JPS5848767B2 - フォイル軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回転装置の液体又は気体軸受（流体軸受）
、特に、軸とブツシング間又は他の相対運動をする部材
間に軸受フォイル（又は軸受フォイル部材）を使用した
軸受、すなわち、フォイル軸受に関する。

これらのフォイルは、一般に可繞性材料の薄板から或る
ものであって、流体軸受の流体力学的特性を高め、かつ
、通常の軸受では破損が生じるような大負荷がかかった
場合にも作動し得る。

加えて、これらのフォイルは相対運動をする部材間の心
違いを調整するほか、緩衝効果を与えるといろ別の利点
も有している。

従来は、例えば米国特許３，４ ３ ４，７ ６ １号
に記してあるように、フォイルの一端を、何らかの方法
で（例えば、棒（ロンド又はバー）をフォイルの一端に
取り付け相対運動をする部材の一つに設けたスロット又
はみぞに保持させてやるなど）、相対運動をする部材の
一つに取着していた。

又、複数個の重なり合うフォイルを一つずつフォイル・
べ−スにスポット溶接し、このフォイルベースを相対運
動をする部材の一つに摩擦係合させたものである。

軸受フォイルをその一端で繋虚した場合この取付方法で
は従来からの制限、不具合点が残る。

一端で支持されたフォイルは、その他端近くで軸と接触
し、この軸を支承しているので、この軸への圧接力はフ
ォイルの全長でほぼ決定されてしまう。

このために、フォイルを薄い部材で形成した場合には充
分な弾性力が得られず、軸が少しでも偏心していると、
偏心回転してしまい取付部材受部との係合がはずれてし
まう。

また、このためにフォイルを剛性の部材で形戒すると軸
の始動トルクが大きくなる欠点がある。

従って、この発明の目的は、軸受フォイルの取付部材を
、フォイルの中間部に設けることによって、軸受フォイ
ルの弾性力、押圧力を実質的にはフォイルの長さとは無
関係にし従来の欠点を除去するようにしたフォイル軸受
を提供することである。

以下、図面に基づいてこの発明を説明する。

第１図において、この発明のフォイル軸受部材１０は薄
くしなやかな軸受フォイル１２と、その中間部に、例え
ばスポット溶接によって固定された取付棒（又は取付部
）１４とから成る。

一般には対称に示されているが、軸受フォイルの形状は
用途に応じて適当なものにすることができる。

又、たとえ軸受フォイルが対称であっても、取付棒１４
は軸受フォイル部材の中心に固定されていなくてもよい
。

第２図に示すように、多数個のフォイル軸受部材１０は
ブツシング１６（第１部材）の内側に配置されている。

取付棒１４はブツシング１６の内面内に設けられた取付
部材受部を構或するみぞないしはスロット１８内に受け
られる。

更に、第２図に示すように、軸受フォイル１２は、取付
棒１４の片側が上側フォイル部２０と他の側が下側フオ
イｌレ部２２になっている。

取付棒１４の片側の下側フォイル部２２は隣接する軸受
フォイル１２の、取付棒１４の他の側の上側フォイル部
２０の下に位置している。

下側フォイル部２２の自由端は、一般に、ブツシング１
６の内面の、隣接するみぞ１８に近い部分に接触してい
るが、上側フォイル部２０の自由端は隣接する軸受フォ
イルの取付棒１４の近傍に接触している。

第３図に示すように、軸（第２部材）２６をブツシング
１６に挿入すると、軸受フォイル１２が軸２６とブツシ
ング１６間の空間内に圧縮されて、下側フォイル部２２
が隣接する軸受フォイル１２の下側フォイル部２０を弾
性支持するようになる。

又、取付棒１４はブツシング１６の内面にあるみぞ１８
に更に深く押し込まれる。

各フォイル１２は、一方は下側フォイル部２２の自由端
部でブツシング１６の内面２４によって、他方は上側フ
ォイル部２０の自由端で隣接する軸受フォイル１２によ
って支持され、かつ枢支される可繞性のビームの役割を
威している。

