JP2015113928A - Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing methods of the bearings - Google Patents

Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing methods of the bearings Download PDF

Info

Publication number
JP2015113928A
JP2015113928A JP2013256848A JP2013256848A JP2015113928A JP 2015113928 A JP2015113928 A JP 2015113928A JP 2013256848 A JP2013256848 A JP 2013256848A JP 2013256848 A JP2013256848 A JP 2013256848A JP 2015113928 A JP2015113928 A JP 2015113928A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
foil
bearing
main body
holder
foils
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013256848A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6266329B2 (en
Inventor
真人 吉野
Masato Yoshino
真人 吉野
藤原 宏樹
Hiroki Fujiwara
宏樹 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Priority to JP2013256848A priority Critical patent/JP6266329B2/en
Priority to CN201480064948.1A priority patent/CN105992880B/en
Priority to US15/103,002 priority patent/US9964143B2/en
Priority to EP14869500.0A priority patent/EP3096027B1/en
Priority to PCT/JP2014/080678 priority patent/WO2015087677A1/en
Publication of JP2015113928A publication Critical patent/JP2015113928A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6266329B2 publication Critical patent/JP6266329B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve support force of a foil bearing.SOLUTION: A foil bearing (thrust foil bearing 40) comprises a foil holder 41, and a plurality of foils 42 which are arranged while being aligned in a circumferential direction. Each foil 42 has a body part 42a having a thrust bearing face S2, and an extension part 42b extending to an outside diameter side from the body part 42a. An end part 42d of the body part 42a of each foil 42 at a rotation-direction preceding side is arranged while being overlapped on the body part 42a of the adjacent foil 42. The extension parts 42b of a plurality of the foils 42 are fixed on the same plane of the foil holder 41.

Description

本発明は、スラストフォイル軸受、ラジアルフォイル軸受、及びこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a thrust foil bearing, a radial foil bearing, and a manufacturing method thereof.

ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適合する軸受として、フォイル軸受が着目されている。フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜(フォイル)で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜(例えば空気膜)が形成され、軸が非接触支持される。   A bearing that supports a main shaft of a turbo machine such as a gas turbine or a turbocharger is required to withstand a severe environment such as high temperature and high speed rotation. As a bearing suitable for use under such conditions, a foil bearing has attracted attention. In the foil bearing, a bearing surface is constituted by a thin film (foil) having low rigidity with respect to bending, and the load is supported by allowing the bearing surface to bend. When the shaft rotates, a fluid film (for example, an air film) is formed between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil, and the shaft is supported in a non-contact manner.

また、ガスタービンや過給機の軸には、タービンの高速回転により発生する気流のスラスト方向の反力が加わるため、軸をラジアル方向だけでなくスラスト方向にも支持する必要がある。例えば下記の特許文献1〜3には、回転部材(スラストカラー)をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受の一種として、リーフ型のスラストフォイル軸受が示されている。このスラストフォイル軸受は、円盤状のフォイルホルダの端面の円周方向複数箇所に複数のリーフを設けたものであり、各リーフの円周方向一端は自由端とされ、各リーフの円周方向他端が固定部材の端面に固定される。回転部材が回転すると、各リーフの軸受面とこれに対向する回転部材の端面との間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間の流体膜により回転部材がスラスト方向に非接触支持される。   Further, since the reaction force in the thrust direction of the air flow generated by the high-speed rotation of the turbine is applied to the shaft of the gas turbine or the supercharger, it is necessary to support the shaft not only in the radial direction but also in the thrust direction. For example, Patent Documents 1 to 3 listed below show a leaf-type thrust foil bearing as a type of thrust foil bearing that supports a rotating member (thrust collar) in the thrust direction. This thrust foil bearing is provided with a plurality of leaves at a plurality of locations in the circumferential direction of the end face of the disk-shaped foil holder, and one end in the circumferential direction of each leaf is a free end, and the other in the circumferential direction of each leaf. The end is fixed to the end surface of the fixing member. When the rotating member rotates, a thrust bearing gap is formed between the bearing surface of each leaf and the end surface of the rotating member facing the leaf surface, and the rotating member is supported in a non-contact manner in the thrust direction by the fluid film of the thrust bearing gap. .

上記のスラストフォイル軸受では、各リーフが円周方向に離間して設けられているため、リーフの円周方向間領域は軸受面として機能せず、支持力が不足する恐れがある。また、上記のスラストフォイル軸受では、リーフの下方にバックフォイル(バンプフォイル、スプリングフォイル)を配することでリーフに弾性力を付与し、これにより、各リーフの軸受面と回転部材との間の隙間(スラスト軸受隙間)を調整している。しかし、このようにバックフォイルを設けることで、部品数が多くなってコストが高くなる。   In the above thrust foil bearing, since the leaves are spaced apart in the circumferential direction, the area between the circumferential directions of the leaves does not function as a bearing surface, and there is a possibility that the supporting force is insufficient. Further, in the above thrust foil bearing, a back foil (bump foil, spring foil) is provided below the leaf to give an elastic force to the leaf, and thereby, between the bearing surface of each leaf and the rotating member. The clearance (thrust bearing clearance) is adjusted. However, providing the back foil in this way increases the number of parts and increases the cost.

例えば、下記特許文献4に示されているスラストフォイル軸受は、各リーフの回転方向先行側の端部が、隣接するリーフの上に乗り上げている。これにより、軸受面を全周に設けることができると共に、バックフォイルを省略してコストを低減できる。また、このスラストフォイル軸受では、各リーフの外径端をリング状の連結部で連結し、この連結部をフォイルホルダに固定しているため、軸受面を形成するリーフの下方に、他のリーフとフォイルホルダとの固定箇所が配されない。リーフはフォイルホルダに対して固定部材や溶接等により固定されるため、通常、固定箇所には凹凸が形成されるが、上記のように軸受面の下方に固定箇所が配されないことで、固定箇所の凹凸が軸受面に悪影響を及ぼす事態を回避し、支持力の低下を防止できる。   For example, in the thrust foil bearing shown in Patent Document 4 below, the end of each leaf on the leading side in the rotational direction rides on the adjacent leaf. Thereby, while being able to provide a bearing surface in a perimeter, a back foil is abbreviate | omitted and cost can be reduced. Further, in this thrust foil bearing, the outer diameter end of each leaf is connected by a ring-shaped connecting portion, and this connecting portion is fixed to the foil holder. Therefore, other leafs are formed below the leaf forming the bearing surface. The fixing part of the foil holder is not arranged. Since the leaf is fixed to the foil holder by a fixing member, welding, or the like, the fixing portion is usually uneven. However, as described above, the fixing portion is not disposed below the bearing surface. It is possible to avoid a situation in which the unevenness of the surface adversely affects the bearing surface and prevent a decrease in the supporting force.

実開昭61−36725号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-36725 実開昭61−38321号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-38321 特開昭63−195412号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-195212 特開2013−61024号公報JP 2013-61024 A

上記特許文献4のスラストフォイル軸受は、以下のような手順で組み立てられる。まず、複数のリーフ131,131’をリング状の連結部132,132’で連結した2枚のフォイル部材130,130’を用意する{図22(a)参照}。そして、各リーフ131,131’を隣接するリーフ131’,131の上に乗り上げさせながら、2枚のフォイル部材130,130’を重ねる{図22(b),(c)参照}。こうして重ねた2枚のフォイル部材130,130’を、フォイルホルダ120に固定する(図23参照)。この場合、下側のフォイル部材130のリーフ131は、上側のフォイル部材130’のリーフ131’に乗り上げることで湾曲する。これにより、リーフ131の軸受面131cと回転部材106との間に、回転方向先行側へ向けて漸次縮小したスラスト軸受隙間が形成される。また、リーフ131が湾曲することで弾性力が付与され、スラスト軸受隙間の調整機能を果たすことができる。   The thrust foil bearing of Patent Document 4 is assembled in the following procedure. First, two foil members 130 and 130 ′ in which a plurality of leaves 131 and 131 ′ are connected by ring-shaped connecting portions 132 and 132 ′ are prepared {see FIG. 22 (a)}. Then, the two foil members 130 and 130 ′ are overlapped with each leaf 131 and 131 ′ riding on the adjacent leaf 131 ′ and 131 {see FIGS. 22 (b) and 22 (c)}. The two foil members 130 and 130 'thus stacked are fixed to the foil holder 120 (see FIG. 23). In this case, the leaf 131 of the lower foil member 130 is bent by riding on the leaf 131 'of the upper foil member 130'. As a result, a thrust bearing gap is formed between the bearing surface 131c of the leaf 131 and the rotating member 106, which is gradually reduced toward the leading side in the rotational direction. In addition, the leaf 131 is curved so that an elastic force is applied, and the thrust bearing clearance can be adjusted.

一方、上側のフォイル部材130’のリーフ131’(特に、各リーフ131’の外径部分)は、下側のフォイル部材130のリーフ131よりも上方に配置されるため、図示のように上側のフォイル部材130’のリーフ131’がほとんど湾曲せずに、軸受面131c’が周方向で略平坦となる恐れがある。この場合、略平坦な軸受面131c’と回転部材106との間に形成されるスラスト軸受隙間が周方向で略一定となるため、スラスト軸受隙間の流体圧が十分に高まらず、支持力の低下を招く恐れがある。また、リーフ131’が湾曲しないと、リーフ131’に十分な弾性力が付与されないため、スラスト軸受隙間の調整機能が働かず、やはり支持力の低下を招く恐れがある。   On the other hand, the leaf 131 ′ of the upper foil member 130 ′ (particularly, the outer diameter portion of each leaf 131 ′) is disposed above the leaf 131 of the lower foil member 130, so The leaf 131 ′ of the foil member 130 ′ is hardly curved, and the bearing surface 131c ′ may be substantially flat in the circumferential direction. In this case, since the thrust bearing gap formed between the substantially flat bearing surface 131c ′ and the rotating member 106 is substantially constant in the circumferential direction, the fluid pressure in the thrust bearing gap is not sufficiently increased, and the supporting force is reduced. There is a risk of inviting. Further, if the leaf 131 'is not bent, sufficient elastic force is not applied to the leaf 131', so that the thrust bearing gap adjusting function does not work, and there is a possibility that the supporting force is also lowered.

上記のような問題は、スラストフォイル軸受に限らず、ラジアルフォイル軸受においても同様に生じ得る。   The above problems can occur not only in the thrust foil bearing but also in the radial foil bearing.

本発明は、フォイル軸受の支持力を高めることを目的とする。   An object of this invention is to raise the supporting force of a foil bearing.

上記目的を達成するため、本発明は、フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備えたスラストフォイル軸受であって、各フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記本体部から外径側に延びる延在部とを有し、各フォイルの本体部の回転方向先行側の端部が、隣接するフォイルの本体部の上に重ねて配置され、前記複数のフォイルの延在部を、前記フォイルホルダの同一平面上に固定したものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides a thrust foil bearing comprising a foil holder and a plurality of foils attached to the foil holder and arranged in a circumferential direction, each foil having a bearing surface. A main body portion and an extending portion extending from the main body portion to the outer diameter side, and an end portion on the front side in the rotation direction of the main body portion of each foil is disposed on the main body portion of the adjacent foil. The extending portions of the plurality of foils are fixed on the same plane of the foil holder.

