JP3613309B2 - 流体軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体軸受装置、例えば工作機械の主軸等に用いられる流体軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術においては、例えば工作機械の主軸等には、図９に示されているような軸受メタル３０を備えた静圧流体軸受装置が用いられている。図９に示されている軸受メタル３０の軸受面には、絞りノズルを備えた油供給孔８が溝底に開口したコ字形溝３１が形成され、コ字形溝３１は脚部３１ａが軸回転方向又はその逆方向に向い、コ字形溝３１の両側には、脚部３１ａと平行した排油溝３２，３２が形成されている。コ字形溝３２に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となっている。
【０００３】
上記の軸受メタル３０において、油供給孔８からは絞りノズルで減圧調整された潤滑油がコ字形溝３１に流出し、コ字形溝３１と回転軸の外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸の外周面との間で絞られて排油溝３２，３２に流出し、外部に排出される。
それにより静圧流体軸受として機能すると共に、コ字形溝３１と回転軸の外周面とによる空間を満した潤滑油は、動圧発生用ランド６と回転軸の外周面との間の隙間に存在して、回転軸の回転において、動圧発生用ランド６の軸受面とその半径より軸受隙間分だけ小径となる回転軸の外周面との間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。
【０００４】
【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装置においては、例えば主軸が高速化された最近の工作機械のように、回転軸の回転速度が高速であると、動圧発生用ランド６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、軸受メタル３０は、加熱されて熱膨張するが、外側固定のため内径が縮小し、延いては軸受隙間が縮小して、動圧発生用ランド６における潤滑油の発熱量は増大する。
【０００５】
すると、軸受メタル３０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。
この動圧発生用ランド６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メタル３０とが焼付くことになる。
【０００６】
そこで、その軸受性能の劣化・焼付きを防止するため、即ち動圧発生用ランド６における潤滑油の発熱を抑制するために、動圧発生用ランド６の面積を減小させるか、軸受隙間を増大させる対策もあるが、この場合には、動圧発生用ランド６の潤滑油に発生する動圧が減小して、軸受負荷能力が低下するという問題が生じる。
【０００７】
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、動圧を増大したいという要求と、上記の動圧発生用ランド６での発熱問題とは、二律背反となる。
この発明は、上記の二律背反の問題を同時に解決する手段を提供すると共に、その手段を容易に構成することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の流体軸受装置は、軸受メタルの軸受内周面に動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞し円周方向平行部をもつ、例えばコ字形又はＵ字形のような形状で溝が形成されると共に、動圧発生用ランド域は軸受面の裏側に前記溝と連通する潤滑油流通空間が形成され、前記溝及び前記潤滑油流通空間に潤滑油が流入するように油供給孔が開口されている。
【０００９】
そして、その溝は静圧流体軸受として機能すると共に、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間には溝との間で潤滑油が流出入して、それにより動圧発生用ランドに発生する流体摩擦による発熱は冷却される。
動圧発生用ランド域を一部を残して囲繞する溝がない区域が回転軸の外周面の移動方向の最下流となる方向になつた動圧発生用ランド域における軸受面の回転軸の外周面の移動方向の最上流に当る部分に回転軸の外周面との間の間隙を増大するように段部又は勾配面に形成してもよく、それにより動圧性能が向上する。
【００１０】
又、溝の円周方向平行部の一方の円周方向平行部に排出孔が開口した排出ランドを形成してもよく、そうすることにより流体軸受の負荷特性が向上する。
軸受内周面に動圧発生用ランド域を囲繞する溝の形成及び動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間の形成のために、軸受メタルを軸受ケーシングに内周面にインナースリーブを嵌着して二層一体構造にすると便利である。
【００１１】
動圧発生用ランド域を囲繞する溝は、インナースリーブの軸受面となる内周面と軸受ケーシングに内周面に嵌合する外周面とを貫通して形成された溝孔と軸受ケーシングの内周面とにより構成される。
動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間は、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側となるインナースリーブの外周面を切削除去してインナースリーブを内周面基準で他の区域より薄肉にし、軸受ケーシングの内周面との間に構成される。
【００１２】
又、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側となるインナースリーブの外周面に溝孔の平行部間を連通する適宜数の溝を形成し、その溝と軸受ケーシングの内周面とにより複数の連通孔として構成してもよい。
軸受精度上、軸受メタルを一体部材で形成する場合には、動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞する形状の溝を軸受面となる内周面に形成し、一端面から溝の一方の平行部を通して動圧発生用ランド域を貫通して他方の平行部に達する貫通孔を穿設し、動圧発生用ランド域以外の貫通孔部を閉塞する。それによって動圧発生用ランドには、冷却用の潤滑油流通孔が形成される。
【００１３】
【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装置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装置は、例えば図１に示すように研削盤の砥石軸に用いられる。砥石主軸ケーシングＣには、砥石軸、即ち回転軸Ｓの外周面を回転自在に支承する流体軸受装置が設けられる。
【００１４】
先ず、発明の実施の第１形態における流体軸受装置について説明する。
流体軸受装置の軸受メタル１は、図１に示すように、回転軸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２が円筒形の軸受ケーシング３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構成される。
【００１５】
