JP3907031B2

JP3907031B2 - スラスト動圧軸受

Info

Publication number: JP3907031B2
Application number: JP2000066234A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　毅; 健治荻本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2001254727A; US20010022870A1; US6505970B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スラスト動圧軸受、特に密閉形スラスト動圧軸受の回転開始時の作動流体の負圧吸着をなくすることのできるスラスト動圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密閉形スラスト動圧軸受は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、軸体３１と、この軸体３１の一端に設けられたフランジ部３２と、から成る回転体３０と、これら軸体３１及びフランジ部３２を密閉状態で収納するハウジング４０と、から構成される。この場合、軸体３１の表面にはラジアル動圧発生用のＶ字状或いはヘリングボ−ン状の動圧溝３３が形成され、或いはフランジ部３２の両端面３２ａ，３２ｂにはスラスト動圧発生用のＶ字状或いはヘリングボ−ン状の動圧溝３４等が形成される。そしてこれら回転体３０とハウジング４０との間の微小空間３５、３６には動圧発生用の作動流体Ｌが封入される。
【０００３】
上記構成の密封形スラスト動圧軸受では、回転体３０が起動する際、フランジ部３２に形成された軸方向両端面のスラスト動圧溝３４が同時に作動流体Ｌを半径方向中央部に引き込もうとするが、ハウジング４０がフランジ部３２を密閉状態で収納しているため、フランジ部３２の上・下の端面とハウジング４０との間に負圧が発生し、もともと極めて少量しか作動流体が存在しないハウジング４０の受面とフランジ部３２の下側の端面との間に、特に半径方向内側の部分に十分に作動流体を導くことができない、という問題があった。このためフランジ部３２の付け根に小孔３７を設けたりしていた（特開平１０ー１９６６４３号）。
【０００４】
また、図９に示すように、回転時に、軸体３１に設けたラジアル動圧発生用のＶ字状或いはヘリングボ−ン状の動圧溝３３とフランジ部３２の両端面に設けるスラスト動圧発生用のＶ字状或いはヘリングボ−ン状の動圧溝３４とに、同時に作動流体が移動するので、軸体３１とフランジ部３２との付け根には負圧が発生しやすい。このため、少ない作動流体が不足しないよう、付け根部分に凹部３８を設けて作動流体の溜まり部としている。更に、凹部３８を形成する代わりにフランジ部３２の上側端或いは下側端と付け根部との間に、作動流体循環用の斜方向の小孔や付け根部に縦方向の小孔とフランジ部３２の端部との間に径方向孔を設けることも提案されている（特開平７−２４３４３８号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記するように、密閉形スラスト動圧軸受を構成する回転体３０のフランジ部３２の上・下面（特に下側面）とハウジング４０との受面との間に作動流体が不足すると、スラスト動圧軸受としての機能を果たせなくなり、且つ損傷が生じる。そこでこのような不具合を防止するため、上記するように、フランジ部３２の軸寄りに作動流体を導くための小孔３７を設けることが提案されているが、小孔３７を正確に加工することは難しくコストアップとなり、且つ小孔用のスペ−スが必要となるという問題があった。更に、軸受面積が広くなるためトルク損失を生じるという問題があった。また、図９に示すように、軸体３１とフランジ部３２との付け根に作動流体用の凹部３８を設けても、作動流体が十分循環しないので負圧による作動流体の不足傾向は解消せず、負圧吸着が発生しスラスト動圧軸受が機能しない場合が生じるという問題があった。
【０００６】
この発明は上記する課題に対処するためになされたものであり、複雑な小孔等を設けずコストアップとならず、且つ回転起動時に生じる負圧吸着を防止し、スラスト動圧軸受として正常に機能させることのできるスラスト動圧軸受を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転体（１）と、該回転体（１）と僅かの隙間（３，４）をおいて密封状態に収納するハウジング（２）と、前記回転体端面又はハウジングの該回転体端面の対向面のいずれかにスラスト動圧溝（１１）を形成し、これらの隙間に動圧発生用の作動流体（Ｌ）を封入してなるスラスト動圧軸受において、
