JPH0625698Y2 - ティルティングパッド軸受 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、動圧気体軸受の一種であるティルティングパ
ッド軸受に関するものである。

［従来の技術］ ティルティングパッド軸受は、回転軸と軸受ハウジング
との間に部分円弧状をなすティルティングパッドを配設
し、このパッドの内周面と前記回転軸の外周面との間に
動圧気体による気体膜を形成することによって、該回転
軸をパッドに浮遊支持させるようにしたものである。こ
のように、この軸受の最大の特徴は回転軸をパッドで非
接触に支持できる点にあり、しかも構成が比較的コンパ
クトであることから、高速回転機械を支持する軸受とし
ては極めて利用価値が高い。

ところで、前述した気体膜をティルティングパッドと回
転軸との隙間に効果的に形成させるためには、該回転軸
の外周面とパッドの内周面とを数マイクロｍ〜数十マイ
クロｍの隙間寸法で密接に対峙させておく必要がある。
また、これと同時に、かかる隙間寸法は負荷容量に応じ
てプリロード（パッドの軸への接圧力）を設定変更した
り、気体膜の異常な圧力変動を抑止したりするために、
上記寸法内で変更可能であることが不可欠である。この
ため、従来ではティルティングパッドをその外周部にお
いてピボット等で一点支持させるとともに、このピボッ
トの支持点から偏位した部位を、ばね等を介して前記軸
受ハウジングに弾性的に支持されている。このような構
成であれば、気体膜の圧力に何らかの原因で不均一な変
化が生じた場合でも、パッドが前記ピボットを支点にし
て回動し、ばね作用により拮抗する気体圧とのバランス
を採りながら前記回転軸に対する角度または位置を変更
するので、気体膜を常に効果的に形成しておくことがで
き、回転軸を軸受ハウジングに安定して浮遊支持させて
おくことができるようになっている。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、回転機械にはその始動時や負荷時等に一時的
に回転軸にアンバランスな外力等が作用して、軸心が偏
心することがある。この場合、回転軸の偏心が急激なも
のでなく、この回転軸が比較的小型のものであれば、ば
ねが変形することによってパッドを軸の変位に追従させ
て姿勢変更させることができる。しかし、回転軸が大型
のものであったり事態が高速回転中に発生したりした場
合は、ティルティングパッドに慣性重量があるため、該
パッドを単に従動的に作動させていたのでは回転軸の変
位に対する追従性には限界がある。したがって、このよ
うな限界を越えて回転軸が急激に偏心すると、パッドは
最早これに追従できずにその内周面が回転軸の外周面と
直接固体接触することになり、該パッドが破損して軸受
が早期に使用不能となる不具合は免れ得ない。

本考案は、簡単な構成によりこのような不具合を確実に
解消することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、上記目的を達成するために、ティルティング
パッドの中心をピボットで支持するとともに、このティ
ルティングパッドの支持点から一方向に偏位した部位と
軸受ハウジングとの間に、該ティルティングパッドの角
度または位置を変更し得るように圧電素子を介設したこ
とを特徴としている。

［作用］ 圧電素子は、周知の如く数キロヘルツの発振が可能であ
って、駆動電圧の印加に対して伸縮変位するまでの応答
時間は極めて短い。したがって、ティルティングパッド
をこの圧電素子を介して軸受ハウジングに支持させてお
けば、回転軸の急激な偏心に対して圧電素子に適当な駆
動電圧を印加してやると、該圧電素子はその応答時間内
に伸縮変位してパッドを強制的に姿勢変更させることに
なる。これにより、パッドの追従性が向上して、回転軸
に急激な偏心状態が生じても、該パッドの内周面が回転
軸の外周面と固体接触したり、気体膜の圧力が大きく変
動したりする不具合を来たさないで済む。

特に、このものはティルティングパッドの中心をピボッ
トで支持し、その中心から一方向に偏位した部位を圧電
素子で駆動するようにしている。そのため、ティルティ
ングパッドの両端に圧電素子を設けずとも、該ティルテ
ィングパッド全体を回転軸に対して所望角度だけ傾斜さ
せることができる。しかも、これによりティルティング
パッドと回転軸との間に形成される隙間は、回転方向に
向かって漸次小さいものになるため、このような簡略化
した構成は逆に動圧気体膜の形成に適したものとなる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

