スクイーズフィルムダンパ軸受
【課題】構造が簡単であり、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易であり、最大応力を許容応力以下に容易に設定でき、半径方向のばね定数が周方向に一定であり、かつ潤滑油により軸振動の十分な減衰効果を持たせることができるスクイーズフィルムダンパ軸受を提供する。
【解決手段】円筒形の回転軸と回転軸を囲む軸受と軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、回転軸と軸受との間、又は軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受。回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪１２と、軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪１４と、内輪と外輪との間にスリット１８を隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部１６とからなる。各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪と一体的に連結されている。
【解決手段】円筒形の回転軸と回転軸を囲む軸受と軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、回転軸と軸受との間、又は軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受。回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪１２と、軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪１４と、内輪と外輪との間にスリット１８を隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部１６とからなる。各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪と一体的に連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジェットエンジンなど高速回転軸を支持し、その振動を抑制するスクイーズフィルムダンパ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクイーズフィルムダンパ軸受は、回転軸を支持する軸受と固定面との間に流体膜を形成して、この流体膜圧力により軸受を支持する方式の軸受であり、特に高速回転軸の振動を低減させる特徴がある。そのため、この軸受は、ジェットエンジン、ターボ圧縮機、ターボチャージャなどの軸受として従来から用いられている。
以下、本出願において、スクイーズフィルムダンパ軸受を単に、「ダンパ軸受」と略称する。
【０００３】
従来のダンパ軸受は、例えば、特許文献１，２、および非特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、軸の振れ廻りを有効に減衰でき、かつ製作費用の安価なスクイーズフィルムダンパ軸受を目的とする。
そのため、このダンパ軸受は、図１に示すように、軸受メタル５２を、内外面に軸方向に平行な突起を有し、かつ、同方向に等分割した剛性の大きい同心化バネ５３を介して軸受ケーシング５４により支持し、突起間に形成される凹部に油膜を形成するものである。
【０００５】
特許文献２は、大形から小形の軸受まで適用でき、簡単な構造でダンピング効果を得ることを目的とする。
そのため、このダンパ軸受は、図２に示すように、回転体６０と支持体６１との間に配される軸受のダンパ要素であって、支持体６１に固定された筒状体６２の内面と外面との間に形成されたスリット６３と、スリット６３内に充填された粘性流体とを含み、スリット６３は、少なくとも略一周にわたって筒状体の略周方向に連続して延び、スリット６３の一端が筒状体６２の内面と外面との間にあり、かつ他の一端が筒状体６２の内面及び外面のいずれか一方で開放されているものである。なおこの図で６４は円形穴である。
【０００６】
非特許文献１に開示されたダンパ軸受は、特許文献２にも同様の構成が開示されており、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、外輪７２の内面７２ａと外面７２ｂとの間に２つのスリット７３を有する。各スリット７３は、ほぼ１周にわたって外輪７２のほぼ周方向に連続して伸び、その両端がともに外輪７２の中実部（外輪の厚み内）にある。さらに、スリット７３の両端には、スリット７３の幅よりも大径の円形穴７４が軸線方向に全長にわたって形成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２６１２３２号公報、「スクイーズフィルムダンパ軸受」
【特許文献２】特開２００７−５６９７６号公報、「軸受のダンパ要素及びその製造方法、並びにガスタービンエンジン」
【０００８】
【非特許文献１】Ｈ． Ｋａｎｋｉ， ｅｔ． ａｌ， “ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＭＰＡＣＴ ＤＡＭＰＥＲ ＢＥＡＲＩＮＧ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＥＴＣ／ＣＩＥ ２００５， Ｓｅｐｔ．２４−２５，２００５， Ｌｏｎｇ Ｂｅａｃｈ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のダンパ軸受は、軸受メタル５２と同心化バネ５３の２つの部品からなるため、構造が複雑であり、スペースを要し、内外面の精度確保が難しい問題点があった。また同心化バネ５３の突起を介して軸受メタル５２を軸受ケーシング５４により支持するので、突起部に過大応力が発生し、これを回避するために、突起数を増やすると、同心化バネ５３のばね定数が過大となり軸振動の減衰効果が不十分になる問題点があった。
