JPH0819938B2

JPH0819938B2 - 流体軸受装置

Info

Publication number: JPH0819938B2
Application number: JP62071206A
Authority: JP
Inventors: 和彦杉田; 和久杉山
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPS63235723A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は回転軸を支持する流体軸受装置、特に動圧発
生領域を設けて動剛性を向上させた静圧軸受装置、いわ
ゆるハイブリッド型の流体軸受装置に関する。

（従来技術）この種の流体軸受装置としては、倒えば特開昭54−90
434号公報に開示されたものがある。この技術において
は、軸受面に静圧発生領域を形成する凹部と動圧発生領
域を形成するランド部を設け、軸の回転により静圧発生
領域からランド部と回転軸の間に引き込まれる作動流体
により動圧を発生している。工作機械の主軸等において
は、加工時に振動荷重などの大なる負荷が作用するが、
上述の如き流体軸受装置によれば主軸の回転時に軸受剛
性が増大するので、大なる負荷にも対応することができ
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、動圧発生のためにランド部と回転軸の
間に引き込まれる作動流体は粘性による流体摩擦損失が
生じるので発熱し、その発熱量は回転速度の増大に応じ
て増大する。一方、軸は軸受に対して放熱が悪いので前
記発熱による熱膨張により軸受隙間が減少し、これによ
る障害を防止するために軸受隙間の設定値を充分減少さ
せることが出来ないので、動圧による軸受剛性の増大も
限られ、負荷が加った場合の回転軸の変位を充分小さく
することができないという問題がある。本発明は、回転
軸の回転速度が大となった場合の冷却を良くして、この
ような問題を解決しようとするものである。

（問題点を解決するための手段）このために、本発明による流体軸受装置は、添付図面
に例示する如く、回転軸15を支持する軸受部材20の軸受
面に、円周方向に間隔をおいて設けられ供給ポンプ40よ
り加圧された作動流体が絞り30を介して供給されて静圧
発生領域Ａを形成する複数の凹部23,223と、この静圧発
生領域に円周方向に隣接して設けられ前記回転軸15の回
転により同静圧発生領域内から流入する作動流体により
動圧発生領域Ｂを形成する複数のランド部24,124,224
と、前記凹部23,223とランド部24,124,224を囲む流通溝
25を形成してなる流体軸受装置において、前記流通溝25
を回転軸線方向に離間した一対の排出溝25aと、この一
対の排出溝25aを互いに連通して前記静圧及び動圧発生
領域A,Bを円周方向に区分する円周上複数の給排溝25bに
より形成し、前記排出溝25aは常にリザーバ43に連通
し、前記給排溝25bを前記リザーパ43と前記供給ポンプ4
0に選択的に連通する切換弁42を設け、この切換弁42は
前記回転軸15の回転速度が低速の場合は前記給排溝25b
を前記リザーパ43に連通させ、前記回転軸15の回転速度
が高速の場合は前記給排溝25bを前記供給ポンプ40に連
通するように構成したものである。

（作用）回転軸15が停止またはその回転速度が小さい間は切換
弁42は給排溝25bをリザーバ43に連通しており、供給ポ
ンプ40からの作動流体は軸受部材20の凹部23,223にのみ
供給され、これにより主として静圧発生領域Ａに生じる
静圧により回転軸15は支持され、凹部23,223を通った作
動流体は排出溝25a及び給排溝25bを経てリザーバ43に排
出される。回転軸15の回転速度が増大するにつれて動圧
発生領域Ｂに生じる動圧は増大し、これと共に同領域Ｂ
に生じる発熱量も増大する。この動圧が回転軸15を支持
するに足る値となれば、切換弁42が作動して給排溝25b
を供給ポンプ40に連通するようになり、供給ポンプ40か
らの作動流体は凹部23,223のみならず給排溝25bにも並
列に供給され、此等を通った作動流体が排出溝25aから
リザーバ43に排出されるようになる。この状態では、給
排溝25bを通る作動流体により回転軸15が冷却されて、
動圧発生領域Ｂに生じる発熱により回転軸15の温度上昇
は防止される。

（発明の効果）上述の如く、本発明によれば、回転軸の回転数が増大
して動圧発生領域に生じる発熱量が増大した状態におい
ては、給排溝に供給される作動流体により回転軸の温度
上昇が防止されるので熱膨張による軸受隙間の減少を防
止することができる。これにより軸受隙間の過少による
焼付き等のおそれなしに軸受隙間の設定値を充分減少さ
せることができるので軸受剛性を充分高めることがで
き、負荷が加った場合の回転軸の変位を減少させること
ができる。

