JP5333246B2

JP5333246B2 - 動圧気体軸受

Info

Publication number: JP5333246B2
Application number: JP2010004575A
Authority: JP
Inventors: 浩司堀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: JP2011144846A

Description

本発明は、航空機のエアサイクルマシン、ヘリウム液化装置の膨張タービン、自動車のターボチャージャ等の高速回転機械に使用される軸受に関し、特に、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成された気体膜により荷重を支持する動圧気体軸受に関する。

高速回転機械用に使用される軸受として、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成した空間により両部材間に薄い気体膜を生じさせ、この気体膜の潤滑作用により荷重を支持する動圧気体軸受が従来知られている。

このような従来の動圧気体軸受の一例として、複数枚のフォイルを固定部材にそれぞれ係止するとともに、互いに隣接するフォイルを重ね合わせ、軸に近い側のフォイルをたわませて固定部材に近い側のフォイルに支持させる構成のものが知られている（特許文献１参照）。

特開平４−５４３０９号公報

しかして、前記特許文献１のもののような構成では、複数枚のフォイルそれぞれの下流側端部を順次固定部材に取り付けるようにしているので、フォイルに過大な押さえつけ力が作用した際には、気体膜からの圧力を受けた際にアッパーフォイルとアンダーフォイルとが同じ方向に延伸しようとする。すると、アッパーフォイルとアンダーフォイルとが互いに摺動する際の相対移動の量が小さくダンピング効果を得にくいので、フォイルに過大な押さえつけ力が作用した際に振動や騒音が発生しやすくなるという不具合が存在する。

本発明は、以上を踏まえ、アッパーフォイルとアンダーフォイルとを互いに大きく摺動させてより効果的にダンピング効果が得られるようにすることにより、振動や騒音の発生を抑制することを目的とする。

すなわち本発明に係る動圧気体軸受は、軸受ハウジングと、この軸受ハウジングと軸との間に設けてなる複数のフォイルとを具備し、フォイルの周方向中間部の軸方向端部に、該フォイルを軸受ハウジングに対して位置決めするための突起を設けているとともに、この突起を、前記フォイルを形成する部材の軸方向端部を屈曲させることにより形成しており、各フォイルの下流側の部位を、周方向に隣接するフォイルの上流側の部位の軸側に重ね合わせた状態で各フォイルを軸受ハウジングに取り付けるようにしている動圧気体軸受であって、前記突起の突出端に設けた折り返し部が軸受ハウジングに接触するとともに、前記フォイルが軸受ハウジングに向けて押し付けられた際に前記突起の折り返し部が弾性変形し、さらに、前記フォイルと前記軸受ハウジングとの間に、前記突起の折り返し部が弾性変形した際にフォイルが前記軸受ハウジングに近接することを許容するための隙間が設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、各フォイルの下流側を軸に対向するアッパーフォイルとして機能させるとともに、各フォイルの上流側を、前記アッパーフォイルと前記軸受ハウジングの内壁との間に位置し、前記内壁に対向するアンダーフォイルとして機能させることで、フォイルに過大な押さえつけ力が作用した際にアンダーフォイルとアッパーフォイルとが逆方向に移動し、これらの間の相対的な摺動量を大きくしてより確実にダンピング効果を得られる構成の動圧気体軸受を、より少ない手間で実現することができる。

さらに、前記突起の突出端に設けた折り返し部が軸受ハウジングに接触するとともに、前記フォイルが軸受ハウジングに向けて押し付けられた際に前記突起の折り返し部が弾性変形することから、アッパーフォイルがさらに軸受ハウジングに近接し、アンダーフォイルとアッパーフォイルとがさらに大きく相対移動するので、アンダーフォイルとアッパーフォイルとの間の摩擦を利用したダンピング効果をより大きく得ることができる。

