JP2015143572A - Foil, foil bearing and assembly method of foil bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォイル、フォイル軸受、及びフォイル軸受の組立方法に関する。 The present invention relates to a foil, a foil bearing, and a method for assembling the foil bearing.
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.
例えば、下記の特許文献1及び2には、複数のフォイルを周方向に並べて配置し、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダ(ハウジング)に取り付けた、いわゆる多円弧型のフォイル軸受が示されている。これらのフォイル軸受では、フォイルホルダの内周面から内径に突出した突出部(特許文献1の偏移抑制部62、特許文献2の峰70)に各フォイルの周方向両端を突き当てることで、各フォイルの周方向両端がフォイルホルダに保持されている。
For example, the following
上記のようなフォイル軸受では、フォイルホルダの突出部の間にフォイルを一枚ずつ装着する必要があるため、工数がかかり、生産性が悪い。 In the foil bearing as described above, since it is necessary to mount the foils one by one between the protrusions of the foil holder, man-hours are required and productivity is poor.
本発明が解決すべき技術的課題は、フォイル軸受の生産性を高めることにある。 The technical problem to be solved by the present invention is to increase the productivity of foil bearings.
前記課題を解決するために、本発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受であって、各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けると共に、前記フォイルホルダの溝に差し込んだフォイル軸受を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a foil holder having a plurality of grooves on an inner peripheral surface, a main body portion having a bearing surface, an insertion portion provided on one circumferential side of the main body portion, and A foil bearing comprising a plurality of foils having attachment portions provided on the other circumferential side of the main body, wherein the insertion portion of each foil is attached to the attachment portion of an adjacent foil, and A foil bearing inserted into a groove of a foil holder is provided.
また、前記課題を解決するために、本発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受の組立方法であって、各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けて、前記複数のフォイルを筒状に仮組みする工程と、仮組みした前記複数のフォイルを、各フォイルの差込部を前記溝に差し込みながら、前記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a foil holder having a plurality of grooves on the inner peripheral surface, a main body having a bearing surface, an insertion portion provided on one circumferential side of the main body, And a method of assembling a foil bearing including a plurality of foils having attachment portions provided on the other circumferential side of the main body portion, wherein the insertion portion of each foil is connected to the attachment portion of the adjacent foil. A step of temporarily assembling the plurality of foils into a cylindrical shape, and a step of inserting the plurality of temporarily assembled foils into the inner periphery of the foil holder while inserting the insertion portion of each foil into the groove. And a method for assembling the foil bearing.
さらに、前記課題を解決するために、本発明は、フォイルホルダの内周面に取り付けられるフォイルであって、軸受面を有する本体部と、前記本体部の周方向一方側に設けられ、前記フォイルホルダの内周面に設けられた溝に差し込まれる差込部と、前記本体部の周方向他方側に設けられ、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部とを備えたフォイルを提供する。 Furthermore, in order to solve the above-described problem, the present invention provides a foil that is attached to an inner peripheral surface of a foil holder, the main body having a bearing surface, and provided on one side in the circumferential direction of the main body. Provided is a foil comprising an insertion part to be inserted into a groove provided on the inner peripheral surface of the holder, and an attachment part provided on the other circumferential side of the main body part to which an insertion part of an adjacent foil is attached. .
上記のように、本発明のフォイル軸受では、フォイルの周方向一方の端部に、フォイルホルダの溝に差し込まれる差込部を形成すると共に、フォイルの周方向他方の端部に、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部を設けた。これにより、各フォイルの取付部に、隣接するフォイルの差込部を取り付けることで、複数のフォイルを筒状に仮組みすることができる。こうして仮組みした複数のフォイルを、各フォイルの差込部を溝に差し込みながら、フォイルホルダの内周に挿入することで、複数のフォイルを一度にフォイルホルダに取り付けることができる。 As described above, in the foil bearing of the present invention, the insertion portion to be inserted into the groove of the foil holder is formed at one end portion in the circumferential direction of the foil, and the foil adjacent to the other end portion in the circumferential direction of the foil is formed. An attachment portion to which the insertion portion is attached is provided. Thereby, a plurality of foils can be temporarily assembled into a cylindrical shape by attaching the insertion portion of the adjacent foil to the attachment portion of each foil. The plurality of foils temporarily assembled in this manner can be attached to the foil holder at a time by inserting them into the inner periphery of the foil holder while inserting the insertion portion of each foil into the groove.
このとき、フォイルホルダの溝の少なくとも軸方向一方の端部を、フォイルホルダの端面に開口させれば、複数のフォイルを筒状に仮組みした状態で、軸方向一方側から各フォイルの差込部を差し込むことができる。 At this time, if at least one end in the axial direction of the groove of the foil holder is opened on the end face of the foil holder, each foil is inserted from one side in the axial direction in a state where a plurality of foils are temporarily assembled in a cylindrical shape. Part can be inserted.
上記のフォイル軸受では、各フォイルの差込部をフォイルホルダの溝に差し込むだけで、複数のフォイルがフォイルホルダに取り付けられているため、フォイルがフォイルホルダに対して移動可能とされる。この場合、組立時やメンテナンス時等にフォイル軸受の内周に軸を抜き差しする際、フォイルと軸とが軸方向に接触摺動し、フォイルがフォイルホルダに対して軸方向にずれる恐れがある。 In the foil bearing described above, since the plurality of foils are attached to the foil holder simply by inserting the insertion portion of each foil into the groove of the foil holder, the foil is movable with respect to the foil holder. In this case, when the shaft is inserted into and removed from the inner periphery of the foil bearing during assembly or maintenance, the foil and the shaft may slide in contact with each other in the axial direction, and the foil may shift in the axial direction with respect to the foil holder.
