JP2005061543A - Spiral offset bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、すべり軸受に関し、例えば、生体機械等に用いられるポンプ内通過流体で潤滑するすべり軸受などに適用されるものである。 The present invention relates to a sliding bearing, and is applied to, for example, a sliding bearing that is lubricated with a fluid passing through a pump used in a biological machine.
従来の回転機械の軸受として使用されるすべり軸受及びすべり軸受装置の一例を図6及び図7に示す。図6は特開平5−172141号公報に開示されているものであり、図7は特開平5−187436号公報に開示されたものである。 An example of a sliding bearing and a sliding bearing device used as a bearing of a conventional rotating machine is shown in FIGS. FIG. 6 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-172141, and FIG. 7 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-187436.
図6について説明をする。ハウジング101の中心部に固定軸102が立設され、この固定軸102にラジアル軸受すきまC1を介してスリーブ103が回転自在に嵌合されている。前記スリーブ103の内周面に円筒状のラジアル軸受面104が設けられ、前記固定軸102の外周面に設けたラジアル受面105と対向している。前記ラジアル軸受面104にはへリングボーン状の動圧発生用みぞ106が設けられ、ラジアル流体軸受Rを構成している。これに対し、スラスト軸受Sは吸引型の磁気軸受であり、前記スリーブ103の外側に設けられている。すなわち、前記スリーブ103の外周面の下端部にリング状の永久磁石107が固着され、前記ハウジング101の内周面に位置して前記永久磁石107に対向する位置に他のリング状の永久磁石108が固着されている。前記永久磁石107の外周面と前記永久磁石108の内周面とがスラスト軸受すきまC2を介して互いに引き合うようになっている。 FIG. 6 will be described. A fixed shaft 102 is erected at the center of the housing 101, and a sleeve 103 is rotatably fitted to the fixed shaft 102 via a radial bearing clearance C1. A cylindrical radial bearing surface 104 is provided on the inner peripheral surface of the sleeve 103, and faces a radial receiving surface 105 provided on the outer peripheral surface of the fixed shaft 102. The radial bearing surface 104 is provided with a herringbone-shaped dynamic pressure generating groove 106 to constitute a radial fluid bearing R. On the other hand, the thrust bearing S is an attraction type magnetic bearing and is provided outside the sleeve 103. That is, a ring-shaped permanent magnet 107 is fixed to the lower end portion of the outer peripheral surface of the sleeve 103, and another ring-shaped permanent magnet 108 is positioned on the inner peripheral surface of the housing 101 and facing the permanent magnet 107. Is fixed. The outer peripheral surface of the permanent magnet 107 and the inner peripheral surface of the permanent magnet 108 are attracted to each other via a thrust bearing clearance C2.
前記スリーブ103は、外周面に突出させた小さなフランジ109を有し、そのフランジ109の上の前記スリーブ103の外周面にミラー110が嵌合されている。また、前記フランジ109の下の前記スリーブ103外周面には、駆動モータ111のロータ112を取り付けたケース113が嵌合されている。前記ロータ112と半径方向に対向する位置には、前記ハウジング101に取り付けられたステータコイル114が設けられている。このステータコイル114の下方には、モータ基板115が設置されている。 The sleeve 103 has a small flange 109 protruding on the outer peripheral surface, and a mirror 110 is fitted on the outer peripheral surface of the sleeve 103 on the flange 109. A case 113 to which the rotor 112 of the drive motor 111 is attached is fitted to the outer peripheral surface of the sleeve 103 under the flange 109. A stator coil 114 attached to the housing 101 is provided at a position facing the rotor 112 in the radial direction. A motor substrate 115 is installed below the stator coil 114.
