JP2012515887A - 気体軸受およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

内部に軸穴（１０４）を有するハウジング（１０２）内に加圧可能な軸方向に延びるチャンバ（１１０）を有する気体軸受（１００）。そして、軸方向に延びるチャンバ（１１０）は、レーザ切削された複数の細孔（１１８）を経由して穴として規定される軸受表面（１０８）との流体の流通に供される。軸受表面（１０８）におけるレーザ切削された個々の細孔の端部（１２２）は、細孔の幅の最も狭い部分が軸受表面（１０８）よりも後方に配置されるようにすそ広がりに形成されている。この形状は、軸受すきまではなく細孔の中に圧力制限が発生せざるを得ないようにするので、軸受（１００）の負荷を支える機能が、軸が偏心を起こしている最中に確実に損われないようにすることが可能である。軸受表面は、軸に対して、軸方向および／または半径方向に向き合っていてもよい。軸方向のチャンバは、ハウジングの外側の円周部分が切れ目がなく、したがって他の目的にも使用可能であるように、軸方向に加圧可能であればよい。

Description

本発明は、２つの嵌め合い部分同士が高速で相対的に回転する静圧気体軸受に関する。

静圧軸受においてゼロではない軸の偏心を補償する復元力を生成する能力を提供するために、たとえば複数のジェット部を用いて供給圧力から軸受表面への流路に制限を設けることが必要であることが知られている。

複数のジェット部の各々は、軸受すきまの幅（すなわち、軸受表面と軸との間の距離）にも依存する中間圧力まで供給圧力を制限する。軸受すきまの幅が小さいほど中間圧力はより高くなる。同心を有する条件下では、直径方向に対向するジェット部によって形成される各々の中間圧力は、対称性によって互いに等しくなる。しかしながら、もし、軸の軸線が穴の軸線からずれている場合（すなわち、ゼロではない偏心）は、より小さな軸受すきまの幅を伴うジェット部における中間圧力は、より大きい軸受すきまを伴うジェット部における中間圧力よりも高くなるであろう。これにより、位置ずれを補償するために作用する復元力が引き起こされる。もし、軸受表面への流路に制限が設けられていなければ、軸は供給圧力のみを受ける。すなわち、圧力の不均衡が全く生じず、したがって、ゼロではない偏心が発生する場合に復元力は全く発生しない。

図１は、供給ガスと軸受すきまとの間のガス流路に制限を付与するジェット部が設けられたジャーナル気体軸受１０の断面図である。気体軸受１０は、軸１６を受け入れるために内部に形成された軸穴１４を有する軸受ハウジング１２を備えている。軸穴１４の内壁は、軸受表面１８である。軸受ハウジング１２を貫通する半径方向の流路２０は、軸受表面１８と加圧された供給ガス（図示せず）との間における流体相互作用を提供する。たとえば、図１において矢印で示されるように、圧縮空気がそれぞれの開口部２２を介して各流路２０内にポンプにより注入されてもよい。

１つのジェット部２４は、軸受表面１８上の入口部において、各流路にプラグとして挿入される。個々のジェット部２４は、流路２０内にしっかりと留まるようなサイズの円筒形状のブロックである。個々のジェット部２４は、軸受表面１８から流路２０の内部に流体の流通を提供する狭い１つの貫通孔２６（たとえば、円形状の空気用のガス排出口）を有する。流路２０にジェット部２４がしっかりと留まることによって、流路２０からの気体（ガス）が貫通孔２６を介して軸受表面にのみ確実に到達するようになっている。

図１におけるジェット部２４の拡大図に示されるように、貫通孔２６は、軸受表面側に向かって位置する１つのくびれ部２８を含んでいる。貫通孔２６は、貫通孔の直径がくびれ部２８に向かって減少するような先細り部３０および３２を含んでいる。

個々のジェット部は、軸受ハウジング１２内に半径方向に装着される前に、たとえば、所定形状のドリルか、または、回転加工によって、別体の部品として製造される。

しかしながら、回転機械の求められる運転速度が増加するとともに、たとえば軸径や軸受すきまの幅などの構成部品の寸法は、縮小されることが求められる。そのような寸法の縮小は、非常に小さなジェット部の直径を必要とする結果になる。求められるジェット部の直径が７５μｍ以下（たとえば、５０μｍ以下）に近づくにつれて、商業上効率よく機械加工することが可能な限界がだんだんと近づく。特に、別体の部品としてジェット部を製造することに関連したどのような利点も、軸受ハウジング内におけるジェット部の組み立てや、ジェット部に適した材料を見つけることや、軸受表面の仕上げに起因する問題点によって置き換えられてしまう。

