JPH01141221A - 流体スラスト軸受 - 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 本発明は流体スラスト軸受に関するものである。

従来の技術 近年、流体圧を利用したスラスト軸受の一種として軸受
の対向面にスパイラル溝を形成した動圧型の流体スフス
ト軸受が提案され、高性能でかつ高圧流体源を必要とし
ないため民生機器用のスラスト軸受として注目されてい
る。

この動圧型流体スラスト軸受の構成を第８図により説明
すると、第８図（ａ）において、回転軸３１の端部にス
ラスト軸受用の軸受鍔３２を形成するとともに、軸受部
材３３に軸受鍔３２の端面に対向するスラスト受面３３
ａを形成し、前記軸受鍔３２の端面に、第８図（ｂ）に
示すようにスパイラル溝３５を形成し、これら軸受鍔３
２の端面とスラスト受面３３ｍとの間に空気やオイル等
の潤滑流体膜３４を介在させで構成されでいる。

この上うなり／を成において、回転軸３１を回転させる
と、スパイラル溝３５によるボンピング作用にて潤滑流
体３４が軸心に向かって圧送され、軸受鰐３２の端面と
スラスト受面３３ａの間の潤滑流体ＷＸ３４に、ｔｊＳ
Ｂ図（ｃ）に示すように、軸心位置を頂息とする三角形
状の圧力分布を生じ、その圧力の総和にて回転軸３１に
作用するスラスト荷重が支持されるのである。

一方、近年円周溝付！Ｉ静圧紬軸受提案されており、さ
らにスラスト軸受に適用したものも、例えば「日本機械
学会論文集、５１巻、４６８号」、昭和６０年８月、２
００９〜２０１５頁等に開示されている。

この静圧型流体スラスト軸受の一例を第９図により説明
すると、第９図（、）に示すように回転軸４１の端部に
軸受筒４２を設け、この軸受筒４２の両面に対向する軸
受部材４３のスラスト受面４３ａに、第９図（ｂ）に示
すように円周溝４４を形成し、この円周溝４４に、静圧
供給源４５から流体通路４６及び絞り通路４７を介して
高圧の潤滑流体４８を供給するように構成されている。

かくして、軸受筒４２とスラスト受面４３ａとの間の潤
滑流体膜４８の圧力分布が、第９図（ｃ）に示すように
、円周ｆＩｌ！４４で囲まれた領域を頂面とする台形状
の圧力分布を生じ、その圧力の総和にて回転軸４１に作
用するスラスト荷重が支持されるのである。

発明が解決しようとする問題点 ところが、第８図に示したような動圧型流体スラスト軸
受では、上述のように外部の駆動源なしで大きな負荷能
力をとれるが、軸受筒３２とスラスト受面３３ａとの間
の隙間δが小さくなる方に変化すると、ｔｊＳ８図（ｅ
）に破線で示すような圧力分布となり、実線と破線の間
の斜線で示した三角形の面積に対応する分だけ負荷能力
が変化するだけであり、隙間δの変化に対する負荷能力
の変化、即ち軸受の剛性が小さく、そのため回転軸３１
に作用するスラスト荷重が変化すると隙間δが大さく変
化してしまい、微小な軸方向の位置決めが困難であると
いう問題があった。

一方、円周溝付きの面圧型流体スラスト軸受では、軸受
筒４２とスラスト受面４３ａとの間の隙間δが小さくな
る方に変化すると、第９図（ｃ）に破線で示すように圧
力分布が変化して斜線部分の面積に対応して負荷能力が
大きく変化し、その結果大きな剛性の軸受を得ることが
できるが、外部に圧力供給源としての大掛かりなポンプ
等が必要となり、民生用のＶ　Ｔ　Ｒシリング、事務機
器としてのレーザプリンタ、ディスクドライバ等の機器
に用いる軸受に適用するのは困難であるという問題があ
った。

