JPH0128336Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ 本考案はガス、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発揮する軸受の
製造性を飛躍的に向上させ得る流体軸受構造に関
する。

［考案の技術的背景とその問題点］ 流体軸受は回転軸と軸受面との間に高圧な流体
膜を形成してこの流体膜圧力により回転軸を支持
する方式の軸受であり、特にガス軸受は摩擦損失
が少なく高負荷能力を有する特長があり、ターボ
圧縮機、ターボ膨張機、ターボチヤージヤ、ター
ボ冷凍機等の高温又は低温の高速回転軸の軸受と
して極めて有効なものである。

このガス軸受としては剛体軸受とフオイル軸受
とが知られている。剛体軸受では軸変形等に起因
してガス膜の破断を生じるため、現在フオイル軸
受が研究開発されている。

ところで一般にガス軸受にあつては軸受面の形
式がプレーン、スパイラルグループ、ポケツト型
等の高負荷容量型の場合、高速回転域で自励振動
を誘起し不安定となる問題があつた。

ここに本願出願人は、先にこのような自励振動
現象を極めて効果的に解消できる「流体軸受構
造」を提案した（特願昭58−242082号）。

本提案は軸受面に過剰な流体膜圧力が発生する
のを規制するために流体膜圧力の一部を軸受面外
方へ解放させると共に、この解放させた圧力を外
部減衰として有効に利用することによつて達成さ
れるものである。

しかしながら上記提案は極めて優れた効果を発
輝するが、第１１図に示すように部品点数が多
く、また各フオイルを円筒面に成形加工する上で
の技術的困難さが問題となつていた。

即ち上記提案にあつては軸受フオイルａ、ダン
プフオイルｂ及びラダフオイル（格子状フオイ
ル）ｃにその歯が交互に表裏に現れるように挿通
されたバネフオイルｄを積層し、その一端にキー
部材ｅを接合すると共に、これらを円筒面に成型
加工するが、その作業が比較的難しく製造性が低
いという問題があつた。

［考案の目的］ 本考案は上述したような問題点に鑑みて創案さ
れたものであり、その目的は優れた高速安定性を
発揮する軸受の製造性を飛躍的に向上させること
ができる流体軸受構造を提供するにある。

［考案の概要］ 上記目的は本考案によれば、次のような構成に
より達成される。

即ち支承面上に弾性フオイルが積層されて形成
され、流体膜圧力により回転軸を支承するための
流体軸受において、軸受面上に流体膜を形成する
ための軸受フオイルと、該軸受フオイルと上記支
承面との間に設けられ該軸受フオイルを制振させ
るためのダンプフオイルと、該ダンプフオイルを
上記支承面上に弾性支持させるためのバネフオイ
ルとを弾性帯状フオイル体に、その長手方向に沿
つて連続させて形成し、該弾性帯状フオイル体
を、これら軸受フオイル、ダンプフオイル、バネ
フオイルが順次互いに積層的に重なるように長手
方向に巻き込んで形成して成るものである。

［考案の実施例］ 以下に本考案の好適−実施例を添付図面に従つ
て詳述する。

本実施例にあつてはジヤーナルフオイル軸受の
プレーン型軸受が例示されている。

第１図には、本考案に係る構造で成る軸受の取
り付け状態が示されている。

図示するように１はターボ圧縮機等の回転軸で
あり、この回転軸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。そして回転
軸１と軸受ケース２内周の支承面３との間には、
ガス膜圧力により回転軸１を支承するための軸受
４が設けられる。この軸受４は弾性フオイルが積
層されて構成されるが、本考案の特長とするとこ
ろは、この軸受４の構造にある。

第２図及び第３図に示すように、５は軸受４の
支承面３となる軸受ケース２の内周長の約３倍の
長さで形成された弾性帯状フオイル体であり、そ
の長手方向に巻き込むことにより支承面３内方に
略３層のコイル体が形成される長さで成型され
る。この弾性帯状フオイル体５には、その長手方
向に沿つて連続的に軸受フオイル６、ダンプフオ
イル７、バネフオイル８が形成される。これらフ
オイル６，７，８は、弾性帯状フオイル体５が略
３層で巻き込まれる際に各層を形成するように、
夫々弾性帯状フオイル体５の全長の約1/3の長さ
で形成される。

軸受４の最内層を形成する軸受フオイル６は、
弾性帯状フオイル体５の一端（図において右端）
から略1/3の部分に亘つて形成される。この軸受
フオイル６は最も回転軸１に近傍させて配設さ
れ、その内周の軸受面９上にガス膜を形成するも
のである（第１図）。図示例にあつては、軸受面
９が平滑に形成されたプレーン状のものが示され
ている。この軸受フオイル６には、その巾方向中
央に長手方向に沿つて適宜な間隔で板厚方向に貫
通させてダンピングオリフイス１０が複数形成さ
れる。

