JPH0684764B2 - 流体動力学的軸受の製造方法及びその軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転機械の軸、特に高速回転で運転される軸
を案内、支持する流体動力学的軸受製造方法に関する。
更に特定すればこの発明は、軸回転時に軸を支える流体
膜の形成を助ける薄い金属薄片を持つ軸受の構造に関す
る。この発明においては、この製造方法により製作、使
用される“自閉型カートリッジ”と名付ける二次的組立
体が主要な役割をなしており、この組立体は、この発明
に従って、前記軸受を製造するため事前に製作するもの
である。

“流体動力学的軸受”とは、軸の支持がガス膜によるも
ののみでなく、流体膜によるものも意味している。

〔従来の技術〕

高速回転機械において、流体膜による軸支持または懸吊
を行う軸受は、固定表面間の接触を回避するので有益に
使用されていることは公知である。この種の軸受の重要
な２種類が現在知られている。圧力源を要する欠点をも
つ流体静力学的軸受、および、軸支持体膜は軸自身の回
転により作られるので自閉性と云う利点を持つ流体動力
学的軸受である。後者の種類の軸受では、金属薄片型軸
受が最も広く知られており、大多数の場合これが使われ
ている。これらは軸受シェル内面に固定した薄い湾曲し
た金属薄片複数個をもち、その金属薄片は部分的に重な
り合い、“軸支持端部”を連続して形作って軸を浮揚さ
せる内面を形成し、“軸支持端部”は軸が充分な回転速
度に達したとき、金属薄片と軸との間に流体膜の生成を
行う役割をもっている。これらの流体動力学的金属薄片
型軸受の詳細については、1965年８月18日認可の、フラ
ンス国特許No.1,454,024を参照してもよい。この型式の
公知の軸受においては、湾曲した金属薄片はうすい金属
シートから作られ、各個毎に機械加工によって軸受シェ
ル内面に開口する中空構造部、例えば溝、うねまたは正
確な孔によって固定される。各金属薄片は、これに対応
する中空構造部に嵌合する形状の端部が設けられてお
り、軸受シェルの各中空構造部にキー、ピン、ねじなど
の固定方法で取付けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

この形成方法は、重大な欠点を持っている。第一に、軸
受シェルの機械加工および、程度は低くなるが、各金属
薄片を固定する部材の製造は、比較的費用を要する作業
であり、このため完成した軸受の原価を大いに高める。
その上に、この型式の構造は、厚さの厚い軸受シェルを
使う必要があり、その原因は上記の中空構造をその中に
加工し、固定部材をその中に収容するからである。

その上に、各個に金属薄片を軸受シェルに取付けるのは
高い幾何学的精度が要求されるので、非常に微妙な作業
である。このような作業は、回転機械の保守作業または
組立作業中に行うには、資格をもった職員に特殊工具を
持たせて現地に送らねばならないし、また現場では不利
な作業状態に会うことが多く、これが金属薄片の調整作
業を長くし、作業実施を困難なものにする。この欠点
は、特に通常作業時間の終わりに、軸受数個に薄い新し
い金属薄片を取付ける場合に費用が高く、長時間を要す
る保守作業となるので特に重大である。

その外に、組立のため各個の金属薄片を個別に取扱うた
め変形を生じたり、その表面を損じたりすることが多
く、そのため軸支持膜の正確な形成に有害となりまた正
確な軸受運転にも支障を生ずる。

この発明は、流体動力学的金属薄片軸受が持つ上記の欠
点を少なくする解決手段を提供するものである。

この発明の一つの目的は、特に軸受シェルの原価を低下
させるためこれの機械加工の必要の少ない流体動力学的
金属薄片軸受の新製造方法を提供することである。

他の目的は、金属薄片の組立て、調整作業を単純化し
て、保守作業を容易にし、またこの作業を、無資格の職
員でしかも特殊工具を使用しなくても実施可能とするこ
とである。

他の目的は、運搬または取扱中に金属薄片の損傷または
変形の危険を除くことである。

他の目的は、従来技術使用の軸受シェルよりも厚さの薄
い軸受シェルの使用を可能とし、各個の軸受に必要な重
量と空間を節約しうる製造方法を提供することにあり、
これは、或る種の技術分野、特に航空機、自動車および
低温分野において、非常に大きい利点を提供する。