このような問題点に照らして、半径方向に配置されるとともにレーザ切削された止まり穴（ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）が、高速軸受（たとえば２００回転／ミリ秒を超える相対回転速度）用のジェットプラグに置き換えられて使用されてもよい点が提案されている。米国特許第５６４５３５４号は、軸受表面に形成されたレーザ切削されたマイクロホールの例を開示している。

図２は、供給ガスと軸受すきまとの間のガス流路に制限を付与するために、レーザ切削されたマイクロホールが設けられたジャーナル気体軸受３４の断面図である。図１において示された軸受と共通の構成部品には同じ参照番号が付されており、再度の説明は行わない。

この構成では、個々の流路２０は、一体型の制限部３６を有する軸受表面１８において終端している。図２の拡大部分は、軸受表面１８と半径方向の止まり穴３８との間に流体の流通をもたらすための唯一の手段であるレーザ切削された細孔（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）４２とともに平らな底部４０を有し、半径方向の止まり穴３８を備える一体型の制限部３６を示す。細孔４２は、軸受ハウジング１２の外部から止まり穴３８の平らな底部４０上に、たとえばレーザビームなどの高エネルギのビームを照射することによって形成される。図２は、ノズル状の形状、すなわち、米国特許第５６４５３５４号において推奨されるように、軸受表面１８において最小の直径となるような先細り形状を有するレーザ切削された細孔４２を示す。

中間圧力は、レーザ切削された細孔の直径が支配的となって決定される。

図２に示された構成は、材料の組み合わせ、変形、および、より費用効果的にジャーナル軸受を製造する点に関する諸問題点に対処することの助けになるかもしれない。

米国公開公報の２００８／０２５６７９７号公報は、軸穴の内側からレーザ切削による細孔を開示する。

ここにおける開示は、特に、４０万回転または５０万回転を超える高い回転速度で軸受を動作させることを可能とする観点から、レーザ切削された細孔を有する気体軸受の開発に関して検討している。

課題を解決するための手段および発明の効果

一般的に表現されるように、本発明の１つの局面は、軸受表面におけるレーザ切削された細孔の端部をすそ広がりに形成することを提案する。すなわち、細孔の最も狭い部分が軸受表面よりも後方に配置される。この形状は、軸受すきまではなくジェット部の中に圧力制限が発生せざるを得ないようにするので、軸受の負荷を支える機能が、軸が偏心を起こしている最中に確実に損われないようにすることが可能である。それゆえ、最も狭い部分は、軸受表面に形成されたポケットまたはキャビティの中に配置される。細孔の端部にポケットやキャビティがなければ、圧力制限は、軸受の相手方（たとえば軸）の高い偏心のために軸受すきま内に発生する可能性がある。そして、軸受すきまでは、この乱れた状態に対抗する復元力は全く生じない。この局面によれば、半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴と、軸受表面と軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、軸受表面を貫通するようにレーザ切削された半径方向に延びる複数の細孔とを含む軸受ハウジングを備え、レーザ切削された細孔の各々は、軸受表面において軸受表面から離れる方向に延びるとともに内側に先細りするガス排出口を有する、気体軸受を提供し得ることができる。換言すると、ガス排出口を通るガス流路は、ガス流路が軸受表面から離れる方向に延びるにしたがって減少する断面積を有している。したがって、軸受表面におけるガス排出口の部分は、軸受表面に形成された窪みが付けられたポケットに似ている。細孔は、ポケットの底部から半径方向に離れる方向に延びていてもよい。ガス排出口は、直線的に先細りして（たとえば円錐形状のポケットとして規定される）いてもよいし、あるいは、湾曲して（たとえば球面形状のポケットとして規定される）いてもよい。細孔の製造方法については、以下に開示される。

複数のレーザ切削された細孔は、軸受表面の共通した１つの円周上に配置されていればよい。軸受表面上において、２つ以上の円周状の連続的な（たとえば列状の）細孔が存在していればよい。この連続的または列状の各々は、円周状に一定の間隔で配された複数の位置において、１つの細孔または複数の細孔を含んでいればよい。円周状の連続的なものは、対称的であるのが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。全ての細孔を配置するための位置は、レーザ切削の前に定められることが可能である。ひとつの構成においては、一対の細孔が、各地点に配置されることである。その一対の細孔は、軸受表面に沿った軸線に沿って互いに近接するように配置されていればよい。この構成は、軸受表面に沿って均等な圧力プロファイルを形成することが可能である。