また、上記目的を達成するため、本発明は、フォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備えたラジアルフォイル軸受であって、各フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記本体部から軸方向一方側に延びる延在部とを有し、各フォイルの本体部の回転方向先行側の端部が、隣接するフォイルの本体部の上に重ねて配置され、前記複数のフォイルの延在部を、前記フォイルホルダの同一円筒面上に固定したものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides a radial foil bearing comprising a foil holder and a plurality of foils attached to the inner peripheral surface of the foil holder and arranged in the circumferential direction, The foil has a main body portion having a bearing surface and an extending portion extending from the main body portion to one side in the axial direction, and the end portion of the foil main body portion in the rotation direction leading side is adjacent to the main body portion of the foil. The extending portions of the plurality of foils are fixed on the same cylindrical surface of the foil holder.

このように、各フォイルの延在部をフォイルホルダの同一平面上(あるいは同一円筒面上)に固定することで、全てのフォイルが、隣接するフォイルに乗り上げて、同様に湾曲する。これにより、各フォイルの軸受面と、支持対象である回転部材との間に、回転方向先行側へ向けて漸次縮小した軸受隙間が形成される。また、各フォイルが同様に湾曲することで、各フォイルに十分な弾性力が付与されるため、この弾性力により軸受隙間の調整機能を果たすことができる。   Thus, by fixing the extending part of each foil on the same plane (or on the same cylindrical surface) of the foil holder, all the foils ride on the adjacent foils and are similarly bent. As a result, a bearing gap that gradually decreases toward the leading side in the rotational direction is formed between the bearing surface of each foil and the rotating member that is the support target. In addition, since each foil is similarly bent, a sufficient elastic force is applied to each foil, so that the adjustment function of the bearing gap can be achieved by this elastic force.

例えば図14に示す例では、フォイル42の延在部42bが、本体部42aから半径方向沿って外径側に延び、延在部42bの外径部分(クロスハッチングで示す)がフォイルホルダ(ホルダ本体41a)に固定されている。この場合、軸の回転に伴う流体の流動により、フォイル42の本体部42aが回転方向先行側(矢印方向)に引っ張られることで、延在部42bの内径部分Pにせん断力が加わり、フォイルが損傷する恐れがある。これに対し、図7に示す例では、フォイル42の延在部42bが、本体部42aから外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延び、この延在部42bの外径部分(クロスハッチングで示す)がフォイルホルダ41に固定されている。この場合、軸の回転に伴ってフォイルが回転方向先行側に引っ張られたときに、延在部42bの内径部分Pに加わる力の方向が主に引張方向となるため、この内径部分Pに加わるせん断力を低減し、フォイルの損傷を防止できる。   For example, in the example shown in FIG. 14, the extending part 42b of the foil 42 extends from the main body part 42a to the outer diameter side along the radial direction, and the outer diameter part (indicated by cross-hatching) of the extending part 42b is a foil holder (holder). It is fixed to the main body 41a). In this case, due to the fluid flow accompanying the rotation of the shaft, the main body portion 42a of the foil 42 is pulled toward the rotation direction leading side (arrow direction), so that a shearing force is applied to the inner diameter portion P of the extending portion 42b, and the foil Risk of damage. On the other hand, in the example shown in FIG. 7, the extending portion 42b of the foil 42 extends from the main body portion 42a toward the outer diameter side in a direction inclined toward the rear side in the rotational direction, and the outer diameter portion of the extending portion 42b. (Indicated by cross hatching) is fixed to the foil holder 41. In this case, when the foil is pulled to the rotation direction leading side with the rotation of the shaft, the direction of the force applied to the inner diameter portion P of the extending portion 42b is mainly the tensile direction. Shear force can be reduced and foil damage can be prevented.

上記のスラストフォイル軸受は、例えば、軸受面を有する本体部、及び、前記本体部から外径側に延びる延在部を有する複数のフォイルと、前記複数のフォイルの外径側に設けられ、前記複数のフォイルの延在部を連結する連結部とを有する複数のフォイル部材を形成する工程と、前記複数のフォイル部材を重ね、各本体部の回転方向先行側の端部を、隣接する本体部の上に重ねて配置する工程と、前記複数のフォイル部材の延在部を、フォイルホルダの同一平面上に固定する工程と、前記複数のフォイル部材の連結部を前記フォイルから分離する工程とを順に経て製造することができる。   The thrust foil bearing is provided, for example, on a main body portion having a bearing surface, a plurality of foils having extending portions extending from the main body portion to an outer diameter side, and an outer diameter side of the plurality of foils, A step of forming a plurality of foil members having a connecting portion for connecting the extending portions of the plurality of foils, and a plurality of the foil members are overlapped, and the end portion on the front side in the rotation direction of each main body portion is adjacent to the main body portion. A step of placing the plurality of foil members on the same plane, and a step of separating the connecting portions of the plurality of foil members from the foil. It can be manufactured in order.

また、上記のラジアルフォイル軸受は、例えば、軸受面を有する本体部、及び、前記本体部から軸方向一方側に延びる延在部を有する複数のフォイルと、前記複数のフォイルの軸方向一方側に設けられ、前記複数のフォイルの延在部を連結する連結部とを有する複数のフォイル部材を形成する工程と、前記複数のフォイル部材を重ね、各フォイル部材の本体部の回転方向先行側の端部を、隣接するフォイル部材の本体部の上に重ねて配置する工程と、前記複数のフォイル部材の延在部を、フォイルホルダの同一円筒面上に固定する工程と、前記複数のフォイル部材の連結部を前記フォイルから分離する工程とを順に経て製造することができる。   In addition, the radial foil bearing described above includes, for example, a main body portion having a bearing surface, a plurality of foils having extending portions extending from the main body portion to one axial direction, and one axial direction of the plurality of foils. A step of forming a plurality of foil members having a connecting portion that connects the extending portions of the plurality of foils, and stacking the plurality of foil members, and an end of the main body portion of each foil member on the leading side in the rotation direction A portion of the plurality of foil members overlaid on a body portion of an adjacent foil member, a step of fixing the extending portions of the plurality of foil members on the same cylindrical surface of the foil holder, It can manufacture in order through the process of isolate | separating a connection part from the said foil.

上記のように、複数のフォイルを連結部で連結したフォイル部材をフォイルホルダに取り付けることで、各フォイルを一枚ずつフォイルホルダに取り付ける場合と比べて、組み付け工程が簡略化され、生産性を高めることができる。   As described above, by attaching a foil member in which a plurality of foils are connected to the foil holder to the foil holder, the assembly process is simplified and productivity is increased as compared with the case where each foil is attached to the foil holder one by one. be able to.

上記の製造方法において、前記フォイル部材の前記連結部と前記延在部との境界の周方向寸法を、前記延在部の端部(スラストフォイル軸受の場合は外径端、ラジアルフォイル軸受の場合は軸方向一方の端部)の周方向寸法よりも小さくすれば、連結部とフォイルとを容易に分離することができる。   In the above manufacturing method, the circumferential dimension of the boundary between the connecting portion and the extending portion of the foil member is defined as the end portion of the extending portion (the outer diameter end in the case of a thrust foil bearing, the case of a radial foil bearing). If it is made smaller than the circumferential dimension of one end part of an axial direction), a connection part and foil can be isolate | separated easily.

以上のように、本発明のスラストフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受によれば、複数のフォイルの延在部をフォイルホルダの同一平面上あるいは同一円筒面上に固定することで、全てのフォイルが同様に湾曲する。これにより、全てのフォイルが、回転方向先行側へ向けて漸次縮小した軸受隙間を形成すると共に、軸受隙間の調整機能を有するため、支持力を高めることができる。   As described above, according to the thrust foil bearing and the radial foil bearing of the present invention, by fixing the extending portions of the plurality of foils on the same plane or the same cylindrical surface of the foil holder, all the foils are similarly formed. Bend. Accordingly, all the foils form a bearing gap that is gradually reduced toward the leading side in the rotation direction and have a function of adjusting the bearing gap, so that the support force can be increased.

ガスタービンの構成を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the structure of a gas turbine. 上記ガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the support structure of the rotor in the said gas turbine. 上記支持構造に組み込まれたフォイル軸受ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing unit integrated in the said support structure. 上記フォイル軸受ユニットに組み込まれたラジアルフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the radial foil bearing integrated in the said foil bearing unit. (A)は、上記ラジアルフォイル軸受のフォイルの斜視図であり、(B)は3枚のフォイルを仮組みした状態の斜視図である。(A) is a perspective view of the foil of the radial foil bearing, and (B) is a perspective view of a state in which three foils are temporarily assembled. (A)は第1スラストフォイル軸受の平面図であり、(B)は第2スラストフォイル軸受の平面図である。(A) is a top view of a 1st thrust foil bearing, (B) is a top view of a 2nd thrust foil bearing. 第1スラストフォイル軸受のフォイルの平面図である。It is a top view of the foil of a 1st thrust foil bearing. 第1スラストフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of a 1st thrust foil bearing. (A)及び(B)は、複数のフォイルを連結してなるフォイル部材の平面図である。(A) And (B) is a top view of the foil member formed by connecting several foil. 2枚のフォイル部材を仮組みした状態を示す平面図である。It is a top view showing the state where two foil members were temporarily assembled. 仮組した2枚のフォイル部材をフォイルホルダのホルダ本体上に配置した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which has arrange | positioned two foil members temporarily assembled on the holder main body of a foil holder. 図11のホルダ本体に固定部材を取り付けた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which attached the fixing member to the holder main body of FIG. 他の実施形態に係るフォイルの平面図である。It is a top view of the foil concerning other embodiments. 他の実施形態に係るフォイルの平面図である。It is a top view of the foil concerning other embodiments. (A)は、他の実施形態に係るスラストフォイル軸受に用いられる2枚のフォイル部材の平面図、(B)は仮組みした2枚のフォイル部材の平面図、(C)はスラストフォイル軸受の平面図である。(A) is a plan view of two foil members used in a thrust foil bearing according to another embodiment, (B) is a plan view of the two foil members temporarily assembled, and (C) is a thrust foil bearing. It is a top view. 図15(C)のスラストフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the thrust foil bearing of FIG.15 (C). 本発明の実施形態に係るラジアルフォイル軸受の正面図である。It is a front view of the radial foil bearing which concerns on embodiment of this invention. 図17のラジアルフォイル軸受のフォイルの平面図である。It is a top view of the foil of the radial foil bearing of FIG. 図17のラジアルフォイル軸受の平面展開図である。FIG. 18 is a plan development view of the radial foil bearing of FIG. 17. (A)及び(B)は、複数のフォイルを連結したフォイル部材の平面図である。(A) And (B) is a top view of the foil member which connected the some foil. 仮組みした2枚のフォイル部材の平面図である。It is a top view of two foil members temporarily assembled. (a)〜(c)は、従来のスラストフォイル軸受のフォイルの斜視図である。(A)-(c) is a perspective view of the foil of the conventional thrust foil bearing. 図22のフォイルを有するスラストフォイル軸受の断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view of a thrust foil bearing having the foil of FIG.

