JP2018009625A - 回転機械およびラジアルフォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外乱作用時にインペラがインペラハウジングに接触する虞を抑制する。【解決手段】 回転機械は、インペラ１と、回転軸２と、インペラハウジングと、機械ハウジング４の軸挿通空間に設けられた軸受設置孔８と、軸受設置孔８に取り付けられて回転軸２を支持するラジアルフォイル軸受７を備える。ラジアルフォイル軸受７は、周方向の一個所に継ぎ目９ａを有して回転軸２の外周に配置されたトップフォイル９を備える。ラジアルフォイル軸受７に支持された回転軸２とインペラ１の軸心位置Ｏ５，Ｏ６を、インペラハウジングの内周部３ａの軸心位置Ｏ１に対して、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側に偏心させる。これにより、外乱作用時に回転軸２とインペラ１が変位しやすいトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置されている方向については、インペラ１とインペラハウジングの内周部３ａとの隙間Ｇを広く設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、ラジアルフォイル軸受により回転軸が支持された回転体の外周に静止部を備える回転機械、および、該回転機械用のラジアルフォイル軸受に関するものである。

動圧流体軸受の１つとしては、ラジアルフォイル軸受が知られている。

ラジアルフォイル軸受は、軸受ハウジングと、軸受ハウジングの内周面に沿って配置されたバックフォイルと、バックフォイルの内周側に配置されて軸受面を形成するトップフォイルとを備えた構成とされている。回転軸はトップフォイルの内周側に挿通して配置される。

バックフォイルとしては、波板状の部材を円筒状に巻いた形式のいわゆるバンプフォイルが広く使用されている。

トップフォイルとしては、１枚の矩形状の薄板を、長手方向の両端側が互いに接近または接触するように円筒状に巻いた構造のものが多く使用されている。したがって、この円筒状とされたトップフォイルは、周方向の一個所に継ぎ目が形成されている。

なお、トップフォイルの継ぎ目とは、円筒状に巻かれた状態のトップフォイルにおいて、矩形状の薄板の長手方向の両端側が互いに接近または接触して配置された周方向部分をいう。

更に、トップフォイルは、回転を防止するために、継ぎ目に配置される両端側のうちのいずれか一方、または、双方が、軸受ハウジングに固定あるいは係止されている。

また、ラジアルフォイル軸受としては、前記と同様の構成におけるバンプフォイル（弾性支持体）とトップフォイル（トップフォイル部材）との間に、中間フォイル（中間フォイル部材）を備える形式のものも知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−２３３４２７号公報

ところで、ラジアルフォイル軸受は、周方向におけるトップフォイルの継ぎ目が配置されている個所では、トップフォイルを軸受ハウジングに固定または係止するための空間を確保する必要上、バックフォイル（バンプフォイル）が周方向の他の部分に比して疎の配置とされている。

よって、ラジアルフォイル軸受では、バックフォイルがトップフォイルを外周側から支持する支持剛性（支持力）が、トップフォイルの継ぎ目の配置と対応する周方向の一部分で、周方向の他の部分に比して低くなっている。

そのため、ラジアルフォイル軸受に回転軸が支持されている回転体と該回転体の外周に配置された静止部とを備える回転機械では、外乱が作用して回転軸が振れると、回転軸は、ラジアルフォイル軸受のトップフォイルの継ぎ目に向かう方向となる半径方向については、その他の半径方向に比して大きく変位しやすい。

したがって、前記回転機械では、ラジアルフォイル軸受におけるトップフォイルの継ぎ目の周方向配置に対応する周方向の一部分で、周方向の他の部分に比して、回転体の外周側が静止部に接触する可能性が高くなる。

しかし、従来の回転機械では、前述したようなラジアルフォイル軸受の構造を要因とする回転体と静止部との接触のしやすさの異方性については、特に対策は提案されていないというのが実状である。

すなわち、従来、回転機械における回転部と静止部との接触を抑制するための対策としては、回転体と静止部との隙間（クリアランス）を、外乱の作用時に回転体が最も大きく変位すると想定される変位量に応じた寸法で全周に亘り均等に設けるという構成が採られているに過ぎない。

そこで、本発明は、ラジアルフォイル軸受に回転軸が支持されている回転体と、該回転体の外周に配置された静止部とを備えた構成にて、ラジアルフォイル軸受の構造を要因とする回転体と静止部との接触のしやすさの異方性についての対策を図ることができる回転機械、および、該回転機械での使用に適したラジアルフォイル軸受を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、回転体と、前記回転体に連結された回転軸と、前記回転体の外周に配置された静止部と、前記回転軸を横方向に挿通させる軸挿通空間を有する機械ハウジングと、前記軸挿通空間に設けられた軸受設置孔と、前記軸受設置孔に設置されて前記回転軸を支持するラジアルフォイル軸受とを備え、前記ラジアルフォイル軸受は、周方向の一個所に継ぎ目を有して前記回転軸の外側に配置されるトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、前記トップフォイルおよびバックフォイルを収容する軸受ハウジングを備えると共に、前記トップフォイルが前記継ぎ目の部分で前記軸受ハウジングに保持された構成を備え、且つ、前記回転軸の軸心位置は、前記静止部の軸心位置に対し、前記ラジアルフォイル軸受のトップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有する回転機械とする。