この発明はここで、軸受シェルの穴において部分的に重
なり合う数個の薄い湾曲した金属薄片を持つ型式の軸受
の製造方法を提供し、この金属薄片によって軸の回りに
位置させられている軸浮揚内表面を形成させ、また軸回
転時に、軸と前記表面との間に軸浮揚膜の形成を行わせ
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による、このような軸受の製造方法は、次項を
行うことである。

軸受の内部機能組立体を形成する自閉型のカートリッジ
を製作すること、そのカートリッジは、相互に重なり合
って固定された上記の薄い金属薄片から作られ、その金
属薄片は、一方では、上記型式の軸浮揚内表面をもつ自
閉型組立体を形成し、他方では、軸受シェルの受穴の直
径に相当する外径を持たせること。

このカートリッジを軸受シェルの受穴に挿入すると、さ
らにその後これが回転および軸方向移動を起さぬため固
定すること。

第一の実施例によれば、この自閉型カートリッジは金属
薄片を相互に固定すること、特に各個の金属薄片をその
表面に沿って段差状配置の区域附近で隣接金属薄片に溶
接またはハンダ付けすることによって製造する。

他の実施例によれば、自閉型カートリッジは、金属薄片
を薄い外筒に、特に溶接またはハンダ付けによって、固
定することによって製造され、各金属薄片はその外方位
置の端部近くで、前記外筒内に固定される。

そのうえ、このカートリッジを軸受シェルに挿入した
後、カートリッジは、軸受シェルに対して軸受シェルと
一体のストップ装置を軸受シェルの縁部に位置させ、か
つカートリッジの縁部に設けた噛合装置と軸方向および
接線方向の嵌合を行わせることによって、固定されるこ
とが望ましい。

このために、この発明では自閉型のカートリッジは専門
工場で形成されることになり、そのカートリッジは、そ
の内面部分が適切な軸浮揚面を形成するため、また外面
部分はこれを装備する軸受シェルに適合させるため、金
属薄片相互を予め位置決めする。一旦製造した各カート
リッジは、自由状態においてその形状および調整状態を
保持しまた軸支持内表面が保護されているので、これを
変形または損うことなく外表面を用いて取扱うことがで
きる。軸受シェル内への位置決めは、極めて単純な作業
であって、カートリッジを軸受シェルの受穴内に軸方向
に辷りこませ、これを特に突起などにより移動しないよ
うに固定するだけであり、この作業は特別の注意または
微妙な調整を必要としない。カートリッジは、保守作業
中においても同様に容易に取外しおよび取替ができ、最
早資格のある職員または特殊工具を必要としない。

その上に、軸受シェルの受穴は平滑でよいので、この発
明の製造方法は、軸受の製作費を増大させる機械加工作
業を省くことになる。この軸受シェルの厚さは、単にこ
れに加わる機械的応力のみを考慮して決定すればよく、
従来の技術における各金属薄片の内部固定に必要な厚み
を要しない点を注目すべきである。

〔実施例〕

第１図は、この発明の自閉型のカートリッジの断面図、
第２図および第３図は、それぞれ、上記カートリッジを
形成する薄い金属薄片の一個の拡大した斜視図および断
面図、第４図は、第１図に示したカートリッジから成る
流体動力学的軸受の斜視図、第５図は、組立後の流体動
力学的軸受の長手方向縦断面図、第６図は、他の自閉型
のカートリッジの実施例の断面図、第7a,7b,7c図は、第
１図に示すカートリッジの製造段階を示す説明図であ
る。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。

第１図に示す例によって示す自閉型のカートリッジは第
２図および第３図に図式的に示す型式の数個（例では８
個）の薄い湾曲した金属薄片２から専門工場で作られ
る。

薄い金属薄板製の各金属薄片２は、その全長に亘って後
端部分2a、僅かに曲げた部分2bがそれに続き、その次に
続く内部固定部分と称する部分2c、および内部固定部分
2cまで広がる機能部分2dから成る。

各金属薄片は、後端部分2aおよび内部固定部分2cが機能
部分2dより僅かに巾広くなるように切出されるので、内
部および後端部分は側縁部３を持つことになる。

これらの側縁部３は、カートリッジ１を軸受シェル内で
動かぬように固定する3aおよび3bなどの切欠きを持つよ
う形成される。この例では、２個の切欠きが側縁部３に
形成され、一つの金属薄片の切欠き3aは、その下に位置
する他の金属薄片の切欠き3bと重なる位置とされる。

