JP2013032799A - ラジアルフォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】トップフォイルに生じる歪みを充分に少なくし、軸受の負荷能力や動特性について設計通りの良好な性能が得られるようにした、ラジアルフォイル軸受を提供する。
【解決手段】回転軸１を支持するラジアルフォイル軸受３である。トップフォイル１０と、バックフォイル１１と、これらを収容する軸受ハウジング１２とを備える。軸受ハウジング１２の両側面には、その外周縁から内周縁にまで延びる係合溝１５が形成されている。バックフォイル１１の両側周縁部には切欠１６が形成されている。軸受ハウジング１２の係合溝１５及びバックフォイル１１の切欠１６には、これら係合溝１５及び切欠１６に係合する一対の係合脚３１と、係合脚３１の一端側に配置されて係合脚３１、３１間を接続する接続部３２と、を有する係止部材３０が係止している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラジアルフォイル軸受に関する。

従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に外挿されて用いられるラジアル軸受が知られている。このようなラジアル軸受としては、軸受面を形成する薄板状のトップフォイルと、このトップフォイルを弾性的に支持するバックフォイルと、前記トップフォイル及び前記バックフォイルを収容する円筒状の軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受がよく知られている。ラジアルフォイル軸受のバックフォイルとしては、薄板を波板状に成形したバンプフォイルが主として用いられている。

このようなラジアルフォイル軸受にあっては、通常、トップフォイルやバックフォイルが軸受ハウジングから脱落するのを防止するため、その一端部(止端部)がスポット溶接によって軸受ハウジングに直接、あるいはスペーサを介して間接的に固定されている。
また、溶接に代えて機械的に固定を行うべく、トップフォイルやバックフォイル（バンプフォイル）の端部を曲げ加工によって折り曲げ、この折り曲げ部を軸受ハウジングに形成した係合溝に係合させた構造のものも知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２０１１−０３３１７６号公報 特開２０１１−０１７３８５号公報 特開２００２−０６１６４５号公報

しかし、軸受ハウジングへのバックフォイル(バンプフォイル)の固定を溶接で行うと、入熱によってバックフォイルや軸受ハウジングが変形し、この影響を受けてトップフォイルに歪みが生じてしまう。また、前記特許文献１〜３のものでも、トップフォイルやバックフォイルを曲げ加工しているため、トップフォイルに歪みが生じてしまう。すなわち、トップフォイル及びバックフォイルの曲げ加工によってそれぞれに歪みが生じるが、バックフォイルはトップフォイルを支持しているため、バックフォイルの歪みがトップフォイルに影響し、トップフォイルの歪みがより大きくなってしまう。

ところが、回転軸の回転によって該回転軸とトップフォイルとの間に形成されるフォイル軸受の流体潤滑膜は、１０μｍ前後と非常に薄いため、トップフォイルに少しでも歪みが生じると、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)に影響が及び、設計通りの性能が得られなくなる。

また、ラジアルフォイル軸受の軸受性能を向上させるためには、バックフォイルをその周方向に複数分割することが有効であると考えられる。しかし、その場合には、軸受ハウジングに対するバックフォイルの固定点が多くなるため、従来の溶接による固定では溶接箇所が増えることで工数が増え、製造コストが増大してしまう。また、溶接箇所が増えると、全箇所が良好に溶接できなければ製品として出荷できないため、品質維持が難しくなり、良品率の低下によるコストアップも懸念される。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、トップフォイルに生じる歪みを充分に少なくし、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について設計通りの良好な性能が得られるようにするとともに、コストアップを抑制した、ラジアルフォイル軸受を提供することを目的とする。

