JP4401704B2 - フォイル式流体軸受 - Google Patents

Description

本発明は、回転体のジャーナル部の外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材と、空隙に配置されてジャーナル部を支持するフォイルアセンブリとを有するフォイル式流体軸受に関するものである。

数万ｒｐｍで高速回転する回転体の軸受けとして、フォイル（可撓膜）で軸受面を構成し、軸の回転に伴って軸とフォイルとの間に引き込まれる流体の流体圧力によって軸を支持するように構成されたフォイル式流体軸受が知られている。このようなフォイル式流体軸受として、複数の冷却空気導入孔を軸受けスリーブ（静止保持部材）に形成したものが、米国特許第４，４６５，３８４号明細書に開示されている。また、各フォイルの外周面から内周面へと冷却空気が流れるようにフォイルに貫通孔を設けたものが、米国特許第４，８１８，１２３号に開示されている。
米国特許第４，４６５，３８４号 米国特許第４，８１８，１２３号

上記のようなフォイル式流体軸受は、産業上の広い分野に普及しつつあり、より一層の高速化や高負荷に対する耐久性の向上が望まれているが、上記いずれの形式にしても、軸とフォイルとの間の摩擦抵抗損は回転速度の２乗に比例して増大するため、軸受けの高速化および連続耐久性の向上を企図する上には、冷却効率のより一層の向上が不可欠である。

このような要望に応え、フォイル式流体軸受の冷却効率のより一層の向上を実現するために、本発明によるフォイル式流体軸受は、回転体のジャーナル部（４）の外周を環状空隙を介して囲む静止保持部材（２）と、前記ジャーナル部の外周面の略全周に対向するように前記環状空隙に配置された複数の求心力発生フォイル（例えばバンプフォイル７）とを有するフォイル式流体軸受であって、前記静止保持部材は、その軸方向の略中央に円周方向に列設された複数の貫通孔（８）を備えており、当該貫通孔は、前記静止保持部材の軸線に対する傾斜方向が互いに逆方向のものを周方向について互い違いに配置され、前記求心力発生フォイルは、前記貫通孔の位置する部分で軸方向に離間するように分割されている。

本発明によるフォイル式流体軸受は、好ましくは、前記貫通孔が、その開口を前記静止保持部材の内周面における略同一軸線上に並べて対をなし、当該対をなす貫通孔は、前記静止保持部材の外周側から内周側に向かって互いに近接する方向に傾斜している。

本発明によるフォイル式流体軸受は、好ましくは、前記静止保持部材の内周側における軸方向の略中央部に環状溝（１１）が当該静止保持部材の全周に亘って形成され、当該環状溝の底面に前記貫通孔が開口している。

本発明によるフォイル式流体軸受は、好ましくは、前記環状溝は、前記貫通孔が開口する部分の幅が、互いに隣り合う前記貫通孔同士間の部分の幅よりも小さい。

本発明によるフォイル式流体軸受は、好ましくは、前記静止保持部材の内周面に対する前記貫通孔の開口部にすり鉢状の円錐面（１０）が形成されている。

本発明によるフォイル式流体軸受によれば、貫通孔から新鮮な空気を流入させてフォイルに接触させることができるので、同一回転速度におけるフォイルの昇温特性が大幅に向上する。これにより、フォイルが熱的に平衡状態となる温度が低下し、より一層高速での使用が可能となり、しかも高負荷での耐久性が向上する。

特に、貫通孔の軸線を静止保持部材の法線に対して傾斜させるものとすれば、静止保持部材と複数の求心力発生フォイルとの間の環状空隙への空気の流入が円滑になる。

また、貫通孔の軸線を、静止保持部材の軸線に対して傾斜させるものとし、且つ静止保持部材の軸線に対する傾斜方向を互いに逆向きにすると共に、その開口を前記静止保持部材の内周面における同一軸線上に並べたり、前記静止保持部材の軸線に対する傾斜方向が互いに逆方向のものを互い違いに配置したりするものとすれば、貫通孔から流入する空気を拡散してフォイルに広く行き渡らせることができるので、フォイルの冷却効果の全周に渡る均一化をより一層促進することができる。

さらに、静止保持部材の内周の全周に渡って環状溝を形成するものとすれば、環状溝を介して新鮮な空気が全周に流通するので、フォイルの冷却効果が全周に渡って均一化される。

以下に添付の図面に示した好適実施例を参照して本発明について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明による流体軸受の一例を示している。なお、各図においては、各部の関係を分かり易く示すために実用上の寸法比は無視している。

