JP2012154447A

JP2012154447A - 動圧気体軸受

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Publication number: JP2012154447A
Application number: JP2011015371A
Authority: JP
Inventors: Koji Horikawa; 浩司堀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: JP5757095B2

Abstract

【課題】円筒状を成す軸受ハウジングの内壁に設けられ、複数のフォイルを具備する動圧気体軸受において、フォイルの取り付け作業の手間や、軸受ハウジングにフォイルを取り付けるための係合溝を設ける手間の軽減等を図る。
【解決手段】円筒状の軸受ハウジングの内壁に設けられ、複数のアンダーフォイル５及びアッパーフォイル６と、前記アンダーフォイル５と前記軸受ハウジングとの間に配してなるベースプレート４とを有するフォイル組立品３を具備する動圧気体軸受において、前記ベースプレート４と前記複数のアンダーフォイル５及びアッパーフォイル６とを一体に連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機のエアサイクルマシン、ヘリウム液化装置の膨張タービン、自動車のターボチャージャ等の高速回転機械に使用される軸受に関し、特に、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成された気体膜により荷重を支持する動圧気体軸受に関する。

高速回転機械用に使用される軸受として、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成した空間により両部材間に薄い気体膜を生じさせ、この気体膜の潤滑作用により荷重を支持する動圧気体軸受が従来知られている。

このような従来の動圧気体軸受の一例として、複数枚のフォイルを固定部材にそれぞれ係止するとともに、軸に近い側のフォイルであるアッパーフォイルをたわませて固定部材に近い側のフォイルであるアンダーフォイルに支持させる構成のものが知られている（特許文献１参照）。なお、特許文献１記載の構成では、互いに隣接するフォイルを重ね合わせ、各フォイルの周方向中間部を境に一方がアッパーフォイル、他方がアンダーフォイルとして機能するようにしている。

しかして、前記特許文献１のもののような構成では、複数枚のフォイルそれぞれを順次固定部材に取り付けるようにしているため、フォイルの枚数分だけフォイルの取り付け作業を繰り返す必要があるとともに、固定部材側にフォイルの枚数分だけフォイルと係合してフォイルの位置決めを行うための係合溝を設ける必要があり、この作業が煩雑に感じられる不具合が発生しうる。

特開平４−５４３０９号公報

本発明は、以上に述べた課題を解決すべく、すなわち、フォイルの取り付け作業の手間や、固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図るべく、このような動圧気体軸受を構成するものである。

すなわち本発明に係る動圧気体軸受は、円筒状の軸受ハウジングの内壁に設けられ、１又は複数のフォイルと、前記フォイルと前記ハウジングとの間に配してなるベースプレートとを一体に連結してなるフォイル組立品を具備することを特徴とする。

このようなものであれば、フォイル組立品を軸受ハウジングに組み付ける作業により、動圧気体軸受のうち少なくとも最もベースプレート寄りのフォイルを取り付けることができるので、取り付け作業の工数を削減できるとともに、フォイルの位置決めを行うための係合溝はフォイル組立品１つにつき１つ設ければよいので固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図ることもできる。さらに、複数のフォイルをベースプレートにより連結しているものであれば、さらなる部品点数の削減を図ることもできる。

このような動圧気体軸受をより好適に実現できる態様として、前記フォイル組立品が、前記ベースプレートと、このベースプレートと軸との間に配してなり弾性変形可能なアンダーフォイルと、このアンダーフォイルと軸との間に配してなり前記アンダーフォイルから弾性力を受けるアッパーフォイルとを一体に設けてなるものが挙げられる。

取り付け作業の工数及び部品点数をさらに効果的に削減できる態様として、前記ベースプレートを１つのみ有するとともに、前記１又は複数のフォイルを全て前記ベースプレートに一体に設けているものが挙げられる。

このようなフォイル組立品の長寿命化を図るための好適な構成として、前記ベースプレートの前記フォイルに対向する側の面に、耐摩耗性表面加工を施しているものが挙げられる。

このようなフォイル組立品を軸受ハウジングに位置決めするための好適な態様として、前記ベースプレートに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けているものや、前記フォイルに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けているとともに、前記ベースプレートにこの突起を通過させるための位置決め突起挿通孔を設けているものが挙げられる。

本発明に係る動圧気体軸受の構造によれば、フォイルの取り付け作業の手間や、固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る動圧気体軸受を示す正面図。同実施形態に係る動圧気体軸受の要部を示す中央横断面図。同実施形態に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。本発明の他の実施態様に係るフォイル組立品を示す展開図。