そこで、前記フォイルホルダの溝に差し込まれた前記フォイルの差込部に軸方向一方側から係合可能な係止部材を設けることが好ましい。このように、フォイルと係止部材とを軸方向に係合させることで、フォイルホルダに対するフォイルの軸方向移動を規制することができる。この場合、フォイルの本体部に係止部材を係合させようとすると、係止部材をフォイルホルダの内周面よりも内径側に突出させる必要があるため、係止部材と軸とが干渉する恐れがある。そこで、上記のように、係止部材を、フォイルホルダの溝に差し込まれた各フォイルの差込部と係合させれば、フォイルホルダの溝の径方向領域に係止部材を収めることができ、係止部材と軸との干渉を回避できる。 Therefore, it is preferable to provide a locking member that can be engaged from one side in the axial direction at the insertion portion of the foil inserted into the groove of the foil holder. Thus, the axial movement of the foil relative to the foil holder can be restricted by engaging the foil and the locking member in the axial direction. In this case, if the locking member is to be engaged with the main body portion of the foil, the locking member needs to protrude to the inner diameter side of the inner peripheral surface of the foil holder, so that the locking member and the shaft interfere with each other. There is a fear. Therefore, as described above, when the locking member is engaged with the insertion portion of each foil inserted into the groove of the foil holder, the locking member can be accommodated in the radial direction region of the foil holder groove. Interference between the locking member and the shaft can be avoided.
上記のフォイル軸受において、前記本体部の軸方向一方の端部を、前記差込部の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延ばせば、軸受面の面積が拡大され、軸受性能が高められる。 In the above foil bearing, if one end of the main body in the axial direction is extended to one side in the axial direction from one end of the insertion portion in the axial direction, the area of the bearing surface is increased, and the bearing performance is increased. Enhanced.
例えば、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周に露出させると、係止部材の内周面とフォイルの本体部の外径面とが直接対向する。このとき、係止部材の内周面とフォイルホルダの内周面とが同一円筒面状に配されていると、フォイルの本体部の軸方向端部が係止部材で外径側から支持される。この場合、軸が振れ回ったときに、軸の外周面と係止部材の内周面とでフォイルの本体部の軸方向端部が挟持され、フォイルの摩耗や損傷を招く恐れがある。そこで、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周面よりも外径側に配すれば、これらの面の径差の分だけ、フォイルの本体部の軸方向端部を外径側に逃がすことができる。従って、軸が振れ回った際には、フォイルの本体部の軸方向端部を外径側に撓ませて逃がすことで、軸とフォイルとの過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。 For example, when the inner peripheral surface of the locking member is exposed to the inner periphery of the foil holder, the inner peripheral surface of the locking member and the outer diameter surface of the main body portion of the foil are directly opposed. At this time, if the inner peripheral surface of the locking member and the inner peripheral surface of the foil holder are arranged in the same cylindrical surface, the axial end of the main body of the foil is supported from the outer diameter side by the locking member. The In this case, when the shaft is swung around, the axial end portion of the main body portion of the foil is sandwiched between the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the locking member, which may cause wear or damage to the foil. Therefore, if the inner peripheral surface of the locking member is arranged on the outer diameter side with respect to the inner peripheral surface of the foil holder, the axial end of the main body of the foil is moved to the outer diameter side by the difference in diameter between these surfaces. I can escape. Therefore, when the shaft swings, the end of the foil body in the axial direction is deflected to the outer diameter side and escaped, thereby preventing excessive interference between the shaft and the foil and suppressing wear and damage to the foil. be able to.
また、係止部材の内周面を、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径させてもよい。この場合、係止部材の内周面の軸方向一方側の端部を含む領域をフォイルホルダの内周面よりも外径側に退避させて、軸とフォイルとの過干渉を防止できる。また、フォイルの差込部と係合する係止部材の軸方向他方側の端部を、フォイルホルダの内周面と同じ径方向位置あるいはその近傍まで延ばすことができるため、差込部と係止部材との係合領域を大きく取ることができ、フォイルの抜け止めを確実に行うことができる。 Further, the inner peripheral surface of the locking member may be gradually expanded toward one side in the axial direction. In this case, it is possible to prevent excessive interference between the shaft and the foil by retracting the region including the end portion on the one axial side of the inner peripheral surface of the locking member to the outer diameter side from the inner peripheral surface of the foil holder. In addition, since the end on the other side in the axial direction of the locking member that engages with the insertion portion of the foil can be extended to the same radial position as or the vicinity of the inner peripheral surface of the foil holder, The engagement area with the stop member can be increased, and the foil can be reliably prevented from coming off.
上記の係止部材の外周面を、フォイルホルダの外周に露出させれば、係止部材の半径方向寸法を大きく取ることができるため、特にフォイルホルダが薄肉である場合に、係止部材の加工やフォイルホルダへの取り付けが容易化される。これに加えて、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周に露出させれば、係止部材の半径方向寸法をさらに大きくすることができる。 If the outer peripheral surface of the locking member is exposed to the outer periphery of the foil holder, the radial dimension of the locking member can be increased. Therefore, when the foil holder is thin, the locking member is processed. And attachment to the foil holder is facilitated. In addition to this, if the inner peripheral surface of the locking member is exposed to the inner periphery of the foil holder, the radial dimension of the locking member can be further increased.
