JPS595176B2 - 流体軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 １０本発明は、押出機等のスクリュ軸のように推力を受
ける回転軸のための流体軸受装置に関するものである。

多軸で軸間距離が拘束されており且つ推力を受ける回転
軸（例えば、２軸押出機のスクリュ軸）１５のための従
来の流体軸受装置として、本出願人の出願に係る特開昭
５５−２７５１３号（特願昭５３−９８６７３号）に開
示されているものがある。

この従来の流体軸受Ａを添付図面の第１図に示す。２本
のスクリュ軸１、１’の端部に固着さ２θ れた歯車３
、３″は相互にかみ合つている。

入力軸２に固着された歯車２’は一方の歯車３’にかみ
合つており、これによつてスクリュ軸１、１’は相互に
反対方向に回転するようにしてある。各歯車３、３’に
はそれぞれピストン軸４、４’を２５接続し、各ピスト
ン軸４、４’には、それぞれ軸径を異にする数組の段差
部分５及び６を設け、これらの段差部分５及び６をシリ
ンダＴの各対応する内径部分に軸方向の移動及び回転が
自由であるように収容し、各ピストン軸４、４’は軸方
向の３０移動及び回転が可能であるようにその前後端部
においてベアリングＩＴ、ＩＴ″及び１８、１８’、に
よつてシリンダＴの内部に支承してある。また、各ピス
トン軸４、４’の大径段差部分５によつてシリンダ７の
対応する内径部を区画して、スクリ３５ ユ軸１、１’
側に排出室８を、その反対側に加圧室９をそれぞれ形成
するようにし、更に、各加圧室９はピストン軸４、４’
の中心に設けた連通穴１０及び分岐穴１１によつて相互
に連通してある。更に、シリンダ７の後部には注入口１
２が設けられていて、ここから高粘度油が高圧の下に供
給されると、高圧油は各ピストン軸４，４′の連通穴１
０及び分岐穴１１を径て各加圧室９内に流入し、一部は
各段差部分５，６と、シリンダ７の対応する内径部との
間のすきまを漏れて排出室８に流れ、排出口１３から排
出されるようになつている。従つて、スクリユ軸１，１
′からピストン軸４，４Ｉに向つて作用するスラストカ
は、各ピストン軸４，４″の大径段差部分５に加圧室９
内の油圧が作用することによつて受止められスクリユ軸
１，１″を一定の軸方向位置に保持しながら、ベアリン
グ１７，１７′、１８，１８″を介して回転させ、ある
いは必要があれば、加圧室９の油圧を調節することによ
つて、スクリユ軸１，１′をピストン軸４，４″を介し
て軸方向に前進させることもできるようになつている。
この従来の流体軸受Ａのための油圧装置として、本出願
人は特開昭５５−２７５１４号（特願昭５３−９８６７
４号）において高粘度油高圧供給装置を開示している。

