JPH0355693B2 - - 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保持する一
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圧された流体膜層
（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。フオイルと静止部材
（カートリツジ、リテーナ、又はベースとも呼ば
れる）との間には、最適の流体膜層のジオメトリ
ーを維持すべく流体膜層によつて加圧されること
によるフオイルの撓みを受入れ、また軸受の荷重
や回転部材の旋回の如き不釣合を受入れるための
支持体を与えるべく、ばね又は可撓性支持手段が
配置されることが多い。回転部材のための支持体
を与えるという点に於ては、可撓性支持部材は通
常の荷重及び不釣合による軸の変位に充分に抵抗
し得るに充分なほどの剛性を有していなければな
らない。しかしかくして可撓性支持部材の剛性を
高くすれば、減衰性、安定性及び軸受の効率が犠
牲になる。

本発明の主要な目的は、上述の如き不具合がな
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、荷重容量の高い流
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、回転部分の減
衰性が充分であ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、全ての運転速
度条件下に於て動力損失が小さい流体力学的流体
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、回転部材がそ
の全ての回転速度に於て軸受内に安定な状態に保
持される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、前記静止保持部材と共働し
てそれら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一つ又はそれ以上のフオイル
要素と、前記フオイル要素と前記静止保持部材と
の間に配置され二つの不連続的に異なる一定のば
ね定数を有する可撓性支持部材であつて、軸受の
作動中に加圧されることによる前記フオイル要素
の撓み及び前記回転部材の変位を受入れるための
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。可撓性支持部材は全ての運
転条件下に於て最小限の動力損失にて充分な減衰
を行なうための第一の低いばね定数を有してい
る。また可撓性支持部材は高荷重条件下に於て撓
むと、荷重容量を向上し且回転部材の変位に対す
る抵抗を増大するよう実質的により高いばね定数
を有するようになる。

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。

第１図に於て、本発明による流体力学的流体膜
ジヤーナル軸受１０はシエル又はリテーナとも呼
ばれる静止保持部材、即ちカートリツジ１５を含
んでいる。保持部材１５は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
構成された回転軸、即ちジヤーナル２０を収容し
ている。保持部材１５とジヤーナル２０との間の
間隙３０内には平滑なフオイル要素２５が配置さ
れている。このフオイル要素２５は実質的に円筒
形をなしており、その縁部に沿つて保持部材１５
に形成されたキー溝４０内に摺動可能に嵌込まれ
たキー３５の側面に固定されている。また間隙３
０内にはフオイル要素２５と保持部材１５との間
に長手方向に撓み得る可撓性支持部材、即ちばね
４５が配置されている。ばね４５も実質的に円筒
形をなしており、フオイル要素２５と同様その縁
部に於てキー３５のフオイル要素２５が固定され
た側とは反対の側に固定されている。かくしてフ
オイル要素２５及びばね４５をキー３５に取付け
ることにより、生産性が向上しオーバホールが容
易になるだけでなく、荷重容量、減衰性などの如
き軸受性能を調節する目的で、フオイル要素及び
ばねを取り除いて性質の異なるフオイル要素及び
ばねと交換することを容易に行なうことができ
る。

軸受１０は間隙３０のジヤーナル２０とフオイ
ル要素２５との間の部分に流体力学的圧力を発生
するという基本的原理に基いて作動する。無荷重
の理論的条件下に於ては、ジヤーナル２０の幾何
学的中心とフオイル要素２５により形成された円
筒体の幾何学的中心と保持部材１５の幾何学的中
心とは全て一致する。しかし実際の運転条件下に
於ては、フオイル要素２５及び保持部材１５の中
心よりジヤーナル２０の中心を偏心させる荷重が
ジヤーナル２０に常に作用し、これによりフオイ
ル要素２５と共働して楔状の空隙が形成される。
ジヤーナル２０が回転することによりジヤーナル
の幾何学的中心はフオイル要素の幾何学的中心の
周りを旋回し、これにより楔状空隙もフオイル要
素の中心周りに旋回する。ジヤーナルをフオイル
要素に対し偏心して配置し且ジヤーナルを連続的
に回転させることにより、ジヤーナルとフオイル
要素との間に高圧の領域と低圧の領域とが創成さ
れ、これにより高圧の領域より低圧の領域へ流体
が流動し、その結果ジヤーナルとフオイル要素と
の間に軸受を支持し且ジヤーナルがフオイル要素
と接触することを防止する流体膜が形成される。

