JPH0210819Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、高速回転する高温の回転軸を空気、
窒素あるいはヘリウムなどの気体膜により浮上さ
せた状態で回転可能に支持する動圧式の気体軸受
に関する。

〔考案の背景〕

先ず、従来例を第６図に基いて説明する（例え
ば特開昭56−35816号公報参照）。同図において、
１はホルダーで該ホルダー１は円筒体形状に形成
され、空洞部２の内面に波板形状の弾性部材３が
周設されている。そして、この弾性部材３にトツ
プ・ホイル（top foil）すなわち囲い体４が固着
されている。該囲い体４は、回転軸５と離間状態
で該回転軸５を全周にわたつて囲つている。該囲
い体４及び弾性部材３の一端がホルダー１の内面
に圧入されたキー６により挟持固定されている。
ホルダー１の外側面は、外側のケーシング７と面
接触状態で保持されている。

次に動作を説明する。回転軸５が回転すると、
回転軸５の外側面と囲い体４の間の微少隙間に周
囲の気体がその粘性により引き込まれ、いわゆる
くさび膜作用により圧力が発生し、回転軸５は前
記圧力に基づく気体膜により回転可能に支持され
る。この気体膜の圧力は、回転軸５と囲い体４と
の間隔すなわち気体膜の厚さによつて決まる。弾
性部材３を有する気体軸受の場合、回転軸５の回
転によつて生じる動荷重や衝撃荷重等によつて当
該回転軸５が軸芯位置から偏位するが、第７図に
示した如く、該回転軸５の偏位に対応して弾性部
材３がある程度まで変形（同図の下端部）するた
め、回転軸５の偏位に対して気体膜の厚さの一様
な領域が広くなり、従つて、前記衝撃等の影響は
緩和吸収され、負荷容量の大きい気体軸受となつ
ている。そして、通常の運転では、大きい気体膜
厚で作動することができ、信頼性の高い軸受とな
つている。参考までに、弾性部材３を有しない型
式の気体軸受における回転軸５の軸芯位置からの
偏位に対する圧力分布を第８図に示す。同図から
解るように気体膜厚さの一様な領域は狭く、衝撃
等により悪影響を受けやすいと言える。

上記の如く、弾性部材３を設けたことにより、
回転軸５に作用する衝撃等に対しては悪影響を受
けにくく信頼性の高い気体軸受となつているが、
従来は回転軸５の熱膨張に対しては全く考慮され
ていなかつた。すなわち、高温の温度場で気体軸
受を使用する場合、回転軸５にタービンの熱が伝
熱され、その結果、該回転軸５が熱膨張し、囲い
体４と回転軸５との隙間が小さくなる。一般に、
気体軸受では囲い体４と回転軸５との間隔は非常
に小さいため、回転軸５の回転時に気体膜ができ
ず、当該回転軸５と囲い体４とが、直接固体接触
して焼き付きを起こすおそれがあつた。

他の従来例として、特公昭55−17851号公報や
特開昭55−166525号公報に記載された流体軸受が
提供されているが、これらも回転軸の熱膨張につ
いては考慮されておらず、上記従来例と同様の欠
点を有している。

〔考案の目的〕

本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、回
転軸の熱膨張に対して気体膜厚さを一定に保つ補
償機能を有し、しかも、この補償機能が回転軸の
不規則な動きに対しても確実に作動する気体軸受
を提供するのが目的である。

〔考案の概要〕

本考案の特徴は、前記空洞部内面と前記弾性部
材との間の一部に可動体を配設し、該可動体の内
側面に前記弾性部材の適宜位置を固定すると共
に、該可動体の外側面と前記空洞部内面との間に
前記弾性部材より弾性定数の小さい補償用弾性部
材を配設し、前記ホルダー及び補償用弾性部材に
径方向に向う孔を穿設し、前記可動体の該孔に対
向する位置に凹部を設け、前記孔内に固定用部材
を圧入固定すると共に、該固定用部材の先端は前
記凹部内面と接近させて当該凹部内に突出させる
ことにより、回転軸が熱膨張し、気体膜厚さが小
さくなつて圧力が上昇すると、この上昇圧力によ
つて可動体が回転軸より離反する方向に移動し、
気体膜厚さを一定に保つようにすると共に、可動
体の動きに自由度を持たせつつ、その動きの範囲
を規制して回転軸の不規則な動きに対応できるよ
うにした点にある。

