JPH06117432A - 双方向動圧流体軸受 - Google Patents

双方向動圧流体軸受

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JPH06117432A
JPH06117432A JP4286742A JP28674292A JPH06117432A JP H06117432 A JPH06117432 A JP H06117432A JP 4286742 A JP4286742 A JP 4286742A JP 28674292 A JP28674292 A JP 28674292A JP H06117432 A JPH06117432 A JP H06117432A
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JP
Japan
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rotating ring
spiral groove
hydrodynamic bearing
sliding surface
dynamic pressure
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Application number
JP4286742A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Kitamura
直之 北村
Hiromichi Kikukawa
弘道 菊川
Masahide Nakano
政英 中野
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NIPPON JOHN KUREEN KK
Original Assignee
NIPPON JOHN KUREEN KK
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/045—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. spiral groove thrust bearings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンやコンプレッサ等又は慣性誘導
用超精密ジャイロ等の精密回転装置の回転軸を支持する
軸受として高周速条件下で使用することが可能であり、
回転軸の回転方向が順方向又は逆方向の何れの方向でも
非接触状態で回転支持することが可能な双方向動圧流体
軸受を提供することを目的とする。 【構成】 回転軸２に固定した回転リング３とハウジン
グ１に固定した非回転リング４との対接する両摺動面
５，６に、その外周縁又は内周縁を基端として延び、そ
の終端を閉止した互いに略鏡像関係にある螺旋溝１０，
１１をそれぞれ設け、前記回転軸の順方向回転に伴い一
方の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させ、逆方向回転に伴
い他方の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、動圧流体軸受の改良に
係わり、更に詳しくはガスタービンやコンプレッサ等又
は慣性誘導用超精密ジャイロ等の精密回転装置の回転軸
を支持する軸受として高周速条件下で使用することが可
能な双方向動圧流体軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、慣性誘導用超精密ジャイロ等の精
密回転装置における回転軸を支持する軸受として、動圧
気体軸受が用いられている。この動圧気体軸受は、回転
軸に固定した回転リングとハウジングに固定した非回転
リングとの対面する各摺動面の何れか一方の摺動面に、
相対的回転方向に対して前進角を有する同一長さの多数
の螺旋溝を円周方向に一定間隔で設け、この螺旋溝によ
って気体を摺動面間に圧送し、両摺動面間に微小ギャッ
プを形成して回転支持するものであり、両摺動面は非接
触状態になるので、高速回転、即ち高周速条件において
も摺動面の摩耗、摩擦抵抗が少なく、焼き付き等が発生
しないのである。
【０００３】しかし、従来の動圧気体軸受は、非回転リ
ングに対する回転リングの特定順方向の回転時にのみ前
述の非接触状態を作り出すのであって、それと逆方向の
回転時には逆に摺動面間から流体が排出されて圧力が下
がり、真空状態となって両摺動面が固く接触するのであ
る。
【０００４】回転軸が順方向のみに回転する回転装置で
は、前述の問題は起こらないが、コンプレーサー等にお
いてはその実際の運転の際に、通常は設定された順方向
に回転リングが回転しているが、回転初期又は停止直前
において逆回転することがしばしば生じる。その場合に
は、両摺動面間が強く接触するので、摺動面の磨耗が多