本発明に係る動圧気体軸受の構造によれば、フォイルの上流側を軸受ハウジングの内壁に対向するアンダーフォイル、下流側をこのアンダーフォイルと軸との間に位置するアッパーフォイルとすることで、フォイルに過大な押さえつけ力が作用した際にアンダーフォイルとアッパーフォイルとが逆方向に移動するので、これらの間の相対的な摺動量を大きくしてより確実にダンピング効果を得ることができる。従って、より効果的に振動や騒音の発生を抑制することができる。

本発明に関連する一参考例に係る動圧気体軸受を示す正面図。同参考例に係るフォイルを示す斜視図。同参考例に係るフォイルを示す側面図。本発明の一実施形態に係る動圧気体軸受を示す正面図。

以下、本発明の説明に先立ち、本発明に関連する一参考例を、図面を参照して説明する。

本参考例に係る軸受は、図１に概略正面図、図２に要部の中央横断面図をそれぞれ示すようなジャーナル軸受であり、軸２を取り付ける対象である軸受ハウジング１と軸２との間に設けられる。すなわち、前記軸受ハウジング１の内壁１ａに設けられる。また、この軸受は、複数のフォイル３を具備するものであって、これら複数のフォイル３を軸２と前記軸受ハウジング１との間に配した際に、一のフォイル３と、他のフォイル３とが重なり合い、各フォイル３の一部が軸２に対向するアッパーフォイル３１として機能するとともに、各フォイル３の他の一部が前記アッパーフォイル３１と前記内壁１ａとの間に位置し、内壁１ａに対向するアンダーフォイル３２として機能する。そして、前記フォイル３と前記軸２との間に図示しない気体膜を形成し、この気体膜の気圧を利用して軸２を支持する。すなわち、本参考例に係る軸受は、フォイル型のジャーナル気体軸受である。なお、前記図１及び図２では、フォイル３は形状の理解を容易にするため、一定の厚さで示されているが、実際には、例えば０．１〜０．２ｍｍの板状であり、かつ軸２を巻回する環状に形成されている。

さらに詳述すると、前記フォイル３は、本参考例ではいずれも板状をなし、前記内壁１ａに沿って配置される。また、このフォイル３の周方向中間部の軸方向端部には、該フォイル３を軸受ハウジング１に対して位置決めするための突起３３を設けているとともに、この突起３３を、前記フォイル３を形成する部材の軸方向端部を屈曲させることにより形成している。さらに詳述すると、この突起３３は、図２に示すように、フォイル３の周方向中間部の軸方向両端部からそれぞれ軸方向に突出する接続部３３ａと、この接続部３３ａの端部を軸２から離間する方向に折り返して形成してなるとともに前記軸受ハウジング１に設けた凹部１ｘに挿入させてなる突出部３３ｂとを有する。そして、本参考例では、各フォイル３の下流側ほぼ半分を、周方向に隣接するフォイル３の上流側ほぼ半分の軸２側に重ね合わせた状態で、前記突起３３の突出部３３ｂを軸受ハウジング１に設けた凹部１ｘに挿入することによりフォイル３を軸受ハウジング１に取り付けるようにしている。すなわち、前記図１及び図４に示すように、各フォイル３の下流側ほぼ半分が、軸２に対向するアッパーフォイル３１として機能するとともに、各フォイル３の上流側ほぼ半分が、前記内壁１ａと他方のフォイル３の前記アッパーフォイル３１として機能する部分との間に位置するアンダーフォイル３２として機能するようにしている。

ここで、軸２が回転すると、軸２とフォイル３との隙間の空気等の気体が気体の粘性により引張られ、この隙間に形成してなる気体膜Ｓの圧力が上昇する。この圧力上昇によって、まず、各フォイル３のアッパーフォイル３１として機能する部分が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。この際、前記アッパーフォイル３１として機能する部分は、隣接するフォイル３のアンダーフォイル３２として機能する部分に圧接し、前記アンダーフォイル３２として機能する部分が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。そして、気体膜Ｓの形状が、例えば、入口部分から下流側に進むにつれ幅が小さくなるなど、適切な形状に維持され、前記アッパーフォイル３１の下流側端縁近傍すなわち自由端近傍で気体の圧力上昇が生じる。この圧力上昇により軸受は軸２を非接触で支えることになる。

