JPS626335Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスラストガス軸受構造に係り、特にス
ラストカラーのスラスト荷重を支えるべく軸受ケ
ース支承面に回転軸を囲繞して設けられた環体状
の軸受部材の剛性を、ガス膜圧に適合させてその
周方向全面に分布して形成でき、安定性と負荷能
力に優れ、しかも簡単な構成で組立が容易なスラ
ストガス軸受構造に関する。

ガス軸受は、軸と軸受面との間にガス膜を形成
して軸を支承する型式の軸受なので、摩擦損失が
少なく、ターボ圧縮機、ターボ膨張機、ターボチ
ヤージヤー、ターボ冷凍機等の高速回転軸に極め
て適している。この種軸受として、剛体軸受とフ
オイル軸受とが知られているが、剛体軸受では軸
変形などに起因してガス膜の破断を生じるため、
現在フオイル軸受が研究開発されている。しか
し、従来のフオイル軸受は、回転軸の振動による
ガス膜圧力の変動を減衰させる機構が充分でな
く、高速回転時に不安定となる欠点があつた。

そこで、本考案者は、この欠点を解消した新規
なフオイル軸受（特願昭58−70885号）を創案し
た。この発明に係るスラスト軸受構造を第１図、
第２図に基づき説明する。図において、ａは金属
製の薄板環状のばねフオイルであり、また、ｂは
円形のくし形フオイルであつてくし形フオイルｂ
は、その周方向に等ピツチにて径方向に沿つたく
し歯ｃを有している。ばねフオイルａは、第１図
に示すように、くし形フオイルｂのくし歯ｃが交
互にばねフオイルａの表裏に現われるように差し
込まれる。従つて、このように、ばねフオイルａ
とくし形フオイルｂとを組み付けたものは、くし
歯ｃ，ｃ間にばね要素が分布された弾発体として
機能する。そして、この発明のスラスト軸受は、
この弾発体により、その表面が軸受面となる軸受
面部材を支承する構造となつている。

ところが、環状のばねフオイルａをくし形フオ
イルｂに差し込むためには、第２図に示すよう
に、ばねフオイルａにはその径方向に１ケ所は切
断しておく必要がある。このため、弾発体の剛性
が切断部分で異なり剛性が不均一になると共に、
後述するように、ガス膜圧力発生に有効に作用す
る弾発体の周方向の“うねり”の伝達をこの切断
箇所で阻害してしまう。また、小径のばねフオイ
ルａとくし形フオイルｂとの組み付け作業は、大
変であり手間がかかる。

本考案は上記従来の欠点を有効に解決すべく案
出されたものであり、本考案の目的は、軸受部材
の剛性をガス膜圧に適合させてその周方向に分布
形成させることができ、軸受性能を飛躍的に向上
し得ると共に、構成が簡単であり、組立が容易な
スラストガス軸受構造を提供することにある。

以下に本考案の実施例について述べる。

第３図はターボ圧縮機等の回転軸の軸受部分の
周方向断面を示すものである。図において、１は
回転軸のスラストカラーであり、スラストカラー
１はＵ方向に回転している。また、スラストカラ
ー１のスラスト荷重Ｗをガス膜を形成して支承す
べく、スラストカラー１に臨ませこれに対向させ
て軸受ケース２が設けられると共に、軸受ケース
２の支承面３には回転軸を囲繞する環体状の軸受
部材４が取り付けられている。軸受部材４は、弾
性薄板（以下フオイルとよぶ）を積層したもので
あつて、スラストカラー１側から軸受ケース２に
向つてトツプフオイル５、くし形フオイル７、ば
ねフオイル６、くし形フオイル８を順次重ね合わ
せることによつて構成される。これらフオイル
５，６，７，８はいずれも環状をなし、それらの
平面図を第５図〜第８図に夫々示す。

