JPS63318315A - 軸受装置 - 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
スパイラルグループ軸受が、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プ
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Ｐ／！１械学会誌、第８９巻、ｔ５８１２号、５８
〜６３頁に提案されている。第７図において、５１は紬
、５２は紬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プ５６が形成さ
れ、軸５１の回転に伴ってスパイラルグループ５６にて
ボ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、この例ではボンピング圧力な紬５１
の端面に導入し、軸端中央に開口する徘ス穴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プ軸受における負荷能力は、ｆｊ
′Ｓ８図に示すように、回転スリーブ５２の軸心がｌ１
ｌＩ５１の軸心と一致するＯから０′に偏芯したことに
よって潤滑流体ＷＸ５７に発生する（さび圧力５つによ
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
イラルグループ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ボ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、スパイラルグループ軸受は、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周溝を形成した円周溝静圧軸
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プ軸受では、ボンピン
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袖と
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、スパイラルグループを形成したことによっ
て（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２〜３μＩｆｉ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開運があうな。

一方、静圧軸受は圧力供給源としての大掛かりなコンブ
にツサやポンプ等が必要となる。従って、民生用のＶＴ
Ｒ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。

本発明は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、袖とこの紬に相対回
転自在に嵌合する部材の間に静圧軸受を形成し、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
互いに対向する円筒面を形成し、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
形成し、前記帖の相対回転に伴う浅い溝の作用によって
高圧状態とされた流体を前記静圧軸受に供給する高圧供
給通路を設けたことを特徴とする。

作用 本発明によれば、軸とこの袖に相対回（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で、袖の相対回転に伴う
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圧軸受における（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収下するというこ
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
数のスパイラルグループ６が形成されている。これらス
パイラルグループ６は、具体例としては深さが数μｌ〜
数１０μ１１幅が数１０μｍ〜数１００μｌ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プ６から適当に下方の位置と、
円筒面３の下端から適当に上方の位置に円周溝７ｇ、７
ｂ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〜１１程度の幅で、数１０μ論の程
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、軸心から外周に向がって
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
ルグループ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プ６の下端と円周溝７ａの
間に対応する位置に９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
プ６にてボ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、このボ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。ボ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１
８０°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を用いた靜圧袖受を設けたことに
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プ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２〜３μ
ｍ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２
４にはスパイラルグループ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　、　２６１）　、　２７ａ　、　２
７ｂ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２Ｃ５ａ、２６ｂ、２７ａ
、２７ｂに向かってスパイラルグループ２５によるボン
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
パイラルグループ２５の上部に流体を供給する供給路２
９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プ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、スパイラルグループ２５を軸受の略全艮にわた
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、ＰＩＳ５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プ３３のボ
ンピング作用による高圧を導入しで静圧軸受を構成して
もより・。

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ｆｔ５４実施例においては、回転軸４１の上部
４１ａと上部軸受部材４２との間にボンピング作用を有
するスパイラルグループ４３を形成し、回転軸４１の下
部４１１）と下部粕受部材４４との間に単一の円周溝４
５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ｔ・。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、８
Ｌ＋は、流体抵抗として作用すればよいので、オリアイ
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池の実施例につい
ても同様である。

又、前記円周溝７ａ　、　７ｂ　、　２６ａ　、　２６
ｂ　。

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、ボンピング圧を生ずる浅い溝は、スパイラルグ
ループ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、以上のように袖とこの軸に
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でいるので、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ボ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（、構成が極めて簡単でフンパクトになる。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、電池の艮か白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ｔｊＳｉ笑施例を示し、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ｒｙｔａ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、１７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プの圧力
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・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・スパイラルグループ７ａ
、７ｂ・・・・・・・・・・・・・・・円周溝１０．２
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・高圧供給通路
２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・円部状支持軸２５．３３，４３・・・・・・・
・・スパイラルグループ２６ａ、２６ｂ・・・・・・・
・・・・・円周溝２７ａ、２７ｂ・・・・・・・・・・
・・円周溝３２・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・ボケ、ット４１・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転軸４５・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
円周溝。 代理Ａａ＋［ｌＡ弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図　
　　第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、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円筒面を形成し、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し、前記軸の相対回転に伴う浅
   い溝の作用によって高圧状態とされた流体を前記静圧軸
   受に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。