JP2516967B2 - 軸受装置 - Google Patents

軸受装置

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JP2516967B2 JP62106703A JP10670387A JP2516967B2 JP 2516967 B2 JP2516967 B2 JP 2516967B2 JP 62106703 A JP62106703 A JP 62106703A JP 10670387 A JP10670387 A JP 10670387A JP 2516967 B2 JP2516967 B2 JP 2516967B2
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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
ーブ軸受は、第４図に示すように、円筒軸受面42、43の
一方にスパイラルグルーブ44を形成しておくことによっ
て、軸41の相対回転に伴ってスパイラルグルーブ44にて
ポンピング圧力を発生させ、円筒軸受面42、43間の潤滑
流体膜45に、第５図に示すように均等な圧力を印加する
ものである。このポンピング圧力は、動圧軸受の高速時
の不安定現象を回避させる効果があり、その結果、円筒
軸受面42、43が非接触で振れなく回転する。かくして、
スパイラルグループ軸受は、音や振動を殆ど発生せず、
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、近年回転体に対する静圧軸受として円周溝付き
静圧軸受が提案されている。これは、第８図に示すよう
に、円筒軸受面42又は43に円周溝46を形成してオリフィ
ス47を介して高圧の流体を供給するように構成され、軸
41が偏芯すると円筒軸受面42、43間のクリアランスが変
化して流体抵抗の大きい部分と小さい部分が生じ、その
結果円周方向で軸受面の圧力分布が変化して軸41に復元
力が作用する。その結果、円筒軸受面42、43間の接触を
防止するものである。
発明が解決しようとする問題点 ところで、スパイラルグルーブ軸受における負荷能力
は、第６図に示すように偏芯によって発生するくさび圧
力48によって得られるものである。第７図に示すよう
に、ポンピング圧力による復元力は小さな偏芯量でも発
生するが、その値は大変小さい。軸の円周上にほぼ均一
に発生するポンピング圧力は、ラジアル方向の負荷能力
を得るためではなく、前述したように軸回転の安定化に
寄与するために形成されるものである。一方、くさび圧
力による復元力は偏芯量が大きくなってから急激に大き
くなり、偏芯量が小さい間は極めて小さいため、比較的
小さな偏芯量における復元力は小さく、許容偏芯量が小
さい場合にはその負荷能力は小さい。従って、例えば粘
性係数の小さな空気を用いたエア動圧軸受をレーザプリ
ンタ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、回転数が１〜２万r.p.m.の場合でも円筒軸受面
間のクリアランスを２〜３μｍにする必要があり、高精
度の加工が必要となり、量産が困難であるという問題が
ある。
一方、円周溝付き静圧軸受は、偏芯によって円筒軸受
面42、43間のクリアランスが変化して流体抵抗が変化す
る結果、第９図に示すように、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大きな復元力が生ずる
ことになり、くさび圧力の効果が加わって高い負荷能力
を有する。しかし、静圧軸受の圧力供給源としての大掛
かりなポンプ等が必要となる。したがって、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、さらに好適には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、軸とこの軸を相対
回転自在に支持する部材の互いに対向する円筒面から成
る円筒軸受面に空気、油等の潤滑流体膜を形成するとと
もに、いずれか一方の円筒軸受面に、回転によって潤滑
流体を軸方向に圧送する作用を有する溝を形成し、かつ
いずれか一方の円筒軸受面の両端部又は両端部近傍に周
方向溝を形成し、この周方向溝に高圧流体を供給する高
圧流体供給手段とを有し、前記高圧流体供給手段が、軸
の相対回転に伴う溝の作用により周辺部より高圧になる
部分に形成された第１の流通孔と、前記周方向溝に形成
された第２の流通孔と、前記第１の流通孔と前記第２の
流通孔をつなぐ供給通路からなり、前記第２の流通孔の
通路径は前記供給通路の径より小さいことを特徴とす
る。
作用 本発明によれば、円筒軸受面の両端部又は両端部近傍
に周方向溝を形成して高圧流体を供給し、周方向溝付き
静圧軸受を構成しているので、高精度の加工を施して円
筒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、また溝によるポンピング圧に
て常時周方向に均等に加圧されているので、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、又、前述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。
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。１は筒状の軸受部材で、回転軸２が回転
自在に貫通支持されている。これら軸受部材１と回転軸
２の互いに対向する円筒軸受面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、前記回転軸２の外周の円筒軸受面４には、
多数のスパイラルグルーブ6a、6bが形成されている。こ
れらスパイラルグルーブ6a、6bは円筒軸受面４の中央位
置を境にしてその両側に回転軸心方向に対して対称に傾
