JPS62184222A - スパイラルグル−ブ軸受 - Google Patents

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〕 本発明は、スパイラルグルーブ軸受に関し、詳しくは、
永久磁石を備えたス・ダイラルグループ軸受に関する。

〔従来の技術〕

従来のス・ぐイラルグループ軸受を、縦断面図を示す第
１０図及び回転側摺動面の正面図を示す第１１図につい
て説明する。

第１０図において、１は回転側の軸端部材で２は固定側
軸受である。軸端部材１の端面３と固定側軸受２の軸受
面４とで摺動部が形成されており、回転側摺動面３と軸
受面４との間には流体５が介在しており、軸６が矢印Ａ
の方向に回転すると摺動部に流体５の動圧が発生する。

このことを第１０．１１図によって詳しく述べれば回転
側摺動面３の正面図は第１１図に示されるものであって
、その外周部分７には、全周にわたって一方向のスパイ
ラル状の溝８（図で黒い部分）が加工されており、この
外周部分７において溝８以外のところは全周にわたって
均一な高さのランド９となっており、また中心部分１０
も、溝８と同−深さに加工されている０そして、ランド
９は全面にわたってそのうねりが１μｍ以内で且つ、平
滑な鏡面に仕上げられており、溝８及び中心部分１０は
ランド９よりも３〜５０μｍ程度深くなっている。この
回転側摺動面３と対向する軸受面４は前記ランド９と同
じくそのうねシが１μｍ以内の平滑な鏡面に仕上げられ
ているものである。

従って回転側摺動面３が矢印Ａの方向に回転すると、流
体５はスパイラル溝の側壁面に旧って外周側から中心部
分１０に向って流れる力を受けるので、中心部分１０で
大きな動圧が発生し、回転側摺動面３及び軸受面４間に
所要の厚さの液膜が形成されて推力荷重を支え、軸受面
４にはスラスト荷重が伝達されるものである。

なお、第１０図のスパイラルグルーブ軸受において、軸
６が矢印Ａとは反対方向に回転した場合には、摺動部に
介在している流体が中心部分１０から外周縁方向に押し
出されるので摺動部を形成している回転側摺動面３と軸
受面４とは互いに接近し、ついにはランド９と軸受面４
とが接触して軸６の回転は停止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来のス・ぐイラルグループ軸受においては、
スパイラルグルーブ軸受は、単にスラスト軸受としての
機能しか有していないため、軸に対してラジアル方向の
荷重（力）がかかるとスラスト軸受の摺動面が回転軸と
直角の方向へすべってしまうことがあった。従って、こ
のラジアル方向へのすべりを防止するために、別途ラジ
アル軸受を設けるか、或いは、軸端部材の形状を球面、
円錐或いは円錐台形として、ラジアル荷重にも耐えるよ
うな工夫がなされていた（特開昭５７−１５１２１号公
報参照）。

しかし々から、軽いラジアル荷重に対して、ラジアル軸
受を設けることは不経済であシ、かと云って、ス・ｆイ
ラルグループを形成する軸端部材又は軸受面の表面形状
が球面・円錐或いは円錐台形にすれば、スフ４イラルグ
ループを形成する工程が著しく面倒なものとなってしま
う・しかも、スパイラルグループが形成されている面の
溝の深さや、隣接するランドの表面の平滑さ及びうねり
が所定の寸法公差の範囲内に維持されていなければスラ
スト軸受としての機能は著しく低下することとなる。

従って、従来のスパイラルグルー！軸受は極めて高価で
あるばかりでなく、加工精度の問題から性能も優れず又
、ラジアル荷重を受けにくいことから、一般に利用され
ることは少なかった。

〔作用〕

本発明のスパイラルグルーブ軸受においては、摺動部を
形成する回転側摺動面と固定側軸受面とにそれぞれ永久
磁石が埋設されているので、これらの永久磁石が互いに
吸引又は反発し合って回転側摺動面を常に所定の位置に
維持することとなるので、ある程度のラジアル荷重には
対向できることとなる。又、スパイラルグルーブの作用
によって、摺動部に介在する流体に効果的に動圧が発生
するので永久磁石によって摺動面が互いに吸引されてい
ても摺動部における摺動抵抗は極めて小さい。

箇た、摺動面に介在する流体として磁性流体を用いれば
、この軸受が真空中におかれたとしても良好に摺動し得
るものである。

さらに、第２番目の発明においては、摺動部を形成する
２つの面に凹部が形成され、これら２つの凹部にわたっ
て硬質部材が収容されているのでラジアル荷重にも耐え
ることができる・〔実施例〕 以下に、本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の第１実施例の縦断面図であり、第２図
はその回転側摺動面の正面図である。図中、第１０図及
び第１１図の符号と同一のものは同類部分を示すものと
する。

