(57)【要約】【課題】フォイル式流体軸受の回転性能をより一層向上させる。【解決手段】回転体のジャーナル部（１３）の外周を環状空隙（Ｇ）を介して囲む静止保持部材（２）と、前記ジャーナル部と前記静止保持部材との間に円周方向に分割されて配置され且つその一端が前記静止保持部材に止着された複数の求心力発生フォイル（例えばミッドフォイル１２）とを有するフォイル式流体軸受（１）において、前記静止保持部材における前記複数の求心力発生フォイルの各止着端同士間の部分に軸方向に沿うスリット（４）を形成するものとする。これにより、フォイル式流体軸受としての完成品における軸支部の精度を満足させた上で、ジャーナル部の支持剛性の中心位置の設定自由度を高めることができる【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のジャーナル部の外周を環状空隙を介して囲む静止保持部材と、前記ジャーナル部と前記静止保持部材との間に円周方向に分割されて配置され且つその一端が前記静止保持部材に止着された複数の求心力発生フォイルとを有するフォイル式流体軸受であって、
前記静止保持部材における前記複数の求心力発生フォイルの各止着端同士間の部分に軸方向に沿うスリットが形成されることを特徴とするフォイル式流体軸受。
【請求項２】
前記静止保持部材の軸方向両端部に薄肉部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のフォイル式流体軸受。
【請求項３】
回転体のジャーナル部の外周を環状空隙を介して囲む静止保持部材と、前記ジャーナル部と前記静止保持部材との間に円周方向に分割されて配置され且つその一端が前記静止保持部材に止着された複数の求心力発生フォイルとを有するフォイル式流体軸受であって、
前記静止保持部材における前記複数の求心力発生フォイルの各止着端同士間の部分に軸方向に沿う溝が形成され、且つ該溝が、その軸方向両端を前記静止保持部材に固定した板材で塞がれることを特徴とするフォイル式流体軸受。
【請求項４】
前記求心力発生フォイルは、互いに反対方向に延出した遊端側同士を互いに重ね合わせ、且つ静止保持部材の内周面に各基端を止着した複数のリーフ片からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフォイル式流体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のジャーナル部の外周を環状の空隙を介して囲む静止保持部材と、環状空隙に配置されてジャーナル部を支持するフォイルアセンブリとを有するフォイル式流体軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
数万ｒｐｍで高速回転する回転体の軸受けとして、フォイル（可撓膜）で軸受面を構成し、回転体の回転に伴ってジャーナル部とフォイルとの間に引き込まれる流体（空気）の圧力によってジャーナル部を浮揚支持するように構成されたフォイル式流体軸受が知られている。このようなフォイル式流体軸受として、複数のバンプフォイルを有するもの（米国特許第４，２７７，１１３号明細書：特許文献１）や、複数のリーフフォイルを有するもの（米国特許第４，１７８，０４６号明細書：特許文献２）等が知られている。
【０００３】
これらのフォイル式流体軸受においては、複数のバンプフォイル、或いは複数のリーフフォイルが、弾性に富む薄い金属板をプレス成型する等して形成され、これらが求心方向への弾発力をジャーナル部に作用させているが、仮にこれらの剛性が円周方向について均一であったとすると、その剛性中心は軸受け中心と一致することとなる。この状態でのジャーナル部の回転中の平衡中心位置は、回転体の重量によるフォイルの変形量で決まるので、回転方向が時計回りの場合、低速回転域では、軸受け中心に対して左下に偏心した位置となる。
【０００４】