ばね４５は基本的には二つの目的を果す。即ち
ばね４５は、流体膜による加圧に起因するフオイ
ル要素の変形を受入れることにより流体膜の形成
を補助する変形可能な可撓性支持部材として機能
する。またばね４５は全体として荷重及び不釣合
によるジヤーナルの変位を受入れることを含む撓
み及び荷重担持機能を果す。かかるばねに要求さ
れる二つの要件は一般に一つのばね定数を有する
ばねには互いに相反するものである。例えばフオ
イル要素の撓みを受入れ且楔状流体膜を形成し得
る範囲内に於て充分な減衰性を与えるためには、
ばねは比較的小さいばね定数を有するものでなけ
ればならない。逆に充分な荷重容量を有し且回転
部材の変位を充分に制限し得るようにするために
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。しかしばねのばね定数を高くす
ると充分な減衰性が得られなくなり、従つて回転
部材の不安定性が増大する。更にばねのばね定数
を高くすると加圧によるフオイル要素の撓みが阻
害されるようになり、従つて回転部材とフオイル
要素との間に極端に小さい空隙しか形成されなく
なる。かくして回転部材とフオイル要素との間の
空隙が小さくなると流体内の剪断応力が高くな
り、これによりその軸受の動力損失が大きくな
る。

従つて減衰性及び安定性の観点からは、ばねは
比較的小さいばね定数を有するものでなければな
らず、また充分な荷重容量及び軸の変位の制限の
点からは、ばねは比較的大きいばね定数を有する
ものでなければならないことが解る。本発明の軸
受に於ては、一つのばねにて二重の、即ち二つの
不連続的に異なる一定のばね定数が達成される。

第１図及び第２図に於て、ばね４５は第一の一
連の波形５０と第二の一連の波形５５とを含む周
期的な形状を有しており、第一の一連の波形５０
は第一の低ばね定数を有しており、第二の一連の
波形５５は第一の一連の波形５０と共に第二の高
ばね定数を有している。第１図に最も良く示され
ている如く、第二の一連の波形５５は静止保持部
材１５に接触する一対の第一の波形５０の間に配
置されている。第二の波形５５の振幅（波形の頂
点からそのばねの中心を通る軸線までの距離）は
第一の波形５０の振幅よりも実質的に小さい。か
くして半径方向の荷重が小さい場合には、ばね４
５の変形は第一の波形５０に於てのみ生じ、第二
の波形５５は静止保持部材１５及びフオイル要素
２５の何れにも係合しない。フオイル要素２５が
撓むことにより、流体膜がより明確に形成され、
また減衰性及び回転部材の安定性が高くなるよ
う、ばね４５が容易に変形せしめられる。しかし
半径方向の荷重が高い条件下に於ては、ばねはそ
の第一の波形及び第二の波形が静止保持部材に係
合する程度にまで変形せしめられる。このことに
より荷重による軸の変位を制限し、また旋回の如
き不安定に抵抗すべく、ばね定数が急激に増大さ
れる。

第３図は本発明による軸受に於て使用されてよ
いばねの他の一つの実施例を示している。この実
施例に於ては、第一の波形６０は長手方向に配列
された一連の第二の波形６５を含んでいる。換言
すればこのばねは第一の波形を郭定する第二の周
期の波形列上に第二の波形を郭定する第一の周期
の波形列を重ね合せることにより形成されてお
り、第一の周期の波形列の周期は第二の周期の波
形列の周期よりも実質的に大きく設定されてい
る。この第３図に示されたばねは、低荷重域に於
ては第一の波形６０の頂点がフオイル要素及び静
止保持部材に接触し、かくして低い荷重条件下に
於ては第一の波形に関連する比較的低ばね定数に
より流体膜の形成、減衰性、及び回転部材の安定
性を向上させるべくばねが容易に変形することを
可能にしている点に於て、第１図に示されたばね
と同様に機能する。しかし荷重が増大すると、こ
のばねは全ての第二の波形がフオイル要素及び静
止保持部材に接触し、これにより荷重容量及び軸
の変位に対する抵抗を増大すべくばねをより剛固
にするよう変形する。

