JP4644217B2

JP4644217B2 - フォイル式流体軸受の製造装置

Info

Publication number: JP4644217B2
Application number: JP2007041557A
Authority: JP
Inventors: 大介加藤; 良樹森下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: US8032998B2; JP2008200823A; US20080205803A1

Description

本発明は、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材と、その静止保持部材の内側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有するフォイル式流体軸受けの製造装置に関する。

従来、数万〜数十万回転／分で高速回転する回転体の軸受けとして、フォイルで軸受面を構成し、軸の回転に伴って軸とフォイルの間に流体が引き込まれ、発生する流体圧力によりフォイルが変形して隙間に流体膜が形成されるようにしたフォイル式流体軸受が知られている。

この種のフォイル式流体軸受は、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材と、その静止保持部材の内側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有しており、フォイルアセンブリは、例えば、静止保持部材の内周面に波板状のバンプフォイル、環状のミッドフォイルおよび環状のトップフォイルを径方向外側から内側に向かって順次積層して構成される。各フォイル部材は、適切な軸受性能を得るために、静止保持部材に対して精度良く位置決めして取り付ける必要がある。

フォイル部材を静止保持部材に対して取り付けるための技術としては、例えば、第１及び第２のフォイル部材（トップフォイル及びミッドフォイル）の一端部を互いに接合して径方向に延びる回転防止フィンを形成するとともに、弾性支持体（バンプフォイル）に径方向に突出するフランジ部を設け、それら回転防止フィン及びフランジ部を静止保持部材に設けたスロットに装着したフォイル式流体軸受が存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２３３４２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術は、回転防止フィン及びフランジ部をスロットに挿入してフォイルの回転の防止を図るものであるが、フォイルの位置決めの精度までは考慮されておらず、また、静止保持部材にスロットを設ける必要があるため加工の手間がかかるという問題もあった。

また、フォイル式流体軸受が、静止保持部材の内周面に沿って複数のバンプフォイルを溶接付けにより列設した構成を有するような場合には、上記従来技術を適用することは困難であった。従って、そのような構成を有するフォイル式流体軸受では、静止保持部材に対してフォイルを精度良く位置決めして取り付けるために、熟練した作業者が必要となるという不都合があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材の内周面に対し、波形部を有する複数のフォイル部材を周方向に高精度かつ容易に位置決めして溶接付けすることを可能としたフォイル式流体軸受の製造装置を提供することを主目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材の内周面に対し、波形部を有する複数のフォイル部材を周方向に列設してなるフォイル式流体軸受の製造装置であって、前記フォイル部材の波形部の少なくとも一部に対応する形状をなす波形対応部を設けた円筒外周部を有し、前記波形対応部を前記フォイル部材の波形部に係合させた状態で前記静止保持部材の内側に挿入されることで、前記静止保持部材の内周面に対する前記フォイル部材の位置決めを行う位置決め部材を備え、前記位置決め部材は、その円筒外周部に軸方向に沿って開口するスロットを有し、内側から当該スロットを介して前記フォイル部材を前記静止保持部材の内周面に溶接するようにした構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明として、前記静止保持部材を支持する基台を備え、当該基台が、前記静止保持部材を軸方向に移動する移動機構を有する構成とすることができる。この場合、静止保持部材を移動させてフォイル部材の中央から両端部の順で溶接を実行することで、溶接時のフォイル部材の意図しない変形を効果的に防止することができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明として、前記静止保持部材を支持する基台を備え、当該基台が、静止保持部材を軸心周りに回動させる回動機構を有する構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、静止保持部材の内周面に対し、波形部を有する複数のフォイル部材を周方向に高精度かつ容易に位置決めして溶接付けすることが可能となり、溶接時のフォイル部材の意図しない変形を防止することができる。また、上記第２の発明によれば、溶接の際に静止保持部材を軸方向に移動させることで、溶接用の電極を移動させることなく溶接の軸方向位置を変更することができるので、溶接を高精度に安定して実施することが可能となる。また、上記第３の発明によれば、溶接の際に静止保持部材を回動させることで、溶接用の電極を移動させることなく溶接対象（複数のフォイル部材のいずれか）または溶接の周方向位置を変更することができるので、溶接を高精度に安定して実施することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るフォイル式流体軸受の製造装置により製造された軸受の側断面図であり、図２は、その軸受を一部切除してして示す斜視図である。各図は、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示している。また、フォイルアセンブリの溶接部を模式的に●印で示している。

