JP2015132333A - フォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】フォイル軸受において、軸受隙間における負圧の発生を防止して、負荷容量の低下を回避する。
【解決手段】本発明のフォイル軸受１０では、各フォイル１２のトップフォイル部Ａの前方部分Ａ１とスラストカラー２の端面２ａとの間に、スラスト軸受隙間Ｔの小隙間部Ｔ１が形成される。また、各フォイル１２のトップフォイル部Ａの後方部分Ａ２とスラストカラー２の端面２ａとの間に、スラスト軸受隙間Ｔの大隙間部Ｔ２が形成される。そして、大隙間部Ｔ２と、各フォイル１２とフォイルホルダ１１との間の空間Ｐとを連通する連通路（貫通孔１３ａ）を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォイル軸受に関する。

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。

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、軸に設けられたスラストカラーをスラスト方向に支持するフォイル軸受（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、複数のリーフ型のフォイルを設けたものであり、各フォイルの周方向一方の端部は自由端とされ、各フォイルの周方向一方の端部が固定部材の端面に固定される。軸が回転すると、各フォイルの軸受面とこれに対向するスラストカラー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軸及びスラストカラーがスラスト方向に非接触支持される。

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、フォイル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。

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１１０では、図１９に示すように、各フォイル１１２の周方向一方側（軸回転方向先行側）の端部１１２ａが自由端とされ、この端部１１２ａが、隣接するフォイル１１２の上に重ねて配置される。各フォイル１１２の周方向一方側の端部１１２ａを含む領域は、スラスト軸受面Ｓ１’を有するトップフォイル部Ａ’を構成する。各フォイル１１２の周方向他方の端部１１２ｂを含む領域は、隣接するフォイル１１２のトップフォイル部Ａ’を背後（図中下方）から支持するバックフォイル部Ｂ’を構成する。このように、隣接するフォイル１１２を重ねることで、スラスト軸受面Ｓ１’を全周に連続して設けることができる。

実開昭６１−３６７２５号公報 実開昭６１−３８３２１号公報 特開昭６３−１９５４１２号公報 特開２０１３−６１０２４号公報

図１９に示すフォイル軸受１１０において、スラストカラー１０１が図中矢印方向に回転すると、各フォイル１１２のスラスト軸受面Ｓ１’とスラストカラー１０１の端面１０１ａとの間にスラスト軸受隙間Ｔ’が形成される。このとき、各フォイル１１２のトップフォイル部Ａ’が、隣接するフォイル１１２のバックフォイル部Ｂ’に乗り上げていることで、スラスト軸受隙間Ｔ’の大きさが場所によって異なる。具体的には、各フォイル１１２のトップフォイル部Ａ’のうち、隣接するフォイル１１２のバックフォイル部Ｂ’に乗り上げている部分（前方部分Ａ１’）とスラストカラー１０１との間には、隙間幅が相対的に小さいスラスト軸受隙間（小隙間部Ｔ１’）が形成される。一方、各フォイル１１２のトップフォイル部Ａ’のうち、隣接するフォイル１１２のバックフォイル部Ｂ’に乗り上げていない部分（後方部分Ａ２’）とスラストカラー１０１との間には、隙間幅が相対的に大きいスラスト軸受隙間（大隙間部Ｔ２’）が形成される。この場合、スラスト軸受隙間Ｔ’の流体は、小隙間部Ｔ１’で圧力が高められた直後に、大隙間部Ｔ２’で圧力が急激に低下するため、大隙間部Ｔ２’の流体に負圧が生じ、スラストフォイル軸受１１０の負荷容量が低下する恐れがある。特に、流体の粘度が小さい場合や、軸の回転速度が大きい場合、負圧が生じる恐れが高くなる。

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る。

本発明が解決すべき技術的課題は、各フォイルの周方向一方の端部を隣接するフォイルの上に重ねて配置したフォイル軸受において、軸受隙間における負圧の発生を防止して、負荷容量の低下を回避することにある。