荷重がかかると、各軸受フォイル１２は、支持点間でた
わむ。

下側フォイル部２２の自由端部はブツシング１６の内面
２４を摺動ずるが、上側フォイル部２２の自由端は隣接
する軸受フォイル１２上を摺動する。

然しなから、軸受フォイル１２の動きはみぞ１８内にあ
る取付棒１４によって制限される。

第１図乃至第３図では、この発明に基づくジャーナル軸
受のうちの基本的なものを説明したが、次に述べるよう
に多数の応用例及び変形例が可能である。

必要な場合に潤滑性と耐摩耗性を与え、又、フォイル軸
受部材の緩衝特性（ないしは減衰特性）を制御するため
に、フォイル軸受の特定の面に種種のコーティングをほ
どこしてもよい。

第２ａ図及び第１１図に示すように、持ち上げられる前
に軸２６と接触する上側フォイル部２０の上面は重合フ
フ化炭素（ ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｆｌｕｏｒｏｃａ
ｒｂｏｎ ）のような耐熱性、高潤滑性、耐摩耗性コー
ティング層２１を被覆することができる。

上側フォイル部２０の下面が摺動する下側フォイル部２
２の上面は、軸２６に接触しないから、上側フォイル部
のコーティング層２１よりも潤滑性のよくないコーティ
ング層２３で被覆してやってもよい。

耐熱性スーパポリマ−（例えばポリフイニルスルフイド
）に耐摩耗材（例えば、コバルトの酸化物）を充填した
ものを用いることができる。

重合フツ化炭素の下地（アンダー・コート）を用いると
、このようなコーティング層がうまくつくことが判った
。

下側フォイル部２２の下面はブツシング１６の内面を摺
動ずるから、内面２４には下側フォイル層２２の上面に
したコーティング層２３と同様の材質のコーティング層
２５を被覆すればよい。

上側フォイル部２０の下面と下側フォイル部２２の上面
のコーティング層２３との間及び下側フォイル部２２の
下面とブツシング１６の内面２４のコーティング層２５
との間の相対的な摺動運動は、互いに重なり合っている
フォイル間に形威された膜（ ｓｑｕｅｅｚｅ ｆｉｌ
ｍ ）と共に、フォイル軸受の緩衝作用（ないしは減衰
作用）に大きな影響を与える。

コーティング層２３．２５の材料を適当に選択すること
によって、この緩衝作用（ないしは減衰作用）を制御し
得る。

超過減衰（ ｏｖｅｒ−ｄａｍｐｉ −ｎｇ ）は負荷
容量を減少させかつ始動トルクを増加させ、これに対し
、不足減衰（ ｕｎｄｅｒ−ｄａｍｐｉｎｇ ）は外力
がかかった時の軸のブレ（ ｒｕｎｏｕｔ ）の振幅を
増加させるから、軸受に適当な作動を行なわせるには、
減衰（ ｄａｍｐｉｎｇ ）が所定の限界内に維持され
なくてはならない。

第４図及び第５図において、軸受の減衰は、取付棒１４
とプツシング１６内のみぞ１８間の摩擦接触によっても
影響を受ける。

取付棒１４に接触するみぞ１８の側面に摩擦材製のコー
ティング層３０を固着して摩損の生じない摩擦接触を生
じさせると、フォイル軸受の減衰（ ｄａｍｐｉｎｇ
）が増加する。

フォイル軸受の摩耗面にコーティング層をかける外に、
軸受フォイルの形状を変えて特別の性質を与えてやって
もよい。

例えば、第６図に示すように、取付棒４４に固着された
軸受フォイル４２を含むフォイル軸受部材４０には、そ
れの下側フォイル部４８の下面をエッチングするかみぞ
加工をして、上面が平らな尾根部５２とみそ部５０を交
互に形戊してやるとよい。

