JPH0510528B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガス、油、水、蒸気等の流体軸受構造
に係り、特に弾性フオイルを利用したフオイル軸
受において、優れた高速安定性を簡易に発揮でき
る流体軸受構造の改造に関する。

［従来の技術］ 弾性フオイルを利用した流体フオイル軸受構造
の従来の技術としては、先に発明者が提案した特
願昭 58−242082号明細書に示されたものがあ
る。これは第１１図に示す如く、ベアリングフオ
イル１、ダンプフオイル２、スプリングフオイル
３、ラダーフオイル４の４枚の弾性フオイルをキ
ー５に溶接して積層したもので、これらのフオイ
ル構造による適切な外部のスプリング・ダンピン
グ機能を、軸受流体膜によるスプリング・ダンピ
ング機能に加えて非常に優れた高速安定性を得て
いるものである。なお、図中６はオリフイス、７
はポケツトである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来のものでは、４枚の種類の異
なる弾性フオイル１，２，３，４を使用するため
部品点数が多いという欠点があり、また、スプリ
ングフオイル３を挿通するために等間隔の打抜き
が要求されるラダーフオイル４の耐久性に問題が
あつた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、非常に優れた高速安定性を維
持しつつ、部品点数を減少させると共に、部品の
耐久性向上をはかり、併せて成形加工性、強度の
向上をはかることができる流体軸受構造を提供す
ることである。

［発明の概要］ 上記目的に沿う本発明の構成は、弾性フオイル
本体の下面に一体的に且つ等間隔に支持突起を有
するスプリングフオイルの本体を、その支持突起
で軸受の支承面上に浮かして支持させ、支持突起
間の本体の上下方向に弾性変形が許容されるよう
にし、またスプリングフオイルと略同一形状に成
形したダンプフオイルを、その支持突起がスプリ
ングフオイルの支持突起の間に来るようにずらし
てスプリングフオイル上に積層させ、スプリング
フオイル本体の弾性波状変形によりダンプフオイ
ルが弾性支持されるようにする一方、軸受すき間
に発生する昇圧流体膜圧を入口側より出口側で大
きく解放する解放路を有するベアリングフオイル
を、その解放路がダンプフオイルの支持突起間の
本体上面に臨むようにダンプフオイル上に密接さ
せ、解放路からの昇圧流体膜圧によるダンプフオ
イル本体の局所変形により回転軸を制振するよう
にしたものである。これにより高速で発生する軸
受の自励振動が生じた場合に、スプリングフオイ
ル及びこれと略同一形状のダンプフオイルのスプ
リング作用によつて上記自励振動を吸収すると共
に、ダンプフオイルの局所変形によるスクイズ膜
ダンパ作用により制振するようにしたものであ
る。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第６図に基づいて説
明すれば以下の通りである。

第１図に示すように、本実施例に係る流体ジヤ
ーナル軸受構造は、軸受ケース１０の支承面１１
に、順に、スプリングフオイル１２、ダンプフオ
イル１３、ベアリングフオイル１４の３枚の可撓
性を有する薄板（弾性フオイル）を積層するとと
もに、一端をキー１５で係止固定して成り、内殻
のベアリングフオイル１４と回転軸１６との間の
軸受すき間１７に形成される流体膜圧のスプリン
グ・ダンピング機能と積層フオイル構成によるス
プリング・ダンピング機能との双方の機能によつ
て回転軸１６を支承するようになつている。

各弾性フオイルは第２図〜第５図に示すごとき
フイルム形状をした別体構造で、軸受ケース１０
内に挿入されてリング状に支承面１１を覆うよう
になつている。第２図はスプリングフオイル１２
又はダンプフオイル１３の基本構造を示してお
り、本実施例では両者は全く同一形状をしてい
る。すなわち、弾性フオイル本体１８はその一面
にフラツト面を有し、他面にフオイル幅全長に亙
つてフオイルを横切る線状の支持突起１９をフオ
イル長手方向に沿つて等間隔に一体的に複数本有
している。この支持突起１９は公知のフオトエツ
チング技術等で加工成形して得られる。