前記回転体（１）の端面（１ａ）と、該端面（１ａ）と対向するハウジング（２）の端面（２ａ）に、それぞれ作動流体を溜めるためのポケット（１Ｐ，２Ｐ）を前記スラスト動圧溝（１１）の径方向内方に形成すると共に、前記スラスト動圧溝（１１）はＶ字状或いはヘリングボーン状のスラスト動圧溝であり且つスラスト動圧溝（１１）の径方向内側が前記ポケット（１Ｐ）に連通し、前記回転体（１）９の端面に形成されたポケット（１Ｐ）は前記スラスト動圧溝（１１）の軸方向深さより深いことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記回転体（１）の端面（１ａ）と、前記端面（１ａ）と対向するハウジング（２）の端面（２ａ）とに形成されたポケット（１Ｐ、２Ｐ）の容積の合計が、前記回転体とハウジング端面との間の軸受隙間の容積の５０倍以上であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、前記回転体（１）とハウジング（２）との間の軸受隙間（３）は、径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に減少させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラスト動圧軸受であることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記スラスト動圧溝（１１）の深さは、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に深くしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスラスト動圧軸受であることを特徴としている。
【００１１】
或いはまた、請求項５に記載の発明は、ラジアル動圧溝（１２）を設けた回転軸（１０ｓ）とスラスト動圧溝（１３）を設けたフランジ部（１０ｆ）とを有し且つこれら回転軸（１０ｓ）とフランジ部（１０ｆ）との付け根に凹部（１６）を形成し、前記回転軸（１０ｓ）とハウジング（２０）との軸受隙間（１４）に作動流体（Ｌ）を密封してなるスラスト動圧軸受において、
前記フランジ部（１０ｆ）とハウジング（２０）との間のスラスト動圧溝（１３）の存在する部分を含む軸受隙間（１４）は、周方向に垂直な断面で凹部（１６）から連続して径方向外側に向かうにつれて径方向内方側で急激にかつ径方向外方側では徐々に小さくなるように形成してあることを特徴としている。
【００１２】
そして請求項６に記載の発明は、スラスト動圧溝（１３）深さは、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に深くしたことを特徴とする請求項５に記載のスラスト動圧軸受であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、前記スラスト動圧溝（１３）は、スラスト動圧溝の中心部へ作動流体を移動して動圧を生じる動圧溝であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のスラスト動圧軸受であることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は、この発明の第１の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視平面図である。
【００１５】
このスラスト動圧軸受は、回転体１と、ハウジング２とから成り、該回転体１は、ハウジング２の周囲との間で僅かの隙間３，４をおいて密封状態に収納されている。この場合、隙間３は軸受隙間となるが、隙間４も回転体１またはハウジング４の側面に動圧溝を形成する軸受隙間としてもよい。そしてこれらの隙間３，４には、動圧発生用の作動流体Ｌが封入されている。前記回転体１の上端面１ａには、Ｖ字状或いはヘリングボ−ン状のスラスト動圧溝１１が形成されている。また、回転体１の上端面１ａと、該上端面１ａと対向する面２ａには、それぞれ作動流体Ｌを溜めるための空間となるポケット１Ｐ，２Ｐが設けられている。
【００１６】
一般的に、動圧軸受の回転起動時（即ち、低速回転時）には、従来の動圧軸受構造の場合、回転中心部においては動圧による浮上量は負圧吸着が発生しやすいため極めて小さくなり、スラスト動圧として機能しなくなることが多い。しかし、動圧軸受部の容積（図１（Ａ）の軸受隙間３の容積）の他に、ポケット１Ｐ，２Ｐを設けると、負圧吸着が生じないため、低速回転時においても十分なスラスト動圧が生じることが判明した。実験結果によれば、図２に示すように、容積比率が２０倍までは低速回転時には浮揚力は生じないが、この２０倍を越すと、徐々に大きくなり約１００倍程度で一定となることが判明した。特に、５０倍程度以上であれば低速回転時でも損傷が生じない。この場合の浮揚量ｄは、３〜５μｍ程度となる。従って、ポケット以外の回転体１とハウジング２との間の軸受隙間３と、各ポケット１Ｐ，２Ｐの容積をそれぞれ３_v、１Ｐ_V、２Ｐ_vとすると、との容積の比率〔（１Ｐ_V＋２Ｐ_v）／３_v〕は、５０倍以上とすることが好ましい。なお、図１において、ポケット１Ｐの上部には、径の大きな段差部１ｂを設けてあるが、この部分の容積は、１Ｐ_Vに含める（以下、他の実施の形態でも同様である）。
【００１７】
図３は、この発明の第２の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図である。このスラスト動圧軸受も、回転体１と、ハウジング２とから成り、該回転体１は、僅かの隙間３，４をおいてハウジング２に、密封状態に収納されている。そしてこれらの隙間３，４には、動圧発生用の作動流体Ｌが封入されている。前記回転体１の上端面１ａには、Ｖ字状或いはヘリングボ−ン状のスラスト動圧溝１１が形成されている。また、回転体１の上端面１ａと、該上端面１ａと対向する面２ａには、それぞれ作動流体Ｌを溜めるための空間となるポケット１Ｐ，２Ｐが設けられている。この場合、回転体１と、ハウジング２との間の隙間３は、半径方向の外側方向へ向かうにつれて傾斜的に小さく（減少）させてある。
