JP4287021B2

JP4287021B2 - フォイル式流体軸受

Info

Publication number: JP4287021B2
Application number: JP2000113222A
Authority: JP
Inventors: 光生松島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: US20010028752A1; US6450688B2; JP2001295836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラジアル型の動圧流体軸受に関し、特に回転するジャーナルの外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材と、前記空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリとを備えたフォイル式流体軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるフォイル式流体軸受として、特開昭５８−９９５１４号公報、特開昭５５−１６６５２４号公報、米国特許第４２９６９７６号明細書、米国特許第４２７７１１３号明細書に記載されたものが公知である。
【０００３】
前記特開昭５８−９９５１４号公報には、回転するジャーナルと筒状の静止保持部材との間の空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリが、半径方向内側に配置された円筒状の第１フォイル要素と、半径方向中間に配置された円筒状の第２フォイル要素と、半径方向外側に配置された波板状のバンプフォイルとから構成されたものが記載されている。
【０００４】
また前記特開昭５５−１６６５２４号公報には、フォイルアセンブリが半径方向内側に配置された円筒状のフォイルと、半径方向外側に配置されて円周方向に複数に分割された波板状のばねパッドとから構成されたものが記載されている。
【０００５】
また前記米国特許第４２９６９７６号明細書には、フォイルアセンブリが半径方向内側に配置された円筒状のベアリングシートと、その半径方向外側に配置された波板状のミッドフォイルと、その半径方向外側に配置された円筒状のミッドプレーンシートと、その半径方向外側に配置された波板状のボトムフォイルとから構成されており、前記ミッドフォイルの円弧状の湾曲部が半径方向外側に向けて配置されたものが記載されている。
【０００６】
また前記米国特許第４２７７１１３号明細書には、フォイルアセンブリが半径方向内側に配置された円筒状のベアリングシートと、その半径方向外側に配置された波板状のバンプフォイルとから構成されており、静止保持部材に対して摺動するバンプフォイルの半径方向内側に銅コーティングを施して摩擦係数を増加させたものが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、かかるフォイル式流体軸受では、そのジャーナルの回転数が所定の領域に達すると同期振動不安定現象が発生し、またジャーナルの回転数が更に高い領域に達すると振れ回り不安定現象が発生することが知られている。
【０００８】
同期振動はジャーナルに支持されて回転する回転部分の動的不釣合に起因するもので、前記回転部分の質量とフォイル式流体軸受の支持剛性とによって決まる同期回転数を持ち、この同期振動の振幅を小さく抑えるにはフォイル式流体軸受の支持剛性（ジャーナルの変位に対抗してフォイルアセンブリが発生する摩擦減衰力）を高めることが必要である。しかしながら、フォイルアセンブリが発生する摩擦減衰力を無闇に高めると、低速回転数領域で振幅が小さい振動が発生したときにフォイルアセンブリの各構成要素が相互に摺動し難くなり、前記低速回転数領域での振動を抑制する摩擦減衰力を発生させることが困難になる。
【０００９】
また振れ回り不安定は、静止保持部材に対するジャーナルの偏心方向と、前記偏心に基づいてジャーナルに作用する空気力の方向とが９０°ずれているため、ジャーナルが静止保持部材の中心回りに振れ回りし、その際の遠心力でジャーナルの中心の軌跡が螺旋状に発散するものであり、この不安定現象によりフォイル式流体軸受の上限回転数が規制されてしまう。従って、フォイル式流体軸受の上限回転数を高めるには、前記振れ回り不安定現象の発生を抑制することが必要である。
【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、広い回転数領域においてフォイル式流体軸受の振動現象を効果的に抑制することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、回転するジャーナルの外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材と、前記空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリとを備えてなり、前記フォイルアセンブリは、軸方向に形成されたスリットに臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材の上半部で該静止保持部材に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の一方向に円筒状に巻かれ、ジャーナルの外周面を流体膜層を介して支持するトップフォイルと、軸方向に形成されたスリットに臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