JPH0833163B2 - リ−フ型フオイルスラスト軸受 - Google Patents

リ−フ型フオイルスラスト軸受

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JPH0833163B2
JPH0833163B2 JP62025587A JP2558787A JPH0833163B2 JP H0833163 B2 JPH0833163 B2 JP H0833163B2 JP 62025587 A JP62025587 A JP 62025587A JP 2558787 A JP2558787 A JP 2558787A JP H0833163 B2 JPH0833163 B2 JP H0833163B2
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recess
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光 森下
博 金光
義幸 萩原
喜生 熊田
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/042Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. axial foil bearings

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車等のターボチャージャにおけるター
ビンシャフト用スラスト軸受のような軽負荷高速回転軸
受として有用な気体潤滑型軸受に関し、更に詳しくは、
リーフ型フォイルスラスト軸受に関する。
〔従来の技術〕
従来から、軽負荷高速回転用気体潤滑型スラスト軸受
として用いられるリーフ型フォイルスラスト軸受におい
ては、第6図に示すように、回転部材(例えば回転シャ
フト)1の端面に向き合う軸受部材2のスラスト面2aに
バンプ部を連続的に屈曲形成した複数個のバンプフォイ
ル3が周方向に間隔を開けて設けられ、各バンプフォイ
ル3上に沿って平板状のトップフォイル4が設けられて
いる。このような構成のリーフ型フォイルスラスト軸受
において、気体による安定した潤滑を得るためには、ト
ップフォイル4と回転部材1の端面との間に潤滑気体の
安定したくさび膜を形成し、トップフォイル4には図中
下向きの矢印群で示すような圧力分布を生じさせる必要
がある。このため、従来は、バンプフォイル3のバンプ
高さhを順次に変化させることにより、その上に載せら
れるトップフォイル4を緩やかな山形に湾曲させるとい
う手段が採られていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、バンプフォイルは微小な部品であり、
しかも、要求されるバンプ高さ変化の勾配は極めて微小
な値であるため、バンプ高さを順次に変えたバンプフォ
イルを精度よく成形加工することは極めて困難なことで
あった。
また、バンプフォイル上のトップフォイルの勾配の最
適範囲についてはこれまで十分な研究がなされておら
ず、一般には0.6°以下に設定されていたため、スラス
ト荷重に対する負荷容量が十分ではなかった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点に鑑み、本発明は容易な加工によって軸受
隙間に潤滑気体の安定したくさび膜を形成することがで
き、しかも、スラスト荷重に対する負荷容量を高めるこ
とができるリーフ型フォイルスラスト軸受を提供する。
すなわち、本発明によれば、回転部材の端面に対向す
る軸受部材のスラスト面上に回転部材の回転方向に間隔
を開けて周方向に延びる複数個の凹所を設け、回転部材
の回転方向における各凹所の前端側から後端側に向けて
各凹所の深さを徐々に浅くして各凹所の後端を軸受部材
のスラスト面上で終端させ、一端部側から他端部側に向
けて連続的に屈曲形成されたバンプ部を有し且つバンプ
高さを一定とした複数個のバンプフォイルの一端部側を
それぞれ前記凹所に沿わせて設けるとともに各バンプフ
ォイルの他端部側を軸受部材のスラスト面上に沿わせて
設け、平板よりなる複数個のトップフォイルをそれぞれ
バンプフォイル上に沿わせて設けることにより各トップ
フォイルに凹所の深さ変化の勾配に対応する勾配をもた
せ、これにより、各トップフォイルと回転部材の端面と
の間に潤滑用気体のくさび膜が形成されるようにしたリ
ーフ型フォイルスラスト軸受であって、前記凹所の深さ
