JP2003509633A - ラジアル−アキシアル複合すべり軸受け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 このすべり軸受けは、遊びを伴って支持される軸（１）を包囲する流体動力学的ラジアルすべり軸受け（２）であって、軸（１）とラジアルすべり軸受け（２）との間に第一の間隙（９）が形成されるようになっており、該第一の間隙（９）が加圧下の液体供給源に連結されているラジアルすべり軸受け（２）、少なくとも一つの流体静力学的アキシアルすべり軸受け（３）であって、遊びを伴って、軸（１）の半径方向に沿って延びる表面部分（６）に対向配置されて、軸（１）の該表面部分（６）とアキシアルすべり軸受け（３）の半径方向に沿って延びる部分（１２）との間に、第一の間隙（９）に連結された第二の間隙（１３）が形成されるアキシアルすべり軸受け（３）、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ラジアル−アキシアル複合すべり軸受けに関する。

【０００２】 液体潤滑アキシアルすべり軸受けの可能な一つの形は、流体静力学的軸受けで
あり、このとき、加圧下の液体をこのすべり軸受けに供給する外部動力源が使用
される。

【０００３】 前記液体は、流量制限器または制限器、たとえば細管または小さな開口によっ
て、軸受け内に供給される。

【０００４】 そのような流体静力学的軸受けの動作原理は、軸受けの間隙が小さくなると、
流量が減少し、制限器における圧力降下が小さくなる、という事実にもとづく。
間隙における圧力が上昇すると、間隙をせばめようとする力が相殺される。

【０００５】 これらの流体静力学的軸受けは、液体の供給圧力に依存する大きな負荷能力、
大きな剛性、および回転数にほとんど依存しない支持能力を有する。

【０００６】 しかし、潤滑液体が小さな粘度を有するものたとえば水である場合、この制限
器は非常に小さくなければならず、その結果、この制限器は目詰まりに対して非
常に敏感になる。

【０００７】 そのような軸受けの場合、流量を制限するためには軸受けの間隙ができるだけ
小さくなければならないという事実を考慮すると、許容差が非常に小さくなり、
水の場合には特にそうである。

【０００８】 さらに、この制限器のために、アキシアル軸受けの構造がかなり複雑になり、
高価な軸受けとなる一方で、大部分の場合、十分な圧力を得るためにポンプを使
用しなければならない。

【０００９】 液体によって潤滑されるラジアルすべり軸受けの一つのタイプは、流体動力学
的軸受けであり、この場合、軸自身の動きにより潤滑液体の必要圧力が生み出さ
れる。

【００１０】 この軸受けは、小さな遊びを伴って、軸を包囲する。半径方向の力が軸に作用
すると、軸は偏心し、その結果、くさびが形成される。軸の回転運動の影響によ
り、液体がこの自然な狭まり部分に押し込まれ、その結果、圧力の増大がもたら
される。この圧力増大により、軸が持ち上げられ、軸を変位させた力に対抗する
力が与えられる。このようにして、軸は釣り合うが、軸は中心には配置されない
。そうしないと、圧力増大が起りえないからである。理想的には、偏心率は６０
〜９０％である。

【００１１】 そのような流体動力学的軸受けはかなり簡単であり安価であるが、小さな製造
許容差を必要とする。この軸受けは動作の信頼性が高いが、大きな負荷能力と剛
性とを有しない。さらに、この軸受けの負荷能力は回転数に依存し、また始動時
に、軸と軸受けとの間の接触があり、したがって摩耗と引き裂きとが発生する、
という欠点がある。

【００１２】 しかし、流体静力学的アキシアル軸受けと流体静力学的ラジアル軸受けとを単
側面の軸受けに複合一体化することが公知である。

【００１３】 そのようなラジアル−アキシアル複合すべり軸受けは、たとえば、イギリス特
許第６３９．２９３号明細書に記載されている。

【００１４】 軸に二つのカラーが備えられ、該二つのカラーの間に、小さな遊びを有する静
止リングが備えられ、また該静止リングには、その内部周縁にいくつかの開口が
備えてあり、該開口には、制限マウスピースによって、制限器が形成され、該制
限器には、流体たとえば空気または蒸気が供給される。

【００１５】 この流体は、開口を通ってカラーまで流れ、したがって軸のまわりに流体層を
形成し、したがって軸が半径方向に支持される。この流体はリングの端とカラー
との間の遊びによって形成される間隙を通って半径方向外向きに流れ、リングと
カラーが接触するのを防ぐ。言い換えると、アキシアル軸受けを与える。

