滑に供給され、軸受性能が安定 する。

【００１３】 また円錐状のテーパ面の頂角を９０度とすれば、回転軸の軸方向長さのコンパ クト化が図れると共に、テーパ軸受部内周面に対する円周溝や給気孔の加工が容 易となる。

【００１４】 さらにテーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周面との微少間隙を調整自在とすべ く、テーパ軸部の対のテーパ面もしくはテーパ軸受部の対のテーパ面の相互間の 前記軸方向距離をスペーサを介して調整自在とすれば、スペーサの肉厚の調整に より、回転軸の支持剛性の調整が可能となる。

【００１５】 そして上記気体静圧軸受を用いたエアスピンドルおよびエアスピンドルモータ においては、安定した軸受性能が発揮できる。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案に係る第１実施例を図面に基づいて説明すると、図１において、 １はエアスピンドルモータで、モータハウジング２と、モータハウジング２に回 転自在に支持された回転軸３と、回転軸３を回転駆動させる駆動装置としてのダ イレクトドライブモータ４とから主構成されている。

【００１７】 回転軸３の軸方向Ｐ中間部には、軸方向Ｐに対して互いに反対方向にそれぞれ 漸次径大となる対の円錐状のテーパ面６ａを有するテーパ軸部６が備えられてい る。

【００１８】 そして回転軸３は前記テーパ面６ａを一端側に備えた第１軸部３ａと、対向す るテーパ面６ａを有する第２軸部３ｂと、第１軸部３ａと第２軸部３ｂとの間に 交換自在に介在されるスペーサ７と、他端側の第３軸部３ｃとに分割構成されて なり、第３軸部３ｃの一端側に突設された位置決めピン部で、第１軸部３ａ、ス ペーサ７、第２軸部３ｂがそれぞれ位置決め状とされてボルト等により分解自在 に連結一体化されている。この際、スペーサ７を肉厚の異なるスペーサ７に変更 することにより、前記両テーパ面６ａの相互間の軸方向Ｐ距離が調整できるよう 構成されている。

【００１９】 またモータハウジング２側には回転軸３のテーパ軸部６を回転自在に支持すべ く、テーパ軸部６の各テーパ面６ａに対応する対のテーパ面１０ａを有するテー パ軸受部１０が備えられており、両テーパ面１０ａでテーパ軸部６の各テーパ面 ６ａを回転自在に支持する軸受面を構成し、径方向および軸方向に作用する外力 を両テーパ面１０ａで支承する構造とされている。

【００２０】 テーパ軸受部１０内周面の各テーパ面１０ａには、軸方向Ｐ中間部に位置して 、図３にも示される如く、周方向の円周溝１１がそれぞれ形成されている。

【００２１】 そしてテーパ軸部６およびテーパ軸受部１０の各テーパ面６ａ、１０ａの頂角 Ｒはそれぞれ９０度とされている。

【００２２】 またモータハウジング２側には圧力気体としての圧縮空気を供給するための給 気路１２が設けられており、給気路１２と前記各円周溝１１とを互いに連通状と すべく、各円周溝１１にその周方向に所定間隔離隔して複数（好ましくは３箇所 以上）の給気孔１３が形成されている。

【００２３】 そして図２に示される如く、例えば、円周溝１１の溝幅ｍは１ｍｍ程度とされ 、その溝深さｈは１０ミクロン程度とされている。また各給気孔１３の直径ｎは ０．２〜０．３ｍｍ程度とされている。そしてテーパ軸部６の各テーパ面６ａと テーパ軸受部１０の各テーパ面１０ａとの相互間の微少間隙ｓは１０ミクロン程 度に調整されている。

【００２４】 なお図１および図２において、１５はリング溝、１６は排気路である。

【００２５】 そして給気路１２、給気孔１３、円周溝１１を通じてテーパ軸部６外周面とテ ーパ軸受部１０内周面との微少間隙ｓに圧縮空気が供給され、ここに気体静圧軸 受が構成される。

