JP2004036790A

JP2004036790A - スラスト動圧ガス軸受

Info

Publication number: JP2004036790A
Application number: JP2002195869A
Authority: JP
Inventors: Koji Horikawa; 堀川　浩司
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP4373055B2

Abstract

【課題】スラスト動圧ガス軸受のガス膜の形成を確実にし許容負荷荷重の減少を防止し、組立調整に必要な高度な組立技術による数ミクロンの隙間調整が不要となるスラスト動圧ガス軸受を提供する。
【解決手段】スラスト動圧ガス軸受１４Ａには８個の凹部５Ａにて軸受面が８分割され、かつこの凹部５Ａのそれぞれ片側にテーパ部６Ａが形成されるとともに各軸受面には耐磨耗性膜８Ａが施されている。他方分割された軸受面の背面側には凹部１３が、軸受面側の凹部５Ａと互い違いになるように配設される。そして薄肉部１２Ａが形成されている。また凹部５Ａの背面に位置し、隣接する凹部１３間の凸部７には板バネ１０がハウジングの面との間で介設されている。したがって薄肉部１２Ａと板バネ１０の相互作用によりが軸受の密着性が良くなりガス膜の形成がよく動圧が発生する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個のテーパランドを周囲に配設して軸受面を構成する形式のスラスト動圧ガス軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスラスト動圧ガス軸受は、ハウジングと回転軸に支承されたディスク等回転体との間に配設されるもので、シャフトに配設されたディスクが高速回転するときテーパランド部に動圧が形成されディスクを浮遊支承させるものである。
【０００３】
図９は、この従来技術のスラスト動圧ガス軸受機構の基本的な構成を示す断面図で、シャフト３にはフランジ状のディスク４が鍔設され、このディスク４がハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂに対してスラスト動圧ガス軸受１Ａ、スラスト動圧ガス軸受１Ｂを介して対応するようになっている。したがってこのシャフト３の軸方向に発生するスラスト荷重はディスク４、スラスト動圧ガス軸受１Ａ、スラスト動圧ガス軸受１Ｂを介してハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂが支承するようになっている。シャフト３の軸方向と直角方向に発生するラジアル荷重を支承する機構は他の場所にあり、本発明と直接関係がないため省略してある。図９では各スラスト動圧ガスはブロック的に示されている。
【０００４】
図８は、上記従来技術のスラスト動圧ガス軸受におけるスラスト動圧ガス軸受たとえばスラスト動圧ガス軸受１Ａを取り出してその軸受面を示す図（Ａ）とそのＶ−Ｖ面を示す断面図（Ｂ）である。この図８の両図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、リング状の軸受部材は複数個（図示例では８個）の凹部５Ａが形成され８個のテーパランドが周囲に配設された形の軸受け面を構成している。凹部５Ａの片方の側面はテーパ部６Ａをなし、軸受面に連接されている。また軸受面には耐摩耗性膜８Ａがコーティングされている。図９はこのようなスラスト動圧ガス軸受が両側から装着された状態を示す断面図である。さらに図７は、図９におけるＸ−Ｘ断面の展開図で、ハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂ、ディスク４、スラスト動圧ガス軸受１Ａ、スラスト動圧ガス軸受１Ｂ、ディスク進行方向Ｄの相対的な関係を示し、凹部５Ａのテーパ部６Ａと凹部５Ｂのテーパ部６Ｂはディスク進行方向に対し前方に位置するように付設してある。軸受１Ａと軸受１Ｂの形状は左右対称である。
【０００５】
以上のような構成であるからシャフト３が高速回転するとディスク４が矢印方向に高速で変動すると、動圧ガス軸受の軸受面とディスク４とで動圧が形成されディスク４が浮遊支承されることになる。この浮遊支承によりシャフトの超高速回転が可能となる。なお両スラスト動圧ガス軸受１Ａ、１Ｂが凹部５Ａ、凹部５Ｂにより分割された各軸受面にはそれぞれ耐磨耗性膜８Ａと８Ｂが施され表面硬度を向上させている。したがって楔状空所に発生する動圧が小さくディスク４を浮遊支承できない低速運転時の起動立ち上げ時と停止時に間に発生する接触摺動による磨耗が防止され摩擦力が軽減される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種のスラスト動圧ガス軸受は、超高速回転が可能な優れたスラスト動圧ガス軸受であるが、このような機能を得るためにはディスク４の面と両スラスト動圧ガス軸受１Ａ、１Ｂの軸受面との間隙が所定の値になるよう精密に位置関係を保持することが不可欠である。そのため組立調整には数ミクロンの隙間調整が必要であり、高度な組立技術や加工が必要であり、手数を要する困難な作業である。