前記軸受設置孔は、前記静止部の軸心位置と一致した軸心位置を有し、前記ラジアルフォイル軸受は、前記軸受設置孔に取り付けられる前記軸受ハウジングの外周面に対し、前記バックフォイルおよび前記トップフォイルを内側に配置する前記軸受ハウジングの内周面が、前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成としてある。

前記軸受設置孔は、前記静止部の軸心位置に対し、前記軸受設置孔に設置されるラジアルフォイル軸受にて前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成としてある。

前記回転体はインペラとし、前記静止部はインペラハウジングとした構成としてある。

周方向の一個所に継ぎ目を有して回転軸の外側に配置されるトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、前記トップフォイルおよびバックフォイルを内周面の内側に収容し、且つ外周面が回転機械の軸受設置孔に取り付けられる軸受ハウジングとを備え、前記トップフォイルは、前記継ぎ目の部分で前記軸受ハウジングに保持され、更に、前記軸受ハウジングは、前記外周面に対し、前記内周面が、前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有するラジアルフォイル軸受とする。

（１）本発明の回転機械によれば、ラジアルフォイル軸受により回転軸が支持された回転体と、該回転体の外周に配置された静止部とを備えた構成にて、ラジアルフォイル軸受の構造を要因とする回転体と静止部との接触のしやすさの異方性についての対策を図ることができる。
（２）また、本発明の回転機械用ラジアルフォイル軸受によれば、前記（１）の効果を有する回転機械を容易に構成することができる。

回転機械の第１実施形態の概略を示す図である。 第１実施形態の回転機械におけるラジアルフォイル軸受の部分を拡大して示す図である。 ラジアルフォイル軸受の周方向の一部を拡大して示す図である。 軸受ハウジングの周方向の一部での周壁の断面を示す図である。 軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の一例を示す図である。 トップフォイルの概要を示す図である。 軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の他の例を示す図である。 軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の更に他の例を示す図である。 回転機械の第２実施形態の概略を示す図である。 第２実施形態の回転機械におけるラジアルフォイル軸受の部分を拡大して示す図である。

本発明の回転機械およびラジアルフォイル軸受について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、回転機械の第１実施形態の概略を示すもので、回転機械をラジアルフォイル軸受のトップフォイルの継ぎ目を通る直径と軸心とに沿う面で切断した断面を示す図である。図２は、回転機械をラジアルフォイル軸受の近傍位置で回転軸の軸心に垂直な面で切断した断面を拡大して示す図である。図３は、図２のラジアルフォイル軸受における軸受ハウジングの周方向の一部を拡大して示す図である。図４は、軸受ハウジングの図３に対応する個所での周壁の断面を示す図である。図５は、軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の一例を拡大して示す斜視図である。図６は、トップフォイルの概要を示すもので、図６（ａ）はトップフォイルを平面に展開した状態を示す平面図、図６（ｂ）は側面図である。

なお、本願の明細書および特許請求の範囲において、トップフォイルの継ぎ目とは、円筒状に巻かれた状態のトップフォイルにおいて、矩形状の薄板の長手方向の両端側が互いに接近または接触して配置された周方向部分をいう。

本実施形態の回転機械は、ターボ機械に適用した例を示してある。

ターボ機械は、図１に示すように、回転体としてのインペラ１と、インペラ１に連結された回転軸２と、インペラ１の外周に配置された静止部としてのインペラハウジング３とを備えた構成とされている。更に、ターボ機械は、機械ハウジング４と、機械ハウジング４の内部に設けられて機械ハウジング４の側面４ａに開口６を有する軸挿通空間５と、軸挿通空間５に設置されたラジアルフォイル軸受７とを備え、軸挿通空間５に挿通配置された回転軸２が、ラジアルフォイル軸受７により回転自在に支持されている。インペラハウジング３は、開口６の外周側で機械ハウジング４の側面に取り付けられた構成とされている。

軸挿通空間５は、本実施形態では、図１、図２に示すように、機械ハウジング４の側面４ａに円形の開口６を備え、この開口６から横方向に延びる円形の孔として機械ハウジング４の内部に形成されている。

軸挿通空間５には、設定された位置に、軸受設置孔８が設けられている。本実施形態では、軸受設置孔８は、軸挿通空間５と同径で同軸心配置の円形の孔とされている。

軸受設置孔８には、ラジアルフォイル軸受７が取り付けられている。なお、図１では省略して軸受設置孔８およびラジアルフォイル軸受７を一個所にしか記載していないが、軸挿通空間５には、間隔を隔てた複数個所に同軸心配置とされた軸受設置孔８を設けて、各軸受設置孔８に取り付けられた複数のラジアルフォイル軸受７で、回転軸２を支持する構成とすることが好ましい。ラジアルフォイル軸受７の具体的な構成については後述する。

インペラハウジング３は、機械ハウジング４の側面４ａに、インペラハウジング３の内周部３ａの軸心位置Ｏ１が、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２と一致する配置で取り付けられている。なお、インペラハウジング３の内周部３ａとは、インペラ１の外周部と対向して配置されるインペラハウジング３における内周側の部分のことである。

