JP7110398B2 - フォイル軸受 - Google Patents

Description

本発明は、軸受スリーブの内部に配置された少なくとも１つのフォイルを有するフォイル軸受に関する。さらに本発明は、フォイル軸受のための軸受スリーブを製造する方法に関する。

米国特許の特許文献１、およびこれと近縁の欧州特許の特許文献３のドイツ語翻訳である特許文献２より、流体力学的な流体膜と可撓のフォイルとを有するラジアル軸受が公知であり、該ラジアル軸受は、開口部を区切るインサートブッシュのハウジングと、インサートブッシュのハウジングの開口部の内部に配置された弾性フォイル部材と、弾性フォイル部材の内部に配置された流体フォイル部材とを含み、弾性フォイル部材と流体フォイル部材は開口部の形状に合わせて適合化され、ならびに、弾性フォイル部材の流体フォイル部材の内部およびインサートブッシュのハウジングの開口部の内部で回転できるように位置決めされたロータを含み、ロータの回転は開口部の内部でロータの位置を支持してコントロールする力を流体膜で生成し、インサートブッシュのハウジングによって定義される開口部は流体フォイル部材とロータとの間で交互に収束と発散をする流体楔形通路を形成するために円形でない内側輪郭を有し、インサートブッシュの開口部は多数の収束するランプ部と発散する歯状部とを有するための輪郭を有し、該輪郭は流体フォイル部材とロータとの間で交互に収束と発散をする同じ流体楔形通路を形成するように弾性フォイル部材と流体フォイル部材とを強制し、インサートブッシュのハウジングの開口部は狭いフォイル固定スリットを有し、そこでは弾性フォイル部材と流体フォイル部材とに成形された屈曲が、フォイル固定スリットの中に押し込まれて回転と抽出に抗して固定されることをこれらのフォイル部材に可能にする。米国特許の特許文献４、および欧州特許の特許文献６のドイツ語翻訳である特許文献５より、可撓のフォイル・流体膜・ラジアル軸受が公知であり、該フォイル・流体膜・ラジアル軸受は、等しい間隔を有するとともに内部の穴に突入する軸方向に延びる複数のホルダおよび隣接するホルダの間の複数の膨出部を含む内部の穴を有するスリーブと、それぞれスリーブの内部の穴の中でそれぞれ隣接するホルダの間に配置された複数の可撓のフォイルと、それぞれの可撓のフォイルのそれぞれ下で隣接するホルダの間に配置された複数のフォイル支持ばねとを含み、ホルダは全般的にＴ字形状であり、内部の穴は円筒状であり、個々の可撓のフォイルの下の個々のフォイル支持ばねは全般的にＴ字形状の隣接するホルダの間で合流する楔形を形成する。

ＵＳ５，４２７，４５５ ドイツ特許出願公表第６９５２２６８３Ｔ２号明細書 欧州特許第０７５６６７２Ｂ１号明細書 ＵＳ５，９１５，８４１ ドイツ特許出願公表第６９８３２５７９Ｔ２号明細書 欧州特許第０９２７８３１Ｂ１号明細書

本発明の課題は、軸受スリーブの内部に配置された少なくとも１つのフォイルを有するフォイル軸受の製造、特に組立を簡易化することにある。

この課題は、軸受スリーブの内部に配置された少なくとも１つのフォイルを有するフォイル軸受において、軸受スリーブが少なくとも２つの分離されて再び継ぎ合わされた部分体を含むことによって解決される。このフォイル軸受はラジアル軸受として施工され、空気力学式の滑り軸受と呼ぶこともできる。空気力学式の滑り軸受を潤滑するために、気体状の流体、特に空気が利用される。したがって、このフォイル軸受または空気力学式の滑り軸受は、空気軸受と呼ぶこともできる。フォイル軸受の軸受スリーブは、実質的に、中空の直円柱または環状体の形態を有する。したがって、この軸受スリーブは軸受リングと呼ぶこともできる。フォイル軸受の軸受スリーブは最初は一体として、たとえば注型によって製造される。次いで、この一体的な軸受スリーブが製造時に、たとえばクラッキングや破断分離によって意図的に破壊される。このことは特に、分離された２つの部分体をいっそう簡易に加工することができ、特に、いっそう簡易に切削加工できるという利点をもたらす。そして加工された部分体を再び継ぎ合わせることができ、特に物質接合式に継ぎ合わせることができる。

