(57)【要約】【課題】多様な使用環境下においても減衰性能を発揮できるダンパ機構を提供する。【解決手段】ダンパ機構１０は、回転軸部３と、軸受け機構７と、ケーシング６と、回転軸部３の振動を減衰させる波状バネ１１と、を備える。波状バネ１１は、ケーシング内周面６ａに当接するケーシング摺動部１８と、カートリッジ外周面９ｂに当接する軸受け摺動部１９と、径方向ＤＲに沿う弾性力を発生させる弾性力発生部２１と、を有する。ケーシング摺動部１８及び軸受け摺動部１９は、弾性力に応じた摩擦力ＦＲを生じさせる。【選択図】図３
2019011781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線のまわりに回転する回転軸部と、
前記回転軸部を前記軸線のまわりに回転可能に支持する軸受け部と、
前記軸受け部を支持するケーシング部と、
前記軸受け部と前記ケーシング部との間に配置されて、前記軸線に対して直交する方向への前記回転軸部の振動を減衰させるダンパ部と、を備え、
前記軸受け部は、前記ケーシング部に対面する軸受け外周面を有し、
前記ケーシング部は、前記軸受け外周面に対面するケーシング内周面を有し、
前記ダンパ部は、
前記軸受け外周面及び前記ケーシング内周面の一方に当接する一対の第１当接部と、
前記軸受け外周面及び前記ケーシング内周面の他方に当接する第２当接部と、
前記軸受け外周面と前記ケーシング内周面との間の距離に基づいて前記軸線と直交する方向に沿う弾性力を発生させる弾性力発生部と、を有し、
一対の前記第１当接部及び前記第２当接部の少なくとも一ヶ所は、前記軸受け外周面と前記ケーシング内周面との間の距離に応じて前記軸受け外周面及び前記ケーシング内周面の一方又は他方に対して摺動し、前記弾性力に応じた摩擦力を生じさせる、ダンパ機構。
【請求項２】
一対の前記第１当接部及び前記第２当接部の少なくとも一ヶ所に設けられ、一対の前記第１当接部及び前記第２当接部の少なくとも一ヶ所の前記軸線のまわりにおける周方向位置を拘束する拘束部をさらに備える、請求項１に記載のダンパ機構。
【請求項３】
前記拘束部は、前記第２当接部に設けられる、請求項２に記載のダンパ機構。
【請求項４】
前記ダンパ部は、前記軸受け外周面及び前記ケーシング内周面の他方に当接する一対の第３当接部をさらに有し、
前記弾性力発生部は、一方の前記第１当接部、前記第２当接部及び一方の前記第３当接部を含む第１の弾性部と、他方の前記第１当接部、前記第２当接部及び他方の前記第３当接部を含む第２の弾性部と、を含む、請求項３に記載のダンパ機構。
【請求項５】
前記ダンパ部は、前記軸受け部と、前記ケーシング部との間に形成される円環状の隙間に複数個配置され、
互いに隣接する前記ダンパ部は、互いに離間して配置される、請求項１〜４の何れか一項に記載のダンパ機構。
【請求項６】
軸線のまわりに回転する回転軸部と、
前記回転軸部を前記軸線のまわりに回転可能に支持する軸受け部と、
前記軸受け部を支持するケーシング部と、
前記軸受け部と前記ケーシング部との間に配置されて、前記軸線に対して直交する方向への前記回転軸部の振動を減衰させるダンパ部と、を備え、
前記軸受け部は、前記ケーシング部に対面する軸受け外周面を有し、
前記ケーシング部は、前記軸受け外周面に対面するケーシング内周面を有し、
前記ダンパ部は、前記軸受け部と、前記ケーシング部との間に形成される円環状の隙間に複数個配置され、
