JPH0520606B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、弾性フオイルを積層したフオイル
スラスト軸受に係り、特に弾性フオイルの支持構
造を改良したフオイルスラスト軸受に関する。

［発明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の流
体膜を形成してその膜圧により回転軸を支承する
方式なので摩擦損失が少なく、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
の高速回転軸に極めて適している。

流体軸受としては軸受部材が剛体的な剛体軸受
と弾性変形し得るフオイル軸受とが知られてい
る。しかし、剛体軸受では軸変形などに起因して
流体膜が破断しやすいという欠点がある。このた
め、現在、フオイル軸受の研究開発が行なわれて
いるが、フオイル軸受では高速安定性に欠けると
いう問題があつた。

そこで本発明者は、優れた高速安定性を有する
新規なフオイル軸受（特願昭58−242082号）を提
案した。この軸受は、第１図に示す順で弾性フオ
イルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを重ねて積層したもので
あり、弾性フオイルａ〜ｅはそれら外周部に設け
られた取付孔ｆを合せてボルト等を用いて支承面
上に固定して組み付けられる。

しかしながら、このフオイル軸受ではその支持
構造上、弾性フオイルａ〜ｅの熱変形、特にフオ
イルの径方向の熱伸縮に対して問題がある。即
ち、弾性フオイルａ〜ｅが熱膨張（または熱収
縮）した場合、取付孔ｆは固定点とみなせるか
ら、取付孔ｆ部に過大な応力が発生し、また軸受
面たる弾性フオイルにシワが生じ軸受性能の低下
を招くことになる。

なおこのような熱膨張への対策として、「スラ
スト軸受」（特開昭54−6131号公報）が提案され
ている。この提案は、可撓性軸受インサート組立
体として、柔軟なフオイル状薄膜と、フオイル状
薄膜を支持する同心状等高リングと、このリング
をベース部材上に装着するばね要素とを設けて、
半径方向のばね要素の回復効果により王冠状の熱
変形を防止するとしている。

しかしながらこの提案では、フオイル状薄膜の
他に複雑な構造の支持ばねやベース部材が必要で
あるので、部品点数及び加工工数の増大、コスト
増などをまねくおそれがある。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、弾性フオイ
ルの熱変形を防止でき、しかも簡単な構成で容易
且つ安価に製造できるフオイルスラスト軸受を提
供すべく創案されたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、回転軸を囲繞しつつ支承面に弾性フ
オイルを積層して、回転軸との間に形成される流
体膜圧力により回転軸のスラスト荷重を支承する
ようになしたフオイルスラスト軸受において、弾
性フオイルの径方向外方に設けられ支承面に固定
するための取付孔を有した支持プレートと、支持
プレートと弾性フオイルとを連結すべく取付孔の
位置から周方向に隔てられて設けられた連結部材
とを備えたものである。

［作用］ 上記構成によつて、弾性フオルムは回転軸との
間に流体膜を形成してその圧力により回転軸のス
ラスト荷重を支える。支持プレートは、取付孔に
ボルト等を挿入することで連結部材を介して弾性
フオルムを固定する。連結部材は、取付孔からず
れた位置において弾性フオルムの径方向の熱変位
を許容し、シワ等の変形が発生するのを防止す
る。

［発明の実施例］ 以下に、本発明の一実施例を添付図面に従つて
詳述する。

第２図ないしその周方向断面図である第３図に
おいて、１２はターボ圧縮機等の回転軸であり、
また１は回転軸のスラストカラである。スラスト
カラ１のスラスト荷重Ｗをガス、油、水、蒸気等
の高圧の流体膜を形成して支承するためにスラス
トカラ１に対向させて軸受ケース２が設けられて
いる。軸受ケース２のスラストカラ１に臨む支承
面２ａには、スラストカラ１側から軸受ケース２
側に向かつて弾性フオイルたるベアリングフオイ
ル３、ダンプフオイル４、くし形フオイル５、ス
プリングフオイル６、くし形フオイル７が順次重
ね合わせて積層される。これらフオイル３，４，
５，６，７は第４図に示す如く、いずれも回転軸
を囲繞すべく環状をなしている。

