JPH01172619A

JPH01172619A - 動圧グルーブ軸受

Info

Publication number: JPH01172619A
Application number: JP33154187A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimado; 島戸　幸二
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1989-07-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ポンプやモーター、あるいは精密回転機器
等に好適な動圧グルーブ軸受であって。

ラジアル荷重及びスラスト荷重を同時に支える動圧グル
ーブ軸受に関するものである。

（従来の技術）動圧グルーブ軸受は、相対回転運動を行なう回転軸とジ
ャーナルの何れか一方の部材の面に対して、数ｇｍ〜百
数七Ｂｍ程度の浅い動圧発生用の溝を形成し１回転軸と
ジャーナル両者の相対回転によってこの浅い溝に沿って
空気や水のような粘度の小さい流体を弓１き込み、この
負荷に応した動圧を発生させて負荷を支えるものであり
、各種の回転軸として利用されているうこの動圧グルー
フ軸受は潤滑液のシールや冷却方法に問題かなく、その
劣化か生ぜずに耐荷重が大で信頼性に富むとともに高温
流体の使用も可能である。

従来のこのような動圧グルーブ軸受として１例えば特開
昭６０−１４６１５号公報に示されたようなスラスト軸
受がある。この公報に示されたスラスト軸受は、［回転側および固定側の少なくとも一方の回転軸かセラ
ミック製てあって、荊記セラミック製回転軸の回転側ま
たは固定側の表面３〜５０μｍの範囲内の深さのスパイ
ラル状の溝が形成されていることを特徴とするスラスト
軸受］であるつこのスパイラル状の溝（グルーブ溝）を有する従来のス
ラスト軸受は、その回転軸のスラスト荷重な動圧を発生
させて支えることはできるか。

回転軸のラジアル荷重を動圧によって積極的に支えるこ
とかてきるものとなってはいないものである。所謂回転
軸には、スラスト荷重は勿論のことラジアル荷重も掛る
ものであるから、この回転軸が両方の両川を動圧によっ
て円滑に支えることができたら有利である。

そこで、回転軸がスラスト荷重及びラジアル荷重の両方
の荷重を動圧によって円滑に支えるようにするために、
ｌ記の従来の「スラスト軸受」に対して、第２図に示す
ように、そのジャーナルまたは回転軸側も動圧を発生さ
せるためのグルーブ溝を形成することが考えられる。と
ころか、このように構成すると、軸受自体が複雑な構成
とならざるを得す、スラスト荷重及びラジアル荷重の両
方の荷重を動圧によって円滑に支えるようにするために
はもっと工夫をしなければならない、木発明者は、前述
の如き問題点を解決すべく種々研究を行った結果、相対
回転運動を行なう回転軸あるいはジャーナルのいずれか
少なくとも−・方の部材をセラミック材料によってＪＡ
Ｉ＆Ｌ、、動圧グルーブ溝の形状を工夫することによっ
て、簡単な構成によりスラスト荷重及びラジアル荷重の
両方のＥｔｆｆｉを動圧によって円滑に支えるようにす
る動圧グルーブ軸受が提供できることに想到し、本発明
を完成した。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的とするところは、一つの軸受において、ス
ラスト荷重及びラジアル荷重の両方の荷重を動圧によっ
て受ける場合の構造上の複雑さである。

そして、本発明の目的とするところは、的中な構成によ
ってスラスト荷重及びラジアル荷重の両方の荷重な動圧
による円滑支持を行なうことのできる動圧グルーブ軸受
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段及び実施例）［−記の問
題点を解決するために第一の発明が採った手段は。

［相対回転運動を行なう回転軸（１１）およびジャーナ
ル（１２）からなる軸受であって１回転軸（ｉＢの表面
またはジャーナル（１２）の内面に動圧グルーブ溝（１
４）を形成して構成した動圧グルーブ軸受において、動圧グルーブ溝（１４）を回転＠（月）の軸方向に対し
て傾斜したものとするとともに、この動圧グルーブ溝（
１４）を互いに等間隔でかつその傾斜方向がｈ−いに反
対力向となる第一及び第二グルーブｈｌｉ　（１４ａ）
（１４ｂ）ニヨッ”Ｃａｄｉｔ　ルトトモニ、これら第
一及び第二グルーブ溝（１４ａ）（１４ｂ）の−方が他
方に比して回転軸（１菫）の軸方向に対して異なるスパ
ンを有するものとして構成して。