細孔は、半径方向にのみに延びている必要はない。すなわち、それらは、軸受表面から離れるにしたがって軸方向に斜め方向に延びていてもよい。

加圧可能な空間は、軸受ハウジング内に完全に含まれるような体積を含んでいてもよい。たとえば、加圧可能な空間は、１つの共通な通路に沿って互いに流体の流通が可能な複数のチャンバを含んでいてもよく、１つ以上のチャンバは、軸受ハウジングの外側からこのチャンバに延びる入口流路を有する。圧縮空気またはこれに類似する供給ガスは、加圧可能な空間に圧力を提供するために入口流路を経由してチャンバに接続されていてもよい。入口流路は、軸受ハウジングの軸方向の端部において軸受ハウジングから出てもよい。その結果、軸受ハウジングの外側の円周状の表面は、切れ目のない状態、すなわち、軸受ハウジングの内部と連絡するような流路を全く有しない状態になりうる。この構成の利点は、軸受の働きを妨げることなく、冷却液や配線を通じさせるなどの他の用途のために外側の円周状の表面が開放されることである。また、この構成は、本発明の別の局面を表すことが可能である。

複数のチャンバは、軸穴まわりに環状に、一定の間隔で配置されて別々に軸方向に延びる複数の穴を含んでいてもよい。軸方向の穴は、たとえば、同じ直径と長さとを有するように、形状が互いに同じであってもよい。たとえば穴の軸方向の端部における１つの環状の通路は、共通の通路として機能させることができる。軸方向の穴および／または環状の通路は、軸受ハウジングの中に向かってたとえば機械的に切削されていてもよい。この構成は、軸受ハウジングが一体型の構造を有し、かつ、切れ目のない外側の円周状の表面を有することを可能にする。

上述の概念は、スラスト気体軸受にも適用可能である。したがって、軸受ハウジングは、たとえば軸方向の端部において軸方向に向き合う軸受表面と、軸方向に向き合う軸受表面と軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、軸方向に向き合う軸受表面を貫通するようにレーザ切削された軸方向に延びる複数の細孔とを含み、レーザ切削された細孔の各々は、軸受表面において軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるガス排出口を有する。この構成では、気体軸受は、ジャーナル軸受（半径方向に延びる細孔）およびスラスト軸受（軸方向に延びる細孔）の両方を果たす。その気体軸受は、単独でジャーナル軸受であってもよいし、単独でスラスト軸受であってもよい。したがって、本発明のこの局面によれば、軸方向に向き合う軸受表面において終端する軸穴と、軸受表面と軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、軸受表面を貫通するようにレーザ切削された軸方向に延びる複数の細孔とを含む軸受ハウジングを備え、レーザ切削された細孔の各々は、軸受表面において軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるガス排出口を有する気体軸受、としても表現することが可能である。この場合、個々のガス排出口は、細孔同士を繋ぐ軸受表面上の環状の通路の一部であってもよい。その環状の通路は、軸穴と同心円状の傾斜した環状の溝であってもよい。

また、本発明のこの局面は、半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴を有する軸受ハウジングを備える気体軸受の製造方法として表現されてもよく、その製造方法は、軸受表面から軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間に向けて貫通する半径方向に延びる細孔を切削するために、軸穴の内部から軸受表面に入射するレーザビームを照射する工程と、細孔の切削中に、軸受表面において細孔に内部に向けて先細りするガス排出口を形成するようにレーザビームの焦点を合わせる工程とを備える。レーザビームは、軸受ハウジングの材料を蒸発させるための任意の適切な高エネルギビームであってもよい。一つの態様では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザが使用される。レーザビームは、蒸発させるのに十分なエネルギを供給すべくパルス状態で出射されてもよい。パルス周波数は、ゼロＨｚ（定数）以上で、たとえば２０ｋＨｚ以上であればよい。パルス持続時間は、たとえば約１０ナノ秒よりも短い時間であるのがよく、したがって、掘削中により効率よく材料を排出することが可能となる。

この製造方法は、たとえば反射を起こすプリズムまたは純粋なミラーを使用して、軸の内部から軸受表面にレーザビームを導くために、レーザビーム発生装置からの出力ビームを光学的に操作することを含んでいてもよい。光学的な操作は、軸受表面に対する衝突時において実質的に垂直かまたは所定の角度となるようにレーザビームを配向させることを含んでいてもよい。１つの反射ミラーまたは屈折プリズムは、軸穴の軸方向に沿って進むレーザビームを軸受表面に入射する半径方向のレーザビームに向きを変えるために、軸穴の内部に挿入されていてもよい。

