阻尼轴承及阻尼的制作方法

本发明涉及具有阻尼功能的阻尼轴承及阻尼。

背景技术：

以往，为了支持各种旋转轴而使用多种轴承。轴承有滚动轴承、滑动轴承、静压轴承等。另一方面，旋转轴在固有的转速范围和负荷条件下产生过大的振动。因此，衰减旋转轴的振动对于旋转机械的高性能化是必要的。

作为用于抑制过大的振动的现有技术，有些通过轴承的部分衰减振动。例如，具有设置于滚动轴承的外周部分，衰减向轴承传递的半径方向的振动的筒状的阻尼元件（例如，参照专利文献1以及专利文献2）。这些阻尼元件中，筒状体的内表面和外表面之间形成狭缝，通过向该狭缝的内部供给的粘性流体发挥阻尼效果。

又，作为其它的现有技术提出了阻尼轴承。阻尼轴承具有支承旋转轴的轴承、用于以适当的刚度支持轴承的对中弹簧、和用于衰减振动的阻尼。作为阻尼轴承的现有技术，例如在内侧圈（rim）和外侧圈之间具备介由s字状的对中弹簧而同心配置的阻尼桥（damperbridge）（例如，参照专利文献3）。该阻尼轴承中使用气体轴承，阻尼桥两侧的内侧圈和外侧圈之间配置有一体型的丝网阻尼。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2004-278580号公报；

专利文献2：日本特开2007-56976号公报；

专利文献3：美国us8083413b2号公报。

技术实现要素：

发明要解决的问题：

另外，作为一种轴承有静压轴承。静压轴承中的气体轴承具有能以低摩擦应对高速旋转，与油润滑的滑动轴承和滚动轴承不同能使轴承部无油（oil-free）的优点。然而，气体轴承有振动衰减小的缺点。又，使用气体轴承的高速旋转机械大多小型且受空间制约严重。

然而，即使要将气体轴承与上述专利文献1、2记载的阻尼元件组合，由于专利文献1、2中未公开向轴承部供给气体的机构和分离气体与粘性流体的机构，因此不能与气体轴承组合使用。

又，上述专利文献3由于在轴承的轴方向的中央部分介由s字状的对中弹簧设置阻尼桥，因此半径方向的尺寸较大，难以采用为小型机械的轴承。又，s字状的对中弹簧的部分不能配置丝网阻尼（阻尼元件），该部分无衰减作用因此衰减较弱。

因此，本发明的目的在于提供一种轴承为气体轴承，半径方向的尺寸能较小，具有能使整个轴方向有助于衰减的阻尼功能的阻尼轴承及阻尼。

解决问题的手段：

为了达成上述目的，本发明的阻尼轴承具备：支持旋转轴的轴承部；和位于所述轴承部的外周，在半径方向具有规定的厚度且外表面安装于结构部的筒状部；所述轴承部由在与所述旋转轴之间形成规定的轴承间隙地支持该旋转轴的静压轴承构成，所述筒状部具有在外表面和内表面之间沿轴方向贯通，在周方向延伸的规定宽度的面状狭缝；所述面状狭缝在所述筒状部的周方向上隔开规定间隔地形成多个；多个所述面状狭缝形成为从所述筒状部的外表面的开放端沿半径方向延伸，在外表面和内表面之间圆弧状地延伸至周方向的规定位置；在没有所述面状狭缝的位置处具备从所述筒状部的外表面不通过所述面状狭缝地贯通至所述轴承部的轴承流体供给孔。

根据该结构，能将轴承流体从外表面经由不通过面状狭缝的部分地设置的轴承流体供给孔适当地供给至轴承部，发挥静压轴承的功能。因此，能构成阻尼轴承，该阻尼轴承具有静压轴承的功能，能通过筒状部的外表面和内表面之间在周方向延伸的多个面状狭缝，在整个轴方向衰减从轴承部沿半径方向传递的振动。由于筒状部具备轴承部，因此能使具有面状狭缝的阻尼功能的阻尼轴承的半径方向的尺寸形成为较小。

又，也可以是，所述筒状部在所述面状狭缝的外方处的外表面还具备外表面空间，具备将阻尼用流体从外表面向所述外表面空间内以及所述面状狭缝内的至少一方供给的阻尼流体供给孔。