材の上半部で該静止保持部材に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の他方向に円筒状に巻かれ、その内周面がトップフォイルの外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナルの半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するミッドフォイルと、ミッドフォイルおよび静止保持部材間に配置され、円周方向に分割された複数のバンプフォイルとから構成され、前記各々のバンプフォイルは、半径方向に弾性変形して円周方向に伸縮し得るように波板状に形成されて一端部が静止保持部材に固定され、半径方向外側の第１接触部が静止保持部材の内周面に摺動自在に摩擦接触し、半径方向内側の第２接触部がミッドフォイルの外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナルの半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生し、かつ重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和は、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくなるように設定されているフォイル式流体軸受であって、前記フォイルアセンブリの下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くするために、前記上部バンプフォイルが、半径方向外側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各部分円筒部の先端が前記第１接触部とされると共に各平坦部が前記第２接触部とされ、且つ前記下部バンプフォイルが、半径方向内側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各平坦部が前記第１接触部とされ且つ各部分円筒部の先端が前記第２接触部とされることを特徴とするフォイル式流体軸受が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、静止保持部材の内周面およびミッドフォイル間に配置されたバンプフォイルが円周方向に複数に分割されているので、ジャーナルが微小変位しただけで何れかのバンプフォイルが変形して摩擦減衰力を発揮し、低速回転数領域におけるジャーナルの微小振幅の振動を効果的に抑制することができる。またミッドフォイルおよびトップフォイルが相互に逆方向に巻かれているので、ジャーナルが同期振動不安定現象により大きな振幅で振動したときに、前記両フォイルが相互に逆方向に摺動して大きな摩擦減衰力を発揮し、前記同期振動不安定現象を効果的に抑制することができる。また重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和が、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくなるように設定されているので、フォイルアセンブリの剛性中心を静止保持部材の中心に対して上方に変位させ、高速回転数領域で発生する振れ回り不安定現象を効果的に抑制することができる。
【００１３】
更に、上部バンプフォイルが、半径方向外側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各部分円筒部の先端が第１接触部とされると共に各平坦部が第２接触部とされ、且つ下部バンプフォイルが、半径方向内側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各平坦部が第１接触部とされ且つ各部分円筒部の先端が第２接触部とされているので、フォイルアセンブリの下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
【００１４】
また請求項２に記載された発明によれば、回転するジャーナルの外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材と、前記空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリとを備えてなり、前記フォイルアセンブリは、軸方向に形成されたスリットに臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材の上半部で該静止保持部材に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の一方向に円筒状に巻かれ、ジャーナルの外周面を流体膜層を介して支持するトップフォイルと、軸方向に形成されたスリットに臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材の上半部で該静止保持部材に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の他方向に円筒状に巻かれ、その内周面がトップフォイルの外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナルの半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するミッドフォイルと、ミッドフォイルおよび静止保持部材間に配置され、円周方向に分割された複数のバンプフォイルとから構成され、前記各々のバンプフォイルは、半径方向に弾性変形して円周方向に伸縮し得るように波板状に形成されて一端部が静止保持部材に固定され、半径方向外側の第１接触部が静止保持部材の内周面に摺動自在に摩擦接触し且つ半径方向内側の第２接触部がミッドフォイルの外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナルの半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するフォイル式流体軸受であって、重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和を、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくするために、下部バンプフォイルおよび静止保持部材の相互に接触する摺動面の少なくとも一部に摩擦係数を増加させるコーティングを施して、このコーティングにより下部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数を上部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数よりも大きくしたことを特徴とするフォイル式流体軸受が提案される。
【００１５】
上記構成によれば、静止保持部材の内周面およびミッドフォイル間に配置されたバンプフォイルが円周方向に複数に分割されているので、ジャーナルが微小変位しただけで何れかのバンプフォイルが変形して摩擦減衰力を発揮し、低速回転数領域におけるジャーナルの微小振幅の振動を効果的に抑制することができる。またミッドフォイルおよびトップフォイルが相互に逆方向に巻かれているので、ジャーナルが同期振動不安定現象により大きな振幅で振動したときに、前記両フォイルが相互に逆方向に摺動して大きな摩擦減衰力を発揮し、前記同期振動不安定現象を効果的に抑制することができる。また下部バンプフォイルおよび静止保持部材の相互に接触する摺動面の少なくとも一部にコーティングを施して摩擦係数を増加させ、下部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数を、静止保持部材の上半部に位置する上部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数よりも大きくして、重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和を、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくしているので、下部バンプフォイルおよび静止保持部材間にジャーナルの半径方向の変位に応じて大きな摩擦減衰力を発生させて同期振動不安定現象を更に効果的に抑制することができ、更に、フォイルアセンブリの剛性中心を静止保持部材の中心に対して上方に変位させ、高速回転数領域で発生する振れ回り不安定現象を確実に抑制することができる。
【００１６】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記コーティングが、前記下部バンプフォイルの第１接触部のみに銅コーティングとして施されたことを特徴とするフォイル式流体軸受が提案される。
【００１７】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記下部バンプフォイルの第１接触部が接触する静止保持部材の内周面にフリクションフォイル）が設けられ、前記コーティングが、該フリクションフォイルのみに銅コーティングとして施されたことを特徴とするフォイル式流体軸受が提案される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図５は本発明の第１実施例を示すもので、図１はフォイル式流体軸受の横断面図、図２は図１の要部拡大図、図３はバンプフォイルの作用を説明する図、図４は振れ回り不安定現象の作用を説明する図、図５はジャーナルの回転数とジャーナルの振幅との関係を示すグラフである。
【００２０】
図１に示すように、円形断面のジャーナル１１を回転自在に支持するフォイル式流体軸受Ｂは、ジャーナル１１の外周を囲むように回転不能に固定された円筒状の静止保持部材１２と、静止保持部材１２の内周面およびジャーナル１１の外周面間に形成された環状の空隙に配置されるフォイルアセンブリ１３とから構成される。フォイルアセンブリ１３は、半径方向内側に配置されたトップフォイル１４と、その外側に配置されたミッドフォイル１５と、その外側に配置された６個のバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…とから構成される。トップフォイル１４、ミッドフォイル１５およびバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…は、厚さが０．１ｍｍ程度のインコネル等の材料で構成される。尚、図において、トップフォイル１４、ミッドフォイル１５およびバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の厚さは誇張して表現されている。
【００２１】
トップフォイル１４は平坦なシートを概略円筒状に湾曲させたもので、そのスリット１４ａを挟む一端部は静止保持部材１２の内周面の上部（重力の方向に対して）に溶接部Ｗ１において固定される。ミッドフォイル１５は平坦なシートを概略円筒状に湾曲させたもので、そのスリット１５ａを挟む一端部は静止保持部材１２の内周面に、前記溶接部Ｗ１の近傍の溶接部Ｗ２において固定される。トップフォイル１４は溶接部Ｗ１において固定された一端部から他端部に向けて時計方向に巻かれており、ミッドフォイル１５は溶接部Ｗ２において固定された一端部から他端部に向けて反時計方向に巻かれている。そしてトップフォイル１４の外周面およびミッドフォイル１５の内周面は摺動面１７において摺動自在に接触している。
