JP3157389B2 - 動圧軸受ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体又は液体等の流体
の動圧を利用して回転軸を支承する動圧軸受に係り、例
えば、軸流ポンプやマグネットポンプ等においてその羽
根車軸の回転を支承する軸受に利用可能な動圧軸受に関
する。

【０００２】

【従来の技術】動圧軸受では軸の回転時に発生する流体
動圧を利用して当該回転軸を支承しており、回転軸に作
用する荷重を負荷するのに十分な動圧を得るため、その
軸あるいは軸受には所定パターンの動圧発生用溝が形成
されている。この動圧発生用溝には方向性があるため、
従来の動圧軸受は回転軸の一方向の回転でのみ荷重を負
荷し得るものであった。

【０００３】しかし、スラスト動圧軸受（以下、スラス
ト軸受）については、回転軸の正逆両方向の回転におい
て回転軸に作用する軸力（スラスト荷重）を負荷できる
ものが既に提案されている（特開昭６２−２０９１１号
公報等）。このスラスト軸受は、表裏両面に夫々の面側
から見て互いに逆方向のスパイラル溝を有するスラスト
板と、作動流体を介してこのスラスト板の一方の面と対
向する固定受板と、回転軸に取り付けられると共に作動
流体を介して上記スラスト板の他方の面と対向する回転
受板とから構成されており、上記回転軸を正逆いずれの
方向に回転させても、上記スラスト板と回転受板との
間、あるいは上記スラスト板と固定受板との間に動圧が
発生するようになっている。

【０００４】すなわち、上記回転軸が正方向へ回転する
と、スラスト板と回転受板との間の作動流体は上記スパ
イラル溝の働きによって中心側へ移動させられ、スラス
ト板と回転受板との間には動圧が発生して作動流体の潤
滑膜が形成される。これにより、回転軸に作用するスラ
スト荷重に抗しながら、回転受板とスラスト板とを非接
触の状態に保持することができる。一方、スラスト板と
固定受板との間の作動流体は上記スパイラル溝の働きに
よって外周側へ排除され、スラスト板と固定受板との間
には負圧が生じるので、スラスト板は固定受板に吸着固
定される。

【０００５】また、上記回転軸が逆方向へ回転すると、
スラスト板と固定受板との間の作動流体が上記スパイラ
ル溝の働きによって中心側へ移動させられ、スラスト板
と固定受板との間には動圧が発生して作動流体の潤滑膜
が形成され、固定受板とスラスト板とを非接触の状態に
保持することができる。一方、スラスト板と回転受板と
の間の作動流体は上記スパイラル溝の働きによって外周
側へ排除され、スラスト板は回転受板に吸着固定されて
回転受板と共に回転する。

【０００６】従って、同公報所載のスラスト軸受では回
転受板がいずれの方向に回転した場合であっも、スラス
ト板と回転受板あるいはスラスト板と固定受板との間に
高圧の流体潤滑膜が形成され、最小限の動力損失で回転
受板に作用するスラスト荷重を負荷できるようになって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報所載のスラスト軸受はその名の示す通りスラスト荷重
のみを負荷し得るものであり、回転軸に対して垂直に作
用するラジアル荷重を負荷することができなかった。こ
のため、上記スラスト軸受を使用するに当たっては、上
記ラジアル荷重を負荷するためのラジアル軸受を回転軸
に対して別途設ける必要があり、回転軸を支えるための
構成が複雑にならざるを得なかった。従って、回転軸の
正逆両方向の回転について、スラスト荷重のみならずラ
ジアル荷重をも負荷することが可能な動圧軸受の開発が
望まれていた。

【０００８】一方、前述の特開昭６２−２０９１１号公
報所載のスラスト軸受は立軸ポンプ等の軸流ポンプの羽
車軸を支える目的に利用されるが、軸流ポンプでは泥水
等のスラリーを含む揚水が軸受を覆ってしまうので、こ
の目的に使用される軸受にはスラリーに対する密封性等
の特殊な性能が要求される。このような要求に対して、
従来は作動流体を密封したケーシングでスラスト軸受を
覆い、あるいはスラスト板に耐磨耗性の高い材質を用い
る等の手段で対応していたが、装置の大型化やコスト高
といった問題点を生じていた。

【０００９】また、上記スラスト軸受を軸流ポンプに利
用する場合はその作動流体としてポンプの揚水を利用可
能であるが、このように揚水を作動流体として利用した
場合、ポンプを一旦停止させると揚水が揚水路内を下降
することから、作動流体である揚水が軸受から抜け出て
しまい、ポンプを再起動する時にスラスト板と受板とが
固体接触を生じるといった問題点もあった。このため、
スラスト板が損傷して軸受寿命が低下する他、ポンプの
再起動に当たって大きな起動トルクが必要であった。