このフォイル式流体軸受１は、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４の外周面との間に画成される環状の空隙Ｇに配置され、ジャーナル４を回転自在に支持する。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とからなる。各フォイル５〜７には、耐熱性、耐クリープ性等に優れたニッケル系合金等の材料が使用される。

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４に巻回させている。

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。

バンプフォイル７は、ジャーナル４の求心力を発生させるための波形部を有するフォイル部材である。本実施形態では、バンプフォイル７は、径方向外向きに突出する複数のアーチ形部７ａを周方向に連続させた波板状をなし、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複数並べられている。各バンプフォイル７は、アーチ形部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７ａの弾性変形により、求心方向の弾発力をジャーナル４に常時作用させている。

次に、本発明に係るフォイル式流体軸受の製造装置の構成について説明する。

図３は、本発明に係るフォイル式流体軸受の製造装置の分解斜視図であり、図４は、その製造装置の縦断面図であり、図５は、その製造装置における溶接時の静止保持部材に対するバンプフォイルの固定状態を示す断面図である。

この製造装置１１は、図３及び図４に示すように、静止保持部材２に対してバンプフォイル７を位置決めして固定するためのフォイル固定治具（位置決め部材）１２と、フォイル固定治具１２に固定された状態のバンプフォイル７が挿入された静止保持部材２を保持するホルダ部材１３と、ホルダ部材１３を支持する基台１４と、バンプフォイル７を静止保持部材２に溶接付けするための溶接装置１５とを主として備える。

フォイル固定治具１２は、略円筒状をなし、図５に示すように、その外周面と静止保持部材２の内周面との間にバンプフォイル７を固定することが可能である。フォイル固定治具１２には、バンプフォイル７の波形に対応する形状をなす複数の波形対応部２１が設けられている。各波形対応部２１は、フォイル固定治具１２の外周面から突出し、軸方向に垂直な断面がバンプフォイル７のアーチ形部７ａに対応するアーチ型をなす。波形対応部２１をバンプフォイル７の１つのアーチ形部７ａの内側に嵌入するようにして波形対応部２１とバンプフォイル７とをそれぞれ係合させることで、静止保持部材２の内周面に対するバンプフォイル７の位置決めが可能となる。

なお、波形対応部２１は、バンプフォイル７の位置決め部材として機能する限りにおいて種々の変更が可能である。本実施形態では各バンプフォイル７に対して１つの波形対応部２１を設けているが、例えば、各バンプフォイル７に対して複数の波形対応部２１を設けた構成も可能である。また、波形対応部２１の形状は、アーチ型に限らず少なくともバンプフォイル７の波形の一部に対応するものであればよく、例えば、アーチ形部同士の接続部７ｃを嵌入可能な凹状をなすものでもよい。

また、フォイル固定治具１２は、その円筒外周部において略軸方向に沿って開口する複数のスロット２２を有している。これらのスロット２２の位置は、波形対応部２１により位置決めがなされた状態における各バンプフォイル７の一端７ｂの位置に対応している。また、スロット２２の形状（軸方向長さ及び周方向長さ）は、バンプフォイル７の一端７ｂの溶接部位をフォイル固定治具１２の内側に適切に露出可能なように設定されている。これにより、フォイル固定治具１２の内側からスロット２２を介してバンプフォイル７の一端７ｂを静止保持部材２の内周面に対して溶接付けすることが可能となる。なお、スロット２２の配置や形状は、ここに示したものに限らず、溶接部位をフォイル固定治具１２の内側に適切に露出可能な限りにおいて種々の変更が可能である。

