(57)【要約】【課題】制振効果を容易に調整可能なダンパを提供する。【解決手段】ダンパ１は、一方の面２１と、一方の面２１と対向し、一方の面２１に対して相対移動可能な他方の面１１と、一方の面２１と他方の面１１との間に配された多数の繊維３０とを備える。多数の繊維３０は、一方の面２１に固定され、他方の面１１と摺動可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維とを備え、
前記多数の繊維が、前記一方の面に固定され、前記他方の面と摺動可能であるダンパ。
【請求項２】
前記多数の繊維が、前記一方の面から前記他方の面へ向けて延びる短繊維で構成された請求項１記載のダンパ。
【請求項３】
一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維とを備え、
前記多数の繊維が、前記一方の面に固定された第一の繊維と、前記他方の面に固定された第二の繊維とを有し、
前記第一の繊維と前記第二の繊維とが摺動可能であるダンパ。
【請求項４】
前記第一の繊維及び前記第二の繊維が、互いに相手方の繊維の間に入り込んだ請求項３記載のダンパ。
【請求項５】
前記第一の繊維が、前記一方の面から前記他方の面へ向けて延びる短繊維で構成され、前記第二の繊維が、前記他方の面から前記一方の面へ向けて延びる短繊維で構成された請求項３又は４記載のダンパ。
【請求項６】
前記一方の面と前記他方の面との間に粘性流体を満たした請求項１〜５の何れかに記載のダンパ。
【請求項７】
一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維と、前記一方の面と前記他方の面との間に満たされた粘性流体とを備えたダンパ。
【請求項８】
前記粘性流体が油である請求項６又は７記載のダンパ。
【請求項９】
空気動圧軸受と、前記空気動圧軸受に取り付けられた請求項１〜８の何れかに記載のダンパとを備えた軸受ユニット。
【請求項１０】
前記空気動圧軸受が、軸受面を有するフォイルと、前記フォイル及び前記ダンパが取り付けられたフォイルホルダとを備えたフォイル軸受である請求項９記載の軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパ及びこれを備えた軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、油の粘性抵抗を利用して軸受等の振動を減衰させるスクイズフィルムダンパが示されている。スクイズフィルムダンパは、振動する可動体が固定体に近接すると、これらの間に満たされた粘性流体（例えば油）の流動及び圧縮により抵抗力が発生し、これにより可動体の振動を減衰させるものである。スクイズフィルムダンパは、可動体と固定体との隙間を小さくするほど制振効果が高まるため、小型化しやすいという特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１１９７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなスクイズフィルムダンパは、可動体と固定体との間の隙間幅や油の種類（粘度）等を変えることによって、制振効果を調整することができる。しかし、可動体と固定体との間の隙間幅や油の種類は、設計上簡単に変更できるものではないため、制振効果を調整することは容易ではない。
【０００５】
そこで、本発明が解決すべき課題は、制振効果を容易に調整可能なダンパを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維とを備え、前記多数の繊維が、前記一方の面に固定され、前記他方の面と摺動可能であるダンパを提供する。
【０００７】
このダンパによれば、一方の面に固定された多数の繊維を、他方の面と摺動させたときの摩擦エネルギーにより、一方の面と他方の面との相対的な振動を減衰することができる。この場合、繊維の諸元（本数、密度、長さ、太さ、材質等）を調整することで、ダンパの制振効果を容易に調整することができる。
【０００８】
このダンパでは、例えば、多数の繊維を、一方の面から他方の面へ向けて延びる短繊維で構成することができる。
【０００９】
