JP2018013162A - フォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】フォイル軸受の負荷容量を高める。【解決手段】フォイル軸受１は、軸受面Ｘを有するトップフォイル部２１と、トップフォイル部２１を背後から支持する第一バックフォイル部２２と、第一バックフォイル部２２を背後から支持するベース面Ｂとを備え、相対回転する軸２と軸受面Ｘとの間の軸受隙間Ｃに生じる流体圧力で、軸２を非接触支持する。ベース面Ｂには凹部Ｂ１が設けられる。第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１は、ベース面Ｂの凹部Ｂ１に嵌まり込み可能とされる。第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２の凹部Ｂ１への嵌まり込みを規制する規制部Ａ（第二バックフォイル部２３）を有する。【選択図】図１１

Description

本発明は、フォイル軸受に関する。

フォイル軸受は、可撓性を有する金属薄板（フォイル）で軸受面を構成するものであり、フォイルが撓むことにより、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じて軸受隙間が適切な幅に自動調整されるという特徴を有する。

例えば下記の特許文献１には、スラスト荷重を支持するスラストフォイル軸受の一例として、バンプ型と呼ばれるフォイル軸受が開示されている。このフォイル軸受は、図１８に示すように、トップフォイル１１４と、トップフォイル１１４を背後から弾性的に支持する波形のバックフォイル１１２（バンプフォイル）と、トップフォイル１１４およびバックフォイル１１２が取り付けられたベースプレート１１０とを有する。軸が回転すると、トップフォイル１１４の軸受面１１４ａとスラストカラー１１５との間に、下流側に行くにつれて隙間幅を小さくした楔状の軸受隙間Ｃが形成される。そして、軸受隙間Ｃの流体が軸受隙間Ｃの大隙間部Ｃ１から小隙間部Ｃ２に押し込まれることにより流体圧力が高められ、スラストカラー１１５が非接触支持される。

実開昭６１−３６７２５号公報

しかし、上記のフォイル軸受では、波形のバックフォイルを形成する必要があるため、コストがかかる。特に、上記のフォイル軸受では、楔状の軸受隙間Ｃを形成するために、バックフォイル１１２の高さが下流側に行くにつれて徐々に高くなっているため、バックフォイル１１２の設計が複雑となる。

そこで、本発明は、楔状の軸受隙間を形成するフォイル軸受を低コストに提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部を背後から支持する第一バックフォイル部と、前記第一バックフォイル部を背後から支持するベース面とを備え、相対回転する軸と前記軸受面との間の軸受隙間に生じる流体圧力で、前記軸を非接触支持するフォイル軸受において、前記ベース面に凹部を設け、前記第一バックフォイル部の上流側領域を前記ベース面の凹部に嵌まり込み可能とし、前記第一バックフォイル部の下流側領域の前記凹部への嵌まり込みを規制する規制部を有する。

尚、「下流側」とは、軸の相対回転時における、トップフォイル部に対する流体の流れ方向下流側のことを言い、その反対側を「上流側」と言う。

上記のフォイル軸受では、軸の相対回転に伴って軸受隙間の流体圧力が高まると、トップフォイル部及び第一バックフォイル部がベース面側に押し込まれる。このとき、第一バックフォイル部の上流側領域がベース面の凹部に嵌まり込み可能であることにより、この領域で支持されるトップフォイル部の上流側領域は、ベース面側に押し込まれやすい（すなわち、軸受隙間で生じる流体圧力に対する剛性が小さい）。一方、第一バックフォイル部の下流側領域は、規制部によりベース面の凹部への嵌まり込みが規制されるため、この領域で支持されるトップフォイル部の下流側領域は、上流側領域と比べてベース面側に押し込まれにくい（すなわち、軸受隙間で生じる流体圧力に対する剛性が大きい）。その結果、軸受隙間の流体圧力により、トップフォイル部の上流側領域が下流側領域よりもベース面側に押し込まれて、トップフォイル部が下流側に行くにつれて軸側に湾曲し、トップフォイル部の軸受面と軸との間に楔状の軸受隙間が形成される。以上のように、本発明によれば、上記特許文献１に示されているような、下流側に行くにつれて高さが高くなる波形のバックフォイルを設けることなく、楔状の軸受隙間を形成することができる。