支持突起１９はスプリングフオイル１２にあつ
ては、支承面１１上に本体１８を浮かして支持す
るもので、またダンプフオイル１３にあつてはス
プリングフオイル１２上にダンプフオイル本体１
８を同様に浮かして支持するものである。スプリ
ングフオイル１２とダンプフオイル１３との差異
は、軸受ケース１０への挿入組立時に、支持突起
１９のピツチを二分の一ずらして取り付ける点、
すなわちスプリングフオイル１２の支持突起１
９，１９間にダンプフオイル１３の支持突起１９
が来るようにずらして積層する点にある。

もつとも、第３図及び第４図に示す如くスプリ
ングフオイル１２にあつては、支持突起を変形し
て軸受の片当り等を防止するようにすることも可
能である。第３図のものは、線状の支持突起２
０，２１の幅が同じであるけれども、１本置きに
両端を削つて長さを短くしたものであり、第４図
の支持突起２２は、長さは同じであるけれども中
央に比して両端に向かうに従つて順次幅を狭くし
たもので、軸受幅方向のスプリング定数を変化さ
せる機能を有する。すなわち、軸受幅中央部に比
して軸受の両端部において板厚方向（すき間方
向）のフオイル剛性を小さくできるようになつて
いる。

第５図はプレーン軸受となるベアリングフオイ
ル１４の基本構造を示しており、フオイル長手方
向に沿つて等間隔に穿設した高速安定化に必要な
圧力解放路２３を有している。圧力解放路２３，
２３間のピツチは、スプリングフオイル１２又は
ダンプフオイル１３の支持突起１９，１９間のピ
ツチと同一又は整数倍したもので、第１図の実施
例では２倍となつている。圧力解放路２３は板厚
方向に径の異なる２つの孔から成り、小径の孔は
オリフイス２４として機能し、大径の孔は圧力を
溜めるホケツト２５として機能するようになつて
いる。そして、このベアリングフオイル１４はダ
ンプフオイル１３の支持突起１９，１９間の本体
１８上面に圧力解放路２３のホケツト２５が臨む
ようにダンプフオイル１３上に密接して積層され
ている。

なお、ベアリングフオイル１４の軸受面形状を
プレーン軸受のためにフラツトとしているが、ヘ
リングボーン、ステツプ型、ポケツト型等の形状
にして一般の動圧型軸受に適用させることもでき
る。

さて、上記のような構成において、回転軸１６
の高速回転が始まると、第６図に示す如く軸受す
き間１７に発生する流体膜圧が一段と高くなり、
この流体膜圧Ｐによつてベアリングフオイル１４
が径方向外方へ押される。したがつて複数個の線
状支持突起１９により弾性変形が許容されるよう
に支承面１１上に積層して支持されたスプリング
フオイル１２とダンプフオイル１３のうち、スプ
リングフオイル１２が波状に変形する。また高速
回転に伴なう回転軸１６の自励振動により軸受す
き間１７に発生する昇圧流体膜圧の一部は、ベア
リングフオイル１４に穿設した解放路２３を通つ
てフラツトなダンプフオイル本体１８の上面に作
用する。この本体１８上面への作用は、解放路２
３の流路面積が入口側で小さく出口側で大きくな
つているので、軸受すき間１７に形成されている
高圧の流体膜圧を低下させることなく充分大きな
ものとすることができ、そのため可撓性を有する
ダンプフオイル本体１８は局所的に径方向外方へ
変位し、変位した部分に流体が局所的に満たされ
ることになる。

ところで、動圧流体軸受を高速まで安定に作動
させるためには、軸受流体膜のスプリング・ダン
ピング要素以外に外部の適切なスプリング・ダン
ピング要素が軸受面に沿つて配置されていること
が必要である。

