(57)【要約】【課題】  現状のフォイル型ガス軸受は、カートリッジへの取付部の加工が複雑・高精度で、製造コストが高く、減衰効果を高めることが難しい。板曲げ、円筒切削、孔あけ等の高精度加工が容易で低コストで製造可能な形状のフォイル型ガス軸受を提供する。【解決手段】  円弧形状の少なくとも一枚の薄板で形成され、少なくとも一端にリングが設けられたフォイルが円筒形状のカートリッジに設けられた内径側が開放された孔に挿入されて構成されるガス軸受。薄板の曲がり、複数の薄板間及び孔とリング間の摩擦で高い減衰効果が得られる。【選択図】  図１、図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と適切な隙間を維持し、前記の隙間に存在する空気などの周辺のガスを用いて回転軸を支持する動圧型ガス軸受において、軸受のカートリッジに設けられた少なくとも３個の孔に挿入された円筒を少なくとも一端に有するスプリングフォイルを有することを特徴とするガス軸受。
【請求項２】
回転軸と適切な隙間を維持し、前記の隙間に存在する空気などの周辺のガスを用いて回転軸を支持する動圧型ガス軸受において、軸受のカートリッジに設けられた少なくとも３個の孔に挿入された円筒を少なくとも一端に有して少なくとも２枚の薄板で形成されるスプリングフォイルとバックフォイルを有することを特徴とするガス軸受。
【請求項３】
回転軸と適切な隙間を維持し、前記の隙間に存在する空気などの周辺のガスを用いて回転軸を支持する動圧型ガス軸受において、軸受のカートリッジに設けられた少なくとも３個の孔に挿入された円筒を少なくとも一端に有して少なくとも２枚の薄板で形成されるスプリングフォイルとカートリッジと接触する少なくとも１個の爪を有するバックフォイルを有することを特徴とするガス軸受。
【請求項４】
請求項３において、爪と爪の間隔が爪の巾より大きく設定されたことを特徴とするガス軸受。
【請求項５】
請求項１から４において、少なくとも一端に設けられたリングからスプリングフォイルの長さの２０％以下の部分が直線又は回転軸と逆方向に曲げられたことを特徴とするガス軸受。
【請求項６】
請求項１から５において、スプリングフォイルの回転軸側にテフロンなどの摩擦係数の小さな材料で３０ミクロン以下のコーティングが施されたことを特徴とするガス軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  ターボ機械の回転軸を支持するガスや空気を使用した軸受に関する技術分野
【背景技術】
【０００２】    回転機械の回転軸を支える軸受は、一般的に油などの潤滑剤で潤滑、冷却されて回転しているが、潤滑剤の供給ポンプ、圧力調整器、冷却器などの付属設備が必要なためにシステムとして複雑で大きなものとなっている。このため、ターボ機械などのシステムに使われている流体を潤滑剤として使用する軸受が望まれ、ガスを潤滑剤として使用するガス軸受が開発、実用化されている。【０００３】  動圧型ガス軸受は、長年研究開発が行われ、潤滑剤の供給なしで、且つ流体の供給を行うことなしに作動するもので、宇宙用や航空機の空調システムの軸受に実用化されている。ガス軸受には、主に回転軸や軸受面に溝を設けたヘリングボーン型とフォイル型の軸受があり、高速回転機械にはフォイル型が使われている。フォイル型には、大きく分けてリーフフォイル型とバンプフォイル型がある。図９にリーフフォイル型とバンプフォイル型のガス軸受を示す。リーフフォイル型は、薄板を円弧状に成形して軸受面にコーティングしたものをケーシングに可動可能な状態で取り付け、薄板の弾性と動きによる摩擦減衰を生かして接触時の磨耗低減と振動減衰を行うものであり、バンプフォイル型は、回転軸周りをほぼ一周する薄板を、同様に薄い板で形成されたバネの働きをするバンプフォイルでケーシングに拘束してリーフフォイル型と同様の働きをさせている。【０００４】  もっともシンプルな構造のリーフフォイル型動圧型ガス軸受は、図１０に示すキャプストン社のものであり、３枚のリーフフォイル（１６）をカートリッジ（１２）に設けた爪（２８）、（３０）で拘束して円弧状のリーフフォイルの両端を逆方向に曲げて両端の隙間を拡げている。リーフフォイル（１６）とカートリッジ（１２）の間には、バネ板（１８）が設けられ、リーフフォイル（１６）と回転軸（１４）との隙間が調整されている。バネ板（１８）は、例えば、図１１に示すように薄板を打ち抜いてフレーム（６６）、（６８）とバネ部（７０）で構成され、バネ板（１８）をカートリッジ（１２）の内面に沿わせて挿入すると、フレーム（６６）、（６８）は円弧状に曲げられるが、バネ部（７０）は平面状を維持する。リーフフォイル（１６）に半径方向の力が働くと、平面状のバネ部（７０）が曲げられて半力が発生する。バネ部（７０）の形状と寸法を変えることによって必要な場所に必要な反力を与えることができる。【０００５】  図１０に示すキャプストン社の特許（米国特許５９１５８４１）で開示されているリーフフォイルと、リーフフォイルの裏面に設ける弾力と減衰効果を有する図１１のバネ板構造（米国特許５４２７４５５）と組み合わせることにより、理想的で簡単な構造が構成されている。しかし、製造技術が高度で、生産コストが高く、潤滑油を使った軸受に代わるものとはなっていない。潤滑油を使わないことで、資源の節約、水質汚染などの各種の公害防止などに有効なガス軸受の構造簡素化、製造コストの低減を図る必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  動圧型ガス軸受の構造を簡素化、製造方法を簡易化、製造コストを低減することを目的として、現状の加工機械で加工できる構造として低コスト化を図る。【０００７】  現状のフォイル型軸受は、小型化に伴って精度向上、高度な加工機械と技術が必要であり、コスト低減の障害となっている。【０００８】  単純な形状のフォイルで減衰効果を高めることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  薄板スプリング材を曲げ加工されたスプリングフォイルと複数の孔が穿孔された円筒が組み合わされたフォイル型ガス軸受。【００１０】  複数重ねあわされた薄板スプリング材の曲げ加工によって形成されたスプリングフォイルと複数の孔が穿孔された円筒が組み合わされたフォイル型ガス軸受。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  実施例１の構成を図１と図２に示す。