JP2017082909A - Foil bearing, foil used in the same and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォイル軸受及びこれに用いられるフォイル並びにその製造方法に関する。 The present invention relates to a foil bearing, a foil used therefor, 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軸を支持する軸受として、フォイル軸受が着目されている。フォイル軸受は、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しながら荷重を支持するものである。軸の回転時には、フォイルの軸受面と軸との間に楔状の軸受隙間(流体膜)が形成され、この軸受隙間の幅狭側に流体が押し込まれることにより、流体膜に動圧が発生して圧力が高められる。 As a bearing for supporting a shaft of a turbo machine such as a gas turbine or a turbocharger, a foil bearing has attracted attention. A foil bearing comprises a bearing surface made of a flexible thin film (foil), and supports a load while allowing the bearing surface to bend. When the shaft rotates, a wedge-shaped bearing gap (fluid film) is formed between the bearing surface of the foil and the shaft, and fluid is pushed into the narrow side of the bearing gap, so that dynamic pressure is generated in the fluid film. Pressure is increased.
フォイル軸受において、流体膜に動圧を効果的に発生させるためには、楔状の軸受隙間を形成することが重要となる。例えば特許文献1には、フォイルホルダの内周面に複数のフォイルを周方向に並べて配し、各フォイルのうち、軸回転方向先行側の領域を、他のフォイルのアンダーフォイル部の上に乗り上げさせることで、このフォイルの軸受面と軸の外周面との間に楔状のラジアル軸受隙間を形成している。
In a foil bearing, it is important to form a wedge-shaped bearing gap in order to effectively generate a dynamic pressure in a fluid film. For example, in
しかし、上記のように楔状の軸受隙間を形成するだけでは、流体膜の圧力が十分に高められるとは言えない場合がある。 However, it may not be said that the fluid film pressure can be sufficiently increased only by forming the wedge-shaped bearing gap as described above.
本発明は、従来のフォイル軸受よりも流体膜の圧力を高めて、高い支持力を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to obtain a higher supporting force by increasing the pressure of a fluid film than that of a conventional foil bearing.
本発明に係るフォイル軸受は、軸受面を有するフォイルと、前記フォイルが取り付けられたフォイルホルダとを備え、前記フォイルの軸受面と回転部材との間の軸受隙間に形成される流体膜の圧力で前記回転部材を支持するものであって、前記フォイルの軸受面に、被膜が設けられた第一領域と、前記被膜が設けられていない、あるいは前記第一領域よりも前記被膜の厚さが薄い第二領域とを、前記回転部材の回転方向で交互に設けたことを特徴とする。 A foil bearing according to the present invention includes a foil having a bearing surface, and a foil holder to which the foil is attached, and the pressure of a fluid film formed in a bearing gap between the bearing surface of the foil and a rotating member. The rotating member is supported, and a bearing surface of the foil is provided with a first region provided with a coating, and the coating is not provided, or the coating is thinner than the first region. The second region is provided alternately in the rotation direction of the rotating member.
このように、フォイルの軸受面に、被膜が設けられた第一領域と、被膜が設けられていない(あるいは、被膜厚さが薄い)第二領域とを回転部材の回転方向(以下、単に「回転方向」と言う)で交互に設けることで、軸受面に回転方向で凹凸が形成される。回転部材の回転時には、軸受面の凹凸により、回転方向に沿って流動する軸受隙間の流体に動圧が発生する。これにより、流体膜の圧力が高められ、フォイル軸受の支持力が高められる。 Thus, on the bearing surface of the foil, the first region in which the coating is provided and the second region in which the coating is not provided (or the film thickness is thin) are set in the rotational direction of the rotating member (hereinafter simply referred to as “ By providing them alternately in the “rotation direction”, irregularities are formed on the bearing surface in the rotation direction. When the rotating member rotates, dynamic pressure is generated in the fluid in the bearing gap that flows along the rotation direction due to the unevenness of the bearing surface. Thereby, the pressure of the fluid film is increased and the supporting force of the foil bearing is increased.
