JPH0210821Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、高速回転する高温の回転軸を空気、
窒素あるいはヘリウムなどの気体膜により浮上さ
せた状態で回転可能に支持する動圧式の気体軸受
に関する。

〔考案の背景〕

先ず、従来例を第９図に基いて説明する（例え
ば特開昭56−35816号公報参照）。同図において、
１はホルダーで該ホルダー１は円筒体形状に形成
され、空洞部２の内面に有端かつ波板形状の弾性
部材３が周設されている。そして、この弾性部材
３に有端かつ平面形状のトツプ・ホイル（top
foil）すなわち囲い体４が固着されている。該囲
い体４は、回転軸５と離間状態で該回転軸５を全
周にわたつて囲つている。該囲い体４及び弾性部
材３の同一側の一端がホルダー１の内面に圧入さ
れたキー６により挟持固定されている。ホルダー
１の外側面は、外側のケーシング７と面接触状態
で保持されている。

次に動作を説明する。回転軸５が回転すると、
回転軸５の外側面と囲い体４の間の微少隙間に周
囲の気体がその粘性により引き込まれ、いわゆる
くさび膜作用により圧力が発生し、回転軸５は前
記圧力に基づく気体膜により回転可能に支持され
る。この気体膜の圧力は、回転軸５と囲い体４と
の間隔すなわち気体膜の厚さによつて決まる。弾
性部材３を有する気体軸受の場合、回転軸５の回
転によつて生じる動荷重や衝撃荷重等によつて当
該回転軸５が軸芯位置から偏位するが、第１０図
に示した如く、該回転軸５の偏位に対応して弾性
部材３がある程度まで変形（同図の下端部）する
ため、回転軸５の偏位に対して気体膜の厚さの一
様な領域が広くなり、従つて、前記衝撃等の影響
は緩和吸収され、負荷容量の大きい気体軸受とな
つている。そして、通常の運転では、大きい気体
膜厚で作動することができ、信頼性の高い軸受と
なつている。参考までに、弾性部材３を有しない
型式の気体軸受における回転軸５の軸芯位置から
の偏位に対する圧力分布を第１１図に示す。同図
から解るように気体膜厚さの一様な領域は狭く、
衝撃等により悪影響を受けやすいと言える。

上記の如く、弾性部材３を設けたことにより、
回転軸５に作用する衝撃等に対しては悪影響を受
けにくく信頼性の高い気体軸受となつているが、
従来は回転軸５の熱膨張に対しては全く考慮され
ていなかつた。すなわち、高温の温度場で気体軸
受を使用する場合、回転軸５にタービンの熱が伝
熱され、その結果、該回転軸５が熱膨張し、囲い
体４と回転軸５との隙間が小さくなる。一般に、
気体軸受では囲い体４と回転軸５との間隔は非常
に小さいため、回転軸５の回転時に気体膜ができ
ず、当該回転軸５と囲い体４とが、直接固体接触
して焼き付きを起こすおそれがあつた。

他の従来例として、特公昭55−17851号公報や
特開昭55−166525号公報に記載された流体軸受が
提供されているが、これらも回転軸の熱膨張につ
いては考慮されておらず、上記従来例と同様の欠
点を有している。

また、従来は囲い体４と弾性部材３の同一側の
端部を離間して別個に固定していたため、この端
部付近においては弾性部材３はその波板形状を保
持することができず、すなわち、波の高さが不揃
になり、また囲い体４も一様な平面形状を維持す
ることが、その結果、回転軸の全周にわたつて一
様な気体膜厚さを形成しにくいという欠点があつ
た。また、キー６の付近では軸芯方向（長手方
向）にわたつても軸受隙間が一様でなくなり、軸
受性能の低下さらにはキー６が空洞部２内に突出
することにより軸受の耐久性が低下するという欠
点があつた。

〔考案の目的〕

本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、回
転軸の熱膨張に対して気体膜厚さを一定に保つ補
償機能を有し、且つ囲い体及び弾性部材を回転軸
の全周にわたつて略一様な形状で形成できるよう
にして全周にわたつて気体膜厚さを一様にし、こ
れにより軸受性能を向上させると共に、耐久性を
向上させることのできる気体軸受を提供するのが
目的である。

