JPS6215540Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はガス軸受に係り、特にばねフオイルの
剛性を軸受部材に加わるガス膜圧に適合させて支
承面全面に分布形成できると共に、軸振動を減衰
するスクイズ効果が高く、高速回転軸の軸受とし
て好適なガス軸受に関する。

［従来の技術］ ガス軸受は、軸と軸受面との間にガス膜を形成
して軸を支承する方式の軸受のため、摩擦損失が
少なく、ターボ圧縮機、ターボ膨脹機、ターボチ
ヤージヤー、ターボ冷凍機等の高速回転軸の軸受
に極めて適している。この種軸受として、剛体軸
受とフオイル軸受とが知られているが、剛体軸受
では軸変形などに起因してガス膜の破損を生じる
ため、現在、フオイル軸受が研究開発されてい
る。しかしながら、従来のフオイル軸受は回転軸
の振動によるガス膜圧力の変動を減衰させる機構
が充分でなく、高速回転時に不安定となる欠点が
あつた。

そこで、本考案者は、この欠点を解消した新規
なフオイル軸受（特願昭58−70885号公報）を創
案した。次にこの発明におけるジヤーナル軸受構
造を第１図及び第２図に基づいて説明する。

第１図において、ａは回転軸を囲繞しその荷重
を支えるための軸受ケースである。軸受ケースａ
の支承面ｂには、その内周面が軸受面となりガス
膜圧が作用するトツプフオイルｃをバツクアツプ
するための弾発体ｄが設けられている。弾発体ｄ
は、第２図に示すように、ばねフオイルｅと格子
形フオイルｆとからなり、格子形フオイルｆに
は、その長手方向に沿つて等間隔にて縦格子状に
歯ｇが設けられており、ばねフオイルｅは、格子
形フオイルｆの歯ｇが交互にばねフオイルｅの表
裏に現れるように差し込まれて組み付けられる。
そしてこのように組み付けられた弾発体ｄは格子
形フオイルｆの各歯ｇ，ｇ間に、ばね要素が分布
されたものとして機能し、ばね要素の剛性は、ば
ねフオイルｅの板厚や歯ｇのピツチを変えること
により、ガス膜圧に適合させて調節できるように
なつている。また、ガス膜圧の分布は、軸受幅ｈ
の中央部で高く、両端で低くなるので、その圧力
分布に対応したフオイル剛性を持たせ軸受両端部
での回転軸の片当りを防止するために、歯ｇの軸
受周方向の歯幅ｉを軸受幅ｈの中央で大きくして
いる。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、歯幅ｉが大きくなると、トツプフオ
イルｃとばねフオイルｅとの間及びばねフオイル
ｅと支承面ｂとの間の軸受半径方向の隙間が軸受
幅方向に変化する。この軸受半径方向の隙間の不
均一さは軸受性能を低下させる原因となる。特
に、軸受幅ｈの中央で歯幅ｉが最大であるため、
組立後の軸受半径方向の隙間が最小となり上記傾
向が大となる。

本考案は、以上の従来の問題点を有効に解決す
べく案出されたものであり、本考案の目的は、軸
受部材を弾発支持するばねフオイルの剛性をガス
膜圧に適合させて軸受面全面に分布形成できると
共に、回転軸の振動を減衰するスクイズ効果が高
いガス軸受を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、回転軸の荷重を支えるべくこれに対
向させて設けられた軸受ケースと、該軸受ケース
の支承面と上記回転軸との間に設けられその表面
が回転軸外側にガス膜を形成するための軸受面と
なる軸受部材と、該軸受部材に作用するガス膜圧
を上記支承面より弾発支持すべく、支承面に複数
重ね合わせて設けられたばねフオイルとを有し、
上記各ばねフオイルが支承面に沿つて適宜間隔に
折曲形成され且つばねフオイルをその幅方向に分
割すべく支承面に沿つてスリツトが形成されると
共に隣接するばねフオイルの折曲点を相互にずら
せて配設したものである。

