JPS649495B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は流体スラスト軸受に関する。

空気のようなガスを用いた流体軸受が各分野に
おいて広く利用されている。この流体軸受は通常
相対移動可能な二部材を備え、二部材は所定の間
隔離間され、両者間の間隙に空気等の流体が充填
されて、この流体の保持圧力により二部材が互い
に接触しないように維持される構成にせしめら
れ、特に流体スラスト軸受として有効に利用され
得る。

（従来の技術） 近年、流体軸受、特に流体力学に基づく空気軸
受は相対移動可能な二軸受部材間の間隙にフオイ
ルを配設せしめることにより、支承機能を果たす
ように構成されている。この種のフオイルは通常
柔軟な材料で薄手のシート状に設けられ、近接す
る軸受面間に生じる流体力学的な力により変位さ
れ得るように設けられ、これにより流体軸受の流
体力学上の特性が向上されて、通常の玉軸受等で
は破損を来たすような大きな荷重を受けても動作
可能に構成されている。またこの種のフオイルに
より相対的に移動可能な二部材に偏位が生じたと
き、これを補正して緩衝機能を向上できる利点を
持つように設けられている。

当該軸受用の流体としては比較的清浄な流体あ
るいは外気を簡便に利用でき、流体力学上の流体
フイルムをもつて潤滑される軸受は特に速回転
機械に適用して好適である。この場合流体力学に
基づく流体軸受の荷重支承能力は２つの隣接する
軸受面の相対移動により流体フイルムに生じる圧
力のみによつて定まり、軸受面間の流体を外部か
ら圧力上昇させ、荷重支承能力を増大させる必要
があることも多い。この流体圧力の昇圧には清浄
な圧縮流体の供給源が必要となる。

上述の利点を得るような、相対的に移動可能な
二部材間に弾性を有したフオイルを適切に設置す
る多様の流体スラスト軸受が提案されている。例
えば米国特許第3635534号に開示の流体スラスト
軸受においては、スポツト溶接等によりデイスク
上に互いに離間して複数のフオイルを固着し、二
部材の一方にデイスクを配設する汎用の構成がと
られている。また米国特許第3893733号並びに第
4153315号にはフオイルの下部に別個の弾性補強
部材を配設し、所望の予荷重を与えるように構成
された流体スラスト軸受が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） この米国特許第3635534号の流体軸受では全作
動状態においてフオイルを安定化させるため、フ
オイルに確実に予荷重を与える必要がある、即ち
複数のフオイルが装着された支承部材と対をなす
相対的に移動可能な他の支承部材に対し当該各フ
オイルを介在して予荷重を与える必要があり、フ
オイルに充分なバネ性を持ためる要があるため軸
受機能が損なわれる危惧があつた。また米国特許
第3893733号、第4153315号の流体軸受では大きな
荷重が加わると弾性補強部材の支承能力を越えて
しまい、支承機能が失なわれて回転不能になる問
題があつた。

しかして本発明の目的はフオイルに軸受機能に
支承を来たすことがない弾性を付与し得、且回転
困難になることがなく、信頼性を向上し得る流体
スラスト軸受を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば特にフオイルスラスト軸受が上
棟部と下棟部を交互に備えたスラスト軸受保持体
を具備させると共に、スラスト軸受保持体の上棟
部のさを下棟部のさより大にすることを特徴
とすることによつて上記目的が達成せられる。

（作用） 上述のように構成された本発明においてはスラ
スト軸受保持体の上棟部のさを下棟部のさよ
り大にすることにより、動作時に流体フイルムの
圧力が相俟つて上棟部に当接するスラスト軸受デ
イスク面と下棟部に当接するスラストプレート面
とが接触することを有効に防ぎ得る作用を得れ
る。

