JP4633301B2

JP4633301B2 - Hydrodynamic bearing device with lubricating fluid purification function

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Publication number: JP4633301B2
Application number: JP2001227728A
Authority: JP
Inventors: 正和上杉; 正浩角振; 淳長野; 庄太郎溝渕
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003042159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定部材と回転部材との相対的な回転により、両部材の間の軸受隙間に高圧の流体潤滑膜を形成し、両部材を非接触に保持しながら該回転部材の回転を支承する動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動圧軸受装置としては、特開平６−２４１２２２号公報、特開平６−２４９２３６号公報、特開平７−１９２３６号公報等に開示されたものが知られている。かかる動圧軸受装置は、工作機械の主軸頭等に固定されるハウジングと、駆動手段に連結されて回転する主軸と、所定の軸受隙間を介して対向する回転側部材及び固定側部材から構成されると共に上記主軸をハウジングに対して回転自在に支承するラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受とを備えており、各動圧軸受の回転側部材には深さ１０〜１５μｍ程度の動圧発生用溝が所定のパターンで形成されている。
【０００３】
このように構成された動圧軸受装置においては、上記主軸の回転に伴って動圧軸受の軸受隙間に介在する潤滑液が加圧され、主軸は高圧の流体潤滑膜によって浮揚状態となり、その状態のままで回転を支承される。このため、主軸の回転に対しては極僅かな回転抵抗しか作用せず、しかも回転時における振動も殆ど発生しないことから、該主軸に対して毎分１万回転以上の高速回転を与えて使用することも可能といった優れた特質を有している。
【０００４】
その一方、かかる動圧軸受装置では主軸の回転に伴って潤滑液を加圧していることから、各動圧軸受の回転側部材と固定側部材との軸受隙間が過大であると、該軸受隙間において潤滑液の圧力を十分に高めることができず、主軸の外部荷重に対する負荷能力及び剛性が低下してしまう。このため、前述した従来の軸受装置では軸受隙間を数μｍ程度に設定し、主軸の低速回転においても潤滑液を十分に加圧できるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる動圧軸受装置では各動圧軸受の回転側部材と固定側部材との軸受隙間が極めて小さいことから、この軸受隙間に供給する潤滑液に塵芥等の異物が混入している場合には該異物が軸受隙間に引っ掛かってしまい、上記回転側部材に固定された主軸の回転が不能となったり、回転側部材又は固定側部材に形成された動圧発生用溝が傷ついてしまうといった問題点があった。このため、従来の動圧軸受装置では潤滑液中に混入された異物を濾過フィルターで濾し取り、かかる後に潤滑液を軸受隙間に供給するようにしていた（特開平１１−１０１２２６号公報）。
【０００６】
しかし、幅１０μｍ程度の軸受隙間に引っ掛かる異物を取り除く濾過フィルタはその網目が極めて細かいものとなってしまうことから、目詰まりが発生し易く、軸受隙間に対して単位時間当たりに十分な量の潤滑液を供給するためには、定期的に濾過フィルタの目詰まりを清掃しなければならなかった。このため、かかる動圧軸受装置を工作機械の主軸に用いる場合等には、所定時間毎に被加工物の加工を中断して濾過フィルタの清掃を実施しなければならず、単位時間当たりの加工効率を悪化させる一因となっていた。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、濾過フィルタを用いることなく潤滑液中から異物を除去し、かかる異物が除去された清浄な潤滑液を軸受隙間に対して連続的に供給することが可能な動圧軸受装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の動圧軸受装置は、固定部材と、回転部材と、これら固定部材と回転部材との間に潤滑液が導入される軸受隙間を形成すると共に、上記回転部材の回転に伴って該軸受隙間に高圧の流体潤滑膜を形成し、上記回転部材を固定部材に対して回転自在に支承する動圧軸受と、上記回転部材の回転中心とは変位した位置で該回転部材に設けられた遠心分離室と、この遠心分離室に対して上記潤滑液を導く導入流路と、上記遠心分離室から回転部材の半径方向外側へ向けて延びる排出通路と、この排出通路よりも内径側において上記遠心分離室と接続され、かかる遠心分離室から動圧軸受の軸受隙間に対して潤滑液を供給する供給流路とから構成されることを特徴とするものである。
【０００９】
このような技術的手段によれば、潤滑液は動圧軸受の軸受隙間に供給される以前に、回転部材に設けられた遠心分離室に導入されるが、かかる遠心分離室は回転部材の回転中心とは変位した位置に設けられていることから、回転部材の回転中には遠心分離室内の潤滑液に対して遠心力が作用することになる。このため、遠心分離室に導入された潤滑液に異物が混入しているような場合、かかる異物は作用する遠心力の差によって遠心分離室内で潤滑液から分離され、遠心分離室から回転部材の半径方向外側へ延びる排出通路を経て外部へ排出される。一方、遠心力によって異物が分離された潤滑液は、排出通路よりも内径側において上記遠心分離室と接続された供給流路を経て動圧軸受の軸受隙間に供給される。これにより、遠心分離室に供給される潤滑液に異物が混入しているような場合であっても、動圧軸受の軸受隙間に対しては異物を除去した清浄な潤滑液を供給することができ、軸受隙間に異物が引っ掛かってしまうといったトラブルを回避することが可能となる。このため、一旦は動圧軸受から排出され、粉塵等の異物が混じってしまった潤滑液であっても、これを潤滑液として最循環させて使用することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は単に潤滑液中から粉塵等の異物を除去するのみでなく、例えば水と油等の如く、互いに不溶性の２つの液体が混じった潤滑液をその比重差を利用して分離し、比重の軽い液体のみを潤滑液として利用することもできる。
【００１１】
このように構成される本発明の動圧軸受装置では、遠心分離室内の潤滑液に対してより大きな遠心力が作用する方が該潤滑液中の異物の除去を効果的に行なうことができ、かかる観点からすれば、上記遠心分離室は回転部材の回転中心からより離れた位置に設けられるのが好ましい。例えば、回転軸にスラスト円板を固定し、このスラスト円板と固定部材とでスラスト動圧軸受を構成する場合には、このスラスト円板に対して遠心分離室を設けるのが好ましい。
【００１２】
また、遠心分離室において潤滑液中から異物を効果的に除去するためには、潤滑液が遠心分離室内にある程度の時間は滞留することが必要であり、この時間が余りに短いと異物の除去能力が低下し、異物を含んだ潤滑液が動圧軸受の軸受隙間に供給されてしまう。従って、かかる観点からすれば、上記遠心分離室と排出通路との間には、かかる排出通路に流入する潤滑液の流量を調整する絞り部を設け、遠心分離室内における潤滑液の滞留時間を調整するのが好ましい。
【００１３】
更に、本発明では回転部材が停止すると遠心分離室内の潤滑液に対して遠心分離作用が働かず、回転部材の起動時に動圧軸受の軸受隙間に遠心分離室から潤滑液が吸引されると、かかる潤滑液中に分散した異物が一緒に吸引されてしまう懸念がある。このため、回転部材の停止後も、異物が除去された清浄な潤滑液を供給流路内に保持し得るよう、かかる供給流路内には潤滑液を吸収する吸蔵体を設けるのが好ましい。このように構成すれば、回転部材の起動時には、遠心分離室内の潤滑液に対して十分な遠心分離作用が働く迄の間、吸蔵体に保持された清浄な潤滑液を軸受隙間に供給することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の動圧軸受装置を詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示すものであり、工作機械等に用いられるスピンドル装置の軸受部に本発明を適用したものである。このスピンドル装置は、モータ１によって高速回転するスピンドル主軸２をラジアル動圧軸受３及びスラスト動圧軸受４を介してハウジング５に支承したものであり、かかるラジアル動圧軸受３及びスラスト動圧軸受４の潤滑流体としては水等の液体が用いられている。尚、図１ではスピンドル主軸２の回転中心を一点鎖線で示し、回転中心から右半分は省略して描いてある。
