JP3459661B2 - 動圧空気軸受 - Google Patents

動圧空気軸受

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JP3459661B2 JP27813992A JP27813992A JP3459661B2 JP 3459661 B2 JP3459661 B2 JP 3459661B2 JP 27813992 A JP27813992 A JP 27813992A JP 27813992 A JP27813992 A JP 27813992A JP 3459661 B2 JP3459661 B2 JP 3459661B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速回転するタービン
等に用いられる動圧空気軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】動圧空気軸受は、回転軸やスラストプレ
ートまたはこれらに対向する軸受面に深さ10μmない
し数10μmの螺旋状あるいはヘリングボーン状の動圧
発生溝を設け、回転軸やスラストプレートと軸受面の間
の軸受間隙の空気を動圧発生溝に巻き込むことによって
動圧を発生させるもので、潤滑剤の供給装置を必要とせ
ず、また、高速回転に伴って著しく温度が上昇したり、
大きな振動を発生することもないため、特に、高速回転
するタービンやレーザビームプリンタの光偏向器等に数
多く用いられている。
【0003】図5はタービンに用いられる動圧空気軸受
の従来例を示すもので、タービンT0 は、加圧空気供給
源S0 から加圧空気供給ラインL0 を経て供給される加
圧空気によって回転されるロータR0 を有し、ロータR
0 はタービン翼101aを有するタービン翼部101
と、これと一体的に設けられた軸102からなり、軸1
02の自由端にはスラストプレート103が設けられて
いる。ロータR0 を回転自在に支持する軸受ハウジング
0 は、ロータR0 の軸102を支持するラジアル軸受
面104と、スラストプレート103に対向する第1の
スラスト軸受面105と、タービン翼部101に対向す
る第2のスラスト軸受面106を有する。ロータR0
軸102のラジアル軸受面104に対向する表面102
aにはヘリングボーン状の動圧発生溝107が設けら
れ、タービン翼部101とスラストプレート103のそ
れぞれのスラスト軸受面105,106に対向する表面
101b,103aにも同様の動圧発生溝(図示せず)
が設けられる。
【0004】加圧空気供給源S0 からエフィルターF
0 を経て、加圧空気供給ラインL0から軸受ハウジング
0 のタービンノズルN0 に加圧空気が供給され、これ
によってロータR0 が回転すると、ラジアル軸受面10
4および第1、第2のスラスト軸受面105,106と
これらに対向するロータR0 の各表面102a,103
a,101aの間に連続的に形成された軸受間隙C0
空気は、軸102の動圧発生溝107およびタービン翼
部101とスラストプレート103のそれぞれの動圧発
生溝によって、ラジアル軸受面104および第1、第2
のスラスト軸受面105,106のそれぞれの中央部分
へ向って巻き込まれて動圧を発生し、これによって、ロ
ータR0 は軸受ハウジングH0 に接触することなく支持
されて回転する。なお、軸受間隙C0 の一端は、第1の
スラスト軸受面105の端縁部分105aにおいて外気
に向って開口している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、動圧発生溝によって巻き込まれた空気
は、各軸受面の中央部分に向って流動するため、タービ
ンの始動時には各軸受面の両端附近の空気の圧力が減少
し、軸受間隙の開口端では、このような空気の圧力の減
少によって軸受間隙に外気が吸引される。その結果、外
気中のゴミ等が軸受間隙の空気に混入して円滑な回転の
障害になったり、ロータの各表面や軸受ハウジングの各
軸受面を損傷するおそれがあった。
【0006】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、軸受間隙の空気に外
気中のゴミ等が混入するおそれのない動圧空気軸受を提
供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の動圧空気軸受は、軸受ハウジングの軸受面
とこれによって支持される回転体の間の軸受間隙の空気
を、前記軸受面または前記回転体に設けられた動圧発生
溝によって巻き込んで動圧を発生させる動圧空気軸受で
あって、前記軸受ハウジングが、前記軸受面の端縁部分
に設けられた環状溝と、前記環状溝から軸受の開口端へ
通じる絞り通路と、前記回転体を回転させるタービンへ
の加圧空気供給ラインから分岐した空気を前記環状溝に
