(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸受ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成し、
該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
前記環状の熱膨張許容隙間は軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成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】
軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成し、
該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項４】
前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ2 は、前記軸方向ランドの角度幅θ1 よりも広く形成されていることを特徴とする請求項３記載の流体軸受装置。
【請求項５】
前記熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ2 を軸受面の軸方向長さｌ1 の少なくとも４割以上としたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の流体軸受装置。
【請求項６】
前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の流体軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、研削盤の砥石軸等の工作機械主軸等、軸部材を回転可能に軸承する流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体軸受装置は、図１０に示されるように、軸受金１１は外周が軸受ハウジング１０の円筒内孔７に密嵌合され、軸受金１１の軸受面９には等角度間隔で静圧ポケット１４が形成され、静圧ポケット１４を円周方向に隔絶する軸方向の軸受ランド１５が設けられ、軸受ランド１５は回転軸１３と所定の軸受クリアランスで軸受面９を構成している。静圧ポケット１４には軸受ハウジング１０の供給ポート１９から軸受金１１の外周に設けられた環状溝８を介して圧力流体が供給されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、流体軸受装置においては、例えば、回転軸の一端に固定される砥石車を毎分２００ｍ程度の高周速度で回転させる高速研削加工においては、回転軸を毎分１万回転以上の高い回転数で駆動することが必要となる。
この場合、軸受面における発熱により軸受金の軸受面近辺の温度が上昇し、軸受金の軸受面近辺と軸受ハウジングとの温度差は１０℃以上にもなり、軸受金の熱膨張が顕著となる。
軸受金１１は、径方向外方への膨張が軸受ハウジング１０との密嵌合により規制されているので、軸方向軸受ランド１５の部分は図１０に鎖線で示されるように径方向内方へ向かって膨張し、軸受ランド１５と回転軸１３との間のクリアランスを減少させることになり、このクリアランスの減少は、回転軸１３の径方向外方へ向かう熱膨張及び遠心膨張による影響も受ける。
このクリアランスの減少により、回転軸１３を駆動するモータの所要負荷動力が増大し、場合によっては、回転軸１３と軸方向軸受ランド１５との焼き付きが生じるという問題が生じる。
【０００４】
また、この問題を解決するために、軸受クリアランスの設計値を大きくとることが考えられるが、このようにした場合、起動初期における低温時の軸受剛性が低下する問題を生じる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高剛性を維持しながら回転軸の高速回転時における熱膨張による影響を防止し、高精度の流体軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸受ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成し、該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とするものである。
また、前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成したことを特徴としている。
【０００７】
更に、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成し、該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とし、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ2 は、前記軸方向ランドの角度幅θ1 よりも広く形成されていることを特徴とするものである。
また更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ2 は軸受面の軸方向長さｌ1 の少なくとも４割以上とするものである。
【０００８】
更に、本発明の流体軸受装置は、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成することにより、軸受金の熱膨張による軸方向ランドの半径方向内方への膨脹を防止することができ、軸方向ランドと回転軸との間のクリアランスの減少が抑制され、負荷の増大、焼き付きが防止され、剛性が高く、高精度の流体軸受装置を提供することができる。前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部における軸受ハウジングの円筒内孔の内周に形成することもできるが、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成することにより、加工が容易になり、かつ冷却効果を増大することができる。
【００１０】
また、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成することにより、剛性を高く維持しながら軸受金の熱膨張による悪影響を効率良く防止することができる。前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間は、軸受ハウジングの円筒内孔の内周、又は軸受金の外周のそれぞれの対応する角度位相位置に設けられるが、その際、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ2 は、前記軸方向ランドの角度幅θ1 よりも広く形成することにより、より効率を高めることができる。
更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ2 は軸受面の軸方向長さｌ1 の少なくとも４割以上とすることにより十分な効果が得られる。
【００１１】