【００１５】
上記ハウジング５に対してスピンドル主軸２の回転を支承しているラジアル動圧軸受３は、かかるスピンドル主軸２の外周面に固定された軸受スリーブ６と、上記ハウジング５から突出する固定部材としてのリング部７とから構成されており、上記軸受スリーブ６の外周面とリング部７の内周面との間には所定の軸受隙間（例えば５〜１５μｍ）が形成されている。上記リング部７の内周面と対向する軸受スリーブ６の外周面には動圧溝８が形成されており、スピンドル主軸２が回転すると、かかる動圧溝８によってリング部７と軸受スリーブ６の隙間、すなわちラジアル動圧軸受３の軸受隙間に介在する潤滑液が加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されるようになっている。これにより、スピンドル主軸２はリング部７に対して非接触の状態でその回転を支承されることとなる。ここで、かかる動圧溝８は、スピンドル主軸２の回転に伴い、軸受隙間内の潤滑液を軸受スリーブ６の長手方向の中央へ加圧する向きに形成されている。
【００１６】
一方、上記スラスト動圧軸受４はラジアル動圧軸受３を挟むようにして一対設けられており、これらスラスト動圧軸受４，４によってスピンドル主軸２の軸方向への移動が規制されている。このスラスト動圧軸軸受４は、上記軸受スリーブ６を挟むようにしてスピンドル主軸２に固定された一対のスラスト円板９，９と、ハウジング５側のリング部７とから構成されており、これらスラスト円板９とリング部７の軸方向の端面との間にはラジアル動圧軸受３の軸受隙間と連通する所定の軸受隙間が形成されている。上記スラスト円板９と対向するリング部７の軸方向端面にはスパイラル状の動圧溝１０が形成されており、スピンドル主軸２が回転すると、かかる動圧溝１０によってリング部７とスラスト円板９の隙間、すなわちスラスト動圧軸受４の軸受隙間に介在する潤滑液が加圧され、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されるようになっている。その結果、スピンドル主軸２は上記リング部７を挟んで設けられた一対のスラスト動圧軸受４，４によってその軸方向の移動が規制されることとなる。
【００１７】
図２は上記リング部７に形成された動圧溝を示すものである。かかる動圧溝１０は、スピンドル主軸２の回転に伴って軸受隙間の潤滑液を半径方向の内側に向けて加圧する所謂ポンプインパータンのスパイラル溝１０ａと、スピンドル主軸２の回転に伴って軸受隙間の潤滑液を半径方向の外側に向けて加圧する所謂ポンプアウトパータンのスパイラル溝１０ｂとから構成されており、潤滑液はこれらスパイラル溝１０，１０ｂの境界部でスラスト円板９に開設された供給流路１１から軸受隙間に供給される。従って、供給流路１１からスラスト動圧軸受４の軸受隙間に導かれた潤滑液の一部は、ポンプインパターンのスパイラル溝１０ａによって半径方向内側に送られた後にラジアル動圧軸受３の軸受隙間に流入し、また、他の潤滑液はポンプアウトパターンのスパイラル溝１０ｂによって半径方向外側に送られ、スラスト円板９の外周縁から排出される。このため、スピンドル主軸２の回転中はスラスト動圧軸受４の軸受隙間に対して外部から粉塵等が侵入する心配がなく、また、両軸端をスラスト動圧軸受４によって塞がれたラジアル動圧軸受３の軸受隙間に対しても粉塵が侵入する心配がない。尚、図１中の白抜き矢印はスラスト動圧軸受４及びラジアル動圧軸受３の軸受隙間における潤滑液の流動方向を示したものであり、また、図２中の矢線はリング部７に対するスラスト円板９の回転方向を示している。
【００１８】
この実施例のスピンドル装置において、ラジアル動圧軸受３及びスラスト動圧軸受４の軸受隙間に対する潤滑液の供給は各スラスト円板９に設けられた遠心分離室１２を介して行われる。すなわち、潤滑液はスピンドル主軸２に設けられた導入流路１３からスラスト円板９の遠心分離室１２に導かれた後、前述の供給流路１１を介してスラスト動圧軸受４の軸受隙間に供給される。ハウジング５には上記リング部７を半径方向へ貫通するようにして固定側供給路１４が開設れさており、潤滑液はこの固定側供給路１４からスピンドル装置に供給される。この固定側供給路１４はラジアル動圧軸受３の軸受隙間に連通している。また、スピンドル主軸２に固定された軸受スリーブ６には上記固定側供給路１４に対向する受け入れ口１５が設けられており、かかる受け入れ口１５がスピンドル主軸２に設けられた導入流路１３と連通している。上記固定側供給路１４はハウジング５のリング部７に対して１カ所のみ開設されているが、この受け入れ口１５は軸受スリーブ６の円周方向を数等分する位置に複数設けられており、スピンドル主軸２の回転中であっても、いずれかの受け入れ口１５から潤滑液を導入流路１３へ送り込めるようになっている。固定側供給路１４から送りまれた潤滑液はラジアル動圧軸受３の軸受隙間を介して受け入れ口１５に流入するが、前述の如く、ラジアル動圧軸受３の軸受隙間では潤滑液が軸受スリーブ６の長手方向の中央、すなわち受け入れ口１５の開設された位置へ向けて加圧されているので、固定側供給路１４からラジアル動圧軸受３の軸受隙間に噴出した潤滑液は該軸受隙間内で拡散することができず、その殆どが受け入れ口１５に入り込むことになる。また、スラスト動圧軸受４の軸受隙間からラジアル動圧軸受３の軸受隙間へ流動してきた潤滑液も、同様の理由から軸受スリーブ６の受け入れ口１５へ流入する。
【００１９】
図３は上記ラジアル動圧軸受３及びスラスト動圧軸受４の軸受隙間における圧力勾配を示すものである。ラジアル動圧軸受３の軸受隙間においては、軸受スリーブ６の長手方向の中央において最も圧力が高く（ΔＰ₂）、またスラスト動圧軸受４の軸受隙間においては、スラスト円板９の外周縁において最も圧力が高い（ΔＰ₁）。従って、固定側供給路１４から供給した潤滑液がラジアル動圧軸受３の軸受隙間を通り越して受け入れ口１５に流入するためには、固定側供給路１４における潤滑液の供給圧力Ｐ₁がラジアル動圧軸受３における最高圧力ΔＰ₂よりも小さくなければならない。これにより、ラジアル動圧軸受３及びスラスト動圧軸受４の軸受隙間には前述した潤滑液の流れが発生し、総ての潤滑液を遠心分離室１２を介して軸受隙間に供給することが可能となる。
【００２０】
このようにしてスピンドル主軸２の導入流路１３に送り込まれた潤滑液は、スラスト円板９に設けられた遠心分離室１２へ供給される。図４はこの遠心分離室１２の詳細を示すものである。遠心分離室１２はスラスト円板９の円周方向の数カ所に設けられており、導入流路１３から導かれた潤滑液が一時的に貯留される。遠心分離室１２からスラスト円板９の半径方向外側に向けて排出流路１６が設けられており、この排出流路１６はスラスト円板９の外周面に開口している。遠心分離室１２には上記排出流路１６に向けてテーパ状の絞り部１７が形成されており、この絞り部１７の存在により、導入流路１３から遠心分離室１２に導かれた潤滑液が該遠心分離室１２内に一時的に滞留するようになっている。また、スラスト動圧軸受４の軸受隙間に対して潤滑液を供給する供給流路１１は導入流路１３を挟んで排出流路１６と反対側の位置、すなわちスラスト円板９の半径方向内側において遠心分離室１２に連通している。
【００２１】
モータ１によってスピンドル主軸２に回転が与えられると、上記遠心分離室１２内の潤滑液には遠心力が作用し、かかる潤滑液は排出流路１６から排出されることから、スピンドル主軸２の回転中は、図４中に矢線Ａで示されるように、潤滑液は導入流路１３から遠心分離室１２に吸引される。このとき、導入流路１３から排出流路１６へ至る流路に何の流路抵抗もなければ、潤滑液は遠心分離室１２を即座に通過して排出流路１６へ流入してしまう。しかし、前述の如く遠心分離室１２に絞り部１７を設けると、遠心分離室１２に流入した潤滑液の流速は該遠心分離室１２内で遅くなり、かかる遠心分離室１２をゆっくりした速度で通過することになる。このため、潤滑液は遠心分離室１２内において十分な遠心力の作用を受ける。仮に潤滑液中に金属粉等の異物が混入していた場合、かかる異物の比重は潤滑液の比重よりも大きいことから、異物に作用する遠心力は潤滑液に作用する遠心力よりも大きくなり、かかる異物は潤滑液中を該潤滑液の流速よりも速い速度で移動することになる。従って、回転中の遠心分離室１２内ではスラスト円板９の半径方向の外側、すなわち排出流路１６に近い位置に異物が集まり、スラスト円板９の半径方向の内側、すなわち供給流路１１に近い位置では異物が除去された清浄な潤滑液が存在することになる。つまり、潤滑液中の異物に対して遠心分離作用が働き、導入流路１３から遠心分離室１２に供給された潤滑液が、異物が混入した潤滑液と異物混入のない清浄な潤滑液とに分離されるのである。そして、異物が多く混入する潤滑液は図４中に矢線Ｂで示されるように、排出流路１６を介して遠心分離室１２から排出され、かかる潤滑液はスラスト動圧軸受４の軸受隙間から排出された潤滑液と一緒になり、ハウジング５の固定排出路１８を介して装置外へ送り出される。一方、異物が除去された清浄な潤滑液は矢線Ｃで示されるように供給流路１１に吸引され、スラスト動圧軸受４の軸受隙間に供給される。
