JP2008309236A

JP2008309236A - 静圧流体ジャーナル軸受

Info

Publication number: JP2008309236A
Application number: JP2007156983A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Oomori; 直陸大森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【課題】回転軸から軸受に伝達させた振動を高温部から離れたところへ取り出し、減衰させる。
【解決手段】回転軸９の外側に隙間が形成されるように嵌合させた浮動軸受１０と、浮動軸受１０の外側に隙間が形成されるように嵌合させた固定軸受１１を配置する。回転軸９と浮動軸受１０との間の第一の流体潤滑膜１２に加圧流体を供給する孔１５ａを有する振動伝達ロッド１５の内端側を上記浮動軸受１０に固定する。振動伝達ロッド１５の外端側を、固定軸受１１に設けた挿入用孔１６内を通して固定軸受１１の外へ取り出し、減衰素材１４で支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速回転機械に用いる静圧流体ジャーナル軸受に関するものである。

静圧流体ジャーナル軸受は、減衰機能を付与するため、浮動軸受とその外側の固定軸受との間に隙間を設けて浮動軸受を可動状態とし、減衰素材で浮動軸受を支持するようにした構成としてある。

図４（イ）（ロ）は従来の静圧式気体軸受の一例を示すもので、回転軸１の外側に隙間３が形成されるように嵌合させた浮動軸受２を配置し、該浮動軸受２の外側に隙間５が形成されるように嵌合させた固定軸受４を配置して、該浮動軸受２とその外側の固定軸受４との間の隙間５に、減衰特性を有する素材としてゴム等のＯリング６を用い、浮動軸受２をＯリング６で支持するようにしたものである。固定軸受４に設けた加圧流体供給口７は固定軸受４と浮動軸受２との間の隙間５に加圧流体を供給するために設けられており、上記Ｏリング６で支持される浮動軸受２とその内側の回転軸１との間の隙間３に流体潤滑膜８を形成させるようにしてある（たとえば、非特許文献１参照）。

十合晋一、「気体軸受−設計から製作まで−」、共立出版、１９８５第２版、ｐ．１２７

ところが、前記した従来の図４（イ）（ロ）に示した気体軸受の場合、回転軸１の振動は回転軸１とその外側の浮動軸受２との間の隙間３における流体による潤滑膜８を介してその外側の浮動軸受２に伝達され、浮動軸受２の振動は減衰素材としてのＯリング６により振動エネルギーが散逸されるため、上記回転軸の振動を抑制することができるものとしてあるが、減衰素材としてのＯリング６は、固定軸受４と浮動軸受２との間の隙間５に設けられているものであるため、高温となる部分（回転軸や浮動軸受など）に近いところにある。

そのため、減衰素材としては耐熱性を有するものであることが要求されると共に、耐熱性を有していても、高温部の近くで長期間使用していると、劣化して減衰特性を維持することが難しくなるという問題があり、定期的な交換が必要となる。減衰素材を交換するときは回転部の分解作業を伴うことになるが、回転部を分解すると回転体としてのバランスが崩れるおそれがある上、多大なコストが発生する。更に、回転軸１に作用する荷重が潤滑膜８を介して浮動軸受２に作用し、浮動軸受２に作用した荷重は減衰素材６によって支えられるため、減衰素材６の剛性が低いと、浮動軸受２が固定軸受４に押し付けられた状態となって、振動抑制効果が発揮できないという問題もある。

そこで、本発明は、減衰素材の耐熱性や剛性に考慮することなく、減衰特性を優先させた減衰素材が使用できて、高い振動抑制効果が得られるようにすると共に、減衰素材を交換する際には回転部の分解を伴わないようにした静圧流体ジャーナル軸受を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、回転軸と、該回転軸の外側に隙間が形成されるように嵌合させた浮動軸受と、該浮動軸受の外側に隙間が形成されるように嵌合させた固定軸受とを備え、且つ上記回転軸とその外側の浮動軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第一の流体潤滑膜を形成させると共に、上記浮動軸受とその外側の固定軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第二の流体潤滑膜を形成させ、更に、上記浮動軸受に所要長さを有する振動伝達ロッドの一端（内端側）を固定し、該振動伝達ロッドの他端（外端側）は上記固定軸受を貫通して該固定軸受の外側へ突出させて減衰素材で支持されるようにした構成とする。