互いに隣接する前記ダンパ部は、互いに離間して配置されるダンパ機構。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のダンパ機構を備えるポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパ機構と当該ダンパ機構を有するポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械が有する回転軸部は、回転軸部自体の不釣り合いや、回転軸部に取り付けられた回転体の不釣り合いに起因して、その回転軸線に対して直交する方向への振動を生じることがある。特許文献１〜４には、不釣り合いに起因する回転軸部の振動を減衰させるダンパが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４７５０６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／１５１０１５号
【特許文献３】特開２０１３−１４２５１１号公報
【特許文献４】特開２０１４−１７３４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転軸部の振動を減衰させるための技術には、例えば、液体であるオイルなどを用いる技術や、気体である空気などを用いる技術がある。回転機械は、極低温環境や真空環境といった極限条件下において動作させることがあるが、このような極限条件の下では、上述したオイルなどを用いた減衰技術の利用が適さない場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、多様な使用環境下においても減衰性能を発揮できるダンパ機構と、当該ダンパ装置を用いたポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係るダンパ機構は、軸線のまわりに回転する回転軸部と、回転軸部を軸線のまわりに回転可能に支持する軸受け部と、軸受け部を支持するケーシング部と、軸受け部とケーシング部との間に配置されて、軸線に対して直交する方向への回転軸部の振動を減衰させるダンパ部と、を備え、軸受け部は、ケーシング部に対面する軸受け外周面を有し、ケーシング部は、軸受け外周面に対面するケーシング内周面を有し、ダンパ部は、軸受け外周面及びケーシング内周面の一方に当接する一対の第１当接部と、軸受け外周面及びケーシング内周面の他方に当接する第２当接部と、軸受け外周面とケーシング内周面との間の距離に基づいて軸線と直交する方向に沿う弾性力を発生させる弾性力発生部と、を有し、一対の第１当接部及び第２当接部の少なくとも一ヶ所は、軸受け外周面とケーシング内周面との間の距離に応じて軸受け外周面及びケーシング内周面の一方又は他方に対して摺動し、弾性力に応じた摩擦力を生じさせる。
【０００７】
軸線に対して直交する方向への回転軸部の振動が生じると、軸受け外周面とケーシング内周面との間の距離が変化する。この距離に応じて、一対の第１当接部及び第２当接部の少なくとも一ヶ所が、軸受け外周面及びケーシング内周面の一方又は他方に対して摺動する。この摺動動作は、摺動する第１当接部及び第２当接部の少なくとも一ヶ所が弾性力発生部に起因する弾性力によって軸受け外周面及びケーシング内周面の一方又は他方に押し付けられながら行われる。この押し付けられながら行われる摺動動作によれば、弾性力に起因する摩擦力が生じる。従って、摺動動作が摩擦力に対抗しながら行われるので、摺動動作が行われるごとに、エネルギの消散が生じる。これにより、回転軸部の振動エネルギが消散されるので、回転軸部の振動が減衰される。摩擦力は、弾性力に起因して面を垂直に押す力と互いに摺動する面同士の摩擦係数とに基づく。摩擦係数は摺動するそれぞれの材料や表面状態、雰囲気状態、温度など様々な要因の影響を受けるが、特殊な状態を除けば常に発生するため、多様な使用環境下においても減衰性能を確実に発揮できる。
【０００８】
上記ダンパ機構は、一対の第１当接部及び第２当接部の少なくとも一ヶ所に設けられ、一対の第１当接部及び第２当接部の少なくとも一ヶ所の軸線のまわりにおける周方向位置を拘束する拘束部をさらに備えてもよい。この構成によれば、軸線に対して直交する方向への回転軸部の振動が生じたときに、拘束部が設けられていない当接部を、軸受け外周面及び／又はケーシング内周面に対して確実に摺動させることができる。
