JP4020963B2 - 流体力学的流体膜ジャーナル軸受 - Google Patents
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Description
本発明はジャーナル軸受(journal bearing)に関し、特に、流体力学的流体膜空気軸受(hydrodynamic fluid film air bearing)の構成要素の歪曲防止手段に関する。
背景技術
軸受技術の分野において周知のように、流体力学的空気軸受は、内周フォイル(top foil)、中間フォイル(intermediate foil)、及び緩衝フォイル(bump foil)からなり、これらのフォイルは円筒形の形状をなすように互いに反対方向に巻かれて、更に、回転軸を枢支するスリーブの内部に取り付けられる。このタイプの軸受を用いた装置の例を挙げると、本出願の譲受人であるユナイテッドテクノロジーズ社(United Technologies Corporation)のハミルトンスタンダード部門(Hamilton Standard division)が製造している空冷装置用の空気循環器がある。このような装置の設計では、各フォイルの一端は固定されており、他の一端は遊端となっている。所定の動作速度に達すると、スリーブ内の空気は、フォイル間に送り込まれ、ウェッジ(wedge)または空気溜りを形成し、これが液体潤滑不要の軸支持用クッションの役目を果たす。しかし、回転装置の動作時、またはジャーナル空気軸受の取り付け時に、時として各フォイルの遊端が軸線方向に動いて歪曲が生ずることがある。このような歪曲が生ずることにより、軸受の回転抵抗が増して軸トルクの上昇を招いたり、ある条件のもとでは適切な空気膜の形成が阻害されて軸受の機能が損なわれたりする。本発明では、各フォイルの歪曲を防止することにより、このような問題の発生を回避する。本発明の一実施例においては、内周フォイルの遊端側に、キー溝に突入し得るタブ状部分を設け、別の実施例では、内周フォイルの側縁部にタブ状部材を設ける。これにより、第1の実施例では内周フォイルが、第2の実施例では全てのフォイルが円筒形の形状を変形せずに確保できることになる。
発明の要約
本発明の目的は、改善された流体力学的流体膜ジャーナル軸受を提供することである。
本発明の特徴は、ジャーナル軸受の内周フォイルの遊端にタブ状部分を設け、円筒形の形状が崩れるのを防止している点である。別の実施例では、前記内周フォイルの遊端の両側縁部から延出するタブ状部分を設け、これが中間フォイル及び緩衝フォイルの側縁部に覆い被さることで、全てのフォイルを円筒形状に保つようにしている。
本発明の上述の特徴及び他の特徴は、後述の好適実施例の説明を、以下の図面とともに参照することによりより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、流体力学的流体膜ジャーナル軸受の組み込まれた、本発明の一実施例の拡大斜視図であって、巻かれていない状態が実線で示されており、巻かれた状態の概略が想像線で示されている。
第2図は、第1図の実施例の流体力学的流体膜ジャーナル軸受の長手方向の軸線に沿って切った断面図である。
第3図は、第2図の線3−3で切った部分断面図である。
第4図は、本発明の別の実施例を示した図であり、巻かれていない状態の流体力学的流体膜ジャーナル軸受の平面図である。
第5図は、第4図の軸受の正面図である。
第6図は、巻かれた状態にある第5図の軸受の端面図である。
第7図は、本発明の詳細を示す、第6図の線7−7で切った拡大断面図である。
好適実施例の詳細な説明
本発明の好適実施例の1つは、第1図〜第3図を参照することにより、よく理解されよう。この第1図〜第3図には、流体力学的流体膜ジャーナル軸受が符号10を付して示されており、このジャーナル軸受は、内周フォイル12、中間フォイル14、及び緩衝フォイル15を備えている。所定のばね定数を有する金属の薄板から作られた内周フォイル12及び中間フォイル14は、溶接、ろう付け等の任意の適切な結合手段を用いてその末端部同士が接合されており、その接合部16は、キー18と位置が合わせられている。両フォイルの長手方向の軸を横切る向きに延在するキー18は、図面において符号20を付した想像線で示されているように両フォイルを回転軸Aの周りに巻いて円筒状にしたとき、径方向に延出するように設けられる。後に詳しく述べるように、キー18はスリーブ24の内壁23に形成された横断スロットまたはキー溝22に嵌合する。所定のばね定数を有する金属の波形薄板から形成された緩衝フォイル15は、内周フォイル12及び中間フォイル14の外側に巻き付けられて、スリーブ24の孔の内壁23に適合する円筒を形成する。