JP2013100885A - 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の内周面の両側端部には、それぞれ、係合凸部１５が設けられている。バックフォイル１１の両側周縁部には、それぞれ、係合凸部１５に係合する係合切欠１６が形成されている。
【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内周面の両側端部には、それぞれ、係合凸部が設けられ、前記バックフォイルの両側周縁部には、それぞれ、前記係合凸部に係合する係合切欠が形成され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、軸受ハウジングの内周面の両側端部にそれぞれ設けた係合凸部に、バックフォイルの両側周縁部にそれぞれ形成した係合切欠を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するので、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、前記軸受ハウジングの両側面には、それぞれ、該軸受ハウジングの内周縁から外周縁に向かって延びる係合凹部が互いに対向して形成され、前記軸受ハウジングの内周面には、対向する前記係合凹部間に、該係合凹部に連通して該係合凹部より軸受ハウジングの外周縁側に向かう深さが浅い係合溝が形成され、前記係合凹部および前記係合溝には、前記係合凹部に係合する一対の係合アームと、前記係合溝に係合し、かつ、前記一対の係合アーム間を連結する連結部と、を有する係止部材が係止し、前記一対の係合アームの、前記係合凹部に係合する側と反対の側が、前記軸受ハウジングの内周面より突出して設けられることにより、該係合アームによって前記係合凸部が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、比較的簡易な加工と組み立てで軸受ハウジングに係合凸部を形成することができる。

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の係合切欠は、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、バックフォイルの係合切欠をバックフォイルの周方向中央部に形成し、係合凸部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合凸部で固定した場合に比べ、固定端（係合凸部による固定部）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、それぞれ前記係合切欠が形成されているとともに、該係合切欠には、前記係合凸部が係合し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係合切欠は、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。

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又は前記バックフォイル片の係合切欠は、前記谷部に形成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、谷部に形成された係合切欠に係合する係合凸部は、トップフォイルに干渉しないように配置可能となる。

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第１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（ａ）の要部の分解斜視図、（ｃ）は（ａ）の要部の斜視図である。 （ａ）は図２（ａ）の要部を平坦化して模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の第２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（ａ）の要部の分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 本発明の変形例を示す要部断面図である。

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２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２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）〜（ｃ）は、このような構成のターボ機械に適用されるラジアルフォイル軸受の第１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、その概略構成を示す側面図である図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〜５ｍｍ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の内周面には、図２（ａ）の要部の分解斜視図である図２（ｂ）に示すように、その両側端部にそれぞれ、係合凸部１５が互いに対向して形成配置されている。これら係合凸部１５、１５は、該係合凸部１５、１５が形成された軸受ハウジング１２の内周面に直交する方向に突出した横断面矩形状で柱状（台状）のもので、高さが０．１〜０．３ｍｍ程度、好ましくは０．２ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度に形成されたものである。なお、このような係合凸部１５、１５については、旋盤加工によって軸受ハウジング１２を円筒状に形成した後、例えば放電加工やワイヤカット放電加工等を組み合わせることにより、加工することができる。

係合凸部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。したがって、軸受ハウジング１２の周方向に３箇所形成され、かつ、内周面の両端部に形成されていることから、合計６箇所形成されている。そして、これら係合凸部１５には、後述するバックフォイル１１の係合切欠１６がそれぞれに係合している。なお、本実施形態では、前記３箇所（実際には６箇所）の係合凸部１５のうちの２箇所（実際には４箇所）の係合凸部１５、１５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３（ａ）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３（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である図３（ｂ）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、係合切欠１６が形成されている。該係合切欠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、その側周縁から内側に向かって矩形状に切り欠かれて形成されたものである。

該係合切欠１６は、軸受ハウジング１２の前記係合凸部１５に対応する位置、すなわち係合凸部１５と重なる位置に形成されており、その縦横の幅が、係合凸部１５に係合するように該係合凸部１５の縦横の幅とほぼ同じに形成されている。具体的には、軸受ハウジング１２の周方向に沿う横幅が０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度、軸方向に沿う縦幅が１ｍｍ〜２ｍｍ程度となっている。

なお、係合切欠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係合切欠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。
このような構成のもとに、軸受ハウジング１２の係合凸部１５には、図２（ｃ）に示すようにバックフォイル片１１ａの係合切欠１６が係合している。