【００２２】
６個のバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…は、静止保持部材１２の内周面の上半部に沿って配置された３個の上部バンプフォイル１６Ｕ…と、下半部に沿って配置された３個の下部バンプフォイル１６Ｌ…とからなり、それらの一端部が静止保持部材１２の内周面に溶接部Ｗ３…において固定される。各々のバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…は半径方向外側に向けて突出する部分円筒部が連続する波板状の部材であり、前記部分円筒部の先端に形成された第１接触部１６ａ…は静止保持部材１２の内周面に円周方向に摺動自在に接触し、また隣接する部分円筒部間に形成された略平坦な第２接触部１６ｂ…はミッドフォイル１５の外周面に円周方向に摺動自在に接触する。
【００２３】
静止保持部材１２の中心Ｏｂを通る水平面Ｈよりも上側に配置された３個の上部バンプフォイル１６Ｕ…のうち、左右の２個の上部バンプフォイル１６Ｕ，１６Ｕは各々２個の第１接触部１６ａ，１６ａおよび各々３個の第２接触部１６ｂ…を備えているが、中央の１個の上部バンプフォイル１６Ｕは前記左右の２個の上部バンプフォイル１６Ｕ，１６Ｕよりも円周方向の長さが短く形成されており、その結果として１個の第１接触部１６ａおよび２個の第２接触部１６ｂ，１６ｂしか備えていない。それに対して、静止保持部材１２の中心Ｏｂを通る水平面Ｈよりも下側に配置された３個の下部バンプフォイル１６Ｌ…は全て同一寸法であり、各々２個の第１接触部１６ａ，１６ａおよび各々３個の第２接触部１６ｂ…を備えている。また下部バンプフォイル１６Ｌ…の外周面、つまり静止保持部材１２の内周面に対向する面には銅コーティング１８が施されている。
【００２４】
尚、左側の上部バンプフォイル１６Ｕの下端は前記水平面Ｈの下側に延びているが、全体として３個の上部バンプフォイル１６Ｕ…は水平面Ｈよりも上側に配置されている。また右側の下部バンプフォイル１６Ｌの上端は前記水平面Ｈの上側に延びているが、全体として３個の下部バンプフォイル１６Ｌ…は水平面Ｈよりも下側に配置されている。
【００２５】
フォイルアセンブリ１３の内部空間、つまり概略円筒状のトップフォイル１４の内部空間にジャーナル１１が僅かな隙間を存して回転自在に支持される。前記隙間は平均して２０μｍ程度であるが、図では誇張して示されている。重力により下向きの荷重Ｗを受けるジャーナル１１が、その中心Ｏｓを静止保持部材１２の中心Ｏｂから距離εだけ偏心させた平衡位置で矢印Ｒ方向（反時計方向）に回転すると、トップフォイル１４との間に介在する空気がジャーナル１１に引きずられて該ジャーナル１１の下方の楔状空間に押し込まれて正圧が発生し、逆にジャーナル１１の上方の楔状空間に負圧が発生する。そして前記空気力と荷重Ｗとが釣り合う前記平衡位置においてジャーナル１１はフォイルアセンブリ１３の内部に非接触状態で支持される。
【００２６】
外力の作用や空気力の変動でジャーナル１１が平衡位置から半径方向外側に変位すると、空気膜層を介してジャーナル１１に押圧されたフォイルアセンブリ１３が変形し、その際に発生する摺動面の摩擦抵抗によりジャーナル１１の移動を阻止する復元力が発生する。そして前記フォイルアセンブリ１３による復元力でジャーナル１１は平衡位置に安定して保持される。
【００２７】
図２に示すように、ジャーナル１１が平衡位置から半径方向に変位してトップフォイル１４に荷重Ｆが作用すると、下部バンプフォイル１６Ｌ（あるいは上部バンプフォイル１６Ｕ）が半径方向に圧縮されて円周方向に押し延ばされ、それに伴ってトップフォイル１４およびミッドフォイル１５も半径方向外側に変位する。トップフォイル１４およびミッドフォイル１５は相互に逆方向に巻かれているため、トップフォイル１４は矢印ａ方向に摺動し、ミッドフォイル１５はそれと逆のｂ方向に摺動する。その結果、トップフォイル１４およびミッドフォイル１５の摺動面１７に摩擦力が作用し、ジャーナル１１の変位に対抗する摩擦減衰力が発生する。
【００２８】
また溶接部Ｗ３で静止保持部材１２の内周面に固定された下部バンプフォイル１６Ｌ（あるいは上部バンプフォイル１６Ｕ）は、その第１接触部１６ａ，１６ａが溶接部Ｗ３から離れるように矢印ｃ方向に移動し、その第２接触部１６ｂ…が同じく溶接部Ｗ３から離れるように矢印ｄ方向に移動する。その結果、第１接触部１６ａ，１６ａは静止保持部材１２の内周面に対して矢印ｃ方向に摺動して摩擦力が作用し、また矢印ｄ方向に移動する第２接触部１６ｂ…では、それと同方向である矢印ｂ方向に移動するミッドフォイル１５との間に、それらの相対速度に応じた摩擦力が作用する。そして第１接触部１６ａ，１６ａおよび第２接触部１６ｂ…に作用する摩擦力により、ジャーナル１１の変位に対抗する摩擦減衰力が発生する。
【００２９】
次に、上記構成を備えたフォイル式流体軸受Ｂの作用を説明する。
【００３０】
ジャーナル１１の低速回転数領域（図５の同期振動不安定領域よりも低速回転数側の領域）において外乱等により発生する微小振幅の振動を抑制するには、ジャーナル１１が半径方向に微小変位しただけでも、フォイルアセンブリ１３の何れかの摺動部を容易に摺動させて摩擦減衰力を発生させる必要がある。そのために本実施例では、以下の（ａ）および（ｂ）の手段を講じている。
