JP2002357222A - 流体軸受 - Google Patents

流体軸受

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JP2002357222A JP2001280095A JP2001280095A JP2002357222A JP 2002357222 A JP2002357222 A JP 2002357222A JP 2001280095 A JP2001280095 A JP 2001280095A JP 2001280095 A JP2001280095 A JP 2001280095A JP 2002357222 A JP2002357222 A JP 2002357222A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体軸受における軸受剛性の向上とランドに
おける発熱の抑制という二つの目的の同時達成 【解決手段】 流体軸受は、回転軸を支持する軸受面に
おいて、回転軸の滑動面の移動方向に適宜の間隔をあけ
て複数の静圧ポケット１４が列設され、静圧ポケット以
外の区域にランド１５が形成され、軸受面の静圧ポケッ
トには給油手段に連通する給油孔１７が開口し、ランド
には、排出手段に連通し、回転軸回転速度を検出する回
転速度検出手段、軸受内の流体圧を検出する圧力セン
サ、軸受面と回転軸の滑動面との軸受隙間を検出する変
位計及び軸受内の流体温度を測定する温度センサからの
検出信号に応じて制御手段で調整される可変絞り弁４１
を介して潤滑油を流出する排油孔１８が１個以上開口し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、流体軸受、例え
ば工作機械の主軸等に用いられる流体軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術における工作機械の主軸等の
回転軸を支承するラジアル流体軸受は、図２０に示すよ
うに、軸受面に四辺形（図２０（Ａ）参照）又はＵ字形
（図２０（Ｂ）参照）の静圧ポケット１４が適宜の間隔
をあけて軸の回転方向に並んで形成され、静圧ポケット
１４以外の軸受面域は、ランド１５となっておいる。
【０００３】同じく、スラスト流体軸受は、図２１に示
すように、砥石軸Ｓのような回転軸の中央部に形成され
たフランジ部の端面が滑動自在に対向して接するスラス
ト軸受面が形成され、スラスト軸受面は、外周域と内周
域とを残して中間域に同心的に連続円環帯形（図２１
（Ａ）参照）又は不連続円環帯形（図２１（Ｂ）（Ｃ）
参照）の静圧ポケット３４が形成されている。そして、
スラスト軸受面において、静圧ポケット３４以外の区域
は、ランド３５ａ，ｂ，ｃとなる。（フランジ部Ｆは、
図１７のスラスト軸受面の中心軸線を中心に回転す
る。）
【０００４】静圧ポケット３４が不連続円環帯形の場
合、外周域ランド３５ａと内周域ランド３５ｂとの間の
静圧ポケット３４が等分割（図示の例では４等分割）さ
れて静圧ポケット３４が不連続円環帯形となり、静圧ポ
ケット３４を分割する円周４等分の放射状の半径方向ラ
ンド３５ｃは、外周域ランド３５ａと内周域ランド３５
ｂとを連結している。
【０００５】そして、流体軸受には、非分離型と分離型
とがある。分離型では、ラジアル軸受の場合、図２０
（Ｃ）に示すように隣接した静圧ポケット１４，１４間
においてランド１５に軸方向に突き抜けた分離溝１９が
形成され、ランド１５は静圧ポケット毎に分離されてお
り、スラスト軸受の場合、図２１（Ｃ）に示すように半
径方向ランド３５ｃに半径方向に突き抜けた分離溝１９
が形成され、半径方向ランド３５ｃは静圧ポケット毎に
分離されている。
【０００６】非分離型では、ラジアル軸受の場合のラン
ド１５やスラスト軸受の場合の半径方向ランド３５ｃに
分離型のような分離溝１９がない。（図２０（Ａ）
（Ｂ）、図２１（Ｂ）参照）
【０００７】そして、ラジアル軸受及びスラスト軸受の
いずれにおいても、静圧ポケット１４，３４の底面に給
油孔１７が開口している。給油孔は、外部のポンプのよ
うな外部の圧油供給源に接続された例えば研削盤の砥石
主軸ケーシングの油供給孔のような給油通路に接続され
ている。
【０００８】上記の流体軸受において、給油孔１７から
減圧調整された潤滑油が静圧ポケット１４，３４に流出
し、静圧ポケット１４，３４と回転軸の外周面又はフラ
ンジ部の端面とによる空間を満して外側のランド１５，
３５ａと回転軸の外周面又はフランジ部の端面との間で
絞られて両側から外部に排出される。
