JPH06341435A - 空気静圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高い安定性を得られる空気静圧軸受
装置を実現しようとするものである。 【構成】回転軸の一端に配設された第１の板状部材が高
圧エアーから受ける圧力の大きさと回転軸の他端に配設
された第２の板状部材が高圧エアーから受ける圧力の大
きさとの差が回転部及び第１の板状部材の他面に配置さ
れた回転対象物がそれぞれ受ける重力の大きさの和と一
致させるように第２の板状部材の高圧エアーから圧力を
受ける部分の面積を第１の板状部材の高圧エアーから圧
力を受ける部分の面積よりも小さく形成したことによ
り、回転部を重力の影響を受けずに所望の状態で回転さ
せることができ、かくして高い安定性を得られる空気静
圧軸受装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術（図７） 発明が解決しようとする課題（図７） 課題を解決するための手段（図１〜図６） 作用（図１〜図６） 実施例 （１）第１実施例（図１〜図３） （２）第２実施例（図４〜図６） （３）他の実施例（図４〜図６） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は空気静圧軸受装置に関
し、例えば光デイスクなどのマスターコードカツタのフ
オトレジスト塗布ガラス原盤を回転させる縦型の空気静
圧軸受装置に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来図７に示すように、この種の空気静
圧軸受装置１においては、環状のハウジング２の上面中
心部に形成された貫通口２Ａを遊貫するように棒状の回
転軸３が配置されると共に当該回転軸３の上端及び下端
に当該回転軸３と同軸に円板形状の上側スラストプレー
ト４及び下側スラストプレート５がそれぞれ取り付けら
れて構成されている。この場合ハウジング２の外周面に
は、貫通口２Ａの中心に向けて側壁を貫くように複数本
の横穴２Ｂ及び２Ｃが順次形成されると共に、当該各横
穴２Ｂ及び２Ｃをそれぞれ塞ぐように高圧のエアー源
（図示せず）と接続された管継手部材６Ａ及び６Ｂが順
次配設され、かくして各管継手部材６Ａ及び６Ｂから横
穴２Ｂ及び２Ｃを介して噴射される高圧エアーによつて
回転軸３に対して圧力を与えることにより当該回転軸３
を常にハウジング２の貫通口２Ａの中心に位置させるよ
うになされている。

【０００４】また当該ハウジング２の上面には各横穴２
Ｂ又は２Ｃとそれぞれ交差するように複数本の縦穴２Ｄ
及び２Ｅが順次貫設され、これにより上側スラストプレ
ート４の下面及びハウジング２の上面間の隙間７Ａ（以
下これを第１の隙間７Ａと呼ぶ）とハウジング２の下面
及び下側スラストプレート５の上面間の隙間７Ｂ（以下
これを第２の隙間７Ｂと呼ぶ）とに対してそれぞれ管継
手部材６Ａ及び６Ｂから横穴２Ｂ、２Ｃ及び縦穴２Ｄ、
２Ｅを介して高圧エアーが順次供給されるようになされ
ている。これにより上側スラストプレートは当該上側ス
ラストプレートの下面でなる高圧エアーから圧力を受け
る面（以下これを受圧面と呼ぶ）の面積と第１の隙間の
空気圧との積で与えられる上向きの力を高圧エアーから
得ると共に、下側スラストプレートは当該下側スラスト
プレートの上面でなる受圧面の面積と第２の隙間の空気
圧との積とで与えられる下向きの力を高圧エアーから得
る。