如此构成能通过将阻尼用流体从阻尼流体供给孔向面状狭缝内以及外表面空间内的至少一方供给，由此以面状狭缝内或外表面空间内供给的阻尼用流体带来的阻尼效果适当地衰减向轴承部传递的半径方向的振动。

又，也可以是，所述轴承流体供给孔和所述阻尼流体供给孔在所述筒状部的周方向上错开配置；所述轴承流体供给孔和所述阻尼流体供给孔之间设置有密封构件，所述密封构件防止从所述轴承流体供给孔供给的轴承流体中混入所述阻尼用流体。

如此构成能通过在筒状部的周方向上错开配置的轴承流体供给孔和阻尼流体供给孔之间设置的密封构件，适当地防止轴承流体中混入阻尼用流体。

又，也可以是，所述筒状部在所述面状狭缝的外方处的外表面还具备外表面空间，在所述外表面空间内以及所述面状狭缝内的至少一方设置固体阻尼元件。作为固体阻尼元件例如可使用丝网形成为规定的厚度的部件、带狭缝薄板弯曲而成的部件、树脂制球体粒子集合而成的部件等。

如此构成能通过在筒状部的面状狭缝内及外表面的外表面空间内的至少一方设置的固体阻尼元件进行振动衰减。

又，也可以是，所述筒状部在轴方向的两端部还具备阻止所述固体阻尼元件的轴方向移动的保持构件。

如此构成能利用保持构件阻止配置于筒状部的外表面上设置的外表面空间内的固体阻尼元件在轴方向移动。例如，即使固体阻尼元件为球体粒子的情况，也能通过保持构件进行稳定的位置保持。

另一方面，本发明的阻尼是衰减从旋转轴沿半径方向传递的振动的阻尼，具备位于所述旋转轴的外周，在半径方向具有规定的厚度且外表面安装于结构部的筒状部；所述筒状部具有在外表面和内表面之间沿轴方向贯通，在周方向延伸的微细宽度的面状狭缝；所述面状狭缝在所述筒状部的周方向上隔开规定间隔地形成多个；多个所述面状狭缝形成为从所述筒状部的外表面的开放端沿半径方向延伸，在外表面和内表面之间圆弧状地延伸至周方向的规定位置；所述筒状部在所述面状狭缝的外方还具备外表面空间，在所述外表面空间内以及所述面状狭缝内的至少一方设置固体阻尼元件。

根据该结构，能通过在筒状部的外表面和内表面之间沿周方向延伸的多个面状狭缝内以及筒状部的外表面处的外表面空间内的至少一方设置的固体阻尼元件，发挥在整个轴方向衰减沿半径方向传递的振动的阻尼功能。而且，不使用阻尼用流体等就能构成发挥固体阻尼元件带来的高阻尼功能的阻尼。

又，也可以是，所述筒状部在轴方向的两端部还具备阻止所述固体阻尼元件的轴方向移动的保持构件。

如此构成能利用保持构件阻止配置于筒状部的外表面上设置的外表面空间内的固体阻尼元件在轴方向移动。例如，即使固体阻尼元件为球体粒子的情况，也能通过保持构件进行稳定的位置保持。

又，也可以是，所述固体阻尼元件由丝网形成为规定的厚度。如此构成能利用丝网的变形引起的摩擦衰减从筒状部的内表面向外表面沿半径方向传递的振动。

又，也可以是，所述固体阻尼元件由带狭缝薄板弯曲而成。如此构成能通过狭缝的部分弯曲变形来衰减从筒状部的内表面向外表面沿半径方向传递的振动。

又，也可以是，所述固体阻尼元件由球体粒子集合而成。如此构成能通过球体粒子的移动引起的摩擦来衰减从筒状部的内表面向外表面沿半径方向传递的振动。

发明效果：

根据本发明，能提供一种能通过筒状部的整个轴方向上设置的面状狭缝发挥阻尼功能，通过从没有在筒状部的周方向延伸的面状狭缝的位置向轴承部的轴承流体而作为静压轴承使用的阻尼轴承。

又，能提供一种在整个轴方向能通过固体阻尼元件来衰减振动的阻尼。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施形态的第一阻尼轴承的主视图；

