JPH0241654B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体力学的流体膜式軸受に係り、更
に詳細には軸受内に流体膜を創成し且維持する一
つ又はそれ以上のフオイルと、フオイルの撓み及
び軸受の回転部材の変位を受入れる可撓性支持部
材とが組込まれた流体力学的流体膜式軸受に係
る。

航空機の冷房及び換気を行なう現代の空気循環
装置に使用されるターボ圧縮機ユニツトに使用さ
れる軸受の如き高速軸受を改良せんとする近年の
努力により、米国特許第4082375号、同第4247155
号、同4116503号、同第4133585号（これらは全て
本願出願人と同一の譲受人に譲渡された）、及び
同第3635534号に記載されている如き流体膜式流
体力学的軸受が開発された。一般に上述の米国特
許に記載されている軸受の如き流体膜式流体力学
的軸受は、回転軸又はスラストランナの如き回転
部材と該回転部材に隣接する平滑なフオイルの如
き部材とによりそれらの間に加工された流体膜層
（流体膜楔とも呼ばれる）が形成保持され、回転
部材のための潤滑された支持体が与えられるとい
う原理に基いて作動する。

前述の米国特許第4225196号に開示されたスラ
スト軸受に類似の流体力学的流体膜式軸受の場合
には、楔状流体膜の形状は回転部材即ちスラスト
ランナと静止部材の周りに周縁方向に配置された
複数個のフオイルとの間の環状空隙により郭定さ
れる。一般にかかる型式の軸受に、広い範囲の荷
重条件下に於て流体膜の所望の楔形状を維持すべ
く、フオイルと静止部材との間に剛固であり可撓
性を有するばね又は支持部材を設けることが行な
われており、ばねは楔状流体膜によつて加圧され
ることによるフオイルの撓みに抵抗する。しかし
かくしてばねの剛性を高くすると軸受のしなやか
さ、従つてその荷重容量が犠性になる。更にばね
の剛性を高くすると、例えば荷重の変動や不釣合
により回転部材に及ぼされる外乱を減衰するとい
う軸受の能力が低減される。

従つて本発明の主要な目的は、上述の如き不具
合を生じることがないよう改良された流体力学的
流体膜式軸受を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、楔状流体膜を形成
するフオイルのための充分な支持体を有する流体
力学的流体膜式軸受を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、充分なフオイ
ル支持能力を有し、しなやかさ、荷重容量、減衰
性に優れた流体力学的流体膜式軸受を提供するこ
とである。

これらの目的及び他の目的は、本発明によれ
ば、静止保持部材と、該静止保持部材と共働して
空隙を郭定する回転部材と、前記空隙内に配置さ
れた一つ又はそれ以上のフオイル要素と、前記フ
オイル支持と前記静止保持部材との間に配置され
た互いに連結されていない二組の可撓性支持部材
とを含む流体力学的流体膜式軸受によつて達成さ
れる。二組の可撓性支持部材の一方の組の可撓性
支持部材は加圧されることになるフオイルの撓み
に抵抗することによつて、回転部材とフオイル要
素との間に創成され且維持された楔状流体膜の形
状を保持するよう作用する。他の組の可撓性支持
部材は軸受に充分なしなやかさを与え、これによ
り荷重容量及び減衰性を向上させる。好ましい実
施例に於ては、二つの組の可撓性支持部材は互い
に重ねられた状態にて設けられ、少なくとも一つ
の分離板又はフオイルの両側に配置される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

図に於て、本発明による流体力学的流体膜式軸
受１０は、スラストプレートとも呼ばれる静止保
持部材、即ちベース１５と、該静止保持部材上に
配置され静止保持部材と共働してそれとの間に空
隙２２を郭定するスラストランナ２０とを含んで
いる。

スラストランナ２０は図示の矢印の方向に回転
し、高速電気モータの如き装置の高速ロータ、又
は航空機のキヤビンを冷却し加圧する空気循環装
置に使用される圧縮機の如き任意の型式の高速タ
ーボ圧縮機ユニツトに使用されるブレードを装着
されたロータなどに接続されるよう構成されてい
る。