ところが、本実施例ではその外部の適切なスプ
リング・ダンピング機能を、積層した３枚のフオ
イル構成により構成している。すなわち、スプリ
ング要素として、軸受すき間１７に発生する流体
膜圧Ｐの作用によつてスプリングフオイル本体１
８が軸受周方向に沿つて波状変形するので、周方
向にスプリングが分布して配置されることにな
る。また、外部ダンピング要素として軸受すき間
１７に発生する昇圧流体膜圧の作用によつてダン
プフオイル本体１８が局所的に変位し流体が周方
向に沿つて局所的に満たされるので、この満たさ
れた部分がスクイズ膜ダンパとして機能し、この
機能が周方向に分布して配置されることになる。
したがつて、本実施例によるフオイル軸受によれ
ば、高速で発生するジヤーナル軸受の自励振動を
効果的に制止することができ、高速安定化を達成
することができる。これに伴なつて、遠心膨張、
遠心変形、熱変形に耐えることができ、また芯出
し精度が向上するので、気体、液体をプロセス流
体とするすべての高速ターボ機械（ターボ圧縮
機、ターボ膨張機、ターボチヤージヤ、ターボ冷
凍機等）に適用でき、特に高温または低温の機種
に適用してメリツト大である。またベアリングフ
オイル１４に解放路２３を設けたことにより、軸
受すき間１７から異物を排出することができるい
う副次的効果もある。

また、本実施例では上述したような従来とほぼ
同様な非常に優れた高速安定化を維持しつつ、従
来よりも弾性フオイルを一枚省略して部品点数を
減少させることができ、低コスト化、高信頼性を
実現することができる。またラダーフオイルのご
とき形状のフオイルを使用しないので耐久性の向
上をはかることができるとともに、組立てに際し
てもラダーフオイルにスプリングフオイルを挿通
するというような面倒な作業を要せず、単にフオ
イルを積層するだけで足りるので組立が極めて容
易である。更に、スプリングフオイル１２とダン
プフオイル１３とに設ける支持突起１９は公知の
フオトエツチング技術等で容易に加工することが
できる上、これらのフオイルを同一形状とするこ
とができるので、構造を単純化することができ
る。

第７図は第１図の実施例の変形例を示すもの
で、第１図と異なる点は、ベアリングフオイル１
４、ダンプフオイル１３、スプリングフオイル１
２を連続して一体加工し、これを軸受ケース１０
の支承面１１上に三重巻きしてスプリングフオイ
ルの端部をキー１５に係止固定した点である。一
体加工した弾性フオイル２９は、第８図に示す如
く、左からベアリングフオイル部Ｂ、ダンプフオ
イル部Ｄ、スプリングフオイル部Ｓの順に連続し
ている。ダンプフオイル部Ｄとスプリングフオイ
ル部Ｓとの境界となる支持突起１９，１９間の距
離は、各部の支持突起１９のピツチｂの1.5倍の
長さに設定すれば、三重巻きにして軸受ケース１
０内に組んだとき、スプリングフオイル部Ｓの支
持突起１９，１９間にダンプフオイル部Ｄの支持
突起１９が位置するようになり、これにより第７
図のごときスプリングを周方向に分布して配置す
ることができる。したがつて、１枚のフオイルで
軸受を構成できてフオイル軸受の成形・組立・加
工が更に容易になるという利点が得られる。

第９図は第８図の連続フオイルの変形実施例で
あり、スプリングフオイル部Ｓの支持突起長を
l₀，l₁と変えることにより、スプリングフオイル
部Ｓの軸受幅方向の剛性を変化させた点が異なつ
ている。