そしてジャーナル部の回転速度が増大するに連れ、ジャーナル部に作用する左上方へ向けての空気力が強くなるので、ジャーナル部の中心は、左下方の偏心位置からフォイルの剛性中心（つまり軸受け中心）に向かって右回りに移動する。そしてジャーナル部の中心が軸受け中心に接近すると、ジャーナル部に作用する空気力が低下するので、ジャーナル部の中心は再び左下に移動する。この作用は、回転速度に応じた周期で繰り返され、ジャーナル部の振れ回り不安定現象を発生させる。フォイル式空気軸受けの場合、軸心拘束力が比較的小さいので、このような不安定現象は、一次曲げ共振点での発散を招き、加速中に共振点を安全に通過することを阻害する要因となる。
【０００５】
このような不安定現象の発生を抑制して一次曲げ共振点を安全に通過し得るようにするには、回転体の重量によるフォイルの変形量を少なくすること、つまり適正な剛性と十分な減衰力とをフォイルに発生させることが必要であり、そのための一つの方策として、フォイルの剛性中心を、軸受け中心よりも上方に位置させる、即ち、バンプフォイル或いはリーフフォイルの剛性を、上側に位置するものよりも下側に位置するものを高くすることが挙げられる。
【特許文献１】米国特許第４，２７７，１１３号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１７８，０４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、プレス成型などで形成される多数のバンプフォイル或いはリーフフォイルの剛性や減衰特性を任意に設定することは極めて困難であり、軸受けとしての完成品における軸支部の精度（内径寸法、内周面の円筒度など）を満足させた上で、軸受け孔の周方向位置に応じて所期の剛性を有するフォイルを配置しようとすることは、歩留まりの低下を招かざるを得なかった。また軸受けの剛性や減衰特性の変更は、製造工程にも影響を及ぼすなど、極めて困難であり、これらの問題が一次曲げ共振点での振幅を小さくしてフォイル式流体軸受の回転性能をより一層高めることを困難にしていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような、問題点を解決してフォイル式流体軸受の回転性能のより一層の向上を実現するために、本発明の請求項１においては、回転体のジャーナル部（１３）の外周を環状空隙（Ｇ）を介して囲む静止保持部材（２）と、前記ジャーナル部と前記静止保持部材との間に円周方向に分割されて配置され且つその一端が前記静止保持部材に止着された複数の求心力発生フォイル（例えばミッドフォイル１２）とを有するフォイル式流体軸受（１）において、前記静止保持部材における前記複数の求心力発生フォイルの各止着端同士間の部分に軸方向に沿うスリット（４）が形成されることを特徴とするものとした。
【０００８】
また請求項２においては、上記構成に加えて、前記静止保持部材の軸方向両端部に薄肉部（６）が形成されることを特徴とするものとした。
【０００９】
更に請求項３においては、回転体のジャーナル部の外周を環状空隙を介して囲む静止保持部材と、前記ジャーナル部と前記静止保持部材との間に円周方向に分割されて配置され且つその一端が前記静止保持部材に止着された複数の求心力発生フォイルとを有するフォイル式流体軸受において、前記静止保持部材における前記複数の求心力発生フォイルの各止着端同士間の部分に軸方向に沿う溝（２３）が形成され、且つ該溝が、その軸方向両端を前記静止保持部材に固定した板材（２５）で塞がれることを特徴とするものとした。
【００１０】
これらに加えて請求項４においては、前記求心力発生フォイルを、互いに反対方向に延出した遊端側同士を互いに重ね合わせ、且つ静止保持部材の内周面に各基端を止着した複数のリーフ片からなることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明の請求項１の構成によれば、静止保持部材は機械加工が比較的容易なので、静止保持部材の周壁をスリットで周方向について分断し、且つ分断した小部分毎にその肉厚を違えるなどすれば、静止保持部材の剛性の絶対値並びに周方向についての剛性分布を容易に且つ適宜に設定することが可能となり、これに止着するフォイルの剛性精度に依存せずにフォイル式流体軸受としての回転性能を高めることができる。また請求項２の構成によれば、静止保持部材の剛性の設定自由度をより一層広くすることができる。更に請求項３の構成によれば、板材の材質や肉厚の設定で静止保持部材の剛性中心を任意に設定することができる。