JP5257370B2 - Dynamic pressure gas bearing - Google Patents
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Description
本発明は、航空機のエアサイクルマシン、ヘリウム液化装置の膨張タービン、自動車のターボチャージャ等の高速回転機械に使用される軸受に関し、特に、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成された気体膜により荷重を支持する動圧気体軸受に関する。 The present invention relates to bearings used in high-speed rotating machines such as aircraft air cycle machines, helium liquefaction equipment expansion turbines, automobile turbochargers, and the like, and in particular, a fixed member to which a shaft is attached and a rotational pressure provided on the shaft. The present invention relates to a dynamic pressure gas bearing that supports a load by a gas film formed between the first and second portions.
高速回転機械用に使用される軸受として、軸を取り付ける対象である固定部材と軸に設けた回転受圧部との間に形成した空間により両部材間に薄い気体膜を生じさせ、この気体膜の潤滑作用により荷重を支持する動圧気体軸受が従来知られている。 As a bearing used for a high-speed rotating machine, a thin gas film is formed between both members by a space formed between a fixed member to which the shaft is attached and a rotary pressure receiving portion provided on the shaft. Conventionally known is a dynamic pressure gas bearing that supports a load by a lubricating action.
このような従来の動圧気体軸受の一例として、複数枚のフォイルを固定部材にそれぞれ係止するとともに、互いに隣接するフォイルを重ね合わせ、軸に近い側のフォイルをたわませて固定部材に近い側のフォイルに支持させる構成のものが知られている（特許文献１参照）。 As an example of such a conventional dynamic pressure gas bearing, a plurality of foils are respectively locked to a fixing member, and the foils adjacent to each other are overlapped, and the foil on the side close to the shaft is bent to be close to the fixing member. The thing of the structure supported by the foil of the side is known (refer patent document 1).
しかして、前記特許文献１のもののような構成では、複数枚のフォイルそれぞれを順次固定部材に取り付けるようにしているため、フォイルの枚数分だけフォイルの取り付け作業を繰り返す必要があるとともに、固定部材側にフォイルの枚数分だけフォイルと係合してフォイルの位置決めを行うための係合溝を設ける必要がある。また、特に最後のフォイルを取り付ける際には、一旦最初に取り付けたフォイルの固定部材側の空間を開放して最後のフォイルを取り付けるためのスペースを確保する作業、及び固定部材に最後のフォイルを取り付けた後最初に取り付けたフォイルを最後のフォイルに被せる作業が必要となり、この作業が煩雑に感じられる不具合の発生しうる。
Thus, in the configuration such as that of
本発明は、以上に述べた課題を解決すべく、すなわち、フォイルの取り付け作業の手間や、固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図るべく、このような動圧気体軸受を構成するものである。 The present invention constitutes such a dynamic pressure gas bearing in order to solve the above-described problems, that is, to reduce the trouble of attaching the foil and of providing the engaging groove in the fixing member. It is.
すなわち本発明に係る動圧気体軸受は、円筒状の軸受ハウジングの内壁に設けられ、複数のフォイルと、前記複数のフォイルを接続する帯とを有するフォイル組立品を複数具備するものであって、前記複数のフォイル組立品を軸と前記軸受ハウジングとの間に配した際に、一のフォイル組立品を構成するフォイルと他のフォイル組立品を構成するフォイルとが互いに重なり合い、各フォイルの一部が軸に対向するアッパーフォイルとして機能するとともに、各フォイルの他の一部が前記アッパーフォイルと前記内壁との間に位置するアンダーフォイルとして機能することを特徴とする。 That is, the dynamic pressure gas bearing according to the present invention is provided on the inner wall of a cylindrical bearing housing, and includes a plurality of foil assemblies each having a plurality of foils and a band connecting the plurality of foils. When the plurality of foil assemblies are arranged between the shaft and the bearing housing, the foil constituting one foil assembly and the foil constituting the other foil assembly overlap each other, and a part of each foil Functions as an upper foil opposed to the shaft, and another part of each foil functions as an underfoil positioned between the upper foil and the inner wall.
このような構成によれば、フォイル組立品を軸受ハウジングに組み付ける作業により動圧気体軸受を形成できるので、取り付け作業の工数を削減できるとともに、フォイルの位置決めを行うための係合溝はフォイル組立品１つにつき１つ設ければよいので固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図ることもできる。さらに、複数のフォイルを帯により連結しているので、部品点数の削減を図ることもできる。 According to such a configuration, since the dynamic pressure gas bearing can be formed by the work of assembling the foil assembly to the bearing housing, the number of mounting operations can be reduced, and the engagement groove for positioning the foil is provided in the foil assembly. Since it is sufficient to provide one for each, it is possible to reduce the trouble of providing the engaging groove in the fixing member. Further, since the plurality of foils are connected by the belt, the number of parts can be reduced.
