JPS62194021A - 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、水中モータなどに用いられるスパイラルグル
ープ軸受に関し、特に回転軸と固定側の軸受面との間に
スパイラルグループを形成した硬質のセラミックスの中
間部材を介在させてなるスパイラルグループ軸受に関す
るものである。

〔従来の技術〕

このスパイラルグループ軸受とは、回転軸の回転に伴い
摺動部に介在された流体が、いずれか一方の側の摺動面
に形成されたスパイラルグループに沿って摺ｆＪ＋部の
中心に向かって流入することによって、その中心に流体
の動圧が発生して摺動部を押し広げようとする圧力を発
生せしめた動圧軸受である。

従来の氷中モータに用いられるスパイラル軸受では第４
図ないし第６図に示すようにモータの回転軸１の軸端面
２は平滑な平面に仕上げられ、また固定側の軸受板３も
、軸端面２へ対向する軸受１笛４が平滑に仕上げられた
平面となっており、その裏面のケーシング５との接続は
球面座６となっている。さらに軸受板３が回転するのを
抑制するためにケーシング５に固定された廻り止め用の
ピン７が設けられている。

そして、回転軸ｌの軸端面２と軸受板３の軸受面４との
間には硬質のセラミックスによって形成された中間板８
が挿入されており、この中間板８の両方の而である上面
９及び下面１０はそれぞれ平滑な平面に仕上げられた上
で後述する渦巻方向を互いに逆にしたスパイラルグルー
プが形成されている。さらにこの中間数日の下面１０と
、これと直接接触する軸受板３の軸受面４とのそれぞれ
中心に半球状の凹部１１，１２を形成し、この２つの凹
部１１．１２によって形成される空間に硬質部材の小球
１９を収容し、且つ、中間板８の上面９と軸端面２との
間及び下面１０と軸受面４との間にはそれぞれ流体が介
在されるようにプロピレングリコール５０％水溶液中に
没している。

前記中間板８は第５図Ｃａ）（ｂ）に示すように回転軸
１の正転時における回転方向１３で作動されるが、第５
図（ａ）において、中間数８の上面９はラップ仕上げに
よって平滑な平面とされた上で複数本のスパイラル状の
ランド１６を残してスパイラル状の溝１４　、　１４−
−−−・−が形成され、その中央部は、このスパイラル
グループ１４と同様の潔さに加工された凹状の均圧部１
５となっている。

また、第５図（ｂ）に示した下面１０も前記上面９と同
様にスパイラルグループ１４、ランド１６及び均圧部１
５が形成されているが中心にある小球収容用の凹部１１
はセラミックスを焼結する前の生成形体に予め凹部と形
成しておいたものである。

第４図及び第５図に示したスパイラルグループ軸受にお
いて回転軸１が回転方向１３の方向に回転すると、軸端
面２と中間板８の上面９との間に介在していた流体は上
面９のスパイラルグループ１４に沿って、均圧部、１５
から外周側に向かって矢印１７のような流れなので、中
間板８と回転軸ｌとは互いに密着し、はぼ一体となって
回転する。

他方、中間数８の下面１０と軸受面３との間は中間数８
が回転軸ｌと同し方向に回転するので、プロピレングリ
コール５０％水溶液からなる流体は第５図（ｂ）の矢印
１８に示すように中間板８の外周から中心に向かって流
れる方向の力を受けて、その中心に大きな動圧が発生し
て、下面１０と軸受面４との間に流体膜が形成され、回
転軸ｌは極めて小さな摺動抵抗によって回転する。

他方、この回転軸ｌに対してラジアル方向の荷重がかか
ると、小球１９に対して剪断力が働くが、セラミックス
や金属のような硬質部材によって形成されているので、
このスパイラルグループ軸受はスラスト荷重ばかりでな
くラジアル荷重をも支えることができるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなスパイラルグループ軸受において、軸受面３
に対して大きなスラス）？Ｗ重がかかった状態で回転軸
１が回転すると中間数８の下面１０と軸受板３の軸受面
４との間にはスラストｉ重とつり合うだけの流体の動圧
が発生し、その動圧の分布はスパイラルグループの形状
にもよるが、第５図（ｂ）に示したスパイラル模様であ
れば、第６図に示したようになる。