ラジアルフォイル軸受７は、図２に示すように、回転軸２の外周に配置されて軸受面を形成するトップフォイル９と、トップフォイルの径方向外側に配置される中間フォイル１０と、中間フォイル１０の径方向外側に配置されるバックフォイルとしてのバンプフォイル１１と、トップフォイル９、中間フォイル１０およびバンプフォイル１１の径方向外側に配置される軸受ハウジング１２とを備えた構成とされている。

軸受ハウジング１２は、ラジアルフォイル軸受７の最外周部を構成する部材であり、外周面１２ａの軸心位置Ｏ３に対し、内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４が図１、図２に矢印ｘで示す一方向に、設定された寸法で偏心した略円筒構造を備えている。軸受ハウジング１２は、金属製とすることが好ましいが、回転軸２から受ける荷重を軸受設置孔８へ伝えて支持することができる強度を備えていれば、金属以外の材質であってもよい。

軸受ハウジング１２の内周面１２ｂには、軸心位置Ｏ４からｘ方向とは逆方向に位置する周方向の一個所に、トップフォイル９を継ぎ目９ａの部分で係止するための溝１３が、軸心方向に沿って軸受ハウジング１２の全長に亘り設けられている。

図３に示すように、溝１３には、軸受ハウジング１２の径方向にほぼ沿う配置の面となっている両内側面における内周面１２ｂ寄り個所に、溝１３の全長に亘って延びる係止凹部１４が、それぞれ設けられている。

この係止凹部１４は、後述するトップフォイル９および中間フォイル１０の長手方向両端側の凸部３０ａ、凸部３１ａの先を差し込んで係止させるためのものである。

軸受ハウジング１２の軸心方向の両端面には、溝１３の両端側に連通する係止溝１５が、半径方向に沿って設けられている。

なお、軸受ハウジング１２に溝１３、係止凹部１４、係止溝１５を形成する場合は、軸受ハウジング１２が金属製であれば、ワイヤカット放電加工を用いることが好適である。しかし、他の加工手法を用いてもよいことは勿論である。

溝１３および係止溝１５には、図４に示すように、固定具１６が嵌めて取り付けられている。

固定具１６は、溝１３に嵌めて収容される四角柱状の基部１７と、基部１７の長手方向両端側から屈曲して係止溝１５に嵌まるように形成された一対の折曲片１８と、基部１７の長手方向をほぼ三等分する２個所に折曲片１８とは反対側に突出するように形成された隔壁片１９とを備えた構成とされている。

基部１７は、溝１３に嵌めたときに、係止凹部１４よりも外周面１２ａ寄りに配置されるように、高さ（厚み）が設定されている。これにより、溝１３に基部１７が嵌められたときに、基部１７が係止凹部１４を塞ぐことはない。

各折曲片１８は、軸受ハウジング１２の軸心方向両端側の係止溝１５に嵌めて係止されることで、固定具１６の溝１３の長手方向への変位を防止する係止力を生じるものである。

各隔壁片１９は、基部１７が溝１３に嵌められた状態のときに、各隔壁片１９の突出端部が軸受ハウジング１２の内周面１２ｂと同じレベルか、内周面１２ｂよりも少し突出するように、高さが設定されている。

これにより、溝１３および係止溝１５には、固定具１６の基部１７と折曲片１８をそれぞれ嵌めて取り付けることができる。この状態で、溝１３および係止凹部１４は、固定具１６の各隔壁片１９により長手方向にほぼ三等分に仕切られる。

なお、固定具１６は、ステンレスなどの金属板を材料として、ワイヤ放電加工により形成することが好ましいが、他の材料、加工方法で形成してもよいことは勿論である。

また、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂには、図２に示すように、バンプフォイル１１を係止するための係合突部２０が設けられている。本実施形態では、バンプフォイル１１が３つのバンプフォイル片２６で構成されるため、係合突部２０は、図２に示すように、内周面１２ｂを周方向にほぼ三分割する配置となる３個所に設けられている。

各係合突部２０は、図５に一例を示すように係止部材２３に形成されている。

軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの周方向における各バンプフォイル片２６の配置と対応する３個所には、溝２１が、軸受ハウジング１２の軸心方向に沿って全長に亘り設けられている。

軸受ハウジング１２の軸心方向の両端面には、溝２１の両端側に連通する溝状の係合凹部２２が、内周面１２ｂの半径方向に沿って設けられている。

溝２１および係合凹部２２には、係止部材２３が取り付けられている。係止部材２３は、係合凹部２２に係合する一対の係合アーム２４と、この係合アーム２４同士を連結する棒状の連結部２５とを備えた構成とされている。

連結部２５は、溝２１に収まる高さ（厚み）寸法とされている。各係合アーム２４は、連結部２５の上下両側に設定された寸法で突出している。このため、係止部材２３は、全体でＨ字状の形状となっている。

これにより、溝２１および各係合凹部２２には、係止部材２３の連結部２５および各係合アーム２４をそれぞれ嵌めて取り付けることができる。この状態では、各係合アーム２４が軸受ハウジング１２の軸心方向両端側の係合凹部２２に係止されるため、係止部材２３は、溝２１の長手方向に沿う方向への変位が防止される。また、この状態では、係止部材２３の各係合アーム２４における連結部２５よりも上方へ突出する部分が、内周面１２ｂの内側に突出して配置され、この各突出部分により係合突部２０が形成されている。

