JPH0520893Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、相対回転運動をおこなう軸とスリ
ーブのいずれか一方にヘリングボーン溝を設け、
これによつて発生する圧力でラジアルおよびスラ
スト荷重を支えるようにした動圧型流体軸受装置
に関するもので、各種の事務用機器、音響機器、
その他の精密機器における軸受に利用することが
できる。

従来の技術 動圧型流体軸受は、外周にエツチング等で加工
されたヘリングボーン溝を有する軸が、これを収
容するスリーブの軸受穴内で回転する際、ヘリン
グボーン溝のポンピング作用によつて軸の周囲に
動圧を発生させ、軸を非接触で回転せしめるよう
にしている。なお、スリーブの方が回転しても同
じことで、要は軸とスリーブが相対的に回転、摺
動しうる関係にあればよいので、以下では専ら軸
が回転する場合について述べる。

通常、軸受にはラジアル荷重とスラスト荷重が
作用するが、スラスト荷重をも軸周面に形成した
ヘリングボーン溝により発生する圧力で支えるよ
うにした動圧型流体軸受装置が知られており、特
開昭59−159416号公報にその一例が記載されてい
る。この従来装置は第５図Ａに示すような構造と
なつている。すなわち、スリーブ１の軸受穴１４
に軸２を挿入し、軸２には２つのヘリングボーン
溝４ａ，４ｂを設けてあり、軸の下端面６は平坦
に仕上げて中央に給油孔８を開け、この給油孔８
は導入孔１０を経て、一方のヘリングボーン溝４
ｂの軸方向中央部に延在する環状溝１２に連通し
ている。ヘリングボーン溝４ａ，４ｂの付近一帯
には潤滑剤が充填されている。

そうして軸２が矢印方向に回転すると、ヘリン
グボーン溝４ａ，４ｂのポンピング作用によつて
軸２の周囲に油膜圧力が発生し、これが軸受穴１
４の壁面と軸２とを離反せしめるように作用し
て、軸２が非接触で回転する。このときそれぞれ
のヘリングボーン溝４ａ，４ｂ部に発生する圧力
は、第５図Ｂ，Ｃに示すように分布する。すなわ
ち、ヘリングボーン溝４ａに対応する部分では
P_1a−P₂−P_1b、そしてヘリングボーン溝４ｂに対
応する部分ではP_3a−P_4a−P_4b−P_3bとなつてお
り、これらが軸２に作用するラジアル荷重を支え
る力を構成する。また、ヘリングボーン溝４ｂで
発生した圧力P₄（＝P_4a＝P_4b）は、導入孔１０お
よび給油孔８を通じて軸受穴１４の底面と軸２の
下端面６との間に及び、これにより上向きの軸方
向力(F)が発生して軸２を浮上させる。軸２の浮上
量ｌは、この軸方向力(F)とスラスト荷重とのバラ
ンスにより定まる。

考案が解決しようとする問題点 この種の動圧軸受は、回転数に比例して剛性す
なわち負荷容量が高まることに特徴がある。しか
し、上述の従来装置ではこの特徴が活かされな
い。これは、２つのヘリングボーン溝４ａ，４ｂ
で共同してラジアル荷重を支えるようにしてある
ところ、一方４ａは回転数に比例して剛性が増す
のに対し、他方４ｂの剛性は、回転数にかかわり
なくスラスト荷重のいかんによつて定まつてしま
うことによる。すなわち、ヘリングボーン溝４ｂ
部の圧力P6（＝P_6a＝P_6b）は、回転数が上昇して
も変動しない。言い換えると、回転数が上昇して
ヘリングボーン溝４ｂにより発生する圧力が増大
しても、P4＝P6故、かかる増分は軸２の浮上量
ｌを大きくするのに使われ、圧力P4，P6は変わ
らない。なお、軸受すきまの絞り効果はここでは
無視している。したがつて、ヘリングボーン溝４
ａにおけるラジアル負荷容量とヘリングボーン溝
４ｂにおけるラジアル負荷容量は、回転数が上昇
すればするほど乖離することになる。これでは軸
２の安定性が保たれず、小さな外乱を受けただけ
で容易に振れまわりを起こしてしまう。しかも、
遠心力は回転数の２乗に比例して大きくなるの
で、特に軸が軽いときなどは僅かでもアンバラン
スがあれば容易に焼付が発生することを併せ考え
ると、この従来装置は精密機器用途の軸受として
は致命的な欠陥を温存していることになる。