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１７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（バックフォイル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（薄肉化）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、バックフォイル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係合切欠１６に軸受ハウジング１２の係合凸部１５が係合しており、これによってバックフォイル片１１ａは、軸受ハウジング１２の内周面上で周方向に回ることが防止されている。したがって、バックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃは、係合凸部１５が係合している係合切欠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、係合切欠１６をバックフォイル片１１ａの周方向中央部に形成し、したがって係合凸部１５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、係合凸部１５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。
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、軸受ハウジング１２の内周面の両側端部にそれぞれ設けた係合凸部１５に、バックフォイル片１１ａの両側周縁部にそれぞれ形成した係合切欠１６を係合させることにより、バックフォイル片１１ａ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。
また、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）の山部１１ｃの高さは係合凸部１５の高さより高くする必要があるが、係合凸部１５の高さを調整することで、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）の山部１１ｃの高さについてもその調整が可能となる。したがって、バックフォイル１１について所望のバネ特性が得られやすくなる。
また、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にそれぞれ係合切欠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の係合切欠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。

次に、図１に示したターボ機械に適用されるラジアルフォイル軸受の第２実施形態を、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。本実施形態のラジアルフォイル軸受３が、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）に示した第１実施形態のラジアルフォイル軸受３と異なるところは、ラジアルフォイル軸受３の内周面に設ける係合凸部の構造にある。

本実施形態のラジアルフォイル軸受３では、その概略構成を示す側面図である図４（ａ）に示すように、係止部材３０によって係合凸部が形成されている。すなわち、本実施形態では、軸受ハウジング１２の両側面にそれぞれ、該軸受ハウジング１２の外周縁から内周縁にまで延びる溝状の係合凹部３１が互いに対向して形成されている。係合凹部３１は、本実施形態では軸受ハウジング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、これら係合凹部３１には、前記係止部材３０が係止している。なお、本実施形態では、前記３箇所（実際には６箇所）の係合凹部３１のうちの２箇所（実際には４箇所）の係合凹部３１、３１間に、前記溝１３が配置されている。

また、軸受ハウジング１２の内周面には、図４（ａ）の要部の分解斜視図である図４（ｂ）に示すように、対向する係合凹部３１、３１間に、該係合凹部３１、３１に連通する係合溝３２が形成されている。係合溝３２は、その深さが、係合凹部３１の深さ、すなわち軸受ハウジング１２の外周縁側に向かう深さ（本実施形態では軸受ハウジング１２の厚さに等しくなっている）より浅くなっている。これにより、本実施形態では、係合凹部３１と係合溝３２との間に段差部（図示せず）が形成されている。

そして、これら係合凹部３１、３１および係合溝３２には、係止部材３０が係止している。係止部材３０は、係合凹部３１、３１に係合する一対の係合アーム３３と、これら係合アーム３３、３３間を連結する連結部３４と、を有してＨ字状に形成されたものである。連結部３４は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である図４（ｃ）に示すように、前記係合溝３２に係合して該係合溝３２内に収容され、該係合溝３２の外側に突出しないように形成されている。具体的には、係合溝３２の深さが１ｍｍ〜２ｍｍ程度となっており、したがって連結部３４の高さも１ｍｍ〜２ｍｍ程度となっている。

一対の係合アーム３３は、連結部３４に対して上下方向に延出して形成されたもので、これによって前記したように係止部材３０をＨ字状に形成している。これら係合アーム３３の上側に延出した部分、すなわち係合凹部３１に係合する側と反対の側は、軸受ハウジング１２の内周面より突出することにより、本発明における係合凸部（１５）となっている。

したがって、係合アーム３３の上側に延出した部分に、バックフォイル片１１ａの係合切欠１６が係合し、その状態で軸受ハウジング１２の内周面上に３つのバックフォイル片１１ａが配置されている。このようにバックフォイル片１１ａが軸受ハウジング１２の内周面上に配置されることで、係止部材３０は特にその連結部３４がバックフォイル片１１ａに押さえられることにより、軸受ハウジング１２から脱落することが防止されている。
また、係合アーム３３の下側に延出した部分は、前述した係合凹部３１と係合溝３２との間の段差部に係止している。これにより、係止部材３０は軸受ハウジング１２に対し、その軸方向への移動が規制されている。

なお、係止部材３０の係合アーム３３や連結部３４は、図４（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０．３〜０．５ｍｍ程度となっている。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Ｈ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、係合凹部３１や係合溝３２については、その幅寸法によっても異なるものの、ワイヤカット放電加工やエンドミルによる切削加工などで加工することができる。そして、係止部材３０を軸受ハウジング１２の内周面側から係合凹部３１および係合溝３２に差し入れ、係止させることにより、係合凸部１５を容易に形成することができる。