図２に示すように、インナースリーブ２には、回転軸Ｓの外周面の移動方向に伸びる平行部をもつコ字形又はＵ字形（図示の例ではコ字形であり、他の実施の形態においても同様である）の油ポケットを形成するべく、内外周面に貫通し、回転軸線方向の連結部４ａと連結部４ａの両端から回転軸回転方向又はその逆方向に向う円周方向に伸びた脚部（平行部）４ｂ，４ｂとからなるコ字形溝孔４が適宜数（図３に示す例では４個）円周方向に等間隔配列で形成されている。又、軸受面となるインナースリーブ２の内周面には、コ字形溝孔４の脚部４ｂと平行である円周方向の排油溝５がコ字形溝孔４の両外側に形成されている。
【００１６】
コ字形溝孔４に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となる。そして、動圧発生用ランド６の相当域がインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さで削り取られ、動圧発生用ランド６は、インナースリーブ２の内周面を基準として、インナースリーブ２自体より薄肉となっている。
【００１７】
そこで、軸受ケーシング３に内周面に円筒形のインナースリーブ２が嵌着されると、コ字形溝孔４が軸受ケーシング３に内周面を底面としたコ字形溝を形成すると共に、動圧発生用ランド６と軸受ケーシング３に内周面との間にはコ字形溝に連通した隙間空間７が形成される。即ち、インナースリーブ２の内外周面に貫通したコ字形溝孔４を含む四辺形の孔部に、インナースリーブ２の内周面と同一面の廂状の動圧発生用ランド６が円周方向に突出した形状となる。そして、廂状の動圧発生用ランド６の厚さと隙間空間７の厚さとの和がインナースリーブ２の厚さとなる（図２及び図３（ｂ）参照）。
【００１８】
図１及び図３（ａ）に示すように、軸受ケーシング３には、絞りノズル８ａを備えた油供給孔８が半径方向に形成され、油供給孔８は、一端が軸受ケーシング３との嵌着で形成された軸受メタル１におけるコ字形溝の溝底に相当する内周面又は隙間空間７を形成する内周面の適宜の位置（図示の例では、コ字形溝孔４の連結部４ａの中心位置に相当する位置）に開口すると共に、他端が外周面に形成された円周溝９の溝底に開口しており、砥石主軸ケーシングＣの油供給孔Ｈを介して図示しない外部の圧油供給源に接続されている。
【００１９】
更に、軸受ケーシング３との嵌着で形成された軸受メタル１において、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔１０の他端は、砥石主軸ケーシングＣの排油孔Ｄに直接又は軸受ケーシング３の外周面に形成された排油溝１１を介して連通し、排油孔Ｄは図示しない外部の油槽に連通している。
又、廂状の動圧発生用ランド６の自由先端部は、図２での２点鎖線で図示する範囲を内周面側から削り取つて薄肉状の段部６ａにしてもよい。或いは、段部６ａ形成の代りに先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面としてもよい。
【００２０】
上記の軸受メタル１においては、図示しない外部の圧油供給源から例えば砥石主軸ケーシングＣの油供給孔Ｈのような流通手段を介して円周溝９に供給された潤滑油は、油供給孔８を通して絞りノズル８ａで減圧調整され、油ポケットとなるコ字形溝孔４に直接、又は隙間空間７を介して流出し、コ字形溝孔４と回転軸の外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出し、例えば排油孔１０、（排油溝１１）及び例えば砥石主軸ケーシングＣの排油孔Ｄのような流通手段を介して図示しない外部の油槽に排出される。
【００２１】
それにより静圧流体軸受として機能すると共に、コ字形溝孔４と回転軸の外周面とによる空間を満した潤滑油は、動圧発生用ランド６と回転軸の外周面との間の隙間に存在して、回転軸Ｓの回転において、動圧発生用ランド６の軸受面とその半径より軸受隙間分だけ小径となる回転軸Ｓの外周面との間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。
【００２２】
そして、廂状の動圧発生用ランド６の自由先端部が薄肉状の段部６ａ又は先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面となっている場合、回転軸Ｓの外周面が図２において矢印方向に、即ち廂状の動圧発生用ランド６の先端から基部に向って移動するように回転軸Ｓが回転すると、潤滑油の楔作用、即ち動圧効果が一層強化される。
【００２３】
その際、油供給孔８からの潤滑油は、動圧発生用ランド６と軸受ケーシング３に内周面との間の隙間空間７をも流れて排油溝５，５に流出するので、回転軸Ｓの外周面との間の隙間での流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランド６は、その隙間空間７を流れる潤滑油により裏面から冷却される。従って、軸受メタル１、特に動圧発生用ランド６の加熱膨張が抑止される。
【００２４】
しかも、十分な動圧効果をもたせるために動圧発生用ランド６に十分な面積を与えて、発熱が増大しても、冷却面積も増大して十分な冷却が行われるので問題が生じない。
そして、隙間空間７は、動圧発生用ランド６をインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さを切削等で除去した上で、インナースリーブ２を軸受ケーシング３に内周面に嵌着することで形成されるので、成形加工が極めて容易に行われ得る。
【００２５】
又、排油溝５及び油ポケットの形成においてはインナースリーブ２の内周面において切削加工が可能であるが、油ポケットは排油溝５と異なり、インナースリーブ２の内周面の奥側で、且つ円周方向でない連結部を含むので、旋削もできず、内周面側からのフライス切削も容易でないが、隙間空間７の成形と同様に、インナースリーブ２を半径方向に貫通したコ字形溝孔４を穿設するので内周面でコ字形溝の溝削りより加工が容易である。
【００２６】
この発明の実施の第２形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１における油供給孔８の開口位置がコ字形溝孔４の連結部４ａに相当する位置（図示の例ではその中心位置）に限られていること、コ字形溝孔４の脚部４ｂの形状、及び潤滑油排出関係形状以外は、上記の第１形態における流体軸受装置と同じである。
【００２７】
図４に示すように、コ字形溝孔４の各脚部は、連結部４ａの端部に連結した第１脚部４ｃとその回転軸線方向外側に第１脚部４ｃに平行に独立して形成された第２脚部４ｄとからなり、第１脚部４ｃと第２脚部４ｄとを隔てるインナースリーブ２の帯状部は、インナースリーブ２の肉厚のままで動圧発生用ランド６と同高の軸受面を形成する排出ランド１２ａとインナースリーブ２の外周面を基準として薄肉となった連結部１２ｂとが交互になって形成している。
【００２８】
そして、各排出ランド１２ａの軸受面には、排油孔１３が開口しており、連結部１２ｂは、第１脚部４ｃと第２脚部４ｄとを連通させている。
排油孔１３，１３・・・は、軸受ケーシング３の外周面の両側で円周方向に形成された排油溝１１，１１に連通し、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔１０も排油溝１１に連通している。
【００２９】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の供給孔８からは絞りノズル８ａで減圧調整された潤滑油が油ポケットとなるコ字形溝孔４に流出し、コ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出すると共に排出ランド１１ａの軸受面と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油孔１３に流出し、排油孔１０、排油孔１３、排油溝１１及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