図7について説明する。この装置はモータケーシングを構成する基台116を備え、その上面にはコイル基板117が止めボルト118によって取り付けられ、その内部には、モータを構成する鉄心119及びコイル120が設置されている。前記基台116の中心には主軸121が下止めナット122で固定され、その主軸121の外周には外周にへリングボーン形状の動圧発生溝123aを有するラジアル円筒部123が設けられている。そしてこのラジアル円筒部123の外周には回転体Rを構成するリング状のラジアルスリーブ124が回転自在に設けられている。このラジアルスリーブ124を挟んで上下に上部スラスト板125及び下部スラスト板126が設けられ、回転体Rの軸方向のスラスト荷重を受けるようになっている。前記上下スラスト板125,126の前記ラジアルスリーブ124側の面にはそれぞれスパイラル形状の動圧発生溝125a,126aが形成されている。また、前記ラジアル円筒部123と前記上下スラスト板125,125は、上止めナット127にて固定されている。
FIG. 7 will be described. This apparatus includes a base 116 that constitutes a motor casing. A coil substrate 117 is attached to the upper surface of the base 116 by a set bolt 118, and an iron core 119 and a coil 120 that constitute a motor are installed therein. A main shaft 121 is fixed to the center of the base 116 with a bottom nut 122, and a radial cylindrical portion 123 having a herringbone-shaped dynamic pressure generating groove 123a is provided on the outer periphery of the main shaft 121. A ring-shaped radial sleeve 124 constituting the rotating body R is rotatably provided on the outer periphery of the radial cylindrical portion 123. An upper thrust plate 125 and a lower thrust plate 126 are provided above and below the radial sleeve 124 so as to receive an axial thrust load of the rotating body R. Spiral dynamic
前記ラジアルスリーブ124の下部外周部にはリング状のヨーク128が設置され、この下方に延びるリング部129の内側にリング状のマグネット130aが取り付けられている。前記ヨーク128の上側には、外周面からの平面形状が多角形であってその外周面に鏡面Mが形成されたロータ130が位置している。そして、前記ラジアルスリーブ124とロータ130との間には中間リング131が配置されている。前記中間リング131は前記ラジアルスリーブ124の外周面に固定され、前記ロータ130は前記中間リング131に固定されている。これら前記ロータ130と前記中間リング131は外部回転体を構成している。 A ring-shaped yoke 128 is installed on the outer periphery of the lower portion of the radial sleeve 124, and a ring-shaped magnet 130a is attached to the inside of the ring portion 129 extending downward. On the upper side of the yoke 128, a rotor 130 having a polygonal planar shape from the outer peripheral surface and having a mirror surface M formed on the outer peripheral surface is located. An intermediate ring 131 is disposed between the radial sleeve 124 and the rotor 130. The intermediate ring 131 is fixed to the outer peripheral surface of the radial sleeve 124, and the rotor 130 is fixed to the intermediate ring 131. The rotor 130 and the intermediate ring 131 constitute an external rotating body.
上述した二つの従来のすべり軸受及びすべり軸受装置は、軸受面にスパイラル形状及びへリングボーン形状である動圧発生溝を形成させたスパイラル軸受及びへリングボーン軸受である。また、すべり軸受におけるオフセット軸受の従来技術においては、実開平6−40442号公報に開示されているものがある。 The two conventional sliding bearings and sliding bearing devices described above are a spiral bearing and a herringbone bearing in which a dynamic pressure generating groove having a spiral shape and a herringbone shape is formed on a bearing surface. Moreover, in the prior art of the offset bearing in a slide bearing, there exist some which are indicated by Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-40442.
このような回転機械に使用されるすべり軸受においては、軸受の冷却性能,異物排出性能、及び高い負荷能力が求められる。特に生体機械の中でも人工心臓のようにポンプ内通過流体で潤滑する自己液潤滑(この場合は血液)軸受の場合は、これらの内容については欠かすことのできないものである。冷却性能及び異物排出性能は潤滑性に関わるもので、生体機械でのポンプ内の潤滑性の悪化は、血液を凝固させてしまう原因になるので、血栓防止をする上にも軸受内を通過する流量を増やす必要がある。 A sliding bearing used in such a rotating machine is required to have a bearing cooling performance, a foreign matter discharge performance, and a high load capacity. In particular, in the case of a self-lubricating (in this case, blood) bearing that is lubricated with a fluid passing through a pump, such as an artificial heart, in a living machine, these contents are indispensable. Cooling performance and foreign substance discharge performance are related to lubricity. Deterioration of lubricity in the pump in a biological machine causes blood to coagulate, so it passes through the bearings as well as preventing thrombus. It is necessary to increase the flow rate.
しかしながら、上述した特許文献1,2においては、軸受面にへリングボーン形状及びスパイラル形状の動圧発生溝を形成させることにより軸受通過流量を改善しているが、負荷能力の向上については特に改善しているところはなく、軸受が不安定になるという問題がある。特許文献3においては、一定の径の回転軸に対し、二つの異なる内径を有する軸受面をオフセットして配置させていることより、高い負荷能力は保持できるが、軸受内を通過する流量については改善されてはいず潤滑性に問題がある。
However, in
スパイラル軸受は軸受内を通過する流量を稼ぐことができ、オフセット軸受は高い負荷能力を稼ぐことが可能である。従って、本発明は、高流量及び高負荷能力を併せ持つスパイラルオフセット軸受を提供することを目的とする。 Spiral bearings can earn a flow rate through the bearing, and offset bearings can earn a high load capacity. Therefore, an object of the present invention is to provide a spiral offset bearing having both a high flow rate and a high load capability.
