JP2002303324A - 気体軸受け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】可動軸と固定軸を周囲の壁および固定軸端で形
成される空間を密封状態に保持し、軸方向荷重も合わせ
て支承できる構成とする。 【解決手段】固定軸と可動軸のわずかなクリアランスで
半径方向荷重を支えるには、可動部重心が軸受け長さＬ
の中心に来るように配慮すると同時に長さＬを充分取る
ことで半径方向の気体軸受けを成立せしめ、かつ該固定
軸端部に形成された密封空間で軸方向荷重に対する復元
力を確保せしめる。該密封空間は温度の影響で膨張する
こともあり、また、わずかな気体の漏れを生ずるため緩
やかな軸方向荷重に対して、可動軸は不本意に軸方向の
移動を所定内に規制するための弾性継ぎ手手段を用い
る。該継ぎ手は半径方向に自由度があり、駆動側と被駆
動側の芯のズレで不本意な荷重が気体軸受けにかかるの
を防止している該固定軸と可動軸の表面は固く仕上げら
れていることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】単純な構成で半径方向と軸方
向の両方の荷重を同時に支承する気体軸受け

【０００２】

【従来の技術】近年、高速で回転するタービンや遠心式
コンプレッサおよびコンピュータに附設されるハードデ
ィスク等は油などを利用した流体軸受けあるいは気体軸
受けを用いる様になってきた。それは、一般の玉軸受け
では、高速での潤滑がしにくいことと玉に掛かる遠心力
で軸受け荷重が増加し、軸受けの破損につながりやすい
からである。

【０００３】しかしながら、これらの流体軸受けのほと
んどは、半径方向と軸方向の軸受けが、それぞれ別に構
成されていることと、それぞれの軸受けが良好な楔角を
維持するように溝パターンを形成したり、フォイルを有
したりして、構造が複雑になっている。また、比較的高
速回転でしか、流体軸受けとしての機能が発揮できない
ものが多い。

【０００４】更に、流体軸受けの中でも油を使用してい
るものは，油のせん断時の自己発熱等で油温があがると
粘度が低下するため、使用する温度領域が限定され、比
較的高温環境では焼きつくという問題がある。また、空
気等の気体を使用している流体軸受けは、回転が静止し
ている時には固体接触しており、起動・停止を頻繁に行
うと、やはり焼き付きの問題を生ずる。

【０００５】この改善策として、簡単な構成で半径方向
荷重と軸方向荷重を同時に支承する気体軸受けとし、更
に、スタート時の静止状態からどのような回転数でも固
体接触することなく、スムースに回転する気体軸受けを
提供するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、可動軸と固定軸を単純な円筒形状で勘合させても
半径方向荷重を支承しえる軸受け長さＬを見出すことで
あり、同時に前記可動軸端と周囲の壁および固定軸端で
形成される空間を密封状態に保持し、軸方向荷重も合わ
せて支承できる構成とすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このように固定軸と可動
軸のわずかなクリアランスで半径方向荷重を支えるに
は、可動側重量をできるだけ軽くし、可動部重心が軸受
け長さＬの中心に来るように配慮すると同時に長さＬを
計算式（１）だけ確保することである。このように、長
さＬを充分取ることで半径方向の気体軸受けを成立せし
め、かつ該固定軸端部に形成された密封空間で軸方向荷
重に対する復元力を確保せしめる。しかしながら、該密
封空間は温度の影響で膨張することもあり、また、機密
性が高いとはいえ、わずかな気体の漏れを生ずるため緩
やかな軸方向荷重に対して、可動軸は不本意に軸方向に
移動することは自明である。従って、被駆動側との結合
において、軸方向の移動を所定内に規制するための弾性
継ぎ手手段を用いることが必要となる。また、該継ぎ手
は半径方向に自由度があり、駆動側と被駆動側の芯のズ
レで不本意な荷重が気体軸受けにかかるのを防止してい
る。また、該固定軸と可動軸の表面は固く仕上げられて
いることが望ましい。例えば、ダイアモンドライク加工
等の表面硬化膜処理がよい。それは、予期せぬ荷重が軸
受けに作用しても焼きつきを防止し、気体軸受けの機能
を維持できるからである。