以下、本発明の第一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る軸受は、図１に概略正面図、図２に要部の中央横断面図をそれぞれ示すようなジャーナル軸受であり、軸２を取り付ける対象である軸受ハウジング１と軸２との間に設けられる。すなわち、前記軸受ハウジング１の内壁１ａに設けられる。また、この軸受は、図３に示す展開図のように、ベースプレート４と、前記ベースプレート４に接続してなるアンダーフォイル５と、前記ベースプレート４に接続してなる複数のアッパーフォイル６とを有するフォイル組立品３を具備する。そして、前記アッパーフォイル６の後述するアッパーフォイル本体６１と前記軸２との間に図示しない気体膜を形成し、この気体膜の気圧を利用して前記軸２を支持する。すなわち、本実施形態に係る軸受は、フォイル型のジャーナル気体軸受である。

前記フォイル組立品３は、前記図１及び図３に示すように、１つの前記ベースプレート４と、前記ベースプレート４にそれぞれ一体に接続してなる複数のアンダーフォイル５及びアッパーフォイル６とを有する。ここで、図３はこのフォイル組立品３の展開図である。なお、前記図１及び図２では、ベースプレート４、アンダーフォイル５及びアッパーフォイル６は形状の理解を容易にするため、一定の厚さで示されているが、実際には、例えば０．１〜０．２ｍｍの板状であり、かつ軸２を巻回する環状に形成されている。

さらに詳述すると、前記ベースプレート４は、前記アンダーフォイル５の後述するアンダーフォイル本体５１と前記軸受ハウジング１との間に位置し、軸受ハウジング１を保護する機能を有する。また、このベースプレート４の前記アンダーフォイル本体５１に対向する側の面には、耐摩耗性表面加工を施している。また、このベースプレート４の一端縁には、前記図１に示すように前記内壁１ａに設けた係合溝１ｘに係合可能な係止突起４ａを設けている。

前記アンダーフォイル５は、軸２に対して弾性突没可能な複数の突条５ｘを設けてなる板状のアンダーフォイル本体５１と、このアンダーフォイル本体５１の下流側の端縁をベースプレート４に接続するための接続部５２とを備えている。そして、前記突条５ｘが、前記アッパーフォイル６を軸に向けて付勢するバネとして機能する。

前記アッパーフォイル６は、軸２に対向した状態で該軸２との間に気体膜を形成する板状のアッパーフォイル本体６１と、このアッパーフォイル本体６１の上流側の端縁をベースプレート４に接続するための接続部６２とを備えている。前記アッパーフォイル本体６１は、前記アンダーフォイル本体５１からの弾性力を受けて軸２側に付勢され、気体膜の形状が維持されるようにしている。

ここで、図３の展開図は前記フォイル組立品３の製造途中の形態であり、この状態から以下のように加工を行うことにより完成する。まず、前記ベースプレート４に対して図示左側のアンダーフォイル５を前記連結部５２で折り返し、前記ベースプレート４の上にアンダーフォイル本体５１を重ねる。次に図示右側のアッパーフォイル６を同様に連結部６２で折り返す。これにより、先に折り返した前述アンダーフォイル本体５１の上にアッパーフォイル本体６１が重ね合わされる。また重ね合わせた状態で、ベースプレート４及びアッパーフォイル本体６１の面がアンダーフォイル５側を内側に、アッパーフォイル本体６１側を外側になるよう、軸２に巻回し環状に成形する。これら成形作業によりフォイル組立品３が完成する。

前記図１及び図２において、軸２が回転すると、軸２とフォイル組立品３との隙間の空気等の気体が気体の粘性により引っ張られ、この隙間に形成してなる気体膜の圧力が上昇する。この圧力上昇によって、まず、アッパーフォイル本体６１が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。この際、前記アッパーフォイル本体６１は、アンダーフォイル本体５１に圧接し、アンダーフォイル本体５１が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。この際、アンダーフォイル本体５１は接続部５２を介してその下流側端縁をベースプレート４に接続しているので、アッパーフォイル本体６１に圧接すると上流側に延伸しようとする。一方、アッパーフォイル本体６１は接続部６２を介してその上流側端縁をベースプレート４に接続しているので、アンダーフォイル本体５１に圧接すると下流側、すなわちアンダーフォイル本体５１が延伸しようとする方向と反対側に延伸しようとする。そして、気体膜の形状が、例えば、入口部分から下流側に進むにつれ幅が小さくなるなど、適切な形状に維持され、前記アッパーフォイル本体６１の下流側端縁近傍すなわち自由端近傍で気体の圧力上昇が生じる。この圧力上昇により軸受は軸２を非接触で支えることになる。