前記課題を解決するためになされた本発明は、周方向一方に回転する軸に設けられたスラストカラーと軸方向に対向するフォイルホルダと、前記フォイルホルダの端面に取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方の端部を自由端とし、各フォイルの周方向一方の端部を含む領域が、スラスト軸受面を有するトップフォイル部を構成すると共に、各フォイルの周方向他方の端部を含む領域が、隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成し、前記スラスト軸受面と前記スラストカラーの端面との間に形成されるスラスト軸受隙間の流体圧で前記軸をスラスト方向に回転自在に支持するフォイル軸受であって、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向一方の端部を含む領域と前記スラストカラーの端面との間に、前記スラスト軸受隙間の小隙間部が形成され、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向他方の端部を含む領域と前記スラストカラーの端面との間に、前記スラスト軸受隙間の大隙間部が形成され、前記大隙間部と、前記フォイルと前記フォイルホルダとの間の空間とを連通する連通路を設けたことを特徴とするものである。

また、前記課題を解決するためになされた本発明は、内周に軸が挿入されたフォイルホルダと、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、各フォイルの周方向一方の端部を自由端とし、各フォイルの周方向一方の端部を含む領域が、ラジアル軸受面を有するトップフォイル部を構成すると共に、各フォイルの周方向他方の端部を含む領域が、隣接するフォイルを背後から支持するバックフォイル部を構成し、前記ラジアル軸受面と前記軸の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体圧で前記軸をラジアル方向に回転自在に支持するフォイル軸受であって、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向一方の端部を含む領域と前記軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間の小隙間部が形成され、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向他方の端部を含む領域と前記軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間の大隙間部が形成され、前記大隙間部と、前記フォイルと前記フォイルホルダとの間の空間とを連通する連通路を設けたことを特徴とするものである。

上記のように、本発明のフォイル軸受では、軸受隙間の大隙間部と、フォイルとフォイルホルダとの間の空間とが、連通路を介して連通される。これにより、大隙間部が常に大気圧に近い状態となるため、大隙間部における負圧の発生が防止され、フォイル軸受の負荷容量の低下を回避できる。

連通路は、例えば、各フォイルのトップフォイル部と、このトップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部との間に形成することができる。具体的には、例えば、各フォイルのトップフォイル部と、このトップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部との間に支持部材を設け、この支持部材に連通路を設けることができる（図４及び図５参照）。あるいは、各フォイルのトップフォイル部、及び、このトップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部のうち、互いに対向する面の少なくとも一方に溝を形成し、この溝で連通路を構成することができる（図６参照）。

この他、フォイルに厚さ方向の貫通孔を形成し、この貫通孔で連通路を構成することができる。また、フォイルに切り欠きを形成し、この切り欠きで連通路を構成することができる。

以上のように、本発明のフォイル軸受によれば、連通路を設けることで、軸受隙間（特に大隙間部）における負圧の発生を防止して、負荷容量の低下を回避することができる。

本発明の一実施形態に係るスラストフォイル軸受の断面図である。 上記スラストフォイル軸受の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受のフォイルの斜視図である。 図６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。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の平面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の平面図である。 図９のＸ−Ｘ線における断面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の平面図である。 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の平面図である。 本発明の一実施形態に係るラジアルフォイル軸受の断面図である。 上記ラジアルフォイル軸受の展開平面図である。 図１５の拡大図である。 図１７のＷ−Ｗ線における断面図である。 従来のスラストフォイル軸受の断面図である。

図１に、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受としてのスラストフォイル軸受１０を示す。このスラストフォイル軸受１０は、例えばターボ機械の一種であるガスタービンに組み込まれ、周方向一方に回転する軸１に取り付けられた円盤状のスラストカラー２をスラスト方向に支持するものである。

