JP2000310222A - 液体動圧軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】潤滑流体として液体を用いた場合に、かかる潤
滑液を周囲に漏出させることなく、少量の潤滑液を自然
循環させながら回転軸の高速回転を支承することが可能
であると共に、簡易な構成で回転軸の起動及び停止時に
おける回転側部材と固定側部材の固体接触を防止するこ
とが可能な液体動圧軸受ユニットを提供する。 【解決手段】回転軸２とは別個に且つ逆方向へ回転可能
なフリー円板５を回転軸２に遊嵌させると共に、かかる
フリー円板５には潤滑液を吸収した吸蔵体１６を搭載
し、回転軸２の起動又は停止に先立って上記フリー円板
５を回転させることにより、回転側部材である内輪３及
びスラスト板６ａ，６ｂと固定側部材である外輪４との
軸受隙間に対して上記吸蔵体１６から潤滑液を強制的に
送り込み、これによって回転軸２の起動時又は停止時に
おける回転側部材と固定側部材との固体接触を防止する
ように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の回転に伴
って高圧の流体潤滑膜を発生させ、この流体潤滑膜によ
って上記回転軸の回転を支承する動圧軸受ユニットに係
り、特に、かかる動圧軸受の潤滑流体として水やクーラ
ント液等の液体を用いた液体動圧軸受ユニットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−２４１２２２号公報、特開平
６−２４９２３６号公報、特開平７−１９２３６号公報
等には動圧軸受によって主軸の回転を支承したスピンド
ル装置が開示されている。かかるスピンドル装置は、工
作機械の主軸頭等に固定されるハウジングと、駆動手段
に連結されて回転する主軸と、所定の軸受隙間を介して
対向する回転側部材及び固定側部材から構成されると共
に上記主軸をハウジングに対して回転自在に支承するラ
ジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受とを備えており、
各動圧軸受の回転側部材には深さ１０〜１５μｍ程度の
動圧発生用溝が所定のパターンで形成されている。

【０００３】このように構成されたスピンドル装置にお
いては、上記主軸の回転に伴って動圧軸受の軸受隙間に
介在する潤滑流体が加圧され、主軸は高圧の流体潤滑膜
によって浮揚状態となり、その状態のままで回転を支承
される。このため、主軸の回転に対しては極僅かな回転
抵抗しか作用せず、しかも回転時における振動も殆ど発
生しないことから、該主軸に対して毎分１万回転以上の
高速回転を与えて使用することも可能といった優れた特
質を有している。

【０００４】また、かかるスピンドル装置では主軸の回
転に伴って潤滑流体を加圧していることから、各動圧軸
受の回転側部材と固定側部材との軸受隙間が過大である
と、該軸受隙間において潤滑流体の圧力を十分に高める
ことができず、主軸の外部荷重に対する負荷能力及び剛
性が低下してしまう。このため、前述した従来のスピン
ドル装置では軸受隙間を数μｍ程度に設定し、主軸の低
速回転においても潤滑流体を十分に加圧できるようにし
ている。

【０００５】更に、各動圧軸受の軸受隙間で加圧される
潤滑流体としては、空気等の気体の他に水や工作機械用
のクーラント液等の液体を用いることが可能であるが、
気体の圧縮性に比較して液体のそれの方が小さいことか
ら、液体を潤滑流体として用いた場合の方が主軸の荷重
に対する負荷能力及び剛性は向上することとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、動圧軸受では
主軸の回転に伴って軸受隙間の潤滑流体を加圧している
ので、かかる主軸の回転が停止していたのでは軸受隙間
に高圧の流体潤滑膜が形成されず、また、回転が極めて
遅い場合にも十分に高圧の流体潤滑膜が得られず、かか
る主軸の起動及び停止時に回転側部材と固定側部材の固
体接触が生じてしまい、軸受部品が破損してしまうとい
った問題点があった。

【０００７】特に、潤滑流体として液体を用いる場合に
は、軸受隙間に介在する潤滑流体が主軸の停止に伴って
流出してしまうため、かかる主軸の再起動時には軸受隙
間に対して潤滑流体を強制的に供給する手段がなけれ
ば、回転側部材と固定側部材の固体接触を防止すること
はできなかった。

【０００８】このため、従来の動圧軸受においては、主
軸の起動及び停止時に各動圧軸受の軸受隙間に対して潤
滑流体をポンプやコンプレッサ等で加圧して供給し、軸
受隙間に十分な動圧が発生するまでの間は静圧によって
主軸の回転を支承するように構成しているものが多々見
受けられた。しかし、軸受隙間の潤滑流体に静圧を付与
するにあたっては、かかる潤滑流体を加圧するための外
部機器や、これを軸受隙間に導くための配管が外部に必
要となり、取り扱いが不便となる他、コストも嵩むとい
った問題点があった。

【０００９】また、従来の動圧軸受では、上記主軸をハ
ウジングに対して非接触で支承している構造上、各動圧
軸受の軸受隙間がハウジング外の雰囲気と連通されてお
り、潤滑流体として液体を用いた場合には、軸受隙間で
加圧された潤滑液がハウジング外へ漏れ出してしまい、
かかる動圧軸受が組み込まれた装置、例えば上記スピン
ドル装置の周辺を汚してしまうといった問題点があっ
た。このため、潤滑流体として液体を用いた動圧軸受
は、例えばクリーンルーム内における使用等、潤滑液の
漏出による汚染を嫌う環境下では使用することができな
かった。