くなるとともに、摩擦熱が発生してその面の特性を損な
いかねない。
【０００５】一方、順方向にのみ回転する場合であって
も、ハウジングを貫通させた回転軸の両端部を支持する
には、回転軸の軸方向における回転リングと非回転リン
グの配置は逆になるため、前記摺動面に形成する螺旋溝
も逆方向に前進角を有するように形成しなければならな
い。これは、二種類の対称な動圧気体軸受が必要である
ことを意味し、コストの上昇につながるものである。
【０００６】尚、摺動面に形成した螺旋溝が本来の動圧
発生機能を発揮するのは、一定以上の高速回転条件下で
あり、低速の場合には、十分な動圧が発生しないので両
摺動面は接触したままである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明が前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、非回転リングに対す
る回転リングの回転方向が、順方向又は逆方向の何れの
方向になった場合でも、摺動面に形成された螺旋溝によ
って摺動面間に動圧を発生し、両摺動面が非接触状態で
回転支持することが可能な双方向動圧流体軸受を提供す
るとともに、併せて低速回転条件下でも回転摩擦抵抗が
少ない双方向動圧流体軸受を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、第一発明として、回転軸に固定した回転リ
ングとハウジングに固定した非回転リングとの対接する
両摺動面に、その外周縁又は内周縁を基端として延び、
その終端を閉止した互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそ
れぞれ設け、前記回転軸の順方向回転に伴い一方の摺動
面の螺旋溝で動圧を発生させ、逆方向回転に伴い他方の
摺動面の螺旋溝で動圧を発生させてなる双方向動圧流体
軸受を構成した。
【０００９】また、前記螺旋溝のダム巾比を約０．２〜
０．８に設定した。そして、通常は予め設定された順方
向にのみ回転する回転軸とハウジング間を密封するに
は、前記回転軸の順方向回転による相対的回転方向に対
して前進角を有する螺旋溝の本数を他方より多く設定す
るか又はその幅を他方より広く設定するか又はその深さ
を他方より深く設定した。また、順方向又は逆方向の何
れの方向にも回転する回転軸とハウジング間を密封する
には、前記両摺動面に形成する螺旋溝を、完全な鏡像関
係となした。
【００１０】また、第二発明として、回転軸に固定した
回転リングとハウジングに固定した非回転リングとの対
接する両摺動面に、その外周縁又は内周縁を基端として
延び、その終端を閉止した互いに略鏡像関係にある螺旋
溝をそれぞれ設け、前記回転軸の順方向回転に伴い一方
の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させ、逆方向回転に伴い
他方の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させてなる双方向動
圧流体軸受であって、前記非回転リングの外周端面に形
成した二条のＯリング溝間に開設した複数の導入口と摺
動面に開設した複数の噴出口を非回転リング内に形成し
た導通路にて連通し、前記Ｏリング溝にＯリングを嵌着
してハウジングの内壁に密封固定した際に、非回転リン
グの外周端面の外側に前記各導入口に連通する環状密封
空間を形成すべく両Ｏリング間に対応する前記内壁に環
状溝を形成し、更に該環状溝に高圧流体を供給する流体
供給路をハウジング内に連通形成してなる双方向動圧流
体軸受を構成した。
【００１１】そして、前記噴出口を摺動面であって螺旋
溝を形成していない平坦面に開設することが好ましく、
また前記噴出口を摺動面であって各螺旋溝と交叉し且つ
螺旋溝の深さより深く形成した環状流路に開設してなる
ことも可能である。
【００１２】また、第三発明として、回転軸に固定した
回転リングを間に挟んでハウジングの内壁に第一非回転
リングと第二非回転リングを密封状態で取付け、前記回
転リングと各非回転リングとのそれぞれ対接する両摺動
面に、その外周縁を基端として延び、その終端を閉止し
た互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそれぞれ設け、前記
回転軸の順方向回転に伴い回転リングの両面に形成した
摺動面又は各非回転リングの一面に形成した摺動面の一
方の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させ、逆方向回転に伴
い他方の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させてなる双方向
動圧流体軸受であって、前記回転リングの外周端面と各
非回転リング及び前記内壁とで囲まれる空間に高圧流体
を供給する流体供給路をハウジング内に連通形成してな