【００２２】
異物が除去された清浄な潤滑液をどの程度の量だけ供給することができるか否かは、潤滑液の総流量、絞り部の断面積、遠心分離室の容量、遠心分離室に対する供給流路の接続位置、スピンドル主軸の回転数、遠心分離室の半径方向位置等により決定される。動圧軸受で使用される潤滑液の流量は潤滑液の総流量に比べて非常に少ないため、この流量を満足するよう種々のパラメータを決定すれば良いことになる。
【００２３】
これにより、本実施例のスピンドル装置では、粉塵等の異物が混ざった潤滑液をハウジング５の固定側供給路１４から供給しても、遠心分離作用によって異物を除去した清浄な潤滑液のみをスラスト動圧軸受４及びラジアル動圧軸受３の軸受隙間に対して供給することができるので、かかる異物を濾し採る濾過フィルタを設けずとも、該異物が軸受隙間に噛み込まれてしまうといったトラブルを回避することが可能となる。
【００２４】
工作機械のスピンドル装置のスピンドル主軸を動圧軸受で支承した場合、動圧軸受から排出された潤滑液にはワークの切削粉等の異物が混じってしまっている可能性があるが、前述した本実施例のスピンドル装置ではこの潤滑液を回収し、何ら濾過フィルタを通すことになくそのまま潤滑液として再供給して、かかる工作機械の運転を継続することができ、潤滑液の消費量を著しく減らして運転コストの低減化を図ることが可能となる。また、濾過フィルタを用いることなく潤滑液の再使用を可能としているので、かかる濾過フィルタの清掃のために運転を中断する必要もなく、スピンドル装置の運転効率も高めることができる。
【００２５】
一方、スピンドル主軸２の停止中は遠心分離室１２内の潤滑液に対して遠心分離作用が働かないことから、異物を含んだ潤滑液が供給流路１１に流入してしまう可能性があるが、本実施例では該可能性を排除するため、遠心分離室１２内の供給流路１１の入口に潤滑液を吸収して保持する吸蔵体１９を設け、スピンドル主軸２の回転中に清浄化された潤滑液がこの吸蔵体１９に含まれるように構成した。上記吸蔵体１９としては、高吸水性繊維からなる布地や、多孔質の樹脂、セラミクス、金属等を用いることができる。
【００２６】
そして、このような吸蔵体１９を遠心分離室１２内に設けた構成によれば、スピンドル主軸２の回転中に清浄化された潤滑液が上記吸蔵体１９に吸収・保持されるので、スピンドル主軸２の回転を一旦停止した後の起動時であっても、かかる吸蔵体１９に含まれている清浄な潤滑液をスラスト動圧軸受４の軸受隙間に供給しながらスピンドル主軸２の起動を行うことができる。
【００２７】
次に、図５は本発明の第２実施例を示すものであり、カスケードポンプの羽根車の軸受部に本発明を適用したものである。このカスケードポンプは、ハウジング３０内に収容された羽根車３１を回転させ、かかるハウジング３０内に形成された作用通路３２において液体にポンプ作用を行なうように構成されており、小型化のために羽根車３１を駆動するモータ３３がハウジング３０及び羽根車３１と一体に設けられている。すなわち、モータロータ３３ａは羽根車３１に対して直接固定される一方、上記羽根車３１を収容するハウジング３０にはモータステータ３３ｂが固定され、これらモータロータ３３ａ及びモータステータ３３ｂから構成される駆動モータ３３によって羽根車３１が直接回転駆動されるようになっている。尚、図５では羽根車３１の回転中心を一点鎖線で示し、かかる回転中心よりも下側を省略して描いている。
【００２８】
上記羽根車３１の外周には円周方向に沿って複数の作用溝３４が配列されている。この作用溝３４は羽根車３１の側面と外周面とが交わる一方の角部に対して形成されており、羽根車３１の角部を扇状に切り欠くようにして形成されている。一方、上記作用通路３２は羽根車３１の作用溝３４の形成領域を収容するようにして形成されており、かかる作用通路３２の断面が羽根車３１の作用溝３４の外側を広く囲んでいる。
【００２９】
図６は上記ハウジング１内に形成した作用通路３２と上記羽根車３１との関係を示す断面図である。作用通路３２は羽根車３１の外周の８割程度を取り巻くようにして設けられており、その一端には液体を作用通路３２に導く吸い込み通路３５が、他端にはポンプ作用を受けた液体を送り出す吐き出し通路３６が接続されている。また、吸い込み通路３５と吐き出し通路３６との間には隔壁３７が形成されており、この隔壁３７は羽根車３１の外周面と極僅かな隙間（例えば、２０μｍ程度）を介して対向している。これにより、作用通路３２の吸い込み側と吐き出し側は離隔されており、吐き出し通路３６側の液体が吸い込み通路３５側へ戻ってしまうのを防止している。
【００３０】
作用通路３２内の液体が羽根車３１の側面から回転中心へ向けて漏れ出すのを防止するため、作用通路３２よりも内径側においては、羽根車３１とハウジング３０が極僅かな隙間を介して対向している。本実施例ではこの隙間を軸受隙間として、羽根車３１の側面とハウジング３０との間でスラスト動圧軸受３８を構成している。また、モータロータ３３ａが設けられた羽根車３１の裏面もハウジング３０と僅かな隙間を介して対向しており、かかる隙間を軸受隙間とするスラスト動圧軸受３９を構成している。その結果、羽根車３１は一対のスラスト動圧軸受３８，３９によってその軸方向の移動が規制されることとなる。
【００３１】
第１実施例と同様、羽根車３１の両側面に形成された動圧溝は、かかる羽根車３１の回転に伴って軸受隙間の潤滑液を半径方向の内側に向けて加圧する所謂ポンプインパータンのスパイラル溝と、羽根車３１の回転に伴って軸受隙間の潤滑液を半径方向の外側に向けて加圧する所謂ポンプアウトパータンのスパイラル溝とから構成されており、潤滑液はこれらスパイラル溝の境界部で羽根車に開設された供給流路４０から軸受隙間に供給される。従って、供給流路４０からスラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間に導かれた潤滑液の一部は、ポンプインパターンのスパイラル溝によって半径方向内側に送られ、後述するラジアル動圧軸受の軸受隙間に流入する。また、他の潤滑液はポンプアウトパターンのスパイラル溝によって半径方向外側に送られ、羽根車３１の外周縁から作用通路３２内へ排出される。このため、羽根車３１の回転中はスラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間に対して作用通路３２から粉塵等が侵入する心配がない。
【００３２】
また、羽根車３１の内周面はハウジング３０と僅かな隙間を介して対向しており、かかる隙間を軸受隙間とするラジアル動圧軸受４１を構成している。ハウジング３０には該軸受隙間の潤滑流体を加圧する動圧溝が形成されており、羽根車３１が回転を開始すると、かかる軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成され、羽根車３１の回転がハウジング３０に対して非接触の状態で支承される。ここで、かかる動圧溝は、羽根車３１の回転に伴い、軸受隙間内の潤滑液を羽根車３１の軸方向（幅方向）の中央へ加圧する向きに形成されている。尚、図５中の白抜き矢印はスラスト動圧軸受３８，３９及びラジアル動圧軸受４１の軸受隙間における潤滑液の流動方向を示したものである。
【００３３】
上記スラスト動圧軸受３８，３９及びラジアル動圧軸受４１のいずれにおいても、潤滑液としては作用通路３２内でポンプ作用を受ける液体がそのまま使用される。ハウジング３０には作用通路３２から潤滑液を抜き取る固定側供給路４２が形成されており、潤滑液はこの固定側供給路４２から羽根車３１に供給される。この固定側供給路４２はラジアル動圧軸受４１の軸受隙間に連通している。また、羽根車３１には上記固定側供給路４２に対向する導入流路４３が設けられており、かかる導入流路４３は羽根車３１内に設けられた遠心分離室４４へ連通している。固定側供給路４２から送りまれた潤滑液はラジアル動圧軸受４１の軸受隙間を介して導入流路４３に流入するが、前述の如く、ラジアル動圧軸受４１の軸受隙間では潤滑液が羽根車３１の軸方向の中央、すなわち導入流路４３の開設された位置へ向けて加圧されているので、固定側供給路４２からラジアル動圧軸受４１の軸受隙間に噴出した潤滑液は該軸受隙間内で拡散することができず、その殆どが導入流路４３に入り込むことになる。また、スラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間からラジアル動圧軸受４１の軸受隙間へ流動してきた潤滑液も、同様の理由から羽根３１車の導入流路４３へ流入する。
【００３４】