斜して形成されている。これらスパイラルグルーブ6a、
6b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、前記回転軸２の円筒軸受面４の両端から適当間
隔離れた位置に円周溝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。そして前記円筒軸受面４の中央装置と円周溝7
a、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８、９が形成されるとともに、軸心位置はこれら
径方向通路を互いに連通する軸方向通路10が形成されて
いる。これら径方向通路８、９と軸方向通路10にて、ス
パイラルグルーブ6a、6bの中央位置から円周溝7a、7bに
達する高圧供給通路11が構成され、かつ円周溝7a、7bに
開口する径方向通路９は流体抵抗としてのオリフィスを
構成している。12は、軸方向通路10を形成すべく回転軸
２の一端から穿設された軸心穴13の開口側を閉止する栓
である。16a、16bは潤滑流体の外部への流出を防止する
ため形成されたシール用グルーブである。
以上の構成において、回転軸２を回転させるとスパイ
ラルグルーブ6a、6bにてポンピング圧力が生じて、円筒
軸受面３、４の軸方向中央部の流体圧力が高くなり、こ
のポンピング圧力にて回転軸２が全周にわたって均等に
加圧される。その結果、振れ回り回転が防止され、回転
軸２の安定回転が確保される。また、ポンピング圧力の
一部は、高圧供給通路11を通って円周溝7a、7bに供給さ
れることによって静圧軸受が形成される。その結果、第
３図に示すように、回転軸２に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軸受面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り、回転軸２に偏芯方向と反対向
きに大きな復元力が作用して、回転軸２の偏芯が自動矯
正されることになる。こうして、大きな負荷能力が得ら
れるとともにスパイラルグルーブの特徴である安定回転
が保持されるのである。
このように、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２〜３
μｍ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。尚、回転軸２の偏芯に伴って発生
するくさび圧力による復元力は従来と同様に作用して復
元力を高めている。
以上の実施例では、回転軸を軸受部材にて支持する例
を示したが、逆に軸固定で円筒体を回転自在にする場合
にも同様に適用でき、またスパイラルグルーブ及び円周
溝も、軸側又は円筒体側のいずれの円周軸受面に形成し
てもよい。
さらに、例えば第２図において、径方向通路８、９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９
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。
又、周方向溝としては、前記円周溝7a、7bのように全
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溝は、スパイラルグル
ーブ6a、6bのような螺旋溝形状でなくてもよく、要は円
筒軸受面と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。
発明の効果 本発明の軸受装置によれば、以上のように円筒軸受面
の両端部又は両端部近傍に周方向溝を形成して高圧流体
を供給し、静圧軸受を構成しているので、高精度の加工
を施して円筒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、また溝によるポン
ピング圧にて周方向に均等な圧力が常時作用しているの
で、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。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図は本発明の一実施例を示し、第１図は軸
受部材を断面して示した正面図、第２図は断面正面図、
第３図は回転軸が偏芯したときの周方向の圧力分布図、
第４図〜第７図は従来のスパイラルグルーブ軸受を示
し、第４図は同断面正面図、第５図は同ポンピング圧力
の分布図、第６図は同回転軸偏芯時の圧力分布図、第７
図は偏芯量と復元力の関係を示す図、第８図及び第９図
は従来の円周溝軸受を示し、第８図は同断面正面図、第
９図は同回転軸偏芯時の圧力分布図である。 １……軸受部材 ２……回転軸 ３……円筒軸受面 ４……円筒軸受面 ５……流体膜 6a、6b……スパイラルグルーブ 7a、7b……円周溝 11……高圧供給通路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】軸とこの軸を相対回転自在に支持する部材
    の互いに対向する内筒面から成る円筒軸受面に空気、油
    等の潤滑流体膜を形成するとともに、いずれか一方の円
    筒軸受面に、回転によって潤滑流体を軸方向に圧送する
    作用を有する溝を形成し、かついずれか一方の円筒軸受
    面の両端部又は両端部近傍に周方向溝を形成し、この周
    方向溝に高圧流体を供給する高圧流体供給手段とを有
    し、前記高圧流体供給手段が、軸の相対回転に伴う溝の
    作用によって周辺部より高圧になる部分に形成された第
    １の流通孔と、前記周方向溝に形成された第２の流通孔
    と、前記第１の流通孔と前記第２の流通孔をつなぐ供給
    通路からなり、前記第２の流通孔の通路径は前記供給通
    路の径より小さい軸受装置。
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