ここで、フォイル３に気体膜Ｓによる押さえつけ力が作用した際には、アンダーフォイル３２は上流側に向かい移動する。一方、アッパーフォイル３１は下流側に向かい移動する。すなわち、フォイル３に過大な押さえつけ力が作用した際には、これらアッパーフォイル３１及びアンダーフォイル３２は互いに逆方向に摺動し、この摺動の際に振動エネルギーを熱エネルギー等に変換して振動を抑制する効果であるダンピング効果が得られる。

以上に述べたように、本参考例に係る軸受の構成によれば、フォイル３の上流側を軸受ハウジング１の内壁１ａに対向するアンダーフォイル３２、下流側をこのアンダーフォイル３２と軸２との間に位置するアッパーフォイル３１とすることで、フォイル３に過大な押さえつけ力が作用した際にアンダーフォイル３２とアッパーフォイル３１とが逆方向に移動し、これらの間の相対的な摺動量を大きくしてより確実にダンピング効果を得られる構成の動圧気体軸受を、より少ない手間で実現することができる。

次いで、本発明の一実施形態を、図４を参照して説明する。なお、上述した参考例におけるものと共通の部位には、共通の名称及び符号を付している。以下、上述した参考例との相違点についてのみ述べる。

本実施形態においては、図４に示すように、突起３３の突出部３３ｂの突出端を折り返して折り返し部３３ｘを設けるとともに、突出端すなわち折り返し部３３ｘを前記軸受ハウジング１の凹部１ｘに当接させ、フォイル３が軸受ハウジング１に向けて押し付けられた際にこの折り返し部３３ｘが弾性変形するようにしている。

このように構成することにより、上述した参考例に係る構成の効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。すなわち、フォイル３が軸受ハウジング１に大きな力で押し付けられ前記突起３３の折り返し部３３ｘが弾性変形した際に、アッパーフォイル３１がさらに軸受ハウジング１に近接し、アンダーフォイル３２とアッパーフォイル３１とがさらに大きく相対移動するので、アンダーフォイル３２とアッパーフォイル３１との間の摩擦を利用したダンピング効果をより大きく得ることができるという効果が得られる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、軸受ハウジングの内壁に対向するアンダーフォイルとなるべき部位に、軸方向に延伸する突条を設ける等の手段により、アッパーフォイルとなるべき部位を軸に向かう方向に付勢するバネとしての機能を付与させてもよい。

また、ジャーナル軸受だけでなく、スラスト軸受に本発明を適用してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…軸受ハウジング
２…軸
３…フォイル
３３…突起

Claims

軸受ハウジングと、この軸受ハウジングと軸との間に設けてなる複数のフォイルとを具備し、フォイルの周方向中間部の軸方向端部に、該フォイルを軸受ハウジングに対して位置決めするための突起を設けているとともに、この突起を、前記フォイルを形成する部材の軸方向端部を屈曲させることにより形成しており、各フォイルの下流側の部位を、周方向に隣接するフォイルの上流側の部位の軸側に重ね合わせた状態で各フォイルを軸受ハウジングに取り付けるようにしている動圧気体軸受であって、
前記突起の突出端に設けた折り返し部が軸受ハウジングに接触するとともに、前記フォイルが軸受ハウジングに向けて押し付けられた際に前記突起の折り返し部が弾性変形し、さらに、前記フォイルと前記軸受ハウジングとの間に、前記突起の折り返し部が弾性変形した際にフォイルが前記軸受ハウジングに近接することを許容するための隙間が設けられていることを特徴とする動圧気体軸受。