更に、本発明の流体軸受装置は、前記熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成することにより、加圧流体を熱膨張許容隙間を経由して静圧ポケットへ供給し、更に熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに還流することにより軸受金を効率良く冷却することができるので、軸受金の熱膨張を押さえることが可能である。その際、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含ませることにより冷却効果を更に高めることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１及び図２について説明する。
図１において、１０は、例えば研削盤の砥石台を構成する軸受ハウジングであり、軸受金１１を介して、例えばその左端に砥石を固定した砥石軸等の回転軸１３を支持している。軸受ハウジング１０の円筒内孔７に左端にフランジ部１２が形成された軸受金１１が密嵌合され、そのフランジ部１２により該軸受ハウジング１０の左端面にボルトにて固着されている。軸受金１１の内面に形成された軸受面９には、図２（図１のＩＩ−ＩＩ矢視図）に示されるように、円周方向に軸方向軸受ランド１５で等角度間隔で区画され、かつ両端を周方向軸受ランド１７、１７´により区画された等角度間隔で４つ（５つ以上でもよい）の矩形の静圧ポケット１４が形成されている。また軸受金１１の外周の中間部には、環状の熱膨張許容隙間１６が形成されている。なお、図１は本実施例の正面断面図であるが、静圧ポケット１４と軸方向ランド１５を表すため、図２のＩ−Ｉ矢視図としている。
【００１３】
この熱膨張許容隙間１６の径方向の深さＣは、軸受金１１の熱膨張が飽和しサチレートした状態において、この隙間の底部が径方向外方に最も膨張する膨らみ以上の幅として設定される。また、隙間の軸方向の幅ｌ2 は、図例では軸受面９の幅ｌ1 よりも若干広幅に設定されている。
しかし、幅ｌ1 を持つ軸受面９と対応する軸受金１１の外周面は、その軸方向中央部が中高となるように熱膨張するので、熱膨張許容隙間１６を軸方向に均一深さとする場合、幅ｌ2 は幅ｌ1 の４割程度としてもよく、したがって少なくとも４割程度以上あればその機能を果たし得るものである。
さらに、熱膨張許容隙間１６を、軸受金１１が熱膨張していない状態において、その軸方向中央部が径方向内方にへこんだ凹状としてもよい。
【００１４】
軸受金１１の外周面の熱膨張許容隙間１６から各静圧ポケット１４に開口する径方向通路が形成され、これら通路にはそれぞれ絞り要素２０が設けられている。  一方、リザーバ３２を含むポンブユニット３１から冷却装置３０を経由して供給される加圧流体（好適には、加圧油）は、軸受ハウジング１０の流体供給ポート１９を介して熱膨張許容隙間１６に供給され、さらに絞り要素２０を経て複数の各静圧ポケット１４に供給される。
更に、図略のモータにて回転される回転軸１３は、軸受金１１の軸受面９に所定のクリアランスを有して嵌合され、複数の静圧ポケット１４に生起される流体の静圧力により回転自在に支持される。
【００１５】
なお、軸受金１１の内面の静圧ポケット１４の両端にはそれぞれ周方向ランド１７、１７´が形成されており、更にその周方向ランド１７、１７´の両側端部には圧力流体の排出溝１８、１８´が形成されており、供給された圧力流体は静圧ポケット１４から周方向ランド１７、１７´を乗り越えて排出溝１８、１８´に排出され、排出流路２１を介してリザーバ３２に還流される。
【００１６】
本実施例の流体軸受装置においては、以上のように構成したので、ポンプユニット３１から冷却装置３０を経由して供給される加圧流体（好適には、加圧油）は、軸受ハウジング１０の流体供給ポート１９を介して熱膨張許容隙間１６に供給され、さらに絞り要素２０を経て複数の各静圧ポケット１４に供給されているので、回転軸１３は各静圧ポケット１４に生起される流体の静圧力により支持され良好に回転する。回転軸１３の高速回転等により熱が発生しても、その外周に設けられた環状の熱膨張許容隙間１６に絶えず冷却された圧力流体が供給されているので、軸受金１１の温度上昇は極力少なく押さえられ、たとえ温度上昇があり、軸受金１１に熱膨張が起こっても、外周に熱膨張許容隙間１６が設けられているので、その隙間１６が減少する方向に膨脹し、内方への膨脹は少なくなり、軸受面９の軸方向ランド１５と回転軸１３とのクリアランスの減少は極めて少なく押さえることができる。その結果、回転軸の駆動負荷の増大、焼き付きが防止される。
【００１７】
（その他の実施例）
以下にその他の実施例について説明するが、前記実施例と同一の部分の説明は省略してある。
図３に示された実施例では、軸受金１１の軸受面９の軸方向両端に設けられた環状排出溝１８、１８´に対し、熱膨張許容隙間１６の軸方向両端をそれぞれ絞り要素２３、２３´を介して連通し、熱膨張許容隙間１６に供給された加圧流体の一部が環状排出溝１８、１８´に流れるように構成している。
これにより、冷却された加圧流体の一部は、熱膨張許容隙間１６の両端の絞り要素２３、２３´を介して直接排出溝１８、１８´から排出流路によりリザーバへ還流されるので、冷却された加圧流体の循環が促進されて軸受金１１の冷却効率を高めることができる。
【００１８】
図４に示された実施例は、前記図３の熱膨張許容隙間１６に供給された加圧流体の一部のリザーバへの還流を、軸受ハウジング１０に設けた絞り要素２４を介して行うようにしたものであり、図３の実施例の場合と同様に軸受金１１の冷却効率を高めることができるものである。
【００１９】
図５及び図６に示された実施例では、軸受金１１の冷却効果を高めるために冷却された加圧流体と軸受金１１との接触表面積を拡大するものであり、図５のものは、熱膨張許容隙間１６の底面に軸方向幅方向にスプライン溝２６を形成することにより接触面積を増大し、図６のものは、熱膨張許容隙間１６の底面に複数の環状凹溝２７を形成することにより接触面積を増大させている。
【００２０】
更に、図７に示された実施例においては、熱膨張許容隙間１６を環状ではなく、軸方向ランド１５と等角度位相位置でかつ軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 の複数の円弧状熱膨張許容隙間１６ａとして形成したものである。  このように構成することにより、軸受金１１の外周は、静圧ポケット１４と対応する角度位相位置において軸受ハウジング１０の円筒内孔７に密嵌合され、軸受金１１の軸受ハウジング１０の円筒内孔７への支持を確実にすることができる。この態様では、静圧ポケット１４と対応する角度位相における軸受金１１の熱膨張は軸方向内方へ静圧ポケット１４側に向かって生じるが、静圧ポケット１４の深さが減少するのみであり、また、軸方向ランド１５と対応する角度位相位置における軸受金１１の熱膨張は軸方向外方へ円弧状熱膨張許容隙間１６ａ側に向かって生じ、軸方向ランド１５と回転軸１３間のクリアランスは減少しないことになる。
なお、この実施例においては、軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 の円弧状熱膨張許容隙間１６ａとして形成しているが、円弧状の熱膨張許容隙間は軸方向ランドと等角度位相位置であれば、必ずしも軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 でなくとも効果は得られるが、円弧状熱膨張許容隙間１６ａを軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 とすることにより確実な効果が期待できる。
【００２１】
