(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を供給するための流体供給口、前記流体供給口から供給された流体の流量を絞って内部に流入させる第１の固定絞り、及び流入した流体を排出するための流体排出口を備え、負荷軸に対して間隔を隔てて配置される軸受本体と、
前記軸受本体内部に移動可能に収納され、かつ前記軸受本体内部を負荷軸側の第１の部屋と、前記第１の固定絞り及び前記流体排出口に連通された第２の部屋とに区画すると共に、第１の部屋と第２の部屋とを連通して第１の部屋から第２の部屋に流入する流体及び第２の部屋から第１の部屋に流入する流体の少なくとも一方の流量を絞る第２の固定絞り、及び一端が第２の部屋に開口しかつ他端が前記軸受本体の内壁との対向部に開口して前記軸受本体の内壁方向への流体の流量を絞り前記軸受本体の内壁との間に流体膜を形成する第３の固定絞り、が形成された可動物体と、
を備えた可変絞り形静圧軸受。
【請求項２】
前記第１の固定絞り及び前記第２の固定絞りの少なくとも一方が多孔質物体に形成された多孔による絞りであることを特徴とする請求項１に記載の可変絞り形静圧軸受。
【請求項３】
前記第１の固定絞り及び前記第２の固定絞りの少なくとも一方が毛細管孔による絞りであることを特徴とする請求項１に記載の可変絞り形静圧軸受。
【請求項４】
前記第１の固定絞りが毛細管孔による絞りであり、前記第２の固定絞りが多孔質物体に形成された多孔による絞りであることを特徴とする請求項１に記載の可変絞り形静圧軸受。
【請求項５】
前記第１の固定絞りが多孔質物体に形成された多孔による絞りであり、前記第２の固定絞りが毛細管孔による絞りであることを特徴とする請求項１に記載の可変絞り形静圧軸受。
【請求項６】
前記第１の固定絞りをオリフィス効果による絞りとすることを特徴とする請求項１に記載の可変絞り形静圧軸受。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいづれか１項に記載の可変絞り形静圧軸受をスラスト軸受とした可変絞り形静圧軸受。
【請求項８】
請求項７に記載の可変絞り形静圧軸受を複数個使用することによりジャーナル軸受を構成する可変絞り形静圧軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変絞り形静圧軸受に係り、特に複数個の絞りを備えた可変絞り形静圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より可変絞り形静圧軸受として種々の技術が提案されている。例えば、特許第１８８８５５５号公報では、二段の絞りのうちの二段めの絞りを可動物体に形成した技術が提案されているが、その概略は以下の通りである。図１４に示すように、この二段階の絞りのうちの二段目の絞りを可動物体に形成した軸受は、流体供給口８０、一段目固定絞り８２、二段目固定絞り８４及び流体排出口８６とを備えて構成されている。流体供給口８０より入った流体は、一段目固定絞り８２を通り、下部ポケット部８８に流入する。その後、流体は二方向に分かれて、流体の一つは、二段目固定絞り８４を通り、上部ポケット部９０に入り、その後、負荷軸９２と軸受本体９４の上面との隙間９６を通り外部に排出される。流体の他の一つは、二段目固定絞り８４の下部を通り、流体排出口８６より排出される。このような軸受構造にすることにより、次のような圧力補償作用を得ることができる。
【０００３】
今、ある釣合いの状態から負荷軸９２の負荷が増加すると、負荷軸９２は、図１４において下方に変位する。すると負荷軸９２の下部側の隙間９６が狭くなり、この隙間９６を通過する流体流量が減少するため、負荷軸９２の下部側に位置する上部ポケット部９０内の圧力が上昇する。この圧力の増加により可動物体は下方に押しやられる。逆に負荷軸９２の上部側に位置する上部ポケット部９０内の圧力は低下する。上記のように上部ポケット部９０内の圧力が上昇し、可動物体に加わる流体力の釣合いにより、可動物体は、下方に変位する。これにより二段目固定絞り８４の下部と流体排出口８６の入口との間隙は狭くなって、排出流量が少なくなる。これによって一段目固定絞り８２の下部ポケット８８内圧力が増加し、下部ポケット８８からの流体は、可動物体からなる二段目固定絞り８４を通り、上部ポケット部９０に流れて、その圧力を高めて負荷軸９２の変位を防止する。
【０００４】