スラストフォイル軸受１０は、図２に示すように、フォイルホルダ１１と、フォイルホルダ１１に取り付けられた複数（図示例では８枚）のフォイル１２とを備える。フォイルホルダ１１は、軸心に穴を有する円盤状を成している。フォイルホルダ１１の端面１１ａは、スラストカラー２の端面２ａと軸方向に対向している（図１参照）。尚、以下では、説明の便宜上、各フォイル１２に対して軸方向でスラストカラー２側を上方、各フォイル１２に対して軸方向でフォイルホルダ１１側を下方と言うが、これはスラストフォイル軸受１０の使用態様を限定する趣旨ではない。本実施形態では、図１に示すように、軸１が水平方向に配される。

フォイル１２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。金属フォイルとしては、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。

複数のフォイル１２は、フォイルホルダ１１の端面１１ａに周方向等間隔に並べて配置される。図３に示すように、各フォイル１２の周方向一方の端部１２ａ（以下、前端１２ａ）は自由端とされ、隣接するフォイル１２の上に軸方向で重ねて配置される。各フォイル１２の前端１２ａを含む領域は、スラスト軸受面Ｓ１を有するトップフォイル部Ａを構成する。複数のフォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１は、周方向全周に連続して設けられる。一方、各フォイル１２の周方向他方の端部１２ｂ（以下、後端１２ｂ）を含む領域は、隣接するフォイル１２のトップフォイル部Ａを背後（下方）から支持するバックフォイル部Ｂを構成する。すなわち、各フォイル１２のバックフォイル部Ｂは、隣接するフォイル１２のトップフォイル部Ａとフォイルホルダ１１との間に配される。各フォイル１２のバックフォイル部Ｂは、フォイルホルダ１１の端面１１ａに溶接等の手段により固定される。尚、図３では、支持部材１３の大きさを誇張して示しているため、各フォイル１２のトップフォイル部Ａと、これに隣接するフォイル１２のバックフォイル部Ｂとが接触していないが、実際には、支持部材１３の上下方向寸法が図示よりも小さく、各フォイル１２のトップフォイル部Ａが、隣接するフォイル１２のバックフォイル部Ｂで下方から接触支持される。

各フォイル１２のトップフォイル部Ａと、これを下方から支持するバックフォイル部Ｂとの間には、支持部材１３が設けられる。本実施形態では、支持部材１３が、各フォイル１２の前端１２ａの下方に設けられる。支持部材１３は、各フォイル１２の前端１２ａに沿った形状を成している。図示例では、各フォイル１２の前端１２ａが半径方向に延びる直線状に形成され、この前端１２ａに沿って、各フォイル１２の半径方向全長にわたって支持部材１３が延びている。

図３及び図４に示すように、支持部材１３には、連通路としての貫通孔１３ａが形成される。貫通孔１３ａは、支持部材１３の周方向両端面に開口している。支持部材１３は、各フォイル１２のトップフォイル部Ａの下面、あるいは、このトップフォイル部Ａを下方から支持するバックフォイル部Ｂの上面の何れか一方に固定される。本実施形態では、支持部材１３が、各フォイル１２のバックフォイル部Ｂの上面に固定され、各フォイル１２のトップフォイル部Ａには固定されない。

軸１及びスラストカラー２が一体に回転すると、図３に示すように、各フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１とスラストカラー２の端面２ａとの間にスラスト軸受隙間Ｔが形成される。このスラスト軸受隙間Ｔの流体（例えば空気）の圧力が高められることで、スラストカラー２がスラスト方向一方に非接触支持される。このとき、フォイル１２が有する可撓性により、各フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１が、荷重や軸１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、スラスト軸受隙間Ｔ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、スラスト軸受隙間Ｔを最適幅に管理することができ、軸１を安定して支持することが可能となる。

このとき、各フォイル１２のトップフォイル部Ａのうち、前端１２ａを含む領域（以下、前方部分Ａ１）が、隣接するフォイル１２のバックフォイル部Ｂで下方から支持される。一方、各フォイル１２のトップフォイル部Ａのうち、当該トップフォイル部Ａの後端（バックフォイル部Ｂとの境界）を含む領域（以下、後方部分Ａ２）は、バックフォイル部Ｂで下方から支持されず、フォイルホルダ１１の端面１１ａと直接対向している。これにより、各フォイル１２のトップフォイル部Ａが湾曲し、トップフォイル部Ａの前方部分Ａ１が、後方部分Ａ２よりもスラストカラー２に近接する。こうして、各トップフォイル部Ａの前方部分Ａ１のスラスト軸受面Ｓ１とスラストカラー２の端面２ａとの間に、隙間幅が相対的に小さいスラスト軸受隙間（小隙間部Ｔ１）が形成される。また、各トップフォイル部Ａの後方部分Ａ２のスラスト軸受面Ｓ２とスラストカラー２の端面２ａとの間に、隙間幅が相対的に大きいスラスト軸受隙間（大隙間部Ｔ２）が形成される。特に、図示例では、各フォイル１２のトップフォイル部Ａが、支持部材１３で下方から支持されているため、小隙間部Ｔ１と大隙間部Ｔ２との差が大きくなる。

軸１の回転に伴ってスラスト軸受隙間Ｔを流れる流体は、大隙間部Ｔ２から小隙間部Ｔ１に流れ込むことで圧力が高められ、これによりスラストカラー２を支持する力が発生する。このとき、小隙間部Ｔ１で圧力が高められた流体は、大隙間部Ｔ２に流れ込むことで圧力が急激に低下するため、大隙間部Ｔ２における負圧の発生が懸念される。本実施形態では、支持部材１３に設けられた連通路（貫通孔１３ａ）により、大隙間部Ｔ２と、各フォイル１２とフォイルホルダ１１との間の空間Ｐとが連通しているため、大隙間部Ｔ２の圧力が低下すると、貫通孔１３ａを介して上記の空間Ｐから流体が流入し、大隙間部Ｔ２の圧力が維持される。これにより、大隙間部Ｔ２が常に大気圧に近い状態となり、大隙間部Ｔ２における負圧の発生が防止される。

尚、軸１の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１とスラストカラー２の端面２ａと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、軸受の運転中におけるフォイル１２とフォイルホルダ１１との間の摩擦力を調整するために、これら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。

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部位には同一の符号を付して重複説明を省略する。

上記の実施形態では、支持部材１３の貫通孔１３ａで連通路を構成した場合を示したが、連通路はこれに限られない。例えば、図５に示すように、支持部材１３として、凹凸を有する板状部品を使用してもよい。図示例では、波型の板状部品を使用し、この部品で形成される隙間で連通路が構成される。この他、周方向溝を有する板状部品や、ディンプル状の突起を有する板状部品で、連通路を構成してもよい（図示省略）。

図６及び図７に示す実施形態では、各フォイル１２のトップフォイル部Ａの前方部分Ａ１の下面１２ｃに、周方向溝１２ｄが形成される。周方向溝１２ｄの周方向一方の端部は、各フォイル１２の前端１２ａに開口し、周方向溝１２ｄの周方向他方の端部は、このフォイル１２を支持するバックフォイル部Ｂよりも周方向他方側まで延びている。各フォイル１２に設けた周方向溝１２ｄが、大隙間部Ｔ２と、各フォイル１２の下方の空間Ｐを連通する連通路として機能する。また、図８に示すように、各フォイル１２のバックフォイル部Ｂの上面１２ｅに、連通路として機能する周方向溝１２ｆが形成してもよい。周方向溝１２ｄの周方向一方の端部は、当該フォイル１２のトップフォイル部Ａの後方部分Ａ２に達し、周方向溝１２ｄの周方向他方の端部は、当該フォイル１２の後端１２ｂに開口している。あるいは、これらの周方向溝１２ｄ，１２ｆの双方を形成してもよい。