そして請求項４の構成によれば、十分な摩擦を効率よく発生させることができ、所望の減衰特性を比較的容易に得ることができる。即ち、本発明により、フォイル式流体軸受としての完成品における軸支部の精度を満足させた上で、ジャーナル部の支持剛性の中心位置の設定自由度を高めることができるので、フォイル式流体軸受の回転性能を高める上に多大な効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付の図面に示した好適実施例を参照して本発明について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１〜４は、本発明によるフォイル式流体軸受の一例を概念的に示している。図１は側面図、図２は中心軸に直交する軸方向中央部の断面図、図３は中心軸に沿う断面図、そして図４は外観斜視図である。なお、各図においては、各部の関係を分かり易く示すために実用上の寸法比は無視している。
【００１４】
このフォイル式流体軸受１は、内周輪郭が実質的な真円の略円筒形をなす静止保持部材２と、静止保持部材２の内周面に固着されたフォイルアセンブリ３とからなっている。
【００１５】
静止保持部材２の周壁を円周方向に等分割（例えば８〜３２分割）した位置には、それぞれ軸方向スリット４が形成されている。これらのスリット４は、静止保持部材２の円筒形状の保持に支障が生じないように、静止保持部材２の軸方向の両端を残して形成されている。
【００１６】
静止保持部材２の周壁を複数のスリット４で周方向について分割することで形成された複数の分割部５には、その軸方向両端部に薄肉部６が設けられている。この薄肉部６の厚さにより、各分割部５の軸方向中央が径方向に微小変形し得るように、各分割部５の剛性（弾性変形率）が調整されている。
【００１７】
各分割部５の剛性は、薄肉部６の厚さ寸法、或いは分割部５自体の周方向寸法（角度）などにより、所望に応じて任意に設定することができる。例えば上方側に位置するものよりも下方側に位置するものの方を高く設定することにより、静止保持部材２の周壁の剛性が、中心を通る水平面よりも下半部の方が上半部に比してより高くなる、即ち変形し難くなるようにすることができ、これにより、その剛性中心を、静止保持部材２の幾何学的な中心よりも上方に位置するようにすることができる。
【００１８】
フォイルアセンブリ３は、径方向内側に配置された１つのトップフォイル１１と、その外側に配置された３層のミッドフォイル１２とからなっており、軸線に直交する断面の輪郭が実質的に真円をなす回転体のジャーナル部１３を静止保持部材２の中心部に挿通した際に、静止保持部材２の内周面とジャーナル部１３の外周面との間に画成される環状空隙Ｇに配置されている。
【００１９】
トップフォイル１１は、平坦なシート材を略円筒状に湾曲させたものであり、軸方向に列設された多数点のスポット溶接部１４をもって、静止保持部材２の頂部に位置する１つの分割部５の内周面にその一端を結合させ、且つその他端を時計回り方向に延出させてジャーナル部１３の外周の略全周に渡って巻回されている。
【００２０】
ミッドフォイル１２は、トップフォイル１１と同様に、平坦なシート材を略円筒状に湾曲させたものを適宜な角度で分断したリーフ片を組み合わせてなっている。本実施例におけるミッドフォイル１２は、基本的に１列のスポット溶接部１５で３つのリーフ片を結合しており、スポット溶接部１５で結合された固定端から時計方向に遊端を延出した１つのリーフ片１２ａを、反時計方向に遊端を延出した２つのリーフ片１２ｂ・１２ｃの固定端で挟んだ態様のものを１組とし、これを所定の組数用意し、各組を、周方向に並んだ分割部５の、例えば３つおきに位置するものに固着してなっている。
【００２１】
このようにして、それぞれの一端が円周を等分割する適宜な位置の分割部５の内周面にスポット溶接部１５をもって結合されて３層構造をなすミッドフォイル１２が、互いに反対方向へ延出したリーフ片同士を重ね合わせて摺接させた状態で、求心方向の弾発力をジャーナル部１３に常時作用させるようになっている。
【００２２】