このようにして羽根車３１の導入流路４３に送り込まれた潤滑液は、該羽根車３１に設けられた遠心分離室４４へ供給される。図７はこの遠心分離室４４を示すものである。遠心分離室４４は羽根車３１の円周方向の数カ所に設けられており、導入流路４３から導かれた潤滑液が一時的に貯留される。遠心分離室４４から羽根車３１の半径方向外側に向けて排出流路４５が設けられており、この排出流路４５は羽根車３１の外周面で作用通路３２に開口している。遠心分離室４４には上記排出流路４５に向けてテーパ状の絞り部４６が形成されており、この絞り部４６の存在により、導入流路４３から遠心分離室４４に導かれた潤滑液が該遠心分離室４４内に一時的に滞留するようになっている。また、スラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間に対して潤滑液を供給する供給流路４０は排出流路４５よりも導入流路４３に近接した位置、すなわち羽根車３１の半径方向内側において遠心分離室４４に連通している。
【００３５】
モータ３３によって羽根車３１に回転が与えられると、供給流路４０内の潤滑液はスラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間に吸引され、遠心分離室４４内の潤滑液は供給流路４０に吸い込まれる。上記遠心分離室４４は羽根車３１の回転中心から変位した位置に存在するので、かかる羽根車３１が回転すると、遠心分離室４４内の潤滑液に対しては遠心力が作用することになる。仮に砥粒を含む研削液等のスラリーの圧送にこのカスケードポンプを用いた場合、かかる砥粒の比重は潤滑液となる研削液の比重よりも大きいことから、砥粒に作用する遠心力は研削液に作用する遠心力よりも大きくなり、回転中の遠心分離室４４内では羽根車３１の半径方向の外側、すなわち排出流路４５に近い位置に砥粒が集まり、羽根車３１の半径方向の内側、すなわち供給流路４３に近い位置では砥粒が除去された清浄な研削液が存在することになる。つまり、研削液中の砥粒に対して遠心分離作用が働き、導入流路４３から遠心分離室４４に供給された研削液が、砥粒が混入した研削液と砥粒混入のない清浄な研削液とに分離されるのである。そして、砥粒が多く混入する研削液は排出流路４５を介して遠心分離室４４から排出され、作用通路３２へ戻される。一方、砥粒が除去された清浄な研削液は供給流路４０に吸引され、スラスト動圧軸受３８，３９の軸受隙間に供給される。
【００３６】
これにより、本実施例のカスケードポンプでは、砥粒が混ざった研削液をハウジング３０の固定側供給路４２から供給しても、遠心分離作用によって砥粒を除去した清浄な研削液のみを潤滑液としてスラスト動圧軸受３８，３９及びラジアル動圧軸受４１の軸受隙間に対して供給することができるので、かかる砥粒を濾し採る濾過フィルタを設けずとも、該砥粒が軸受隙間に噛み込まれてしまうといったトラブルを回避することが可能となる。
【００３７】
尚、この第２実施例のカスケードポンプにあっても、羽根車３１を一旦停止させた後の再起動時のことを考慮するのであれば、上記遠心分離室４４内の供給流路４０の入口に潤滑液を吸収して保持する吸蔵体４７を設け、羽根車３１の回転中に清浄化された潤滑液がこの吸蔵体４７に含まれるように構成するのが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の動圧軸受装置によれば、軸受隙間に対する潤滑液の供給が遠心分離室を介して行われていることから、かかる遠心分離室に供給される潤滑液に異物が混入しているような場合であっても、遠心分離作用によって潤滑液中から異物を除去し、清浄な潤滑液のみを軸受隙間へ供給することができるので、かかる軸受隙間に異物が引っ掛かってしまうといったトラブルを回避することが可能となり、濾過フィルタを用いることなく潤滑液中から異物を除去し、かかる異物が除去された清浄な潤滑液を軸受隙間に対して連続的に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をスピンドル装置に適用した第１実施例を示す断面図である。
【図２】第１実施例に係るスラスト動圧軸受の動圧溝を示す図である。
【図３】第１実施例に係るラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受の軸受隙間における圧力分布を示す図である。
【図４】第１実施例に係る遠心分離室を示す拡大断面図である。
【図５】本発明をカスケードポンプに適用した第２実施例を示す断面図である。
【図６】第２実施例に係るカスケードポンプの羽根車と作用通路との関係を示す断面図である。
【図７】第２実施例に係る遠心分離室を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
２…スピンドル主軸（回転部材）、３…ラジアル動圧軸受、４…スラスト動圧軸受、５…ハウジング（固定部材）、１１…供給流路、１２…遠心分離室、１３…導入流路、１６…排出流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention forms a high-pressure fluid lubrication film in the bearing gap between the two members by relative rotation between the fixed member and the rotating member, and supports the rotation of the rotating member while holding both members in a non-contact manner. The present invention relates to a hydrodynamic bearing device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of hydrodynamic bearing device, those disclosed in JP-A-6-241222, JP-A-6-249236, JP-A-7-19236, and the like are known. Such a hydrodynamic bearing device is composed of a housing fixed to a spindle head or the like of a machine tool, a main shaft connected to driving means and rotating, and a rotation side member and a fixed side member facing each other with a predetermined bearing gap. And a radial dynamic pressure bearing and a thrust dynamic pressure bearing that rotatably support the main shaft with respect to the housing. The rotation side member of each dynamic pressure bearing is for generating a dynamic pressure having a depth of about 10 to 15 μm. Grooves are formed in a predetermined pattern.
[0003]
In the hydrodynamic bearing device configured as described above, the lubricating liquid interposed in the bearing clearance of the hydrodynamic bearing is pressurized with the rotation of the main shaft, and the main shaft is floated by the high-pressure fluid lubrication film. The rotation is supported as it is. For this reason, only a slight rotational resistance acts on the rotation of the main shaft, and vibrations during the rotation hardly occur. Therefore, the main shaft is used at a high speed rotation of 10,000 rotations per minute or more. It has an excellent characteristic that it can be done.