【００１０】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、潤滑流体として
液体を用いた場合に、かかる潤滑液を周囲に漏出させる
ことなく、少量の潤滑液を自然循環させながら回転軸の
高速回転を支承することが可能であると共に、簡易な構
成で回転軸の起動及び停止時における回転側部材と固定
側部材の固体接触を防止することが可能な液体動圧軸受
ユニットを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液体動圧軸受ユニットは、支承すべき回転
軸に嵌合する内輪と、ハウジングに固定されると共に上
記内輪と相まってラジアル動圧軸受を構成する外輪と、
この外輪に隣接し、上記内輪と相まってラジアル動圧軸
受を構成すると共に上記外輪と相まってスラスト動圧軸
受を構成するフリー円板と、上記外輪及びフリー円板を
その軸方向から挟み込むようにして上記内輪に固定さ
れ、該外輪及びフリー円板と相俟ってスラスト動圧軸受
を構成する一対のスラスト板と、上記フリー円板に任意
の回転数を与える円板駆動手段と、各スラスト動圧軸受
の軸受隙間に面して配設され、これらスラスト動圧軸受
の軸受隙間から排出される潤滑液を吸収して貯蔵する吸
蔵体と、この吸蔵体と上記スラスト動圧軸受及びラジア
ル動圧軸受の軸受隙間を連結して、かかる軸受隙間に対
して潤滑液を供給する液供給経路とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１２】このような技術的手段によれば、ラジアル
及びスラストの各動圧軸受を構成する内輪及びスラスト
板が回転軸と共に回転すると、吸蔵体に貯蔵された潤滑
液が液供給経路を経て各動圧軸受の軸受隙間に供給され
ると共に、各軸受隙間においては回転軸の回転に伴って
潤滑液が加圧され、高圧の流体潤滑膜が形成される。こ
れによって回転軸に固定された内輪及びスラスト板は固
定側部材である外輪と非接触状態に保たれ、その回転が
支承される。もっとも、回転軸が停止している状態又は
回転していてもその回転数が極めて遅い状態では、各動
圧軸受の軸受隙間に十分に高圧の流体潤滑膜が形成され
ないことから、内輪又はスラスト板と外輪とが固体接触
を生じてしまう。特に回転軸に対して大きな荷重が作用
している状態で該回転軸を起動あるいは停止させた際に
は、このような固体接触を生じ易く、内外輪及びスラス
ト板等の軸受部材を破損してしまう懸念がある。

【００１３】しかし、本発明では上記フリー円板に対し
て円板駆動手段で回転軸とは別個に任意の回転数を与え
ることが可能なので、回転軸が停止している状態又は極
めて低速で回転している状態で該回転軸の回転方向とは
逆方向に上記フリー円板を回転させると、フリー円板に
対する回転軸の相対的な回転数が上昇することになる。
このため、フリー円板を回転させると、回転軸が停止し
ている状態でも上記フリー円板とスラスト板又は内輪と
が形成する動圧軸受の軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形
成され、更に、この高圧の潤滑液を外輪と内輪又はスラ
スト板との軸受隙間に対して押し込むことができ、内輪
又はスラスト板と外輪とが固体接触を生じるのを可及的
に防止することができる。

【００１４】また、フリー円板又は回転軸の回転中に各
動圧軸受で加圧された潤滑液は、外部に向けて開放され
ているスラスト動圧軸受の軸受隙間の外周縁から外部に
向けて排出されるが、上記吸蔵体はスラスト動圧軸受の
軸受隙間に面して配設されていることから、排出される
潤滑液は周囲に飛散することなく吸蔵体に吸収される。
従って、本発明の動圧軸受ユニットでは、潤滑液が吸蔵
体を介して各動圧軸受の軸受隙間を循環することにな
り、少量の潤滑液をも外部に漏出させることなく回転軸
の高速回転を支承することが可能となる。

【００１５】ここで、上記フリー円板は外輪のいずれの
側に設けても差し支えないが、例えば立て軸ポンプの回
転軸等、軸方向が鉛直方向に合致した回転軸の支承を本
発明の動圧軸受ユニットによって行う場合、フリー円板
に対する荷重の負荷を極力小さく抑えるという観点から
すれば、かかるフリー円板は外輪の下側ではなく上側に
隣接するのが好ましい。

