JP3791729B2

JP3791729B2 - Hydrodynamic bearing device

Info

Publication number: JP3791729B2
Application number: JP18961198A
Authority: JP
Inventors: 稔彦嶋
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-06-22
Also published as: JP2000009143A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、研削盤の砥石軸等の工作機械主軸等、軸部材を回転可能に軸承する流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体軸受装置は、図１０に示されるように、軸受金１１は外周が軸受ハウジング１０の円筒内孔７に密嵌合され、軸受金１１の軸受面９には等角度間隔で静圧ポケット１４が形成され、静圧ポケット１４を円周方向に隔絶する軸方向の軸受ランド１５が設けられ、軸受ランド１５は回転軸１３と所定の軸受クリアランスで軸受面９を構成している。静圧ポケット１４には軸受ハウジング１０の供給ポート１９から軸受金１１の外周に設けられた環状溝８を介して圧力流体が供給されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、流体軸受装置においては、例えば、回転軸の一端に固定される砥石車を毎分２００ｍ程度の高周速度で回転させる高速研削加工においては、回転軸を毎分１万回転以上の高い回転数で駆動することが必要となる。
この場合、軸受面における発熱により軸受金の軸受面近辺の温度が上昇し、軸受金の軸受面近辺と軸受ハウジングとの温度差は１０℃以上にもなり、軸受金の熱膨張が顕著となる。
軸受金１１は、径方向外方への膨張が軸受ハウジング１０との密嵌合により規制されているので、軸方向軸受ランド１５の部分は図１０に鎖線で示されるように径方向内方へ向かって膨張し、軸受ランド１５と回転軸１３との間のクリアランスを減少させることになり、このクリアランスの減少は、回転軸１３の径方向外方へ向かう熱膨張及び遠心膨張による影響も受ける。
このクリアランスの減少により、回転軸１３を駆動するモータの所要負荷動力が増大し、場合によっては、回転軸１３と軸方向軸受ランド１５との焼き付きが生じるという問題が生じる。
【０００４】
また、この問題を解決するために、軸受クリアランスの設計値を大きくとることが考えられるが、このようにした場合、起動初期における低温時の軸受剛性が低下する問題を生じる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高剛性を維持しながら回転軸の高速回転時における熱膨張による影響を防止し、高精度の流体軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸受ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成し、該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とするものである。
また、前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成したことを特徴としている。
【０００７】
更に、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成し、該熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、前記熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成したことを特徴とし、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ₂ は、前記軸方向ランドの角度幅θ₁ よりも広く形成されていることを特徴とするものである。
また更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ₂ は軸受面の軸方向長さｌ₁ の少なくとも４割以上とするものである。
【０００８】
更に、本発明の流体軸受装置は、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成することにより、軸受金の熱膨張による軸方向ランドの半径方向内方への膨脹を防止することができ、軸方向ランドと回転軸との間のクリアランスの減少が抑制され、負荷の増大、焼き付きが防止され、剛性が高く、高精度の流体軸受装置を提供することができる。前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部における軸受ハウジングの円筒内孔の内周に形成することもできるが、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成することにより、加工が容易になり、かつ冷却効果を増大することができる。
【００１０】
また、本発明の流体軸受装置は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成することにより、剛性を高く維持しながら軸受金の熱膨張による悪影響を効率良く防止することができる。前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間は、軸受ハウジングの円筒内孔の内周、又は軸受金の外周のそれぞれの対応する角度位相位置に設けられるが、その際、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ₂は、前記軸方向ランドの角度幅θ₁よりも広く形成することにより、より効率を高めることができる。
更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ₂は軸受面の軸方向長さｌ₁の少なくとも４割以上とすることにより十分な効果が得られる。
【００１１】
更に、本発明の流体軸受装置は、前記熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り要素を備える通路を軸受金に形成すると共に、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り要素を備える通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成することにより、加圧流体を熱膨張許容隙間を経由して静圧ポケットへ供給し、更に熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに還流することにより軸受金を効率良く冷却することができるので、軸受金の熱膨張を押さえることが可能である。その際、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含ませることにより冷却効果を更に高めることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１及び図２について説明する。
図１において、１０は、例えば研削盤の砥石台を構成する軸受ハウジングであり、軸受金１１を介して、例えばその左端に砥石を固定した砥石軸等の回転軸１３を支持している。軸受ハウジング１０の円筒内孔７に左端にフランジ部１２が形成された軸受金１１が密嵌合され、そのフランジ部１２により該軸受ハウジング１０の左端面にボルトにて固着されている。軸受金１１の内面に形成された軸受面９には、図２（図１のＩＩ−ＩＩ矢視図）に示されるように、円周方向に軸方向軸受ランド１５で等角度間隔で区画され、かつ両端を周方向軸受ランド１７、１７´により区画された等角度間隔で４つ（５つ以上でもよい）の矩形の静圧ポケット１４が形成されている。また軸受金１１の外周の中間部には、環状の熱膨張許容隙間１６が形成されている。なお、図１は本実施例の正面断面図であるが、静圧ポケット１４と軸方向ランド１５を表すため、図２のＩ−Ｉ矢視図としている。
