JP2001271830A - 流体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータ軸の回転速度を高くしたときでも、ス
ラスト軸受用の円板の外周部分を十分に冷却する。 【解決手段】 本発明の流体軸受は、ロータ軸１にスラ
スト軸受用の円板２を設け、この円板２を流体通路用の
隙間４を介して収容する円板収容部３ａが設けられたハ
ウジング３を備え、そして、円板２におけるロータ軸１
に近接する部分に軸方向に沿って延びるように設けられ
前記隙間４と連通する第１の流体通路２ｂを備え、更
に、円板２の内部に径方向に沿って延びるように設けら
れ一端部が第１の流体通路２ｂと連通すると共に他端部
が円板２の外周部で開口して前記隙間４と連通する第２
の流体通路２ｃを備えたものである。この構成の場合、
円板２の内部を流体が流れるようになるから、円板２の
外周部分が十分に冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械の
ロータ軸を回転可能に支承する軸受として好適する流体
軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のロータ軸を回転可能に支承す
る軸受として、従来より、流体軸受が用いられている。
この流体軸受のうち、スラスト軸受用の流体軸受は、ロ
ータ軸に鍔状に設けられたラスト軸受用の円板と、この
円板を流体通路用の隙間を介して収容する円板収容部が
設けられたハウジングとを備えて構成されている。この
構成の場合、円板表面に動圧発生用の溝を設け、流体通
路用の隙間に、流体として例えば空気を流通させること
により、空気動圧軸受として動作するように構成されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のスラスト軸
受用の流体軸受においては、円板の外径寸法がロータ軸
の外径寸法よりも大きいことから、円板の外周部分の速
度、即ち、円板の周速は、ロータ軸の周速よりも速い。
このため、円板の外周部分と空気との摩擦も、ロータ軸
と空気との摩擦よりも大きくなるので、上記空気との摩
擦により円板の外周部分に発生する発熱は、ロータ軸に
発生する発熱よりも多くなる。

【０００４】このような発熱が存在する流体軸受におい
て、ロータ軸の回転速度を更に高くすることが要求され
ている。そこで、ロータ軸の回転速度を高くしていく
と、円板の外周部分の発熱がかなり大きくなってしま
い、軸受としての性能に悪影響を与えるおそれがあっ
た。

【０００５】これに対して、ロータ軸の内部に冷却用の
空気を流す流路を設け、この流路から冷却用空気を吹き
出させることにより、ロータ軸を冷却するようにした構
成が考えられている。しかし、この構成であっても、冷
却用空気が円板の外周部分まであまり到達しない構成で
あるので、円板の外周部分を十分に冷却することができ
なかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、ロータ軸の回転
速度を高くしたときでも、スラスト軸受用の円板の外周
部分を十分に冷却することができる流体軸受を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の流体軸受は、ロ
ータ軸に設けられたスラスト軸受用の円板と、この円板
を流体通路用の隙間を介して収容する円板収容部が設け
られたハウジングと、このハウジングに設けられ前記流
体通路用の隙間に流体を導入する流体導入通路と、前記
ハウジングに設けられ前記流体通路用の隙間から流体を
排出する流体排出通路と、この流体排出通路または前記
流体導入通路に設けられた絞り部と、前記円板における
前記ロータ軸に近接する部分に軸方向に沿って延びるよ
うに設けられ前記流体通路用の隙間と連通する第１の流
体通路と、前記円板の内部に径方向に沿って延びるよう
に設けられ一端部が前記第１の流体通路と連通すると共
に他端部が前記円板の外周部で開口して前記流体通路用
の隙間と連通する第２の流体通路とを備えたところに特
徴を有する。

【０００８】上記構成によれば、流体導入通路から流体
通路用の隙間に導入された流体は、第１の流体通路及び
第２の流体通路を通って、円板の外周部に至り、流体通
路用の隙間へ流れる。この構成の場合、円板の内部を流
体がその外周方向に向かって流れるため、流体により円
板、即ち、円板の外周部分が十分に冷却されるようにな
る。特に、ロータ軸の回転速度を高くした場合は、流体
に作用する遠心力が強くなるから、第１の流体通路及び
第２の流体通路を通って円板の外周部に至る流体の量が
多くなり、円板の外周部分を一層十分に冷却することが
できる。