【０００５】この場合、一般的にこの種の空気静圧軸受
装置１では、上側スラストプレート４及び下側スラスト
プレート５の外径が等しく、従つて上側スラストプレー
ト４の受圧面の面積の大きさと下側スラストプレート５
の受圧面の面積の大きさとが等しく設計されている。従
つて縦型空気静圧軸受装置１においては、第１の隙間に
供給する高圧エアーの圧力を調整して大きな上向きの力
を上側スラストプレート４に与えることによつて上側ス
ラストプレート４、回転軸３及び下側スラストプレート
５でなる回転部８を上側スラストプレート４及び下側ス
ラストプレート５がハウジング２に接触しない状態で回
転させることができ、かくして上側スラストプレート４
の上面に載上された回転対象物９を回転軸３の軸Ｋ１を
中心として滑らかに回転させ得るようになされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の空気
静圧軸受装置１においては、回転軸３の軸Ｋ１が鉛直方
向と平行になるように設置して使用する場合、回転部８
が重力の影響によつて設計上当該回転部８があるべき位
置から鉛直下向きにスラスト剛性と当該回転部８及び回
転対象物９の重量の和との積によつて定まる大きさだけ
変位し、これにより第１の隙間７Ａと第２の隙間７Ｂと
の間に当該変位の２倍に相当する差が生じる。

【０００７】ところが、通常この種の空気静圧軸受装置
１では、第１の隙間７Ａ及び第２の隙間７Ｂの大きさが
均等にあるように設計されているため、第１の隙間７Ａ
及び第２の隙間７Ｂの大きさが不均等となると回転部８
の上下間におけるスラスト軸受剛性及び振動安定度等が
設計上の計算から外れた特性となり、この結果振動及び
軸ぶれ等の回転精度が最適な条件から外れる問題があつ
た。特に光デイスクなどのマスターコードカツタのスオ
トレジスト塗布ガラス原盤を回転させる縦型空気静圧軸
受装置などでは、回転対象であるガラス原盤の重心が回
転軸３の軸Ｋ１から外れるいわゆる偏重心がある程度避
けられず、この状態で回転部８を回転させる場合などで
は、回転部８が一方の軸端のみに遠心力による偏荷重を
受けてすりこぎ状に回転することがある。

【０００８】従つてこの種の空気静圧軸受装置では、微
小な異常振動を生じやすく、この結果回転精度が劣化
し、又はスラスト方向に異常振動を生じやすくなるなど
回転に非同期の振動を誘発し易い問題があつた。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、高い安定性を得られる空気静圧軸受装置を実現しよ
うとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、ハウジング２に形成された貫通孔
２Ａを遊貫するように回転軸３が配置されると共に、回
転軸３の長手方向の一端及び他端に第１及び第２の板状
部材１５又は２１並びに１１又は２２がそれぞれ固定さ
れ、ハウジング２の第１の板状部材１５又は２１と対向
する第１の面及び第１の板状部材１５又は２１のハウジ
ング２と対向する第１の面間の第１の間隙１７Ａ又は２
３Ａと、ハウジング２の第１の面に対して裏面側の第２
の面及び第２の板状部材１１又は２２のハウジング２と
対向する第１の面間の第２の間隙１７Ｂ又は２３Ｂにエ
アー源からエアー供給手段６Ａ、６Ｂ、２Ｂ〜２Ｅを介
して高圧のエアーをそれぞれ供給して第１の板状部材１
５又は２１の第１の面及び第２の板状部材１１又は２２
の第１の面にそれぞれ圧力を与えることにより、回転軸
３、第１の板状部材１５、２１及び第２の板状部材１
１、２２でなる回転部１６又は２４を回転自在に枢支す
る空気静圧軸受装置１０及び２０において、第１の板状
部材１５又は２１が第１の間隙１７Ａ又は２３Ａに供給
された高圧エアーから受ける圧力の大きさと第２の板状
部材１１又は２２が第２の間隙１７Ｂ又は２３Ｂに供給
された高圧エアーから受ける圧力の大きさとの差が回転
部１６、２４及び第１の板状部材１５又は２１の第２の
面に配置された回転対象物９がそれぞれ受ける重力の大
きさの和と一致するように第２の板状部材１１又は２２
の高圧エアーから圧力を受ける部分１６Ａ、２２Ｂの面
積を第１の板状部材１５又は２１の高圧エアーから圧力
を受ける部分１５Ａ、２１Ａの面積よりも小さく形成し
た。

【００１１】また本発明においては、空気静圧軸受装置
１０及び２０は、第２の板状部材１１又は２２の第１の
面に対して裏面側の第２の面側に回転部１６、２４を回
転させるモータの出力軸１２を一体に固定するようにし
た。