上記のフォイル軸受では、例えば、前記ベース面と前記第一バックフォイル部の下流側領域との間に、前記規制部として機能する第二バックフォイル部を配することができる。この場合、第二バックフォイル部を介在させた分だけ、第一バックフォイル部がベース面から離反するため、トップフォイル部の上流側領域と下流側領域との段差が大きくなり、楔状の軸受隙間が形成されやすくなる。

上記のフォイル軸受は、前記トップフォイル部、前記第一バックフォイル部、及び前記第二バックフォイル部を一体に有するフォイル部材を備えることが好ましい。この場合、各フォイル部を別個に形成する場合と比べ、加工工数及び組立工数が削減され、製造コストを低減できる。

上記のフォイル軸受では、前記第一バックフォイル部のうち、軸の相対回転方向と直交する方向（以下、「回転直交方向」と言う。）の中間部に、前記トップフォイル部と接触しない非接触部を設けることが好ましい。この場合、トップフォイル部の回転直交方向中間部は、背後に第一バックフォイル部の非接触部が配されるため、第一バックフォイル部で接触支持されない。従って、軸受隙間の流体圧力が高められると、トップフォイル部の回転直交方向中間部には、その両側よりもベース面側に凹んだ凹部が形成される。これにより、軸受隙間を流れる流体がトップフォイル部の回転直交方向中間部の凹部に集められ、軸受隙間の流体圧力がさらに高められる。

具体的には、例えば、前記第一バックフォイル部に、軸の相対回転方向と直交する方向に離隔した一対の側部と、前記一対の側部の下流側端部同士を連結する連結部とを設け、前記一対の側部と前記連結部とで囲まれた領域に、前記非接触部としての穴を形成することができる。この場合、トップフォイル部のうち、前記凹部の下流側に隣接した領域が、第一バックフォイル部の連結部で背後から支持されるため、この領域に、凹部よりも軸に近接する側（軸受隙間を狭める側）に配された堰が設けられる。この堰により、凹部に集められた流体が下流側に抜けにくくなるため、軸受隙間の圧力がさらに高められる。

上記のフォイル軸受では、例えば、ベース面を、フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられたベースフォイルとで形成し、ベース面の凹部を、前記ベースフォイルに設けられた穴で形成することができる。これにより、例えば、フォイルホルダに直接凹部を加工する場合と比べ、凹部を容易に形成することができる。

以上のように、本発明によれば、楔状の軸受隙間を形成するフォイル軸受を低コストに得ることができる。

本発明の一実施形態に係るフォイル軸受（スラストフォイル軸受）の断面図である。 上記フォイル軸受の一部を切り欠いた平面図である。 図２の切り欠いた部分を拡大して示す平面図である。 フォイル部材の平面図である。 ベースフォイルの平面図である。 複数のフォイル部材を仮組みする様子を示す斜視図である。 複数のフォイル部材の仮組体を軸受面側から見た平面図である。 上記仮組体を軸受面と反対側から見た平面図である。 上記仮組体の側面図である。 上記仮組体をベースフォイルの上に載置する様子を示す斜視図である。 上記フォイル軸受の断面図である。 （Ａ）は、図１１のＵ−Ｕ線における断面図である。（Ｂ）は、図１１のＶ−Ｖ線における断面図である。（Ｃ）は、図１１のＷ−Ｗ線における断面図である。 他の実施形態に係るフォイル部材の平面図である。 他の実施形態に係るベースフォイルの平面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 （Ａ）は、図１５のＹ−Ｙ線における断面図である。（Ｂ）は、図１５のＺ−Ｚ線における断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受（ラジアルフォイル軸受）の断面図である。 従来のフォイル軸受の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第一実施形態に係るフォイル軸受１は、図１に示すように、軸２に設けられた円盤状のスラストカラー３との間に形成される空気膜で、軸２をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受である。フォイル軸受１は、円盤状のフォイルホルダ１０と、複数のフォイル部材２０と、フォイルホルダ１０と複数のフォイル部材２０との間に配されたベースフォイル３０とを有する。図２に示すように、複数（図示例では８枚）のフォイル部材２０は、軸２の回転方向（フォイルホルダ１０の周方向。矢印Ｒ参照。）に並べられる。複数のフォイル部材２０及びベースフォイル３０は、フォイルホルダ１０に取り付けられる。