【００１０】
特許文献２のダンパ軸受は、筒状体６２が一体であり、内外面の精度確保はできるが、スリット６３の内端（円形穴６４近傍）に過大応力が発生し、これを許容応力以下にすると、半径方向のばね定数が過大となり軸振動の減衰効果が不十分になる問題点があった。
【００１１】
非特許文献１に開示されたダンパ軸受は、筒状体７２が一体であり、内外面の精度確保はでき、最大応力も小さくできるが、半径方向のばね定数が周方向に変化する問題点があった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、構造が簡単であり、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易であり、最大応力を許容応力以下に容易に設定でき、半径方向のばね定数が周方向に一定であり、かつ潤滑油により軸振動の十分な減衰効果を持たせることができるスクイーズフィルムダンパ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、円筒形の回転軸と該回転軸を囲む軸受と該軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、前記回転軸と軸受との間、又は前記軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であって、
前記回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪と、前記軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪と、前記内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部とからなり、
該各中間円弧部は、周方向一端が外輪と一体的に連結され、他端が内輪と一体的に連結されている、ことを特徴とするスクイーズフィルムダンパ軸受が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記中間円弧部は、回転軸の回転中心から一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が１２０度以下の曲がり梁である。
【００１５】
前記スリットは、外輪との間の外側スリットと、内輪との間の内側スリットとからなり、各外側スリットは、隣接する中間円弧部の内側スリットと周方向に傾斜した傾斜スリットで連結されている。
【００１６】
また前記傾斜スリットで連結された外側スリットと内側スリットは、その両端部に応力低減用の貫通穴を有する。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の構成によれば、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受が、円筒形の回転軸と軸受（例えば転がり軸受）との間、又は軸受と固定面の間に挿入され、回転軸又は軸受を支持するので、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易である。
【００１８】
さらに、中間円弧部が内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し、その周方向一端が外輪と一体的に連結され他端が内輪と一体的に連結されているので、中間円弧部を曲がり梁としてその弾性変形により、内輪を固定された外輪から弾性的に支持できる。これにより、スリット内に潤滑油を保持することで、軸振動の十分な減衰効果を持たせることができ、かつ所定の軸振動に対し最大応力を許容応力以下に容易に設定できる。
【００１９】
また、３以上の中間円弧部が周方向に同一間隔を隔てる構造であるため、構造が簡単である。さらにこの構造により、半径方向のばね定数が周方向に一定になることが後述する解析により確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】特許文献１のダンパ軸受の模式図である。
【図２】特許文献２のダンパ軸受の模式図である。
【図３】非特許文献１のダンパ軸受の模式図である。
【図４】本発明によるダンパ軸受の第１実施形態図である。
【図５】図４のダンパ軸受１０の詳細図である。
【図６】本発明によるダンパ軸受の第２実施形態図である。
【図７】参考例１のダンパ軸受の構成図である。
【図８】参考例２のダンパ軸受の構成図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図４は、本発明によるダンパ軸受の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）はダンパ軸受１０を軸方向から見た正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。以下、図４の形態を「本発明１」と呼ぶ。
この図において、本発明のダンパ軸受１０は、円筒形の回転軸２０、回転軸２０を囲む軸受２２（この例で転がり軸受）、及び軸受２２を囲む円筒形の固定面３０を有する回転軸受部に用いられる。またこの例において、本発明のダンパ軸受１０は、軸受２２と固定面３０との間に挿入され、軸受２２を支持する。
なお、本発明のダンパ軸受１０は、この例に限定されず、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入され、回転軸２２を支持してもよい。また、回転軸２２は転がり軸受に限定されず、その他の軸受であってもよい。