その上に、各金属薄片の側縁部３は、位置決め孔3cなど
を持ち、この孔は、後に分るように、カートリッジ１の
製造の際に金属薄片相互の位置決めに使用される。（こ
の例では凹凸も、側縁部３上においてその下にある金属
薄片の孔3cと重なりこれに嵌まるように合せた位置に形
成され、順次これが繰り返えされる。） 第１図に溶接部4a,4bで示すように、このカートリッジ
の相異なる金属薄片２が相互に点溶接によって溶接され
る。各金属薄片２は、一方では後端部分2aのあたりの溶
接部4aにおいて下にある金属薄片に固定され、さらに、
他方では、内部固定部分2cのあたりの溶接部4bにおいて
上にある金属薄片に固定される。この例ではこの点溶接
は金属薄片の側縁部３の中で行われる。

上述したカートリッジは、金属薄片が相互に正確な関係
位置をもつ自閉型組立体を形成し、上記の金属薄片はこ
のように位置決めされると、その外部の後端部分2aは、
外周面Se（この例では不連続となる）を形成し、その直
径は軸受シェルの内径に等しく、一方その機能部分2d
（その直径はより小さい）は軸浮揚内部表面Siを形成
し、軸の直径に対応すべき直径と、さらに要求された流
体動力学的効果を生ずる機能をもった形状とを持ってい
る（“支持端部”は二つの金属薄片の境界に位置する区
域Ｃに形成される。） 注目すべきことは、軸浮揚内部表面Siを形成する金属薄
片の機能部分はカートリッジの内部に保護され、カート
リッジは内部表面Siに触れることなく外周部によって取
扱えるので、内部表面を損傷または変形する危険が除か
れていることである。

このようなカートリッジを用いる軸受の製造は、第４図
に示すように極めて単純な作業である。使用軸受シェル
５は平滑な穴をもち、またその両端部5aに盲タップ穴６
などを設けてあるだけである。

軸受シェル５に取付けるカートリッジ１は、寸法の点か
ら、機能部分2dの巾が軸受シェル５の巾と等しくなるた
めに、そして外周面Seは前記軸受シェル５の穴の直径に
等しい外径を有するように（滑合）成形される。前記カ
ートリッジ１はその側縁部３のみが軸受シェル５の両側
から突出するような位置となるまで、軸受シェルの受穴
内へ軸方向に押込んで挿入される。

その後カートリッジ１は、移動しないように、２個のリ
ング状ワッシャー７によって固定され、このワッシヤー
７はカートリッジ１の切欠きと合う内部切欠き7aをも
ち、この２組の切欠きは相互に嵌合する。ねじ８がこの
ワッシャー７を軸受シェル５の両端部に固定する。

これらの作業は特殊工具を要せず、また資格のない職員
によって特別の注意なしに実施してもよい。

このように形成した軸受は、第５図に模式的に断面で示
す。カートリッジの他のカートリッジとの取替えという
維持作業は非常に単純になり、また金属薄片の調整不良
の危険をもたない。それは取替えたカートリッジは専門
工場で事前に正確に製造したものであるからである。軸
受シェル５は全く特殊な機械加工を要しないことも注目
すべきである。

さらに加えて、第６図は、本発明の自閉型カートリッジ
の一変種を示す。この変種において、金属薄片は前のよ
うな後端部分を持たない。金属薄片は、その外径が軸受
シェルの内径に等しい薄い外筒10（滑合）に、その固定
内部表面の平面部分で点溶接される。前と同じくカート
リッジは、その側縁部３に切欠きが設けられるが、これ
は外筒の端部に設けることが望ましく、金属薄片は外筒
より僅かに小さい一定の巾を有する。軸受シェルの両端
より突出し、前と同じカートリッジが回転および移動せ
ぬようにカートリッジの固定に役立つのは、このとき後
者である。

この自閉型カートリッジの製造は、他の方法で実施して
もよく、上記の点溶接以外の方法で、必要ならば、金属
薄片を相互に、または外筒に固定することもできる。
（はんだ付け、端部溶接、連続または不連続溶接、電子
線を用いる溶接、摩さつ、誘導または拡散溶接……）。

また溶接接合以外の接合によって金属薄片を組立てるこ
ともできる。（リベット、ホッチキス、接着、クリン
プ、ローリング……）。

単に例証として、第１図に示すようなカートリッジ製造
に関する３段階を、第7a、7b、7c図に示す。

金属薄片に適正な硬度を与える熱処理を施したのち第１
図に示す適合した縮閉線に従ってその金属薄板を切り取
る。この切り取りは従来の公知の技術を用いて行ってよ
い。化学切削、機械切削、レーザーまたは酸素アセチレ
ン切断、電子線による切断など……。

