JP4761203B2 - 液晶を利用した軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる液晶における転傾の周囲に発生する配向分布を利用した液晶を利用した軸受に関する。
しかし、液晶を作動流体として利用して、軸の始動時や停止時における軸と軸受の接触自体を防ぐ技術、また、軸が低速で回転しているときにおける安定性を高める技術は開発されていない。
第2発明の液晶を利用した軸受は、第1発明において、前記軸の外周面に施されている表面処理は、前記軸が静止している状態において、前記軸に対して、前記軸と前記軸受とが同軸となるような力が前記液晶から加わる配向分布となるように施されたものであることを特徴とする。
第2発明によれば、軸の回転が停止している状態において軸が軸受に接触する可能性をより一層低減することができる。
本発明の液晶を利用した軸受は、軸受の作動流体として液晶を利用したものであって、液晶欠陥である転傾を利用して軸と軸受の接触を防ぐようにしたことに特徴を有している。言い換えれば、軸受の作動流体である液晶内に形成される配向分布を、あたかも軸の位置に転傾が存在しているかのような配向分布としたことに特徴を有しているのである。
図3は転傾が存在する液晶のシュリーレン写真である(出展:C. Destrader, H. -T. Nguyen, H. Gasparoux, J. Malthete, and A. M.
Levelunt, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 71, 118,(1981) 図2.233)。
転傾とは、液晶における配向ベクトルの場の欠陥、すなわち不連続線をいい、図3では、その紙面と垂直な方向に沿って、周囲の液晶分子に対して液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んで線状に存在することによって形成されている。この図3において、白色と黒色の帯状組織が交差する箇所が欠陥核、つまり、転傾において液晶分子の向きの空間的歪みが最も高くなるところである。なお、周囲の液晶分子に対して配向が不連続となっているとは、その位置において、紙面内での配向が規定できない状態となっていることを意味する。例えば、図3であれば、紙面と垂直な方向、つまり、紙面面外に向かう方向に液晶分子が配向していたり、配向秩序が低下している状態をいう。
以下では、この液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んでいる方向を転傾の軸方向という。
図4に、転傾の周囲における液晶分子の配向をモデル化した図を示す(出展:液晶辞典)。図4において、点で表されている部分が、転傾が存在する位置である。また、図4において実線が転傾周囲の配向場を示しており、実線に沿って液晶分子が、その配向方向が連続しているように配向している。なお、図4中のsは欠陥の強度を示しておりその絶対値が大きいほど強度が強くなることを意味しており、その符号は欠陥の正負を表している。
図1は本発明の液晶を利用した軸受を採用した軸受の一例であって、(A)概略断面図であり、(B)は半径方向の断面図である。なお、図1(B)の液晶LC内に記載されている実線は転傾周囲の配向場を示している。
なお、軸受本体1aの中空な空間に収容される液晶LCは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、転傾を生じさせることができるものであればよく、特に限定はない。この液晶LCには、後述するように、軸2の位置に転傾が形成されている場合と同等の配向分布が形成されるのであるが、詳細は後述する。
なお、シール剤1sは、軸受本体1aの空間から液晶LCが外部に漏れ出さないように保持しておけるものであればよい。そして、液晶LCを空間内に保持しておく方法はとくに限定されず、軸2が回転しても軸受本体1aの空間から液晶LC漏れないように保持できるのであれば、どのような構造を採用してもよい。
よって、軸2が静止している場合や低速で回転している場合であっても、軸2と軸受本体1aの内面との接触を防ぐことができるから、軸2や軸受本体1aが摩擦や磨耗によって損傷することを抑えることができる。そして、軸2がくさび効果によって十分な液膜を形成できる速度で回転している場合には、作動流体が油等である場合と同様に、軸2と軸受本体1aの内面との間に液晶LCの層が形成されるのは言うまでもない。
さらになお、図1(B)に示すような配向分布や、図4(b)、(c)に示すような配向分布、つまり、軸2の周囲に、この軸2に対して軸対称な配向分布が液晶LC中に形成されるように表面処理を施せば、軸2に対して液晶LCから加わる力を軸対称にすることができる。すると、軸2が低速で回転している状態のように、軸2の回転に伴って発生する動圧が小さい場合でも、軸2を軸受本体1aの空間の中心に配置した状態で回転させることができる。
さらになお、図1には軸受本体1aとして円筒状の部材を示しているが、液晶は流体であり特定の形状を持たないので、軸受本体1aの外形は特に限定されないのはいうまでもない。
一方、軸2が水平であったり傾斜していたりする場合には、軸2や軸2に連結されている部材の重さにより軸2を半径方向(下方)に移動させるような力(軸加重)が加わる。すると、この力が液晶LCから軸2に加わる力、つまり、軸2を元の位置に戻そうとする力よりも大きくなる場合があり、かかる場合には、液晶LCからの力で軸2を元の位置に維持しておくことができず、軸が下方に移動してしまう。すると、軸2と軸受本体1a内面との距離が、下方に形成される隙間dは上方に形成される隙間cよりも狭くなる(図2(B))。しかし、液晶LCから軸2に加わる力は軸2の移動量に応じて変化し、その移動量が大きくなれば軸2加わる力は強くなる。したがって、軸2と軸受本体1a内面との距離がある距離dとなったときに、軸2を下方に移動させようとする力と液晶LCから軸2に加わる力が釣り合うように配向分布が形成されていれば、軸2と軸受本体1a内面が接触しない状態で維持することは可能である。
なお、液晶LCから軸2に加わる力は、軸2の移動量だけでなく、欠陥の強度、つまり、軸2の周囲に形成される配向分布によって変化し、欠陥の強度が強くなれば同じ移動量でも軸2に加わる力は強くなる。したがって、軸2の周囲に形成される配向分布を調整することによって、軸に加えることができるラジアル荷重等の軸受の性質を調整することができる。
2 軸
LC 液晶
Claims (2)
- 軸と、該軸が内部に配置された軸受と、該軸受の内面と前記軸の外周面との間に充填された液晶とを備えており、
前記軸の外周面には、該軸と前記軸受内面との間に位置する前記液晶中に、該軸の位置に転傾が存在するときと同等の配向分布を形成させる表面処理が行われており、
該表面処理は、
前記液晶中に形成される配向分布が前記軸を中心とする放射状の配向となるように施されたものである
ことを特徴とする液晶を利用した軸受。 - 前記軸の外周面に施されている表面処理は、
前記軸が静止している状態において、前記軸に対して、前記軸と前記軸受とが同軸となるような力が前記液晶から加わる配向分布となるように施されたものである
ことを特徴とする請求項1記載の液晶を利用した軸受。
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Family Applications (1)
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