【００１０】更に、上記スラスト軸受はその作動流体を
空気とした場合に、回転軸を停止してスラスト板と固定
受板とを長時間接触させておくと、結露によって両者が
固着してしまい、回転軸の再起動に大きなトルクが必要
となり、極端な場合には回転軸を再起動しても軸受とし
ての機能を発揮しないこともあった。

【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、回転軸の正逆両
方向の回転についてラジアル荷重及びスラスト荷重を負
荷することができる動圧軸受ユニットを提供することに
ある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、使用環境に対
する軸受内部の密閉性が高いと共に、回転軸の停止時に
おいても作動流体を軸受内に保持することが可能な動圧
軸受ユニットを提供することにある。

【００１３】更に、本発明の他の目的は、回転軸を繰り
返し起動あるいは停止しても、常に回転軸を良好に支承
することが可能な動圧軸受ユニットを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の動圧軸受ユニットは、ハウジングと、この
ハウジングを貫通する回転軸を当該ハウジングに対して
回転自在に支承するラジアル動圧軸受及び一対のスラス
ト動圧軸受とから構成され、上記ラジアル動圧軸受は所
定の軸受隙間を介して対向する内輪及び外輪を有し、こ
れら内輪あるいは外輪にはヘリングボーン状溝が形成さ
れる一方、上記スラスト動圧軸受は固定受板、回転受板
及びこれら受板と所定の軸受隙間を介して対向するスラ
スト板を有し、このスラスト板の表裏両面には夫々の面
側から見て互いに逆方向のスパイラル溝が形成され、上
記ラジアル動圧軸受の両端で一対のスラスト板を回転軸
に遊嵌させて、各スラスト動圧軸受の軸受隙間をラジア
ル動圧軸受の軸受隙間と連通連結させ、また、上記ハウ
ジングには上記ラジアル動圧軸受の軸受隙間に作動流体
を供給する流入路を形成すると共に、上記回転軸の回転
方向に応じてこの流入路を開閉する切換弁を設けたこと
を特徴とするものである（請求項１）。

【００１５】本発明では、特開昭６２−２０９１１号公
報の如くスラスト動圧軸受のスラスト板の表裏両面に夫
々の面側から見て互いに逆方向のスパイラル状溝を形成
すると共に、スラスト板を回転軸に遊嵌させているの
で、回転軸が回転するとスラスト板の一方の面では作動
流体が中心に向かって付勢され、他方の面では作動流体
が外周側に向かって付勢され、スラスト板と回転軸との
隙間は作動流体の循環路として機能する。すなわち、回
転軸がいずれの方向へ回転しても、スラスト板の一方の
面においてスラスト板と受板との間に吸い込まれた作動
流体は、スラスト板と回転軸との隙間を介してスラスト
板の他方の面に至り、当該面を伝わってスラスト板の外
周側に排出されるのである。

【００１６】このように構成された本発明の動圧軸受ユ
ニットは、その作動流体として気体あるいは液体のいず
れを用いても差し支えない。液体を作動流体として使用
する場合には、上記スラスト板の表裏両面に形成された
スパライラル溝の外周側に平面状のリッヂ部を形成し、
且つ、上記スパイラル溝と平面域との境界にはスラスト
板を貫通する循環流路を穿設するのが好ましい（請求項
２）。

【００１７】このような構成によれば、スラスト板と受
板との間に介在する作動流体はスパイラル溝の外周側に
形成された平面状のリッヂ部によってシールされるの
で、作動流体がスラスト板と受け板との間から漏れだす
ことがない。また、上記リッヂ部によって軸受内に密封
された作動流体はスパイラル溝と平面域との境界部分に
形成された循環流路に流れ込むので、スラスト板を挟ん
で動圧の発生しいない側から動圧の発生している側へ作
動流体を循環させることができる。

【００１８】すなわち、請求項２に係る構成では、スラ
スト板の回転に伴い、作動流体はスラスト板と回転軸と
の隙間を介して動圧の発生している側から発生していな
い側へ循環し、更に、上記循環流路を介して動圧の発生
していない側から発生している側へ循環し、しかも軸受
外部に対する作動流体の漏れを防止することもできる。
従って、予めスラスト板の表裏両面と各受板との間に作
動流体を満たしておけば、作動流体はスラスト動圧軸受
の内部で自己循環するので、例えば軸流ポンプの軸受の
ように軸受周辺がスラリーで満たされている場合であっ
ても、スラリーがスラスト板と受板との隙間に進入する
ことがない。また、ラジアル動圧軸受の軸受隙間はスラ
スト動圧軸受のそれと連通連結されているので、スラス
ト動圧軸受から作動流体が漏れ出さない限り、ラジアル
動圧軸受の作動流体が失われることもない。