（実施例） 第１図を参照するに本発明による流体スラスト
軸受が示されており、流体スラスト軸受にはシヤ
フト１２を含むスラストランナ１０が具備され、
スラストランナ１０はスラスト軸受デイスク１４
と好ましくはバネ性を有したスラスト軸受保持板
２２を介し、スラストプレート２８上に回転可能
に支承される。スラスト軸受デイスク１４には複
数の扇状の軸受ホイル１６が固設され、一方スラ
スト軸受保持体２２は上方並びに下方に向つて交
互に形成された複数の上棟部２４と下棟部２６と
を有しており、スラスト軸受デイスク１４を固定
する機能を果たすように設けられている。

且第２図〜第４図に詳示するようにスラスト軸
受保持体２２は、環状デイスクを備えており、環
状デイスクは0.0025〜0.05cmの厚みtdを有する部
分を介して上棟部２４並びに下棟部２６が連設さ
れ、薄手で弾性を有し、周知の化学エツチング技
術によつて作成され得る。このスラスト軸受保持
体２２の上棟部２４はさt₁にされ、且特に第２
図に示す如く半径方向外方に向つて徐々に拡大す
るような巾を持たせて設けられる、即ち上棟部２
４の外周側は幅がW₀に内周側は幅がW₁にされて
おり、外周側の幅W₀は内周側の幅W₁より０〜30
％程度大にされる。この場合スラスト軸受保持体
２２においてその半径線と合致するような上棟部
２４により放射状に伸びる線が描かれる。

一以上の上棟部２４に切欠部２９を有した外側
突出部２５が具備され、この外側突出部２５によ
りスラスト軸受保持体２２の位置がスラストプレ
ート２８に対し、一定に維持され得る。同様の突
出部２７がスラスト軸受デイスク１４の周部に円
周方向に離間して突設されている。また上棟部２
４にはスラスト軸受保持体２２の内周縁から半径
方向内向きに内側突出部２３が延設されている。

下棟部２６はスラストプレート２８に向かつて
延びるタブ３４を有しており、このタブ３４は内
周側に位置するものと外周側に位置するものとが
交互になるように各下棟部２６が設けられてい
る。この場合タブ３４は流体スラスト軸受におい
て当初に予荷重を与えてスラストプレート２８、
スラスト軸受保持体２２、スラストデイスク２４
並びにスラストランナ１０相互を静止状態に保ち
得るような当接力を与えている。一方タブ３４は
比較的柔軟に設けられ、例えば下棟部２６がスラ
ストプレート２８と接触しているときの流体力学
的圧力を受けて容易に変形し得るように形成され
ている（特に第６図参照）。

下棟部２６はさt₂にされ、且幅がW₂にされ、
好ましくはこの下棟部２６も内周側の幅W_aと外
径側の幅W_bとが違えられ、半径方向外向きに
徐々に拡大される。この場合下棟部２６の半径方
向外向きへの拡大幅は上棟部２４の場合に比べて
相当に大にされる（特に第４図参照）。また上棟
部２４と下棟部２６の間の連設部は半径方向外向
きに向かつて徐々に巾が狭められている（特に第
４図参照）。更に上棟部２４のさt₁は下棟部２
６のさt₂より大にされており、t₁およびt₂の値
は流体スラスト軸受の受ける動作条件によつて変
化し得るが、通常t₁はt₂より0.002〜0.025cm大に
され、流体力学的圧力を受けたときスラストデイ
スクの変形が容易になるように設けられる。

且またスラスト軸受保持体２２の弾性即ち弾力
率は上棟部２４および下棟部２６の厚み若しくは
寸法を変化させることによつて変えることができ
る。下棟部２６間の巾W₃を有する空間は半径方
向外方に向つて僅かに巾が狭められることが好適
であり、半径方向に増大する流体力学的圧力の影
響が過度に加わらないように機能し、スラスト軸
受保持体２２を円滑に固定状態に置くべく寄与す
る。加えて溝３０，３２がスラスト軸受保持体２
２の周縁と平行に延び、且上棟部２４を円周方向
に横切るように穿設され、これにより上棟部２４
が３つの部分に分割される。即ち上棟部２４は半
径方向外向きに徐々に拡大されると共に、３つの
部分に分割されることにより、半径方向において
増大するような流体力学的圧力に対し、この圧力
の影響が過度になることを抑止し、スラスト軸受
保持体２２を円滑に固定状態に置くべく寄与す
る。