【０００９】また、上記構成の場合、第２の流体通路
を、ロータ軸の回転方向に対して後退する方向に傾斜さ
せるように構成することが好ましい。この構成によれ
ば、流体が第２の流体通路をより一層流れ易くなるか
ら、円板の外周部分をより一層十分に冷却することがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を工作機械のロータ
軸の軸受装置に適用した一実施例について図面を参照し
ながら説明する。まず、図１は、本実施例の軸受装置の
断面構造を示す図である。この図１において、工作機械
のロータ軸１は、駆動モータ（図示しない）により高速
回転駆動されるように構成されている。このロータ軸１
の図１中の下端部には、スラスト軸受用の円板２が鍔状
に設けられている。この円板２の中心部には、貫通孔２
ａが形成されており、この貫通孔２ａ内に上記ロータ軸
１が挿入固定されている。この場合、円板２とロータ軸
１とは、例えば焼嵌めや、かしめや、圧入等の方法によ
り固着されており、一体に回転するように構成されてい
る。

【００１１】そして、上記円板２は、ハウジング３に形
成された円板収容部３ａ内に収容されている。この構成
の場合、円板収容部３ａの内面と円板２の外面との間に
は、流体である例えば空気が通る所定の隙間（即ち、所
定の軸受クリアランス）４が設けられている。この隙間
４が、流体通路用の隙間である。上記円板２とハウジン
グ３の円板収容部３ａとから、スラスト空気動圧軸受５
が構成されている。このスラスト空気動圧軸受５が、本
発明の流体軸受を構成している。

【００１２】また、上記ハウジング３の中心部には、上
記ロータ軸１が挿入される貫通孔部３ｂが形成されてい
る。この貫通孔部３ｂの内周面とロータ軸１の外周面と
の間には、所定の隙間（即ち、所定の軸受クリアラン
ス）６が設けられており、この隙間６を流体である例え
ば空気が流通するように構成されている。上記隙間６
が、前記流体通路用の隙間４に空気（即ち、流体）を導
入する流体導入通路を構成している。上記構成の場合、
ハウジング３の貫通孔部３ｂとロータ軸１とから、ラジ
アル空気動圧軸受７が構成されている。

【００１３】そして、ロータ軸１の外周面のうちの上記
貫通孔部３ｂに対向する部分には、例えばヘリングボー
ン状パターンからなる動圧発生用溝（図示しない）が形
成されている。この構成の場合、ロータ軸１が高速回転
すると、上記動圧発生用溝の作用により、ハウジング３
の外部の空気が、矢印で示すように、貫通孔部３ｂの内
周面とロータ軸１の外周面との間の隙間６内に吸引され
て、該隙間６内に動圧が発生するように構成されてい
る。

【００１４】尚、ロータ軸１の外周面に動圧発生用溝を
直接設ける代わりに、ロータ軸１の外周に円筒部材を嵌
合固定すると共に、この円筒部材の外周面に動圧発生用
溝を設けるように構成しても良い。この構成の場合、円
筒部材とハウジング３の貫通孔部３ｂとから、ラジアル
空気動圧軸受が構成されることになる。

【００１５】さて、前記スラスト空気動圧軸受５のうち
の流体通路用の隙間４は、そのロータ軸１に近接する部
分で上記ラジアル空気動圧軸受７の隙間６と連通してい
る。即ち、ラジアル空気動圧軸受７の隙間６から、空気
が、スラスト空気動圧軸受５の流体通路用の隙間４内へ
導入されるように構成されている。

【００１６】また、スラスト空気動圧軸受５のハウジン
グ３には、図１に示すように、流体通路用の隙間４から
空気を排出するための空気排出通路３ｃが形成されてい
る。この空気排出通路３ｃが、本発明の流体排出路を構
成している。上記空気排出通路３ｃは、ハウジング３の
内部に、全体としてほぼコ字状をなす断面円形の流路と
して形成されている。この空気排出通路３ｃの両端部
は、ハウジング３の円板収容部３ａのうちの円板２の周
縁部に対向する部位に開口し、スラスト空気動圧軸受５
の隙間４と連通している。

【００１７】上記空気排出通路３ｃのうちの図１中の左
辺部の中央部には、ハウジング３の外部に連通する外部
連通路３ｄが形成されている。この構成の場合、スラス
ト空気動圧軸受５の隙間４内の空気は、図１において矢
印で示すように、空気排出通路３ｃを通り、その外部連
通路３ｄを通って外部へ排出されるように構成されてい
る。