本発明のラジアルフォイル軸受は、回転軸に外挿されて該回転軸を支持するラジアルフォイル軸受であって、
前記回転軸に対向して配置される円筒状のトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、前記トップフォイル及び前記バックフォイルを内挿した状態に収容する円筒状の軸受ハウジングと、を備え、
前記軸受ハウジングの両側面には、該軸受ハウジングの外周縁から内周縁にまで延びる係合溝が形成され、
前記バックフォイルの両側周縁部には、切欠が形成され、
前記軸受ハウジングの前記係合溝及び前記バックフォイルの前記切欠には、該係合溝及び該切欠に係合する一対の係合脚と、該係合脚の一端側に配置されて該係合脚間を接続する接続部とを有する係止部材が係止していることを特徴としている。

このラジアルフォイル軸受にあっては、一対の係合脚と接続部とを有する係止部材を用い、一対の係合脚をそれぞれバックフォイルの切欠と軸受ハウジングの係合溝とに係合させることにより、バックフォイルを軸受ハウジングに固定しているので、バックフォイルに対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、バックフォイルを軸受ハウジング内に収容・固定することができる。したがって、バックフォイルのスポット溶接や、バックフォイルの歪みの影響によりトップフォイルに歪みが生じるのが防止され、トップフォイルの歪みが充分に少なくなる。また、バックフォイルの溶接を不要にしたため、溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くすことができる。

また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルは、前記軸受ハウジングの周方向に沿って、該軸受ハウジングと接する谷部と、前記トップフォイルに接する山部とを交互に形成した波板状のものであり、前記バックフォイルの切欠は、前記谷部に形成されており、前記接続部は、前記トップフォイルと前記バックフォイルとの間に配置されていることが好ましい。
このようにすれば、バックフォイルはその山部でトップフォイルに接するため、谷部に形成された切欠に係合する係止部材は、その接続部がトップフォイルに干渉することなく配置される。

また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルの切欠は、該バックフォイルの周方向中央部に形成されていることが好ましい。
バックフォイルは、トップフォイルを弾性的に支持するため、トップフォイルから荷重を受けた際には、その周方向に変形することでトップフォイルの撓みを許容し、これを支持する。しかし、バックフォイルは周方向に変形する際、軸受ハウジングとの間の摩擦の影響を受けるため、自由端側では変形し易いものの、固定端側では変形し難くなっている。そのため、自由端側と固定端側とでは支持剛性に差が生じてしまい、軸受全体として均一な支持剛性が得られにくくなってしまう。
そこで、バックフォイルの切欠をバックフォイルの周方向中央部に形成し、係止部材による固定をバックフォイルの周方向中央部で行っているので、バックフォイルの一端部を係止部材で固定した場合に比べ、固定端（係止部材による固定部）と自由端（バックフォイルの端部）との間の距離がほぼ半分になり、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差が充分に小さくなる。

また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルは、前記トップフォイルの周方向に沿って配置された複数のバックフォイル片を有して構成され、前記バックフォイル片には、それぞれ前記切欠が形成されているとともに、該切欠には前記係止部材の係合脚が係合しているのが好ましい。
このようにすれば、バックフォイル片における固定端と自由端との間の距離が短くなるため、前述したように自由端側と固定端側との間の支持剛性の差が小さくなり、したがってバックフォイル全体での支持剛性のバラツキが少なくなる。

また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイル片の切欠は、該バックフォイル片の周方向中央部に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、各バックフォイル片の、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差がさらに小さくなり、したがってバックフォイル全体での支持剛性のバラツキがより少なくなる。

本発明のラジアルフォイル軸受によれば、バックフォイルに歪みが生じるのを防止し、トップフォイルの歪みが充分に少なくなるようにしたので、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について、設計通りの良好な性能を得ることができる。
また、溶接を不要にして溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くしたので、良品率の向上によるコストダウンを図ることができる。