（ａ）バンプフォイルを円周方向に分割する
仮に、静止保持部材１２の内周面に沿って略３６０°に亘って延びる単一のバンプフォイルを採用した場合、バンプフォイルの１か所が半径方向に変位しただけで、その変位がバンプフォイルの全体を円周方向に摺動させることとなり、バンプフォイルおよび静止保持部材１２の内周面間、並びにバンプフォイルおよびミッドフォイル１５間に大きな摩擦力が発生してしまう。その結果、ジャーナル１１が半径方向に微小変位しただけでは、その荷重が前記摩擦力に打ち勝つことができず、フォイルアセンブリ１３の各摺動部が固着状態になって摩擦減衰力を発揮しないためにジャーナル１１の微小振幅の振動を抑制できなくなる。
【００３１】
しかしながら、本実施例ではバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…を円周方向に６分割したため、ジャーナル１３が変位した方向に在る何れか１個のバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…だけが作用して残りのバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…が作用しなくなり、ジャーナル１１が半径方向に微小変位しただけでも前記１個のバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…が静止保持部材１２の内周面およびミッドフォイル１５間に対して摺動し、そこに発生する摩擦減衰力で前記ジャーナル１１の振動を抑制することができる。
（ｂ）バンプフォイルの部分円筒部を半径方向外側に向けて配置する
図３（Ａ）に示すように、バンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の部分円筒部を半径方向外側に向けて配置すると、第１接触部１６ａ…は静止保持部材１２の内周面に浅い角度で接触するようになり、ジャーナル１１から受ける荷重Ｆで第１接触部１６ａ…に大きな接線方向荷重Ｆｔを発生させることができ、ジャーナル１１が微小変位しただけで第１接触部１６ａ…を容易に摺動させて摩擦減衰力を発生させることができる。
【００３２】
仮に、図３（Ｂ）に示すように、バンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の部分円筒部を半径方向内側に向けて配置したとすると、バンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の半径方向外側に位置する略平坦な第１接触部１６ａ…は静止保持部材１２の内周面に深い角度で接触するため、第１接触部１６ａ…には僅かな接線方向荷重Ｆｔしか発生しなくなる。その結果、ジャーナル１１が微小変位しただけでは第１接触部１６ａ…が摺動し難くなり、ジャーナル１１の振動を抑制する摩擦減衰力を発生させることができなくなる。
【００３３】
また、ジャーナル１１の同期振動不安定（図５参照）を防止するには、同期回転数の領域において大きな摩擦減衰力を発生させることが必要であるが、そのために本実施例では、以下の（ｃ）および（ｄ）の手段を講じている。
（ｃ）トップフォイル１４およびミッドフォイル１５を逆方向に巻く
トップフォイル１４およびミッドフォイル１５が互に逆方向に巻かれているため、図２においてジャーナル１１から半径方向外向きの荷重Ｆが作用するとトップフォイル１４は矢印ａ方向に摺動し、ミッドフォイル１５はそれと逆のｂ方向に摺動する。このように摺動面１７において接触するトップフォイル１４およびミッドフォイル１５が相互に逆方向に摺動するため、その摺動面１７に大きな摩擦力が作用してジャーナル１１の同期振動不安定を抑制するに足りる充分な摩擦減衰力が発生する。
（ｄ）フォイルアセンブリ１３の摺動面に銅コーティング１８を施す
静止保持部材１２の内周面に接触する第１接触部１６ａ…が形成された下部バンプフォイル１６Ｌ…の外周面に銅コーティング１８（図１参照）を施したことにより、下部バンプフォイル１６Ｌ…および静止保持部材１２間の摩擦係数が増加して大きな摩擦力が作用し、ジャーナル１１の同期振動不安定を抑制するに足りる大きな摩擦減衰力が発生する。尚、ジャーナル１１の同期振動不安定を抑制する摩擦減衰力を発生させるには、フォイルアセンブリ１３の何れの摺動面に銅コーティング１８を施しても良いが、本実施例では後述する振れ回り不安定現象を回避するために下部バンプフォイル１６Ｌ…だけに銅コーティング１８を施している。
【００３４】
また、ジャーナル１１の振れ回り不安定（図５参照）の発生を遅らせてフォイル式流体軸受Ｂの上限回転数を高めるために、本実施例ではフォイルアセンブリ１３の剛性を静止保持部材１２の中心Ｏｂを通る水平面Ｈより下側で高くし、上側で低くしている。フォイルアセンブリ１３の剛性を上下で不均一にすることにより前記振れ回り不安定の発生を遅らせることができる理由は、以下のように考えられる。
【００３５】
図４（Ａ）はフォイルアセンブリ１３の剛性を円周方向に均一にした場合の模式図であって、ジャーナル１１の中心Ｏｓは静止保持部材１２の中心Ｏｂに対して右下に偏心した平衡位置で矢印Ｒ方向に回転している。フォイルアセンブリ１３の剛性を円周方向に均一にしたことにより、そのフォイルアセンブリ１３の剛性中心Ｃは静止保持部材１２の中心Ｏｂと一致している。この状態でジャーナル１１の回転数が増加すると、右上方に向けて作用する空気力でジャーナル１１が浮揚し、その中心Ｏｓがフォイルアセンブリ１３の剛性中心Ｃ（つまり静止保持部材１２の中心Ｏｂ）に向かって矢印Ｐの経路で移動する。ジャーナル１１の中心Ｏｓが静止保持部材１２の中心Ｏｂに接近すると、重力に抗してジャーナル１１を浮揚させる空気力が失われるため、矢印Ｑで示すように重力でジャーナル１１の中心Ｏｓが下方に移動する。そして上記作用が繰り返し行われることにより、ジャーナル１１の振れ回り不安定現象が発生する。
