JPH07151139A - 動圧軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速ターボ機械の回転支承部に適用される動
圧軸受に関するもので、減衰性の向上と、摩耗・焼付き
に対する安全性の向上を計ることを目的としている。 【構成】 高速回転する回転軸１の周囲に複数の分割さ
れた軸受パッド２が配置される。軸受パッド２の軸１に
面する表面にはエラストマ（弾性体）３が貼付してあ
り、その上に金属薄板４が貼付されている。金属薄板４
は円柱状の金属塊１０を有し、該金属塊１０は対応する
軸受パッド２に設けられた凹部とゆるやかに嵌合してお
り、エラストマ３の変位を吸収できる。軸受パッド２は
傾斜支持点９近傍を肉厚に、その他を肉薄に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービンやコンプレッ
サなどの高速ダーボ機械の回転支承部に適用される動圧
軸受及びこれに適用されるダンパ機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５及び図６に従来の動圧軸受及びダン
パ付ジャーナル軸受の１例を示す。

【０００３】図５において高速回転する軸０１のまわり
にはパッド０２が複数個配置され該パッド０２の表面に
は、焼付防止のため油軸受ではホワイトメタルなどの軟
金属をライニング０３している。また減衰性の向上をね
らって、エラストマ（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）をライニン
グ材０３に用いる場合がある。

【０００４】また軸受ハウジング０６のまわりにＯリン
グなどのダンパ材０４を取りつけこれをケーシングに入
れて外部との振動絶縁を図っている。なお０８はパッド
０２と軸受ハウジング０６間に配置したピボットであ
る。

【０００５】また図６は軸受パッド０２と軸受ハウジン
グ０６とのあいだにダンパ機構を設けたものであり、回
転軸０１の振動をピボット０８を介してばね５に伝え、
ダンパ材０４の弾性ヒステリシス損失を減衰に使うもの
である。

【０００６】ダンパ材０４にはエラストマを使用し、こ
れにより軸受パッド０２の振動に伴なう弾性部材０１０
の振動エネルギーを吸収している。なおダンパ性能は、
ダンパ材の弾性損失エネルギーの大きさに依存してい
る。なお０７はダンパ受板、０９はボルト、０１０はピ
ボットナットである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで動圧軸受を気
体軸受として使用する場合、減衰性が劣るため、エラス
トマをライニングに用いることは有効である。

【０００８】しかし、エラストマは一般に耐摩耗性に劣
り、また、しばしば熱伝導性に劣る。このため、数ミク
ロン程度のすきまで作動するような気体軸受では、起動
・停止の際の軸とパッドの接触による摩耗によって軸受
すきま形状が大きく変化し、性能劣化をきたす不具合が
ある。

【０００９】また、接触時に局所温度が上昇しやすく焼
付き損傷に到り易い不具合がある。

【００１０】また、ダンパ材にゴム等のエラストマを使
ったダンパ機構の性能はエラストマの貯蔵バネ定数に対
する損失係数の大きさに支配される。

【００１１】図５に示した背面ダンパ型では、心保持の
観点からエラストマにある程度の剛性が必要であり、こ
のためにエラストマの厚みを薄くする場合にＯリングな
どでは大きなつぶし代が必要であったり、シートを使用
する場合にはハウジングの２ツ割は不可欠となるほか、
運動体の質量も大きくエラストマ性能に大きな調整代が
必要となる。

【００１２】また図６のような軸受パッドとハウジング
間に設ける方式ではエラストマの圧縮変形に基づく内部
減衰が減衰作用にあずかるのでその大きさに限度がある
という難点がある。

【００１３】このように従来のダンパでは、ダンパ性能
がエラストマの損失係数に依存しており、さらに弾性板
の剛性が並列して作用するために、そのダンパの総合性
能であるダンパの減衰と剛性比は劣化してしまう。

【００１４】本発明は従来技術の以上のような不具合点
を解消した新たな動圧軸受を提供することを目的として
いる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の構成として本発明の動圧軸受は、回転軸の周囲に、複
数の分割された軸受パッドを配置し、該パッドをその外
側に設けたハウジングに対して傾斜可能に支持してなる
ティルティングパッドジャーナル軸受において、前記パ
ッドが前記回転軸に面する側に弾性体（エラストマ）を
貼付し、さらにその上面に金属薄板を貼付したことを特
徴としている。

【００１６】また前記軸受における金属薄板の、パッド
の傾斜支点と同位相の位置を厚くして金属塊とし、さら
に該金属塊が前記パッド内部を半径方向に移動可能とな
るようにパッドに凹部を設けることも効果的である。