それにより静圧流体軸受として機能し、排油孔１３が開口している排出ランド１１ａの存在により流体軸受の負荷特性が向上する。それ以外の作用・効果は第１形態と同様である。
【００３０】
この発明の実施の第３形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１の動圧発生用ランド６における冷却用潤滑油流通のため内部流通空間（隙間空間７）及び油供給孔８以外は上記の第１形態における流体軸受装置と同じである。
図５、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、コ字形溝孔４に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６において、動圧発生用ランド域のインナースリーブ２の外周面には、コ字形溝孔４の脚部４ｂ，４ｂ間を連通する回転軸線方向の連通溝１４が適宜数（図示の例では３本）平行に形成されている。
【００３１】
そこで、第１形態と同様に、軸受ケーシング３に内周面に円筒形のインナースリーブ２が嵌着されると、インナースリーブ２のコ字形溝孔４が軸受ケーシング３に内周面を底面としたコ字形溝を形成し、更に各連通溝１４は、軸受ケーシング３の内周面と共にコ字形溝の両脚部を連通する回転軸線方向の冷却用潤滑油流通孔を動圧発生用ランド６に形成する。
【００３２】
そして、軸受ケーシング３に第１形態における軸受メタル１と同様に形成されている軸受ケーシング３の油供給孔８の開口位置は、コ字形溝の一方の脚部の溝底に相当する内周面の適宜の位置（図示の例では、コ字形溝孔４の一方の脚部４ａの中心位置、即ち中央の連通溝１４の開口位置に相当する位置）である。
【００３３】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の油供給孔８からは絞りノズル８ａで減圧調整された潤滑油が、油ポケットとなるコ字形溝孔４に流出し、コ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たすと共に、一方のコ字形溝孔４の一方の脚部４ａから連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を通過して他方の脚部４ａへと流れる。そして、潤滑油は、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出し、排油孔１０、排油溝１１及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
【００３４】
連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を潤滑油が通過することにより、流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランド６は裏面から冷却される。従って、第１形態の場合と同様の作用・効果が生じる。しかも、連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４の一端から他端への潤滑油の流れが確実に行われるので、第１形態の場合より冷却効果がよい。
更に、動圧発生用ランド６の表面部の下方支承部が連通溝１４，１４間に形成されるので、第１形態の動圧発生用ランド６の剛性が高まる。
【００３５】
そして、連通溝１４は、動圧発生用ランド６をインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さを切削等で除去した上、インナースリーブ２を軸受ケーシング３に内周面に嵌着することで形成されるので、成形加工が極めて容易に行われ得る。それ以外の作用・効果は第１形態と同様である。
【００３６】
この発明の実施の第４形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１のコ字形溝孔４の脚部４ｂ及び潤滑油排出形状以外は、上記の第３形態における流体軸受装置と同じである。
図７に示すように、インナースリーブ２のコ字形溝孔４の脚部４ｂ，４ｂにおいて、複数（図示の例では３本）の連通溝１４の１本おき（図示の例では両側の２本）の連通溝１４の開口位置、即ち油供給孔８の開口位置ではない連通溝１４の開口位置に相当する位置に動圧発生用ランド６と同高の軸受面をなす排出ランド１５，１５が形成されている。即ちコ字形溝孔４の脚部４ｂは、排出ランド１５により複数（図示の例では２個）に区切られる。
【００３７】
排出ランド１５の中央には外部に連通する排油孔１３が開口し、排出ランド１５の軸線方向での両側縁にはインナースリーブ２の厚さより浅い連通溝１６，１６が形成され、連通溝１４の端部は、隣接した方の連通溝１６と重なる部分まで達している。
【００３８】
排油孔１３，１３・・・は、軸受ケーシング３の外周面の両側で円周方向に形成された排油溝１１，１１に連通し、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔も排油溝１１に連通している。
そして、軸受ケーシング３に第３形態における軸受メタル１と同様に形成されている軸受ケーシング３の油供給孔８は、インナースリーブ２の２つの排出ランド１５，１５の間の中央の連通溝１４の開口位置に相当する位置の軸受ケーシング３の内周面に開口している。
【００３９】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の油供給孔８からは絞りノズルで減圧調整されて流出した潤滑油は、直接、中央の連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４に流入すると共に連通溝１６を介して他の連通溝１４に流入する。更に、連通溝１６を介して油ポケットとなるコ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たす。
【００４０】
連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を通過する潤滑油は、上記の第３形態における流体軸受装置と同様に軸受メタル１の動圧発生用ランド６の冷却を行い、油ポケットを満たした潤滑油と共に、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出すると共に排出ランド１５の軸受面と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油孔１３に流出し、各排油孔、排油溝１３及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
排油孔１３が開口している排出ランド１５の存在により流体軸受の負荷特性が向上する。それ以外の作用・効果は第３形態と同様である。
【００４１】
この発明の実施の第５形態における流体軸受装置について説明する。
上記の第１形態乃至第４形態における流体軸受装置の軸受メタル１は、インナースリーブ２と軸受ケーシング３との二層構造であるが、圧入、焼嵌め等の嵌着工程の省略及び精度の向上のために、第５形態における流体軸受装置の軸受メタル２０は、図８に示すように、インナースリーブと軸受ケーシングとの区別なく単一部品で形成されている。
【００４２】