なお、係止部材２３の連結部２５や各係合アーム２４は、図５では、それぞれ角柱状の形状を有するものとして示したが、円柱状の形状を備えていてもよい。また、係止部材２３は、ステンレスなどの金属板を材料として、ワイヤ放電加工により形成することが好ましいが、他の材料、加工方法で形成してもよいことは勿論である。

バンプフォイル１１は、図２に示すように、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに沿って周方向に配置された３つのバンプフォイル片２６によって構成されている。

各バンプフォイル片２６は、薄板が波板状に成形され、更に、バンプフォイル片２６全体の側面形状が、略円弧状になるよう成形されたものである。３つのバンプフォイル片２６は、全て同じ形状・寸法に形成されている。これらのバンプフォイル片２６は、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの周方向における溝１３を設けた部分を除く領域に、互いの端部同士が接近する状態で、周方向に並べて配置されている。これにより、３つのバンプフォイル片２６を備えたバンプフォイル１１は、全体で、内周面１２ｂに沿って配置された略円筒形状のものとなっている。

各バンプフォイル片２６は、図５に示すように、略円弧形状の径方向内向きに突出する山部２７と、径方向外向きに突出する谷部２８とが交互配列で形成されることで波板状とされている。更に、各バンプフォイル片２６は、内周面１２ｂの周方向に沿って配置される方向の中央部が谷部２８とされ、この谷部２８の両側縁部には、矩形状の係合切欠２９が形成されている。この係合切欠２９の形状は、前述した係合突部２０の断面形状に対応する形状とされている。

各バンプフォイル片２６は、それぞれ内周面１２ｂに沿って配置するときに、係合切欠２９を、内周面１２ｂの周方向の３個所の係合突部２０に嵌めて係止させる。これにより、内周面１２ｂに沿って配置された各バンプフォイル片２６は、係合切欠２９が対応する係合突部２０に係止されることで、周方向への変位が防止されている。

なお、係合切欠２９は、材料となる薄板に対し、エッチング加工や放電加工で形成することが好ましいが、その他のいかなる手法で形成してもよいことは勿論である。

また、本実施形態では、バックフォイルの例として、３つのバンプフォイル片２６を備えたバンプフォイル１１を示したが、２つまたは４つ以上のバンプフォイル片を備えたバンプフォイル１１や、内周面１２ｂに沿って周方向に延びる単一のバンプフォイル１１を用いるようにしてもよい。更には、スプリングフォイルなど、ラジアルフォイル軸受のバックフォイルとして用いられているものであれば、バンプフォイル１１以外のいかなる形式のバックフォイルを使用してもよいことは勿論である。

トップフォイル９は、図６（ａ）（ｂ）に平面に展開した状態を示すように、矩形状の薄板としてあり、長手方向一端側には、長手方向と直交する方向（以下、幅方向という）の中央部に配置された１つの凸部３０ａと、その幅方向両側の２つの凹部３０ｂとによる凹凸形状が形成されている。トップフォイル９の長手方向他端側には、幅方向の中央部に配置された１つの凹部３１ｂと、その幅方向両側の２つの凸部３１ａとによる凹凸形状が形成されている。

なお、これらの凹凸形状は、材料となる薄板に対し、エッチング加工や放電加工で形成することが好ましいが、その他のいかなる手法で形成してもよいことは勿論である。

凸部３０ａの幅方向寸法は、固定具１６の２つの隔壁片１９（図４参照）の間に挿入可能となるように設定されている。また、凹部３１ｂの幅方向寸法、すなわち、２つの凸部３１ａ同士の間隔は、内側に固定具１６の２つの隔壁片１９を挿入可能となるように設定されている。

以上の構成としてあるトップフォイル９は、凸部３０ａを凹部３１ｂに差し込むことにより、図２に示すように円筒状に曲げられ、この状態で、バンプフォイル１１の内側に配置されている。これにより、トップフォイル９は、伸展しようとする方向の復元力により、各バンプフォイル片２６の各山部２７の頂部の内側で、軸受ハウジング１２の周方向に沿って延びるように配置されている。

この状態で、トップフォイル９は、凸部３０ａの先端側と凸部３１ａの先端側が、軸受ハウジング１２の溝１３における固定具１６の隔壁片１９で仕切られた部分にそれぞれ差し込まれて、係止凹部１４に先端部がそれぞれ係止されている。このように、凸部３０ａと凸部３１ａが溝１３の係止凹部１４に係止されることで、トップフォイル９は、周方向への移動が規制され、その移動量が僅かとなるように配設されている。

更に、凸部３０ａと凸部３１ａは、固定具１６の隔壁片１９により、軸受ハウジング１２の軸心方向への移動が規制されている。

なお、凸部３０ａと凸部３１ａは、先端部が係止凹部１４の内面に強く突き当てられることなく、係止凹部１４の内面に接する程度となるように配設されている。このため、ラジアルフォイル軸受７が定常運転されているインペラ１の回転軸２を支持している状態では、凸部３０ａ、凸部３１ａは係止凹部１４から大きな反力を受けないため、トップフォイル９は歪みを生じないようになっている。

一方、外乱により回転軸２に軸ぶれが生じた場合には、凸部３０ａ、凸部３１ａが係止凹部１４の内面に強く係止される。このため、トップフォイル９は、外乱の作用時に凸部３０ａ、凸部３１ａが係止凹部１４から外れたり、更には、溝１３から外れるといった状態になることが防止されている。また、トップフォイル９が外乱の作用時に回転してしまうといった現象も防止されている。