変化の勾配を0.6°よりも大きく2°以下の範囲内とし
たことを特徴とするリーフ型フォイルスラスト軸受が提
供される。
〔作用〕
本発明による上記手段によれば、軸受部材のスラスト
面に形成した凹所の深さ変化に応じてバンプフォイル上
のトップフォイルに勾配が生じるので、トップフォイル
と回転部材との間に潤滑用気体のくさび膜が安定的に形
成される。一方、バンプ高さが一定のバンプフォイルは
加工が容易であり、また、深さが徐々に変化する凹所は
軸受部材のスラスト面に対しては容易に加工形状するこ
とができるので、寸法精度の高いリーフ型フォイルスラ
スト軸受が容易に得られることとなる。しかも、凹所の
深さ変化の勾配を0.6°よりも大きく2°以下の範囲内
としたので、トップフォイルの傾きの勾配が0.6°以下
のものに比べてスラスト荷重に対する負荷容量を大幅に
高めることができる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図ないし第4図は本発明の一実施例を示すもので
ある。これらの図を参照すると、リーフ型フォイルスラ
スト軸受は中央に軸線方向貫通穴を有する円板状の軸受
部材11を備えている。軸受部材11には回転部材(例えば
回転シャフト)12と同軸に配置されており、軸受部材11
のスラスト面11aは所定幅の隙間を介して回転部材12の
端面12aはに対向している。
軸受部材11のスラスト面11aには回転部材12の回転方
向(矢印A方向)に間隔を開けてここでは4つの凹所13
が設けられている。4つの凹所13は互いに直交する4つ
の半径線R1〜R4に沿って延びており、回転部材12の回転
方向(矢印A方向)における各凹所13の前端13a及び後
端13bはそれぞれ各半径方向線R1〜R4に対し平行に延び
ている。
第1図に詳細に示すように、各凹所13は深さは前端13
a側から後端13b側に向かって徐々に浅くなっている。こ
こでは、凹所13は直線的な傾斜面となっており、凹所13
の深さは前端13aの箇所で最も深く、且つ、凹所13の後
端13bは軸受部材11のスラスト面11a上で成端している。
リーフ型フォイルスラスト軸受は4つのバンプフォイ
ル14を備えている。各バンプフォイル14は薄い可撓性金
属板からなっていて略扇形状に形成されている。各バン
プフォイル14はその周方向一端側から他端側に向けて連
続的に屈曲形成された複数個のバンプ部14aを有してい
る。各バンプ部14aは同一寸法形状を有しており、各バ
ンプフォイル14のバンプ高さh(第4図参照)は全体に
一定となっている。各バンプフォイル14のバンプ部14a
は凹所13の前端13a及び後端13bい対して平行に延びてい
る。
バンプフォイル14の一端は凹所13に接着、溶接等の手
段によってそれぞれ固着されている。ここでは4つのバ
ンプ部14aが凹所13上に位置しており、残りのバンプ部1
4aは軸受部材11のスラスト面11a上に位置している。
バンプフォイル14上に沿ってトップフォイル15がそれ
ぞれ設けられている。各トップフォイル15は薄い可撓性
金属平板からなっていて略扇形状に形成されている。こ
こでは、トップフォイル15の表面にポリテトラフルオル
エチレン等のような樹脂のコーティングが施されてい
る。
各トップフォイル15の一端部15aは各凹所13の前端13a
に隣接する軸受部材11のスラスト面11a上に接着、溶接
等の手段によって固着されている。
バンプフォイル14のバンプ高さhは通常1mm以下に設
定され、凹所13の勾配θは0.6°<θ≦2°の範囲内に
設定される。
上記構成を有するリーフ型フォイルスラスト軸受にお
いて、回転部材12が矢印A方向に回転すると、凹所13上
のバンプ部14aに接するトップフォイル15の部分には凹
所13の勾配θに対応する勾配が生じ、また、軸受部材11
のスラスト面11a上のバンプ部14aに接するトップフォイ
ル15の部分はスラスト面11a及び回転部材12の端面12aに
対してほぼ平行となる。したがって、トップフォイル15
と回転部材12の端面12aとの間には潤滑気体のくさび膜
が安定的に形成されることとなる。したがってトップフ
ォイル15には第6図に示した圧力分布とほぼ同様の応力
分布が生じ、低負荷高速回転における非接触軸受を安定
的に達成することができる。
一般に、バンプフォイル14はプレス金型等を用いて成
形加工されるが、バンプフォイル14のバンプ高さhは一
定であるので、プレス型の加工が容易となり、且つ、高
い精度を得ることができる。したがって、精度の高いバ