このようなフォイル組立品を軸受ハウジングに位置決めするための好適な態様の一つとして、前記帯に前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けているものが挙げられる。 One preferred embodiment for positioning such a foil assembly on the bearing housing is one in which the band is provided with a protrusion for positioning with the bearing housing.
このような帯の一例として、前記帯が、周方向に延伸する帯本体と、この帯本体と前記フォイルとを連結する連結部とを具備するものが挙げられる。 As an example of such a band, the band includes a band main body extending in the circumferential direction and a connecting portion that connects the band main body and the foil.
特に、前記連結部のうち少なくとも１つに前記突起を設けているものであれば、フォイルには位置決めを行わせるための加工を行うことなく、フォイル組立品を軸受ハウジングに対して位置決めできる。 In particular, if the projection is provided on at least one of the connecting portions, the foil assembly can be positioned with respect to the bearing housing without performing processing for positioning the foil.
また、前記連結部が、前記帯本体と前記フォイルの周方向中央部とを連結しているものであれば、フォイルの周方向中央部より上流側をアンダーフォイル、周方向中央部より下流側をアッパーフォイルとして機能させることにより、気圧を受けた際にこれらアンダーフォイル及びアッパーフォイルがそれぞれ反対側に移動しつつ摺動するので、ダンピング効果を好適に得ることができる。 Further, if the connecting portion connects the band main body and the central portion in the circumferential direction of the foil, the upstream side from the circumferential central portion of the foil is an underfoil, and the downstream side from the central portion in the circumferential direction. By functioning as an upper foil, the underfoil and the upper foil slide while moving to the opposite side when subjected to atmospheric pressure, so that a damping effect can be suitably obtained.
一方、このようなフォイル組立品を軸受ハウジングに位置決めするための好適な態様の他の一つとして、前記フォイルに前記軸受ハウジングとの間で位置決めを行うための突起を設けているものが挙げられる。 On the other hand, as another preferred embodiment for positioning such a foil assembly on the bearing housing, there is one in which the foil is provided with a projection for positioning with the bearing housing. .
このようなフォイル組立品の長寿命化を図るための好適な構成として、前記帯が前記フォイルと対向する表面に耐摩耗性表面加工を施しているものが挙げられる。 A preferred configuration for extending the life of such a foil assembly is one in which the band is subjected to wear-resistant surface processing on the surface facing the foil.
軸とアッパーフォイルとして機能するフォイルとの間の気体膜の形状をより適切な形状に維持できるようにするための構成として、前記アンダーフォイルとして機能するフォイルが、前記アッパーフォイルとして機能するフォイルを軸に向けて付勢するバネとしての機能を有するものが挙げられる。このようなものであれば、アッパーフォイルとして機能するフォイルが高い気圧を受けた際に、アッパーフォイルとして機能するフォイルが軸に向けて付勢されるので、軸とアッパーフォイルとして機能するフォイルとの間の気体膜を形成する隙間の形状を保つことができるからである。 As a configuration for allowing the shape of the gas film between the shaft and the foil functioning as the upper foil to be maintained in a more appropriate shape, the foil functioning as the under foil serves as the shaft functioning as the upper foil. One having a function as a spring that urges toward the surface. If this is the case, when the foil functioning as the upper foil is subjected to high pressure, the foil functioning as the upper foil is biased toward the shaft, so the shaft and the foil functioning as the upper foil This is because the shape of the gap forming the gas film therebetween can be maintained.
前段で述べたフォイルを容易に実現するための構成として、前記アンダーフォイルとして機能するフォイルに、バネとしての機能を付与すべく軸に対して弾性突没可能な複数の突条を設けているものが挙げられる。 As a structure for easily realizing the foil described in the previous stage, the foil functioning as the underfoil is provided with a plurality of protrusions that can be elastically projected and retracted with respect to the shaft in order to give a function as a spring. Is mentioned.