第１図において、１は回転する軸６の端部に取付けられ
た軸端部材であり、２は固定側軸受である。軸端部材１
の端面３と固定側軸受２の軸受面４とは互いに平滑な平
面に仕上げられ、各々の全面におけるうねりは１μｍ以
内になるように鏡面に仕上げられている。第２図におい
て、回転側摺動面３の外周部分７には全周にわたって一
方向のスフ４イラルグループ８が形成されており、スパ
イラルグルーブ８と隣接するランド９も同様にスパイラ
ル溝となっている。なお、このランド９０表面は前述の
ように鏡面に仕上げられた表面であり、スパイラル溝８
はこの鏡面をアルミナのショツトブラストによって３〜
５０μｍ程度の深さに加工をして形成したものである。

ショツトブラストを行うに際してはランド９を保護する
ためにランド９と同一模様のプラスチック又は樹脂シー
トを回転側摺動面３に貼着するのがよい・ そして、軸６の中心線上の回転側摺動面３及び固定側軸
受面４にはそれぞれ永久磁石１１及び１２が埋設されて
おシ、これらの両永久磁石は、第１図に示すように磁極
（ＮＳ　）が軸６の軸心方向と平行になるように着磁さ
れている。従って、第１図においては永久磁石１１．１
２の相互の吸引力によって固定側軸受２と軸端部材ｌと
は互いに求心的に引き合うので軸６にラジアル方向の荷
重にも永久磁石１１．１２の吸引力の範囲で耐えること
ができる。

ここで、スパイラルグルーブ８が形成されている側の面
はセラミックス（ＳｉＣ，５Ｌ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３など
）によって構成されていることが望ましく、またス・ダ
イラルグループ８の形成されている面と対向する面を構
成する部材としては、セラミックス（ＳｔＣ％Ｓ　ｌ　
ｓＮａ、Ａｌ２Ｏ，’　）、ステンレス鋼、超硬合金（
ＷＣ）、硬質金属（例えばＣｒ　：　２０　ＭＮ％、　
Ｍｏ　：　３０！量係、Ｓｔ　：　４　　重量％、残部
Ｃ。

のＣｏ　基金属間化合物）などがよく、軸６にかがるス
ラスト荷重及び周囲の環境を考慮して双方の材料を選定
することとなる。ただし、この摺動部を形成する２つの
面がいづれもセラミックスであれば広範囲の環境に用い
ることができ、さらＫ。

高いスラスト荷重に耐えることができる。又、塩素イオ
ンが含まれている液体中で使用する場合には、前述の硬
質金属が摺動抵抗も少なく望ましい。

永久磁石１１．１２としては、フェライト、希土類等公
知のものが総て適用できる。

”第２図において、ｌＯはスパイラル溝８と同じ深さに
ショツトブラストにぶって加工された中心部分であり、
永久磁石１１が埋設されている部分はセラミックスを焼
結する際に予め成形しておいた凹部である。この実施例
においては、スフ４イラル溝８が形成された環状の領域
７の中心部分に永久磁石１１が位置しているので、永久
磁石１１（及び１２）は外部の環境からもつとも離れて
いることになり、永久磁石が腐食したり摩耗したシする
ことは少ない。また、摺動部に介在される流体５として
は、スラスト荷重の大きさにもよるが空気・水・海水、
油等さまざまな流体が使用でき、特に周囲の環境に存在
する流体をそのまま使用できる利点がある＠又、真空に
おかれる場合には、高沸点の油が磁性流体を摺動面に介
在させればよい。

第３図は第２の実施例を示す縦断面図であり・第４図は
第３図の回転側摺動面３の正面図である。

これらの図において第１図及び第２図と共通する部分に
は共通の番号を付し、説明を省略する。

この実施例においては、摺動部の中心の両面には半球状
の凹部１４．１５が形成され、これら２つの凹部１４．
１５によって形成される空間に小球１６を収容している
。そして、中心の凹部１４．１５の外周には予め形成さ
れた凹部に環状の永久磁石１１．１２を埋設しさらに、
その外周にスパイラル溝８が形成されている領域７とな
っている。

この実施例では、小球１６が２つの凹部１４．１５にわ
たる硬質部材（鋼、セラミックス、超硬合金など）であ
るため大きなラジアル荷重にも耐えることができる。小
球１６の形状としては、球形の他に円柱、両回錐形等の
形状が用いられ、その形状、大きさに準じて、中心の凹
部１４．１５の形状、大きさが選定される。