図８に示された実施例では、図１、図２における軸受金１１外周に形成されている環状の熱膨張許容隙間１６を軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に環状の熱膨張許容隙間１６ｂとして形成したものであり、図１の実施態様と同等の効果を奏するものである。
【００２２】
図９の実施例では、図８の実施例における軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に形成された環状の熱膨張許容隙間１６ｂに代えて、複数の円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃを軸方向ランド１５と等角度位相位置で軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に形成したものである。円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃは軸方向ランド１５と等角度位相位置でかつ軸方向ランド１５の角度幅θ１よりも広い角度幅θ２の複数の円弧状隙間１６ｃとして形成したものである。
これにより、軸方向ランド１５と角度位相が対応する軸受金１１の部分は径方向外方に熱膨張して軸受ハウジング１０の円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃへ進出し、一方、静圧ポケット１４と角度位相が対応する軸受金１１の部分は径方向内方に熱膨張して静圧ポケット１４の深さを減少するように作用することとなり、軸方向ランド１５と回転軸１３とのクリアランスが熱膨張により減少されることが防止され、良好な回転を保証するものである。
なお、この実施例においては、軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 の円弧状熱膨張許容隙間１６ｃとして形成しているが、円弧状の熱膨張許容隙間は軸方向ランドと等角度位相位置であれば、必ずしも軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 でなくとも効果は得られるが、円弧状熱膨張許容隙間１６ｃを軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広い角度幅θ2 とすることにより確実な効果が期待できる。
【００２３】
上述した各実施例における各静圧ポケットは矩形に形成されているが、矩形以外の形状、例えば特公昭５７−５０９７１号公報に開示されるようなＵ字状に形成してもよい。このように各静圧ポケットをＵ字状とする場合、各軸方向ランド部は大略Ｔ字状となり、前述した熱膨張許容隙間はこのＴ字状のランド部に対応して軸受金とハウジングとの嵌合部に形成されることになる。
以上、本発明の流体軸受装置を各実施例に沿って説明したが、本発明の趣旨を損なわない範囲で、各実施例を適宜組み合わせ、又は変形して実施することができることはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成したことにより、加圧流体は、熱膨張許容隙間を介して各静圧ポケットに供給されているので、回転軸は各静圧ポケットに生起される流体の静圧力により支持され良好に回転すると共に、回転軸の高速回転等により熱が発生しても、その外周に設けられた環状の熱膨張許容隙間にたえず加圧流体が供給されているので、軸受金の温度上昇は極力少なく押さえらる。また、たとえ温度上昇により軸受金に熱膨張が起こっても、外周に熱膨張許容隙間が設けられているので、その隙間を減少する方向に膨脹し、内方への膨脹は少なく、したがって、軸受面の軸方向ランドと回転軸とのクリアランスの減少は極めて少なく押さえることができ、負荷の増大、焼き付きが防止される。なお、前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成することにより、加工が容易になり、冷却効果も増大することができる。
【００２５】
また、本発明は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成することにより、剛性を高く維持しながら軸受金の熱膨張による悪影響を効率良く防止することができる。その際、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ2 は、前記軸方向ランド１５の角度幅θ1 よりも広く形成されることにより、より効率的に効果を発揮できる。
更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ2 は軸受面の軸方向長さｌ1 の少なくとも４割以上とすることにより十分な結果が得られる。
【００２５】
更に、本発明は、前記熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り通路を軸受金に形成すると共に、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成することにより、加圧流体を熱膨張許容隙間を経由して静圧ポケットへ供給し、更に熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに還流することにより軸受金を効率良く冷却することができるので、軸受金の熱膨張を押さえることが可能である。その際、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含ませることにより冷却効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図であり、図２のＩ−Ｉ断面矢視図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面矢視図。
【図３】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図４】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図５】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図６】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図７】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の側面断面図。
【図８】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図９】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の側面断面図。
【図１０】従来の流体軸受装置の正面断面図。
【符号の説明】
１０：    軸受ハウジング
１１：    軸受金
１３：    回転軸
１４：    静圧ポケット
１５：    軸方向ランド
１６：    熱膨張許容間隙
１８：    排出溝
１９：    加圧流体供給ポート
２０：    絞り要素
３１：    ポンプユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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