上記課題を解決する第1の発明に係るスパイラルオフセット軸受は、軸を包む円筒状の軸受面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とする。 A spiral offset bearing according to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is formed by forming a cylindrical bearing surface surrounding a shaft by a plurality of arc surfaces having different central axes, and forming a spiral groove on these arc surfaces. It is characterized by that.
上記課題を解決する第2の発明に係るスパイラルオフセット軸受は、円筒状の軸受面で包まれる軸の外周面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とする。 A spiral offset bearing according to a second aspect of the present invention for solving the above-described problems is formed by forming an outer peripheral surface of a shaft surrounded by a cylindrical bearing surface by a plurality of arc surfaces having different central axes, and spiraling around these arc surfaces. A groove is formed.
以上、本発明に係るスパイラルオフセット軸受によれば、回転軸の中心軸を二円弧からなる軸受面のそれぞれの軸線に対してオフセットすることで、軸受面は潤滑剤を介して回転軸からの荷重を安定して受けられるため高い負荷能力を持つことが可能になる。また、軸受面にスパイラル溝を形成させることにより、潤滑剤の軸受内通過量が増加する。従って、潤滑性,冷却性,異物排出性は向上する。更に、軸受面は軸受の内周面及び外周面のどちらに形成しても上記のような効果を得ることができる。 As described above, according to the spiral offset bearing according to the present invention, the bearing surface is loaded with the load from the rotating shaft via the lubricant by offsetting the central axis of the rotating shaft with respect to the respective axes of the bearing surface formed of two arcs. It is possible to have a high load capacity because it can be received stably. Moreover, the amount of lubricant passing through the bearing is increased by forming the spiral groove on the bearing surface. Accordingly, lubricity, cooling performance, and foreign matter discharge performance are improved. Furthermore, the effect as described above can be obtained regardless of whether the bearing surface is formed on either the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the bearing.
本発明に係るスパイラルオフセット軸受を実施例に基づいて詳細に説明する。 The spiral offset bearing according to the present invention will be described in detail based on examples.
図1(a)は本発明の第1の実施形態のスパイラルオフセット軸受の正面図を示し、同図(b)はそのX−X矢視縦断面図を示す。図2(a)〜(d)は図1(b)におけるA−AからD−Dまでの各矢視断面図を示す。 Fig.1 (a) shows the front view of the spiral offset bearing of the 1st Embodiment of this invention, The same figure (b) shows the XX arrow longitudinal cross-sectional view. 2A to 2D are cross-sectional views taken along arrows AA to DD in FIG.
回転軸3を包む軸受本体1は円筒形をなしており、この軸受本体1の内周面には軸受面2が形成される。前記軸受面2は、軸線Oaを中心とした半径Raの軸受面2aと、軸線Obを中心とした半径Rbの軸受面2bとからなる二つの円弧面により形成されている。前記軸受面2a及び2bに囲まれた空間2cには、図示しないが潤滑剤が満たされている。前記回転軸3はこの空間内に位置し、潤滑剤を介して前記軸受面2a及び2bに回転自在に支持されている。前記回転軸3の回転方向を図中矢印で示す。また、前記軸受面2aと2bの接する位置からスパイラル溝4が、前記軸受本体1の軸線方向に沿って螺旋状に形成されている。
A
このような構成にすることにより、前記回転軸3の中心軸O1は、前記軸受面2aの軸線Oa及び2bの軸線Obに対して常にオフセットされている。これにより前記回転軸3が回転すると、前記軸受面2a及び2bと前記回転軸3の隙間では、潤滑剤は狭いほうへ押し込まれて流れる。この結果、くさびを打ち込んだように潤滑剤の膜に圧力が生じ、前記軸受面2a,2bは前記回転軸3が受けた荷重を支えることができる。前記軸受面2a及び2bと前記回転軸3は、前記回転軸3が受けた荷重に逆らって引き離され、潤滑剤を介して滑ることになる。従って、前記軸受本体1は安定し、高い負荷能力を得ることができる。
With this configuration, the central axis O 1 of the
また、前記スパイラル溝4を設けたことにより、前記回転軸3が回転すると同時に潤滑剤が巻き込まれ、前記軸受面2a及び2bと前記回転軸3の隙間を潤滑剤がより多く通過できる。これにより、潤滑剤の高流量が保てるので潤滑性の向上は勿論のこと、軸受の冷却性及び異物排出性が向上する。
Further, since the spiral groove 4 is provided, the lubricant is caught at the same time as the
図3(a)は本発明の第2の実施形態のスパイラルオフセット軸受の正面図を示し、同図(b)はその側面図を示す。図4(a)〜(d)は図3(b)におけるA−AからD−Dまでの各矢視断面図を示す。 FIG. 3A shows a front view of a spiral offset bearing according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows a side view thereof. 4 (a) to 4 (d) are sectional views taken along arrows AA to DD in FIG. 3 (b).