しかしながら、上記のような可動物体を用いた絞り軸受では、二段目絞りが可動物体に形成されているため、負荷軸からの加重が変化したり可動物体が移動したりする際に、可動物体が軸受本体に接触したり衝突したりしてしまう。このため、接触や衝突による摩擦や衝撃等により、可動物体や軸受け本体に損傷や磨耗を生じたり、可動物体のスムーズな動作を妨げるという問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたものであって、絞りが形成された可動物体と軸受本体内壁との衝突や接触による可動物体及び軸受本体内壁の損傷や磨耗等を抑制し、可動物体のスムーズな動作を確保することの可能な可変絞り形静圧軸受を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解消するために、本発明の可変絞り形静圧軸受は、流体を供給するための流体供給口、前記流体供給口から供給された流体の流量を絞って内部に流入させる第１の固定絞り、及び流入した流体を排出するための流体排出口を備え、負荷軸に対して間隔を隔てて配置される軸受本体と、前記軸受本体内部に移動可能に収納され、かつ前記軸受本体内部を負荷軸側の第１の部屋と、前記第１の固定絞り及び前記流体排出口に連通された第２の部屋とに区画すると共に、第１の部屋と第２の部屋とを連通して第１の部屋から第２の部屋に流入する流体及び第２の部屋から第１の部屋に流入する流体の少なくとも一方の流量を絞る第２の固定絞り、及び一端が第２の部屋に開口しかつ他端が前記軸受本体の内壁との接触部に開口して前記軸受本体の内壁方向への流体の流量を絞り前記軸受本体の内壁との間に流体膜を形成する第３の固定絞りが形成された可動物体とを含んで構成されている。
【０００７】
本発明によれば、負荷軸が変位した場合に、第１の部屋の流体圧が上昇し可動物体は第１の固定絞り側に変位する。この変位により第２の部屋の流体圧が上昇し第１の固定絞りから流入した流体が第２の固定絞りを通って第１の部屋に流入しその圧力を高めて負荷軸の変位を防止すると共に、第１の固定絞りから流入した流体は可動物体に形成された第３の固定絞りを通って軸受本体の内壁と可動物体の対向部との間に形成される隙間に流出して該隙間に流体膜を形成するので、負荷軸の変動等により可動物体が変位する際の可動物体と軸受本体との衝突や摩擦による可動物体及び軸受本体の内壁の損傷や磨耗を抑制し、可動物体のスムーズな動作を確保することができる。
【０００８】
なお、本発明は、第１の固定絞り及び第２の固定絞りの少なくとも一方を多孔質物体に形成された多孔による絞りとすることができる。
【０００９】
また、本発明は、第１の固定絞り及び第２の固定絞りの少なくとも一方を毛細管孔による絞りとすることもできる。
【００１０】
また、本発明は、第１の固定絞りを毛細管孔による絞りとし、第２の固定絞りを多孔質物体に形成された多孔による絞りとすることもできる。
【００１１】
さらに、第１の固定絞りを多孔質物体に形成された多孔による絞りとし、第２の固定絞りを毛細管孔による絞りとすることもできる。
【００１２】
また、本発明は、第１の固定絞りをオリフィス効果による絞りとすることもできる。
【００１３】
また、本発明は、請求項１乃至請求項６のいづれか１項に記載の可変絞り形静圧軸受をスラスト軸受として可変絞り形静圧スラスト軸受を構成することもできる。
【００１４】
また、本発明は、請求項７に記載の可変絞り形静圧スラスト軸受を複数個使用することによりジャーナル軸受としての可変絞り形静圧ジャーナル軸受を構成することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の可変絞り形静圧軸受の実施の形態について、図面を参照ながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１、図２に示すように、本実施の形態の可変絞り形静圧軸受１２はスラスト軸受を構成し、軸受本体上部１０Ａ、軸受本体下部１０Ｂ、および可動物体１４により構成される。
【００１６】
図１、図３に示すように、可変絞り形静圧軸受１２の軸受本体上部１０Ａには、中央部を貫通する絞り可動部２２、負荷軸１６側に上部ポケット２０、及び上部ポケット２０と反対側に下部ポケット２４が形成されている。負荷軸１６と可変絞り形静圧軸受１２とは隙間１８をおいて配設され、負荷軸１６には隙間１８を介して上部ポケット２０側が当接されている。また、軸受本体上部１０Ａには上部ポケット２０と軸受本体上部１０Ａの側面とを連通する通路４６が形成され、通路４６の軸受本体上部１０Ａの側面出口には、圧力計２６が設置されている。
【００１７】
可動物体１４は、隙間３２を介して絞り可動部２２に嵌合されており、絞り可動部２２内を上下に移動する。可動物体１４の、負荷軸１６側には上部ポケット３４が形成されており、上部ポケット３４、上部ポケット２０、及び可動部２２によって第１の部屋が形成されている。可動物体１４のヨーク部１４Ａの外周には、プレート２８と接合された円筒磁石３０が付設されている。可動物体１４の外周側面の４箇所の等間隔位置には側部ポケット３６が形成されている。可動物体１４の軸受本体下部１０Ｂ側の中央部の１箇所から、各々の側部ポケット３６に連通するように第３の固定絞り３８が穿孔されている。また、可動物体１４には、可動物体１４の上下面を連通した第２の固定絞り４０が２箇所に穿孔されている。
【００１８】