図1に、ターボ機械の一種であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、翼列を形成したタービン1および圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを主に備える。タービン1、圧縮機2、および発電機3には、水平方向に延びる共通の軸6が設けられ、この軸6と、タービン1および圧縮機2とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口7から吸入された空気は、圧縮機2で圧縮され、再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン1を回転させる。タービン1の回転力が軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転することにより発電し、この電力がインバータ8を介して出力される。タービン1を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器5に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器5で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置9を通ってから排ガスとして排出される。   FIG. 1 conceptually shows the configuration of a gas turbine that is a kind of turbomachine. This gas turbine mainly includes a turbine 1 and a compressor 2 that form blade cascades, a generator 3, a combustor 4, and a regenerator 5. The turbine 1, the compressor 2, and the generator 3 are provided with a common shaft 6 that extends in the horizontal direction, and the shaft 6, the turbine 1, and the compressor 2 constitute a rotor that can rotate integrally. Air sucked from the intake port 7 is compressed by the compressor 2, heated by the regenerator 5, and then sent to the combustor 4. Fuel is mixed with this compressed air and burned, and the turbine 1 is rotated by high-temperature and high-pressure gas. The rotational force of the turbine 1 is transmitted to the generator 3 via the shaft 6, and the generator 3 rotates to generate electric power, and this electric power is output via the inverter 8. Since the gas after rotating the turbine 1 is at a relatively high temperature, the heat of the gas after combustion is regenerated by sending this gas to the regenerator 5 and exchanging heat with the compressed air before combustion. Use. The gas that has been subjected to heat exchange in the regenerator 5 is discharged as exhaust gas after passing through the exhaust heat recovery device 9.

図2に、上記ガスタービンにおけるロータの軸6を支持するフォイル軸受ユニット10を示す。フォイル軸受ユニット10は、軸6に固定された回転部材20と、軸6及び回転部材20をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受30と、軸6及び回転部材20をスラスト方向に支持する第1スラストフォイル軸受40及び第2スラストフォイル軸受50とを備える。   FIG. 2 shows a foil bearing unit 10 that supports the rotor shaft 6 in the gas turbine. The foil bearing unit 10 includes a rotating member 20 fixed to the shaft 6, a radial foil bearing 30 that supports the shaft 6 and the rotating member 20 in the radial direction, and a first thrust that supports the shaft 6 and the rotating member 20 in the thrust direction. A foil bearing 40 and a second thrust foil bearing 50 are provided.

回転部材20は、図3に示すように、スリーブ部21と、スリーブ部21から外径に突出した円盤状のフランジ部22とを備える。フランジ部22は例えば炭素繊維強化複合材で形成され、スリーブ部21は例えば炭素焼結材で形成される。   As shown in FIG. 3, the rotating member 20 includes a sleeve portion 21 and a disk-like flange portion 22 that protrudes from the sleeve portion 21 to the outer diameter. The flange portion 22 is formed of, for example, a carbon fiber reinforced composite material, and the sleeve portion 21 is formed of, for example, a carbon sintered material.

ラジアルフォイル軸受30は、図4に示すように、筒状(図示例では円筒状)のフォイルホルダ31と、フォイルホルダ31の内周面に取り付けられた複数(図示例では3枚)のフォイル32とを有する。複数のフォイル32は、フォイルホルダ31の内周面に周方向に並べて配置される。   As shown in FIG. 4, the radial foil bearing 30 includes a cylindrical (cylindrical in the illustrated example) foil holder 31 and a plurality (three in the illustrated example) of foils 32 attached to the inner peripheral surface of the foil holder 31. And have. The plurality of foils 32 are arranged on the inner peripheral surface of the foil holder 31 in the circumferential direction.

フォイルホルダ31の内周面31aには、溝31bが形成される。本実施形態では、フォイルホルダ31の円周方向等間隔の複数箇所(図示例では3箇所)に、軸方向に沿って延びる溝31bが設けられる。フォイルホルダ31は金属で形成され、例えば溝31bを含めて一体に型成形される。本実施形態のフォイルホルダ31は、焼結金属で一体に型成形される。尚、フォイル軸受ユニット10が比較的低温環境で使用される場合、フォイルホルダ31を樹脂で型成形してもよい。   A groove 31 b is formed on the inner peripheral surface 31 a of the foil holder 31. In this embodiment, the groove | channel 31b extended along an axial direction is provided in the multiple places (three places in the example of illustration) of the foil holder 31 at equal intervals in the circumferential direction. The foil holder 31 is made of metal, and is integrally molded including the groove 31b, for example. The foil holder 31 of this embodiment is integrally molded with a sintered metal. When the foil bearing unit 10 is used in a relatively low temperature environment, the foil holder 31 may be molded with resin.

各フォイル32は、図5(A)に示すように、周方向一端に設けられた凸部32cと、周方向他端に設けられた凹部32dとを備える。各フォイル32の凸部32cと凹部32dとは、軸方向で同じ位置に設けられる。図5(B)に示すように、各フォイル32の凸部32cを、隣接するフォイル32の凹部32dに嵌め込むことで、3枚のフォイル32を筒状に仮組みすることができる。この場合、図4に示す軸方向視において、各フォイル32の周方向一端(凸部32c)と、隣接するフォイル32の周方向他端(凹部32dの軸方向両側の凸部32e)とが交差した状態となる。この状態で、各フォイル32の周方向両端が、フォイルホルダ31に保持される。具体的には、各フォイル32の周方向他端の凸部32eがフォイルホルダ31の溝31bに差し込まれ、各フォイル32の周方向一端の凸部32cが、隣接するフォイル32の外径面32bとフォイルホルダ31の内周面31aとの間に配される。この場合、複数のフォイル32の回転方向先行側への移動は、各フォイル32の凸部32eが溝31bの角部31b1に突き当たることで規制されるが、複数のフォイル32の回転方向後方側への移動は規制されていない。これにより、複数のフォイル32が、フォイルホルダ31に対して周方向移動可能とされる。   As shown in FIG. 5A, each foil 32 includes a convex portion 32c provided at one end in the circumferential direction and a concave portion 32d provided at the other circumferential end. The convex portion 32c and the concave portion 32d of each foil 32 are provided at the same position in the axial direction. As shown in FIG. 5B, the three foils 32 can be temporarily assembled into a cylindrical shape by fitting the convex portions 32c of the foils 32 into the concave portions 32d of the adjacent foils 32. In this case, when viewed in the axial direction shown in FIG. 4, one end in the circumferential direction (convex portion 32c) of each foil 32 intersects with the other circumferential end of the adjacent foil 32 (convex portions 32e on both sides in the axial direction of the concave portion 32d). It will be in the state. In this state, both ends in the circumferential direction of each foil 32 are held by the foil holder 31. Specifically, the protrusion 32e at the other circumferential end of each foil 32 is inserted into the groove 31b of the foil holder 31, and the protrusion 32c at one circumferential end of each foil 32 is the outer diameter surface 32b of the adjacent foil 32. And the inner peripheral surface 31 a of the foil holder 31. In this case, the movement of the plurality of foils 32 in the rotational direction leading side is restricted by the protrusions 32e of the foils 32 striking the corners 31b1 of the grooves 31b. Movement is not regulated. Accordingly, the plurality of foils 32 can be moved in the circumferential direction with respect to the foil holder 31.

各フォイル32の内径面32aは、ラジアル軸受面S1として機能する(図4参照)。図示例では、3枚のフォイル32で多円弧型のラジアル軸受面S1を形成している。フォイルホルダ31の内周面31aと各フォイル32との間には、フォイル32に弾性力を付与するための部材(バックフォイル等)は設けられておらず、フォイル32の外径面32bとフォイルホルダ31の内周面31aとが摺動可能とされる。各フォイル32の凸部32cは、隣接するフォイル32のラジアル軸受面S1の外径側に配され、アンダーフォイル部として機能する。   The inner diameter surface 32a of each foil 32 functions as a radial bearing surface S1 (see FIG. 4). In the illustrated example, a multi-arc radial bearing surface S1 is formed by three foils 32. A member (such as a back foil) for applying elastic force to the foil 32 is not provided between the inner peripheral surface 31a of the foil holder 31 and each foil 32, and the outer diameter surface 32b of the foil 32 and the foil are not provided. The inner peripheral surface 31a of the holder 31 is slidable. The convex portion 32c of each foil 32 is disposed on the outer diameter side of the radial bearing surface S1 of the adjacent foil 32 and functions as an underfoil portion.

本発明の実施形態に係る第1スラストフォイル軸受40は、回転部材20のフランジ部22を軸方向一方側から支持するものであり、図6(A)に示すように、フォイルホルダ41と、フォイルホルダ41に取り付けられた複数のフォイル42とを備える。フォイルホルダ41は、軸心に穴を有する円盤状のホルダ本体41aと、ホルダ本体41aの端面41a1の外径端に設けられた固定部材41bとを有する。本実施形態では、第1スラストフォイル軸受40のフォイルホルダ41のホルダ本体41aと、ラジアルフォイル軸受30のフォイルホルダ31とが一体に形成される(図3参照)。また、本実施形態では、固定部材41bが環状を成している。   The first thrust foil bearing 40 according to the embodiment of the present invention supports the flange portion 22 of the rotating member 20 from one axial side, and as shown in FIG. And a plurality of foils 42 attached to the holder 41. The foil holder 41 includes a disc-shaped holder main body 41a having a hole in the shaft center, and a fixing member 41b provided at the outer diameter end of the end surface 41a1 of the holder main body 41a. In this embodiment, the holder main body 41a of the foil holder 41 of the first thrust foil bearing 40 and the foil holder 31 of the radial foil bearing 30 are integrally formed (see FIG. 3). In the present embodiment, the fixing member 41b has an annular shape.

第1スラストフォイル軸受40の各フォイル42は、図7に示すように、本体部42aと、本体部42aから外径側に延びる延在部42bとを一体に備える。本体部42aの回転方向後方側の縁42eは、少なくとも外径端が、内径側へ向けて回転方向先行側へ傾斜した方向に延びている。図示例では、本体部42aの回転方向後方側の縁42eが、中央部を回転方向先行側へ突出した略V字形状(いわゆるへリングボーン形状)を成している。また、図示例では、本体部42aの回転方向先行側の縁42dも、中央部を回転方向先行側へ突出した略V字形状を成している。本体部42aの縁42d,42eの中央部は、円弧状に丸まっている。延在部42bは、本体部42aの外径端から、外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びている。詳しくは、延在部42bの回転方向先行側及び回転方向後方側の縁が、何れも、外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びている。   As shown in FIG. 7, each foil 42 of the first thrust foil bearing 40 is integrally provided with a main body portion 42a and an extending portion 42b extending from the main body portion 42a to the outer diameter side. The edge 42e on the rear side in the rotation direction of the main body 42a extends at least at the outer diameter end in a direction inclined toward the front side in the rotation direction toward the inner diameter side. In the illustrated example, the edge 42e on the rear side in the rotation direction of the main body 42a has a substantially V shape (so-called herringbone shape) with the center portion protruding toward the preceding side in the rotation direction. In the illustrated example, the edge 42d on the rotation direction leading side of the main body 42a also has a substantially V-shape with the center portion protruding toward the rotation direction leading side. The central portions of the edges 42d and 42e of the main body 42a are rounded in an arc shape. The extending part 42b extends from the outer diameter end of the main body part 42a in a direction inclined toward the rear side in the rotation direction toward the outer diameter side. Specifically, the edges of the extending portion 42b on the rotation direction leading side and the rotation direction rear side both extend in a direction inclined toward the rotation direction rear side toward the outer diameter side.