フォイルホルダ１０は、金属や樹脂等で形成される。フォイルホルダ１０は、軸２が挿入される内孔１０ｂを有する中空円盤状を成している（図１参照）。フォイルホルダ１０の一方の端面１０ａにはベースフォイル３０及び複数のフォイル部材２０が取り付けられる。フォイルホルダ１０の他方の端面１０ｃは、フォイル軸受１が組み込まれる設備（例えばガスタービン等のターボ機械）のハウジングに固定される。

フォイル部材２０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。フォイル部材２０は、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属薄板（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、ステンレス鋼もしくは青銅でフォイル部材２０を形成するのが好ましい。

フォイル部材２０は、図４に示すように、トップフォイル部２１と、トップフォイル部２１の下流側に設けられた第一バックフォイル部２２と、トップフォイル部２１の上流側に設けられた第二バックフォイル部２３とを一体に有する。フォイル部材２０は、フォイルにプレス加工（打ち抜き加工）や放電加工を施すにより、平板状に形成される。

トップフォイル部２１は、略扇形を成し、表側（スラストカラー３側）の面に、凹凸の無い滑らかな軸受面Ｘを有する。複数のフォイル部材２０をフォイルホルダ１０に取り付けた状態では、各フォイル部材２０のトップフォイル部２１の軸受面Ｘが、周方向で連続的に設けられ、スラストカラー３と対向する面に露出している（図２参照）。

第一バックフォイル部２２は、トップフォイル部２１の下流側端部から下流側に延びる。第一バックフォイル部２２は、略扇形の外形を有し、その周方向寸法及び半径方向寸法はトップフォイル部２１よりも若干小さい。第一バックフォイル部２２は、半径方向に離隔した一対の側部２２ａと、一対の側部２２ａの下流側端部同士を連結する連結部２２ｂと、これらで囲まれた穴２２ｃとを有する。穴２２ｃは、第一バックフォイル部２２を厚さ方向に貫通している。穴２２ｃは、トップフォイル部２１と接触しない非接触部として機能する（詳細は後述する）。

第二バックフォイル部２３は、トップフォイル部２１の上流側に設けられる。図示例では、第二バックフォイル部２３が略扇形を成し、接続部２４を介してトップフォイル部２１と接続される。第二バックフォイル部２３は、他のフォイル部材２０の第一バックフォイル部２２の凹部Ｂ１への嵌まり込みを規制する規制部Ａとして機能する（詳細は後述する）。第二バックフォイル部２３の半径方向寸法は、トップフォイル部２１の半径方向寸法と等しい。第二バックフォイル部２３の周方向寸法は、トップフォイル部２１の周方向寸法よりも小さく、例えば１／２以下とされる。接続部２４は、トップフォイル部２１及び第二バックフォイル部２３よりも半径寸法が小さい。接続部２４と、トップフォイル部２１と第一バックフォイル部２２との接続部（境界）とは、異なる半径方向位置に設けられる。図示例では、接続部２４が、第一バックフォイル部２２の穴２２ｃの半径方向領域内に設けられ、特に、第二バックフォイル部２３の半径方向中央部に設けられる。

尚、第一バックフォイル部２２や第二バックフォイル部２３の形状は上記に限られない。例えば、第一バックフォイル部２２の半径方向寸法をトップフォイル部２１と等しくしてもよい。また、第二バックフォイル部２３の半径方向寸法をトップフォイル部２１よりも小さくしてもよい。