回転軸（１１）が回転したとき、この回転軸（１１）の
軸方向に対しても第一及び第二グルーブ溝（１４ａ）（
１４ｂ）のスパンの差による動圧を発生させ、この動圧
によって回転軸（１１）のスラスト荷（をも支えるよう
にしたことを特徴とする動圧グルーブ軸受（１０）Ｊである。

次に１本発明に係るグルーブ軸受について、　１１面を
参照して詳細に説明する。

第１図には、本発明に係る動圧グルーブ軸受（１口）の
部分断面図が示してあり、この動圧グルーブ軸受（１０
）にあっては相対回転運動を行なう回転軸（１＋）ある
いはジャーナル（１２）からなるものである。

この動圧クループ軸受（Ｉｌｌ”）にあっては、その動
圧グルーブ溝（１４）を回転軸（１１）あるいはジャー
ナル（１２）のいずれか一方に形成し、この動圧グルー
ブ溝（１４）を回転軸（１１）の軸方向に対して傾斜し
たものとするとともに、この動圧グルーブ溝（１４）を
互いに等間隔でかつその傾斜方向が１いに反対方向とな
る第一及び第二グルーブ溝（＋４ａ）　（＋４ｂ）によ
って構成しである。そしてさらに、この動圧グルーブｆ
ｉ（＋４）は、これら第一及び第二グルーブ溝（１４ａ
）　（１４ｂ）の一方が他方に比して回転軸（Ｉｔ）の
軸方向に対して異なるスパン（４ＱＩ　）あるいは（交
２）を有するものとして構成しである。　なお、本発明
に係る動圧グルーブ軸受口０）にあっては、回転軸（１
１）の一端部（１Δ承右側の端部）は、第１図に示した
ように、端部軸受（１３）によって支持されており、こ
の端部軸受（＋３）にはＥ記の動圧クループ溝（１４）
のような溝は積極的に形成されてはいない。すなわら、
この回転軸（１１）の一端部は、巾なる支持凹所した有
していない端部軸受（１３）によって回転自在に支持さ
れているだけである。

本発明に係る動圧グルーブ軸受（１０）において、その
動圧グルーブ溝（１４）をＶいに等間隔でかつその傾斜
方向が互いに反対方向となる第一及び第二グルーブ溝（
１４ａ）（１４ｂ）によって構成する必要かある。その
理由は、動圧グルーブ溝（１４）を互いに等間隔でかつ
その傾斜方向かヴいに反対方向となる第一及び第二グル
ーブ溝（１４ａ）（１４ｂ）によって構成することによ
り、両者かそれぞれ発生する動圧によってラジアル荷重
を支持するとともに、両者かそれぞれ方向を異ならせた
状態で発生する動圧の差によって、スラスト荷重を支持
する力、すなわち回転軸（ｌりの軸方向への動圧を発生
させる必要かあるからである。このような回転軸（１１
）の軸方向への動圧の差は、第一及び第二グルーブ溝（
１４ａ）　（１４ｂ）の傾斜方向が互いに反対方向とす
るこ・とによって得られるものであり、６第一及び第二
グルーブ溝（＋４ａ）（１４ｂ）の間隔を等間隔とした
のは、その発生される動圧の差を各スパン（交１）ある
いは（見２）によって筒中に設計できるようにするため
である。

また、６第一及び第二グルーブ溝（１４ａ）（１４ｂ）
の傾斜方向としては、第１ＩＡに示した実施例の場合１
回転軸（１りの回転方向が図に示したような方向の場合
には、第１図に示したような状態とするのである。すな
わち、第１ＵＡに示した実施例にあっては、第一グルー
ブ溝（１４ａ）の方を第ニゲルーフ溝（＋４ｂ）より短
い多数の平行な直線状てかつ図示左方から右方に向けて
ヒがる傾斜線とするとともに、第ニゲルーフ溝（＋４ｂ
）の直線状の溝の傾斜をそれとは逆にして構成したもの
である。