上記の実施形態では、連通路を介して、各フォイル１２の上方に形成される大隙間部Ｔ２と、隣接するフォイル１２の下方の空間Ｐとを連通する場合を示したが、これに限られない。例えば図９及び図１０に示すように、連通路として、各フォイル１２を厚さ方向に貫通する貫通孔１２ｇを形成してもよい。この場合、貫通孔１２ｇを介して、各フォイル１２の上方に形成される大隙間部Ｔ２と、このフォイル１２の下方に形成される空間Ｐとが連通される。図示例では、各フォイル１２のトップフォイル部Ａの後方部分Ａ２に貫通孔１２ｇが形成され、特にバックフォイル部Ｂとの境界付近に形成される。また、図示例では、各フォイル１２に複数の貫通孔１２ｇが形成され、特に、半径方向に離隔した複数箇所（図示例では３箇所）に形成される。

図１１及び図１２に示す実施形態では、各フォイル１２に形成した切り込み１２ｈで、連通路を構成している。図示例では、各フォイル１２の後端１２ｂから、バックフォイル部Ｂを介してトップフォイル部Ａの後方部分Ａ２に至る周方向の切り込み１２ｈが形成される。また、図示例では、各フォイル１２に、半径方向に離隔した複数の切り込み１２ｈが形成される。軸１の回転時には、各フォイル１２に設けた切り込み１２ｈを介して、各フォイル１２の上方に形成される大隙間部Ｔ２が、このフォイル１２の下方に形成される空間Ｐ、及び、隣接するフォイル１２の下方に形成される空間Ｐの双方と連通される。

フォイル１２の形状は上記の実施形態に限られない。例えば、図１３に示す実施形態では、各フォイル１２の後端１２ｂが、中央部を周方向一方側に突出させたヘリングボーン形状を成している。このヘリングボーン形状の後端１２ｂにフォイル１２が乗り上げることで、フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１にヘリングボーン形状の段差が形成され、周方向一方に流れる流体が半径方向中央に集められる。尚、図示例では、各フォイル１２の前端１２ａも、後端１２ｂと同様のヘリングボーン形状を成している。また、図１３に示すフォイル軸受１０には、上記の実施形態で示したような連通路が設けられるが、連通路の図示は省略している。

また、フォイル１２のフォイルホルダ１１への固定方法は上記の実施形態に限られない。例えば、図１４に示す実施形態では、各フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１よりも外径側に延在部１２ｉを設け、この延在部１２ｉをフォイルホルダ１１の端面１１ａに溶接等の手段で固定している。この場合、各フォイル１２のスラスト軸受面Ｓ１の下方には、フォイル１２とフォイルホルダ１１との固定部は設けられない。尚、図１４に示すフォイル軸受１０には、上記の実施形態で示したような連通路が設けられるが、連通路の図示は省略している。

次に、本発明を適用したラジアルフォイル軸受について説明する。

図１５に、本発明の一実施形態にかかるフォイル軸受としてのラジアルフォイル軸受２０を示す。このラジアルフォイル軸受２０は、例えばターボ機械の一種であるガスタービンに組み込まれ、周方向一方に回転する軸１をラジアル方向に支持するものである。

ラジアルフォイル軸受２０は、内周に軸１が挿入された円筒状のフォイルホルダ２１と、フォイルホルダ２１の内周面２１ａに取り付けられた複数（図示例では８枚）のフォイル２２とを備える。

複数のフォイル２２は、フォイルホルダ２１の内周面２１ａに周方向等間隔に並べて配置される。各フォイル２２の周方向一方の端部２２ａ（以下、前端２２ａ）は、隣接するフォイル２２の内径側に重ねて配置される。図１６及び図１７に示すように、各フォイル２２の前端２２ａを含む領域は、ラジアル軸受面Ｓ２を有するトップフォイル部Ａを構成する。複数のフォイル２２のラジアル軸受面Ｓ２は、周方向全周に連続して設けられる。一方、各フォイル２２の周方向他方の端部２２ｂ（以下、後端２２ｂ）を含む領域は、隣接するフォイル２２のトップフォイル部Ａを背後（外径側）から支持するバックフォイル部Ｂを構成する。すなわち、各フォイル２２のバックフォイル部Ｂは、隣接するフォイル２２のトップフォイル部Ａとフォイルホルダ２１との間に配される。各フォイル２２のバックフォイル部Ｂは、フォイルホルダ２１の内周面２１ａに溶接等の手段により固定される。フォイル２２の材質や厚さは、上記のスラストフォイル軸受１０のフォイル１２と同様である。