一方、係止部材の内周面をフォイルホルダで覆ってもよい。この場合、フォイルの外径面と直接対向する面を全てフォイルホルダの内周面で構成することができるため、この面を一体に加工することができ、同軸度などの幾何公差を高い精度で容易に加工することができる。 On the other hand, the inner peripheral surface of the locking member may be covered with a foil holder. In this case, since the surface directly opposite to the outer diameter surface of the foil can be entirely constituted by the inner peripheral surface of the foil holder, this surface can be processed integrally, and geometrical tolerances such as coaxiality can be obtained with high accuracy. It can be easily processed.
ところで、上記のフォイル軸受では、各フォイルの差込部をフォイルホルダの溝に差し込むことで、各フォイルが周方向移動可能な状態でフォイルホルダに取り付けられている。このため、軸の回転時には、各フォイルとフォイルホルダとの間に微小摺動が生じ、これにより軸の振動を減衰する効果が得られる。しかし、このように各フォイルがフォイルホルダに対して周方向移動可能であると、軸が何らかの原因により突発的に逆回転した場合に、軸の回転と共にフォイルが周方向他方側に移動し、フォイルの差込部がフォイルホルダの溝から抜けてしまう恐れがある。例えば、各フォイルをフォイルホルダに溶接等で完全に固定すれば、このような不具合は回避できるが、この場合、上記のようなフォイルとフォイルホルダとの摺動による軸の振動減衰効果が大幅に低下してしまう。 By the way, in said foil bearing, each foil is attached to the foil holder in the state which can move to the circumferential direction by inserting the insertion part of each foil in the groove | channel of a foil holder. For this reason, at the time of rotation of the shaft, a minute slide occurs between each foil and the foil holder, thereby obtaining an effect of damping the vibration of the shaft. However, if each foil can move in the circumferential direction with respect to the foil holder in this way, when the shaft suddenly reversely rotates for some reason, the foil moves to the other side in the circumferential direction along with the rotation of the shaft. There is a possibility that the insertion portion of the metal will come out of the groove of the foil holder. For example, if each foil is completely fixed to the foil holder by welding or the like, such a problem can be avoided, but in this case, the vibration damping effect of the shaft due to the sliding of the foil and the foil holder as described above is greatly increased. It will decline.
そこで、上記の係止部材には、フォイルに周方向他方側から係合可能な周方向係合部を設けることが好ましい。この場合、軸が逆回転した場合でも、係止部材の周方向係合部をフォイルに係合させることで、フォイルの周方向他方側への移動を規制できるため、フォイルの差込部がフォイルホルダの溝から抜ける事態を防止できる。 Therefore, it is preferable that the locking member is provided with a circumferential engagement portion that can be engaged with the foil from the other circumferential side. In this case, even when the shaft rotates in the reverse direction, by engaging the circumferential engagement portion of the locking member with the foil, the movement of the foil in the other circumferential direction can be restricted. It is possible to prevent a situation where the holder comes out of the groove.
例えば、係止部材の周方向係合部を、フォイルに設けた凹部に嵌合させることで、係止部材とフォイルとを周方向で係合可能とすることができる。この場合、係止部材の周方向係合部とフォイルの凹部とを、フォイルの周方向移動を許容した状態で嵌合させれば、フォイルとフォイルホルダとの摺動が許容されるため、軸の振動減衰効果を確実に得ることができる。 For example, the engaging member and the foil can be engaged in the circumferential direction by fitting the circumferential engaging portion of the engaging member into a recess provided in the foil. In this case, since the sliding of the foil and the foil holder is allowed if the circumferential engagement portion of the locking member and the concave portion of the foil are fitted in a state in which the movement of the foil in the circumferential direction is allowed, The vibration damping effect can be reliably obtained.
係止部材の周方向係合部及びフォイルに、それぞれ軸方向と平行な軸方向部を設け、両軸方向部同士を周方向で係合可能とすれば、フォイルのフォイルホルダに対する移動方向(周方向)と垂直な軸方向部同士の係合により、フォイルの周方向他方側への移動を確実に規制することができる。 If the circumferential direction engaging portion and the foil of the locking member are provided with axial portions parallel to the axial direction, respectively, and the axial direction portions can be engaged with each other in the circumferential direction, the movement direction of the foil relative to the foil holder (circumferential) The movement of the foil to the other side in the circumferential direction can be reliably restricted by the engagement of the axial direction portions perpendicular to the direction.
あるいは、係止部材の周方向係合部及びフォイルに、それぞれ軸方向に対して傾斜した傾斜部を設け、両傾斜部同士を周方向で係合可能としてもよい。この場合、上記のように軸方向部同士を係合させる場合と比べて、フォイルに加わる負荷をより広い領域で受け持つことができるため、周方向の引張力に対するフォイルの耐性を高めることができる。 Or it is good also as providing the inclination part which inclined with respect to the axial direction in the circumferential direction engaging part and foil of a locking member, respectively, and making both inclination parts engage in the circumferential direction. In this case, as compared with the case where the axial portions are engaged with each other as described above, the load applied to the foil can be handled in a wider region, so that the resistance of the foil to the tensile force in the circumferential direction can be increased.