【００２３】
図５は、図４のダンパ軸受１０の詳細図であり、図５（Ａ）は図４のダンパ軸受１０のみを軸方向から見た正面図である。
【００２４】
図５（Ａ）において、本発明のダンパ軸受１０は、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であり、全体として中空円筒形である。
以下、この図において、回転軸２０の回転中心（すなわち円筒形の固定面３０の中心）を原点Ｏとし、ｘ軸とｙ軸を図のように定義する。
【００２５】
本発明のダンパ軸受１０は、内輪１２、外輪１４、および４つの中間円弧部１６からなる。内輪１２、外輪１４、および中間円弧部１６は、スリット１８で部分的に分離されているが、全体として一体の部材である。また、内輪１２の内面とスリット１８には潤滑油が供給され、スリット１８間の流体膜圧力により回転軸２０（及び軸受２２）の振動を低減させるようになっている。
【００２６】
内輪１２は、原点Ｏを中心とする中空円筒形部材であり、その内面で回転軸２０の外側に設けた転がり軸受２２を支持する。また、ダンパ軸受１０を、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入する場合には、内輪１２は、回転軸２０を支持する。
【００２７】
外輪１４は、原点Ｏを中心とする中空円筒形部材であり、その外面が固定面３０に密着して固定される。外輪１４の外面は固定面３０に隙間なく嵌合しており、外輪１４が固定面３０に固定された状態で、共回りすることなく回転軸２０が軸心を中心に所定の高速回転ができるようになっている。
また、ダンパ軸受１０を、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入する場合には、外輪１４は、軸受２２の内輪に密着して固定される。
【００２８】
中間円弧部１６は、その内面と外面が原点Ｏを中心とする円弧面からなる円弧状部材である。すなわち、中間円弧部１６は、回転軸２０の回転中心Ｏから一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定である曲がり梁である。
また、中間円弧部１６は、内輪１２と外輪１４との間にそれぞれ所定幅のスリット１８を隔てて位置する。
さらに、この例では４つの中間円弧部１６は、周方向に同一間隔を隔てており、この周方向角度は９０度である。
【００２９】
さらに、各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪１４と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されている。
【００３０】
スリット１８は、外輪１４との間の外側スリット１８ａと、内輪１２との間の内側スリット１８ｂとからなる。各外側スリット１８ａは、隣接する中間円弧部１６の内側スリット１８ｂと周方向に傾斜した傾斜スリット１８ｃで連結されている。
外側スリット１８ａ、内側スリット１８ｂ、および傾斜スリット１８ｃは、好ましくは半径方向に同一の幅を有し、軸方向に平行な貫通溝である。これらのスリットの幅は、回転軸２０の軸振動によりスリット幅が０にならず（すなわち接触せず）、かつスリット１８間の流体膜圧力により回転軸２０の振動を効果的に低減できるように設定するのがよい。
【００３１】
さらに、傾斜スリット１８ｃで連結された外側スリット１８ａと内側スリット１８ｂは、その両端部に応力低減用の貫通穴１９を有する。貫通穴１９の大きさは、その周辺に発生する最大応力が材料の許容応力を超えないように設定する。
【００３２】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の簡易モデルの図である。この図に示すように、図５（Ａ）のダンパ軸受１０は、４つの中間円弧部１６が、それぞれ回転軸の回転中心Ｏから一定の半径Ｒを有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が９０度の曲がり梁とみなすことができる。
この場合、各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪１４と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されている。
【００３３】
このモデルでは、内輪１２は、回転軸２０の軸振動（この図で左右方向）を中間円弧部１６に伝達できる十分な厚さを有しており、内輪１２に発生する最大応力は許容応力より十分小さく設定されている。
また、外輪１４は、中間円弧部１６から伝達される力を固定面３０に伝達できる十分な厚さを有しており、外輪１４に発生する最大応力は許容応力より十分小さく設定されている。
さらに、上述したスリット１８の半径方向幅は、軸方向に一定であり、回転軸２０の軸振動の半径方向最大幅よりも大きく、中間円弧部１６の内外面が内輪１２又は外輪１４と接触しないように設定する。
なおこの場合、中間円弧部１６の周方向一端１６ａは固定端であり、中間円弧部１６の他端１６ｂは内輪１２の振動方向１にのみ移動する移動端とみなすことができる。
【００３４】
上述したモデルを用いることにより、ダンパ軸受１０の特性（バネ定数や最大応力）を材料力学に基づき、簡易的に求めることができる。
【００３５】
図６は、本発明によるダンパ軸受の第２実施形態図である。この図において、（Ａ）はダンパ軸受１０を軸方向から見た正面図、（Ｂ）はその簡易モデルの図である。以下、図６の形態を「本発明２」と呼ぶ。
本発明のダンパ軸受１０は、内輪１２、外輪１４、および３つの中間円弧部１６からなる。この例では３つの中間円弧部１６は、周方向に同一間隔を隔てており、この周方向角度は１２０度である。
その他の構成は図４の第１実施形態と同様である。
【００３６】
