JP2509752B2 - 動圧流体軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は軸受に関する。更に詳述すると、本発明は液
体の動圧を利用した動圧流体軸受に関する。

（従来の技術） 作動流体として液体例えば油を使用する従来の動圧流
体軸受は、例えば第４図に示すように、回転軸４の外周
面またはその回転軸４を支承する円筒状軸受１の内周面
のいずれかに方向の異なるスパイラル状溝2a,2b,3a,3b
を形成してその溝2a,…,3bと対向する周面との間に作動
流体を封入するように構成されている。スパイラル溝2
a,2b,3a,3bを有する回転軸４は円筒状軸受１に挿入さ
れ、作動流体の動圧によって径方向への荷重が支持され
ると共に軸受１の底部のスラスト受７によってスラスト
方向の荷重が支承される構造となっている。軸受１の底
部およびスパイラル溝2bと3aの中間位置には油溜め５お
よび油溜め６が設けられている。また油溜め６を設け
ず、軸受隙間８に表面張力の働きで浸入する油のみを使
用する場合もある。スパイラル溝2a,2b,3a,3bの中の油
は、回転軸４が回転するときに、その粘性抵抗のため回
転方向に逆らう方向に力に受け、溝の長さ方向に沿って
圧力が上昇する。例えば溝3aの場合は外気に通じる一方
の端部９から軸受内部により進入する他方の端部10へ向
って圧力が上昇し、この圧力によって軸受荷重が支承さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような軸受構造では、比較的長期
に使用される場合、油の蒸発または軸端部からの流出に
よって、徐々に油が減少する。その減少した分だけ油が
スパイラル溝2a,2b,3a,3bの働き即ちポンピングアクシ
ョンによって、油溜め5,6から吸引され供給されればよ
いが、この油溜めの部分は直接外気と繋っていないため
負圧力が発生して殆ど吸引されることがなく、外気と直
接繋っているスパイラル溝3aの中の油が吸引される。こ
のため、スパイラル溝の端部９から漸次油が枯渇するこ
とになる。このような状態での軸方向の軸受面の圧力分
布は、第５図に符号13で示すような状態となる。この状
態は、油が十分補給された状態即ちスパイラル溝3bの端
部11にも大気圧が作用しかつ溝3a,3b及び軸受隙間８が
全て油で充填されている状態の圧力分布12に比較して、
極端に圧力が低下し軸受機能が劣化しているため好まし
くない。尚、図中横軸9,10,11の位置はそれぞれ第４図
のスパイラル溝位置9,10,11の位置を示す。

そこで、溝3aからの油の流出を回避するために第６図
に示すように油溜め14を設け、さらに流出防止用の補助
溝15を付けることが提案されている。（特開平２−8510
号）しかしながら、この補助溝15部分は回転軸４が回転
しているときには若干の油圧上昇があるものの、補助溝
15部分の油が漏洩した場合には軸受としては殆どデッド
スペースとなり、軸受の付加能力に対して全体の軸長が
長くなるという欠点がある。仮に、補助溝15を除き、そ
の分だけ軸受け長さを短くすれば、油溜め14が回転軸４
の端部に近く位置することにより、回転軸４による遠心
力で油が外部へ流出し易くなるという欠点がある。

また、従来の動圧流体軸受構造は、いずれも軸受１の
底部が閉塞されたような構造であるため、組立のため回
転軸４を挿入する際に、油溜め5,6等の空間へ空気が溜
り易く、しかもこの溜った空気を外部へ抜き出すことも
容易ではない。仮にこれらの残留した空気がスパイラル
溝2a,…,3b中へ導入されると、回転時に所定の圧力を得
ることができず、軸受機能を著しく阻害する。

本発明は、軸長を特に長くする必要もなく、かつ十分
に軸受面へ油を補給出来る軸受構造を提案することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明は、中心軸の外周
面またはその中心軸を支承する円筒軸受の内周面のいず
れかに、方向の異なる一対のスパイラル状溝を多数備え
たスパイラル状溝群を一つまたは複数有しかつ液体を作
動流体とし、該作動流体の動圧がスパイラル状溝群の両
端部より中央部で大きくなるように構成してなる動圧流
体軸受において、軸受に、一端が外気と連通し他端がス
パイラル状溝群の外気に連通しない端部のうち少なくと
も一つの端部と連通した流通経路を設け、スパイラル状
溝群の両端部及び流通経路の一部が作動流体で満たされ
ているようにしている。

また、本発明の動圧流体軸受は、スパイラル状溝群の
うち、外気へ連通している溝端の近傍に、流通経路の一
端が連通していることを特徴とする。更に本発明の動圧
流体軸受は、流通経路の外気へ直接通じる経路の少なく
とも一部分の断面が作動流体の液面の表面張力によって
作動流体の侵入が阻止される程度に絞られていることを
特徴とする。

