特許 6690621 静圧流体軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6690621

(24)【登録日】2020年4月13日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】静圧流体軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/06 20060101AFI20200421BHJP

【ＦＩ】

   F16C32/06 Z

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-184601(P2017-184601)

(22)【出願日】2017年9月26日

(65)【公開番号】特開2019-60384(P2019-60384A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2019年5月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000107619

【氏名又は名称】スターライト工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】絹川 智哉

(72)【発明者】

【氏名】南 徹

【審査官】 中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７５４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１４１９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ ３２／００− ３２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトとハウジングとの間に配置し、シャフトとの間に軸受隙間を介して対向する軸受面と、該軸受面にそれぞれ開口し前記シャフトの回転軸線周りに複数設けられた給気孔とを備え、該給気孔を通して前記軸受隙間に加圧した流体を導くことにより、前記シャフトを非接触状態で回転支持する静圧流体軸受において、
少なくとも第１部材と第２部材の二部材を嵌め合わせた状態で固定して構成され、各部材にはそれぞれ入れ子状に嵌合して略円筒形を形成する凸部と凹部を円周方向に複数設け、前記第１部材と第２部材の少なくとも一方の凸部の内周面は前記軸受面の一部を構成するとともに、前記第１部材と第２部材の凸部の間に形成される気密嵌合部には前記給気孔の大きさを調整するための円周方向へ相対変位可能な遊び部を設け、前記凸部の遊び部とは反対側とそれに隣接する他の凸部との間に前記給気孔が形成されることを特徴とする静圧流体軸受。

【請求項2】

前記遊び部は、前記第１部材の凸部の内周側に設けた円筒面からなる第１障壁部と、前記第２部材の凸部の外周側に設けた円筒面からなる第２障壁部とが円周方向への変位を許容した状態で気密当接して形成される請求項１記載の静圧流体軸受。

【請求項3】

前記遊び部が、段差形状によって形成される請求項１又は２記載の静圧流体軸受。

【請求項4】

前記給気孔が、軸方向且つ半径方向に延びる溝状スロットである請求項１〜３何れか１項に記載の静圧流体軸受。

【請求項5】

前記溝状スロットの溝幅が５〜４０μｍである請求項４記載の静圧流体軸受。

【請求項6】

少なくとも前記給気孔部分の構成材料が合成樹脂である請求項１〜５何れか１項に記載の静圧流体軸受。

【請求項7】

前記遊び部は調整部材を挿入可能とする請求項１〜６何れか１項に記載の静圧流体軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静圧流体軸受に係わり、更に詳しくはシャフトを流体静圧によって非接触状態で回転支持する静圧流体軸受に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、ハウジング（図示せず）とシャフトとの間に配置され、シャフトを流体静圧により非接触状態で回転支持する静圧流体軸受は提供されてきた。例えば、特許文献１には、シャフトと、該シャフトとの間に軸受隙間を介して対向する軸受面を備えた軸受体とを具備し、前記軸受隙間に加圧した気体を、前記軸受面にそれぞれ開口し前記シャフトの回転軸線周りの円周方向に複数設けられ前記円周方向に沿って延在するスロット絞りを通して導くことにより、前記シャフトを回転可能に支持する静圧気体軸受が記載されている。

【0003】

従来のスロット絞り式の静圧流体軸受は、軸受面の中央円周上に数十μｍの隙間のスロット絞りを配置する構造である。流体供給用の前記スロット絞りは、円環状である場合と、特許文献１のように等間隔に複数配置する場合もある。前記スロット絞りから供給された流体は、軸受隙間に流入した後、大気に開放される。前記スロット絞りからの供給された流体圧力によって、軸受に剛性を与え、スロット絞りの形状やその配置によって特性が変化する。この絞りから流出する流体の圧力で軸質量や回転中の遠心力等の負荷を支持するのである。この軸受で大負荷を支持する場合には、軸受直径や流体の供給圧力も増加させる必要があった。

【0004】

更に、従来の静圧流体軸受は、スロット絞りが軸受面の軸方向中央に配置されているため、回転中の負荷が軸受の軸方向に対し偏った場合（以下，偏荷重という）、軸受面端部で接触する可能性が高く、損傷する可能性も高かった。更に、従来の流体軸受は、主として金属材料を使用しているので、高速回転時にシャフトと軸受が接触すると、焼き付き等の損傷を引き起こすことが問題であった。これを低減するために、軸受面に損傷低減のためのコーティングを施すことも行われているが、高価であることから軸受の単価が高くなってしまう。

