JPH0638174Y2 - スパイラルグルーブ軸受装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、高負荷能力を有するスパイラルグループ軸受
装置の改良に関するものである。

「従来の技術」 一般にガス軸受はフィルムが薄く、数μｍから10数μｍ
のフィルムを保持するものである。

このようなフィルムを形成させるためには、フィルム厚
さと同等の溝深さを有するスパイラル状の溝を回転体ま
たは静止側の一方に加工し、運転領域としては、層流域
またはスリップ流域に限られていた。

従来の内向流形のスパイラルグループ軸受を第４図ない
し第６図に示す。

11はスラストカラー、12は軸受で、スパイラルグループ
（スパイラル状の溝）13を有している。14はシールラン
ドである。ｈはスパイラルグループの深さ、δ′はフィ
ルムの厚さである。

スラストカラー11を反時計回りに回転させ、隙間内の流
体に旋回力を与え、軸受12と流体の相対速度によってス
パイラルグループ13に沿って流体を内周方向に流し、シ
ールランド14で絞ってここに圧力を生じせしめるもので
ある。

従来のスパイラルグループ軸受では流体の層流粘性摩擦
を利用しているため、必然的にレイノズル数の小さい範
囲で使用する必要があり、隙間およびスパイラルグルー
プ13の溝深さを10数μｍ以下にする必要がある。

また、スパイラルグループ13はスラストカラー11または
軸受12のいずれか一方に設けられているため、例えば第
６図のように、軸受12にスパイラルグループ13が設けら
れているときは隙間内の流体の流速はスラストカラー11
の表面でＶとし、軸受12のスパイラルグループ13の溝底
で流速０としたとき、三角形の速度分布となる。

その結果、スパイラルグループ13内の流体の旋回速度は
小さく、スラストカラー11の旋回速度の20〜30％とな
る。

流体の速度とスパイラルグループ13の深さｈの積がシー
ルランド14への押込み流量となるが、これがシールラン
ド14からの流量またはスパイラルグループ13に沿った逆
流量に比べて大きくないため、シールランド14部におけ
る発生圧力が小さい。

押込み流量を大きくするためにスパイラルグループ13の
深さｈを大きくすることが考えられるが、スパイラルグ
ループ13に沿った逆流量はｈの３乗に比例して増大する
ため、圧力発生のための最適値はｈがフィルム厚さδ′
と同等レベルであることである。

「考案が解決しようとする問題点」 気体軸受ではフィルム厚さを小さくすると負荷能力は大
きくなるが、フィルム厚さは軸受表面の加工精度に依存
し、数μｍより小さくすることは困難であり、熱的変形
または機械的変形の生じにくい材料が選ばれている。

また、起動時など接触をある程度許容し、セラミック等
の高級材料が用いられることがある。

一般の金属材料を用いるときは熱変形も大きく、フィル
ム厚さとしては30〜50μｍの厚さが要求され、従来のス
パイラルグループ軸受ではこれを実現することは困難で
ある。

例えば外周速100m/sとしても、平均面圧を0.5〜1.0kgf/
cm²にしようとすれば、フィルム厚さは10μｍ以下にな
ってしまう。

以上のように、気体軸受ではフィルム厚さの制限から、
大きな負荷能力を得ることがむつかしい。

「問題点を解決するための手段」 本考案は前記従来の問題点を解決するもので、微小な流
体のフイルムを介して旋回運動をするスラストカラーと
軸受静止体とで、軸のスラスト力を支持する軸受装置に
おいて、ひとつのフイルムを形成する１対の部材である
前記スラストカラーと軸受の対向面それぞれに互いに交
わる方向にスパイラルグループを設け、かつ内周側また
は外周側に、シールランドを設けたスパイラルグループ
軸受装置である。

即ち、スパイラルグループ軸受において、回転体（スラ
ストカラー）と静止体（軸受）の両方に方向の異なるス
パイラルグループを設け、かつそのスパイラルグループ
の溝深さを0.5〜5mmと大きくする。これによって、フィ
ルムの流れを乱流域に入るようにする。

「作用」 一般に乱流域の流れは、特に回転体と静止体の両方に溝
を有するスパイラルグループ軸受のフィルム内のような
流れでは、見かけ上の粘性係数が大きくなり、大きな負
荷能力を得る。