勿論、本発明はこの実施例に限られるものではなく、必
要に応じて６第一及び第二グルーブ溝（ゝ１４ａ）　（
＋４ｂ）の傾斜方向を適宜変更して実施してもよく、ま
た、このような第一及び第二グルーブ溝（１４ａ）（１
４ｂ）をジャーナル（１２）側に形成して実施してもよ
いものである。

また、６第−あるいは第一グルーブ溝（＋４ａ）（１４
ｂ）のスパン（１１’）あるいは（見２）は、第１図の
ようにして決定するものであり、いずれか一方か他方に
対して長いものとしである。この１′４面に示した実施
例にあっては、第一ブルーフ溝（１４ａ）の方のスパン
（旦１）を第二グルーブ溝（＋４ｂ）のスパン（見２）
より短くして構成したものである。これにより、第二グ
ルーブ溝（１４ｂ）により発生するスラスト方向の動圧
か第１図の矢印にて示したように、全体として大きくな
るものである。従って、この動圧グルーブ軸受（１０）
にあっては、第一グルーブ溝（１４ａ）と第二グルーブ
溝（１４ｂ）の動圧の差によるスラスト方向の力によっ
て、回転軸（１１）はその回転時に第１１−Ｊの図示左
方向に付勢されることになるのである。

なお、上記実施例にあっては、第一グルーブ溝（＋４８
）及び第二グルーブ溝（１４ｂ）の形状を直線状のもの
として構成したが、これを第３ＵｊＩの展開ＩＡに示す
ような所謂ヘリングボーン（魚の骨）と称される形式の
動圧グルーブ溝として構成してもよい。

（発明の作用）この発明に係る動圧グルーブ軸受は、相対回転運動を行
なう回転軸（１１）あるいはジャーナル（１２）の少な
くとも−・方の部材がセラミックからなるものであるこ
とが好ましい。その理由は、このセラミックは高い硬度
と耐摩耗性に優れているため耐荷重性に優れるからであ
り、Ａ文ｚｏ：＋、ｓｉ。

２、ＺｒＯ＋　、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｂ４　Ｃ、
ＷＣ，Ｃｒ３Ｃ２、Ｓ　ｌ：ｌ　Ｎ４　、ＢＮ、Ｔ　Ｉ
　Ｎ、ＡＩＮ、ＴｉＢ２．ＣｒＢ２．ＺｒＢ２コージェ
ライト、ムライト、ＴｉＯ２からなる多孔質体、あるい
はこれらの開放気孔内に潤滑剤を充填した複合物からな
ることが好ましい。なかでも、Ａｌ１０ｘ　　、Ｚｒ０
ｚ　　、　　Ｓ　　ｉｉ　　Ｎ４　　、ＳｉＣ，コージ
ェライトがより高い強度を有していて主として優れた熱
衝撃性を有するため、より好適である。

そして、相対回転Ｊ！１！＋ｎを行なう回転軸（Ｉｌ）
とジャーナル（１２）の一方の部材かセラミックから構
成されてなり、他方の部材が他の材料、例えば金属によ
−１て形成されている場合にも、セラミ・ツクから構成
されてなる部材は相手材に対する耐摩Ｊｊ性に優れるか
らである。

また、このセラミックは多孔質であることが好ましい。

これは、セラミックは自己潤滑性に乏しい性質な有して
いて、それ自体では耐摩耗性に優れるが摩耗係数が比較
的大きい欠点を有しているのに対し、セラミックを多孔
質にすることによりその開放気孔中に潤滑剤を充填する
ことによフて自己潤滑性を付与することができるからで
ある。

この場合、このセラミック多孔質体の気孔率は１０〜ｂ
Ｏ容賃％であることか好ましい。その理由は、気孔率か
ｌＯ容星１％よりも小さいと、潤滑剤を充填しても、そ
れらの潤滑性を有する気孔面積よりもセラミックの摺動
面積の方が大きいため、潤滑剤の効果か充分発揮できな
いためである。