ベアリングフオイル３は、そのスラストカラ１
側の表面が軸受面３ａとなり、軸受面３ａには高
い流体膜圧力を発生させるための機構として、ス
パイラル状の溝、即ちスパイラルグルーブ３ｂが
形成されている。スパイラルグルーブ３ｂ部の板
厚はそれらの周囲のベアリングフオイル３の板厚
の約半分となつている。スパイラルグルーブ３ｂ
の先端部にはベアリングフオイル３を貫通させて
小孔８が形成されている。小孔８は過剰な流体膜
圧力をダンプフオイル４側に逃してフオイル系を
スクイズダンパとして機能させるものである。こ
れにより高速回転時の自励振動を抑制でき軸受の
高速安定性を向上できる。

また、ベアリングフオイル３の外周側には支持
プレートたる取付フオイルリング９が設けられて
おり、ベアリングフオイル３と取付フオイルリン
グ９は連結部材としての薄板状のリブ１０により
連結されている。ベアリングフオイル３とリブ１
０と取付フオイルリング９とは一体に製作され
る。取付フオイルリング９には等間隔に取付孔１
１が形成されている（図示例では３箇所）。また、
同様の構成にて、ダンプフオイル４、くし形フオ
イル５、スプリングフオイル６、くし形フオイル
７にもリブ１０を介して取付フエイルリング９が
それぞれ連結されている。各フオイルの取付フオ
イルリング９の取付孔１１は同一円周上に同一間
隔で設けられている。フオイル３〜７を第２図の
順で重ね各フオイルの取付孔１１を合わせて、取
付ボルト１３等によりその重ね合わさせたフオイ
ル３〜７を支承面２ａ上に取り付ける。

取付孔１１の加工位置は、リブ１０と取付フオ
イルリング９との連結部から第４図の如く円周
上、中心角φだけずらせて設けられている。ま
た、ベアリングフオイル３のリブ１０はスパイラ
ルグルーブ３ａの曲線をそのまま延長した形状を
なし、その板厚はスパイラルグルーブ３ｂの板厚
と等しい薄板状となつている。その他のフオイル
４〜７のリブ１０は径方向に設けられている。

ダンプフオイル４とスプリングフオイル６とは
平板状である。くし形フオイル５，７は、その外
周部から径方向内方へと延出されたくし歯５ａ，
７ａを有する。くし歯５ａ，７ａは外周部５ｂ，
７ｂに沿つて等ピツチにて放射状に配置されてい
る。くし形フオイル５の取付孔１１とくし形フオ
イル７の取付孔１１の加工位置にはズレがあり、
等ピツチに設けられたくし歯に対して互いに1/2
ずらせて設けられている。このため第３図に示す
ように、くし歯５ａ，７ｂはフオイル周方向に沿
つてスプリングフオイル６の両側に交互に1/2ピ
ツチで配設されるようになつている。

次に本実施例の作用について述べる。

回転軸のスラストカラ１が第２図乃至第３図中
矢印の方向に角速度ωで回転すると、スラストカ
ラ１とベアリングフオイル３との間に流体膜が形
成され、この流体膜の圧力によりスラスト荷重Ｗ
は支えられる。高速回転時には、流体膜のせん断
によるトルクが発生する。また、外部から高圧流
体を供給しない本実施例のような動圧型のスラス
ト軸受では、起動時および停止時にスラストカラ
１とベアリングフオイル４とが摺接する。これら
によりフオイル３〜７にはω方向の力が作用する
が、この力はリブ１０の張力を介して取付フオイ
ルリング９に伝達されその取付孔１１部にて固定
支持される。高速回転時における流体膜のせん断
による発熱と、起動及び停止時における摺動発熱
とによりフオイル３〜７は熱変形を起す。この熱
変形はベアリングフオイル３で最も大であり、ま
たフオイルの半径方向の熱膨張を主体とする。こ
のフオイル３〜７の熱膨脹を、第１図に示すよう
なフオイル支持方式で押え付けると軸受面３ａに
シワが発生し、スラスト荷重Ｗを受ける軸受の負
荷容量が低下すると共に、スラストカラ１とベア
リングフオイル３との部分接触が起りフオイルの
破損を招く。