【００１２】さらに本発明においては、エアー供給手段
６Ａ、６Ｂ、２Ｂ〜２Ｅは、第１及び第２の間隙１７Ａ
又は２３Ａ並びに１７Ｂ又は２３Ｂに供給する高圧エア
ーの気圧を所定の値に保つ気圧保持手段６Ａ及び６Ｂを
有するようにした。

【００１３】

【作用】第１の板状部材１５又は２１が第１の間隙１７
Ａ又は２３Ａに供給された高圧エアーから受ける圧力の
大きさと第２の板状部材１１又は２２が第２の間隙１７
Ｂ又は２３Ｂに供給された高圧エアーから受ける圧力の
大きさとの差が回転部１６、２４及び第１の板状部材１
５又は２１の第２の面に配置された回転対象物９がそれ
ぞれ受ける重力の和と一致するように第２の板状部材１
１又は２２の高圧エアーから圧力を受ける部分１６Ａ、
２２Ｂの面積を第１の板状部材１５又は２１の高圧エア
ーから圧力を受ける部分１５Ａ、２１Ａの面積よりも小
さく形成したことにより、当該回転部１６、２４及び回
転対象物９でなる回転体が鉛直上向き方向に受ける外力
の大きさと当該回転体が鉛直下向きに受ける外力の大き
さを等しくさせることができる。従つて回転部１６、２
４を重力の影響を受けずに所望の状態で回転させること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１５】（１）第１実施例 図７との対応部分に同一符号を付して示す図１におい
て、１０は全体として第１実施例による縦型空気静圧軸
受装置を示し、下側スラストプレート１１の下面には円
柱形状のロータ１２が当該下側スラストプレート１１と
同軸に取り付けられている。ロータ１２は外周面におい
て周方向に順次磁極を形成した多極マグネツトでなり、
当該ロータ１２の周側面を取り囲むように環状のステー
タ１３がベース部材１４の内壁に取り付けられている。
この場合ステータ１３の内周面には中心軸Ｋ１方向に磁
界を発生させる複数のコイル（図示せず）が等間隔で順
次配設されており、これによりステータ１４の各コイル
に所定のタイミングで電流を流すことによつて回転磁界
を発生させることができ、かくして当該回転磁界からロ
ータ１２が受ける磁力に基づいて上側スラストプレート
１５、回転軸３、下側スラストプレート１１及びロータ
１２でなる回転部１６を中心軸Ｋ１を中心として回転さ
せ得るようになされている。

【００１６】ここでこの空気静圧軸受装置１の場合、下
側スラストプレート１１の外径を上側スラストプレート
１５の外径よりも所定量小さく選定することによつて図
２において斜線で示した上側スラストプレート１５の下
面でなる受圧面１５Ａを図３において斜線で示した下側
スラストプレート１１の上面でなる受圧面１１Ａの面積
よりも小さく形成している。

【００１７】この場合上側スラストプレート１５の受圧
面１５Ａの面積をＡ1 、下側スラストプレート１１の受
圧面１１Ａの面積をＡ2 とし、上側スラストプレート１
５の下面及びハウジング２の上面間の空間でなる第１の
隙間１７Ａ並びに下側スラストプレート１１の上面及び
ハウジング２の下面間の空間でなる第２の隙間１７Ｂに
おける空気圧力をＰ１としたとき、上側スラストプレー
ト１５は第１の隙間１７Ａに供給された高圧エアーから
次式

【数１】 で与えられる大きさの上向きの力ｆ1 を受け、下側スラ
ストプレート１１は第２の隙間１７Ｂに供給された高圧
エアーから次式

【数２】 で与えられる大きさの下向きの力ｆ2 を受ける。

【００１８】このため当該空気静圧軸受装置１０では、
次式

【数３】 で与えられるような上側スラストプレート１５が受ける
上向きの力ｆ1 の大きさと下側スラストプレート１１が
受ける下向きの力ｆ2 の大きさとの差Ｆ1 が、重力加速
度をｇ、回転対象物９、上側スラストプレート１５、回
転軸３、下側スラストプレート１１及びロータマグネツ
ト１２の質量をそれぞれＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3、Ｍ4 及びＭ5
としたとき、次式