以上のように、本発明によれば、フォイルを一枚ずつフォイルホルダに取り付けていた従来と比べて、フォイル軸受の組立工数が削減され、生産性を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the number of steps for assembling the foil bearing can be reduced and the productivity can be improved as compared with the conventional case where the foils are attached to the foil holder one by one.
図1に、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受1を示す。このフォイル軸受1は、例えばターボ機械の一種であるガスタービンのタービンの軸2を支持するものであり、その外周面が、ガスタービンのハウジングの内周に固定される。
FIG. 1 shows a
フォイル軸受1は、筒状(図示例では円筒状)を成したフォイルホルダ10と、フォイルホルダ10の内周面11に取り付けられた複数枚(図示例では3枚)のフォイル20と、係止部材30とを備える。
The
フォイルホルダ10は、例えば焼結金属で一体に型成形される。フォイルホルダ10の内周面11には、図2に示すように、小径内周面11aと、小径内周面11aの軸方向一方側に設けられた大径内周面11bとが設けられる。尚、フォイルホルダ10の材質は焼結金属に限らず、他の金属や樹脂で形成することもでき、例えば、鋼材の機械加工品、鋼板のプレス加工品、あるいは樹脂の射出成形品等でフォイルホルダ10を構成することもできる。
The
フォイルホルダ10の小径内周面11aには、フォイル20を取り付けるための溝が設けられる。図示例では、小径内周面11aに複数の軸方向溝14が設けられ、詳しくは、3本の軸方向溝14が円周方向等間隔に設けられる。軸方向溝14の軸方向一端は、小径内周面11aの軸方向一方側に設けられた端面16に開口している。このように、軸方向溝14の少なくとも一方の端部が端面に開口していることで、フォイルホルダ10を、軸方向溝14を含めて一体に型成形することが可能となる。軸方向溝14の軸方向他端は、小径内周面11aの軸方向他方側に設けられた端面17には達しておらず、フォイルホルダ10に一体に設けられた係止部18で閉じられている。小径内周面11aと大径内周面11bとの軸方向間には、係止部材30が取り付けられる周方向溝15が設けられる。本実施形態では、周方向溝15が環状に形成される。周方向溝15の溝底(外径部)は、大径内周面11bよりも大径とされる。
A groove for attaching the
フォイル20は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属からなる厚さ20μm〜200μm程度の金属フォイルで形成される。金属フォイルの材質としては、例えば鋼材料や銅合金を使用することができ、具体的にはステンレス鋼もしくは青銅を使用するのが好ましい。
The
フォイル20は、フォイルホルダ10の内周面11に取り付けられる。図示例では、3枚のフォイル20が、周方向に並べた状態でフォイルホルダ10の小径内周面11aに取り付けられる。各フォイル20は、一枚の金属フォイルにプレス加工やエッチングあるいはワイヤカットを施すことにより一体に形成される。各フォイル20は、図3(A)に示すように、本体部21と、本体部21の周方向一方側に設けられた凸部22と、本体部21の周方向他方側に設けられたスリット23とを備える。図示例では、凸部22及びスリット23が、それぞれ軸方向に離隔した複数箇所(2箇所)に設けられる。スリット23は、他のフォイル20の凸部22を取り付けるための取付部として機能する。図示例では、各フォイル20の凸部22とスリット23とが軸方向で同じ位置に設けられる。スリット23の軸方向幅は、凸部22の軸方向幅よりも僅かに大きい。図3(B)に示すように、各フォイル20の凸部22を隣接するフォイル20のスリット23に差し込むことにより、3枚のフォイル20を筒状に仮組みすることができる。
The
図1に示すように、各フォイル20の凸部22は、フォイルホルダ10の小径内周面11aに設けられた軸方向溝14に差し込まれる差込部として機能する。各フォイル20のうち、スリット23よりも周方向他方側の領域は、隣接するフォイル20の背後(外径側)に配されるアンダーフォイル部24として機能する。以上により、各フォイル20の周方向両端が、フォイルホルダ10に接触した状態で保持される。各フォイル20の本体部21の内径面は、軸受面として機能する。複数のフォイル20がフォイルホルダ10に取り付けられた状態で、隣接するフォイル20は、軸方向溝14の開口部の周方向領域で軸方向視で交差しており、この交差部で、隣接するフォイル20の本体部21の端部同士が周方向に突っ張りあっている。これにより、各フォイル20が外径側に張り出し、フォイルホルダ10の小径内周面11aに沿った軸受面が得られる。
As shown in FIG. 1, the
係止部材30は、複数のフォイル20の凸部22を一部品で抜け止めするものが好ましく、例えば止め輪で構成される。止め輪の形状は特に限定されず、例えば全周で連続した円環の止め輪{図4(A)参照}や、円環の一部が切断された止め輪{図4(B)参照}、あるいは、C形の止め輪{図4(C)参照}を使用できる。係止部材30は、弾性に富んだ金属あるいは樹脂で形成される。係止部材30は、フォイルホルダ10の内周面11に取り付けられる。本実施形態では、図2に示すように、係止部材30がフォイルホルダ10の周方向溝15に装着される。係止部材30の外周面は、大径内周面11bよりも大径で、周方向溝15の溝底と略同径とされる。係止部材30は、周方向溝15の軸方向一方側の内壁19及び軸方向他方側の内壁(端面16)と軸方向に係合可能とされる。係止部材30の内周面31は、フォイルホルダ10の小径内周面11aと同一円筒面上に連続して配される。尚、係止部材30を、周方向で分割した複数の部品で構成してもよい。
The locking
係止部材30は、各フォイル20の凸部22と軸方向に係合可能な位置に配される。具体的には、図2に示すように、各フォイル20のうち、軸方向溝14に差し込まれた部分(一対の凸部22)の軸方向一方側に係止部材30が隣接して配される。これにより、各フォイル20に係止部材30が軸方向一方側から当接し、各フォイル20の軸方向一方側への移動が規制される。具体的には、図5(A)に示すように、フォイルホルダ10の軸方向溝14に各フォイル20の凸部22を差し込んだ状態で、図5(B)に示すように、フォイルホルダ10の周方向溝15に係止部材30を取り付けることにより、係止部材30がフォイル20の凸部22に軸方向一方側から当接する。尚、図5では、フォイルホルダ10の軸方向一方側の端部に設けられた大径内周面11bの図示を省略している。また、各フォイル20のうち、軸方向溝14に差し込まれた部分(一対の凸部22)の軸方向他端側にフォイルホルダ10の係止部18が隣接して配される(図2参照)。これにより、各フォイル20に係止部18が軸方向他方側から当接し、各フォイル20の軸方向他方側への移動が規制される。以上のように、各フォイル20の軸方向両側から係止部材30及び係止部18が係合することで、各フォイル20のフォイルホルダ10に対する軸方向位置が決まる。