その油圧装置を第２図に示すが、この装置は、油圧系統
を高粘度部分と、これを加圧するための低粘度部分とに
分割し、高粘度部分に用いる油は、特に、流体軸受Ａの
加圧室 一９における漏れを極力少なくするために、粘
度の高い油を用い（通常３２０ＣＳＴ程度）、また、こ
の高粘度の油を加圧するための低粘度部分に用いる油は
、低粘度のタービン油（通常３２ＣＳＴ）を用いるよう
にしてある。第２図に太線によつて ，示すとおり、高
粘度部分を構成するタンクＢから高粘度の油がギヤポン
プＣによつて三方切換弁Ｄ、及び逆止弁Ｅ又はＦを介し
て圧力変換装置の高圧注入シリンダＧ又はＩに補給され
、次いで高粘度油は流体軸受Ａに供給される。この時、
一方の高 ５圧注入シリンダ、例えば、図で見て左側の
ものＧは、詳細には図示を省略してある低粘度部分を構
成する油圧ユニツトＯから、流量調節弁Ｍを介して四方
切換弁Ｌを経て圧力変換装置の加圧シリンダＪに注入さ
れる油圧によつて押圧される。加圧 ４シリンダＪのピ
ストンＹは高圧注入シリンダＧのピストンと一体として
あり、両シリンダＪ及びＧも一体構造としてあり、シリ
ンダＪの径はシリンダＧよりも大きくしてあり、これに
よつて高圧化された高粘度の油が高粘度部分の逆止弁Ｎ
を通り三方切換弁Ｑを介し、更に逆止弁Ｒを通つて流体
軸受Ａに注入されるようにしてある。流体軸受Ａの詳細
は、第１図に示したとおりであるが、ピストン軸４，４
″とシリンダ７の内径部との間のすきまから漏れた油は
最短距離を通つてタンクＢに回収される。そして、この
油圧装置では、スクリユ１，１″から発生する推力を高
粘度の油圧によつて受け止め、スクリユ１，１′の軸方
向の位置を一定値に保つために、スクリユ先端の圧力を
油圧ユニツトＯの圧力と、流量調節弁Ｍとを対比させる
ことによつて自動制御し常に漏れ量（容積変化分）だけ
油を補給するようにしてある。また、２つの加圧シリン
ダＪとＫとはリミツトスイツチによつて制御されて交互
に作動を繰り返し、常に高圧の高粘度油が得られるよう
にしている。しかしながら、以上のような従来の流体軸
受には次のような欠点があつた。まず、スクリユ軸を軸
方向に任意に移動して混練度合を変える方式の２軸混練
押圧機において運転開始前あらかじめ決められた位置ま
でスクリュ軸を移動しようとする場合に、加圧室に油を
供給することによつて前方（スクリユ側）に移動するこ
とは可能であるが、後方に移動したい場合には、外部に
はスクリユ軸に後向きのスラスト荷重を加える必要があ
り、従来の流体軸受では不可能であつた。

また、連続運転中にスクリユ軸を一定位置に保持するた
めに、スクリユ先端の樹脂圧力に対応して低粘度油圧ユ
ニツトＯの圧力及び流量調節弁Ｍの流量を自動制御する
のであるが、スクリユ軸の回転数や取り扱う原料等によ
つても作用するスラストカが変動するため、正確な制御
は困難であり、スクリユ軸を確実に一定位置に保持する
ことができなかつた。

更に、高粘度油と低粘度油とを使い分けているので、装
置の価格が高くなり、取り扱いも複雑となり、また高圧
時に加圧シリンダが切換わる際シヨツクを生じ、スクリ
ユ軸がわずかではあるが移動するため、押出機先端の吐
出変動が瞬時発生するという欠点があつた。

本発明は、従来の流体軸受装置における上記のような欠
点を解消し、運転開始前においてもスクリユを前方及び
後方に移動させることが可能であり、運転中にスクリユ
軸に作用する負荷が変動した場合にもスクリユ軸を一定
の位置に維持することができ、また油圧装置は１種類の
油のみを使用する流体軸受装置を得ることを目的とする
ものである。