図７は、参考例１のダンパ軸受の構成図であり、ダンパ軸受６２を軸方向から見た正面図である。
このダンパ軸受６２は、特許文献２に開示されたものであり、回転体６０と支持体６１との間に配される軸受のダンパ要素であって、支持体６１に固定された筒状体６２（ダンパ軸受）の内面と外面との間に形成されたスリット６３と、スリット６３内に充填された粘性流体とを含み、スリット６３は、少なくとも略一周にわたって筒状体の略周方向に連続して延び、スリット６３の一端が筒状体６２の内面と外面との間にあり、かつ他の一端が筒状体６２の外面で開放されているものである。なおこの図で６４は円形穴である。
この参考例１のダンパ軸受は、スリット６３の一端が筒状体６２の外面で開放されている点において、本発明のダンパ軸受と大きく相違する。また、スリット同士が交差していないことから、ばねとしての役割をほとんど持たない。
【００３７】
図８は、参考例２のダンパ軸受の構成図であり、ダンパ軸受７０を軸方向から見た正面図である。
このダンパ軸受は、非特許文献１及び特許文献２に開示されたものであり、外輪７２の内面７２ａと外面７２ｂとの間に２つのスリット７３を有する。各スリット７３は、ほぼ１周にわたって外輪７２のほぼ周方向に連続して伸び、その両端がともに外輪７２の中実部（外輪の厚み内）にある。さらに、スリット７３の両端には、スリット７３の幅よりも大径の円形穴７４が軸線方向に全長にわたって形成されているものである。
この参考例２のダンパ軸受は、本発明の中間円弧部１６に相当する部分が、周方向に２つのみである点において、本発明のダンパ軸受と大きく相違する。
【実施例１】
【００３８】
上述した参考例１，２と本発明１，２のダンパ軸受を、以下の同一条件で解析し、そのバネ係数と最大応力を求めた。
【００３９】
（解析条件）
内径／外径／幅：１２７ｍｍ／９０ｍｍ／２０ｍｍ
スリット幅：０．１５ｍｍ
材質：ＳＵＳ６３０（相当材）（応力比−１、疲労限４３４ＭＰa）
ヤング率：２０２ＧＰａ
ポアソン比：０．２９１
【００４０】
上記解析は、汎用の有限要素法解析プログラムを用いて、スリット幅に相当する撓みを所望の方向に与えて最大応力を求め、そのときの反力からバネ定数を求めた。解析結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１において、内輪１２に対する負荷方向（軸の振動方法）は、ｙ方向からの角度であり、ｙ方向は０°、ｘ方向は９０°である。また、表中の上段はバネ定数［Ｎ／ｍｍ］、下段（括弧内）は最大応力を示している。
【００４３】
この表から、参考例１では、最大応力が過大応力であり、かつばね定数も過大であり、軸振動の減衰効果が低いことがわかる。
また、参考例２では、半径方向のばね定数が周方向の０°と９０°で大きく相違することがわかる。
【００４４】
これに対し、本発明１では、最大応力が２２４〜２６８ＭＰａであり、許容応力より十分低く、かつ、周方向の０，３０，４５，９０°において、半径方向のばね定数が一定（２．８４Ｅ＋４）となっている。
さらに、本発明２においても、周方向の０，４５，９０°において、半径方向のばね定数が一定（６８１０．１）となっている。
【００４５】
従って、本発明１，２のダンパ軸受では、スリットに粘性流体を注入することによりダンパとして作用することがわかる。
【００４６】
上述した本発明の構成によれば、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受１０が、円筒形の回転軸２０とこれを囲む円筒形の固定面３０の間に挿入、回転軸の回転を支持するので、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易である。
【００４７】
さらに、中間円弧部１６が内輪１２と外輪１４との間にスリット１８を隔てて位置し、その周方向一端１６ａが外輪１２と一体的に連結され他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されているので、中間円弧部１６を曲がり梁としてその弾性変形により、内輪１２を固定された外輪１４から弾性的に支持できる。これにより、スリット１８内に潤滑油を保持することで、軸振動の十分な減衰効果を持たせることができ、かつ所定の軸振動に対し最大応力を許容応力以下に容易に設定できる。
【００４８】
また、３以上の中間円弧部１６が周方向に同一間隔を隔てる構造であるため、構造が簡単である。さらにこの構造により、半径方向のばね定数が周方向に一定になることが解析により確認された。
【００４９】
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、中間円弧部は、３又は４に限定されず、５以上であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 振動方向、１０ ダンパ軸受、
１２ 内輪、１４ 外輪、１６ 中間円弧部、
１６ａ 一端、１６ｂ 他端、１８ スリット、
１８ａ 外側スリット、１８ｂ 内側スリット、
１９ 貫通穴、２０ 回転軸、３０ 固定面
【技術分野】
【０００１】
本発明はジェットエンジンなど高速回転軸を支持し、その振動を抑制するスクイーズフィルムダンパ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクイーズフィルムダンパ軸受は、回転軸を支持する軸受と固定面との間に流体膜を形成して、この流体膜圧力により軸受を支持する方式の軸受であり、特に高速回転軸の振動を低減させる特徴がある。そのため、この軸受は、ジェットエンジン、ターボ圧縮機、ターボチャージャなどの軸受として従来から用いられている。
以下、本出願において、スクイーズフィルムダンパ軸受を単に、「ダンパ軸受」と略称する。
【０００３】