フォイルに設けられた第一領域及び第二領域は、例えば、回転方向一方側へ向けて、回転方向と直交する方向(ラジアルフォイル軸受では軸方向、スラストフォイル軸受では半径方向)の両端から中央側へ傾斜したへリングボーン形状に配列することができる。この場合、回転部材の回転時には、軸受面に形成されたヘリングボーン形状の凹凸に沿って流体がフォイルの中央側に集められるため、流体膜に動圧をより一層効果的に発生させることができる。 The first region and the second region provided on the foil are, for example, centered from both ends in the direction orthogonal to the rotational direction (axial direction for radial foil bearings, radial direction for thrust foil bearings) toward one side in the rotational direction. It can be arranged in the shape of a herringbone inclined to the top. In this case, when the rotating member rotates, fluid is collected on the center side of the foil along the herringbone-shaped irregularities formed on the bearing surface, so that dynamic pressure can be generated more effectively in the fluid film. .
上記のフォイル軸受は、例えば、軸受面に被膜材料を塗布する塗布工程と、フォイルを加熱することにより、被膜材料を硬化させて被膜を形成すると共に、該被膜をフォイルに定着させる熱処理工程と、フォイルを冷却する冷却工程とを順に経て行われる。 The foil bearing described above includes, for example, an application step of applying a coating material to the bearing surface, a heat treatment step of heating the foil to cure the coating material to form a coating, and fixing the coating to the foil, A cooling process for cooling the foil is sequentially performed.
上記の被膜は、軸受面の摩耗を抑える材料、具体的にはPTFE、DLC、あるいはチタンアルミナイトライド(TiAlN)等で形成することが好ましい。これらの被膜材料を塗布したフォイルを、熱処理工程において加熱すると、被膜材料が膨張あるいは収縮し、この状態で硬化して被膜が形成される。この場合、その後の冷却工程において、フォイルに定着された被膜が収縮あるいは膨張することにより、フォイルが変形する恐れがある。 The coating is preferably formed of a material that suppresses wear on the bearing surface, specifically, PTFE, DLC, titanium aluminum nitride (TiAlN), or the like. When the foil coated with these coating materials is heated in the heat treatment step, the coating material expands or contracts and is cured in this state to form a coating. In this case, in the subsequent cooling process, the film fixed on the foil may contract or expand, and the foil may be deformed.
この点に鑑み、本発明では、軸受面に被膜を均一な厚さで設けるのではなく、上記のように、被膜が設けられた第一領域と、被膜が設けられていない(あるいは被膜厚さの薄い)第二領域とを所定方向(例えば回転方向)で交互に設けた。これにより、被膜が設けられた第一領域が、被膜が設けられていない(あるいは被膜厚さの薄い)第二領域で分断されるため、被膜の収縮あるいは膨張によりフォイルに加わる応力を緩和して、フォイルの変形を防止できる。 In view of this point, in the present invention, the coating film is not provided with a uniform thickness on the bearing surface, but as described above, the first region where the coating film is provided and the coating film is not provided (or the film thickness). Thin regions) are alternately provided in a predetermined direction (for example, the rotation direction). As a result, the first region where the coating is provided is divided by the second region where the coating is not provided (or where the film thickness is thin), so the stress applied to the foil is reduced by the contraction or expansion of the coating. The deformation of the foil can be prevented.
特に、第一領域を軸受面に分散させ、各第一領域の全周が第二領域で囲まれた構成とすれば、軸受面上の全方向において第一領域が第二領域で分断されるため、フォイルの変形を確実に防止できる。具体的には、例えば、第二領域を格子状に配し、第二領域で区画された各領域(窓部)に第一領域を配することができる。あるいは、第一領域を千鳥状に配することができる。この場合、被膜形成領域の全域において回転方向の凹凸が形成されるため、動圧効果が高められる。 In particular, if the first region is dispersed on the bearing surface and the entire circumference of each first region is surrounded by the second region, the first region is divided by the second region in all directions on the bearing surface. Therefore, deformation of the foil can be reliably prevented. Specifically, for example, the second region can be arranged in a lattice shape, and the first region can be arranged in each region (window portion) partitioned by the second region. Alternatively, the first regions can be arranged in a staggered manner. In this case, unevenness in the rotation direction is formed in the entire region of the film formation region, so that the dynamic pressure effect is enhanced.