又、上面にも尾根部５４とみぞ部５６とを交互に形威し
、これらの尾根部５４の間隔を下面の尾根部５２の間隔
に同じにする。

これらのみぞ５０，５６はフォイルの長手力向に沿って
流体の流れを生じさせることによって軸受の冷却に役立
つものである。

尾根５２，５４は、これらの上をフォイルが滑るのを容
易にし、かつ流体のフイルム面中にうねりが生じるのを
最小に抑えられるように、一般に頂部が平らになってい
る。

尾根部５２の底から尾根部５４の頂部まで測った下側フ
ォイル部４８の全厚さは上側フォイル部４６の厚さに等
しければよい。

第７図の実施例においても、下側フォイル部６８の上下
面共にエッチング加工又はみぞ加工をされている。

下面にはみぞγＯと尾根部γ２が交互に形或され、上面
にも、みぞ７４と尾根部７６が交互に形或されている。

この実施例においては、上側フォイル部６６の厚さは、
みぞ７０からみぞ７４まで測った下側フォイル部６８の
厚さに特しい。

下側フォイル部に弾性又はばね作用を与えるために、第
６図及び第７図の実施例各々の上面の尾根部は下面のみ
ぞに対しており、上面のみぞは下面の尾根部に対してい
る。

第６図及び第７図のみぞ及び尾根部は光化学的なエッチ
ング法又はマッチング法によって正確かつ安価に形或さ
れるが、フォイル面に多数の細長片を接着するための別
の方法を用いることができる。

第７図の下側フォイル部６８は、弾性を介し又はばね状
になっており、尾根部間で半径方向により局部的ｌこた
わみ、その自由端のすべりはかなり少なくなる。

上側フォイル部の下面は、下側フォイル部の上面に突出
している尾根部だけに接触する。

第８図、第９図及び第９ａ図に下側フォイル部８４の下
側に別体の補強部材（スチフナ）８８を設けた別のフォ
イル軸受を示す。

これによって、フォイル軸受部材８０は比較的軽くかつ
弾性のあるものとなし得ると共に、取付棒８６の両側に
より長く延びる長大な上側フォイル部８２と長大な下側
フォイル部８４とを有するようになし得る。

より軽く、より可繞性があり、より長いフォイル（数が
より少ない）が理想的流体のフイルム形状の観点から利
点がある。

比較０ために、全部で８個のフォイルを第２図及び第３
図に示し、全部で４個のフォイルを第８図に示してある
。

補強部材８８は、下側フォイル部８４のすぐ下に設置さ
れた補強フォイル９２と、取付棒８６に隣接した補強部
材取付部９０とから或る。

取付棒８６と補強部材取付部９０とは共に、ブツシング
（第１部材）９８の内面１００内のみぞ１０２内に挿入
されるようになっている。

補強フォイル９２は概ね下側フォイル部８４と同じ曲率
を有しており、その上下面に多数の互いに離間された尾
根部を形或されている。

上面の尾根部９９と下面の尾根部９６とは交互に形威さ
れ、弾性のある、ばね状の補強フォイル９２になってい
る。

第９図に示すように、上面の尾根部９９の上面は皆平ら
になっており、これに下側フォイル部８４の下面が接触
するようになっている。

下面の尾根部９６も平らであるとよい。

補強フォイル９２は、軸と上側フォイル８２間に形或さ
れた流体フイルム（油膜）に臨む下側フォイル８４の面
に直接に接触しないから、この機械一弾性的構造体には
空気力学的な考慮をしなくても良いことになる。

従来の端部で取り付けられるフォイルにあっては、より
高いフイルム圧（油膜圧）を支えるためにばね荷重容量
を増加するため、フォイルを短くしたり厚くしたり、こ
の両方を行なったりする必要があった。

しかしながら、短く厚いフォイルは理想的な流体フイル
ム（油膜）形状を悪くするものであったし、あまり弾性
がないから局部的な不整合を起すものであった。

第８図及び第９図の実施例は、数の少ない補強フォイル
を用いることによって、軸受の始動トルクを小さくしか
つ負重容量を高くする。

加えて、心合せ及び冷却作用も良くなる。そして、フォ
イルの動的応答に関する減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）の制動
もできるようになった。