このように、従来装置は、スラスト荷重によつ
てラジアル剛性が支配されるために、回転数に比
例した剛性が得られるという動圧軸受本来の特徴
を活用できないのである。特に、潤滑剤に圧縮性
のある液体を用いるとき、高回転数になる程この
欠点が増長されることとなる。

この考案は、上に述べたような従来の動圧型流
体軸受装置に認められる問題点を解消しうる、改
良した構造の動圧型流体軸受装置を提供せんとす
るものである。

問題点を解決するための手段 この考案は、ラジアル荷重およびスラスト荷重
をヘリングボーン溝により発生する圧力で支える
際、ラジアル負荷容量がスラスト荷重の影響を受
けないようにすることを基本的構想としている。

以下、この考案の構成を図面を参照して説明す
る。

まず第１図Ａを参照すると、動圧型流体軸受装
置は、有底軸受穴２６を有するスリーブ２４と、
軸受穴２６に挿入した軸２２を含み、軸２２とス
リーブ２４は相対的に回転および摺動しうる関係
にある。軸２２には、ラジアル荷重を支えるため
のラジアル軸受部２８ａ，２８ｂを軸方向に離隔
させて配置する。各ラジアル軸受部２８ａまたは
２８ｂには、軸２２が回転することによつて周囲
の流体を引き込んで圧力を発生させるようにした
ヘリングボーン溝３０ａ，３０ｂを設ける。ラジ
アル軸受部２８ａ，２８ｂは最適なラジアル負荷
容量が得られるように、ヘリングボーン溝３０
ａ，３０ｂの深さ、長さ、数、傾斜角などの条件
を設定する。なお、ヘリングボーン溝３０ａ，３
０ｂは、図示のように軸２２の周面に形成するほ
か、スリーブ２４の軸受穴２６の壁面に形成する
こともできる。

ラジアル軸受部２８ａ，２８ｂの間に位置する
ヘリングボーン溝３２は、環状部３８の軸方向両
側に振り分けて配列した溝からなる。このヘリン
グボーン溝３２の設計条件は、ラジアル軸受部２
８ａ，２８ｂのヘリングボーン溝３０ａ，３０ｂ
とは関係なく、スラスト荷重を支えるに足る圧力
を発生するように設定することができる。このヘ
リングボーン溝３２も、図示のように軸２２の周
面に形成するほか、スリーブ２４の軸受穴２６の
壁面に設けてもよい。

軸２２の下端面３４は軸線に垂直な平坦面を形
成しており、その中央近傍に軸方向に延在する連
通孔３６の一端が開口している。連通孔３６の他
端は、環状部３８に開口した導入孔４０と連結し
ている。図示例の場合、互いに直交して直径方向
に延在する導入孔４０がある。軸２２の下端面３
４と軸受穴２６の底面４２との間にスラスト軸受
部４４が形成される。導入孔４０と連通孔３６
は、環状部３８とスラスト軸受部４４とを連絡す
る通路を構成する。

作 用 軸が回転する場合について述べると、軸２２の
回転に伴つてラジアル軸受部２８ａ，２８ｂに圧
力が発生し、この圧力は回転数に比例して上昇す
る。ヘリングボーン溝３２でも同様に軸２２のま
わりに圧力が発生するが、環状部３８が導入孔４
０及び連通孔３６を通じてスラスト軸受部４４と
連絡しているため、軸２２に上向きの力Ｆが作用
して軸２２を浮上せしめる。したがつて、軸２２
は非接触で回転する。このようにラジアル軸受部
２８ａ，２８ｂのヘリングボーン溝３０ａ，３０
ｂは専らラジアル荷重を支えるための圧力を発生
する働きをするのに対し、ヘリングボーン溝３２
により発生する圧力は主としてスラスト荷重を支
えるのに充てられ、ラジアル負荷容量は副次的な
ものとなる。

各軸受部２８ａ，２８ｂ，４４における圧力分
布を示した第１図Ｂ，Ｃからわかるとおり、各々
のヘリングボーン溝３０ａ，３０ｂの溝仕様、す
なわち溝深さ、溝本数、傾斜角、溝部長さに応じ
てラジアル軸受部２８ａ，２８ｂの圧力P₈（＝P_8a
＝P_8b），P₁₂（＝P_12a＝P_12b）が発生し安定した回
転を保証される。

一方、ヘリングボーン溝３２によつて発生する
圧力P10（＝P_10a＝P_10b）は、導入孔４０及び連通
孔３６の存在により、スラスト軸受部４４におけ
る圧力P14（＝P_14a＝P_14b）に等しい。そうしてこ
の圧力（P10＝P14）は、回転数には左右されな
い。回転数が上昇してヘリングボーン溝３２によ
つて発生する圧力が増えたとしても、その結果、
軸２２の浮上量ｌが増えるだけで、圧力（P10＝
P14）の値は変わらない。