円筒形の軸受メタル２０には、内周面に適宜深さのコ字形ポケットを形成するべく、軸受メタル２０の内周面切削加工により、回転軸線方向の連結部２１ａと連結部２１ａの両端から回転軸Ｓ回転方向又はその逆方向に向う円周方向に伸びた脚部２１ｂ，２１ｂとからなるコ字形溝２１が適宜数（例えば４個）円周方向に等間隔配列で形成されている。又、同じく内周面には、コ字形溝２１の脚部２１ｂと平行である円周方向の排油溝２２がコ字形溝２１の両外側に形成されている。
【００４３】
コ字形溝２１に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となる。
そして、第３形態の流体軸受装置と同様に、軸受メタル２０には、絞りノズルを備えた油供給孔８が半径方向に形成され、油供給孔８は、コ字形溝２１の一方の脚部２１ｂの溝底に適宜の位置で（例えば脚部２１ａの中心位置）開口している。
【００４４】
動圧発生用ランド６には、コ字形溝２１の両脚部２１ｂ，２１ｂを連通する回転軸線方向の適宜の数（図示の例では４本）の連通孔２３が円周方向等配に平行に形成されている。
この連通孔２３を形成するのに際しては、図８に示すように、軸受メタル２０の一端面から排油溝２２及びコ字形溝２１の一方の脚部２１ｂを通して軸線方向に動圧発生用ランド６を貫通して孔を穿設し、動圧発生用ランド６を貫通する流通孔２３以外の軸受メタル２０に穿設された孔部を塞栓２４で密封する。
【００４５】
上記の軸受メタル２０においても、既述の第３形態における流体軸受の軸受メタル１の場合の連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４と同様に油供給孔８からの潤滑油は、油ポケットとなるコ字形溝２１に流出し、コ字形溝２１と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たすと共に、一方のコ字形溝２１の一方の脚部２１ａから流通孔２３，２３・・・を通過して他方の脚部２１ｂへと流れる。そして、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝２２，２２に流出する。即ち、第５形態における潤滑油の作用・効果は、動圧発生用ランド６の自由先端部が薄肉状の段部６ａ又は先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面の作用・効果を含めて第３形態と同様である。
【００４６】
【発明の効果】
この発明の流体軸受装置は、静圧ポケットにより静圧流体軸受として機能すると共に、動圧発生用ランドにより流体軸受に動圧効果も加わる。
その際、動圧発生用ランドにおける流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランドは、軸受面の裏側の潤滑油流通空間を流れる潤滑油により冷却される。
【００４７】
従って、流体軸受装置、特に動圧発生用ランドの加熱膨張が抑止される。しかも、十分な動圧効果をもたせるために動圧発生用ランドに十分な面積を与えて、発熱が増大しても、冷却面積も増大して十分な冷却が行われるので問題が生じない。
従って、流体摩擦による流体軸受装置の軸受メタルの熱膨張、軸受メタルの熱膨張による軸受隙間の縮小、潤滑油の発熱量の増大、流体摩擦による軸受メタルの熱膨張の増大という悪循環は断たれ、軸受性能の劣化、最終的の回転軸と軸受メタルとが焼付きが防止される。
【００４８】
上記の流体軸受装置において、動圧発生用ランドにおける軸受面の裏側の潤滑油流通空間が溝又は孔により形成されていると、動圧発生用ランドの剛性が高まる。
又、排油孔が開口している排出ランドが形成されている場合には、流体軸受の負荷特性が向上する。
【００４９】
そして、静圧ポケット及び潤滑油流通空間の形成において、軸受メタルがインナースリーブとその外側の軸受ケーシングとの嵌着による二層構造にした場合には、インナースリーブの外周面からのみの加工により実現されるので、極めて容易に製造し得て、生産性もよく、生産コストも低廉となる。
【００５０】
更に、動圧発生用ランドにおける軸受面の裏側の潤滑油流通空間が孔により形成されている場合には、流体軸受の軸受メタルが二層構造でなく単一部材でも、端面からの穿孔と栓塞とにより容易に実現され、二部材の嵌着による二層構造でないので、動圧発生用ランドの冷却と剛性が得られる流体軸受装置として高精度が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における流体軸受装置を設けた砥石主軸の断面図である。
【図２】この発明の実施の第１形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図３】この発明の実施の第１形態における流体軸受装置の軸受メタルの断面図（ａ：縦断面図／ｂ：横断面図）である。
【図４】この発明の実施の第２形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図５】この発明の実施の第３形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図６】この発明の実施の第３形態における流体軸受装置の軸受メタルの断面図（ａ：縦断面図／ｂ：横断面図）である。
【図７】この発明の実施の第４形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図８】この発明の実施の第５形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図９】従来の技術における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【符号の説明】
１ 軸受メタル
２ インナースリーブ
３ 軸受ケーシング
４ コ字形溝孔
４ａ 連結部
４ｂ 脚部
４ｃ 第１脚部
４ｄ 第２脚部
５，１１，２２ 排油溝
６ 動圧発生用ランド
６ａ 段部
７ 隙間空間
８ 油供給孔
８ａ 絞りノズル
９ 円周溝
１０，１３ 排油孔
１２ａ，１５ 排出ランド
１２ｂ 連結部
１４，１６ 連通溝
２０ 軸受メタル
２１ コ字形溝
２１ａ 連結部
２１ｂ 脚部
２３ 連通孔
２４ 塞栓
Ｃ 砥石主軸ケーシング
Ｓ 砥石軸
Ｄ 排油孔
Ｈ 油供給孔
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体軸受装置、例えば工作機械の主軸等に用いられる流体軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術においては、例えば工作機械の主軸等には、図９に示されているような軸受メタル３０を備えた静圧流体軸受装置が用いられている。図９に示されている軸受メタル３０の軸受面には、絞りノズルを備えた油供給孔８が溝底に開口したコ字形溝３１が形成され、コ字形溝３１は脚部３１ａが軸回転方向又はその逆方向に向い、コ字形溝３１の両側には、脚部３１ａと平行した排油溝３２，３２が形成されている。コ字形溝３２に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となっている。
【０００３】
上記の軸受メタル３０において、油供給孔８からは絞りノズルで減圧調整された潤滑油がコ字形溝３１に流出し、コ字形溝３１と回転軸の外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸の外周面との間で絞られて排油溝３２，３２に流出し、外部に排出される。