[0004]
On the other hand, in such a hydrodynamic bearing device, since the lubricating liquid is pressurized with the rotation of the main shaft, if the bearing gap between the rotating side member and the stationary side member of each hydrodynamic bearing is excessive, the bearing gap In this case, the pressure of the lubricating liquid cannot be sufficiently increased, and the load capacity and rigidity with respect to the external load of the spindle are reduced. For this reason, in the conventional bearing device described above, the bearing gap is set to about several μm so that the lubricating liquid can be sufficiently pressurized even at a low speed rotation of the main shaft.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a dynamic pressure bearing device, since the bearing gap between the rotating side member and the stationary side member of each dynamic pressure bearing is extremely small, foreign matter such as dust is mixed in the lubricating liquid supplied to the bearing gap. The foreign matter is caught in the bearing gap, and it becomes impossible to rotate the main shaft fixed to the rotating side member, or the dynamic pressure generating groove formed on the rotating side member or the fixed side member is damaged. There was a point. For this reason, in the conventional hydrodynamic bearing device, foreign matter mixed in the lubricating liquid is filtered out by a filter, and after that, the lubricating liquid is supplied to the bearing gap (Japanese Patent Laid-Open No. 11-101226).
[0006]
However, the filtration filter that removes foreign matter caught in the bearing gap with a width of about 10 μm is very fine in the mesh, and therefore, clogging is likely to occur, and a sufficient amount of lubrication per unit time with respect to the bearing gap. In order to supply the liquid, clogging of the filtration filter had to be periodically cleaned. For this reason, when such a hydrodynamic bearing device is used for a main spindle of a machine tool, the processing of the workpiece must be interrupted every predetermined time and the filtration filter must be cleaned. It contributed to the deterioration of efficiency.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to remove foreign substances from the lubricating liquid without using a filter and to provide a bearing with a clean lubricating liquid from which such foreign substances have been removed. An object of the present invention is to provide a hydrodynamic bearing device that can be continuously supplied to a gap.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a hydrodynamic bearing device according to the present invention includes a fixed member, a rotating member, and a bearing gap into which a lubricating liquid is introduced between the fixed member and the rotating member, and the rotating member. As the member rotates, a high-pressure fluid lubricating film is formed in the bearing gap, and the dynamic pressure bearing that rotatably supports the rotating member with respect to the fixed member and the rotational center of the rotating member are displaced from each other. A centrifuge chamber provided in the rotating member; an introduction flow path for introducing the lubricating liquid to the centrifuge chamber; a discharge passage extending from the centrifuge chamber toward a radially outer side of the rotating member; It is connected to the centrifugal separation chamber on the inner diameter side with respect to the passage, and includes a supply flow path for supplying a lubricating liquid from the centrifugal separation chamber to the bearing gap of the hydrodynamic bearing.
[0009]
According to such technical means, the lubricating liquid is introduced into the centrifuge chamber provided in the rotating member before being supplied to the bearing gap of the hydrodynamic bearing, and the centrifuge chamber is rotated by the rotating member. Since the center is provided at a displaced position, a centrifugal force acts on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber during rotation of the rotating member. For this reason, when foreign matter is mixed in the lubricating liquid introduced into the centrifugal separation chamber, the foreign matter is separated from the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber due to the difference in the acting centrifugal force, and from the centrifugal separation chamber to the rotating member. It is discharged to the outside through a discharge passage extending outward in the radial direction. On the other hand, the lubricating liquid from which the foreign matter has been separated by the centrifugal force is supplied to the bearing gap of the dynamic pressure bearing through the supply passage connected to the centrifugal separation chamber on the inner diameter side of the discharge passage. Accordingly, even when foreign matter is mixed in the lubricating liquid supplied to the centrifugal separation chamber, a clean lubricating liquid from which the foreign matter has been removed can be supplied to the bearing gap of the hydrodynamic bearing. It is possible to avoid the trouble that foreign matter is caught in the bearing gap. For this reason, even if the lubricating liquid is once discharged from the hydrodynamic bearing and mixed with foreign matters such as dust, it can be used as a lubricating liquid by being most circulated.
[0010]
Further, the present invention not only removes foreign matters such as dust from the lubricating liquid, but also separates the lubricating liquid in which two insoluble liquids such as water and oil are mixed using the difference in specific gravity. Only a liquid having a light specific gravity can be used as the lubricating liquid.
[0011]
In the hydrodynamic bearing device of the present invention configured as described above, it is possible to effectively remove foreign matters in the lubricating liquid when a larger centrifugal force acts on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber. From this point of view, the centrifuge chamber is preferably provided at a position further away from the rotation center of the rotating member. For example, when a thrust disk is fixed to the rotating shaft and a thrust dynamic pressure bearing is constituted by the thrust disk and the fixing member, it is preferable to provide a centrifugal separation chamber for the thrust disk.
[0012]
Also, in order to effectively remove foreign substances from the lubricating liquid in the centrifuge chamber, it is necessary for the lubricating liquid to stay in the centrifuge chamber for a certain period of time. As a result, the lubricating liquid containing the foreign matter is supplied to the bearing gap of the hydrodynamic bearing. Therefore, from this point of view, a throttle part for adjusting the flow rate of the lubricating liquid flowing into the discharge passage is provided between the centrifugal separation chamber and the discharge passage, and the residence time of the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber is adjusted. It is preferable to do this.
[0013]
Further, in the present invention, when the rotating member stops, the centrifugal action does not act on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber, and when the lubricating liquid is sucked from the centrifugal separation chamber into the bearing gap of the dynamic pressure bearing at the time of starting the rotating member, There is a concern that foreign matter dispersed in the lubricating liquid is sucked together. For this reason, it is preferable to provide an occlusion body that absorbs the lubricating liquid in the supply flow path so that the clean lubricating liquid from which foreign matters are removed can be held in the supply flow path even after the rotation member is stopped. With this configuration, when the rotating member is started, clean lubricating liquid held in the occlusion body is supplied to the bearing gap until sufficient centrifugal action is exerted on the lubricating liquid in the centrifuge chamber. Is possible.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a hydrodynamic bearing device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a bearing portion of a spindle device used in a machine tool or the like. In this spindle apparatus, a spindle main shaft 2 that is rotated at a high speed by a motor 1 is supported on a housing 5 via a radial dynamic pressure bearing 3 and a thrust dynamic pressure bearing 4, and the radial dynamic pressure bearing 3 and the thrust dynamic pressure bearing 4. A liquid such as water is used as the lubricating fluid. In FIG. 1, the rotation center of the spindle main shaft 2 is indicated by a one-dot chain line, and the right half from the rotation center is omitted.
[0015]
A radial dynamic pressure bearing 3 that supports the rotation of the spindle main shaft 2 with respect to the housing 5 includes a bearing sleeve 6 fixed to the outer peripheral surface of the spindle main shaft 2 and a ring as a fixing member protruding from the housing 5. A predetermined bearing gap (for example, 5 to 15 μm) is formed between the outer peripheral surface of the bearing sleeve 6 and the inner peripheral surface of the ring portion 7. A dynamic pressure groove 8 is formed on the outer peripheral surface of the bearing sleeve 6 facing the inner peripheral surface of the ring portion 7. When the spindle main shaft 2 rotates, the dynamic pressure groove 8 causes the ring portion 7 and the bearing sleeve 6 to move. The lubricating liquid present in the clearance, that is, the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3, is pressurized, and a high-pressure fluid lubricating film is formed in the bearing clearance. As a result, the spindle main shaft 2 is supported to rotate with respect to the ring portion 7 in a non-contact state. Here, the dynamic pressure groove 8 is formed so as to pressurize the lubricating liquid in the bearing gap to the center in the longitudinal direction of the bearing sleeve 6 as the spindle main shaft 2 rotates.