ホルダ部材１３は、図３及び図４に示すように、円筒部１６と、その一端側に設けられたフランジ部１７とからなり、その中央には開口部１８が設けられている。この開口部１８内には、図４に示すように、静止保持部材２の外径に適合する大きさの径を有し、静止保持部材２を嵌入可能とした環状凹部１８ａと、フォイル固定治具１２の外径に適合する大きさの径を有し、フォイル固定治具１２の一部を嵌入可能とした環状凹部１８ｂとが設けられている。

基台１４は、図３及び図４に示すように、ベース体３１と、ベース体３１上で一定方向に移動自在に設けられた可動支持体３２とを有する。基台１４は、ベース体３１の上面に設けられた直線状のガイドレール３３に対して可動支持体３２の底面に設けた溝３４をスライド可能に嵌合させた移動機構を有している。これにより、可動支持体３２がガイドレール３３に沿ってベース体３１上を移動可能である。可動支持体３２の下方に左右対称に設けられた脚部３５にはボールプランジャ３６が取り付けてあり、このボールプランジャ３６がベース体３１の上面に列設された複数の係止穴３７に係止されることで可動支持体３２の位置決めが可能である。また、可動支持体３２の支持部３８には、ホルダ部材１３の円筒部１６の外径に適合する径の開口部３８ａが設けられており、ホルダ部材１３は、その円筒部１６が開口部３８ａに挿入されるとともに、フランジ部１７が支持部３８の側面３８ｂに当接した状態で開口部開口部３８ａに支持される。

ここで、基台１４は、ホルダ部材１３の円筒部１６の外周面を開口部３８ａの周面に摺動可能に接触させた回動機構を有しており、これにより、ホルダ部材１３が可動支持体３２の支持部３８に対して回動可能となっている。また、支持部３８の上部には、インデックスプランジャ３９が取り付けられており、その先端の係止突起３９ａは開口部３８ａまで貫通して、ホルダ部材１３の円筒部１６の外周面に一定間隔で周方向に列設された係止穴４１に係合可能に設けられている。これにより、ホルダ部材１３をその回動方向に所定ピッチずつ回動させながら位置決めすることが可能となっている。

溶接装置１５は、バンプフォイル７を静止保持部材２の内周面に対してスポット溶接するための装置であって、図４に示すように、溶接用の電極５１を支持するヘッド部５２を有している。ヘッド部５２は、溶接時にはフォイル固定治具１２内に配置され、その内側からスロット２２を介してバンプフォイル７を静止保持部材２の内周面に対して溶接付けする。また、ヘッド部５２は、図示しないアームによって上下方向（静止保持部材２の径方向）に移動可能なように支持されており、これにより、電極５１の先端がバンプフォイル７の溶接部位に対して離接自在となっている。

なお、各バンプフォイル７の溶接付けの際には、上述のようなベース体３１上での可動支持体３２の移動及びホルダ部材１３の回動により、ヘッド部５２はほぼ固定された状態（溶接時の上下移動のみ）で溶接対象（複数のバンプフォイル７のいずれか）及びその溶接位置の変更が可能である。このような構成により溶接精度を高めることができる。

次に、上記構成の製造装置を用いたフォイル式流体軸受の製造方法について説明する。

まず、オペレータは、各バンプフォイル７の所定のアーチ形部７ａに対してフォイル固定治具１２の波形対応部２１を嵌め込み、その状態でそれらを静止保持部材２に挿入することで、フォイル固定治具１２の周面と静止保持部材２との間に各バンプフォイル７を固定する。続いて、その静止保持部材２をホルダ部材１３の開口部１８に嵌入し、さらに、そのホルダ部材１３を基台１４の開口部３８ａに挿入して支持させる。このとき、図５に示すように、１つのバンプフォイル７の溶接部位である一端７ｂがフォイル固定治具１２の内側にスロット２２を介して露出され、溶接装置１５の電極５１で溶接可能な状態となる。