即ち、中間数８の外周請人から内周に向かうに従って動
圧が上昇し、スパイラルグループ、換言すればスパイラ
ル状のランドの内周端まで動圧は上昇を続は中央の均圧
部においては動圧を上昇させる作用はないので全体に均
一な圧力となっているものである。しかし、この均圧部
においてはその動圧の大きさはより大きなものとなって
いるので中間板８に対しては大きな曲げモーメントが作
用する。そして、その裏面である上面９の中央部におい
てはやはり均圧部１５が設けられており、中間板８は上
面９のランド１６の内周端及びそれよりも中央の側で、
大きな曲げ応力が集中することとなる。

その上に小球１９を収容するために設けた凹部１１があ
る場合にはその部分においては、中間板８の肉厚が最小
となっているばかりでなく、小球１９が凹部１１の内面
に接触するため、中間板８の凹部ｌｌにおいて損傷を受
ける場合がある。

本発明は、このようなスパイラルグループ軸受の損傷を
解消し大きな荷重にも耐えられるようにして製造工程の
簡単な変更によって或いは実質的に変更することなく対
応させスパイラルグループ軸受の摺動部を安全に保ち得
るようにしたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、回転軸側の端面と、これと対向する軸受面と
の間に介在挿入された硬質セラミックスからなる中間部
材の両面に渦巻方向を互いに逆にしたスパイラル状の溝
と、該溝に連通した凹状の均圧部を備えると共に、この
均圧部の少なくとも一方の均圧部にランドを形成したこ
とを特徴とするスパイラルグループ軸受である。

特に本発明では、回転軸側の端面とこれと対向する軸受
面との間に挿入された硬質セラミックスからなる中間部
材の中間板の両面にスパイラル状の溝と均圧部とを形成
し、且つ、該回転軸側の端面又は該軸受面のいずれか一
方の面の中心に凹部を形成すると共に該凹部が形成され
た面と直接接触する該中間板の面の中心に凹部を形成し
、前記２つの凹部によって形成される空間に小球を収容
して該凹部が形成されていない側の中間板の面の中心部
にランドを形成してスパイラルグループ軸受としたもの
である。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図及び第２図の氷中モータ例によ
って説明すると、モータの回転軸ｌの軸端面２は平滑な
平面に仕上げられ、また、固定側の軸受板３も軸端面２
へ対向する軸受面４が平滑に仕上げられた平面となって
おり、その裏面のケーシング５との接続は球面座６とな
っていて、さらに軸受板３は回転するのを抑制するため
にケーシング５に廻り止め用のピン（図示せず）で固定
されており、この回転軸１の軸端面２と軸受板３の軸受
面４との間には硬質のセラミックスによって形成された
中間部材の中間板８が挿入されており、この中間板８の
両方の対応面である上面９及び下面ｌＯはそれぞれ平滑
な平面に仕上げられた上で互いに旋回方向を逆にしたス
パイラル状のランド１６を残したスパイラル状の溝１４
と、この１１１１４に連通される凹状の均圧部１５とが
設けられたものであって、ラジアル軸受の機能をもつ小
球１９を収容するために形成された中間板８の下面ｌＯ
の中心の凹部１１の背後に（最大の曲げモーメントがか
かる側）に相当する中間板８の上面９の均圧部１５中心
にはランド２０が形成されており、この中心のランド２
０はその外周側にあるスパイラル状のランド１６と同一
高さにあるので、回転軸ｌの回転によって（回転方向は
矢印１３）中間板８と軸端面２との間には吸着力が作用
し、且つ中間板８と軸受板３との間にはスラスト荷重に
見合う動圧が発生するようになっていて、且つ、中間板
８の上面９と軸端面２との間及び下面１０と軸受面４と
の間にはそれぞれ流体が介在されるようにプロピレング
リコール５０％水溶液中に没している。