ンプフォイル14を安価に製造することができる。
一方、軸受部材11のスラスト面11aには深さが徐々に
変化する凹所13を形成する必要があるが、このような凹
所13の加工は容易に行なうことができ、且つ高い精度を
得ることができる。
〔試験例〕
凹所13の深さ変化の勾配θを0.5°(供試品1),0.6
°(供試品2)及び0.8°(供試品3)とし、他の条件
を同一としたリーフ型フォイルスラスト軸受を自動車用
ターボチャージャのタービン軸のスラスト軸受部に組み
込んで負荷容量を測定した。試験機はエアベアリングテ
スタを用いてスラスト荷重はエア圧で加え、摩擦トルク
はバーのねじれで測定した。予荷重を100gとし、1.6kg
ずつ2分間隔で荷重を増加させた。タービン駆動エア圧
力は2.5kg/cm2で一定とし、予荷重時に80000rpmの回転
を与えた。
試験結果を第5図に示す。供試品1はスラスト荷重を
11.2kgとしたときに摩擦トルクが急上昇し、供試品2は
スラスト荷重を14.4kgとしたとき摩擦トルクが急上昇し
たが、供試品3はスラスト荷重を19.2kgまで増加させて
も摩擦トルクの急上昇は起こらなかった。すなわち、凹
所13の深さ変化の勾配θが0.6°の供試品2に比べると
勾配θが0.8°の供試品3は30%以上の負荷容量の増加
を示した。
また、7図は、凹所13の深さ変化の勾配θが0.5°か
ら3°までの複数の供試品に前述同様な試験を実施した
時の各焼付き荷重を示す図である。同図からわかるよう
に、勾配θが0.6°の供試品は、前述したようにスラス
ト荷重を14.4kgとしたときに摩擦トルクが急上昇し、1
4.5kgが焼付き荷重となっている。これに比較して、勾
配θが0.7°の供試品の焼付き荷重は、17.7kgと大幅に
大きくなり、さらに勾配θを大きくした供試品は、さら
に焼付き荷重が増加し、特に、勾配θが0.8°、0.9°又
は1°である供試品は、スラスト荷重を19.3kgにしても
焼付きは発生しない。勾配θが1.2°である供試品は19.
3kgで焼付きが発生し、さらに勾配θを大きくした供試
品は焼付き荷重が減少し、それが2°である供試品の焼
付き荷重は、15.1kgであり、傾向的にそれ以上に勾配を
大きくすると、勾配θが0.6°である供試品に対して焼
付き荷重における優位性はなくなる。このように、勾配
を0.6°より大きく2°以下の範囲内とすることで、勾
配がこの範囲外であるものに比較して大幅に荷重容量を
増大させることが可能となる。
以上好ましい実施例につき説明したが、本発明は上記
実施例の態様のみに限定されるものではなく、例えば、
凹所、バンプフォイル、トップフォイル等の個数は適宜
に選定することができる。また、バンプフォイルはその
バンプ部の湾曲した凸面側が軸受部材のスラスト面に接
するように配置してもよい。
また、トップフォイルは各バンプフォイル上に2枚以
上重ねて設けてもよい。この場合、上側のトップフォイ
ルの剛性を下側のトップフォイルの剛性よりも小さく
し、くさび膜形成作用が2段階に現れるようにしてもよ
い。このように構成すれば、回転部材の端面に対する上
側トップフォイルの初期接触圧を小さくすることができ
るので、起動トルクを小さくすることができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、軸
受部材の凹所の深さ変化に対応する勾配がバンプフォイ
ル上のトップフォイルに生じるので、トップフォイルと
回転部材との間の軸受隙間に潤滑気体のくさび膜を安定
的に形成することができる。しかも、本発明において
は、凹所の深さ変化勾配を0.6°よりも大きく6°以下
の範囲内としたので、勾配が0.6°以下のものに比べて
スラスト荷重に対する負荷容量を大幅に増大させること
ができる。したがって、軽負荷高速回転軸受に適した非
接触軸受を安定的に達成できることとなる。また、バン
プフォイルのバンプ高さは一定であるので、その加工が
容易で高い精度を得ることができる。一方、深さが徐々
に変化する凹所は軸受部材のスラスト面に対しては容易
に且つ高い精度で加工形成することができる。したがっ
て、高性能なリーフ型フォイルスラスト軸受を安価に提
供できることとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すリーフ型フォイルスラ
スト軸受の第2図中I−I線に沿った拡大断面図、 第2図は本発明の一実施例に係るリーフ型フォイルスラ