图2是图1所示的第一阻尼轴承的ii-ii截面图；

图3是示出根据本发明第二实施形态的第二阻尼轴承的主视图；

图4是图3所示的第二阻尼轴承的iv-iv截面图；

图5是示出图3所示的固体阻尼元件的不同例子的局部图；

图6是图5所示的固体阻尼元件的俯视图；

图7是示出图3所示的固体阻尼元件的另一不同例子的局部图；

图8是示出根据本发明第三实施形态的第三阻尼轴承的主视图；

图9是示出本发明的阻尼中设置滚动轴承的例子的主视图。

具体实施方式

以下，基于附图进行说明本发明的实施形态。以下的实施形态中，主要对具有静压轴承的功能的阻尼轴承10、30进行说明。本说明书以及权利要求书的文件中的上下左右方向的概念，与图1所示面向第一阻尼轴承10的状态下的上下左右方向的概念一致。又，图1所示的第一阻尼轴承10的纸面正交方向（旋转轴1的延伸方向）称为轴方向。另，对间隙等进行了夸大记载。

（根据第一实施形态的阻尼轴承的结构）

图1是示出根据本发明第一实施形态的第一阻尼轴承的主视图。图2是如图1所示的第一阻尼轴承10的ii-ii截面图。根据第一实施形态的第一阻尼轴承10具备：支持旋转轴1的轴承部11；和位于该轴承部11的外周，安装于结构部2（壳体等）的筒状部12。轴承部11是静压轴承，筒状部12的内表面13为轴承部11。静压轴承的轴承部11通过向内表面13和旋转轴1之间供给的高压的轴承流体a形成规定的轴承间隙s，由轴承流体a支持旋转轴1。筒状部12的内表面13和外表面14之间为规定的半径方向尺寸h。

并且，筒状部12上在内表面13和外表面14之间具备在轴方向贯通的面状狭缝15。面状狭缝15形成为从筒状部12的外表面14的开放端沿半径方向延伸，在外表面14和内表面13之间圆弧状地延伸至周方向的规定位置。面状狭缝15以规定宽度g（面状狭缝15的宽度称为筒状部12的半径方向）形成，规定宽度g可以是例如0.1mm～0.5mm左右的微细宽度。面状狭缝15能通过线放电加工形成。

又，面状狭缝15在筒状部12的周方向上隔开规定间隔地形成为多个。本实施形态中，周方向上等间隔地形成四个面状狭缝15。面状狭缝15的数量不限于本实施形态。

筒状部12的外表面14中面状狭缝15的开放端的部分，周方向的一方为外径尺寸，周方向的另一方为比外径尺寸小的凹状部16。又，筒状部12的外表面14上设置有以规定的深度切除外周部分的外表面空间17。外表面空间17从凹状部16的部分至与面状狭缝15的开放端相离规定距离的位置设置。外表面空间17设置于面状狭缝15的部分的半径方向外周部分。由此，筒状部12在面状狭缝15的周方向一方为外形尺寸的部分固定于结构部2，但在其它部分以与结构部2隔开间隙的状态安装。

根据上述结构，面状狭缝15在筒状部12的外表面14的部分为固定端15a，另一侧的端部为自由端15b。即、面状狭缝15的开放端处为筒状部12的外形尺寸的部分为固定端15a，面状狭缝15的另一端为在规定宽度g（微细宽度）的范围内弯曲的自由端15b。根据该结构，能通过筒状部12形成圆弧状的弹簧来弹性地支持旋转轴1，可以提高阻尼效果。面状狭缝15能通过筒状部12的内表面13和外表面14之间半径方向的形成位置，改变圆弧状的弹簧的刚度。筒状部12的材料是能在面状狭缝15的部分发挥弹簧效果的材料即可，例如，可使用不锈钢等。

又，筒状部12上设置有从外表面14与多个面状狭缝15分别连通的阻尼流体供给孔18。从该阻尼流体供给孔18向面状狭缝15供给阻尼用流体o。本说明书以及权利要求书中的“阻尼用流体”使用用于获得衰减作用的粘性流体（油等）。另，能通过粘性流体带来的衰减功能而期待高衰减。即，通过将阻尼用流体o从阻尼流体供给孔18向面状狭缝15内供给，能通过面状狭缝15内的阻尼用流体o带来的衰减效果对从旋转轴1向轴承部11传递的半径方向的振动进行高衰减。能使面状狭缝15的衰减在规定宽度g（微细宽度）的范围内。