【００２６】 前記回転軸３の第３軸部３ｃ外周面には、モータロータ１８が圧入等により固 着されており、モータロータ１８と対応するモータハウジング２の内周面には、 モータステータ１９が圧入等により固着されている。そして、これらモータロー タ１８やモータステータ１９によりダイレクトドライブモータ４が構成されてい る。

【００２７】 またモータハウジング２はテーパ軸受部１０を備えた第１ハウジング２ａと、 モータステータ１９が固着された第２ハウジング２ｂと、第１ハウジング２ａと 第２ハウジング２ｂとの間に介在された中間ハウジング２ｃとからなり、ボルト 等により分解自在に連結一体化されている。

【００２８】 第１実施例は以上のように構成されており、給気路１２に供給された圧縮空気 は各給気孔１３を通じて円周溝１１に案内され、円周溝１１に案内された圧縮空 気は、円周溝を通じて微少間隙ｓの周方向に適宜分散されて微少間隙ｓに供給さ れる。この際、給気孔１３は多孔質材により構成される微小孔と比較して比較的 大きな開口面積を確保でき、目詰まりによる弊害が有効に防止でき、ここにテー パ軸部６外周面とテーパ軸受部１０内周面との微少間隙ｓに圧縮空気が円滑に供 給でき、安定した軸受性能が得られる。

【００２９】 またテーパ軸部６やテーパ軸受部１０の各円錐状のテーパ面６ａ、１０ａの頂 角Ｒをそれぞれ９０度として構成しているので、気体静圧軸受部分における軸方 向Ｐ長さが短縮化でき、軸方向Ｐ長さのコンパクト化が図れる。さらにテーパ軸 受部１０内周面の各テーパ面１０ａに対して円周溝１１や給気孔１３を形成する 際のドリル等による加工が容易となる。

【００３０】 またスペーサ７の交換によりスペーサ７の肉厚を調整することによって、テー パ軸部６外周面のテーパ面６ａとテーパ軸受部１０内周面のテーパ面１０ａとの 相互間の微少間隙ｓの調整を行うことができ、ここにテーパ軸受部１０による回 転軸３の支持剛性を容易に調整することができる。

【００３１】 なお第１実施例においてダイレクトドライブモータ４を使用したエアスピンド ルモータ１を示しているが、その他の駆動装置を備えたエアスピンドルであって もよい。

【００３２】 図４はエアスピンドルモータ１の第２実施例を示しており、第１実施例と同様 、モータハウジング２と、モータハウジング２に回転自在に支持された回転軸３ と、回転軸３を回転駆動させる駆動装置としてのダイレクトドライブモータ４と から主構成されている。

【００３３】 そして回転軸３の軸方向Ｐ中間部には、軸方向Ｐに対して互いに反対方向にそ れぞれ漸次径小となる対の円錐状のテーパ面６ａを有するテーパ軸部６が一体的 に備えられている。

【００３４】 またモータハウジング２側には回転軸３のテーパ軸部６を回転自在に支持すべ く、テーパ軸部６の各テーパ面６ａに対応する対のテーパ面１０ａを有するテー パ軸受部１０が備えられており、両テーパ面１０ａでテーパ軸部６の各テーパ面 ６ａを回転自在に支持する軸受面を構成している。

【００３５】 そしてテーパ軸受部１０はそれぞれ一端側に前記テーパ面１０ａを備え、他端 側にフランジ部１０ｂを備えた対の軸受分割体２１から構成され、モータハウジ ング２はテーパ軸受部１０側の第１ハウジング２２ａとダイレクトドライブモー タ４側の第２ハウジング２２ｂとからなり、第１ハウジング２２ａの両側から各 軸受分割体２１のテーパ面１０ａ側が嵌合状に装着される。この際、一方の軸受 分割体２１のフランジ部１０ｂと第１ハウジング２２ａの端面との間にスペーサ ７が交換自在に介在されている。そしてこの状態で第２ハウジング２２ｂと着脱 自在に連結一体化されている。