静止保持部材１５上には、第一の組の切頭扇形
の波板状のばね、即ち可撓性支持部材２５が周縁
方向に互いに隔置して配置されており、各可撓性
支持部材は複数個の可撓性を有する表面隆起部を
含んでいる。ばね２５は静止保持部材１５に対し
又は実質的に平坦な環状をなす分離板、即ちフオ
イル３０に対しろう付け、溶接などの手段により
固定されていてよい。当業者には理解され得る如
く、ばね２５は分離板３０の平面に対し垂直な方
向に撓み変形可能である。第一の分離板３０上に
は第二の平坦な環状分離板４０が配置されてお
り、この分離板４０は第二の組の切頭扇形の波板
状のばね、即ち可撓性支持部材４５のための装着
面を与えている。各可撓性支持部材４５は複数個
の互いに隔置された可撓性を有する表面起部を含
んでおり、溶接、ろう付け、又は他の適当な手段
により分離板４０に固定されている。ばね２５及
び４５の隆起部は図示の如く半径方向に延在して
いるが、本発明のスラスト軸受に於ては隆起部の
形状は上述の如き形状に限定されるものではな
い。ばね２５が静止保持部材１５に対し固定され
ている場合には、分離板３０は必要ではなく、分
離板４０によりばね４５のための装着面及びばね
２５に対する荷重を半径方向外方へ伝達するため
の機構が与えられる。分離板４０にはばね４５の
上方にて上述の如き手段によりばね４５の縁部に
近接した位置に於て複数個の切頭扇形のフオイル
５０が対応する縁部に沿つて固定されている。図
示の如くフオイル５０はその固定された縁部より
スラストランナ２０へ向けて傾斜せしめられてお
り、スラストランナとの間に楔状の空隙５５を郭
定している。フオイル、ばね、及び分離板は当技
術分野に於て公知の適当な強度及び可撓性を有す
る任意の材料にて形成されてよい。空気循環装置
に使用される軸受についてはＩ nconel（登録商
標）のニツケル合金が好適であることが解つてい
る。勿論静止保持部材、ばね、及びフオイルの寸
法は軸受に作用するであろう荷重に応じて決定さ
れてよい。例えば本発明による軸受が空気循環空
調装置のための50000〜100000rpmターボ圧縮機
ユニツトに使用される場合には、フオイル５０の
厚さは0.0127〜0.01524cm程度であり、分離板３
０及び４０の厚さは0.0102〜0.0127cmの範囲であ
る。かかる用途に於ては軸受の直径7.62〜10.16
cmである。更にこれらの部材の何れか又は全てが
始動時に於ける部材の摩耗を最小限に抑える目的
で、種々の任意の低摩擦被覆にてコーテイングさ
れてよい。

本発明によるスラスト軸受１０は空隙２２のス
ラストランナ２０とフオイル５０との間の部分に
流体力学的圧力を発生するという原理に基いて作
動する。スラストランナ２０が図示の方向へ回転
すると、スラストランナ２０の内面に近接した境
界層中の流体が楔状空隙５５の幅の狭い部分の方
向へ移送される。このことによりフオイルの自由
縁部に近接した領域に高圧領域が創成され、分離
板４０に固定された部分に近接した領域に低圧の
領域が創成され、これにより空隙５５内に流体膜
が形成され、この流体膜によつてスラストランナ
２０が支持され、またスラストランナがフオイル
に接触することが防止される。

複数個のフオイルを有する軸受に於ては、フオ
イルを支持するばねは基本的には二つの目的を達
成する。まず第一にばねは加圧下に於けるフオイ
ルの撓みに抵抗して最適の流体膜ジオメトリーを
維持する支持体として機能しなければならない。
第二にばねは減衰性及び荷重担持容量を与えるた
めの軸受全体としてのしなやかさを与えるもので
なければならない。これら二つの要件は一般に一
組のばねについては互いに相反するものである。
例えば運転条件下に於けるフオイルの撓み及び楔
状流体膜の劣化に対する適正な抵抗を与えるため
には、ばねは比較的高いばね定数を有するもので
なければならない。しかし軸受に充分なしなやか
さを与えて荷重容量及びスラストランナに対する
外乱の減衰性を向上させるためには、ばねは低ば
ね定数を有するものでなければならない。しかし
ばねのばね定数が小さい場合には流体膜の形状を
適正な楔状に維持することが損われ、また運転条
件下に於てスラストランナとフオイルとが接触
し、これによりこれらの部材に損傷が与えられて
軸受が故障する危険性が生じる。