以上のように、本発明によれば、フォイルの軸受面に被膜による回転方向の凹凸が形成されるため、動圧効果が高められ、高い支持力を得ることができる。 As described above, according to the present invention, since the unevenness in the rotational direction due to the coating is formed on the bearing surface of the foil, the dynamic pressure effect is enhanced and a high supporting force can be obtained.
以下、本発明に係るフォイル軸受の一例としてラジアルフォイル軸受を例に挙げ、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, as an example of a foil bearing according to the present invention, a radial foil bearing will be described as an example, and a description will be given based on the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係るラジアルフォイル軸受10を示す。ラジアルフォイル軸受10は、内周に挿入された回転部材としての軸2をラジアル方向に支持するものである。本実施形態のラジアルフォイル軸受10は、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受である。ラジアルフォイル軸受10は、フォイルホルダ11と、フォイルホルダ11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12とを有する。尚、以下では、軸2の回転方向先行側(図1の矢印方向先行側)を「周方向一方側」、軸2の回転方向後方側(図1の矢印方向後方側)を「周方向他方側」と言う。
FIG. 1 shows a radial foil bearing 10 according to an embodiment of the present invention. The radial foil bearing 10 supports the
フォイルホルダ11は、金属あるいは樹脂で形成される。フォイルホルダ11を形成する金属としては、例えば焼結金属や溶製材(例えば鋼材)が挙げられる。フォイルホルダ11は筒状を成し、図示例では円筒面状の内周面11a及び外周面11bを有する。フォイルホルダ11の外周面11bは、図示しないハウジングの内周面に固定される。フォイルホルダ11の内周面11aのうち、周方向に離隔した複数箇所(図示例では3箇所)には、フォイル12の端部が差し込まれる凹部として、軸方向溝11cが形成される。各軸方向溝11cの軸方向両端は、それぞれフォイルホルダ11の端面に開口している。尚、軸方向溝11cの軸方向一端あるいは軸方向両端に、フォイル12と係合してフォイル12の軸方向移動を規制する係止部を設けてもよい。係止部は、フォイルホルダ11と一体あるいは別体に設けることができる。
The
フォイル12は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属で形成され、例えば鋼や銅合金で形成される。フォイル12は、厚さ20μm〜200μm程度の金属フォイルにプレス加工や放電加工を施すことで形成される。本実施形態のように圧力発生流体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
各フォイル12は、図2に示すように、トップフォイル部12aと、トップフォイル部12aの周方向一方側(図2の左側)に設けられた差込部12bと、トップフォイル部12aの周方向他方側(図2の右側)に設けられたアンダーフォイル部12cとを有する。
As shown in FIG. 2, each
トップフォイル部12aの内径側の面は、軸受面として機能する(図1参照)。本実施形態では、各フォイル12のうち、軸2の外周面2aと直接対向する面が、全てトップフォイル部12aで構成される。トップフォイル部12aの周方向一方側の縁の軸方向両端付近には、周方向の微小な切り込み12a1が設けられる(図2参照)。尚、特に必要がなければ、切り込み12a1を省略してもよい。
The surface on the inner diameter side of the
差込部12bは、トップフォイル部12aから周方向一方側に延びている。差込部12bは、各フォイル12の軸方向端部(図示例では軸方向両端)に設けられる。本実施形態では、各差込部12bが矩形状を成している。
The
アンダーフォイル部12cは、トップフォイル部12aから周方向他方側に延びている。アンダーフォイル部12cの周方向他方側の縁には、周方向一方側に向けて軸方向幅を徐々に狭めた切り欠き部12c1が設けられる。図示例では、切り欠き部12c1が略円弧状に形成される。このほか、切り欠き部12c1を、直線を軸方向中央で折り曲げた略V字形状としてもよい。また、特に必要が無ければ、切り欠き部12c1を省略し、アンダーフォイル部12cの軸横行他方側の縁を軸方向と平行な直線としてもよい。
The
