JPH0211614Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は空気等の気体を潤滑剤とする動圧型ス
ラスト気体軸受の改良に関するものである。

〔従来技術〕

空気等の気体を潤滑剤とする動圧型スラスト気
体軸受の中で、軸受面が可撓性のフオイルで形成
されるフオイル式の先行技術として、特開昭55−
166524号、米国特許4227752号公報等に開示のも
のが挙げられる。すなわち、第１０図ａ，ｂは米
国特許4227752号公報に開示の動圧型スラスト気
体軸受に近い例の構造を示すもので、ベースプレ
ート１には軸受セグメント２が円周上に複数個固
定され、軸受を構成している。また、軸受セグメ
ント２は第１０図ｂで示すように、ベースプレー
ト１上に配設され、かつ弾性特性を有する波形状
のバンプフオイル３、該バンプフオイル３によつ
て支持されるトツプフオイル４、およびベースプ
レート１に固定されたスペーサ５とから構成さ
れ、さらにトツプフオイル４はスペンサー５に固
定されている。なお、スペンサー５の高さは、バ
ンプフオイル３の高さより僅かに小さくなつてい
る。

回転軸（図示せず）に固定されているスラスト
ランナー６が第１０図ｂ中矢印Ａの方向に回転す
ると、気体の粘性のために、周囲の気体がスラス
トランナー６とトツプフオイル４間の微少隙間に
引き込まれ、くさび膜作用により前記隙間内に引
き込まれた気体が圧縮され、圧力を発生し、これ
によつて回転軸を軸方向に非接触に支承するよう
になつている。これをさらに詳述すれば、スラス
トランナー６が回転すると、周囲の気体がスラス
トランナー６により引き込まれて、該スラストラ
ンナー６とトツプフオイル４の間に気体膜のくさ
び膜を形成し、これによつてスラストランナー６
はトツプフオイル４から浮上することになり、高
速回転可能となる。なお、回転軸が停止している
ときは、スラストランナー６は、トツプフオイル
４に固体接触している。

しかるに、スラストランナー６の回転が低いと
きは、くさび膜作用によつて発生する気体膜の圧
力は小さいので、最初からくさび膜を形成し易く
かつその形状が適正なものでなければならない。
しかしながら、米国特許4227752号公報、特開昭
55−166524号公報に示すように、バンプフオイル
３の波形のピッチが前縁側から後縁側にわたつて
略同じピツチとなつているような気体軸受の構造
では、スラストランナー６の回転が低いときスラ
ストランナー６とトツプフオイル４の間に、くさ
び膜を形成し難く、又くさび膜の形状が適正なも
のにならないという欠点がある。したがつて、十
分な気体膜の圧力を得ることができず、スラスト
ランナー６とトツプフオイル４の間には十分な気
体膜が発生しないので、十分な支持力が得られ
ず、固体接触が避けられず、よつて軸受性能が劣
悪になり、固体接触による耐久性・信頼性が劣る
という欠点があつた。また、スラストランナー６
が高速回転している場合、発生する圧力は後縁
側、即ち矢印Ａの進行方向に向つて圧力は大きく
なるので、バンプフオイル３の撓みが大きくな
り、必ずしも最適な気体膜形状を形成できないた
め、支持力即ち軸受の負荷容量が小さいという欠
点もあつた。さらに、回転軸に大きな変動荷重や
衝撃荷重が作用した場合、バンプフオイル３が異
常に大きな変形（撓み）を生じ、これによつてバ
ンプフオイル３の弾性限界を超えて変形し、該バ
ンプフオイル３に永久変形が生じたり、へたりが
生じたりして、適正な気体膜を形成できなくなる
おそれがあつた。

〔考案の目的〕

本考案の目的は上述した欠点に鑑みなされたも
ので、耐久性の向上および負荷容量の増大を図る
ようにした動圧型スラスト気体軸受を提供するに
ある。

〔考案の構成〕 このような目的を達成するために、本考案は、
波形状に成るバンプフオイルの波形部のピツチを
前縁側よりも後縁側が小となるよう構成したもの
である。

以下、図に示す実施例を用いて本考案の詳細を
説明する。

〔考案の実施例〕

第１図は本考案に係る動圧型スラスト気体軸受
の一実施例を示す要部断面図、第２図は同動圧型
スラスト気体軸受の一部平面図である。ベースプ
レート１０には、第２図に示すように、軸受セグ
メント１１が円周方向に等間隔おきに複数個固定
されており、また該軸受セグメント１１は第１図
に示すように構成されている。すなわち、該軸受
セグメント１１は、ベースプレート１０に固定さ
れかつ弾性を有する波形状のバンプフオイル１２
と、前記ベースプレート１０に固定されたスペー
サ１３に一端側が固定されかつ下面をバンプフオ
イル１２によつて支持されて成るトツプフオイル
１４とから構成されており、また該トツプフオイ
ル１４には、回転軸（図示せず）に固定されたス
ラストランナー１５が対面するごとく配置されて
いる。