【０００９】それにより静圧流体軸受として機能すると
共に、静圧ポケット１４，３４と回転軸の外周面又はフ
ランジ部の端面とによる空間を満した潤滑油は、ランド
１５，３５ａと回転軸の外周面又はフランジ部の端面と
の間の隙間に存在して、回転軸の回転において、狭めら
れたランド１５，３５ａと回転軸の外周面又はフランジ
部の端面との間隙における潤滑油の楔作用により動圧が
発生して、流体軸受に動圧効果も加わる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術の流体軸受において、非分離型、特にランドを効率良
く一層広く形成して、動圧効果を高めたＵ字形の静圧ポ
ケットのラジアル流体軸受は、剛性及び減衰性が高い。
【００１１】しかし、回転軸の回転速度が高速である
と、ランドにおいて流体摩擦により潤滑油に大量の発熱
が生じる。その結果、外側固定の軸受は、加熱されて熱
膨張し、軸受隙間が縮小して、ランドにおける潤滑油の
発熱量は増大する。
【００１２】すると、軸受が更に熱膨張し、軸受隙間が
縮小し、益々潤滑油の発熱量が増大するという悪循環が
生じる。このランドにおける潤滑油の発熱の増大・軸受
隙間の縮小の因果サイクルが時間の経過と共に進行し
て、軸受性能の劣化に繋がり、最終的には回転軸と軸受
部材とが焼付くことになる。
【００１３】そこで、非分離型で問題となる発熱を抑制
するために、ランドに分離溝を形成したのが分離型であ
るが、分離型は、非分離型に比し軸受負荷能力の低下、
即ち剛性が低下する。
【００１４】又、高速化において、空気の吸い込みが生
じ、それによる気泡が軸受性能に影響を与える。そし
て、回転軸の回転速度が高速になるほど、動圧支持剛性
を高めたいという要求と、ランドでの発熱を抑制したい
という要求とは、二律背反となる。
【００１５】この発明は、上記の従来の技術の流体軸受
における軸受剛性の向上とランドにおける発熱の抑制と
いう二つの目的を合わせて可能にすることを図ったもの
である。
【００１６】そして、又、従来型の流体軸受は、軸受隙
間や潤滑油の給排に関し、初期に設定された条件で軸受
性能が固定である。そのため最大の要求性能をクリアす
る流体軸受を設計しておかなければならない。また、常
に最大性能の状態で使用することになるため剛性は十分
高いが、その分発熱も大きくなっている。
【００１７】また、回転軸の高速回転時の熱変形に対す
る軸受隙間の変化、軸受油の温度変化に伴う粘性の変化
により、実際に一番使用したいところで最適絞り比を外
れていることが多い。仮に、使用時の状況を推定して設
計できたとしても回転軸の回転速度や軸受油の温度等が
変わると最適条件から外れることになる。
【００１８】この発明は、上記の従来の技術の流体軸受
における軸受剛性とランドにおける発熱のバランスの最
適絞り比を使用時に設定できるようになり、使用条件下
で最高性能の発揮を可能とすることを図ったものであ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明の流体軸受は、
回転軸を支持する軸受面において、回転軸の滑動面の移
動方向に適宜の間隔をあけて複数の静圧ポケットが列設
され、該静圧ポケット以外の区域にランドが形成され、
軸受面の静圧ポケットには給油手段に連通する給油孔が
開口し、ランドには、排出手段に連通し、可変絞りを介
して排出手段に連通している排油孔が１個以上開口して
いる。
【００２０】可変絞りは、回転軸の回転速度に応じて調
整される絞りであり、更には、軸受作動状態検出手段に
よる検出信号に基づいて制御手段により開閉が制御され
る可変絞り弁である。軸受作動状態検出手段は、回転軸
回転速度を検出する回転速度検出手段、軸受内の流体圧
を検出する圧力センサ、軸受面と回転軸の滑動面との軸
受隙間を検出する変位計及び軸受内の流体温度を測定す
る温度センサから構成されている。
【００２１】流体軸受は、ラジアル軸受として回転軸を
支持する軸受面が回転軸の滑動面である外周面を支承す
るラジアル軸受面である場合、スラスト軸受として回転
軸を支持する軸受面が回転軸の滑動面である回転軸の一
部を形成する端面、例えばフランジの端面を支承するス
ラスト軸受面である場合、又はラジアル軸受面とスラス
ト軸受面が併存する場合がある。
【００２２】ラジアル軸受面の静圧ポケットは、例え
ば、四辺形の凹所、又は軸受面で円周方向に伸びる対向
して平行な脚部をもつＵ字形の凹所、又は凹所内に独立
したランドが形成された四辺形の輪状の凹所である。
【００２３】そして、ラジアル軸受としては、ラジアル