各フォイル42の延在部42bは、フォイルホルダ41の同一平面上に固定される。本実施形態では、各延在部42bが、フォイルホルダ41のホルダ本体41aの端面41a1の外径端に固定される。具体的には、各延在部42bが同一円周上に配され、フォイルホルダ41のホルダ本体41aと環状の固定部材41bとで各延在部42bが挟持固定される。本実施形態では、各フォイル42の延在部42bの外径部分(図7にクロスハッチングで示す)がフォイルホルダ41に固定される。   The extending part 42 b of each foil 42 is fixed on the same plane of the foil holder 41. In the present embodiment, each extending portion 42 b is fixed to the outer diameter end of the end surface 41 a 1 of the holder body 41 a of the foil holder 41. Specifically, the extending portions 42b are arranged on the same circumference, and the extending portions 42b are sandwiched and fixed by the holder main body 41a of the foil holder 41 and the annular fixing member 41b. In the present embodiment, the outer diameter portion (indicated by cross hatching in FIG. 7) of the extending portion 42 b of each foil 42 is fixed to the foil holder 41.

複数のフォイル42は、円周方向等ピッチで配される{図6(A)参照}。図示例では、複数のフォイル42を、各フォイル42の半分だけ位相をずらして重ね合わせている。各フォイル42の回転方向先行側の縁42dは、隣接するフォイル42の上(フランジ部22側)に配される(図8参照)。すなわち、各フォイル42の回転方向先行側部分は、隣接するフォイル42の回転方向後方側部分に乗り上げている。本実施形態では、各フォイル42の延在部42bがフォイルホルダ41の同一平面上(図示例では、ホルダ本体41aの端面41a1上)に配置されるため、全てのフォイル42が隣接するフォイル42に乗り上げて同様に湾曲する。各フォイル42の本体部42aのうち、フランジ部22の一方の端面22aと直接対向している部分{図6(A)で見えている部分}が、スラスト軸受面S2として機能する。   The plurality of foils 42 are arranged at equal pitches in the circumferential direction {see FIG. 6A}. In the illustrated example, a plurality of foils 42 are overlapped with a phase shifted by half of each foil 42. The leading edge 42d in the rotational direction of each foil 42 is disposed on the adjacent foil 42 (flange portion 22 side) (see FIG. 8). That is, the rotation direction leading side portion of each foil 42 rides on the rotation direction rear side portion of the adjacent foil 42. In this embodiment, since the extending part 42b of each foil 42 is arrange | positioned on the same plane (in the example of illustration, on the end surface 41a1 of the holder main body 41a) of the foil holder 41, all the foils 42 are adjacent to the adjacent foil 42. Get on and bend in the same way. Of the main body portion 42a of each foil 42, a portion that directly faces one end surface 22a of the flange portion 22 (portion visible in FIG. 6A) functions as the thrust bearing surface S2.

本発明の実施形態としての第2スラストフォイル軸受50は、回転部材20のフランジ部22を軸方向他方側から支持するものであり、図6(B)に示すように、フォイルホルダ51と、フォイルホルダ51に固定された複数のフォイル52とを備える。フォイルホルダ51は、軸心に穴を有する円盤状のホルダ本体51aと、ホルダ本体51aの端面51a1の外径端に設けられた固定部材51bとを有する。各フォイル52は、本体部52aと、本体部から外径側に延びる延在部52bとを有する。各フォイル52の本体部52aのうち、フランジ部22の他方の端面22bと直接対向している部分{図6(B)で見えている部分}が、スラスト軸受面S3として機能する。尚、第2スラストフォイル軸受50の各部材の形状や固定方法は、第1スラストフォイル軸受40と同様であるため、重複説明を省略する。   The second thrust foil bearing 50 as an embodiment of the present invention supports the flange portion 22 of the rotating member 20 from the other side in the axial direction. As shown in FIG. 6B, the foil holder 51 and the foil And a plurality of foils 52 fixed to the holder 51. The foil holder 51 includes a disc-shaped holder main body 51a having a hole in the shaft center, and a fixing member 51b provided at the outer diameter end of the end surface 51a1 of the holder main body 51a. Each foil 52 has a main body portion 52a and an extending portion 52b extending from the main body portion to the outer diameter side. Of the main body portion 52a of each foil 52, the portion that directly faces the other end surface 22b of the flange portion 22 {the portion visible in FIG. 6B} functions as the thrust bearing surface S3. In addition, since the shape and fixing method of each member of the 2nd thrust foil bearing 50 are the same as that of the 1st thrust foil bearing 40, duplication description is abbreviate | omitted.

フォイル32,42,52は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ20μm〜200μm程度の金属フォイルで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、金属フォイルとしてステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。   The foils 32, 42, 52 are formed of a metal foil having a thickness of about 20 μm to 200 μm made of a metal having a good spring property and good workability, for example, a steel material or a copper alloy. In an air dynamic pressure bearing using air as a fluid film as in this embodiment, since there is no lubricating oil in the atmosphere, it is preferable to use a stainless steel or bronze metal foil.

上記構成のフォイル軸受ユニット10は、以下のような手順で組み立てられる。まず、ラジアルフォイル軸受30の内周に、回転部材20のスリーブ部21を挿入する。その後、回転部材20のフランジ部22を軸方向両側から挟み込むように、第2スラストフォイル軸受50を第1スラストフォイル軸受に取り付ける。具体的に、第1フォイル軸受40のフォイルホルダ41の固定部材41bと、第2フォイル軸受50のフォイルホルダ51の固定部材51bとを当接させ、この状態で、図示しないボルト等で両フォイルホルダ41,51を軸方向に固定する。以上により、フォイル軸受ユニット10が完成する。   The foil bearing unit 10 having the above configuration is assembled in the following procedure. First, the sleeve portion 21 of the rotating member 20 is inserted into the inner periphery of the radial foil bearing 30. Then, the 2nd thrust foil bearing 50 is attached to a 1st thrust foil bearing so that the flange part 22 of the rotating member 20 may be inserted | pinched from the axial direction both sides. Specifically, the fixing member 41b of the foil holder 41 of the first foil bearing 40 and the fixing member 51b of the foil holder 51 of the second foil bearing 50 are brought into contact with each other. 41 and 51 are fixed in the axial direction. Thus, the foil bearing unit 10 is completed.

組み立てられたフォイル軸受ユニット10の回転部材20の内周に、軸6を圧入すると共に、フォイル軸受30,40,50のフォイルホルダ31,41,51の一部又は全部をガスタービンのハウジングに固定する。このとき、ラジアルフォイル軸受30及びスラストフォイル軸受40,50と回転部材20とがフォイル軸受ユニット10として一体化されているため、ガスタービンに容易に組み付けることができる。   The shaft 6 is press-fitted into the inner periphery of the rotating member 20 of the assembled foil bearing unit 10, and part or all of the foil holders 31, 41, 51 of the foil bearings 30, 40, 50 are fixed to the housing of the gas turbine. To do. At this time, since the radial foil bearing 30, the thrust foil bearings 40 and 50, and the rotating member 20 are integrated as the foil bearing unit 10, it can be easily assembled to the gas turbine.

軸6が円周方向一方(図4及び図7の矢印方向)に回転すると、ラジアルフォイル軸受30のフォイル32のラジアル軸受面S1と回転部材20のスリーブ部21の外周面21aとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間に生じる空気膜の圧力により回転部材20及び軸6がラジアル方向に支持される。これと同時に、第1スラストフォイル軸受40のフォイル42のスラスト軸受面S2と回転部材20のフランジ部22の一方の端面22aとの間、及び、第2スラストフォイル軸受50のフォイル52のスラスト軸受面S3と回転部材20のフランジ部22の他方の端面22bとの間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、各スラスト軸受隙間に生じる空気膜の圧力により、回転部材20及び軸6が両スラスト方向に支持される。   When the shaft 6 rotates in one circumferential direction (the arrow direction in FIGS. 4 and 7), the radial bearing surface S1 of the foil 32 of the radial foil bearing 30 and the outer peripheral surface 21a of the sleeve portion 21 of the rotating member 20 are radially A bearing gap is formed, and the rotary member 20 and the shaft 6 are supported in the radial direction by the pressure of the air film generated in the radial bearing gap. At the same time, between the thrust bearing surface S2 of the foil 42 of the first thrust foil bearing 40 and one end surface 22a of the flange portion 22 of the rotating member 20, and the thrust bearing surface of the foil 52 of the second thrust foil bearing 50. A thrust bearing gap is formed between S3 and the other end face 22b of the flange portion 22 of the rotating member 20, and the rotating member 20 and the shaft 6 are supported in both thrust directions by the pressure of the air film generated in each thrust bearing gap. Is done.

このとき、フォイル32,42,52が有する可撓性により、各フォイル32,42,52の軸受面S1,S2,S3が、荷重や軸6の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間は運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間を最適幅に管理することができ、回転部材20及び軸6を安定して支持することが可能となる。   At this time, due to the flexibility of the foils 32, 42, 52, the bearing surfaces S 1, S 2, S 3 of the foils 32, 42, 52 depend on the operating conditions such as the load, the rotational speed of the shaft 6, and the ambient temperature. In order to deform arbitrarily, the radial bearing gap and the thrust bearing gap are automatically adjusted to appropriate widths according to the operating conditions. Therefore, even under severe conditions such as high temperature and high speed rotation, the radial bearing gap and the thrust bearing gap can be managed to the optimum width, and the rotating member 20 and the shaft 6 can be stably supported.

また、第1スラストフォイル軸受40(第2スラストフォイル軸受50も同様、以下省略)では、図8に示すように、各フォイル42が隣接するフォイル42に乗り上げることで弾性が付与されるため、バックフォイルを省略して部品点数を削減することができ、低コスト化が図られる。また、各フォイル42のうち、軸受面S2よりも外径側に設けた延在部42bをフォイルホルダ41に固定することで、フォイル42とフォイルホルダ41との固定箇所が軸受面S2の下方に設けられないため、固定箇所に起因した凹凸が軸受面S2に設けられることがない。従って、軸受面S2全域を有効に機能させることができ、支持力が高められる。   Further, in the first thrust foil bearing 40 (the second thrust foil bearing 50 is also omitted hereinafter), as shown in FIG. 8, each foil 42 rides on the adjacent foil 42 to provide elasticity. The number of parts can be reduced by omitting the foil, and the cost can be reduced. Further, by fixing the extending portion 42b provided on the outer diameter side of the bearing surface S2 among the foils 42 to the foil holder 41, the fixing portion between the foil 42 and the foil holder 41 is located below the bearing surface S2. Since it is not provided, the unevenness caused by the fixed portion is not provided on the bearing surface S2. Therefore, the entire bearing surface S2 can be functioned effectively, and the supporting force is increased.