本実施形態に係る軸受の構成によれば、フォイル組立品３を軸受ハウジング１に組み付ける作業によりこのような軸受を形成できるので、取り付け作業の工数を削減できるとともに、フォイル組立品３の位置決めを行うための係合溝１ｘ、及びこの係合溝１ｘに係合させるための突起４ａはいずれも１箇所だけ設ければよく、軸受ハウジング１に係合溝１ｘを設ける手間の軽減を図ることもできる。さらに、複数のアンダーフォイル５及びアッパーフォイル６を全てベースプレート４を介して一体に連結してフォイル組立品３を形成しているので、部品点数の削減を図ることもできる。

また、前記フォイル組立品３が、前記ベースプレート４と、このベースプレート４と軸２との間に配してなり弾性変形可能なアンダーフォイル本体５１と、このアンダーフォイル本体５１と軸２との間に配してなり前記アンダーフォイル本体５１から弾性力を受ける前記アッパーフォイル本体６１とを一体に設けてなり、さらに、前記ベースプレート４を１つのみ有するとともに、前記複数のアンダーフォイル５及びアッパーフォイル６を全て前記ベースプレートに一体に設けているので、取り付け作業の工数及び部品点数をさらに効果的に削減できる。

さらに、前記ベースプレート４の前記アンダーフォイル本体５１に対向する側の面に、耐摩耗性表面加工を施しているので、このようなフォイル組立品３の長寿命化を図ることができる。

そして、前記ベースプレート４に前記軸受ハウジング１との間で位置決めを行うための突起４ａを設け、この突起４ａを前記軸受ハウジング１の係合溝１ｘに係合させて位置決めを行うようにしているので、簡単な構成でこのようなフォイル組立品３を軸受ハウジング１に位置決めすることができる。

加えて、アンダーフォイル５及びアッパーフォイル６はそれぞれ反対側の端縁をベースプレート４に接続しているので、これらが互いに圧接すると反対側に延伸しようとし、従ってアンダーフォイル本体５１とアッパーフォイル本体６１とが互いに摺動する。すなわち、このような構成により、これらアンダーフォイル本体５１とアッパーフォイル本体６１との振動のエネルギーが摺動摩擦に伴う熱エネルギー等に変換されるダンピング効果を得ることができ、このダンピング効果により振動や騒音の発生を抑制することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られず、以下に述べるような変形例を採用してもよい。ここで、以下の変形例の説明において、以上に述べた実施形態に対応する各部位には、同一の名称及び符号を付している。

例えば、展開図を図４に示すように、ベースプレート４とアンダーフォイル５のみを備えるフォイル組立品３を用意し、このフォイル組立品３を軸受ハウジング１に組み付けた後、別体に構成したアッパーフォイル６を軸受ハウジング１に組み付ける構成を採用してもよい。

このような態様において、第１のベースプレートとアンダーフォイルのみを備える第１のフォイル組立品の他に、第２のベースプレートとアッパーフォイルを備える第２のフォイル組立品を備えるようにしてもよい。この場合、第２のフォイル組立品の内部に第２のフォイル組立品を配する構成、すなわち、第１のベースプレートより軸受ハウジング側に第２のベースプレートを、また、アンダーフォイルよりも軸側にアッパーフォイルをそれぞれ配する構成を採用してもよく、また、軸受ハウジング側から順に第１のベースプレート、第２のベースプレート、アンダーフォイル及びアッパーフォイルをそれぞれ配する構成を採用してもよい。

また、展開図を図５に示すように、ベースプレート４と、このベースプレート４の軸方向両端縁にそれぞれ接続してなる複数のアンダーフォイル５と、前記ベースプレート４の長手方向端縁に一体に接続してなり略全周に亘る１枚のアッパーフォイル６とを具備するフォイル組立品３を採用してもよい。このような場合、このフォイル組立品３を軸受ハウジング１の係合溝１ｘと係合可能な係止突起は、上述した実施形態のようにベースプレート４に備えてもよく、前記図５に示すようにアッパーフォイル６にこのような係止突起６ａを備えてもよい。

