JPH0781584B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は軸受装置に関し、特に円筒軸受面間に潤滑流体
膜を形成して成る流体すべり軸受を適用した軸受装置に
関する。

従来の技術 従来から、流体すべり軸受は種々の方式のものが知られ
ているが、その中で近年動圧流体潤滑方式の一種である
スパイラルグルーブ軸受が、軸受の高性能化に対応でき
るものとして注目されている。このスパイラルグルーブ
軸受として、例えば第７図に示すような構成のものが、
日本機械学会誌、第89巻、第812号、58〜63頁に提案さ
れている。第７図において、51は軸、52は軸51に回転自
在に嵌合する回転スリーブであり、この回転スリーブ52
はロータ53とステータ54から成る駆動モータ55にて回転
駆動される。前記軸51の外周にはスパイラルグルーブ56
が形成され、軸51の回転に伴ってスパイラルグルーブ56
にてポンピング圧力を発生させ、軸受面間の潤滑流体膜
57に、第９図に示すように均等な圧力を印加するように
構成されている。尚、この例ではポンピング圧力を軸51
の端面に導入し、軸端中央に開口する排気穴58の周縁で
流体を絞り、軸荷重をも支持するように構成されてい
る。

このスパイラルグルーブ軸受における負荷能力は、第８
図に示すように、回転スリーブ52の軸心が軸51の軸心と
一致するＯからＯ′に偏芯したことによって潤滑流体膜
57に発生するくさび圧力59によって得られるものである
が、その場合復元力の作用する方向は偏芯方向に対して
180゜の方向ではなく、そのためくさび作用による動圧
軸受は高速回転時に振れ回り等の不安定現象を生ずるこ
とになる。これに対してスパイラルグルーブ56を形成し
たことにより、第９図に示すように全周に均等にポンピ
ング作用による圧力が作用して微少変位時においては偏
芯方向に対して180゜の方向に復元力が発生し、これに
よって安定回転が得られるのである。かくして、スパイ
ラルグルーブ軸受は、動的回転精度が高く、小さい偏芯
率での安定性が良いため、高速回転に適するという利点
を有している。

一方、高性能の非接触軸受としては、円筒軸受面に高圧
流体が供給される複数のポケットを形成した静圧軸受
や、近年では円筒軸受面に円筒溝を形成した円筒溝静圧
軸受が知られている。

発明が解決しようとする問題点 ところが、上記スパイラルグルーブ軸受では、ポンピン
グ作用による偏芯に対する復元力即ち負荷能力は小さ
く、負荷能力は主として偏芯時に発生するくさび作用に
よって得ることになるが、くさび作用による復元力は軸
と回転スリーブ間のクリアランスが小さくなると急激に
大きくなるが、クリアランスが大きいと小さく、かつ潤
滑流体の粘性係数が小さいと小さいため、特に粘性係数
の小さなエア軸受の場合は、大きな負荷能力を得るには
軸と回転スリーブ間のクリアランスを小さくする必要が
ある。さらに、スパイラルグルーブを形成したことによ
ってくさび効果が減じられ、剛性と負荷能力が低下す
る。そのため、例えば２万r.p.m.程度のレーザプリンタ
用の回転ミラーの軸受に適用して十分な負荷能力を得る
には、クリアランスδを２〜３μｍとする必要があり、
クリアランスをこの範囲に維持するために量産加工性が
悪く、コスト高となるという問題があった。

一方、静圧軸受は圧力供給源としての大掛かりなコンプ
レッサやポンプ等が必要となる。従って、民生用のVTR
シリンダ、事務機器としてのレーザプリンタ、ハードデ
ィスク等の機器に用いる小形の軸受に適用するのは困難
である。

本発明の上記従来の問題点を解消し、高精度の加工をし
なくても負荷能力が大きくかつ高速回転させても安定し
た回転が得られ、さらに簡易でコンパクトな軸受装置を
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、軸とこの軸に相対回
転自在に嵌合する部材の間に円周溝またはポケットによ
る静圧軸受を形成し、前記軸とこの軸に嵌合する部材と
の間に前記静圧軸受とは別に互いに対向する内周面を形
成し、これら円周面間に流体膜を形成するとともに、い
ずれか一方の円周面に、回転によって流体を一方向に圧
送する作用を有する浅い溝を形成するとともに、前記い
ずれか一方の円筒軸受面であって、前記軸の相対回転に
伴う浅い溝の作用によって高圧になる部分に形成された
第１の流通孔から前記円周溝またはポケットに形成され
た第２の流通孔に流体を供給する高圧供給通路を設けた
ことを特徴とする。