本発明のフオイルスラスト軸受を静止状態を示
す第５図と動作状態を示す第６図とを参照して詳
述する。同図においてはスラスト軸受保持体２２
の寸法を特に軸方向において、スラスト軸受デイ
スク１４に比べ誇張して示してある。この場合ス
ラスト軸受保持体２２の上棟部２４と下棟部２６
に対するスラスト軸受デイスク１４並びに軸受フ
オイル１６の位置関係、また特に動作状態におけ
る各部材の相互作用が明らかになるように示して
ある。

更に詳述するに第５図に示す静止した非動作状
態においては、スラスト軸受デイスク１４の軸受
フオイル１６の後半部（回転方向において）の下
位にスラスト軸受保持体２２の上棟部２４が位置
する。またこの静止状態においてスラスト軸受デ
イスク１４並びにスラスト軸受保持体２２のいず
れも変形せず、両者共に回転軸線方向に対し実質
的に直角な位置を保持している。ここでスラスト
ランナ１０に付した矢印はスラストランナ１０が
スラスト軸受デイスク１４上の軸受フオイル１６
に対し回転する運動方向を示している。また軸受
フオイル１６とスラストランナ１０間に流体力学
上の流体フイルムが円滑に形成され得るように軸
受フオイル１６は多少湾曲するか（第５図参照）、
若しくはその前縁部を他部より薄手に設けられて
いる。

スラストランナ１０とスラストプレート２８と
が相対回転され始めると、流体力学上の流体フイ
ルムが軸受フオイル１６とスラストランナ１０の
間に形成され、第６図のような動作状態となる。
このとき各軸受フオイル１６上に形成される流体
フイルムの圧力の変化を第６図の左部における軸
受フオイル１６の上位において長短の矢印群の長
さを変化させることにより示してある。即ちこの
圧力は軸受フオイル１６の前縁部において最小で
あり、且スラスト軸受保持体２２の上棟部２４が
下位に位置する領域に向つて徐々に増大し、上棟
部２４の直上において最大圧となり、次いで軸受
フオイル１６の後縁部に向つて減少し、後縁近傍
で零になる。フオイルスラスト軸受の動作に伴い
スラスト軸受デイスク１４並びに軸受フオイル１
６が第６図のように変形し、同時に流体フイルム
の圧力によりスラスト軸受保持体２２も変形す
る。この場合スラスト軸受保持体２２の下棟部２
６上位における位置は変化しないが、スラスト軸
受保持体２２の下棟部２６上位とスラスト軸受デ
イスク１４のスラスト軸受保持体２２側面との距
離d₁はt₁より0.0025cm〜0.0127cm程度短くなり、
スラスト軸受として適切に機能することになる。

また動作時にはスラスト軸受保持体２２が上棟
部２４の下位において距離d₂だけスラストプレー
ト２８に向つて変位し、スラスト軸受保持体２２
とスラストプレート２８との間隔が下棟部２６の
さt₂より小となる。このt₂−d₂の間隔はスラス
ト軸受保持体２２の硬度と流体力学上の流体フイ
ルムの圧力とによつて保持される。t₁がt₂より少
くとも0.0127cm、大に設定しておけば、仮にd₂が
t₂に近づき、場合によつては同一即ちスラストプ
レート２８にスラスト軸受保持体２２が接触する
ような場合でも上棟部２４によりスラスト軸受デ
イスク１４が支持された上流体力学上の流体圧力
により、第６図に示すような形態で流体フオイル
が形成され得る。一方仮にt₁とt₂並びにd₂とt₁と
等しい場合上棟部２４の頂部がスラスト軸受保持
体２２の上面よりくならず、軸受フオイル１６
を介在して円滑に流体フイルムが形成され得ない
ことは理解されよう。