【００１９】更に、作動流体を自己循環させる場合に
は、請求項２に示す構成に加え、作動流体をスラスト板
と受板との隙間に供給する供給路を固定受板に形成する
と共に、上記回転軸の停止時にこの供給路を閉鎖する流
出防止弁を設けるのが好ましい（請求項３）。この構成
によれば、スラスト板と受板との間から軸受外部に漏れ
出したとしても、その分の作動流体を上記供給路から補
給することができ、自己循環している作動流体の量が減
少してスラスト板と受板とが固体接触を生じる危険性を
回避することができる。

【００２０】また、回転軸を停止する場合に上記流出防
止弁及び流入路の切換弁を閉鎖すれば、作動流体の自己
循環作用が失われても作動流体がスラスト動圧軸受及び
ラジアル動圧軸受の軸受隙間から流出してしまうことが
なく、作動流体を各軸受隙間に保持したまま回転軸の再
起動に備えることができる。

【００２１】加えて、ポンプの軸受のように揚水あるい
は揚液を作動流体として利用する場合、ポンプが停止し
て本発明の動圧軸受ユニットが揚水から露呈してしまっ
ても、回転軸が停止する際に上記流出防止弁及び切換弁
を閉鎖しておけば、スラスト動圧軸受及びラジアル動圧
軸受の軸受隙間に揚水あるいは揚液を保持しておくこと
ができ、ポンプの再起動時に回転軸を円滑に支承するこ
とができる。

【００２２】また、気体を作動流体として使用する場合
には、回転軸の停止時におけるスラスト板と受板との固
着を防止するため、スラスト板の外周縁をその内周縁よ
りも薄く形成するのが好ましい（請求項４）。

【００２３】尚、本発明において、上記ラジアル動圧軸
受の内輪あるいは外輪は、これを回転軸あるいはハウジ
ング等と一体に形成しても良い。また同様に、上記スラ
スト動圧軸受の固定受板あるいは回転受板はこれを回転
軸あるいはハウジング等と一体に形成しても良い。

【００２４】

【作用】回転軸の正回転に伴い、ラジアル動圧軸受では
ヘリングボーン状溝が作動流体を軸受隙間の軸方向中央
に向かって付勢する。このため、軸受隙間の軸方向中央
で高い動圧が発生する。一方、回転軸の逆回転に伴い、
ヘリングボーン状溝は作動流体を軸受隙間の軸方向両端
に向かって付勢する。本発明ではラジアル軸受の両端に
スラスト動圧軸受が配設されており、ラジアル動圧軸受
の軸受隙間は開放されていないので、作動流体は軸受隙
間の軸方向両端で高い動圧を発生する。ハウジングに形
成した作動流体の流入路には切換弁が設けられている
が、この切換弁は回転軸の回転方向に応じて開閉され
る。すなわち、回転軸の正回転においては、軸受隙間の
軸方向中央で昇圧した作動流体が上記流入路から抜け出
てしまうのを防止するため、上記切換弁は閉鎖してお
く。一方、回転軸の逆回転においては、軸受隙間に負圧
が発生するのを防止するため、上記切換弁は開放してお
く。これにより、本発明の動圧軸受ユニットは回転軸の
正逆両方向の回転について、回転軸に作用するラジアル
荷重を負荷することができる。

【００２５】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の動圧軸受
ユニットを詳細に説明する。図１は作動流体として空気
を用いた本発明の動圧軸受ユニットの第一実施例を示す
ものである。同図において、符号１は中空部に軸（図示
せず）が挿通され固定されるロータ、符号２はこのロー
タ１を固定部（図示せず）に取り付けるためのハウジン
グ、符号３は上記ロータ１をハウジング２に対して回転
自在に支承するラジアル動圧軸受（以下、ラジアル軸
受）、符号４，４は上記ハウジング２に対するロータ１
の軸方向の移動を規制する一対のスラスト動圧軸受（以
下、スラスト軸受）である。

【００２６】上記ラジアル軸受３は上記ロータ１に接着
接合された内輪３１と、この内輪３１と所定の軸受隙間
（例えば、５μｍ）を保持して対向する上記ハウジング
（外輪）２とから構成されており、上記内輪３１の周面
には図２に示すようなヘリングボーン状パターンを有す
る動圧発生用溝３２が形成されている。この動圧発生用
溝３２は、深さ２０μｍ、軸方向に対する傾斜角β＝３
０°であり、直径３０ｍｍの内輪３１の周囲に１５本の
溝を連続して形成した。また、軸方向に沿った溝の長さ
Ｌｇは内輪３１の長さＬの０．６倍とした。尚、本実施
例では図２に示す矢線方向の回転を正回転、これと反対
の回転を逆回転と記すことにする。