【００１６】 実際、前記イギリス特許は、軸受けのまわりのいくつかの区画室に通じるいく
つかの狭い通路によって流体供給される流体静力学的ラジアル軸受けが記載され
ている。独立の狭い通路によって流体静力学的アキシアル軸受けに流体供給する
代りに、ラジアル軸受け自身と直列のラジアル軸受けの狭い通路を備えることに
よって形成される狭い通路が使用される。

【００１７】 しかし、この公知の複合軸受けは、狭い通路または制限器を形成するマウスピ
ースの存在により、前記アキシアル軸受けと同じ欠点を有する。たとえば、これ
らの狭い通路の目詰まりの危険性がある。

【００１８】 本発明の目的は、これらの欠点を有さず、したがって、細管またはマウスピー
スの目詰まりの危険性のない、割合に安価でコンパクトなラジアル−アキシアル
複合すべり軸受けを提供することである。

【００１９】 本発明によれば、前記目的は、複合すべり軸受けを、 遊びを伴って支持される軸を包囲する流体動力学的ラジアルすべり軸受けであ
って、軸とラジアルすべり軸受けとの間に第一の間隙が形成されるようになって
おり、該第一の間隙が加圧下の液体供給源に連結されているラジアルすべり軸受
け、 少なくとも一つの流体静力学的アキシアルすべり軸受けであって、遊びを伴っ
て、軸の半径方向に沿って延びる表面部分に対向配置されて、軸の該表面部分と
アキシアルすべり軸受けの半径方向に沿って延びる部分との間に、第二の間隙が
形成されるアキシアルすべり軸受け、 によって構成し、 第二の間隙が第一の間隙と連結されていて、アキシアルすべり軸受けに第一の
間隙によって液体が供給され、また第一の間隙がアキシアルすべり軸受けに対す
る制限器の機能を果たす、ようにすることによって、達成される。

【００２０】 第一の間隙がアキシアルすべり軸受けに対する制限器の機能を有するため、外
部制限器が必要でなく、したがって、そのような制限器によってもたらされる前
記欠点のすべてが排除される。

【００２１】 第一の間隙と第二の間隙とは、必ずしも互いに直接連結されている必要はない
。軸と軸受けハウジングとの間の室によって連結することができる。

【００２２】 このハウジングの一部分が直接に前記間隙の境界を定めることができる。この
ハウジングには、内側に、間隙の境界を定める一つ以上の軸受けクッションその
他を備えることができる。

【００２３】 この複合軸受けは、単側面とし、ラジアル軸受けの端に一つのアキシアルすべ
り軸受けを有し、このとき、第二の間隙が第一の間隙の一端と連結されているよ
うにすることができるが、変形においては、この複合軸受けは、二側面とし、ラ
ジアルすべり軸受けの各端に一つずつ、合わせて二つのアキシアルすべり軸受け
を有し、このとき、二つのアキシアルすべり軸受けの第二の間隙がそれぞれ第一
の間隙の二つの端のそれぞれに連結されているようにする。

【００２４】 後者の場合、第一の間隙と加圧下の液体の供給源との連結部が、好ましくは、
第一の間隙の中央付近で、第一の間隙の中央に関して対称な二つの位置で終るよ
うにする。

【００２５】 一つのアキシアル軸受けを有するもう一つの実施態様では、前記連結部は、第
一の間隙のどの場所で終ってもよいが、このとき、この間隙における圧力降下は
、液体流量が同じである場合、連結部が終る位置に依存する。

【００２６】 以下、本発明の特徴をさらに十分に示すために、添付の図面を参照しつつ、本
発明のラジアル−アキシアル複合すべり軸受けの二つの好ましい実施形態につい
て説明する。これらの実施形態は単なる例であり、本発明を限定するものではな
い。

【００２７】 図１には、軸１、詳しく言うと、この軸１の端が示してある。この端は、水潤
滑ラジアル−アキシアル複合すべり軸受け２−３によって、半径方向と軸方向と
に対して支持されている。

【００２８】 軸１は、たとえば、水潤滑コンプレッサー要素のローターの一つに取りつけて
あり、また軸受けの軸方向において、半径が急激に変化している。

【００２９】 すなわち、軸１は、大径部分４と自由端を形成する小径部分５とから成り、し
たがって、これらの部分４と５との間に、半径方向に沿う肩、言い換えると、半
径方向に沿う表面部分６が形成されている。