各フォイル２２のトップフォイル部Ａと、これを下方から支持するバックフォイル部Ｂとの間には、支持部材２３が設けられる（図１７参照）。本実施形態では、支持部材２３が、各フォイル２２の前端２２ａの外径側に設けられる。支持部材２３は、各フォイル２２の前端２２ａに沿った形状を成している。図示例では、各フォイル２２の前端２２ａが軸方向に延びる直線状に形成され、この前端２２ａに沿って、各フォイル２２の軸方向全長にわたって支持部材２３が延びている（図１６参照）。

支持部材２３には、連通路として、支持部材２３の周方向両端面に開口した貫通孔２３ａが形成される。本実施形態では、図１８に示すように、軸方向に離隔した複数箇所に貫通孔２３ａが形成される。支持部材２３は、各フォイル２２のトップフォイル部Ａの外径面、あるいは、このトップフォイル部Ａを下方から支持するバックフォイル部Ｂの内径面の何れか一方に固定される。本実施形態では、支持部材２３が、各フォイル２２のバックフォイル部Ｂの内径面に固定され、各フォイル２２のトップフォイル部Ａには固定されない。

軸１が回転すると、図１７に示すように、各フォイル２２のラジアル軸受面Ｓ２と軸１の外周面１ａとの間にラジアル軸受隙間Ｒが形成され、このラジアル軸受隙間Ｒの流体（例えば空気）の圧力が高められることで、軸１がラジアル方向に非接触支持される。

このとき、各フォイル２２のトップフォイル部Ａのうち、前端２２ａを含む領域（以下、前方部分Ａ１）が、隣接するフォイル２２のバックフォイル部Ｂで外径側から支持される。一方、各フォイル２２のトップフォイル部Ａのうち、当該トップフォイル部Ａの後端（バックフォイル部Ｂとの境界）を含む領域（以下、後方部分Ａ２）は、バックフォイル部Ｂで下方から支持されず、フォイルホルダ２１の内周面２１ａと直接対向している。これにより、各フォイル２２のトップフォイル部Ａが湾曲し、トップフォイル部Ａの前方部分Ａ１が、後方部分Ａ２よりも軸１の外周面１ａに近接する。こうして、各トップフォイル部Ａの前方部分Ａ１のラジアル軸受面Ｓ２と軸１の外周面１ａとの間に、隙間幅が相対的に小さいラジアル軸受隙間（小隙間部Ｒ１）が形成される。また、各トップフォイル部Ａの後方部分Ａ２のラジアル軸受面Ｓ２と軸１の外周面１ａとの間に、隙間幅が相対的に大きいラジアル軸受隙間（大隙間部Ｔ２）が形成される。

軸１の回転に伴ってラジアル軸受隙間Ｒを流れる流体は、大隙間部Ｒ２から小隙間部Ｒ１に流れ込むことで圧力が高められ、これにより軸１を支持する力が発生する。このとき、小隙間部Ｒ１で圧力が高められた流体は、大隙間部Ｒ２に流れ込むことで圧力が急激に低下するため、大隙間部Ｒ２における負圧の発生が懸念される。本実施形態では、支持部材２３に設けられた連通路（貫通孔２３ａ）により、大隙間部Ｒ２と、各フォイル２２とフォイルホルダ２１との間の空間Ｑとが連通しているため、大隙間部Ｒ２の圧力が維持され、大隙間部Ｒ２における負圧の発生が防止される。