また、トップフォイル９は、図６（ｂ）に示すように、長手方向一端側と他端側に、これらの間の長手方向中間部に比べて厚みが小さい薄肉部３２が形成された構成を備えることが好ましい。この構成によれば、トップフォイル９の長手方向両端側が弾性変形しやすくなるため、この長手方向両端側において局所的に回転軸２を締め付ける力（プリロード）が生じることを抑制することができる。

中間フォイル１０は、トップフォイル９より厚みが小さい薄板としてあり、図示してないが、平面に展開したときの平面形状が、図６（ａ）に示したトップフォイル９の平面形状と同様とされている。

この中間フォイル１０は、前記したトップフォイル９が円筒状に曲げられた状態でバンプフォイル１１の内側に配置されるときに、トップフォイル９の外周側に重ねた状態で、トップフォイル９と一緒にバンプフォイル１１の内側に配置される。これにより、中間フォイル１０は、その長手方向両端側が、トップフォイル９と共に、軸受ハウジング１２の溝１３の係止凹部１４に係止されている。

したがって、ラジアルフォイル軸受７は、軸受ハウジング１２の外周面１２ａの軸心位置Ｏ３に対して内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４が偏心する矢印ｘ方向が、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所に対して反対側となる構成を備えている。

なお、本実施形態におけるトップフォイル９、中間フォイル１０およびバンプフォイル１１の材質は、たとえば、ＳＵＳ等の金属製であることが好ましい。

以上の構成としてある本実施形態のラジアルフォイル軸受７によれば、回転軸２が回転すると、くさび効果によって回転軸２とトップフォイル９との間に、空気が引き込まれて圧力が高まり、空気膜が流体潤滑膜となることで、回転軸２は、トップフォイル９に非接触な状態で支持される。

以上の構成としてあるラジアルフォイル軸受７は、図１、図２に示すように、機械ハウジング４の軸受設置孔８に、軸受ハウジング１２の外周面が接する状態で取り付けられている。インペラ１の回転軸２は、この軸受設置孔８に取り付けられたラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の内側に挿通配置された状態で、ラジアルフォイル軸受７により回転自在に支持されている。

なお、図１における符号３３は回転軸２に設けられたスラストカラー、３４はスラストカラー３３を回転自在に支持するスラスト軸受である。

以上の構成としてあるターボ機械は、回転軸２およびインペラ１を回転させると、ラジアルフォイル軸受７では、くさび効果によって回転軸２とトップフォイル９との間に、空気が引き込まれて圧力が高まり、空気膜が流体潤滑膜となることで、回転軸２は、トップフォイル９に非接触な状態で支持される。

この際、図２に示すように、ラジアルフォイル軸受７は、軸受ハウジング１２の外周面１２ａの軸心位置Ｏ３が、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２と一致した配置となっている。この軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２は、インペラハウジング３の内周部３ａの軸心位置Ｏ１と一致している。

これに対し、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４は、外周面１２ａの軸心位置Ｏ３および軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２に対し、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側へ偏心した配置となっている。

回転軸２は、トップフォイル９、中間フォイル１０、バンプフォイル１１を介して軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに受けられることで、ラジアルフォイル軸受７に支持されているので、回転軸２の軸心位置Ｏ５は、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４に一致した配置となっている。この回転軸２の軸心位置Ｏ５は、回転軸２が連結されているインペラ１の軸心位置Ｏ６と同一である。

したがって、ターボ機械では、図２に示すように、二点鎖線で示すインペラハウジング３の内周部３ａに対し、一点鎖線で示すインペラ１が、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側（矢印ｘ方向）へ偏心した配置とされている。なお、図２では、図示する便宜上、インペラ１の径、および、インペラハウジング３の内周部３ａの径は、ラジアルフォイル軸受７の外径寸法に対する比が図１よりも縮小して記載してある。

よって、インペラ１の外周部と、その外周に位置するインペラハウジング３の内周部３ａとの隙間Ｇは、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所の方向を、その他の方向に比して広くすることができる。

外乱の作用時に、インペラ１は、ラジアルフォイル軸受７に支持された回転軸２と一緒にトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置されている方向に最も大きく変位すると想定されるが、この方向については、予めインペラハウジング３の内周部３ａとの隙間Ｇが他の方向に比して広くとられている。

したがって、インペラ１がラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置されている方向に変位してインペラハウジング３の内周部３ａに接触する虞は、より確実に抑制することができる。

このため、本実施形態によれば、ラジアルフォイル軸受７に回転軸２が支持されている回転体であるインペラ１と、インペラ１の外周に配置された静止部であるインペラハウジング３とを備えた構成について、ラジアルフォイル軸受７の構造を要因とするインペラ１とインペラハウジング３との接触のしやすさの異方性に着目して、その対策を図ることができる。

しかも、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所の方向を除く他の方向については、インペラ１がより変位しにくい。よって、本実施形態では、インペラ１とインペラハウジング３の内周部３ａとの隙間Ｇは、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される方向以外の方向については、より狭く設定することが可能になる。このため、インペラ１とインペラハウジング３の内周部との間に設ける隙間Ｇは、軸心方向に垂直な面での断面積を従来に比して削減することが可能になる。