【０００８】

【発明の実施の形態】代表的な気体軸受けの実施例とし
て電動モータに装着して、他の回転機器を駆動する場合
で以下説明を行う。可動軸をモータのロータ側と一体で
結合し、固定軸をモータステータと合わせてハウジング
に固定し、該可動軸は他の被駆動側である回転機器に弾
性を有する継ぎ手で結合されている。該被駆動の回転機
器は台に固定されているため、可動部の軸方向の動きは
継ぎ手の剛性で規制されている構成である。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明装置の１実施例の断面図であ
って、１は気体軸受けを具備する電動モータ全体、２は
被駆動側の回転機器であり、例えば、オイルポンプ、圧
縮機等である。３は特に半径方向に自由度があって、駆
動側軸１２と被駆動側軸１３の芯ズレを吸収できる継ぎ
手手段、４は電動モータ１と被駆動体２を固定する台、
５は表面を硬化膜処理等で硬化された固定軸で電動モー
タ１のハウジング１１に固定されている、５aは該固定
軸の端面、６は気体軸受けの主要部品で回転と軸方向に
わずかに可動し、表面を硬化膜処理された可動軸で、前
記固定軸５とは径で５〜２０ミクロンのクリアランス８
をもってスムースに勘合している。内部端面６aと内壁
面６bを有し、前記固定軸端面５aと合わせて密封空間７
を形成する。９は電動モータ１のロータであり、可動軸
６に一体的に取り付けられている。１０は電動モータの
ステータであり、前記ハウシング１１に固定されてい
る。

【００１０】図２はある条件で計算された（実測値とほ
ぼ一致）可動軸６の円周位置における圧力分布を示す。
この圧力が固定軸５に対し、ある重量を持つ可動部（稼
動軸６とロータ９）を浮かす原動力となっており、その
バランス状態を図３に示す。

【００１１】計算式（１）は可動部の重量はできるだけ
軽量化をはかるがその重量Ｗが決まったときに軸受けの
長さＬを算出するものである。ただし、Ｐｍａｘの値は
計測で求めるかあるいはナビエ・ストークスの式を用い
た流れ解析で求めることができる。

【００１2】

【発明の効果】以上説明したように本発明の気体軸受け
は構成が簡単で、半径方向と軸方向の荷重を受けること
が可能となり、回転も高速に限らず低速の回転あるい
は、回転静止状態でも、固定軸と可動軸が接触すること
ない気体軸受けを提供するものである。かつ、不本意な
荷重が作用しても、固定軸および可動軸に表面硬化処理
膜が施されておれば、焼きつくことを容易に回避できる
ものである。また、実施例は固定軸が内側に可動軸が外
側に位置しているが、全く反対の位置関係でも同じ効果
が期待できることは自明である。更に、本実施例は駆動
側の電動モータに気体軸受けを装着しているが、反対に
被駆動側に同様の構成の気体軸受けを装着することも可
能である。更に、前述の密封空間を大気に開放しても半
径方向の荷重を支承できるが、軸方向荷重を弾性継ぎ手
手段が直接受けることになる。また、大気への開口部か
ら水分が進入しやすくなり、気体軸受けを破損させる結
果となる。更に、不本意な振動をしょうずる場合もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】半径方向と軸方向の荷重を支承する気体軸受け
の構成の説明図である。（実施例１）

【図２】気体軸受けの可動軸に作用する圧力分布を示し
た説明図である。

【図３】気体軸受けに作用する圧力と可動部重量のバラ
ンスの状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１は電動モータ、２は被駆動側回転機器、３は弾性継ぎ
手手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定軸と可動軸を５〜２０ミクロンの径方
   向のクリアランスをもって充分な長さＬ以上で勘合せし
   め、該固定軸と該可動軸の一方の端面と内壁との間に密
   閉空間を形成し、かつ該可動軸と被駆動側軸との間を弾
   性継ぎ手手段で連結したことを特徴とする半径および軸
   方向荷重を同時に支承する気体軸受け