【数４】 で与えられるような回転部１６及び回転対象物９でなる
回転体が受ける重力Ｆ2の大きさと等しくなるように
（すなわちＦ1 ＝Ｆ2 となるように）上側スラストプレ
ート１５及び下側スラストプレート１１の外径をそれぞ
れ選定し、これにより当該回転部１６が受ける上向きの
外力の大きさの合計量と下向きの外力の大きさきの合計
量とを等しくさせている。

【００１９】この実施例の場合、各管継手部材６Ａ、６
Ｂ及びハウジング２間にはそれぞれエアーレギユレータ
（図示せず）が介挿されており、これにより管継手部材
６Ａ及び６Ｂを介してハウジング２の横穴２Ｂ、２Ｃに
供給される高圧エアーの圧力むらを低減させるようにな
されている。この場合当該エアーレギユレータにおいて
は、出力するエアーの空気圧を自在に変化させ得るよう
になされている。これにより当該空気静圧軸受装置１０
においては、第１及び第２の隙間１７Ａ、１７Ｂにおけ
る空気圧を調整することによつて上側スラストプレート
１５に与える上向きの力ｆ1 の大きさを変化させること
ができ、かくして必要に応じて回転部１６を上下方向に
所望量変位させる得るようになされている。

【００２０】以上の構成において、当該空気静圧軸受装
置１０では回転部１６受ける上向きの外力の大きさの合
計量と当該回転体が受ける下向きの外力の大きさの合計
量とが等しく、従つて回転部１６が受ける上下方向の外
力の大きさが釣合うために当該回転部１６が重力の影響
によつて下方向に変位しない。従つて当該空気静圧軸受
装置１０では、第１の隙間１７Ａの大きさと第２の隙間
１７Ｂの大きさとを常に等しくすることができ、かくし
て回転部１６を常に設計上の最適な条件下で回転させる
ことができる。

【００２１】以上の構成によれば、上側スラストプレー
ト１５が第１の隙間１７Ａに供給された高圧エアーから
受ける上向きの力ｆ1 の大きさと下側スラストプレート
１１が第２の隙間１７Ｂから受ける下向きの力ｆ2 の大
きさとの差Ｆ1 が回転部１６及び回転対象物９でなる回
転体が受ける重力の大きさＦ2 と等しくなるように上側
スラストプレート１５及び下側スラストプレート１１の
外径をそれぞれ選定したことにより、回転部１６が重力
の影響を受けずに常に第１の隙間１７Ａの大きさ及び第
２の隙間１７Ｂの大きさが等しい状態で回転させること
ができ、かくして高い安定性を得られる空気静圧軸受装
置を実現できる。

【００２２】また高い安定性を得られることにより、偏
重心をもつた回転対象物９を回転させても異常振動の発
生を抑えられ、かくして回転部１６を回転精度良く回転
させることができる。

【００２３】（２）第２実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は第２実
施例の空気静圧軸受装置２０を示し、上側スラストプレ
ート２１の外径が下側スラストプレート２２の外径と等
しく選定されると共に下側スラストプレート２２の上面
内側に溝２２Ａが形成されていることを除いて空気静圧
軸受装置１０（図１）と同様に構成されている。これに
より当該空気静圧軸受装置２０においては、図５におい
て斜線で示すような上側スラストプレート２１の下面で
なる受圧面２１Ａの面積が、図６において斜線で示すよ
うな下側スラストプレート２２の溝２２Ａ部分を除いた
上面でなる受圧面２２Ｂの面積よりも当該下側スラスト
プレート２２の溝２２Ａ部分だけ大きく形成されてい
る。