さらには、光学的な操作は、レーザビームが軸受表面に入射される前に、たとえば細くなるようにレーザビームの焦点を絞るか、または、レーザビームの向きを変えるような光学素子（たとえばレンズ）によって提供されてもよい。光学素子（プリズムまたは湾曲したミラーでもよい）は、一定断面を有するビームを、変化する断面を有するビームに変換するように構成されていてもよい。光学ユニットは、変化する断面を有するビームが最も狭くなる焦点位置に向かってレーザビームの焦点を合わせるようにしてもよい。内部に向けて先細りするガス排出口を形成するために、光学ユニットは、焦点が軸受ハウジングの内部に配置される、すなわち、軸穴から半径方向に離れるように軸受表面からずらされるように構成されているのがよい。焦点は、レーザビームが加圧可能な空間に達する前の軸受ハウジングの内部に配置されるのがよい。これによって、細孔が開けられた後にもレーザビームの照射が継続される場合に、レーザビームが加圧可能な空間の遠方の壁に影響することを防ぐことが可能である。

代わりに、ガス排出口および細孔の開口部は、別々の工程で製造されてもよい。たとえば、ガス排出口の向こう側の細孔は、直線か、または、内側または外側に傾斜していてもよい。光学ユニットは、このように、細孔とガス排出口とのために、異なる焦点構成を採用するように構成されていてもよい。

この製造方法は、軸穴の軸まわりにレーザビームに対して軸受ハウジングを回転させる方法を含んでいてもよい。これにより、予め定められた半径方向に延びる複数の細孔を、レーザビームまたは光学ユニットの調整を必要とすることなくレーザ切削されることが可能である。

この製造方法は、また、軸方向に向き合う軸受表面に対して軸方向に延びる細孔を製造する際にも用いられることが可能である。

上述のように、本発明の別の局面は、一般的に、切れ目を有しない外側の円周状の表面を有する軸受ハウジングに関する。この局面によれば、半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴と、軸受表面と軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、軸受表面を貫通するようにレーザ切削された半径方向に延びる複数の細孔と、加圧可能な空間と供給ガスとの間に流体の流通をもたらすために、軸受ハウジングの軸方向の端部に形成されたガス流路とを含む軸受ハウジングを備え、軸受ハウジングは、加圧可能な空間から半径方向の外側に配置された切れ目のない円周状の層を含む、気体軸受が設けられていてもよい。

図１および図２に関連して上記議論したように、従来のジャーナル気体軸受の構造は、軸受ハウジングの外側の円周状の表面からの機械的な切削のために半径方向のアクセスを必要とした。このために使用される半径方向の穴は、軸受表面に加圧ガスを供給するためにも使用されていた。したがって、従来のジャーナル気体軸受の軸受ハウジングの外側の円周状の表面は、軸受表面への加圧供給ガスに使用される半径方向の穴の端部によって切れ目を有していた。

この局面は、機械的な切削が軸受ハウジングの外側の円周状の表面を介してのアクセスをもはや必要としない場合に、軸受表面への加圧ガスを供給するための手段が再構築される可能性があるという発見に基づいて構築されている。たとえば、従来の気体軸受が有する半径方向の穴は、軸受ハウジングの軸方向の端面から、たとえば機械的な掘削によって形成された軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間に置き換えられてもよい。たとえば、加圧可能な空間は、上記したように、軸穴のまわりに形成された軸方向に別々に延びる複数の穴であってもよい。

軸受ハウジングの切れ目のない円周状の層は、加圧可能な空間のすぐ隣に隣接していてもよい。それは、加圧可能な空間が形成される材料の同じ部分の一部であってもよい。

切れ目のない円周状の層の主な用途は、それについての効率的な冷却を促進するために、軸受表面と加圧可能な空間に非常に近接して冷却液（たとえば水）を輸送するための冷却システムの一部となっていてもよい。摩擦力の損失は回転周波数の２乗に比例するので、特に、回転速度の上昇とともに効率的な冷却を行うことは、軸受において重要である。

切れ目のない円周状の層は、たとえば配線などを通すために、他の目的で使用されてもよい。

また、上記した局面の特徴点同士を組み合わせてもよい。

本発明の実施例は、以下の添付図面を参照して説明される。
別部材として半径方向に組み付けられたジェット部を有する従来のジャーナル気体軸受の概略断面図であり、上記のように説明される。 レーザ切削された半径方向に延びる細孔を有する従来のジャーナル気体軸受の概略断面図であり、上記のように説明される。 本発明の第１の実施形態によるジャーナル気体軸受の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態によるジャーナル気体軸受の断面図である。 図４に示されたジャーナル気体軸受の平面図である。 本発明の第３の実施形態によるジャーナル気体軸受の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るジャーナル気体軸受の製造方法を示した概略断面図である。

