JP5472170B2 - 動圧気体軸受 - Google Patents

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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軸受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軸受部材と軸に設けた回転受圧部との間に設けられ、軸の回転の際に気体膜を形成すべく前記回転受圧部との間にクサビ状空間を含む気体膜を形成するアッパフォイルと、このアッパフォイルと前記軸受部材との間に配してなり前記アッパフォイルを前記回転受圧部側に弾性付勢する凸部を有するアンダフォイルとを具備し、前記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（例えば、特許文献１、２を参照）。
ここで、特許文献１記載の構成では、前記クサビ状空間を適切に形成させるべく、アッパフォイルの上流側端縁と軸受部材との間にはアンダフォイルが存在せず、高さ寸法がアンダフォイルの凸部よりも小さなシムを設けている。ところが、このような構成では、アンダフォイルの凸部の高さにばらつきが存在する場合、各凸部とシムの高さとの差もばらつくことになるので、前記クサビ状空間の高さを適切なものに調整することが非常に困難である。
一方、特許文献２記載の構成では、アッパフォイル及びアンダフォイルの形状を、予め前記クサビ状空間の形状に対応させて成形しているが、この場合、アッパフォイル及びアンダフォイルの成形に高い精度が必要とされる。
そのため、高い加工精度を要求することなく、適切なクサビ状空間の形状を容易に得ることができる動圧気体軸受の構成を実現することが要望されている。
米国特許第４２７７７１２号公報 米国特許第６２２４２６３号公報
本発明は以上の点に着目したものであり、適切なクサビ状空間の形状を容易に得ることができる動圧気体軸受の構成を簡単な構成により実現することを所期の目的とする。
すなわち本発明に係る動圧気体軸受は、軸を取り付ける対象である軸受部材と軸に設けた回転受圧部との間に設けられ、軸の回転の際に気体膜を形成すべく前記回転受圧部との間にクサビ状空間を含む気体膜を形成するアッパフォイルと、このアッパフォイルと前記軸受部材との間に配してなり前記アッパフォイルを前記回転受圧部側に弾性付勢する凸部を有するアンダフォイルとを具備するものであって、前記アッパフォイルが、前記アンダフォイルの凸部の上方に位置する部分に該凸部が通過する凸部通過孔を有するアッパフォイルプレートと、一端部を前記アッパフォイルプレートに支持させてなるとともに前記アンダフォイルの凸部に支持される複数のアッパフォイルセグメントとを有し、前記アッパフォイルセグメントの他端部が隣接するアッパフォイルセグメントに重なり合うことを特徴とする。
このようなものであれば、アッパフォイルプレートが存在する領域では軸が回転し気体膜の圧力が発生するとアッパフォイルセグメントが大きく撓む一方、アンダフォイルセグメントが存在する領域ではアッパフォイルセグメントがアンダフォイルの凸部に直接支持されているのでアッパフォイルセグメントのたわみは小さく、従ってアッパフォイルプレートが存在する領域に適切な形状のクサビ状空間が形成される。
本発明によれば、簡単な構成により適切なクサビ状空間の形状を容易に得ることができる動圧気体軸受の構成を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る動圧気体軸受を示す概略図。 同実施形態に係る動圧気体軸受を示す分解斜視図。 同実施形態に係る動圧気体軸受のアッパフォイルを示す平面図。 本発明の他の実施形態に係る動圧気体軸受を示す概略図。
本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ以下に述べる。
本実施形態に係る動圧気体軸受は、図１及び図２に示すように、軸２を取り付ける対象である軸受部材１と軸２に設けた回転受圧部３との間に設けられ、軸２の回転の際に気体膜Ｓを形成すべく前記回転受圧部３との間にクサビ状空間を含む気体膜Ｓを形成するアッパフォイル４と、このアッパフォイル４と前記軸受部材１との間に配してなり前記アッパフォイル４を前記回転受圧部３側に弾性付勢する凸部５ａを有するアンダフォイル５とを具備する。
前記アンダフォイル５は、本実施形態では中心部に軸２を挿し通すための軸挿通孔５ｘを有する円板状をなす部材である。このアンダフォイル５の外周部には、軸受部材１に設けた図示しない位置決め突起と係合することにより周方向の位置決めを行うための位置決め凹部５ｙを設けている。さらに、このアンダフォイル５の前記軸挿通孔５ｘに近い部位には、前記凸部５ａを設けてなるアンダフォイルセグメント５１を複数、具体的には８箇所設けている。このアンダフォイルセグメント５１内には、前記凸部５ａを周方向に複数隣接させて設けた凸部列５１１を、径方向に隣接させて複数設けている。一方、このアンダフォイルセグメント５１を設けていない部位は、平板状のアンダフォイルプレート５２としている。
前記アッパフォイル４は、前記図１、前記図２、及び図３に示すように、前記アンダフォイルプレート５２に対向するとともに、前記アンダフォイルセグメント５１の上方に対応する部分にこのアンダフォイルセグメント５１の凸部５ａが通過する凸部通過孔４１ｘを有するアッパフォイルプレート４１と、一端部を前記アッパフォイルプレート４１に支持させてなるとともに前記アンダフォイル５の凸部５ａに支持される複数のアッパフォイルセグメント４２とを有する。
前記アッパフォイルプレート４１は、上述したように前記アンダフォイルセグメント５１の上方に対応する部分にこのアンダフォイルセグメント５１の凸部５ａが通過する凸部通過孔４１ｘを有するとともに、中央部が軸２を挿し通すべく開口している円板状をなす部材である。そして、互いに隣接する前記アンダフォイルセグメント５１の間に対応する部位のうち４箇所には、径方向に延伸するアッパフォイルセグメント取付部４１１を備えている。また、このアッパフォイルプレート４１の外周部にも、軸受部材１に設けた図示しない位置決め突起と係合することにより周方向の位置決めを行うための位置決め凹部４ｙを設けている。