フォイル軸受の１つの好ましい実施例は、軸受スリーブが軸方向に連続する２つの分離線を含み、これらの分離線のところで２つの部分体が物質接合式に互いに結合されることを特徴とする。分離線は、両方の部分体の定義された組み合せを結合前に簡易化する破断線として施工されるのが好ましい。そして、互いに相対的に正確に位置決めされた部分体を簡易な仕方で物質接合式に、特に溶接によって、互いに固定的に結合することができる。その後は、少なくとも２つの部分体からなる軸受スリーブを、一体的な軸受スリーブとまったく同様に使用することができる。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、軸受スリーブが分離線の各端部にそれぞれ刻み目を有することを特徴とする。この刻み目は、軸受スリーブが破断分離されるときに分離線が所望の経路をとることを簡易な仕方で保証する。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、各部分体のうち少なくとも１つがフォイルを固定するためのジオメトリーを有することを特徴とする。フォイルを固定するためのジオメトリーは、たとえば凹部、特に軸方向溝として施工される。フォイルを固定するためのジオメトリーは簡易な仕方で、特に切削式に、部分体で作成することができる。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、分離線が、フォイルを固定するためのジオメトリーの領域で軸受スリーブに配置されることを特徴とする。それにより、フォイルを固定するためのジオメトリーを作成するときの加工を、特に軸受スリーブの部分体の切削加工を、いっそう簡易化することができる。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、両方の部分体がほぼ等しい大きさであることを特徴とする。両方の部分体は、実質的に、軸受スリーブの２つの半体をなす。両方の軸受スリーブ半体は加工のために、特に切削加工のために、完全な軸受スリーブよりもはるかに簡易に取扱可能である。

フォイル軸受のための、特に上で説明したフォイル軸受のための、軸受スリーブを製造する方法では、上に述べた課題は代替的または追加的に、一体的な軸受スリーブが分離線のところで少なくとも２つの部分体に分離され、そのうち少なくとも１つが加工されてから、加工された部分体が再び継ぎ合わされることによって解決される。部分体は一体的な軸受スリーブよりもはるかに簡易に加工することができ、特に切削加工することができる。

本方法の好ましい実施例は、軸受スリーブを少なくとも２つの部分体に分離するために、一体的な軸受スリーブに破断力が軸方向に印加されることを特徴とする。破断力が印加されることで、軸方向に連続する２つの分離線に沿って軸受スリーブが分離される。

本方法の別の好ましい実施例は、部分体のうちの少なくとも１つが切削加工されることを特徴とする。この切削加工では、フォイルを固定するためのジオメトリーが軸受スリーブに刻設されるのが好ましい。その代替または追加として、両方の部分体の相応の加工により、軸受スリーブの内面の非円形の輪郭を特に切削によって生成することができる。

本方法の別の好ましい実施例は、加工された両方の部分体が分離線のところで継ぎ合わされて溶接されることを特徴とする。それにより、内部に複雑なジオメトリーを有する軸受スリーブが簡易な仕方で製作される。

軸受スリーブでフォイルを固定するためのジオメトリーは、フォイルの２つの円周端部区域が係合する軸方向溝を含むのが好ましい。軸方向溝により、フォイルが半径方向で軸方向スリーブに好ましく固定される。