カートリッジ（１００）に設けられた６個の孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）にスプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）の両端に設けられたリング（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）が挿入され、軸受が形成され、回転軸（５００）が支えられる。スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）は、薄板を曲げて作られ、リング（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）付近が直線状又は中心部と逆の曲率を有する曲線形状が設けられている。スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）の両端のリング（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）の外径は、カートリッジ（１００）に設けられた孔（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）の内径より小さく作られている。【００１２】  実施例２の構成を図３と図４に示す。カートリッジ（１００）に設けられた６個の孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）に、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）とバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）の２枚の薄板を重ねて作られた複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端に設けられた複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）が挿入され、軸受が形成され、回転軸（５００）が支えられる。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）は、２枚の薄板を曲げて作られ、複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）付近が直線状又は中心部と逆の曲率を有する曲線形状が設けられている。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端の複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）の外径は、カートリッジ（１００）に設けられた孔（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）の内径より小さく作られている。【００１３】  実施例３の構成を図５と図６に示す。カートリッジ（１００）に設けられた６個の孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）に、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）とバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）の２枚の薄板を重ねて作られた複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端に設けられた複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）が挿入され、軸受が形成され、回転軸（５００）が支えられる。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）は、２枚の薄板を曲げて作られ、複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）付近が直線状又は中心部と逆の曲率を有する曲線形状が設けられている。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端の複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）の外径は、カートリッジ（１００）に設けられた孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）の内径より小さく作られている。バックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）には、ケーシング（１００）の内面に接する爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）が設けられている。【００１４】  実施例１から３の前記の説明では、説明を簡単にするために、３枚のスプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）、３枚のバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）、６個の孔を設けた例を示しているが、３枚以上のスプリングフォイル、３枚以上の複合フォイル、フォイル数の２倍の個数の孔が設けられることでも本発明の趣旨に整合するものである。【００１５】  実施例４の構成を図７と図８に示す。カートリッジ（１００）に設けられた６個の孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）に、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）とバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）の２枚の薄板を重ねて作られた複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端に設けられた複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）が挿入され、軸受が形成され、回転軸（５００）が支えられる。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）は、２枚の薄板を曲げて作られ、複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）付近が直線状又は中心部と逆の曲率を有する曲線形状が設けられている。複層フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）の両端の複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）の外径は、カートリッジ（１００）に設けられた孔（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）の内径より小さく作られている。バックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）には、ケーシング（１００）の内面に接する爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）が設けられている。