軸とアッパーフォイルとして機能するフォイルとの間の気体膜の形状をより適切な形状に維持できるようにするための他の構成として、前記アンダーフォイルとして機能するフォイルと前記内壁との間に、前記アッパーフォイル及びアンダーフォイルとして機能するフォイルを軸に向けて付勢するバネとしての機能を有するフォイルをさらに設けているものが挙げられる。このようなものであっても、アッパーフォイルとして機能するフォイルが高い気圧を受けた際に、前記アッパーフォイル及びアンダーフォイルとして機能するフォイルが軸に向けて付勢されるので、軸とアッパーフォイルとして機能するフォイルとの間の気体膜を形成する隙間の形状を保つことができるからである。 As another configuration for allowing the shape of the gas film between the shaft and the foil functioning as the upper foil to be maintained in a more appropriate shape, between the foil functioning as the underfoil and the inner wall, Examples thereof include a foil having a function as a spring that biases the foil functioning as an upper foil and an underfoil toward the shaft. Even in such a case, when the foil functioning as the upper foil is subjected to high atmospheric pressure, the foil functioning as the upper foil and the underfoil is biased toward the shaft. This is because the shape of the gap forming the gas film between the functioning foil can be maintained.
そして、少ない部品点数により以上に述べたような動圧気体軸受を実現するための構成として、１個のフォイル組立品を利用して形成しているものであって、前記フォイル組立品の帯の帯本体を折り返して折り返し箇所を形成し、この折り返し箇所を固定することにより、周方向に隣接するフォイルを相互に重ね合わせ、フォイルの上流側がアンダーフォイル、下流側がアッパーフォイルとしてそれぞれ機能するフォイル組立品を形成するようにしているものが挙げられる。 And, as a configuration for realizing the dynamic pressure gas bearing as described above with a small number of parts, it is formed using one foil assembly, A foil assembly in which the belt body is folded to form a folded portion, and the folded portions are fixed so that the foils adjacent to each other in the circumferential direction are overlapped with each other so that the upstream side of the foil functions as an underfoil and the downstream side functions as an upper foil. The thing which is trying to form is mentioned.
本発明に係る動圧気体軸受の構造によれば、フォイル組立品を軸受ハウジングに組み付ける作業により動圧気体軸受を形成できるので、取り付け作業の工数を削減できるとともに、フォイルの位置決めを行うための係合溝はフォイル組立品１つにつき１つ設ければよいので固定部材に係合溝を設ける手間の軽減を図ることもできる。さらに、複数のフォイルを帯により連結しているので、部品点数の削減を図ることもできる。 According to the structure of the dynamic pressure gas bearing according to the present invention, since the dynamic pressure gas bearing can be formed by assembling the foil assembly to the bearing housing, it is possible to reduce the man-hour of the mounting operation and to perform the positioning for the foil. Since only one mating groove may be provided for each foil assembly, it is possible to reduce the trouble of providing the engaging groove in the fixing member. Further, since the plurality of foils are connected by the belt, the number of parts can be reduced.
以下、本発明の第一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る軸受は、図１に概略正面図、図２に要部の中央横断面図をそれぞれ示すようなジャーナル軸受であり、軸２を取り付ける対象である軸受ハウジング１と軸２との間に設けられる。すなわち、前記軸受ハウジング１の内壁１ａに設けられる。また、この軸受は、図３及び図４に示すように、複数のフォイル４と、前記複数のフォイル４を接続する帯５とを有するフォイル組立品３を複数、本実施形態では２つ具備するものであって、前記複数のフォイル組立品３を軸２と前記軸受ハウジング１との間に配した際に、一のフォイル組立品３を構成するフォイル４と、他のフォイル組立品３を構成するフォイル４とが交互に重なり合い、各フォイル４の一部が軸２に対向するアッパーフォイル４１として機能するとともに、各フォイル４の他の一部が前記アッパーフォイル４１と前記内壁１ａとの間に位置するアンダーフォイル４２として機能する。そして、前記フォイル４と前記軸２との間に図示しない気体膜を形成し、この気体膜の気圧を利用して軸２を支持する。すなわち、本実施形態に係る軸受は、フォイル型のジャーナル気体軸受である。