[0016]
On the other hand, a pair of the thrust dynamic pressure bearings 4 are provided so as to sandwich the radial dynamic pressure bearing 3, and the axial movement of the spindle main shaft 2 is restricted by these thrust dynamic pressure bearings 4 and 4. The thrust dynamic pressure shaft bearing 4 includes a pair of thrust disks 9 and 9 fixed to the spindle main shaft 2 with the bearing sleeve 6 interposed therebetween, and a ring portion 7 on the housing 5 side. A predetermined bearing gap communicating with the bearing gap of the radial dynamic pressure bearing 3 is formed between the plate 9 and the end face in the axial direction of the ring portion 7. A spiral dynamic pressure groove 10 is formed on the axial end surface of the ring portion 7 facing the thrust disc 9, and when the spindle main shaft 2 rotates, the dynamic pressure groove 10 causes the ring portion 7 and the thrust disc to rotate. 9, the lubricating liquid interposed in the bearing gap of the thrust dynamic pressure bearing 4 is pressurized, and a high-pressure fluid lubricating film is formed in the bearing gap. As a result, the spindle main shaft 2 is restricted from moving in the axial direction by a pair of thrust dynamic pressure bearings 4, 4 provided with the ring portion 7 interposed therebetween.
[0017]
FIG. 2 shows a dynamic pressure groove formed in the ring portion 7. The dynamic pressure groove 10 includes a so-called pump groove spiral groove 10a that pressurizes the lubricating fluid in the bearing gap inward in the radial direction as the spindle main shaft 2 rotates, and a bearing gap as the spindle main shaft 2 rotates. And a so-called pump-out pattern spiral groove 10b that pressurizes the lubricating liquid toward the outside in the radial direction, and the lubricating liquid is supplied to the thrust disk 9 at the boundary between the spiral grooves 10 and 10b. It is supplied from the flow path 11 to the bearing gap. Accordingly, a part of the lubricating liquid guided from the supply flow path 11 to the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 is sent radially inward by the spiral groove 10a of the pump-in pattern, and then the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3 is reached. In addition, the other lubricating liquid is sent radially outward by the spiral groove 10b of the pump-out pattern and discharged from the outer peripheral edge of the thrust disk 9. For this reason, there is no fear that dust or the like enters from the outside into the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 during the rotation of the spindle main shaft 2, and the radial movement in which both shaft ends are blocked by the thrust dynamic pressure bearing 4. There is no fear that dust will enter the bearing gap of the pressure bearing 3. The white arrow in FIG. 1 indicates the flow direction of the lubricating liquid in the bearing gap between the thrust dynamic pressure bearing 4 and the radial dynamic pressure bearing 3, and the arrow in FIG. The rotation direction of the thrust disk 9 is shown.
[0018]
In the spindle device of this embodiment, the supply of the lubricating liquid to the bearing gaps of the radial dynamic pressure bearing 3 and the thrust dynamic pressure bearing 4 is performed through the centrifugal separation chambers 12 provided in each thrust disk 9. That is, the lubricating liquid is introduced into the centrifugal separation chamber 12 of the thrust disk 9 from the introduction flow path 13 provided in the spindle main shaft 2 and then into the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 via the supply flow path 11 described above. Supplied. A fixed-side supply path 14 is opened in the housing 5 so as to penetrate the ring portion 7 in the radial direction, and the lubricating liquid is supplied from the fixed-side supply path 14 to the spindle device. The fixed-side supply path 14 communicates with the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3. Further, the bearing sleeve 6 fixed to the spindle main shaft 2 is provided with a receiving port 15 facing the fixed-side supply passage 14, and the receiving port 15 communicates with the introduction flow channel 13 provided in the spindle main shaft 2. is doing. The fixed-side supply path 14 is opened only at one place with respect to the ring portion 7 of the housing 5, and a plurality of receiving ports 15 are provided at positions that divide the circumferential direction of the bearing sleeve 6 into several equal parts, Even during rotation of the spindle main shaft 2, the lubricating liquid can be sent from any one of the receiving ports 15 to the introduction flow path 13. The lubricating liquid sent from the fixed side supply path 14 flows into the receiving port 15 through the bearing gap of the radial dynamic pressure bearing 3, but as described above, the lubricating liquid passes through the bearing sleeve 6 in the bearing gap of the radial dynamic pressure bearing 3. Since the pressure is applied toward the center in the longitudinal direction, that is, the position where the receiving port 15 is opened, the lubricating liquid sprayed from the stationary supply passage 14 into the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3 is within the bearing clearance. It cannot diffuse and most of it enters the receiving port 15. Further, the lubricating liquid that has flowed from the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 to the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3 also flows into the receiving port 15 of the bearing sleeve 6 for the same reason.
[0019]
FIG. 3 shows the pressure gradient in the bearing gap between the radial dynamic pressure bearing 3 and the thrust dynamic pressure bearing 4. In the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3, the pressure is highest at the center in the longitudinal direction of the bearing sleeve 6 (ΔP ₂ In the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4, the pressure is highest at the outer peripheral edge of the thrust disc 9 (ΔP ₁ ). Therefore, in order for the lubricating liquid supplied from the fixed-side supply path 14 to flow into the receiving port 15 through the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 3, the supply pressure P of the lubricating liquid in the fixed-side supply path 14 ₁ Is the maximum pressure ΔP in the radial dynamic pressure bearing 3 ₂ Must be smaller than. As a result, the flow of the lubricating liquid described above is generated in the bearing gap between the radial dynamic pressure bearing 3 and the thrust dynamic pressure bearing 4, and all the lubricating liquid can be supplied to the bearing gap via the centrifugal separation chamber 12. It becomes.
[0020]
Thus, the lubricating liquid fed into the introduction flow path 13 of the spindle main shaft 2 is supplied to the centrifuge chamber 12 provided in the thrust disk 9. FIG. 4 shows details of the centrifugal separation chamber 12. The centrifuge chambers 12 are provided at several locations in the circumferential direction of the thrust disk 9, and the lubricating liquid introduced from the introduction flow path 13 is temporarily stored. A discharge flow path 16 is provided from the centrifugal separation chamber 12 toward the radially outer side of the thrust disk 9, and the discharge flow path 16 is opened on the outer peripheral surface of the thrust disk 9. The centrifuge chamber 12 is formed with a tapered constricted portion 17 toward the discharge flow channel 16, and the presence of the constricted portion 17 allows the lubricating liquid introduced from the introduction flow channel 13 to the centrifuge chamber 12. The centrifugal separation chamber 12 is temporarily retained. Further, the supply flow path 11 for supplying the lubricating liquid to the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 is located on the opposite side of the discharge flow path 16 with the introduction flow path 13 interposed therebetween, that is, on the radially inner side of the thrust disk 9. It communicates with the centrifuge chamber 12.
[0021]
When the spindle 1 is rotated by the motor 1, centrifugal force acts on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber 12, and the lubricating liquid is discharged from the discharge passage 16. Inside, as indicated by an arrow A in FIG. 4, the lubricating liquid is sucked into the centrifuge chamber 12 from the introduction flow path 13. At this time, if there is no flow path resistance in the flow path from the introduction flow path 13 to the discharge flow path 16, the lubricating liquid immediately passes through the centrifugal separation chamber 12 and flows into the discharge flow path 16. However, if the centrifuge 17 is provided with the throttle portion 17 as described above, the flow rate of the lubricating liquid flowing into the centrifuge chamber 12 becomes slow in the centrifuge chamber 12 and passes through the centrifuge chamber 12 at a slow speed. Will do. For this reason, the lubricating liquid is subjected to a sufficient centrifugal force in the centrifugal separation chamber 12. If foreign matter such as metal powder is mixed in the lubricant, the specific gravity of the foreign matter is greater than the specific gravity of the lubricant, so the centrifugal force acting on the foreign matter is greater than the centrifugal force acting on the lubricant. Such foreign matter moves in the lubricating liquid at a speed faster than the flow speed of the lubricating liquid. Accordingly, in the rotating centrifuge chamber 12, foreign matter collects on the radially outer side of the thrust disk 9, that is, at a position close to the discharge flow path 16, and enters the radial direction of the thrust disk 9, that is, on the supply flow path 11. A clean lubricating liquid from which foreign matter has been removed is present at a close position. That is, the centrifugal action acts on the foreign matters in the lubricating liquid, and the lubricating liquid supplied from the introduction flow path 13 to the centrifugal separation chamber 12 becomes a lubricating liquid mixed with foreign matters and a clean lubricating liquid free from foreign matters. It is separated. Then, as indicated by an arrow B in FIG. 4, the lubricating liquid in which a large amount of foreign matter is mixed is discharged from the centrifugal separation chamber 12 through the discharge flow path 16, and the lubricating liquid is removed from the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4. Together with the lubricating liquid discharged from the air, the liquid is sent out of the apparatus through the fixed discharge path 18 of the housing 5. On the other hand, the clean lubricating liquid from which the foreign matter has been removed is sucked into the supply flow path 11 as indicated by the arrow C and supplied to the bearing gap of the thrust dynamic pressure bearing 4.