〔考案の概要〕

本考案の特徴は、ホルダーの空洞部内面と弾性
部材との間の一部に可動体を配設し、該可動体の
外側面と前記空洞部内面との間に前記弾性部材よ
り弾性定数の小さい補償用弾性部材を配設し、前
記弾性部材及び囲い体の同一側の端部を重ね合
せ、該重ね合せ端部を可動体の内側面から外側面
に向けて穿設されたスリツトに差し込み固定する
ことにより、回転軸が熱膨張し、気体膜厚さが小
さくなつて圧力が上昇すると、この上昇圧力によ
つて可動体が回転軸より離反する方向に移動し、
気体膜厚さを一定に保つようにすると共に、囲い
体及び弾性部材の同一側の端部を上記の如く、重
ね合せてスリツトに差し込んで固定することによ
り、この固定端部近傍においても囲い体の一様な
平面形状及び弾性部材の一様な波板形状を保持で
きるようにした点にある。

〔考案の実施例〕

以下、本考案を図面の実施例に基いて詳細に説
明する。第１図は本考案に係る気体軸受の断面
図、第２図及び第３図はそれぞれ同要部拡大平面
図、第４図は実際の使用状態を示す要部断面図、
第５図は囲い体の組付前の状態における要部拡大
斜視図、第６図は弾性部材の組付前の状態におけ
る要部拡大斜視図を示す。同図において、８は可
動体を示し、該可動体８は、断面が略三日月形状
に形成され、ホルダー１の空洞部２内面と弾性部
材３との間の一部に配設されている。可動体８の
外側面弧面１１と空洞部２内面との間に波板形状
の補償用弾性部材１２がその一部を空洞部２内面
に溶接固定されて配設されている。該補償用弾性
部材１２は、その弾性定数が前記弾性部材３より
も小さく設定されている。更に、可動体８の外側
面弧面１１には適宜間隔毎に複数個の突起２３，
２３，……が突設されている。該突起２３，２
３，……は対向する内面１３と離間して設けられ
ており、この離間寸法が可動体８の最大移動量と
なる。可動体８の略中央部分には内側面弧面９か
ら外側面弧面１１に向けてスリツトが穿設されて
いる。囲い体４の端部に固定用舌片２５が突設さ
れており（第５図）、また、弾性部材３の端にも
固定用舌片２６が突設されており（第６図）、こ
れら両固定用舌片２５，２６及び両端部を重ね合
わせ、この重ね合せ端部の当該固定用舌片２５，
２６を前記スリツト２４に差し込むことにより当
該囲い体４及び弾性部材３が可動体８に固定され
ている。このように端部重ね合せによる差し込み
固定構造にすることにより弾性部材３の波板形状
を固定部近傍まで形成することができ、また、囲
い体４の一様な平面形状を同じく固定部近傍まで
形成することができる。２７はリセス部すなわち
凹部を示す。空洞部２の内面は、異なる曲率の２
つの内面１３，１４により形成されている。すな
わち、内面１３の曲率は内面１４よりも大きい。
内面１４は120度の円弧角の範囲に形成され、該
内面１４の部分に弾性部材３の座部１５，１５，
……が接触している。また、可動体８の内側円弧
面９の曲率は前記内面１４の曲率より僅かに大き
く形成され、可動体８が外方に移動したときも、
軸受全周にわたつて適正な軸受隙間ができるよう
形成されている。ホルダー１と外側のケーシング
７とは多点接触構造により互いに接触し、該ホル
ダー１とケーシング７との間に空隙となる非接触
部１７，１８，１９が形成されている。２０，２
１，２２は前記多点接触構造を構成する接点を示
す。該接点２０，２１，２２はガタ防止のため周
方向に等分割された少なくとも３点以上の接触構
造にする。この構造により外部からの伝熱が空隙
である非接触部１７，１８，１９により大幅に減
少されるため、気体軸受への伝熱が大幅に減少し
て当該気体軸受の熱劣化を防ぐことができる。ま
た、弾性部材３，１２のばね特性の劣化や囲い体
４、弾性部材３の熱変形及び酸化を防ぐことがで
きる。第４図において、１６はタービンを示す。