【0005】

尚、特許文献２には、軸方向の離れた２箇所に円周方向に沿って延びたラジアルスロット絞りを設けた静圧流体軸受が開示されているが、複雑な多数の部品を組み合わせて構成しているためコスト高となる。

【0006】

そこで、本願出願人は、特許文献３に記載されるように、組み合わせて円筒形の軸受本体を形成する合成樹脂製の第１部材と第２部材とからなり、該第１部材と第２部材にはそれぞれ軸方向且つ半径方向に延びる流体面を有し、第１部材と第２部材を組み合わせた際に対向する流体面間に、シャフトの軸方向に延びた溝形状のスロット絞りを形成した静圧流体軸受を提案した。それにより、軸受への偏荷重に対して高い剛性を発揮する静圧流体軸受を最小限の二部材で構成でき、しかも二部材を接合するボルトによる締付力の方向にスロット絞りが延びているので、部材の変形がスロット絞りの溝幅に殆ど影響を与えないという副次的効果も備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−０９２１９６号公報

【特許文献2】特開２００３−０７４５５５号公報

【特許文献3】特開２０１５−１７５４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献３に記載の合成樹脂製の静圧流体軸受は、二部材の接合時の位置決めのためにダボと係合穴を設けているが、ダボと係合穴の作成精度の影響により二部材の組立精度をμｍ単位にすることが困難であり、つまりμｍ単位でスロットの溝幅を規定することは困難であった。特に、複数のスロットを有する場合、全ての溝幅を均一にすることは困難であった。但し、従来から、スペーサ等の部材で隙間を確保する手法は用いられていたが、放射状に配置した溝状スロットを均一幅にする方法は存在しなかった。

【0009】

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、部品点数が少なく、組立精度が高く、特に流体圧力を生み出す給気孔を正確に規定することが可能な静圧流体軸受を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、前述の課題解決のために、以下に示す静圧流体軸受を構成する。

【0011】

（１）
シャフトとハウジングとの間に配置し、シャフトとの間に軸受隙間を介して対向する軸受面と、該軸受面にそれぞれ開口し前記シャフトの回転軸線周りに複数設けられた給気孔とを備え、該給気孔を通して前記軸受隙間に加圧した流体を導くことにより、前記シャフトを非接触状態で回転支持する静圧流体軸受において、
少なくとも第１部材と第２部材の二部材を嵌め合わせた状態で固定して構成され、各部材にはそれぞれ入れ子状に嵌合して略円筒形を形成する凸部と凹部を円周方向に複数設け、前記第１部材と第２部材の少なくとも一方の凸部の内周面は前記軸受面の一部を構成するとともに、前記第１部材と第２部材の凸部の間に形成される気密嵌合部には前記給気孔の大きさを調整するための円周方向へ相対変位可能な遊び部を設け、前記凸部の遊び部とは反対側とそれに隣接する他の凸部との間に前記給気孔が形成されることを特徴とする静圧流体軸受。

【0012】

（２）
前記遊び部は、前記第１部材の凸部の内周側に設けた円筒面からなる第１障壁部と、前記第２部材の凸部の外周側に設けた円筒面からなる第２障壁部とが円周方向への変位を許容した状態で気密当接して形成される（１）記載の静圧流体軸受。

【0013】

（３）
前記遊び部が、段差形状によって形成される（１）又は（２）記載の静圧流体軸受。

【0014】

（４）
前記給気孔が、軸方向且つ半径方向に延びる溝状スロットである（１）〜（３）何れか１に記載の静圧流体軸受。

【0015】

（５）
前記溝状スロットの溝幅が５〜４０μｍである（４）記載の静圧流体軸受。

【0016】

（６）
少なくとも前記給気孔部分の構成材料が合成樹脂である（１）〜（５）何れか１に記載の静圧流体軸受。

【0017】

（７）
前記遊び部は調整部材を挿入可能とする（１）〜（６）何れか１に記載の静圧流体軸受。

【発明の効果】

【0018】

以上にしてなる本発明の静圧流体軸受は、以下に示す効果を奏する。

【0019】

（１）の構成によれば、部品点数が少なく、組立精度が高く、特に遊び部の間隔において、給気孔の大きさを所望の幅に調整可能であり、また入れ子状嵌合部は空気が流通しないので、給気孔から放出される空気圧が均一となる。

