小形スピンドルモータにおける多孔質動圧軸受の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650161
• 研究機関: 米子工業高等専門学校
• 研究代表者: 大塚 茂 米子工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80300606)
• キーワード: 多孔質動圧軸受 / 動圧端面形状 / 軸受潤滑特性 / 長寿命化 / 汎用化

研究概要

今年度、現在までに実験結果として検討を行い、結論づけられた点を以下に記す。
(i)各種動圧スラスト軸受における動圧特性の定量的測定・検討。
(ii)各種動圧形状における軸受の長寿命化(高信頼性化)効果の検証。
(iii)上記2つの検討によるスラスト動圧最適形状の決定、及びその汎用化検討。
1)各種動圧端面形状(ヘリングボーン形状(HB)、テーパードランド形状(TPL)、ウェーブ形状(WAVE)、ポンプイン(PIN)・アウト(POUT)形状など)に対して、金型による試料作製を行い、各種軸受特性(今回は温度上昇値、及び浮上量測定も行う)を検証した。定量的潤滑特性測定の結果より、TPL、WAVE、PINの動圧形状品は摩擦係数、温度上昇値で、各々従来品(FLAT)に対し、約1/3、約1/2となる低減効果を実現した。さらに、浮上性、浮上量でもHB、WAVEは軽負荷時500rpmの低回転数より、完全浮上である流体潤滑状態を示す結果となった。これに続いて1000rpm付近よりTPL、PINの順で浮上を確認できた。POUTについては浮上性が悪く、FLATは6000rpmでも全く浮上を確認できなかった。また、摩擦係数のMIN.値は高負荷時、1000rpmにて0.025という低い値を達成し、これ以下の500rpm付近からは摩擦係数は逆に上昇する傾向がみられた。
2)軸受の長寿命化に対しても、この各種動圧形状は効果的であり(但し、HBは除く)なかでもPIN形状品は群を抜いており、FLATに対して約40%の含浸油の消耗を軽減できる。その他ではWAVE、TPLが約15%低減でき、従来品(FLAT)に対しておよそ2倍の寿命時間を期待できる。
3)上記2つの検討結果より、総合的にもっとも安定して高い評価を得られるのはWAVE、TPLと判断できる。この動圧形状の汎用化に対しては、動圧表面のくさび作用が生じる表面傾斜を約5μm/mm程度にする事によりもっとも効率的な動圧形状とすることが可能となる。これを元に動圧端面形状を設計することで汎用化が図れる。

研究成果

• [文献書誌] 大塚 茂, 早川元造: "「多孔質動圧スラスト軸受の潤滑機樹こ関する実験的研究」"日本機械学会論文集C編. 64-618号. 265-272 (1998)
• [文献書誌] 大塚 茂, 早川元造: "「多孔質動圧スラスト軸受の潤滑機構に関する実験的研究II」"日本機械学会論文集C編. 65-631号. 322-329 (1999)
• [文献書誌] Shigeru OHTSUKA, Motozon HAYAKAWA: """Experimental Study on the Mechanism of Lubrication in Hydrodynamic Porous Thrust Bearings with a Wavy Surface""Trans. ASME, J. Tribology Technol.. Vol.121. 538-545 (1999)
• [文献書誌] 大塚 茂: "「多孔質動圧スラスト軸受に関する実験的研究 第3報」"日本機械学会徳島地方講演論文集. 005-2号. 205-206 (2000)
• [文献書誌] 大塚 茂: "「多孔質動圧スラスト軸受における各種動圧形状のシミュレーション解析値と実験値との整合性検討について」"(株)ソフトウェアクレイドル東京特別講演特別企画論文. 001-004 (2000)
• [文献書誌] 大塚 茂: "「多孔質動圧スラスト・ラジアル複合軸受に関する実験的研究」"日本機械学会熊本地方講演論文集. 018-2号. 189-190 (2001)