本発明に係るラジアルフォイル軸受が適用されるターボ機械の一例を示す模式図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、（ａ）はラジアルフォイル軸受の側面図、（ｂ）はラジアルフォイル軸受の要部を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）の要部を平坦化して模式的に示す側面図、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ線矢視図、（ｅ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 本発明に係る係止部材の変形例を示す図である。 （ａ）はラジアルフォイル軸受の要部を示す斜視図、（ｂ）は係止部材の取り付け方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明のラジアルフォイル軸受を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明のラジアルフォイル軸受が適用されるターボ機械の一例を示す側面図であり、図１中符号１は回転軸、２は回転軸の先端部に設けられたインペラ、３は本発明に係るラジアルフォイル軸受である。なお、図１では省略してラジアルフォイル軸受を一つしか記載していないが、通常は回転軸１の軸方向にラジアルフォイル軸受が二つ設けられて、回転軸１の支持構造が構成される。したがって、本実施形態においてもラジアルフォイル軸受３が二つ設けられているものとする。

回転軸１には、インペラ２が形成された側にスラストカラー４が固定されており、このスラストカラー４の両側には、このスラストカラー４に対向してそれぞれの側にスラスト軸受５が配置されている。
また、インペラ２は静止側となるハウジング６内に配置されており、ハウジング６との間にチップクリアランス７を有している。
また、回転軸１には、スラストカラー４より中央側に、ラジアルフォイル軸受３が外挿されている。

図２（ａ）〜（ｅ）は、このような構成のターボ機械に適用されたラジアルフォイル軸受の一実施形態を示す図である。本実施形態のラジアルフォイル軸受３は、図２（ａ）に示すように回転軸１に外挿されて該回転軸１を支持する円筒状のもので、回転軸１に対向して配置される円筒状のトップフォイル１０と、該トップフォイル１０の径方向外側に配置されるバックフォイル１１と、該バックフォイル１１の径方向外側に配置される軸受ハウジング１２とを備えて構成されている。

軸受ハウジング１２は、ラジアルフォイル軸受３の最外部を構成する金属製で円筒状のもので、内部にバックフォイル１１およびトップフォイル１０を収容したものである。この軸受ハウジング１２には、その内周面に、該軸受ハウジング１２の軸方向に沿って溝１３が形成されている。
すなわち、軸受ハウジング１２の内周面には、該軸受ハウジング１２の軸方向の全長に渡って溝１３が形成されている。この溝１３は、その深さ方向が、後述するトップフォイル１０の一方の側１０ａが延び出る方向に一致して形成されている。また、その深さは、２ｍｍ〜５ｍ程度とされる。

また、軸受ハウジング１２の外周面側には、前記溝１３に連通する孔１４が一対形成されている。これら孔１４は、後述するように溝１３内に差し入れられたトップフォイル１０の一方の側１０ａを、溝１３内に固定するのに用いられる雄ネジの挿入用の孔であり、内周面に雌ネジ部が形成されている。

また、軸受ハウジング１２の両側面には、図２（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ、該軸受ハウジング１２の外周縁から内周縁にまで延びる係合溝１５が形成されている。係合溝１５は、本実施形態では図２（ａ）に示すように軸受ハウジング１２の側面を、その周方向にほぼ３分割する位置に、それぞれ形成されている。そして、これら係合溝１５には、後述する係止部材３０が係止している。なお、本実施形態では、前記３つの係合溝１５のうちの２つの係合溝１５の間に、前記溝１３が配置されている。

バックフォイル１１は、フォイル（薄板）で形成されてトップフォイル１０を弾性的に支持するものである。このようなバックフォイル１１としては、例えばバンプフォイルや、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報などに記載されているバックフォイルなどが用いられる。本実施形態では、バックフォイル１１としてバンプフォイルを用いている。ただし、前記のスプリングフォイルやバックフォイルを、本発明のバックフォイルとして用いてもよいのはもちろんである。

バックフォイル（バンプフォイル）１１は、図２（ａ）に示すように本実施形態では、トップフォイル１０の周方向に沿って配置された３つ（複数）のバックフォイル片１１ａによって構成されている。これらバックフォイル片１１ａは、フォイル（薄板）が波板状に成形され、かつ、側面が全体として略円弧状になるよう成形されたもので、３つが全て同じ形状・寸法に形成されている。したがって、これらバックフォイル片１１ａは、軸受ハウジング１２の内周面をほぼ３分割して配置されている。