【０００９】
拘束部は、第２当接部に設けられてもよい。この構成によれば、一対の第１当接部は、軸受け外周面及びケーシング内周面の一方に対して摺動する。この摺動動作は、第２当接部を挟んで左右対称に生じる。従って、拘束部に作用する反力が相殺されるので、拘束部に生じる負荷を低減することができる。
【００１０】
ダンパ部は、軸受け外周面及びケーシング内周面の他方に当接する一対の第３当接部をさらに有し、弾性力発生部は、一方の第１当接部、第２当接部及び一方の第３当接部を含む第１の弾性部と、他方の第１当接部、第２当接部及び他方の第３当接部を含む第２の弾性部と、を含んでもよい。この構成によれば、摩擦力の生じる箇所が増加する。従って、より効率的に振動エネルギが消散されるので、回転軸部の振動を速やかに減衰することができる。
【００１１】
ダンパ部は、軸受け部と、ケーシング部との間に形成される円環状の隙間に複数個配置され、互いに隣接するダンパ部は、互いに離間して配置されてもよい。この構成によれば、軸線に直交する複数の方向において、回転軸部の振動を減衰することができる。
【００１２】
本発明の別の形態に係るダンパ機構は、軸線のまわりに回転する回転軸部と、回転軸部を軸線のまわりに回転可能に支持する軸受け部と、軸受け部を支持するケーシング部と、軸受け部とケーシング部との間に配置されて、軸線に対して直交する方向への回転軸部の振動を減衰させるダンパ部と、を備え、軸受け部は、ケーシング部に対面する軸受け外周面を有し、ケーシング部は、軸受け外周面に対面するケーシング内周面を有し、ダンパ部は、軸受け部と、ケーシング部との間に形成される円環状の隙間に複数個配置され、互いに隣接するダンパ部は、互いに離間して配置される。
【００１３】
本発明の別の形態は、上記のダンパ機構を備えるポンプ装置である。このポンプ装置は、上記のダンパ機構を備えているので、多様な使用環境下においても回転軸を減衰させる性能を確実に発揮できる。従って、ポンプ装置は、多様な使用環境下において使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、多様な使用環境下においても減衰性能を発揮できるダンパ機構と、当該ダンパ装置を用いたポンプ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態に係るダンパ機構を有するターボポンプの構造の一部を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示されたダンパ機構を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示されたダンパ機構を示す平面図である。
【図４】図４は、図３に示された波状バネを示す斜視図である。
【図５】図５は、バネ部の動作を説明するための模式図である。
【図６】図６は、バネ部の別の動作を説明するための模式図である。
【図７】図７は、バネ部のさらに別の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態に係るダンパ機構１０が適用されるポンプ装置の一例は、ターボポンプ１である。なお、ダンパ機構１０が適用される回転機械は、ターボポンプ１に限定されることはなく、ターボ分子ポンプ、真空ポンプ、極低温圧縮機のように種々の回転機械に適用し得る。
【００１８】
ターボポンプ１は、例えば液体燃料ロケットエンジンに適用される。液体燃料ロケットエンジンは、液体燃料と酸化剤とを反応させて推進力を得る。ターボポンプ１は、液体燃料である液体水素や酸化剤である液体酸素を燃焼室へ送るために用いられる。液体水素や液体酸素は極低温である。従って、ターボポンプ１においてそれらを流動する箇所は、極低温の環境に曝される。
【００１９】
