JPH0211615Y2 - - 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、動圧型ジヤーナル気体軸受の従来例を第
７図に基づいて説明する（例えば特開昭56−
35816号公報、特公昭55−17851号公報参照）。同
図において、符号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内には、ホル
ダー１の内面に周接するごとく波板形状の弾性を
有するバンプフオイル３が配設されている。そし
て、このバンプフオイル３にトツプフオイル４が
固着されている。該トツプフオイル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。また、該トツプフオイル４及びバンプフ
オイル３の一端は、ホルダー１の内面に固定され
たキー６により挾持固定されている。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の外側面とトツプフオイル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とト
ツプフオイル４との間隙すなわち気体膜の厚さに
よつて決まる。バンプフオイル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、該回転軸５の偏位に対応してバン
プフオイル３がある程度まで変形するため、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吸収緩和
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。

一方、動圧型スラスト気体軸受の従来例を説明
するに、該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８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８には軸受セグメ
ント９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９は第８図ｂで示
すように、ベースプレート８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１０、
該バンプフオイル１０によつて支持されるトツプ
フオイル１１、及びベースプレート８に固定され
たスペーサ１２とから構成され、さらにトツプフ
オイル１１はスペーサ１２に固定されている。な
お、スペーサ１２の高さは、バンプフオイル１０
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１３が第８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１３とトツプフオイル１１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１３が回転すると、周囲の
気体がスラントランナー１３により引き込まれ
て、該スラストランナー１３とトツプフオイル１
１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１３はトツプフオイル１１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１３は、トツプフオイル１１に固体接触して
いる。

しかしながら、一般に以上の動圧型ジヤーナ
ル、スラスト気体軸受においては、回転軸に大き
な変動荷重や衝撃荷重がかかつたとき、バンプフ
オイル３，１０が弾性限界を超えて変形する場合
があるが、この弾性限界を超えるような変形を繰
り返えすと、バンプフオイル３，１０の形状が歪
んだり、ばね剛性が劣化したりする、いわゆる
“へたり”を生じ、これによつて軸受性能が劣化
したり、またバンプフオイル３，１０が破損した
りするおそれがあつた。

〔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、回転軸に大きな変動荷重がかかつた場合で
も、バンプフオイルの変形やへたりを防止し、更
にバンプフオイルの破損を防止し、常に適正な軸
受性能を確保するようにした気体軸受を提供する
にある。

〔考案の概要〕

このような目的を達成するために、本考案は、
軸受面を構成する表面部材を弾性支持して成るバ
ンプフオイルを円筒体形状のホルダー内面に備え
た気体軸受において、前記ホルダー内面を異なる
曲率の２つの内面で形成し、大きい曲率の内面に
補償用弾性部材を介して断面略三日月形状の可動
体を配設し、該可動体の内側円弧面と前記曲率の
小さい内面とで前記バンプフオイルを保持し、該
バンプフオイルの弾性定数より前記補償用弾性部
材の弾性定数を小さく設定し、前記表面部材の下
面に、バンプフオイルの平坦面部に対応する位置
に該バンプフオイル側に突出する突出部を有する
レストリクシヨンフオイルを設けたものである。

以下、図に示す実施例を用いて本考案はの詳細
を説明する。

〔考案の実施例〕

先ず、本考案の比較例となる動圧型ジヤーナル
の気体軸受の構造を第２図に示す。同図において
第７図と同一部分には同一の符号を付してある。
本比較例においては、回転軸５の外周側に微少ク
リアランスａを設けて配置されかつ軸受面４ａを
構成する表面部材、つまりトツプフオイル４と、
該トツプフオイル４を弾性支持するごとくホルダ
ー１の内面に周接配置されかつばね特性を持つバ
ンプフオイル３に加えて、前記トツプフオイル４
とバンプフオイル３との間にレストリクシヨンフ
オイル１５を設けるようにしたものである。ま
た、このレストリクシヨンフオイル１５の一端は
キー６に固定されており、更に該キー６はホルダ
ー１に固定されている。また、前記レストリクシ
ヨンフオイル１５は、第３図ａに示すように、そ
の突出部１５ａがバンプフオイル３側に突出形成
されると共にバンプフオイル３の平担面部３ａか
ら距離H₁だけ隔たつて設けられている。更に、
レストリクシヨンフオイル１５はその平担面部１
５ｂがトツプフオイル４及びバンプフオイル３と
当接している。