また、これらバックフォイル片１１ａは、前記溝１３を挟む位置ではある程度の隙間をあけて配置されているものの、それ以外の位置では、互いの端部が近接して配置されている。このような構成によって３つのバックフォイル片１１ａは、全体として略円筒形状に形成されて、軸受ハウジング１２の内周面に沿って配置されている。

また、このように波板状に成形されたバックフォイル片１１ａは、図２（ａ）の要部を平坦化して模式的に示す図２（ｃ）に示すように、軸受ハウジング１２の周方向に沿って、該軸受ハウジング１２と接する平坦な谷部１１ｂと、トップフォイル１０に接する湾曲した山部１１ｃとを交互に形成している。これによってバックフォイル片１１ａは、特にトップフォイル１０に接する山部１１ｃにより、トップフォイル１０を弾性的に支持している。また、ラジアルフォイル軸受３の軸方向に、山部１１ｃや谷部１１ｂによる流体の通路を形成している。

また、これらバックフォイル片１１ａには、図２（ｃ）のＡ−Ａ線矢視図である図２（ｄ）に示すように、それぞれの周方向中央部（軸受ハウジング１２の周方向に沿う方向の中央部）の両側周縁部に、切欠１６が形成されている。該切欠１６は、図２（ｂ）に示すようにバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂに形成されたもので、山部１１ｃ、１１ｃ間に形成された平坦部からなる谷部１１ｂが、その側周縁から軸受ハウジング１２の軸方向中心部に向かって切り欠かれて形成されたものである。該切欠１６は、軸受ハウジング１２の前記係合溝１５に対応する位置、すなわち係合溝１５と重なる位置に形成されており、その幅、深さが共に、係合溝１５の幅、深さと同じに形成されている。

このような構成のもとに、軸受ハウジング１２の係合溝１５とバックフォイル片１１ａの切欠１６とは、図２（ｂ）に示すように一つの溝として機能するようになっている。なお、切欠１６の形成については、バリが発生せず、ストレスを与えないため歪みも生じないように、フォイルをエッチング加工や放電加工で行うのが好ましい。すなわち、エッチング加工や放電加工でフォイルに切欠１６を形成した後、山部１１ｃや谷部１１ｂを形成するためのプレス成型を行い、バックフォイル片１１ａを形成するのが好ましい。

これら係合溝１５と切欠１６とには、係止部材３０が係止している。係止部材３０は、図２（ｃ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である図２（ｅ）、及び前記図２（ｂ）に示すように、一対の係合脚３１、３１と、これら係合脚３１、３１の一端側に配置されて該係合脚３１、３１間を接続する接続部３２と、を有するコ字状のもので、一方の係合脚３１がラジアルフォイル軸受３の一方の側面側の前記係合溝１５と切欠１６とに係合し、他方の係合脚３１がラジアルフォイル軸受３の他方の側面側の前記係合溝１５と切欠１６とに係合している。係合脚３１の長さは、図２（ｅ）に示すように、軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和に、ほぼ等しくなっている。また、接続部３２は、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すように、バックフォイル片１１ａの谷部１１ｂとトップフォイル１０との間に配置されている。

このような構成によって係止部材３０は、係合脚３１が軸受ハウジング１２の係合溝１５とバックフォイル片１１ａの切欠１６とに共に係合しているため、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２に固定する固定手段として機能している。また、この係止部材３０は、その接続部３２がトップフォイル１０で覆われていることにより、バックフォイル片１１ａから脱落するのが防止されており、したがってバックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２に確実に固定している。