以下、本発明をその１実施例を示す添付図の第３及び４
図に基づいて説明する。

添付図面の第３図に示すように、押出機の２本のスクリ
ユ軸２１，２１′の端部に固着された歯車２３，２３″
は相互にかみ合つている。

なお、２本のスクリユ軸２１，２１″は共通の軸受箱２
０内においてかみ合いリングによつてかみ合つており、
軸方向へは軸受箱２０と共に同一量だけ移動するように
してある。また、軸受箱２０のアーム２０ａは、押出機
に固着された差動変圧器１９と結合されている。入力軸
２２に固着された歯車２２″は一方の歯車２３″にかみ
合つており、これによつてスクリユ軸２１，２１２は相
互に反対方向に回転するようにしてある。各歯車２３，
２３″にはそれぞれピストン軸２４，２４′を接続し、
各ピストン軸２４，２４″には、それぞれ軸径を異にす
る数組（この実施例では３組）の段差部分２５ａ，２５
ｂ，２５ｃ，２５ａ″，２５ｂ″，２５ｃ５及び２６ａ
，２６ｂ，２６ｃ，２６ａ″，２６ｂ″ ，２６ｃ５を
設け、これらの段差部分をシリンダ２７の各対応する内
径部分に軸方向移動及び回転が自由であるように収容し
、各ピストン軸２４，２４″は軸方向への移動及び回転
が可能であるようにその前後端部においてベアリング２
８，２８５及び２９，２９１によつてシリンダ２７の内
部に支承してある。また、各ピストン軸２４，２４′の
大径段差部分２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ａ１，２５
ｂ５，２５ｅ″によつてシリンダ２７の対応する内径部
を区画して、スクリユ軸２１，２１′側に第２油圧室３
０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ａ′，３０ｂ１，３０ｃ″
を、その反対側に第１油圧室３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，
３１ａ′，３１ｂ′，３１ｃ５をそれぞれ形成するよう
にしてある。第１油圧室３１ａと３１ａ″，３１ｂと３
１ｂ′、及び３１ｃと３１ｃ′は、それぞれ通路３２ａ
，３２ｂ及び３２ｅによつて連通してある。また、第１
油圧室３１ａ′ ，３１ｂ５及び３１ｅ１はそれぞれ通
路３３ａ，３３ｂ及び３３ｃによつて第１油路３４に接
続してある。第１油路３４は後述の外部の油圧装置と接
続口３４ａにおいて接続される。第２油圧室３０ａと３
０ａ′，３０ｂと３００ｂ１、及び３０ｃと３０ｃ′は
それぞれ通路３５ａ，３５ｂ、及び３５ｃによつて連通
してある。また、第２油圧室３０ｂ及び３０ｃはそれぞ
れ通路３６ｂ及び３６ｃによつて第２油路３７と接続し
てある。第２油路３７は後述の外部の油圧装置と接続口
３７ａにおいて接続される。第２油圧室３０ａは油路３
８によつて接続口３８ａと連通しており、接続口３８ａ
は後述の油圧装置と接続される。次に、この流体軸受装
置を動作させるための油圧装置について第４図に基づい
て説明する。

タンク４０内の高粘度油（通常４００〜３００ＣＳＴの
粘度）は油圧源である高圧ポンプ４１によつてサーボ弁
４２のポート４２ａ及び切換弁４３のポート４３ａに送
られる。サーボ弁４２のポート４２ｂは前述の流体軸受
の接続口３４ａと接続されており、またサーボ弁４２の
ポート４２ｃはタンク４０へ接続されている。サーボ弁
４２は上記各ポートの切換え及び流量を制御することが
できる。切換弁４３のポート４３ｂは流体軸受の接続口
３７ａと接続されており、また切換弁４３のポート４３
ｃはタンク４０と接続されている。流体軸受の別の接続
口３８ａもタンク４０と接続されている。押出機のスク
リユ軸２１，２１″の移動を検出する差動変圧器１９か
らの電気信号はコントローラ４４（オン・オフ制御器）
へ送られる。この電気信号に基づくコントローラ４４の
出力信号はサーボ弁４２及び切換弁４３への入力される
ようにしてある。次に、本発明による流体軸受装置及び
その油圧装置の作用について説明する。