フォイル部材２０は、フォイルホルダ１０に固定するための固定部を有する。本実施形態では、トップフォイル部２１の上流側端部から外径側に延びる延在部２１ａと、第二バックフォイル部２３の下流側端部から外径側に延びる延在部２３ａとが、固定部として機能する。これらの延在部２１ａ、２３ａが、ベースフォイル３０と共に、フォイルホルダ１０の端面１０ａに溶接等の適宜の手段で固定される。フォイル部材２０のうち、トップフォイル部２１と第二バックフォイル部２３とを接続する接続部２４は最も脆弱であるため、上記のように、接続部２４の周方向両側に近接して固定部（延在部２１ａ、２３ａ）を設けることが好ましい。

尚、フォイル部材２０の外径側及び内径側の双方に固定部を設けると、フォイル部材２０とフォイルホルダ１０とがほとんど相対移動しなくなるため、軸受隙間の自動調整機能や、フォイル部材２０とフォイルホルダ１０等との摺動による振動減衰機能が十分に発揮されないおそれがある。従って、フォイル部材２０の外径側又は内径側の何れかのみに固定部を設けることが好ましい。特に、軸２との干渉を回避するためには、図示例のように、フォイル部材２０の外径側のみに固定部を設けることが好ましい。

ベースフォイル３０は、図５に示すように、環状を成した平坦なフォイルで形成される。ベースフォイル３０には、複数の穴３５が周方向等間隔に形成される。ベースフォイル３０は、例えば、大径環状部３１と、小径環状部３２と、これらを半径方向に連結する複数の半径方向部３３と、半径方向部３３の半径方向中央から周方向に延びる周方向部３４と、これらで区画された穴３５とを有する。図示例では、各穴３５が、フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２と略同形状の略コの字形状を成している。具体的には、穴３５が、半径方向に離隔した一対の周方向部３５ａと、一対の周方向部３５ａの下流側端部を連結する半径方向部３５ｂとを有する。

ベースフォイル３０は、金属薄板（フォイル）にプレス加工（打ち抜き加工）や放電加工を施すにより形成される。尚、図示例では、ベースフォイル３０を放電加工で形成しやすくするために、小径環状部３２が周方向で複数に分割されているが、小径環状部３２を全周で連続させてもよい。

ベースフォイル３０は、例えば、フォイル部材２０と同じ厚さ及び同じ材質のフォイルで形成される。尚、ベースフォイル３０の厚さや材質をフォイル部材２０と異ならせてもよい。例えば、ベースフォイル３０を、フォイル部材２０よりも厚いフォイルで形成してもよい。

次に、フォイル軸受１の組立方法を説明する。

まず、図６に示すように、複数のフォイル部材２０を連結する。具体的には、各フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２の穴２２ｃに、下流側に隣接するフォイル部材２０の第二バックフォイル部２３を表側（軸受面Ｘ側）から挿入する。そして、図７に示すように、隣接するフォイル部材２０のトップフォイル部２１の上流側端部と下流側端部とを略同じ周方向位置に配する。これにより、複数のフォイル部材２０が連結された仮組体Ｍが形成される。尚、図６〜９では、理解しやすいように、各フォイル部材２０を異なる色（濃さ）で示している。

図８に示すように、仮組体Ｍを構成する各フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２は、下流側に隣接するフォイル部材２０のトップフォイル部２１の背後に配される。各フォイル部材２０の第二バックフォイル部２３は、上流側に隣接するフォイル部材２０のトップフォイル部２１の背後に配される。図９に示すように、各フォイル部材２０のトップフォイル部２１と、下流側に隣接するフォイル部材２０の第二バックフォイル部２３との間に、上流側に隣接するフォイル部材２０の第一バックフォイル部２２が配される。三枚のフォイル（トップフォイル部２１、第一バックフォイル部２２、第二バックフォイル部２３）が重なった重合部Ｎは、トップフォイル部２１の下流側寄りの位置に配される。具体的には、重合部Ｎの周方向中央部が、トップフォイル部２１の周方向中央部よりも下流側に配される。