また、本発明は、一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維とを備え、前記多数の繊維が、前記一方の面に固定された第一の繊維と、前記他方の面に固定された第二の繊維とを有し、前記第一の繊維と前記第二の繊維とが摺動可能であるダンパを提供する。
【００１０】
このダンパでは、第一の繊維と第二の繊維とを摺動させたときの摩擦エネルギーにより、一方の面と他方の面との相対的な振動を減衰することができる。この場合、第一の繊維及び第二の繊維の諸元を調整することで、ダンパの制振効果を容易に調整することができる。
【００１１】
このダンパは、第一の繊維及び第二の繊維が、互いに相手方の繊維の間に入り込んだ構成とすることができる。この場合、第一の繊維と第二の繊維との接触面積が非常に大きくなるため、ダンパの制振効果を大幅に高めることができる。また、第一の繊維と第二の繊維との間の摩擦力により、第一の面と第二の面との相対移動が規制されるため、これらの面を互いに位置決めする構造を省略あるいは簡略化することができる。
【００１２】
このダンパでは、例えば、第一の繊維を、一方の面から他方の面へ向けて延びる短繊維で構成し、第二の繊維を、他方の面から一方の面へ向けて延びる短繊維で構成することができる。
【００１３】
また、本発明は、一方の面と、前記一方の面と対向し、前記一方の面に対して相対移動可能な他方の面と、前記一方の面と前記他方の面との間に配された多数の繊維と、前記一方の面と前記他方の面との間に満たされた粘性流体（例えば油）とを備えたダンパを提供する。
【００１４】
このように、粘性流体が満たされた隙間に多数の繊維を配することで、粘性流体の流動抵抗が高められ、高い制振効果を得ることができる。この場合、繊維の諸元を調整することで、粘性流体の流動抵抗、ひいてはダンパの制振効果を容易に調整することができる。
【００１５】
また、繊維と一方の面又は他方の面との摺動、あるいは繊維同士の摺動による摩擦エネルギーで振動を減衰させる上述のダンパにおいて、一方の面と他方の面との間に粘性流体を満たせば、摩擦エネルギーによる制振効果に加えて、粘性流体の流動抵抗による制振効果が得られるため、制振効果がさらに高められる。
【００１６】
上記のようなダンパを軸受に取り付ければ、制振機構を備えた軸受ユニットを得ることができる。ところで、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受（例えばフォイル軸受）は、軸受隙間に油を充填しないため、油による制振効果が期待できない。この場合、軸受に取り付けられるダンパには高い制振効果が求められるため、本発明のダンパを適用することが好ましい。具体的に、本発明は、空気動圧軸受と、前記空気動圧軸受に取り付けられた請求項１〜７の何れかに記載のダンパとを備えた軸受ユニットを提供する。上記の空気動圧軸受としては、例えば、軸受面を有するフォイルと、フォイルが取り付けられたフォイルホルダとを備えたフォイル軸受を用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明のダンパによれば、多数の繊維の摩擦エネルギーにより、一方の面と他方の面との相対的な振動を減衰させることができる。この場合、繊維の本数等の諸元を調整することで、ダンパの制振効果を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るダンパの断面図である。
【図２】可動体に固定された繊維の拡大図である。
【図３】他の実施形態に係るダンパの断面図である。
【図４】他の実施形態に係るダンパの断面図である。
【図５】他の実施形態に係るダンパの断面図である。
【図６】他の実施形態に係るダンパの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るダンパの実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態に係るダンパ１を備えた軸受ユニット示す。この軸受ユニットは、軸受３と、軸受３の外周に取り付けられたダンパ１とを備える。軸受３は、空気膜の圧力で軸２を回転自在に支持する空気動圧軸受である。本実施形態の軸受３は、フォイル軸受であり、円筒状のフォイルホルダ３ａと、フォイルホルダ３ａの内周面に取り付けた一枚又は複数枚のフォイル３ｂとを備える。軸２が矢印方向に回転すると、軸２の外周面２ａとフォイル３ｂの内径面（軸受面）との間のラジアル軸受隙間Ｒに空気膜が形成され、この空気膜の圧力で軸２が回転自在に支持される。