【００３６】
それに対して、図４（Ｂ）はフォイルアセンブリ１３の剛性を円周方向に不均一にした本実施例の模式図であって、フォイルアセンブリ１３の剛性中心Ｃは静止保持部材１２の中心Ｏｂよりも上方に位置している。回転数の増加に伴ってジャーナル１１が浮揚するとき、その中心Ｏｓはフォイルアセンブリ１３の剛性中心Ｃに向かって矢印Ｐ′の経路で移動するが、その過程でジャーナル１１の中心Ｏｓが静止保持部材１２の中心Ｏｂに接近することがない。従って、ジャーナル１１の中心Ｏｓが静止保持部材１２の中心Ｏｂに接近して該ジャーナル１１の浮揚力が消滅することが防止され、ジャーナル１１は前記矢印Ｐ′で示す経路上の新たな平衡位置で安定して振れ回り不安定現象の発生が抑制される。
【００３７】
本実施例では、以下の（ｆ）の手法によってフォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くしている。なお、以下の（ｅ）の手法は参考手法である。
（ｅ）バンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の長さを上下で不均一にする
３個の下部バンプフォイル１６Ｌ…および左右の上部バンプフォイル１６Ｕ，１６Ｕの円周方向長さは等しいのに対し、中央の上部バンプフォイル１６Ｕの円周方向長さだけが他のものよりも短くなっている。これにより、フォイルアセンブリ１３の剛性は、静止保持部材１２の中心Ｏｂを通る水平面Ｈよりも下側部分が上側部分よりも大きく設定される。
（ｆ）下部バンプフォイル１６Ｌ…だけに銅コーティング１８を施す
下部バンプフォイル１６Ｌ…の外周面だけに銅コーティング１８を施したことにより、下部バンプフォイル１６Ｌ…および静止保持部材１２の内周面間の摩擦係数が、上部バンプフォイル１６Ｕ…および静止保持部材１２の内周面間の摩擦係数よりも大きくなる。その結果、ジャーナル１１から半径方向に荷重を受けたとき、下部バンプフォイル１６Ｌ…の第１接触部１６ａ…が静止保持部材１２の内周面に対して摺動し難くなり、前記水平面Ｈよりも下側部分の剛性が増加する。
【００３８】
尚、本実施例では下部バンプフォイル１６Ｌ…の外周面に銅コーティング１８を施しているが、静止保持部材１２の内周面の前記水平面Ｈよりも下側部分に銅コーティング１８を施しても同様の効果を得ることができる。また図６に示す第２実施例の如く、静止保持部材１２の内周面の下側部分に、その内周面に銅コーティング１８したフリクションフォイル１９を固定しても良い。
【００３９】
更に、フォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くするための手法として、上記以外に以下の（ｇ）〜（ｋ）の手段が考えられる。なお、以下の（ｇ）〜（ｊ）の手段は参考手段である。
（ｇ）下部バンプフォイル１６Ｌ…の数を上部バンプフォイル１６Ｕ…の数よりも多くする
（ｈ）下部バンプフォイル１６Ｌ…の円周方向間隔を上部バンプフォイル１６Ｕ…の円周方向間隔よりも小さくする
図７に示すように、第１参考例のフォイル式流体軸受Ｂのフォイルアセンブリ１３は、静止保持部材１２の中心Ｏｂを通る水平面Ｈよりも下側に４個の下部バンプフォイル１６Ｌ…を備え、上側に２個の上部バンプフォイル１６Ｕ，１６Ｕを備えている。従って、下部バンプフォイル１６Ｌ…間の円周方向の間隙は、上部バンプフォイル１６Ｕ，１６Ｕ間の円周方向の間隙よりも小さくなっている。上記構成により、フォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
（ｉ）下部バンプフォイル１６Ｌ…の肉厚を上部バンプフォイル１６Ｕ…の肉厚よりも厚くする
第２参考例のフォイル式流体軸受Ｂのフォイルアセンブリ１３は、下部バンプフォイル１６Ｌ…の肉厚を上部バンプフォイル１６Ｕ…の肉厚よりも厚くしたもので、これによりフォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
（ｊ）下部バンプフォイル１６Ｌ…を上部バンプフォイル１６Ｕ…よりも硬質の材料で構成する
第３参考例のフォイル式流体軸受Ｂのフォイルアセンブリ１３は、下部バンプフォイル１６Ｌ…を上部バンプフォイル１６Ｕ…よりも硬質の材料で構成したもので、これによりフォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
（ｋ）下部バンプフォイル１６Ｌ…の部分円筒部を半径方向内向きにし、上部バンプフォイル１６Ｕ…の部分円筒部を半径方向外向きにする
図８に示すように、第３実施例のフォイル式流体軸受Ｂのフォイルアセンブリ１３は、下部バンプフォイル１６Ｌ…の部分円筒部が半径方向内向きに配置され、上部バンプフォイル１６Ｕ…の部分円筒部が半径方向外向きに配置される。図３（Ｂ）において既に説明したように、部分円筒部を半径方向内向きに配置すると静止保持部材１２の内周面との間の摩擦抵抗が増加するため、フォイルアセンブリ１３の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
【００４０】
尚、前記第３実施例の（ｋ）の構成は、前記第１，第２実施例及び第１〜第３参考例の構成の何れとも組み合わせることが可能である。