円筒形をなす回転軸5の内周面5aに囲まれた空間5bには図示しないが潤滑剤が満たされている。固定軸6は前記円筒5a内に位置し、この潤滑剤を介して前記回転軸5を支持している。前記回転軸5の回転方向を図中矢印で示す。すなわち、前記固定軸6の表面は軸受面7となる。前記軸受面7は、軸線Ocを中心とした半径Rcの軸受面7aと、軸線Odを中心とした半径Rdの軸受面7bとからなる二つの円弧面により形成されている。また、前記軸受面7aと7bの接する位置からスパイラル溝8が、前記固定軸6の軸線方向に沿って螺旋状に形成されている。
Although not shown, the space 5b surrounded by the inner peripheral surface 5a of the cylindrical rotating shaft 5 is filled with a lubricant. The fixed
このような構成にすることにより、前記回転軸5の中心軸O2は、前記軸受面7aの軸線Oc及び7bの軸線Odに対して常にオフセットされている。これにより前記回転軸5が回転すると、前記軸受面7a及び7bと前記回転軸5の隙間では、潤滑剤は狭いほうへ押し込まれて流れる。この結果、くさびを打ち込んだように潤滑剤の膜に圧力が生じ、前記軸受面7a,7bは前記回転軸5が受けた荷重を支えることができる。前記軸受面7a及び7bと前記回転軸5は、前記回転軸5が受けた荷重に逆らって引き離され、潤滑剤を介して滑ることになる。従って、前記固定軸6は安定し、高い負荷能力を得ることができる。
With this configuration, the central axis O 2 of the rotating shaft 5 is always offset with respect to the axis Oc of the bearing
また、前記スパイラル溝8を設けたことにより、前記回転軸5が回転すると同時に潤滑剤が巻き込まれ、前記軸受面7a及び7bと前記回転軸5の隙間を潤滑剤がより多く通過できる。これにより、潤滑剤の高流量が保てるので潤滑性の向上は勿論のこと、軸受の冷却性及び異物排出性が向上する。
Further, since the
上述した二つの実施例においては、軸受面であるオフセットさせた面を2面としたが、それ以上の多円弧にしても構わない。また、スパイラル溝の捻り角度は、回転軸の回転数,軸長,軸径等により、溝の形状は設定する流量や流速等により任意に設定してよい。 In the two embodiments described above, the offset surfaces that are the bearing surfaces are two, but a multi-arc having more than that may be used. Further, the twist angle of the spiral groove may be arbitrarily set depending on the number of rotations, the shaft length, the shaft diameter, and the like of the rotating shaft, and the shape of the groove depending on the set flow rate or flow velocity.
図5には、このようなスパイラオフセット軸受を用いた人工心臓ポンプの概略断面図を示す。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an artificial heart pump using such a spiral offset bearing.