【００３０】 複合すべり軸受け２−３は、実質的に、大径の部分４を包囲する流体動力学的
ラジアルすべり軸受け２と軸受けハウジング７に形成されている流体静力学的ア
キシアルすべり軸受け３とから成る。

【００３１】 ラジアルすべり軸受け２は、軸受けクッション８を有し、該クッションは軸１
の一部分を遊びがあるように包囲しているため、クッション８と軸１との間に第
一の狭い間隙９が形成される。

【００３２】 すべり軸受け２を貫通している供給導管１１の口１０が間隙９に終っている。
導管１１は、圧力Ｐｉｎの水のためのものであり、図１には示さない加圧下の水
供給源、たとえばコンプレッサーのローターに噴射するための水を通す導管、に
接続されている。

【００３３】 この流体動力学的ラジアルすべり軸受け２を、公知の標準的な方法、たとえば
Ｒｏｌｏｆｆ／Ｍａｔｅｋ著“Ｍａｃｈｉｎｅ−ｏｎｄｅｒｄｅｌｅｎ”のｐ．
４５０−４７３に記載されているＳｕｍｍｅｒｆｅｌｄの方法、にしたがって計
算した。このとき、動作条件、取付け可能性、使用潤滑剤（ここに示す例では、
水）を考慮した。

【００３４】 アキシアルすべり軸受け３は、環状の軸受けクッション１２を有する。該クッ
ションは、軸１の前記半径に沿う表面部分６に対向するように、軸受けハウジン
グ７の内壁のやはり半径に沿う部分に取りつけてある。このとき、軸受けクッシ
ョン１２と表面部分６との間に、第二の間隙１３が形成される。このようにして
、軸受けクッション１２はすべり軸受け３の半径方向に沿う部分を形成する。

【００３５】 第二の間隙１３は、環状の閉じた室１４によって、前記第一の間隙９に連結し
ている。室１４は、軸受けハウジング７の内側面と軸１との間で、二つの軸受け
クッション８と１２との間に形成される。

【００３６】 アキシアル軸受け３も、制限器によって供給される流体静力学的アキシアルす
べり軸受けのための標準的な方法、たとえば、Ｒｏｌｏｆｆ／Ｍａｔｅｋ著“Ｍ
ａｃｈｉｎｅ−ｏｎｄｅｒｄｅｌｅｎ”のｐ．４７３−４７９に記載されている
方法、によって計算した。しかし、ここでは、開口または細管の直径の代りに、
第一の間隙９の前記口１０から間隙９の端の室１４までの距離を、パラメータと
して使用した。

【００３７】 この標準的な計算において、制限器における圧力降下を計算する式を、上で述
べたアセンブリにおける圧力降下を記述する式で置き換えた。この軸受けにおけ
る圧力降下は、下記の式により、簡易化したやり方で計算することができる。 ΔＰ＝Ｑ・１２・ｖｉｓｃｏ・Ｌ／（０．５ｓ）^３・π・Ｄ この式で、 Ｑ＝流量 ｖｉｓｃｏ＝媒体の粘度 Ｌ＝開口から軸受けの端までの距離 Ｄ＝ラジアル軸受けの直径 Ｓ＝ラジアル軸受けの直径方向の遊び ΔＰ＝軸受けにおける圧力降下：Ｐｉｎ−Ｐａｘ

【００３８】 この複合すべり軸受け２−３は下記のように作動する。

【００３９】 ラジアルすべり軸受け２は通常流体動力学的軸受けとして作動する。すなわち
、圧力Ｐｉｎで間隙９に供給される液体は軸１の回転の影響を受けて環状層を形
成し、それによって、軸は、図１に矢印１５で示すように、釣り合い位置に持ち
上げられる。この釣り合い位置において、軸１はラジアル軸受け２の中心には配
置されない。

【００４０】 アキシアルすべり軸受け３には、水が供給され、この水は、ラジアルすべり軸
受け２の第一の間隙９に口１０から流入する。間隙９は非常に狭いので、流量に
対応する圧力降下ΔＰが、口１０と室１４との間の軌跡において生成される。