ジャーナル部１３が振動し、この振動が伝わって分割部５が振動すると、ミッドフォイル１２を構成する各層のリーフ片１２ａ・１２ｂ・１２ｃ同士が相互に摺接し、摩擦力による減衰（クーロン減衰）を発生する。これが有効に作用するように、各リーフ片１２ａ・１２ｂ・１２ｃの両面と、トップフォイル１１の外周面には、例えば銅コーティングが施されている。このコーティング材の材質や膜厚で摩擦係数を調節したり、ミッドフォイルの枚数を増減させたりすることにより、所望に応じて減衰特性を制御することができる。またトップフォイル１１の内周面には、低速回転時の摩擦抵抗の低減のため、ＰＴＦＥ系のコーティングが施されている。
【実施例２】
【００２３】
図５〜７は、本発明によるフォイル式流体軸受１の別例を示している。本実施例においては、フォイルアセンブリ３の構成は基本的に上記第１実施例と同様なので、その説明は省略する。本実施例の静止保持部材２１におけるミッドフォイル１２の弾性変形可能部が対向する部分、換言すると、静止保持部材２１における互いに隣り合うミッドフォイル１２の固着部同士の間の部分には、軸方向に沿う溝２３並びに透かし孔２４が形成されている。そして透かし孔２４を軸方向について橋渡しするように、短冊状の金属板を弧状に湾曲させたブリッジ部材２５が、その軸方向両端をビス２６を用いるなどして静止保持部材２１の内周側に固定されている。
【００２４】
ブリッジ部材２５の軸方向中間部に、ジャーナル部１３の重量がミッドフォイル１２を介して加わるので、ブリッジ部材２５の材質や肉厚でその剛性を調整することにより、ミッドフォイル１２の剛性と合成された軸受け全体としての剛性中心を任意に設定することができることは上記第１実施例と同様である。なお、要するに静止保持部材２１の周方向についての剛性分布を所望に応じて適宜に設定できれば良いので、例えば、本実施例に於ける透かし孔２４は必須ではなく、軸方向に溝を形成し、その溝底との間に隙間を空けた状態でブリッジ部材２５を溝内に嵌め込むように構成しても良い。
【００２５】
上記のようにして、静止保持部材２・２１の周方向についての剛性分布を適宜に調整することにより、複数のミッドフォイル１２の剛性精度に依存せずに、ジャーナル部１３を支持する軸受け全体としての剛性中心を任意に設定することができる。これによると、回転速度が高くなるに従ってジャーナル部１３が浮揚した際に、速度に応じた平衡位置で安定して回転するので、振れ回り不安定現象の発生が抑制される。つまりこれにより、ジャーナル部１３の一次曲げ共振点での振幅を小さくし、加速中に共振点を安全に通過し得るようにフォイル式流体軸受１を構成することができる。
【００２６】
上述した構造は、本発明の概念を説明するために例示したものに過ぎず、実用に当たっては、適宜に変形して対応し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係るフォイル式流体軸受は、安定的な高速回転を要求される回転体を支持する部分に広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるフォイル式流体軸受けの側面図である。（実施例１）
【図２】図１中のII−II線に沿う断面図である。（実施例１）
【図３】図２中のIII−III線に沿う断面図である。（実施例１）
【図４】本発明によるフォイル式流体軸受けの斜視図である。（実施例１）
【図５】本発明によるフォイル式流体軸受けの別例の図２と同様な断面図である。（実施例２）
【図６】図５に示したフォイル式流体軸受けの一部切除して示す斜視図である。（実施例２）
【図７】図５に示したフォイル式流体軸受けの要部斜視図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００２９】
１  フォイル式流体軸受
２  静止保持部材
３  フォイルアセンブリ
４  軸方向スリット
５  分割部
６  薄肉部
１１  トップフォイル
１２  ミッドフォイル
１３  ジャーナル部
１４・１５  スポット溶接部
２１  静止保持部材
２３  軸方向溝
２４  透かし孔
２５  ブリッジ部材
【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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