次に作用を説明する。タービン１６からの伝熱
により回転軸５が熱膨張し、囲い体４との隙間す
なわち気体膜厚さが小さくなると圧力が上昇す
る。すると囲い体４が拡がる方向に力を受け、こ
の力が可動体８を回転軸５より離反する方向に押
圧する。このとき、補償用弾性部材１２の弾性定
数が弾性部材３より小さく設定されているため、
補償用弾性部材１２が変形する。これにより回転
軸５の熱膨張分が可動体８の移動によつて補償さ
れ、気体膜厚さは一定に保たれる。また、弾性部
材３及び囲い体４の端部重ね合せ差し込み固定構
造により、この固定部近傍まで当該弾性部材３及
び囲い体４の波板形状及び平面形状の各形状を維
持して形成することができ、これにより、回転軸
全周にわたつて気体膜厚さを略一定に形成するこ
とができる。

第７図は本考案の他実施例を示す断面図で、補
償用弾性部材１２は波板形状ではなく、平面折曲
形状に形成したもので、その他の構成及び作用は
前記実施例と同様なので同一部分に同一符号を付
して説明は省略する。

第８図も本考案の他実施例を示す断面図で、ホ
ルダー１の外面を一様な円柱体面形状に形成した
ものである。その他の構成及び作用は前記実施例
と同様なので同一部分に同一符号を付して説明は
省略する。

〔考案の効果〕

本考案によれば、回転軸の熱膨張に対して、そ
の膨張分を打ち消す方向に移動する補償機能を有
する可動体を設けたので、前記熱膨張があつても
気体膜厚さは常に一定に保たれる。従つて、高温
の温度場で気体軸受を使用しても、従来のように
焼き付き等による破損のおそれは少なく、信頼性
の高い気体軸受となる。

また、囲い体及び弾性部材の同一側の端部を上
記の如く、重ね合せて可動体に設けたスリツトに
差し込んで固定するようにしたので、この固定端
部近傍においても当該囲い体の一様な平面形状及
び弾性部材の一様な波板形状を維持して形成する
ことができるので、回転軸の全周にわたつて弾性
部材によるバネ剛性が略均一となり、気体膜厚さ
を一様にすることができ、これにより軸受性能を
向上させることができる。また、従来のようなキ
ーによる固定に比して、固定部近傍の信頼性及び
耐久性を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る気体軸受の断面図、第２
図及び第３図はそれぞれ同要部拡大平面図、第４
図は実際の使用状態を示す要部断面図、第５図は
囲い体の組付前の状態における要部拡大斜視図、
第６図は弾性部材の組付前の状態における要部拡
大斜視図、第７図及び第８図はそれぞれ本考案の
異なる他実施例を示す断面図、第９図は従来例を
示す断面図、第１０図は同従来例における回転軸
の軸芯位置からの偏位に対する気体膜の圧力分布
を示す説明図、第１１図は圧力分布の参考説明図
を示す。 １……ホルダー、２……空洞部、３……弾性部
材、４……囲い体、５……回転軸、７……ケーシ
ング、８……可動体、９……内側円弧面、１１…
…外側円弧面、１２……補償用弾性部材、１７，
１８，１９……非接触部、２４……スリツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 筒形状の空洞部を有するホルダーの該空洞部内
   面に有端かつ波板形状の弾性部材を周設し、該弾
   性部材に有端かつ平面形状の囲い体を取り付けて
   該囲い体により回転軸を離間して囲うようにした
   気体軸受において、前記空洞部内面と前記弾性部
   材との間の一部に可動体を配設し、該可動体の外
   側面と前記空洞部内面との間に前記弾性部材より
   弾性定数の小さい補償用弾性部材を配設し、前記
   弾性部材及び囲い体の同一側の端部を重ね合せ、
   該重ね合せ端部を可動体の内側面から外側面に向
   けて穿設されたスリツトに差し込み固定したこと
   を特徴とする気体軸受。