JPH0311456Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は空気等の気体を潤滑剤とする動圧型ス
ラスト気体軸受の改良に関するものである。

〔従来技術〕

空気等の気体を潤滑剤とする動圧型スラスト気
体軸受の中で、軸受面が可撓性のフオイルで形成
されるフオイル式の先行技術として、特開昭55−
166524号、米国特許4227752号公報等に開示のも
のが挙げられる。すなわち、第７図ａ，ｂは米国
特許4227752号公報に開示の動圧型スラスト気体
軸受に近い例の構造を示すもので、ベースプレー
ト１には軸受セグメント２が円周上に複複個固定
され、軸受を構成している。また、軸受セグメン
ト２は第７図ｂで示すように、ベースプレート１
上に配設され、かつ弾性特性を有する波形状のバ
ンプフオイル３、該バンプフオイル３によつて支
持されるトツプフオイル４、およびベースプレー
ト１に固定されたスペーサ５とから構成され、さ
らにトツプフオイル４はスペーサ５に固定されて
いる。なお、スペーサ５の高さは、バンプフオイ
ル３の高さより僅かに小さくなつている。

回転軸（図示せず）に固定されているスラスト
ランナー６が第７図ｂ中矢印Ａの方向に回転する
と、気体の粘性のために、周囲の気体がスラスト
ランナー６とトツプフオイル４間の微少隙間に引
き込まれ、くさび膜作用により前記隙間内に引き
込まれた気体が圧縮され、圧力を発生し、これに
よつて回転軸を軸方向に非接触に支承するように
なつている。これをさらに詳述すれば、スラスト
ランナー６が回転すると、周囲の気体がスラスト
ランナー６により引き込まれて、該スラストラン
ナー６とトツプフオイル４の間に気体膜のくさび
膜を形成し、これによつてスラストランナー６は
トツプフオイル４から浮上することになり、高速
回転可能となる。なお、回転軸が停止していると
きは、スラストランナー６は、トツプフオイル４
に固体接触している。

しかるに、スラストランナー６の回転が低いと
きは、くさび膜作用によつて発生する気体膜の圧
力は小さいので、最初からくさび膜を形成し易く
かつその形状が適正なものでなければならない。
しかしながら、米国特許4227752号公報、特開昭
55−166524号公報に示すように、バンプフオイル
３の波形のピツチが前縁側から後縁側にわたつて
略同じピツチとなつているような気体軸受の構造
では、スラストランナー６の回転が低いときスラ
ストランナー６とトツプフオイル４の間に、くさ
び膜を形成し難く、又くさび膜の形状が適正なも
のにならないという欠点がある。したがつて、十
分な気体膜の圧力を得ることができず、スラスト
ランナー６とトツプフオイル４の間には十分な気
体膜が発生しないので、十分な支持力が得られ
ず、固体接触が避けられず、よつて軸受性能が劣
悪になり、固体接触による耐久性・信頼性が劣る
という欠点があつた。また、スラストランナー６
が高速回転している場合、発生する圧力は後縁
側、即ち矢印Ａの進行方向に向つて圧力は大きく
なるので、バンプフオイル３の撓みが大きくな
り、必ずしも最適な気体膜形状を形成できないた
め、支持力即ち軸受の負荷容量が小さいという欠
点もあつた。さらに、回転軸に大きな変動荷重や
衝撃荷重が作用した場合、バンプフオイル３が異
常に大きな変形（撓み）を生じ、これによつてバ
ンプフオイル３の弾性限界を超えて変形し、該バ
ンプフオイル３に永久変形が生じたり、へたりが
生じたりして、適正な気体膜を形成できなくなる
おそれがあつた。