【００４１】 室１４において、したがってまた流体静力学的アキシアルすべり軸受け３の第
二の間隙１３の入口において、圧力Ｐａｘ＝Ｐｉｎ−ΔＰが作用する。

【００４２】 運転中の圧力生成により、ローターしたがって軸１は軸方向の方位に押される
ことになる。軸１上の軸方向力を、図１における矢印１６で示す。

【００４３】 この軸方向力のため、軸１は矢印１６の方向に動こうとする傾向を生じる。し
かし、間隙３の幅が小さくなると、この間隙１３また第一の間隙９を通る水流量
が減少し、したがって圧力降下ΔＰが小さくなる。

【００４４】 その結果、前記の式からわかるように、圧力Ｐａｘが増大し、この増大が、釣
り合いが得られるまで、前記軸方向力に対抗して作用する。

【００４５】 この釣り合いのもとで軸方向力が低下すると、間隙１３の幅が増大し、その結
果、水流量が増大し、圧力降下ΔＰが大きくなる。すると、釣り合いが回復する
まで、圧力Ｐａｘが低下する。

【００４６】 このように、第一の間隙９はアキシアルすべり軸受け３のための開口または細
管の役割を演じる。

【００４７】 明らかに、圧力降下ΔＰは口１０と室１４との間の間隙９の部分の長さによっ
て変化する。図１の場合、口１０は間隙９の中央に示してあるが、この口１０を
、アキシアルすべり軸受け３に近づく向きまたはアキシアル軸受け３から離れる
向きにずらすことにより、この圧力降下ΔＰは、流量が同じである場合、それぞ
れ、減少または増大する。

【００４８】 アキシアルすべり軸受け３を計算するとき、間隙１３の幅（これは、アキシア
ルすべり軸受け３のストロークとかどの鋭さの程度、また表面の粗さに依存する
）が最小である場合に、圧力Ｐａｘが可能なかぎり大きくなり、その結果、圧力
降下ΔＰが最小になるということを仮定した。しかしまた、摩擦熱を散逸させる
のに十分な大きさの水流量がなければならない。

【００４９】 間隙１３の最大幅（これは、大きすぎてはならない）のときに、前記圧力Ｐａ
ｘは可能なかぎり小さく、したがって圧力降下ΔＰが最大でなければならない。

【００５０】 図２に示す実施形態は、上で説明した実施形態とは異なり、複合軸受け２−３
が二側面のものである。すなわち、この軸受けでは、軸方向力を、図２において
矢印１６で示す向きばかりでなく、矢印１７で示す反対の向きにも及ぼすことが
でき、そのために、一つのラジアルすべり軸受け２のほかに、二つのアキシアル
すべり軸受け３が備えてある。これらの軸受け２、３は、それぞれ前記の軸受け
２、３と同じものである。

【００５１】 軸１は小径の二つの部分５を有し、したがって大径の部分４と部分５のそれぞ
れとの間に肩すなわち半径方向に沿った表面部分６が形成され、該部分に対向し
て、アキシアル軸受け３が配置されている。

【００５２】 二つのラジアルすべり軸受け３の間隙１３は、室１４によって、ラジアルすべ
り軸受け２の間隙９のそれぞれの端に連結されている。

【００５３】 圧力Ｐｉｎで間隙９に供給される水は、流量がはっきり定まった二つの流れに
分割され、それぞれの間隙１３に向かう。

【００５４】 ラジアルすべり軸受け２は、図１に示す実施形態の場合と同様に機能する。ま
た、二つのアキシアルすべり軸受け３は上で説明したように機能するが、しかし
この場合、一つの間隙１３の幅は、もう一つの間隙１３が減少すると、増大し、
またその逆も起る。

【００５５】 通常、口１０は互いに同一の二つのアキシアルすべり軸受け３の間の中央に来
るように配置され、釣り合い位置においては、二つの間隙１３の幅が同じであり
、これらの間隙１３への流量が同じであるようにされる。この釣り合いからのず
れが起るとただちに、一方の流量が他方の流量よりも大きくなり、その結果、二
つの圧力Ｐａｘが異なることになり、大きすぎる軸方向力に対して抵抗する。

【００５６】 変形実施形態においては、供給導管１１の端を二つに分け、図２の破線で示す
ように、二つの口１０が、二つのアキシアルすべり軸受け３の間の中央に関して
対称に、間隙９で終るようにする。