図３は、本発明の一実施形態であるジャーナル気体軸受１００の概略断面図を示す。気体軸受１００は、軸受ハウジング１０２を貫通するように形成された（たとえば機械的に切削された）軸穴１０４を有する軸受ハウジング１０２を備える。軸１０６は、軸穴１０４内において軸穴１０４の軸芯に沿って受け入れられた状態の軸受ハウジング１０２と組をなす。軸穴１０４を規定するところの軸受表面１０８は、軸１０６の直径よりも大きい直径を有しているので、その２つの間には、環状のすきまが存在する。

軸受ハウジング１０２は、軸方向に延びる複数のチャンバ１１０を含む。図３に示されるように、個々のチャンバ１１０は、軸受ハウジング１０２の軸方向端部１１４に形成された開口部１１２を有する。開口部１１２は、矢印１１６によって示されるように、供給ガスからの加圧ガスを受け取るように配置されていてもよい。したがって、軸方向に延びるチャンバ１１０は、軸受ハウジング１０２に含まれた加圧可能な空間を含む。

複数のレーザ切削された細孔１１８は、軸受表面１０８と軸方向に延びるチャンバ１１０との間に流体の流通を提供する。本実施形態では、複数のレーザ切削された細孔１１８は、２つの円周状の連続的なものの状態で配置されている。個々の連続的なものは、軸受表面１０８の円周方向に、一対の細孔が一定の間隔で複数組設けられたものを含んでいる。一対の細孔の各組は、軸受表面１０８を、対応する軸方向に延びる１つのチャンバ１１０に接続する。本実施形態では、個々の軸方向に延びるチャンバ１１０は、円周状の連続的なものの各々から一対の細孔によって軸受表面に接続されている。このような構成は、軸受表面１０８に沿った軸方向において、バランスの取れた圧力プロファイルを提供するという利点を有しうる。

図３の拡大部分に示されるように、レーザ切削された一対の細孔１１８の各々は、軸方向における軸受表面１０８に沿って互いに分離されている。個々の細孔は、軸受表面１０８と軸方向に延びるチャンバ１１０との間を延びる穴１２０と、軸受表面１０８において内部に向けて先細りするガス排出口１２２とを含む。本実施形態では、ガス排出口１２２は、円錐形状のポケットを形成する直線的に傾斜する壁１２４によって規定される。他の実施形態は、軸受表面１０８から離れるにしたがって減少する断面を示すようないかなる種類の開口部をも含みうる。軸受表面１０８への細孔１１８の開口部は、ガス排出口１２２と同じ直径を有する穴１２０の直径よりも大きい直径を有する。ガス排出口１２２との合流部１２６を越えた部分の穴１２０の形状は、軸受の機能にとって重要ではないかもしれない。図３において、穴１２０は、直線（一定の直径）として示されている。他の実施形態としては、穴１２０は、内側または外側に傾斜していてもよい。

レーザ切削された細孔を経由させての圧力制限を用いることは、中間圧力（すなわち、チャンバ１１０内のガスの圧力と穴の外部の大気圧力との間の圧力）は、軸によって受けられることを意味している。中間圧力は、軸受表面と軸との間の接触を防ぐために、回転中に軸穴内に軸を浮かせるのに十分な高さに設定される。

軸受表面から離れて個々の細孔へ延びるにしたがって内側に傾斜するポケットを形成することによって、本発明は、高い偏心が発生したとしても軸受すきまではなく細孔内において圧力制限を確実に起こすことができる。ガス排出口上において内部に向けて先細りするポケットがない場合には、中間圧力への圧力降下は、最小断面となるような軸受すきまの減少が最も大きくなる方向において、軸受すきま（すなわち細孔の外側）に高い偏心を発生させうる。偏心を生じるような負荷を保持することは、結果として故障につながる。細孔の断面に沿った開口部は、細孔内で絞りを確実に生じさせている。

また、軸受ハウジング１０２内において軸方向に延びるチャンバ１１０を備えることによって、軸受ハウジングの外側の円周状の表面１２８は、切れ目がない。すなわち、円周状の外側表面１２８と軸方向に延びるチャンバ１１０との間に、たとえば冷却液またはそれに類似のもののために自由に使用される円周状の層が存在する。