〔考案の目的〕

本考案の目的は上述した欠点に鑑みなされたも
ので、耐久性の向上および負荷容量の増大を図る
ようにした動圧型スラスト気体軸受を提供するに
ある。

〔考案の構成〕

このような目的を達成するために、本考案は、
波形状に成るバンプフオイルの高さを前縁側より
も後縁側が大となるよう構成したものである。

以下、図に示す実施例を用いて本考案の詳細を
説明する。

〔考案の実施例〕

第１図は本考案に係る動圧型スラスト気体軸受
の一実施例を示す要部断面図、第２図は同動圧型
スラスト気体軸受の一部平面図である。ベースプ
レート１０には、第２図に示すように、軸受セグ
メント１１が円周方向に等間隔おきに複数個固定
されており、また該軸受セグメント１１は第１図
に示すように構成されている。すなわち、該軸受
セグメント１１は、ベースプレート１０に固定さ
れかつ弾性を有する波形状のバンプフオイル１２
と、前記ベースプレート１０に固定されたスペー
サ１３に一端側が固定されかつ下面をバンプフオ
イル１２によつて支持されて成るトツプフオイル
１４とから構成されており、また該トツプフオイ
ル１４には、回転軸（図示せず）に固定されたス
ラストランナー１５が対面するごとく配置されて
いる。

さらに、本実施例においてバンプフオイル１２
の高さは、スペーサ１３側（Leading Edge側、
以下、前縁側と称する）と反スペーサ側
（Trailing Edge側、以下、後縁側と称する）と
で異なるよう構成されており、即ち、前記スラス
トランナーの進行方向に沿つて、換言すれば前縁
側より後縁側の方がバンプフオイル１２の波形の
高さは高くなるよう形成されている（H_L＜H_T）。

したがつて、以上のように構成された動圧型ス
ラスト気体軸受にあつては、回転軸に固定された
スラストランナー１５が回転（第１図において矢
印Ｂ方向への移動）すると、周囲の気体は気体の
粘性のため、スラストランナー１５とトツプフオ
イル１４の間の微少隙間に引き込まれ、くさび膜
作用により圧力を発生し、スラストランナー１５
を気体膜を介して非接触に高速回転可能に支承す
る。

しかるに、動圧型スラスト気体軸受では、スラ
ストランナー１５の回転の低い運転条件、すなわ
ち、始動時及び低速回転時に、スラストランナー
１５とトツプフオイル１４の軸受面１４ａの間に
気体膜圧力が生じ易いくさび膜を形成することが
きわめて重要である。そして、低回転時には、発
生する気体膜の圧力が小さいので、初期のくさび
膜を形成しておくことが必要である。しかし、回
転の初期に適正なくさび膜が形成し易い軸受隙間
の形状になつていない場合、気体膜のくさび膜作
用による圧力が発生せず、したがつてスラストラ
ンナー１５とトツプフオイル１４の軸受面１４ａ
は固体接触を続けて、スラストランナー１５を浮
上させることができない。これは起動摩擦抵抗が
大きいだけでなく、軸受の破損を生じる原因とも
なる。オイルに比べて粘性係数がきわめて小さ
く、圧縮性の気体の場合、回転初期の軸受隙間の
くさび形状は必須の条件である。

しかるに、本実施例にあつては、バンプフオイ
ル１２をその前縁側より、後縁側の方が高くなる
よう形成してあるので（H_L＜H_T）、スラストラ
ンナー１５が回転せず、停止しているとき、トツ
プフオイル１４とスラストランナー１５が接触し
ていても、該トツプフオイル１４の軸受面１４ａ
の内、前縁側にはくさび形の微少隙間が形成され
ている。したがつて、スラストランナー１５が回
転し始めたとき、このくさび形の微少隙間の周囲
の気体が引き込まれ、段々小さくなる隙間に引き
込まれることによつて、即ちくさび膜作用によつ
て圧力の発生が容易となる。したがつて、始動時
及び低回転時において、気体膜圧力が発生し易い
ので、起動摩擦抵抗が小さく、固体接触による摩
耗耐久性に優れ、低回転時の支持力も大きい優れ
た気体軸受を提供できるという効果を奏する。