更に、上記構成において、振動伝達ロッドを浮動軸受に複数本固定し、各振動伝達ロッドを中空構造として第一の流体潤滑膜に加圧流体を供給できるようにした構成とする。

本発明の静圧流体ジャーナル軸受は、回転軸と、該回転軸の外側に隙間が形成されるように嵌合させた浮動軸受と、該浮動軸受の外側に隙間が形成されるように嵌合させた固定軸受とを備え、且つ上記回転軸とその外側の浮動軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第一の流体潤滑膜を形成させると共に、上記浮動軸受とその外側の固定軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第二の流体潤滑膜を形成させ、更に、上記浮動軸受に所要長さを有する振動伝達ロッドの内端側を固定し、該振動伝達ロッドの外端側は上記固定軸受を貫通して該固定軸受の外側へ突出させて減衰素材で支持されるようにした構成としてあり、更に、振動伝達ロッドを浮動軸受に複数本固定し、各振動伝達ロッドを中空構造として第一の流体潤滑膜に加圧流体を供給できるようにした構成としてある。上記構成により、回転軸の振動は回転軸と浮動軸受との間の隙間に形成された第一の流体潤滑膜を介して浮動軸受に伝達され、浮動軸受の振動は浮動軸受に固定された振動伝達ロッドを介して固定軸受の外側で振動伝達ロッドを支持している減衰素材に伝わって振動エネルギーが散逸されるため、回転軸の振動抑制効果が発揮されると共に、次の如き優れた効果を発揮し得る。
（１）減衰素材が高温となる部分（回転軸や浮動軸受など）から離れて設置されているため、耐熱性の低い減衰素材であっても使用可能である。また、減衰素材が高温にさらされないため、減衰素材の経時劣化が抑制される。
（２）回転軸に作用する荷重は第一の流体潤滑膜を介して浮動軸受に作用し、浮動軸受に作用する荷重は第二の流体潤滑膜によって支えられるため、回転軸に作用する荷重が減衰素材に伝わることはない。このため、剛性の低い減衰素材であっても使用可能である。
（３）上記（１）、（２）により、減衰素材を選定する際、減衰素材の耐熱性や剛性よりも減衰特性を優先させることが可能になり、より高い振動抑制効果を期待できるようになる。
（４）振動伝達ロッドを制振合金製とし、ロッドの撓みを利用して振動エネルギーを散逸させるようにすれば、経時変化し易い減衰素材が不要になり、振動抑制効果を長期間維持することが可能になる。
（５）第二の流体潤滑膜に供給する加圧流体の圧力と流量を適切に調整し、第二の流体潤滑膜の剛性を第一の流体潤滑膜の剛性と同等程度に合わせれば、浮動軸受が動き易くなり、浮動軸受に固定した振動伝達ロッドが振動し易くなるので、振動伝達ロッドを支持している減衰素材におけるエネルギー散逸が大きくなって、より高い振動抑制効果が期待できる。
（６）減衰素材を交換する際、回転部の分解作業が不要になるため、回転体としてのバランスが崩れるおそれがなく、作業コストが抑えられる。
（７）振動伝達ロッドを中空構造として第一の流体潤滑膜に加圧流体を供給できるようにしたことにより、第一の流体潤滑膜に加圧流体を供給するための配管が不要になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は本発明の実施の一形態を示すもので、回転軸９と、該回転軸９の外側に隙間が形成されるように嵌合させた浮動軸受１０と、該浮動軸受１０の外側に隙間が形成されるように嵌合させた固定軸受１１とからなり、且つ上記回転軸９と浮動軸受１０の内径側との間に加圧流体を供給して、該隙間に第一の流体潤滑膜１２を形成し、更に、上記浮動軸受１０の外径側と固定軸受１１の内径側との間に加圧流体を供給して第二の流体潤滑膜１３を形成するようにしてある構成において、上記回転軸９が高速回転するときに発生する回転軸の振動を固定軸受１１の外側まで取り出して減衰素材１４で減衰させるようにする。