【００１８】
動圧流体軸受においては、低速回転時においても、スラスト動圧溝１１の内側の軸受隙間３に負圧吸着が生じやすい。しかし、この実施の形態においては、軸受隙間３の中央部やポケット１Ｐ、２Ｐには流体が多いので、これらの中央部分から径方向の外側方向へ作動流体が流れやすくなる。即ち、負圧吸着が発生する間もなく、遠心力により、半径方向の外側部分へ作動流体が流れやすくなり、それだけスラスト動圧溝１１で動圧も発生しやすくなり浮揚力が大きくなる。この第２の実施形態においても、軸受隙間３の容積３_vと各ポケットの容積１Ｐ_V，２Ｐ_vの合計との容積比、即ち、〔（１Ｐ_V＋２Ｐ_v）／３_v〕は５０倍以上とすることが好ましい。
【００１９】
図４（Ａ）は、この発明の第３の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図である。このスラスト動圧軸受も、回転体１と、ハウジング２とから成り、該回転体１は、僅かの隙間３，４をおいてハウジング２に、密封状態に収納されている。前記回転体１の上端面１ａには、Ｖ字状或いはヘリングボ−ン状のスラスト動圧溝１１が形成されている。また、回転体１の上端面１ａと、該上端面１ａと対向する面２ａには、それぞれ作動流体Ｌを溜めるための空間となるポケット１Ｐ、２Ｐが設けられている。この場合、回転体１の表面に形成するスラスト動圧溝１１の溝深さｈは、図４（Ｂ）の一部拡大図に示すように、径方向外側へ向かうにつれて深く（ｈi ＜ｈo ）してある。
【００２０】
図５も、上記第３の実施の形態と同じであり、回転体１の上端面１ａと、該上端面１ａと対向する面２ａには、それぞれ作動流体Ｌを溜めるための空間となるポケット１Ｐ、２Ｐが設けられているが、この場合、回転体１の表面に形成するスラスト動圧溝１１の溝深さｈは、図４（Ｂ）の一部拡大図に示すように、径方向外側へ向かうにつれて深く（ｈ i ＜ｈ o ）し且つ回転体１の上端面１ａは、内径側の隙間が大きく外径側の隙間が小さくなるよう傾斜させてある。この実施の形態のスラスト動圧軸受では、低速回転時でも内部に負圧吸着が発生することが多いが、この第３の実施形態においては、軸受隙間３が狭くなる半径方向外側へ向かうにつれて動圧溝１１が深いので、作動流体の量も外側に多く確保することができる。そして隙間の内部側やポケット１Ｐ、２Ｐには作動流体か多くあり、この径方向内側から径方向外側方向へ作動流体が流れやすく（供給されやすく）なる。従って、スラスト動圧溝１１の中央部へ作動流体が集まり、動圧も発生しやすくなり浮揚力も発生しやすくなる。この場合も、軸受隙間３の容積３_vと、各ポケットの容積１Ｐ_V、２Ｐ_vの合計の容積比、即ち、〔（１Ｐ_V＋２Ｐ_v）／３_v〕は、５０倍以上とすることが好ましい。また、回転体１とハウジング２との間の軸受隙間３は、図５に示すように、径方向の外側方向へ向かうにつれて傾斜的に軸受隙間を減少させてもよい。
【００２１】
次に、図６は、この発明の第４の実施の形態を示す図である。この実施の形態の動圧軸受は、ラジアル動圧溝１２を設けた回転軸１０ｓとスラスト動圧溝１３を設けたフランジ部１０ｆとを有する回転体１０と、ハウジング２０と、ハウジング２０と回転体１０との間の隙間１４、１５に密封した作動流体Ｌと、から構成される。回転軸１０ｓとフランジ部１０ｆとの付け根には、作動流体Ｌを溜めるための凹部１６が形成されると共に、フランジ部１Ｆの端面１０ａとハウジング２０の受面２０ａとの間の隙間１４は、径方向外側に向かうにつれて小さく（狭く）なるように形成してある。この場合、回転起動時、隙間の狭い外側方向ほど負圧吸着か大きいので、凹部１６からの作動流体が流れ込みやすくなり、作動流体不足によるトラブルも発生しにくくなる。尚、スラスト動圧溝１３の内側の位置Ｐ_iと、外側の位置Ｐ_oとの勾配の高さの差Ｘは、１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。
【００２２】
図７（Ａ）は、この発明の第５の実施の形態を示す図である。この実施の形態の動圧軸受も、ラジアル動圧溝１２を設けた回転軸１０ｓとスラスト動圧溝１３を設けたフランジ部１０ｆとを有する回転体１０と、ハウジング２０と、回転体１０と、ハウジング２０との間の隙間１４、１５に密封した作動流体Ｌと、から構成される。回転軸１０ｓとフランジ部１０ｆとの付け根には、作動流体Ｌを溜めるための凹部１６が形成されると共に、フランジ部１０ｆとの受面２０ａとの間の隙間１４は、半径方向外方に向かう程に隙間１４が小さく（狭く）形成してある。この実施の形態では、図７（Ｂ）に示すように、スラスト動圧溝１３の深さｈが、半径方向外方向へ行くほ深く（ｈi ＜ｈo ）してある。この場合、回転起動時、隙間の狭い外側方向ほど負圧吸着か大きくなるが、スラスト動圧溝１３の溝深さｈを深くすることによって、外側の作動流体を確保し、スラスト動圧溝１３の中心部へ作動流体を移動しやすくして動圧を生じやすく（浮揚力を生じやすく）してある。また、凹部１６を設けた径方向内側から径方向外側へ一層作動流体Ｌが流れ込みやすくなり、作動流体不足による損傷等のトラブルも発生しにくくなる。なお、スラスト動圧溝１３の外側の深さと内側の深さの差（ｈo −ｈi ）は、１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。