ハウジング9の中心部には固定軸10が立設されている。前記固定軸10の周りには回転軸11が位置する。回転軸11は前記固定軸10に軸受隙間Xを介して回転自在に支持されている。前記固定軸10の外周面は二つの円弧面からなり、それぞれの円弧面の中心軸線は前記回転軸11の内周面の中心軸線とオフセット状態にある。そのオフセットされた円弧面のずれた位置からは、前記固定軸10の表面を軸線方向にスパイラル溝10aが螺旋状に形成されている。前記回転軸11内部にはマグネット12が設置されている。前記回転軸11の軸線方向に隣接する前記ハウジング9の内部には、前記マグネット12に対抗するようにステータコイル13が設置されている。また、前記回転軸11の上流側には羽根14が取り付けられている。
A fixed shaft 10 is erected at the center of the housing 9. A rotating shaft 11 is positioned around the fixed shaft 10. The rotating shaft 11 is rotatably supported by the fixed shaft 10 through a bearing gap X. The outer peripheral surface of the fixed shaft 10 includes two arc surfaces, and the center axis of each arc surface is offset from the center axis of the inner surface of the rotating shaft 11. A spiral groove 10a is formed in a spiral shape on the surface of the fixed shaft 10 in the axial direction from the offset position of the offset arc surface. A magnet 12 is installed inside the rotating shaft 11. A
流入口15から浸入した血液は、前記回転軸11の回転により回転する前記羽根14によって、排出口16へ流れて排出される。この血液の流れを図中Aと示す。しかし、侵入してきた血液の一部は、前記回転軸11の中心部へ流れるものもある。この血液の流れを図中Bと示す。前記回転軸11の中心部へ流れる血液B流は、前記固定軸10と前記回転軸11の隙間である軸受隙間Xへ侵入する。つまりこの軸受隙間Xへ侵入して血液B流は潤滑剤になるわけである。
The blood that has entered through the inflow port 15 flows to the
前記回転軸11の内周面の軸線は、前記固定軸10の外周をなす二つの円弧面の軸線に対しオフセットしているので、軸受隙間Xに侵入した血液は潤滑剤として膜を形成して圧力を生じる。これにより、前記固定軸10が前記回転軸11の受けた荷重を支え、また、前記回転軸11の回転により前記固定軸10の表面のスパイラル溝10aに沿って血液が円滑に通過できるようになる。 Since the axis of the inner peripheral surface of the rotary shaft 11 is offset with respect to the axes of the two arc surfaces forming the outer periphery of the fixed shaft 10, the blood that has entered the bearing gap X forms a film as a lubricant. Create pressure. As a result, the fixed shaft 10 supports the load received by the rotating shaft 11, and blood can smoothly pass along the spiral groove 10 a on the surface of the fixed shaft 10 by the rotation of the rotating shaft 11. .
軸受隙間Xを通過した血液は、前記ハウジング9が前記固定軸10と直交する面9aと前記回転軸11の下流側の端面11aとの隙間を流れる。その後、前記ハウジング9が前記固定軸10と平行となす面9bと前記回転軸11の外周面11bとの隙間を流れて、前記排出口15を通って排出される。 The blood that has passed through the bearing gap X flows through the gap between the surface 9a of the housing 9 orthogonal to the fixed shaft 10 and the end surface 11a on the downstream side of the rotating shaft 11. Thereafter, the housing 9 flows through a gap between a surface 9 b parallel to the fixed shaft 10 and the outer peripheral surface 11 b of the rotating shaft 11 and is discharged through the discharge port 15.
このように前記スパイラル溝10aを設けることにより、軸受隙間Xを通過する血液が増加するので、潤滑性及び冷却性の向上に繋がる。しかも、流れが淀むこともなくなるので、血液が固まる恐れがなく血栓防止の効果にも繋がる。この実施例においては、前記スパイラル溝10aを前記固定軸10の表面に形成させたが、前記回転軸11の内周面11cに形成させても同様の効果か得られる。 By providing the spiral groove 10a in this way, the blood passing through the bearing gap X increases, which leads to improvement in lubricity and cooling performance. Moreover, since the flow does not stagnate, there is no fear of blood clotting, leading to the effect of preventing thrombus. In this embodiment, the spiral groove 10a is formed on the surface of the fixed shaft 10, but the same effect can be obtained even if it is formed on the inner peripheral surface 11c of the rotating shaft 11.
生体機械等に用いられるポンプ内通過流体で潤滑するすべり軸受などに適用されるものである。特に人工心臓ポンプに適用可能である。 The present invention is applied to a sliding bearing or the like that is lubricated with a fluid passing through a pump used in a biological machine or the like. It is particularly applicable to artificial heart pumps.
1 軸受本体
2a,2b 軸受面
2c 空間
3 回転軸
4 スパイラル溝
5 回転軸
5a 内周面
5b 空間
6 固定軸
7a,7b 軸受面
8 スパイラル溝
9 ハウジング
10 固定軸
11 回転軸
12 マグネット
13 コイル
14 羽根
15 流入口
16 排出口
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JP2003293669A JP2005061543A (en) | 2003-08-15 | 2003-08-15 | Spiral offset bearing |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007116887A (en) * | 2005-09-21 | 2007-05-10 | Pooraito Kk | Shaft for motor |
-
2003
- 2003-08-15 JP JP2003293669A patent/JP2005061543A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007116887A (en) * | 2005-09-21 | 2007-05-10 | Pooraito Kk | Shaft for motor |
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
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