尚、上述においては本発明の流体スラスト軸受
を図示の実施例に沿い説明したが、例えば本発明
はスラスト部材を包有する円錐軸受にも適用でき
る。従つて本発明は図示の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に含まれる各種の設
計変更を包有するものである。

（発明の効果） 上述のように構成された本発明によれば、独特
のスラスト軸受保持体を用いることにより、動作
時にスラスト軸受デイスク面とスラストプレート
面とが接触することなく、良好な流体フイルムを
介在して、度の軸受機能を得ることができ、安
価な構成をもつて軸受の信頼性を顕著に向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体スラスト軸受の分解
斜視図、第２図は同部分拡大平面図、第３図は第
２図の線３−３から見た側面図、第４図は同部分
拡大底面図、第５図は同静止状態の拡大断面図、
第６図は同動作状態の拡大断面図である。 １０……スラストランナ、１２……軸、１４…
…スラスト軸受デイスク、１６……軸受フオイ
ル、２２……スラスト軸受保持体、２３……内側
突出部、２４……上棟部、２５……外側突出部、
２６……下棟部、２７……突出部、２８……スラ
ストプレート、２９……切欠部、３０，３２……
溝、３４……タブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対的に回転可能に配設され、一方が他方に
   回転可能に支承される一対の部材と、一対の相対
   的に回転可能な部材間に配設され、一対の部材の
   一方に装着される弾性を有したフオイル支承体と
   を備え、フオイル支承体には弾性を有したフオイ
   ルを含むスラスト軸受デイスクと、複数の上棟部
   と下棟部が交互に配置され且上棟部のさが下棟
   部のさより大にされたスラスト軸受保持体とが
   具備されてなることを特徴とする流体スラスト軸
   受。 ２ 弾性を有する複数のフオイルが個別にスラス
   ト軸受デイスク上に配設されてなる特許請求の範
   囲第１項記載の流体スラスト軸受。 ３ 弾性を有するフオイルがスラスト軸受デイス
   クに一体化されて配設されてなる特許請求の範囲
   第１項記載の流体スラスト軸受。 ４ 上棟部のさが下棟部のさより0.0025〜
   0.025cm大である特許請求の範囲第１項記載の流
   体スラスト軸受。 ５ スラストランナと、スラストランナを回転可
   能に支承するスラストプレートと、スラストラン
   ナとスラストプレートの間に装着された弾性を有
   するフオイル支承体とを備え、フオイル支承体に
   はスラスト軸受デイスクとスラスト軸受保持体と
   が包有され、スラスト軸受デイスクには扇形の弾
   性を有したフオイルが固着され、スラスト軸受保
   持体はスラスト軸受デイスクとスラストプレート
   間において円周方向に交互に位置する複数の上棟
   部および下棟部を有し、上棟部のさが下棟部の
   さより0.0025〜0.025cm大にされてなることを
   特徴とする流体スラスト軸受。 ６ 扇形の弾性を有した複数のフオイルがスラス
   ト軸受デイスク上に個別に固着されてなる特許請
   求の範囲第５項記載の流体スラスト軸受。 ７ 扇形の弾性を有したフオイルがスラスト軸受
   デイスクと一体にされてなる特許請求の範囲第５
   項記載の流体スラスト軸受。 ８ 下棟部間の空間が半径方向に向つて縮減され
   てなる特許請求の範囲第５項記載の流体スラスト
   軸受。 ９ 上棟部が半径方向外側に向つて拡大されてな