それにより静圧流体軸受として機能すると共に、コ字形溝３１と回転軸の外周面とによる空間を満した潤滑油は、動圧発生用ランド６と回転軸の外周面との間の隙間に存在して、回転軸の回転において、動圧発生用ランド６の軸受面とその半径より軸受隙間分だけ小径となる回転軸の外周面との間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。
【０００４】
【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装置においては、例えば主軸が高速化された最近の工作機械のように、回転軸の回転速度が高速であると、動圧発生用ランド６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、軸受メタル３０は、加熱されて熱膨張するが、外側固定のため内径が縮小し、延いては軸受隙間が縮小して、動圧発生用ランド６における潤滑油の発熱量は増大する。
【０００５】
すると、軸受メタル３０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。
この動圧発生用ランド６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メタル３０とが焼付くことになる。
【０００６】
そこで、その軸受性能の劣化・焼付きを防止するため、即ち動圧発生用ランド６における潤滑油の発熱を抑制するために、動圧発生用ランド６の面積を減小させるか、軸受隙間を増大させる対策もあるが、この場合には、動圧発生用ランド６の潤滑油に発生する動圧が減小して、軸受負荷能力が低下するという問題が生じる。
【０００７】
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、動圧を増大したいという要求と、上記の動圧発生用ランド６での発熱問題とは、二律背反となる。
この発明は、上記の二律背反の問題を同時に解決する手段を提供すると共に、その手段を容易に構成することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の流体軸受装置は、軸受メタルの軸受内周面に動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞し円周方向平行部をもつ、例えばコ字形又はＵ字形のような形状で溝が形成されると共に、動圧発生用ランド域は軸受面の裏側に前記溝と連通する潤滑油流通空間が形成され、前記溝及び前記潤滑油流通空間に潤滑油が流入するように油供給孔が開口されている。
【０００９】
そして、その溝は静圧流体軸受として機能すると共に、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間には溝との間で潤滑油が流出入して、それにより動圧発生用ランドに発生する流体摩擦による発熱は冷却される。
動圧発生用ランド域を一部を残して囲繞する溝がない区域が回転軸の外周面の移動方向の最下流となる方向になつた動圧発生用ランド域における軸受面の回転軸の外周面の移動方向の最上流に当る部分に回転軸の外周面との間の間隙を増大するように段部又は勾配面に形成してもよく、それにより動圧性能が向上する。
【００１０】
又、溝の円周方向平行部の一方の円周方向平行部に排出孔が開口した排出ランドを形成してもよく、そうすることにより流体軸受の負荷特性が向上する。
軸受内周面に動圧発生用ランド域を囲繞する溝の形成及び動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間の形成のために、軸受メタルを軸受ケーシングに内周面にインナースリーブを嵌着して二層一体構造にすると便利である。
【００１１】
動圧発生用ランド域を囲繞する溝は、インナースリーブの軸受面となる内周面と軸受ケーシングに内周面に嵌合する外周面とを貫通して形成された溝孔と軸受ケーシングの内周面とにより構成される。
動圧発生用ランド域の軸受面の裏側の潤滑油流通空間は、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側となるインナースリーブの外周面を切削除去してインナースリーブを内周面基準で他の区域より薄肉にし、軸受ケーシングの内周面との間に構成される。
【００１２】
又、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側となるインナースリーブの外周面に溝孔の平行部間を連通する適宜数の溝を形成し、その溝と軸受ケーシングの内周面とにより複数の連通孔として構成してもよい。
軸受精度上、軸受メタルを一体部材で形成する場合には、動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞する形状の溝を軸受面となる内周面に形成し、一端面から溝の一方の平行部を通して動圧発生用ランド域を貫通して他方の平行部に達する貫通孔を穿設し、動圧発生用ランド域以外の貫通孔部を閉塞する。それによって動圧発生用ランドには、冷却用の潤滑油流通孔が形成される。
【００１３】
【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装置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装置は、例えば図１に示すように研削盤の砥石軸に用いられる。砥石主軸ケーシングＣには、砥石軸、即ち回転軸Ｓの外周面を回転自在に支承する流体軸受装置が設けられる。
【００１４】
先ず、発明の実施の第１形態における流体軸受装置について説明する。
流体軸受装置の軸受メタル１は、図１に示すように、回転軸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２が円筒形の軸受ケーシング３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構成される。
【００１５】
図２に示すように、インナースリーブ２には、回転軸Ｓの外周面の移動方向に伸びる平行部をもつコ字形又はＵ字形（図示の例ではコ字形であり、他の実施の形態においても同様である）の油ポケットを形成するべく、内外周面に貫通し、回転軸線方向の連結部４ａと連結部４ａの両端から回転軸回転方向又はその逆方向に向う円周方向に伸びた脚部（平行部）４ｂ，４ｂとからなるコ字形溝孔４が適宜数（図３に示す例では４個）円周方向に等間隔配列で形成されている。又、軸受面となるインナースリーブ２の内周面には、コ字形溝孔４の脚部４ｂと平行である円周方向の排油溝５がコ字形溝孔４の両外側に形成されている。
【００１６】
コ字形溝孔４に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となる。そして、動圧発生用ランド６の相当域がインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さで削り取られ、動圧発生用ランド６は、インナースリーブ２の内周面を基準として、インナースリーブ２自体より薄肉となっている。
【００１７】
そこで、軸受ケーシング３に内周面に円筒形のインナースリーブ２が嵌着されると、コ字形溝孔４が軸受ケーシング３に内周面を底面としたコ字形溝を形成すると共に、動圧発生用ランド６と軸受ケーシング３に内周面との間にはコ字形溝に連通した隙間空間７が形成される。即ち、インナースリーブ２の内外周面に貫通したコ字形溝孔４を含む四辺形の孔部に、インナースリーブ２の内周面と同一面の廂状の動圧発生用ランド６が円周方向に突出した形状となる。そして、廂状の動圧発生用ランド６の厚さと隙間空間７の厚さとの和がインナースリーブ２の厚さとなる（図２及び図３（ｂ）参照）。