トップフォイル部12aとアンダーフォイル部12cとの境界には、隣接するフォイル12の差込部12bが差し込まれる差込口12dが設けられる。差込口12dは、差込部12bと同じ軸方向位置に設けられる。図示例では、差込口12dがフォイル12の軸方向両端に設けられ、それぞれフォイル12の軸方向端部に開口している。各差込口12dの軸方向幅は、ここに差し込まれる差込部12bの軸方向幅よりも若干大きい。
An
各フォイル12の差込部12bは、周方向一方側に隣接するフォイル12の差込口12dに差し込まれ(図3参照)、さらに、フォイルホルダ11の内周面11aの軸方向溝11cに差し込まれる(図1参照)。尚、図3では、理解の容易化のため、各フォイル12を軸方向に少しずらして示している。一方、各フォイル12のアンダーフォイル部12cは、周方向他方側に隣接するフォイル12のトップフォイル部12aとフォイルホルダ11の内周面11aとの間に配される。これにより、トップフォイル部12aのうち、周方向一方側の領域は、他のフォイル12のアンダーフォイル部12cで背後から支持される。トップフォイル部12aのうち、周方向他方側の領域は、他のフォイル12のアンダーフォイル部12cで支持されず、フォイルホルダ11の内周面11aと接触している。隣接するフォイル12のトップフォイル部12aの周方向一方側の縁と周方向他方側の縁は、周方向で係合して互いに突っ張り合っている。これにより、各フォイル12のトップフォイル部12aが外径側に張り出し、フォイルホルダ11の内周面11aに沿った形状に湾曲する。
The
各フォイル12の軸受面には、被膜20が設けられる。本実施形態では、被膜20が、各フォイル12のトップフォイル部12aの軸受面全面に所定のパターンで設けられる。具体的には、図2に拡大して示すように、軸受面に、被膜20が設けられた第一領域S1と、被膜20が設けられていない第二領域S2とが形成される。第一領域S1と第二領域S2は、周方向で交互に設けられ、これにより、軸受面に周方向で凹凸が形成される(図4参照)。第一領域S1は軸受面に分散して設けられ、各第一領域S1の全周が第二領域S2で囲まれている。本実施形態では、第二領域S2が格子状に設けられ、第二領域S2で区画された各領域(窓部)に第一領域S1が設けられる。
A
被膜20は、フォイル12の軸受面の摩耗を抑える材料からなる。このような材料としては、例えば軸受面の摩擦係数を低減するもの(PTFE等)、軸受面の硬度を高めるもの(チタンアルミナイトライド等)、あるいはこれらの双方の性質を有するもの(DLC等)が使用できる。
The
尚、図示例では、各第一領域S1(被膜20)が矩形状を成しているが、この他、各第一領域S1をひし形、円形、楕円形等としてもよい。また、被膜20は、各フォイル12の軸受面(トップフォイル部12a)のみに設けてもよいし、差込部12bやアンダーフォイル部12cを含めたフォイル12の全面に設けてもよい。また、被膜20は、各フォイル12の軸受面全面に設けてもよいし、軸受面の一部(例えば周方向あるいは軸方向の一部領域)に設けてもよい。例えば、各フォイル12の軸受面のうち、他のフォイル12のアンダーフォイル部12cに乗り上げる周方向領域のみに被膜20を設けてもよい。
In the illustrated example, each first region S1 (coating 20) has a rectangular shape, but each first region S1 may have a rhombus, a circle, an ellipse, or the like. Further, the
上記構成のフォイル軸受10の内周に挿入された軸2が図1の矢印方向に回転すると、ラジアルフォイル軸受10の各フォイル12のトップフォイル部12aの内径面(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る。このとき、トップフォイル部12aのうち、周方向一方側の領域が、隣接するフォイルのアンダーフォイル部12cの上に乗り上げているため、ラジアル軸受隙間は、周方向一方側(軸回転方向先行側)へ行くにつれて狭くなった楔状を成す。このような楔状のラジアル軸受隙間の幅狭側に空気が押し込まれることにより、ラジアル軸受隙間の空気膜の圧力が高められ、この圧力により軸2がラジアル方向に非接触支持される。
When the
特に、本実施形態では、フォイル12の軸受面に、被膜20が設けられた第一領域S1と、被膜20が設けられていない第二領域S2とが周方向で交互に設けられ、これにより軸受面に周方向の凹凸が形成されている。この周方向の凹凸により、周方向に沿って流動するラジアル軸受隙間の空気に動圧が発生することで、ラジアル軸受隙間の空気膜の圧力がさらに高められ、軸2を支持する力(軸受剛性)が高められる。
In particular, in the present embodiment, on the bearing surface of the
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。尚、軸2が回転している時は、軸2の回転に伴って流動する流体(空気)との摩擦により、各フォイル12が回転方向先行側に押し込まれ、フォイルホルダ11の軸方向溝11c内の角部に突き当たっている。
At this time, due to the flexibility of the