フォイル軸受の好ましい実施例は、軸方向溝が、フォイルの２つの円周端部区域が支持される、互いに円周方向で向かい合う溝側面を有することを特徴とする。それにより、軸受スリーブでのフォイルの安定した支持が簡易な仕方で可能となる。これに加えて、軸受スリーブへのフォイルの組付けが簡易化される。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、軸方向溝が、半径方向で内方に向かって拡張していく台形状の溝断面を有することを特徴とする。軸方向溝の互いに向かい合う溝側面の傾斜位置は、フォイルの円周端部区域が組付状態のときに軸方向溝から外にすべり出ないように選択されるのが好ましい。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、フォイルの円周端部区域が互いに形状接合式に結合されることを特徴とする。この形状接合は、フォイルの円周端部区域が取付状態のとき軸方向で互いに相対的に固定されるように施工されるのが好ましい。軸方向という概念は、フォイル軸受の回転軸を基準とするものである。軸方向とは、フォイル軸受の回転軸の方向もしくはこれに対して平行を意味する。同様に、半径方向はフォイル軸受の回転軸に対して横向きを意味する。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、円周端部区域のうちの一方が、他方の円周端部区域にある差込切欠きに係合する差込ラグを有することを特徴とする。それにより一方では、軸方向溝の中での円周端部区域の軸方向の固定が可能となる。これに加えて、差込接合される円周端部区域を有するフォイルの組付けが著しく簡易化される。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、差込ラグと差込切欠きが長方形の形態を有することを特徴とする。差込ラグと差込切欠きを簡易な仕方で、たとえば打抜きによって、フォイルに生成することができる。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、差込ラグと差込切欠きが台形の形態を有することを特徴とする。台形の形態は互いに反対方向を向いているのが好ましい。すなわち、端部に向かって短くなっていく差込ラグが、端部に向かって短くなっていく差込切欠きと組み合わされ、その逆も成り立つ。

フォイル軸受の別の好ましい実施例は、フォイル軸受が、上側フォイルと、上側フォイルと軸受スリーブとの間に配置された下側フォイルとを含むことを特徴とする。上側フォイルはトップフォイルとも呼ばれる。上側フォイルの内部に、フォイル軸受により支承されるべきシャフトが配置される。下側フォイルはビームフォイルまたはバンプフォイルとも呼ばれる。下側フォイルは弾性装置と組み合わされるのが好ましい。弾性装置は、たとえば多数の弾性ラグの形態で、下側フォイルに組み込まれるのが好ましい。

さらに本発明は、上で説明したフォイル軸受のためのフォイルに関する。フォイルは別個に取扱可能である。

上で説明したフォイル軸受に少なくとも１つのフォイルを組み付ける方法では、上で述べた課題は代替的または追加的に、フォイルが、軸受スリーブの内径よりも小さい外径を有する組付補助装置によって保持され、軸受スリーブへ挿入され、軸方向で位置決めされてから、位置決めされたフォイルを有する軸受スリーブから組付補助装置が取り外されることによって解決される。それにより、フォイル軸受でのフォイルの組付けが、特に２つのフォイルの組付けが、著しく簡易化される。

本発明は、場合により、上で説明した方法に基づいて上に説明したフォイル軸受に少なくとも１つのフォイルを組み付けるための組付補助装置も対象とする。組付補助装置は別個に取扱可能である。

本発明のその他の利点、構成要件、および具体的事項は、図面を参照しながら種々の実施例が個別に記述される以下の説明から明らかとなる。

軸受スリーブの内部に配置された２つのフォイルを有するフォイル軸受の軸受スリーブを示す斜視図である。 図１のフォイル軸受を示す前面図であり、両方のフォイルは、軸受スリーブの軸方向溝に係合する、それぞれの互いに向き合う円周端部区域でのみ図示されている。 図１および図２のフォイル軸受のフォイルを示す平面図である。 組付補助装置を用いて両方のフォイルを組み付けるときの図１および図２のフォイル軸受を示す簡略図である。 図１に類似する図であり、フォイル軸受の軸受スリーブは、分離されて再び継ぎ合わされた２つの部分体を含んでいる。 図５のフォイル軸受を示す前面図であり、フォイルの互いに向き合う両方の円周端部区域だけが図示されている。

図１および図２には、軸受スリーブ２を有するフォイル軸受１がそれぞれ異なる視点で示されている。軸受スリーブ２は軸受リングと呼ぶこともでき、実質的に中空の直円柱の形態を有している。軸受スリーブ２の内部に、フォイル軸受１の２つのフォイル３，４が配置されている。