【００１６】また、上記吸蔵体は外輪と一緒に固定的に
設けても差し支えないが、かかる吸蔵体に吸収された潤
滑液を効率良く抽出して各動圧軸受に供給するという観
点からすれば、上記フリー円板に搭載するが好ましい。
このように構成すれば、フリー円板の回転に伴い作用す
る遠心力によって、吸蔵体内に貯蔵された潤滑液を該フ
リー円板の回転数に応じて液供給経路へ抽出し、各動圧
軸受に供給することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の液体動圧軸受ユニットを詳細に説明する。図１は本発
明の液体動圧軸受ユニットの第１実施例を示す概略図で
ある。同図において、符号１はハウジング、符号２はカ
ップリング等によって図示外の駆動軸に連結されると共
に上記ハウジング１に対して回転自在に支承された回転
軸、符号３はこの回転軸２に嵌合した内輪、符号４はハ
ウジング１と一体に形成されると共に上記内輪３と所定
の軸受隙間を介して対向する外輪、符号５は所定の軸受
隙間を介して上記外輪４に隣接すると共に上記内輪３と
所定の軸受隙間を介して対向するフリー円板、符号６
ａ，６ｂは上記回転軸２に嵌合すると共に上記外輪４及
びフリー円板５の軸方向端面と所定の軸受隙間を介して
対向する一対の円板状スラスト板であり、上記内輪３と
外輪４、内輪３とフリー円板５とがラジアル動圧軸受を
構成する一方、スラスト板６ａとフリー円板５、スラス
ト板６ｂと外輪４、外輪４とフリー円板５とがスラスト
動圧軸受を夫々構成している。

【００１８】上記フリー円板５は内輪３、スラスト板６
ａ及び外輪４と所定の軸受隙間（例えば７．５μｍ）を
介して対向していることから、上記回転軸２に対して回
転自在に遊嵌しており、回転軸２とは逆方向に任意の回
転を与えられるようになっている。すなわち、かかるフ
リー円板５の外周縁にはモータロータ７ａが固定される
一方、ハウジング１にはモータステータ７ｂが固定さ
れ、これらロータ７ａとステータ７ｂによって構成され
る円板駆動モータ７によって、回転軸２とは別個に上記
フリー円板５を回転駆動し得るものである。また円板駆
動モータ７の保持力によって、回転軸２の回転中にフリ
ー円板５を回転させずに停止させておくこともできるよ
うになっている。

【００１９】上記外輪４と対向する内輪３の外周面には
ヘリングボーン状の動圧発生用溝８が形成されており、
回転軸２が回転すると、かかる動圧発生用溝８によって
外輪４と内輪３の軸受隙間、すなわちラジアル動圧軸受
の軸受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板６ｂに向け
て加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成
されるようになっている。これにより、回転軸２は外輪
４に対して非接触の状態でその回転を支承されることと
なる。

【００２０】また、上記フリー円板５と対向する内輪３
の外周面にもヘリングボーン状の動圧発生用溝９が形成
されており、フリー円板５が停止している状態で回転軸
２が回転すると、かかる動圧発生用溝９によってフリー
円板５と内輪３の軸受隙間、すなわちラジアル動圧軸受
の軸受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板６ａに向け
て加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成
されるようになっている。また、フリー円板５が回転軸
２と逆方向に回転すると、かかる回転軸２との間の相対
的な回転差が増加することから、フリー円板５と内輪３
の軸受隙間には更に高圧の流体潤滑膜が形成される。

【００２１】一方、上記外輪４の軸方向端面と対向する
スラスト板６ｂの一面にはスパイラル状の動圧発生用溝
１０が形成されており、上記回転軸２が回転すると、か
かる動圧発生用溝１０によって外輪４とスラスト板６ｂ
の軸受隙間、すなわちスラスト動圧軸受の軸受隙間に介
在する潤滑流体がスラスト板６ｂの外径に向けて加圧さ
れ、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されるよ
うになっている。

【００２２】また、上記フリー円板５の軸方向端面と対
向するスラスト板６ａの一面にもスパイラル状の動圧発
生用溝１１が形成されており、フリー円板５が停止した
状態で上記回転軸２が回転すると、かかる動圧発生用溝
１１によってフリー円板５とスラスト板６ａの軸受隙
間、すなわちスラスト動圧軸受の軸受隙間に介在する潤
滑流体がスラスト板６ａの外径に向けて加圧され、かか
る軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されるようになっ
ている。その結果、回転軸２は上記外輪４及びフリー円
板５を挟んで設けられた一対のスラスト動圧軸受によっ
てその軸方向の移動が規制されることとなる。

【００２３】更に、回転軸２を停止させた状態でフリー
円板５のみを円板駆動モータ７で回転駆動する場合を考
慮すると、上記フリー円板５は回転軸２と逆方向に回転
することから、この場合もフリー円板５とスラスト板６
ａの軸受隙間には回転軸２を回転させた場合と同様にし
て高圧の流体潤滑膜が形成される。

【００２４】また更に、上記外輪４と対向するフリー円
板５の一面にもスパイラル状の動圧発生用溝１２が形成
されており、フリー円板５が回転すると、かかる動圧発
生用溝１２によってフリー円板５と外輪４の軸受隙間に
介在する潤滑流体が該フリー円板５の内径に向けて加圧
され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成される
ようになっている。すなわち、フリー円板５を円板駆動
モータ７によって回転させると、フリー円板５の周囲の
各軸受隙間には高圧の流体潤滑膜が形成され、かかるフ
リー円板５と内輪３、スラスト板６ａ及び外輪４との固
体接触を防止しながら、該フリー円板５を高速で回転さ
せることが可能となる。

