JPS5847571B2 - 静圧軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静圧気体軸受装置に関する。

従来より一般に広く用いられている自成絞り形の静圧気
体軸受を第１図、第２図に示す。

両図において、１′は軸受本体で、２”は摺動面、３′
は給気孔、４′は０ １Ｊング溝である。

この軸受は給気孔３′に加圧気体を供給し、図示されて
いないが、軸との間に作られる軸受隙間に流体静力学的
なフイルム圧力が発生し、これによって軸との接触を防
止するものである。

静止軸受の特徴は、外部よりカロ圧気体を供給している
時は、軸の回転に関係なくフイルムが形成され軸との接
触が防止され、半永久的な寿命があり、回転中の摩擦ト
ルクが極めて小さいことがある。

゛しかし、第１図、第２図に示す静圧軸受は内面
全周が軸と摺動するいわゆる全周軸受（Ｆｕｌｌｊｏｕ
ｒｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ）であるため、軸の回転が
高くなり軸受隙間内に流体動力学的な圧力が付加され、
これがある程度大きくなってくると、ふれまわりを発生
する。

これがこの種の軸受を実用するとき大きな問題となる。

これを防止するため、第１図の４′部に０ １Ｊング等
弾性部材を入れて、軸受本体１′全体に半径方向に自由
度を持たせて支持するいわゆる弾性支持する方法等が取
られ、十分ではないにしても可或りの効果をあげている
。

一方、第３図、第４図はふれまわりに対し非常に安定が
良いといわれているチルチングパッド形軸受である。

なお第４図は第３図のＢ−Ｂ矢視断面図である。

１”はパッド、２′′はピポット、３”は軸愛本体、４
”は上部パッド用の調整可能なピポット、５”は上部ピ
ポットの止めねじである。

この軸受は軸の回転によってフイルム圧力を生じせしめ
、これによってパッド１″と軸の接触を防止する流体動
力学的軸受であり、回転が十分に高くないときは、パツ
ド１”と軸は接触する。

これを防ぐため構造が複雑になるが、ピポット２”を通
して予備的な給気孔を設け、外部より加圧気体を送って
リフトアップする方法がとられることもある。

チルチングパッド軸受の狙いは、ピボット２”を支点に
パツド１”が限られた範囲ではあるが、回転し得るため
、パツド１”の摺動面に発生する流体動力学的な圧力を
積分して得られる力の作用点が、ピボット２”の上にあ
り同時にその方向は軸の中心に向っているため、軸に対
しふれまわり力を生じさせない点にある。

しかし、チルチングパッド軸受は流体動力学的軸受であ
るため、軸の回転が相当高いものでも、フイルム圧力が
小さく、フイルムの剛性が小さい。

起動、停止時に外部より高圧ガスを供給する構造のもの
では、構造が複雑になる一方で、チルチングパッド軸受
では寸法精度の要求が厳しいという欠点がある。

上記のように静圧軸受は高速回転時のふれまわり安定性
に問題があり、チルチングパッド軸受は負荷能力が小さ
い上寸法精度の要求が厳しく、負荷能力が小さい点をピ
ボットを介して外部より高圧ガスを供給して静圧効果を
利用する方法もあるが、構造が複雑になり寸法精度の確
保が困難になる。

本発明の目的は上記の点に着目し、構造を簡易化し、チ
ルチングパッド軸受の安定性と静圧軸受の負荷能力と併
有する軸受を提供することであり、その特徴とするとこ
ろは、チルチングパッド軸受はパッドを周方向に配置し
ているのに対し、本発明の軸受は軸方向に分割し、リン
グ状の軸受を配置せしめ、１個のリング状の軸受をもっ
て、チルチングバット１個分の作用をせしめるようにし
たことである。

これによって、構造は比較的簡単で、パッドの曲率に相
当する軸受内径の精度が確保しやすくなり、また外部よ
り高圧ガスを供給するいわゆる静圧効果も簡単に利用で
きる。

本発明は、ヘリウムサーキュレータ、ガス膨張タービン
、高速回転ガス圧縮機、高速回転圧縮機（小型フレオン
タービンコンプレツサ等）等に広く適用できる。

以下図面を参照して本発明による１実施例につき説明す
る。

第５図は本発明による１実施例の静圧軸受装置を示す断
面図、第６図は第５図のＡ−Ａ矢視断面図、第７図は各
軸受を示す断面図である。

図において、１ ，２．３は軸受、４は軸受ケース、５
はカバー、６は軸受ケース４とカバー５の間の０ １Ｊ
ング、７は給気孔、８はばね、９は加圧空気の供給穴、
１０はばね８の座穴、１１は軸受摺動面に設けられた排
気溝、１２は回り止めピン、１３は溝、１４は軸である
。