このダンピングオリフイス１０は、軸受面９上
に形成されるガス膜の余剰圧力を解放し、軸受面
９上のガス膜圧力を規制して過剰な昇圧を抑制す
るように機能する。

他方軸受４の最外層を形成するバネフオイル８
は、弾性帯状フオイル体５の他端（図において左
端）から略1/3の部分に亘つて形成される。この
バネフオイル８は支承面３上に設けられ、軸受フ
オイル６に作用するガス膜圧力を支承面３から弾
発支持するためにダンプフオイル７を弾性支持す
るものである（第１図）。本実施例にあつてはこ
のバネフオイル８には、長手方向に沿つて等間隔
で縦格子状の歯１１が形成されたラダーフオイル
１２が設けられている。このラダーフオイル１２
は、その歯１１がバネフオイル８の表裏に交互に
現れるように組み付けられ、バネフオイル８の弾
性を向上させるように機能する。また軸受４の最
外層を構成するこのバネフオイル８の端部には、
キー部材１３が接合される。このキー部材１３
は、軸受ケース２の支承面３に陥没して形成され
るキー溝１４内に固定され、これらバネフオイル
８等が一連に形成される弾性帯状フオイル体５を
軸受ケース２に固定するように構成される。

このように構成されたバネフオイル８と軸受フ
オイル６との間の弾性帯状フオイル体５の中間部
分には、軸受４の中間層を成すダンプフオイル７
が形成される。このダンプフオイル７は、その外
周にバネフオイル８が摩擦接触されると共に、内
周はダンピングオリフイス１０が形成された軸受
フオイル６の内周に臨ませられる。そしてダンプ
フオイル７は、軸受フオイル６のダンピングオリ
フイス１０から導入される軸受面９のガス膜の余
剰圧力により制振機能を発揮するように構成され
る（第１図）。本実施例にあつてはこのダンプフ
オイル７には、ダンピングオリフイス１０に対応
させて板厚の約半分の深さでダンピングポケツト
１５が形成される。このダンピングポケツト１５
は、弾性帯状フオイル体５が巻き込まれた際に、
ダンピングオリフイス１０に臨むように配設され
る。

次に本考案の作用について述べる。

先ず軸受４を製造するに際しては、所定の長さ
に弾性帯状フオイル体５を成型し、次いでフオト
エツチング等によりフオイル体５の軸受フオイル
６、ダンプフオイル７に夫々ダンピングオリフイ
ス１０とダンピングポケツト１５を形成する。更
に軸受フオイル６の軸受面９に、適当な耐摩コー
テイングを施す。他方バネフオイル８には、予め
成型しておいたラダーフオイル１２を装着し、次
いでバネフオイル８の端部にキー部材１３を接合
する。以上のようにして弾性帯状フオイル体５に
その長手方向に沿つて連続的に軸受フオイル６、
ダンプフオイル７、バネフオイル８を形成する。

次いでこのように構成された弾性帯状フオイル
体５と軸受４と成し、軸受ケース２に装着するに
際しては、弾性帯状フオイル体５をその長手方向
に巻き込んで軸受ケース２の内径よりも若干大き
めな略３層の円筒体を形成し、これを窄めると共
にキー部材１３を軸受ケース２のキー溝１４に沿
つて挿入すれば、弾性帯状フオイル体５は軸受ケ
ース２内で拡径して支承面３に密着し、また各フ
オイル６，７，８相互も順次互いに積層的に重な
つて密着し、所定の軸受４と成すことができる。

以上のように構成される本考案の流体軸受構造
にあつては、一枚の弾性帯状フオイル体５に一括
して各フオイル６，７，８を形成しフオイル体５
を巻き込むだけで軸受４を構成できるので部品点
数が少なく、円筒面成形加工も容易であり製作作
業を簡略化させて製造性を著しく向上できる。従
つて低コスト化が図れる。また各フオイルを格別
独立に形成して組み付けると、その組付誤差が大
きくなる虞れがあるが、本考案によれば一連の弾
性帯状フオイル体５に所定ピツチで各フオイル
６，７，８を形成するものであることから、誤差
の発生要素を軸受ケース２の支承面３、フオイル
体５の板厚等に削減でき、高精度・高信頼性を確
保できる。また巻き込まれた弾性帯状フオイル体
５はその弾性により軸受ケース２内で自ずと拡径
することとなり、フオイル６，７，８相互を密着
させてその隙間を極めて小さなものとして高精度
な組付を可能にすると共に軸受の性能を十分に確
保できる。また心出し精度も向上できる。