補強フォイル９２は、第７図の下側フォイル部６８と同
様に光化学的にエッチングすることができるものであっ
て、第９ａ図に示すようにコバルトの酸化物を充填した
ポリフイニレンサルフイドのような、耐摩耗材充填のス
ーパポリマー混合体で被覆することができる。

上面全部を被覆する方が容易ではあるが、コーティング
層９７を下側フォイル部８４の下面に接触する上面の尾
根部９９平面に設けるたけでもよい。

テフロンーＳのような重合フツ化炭素製のコーティング
層８３，８５をそれぞれ下測フォイル部８４及び上側フ
ォイル部６２の上面に設けてもよい。

ブツシング９８の内面１００（第８図）も、耐摩耗材を
充填したスーパポリマ混合体で被覆してもよい。

これまでに、フォイル軸受部材はフォイルとこれに結合
される取付棒が別休めものから成るものとして説明して
きたが、第１０図に示すようにフォイル軸受部材は一体
物として形或することが可能である。

この一体物のフォイル軸受部材１０１は、大略Ｕ字形の
みぞ形取付突出部１０６とこれから片側に延びる下側フ
ォイル部１０３と他の側に延びる下側フオイ部ル１０４
とから成る。

この一体物のフォイル軸受部材１０１は、所望の形状に
容易に曲がるように、うずくたわみ易い材料製である。

上述の形状のものはすべてジャーナル軸受に用いられる
ものとして考えてきたが、この発明のフォイル軸受部材
は、例えば、スラスト軸受や円錐軸受（ ｃｏｎｉｃａ
ｌ ｂｅａｒｉｎｇ ）などの他の型式の軸受にも用い
ることができる。

スラスト軸受に用いるフォイル軸受部材１２０を第１２
図に示す。

スラヌト軸受に用いるため、上側フォイル部１２２及び
下側フォイル部１２４から或る軸受フォイル部材は概ね
平らであ，り、取付棒１２６に取着されている。

応用例の中には、各々の軸受フォイル部材を必らずしも
重ね合わせなくてもよいものである。

又、多数のスラスト軸受用軸受フォイル部材を公知のも
ののようにスラスト面上に設けてもよい。

第１３図乃至第１６図に、この発明に基づく円錐軸受用
フォイル軸受を示す。

フォイル軸受部材１５０は取付棒１５６の両側に延びる
上側フォイル部１５２と下側フォイル部１５４から戒る
。

取付棒１５６は軸受のブツシング（第１部材）１３０内
の円錐穴１３２に設けられたみぞ１３４に嵌入するよう
になっている。

又、円筒穴１３６が円錐穴１３２からブツシング１３０
の残部を貫通している。

円筒部（大径部）１４０、円錐部１４２、円筒部（小径
部）１４４を有する軸（第２部材）１３８は、中に多数
個のフォイル軸受部材１５０を設けたブツシング１３０
に嵌入されるようになっている。