フォイル３はビーム、バンプ、または下側フォイルとも呼ばれ、軸受スリーブ２と、トップフォイルまたは上側フォイルとも呼ばれるフォイル４との間に配置されている。軸受スリーブ２は半径方向内側に、図１および図２では下側に、軸受スリーブ２でフォイル３，４を固定するためのジオメトリーをなす軸方向溝５を有している。

上側フォイル４は、フォイル軸受１の軸受スリーブ２で、（図１および図２には図示しない）シャフトを回転可能に支承するための役目を果たす内部空間６を区切る。シャフトはたとえば（同じく図示しない）流動機械のロータに属する。

流動機械は、たとえば燃料電池システムの空気供給ユニットの一部である。燃料電池システムでは、流動機械がたとえば圧縮機として施工される。圧縮機は、ロータの好ましい構成要素である圧縮機ホイールを含む。

軸方向溝５は底辺１０を有する台形状の横断面を有し、そこから２つの溝側面８，９が発する。軸方向溝５の溝広さまたは溝幅は、軸方向溝５の台形状の横断面に基づき、半径方向内方に向かって拡張していく。図示しているものとは異なり、軸方向溝５が長方形の横断面、または半径方向内方に向かって狭くなる台形状の横断面を有することもできる。

下側フォイル３は、互いに向き合う２つの円周端部区域１１，１７を有している。上側フォイル４は、互いに向き合う２つの円周端部区域１２，１８を有している。フォイル３，４の円周端部区域１１および１２は差込ラグ１３，１４として施工されており、軸方向溝５の溝側面８に支持される。フォイル３，４の円周端部区域１７，１８は差込切欠き１５，１６として施工されており、軸方向溝５の溝側面９に支持される。

軸方向溝５によって両方のフォイル３，４が半径方向で固定される。軸方向溝５は比較的容易かつ低コストに、たとえばブローチ加工プロセスによって製作可能である。

図３には、両方のフォイル３，４のうちの一方が、ここでは下側フォイル３が、平面図として示されている。下側フォイル３は弾性装置２０を備えている。弾性装置２０は、たとえば下側フォイル３から屹立する、フォイル軸受１で弾性初期応力を生成するための役目を果たす多数の弾性ラグを含む。弾性装置２０の構造と機能はそれ自体として周知である。

図３には、円周端部区域１１にある差込ラグ１３と、円周端部区域１７にある差込切欠き１５とを平面図で見ることができる。上側フォイル４の差込ラグ１４および差込切欠き１６は、下側フォイル３の差込ラグ１３および差込切欠き１５とまったく同様に施工されるのが好ましい。

差込ラグ１３と差込切欠き１５は、長方形の形態を有することができる。

図３では、差込ラグ１３と差込切欠き１５が台形状に構成されていてよいことが破線と点線で示唆されている。破線により、差込ラグ１３と差込切欠き１５が端部に向かって狭くなることが示唆されている。点線により、差込ラグ１３と差込切欠き１５が端部に向かって広くなることもできることが図３に示唆されている。

図４には、好ましくはそれぞれの円周端部区域で差込接合される両方のフォイル３，４を、組付補助装置２５を用いてどのように軸受スリーブ２に組み付けることができるかが簡略化して示されている。組付補助装置２５は、内側の保持体２６と外側の保持体２７とを含んでいる。

内側の保持体２６は、たとえば直円柱または直円柱外套の形態を有する。外側の保持体２７は、軸方向に延びるスリットを備えた直円柱外套の形態を有するのが好ましい。

組付補助装置２５の外側の保持体２７にある軸方向に延びるスリットは、円周方向で、軸方向溝５よりも若干大きい寸法を有するのが好ましい。組付補助装置２５の両方の保持体２６，２７は、たとえば組付補助装置２５の端部にある半径方向のウェブによって互いに結合される。

外側の保持体２７の外径は軸受スリーブ２の内径よりも小さくなっており、それにより、組付補助装置２５をその中に配置されて差込接合されたフォイル３，４とともに軸受スリーブ２へ容易に挿入することができる。正しい軸方向の位置に達すると、組付補助装置２５が引抜によって取り外される。フォイル３，４の円周端部区域１１，１２および１７，１８は、図２に示すように、組付補助装置２５のスリットを通して軸方向溝５の中に配置される。