本発明は上記従来の問題点を解消し、外部に圧力供給源
を必要せずかつ剛性が高（、コンパクシな流体スラスト
軸受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、細心部りに相対回
転するとともにそれらの開に潤滑流体を介在させた一対
の対向面を設け、この対向面の少なくとも一方に相対回
転に伴って流体を細心に向がって圧送する溝を形成し、
前記対向面の少なくとも一方に円周溝を形成し、前記対
向面の細心位置の流体圧力を前記円周溝に導入する流体
通路を形成したことを特徴とする。

作用 本発明は上記構成を有するので、一対の対向面の相対回
転に伴って対向面に形成された溝のボンピング作用によ
って対向面間の潤滑流体が細心に向かって圧送され、軸
心位置を最大圧とする圧力分布を生じ、かつ細心位置の
圧力流体が流体通路を経て円周溝に供給されることによ
って静圧流体軸受としての圧力が重畳して作用し、これ
らの圧力が合成された、細心部の高圧部分がなだらかな
圧力分布を生じることになる。したがって、大きな負荷
能力を持つとともに、対向面間の隙間の変化による負荷
能力の変化の大きい、剛性の大きい流体スラスト軸受を
得ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照しなが
ら説明する。

第１図〜第４図図において、１は回転軸で、その下端に
軸受筒２が一体的に設けられている。３は軸受部材で、
前記回転軸１の外周及び軸受筒２の両面に対して適当な
隙間をあけて包囲しでおり、これら回転軸１及び軸受筒
２と軸受部材３の間にはエフ又はオイル等の潤滑流体膜
４が形成されている。

前記軸受筒２の下面には、１２図に示すように、細心位
置から径方向外方に放射状に延びる多数条の浅いスパイ
ラル溝５が形成され、さらに半径方向中間位置に円周溝
６が形成されている。前記入パイチル溝５は、具体例と
しては深さが数μ−〜数１０μ鴎、幅が数１０μｌ−数
１００μ−の断面形状矩形状に形成されている。又、前
記円周溝６は具体例としては数１００μ輪〜１ｍｍ程度
の幅で、数１０μ〜の程度の深さの断面形状矩形状に形
成されている。

前記軸受鍔２の下面の軸心位置には軸心方向の流体通路
７が形成されるとともに輸受鍔２の厚さ方向中間位置に
直径方向に互いに直角に前記軸心方向の流体通路７に連
通しかつ両端が閉鎖された径方向の流体通路８が形成さ
れ、さらに前記円周溝５の周方向４個所から前記径方向
の流体通路８に連通するように絞り通路９を構成する細
い通路が形成されている。

又、前記軸受鍔２の上面には、第３図に示すように、多
数のへリングボーン溝１０が形成されている。

さらに、回転軸１の外周の隙間と軸受鍔２の外周の隙間
とは連通路１１にて接続され、スパイラル溝５を形成さ
れた輸受鍔２の下面の外周と、ヘリングボーン溝１０を
形成された軸受鍔２の上面の内外周が同圧と成るように
構成されている。

以上の構成において、回転軸１を回転させると、スパイ
ラル溝５にてボンピング圧力が生じて、軸受鍔２の下面
の潤滑流体の圧力が外周から軸心位故に向かって高くな
る。また、前記ボンピング圧力による軸心部の高圧流体
の一部が、流体通路７．８及び絞り通路９を通って円周
溝６に供給されることによって静圧粕受が形成され、軸
受鍔２の下面の円周溝６にて囲まれた領域内に一様に所
定の圧力が付加される。

かくして、軸受鍔２の下面には、スパイラル溝５による
第４図（、）に示す圧力と、円周溝６を有する静圧粕受
による第４図（ｂ）に示す圧力とを合成した第４図（ｃ
）に示す圧力が作用し、この圧力を総和した上向きの支
持力Ｐ１にて軸受鍔２が押圧され、前記へリングボーン
溝１０により発生する下向きの力Ｐ２との差によって、
回転軸１に作用するスラスト荷重Ｗが支持される。