【0020】

（２）の構成によれば、第１障壁部と第２障壁部間で空気を流通しないので、給気孔以外から流体が軸受隙間に入るのを防ぎ、また軸受隙間から外部に抜けるのを防ぎ、流体の圧力分布を均一化できる。

【0021】

（３）の構成によれば、遊び部の製造が容易で安価に構成できる。

【0022】

（４）の構成によれば、溝状スロットの溝幅を正確に規定でき、また軸受剛性を高めることができる。

【0023】

（５）の構成によれば、給気孔へ供給する空気などの流体の流量を少なくでき、しかも高い流体圧を発生させることができる。

【0024】

（６）の構成によれば、加工精度の出し難い合成樹脂であっても、給気孔を高精度に形成することができる。

【0025】

（７）の構成によれば、遊び部の幅を正確に規定し、ひいては溝状スロットの溝幅を正確に規定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の静圧流体軸受の全体斜視図である。

【図2】同じく静圧流体軸受の分解斜視図である。

【図3】第２部材を凸部側から見た斜視図である。

【図4】第１部材を凸部側から見た平面図である。

【図5】第２部材を凸部側から見た平面図である。

【図6】第１部材と第２部材を嵌合した状態の半径方向の中央断面図である。

【図7】第１部材と第２部材を嵌合した状態の軸方向の中央断面図である。

【図8】第１部材と第２部材を嵌合した状態の軸方向の中央で切断した斜視図である。

【図9】本発明の静圧流体軸受の使用状態を示す断面図である。

【図10】本発明の静圧流体軸受の組み立て途中の状態を示す斜視図である。

【図11】遊び部を利用して溝状スロット（給気孔）の溝幅を最大にした状態の部分拡大断面図である。

【図12】溝状スロット（給気孔）に調整部材を挟んで溝幅を規定した状態の部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明に係る静圧流体軸受の全体斜視図、図２〜図８はその詳細を示し、図９は使用状態を示し、図中符号１は静圧流体軸受、２はシャフト、３はハウジングを示している。

【0028】

本発明に係る静圧流体軸受１は、図１及び図９に示すように、シャフト２とハウジング３との間に配置し、シャフト２との間に軸受隙間４を介して対向する軸受面５と、該軸受面５にそれぞれ開口し前記シャフト２の回転軸線周りに複数設けられた給気孔６とを備え、該給気孔６を通して前記軸受隙間４に加圧した流体を導くことにより、前記シャフト２を非接触状態で回転支持するものである。本実施形態では、前記静圧流体軸受１は、全体が円筒形であり、前記給気孔６は、前記シャフト２の軸方向且つ半径方向に延びた溝状スロットで構成している。複数の前記給気孔６の位置は、シャフト２に等方的な静圧が作用するように回転対称な位置、特に円周方向に等間隔であることが好ましい。

【0029】

図１に示すように、前記静圧流体軸受１は、全体が円筒形で、好ましくは軸受長さＬと軸受面５の直径Ｄの比（Ｌ/Ｄ）が１〜４であり、軸方向に延びた前記給気孔６を円周方向に８本配置した構造（機械式でいうところのニードルベアリングと同様）である。前記給気孔６は、前記軸受面５から円筒部内部まで半径方向に延び、円筒部の外周部に設けた供給路７に連通している。ここで、前記給気孔６は、溝状、円状等が用いられる。軸受への偏負荷に対して高い剛性を発揮するという理由で、溝幅５〜４０μｍで、より好ましくは２０〜３０μｍ、軸方向の溝長さは軸受長さＬの１/２以上の溝状が最も良い。

【0030】

そして、前記供給路７を通して給気された流体は、８本の給気孔６を通り軸受面５に流入し、軸受隙間４を通過した後大気開放される仕組みである。ここで、作動流体は、加圧空気、加圧窒素ガス、炭酸ガス等、流体で高い圧力を出せるものであれば、何でも良い。特にコストで優れ、工場付帯設備のコンプレッサーを流用できるという理由で加圧空気が優れる。前記供給路７は、円筒部の外周面に円周方向に形成した環状溝８と該環状溝８に交差し、それぞれの前記給気孔６の外周開口部に連通する縦溝９とで構成することが好ましい。また、図１及び図９に示したように、前記供給路７を内側に含むように、静圧流体軸受１の軸方向両端部の外周には、Ｏリング溝１０，１１を形成し、該Ｏリング溝１０，１１に装着したＯリング１２を前記ハウジング３の内周面に圧接することにより、前記供給路７が気密状態で形成される。尚、前記供給路７には、前記ハウジング３を貫通した供給孔（図示せず）を通して加圧流体を供給する。

