JP2012154448A

JP2012154448A - 動圧気体軸受

Info

Publication number: JP2012154448A
Application number: JP2011015372A
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: JP5644547B2

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１の内壁１ａに設けられ、軸２との間で気体膜を形成する複数のアッパーフォイル５と、前記アッパーフォイル５と前記軸受ハウジング１との間に配してなり前記アッパーフォイル５を軸２に向けて付勢する１つのアンダーフォイル４とを一体に連結してなり、前記軸受ハウジング１に対して位置決めするための突起４ｂを有するフォイル組立品３を具備する構成を採用する。
【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、軸との間で気体膜を形成する複数のアッパーフォイルと、前記アッパーフォイルと前記軸受ハウジングとの間に配してなり前記アッパーフォイルを軸に向けて付勢する１つのアンダーフォイルとを一体に連結してなり、前記軸受ハウジングに対して位置決めするための突起を有す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、複数のアッパーフォイルと１つのアンダーフォイルとを一体に連結してなる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、この動圧気体軸受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、複数のアッパーフォイルと１つのアンダーフォイルとを一体に連結しているので、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、各アッパーフォイルの一部が、周方向に隣接する他のアッパーフォイルよりも軸受ハウジング側に位置する状態で重なり合うものが挙げられる。

気体膜の形状をより効果的に維持させるための構成の一例として、弾性力をそれぞれ独立にアッパーフォイルに作用させることが可能な弾性付与部を前記アンダーフォイルに設けてい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、前記アンダーフォイルを１つのみ有するとともに、前記アッパーフォイルを全て前記アンダーフォイルに一体に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。

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、１つのアンダーフォイル４と、前記アンダーフォイル４に接続してなる複数のアッパーフォイル５とを有するフォイル組立品３を具備する。そして、前記軸２が回転すると前記アッパーフォイル５の後述するアッパーフォイル５１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、及び展開図である図３に示すように、前記１つのアンダーフォイル４と、前記アンダーフォイル４にそれぞれ一体に接続してなる前記複数のアッパーフォイル５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、前記アンダーフォイル４及び前記アッパーフォイル５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、かつ前記軸２を巻回する環状に形成されている。

さらに詳述すると、前記アンダーフォイル４は、前記アッパーフォイル５を前記軸２に向けて付勢するバネとしての機能を備える。具体的には、このアンダーフォイル４には、バネとしての機能を付与すべく、前記軸２に対して弾性突没可能な複数の突条４ｘを有する弾性付与部４ａを周方向に互いに隣接させて複数設けている。この弾性付与部４ａの周方向の寸法は、前記アッパーフォイル５の周方向の寸法の２分の１に略対応させている。また、このアンダーフォイル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に係合可能な突起４ｂを設けている。

前記アッパーフォイル５は、前記軸２に対向した状態で前記軸２との間に気体膜を形成するアッパーフォイル本体５１と、アッパーフォイル本体５１の上流側端縁と前記アンダーフォイル４とを接続するための連結部５２とを具備する。

このアッパーフォイル本体５１は、前記アンダーフォイル４からの弾性力を受けて前記軸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。さらに本実施形態では、各アッパーフォイル本体５１の下流側半分は、下流側に隣接するアッパーフォイル本体５１とアンダーフォイル４との間に配されている。

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、前記アンダーフォイル４の左右に前記アッパーフォイル５が展開された状態において、図示の左側上端のアッパーフォイル５を連結部５２で折り返し、前記アンダーフォイル４の上にアッパーフォイル本体５１を重ねる。同様にして右側上端のアッパーフォイル５、その後、左側の上から２枚目のアッパーフォイル５と左右交互にアッパーフォイル５を同様に連結部５２で折り返していく。これにより、前記アンダーフォイル４の上に隣接するこれらアッパーフォイル本体５１が重なり合うよう組み付けられる。また重ね合わせた状態で、アッパーフォイル本体５１とアンダーフォイル４の面が、それぞれアンダーフォイル４側を内側に、アッパーフォイル本体５１側を外側になるよう、前記軸２に巻回し環状に成形する。これら成形作業により前記フォイル組立品３が完成する。

前記軸２が回転すると、前記軸２と前記フォイル組立品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５１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５１は、前記アンダーフォイル４に圧接し、前記アンダーフォイル４が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。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５１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前記軸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、１つのアンダーフォイル４と複数のアッパーフォイル本体５１とを一体に備えたフォイル組立品３を軸受ハウジング１に組み付ける作業により、この動圧気体軸受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、前記フォイル組立品３の位置決めを行うための係合溝４ｂはこのフォイル組立品３つにつき１つ設ければよいので、軸受ハウジング１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、複数のアッパーフォイル５を１つのアンダーフォイル４により連結しているので、部品点数の削減を図ることもできる。

また、各アッパーフォイル本体５１の一部が上流側に隣接する他のアッパーフォイル本体５１よりも前記軸受ハウジング１側に位置する状態で、周方向に互いに隣接するアッパーフォイル本体５１同士が重なり合うので、アッパーフォイル本体５１と軸２との間の気体膜の形状を好適に維持することができる。

さらに、弾性力をそれぞれ独立にアッパーフォイル本体５１に作用させることが可能な弾性付与部４ａを前記アンダーフォイル４に設けているので、この点からも気体膜の形状をより効果的に維持することができる。

そして、前記アンダーフォイル４を１つのみ有するとともに、前記アッパーフォイル５を全て前記アンダーフォイル４に一体に接続しているので、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。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、上述した実施形態では、アンダーフォイルに弾性付与部を複数も受けているが、展開図を図４に示すように、アンダーフォイル４の長手寸法の略全域にわたる弾性付与部４ａを１つだけ設ける態様を採用してもよい。

また、上述した実施形態では、軸受ハウジング１の内壁１ａの略全周に亘って該内壁１ａに対向するアンダーフォイル４を備えたフォイル組立品３を１つだけ備え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アンダーフォイル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アンダーフォイル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。

さらに、上述した実施形態では、各アッパーフォイルのアッパーフォイル本体が、それぞれ周方向に隣接するアッパーフォイルのアッパーフォイル本体と重なり合うようにしているが、アッパーフォイル本体が他のアッパーフォイル本体と重なり合わず、アッパーフォイル本体の軸側の表面全体と軸との間に気体膜を形成するようにしてもよい。

あるいは、上述した実施形態では、フォイル組立品を１枚板から切断及び折り曲げて成形しているが、例えばアッパーフォイルとアンダーフォイルの部品を個別に製作し、連結部で両部材をスポット溶接により一体化することによりフォイル組立品を形成するようにしてもよい。

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…アンダーフォイル
４ｂ…突起
５…アッパーフォイル

Claims

円筒状の軸受ハウジングの内壁に設けられ、軸との間で気体膜を形成する複数のアッパーフォイルと、前記アッパーフォイルと前記軸受ハウジングとの間に配してなり前記アッパーフォイルを軸に向けて付勢する１つのアンダーフォイルとを一体に連結してなり、前記軸受ハウジングに対して位置決めするための突起を有す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。
各アッパーフォイルが、それぞれ周方向に隣接する他のアッパーフォイルと重なり合う請求項１記載の動圧気体軸受。
弾性力をそれぞれ独立にアッパーフォイルに作用させることが可能な弾性付与部を前記アンダーフォイルに複数設けている請求項１又は２記載の動圧気体軸受。
前記フォイル組立品を１つのみ有し、前記複数のアッパーフォイルを全て前記１つのアンダーフォイルに一体に連結してなる請求項１、２又は３記載の動圧気体軸受。