【００２７】一方、各スラスト軸受４は、上記ハウジン
グ（固定受板）２と、ロータ１に固定された受板（回転
受板）４１と、これらハウジング２及び受板４１と所定
の軸受隙間を保持して対向するスラスト板４２とから構
成されている。上記スラスト板４２はその内径が上記内
輪３１の外径よりも３０μｍだけ大きく形成され、内輪
３１に対して隙間を保持して遊嵌している。また、上記
受板４１，４１は内輪３１を挟んで互いに対向してお
り、ロータ１の端部に螺合する止めナット１１によって
ロータ１の外周に固定されている。上記内輪３１はその
軸方向長さがハウジング２及び一対のスラスト板４２，
４２の軸方向長さの和よりも２０μｍだけ短く形成され
ている。これにり、各スラスト軸受４ではスラスト板４
２の上下に合計１０μｍの軸受隙間が確保されるように
なっている。

【００２８】上記スラスト板４２のハウジング２との対
向面には、図３に示すようなスパイラル状溝４３が等配
して形成されている。このスパイラル状溝４３はスラス
ト板４２の外周に開放される一方、上記内輪３１が遊嵌
している貫通孔４４に対しては閉じている。また、図４
に示すように、スラスト板４２の受け板４１との対向面
には、スパイラル状溝４３と同様なスパイラル状溝４５
が捩じれ方向を異ならせて形成されている。従って、図
３に示すように、ハウジング２の側からスラスト板４２
を見ると、スパイラル状溝４５の捩じれ方向はスパイラ
ル溝４３のそれと同一である。上記スパイラル状溝４
３，４５の深さは３０μｍ、円周方向に対する傾斜角α
＝１６°であり、外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍのスラス
ト板４２の夫々面に１５本ずつ形成した。尚、図３及び
図４中にロータ１の正方向回転及び逆方向回転を矢線で
示した。

【００２９】上記内輪３１及びスラスト板４２の材質は
Ａｌ２Ｏ３であり、上記ヘリングボーン状溝３２及びス
パイラル状溝４３，４５はショットブラスト加工によっ
て形成した。この外の材質としては、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ
４、ＺｒＯ２等の硬質セラミクスを使用することができ
る。また、受板４１及びハウジング２の材質としてはス
テンレス、普通鋳鉄あるいは硬質セラミクスが用いられ
る。

【００３０】また、本実施例において、上記スラスト板
４２はその内周縁の厚さが外周縁のそれよりも１０μｍ
だけ厚く形成されており、上記ロータ１を長時間停止し
た場合であっても、スラスト板４２とハウジング２ある
いは受板４１とが固着を生じないように配慮されてい
る。また同様の理由から、スラスト板４２の内周面は凸
曲面状に加工されている。これにより、本実施例のスラ
スト軸受４では、空気中の水分によって結露が生じても
スラスト板４２がハウジング２等に固着することがな
く、煩わしい結露防止対策を施すことなく、ロータ１を
長時間にわたって停止させることができるようになって
いる。

【００３１】一方、上記ハウジング２にはラジアル軸受
３の軸受隙間にハウジング２外の空気を供給する流入路
２１が形成されている。この流入路２１はハウジング２
の円周を等配するように３か所に形成されており、各流
入路２１は内輪３１のヘリングボーン状溝３２の中央に
対向する位置でラジアル軸受３の軸受隙間に開口してい
る。また、各流入路２１は図示外のフィルターを介して
切換弁２２に連結されており、この切換弁２２の開閉に
応じてハウジング２外の空気がラジアル軸受３に供給さ
れるようになっている。そして、この切換弁２２はロー
タ１の正回転の時に閉じられ、逆回転の時に開けられ
る。尚、上記フィルターは上記流入路２１に吸い込んだ
空気から塵芥や湿気等を取り除く役目をする。