【発明の効果】
【００１６】  実施例１は、カートリッジ（１００）に設けられた孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）にスプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）の両端に設けられたリング（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）が挿入されたもので、薄板板曲げ加工、円筒加工、穴あけ加工で製作可能であり、現状の工作機械で高精度に低コストで製作可能であり、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）のバネ力で軸受隙間の形成と変形による減衰効果を発揮する。また、孔（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）の内面とリング（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）の外表面との摩擦により大きな減衰効果が得られるので低コストで高性能の動圧ガス軸受を構成できる。
【００１７】  実施例２は、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）とバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）の２枚の薄板を重ねた複合フォイル（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）及び両端の複層リング（２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）で形成されるもので、実施例１と同様の効果を有すると共に、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）とバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）との間の摩擦により、減衰効果が増大する。
【００１８】  実施例３は、実施例２のバックフォイル（３２０）、（３５０）、（３８０）に切り込みが入れられて、カートリッジに接触する爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）が設けられたもので、カートリッジ（１００）との間で生じる爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）のバネ力でスプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）が押し上げられ、爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）が設けられた場所付近の隙間調整が行われ、爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）とカートリッジ（１００）間の摩擦で高い減衰効果が得られる。
【００１９】  実施例４は、実施例３の一方のリング（２１０）、（３１０）、（２４０）、（３４０）、（２７０）、（３７０）及び爪（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）で、スプリングフォイル（２２０）、（２５０）、（２８０）と回転軸（５００）間の隙間が維持される構造で、実施例３と同様の効果を有し、構造が簡素化されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１の動圧型ガス軸受の構成
【図２】実施例１の動圧型ガス軸受のスプリングフォイルとカートリッジの詳細図
【図３】実施例２の動圧型ガス軸受の構成
【図４】実施例２の動圧型ガス軸受の複合フォイルとカートリッジの詳細図
【図５】実施例３の動圧型ガス軸受の構成
【図６】実施例３の動圧型ガス軸受の複合フォイルとカートリッジの詳細図
【図７】実施例４の動圧型ガス軸受の構成
【図８】実施例４の動圧型ガス軸受の複合フォイルとカートリッジの詳細図
【図９】従来のリーフフォイル型とバンプフォイル型の動圧ガス軸受構造例
【図１０】キャプストン社のリーフフォイル型の動圧ガス軸受
【図１１】従来のフォイル支持バネ板構造例
【符号の説明】
（１２）  カートリッジ
（１６）  リーフフォイル
（１８）  バネ板
（２８）、（３０）  爪
（６６）、（６８）  フレーム
（７０）  バネ部
（１００）  カートリッジ
（１１０）、（１２０）、（１３０）、（１４０）、（１５０）、（１６０）  孔
（２１０）、（２３０）、（２４０）、（２６０）、（２７０）、（２９０）  リング
（２２０）、（２５０）、（２８０）  スプリングフォイル
（３１０）、（３３０）、（３４０）、（３６０）、（３７０）、（３９０）  バックリング
（３２０）、（３５０）、（３８０）  バックフォイル
（３２４）、（３２５）、（３５４）、（３５５）、（３８４）、（３８５）  （２３１０）、（２３３０）、（２３４０）、（２３６０）、（２３７０）、（２３９０）  複合リング
（２３２０）、（２３５０）、（２３８０）  複合フォイル
（５００）  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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