さらに、本実施例においてバンプフオイル１２
の波形部１２ａのピツチは、スペーサ１３側
（Leading Edge側、以下前縁側と称する）と反
スペーサ側（Trailing Edge側、以下後縁側と称
する）とで異なるよう構成されており、すなわち
前縁側より後縁側の方がバンプフオイル１２のピ
ツチは小さくなるよう形成されている。（lo_L＞
lO_T）。したがつて、バンプフオイル１２は、その
ばね剛性が前縁側より後緑側の方が大きくなるよ
う構成されている。

したがつて、以上のように構成された動圧型ス
ラスト気体軸受にあつては、回転軸に固定された
スラストランナー１５が回転（第１図において矢
印Ｂ方向へ移動）すると、周囲の気体は気体の粘
性のため、スラストランナー１５とトツプフオイ
ル１４の間の微少空間に引き込まれ、くさび膜作
用により圧力を発生し、スラストランナー１５を
気体膜を介して非接触に高速回転可能に支承す
る。

しかるに、動力型スラスト気体軸受では、スラ
ストランナー１５の回転の低い運転条件、すなわ
ち、始動時及び低速回転時に、スラストランナー
１５とトツプフオイル１４の軸受面１４ａの間に
気体膜圧力が生じ易いくさび膜を形成することが
きわめて重要である。そして、低回転時には、発
生する気体膜の圧力が小さいので、初期のくさび
膜を形成しておくことが必要である。しかして、
回転の初期に適正なくさび膜が形成し易い軸受隙
間の形状になつていない場合、気体膜のくさび膜
作用による圧力が発生せず、したがつてスラスト
ランナー１５とトツプフオイル１４の軸受面１４
ａは固体接触を続けて、スラストランナー１５を
浮上させることができない。これは起動摩擦抵抗
が大きいだけでなく、軸受の破損を生じる原因に
もなる。オイルに比べて粘性係数がきわめて小さ
く、圧縮性の気体の場合、回転初期の軸受隙間の
くさび形状は必須の条件である。

しかるに、本実施例にあつては、バンプフオイ
ル１２の波形部１２ａのピツチを前縁側より後縁
側の方が小さくなるよう形成してあり、つまり前
縁側より後縁側の方がばね剛性を大きくしてある
ので（lO_L＞lO_T）、スラストランナー１５が回転
せず、停止しているとき、自重その他の外力によ
りトツプフオイル１４にスラストランナー１５が
押圧された場合でも、バンプフオイル１２の後縁
側の撓みの方が前縁側の撓みより小さくなる。こ
のため、トツプフオイル１４の軸受面１４ａの内
前縁側には、くさび形の微少隙間が形成できるこ
とになる。したがつて、スラストランナー１５が
回転し始めたとき、このくさび形の微少隙間に周
囲の気体が引き込まれ、段々小さくなる隙間に引
き込まれることによつて、すなわちくさび膜作用
によつて圧力の発生が容易となる。

また、スラストランナー１５の回転数が大きい
場合、気体膜圧力は第３図に実線（なお、破線は
従来の場合を示す）で示すようになる。すなわ
ち、くさび膜作用により発生する気体膜圧力は、
前縁から後縁にかけて後縁寄りに圧力のピークを
形成する。そして、バンプフオイル１２はこの気
体膜圧力によつて撓み、後縁寄りに大きい圧力分
布を受けることにより後縁側のバンプフオイル１
２の撓みは大きくなる。しかしながら、本実施例
では、気体膜圧力の大きい後縁側のバンプフオイ
ル１２のばね剛性を前縁側のそれより大きくして
いるので、後縁側のバンプフオイル１２の撓みが
過大にならず、したがつて、スラストランナー１
５とトツプフオイル１４の軸受面１４ａの間の軸
受隙間を常に適正なくさび形状に確保することが
できる。

また第４図ａ〜ｃはバンプフオイル１２のばね
剛性の分布を示す実施例である。ａは前縁側から
後縁側に向つて単調に増加していく場合、ｂは前
縁側から徐々に大きくしていき途中から後縁側に
かけて一定の剛性をもつ場合、ｃは前縁側より後
縁側を大きく形成するが、途中においてピーク部
（Kp）を有する場合の各実施例である。この第４
図において、K_Lは前縁側の剛性の大きさ、K_Tは
後縁側の剛性の大きさを示す。このような各実施
例構成としても上述した作用効果を有することは
勿論である。