また、第1スラストフォイル軸受40では、各フォイル42の延在部42bが同一平面上(ホルダ本体41aの端面41a1上)に配置されることで、全てのフォイル42が、隣接するフォイル42に乗り上げて同様に湾曲する。詳しくは、全てのフォイル42の本体部42aの半径方向全域が、ホルダ本体41aの端面41a1から隣接するフォイル42に乗り上げて湾曲する。このとき、各フォイル42の本体部42aの回転方向後方側の縁42eが、半径方向全域でホルダ本体41aの端面41a1に接触していることが好ましい。これにより、全てのフォイル42のスラスト軸受面S2と回転部材20のフランジ部22の端面22aとの間に、回転方向先行側(図8の左側)へ向けて漸次縮小したスラスト軸受隙間が形成される。また、各フォイル42が湾曲することで、各フォイル42に適当な弾性力が付与される。この弾性力と、スラスト軸受隙間の流体の圧力との釣り合いにより、スラスト軸受隙間の隙間幅を常に適正に保つことができ、優れた支持力を得ることができる。   Further, in the first thrust foil bearing 40, the extending portions 42b of the respective foils 42 are arranged on the same plane (on the end surface 41a1 of the holder main body 41a), so that all the foils 42 ride on the adjacent foils 42. Bend in the same way. Specifically, the entire radial direction of the main body portion 42a of all the foils 42 rides on the adjacent foil 42 from the end surface 41a1 of the holder main body 41a and curves. At this time, the edge 42e on the rear side in the rotation direction of the main body 42a of each foil 42 is preferably in contact with the end surface 41a1 of the holder main body 41a in the entire radial direction. As a result, a thrust bearing gap gradually reduced toward the rotation direction leading side (left side in FIG. 8) is formed between the thrust bearing surface S2 of all the foils 42 and the end surface 22a of the flange portion 22 of the rotating member 20. The Further, since each foil 42 is curved, an appropriate elastic force is applied to each foil 42. Due to the balance between the elastic force and the fluid pressure in the thrust bearing gap, the gap width of the thrust bearing gap can always be kept appropriate, and an excellent supporting force can be obtained.

また、各フォイル42の本体部42aの回転方向後方側の縁42eの外径端が、内径側へ向けて回転方向先行側へ傾斜した方向に延びていることにより、隣接するフォイル42の本体部42aがこの縁42eに乗り上げたときに、本体部42aの軸受面S2の外径端に、内径側へ向けて回転方向先行側へ傾斜した段差が形成される。この段差に沿って、軸受面S2の周囲の流体(空気)を積極的にスラスト軸受隙間に流入させることができるため、スラスト軸受隙間の流体の圧力を高めることができる。特に、本実施形態では、各フォイル42の本体部42aの回転方向後方側の縁42eをへリングボーン形状とすることで、軸受面S2の半径方向中央に流体を集めて、スラスト軸受隙間の流体の圧力をさらに高めることができる。   Further, the outer diameter end of the edge 42e on the rear side in the rotation direction of the main body 42a of each foil 42 extends in a direction inclined toward the front side in the rotation direction toward the inner diameter, so that the main body of the adjacent foil 42 is provided. When 42a rides on the edge 42e, a step is formed at the outer diameter end of the bearing surface S2 of the main body portion 42a that is inclined toward the inner diameter side toward the rotation direction leading side. Since the fluid (air) around the bearing surface S2 can be actively introduced into the thrust bearing gap along this step, the pressure of the fluid in the thrust bearing gap can be increased. In particular, in the present embodiment, the edge 42e on the rear side in the rotation direction of the main body portion 42a of each foil 42 is formed in a herringbone shape, so that fluid is collected at the center in the radial direction of the bearing surface S2 and fluid in the thrust bearing gap is obtained. The pressure can be further increased.

また、軸6の回転による流体の流動に伴い、スラストフォイル軸受40の各フォイル42は、回転方向先行側に引っ張られる。このとき、各フォイル42の延在部42bの内径部分P(図7参照)が、外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びていることで、この内径部分Pに主に加わる力の方向を、せん断方向ではなく、引張方向とすることができる。これにより、各フォイル42の破損を防止し、フォイル42の耐久性が高められる。   Further, as the fluid flows due to the rotation of the shaft 6, the foils 42 of the thrust foil bearing 40 are pulled toward the rotation direction leading side. At this time, the inner diameter portion P (see FIG. 7) of the extending portion 42b of each foil 42 extends in the direction inclined toward the outer diameter side toward the rear side in the rotation direction. The direction of the applied force can be the tensile direction, not the shear direction. Thereby, damage of each foil 42 is prevented and durability of the foil 42 is improved.

尚、軸6の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイルの軸受面(特にラジアルフォイル軸受30のフォイル32の軸受面)と回転部材20が接触摺動するため、これらの何れか一方または双方に、DLC膜、チタンアルミナイトライド膜、二硫化タングステン膜、あるいは二硫化モリブデン膜等の低摩擦化被膜を形成してもよい。また、軸6の回転時には、フォイル32,42,52と各フォイルホルダ31,41,51との間の微小摺動により、軸6の振動を抑制することができる。この微小摺動による摩擦力を調整するために、フォイル32,42,52と各フォイルホルダ31,41,51との何れか一方または双方に、上記のような低摩擦化被膜を形成してもよい。   In addition, at the time of low-speed rotation immediately before the shaft 6 is stopped or immediately after starting, the bearing surface of each foil (particularly, the bearing surface of the foil 32 of the radial foil bearing 30) and the rotating member 20 slide in contact with each other. A low friction coating such as a DLC film, a titanium aluminum nitride film, a tungsten disulfide film, or a molybdenum disulfide film may be formed on both of them. Further, when the shaft 6 rotates, vibrations of the shaft 6 can be suppressed by minute sliding between the foils 32, 42, 52 and the foil holders 31, 41, 51. In order to adjust the frictional force due to this micro-sliding, the above-described low friction coating may be formed on one or both of the foils 32, 42, 52 and the foil holders 31, 41, 51. Good.

以下、第1スラストフォイル軸受40の製造方法の一例を示す。尚、第2スラストフォイル軸受50の製造方法は、第1スラストフォイル軸受40と同様であるため、重複説明を省略する。また、第1スラストフォイル軸受40のフォイルホルダ41のホルダ本体41aには、ラジアルフォイル軸受30のフォイルホルダ31が一体に設けられるが、以下の説明ではフォイルホルダ31は省略する。   Hereinafter, an example of the manufacturing method of the 1st thrust foil bearing 40 is shown. In addition, since the manufacturing method of the 2nd thrust foil bearing 50 is the same as that of the 1st thrust foil bearing 40, duplication description is abbreviate | omitted. Further, the foil holder 31 of the radial foil bearing 30 is integrally provided in the holder main body 41a of the foil holder 41 of the first thrust foil bearing 40, but the foil holder 31 is omitted in the following description.

まず、図9(A)及び(B)に示すように、2枚のフォイル部材60を形成する。尚、2枚のフォイル部材60は同形状であるが、図9〜12では、理解しやすいように、一方のフォイル部材60に散点を付して示している。各フォイル部材60は、一枚のフォイルにプレス加工を施して一体に形成される。各フォイル部材60は、複数のフォイル42と、その外径端を連結する連結部61とを有する。図示例では、連結部61が環状を成している。各フォイル部材60には、第1スラストフォイル軸受40に組み込まれるフォイル42の半数のフォイル42が、円周方向等間隔に設けられる。各フォイル42の延在部42bと連結部61との境界(後に切断される切断面)の周方向寸法L1は、各フォイル42の延在部42bの外径端の周方向寸法L2よりも小さい。本実施形態では、連結部61に、内径に突出した複数の突起61aを設け、この突起61aと各フォイル42との境界の周方向寸法L1が、延在部42bの外径端の周方向寸法L2よりも小さく、例えばL1がL2の1/5以下とされる。   First, as shown in FIGS. 9A and 9B, two foil members 60 are formed. Although the two foil members 60 have the same shape, in FIGS. 9 to 12, one foil member 60 is shown with a dot for easy understanding. Each foil member 60 is integrally formed by pressing a single foil. Each foil member 60 includes a plurality of foils 42 and a connecting portion 61 that connects outer diameter ends thereof. In the illustrated example, the connecting portion 61 has an annular shape. Each foil member 60 is provided with half the foil 42 of the foil 42 incorporated in the first thrust foil bearing 40 at equal intervals in the circumferential direction. The circumferential dimension L1 of the boundary (the cut surface to be cut later) between the extending portion 42b and the connecting portion 61 of each foil 42 is smaller than the circumferential dimension L2 of the outer diameter end of the extending portion 42b of each foil 42. . In the present embodiment, the connecting portion 61 is provided with a plurality of protrusions 61a protruding to the inner diameter, and the circumferential dimension L1 of the boundary between the protrusion 61a and each foil 42 is the circumferential dimension of the outer diameter end of the extending portion 42b. It is smaller than L2, for example, L1 is 1/5 or less of L2.

次に、図10に示すように、2枚のフォイル部材60を仮組みする。具体的には、まず、2枚のフォイル部材60を重ねる。そして、上側のフォイル部材60のフォイル42と下側のフォイル部材60のフォイル42とを半ピッチずらしながら、各フォイル42の本体部42aの回転方向先行側部分を、隣接するフォイル42の本体部42aの回転方向後方側部分の上(紙面手前側)に重ねて配置する。   Next, as shown in FIG. 10, two foil members 60 are temporarily assembled. Specifically, first, two foil members 60 are stacked. Then, while the foil 42 of the upper foil member 60 and the foil 42 of the lower foil member 60 are shifted by a half pitch, the rotation direction leading side portion of the main body portion 42a of each foil 42 is replaced with the main body portion 42a of the adjacent foil 42. It is arranged so as to overlap the rear side portion in the rotation direction (front side of the paper).