【００４１】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４２】
例えば、バンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…の個数や、それらバンプフォイル１６Ｕ…，１６Ｌ…に形成された部分円筒部の個数は実施例のものに限定されず、適宜変更可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、静止保持部材の内周面およびミッドフォイル間に配置されたバンプフォイルが円周方向に複数に分割されているので、ジャーナルが微小変位しただけで何れかのバンプフォイルが変形して摩擦減衰力を発揮し、低速回転数領域におけるジャーナルの微小振幅の振動を効果的に抑制することができる。またミッドフォイルおよびトップフォイルが相互に逆方向に巻かれているので、ジャーナルが同期振動不安定現象により大きな振幅で振動したときに、前記両フォイルが相互に逆方向に摺動して大きな摩擦減衰力を発揮し、前記同期振動不安定現象を効果的に抑制することができる。また重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和が、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくなるように設定されているので、フォイルアセンブリの剛性中心を静止保持部材の中心に対して上方に変位させ、高速回転数領域で発生する振れ回り不安定現象を効果的に抑制することができる。
【００４４】
更に、上部バンプフォイルが、半径方向外側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各部分円筒部の先端が第１接触部とされると共に各平坦部が第２接触部とされ、且つ下部バンプフォイルが、半径方向内側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各平坦部が第１接触部とされ且つ各部分円筒部の先端が第２接触部とされているので、フォイルアセンブリの下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くすることができる。
【００４５】
また請求項２に記載された発明によれば、静止保持部材の内周面およびミッドフォイル間に配置されたバンプフォイルが円周方向に複数に分割されているので、ジャーナルが微小変位しただけで何れかのバンプフォイルが変形して摩擦減衰力を発揮し、低速回転数領域におけるジャーナルの微小振幅の振動を効果的に抑制することができる。またミッドフォイルおよびトップフォイルが相互に逆方向に巻かれているので、ジャーナルが同期振動不安定現象により大きな振幅で振動したときに、前記両フォイルが相互に逆方向に摺動して大きな摩擦減衰力を発揮し、前記同期振動不安定現象を効果的に抑制することができる。また下部バンプフォイルおよび静止保持部材の相互に接触する摺動面の少なくとも一部にコーティングを施して摩擦係数を増加させ、下部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数を、静止保持部材の上半部に位置する上部バンプフォイルの第１接触部の摩擦係数よりも大きして、重力の方向に対して静止保持部材の下半部に位置する下部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和を、上半部に位置する上部バンプフォイルの摩擦減衰力の総和よりも大きくしているので、下部バンプフォイルおよび静止保持部材間にジャーナルの半径方向の変位に応じて大きな摩擦減衰力を発生させて同期振動不安定現象を更に効果的に抑制することができ、更に、フォイルアセンブリの剛性中心を静止保持部材の中心に対して上方に変位させ、高速回転数領域で発生する振れ回り不安定現象を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るフォイル式流体軸受の横断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】バンプフォイルの作用を説明する図
【図４】振れ回り不安定現象の作用を説明する図
【図５】ジャーナルの回転数とジャーナルの振幅との関係を示すグラフ
【図６】本発明の第２実施例に係るフォイル式流体軸受の横断面図
【図７】本発明の第１参考例に係るフォイル式流体軸受の横断面図
【図８】本発明の第３実施例に係るフォイル式流体軸受の横断面図
【符号の説明】
１１ジャーナル
１２静止保持部材
１３フォイルアセンブリ
１４トップフォイル
１４ａスリット
１５ミッドフォイル
１５ａスリット
１６Ｕ上部バンプフォイル（バンプフォイル）
１６Ｌ下部バンプフォイル（バンプフォイル）
１８コーテング（銅コーティング）
１９フリクションフォイル

Claims

回転するジャーナル（１１）の外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材（１２）と、前記空隙に配置されてジャーナル（１１）を支持するフォイルアセンブリ（１３）とを備えてなり、
前記フォイルアセンブリ（１３）は、
軸方向に形成されたスリット（１４ａ）に臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材（１２）の上半部で該静止保持部材（１２）に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の一方向に円筒状に巻かれ、ジャーナル（１１）の外周面を流体膜層を介して支持するトップフォイル（１４）と、