【００２５】この液体動圧軸受ユニットではラジアル動
圧軸受及びスラスト動圧軸受の各潤滑流体として、水や
機械加工用クーラント液等の液体を使用しており、かか
る潤滑液は一対の吸蔵体１５，１６に吸収された状態で
上記ハウジング１内に貯蔵されている。これら吸蔵体１
５，１６は高吸水繊維の交絡体であり、円環状に形成さ
れると共に各スラスト板６ａ，６ｂの外径側に配設され
ている。すなわち、一方の吸蔵体１５はホルダー１７に
保持された状態でスラスト板６ｂの外径側に配置され、
かかるスラスト板６ｂと外輪４とが形成するスラスト動
圧軸受の軸受隙間に面している。また、他方の吸蔵体１
６はフリー円板５に搭載された状態でスラスト板６ａの
外径側に配置され、かかるスラスト板６ａとフリー円板
５とが形成するスラスト動圧軸受の軸受隙間に面してい
る。

【００２６】また、フリー円板５及び外輪４には各吸蔵
体１５，１６からフリー円板５と外輪４との軸受隙間に
向けて貫通する液供給路１８，１９が夫々形成されてお
り、各吸蔵体に貯蔵されていた潤滑液が上記液供給路１
８，１９を経てフリー円板５と外輪４との軸受隙間に流
動し得るように構成されている。この液供給路１８，１
９はフリー円板５及び外輪４の周方向に沿って等間隔で
複数本が形成されており、フリー円板５における動圧発
生用溝１２の形成領域内に開口している。

【００２７】以上のように構成された第１実施例の動圧
軸受ユニットを使用するに当たっては、回転軸２の起動
に先立って、先ずは円板駆動モータ７により回転軸２の
回転方向とは逆方向へフリー円板５を回転させる。フリ
ー円板５を回転させると、このフリー円板５の周囲の軸
受隙間には高圧の流体潤滑膜が形成され、かかる流体潤
滑膜でフリー円板５の回転を支承することができること
は前述の通りである。このとき、フリー円板５と外輪４
との軸受隙間では、動圧発生用溝１２の働きによって潤
滑液がフリー円板５の内径へ向けて加圧されており、図
２に示すように、加圧された潤滑液は内輪３とフリー円
板５との軸受隙間、あるいは内輪３と外輪５との軸受隙
間に押し込まれる。また、潤滑液がフリー円板５の内径
へ向けて加圧されることから、フリー円板５の外径近傍
では軸受隙間の圧力が負圧となり、吸蔵体１５，１６に
貯蔵されていた潤滑液が液供給路１８，１９を経てフリ
ー円板５と外輪４の軸受隙間に吸引される。これによ
り、内輪３と外輪４の軸受隙間、内輪３とフリー円板５
の軸受隙間に対して潤滑液を連続的に供給することが可
能となる。

【００２８】特に、吸蔵体１６はフリー円板５に搭載さ
れていることから、フリー円板５が回転すると、遠心力
によって吸蔵体１６内における空気と潤滑液との分離が
促進され、かかる吸蔵体１６から潤滑液を取り出すこと
が一層容易となる。従って、フリー円板５の回転数が高
まり、これに伴ってフリー円板５と外輪４の軸受隙間に
おける潤滑液の流動量が増加しても、かかる流動量に見
合った量の潤滑液をフリー円板５に搭載された吸蔵体１
６から供給することができるものである。

【００２９】また、フリー円板５が回転していることか
ら、かかるフリー円板５と内輪３の軸受隙間に流入した
潤滑液はスラスト板６ａに向けて加圧され、フリー円板
５とスラスト板６ａの軸受隙間に流入する一方、かかる
スラスト動圧軸受の軸受隙間に流入した潤滑液はスラス
ト板６ａの外径に向けて加圧され、最終的に、潤滑液は
スラスト板６ａの外径から噴出してフリー円板５に搭載
された吸蔵体１６に吸収される。

【００３０】更に、図２に示すように、フリー円板５の
回転によって外輪４と内輪３の軸受隙間に押し込まれた
潤滑液は、背後から加圧されることから、回転軸２が回
転せずとも内輪と外輪の軸受隙間を流動し、スラスト板
６ｂと外輪の軸受隙間に流れ込む。そして、かかる軸受
隙間を流動した後、スラスト板６ｂの外径から噴出して
固定的に設けられた吸蔵体１５に吸収される。

【００３１】このようにフリー円板５が回転すると、回
転軸２が回転せずとも、各ラジアル動圧軸受及びスラス
ト動圧軸受の軸受隙間に高圧の潤滑液が流れ込むことと
なり、この状態から回転軸２を起動させれば、かかる起
動時における回転側部材（図１中において斜線ハッチン
グで示されている部材）と固定側部材との固体接触を防
止することができるものである。特に、図１の紙面上側
を上方として回転軸２を鉛直に配置している場合には、
かかる回転軸２が停止していると、回転軸２に作用する
荷重の全てがスラスト板６ａからフリー円板５に対して
作用してしまうので、フリー円板５とスラスト板６ａと
の間に固体接触を生じ易い。しかし、フリー円板５は回
転軸２に比べて軽量であることから、回転軸２に比べで
容易に起動させることができ、しかも一旦起動すれば、
前述のようにして各動圧軸受の軸受隙間に高圧の潤滑液
が行き渡り、回転側部材と固定側部材との固体接触が防
止される。