【００２４】この場合上側スラストプレート２１の受圧
面２１Ａの面積をＡ3 、下側スラストプレート２２の受
圧面２２Ａの面積をＡ4 とし、上側スラストプレート２
１の下面及びハウジング２の上面間の空間でなる第１の
隙間２３Ａ並びに下側スラストプレート２２の上面及び
ハウジング２の下面間の空間でなる第２の隙間２３Ｂに
おける空気圧力をＰ2 としたとき、上側スラストプレー
ト２１は第１の隙間２３Ａに供給された高圧エアーから
次式

【数５】 で与えられる大きさの上向きの力ｆ3 を受け、下側スラ
ストプレート２２は第２の隙間２３Ｂに供給された高圧
エアーから次式

【数６】 で与えられる大きさの下向きの力ｆ4 を受ける。

【００２５】このため当該空気静圧軸受装置２０では、
次式

【数７】 で与えられるような上側スラストプレート２１が受ける
上向きの力ｆ3 の大きさと下側スラストプレート２２が
受ける下向きの力ｆ4 の大きさとの差Ｆ3 が、上側スラ
ストプレート２１及び下側スラストプレート２２の質量
をそれぞれＭ6 及びＭ7 としたとき、次式

【数８】 で与えられるような上側スラストプレート２１、回転軸
３、下側スラストプレート２２及びロータマグネツト１
２でなる回転部２４と回転対象物９とで構成される回転
体が受ける重力Ｆ4 の大きさと等しくなるように（すな
わちＦ3 ＝Ｆ4 となるように）上側スラストプレート２
１及び下側スラストプレート２２の外径をそれぞれ選定
し、これにより当該回転部２４が受ける上向きの外力の
大きさの合計量と下向きの外力の大きさの合計量とを等
しくさせている。

【００２６】以上の構成において、当該空気静圧軸受装
置２０では回転部２４が受ける上向きの外力の大きささ
の合計量と下向きの外力の大きささの合計量とが等し
く、従つて回転部２４が受ける上下方向の外力の大きさ
が釣合うために当該回転部２４が重力の影響によつて下
方向に変位しない。従つて当該空気静圧軸受装置２０で
は、第１の隙間２３Ａの大きさと第２の隙間２３Ｂの大
きさとを常に等しくすることができ、かくして回転部２
４を常に設計上の最適な条件下で回転させることができ
る。

【００２７】以上の構成によれば、上側スラストプレー
ト２１の外径を下側スラストプレート２２の外径と等し
く選定すると共に下側スラストプレート２２の上面内側
に溝２２Ａを形成し、このとき当該溝２２Ａの幅を、上
側スラストプレート２１が第１の隙間２３Ａに供給され
る高圧エアーから受ける上向きの力ｆ3 の大きさと下側
スラストプレート２１が第２の隙間に供給された高圧エ
アーから受ける下向きの力ｆ4 の大きさとの差Ｆ3 が回
転部２４及び回転対象物９でなる回転体が受ける重力Ｆ
4 の大きさと等しくなるように選定したことにより、回
転部２４を重力の影響を受けずに常に第１の隙間２３Ａ
の大きさ及び第２の隙間２３Ｂの大きさが等しい状態で
回転させることができ、かくして高い安定性を得られる
空気静圧軸受装置を実現できる。

【００２８】また高い安定性を得られることにより、偏
重心をもつた搭載物を回転させても異常振動の発生を抑
えられ、かくして回転部２４を回転精度良く回転させる
ことができる。

【００２９】（３）他の実施例 なお上述の第２実施例においては、下側スラストプレー
ト２２の上面内側に溝２２Ａを形成するようにした場合
に付いて述べたが、本発明はこれに限らず、下側スラス
トプレート２２の上面外側に溝を形成するようにしても
良く、要は上側スラストプレート２１が第１の隙間２３
Ａに供給される高圧エアーから受ける上向きの力ｆ3 の
大きさと下側スラストプレート２２が第２の隙間２３Ｂ
に供給された高圧エアーから受ける下向きの力ｆ4 の大
きさとの差Ｆ3 が回転部２４及び回転対象物９でなる回
転体が受ける重力Ｆ4 の大きさと等しくなるように溝を
形成するのであれば、溝の形成場所及び溝の形状として
はこの他種々の形成場所及び形状を適用できる。