この状態で、回転軸１に作用するスラスト荷重Ｗが増大
して軸受鍔２の下面と軸受部材３のスラスト受面３ａと
の間の隙間δが小さくなると、スパイラル溝５による圧
力、面圧軸受による圧力及びこれらを合成した圧力は、
それぞれ１４図（ａ）、（ｂ）　、（ｅ）に破線で示す
ように変化し、その結果軸受鍔２の下面に作用する支持
力Ｐ１は、第４図（ｃ）に斜線で示した大きな面積に対
応して大きく変化し、さらにヘリングボーン溝１０によ
る下向きの力Ｐ２が隙間の変化によって逆に小さくなる
ため、スラスト荷重Ｗは急激に大きくなる。

従って、軸受鍔２の変位に対して負荷能力の変化の大き
い剛性の高いスラスト軸受が得られ、第５図に示すよう
に、従来の動圧型の流体スラスト軸受に比して、回転軸
１に作用するスラスト荷重Ｗが変化しても変位が小さく
て済み、軸方向の微小な位置決めが可能な流体スラスト
軸受を得ることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
ｆｊＳ６図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、円錐状軸
受面２２にスパイラル溝２３を形成したラジアル軸受と
スラスト軸受を兼用した動圧型流体軸受２１において、
円錐状軸受面２２の中間部に円周溝２４を形成してこれ
にスパイラル溝２３による高圧流体を供給するようにし
てもよい。さらに、第７図に示すように、球状の軸受面
２７にスパイラル溝２８を形成した球面軸受２６に円周
溝２９を形成することによって同様に適用することがで
きる。

尚、ボンピング圧力を生ずる浅い溝は、以上の実施例で
示したスパイラル溝５．２３．２８のような螺旋溝形状
でなくてもよく、要は対向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。

発明の効果 本発明の流体スラスト軸受によれば、以上のように一対
の対向面の相対回転に伴って、対向面に形成された溝の
ボンピング圧力によって対向面間の潤滑流体膜に細心位
置を最大圧と、する圧力分布を生じ、かつ細心位置の圧
力流体が流体通路を経て円周溝に供給されることによっ
て静圧流体軸受としての圧力が重畳しで作用するため、
大きな負荷能力が得られるとともに、動圧型流体スラス
ト軸受の場合に比して輸心部の圧力分布がなだらかな高
原状となり、その結果対向面間の隙間の変化に対する負
荷能力の変化が太き（、剛性の大きい流体スラスト輪受
を得ることができ、しかも動圧型流体スラスト軸受に円
周溝と流体通路を形成するだけで、外部に圧力源を必要
とせず、安価でかつコンパクトであり、容易に民生機器
に適用できる等、大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は流
体スラスト輪受の部分断面正面図、ＷＳ２図は第１図の
■−■矢視図、第３図は第１図の■−■矢視図、第４図
（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）は軸受鍔下面における圧力
分布の説明図、第５図はスラスト荷重と隙間の変化を示
す軸受の剛性特性図、第６図は本発明の第２実施例を示
し、同図（ａ）は輪受部材を断面して示した正面図、同
図（ｂ）は部分断面正面図、第７図は本発明の第３実施
例の輪受部材を断面して示した正面図、第８図及び第９
図はそれぞれ従来例を示し、同図（ａ）は輪受部材を断
面して示した正面図、同図（ｂ）は軸受鍔の下面図、同
図（６）は圧力分布図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・回松軸２・・
・・・・・・・・・・・・・・・・輪受鍔３・・・・・
・・・・・・・・・・・・・輪受部材４・・・・・・・
・・・・・・・・・・・潤滑流体膜５・・・・・・・・
・・・・・・・・・・スパイラル溝６・・・・・・・・
・・・・・・・・・・円周溝７．８・・・・・・・・・
・・・流体通路９・・・・・・・・・・・・・・・・・
・絞り通路。 代理Ａ４弁理士　中尾敏男　はか１名 ルカ 第５図 第６図 第７図 第８図　　　　： 窮９図 ルｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　軸心回りに相対回転するとともにそれらの間に潤滑流
   体を介在させた一対の対向面を設け、この対向面の少な
   くとも一方に相対回転に伴って流体を軸心に向かって圧
   送する溝を形成し、前記対向面の少なくとも一方に円周
   溝を形成し、前記対向面の軸心位置の流体圧力を前記円
   周溝に導入する流体通路を形成したことを特徴とする流
   体スラスト軸受。