その結果、中間板８は、前記第６図に示したような動圧
にようって曲げモーメントを受け、その中心部が最も大
きく変形しようとするが、中間板８の上面９の中心部に
はランド２０が形成されているので、このランド２０が
直ちに軸端面２と直接接触し、又は、その外周側におい
てもスパイラル状のランド１６が中心のランド２０と同
一高さであるから軸端面２と直接接触するので、中間板
８に対する曲げモーメントが異常に集中する場所がなく
なり、中間板８の強度が著しく向上したことになる。

なお、前記ランド２０はスパイラル状のランド１６と同
一高さとしであるが、それに近似した高さとすることも
でき配置も中心部に限らず環状に設けたり、点在的に配
備することも選んでできる。

前記中間仮８は第２図＜ａ）（ｂ）に示すように回転軸
１の正転時における回転方向１３で作動されるが、上面
９及び下面ｌＯはランプ仕上げによって全面におけるう
ねりが１μｍ以内となり、且つ平滑な平面とした上で深
さ３〜５０μｍの複数のスパイラル状の溝１４．１４・
・・・−がスパイラル状のランド１６を残して形成され
、その中央部に溝１４と同じ深さの均圧部１５を持って
いる。

即ち、中間仮８の上面９　（第２図ａ）の中心には円形
のランド２０が形成され、ランド２０の周囲は深さ３〜
５０μｍの環状の均圧部１５が形成され、さらに、その
外周はスパイラル溝１４が連続して外周縁まで延在して
いる。またランド２０と同じ高さでスパイラル状のラン
ド１６が形成されており、ランド１６及びスパイラル溝
１４の渦巻の方向は一方向である。

なお、第２図（ａ）（ｂ＞において溝１４及び均圧部１
５は中間仮８の上面９及び下面１０をラップ仕上げによ
って平滑な平面（直径３〇−輪の中間仮において全表面
におけるうねりが１μｍ以下）としたのち、ランド１６
．２０に相当する場所を樹脂又はプラスチックで覆い、
（例えばフォトマスクを貼る）その後ショツトブラスト
によって樹脂又はプラスチックで覆われていない所、即
ちスパイラルグループ１４及び均圧部１５について深さ
３〜５０μｍの範囲で均一な深さとなるように形成した
のち、樹脂又はプラスチックを取り除きショツトブラス
トの際に付着した粒子を洗浄除去するとその表面は第２
図（ａ）（ｂ）に示したようにスパイラル溝１４及び均
圧部１５は光がほとんど反射せず、他方、スパイラル状
のランド１６と中心のランド２０とは光をよく反射する
。また半球状凹部１１はセラミックスを焼結する前に、
予め生成形体に半球状の凹部を形成してから焼結を行い
さらにラップ仕上げをすればよい。

第１〜２図例のスパイラルグループ軸受は両面にスパイ
ラルグループを形成した板状のセラミックスからなる中
間板を回転軸と軸受板との間に介在させた形式のスパイ
ラルグループ軸受で中間板の一方の面の中心に凹部を形
成すると共に咳凹部の裏面においてランドを形成したの
で、回転軸の回転に伴い、大きな動圧が発生しても中間
板は最大の曲げモーメントがかかるその中心部が極めて
少ない変形状態で直接対向する面と接触するので中間板
の変形量は極めて少ないものとなる。

第３図の実施例は第２図（ａ）に示したスパイラル模様
の他の例である。即ち、中間板８の上面の中心部は殆ど
全てランド２０となっていて凹状均圧部１５がわずかし
かないもので周縁のランド１６の内周側が中心部のラン
ド２０と近接されている。

以上の実施例は中間板８の上面の中心部に円形状のラン
ド２０を形成し曲げモーメントを緩和したものであるが
、中心部に形成されるランド２０の形状としては線状で
もよく、多数に分散した点状でもよく、多様な形状が可
能である。

また、ラジアル軸受の機能をもつ凹部１１．１２が、回
転軸ｌの軸端面２と中間板８の上面９とに設けられてい
る場合には、中間板８の下面１０の中心部に曲げモーメ
ントを緩和するためのランドを設ければよい。