【0031】

前述の構造の静圧流体軸受１を機械加工で作製することは困難であるので、少なくとも二部材を組み合わせて構成する。静圧流体軸受１の構成材料は金属、合成樹脂等何でも良いが、加工精度を出しにくい樹脂製の場合、本件発明の効果がより顕著である。

【0032】

前記静圧流体軸受１を構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）及びフェノール樹脂、ポリプロプレン、ポリエチレン何でも良いが、切削における加工精度が優れている点でＰＰＳが最も良い。

【0033】

そして、前記静圧流体軸受１を構成する部材は、切削加工、射出成形で成形できるが、加工精度の点で切削加工が最も優れる。ここで、切削加工には、ブロック状の材料から切削する場合と、予め粗い形状に射出成形した中間成形品を切削する場合を含む。

【0034】

本発明に係る前記静圧流体軸受１は、少なくとも２部材を軸方向に嵌合して位置決め後、両部材を固定するが、固定方法はネジ止め、ボルト止め、接着、溶着等何でも良いが、固定後であっても再調整や分解が容易なボルト止めが特に良い。

【0035】

次に、本発明に係る静圧流体軸受１を図面に基づいて具体的に説明する。本実施形態の静圧流体軸受１は、組み合わせて円筒形の軸受本体を形成する第１部材２１と第２部材２２とから構成されている。前記第１部材２１と第２部材２２は、軸方向から入れ子状に組み合わせ可能な凹凸形状を有している。

【0036】

先ず、前記第１部材２１は、図２及び図４に示すように、環状部２３の内側面に８つの同形の凸部２４を円周方向に等間隔で軸方向へ突設し、隣接する凸部２４，２４間は同形の凹部２５となっている。前記第１部材２１の各凸部２４の端面は同一平面を構成し、各凸部２４には、端面に開口し且つ軸方向に延びた螺孔２６をそれぞれ形成している。尚、前記螺孔２６は、前記環状部２３の外側面まで貫通していない。また、前記環状部２３の外周には、前記Ｏリング溝１０を形成している。前記第１部材２１の各凸部２４の内周面は、円筒面となっており、前記軸受面５の一部を構成している。

【0037】

次に、前記第２部材２２は、図２、図３及び図５に示すように、環状部２７の内側面に８つの同形の凸部２８を円周方向に等間隔で軸方向へ突設し、隣接する凸部２８，２８間は同形の凹部２９となっている。前記第２部材２２の各凸部２８の端面は同一平面を構成し、各凹部２９には、軸方向に延びた通孔３０をそれぞれ形成し、前記環状部２７の外側面で前記通孔３０の周りには座グリ孔３１を形成している。また、前記環状部２７の外周には、前記Ｏリング溝１１を形成している。前記第２部材２２の各凸部２８の内周面は、円筒面となっており、前記軸受面５の一部を構成している。尚、前記第１部材２１及び前記第２部材２２の各凸部２８のどちらか一方の内周面のみが、前記軸受面５の一部を構成していても良い。

【0038】

前記第１部材２１と第２部材２２は、図１及び図２に示すように、それぞれ入れ子状に嵌合して略円筒形を形成する。つまり、前記第１部材２１の凸部２４は第２部材２２の凹部２９に嵌合し、第２部材２２の凸部２８は第１部材２１の凹部２５にそれぞれ入れ子状に嵌合し、相補的な関係を有している。ここで、前記第１部材２１の凸部２４と凹部２５の対、前記第２部材２２の凸部２８と凹部２９の対は、最低３対は必要であるが、本実施形態では８対設けている。

【0039】

更に、図２、図３及び図６に示すように、前記第１部材２１の凸部２４と第２部材２２の凸部２８は気密状態で嵌合する構造となっており、この気密嵌合部３２には、図１０及び図１２に示すように、前記給気孔６に調整部材３３を挿入可能とすべく円周方向へ相対変位可能な遊び部３４を設け、前記凸部２４の遊び部３４とは反対側とそれに隣接する他の凸部２８との間に前記給気孔６が形成され、前記凸部２８の遊び部３４とは反対側とそれに隣接する他の凸部２４との間に前記給気孔６が形成される。つまり、前記凸部２４の遊び部３４とは反対側の側面を軸方向且つ半径方向に延びた流体面３５とし、前記凸部２８の遊び部３４とは反対側の側面を軸方向且つ半径方向に延びた流体面３６とし、前記凸部２４の流体面３５と前記凸部２８の流体面３６との間に溝状スロットからなる前記給気孔６を形成する。

