(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油室を有するハウジングと、前記油室の作動油中に浸漬された軸受支持部材と、その軸受支持部材の下面と油室の底面間に微小なダンパ隙間が形成されるよう軸受支持部材を支持する複数のボールと、前記軸受支持部材の上面中央部に形成された嵌合孔に嵌合された軸受部材とを有し、前記軸受部材の上面中央部に突出部を設け、その突出部上に設けられた主軸の軸端を動圧軸受によって回転自在に支持した流体軸受装置において、前記軸受支持部材の嵌合孔外周に、前記嵌合孔に嵌合された軸受部材の外周部よりも高い突出部を設け、前記軸受部材の突出部の熱を軸受支持部材に伝導する熱伝導率の高い熱伝導体を、前記軸受部材の突出部の外周と前記軸受支持部材の突出部との間に設け、前記熱伝導体が、リングから成り、その熱伝導体を前記軸受部材の突出部の外周に圧入して下面の外周部を軸受支持部材の突出部の上面に接触させたことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
前記熱伝導体が、インナーリングと、そのインナーリングの外周に嵌合されたアウターリングとから成り、前記インナーリングを前記軸受部材の突出部の外周に圧入して下面を軸受部材の上面に接触させ、アウターリングの下面を軸受支持部材の突出部の上面に接触させた請求項１に記載の流体軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ターボ分子ポンプやフライホイール等のたて形高速回転機械の高速回転される主軸を回転自在に支持する流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の流体軸受装置として、実開昭６３−９９０２５号公報に記載されたものが従来から知られている。この流体軸受装置は、図３に示すように、ハウジング２０に形成された油室２１の潤滑油中に軸受部材２２を浸漬し、その軸受部材２２の下面外周部を複数のボール２３で支持して、軸受部材２２の下面中央部と油室２１の底面中央部に設けられた突出部２４の上面間に微小なダンパ隙間２５を形成し、前記軸受部材２２の上面中央部上に配置された主軸２６の軸端を動圧軸受２７によって回転自在に支持している。
【０００３】
ここで、動圧軸受２７は、軸受部材２２の上面に凹形の半球状軸受面２７ａを形成し、一方、主軸２６の軸端に半球状表面２７ｂを設け、その半球状表面２７ｂと軸受面２７ａの少なくとも一方にスパイラル状の動圧発生溝２７ｃを設けている。
【０００４】
上記流体軸受装置においては、主軸２６の高速回転時に、動圧発生溝２７ｃのポンピング作用によって軸受面２７ａと半球状表面２７ｂ間の潤滑油の圧力を高め、その潤滑油の圧力により主軸２６を支持するようにしている。このため、主軸２６は軸受部材２２に対して非接触の状態で回転し、主軸２６をきわめて高速で回転させることができる。
【０００５】
また、軸受部材２２の下面と突出部２４の上面間に形成されたダンパ隙間２５内の潤滑油の剪断抵抗によるダンピング効果によって軸受部材２２が主軸２６の高速回転に伴って振動するのを防止することができるため、主軸２６を安定して高速回転させることができる。
【０００６】
ところで、流体軸受装置においては、主軸２６の高速回転によって動圧軸受部が発熱して温度上昇する。このとき、動圧軸受部の放熱による冷却が不充分であると、動圧軸受部の温度上昇により、動圧軸受部の潤滑油の粘度が低下し、動圧軸受部の負荷容量が減少する。
【０００７】
そのような不都合を解消するため、上記公報に記載された動圧軸受装置においては、軸受部材２２の下面と突出部２４の上面間に形成されたダンパ隙間２５の大きさを３０μｍ乃至２００μｍの範囲に管理し、動圧軸受部の熱を軸受部材２２からダンパ隙間２５を満たす潤滑油を介してハウジング２０の底面に熱伝導させて放熱し、動圧軸受部の温度上昇を抑制するようにしている。
【０００８】
しかしながら、ダンパ隙間２５は、軸受部材２２の下面中央部と油室２１の底面に設けられた突出部２４の上面間に設けられているため、面積の大きなダンパ隙間２５を確保することができず、軸受部材２２から突出部２４への熱伝導が不充分であって、動圧軸受部を効果的に冷却することができない。
【０００９】
また、ダンパ隙間２５の面積が小さいため、軸受部材２２の振動抑制に充分なダンピング効果を得ることができない。
【００１０】
そのような不都合を解消するため、図４に示す流体軸受装置が提案されている。この流体軸受装置においては、ハウジング３０の油室３１に収容された潤滑油中に円板状の軸受支持部材３２を浸漬し、その軸受支持部材３２の上面に設けられた嵌合孔３３内に軸受部材３４を嵌合して、ねじ３５の締付けにより外周部を固定し、前記軸受部材３４の上面中央部に設けられた突出部３４ａ上に主軸３６を配置して、その軸端部を動圧軸受３７により回転自在に支持している。