次に、図１０に示すように、フォイルホルダ１０（図示省略）の端面１０ａ上にベースフォイル３０を配置し、その上に、複数のフォイル部材２０の仮組体Ｍを配置する。このとき、ベースフォイル３０と、ベースフォイル３０の穴３５から露出したフォイルホルダ１０の端面１０ａとで、フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２及び第二バックフォイル部２３を背後から支持するベース面Ｂが形成される。また、ベースフォイル３０に設けられた穴３５により、ベース面Ｂの凹部Ｂ１が形成される。凹部Ｂ１の底面は、フォイルホルダ１０の端面１０ａで形成される。

図３に示すように、各フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２の少なくとも上流側領域Ｓ１（図示例では全域）は、ベースフォイル３０の穴３５（凹部Ｂ１）と軸方向で重ねて配される。各フォイル部材２０の第二バックフォイル部２３は、ベースフォイル３０の大径環状部３１と小径環状部３２とに半径方向で跨って設けられる。各フォイル部材２０の第二バックフォイル部２３は、ベースフォイル３０の半径方向部３３と周方向部３４に周方向で跨って設けられる。すなわち、ベースフォイル３０の穴３５の下流側端部（半径方向部３５ｂ）を含む領域が、第二バックフォイル部２３で覆われ、その上側（スラストカラー３側）に第一バックフォイル部２２が配される。これにより、第二バックフォイル部２３が、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２の凹部Ｂ１への嵌まり込みを規制する規制部Ａとして機能し、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２が常にベース面Ｂよりも上側に配される。一方、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１とベース面Ｂとの間には、他のフォイルは介在していないため、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１は凹部Ｂ１（ベースフォイル３０の穴３５）に嵌まり込み可能とされる。

そして、各フォイル部材２０の固定部（延在部２１ａ、２３ａ）と、ベースフォイル３０の大径環状部３１とを、溶接等の適宜の手段によりフォイルホルダ１０の端面１０ａに固定する。以上により、フォイル軸受１が完成する。

図１１に示すように、軸２及びスラストカラー３が周方向一方（矢印Ｒ方向）に回転すると、フォイル軸受１の各トップフォイル部２１の軸受面Ｘとスラストカラー３の端面３ａとの間の軸受隙間Ｃの流体圧力が高められ、各フォイル部材２０がフォイルホルダ１０側（図中下方）に押し付けられる。これにより、各トップフォイル部２１の上流側領域（図１１のＵ−Ｕ線付近）では、図１２（Ａ）に示すように、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１がベースフォイル３０の穴３５（凹部Ｂ１）に嵌まり込む。これに伴い、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１で支持されたトップフォイル部２１の上流側領域が、ベース面Ｂ側に押し込まれる（矢印参照）。

一方、各トップフォイル部２１の下流側領域、特に、第一バックフォイル部２２及び第二バックフォイル部２３と軸方向で重ねられた重合部Ｎ（図１１のＶ−Ｖ線、Ｗ−Ｗ線付近）では、図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第一バックフォイル部２２とベースフォイル３０との間に、規制部Ａとしての第二バックフォイル部２３が介在している。このため、この領域では、軸２の回転に伴って軸受隙間Ｃにおける流体圧力が高められた場合でも、第一バックフォイル部２２が、ベースフォイル３０の穴３５に嵌まり込まず、常にベース面Ｂ（ベースフォイル３０の上面）よりもスラストカラー３側に配される。これにより、第一バックフォイル部２２のうち、ベース面Ｂの凹部Ｂ１に嵌まり込んだ上流側領域Ｓ１と、ベース面Ｂよりも上方に配された下流側領域Ｓ２との間に、段差が生じる（図１１参照）。特に、本実施形態では、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２とベースフォイル３０との間に第二バックフォイル部２３が介在しているため、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１と下流側領域Ｓ２との段差が大きくなる。

このように、第一バックフォイル部２２に段差が形成されることで、この第一バックフォイル部２２で支持されるトップフォイル部２１が、第一バックフォイル部２２に倣って湾曲し、軸受面Ｘが、下流側に行くにつれてスラストカラー３に接近する。これにより、トップフォイル部２１の軸受面Ｘとスラストカラー３の端面３ａとの間の軸受隙間Ｃが、下流側へ行くにつれて狭くなった断面楔状となる。そして、軸受隙間Ｃを流れる空気が、楔状の軸受隙間Ｃの小隙間部（各トップフォイル部２１の下流側端部付近）に押し込まれることにより、軸受隙間Ｃの空気膜の圧力が高められ、この圧力により軸２及びスラストカラー３がスラスト方向に非接触支持される。