【００２１】
ダンパ１は、円筒状の固定体１０と、固定体１０の内周に配された円筒状の可動体２０と、可動体２０の外周面２１（一方の面）と固定体１０の内周面１１（他方の面）との間に配された多数の繊維３０とを備える。固定体１０の内周面１１と可動体２０の外周面２１とは、何れも円筒面状を成し、半径方向で対向している。固定体１０と可動体２０との間は空気で満たされている。固定体１０の外周面は図示しないハウジング等に固定され、可動体２０は固定体１０に対して微小移動可能とされる。ダンパ１には、固定体１０に対する可動体２０のせん断方向（軸方向及び周方向）の移動を規制する位置決め手段が設けられる（図示省略）。この位置決め手段は、固定体１０に対する可動体２０の微小移動を許容し、移動量を所定範囲内に収めるものであることが好ましい。
【００２２】
繊維３０は、一端（内径端）が可動体２０の外周面２１に固定され、他端（外径端）が固定体１０の内周面１１へ向けて延びている。すなわち、繊維３０は、可動体２０の外周面２１から立ち上がった状態（可動体２０の外周面２１と略直交した状態）とされる。詳しくは、図２に示すように、多数の繊維３０が、可動体２０の外周面２１に緻密に配された多数の短繊維で構成される。図示例では、繊維３０の一端が、シート４０を介して可動体２０の外周面２１に固定される。尚、繊維３０の一端を、可動体２０の外周面２１に直接固定してもよい。また、可動体２０を省略し、多数の繊維３０を固定したシート４０を、軸受３のフォイルホルダ３ａの外周面に直接貼り付けてもよい。
【００２３】
各繊維３０の他端（外径端）は自由端であり、固定体１０の内周面１１に接触している。繊維３０の他端と固定体１０の内周面１１とは固定されていない。従って、可動体２０が固定体１０に対して振動すると、繊維３０の他端と固定体１０の内周面１１とが摺動する。尚、図１及び図２では、各繊維３０の長さや、可動体２０と固定体１０との半径方向間隔を誇張して示している。また、図１では、各繊維３０の他端が自由端であることを表すために、繊維３０と固定体１０の内周面１１とを僅かに離隔させているが、実際にはこれらは接触している。
【００２４】
繊維３０としては、例えば、ポリアミドやポリエステル等の合成樹脂からなる樹脂繊維や、綿や羊毛等の天然繊維を使用することができる。中でも、ポリアミド繊維は、高温耐久性に優れ、品質が安定しているため好ましい。さらに強度が必要な場合は、芳香族系ポリアミド繊維を使用することが好ましい。
【００２５】
繊維３０は、例えば静電植毛により施工面（本実施形態ではシート４０の表面）に固定される。具体的には、まず、平坦状にした可撓性のシート４０の表面に接着剤を塗布した後、シート４０を接地すると共に、多数の繊維３０を載せた電極に数万ボルトの負の電位を印加する。これにより、分極した繊維３０が、シート４０に対して概ね垂直に飛来し、各繊維３０の一端が、硬化していない接着剤に埋設される。その後、接着剤が硬化することで、多数の繊維３０が緻密に植毛されたシート４０が得られる。このシート４０を、繊維３０が設けられた面が外径側となるように丸めながら可動体２０の外周面２１に貼り付けることで、可動体２０の外周面２１に多数の繊維３０が固定される。尚、繊維３０を施工面に固定する方法として、分極した繊維３０にエアを吹き付けて施工面に付着させる、静電吹き付け植毛を採用してもよい。
【００２６】
本実施形態では、多数の繊維３０が、同じ諸元の短繊維で構成される。具体的には、多数の繊維３０が、長さ、太さ、及び材質が同一の短繊維で構成される。また、繊維３０は、可動体２０の外周面２１の全域に均一に設けられる。尚、繊維３０が短すぎたり長すぎたりすると、可動体２０の外周面２１への繊維３０の固定（本実施形態ではシート４０への固定）が困難となる。このため、繊維３０の長さ（平均長さ）は、例えば０．３〜５ｍｍが望ましい。具体的に、例えば静電植毛で繊維３０をシート４０に固定する場合、繊維３０が０．３ｍｍ未満であると、繊維３０全体が接着剤に埋没してしまう恐れがある。また、繊維３０が５ｍｍより長いと、植毛時に繊維３０同士が絡み合い、各繊維３０をシート４０に略垂直に植毛することが困難となる。繊維３０の太さ（平均太さ）は、例えば５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍの範囲で設定される。