〔考案の実施例〕

以下、本考案を図面の実施例に基いて詳細に説
明する。第１図は本考案に係る気体軸受の断面
図、第２図は軸芯線に沿う鉛直面により切断した
要部断面図、第３図は実際の使用状態を示す要部
断面図を示す。同図において、８は可動体を示
し、該可動体８は、断面が略三日月形状に形成さ
れ、ホルダー１の空洞部２内面と弾性部材３との
間の一部に配設されている。この可動体８の内側
円弧面９に弾性部材３の一端１０が溶接固定され
ている。また、可動体８の外側円弧面１１と空洞
部２内面との間に波板形状の補償用弾性部材１２
が配設されている。該補償用弾性部材１２は、そ
の弾性定数が前記弾性部材３よりも小さく設定さ
れている。そして、前記ホルダー１及び補償用弾
性部材１２に径方向に向う孔２３が穿設されてい
る。該孔２３はホルダー１の軸芯方向の両端に設
けられている。この孔２３内に球体よりなる固定
用部材２４が圧入されてホルダー１と補償用弾性
部材１２を一体的に固定している。尚、固定用部
材２４の形状は球体に限定されず、円柱体形状そ
の他の形状であつてもよいことは勿論である。可
動体８の前記孔２３に対向する位置に凹部２５が
設けられている。該凹部２５内に前記固定用部材
２４の先端が突出しており、該凹部２５の内面２
６と固定用部材２４とは接近するよう、すなわち
狭いクリアランスをもつて構成されている。本実
施例では孔２３の径より凹部２５の径を大きくす
ることにより前記クリアランスを構成している
が、固定用部材２４の先端形状が異なれば、その
形状に対応させて該凹部２５を形成する。空洞部
２の内面は、異なる曲率の２つの内面１３，１４
により形成されている。すなわち、内面１３の曲
率は内面１４よりも大きい。内面１４は120度の
円弧角の範囲に形成され、該内面１４の部分に弾
性部材３の座部１５，１５₁…が接触している。
また、可動体８の内側面弧面９の曲率は前記内面
１４の曲率より僅かに大きく形成され、可動体８
が外方に移動したときも、軸受全周にわたつて適
正な軸受隙間ができるよう形成されている。第３
図において１６はタービンを示す。

次に作用を説明する。タービン１６からの伝熱
により回転軸５が熱膨張し、囲い体４との隙間す
なわち気体膜厚さが小さくなると圧力が上昇す
る。すると囲い体４が拡がる方向に力を受け、こ
の力が可動体８を回転軸５より離反する方向に押
圧する。このとき、補償用弾性部材１２の弾性定
数が弾性部材３より小さく設定されているため、
補償用弾性部材１２が変形する。これにより回転
軸５の熱膨張分が可動体８の移動によつて補償さ
れ、気体膜厚さは一定に保たれる。更に、衝撃等
により回転軸５が不規則な動きをした場合、可動
体８は凹部２５と固定用部材２４とのクリアラン
スにより、その動きに自由度があるため、前記回
転軸５の不規則な動きに差程影響されずに、前記
の如く気体膜の厚さを一定に保つよう作動する。
また、可動体８の過度の動きは凹部２５の内面２
６が固定用部材２４に接触することにより防止さ
れる。すなわち、可動体８の周方向及び軸芯方向
（長手方向）への動きの自由度は前記クリアラン
スの範囲で規制されている。回転軸５が軸芯方向
に対して傾く動きをした場合にも、当該可動体８
はそれに対応して傾く自由度があり、軸芯方向の
全長にわたつて気体膜厚さを一定に保つことがで
きる。前記クリアランスの大きさを変更すれば可
動体の自由度の大きさの範囲を変更することがで
きる。

第４図は本考案の他実施例を示す断面図で、補
償用弾性部材１２の形状を波板形状ではなく、平
面折曲形状にした場合で、その他の構成及び作用
は前記実施例と同様なので同一部分に同一符号を
付して説明は省略する。

第５図も本考案の他実施例を示す断面図で、ホ
ルダー１の外面を一様な円柱体面形状にした場合
である。その他の構成及び作用は前記実施例と同
様なので同一部分に同一符号を付して説明は省略
する。

〔考案の効果〕

本考案によれば、回転軸の熱膨張に対して、そ
の膨張分を打ち消す方向に移動する補償機能を有
する可動体を設けたので、前記熱膨張があつても
気体膜厚さは常に一定に保たれる。従つて、高温
の温度場で気体軸受を使用しても、従来のように
焼き付き等による破損のおそれは少なく、信頼性
の高い気体軸受となる。また、固定用部材と可動
体との間にクリアランスを設けて該可動体の動き
に自由度を持たせつつ、その動きの範囲を規制し
たので、熱膨張した回転軸が不規則な動きをして
も、それに対応して可動体が動き、気体膜厚さを
一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る気体軸受の断面図、第２
図は軸芯線に沿う鉛直面により切断した要部断面
図、第３図は実際の使用状態を示す要部断面図、
第４図及び第５図はそれぞれ本考案の異なる他実
施例を示す断面図、第６図は従来例を示す断面
図、第７図は同従来例における回転軸の軸芯位置
からの偏位に対する気体膜の圧力分布を示す説明
図、第８図は他の従来例の圧力分布の説明図を示
す。 １……ホルダー、２……空洞部、３……弾性部
材、４……囲い体、５……回転軸、７……ケーシ
ング、８……可動体、９……内側円弧面、１１…
…外側円弧面、１２……補償用弾性部材、１７，
１８，１９……非接触部、２３……孔、２４……
固定用部材、２５……凹部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 筒形状の空洞部を有するホルダーの該空洞部内
   面に弾性部材を介して回転軸を離間して囲う囲い
   体を設けた気体軸受において、前記空洞部内面と
   前記弾性部材との間の一部に可動体を配設し、該
   可動体の内側面に前記弾性部材の適宜位置を固定
   すると共に、該可動体の外側面と前記空洞部内面
   との間に前記弾性部材より弾性定数の小さい補償
   用弾性部材を配設し、前記ホルダー及び補償用弾
   性部材に径方向に向う孔を穿設し、前記可動体の
   該孔に対向する位置に凹部を設け、前記孔内に固
   定用部材を圧入固定すると共に、該固定用部材の
   先端は前記凹部内面と接近させて当該凹部内に突
   出させたことを特徴とする気体軸受。