従来のダンパ軸受は、例えば、特許文献１，２、および非特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、軸の振れ廻りを有効に減衰でき、かつ製作費用の安価なスクイーズフィルムダンパ軸受を目的とする。
そのため、このダンパ軸受は、図１に示すように、軸受メタル５２を、内外面に軸方向に平行な突起を有し、かつ、同方向に等分割した剛性の大きい同心化バネ５３を介して軸受ケーシング５４により支持し、突起間に形成される凹部に油膜を形成するものである。
【０００５】
特許文献２は、大形から小形の軸受まで適用でき、簡単な構造でダンピング効果を得ることを目的とする。
そのため、このダンパ軸受は、図２に示すように、回転体６０と支持体６１との間に配される軸受のダンパ要素であって、支持体６１に固定された筒状体６２の内面と外面との間に形成されたスリット６３と、スリット６３内に充填された粘性流体とを含み、スリット６３は、少なくとも略一周にわたって筒状体の略周方向に連続して延び、スリット６３の一端が筒状体６２の内面と外面との間にあり、かつ他の一端が筒状体６２の内面及び外面のいずれか一方で開放されているものである。なおこの図で６４は円形穴である。
【０００６】
非特許文献１に開示されたダンパ軸受は、特許文献２にも同様の構成が開示されており、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、外輪７２の内面７２ａと外面７２ｂとの間に２つのスリット７３を有する。各スリット７３は、ほぼ１周にわたって外輪７２のほぼ周方向に連続して伸び、その両端がともに外輪７２の中実部（外輪の厚み内）にある。さらに、スリット７３の両端には、スリット７３の幅よりも大径の円形穴７４が軸線方向に全長にわたって形成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２６１２３２号公報、「スクイーズフィルムダンパ軸受」
【特許文献２】特開２００７−５６９７６号公報、「軸受のダンパ要素及びその製造方法、並びにガスタービンエンジン」
【０００８】
【非特許文献１】Ｈ． Ｋａｎｋｉ， ｅｔ． ａｌ， “ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＭＰＡＣＴ ＤＡＭＰＥＲ ＢＥＡＲＩＮＧ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＥＴＣ／ＣＩＥ ２００５， Ｓｅｐｔ．２４−２５，２００５， Ｌｏｎｇ Ｂｅａｃｈ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のダンパ軸受は、軸受メタル５２と同心化バネ５３の２つの部品からなるため、構造が複雑であり、スペースを要し、内外面の精度確保が難しい問題点があった。また同心化バネ５３の突起を介して軸受メタル５２を軸受ケーシング５４により支持するので、突起部に過大応力が発生し、これを回避するために、突起数を増やすると、同心化バネ５３のばね定数が過大となり軸振動の減衰効果が不十分になる問題点があった。
【００１０】
特許文献２のダンパ軸受は、筒状体６２が一体であり、内外面の精度確保はできるが、スリット６３の内端（円形穴６４近傍）に過大応力が発生し、これを許容応力以下にすると、半径方向のばね定数が過大となり軸振動の減衰効果が不十分になる問題点があった。
【００１１】
非特許文献１に開示されたダンパ軸受は、筒状体７２が一体であり、内外面の精度確保はでき、最大応力も小さくできるが、半径方向のばね定数が周方向に変化する問題点があった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、構造が簡単であり、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易であり、最大応力を許容応力以下に容易に設定でき、半径方向のばね定数が周方向に一定であり、かつ潤滑油により軸振動の十分な減衰効果を持たせることができるスクイーズフィルムダンパ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、円筒形の回転軸と該回転軸を囲む軸受と該軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、前記回転軸と軸受との間、又は前記軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であって、
前記回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪と、前記軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪と、前記内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部とからなり、
該各中間円弧部は、周方向一端が外輪と一体的に連結され、他端が内輪と一体的に連結されている、ことを特徴とするスクイーズフィルムダンパ軸受が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記中間円弧部は、回転軸の回転中心から一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が１２０度以下の曲がり梁である。
【００１５】
前記スリットは、外輪との間の外側スリットと、内輪との間の内側スリットとからなり、各外側スリットは、隣接する中間円弧部の内側スリットと周方向に傾斜した傾斜スリットで連結されている。
【００１６】