なお、機械ハウジング４にて、軸挿通空間５に軸受設置孔８を設けるときに、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２をインペラハウジング３の内周部３ａの軸心位置Ｏ１と一致させるという構成自体は、従来の一般のターボ機械と同様である。

しかし、本実施形態におけるラジアルフォイル軸受７は、軸受ハウジング１２に、外周面１２ａの軸心位置Ｏ３に対し、内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４が、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側へ偏心しているという構成を備えている。

よって、従来のターボ機械と同様に機械ハウジング４に設けられた軸受設置孔８に、本実施形態におけるラジアルフォイル軸受７を取り付けて回転軸２を支持させることにより、インペラ１の外周部と、インペラハウジング３の内周部３ａとの隙間Ｇを、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所の方向で、その他の方向に比して広くするという構成を容易に実現することができる。

なお、ラジアルフォイル軸受７の軸受ハウジング１２における外周面１２ａの軸心位置Ｏ３に対する内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４の偏心量は、ターボ機械に作用する外乱の種類や大きさ、ラジアルフォイル軸受７におけるバンプフォイル１１がトップフォイル９を外周側から支持する支持剛性（支持力）が、トップフォイル９の継ぎ目９ａの配置と対応する周方向の一部分で、周方向の他の部分に比して低くなっている割合などに応じて適宜設定すればよい。

本実施形態のラジアルフォイル軸受７は、トップフォイル９とバンプフォイル１１との間に中間フォイル１０を備えている。このため、回転軸２が外乱により変位するときには、回転軸２の変位に伴って変形するトップフォイル９およびバンプフォイル１１に対して中間フォイル１０が摺動することにより減衰効果を得ることができる。したがって、この減衰効果により、回転軸２やインペラ１に生じる振動は速やかに収束させることができる。

［第１実施形態の変形例１］
図７は、図５に示した軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の他の例を示す斜視図である。

図７において、図５に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

軸受ハウジング１２の内周面１２ｂには、第１実施形態と同様に、溝２１が、軸受ハウジング１２の軸心方向に沿って全長に亘り設けられている。このため、溝２１の長手方向は、軸受ハウジング１２の軸心方向となっている。溝２１には、長手方向の中央部に、溝２１に連通する係合凹部２２ａが形成されている。係合凹部２２ａは、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂから外周面１２ａまで、内周面１２ｂの半径方向に沿って貫通する貫通孔により形成されている。係合凹部２２ａは、開口形状が円形または長円形とされている。この係合凹部２２ａは、軸受ハウジング１２の外周面１２ａから内周面１２ｂに向けてドリル等で孔空け加工（機械加工）することで形成することができる。なお、係合凹部２２ａは、他の加工方法で形成してもよいことは勿論であり、その場合は、係合凹部２２ａの開口形状は円形または長円形でなくてもよい。

係合凹部２２ａに連通する溝２１には、係止部材３５が嵌めて設置される。係止部材３５は、溝２１に収容される薄板状（四角柱状）の棒状部３６と、棒状部３６における軸受ハウジング１２に対向する面に形成された係合突部３７と、棒状部３６におけるバンプフォイル１１に対向する面に形成された一対の係合突部３８とを備えた構成とされている。

棒状部３６は、図５に示されている棒状の連結部２５と同様に、溝２１に収まる高さ（厚み）寸法とされている。これにより、棒状部３６が溝２１に収容された状態では、一対の係合突部３８を除き内周面１２ｂの内側に突出する部分は生じない。

係合突部３７は、軸受ハウジング１２の係合凹部２２ａの位置に対応させて棒状部３６の長手方向の中央部に形成されている。また、係合突部３７は、軸受ハウジング１２の軸心方向に沿う方向の幅が、係合凹部２２ａの溝２１の長手方向に沿う方向の内径に略等しく形成されている。これにより、係合突部３７は、係合凹部２２ａに挿通された状態では、溝２１の長手方向への変位がほとんど防止される。したがって、係止部材３５は、軸受ハウジング１２の軸心方向への変位が防止される。

なお、係合凹部２２ａは、軸受ハウジング１２の軸心方向の中心に配置されることなく、中心から一方あるいは他方に偏った位置に配置されていてもよい。その場合、係止部材３５の係合突部３７も、係合凹部２２ａの配置に対応させて棒状部３６の長手方向の中心から偏った位置に形成すればよい。

係合突部３８は、棒状部３６の長手方向の両端部に、係合突部３７が突出する側とは反対側に突出して形成されている。

以上の構成を有する係止部材３５は、係合突部３７を軸受ハウジング１２の係合凹部２２ａに挿入し、棒状部３６を溝２１に嵌めることで、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに取り付けられている。この状態では、一対の係合突部３８が、溝２１の両端部において、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの内側に突出して配置される。

なお、係止部材３５は、図５に示されている係止部材２３と同様に、ステンレスなどの金属板を材料として、ワイヤ放電加工により形成してもよいが、棒状部３６に係合突部３７や係合突部３８を有する形状をエッチング加工により形成してもよい。

各バンプフォイル片２６の谷部２８の両側縁部には、第１実施形態と同様に、矩形状の係合切欠２９が形成されている。本変形例では、係合切欠２９の形状は、係合突部３８の断面形状に対応した形状とされている。