前に述べたことから分かるように、内周フォイル12、中間フォイル14、及び緩衝フォイル15は、同じ矩形の形状を有し、互いに反対方向に巻かれて円筒を形成し、スリーブ24に挿入されたとき、内周をなす内周フォイル12が、軸(図示せず)を外囲し、緩衝フォイル15は内壁23の近傍にきて、キー18がスリーブ24のキー溝22内に突入する。回転軸(図示せず)に隣接する内周フォイル12の内側表面28は、好ましくは乾燥潤滑剤を塗布されて減摩手段としての役目を果たす。即ち、起動時に軸が動作速度まで加速されるとき若しくは停止時に軸が惰走して減速しているとき、及びフォイルのウェッジへの空気圧が回転を支持するだけの十分な大きさでないとき、乾燥潤滑剤が軸受の耐摩耗性を維持し動作可能な状態に保つ。動作状態にあり、軸が所定の運転速度に達すると、内周フォイル12、中間フォイル14、及び緩衝フォイル15の間のウェッジにおける空気圧が軸を支持する役目を果たし、また、フォイルのばね定数は適切な軸受のコンプライアンスを得られるように選択される。
本発明によれば、内周フォイル12の遊端17の幅は、内周フォイル12の他の部分より大きく作られており、内周フォイルの両側縁部11及び13から突出した形態となっている。この拡大部分は、応力除去スロット21及び23に近接した部分に存在し、径方向外向きに曲げられ、タブ状の部分であるタブ25及び27を形成している。第2図の線3−3で切った断面図である第3図に示すように、内周フォイル及び中間フォイルが図面の矢印B及びCに示すように巻かれた状態にあり、(第1図に示すように)それぞれ円筒を形成しているとき、タブ25及び27はキー溝22の中に突入し、中間フォイル14の両側縁部15及び17の一部分及びキー18の両端に重なる。これにより、内周フォイル12、中間フォイル14、及び緩衝フォイル15が軸線方向に動いて円筒形の形状が変形したり、歪曲したりすることが防止されることは明らかである。
以上説明した実施例においては、流体力学的流体膜ジャーナル軸受の最終的な構成の詳細までは示されていないが、ここで、このタイプのジャーナル軸受の、本発明において改善された部分の詳細について開示する。また、当業者には理解されるように、最終的な設計上の構成の詳細は、特定の利用形態に応じて決まるものである。即ち、本発明の範囲を逸脱することなく、内周フォイルの端部に設けられるタブを形成する他の方法も用いることができる。
次に、第4図〜第7図を参照すると、本発明に基づく流体力学的流体膜ジャーナル軸受が示されており、このジャーナル軸受は完全に特定の用途のために設計されたものであり、また第1図〜第3図に示した流体力学的流体膜ジャーナル軸受と共通の構成要素、即ち内周フォイル12a、中間フォイル14a、及び緩衝フォイル15を有しているが、この他、他の型の歪曲防止手段を備えている点が異なっている。また、本明細書においては、図面における類似した構成要素に対しては全て同じ符号を付して示している。
本発明、特に第4図の実施例では、内周フォイル12aの遊端31が符号32及び34に示す部位において切り込みを入れられており、両側縁部36及び38から内向きに短い距離だけ切除されている。またこの切り込みを入れられた部位は径方向外向きに(第4図では紙の裏側に向かう方向に)曲げられており、タブ37及び39が形成されている。このタブ37及び39は最終的にキー溝22に突入される。説明の便宜上、この実施例は第2図に示すスリーブ24と共に使用するためのものとして構成されているということを理解されたい。中間フォイル14が内周フォイル12aの周りに巻かれているため、キー16に隣接するスロット40及び42が、中間フォイル14aの側縁部44及び46から内向きに短い長さだけ切り込まれており、これによってタブ37及び39がキー溝22に突入できるようになる。中間フォイル14aの遊端54の両側に形成されたタブ50及び52は、タブ37及び39と同様に切り込みを入れられて曲げられ、第4図に示すように外向きに延出した形となる。各フォイルが互いに反対方向に巻かれているとき、タブ50及び52は径方向外向きに延出し、緩衝フォイル15の一端31に当接し、タブ37及び39は緩衝フォイル15の反対側の一端に当接する。
第6図及び第7図で良く示されているように、各フォイルは互いに反対方向に巻かれて、スリーブ24に嵌入される円筒を形成し、第3図に示すものと類似したキー18はキー溝22に突入する。タブ37及び39が直径方向に反対側に存在するスロット40及び42に突入し、タブの幅とスロットの深さが同一の寸法であることから、内周フォイル12aが軸方向に動かないようにされていることは明らかである。これにより、内周フォイルが歪曲し、円筒形が変形することを防止している。第1図〜第3図に示す実施例と同様に、この実施例は、歪曲を防止して、ジャーナル軸受の性能が損なわれないようにしており、実際、ジャーナル軸受の性能は最適なものとなる。また、これにより各フォイルが軸線方向に摺動して、円筒形が歪み、遊端の歪曲が防止されて、軸受の軸トルクが上昇したり、軸受の回転が堅くなったりすることが防止され、更に最適な空気膜の形成が阻害されることが防止される。これら全ての効果によって、軸受の性能が損なわれたり、誤動作を起こすことが非常に少なくなる。