この円錐軸受は、第１３図には分解図で、第１４図には
組み立てたものの断面図で示されている。

ジャーナル軸受に用いた場合と同様に、スラスト軸受及
び円錐軸受に用いる場合にも種々の変形が可能である。

例えば、対応の軸受面に、第２ａ図及び第１１図に示し
たようにコーティング層をほどこしたり、第８図及び第
９図｝こ示したような別体の補強フォイルを用いてもよ
い。

特に、第１５図に、第１０図のジャーナル軸受用の一体
物のフォイルに対応する一体物の円錐形のフォイル軸受
部材１６０を示す。

上側フォイル部１６２と下側フォイル部１６４は、大略
Ｕ字形のみぞ形取付突起部１６６の両側それぞれから反
対方向に延びている。

加えて、第１６図には、ばね状の（弾性のある）下側フ
ォイル部１７４を有する円錐状の軸受フォイル（又はフ
ォイル軸受部材）１７０を示す。

上面の尾根部１７８は下側フォイル部１７４に沿った下
面の尾根部１７６と交互に配設されている。

上側フォイル部も下側フォイル部１７４も両方共、円錐
軸受に使用するため、テーパがついていると同様に、尾
根部１ ７６ ， １ ７８もテーパがついている。

すなわち、尾根部の間隔はフォイルの一端から他端へ向
って減少している。

又、以上の説明はブツシングに架設された軸受について
してきたが、同様の取付装置を軸に架設された軸受を取
り付けるにも用いることができる。

取付位置がいずれかの端部ではなくて中間部である限り
は、数多くの用途に適合するように、軸受フォイルの数
、形状、配置を変更することができる。

以上のとおり、この発明は、軸受フォイル部材の大略中
央部又はその近傍に取付部を設けて或るものであるから
、端部を取り付けられるフォイル軸受につきものの問題
のほとんどを克服することができる。

中央部を取り付けられるフォイルは初期トルクを非常に
減少させ、少ない数で大きな負荷容量を支持することが
できる。

又、補強フォイルを用いることにより、軸受フォイル部
材をよりうずく、より柔軟性を持たせ、より容易に作り
易いものにすることができ、相対的に回転する部材間の
心合せを良くすることができる。