軸受面が内周面に形成されたインナースリーブが軸受ケ
ーシングの内周面に嵌着された二層一体の軸受部材で構
成され、軸受ケーシングとインナースリーブとの嵌合面
において円周方向に給油通路が形成され、給油孔の一端
側が給油通路を介して給油手段に連通している構造が考
えられる。
【００２４】スラスト軸受面の静圧ポケットは、円環帯
形の外周域ランドと内周域ランドとの間に形成され、外
周域ランドと内周域ランドとを連結している複数の半径
方向ランドにより円周方向で複数に分割されており、半
径方向ランドの夫々には１個以上の排油孔が開口してい
る。
【００２５】流体軸受においては、外部の圧油供給源か
ら供給された適宜圧力調整された潤滑油は、給油孔を通
して静圧ポケットに流出し、静圧ポケットを満して、ラ
ンドと回転軸の外周面との間隙を流れ、排油孔から流出
し、可変絞りにより絞られて排出される。排油孔が絞り
を介して排出手段に連通させることにより、キャビテー
ションの防止や剛性と発熱のバランスの調整を可能とし
ている。
【００２６】かくして、流体軸受は、静圧ポケットにお
いてラジアル静圧流体軸受として機能すると共に、ラン
ドにおける潤滑油には、回転軸の回転における楔作用に
より動圧が発生して、流体軸受に動圧効果も加わる。更
に、絞りが、可変絞りで、制御手段で開閉が制御される
ことにより、流体軸受内の圧力分布が調整され、流体軸
受の剛性と排油孔からの排油量とのバランスが最適に保
たれる。
【００２７】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態における流
体軸受について図面に従って説明する。この発明の実施
の形態における流体軸受は、例えば図５、図９及び図１
７に示すように回転軸としての研削盤の砥石軸Ｓに用い
られている。砥石主軸ケーシングＣには、砥石軸Ｓ、即
ち回転軸の外周面を回転自在に支承するラジアル流体軸
受１０，２０が設けられ、更には必要に応じて、スラス
ト流体軸受３０が併設されている。なお、図５では、排
油系の両方と、図９では排油系の一方と給油通路中の絞
りが省略されている。
【００２８】先ず発明の実施の第１形態におけるラジア
ル流体軸受１０について説明する。ラジアル流体軸受の
軸受部材１１は、図１に示すように、砥石軸Ｓのような
回転軸の外周面を回転自在に支承する円筒形のインナー
スリーブ１２が円筒形の軸受ケーシング１３の内周面に
例えば圧入、焼嵌め等により嵌着一体化されて二層構造
に構成され、砥石主軸ケーシングＣに嵌着されている。
【００２９】軸受面となるインナースリーブ１２の内周
面、即ち軸受面には、図２に示すような四辺形の静圧ポ
ケット１４又は図３に示すような回転軸の外周面の回転
方向に伸びる平行部をもつＵ字形の静圧ポケット１４が
適宜数円周方向に等間隔配列で形成されている。（回転
軸は図３のインナースリーブ１２の内周面に対して、下
から上に向けて回転する。）そして、インナースリーブ
１２の内周面において、静圧ポケット１４を囲う静圧ポ
ケット１４以外の区域は、ランド１５となる。
【００３０】図１に示すように、インナースリーブ１２
の外周面には、両側端部を残して全周に亘る円周方向の
凹溝が形成され、インナースリーブ１２が軸受ケーシン
グ１３に嵌着された状態では、凹溝は、軸受ケーシング
１３の内周面と共に、給油円周通路１６を形成し、給油
円周通路１６には、ポンプＰのような外部の圧油供給源
からの絞り弁付き給油管路Ｌが接続されている例えば研
削盤の砥石主軸ケーシングＣの給油孔に接続されてい
る。
【００３１】そして、静圧ポケット１４の中央部には、
給油円周通路１６と連通する給油孔１７が開口してお
り、インナースリーブ１２には、端面とランド１５との
夫々に開口した排油孔１８が貫通している。
【００３２】排油孔１８のランド１５における開口部
は、隣接した静圧ポケット１４，１４の間に適宜数設け
られ、図示の例では、１箇所又は回転軸の軸方向に間隔
をあけた２箇所である。インナースリーブ１２の端面に
おける排油孔１８の開口には、絞り、好ましくは可変絞
り４１（例えば電磁可変絞り弁）が介在する排油管４２
が接続され、排油管４２は油槽４３に達している（図１
参照）。
【００３３】上記の軸受部材１１においては、ポンプＰ
のような外部の圧油供給源から給油円周通路１６に供給
された適宜圧力調整された潤滑油は、給油孔１７を通し
て静圧ポケット１４に流出し、静圧ポケット１４を満し
て、ランド１５と回転軸の外周面との間隙、即ち軸受隙
間を流れ、排油孔１８から流出し、可変絞り４１により