The locking
図2に示すように、各フォイル20の本体部21の軸方向一方の端部(図中右端)は、一対の凸部22の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延びている。これにより、係止部材30の内周面31が、本体部21で覆われた状態となる。一方、各フォイル20の本体部21の軸方向他方の端部(図中左端)は、一対の凸部22の軸方向他方の端部よりも軸方向他方側まで延びている。これにより、フォイルホルダ10の係止部18の内周面18aが、本体部21で覆われた状態となる。このように、各フォイル20の本体部21を係止部材30及び係止部18の内径側を覆う領域まで延ばすことで、軸受面の面積を広げることができる。このとき、各フォイル20の本体部21は、フォイルホルダ10の内周面18a及び係止部材30の内周面31と半径方向で直接対向している。尚、フォイル20の軸方向端部を、係止部材30及び係止部18を越えてさらに軸方向外側まで延ばしてもよい。
As shown in FIG. 2, one end portion (right end in the figure) of the
上記構成のフォイル軸受1は、以下のような手順で組み立てられる。
The
まず、各フォイル20の凸部22を隣接するフォイル20のスリット23に差し込むことにより、3枚のフォイル20を筒状に仮組みし、フォイル仮組体Xを形成する{図3(B)参照}。
First, by inserting the
次に、図6に示すように、フォイル仮組体Xの各フォイル20の凸部22を、フォイルホルダの軸方向溝14に軸方向一方側(軸方向溝14の開口側)から差し込みながら、フォイル仮組体Xをフォイルホルダ10の内周に挿入する。そして、各フォイル20の凸部22を、軸方向溝14の端部(係止部18)に当接させて、フォイル仮組体Xのフォイルホルダ10への挿入が完了する。
Next, as shown in FIG. 6, while inserting the
その後、図7に示すように、フォイルホルダ10の周方向溝15に係止部材30を取り付ける。具体的には、係止部材30を弾性変形させながらフォイルホルダ10の軸方向一方側から挿入し、大径内周面11bの内周を通過させる。そして、係止部材30が周方向溝15に達したら、係止部材30を弾性復元させて周方向溝15に嵌め込む。以上により、フォイル軸受1が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the locking
このように、各フォイル20に差込部(凸部22)及び取付部(スリット23)を設けることで、フォイルホルダ10に取り付ける前に複数のフォイル20を仮組みすることができる。これにより、各フォイル20一枚ずつフォイルホルダ10に取り付ける場合と比べて、組立が容易化され、生産性が高められる。特に、フォイルホルダ10の軸方向溝14の軸方向一方の端部を端面16に開口させることで、仮組みしたフォイル20の凸部22を、軸方向溝14に開口側から軸方向に差し込むことができるため、組立がさらに容易化される。
As described above, by providing the insertion portions (protrusions 22) and the attachment portions (slits 23) in each
上記のフォイル軸受1は、内周に軸2が挿入され、ガスタービンに組み込まれる。また、ガスタービンのメンテナンス時には、軸2をフォイル軸受1の内周から引き抜き、点検や部品交換を行った後、フォイル軸受1の内周に再び軸2が挿入される。このように、フォイル軸受1の内周に軸2を抜き差しする際、軸2とフォイル20とが摺動することで、フォイル20に軸方向の力が加わる。上記のフォイル軸受1は、フォイル20が、フォイルホルダ10に対して溶接や接着による完全固定が施されておらず、フォイルホルダ10に対する移動が許容されている。従って、フォイル軸受1の内周に軸2を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル20がフォイルホルダ10に対して軸方向にずれる事態が懸念される。この点に関し、本実施形態では、上記のように、各フォイル20の差込部(一対の凸部22)が係止部材30及び係止部18で軸方向両側から係止されることで、各フォイル20のフォイルホルダ10に対する軸方向移動が規制されている。これにより、フォイル軸受1の内周に軸2を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル20がフォイルホルダ10に対して軸方向にずれる事態を防止できる。
The above-described
フォイル軸受1の内周に挿入された軸2が周方向一方(図1の矢印方向)に回転すると、フォイル軸受1のフォイル20の軸受面と軸2の外周面2a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軸2がラジアル方向に支持される。このとき、フォイル20が有する可撓性により、各フォイル20の軸受面が、荷重や軸2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、ラジアル軸受隙間を最適幅に管理することができ、軸2を安定して支持することが可能となる。
When the
具体的には、軸2の回転に伴ってラジアル軸受隙間の空気圧の圧力が高まることで、各フォイル20が外径側に押し込まれる。このとき、各フォイル20の本体部21のうち、隣接するフォイルのアンダーフォイル部24に乗り上げる部分が湾曲する。さらに、本実施形態では、軸2との摩擦及び空気の粘性により、各フォイル20が回転方向先行側に押し込まれ、図8に示すように、各フォイル20の本体部21(軸受面)が内径側に凸となるように湾曲する。以上のようなフォイル20の湾曲部分の弾性力と、ラジアル軸受隙間に形成される空気膜の圧力とが釣り合う位置で、フォイル20の形状が保持される。尚、図示例では、各フォイル20の凸部22が、軸方向溝14の内部で外径側に凸となるように湾曲している。
Specifically, as the pressure of the air pressure in the radial bearing gap increases as the