また、本実施形態では、第一バックフォイル部２２に、一対の側部２２ａ及び連結部２２ｂで囲まれた穴２２ｃが形成されている。この場合、軸受隙間Ｃの空気の圧力が高められると、トップフォイル部２１の下流側領域のうち、半径方向両端部付近は第一バックフォイル部２２の一対の側部２２ａで支持され｛図１２（Ｂ）参照｝、下流側端部付近は第一バックフォイル部２２の連結部２２ｂで支持される｛図１２（Ｃ）参照｝。一方、トップフォイル部２１の下流側領域の半径方向中間部（図示例では、半径方向中央部）は、背後に第一バックフォイル部２２の穴２２ｃ（非接触部）が配されるため、第一バックフォイル部２２で支持されない。従って、トップフォイル部２１の下流側領域の半径方向中央部には、その周囲よりも下方（ベース面Ｂ側）に凹んだ凹部Ｐが形成される｛図２の網掛領域、及び図１２（Ｂ）の点線参照｝。これにより、軸受隙間Ｃを流れる空気が、各トップフォイル部２１の下流側領域において半径方向中央部の凹部Ｐに集められるため、軸受隙間Ｃの圧力がさらに高められる。

特に、図示例では、トップフォイル部２１のうち、凹部Ｐの下流側に隣接した領域が、第一バックフォイル部２２の連結部２２ｂで支持されているため、この領域に、凹部Ｐよりもスラストカラー３側に近接した堰Ｑが設けられる｛図２及び図１２（Ｃ）参照｝。この堰Ｑにより、凹部Ｐに集められた空気が下流側に抜けにくくなるため、軸受隙間Ｃの圧力がさらに高められる。

尚、軸２の停止直前や起動直後の低速回転時には、各トップフォイル部２１の軸受面Ｘとスラストカラー３の端面３ａ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２の回転中は、トップフォイル部２１、第一バックフォイル部２２、第二バックフォイル部２３、ベースフォイル３０、及びフォイルホルダ１０の端面１０ａの相互間で、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。このような微小摺動による摩擦力を調整するために、互いに摺動する面の何れか一方又は双方に、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、上記の実施形態と重複する点については説明を省略する。

図１３に示す実施形態では、フォイル部材２０が、第二バックフォイル部を有さず、トップフォイル部２１及び第一バックフォイル部２２のみで構成される。図示例では、第一バックフォイル部２２が、穴を有さない略扇形に形成される。この実施形態のベースフォイル３０は、例えば図１４に示すように、半径方向に離隔した複数箇所に、大径環状部３１、小径環状部３２、及び半径方向部３３で囲まれた穴３５を有する。

図１４のベースフォイル３０をフォイルホルダ１０の端面１０ａに固定し、さらにその上に複数のフォイル部材２０を固定する。このとき、各フォイル部材２０のトップフォイル部２１の背後に、上流側に隣接するフォイル部材２０の第一バックフォイル部２２が配される。各フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１の背後に、ベースフォイル３０の穴３５が配される。各フォイル部材２０の第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２の背後に、ベースフォイル３０の半径方向部３３が配される。

軸２が回転して軸受隙間Ｃの流体圧力が高まると、図１５に示すように、トップフォイル部２１及び第一バックフォイル部２２が下方（フォイルホルダ１０側）に押し下げられる。このとき、第一バックフォイル部２２の上流側領域Ｓ１が、ベース面Ｂの凹部Ｂ１（ベースフォイル３０の穴３５）に嵌まり込み、この領域で支持されたトップフォイル部２１の上流側領域がベース面Ｂ側に押し込まれる｛図１６（Ａ）参照｝。一方、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２は、ベースフォイル３０の半径方向部３３で背後から支持されるため、ベース面Ｂの凹部Ｂ１に嵌まり込まない。すなわち、ベースフォイル３０の半径方向部３３が、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２の凹部Ｂ１への嵌まり込みを規制する規制部Ａとして機能する。これにより、第一バックフォイル部２２の下流側領域Ｓ２で支持されたトップフォイル部２１の下流側領域は、ベース面Ｂよりも上方（スラストカラー３側）に配される｛図１６（Ｂ）参照｝。以上により、トップフォイル部２１が湾曲して、軸受面Ｘが下流側に行くにつれてスラストカラー３の端面３ａに近接し、楔状の軸受隙間Ｃが形成される（図１５参照）。