また給排溝をリザーバと供給ポンプに選択的に連通す
る切換弁を設けて、低速回転時には供給ポンプから圧油
を静圧発生領域に供給して給排溝よりリザーバに排出さ
せることにより通常の静圧支持作用を行い、高速回転時
には供給ポンプから静圧発生領域に供給される圧油の一
部を給排溝に供給して軸受を冷却するようにしたので、
軸受の冷却のために専用の冷却通路を形成するとか、軸
受流体とは別に冷却用流体を用意することが不要とな
り、軸受の冷却を簡単な構成で行うことができる。

（実施例）先ず第１図〜第３図に示す第１実施例の説明をする。

第１図〜第３図に示す如く、軸受本体10に嵌合固定さ
れて回転軸15を支持する軸受金等の軸受部材20内周の軸
受面21には、両端部の円周方向に沿って設けた一対の排
出溝25a,25aと、円周方向等間隔に配置されて両排出溝2
5a,25aを軸方向に接続する４本の給排溝25b〜25bよりな
る流通溝25が形成され、軸受面21を円周方向に間をおい
た４つの部分に区分けしている。この各部分は回転軸15
の回転方向に沿って設けた静圧支持部22とランド部24に
より形成され、ランド部24と回転軸15の間の隙間は静圧
支持部22と回転軸15の間の隙間よりも小である。主とし
て第３図に示す如く、各静圧支持部22には直接隣接する
ランド部24側が開いたコ字状の供給溝よりなる凹部23が
形成され、この供給溝23とランド部24により囲まれた部
分は静圧発生領域Ａを形成し、ランド部24の上側部分は
動圧発生領域Ｂを形成している。各供給溝23内には絞り
30を設けた供給路29、軸受部材20の外周に形成した環状
溝27及び設定圧力が電磁的に２段に切り換えられる減圧
弁41を介して供給ポンプ40からの加圧された作動流体が
導入されて、静圧発生領域Ａに静圧を発生させるように
なっている。また、静圧発生領域Ａの作動流体の一部は
回転軸15の回転によりランド部24の上に引き込まれて動
圧発生領域Ｂに動圧を発生させるようになっている。

第２図及び第３図に示す如く、各給排溝25b両端の排
出溝25a,25aとの接続部には堰部26,26が設けられ、その
中間部には軸受部材20の外周に形成した環状溝28との間
を連通する給排路31が設けられている。また、軸受部材
20の両側には両排出溝25a,25aの下部を軸受本体10内に
設けた排出路11,12に連通する排出路32,33が設けられ、
静圧発生領域A,動圧発生領域Ｂから排出溝25a,25aに排
出された作動流体は、排出路32,33,11,12を経て軸受本
体10内の下部あるいはこれに連通されたリザーバ43に排
出される。第１図に示す如く、電磁切換弁42は１個の共
通ポート42aと２個の切換ポート42b,42cを有する３ポー
ト２位置切換弁であり、共通ポート42aは環状溝28及び
給排路31を経て給排溝25bに連通され、一方の切換ポー
ト42bは前述した減圧弁41と環状溝27の間に連通され、
また他方の切換ポート42cはリザーバ43に連通されてい
る。

次に上記実施例の作動につき説明する。

回転軸15が停止またはその回転速度が小さい間は、第
１図に示す如く、電磁切換弁42の共通ボート42aは切換
ボート42c側に連通されており、また減圧弁41は出口側
圧力が高く（例えば10kgf/cm²）設定されている。この
状態においては供給ポンプ40からの高圧の作動流体は、
第１図及び第２図の実線の矢印に示す如く、環状溝27か
ら絞り30を設けた供給路23を通って供給溝23のみに供給
され、これにより静圧発生領域Ａに静圧を生ぜしめて回
転軸15を支持する。静圧発生領域Ａから排出される作動
流体は、排出溝25aと給排溝25bよりなり供給溝23とラン
ド部24を囲む流通溝25内に流入し、給排溝25b内の作動
流体は主として給排路31,環状溝28及び電磁切換弁42を
経てリザーバ43に排出され、排出溝25a内の作動流体は
排出路32,33,11,12を経てリザーバ43に排出される。ま
た、この場合の動圧発生部Ｂに生じる動圧は小である。