絞られて排油管４２を介して油槽４３へ排出される。排
油孔に絞り（可変絞り４１）を設けることにより、キャ
ビテーションの防止や剛性と発熱のバランスの調整を可
能としている。
【００３４】給油円周通路１６を流れる潤滑油は、ラン
ド１５における流体摩擦による発熱で加熱されるランド
１５を裏側から冷却する。かくして、上記の流体軸受
は、静圧ポケット１４においてラジアル静圧流体軸受と
して機能すると共に、ランド１５と回転軸の外周面との
間隙に存在する潤滑油には、回転軸の回転における楔作
用により動圧が発生して、流体軸受に動圧効果も加わ
る。
【００３５】その際の軸受面の図６（Ａ）に示すａ−ａ
における圧力分布は、図６（Ｂ）のようになり、排油管
４２における絞り抵抗に応じて変化する。即ち可変絞り
４１の調節により変化する。そして、排油管４２におけ
る絞り抵抗の変化により後述する流体軸受の静剛性を示
す図７及びランドにおける潤滑油の発熱による軸受の温
度上昇を示す図８における性能は変化し、絞り抵抗を大
きくすると曲線は上方に変位する。
【００３６】そして、下記のような高い静剛性の維持及
び温度上昇抑性を両立させるために分離溝がないランド
１５に設けられた排油孔１８において、特に高速回転時
には、排出効率が良ければ良い程、空気の巻き込みによ
るキャビテーションが発生する可能性が高いので、軸受
性能に支障をきたすが、排油管４２に絞り、即ち管路抵
抗が設けられているので、排油孔１８における圧力が負
圧になることが防止される。従って、問題となるキャビ
テーションの発生は防止される。
【００３７】更に、絞りが、可変絞り４１であることに
より、流体軸受内の圧力分布が調整され得るので、流体
軸受の剛性と排油孔１８からの排油量とのバランスが最
適に保たれる。そして、流体軸受の静剛性及びランドに
おける潤滑油の発熱による軸受の温度上昇について述べ
ると、流体軸受の静剛性は、図７に示すようになり、ラ
ンドにおける潤滑油の発熱による軸受の温度上昇は、図
８に示すようになる。
【００３８】そのいずれについても、この発明のように
ランド１５に排油孔１８が設けられたものについては実
線で示されているようになり、既述の従来技術における
ランド非分離型については破線で、分離型については一
点鎖線で夫々示されているようになる。
【００３９】即ち、この発明の流体軸受は、ランドに分
離溝がない非分離型流体軸受のランド１５に適宜数の排
油孔を開口することにより、静剛性がランド非分離型に
近く、温度上昇がランド分離型に近く、高い静剛性の維
持及び温度上昇抑性の性能は、ランド非分離型及びラン
ド分離型に僅かに劣るとしながらも、共に十分に発揮さ
れ、剛性の向上と発熱の抑制とが両立し、ランド非分離
型及びランド分離型の夫々において問題とされている点
が解消される。
【００４０】静圧ポケット１４の形状として図２の四辺
形、図３のＵ字形を例示したが、静圧ポケット１４の形
状は、この形状に限定されるものでなく、例えば図４の
ように中央の独立したランド１５を囲む四辺形の輪状で
も良い。静圧ポケット１４を四辺形の輪状にすることに
より、図２の四辺形のものよりも動圧効果を高め、剛性
及び減衰性を向上することができる。又、四辺形の輪状
よりも前記Ｕ字形の方が、ランド１５が砥石軸Ｓの回転
方向において一番長く連続するため、動圧効果を一層高
めることができる。
【００４１】工作物の材質や要求精度により砥石車の回
転数が変更された場合、可変絞り４１による絞りを砥石
軸Ｓの回転速度の増減に応じて調整することで、回転速
度に応じた軸受剛性と発熱のバランスを調整することが
できる。更に、各種工作機械における回転軸の軸受部材
を共通化して、要求される軸受性能に応じて軸受から離
れた箇所から可変絞り４１の絞りを調整するようにして
もよい。
【００４２】なお、図１においては、インナースリーブ
１２の外周に給油円周通路１６が設けられているため、
排油孔１８がインナースリーブの内周面から側面に抜け
るように設けられているが、排油孔１８の加工の容易
性、配管の行い易さから、給油円周通路１６を円周方向
に複数分断したポケット形状にするか、又は給油円周通
路１６を無くして、排油孔１８が給油孔１７と同様に砥
石軸Ｓに直交する方向に設けられてもよい。
【００４３】次に発明の実施の第２形態におけるラジア
ル流体軸受２０について説明する。第２形態におけるラ
ジアル流体軸受２０のラジアル流体軸受自体は、第１形
態におけるラジアル流体軸受１１（図１参照）と同様の
ものであるが、図９に示すように研削盤の砥石軸Ｓに用
いられる。
【００４４】砥石主軸ケーシングＣには、砥石軸Ｓ、即
