超高速回転・超小型ターボマシン用動圧型空気軸受の開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560127
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 吉本 成香 東京理科大学, 工学部, 教授 (80096718)
• Keywords: 空気軸受 / 超高速回転 / ターボマシン / 安定性 / ヘリングボーン溝 / 浮動ブッシュ

Research Abstract

近年、機械製品の小型化やモバイル化、さらにロボットなどの移動体の進歩に伴い、小型で高出力が得られる携帯型電源が必要になってきた。MIT(アメリカ)では、このような携帯型高出力電源として、タービン軸直径が数mm程度で、100万rpmを越える回転数の超小型ガスタービンが提案され、その研究が盛んに行われている。ガスタービンを用いた携帯型電源は、リチウム電池に比べ一桁以上大きな出力が得られることから、将来の移動体用電源には不可欠であり、その実用化への期待はきわめて大きい。
そこで本研究では、動圧型空気軸受の高速安定性を改善し、100万rpmを越える安定性を得る手法として、浮動ブッシュを用いた新しい構造の動圧型空気ジャーナル軸受を提案し、その特性について検討を行う。16年度は、軸および軸受を製作する前に、まず浮動ブッシュ型空気ジャーナル軸受およびヘリングボーン溝付動圧型空気軸受の高速安定性について理論的な検討を行った。その結果、静圧軸受支持された浮動ブッシュ軸受の高速安定性は、従来の静圧軸受の安定性に比べ、格段に改善されることが明らかとなった。一方、動圧型ヘリングボーン空気軸受のポンピング効果を利用した浮動ブッシュ軸受については、安定性を格段に改善するという結果は得られなかった。そこで、動圧型ヘリングボーン軸受については、軸受中央部に円周方向に小さな排出孔を設けた軸受構造について検討した。その結果、排気孔の配置条件によっては、優れた安定性を示すことが明らかとなった。さらにこのようにして得られた理論計算結果をもとに,浮動ブッシュおよびヘリングボーン軸受の設計を行い,高速安定性の優位性を確認するための実験装置の製作を行った。