（作用） したがって、油の蒸発または軸端部からの流出によっ
て徐々に油が減少すると、その減少した分だけ油がスパ
ライル溝の働き即ちポンピングアクションによって、油
溜めから吸引され供給される。このとき、油溜めの部分
は流通経路を介して直接外気と連通されているため、負
圧力が発生することなくスパライル溝の注の油が吸引さ
れると共に該溝の端部から該溝内に漸次油溜めおよび流
通経内の油が補強される。このような状態での中心軸方
向の軸受面の圧力分布は第５図に符号12で示すようなバ
ランスがとれた圧力分布状態となる。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図に本考案の動圧流体軸受の一実施例を示す。こ
の動圧流体軸受は、回転軸４の外周面またはその回転軸
４を支承する円筒軸受１の内周面のいずれかに、方向の
異なる一対ないし複数対のスパイラル状溝群2a,2b,3a,3
bを形成し、軸受１と回転軸４との間に作動流体として
の液体例えば油21を充填するようにして成る。

本実施例の場合、動圧発生用のスパイラル状溝2a,2b,
3a,3b群は回転軸４側に形成されている。スパイラル状
溝2a,…,3b群は例えば、くの字形のように互いに方向の
異なる溝を円周方向に多数設けたもので、油溜め６を間
に形成して軸方向に２対配設されている。この回転軸４
は底部のスラスト受７によてスラスト方向の荷重が支承
される構造となっている。また、スラスト受７の周囲に
は油溜め５が形成されている。

前記軸受１は、底部が閉塞された有底円筒状を成し、
その周壁の内部には軸方向に延びる流通経路16が形成さ
れている。流通経路16は、一端が外気と連通し他端がス
パイラル状溝2b,3b群の少なくとも一端11若しくは24と
連通している。例えば、流通経路16の一端は外気と連通
する回転軸４の外周面と軸受１との隙間17及びスパイラ
ル溝3aの端部９の近くに位置する連通孔18を通して外気
と連通しており、他端は連通孔19,20を経て、油溜め5,6
若しくは油溜め5,6が受けられてない場合はスパイラル
溝2b及びスパイラル溝2a,2bの端部11,24,25へ直接連通
するように設けられている。更にこの流通経路16の一部
分および溝端部11,24,25が作動流体である油21で満たさ
れている。この流通経路16は全域が油で満されていなく
とも、その一部分少なくとも連通孔19,20の近傍と油溜
め5,6及びスパイラル溝2a,2b,3bの近傍に油が満たされ
ており、例えば連通孔20よりもｈだけ液位が高くなるよ
うに満されており、しかもこれらの油が互いに繋がって
おれば十分である。即ち、流通経路16は軸受１内のスパ
イラル状溝2a,2b,3bの端部11,24,25を大気圧と連通させ
ると共に油溜めを兼ねている。勿論、流通経路16の一方
の端部は軸受１の端面から直接軸受外部に開口され、外
気と連通するように設けることも可能である。

以上のように構成されているので、スパイラル溝2a,2
b,3bの端部11,24,25には、連通孔19,20及び流通経路16
の油、連通孔18並びに隙間17を経て常に大気圧を作用し
ている。このため、スパイラル溝3aの開口側の端部９か
ら油が漏出すると、その不足分をスパイラル溝3bの端部
25から油溜め６ないし流通経路16の油21を補給すること
ができる。従って回転軸４が回転しているときには、軸
受面は常に第５図の符号12で示すような圧力分布を保つ
ことができる。また、回転中にスパイラル溝3aの端部９
近傍から流出する若干量の油は、連通孔17を経て流通経
路16へ還流され、外部へ漏れ出ることはない。

更にこのような軸受構造の場合、軸受１へ回転軸４を
挿入する際、回転軸４の端面と軸受１との空間に入って
いる空気及び油溜め６に入っている空気はその浮力によ
り連通孔19,20を経て流通経路16へ流入し、更に連通孔1
8や隙間17を経て軸受１の外部へ容易に放出される。

また、この軸受構造は、使用時に鉛直方向に回転軸４
が配置されるような使い方、いわゆる据置型の機器や装
置の回転軸受として推奨されるが、特にこれに限定され
るものではなく運送や保管時に第３図に示すように横置
き状態となったとしても油21の流出が起ることはない。
即ち、流通経路16の中の油21の表面22の表面張力Ｆの上
方への分力Ｆ′が油21の重力による圧力より大きければ
油21は流出しない。特に、流路16の断面積が小さいほど
この表面張力は大きくなるので、流通経路16の断面積が
大きい場合は大気側に近い流通孔18寄りに流通経路16よ
りも断面積の小さい流路23を設けることが好ましい。こ
のように横置きでも流出しない流通経路16の断面を設定
すれば、逆置の状態でも流出することはない。このこと
はスポイト中へ注入された液体がどのような姿勢でも流
出しないことと全く同じ原理である。このようにこの軸
受構造は特別のシール機構を設けなくても、油が容易に
外部へ漏出することはない。