[0022]
Whether or not the amount of clean lubricating liquid from which foreign matter has been removed can be supplied depends on the total flow rate of the lubricating liquid, the sectional area of the throttle, the capacity of the centrifuge chamber, and the supply flow path to the centrifuge chamber Of the spindle, the number of rotations of the spindle, the radial position of the centrifuge chamber, and the like. Since the flow rate of the lubricating liquid used in the hydrodynamic bearing is very small compared to the total flow rate of the lubricating liquid, various parameters may be determined so as to satisfy this flow rate.
[0023]
As a result, in the spindle device of the present embodiment, even if the lubricating liquid mixed with foreign matters such as dust is supplied from the fixed-side supply path 14 of the housing 5, only the clean lubricating liquid from which the foreign matters have been removed by the centrifugal action is thrust. Since it can supply with respect to the bearing clearance of the dynamic pressure bearing 4 and the radial dynamic pressure bearing 3, it avoids the trouble that the foreign material is caught in the bearing clearance without providing a filter for filtering out the foreign material. It becomes possible to do.
[0024]
When the spindle spindle of a machine tool spindle device is supported by a hydrodynamic bearing, the lubricant discharged from the hydrodynamic bearing may contain foreign matter such as workpiece cutting powder. In the spindle device of the embodiment, this lubricating liquid is recovered and re-supplied as a lubricating liquid as it is without passing through any filter, so that the operation of the machine tool can be continued, and the consumption of the lubricating liquid is remarkably reduced. This makes it possible to reduce operating costs. Further, since the lubricating liquid can be reused without using a filter, it is not necessary to interrupt the operation for cleaning the filter and the operation efficiency of the spindle device can be improved.
[0025]
On the other hand, while the spindle main shaft 2 is stopped, since the centrifugal separation action does not act on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber 12, the lubricating liquid containing foreign matter may flow into the supply flow path 11. In this embodiment, in order to eliminate this possibility, an occlusion body 19 that absorbs and holds the lubricating liquid is provided at the inlet of the supply flow path 11 in the centrifugal separation chamber 12 and is cleaned during the rotation of the spindle main shaft 2. The occlusion body 19 is configured to contain the lubricating liquid. As the occlusion body 19, a cloth made of highly water-absorbing fibers, porous resin, ceramics, metal, or the like can be used.
[0026]
According to the configuration in which the occlusion body 19 is provided in the centrifugal separation chamber 12, the lubricating liquid cleaned during the rotation of the spindle main shaft 2 is absorbed and held by the occlusion body 19. The spindle main shaft 2 is started while supplying the clean lubricating liquid contained in the occlusion body 19 to the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearing 4 even at the time of starting after the rotation of 2 is temporarily stopped. Can do.
[0027]
Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a bearing portion of an impeller of a cascade pump. This cascade pump is configured to rotate an impeller 31 accommodated in a housing 30 and pump the liquid in a working passage 32 formed in the housing 30. A motor 33 for driving the vehicle 31 is provided integrally with the housing 30 and the impeller 31. That is, the motor rotor 33a is directly fixed to the impeller 31, while the motor stator 33b is fixed to the housing 30 that accommodates the impeller 31, and is driven by the drive motor 33 that includes the motor rotor 33a and the motor stator 33b. The impeller 31 is directly driven to rotate. In FIG. 5, the rotation center of the impeller 31 is indicated by a one-dot chain line, and the lower side of the rotation center is omitted.
[0028]
A plurality of working grooves 34 are arranged on the outer periphery of the impeller 31 along the circumferential direction. The action groove 34 is formed at one corner where the side surface and the outer peripheral surface of the impeller 31 intersect, and is formed by cutting out the corner of the impeller 31 in a fan shape. On the other hand, the working passage 32 is formed so as to accommodate the formation region of the working groove 34 of the impeller 31, and the cross section of the working passage 32 widely surrounds the outer side of the working groove 34 of the impeller 31.
[0029]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the relationship between the working path 32 formed in the housing 1 and the impeller 31. The working passage 32 is provided so as to surround about 80% of the outer periphery of the impeller 31, and a suction passage 35 for guiding the liquid to the working passage 32 is provided at one end, and a pumped liquid is provided at the other end. A discharge passage 36 is connected. A partition wall 37 is formed between the suction passage 35 and the discharge passage 36, and this partition wall 37 is opposed to the outer peripheral surface of the impeller 31 with a very small gap (for example, about 20 μm). . Thereby, the suction side and the discharge side of the action passage 32 are separated from each other, and the liquid on the discharge passage 36 side is prevented from returning to the suction passage 35 side.
[0030]
In order to prevent the liquid in the working passage 32 from leaking from the side surface of the impeller 31 toward the center of rotation, the impeller 31 and the housing 30 are located through a very small gap on the inner diameter side of the working passage 32. Opposite. In this embodiment, the thrust dynamic pressure bearing 38 is configured between the side surface of the impeller 31 and the housing 30 with this gap as a bearing gap. Further, the rear surface of the impeller 31 provided with the motor rotor 33a is also opposed to the housing 30 through a slight gap, and constitutes a thrust dynamic pressure bearing 39 using the gap as a bearing gap. As a result, the axial movement of the impeller 31 is restricted by the pair of thrust dynamic pressure bearings 38 and 39.
[0031]
Similar to the first embodiment, the dynamic pressure grooves formed on both side surfaces of the impeller 31 are so-called pump inverters that pressurize the lubricant in the bearing gap toward the inside in the radial direction as the impeller 31 rotates. And a so-called pump-out pattern spiral groove that pressurizes the lubricating liquid in the bearing gap toward the outside in the radial direction as the impeller 31 rotates, and the lubricating liquid has a boundary between the spiral grooves. It is supplied to the bearing gap from the supply flow path 40 established in the impeller at the section. Accordingly, a part of the lubricating liquid guided from the supply flow path 40 to the bearing gaps of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 is sent radially inward by the spiral groove of the pump-in pattern, and the bearing of the radial dynamic pressure bearing described later. It flows into the gap. Further, the other lubricating liquid is sent radially outward by the spiral groove of the pump-out pattern, and is discharged from the outer peripheral edge of the impeller 31 into the working passage 32. For this reason, during the rotation of the impeller 31, there is no fear that dust or the like enters the working gap 32 into the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39.
[0032]
Further, the inner peripheral surface of the impeller 31 is opposed to the housing 30 through a slight gap, and constitutes a radial dynamic pressure bearing 41 having the gap as a bearing gap. A dynamic pressure groove for pressurizing the lubricating fluid in the bearing gap is formed in the housing 30. When the impeller 31 starts to rotate, a high-pressure fluid lubricating film is formed in the bearing gap, and the impeller 31 rotates. It is supported in a non-contact state with respect to the housing 30. Here, the dynamic pressure groove is formed in a direction to pressurize the lubricating liquid in the bearing gap to the center in the axial direction (width direction) of the impeller 31 as the impeller 31 rotates. The white arrows in FIG. 5 indicate the flow direction of the lubricating liquid in the bearing gaps of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 and the radial dynamic pressure bearing 41.