【００３６】 この連結状態において、給気路１２は第１ハウジング２２ａ、スペーサ７およ び第２ハウジング２２ｂにわたって連続状となるよう構成されている。

【００３７】 その他、図中において、第１実施例とほぼ同様の構成は同一符号を付し、その 説明を省略する。また図４において、２４はシール材である。

【００３８】 そしてこの第２実施例においても第１実施例と同様の効果が得られる。

【００３９】 なお第１実施例や第２実施例において、テーパ軸受部１０の各テーパ面１０ａ にそれぞれ単一の円周溝１１を形成した構造のものを示しているが、図５に示さ れる如く、２本等、複数の円周溝１１を形成する構造であってもよい。また円周 溝１１の形成される位置も軸方向Ｐ中央部に限られず、適宜位置に形成すればよ い。

【００４０】

【考案の効果】

以上のように、本考案の気体静圧軸受によれば、回転軸に備えられたテーパ軸 部を回転自在に支持するテーパ軸受部内周面の各テーパ面に、周方向の円周溝が それぞれ形成されると共に、各円周溝に、テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周 面との微少間隙に圧力気体を供給する給気路と連通状とされる給気孔が周方向に 離隔してそれぞれ複数形成されてなるものであり、目詰まりの弊害が有効に防止 でき、前記微少間隙に圧力気体が円滑に供給できて軸受性能の安定化が図れる。

【００４１】 また円錐状のテーパ面の頂角を９０度とすれば、回転軸の軸方向長さのコンパ クト化が図れると共に、テーパ軸受部内周面に対する円周溝や給気孔の加工が容 易となる。

【００４２】 さらにテーパ軸部の対のテーパ面もしくはテーパ軸受部の対のテーパ面の相互 間の前記軸方向距離をスペーサを介して調整自在とすれば、スペーサの肉厚の調 整により、テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周面との微少間隙が調整でき、回 転軸の支持剛性の調整が可能となる。

【００４３】 そして上記気体静圧軸受を用いたエアスピンドルおよびエアスピンドルモータ においては、安定した軸受性能が発揮できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】図１におけるテーパ軸受部のIII ーIII 線矢視
図である。

【図４】本考案に係る第２実施例を示す断面図である。

【図５】他の実施例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ エアスピンドルモータ ２ モータハウジング ３ 回転軸 ４ ダイレクトドライブモータ ６ テーパ軸部 ６ａ テーパ面 １０ テーパ軸受部 １０ａ テーパ面 １１ 円周溝 １２ 給気路 １３ 給気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中村 進作 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発技術本部内

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に軸方向に対して反対方向にそれ
   ぞれ漸次径大もしくは漸次径小となる対の円錐状のテー
   パ面を有するテーパ軸部が備えられ、該テーパ軸部を、
   対応する対の円錐状のテーパ面を有するテーパ軸受部で
   回転自在に支持すると共に、テーパ軸受部を備えたハウ
   ジング側に、前記テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内周
   面との微少間隙に圧力気体を供給する給気路を備えてな
   る気体静圧軸受において、 前記テーパ軸受部内周面の各テーパ面に周方向の円周溝
   がそれぞれ形成されると共に、該各円周溝に前記給気路
   と連通状とされる給気孔が周方向に離隔してそれぞれ複
   数形成されてなることを特徴とする気体静圧軸受。
2. 【請求項２】 前記円錐状のテーパ面の頂角を９０度と
   したことを特徴とする請求項１記載の気体静圧軸受。
3. 【請求項３】 前記テーパ軸部外周面とテーパ軸受部内
   周面との微少間隙を調整自在とすべく、テーパ軸部の対
   のテーパ面もしくはテーパ軸受部の対のテーパ面の相互
   間の前記軸方向距離をスペーサを介して調整自在とされ
   てなることを特徴とする請求項１記載の気体静圧軸受。
4. 【請求項４】 エアスピンドルの回転軸を回転自在に支
   持する軸受構造として、請求項１記載の気体静圧軸受を
   採用してなることを特徴とするエアスピンドル。
5. 【請求項５】 請求項４記載のエアスピンドルの回転軸
   を回転駆動させる駆動装置がダイレクトドライブモータ
   からなることを特徴とするエアスピンドルモータ。