作用 本発明によれば、軸とこの軸に相対回転自在に嵌合する
部材の間に静圧軸受を形成して前記軸と部材を相対支持
しているので、高精度の加工を施して軸受面間のクリア
ランスを特別に小さくしなくても、十分な負荷能力が得
られ、またこの静圧軸受に対して、軸の相対回転に伴う
浅い溝の作用によって発生したポンピング圧力を導入し
ているので、別途に高圧流体源を設けて高圧流体を導入
する必要がなく、構成が極めて簡単でコンパクトにな
る。又、前記クリアランスが大きくてもよいため、量産
が容易となり、かつ流体としてオイル等を用いた場合の
回転トルクも低減することができる。又、静圧軸受とし
て円周溝静圧軸受を採用すると動的軸受におけるくさび
作用も合わせて得られるので一層大きな負荷能力が得ら
れる。さらに、静圧軸受と浅い溝を別に設けているの
で、円周溝静圧軸受以外の静圧軸受を採用することがで
きるとともに円周溝静圧軸受の場合にも浅い溝によって
くさび効果が減じられて負荷能力がその分低下するとい
うこともない。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照しなが
ら説明する。第１図及び第２図において、１は固定の支
持軸で、有底筒状の回転スリーブ２が径方向に隙間δを
あけて回転自在に嵌合されている。これら支持軸１と回
転スリーブ２の互いに対向する円筒面３、４の間にはエ
ア又はオイル等の潤滑流体から成る流体膜５が形成され
ている。そして、前記支持軸１の外周の円筒面３の上部
には、多数のスパイラルグリーブ６が形成されている。
これらスパイラルグルーブ６は、具体例としては深さが
数μｍ〜数10μｍ、幅が数10μｍ〜数100μｍの断面形
状矩形状に形成されている。又、前記支持軸１の円筒面
３の前記スパイラルグルーブ６から適当に下方の位置
と、円筒面３の下端ら適当に上方の位置に円周溝7a、7b
が形成されている。この円周溝7a、7bは具体例としては
数100μｍ〜1mm程度の幅で、数10μｍの程度の深さの断
面形状矩形状に形成されている。そしてこの円周溝7a、
7bの位置に、軸心から外周に向かって放射状に径方向通
路8a、8bが形成されるとともに、軸心位置にこれら径方
向通路を互いに連通し、支持軸１の上端に開口する軸方
向通路９が形成されている。これら径方向通路8a、8bと
軸方向通路９にて、スパイラルグルーブ６で発生した高
圧を円周溝7a、7bに供給する高圧供給通路10が構成され
ている。また、円周溝に開口する径方向通路8a、8bは流
体抵抗としてのオリフィスを構成している。11は、回転
スリーブ２のスパイラルグルーブ６の下端と円周溝7aの
間に対応する位置に穿設された大気と連絡する流体取入
れ穴である。

以上の構成において、図示しない適宜回転手段にて回転
スリーブ２を支持軸１の回りに回転させると、対向面
３、４間の流体が粘性によって回転し、スパイラルグル
ーブ６にてポンピング圧力が生じて、円筒面３、４間の
上端部の流体圧が高圧となり、このポンピング圧力にて
回転スリーブ２が支持軸１の端面に対して浮き上がり、
高圧流体が支持軸１の上端を経て高圧供給通路10に流入
する。ポンピング圧力が高圧供給通路10を通って円周溝
7a、7bに供給されることによって主軸受部としての円周
溝静圧軸受が形成される。その結果、第３図に示すよう
に、円周溝7a、7bの全周にわたって均一に静圧が作用
し、十分な負荷能力と安定回転を得ることができる。即
ち、回転スリーブ２に対して径方向の負荷が作用して偏
芯すると、その偏芯方向の円筒面３、４間のクリアラン
スが小さくなるとともにその反対側のクリアランスが大
きくなるため、クリアランスの小さい部分の流体抵抗が
大きくなって流体圧力が高くなるとともに、反対側の流
体圧力は低くなる結果、円周方向の圧力分布が大きく変
化し、その圧力差によって偏芯方向に対して180゜異な
る逆方向に大きな復元力を生ずることになり、さらに円
周溝7a、7b間における円筒面３、４間の流体膜に作用す
るくさび効果も加わり、回転スリーブ２に偏芯方向と反
対向きに大きな復元力が作用する。こうして、円筒面
３、４間の隙間δが大きくても大きな負荷能力と安定回
転が得られるのである。

又、円周溝7a、7bを用いた静圧軸受を設けたことによっ
て、例えば粘性係数の小さなエアを潤滑流体として用い
た従来のスパイラルグルーブ6a、6bだけの軸受では前記
円筒軸受面３、４間のクリアランスを２〜３μｍにしな
いと十分な負荷能力が得られなかったのに対して、略２
倍以上のクリアランスでも十分な負荷能力を発揮できる
のである。

次に、第２実施例について、第４図を参照しながら説明
する。21は、軸心位置に円柱状空間22を形成した円筒状
支持軸であり、23はこの円筒状支持軸21にて回転自在に
支持される有底円筒状でかつ内底面の軸心位置から前記
円柱状空間22に適当な隙間をあけて嵌入する軸部24を突
設された回転スリーブである。前記軸部24にはスパイラ
ルグルーブ26が形成されるとともに、前記円筒状支持軸
21の外周の上部と下部にそれぞれ一対の円周溝26a、26
b、27a、27bが形成され、かつ円筒状支持軸21にはその
円柱状空間22の底面から各円周溝26a、26b、27a、27bに
向かってスパイラルグルーブ25によるポンピング圧力を
導入する高圧供給通路28が形成されている。また、前記
回転スリーブ23には、その上端部にスパイラルグルーブ
25の上部に流体を供給する供給路29が形成され、上部と
下部の円周溝の間には低圧側への開放穴30が形成されて
いる。