図４および図５は、それぞれ、本発明の一実施形態におけるジャーナル気体軸受のより詳細な表現の断面図および平面図を示す。本実施形態では、気体軸受１３０は、図３と同様の方法で形成された貫通する軸穴１３４を有する軸受ハウジング１３２を備える。軸穴は、半径方向の内側に向き合う軸受表面１３８によって規定される。本実施形態では、加圧可能な空間は、機械的に掘削され軸方向に延びる複数の穴１４０により形成されている。これらの穴は、軸受ハウジング１３２の軸方向の端面に機械的に切削されている。ここに示された実施形態では、それらは、図４に示されるように、上面から下方に向けて掘削されている。図５は、軸方向の穴１４０が、軸穴１３４に対して環状のリングでかつ同心を形成している様子を示している。１つの環状の通路１４２は、軸方向の穴１４０同士において共通の流体の分配を提供するために、軸方向の穴１４０の上部まわりに機械加工されている。これが完了されると、軸方向の穴は、軸受ハウジング１３２内に加圧可能な空間を形成するためにたとえば封止材１３６を用いて閉じられる。加圧供給ガス用流路１４４は、軸方向の穴１４０の１つを軸受ハウジング１３２の軸方向の端部１４８に形成されたキャビティ１４６を加圧するために接続されうる加圧ガス源に接続するために、軸受ハウジング１３２の軸方向の反対側の端部に機械加工されている。代わりの実施形態では、共通のキャビティ１４６が直接的に加圧される。流路１４４からの加圧されたガスは、共通の環状の通路１４２を経由して全ての軸方向の穴１４０に流れることが可能になる。その結果、軸方向の複数の穴１４０は、互いに同じ程度に加圧されるようになる。

半径方向に延びる複数の細孔は、軸受表面１３８と軸方向の穴１４０により形成された加圧可能な空間との間の流体の流通を提供するために、軸受表面１３８の内部に向けてレーザ切削されている。図３に示された実施形態と同様に、図４に示されたレーザ切削された複数の細孔１５０は、２つの円周状の連続的なものの状態で配置されている。そして、個々の連続的なものは、軸受表面１３８の円周状に一定の間隔となった一対の細孔が複数組設けられたものを含んでいる。一対のレーザ切削された細孔の各々の位置は、切削加工が行われる前に定められる。本実施形態では、細孔は、軸受表面１３８と軸方向の穴１４０の各々との壁が最も薄くなるような位置に配置されるように選択される。このことが、エネルギ効率の高い製造を容易とすることを可能としている。別な実施形態では、軸平面あたり１２本の軸方向の穴と２４本のレーザ切削された細孔とが必要とされることが定められてもよい。この構成は、一対の細孔の各々の間での円周方向の距離を最小限に抑えることを可能にする。

ガス排出口１５２は、軸穴の内部と軸方向の穴１４０の内部との間に必要な圧力勾配を作るために、軸受表面１３８を外部環境に接続するように設けられている。

図４に図示されるように、加圧供給ガス用流路１４４は、１つの半径方向の穴と、交差する１つの軸方向の穴とを切削し、次に、１つのストッパ１５６とともに軸受ハウジング１３２の外側の円周状の表面においてその半径方向の穴の一部を封止することにより製造される。これは、図３に示された軸受と同じ方法で、軸受ハウジング１３２の外側の円周状の表面が切れ目ないことを確実にしている。

しかしながら、これは、キャビティ１４６から、たとえば斜め方向に延びる溝やこれに類似のものを経由させて、軸方向の穴のうちの１つへ直接的に加圧供給ガス用流路を形成することによっても達成されうる。したがって、軸受ハウジング１３２の外側の円周状の表面１５８は、たとえば水冷ジャケットやこれに類似のものを受け入れる冷却システムへの使用に開放されうる。

図５は、図４に示された気体軸受１３０の平面図を示す。図５のＡ−Ａ線は、図４の断面に沿った線である。また、図５に可視化されたものは、隣接する軸受ハウジングを接続するネジを受け入れるためなどに用いられ、軸受ハウジング１３２を貫通する軸方向に延びる複数の貫通孔１５４である。軸受ハウジング１３２は、また、軸方向の一方端部まわりに配置されたフランジ部１６０を含んでいる。外側に向けて突出するフランジ部１６０は、軸受ハウジングを固定するために内部に形成された複数のボルト孔１６２を有する。

図６は、ジャーナル軸受およびスラスト軸受の両方として作用する気体軸受１６４の概略断面図である。気体軸受１６４は、その内部に形成された半径方向の内側に向き合う軸受表面１７２によって規定された軸穴を有する軸受ハウジング１６６を備える。軸１６８は、軸穴１６７に受け入れられる。本実施形態では、その軸は、本実施形態においては、軸方向に向き合う軸受表面１９０（スラスト軸受）である軸受ハウジング１６６の軸方向の端部の底部に隣接して位置するスラストランナ部１７０を有している。