此外，本实施形态中，在筒状部12的轴方向的两端面上设有以不使阻尼用流体o漏到周围的形式密封的密封板25。密封板25的周围在比筒状部12的面状狭缝15靠内径部分和比外表面空间17靠外径部分处，由o型圈槽27内设置的作为密封构件的o型圈26进行密封。通过o型圈26的密封来适当防止阻尼用流体o混入轴承流体a。

并且，本实施形态中，筒状部12的各面状狭缝15之间空出规定间隔的部分上具备轴承流体供给孔19，该轴承流体供给孔19从外表面14不通过面状狭缝15地贯通至作为轴承部11的内表面13。本实施形态中，四个面状狭缝15之间的上下方向和左右方向设置有轴承流体供给孔19，轴承流体a从这些轴承流体供给孔19供给于旋转轴1之间。轴承流体供给孔19设置于面状狭缝15之间，由此轴承流体供给孔19不干扰面状狭缝15。如此，轴承流体供给孔19和阻尼流体供给孔18在筒状部12的周方向上错开配置。因此，能将轴承流体a从没有面状狭缝15的位置上设置的轴承流体供给孔19适当地供给至轴承部11。作为轴承流体可以使用气体、液体。本实施形态的轴承部11为使用气体的静压气体轴承。

又，筒状部12的外表面14的轴承流体供给孔19的部分上设置有将轴承流体供给孔19的周围密封的o型圈21。o型圈21设置于筒状部12上设置的o型圈槽22内。筒状部12安装在结构部2上，由此结构部2的轴承流体供给部20之间也被密封。

根据该第一阻尼轴承10，能借助从轴承流体供给孔19向轴承部11供给的轴承流体，发挥以非接触的状态支持旋转轴1的静压轴承的功能。并且，借助在筒状部12的外表面14和内表面13之间沿周方向延伸的多个面状狭缝15内的阻尼用流体o，可以衰减从轴承部11沿半径方向传递的振动。因此，根据第一阻尼轴承10，筒状部12的内表面13上具备静压轴承的轴承部11，能使具有面状狭缝15带来的阻尼功能的轴承为半径方向的尺寸小的紧凑的结构。

（根据第二实施形态的阻尼轴承的结构）

图3是示出根据本发明第二实施形态的第二阻尼轴承30的主视图。图4是图3所示的第二阻尼轴承30的iv-iv截面图。另，由于静压轴承相关的结构和上述第一阻尼轴承10相同，因此对同一结构标以附加了“20”的符号而省略详细的说明。

根据第二实施形态的第二阻尼轴承30也具备：支持旋转轴1的轴承部31；和位于该轴承部31的外周，安装于结构部2的筒状部32。轴承部31也是静压轴承，筒状部32的内表面33为轴承部31。筒状部32设有面状狭缝35。面状狭缝35形成为从筒状部32的外表面34的开放端沿半径方向延伸，圆弧状地延伸至外表面34和内表面33之间周方向的规定位置。面状狭缝35以规定宽度g（微细宽度）形成。面状狭缝35和上述第一阻尼轴承10的面状狭缝15相同因此省略详细说明。

又，筒状部32的各面状狭缝35之间隔开规定间隔的部分上设有轴承流体供给孔39，该轴承流体供给孔39从外表面34不通过面状狭缝35地贯通至作为轴承部31的内表面33。本实施形态中，四个面状狭缝35之间的上下方向和左右方向设置有轴承流体供给孔39，从这些轴承流体供给孔39供给轴承流体a。轴承流体供给孔39设置于面状狭缝35之间，由此轴承流体供给孔39不干扰面状狭缝35。因此，能从没有面状狭缝35的位置上设置的轴承流体供给孔39向轴承部31适当地供给轴承流体a。本实施形态的轴承部31也为使用气体作为轴承流体a的静压气体轴承。

此外，筒状部32的外表面34的轴承流体供给孔39的部分上设置有将轴承流体供给孔39的周围密封的o型圈41。o型圈41设置于筒状部32上设置的o型圈槽42内。筒状部32安装于结构部2，由此结构部2的轴承流体供给部40之间也被密封。