実施例 第１図Ａに示すように、スリーブ２４にそれぞ
れヘリングボーン溝３２と各ヘリングボーン溝２
８ａまたは２８ｂとの間の部分に向けて開口する
通気孔４６ａ，４６ｂを設けた実施例では、破線
矢印で示すような潤滑剤（この場合は空気）の流
れができてヘリングボーン溝の引き込み流量が増
し、負荷能力の増大を図ることができる。

あるいはまた、通気孔は第３図又は第４図に示
す位置に設けてもよい。第３図は軸方向すなわ
ち、軸受穴２６と軸２２の間のすきまと平行に延
在する通気孔４８を設けた実施例を示し、第４図
は半径方向に延在する通気孔５０を設けた実施例
を示す。

軸受穴２６の底面４２は、スリーブ２４と一体
に形成してもよいし、これとは別体のスラストプ
レート５２（第１図）で構成することもできる。
いずれの場合でも、この底面４２の軸の下端面３
４に面する部分に、もしくは逆に軸の下端面３４
に、動圧軸受用として知られているスパイラル溝
（図示せず）を設けることによりスラスト荷重容
量が増大し、より大きなスラスト荷重を支えるこ
とができる。また、この場合、始動時の軸２２の
浮上を急速におこなわせるうえで有利である。

環状部３８は、第２図に示すように、浅い溝３
８′となしてもよく、その場合軸２２の周囲に流
体がまわり込み易くなつて「絞り効果」が減少す
るので有利である。

各ヘリングボーン溝は、図示のような対称形に
限らず、溝の長さ、深さ、傾き、数などを非対称
にすることもできる。

考案の効果 以上のとおり、この考案によれば、回転部材
（軸もしくはスリーブ）はラジアル軸受部２８ａ，
２８ｂにて確実に、かつ均等に支持され、そのラ
ジアル剛性は回転数に比例して増大こそすれ、ス
ラスト荷重によつては何等の悪影響も被らない。
したがつて、非常に安定した回転を保証しうる、
精密機器用途に適した軸受を提供することができ
る。このようにこの考案の動圧型流体軸受装置
は、回転数に比例したラジアル剛性が得られると
いう動圧軸受本来の特徴を遺憾無く発揮すること
に加えて、従来装置では望めなかつた次のような
特長をも有する。すなわち、スラスト軸受部４４
に与える圧力を発生させるためのヘリングボーン
溝３２が副次的に創出するラジアル負荷容量によ
つて、軸受全体としてのラジアル剛性がさらにア
ツプする。また、このヘリングボーン溝３２と、
ラジアル軸受部２８ａ，２８ｂを構成するヘリン
グボーン溝３０ａ，３０ｂとでは、仕様を互いに
独立して設定できるため、設計上の制約が緩和さ
れて設計の自由度が拡大し、最適設計の実現が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはこの考案の動圧型流体軸受装置の断
面図、同図Ｂ，Ｃは圧力分布図、第２図は環状溝
の実施例を示す拡大図、第３図および第４図は通
気孔の実施例を示す拡大図、第５図Ａは従来の動
圧型流体軸受装置の断面図、同図Ｂ，Ｃは圧力分
布図である。 ２２……軸、２４……スリーブ、２６……軸受
穴、２８ａ，２８ｂ……ラジアル軸受部、３０
ａ，３０ｂ，３２……ヘリングボーン溝、３８…
…環状部、３６……連通孔、４０……導入孔、４
４……スラスト軸受部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 下記を包含する動圧型流体軸受装置： 有底軸受穴を有するスリーブ； スリーブの有底軸受穴に、スリーブに対して相
   対的に回転および摺動しうるように挿入した軸； スリーブの軸受穴壁面または軸の周面のいずれ
   か一方に軸方向に互いに離隔させて配置した、そ
   れぞれスリーブと軸との相対回転運動によつて圧
   力を発生させる一対の第１のヘリングボーン溝か
   らなるラジアル軸受部； 上記一対のラジアル軸受部の間でスリーブの軸
   受穴壁面または軸の周面のいずれか一方に形成し
   た、スリーブと軸との相対回転運動によつて上記
   第１のヘリングボーン溝による圧力よりも小さい
   圧力を発生させる第２のヘリングボーン溝；およ
   び 第２のヘリングボーン溝によつて発生した圧力
   を、軸の端面と軸受穴の底面との間に形成される
   スラスト軸受部へ導くための連絡通路。