第５図はバンプフオイル１２のばね剛性Ｋと波
形部１２ａの弦長loとの関係を示す図で、ばね剛
性Ｋと弦長loとの関係は、Ｋ＝６・D_B／lo₃という式 で表わされる。ここで、D_B＝Ｅ・t_B ²／12（１−γ²）と
いう 式で表わされ、Ｅは縦弾性率、γはポアソン比、
t_Bはバンプフオイル１２の部分の厚みである。

また、第６図は本実施例に係る動圧型スラスト
気体軸受の他の実施例を示すもので、バンプフオ
イル１２の波形部１２ａのピツチを前縁側よりも
後縁側が小となる構成に加えて、ベースプレート
１０に、該ベースプレート１０とバンプフオイル
１２との間に位置するごとくペデスタル１６を設
けた構成としたものである。また、このペデスタ
ル１６の高さは、スペーサ１３の高さより僅か大
きくなつており、より厳密には、ペデスタル１６
の部分におけるトツプフオイル１４の軸受面１４
ａの高さが、スペーサ１３の位置における軸受面
１４ａより僅かに大きくなるよう構成されてい
る。

このような構成においては、たとえば回転軸に
大きな変動荷重あるいは衝撃荷重がかかつた場
合、スラストランナー１５はトツプフオイル１４
の軸受面１４ａに急激かつ大きな変位で接近す
る。そのため、バンプフオイル１２に大きな反力
が気体膜を介して作用することになり、バンプフ
オイル１２の撓みが大きくなる。そしてバンプフ
オイル１２が弾性限界を超えて変形すると、永久
変形を生じて元の形状に復さなくなつたり、更に
はへたりを生じて高さが小さくなつてしまう。そ
の結果、バンプフオイル１２の耐久性が劣化する
だけでなく、スラストランナー１５とトツプフオ
イル１４の軸受面１４ａの間の軸受隙間も適正で
なくなり、軸受性能が劣化してしまう。また、バ
ンプフオイル１２が余り大きい変形を生じると、
該バンプフオイル１２の高さがスペーサ１３の高
さより小さくなつてしまい、その結果、スラスト
ランナー１５とトツプフオイル１４の軸受面１４
ａの間にはくさび形状の軸受隙間がもはや形成さ
れなくなり、したがつて、くさび膜作用による気
体膜圧力が発生せず、軸受としての性能がなくな
つてしまう。しかしながら、本実施例ではペデス
タル１６を設けることにより、バンプフオイル１
２の変形を規制するので、上記不具合は全く生じ
ない。さらにペデスタル１６位置の軸受面１４ａ
の高さがスペーサ１３の位置の軸受面１４ａより
僅かに大きくなるよう構成することによつて、常
にくさび形状を形成できるという効果も有する。

また、第７図はバンプフオイル１２の外周側の
高さ（Hout）を内周側の高さ（Hin）より僅か
に大きくした構成の実施例である。これをさらに
詳述すれば、スラストランナー１５の回転により
引き込まれた気体は軸受隙間でくさび膜作用を生
せず、遠心力により外周側から流出するので、気
体膜圧力の発生が小さくなる。また、外周側は内
周側より周速が大きいので、発生する圧力は大き
い。したがつて、本実施例のように、バンプフオ
イル１２の外周側の高さを内周側の高さより大き
くすることにより、遠心力による気体の流出を防
止でき、発生圧力を大きくできる。さらに、外周
側は発生圧力が大きいので、バンプフオイル１２
より大きい撓みが生じても、軸受隙間を適正に保
つことができ、よつて支持力の大きい気体軸受を
得ることができる。

さらに、第８図は本考案に係る動圧型スラスト
気体軸受の他の実施例を示すもので、本実施例に
おいては(i)バンプフオイル１２の高さを前縁側
（H_L）より後縁側（H_T）の方が高くなるよう形
成すると共に、(ii)バンプフオイル１２の波形部１
２ａのピツチを前縁側（lo_L）より後縁側（lo_T）
の方が小さくなるよう形成したものである。すな
わち、一般にバンプフオイル１２は気体膜圧力に
よつて撓み、後縁寄りに大きい圧力分布を受け、
これによつて後縁側のバンプフオイル１２の撓み
が大きくなる傾向にある。しかし、前記(ii)のごと
くlo_L＞lo_Tとして前縁側より後縁側のばね剛性を
大きくし、しかも前記(i)のごとくH_L＜H_Tなる構
成とすれば、上述した第１実施例よりさらに確実
にスラストランナー１５とトツプフオイル１４の
軸受面１４ａの間の軸受隙間を適正なくさび形状
に形成することができる。