第２図及び第３図に示されたばねの二つの異な
る一定のばね定数が第４図にグラフ的に示されて
いる。この第４図より、例えば回転部材の荷重が
増大することによりばねに対する荷重が増大する
と、荷重容量（曲線の傾き）は曲線の折れ点まで
比較的一定に留まり、折れ点に於て荷重容量は実
質的に増大する。ばねがその第二の波形がフオイ
ル要素及び静止保持部材又はその何れか一方に接
触するようになるまで変形され、これによりばね
がより剛固になるのは曲線状の折れ点に於てであ
る。

以上に於ては本発明による流体力学的流体膜式
軸受を分割型の円筒形フオイル要素を使用した実
施例について説明したが、荷重容量、クーロン減
衰、及び流体膜ジオメトリーの要件により決定さ
れる任意の適当なフオイル形状が採用されてよ
い。例えば複数個の半径方向に隔置されたフオイ
ルや一つのコイル状に巻かれたフオイルが使用さ
れてよい。同様に上述の如き要件によりフオイル
要素及びばねを構成する材料の組成や寸法が決定
される。例えば空気循環冷却装置のための50000
〜100000rpmターボ圧縮機に使用される直径7.62
cmの軸受については、フオイル要素２５及びばね
４５にはInconel（登録商標）型のニツケル合金が
好適であることが解つている。かかる用途に於て
は、フオイル要素及びばね４５の厚さは0.00762
〜0.0152cmの範囲である。

以上の説明より、本発明による流体力学的流体
膜式軸受は、二つの不連続的に異なる一定のばね
定数を有する一つの可撓性支持部材に用いて、全
ての半径方向又は側方荷重に於てまた全ての回転
速度に於て最適に作動するものであることが理解
されよう。本発明の軸受は動力損失が最小限に抑
えられた状態にて減衰性及び安定性が向上されて
いるだけでなく、荷重容量及び不釣合や他の外乱
による軸の変位に対する抵抗が向上されたもので
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
実施例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図は本発明による流体力学的流体膜軸受の
一つの実施例を示す端面図である。第２図は本発
明による軸受に使用される可撓性支持部材の部分
側面図である。第３図は本発明による軸受に使用
される可撓性支持部材の他の一つの実施例を示す
第２図と同様の部分側面図である。第４図は第２
図及び第３図に示された可撓性支持部材にの二つ
の異なる一定のばね定数を示すグラフである。 １０……軸受、１５……保持部材、２０……ジ
ヤーナル、２５……フオイル要素、３０……空
隙、３５……キー、４０……キー溝、４５……ば
ね、５０……第一の一連の波形、５５……第二の
一連の波形、６０……第一の波形、６５……第二
の波形。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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〓を郭定する回転部材と、前記
   空〓内に配置された平滑なフオイル要素及び該フ
   オイル要素を前記静止保持部材より支持する可撓
   性支持部材とを含み、前記回転部材が該回転部材
   と前記フオイル要素との間にそれらの相対回転運
   動により維持される加圧された流体膜層上に支持
   され、前記流体膜層によつて加圧されることによ
   る前記フオイル要素の撓みを前記可撓性支持部材
   が受入れるよう構成された流体力学的流体膜式軸
   受にして、前記可撓性支持部材は、それに生ずる
   前記回転部材の半径方向の変位が所定値を越えな
   い場合には実質的に一定の第一のばね定数を有
   し、前記所定値を越える場合には前記第一のばね
   定数より不連続に高い実質的に一定の第二のばね
   定数を有することを特徴とする流体力学的流体膜
   式軸受。