る双方向動圧流体軸受を構成した。
【００１３】そして、前記ハウジングの内方に位置する
第一非回転リングを内壁に設けた段部に当止するととも
に、外方に位置する第二非回転リングを内方へ押圧すべ
く板ばねからなる押圧金具を第二非回転リングの外方周
縁に介在させて環状固定具にてハウジングに取付けてな
ることが好ましい。
【００１４】
【作用】以上の如き内容からなる本発明の双方向動圧流
体軸受は、回転軸の摺動面と非回転リングの摺動面に、
その外周縁若しくは内周縁を基端として延び、その終端
を閉止した互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそれぞれ設
けたことにより、順方向回転に伴い一方の摺動面に形成
した螺旋溝による流体輸送作用によって流体を摺動面間
に圧送し、また逆方向回転に伴い他方の摺動面に形成し
た螺旋溝による流体輸送作用によって同様に流体を摺動
面間に圧送し、回転軸が順方向又は逆方向に回転した場
合でも、両摺動面を非接触状態で回転支持するものであ
る。
【００１５】また、前記回転軸の順方向回転による相対
的回転方向に対して前進角を有する螺旋溝の本数を他方
より多く設定するか又はその幅を他方より広く設定する
か又はその深さを他方より深く設定することにより、回
転軸が順方向に回転している場合の動圧発生性能を高
め、回転軸が停止する際に逆方向の回転が生じた場合に
は、両摺動面が固く接触しない程度に非接触状態を維持
するのである。
【００１６】そして、両摺動面に形成する螺旋溝を、完
全な鏡像関係となした場合には、回転軸の回転方向が順
方向であっても、逆方向であっても略同様な動圧発生性
能を有するのである。
【００１７】また、前述の双方向動圧流体軸受におい
て、前記非回転リングの外周端面に形成した二条のＯリ
ング溝間に開設した複数の導入口と摺動面に開設した複
数の噴出口を非回転リング内に形成した導通路にて連通
し、前記Ｏリング溝にＯリングを嵌着してハウジングの
内壁に密封固定した際に、非回転リングの外周端面の外
側に前記各導入口に連通する環状密封空間を形成すべく
両Ｏリング間に対応する前記内壁に環状溝を形成し、更
に該環状溝に高圧流体を供給する流体供給路をハウジン
グ内に連通形成してなることで、両摺動面間に流体を強
制的に流入させて、螺旋溝による動圧発生性能が低い低
速回転時にも両摺動面間の非接触状態を維持し、あるい
は接触摩擦抵抗を十分に減少させることが可能である。
【００１８】この場合、前記噴出口を摺動面であって螺
旋溝を形成していない平坦面に開設すると、噴出口から
噴出する高圧流体によって効率よく両摺動面間に流体膜
を形成でき、また前記噴出口を摺動面であって各螺旋溝
と交叉し且つ螺旋溝の深さより深く形成した環状流路に
開設すると、環状流路から螺旋溝を通して摺動面間に一
様に高圧流体を流入させることができる。
【００１９】また、回転軸に固定した回転リングを間に
挟んでハウジングの内壁に第一非回転リングと第二非回
転リングを密封状態で取付け、前記回転リングと各非回
転リングとのそれぞれ対接する両摺動面に、その外周縁
を基端として延び、その終端を閉止した互いに略鏡像関
係にある螺旋溝をそれぞれ設け、前記回転リングの外周
端面と各非回転リング及び前記内壁とで囲まれる空間に
高圧流体を供給する流体供給路をハウジング内に連通形
成してなることで、螺旋溝の外周端側から二対の両摺動
面間に流体を強制的に流入させ、前記同様に低速回転時
にも適用できるようになしている。
【００２０】この場合、前記ハウジングの内方に位置す
る第一非回転リングを内壁に設けた段部に当止するとと
もに、外方に位置する第二非回転リングを内方へ押圧す
べく板ばねからなる押圧金具を第二非回転リングの外方
周縁に介在させて環状固定具にてハウジングに取付けて
なることで、二対の両摺動面間の間隔の調整を自動的に
行えるのである。
【００２１】
【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図１は第一発明に係る双方向動
圧流体軸受Ｈの全体構造を示し、ハウジング１と、該ハ
ウジング１の開放端を貫通する回転軸２との間に設けて
いる。尚、本発明における「流体」としては、通常は空
気が利用されるが、他の種類の気体若しくは液体も利用
し得る。
【００２２】第一発明の双方向動圧流体軸受Ｈは、前記
回転軸２に固定した回転リング３と、前記ハウジング１
に固定した非回転リング４を備え、該回転リング３と非
回転リング４の互いの摺動面５，６を対接させている。
ここで、前記非回転リング４は、回転リング３の中心孔
７より内径の大きな中心孔８を有するとともに、回転リ
ング３と対面する外周縁には同心円状の段部９を形成し
ている。そして、この段部９の内縁と回転リング３の外
縁が略一致するように寸法設定し、回転リング３と非回
転リング４の重合する共通面を前述の摺動面５，６とな
している。
【００２３】そして、図２に示す如く前記回転リング３