【0040】

前記遊び部３４は、前記第１部材２１の凸部２４の内周側に設けた円筒面からなる第１障壁部３７と、前記第２部材２２の凸部２８の外周側に設けた円筒面からなる第２障壁部３８とが円周方向への変位を許容した状態で気密当接して形成される。この第１障壁部３７と第２障壁部３８とで気密嵌合部３２を構成する。前記第１部材２１と第２部材２２は、入れ子状に嵌合した状態で、前記遊び部３４の存在により、円周方向へ相対変位可能になっており、それにより前記給気孔６の溝幅が調整できる。

【0041】

前記遊び部３４及び障壁部３７，３８は、凹凸構造、段差構造、積層構造等、何でも良いが、製造が容易で安価という理由で本実施形態の段差構造が最も適している。また、前記遊び部３４の遊び幅は、溝状スロット（給気孔６）を所望の溝幅に調整できるという理由で、溝状スロットの設計溝幅より長く設計すると良い。

【0042】

前記給気孔６の溝幅を正確に設計値にするには、先ず、図１１に示すように、前記第１部材２１と第２部材２２を入れ子状に嵌合した状態で、前記遊び部３４を利用して相対回転させて前記給気孔６の溝幅を広くした後、該給気孔６に規定の厚さを有する板状若しくはシート状の前記調整部材３３を挿入し、次に、図１２に示すように、前記第１部材２１と第２部材２２を相対回転させて前記給気孔６内で前記調整部材３３を挟み込み、その状態で前記第１部材２１と第２部材２２を、図１及び図１０に示すように、ボルト４０で軸方向に引き付けて固定する。

【0043】

本実施形態では、前記給気孔６は、全て内周側から外周側へ放射状に形成されているので、全ての給気孔６に前記調整部材３３を挿入することが可能である。それにより、全ての給気孔６の溝幅を正確に一致させることができる。尚、前記調整部材３３は最低１箇所の給気孔６に挿入するだけでもよい。

【0044】

前記ボルト３９は、前記第２部材２２の通孔３０から挿入し、第１部材２１の螺孔２６に螺合し、該ボルト３９の頭部は前記座グリ孔３１内に埋没するようにしている。尚、前記調整部材３３を給気孔６に挿入する前に、前記ボルト３９を緩く螺合してもよく、前記通孔３０の直径はボルト３９の軸部よりも十分に大きく、前記遊び部３４の遊び幅よりも大きいので、前記調整部材３３による給気孔６の溝幅の設定には支障がない。すなわち、第１部材２１のみに螺孔２６を形成し、第２部材に螺孔２６を形成していないため、第２部材の通孔の遊び幅が大きい分だけ、調整部材３３による給気孔６の溝幅の設定を可能とするのである。さらに、ボルト３９の締め付けにより、ボルト３９の頭部とボルト３９が螺合する螺孔２６が軸方向に引き付けられ、第１部材２１が挟持される事で、第１部材２１と第２部材２２が強固に固定されるのである。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明の係る静圧流体軸受は、グリスレスで用いられるため食品・医薬品向けの製造装置等に用いるのに適する。更に、本発明の係る静圧流体軸受は、空気圧等により軸受内に異物が混入するのを防ぐシール効果も有する。

【符号の説明】

【0046】

１ 静圧流体軸受
２ シャフト
３ ハウジング
４ 軸受隙間
５ 軸受面
６ 給気孔
７ 供給路
８ 環状溝
９ 縦溝
１０ Ｏリング溝
１１ Ｏリング溝
１２ Ｏリング
２１ 第１部材
２２ 第２部材
２３ 環状部
２４ 凸部
２５ 凹部
２６ 螺孔
２７ 環状部
２８ 凸部
２９ 凹部
３０ 通孔
３１ 座グリ孔
３２ 気密嵌合部
３３ 調整部材
３４ 遊び部
３５ 流体面
３６ 流体面
３７ 第１障壁部
３８ 第２障壁部
３９ ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】