また、本実施形態では、図2に示すように、アンダーフォイル部12cの周方向他方側の縁に切り欠き部12c1を設けることで、この上に乗り上げるトップフォイル部12aに、切り欠き部12c1に沿った段差が形成される。これにより、トップフォイル部12aに沿って流れる流体が、上記の段差に沿って流れて軸方向中央側に集められるため、圧力向上効果が高められる(図3の矢印参照)。特に、トップフォイル部12aの周方向一方側の縁の軸方向両端付近に、微小な切り込み12a1を設けることで、この部分の剛性が低下する。これにより、トップフォイル部12aを、その背後に配されたアンダーフォイル部12cの切り欠き部12c1に沿って変形させやすくなる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, by providing a notch 12c1 at the edge on the other circumferential side of the underfoil 12c, the
また、各フォイル12は、フォイルホルダ11に完全に固定されておらず、フォイルホルダ11に対して移動可能とされる。従って、軸2の回転中は、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12がフォイルホルダ11に押し付けられ、これに伴って各フォイル12とフォイルホルダ11、特に、各フォイル12のトップフォイル部12a及びアンダーフォイル部12cの外径面とフォイルホルダ11の内周面11aとの間に微小摺動が生じる。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。
Further, each
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12の軸受面と軸2の外周面とが接触摺動するが、上記のように、軸受面に、PTFE、DLC、チタンアルミナイトライド等からなる被膜20を設けることで、軸受面の摩耗が防止される。また、フォイル12とフォイルホルダ11との間の微小摺動による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、上記のような被膜を形成してもよい。また、フォイル12やフォイルホルダ11に設ける被膜として、上記の他、二硫化タングステン膜や二硫化モリブデン膜を用いてもよい。
When the
以下、フォイル12の軸受面に被膜20を形成する方法を説明する。被膜20は、塗布工程、熱処理工程、及び冷却工程を経て、フォイル12の軸受面上に形成される。以下、各工程を詳しく説明する。
Hereinafter, a method for forming the
塗布工程では、フォイル12の軸受面に、液状あるいはゲル状の被膜材料を塗布する。具体的には、まず、フォイル12を、軸受面を上にして平坦面上に載置し、このフォイル12の上に、図5に示すような格子状の線材31(例えば金網)を有する遮蔽部材30を配する。その後、図6に示すように、遮蔽部材30の上から被膜材料20’をスプレー等により噴霧することで、遮蔽部材30の線材31間に設けられた穴32を介して被膜材料20’がフォイル12の軸受面上に供給される。
In the coating step, a liquid or gel film material is applied to the bearing surface of the
熱処理工程では、被膜材料20’が塗布されたフォイル12を加熱することにより、被膜材料20’を硬化させて被膜20を形成すると共に、該被膜20をフォイル12の軸受面に定着させる。その後の冷却工程において、被膜20が形成されたフォイル12を常温まで冷却する。以上により、軸受面に、被膜20が設けられた第一領域S1と、被膜20が設けられていない第二領域S2とが設けられたフォイル12が得られる。
In the heat treatment step, the
ここで、被膜材料20’がPTFEである場合、熱処理工程における加熱により被膜材料20’が膨張し、この状態で硬化すると共に軸受面に定着される。この場合、その後の冷却工程においてフォイル12を冷却すると、膨張した状態で軸受面に定着された被膜20が収縮する。この被膜20の収縮(引張応力)によりフォイル12に応力が加わり、フォイルに変形(反り、湾曲等)が生じる恐れがある。本実施形態では、被膜20が設けられた第一領域S1が、被膜20が設けられていない第二領域S2で分断されているため、被膜20の収縮によりフォイル12に加わる応力を緩和し、フォイル12に反り等の変形を防止できる。特に、図示例では、軸受面に分散して設けられた各第一領域S1の全周が第二領域S2で囲まれているため、被膜20が設けられた第一領域S1が、全方向において第二領域S2で分断されるため、フォイル12の変形をより一層確実に防止できる。
Here, when the
尚、被膜材料20’がチタンアルミナイトライドである場合、PTFEと同様に、熱処理において加熱することにより膨張し、この状態で軸受面に定着されるため、上記と同様の現象が生じる。一方、被膜材料20’がDLCである場合、熱処理工程において加熱することにより収縮し、この状態で軸受面に定着される。この場合、その後の冷却工程においてDLCからなる被膜20が膨張することで、フォイル12に応力が生じる。この場合でも、第一領域S1を第二領域S2で分断することで、第一領域S1の膨張(圧縮応力)によるフォイル12の変形を防止できる。
When the
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、上記の実施形態と重複する点の説明は省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment. Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, description of the point which overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