なお、係止部材３０の係合脚３１や接続部３２は、図２（ｂ）に示したように四角柱状であっても、また、円柱状（丸棒状）であってもよく、その太さは０．２〜０．５ｍｍ程度となっている。例えば、ラジアルフォイル軸受３の軸受サイズがφ３５ｍｍ×（長さ）３５ｍｍである場合、バックフォイル片１１ａ、トップフォイル１０の厚さは共に１００μｍ程度であり、その際のバックフォイル片１１ａの山部１１ｃの高さ（谷部１１ｂに対する高さ）は０．５ｍｍ程度となる。したがって、係止部材３０の太さを０．５ｍｍ未満（０．２〜０．５ｍｍ程度）とすることにより、図２（ｂ）に示したように係止部材３０の接続部３２がトップフォイル１０に接触することなくトップフォイル１０から離間して配設されるようになり、トップフォイル１０に干渉しないようになる。

このような係止部材３０は、例えば厚さが０．５ｍｍ未満のステンレス等からなる金属箔をコ字状にエッチング加工することで、形成することができる。また、太さが０．５ｍｍ未満の針金状の金属棒を、折り曲げ加工することでも形成することができる。

図２（ａ）に示すようにトップフォイル１０は、３つのバックフォイル片１１ａからなるバックフォイル１１の内面に沿って円筒状に巻かれたもので、一方の側１０ａの先端部が軸受ハウジング１２に形成された前記溝１３に係合するように配設されたものである。このトップフォイル１０は、軸受周方向を長辺とし、軸受長方向を短辺とする矩形状の金属箔が長辺の長さ方向（軸受周方向）に円筒状に巻かれて、形成されたものである。

ただし、このトップフォイル１０は、前記金属箔の両端が突き合わされるように巻かれることなく、一方の側１０ａが他方の側の外側に重なるように巻かれている。また、一方の側１０ａは、これ以外の部分で形成される円筒部の所定位置での接線方向に、延び出て形成されている。
また、前記の軸受ハウジング１２における溝１３は、その深さ方向が、トップフォイル１０の一方の側１０ａの延び出る方向に一致するように形成されている。

したがって、トップフォイル１０は、その一方の側１０ａの延び出た方向が溝１３の深さ方向に一致するように配置されて、その一方の側１０ａの先端部が該溝１３に係合させられている。これにより、トップフォイル１０は、その一方の側１０ａが溝１３に係合した状態では変形しないため、歪みが生じないようになっている。

また、本実施形態では、溝１３に係合しているトップフォイル１０の一方の側１０ａは、雄ネジ１７によって溝１３内に固定されている。すなわち、雄ネジ１５が前記孔１４に螺合し挿入されることにより、一方の側１０ａが溝１３の内壁面に密着させられることで固定されている。なお、このように溝１３の内壁面に密着させられることによる一方の側１０ａの変形は僅かであり、したがって、この変形によってトップフォイル１０に歪みが生じることはほとんどない。

また、トップフォイル１０には、一方の側１０ａと、これと反対の他方の側とに、これらの間の中央部に比べて薄厚な薄肉部１８が形成されている。これら薄肉部１８は、その外周面（バンプフォイル１１側の面）が前記中央部の外周面より凹んだ状態となるよう、薄厚化されて形成されている。

薄肉部１８を形成するには、例えばエッチング加工によってトップフォイル１０の両端部を、十μmオーダーでコントロールして所望の厚さ（薄さ）に形成する。具体的には、軸受径φ３５ｍｍとした場合、トップフォイル１０の厚さを１００μｍとすると、薄肉部１８の厚さは８０μｍ程度となるようにする。なお、このようなエッチング加工では、曲げ加工などに比べてトップフォイル１０に生じる応力が極めて小さく、したがってトップフォイル１０に歪みが生じることもほとんどない。
また、薄肉部１８の周方向の長さは、例えば、溝１３と、該溝１３の両側に位置する、バンプフォイル１１の端部の山一つ分までに対応する長さとされる。