また前記傾斜スリットで連結された外側スリットと内側スリットは、その両端部に応力低減用の貫通穴を有する。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の構成によれば、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受が、円筒形の回転軸と軸受（例えば転がり軸受）との間、又は軸受と固定面の間に挿入され、回転軸又は軸受を支持するので、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易である。
【００１８】
さらに、中間円弧部が内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し、その周方向一端が外輪と一体的に連結され他端が内輪と一体的に連結されているので、中間円弧部を曲がり梁としてその弾性変形により、内輪を固定された外輪から弾性的に支持できる。これにより、スリット内に潤滑油を保持することで、軸振動の十分な減衰効果を持たせることができ、かつ所定の軸振動に対し最大応力を許容応力以下に容易に設定できる。
【００１９】
また、３以上の中間円弧部が周方向に同一間隔を隔てる構造であるため、構造が簡単である。さらにこの構造により、半径方向のばね定数が周方向に一定になることが後述する解析により確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】特許文献１のダンパ軸受の模式図である。
【図２】特許文献２のダンパ軸受の模式図である。
【図３】非特許文献１のダンパ軸受の模式図である。
【図４】本発明によるダンパ軸受の第１実施形態図である。
【図５】図４のダンパ軸受１０の詳細図である。
【図６】本発明によるダンパ軸受の第２実施形態図である。
【図７】参考例１のダンパ軸受の構成図である。
【図８】参考例２のダンパ軸受の構成図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図４は、本発明によるダンパ軸受の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）はダンパ軸受１０を軸方向から見た正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。以下、図４の形態を「本発明１」と呼ぶ。
この図において、本発明のダンパ軸受１０は、円筒形の回転軸２０、回転軸２０を囲む軸受２２（この例で転がり軸受）、及び軸受２２を囲む円筒形の固定面３０を有する回転軸受部に用いられる。またこの例において、本発明のダンパ軸受１０は、軸受２２と固定面３０との間に挿入され、軸受２２を支持する。
なお、本発明のダンパ軸受１０は、この例に限定されず、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入され、回転軸２２を支持してもよい。また、回転軸２２は転がり軸受に限定されず、その他の軸受であってもよい。
【００２３】
図５は、図４のダンパ軸受１０の詳細図であり、図５（Ａ）は図４のダンパ軸受１０のみを軸方向から見た正面図である。
【００２４】
図５（Ａ）において、本発明のダンパ軸受１０は、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であり、全体として中空円筒形である。
以下、この図において、回転軸２０の回転中心（すなわち円筒形の固定面３０の中心）を原点Ｏとし、ｘ軸とｙ軸を図のように定義する。
【００２５】
本発明のダンパ軸受１０は、内輪１２、外輪１４、および４つの中間円弧部１６からなる。内輪１２、外輪１４、および中間円弧部１６は、スリット１８で部分的に分離されているが、全体として一体の部材である。また、内輪１２の内面とスリット１８には潤滑油が供給され、スリット１８間の流体膜圧力により回転軸２０（及び軸受２２）の振動を低減させるようになっている。
【００２６】
内輪１２は、原点Ｏを中心とする中空円筒形部材であり、その内面で回転軸２０の外側に設けた転がり軸受２２を支持する。また、ダンパ軸受１０を、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入する場合には、内輪１２は、回転軸２０を支持する。
【００２７】
外輪１４は、原点Ｏを中心とする中空円筒形部材であり、その外面が固定面３０に密着して固定される。外輪１４の外面は固定面３０に隙間なく嵌合しており、外輪１４が固定面３０に固定された状態で、共回りすることなく回転軸２０が軸心を中心に所定の高速回転ができるようになっている。
また、ダンパ軸受１０を、回転軸２０と軸受２２との間との間に挿入する場合には、外輪１４は、軸受２２の内輪に密着して固定される。
【００２８】
中間円弧部１６は、その内面と外面が原点Ｏを中心とする円弧面からなる円弧状部材である。すなわち、中間円弧部１６は、回転軸２０の回転中心Ｏから一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定である曲がり梁である。
また、中間円弧部１６は、内輪１２と外輪１４との間にそれぞれ所定幅のスリット１８を隔てて位置する。
さらに、この例では４つの中間円弧部１６は、周方向に同一間隔を隔てており、この周方向角度は９０度である。
【００２９】
さらに、各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪１４と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されている。
【００３０】
スリット１８は、外輪１４との間の外側スリット１８ａと、内輪１２との間の内側スリット１８ｂとからなる。各外側スリット１８ａは、隣接する中間円弧部１６の内側スリット１８ｂと周方向に傾斜した傾斜スリット１８ｃで連結されている。
外側スリット１８ａ、内側スリット１８ｂ、および傾斜スリット１８ｃは、好ましくは半径方向に同一の幅を有し、軸方向に平行な貫通溝である。これらのスリットの幅は、回転軸２０の軸振動によりスリット幅が０にならず（すなわち接触せず）、かつスリット１８間の流体膜圧力により回転軸２０の振動を効果的に低減できるように設定するのがよい。