軸受の運転中は、ラジアル軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル20がフォイルホルダ10に押し付けられ、これに伴って両者の間で微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、軸2の振動を減衰させることができる。本実施形態では、各フォイル20の凸部22を軸方向溝14に差し込むだけで、複数のフォイル20がフォイルホルダ10に取り付けられている。このため、各フォイル20は、フォイルホルダ10に対して完全に固定されておらず、フォイルホルダ10に対する移動が許容されている。この場合、軸2の回転時に、フォイル20がフォイルホルダ10に対して周方向移動することで両者の摺動量が大きくなり、軸2の振動を減衰する効果がさらに高められる。図示例では、各フォイル20の回転方向後方側の端部(アンダーフォイル部24)が、隣接するフォイル20とフォイルホルダ10の小径内周面11aとの間に配されることで、アンダーフォイル部24がフォイルホルダ10の小径内周面11aと面接触した状態で周方向に摺動するため、軸2の振動減衰効果がさらに高められる。
During the operation of the bearing, the
尚、軸2の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル20の軸受面と軸2の外周面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20とフォイルホルダ10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。
Note that the bearing surface of each
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図9に示す実施形態では、係止部材30の内周面31が、フォイルホルダ10の小径内周面11aよりも外径側に配される。これにより、軸2の振れ回り(コニカル運動)が生じた場合でも、フォイルが外径側に撓むことができるため、軸2とフォイル20との過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 9, the inner
図10及び図11に示す実施形態では、係止部材30の内周面31が、軸方向一方側(図中右側)へ向けて徐々に拡径している。具体的に、図10では、係止部材30の内周面31が円すい面とされる。一方、図11では、係止部材30の内周面31が、内径側に凸をなした断面円弧状とされる。これにより、図9の実施形態と比べて、係止部材30の軸方向他方側(図中左側)の端面32を内径側に延ばし、フォイルホルダ10の小径内周面11aと同じ径方向位置あるいはその近傍に配することができる。このため、係止部材30とフォイル20の凸部22との当接領域が増えて、フォイル20の抜け止めを確実に行うことができる。特に、図11に示す実施形態では、係止部材30の内周面31がフォイルホルダ10の小径内周面11aと滑らかに連続しているため、これらの境界部にエッジが形成されず、軸2の振れ回りによる軸2、フォイル20、及びフォイルホルダ10の損傷を確実に防止できる。
In the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the inner
図12に示す実施形態は、フォイルホルダ10の周方向溝15と大径内周面11bとを同径とした点で、上記の実施形態と異なる。本実施形態では、フォイルホルダ10の周方向溝15に係止部材30が嵌合され、係止部材30の軸方向他方側(図中左側)の端面32が、フォイルホルダ10の端面16(肩面)に当接している。係止部材30は、圧入、接着、ねじ止め等の適宜の手段によりフォイルホルダ10に固定される。あるいは、係止部材30を図示の位置に配した後、フォイルホルダ10の大径内周面11bを内径側に塑性変形させる(加締める)ことにより、係止部材30をフォイルホルダ10に固定してもよい。本実施形態によれば、フォイルホルダ10への取付時に係止部材30を弾性変形させる必要がないため、係止部材30の材料の選択の幅が広がり、例えばステンレス鋼等の溶製材を使用することもできる。尚、本実施形態において、フォイルホルダ10の大径内周面11bを省略し、係止部材30の軸方向外側の端面とフォイルホルダの10の端面とを面一としてもよい。
The embodiment shown in FIG. 12 differs from the above embodiment in that the
以上の実施形態では、フォイル20に、取付部としてスリット23を設けた場合を示したが、これに限られない。例えば、図13(A)に示すように、各フォイル20の周方向他方の端部に、取付部としての凹部25を設けてもよい。この場合、図13(B)に示すように、各フォイル20の凸部22を隣接するフォイル20の凹部25に差し込むことにより、複数のフォイル20を仮組みすることができる。
In the above embodiment, the case where the
あるいは、図14に示すように、フォイル20に設けられるスリット23を軸方向端部に開口させてもよい。このとき、フォイル20の凸部22は、それぞれ軸方向端部まで延在している。また、本体部21と凸部22との境界部付近(特に、本体部21と凸部22とで形成される角部付近)には、微小なスリット28が設けられ、これによりフォイル20の湾曲時に局部的な盛り上がりが生じることを防止している。図示例では、本体部21と凸部22とで形成される角部の軸方向内側に、軸方向に延びる微小なスリット28が形成される。
Or as shown in FIG. 14, you may open the
以上の実施形態では、フォイルホルダ10の軸方向一端のみに係止部材30を設ける構造を示したが、これに限らず、係止部材30をフォイルホルダ10の軸方向両端に設けてもよい。この場合、軸方向溝14をフォイルホルダ10の内周面11の軸方向全長に形成することができるため、軸方向溝14の加工がより容易になる。
In the above embodiment, the structure in which the locking
図15に示す実施形態は、係止部材30に軸方向突起33を設けた点で、上記の実施形態と異なる。この軸方向突起33は、フォイル20と周方向に係合可能な周方向係合部として機能する。軸方向突起33は、フォイルホルダ10の軸方向溝14の径方向領域内に設けられる。本実施形態では、係止部材30の内径端に軸方向突起33が設けられる。また、本実施形態では、フォイルホルダ10の軸方向溝14が軸方向両側に開口すると共に、フォイルホルダ10の軸方向両端に周方向溝15が設けられ、各周方向溝15に係止部材30が取り付けられる。図16に示すように、係止部材30の内周面31はフォイルホルダ10の内周に露出している。図示例では、係止部材30の内周面31とフォイルホルダ10の小径内周面11aとが同一円筒面上で連続している。尚、図16では、フォイル20の図示を省略している。