【００３０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、空気静圧
軸受装置において、回転軸の一端に配設された第１の板
状部材が高圧エアーから受ける圧力の大きさと回転軸の
他端に配設された第２の板状部材が高圧エアーから受け
る圧力の大きさとの差が回転部及び第１の板状部材の他
面に配置された回転対象物がそれぞれ受ける重力の大き
さの和と一致させるように第２の板状部材の高圧エアー
から圧力を受ける部分の面積を第１の板状部材の高圧エ
アーから圧力を受ける部分の面積よりも小さく形成した
ことにより、回転部を重力の影響を受けずに所望の状態
で回転させることができ、かくして高い安定性を得られ
る空気静圧軸受装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の空気静圧軸受装置を示す部分的な
断面図である。

【図２】図１に示す上側スラストプレートの受圧面を示
す平面図である。

【図３】図１に示す下側スラストプレートの受圧面を示
す平面図である。

【図４】第２実施例の空気静圧軸受装置を示す部分的な
断面図である。

【図５】図４に示す上側スラストプレートの受圧面を示
す平面図である。

【図６】図４に示す下側スラストプレートの受圧面を示
す平面図である。

【図７】従来の縦型空気静圧軸受装置を示す部分的な断
面図である。

【符号の説明】

１、１０、２０……空気静圧軸受装置、２……ハウジン
グ、２Ａ……貫通口、２Ｂ、２Ｃ……横穴、２Ｄ、２Ｅ
……縦穴、３……回転軸、４、１５、２１……上側スラ
ストプレート、５、１１、２２……下側スラストプレー
ト、６Ａ、６Ｂ……管継手部材、７Ａ、１７Ａ、２３Ａ
……第１の隙間、７Ｂ、１７Ｂ、２３Ｂ……第２の隙
間、８、１６、２４……回転部、９……回転対象物、１
５Ａ、１６Ａ、２１Ａ、２２Ｂ……受圧面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングに形成された貫通孔を遊貫する
   ように回転軸が配置されると共に、上記回転軸の長手方
   向の一端及び他端に第１及び第２の板状部材がそれぞれ
   固定され、上記ハウジングの上記第１の板状部材と対向
   する第１の面及び上記第１の板状部材の上記ハウジング
   と対向する第１の面間の第１の間隙と、上記ハウジング
   の上記第１の面に対して裏面側の第２の面及び上記第２
   の板状部材の上記ハウジングと対向する第１の面間の第
   ２の間隙にエアー源からエアー供給手段を介して高圧の
   エアーをそれぞれ供給して上記第１の板状部材の第１の
   面及び上記第２の板状部材の第１の面にそれぞれ圧力を
   与えることにより、上記回転軸、上記第１の板状部材及
   び上記第２の板状部材でなる回転部を回転自在に枢支す
   る空気静圧軸受装置において、 上記第１の板状部材が上記第１の間隙に供給された上記
   高圧エアーから受ける上記圧力の大きさと上記第２の板
   状部材が上記第２の間隙に供給された上記高圧エアーか
   ら受ける上記圧力の大きさとの差が上記回転部及び上記
   第１の板状部材の第２の面に配置された回転対象物がそ
   れぞれ受ける重力の大きさの和と一致するように上記第
   ２の板状部材の上記高圧エアーから上記圧力を受ける部
   分の面積を上記第１の板状部材の上記高圧エアーから上
   記圧力を受ける部分の面積よりも小さく形成したことを
   特徴とする空気静圧軸受装置。
2. 【請求項２】上記空気静圧軸受装置は、上記第２の板状
   部材の上記第１の面に対して裏面側の第２の面側に上記
   回転部を回転させるモータの出力軸が一体に固定された
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気静圧軸受装置。
3. 【請求項３】上記エアー供給手段は、 上記第１及び第２の間隙に供給する上記高圧エアーの気
   圧を所定の値に保つ気圧保持手段を具えることを特徴と
   する請求項１に記載の空気静圧軸受装置。