【００２３】
なお、上記各実施の形態において、スラスト動圧溝（１１、１３）は、回転体１或いはフランジ部１０Ｆの表面に設けた場合について説明したが、ハウジング２０或いはハウジング２０の端面や受面に設けても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上、詳述したように、この発明のスラスト動圧軸受によれば、製作コストをアップとならず、また、軸受部を大きくしたり、加工の難しい小孔を穿設することなく、回転始動時の負圧吸着をなくすることができる。更に、作動流体が不足する部分がなくなり、回転始動時の損傷等のトラブルを無くして動圧軸受としての長期信頼を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、この発明の第１の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視平面図である。
【図２】軸受隙間とポケットの合計容積比と、低速回転時（始動時）の浮上料（ｍμ）との関係を示す図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、この発明の第３の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の動圧部の一部拡大図である。
【図５】この発明の第３の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図であって、軸受隙間を、半径方向外側へ向かうにつれて狭くした場合の実施の形態を示す図である。
【図６】この発明の第４の実施の形態のスラスト動圧軸受の一部断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、この発明の第５の実施の形態を示す図であり、図７（Ｂ）は、図６（Ａ）の動圧部の一部拡大図である。
【図８】図８（Ａ）は、従来のスラスト動圧軸受の一例を示す一部断面図であって、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ矢視平面図である。
【図９】ラジアル動圧溝を回転軸表面に形成すると共に、フランジ部にスラスト動圧溝を形成した従来のスラスト動圧軸受の一例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１回転体
１Ｐポケット
２ハウジング
２Ｐポケット
３隙間
１１スラスト動圧溝
１０回転体
１０Ｓ回転軸
１０Ｆフランジ部
１３スラスト動圧溝
１４隙間
Ｌ作動流体

Claims

回転体と、該回転体と僅かの隙間をおいて密封状態に収納するハウジングと、前記回転体端面又はハウジングの該回転体端面の対向面のいずれかにスラスト動圧溝を形成し、これらの隙間に動圧発生用の作動流体を封入してなるスラスト動圧軸受において、
前記回転体の端面と、該端面と対向するハウジングの端面に、それぞれ作動流体を溜めるためのポケットを前記スラスト動圧溝の径方向内方に形成すると共に、前記スラスト動圧溝はＶ字状或いはヘリングボーン状のスラスト動圧溝であり且つスラスト動圧溝の径方向内側が前記ポケットに連通し、前記回転体の端面に形成されたポケットは前記スラスト動圧溝の軸方向深さより深いことを特徴とするスラスト動圧軸受。
前記回転体の端面と、前記端面と対向するハウジングの端面とに形成されたポケットの容積の合計が、前記回転体とハウジング端面との間の軸受隙間の容積の５０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト動圧軸受。
回転体とハウジングとの間の軸受隙間は、径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に減少させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラスト動圧軸受。
スラスト動圧溝の深さは、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に深くしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスラスト動圧軸受。
ラジアル動圧溝を設けた回転軸とスラスト動圧溝を設けたフランジ部とを有し且つこれら回転軸とフランジ部との付け根に凹部を形成し、前記回転軸とハウジングとの軸受隙間に作動流体を密封してなるスラスト動圧軸受において、
前記フランジ部とハウジングとの間のスラスト動圧溝の存在する部分を含む軸受隙間は、周方向に垂直な断面で凹部から連続して径方向外側に向かうにつれて径方向内方側で急激にかつ径方向外方側では徐々に小さくなるように形成してあることを特徴とするスラスト動圧軸受。
スラスト動圧溝深さは、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に深くしたことを特徴とする請求項５に記載のスラスト動圧軸受。
前記スラスト動圧溝は、スラスト動圧溝の中心部へ作動流体を移動して動圧を生じる動圧溝であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のスラスト動圧軸受。