このようにトップフォイル１０の両端部に薄肉部１８を形成したことにより、これら両端部（薄肉部１８）は弾性変形し易くなり、したがってこれら両端部は軸受ハウジング１２の内周面を構成する曲面に倣って曲面となる。これにより、トップフォイル１０は、その両端部においても回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）がほとんど発生しないようになる。

すなわち、従来のようにトップフォイルの一端部(止端部)をスポット溶接で軸受ハウジングに固定した場合、その両端付近(止端側と自由端側)が軸受ハウジングの内周面を構成する曲面になじみ難く、平面に近い状態になる。すると、平面に近い当該部位では回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）が発生し、その結果、始動トルクが高くなったり、運転中の発熱が設定以上に高くなるなどの不都合が起こる。これに対し、本実施形態のトップフォイル１０では、その両端部に薄肉部１８を形成したことにより、前記したように回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）がほとんど発生しないようになる。

また、トップフォイル１０の両端部の外周面を、前記中央部の外周面より凹んだ状態となるように薄厚化して薄肉部１８を形成しているので、その外周面側を支持するバックフォイル１１との間において、その端部の山一つ分との間に隙間が形成される。これにより、該薄肉部１８においては、回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）が生じるのが確実に防止される。

次に、このような構成からなるラジアルフォイル軸受３の作用について説明する。
回転軸１が停止した状態では、トップフォイル１０はバックフォイル１１（３つのバックフォイル片１１ａ）によって回転軸１側に付勢されることで回転軸１に密着している。なお、本実施形態では、トップフォイル１０の両端部が薄肉部１８となっているので、これら薄肉部１８では回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）がほとんど生じないようになっている。

そして、回転軸１を図２（ａ）中の矢印Ｐ方向に始動させると、最初は低速で回転を始め、その後徐々に加速して高速で回転する。すると、図２（ａ）中矢印Ｑで示すように、トップフォイル１０の一方の側１０ａとバックフォイル片１１ａの一端との間から周囲流体が引き入れられ、トップフォイル１０と回転軸１との間に流入する。これにより、トップフォイル１０と回転軸１との間に流体潤滑膜が形成される。

この流体潤滑膜の膜圧は、トップフォイル１０に作用し、トップフォイル１０に接するバックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃを押圧する。すると、バックフォイル片１１ａはトップフォイル１０に押圧されることにより、その山部１１ｃが押し広げられ、これによってバックフォイル片１１ａは軸受ハウジング１２上をその周方向に動こうとする。すなわち、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）は、トップフォイル１０を弾性的に支持するため、トップフォイル１０から荷重を受けた際にはその周方向に変形することで、トップフォイル１０の撓みを許容し、これを支持する。

しかし、図２（ｃ）に示すようにバックフォイル片１１ａにはその側周縁部に設けられた切欠１６に係止部材３０の係止脚３１が差し込まれて係合しており、これが軸受ハウジング１２との間での回り止めとして機能している。したがって、バックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃは、係止部材３０が係止している切欠１６を固定点（固定端）として周方向に変形する（動く）ものの、バックフォイル片１１ａ自体はその中心が定位置からずれることはない。

また、バックフォイル片１１ａは周方向に変形する（動く）際、軸受ハウジング１２やトップフォイル１０との間の摩擦の影響を受けるため、その両端部、すなわち自由端側では変形し易い（動き易い）ものの、前記固定点（固定端）側では変形し難くなっている。そのため、自由端側と固定端側とでは、バックフォイル片１１ａによる支持剛性に差が生じる。
しかし、本実施形態では、切欠１６をバックフォイル片１１ａの周方向中央部に形成し、したがって係止部材３０による固定点をバックフォイル片１１ａの周方向中央部としているので、固定端と自由端との間の距離が短くなっていることにより、前記の支持剛性の差が小さくなっている。さらに、本実施形態では、バックフォイル１１を３つのバックフォイル片１１ａに分割しているため、バックフォイル１１を単一のフォイルで形成した場合に比べ、固定端と自由端との間の距離が短くなっており、したがって自由端側と固定端側との間の支持剛性の差がより小さくなっている。