その後、金属薄片は、一個づつ、その後端部分が軸受シ
ェルの受穴の半径に等しいかまたは僅かに小さい半径の
円形形状をもつようにさらに、僅かな折曲げの後、その
内部固定部分および機能部分は、流体動力学的効果を得
るのに適合した、先行部分よりも小さい半径の円形形状
をもつために、曲げられ成形される。

この成形作業は、型打ち電鋳、磁気成形、ハイドロフォ
ーミングを用いて一度に行ってもよい。また２段階に実
施してもよく、初めにローラ成形し、次に折曲げをうる
よう曲げてもよい（第7b図に示す）。この曲げ作業は、
金属薄片の軸浮揚部分を保持し、かつ可動の曲げ部分を
有する工具を用いて行なわれる。

その後この成形後の金属薄片は、相互間の位置決めおよ
びその位置での溶接のために、ある工具に取付ける。図
式的に第7c図の断面図に示すこの工具は、軸受シェルの
穴の直径に等しい内径をもつスリーブ11から成る。金属
薄片２は、角度上および軸方向に、取外し可能なピン12
を用いて、このスリーブ11に位置決めされる。このピン
12を、金属薄片２の位置決め孔3cを貫いてスリーブ11の
孔に挿込む。拡張可能なマンドレル13（この例では内部
成形器およびある厚さの可撓性材料から成る）を、金属
薄片２をスリーブ11の穴に押付けるために、そして金属
薄片２がカートリッジ内で持つべき形状および位置を金
属薄片２に与えるために、スリーブ11の内部に挿入す
る。

この位置における金属薄片２の溶接は、スリーブ11に形
成した孔および端部領域に位置するガイド15を通る14の
ような電極によって行われる。

一度この点溶接が行われると、ピン12、マンドレル13、
ガイド15は撤去され、そしてカートリッジは軸方向に押
されて、スリーブ11から取外される。

勿論、上の作業は多くのカートリッジ製造方法の一つを
説明する実施例として述べたのであり、この発明は決し
て上の説明の条件に制限されるものではなく、却って反
対にこれらの多くの変化例から成るものである。注意す
べきことは、カートリッジの軸受シェルへの固定手段
は、説明以外のいかなるものでもよいことであり、特に
ある適用例では、この固定はカートリッジ外周面の軸受
シェル内面に対する摩擦によっても得られることであ
る。