一方、開放気孔の気孔率が６０容？％よりも大きいと、
潤滑性の効果は充分であるが、逆にセラミック多孔質体
の強度か低下し、耐荷重性が低下するからてあり、なか
ても気孔率は２０〜５０容に％であることがより好適で
ある。

なお、他方の部材には、セラミックまたはセラミ・ツク
多孔質体あるいは金属等いずれも使用することができる
が、セラミック多孔質体製の部材にｊ９！耗現象をほと
んど生じさせないような材質を使用するものである。

そして、上記のようなセラミック多孔質体の開放気孔中
に充填される潤滑剤としては、フッ素系オイル、シリコ
ン系オイル、鉱油、０植物油、パラフィン系オイル、ナ
フテン系オイルより選ばれるいずれか少なくとも１種で
あることか好ましい。これらはセラミックの気孔中に含
浸させ易く、起動時の若干の摩ＪｔＩ熱に対して敏感に
反応し、低粘度となって１回転軸（１１）とジャーナル
（１２）との摺接面にボンピング効果により供給され、
起動トルクを著しく低減させるためであり、なかでもフ
ッ素系オイル、シリコン系オイル、パラフィン系オイル
あるいはナフテン系オイルから選ばれるいずれか少なく
とも１種であることかより効果的である。

潤滑剤は、セラミックの気孔中に少なくともＩｎ容量％
充填されていることが好ましい。このようにする理由は
、ｌＯ容：七％よりも少ないと、その潤滑効果を十分発
揮することが困難となるためであり、なかでもコ０容？
％以Ｊ−であることがより効果的である。

なお、潤滑剤の気孔中への充填方法としては、潤滑剤を
加熱して溶融し含浸する方法、溶剤に溶解させて含浸す
る方法、モノマーあるいは反応原料を含浸した後反応せ
しめる方法、微粒化した潤滑剤を分散媒中に懸濁あるい
は乳濁させた後乾燥し“〔分散媒を除去する方法かあり
、２Ｊ１！以上の方法を併用することができ、また数回
に分けて充填することもできる。

本発明に係る多孔質セラミック製の動圧グルーブ軸受（
１０）の動圧グルーブ溝口４）の深さは、３μｍから５
０ｇｍの範囲内にすることか好ましい。

即ち、動圧グルーブ溝（１４）の深さが３ｇｍ未満では
、動圧効果はあっても、使用中に摩耗粉によって動圧グ
ルーブ溝（１４）に目づまりが生ずるためにその性情が
劣化し、またセラミック材料の研削加工り経済的ではな
いなどの問題か生ずるからである。一方、動圧グルーブ
溝（１４）の深さが５０１Ｌｍを越えると、十分な動圧
効果を発揮させることかできないからである。

以上のように構成にした本発明に係る動圧クループ軸受
（１０）にあっては、その回転軸（１１）の回転時に次
のような動圧が掛ることになる。

まず、第一グルーブ溝（１４ａ）と第二グルーブ溝（＋
ｉｂ）とからなる動圧グルーブ溝（１４）は、Ｐ！１転
輛（＋１）が回転することによって１通常の動圧グルー
ブと同様に、全体として回転＆（ロ）の回転方向３すな
わちラジアル方向の動圧を発生させる。このラジアル方
向の動圧によって、回転軸（１１）とジャーナル（１２
）とは相対回転か自在となるようにするのである。勿論
、この動圧グルーブ溝（１４）か回転軸（！Ｉ）に代え
てジャーナル（１２）（［に形成されている場合も同様
である。