【００１３】
この熱膨張許容隙間１６の径方向の深さＣは、軸受金１１の熱膨張が飽和しサチレートした状態において、この隙間の底部が径方向外方に最も膨張する膨らみ以上の幅として設定される。また、隙間の軸方向の幅ｌ₂は、図例では軸受面９の幅ｌ₁よりも若干広幅に設定されている。
しかし、幅ｌ₁を持つ軸受面９と対応する軸受金１１の外周面は、その軸方向中央部が中高となるように熱膨張するので、熱膨張許容隙間１６を軸方向に均一深さとする場合、幅ｌ₂は幅ｌ₁の４割程度としてもよく、したがって少なくとも４割程度以上あればその機能を果たし得るものである。
さらに、熱膨張許容隙間１６を、軸受金１１が熱膨張していない状態において、その軸方向中央部が径方向内方にへこんだ凹状としてもよい。
【００１４】
軸受金１１の外周面の熱膨張許容隙間１６から各静圧ポケット１４に開口する径方向通路が形成され、これら通路にはそれぞれ絞り要素２０が設けられている。一方、リザーバ３２を含むポンブユニット３１から冷却装置３０を経由して供給される加圧流体（好適には、加圧油）は、軸受ハウジング１０の流体供給ポート１９を介して熱膨張許容隙間１６に供給され、さらに絞り要素２０を経て複数の各静圧ポケット１４に供給される。
更に、図略のモータにて回転される回転軸１３は、軸受金１１の軸受面９に所定のクリアランスを有して嵌合され、複数の静圧ポケット１４に生起される流体の静圧力により回転自在に支持される。
【００１５】
なお、軸受金１１の内面の静圧ポケット１４の両端にはそれぞれ周方向ランド１７、１７´が形成されており、更にその周方向ランド１７、１７´の両側端部には圧力流体の排出溝１８、１８´が形成されており、供給された圧力流体は静圧ポケット１４から周方向ランド１７、１７´を乗り越えて排出溝１８、１８´に排出され、排出流路２１を介してリザーバ３２に還流される。
【００１６】
本実施例の流体軸受装置においては、以上のように構成したので、ポンプユニット３１から冷却装置３０を経由して供給される加圧流体（好適には、加圧油）は、軸受ハウジング１０の流体供給ポート１９を介して熱膨張許容隙間１６に供給され、さらに絞り要素２０を経て複数の各静圧ポケット１４に供給されているので、回転軸１３は各静圧ポケット１４に生起される流体の静圧力により支持され良好に回転する。回転軸１３の高速回転等により熱が発生しても、その外周に設けられた環状の熱膨張許容隙間１６に絶えず冷却された圧力流体が供給されているので、軸受金１１の温度上昇は極力少なく押さえられ、たとえ温度上昇があり、軸受金１１に熱膨張が起こっても、外周に熱膨張許容隙間１６が設けられているので、その隙間１６が減少する方向に膨脹し、内方への膨脹は少なくなり、軸受面９の軸方向ランド１５と回転軸１３とのクリアランスの減少は極めて少なく押さえることができる。その結果、回転軸の駆動負荷の増大、焼き付きが防止される。
【００１７】
（その他の実施例）
以下にその他の実施例について説明するが、前記実施例と同一の部分の説明は省略してある。
図３に示された実施例では、軸受金１１の軸受面９の軸方向両端に設けられた環状排出溝１８、１８´に対し、熱膨張許容隙間１６の軸方向両端をそれぞれ絞り要素２３、２３´を介して連通し、熱膨張許容隙間１６に供給された加圧流体の一部が環状排出溝１８、１８´に流れるように構成している。
これにより、冷却された加圧流体の一部は、熱膨張許容隙間１６の両端の絞り要素２３、２３´を介して直接排出溝１８、１８´から排出流路によりリザーバへ還流されるので、冷却された加圧流体の循環が促進されて軸受金１１の冷却効率を高めることができる。
【００１８】
図４に示された実施例は、前記図３の熱膨張許容隙間１６に供給された加圧流体の一部のリザーバへの還流を、軸受ハウジング１０に設けた絞り要素２４を介して行うようにしたものであり、図３の実施例の場合と同様に軸受金１１の冷却効率を高めることができるものである。
【００１９】
図５及び図６に示された実施例では、軸受金１１の冷却効果を高めるために冷却された加圧流体と軸受金１１との接触表面積を拡大するものであり、図５のものは、熱膨張許容隙間１６の底面に軸方向幅方向にスプライン溝２６を形成することにより接触面積を増大し、図６のものは、熱膨張許容隙間１６の底面に複数の環状凹溝２７を形成することにより接触面積を増大させている。
【００２０】
更に、図７に示された実施例においては、熱膨張許容隙間１６を環状ではなく、軸方向ランド１５と等角度位相位置でかつ軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂の複数の円弧状熱膨張許容隙間１６ａとして形成したものである。このように構成することにより、軸受金１１の外周は、静圧ポケット１４と対応する角度位相位置において軸受ハウジング１０の円筒内孔７に密嵌合され、軸受金１１の軸受ハウジング１０の円筒内孔７への支持を確実にすることができる。この態様では、静圧ポケット１４と対応する角度位相における軸受金１１の熱膨張は軸方向内方へ静圧ポケット１４側に向かって生じるが、静圧ポケット１４の深さが減少するのみであり、また、軸方向ランド１５と対応する角度位相位置における軸受金１１の熱膨張は軸方向外方へ円弧状熱膨張許容隙間１６ａ側に向かって生じ、軸方向ランド１５と回転軸１３間のクリアランスは減少しないことになる。
なお、この実施例においては、軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂の円弧状熱膨張許容隙間１６ａとして形成しているが、円弧状の熱膨張許容隙間は軸方向ランドと等角度位相位置であれば、必ずしも軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂でなくとも効果は得られるが、円弧状熱膨張許容隙間１６ａを軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂とすることにより確実な効果が期待できる。
【００２１】
図８に示された実施例では、図１、図２における軸受金１１外周に形成されている環状の熱膨張許容隙間１６を軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に環状の熱膨張許容隙間１６ｂとして形成したものであり、図１の実施態様と同等の効果を奏するものである。
【００２２】
図９の実施例では、図８の実施例における軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に形成された環状の熱膨張許容隙間１６ｂに代えて、複数の円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃを軸方向ランド１５と等角度位相位置で軸受ハウジング１０の円筒内孔７面上に形成したものである。円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃは軸方向ランド１５と等角度位相位置でかつ軸方向ランド１５の角度幅θ１よりも広い角度幅θ２の複数の円弧状隙間１６ｃとして形成したものである。
これにより、軸方向ランド１５と角度位相が対応する軸受金１１の部分は径方向外方に熱膨張して軸受ハウジング１０の円弧状の熱膨張許容隙間１６ｃへ進出し、一方、静圧ポケット１４と角度位相が対応する軸受金１１の部分は径方向内方に熱膨張して静圧ポケット１４の深さを減少するように作用することとなり、軸方向ランド１５と回転軸１３とのクリアランスが熱膨張により減少されることが防止され、良好な回転を保証するものである。