したがつて、本比較例の構成にあつては、回転
軸５に大きな変動荷重や衝撃荷重がかかつた場
合、レストリクシヨンフオイル１５の作用でバン
プフオイル３を保護するので、バンプフオイル３
の形状の歪やばね剛性が劣化するといういわゆる
“へたり”の発生を防止でき、これによつて適正
な軸受性能を常に確保できる。今、このレストリ
クシヨンフオイル１５の作用を説明するに、バン
プフオイル３は通常は第３図ａに示す形状となつ
ているが、たとえば、大きな変動荷重や衝撃荷重
により回転軸５が軸受面に接近して気体膜圧力が
非常に大きくなり、バンプフオイル３に大きな撓
みが生じたような場合、第３図ｂに示すようにレ
ストリクシヨンフオイル１５の突出部１５ａがバ
ンプフオイル３の平担面部３ａに当接することに
よつてバンプフオイル３にそれ以上の大きな力が
作用しないようになつている。したがつて、この
作用によつてバンプフオイル３が弾性限界を越え
て、大きな変形を生じるようなことは確実に防止
される。

また、第３図ａの距離H₁及びレストリクシヨ
ンフオイル１５の剛性を適正に設けることによ
り、バンプフオイル３が適正に作用するように構
成できるので、これによつて、常に適正な軸受性
能を確保できる共に、大きな変動荷重や衝撃荷重
がかかつた場合でも、軸受性能を適正に確保する
ことができ、信頼性の高い、耐久性の優れた軸受
を提供できる。

更に、レストリクシヨンフオイル１５を設けた
ことにより、バンプフオイル３及びトツプフオイ
ル４との間に接触面が生じ、これによつて従来の
例より金属接触面が増す。従つて、クーロン摩擦
による減衰能力が増し、高速安定性の優れた軸受
が得られる。

加えて、レストリクシヨンフオイル１５の平担
面部１５ｂがトツプフオイル４と当接しているの
で、軸受の負荷容量を増すことができる。すなわ
ち、これはトツプフオイル４が回転軸５とトツプ
フオイル４の間の軸受隙間に発生する気体膜圧力
によつて、バンプフオイル３で支持されているス
パンにわたつて撓みが小さくできるので、その撓
みによる軸受隙間の増大による気体膜圧力の減少
を防ぐことができることによる。

第１図は本考案に係る動圧型ジヤーナル気体軸
受の一実施例を示す断面図である。同図におい
て、符号１６は可動体を示し、該可動体１６は、
断面が略三日月形状に形成され、ホルダー１の内
面とバンプフオイル３との間の空洞部２の一部に
配設されている。この可動体１６の内側円弧面１
６ａには、バンプフオイル３の一端部３ｂが溶接
固定されている。また、可動体１６の外側円弧面
１６ｂとホルダー１の内面との間の空洞部２内に
は波板形状の補償用弾性部材１７が、その一部を
ホルダー１内面に溶接固定された状態で配設され
ている。該補償用弾性部材１７は、その弾性定数
が前記バンプフオイル３よりも小さく設定されて
いる。また、ホルダー１の内面は、異なる曲率の
２つの内面１ａ，１ｂにより形成されている。す
なわち、内面１ａの曲率は内面１ｂよりも大き
い。内面１ｂは120度の円弧角の範囲に形成され、
該内面１ｂの部分にバンプフオイル３の平担面３
ａ，３ａ，……が接触している。また可動体１６
の内側円弧面１６ａの曲率は前記内面１ｂの曲率
より僅かに大きく形成され、可動体１６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。

本実施例においては、以上のように可動体１
６、補償用弾性部材１７を備えた構成において、
トツプフオイル４とバンプフオイル３との間にレ
ストリクシヨンフオイル１５を設けるようにした
ものである。なお、このレストリクシヨンフオイ
ル１５の一端部１５ｃは前記バンプフオイル３の
一端部３ｂを介して可動体１６の内側円弧面１６
ａに固定されている。

したがつて、以上のような実施例においては、
上述した前記比較例と同じ作用、効果の他に、次
のような作用、効果を有する。すなわち、タービ
ン（図示せず）からの伝熱により回転軸５が熱膨
張し、トツプフオイル４との間の隙間、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、該トツプフオイル４が拡がる方向に力を受
け、この力が可動体１６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１７
の弾性定数がバンプフオイル３より小さく設定さ
れているため、補償用弾性部材１７が変形する。
これにより、回転軸５の熱膨張分が可動体１６の
移動によつて補償され、気体膜厚さは一定に保た
れる。したがつて、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を提供で
きる。