図４および図５に関して議論された実施形態と類似するように、軸受ハウジング１６６は、それの内部に形成された複数の軸方向の穴１７４を有する。上記のように、軸方向の穴１７４は、軸穴１６７のまわりに環状に連続的に配置されている。環状の通路１７６は、それらの間で共通の流体の流通リンクを提供するために、軸方向の穴１７４における軸方向の端部に設けられている。環状の通路１７６上の構成要素は、環状の通路１７６が加工された後に、軸受ハウジング上において封止を行うトッププレートの一部であってもよい。加圧供給ガス用流路１８０は、適切な供給ガスからの加圧ガスを受け入れるために、軸方向の穴１７４のうちの１つと軸受ハウジング１６６の軸方向端部１８４に配置されたキャビティ１８２との間に接続されている。半径方向に延びる複数の細孔１７８は、軸受表面１７２と軸方向の穴１７４との間に流体の流通をもたらすために、軸受表面１７２にレーザ切削されている。細孔の形態は、本実施形態では１つのみの円周状の連続的なものであることを除いては、上記説明されている。

スラスト軸受の機能を提供するために、軸方向に延びる複数の細孔１８６は、軸受表面１９０と軸方向の穴１７４との間に流体の流通をもたらすために、軸方向に向き合う軸受表面１９０にレーザ切削されている。図６の拡大部分に示されるように、軸方向に延びる細孔１８６は、また、高い偏心であっても細孔の圧力制限機能を確実とするために、軸受表面１９０において内部に向けて先細りするガス排出口を有して設けられている。したがって、軸方向に延びる細孔１８６の各々は、穴１８８と開口部１９２とを備える。開口部１９２は、軸受表面１９０における細孔１８６の直径が開口部１９２との接続部の穴１８８の直径よりも確実に大きくなるようにする１つの開口１９４を有する。本実施形態では、開口部１９２は、上記議論したのと同様の円錐形状のポケットであってもよいし、軸方向に向き合う軸受表面に形成された環状の溝の一部であってもよい。

図７は、上記したレーザ切削された細孔を有する気体軸受を製造するための装置の概略図を示す。この例は、図３に示された軸受ハウジング１０２を用いて図示されているが、他の実施形態に対しても同様に適用される。

半径方向に延びる細孔を形成するために、高エネルギを有するビーム（たとえばレーザビーム）が、ビーム発生装置２００（たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザやこれに類似のもの）で生成される。その装置２００からの出力ビーム２０４は、たとえば適切な光学機器を使用して軸受表面１０８に入射するところの軸穴１０４の内部に照射される。ビームは、軸受表面１０８と軸受ハウジング１０２の内部に含まれる軸方向に延びるチャンバ１１９との間に細孔を形成するために、軸受ハウジング１０２の材料を蒸発させるのに十分なエネルギを供給すべくパルス状態で出射されてもよい。

図７に示される実施形態では、出力ビーム２０４は、たとえば穴の軸に対して実質的に平行な方向に沿って軸穴１０４に対して入射される。たとえばミラーやこれに類似の光学素子２０２は、出力ビーム２０４を軸受表面１０８上に向きを変えるために、軸穴１０４の内部に配置される。たとえば、光学素子２０２は、軸受表面１０８に対して実質的に垂直な方向から出力ビーム２０４が入射されるように、出力ビーム２０４の向きを変えるように配置されていてもよい。他の実施形態では、出力ビームは向きが変えられる必要はなく、軸受表面上で所定の角度を有して入射されてもよい。たとえば、角度が付けられたビームは、軸穴を直径方向に横切りながら傾斜するように、軸受ハウジングの外側から軸受表面に向けて入射されてもよい。

各々の細孔へ先細りするガス排出口を形成するために、光学素子２０２は、軸穴１０４から軸受表面１０８を超えた位置に設定された焦点２０６に向けて、たとえば細くなるように出力ビーム２０４の焦点位置を合わせるように構成されてもよい。光学素子がこのような形態である場合には、細孔と先細りするポケットとの両方が形成されればよい。あるいは、光学素子は、軸方向に延びるチャンバ１１０と軸受表面１０８とを相互に接続する細孔の穴を形成する第１の形態を採用してもよいし、ポケットまたは開口部を形成する第２の形態を採用してもよい。

軸方向に向き合う軸受表面において軸方向に延びる細孔を形成するために、類似の方法が用いられてもよい。この場合、細孔へ先細りするガス排出口は、軸方向に向き合う軸受表面においてレーザ切削により環状の溝を形成することによって形成されてもよい。

Claims (13)