なお、この実施例においては、軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂の円弧状熱膨張許容隙間１６ｃとして形成しているが、円弧状の熱膨張許容隙間は軸方向ランドと等角度位相位置であれば、必ずしも軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂でなくとも効果は得られるが、円弧状熱膨張許容隙間１６ｃを軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広い角度幅θ₂とすることにより確実な効果が期待できる。
【００２３】
上述した各実施例における各静圧ポケットは矩形に形成されているが、矩形以外の形状、例えば特公昭５７−５０９７１号公報に開示されるようなＵ字状に形成してもよい。このように各静圧ポケットをＵ字状とする場合、各軸方向ランド部は大略Ｔ字状となり、前述した熱膨張許容隙間はこのＴ字状のランド部に対応して軸受金とハウジングとの嵌合部に形成されることになる。
以上、本発明の流体軸受装置を各実施例に沿って説明したが、本発明の趣旨を損なわない範囲で、各実施例を適宜組み合わせ、又は変形して実施することができることはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受ハウジングの円筒内孔の内周と軸受金の外周との嵌合部に環状の熱膨張許容隙間を形成したことにより、加圧流体は、熱膨張許容隙間を介して各静圧ポケットに供給されているので、回転軸は各静圧ポケットに生起される流体の静圧力により支持され良好に回転すると共に、回転軸の高速回転等により熱が発生しても、その外周に設けられた環状の熱膨張許容隙間にたえず加圧流体が供給されているので、軸受金の温度上昇は極力少なく押さえらる。また、たとえ温度上昇により軸受金に熱膨張が起こっても、外周に熱膨張許容隙間が設けられているので、その隙間を減少する方向に膨脹し、内方への膨脹は少なく、したがって、軸受面の軸方向ランドと回転軸とのクリアランスの減少は極めて少なく押さえることができ、負荷の増大、焼き付きが防止される。なお、前記環状の熱膨張許容隙間は、軸受金の外周に形成し、該熱膨張許容隙間の底面に軸方向又は円周方向に延びる複数の溝を形成することにより、加工が容易になり、冷却効果も増大することができる。
【００２５】
また、本発明は、軸受ハウジングの円筒内孔に軸受金の外周を密嵌合し、軸受金の内周に軸方向ランド及び周方向ランドにより区画された静圧ポケットが形成されている流体軸受装置において、前記軸受金の軸方向ランドが形成される角度位相部分の径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間を、軸受ハウジングの内周と軸受金の外周との嵌合部の軸方向ランドと対応する角度位相部分に形成することにより、剛性を高く維持しながら軸受金の熱膨張による悪影響を効率良く防止することができる。その際、前記径方向外方へ向かう熱膨張を許容する熱膨張許容隙間の角度幅θ₂は、前記軸方向ランド１５の角度幅θ₁よりも広く形成されることにより、より効率的に効果を発揮できる。
更に、前記各熱膨張許容隙間の軸方向長さｌ₂は軸受面の軸方向長さｌ₁の少なくとも４割以上とすることにより十分な結果が得られる。
【００２５】
更に、本発明は、前記熱膨張許容隙間に加圧流体を供給する手段を設け、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体を静圧ポケットへ供給する絞り通路を軸受金に形成すると共に、熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに加圧流体供給源に還流する別の絞り通路を軸受金及び軸受ハウジングの少なくとも一方に形成することにより、加圧流体を熱膨張許容隙間を経由して静圧ポケットへ供給し、更に熱膨張許容隙間に供給される加圧流体の一部を静圧ポケットを経由せずに還流することにより軸受金を効率良く冷却することができるので、軸受金の熱膨張を押さえることが可能である。その際、前記加圧流体を供給する手段には加圧流体を冷却する冷却装置を含ませることにより冷却効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図であり、図２のＩ−Ｉ断面矢視図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面矢視図。
【図３】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図４】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図５】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図６】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図７】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の側面断面図。
【図８】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の正面断面図。
【図９】本発明の他の実施態様を示す流体軸受装置の側面断面図。
【図１０】従来の流体軸受装置の正面断面図。
【符号の説明】
１０：軸受ハウジング
１１：軸受金
１３：回転軸
１４：静圧ポケット
１５：軸方向ランド
１６：熱膨張許容間隙
１８：排出溝
１９：加圧流体供給ポート
２０：絞り要素
３１：ポンプユニット[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a hydrodynamic bearing device that rotatably supports a shaft member such as a main spindle of a machine tool such as a grindstone shaft of a grinding machine.
[0002]
[Prior art]
In the conventional hydrodynamic bearing device, as shown in FIG. 10, the outer periphery of the bearing metal 11 is closely fitted into the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10, and the bearing surface 9 of the bearing metal 11 is statically pressurized at equal angular intervals. A pocket 14 is formed, and an axial bearing land 15 that separates the static pressure pocket 14 in the circumferential direction is provided. The bearing land 15 forms a bearing surface 9 with a rotating shaft 13 and a predetermined bearing clearance. The hydrostatic pocket 14 is supplied with pressure fluid from a supply port 19 of the bearing housing 10 via an annular groove 8 provided on the outer periphery of the bearing metal 11.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a hydrodynamic bearing device, for example, in high-speed grinding processing in which a grinding wheel fixed to one end of a rotating shaft is rotated at a high peripheral speed of about 200 m / min, the rotating shaft is rotated at a high speed of 10,000 rpm or more. It is necessary to drive by number.