【００１８】
図１及び図３（ａ）に示すように、軸受ケーシング３には、絞りノズル８ａを備えた油供給孔８が半径方向に形成され、油供給孔８は、一端が軸受ケーシング３との嵌着で形成された軸受メタル１におけるコ字形溝の溝底に相当する内周面又は隙間空間７を形成する内周面の適宜の位置（図示の例では、コ字形溝孔４の連結部４ａの中心位置に相当する位置）に開口すると共に、他端が外周面に形成された円周溝９の溝底に開口しており、砥石主軸ケーシングＣの油供給孔Ｈを介して図示しない外部の圧油供給源に接続されている。
【００１９】
更に、軸受ケーシング３との嵌着で形成された軸受メタル１において、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔１０の他端は、砥石主軸ケーシングＣの排油孔Ｄに直接又は軸受ケーシング３の外周面に形成された排油溝１１を介して連通し、排油孔Ｄは図示しない外部の油槽に連通している。
又、廂状の動圧発生用ランド６の自由先端部は、図２での２点鎖線で図示する範囲を内周面側から削り取つて薄肉状の段部６ａにしてもよい。或いは、段部６ａ形成の代りに先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面としてもよい。
【００２０】
上記の軸受メタル１においては、図示しない外部の圧油供給源から例えば砥石主軸ケーシングＣの油供給孔Ｈのような流通手段を介して円周溝９に供給された潤滑油は、油供給孔８を通して絞りノズル８ａで減圧調整され、油ポケットとなるコ字形溝孔４に直接、又は隙間空間７を介して流出し、コ字形溝孔４と回転軸の外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出し、例えば排油孔１０、（排油溝１１）及び例えば砥石主軸ケーシングＣの排油孔Ｄのような流通手段を介して図示しない外部の油槽に排出される。
【００２１】
それにより静圧流体軸受として機能すると共に、コ字形溝孔４と回転軸の外周面とによる空間を満した潤滑油は、動圧発生用ランド６と回転軸の外周面との間の隙間に存在して、回転軸Ｓの回転において、動圧発生用ランド６の軸受面とその半径より軸受隙間分だけ小径となる回転軸Ｓの外周面との間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。
【００２２】
そして、廂状の動圧発生用ランド６の自由先端部が薄肉状の段部６ａ又は先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面となっている場合、回転軸Ｓの外周面が図２において矢印方向に、即ち廂状の動圧発生用ランド６の先端から基部に向って移動するように回転軸Ｓが回転すると、潤滑油の楔作用、即ち動圧効果が一層強化される。
【００２３】
その際、油供給孔８からの潤滑油は、動圧発生用ランド６と軸受ケーシング３に内周面との間の隙間空間７をも流れて排油溝５，５に流出するので、回転軸Ｓの外周面との間の隙間での流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランド６は、その隙間空間７を流れる潤滑油により裏面から冷却される。従って、軸受メタル１、特に動圧発生用ランド６の加熱膨張が抑止される。
【００２４】
しかも、十分な動圧効果をもたせるために動圧発生用ランド６に十分な面積を与えて、発熱が増大しても、冷却面積も増大して十分な冷却が行われるので問題が生じない。
そして、隙間空間７は、動圧発生用ランド６をインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さを切削等で除去した上で、インナースリーブ２を軸受ケーシング３に内周面に嵌着することで形成されるので、成形加工が極めて容易に行われ得る。
【００２５】
又、排油溝５及び油ポケットの形成においてはインナースリーブ２の内周面において切削加工が可能であるが、油ポケットは排油溝５と異なり、インナースリーブ２の内周面の奥側で、且つ円周方向でない連結部を含むので、旋削もできず、内周面側からのフライス切削も容易でないが、隙間空間７の成形と同様に、インナースリーブ２を半径方向に貫通したコ字形溝孔４を穿設するので内周面でコ字形溝の溝削りより加工が容易である。
【００２６】
この発明の実施の第２形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１における油供給孔８の開口位置がコ字形溝孔４の連結部４ａに相当する位置（図示の例ではその中心位置）に限られていること、コ字形溝孔４の脚部４ｂの形状、及び潤滑油排出関係形状以外は、上記の第１形態における流体軸受装置と同じである。
【００２７】
図４に示すように、コ字形溝孔４の各脚部は、連結部４ａの端部に連結した第１脚部４ｃとその回転軸線方向外側に第１脚部４ｃに平行に独立して形成された第２脚部４ｄとからなり、第１脚部４ｃと第２脚部４ｄとを隔てるインナースリーブ２の帯状部は、インナースリーブ２の肉厚のままで動圧発生用ランド６と同高の軸受面を形成する排出ランド１２ａとインナースリーブ２の外周面を基準として薄肉となった連結部１２ｂとが交互になって形成している。
【００２８】
そして、各排出ランド１２ａの軸受面には、排油孔１３が開口しており、連結部１２ｂは、第１脚部４ｃと第２脚部４ｄとを連通させている。
排油孔１３，１３・・・は、軸受ケーシング３の外周面の両側で円周方向に形成された排油溝１１，１１に連通し、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔１０も排油溝１１に連通している。
【００２９】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の供給孔８からは絞りノズル８ａで減圧調整された潤滑油が油ポケットとなるコ字形溝孔４に流出し、コ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満して外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出すると共に排出ランド１１ａの軸受面と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油孔１３に流出し、排油孔１０、排油孔１３、排油溝１１及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
それにより静圧流体軸受として機能し、排油孔１３が開口している排出ランド１１ａの存在により流体軸受の負荷特性が向上する。それ以外の作用・効果は第１形態と同様である。
【００３０】
この発明の実施の第３形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１の動圧発生用ランド６における冷却用潤滑油流通のため内部流通空間（隙間空間７）及び油供給孔８以外は上記の第１形態における流体軸受装置と同じである。
図５、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、コ字形溝孔４に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６において、動圧発生用ランド域のインナースリーブ２の外周面には、コ字形溝孔４の脚部４ｂ，４ｂ間を連通する回転軸線方向の連通溝１４が適宜数（図示の例では３本）平行に形成されている。
【００３１】