ターボポンプ１は、タービン２と、回転軸部３と、ポンプ４と、ケーシング６（ケーシング部）を有する。タービン２は、ターボポンプ１の外部から供給された流体からエネルギを受け、回転軸部３を回転させる。回転軸部３は、タービン２に一端が連結されて軸線Ａ１まわりに回転する。ポンプ４は、回転軸部３の他端側に連結されたインペラ４ａを含む。ポンプ４は、インペラ４ａが回転軸部３の回転に伴って回転することにより、ターボポンプ１の外部から供給された別の流体（例えば、液体水素）を加圧する。ケーシング６は、回転軸部３とインペラ４ａとを収容する。
【００２０】
図２に示されるように、ターボポンプ１は、軸受け機構７（軸受け部）とダンパ機構１０とを有する。軸受け機構７は、ケーシング６に対して回転軸部３を軸線Ａ１のまわりに回転可能に支持する。具体的には、軸受け機構７は、一対のベアリング８と、カートリッジ９とを有する。ベアリング８は、軸線Ａ１に沿って所定の間隔を形成するように配置される。カートリッジ９は、一対のベアリング８の位置を保持する。カートリッジ９は、両端が開放された円筒状の形状を有する。カートリッジ９の両端には、ベアリング８をそれぞれ配置するためのベアリング配置部９ａが設けられる。ベアリング配置部９ａの内周面には、ベアリング８の外周面８ａが接している。ケーシング６に対面するカートリッジ外周面９ｂは、ダンパ機構１０に連結される。従って、カートリッジ外周面９ｂは、軸受け機構７の外周面（軸受け外周面）を構成する。
【００２１】
ここで、回転軸部３が回転すると、回転軸部３が軸線Ａ１と直交する方向（以下「径方向ＤＲ」と称する）に沿った振動を生じることがある。ダンパ機構１０は、軸受け機構７とケーシング６との間に配置されて、当該振動を減衰させる。
【００２２】
図３に示されるように、本実施形態のダンパ機構１０は、３個の波状バネ１１（ダンパ部）を有する。波状バネ１１は、例えば、硬質クロムメッキ処理を施した金属部品である。なお、ダンパ機構１０が有する波状バネ１１の数は、３個に限定されることはなく、回転軸部３の直径などに応じて適宜変更してよい。波状バネ１１は、ケーシング６とカートリッジ９との円環状の隙間において、軸線Ａ１のまわりに等間隔に配置される。一例として、波状バネ１１の配置間隔Ｓは、１２０度である。互いに隣接する波状バネ１１の間には、所定の隙間Ｇ１が形成される。すなわち、波状バネ１１同士は、互いに離間して配置される。
【００２３】
波状バネ１１は、径方向ＤＲに沿った弾性変形が可能である。つまり、波状バネ１１は、ケーシング６に対する回転軸部３の径方向ＤＲへの移動を許容する。なお、図３の矢印にて示す径方向ＤＲは一例であり、径方向ＤＲはこの矢印の方向に限定されない。一方、波状バネ１１は、軸線Ａ１を中心とする周方向（以下単に「周方向ＤＣ」と称する）に沿った移動が規制される。つまり、波状バネ１１は、カートリッジ外周面９ｂに対面するケーシング内周面６ａに対して固定される。具体的には、波状バネ１１は、拘束機構１２（拘束部）によってケーシング６に対して固定される。拘束機構１２は、ケーシング連結部１６（後述する）の周方向位置を拘束する。拘束機構１２は、波状バネ１１に設けられたケーシング連結溝１３と、ピン１４と、ケーシング内周面６ａに設けられたピン配置部１５と、を有する。ケーシング連結溝１３は、波状バネ１１の長手方向（軸線Ａ１の方向）に沿って延び（図４参照）、波状バネ１１の厚み方向に貫通する。ピン１４は、ピン配置部１５に配置される頭部１４ａと、ケーシング連結溝１３に配置される軸部１４ｂとを有する。ピン配置部１５は、軸線Ａ１のまわりに１２０度間隔にて設けられる。
【００２４】