【０００７】
ディスク４の仕上げ加工には精密研磨による平面仕上げが行われるが、微小なうねりが存在している。また軸受の繰り返し使用による起動と停止の際に生ずる磨耗によるうねりも存在する。このようなうねりの存在は、微小隙間として対向する面積が減少することであって形成ガス膜の面積が減少し、軸受としての許容負荷荷重が減少する問題がある。本発明はこのような問題点を解決するスラスト動圧ガス軸受を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスラスト動圧ガス軸受は、上記課題を解決するために、一定間隔が形成された凹部によって分割された軸受面を有するスラスト動圧ガス軸受において、軸受面と反対の背面側に凹部を付設し、かつ軸受面側の凹部と背面側の凹部とは互い違いになるように配置し、前記両凹部間の軸受部材の厚さを薄くしたものである。その結果、この薄肉部は弾性変形が可能となり、隣接する各軸受面が互いに弾性変位する。また背面側の凹部形成によって形成される凸部に弾性部を設ける。このことによりハウジング側の面に対して軸受部材が弾接することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるスラスト動圧ガス軸を図面に示す実施例にしたがって説明する。図１は、本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受の基本的な構成を示す図で（Ａ）は軸受面示す図、（Ｂ）は（Ａ）図のＹ−Ｙ面の断面図である。
【００１０】
スラスト動圧ガス軸受１４Ａには８個の凹部５Ａが形成され軸受面が８分割されて配設され、この各凹部５Ａには片側にテーパ部６Ａが形成されている。凹部５Ａによる分割数は外形の大きさと凹部５Ａの円周方向の長さにより増減があり図示の８分割は一例である。また凹部５Ａはスラスト動圧ガス軸受１４Ａのリング中心部からの放射的平行線で形成されているが、これは一例であり分割できれば種々の形状であってもよい。また凹部５Ａにより分割された面には耐摩耗性膜８Ａが施されている。
【００１１】
他方、軸受面と反対側の背面側には凹部１３が形成され、しかもこれら凹部１３は、軸受面側の凹部５Ａと互い違いになるように配設され、軸受部材に薄肉部１２が形成されている。すなわち互いに隣接する軸受面が弾性連接されている。さらに隣接する凹部１３に挟まれた凸部７（凹部５Ａの背面）には板バネ１０が固定されている。板バネ１０の固定はスポット溶接であってもよくその固定手段や方法は限定されない。
【００１２】
図２は、本発明が提供する図１のスラスト動圧ガス軸受１４Ａと１対として組合せる軸受の基本的な構成を示している。（Ａ）は軸受面の背面からの図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ−Ｚ面を示す断面図である。凹部５Ｂの背面に位置し、隣接する凹部１３間に位置する凸部には板バネ１０が固定されている。図１の凹部５Ａとテーパ部６Ａで形成される形状と、図２の凹部５Ｂとテーパ部６Ｂで形成される形状とは軸受け全体を比較すると形状の方向が左右対称である。
【００１３】
図３は、本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受を装着した状態における基本的な構成を示している。シャフト３の軸方向に発生するスラスト荷重は、ディスク４と両スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂを介してハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂが支承している。軸受面には板バネの弾力を利用し与圧が与られている。このバネ力を利用した与圧発生は両スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂの許容厚さ寸法に制限がなくなり、その結果、両スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂをハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂに単純に組み合わせるだけで組立てられる。両スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂには、回転方向に方向性があり、ディスク４の回転方向も同じ方向である。この回転方向については後述記述する。なおシャフト３の軸方向と直角方向に発生するラジアル荷重を支承する機構は他の場所にあり、本発明と直接関係がないため表記と説明は省略する。
【００１４】