軸方向に形成されたスリット（１５ａ）に臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材（１２）の上半部で該静止保持部材（１２）に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の他方向に円筒状に巻かれ、その内周面がトップフォイル（１４）の外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナル（１１）の半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するミッドフォイル（１５）と、
ミッドフォイル（１５）および静止保持部材（１２）間に配置され、円周方向に分割された複数のバンプフォイル（１６Ｕ，１６Ｌ）とから構成され、
前記各々のバンプフォイル（１６Ｕ，１６Ｌ）は、半径方向に弾性変形して円周方向に伸縮し得るように波板状に形成されて一端部が静止保持部材（１２）に固定され、半径方向外側の第１接触部（１６ａ）が静止保持部材（１２）の内周面に摺動自在に摩擦接触し、半径方向内側の第２接触部（１６ｂ）がミッドフォイル（１５）の外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナル（１１）の半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生し、かつ重力の方向に対して静止保持部材（１２）の下半部に位置する下部バンプフォイル（１６Ｌ）の摩擦減衰力の総和は、上半部に位置する上部バンプフォイル（１６Ｕ）の摩擦減衰力の総和よりも大きくなるように設定されているフォイル式流体軸受であって、
前記フォイルアセンブリ（１３）の下半部の剛性を上半部の剛性よりも高くするために、
前記上部バンプフォイル（１６Ｕ）が、半径方向外側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各部分円筒部の先端が前記第１接触部（１６ａ）とされると共に各平坦部が前記第２接触部（１６ｂ）とされ、且つ前記下部バンプフォイル（１６Ｌ）が、半径方向内側に向けて先端が突出する部分円筒部の基端間を平坦部を介して連続させた波板状に各々構成されていて各平坦部が前記第１接触部（１６ａ）とされ且つ各部分円筒部の先端が前記第２接触部（１６ｂ）とされることを特徴とするフォイル式流体軸受。
回転するジャーナル（１１）の外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材（１２）と、前記空隙に配置されてジャーナル（１１）を支持するフォイルアセンブリ（１３）とを備えてなり、
前記フォイルアセンブリ（１３）は、
軸方向に形成されたスリット（１４ａ）に臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材（１２）の上半部で該静止保持部材（１２）に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の一方向に円筒状に巻かれ、ジャーナル（１１）の外周面を流体膜層を介して支持するトップフォイル（１４）と、
軸方向に形成されたスリット（１５ａ）に臨む一端部が重力の方向に対して静止保持部材（１２）の上半部で該静止保持部材（１２）に固定され、前記一端部から他端部に向けて円周方向の他方向に円筒状に巻かれ、その内周面がトップフォイル（１４）の外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナル（１１）の半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するミッドフォイル（１５）と、
ミッドフォイル（１５）および静止保持部材（１２）間に配置され、円周方向に分割された複数のバンプフォイル（１６Ｕ，１６Ｌ）とから構成され、
前記各々のバンプフォイル（１６Ｕ，１６Ｌ）は、半径方向に弾性変形して円周方向に伸縮し得るように波板状に形成されて一端部が静止保持部材（１２）に固定され、半径方向外側の第１接触部（１６ａ）が静止保持部材（１２）の内周面に摺動自在に摩擦接触し且つ半径方向内側の第２接触部（１６ｂ）がミッドフォイル（１５）の外周面に摺動自在に摩擦接触することにより、ジャーナル（１１）の半径方向外側への移動に対抗する摩擦減衰力を発生するフォイル式流体軸受であって、
重力の方向に対して静止保持部材（１２）の下半部に位置する下部バンプフォイル（１６Ｌ）の摩擦減衰力の総和を、上半部に位置する上部バンプフォイル（１６Ｕ）の摩擦減衰力の総和よりも大きくするために、
下部バンプフォイル（１６Ｌ）および静止保持部材（１２）の相互に接触する摺動面の少なくとも一部に摩擦係数を増加させるコーティング（１８）を施して、このコーティング（１８）により下部バンプフォイル（１６Ｌ）の第１接触部（１６ａ）の摩擦係数を上部バンプフォイル（１６Ｕ）の第１接触部（１６ａ）の摩擦係数よりも大きくしたことを特徴とする、フォイル式流体軸受。
前記コーティング（１８）が、前記下部バンプフォイル（１６Ｌ）の第１接触部（１６ａ）のみに銅コーティングとして施されたことを特徴とする、請求項２に記載のフォイル式流体軸受。
前記下部バンプフォイル（１６Ｌ）の第１接触部（１６ａ）が接触する静止保持部材（１２）の内周面にフリクションフォイル（１９）が設けられ、前記コーティング（１８）が、該フリクションフォイル（１９）のみに銅コーティングとして施されたことを特徴とする、請求項２に記載のフォイル式流体軸受。