The embodiment shown in FIG. 15 differs from the above-described embodiment in that the locking
本実施形態で使用されるフォイル20は、図17に示すように、軸方向両側の縁に凹部26が形成される。図示例では、各凸部22の軸方向外側の縁にそれぞれ矩形状の凹部26が設けられる。凹部26は、各凸部22のうち、軸方向他方側(図中右側)の領域に設けられる。このフォイル20の凸部22をフォイルホルダ10の軸方向溝14に差し込み{図18(A)参照}、係止部材30をフォイルホルダ10に取り付けると、各フォイル20の凹部26に係止部材30の軸方向突起33が嵌合する{図18(B)参照}。
As shown in FIG. 17, the
図19(A)に点線矢印で示すように軸2が何らかの原因により逆回転し、フォイル20が逆方向(周方向他方側)に移動しようとしたときには、軸方向突起33の外周面33aが、フォイル20に周方向他方側から係合する。詳しくは、軸方向突起33の外周面33aとフォイルホルダ10の軸方向溝14の内壁とで形成される角部Pが、フォイル20の凹部26の周方向一方側の縁26aに周方向他方側から係合する。これにより、フォイル20の周方向他方側への移動が規制され、フォイル20の凸部22がフォイルホルダ10の軸方向溝14から抜ける事態を防止できる。このとき、軸方向突起33の外周面33aとフォイル20の凹部26の周方向一方側の縁26aが、何れも軸方向と平行であることで(図16及び図17参照)、フォイル20の周方向の移動を、その移動方向と直交する方向の部分(軸方向部)同士の係合により、確実に規制することができる。
As shown by a dotted arrow in FIG. 19A, when the
また、図19(B)に実線矢印で示すように軸2を正方向に回転させた場合、フォイル20が周方向一方側に移動し、各フォイル20の凸部22の先端が軸方向溝14の内壁に突き当たる。この状態では、軸方向突起33により各フォイル20の周方向他方側への移動は規制されていない。これにより、各フォイル20の周方向の微小移動が、係止部材30の軸方向突起33により阻害されることが無いため、各フォイル20とフォイルホルダ10との摺動による軸2の振動減衰効果が十分に発揮される。
In addition, when the
図20に示す実施形態では、係止部材30の内周面31がフォイルホルダ10で覆われている。これにより、フォイル20の本体部21と半径方向で直接対向する面(小径内周面11a)を一体に加工することができるため、同軸度などの幾何公差を高い精度で容易に加工することができる。尚、この場合、係止部材30の径方向寸法が小さくなるが、本実施形態では、係止部材30の外周面34をフォイルホルダ10の外周に露出させることで、係止部材30の径方向寸法を確保している。これにより、係止部材30の加工やフォイルホルダ10への取り付けが容易化される。
In the embodiment shown in FIG. 20, the inner
図21に示す実施形態では、係止部材30の内周面31をフォイルホルダ10の内周に露出させると共に、係止部材30の外周面34をフォイルホルダ10の外周に露出させている。これにより、図20の実施形態よりも、係止部材30の径方向寸法をさらに拡大できる。本実施形態では、係止部材30の径方向中間部に軸方向突起33を設けている。
In the embodiment shown in FIG. 21, the inner
図22に示す実施形態では、係止部材30が軸方向突起33に相当する部分のみで構成され、内周面31及び外周面34の何れもがフォイルホルダ10で覆われている。この場合、係止部材30の径方向寸法を抑えて小型化することができる。
In the embodiment shown in FIG. 22, the locking
図23及び図24に示す実施形態では、係止部材30とフォイル20のうち、互いに周方向で係合する部分に、軸方向に対して傾斜した傾斜部を設けている。図23では、係止部材30の外周面に傾斜部としての傾斜面35を設け、この傾斜面35が、フォイル20に周方向他方側から係合可能な周方向係合部として機能する。傾斜面35は、例えば、内径側に向けて軸方向内側に傾斜したテーパ面状に形成される。図24のフォイル20では、凸部22の軸方向外側の縁に傾斜部27が設けられる。傾斜部27は、例えば、周方向一方側(図中左側)へ向けて軸方向外側に傾斜した直線状に形成される。本実施形態のフォイル軸受1を組み立てると、フォイル20の傾斜部27で形成される凹部に、係止部材30の傾斜面35で形成される凸部が嵌合する。この場合、軸2が逆方向に回転してフォイル20が周方向他方側に移動しようとすると、係止部材30の傾斜面35がフォイル20の傾斜部27に周方向他方側から係合することで、フォイル20の周方向移動が規制される。
In the embodiment shown in FIGS. 23 and 24, an inclined portion that is inclined with respect to the axial direction is provided in a portion of the locking
ところで、図17に示す実施形態のように、係止部材30とフォイル20とを軸方向と平行な部分(軸方向部)同士で係合させる場合、フォイル20の凹部26の縁26aに負荷が加わるため、凸部22のうち、縁26aよりも軸方向一方側の領域(図17にXで示す領域)がせん断力を受ける。これに対し、図24に示す実施形態では、係止部材30の傾斜面35との係合により、フォイル20の傾斜部27に負荷が加わるため、凸部22のほぼ全域(図24にYで示す領域)がせん断力を受ける。この場合、図17に示す実施形態と比べてせん断力を受ける領域が広くなるため、周方向の引張力に対する耐性が高められる。
By the way, as in the embodiment shown in FIG. 17, when the locking
図25に示す実施形態は、係止部材30の内周面31をフォイルホルダ10で覆うと共に、係止部材30の円筒面状の外周面34をフォイルホルダ10の外周に露出させている点で、図23に示す実施形態と異なる。図26に示す実施形態は、係止部材30の内周面31をフォイルホルダ10の内周に露出させると共に、係止部材30の外周面34をフォイルホルダ10の外周に露出させている点で、図23に示す実施形態と異なる。図27に示す実施形態は、係止部材30の内周面及び外周面を、何れもフォイルホルダ10で覆っている点で、図23に示す実施形態と異なる。