【００３２】一方、フリー円板５を回転させた状態で回
転軸２も起動すると、かかるフリー円板５は回転軸２と
逆方向に回転することから、フリー円板５に対する回転
軸２の相対的な回転速度が向上し、フリー円板５と内輪
３の軸受隙間、フリー円板５とスラスト板６ａの軸受隙
間には更に高圧の流体潤滑膜が形成されることになる。
また、回転軸２の起動に伴って内輪３と外輪４の軸受隙
間に流入していた潤滑液も動圧発生用溝８によって加圧
され、吸蔵体１５を介した潤滑液の循環量も多くなる。

【００３３】そして、回転軸２の回転が十分に高速にな
れば、各ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受の軸受
隙間には十分に高圧の流体潤滑膜が形成され、回転側部
材と固定側部材とが固体接触を生じる危険がなくなるこ
とから、フリー円板５の回転を停止することができる。
フリー円板５の回転が停止しても、停止したフリー円板
５と内輪３の軸受隙間では潤滑液がスラスト板６ａへ向
けて加圧され、外輪４と内輪３の軸受隙間では潤滑液が
スラスト板６ｂへ向けて加圧されていることから、フリ
ー円板５と外輪４の軸受隙間は負圧となり、吸蔵体１
５，１６に貯蔵されている潤滑液は液供給路１８，１９
を介して引き続き該軸受隙間に吸引される。そのため、
フリー円板５が停止しても、回転軸２が起動している間
は、図２に示した潤滑液の循環が継続的に行われる。

【００３４】このように吸蔵体１５，１６を介して潤滑
液を循環させながら回転軸２の回転を支承するように構
成すると、かかる潤滑液によって各動圧軸受で発生する
剪断摩擦熱の除去が促進され、内輪３の熱膨張による内
輪３及び外輪４の固体接触をも防止することが可能とな
る。例えば、スラスト板６ａ，６ｂの外径を４８ｍｍ、
内輪３の外径を３６ｍｍ、軸受隙間を７．５μｍとし、
回転軸２を１６０００ｒｐｍで回転させると、各動圧軸
受の軸受隙間では１５ｋｇｆ／ｃｍ² の高圧力と、６５
ｃｃ／ｍｉｎの循環液量が得られ、動圧発生用溝を含め
た軸受隙間のトータル容積が０．１２ｃｍ³ であること
を考慮すると、十分な量の潤滑液を循環させることがで
き、各動圧軸受で発生する剪断摩擦熱を効果的に除去し
得ることが理解される。

【００３５】また、回転軸２を停止する際には、かかる
停止に先立ってフリー円板５を起動させることにより、
回転軸２の減速に伴う流体潤滑膜の圧力の減少を補うこ
とができるので、回転軸２の起動時と同様にして、回転
側部材と固定側部材との固体接触を防止しながら回転軸
２を停止させることができ、スラスト板６ａ，６ｂや内
輪３の破損を防止することが可能となる。

【００３６】一方、本実施例の動圧軸受ユニットでは、
ハウジング１内に外部から異物が入り込むのを防止する
と共に、回転軸２の停止時に潤滑液が外部に漏出するの
を防止するため、リング状のシール部材２０，２０をハ
ウジング１に固定し、かかるシール部材２０の内径側の
先端部を各スラスト板６ａ，６ｂの外側面に対して当接
させている。このシール部材２０は弾性体から形成され
ており、その弾性力によってスラスト板６ａ，６ｂに軽
く当接している。一方、図３に示すように、シール部材
２０が当接したスラスト板６ａ（６ｂ）の外側面には、
スパイラル状の動圧発生用溝２１が形成されており、上
記シール部材２０の先端部はこの動圧発生用溝２１の形
成領域を越えて、各スラスト板６ａ（６ｂ）の陸に当接
している。この動圧発生用溝２１は回転軸２の回転に伴
って、ハウジング１内の雰囲気をスラスト板６ａ（６
ｂ）の外径側から内径側に向かって排出する向きに形成
されている。

【００３７】従って、回転軸２が回転すると、動圧発生
用溝２１によって各スラスト板６ａ，６ｂとシール部材
２０との間に動圧が発生し、弾性体からなるシール部材
は僅かに変形してスラスト板６ａから離間する。このと
き、動圧発生用溝２１はハウジング１内の雰囲気をスラ
スト板６ａ，６ｂの外径側から内径側へ向けて加圧して
いることから、回転軸２の回転中はハウジング１内の雰
囲気がシール部材２０とスラスト板６ａ，６ｂとの隙間
から外部に向けて噴出し、ハウジング１内に異物が侵入
するのを防止することができる。一方、回転軸２が停止
すると、スラスト板６ａ，６ｂとシール部材２０との間
の動圧が消失することから、シール部材２０の変形が解
消し、かかるシール部材２０はスラスト板６ａ，６ｂに
当接する。これにより、回転軸２の停止中に、ハウジン
グ１内から外部へ潤滑液が漏出するのを効果的に防止す
ることができる。

【００３８】図４は本発明をスピンドル装置に適用した
第２実施例を示す概略図である。同図において、符号３
１はハウジング、符号３２はこのハウジング３１に対し
て回転自在に支承されたスピンドル主軸、符号３３はこ
のスピンドル主軸３２に嵌合した内輪、符号３４はハウ
ジング３１と一体に形成されると共に上記内輪３３と所
定の軸受隙間を介して対向する外輪、符号３５は所定の
軸受隙間を介して上記外輪３４に隣接すると共に上記内
輪３３と所定の軸受隙間を介して対向するフリー円板、
符号３６ａ，３６ｂは上記スピンドル主軸２に嵌合する
と共に上記外輪３４及びフリー円板３５の軸方向端面と
所定の軸受隙間を介して対向する一対の円板状スラスト
板であり、上記内輪３３と外輪３４、内輪３３とフリー
円板３５とがラジアル動圧軸受を構成する一方、スラス
ト板３６ａとフリー円板３５、スラスト板３６ｂと外輪
３４、外輪３４とフリー円板３５とがスラスト動圧軸受
を夫々構成している。