In this case, the temperature near the bearing surface of the bearing gold rises due to heat generation on the bearing surface, the temperature difference between the bearing surface near the bearing gold and the bearing housing becomes 10 ° C. or more, and the thermal expansion of the bearing gold becomes significant. .
Since the expansion of the bearing metal 11 in the radially outward direction is restricted by close fitting with the bearing housing 10, the portion of the axial bearing land 15 is radially inward as indicated by a chain line in FIG. 10. The clearance between the bearing land 15 and the rotary shaft 13 is reduced, and this clearance reduction is also affected by the thermal expansion and the centrifugal expansion toward the radially outer side of the rotary shaft 13.
This reduction in clearance increases the required load power of the motor that drives the rotary shaft 13, and in some cases, the problem arises that the rotary shaft 13 and the axial bearing land 15 are seized.
[0004]
Further, in order to solve this problem, it is conceivable to increase the design value of the bearing clearance. However, in this case, there arises a problem that the bearing rigidity at the low temperature in the initial stage of starting is lowered.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly accurate hydrodynamic bearing device by preventing the influence of thermal expansion during high-speed rotation of the rotating shaft while maintaining high rigidity. It is what.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the hydrodynamic bearing device of the present invention is configured such that the outer periphery of the bearing metal is closely fitted into the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the hydrostatic pocket defined by the bearing land is formed on the inner periphery of the bearing gold. In the hydrodynamic bearing device, an annular thermal expansion allowance is formed in a fitting portion between the inner periphery of the cylindrical inner hole of the bearing housing and the outer periphery of the bearing metal, and pressurized fluid is supplied to the allowance for thermal expansion. A passage having a throttle element for supplying the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap to the static pressure pocket is formed in the bearing metal, and the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap is formed. It is characterized in that a passage provided with another throttle element that partially returns to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket is formed in at least one of the bearing metal and the bearing housing .
The annular thermal expansion allowance gap is formed on the outer periphery of the bearing metal, and a plurality of grooves extending in the axial direction or the circumferential direction are formed on the bottom surface of the thermal expansion allowance gap.