ち回転軸の外周面を回転自在に支承するラジアル流体軸
受２０が設けられ、既述のような図５に示す実施の第１
形態におけるラジアル流体軸受同様の給排油により作用
するようになっている。
【００４５】発明の実施の第２形態におけるラジアル流
体軸受２０の排油管４２に介在する可変絞り４１は、例
えばコントローラ２１に接続された電磁可変絞り弁であ
り、その開閉はコントローラ２１により制御され、軸受
油温度、ポケット内圧力、クリアランスに応じて調整さ
れ、軸受剛性とランドにおける発熱のバランスの最適絞
り比となり、使用条件下で最高の性能を発揮され得るよ
うになっている。
【００４６】実施の第２形態におけるラジアル流体軸受
１０が適用される図９に示す研削盤では、砥石軸Ｓに
は、砥石軸Ｓの回転速度を測定するようにエンコーダ２
２が設けられており、静圧ポケット１４あるいは排油管
４２には温度センサ２３が取り付けられ、潤滑油温度が
測定される。更に、静圧ポケット１４には圧力センサ２
４や変位計２５が取り付けられており、静圧ポケット内
圧力や軸受隙間が測定されるようになっている。
【００４７】可変絞り４１（電磁可変絞り弁）の開閉を
制御するように可変絞り４１に接続して設けられたコン
トローラ２１は、エンコーダ２２、温度センサ２３、圧
力センサ２４及び変位計２５からの各測定値信号が入力
されるようにエンコーダ２２、温度センサ２３、圧力セ
ンサ２４及び変位計２５の夫々に接続されている。
【００４８】そして、上記の各測定量に応じてコントロ
ーラ２１が、軸受の剛性と発熱のバランスが最適になる
ように、可変絞り４１を調整する。実際には設計の段階
で上記の測定量のうち必要なものを選択すればよい。な
お、図９において、左側の流体軸受２０の排油系が省略
されているが、左側の流体軸受２０にも、右側の流体軸
受２０と同様に温度センサ２３、圧力センサ２４及び変
位計２５が設けられ、それらの測定値信号がコントロー
ラ２１に入力されるようになっていてもよい。
【００４９】工作物の材質や要求される加工精度により
砥石軸Ｓの回転速度が変更された場合、回転速度の測定
値をもとにコントローラ２１が可変絞り４１を調整する
ことで、回転速度に応じた軸受剛性と発熱のバランスを
調整することができる。図１１及び図１２に示すよう
に、一般には回転速度が高いほど動圧効果の影響で剛性
も高くなるが、潤滑油の流体摩擦による発熱も大きくな
る。
【００５０】ただし、図１２は潤滑油温度が定常になる
まで回転軸を一定の回転速度で回転させ、回転速度０の
ときの定常温度と各回転速度での定常温度との差を取っ
ている。よって、図１３で示すように低速回転時では絞
りを閉めて剛性を高め、高速回転時では可変絞り４１を
開くことにより必要以上の剛性の上昇を低減し、潤滑油
の温度上昇を抑制することが可能である。
【００５１】工作物の加工中、特に回転軸の高速回転時
において、ランド１５と潤滑油との流体摩擦による発熱
により、軸受部材１１や砥石軸Ｓが熱変形を起こして軸
受隙間が縮小したり、潤滑油温度が上昇して潤滑油の粘
性が低くなって、軸受性能が変化する。
【００５２】そのような場合でも、温度センサ２３で測
定した潤滑油温度をもとに、図１４に示す潤滑油温度と
絞りの関係に応じて絞りを調整すればよく、又、圧力セ
ンサ２４により測定された静圧ポケット１４内の圧力に
基づいて静圧ポケット１４内圧力と絞りとの関係に応じ
て絞りを調整すればよい。又、変位計２５で測定した軸
受隙間をもとに、軸受隙間と絞りの関係に応じて絞りを
調整すればよい。このようにして、流体軸受２０を常に
最適な状態に縦持することが可能となる。
【００５３】この発明では、排油孔１８ごとに可変絞り
４１が設けられる（図５（Ａ）参照）ことにより、個別
に絞りを調整して図１０に示すような圧力分布をとるこ
とも可能となる。すなわち、加工の仕方から定まる負荷
方向の軸受の剛性だけを上げることが可能である。ま
た、加工物の向きを変更したり加工物を交換する際に軸
受にかかる負荷が変化する。
【００５４】このような場合、図１５に示すようにする
ことも可能である。即ち、図２０に示す流体軸受は、そ
の最大負荷を許容するだけの剛性に合わせて設計される
ため、加工サイクルの繰返しのような負荷変動があって
も（図１５（ａ））、負荷変動に拘らず一様の発熱量に
よる一様の高い温度上昇が生じる（図１５（ｂ））。こ
れに対して、この発明による流体軸受においては、コン
トローラ２１により加工中のような高負荷時では可変絞
り４１を閉じて剛性を高めるため、従来の技術のものと