永久磁石１１．１２の着磁の方向は、軸６０回転中心線
１３と平行な方向に着磁されることとなるが、ラジアル
荷重が小球１６によって受けられているのでこの場合の
永久磁石１１．１２０機能としては固定側軸受２と軸端
部材１とを磁力による吸引或いは反発のいづれかの力に
よって両者を所定の状態に維持することである。例えば
、小球１６として円柱形のセラミックスを収容した場合
には、永久磁石１１．１２を吸引、反発のいづれの状態
でも使用でき、′まだ小球１６の形状が球形であれば吸
引させて利用した方がよい。この実施例においても摺動
部に介在する流体５としてはさ′まざまなものが使用で
き、気体、液体、磁性流体が使用され、さらに、摺動部
の外部がスラＩＪ　−に没していても、何ら障害はない
。なお、第４図において黒塗シの部分はＳＩＣセラミッ
クスの表面をアルミナのショツトブラストによって溝加
工した部分であり、その深さは３〜５０μｍの範囲であ
る。また、ラン１９０回転側摺動面全体におけるうねり
は１μ！ｎ以内である。

なお、第１図乃至第４図の実施例においては回転側摺動
面に対してスパイラルグルーブを形成シたが、これとは
反対に固定側軸受面にス・やイラルグループを加工する
ことも可能であり、その場合にはスフ９イラル溝が形成
される固定側軸受面を構成する部材を前述のようにセラ
ミックスとしなければならない。

第５図は本発明の第３の実施例の縦断面図であシ、第６
図及び第７図はその摺動面の正面図である。第５図にお
いて、固定側軸受２と軸端部材１との間にセラミックス
製の円板からなる中間板１７が介在されており、この中
間板１７の上部摺動部１８に面する表面である上部ス・
せイラル面２０には、第６図に示したスパイラル溝８及
びランド９が形成されており、中間板１７の中心部に凹
部が形成されて、その凹部に永久磁石２１が埋設されて
いる０この永久磁石２１も、他の永久磁石１１．１２．
２２と同じく回転軸方向に着磁されており、互いに吸引
するようになっている０第５図に示したスパイラルグル
ーブ軸受においては、軸６が矢印Ａばかシでなく矢印Ｂ
の方向にも回転ができるようになっている。即ち、下部
摺動面１９に面する中間板１７の表面である下部スフ９
イラル面２３は、第７図に示したようになっているので
軸６が矢印Ａの方向に回転した場合には、上部摺動面１
８において大きな動圧が発生して流体膜が形成されて摺
動部が形成され、同時に下部摺動面１９においてはスパ
イラルグルーブ８に沿って流体が外部へ押し出されるよ
うな回転力をうけて、下部摺動面１９の両面が互いに吸
着するようになり、その結果として中間板１７はあたか
も固定側軸受２に固定されたようになる。他方、軸６が
矢印Ｂの方向へ回転した場合には、これと同様の理由に
よって、中間板１７が軸端部材１に固定されたようにな
って一体に回転し、下部摺動面１９が流体膜が形成され
て摺動部となる。従って、第５図乃至第７図に示した実
施例では軸６は正逆回転が可能であり、いづれの回転方
向に対してもほとんど同じ摺動特性を示すものである０
なお、第５図乃至第７図に示した中間板１７を用いた実
施例の形態に対して、第３図及び第４図に示した小球を
介在させることも可能であり、その場合には、前述と全
く同じ構成・作用であるばかりでなく同じ効果を奏する
ものである。

第８図及び第９図は本発明の第４の実施例を示す縦断面
図及び摺動面の表面を示す正面図である。

第８図において、軸端部材１と固定側軸受２０表面の中
心部にはそれぞれ円柱状の凹部１４．１５が形成されて
おり、これらの２つの凹部１４．１５によって形成され
る空間に円柱状の小部材１６が収容されており、その外
側には、リング状の永久磁石１１．１２が各々の面３．
４に埋設されている。中心の凹部１４．１５とリング状
の永久磁石１１．１２との間はランド９と同一高さで同
じ焼面仕上げをされているリング状ランド２４．２５で
あり、永久磁石１１の外周も同じくリング状ランド２６
となっている。そして、スパイラル１１１８が形成され
ている回転側摺動面３のスパイラル溝８の内周側端部は
、全周にわたってリング状に形成された均圧溝２７に連
絡されており、総てのス・ｆイラル溝８が総て同じよう
に動圧が分布するように配慮したものであり、さらに、
この均圧溝２７の内周にリング状ランド２６を形成する
ことによって極めて少ない回転数で動圧が発生するよう
になっている。第８図では円柱状の小部材１６の軸方向
の寸法な軸端部材１と固定側軸受２とを密着させた場合
でも空間的に余裕がある大きさとしているが、２つの凹
部１４．１５によって形成される空間の大きさに極めて
近いものであれば軸受での振動の発生を低減できる。ま
た、第８図及び第９図に示した均圧溝２７及びリング状
ランド２６の構造は、他の実施形態においても採用する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明のス・ぐイラルグループ軸受は、スパイラルグル
ーブ軸受の摺動部を形成する２つの面に永久磁石を埋設
したものであるから、スパイラル溝によって発生する動
圧効果によって、大きなスラスト荷重に対抗できるばか
シでなく、ラジアル荷重にも対抗することができ、簡単
な構造で広範囲の軸受部に適用することができる０また
、本発明のスパイラルグループ軸受は、摺動部に介在す
る流体として磁性流体を使用すれば永久磁石の吸引力に
よって磁性流体が摺動面に保持されやすく、たとえ、摺
動部の外部が高真空という流体の希薄な環境におかれて
も、摺動面には永久磁石によって磁性流体が保持されて
いるので、極めて過酷な条件の下でも使用できる。