本実施形態のラジアルフォイル軸受３にあっても、係止部材３０によって形成した係合凸部１５にバックフォイル片１１ａの係合切欠１６を係合することにより、バックフォイル片１１ａ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、係止部材３０によって係合凸部１５を形成しているので、比較的簡易な加工と組み立てで軸受ハウジング１２に係合凸部１５を形成することができる。

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の周方向中央部に係合切欠１６を形成し、該係合切欠１６に係止凸部１５を係止させることで、該係合切欠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、係合切欠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、係合切欠１６を該バックフォイル１１の端部に形成してもよい。

また、前記実施形態では、係合凸部１５を軸受ハウジング１２の内周面の最側端に、すなわち軸受ハウジング１２の側面に面一になるようにして係合凸部１５を形成したが、本発明はこれに限定されることなく、内周面の最側端よりやや内側であっても、本発明における側端部の範囲内とすることができる。
具体的には、図５に示すように、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）およびトップフォイル１０の軸方向の長さＬ１を、軸受ハウジング１２の軸方向の長さＬ２より短くした場合に、バックフォイル１１の長さに対応させて、係合凸部１５を軸受ハウジング１２の内周面の最側端よりやや内側に形成してもよい。

すなわち、設計的に必要とされるバックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）およびトップフォイル１０の軸方向の長さＬ１に対応させて、係合凸部１５の外側面１５ａが軸受ハウジング１２の側面より内側となるように、係合凸部１５の位置を決定してもよい。なお、係合凸部１５の形成位置については、軸受ハウジング１２の内周面上において、軸方向で左右対称でなく、非対称となっていてもよい。

なお、図５に示したように係合凸部１５を軸受ハウジング１２の内周面の最側端よりやや内側に形成する場合にも、この係合凸部１５を第２実施形態で示したような係止部材で形成してもよい。
また、第２実施形態においては、係合凹部３１を軸受ハウジング１２の内周縁から外周縁まで切り欠いて溝状に形成したが、軸受ハウジング１２の内周縁から外周縁に向かって延びていれば、外周縁に到達することなく、その手前まで切り欠くことで、係合凹部を形成していてもよい。さらに、係合凹部の幅については、加工が難しい場合などには係合溝３２の幅より広くなっていてもよく、その場合に、係止部材３０の係合アーム３３は係合凹部に大きなクリアランスを有して係合していてもよい。

さらに、係合凸部の形成については、第２実施形態に示したようにＨ字状の係止部材を用いることなく、単に棒状（柱状）の係合アームを、係合凹部３１に係合・固定することで形成してもよい。その場合に、係合凹部３１への係合アームの固定については、圧入（無理嵌め）や、ネジ止め、耐熱性の高い接着剤による接着などで行うことができる。

また、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、１１ａ…バックフォイル片、１１ｂ…谷部、１１ｃ…山部、１２…軸受ハウジング、１５…係合凸部、１６…係合切欠、３０…係止部材、３１…係合凹部、３２…係合溝、３３…係合アーム、３４…連結部

Claims (6)

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内周面の両側端部には、それぞれ、係合凸部が設けられ、
   前記バックフォイルの両側周縁部には、それぞれ、前記係合凸部に係合する係合切欠が形成されていることを特徴とするラジアルフォイル軸受。
2. 前記軸受ハウジングの両側面には、それぞれ、該軸受ハウジングの内周縁から外周縁に向かって延びる係合凹部が互いに対向して形成され、前記軸受ハウジングの内周面には、対向する前記係合凹部間に、該係合凹部に連通して該係合凹部より軸受ハウジングの外周縁側に向かう深さが浅い係合溝が形成され、前記係合凹部および前記係合溝には、前記係合凹部に係合する一対の係合アームと、前記係合溝に係合し、かつ、前記一対の係合アーム間を連結する連結部と、を有する係止部材が係止し、前記一対の係合アームの、前記係合凹部に係合する側と反対の側が、前記軸受ハウジングの内周面より突出して設けられることにより、該係合アームによって前記係合凸部が形成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係合切欠は、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、それぞれ前記係合切欠が形成されているとともに、該係合切欠には、前記係合凸部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係合切欠は、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。
6. 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又は前記バックフォイル片の係合切欠は、前記谷部に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のラジアルフォイル軸受。

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