前記アッパフォイルセグメント４２は、本実施形態では平面視略４分の１円弧状をなす板状の部材であり、本実施形態ではその上流側端縁４２ａを前記アッパフォイルプレート４１のアッパフォイルセグメント取付部４１１に溶接することにより固定している。また、前記アッパフォイルセグメント４２の下流側端縁４２ｂは、隣接するアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａの上方に重なり合うように配している。そして、各アッパフォイルセグメント４２と軸受部材１との間には、アンダフォイルセグメント５１が２つずつ配されている。
ここで、軸２が回転し気体膜Ｓの圧力が発生すると、平面視においてアッパフォイルプレート４１が存在する領域では、アッパフォイルプレート４１と軸受部材１との間に隙間ＳＳが存在するので、アッパフォイルセグメント４２の下流端端縁４２ｂが気体膜Ｓの圧力を受けることにより、このアッパフォイルセグメント４２の下流側に隣接するアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａ、及びこのアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａが固定されているアッパフォイルプレート４１のアッパフォイルセグメント取付部４１１が、前記隙間ＳＳを小さくする方向に大きく撓む。一方、アンダフォイルセグメント５１が存在する領域ではアッパフォイルセグメント４２がアンダフォイル５の凸部５ａに直接支持されているので、アッパフォイルセグメント４２はこの凸部５ａの弾性力により回転受圧部３側に向けて付勢され、アッパフォイルセグメント４２の撓みが小さくなる。このようにして、平面視においてアッパフォイルプレート４１が存在する領域において、アッパフォイルセグメント４２と回転受圧部３との間にクサビ状の空間Ｓが形成される。
以上に述べたように、本実施形態の構成によれば、上述したようにアッパフォイルプレート４１が存在する領域のみでアッパフォイルセグメント４２が大きく撓み、アンダフォイルセグメント５１が存在する領域ではアッパフォイルセグメント４２の撓みは小さくなるので、このことを利用して、簡単な構成により適切な形状のクサビ状空間Ｓを形成することができる。
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らず、種々に変形してよい。
例えば、図４に示すように、各アッパフォイルセグメント４２の下流側端縁４２ｂと、該アッパフォイルセグメント４２の下流側に隣接するアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａとの間に、シムプレート４３を設けてもよい。
このような態様においても、平面視においてアッパフォイルプレート４１が存在する領域において、アッパフォイルプレート４１と軸受部材１との間に隙間ＳＳが存在するので、アッパフォイルセグメント４２の下流端端縁４２ｂが気体膜Ｓの圧力を受けることにより、このアッパフォイルセグメント４２の下流側に隣接するアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａ、及びこのアッパフォイルセグメント４２の上流側端縁４２ａが固定されているアッパフォイルプレート４１のアッパフォイルセグメント取付部４１１が、前記隙間ＳＳを小さくする方向に大きく撓む。その上で、このような構成を採用すれば、アッパフォイルプレート４１とアッパフォイルセグメント４２の下流側端縁４２ｂとの間にシムプレート４３を設けているので、アッパフォイルセグメント４２の厚さ寸法に関わらず、このシムプレート４３の厚さ寸法を適切なものに設定することにより、適切な形状の適切な形状のクサビ状空間Ｓを形成することができる。
また、アンダフォイルセグメント及びアッパフォイルセグメントの数は任意に設定してもよい。さらに、上述した実施形態では、アッパフォイルセグメントの数をアンダフォイルセグメントの数の半数とし、各アッパフォイルセグメントと軸受部材との間にアンダフォイルセグメントが２つずつ配されるようにしているが、各アッパフォイルセグメントと軸受部材との間にアンダフォイルセグメントを１つだけ配するようにしてもよく、アンダフォイルセグメントを３つ以上配するようにしてもよい。
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。
１…軸受部材
２…軸
３…回転受圧部
４…アッパフォイル
４１…アッパフォイルプレート
４１ｘ…凸部通過孔
４２…アッパフォイルセグメント
４３…シムプレート
５…アンダフォイル
５ａ…凸部

Claims (2)

  1. 軸を取り付ける対象である軸受部材と軸に設けた回転受圧部との間に設けられ、軸の回転の際に気体膜を形成すべく前記回転受圧部との間にクサビ状空間を含む気体膜を形成するアッパフォイルと、このアッパフォイルと前記軸受部材との間に配してなり前記アッパフォイルを前記回転受圧部側に弾性付勢する凸部を有するアンダフォイルとを具備するものであって、
    前記アッパフォイルが、前記アンダフォイルの凸部の上方に位置する部分に該凸部が通過する凸部通過孔を有するアッパフォイルプレートと、一端部を前記アッパフォイルプレートに支持させてなるとともに前記アンダフォイルの凸部に支持される複数のアッパフォイルセグメントとを有し、前記アッパフォイルセグメントの他端部が隣接するアッパフォイルセグメントに重なり合うことを特徴とする動圧気体軸受。
  2. 前記アッパフォイルセグメントの他端部と隣接するアッパフォイルセグメントとの間にシムプレートを配している請求項１記載の動圧気体軸受。
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