この実施例はスパイラルグルーブ25と円周溝静圧軸受を
径方向に並設した例を示し、軸方向長さを長くすること
なく、スパイラルグルーブ25を軸受の略全長にわたって
形成するとともに、円周溝静圧軸受も上下２箇所に形成
しており、さらに大きな負荷能力と剛性が必要なときに
効果的である。

次に、第５図により第３実施例を説明する。上記実施例
では静圧軸受として円周溝軸受を用いたものを例示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第
５図に示すように、支持軸31の外周に複数のポケット32
を形成し、これにスパイラルグルーブ33のポンピング作
用による高圧を導入して静圧軸受を構成してもよい。

さらに、固定の支持軸と回転スリーブの組み合わせでな
く、第６図に示すように、軸受部材にて回転軸を支持す
る場合にも同様に適用可能である。第６図の第４実施例
においては、回転軸41の上部41aと上部軸受部材42との
間にポンピング作用を有するスパイラルグルーブ43を形
成し、回転軸41の下部41bと下部軸受部材44との間に単
一の円周溝45を形成して円周溝静圧軸受が形成されてい
る。

尚、第２図において、径方向通路8a、8bの本数は通常の
使用法では３本以上あればよい。しかし、特に荷重が一
方向のみに作用する場合には、荷重を相殺する方向の復
元力が発生するように通路の開口部の位置を選ぶなら
ば、１〜２本でもよい。また、径方向通路8a、8bは、流
体抵抗として作用すればよいので、オリフィスの形状で
なく、制圧軸受で通常用いられるようなノズル形状でも
よい。これについてはその他の実施例についても同様で
ある。

又、前記円周溝7a、7b、26a、26b、27a、27b、45等は全
周に形成せずに、円周の一部分に形成してもよい。

さらに、ポンピング圧を生ずる浅い溝は、スパイラルグ
ルーブ６、25、33、43のような螺旋溝形状でなくてもよ
く、要は円筒軸受面と浅い溝の相対回転によって一方向
に潤滑流体を圧送する溝であればよい。

また、潤滑流体はエアでなく、オイルでも勿論本発明を
適用できる。

発明の効果 本発明の軸受装置によれば、以上のように軸とこの軸に
相対回転自在に嵌合する部材の間に静圧軸受を形成して
前記軸と部材を相対支持しているので、高精度の加工を
施して軸受面間のクリアランスを特別に小さくしなくて
も、十分な負荷能力が得られ、高速回転時にも振れ回り
等の不安定現象を生じず、安定した回転が得られる。ま
たこの静圧軸受に対して、軸の相対回転に伴う浅い溝の
作用によって発生したポンピング圧力を導入しているの
で、別途に高圧流体源を設けて高圧流体を導入する必要
がなく、構成が極めて簡単でコンパクトになる。しか
も、上記のようにクリアランスが大きくてもよいため、
量産が容易となり、かつ流体としてオイル等の粘性の大
きい流体を用いた場合にもトルクを低減できて動力損失
が少なくて済み、電池の長寿命化を図ることができる
等、大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
部分断面正面図、第２図は縦断正面図、第３図は円周溝
静圧軸受の圧力分布図、第４図は本発明の第２実施例の
部分断面正面図、第５図は本発明の第３実施例の部分断
面正面図、第６図は本発明の第４実施例の部分断面正面
図、第７図は従来例の部分断面図、第８図はくさび作用
の説明図、第９図はスパイラルグルーブの圧力分布図で
ある。 １、31……支持軸 ２、23……回転スリーブ ３、４……円筒面 ５……流体膜 ６……スパイラルグルーブ 7a、7b……円周溝 10、28……高圧供給通路 21……円筒状支持軸 25、33、43……スパイラルグルーブ 26a、26b……円周溝 27a、27b……円周溝 32……ポケット 41……回転軸 45……円周溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸とこの軸に相対回転自在に嵌合する部材
   の間に円周溝またはポケットによる静圧軸受を形成し、
   前記軸とこの軸に嵌合する部材との間に前記静圧軸受と
   は別に互いに対向する内筒面を形成し、これら円筒面間
   に流体膜を形成するとともに、いずれか一方の円筒面
   に、回転によって流体を一方向に圧送する作用を有する
   浅い溝を形成するとともに、前記いずれか一方の円筒軸
   受面であって、前記軸の相対回転に伴う浅い溝の作用に
   よって高圧になる部分に形成された第１の流通孔から前
   記円周溝またはポケットに形成された第２の流通孔に流
   体を供給する高圧供給通路を設けたことを特徴とする軸
   受装置。