尚、各フォイル２２のラジアル軸受面Ｓ２及び軸１の外周面１ａ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、フォイル２２の外径面及びフォイルホルダ２１の内周面２１ａ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。

ラジアルフォイル軸受２０においても、スラストフォイル軸受１０で示した他の実施形態（図５〜図１４参照）を適用することができる。

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、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。

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。

１ 軸
２ スラストカラー
１０，２０ フォイル軸受
１１，２１ フォイルホルダ
１２，２２ フォイル
１３，２３ 支持部材
１３ａ，２３ａ 貫通孔（連通路）
Ａ トップフォイル部
Ａ１ 前方部分
Ａ２ 後方部分
Ｂ バックフォイル部
Ｐ，Ｑ 空間
Ｓ１ スラスト軸受面
Ｔ スラスト軸受隙間
Ｔ１ 小隙間部
Ｔ２ 大隙間部
Ｓ２ ラジアル軸受面
Ｒ ラジアル軸受隙間
Ｒ１ 小隙間部
Ｒ２ 大隙間部

Claims (7)

1. 周方向一方に回転する軸に設けられたスラストカラーと軸方向に対向するフォイルホルダと、前記フォイルホルダの端面に取り付けられ、周方向に並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方の端部を自由端とし、各フォイルの周方向一方の端部を含む領域が、スラスト軸受面を有するトップフォイル部を構成すると共に、各フォイルの周方向他方の端部を含む領域が、隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成し、前記スラスト軸受面と前記スラストカラーの端面との間に形成されるスラスト軸受隙間の流体圧で前記軸をスラスト方向に回転自在に支持するフォイル軸受であって、
   各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向一方の端部を含む領域と前記スラストカラーの端面との間に、前記スラスト軸受隙間の小隙間部が形成され、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向他方の端部を含む領域と前記スラストカラーの端面との間に、前記スラスト軸受隙間の大隙間部が形成され、
   前記大隙間部と、前記フォイルと前記フォイルホルダとの間の空間とを連通する連通路を設けたことを特徴とするフォイル軸受。
2. 内周に軸が挿入されたフォイルホルダと、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、各フォイルの周方向一方の端部を自由端とし、各フォイルの周方向一方の端部を含む領域が、ラジアル軸受面を有するトップフォイル部を構成すると共に、各フォイルの周方向他方の端部を含む領域が、隣接するフォイルを背後から支持するバックフォイル部を構成し、前記ラジアル軸受面と前記軸の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体圧で前記軸をラジアル方向に回転自在に支持するフォイル軸受であって、
   各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向一方の端部を含む領域と前記軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間の小隙間部が形成され、各フォイルの前記トップフォイル部のうち、当該トップフォイル部の周方向他方の端部を含む領域と前記軸の外周面との間に、前記ラジアル軸受隙間の大隙間部が形成され、
   前記大隙間部と、前記フォイルと前記フォイルホルダとの間の空間とを連通する連通路を設けたことを特徴とするフォイル軸受。
3. 各フォイルの前記トップフォイル部と、このトップフォイル部を背後から支持する前記バックフォイル部との間に、前記連通路が形成された請求項１又は２記載のフォイル軸受。
4. 各フォイルの前記トップフォイル部と、このトップフォイル部を背後から支持する前記バックフォイル部との間に支持部材を設け、この支持部材に前記連通路を設けた請求項３記載のフォイル軸受。
5. 各フォイルの前記トップフォイル部、及び、このトップフォイル部を背後から支持する前記バックフォイル部のうち、互いに対向する面の少なくとも一方に溝を形成し、この溝で前記連通路を構成した請求項３記載のフォイル軸受。
6. 各フォイルに厚さ方向の貫通孔を形成し、この貫通孔で前記連通路を構成した請求項１又は２記載のフォイル軸受。
7. 各フォイルに切り欠きを形成し、この切り欠きで前記連通路を構成した請求項１又は２記載のフォイル軸受。
   

Images