この発明は、すべての回転機械、特に回転速度が高い場
合に適用できる；ターボ機械（コンプレッサー、タービ
ン、ファン）、高速加工リーマー、高速電気モータ、遠
心機械など……である。この発明は、円筒形軸受だけで
なく、テーパ軸受をもその範囲とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の自閉型カートリッジの断面図、 第２図および第３図は、それぞれ、上記カートリッジを
形成する薄い金属薄片の一個の拡大した斜視図および断
面図、 第４図は、第１図に示したカートリッジから成る流体動
力学的軸受の斜視図、 第５図は、組立後の流体動力学的軸受の長手方向縦断面
図、 第６図は、他の自閉型カートリッジの実施例の断面図、 第7a,7b,7c図は、第１図に示すカートリッジの製造段階
を示す説明図である。 1:カートリッジ、 2:金属薄片、 2a:後端部分、 2b:僅かに曲げた部分、 2c:内部固定部分、 2d:機能部分、 3:側縁部、 3a,3b:切欠き、 3c:位置決め孔、 4a,4b:溶接部、 5:軸受シェル、 5a:端部、 6:盲タップ穴、 7:リング状ワッシャー、 7a:内部切欠、 8:ねじ、 9:溶接点、 10:外筒、 11:スリーブ、 12:ピン、 13:マンドレル、 14:電極、 15:ガイド、 Se:外周面、 Si:軸浮揚内部表面。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転機械の軸を支持し、かつその回転時の
   動きを案内し、その軸受型式が軸受シェル内の受穴内
   に、軸の周りに位置するのに適した内部軸支持面を形成
   するために部分的に重り合い、そして軸の回転時に前記
   軸と前記内部軸支持面との間に流体膜の形成をもたらす
   数個の薄い湾曲した金属薄片により成る流体動力学的軸
   受の製造方法であって、 複数の薄い前記金属薄片からなり、各金属薄片は、一部
   を重ねて固定され、一方では、前記型式の内部軸支持面
   を持ち、そして他方では、軸受シェルの受穴の直径に相
   当する直径の外周面を持つ軸受機能内蔵組立体を形成す
   る自閉型のカートリッジを製造する工程と、 前記カートリッジを前記軸受シェルの受穴内に挿入し、
   該カートリッジを前記軸受シェルに対する軸方向移動お
   よび回転を防ぐため固定する工程を有する流体動力学的
   軸受の製造方法。
2. 【請求項２】前記自閉型のカートリッジの前記金属片を
   相互に固定して製作し、前記各金属片を相隣る２個の金
   属薄片に前記金属薄片に沿って設けられたきざみ目のあ
   る区域において固定する特許請求の範囲第１項に記載の
   流体動力学的軸受の製造方法。
3. 【請求項３】前記自閉型のカートリッジの、前記金属薄
   片を薄い外筒の内部にその外方の端部で固定する特許請
   求の範囲第１項に記載の流体動力学的軸受の製造方法。
4. 【請求項４】前記金属薄片を溶接またははんだ付けで固
   定する特許請求の範囲第２項または第３項に記載の流動
   体動力学的軸受の製造方法。
5. 【請求項５】前記自閉型のカートリッジを前記軸受シェ
   ル内に挿入後、前記軸受シェルに対する移動を防止する
   ため、前記軸受シェルと一体に突起手段を前記軸受シェ
   ルの端部に設け、該突起手段と前記カートリッジの端部
   に設けられている噛合手段を軸方向および接線方向に係
   合して前記カートリッジを固定する特許請求の範囲第１
   項乃至第３項の何れか１項に記載の流体動力学的軸受の
   製造方法。
6. 【請求項６】前記自閉型のカートリッジの両端に切欠き
   を形成し、前記軸受シェルに挿入後、前記カートリッジ
   の移動に備えた固定を、前記軸受シェルの各端部に、前
   記カートリッジの対応する前記切欠きと相互に嵌合する
   内部切欠きを有するリング状ワッシャを固定することに
   よって行なう特許請求の範囲第５項に記載の流体動力学
   的軸受の製造方法。
7. 【請求項７】適正な縮閉線に従って平面金属薄板から上
   記複数の金属薄片を切取り、その各個をこれに適正な形
   状を与えるように湾曲し、上記金属薄板を部分的に相互
   に重なった適応位置をとるため位置ぎめ工具内に嵌入
   し、そして前記各金属薄板の最外方に位置する端部にお
   いて相互に固定することにより前記自閉型のカートリッ
   ジを形成する特許請求の範囲第２項に記載の流体動力学
   的軸受の製造方法。
8. 【請求項８】前記金属薄片を、その断面形状が前記軸受
   シェルの穴の半径と等しいかまたはこれより僅かに小さ
   い半径をもつ円弧状の後端部分と、先行の部分より小さ
   い半径をもつ円弧状の内部固定部分が続く僅かに折曲げ
   た部分と、前記内部固定部分に延びかつ同じ形状をもつ
   機能部分とから構成されるように形成し、 前記金属薄片を位置ぎめ工具内に、前記後端部が前記軸
   受シェルの受穴の半径の断面を持つように湾曲し、また
   前記内部固定部分が、上の位置にある金属薄片の後端部
   分と係合するように保持し、 前記金属薄片を、工具内で相互に、一方では前記各金属
   薄板をその後端部近くで下の位置にある金属薄片に、ま
   た他方では、前記内部固定部分近くで下の位置にある金
   属薄片に固定する特許請求の範囲第７項に記載の流体動
   力学的軸受の製造方法。
9. 【請求項９】前記金属薄片をそれらの後端部とそれらの
   内部固定部分でスポット溶接して互いに固定する特許請
   求の範囲第４項または第８項に記載の流体動力学的軸受
   の製造方法。
10. 【請求項１０】前記金属薄片を、その後端部分および内
    部固定部分の側縁に前記切欠きを設けるため、前記機能
    部分より巾を広く側縁を残して切取る特許請求の範囲第
    ６項または第８項に記載の流体動力学的軸受の製造方
    法。
11. 【請求項１１】前記各金属薄片の後端部分および内部固
    定部分の側縁部に前記点溶接を行う特許請求の範囲第９
    項または第10項に記載の流体動力学的軸受の製造方法。