また、回転軸１が高速で回転している際、係止部材３０がバックフォイル片１１ａの軸方向への動きも拘束しているため、不測に衝撃等が作用した場合でも、バックフォイル片１１ａが軸受ハウジング１２から脱落することはない。さらに、係止部材３０は係合溝１５、切欠１６に差し込むだけの簡易な構造になっているものの、トップフォイル１０がこれの接続部３２を覆って抜け止めとして機能しているため、やはり衝撃等によって脱落することはない。

また、流体潤滑膜が形成されるまでの過渡状態においては、回転軸１とトップフォイル１０との間に固体摩擦が生じ、これが始動時の抵抗になる。しかし、前記したようにトップフォイル１０の両端部でプリロードが生じなくなっていることや、周囲流体が流入する側のトップフォイル１０が薄肉部１８となっていて柔らかくなっており、トップフォイル１０と回転軸１との間が開口し易くなっていることにより、回転軸１が始動すると早期に流体潤滑膜が形成され、回転軸１はトップフォイル１０に対して非接触状態で回転するようになる。

このようなラジアルフォイル軸受３にあっては、係止部材３０を用い、一対の係合脚３１をそれぞれバックフォイル片１１ａの切欠１６と軸受ハウジング１２の係合溝１５とに係合させることにより、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２に固定しているので、バックフォイル片１１ａに対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２内に収容・固定することができる。したがって、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）のスポット溶接や、バックフォイル１１の歪みの影響によってトップフォイル１０に歪みが生じるのを防止し、トップフォイル１０の歪みを充分に少なくすることができる。よって、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について、設計通りの良好な性能を発揮させることができる。

また、バックフォイル１１については、従来のスポット溶接や、歪みを発生させる曲げ加工を無くすことができるため、製作の難易度を低下させ、製造コストを低減化することができる。すなわち、溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くしたので、良品率の向上によるコストダウンを図ることができる。また、バックフォイル１１に特別な曲げ加工が不要となるため、バックフォイル１１を高精度にプレス成型することが可能になる。
さらに、バックフォイル１１の溶接を不要にしたことで、良品率や性能が溶接の良し悪しに影響されないようになるため、再現性が高くなって量産性に優れたものとなり、バックフォイル１１の周方向での複数分割化にも対応し易くなる。

また、バックフォイル１１を、トップフォイル１０の周方向に沿って配置された３つ（複数）のバックフォイル片１１ａで構成し、これらバックフォイル片１１ａにそれぞれ切欠１６を形成しているので、バックフォイル片１１における固定端と自由端との間の距離を短くし、これによって自由端側と固定端側との間の支持剛性の差を小さくし、バックフォイル１１全体での支持剛性のバラツキを少なくすることができる。したがって、バックフォイル１１全体で均一な支持剛性と滑り特性が得られようになるため、大きな軸受負荷能力と、高い軸受剛性能力及び減衰能力を得ることができる。

また、バックフォイル片１１ａの切欠１６を、該バックフォイル片１１ａの周方向中央部に形成しているので、バックフォイル片１１ａにおける固定端と自由端との間の距離をより短くし、これによって自由端側と固定端側との間の支持剛性の差をさらに小さくし、バックフォイル１１全体での支持剛性のバラツキをより少なくすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではバックフォイル１１を３つのバックフォイル片１１ａによって構成したが、バックフォイル１１については、１枚の金属箔を略円筒状に成形した単一のもので構成してもよい。また、複数のバックフォイル片１１ａで構成する場合には、２つ、または４つ以上のバックフォイル片１１ａでバックフォイル１１を構成するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、バックフォイル片１１ａの周方向中央部に切欠１６を形成し、該切欠１６に係止部材３０を係止させることで、該切欠１６の形成箇所をバックフォイル片１１ａの固定端（固定点）としたが、切欠１６を従来のようにバックフォイル片１１ａの端部に形成してもよい。同様に、バックフォイル１１を単一のもので構成した場合にも、切欠１６を該バックフォイル１１の端部に形成してもよい。