給するため加圧空気供給手段に接続された給気通路
を備え、前記環状溝から前記軸受間隙の開口端へ空気を
吹き出すとを特徴とする。
【0008】また、軸受ハウジングの軸受面とこれによ
って支持される回転体の間の軸受間隙の空気を、前記軸
受面または前記回転体に設けられた動圧発生溝によって
巻き込んで動圧を発生させる動圧空気軸受であって、前
記軸受ハウジングが、前記軸受面の端縁部分に設けられ
た環状溝と、前記環状溝から軸受の開口端へ通じる絞
通路と、前記回転体を回転させるタービンの排気側から
分岐された空気を前記環状溝に供給するために加圧空気
供給手段に接続された給気通路を備え、前記環状溝から
前記軸受間隙の開口端へ空気を吹き出すことを特徴とす
【0009】
【作用】上記装置によれば、軸受間隙の開口端から外気
が吸引されるおそれがない。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0011】図1は比較例を示す模式断面図であって、
タービンT1 は、加圧空気供給源S1 から加圧空気供給
ラインL1 を経て供給される加圧空気によって回転され
る回転体であるロータR1 を有し、ロータR1 はタービ
ン翼1aを有するタービン翼部1と、これと一体的に設
けられた軸2からなり、軸2の自由端にはスラストプレ
ート3が設けられている。ロータR1 を回転自在に支持
する軸受ハウジングH1 は、ロータR1 の軸2を支持す
るラジアル軸受面4と、スラストプレート3に対向する
第1のスラスト軸受面5と、タービン翼部1に対向する
第2のスラスト軸受面6を有する。ロータR1 の軸2の
ラジアル軸受面4に対向する表面2aにはへリングボー
ン状の動圧発生溝7が設けられ、タービン翼部1とスラ
ストプレート3のそれぞれの第1、第2のスラスト軸受
面5,6に対向する表面1b,3aにも同様の動圧発生
溝(図示せず)が設けられる。
【0012】軸受面である第1のスラスト軸受面5の外
端縁は外気に接しており、その内側の端縁部分5aには
吹き出し手段である環状溝8が設けられ、環状溝8は、
軸受ハウジングH1 の側壁を貫通する給気手段である給
気通路9によって給気ライン10に接続され、給気ライ
ン10はエアフィルター11を介して、加圧空気供給手
段であるコンプレッサー12に接続される。また、環状
溝8の外側には、端縁部分5aとスラストプレート3の
間に0.2mm程度の絞り通路8aが設けられる。な
お、加圧空気供給源S1 から供給される加圧空気は、エ
アフィルターF1を経て加圧空気供給ラインL1 から軸
受ハウジングH1 に設けられたタービンノズルN1 に供
給され、タービンノズルN1 からロータR1 のタービン
翼部1aに向って噴出される。
【0013】加圧空気供給源S1 から供給される加圧空
気によってロータR1 が回転すると、ロータR1 の各表
面2a,1b,3aと軸受ハウジングH1 のラジアル軸
受面4および第1、第2のスラスト軸受面5,6の間に
連続的に形成された軸受間隙C1 の空気は、軸2の動圧
発生溝7およびタービン翼部1とスラストプレート3の
それぞれ動圧発生溝によってラジアル軸受面4および第
1、第2のスラスト軸受面5,6のそれぞれの中央部分
へ向って巻き込まれて動圧を発生し、これによってロー
タR1 は軸受ハウジングH1 に接触することなく支持さ
れて回転する。これと同時にコンプレッサー12が駆動
され、エフィルター11を経て給気ライン10に供給
された清浄な空気は、給気通路9を経て第1のスラスト
軸受面5の環状溝8から軸受間隙C1 の開口端に噴出さ
れ、その大部分は絞り通路8aを通って外気へ放出され
るため、タービンの始動時に端縁部分5aの近傍の空気
の圧力が減少しても、軸受間隙C1 に外気が吸引される
おそれはない。
【0014】図2は第実施例を示す模式断面図であっ
て、本実施例は、比較例の給気通路9の替わりに、環状
溝8と同様の環状溝28を、タービンT2 のタービン翼
部21の排気側の外周縁に隣接する間隙に連通させる給
気通路29を設け、タービンT2 の始動とともにタービ
ンノズルN2 から供給され、ロータR2 を回転させてタ
ービン翼部21から排出される排気の一部分を給気通路
29を通って環状溝28へ供給するものである。つま
り、本実施例においては、前記回転体を回転させるター
ビンの排気側から分岐された空気を前記環状溝に供給す
るために加圧空気供給手段に接続された給気通路を備え
ている。本実施例によれば、給気通路29へ空気を供給
するコンプレッサーおよびエフィルターを含む給気ラ
インを省略することができる。その他の点については
例と同様であるので同一符号で表わし、説明は省略す
る。
【0015】図3は第実施例の第1の変形例を示すも
ので、本変形例のロータR4 はスラストプレートを備え
ておらず、タービン翼部41と、一端をタービン翼部4
に接合させた軸42のみを有し、軸受ハウジングH4