ここで、略全周に亘る１枚のアッパーフォイル５を採用する場合、アンダーフォイル４は複数枚重ね合わせる必要はなく、展開図を図６に示すように、ベースプレート４の軸方向一端縁に複数のアンダーフォイル５を一体に接続するとともに軸方向他端縁にアッパーフォイル６を一体に接続する態様のフォイル組立品３を採用してもよい。また、展開図を図７に示すように、ベースプレート４の軸方向一端縁に複数のアンダーフォイル５を一体に接続するとともにベースプレート４の長手方向一端縁に略全周に亘る１枚のアッパーフォイル６を重ね合わせる態様のフォイル組立品３を採用してもよい。

一方、アンダーフォイル５がアッパーフォイル６を軸側に付勢するために、上述した各態様では、いずれもアンダーフォイル５の突条５ｘを弾性変形させることによる弾性付勢力を利用しているが、その他の方法でアッパーフォイル６を軸側に付勢するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、ベースプレート４にリーフ型のフォイル７を一体に接続するようにし、軸受ハウジング１に組み付けた状態でこのフォイル７の上流側半分を隣接する他のフォイル７の軸側に重ね合わせるようにする態様を採用してもよい。この場合、各フォイル７の下流側半分は軸との間で気体膜を形成するアッパーフォイルとして機能し、各フォイル７の上流側半分はこのアッパーフォイルを軸側に弾性付勢するアンダーフォイルとして機能する。

また、展開図を図９に示すように、アンダーフォイル５のうち１つに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起５ａを設けるとともに、ベースプレート４にこの突起５ａを通過させるための位置決め突起挿通孔４ｘを設ける態様のフォイル組立品３を採用しても、比較的簡単な構成によりこのようなフォイル組立品３の軸受ハウジングに対する位置決めを行うことができる。

さらに、図３、４、５、６、７、あるいは図９に示す態様において、アンダーフォイルの突条をなくし、アッパーフォイルと同様に軸を巻回する環状の板状とし、但しアッパーフォイルの曲率と変えてもよい。これにより板ばねとして機能する。

そして、以上に述べた各実施形態では、いずれも、軸受ハウジング１の内壁１ａの略全周に亘って該内壁１ａに対向するベースプレート４を備えたフォイル組立品３を利用する構成を採用しているが、例えば、軸受ハウジング１の内壁１ａの略半周に対応する長手寸法を有するベースプレート４を備えたフォイル組立品３を２つ備える態様や、軸受ハウジング１の内壁１ａの略３分の１周に対応する長手寸法を有するベースプレート４を備えたフォイル組立品３を３つ備える態様等を採用してももちろんよい。

加えて、上述した実施形態では、ベースプレートのフォイルに対向する側の面に耐摩耗性表面加工を施しているが、例えば、フォイル組立品の全体を、耐摩耗性を有する材料により形成する等、他の手段によりフォイルの耐摩耗性を確保するようにしてもよい。

あるいは、上述した実施形態では、フォイル組立品は１枚板から切断及び折り曲げて成形しているが、例えば各フォイル部品は個別に製作し、ベースプレートとの連結部で両部材をスポット溶接により一体化するようにしてもよい。

また、ベースプレートの両側に備える各フォイルの接続部の位置は、成形形状や製造性などに応じて、図示位置と異なる形態を採用してももちろんよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…軸受ハウジング
１ａ…内壁
２…軸
３…フォイル組立品
４…ベースプレート
５…アンダーフォイル
６…アッパーフォイル
７…（リーフ型の）フォイル

Claims

円筒状の軸受ハウジングの内壁に設けられ、１又は複数のフォイルと、前記フォイルと前記軸受ハウジングとの間に配してなるベースプレートとを一体に連結してなるフォイル組立品を具備することを特徴とする動圧気体軸受。
前記フォイル組立品が、前記ベースプレートと、このベースプレートと軸との間に配してなり弾性変形可能なフォイルであるアンダーフォイルと、このアンダーフォイルと軸との間に配してなり前記アンダーフォイルから弾性力を受けるフォイルであるアッパーフォイルとを一体に設けてなる請求項１記載の動圧気体軸受。
前記フォイル組立品を１つのみ有するとともに、前記１又は複数のフォイルを全て前記ベースプレートに一体に設けている請求項１又は２記載の動圧気体軸受。
前記ベースプレートの前記フォイルに対向する側の面に、耐摩耗性表面加工を施している請求項１、２又は３記載の動圧気体軸受。
前記ベースプレートに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けている請求項１、２、３又は４記載の動圧気体軸受。
前記フォイルに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けているとともに、前記ベースプレートにこの突起を通過させるための位置決め突起挿通孔を設けている請求項１、２、３又は４記載の動圧気体軸受。