スト軸受の平面図、 第3図は第2図に示すスラスト軸受の第2図中III−III
線に沿った断面図、 第4図は第2図に示すスラスト軸受の要部拡大断面図、 第5図は本発明によるリーフ型フォイルスラスト軸受を
自動車用エンジンのターボチャージャのタービン軸に適
用した場合の凹所の深さ変化の勾配が異なる三つの供試
品における荷重に対する摩擦係数を示すグラフ、 6図は従来のリーフ型フォイルスラスト軸受の構造を示
す部分断面図、 7図は本発明によるリーフ型フォイルスラスト軸受を自
動車用エンジンのターボチャージャのタービン軸に適用
した場合の凹所の深さ変化の各勾配に対する焼付き荷重
を示す図である。 11……軸受部材、11a……スラスト面、12……回転部
材、12a……端面、13……凹所、13a……前端、13b……
後端、14……バンプフォイル、15……トップフォイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊田 喜生 愛知県豊田市緑ヶ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−92316(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転部材の端面に対向する軸受部材のスラ
    スト面上に回転部材の回転方向に間隔を開けて周方向に
    延びる複数個の凹所を設け、 回転部材の回転方向における各凹所の前端側から後端側
    に向けて各凹所の深さを徐々に浅くして各凹所の後端を
    軸受部材のスラスト面上で終端させ、 一端部側から他端部側に向けて連続的に屈曲形成された
    バンプ部を有し且つバンプ高さを一定とした複数個のバ
    ンプフォイルの一端部側をそれぞれ前記凹所に沿わせて
    設けるとともに各バンプフォイルの他端部側を軸受部材
    のスラスト面上に沿わせて設け、 平板よりなる複数個のトップフォイルをそれぞれバンプ
    フォイル上に沿わせて設けることにより各トップフォイ
    ルに凹所の深さ変化の勾配に対応する勾配をもたせ、こ
    れにより、各トップフォイルと回転部材の端面との間に
    潤滑用気体のくさび膜が形成されるようにしたリーフ型
    フォイルスラスト軸受であって、 前記凹所の深さ変化の勾配を0.6°よりも大きく2°以
    下の範囲内としたことを特徴とするリーフ型フォイルス
    ラスト軸受。
  2. 【請求項2】前記バンプフォイルにおける複数個のバン
    プ部がそれぞれ前記凹所上に配置されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載のリーフ型フォイル
    スラスト軸受。
  3. 【請求項3】前記バンプフォイルの前端に最も近いバン
    プ部の頂部がそれぞれ軸受部材のスラスト面よりも回転
    部材側に突出していることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項又は第2項に記載のリーフ型フォイルスラスト軸
    受。
  4. 【請求項4】前記バンプフォイルはそれぞれ前記凹所上
    に固着されており、前記トップフォイルは前記凹所の前
    端に隣接する前記軸受部材のスラスト面の縁部近傍上に
    固着されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載のリーフ型フォイルスラスト軸受。
  5. 【請求項5】前記各凹所の深さは前記回転部材の回転方
    向における前記凹所の前端から後端に向けて直線的に浅
    くなっていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載のリーフ型フォイルスラスト軸受。
  6. 【請求項6】前記各凹所の前端及び後端は前記回転部材
    の回転半径方向線に対し平行に延びていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載のリーフ型フォイルス
    ラスト軸受。
  7. 【請求項7】前記バンプフォイルにおけるバンプ部は前
    記凹所の前端及び後端に対し平行に延びていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載のリーフ型フォイ
    ルスラスト軸受。
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