また、この動圧グルーブ溝（１４）は、Ｔいに等１１！
１隔でかつその傾斜方向が互いに反対方向となる第一グ
ルーブ３１％（１４ａ）と第二グルーブ３１！１（１４
ｂ）とからなっているため、それぞれが回転軸（１１）
の軸方向、すなわちスラスト方向にも動圧を発生するも
のである。この場合、例えば実施例にて示した例のよう
に、第一グルーブ溝（１４ａ）の方のスパン１ｌｌ）を
第二グルーブ溝（１４ｂ）のスパン（１２）より短くし
て構成したものであると、第二グルーブ溝（１４ｂ）に
より発生するスラスト方向の動圧が第１図の矢印にて示
したように、全体として大きくなるのである。従って、
この動圧グルーブ軸受（ｌＯ）にあっては、第一グルー
ブ溝（１４ａ）と第二グルーブ溝（ｌｑｂ）の動圧の差
によるスラスト方向の力によって１回転軸（１１）はそ
の回転時に第１図の図示左方向に付勢されることになる
のである。

以上のようにして、本発明に係る動圧クループ軸受（１
０）にあっては、その動圧グルーブ溝（１４）によって
回転軸（１１）のジャーナル（１２）に対するラジアル
荷重を支持することは勿論のこと、動圧グルーブ溝（菖
４）を構成する第一グルーブ溝（＋４ａ）及び第二グル
ーブ溝（＋４ｂ）の構成の違いによって発生ずるスラス
ト方向の動圧によって１回転軸（１１）のジャーナル（
１２）に対するスラスト方向の荷重をなト分支持するの
である。

（発明の効果）以り詳述した通り、本発明にあっては、「相対回転運動
を行なう回転軸（１１）およびジャーナル（１２）から
なる軸受であって、回転軸（１１）の表面またはジャー
ナル（１２）の内面に動圧クループ溝（１４）を形成し
て構成した動圧グルーブ軸受において、動圧グルーブ溝（１４）を回転軸（Ｉ＋）の軸方向に対
して傾斜したものとするとともに、この動圧クループ溝
（１４）を互いに等間熱でかつその傾斜方向か互いに反
対方向となる第一及び第二グルーブ溝（１４ａ）（１４
ｂ）によって４Ｗ成するとともに、これら第一・及び第
二グルーブ溝（１４ａ）（１４ｂ）の−方が他方に比し
て回転軸（ＩＫ）の軸方向に対して異なるスパンを有す
るものとして構成して、回転軸（１１）が回転したとき
、この回転軸（月）の軸方向に対しても第一及び第二グ
ルーブ溝（１４ａ）　（＋４ｂ）のスパンの差による動
圧を発生させ、この動圧によって回転軸（１１）のスラ
スト荷重をも支えるようにした」ことにその特徴かあり、これにより、簡単な構成によっ
てスラスト荷重及びラジアル荷重の両方の荷重を動圧に
よる円滑支持を行なうことのできる動圧グルーブ軸受（
ｌＯ）を提供することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る動圧グルーブ軸受の部分破Ｆｌｉ
正面図、第２図は従来の動圧グルーブ軸受を示す部分破
断正面図、第３図は本発明に使用する動圧グルーブ溝の
他の例を示す展開図である。符　　　号　　　の　　　説　　　ＩＪｌｌ（１−−・
動圧グルーブ軸受、１ト・・回転軸、　１２−・・ジャ
ーナル、１３−・・端部軸受、■・・・動圧グルーブ溝
。１４ａ・・・第一グルーブ溝、　１４ｂ・・・第ニーグ
ルーブ溝。ｌｌ交２・・・スパン。以　　　Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相対回転運動を行なう回転軸およびジャーナルか
らなる軸受であって、前記回転軸の表面または前記ジャ
ーナルの内面に動圧グルーブ溝を形成して構成した動圧
グルーブ軸受において、前記動圧グルーブ溝を前記回転
軸の軸方向に対して傾斜したものとするとともに、この
動圧グルーブ溝を互いに等間隔でかつその傾斜方向が互
いに反対方向となる第一及び第二グルーブ溝によって構
成するとともに、これら第一及び第二グルーブ溝の一方
が他方に比して前記回転軸の軸方向に対して異なるスパ
ンを有するものとして構成して、前記回転軸が回転した
とき、この回転軸の軸方向に対しても前記第一及び第二
グルーブ溝のスパンの差による動圧を発生させ、この動
圧によって前記回転軸のスラスト荷重をも支えるように
したことを特徴とする動圧グルーブ軸受。