In the embodiment shown in FIG. 25, the inner
以上の実施形態では、複数のフォイル20の仮組体Xをフォイルホルダ10に取り付けたフォイル軸受1に係止部材30を設けた場合を示したが、各フォイル20がフォイルホルダ10に対して軸方向移動可能な状態で取り付けられたフォイル軸受であれば、係止部材30を設けることが有効となる。すなわち、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する複数のフォイルとを備え、各フォイルが前記フォイルホルダに対して軸方向移動可能な状態で取り付けられたフォイル軸受では、各フォイルと軸方向で係合可能な係止部材を設けることが有効となる。
In the above embodiment, the case where the locking
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。 The foil bearing according to the present invention is not limited to a turbomachine such as a gas turbine or a supercharger, but can be widely used as a bearing for a vehicle such as an automobile, 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.
1 フォイル軸受
2 軸
10 フォイルホルダ
11 内周面
12 外周面
14 軸方向溝
15 周方向溝
20 フォイル
21 本体部
22 凸部(差込部)
23 スリット(取付部)
24 アンダーフォイル部
30 係止部材
33 軸方向突起(周方向係合部)
X フォイル仮組体
DESCRIPTION OF
23 Slit (Mounting part)
24
X Foil temporary assembly
Claims (18)
各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けると共に、前記フォイルホルダの溝に差し込んだフォイル軸受。 A foil holder having a plurality of grooves on the inner peripheral surface, a main body portion having a bearing surface, an insertion portion provided on one circumferential side of the main body portion, and provided on the other circumferential side of the main body portion. A foil bearing comprising a plurality of foils having mounting portions,
A foil bearing in which the insertion portion of each foil is attached to the attachment portion of an adjacent foil and is inserted into a groove of the foil holder.
各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けて、前記複数のフォイルを筒状に仮組みする工程と、
仮組みした前記複数のフォイルを、各フォイルの差込部を前記溝に差し込みながら、前記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法。 A foil holder having a plurality of grooves on the inner peripheral surface, a main body portion having a bearing surface, an insertion portion provided on one circumferential side of the main body portion, and provided on the other circumferential side of the main body portion. A method of assembling a foil bearing comprising a plurality of foils having mounting portions,
Attaching the insertion part of each foil to the attachment part of the adjacent foil, and temporarily assembling the plurality of foils into a tubular shape;
And inserting the plurality of temporarily assembled foils into an inner periphery of the foil holder while inserting insertion portions of the foils into the grooves.
軸受面を有する本体部と、前記本体部の周方向一方側に設けられ、前記フォイルホルダの内周面に設けられた溝に差し込まれる差込部と、前記本体部の周方向他方側に設けられ、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部とを備えたフォイル。
A foil attached to the inner peripheral surface of the foil holder,
A main body having a bearing surface, a plug provided on one side in the circumferential direction of the main body and inserted into a groove provided on an inner peripheral surface of the foil holder, and provided on the other circumferential side of the main body And a mounting portion to which an insertion portion of the adjacent foil is attached.
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