【００２７】
軸２が回転すると、軸受３のフォイル３ｂの軸受面と軸２の外周面２ａとの間のラジアル軸受隙間Ｒの空気膜の圧力により、軸２が回転自在に支持される。そして、軸受３に振動が生じると、軸受３の外周に設けられたダンパ１に振動が伝達され、ダンパ１の可動体２０が固定体１０に対して振動する。このとき、可動体２０に固定された多数の繊維３０の他端と固定体１０の内周面１１とが摺動することにより、この摺動による摩擦エネルギーで可動体２０の振動、ひいては軸受３の振動が減衰される。
【００２８】
このダンパ１によれば、多数の繊維３０の構成を変更することで、制振効果を容易に調整することができる。例えば、繊維３０の数（密度）、太さ、長さ、及び材質のうち、一つあるいは複数の諸元を変更することで、ダンパ１による制振効果を調整できる。具体的には、例えば、繊維３０の数を多くすれば（すなわち、繊維３０の密度を高めれば）、繊維３０と固定体１０の内周面１１との接触面積が増えて、摺動時の摩擦エネルギーが大きくなるため、ダンパ１の制振効果を高めることができる。
【００２９】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と重複する点の説明は省略する。
【００３０】
図３に示す実施形態は、繊維３０の一端（外径端）が、固定体１０の内周面１１に固定され、繊維３０の他端（内径端）が可動体２０の外周面２１へ向けて延びている点で、上記の実施形態と異なる。図示例では、多数の繊維３０がシート４０を介して固定体１０の内周面１１に固定されている。各繊維３０の他端（内径端）は自由端であり、可動体２０の外周面２１と摺動可能とされる。
【００３１】
図４に示すダンパ１は、一端が固定体１０の内周面１１に固定され、他端が自由端である多数の第一の繊維３１と、一端が可動体２０の外周面２１に固定され、他端が自由端である多数の第二の繊維３２とを備える。第一の繊維３１と第二の繊維３２とは、互いに相手方の繊維の間に入り込んでいる。詳しくは、第一の繊維３１の他端（自由端）は第二の繊維３２の間に入り込み、第二の繊維３２の他端（自由端）は第一の繊維３１の間に入り込んでいる。
【００３２】
軸２の回転時に軸受３に振動が生じると、ダンパ１の可動体２０が固定体１０に対して振動する。このとき、固定体１０に固定された第一の繊維３１と可動体２０に固定された第二の繊維３２とが摺動することにより、軸受３の振動が減衰される。このように、繊維３１，３２同士を摺動させることで、上記の実施形態のように繊維３０と固定体１０の内周面１１あるいは可動体２０の外周面２１とを摺動させる場合と比べて摺動面積が格段に大きくなるため、制振効果が大幅に向上する。
【００３３】
また、上記のように第一の繊維３１と第二の繊維３２とが互いに相手方の繊維の間に入り込むことで、可動体２０の固定体１０に対するせん断方向（回転方向及び軸方向）の摩擦係数が極端に高くなるため、両繊維３１，３２の間の摩擦力で可動体２０を固定体１０に対して保持することができる。これにより、固定体１０に対する可動体２０のせん断方向の移動を規制するための位置決め手段を省略あるいは簡略化することができ、ダンパ１の構造を簡略化できる。
【００３４】
また、図４に示すダンパ１において、両繊維３１，３２の先端（自由端）を屈曲させて面ファスナーのような構成としてもよい。この場合、両繊維３１，３２同士が半径方向で係合することで絡み合う力が強くなるため、可動体２０と固定体１０との固定力が高められ、これらのせん断方向の移動が抑えられる。
【００３５】
図５に示す実施形態では、固定体１０と可動体２０との間の隙間に粘性流体（散点で示す）が満たされ、この隙間に多数の繊維３０が配されている。図示例では、繊維３０が、可動体２０の外周面２１から外径側に延びている。図示例では、各繊維３０の自由端（外径端）が、固定体１０と可動体２０の間の半径方向中間部で留まっており、固定体１０の内周面１１と摺動しない構成となっている。粘性流体としては、油や水が使用でき、特に油が好ましい。粘性流体で満たされた固定体１０と可動体２０との間の隙間の開口部（軸方向両端部）には、粘性流体をシールするシール機構が設けられる（図示省略）。
【００３６】