【００３９】上記フリー円板３５は、第１実施例と同様
に、内輪３３、スラスト板３６ａ及び外輪３４と所定の
軸受隙間を介して対向しており、円板駆動モータ３７に
よってスピンドル主軸３２とは逆方向に任意の回転を与
えられるようになっている。また、円板駆動モータ３７
の保持力によって、スピンドル主軸３２の回転中にフリ
ー円板３５を回転させずに停止させておくこともできる
ようになっている。

【００４０】上記外輪３４と対向する内輪３３の外周面
にはヘリングボーン状の動圧発生用溝３８，３９が一対
形成されており、スピンドル主軸３２が回転すると、一
方の動圧発生用溝３８によって外輪３４と内輪３３の軸
受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板６ｂに向けて加
圧され、他方の動圧発生用溝３９によって外輪３４と内
輪３３の軸受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板６ａ
に向けて加圧され、これらの軸受隙間に高圧の流体潤滑
膜が形成されるようになっている。これにより、スピン
ドル主軸３２は外輪３４に対して非接触の状態でその回
転を支承されることとなる。

【００４１】また、第１実施例と同様、上記フリー円板
３５と対向する内輪３３の外周面にもヘリングボーン状
の動圧発生用溝４０が形成されており、フリー円板３５
が停止している状態でスピンドル主軸３２が回転する
と、かかる動圧発生用溝４０によってフリー円板３５と
内輪３３の軸受隙間、すなわちラジアル動圧軸受の軸受
隙間に介在する潤滑流体がスラスト板３６ａに向けて加
圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成され
るようになっている。また、フリー円板３５がスピンド
ル主軸３２と逆方向に回転すると、かかるスピンドル主
軸３２との間の相対的な回転差が増加することから、フ
リー円板３５と内輪３３の軸受隙間には更に高圧の流体
潤滑膜が形成される。

【００４２】一方、上記外輪３４の軸方向端面と対向す
るスラスト板３６ｂの一面にはスパイラル状の動圧発生
用溝４１が形成されており、上記スピンドル主軸３２が
回転すると、かかる動圧発生用溝４１によって外輪３４
とスラスト板３６ｂの軸受隙間、すなわちスラスト動圧
軸受の軸受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板３６ｂ
の外径に向けて加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体
潤滑膜が形成されるようになっている。

【００４３】また、上記フリー円板３５の軸方向端面と
対向するスラスト板３６ａの一面にもスパイラル状の動
圧発生用溝４２が形成されており、フリー円板３５が停
止した状態で上記スピンドル主軸３２が回転すると、か
かる動圧発生用溝４２によってフリー円板３５とスラス
ト板３６ａの軸受隙間、すなわちスラスト動圧軸受の軸
受隙間に介在する潤滑流体がスラスト板３６ａの外径に
向けて加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が
形成されるようになっている。その結果、スピンドル主
軸３２は上記外輪３４及びフリー円板３５を挟んで設け
られた一対のスラスト動圧軸受によってその軸方向の移
動が規制されることとなる。

【００４４】また更に、上記外輪３４と対向するフリー
円板３５の一面にもスパイラル状の動圧発生用溝４３が
形成されており、フリー円板３５が回転すると、かかる
動圧発生用溝４３によってフリー円板３５と外輪３４の
軸受隙間に介在する潤滑流体が該フリー円板３５の内径
に向けて加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜
が形成されるようになっている。すなわち、フリー円板
３５を円板駆動モータ３７によって回転させると、第１
実施例と同様、フリー円板３５の周囲の各軸受隙間には
高圧の流体潤滑膜が形成され、かかるフリー円板３５と
内輪３３、スラスト板３６ａ及び外輪３４との固体接触
を防止しながら、該フリー円板３５を高速で回転させる
ことが可能となる。

【００４５】この実施例においても、各動圧軸受の軸受
隙間に供給される潤滑液は吸蔵体４５，４６に吸収され
た状態でハウジング内に貯蔵されている。各吸蔵体４
５，４６はスピンドル主軸３２を取り巻くようにして円
環状に形成されており、一方の吸蔵体４５はハウジング
３１に直接保持された状態でスラスト板３６ｂの外径側
に配置され、かかるスラスト板３６ｂと外輪３４とが形
成するスラスト動圧軸受の軸受隙間に面している。ま
た、他方の吸蔵体４６はフリー円板３５に搭載され、か
かるスラスト板３６ａとフリー円板３５とが形成するス
ラスト動圧軸受の軸受隙間に面している。