【００３２】次に、本実施例の動圧軸受ユニットの動作
について説明する。図５はロータ１が正回転した際の軸
受隙間における空気の流れを示すものである。ロータ１
が正方向へ回転すると、受板４１とスラスト板４２との
間の空気はスラスト板４２に形成されたスパイラル状溝
４５の働きによって中心方向に付勢され、スラスト板４
２と受板４１との間に動圧が発生する。その結果、スラ
スト板４２と受板４１との間にはロータ１に作用するス
ラスト荷重に対抗した空気潤滑膜が形成され、これら板
４１，４２の間の流体潤滑が行われる。一方、スラスト
板４２は空気潤滑膜に作用する剪断力によって受板４１
と同方向に回転しようとするので、スラスト板４２とハ
ウジング２との間の空気はスラスト板４２に形成された
スパイラル状溝４３の働きによって外周方向へ付勢さ
れ、スラスト板４２とハウジング２との間には負圧が発
生する。このため、スラスト板４２はハウジング２側に
引っ張られ、スラスト板４２とハウジング２との間の空
気潤滑膜に作用する剪断力によって受板４１よりも遅い
速度で回転する。

【００３３】スラスト板４２はその内周面が隙間を保持
して内輪３１に遊嵌しているので、前述のように付勢さ
れた空気はロータ１の回転に伴ってスラスト板４２の表
裏を循環することになる。すなわち、ロータ１が正方向
へ回転しているとすると、スラスト板４２と受板４１と
の間の高圧空気はスラスト板４２と内輪３１との隙間を
介して、負圧が発生しているスラスト板４２とハウジン
グ２との間隙に流れ込む。また、スラスト板４２に形成
されたスパイラル状溝４３，４５はスラスト板４２の外
周に開放されているので、スラスト板４２が正方向へ回
転すると、ハウジング２外の空気はスラスト板４２と受
板４１との間に吸引される一方、スラスト板４２とハウ
ジング２との間の空気はハウジング２外へ排出される。
その結果、ロータ１の回転に伴って作動流体である空気
はスラスト板４２の表裏を循環するのである。

【００３４】また、スラスト軸受４の軸受隙間とラジア
ル軸受３のそれとは連通連結されているので、このよう
にしてスラスト軸受４内を循環する空気の一部はラジア
ル軸受３の軸受隙間に供給される。そして、ラジアル軸
受３では、内輪３１に形成されたヘリングボーン状溝３
２によってスラスト軸受４から供給された空気がヘリン
グボーン状溝３２の中央に向かって付勢される。ロータ
１の正方向回転では切換弁２２が閉鎖されているので、
付勢された空気は流入路２１から抜け出ることがなく、
内輪３１とハウジング２との間には動圧が発生する。そ
の結果、内輪３１とハウジング２との間にはロータ１に
作用するラジアル荷重に対抗した空気潤滑膜が形成され
る。

【００３５】一方、図６はロータ１が逆回転した際の軸
受隙間における空気の流れを示すものである。ロータ１
を逆方向へ回転させると、スラスト軸受４ではスラスト
板４２の周囲の空気が図５に示す正方向回転とは逆方向
へ循環し、スラスト板４２と受板４１との間には負圧が
発生する一方、スラスト板４２とハウジング２との間に
動圧が発生する。その結果、スラスト板４２とハウジン
グ２との間には空気潤滑膜が形成され、ロータ１に作用
するスラスト荷重に対抗した流体潤滑が行われる。

【００３６】また、ロータ１の逆方向回転では切換弁２
２が開放されているので、ラジアル軸受３では内輪３１
に形成されたヘリングボーン状溝３２によって空気がス
ラスト板４１に向かって付勢されると共に、ハウジング
２外の空気が流入路を介してラジアル軸受３に供給され
る。このとき、スラスト板４２の周囲には高圧の空気潤
滑膜が形成されているので、ヘリングボーン状溝３２に
よってスラスト板４２の方向へ付勢された空気も加圧さ
れ、内輪３１とハウジング２との間には動圧が発生す
る。その結果、内輪３１とハウジング２との間にはロー
タ１に作用するラジアル荷重に対抗した空気潤滑膜が形
成される。

【００３７】従って、本実施例の動圧軸受ユニットでは
ロータ１の正逆両方向について、スラスト荷重及びラジ
アル荷重を負荷することができる。

【００３８】次に、図７に示す本発明の第二実施例につ
いて説明する。この実施例に示す動圧軸受ユニットは作
動流体として空気ではなく潤滑液を用いたものであり、
具体的な構造は上記第一実施例のものと略同じである。
すなわち、ロータ５１はラジアル軸受５３及び一対のス
ラスト軸受５４によってハウジング５２に対して回転自
在に保持されている。但し、潤滑油がスラスト軸受５４
の軸受隙間からユニット外へ漏出するのを防止するた
め、潤滑油をユニット内に密封できる構造とした。