［作用］ ばねフオイルが折曲形成されると共に隣接する
ばねフオイルの折曲点を相互にずらせて重ね合せ
るようにしているため、支承面方向に沿うフオイ
ル剛性を均一に分布形成できる。

また、ばねフオイルに支承面に沿うスリツトを
形成しばねフオイルをその幅方向に分割し独立さ
せているため、支承面方向に直交する方向のフオ
イル剛性を分割されたフオイル幅に比例した剛性
の分布とすることができる。

かくして、支承面全面のフオイル剛性をガス膜
圧分布に適合させて形成できる。

［実施例］ 以下に本考案の実施例を添付図面に従つて詳述
する。

第３図において、１はターボ圧縮機等の回転軸
であり、回転軸１の外周にはこれを囲繞して環状
の軸受ケース２が設けられている。回転軸１の外
周面１ａと軸受ケース２内周の支承面３との間に
は、その内周面が回転軸１外側にガス膜を形成す
るための軸受面となる軸受部材としてのトツプフ
オイル４が設けられている。トツプフオイル４の
内周面には、通常の動圧ガス軸受の形状、例えば
真円、スパイラルグループ、ステツプ、テーパラ
ンド等の加工が施されている。トツプフオイル４
の一端部４ａは折れ曲げられ、支承面３に回転軸
方向に沿つて設けられた係合溝５に挿入されて係
止され、トツプフオイル４の支承面３に沿つた移
動は規制されている。

また、トツプフオイル４に作用するガス膜圧を
支承面３より弾発支持するために、ばねフオイル
６，７が重ね合わされて設けられている。ばねフ
オイル６，７は第４図に示すように板厚ｔ、板幅
ｓの細長い矩形の金属性の弾性薄板であり、その
長手方向にピツチｌの間隔で折り曲げ溝８が設け
られている。折り曲げ溝８はフオトエツチング等
により板厚ｔの約半分まで加工されている。この
ため、ばねフオイル６，７は第５図に示す如く、
折り曲げ溝８のところで容易に折り曲げ加工でき
る。このように、折り曲げ加工されたばねフオイ
ル６，７は重ね合され、それらの一端部はトツプ
フオイル４と同様に係合溝５に係止され固定され
る。軸受ケース２の中心に関してばねフオイル
６，７の各折曲点６ａ，６ａ間および７ａ，７ａ
間の張る中心角はともにθであり、ばねフオイル
６，７は互いにθ／２ずらせて設置されている。
即ち、支承面３に接するばねフオイル６の折曲点
６ａ，６ａ（これは、ばねフオイル６の折り曲げ
溝８で区分される各ばね要素の支点となる）間の
中点に、トツプフオイル４側のばねフオイル７の
折曲点７ａが位置している。このように重ね合わ
されたばねフオイル６，７の剛性は、ばねフオイ
ル６とばねフオイル７とを直列に配したものとし
て計算できる。また、ばねフオイル６，７には、
その長手方向に沿つたスリツト９，９が形成され
ている。ばねフオイル６，７は、スリツト９，９
により板幅ｓ方向すなわち軸受幅方向に分割さ
れ、ばねフオイル６，７の軸受半径方向の剛性
は、軸受幅方向に分布、独立したものとなる。

次に本実施例の作用について述べる。

フオイルガスジヤーナル軸受を構成するフオイ
ル素材（弾性薄板）の曲げ剛性は、軸受面内に発
生するガス膜の剛性に比して著しく低い。従つ
て、単一のフオイルでは安定したガス膜を形成す
るのが困難であり、フオイルの組み合せによりガ
ス膜の剛性に対応した適宜なフオイル剛性を得る
必要がある。一般にフオイル剛性をガス膜の剛性
と同等か、それ以下の同じオーダーに設計するの
が望ましい。本考案によるガス軸受は上記の条件
を容易に満たす構造を有している。