【００４６】また、フリー円板３５には吸蔵体４５から
該フリー円板４５と外輪３４との軸受隙間に向けて貫通
する液供給路４８が形成されており、吸蔵体４５に貯蔵
されていた潤滑液が上記液供給路４８を経てフリー円板
３５と外輪３４との軸受隙間に流動し得るように構成さ
れている。一方、上記ハウジング３１及び外輪３４には
吸蔵体４６から内輪３３及び外輪３４の軸受隙間に向け
て貫通する略Ｌ字状の液供給路４９が形成されており、
吸蔵体４６に貯蔵されていた潤滑液が上記液供給路４９
を経て内輪３３と外輪３４との軸受隙間に流動し得るよ
うに構成されている。これらの液供給路４８，４９はフ
リー円板３５及び外輪３４の周方向に沿って等間隔で複
数本が形成されている。

【００４７】以上のように構成された第２実施例のスピ
ンドル装置を使用するに当たっては、やはり回転軸３２
の起動に先立って、先ずは円板駆動モータ３７により回
転軸３２の回転方向とは逆方向へフリー円板３５を回転
させる。フリー円板３５を回転させると、このフリー円
板３５の周囲の軸受隙間には高圧の流体潤滑膜が形成さ
れる。このとき、フリー円板３５と外輪３４との軸受隙
間では、動圧発生用溝４３の働きによって潤滑液がフリ
ー円板３５の内径へ向けて加圧されており、図５に示す
ように、加圧された潤滑液は内輪３３とフリー円板３５
との軸受隙間、あるいは内輪３３と外輪３４との軸受隙
間に押し込まれる。また、潤滑液がフリー円板３５の内
径へ向けて加圧されることから、フリー円板３５の外径
近傍では軸受隙間の圧力が負圧となり、吸蔵体４５に貯
蔵されていた潤滑液が液供給路４８を経てフリー円板３
５と外輪３４の軸受隙間に吸引される。これにより、内
輪３３と外輪３４の軸受隙間、内輪３３とフリー円板３
５の軸受隙間に対して潤滑液を連続的に供給することが
可能となる。

【００４８】また、第１実施例と同じように吸蔵体４５
はフリー円板３５に搭載されていることから、遠心力に
よって吸蔵体４５内における空気と潤滑液との分離を促
進することができ、フリー円板３５の回転数が高まって
軸受隙間における潤滑液の流動量が増加しても、かかる
流動量に見合った量の潤滑液をフリー円板３５に搭載さ
れた吸蔵体４５から供給することが可能となる。

【００４９】スピンドル主軸３２が停止した状態でフリ
ー円板３５が回転すると、フリー円板３５の周囲では図
５に矢線で示すような潤滑液の流動が生じ、吸蔵体４５
からフリー円板３５と外輪３４の軸受隙間に供給された
潤滑液は、フリー円板３５と内輪３３の軸受隙間、フリ
ー円板３５とスラスト板３６ａの軸受隙間を流動した
後、再度吸蔵体４５に吸収される。一方、外輪３４の周
囲でも図５に矢線で示すような潤滑液の流動が生じ、フ
リー円板３５と外輪３４の軸受隙間から内輪３３と外輪
３４の軸受隙間に流動した潤滑液は、外輪３４とスラス
ト板３６ｂの軸受隙間を経て吸蔵体４６に吸収される。

【００５０】このようにフリー円板３５が回転すると、
スピンドル主軸３２が回転せずとも、各ラジアル動圧軸
受及びスラスト動圧軸受の軸受隙間に高圧の潤滑液が流
れ込むこととなり、この状態からスピンドル主軸３２を
起動させれば、かかる起動時における回転側部材（図４
中において斜線ハッチングで示されている部材）と固定
側部材との固体接触を防止することができるものであ
る。

【００５１】この状態からスピンドル主軸３２が起動す
ると、内輪に形成された動圧発生用溝３８，３９の働き
により、かかる内輪３３と外輪３４の軸受隙間でも潤滑
液が加圧され、かかる軸受隙間にも高圧の流体潤滑膜が
形成される。このとき、内輪３３に形成された動圧発生
用溝３８は内輪３３と外輪３４の軸受隙間に存在する潤
滑液をスラスト板３６ｂの方向へ加圧する一方、かかる
動圧発生用溝３８に隣接する動圧発生用溝３９は内輪３
３と外輪３４の軸受隙間に存在する潤滑液をスラスト板
３６ａの方向へ加圧することから、内輪３３と外輪３４
の軸受隙間における潤滑液の流動は図６に矢線で示すも
のとなる。これにより、吸蔵体４６内に貯蔵されていた
潤滑液は、液供給路４９を経て内輪３３と外輪３４の軸
受隙間に吸引される。

【００５２】そして、スピンドル主軸３２の回転が十分
に高速になれば、各ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧
軸受の軸受隙間には十分に高圧の流体潤滑膜が形成さ
れ、スピンドル主軸３２に外力が作用しても、回転側部
材と固定側部材とが固体接触を生じる危険がなくなるこ
とから、フリー円板３５の回転を停止することができ
る。フリー円板３５の回転が停止しても、停止したフリ
ー円板３５と内輪３３の軸受隙間では潤滑液がスラスト
板６ａへ向けて加圧されていることから、フリー円板３
５と外輪３４の軸受隙間は負圧となり、吸蔵体４５に貯
蔵されている潤滑液は液供給路４８を介して引き続き該
軸受隙間に吸引される。そのため、フリー円板３５が停
止しても、スピンドル主軸３２が起動している間は、図
６に示した潤滑液の循環が継続的に行われる。