バンプフォイル７の溶接付けは、溶接装置１５のヘッド部５２をその待機位置から溶接実施位置（図５に想像線及び実線でそれぞれ示す）まで下降させ、電極５１をバンプフォイル７に当接させた状態で行う。そこで、その当接位置に概ね点状をなす溶接部が形成されて溶接付けが完了すると、ヘッド部５２を再び待機位置に上昇させ、図４に想像線で示したように、ヘッド部５２は不動のままで可動支持体３２をベース体３１上で所定量だけ移動させることで溶接位置を変更する。ここでは、１つのバンプフォイル７の一端７ｂに対して軸方向に５箇所のスポット溶接を実施し、この溶接は、図６に破線の○印で示す軸方向の中央部Ａ、前端部Ｂ、後端部Ｃ、前側中間部Ｄ、後側中間部Ｅの順で溶接位置を変更して行う。これにより、溶接の歪みを軽減してバンプフォイル７を静止保持部材２に精度良く固定することができる。

１つのバンプフォイル７の一端７ｂの溶接付け（ここでは、図６のＡ〜Ｅの５箇所）が完了すると、ホルダ部材１３を回動させてインデックスプランジャ３９により割出しを行うことで、次に溶接対象となる別のバンプフォイル７の一端７ｂを溶接可能な位置（即ち、図５に示した溶接用の電極５１に対向する位置）に移動させる。そこで、上述と同様の溶接付けを行う。

このような溶接動作が各バンプフォイル７に対して実行され、全てのバンプフォイル７の溶接付けが完了すると、フォイル固定治具１２を取り外し、ミッドフォイル６及びトップフォイル５の溶接付けを適宜実行する。これにより、フォイル式流体軸受１の製造が終了する。なお、ミッドフォイル６及びトップフォイル５の溶接付けについては従来と同様であり、詳細な説明は省略する。

本発明に係るフォイル式流体軸受の製造装置は、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材の内周面に対し、波形部を有する複数のフォイル部材を周方向に高精度かつ容易に位置決めして溶接付けすることを可能とするので、ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材と、その静止保持部材の内側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有するフォイル式流体軸受の製造装置として有用である。

本発明に係る製造装置により製造されたフォイル式流体軸受の側断面図フォイル式流体軸受を一部切除してして示す斜視図本発明に係る製造装置の分解斜視図本発明に係る製造装置の縦断面図静止保持部材に対する溶接前のバンプフォイルの固定状態を示す断面図バンプフォイルの溶接順序の説明図

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
７バンプフォイル（波形をなすフォイル部材）
７ａアーチ型部
１１製造装置
１２フォイル固定治具（位置決め部材）
１３ホルダ部材
１４基台
１５溶接装置
５１溶接用電極
２１波形対応部
３３ガイドレール
３４溝

Claims

ジャーナルの外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材の内周面に対し、波形部を有する複数のフォイル部材を周方向に列設してなるフォイル式流体軸受の製造装置であって、
前記フォイル部材の波形部の少なくとも一部に対応する形状をなす波形対応部を設けた円筒外周部を有し、前記波形対応部を前記フォイル部材の波形部に係合させた状態で前記静止保持部材の内側に挿入されることで、前記静止保持部材の内周面に対する前記フォイル部材の位置決めを行う位置決め部材を備え、
前記位置決め部材は、その円筒外周部に軸方向に沿って開口するスロットを有し、内側から当該スロットを介して前記フォイル部材を前記静止保持部材の内周面に溶接するようにしたことを特徴とするフォイル式流体軸受の製造装置。
前記静止保持部材を支持する基台を備え、当該基台が、前記静止保持部材を軸方向に移動する移動機構を有す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の製造装置。
前記静止保持部材を支持する基台を備え、当該基台が、前記静止保持部材を軸心周りに回動させる回動機構を有す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の製造装置。