詳述すると、回転軸９の外側に嵌合させた浮動軸受１０の周方向の複数個所（図１では４個所）に、放射方向に延びる振動伝達ロッド１５の各内端部を固定し、且つ該各振動伝達ロッド１５の外端側を、固定軸受１１に内外方向（径方向）に貫通させて設けた振動伝達ロッド挿入用孔１６に通して、該固定軸受１１の外側へ突出させるようにする。

上記固定軸受１１の振動伝達ロッド挿入用孔１６に通して固定軸受１１の外側方へ突出させられた各振動伝達ロッド１５の外端部は、減衰素材１４としてのＯリングで支持させ、該振動伝達ロッド１５を伝達されてくる振動を、Ｏリングの減衰素材１４で減衰させるようにする。

上記振動伝達ロッド１５の各々は、軸心部に孔１５ａを有する中空構造として、該孔１５ａを通して第一の流体潤滑膜１２に、たとえば、ガス又は水の如き加圧流体を供給できるようにしてある。そのために、各振動伝達ロッド１５の内端部は、浮動軸受１０に径方向に貫通させて固定するようにしてある。

図２は、上記振動伝達ロッド１５を浮動軸受１０に貫通させて固定する一例を示すもので、振動伝達ロッド１５の内端部を細径として、その外側に雄ねじ１７を刻設すると共に、浮動軸受１０に該雄ねじ１７と螺合する雌ねじ１８を設け、振動伝達ロッド１５の雄ねじ１７部を浮動軸受１０の雌ねじ１８部に外側から螺合させ、且つ上記振動伝達ロッド１５の内端側の段差部を浮動軸受１０の外側面に圧接させるようにする。

図１において、加圧流体供給口１９は浮動軸受１０とその外側の固定軸受１１との間に形成される第二の流体潤滑膜１３に浮動軸受１０を浮上させるためのガス又は水の如き加圧流体を供給するための孔で、固定軸受１１に設けてある。回転軸９と浮動軸受１０との間の隙間に形成される第一の流体潤滑膜１２への加圧流体の供給は、周方向にある４本の振動伝達ロッド１５の軸心部の孔１５ａを通して行うようにする。

又、浮動軸受１０と固定軸受１１との間の隙間に形成される第二の流体潤滑膜１３には、各加圧流体供給口１９から加圧流体を供給し、浮動軸受１０を加圧流体で浮上させ、加圧流体のみで浮動軸受１０を浮上支持させるようにする。

上記の状態で、回転軸９を高速回転させるときに発生した回転軸の振動は、該回転軸９外側に形成される第一の流体潤滑膜１２を介して浮動軸受１０に伝えられる。浮動軸受１０に伝達された振動は、該浮動軸受１０に内端部が固定してある振動伝達ロッド１５により固定軸受１１の外側方まで取り出され、高温部（回転軸９や浮動軸受１０など）から離れたところにある減衰素材１４としてのＯリングで減衰させられることになる。

本発明においては、上記のように、減衰素材１４が高温部から離れたところに設置されているため、耐熱性の低い減衰素材１４であっても使用可能である。又、上記構成によれば回転部を分解せずとも、減衰素材１４が容易に交換可能である。更に、浮動軸受１０の外側の第二の流体潤滑膜１３には加圧流体を供給して浮動軸受１０を浮かせるようにしてあることから、上記減衰素材１４に浮動軸受１０からの荷重が作用することがない。そのため、減衰特性に優れた減衰素材であっても耐熱性や剛性が低いために使用できなかった素材（たとえば緩衝ゲル）が使用できるようになり、より高い振動抑制効果を得ることができる。この際、第二の流体潤滑膜１３に供給する加圧流体の圧力と流量を適切に調整して、第二の流体潤滑膜１３の剛性を第一の流体潤滑膜１２の剛性と同等程度に合わせれば、浮動軸受１０が動き易くなり、浮動軸受１０に固定した振動伝達ロッド１５が振動し易くなるので、振動伝達ロッド１５を支持している減衰素材１４におけるエネルギー散逸が大きくなって、より高い振動抑制効果を期待することができる。