押出機の運転開始前又は無負荷時にスクリユ軸２１，２
１５を前後進させるには次のようにすればよい。

まず、前進させるには、サーボ弁４２のポート４２ａと
ポート４２ｂとを連通させ、接続口３４ａ、第１油路３
４、通路３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して高圧油（通常
２００〜５００Ｋ９／Ｃ１！ｉ）を第１油圧室３１ａ′
，３１ｂ゛ ，３１ｃ″，３１ａ，３１ｂ，３１ｃに送
り込み、同時に切換弁４３のポート４３ｂをポート４３
ｃに連通させて第２油圧室３０ｂ，３０ｃ，３０ｂ″
，３０ｃ″をタンク４０に連通させる。第２油圧室３０
ａ，３０ａ″は常にタンク４０と連通している。従つて
、大径段差部分２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ａ″２５
ｂ″ ，２５ｃ″と小径段差部分２６ａ，２６ｂ，２６
ｃ，２６ａ′，２６ｂ″ ，２６ｃ″との面積差にはピ
ストン軸２４ａ，２４ａ″を前進方向に移動させる力が
作用することになる。なお、段差部分２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ，２５ａ″ ，２５ｂ″，２５ｃ″とシリンダ２
７の内径部分とのすきまから第２油圧室３０ａ，３０ｂ
，３０ｃ，３０ａ″，３０ｂ″ ，３０ｃ″へ漏れた油
はタンク４０へと戻される。ピストン軸２４，２４″の
移動は軸受箱２０のアーム２０ａを介して差動変圧器１
９によつて検出される。差動変圧器１９からの電気信号
が、コントローラ４４に前もつて設定した値に達すると
、コントローラ４４からの信号によつてサーボ弁４２が
切り換えられ圧油の供給が停止されるのでスクリユ軸２
１，２１′はその位置に停止する。逆に、スクリユ軸２
１，２１″を後退させる場合には、サーボ弁４２及び切
換弁４３を共に上記の状態とは逆に切換え、流体軸受装
置の第 ｊ１油圧室３１ａ５，３１ｂ″ ，３１ｃ″
，３１ａ，３１ｂ，３１ｃをタンク４０へ連通させ、第
２油圧室３０ｂ，３０ｃ，３０ｂ″ ，３０ｃ″には高
圧油を供給する。これによつて、ピストン軸２４，２４
″には上記と逆向きの力が作用して、スクリ Ｃュ軸２
１，２１″は後退する。第２油圧室３０ｂ，３０ｃ，３
０ｂ″ ，３０ｃ″から第１油圧室３１ｂ，３１ｃ，３
１ｂ″ ，３１ｃ５に漏れた油はサーボ弁４２を介して
タンク４０へ戻される。なお、第２油圧室３０ａ，３０
ａＩは常にタンク４０と連 こ通させて高圧油を作用さ
せないようにしたのは、この第２油圧室３０ａ，３０ａ
′は、スクリユ軸の歯車２３，２３″を収容した室と隣
接しており、ここに高圧油を作用させるとシール上の問
題を生じる可能性があるからである。
こ押出機の負荷運転時において、例えばスクリュ軸
２１，２１１を一定の軸方向位置に保持しようとする場
合には、切換弁４３は第４図に示す切換位置として第２
油圧室３０ｂ，３０ｃ，３０ｂ″，３０ｃ′をタンク４
０へドレーンさせ、一方、サ ４ーボ弁４２はコントロ
ーラ４４からの信号に基づいて第１油圧室３１ａ，３１
ｂ，３１ｃ，３１ａ″，３１ｂ゛ ，３１ｃ″に必要な
量の圧力軸を供給する。すなわち、第１油圧室３１ａ，
３１ｂ，３１ｃ，３１ａ，３１ｂＩ，３１ｃ′から第２
油圧室３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ａ′，３０ｂ″
，３０ｃ′へすきまを通つて圧油が漏れて第１油圧室の
圧力が低下してスクリユの負荷によつてスクリユ軸２１
，２１″が後退すると、その移動は差動変圧器１９によ
つて検出され、この検出された信号に基づいてコントロ
ーラ４４はサーボ弁４２の流量を増大させるように信号
を送，り出す。逆に、第１油圧室３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３１ａ″ ，３１ｂ″ ，３１ｃ″の圧力が高くな
り過ぎるとサーボ弁４２の流量は減少させられ、結局、
常にスクリユ軸２１，２１″は一定の軸方向位置に維持
されることになる。爽た、スクリユ軸２１，２１′の位
置はコントローラ４４の設定を変えることにより任意に
変えることができる。なお、第４図に示した油圧装置で
は、切換弁４３及びサーボ弁４２が並列に設けられてい
るが、論理的には切換弁４３を用いることなくサーボ弁
４２のみによつて構成することも可能である。