并且，筒状部32在面状狭缝15的外方的外表面34上具备配置固体阻尼元件50的外表面空间37。外表面空间37以在筒状部32的外表面34切除规定深度而形成。外表面空间37上设有固体阻尼元件50。作为固体阻尼元件50，在本例中使用将金属丝网51形成为规定的厚度的部件。根据丝网51，能以丝网51的变形引起的摩擦衰减半径方向的振动。

又，筒状部32在轴方向的两端部上设有作为阻止固体阻尼元件50的轴方向移动的保持部的保持构件55。保持构件55是内径比筒状部32的面状狭缝15的位置大、外径比筒状部32的外径大的圆盘状的构件。保持构件55沿轴方向两端部设置于筒状部32，通过螺栓56连接。作为保持部的保持构件55为一例，也可以是其它的结构。通过设置保持构件55，能阻止在外表面空间37内配置的固体阻尼元件50在轴方向移动。

根据该第二阻尼轴承30，即使旋转轴1产生的振动传递到轴承部31，也能以作为筒状部32的外表面处的外表面空间37内设置的固体阻尼元件的丝网51的变形引起的摩擦进行适当地衰减。因此，从旋转轴1传递至轴承部31的半径方向的振动能通过第二阻尼轴承30适当地衰减。

而且，根据本实施形态，由于具备固体阻尼元件50的衰减功能，能成为无需向面状狭缝15内供给油等阻尼用流体的、不使用油等的结构。而且，能通过在筒状部32的整个宽度上设置固体阻尼元件50来提高衰减效果，因此能使筒状部32的半径方向尺寸较小，尤其能构成适合不使用油的小型旋转机械的轴承。

（固体阻尼元件的其它示例）

图5是示出图3所示的固体阻尼元件50的不同例子的局部图。图6是图5所示的固体阻尼元件50的俯视图。图7是示出图3所示的固体阻尼元件50的另一不同的例子的局部图。作为固体阻尼元件50除了上述丝网51以外，还能使用带狭缝薄板52和树脂制的球体粒子54等。

图5、6所示的例子是固体阻尼元件50为容纳于外表面空间37的带狭缝薄板52的例子。如图6所示，带狭缝薄板52为宽度尺寸w比筒状部32的轴方向尺寸小、且长度尺寸l能装入外表面空间37的周方向尺寸。带狭缝薄板52由例如板厚在0.1mm～0.3mm左右的薄板形成。带狭缝薄板52在长度方向以规定间隔设有狭缝53。狭缝53形成为比宽度尺寸w小。根据带狭缝薄板52，能在狭缝53的部分弯折。

如图5所示，根据这种带狭缝薄板52，借助狭缝53的部分弯曲变形能衰减向筒状部32传递的半径方向的振动。因此，固体阻尼元件为带狭缝薄板52的情况下，能通过带狭缝薄板52衰减从筒状部32的内表面向外表面传递的半径方向的振动。

图7所示的例子是固体阻尼元件50是塞满外表面空间37的球体粒子54的例子。球体粒子54能采用由树脂、金属或陶瓷等形成的小球体集合而成。球体粒子54能在塞满外表面空间37的状态下由保持构件55阻止轴方向的移动。

根据这种球体粒子54，能通过球体粒子54在外表面空间3的内部移动带来的摩擦来衰减向筒状部32传递的半径方向的振动。因此，固体阻尼元件50为球体粒子54的情况下，能通过球体粒子54衰减从筒状部32的内表面33向外表面34传递的半径方向的振动。

（根据第三实施形态的阻尼轴承的结构）

图8是示出根据本发明第三实施形态的第三阻尼轴承80的主视图。另，与上述第二阻尼轴承30仅在与面状狭缝35的部分有关的结构上不同，其它的结构相同，因此对同一结构标以同一符号，省略其说明。

根据第三实施形态的第三阻尼轴承80形成为面状狭缝85的规定宽度g较大。能使第三阻尼轴承80的面状狭缝85例如规定宽度g在1mm～3mm左右。并且，面状狭缝85的内部装入作为固体阻尼元件50的丝网51。另，作为装入面状狭缝85的内部的固体阻尼元件50也可以是带狭缝薄板52。由于其它结构与第二阻尼轴承30相同，因此省略其说明。