The bearing according to the present embodiment is a journal bearing having a schematic front view in FIG. 1 and a central cross-sectional view of the main part in FIG. 2, and includes a bearing
前記フォイル組立品３は、前記図１に示すように、また、図３及び図４に示すように、複数のフォイル４と、前記複数のフォイル４を接続する帯５とを有する。また、本実施形態では、２つのフォイル組立品３の帯５をそれぞれ異なる側に配置してなるとともに、各フォイル組立品３をそれぞれ帯５と反対側から前記軸受ハウジング１内に挿入することにより該軸受ハウジングに組み付けるようにしている。ここで、図３はこのフォイル組立品３の展開図である。また、図４は２つのフォイル組立品３を組み合わせた状態の展開図である。なお、前記図１及び図２では、フォイル４は形状の理解を容易にするため、一定の厚さで示されているが、実際には、例えば０．１〜０．２ｍｍの板状であり、かつ軸２を巻回する環状に形成されている。
As shown in FIG. 1 and as shown in FIGS. 3 and 4, the
さらに詳述すると、前記帯５は、前記図３に示すように、周方向に延伸する帯本体５１と、この帯本体５１と前記フォイル４とを連結する連結部５２とを具備する。また、前記連結部５２のうち、この帯５の長手方向両端部に位置するものには、前記図１に示すように前記内壁１ａに設けた係合溝１ｘに係合可能な係止突起５２ａを設けている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
一方、前記フォイル４は、本実施形態ではいずれも板状をなし、前記内壁１ａに沿って配置される。本実施形態では、一方のフォイル組立品３を構成するフォイル４と、他方のフォイル組立品３を構成するフォイル４とは、このフォイル４の周方向寸法の半分だけ周方向にずらして配置している。そして、一方のフォイル組立品３を構成する各フォイル４の下流側ほぼ半分を、他方のフォイル組立品３を構成する各フォイル４の上流側ほぼ半分の軸２側に重ね合わせるようにしている。すなわち、前記図２及び図４に示すように、各フォイル４の下流側ほぼ半分が、軸２に対向するアッパーフォイル４１として機能するとともに、各フォイル４の上流側ほぼ半分が、前記内壁１ａと他方のフォイル組立品３を構成するフォイル４の前記アッパーフォイル４１として機能する部分との間に位置するアンダーフォイル４２として機能するようにしている。
On the other hand, the
ここで、軸２が回転すると、軸２とフォイル組立品３、３との隙間の空気等の気体が気体の粘性により引張られ、この隙間に形成してなる気体膜の圧力が上昇する。この圧力上昇によって、まず、各フォイル４のアッパーフォイル４１として機能する部分が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。この際、前記アッパーフォイル４１として機能する部分は、隣接するフォイル４のアンダーフォイル４２として機能する部分に圧接し、前記アンダーフォイル４２として機能する部分が軸受ハウジング１側に向かう作用を受ける。そして、気体膜の形状が、例えば、入口部分から下流側に進むにつれ幅が小さくなるなど、適切な形状に維持され、前記アッパーフォイル４１の下流側端縁近傍すなわち自由端近傍で気体の圧力上昇が生じる。この圧力上昇により軸受は軸２を非接触で支えることになる。
Here, when the
本実施形態に係る軸受の構成によれば、フォイル組立品３を軸受ハウジング１に組み付ける作業によりこのような軸受を形成できるので、取り付け作業の工数を削減できるとともに、フォイル組立品３の位置決めを行うための係合溝１ｘを各フォイル４ごとに設ける必要がなく、例えばフォイル組立品３の周方向両端部に計２個設ければよいので、軸受ハウジング１に係合溝１ｘを設ける手間の軽減を図ることもできる。さらに、複数のフォイル４を帯５により連結してリーフプレート組立品３を形成しているので、部品点数の削減を図ることもできる。
According to the configuration of the bearing according to the present embodiment, such a bearing can be formed by the operation of assembling the
また、前記帯５が、帯本体５１と、この帯本体５１とフォイル４とを連結する連結部５２とを具備するとともに、この連結部５２のうち周方向両端部に位置するものに軸受ハウジング１の係合溝１ｘと係合可能な係止突起５２ａを設けているので、簡単な構成により、かつ少ない係合溝１ｘの数により、フォイル組立品３と軸受ハウジング１との間の位置決めを行い、フォイル組立品３を軸受ハウジング１に組み付けることができる。
In addition, the
さらに、前記帯５の前記フォイル４と対向する表面に耐摩耗性表面加工を施しているので、帯５とフォイル４とが互いに摺動しても帯５が摩耗しにくく、従ってフォイル組立品３の長寿命化を図ることができる。
Further, since the surface of the
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、展開図を図５に示すように、フォイル４の周方向中央部と帯本体５１とを連結部５２を介して連結するフォイル組立品３を採用してもよい。
For example, as shown in a development view in FIG. 5, a