説明した実施例で切換弁４３を設けたのは流路抵抗を減
少させるためである。すなわち、一般にサーボ弁は非常
に精密な油圧機器であり、サーボ弁に流入する油路には
ごみ等を除去するためにフイルタ一が設けられるが、本
実施例のように高粘度油を使用する場合にはフイルタ一
の流路抵抗は非常に大きくなる。本実施例においても図
示してないがサーボ弁４２のポート４２ａの入口（又は
ポンプ４１の吐出口）及びポート４２ｂの入口にはフイ
ルタ一が設けられる。もし切換弁４３を設けない場合に
は、第２油圧室の油はサーボ弁４２の第４図におけるド
レーンポートを通つてタンク４０に戻されることになる
。この場合、ドレーンポートの入口にもフイルタ一を設
ける必要があるが、連続運転中の大きいスクリユ推力が
生じている場合にこのフイルタ一を通して接続口３７ａ
からの油を排出していたのでは、流路抵抗が大きく第１
油圧室と第２油圧室との差圧が小さくなり、スクリユ軸
２１，２１′を保持する十分な力が得られない可能性が
ある。従つて、切換弁４３を設けることにより、フイル
タ一を通すことなく油を排出することができるようにし
たのである。以上説明してきたように、本発明によると
、ピストン軸段差部分前後の第１油圧室及び第２油圧室
に任意に高粘度油を加圧することができるので、負荷運
転中はもちろんのこと無負荷運転中においても容易にス
クリユ軸を移動させることができる。

また、運転中にスクリユ軸に作用する負荷が変動するよ
うな場合でも、スクリユ軸の位置を検出してサーボ弁に
よつてフイードバツク制御しているので、スクリユ軸を
一定の位置に維持することができ安定した運転を継続す
ることができる。更に、油圧装置は１種類の油を使用す
るのでシール上の問題がなくなり、装置全体が簡単にな
り取扱いも容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流体軸受装置の断面図、第２図は流体軸
受装置のための油圧装置を示す図、第３図は本発明によ
る流体軸受装置の断面図、第４図は本発明による流体軸
受装置のための油圧装置を示す図である。 １９・・・差動変圧器、２１，２１″・・・スクリユ軸
、２４，２４１・・・ピストン軸、２５ａ−Ｃ，２５ａ
″〜ｃ″・・・大径段差部分、２６ａ−Ｃ，２６ａ″〜
ｃｌ・・・小径段差部分、２７・・・シリンダ、３０ａ
〜Ｃ，３Ｏａ″〜ｃｌ・・・第２油圧室、３１ａ−Ｃ，
３ｌａ″〜ｃ ・・・第１油圧室、３４・・・第１油路
、３７・・・第２油路、４０・・・タンク、４１・・・
ポンプ（（油圧源）、４２・・・サーボ弁、４３・・・
切換弁、４４・・・コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 押出機等のスクリュ軸のように推力を受ける回転軸
   のための流体軸受装置において、大径及び小径段差部分
   を複数組有するピストン軸を回転軸の後部に設け、この
   ピストン軸を大径及び小径段差部分にそれぞれ対応する
   形状の段状の内径部を有するシリンダ内に軸方向の移動
   と回転とが自在であるように支承し、各ピストン軸の大
   径段差部分によつてこれに対応するシリンダの内径部を
   分割して各ピストン軸の大径段差部分の後部に第１油圧
   室を、また、前部に第２油圧室をそれぞれ形成し、回転
   軸側最前部の第２油圧室は油圧装置のタンクに常に連通
   させ、他の各第２油圧室は共通の第２油路に連通させ、
   また第１油圧室は共通の第１油路に連通させ、第１油路
   及び第２油路はこの両者を油圧源及びタンクに交互的に
   切換接続可能な前記油圧装置に接続したことを特徴とす
   る流体軸受装置。 ２ 油圧装置は、油を蓄えるタンクと、タンク内の油を
   吐出するポンプと、第２油路をポンプ又はタンクに切換
   接続する切換弁と、第１油路をポンプ又はタンクに切換
   接続すると共にその流量を制御するサーボ弁とを有して
   おり、サーボ弁及び切換弁は、回転軸の軸方向位置を検
   出する差動変圧器からの信号に基づいて動作するコント
   ローラからの信号によつて作動するようにした特許請求
   の範囲第１項記載の流体軸受装置。