の摺動面５には、その外周縁から内方へ延び、特定の回
転方向（順方向）に対して前進角を有する螺線溝１０を
円周方向に一定間隔毎に多数設けている。一方、図３に
示す如く前記非回転リング４の摺動面６には、その外周
縁から内方へ延び、前記順方向の回転に対する相対的回
転方向に対して後退角を有する螺線溝１１を円周方向に
一定間隔毎に多数設けている。即ち、前記螺線溝１０と
螺線溝１１は、その両摺動面５，６を対接した場合に互
いに略鏡像関係になるように形成されている。ここで、
前記螺線溝１０及１１の内方終端は閉止し、即ち摺動面
５及び６の平坦面１２及び１３と面一となしている。
尚、前記螺線溝１０と１１の相対的回転方向に対する前
進角、後進角の関係は逆にしてもよい。
【００２４】前記回転リング３の回転軸２への固定は、
回転軸２に形成した環状段部１４にその中心孔７を嵌合
当止し、軸方向の外側から同軸外挿した固定スリーブ１
５を介して締着具１６を回転軸２に形成したネジ部１７
に螺合することで締付けて行っている。尚、前記固定ス
リーブ１５と締着具１６は、前記非回転リング４の中心
孔８の半径方向内方に位置している。しかし、回転リン
グ３の固定手段は、本実施例に限定されるものではな
い。
【００２５】前記非回転リング４のハウジング１への固
定は、ハウジング１の円筒状の内壁１８に非回転リング
４の外周端面２０を嵌合するとともに、該内壁１８に形
成した環状段部１９に非回転リング４の段部９を当止し
た状態で、ハウジング１の端面２１に環状固定具２２を
ボルト２３にて締着することで、該環状固定具２２の内
周部に突設した環状フランジ部２４で非回転リング４の
外方周縁２５を押圧して行っている。しかし、非回転リ
ング４の固定手段は、本実施例に限定されるものではな
い。
【００２６】図２及び図３は本発明の回転リング３及び
非回転リング４の摺動面５及び６に形成した螺線溝１０
及び１１のパターンの一例をそれぞれ示し、図示したも
のは両螺線溝１０，１１を完全な鏡像関係に形成したも
のである。次に、ダム巾比を次式により定義する。
【数１】ダム巾比＝（ＧＤ−ＩＤ）／（ＯＤ−ＩＤ）
【数２】ダム巾比＝（ＯＤ−ＧＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） ここで、ＯＤは摺動面５，６の共通部分の外径、ＩＤは
内径、ＧＤは螺線溝の溝領域と平坦領域との境界で形成
される輪郭円の直径である。数１は螺線溝を摺動面の外
周側を基端として形成した場合に適用する式であり、数
２内周側を基端として形成した場合に適用する式であ
り、本発明においては螺線溝１０，１１のダム巾比を約
０．２〜０．８に設定している。このダム巾比の最適値
は、他のパラメータ、例えば介在流体の種類、回転数等
によって変化するが、より好ましい値としてはダム巾比
は約０．３〜０．６である。尚、回転リング３と非回転
リング４とでそのダム巾比を変えることも可能である。
【００２７】ここで、本発明における螺線溝は、約２〜
１５μｍの深さを有し、その巾及び前進角の角度は介在
流体の種類及び回転数等によって決定される。尚、本実
施例では回転リング３の摺動面５には前進角を有する螺
線溝１０を形成し、非回転リング４の摺動面６には後退
角を有する螺線溝１１を形成したが、逆の関係に形成す
ることも可能である。
【００２８】また、螺線溝のパターンは、図２及び図３
に示したものに限定されず、各種のパターンを採用し得
る。図示しないが、前記回転軸２の通常の回転方向であ
る順方向回転に対し、相対的回転方向に対して前進角を
有する螺旋溝１０又は１１の本数を他方より多く設定す
るか又はその幅を他方より広く設定するか又はその深さ
を他方より深く設定して、摺動面５，６間に流体を圧送
する流量より、相対的回転方向に対して後退角を有する
螺線溝１１又は１０によって逆に排出される流量を少な
く設定し、摺動面５，６間の圧力を軸受まわりの圧力
（通常は大気圧）よりも十分高くなるように設定してい
る。尚、螺線溝１０と１１を完全な鏡像関係に形成した
場合でも、本実施例の如く、螺線溝の平面形状において
その開放端の溝巾より内方の終端の溝巾を狭くすること
により、相対的回転方向に対して前進角を有する螺線溝
によって摺動面５，６間に圧送する流量より後退角を有
する螺線溝によって排出する流量が少なくなることが実
験的に確かめられている。
【００２９】そして、当該螺線溝を摺動面の表面に形成
する方法は、炭化タングステン、炭化珪素、窒化珪素、
アルミナセラミックや超硬合金等の材料で所定形状に回
転リング３及び非回転リング４を成形した後、摺動面と
なる面に螺線溝を化学的、物理的若しくは電気化学的な
手法を用いて形成する。例えば、化学的な手法としてエ
ッチング、物理的な手法として粉末を吹きつけるショッ
トブラスト及び電気化学的な手法として各種めっき処理
によって形成することができる。
【００３０】次に、図４及び図５に基づき第二発明につ