フォイル12の軸受面に被膜20を形成するにあたり、軸受面に液状又はゲル状の被膜材料20’を供給したとき、被膜材料20’の粘性や供給量によっては、被膜材料20’が垂れて、図7に示すように隣接する被膜材料20’同士がつながることがある。この状態で熱処理工程及び冷却工程を経て被膜20を形成すると、第二領域S2には、第一領域S1よりも厚さが薄い被膜20が設けられる。この場合でも、軸受面には、被膜20による周方向の凹凸が形成されるため、上記の実施形態と同様の効果が得られる。
In forming the
図8及び図9に示す実施形態では、第一領域S1が千鳥状に配列されている。図8では、各第一領域S1が矩形状を成し、図10では、各第一領域S1がひし形を成している。これらの実施形態では、第一領域S1が、軸方向に半ピッチずつずらしながら、周方向に並べて配されている。これにより、被膜20の形成領域の全域(例えば軸受面全面)において、被膜20による周方向の凹凸が形成されるため、動圧効果が高められる。
In the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the first regions S1 are arranged in a staggered manner. In FIG. 8, each first region S1 has a rectangular shape, and in FIG. 10, each first region S1 has a diamond shape. In these embodiments, the first regions S1 are arranged side by side in the circumferential direction while being shifted by a half pitch in the axial direction. Thereby, since the unevenness | corrugation of the circumferential direction by the
図10に示す実施形態では、第一領域S1及び第二領域S2がヘリングボーン形状に配列されている。具体的には、両領域S1,S2が、周方向一方側(軸回転方向先行側)へ向けて、軸方向端部側から軸方向中央側に傾斜している。この場合、周方向に沿って流れる空気が両領域S1,S2に沿って軸方向中央側に集められることで、軸方向中央部における空気膜の圧力が高められる。特に、図示例では、アンダーフォイル部12cの周方向他方側の縁に切り欠き部12c1を設けることで、これに乗り上げるトップフォイル部12aの軸受面にヘリングボーン形状の段差を設ける効果と相まって、空気膜の圧力がより一層高められる。
In the embodiment shown in FIG. 10, the first region S1 and the second region S2 are arranged in a herringbone shape. Specifically, both the regions S1 and S2 are inclined from the axial end portion side toward the axially central side toward the circumferential direction one side (axial rotation direction leading side). In this case, the air flowing along the circumferential direction is collected along the both regions S1 and S2 on the axially central side, whereby the pressure of the air film at the axially central portion is increased. In particular, in the illustrated example, by providing the notch portion 12c1 at the edge on the other circumferential side of the
また、被膜20の材料(被膜材料20’)として、熱処理工程における加熱により膨張あるいは収縮がほとんど生じない材料を用いてもよい。この場合でも、軸受面に周方向の凹凸が形成されることで、動圧効果を高める効果を得ることができる。 Further, as the material of the coating film 20 (coating material 20 '), a material that hardly expands or contracts by heating in the heat treatment step may be used. Even in this case, the effect of enhancing the dynamic pressure effect can be obtained by forming circumferential irregularities on the bearing surface.