尚、上記実施例では軸受フオイル６としてプレ
ーン状のものを例示したが、この他スパイラルグ
ルーブ、テーパランド、ポケツト等の加工が施さ
れたものであつてもよい。

次に本考案に係る流体軸受構造の機能について
説明する。

第１図及び第４図に示すように、回転軸１が矢
印Ｒの向きに回転すると軸受隙間Ｈに流体の粘性
に基く巻き込み作用により流体力学的圧力が発生
する。その結果、ラダーフオイル１２に挟まれた
バネフオイル８は波状に変形しバネ作用を呈す
る。また軸受フオイル６にはダンピングオリフイ
ス１０が、ダンプフオイル７にはダンピングポケ
ツト１５が互いに相対向させて複数設けられるた
め、ダンピングポケツト１５周辺が局所的に変位
しまたその周辺に流体が満されることになる。こ
のことは局所的な流体膜のスクイズダンパを周方
向に分布させて配置したことになる。

一般にプレーン型のジヤーナル軸受は高速安定
性に問題がある。即ち一次危険速度の２倍以上で
ホワールと呼ばれる自励振動が発生し不安定な状
態に至る。この現象は流体膜の減衰能の低さと、
高速域における過剰な流体膜圧力の発生に伴う回
転軸１の偏心量の減少に基因するものである。本
流体軸受４は、この過剰な流体膜圧力の発生を制
限させると共にその余剰圧力を外部減衰として有
効に利用できる機能を有する。これは上述したダ
ンピングオリフイス１０、ダンピングポケツト１
５により、軸受フオイル６のダンプフオイル７側
に局所的に流体スクイズダンパを分布して配置で
きるという効果に基づくものである。この機能に
より高速安定化を達成できる。またラダーフオイ
ル１２とバネフオイル８との組合せにより、径方
向のバネ作用を周方向に分布して配置する構造と
してあるので、高速回転に伴う回転軸１の遠心膨
脹、熱変形等に対応させることができ、更に優れ
た性能を発揮する。これらの機能は軸受４の構成
要素として弾性薄板で成るフオイル体５を用いて
いるための特質であり、剛体軸受では達し得ない
特長である。

以上の説明はプレーン型のジヤーナル軸受を例
として説明したが、軸受フオイル６としてはヘリ
ングボーン型、ステツプ型、テーパランド型等あ
らゆる動圧型軸受に適用して優れた機能を発揮す
るものである。

尚、ダンピングオリフイス１０は軸受面に浸入
した異物を外部へ排出する機能も有する。

［変形実施例］ 第５図〜第１０図には変形実施例が示されてい
る。

第５図及び第６図に示すものは、軸受フオイル
６のダンプフオイル７に臨む裏面にダンピングオ
リフイス１０に一体的にダンピングポケツト１５
を形成したものである。

第７図及び第８図に示すものは、上記実施例と
同様な構成であつて、ダンプフオイル７、軸受フ
オイル６の巾方向寸法をラダーフオイル１２と同
等に拡張して形成したものである。

第９図及び第１０図に示すものは、第７図及び
第８図に示した構造において、軸受フオイル６の
ダンプフオイル７に臨む裏面にダンピングオリフ
イス１０に一体的にダンピングポケツト１５を形
成したものである。

これら変形実施例にあつても、上記実施例と同
様な効果を奏することは勿論である。

［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
た効果を発揮する。

(1) 弾性帯状フオイル体に一括して軸受フオイ
ル、ダンプフオイル、バネフオイルを形成し、
フオイル体を巻き込むことで軸受を構成できる
ので、部品点数が少なくまた円筒面成形加工も
容易であり、製造性の向上、コストダウンを達
成できる。

(2) 誤差の発生要素を削減でき、また弾性帯状フ
オイル体の弾性により高精度・高信頼性の軸受
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る流体軸受構造によつて取
付けられた状態を示す正面図、第２図は本考案の
好適一実施例を示す平面図、第３図はその側断面
図、第４図は第１図におけるＡ部拡大展開断面
図、第５図〜第１０図は変形実施例を示す平面図
又は側断面図、第１１図は従来例を示す斜視図で
ある。 図中、１は回転軸、３は支承面、５は弾性帯状
フオイル体、６は軸受フオイル、７はダンプフオ
イル、８はバネフオイル、９は軸受面である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 支承面上に弾性フオイルが積層されて形成さ
   れ、流体膜圧力により回転軸を支承するための流
   体軸受において、軸受面上に流体膜を形成するた
   めの軸受フオイルと、該軸受フオイルと上記支承
   面との間に設けられ該軸受フオイルを制振させる
   ためのダンプフオイルと、該ダンプフオイルを上
   記支承面上に弾性支持させるためのバネフオイル
   とを弾性帯状フオイル体に、その長手方向に沿つ
   て連続させて形成し、該弾性帯状フオイル体を、
   これら軸受フオイル、ダンプフオイル、バネフオ
   イルが順次互いに積層的に重なるように長手方向
   に巻き込んで形成したことを特徴とする流体軸受
   構造。