軸受本体下部１０Ｂには、軸受本体上部１０Ａと接している側の中央部に凸部５４が形成されており、凸部５４の外側には環状ポケット５６が形成されており、環状ポケット５６にはボイスコイル５８が設置されている。円筒磁石３０は凸部５４とボイスコイル５８の間に挿通されており、可動物体１４は凸部５４の上部で隙間２２を介して浮動状態にある。ボイスコイル５８は制御装置６０と接続され、制御装置６０は負荷軸１６の位置を検出するための位置センサ６２と接続されている。凸部５４の先端部には下部ポケット４８が形成されており、凸部５４の反対側の面には流体供給口４２が形成されている。毛細管孔からなる第１の固定絞り５０は、下部ポケット４８と流体供給口４２とを連通するように穿孔されている。第１の固定絞り５０の流体流出側には、可動物体１４と下部ポケット４８とにより第２の部屋が形成されている。軸受本体下部１０Ｂには、さらに、軸受本体下部１０Ｂの外周面と環状ポケット５６の底部とを連通する流体排出路６６、及び流体排出路６６の出口と反対側の外周面と流体供給口４２とを連通する流路６４が形成されている。
【００１９】
次に、本実施の形態の可変絞り形静圧軸受の動作について説明する。
【００２０】
図３に示すように、流体供給路４２より入った流体は、第１の固定絞り５０を通り、下部ポケット部４８に入る。その後、流体は以下の三方向に分かれる。流体の一つ目の流れ方向は、可動物体１４に形成された第２の固定絞り４０を通り、上部ポケット３４に流出し、絞り可動部２２を経て上部ポケット２０に入り、その後、隙間１８を通って軸受の外部に排出される。流体の二つ目の流れ方向は、可動物体１４の下部の隙間６８を通り、環状ポケット５６に入り、流体排出路６６より排出される。流体の三つ目の流れ方向は、第３の固定絞り３８を通って側部ポケット３６に流出し、軸受本体上部１０Ａの内壁と可動物体１４との間の隙間３２に流出し、その後、環状ポケット４８へと流れて、流体排出路６６より排出される。
【００２１】
今、ある釣合いの状態から負荷軸１６の負荷が増加すると、負荷軸１６は、図３に示す状態から下方に変位する。すると隙間１８が狭くなり、この隙間１８を通過する流体流量が減少するため、第１の部屋内の圧力が上昇する。この圧力の増加により可動物体１４は下方に押しやられる。
【００２２】
下方に押しやられる際に可動物体１４は、絞り可動部２２を下方向に移動するが、浮動状態にある可動物体のバランスが崩れるため、軸受本体上部１０Ａの内側壁面に接触したり衝突したりしながら下方向へ移動する。可動物体１４が下方に押しやられると、可動物体１４の下部の隙間６８と凸部５４との間隙は狭くなって、流体の排出流量が少なくなる。これによって第２の部屋内の圧力が増加し、第１の固定絞り５０から流出した流体の多くは第３の固定絞り３８及び第２の固定絞り４０に流入する。第２の固定絞り４０に流入した流体は、上部ポケット部２０に流出し、第１の部屋内の圧力を高めて負荷軸１６の変位を防止する。
【００２３】
第３の固定絞り３８に流入した流体は、側部ポケット３６に流出し、隙間３２に流入する。隙間３２に流入した流体は、軸受本体上部１０Ａの内壁と可動物体１４との間に流体膜を形成し、可動物体１４が軸受本体上部１０Ａの内壁面に接触したり衝突したりする際の緩衝材となり、軸受本体上部１０Ａ及び可動物体１４が磨耗、損傷するのを抑制し、可動物体１４のスムーズな動作を確保する。
【００２４】
上述のように、複数個の絞りからなる、理論的には荷重が変化しても負荷軸と軸受との隙間が変化しない無限大剛性軸受に、第３の固定絞り３８を設けることにより、可動物体１４と軸受本体上部１０Ａの内壁面との間に流体が流し込まれて流体の膜が形成され、負荷軸からの加重が変化したり第２の固定絞りが移動したりする際の軸受本体上部１０Ａへの接触による損傷や摩耗等を抑制することができる。
【００２５】
図４（Ａ）に、第３の固定絞り３８を形成した場合と形成しない場合とで、軸受の負荷容量Ｗと横方向の負荷容量Ｗｆとの関係を比較したグラフを示す。このグラフから、第３の固定絞り３８を形成した場合には、軸受の負荷容量に比例して横方向の負荷容量も増加するという線形的な関係が得られ、第３の固定絞り３８を形成しない場合には、軸受の負荷容量が増加しても横方向の負荷容量はほとんど変化しない関係があることが分かる。この結果からも、第３の固定絞り３８を形成することによって可動物体１４及び軸受本体上部１０Ａの内壁面の損傷や摩耗等を抑制できることがわかる。
【００２６】
また、図４（Ｂ）は、第３の固定絞り３８の毛細管径を変化させた場合の、軸受の負荷容量Ｗと横方向の負荷容量Ｗｆとの関係を示すグラフである。毛細管径が０．１０ｍｍの場合にもっとも軸受の負荷容量Ｗに対する横方向の負荷容量Ｗｆが大きくなり、毛細管径が０．２０ｍｍの場合には横方向の負荷容量Ｗｆは毛細管径が０．１０ｍｍの場合の約半分となる。そして、毛細管径が０．３０ｍｍ以上の場合には、横方向の負荷容量Ｗｆは毛細管径が０．１０ｍｍの場合と比較して極端に低い値となることがわかる。したがって、第３の固定絞り３８の毛細管径は、０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