【００１７】さらに、回転軸の周囲に、円筒あるいは円
筒を分割してなり、当該軸を支承するジャーナル軸受
の、軸受パッドあるいは軸受パッドを内包した軸受ハウ
ジングをケーシングに対して弾性的に支承するダンパ機
構において、前記軸受パッドをピボットで支え、ダンパ
受板に両端を支承されたダンパ弾性板の中央に設けられ
たピボットの反対側に円錐部を突設し、該円錐部に対面
するダンパ受板側に凹んだ円錐部を形成し、両円錐部間
にエラストマ（弾性体）の薄板を挟んで構成してもよ
い。

【００１８】また粘性ダンパ機構として、薄い座ぶとん
様の変形容易なる袋状チャンバ内に粘性流体を封入し、
これをほぼ同サイズの底面積を有するシリンダの底に配
置し、これにその周辺が容易に弾性変形する薄板状ピス
トンを押し当ててもよい。

【００１９】

【作用】上記のように構成された本発明の動圧軸受によ
れば、軸受パッドの回転軸に面する側に貼付したエラス
トマ上に金属薄板を設けたことによって、多くの場合、
耐摩耗性が向上するが、更に、表面が金属であることに
よってスパッタリングなどの方法によって耐摩耗性皮膜
や固体潤滑膜の形成が容易になる。

【００２０】また、軸とパッドの強い接触は、半径方向
へのパッド表面の運動が制限されている傾斜支持点近傍
になり、その接触時間は短かいので接触点付近に金属塊
を設けることによって局所的に熱容量を大きくして平均
温度上昇を抑制でき焼付きを防止できる。

【００２１】また、ダンパ部を２つの対向する円錐部の
テーパで構成することによりダンパのラジアル剛性を高
めるためダンパ材を薄くしても円錐部間のエラストマの
せん断ひずみを大きくすることができるため、コンパク
トで減衰性の高いダンパとなる。

【００２２】さらに、シリンダとチャンバの底面積を同
じにしたことにより、ピストンによる圧縮によってチャ
ンバはピストンの周辺部を圧縮方向と逆に押し返す。そ
の際、チャンバ中央付近の粘性流体が周辺に流動するこ
とによってスクイズ作用が発生してピストンの運動に対
して減衰力が作用する。一方、除荷時にはピストンの弾
性回復によって周辺の粘性流体が中央に戻され、くり返
し作動できる。

【００２３】

【実施例】以下図面により本発明の実施例について説明
する。図１は本発明の第一実施例のティルティングパッ
ドジャーナル軸受である。

【００２４】図において、高速回転する回転軸１の周囲
に、複数の分割された軸受パッド２が配置されている。
ハウジング６に、本実施例の場合３個傾斜可能に配され
た軸受パッド２の回転軸１に面する表面にはフッ素ゴ
ム、プチルゴム等から成るエラストマ３が貼付してあ
り、その上に傾斜支持点９に位相を合わせたところにイ
ンコネルや銅合金から成る円柱状の金属塊１０を有する
金属薄板４が貼付してある。

【００２５】金属塊１０は対応する軸受パッド２に設け
られた凹部１１とゆるやかに嵌合されており、エラスト
マ３の変位を吸収することができる。

【００２６】なお、軸受パッド２は支持点近傍以外は肉
厚を薄くして、エラストマ３に対して圧縮変位のみなら
ず、パッド面のわずかな曲げによるずり変位を与えて減
衰を稼ぐこともできる。１５は回り止め、１７はボルト
である。

【００２７】金属塊１０と金属薄板４とは、溶接による
接合でも良いし、又、削り出して一体に形成しても良
い。

【００２８】つぎに本発明の第２実施例につき図２によ
り説明すると、図２は本発明のダンパ機構を搭載した動
圧ジャーナル軸受である。

【００２９】図２において、回転軸１のまわりに配され
た軸受パッド２はピボット８と一体化した両端支持のダ
ンパ弾性板５に対して傾斜可能なティルティングパッド
軸受をなしている。

【００３０】ダンパ弾性板５のピボット８の裏側には円
錐部５′が突設され、これに対面するダンパ受板７には
凹んだ円錐部５″が形成され、互いに嵌め合う様に形成
されている。

【００３１】このダンパ弾性板５とダンパ受板７のあい
だの円錐部５′，５″にエラストマ４が装着されてい
る。

【００３２】ダンパ受板７は軸受ハウジング６に剛に結
合されている。

【００３３】軸振動により、軸受パッド２は半径方向に
運動し、ダンパ弾性板５の円錐部５′はエラストマ４に
圧縮変形とせん断変形が同時に作用する。エラストマ４
は薄くできるので圧縮変形に対する剛性は高くなるがせ
ん断ひずみによる損失弾性が稼げるために減衰能の低下
が抑制できる。

【００３４】つぎに本発明の第３実施例につき図３及び
図４により説明する。図３（ａ），（ｂ）は本発明のダ
ンパの構造及び機能図であり、粘性流体１７を封入した
チャンバ１６が同じ底面積をもつシリンダ１９の底に配
置されており、薄板のピストン１５がこれに接してい
る。