【００３９】上記ラジアル軸受５３は上記ロータ５１に
接着接合された内輪８１と、この内輪８１と所定の軸受
隙間（例えば、５μｍ）を保持して対向する上記ハウジ
ング（外輪）５２とから構成されており、上記内輪８１
の周面には第一実施例において図２に示したものと同じ
ヘリングボーン状パターンを有する動圧発生用溝８２が
形成されている。

【００４０】一方、各スラスト軸受５４は、上記ハウジ
ング（固定受板）５２と、ロータ５１に固定された受板
（回転受板）９１と、これらハウジング５２及び受板９
１と所定の軸受隙間を保持して対向するスラスト板９２
とから構成されている。この実施例においても、上記ス
ラスト板９２はその内径が上記内輪８１の外径よりも３
０μｍだけ大きく形成され、内輪８１に対して隙間を保
持して遊嵌している。また、上記受板９１，９１及び内
輪８１止めナット６１によってロータ５１の外周に固定
すると共に、スラスト板９２の上下に合計１０μｍの軸
受隙間が確保されている点も第一実施例と同じである。

【００４１】上記スラスト板９２のハウジング５２との
対向面には、図８に示すように、その外周縁から若干内
径側に環状溝９３が形成されると共に、この環状溝９３
より内径側には第一実施例と同様なスパイラル状溝９４
が等配して形成される一方、環状溝９３より外径側には
平面状のリッヂ部が形成されている。このスパイラル状
溝９４は上記環状溝９３と連通する一方、中心の貫通孔
９５に対しては閉じている。また、図９に示すように、
スラスト板９２の受板９１との対向面には、環状溝９３
と同様な環状溝９６が形成され、更にスパイラル状溝９
４と同様なスパイラル溝９７が捩じれ方向を異ならせて
形成されている。従って、ハウジング５２の側からスラ
スト板９２を見ると、スパイラル状溝９７の捩じれ方向
はスパイラル状溝９４のそれと同一である。各環状溝９
３，９６とスパイラル状溝９４，９７の深さは同一であ
り、本実施例では３０μｍとした。尚、スラスト板９２
の材質、環状溝９３，９６及びスパイラル溝９４，９７
の加工については上記第一実施例と同じなので、ここで
はその説明を省略する。

【００４２】また、上記スラスト板９２には、その表裏
に形成された環状溝９３，９６を連通するようにして、
循環流路９８が穿設されている。本実施例ではスラスト
板９２に作用する圧力バランスを考慮し、円周方向に沿
った三か所に等配して上記循環流路９８を形成した。

【００４３】一方、上記ハウジング５２にはスラスト板
９２とハウジング５２とが形成する軸受隙間に潤滑油を
供給する供給路７３が形成されており、この供給路７３
はスラスト板９２の環状溝９３に対向する位置で上記軸
受隙間に開口している。また、この供給路７３は流出防
止弁７４を介して図示外のリザーブタンクと接続されて
いる。この流出防止弁７４はロータ５１の回転時には開
放しておき、ロータ５１の停止時には閉鎖しておく。

【００４４】更に、第一実施例と同様、上記ハウジング
５２にはラジアル軸受５３の軸受隙間にハウジング５２
外の空気を供給する流入路７１が形成されており、各流
入路７１は切換弁７２を介して図示外のリザーブタンク
に接続されている。この切換弁７２はロータ５１の回転
方向に応じて開閉され、開放したときにはリザーブタン
ク内の潤滑液がラジアル軸受３に供給されるようになっ
ている。

【００４５】このように構成された本実施例の動圧軸受
ユニットは、予め上記内輪８１の外周面及びスラスト板
９２の表裏両面に高粘性の潤滑液を塗布しておくと共
に、スラスト板９２に穿設された循環流路９８、ハウジ
ング５２に形成された流入路及び供給路７１，７３に上
記潤滑液を満たして使用される。

【００４６】そして、本実施例でも前述の第一実施例と
同様にして、ロータ５１がいずれかの方向へ回転する
と、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受で動圧が発
生し、ロータに作用するラジアル荷重及びスラスト荷重
を負荷することができる。