図４に示されるように、波状バネ１１は、ケーシング連結部１６（第２当接部）と、４個のケーシング摺動部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（第３当接部）と、４個の軸受け摺動部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（第１当接部）と、を有する。なお、以下の説明において、４個のケーシング摺動部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄをまとめて称する場合には、「ケーシング摺動部１８」と呼ぶ。同様に、４個の軸受け摺動部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄをまとめて称する場合には、「軸受け摺動部１９」と呼ぶ。ケーシング連結部１６は、ケーシング内周面６ａに連結される。つまり、ケーシング連結部１６は、ケーシング内周面６ａに対して固定される。ケーシング摺動部１８は、ケーシング内周面６ａに当接する。つまり、ケーシング摺動部１８は、ケーシング内周面６ａに対して固定されておらず、ケーシング内周面６ａに対して摺動可能である。軸受け摺動部１９は、カートリッジ外周面９ｂに当接する。つまり、軸受け摺動部１９は、カートリッジ外周面９ｂに対して固定されておらず、カートリッジ外周面９ｂに対して摺動可能である。このような構成によれば、波状バネ１１を軸線Ａ１方向からみたとき、波状バネ１１は、ケーシング連結部１６を基点として、線対称の形状を呈する。
【００２５】
波状バネ１１は、弾性力発生部２１を有する。弾性力発生部２１は、４個のバネ部２２ａ、２２ｂ（第１の弾性部）、２２ｃ（第２の弾性部）、２２ｄを含む。バネ部２２ａは、ケーシング摺動部１８ａ、１８ｂ及び軸受け摺動部１９ａを含む円弧状の部分である。つまり、ケーシング摺動部１８ａはバネ部２２ａの一端をなし、ケーシング摺動部１８ｂは、バネ部２２ａの他端をなす。そして、軸受け摺動部１９ａは、バネ部２２ａの頂部をなす。ケーシング内周面６ａとカートリッジ外周面９ｂとの間隔が狭くなると、径方向ＤＲに沿ったケーシング摺動部１８ａ、１８ｂと軸受け摺動部１９ａとの間の距離が縮まる。この変形によれば、バネ部２２ａが曲げられるので、曲げ量に応じた弾性力が発生する。つまり、バネ部２２ａは、いわゆる板バネである。
【００２６】
バネ部２２ｂは、ケーシング摺動部１８ｂ、軸受け摺動部１９ｂ及びケーシング連結部１６を含む円弧状の部分である。つまり、ケーシング摺動部１８ｂはバネ部２２ｂの一端をなし、ケーシング連結部１６は、バネ部２２ｂの他端をなす。そして、軸受け摺動部１９ｂは、バネ部２２ｂの頂部をなす。バネ部２２ｃは、ケーシング連結部１６、軸受け摺動部１９ｃ及びケーシング摺動部１８ｃを含む円弧状の部分である。つまり、ケーシング連結部１６はバネ部２２ｃの一端をなし、ケーシング摺動部１８ｃは、バネ部２２ｃの他端をなす。そして、軸受け摺動部１９ｃは、バネ部２２ｃの頂部をなす。バネ部２２ｄは、ケーシング摺動部１８ｃ、１８ｄ及び軸受け摺動部１９ｄを含む円弧状の部分である。つまり、ケーシング摺動部１８ｃはバネ部２２ｄの一端をなし、ケーシング摺動部１８ｄは、バネ部２２ｄの他端をなす。そして、軸受け摺動部１９ｄは、バネ部２２ｄの頂部をなす。
【００２７】
４個のケーシング摺動部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄのそれぞれは、周方向ＤＣに沿ってこの順に設けられる。ケーシング摺動部１８ａは、波状バネ１１の一方の端部である。ケーシング摺動部１８ｂは、ケーシング摺動部１８ａ及びケーシング連結部１６に隣接する。ケーシング摺動部１８ｃは、ケーシング連結部１６に隣接する。ケーシング摺動部１８ｄは、ケーシング摺動部１８ｃに隣接すると共に、波状バネ１１の他方の端部である。つまり、波状バネ１１は、ケーシング内周面６ａに対してケーシング連結部１６を含めると５カ所の接触部分を有する。５カ所の接触部分のうち、ケーシング連結部１６は、中央に配置される。つまり、ケーシング連結部１６は、時計方向にみて３番目の位置に配置される。そして、ケーシング連結部１６を挟むように、ケーシング摺動部１８ｂ、１８ｃが配置される。さらに、ケーシング連結部１６及びケーシング摺動部１８ｂ、１８ｃを挟むように、ケーシング摺動部１８ａ、１８ｄが配置される。