同程度の発熱量による温度上昇が生じるが、低負荷時で
は可変絞り４１を開いて、排出量を増やし発熱量を抑制
して、無駄な温度上昇を防ぐ（図１５（ｃ）（ｄ））。
【００５５】このように、この発明の流体軸受は砥石軸
Ｓの回転速度、潤滑油温度、静圧ポケット内圧力、軸受
隙間に応じて可変絞り４１を調整することにより、軸受
剛性と発熱のバランスが常に最適な状態に維持される。
【００５６】上記の実施の第２形態においては、砥石軸
Ｓの両端支持の一方の軸受部材１１にのみに状態検出手
段である温度センサ２３、圧力センサ２４、変位計２５
を設けて可変絞り４１を制御するようにしたが、他方の
軸受部材１１にも同様の可変絞り４１が設けられていて
もよい。
【００５７】次に、発明の実施の第３形態におけるスラ
スト流体軸受３０について説明する。スラスト軸受３０
は、図１７に示すように、砥石軸Ｓのような回転軸の中
央部に形成されたフランジ部Ｆの端面が滑動自在に対向
して接するスラスト軸受面３１が形成され、砥石軸Ｓが
挿通される中心孔３２が形成された円環板体である軸受
部材３３が研削盤の砥石主軸ケーシングＣに嵌着される
か、又は、フランジ部Ｆの端面が対向して接する砥石主
軸ケーシングＣの部位の面に円環帯形のスラスト軸受面
が直接形成されるかして構成されている。軸受部材３３
は、実施の第１形態における軸受部材１１のように給油
通路を形成する二層構造に構成されていてもよい。
【００５８】砥石軸Ｓのような回転軸の中央部に形成さ
れたフランジ部Ｆの端面に接する円環帯形のスラスト軸
受面３１には、図１６に示すように外周域と内周域とを
残して中間域に同心的に不連続円環帯形の静圧ポケット
３４が形成されている。そして、スラスト軸受面３１に
おいて、静圧ポケット３４以外の区域は、ランド３５と
なる。（フランジ部Ｆは、図１７のスラスト軸受面３１
の中心軸線を中心に回転する。）
【００５９】具体的には、スラスト軸受面３１は、外周
域ランド３５ａと内周域ランド３５ｂとの間の静圧ポケ
ット３４が円周方向で等分割（図示の例では４等分割）
されて静圧ポケット３４が不連続円環帯形となり、夫々
の静圧ポケット３４の底面に給油孔１７が開口してい
る。静圧ポケット３４を分割する円周４等分の放射状の
半径方向ランド３５ｃは、外周域ランド３５ａと内周域
ランド３５ｂとを連結している。
【００６０】放射状の半径方向ランド３５ｃの夫々に、
適宜数（図示の例では１個）の排油孔３６が開口してい
る。排油孔３６の流出側には、実施の第１形態ど同様に
絞り、好ましくは可変絞り４１（例えば電磁可変絞り
弁）が介在する排油管４２が接続され、排油管４２は油
槽４３に達している（図１７参照）。
【００６１】スラスト軸受面３１の静圧ポケット３４の
底面に開口している給油孔１７は、スラスト軸受３０の
内部を貫通し、外部のポンプＰのような外部の圧油供給
源からの例えば研削盤の砥石主軸ケーシングＣの給油孔
のような給油通路に接続されている。
【００６２】必要に応じ、実施の第２形態の場合と同様
に、回転速度の測定値をもとにコントローラ２１が可変
絞り４１（電磁可変絞り弁）を調整することで、回転速
度に応じた軸受剛性と発熱のバランスを調整するように
なっている。
【００６３】即ち、実施の第２形態の場合と同様に設け
られたエンコーダ２２、温度センサ２３、圧力センサ２
４及び変位計２５から各測定値信号が入力されるコント
ローラ２１が、上記の各測定値に応じて軸受の剛性と発
熱のバランスが最適になるように、可変絞り４１が調整
されるようになっており、高速回転時と低速回転時での
軸受性能の切替えが適切に行われる。
【００６４】スラスト軸受３０における潤滑油の供給・
排出の流れは、前記実施の第１形態及び第２形態のラジ
アル軸受と同様である。前記実施の第１形態及び第２形
態のラジアル軸受の場合と異なり、動圧効果を有効利用
して消費動力低減は望めないが、低発熱化は十分に発揮
される。
【００６５】回転速度に対応する静剛性性能及び温度上
昇低減性能は、図１８及び図１９に示すように、従来の
技術の分離型（図２１（Ｃ））や排油孔無しの非分離型
（図２１（Ｂ））に比し優れている。又、潤滑油の排出
が排油孔３６を介して行われる結果、軸受の内周側・外
周側からの流出量が抑制されるので、シール能力不足と
はならない。
【００６６】上記の実施の形態においては、流体軸受が
研削盤の砥石軸に適用されている状態で述べられている
が、この発明の流体軸受の適用は、研削盤の砥石軸に限
定されるものできはなく、切削機、研磨機、マシニング
センタ等の各種工作機械のみならず、その他の各種機械