以上の実施形態では、本発明の実施形態として、軸2をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受10を示したが、これに限らず、本発明は、軸2をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受にも適用することができる。スラストフォイル軸受は、例えば、円盤状のフォイルホルダと、フォイルホルダの端面に取り付けられたフォイルとを備える。軸2が回転すると、軸2に設けられたスラストカラーの端面と、スラストフォイル軸受のフォイルの軸受面との間にスラスト軸受隙間が形成される。フォイルの軸受面には、被膜20が設けられた第一領域S1と、被膜20が設けられていない、あるいは第一領域S1よりも被膜20の厚さが薄い第二領域S2とが、周方向で交互に設けられる。尚、各構成の機能や変形例は、上記のラジアルフォイル軸受10と同様であるため、説明を省略する。
In the above embodiment, the radial foil bearing 10 that supports the
本発明にかかるフォイル軸受の適用対象は、例えばガスタービンのタービン軸を支持する軸受や、ターボチャージャ(過給機)のロータを支持する軸受として好適に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、ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械に限らず、油の使用が制限される車両用軸受や産業機器用軸受として広く使用することが可能である。 The object of application of the foil bearing according to the present invention can be suitably used, for example, as a bearing that supports a turbine shaft of a gas turbine or a bearing that supports a rotor of a turbocharger (supercharger). The foil bearing according to the present invention is not limited to turbomachines such as gas turbines and turbochargers, but can be widely used as vehicle bearings and industrial equipment bearings in which the use of oil is restricted.
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.
2 軸
10 ラジアルフォイル軸受(フォイル軸受)
11 フォイルホルダ
12 フォイル
12a トップフォイル部
12b 差込部
12c アンダーフォイル部
12d 差込口
20 被膜
20’ 被膜材料
30 遮蔽部材
S1 第一領域
S2 第二領域
2
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記フォイルの軸受面に、被膜が設けられた第一領域と、前記被膜が設けられていない、あるいは前記第一領域よりも前記被膜の厚さが薄い第二領域とを、前記回転部材の回転方向で交互に設けたことを特徴とするフォイル軸受。 A foil bearing comprising a foil having a bearing surface and a foil holder to which the foil is attached, and supporting the rotating member with a pressure of a fluid film formed in a bearing gap between the bearing surface of the foil and the rotating member. Because
Rotation of the rotating member includes a first region where a coating is provided on the bearing surface of the foil and a second region where the coating is not provided or the thickness of the coating is smaller than the first region. A foil bearing characterized by being alternately provided in the direction.
前記軸受面に、被膜が設けられた第一領域と、前記被膜が設けられていない、あるいは前記第一領域よりも前記被膜の厚さが薄い第二領域とを、前記回転部材の回転方向で交互に設けたことを特徴とするフォイル。 A foil provided with a foil bearing and having a bearing surface that forms a bearing gap with a rotating member,
A first region where a coating is provided on the bearing surface, and a second region where the coating is not provided or the coating is thinner than the first region, in the rotational direction of the rotating member. A foil characterized by being provided alternately.
前記軸受面に被膜材料を塗布する塗布工程と、前記フォイルを加熱することにより、前記被膜材料を硬化させて被膜を形成すると共に、該被膜を前記フォイルに定着させる熱処理工程と、前記フォイルを冷却する冷却工程とを順に経て行われ、
前記塗布工程において、前記軸受面に、前記被膜材料が設けられた第一領域と、前記被膜が設けられていない、あるいは前記第一領域よりも前記被膜の厚さが薄い第二領域とを、前記回転部材の回転方向で交互に設けるフォイルの製造方法。 A foil manufacturing method comprising a bearing surface provided on a foil bearing and forming a bearing gap with a rotating member,
A coating process for coating the bearing surface with a coating material; a heating process for heating the foil to cure the coating material to form a coating and fixing the coating to the foil; and cooling the foil The cooling process is performed in order,
In the coating step, on the bearing surface, a first region where the coating material is provided, and a second region where the coating is not provided, or the thickness of the coating is thinner than the first region, The manufacturing method of the foil provided alternately by the rotation direction of the said rotation member.
前記冷却工程において前記フォイルを冷却することにより、前記フォイルに定着された前記被膜が収縮あるいは膨張する請求項8記載のフォイルの製造方法。
By heating the foil in the heat treatment step, the coating material expands or contracts, and is cured in this state to form the coating,
The foil manufacturing method according to claim 8, wherein the film fixed to the foil contracts or expands by cooling the foil in the cooling step.
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