1. 一体型の軸受ハウジングを備え、
   前記軸受ハウジングは、
   半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴と、
   前記軸受表面と前記軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、前記軸受表面を貫通するように前記軸受ハウジングに半径方向に延びるレーザ切削された複数の細孔とを含み、
   レーザ切削された前記細孔の各々は、前記軸受表面において前記軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるガス排出口を有する、気体軸受。
2. 前記ガス排出口は、前記軸受表面に形成された窪みが付けられたポケットを含む、請求項１に記載の気体軸受。
3. 前記窪みが付けられたポケットは、前記軸受表面に形成された円錐形状または球面形状のポケットであり、前記細孔は、前記ポケットの底部から半径方向に離れる方向に延びる、請求項２に記載の気体軸受。
4. 前記複数のレーザ切削された細孔は、前記軸受表面上において、２つ以上の円周状の連続的な細孔の状態で配置されている、請求項１に記載の気体軸受。
5. 円周状の連続的なものの各々は、円周方向に一定の間隔で配された予め定められた位置に形成された予め定められた本数の細孔を含む、請求項４に記載の気体軸受。
6. 前記加圧可能な空間は、１つの共通な通路に沿って互いに流体の流通が可能な複数のチャンバを含み、１つ以上の前記チャンバは、前記軸受ハウジングの外部から前記チャンバに延びる１つの入口流路を有する、請求項１に記載の気体軸受。
7. 前記入口流路は、前記軸受ハウジングの軸方向の端部において前記軸受ハウジングから出る、請求項６に記載の気体軸受。
8. 前記複数のチャンバは、前記軸穴まわりに環状に一定の間隔で配置されて別々に軸方向に延びる複数の穴を含む、請求項６に記載の気体軸受。
9. 前記一体型の軸受ハウジングは、軸方向に向き合う軸受表面と、前記軸方向に向き合う軸受表面と前記軸受ハウジング内に含まれる前記加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、前記軸方向に向き合う軸受表面を貫通するように前記軸受ハウジングにレーザ切削された軸方向に延びる複数の細孔とを含み、前記レーザ切削された前記細孔の各々は、前記軸方向に向き合う軸受表面において前記軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるガス排出口を含む、請求項１に記載の気体軸受。
10. 前記加圧可能な空間と供給ガスとの間に流体の流通をもたらすために、前記軸受ハウジングの軸方向の端部に形成されたガス供給路をさらに備え、
    前記一体型の軸受ハウジングは、前記加圧可能な空間から半径方向の外側に配置された切れ目のない円周状の層を含む、請求項１に記載の気体軸受。
11. 軸受ハウジングを備え、
    前記軸受ハウジングは、
    半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴と、
    前記軸受表面と前記軸受ハウジング内に含まれる加圧可能な空間との間に流体の流通をもたらすために、前記軸受表面を貫通するように前記軸受ハウジングにレーザ切削された半径方向に延びる複数の細孔とを含み、
    レーザ切削された前記細孔の各々は、前記軸受表面において前記軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるガス排出口を有し、前記ガス排出口は、前記軸受表面に形成された窪みが付けられたポケットを含む、気体軸受。
12. 半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴を有する一体型の軸受ハウジングを備える気体軸受の製造方法において、
    前記製造方法は、
    前記軸受表面から、前記軸受ハウジング内に含まれかつ前記軸受ハウジングによって半径方向に取り囲まれた加圧可能な空間に向けて貫通する半径方向に延びる細孔を切削するために、前記軸穴の内部から前記軸受表面に入射するようにレーザビームを照射する工程と、
    前記細孔の切削中に、前記軸受表面において前記細孔の端部にガス排出口を形成するように前記レーザビームを光学的に操作する工程とを備え、前記ガス排出口は、前記軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まる、気体軸受の製造方法。
13. 半径方向の内側に向き合う軸受表面により規定される軸穴を有する軸受ハウジングを備える気体軸受の製造方法において、
    前記製造方法は、
    前記軸受表面から、前記軸受ハウジング内に含まれかつ前記軸受ハウジングによって半径方向に取り囲まれた加圧可能な空間に向けて貫通する半径方向に延びる細孔を切削するために、前記軸穴の内部から前記軸受表面に入射するようにレーザビームを照射する工程と、
    前記細孔の切削中に、前記軸受表面において前記細孔の端部にガス排出口を形成するように前記レーザビームを光学的に操作する工程とを備え、前記ガス排出口は、前記軸受表面から離れる方向に延びるとともに狭まるとともに、前記ガス排出口は、前記軸受表面に形成された窪みが付けられたポケットを含む、気体軸受の製造方法。

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