さらに、本発明のスパイラルグルーブ軸受は、極めて薄
い流体膜が形成されているスパイラル溝形成領域の内側
に永久磁石を配置埋設すれば、永久磁石に対する外部の
作用が低減し、希土類の永久磁石のように耐食性の低い
ものであっても長期間の使用に耐えることができる。

偶因面の簡単な説明 第１図は本発明の第１実施例を示すスパイラルグループ
軸受の要部縦断面図、第２図は第１図の摺動面の正面図
、第３図は本発明の第２実施例を示す要部縦断面図、第
４図は第３図の摺動面の正面図、第５図は本発明の第３
実施例を示す縦断面図、第６図は第５図の一つの摺動面
の正面図、第７図は他の摺動面の正面図、第８図は本発
明の第４実施例の縦断面図、第９図は第８図の摺動面の
正面図、第１０図は従来のスパイラルグルーブ軸受の要
部縦断面図、第１１図は第１０図の摺動面の正面図であ
る。

１：軸端部材、　　２：固定側軸受、　３：回転側摺動
面、　　４：軸受面、　　５：流体、　６：軸、　　８
：スノ々イラル溝、　　９：ランド、１１．１２．２１
．２２：永久磁石、　　２３：下部ス・ぐイラル面、　
　１３：中心線、　　１４．１５：凹部、　　１６：円
柱状の小部材、　　１７：中間板、　　１８二上部摺動
部、　　１９：下部摺動部、　２０：上部スパイラル面
・ 第１図 第１０図 第１１図 〜−一八

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに摺擦する回転側摺動面と固定側軸受面とによ
   って形成された摺動部のいづれか一つの面に一方向のス
   パイラル溝を形成し、流体の動圧を利用するようにした
   スパイラルグルーブ軸受において、該回転側摺動面と該
   固定側軸受面とにそれぞれ永久磁石を埋設したことを特
   徴とするスパイラルグルーブ軸受。 ２、前記永久磁石が回転軸の軸心の延長線上の回転側摺
   動面及び固定側軸受面に埋設されている特許請求の範囲
   第１項記載のスパイラルグルーブ軸受。 ３、前記永久磁石が回転軸の軸心の延長線を中心として
   環状に、それぞれの面に埋設されている特許請求の範囲
   第１項記載のスパイラルグルーブ軸受。 ４、前記永久磁石がそれぞれ回転軸方向に関して同一方
   向に着磁されている特許請求の範囲第１項乃至第３項の
   いづれか１項記載のスパイラルグルーブ軸受。 ５、前記摺動部に磁性流体が介在されている特許請求の
   範囲第１項乃至第４項のいづれか１項記載のスパイラル
   グルーブ軸受。 ６、互いに摺擦する回転側摺動面と固定側軸受面とによ
   って形成された摺動部のいづれか一つの面に一方向のス
   パイラル溝を形成し、流体の動圧を利用するようにした
   スパイラルグルーブ軸受において、該スパイラル溝が形
   成された領域の内周側にそれぞれ環状の永久磁石を埋設
   すると共に回転軸の軸心の延長上の該回転側摺動面及び
   該軸受面にそれぞれ凹部を形成し、これら２つ凹部によ
   って形成される空間にわたって硬質部材を配したことを
   特徴とするスパイラルグルーブ軸受。 ７、前記永久磁石が回転軸方向に関して同一方向に着磁
   されている特許請求の範囲第６項記載のスパイラルグル
   ーブ軸受。 ８、前記永久磁石が回転軸方向に関して互いに反対方向
   に着磁されている特許請求の範囲第６項又は第７項のい
   づれか１項記載のスパイラルグルーブ軸受。 ９、前記硬質部材の形状が円柱又は球のいづれかである
   特許請求の範囲第６項乃至第８項のいづれか１項記載の
   スパイラルグルーブ軸受。