尚、上述の実施例は本考案の好適な実施の一例ではあ
るがこれに限定されるものではなく本考案の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
本実施例ではスパイラル状溝2a,2b,3a,3bは回転軸４側
に設けたものを示したが、特にこれに限定されるもので
はなく、軸受１の内周面側に形成することも可能であ
る。この場合、連通孔19,20は軸受１の内周面に形成さ
れるスパイラル状溝2a,2b,3bの端部11,24,25に連通する
ように軸受内周面に開口させることが望ましい。また、
本実施例の場合、１本の流通経路16を設けているが、特
にこれに限られず、複数本のあるいは二重円筒を構成す
るような環状の流路でも実施可能である。また、回転軸
４を固定軸とし、円筒軸受１側を回転させるようにして
も良い。この場合、流通経路16は固定軸側に設ければ良
い。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の動圧流体軸
受は、作動流体である油を溜、かつ外気とスパイラル状
溝の外気に連通しない端部のうち少なくとも一つの端部
へ通じる油の流通経路を軸受に設け、その流通経路によ
りスパイラル状溝の端部へ大気圧のかかった油補給路を
設けるようにしたので、スパイラル状溝から外部へ油が
流出してもその分の油を補給することができる。

また、本発明の動圧流体軸受は、スパイラル状溝の外
気へ連通している端部の近傍に、流通経路の一端を連通
させているので、回転軸端から流出する僅かな油も連通
孔を通って流通経路へ戻すことができ、油の消耗を防ぐ
ことができる。

更に本発明の動圧流体軸受は、軸受内部と外部とを連
通させる流路が回転軸を装入した状態においても確保さ
れるため、重大な欠陥となる油中への空気の混入が組立
時に起ることがない。

更に本発明の動圧流体軸受は、流通経路の外気へ直接
通じる経路の少なくとも一部分の断面が作動流体の液面
の表面張力によって作動流体の侵入が阻止される程度に
絞られているので、流通経路内の油の表面張力により油
が外部へ流出することが無く、特別なシール機構も設け
る必要が無い。

更に本発明の動圧流体軸受は、大量の油を補強するわ
けではないので、通常の軸受の円筒部の肉厚部分に比較
的小径の孔を開け不要部分を後でシールする程度の加工
で足り、また軸受長も特に長くする必要もない。このた
めコンパクトで簡単な構造となる。

このように本発明の動圧流体軸受構造によると、特に
軸受回りのスペースを必要とせず、長期間の使用に耐
え、信頼性の高い軸受を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の動圧流体軸受の一実施例を示す中央縦
断面図である。 第２図は第１図のII−II線断面図である。 第３図は第１図に示す動圧流体軸受を横置きにした状態
における油の状態を示す説明図である。 第４図は従来の動圧流体軸受の一例を示す中央縦断面図
である。 第５図は第４図に示す従来の動圧流体軸受の圧力分布図
である。 第６図は従来の他の動圧流体軸受の構造を示す中央縦断
面図である。 １……軸受、 2a,2b,3a,3b……スパイラル状溝、 ４……回転軸、 5,6……油溜め、 ９……外気と通じるスパイラル状溝の端部、 11,24,25……流通経路を介して外気と通じるスパイラル
状溝の端部、 16……流通経路、 17……回転軸と軸受との間の外気に通じる隙間、 18,19,20……連通孔、 21……作動流体である油、 22……油の表面、 23……断面が絞られた通路。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心軸の外周面またはその中心軸を支承す
   る円筒軸受の内周面のいずれかに、方向の異なる一対の
   スパイラル状溝を多数備えたスパイラル状溝群を一つま
   たは複数有しかつ液体を作動流体とし、該作動流体の動
   圧が前記スパイラル状溝群の両端部より中央部で大きく
   なるように構成してなる動圧流体軸受において、前記軸
   受に、一端が外気と連通し他端が前記スパイラル状溝群
   の外気に連通しない端部のうち少なくとも一つの端部と
   連通した流通経路を設け、前記スパイラル状溝群の両端
   部及び前記流通経路の一部が作動流体で満たされている
   ことを特徴とする動圧流体軸受。
2. 【請求項２】前記スパイラル状溝群のうち、外気へ連通
   している溝端の近傍に、前記流通経路の一端が連通して
   いることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受。
3. 【請求項３】前記流通経路の外気へ直接通じる経路の少
   なくとも一部分の断面が作動流体の液面の表面張力によ
   って作動流体の侵入が阻止される程度に絞られているこ
   とを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受。