【００１８】ここで、空気排出通路３ｃのうちのスラス
ト空気動圧軸受５の隙間４に連通する部分３ｅは、その
流路の内径寸法が他の部分の内径寸法よりも小さくなる
ように絞られている。即ち、上記部分３ｅが、絞り部３
ｅとなっている。そして、空気がこの絞り部３ｅを通る
ときの通風抵抗が大きくなることから、スラスト空気動
圧軸受５の隙間４内の圧力が高くなるように構成されて
いる。更に、上述した構成の空気排出通路３ｃは、ハウ
ジング３に複数例えば６個設けられている。本実施例の
場合、これら６個の空気排出通路３ｃは、図２に示すよ
うに、ハウジング３におけるロータ軸１の外側にほぼ等
間隔に円周配置されるように設けられている。尚、空気
排出通路３ｃの個数は上記６個に限られるものではな
く、５個以下でも良いし、７個以上でも良く、適宜決め
れば良い。

【００１９】一方、図１及び図２に示すように、上記円
板２におけるロータ軸１に近接する部分、即ち、貫通孔
２ａの内周部には、複数例えば１０個の溝部２ｂが軸方
向に沿って延びるように且つほぼ等間隔に設けられてい
る。これら溝部２ｂの両端部は、前記スラスト空気動圧
軸５の流体通路用の隙間４（及びラジアル空気動圧軸受
７の隙間６）に連通している。この場合、各溝部２ｂが
本発明の第１の流体通路を構成している。

【００２０】また、円板２の内部には、複数例えば１０
個の流路２ｃが径方向に沿って延びるように（放射状
に）且つほぼ等間隔に設けられている。これら流路２ｃ
は、一端部（即ち、円板２の中心側の端部）が上記溝部
２ｂの中央部に連通していると共に、他端部（即ち、円
板２の外周側の端部）が円板２の外周部で開口してスラ
スト空気動圧軸５の流体通路用の隙間４に連通してい
る。この場合、各流路２ｃが本発明の第２の流体通路を
構成している。そして、各流路２ｃは、図２に示すよう
に、ロータ軸１の回転方向（図２中にて矢印で示す右回
り方向）に対して後退する方向に傾斜するように形成さ
れている。

【００２１】上記構成の場合、ロータ軸１及び円板２が
回転すると、図１にて矢印で示すように、ラジアル空気
動圧軸受７の隙間６から、空気が、スラスト空気動圧軸
受５の流体通路用の隙間４に導入され、そして、その空
気の一部が、円板２の各溝部２ｂ内を通るように流れ、
更に、円板２の各流路２ｃ内を通って、流体通路用の隙
間４内へ流れるように構成されている。

【００２２】ここで、円板２の各流路２ｃ内を通る空気
は、円板２が回転するときに発生する遠心力を受けて円
板２の外周方向へ流れることから、円板２が高速回転す
ると、円板２の各流路２ｃ内を通る空気に作用する遠心
力が強くなり、該空気が強く加圧される。これにより、
流体通路用の隙間４内のうちの円板２の外周部分の動圧
が高くなるように構成されている。

【００２３】また、上記構成の円板２を製造するに当た
っては、例えば２枚の円板を貼り合わせて製造すること
が好ましい。この場合、２枚の円板の各貼り合わせ面
（またはいずれか一方の貼り合わせ面）に、上記各溝部
２ｂ及び各流路２ｃを形成した後、両者を貼り合わせる
ように構成すれば良い。このようにして製造すれば、円
板２を容易に製造することができる。尚、２枚の円板の
貼り合わせの固定は、接着やかしめや溶接やねじ止め等
の方法によって行えば良い。

【００２４】さて、ロータ軸１をより一層高速回転させ
る構成の場合には、円板２を小さく且つ薄く構成する必
要がある。このような小形の円板２に対して、上記各溝
部２ｂ及び各流路２ｃを形成することはかなり困難であ
る。これに対して、上述したように、２枚の円板を貼り
合わせて円板２を製造するように構成すると、各溝部２
ｂ及び各流路２ｃが存在する円板２を容易に製造するこ
とができる。

【００２５】このような構成の本実施例においては、ラ
ジアル空気動圧軸受７の隙間６からスラスト空気動圧軸
受５の流体通路用の隙間４に導入された空気（流体）の
一部は、円板２の溝部２ｂ及び流路２ｃを通って、円板
２の外周部に至り、流体通路用の隙間４へ流れる。この
構成によれば、円板２の内部をその外周方向へ空気が流
れるため、該空気により円板２、即ち、円板２の外周部
分が十分に冷却されるようになる。