従つて充分なしなやかさ及び減衰性を与えるた
めには、ばねは比較的低いばね定数を有するもの
でなければならないのに対し、全ての運転条件下
に於て最適の流体膜ジオメトリーを維持するため
には、ばねのばね定数は比較的高い値でなければ
ならないことが解る。本発明によれば、かかる相
反する二つの要件は互いに連結されていない第一
の組のばね２５及び第二の組のばね４５によつて
達成される。フオイルを支持するばね４５は静止
保持部材１５に近接して配置されたばね２５より
も実質的に剛固（よりばね定数の高い）ばねであ
る。従つてばね４５は種々の軸受運転条件下に亙
り流体膜によつて加圧されることによるフオイル
５０の撓みに抵抗する。しかしばね４５は全ての
荷重、速度、運転条件下に於て分離板の運動を受
入れてスラストランナの不釣合を充分に減衰させ
且スラストランナの変位を受入れるに充分なしな
やかさを軸受に与える。ばね２５がその限度にま
で圧縮される極端に過酷な荷重又は不釣合の条件
下に於ては、ばね２５よりも幾分か剛固であるば
ね４５は、流体膜層によつて加圧されることによ
るフオイルの或る程度の撓みを許してスラストラ
ンナとフオイルとが高速回転状態にて相互接触
し、これに付随して軸受が損傷を受ける危険性を
低減するに充分なしなやかさを保持する。

以上に於ては本発明をスラスト軸受について説
明したが、本発明はジヤーナル軸受にも適用可能
なものである。第３図に於て、本発明によるジヤ
ーナル軸受はリテーナ６０と複数個のフオイル６
５とを含んでおり、フオイルはそれとジヤーナル
７５との間に楔状の空隙７０を郭定している。か
かる構成を有するジヤーナル軸受の場合には、フ
オイル及び第二の組のばね８０はジヤーナルに対
し同心状に且ジヤーナルより半径方向外方に配置
された分離型の円筒状分離板８５に対し固定され
且この分離板によつて保持される。分離板８０は
流体膜による加圧の影響下に於て半径方向外方へ
膨張し得るようその側部に沿つて開いていること
が好ましい。かかるジヤーナル軸受に設けられた
第一の組のばねは分離板８５とリテーナ６０との
間に配置された連続的な波板状の円筒状ばね９０
を含んでいる。ばね８０は流体膜のジオメトリー
を最適状態に維持すべくフオイルの撓みに対し抵
抗し、ば８０よりも柔軟であるばね９０は分離板
８５が半径方向に膨張することを許し、これによ
り軸受の荷重及び不釣合によるジヤーナルの変位
を受入れる。

上述の実施例に於ては、第二の組のばねのばね
定数は第一の組のばねのばね定数よりも大きい
が、これらのばねの実際のばね定数の値及びそれ
らの差は軸受の大きさやそれに及ぼされるであろ
う荷重、及び軸受の回転部材の不釣合などに応じ
て設定されてよいものである。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
修正並びに省略が可能であることは当業者にとつ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はスラスト軸受として構成された本発明
による流体力学的流体膜式軸受の一つの実施例の
側面図である。第２図は第１図に示された流体力
学的流体膜式軸受の分解斜視図である。第３図は
ジヤーナル軸受として構成された本発明による流
体力学的流体膜式軸受の端面図である。 １０……スラスト軸受、１５……静止保持部
材、２０……スラストランナ、２２……空隙、２
５……可撓性支持部材、３０，４０……分離板、
４５……可撓性支持部材又はばね、５０……フオ
イル、５５……空隙、６０……リテーナ、６５…
…フオイル、７０……空隙、７５……ジヤーナ
ル、８０……ばね、８５……分離板、９０……ば
ね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体力学的流体膜式軸受にして、静止保持部
   材と、前記静止保持部材と共働してそれとの間に
   空隙を郭定する回転部材と、前記空隙内に配置さ
   れた少なくとも一つの平滑なフオイル要素とを含
   み、前記回転部材は前記回転部材と前記フオイル
   との間にそれらの相対運動により維持された加圧
   された流体膜層上に支持されており、前記流体力
   学的流体膜式軸受は更に前記空隙内に配置された
   少なくとも一つの第一の可撓性支持部材であつて
   その弾性変形により荷重による前記回転部材の変
   位及び前記回転部材の不釣合を受入れる少なくと
   も一つの第一の可撓性支持部材と、前記第一の可
   撓性支持部材の剛性よりも大きい剛性を有し前記
   第一の可撓性支持部材には連結されていない少な
   くとも一つの第二の可撓性支持部材とを含み、前
   記第二の可撓性支持部材は前記第一の可撓性支持
   部材と前記回転部材との間に配置されて運転条件
   下に於て前記フオイル要素の撓みに抵抗して前記
   流体膜層の最適のジオメトリーを維持するよう構
   成されていることを特徴とする流体力学的流体膜
   式軸受。