また、スラストランナー１５の回転数が大きい
場合、気体膜圧力は第３図に実線（なお、破線は
従来の場合を示す。）を示す様になる。すなわち、
くさび膜作用により発生する気体膜は、前縁から
後縁にかけて後縁寄りに圧力のピークを形成す
る。そして、バンプフオイル１２はこの気体膜圧
力によつてたわみ、後縁寄りに大きい圧力分布を
受けることにより、後縁側のバンプフオイル１２
のたわみは大きくなるが、本実施例では、後縁側
の方が前縁側よりバンプフオイル１２の高さが高
いので、スラストランナー１５とトツプフオイル
１４の軸受面１４ａの間の軸受隙間を常に適正な
くさび形状に確保することができる。従つて、支
持力の大きい、即ち負荷容量の大きい高性能軸受
を実現できる。なお、バンプフオイル高さが一様
な場合、後縁側のたわみが大きくなると適正なく
さび形状が形成できず、従つて、気体膜圧力は小
さくなつて、結果的に軸受の支持力、即ち負荷容
量が小さくなつてしまう。

また第４図ａ〜ｃは、バンプフオイル１２の高
さの分布を示す実施例で、ａは前縁側から後縁側
に向つて単調に増加していく場合、ｂは前縁側か
ら徐々に高くしていき途中から後端側にかけて一
定の高さを設けた場合、ｃは前縁側より後縁側を
高く形成するが、途中においてピーク部Hpを有
する場合、の各実施例である。なお、H_Lは前縁
側の高さ、H_Tは後縁側の高さを示す。このよう
な各実施例構成としても上述した作用効果を有す
ることは勿論である。

また、第５図は本考案に係る動圧型スラスト気
体軸受の他の実施例を示すもので、ベースプレー
ト１０に、該ベースプレート１０とバンプフオイ
ル１２との間に位置するごとくペデスタル１６を
設けた構成としたものである。このペデスタル１
６の高さはスペーサ１３の高さより僅かに大きく
なつており、より厳密には、ペデスタル１６の部
分におけるトツプフオイル１４の軸受面１４ａの
高さが、スペーサ１３の位置における軸受面１４
ａより僅かに大きくなるよう構成されている。

このような構成においては、例えば回転軸に大
きな変動荷重あるいは衝撃荷重がかかつた場合、
スラストランナー１５はトツプフオイル１４の軸
受面１４ａに急激かつ大きな変位で接近する。そ
のため、バンプフオイル１２に大きな反力が気体
膜を介して作用することになり、バンプフオイル
１２のたわみが大きくなる。そして、バンプフオ
イル１２が弾性限界を越えて変形すると、永久変
形を生じて元の形状に復さなくなつたり、更には
へたりを生じて高さが小さくなつてしまう。その
結果、バンプフオイル１２の耐久性が劣化するだ
けでなく、スラストランナー１５とトツプフオイ
ル１４の軸受面１４ａの間の軸受隙間も適正でな
くなり、軸受性能が劣化してしまう。また、バン
プフオイル１２が余り大きい変形を生じると、該
バンプフオイル１２の高さが、スペーサ１３の高
さより小さくなつてしまい、その結果、スラスト
ランナー１５とトツプフオイル１４の軸受面１４
ａの間にはくさび形状の軸受隙間がもはや形成さ
れなくなり、したがつて、くさび膜作用による気
体膜圧力が発生せず、軸受としての性能がなくな
つてしまう。しかしながら、本実施例ではペデス
タル１６を設けることにより、バンプフオイル１
２の変形を規制するので、上記不具合は全く生じ
ない。更にペデスタル１６位置の軸受面１４ａの
高さがスペーサ１３の位置の軸受面１４ａより僅
かに大きくなるよう構成することによつて、常に
くさび形状を形成できるという効果も有する。