[0007]
Furthermore, in the hydrodynamic bearing device of the present invention, the outer periphery of the bearing metal is closely fitted into the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the static pressure pocket defined by the axial land and the circumferential land is formed on the inner periphery of the bearing metal. In the hydrodynamic bearing device, the thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction of the angular phase portion in which the axial land of the bearing metal is formed includes an inner periphery of the bearing housing and an outer periphery of the bearing metal. And a means for supplying a pressurized fluid to the thermal expansion allowance gap, and forming the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap with a static pressure pocket. A passage having a throttle element to be supplied to the bearing metal, and a part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowable gap is returned to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket. A passage provided with a throttle element with a bearing metal and Characterized in that formed on at least one of the receiving housing, the angular width theta ₂ of thermal expansion allowing gap to allow for thermal expansion toward the radially outward it is widely than the angular width theta ₁ of the axial lands It is characterized by that.
Furthermore, the axial length l ₂ of each of the thermal expansion allowance gaps is at least 40% of the axial length l ₁ of the bearing surface.
[0008]
Further, the fluid bearing apparatus of the present invention, the means for supplying pre-Symbol pressurized fluid in which characterized in that it comprises a cooling device for cooling the pressurized fluid.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The hydrodynamic bearing device of the present invention is a hydrodynamic bearing device in which the outer periphery of a bearing metal is closely fitted in a cylindrical inner hole of the bearing housing, and a static pressure pocket is formed on the inner periphery of the bearing gold. By forming an annular thermal expansion allowance gap at the fitting portion between the inner periphery of the hole and the outer periphery of the bearing metal, it is possible to prevent the axial land from expanding radially inward due to the thermal expansion of the bearing metal. A decrease in the clearance between the axial land and the rotating shaft is suppressed, an increase in load and seizure are prevented, and a highly rigid and highly accurate hydrodynamic bearing device can be provided. The annular thermal expansion allowance gap may be formed on the inner periphery of the cylindrical inner hole of the bearing housing at the fitting portion between the inner periphery of the cylindrical inner hole of the bearing housing and the outer periphery of the bearing gold. By forming a plurality of grooves extending in the axial direction or circumferential direction on the bottom surface of the thermal expansion allowance gap, the processing becomes easy and the cooling effect can be increased.
[0010]
In the hydrodynamic bearing device of the present invention, the outer periphery of the bearing metal is closely fitted in the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the static pressure pocket defined by the axial land and the circumferential land is formed on the inner periphery of the bearing metal. In the hydrodynamic bearing device, the thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction of the angular phase portion in which the axial land of the bearing metal is formed includes an inner periphery of the bearing housing and an outer periphery of the bearing metal. By forming it in the angular phase portion corresponding to the axial land of the fitting portion, it is possible to efficiently prevent adverse effects due to thermal expansion of the bearing metal while maintaining high rigidity. The thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction of the angular phase portion where the axial land of the bearing metal is formed is the inner circumference of the cylindrical inner hole of the bearing housing or the outer circumference of the bearing gold. The angular width θ ₂ of the thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction is formed wider than the angular width θ ₁ of the axial land. Thus, the efficiency can be further increased.
Further, a sufficient effect can be obtained by setting the axial length l ₂ of each thermal expansion allowance gap to at least 40% or more of the axial length l ₁ of the bearing surface.
[0011]
Furthermore, the hydrodynamic bearing device of the present invention includes a passage provided with means for supplying pressurized fluid to the thermal expansion allowance gap, and having a throttle element for supplying the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap to the static pressure pocket. A passage provided with another throttle element formed in the bearing metal and returning a part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowable gap to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket is provided with the bearing metal and the bearing. By forming at least one of the housings, pressurized fluid is supplied to the static pressure pocket via the thermal expansion allowance gap, and a part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap is further passed via the static pressure pocket. Since the bearing metal can be efficiently cooled by recirculation without being carried out, the thermal expansion of the bearing metal can be suppressed. At this time, the cooling effect can be further enhanced by including a cooling device for cooling the pressurized fluid in the means for supplying the pressurized fluid.
[0012]
【Example】
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a bearing housing that constitutes a grindstone stand of a grinder, for example, and supports a rotating shaft 13 such as a grindstone shaft having a grindstone fixed to the left end thereof via a bearing metal 11. A bearing metal 11 having a flange portion 12 formed at the left end is closely fitted in the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10, and the flange portion 12 is fixed to the left end surface of the bearing housing 10 with a bolt. As shown in FIG. 2 (II-II arrow view of FIG. 1), the bearing surface 9 formed on the inner surface of the bearing metal 11 is partitioned at equal angular intervals by the axial bearing land 15 in the circumferential direction. In addition, four (or five or more) rectangular hydrostatic pockets 14 are formed at equal angular intervals that are partitioned by circumferential bearing lands 17 and 17 'at both ends. Further, an annular thermal expansion allowance gap 16 is formed in the middle portion of the outer periphery of the bearing metal 11. FIG. 1 is a front sectional view of the present embodiment, and is a view taken in the direction of arrows I-I in FIG. 2 to represent the static pressure pocket 14 and the axial land 15.