その後、図11に示すように、仮組みした2枚のフォイル部材60を、ホルダ本体41aの端面41a1上に配置する。このとき、各フォイル42の延在部42bの外径端が、ホルダ本体41aの端面41a1の外径端に沿って配される。また、フォイル部材60の連結部61は、ホルダ本体41aよりも外径側に配される。この状態で、図12に示すように、各フォイル42をフォイルホルダ41に固定する。本実施形態では、ホルダ本体41aに、環状の固定部材41bを図示しないボルト等により固定する。これにより、ホルダ本体41aと固定部材41bとで各フォイル42の延在部42bの外径部分が挟持され、各フォイル42がフォイルホルダ41に固定される。こうして、全てのフォイル42の延在部42bが、フォイルホルダ41の同一平面上(ホルダ本体41aの端面41a1上)に固定される。   Then, as shown in FIG. 11, the two temporarily assembled foil members 60 are arranged on the end surface 41a1 of the holder body 41a. At this time, the outer diameter end of the extending portion 42b of each foil 42 is arranged along the outer diameter end of the end surface 41a1 of the holder body 41a. Moreover, the connection part 61 of the foil member 60 is distribute | arranged to the outer-diameter side rather than the holder main body 41a. In this state, each foil 42 is fixed to the foil holder 41 as shown in FIG. In the present embodiment, an annular fixing member 41b is fixed to the holder body 41a with a bolt or the like (not shown). Thereby, the outer diameter part of the extension part 42b of each foil 42 is clamped by the holder main body 41a and the fixing member 41b, and each foil 42 is fixed to the foil holder 41. Thus, the extending portions 42b of all the foils 42 are fixed on the same plane of the foil holder 41 (on the end surface 41a1 of the holder main body 41a).

その後、各フォイル部材60の連結部61を、フォイル42から分離する。本実施形態では、連結部61の突起61aとフォイル42との境界を切断することで、連結部61がフォイル42から分離・除去される。以上により、図6(A)に示す第1スラストフォイル軸受40が完成する。   Thereafter, the connecting portion 61 of each foil member 60 is separated from the foil 42. In the present embodiment, the connecting portion 61 is separated and removed from the foil 42 by cutting the boundary between the protrusion 61 a of the connecting portion 61 and the foil 42. Thus, the first thrust foil bearing 40 shown in FIG. 6A is completed.

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。   The present invention is not limited to the above embodiment. Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, the same code | symbol is attached | subjected to the location which has the same function as said embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.

上記の実施形態では、スラストフォイル軸受40のホルダ本体41aと固定部材41bとで各フォイル42の延在部42bを挟持固定する場合を示したが、これに限らず、各フォイル42を、ホルダ本体41aあるいは固定部材41bに溶接や接着等により固定してもよい。図13に示す実施形態では、各フォイル42の延在部42bが、ホルダ本体41aに溶接(例えばスポット溶接)により固定される。この場合、延在部42bのうち、溶接点Wの内径側に隣接した領域(延在部42bの内径部分P)が、外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びている。この場合も、上記の実施形態と同様に、軸6の回転に伴って延在部42bの内径部分Pに加わる力の方向を、主に引張方向とすることができる。尚、ホルダ本体41aと固定部材41bとによるフォイル42の挟持固定と、フォイルホルダ41への溶接あるいは接着によるフォイル42の固定とを併用してもよい。この場合、溶接あるいは接着によりフォイル42とフォイルホルダ41との固定力が十分であれば、固定部材41bを省略したり、あるいは固定部材41bを単なるスペーサとして機能させてもよい。尚、図13では各フォイル42の延在部42bを一箇所の溶接点Wでホルダ本体41aに固定しているが、これに限らず、各延在部42bを二箇所以上の溶接点Wでホルダ本体41aに固定してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the holder main body 41a of the thrust foil bearing 40 and the fixing member 41b sandwich and fix the extending portion 42b of each foil 42 has been described. You may fix to 41a or the fixing member 41b by welding, adhesion | attachment, etc. In the embodiment shown in FIG. 13, the extending part 42b of each foil 42 is fixed to the holder body 41a by welding (for example, spot welding). In this case, the region adjacent to the inner diameter side of the welding point W (the inner diameter portion P of the extending portion 42b) of the extending portion 42b extends toward the outer diameter side in a direction inclined toward the rear side in the rotational direction. . In this case as well, the direction of the force applied to the inner diameter portion P of the extending portion 42b as the shaft 6 rotates can be mainly set as the tensile direction, as in the above embodiment. Note that the foil 42 may be clamped and fixed by the holder main body 41a and the fixing member 41b, and the foil 42 may be fixed by welding or bonding to the foil holder 41. In this case, if the fixing force between the foil 42 and the foil holder 41 is sufficient by welding or adhesion, the fixing member 41b may be omitted, or the fixing member 41b may function as a simple spacer. In FIG. 13, the extending portions 42b of the foils 42 are fixed to the holder main body 41a at one welding point W. However, the present invention is not limited to this, and each extending portion 42b is fixed at two or more welding points W. You may fix to the holder main body 41a.

図14に示す実施形態では、フォイル42の延在部42bが、本体部42aの外径端から半径方向外方に延び、この延在部42bの外径部分が固定部材41bとホルダ本体41aとで挟持固定される。この場合も、延在部42bがフォイルホルダ41の同一平面上に固定されるため、上記の実施形態と同様に、全てのフォイル42を隣接するフォイル42に乗り上げさせて湾曲させることができる。ただし、延在部42bの内径部分Pが半径方向に延びているため、軸6の回転に伴う空気の流動によって、フォイル42の本体部42aが回転方向先行側へ引っ張られると、延在部42bの内径部分Pに主にせん断方向の力が働くため、フォイル42の損傷を招く恐れがある。従って、フォイル42の耐久性の観点からは、図7あるいは図13に示す実施形態の方が好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 14, the extending portion 42b of the foil 42 extends radially outward from the outer diameter end of the main body portion 42a, and the outer diameter portion of the extending portion 42b is formed of the fixing member 41b, the holder main body 41a, and the like. It is clamped and fixed by. Also in this case, since the extending part 42b is fixed on the same plane of the foil holder 41, all of the foils 42 can ride on the adjacent foils 42 and bend similarly to the above embodiment. However, since the inner diameter portion P of the extending portion 42b extends in the radial direction, when the main body portion 42a of the foil 42 is pulled toward the rotation direction leading side by the air flow accompanying the rotation of the shaft 6, the extending portion 42b. Since a force in the shearing direction mainly acts on the inner diameter portion P of the foil, the foil 42 may be damaged. Therefore, from the viewpoint of durability of the foil 42, the embodiment shown in FIG. 7 or FIG. 13 is preferable.

また、上記の実施形態では、スラストフォイル軸受40の複数のフォイル42を連結部61で連結したフォイル部材60を用いて、第1スラストフォイル軸受40の組立を行う場合を示したが、これに限らず、例えば、複数のフォイル42を連結部61で連結せずに、溶接や接着により一枚ずつフォイルホルダ41に取り付けてもよい。   In the above embodiment, the case where the first thrust foil bearing 40 is assembled using the foil member 60 in which the plurality of foils 42 of the thrust foil bearing 40 are connected by the connecting portion 61 has been described. For example, the plurality of foils 42 may be attached to the foil holder 41 one by one by welding or bonding without being connected by the connecting portion 61.

図15に示すスラストフォイル軸受40は、複数のフォイル部材60,60’が、連結部61,61’を含めてフォイルホルダ41に固定されている。尚、2枚のフォイル部材60,60’は同一形状であるが、図16では、理解の容易化のため、一方のフォイル部材60’に散点を付すと共に、一方のフォイル部材60’の各部位の符号に「’」を付して示す。このスラストフォイル軸受40は、以下のような手順で組み立てられる。まず、複数のフォイル42,42’の外径端を連結部61,61’で連結した2枚のフォイル部材60,60’を形成する{図15(A)参照}。次に、各フォイル42,42’の回転方向先行側端部を、隣接するフォイル42’,42の上に重ねながら、2枚のフォイル部材60を重ねて仮組みする{図15(B)参照}。そして、仮組みした2枚のフォイル部材60,60’をホルダ本体41aの上に載せ、固定部材41bを用いてフォイルホルダ41に固定する{図15(C)参照}。固定部材41bは、図16に示すように、環状部41b1と、環状部41b1から下方に突出した押さえ部41b2とを有する。押さえ部41b2は、例えば環状部41b1の全周に設けられる。固定部材41bの環状部41b1とホルダ本体41aとで、重ねられた2枚の連結部61,61’が挟持固定される。これと同時に、固定部材41bの押さえ部41b2とホルダ本体41aとで、各フォイル42,42’の延在部42b,42b’が挟持固定される。これにより、全てのフォイル42,42’の延在部42b,42b’が、フォイルホルダ41の同一平面上(ホルダ本体41aの端面41a1上)に固定される。   In the thrust foil bearing 40 shown in FIG. 15, a plurality of foil members 60 and 60 ′ are fixed to the foil holder 41 including the connecting portions 61 and 61 ′. Although the two foil members 60 and 60 'have the same shape, in FIG. 16, for ease of understanding, one foil member 60' is given a dot and each foil member 60 ' The part code is indicated with “′”. The thrust foil bearing 40 is assembled in the following procedure. First, two foil members 60, 60 'are formed by connecting the outer diameter ends of the plurality of foils 42, 42' by connecting portions 61, 61 '{see FIG. 15 (A)}. Next, two foil members 60 are stacked and temporarily assembled while the rotation direction leading side end portions of the foils 42 and 42 'are stacked on the adjacent foils 42' and 42 {see FIG. 15B. }. Then, the two temporarily assembled foil members 60, 60 'are placed on the holder body 41a and fixed to the foil holder 41 using the fixing member 41b {see FIG. 15C}. As shown in FIG. 16, the fixing member 41b has an annular portion 41b1 and a pressing portion 41b2 projecting downward from the annular portion 41b1. The pressing portion 41b2 is provided, for example, on the entire circumference of the annular portion 41b1. The two overlapping connecting portions 61 and 61 'are sandwiched and fixed by the annular portion 41b1 of the fixing member 41b and the holder main body 41a. At the same time, the extending portions 42b and 42b 'of the foils 42 and 42' are sandwiched and fixed by the pressing portion 41b2 of the fixing member 41b and the holder body 41a. Accordingly, the extending portions 42b and 42b 'of all the foils 42 and 42' are fixed on the same plane of the foil holder 41 (on the end surface 41a1 of the holder main body 41a).

以上の実施形態では、ラジアルフォイル軸受30を多円弧軸受で構成した場合を示したが、これに限らず、各フォイルの周方向一端をフォイルホルダ31の内周面31aに取り付けると共に、各フォイルの周方向他端を自由端とした、いわゆるリーフ型のラジアル軸受フォイルや、円筒状のトップフォイルの外径に波型のバックフォイルを配した、いわゆるバンプフォイル型のラジアル軸受フォイルを使用してもよい。   Although the case where the radial foil bearing 30 is configured by a multi-arc bearing has been described in the above embodiment, the present invention is not limited thereto, and one end in the circumferential direction of each foil is attached to the inner peripheral surface 31a of the foil holder 31, and A so-called leaf-type radial bearing foil with the other end in the circumferential direction as a free end, or a so-called bump foil-type radial bearing foil with a corrugated back foil arranged on the outer diameter of a cylindrical top foil can be used. Good.

また、フォイルの形状は、本発明に本質的な影響を与えない範囲で変更可能である。例えば、スラストフォイル軸受のフォイルをスパイラル形状としたり、ラジアルフォイル軸受のフォイルをへリングボーン形状としてもよい。   The shape of the foil can be changed within a range that does not substantially affect the present invention. For example, the foil of the thrust foil bearing may have a spiral shape, or the foil of the radial foil bearing may have a herringbone shape.