【００３１】
さらに、傾斜スリット１８ｃで連結された外側スリット１８ａと内側スリット１８ｂは、その両端部に応力低減用の貫通穴１９を有する。貫通穴１９の大きさは、その周辺に発生する最大応力が材料の許容応力を超えないように設定する。
【００３２】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の簡易モデルの図である。この図に示すように、図５（Ａ）のダンパ軸受１０は、４つの中間円弧部１６が、それぞれ回転軸の回転中心Ｏから一定の半径Ｒを有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が９０度の曲がり梁とみなすことができる。
この場合、各中間円弧部１６は、周方向一端１６ａが外輪１４と一体的に連結され、他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されている。
【００３３】
このモデルでは、内輪１２は、回転軸２０の軸振動（この図で左右方向）を中間円弧部１６に伝達できる十分な厚さを有しており、内輪１２に発生する最大応力は許容応力より十分小さく設定されている。
また、外輪１４は、中間円弧部１６から伝達される力を固定面３０に伝達できる十分な厚さを有しており、外輪１４に発生する最大応力は許容応力より十分小さく設定されている。
さらに、上述したスリット１８の半径方向幅は、軸方向に一定であり、回転軸２０の軸振動の半径方向最大幅よりも大きく、中間円弧部１６の内外面が内輪１２又は外輪１４と接触しないように設定する。
なおこの場合、中間円弧部１６の周方向一端１６ａは固定端であり、中間円弧部１６の他端１６ｂは内輪１２の振動方向１にのみ移動する移動端とみなすことができる。
【００３４】
上述したモデルを用いることにより、ダンパ軸受１０の特性（バネ定数や最大応力）を材料力学に基づき、簡易的に求めることができる。
【００３５】
図６は、本発明によるダンパ軸受の第２実施形態図である。この図において、（Ａ）はダンパ軸受１０を軸方向から見た正面図、（Ｂ）はその簡易モデルの図である。以下、図６の形態を「本発明２」と呼ぶ。
本発明のダンパ軸受１０は、内輪１２、外輪１４、および３つの中間円弧部１６からなる。この例では３つの中間円弧部１６は、周方向に同一間隔を隔てており、この周方向角度は１２０度である。
その他の構成は図４の第１実施形態と同様である。
【００３６】
図７は、参考例１のダンパ軸受の構成図であり、ダンパ軸受６２を軸方向から見た正面図である。
このダンパ軸受６２は、特許文献２に開示されたものであり、回転体６０と支持体６１との間に配される軸受のダンパ要素であって、支持体６１に固定された筒状体６２（ダンパ軸受）の内面と外面との間に形成されたスリット６３と、スリット６３内に充填された粘性流体とを含み、スリット６３は、少なくとも略一周にわたって筒状体の略周方向に連続して延び、スリット６３の一端が筒状体６２の内面と外面との間にあり、かつ他の一端が筒状体６２の外面で開放されているものである。なおこの図で６４は円形穴である。
この参考例１のダンパ軸受は、スリット６３の一端が筒状体６２の外面で開放されている点において、本発明のダンパ軸受と大きく相違する。また、スリット同士が交差していないことから、ばねとしての役割をほとんど持たない。
【００３７】
図８は、参考例２のダンパ軸受の構成図であり、ダンパ軸受７０を軸方向から見た正面図である。
このダンパ軸受は、非特許文献１及び特許文献２に開示されたものであり、外輪７２の内面７２ａと外面７２ｂとの間に２つのスリット７３を有する。各スリット７３は、ほぼ１周にわたって外輪７２のほぼ周方向に連続して伸び、その両端がともに外輪７２の中実部（外輪の厚み内）にある。さらに、スリット７３の両端には、スリット７３の幅よりも大径の円形穴７４が軸線方向に全長にわたって形成されているものである。
この参考例２のダンパ軸受は、本発明の中間円弧部１６に相当する部分が、周方向に２つのみである点において、本発明のダンパ軸受と大きく相違する。
【実施例１】
【００３８】
上述した参考例１，２と本発明１，２のダンパ軸受を、以下の同一条件で解析し、そのバネ係数と最大応力を求めた。
【００３９】
（解析条件）
内径／外径／幅：１２７ｍｍ／９０ｍｍ／２０ｍｍ
スリット幅：０．１５ｍｍ
材質：ＳＵＳ６３０（相当材）（応力比−１、疲労限４３４ＭＰa）
ヤング率：２０２ＧＰａ
ポアソン比：０．２９１
【００４０】
上記解析は、汎用の有限要素法解析プログラムを用いて、スリット幅に相当する撓みを所望の方向に与えて最大応力を求め、そのときの反力からバネ定数を求めた。解析結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１において、内輪１２に対する負荷方向（軸の振動方法）は、ｙ方向からの角度であり、ｙ方向は０°、ｘ方向は９０°である。また、表中の上段はバネ定数［Ｎ／ｍｍ］、下段（括弧内）は最大応力を示している。
【００４３】
この表から、参考例１では、最大応力が過大応力であり、かつばね定数も過大であり、軸振動の減衰効果が低いことがわかる。
また、参考例２では、半径方向のばね定数が周方向の０°と９０°で大きく相違することがわかる。
【００４４】
これに対し、本発明１では、最大応力が２２４〜２６８ＭＰａであり、許容応力より十分低く、かつ、周方向の０，３０，４５，９０°において、半径方向のばね定数が一定（２．８４Ｅ＋４）となっている。
さらに、本発明２においても、周方向の０，４５，９０°において、半径方向のばね定数が一定（６８１０．１）となっている。
【００４５】
従って、本発明１，２のダンパ軸受では、スリットに粘性流体を注入することによりダンパとして作用することがわかる。