なお、図４（Ｃ）は、負荷軸１６と軸受本体１０との隙間１８＝ｈ２、及び第１の固定絞り５０と可動物体１４との隙間６８＝ｈ１と軸受の負荷容量Ｗとの関係を示すグラフである。ここで、「Ｐｓ」は流体供給口４２からの流体圧を示しているが、ｈ１、ｈ２ともにＰｓの影響をほとんど受けずに軸受の負荷容量に対して特定の値を取ることがわかる。
【００２８】
また、本発明の可変絞り形静圧軸受は、上述の実施の形態の可変絞り形静圧軸受とは異なる構成の可変絞り形静圧軸受とすることもできる。別の構成を有する可変絞り形静圧軸受を第２の実施の形態として図面を参照ながら説明する。なお、第１の実施の形態の可変絞り形静圧軸受と同一の部分に付いては同一の符号を付して説明する。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図５に示すように、可変絞り形静圧軸受１２の軸受本体１０には、流体供給口４２及び流体排出路６６とが形成されており、第１の固定絞り５０が形成された物体５０Ａと可動物体１４とが内蔵されている。固定物体５０Ａには、流体流出側に下部ポケット４６が形成されており、上下面を貫通するように第１の固定絞り５０が形成されている。可動物体１４には、流体の流出側に上部ポケット２０が形成されており、上下面を貫通するように毛細管孔による第２の固定絞り４０が形成されている。また、可動物体１４の外周側面の４箇所の等間隔位置には側部ポケット３６が形成されており、可動物体１４の流体流入側から側部ポケット３６を連通するように第３の固定絞り３８が形成されている。負荷軸１６と可変絞り形静圧軸受１２とは隙間１８をおいて配設され、負荷軸１６には隙間１８を介して上部ポケット２０側が当接されている。
【００３０】
本実施の形態の可変絞り形静圧軸受の動作は、前述した第１の実施の形態の可変絞り形静圧軸受と同様であるため説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態においても、軸受本体１０の内部壁面と可動物体１４との間の隙間３２には第３の固定絞り３８から流出した流体によって流体の膜が形成されているため、可動物体１４が変位する際の軸受本体１０の内部壁面への衝突や接触の緩衝材となり、可動物体１４及び軸受本体１０の内壁の損傷や摩耗等を抑制することができる。
。
【００３２】
なお、前述の２つの実施の形態では、スラスト軸受の例について説明したが、本発明は、ジャーナル軸受に適用することもできる。即ち、ジャーナル軸受についても同様して第２の固定絞りに流路を設けることにより、第２の固定絞りと軸受本体内側壁面との間に流体が流し込まれて流体の膜が形成され、可動物体からなる第２の固定絞りの移動の際の軸受本体への接触による損傷や摩耗等を軽減することができる。第２の実施の形態の可変絞り形静圧軸受をジャーナル軸受に適用した例の概略を図６に示す。
【００３３】
また、前述の２つの実施の形態では、第１の固定絞り及び第２の固定絞りとして毛細管孔による絞りを用いたが、第１の固定絞り及び第２の固定絞りとして多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いることもできる。また、第１の固定絞りとして毛細管孔による絞りを用い第２の固定絞りとして多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いることも、利用する絞りを逆にして第１の固定絞りとして多孔質物体に形成された多孔による絞りを用い第２の固定絞りとして毛細管孔による絞りを用いることもできる。第２の実施の形態の可変絞り形静圧軸受に上記の絞りを用いた例の概略図を図７〜図１２に示す。
【００３４】
図７は、第１の固定絞り及び第２の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いたスラスト軸受の例であり、図８は、第１の固定絞り及び第２の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いたジャーナル軸受の例であり、図９は、第１の固定絞りに毛細管孔による絞りを用い、第２の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いたスラスト軸受の例であり、図１０は、第１の固定絞りに毛細管孔による絞りを用い、第２の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用いたジャーナル軸受の例であり、図１１は、第１の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用い、第２の固定絞りに毛細管孔による絞りを用いたスラスト軸受の例であり、図１２は、第１の固定絞りに多孔質物体に形成された多孔による絞りを用い、第２の固定絞りに毛細管孔による絞りを用いたジャーナル軸受の例である。
【００３５】