[0033]
In any of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 and the radial dynamic pressure bearing 41, a liquid that receives a pump action in the action passage 32 is used as the lubricating liquid. The housing 30 is formed with a fixed-side supply path 42 for extracting the lubricating liquid from the working passage 32, and the lubricating liquid is supplied from the fixed-side supply path 42 to the impeller 31. The fixed-side supply path 42 communicates with the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 41. The impeller 31 is provided with an introduction flow path 43 that faces the fixed-side supply path 42, and the introduction flow path 43 communicates with a centrifugal separation chamber 44 provided in the impeller 31. The lubricating liquid sent from the fixed-side supply path 42 flows into the introduction flow path 43 through the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 41. As described above, the lubricating liquid is impeller in the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 41. Since the pressure is applied toward the axial center of 31, that is, the position where the introduction flow path 43 is opened, the lubricating liquid ejected from the fixed-side supply path 42 into the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 41 It cannot be diffused inside, and most of it enters the introduction flow path 43. Further, the lubricating fluid that has flowed from the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 to the bearing clearance of the radial dynamic pressure bearing 41 also flows into the introduction flow path 43 of the blade 31 wheel for the same reason.
[0034]
Thus, the lubricating liquid fed into the introduction flow path 43 of the impeller 31 is supplied to the centrifugal separation chamber 44 provided in the impeller 31. FIG. 7 shows the centrifugal separation chamber 44. The centrifuge chambers 44 are provided at several locations in the circumferential direction of the impeller 31, and the lubricating liquid introduced from the introduction flow path 43 is temporarily stored. A discharge flow path 45 is provided from the centrifugal separation chamber 44 toward the outer side in the radial direction of the impeller 31, and the discharge flow path 45 opens to the working passage 32 on the outer peripheral surface of the impeller 31. The centrifuge chamber 44 is formed with a tapered throttle portion 46 toward the discharge channel 45, and the presence of the throttle portion 46 allows the lubricating liquid introduced from the introduction channel 43 to the centrifuge chamber 44. The centrifugal separation chamber 44 is temporarily retained. Further, the supply flow path 40 for supplying the lubricating liquid to the bearing gaps of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 is located closer to the introduction flow path 43 than the discharge flow path 45, that is, at the radially inner side of the impeller 31. It communicates with the separation chamber 44.
[0035]
When rotation is applied to the impeller 31 by the motor 33, the lubricating liquid in the supply flow path 40 is sucked into the bearing clearance of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39, and the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber 44 is supplied to the supply flow path 40. Inhaled. Since the centrifugal separation chamber 44 exists at a position displaced from the rotation center of the impeller 31, when the impeller 31 rotates, centrifugal force acts on the lubricating liquid in the centrifugal separation chamber 44. If this cascade pump is used to pump a slurry such as a grinding fluid containing abrasive grains, the specific gravity of the abrasive grains is greater than the specific gravity of the grinding fluid that serves as the lubricating liquid. The abrasive force is larger than the centrifugal force acting on the liquid, and in the rotating centrifuge chamber 44, abrasive grains gather outside the impeller 31 in the radial direction, that is, at a position close to the discharge flow path 45. On the inner side, that is, at a position close to the supply flow path 43, there is a clean grinding liquid from which abrasive grains have been removed. In other words, the centrifugal action acts on the abrasive grains in the grinding liquid, and the grinding liquid supplied from the introduction flow path 43 to the centrifugal separation chamber 44 is clean grinding with no abrasive grains mixed with the abrasive liquid mixed with the abrasive grains. It is separated into liquid. Then, the grinding liquid in which a large amount of abrasive grains is mixed is discharged from the centrifugal separation chamber 44 through the discharge channel 45 and returned to the working passage 32. On the other hand, the clean grinding liquid from which the abrasive grains have been removed is sucked into the supply flow path 40 and supplied to the bearing gaps of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39.
[0036]
As a result, in the cascade pump of this embodiment, even if the grinding fluid mixed with the abrasive grains is supplied from the fixed-side supply path 42 of the housing 30, only the clean grinding fluid from which the abrasive grains have been removed by the centrifugal separation action is lubricated. Can be supplied to the bearing gaps of the thrust dynamic pressure bearings 38 and 39 and the radial dynamic pressure bearing 41, so that the abrasive grains are caught in the bearing gaps without providing a filter for filtering out the abrasive grains. It is possible to avoid troubles such as
[0037]
Even in the cascade pump of the second embodiment, the inlet of the supply flow path 40 in the centrifugal separation chamber 44 can be used if the restarting after the impeller 31 is temporarily stopped is taken into consideration. It is preferable that an occlusion body 47 that absorbs and retains the lubricating liquid is provided, and the occlusion body 47 contains the lubricating liquid cleaned during the rotation of the impeller 31.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the hydrodynamic bearing device of the present invention, since the lubricating liquid is supplied to the bearing gap through the centrifugal separation chamber, the lubricating liquid supplied to the centrifugal separation chamber is reduced. Even when foreign matter is mixed in, the centrifugal separation action removes the foreign matter from the lubricating liquid, and only clean lubricating liquid can be supplied to the bearing gap. Troubles can be avoided, and foreign substances can be removed from the lubricating liquid without using a filter, and a clean lubricating liquid from which such foreign substances have been removed can be continuously supplied to the bearing gap. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment in which the present invention is applied to a spindle apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing dynamic pressure grooves of a thrust dynamic pressure bearing according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a pressure distribution in a bearing gap of the radial dynamic pressure bearing and the thrust dynamic pressure bearing according to the first embodiment.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a centrifuge chamber according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment in which the present invention is applied to a cascade pump.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a relationship between an impeller and an action passage of a cascade pump according to a second embodiment.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a centrifuge chamber according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Spindle main shaft (rotating member), 3 ... Radial dynamic pressure bearing, 4 ... Thrust dynamic pressure bearing, 5 ... Housing (fixed member), 11 ... Supply flow path, 12 ... Centrifugal separation chamber, 13 ... Introduction flow path, 16 ... Discharge flow path

Claims

A fixed member, a rotating member, and a bearing gap into which lubricating liquid is introduced are formed between the fixed member and the rotating member, and a high-pressure fluid lubricating film is formed in the bearing gap as the rotating member rotates. And a hydrodynamic bearing that rotatably supports the rotating member with respect to the fixed member , a centrifugal separation chamber provided in the rotating member at a position displaced from the rotation center of the rotating member, and the fixed member. A fixed-side supply path for the lubricating liquid, an introduction flow path that is provided in the rotating member and guides the lubricating liquid to the centrifugal separation chamber, is provided in the rotating member, and has one end connected to the hydrodynamic bearing. The other end is opposed to the fixed supply path through the bearing gap, and the other end communicates with the introduction flow path, and a discharge passage that extends from the centrifugal separation chamber toward the radially outer side of the rotating member. On the inner diameter side of the discharge passage Serial connected to the centrifugal chamber, and a supply flow path for supplying lubricating fluid to the bearing clearance dynamic pressure bearing from such centrifugal chamber,
The hydrodynamic bearing device, wherein the lubricating liquid supplied from the fixed side supply passage and the lubricating liquid flowing through the bearing gap of the dynamic pressure bearing flow into the receiving port .

The rotating member includes a rotating shaft and a thrust disk fixed to the rotating shaft, and the thrust disk is combined with the fixed member to constitute a thrust dynamic pressure bearing, while the centrifugal separation chamber is provided on the thrust disk. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein:

2. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein a throttle portion for adjusting a flow rate of the lubricating liquid flowing into the discharge passage is provided between the centrifugal separation chamber and the discharge passage.

2. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein an occlusion body for lubricating liquid is provided in the supply flow path.

2. The bearing fluid of the hydrodynamic bearing is characterized in that the lubricating fluid is pressurized in a direction to suck the lubricating fluid in the supply passage into the bearing clearance as the rotating member rotates. Dynamic pressure bearing device.