の回転軸にも可能である。
【００６７】
【発明の効果】この発明の流体軸受においては、静圧ポ
ケットに給油孔を、ランドに排油孔を開口することによ
り、二律背反のランド非分離型に近い高い静剛性の維持
とランド分離型に近い優れた温度上昇抑性という二つの
性能が発揮される。
【００６８】そして、排油孔が絞りを介して排出手段に
連通している場合には、排油孔におけるキャビテーショ
ンの発生を防止し、延いては、軸受性能の支障、例えば
最悪で焼付きが防止され、又、排油孔の位置や個数に加
えて、排油孔に絞りなどの抵抗を適宜設けることによ
り、排出状態を制御することができる。
【００６９】しかも、絞りが可変絞りであるので、工作
物の材質や要求精度により回転軸の回転速度が変更さ
れ、軸受油温度が変化し、軸受油の粘性や軸受隙間が変
化した場合においても、随時、適宜絞りを調整し得るの
で、流体軸受内の圧力分布が調整され得、流体軸受の剛
性と排油孔からの排油量とのバランスを常に最適に保た
れる。そして、可変絞りは、回転軸の回転速度、軸受内
の温度、流体圧力、軸受隙間等の検出量に基づいて自動
的に調整され得る。
【００７０】更に、排油孔ごとに可変絞りを設けること
により、負荷方向の軸受剛性だけを高くすることができ
る。また、低負荷時は絞りを開いて無駄な温度上昇を防
ぐことも可能である。又、可変絞りにより軸受剛性の最
適設計の容易化と共に、軸受設計の自由度の増加、絞り
抵抗の変更により軸受性能の適宜調整を図ることによる
軸受部材の共通化等が可能となる。
【００７１】軸受部材内の給油通路が形成されている場
合には、そこを流れる潤滑油により流体摩擦による発熱
で加熱されるランドが裏側から冷却するされ得る。 そ
して、軸受部材が二層構造である場合には、給油通路の
加工が容易に実現され、生産性もよく、生産コストも低
廉となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の第１・２形態におけるラジア
ル流体軸受の断面斜視図である。
【図２】この発明の実施の第１・２形態におけるラジア
ル流体軸受の軸受面展開図である。
【図３】この発明の実施の第１・２形態におけるラジア
ル流体軸受の別型の軸受面展開図である。
【図４】この発明の実施の第１・２形態におけるラジア
ル流体軸受の別型の軸受面展開図である。
【図５】この発明の実施の第１形態におけるラジアル流
体軸受を適用した砥石軸の構成図である。
【図６】この発明の実施の第１・２形態におけるラジア
ル流体軸受の作用説明図である。
【図７】この発明の実施の第１形態におけるラジアル流
体軸受作動中の静剛性グラフである。
【図８】この発明の実施の第１形態におけるラジアル流
体軸受作動中の温度グラフである。
【図９】この発明の実施の第２形態におけるラジアル流
体軸受を適用した砥石軸の構成図である。
【図１０】図２の軸受面のラジアル流体軸受の作用説明
図である。
【図１１】この発明の実施の第２形態におけるラジアル
流体軸受作動中の静剛性グラフである。
【図１２】この発明の実施の第２形態におけるラジアル
流体軸受作動中の温度グラフである。
【図１３】この発明の実施の第２形態におけるラジアル
流体軸受作動の絞りと回転速度との関係グラフである。
【図１４】この発明の実施の第２形態におけるラジアル
流体軸受作動の絞りと軸受内温度との関係グラフであ
る。
【図１５】この発明の実施の第２形態におけるラジアル
流体軸受の低負荷時の発熱抑制グラフである。
【図１６】この発明の実施の第３形態におけるスラスト
流体軸受の軸受面正面図である。
【図１７】この発明の実施の第３形態におけるスラスト
流体軸受を適用した砥石軸の構成図である。
【図１８】この発明の実施の第３形態におけるスラスト
流体軸受作動中の静剛性グラフである。
【図１９】この発明の実施の第３形態におけるスラスト
流体軸受作動中の温度グラフである。
【図２０】従来の技術におけるラジアル流体軸受の軸受
面展開図である。
【図２１】従来の技術におけるスラスト流体軸受の軸受
面正面図である。
【符号の説明】