そこで、第１形態と同様に、軸受ケーシング３に内周面に円筒形のインナースリーブ２が嵌着されると、インナースリーブ２のコ字形溝孔４が軸受ケーシング３に内周面を底面としたコ字形溝を形成し、更に各連通溝１４は、軸受ケーシング３の内周面と共にコ字形溝の両脚部を連通する回転軸線方向の冷却用潤滑油流通孔を動圧発生用ランド６に形成する。
【００３２】
そして、軸受ケーシング３に第１形態における軸受メタル１と同様に形成されている軸受ケーシング３の油供給孔８の開口位置は、コ字形溝の一方の脚部の溝底に相当する内周面の適宜の位置（図示の例では、コ字形溝孔４の一方の脚部４ａの中心位置、即ち中央の連通溝１４の開口位置に相当する位置）である。
【００３３】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の油供給孔８からは絞りノズル８ａで減圧調整された潤滑油が、油ポケットとなるコ字形溝孔４に流出し、コ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たすと共に、一方のコ字形溝孔４の一方の脚部４ａから連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を通過して他方の脚部４ａへと流れる。そして、潤滑油は、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出し、排油孔１０、排油溝１１及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
【００３４】
連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を潤滑油が通過することにより、流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランド６は裏面から冷却される。従って、第１形態の場合と同様の作用・効果が生じる。しかも、連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４の一端から他端への潤滑油の流れが確実に行われるので、第１形態の場合より冷却効果がよい。
更に、動圧発生用ランド６の表面部の下方支承部が連通溝１４，１４間に形成されるので、第１形態の動圧発生用ランド６の剛性が高まる。
【００３５】
そして、連通溝１４は、動圧発生用ランド６をインナースリーブ２の外周面側から適宜の深さを切削等で除去した上、インナースリーブ２を軸受ケーシング３に内周面に嵌着することで形成されるので、成形加工が極めて容易に行われ得る。それ以外の作用・効果は第１形態と同様である。
【００３６】
この発明の実施の第４形態における流体軸受装置について説明する。
軸受メタル１のコ字形溝孔４の脚部４ｂ及び潤滑油排出形状以外は、上記の第３形態における流体軸受装置と同じである。
図７に示すように、インナースリーブ２のコ字形溝孔４の脚部４ｂ，４ｂにおいて、複数（図示の例では３本）の連通溝１４の１本おき（図示の例では両側の２本）の連通溝１４の開口位置、即ち油供給孔８の開口位置ではない連通溝１４の開口位置に相当する位置に動圧発生用ランド６と同高の軸受面をなす排出ランド１５，１５が形成されている。即ちコ字形溝孔４の脚部４ｂは、排出ランド１５により複数（図示の例では２個）に区切られる。
【００３７】
排出ランド１５の中央には外部に連通する排油孔１３が開口し、排出ランド１５の軸線方向での両側縁にはインナースリーブ２の厚さより浅い連通溝１６，１６が形成され、連通溝１４の端部は、隣接した方の連通溝１６と重なる部分まで達している。
【００３８】
排油孔１３，１３・・・は、軸受ケーシング３の外周面の両側で円周方向に形成された排油溝１１，１１に連通し、インナースリーブ２の各排油溝５の溝底に開口した排油孔も排油溝１１に連通している。
そして、軸受ケーシング３に第３形態における軸受メタル１と同様に形成されている軸受ケーシング３の油供給孔８は、インナースリーブ２の２つの排出ランド１５，１５の間の中央の連通溝１４の開口位置に相当する位置の軸受ケーシング３の内周面に開口している。
【００３９】
上記の流体軸受装置においては、軸受メタル１の油供給孔８からは絞りノズルで減圧調整されて流出した潤滑油は、直接、中央の連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４に流入すると共に連通溝１６を介して他の連通溝１４に流入する。更に、連通溝１６を介して油ポケットとなるコ字形溝孔４と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たす。
【００４０】
連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４，１４，１４を通過する潤滑油は、上記の第３形態における流体軸受装置と同様に軸受メタル１の動圧発生用ランド６の冷却を行い、油ポケットを満たした潤滑油と共に、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝５，５に流出すると共に排出ランド１５の軸受面と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油孔１３に流出し、各排油孔、排油溝１３及び排油孔Ｄを介して外部の油槽に排出される。
排油孔１３が開口している排出ランド１５の存在により流体軸受の負荷特性が向上する。それ以外の作用・効果は第３形態と同様である。
【００４１】
この発明の実施の第５形態における流体軸受装置について説明する。
上記の第１形態乃至第４形態における流体軸受装置の軸受メタル１は、インナースリーブ２と軸受ケーシング３との二層構造であるが、圧入、焼嵌め等の嵌着工程の省略及び精度の向上のために、第５形態における流体軸受装置の軸受メタル２０は、図８に示すように、インナースリーブと軸受ケーシングとの区別なく単一部品で形成されている。
【００４２】
円筒形の軸受メタル２０には、内周面に適宜深さのコ字形ポケットを形成するべく、軸受メタル２０の内周面切削加工により、回転軸線方向の連結部２１ａと連結部２１ａの両端から回転軸Ｓ回転方向又はその逆方向に向う円周方向に伸びた脚部２１ｂ，２１ｂとからなるコ字形溝２１が適宜数（例えば４個）円周方向に等間隔配列で形成されている。又、同じく内周面には、コ字形溝２１の脚部２１ｂと平行である円周方向の排油溝２２がコ字形溝２１の両外側に形成されている。
【００４３】
コ字形溝２１に囲われた四辺形の軸受面域は動圧発生用ランド６となる。
そして、第３形態の流体軸受装置と同様に、軸受メタル２０には、絞りノズルを備えた油供給孔８が半径方向に形成され、油供給孔８は、コ字形溝２１の一方の脚部２１ｂの溝底に適宜の位置で（例えば脚部２１ａの中心位置）開口している。
【００４４】
動圧発生用ランド６には、コ字形溝２１の両脚部２１ｂ，２１ｂを連通する回転軸線方向の適宜の数（図示の例では４本）の連通孔２３が円周方向等配に平行に形成されている。
この連通孔２３を形成するのに際しては、図８に示すように、軸受メタル２０の一端面から排油溝２２及びコ字形溝２１の一方の脚部２１ｂを通して軸線方向に動圧発生用ランド６を貫通して孔を穿設し、動圧発生用ランド６を貫通する流通孔２３以外の軸受メタル２０に穿設された孔部を塞栓２４で密封する。
【００４５】
