(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側スリーブ（１）と内側スリーブ（２）とを備え、該内側スリーブ（２）の外側円周面と両端面の夫々に規則形状を有する溝パターン（２１，２２，２３）が施された溝付き動圧ラジアル気体軸受であって、
前記内側スリーブ（２）の一方の端面に施された溝パターン（２２）はもう一方の端面に施された溝パターン（２３）とミラー対称となっており、
前記溝パターン（２１，２２，２３）はインペラー形状を有し、
前記内側スリーブ（２）の外側円周面に施された溝パターン（２１）は、前記内側スリーブ（２）の両端面の外周に形成された円周方向面取り部の間を軸方向に対して平行に延び、前記円周方向面取り部を介して、前記内側スリーブ（２）の両端面に施された溝パターン（２２，２３）と一対一で対応して連結し、
前記内側スリーブ（２）の外側円周面に施された溝パターン（２１）の軸方向高位線（２１１）は、その両端面に施された溝パターン（２２，２３）の半径方向高位線（２２１，２３１）と互いに対応して、該両端面に形成された円周方向面取り部を介して連結し、
前記外側円周面に施された溝パターン（２１）の軸方向中位線（２１２）は、前記両端面に施された溝パターン（２２，２３）の半径方向中位線（２２２，２３２）と互いに対応して、該両端面に形成された円周方向面取り部を介して連結し、
前記外側円周面に施された溝パターン（２１）の軸方向低位線（２１２）は、前記両端面に施された溝パターン（２２，２３）の半径方向低位線（２２３，２３３）と互いに対応して、該両端面に形成された円周方向面取り部を介して連結し、
前記軸方向高位線（２１１）は、当該軸方向高位線（２１１）、前記軸方向中位線（２１２）および前記軸方向低位線（２１３）の３種の軸方向線のうち前記内側スリーブ（２）の半径方向の高さが最も高く、
前記軸方向低位線（２１３）は、前記３種の軸方向線のうち前記内側スリーブ（２）の半径方向の高さが最も低く、
前記軸方向中位線（２１２）は、前記内側スリーブ（２）の半径方向の高さが、前記軸方向高位線（２１１）よりも低く且つ前記軸方向低位線（２１３）よりも高く、
前記半径方向高位線（２２１，２３１）は、当該半径方向高位線（２２１，２３１）、前記半径方向中位線（２２２，２３２）および前記半径方向低位線（２２３，２３３）の３種の半径方向線のうち、前記内側スリーブ（２）の軸方向の高さが最も高く、
前記半径方向低位線（２２３，２３３）は、前記３種の半径方向線のうち前記内側スリーブ（２）の軸方向の高さが最も低く、
前記半径方向中位線（２２２，２３２）は、前記内側スリーブ（２）の軸方向の高さが、前記半径方向高位線（２２１，２３１）よりも低く且つ前記半径方向低位線（２２３，２３３）よりも高い
ことを特徴とする溝付き動圧ラジアル気体軸受。
【請求項２】
前記内側スリーブ（２）と前記外側スリーブ（１）との間に０．００３〜０．００８ｍｍの隙間が設けられている、請求項１に記載の溝付き動圧ラジアル気体軸受。
【請求項３】
前記外側スリーブ（１）の両端に止め輪が設けられている、請求項１または２に記載の溝付き動圧ラジアル気体軸受。
【請求項４】
前記外側スリーブ（１）の外側円周面に貫通孔と窪み部が設けられ、該貫通孔がその窪み部の中にそれと同軸に形成されている、請求項１または２に記載の溝付き動圧ラジアル気体軸受。
【請求項５】
前記外側スリーブ（１）の外側円周面に貫通孔と窪み部が設けられ、該貫通孔がその窪み部の中にそれと同軸に形成されている、請求項３に記載の溝付き動圧ラジアル気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧ラジアル気体軸受、特に溝付き動圧ラジアル気体軸受に関し、気体軸受分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
気体軸受は高速度・高精密度・高温度耐性・低摩擦損失・長使用寿命などの利点があるので、最近何十年の急速発展を経て、今では既に高速・精密支持などの分野に幅広く応用されている。今まで様々な構造が提案されているが、気体軸受は大きく動圧型と静圧型とに分けられる。
【０００３】
動圧気体軸受は軸との間に形成された気体膜を潤滑剤とすることで転動面と案内面との接触をさせない気体軸受の一種で、汚染無し・低摩擦損失・広い適用温度範囲・高い運転安定性・長い使用寿命・高い運転速度など様々な長所を持つ。摩擦損失が少なくて液体潤滑油を必要としないため、高速回転分野、特に、転がり軸受で支えにくい超高速分野及び液体潤滑油が使えない場合によく利用されている。
荷重を支える方向によって、動圧気体軸受は更に動圧ラジアル気体軸受、動圧スラスト気体軸受、動圧ラジアル・スラスト複合気体軸受と分けられる。動圧ラジアル気体軸受は、相対的に回転する二つの作動面が作り出すくさび状の隙間に気体が自身の粘度の働きによって連込まれて圧縮されることで動的な圧力を生じて荷重を支える。構造が互いに異なる動圧ラジアル気体軸受は多少異なる方式で作動する。従来様々な動圧ラジアル気体軸受の中で最も多く使用されているのはティルティングパッド式、溝付き式とフォイル式である。