各バンプフォイル片２６は、それぞれ軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに沿って配置するときに、係合切欠２９を、内周面１２ｂの周方向の３個所で、溝２１の両端部で内周面１２ｂより内側に突出している係合突部３８に嵌めて係止させる。これにより、各バンプフォイル片２６は、軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに係止された状態で、周方向への変位が防止される。

［第１実施形態の変形例２］
図８は、図７に示した軸受ハウジングにバンプフォイル片を係止する係止部の更に他の例を示す斜視図である。

図８において、図７に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

バンプフォイル片２６の谷部２８には、両側縁部に形成されている係合切欠２９のほかに、谷部２８の長手方向の中央部に、係合孔３９が貫通して形成されている。係合孔３９は、軸受ハウジング１２の溝２１に形成されている係合凹部２２ａの位置に対応させて形成されている。これにより、バンプフォイル片２６が軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに沿って配置されたときに、係合孔３９は、係合凹部２２ａに重なるように配置されて係合凹部２２ａに連通するようになっている。

本変形例では、各バンプフォイル片２６を軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに係止させるときに、各バンプフォイル片２６よりも軸受ハウジング１２の中心寄りに配置する係止部材４０を用いる。

そのため、係止部材４０は、薄板状（四角柱状）の棒状部４１と、この棒状部４１におけるバンプフォイル１１に対向する面に形成された係合突部４２および一対の係合突部４３とを備えた構成とされている。したがって、係止部材４０は、棒状部４１が軸受ハウジング１２の内周面１２ｂの溝２１に収容されるのではなく、棒状部４１と軸受ハウジング１２の内周面１２ｂとの間にバンプフォイル片２６の谷部２８を挟む配置で使用される。

係合突部４２は、図７に示した係止部材３５の係合突部３７に比べて、溝２１の深さとバンプフォイル片２６の厚さに相当する分、長く延びる寸法で形成されている。これにより、係合突部４２は、バンプフォイル片２６の係合孔３９に挿通させた状態で、軸受ハウジング１２の係合凹部２２ａに挿入することができる。

棒状部４１の両端部の係合突部４３は、係合突部４２と同じ側に延びて形成されている。各係合突部４３は、バンプフォイル片２６の厚さよりも長く形成されると共に、バンプフォイル片２６の厚さと溝２１の深さを足した寸法よりも短く形成されている。

以上のように構成されている係止部材４０は、各バンプフォイル片２６を軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに沿って配置した状態で、各バンプフォイル片２６の係合切欠２９と係合孔３９を備えた谷部２８に沿わせて配置する。

次いで、係止部材４０は、係合突部４２が、バンプフォイル片２６の係合孔３９を通して係合凹部２２ａに挿入されると共に、係合突部４３が、バンプフォイル片２６の係合切欠２９に係合させられてから溝２１に差し込まれる。これにより、各バンプフォイル片２６は、係合突部４２と４３を介して軸受ハウジング１２の内周面１２ｂに係止され、この状態で、図７の場合と同様に、各バンプフォイル片２６は、周方向への変位が防止される。

［第２実施形態］
図９は、回転機械の第２実施形態の概略を示すもので、回転機械をラジアルフォイル軸受のトップフォイルの継ぎ目を通る直径と軸心とに沿う面で切断した断面を示す図である。図１０は、回転機械をラジアルフォイル軸受の近傍位置で回転軸の軸心に垂直な面で切断した断面を拡大して示す図である。

なお、図９、図１０において、第１実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の回転機械は、図１と同様の構成において、ラジアルフォイル軸受７の軸受ハウジング１２と、機械ハウジング４に設ける軸受設置孔８について変更を加えたものである。

ラジアルフォイル軸受７は、外周面１２ａの軸心位置Ｏ３と内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４が同一となる円筒構造の軸受ハウジング１２ｘを有する構成とされている。

ラジアルフォイル軸受７におけるその他の構成は、第１実施形態と同様である。

機械ハウジング４には、軸挿通空間５に、インペラハウジング３の内周部３ａの軸心位置Ｏ１に対して、図１、図２に矢印ｘで示す方向に設定された寸法で偏心した軸心位置Ｏ２を有する軸受設置孔８が設けられている。

本実施形態では、軸受設置孔８にラジアルフォイル軸受７を取り付けるときには、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向位置が予め決められており、軸心位置Ｏ２は、軸心位置Ｏ１に対して、トップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所に対して反対側に偏心された構成とされている。

なお、本実施形態では、軸挿通空間５は、軸受設置孔８と同径で同軸心配置の円形の孔とされている。

機械ハウジング４の軸受設置孔８には、前記のようにトップフォイル９の継ぎ目９ａの周方向位置が予め決められた姿勢のラジアルフォイル軸受７が、軸受設置孔８の内側に軸受ハウジング１２ｘの外周面１２ａが接する状態で取り付けられている。

本実施形態のターボ機械では、図１０に示すように、ラジアルフォイル軸受７の外周面１２ａの軸心位置Ｏ３、内周面１２ｂの軸心位置Ｏ４は、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２と一致した配置となっている。したがって、回転軸２の軸心位置Ｏ５およびインペラ１の軸心位置Ｏ６も、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２と一致している。