いて説明する。本発明は、前述の第一発明の構成に加え
て、両摺動面５，６間に強制的に流体を供給して、低速
回転時においても十分な低摩擦性を有するようになした
ものである。従って、前述の構成と同一構成には同一符
号を付してその説明は省略する。
【００３１】本発明に係る非回転リング４は、その外周
端面２０に形成した二条のＯリング溝２６，２６間に開
設した複数の導入口２７，…と摺動面６に開設した複数
の噴出口２８，…を非回転リング内に形成した導通路２
９，…にて連通し、前記Ｏリング溝２６にＯリング３０
を嵌着してハウジング１の内壁１８に密封固定できるよ
うになしたものである。そして、前記非回転リング４の
外周端面２０の外側に前記各導入口２７，…に連通する
環状密封空間を形成すべく両Ｏリング３０，３０間に対
応する前記ハウジング１の内壁１８に環状溝３１を形成
し、更に該環状溝３１に高圧流体を供給する流体供給路
３２をハウジング１内に連通形成している。
【００３２】ここで、前記噴出口２８，…は、図５に示
す如く非回転リング４の摺動面６であって螺線溝１１を
形成していない平坦面１３に開設することが最も好まし
い。その理由は、前記流体供給路３２から環状溝３１に
供給された高圧流体は、各導入口２７から導通路２９を
通して各噴出口２８より噴出されるが、前記回転リング
３の摺動面５との間隔が狭い程、その流体の圧力作用が
大きくなるためである。また、前記噴出口２８，…は、
図６に示す如く非回転リング４の摺動面６であって各螺
線溝１１，…と交叉し且つ螺線溝１１の溝の深さより深
く形成した環状流路３３の底面部に開設してもよい。こ
の場合、前記噴出口２８から噴出された高圧流体は、環
状流路３３を通って摺動面６の前面に一様に供給され
る。
【００３３】次に、図７に基づき第三発明について説明
するが、本発明も前述の第一発明の構成に加えて、両摺
動面５，６間に強制的に流体を供給して、低速回転時に
おいても十分な低摩擦性を有するようになしたものであ
る。従って、前述の構成と同一構成には同一符号を付し
てその説明は省略する。
【００３４】本発明は、回転軸２に固定した回転リング
３を間に挟んでハウジング１の内壁１８に、第一非回転
リング４ａと、該第一非回転リング４ａと完全に鏡像関
係にある第二非回転リング４ｂとを密封状態で取付けた
基本構造を有するものである。ここで、第一非回転リン
グ４ａに対応する構成には符号の後にａを付し、第二非
回転リング４ｂに対応する構成には符号の後にｂを付し
て区別する。
【００３５】更に詳しくは、前記回転リング３と各非回
転リング４ａ，４ｂとのそれぞれ対接する二対の両摺動
面５ａ，６ａと５ｂ，６ｂに、その外周縁を基端として
内方へ延び、その終端を閉止した互いに略鏡像関係にあ
る螺旋溝１０ａ，１１ａと１０ｂ，１１ｂをそれぞれ設
け、前記回転軸２の順方向回転に伴い回転リング３の両
面に形成した摺動面５ａ，５ｂ又は各非回転リング４
ａ，４ｂの一面に形成した摺動面６ａ，６ｂの一方の摺
動面の螺旋溝で動圧を発生させ、逆方向回転に伴い他方
の摺動面の螺旋溝で動圧を発生させてなるものである。
本実施例では、回転リング３の両面に、その順方向回転
に対して前進角を有する螺線溝１０ａ，１０ｂを形成
し、その回転方向とは逆の相対的回転方向を持つ第一非
回転リング４ａと第二非回転リング４ｂには相対的回転
方向に対して後進角を有する螺線溝１１ａ，１１ｂを形
成している。
【００３６】また、前記回転リング３の外周端面３３と
各非回転リング４ａ，４ｂの段部９ａ，９ｂ及び前記内
壁１８とで囲まれる環状の空間３４に高圧流体を供給す
る流体供給路３５をハウジング内に連通形成している。
即ち、前記流体供給路３５から供給された高圧流体は、
前記空間３４内に充満した後、摺動面５ａ，６ａ間及び
摺動面５ｂ，６ｂ間に圧送される。ここで、各非回転リ
ング４ａ，４ｂをハウジング１に密封状態で取付けるに
は、各非回転リング４ａ，４ｂの外周端面２０ａ，２０
ｂにそれぞれＯリング溝３６ａ，３６ｂを形成し、該Ｏ
リング溝３６ａ，３６ｂにＯリング３７ａ，３７ｂを嵌
合した状態で、内壁１８に密封嵌合するとともに、ハウ
ジング１の内方に位置する第一非回転リング４ａの外方
周縁２５ａを環状段部１９に当止し且つ外方に位置する
第二非回転リング４ｂの外方周縁２５ｂを板ばねからな
る押圧金具３８を介在させて、環状固定具２２の環状フ
ランジ部２４にて締付けることで行っている。
【００３７】最後に、本発明の共通の基本的構成である
第一発明について、前記回転軸２の特定の順方向の回転
方向に対して回転リング３の摺動面５に前進角を有する
螺線溝１０を形成し、非回転リング４の摺動面６には後
退角を有する螺線溝１１を形成するとともに、両螺線溝
１０，１１を完全な鏡像関係に形成した場合について、
その具体的な動作を以下に述べる。
【００３８】先ず、前記回転軸２が図８に示す如く、順
方向に高速回転すると、その摺動面５に形成された螺線