即ち、ばねフオイル６，７をそれぞれ折曲形成
して重ね合わせたフオイル剛性は、各ばねフオイ
ル６，７の板厚ｔと、ばねフオイル６，７の折り
曲げのピツチｌにより定量化できるし、回転軸１
とトツプフオイル４との間の間隙も容易に設計で
きる。よつて、ガス膜剛性とフオイル剛性との最
適設計が可能となる。

また、第３図あるいは第６図に示すように、回
転軸１が矢印の方向に速度ｕで回転すると、回転
軸１周囲のガスの粘性に基づく巻き込み作用によ
り、トツプフオイル４と回転軸１との間の軸受す
きまに荷重Ｗを支えるべくガス膜が発生する。こ
のガス膜の圧力の作用により、トツプフオイル４
は支承面３側へとばねフオイル６，７を圧縮しつ
つ変位し、ガス膜圧力とばねフオイル６，７及び
トツプフオイル４の弾発力とが釣り合う。ばねフ
オイル６，７により弾発支持されるトツプフオイ
ル４の表面には、軸１の回転方向に沿つて微小な
波形状のうねりを生じるが、このうねりはガス膜
圧力発生に有利に作用する。更に、トツプフオイ
ル４とばねフオイル７、ばねフオイル７とばねフ
オイル６及びばねフオイル６と支承面３間の微小
空隙に存在する気体は、軸１の振動に対してスク
イズ作用を呈し効果的な減衰を与える。なお、ば
ねフオイル６，７の折曲点６ａ，７ａにおいて発
生するクローン摩擦も軸振動の減衰に寄与するの
は勿論である。また、本考案にあつては、ばねフ
オイル６，７を折曲形成し、これらの折曲点６
ａ，７ａを互いにずらせて重ね合わせたので、各
折曲点６ａ，６ａおよび折曲点７ａ，７ａ間にば
ね要素を分布形成でき、しかもばねフオイル６，
７の折曲点６ａ，７ａ自体が各ばね要素の支点と
なつているので、軸受半径方向の隙間が支承面３
に沿つて等しく、ばねフオイル６，７の長手方向
の剛性が支承面３全周で均一なものとなつてい
る。

更に、ばねフオイル６，７には支承面３に沿う
スリツト９，９が形成され、ばねフオイル６，７
は板幅方向すなわち軸受幅方向に中央が幅広で両
端が幅狭に３分割されている。このため、ばねフ
オイル６，７の軸受幅方向のフオイル剛性分布は
中央が大きく両端が小さくなつている。これは軸
受幅の中央で高く、両端で低いという軸受幅方向
のガス膜圧の分布と一致し、軸受両端部での回転
軸の片当りを防止できる。

以上のような作動により本考案のガス軸受は高
速回転軸用の軸受として、簡便にして優れた性能
を発揮する。

次に本考案の他の実施例について述べる。

第７図に示すものは、上記実施例に比し、ばね
フオイルの軸受半径方向の剛性を高めると共にば
ねフオイルによるスクイズ効果の向上を図つた実
施例である。すなわち、同図に示す如く、支承面
３側のばねフオイル６に対してトツプフオイル４
側のばねフオイル１０のピツチは半分となつてお
り、軸受ケース２の中心に関して、ばねフオイル
１０の折曲点１０ａ，１０ａ間の張る中心角は
θ／２である。従つて、この実施例の周方向の展
開断面図を示す第８図と、上記実施例の第６図と
の比較よりも明らかなように、この実施例の方が
軸受半径方向（板厚方向）の剛性が高くまた、ト
ツプフオイル４とばねフオイル１０間、ばねフオ
イル１０とばねフオイル６間およびばねフオイル
６と支承面３間に形成される空隙の薄さに基づく
スクイズ効果が高い。特に、幅l₂の領域における
ばねフオイル６，１０間の平行すきまは、スクイ
ズ効果を顕著に高めることができる。