根据该第三阻尼轴承80，即使旋转轴1产生的振动传递至轴承部31，也能通过规定宽度g的面状狭缝85内装入的作为固体阻尼元件的丝网51进行振动衰减。并且，筒状部32外表面的外表面空间37内设置的作为固体阻尼元件的丝网51的变形带来的摩擦也能进行振动衰减。因此，通过第三阻尼轴承80能适当地衰减从旋转轴1向轴承部31传递的半径方向的振动。

而且，本实施形态借助固体阻尼元件50具备衰减功能，因此能为无需向面状狭缝85内供给油等阻尼用流体、不使用油等的结构。因此，尤其能构成适合不使用油的小型旋转机械的轴承。

（其它的变形例）

上述第二阻尼轴承30是在筒状部32的内表面33设置为静压轴承的轴承部31的例子，但能通过内表面33不具有静压轴承的结构来构成为阻尼60。对和第二阻尼轴承30同一结构标以同一符号，省略其说明。筒状部62的结构和上述第二阻尼轴承30的筒状部32一样，但不具有轴承流体供给孔39。根据该阻尼60，能在筒状部62的内表面63设置滚动轴承70。

图9是示出本发明的阻尼60中设置滚动轴承70的例子的主视图。该例中滚动轴承70的外轮71以规定的公差安装于阻尼60的筒状部62的内表面63。滚动轴承70的内轮72以规定的公差安装于旋转轴1。本例是通过在阻尼60上安装滚动轴承70而成为具备阻尼功能的第四阻尼轴承90的例子。

根据该第四阻尼轴承90，即使对具备难以衰减半径方向的振动的滚动轴承70的结构，也能通过固体阻尼元件50在整个轴方向地适当地衰减沿半径方向传递的振动。

另，上述实施形态中，虽然说明了等间隔地设置四个面状狭缝15的例子，但面状狭缝15的数量不被限定。也可以是以相向的形式设置两个面状狭缝15，也可以是等间隔地设置三个、五个以上的面状狭缝15。面状狭缝15的数量，也不限于上述实施形态。

又，上述实施形态示出了一例，在不损害本发明的精神的范围内可作多种变更，本发明不限于上述实施形态。

（总结）

如上，根据上述第一阻尼轴承10以及第二阻尼轴承30，能具有为静压轴承的轴承部11、31，使在筒状部12、32的整个轴方向上具备振动衰减功能的结构形成为半径方向的尺寸较小。因此，能使小型的旋转机械具备阻尼轴承。并且，根据该阻尼轴承10、30，在由静压轴承支持旋转轴1的小型的高速旋转机械（例如，离心压缩机、氢气膨胀涡轮等高速小型旋转机械等）中，能衰减来自旋转轴1的振动从而谋求性能改善。

又，根据上述阻尼60，可以使能通过在筒状部62的整个轴方向上设置的固体阻尼元件50得到较大的衰减效果的结构形成为半径方向的尺寸较小。因此，能用作小型的旋转机械的轴承。尤其是能构成对不使用油的小型旋转机械有利的阻尼轴承。根据该阻尼60，能用于由滚动轴承70支持的旋转机械（例如，小型燃气涡轮、航空发动机、涡轮冷冻机等），紧凑且轻量，能稳定地发挥振动衰减效果。

符号说明：

1　旋转轴

10　第一阻尼轴承

11　轴承部

12　筒状部

13　内表面

14　外表面

15　面状狭缝

15a　固定端

15b　自由端

17　外表面空间

18　阻尼流体供给孔

19　轴承流体供给孔

30　第二阻尼轴承

31　轴承部

32　筒状部

33　内表面

34　外表面

35　面状狭缝

35a　固定端

35b　自由端

37　外表面空间

39　轴承流体供给孔

50　固体阻尼元件

51　丝网

52　带狭缝薄板

54　球体粒子

55　保持构件（保持部）

60　阻尼

62　筒状部

63　内表面

70　滚动轴承

80　第三阻尼轴承

90　第四阻尼轴承

a　轴承流体

o　阻尼用流体

g　规定宽度

h　半径方向尺寸

s　轴承间隙。