また、以上の実施形態では、ラジアルフォイル軸受30及びスラストフォイル軸受40,50をフォイル軸受ユニット10として一体化した後、これをガスタービンに取り付ける場合を示したが、これに限らず、各フォイル軸受30,40,50をそれぞれ別々にガスタービンに取り付けてもよい。   In the above embodiment, the radial foil bearing 30 and the thrust foil bearings 40 and 50 are integrated as the foil bearing unit 10 and then attached to the gas turbine. However, the present invention is not limited to this. 30, 40, and 50 may be separately attached to the gas turbine.

また、以上の実施形態では、フォイル部材60の連結部61が環状を成しているが、これに限らず、例えば周方向一箇所に切れ目のあるC型連結部を用いてもよい。あるいは、環状の連結部を周方向の複数個所で分断し、分断された各連結部に複数のフォイルを設けてもよい。   Moreover, in the above embodiment, although the connection part 61 of the foil member 60 is cyclic | annular, it is not restricted to this, For example, you may use the C-type connection part which has a cut in the circumferential direction one place. Alternatively, the annular connecting portion may be divided at a plurality of locations in the circumferential direction, and a plurality of foils may be provided in each divided connecting portion.

図17に、本発明の一実施形態に係るラジアルフォイル軸受70を示す。このラジアルフォイル軸受70は、筒状(図示例では円筒状)のフォイルホルダ71と、フォイルホルダ71の内周面に取り付けられた複数(図示例では8枚)のフォイル72とを有する。複数のフォイル72は、フォイルホルダ71の内周面に周方向に並べて配置される。   FIG. 17 shows a radial foil bearing 70 according to an embodiment of the present invention. The radial foil bearing 70 has a tubular (cylindrical in the illustrated example) foil holder 71 and a plurality (eight in the illustrated example) of foils 72 attached to the inner peripheral surface of the foil holder 71. The plurality of foils 72 are arranged in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the foil holder 71.

フォイルホルダ71の内周面71aは円筒面とされる。フォイルホルダ71は金属で形成され、例えば焼結金属で一体に型成形される。   The inner peripheral surface 71a of the foil holder 71 is a cylindrical surface. The foil holder 71 is made of metal, and is integrally molded with, for example, sintered metal.

各フォイル72は、図18に示すように、軸受面を有する本体部72aと、本体部72aから軸方向一方側(図中上側)に延びる延在部72bとを有する。本体部72aの回転方向後方側(図18の矢印と反対側)の縁72cは、軸方向他方側(図中下側)へ向けて回転方向先行側に傾斜した方向に延びている。本体部72aの回転方向先行側の縁72dは、回転方向後方側の縁72cと平行である。   As shown in FIG. 18, each foil 72 has a main body portion 72a having a bearing surface and an extending portion 72b extending from the main body portion 72a to one side in the axial direction (upper side in the drawing). An edge 72c on the rear side in the rotation direction (opposite to the arrow in FIG. 18) of the main body 72a extends in a direction inclined toward the front side in the rotation direction toward the other side in the axial direction (lower side in the figure). The edge 72d on the rotation direction leading side of the main body 72a is parallel to the edge 72c on the rear side in the rotation direction.

延在部72bは、本体部72aから軸方向一方側へ向けて、回転方向後方側に傾斜した方向に延びている。図19に示すように、各フォイル72の本体部72aの回転方向先行側の端部(縁72d)は、隣接するフォイル72の本体部72aの上(内径側)に重ねて配置される。各フォイル72の延在部72bは、フォイルホルダ71の内周面71aの同一円筒面状に固定される。本実施形態では、延在部72bがフォイルホルダ71の内周面71aに溶接により固定される。   The extending part 72b extends in a direction inclined toward the rear side in the rotational direction from the main body part 72a toward the one side in the axial direction. As shown in FIG. 19, the end (edge 72 d) on the rotation direction leading side of the main body 72 a of each foil 72 is disposed on the main body 72 a (inner diameter side) of the adjacent foil 72. The extending portion 72 b of each foil 72 is fixed to the same cylindrical surface shape of the inner peripheral surface 71 a of the foil holder 71. In the present embodiment, the extending portion 72b is fixed to the inner peripheral surface 71a of the foil holder 71 by welding.

各フォイル72の内径面は、ラジアル軸受面S1として機能する(図17参照)。フォイルホルダ71の内周面71aと各フォイル72との間には、フォイル72に弾性力を付与するための部材(バックフォイル等)は設けられておらず、フォイル72の外径面とフォイルホルダ71の内周面71aとが摺動可能とされる。各フォイル72の本体部72aの回転方向後方側部分は、隣接するフォイル72のラジアル軸受面S1の外径側に配され、アンダーフォイル部として機能する。   The inner diameter surface of each foil 72 functions as a radial bearing surface S1 (see FIG. 17). A member (such as a back foil) for applying an elastic force to the foil 72 is not provided between the inner peripheral surface 71a of the foil holder 71 and each foil 72. The outer diameter surface of the foil 72 and the foil holder are not provided. The inner peripheral surface 71a of 71 is slidable. The rear side portion in the rotation direction of the main body portion 72a of each foil 72 is disposed on the outer diameter side of the radial bearing surface S1 of the adjacent foil 72 and functions as an underfoil portion.

以下、ラジアルフォイル軸受70の製造方法の一例を示す。まず、図20(A)及び(B)に示すように、2枚のフォイル部材80を形成する。尚、2枚のフォイル部材80は同形状であるが、図20及び図21では、理解しやすいように、一方のフォイル部材80に散点を付して示している。各フォイル部材80は、一枚のフォイルにプレス加工を施して一体に形成される。各フォイル部材80は、複数のフォイル72と、その外径端を連結する帯状の連結部81とを有する。各フォイル部材80には、ラジアルフォイル軸受70に組み込まれるフォイル72の半数(すなわち4枚)のフォイル72が、円周方向等間隔に設けられる。各フォイル72の延在部72bと連結部81との境界(後に切断される切断面)の周方向寸法は、各フォイル72の延在部72bの軸方向一方の端部(図中上端)の周方向寸法よりも小さい。本実施形態では、連結部81に、内径に突出した複数の突起81aを設け、この突起81aと各フォイル72とを連結している。   Hereinafter, an example of the manufacturing method of the radial foil bearing 70 is shown. First, as shown in FIGS. 20A and 20B, two foil members 80 are formed. The two foil members 80 have the same shape, but in FIG. 20 and FIG. 21, one foil member 80 is shown with a dot for easy understanding. Each foil member 80 is integrally formed by pressing a single foil. Each foil member 80 has a plurality of foils 72 and a strip-like connecting portion 81 that connects the outer diameter ends thereof. Each foil member 80 is provided with half (ie, four) foils 72 of the foils 72 incorporated in the radial foil bearing 70 at equal intervals in the circumferential direction. The circumferential dimension of the boundary between the extending portion 72b of each foil 72 and the connecting portion 81 (the cut surface to be cut later) is the same as that of one end (upper end in the figure) in the axial direction of the extending portion 72b of each foil 72. It is smaller than the circumferential dimension. In the present embodiment, the connecting portion 81 is provided with a plurality of protrusions 81a protruding to the inner diameter, and the protrusions 81a and the foils 72 are connected.

次に、図21に示すように、2枚のフォイル部材80を仮組みする。具体的には、2枚のフォイル部材80を重ね、上側のフォイル部材80(散点なし)のフォイル72と下側のフォイル部材80(散点あり)のフォイル72とを半ピッチずらしながら、各フォイル72の本体部72aの回転方向先行側の端部を、隣接するフォイル72の本体部72aの上(紙面手前側)に重ねて配置する。その後、仮組みした2枚のフォイル部材80を丸めながら、フォイルホルダ71(図21に鎖線で示す)の内周面71a上に配置する。このとき、各フォイル72の延在部72bの軸方向端部が、フォイルホルダ71の内周面71aの外径端に沿って配される。また、フォイル部材80の連結部81は、フォイルホルダ71の軸方向外側に配される。この状態で、図19に示すように、各フォイル72の延在部72bをフォイルホルダ71に溶接により固定する。こうして、全てのフォイル72の延在部72bが、フォイルホルダ71の同一円筒面上(内周面71a上)に固定される。   Next, as shown in FIG. 21, two foil members 80 are temporarily assembled. Specifically, two foil members 80 are overlapped, and the foil 72 of the upper foil member 80 (with no dots) and the foil 72 of the lower foil member 80 (with dots) are shifted by a half pitch, The end of the main body portion 72a of the foil 72 on the front side in the rotational direction is placed on the main body portion 72a of the adjacent foil 72 (on the front side in the drawing). Thereafter, the two temporarily assembled foil members 80 are rolled and placed on the inner peripheral surface 71a of the foil holder 71 (shown by a chain line in FIG. 21). At this time, the axial end portion of the extending portion 72 b of each foil 72 is arranged along the outer diameter end of the inner peripheral surface 71 a of the foil holder 71. Further, the connecting portion 81 of the foil member 80 is disposed on the outer side in the axial direction of the foil holder 71. In this state, as shown in FIG. 19, the extending portion 72b of each foil 72 is fixed to the foil holder 71 by welding. Thus, the extending portions 72b of all the foils 72 are fixed on the same cylindrical surface (on the inner peripheral surface 71a) of the foil holder 71.

その後、各フォイル部材80の連結部81を、フォイル72から分離する。本実施形態では、連結部81の突起81aとフォイル72との境界を切断することで、連結部81がフォイル72から分離・除去される。以上により、図17に示すラジアルフォイル軸受70が完成する。   Thereafter, the connecting portion 81 of each foil member 80 is separated from the foil 72. In the present embodiment, the connecting portion 81 is separated and removed from the foil 72 by cutting the boundary between the protrusion 81 a of the connecting portion 81 and the foil 72. Thus, the radial foil bearing 70 shown in FIG. 17 is completed.

以上の実施形態では、フォイル軸受の組立後に連結部61,81を除去しているが、連結部61,81を除去しなくてもフォイル軸受として成立する。ただし、組立後には、連結部は何ら機能を有しないため、上記の実施形態のように連結部を除去することで、フォイル軸受の寸法を小さくすることができ、ひいてはターボ機械全体を小型、軽量化することが可能となる。   In the above embodiment, the connecting portions 61 and 81 are removed after the assembly of the foil bearing. However, even if the connecting portions 61 and 81 are not removed, a foil bearing can be established. However, after assembly, since the connecting portion has no function, the size of the foil bearing can be reduced by removing the connecting portion as in the above embodiment, and as a result, the turbomachine as a whole can be reduced in size and weight. Can be realized.

本発明にかかるスラストフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の適用対象は、上述したガスタービンに限られず、例えば過給機のロータを支持する軸受としても使用することができる。また、本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される自動車等の車両用軸受、さらには産業機器用の軸受として広く使用することが可能である。   The application object of the thrust foil bearing and the radial foil bearing according to the present invention is not limited to the gas turbine described above, and can be used as a bearing for supporting the rotor of the supercharger, for example. In addition, the foil bearing according to the present invention is not limited to a turbo machine such as a gas turbine or a turbocharger, and it is difficult to lubricate with a liquid such as a lubricating oil. It can be widely used as a bearing for a vehicle such as an automobile, which is used under a restriction that it is difficult to provide or resistance due to shearing of a liquid becomes a problem, and further, as a bearing for industrial equipment.