【００１１】
また、軸受支持部材３２の下面中央部にリング上のプレート３８を設け、そのプレート３８を複数のボール３９で支持して、軸受支持部材３２の下面外周部と油室３１の底部材４０の上面間にダンパ隙間４１を設けている。
【００１２】
上記流体軸受装置においては、軸受支持部材３２の下面外周部と底部材４０の上面間にダンパ隙間４１を設ける構成であるため、広い面積のダンパ隙間４１を確保することができる。このため、軸受部材３４から軸受支持部材３２に伝えられる熱を底部材４０に良好に熱伝導させることができると共に、ダンパ隙間４１の面積が大きいため、ダンピング効果に優れ、軸受部材３４の振動をより効果的に抑制することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示す流体軸受装置は、軸受支持部材３２からダンパ隙間を経由する放熱特性および軸受部材３４の振動を抑制するダンピング特性が優れているものの、軸受部材３４の外周は嵌合孔３３の内周に対して非接触であって、下面が軸受支持部材３２の嵌合孔３３の底面と接触するのみであり、その接触部と主軸３６の高速回転によって発熱し易い突出部３４ａ間の伝熱経路が長く、また、動圧軸受部が突出した形状であるので伝熱経路の断面積が小さい。そのため、熱伝導による突出部３４ａの冷却効果が悪く、動圧軸受３７の温度上昇を効果的に抑制することができない。
【００１４】
その結果、動圧軸受部の潤滑油が主軸の高速回転による温度上昇によって粘度が低下し、その粘度低下によって負荷容量が低減することになる。
【００１５】
この発明は、軸受部材と軸受支持部材間の伝熱特性を改善して動圧軸受部の冷却効果を高め、流体軸受装置の負荷容量の低減を防止することを課題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、第１の発明においては、油室を有するハウジングと、前記油室の作動油中に浸漬された軸受支持部材と、その軸受支持部材の下面と油室の底面間に微小なダンパ隙間が形成されるよう軸受支持部材を支持する複数のボールと、前記軸受支持部材の上面中央部に形成された嵌合孔に嵌合された軸受部材とを有し、前記軸受部材の上面中央部に突出部を設け、その突出部上に設けられた主軸の軸端を動圧軸受によって回転自在に支持した流体軸受装置において、前記軸受支持部材の嵌合孔外周に、前記嵌合孔に嵌合された軸受部材の外周部よりも高い突出部を設け、前記軸受部材の突出部の熱を軸受支持部材に伝導する熱伝導率の高い熱伝導体を、前記軸受部材の突出部の外周と前記軸受支持部材の突出部との間に設けた構成を採用している。
【００１７】
上記のように、軸受支持部材の嵌合孔外周に、前記嵌合孔に嵌合された軸受部材の外周部よりも高い突出部を設け、前記軸受部材の突出部の熱を軸受支持部材に伝導する熱伝導率の高い熱伝導体を、前記軸受部材の突出部の外周と前記軸受支持部材の突出部との間に設けたことにより、前記軸受部材の突出部と軸受支持部材間の伝熱特性を高めることができ、軸受支持部材への熱伝導によって軸受部材の突出部を効果的に冷却することができる。
【００１８】
このため、動圧軸受部の潤滑油の粘度低下を防止し、負荷容量の低減を抑制することができる。
【００１９】
ここで、熱伝導体は、銅あるいはアルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成するのが好ましい。その熱伝導体の取付けに際し、熱伝導体をリング状とし、そのリング状熱伝導体を軸受部材の突出部の外周に圧入して下面を軸受支持部材の突出部の上面に当接させる方法を採用することができる。
【００２０】
前記リング状熱伝導体をインナーリングとその外側に嵌合したアウターリングとで形成し、インナーリングを軸受部材の突出部の外周に圧入して下面を軸受部材の上面外周部に接触させると共に、アウターリングを軸受支持部材の突出部の上面に接触させることにより、軸受部材と熱伝導体の接触面積を大きくとることができ、軸受部材の熱を熱伝導体に効果的に伝熱させることができ、熱伝導による軸受部材の冷却効果をより高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１乃至図２に基づいて説明する。図１に示すように、ハウジング１の底部２上に形成された油室３内には潤滑油が収容されている。
【００２２】
油室３の潤滑油中には円盤状の軸受支持部材４が浸漬されている。軸受支持部材４はアルミニウム合金等の軽合金によって形成されている。
【００２３】
前記油室３の底面には凹部５が形成され、その凹部５の底面と軸受支持部材４の下面には特殊鋼等の耐摩耗性に優れた金属から成るリング状のプレート６ａ、６ｂが対向位置に設けられ、そのプレート６ａ、６ｂ間に組込まれた複数のボール７により軸受支持部材４が支持されて、軸受支持部材４の下面と油室３の底面間に微小なダンパ隙間８が設けられている。