溝１０により流体を摺動面５，６間に圧送し、それによ
り該摺動面の半径方向の内部（螺線溝１０の終端近傍）
において摺動面外部より高い動圧ＰO1が発生し、一方、
非回転リング４の摺動面６に形成された螺線溝１１は該
非回転リング４の相対的回転方向に対して後退角を有す
るので、該螺線溝１１により摺動面５，６間に存在する
流体を半径方向外周側へ排出し、摺動面５，６間の圧力
を減少させ、その結果、前記動圧ＰO1は図示したように
ＰO に変更されるが、この動圧ＰO のピーク値は十分高
いので、両摺動面５，６間を非接触状態に維持できる。
【００３９】次に、前記回転軸２が図９に示す如く、逆
方向に高速回転すると、その非回転リング４の摺動面６
に形成された螺線溝１１は該非回転リング４の相対的回
転方向に対して前進角を有するので、該螺線溝１１によ
り流体を摺動面５，６間に圧送し、それにより該摺動面
の半径方向の内部（螺線溝１１の終端近傍）において摺
動面外部より高い動圧ＰI1が発生し、一方、回転リング
３の摺動面５に形成された螺線溝１０は該回転リング３
の回転方向に対して後退角を有するので、該螺線溝１０
により摺動面５，６間に存在する流体を半径方向外周側
へ排出し、摺動面５，６間の圧力を減少させ、その結
果、前記動圧ＰI1は図示したようにＰI に変更される
が、この動圧ＰI のピーク値は十分高いので、両摺動面
５，６間を非接触状態に維持できる。
【００４０】以上述べた動作は、回転軸２の順方向回転
又は逆方向回転において、十分な速さの回転速度に達し
た運転時の場合であるが、回転数が低い始動初期又は停
止直前の動圧が低い場合には、第二発明又は第三発明の
如く、両摺動面５，６間に流体を強制的に供給すること
で、摩擦抵抗の増加の問題は解決できる。また、本発明
の双方向動圧流体軸受Ｈを順方向にのみ回転する装置に
組み込んで使用した場合、始動初期又は停止直前におい
て異常な逆回転が生じた場合でも、互いの摺動面５，６
間に流体が圧送されるので、いかなる場合でも両摺動面
５，６が固く固着することがなく、摺動面５，６の磨耗
や摩擦熱による変質等が生じることがないのである。
【００４１】また、本発明の双方向動圧流体軸受Ｈを装
着する回転装置が、原理上の運転に際してその回転軸２
の回転方向が順方向の回転のみであるものである場合、
その動圧性能を高めるためには、相対的回転方向に対し
て前進角を有する螺線溝による動圧が可能な限り高いこ
とが望ましい。その場合には、通常の回転方向に対して
前進角を有する螺線溝１０又は１１の本数を他方より多
く設定するか又はその幅を他方より広く設定するか又は
その深さを他方より深く設定すれば、順方向回転時に優
れた密封性を持たせることが可能である。
【００４２】一方、回転軸２をハウジング１に対して貫
通状態で配し、その両端部に本発明の双方向動圧流体軸
受Ｈ，Ｈを対向させて装着する場合のように、特定の回
転方向における軸受性能と、それとは逆方向の回転に対
する軸受性能を略一致させたい場合がある。それには、
前記螺線溝１０及び１１を互いに完全な鏡像関係になる
ように形成することも考えられるが、その螺線溝の形状
によっては完全な鏡像関係に形成しても、順、逆方向の
回転に対して同一の動圧性能が得られないことがあるこ
とは、前述の通りである。その場合には、螺線溝の平面
形状を調節するか若しくは前述の如く溝の本数、溝巾、
溝深さ、溝長さ等を調節して完全な鏡像関係から若干変
化を持たせれば、原理的に可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上にしてなる第一発明の双方向動圧流
体軸受によれば、回転軸に固定した回転リングとハウジ
ングに固定した非回転リングとの対接する両摺動面に、
その外周縁又は内周縁を基端として延び、その終端を閉
止した互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそれぞれ設けて
なるので、回転軸の順方向回転に伴い一方の摺動面に形
成した相対的回転方向に対して前進角を有する螺旋溝に
よる流体輸送作用によって流体を摺動面間に圧送して、
その摺動面間の圧力を十分に高くして両摺動面間の摩擦
抵抗を減少させることができるとともに、また回転軸の
逆方向回転に伴い他方の摺動面に形成した相対的回転方
向に対して前進角を有する螺旋溝による流体輸送作用に
よって同様に流体を摺動面間に圧送して動圧を発生さ
せ、それにより回転軸が順方向又は逆方向に回転した場
合でも、両摺動面を非接触状態に維持して回転軸を支持
することができる。従って、回転軸の回転初期又は停止
直前において逆回転が生じても、従来の動圧気体軸受の
ように、両摺動面間が強く接触することによって該摺動
面の磨耗が増加し、摩擦熱が発生してその面の特性を損
なうといった問題が全く生じないのである。また、ハウ
ジングを貫通させた回転軸の両端部を支持するには、回
転軸の軸方向における回転リングと非回転リングの配置