第７図に示すように、３個のリング状の軸受１，２，３
にそれぞれ給気孔７、ばね座穴１０、排気溝１１を１２
０°ずつ位相をずらして形成し、これを第５図、第６図
に示すように、３個の軸受１，２，３が半径方向に自由
に動き得る微小隙間を介して軸受ケース４に組込む。

各軸受１，２．３に嵌挿された回り止めピン１２は、軸
受ケース４に軸方向に形成された共通の長溝１３に先端
部が挿入されているため、運転中にも軸受１ ，２．３
の給気孔７やはね８の相対的位置は変らず、また軸受２
，３のばね８による半径方向、即ち対向側への変位を許
容する程度にピン１２の径と溝１３の巾との関係を調整
する。

軸受１，２，３には給気孔７が１個以上任意数設けられ
る。

ただし、この給気孔７は必ずしも全周等ピッチで設ける
のではなく、本実施例のようにばね８のある方向に偏っ
て設けることができる。

上記構戒の場合の作用、効果について述べる。

外部加圧気体を軸受ケース４の供給穴９より送ると、各
軸受Ｌ２，３の外周部に流れ、次に各軸受１，２．３の
給気孔７より軸受面と軸との間の軸受隙間に流れる。

軸受隙間内では、フイルム圧となり雰囲気圧まで減圧さ
れるが、各々の軸受１，２．３にはばね８が入れられ、
それぞれ３つの方向に押し付けられているため、フイル
ム圧力はフイルム厚さが小さいばね８のあるところでは
大きく、その反対側は低く、ほとんど雰囲気圧力になる
。

従って、ばね８のあるところの部分のフイルム圧力が軸
受性能を支配するため、軸受１ ，２．３はリング状で
あるが、それぞれがチルチングパッド軸受の１つのパッ
ドと同様の働きをすることになる。

フイルム圧力は軸との隙間が大きくなると小さくなり、
隙間が小さくなると大きくなり、軸受１，２．３と軸と
の間には剛性を有することになる。

そして、１個の軸受１について見ると、ばね８は一方向
に偏って入れてあるため、２個のばね８の合力と直角方
向の反力はほとんどなく、この方向の力を受けることは
できない。

このことは、軸受１に流体動力学的な力が発生しても、
軸１４に対して力を及ぼす前に、チルチングパッド軸受
と同様に軸受１が変位してしまい、ふれまわりを発生さ
せることはない。

３個の軸受１，２．３が独立して軸１４に作用する。

軸受１，２．３の剛性は静圧軸受であるため比較的大き
く、ばね８の剛性をこれより十分小さくすることにより
、軸受ケース４に対する軸１４の偏心の剛性はほとんど
はね８のはね定数に等しくなり、フイルム厚さはほとん
ど変化しないことになる。

このことは、軸受全体の剛性がばね８の機械的な弾性に
依存することになり、フイルム圧力による複雑なふれま
わりの原因を回転軸系に持ち込まないことになり、機械
の設計としては、軸１４の自由支持の固有振動数近くま
で安定して回転させることができる。

また、小径の軸受をチルチングパッド軸受に、しかもそ
れを外部よりカロ圧気体を供給する静圧軸受にすること
は、構造が複雑なため至難の技であったが、軸方向に３
分割されたリング状の軸受を作ることは容易であり、こ
れに従来の軸受では得られなかった極めて安定の良い高
速回転が可能になる。

さらに、ばね８の代りにゴム等のような内部ダンピング
を有する弾性部材を用いることにより、ふれまわりだけ
でなく、固有振動数に対しても、振動を押えることが可
能となり、極めて超高速回転の軸受を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静圧気体軸受を示す断面図、第２図は第
１図のＡ−Ａ矢視断面図、第３図はチルチングパッド形
軸受を示す断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ矢視断面図
、第５図は本発明による１実施例の静圧軸受装置を示す
断面図、第６図は第５図のＡ−Ａ矢視断面図、第７図は
第５図の装置の各軸受を示す断面図である。 １，２，３・・・・・・軸受、４・・・・・・軸受ケー
ス、５・・・・・・カバー、６・・・・・・０ １Ｊン
グ、７・・・・・・給気孔、８・・・・・・ばね、９・
・・・・・加圧気体の供給穴、１０・・・・・・ばね８
の座穴、１１・・・・・・排気溝、１２・・・・・・回
り止めピン、１３・・・・・・溝、１４・・・・・・軸
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸受ケースにそれぞれ径方向の変位可能に連続して
   内蔵された複数個のリング状の軸受、同軸受を貫通して
   軸受面へ加圧気体を供給する給気孔、上記軸受の回動を
   規制する回り止め装置、上記軸受のそれぞれに対する位
   置を周方向にほぼ等間隔にずらして上記各軸受の外周側
   に配設され同各軸受を対向側へ付勢する弾性部材を備え
   たことを特徴とする静圧軸受装置。