このフォイル式流体軸受１は、内周輪郭が円筒形をなす静止保持部材２と、静止保持部材２の内周面に取り付けられたフォイルアセンブリ３とからなっている。フォイルアセンブリ３は、軸線に直交する断面の輪郭が実質的に真円をなすジャーナル部４を挿通した際に静止保持部材２の内周面とジャーナル部４の外周面との間に画成される環状空隙Ｇに配置されている。

フォイルアセンブリ３は、径方向内側に配置されたトップフォイル５と、その外側に配置されたミッドフォイル６と、そのさらに外側に配置された複数のバンプフォイル７とからなっている。

トップフォイル５は、平坦なシート材を略円筒状に湾曲させたものであり、その一端を静止保持部材２の上部内周面に溶接付けし、且つその他端を時計回り方向に延出させてジャーナル部４に巻回されている。

ミッドフォイル６は、トップフォイル５と同様に、平坦なシート材を略円筒状に湾曲させたものであり、その一端をトップフォイル５の一端と隣接する位置に溶接付けし、且つその他端をトップフォイル５と反対方向に延出してトップフォイル５の外周面の略全周に渡って重ね合わせている。

複数のバンプフォイル７は、それぞれが径方向外向きに突出する複数のアーチ形部分７ａを周方向に連続させた波板上をなし、各一端７ｂを静止保持部材２の内周面に溶接付けして静止保持部材２の内周面に周方向に並べられている。各バンプフォイル７は、アーチ形部分７ａの頂部が静止保持部材２の内周面に摺接し、各アーチ形部分同士の接続部７ｃ及び他端７ｄがミッドフォイル６の外周面に摺接しており、アーチ形部分７ａの弾性変形により、求心方向の弾発力をジャーナル部４に常時作用させている。

静止保持部材２の内周面に周方向について列設された複数のバンプフォイル７は、それぞれが軸方向の中間位置にて２つに分割されており、両者の間には、全周に渡って連続する所定幅の隙間Ｓが開いている（図２）。

他方、静止保持部材２における２分割されたバンプフォイル７の隙間Ｓに整合する位置には、円周を略等分割する位置に、複数の貫通孔８が設けられている。また静止保持部材２の外周面には、適宜な軸方向幅の周方向溝９が全周に渡って凹設されており、静止保持部材２を図示省略した軸受箱に装着した際に、静止保持部材２を外囲する環状空隙（図示せず）が形成されるようになっている。

回転体を高速回転する際に、周方向溝９内、つまり上記の静止保持部材２を外囲する環状空隙に空気を送り込むと、貫通孔８から空気が吹き出す。この空気は、波板上をなすバンプフォイル７のアーチ形部分７ａの内面を軸方向外向きに流れ、バンプフォイル７並びにミッドフォイル６を好適に冷却する。

静止保持部材２の内周面に対する貫通孔８の開口部に、図３に示したようなすり鉢状の円錐面１０を形成すると、貫通孔８から吹き出す空気の拡散効果を高めることができる。

貫通孔８は、図４に示したように、その軸線を静止保持部材２の円周の法線に対して適宜に傾斜させることもできる。このような傾斜を貫通孔８に与えることにより、静止保持部材２の内周面とミッドフォイル６の外周面との間に画成される環状空隙Ｇへの空気流が円滑になり、フォイルアセンブリ３の冷却効果の促進が期待できる。

貫通孔８は、図５に示したように、その軸線を静止保持部材２の中心軸線に対して傾斜させることもできる。そしてこの場合は、静止保持部材２の軸線に対する傾斜方向を互いに逆向きにして２組の貫通孔８ａ・８ｂを穿設すると共に、これらの開口を、静止保持部材２の内周面における略同一軸線上に互いに近接させて並べるものとしてある。これにより、２組の貫通孔８ａ・８ｂから吹き出した空気は、両貫通孔８ａ・８ｂの開口から吹き出したところで互いにぶつかり合い、そこで拡散するので、フォイルアセンブリ３に空気が広く行き渡り、フォイルアセンブリ３の冷却効果の全周に渡る均一化がより一層促進される。

図６及び図７は、本発明の別例を示している。本実施例においては、静止保持部材２の内周側の軸方向中間部、つまり２つに分割されたバンプフォイル７同士の軸方向隙間Ｓに概ね整合する位置に、中心軸を通る平面上での形状が矩形をなす環状溝（円周方向溝）１１が全周に渡って形成されている。そしてこの環状溝１１の底面に、貫通孔８が開口している。