この際、軸受設置孔８の軸心位置Ｏ２は、インペラハウジング３の内周部３ａの軸心位置Ｏ１に対し、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側へ偏心した配置となっている。

したがって、ターボ機械では、図１０に示すように、二点鎖線で示すインペラハウジング３の内周部３ａに対し、一点鎖線で示すインペラ１が、ラジアルフォイル軸受７のトップフォイル９の継ぎ目９ａが配置される周方向個所とは反対側（矢印ｘ方向）へ偏心した配置となる。なお、図１０では、図示する便宜上、インペラ１の径、および、インペラハウジング３の内周部３ａの径は、ラジアルフォイル軸受７の外径寸法に対する比が図９よりも縮小して記載してある。

よって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、ラジアルフォイル軸受７は、中間フォイル１０を備えることが好ましいが、中間フォイルを省略して、バンプフォイル１１の内周側にトップフォイルが直接配置される構成としてもよい。

トップフォイル９は、継ぎ目９ａの部分で軸受ハウジング１２，１２ｘに支持されて回転が防止されるようにしてあれば、トップフォイル９の継ぎ目９ａの部分を軸受ハウジング１２，１２ｘに支持させる手段や構造は、図示した以外の任意の手段や構造を採用してもよい。たとえば、トップフォイル９は、長手方向の一方の端部側のみが支持されていてもよい。トップフォイル９は、長手方向の一端側と他端側が単に接近した配置とされていてもよい。トップフォイル９は、継ぎ目９ａの部分で軸受ハウジング１２，１２ｘに固定されていてもよい。

ラジアルフォイル軸受７は、軸受ハウジング１２，１２ｘの内側に、空気以外の気体や液体が充填された構成を備えていてもよい。

更に、ラジアルフォイル軸受７は、軸受ハウジング１２，１２ｘの内周面１２ｂの内側に、バックフォイルと、周方向の一個所に継ぎ目９ａを有するトップフォイル９とを備えて、動圧流体軸受としての機能を備えていれば、図示した以外の任意の構成を採用してもよい。

機械ハウジング４の軸挿通空間５は、回転軸２を挿通配置するときに干渉するものがなければ、軸受設置孔８以外の部分は任意の形状としてあってもよい。

本発明の回転機械として、ターボ機械を例示したが、ラジアルフォイル軸受７に回転軸２が支持された回転体と、回転体の外周に配置された静止部とを備えていれば、任意の回転機械に本発明を適用してもよい。

この場合、回転体の外周に配置された静止部は、回転体に接近して配置される最内周部が周方向に連続する形状のものでもよいが、最内周部が周方向に断続するものであってもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ インペラ（回転体）、２ 回転軸、３ インペラハウジング（静止部）、４ 機械ハウジング、５ 軸挿通空間、７ ラジアルフォイル軸受、８ 軸受設置孔、９ トップフォイル、９ａ 継ぎ目、１１ バンプフォイル（バックフォイル）、１２，１２ｘ 軸受ハウジング、１２ａ 外周面、１２ｂ 内周面、Ｏ１ 軸心位置、Ｏ２ 軸心位置、Ｏ５ 軸心位置

Claims (5)

1. 回転体と、
   前記回転体に連結された回転軸と、
   前記回転体の外周に配置された静止部と、
   前記回転軸を横方向に挿通させる軸挿通空間を有する機械ハウジングと、
   前記軸挿通空間に設けられた軸受設置孔と、
   前記軸受設置孔に設置されて前記回転軸を支持するラジアルフォイル軸受とを備え、
   前記ラジアルフォイル軸受は、周方向の一個所に継ぎ目を有して前記回転軸の外側に配置されるトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、前記トップフォイルおよびバックフォイルを収容する軸受ハウジングを備えると共に、前記トップフォイルが前記継ぎ目の部分で前記軸受ハウジングに保持された構成を備え、
   且つ、前記回転軸の軸心位置は、前記静止部の軸心位置に対し、前記ラジアルフォイル軸受のトップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有すること
   を特徴とする回転機械。
2. 前記軸受設置孔は、前記静止部の軸心位置と一致した軸心位置を有し、
   前記ラジアルフォイル軸受は、前記軸受設置孔に取り付けられる前記軸受ハウジングの外周面に対し、前記バックフォイルおよび前記トップフォイルを内側に配置する前記軸受ハウジングの内周面が、前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有する
   請求項１記載の回転機械。
3. 前記軸受設置孔は、前記静止部の軸心位置に対し、前記軸受設置孔に設置されるラジアルフォイル軸受にて前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有する
   請求項１記載の回転機械。
4. 前記回転体はインペラとし、
   前記静止部はインペラハウジングとした
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転機械。
5. 周方向の一個所に継ぎ目を有して回転軸の外側に配置されるトップフォイルと、
   前記トップフォイルの径方向外側に配置されるバックフォイルと、
   前記トップフォイルおよびバックフォイルを内周面の内側に収容し、且つ外周面が回転機械の軸受設置孔に取り付けられる軸受ハウジングとを備え、
   前記トップフォイルは、前記継ぎ目の部分で前記軸受ハウジングに保持され、
   更に、前記軸受ハウジングは、前記外周面に対し、前記内周面が、前記トップフォイルの継ぎ目が配置される周方向個所とは反対側に偏心して設けられた構成を有すること
   を特徴とするラジアルフォイル軸受。

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