回転軸15の回転速度が高速の定常状態に達して動圧発
生領域Ｂに生じる動圧が充分に増大すれば、これが図略
の回転センサ等にて検出され電磁切換弁42が作動して共
通ポート42aを切換ポート42b側に連通するようになり、
また減圧弁41の出口側圧力は低い値（２〜3kgf/cm²）に
設定される。この状態においては、供給ポンプ40からの
作動流体は低圧となって、第１図及び第２図の破線の矢
印に示す如く、大部分が電磁切換弁42から環状溝28及び
給排路31を通って給排溝25b内に流入してその内部に充
満し、両端の堰部26,26と回転軸15の間の隙間を通って
排出溝25a,25a内に排出され、また供給ポンプ40からの
作動流体の一部は環状溝27から供給溝23内に流入した後
排出溝25a,25a内に排出される。静圧発生領域Ａ内に生
じる静圧は僅かであるが、同領域Ａ内の作動流体は回転
軸15の高速回転によりランド部24の間に引き込まれて動
圧発生領域Ｂに充分大なる動圧を生ぜしめ、これにより
回転軸15を支持する。また、この状態においては、動圧
発生領域Ｂ内の作動流体の流体摩擦損失による発熱量は
増大し、回転軸15の温度が上昇されるが、前述の如く給
排溝25bに多量に供給される作動流体により回転軸15が
冷却されて回転軸15及び軸受部材20の温度上昇は防止さ
れる。

動圧を発生させるランド部は、上記第１実施例の如く
静圧支持部22からステップ状に立ち上る形状とする代り
に、第４図に示す第２実施例のランド部124の如く、供
給溝23内に位置する静圧支持部122からゆるやかな傾斜
でもって立ち上るような形状としてもよい。また供給溝
の形状も、上記第１実施例の如くコ字状とする代りに、
第５図に示す第３実施例の供給溝223の如く枠形とし、
その内部に互いに段差のある静圧支持部222とランド部2
24を形成してもよい。なお、供給溝23,223内に位置する
静圧支持部22,222は高さを低くし、あるいは供給溝23,2
23の底面と一致させて長方形の大きな凹部を形成するよ
うにしてもよい。

また、第２図に２点鎖線35,36で示す如く、給排溝25b
の一側の堰部26を除くと共にその側の排出溝25a下側の
排出路33,12を除いて上側に排出路36を設けるようにし
てもよい。このようにすれば回転軸15の高速回転時に供
給される作動流体はその側の排出溝25a内に貯留される
ので、堰部26を設けなくとも、給排溝25bに十分に作動
流体を充満させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による流体軸受装置の第１実施
例を示し、第１図は主要部の横断面図及び作動流体の給
排系路を示す図、第２図は主要部の縦断面図、第３図は
軸受面の一部の展開図、第４図は第２実施例の主要部の
横断面図、第５図は第３実施例の軸受面の一部の展開図
である。符号の説明 15……回転軸、20……軸受部材、21……軸受面、23,223
……凹部（供給溝）、24,124,224……ランド部、25……
流通溝、25a……排出溝、25b……給排溝、30……絞り、
40……供給ポンプ、42……切換弁（電磁切換弁）、43…
…リザーバ、Ａ……静圧発生領域、Ｂ……動圧発生領
域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を支持する軸受部材の軸受面に、円
周方向に間隔をおいて設けられ供給ポンプより加圧され
た作動流体が絞りを介して供給されて静圧発生領域を形
成する複数の凹部と、この静圧発生領域に円周方向に隣
接して設けられ前記回転軸の回転により同静圧発生領域
内から流入する作動流体により動圧発生領域を形成する
複数のランド部と、前記凹部とランド部を囲む流通溝を
形成してなる流体軸受装置において、前記流通溝を回転
軸線方向に離間した一対の排出溝と、この一対の排出溝
を互いに連通して前記静圧及び動圧発生領域を円周方向
に区分する円周上複数の給排溝により形成し、前記排出
溝は常にリザーバに連通し、前記給排溝を前記リザーバ
と前記供給ポンプに選択的に連通する切換弁を設け、こ
の切換弁は前記回転軸の回転速度が低速の場合は前記給
排溝を前記リザーバに連通させ、前記回転軸の回転速度
が高速の場合は前記給排溝を前記供給ポンプに連通する
ように構成したことを特徴とする流体軸受装置。