は逆になるため、従来は互いに逆方向の回転を順方向に
設定した動圧気体軸受を用いていたが、本発明によれば
同一の双方向動圧流体軸受を回転軸の両端部に対向装着
しても、一方の螺線溝が相対的回転方向に対して前進角
を有するので、両方とも良好な軸受性能を有するのであ
り、コストの低減化を図ることかできる。
【００４４】更に、前記回転軸の順方向回転による相対
的回転方向に対して前進角を有する螺旋溝の本数を他方
より多く設定するか又はその幅を他方より広く設定する
か又はその深さを他方より深く設定することにより、通
常の運転時に回転軸が順方向にのみ回転する場合におい
て、その軸受性能を高めることができ、回転軸に逆方向
の回転が生じた場合にも、両摺動面が固く接触しない程
度に非接触状態を維持させることができるのである。そ
して、両摺動面に形成する螺旋溝を、完全な鏡像関係と
なした場合には、回転軸の回転方向が順方向であって
も、逆方向であっても略同様な非接触状態の軸受性能を
有するように設定可能であり、また螺線溝の加工が容易
になり、コストの低減化を図ることができる。
【００４５】そして、第二発明の双方向動圧流体軸受に
よれば、第二発明の構成に加え、前記非回転リングの外
周端面に形成した二条のＯリング溝間に開設した複数の
導入口と摺動面に開設した複数の噴出口を非回転リング
内に形成した導通路にて連通し、前記Ｏリング溝にＯリ
ングを嵌着してハウジングの内壁に密封固定した際に、
非回転リングの外周端面の外側に前記各導入口に連通す
る環状密封空間を形成すべく両Ｏリング間に対応する前
記内壁に環状溝を形成し、更に該環状溝に高圧流体を供
給する流体供給路をハウジング内に連通形成してなるの
で、両摺動面間に流体を強制的に流入させて、螺旋溝に
よる動圧発生性能が低い低速回転時にも両摺動面間の非
接触状態を維持し、あるいは接触摩擦抵抗を十分に減少
させることが可能で、高速回転、低速回転を問わず優れ
た軸受性能を有するのである。
【００４６】この場合、前記噴出口を摺動面であって螺
旋溝を形成していない平坦面に開設すると、噴出口から
噴出する高圧流体によって効率よく両摺動面間に流体膜
を形成でき、また前記噴出口を摺動面であって各螺旋溝
と交叉し且つ螺旋溝の深さより深く形成した環状流路に
開設すると、環状流路から螺旋溝を通して摺動面間に一
様に高圧流体を流入させることができる。
【００４７】また、第三発明の双方向動圧流体軸受によ
れば、回転軸に固定した回転リングを間に挟んでハウジ
ングの内壁に第一非回転リングと第二非回転リングを密
封状態で取付け、前記回転リングと各非回転リングとの
それぞれ対接する両摺動面に、その外周縁を基端として
延び、その終端を閉止した互いに略鏡像関係にある螺旋
溝をそれぞれ設け、前記回転リングの外周端面と各非回
転リング及び前記内壁とで囲まれる空間に高圧流体を供
給する流体供給路をハウジング内に連通形成してなるの
で、螺旋溝の外周端側から二対の両摺動面間に流体を強
制的に流入させ、前記同様に低速回転時にも適用できる
のである。
【００４８】この場合、前記ハウジングの内方に位置す
る第一非回転リングを内壁に設けた段部に当止するとと
もに、外方に位置する第二非回転リングを内方へ押圧す
べく板ばねからなる押圧金具を第二非回転リングの外方
周縁に介在させて環状固定具にてハウジングに取付けて
なることで、二対の両摺動面間の間隔の調整を自動的に
行えるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一発明の双方向動圧流体軸受の装着状態を示
す要部断面図
【図２】第一発明に用いた回転リングの摺動面に形成し
た螺線溝のパターンの一例を示す平面図
【図３】同じく非回転リングの摺動面に形成した螺線溝
のパターンの一例を示す平面図
【図４】第二発明の双方向動圧流体軸受の装着状態を示
す要部断面図
【図５】第二発明に用いた非回転リングの平面図
【図６】同じく他の構造の非回転リングの平面図
【図７】第三発明の双方向動圧流体軸受の装着状態を示
す要部断面図
【図８】順方向回転時の摺動面間の圧力分布図
【図９】逆方向回転時の摺動面間の圧力分布図
【符号の説明】
Ｈ 双方向動圧流体軸受 １ ハウジング ２ 回転軸 ３ 回転リング ４ 非回転リング ４ａ 第一非回転リング ４ｂ 第二非回転リ
ング ５ 摺動面 ６ 摺動面 ７ 中心孔 ８ 中心孔 ９ 段部 １０ 螺線溝 １１ 螺線溝 １２ 平坦面 １３ 平坦面 １４ 環状段部 １５ 固定スリーブ １６ 締着具 １７ ネジ部 １８ 内壁 １９ 環状段部 ２０ 外周端面 ２１ 端面 ２２ 環状固定具 ２３ ボルト ２４ 環状フランジ
部 ２５ 外方周縁 ２６ Ｏリング溝 ２７ 導入口 ２８ 噴出口 ２９ 導通路 ３０ Ｏリング ３１ 環状溝 ３２ 流体供給路 ３３ 環状流路 ３４ 空間 ３５ 流体供給路 ３６ Ｏリング溝 ３７ Ｏリング ３８ 押圧金具 ＰO1 順方向回転における前進角を有する螺線溝による