【００２８】
ケーシング連結部１６及び４個のケーシング摺動部１８のそれぞれは、ケーシング内周面６ａに沿った凸状の曲面を有する。つまり、ケーシング摺動部１８は、ケーシング内周面６ａに対して面接触し、所定の接触面積を有する。
【００２９】
４個の軸受け摺動部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれは、周方向ＤＣに沿ってこの順に設けられる。そして、ケーシング摺動部１８と軸受け摺動部１９とは、周方向ＤＣに沿って交互に設けられる。例えば、互いに隣接するケーシング摺動部１８ａ、１８ｂの間には、一個の軸受け摺動部１９ａが設けられる。軸受け摺動部１９ａは、カートリッジ外周面９ｂに対して線接触する。従って、接触面積は、ケーシング摺動部１８ａのケーシング内周面６ａに対する接触面積に比べて小さい。
【００３０】
以下、ダンパ機構１０の動作について説明する。ダンパ機構１０は、摩擦によるエネルギの消散を利用した減衰器である。つまり、ダンパ機構１０は、摩擦によって振動エネルギを熱エネルギに変換して消散させることにより、回転軸部３の振動を減衰させる。換言すると、ダンパ機構１０は、振動方程式における速度比例成分として規定できるともいえる。ダンパ機構１０において、この摩擦は、ケーシング内周面６ａとケーシング摺動部１８との間と、カートリッジ外周面９ｂと軸受け摺動部１９との間において生じる。
【００３１】
図５及び図６は、バネ部２２ｃを単純化して示すモデル図である。図５及び図６では、バネ部２２ｃの本体を一本の曲線にて示し、ケーシング連結部１６を白抜きの四角形にて示し、ケーシング摺動部１８ｃ及び軸受け摺動部１９ｃを白抜きの半円形にて示す。
【００３２】
ケーシング６と軸受け機構７とが同心である状態を基準状態とすると、図５の（ａ）部に示されるように、ケーシング内周面６ａとカートリッジ外周面９ｂとの間には基準隙間Ｇ２が形成される。この基準隙間Ｇ２は、バネ部２２ｃの自然長Ｈよりも短い。ここでいうバネ部２２ｃの自然長Ｈとは、バネ部２２ｃに何らの力も加わらない場合において、径方向ＤＲに沿った軸受け摺動部１９ｃからケーシング摺動部１８ｃ（又はケーシング連結部１６）までの高さをいう（二点鎖線にて示すバネ部２２ｃ参照）。そうすると、バネ部２２ｃが基準隙間Ｇ２に配置されると、バネ部２２ｃは自然長Ｈよりも圧縮された状態となる（実線にて示すバネ部２２ｃ参照）。従って、ケーシング連結部１６、ケーシング摺動部１８ｃ及び軸受け摺動部１９ｃは、それぞれ当接する面に対して力Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ１”をもって押圧される。
【００３３】
図５の（ｂ）部に示されるように、ケーシング内周面６ａとカートリッジ外周面９ｂとの隙間が基準隙間Ｇ２よりも小さい隙間Ｇ３になったとする。そうすると、バネ部２２ｃは径方向ＤＲに潰されるように変形する。この変形によれば、ケーシング摺動部１８ｃがケーシング内周面６ａに当接するケーシング当接位置と、軸受け摺動部１９ｃがカートリッジ外周面９ｂに当接する軸受け当接位置と、が周方向ＤＣ（時計方向ＣＷ）に移動する。そして、径方向ＤＲに潰されたバネ部２２ｃが生じさせる弾性力が大きくなる。従って、ケーシング連結部１６、ケーシング摺動部１８ｃ及び軸受け摺動部１９ｃは、それぞれ当接する面に対して力Ｆ２，Ｆ２’，Ｆ２”をもって押圧される。それぞれの力Ｆ２，Ｆ２’，Ｆ２”は、それぞれの力Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ１”よりも大きい。すなわち、ケーシング摺動部１８ａは及び軸受け摺動部１９ｃは、ケーシング内周面６ａに弾性力に応じた力Ｆ２’，Ｆ２”をもって押し付けられながら周方向ＤＣへ滑る。