は軸42に対向する軸受面であるラジアル軸受面44
と、タービン翼部41に対向するスラスト軸受面46か
らなり、軸42のラジアル軸受面44に対向する表面4
2aには動圧発生溝47が設けられ、タービン翼部41
のスラスト軸受面46に対向する表面41bにも同様の
動圧発生溝(図示せず)が設けられている。ラジアル軸
受面44の外気に接する端縁部分44aは環状溝48を
有し、その外側には端縁部分44aとラジアル軸受面4
4の間に幅0.2mm程度の絞り通路48aが設けられ
ている。環状溝48は軸受ハウジングH4 の側壁を貫通
してタービン翼部41の排気側の外周縁に隣接する間隙
に開口する給気通路49に接続されている。タービンノ
ズルN4 から供給されてロータR4 を回転させたのち、
タービン翼部41から排気される排気の一部分は、給気
通路49を通って環状溝48から軸受間隙C4 の開口端
に噴出され、外気へ放出される。従って、タービンT4
の始動時に、端縁部分44aの近傍の空気の圧力が減少
しても、軸受間隙C4 に外気が吸引されるおそれはな
い。
【0016】図4は第実施例の第2の変形例を示す模
式断面図であって、タービン翼部の排気側の外周縁に隣
接する間隙に開口する給気通路49の替わりに、軸受ハ
ウジングH5 の外側面に開口する給気通路59を設け、
の給気通路59を加圧空気供給ラインL5 から分岐す
る配管60に接続することによって、タービンノズルN
5 に供給される前の加圧空気の一部分を給気通路59か
ら環状溝58へ導入するものである。つまり、本変形
においては、前記回転体を回転させるタービンへの加圧
空気供給ラインから分岐した空気を前記環状溝に供給す
るために加圧空気供給手段に接続された給気通路を備え
ている。
【0017】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0018】軸受間隙の空気に外気中のゴミ等が混入し
て、円滑な回転を障げたり、ロータの表面や軸受ハウジ
ングの軸受面を損傷するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】比較例を示す模式断面図である。
【図2】第実施例を示す模式断面図である。
【図3】第実施例の第1の変形例を示す模式断面図で
ある。
【図4】第実施例の第2の変形例を示す模式断面図で
ある。
【図5】従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
1 ,R2 ,R4 ロータ H1 ,H2 ,H4 軸受ハウジング N1 ,N2 ,N4 タービンノズル C1 ,C4 軸受間隙 1,21,41 タービン翼部 2,42 軸 3 スラストプレート 4,44 ラジアル軸受面 5 第1のスラスト軸受面 6 第2のスラスト軸受面 7,47 動圧発生溝 8,28,48,58 環状溝 8a,48a 絞り通路 9,29,49,59 給気通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−11918(JP,A) 特開 昭63−176818(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸受ハウジングの軸受面とこれによって
    支持される回転体の間の軸受間隙の空気を、前記軸受面
    または前記回転体に設けられた動圧発生溝によって巻き
    込んで動圧を発生させる動圧空気軸受であって、前記軸
    受ハウジングが、前記軸受面の端縁部分に設けられた環
    状溝と、前記環状溝から軸受の開口端へ通じる絞り通路
    と、前記回転体を回転させるタービンへの加圧空気供給
    ラインから分岐した空気を前記環状溝に給するため
    加圧空気供給手段に接続された給気通路を備え、前記環
    状溝から前記軸受間隙の開口端へ空気を吹き出すこと
    特徴とする動圧空気軸受。
  2. 【請求項2】 軸受ハウジングの軸受面とこれによって
    支持される回転体の間の軸受間隙の空気を、前記軸受面
    または前記回転体に設けられた動圧発生溝によって巻き
    込んで動圧を発生させる動圧空気軸受であって、前記軸
    受ハウジングが、前記軸受面の端縁部分に設けられた環
    状溝と、前記環状溝から軸受の開口端へ通じる絞り通路
    と、前記回転体を回転させるタービンの排気側から分岐
    された空気を前記環状溝に供給するために加圧空気供給
    手段に接続された給気通路を備え、前記環状溝から前記
    軸受間隙の開口端へ空気を吹き出すことを特徴とする動
    圧空気軸受。
  3. 【請求項3】 絞り通路が、略0.2mmの間隙である
    ことを特徴とする請求項1または2記載の動圧空気軸
    受。
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