なお、図１３に示すように、前述の実施の形態のスラスト軸受を複数個使用してジャーナル軸受を構成することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷軸が変位した場合に、第１の部屋の流体圧が上昇し可動物体は第１の固定絞り側に変位する。この変位により第２の部屋の流体圧が上昇し第１の固定絞りから流入した流体が第２の固定絞りを通って第１の部屋に流入しその圧力を高めて負荷軸の変位を防止すると共に、第１の固定絞りから流入した流体は可動物体に形成された第３の固定絞りを通って軸受本体の内壁と可動物体の対向部との間に形成される隙間に流出して該隙間に流体膜を形成するので、負荷軸の変動等により可動物体が変位する際の可動物体と軸受本体との衝突や摩擦による可動物体及び軸受本体内壁の損傷や磨耗を抑制し、可動物体のスムーズな動作を確保することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の形態の可変絞り形静圧軸受の断面図である。
【図２】  第１実施の形態の可変絞り形静圧軸受の概略構成図である。
【図３】  第１実施の形態の可動物体とその周囲の断面拡大図である。
【図４】  （Ａ）は第３の固定絞りを形成した場合と形成しない場合とで軸受の負荷容量と横方向の負荷容量との関係を比較した図であり、（Ｂ）は第３の固定絞りの毛細管径の変化に対応した軸受の負荷容量と横方向の負荷容量との関係を比較した図であり、（Ｃ）は負荷軸と軸受の隙間（ｈ２）および第１の固定絞りと可動物体の隙間（ｈ１）と軸受の負荷容量との関係を示すグラフである。
【図５】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受の概略断面図である。
【図６】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をジャーナル軸受に適用した場合の概略断面図である。隙間
【図７】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をスラスト軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図８】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をジャーナル軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図９】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をスラスト軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図１０】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をジャーナル軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図１１】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をスラスト軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図１２】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受をジャーナル軸受に適用した場合の他の例の概略断面図である。
【図１３】  第２の形態の可変絞り形静圧軸受を複数個用いてジャーナル軸受を構成したものの概略断面図である。
【図１４】  従来の可変絞り形静圧軸受の例である。
【符号の説明】
１０  軸受本体
１２  可変絞り形静圧軸受
１４  可動物体
１６  負荷軸
１８  隙間
２０  上部ポケット
２２  絞り可動部
２４  下部ポケット
２６  圧力計
３２  隙間
３４  上部ポケット
３６  側部ポケット
３８  第３の固定絞り
４０  第２の固定絞り
４２  流体供給口
４６  通路
４８  下部ポケット
５０  第１の固定絞り
５４  凸部
５６  環状ポケット
６４  流路
６６  流体排出路
６８  隙間
【図１】
0004629256.tif 000002
【図２】
0004629256.tif 000003
【図３】
0004629256.tif 000004
【図４】
0004629256.tif 000005
【図５】
0004629256.tif 000006
【図６】
0004629256.tif 000007
【図７】
0004629256.tif 000008
【図８】
0004629256.tif 000009
【図９】
0004629256.tif 000010
【図１０】
0004629256.tif 000011
【図１１】
0004629256.tif 000012
【図１２】
0004629256.tif 000013
【図１３】
0004629256.tif 000014
【図１４】
0004629256.tif 000015