加えて、中央部を取り付けられた軸受フォイル部材の各
々の下方に別体の補強フォイルを設けたことにより、負
荷容量を増加することができると共に、減衰（緩衝）作
用を種々に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のフォイル軸受に用いられる軸受フォ
イル部材の一実施例の斜視図、第２図は第１図のフォイ
ル部材をブツシングに取り付けた断面図、第２ａ図は軸
受フォイル部材にコーティング層をほどこしたものの部
分断面図、第３図は第２図の軸受に軸を挿入したものの
断面図、第４図は第２図の軸受のブツシングのみぞにコ
ーティング層を設けたものの部分断面図、第５図は第４
図の軸受に軸を挿入したものの部分断面図、第６図及び
第１図は、それぞれ、この発明の軸受フォイル部材の他
の実施例の斜視図、第８図は別体の補強フォイルを設け
た別のフォイル軸受の部分断面図、第９図は第８図の拡
大部分断面図、第９ａ図は第８図の軸受フォイル及び補
強フォイルにコーティング層をほどこしたもの、第１０
図及び第１１図は、それぞれ軸受フォイルの他の実施例
の斜視図、第１２図はスラスト軸受用の軸受フォイルの
斜視図、第１３図は円錐軸受用の軸受フォイルの斜視図
、第１４図は第１３図の軸受フォイルを組み立てたもの
の断面図、第１５図及び第１６図は、それぞれ、円錐軸
受用の軸受フォイルの他の実施例の斜視図である。 １０・・・・・・フォイル軸受部材、１２・・・・・・
軸受フォイル、１４・・・・・・取付棒（取付部）、１
６・・・・・・ブツシング、１８・・・・・・みぞ（ス
ロット）、２０・・・・・・上側フォイル部、２１・・
・・・・コーティング層、２２・・・・・・下側フォイ
ル部、２３・・・・・・コーティング層、２５・・・・
・・コーティング層、２６・・・・・・軸、３０・・・
・・・コーティング層、４０・・・・・・フォイル軸受
部材、４８・・・・・・下側フォイル部、５０・・・・
・・尾根部、５２・・・・・・みぞ、５４・・・・・・
尾根部、５６・・・・・・みぞ、６６・・・・・・上側
フォイル部、６８・・・・・・下側フォイル部、１０・
・・・・・みぞ部、１２・・・・・・尾根部、７４・・
・・・・みぞ、７６・・・・・・尾根部、８０・・・・
・・フォイル軸受部材、８２・・・・・・上側フォイル
部、８３・・・・・・コーティング層、８４・・・・・
・下側フォイル部、８５・・・・・・コーティング層、
８６・・・・・・取付棒、８８・・・・・・補強部材、
９２・・・・・・補強フォイル、９６・・・・・・尾根
部、９７・・・・・・コーティング層、９８・・・・・
・ブツシング、９９・・・・・・尾根部、１０１・・・
・・・フォイル軸受部材、１０２・・・・・・みぞ、１
０３・・・・・・上側フォイル部、１０６・・・・・・
突出部、１２０・・・・・・フォイル軸受部材、１２２
・・・・・・上側フォイル部、１２４・・・・・・下側
フォイル、１２６・・・・・・取付棒、１３０・・・・
・・ブッシング、１３４・叩・ミぞ、１３８・・・・・
・軸、１５０・・・・・・フォイル軸受部材、１５２・
・・・・・上側フォイル部、１５４・・・・・・下側フ
ォイル部、１５６・・・・・・取付棒、１６０・・・・
・・フォイル軸受部材、１６２・・・・・・上側フォイ
ル部、１６４・・・・・・下側フォイル部、１６６・・
・・・・取付突起部、１７０・・・・・・フォイル軸受
部材、１７４・・・・・・下側フォイル部、１７６・・
・・・・尾根部、１７８・・・・・・尾根部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対運動をなす第１部材及び第２部材と両部材間に
   位置し一部分が重ね合わせられる複数個の可撓性軸受フ
   ォイル部材を有する軸受部材とから或り、該第１及び第
   ２部材のいずれかに設けられた取付部材受部に係合する
   取付部材を該軸受フォイルの両端部間に設けることを特
   徴とするフォイル軸受。 ２ 取付部材を各軸受フォイル部材の中央に設けること
   を特徴とする特許請求の範囲１に記載のフォイル軸受。 ３ 取付部材は取付棒であることを特徴とする特許請求
   の範囲１又は２に記載のフォイル軸受。 ４ 取付部材は各軸受フォイル部材と一体に形威された
   ことを特徴とする特許請求の範囲１又は２に記載のフォ
   イル軸受。 ５ 取付部材は大略Ｕ字形みぞ形突起部から或ることを
   特徴とする特許請求の範囲１，２及び４のいずれかに記
   載のフォイル軸受。 ６ 取付部材は、各軸受フォイル部材に取り付けられた
   位置から一方向に延びる補強フォイルであることを特徴
   とする特許請求の範囲１乃至５のいずれかに記載のフォ
   イル軸受。 ７ 補強フォイルは軸受フォイル部材と一体であること
   を特徴とする特許請求の範囲６に記載のフォイル軸受。 ８ 取付部材受部は第１及び第２部材のいずれかに形成
   された複数本のみぞであることを特徴とする特許請求の
   範囲１乃至７のいずれかに記載のフォイル軸受。 ９ 各みぞ内に取付部材に摩擦係合するための係合手段
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲８に記載のフ
   ォイル軸受。 １０各軸受フォイルは取付部材から反対方向に延びる上
   側フォイル部と下側フォイル部を有し、該上側フォイル
   部の自由端が隣接する軸受フォイル部材の下側フォイル
   部に接触する位置に配設されることを特徴とする特許請
   求の範囲１乃至９のいずれかに記載のフォイル軸受。 １１ 前記上側フォイル部は上面がコーティングされ
   て、前記可繞性軸受フォイル部材の減衰特性を制飼して
   いるフォイル部であることを特徴とする特許請求の範囲
   １０に記載のフォイル軸受。 １２前記第１及び第２部材は互いに面するうちのいずれ
   かの面がコーティングされている部材であることを特徴
   とする特許請求の範囲１０又は１１に記載のフォイル軸
   受。 １３ コーティングは高潤滑材製であることを特徴と
   する特許請求の範囲１１又は１２に記載のフォイル軸受
   。 １４ コーティングは、フツ化炭素の重合体であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１１乃至１３いずれかに
   記載のフォイル軸受。 １５ 下側フォイル部がフォイル補強部になっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１０乃至１４のいずれか
   に記載のフォイル軸受。 １６ 下側フォイル部の両面に尾根部とみぞとを交互に
   設け、一方の面の尾根部を他方の面のみぞに対応させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲１０乃至１５のいずれ
   かに記載のフォイル軸受。