図４は、図３におけるＷ−Ｗ断面を展開して示す図で、ディスク４とディスク進行方向Ｋ、両スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂの相対的な関係が示されている。また凹部５Ａのテーパ部６Ａと凹部５Ｂのテーパ部６Ｂは、ディスク４のディスク進行方向Ｋに対し前方に位置するよう付設されている。スラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂの形状は左右対称である。軸受面とディスク４との間に動圧が発生しディスク４が浮遊支承される。なおスラスト動圧ガス軸受１４Ａ、１４Ｂが凹部５Ａ、５Ｂにより分割された面にはそれぞれ対磨耗性膜８Ａと対磨耗性膜８Ｂがコーティングされている。これは低速運転時の起動立ち上げ時と停止時で動圧が小さくディスク４を浮遊支承できない時における接触摺動による磨耗の防止と摩擦力の軽減を図るためである。
【００１５】
以上説明し図３、図４に示すとおり本発明は軸受面側の凹部と背面側凹部とを互い違いになるように配設させ、両側の隣接する凹部間の厚さを薄くしたものであり、また凹凸の組み合わせによるアーチ構造としたものである。また背面側の凸部にはハウジング面に対して弾接する弾性部を設けたものである。すなわち、ディスク４の表面に存在するうねりに対して板バネ１０の弾が作用し軸受面に弾接することになり軸受面とディスク４の面におけるガス膜の形成が良好となる。すなわち動圧の発生が確実となり軸受機能が向上する。
【００１６】
本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されず種々の変形実施例を包含する。図５はその変形実施例であり、板バネ１０がハウジング２Ａ、ハウジング２Ｂの側に固定されている例である。またバネには板バネでなくコイルバネでも同一な効果を得られる。図６は他の変形実施例である。この変形例は図２における凹部１３を大形にして大きくして連続させた状態、すなわち凹部５Ａの背面の凹部１３が存在させない形にしたもので板バネ１０がビスで固定してある。（Ａ）図は軸受の背面を示し、（Ｂ）図は（Ａ）図のＵ−Ｕ断面を示す図である。また図示例では凸部とハウジング面との間に板バネ１０を介在させる例を示したが、このような介在物を介入させる方式ではなく、凸部それ自体に弾性力を持たせるべく加工（エッチング加工）をしてあたかもバネが介在されているかのようにすることも可能である。本発明はこれらのすべての変形実施例を包含する。
【００１７】
【発明の効果】
本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受は以上のように構成されているので、ディスクの仕上げには精密研磨による平面仕上げがされているが、微小なうねりが存在していても、密着性が良くなりガス膜が確実に形成されて動圧の発生が保障され、軸受としての許容負荷荷重の減少を防止することが可能となる。すなわち軸受の機能を充分に発揮できる。また組立調整時、数ミクロンの高度な組立隙間調整するような作業は不要となり、困難な作業が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受の縦断面と軸受面の基本的な構造を示す図面である。
【図２】本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受の縦断面と反軸受面の基本的な構造を示す図面である。
【図３】本発明が提供するスラスト動圧ガス軸受の基本的な構成を示す縦断面図である。
【図４】図３図面におけるＷ−Ｗ断面展開図である。
【図５】本発明の変形実施例を示す図である。
【図６】本発明の変形実施例を示す図である。
【図７】図９におけるＸ−Ｘ断面展開図である。
【図８】従来技術の動圧ガス軸受の縦断面と軸受面の基本的な構造を示す図面である。
【図９】従来技術のスラスト動圧ガス軸受機構の基本的な構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ…スラスト動圧ガス軸受
２Ａ、２Ｂ…ハウジング
３…シャフト
４…ディスク
５Ａ、５Ｂ…凹部
６Ａ、６Ｂ…テーパ部
７…凸部
８Ａ、８Ｂ…耐摩耗性膜
１０…板バネ
１２…薄肉部
１３…凹部
１４Ａ、１４Ｂ…スラスト動圧ガス軸受

Claims

軸受面が一定間隔で形成された凹部によって分割された複数個のテーパランドの形で構成されたスラスト動圧ガス軸受において、前記軸受面と反対側の背面に凹部を形成して複数個のテーパランドを形成し、かつ前記軸受面側の凹部と背面側凹部と互い違いになるように配設し、両側凹部間における軸受部材の厚さを薄くしたことを特徴とするスラスト動圧ガス軸受。
背面側の凹部間に形成された凸部をハウジング面に対して弾接するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のスラスト動圧ガス軸受。