両実施例において内周フォイルにキーを付けるところを示すために、また分かりやすくするために、第5図は説明の便宜上単純化して示されている。図に見られるように、内周フォイル12の固定端58はキー16に重なっており、上述のような周知の適切な方法でその方向に曲げられ、固定端60は内向きに曲げられて補完的な形状の肩部(shoulder)を形成し、この肩部はキー16の側縁部に当接して、適切な手段により同様にその方向に曲げられている。
本発明について、その特定の実施例について説明してきたが、請求項に記載された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、この実施例を様々に変形及び変更し得るということは、当業者には理解されよう。
Claims (6)
- 円筒形の形状に巻かれた内周フォイル、中間フォイル、及び緩衝フォイルを軸が挿入される孔の内部に備えた流体力学的流体膜ジャーナル軸受において、
前記内周フォイル、前記中間フォイル、及び前記緩衝フォイルが、円筒形の形状に巻かれているとき、前記内周フォイルが軸線方向に動いて前記円筒形の形状が変形するのを防止するための、前記内周フォイル上のタブ状部分を有し、
前記内周フォイルが、
前端部、後端部、及び両側縁部を有する平坦で細長い矩形部材と、
前記矩形部材の前記前端部及び前記後端部の何れか一方に取着されたキーと、を含むことを特徴とし、
前記タブ状部分が、前記前端部及び前記後端部の前記キーが取着されていない一方の前記両側縁部から突出する両側突出部分を含むことを特徴とし、
前記両側突出部分は折り曲げられて、円筒形の形状に巻かれた前記内周フォイルの両側縁部に重なり、前記内周フォイルが歪曲するのを防止することを特徴とする流体力学的流体膜ジャーナル軸受。 - 前記両側縁部の各前記両側突出部分の近傍に形成された応力除去スロットを有することを特徴とする請求項1に記載の流体力学的流体膜ジャーナル軸受。
- 前記中間フォイルが、前端部、後端部、及び両側縁部を有する前記矩形部材と類似した形状の第2矩形部材を含み、前記第2矩形部材は、その前端部及び後端部の何れか一方に前記キーが取着されており、前記内周フォイルの上に円筒形の形状に巻かれ得ることを特徴とし、
前記第2矩形部材の両側縁部に、前記タブ状部分が折り曲げられて重なり、前記内周フォイル及び前記中間フォイルが歪曲するのを防止することを特徴とする請求項1に記載の流体力学的流体膜ジャーナル軸受。 - 前記緩衝フォイルが、前記円筒形の前記中間フォイルの上に巻かれ得る、前端部、後端部、及び両側縁部を有する第3矩形部材をなす波形部材を含むことを特徴とし、
前記タブ状部分が、前記中間フォイルの両側縁部及び前記緩衝フォイルの両側縁部に重なり、前記内周フォイル、前記中間フォイル、及び前記緩衝フォイルが歪曲するのを防止することを特徴とする請求項3に記載の流体力学的流体膜ジャーナル軸受。 - 前記内周フォイルが、前端部、後端部、及び両側縁部を有する平坦で細長い矩形部材を含み、前記中間フォイルが、前端部、後端部、及び両側端部を有する前記矩形部材と類似した形状の平坦で細長い第2矩形部材を含み、前記矩形部材の前端部及び後端部の何れか一方と、前記第2矩形部材の前端部および後端部の何れか一方とにキーが取着されることを特徴とし、
前記内周フォイルの前記前端部及び前記後端部の前記キーが取着されていない一方の少なくとも一部分が折り曲げられて形成された前記タブ状部分が、前記中間フォイルの前端部及び後端部の前記キーに隣接する一方に形成されたスロットに突入して貫通し、前記内周フォイル及び前記中間フォイルが円筒形の形状に巻かれているとき、前記内周フォイルの軸線方向の移動に対する制約を与えるようにすることを特徴とする請求項1に記載の流体力学的流体膜ジャーナル軸受。 - 前記タブ状部分の少なくとも1つが、前記内周フォイルの前端部及び後端部の何れか一方の両側縁部の近傍が折り曲げられることによって形成されており、各前記タブ状部分は、前記中間フォイルの前記キーに隣接する両側縁部に形成された一対のスロットに突入し、貫通することを特徴とする請求項7に記載の流体力学的流体膜ジャーナル軸受。
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