なお、第９図は第８図の構成においてベースプ
レート１０に、該ベースプレート１０とバンプフ
オイル１２との間に位置するごとくペデスタル１
６を設けた構成としたものである。なお、このペ
デスタル１６の高さはスペーサ１３の高さより僅
かに大きく形成されており、より厳密にはペデス
タル１６の部分におけるトツプフオイル１４の軸
受面１４ａの高さがスペーサ１３の位置における
軸受面１４ａより僅かに大きくなるよう構成され
ている。このように、ペデスタル１６を設けるこ
とによつて、バンプフオイル１２の変形を規制す
ることができ、さらにペデスタル１６位置の軸受
面１４ａの高さがスペーサ１３の位置の軸受面１
４ａより僅かに大きくなるよう構成することによ
つて常にくさび形状を形成できるという効果を有
する。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によればスラストラ
ンナーと対向するベースプレートに複数個の軸受
セグメントが円周方向に等間隔おきに配設され、
該軸受セグメントは、ベースプレートに固定され
たスペーサに一端が固定されかつ軸受面を構成す
るトツプフオイルと、該トツプフオイルを支持す
るごとくトツプフオイルとベースプレート間に配
設されかつ弾性を有する波形状のバンプフオイル
とから成る動圧型スラスト気体軸受において、前
記バンプフオイルの波形部のピツチを前縁側より
も後端側が小となるよう構成し、バンプフオイル
の前縁側より後縁側の方がばね剛性が大きくなる
よう構成した。したがつて、このような構成とし
たことにより、回転軸の始動及び低回転時におけ
る気体膜のくさび膜形状を形成し易く、かつ適正
なくさび膜を形成することができ、これによつて
軸受の支持力を大きくできるので、固体接触を確
実に防止でき、軸受の耐久性を向上できるという
効果を奏する。また、高回転時においても、適正
な気体膜形状を形成できるので、負荷容量の向上
を図ることができる。さらに大きな変動荷重や衝
撃荷重に対しても軸受性能の劣化、耐久性の劣化
を防止できるので、耐衝撃性に優れた軸受を提供
できるという種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る動圧型スラスト気体軸受
の一実施例を示す要部断面図、第２図は同動圧型
スラスト気体軸受の一部平面図、第３図は気体膜
圧力の発生を示す説明図、第４図ａ〜ｃはバンプ
フオイルの他の実施例の剛性と長さの関係を示す
図、第５図はバンプフオイルのばね剛性と弦長と
の関係を説明するための図、第６図は本考案に係
る動圧型スラスト気体軸受の他の実施例を示す要
部断面図、第７図はバンプフオイルの他の実施例
を示す一部斜視図、第８図は本考案に係る動圧型
スラスト気体軸受のさらに他の実施例を示す要部
断面図、第９図は第８図の変形例を示す要部断面
図、第１０図ａ，ｂは従来の動圧型スラスト気体
軸受の一部平面図と要部断面図である。 １０……ベースプレート、１１……軸受セグメ
ント、１２……バンプフオイル、１２ａ……波形
部、１３……スペーサ、１４……トツプフオイ
ル、１４ａ……軸受面、１５……スラストランナ
ー、１６……ペデスタル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) スラストランナーと対向するベースプレート
   に複数個の軸受セグメントが円周方向に等間隔
   おきに配設され、該軸受セグメントは、ベース
   プレートに固定されたスペーサに一端が固定さ
   れかつ軸受面を構成するトツプフオイルと、該
   トツプフオイルを支持するごとくトツプフオイ
   ルとベースプレート間に配設されかつ弾性を有
   する波形状のバンプフオイルとから成る動圧型
   スラスト気体軸受において、前記バンプフオイ
   ルの波形部のピツチを前縁側よりも後縁側が小
   となるよう構成したことを特徴とする動圧型ス
   ラスト気体軸受。 (2) 前記ベースプレートには、該ベースプレート
   とバンプフオイルとの間に位置するごとくペデ
   スタルが固定されて成る実用新案登録請求の範
   囲第(1)項記載の動圧型スラスト気体軸受。 (3) 前記ペデスタルはスペーサより若干高さが大
   となるよう形成されて成る実用新案登録請求の
   範囲第(1)項又は第(2)項記載の動圧型スラスト気
   体軸受。 (4) バンプフオイルの外周側の高さが内周側の高
   さより僅かに大きくなるよう形成されて成る実
   用新案登録請求の範囲第(1)項、第(2)項又は第(3)
   項記載の動圧型スラスト気体軸受。