図５および図６には、２つの分離されて再び継ぎ合わされた部分体３１，３２を含む軸受スリーブ２をフォイル軸受１が含むこともできることが示されている。２部分からなる軸受スリーブ２は、たとえばクラッキングや破断分離によって製作することができる。

図５および図６には２つの分離線３３，３４が示唆されており、これらに沿って軸受スリーブ２がクラッキングや破断分離のときに分離される。クラッキングまたは破断分離の際には、図５に矢印４１～４５および５１～５５によって示唆されているように、破断力が軸方向で軸受スリーブ２に対して印加される。

クラッキングまたは破断分離を簡易化するために、刻み目３５，３６，３７が軸受スリーブ２へ的確に刻設されるのが好ましい。刻み目３５～３７は、図５および図６の線６１，６２によって示唆されているとおり、フォイル３，４を固定するためのジオメトリー５すなわち軸方向溝５の領域に位置決めされていてよいのが好ましい。このことは、フォイル３，４を固定するためのジオメトリーを表す軸方向溝５をいっそう簡易に製作できるという利点をもたらす。切削加工のために多種多様な工具を利用できるからである。

破断力４１～４５および５１～５５が印加されると、軸受スリーブ２が破断線３３，３４に沿って２つの部分体３１，３２に分かれる。そしてフォイル３，４を固定するための軸方向溝５を、部分体３２に刻設することができる。このことは切削プロセスによって簡易かつ低コストに行うことができる。軸受スリーブ２が両方の部分体３１，３２に分かれることで、軸方向溝５を形成する切削のための面に良好にアクセスできるからである。

１ フォイル軸受
２ 軸受スリーブ
３，４ フォイル
５ フォイルを固定するためのジオメトリー
３１，３２ 部分体
３３，３４；６１，６２ 分離線
３５，３６，３７ 刻み目
４１～４５，５１～５５ 破断力

Claims (8)

1. 軸受スリーブ（２）の内部に配置された少なくとも１つのフォイル（３，４）を有するフォイル軸受（１）において、前記軸受スリーブ（２）は少なくとも２つの分離されて再び継ぎ合わされた部分体（３１，３２）を含み、
   前記軸受スリーブ（２）が円筒形であって、前記軸受スリーブ（２）の長手方向両端部且つ周方向に間を空けて刻み目（３５，３６，３７）が形成されるとともに、破断分離又はクラッキングによって分離線（３３，３４）が前記刻み目（３５，３６，３７）に連通するように製作されて成るものであり、
   前記少なくとも１つのフォイル（３，４）の端部を固定するためのジオメトリー（５）が前記刻み目（３５，３６，３７）の位置と円周上の別の位置に設けられていることを特徴とするフォイル軸受。
2. 前記分離線（３３，３４）に沿って前記２つの部分体（３１，３２）が物質接合式に互いに結合されることを特徴とする、請求項１に記載のフォイル軸受。
3. 前記部分体（３１，３２）のうち少なくとも１つは前記フォイル（３，４）を固定するためのジオメトリー（５）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のフォイル軸受。
4. 前記両方の部分体（３１，３２）はほぼ等しい大きさであることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のフォイル軸受。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のフォイル軸受（１）のための軸受スリーブ（２）を製造する方法において、一体的な軸受スリーブ（２）が分離線（３３，３４）のところで少なくとも２つの部分体（３１，３２）に分離され、該部分体のうち少なくとも１つが加工されてから、加工された前記部分体（３１，３２）が継ぎ合わされることを特徴とする方法。
6. 前記軸受スリーブ（２）を少なくとも２つの前記部分体（３１，３２）に分離するために、破断力（４１～４５，５１～５５）が前記一体的な軸受スリーブ（２）に対して軸方向で印加されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記部分体（３１，３２）のうち少なくとも１つが切削加工されることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
8. 加工された両方の前記部分体（３１，３２）が前記分離線（３３，３４）のところで継ぎ合わされて溶接されることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項に記載の方法。

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