トツプフオイル５は、その表面が軸受面となる
軸受面部材であつて、トツプフオイル５表面に
は、第５図に示すように、ガス膜圧力発生のため
のスパイラル状の溝、すなわちスパイラルグルー
ブ９が形成されている。また、トツプフオイル５
には、くし形フオイル７等、他のフオイルエレメ
ントと重ね合わせた状態で固定するための取付孔
５ａが、その外周部に適宜間隔にて複数設けられ
ている（図示例では６個）。また、ばねフオイル
６にも、同様にその外周部に取付孔６ａが設けら
れている（第６図参照）。

くし形フオイル７は、第７図に示すように、リ
ング状の外周部７ｂとその内周面より径方向にく
し形フオイル７中心に向つて延出されたくし歯７
ｃとからなり、くし歯７ｃは外周部７ｂに沿つて
等ピツチにて複数、放射状に設けられている。更
に、くし形フオイル７の外周部７ｂには、取付孔
７ａが設けられている。また、くし形フオイル８
も、くし形フオイル７と同一形状、寸法であり、
外周部８ｂとこれに等ピツチにてくし歯８ｃが設
けられると共に、取付孔８ａを有している。くし
形フオイル７とくし形フオイル８との構造上の相
違は、くし歯７ｃ，８ｃに対する取付孔７ａ，８
ａの加工位置のずれにある。即ち、取付孔７ａ，
８ａは、等ピツにて設けられたくし歯７ｃ，８ｃ
に対して互いに1/2ピツチずらして設けられてい
る。それ故、トツプフオイル５、くし形フオイル
７、ばねフオイル６、くし形フオイル８がそれら
取付孔５ａ，７ａ，６ａ，８ａを一致させて軸受
ケース２に取り付けられたときに、第３図に示す
ように、くし歯７ｃと８ｃとが周方向に沿つてば
ねフオイル６の両面に交互に1/2ピツチで配置さ
れることになる。

次に本実施例の作用について述べる。

フオイルガススラスト軸受を構成するフオイル
素材の曲げ剛性は軸受面間に発生するガス膜の剛
性に比して著しく低い。従つて、単一のフオイル
では、安定したガス膜を形成するのが困難であ
り、フオイルの組み合わせによりガス膜の剛性に
対応した適当なフオイル剛性を得る工夫が必要で
ある。一般に、フオイル軸受の剛性は、ガス膜の
剛性と同等かそれ以下で同じオーダーに設計する
のが望ましい。

ところが、本考案のスラストガス軸受は、ばね
フオイル６を互いにくし歯列を1/2ピツチずらし
たくし形フオイル７，８でサンドイツチしたもの
でトツプフオイル５を支持する構造なので、軸受
部材４の厚さ方向への弾性を周方向に均一に分布
することができる。また、軸受部材４の剛性を、
ばねフオイル６とトツプフオイル５の板厚、ある
いはくし歯７ｃ，８ｃのピツチを変えることによ
り所望の値に選定できる。従つて、本考案のスラ
ストガス軸受は、上記のスラスト軸受の最適剛性
条件に容易に適合させることができる。なお、く
し形フオイル８と軸受ケース２の支承面３との間
に、更にばねフオイルとくし形フオイルとを交互
に二重、三重等多重に重ねることにより軸受部材
の剛性を下げることも容易である。

また、スラストカラー１が回転すると、スラス
ト荷重Ｗを支えるべく、スラストカラー１とトツ
プフオイル５との間にガス膜が発生するが、この
ガス膜の圧力は、トツプフオイル５表面に作用
し、トツプフオイル５を支承面３側に押圧する。
これにより、ばねフオイル６は、第４図に示すよ
うに、波形状に変形し、回転方向にくし歯７ｃ，
８ｃのピツチに対応した、うねりを起す。このう
ねりは、ガス膜圧力発生機構に有効に作用する。
また、スラストカラー１は回転による遠心力、あ
るいは熱によつて変形するが、本考案の軸受は、
回転方向にばね要素が分布された構造であるた
め、このようなスラストカラー１の変形に対して
も、ガス膜を破断することなく対応できる。更
に、軸受部材４は、フオイル５，７，６，８を単
にそれら取付孔５ａ，７ａ，６ａ，８ａを一致さ
せて重ね合わせるだけでよく、また、くし形フオ
イル７，８のくし歯列相互のずれも取付孔７ａ，
８ａを位置ずれさせることで対処できるので、軸
受部材４の組立は極めて簡単であり、熟練を要せ
ず、しかも正確に行うことができる。また、フオ
イル５，６，７，８は、フオトエツチングまたは
精密プレス等により容易に製造できる。なお、本
考案のスラストガス軸受は動圧型であり、軸の起
動・停止時にはスラストカラー１とトツプフオイ
ル５とが接触するので、トツプフオイル５表面の
軸受面は、耐摩耗性、摺動性を向上させるための
コーテイング等の処理が施されている。