可動体２０が固定体１０に対して振動すると、ダンパ１の粘性流体の流動抵抗により振動が減衰される。このとき、固定体１０と可動体２０との間に多数の繊維３０が介在しているため、粘性流体の流動抵抗が高められ、制振効果が高められる。この場合、繊維３０の諸元（繊維の密度、長さ、太さ、材質等）を変えることで、粘性流体の流動抵抗を調整し、制振効果を調整することができる。
【００３７】
また、可動体２０に固定した多数の繊維３０を固定体１０の内周面１１と摺動させる構成（図１参照）、固定体１０に固定した多数の繊維３０を可動体２０の外周面２１と摺動させる構成（図３参照）、あるいは固定体１０に固定した多数の繊維３１と可動体２０に固定した多数の繊維３２とを摺動させる構成（図４参照）において、固定体１０と可動体２０との間の隙間を粘性流体で満たせば、繊維の摺動時の摩擦エネルギーによる制振効果に加え、粘性流体の流動抵抗による制振効果を得ることができる。
【００３８】
以上の実施形態では、固定体１０と可動体２０との間の隙間の全域に繊維３０を設けた場合を示したが、これに限らず、固定体１０と可動体２０との間の隙間の一部領域のみに繊維３０を設けてもよい。例えば、固定体１０と可動体２０との間の隙間うち、周方向に離間した複数の領域に繊維３０を設け、これらの領域の周方向間の繊維を省略してもよい。
【００３９】
また、以上の実施形態では、多数の繊維３０を同じ諸元の繊維で構成した場合を示したが、繊維３０の諸元（長さ、太さ、材質、密度等）を異ならせてもよい。例えば、繊維３０の諸元を周方向で連続的に変化させてもよい。あるいは、複数の周方向領域に繊維３０を設け、各周方向領域の繊維３０の諸元を異ならせてもよい。あるいは、諸元の異なる複数種の繊維３０を混合した状態で、固定体１０あるいは可動体２０に固定してもよい。
【００４０】
また、以上の実施形態では、外周側の部材が固定体１０、内周側の部材が可動体２０である場合を示したが、これに限らず、例えば外周側の部材を可動体、内周側の部材を固定体としたり、あるいは両部材を相対的に移動可能な可動体としてもよい。
【００４１】
また、以上の実施形態では、本発明に係るダンパ１を、軸をラジアル方向に支持するラジアル軸受に取り付けた場合を示したが、これに限らず、本発明に係るダンパは、軸に設けられたスラストカラーをスラスト方向に支持するスラスト軸受に取り付けることもできる。例えば図６に示すダンパ１０１は、円盤状の固定体１１０及び可動体１２０と、固定体１１０の平坦な端面１１２と可動体１２０の平坦な端面との間に配された多数の繊維１３０とを備える。スラスト軸受としては、例えば空気動圧軸受、特にフォイル軸受が用いられる。
【００４２】
図６に示すダンパ１０１は、例えば、可動体１２０に固定した多数の繊維１３０を固定体１１０の端面１１２と摺動させる構成（図１と同様の構成）、固定体１１０に固定した多数の繊維１３０を可動体１２０の端面と摺動させる構成（図３と同様の構成）、固定体１１０に固定した多数の繊維と可動体１２０に固定した多数の繊維とを摺動させる構成（図４と同様の構成）、あるいは、固定体１１０と可動体１２０との間に多数の繊維１３０及び粘性流体を介在させた構成（図５と同様の構成）の何れでも適用することができる。また、図６に示すダンパ１０１には、上記実施形態のダンパ１の各変形例を適用することができる。
【００４３】
本発明に係るダンパは、例えば、ガスタービンや過給機等のターボ機械、車両、産業機器、家電等に組み込まれる軸受の振動制御用として使用することができる。また、本発明に係るダンパは、軸受に限らず、振動を減衰させることが必要な部品に取り付けることができる。尚、接着剤を用いて繊維を固定する場合は、接着剤の耐熱性より低温環境で使用する必要があるため、例えば常温で使用される用途に適用することが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１     ダンパ
２     軸
３     軸受
１０   固定体
１１   内周面（他方の面）
２０   可動体
２１   外周面（一方の面）
３０   繊維
３１   第一の繊維
３２   第二の繊維
４０，４２，４３     シート
Ｒ     ラジアル軸受隙間
【図１】
2017096442.tif 000003
【図２】
2017096442.tif 000004
【図３】
2017096442.tif 000005
【図４】
2017096442.tif 000006
【図５】
2017096442.tif 000007
【図６】
2017096442.tif 000008