また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することもできる。   Each of the foil bearings described above is an air dynamic pressure bearing that uses air as a pressure generating fluid. However, the present invention is not limited to this, and other gases can be used as the pressure generating fluid, or water or oil can be used. A liquid such as can also be used.

6 軸
10 フォイル軸受ユニット
20 回転部材
21 スリーブ部
22 フランジ部
30 ラジアルフォイル軸受
31 フォイルホルダ
32 フォイル
40,50 スラストフォイル軸受
41,51 フォイルホルダ
41a,51a ホルダ本体
41b,51b 固定部材
42,52 フォイル
42a,52a 本体部
42b,52b 延在部
60 フォイル部材
61 連結部
70 ラジアルフォイル軸受
71 フォイルホルダ
72 フォイル
80 フォイル部材
81 連結部
S1 ラジアル軸受面
S2 スラスト軸受面
S3 スラスト軸受面
6 shaft 10 foil bearing unit 20 rotating member 21 sleeve portion 22 flange portion 30 radial foil bearing 31 foil holder 32 foil 40, 50 thrust foil bearing 41, 51 foil holder 41a, 51a holder body 41b, 51b fixing member 42, 52 foil 42a , 52a Main body portions 42b, 52b Extension portion 60 Foil member 61 Connecting portion 70 Radial foil bearing 71 Foil holder 72 Foil 80 Foil member 81 Connecting portion S1 Radial bearing surface S2 Thrust bearing surface S3 Thrust bearing surface

Claims (8)

フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備えたスラストフォイル軸受であって、
各フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記本体部から外径側に延びる延在部とを有し、各フォイルの本体部の回転方向先行側の端部が、隣接するフォイルの本体部の上に重ねて配置され、
前記複数のフォイルの延在部を、前記フォイルホルダの同一平面上に固定したスラストフォイル軸受。
A thrust foil bearing comprising a foil holder and a plurality of foils attached to the foil holder and arranged in a circumferential direction,
Each foil has a main body portion having a bearing surface and an extending portion extending from the main body portion to the outer diameter side, and an end portion of each foil main body portion in the rotational direction leading side is adjacent to the main body portion of the foil. Placed on top of
A thrust foil bearing in which extending portions of the plurality of foils are fixed on the same plane of the foil holder.
前記延在部が、前記本体部から外径側に向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びている請求項1記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 1, wherein the extending portion extends in a direction inclined rearward in the rotational direction from the main body portion toward the outer diameter side. フォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備えたラジアルフォイル軸受であって、
各フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記本体部から軸方向一方側に延びる延在部とを有し、各フォイルの本体部の回転方向先行側の端部が、隣接するフォイルの本体部の上に重ねて配置され、
前記複数のフォイルの延在部を、前記フォイルホルダの同一円筒面上に固定したラジアルフォイル軸受。
A radial foil bearing comprising a foil holder and a plurality of foils attached to the inner peripheral surface of the foil holder and arranged in the circumferential direction,
Each foil has a main body portion having a bearing surface and an extending portion extending from the main body portion to one side in the axial direction, and an end portion of the foil main body portion in the rotation direction leading side is adjacent to the main body of the foil. Placed over the part,
A radial foil bearing in which extending portions of the plurality of foils are fixed on the same cylindrical surface of the foil holder.
前記延在部が、前記本体部から軸方向一方側へ向けて回転方向後方側に傾斜した方向に延びている請求項3記載のラジアルフォイル軸受。   The radial foil bearing according to claim 3, wherein the extending portion extends in a direction inclined rearward in the rotational direction from the main body portion toward one axial side. 軸受面を有する本体部、及び、前記本体部から外径側に延びる延在部を有する複数のフォイルと、前記複数のフォイルの外径側に設けられ、前記複数のフォイルの延在部を連結する連結部とを有する複数のフォイル部材を形成する工程と、
前記複数のフォイル部材を重ね、各フォイル部材の本体部の回転方向先行側の端部を、隣接するフォイル部材の本体部の上に重ねて配置する工程と、
前記複数のフォイル部材の延在部を、フォイルホルダの同一平面上に固定する工程と、
前記複数のフォイル部材の連結部を前記フォイルから分離する工程とを順に経て行うスラストフォイル軸受の製造方法。
A main body having a bearing surface, and a plurality of foils having extending portions extending from the main body to the outer diameter side, and provided on the outer diameter side of the plurality of foils, and connecting the extending portions of the plurality of foils. Forming a plurality of foil members having a connecting portion to perform,
A step of stacking the plurality of foil members, and placing the end of the main body portion of each foil member in the rotational direction leading side on the main body portion of the adjacent foil member; and
Fixing the extending portions of the plurality of foil members on the same plane of the foil holder;
A method of manufacturing a thrust foil bearing, wherein the step of separating the connecting portions of the plurality of foil members from the foil is sequentially performed.
前記フォイル部材の前記連結部と前記延在部との境界の周方向寸法が、前記延在部の外径端の周方向寸法よりも小さい請求項5記載のスラストフォイル軸受の製造方法。   The method for manufacturing a thrust foil bearing according to claim 5, wherein a circumferential dimension of a boundary between the connecting part and the extending part of the foil member is smaller than a circumferential dimension of an outer diameter end of the extending part. 軸受面を有する本体部、及び、前記本体部から軸方向一方側に延びる延在部を有する複数のフォイルと、前記複数のフォイルの延在部を連結する連結部とを有する複数のフォイル部材を形成する工程と、
前記複数のフォイル部材を重ね、各フォイル部材の本体部の回転方向先行側の端部を、隣接するフォイル部材の本体部の上に重ねて配置する工程と、
前記複数のフォイル部材の延在部を、フォイルホルダの同一円筒面上に固定する工程と、
前記複数のフォイル部材の連結部を前記フォイルから分離する工程とを順に経て行うラジアルフォイル軸受の製造方法。
A plurality of foil members having a main body portion having a bearing surface, a plurality of foils having extending portions extending from the main body portion to one axial direction, and a connecting portion connecting the extending portions of the plurality of foils. Forming, and
A step of stacking the plurality of foil members, and placing the end of the main body portion of each foil member in the rotational direction leading side on the main body portion of the adjacent foil member; and
Fixing the extending portions of the plurality of foil members on the same cylindrical surface of the foil holder;
A method for manufacturing a radial foil bearing, wherein the step of separating the connecting portions of the plurality of foil members from the foil is sequentially performed.
前記フォイル部材の前記連結部と前記延在部との境界の周方向寸法が、前記延在部の軸方向一方の端部の周方向寸法よりも小さい請求項7記載のラジアルフォイル軸受の製造方法。
The manufacturing method of the radial foil bearing of Claim 7 with which the circumferential direction dimension of the boundary of the said connection part of the said foil member and the said extension part is smaller than the circumferential direction dimension of the one axial end part of the said extension part. .
JP2013256848A 2013-12-12 2013-12-12 Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing method thereof Active JP6266329B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013256848A JP6266329B2 (en) 2013-12-12 2013-12-12 Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing method thereof
CN201480064948.1A CN105992880B (en) 2013-12-12 2014-11-19 Thrust foil bearing, radial foil bearing and their manufacturing method
US15/103,002 US9964143B2 (en) 2013-12-12 2014-11-19 Foil bearing and method for manufacturing thereof
EP14869500.0A EP3096027B1 (en) 2013-12-12 2014-11-19 Foil bearing and method for manufacturing thereof
PCT/JP2014/080678 WO2015087677A1 (en) 2013-12-12 2014-11-19 Thrust foil bearing, radial foil bearing, and method for manufacturing said thrust and radial foil bearings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013256848A JP6266329B2 (en) 2013-12-12 2013-12-12 Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015113928A true JP2015113928A (en) 2015-06-22
JP6266329B2 JP6266329B2 (en) 2018-01-24

Family

ID=53527924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013256848A Active JP6266329B2 (en) 2013-12-12 2013-12-12 Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6266329B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10428865B2 (en) 2015-10-28 2019-10-01 Ntn Corporation Foil bearing, production method therefor, and intermediate product of foil bearing
DE102018109243A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Technische Universität Braunschweig foil bearings

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55166525A (en) * 1979-06-11 1980-12-25 Garrett Corp Fluid bearing
JP2003053645A (en) * 2001-08-17 2003-02-26 Speedfam Co Ltd Wafer outer peripheral part polishing device
US20030118257A1 (en) * 2001-01-19 2003-06-26 Korea Inst Sci & Tech Smart foil journal bearing with piezoelectric actuators
JP2011144845A (en) * 2010-01-13 2011-07-28 Shimadzu Corp Dynamic pressure gas bearing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55166525A (en) * 1979-06-11 1980-12-25 Garrett Corp Fluid bearing
US20030118257A1 (en) * 2001-01-19 2003-06-26 Korea Inst Sci & Tech Smart foil journal bearing with piezoelectric actuators
JP2003053645A (en) * 2001-08-17 2003-02-26 Speedfam Co Ltd Wafer outer peripheral part polishing device
JP2011144845A (en) * 2010-01-13 2011-07-28 Shimadzu Corp Dynamic pressure gas bearing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10428865B2 (en) 2015-10-28 2019-10-01 Ntn Corporation Foil bearing, production method therefor, and intermediate product of foil bearing
DE102018109243A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Technische Universität Braunschweig foil bearings

Also Published As

Publication number Publication date
JP6266329B2 (en) 2018-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015087677A1 (en) Thrust foil bearing, radial foil bearing, and method for manufacturing said thrust and radial foil bearings
EP2740951B1 (en) Thrust foil bearing
US9689422B2 (en) Foil bearing unit
JP5766562B2 (en) Thrust foil bearing
JP6113444B2 (en) Foil bearing
WO2015087675A1 (en) Foil bearing, and foil bearing unit and turbo machine each having same
JP5840423B2 (en) Foil bearing
JP6266329B2 (en) Thrust foil bearing, radial foil bearing, and manufacturing method thereof
JP2013053645A (en) Thrust foil bearing
JP6305749B2 (en) Foil bearing, foil bearing unit having the same, and turbomachine
JP2013044394A (en) Thrust foil bearing
WO2017073613A1 (en) Foil bearing, production method therefor, and intermediate product of foil bearing
JP6246574B2 (en) Foil bearing unit and turbomachine
JP6305748B2 (en) Foil bearing, foil bearing unit having the same, and turbomachine
JP6257965B2 (en) Foil bearing unit
WO2020195488A1 (en) Thrust foil bearing, foil bearing unit, turbo machine, and foil
WO2020179475A1 (en) Thrust foil bearing
JP7048454B2 (en) Thrust foil bearing
WO2017073603A1 (en) Foil bearing
JP2020159452A (en) Foil bearing
JP2020143723A (en) Foil bearing

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170802

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6266329

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250