ティルティングパッド動圧ラジアル気体軸受は、セルフ調整機能が付き、より薄い気体膜で安全に運転でき、熱変形・弾性変形しにくく、加工精度が保証しやすく、そして荷重の変化を自動的に追跡できる高性能動圧気体軸受であり、今国内外で主に大型高速回転機械とタービン機械に使用されている。然しながら、この種の軸受は、パッド構造が複雑なので組み立てに対する要求が一般のラジアル軸受より厳しいため、応用が限定されている。
フォイル動圧ラジアル気体軸受は、弾性を持つので一定な荷重能力と衝撃・振動緩和能力を有するが、一般的に金属フォイルを用いるため、材料の製造・加工に問題がある。そのほか、この種の軸受は減衰性能を向上させにくいため、剛性に欠けて許容回転速度が低く、高速運転時に安定性を失ったり焼き付き固着したりする問題もある。
【０００４】
溝付き動圧ラジアル気体軸受は、安定性に優れゼロ荷重の状態でも安定して運転できる。特に、高速運転時には他種類の軸受より大きい静的支持力を提供できる。これにも関らず、従来の溝付き動圧ラジアル気体軸受は、最大荷重能力が０．５〜１．５ｋｇ、許容回転速度が１００，０００〜２００，０００ｒｐｍしかないため、超高速高荷重用途の要求を満たすことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超高速高荷重用途の要求を満たすことができる溝付き動圧ラジアル気体軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の内容は以下に示すとおりである。
外側スリーブと内側スリーブとを備え、該内側スリーブの外側円周面と両端面の夫々に規則形状を有する溝パターンが施された溝付き動圧ラジアル気体軸受において、前記内側スリーブの一方の端面に施された溝パターンはもう一方の端面に施された溝パターンとミラー対称となっており、前記内側スリーブの外側円周面に施された溝パターンの軸方向輪郭線はその両端面に施された溝パターンの半径方向輪郭線と一対一対応し且つ交差し続ける。
【０００７】
一つの実施態様において、前記内側スリーブの外側円周面に施された溝パターンの軸方向高位線はその両端面に施された溝パターンの半径方向高位線と互いに対応し且つ該両端面に形成された円周方向面取り部の前に交差し続け、前記外側円周面に施された溝パターンの軸方向中位線は前記両端面に施された溝パターンの半径方向中位線と互いに対応し且つ前記面取り部の前に交差し続け、前記外側円周面に施された溝パターンの軸方向低位線は前記両端面に施された溝パターンの半径方向低位線と互いに対応し且つ前記面取り部の前に交差し続る。
一つの実施態様において、前記溝パターンはインペラー形状を有する。
一つの好ましい実施態様において、前記内側スリーブと前記外側スリーブとの間に０．００３〜０．００８ｍｍの隙間が設けられている。
一つの好ましい実施態様において、前記外側スリーブの両端に止め輪が設けられている。
一つの好ましい実施態様において、前記外側スリーブの外側円周面に貫通孔と窪み部が設けられ、該貫通孔がその窪み部の中にそれと同軸に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
従来技術に対して、本発明は以下とおりの著しい進歩性を示す。
本発明は、内側スリーブの外側円周面と両端面の夫々に規則形状を有する溝パターンを施し、その一方の端面に施された溝パターンはもう一方の端面に施された溝パターンとミラー対称となるようにし、そして該外側円周面に施された溝パターンの軸方向輪郭線をその両端面に施された溝パターンの半径方向輪郭線と一対一対応させ且つ交差し続けさせることで、その両端面に施されたインペラー形状を有する溝パターンに生ずる加圧気体を軸の中心から半径方向に沿って前記外側円周面に施された溝パターンの溝に送り続けさせ、動圧ラジアル気体軸受の潤滑剤としてその高速運転を支えるもっと強い支持力を提供てきる気体膜を形成させることが保証できる。こうして、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受は浮上状態の下において安定な高速運転が実現でき、より高い許容回転速度を保証できる。試験結果によると、従来溝付き動圧ラジアル気体軸受の荷重能力が０．５〜１．５ｋｇ、許容回転速度が１００，０００〜２００，０００ｒｐｍであることに対し、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受の荷重能力が１〜３ｋｇ、許容回転速度が２００，０００〜４５０，０００ｒｐｍである。なので、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受は超高速高荷重用途の要求を満たすことができ、従来技術より著しい進歩を達成している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一部が切り取られた本発明の実施例１による溝付き動圧ラジアル気体軸受を左から見た時の透視概略図
【図２】図１に示す部分Ａの拡大図
【図３】一部が切り取られた本発明の実施例１による溝付き動圧ラジアル気体軸受を右から見た時の透視概略図
【図４】図３に示す部分Ｂの拡大図
【図５】本発明の実施例２による溝付き動圧ラジアル気体軸受の断面概略図