   る特許請求の範囲第５項記載の流体スラスト軸
   受。 １０ 下棟部が半径方向外側に向つて拡大されて
   なる特許請求の範囲第５項記載の流体スラスト軸
   受。 １１ 上棟部は、上棟部を少なくとも２つの部分
   に分割する少なくとも１つの、実質的にスラスト
   軸受保持体の周縁に平行に延びる溝を有してなる
   特許請求の範囲第５項記載の流体スラスト軸受。 １２ 上棟部は上棟部を３つの部分に分割する２
   つの、実質的にスラスト軸受保持体の周縁に平行
   な溝を有してなる特許請求の範囲第１１項記載の
   流体スラスト軸受。 １３ 下棟部は外方に延びるタブを有してなる特
   許請求の範囲第５項記載の流体スラスト軸受。 １４ タブは下棟部の半径方向外側に位置せしめ
   られてなる特許請求の範囲第１３項記載の流体ス
   ラスト軸受。 １５ タブは下棟部の半径方向内側に位置せしめ
   られてなる特許請求の範囲第１３項記載の流体ス
   ラスト軸受。 １６ タブは各下棟部の半径方向内側と半径方向
   外側とに交互に配置されてなる特許請求の範囲第
   １３項記載の流体スラスト軸受。 １７ 半径方向外側に向つて拡大する上棟部の側
   面が実質的にスラスト軸受保持体の半径方向に延
   びる線と合致するように設けられてなる特許請求
   の範囲第９項記載の流体スラスト軸受。 １８ 上棟部はスラスト軸受デイスクの内周縁を
   越えて内向に延設されてなる特許請求の範囲第５
   項記載の流体スラスト軸受。 １９ 弾性を有する環状のデイスクと、デイスク
   表面上に固設した複数の上棟部と、デイスク裏面
   に固設した複数の下棟部とを備える流体スラスト
   軸受用のスラスト軸受保持体において上棟部の
   さを下棟部のさより0.0025〜0.025cm大に設け
   てなることを特徴とするスラスト軸受保持体。 ２０ 下棟部間の空間が半径方向に縮減されてな
   る特許請求の範囲第１９項記載のスラスト軸受保
   持体。 ２１ 上棟部が半径方向外側に向つて拡大されて
   なる特許請求の範囲第１９項記載のスラスト軸受
   保持体。 ２２ 上棟部が半径方向外側に向つて拡大されて
   なる特許請求の範囲第１９項記載のスラスト軸受
   保持体。 ２３ 上棟部は上棟部を少くとも２つの部分に分
   割する少くとも１つの、実質的にスラスト軸受保
   持体の周縁に平行に延びる溝を有してなる特許請
   求の範囲第１９項記載のスラスト軸受保持体。 ２４ 上棟部は上棟部を３つの部分に分割する２
   つの、実質的にスラスト軸受保持体の周縁に平行
   な溝を有してなる特許請求の範囲第１９項記載の
   スラスト軸受保持体。 ２５ 下棟部は外方に延びるタブを有してなる特
   許請求の範囲第１９項記載のスラスト軸受保持
   体。 ２６ タブは下棟部の半径方向外側に位置せしめ
   られてなる特許請求の範囲第２５項記載のスラス
   ト軸受保持体。 ２７ タブは下棟部の半径方向内側に位置せしめ
   られてなる特許請求の範囲第２５項記載のスラス
   ト軸受保持体。 ２８ タブは各下棟部の半径方向内側と半径方向
   外側とに交互に配置されてなる特許請求の範囲第
   ２５項記載のスラスト軸受保持体。 ２９ 半径方向外側に向つて拡大する上棟部の側
   面が実質的にスラスト軸受保持体の半径方向に延
   びる線と合致するように設けられてなる特許請求
   の範囲第２１項記載のスラスト軸受保持体。 ３０ 上棟部はデイスクの内周縁を越えて内向き
   に延設されてなる特許請求の範囲第１９項記載の
   スラスト軸受保持体。