なお、中間板８に用いる硬質セラミックス材料としては
＾ｌｔｔ　（ｈ　　、ＳｉＣ、５ｉｘＮａ等の硬質のも
のが良く、この中間板８と対向する軸受面３或いは回転
軸１の軸端面２は前記の硬質セラミックス、ステンレス
、フェライト、硬質肉盛材等を用いて平滑な平面に仕上
げたものである。そして、回転軸１の軸端面２を直接中
間板８と接触させることは回転軸１の寿命を短くするこ
とになるので、回転軸１の軸端面２に別の部材を固定し
、その端面を前記のセラミックス、ステンレス、フェラ
イト、硬質肉盛材等の材料で構成することが望ましい。

また２つの凹部１１，１２によって形成される空間は前
述の球形以外にも、円筒形、両回錐形、楕円形などさま
ざまなものが適用でき、それに応じた相似形の形状の小
球を用いるごとができる。

〔発明の効果〕

本発明のスパイラルグループ軸受は回転軸と軸受との間
に両面にスパイラルグループを形成した硬質セラミック
スからなる中間板を介在させてなるスパイラルグループ
軸受において、中間板の凹部の背面にランドを形成し最
大の曲げモーメントがかかる中心部において対向する面
と実質的に接触した状態で最大の曲げモーメントを受け
ることとなり、脆性が大きい硬質のセラミックスで作ら
れている中間板であっても破を員することがない。

従って、本発明のスパイラルグループ軸受は、大きなス
ラスト荷重を支えることができ、しかも正転・逆転が可
能であり、さらに、中間板の変形が少ないので中間板の
疲労が少なく、長期に亘ってを安定した軸受機能を発揮
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図（ａ）
（ｂ）は中間板の上面図及び下面図、第３図は中間板の
他側の上面図、第４図は従来のスパイラルグループ軸受
の縦断面図、第５図（ａ）（ｂ）は第４図の中間板の上
面図及び下面図、第６図は動圧分布を示す模式図である
。 １・・・回転軸、２・・・軸端面、３・・・軸受板、４
・・・軸受面、５・・・ケーシング、６・・・球面座、
７・・・ビン、８・・・中間板、９・・・上面、１０・
・・下面、１１・・・凹部、１２・・・凹部、１３・・
・回転方向、１４・・・スパイラルグループ、１５・・
・均圧部、１６・・・スパイラル状ランド、１７．１８
・・・矢印、１９・・・小球、２０・・・中心部ランド
。 特許出願人　　　株式会社荏原総合研究所同　　　　　
　　株式会社　荏原製作所代理人弁理士　　高　　木　
　正　　行間　　　　　　　　　　薬　　　師　　　　
　　　捻回　　　依１）孝次部 第３図 第４図 第５図 （ａ）　　　　　　　（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸側の端面と、これと対向する軸受面との間に
   介在挿入された硬質セラミックスからなる中間部材の両
   面に渦巻方向を互いに逆にしたスパイラル状の溝と、該
   溝に連通した凹状の均圧部を備えると共に、この均圧部
   の少なくとも一方の均圧部にランドを形成したことを特
   徴とするスパイラルグループ軸受。 ２、前記均圧部が、前記スパイラル状の溝と同じ深さを
   持っているものであって、その中心部分に表面と同一高
   さのランドを形成したものである特許請求の範囲第１項
   記載の軸受。 ３、前記硬質セラミックスの中間部材と対応する回転軸
   側の端面又は該軸受面のいずれか一方の面の中心に凹部
   を形成すると共に、該凹部が形成された面と直接接触す
   る該中間部材の面の中心に凹部を形成し、前記２つの凹
   部によって形成される空間に小球を収容したものである
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の軸受。 ４、前記硬質セラミックスの中間部材が、その一方の面
   に小球収容用の凹部を形成したものであって、該凹部が
   形成されていない側の中間部材の面の均圧部中心にラン
   ドを形成したものである特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか一つの項記載の軸受。