JPH0210820Y2 - - 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則膜により浮上さ
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９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１０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１１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こ
とができ、しかも耐久性を向上させることができ
る補償機能を有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、ホルダーの空洞部内面と弾性
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、更に、可動体の移動範囲を規制する
突起を補償用弾性部材及び可動体の外側面の少な
くとも一方に設けることにより、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
反する方向に移動すると共に、前記突起により当
該可動体の過度の移動を防止して補償用弾性部材
に永久歪が生じないようにして、気体膜厚さを一
定に保つと同時に耐久性を向上させた点にある。

〔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図は同要部拡大断面図、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がその一部が空洞部２内面に
溶接固定されて配設されている。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。更に、可動体８の外側面
弧面１１には適宜間隔毎に複数個の突起２３，２
３，……が突設されている。該突起２３，２３，
……は対向する内面１３と離間して設けられてお
り、この離間寸法が可動体８の最大移動量とな
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１５，１５，……が接
触している。また、可動体８の内側円弧面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。ホルダー１と外側のケーシング７とは多
点接触構造により互いに接触し、該ホルダー１と
ケーシング７との間に空隙となる非接触部１７，
１８，１９が形成されている。２０，２１，２２
は前記多点接触構造を構成する接点を示す。該接
点２０，２１，２２はガタ防止のため周方向に等
分割された少なくとも３点以上の接触構造にす
る。この構造により外部からの伝熱が空隙である
非接触部１７，１８，１９により大幅に減少され
るため、気体軸受への伝熱が大幅に減少して当該
気体軸受の熱劣化を防ぐことができる。また、弾
性部材３，１２のばね特性の劣化や囲い体４、弾
性部材３の熱変形及び酸化を防止することができ
る。第３図において、１６はタービン、２４はハ
ウジングを示す。該ハウジング２４の一部とター
ビン１６とは通常、接近しているため、回転軸５
が軸芯位置から過度に偏位すると、タービン１６
の翼がハウジング２４と接触するおそれがあるた
め、この点からも、回転軸５の過度の偏位を防止
する意味があることになる。

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。外部衝撃等に
より回転軸５に対して大きな偏位力が作用した
り、あるいは、過大な伝熱により回転軸５が大き
く熱膨張しても突起２３，２３，……により可動
体８の移動量は規制され、補償用弾性部材１２に
過大な押圧力が加わらない。この場合は弾性部材
３が変形する。

第４図は本考案の他実施例を示す断面図で、ホ
ルダー１の外周を一様な円柱体面に形成した場合
を示す。この構造は、外部からの伝熱率が高まる
点で前記実施例よりも劣るものである。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。

第５図も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
面折曲形状に形成したものである。第６図は同要
部拡大断面図を示す。その他の構成及び作用は第
１図の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７図は更に本考案の他実施例を示す断面図、
第８図は同要部拡大断面図を示す。本実施例では
突起２３，２３，……を補償用弾性部材１２の方
に設けたものである。該突起２３，２３，……は
可動体８及び補償用弾性部材１２の少なくとも一
方に設けられていればよい。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、外部衝撃等により
回転軸に対して大きな偏位力が作用したり、ある
いは過大な伝熱により回転軸が大きく熱膨張して
も突起により可動体の移動量が規制されているた
め補償用弾性部材に過大な押圧力が刊わらず、従
つて当該補償用弾性部材に永久歪が生じることが
なく、全体として耐久性を向上させることができ
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
図は同要部拡大断面図、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図は本考案の
それぞれ異なる他実施例を示す断面図、第６図は
第５図の要部拡大断面図、第７図は更に本考案の
他実施例を示す断面図、第８図は同要部拡大断面
図、第９図は従来例を示す断面図、第１０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１１図は
圧力分布の参考説明図を示す。 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……突起。

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、該補償用弾性部材と前記外
   側面の少なくとも一方に可動体の移動範囲を規制
   する突起を設けたことを特徴とする気体軸受。