【図６】図５に示す部分Ｃの拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例と図面に基づいて本発明の内容をもっと詳しく説明する。
実施例１
図１と図３に示すように、本実施例による溝付き動圧ラジアル気体軸受は、外側スリーブ１と内側スリーブ２を備え、内側スリーブ２の外側円周面と左右両端面の夫々に規則形状を有する溝パターン（図１に２１、２２、２３で示す。本実施例において、これらの溝パターンは全てインペラー形状を有する）が施され、左端面に施された溝パターン２２と右端面に施された溝パターン２３とは互いにミラー対称となっている。
【００１１】
図１ないし図４に示すように、内側スリーブ２の外側円周面に施された溝パターン２１の軸方向輪郭線は左右両端面に施された溝パターン（２２、２３）の半径方向輪郭線と一対一対応し且つ交差し続ける。つまり、外側円周面に施された溝パターン２１の軸方向高位線２１１は左右両端面に施された溝パターン（２２、２３）の半径方向高位線（２２１、２３１）と互いに対応し且つ該端面に形成された円周方向面取り部の前に交差し続け、外側円周面に施された溝パターン２１の軸方向中位線２１２は左右両端面に施された溝パターン（２２、２３）の半径方向中位線（２２２、２３２）と互いに対応し且つ前記面取り部の前に交差し続け、外側円周面に施された溝パターン２１の軸方向低位線２１３は左右両端面に施された溝パターン（２２、２３）の半径方向低位線（２２３、２３３）と互いに対応し且つ前記面取り部の前に交差し続ける。
【００１２】
内側スリーブ２の外側円周面と両端面に規則形状を有する溝パターン（２１、２２、２３）を施し、左端面に施された溝パターン２２と右端面に施された溝パターン２３が互いにミラー対称となるようにし、そして外側円周面に施された溝パターン２１の軸方向輪郭線が左右両端面に施された溝パターン（２２、２３）の半径方向輪郭線と一対一対応させ且つ交差し続けさせることで、両端面に施されたインペラー形状を有する溝パターン（２２、２３）に生ずる加圧気体を軸の中心から半径方向に沿って外側円周面に施された溝パターン２１の溝に送り続けさせ、動圧ラジアル気体軸受の潤滑剤として軸の高速運転を支えるもっと強い支持力を提供てきる気体膜を形成させることが保証できる。こうして、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受は浮上状態の下において安定な高速運転が実現でき、より高い許容回転速度を保証できる。
【００１３】
一方、外側スリーブ１の両端に止め輪１１をそれぞれ設けると、内側スリーブ２の両端面と止め輪１１との間が軸の高速回転によって自動的に密封されるので、前記溝パターンに生じ続ける動的気体は完全に軸受の隙間に封じ込まれ、動圧ラジアル気体軸受の高速運転が必要とする十分な潤滑性を保証できる。軸受の高速運転時の信頼性と安定性をさらに確保するために、前記内側スリーブと外側スリーブとの間に、０．００３〜０．００８ｍｍの隙間を設けたことが好ましい。
【００１４】
実施例２
図５と図６に示すように、本実施例による溝付き動圧ラジアル気体軸受は実施例１との唯一の相違点が下記のとおりである。外側スリーブ１の外側円周面には、該軸受の運転状況をオンライン監視することによってデータ収集を行うセンサー（例えば、温度センサー、圧力センサー、回転速度センサーなど）を装着するための貫通孔１２と窪み部１３が設けられ、しかも貫通孔１２は窪み部１３の中にそれと同軸に形成されている。
【００１５】
試験結果によると、従来溝付き動圧ラジアル気体軸受の荷重能力が０．５〜１．５ｋｇ、許容回転速度が１００，０００〜２００，０００ｒｐｍであることに対し、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受の荷重能力が１〜３ｋｇ、許容回転速度が２００，０００〜４５０，０００ｒｐｍである。なので、本発明による溝付き動圧ラジアル気体軸受は超高速高荷重用途の要求を満たすことができ、従来技術より著しい進歩を達成している。
【００１６】
最後に、ここで留意すべきなのは、上記内容は単なる本発明の技術案をより詳しく説明するつもりのもので、本発明の保護範囲を限定することを意図したものではない。当業者が本発明の上述内容の基づいてなし得た非本質的な改良と調整がすべて本発明の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００１７】
１  外側スリーブ
１１    止め輪
１２    貫通孔
１３    窪み部
２  内側スリーブ
２１    外側円周面に施された溝パターン
２１１  軸方向高位線
２１２  軸方向中位線
２１３  軸方向低位線
２２    左端面に施された溝パターン
２２１  半径方向高位線
２２２  半径方向中位線
２２３  半径方向低位線
２３    右端面に施された溝パターン
２３１  半径方向高位線
２３２  半径方向中位線
２３３  半径方向低位線
【図１】
0006762358.tif 000002
【図２】
0006762358.tif 000003
【図３】
0006762358.tif 000004
【図４】
0006762358.tif 000005
【図５】
0006762358.tif 000006
【図６】
0006762358.tif 000007