【００５７】 供給導管１１によって間隙９に供給される液体は、水である必要はない。たと
えば、油その他の潤滑液体とすることもがきる。

【００５８】 間隙９と１３は、室１４で連結しなければならないというわけではない。互い
に直接連結することもできる。

【００５９】 本発明は、上で説明し、また図面に示した実施形態に限定されるわけではなく
、本発明のラジアル−アキシアル複合すべり軸受けは、本発明の範囲を逸脱する
ことなく、いろいろな変形により実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の複合すべり軸受けによって支持されている軸の断面を示す模式図であ
る。

【図２】 図１と同様の模式断面図であるが、本発明の複合すべり軸受けのもう一つの実
施形態を示す。

【符号の説明】

１ 軸 ２ 流体動力学的ラジアルすべり軸受け ３ 流体静力学的アキシアルすべり軸受け ２−３ ラジアル−アキシアルすべり軸受け ４ 大径部分 ５ 小径部分 ６ 表面部分 ７ 軸受けハウジング ８ 軸受けクッション ９ 第一の間隙 １０ 口 １１ 供給導管 １２ 軸受けクッション １３ 第二の間隙 １４ 室 １５、１６、１７ 矢印

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラジアル−アキシアル複合すべり軸受けであって、 遊びを伴って支持される軸（１）を包囲する流体動力学的ラジアルすべり軸受
   け（２）であって、軸（１）とラジアルすべり軸受け（２）との間に第一の間隙
   （９）が形成されるようになっており、該第一の間隙（９）が加圧下の液体供給
   源に連結されているラジアルすべり軸受け（２）、 少なくとも一つの流体静力学的アキシアルすべり軸受け（３）であって、遊び
   を伴って、軸（１）の半径方向に沿って延びる表面部分（６）に対向配置されて
   、軸（１）の該表面部分（６）とアキシアルすべり軸受け（３）の半径方向に沿
   って延びる部分（１２）との間に、第二の間隙（１３）が形成されるアキシアル
   すべり軸受け（３）、 から成り、 第二の間隙（１３）が第一の間隙（９）と連結されていて、アキシアルすべり
   軸受け（３）に第一の間隙（９）によって液体が供給され、また第一の間隙（９
   ）がアキシアルすべり軸受け（３）に対する制限器の機能を果たす、ことを特徴
   とするラジアル−アキシアル複合すべり軸受け。
2. 【請求項２】 第一の間隙（９）と第二の間隙（１３）とが、軸（１）と軸
   受けハウジング（７）との間の室（１４）によって互いに連結されることを特徴
   とする請求項１に記載のラジアル−アキシアル複合すべり軸受け。
3. 【請求項３】 単側面であって、ラジアル軸受け（２）の端に一つのアキシ
   アルすべり軸受け（３）を有し、このとき、第二の間隙（１３）が第一の間隙（
   ９）の一端と連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のラジア
   ル−アキシアル複合すべり軸受け。
4. 【請求項４】 二側面であって、ラジアルすべり軸受け（２）の各端に一つ
   ずつ、合わせて二つのアキシアルすべり軸受け（３）を有し、このとき、二つの
   アキシアルすべり軸受け（３）の第二の間隙（１３）がそれぞれ第一の間隙（９
   ）の二つの端のそれぞれに連結されていることを特徴とする請求項１または２に
   記載のラジアル−アキシアル複合すべり軸受け。
5. 【請求項５】 第一の間隙（９）と加圧下の液体の供給源との連結部が、間
   隙（９）の中央で終ることを特徴とする請求項４に記載のラジアル−アキシアル
   複合すべり軸受け。
6. 【請求項６】 第一の間隙（９）と加圧下の液体の供給源との連結部が、間
   隙（９）の中央に関して対称な二つの位置で終ることを特徴とする請求項４に記
   載のラジアル−アキシアル複合すべり軸受け。
7. 【請求項７】 第一の間隙（９）と加圧下の液体の供給源との連結部が、ラ
   ジアルすべり軸受け（２）を貫通する口（１０）を有する供給導管（１１）から
   成ることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のラジアル−アキシ
   アル複合すべり軸受け。
8. 【請求項８】 ラジアルすべり軸受け（２）とアキシアルすべり軸受け（３
   ）とが、軸受けクッション（８、１２）を有することを特徴とする請求項１から
   ７のいずれか１つに記載のラジアル−アキシアル複合すべり軸受け。
9. 【請求項９】 軸（１）がコンプレッサーのローターの軸であることを特徴
   とする請求項１から８のいずれか１つに記載のラジアル−アキシアル複合すべり
   軸受け。