次に本発明をスラスト軸受に適用した実施例を
第１０図に示す。ジヤーナル軸受と構成原理は同
様で、スプリングフオイル３０、ダンプフオイル
３１、これと同一形状のベアリングフオイル３２
の３枚の円板状弾性フオイルから成り、ダンプフ
オイル３１とスプリングフオイル３０との支持突
起３３は放射状に複数本配置する。ベアリングフ
オイル３２については、上面にスパイラルグルー
ブ３４を刻設した場合を例示してあり、そのスパ
イラルグルーブ３４のグルーブエンド部に高速時
の自励振動を制止する役割を果たすオリフイス及
びポケツトから成る圧力解放路３５が穿設してあ
る。またこの場合にもジヤーナル軸受の場合と同
様に、フオイル板厚方向のフオイル剛性を半径方
向に変化させるためにダンプフオイル３１、スプ
リングフオイル３０の支持突起３３を変形するこ
とが可能である。

スパイラルグルーブ型スラスト軸受はスラスト
軸が矢印方向に回転してグルーブ３４に沿つて流
体を巻き込み昇圧させる形式のものであり、非常
に負荷能力の高い軸受であるが、高速域で不安定
振動を発生する。しかし、本実施例ではグルーブ
エンド部の最高圧力発生部に解放路３５を設けダ
ンプフオイル３１の上面に昇圧流体膜圧を作用さ
せるようにしているので、局所的にスクイズ膜ダ
ンパを分布させ上記不安定振動を抑制して高速安
定化を達成することができる。

このように本実施例は高速安定化を達成するこ
とができるが、これは軸受を構成する部材が弾性
フオイルで作られているから始めて可能なのであ
つて、このような効果は通常の剛体面軸受では実
現できない。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮する。

(1) ４層の弾性フオイルを必要とする従来のもの
に比し、高速安定性能を損なうことなく、１層
省略して軸受構造を簡単にすることができ、コ
スト低減をはかることができる。

(2) 従来必要としてラダーフオイルに代えて成形
加工容易な支持突起を一体的に有する略同一形
状の弾性フオイルを使用するので、成形・加工
がきわめて容易で耐久性が格段と向上し、しか
も使用する３つの層の弾性フオイルは単に積層
するだけで良いので組立が容易である。

(3) ベアリングフオイルに昇圧流体膜圧を入口側
より出口側で大きく解放する解放路を設けたの
で、ダンプフオイルに大きな制振作用を付与す
ることができ、自励振動の抑制効果を著しく増
加することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す正断面
図、第２図は第１図におけるスプリングフオイル
又はダンプフオイルの展開斜視図、第３図及び第
４図はスプリングフオイルの変形実施例を示す展
開斜視図、第５図は第１図におけるベアリングフ
オイルの展開斜視図、第６図は第１図の周方向の
展開断面図、第７図は第１図の変形例を示す正断
面図、第８図は第７図における弾性フオイルの展
開図、第９図は第８図のの変形実施例を示す展開
図、第１０図はポケツト型グルーブを有するスラ
スト軸受構造の分解正面図、第１１図は従来の流
体フオイル軸受構造の組立図である。 図中、１１は支承面、１２はスプリングフオイ
ル、１３はダンプフオイル、１４はベアリングフ
オイル、１７は軸受すき間、１８はスプリングフ
オイル又はダンプフオイルの本体、１９はスプリ
ングフオイル又はダンプフオイルの支持突起、２
０，２１，２２は支持突起、２３は解放路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弾性フオイル本体の下面に、一体的且つ等間
   隔に設けられた支持突起により支承面上に本体を
   浮かして支持され、支持突起間の本体の弾性変形
   が許容されるスプリングフオイルと、このスプリ
   ングフオイルと略同一形状に成形されてスプリン
   グフオイルの支持突起の間に支持突起が来るよう
   にスプリングフオイル上にずらして積層され、ス
   プリングフオイル本体の弾性変形により弾性支持
   されるダンプフオイルと、軸受すき間に発生する
   昇圧流体膜圧を入口側より出口側で大きく解放す
   る解放路を有し、この解放路がダンプフオイルの
   支持突起間の本体上面に臨むようにダンプフオイ
   ル上に密接され、解放路からの昇圧流体膜圧によ
   るダンプフオイル本体の局所変形により制振され
   るベアリングフオイルとから構成したことを特徴
   とする流体軸受構造。