また、第６図はバンプフオイル１２の外周側の
高さ（Hout）を内周側の高さ（Hin）より僅か
に大きくした構成の実施例である。これをさらに
詳述すれば、スラストランナー１５の回転により
引き込まれた気体は軸受隙間でくさび膜作用を生
ぜず、遠心力により外周側から流出するので、気
体膜圧力の発生が小さくなる。また、外周側は内
周側より周速が大きいので発生する圧力は大き
い。したがつて、本実施例のように、バンプフオ
イル１２の外周側の高さを内周側の高さより大き
くすることにより、遠心力による気体の流出を防
止でき、発生圧力を大きくできる。更に、外周側
は発生圧力が大きいので、バンプフオイル１２の
より大きいたわみが生じても、軸受隙間を適正に
保つことができ、よつて支持力の大きい気体軸受
を得ることができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、スラスト
ランナーと対向するベースプレートに複数個の軸
受セグメントが円周方向に等間隔おきに配設さ
れ、該軸受セグメントは、ベースプレートに固定
されたスペーサに一端が固定されかつ軸受面を構
成するトツプフオイルと、該トツプフオイルを支
持するごとくトツプフオイルとベースプレート間
に配設されかつ弾性を有する波形状のバンプフオ
イルとから成る動圧型スラスト気体軸受におい
て、前記バンプフオイルの高さを前縁側よりも後
縁側が大となるよう構成した。したがつて、この
ような構成により、回転軸の始動及び低回転時に
おける気体膜のくさび膜形状を形成し易く、かつ
適正なくさび膜を形成できるようになり、これに
よつて軸受の支持力を大きくでき、固体接触を防
止できるので、軸受の耐久性を向上できるという
効果を奏する。また、高回転時にも、適正な気体
膜形状を形成できるので、負荷容量の向上を図る
ことができる。更に、大きな変動荷重や衝撃荷重
に対しても軸受性能の劣化、耐久性の劣化を防止
できるので、耐衝撃性に優れた軸受を提供できる
という種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る動圧型スラスト気体軸受
の一実施例を示す要部断面図、第２図は同動圧型
スラスト気体軸受の一部平面図、第３図は気体膜
圧力の発生を示す説明図、第４図ａ〜ｃはバンプ
フオイルの他の実施例の高さと長さの関係を示す
図、第５図は本考案に係る動圧型スラスト気体軸
受の他の実施例を示す要部断面図、第６図はバン
プフオイルの他の実施例を示す一部斜視図、第７
図ａ，ｂは従来の動圧型スラスト気体軸受の一部
平面図と要部断面図である。 １０……ベースプレート、１１……軸受セグメ
ント、１２……バンプフオイル、１３……スペー
サ、１４……トツプフオイル、１４ａ……軸受
面、１５……スラストランナー、１６……ペデス
タル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ スラストランナーと対向するベースプレート
   に複数個の軸受セグメントが円周方向に等間隔
   おきに配設され、該軸受セグメントは、ベース
   プレートに固定されたスペーサに一端が固定さ
   れかつ軸受面を構成するトツプフオイルと、該
   トツプフオイルを支持するごとくトツプフオイ
   ルとベースプレート間に配設されかつ弾性を有
   する波形状のバンプフオイルとから成る動圧型
   スラスト気体軸受において、前記バンプフオイ
   ルの波形の高さを前記スラストランナーの進行
   方向に沿つて大となるよう構成したことを特徴
   とする動圧型スラスト気体軸受。 ２ 前記ベースプレートには、該ベースプレート
   とバンプフオイルとの間に位置するごとくペデ
   スタルが固定されて成る実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の動圧型スラスト気体軸受。 ３ 前記ペデスタルはスペーサより若干高さが大
   となるよう形成されて成る実用新案登録請求の
   範囲第１項又は第２項記載の動圧型スラスト気
   体軸受。 ４ バンプフオイルの外周側の高さが内周側の高
   さより僅かに大きくなるよう形成されて成る実
   用新案登録請求の範囲第１項、第２項又は第３
   項記載の動圧型スラスト気体軸受。