１０ ラジアル流体軸受 １１ 軸受部材 １２ インナースリーブ １３ 軸受ケーシング １４ 静圧ポケット １５ ランド １６ 給油円周通路 １７ 給油孔 １８ 排油孔 ４１ 可変絞り ４２ 排油管 ４３ 油槽 ２０ ラジアル流体軸受 ２１ コントローラ ２２ エンコーダ ２３ 温度センサ ２４ 圧力センサ ２５ 変位計 ３０ スラスト流体軸受 ３１ スラスト軸受面 ３２ 中心孔 ３３ 軸受部材 ３４ 静圧ポケット ３５ ランド ３５ａ 外周域ランド ３５ｂ 内周域ランド ３５ｃ 半径方向ランド ３６ 排油孔 Ｓ 砥石軸 Ｃ 砥石主軸ケーシング Ｐ ポンプ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C048 AA07 CC07 DD12 DD13 EE02 3J102 AA02 AA08 BA03 BA17 BA18 CA03 CA07 CA09 CA12 CA33 EA03 EA06 EA09 EA12 EA16 EA22 EA25 EB01 EB02 EB03 EB06 EB07 GA07

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸を支持する軸受面において、回転
    軸の滑動面の移動方向に適宜の間隔をあけて複数の静圧
    ポケットが列設され、該静圧ポケット以外の区域にラン
    ドが形成され、軸受面の静圧ポケットには給油手段に連
    通する給油孔が開口し、ランドには、排出手段に連通し
    た排油孔が１個以上開口した流体軸受。
  2. 【請求項２】 排油孔は可変絞りを介して排出手段に連
    通している請求項１に記載の流体軸受。
  3. 【請求項３】 可変絞りが回転軸の回転速度に応じて調
    整される絞りである請求項２に記載の流体軸受。
  4. 【請求項４】 排油孔は可変絞りを介して排出手段に連
    通し、軸受作動状態検出手段と、該軸受作動状態検出手
    段による検出信号により可変絞り弁の開閉を制御する制
    御手段とを具備している請求項１に記載の流体軸受。
  5. 【請求項５】 軸受作動状態検出手段が回転軸回転速度
    を検出する回転速度検出手段及び軸受内の流体圧を検出
    する圧力センサを含む請求項４に記載の流体軸受。
  6. 【請求項６】 軸受作動状態検出手段が軸受面と回転軸
    の滑動面との軸受隙間を検出する変位計を含む請求項４
    又は請求項５に記載の流体軸受。
  7. 【請求項７】 軸受作動状態検出手段が軸受内の流体温
    度を測定する温度センサを含む請求項４乃至請求項６の
    いずれかに記載された流体軸受。
  8. 【請求項８】 回転軸を支持する軸受面が回転軸の滑動
    面である外周面を支承するラジアル軸受面である請求項
    １乃至請求項７のいずれかに記載された流体軸受。
  9. 【請求項９】 回転軸を支持する軸受面が回転軸の滑動
    面である回転軸の一部を形成する端面を支承するスラス
    ト軸受面である請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
    された流体軸受。
  10. 【請求項１０】 回転軸を支持する軸受面が回転軸の滑
    動面である外周面を支承するラジアル軸受面及び回転軸
    の滑動面である回転軸の一部を形成する端面を支承する
    スラスト軸受面である請求項１乃至請求項７のいずれか
    に記載された流体軸受。
  11. 【請求項１１】 ラジアル軸受面の静圧ポケットが四辺
    形の凹所である請求項８又は請求項１０に記載の流体軸
    受。
  12. 【請求項１２】 ラジアル軸受面の静圧ポケットが軸受
    面で円周方向に伸びる対向して平行な脚部をもつＵ字形
    の凹所である請求項８又は請求項１０に記載の流体軸
    受。
  13. 【請求項１３】 ラジアル軸受面の静圧ポケットの凹所
    内に独立したランドが形成されている請求項８、請求項
    １０又は請求項１１に記載の流体軸受。
  14. 【請求項１４】 ラジアル軸受面が内周面に形成された
    インナースリーブが軸受ケーシングの内周面に嵌着され
    た二層一体の軸受部材で構成され、軸受ケーシングとイ
    ンナースリーブとの嵌合面において円周方向に給油通路
    が形成され、給油孔の一端側が給油通路を介して給油手
    段に連通している請求項８、又は請求項１０乃至請求項
    １３のいずれかに記載の流体軸受。
  15. 【請求項１５】 スラスト軸受面の静圧ポケットが円環
    帯形の外周域ランドと内周域ランドとの間に形成され、
    外周域ランドと内周域ランドとを連結している複数の半
    径方向ランドにより円周方向で複数に分割されており、
    半径方向ランドの夫々には１個以上の排油孔が開口して
    いる請求項９又請求項１０に記載の流体軸受。
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