このような構成を採用すれば、フォイル４の周方向中央部より上流側がアンダーフォイル４２、周方向中央部より下流側がアッパーフォイル４１としてそれぞれ機能し、このフォイル４が気圧を受けた際には、これらアンダーフォイル４２及びアッパーフォイル４１がそれぞれ反対側に移動しつつ摺動する。従って、この摺動の際に振動エネルギーを熱エネルギー等に変換して振動を抑制する効果であるダンピング効果を好適に得ることができる。
If such a configuration is adopted, the upstream side of the circumferential center portion of the
さらに、図６に示すように、帯５の連結部５２だけでなく、フォイル４の帯５と反対側の端縁にも係止突起４ａを設けるようにしてもよい。このように構成すれば、帯５の連結部５２の係止突起５２ａと、フォイル４の帯５と反対側の端縁に設けた係止突起４ａとにより、より安定してフォイル４を軸受ハウジング１に位置決めすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 6, not only the
また、帯５の連結部５２やフォイル４の帯と反対側の端縁に係止突起４ａを設ける代わりに、図７に示すようにフォイル４の周方向一方の端縁に係止突起４ａを設ける態様や、図８に示すようにフォイル４の周方向中間部を折り返して係止突起４ａを設ける態様を採用してもよい。なお、図８の（ａ）はフォイル４の正面図、同図の（ｂ）はフォイル４の側面図である。
Moreover, instead of providing the locking
このような態様を採用すれば、フォイル４の周方向中央部より上流側をアンダーフォイル４２、周方向中央部より下流側をアッパーフォイル４１として機能させることにより、気圧を受けた際にこれらアンダーフォイル４２及びアッパーフォイル４１がそれぞれ反対側に移動しつつ摺動するので、フォイル４の振動エネルギーを熱エネルギー等に変換してフォイル４の振動を抑制する効果であるダンピング効果を好適に得ることができる。
If such an aspect is adopted, the under-
加えて、図９に示すように、前述した実施形態におけるフォイル組立品３と同様の構成を有する１個のフォイル組立品３の帯５の帯本体５１を折り返して折り返し箇所５１ａを形成し、この折り返し箇所５１ａを溶接などにより固定することにより、周方向に隣接するフォイル４を相互に重ね合わせ、フォイル４の周方向中央部より上流側がアンダーフォイル４２、周方向中央部より下流側がアッパーフォイル４１としてそれぞれ機能するフォイル組立品３を形成するようにしてもよい。なお、図９の（ａ）はフォイル組立品３の正面図、同図の（ｂ）はフォイル組立品３の側面図である。このような構成であれば、１個のフォイル組立品３のみにより動圧気体軸受を形成できるので、さらなる部品点数の削減を図ることができる。
In addition, as shown in FIG. 9, the
さらに、上述した実施形態におけるフォイル組立品３において、フォイル４のうちアンダーフォイルとして機能する部位に、隣接するフォイル４の前記アッパーフォイルとして機能する部位を軸に向けて付勢するバネとしての機能を備えさせるようにしてもよい。具体的には、図１０及び図１１に示すように、フォイル４のアンダーフォイルとして機能する部位に、バネとしての機能を付与すべく軸２に対して弾性突没可能な複数の突条４ｘを設けてもよい。このようなものであれば、アッパーフォイルとして機能する部位が高い気圧を受けると、前記突条４ｘが弾性変形し、アッパーフォイルとして機能する部位が軸２に向けて付勢される。従って、軸２とフォイル４との間の気体膜を形成する隙間の形状をより適切な形状に維持できる。
Furthermore, in the
一方、図１２及び図１３に示すように、上述した実施形態における２つのフォイル組み立て品３を組み合わせたものの軸受ハウジング１ａ側に、前記アッパーフォイル及びアンダーフォイルとして機能するフォイルを軸に向けて付勢するバネとしての機能を有するフォイルを設けてもよい。すなわち、軸２に対して弾性突没可能な複数の突条Ｘ４ａを有するバンプフォイルＸ４を複数有するフォイル組立品Ｘ３を前記２つのフォイル組立品３の軸受ハウジング１ａ側に配するようにしてもよい。このようなものであっても、アッパーフォイルとして機能する部位が高い気圧を受けると、前記突条Ｘ４ａが弾性変形し、アッパーフォイルとして機能する部位が軸２に向けて付勢される。従って、軸２とフォイル４との間の気体膜を形成する隙間の形状をより適切な形状に維持できる。
On the other hand, as shown in FIGS. 12 and 13, the foils functioning as the upper foil and the underfoil are urged toward the shaft on the bearing
そして、前記図５を参照しつつ説明した実施態様においても、図１４に示すように、フォイル４のアンダーフォイルとして機能する部位に、バネとしての機能を付与すべく軸２に対して弾性突没可能な複数の突条４ｘを設けてもよい。
In the embodiment described with reference to FIG. 5 as well, as shown in FIG. 14, elastic protrusion and depression with respect to the
加えて、ジャーナル軸受に限らず、スラスト軸受に本発明を適用してもよい。 In addition, the present invention may be applied not only to journal bearings but also to thrust bearings.
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。 In addition, various changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
１…軸受ハウジング
２…軸
３…リーフプレート組立品
４…フォイル
４１…アッパーフォイル
４２…アンダーフォイル
５…帯
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