上記の軸受メタル２０においても、既述の第３形態における流体軸受の軸受メタル１の場合の連通溝（冷却用潤滑油流通孔）１４と同様に油供給孔８からの潤滑油は、油ポケットとなるコ字形溝２１に流出し、コ字形溝２１と回転軸Ｓの外周面とによる空間を満たすと共に、一方のコ字形溝２１の一方の脚部２１ａから流通孔２３，２３・・・を通過して他方の脚部２１ｂへと流れる。そして、外側の軸受面域と回転軸Ｓの外周面との間で絞られて排油溝２２，２２に流出する。即ち、第５形態における潤滑油の作用・効果は、動圧発生用ランド６の自由先端部が薄肉状の段部６ａ又は先縁に向って薄肉となる緩い傾斜面の作用・効果を含めて第３形態と同様である。
【００４６】
【発明の効果】
この発明の流体軸受装置は、静圧ポケットにより静圧流体軸受として機能すると共に、動圧発生用ランドにより流体軸受に動圧効果も加わる。
その際、動圧発生用ランドにおける流体摩擦による発熱で加熱される動圧発生用ランドは、軸受面の裏側の潤滑油流通空間を流れる潤滑油により冷却される。
【００４７】
従って、流体軸受装置、特に動圧発生用ランドの加熱膨張が抑止される。しかも、十分な動圧効果をもたせるために動圧発生用ランドに十分な面積を与えて、発熱が増大しても、冷却面積も増大して十分な冷却が行われるので問題が生じない。
従って、流体摩擦による流体軸受装置の軸受メタルの熱膨張、軸受メタルの熱膨張による軸受隙間の縮小、潤滑油の発熱量の増大、流体摩擦による軸受メタルの熱膨張の増大という悪循環は断たれ、軸受性能の劣化、最終的の回転軸と軸受メタルとが焼付きが防止される。
【００４８】
上記の流体軸受装置において、動圧発生用ランドにおける軸受面の裏側の潤滑油流通空間が溝又は孔により形成されていると、動圧発生用ランドの剛性が高まる。
又、排油孔が開口している排出ランドが形成されている場合には、流体軸受の負荷特性が向上する。
【００４９】
そして、静圧ポケット及び潤滑油流通空間の形成において、軸受メタルがインナースリーブとその外側の軸受ケーシングとの嵌着による二層構造にした場合には、インナースリーブの外周面からのみの加工により実現されるので、極めて容易に製造し得て、生産性もよく、生産コストも低廉となる。
【００５０】
更に、動圧発生用ランドにおける軸受面の裏側の潤滑油流通空間が孔により形成されている場合には、流体軸受の軸受メタルが二層構造でなく単一部材でも、端面からの穿孔と栓塞とにより容易に実現され、二部材の嵌着による二層構造でないので、動圧発生用ランドの冷却と剛性が得られる流体軸受装置として高精度が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における流体軸受装置を設けた砥石主軸の断面図である。
【図２】この発明の実施の第１形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図３】この発明の実施の第１形態における流体軸受装置の軸受メタルの断面図（ａ：縦断面図／ｂ：横断面図）である。
【図４】この発明の実施の第２形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図５】この発明の実施の第３形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図６】この発明の実施の第３形態における流体軸受装置の軸受メタルの断面図（ａ：縦断面図／ｂ：横断面図）である。
【図７】この発明の実施の第４形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図８】この発明の実施の第５形態における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【図９】従来の技術における流体軸受装置の軸受メタルの斜視部分図である。
【符号の説明】
１ 軸受メタル
２ インナースリーブ
３ 軸受ケーシング
４ コ字形溝孔
４ａ 連結部
４ｂ 脚部
４ｃ 第１脚部
４ｄ 第２脚部
５，１１，２２ 排油溝
６ 動圧発生用ランド
６ａ 段部
７ 隙間空間
８ 油供給孔
８ａ 絞りノズル
９ 円周溝
１０，１３ 排油孔
１２ａ，１５ 排出ランド
１２ｂ 連結部
１４，１６ 連通溝
２０ 軸受メタル
２１ コ字形溝
２１ａ 連結部
２１ｂ 脚部
２３ 連通孔
２４ 塞栓
Ｃ 砥石主軸ケーシング
Ｓ 砥石軸
Ｄ 排油孔
Ｈ 油供給孔
Claims (7)
- 回転軸を支持する軸受内周面に動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞し円周方向平行部をもつ形状の溝により油ポケットが形成され、前記溝と連通する潤滑油流通空間が動圧発生用ランド域の軸受面の裏側に形成され、前記溝及び前記潤滑油流通空間に潤滑油が流入するように開口した油供給孔が形成された軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 軸受ケーシングに内周面にインナースリーブが嵌着されて二層一体に構成され、インナースリーブには、動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞し円周方向平行部をもつ形状で、軸受面となる内周面と軸受ケーシングに内周面に嵌合する外周面とを貫通する溝孔が形成されると共に、動圧発生用ランド域の軸受面の裏側となるインナースリーブの外周面には前記溝孔と連通する潤滑油流通空間が形成され、軸受ケーシングの内周面には、油供給孔が開口し、該開口位置は、嵌着されたインナースリーブの前記溝孔及び前記潤滑油流通空間に潤滑油が流入可能位置である軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 潤滑油流通空間は、インナースリーブの動圧発生用ランド域がインナースリーブの外周面側から除去されて内周面基準で他の区域より薄肉となることにより形成されており、軸受ケーシングの油供給孔の開口位置が、嵌着されたインナースリーブの溝孔域又は動圧発生用ランド域である請求項２に記載の軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 潤滑油流通空間が、インナースリーブにおいて動圧発生用ランド域の外周面に設けられた両端が溝孔に開口する適宜数の溝により形成され、軸受ケーシングの油供給孔の開口位置が嵌着されたインナースリーブの溝孔域である請求項２に記載の軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 溝孔の円周方向平行部の一方の円周方向平行部に排出孔が開口した排出ランドが形成されている請求項２、請求項３又は請求項４に記載の軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 軸受内周面に動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞し円周方向平行部をもつ形状の溝により油ポケットが形成され、端面から前記溝の一方の平行部を通して動圧発生用ランド域を貫通して他方の平行部に達する貫通孔が穿設され、動圧発生用ランド域以外の貫通孔部が閉塞され、前記動圧発生用ランドの貫通孔及び前記溝に潤滑油が流入するように開口した油供給孔が形成された軸受メタルを備えた流体軸受装置。
- 動圧発生用ランド域の周囲を一部を残して囲繞する形状は、残された一部が回転軸の外周面の移動方向の最下流となる方向になり、動圧発生用ランド域における軸受面は、回転軸の外周面の移動方向の最上流に当る部分に回転軸の外周面との間の間隙を増大するように形成されている請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の軸受メタルを備えた流体軸受装置。
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