この実施例のティルティングパッド軸受は、ジャーナル
軸受として構成されており、回転軸１を包囲する軸受ハ
ウジング２の内周に沿って３個のティルティングパッド
３を配設している。これらのパッド３は、前記回転軸１
の外周面の形状に略対応させた部分円弧状をなすもの
で、これらを前記回転軸１に沿って密接に包囲するよう
にしている。そして、これら各パッド３の外周部略中央
部分を、軸受ハウジング２の内周に突設したピボット４
に回動可能に点支持させている。

このようなものにおいて、前記ティルティングパッド３
と前記軸受ハウジング２との間には、該ティルティング
パッド３の角度または位置を変更し得るように圧電素子
５を介設している。すなわち、前記軸受ハウジング２の
内周に周方向３カ所に等角間隔をおいて圧電素子５を固
設しており、それぞれの先端を前記パッド３の外周部で
あって前記ピボット４による支持点から偏位させた端部
に固着させている。これらの圧電素子５は、前記回転軸
１の径方向に対して伸縮可能なもので、その伸縮動作の
際に前記パッド３を強制的に追従させることができる。
この際、該パッド３は前述したようにその中央部分をピ
ボット４により点支持されているので、圧電素子５が伸
縮すると、該パッド３は前記ピボット４による支持点を
支点にして回動しながらその角度および位置を変更され
ることになる。なお、圧電素子５のパッド３への固着位
置は、前記ピボット４のそれよりも常に回転軸１の外周
面により近接した位置に在らしめようにしている。換言
すれば、パッド３と回転軸１との隙間を該回転軸１の回
転方向に向かって次第に狭くなるようにするもので、こ
れは回転軸１の回転が周囲の気体を巻込んで隙間の狭く
なった部分に高圧の動圧気体膜を発生させるという動圧
気体軸受本来の効果を生ぜしめるためである。

一方、前記各圧電素子５は駆動電圧を印加されるための
電極（図示省略）を有しており、この電極はそれぞれ圧
電素子制御電源回路（以下、単に電源回路と称する）６
に接続されている。この電源回路６は、前記各圧電素子
５にそれぞれ独立して所要の大きさの駆動電圧を随時印
加することのできるものである。そして、この電源回路
６は、センサ７からの信号を受けて作動するようにして
いる。センサ７は、それぞれ前記各圧電素子５のうちの
一つとペアをなして、その圧電素子５に対して前記回転
軸１の進み方向に位置するように、前記軸受ハウジング
２の内周に埋設されている。そして、回転軸１の軸心が
偏心した場合にその偏心量を該回転軸１に対して非接触
状態で検知し、この偏心量に対応した信号を発生するも
ので、この信号はセンサアンプ８を介して前記電源回路
６に入力される。そして、この信号を基にして、該電源
回路６がそれぞれ前記センサ７とペアをなす圧電素子５
に駆動電圧を印加するようになっている。

なお、ここで用いる圧電素子５は一般的に用いられるも
ので、数キロヘルツの発振が可能であり、したがって電
圧印加から伸縮変位するまでの該圧電素子５の応答時間
は極めて短い。例えば、前記回転軸１が数万〜数十万ｒ
ｐｍの高速回転をしている場合を考えると、この回転軸
１の毎秒あたりの回転数は数百〜数千程度になるが、回
転軸１が偏心してそれとほぼ同時に圧電素子５に駆動電
圧が印加されたとしても、回転軸１が略１回転する間に
は伸縮偏位してその応答を終えることが可能なものであ
る。

以上のような構成であれば、回転軸１がティルティング
パッド３との間に所要の動圧気体による気体膜を形成し
て回転している状態で、回転軸１の軸心が急激に一方へ
偏心すると、その偏心方向に対峙しているパッド３は前
記回転軸１との隙間を不当に狭められる。すると、この
パッド３に最も近いセンサ７がこの隙間異常を検知し、
センサアンプ８を介して電源回路６へ信号を入力する。
電源回路６では、信号を発した前記センサ７とペアをな
す圧電素子５に駆動電圧を印加し、該圧電素子５を縮退
させる。これにより、前記パッド３はピボット４を支点
にして回転軸１との隙間が広められる方向へ強制的に位
置変更され、接近する該経典軸１との間に一定距離を保
ってその内周面が該回転軸１の外周面と固体接触するの
を回避すると同時に、気体膜の圧力が不当に増大するの
を有効に防止することができる。