【００５３】第１実施例において説明したように、各動
圧軸受で発生した剪断摩擦熱は潤滑液によって運び去ら
れることから、何ら潤滑液の冷却手段を具備しない場合
には、吸蔵体４６に貯蔵される潤滑液が徐々に高温とな
り、潤滑液の循環によって各動圧軸受を冷却することが
困難になってくる。そのため、この第２実施例では、吸
蔵体４６から潤滑液を軸受隙間に供給する液供給路４９
の途中にペルチェ素子５０を設け、このペルチェ素子５
０に通電した際の吸熱効果を利用して液供給路４９を流
動する潤滑液の冷却を行っている。これにより、吸蔵体
４６から軸受隙間に供給される潤滑液は低温となり、各
動圧軸受で発生する剪断摩擦熱を効果的に除去すること
が可能となる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の液体
動圧軸受ユニットによれば、回転軸の回転方向とは逆方
向に上記フリー円板を回転させることにより、回転軸が
停止している状態でも上記フリー円板とスラスト板又は
内輪とが形成する動圧軸受の軸受隙間に高圧の流体潤滑
膜が形成され、更に、この高圧の潤滑液を外輪と内輪又
はスラスト板との軸受隙間に対して押し込むことができ
るので、内輪又はスラスト板と外輪とが固体接触を生じ
るのを可及的に防止することができ、回転軸の起動時又
は停止時における回転側部材と固定側部材の固体接触を
可及的に防止することが可能となる。

【００５５】また、本発明の動圧軸受ユニットでは潤滑
液が吸蔵体を介して各動圧軸受の軸受隙間を循環するこ
とになるので、潤滑液を周囲に漏出させることなく、少
量の潤滑液を自然循環させながら回転軸の高速回転を支
承することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液体動圧軸受ユニットの第１実施例
を示す概略図である。

【図２】 第１実施例の液体動圧軸受ユニット内におけ
る潤滑液の循環経路を示す概略図である。

【図３】 第１実施例の液体動圧軸受ユニットにおける
シール部材を示す拡大図である。

【図４】 本発明の液体動圧軸受ユニットの第２実施例
を示す概略図である。

【図５】 第２実施例の液体動圧軸受ユニットにおい
て、フリー円板を起動させた際の潤滑液の循環経路を示
す概略図である。

【図６】 第２実施例の液体動圧軸受ユニットにおい
て、スピンドル主軸を起動させた際の潤滑液の循環経路
を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…回転軸、３…内輪、４…外輪、５
…フリー円板、６ａ，６ｂ…スラスト板、１５，１６…
吸蔵体、１８，１９…液供給路（液供給経路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝渕 庄太郎 山梨県中巨摩郡玉穂町中楯754、テイエチ ケー株式会社甲府工場内 Ｆターム(参考） 3J011 AA07 AA09 BA02 BA09 CA01 CA02 JA02 KA04 MA03 MA04 MA23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支承すべき回転軸に嵌合する内輪と、ハ
   ウジングに固定されると共に上記内輪と相まってラジア
   ル動圧軸受を構成する外輪と、この外輪に隣接し、上記
   内輪と相まってラジアル動圧軸受を構成すると共に上記
   外輪と相まってスラスト動圧軸受を構成するフリー円板
   と、上記外輪及びフリー円板をその軸方向から挟み込む
   ようにして上記内輪に固定され、該外輪及びフリー円板
   と相俟ってスラスト動圧軸受を構成する一対のスラスト
   板と、上記フリー円板に任意の回転数を与える円板駆動
   手段と、各スラスト動圧軸受の軸受隙間に面して配設さ
   れ、これらスラスト動圧軸受の軸受隙間から排出される
   潤滑液を吸収して貯蔵する吸蔵体と、この吸蔵体と上記
   スラスト動圧軸受及びラジアル動圧軸受の軸受隙間を連
   結して、かかる軸受隙間に対して潤滑液を供給する液供
   給経路とを備えたことを特徴とする液体動圧軸受ユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液体動圧軸受ユニットに
   おいて、上記吸蔵体はフリー円板に搭載されていること
   を特徴とする液体動圧軸受ユニット。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の液体動圧軸受ユニ
   ットにおいて、上記フリー円板の回転に伴い、かかるフ
   リー円板の表裏両面側に設けられた一対のスラスト動圧
   軸受の軸受隙間では潤滑液が互いに逆方向に流動し、上
   記吸蔵体を介して潤滑液が循環することを特徴とする液
   体動圧軸受ユニット。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の液体
   動圧軸受ユニットにおいて、上記液供給経路には通電に
   よって潤滑液の冷却を行うペルチェ素子が設けられてい
   ることを特徴とする液体動圧軸受ユニット。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載の液体
   動圧軸受ユニットにおいて、弾性体により形成されたリ
   ング状のシール部材を上記ハウジングに固定すると共
   に、かかるシール部材の内径側の先端部を上記スラスト
   板の外側面に対して当接させ、更に、 上記ハウジング内の雰囲気をハウジング外へ向かって排
   出するよう、上記シール部材とスラスト板の対向部位に
   動圧発生用溝を形成したことを特徴とする液体動圧軸受
   ユニット。