[0013]
The depth C in the radial direction of the thermal expansion allowance gap 16 is set as a width equal to or larger than the bulge in which the bottom of the gap expands most radially outward when the thermal expansion of the bearing metal 11 is saturated and saturated. . Further, the axial width l ₂ of the gap is set to be slightly wider than the width l ₁ of the bearing surface 9 in the illustrated example.
However, since the outer peripheral surface of the bearing metal 11 corresponding to the bearing surface 9 having the width l ₁ is thermally expanded so that the central portion in the axial direction becomes a middle height, the thermal expansion allowance gap 16 is set to a uniform depth in the axial direction. In this case, the width l ₂ may be about 40% of the width l ₁ , and therefore the function can be achieved if it is at least about 40%.
Furthermore, the thermal expansion allowable gap 16 may be a concave shape in which the axial center portion is recessed radially inward when the bearing metal 11 is not thermally expanded.
[0014]
Radial passages that open to the static pressure pockets 14 from the thermal expansion allowance gaps 16 on the outer peripheral surface of the bearing metal 11 are formed, and throttle elements 20 are provided in these passages. On the other hand, the pressurized fluid (preferably pressurized oil) supplied from the pump unit 31 including the reservoir 32 via the cooling device 30 passes through the fluid supply port 19 of the bearing housing 10 and the thermal expansion allowable gap 16. To the plurality of static pressure pockets 14 via the throttle element 20.
Further, the rotary shaft 13 rotated by a motor (not shown) is fitted to the bearing surface 9 of the bearing metal 11 with a predetermined clearance, and is caused by the static pressure of the fluid generated in the plurality of static pressure pockets 14. It is supported rotatably.
[0015]
In addition, circumferential lands 17 and 17 ′ are formed at both ends of the static pressure pocket 14 on the inner surface of the bearing metal 11, respectively, and pressure fluid discharge grooves are formed at both ends of the circumferential lands 17 and 17 ′. 18, 18 ′ are formed, and the supplied pressure fluid passes over the circumferential lands 17, 17 ′ from the static pressure pocket 14 and is discharged to the discharge grooves 18, 18 ′, and the reservoir 32 through the discharge channel 21. To reflux.
[0016]
Since the fluid dynamic bearing device of the present embodiment is configured as described above, the pressurized fluid (preferably pressurized oil) supplied from the pump unit 31 via the cooling device 30 is supplied to the bearing housing 10. Since it is supplied to the thermal expansion allowable gap 16 via the fluid supply port 19 and further supplied to each of the plurality of static pressure pockets 14 via the throttle element 20, the rotating shaft 13 is a fluid generated in each of the static pressure pockets 14. It is supported by the static pressure and rotates well. Even if heat is generated due to high-speed rotation of the rotating shaft 13 or the like, since the cooled pressure fluid is continuously supplied to the annular thermal expansion allowance gap 16 provided on the outer periphery of the rotating shaft 13, the temperature rise of the bearing metal 11 is as much as possible. Even if the temperature rises and the bearing metal 11 undergoes thermal expansion, the thermal expansion allowance gap 16 is provided on the outer periphery, so that the gap 16 expands in the direction of decreasing, and inward. The expansion is reduced, and the reduction in the clearance between the axial land 15 of the bearing surface 9 and the rotary shaft 13 can be suppressed to a very small extent. As a result, an increase in the driving load of the rotating shaft and burn-in are prevented.
[0017]
(Other examples)
Other embodiments will be described below, but the description of the same parts as those of the above embodiment is omitted.
In the embodiment shown in FIG. 3, with respect to the annular discharge grooves 18 and 18 ′ provided at both ends in the axial direction of the bearing surface 9 of the bearing metal 11, the both ends in the axial direction of the thermal expansion allowance gap 16 are respectively drawn elements 23 A part of the pressurized fluid that communicates with the thermal expansion allowance gap 16 and flows into the annular discharge grooves 18 and 18 ′ is configured to communicate with each other via the 23 ′.
As a result, a part of the cooled pressurized fluid is recirculated directly from the discharge grooves 18 and 18 ′ to the reservoir through the discharge passages via the throttle elements 23 and 23 ′ at both ends of the thermal expansion allowance gap 16. The circulation of the cooled pressurized fluid is promoted, and the cooling efficiency of the bearing metal 11 can be increased.
[0018]
In the embodiment shown in FIG. 4, a part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap 16 of FIG. 3 is returned to the reservoir through a throttle element 24 provided in the bearing housing 10. As in the case of the embodiment of FIG. 3, the cooling efficiency of the bearing metal 11 can be increased.
[0019]
In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the contact surface area between the pressurized fluid cooled to increase the cooling effect of the bearing metal 11 and the bearing metal 11 is enlarged. The spline groove 26 is formed in the axial width direction on the bottom surface of the allowable thermal expansion gap 16 to increase the contact area. In FIG. 6, a plurality of annular concave grooves 27 are formed on the bottom surface of the allowable thermal expansion gap 16. This increases the contact area.