またこの際、前記回転軸１の偏心方向と反対側に位置し
ているパッド３では、回転軸１が急速に遠ざかって隙間
寸法が不当に広められる。すると、この位置に最も近い
センサ７が隙間異常を検知し、センサアンプ８を介して
電源回路６へ信号を入力する。電源回路６では、信号を
発した前記センサ７とペアで作動する圧電素子５に駆動
電圧を印加し、該圧電素子５を伸長させる。これによ
り、前記パッド３はピボット４を支点にして回転軸１と
の隙間が狭められる方向へ強制的に位置変更され、離反
する該回転軸１との間に一定距離を保って気体膜の圧力
が低下するのを有効に防止することができる。

そして、これら圧電素子５によるパッド３の駆動は、前
述したように極めて駿敏で、回転軸１が数万〜数十万ｒ
ｐｍで高速回転している場合にも効果的になされること
となる。したがって、このようなティルティングパッド
軸受であれば、従来の弾性支持体を用いた場合に該弾性
支持体の追従おくれに伴って偏心した回転軸にパッドが
固体接触して破損していた不具合を、確実に防止するこ
とができる。

特に、このものはティルティングパッド３の中心をピボ
ット４で支持し、その中心から一方向に偏位した端部を
圧電素子５で駆動するようにしている。そのため、圧電
素子５の取付個数が各ティルティングパッド３につき１
個だけであっても、そのティルティングパッド３を全体
として回転軸１に対して所望角度だけ傾斜させることが
でき、部品点数の削減と構造の簡略化を図ることができ
る。しかも、これによりティルティングパッド３と回転
軸１との間に形成される隙間は、回転方向に向かって漸
次小さいものになるため、このような構成は部品点数の
削減と構造の簡略化を果たす効果があるだけでなく、逆
に動圧気体膜の形成に適した好ましいものとなる。

なお、センサアンプ８と電源回路６との間には、変位解
析により最適変位量を計算する演算回路を設けるように
してもよい。また、上記実施例では３個のティルティン
グパッド３および３個の圧電素子５を用いて構成してい
るが、これらの個数に格別な限定を付すものではない。
さらにまた、この考案はここではジャーナル軸受として
用いられているが、スラスト軸受として用いても上記実
施例と全く同様の作用効果を得ることができる。

［考案の効果］ 本考案は、以上のようにティルティングパッドを圧電素
子に支持させ、圧電素子の即応性を利用して該パッドの
角度または位置を強制的に変更させるようにした構成に
より、パッドの追従性を向上させてスタート時や過負荷
時等に回転軸が偏心しても該パッドが前記回転軸に固体
接触する不具合を確実に回避させることができるので、
より高速でかつ大型の回転機械にも好適に適用すること
ができ、振動等の外力が大きい条件下でも安心して使用
することのできるティルティングパッド軸受を提供でき
るものである。

特に、本考案はティルティングパッドの中心をピボット
で支持し、その中心から一方向に偏位した部位を圧電素
子で駆動するようにしたため、圧電素子の数を減らして
構造の簡略化を図るとともに、より適正な作動を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本考案の一実施例を示す概略的な断面図であ
る。 １…回転軸、２…軸受ハウジング。 ３…ティルティングパッド ４…ピボット、５…圧電素子 ６…圧電素子制御電源回路 ７…センサ ８…センサアンプ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸をティルティングパッドを介して軸
   受ハウジングに支持させてなるものであって、前記ティ
   ルティングパッドの中心をピボットで支持するととも
   に、このティルティングパッドの支持点から一方向に偏
   位した部位と前記軸受ハウジングとの間に、該ティルテ
   ィングパッドの角度または位置を変更し得るように圧電
   素子を介設したことを特徴とするティルティングパッド
   軸受。