【００４７】図１０及び図１１は本実施例における潤滑
液の循環の様子を示すものであり、図１０はロータ５１
の正方向回転に、図１１はロータ５１の逆方向回転に対
応している。図１０に示すように、ロータ５１が正方向
に回転すると、スラスト板９２と受板９１との間の潤滑
液はスラスト板９２に形成されたスパイラル状溝９７の
働きによって中心方向へ付勢され、スラスト板９２と内
輪８１との隙間を介してスラスト板９２とハウジング５
２との隙間に流れ込む。一方、スラスト板９２とハウジ
ング５２との間の潤滑液はスパイラル状溝９４の働きに
よって外周方向へ付勢されるのだが、スパイラル状溝９
４は環状溝９３と連通しているので、潤滑液はこの環状
溝９３に流れ込んで外周方向への移動をせき止められ、
スラスト板９２に穿設された循環流路９８を介してスラ
スト板９２と受板９１との隙間に流れ込む。このとき、
上記スパイラル状溝９４は環状溝９３よりも内周側に形
成されており、環状溝９３よりも外周側はリッヂ部とな
っているので、外周方向へ付勢された潤滑液がスラスト
板９２とハウジング５２との隙間から漏れ出すことはな
い。すなわち、潤滑液はスラスト板９２とハウジング５
２との隙間から外部に排出されることなく、スラスト板
９２の表裏を循環するのである。

【００４８】また、図１１に示すように、ロータ５１が
逆方向に回転すると、スラスト板９２とハウジング５２
との間の潤滑液はスラスト板９２に形成されたスパイラ
ル状溝９４の働きによって中心方向へ付勢され、スラス
ト板９２と内輪８１との隙間を介してスラスト板９２と
受板９１との隙間に流れ込む。一方、スラスト板９２と
受板９１との間の潤滑液はスパイラル状溝９７の働きに
よって外周方向へ付勢されるのだが、スパイラル状溝９
７は環状溝９６と連通しているので、潤滑液はこの環状
溝９６に流れ込んで外周方向への移動をせき止められ、
スラスト板９２に穿設された循環流路９８を介してスラ
スト板９２とハウジング５２との隙間に流れ込む。この
とき、上記スパイラル状溝９７は環状溝９６よりも内周
側に形成されており、環状溝９６よりも外周側はリッヂ
部となっているので、外周方向へ付勢された潤滑液がス
ラスト板９２と受板９１との隙間から漏れ出すことはな
い。つまり、この場合も潤滑液はスラスト板９２と受板
９１との隙間から外部に排出されることなく、スラスト
板９２の表裏を循環する。

【００４９】このように、本実施例の動圧軸受ユニット
では受板９１、スラスト板９２及びハウジング５２の三
者間に予め塗布された潤滑液がスラスト板９２の表裏を
循環し、その循環に伴ってスラスト板９２と受板９１と
の間、あるいはスラスト板９２とハウジング５２との間
の流体潤滑が行われる。このため、ロータ５１の停止状
態においても潤滑液がスラスト板２１と受板９１あるい
はハウジング５２との間から漏れだすことは殆どなく、
しかも、ユニット外からスラスト板９２と受板９１ある
いはハウジング５２との間に流体や異物が侵入すること
もない。

【００５０】従って、ポンプ揚水路の如くスラリーを含
む揚水中で使用しても、スラリーを軸受ユニット内に巻
き込むことがなく、スラスト板９２、受板９１及びハウ
ジング５２の損傷を防止することができる。

【００５１】更に、この実施例では潤滑液のリザーブタ
ンクを設け、リザーブタンクとスラスト軸受５４の軸受
隙間とを供給路７３で連通しているので、軸受隙間に負
圧が作用すると、リザーブタンク内の潤滑液がスラスト
板９２とハウジング５２との隙間に供給される。従っ
て、僅かずつではあるがスラスト軸受９４から漏れ出し
た分の潤滑液を随時補給することができ、潤滑液の不足
によるスラスト板９２と受板９１、あるいはスラスト板
９２とハウジング５２との固体接触を防止することがで
きる。

【００５２】また、ロータ５１の停止時には流入路７１
の切換弁７２と供給路７３の流出防止弁７４との双方を
閉鎖しておけば、ラジアル軸受５３及びスラスト軸受５
４の軸受隙間から潤滑液が漏れ出すのを防止することが
でき、小さな起動トルクでロータ５１を再起動すること
もできる。

【００５３】尚、この第二実施例では専用の潤滑液を作
動流体として使用したが、例えばこの動圧軸受ユニット
を軸流ポンプにおける水中軸受として使用する場合に
は、ポンプの揚水を作動流体として使用することもでき
る。

【００５４】その場合には、流入路及び供給路のリザー
ブタンクは必要なく、流入路７１は切換弁７２を介して
揚水中に開放され、供給路７３も流出防止弁７４を介し
て揚水中に開放される。これにより、本実施例の動圧軸
受ユニットが揚水中に浸っている時には、ロータ５１の
回転方向に応じて揚水が前述のように軸受内部を循環
し、ロータ５１の正逆両方向の回転ついてラジアル荷重
及びスラスト荷重を負荷することかできる。