[0020]
Further, in the embodiment shown in FIG. 7, rather than the thermal expansion allowing gap 16 in the annular, axially lands 15 and equal angular phase position in an axial direction lands 15 angular width theta wide angular width theta ₂ than ₁ Are formed as a plurality of arc-shaped thermal expansion allowance gaps 16a. With this configuration, the outer periphery of the bearing metal 11 is closely fitted into the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10 at an angular phase position corresponding to the static pressure pocket 14, and the bearing metal 11 is inserted into the cylinder of the bearing housing 10. Support to the hole 7 can be ensured. In this aspect, the thermal expansion of the bearing metal 11 in the angular phase corresponding to the static pressure pocket 14 occurs inward in the axial direction toward the static pressure pocket 14 side, but only the depth of the static pressure pocket 14 decreases. Further, the thermal expansion of the bearing metal 11 at the angular phase position corresponding to the axial land 15 occurs outward in the axial direction toward the arc-shaped thermal expansion allowable gap 16a side, and the clearance between the axial land 15 and the rotary shaft 13 is increased. Will not decrease.
In this embodiment, the arc-shaped thermal expansion allowable gap 16a having an angular width θ ₂ wider than the angular width θ ₁ of the axial land 15 is formed. if preparative such angular phase position, always without a large angular width theta ₂ than the angular width theta ₁ of the axial lands 15 the effect is obtained, the angular width of the arc-shaped thermal expansion allowing gap 16a axially land 15 A certain effect can be expected by setting the angle width θ ₂ wider than θ ₁ .
[0021]
In the embodiment shown in FIG. 8, the annular thermal expansion allowance gap 16 formed on the outer periphery of the bearing metal 11 in FIGS. 1 and 2 is formed on the surface of the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10. It is formed as 16b and has the same effect as the embodiment of FIG.
[0022]
In the embodiment of FIG. 9, a plurality of arc-shaped thermal expansion allowance gaps 16c are used as shafts instead of the annular thermal expansion allowance gap 16b formed on the surface of the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10 in the embodiment of FIG. It is formed on the surface of the cylindrical inner hole 7 of the bearing housing 10 at an equiangular phase position with the directional land 15. The arc-shaped thermal expansion allowance gaps 16 c are formed as a plurality of arc-shaped gaps 16 c that are equiangular with the axial land 15 and have an angular width θ 2 wider than the angular width θ 1 of the axial land 15.
As a result, the portion of the bearing metal 11 whose angular phase corresponds to that of the axial land 15 is thermally expanded radially outward to advance into the arc-shaped thermal expansion allowance gap 16c of the bearing housing 10, while the static pressure pocket 14 The portion of the bearing metal 11 corresponding to the angle phase is thermally expanded radially inward to reduce the depth of the static pressure pocket 14, and the clearance between the axial land 15 and the rotary shaft 13 is reduced. It is prevented from being reduced by thermal expansion and ensures good rotation.
In this embodiment, the arc-shaped thermal expansion allowable gap 16c having an angular width θ ₂ wider than the angular width θ ₁ of the axial land 15 is formed. if preparative such angular phase position, always without a large angular width theta ₂ than the angular width theta ₁ of the axial lands 15 the effect is obtained, the angular width of the arc-shaped thermal expansion allowing gap 16c axially land 15 A certain effect can be expected by setting the angle width θ ₂ wider than θ ₁ .
[0023]
Each static pressure pocket in each of the above-described embodiments is formed in a rectangular shape, but may be formed in a shape other than the rectangular shape, for example, a U-shape as disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-50971. Thus, when each static pressure pocket is formed in a U-shape, each axial land portion is substantially T-shaped, and the above-described thermal expansion allowance gap corresponds to this T-shaped land portion, It will be formed in the fitting part.
As mentioned above, although the hydrodynamic bearing apparatus of this invention was demonstrated along each Example, it cannot be overemphasized that each Example can be suitably combined or deform | transformed in the range which does not impair the meaning of this invention. .
[0024]
【The invention's effect】
The present invention relates to a hydrodynamic bearing device in which the outer periphery of a bearing metal is closely fitted in the cylindrical inner hole of the bearing housing, and a static pressure pocket is formed on the inner periphery of the bearing gold. Since the annular thermal expansion allowance is formed in the fitting part between the outer periphery of the bearing metal and the bearing metal, the pressurized fluid is supplied to each static pressure pocket through the thermal expansion allowance. It is supported by the static pressure of the fluid generated in the static pressure pocket and rotates well. Even if heat is generated due to high-speed rotation of the rotating shaft, it is constantly pressurized to the annular thermal expansion allowance provided on the outer periphery. Since the fluid is supplied, the temperature rise of the bearing metal is suppressed as much as possible. In addition, even if thermal expansion occurs in the bearing metal due to a rise in temperature, a thermal expansion allowance gap is provided on the outer periphery, so that the clearance expands in a direction that reduces the clearance, and the inward expansion is small. The decrease in the clearance between the axial land of the surface and the rotating shaft can be suppressed very little, and an increase in load and seizure are prevented. The annular thermal expansion allowance gap is formed on the outer periphery of the bearing metal, and by forming a plurality of grooves extending in the axial direction or the circumferential direction on the bottom surface of the thermal expansion allowance gap, processing becomes easy. The cooling effect can also be increased.