次に図３は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示すものと同様な構成において、固定軸受１１を二分割構造１１Ａ，１１Ｂとして、浮動軸受の側方から抱き合わせるように接合できるようにし、且つ４本の振動伝達ロッド１５の内端部を軸受１０に溶接接合させるようにしたものである。その他の構成は図１のものと同じであり、同一のものには同一符号が付してある。

この実施の形態によれば、図１に示す実施の形態の場合に、各振動伝達ロッド１５を固定軸受１１に設けた振動伝達ロッド挿入用孔１６に通して内端部の雄ねじ１７を浮動軸受１０の雌ねじ１８に螺合させるようにすることに代えて、浮動軸受１０に外側から予め振動伝達ロッド１５の内端部を挿入させて軸心部の孔１５ａを浮動軸受１０の内側に開口させた状態で、該振動伝達ロッド１５を浮動軸受１０に溶接（溶接部２０）して固定しておくことができる。これにより、振動伝達ロッド１５の浮動軸受１０への固定を容易に行うことができる。

図３に示すように、４本の振動伝達ロッド１５が放射状に溶接により固定されると、２分割した固定軸受１１の分割片１１Ａと１１Ｂの各中央部位置に貫通させてある振動伝達ロッド挿入用孔１６に、水平方向に延びる２本の振動伝達ロッド１５を図示の如く挿入させ、この状態で各分割片１１Ａ，１１Ｂを相対向する方向へ移動させることにより、各分割片１１Ａ，１１Ｂの各両端部の挿入用孔形成部１６ａ、１６ｂで縦方向に延びている２本の振動伝達ロッド１５を左右から挟み、各分割片１１Ａ，１１Ｂを合わせて接合したときに、上記両端部の挿入用孔形成部１６ａ，１６ｂが振動伝達ロッド挿入用孔１６となって振動伝達ロッド１５との間に所要の隙間が形成されることになる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、振動伝達ロッド１５を制振合金製とし、ロッドの撓みを利用して振動エネルギーを散逸させるようにすれば、Ｏリングなどの経時変化し易い減衰素材が不要になり、振動抑制効果を長期間維持することが可能になる。

又、図１の実施の形態では、振動伝達ロッド１５を周方向に４本設けた場合を例示したが、振動伝達ロッド１５の内端側をねじ込み方式としたものでは、４本に限らず、６本、８本としてもよい。

更に、各振動伝達ロッド１５を長くして、外端側を固定軸受１０の外側へ突出させ、振動伝達ロッド１５を通して取り出した振動を減衰させる減衰素材１４として、Ｏリングを示したが、Ｏリングに代えて流体粘性を用いた減衰機構を用いてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の静圧流体ジャーナル軸受の実施の一形態を示す切断正面図である。図１のII部の拡大図である。本発明の実施の他の形態を示す説明用断面図である。従来の静圧式気体軸受を示すもので、（イ）は切断正面図、（ロ）は（イ）を切断した側面の概念図である。

符号の説明

９回転軸
１０浮動軸受
１１固定軸受
１２第一の流体潤滑膜
１３第二の流体潤滑膜
１４減衰素材
１５振動伝達ロッド
１５ａ孔
１７雄ねじ
１８雌ねじ

Claims

回転軸と、該回転軸の外側に隙間が形成されるように嵌合させた浮動軸受と、該浮動軸受の外側に隙間が形成されるように嵌合させた固定軸受とを備え、且つ上記回転軸とその外側の浮動軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第一の流体潤滑膜を形成させると共に、上記浮動軸受とその外側の固定軸受との間の隙間に加圧流体を供給して、該隙間に第二の流体潤滑膜を形成させ、更に、上記浮動軸受に所要長さを有する振動伝達ロッドの一端を固定し、該振動伝達ロッドの他端は上記固定軸受を貫通して該固定軸受の外側へ突出させて減衰素材で支持させるようにした構成を有することを特徴とする静圧流体ジャーナル軸受。
振動伝達ロッドを浮動軸受に複数本固定し、各振動伝達ロッドを中空構造として第一の流体潤滑膜に加圧流体を供給できるようにした請求項１記載の静圧流体ジャーナル軸受。