【００２６】特に、ロータ軸１の回転速度をより一層高
く設定した場合には、円板の外周部分の発熱がかなり大
きくなるという問題が発生するが、これに対して、本実
施例の場合、ロータ軸１の回転速度が高くなると、円板
２内部の空気に作用する遠心力が強くなるから、円板２
の溝部２ｂ及び流路２ｃを通って円板２の外周部に至る
空気の量が多くなり、円板２の外周部分をより一層十分
に冷却することができる。そして、上記実施例の場合、
ロータ軸１の回転速度が高くなると、円板２内部の空気
に作用する遠心力が強くなるため、スラスト空気動圧軸
受５の流体通路用の隙間４内のうちの円板２の外周部分
の動圧が高くなる。従って、ロータ軸１の傾きに関する
力をスラスト空気動圧軸受５が受け易くなる。

【００２７】また、上記実施例の場合、円板２の流路２
ｃを、ロータ軸１の回転方向に対して後退する方向に傾
斜させるように構成した。この構成によれば、空気（流
体）が上記流路２ｃをより一層流れ易くなるから、円板
２の外周部分をより一層十分に冷却することができる。

【００２８】尚、上記実施例では、円板２の流路２ｃを
ロータ軸１の回転方向に対して後退する方向に傾斜させ
るように構成したが、これに限られるものではなく、円
板２の流路２ｃを傾斜させずに真っ直ぐに、即ち、単純
に放射状になるように構成しても良い。

【００２９】また、上記実施例では、ラジアル空気動圧
軸受７において、ロータ軸１の外周面に動圧発生用溝を
形成するように構成したが、これに代えて、ラジアル空
気動圧軸受７の隙間６内に空気を付与する空気付与装置
を設けるように構成すれば、上記動圧発生用溝を形成し
なくても済む。更に、上記実施例では、スラスト空気動
圧軸受５において、円板２の板面に動圧発生用溝を形成
しない構成としたが、これに代えて、円板２の板面に例
えばヘリングボーン状パターンからなる動圧発生用溝を
形成するように構成しても良い。

【００３０】更にまた、上記実施例では、流体軸受（ス
ラスト空気動圧軸受５またはラジアル空気動圧軸受７）
の流体として空気を用いるように構成したが、これに限
られるものではなく、他のガス体や液体等を用いるよう
に構成しても良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、ロータ軸に設けられたスラスト軸受用の円板を備
え、この円板を流体通路用の隙間を介して収容する円板
収容部が設けられたハウジングを備え、そして、前記円
板における前記ロータ軸に近接する部分に軸方向に沿っ
て延びるように設けられ前記流体通路用の隙間と連通す
る第１の流体通路と、前記円板の内部に径方向に沿って
延びるように設けられ一端部が前記第１の流体通路と連
通すると共に他端部が前記円板の外周部で開口して前記
流体通路用の隙間と連通する第２の流体通路とを備える
構成としたので、ロータ軸の回転速度を高くしたときで
も、スラスト軸受用の円板の外周部分を十分に冷却する
ことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す軸受装置の断面図

【図２】図１中II−II線に沿う断面図

【符号の説明】

１はロータ軸、２は円板、２ｂは溝部（第１の流体通
路）、２ｃは流路（第２の流体通路）、３はハウジン
グ、３ａは円板収容部、３ｂは貫通孔部、３ｃは空気排
出通路（流体排出通路）、３ｄは外部連通路、３ｅは絞
り部、４は流体通路用の隙間、５はスラスト空気動圧軸
受（流体軸受）、６は隙間（流体導入通路）、７はラジ
アル空気動圧軸受を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ軸に設けられたスラスト軸受用の
   円板と、 この円板を流体通路用の隙間を介して収容する円板収容
   部が設けられたハウジングと、 このハウジングに設けられ、前記流体通路用の隙間に流
   体を導入する流体導入通路と、 前記ハウジングに設けられ、前記流体通路用の隙間から
   流体を排出する流体排出通路と、 この流体排出通路または前記流体導入通路に設けられた
   絞り部と、 前記円板における前記ロータ軸に近接する部分に軸方向
   に沿って延びるように設けられ、前記流体通路用の隙間
   と連通する第１の流体通路と、 前記円板の内部に径方向に沿って延びるように設けら
   れ、一端部が前記第１の流体通路と連通すると共に、他
   端部が前記円板の外周部で開口して前記流体通路用の隙
   間と連通する第２の流体通路とを備えて成る流体軸受。
2. 【請求項２】 前記第２の流体通路は、前記ロータ軸の
   回転方向に対して後退する方向に傾斜していることを特
   徴とする請求項１記載の流体軸受。