この弾性力は、バネ部２２ｃの円弧形状や、バネ部２２ｃの厚さ、バネ部２２ｃを構成する材料により設定し得る。なお、バネ部２２ｃの弾性係数に起因する固有値は、回転軸部３の回転速度に起因する周波数（危険速度）を避けた値に設定される。そして、力Ｆ２’と、ケーシング摺動部１８ａ及びケーシング内周面６ａの間の摩擦係数に基づく摩擦力ＦＲが生じる。ケーシング摺動部１８ｃは、この摩擦力ＦＲに逆らって摺動するので、エネルギが消散される。また、軸受け摺動部１９ｃとカートリッジ外周面９ｂとの間においても、同様に、エネルギの消散が生じる。
【００３４】
一方、図６に示されるように、ケーシング内周面６ａとカートリッジ外周面９ｂとの隙間が基準隙間Ｇ２よりも大きい隙間Ｇ４になったとする。基準状態においてバネ部２２ｃは、自然長Ｈよりも潰されているので、復元力によりバネ部２２ｃは径方向ＤＲに沿って伸びるように変形する。この変形によっても、ケーシング摺動部１８ｃがケーシング内周面６ａに当接するケーシング当接位置と、軸受け摺動部１９ｃがカートリッジ外周面９ｂに当接する軸受け当接位置と、が周方向ＤＣ（反時計方向ＣＣＷ）に移動する。この場合には、押し付ける弾性力が減少するものの、ケーシング連結部１６、ケーシング摺動部１８ｃ及び軸受け摺動部１９ｃは、それぞれ当接する面に対して力Ｆ３，Ｆ３’，Ｆ３”が生じ得る。従って、力Ｆ３’とケーシング摺動部１８ａ及びケーシング内周面６ａの間の摩擦係数とに基づく摩擦力ＦＲが生じ、エネルギが消散される。また、軸受け摺動部１９ｃとカートリッジ外周面９ｂとの間においても、同様に、エネルギの消散が生じる。
【００３５】
回転軸部３の振動によって、カートリッジ外周面９ｂとケーシング内周面６ａとの間の隙間が変化するごとに、上述した摩擦に起因するエネルギの消散が生じる。従って、回転軸部３の振動が減衰する。
【００３６】
ダンパ機構１０及びダンパ機構１０を備えるターボポンプ１によれば、軸線Ａ１に対して直交する方向（径方向ＤＲ）への回転軸部３の振動が生じると、カートリッジ外周面９ｂとケーシング内周面６ａとの間の距離が変化する。この距離に応じて、ケーシング摺動部１８及び軸受け摺動部１９が、ケーシング内周面６ａ及びカートリッジ外周面９ｂに対して摺動する。この摺動動作は、ケーシング摺動部１８がケーシング内周面６ａに押しつけられながら行われると共に、軸受け摺動部１９がカートリッジ外周面９ｂに押しつけられながら行われる。この押し付けられながら行われる摺動動作によれば、弾性力に起因する摩擦力ＦＲが生じる。従って、摺動動作が摩擦力ＦＲに対抗しながら行われるので、摺動動作が行われるごとに、エネルギの消散が生じる。これにより、回転軸部３の振動エネルギが消散されるので、回転軸部３の振動が減衰される。摩擦力は、弾性力に起因する力Ｆ１’，Ｆ１”，Ｆ２’，Ｆ２”，Ｆ３’，Ｆ３”と互いに摺動する面同士の摩擦係数とに基づく。摩擦係数は摺動するそれぞれの材料や表面状態、雰囲気状態、温度など様々な要因の影響を受けるが、特殊な状態を除けば常に発生するため、多様な使用環境下においても減衰性能を確実に発揮できる。
【００３７】
換言すると、ダンパ機構１０によれば、ケーシング内周面６ａに対するケーシング摺動部１８ａの物理的な接触に起因する摩擦が生じる。また、カートリッジ外周面９ｂに対する軸受け摺動部１９ｃの物理的な接触に起因する摩擦が生じる。これらのような、物理的な接触に起因する摩擦によれば、エネルギを消散させ得るので、回転軸部３の振動を減衰させることができる。さらに、物理的な接触に起因する摩擦は、ダンパ機構１０が適用される環境条件の影響を受け難い。従って、オイルの適用が適さない極低温環境下においても、ダンパ機構１０は減衰性能を確実に発揮できる。
【００３８】