上記と同様にして空気を供給すると、貫通孔８から吹き出した空気は、ミッドフォイル６の外周面に衝突した後、環状溝１１内に拡散し、複数のバンプフォイル７の各アーチ形部分７ａを均一に冷却する。特にバンプフォイル７とミッドフォイル６との対向面間を新鮮な空気が流れることにより、発熱源に近い側の吸熱効率が高められる。

この環状溝１１の幅とバンプフォイル７の軸方向隙間Ｓの寸法とは、略同等か、或いは溝幅の方が狭くされている。

環状溝１１の底面に開口させる貫通孔８は、図４、図５に示した傾斜を付すことにより、環状溝１１内での空気の拡散効果のより一層の促進を期待できる。また、図８に示したように、静止保持部材２の軸線に対する傾斜方向が互いに逆方向のもの８ｃ・８ｄを、周方向について互い違いに配置し、環状溝１１内への吹き出し方向が周方向に隣り合うもの同士で互いに逆方向となるようにしても、空気の拡散効果の促進を期待できる。

環状溝１１の幅を一定とせず、図９に示したように、貫通孔８の開口する部分の幅を、互いに隣り合う貫通孔８同士間の部分の幅よりも小さくすることにより、環状溝１１内への吹き出し直後の空気の拡散効果を高め、かつ流速を不定にして複数のバンプフォイル７の冷却作用の均一化を期待できる。

バンプフォイル７の軸方向についての分割は、個々のバンプフォイル７の変形し易さをより一層高め、その結果、個々のバンプフォイル７が効果的に摩擦減衰力を発揮し、高速回転時の不安定振動の抑制効果を高める上にも有効である。

上述した構造は、本発明の概念を説明するために例示したものに過ぎず、実用に当たっては、各実施例に示した構造を相互に組み合わせて、或いは適宜に変形して適応し得ることは言うまでもない。またフォイルアセンブリの構成についても、シート状フォイルの数や、求心力発生フォイルの形状は上記に限定されず、その他の形式のフォイルにも応用可能である。

本発明に係るフォイル式流体軸受は、安定的な高速回転並びに高負荷での耐久性を要求される回転体を支持する部分に広く適用できる。

本発明によるフォイル式流体軸受けの一例の軸方向中間部での側断面である。（実施例１） 本発明によるフォイル式流体軸受けの一例を一部切除して示す斜視図である。（実施例１） 貫通孔の別例を示す要部正断面図である。（実施例２） 貫通孔の別例を示す要部側断面図である。（実施例３） 貫通孔の別例を示す要部正断面図である。（実施例４） 本発明によるフォイル式流体軸受けの別例の軸方向中間部での側断面である。（実施例５） 本発明によるフォイル式流体軸受けの別例を一部切除して示す斜視図である。（実施例５） 貫通孔の別例を示す要部正断面図である。（実施例６） 環状溝の形状の別例を示す要部展開図である。（実施例７）

符号の説明

１ フォイル式流体軸受
２ 静止保持部材
３ フォイルアセンブリ
４ ジャーナル部
５ トップフォイル（シート状フォイル）
６ ミッドフォイル（シート状フォイル）
７ バンプフォイル（求心力発生フォイル）
８ 貫通孔
１１ 環状溝

Claims (4)

1. 回転体のジャーナル部の外周を環状空隙を介して囲む静止保持部材と、前記ジャーナル部の外周面の略全周に対向するように前記環状空隙に配置された複数の求心力発生フォイルとを有するフォイル式流体軸受であって、
   前記静止保持部材は、その軸方向の略中央に円周方向に列設された複数の貫通孔を備えており、当該貫通孔は、前記静止保持部材の軸線に対する傾斜方向が互いに逆方向のものを周方向について互い違いに配置され、
   前記求心力発生フォイルは、前記貫通孔の位置する部分で軸方向に離間するように分割されていることを特徴とするフォイル式流体軸受。
2. 前記静止保持部材の内周側における軸方向の略中央部に環状溝が当該静止保持部材の全周に亘って形成され、当該環状溝の底面に前記貫通孔が開口していることを特徴とする請求項１に記載のフォイル式流体軸受。
3. 前記環状溝は、前記貫通孔が開口する部分の幅が、互いに隣り合う前記貫通孔同士間の部分の幅よりも小さい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。
4. 前記静止保持部材の内周面に対する前記貫通孔の開口部にすり鉢状の円錐面が形成されている請求項１に記載のフォイル式流体軸受。

Images