【００２４】
軸受支持部材４の上面中央部には嵌合孔９が形成され、その嵌合孔９内に軸受部材１０が嵌合され、ねじ１１の締付けによって外周部が軸受支持部材４に固定されている。軸受支持部材４の嵌合孔外周には、嵌合孔９に嵌合された軸受部材１０の外周部よりも高い突出部４ａが設けられている。
【００２５】
軸受部材１０は銅合金によって形成されている。この軸受部材１０は、上面中央部に突出部１０ａを有し、その突出部１０ａ上に設けられた主軸１２は動圧軸受１３によって回転自在に支持されている。動圧軸受１３は、突出部１０ａの上面に凹形の半球状軸受面１３ａを形成し、一方、主軸１２の軸端に半球状表面１３ｂを設け、その半球状表面１３ｂにスパイラル溝から成る動圧発生溝１３ｃを形成している。
【００２６】
なお、動圧発生溝１３ｃは軸受面１３ａにのみ形成してもよく、あるいは軸受面１３ａと半球状表面１３ｂの両方に形成してもよい。
【００２７】
軸受部材１０の突出部１０ａと軸受支持部材４との間には、突出部１０ａの熱を軸受支持部材４に伝導する熱伝導体１４が設けられている。
【００２８】
熱伝導体１４は銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い金属を素材としている。この熱伝導体１４はリング状をなし、突出部１０ａの外周に圧入され、下面の外周部が軸受支持部材４の上面に接触している。
【００２９】
上記のように、軸受部材１０の突出部１０ａの外周に圧入した熱伝導体１４の下面外周部を軸受支持部材４の突出部４ａの上面に接触させることにより、主軸１２の高速回転により動圧軸受部が発熱して突出部１０ａが温度上昇すると、その熱は熱伝導体１４から軸受支持部材４に良好に伝導される。その熱伝導による放熱により突出部１０ａが冷却される。
【００３０】
このため、動圧軸受部の軸受面１３ａと半球状表面１３ｂ間の潤滑油の温度上昇による粘度の低下を防止し、動圧軸受部の負荷容量の低減を抑制することができる。
【００３１】
ここで、実施形態で示すように、軸受部材１０を銅合金で形成すると、主軸１２の接触回転時における摺動性を高めることができると共に、動圧軸受部に異物が侵入した際、その異物は軸受面１３ａに埋没され、異物のかみ込みによる回転特性の低下を抑制することができる。
【００３２】
また、銅合金製軸受部材１０を支持する軸受支持部材４をアルミニウム合金等の軽合金で形成すると、軸受部材１０を含む全体の重量の軽量化を図ることができ、高速回転する主軸１２の安定性を高めることができる。
【００３３】
図２は、この発明に係る流体軸受装置の第２の実施形態を示し、要部のみを示している。この流体軸受装置は、熱伝導体１４をインナーリング１４ａとアウターリング１４ｂとで形成している点で図１に示す流体軸受装置と相違する。
【００３４】
このため、図１に示す流体軸受装置と同一の部品には同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図２に示すように、熱伝導体１４をインナーリング１４ａとその外側に嵌合されたアウターリング１４ｂとで形成し、インナーリング１４ａを軸受部材１０の突出部１０ａの外周に圧入して、その下面を軸受部材１０の上面に接触させると共に、アウターリング１４ｂの下面を軸受支持部材４の突出部４ａの上面に接触させることにより、熱伝導体１４と軸受部材１０の接触面積の拡大を図ることができ、軸受部材１０から軸受支持部材４への熱伝導を高め、動圧軸受部の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、軸受部材の突出部と軸受支持部材との間に熱伝導体を設けて伝熱特性を高めたことにより、動圧軸受部の冷却効果を高めることができ、潤滑油の温度上昇による粘性の低下を防止し、負荷容量の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る流体軸受装置の第１の実施形態を示す縦断正面図
【図２】この発明に係る流体軸受装置の第２の実施形態を示す縦断正面図
【図３】従来の流体軸受装置を示す縦断正面図
【図４】従来の流体軸受装置の他の例を示す縦断正面図
【符号の説明】
１  ハウジング
３  油室
４  軸受支持部材
７  ボール
８  ダンパ隙間
９  嵌合孔
１０  軸受部材
１０ａ  突出部
１２  主軸
１３  動圧軸受
１４  熱伝導体
１４ａ  インナーリング
１４ｂ  アウターリング
【図１】
0003853169.tif 000002
【図２】
0003853169.tif 000003
【図３】
0003853169.tif 000004
【図４】
0003853169.tif 000005