また、係止部材３０については、係合脚３１の長さを軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和よりも充分に長くし、図３に示すように係合脚３１の先端部を軸受ハウジング１２の外周面側に折り曲げるようにしてもよい。これにより、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２により強固に固定することができる。

また、係止部材３０については、図４（ａ）に示すように係合脚３１の長さを軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和よりも充分に長くするとともに、軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和に相当する位置に、窪み（折り目）３３を形成しておいてもよい。このような係止部材３０によってバックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２に固定するには、図２に示した実施形態と同様にして係合脚３１を切欠１６、係合溝１５に係合させ、接続部３２をバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂ上に当接させる。その後、係合脚３１を窪み３３の位置で折り曲げて折り、先端側を取り除くことにより、図４（ｂ）に示すように図２（ｅ）と同じ状態に係止部材３０を係止させ、固定する。

ただし、この例では、係合脚３１を切欠１６、係合溝１５に係合させた後、係合脚３１の先端側を下方に引っ張り、その状態で所定時間保持する。このようにしてバックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２側に間接的に引っ張ることで、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２の内周面になじませることができる。これにより、バックフォイル片１１ａの形状を軸受ハウジング１２の内周面に沿った略円弧状にすることができる。

さらに、前記実施形態では、トップフォイル１０についてもこれを溶接で固定することなく、その一方の側１０ａを軸受ハウジング１２に形成した溝１３に係合させることで、軸受ハウジング１２内に収容・固定するようにしたが、トップフォイル１０の固定については、溶接を含めて任意に行うことができる。

１…回転軸、３…ラジアルフォイル軸受、１０…トップフォイル、１１…バックフォイル（バンプフォイル）、１１ａ…バックフォイル片、１１ｂ…谷部、１１ｃ…山部、１２…軸受ハウジング、１５…係合溝、１６…切欠、３０…係止部材、３１…係合脚、３２…接続部

Claims (5)

1. 回転軸に外挿されて該回転軸を支持するラジアルフォイル軸受であって、
   前記回転軸に対向して配置される円筒状のトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、前記トップフォイル及び前記バックフォイルを内挿した状態に収容する円筒状の軸受ハウジングと、を備え、
   前記軸受ハウジングの両側面には、該軸受ハウジングの外周縁から内周縁にまで延びる係合溝が形成され、
   前記バックフォイルの両側周縁部には、切欠が形成され、
   前記軸受ハウジングの前記係合溝及び前記バックフォイルの前記切欠には、該係合溝及び該切欠に係合する一対の係合脚と、該係合脚の一端側に配置されて該係合脚間を接続する接続部とを有する係止部材が係止していることを特徴とするラジアルフォイル軸受。
2. 前記バックフォイルは、前記軸受ハウジングの周方向に沿って、該軸受ハウジングと接する谷部と、前記トップフォイルに接する山部とを交互に形成した波板状のものであり、
   前記バックフォイルの切欠は、前記谷部に形成されており、
   前記接続部は、前記トップフォイルと前記バックフォイルとの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のラジアルフォイル軸受。
3. 前記バックフォイルの切欠は、該バックフォイルの周方向中央部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルフォイル軸受。
4. 前記バックフォイルは、前記トップフォイルの周方向に沿って配置された複数のバックフォイル片を有して構成され、
   前記バックフォイル片には、それぞれ前記切欠が形成されているとともに、該切欠には前記係止部材の係合脚が係合していることを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルフォイル軸受。
5. 前記バックフォイル片の切欠は、該バックフォイル片の周方向中央部に形成されていることを特徴とする請求項４記載のラジアルフォイル軸受。

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