なお、上記実施例においては、その表面が軸受
面となる軸受面部材としてのトツプフオイル５
は、スパイラルグルーブ９が施されたスパイラル
グルーブ型であるが、テイルテイングパツド型、
テーパランド型、ステツプ型等の軸受面部材にも
容易に本考案を適用できるのは勿論である。

以上の説明により明らかな如く、本考案によれ
ば次のような優れた効果を発揮する。

(1) 軸受部材は、軸受面部材と、第１のくし形フ
オイルと、ばねフオイルと、第２のくし形フオ
イルとを重ね合わせるだけで構成されるので、
組立が極めて容易である。

(2) 更に、量産性、品質安定性に富み、コスト低
減が図れる。

(3) 軸受部材の剛性を、ガス膜圧に適合させて、
その周方向に分布して形成できるので、軸受性
能を飛躍的に向上できる。

(4) 軸受の剛性は、ばねフオイルの厚さ、あるい
はくし形フオイルのくし歯間のピツチにより決
定できるので、軸受の設計・製作に必要な支持
剛性と寸法精度を容易に満足できる。

(5) 軸受部材は、その周方向にばね要素が配置さ
れた構造であるので、スラストカラーの熱変形
等にも対応でき、ゴミの侵入に対する許容度も
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフオイル軸受の要部の組み付け
を説明するための説明図、第２図は同フオイル軸
受を構成するばねフオイルの平面図、第３図は本
考案に係るスラストガス軸受の一実施例を示す周
方向に沿つた断面図、第４図は同軸受の作動状態
を示す周方向断面図、第５図〜第８図は第３図の
軸受部材の各構成要素をそれぞれ示すものであつ
て、第５図はトツプフオイルの平面図、第６図は
ばねフオイルの平面図、第７図、第８図はくし形
フオイルの平面図である。 図中、１はスラストカラー、２は軸受ケース、
３は支承面、４は軸受部材、５はトツプフオイ
ル、６はばねフオイル、７，８はくし形フオイ
ル、７ｃ，８ｃはくし歯、９はスパイラルグルー
ブ、５ａ，６ａ，７ａ，８ａは取付孔、Ｗはスラ
スト荷重である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸のスラストカラー外側にガス膜を形成し
   て回転軸のスラスト荷重を支えるべく、上記スラ
   ストカラー外側にこれに対向させて設けられた軸
   受ケースと該軸受ケースの支承面に回転軸を囲繞
   して設けられた環体状の軸受部材とを有するガス
   スラスト軸受において、上記軸受部材が、上記ス
   ラストカラー側に設けられその表面が軸受面とな
   る軸受面部材と、該軸受面部材に作用する上記ガ
   ス膜圧を上記支承面側より弾発支持してバツクア
   ツプするためのばねフオイルと、該ばねフオイル
   をその両面より挾むように設けられ、上記回転軸
   の径方向に沿つたくし歯が回転軸の周方向に沿つ
   て等ピツチにて放射状に並べられたくし歯列をそ
   れぞれ有する第１および第２のくし形フオイルと
   からなり、上記第１および第２のくし形フオイル
   のくし歯列を相互にずらせて配設して、上記ガス
   膜圧を受け止める際の軸受面部材の軸受部材厚さ
   方向への変位を上記ばねフオイルの回転軸の周方
   向に沿つた波形状の変形によりなすようにしたこ
   とを特徴とするスラストガス軸受構造。