ダンパ機構１０は、波状バネ１１をケーシング内周面６ａに連結するケーシング連結部１６を有する。この構成によれば、ケーシング摺動部１８をケーシング内周面６ａに対して確実に摺動させると共に、軸受け摺動部１９をカートリッジ外周面９ｂに対して確実に摺動させることができる。
【００３９】
ところで、バネ部２２ｃが自然長Ｈよりも短くなるように変形したとき、ケーシング内周面６ａに連結されたケーシング連結部１６には、周方向ＤＣに沿った反力が生じることが考えられる。例えば、図７の（ａ）部に示されるように、バネ部２２ｃの一端がケーシング連結部１６であると、このケーシング連結部１６には、ケーシング摺動部１８ｃらが移動する方向（時計方向）とは逆向き（反時計方向）の反力ＦＣが作用する。一方、図７の（ｂ）部に示されるように、本実施形態の波状バネ１１は、ケーシング連結部１６を基点として、左右対称の形状を呈する。この形状によれば、波状バネ１１が変形したとき、ケーシング連結部１６に対して時計方向側におけるバネ部２２ｃによって反力ＦＣ１が生じると共に、ケーシング連結部１６に対して反時計方向側におけるバネ部２２ｂによって反力ＦＣ２が生じる。これらの反力ＦＣ１、ＦＣ２は、その方向が互いに逆向きであるので、打ち消し合う。従って、波状バネ１１によれば、変形に伴ってケーシング連結部１６に作用する周方向ＤＣへの力を低減することができる。
【００４０】
また、互いに隣接する波状バネ１１は、所定の隙間Ｇ１を形成する。具体的には所定の隙間Ｇ１は、一方の波状バネ１１のケーシング摺動部１８ｃと別の波状バネ１１のケーシング摺動部１８ｄとの間に形成される。基準隙間Ｇ２が小さくなったとき（図５の（ｂ）部参照）、ケーシング摺動部１８ａが反時計方向に移動し、ケーシング摺動部１８ｄが時計方向に移動する。そうすると、隙間Ｇ１が小さくなるものの、ケーシング摺動部１８ａ、１８ｄの移動を妨げることはない。従って、ケーシング摺動部１８ａをケーシング内周面６ａに対して確実に摺動させることができる。
【００４１】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４２】
ダンパ機構１０は、複数の波状バネ１１を有することなく、一個の波状バネ１１により構成されてもよい。また、ダンパ機構１０は、カートリッジ９を有しない軸受け機構７にも適用してよい。つまり、波状バネ１１は、ベアリング８の外周面８ａに当接する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  ターボポンプ
２  タービン
３  回転軸部
４  ポンプ
４ａ  インペラ
６  ケーシング（ケーシング部）
６ａ  ケーシング内周面
７  軸受け機構（軸受け部）
８  ベアリング
８ａ  外周面
９  カートリッジ
９ａ  ベアリング配置部
９ｂ  カートリッジ外周面
１０  ダンパ機構
１１  波状バネ（ダンパ部）
１２  拘束機構（拘束部）
１３  ケーシング連結溝
１４  ピン
１４ａ  頭部
１４ｂ  軸部
１５  ピン配置部
１６  ケーシング連結部
１８  ケーシング摺動部
１９  軸受け摺動部
２１  弾性力発生部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  バネ部
Ａ１  軸線
ＤＲ  径方向
ＤＣ  周方向
Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ１”，Ｆ２，Ｆ２’，Ｆ２”，Ｆ３’，Ｆ３”  力
ＦＲ  摩擦力
ＦＣ，ＦＣ１，ＦＣ２  反力
Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４  隙間
Ｇ２  基準隙間
Ｈ  自然長
Ｓ  配置間隔
【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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