【００４６】
上述した本発明の構成によれば、一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受１０が、円筒形の回転軸２０とこれを囲む円筒形の固定面３０の間に挿入、回転軸の回転を支持するので、設置に必要なスペースが少なく、内外面の精度確保が容易である。
【００４７】
さらに、中間円弧部１６が内輪１２と外輪１４との間にスリット１８を隔てて位置し、その周方向一端１６ａが外輪１２と一体的に連結され他端１６ｂが内輪１２と一体的に連結されているので、中間円弧部１６を曲がり梁としてその弾性変形により、内輪１２を固定された外輪１４から弾性的に支持できる。これにより、スリット１８内に潤滑油を保持することで、軸振動の十分な減衰効果を持たせることができ、かつ所定の軸振動に対し最大応力を許容応力以下に容易に設定できる。
【００４８】
また、３以上の中間円弧部１６が周方向に同一間隔を隔てる構造であるため、構造が簡単である。さらにこの構造により、半径方向のばね定数が周方向に一定になることが解析により確認された。
【００４９】
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、中間円弧部は、３又は４に限定されず、５以上であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 振動方向、１０ ダンパ軸受、
１２ 内輪、１４ 外輪、１６ 中間円弧部、
１６ａ 一端、１６ｂ 他端、１８ スリット、
１８ａ 外側スリット、１８ｂ 内側スリット、
１９ 貫通穴、２０ 回転軸、３０ 固定面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の回転軸と該回転軸を囲む軸受と該軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、前記回転軸と軸受との間、又は前記軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であって、
前記回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪と、前記軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪と、前記内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部とからなり、
該各中間円弧部は、周方向一端が外輪と一体的に連結され、他端が内輪と一体的に連結されている、ことを特徴とするスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項２】
前記中間円弧部は、回転軸の回転中心から一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が１２０度以下の曲がり梁である、ことを特徴とする請求項１に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項３】
前記スリットは、外輪との間の外側スリットと、内輪との間の内側スリットとからなり、各外側スリットは、隣接する中間円弧部の内側スリットと周方向に傾斜した傾斜スリットで連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項４】
前記傾斜スリットで連結された外側スリットと内側スリットは、その両端部に応力低減用の貫通穴を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項１】
円筒形の回転軸と該回転軸を囲む軸受と該軸受を囲む円筒形の固定面とを有する回転軸受部に用いられ、前記回転軸と軸受との間、又は前記軸受と固定面との間に挿入され回転軸又は軸受を支持する一体型のスクイーズフィルムダンパ軸受であって、
前記回転軸又は軸受を支持する中空円筒形の内輪と、前記軸受又は固定面に密着して固定される中空円筒形の外輪と、前記内輪と外輪との間にスリットを隔てて位置し周方向に同一間隔を隔てる３以上の中間円弧部とからなり、
該各中間円弧部は、周方向一端が外輪と一体的に連結され、他端が内輪と一体的に連結されている、ことを特徴とするスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項２】
前記中間円弧部は、回転軸の回転中心から一定の半径を有し、半径方向の厚さが一定であり、周方向角度が１２０度以下の曲がり梁である、ことを特徴とする請求項１に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項３】
前記スリットは、外輪との間の外側スリットと、内輪との間の内側スリットとからなり、各外側スリットは、隣接する中間円弧部の内側スリットと周方向に傾斜した傾斜スリットで連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【請求項４】
前記傾斜スリットで連結された外側スリットと内側スリットは、その両端部に応力低減用の貫通穴を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のスクイーズフィルムダンパ軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２０３５０４（Ｐ２０１０−２０３５０４Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４８７０５（Ｐ２００９−４８７０５）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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