また、第４図及び第５図は比較例に係る気体軸
受のうち、動圧型スラスト気体軸受で、ベースプ
レート１８には、第４図に示すように軸受セグメ
ント１９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１９は、第５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１６は、ベースプレート１８に固定さ
れかつ弾性を有する波形状のバンプフオイル２０
と、前記ベースプレート１８に固定されたスペー
サ２１に一端側が固定されると共に下面をバンプ
フオイル２０によつて支持されかつ上面が軸受面
２２ａを形成して成るトツプフオイル２２と、該
トツプフオイル２２とバンプフオイル２０との間
に配置され、かつ一端側が前記スペーサ２１に固
定されたレストリクシヨンフオイル２３とから構
成されている。また、このレストリクシヨンフオ
イル２３はその平担面部２３ａがトツプフオイル
２２に当接しており、かつ突出部２３ｂはバンプ
フオイル２０の平担面部２０ａと対応する位置に
バンプフオイル２０側に突出形成されている。な
お、トツプフオイル２２の軸受面２２ａには、回
転軸（図示せず）に固定されたスラストランナー
２４が対面するごとく配置されている。

更に、第６図は動圧型スラスト気体軸受の他の
比較例を示すもので、本比較例の軸受セグメント
は、ベースプレート２５に固定されかつ弾性を有
する波形状のバンプフオイル２６と、該バンプフ
オイル２６の上面に固定された剛体から成る表面
部材、つまり表面プレート２７と、該表面プレー
ト２７とバンプフオイル２６との間に配設された
レストリクシヨンフオイル２８とから構成されて
いる。また、該レストリクシヨンフオイル２８に
は、回転軸（図示せず）に固定されたスラストラ
ンナー２９が対面するごとく配置されており、該
表面プレート２７のスラストランナー２９と対面
する面は軸受面２７ａを構成している。更に、レ
ストリクシヨンフオイル２８はその平担面部２８
ａが表面プレート２７に当接しており、かつ突出
部２８ｂはバンプフオイル２６の平担面部２６ａ
と対応する位置にバンプフオイル２６側に突出形
成されている。

以上の第４図、第５図の比較例及び第６図比較
例のごとく構成したとしても、前記第３図ａ，ｂ
を用いて説明した作用、効果と全く同じ作用、効
果を持つ。

〔考案の効果〕

本考案によれば、ホルダー内面を異なる曲率の
２つの内面で形成し、大きい曲率の内面に補償用
弾性部材を介して断面略三日月形状の可動体を配
設し、該可動体の内側円弧面と前記曲率の小さい
内面とで前記バンプフオイルを保持し、該バンプ
フオイルの弾性定数より前記補償用弾性部材の弾
性定数を小さく設定し、前記表面部材の下面に、
バンプフオイルの平坦面部に対応する位置に該バ
ンプフオイル側に突出する突出部を有するレスト
リクシヨンフオイルを設けたので、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して
も、可動体が移動して前記回転軸の熱膨張分が補
償され、以つて気体膜厚さは一定に保たれる。従
つて、高温の温度場で気体軸受を使用しても、従
来のような焼き付き等による破損のおそれが少な
く、信頼性の高い気体軸受となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る動圧型ジヤーナル気体軸
受の一実施例を示す断面図、第２図は比較例に係
る動圧型ジヤーナル気体軸受の一実施例を示す断
面図、第３図ａ，ｂは第１図の気体軸受の動作説
明図、第４図は比較例に係る動圧型スラスト気体
軸受の一実施例を示す一部平面図、第５図は同動
圧型スラスト気体軸受の要部断面図、第６図は比
較例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図は従来の動圧型ジヤー
ナル気体軸受の一例を示す断面図、第８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。 ３……バンプフオイル、３ａ……平担面部、４
……トツプフオイル、４ａ……軸受面、１５……
レストリクシヨンフオイル、１５ａ……突出部、
２０……バンプフオイル、２０ａ……平担面部、
２２……トツプフオイル、２２ａ……軸受面、２
３……レストリクシヨンフオイル、２３ｂ……突
出部、２６……バンプフオイル、２６ａ……平担
面部、２７……表面プレート、２７ａ……軸受
面、２８……レストリクシヨンフオイル、２８ｂ
……突出部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軸受面を構成する表面部材を弾性支持して成る
   バンプフオイルを円筒体形状のホルダー内面に備
   えた気体軸受において、 前記ホルダー内面を異なる曲率の２つの内面で
   形成し、大きい曲率の内面に補償用弾性部材を介
   して断面略三日月形状の可動体を配設し、該可動
   体の内側円弧面と前記曲率の小さい内面とで前記
   バンプフオイルを保持し、該バンプフオイルの弾
   性定数より前記補償用弾性部材の弾性定数を小さ
   く設定し、前記表面部材の下面に、バンプフオイ
   ルの平坦面部に対応する位置に該バンプフオイル
   側に突出する突出部を有するレストリクシヨンフ
   オイルを設けたことを特徴とする気体軸受。