[0025]
Further, the present invention provides a fluid dynamic bearing in which the outer periphery of the bearing metal is closely fitted in the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the hydrostatic pocket defined by the axial land and the circumferential land is formed on the inner periphery of the bearing gold. In the apparatus, a thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction of the angular phase portion where the axial land of the bearing metal is formed is a fitting portion between the inner periphery of the bearing housing and the outer periphery of the bearing metal. By forming it in the angular phase portion corresponding to the axial land, it is possible to efficiently prevent adverse effects due to thermal expansion of the bearing metal while maintaining high rigidity. At that time, the angular width θ ₂ of the thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction is formed to be wider than the angular width θ ₁ of the axial land 15, thereby achieving more efficient effect. Can be demonstrated.
Furthermore, sufficient results can be obtained by setting the axial length l ₂ of each of the thermal expansion allowance gaps to at least 40% or more of the axial length l ₁ of the bearing surface.
[0025]
Furthermore, the present invention provides means for supplying pressurized fluid to the thermal expansion allowance gap, and forms a throttle passage in the bearing metal for supplying the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap to the static pressure pocket, By forming another throttle passage in at least one of the bearing metal and the bearing housing for returning a part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowable clearance to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket, Supply the pressurized fluid to the static pressure pocket via the thermal expansion allowance gap, and then recirculate part of the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap without passing through the static pressure pocket. Since it can cool efficiently, it is possible to suppress thermal expansion of a bearing metal. At this time, the cooling effect can be further enhanced by including a cooling device for cooling the pressurized fluid in the means for supplying the pressurized fluid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a hydrodynamic bearing device showing an embodiment of the present invention, and is a sectional view taken along the line II in FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a front sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front cross-sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side cross-sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side cross-sectional view of a hydrodynamic bearing device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front sectional view of a conventional hydrodynamic bearing device.
[Explanation of symbols]
10: Bearing housing 11: Bearing metal 13: Rotating shaft 14: Static pressure pocket 15: Axial land 16: Allowable thermal expansion gap 18: Discharge groove 19: Pressurized fluid supply port 20: Throttle element 31: Pump unit

Claims

In the hydrodynamic bearing device in which the outer periphery of the bearing metal is closely fitted to the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the static pressure pocket defined by the bearing land is formed on the inner periphery of the bearing gold, the cylindrical inner hole of the bearing housing is formed. An annular thermal expansion allowance gap is formed at the fitting portion between the inner periphery and the outer periphery of the bearing metal,
Means for supplying pressurized fluid to the thermal expansion allowance gap is provided, a passage having a throttle element for supplying the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap to the static pressure pocket is formed in the bearing metal, and the heat A passage provided with another throttle element for returning a part of the pressurized fluid supplied to the expansion allowance clearance to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket is formed in at least one of the bearing metal and the bearing housing. A hydrodynamic bearing device.

2. The hydrodynamic bearing according to claim 1, wherein the annular thermal expansion clearance is formed on an outer periphery of the bearing metal, and a plurality of grooves extending in the axial direction or the circumferential direction are formed on a bottom surface of the thermal expansion clearance. apparatus.

In the hydrodynamic bearing device in which the outer periphery of the bearing metal is closely fitted in the cylindrical inner hole of the bearing housing, and the static pressure pocket defined by the axial land and the circumferential land is formed on the inner periphery of the bearing metal. The thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction of the angular phase portion where the axial land of the bearing is formed corresponds to the axial land of the fitting portion between the inner periphery of the bearing housing and the outer periphery of the bearing metal To form the angle phase part to
Means for supplying pressurized fluid to the thermal expansion allowance gap is provided, a passage having a throttle element for supplying the pressurized fluid supplied to the thermal expansion allowance gap to the static pressure pocket is formed in the bearing metal, and the heat A passage provided with another throttle element for returning a part of the pressurized fluid supplied to the expansion allowance clearance to the pressurized fluid supply source without passing through the static pressure pocket is formed in at least one of the bearing metal and the bearing housing. A hydrodynamic bearing device.

4. The fluid according to claim 3, wherein an angular width θ ₂ of a thermal expansion allowance gap that allows thermal expansion toward the radially outward direction is formed wider than an angular width θ ₁ of the axial land. Bearing device.

Fluid bearing of any one of claims 1 to 4, characterized in that the axial length l ₂ of the thermal expansion allowing gap and at least 40% or more of the axial length l ₁ of the bearing surface apparatus.

Fluid bearing device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a cooling device for cooling the the pressurized fluid to means for supplying the pressurized fluid.