動圧 ＰO 順方向回転における全動圧 ＰI1 逆方向回転における前進角を有する螺線溝による
動圧 ＰI 逆方向回転における全動圧

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸に固定した回転リングとハウジン
    グに固定した非回転リングとの対接する両摺動面に、そ
    の外周縁又は内周縁を基端として延び、その終端を閉止
    した互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそれぞれ設け、前
    記回転軸の順方向回転に伴い一方の摺動面の螺旋溝で動
    圧を発生させ、逆方向回転に伴い他方の摺動面の螺旋溝
    で動圧を発生させてなることを特徴とする双方向動圧流
    体軸受。
  2. 【請求項２】 前記螺旋溝のダム巾比を約０．２〜０．
    ８に設定してなる請求項１記載の双方向動圧流体軸受。
  3. 【請求項３】 前記回転軸の順方向回転による相対的回
    転方向に対して前進角を有する螺旋溝の本数を他方より
    多く設定してなる請求項１又は２記載の双方向動圧流体
    軸受。
  4. 【請求項４】 前記回転軸の順方向回転による相対的回
    転方向に対して前進角を有する螺旋溝の幅を他方より広
    く設定してなる請求項１又は２記載の双方向動圧流体軸
    受。
  5. 【請求項５】 前記回転軸の順方向回転による相対的回
    転方向に対して前進角を有する螺旋溝の深さを他方より
    深く設定してなる請求項１又は２記載の双方向動圧流体
    軸受。
  6. 【請求項６】 前記両摺動面に形成する螺旋溝を、完全
    な鏡像関係となした請求項１又は２記載の双方向動圧流
    体軸受。
  7. 【請求項７】 回転軸に固定した回転リングとハウジン
    グに固定した非回転リングとの対接する両摺動面に、そ
    の外周縁又は内周縁を基端として延び、その終端を閉止
    した互いに略鏡像関係にある螺旋溝をそれぞれ設け、前
    記回転軸の順方向回転に伴い一方の摺動面の螺旋溝で動
    圧を発生させ、逆方向回転に伴い他方の摺動面の螺旋溝
    で動圧を発生させてなる双方向動圧流体軸受であって、
    前記非回転リングの外周端面に形成した二条のＯリング
    溝間に開設した複数の導入口と摺動面に開設した複数の
    噴出口を非回転リング内に形成した導通路にて連通し、
    前記Ｏリング溝にＯリングを嵌着してハウジングの内壁
    に密封固定した際に、非回転リングの外周端面の外側に
    前記各導入口に連通する環状密封空間を形成すべく両Ｏ
    リング間に対応する前記内壁に環状溝を形成し、更に該
    環状溝に高圧流体を供給する流体供給路をハウジング内
    に連通形成してなることを特徴とする双方向動圧流体軸
    受。
  8. 【請求項８】 前記噴出口を摺動面であって螺旋溝を形
    成していない平坦面に開設してなる請求項７記載の双方
    向動圧流体軸受。
  9. 【請求項９】 前記噴出口を摺動面であって各螺旋溝と
    交叉し且つ螺旋溝の深さより深く形成した環状流路に開
    設してなる請求項７記載の双方向動圧流体軸受。
  10. 【請求項10】 回転軸に固定した回転リングを間に挟ん
    でハウジングの内壁に第一非回転リングと第二非回転リ
    ングを密封状態で取付け、前記回転リングと各非回転リ
    ングとのそれぞれ対接する両摺動面に、その外周縁を基
    端として延び、その終端を閉止した互いに略鏡像関係に
    ある螺旋溝をそれぞれ設け、前記回転軸の順方向回転に
    伴い回転リングの両面に形成した摺動面又は各非回転リ
    ングの一面に形成した摺動面の一方の摺動面の螺旋溝で
    動圧を発生させ、逆方向回転に伴い他方の摺動面の螺旋
    溝で動圧を発生させてなる双方向動圧流体軸受であっ
    て、前記回転リングの外周端面と各非回転リング及び前
    記内壁とで囲まれる空間に高圧流体を供給する流体供給
    路をハウジング内に連通形成してなることを特徴とする
    双方向動圧流体軸受。
  11. 【請求項11】 前記ハウジングの内方に位置する第一非
    回転リングを内壁に設けた段部に当止するとともに、外
    方に位置する第二非回転リングを内方へ押圧すべく板ば
    ねからなる押圧金具を第二非回転リングの外方周縁に介
    在させて環状固定具にてハウジングに取付けてなる請求
    項１０記載の双方向動圧流体軸受。
JP4286742A 1992-09-30 1992-09-30 双方向動圧流体軸受 Pending JPH06117432A (ja)

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