また、第９図に示す軸受は、第７図の構成のも
のを周方向に３分割したものであつて、３分割さ
れた各軸受のトツプフオイル４及びばねフオイル
６，１０は、それら一端は束ねられて軸受ケース
２の支承面３に設けられた固定部材１１に固定さ
れている。

なお、上記実施例においては、いずれもばねフ
オイルは２重であつたが、３重以上にばねフオイ
ルを重ねて設けてもよい。またばねフオイル６，
７には、第４図に示すように、軸受半径方向の剛
性を軸受幅方向に分布させるためのスリツト９を
２本設けたが、スリツト９の本数はガス膜厚に適
合させて任意に選定してもよい。更に、上記実施
例においては、本考案をジヤーナル軸受に適用し
た例を示したがスラスト軸受あるいは円錐面軸受
にもばねフオイルを折曲形成することにより容易
に適用できる。

［考案の効果］ 以上要するに本考案によれば次のような優れた
効果を奏する。

(1) ばねフオイルを折曲形成し、隣接するばねフ
オイルの折曲点をずらせて重ね合わせるように
したので、フオイル剛性をガス膜圧に適合させ
て、正面に沿う方向に均一に分布形成でき、軸
受性能を飛躍的に向上できる。

(2) ばねフオイルに支承面に沿うスリツトを形成
しばねフオイルをその幅方向に分割し独立させ
ているため、支承面に沿う方向とは直交する方
向（ジヤーナル軸受では回転軸方向）のガス膜
圧分布に対してフオイル剛性を適合させて分布
形成することができ、軸受性能を更に向上する
ことができる。

(3) 軸受の剛性を、ばねフオイルの板厚や折り曲
げピツチにより定量化できるので、軸受の設
計・製作に必要な支持剛性と寸法精度を容易に
満すことができる。

(4) ばねフオイル間に微小空隙を形成できスクイ
ズ作用が大で回転軸の振動を効果的に減衰でき
る。

(5) 市販の弾性薄板を用いて容易に製作でき、し
かも組立も簡単かつ正確にでき、量産性、品質
安定性に富み、低コストにて提供できる。

(6) 変形可能なばね要素が分布された構造である
ため、回転軸の熱変形、遠心膨脹にも対応でき
ると共にゴミの侵入に対する許容度も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のガス軸受の部分横断面図、第
２図は同軸受の弾発体の組立て説明図、第３図は
本考案に係るガス軸受の一実施例を示す横断面
図、第４図は同軸受に用いられるばねフオイルの
斜視図、第５図は第４図のばねフオイルを折り曲
げた状態を示す斜視図、第６図は第３図の周方向
展開断面図、第７図は、本考案の軸受の他の実施
例を示す部分横断面図、第８図は同軸受の周方向
の展開断面図、第９図は本考案のガス軸受の更に
他の実施例を示す横断面図である。 図中、１は回転軸、２は軸受ケース、３は支承
面、４はトツプフオイル（軸受部材）、６，７，
１０はばねフオイル、６ａ，７ａ，１０ａは折曲
点、８は折り曲げ溝、９はスリツトである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸の荷重を支えるべくこれに対向させて設
   けられた軸受ケースと、該軸受ケースの支承面と
   上記回転軸との間に設けられその表面が回転軸外
   側にガス膜を形成するための軸受面となる軸受部
   材と、該軸受部材に作用するガス膜圧を上記支承
   面より弾発支持すべく、支承面に複数重ね合わせ
   て設けられたばねフオイルとを有し、上記各ばね
   フオイルが支承面に沿つて適宜間隔に折曲形成さ
   れ且つばねフオイルをその幅方向に分割すべく支
   承面に沿つてスリツトが形成されると共に隣接す
   るばねフオイルの折曲点を相互にずらせて配設し
   たことを特徴とするガス軸受。