ところが、本発明では、フオイル３〜７の熱膨
脹（熱変形）をリブ１０の変形により吸収してい
る。特に、リブ１０と取付フオイルリング９との
連結部が取付孔１１から中心角φだけずらせてあ
るので、固定点とみなせる取付孔１１に対するフ
オイル３〜７の変形ないし変位の拘束度が低く、
フオイル３〜７の径方向の熱膨張変位が許容され
る。この変位は、取付フオイルリング９及びリブ
１０の変形によつて吸収され、取付孔１１へ悪影
響を及ぼすことがない。このため、軸受面３ａの
シワの発生を防止でき、スラストカラ１の側面と
軸受面３ａとの間の平行すきまを一定に維持でき
る。従つて高速回転域まで軸受の負荷容量を保持
でき高速安定性に優れている。更に、フオイル３
〜７の応力集中を回避でき、また軸受面３ａのシ
ワによる部分接触を防止できるので弾性フオイル
の耐久性、信頼性を向上し得る。特にベアリング
フオイル３は最も熱的負荷および機械的負荷を受
けるが、第４図に示すように、リブ１０がスパイ
ラルグルーブ３ｂの曲線をそのまま延長した形状
となつているので、蒸気負荷を効果的に軽減でき
る。またフオイル３〜７の熱変形が生じにくいの
で、高温から低温に至るまで使用可能であり、軸
受の適用温度範囲を拡張することができる。そし
て、本発明はフオイル３〜７の外周部分の形状を
変更しただけの簡単な構成であり、部品点数が増
えることも加工工数が過度に増加することもな
く、フオトエツチング等により容易に加工製造で
きるので、コスト増を招くことがない。

なお、上記実施例においては、ベアリングフオ
イル３の軸受面３ａに動圧発生機構としてスパイ
ラルグルーブ３ｂを施したスパイラルグルーブ型
であるが、他の形式のもの、例えば、ステツプ
型、テイルテイングパツド型、テーパランド型、
ヘリングボーン型にも適用でき、同様の効果を奏
する。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮することができる。

弾性フオイルの径方向外方に設けられ支承面に
固定するための取付孔を有した支持プレートと、
支持プレートと上記弾性フオイルとを連結すべく
取付孔の位置から周方向に隔てられて設けられた
連結部材とを備えたので、弾性フオイルの径方向
の熱変位を許容させることで有害な熱変形を防止
でき、しかも簡単な構成であることで容易且つ安
価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弾性フオイルを積層したフオイ
ルスラスト軸受の分解正面図、第２図は本発明に
係るフオイルスラスト軸受の組立断面図、第３図
は同周方向断面図、第４図は同軸受の分解正面図
である。 図中、１は回転軸のスラストカラ、２は軸受ケ
ース、２ａは支承面、３はベアリングフオイル、
３ａは軸受面、４はダンプフオイル、５はくし形
フオイル、６はスプリングフオイル、７はくし形
フオイル、９は取付フオイルリング（支持プレー
ト）、１０はリブ（連結部材）、１１は取付孔、１
２は回転軸、１３は取付ボルトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸を囲繞しつつ支承面に弾性フオイルを
   積層して、回転軸との間に形成される流体膜圧力
   により回転軸のスラスト荷重を支承するようにな
   したフオイルスラスト軸受において、上記弾性フ
   オイルの径方向外方に設けられ上記支承面に固定
   するための取付孔を有した支持プレートと、該支
   持プレートと上記弾性フオイルとを連結すべく上
   記取付孔の位置から周方向に隔てられて設けられ
   た連結部材とを備えたことを特徴とするフオイル
   スラスト軸受。