その結果外周速100m/sにおいて数10μｍのフィルムを形
成し、面圧0.5〜1.0kgf/cm²の負荷能力を得ることが可
能である。

「実施例」 第１図ないし第３図は本考案の一実施例で、内向流形の
軸受である。

１は主軸端に設けられたスラストカラーで、主軸と共に
回転する。２はスパイラルグループ軸受で、静止し、ス
ラストカラー１を支持している。３はスパイラルグルー
プ軸受２に設けられたスパイラルグループである。４は
ストストカラー１のスパイラルグループ軸受２の対向面
に設けられたスパイラルグループで、そのねじれ方向
は、組立状態において、スパイラルグループ3,4が交叉
するように加工し、かつ、内向流形では、軸受２の内径
の手前までで止め、シールランド５を設ける。

h₁，h₂はそれぞれスラストカラー１およびスパイラルグ
ループ軸受２に設けられたスパイラルグループの深さ、
δはフィルムの厚さを示し、１対の部材であるスラスト
カラー１とスパイラルグループ軸受２でひとつのフィル
ムを形成する。αはスパイラルグループのねじれ角であ
る。

第１図に示すように、スラストカラー１とスパイラルグ
ループ軸受２の摺動面に組立状態で、スパイラルグルー
プ3,4が交叉するように加工する。本実施例は内向流
形、すなわちスラストカラー１の回転によって、流体が
中心方向に流れる形式の軸受である。内向流形の軸受は
内周側に流体の流れをせき止めるシールランド５があ
る。スパイラルグループ3,4の溝の深さは本実施例の大
気圧近くの乱流域用では0.5mm〜5mmと従来のスパイラル
グループ軸受と比べて大きくする。

第２図はスパイラルグループ軸受２の摺動面であるが、
この図でスラストカラー１を反時計回りに回転させるこ
とにより、スラストカラー１とスパイラルグループ軸受
２の間のフィルムの流体はほぼスラストカラー１の1/2
旋回速度で回転する。流体とスパイラルグループ軸受２
の相対速度のため、スパイラルグループ軸受２に接近し
たガスはスパイラルグループ３に沿って内周側に流さ
れ、また、流体とスラストカラー１との相対速度のため
スラストカラー１近くの流体はスパイラルグループ４に
沿って、同様に内周側に流されるこの流量を押込み流量
と呼ぶことにする。

これらの流体が内周部のシールランド５にて絞られるた
め、ここに圧力が発生し、この圧力がスラストカラー１
摺動面に作用し、負荷を支持することができる。

本実施例ではスパイラルグループ3,4を深くし、回転す
るスラストカラー１とスパイラルグループ軸受２の両方
に設けるため、フィルムの流体は激しく乱され、広いレ
イノズル数の範囲で乱流状態となる。

試験の結果ではレイノズル数 （V:周波数，ν：動粘性係数）が200程度においても、
乱流の特性を示した。

両側にスパイラルグループ3,4を設け、乱流域で運転し
たときの隙間内の流体の旋回速度は第３図のように、隙
間の全高さにわたりスラストカラー１の周速度のほぼ1/
2となる。

スパイラルグループ3,4の深さh₁，h₂が大きいこともあ
り、スパイラルグループ3,4の押込み流量が大きい。

その結果シールランド５における絞り効果が大きく、こ
こに高い圧力が発生する。勿論、この圧力によって、ス
パイラルグループ3,4に沿って逆流が生ずるが、乱流に
おける流動抵抗は溝深さが大きいときは層流に比べては
るかに大きく、乱流で運転される本実施例のスパイラル
グループ軸受２では押込み流量が大きく、相対的に大き
な圧力が発生する。

シールランドを外周側に付ける場合も同様の作用効果を
奏する。

「考案の効果」 以上のように、本考案のスパイラルグループ軸受では、
広い範囲にわたって乱流となり、押込み流量が大きく、
乱流域での運転となるため、高いフィルム圧力が発生
し、一定のフィルム厚さに対し大きな負荷能力が得ら
れ、また一定の負荷に対しては、大きなフィルム厚さを
保持でき、信頼性の高いスパイラルグループ軸受とする
ことができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本考案の一実施例で、第１図は縦
断面図、第２図は第１図のA-A矢視図、第３図はスラス
トカラーとスパイラルグループ軸受の両方にスパイラル
グループを設けた乱流域で運転された時のフィルム内の
流速分布図、第４図ないし第６図は従来のスパイラルグ
ループ軸受装置で、第４図は縦断面図、第５図は第４図
のB-B矢視図、第６図はフィルムの流速分布図である。 1:スラストカラー、2:軸受 3:スパイラルグループ 4:スパイラルグループ 5:シールランド

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】微小な流体のフイルムを介して旋回運動を
   するスラストカラーと軸受静止体とで軸のスラスト力を
   支持する軸受装置において、ひとつのフイルムを形成す
   る１対の部材である前記スラストカラーと軸受の対向面
   それぞれに互いに交わる方向にスパイラルグループを設
   け、かつ内周側または外周側にシールランドを設けたこ
   とを特徴とするスパイラルグループ軸受装置。