【００３５】ピボット部１３に力が作用するとピストン
１５は図３（ｂ）のように変形し、この弾性回復によっ
て右向きにピストンが変位する。なお１４はピストンの
ガイド部である。

【００３６】図４は、本発明のダンパを取りつけた動圧
ジャーナル軸受であり、回転軸１外周に複数個配置され
た軸受パッド２をそれぞれピボット１３が傾斜可能に支
持しており、このピボット１３と直結して各ダンパ部
（１４，１５，１６等で構成）がハウジング１８内部に
設置されている。なおチャンバ１６は、高強度繊維や銅
板でも可である。

【００３７】以上本発明の実施例につき縷々説明した
が、本発明はこれら実施例に限定されるものでなく本発
明技術思想の範囲内において設計変更が可能であり、そ
れらは何れも本発明の技術的範囲に属する。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば次に示す効果が得られ
る。 （１）請求項１，２記載の発明により、動圧軸受特に動
圧気体軸受の低摩擦性という優れた特徴が、減衰性の向
上と摩耗・焼付きに対する安全性を得て、高速ターボ機
械への適用拡大が進むことによりひろく生かされる。

【００３９】（２）請求項３記載の発明により、心保持
性が良く、また組立性の良いコンパクトなダンパ機構を
提供することができ、特に減衰性能の不足し易い動圧気
体軸受の高速性能が改善される。

【００４０】（３）請求項４，５記載の発明により、従
来材料固有の減衰等にたよっていたダンパの性能がチャ
ンバサイズの変更なしにその粘性流体量等によって調整
でき、より高減衰のダンパ構造を提供することができ
る。また、粘性流体が密閉チャンバ内にのみ存在するこ
とで、オイルフリーの気体軸受にも適用が可能であり、
高減衰性軸受システムが構築できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る動圧ジャーナル軸受
の断面図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る動圧ジャーナル軸受
の断面図である。

【図３】本発明の第３実施例に係るダンパ機構の作用説
明図で、（ａ）はピストンの変形前、（ｂ）はピストン
の変形後の状態を示す。

【図４】図３のダンパ機構を使用した本発明ジャーナル
軸受の断面図である。

【図５】従来の動圧ジャーナル軸受の断面図である。

【図６】従来のダンパ付ジャーナル軸受の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 軸受パッド ３ エラストマ ４ 金属薄板 ５ ダンパ弾性板 ６ ハウジング ７ ダンパ受板 ８ ピボット １０ 金属塊 １１ 凹部 １３ ピボット １４ ピストンのガイド部 １５ ピストン １６ チャンバ １７ 粘性流体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の周囲に、複数の分割された軸受
   パッドを配置し、該パッドをその外側に設けたハウジン
   グに対して傾斜可能に支持してなるティルティングパッ
   ドジャーナル軸受において、前記パッドが前記回転軸に
   面する側に弾性体（エラストマ）を貼付し、さらにその
   上面に金属薄板を貼付したことを特徴とする動圧軸受。
2. 【請求項２】 金属薄板の、パッドの傾斜支点と同位相
   の位置を厚くして金属塊とし、さらに該金属塊が前記パ
   ッド内部を半径方向に移動可能となるようにパッドに凹
   部を設けたことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受。
3. 【請求項３】 回転軸の周囲に、円筒あるいは円筒を分
   割してなり、当該軸を支承するジャーナル軸受の、軸受
   パッドあるいは軸受パッドを内包した軸受ハウジングを
   ケーシングに対して弾性的に支承するダンパ機構におい
   て、前記軸受パッドをピボットで支え、ダンパ受板に両
   端を支承されたダンパ弾性板の中央に設けられたピボッ
   トの反対側に円錐部を突設し、該円錐部に対面するダン
   パ受板側に凹んだ円錐部を形成し、両円錐部間にエラス
   トマ（弾性体）の薄板を挟んで構成したことを特徴とす
   る動圧軸受。
4. 【請求項４】 粘性流体をその内部に満たした薄い袋状
   のチャンバと、それを内包するシリンダとピストンから
   なるダンパ機構において、ピストンヘッドを薄板円板で
   構成したことを特徴とする粘性ダンパ機構。
5. 【請求項５】 軸受ハウジングの内面で、半径方向に形
   成されたシリンダと、該シリンダのシリンダ底に挿入さ
   れた粘性流体を内部に満たした薄い袋状のチャンバと、
   一端に軸受パッドの凹部に嵌合するピボットと、他端に
   シリンダ周辺に向って薄く形成された円板状のピストン
   ヘッドからなるピストンを形成し、ピストンヘッド側が
   チャンバに接していることを特徴とする動圧軸受の粘性
   ダンパ機構。