【００５５】また、ポンプの停止によって本実施例の動
圧軸受ユニットが揚水中から露出してしまっても、上記
切換弁７２及び流出防止弁７４を閉鎖することにより、
ラジアル軸受５３及びスラスト軸受５４の軸受隙間には
揚水を保持しておくことができるので、ポンプを再起動
する場合であってもこの軸受ユニットの内部で固体接触
が生じることがなく、小さな起動トルクでロータ５１を
再起動することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の動圧
軸受ユニットによれば、ラジアル動圧軸受の両端に正逆
両方向へ回転可能なスラスト動圧軸受を設け、両動圧軸
受の軸受隙間を連通連結すると共に、上記ラジアル動圧
軸受の軸受隙間に作動流体を供給する流入路を回転軸の
回転方向に応じて開閉するようにしたので、上記ラジア
ル動圧軸受では回転軸が逆方向へ回転した場合であって
も、回転軸に作用するラジアル荷重を負荷するのに十分
な大きさの動圧が軸受隙間の両端に発生させることがで
き、回転軸の正逆両方向の回転について回転軸に作用す
るラジアル荷重及びスラスト荷重を負荷することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の動圧軸受ユニットの第一実施例を示
す断面図である。

【図２】 第一実施例に係るラジアル動圧軸受の内輪を
示す正面図である。

【図３】 第一実施例に係るスラスト動圧軸受のスラス
ト板の平面図である。

【図４】 第一実施例に係るスラスト動圧軸受のスラス
ト板の底面図である。

【図５】 第一実施例の動圧軸受ユニットの正回転にお
ける空気の循環の様子を示すものである。

【図６】 第一実施例の動圧軸受ユニットの逆回転にお
ける空気の循環の様子を示すものである。

【図７】 本発明の動圧軸受ユニットの第二実施例を示
す断面図である。

【図８】 第二実施例に係るスラスト動圧軸受のスラス
ト板の平面図である。

【図９】 第二実施例に係るスラスト動圧軸受のスラス
ト板の底面図である。

【図１０】 第二実施例の動圧軸受ユニットの正回転に
おける潤滑液の循環の様子を示すものである。

【図１１】 第二実施例の動圧軸受ユニットの逆回転に
おける潤滑液の循環の様子を示すものである。

【符号の説明】

１…ロータ（回転軸）、２…ハウジング、３…ラジアル
動圧軸受、４…スラスト動圧軸受、２１…流入路、２２
…切換弁、３１…内輪、３２…ヘリングボーン状溝、４
１…受板（回転受板）、４２…スラスト板、４３，４５
…スパイラル状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 17/00 - 17/26 F16C 33/00 - 33/28 H02K 5/00 - 5/26 H02K 7/00 - 7/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、このハウジングを貫通す
   る回転軸を当該ハウジングに対して回転自在に支承する
   ラジアル動圧軸受及び一対のスラスト動圧軸受とから構
   成され、 上記ラジアル動圧軸受は所定の軸受隙間を介して対向す
   る内輪及び外輪を有し、これら内輪あるいは外輪にはヘ
   リングボーン状溝が形成される一方、上記スラスト動圧
   軸受は固定受板、回転受板及びこれら受板と所定の軸受
   隙間を介して対向するスラスト板を有し、このスラスト
   板の表裏両面には夫々の面側から見て互いに逆方向のス
   パイラル溝が形成され、 上記ラジアル動圧軸受の両端で一対のスラスト板を回転
   軸に遊嵌させて、各スラスト動圧軸受の軸受隙間をラジ
   アル動圧軸受の軸受隙間と連通連結させ、また上記ハウ
   ジングには上記ラジアル動圧軸受の軸受隙間に作動流体
   を供給する流入路を形成すると共に、上記回転軸の回転
   方向に応じてこの流入路を開閉する切換弁を設けたこと
   を特徴とする動圧軸受ユニット。
2. 【請求項２】 上記スラスト板の表裏両面にはそこに形
   成されたスパライラル溝の外周側に平面状のリッヂ部を
   形成し、且つ、上記スパイラル溝とリッヂ部との境界に
   はスラスト板を貫通する循環流路を穿設したことを特徴
   とする請求項１記載の動圧軸受ユニット。
3. 【請求項３】 上記固定受板には上記スラスト軸受の軸
   受隙間に作動流体を供給する供給路を形成すると共に、
   上記回転軸の停止時にこの供給路を閉鎖する流出防止弁
   を設けたことを特徴とする請求項２記載の動圧軸受ユニ
   ット。
4. 【請求項４】 上記スラスト板は内周縁よりも外周縁が
   薄く形成されていることを特徴とする請求項１記載の動
   圧軸受ユニット。