以上の実施形態では、フォイルホルダ１０の端面１０ａとベースフォイル３０とでベース面Ｂが形成され、ベースフォイル３０の穴３５で凹部Ｂ１が形成されているが、これに限られない。例えば、ベース面Ｂをフォイルホルダ１０の端面１０ａのみで形成し、この端面１０ａに凹部Ｂ１を直接形成してもよい（図示省略）。

また、以上の実施形態では、トップフォイル部２１、第一バックフォイル部２２、及び第二バックフォイル部２３がフォイル部材２０として一体に形成されているが、これらを別体に形成してもよい。この場合、複数のトップフォイル部２１を連結して一体化したトップフォイル部材を設けてもよい。同様に、複数の第一バックフォイル部２２を連結して一体化した第一バックフォイル部材や、複数の第二バックフォイル部２３を連結して一体化した第二バックフォイル部材を設けてもよい。

また、以上の実施形態では、本発明をスラストフォイル軸受に適用した場合を示したが、本発明を、軸をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受に適用してもよい。例えば、図１７に示すラジアルフォイル軸受４０は、円筒状のフォイルホルダ４１と、フォイルホルダ４１の内周面４１ａに周方向に並べて取り付けられた複数のフォイル部材４２とを有する。各フォイル部材４２のうち、下流側の領域がトップフォイル部４２ａとして機能し、上流側の領域が第一バックフォイル部４２ｂ（散点模様で示す）として機能する。フォイルホルダ４１の内周面４１ａはベース面Ｂとして機能し、この内周面４１ａに複数の凹部Ｂ１が設けられる。

軸２の回転に伴って、トップフォイル部４２ａの軸受面Ｘと軸２の外周面との間の軸受隙間Ｃの流体圧力が高められると、第一バックフォイル部４２ｂの上流側領域がフォイルホルダ４１の内周面４１ａ（ベース面Ｂ）の凹部Ｂ１に嵌まり込む。一方、第一バックフォイル部４２ｂの下流側領域は、フォイルホルダ４１の内周面４１ａに背後から支持され、フォイルホルダ４１の凹部Ｂ１に嵌まり込まない。すなわち、フォイルホルダ４１の内周面４１ａのうち、凹部Ｂ１の下流側に隣接する領域が、第一バックフォイル部４２ｂの下流側領域の凹部Ｂ１への嵌まり込みを規制する規制部Ａとして機能する。これにより、第一バックフォイル部４２ｂに段差が形成され、この第一バックフォイル部４２ｂに倣ってトップフォイル部４２ａが湾曲し、軸受面Ｘが下流側に行くにつれて軸２の外周面に近接することで、楔状の軸受隙間Ｃが形成される。

以上の実施形態では、フォイル軸受を固定し、軸２を回転させた場合を示したが、これに限らず、軸２を固定し、フォイル軸受を回転させてもよい。ただし、フォイル軸受を回転させると、遠心力でフォイルが破損するおそれがあるため、上記の実施形態のようにフォイル軸受を固定することが好ましい。

また、以上に示したフォイル軸受は、例えばガスタービンやターボチャージャ（過給機）等のターボ機械の主軸用軸受、自動車等の車両用軸受、あるいは産業機器用の軸受等として使用することが可能である。

また、以上に述べたフォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受のみならず、圧力発生流体として潤滑油を使用した油動圧軸受としても使用することができる。

１ フォイル軸受
２ 軸
３ スラストカラー
１０ フォイルホルダ
２０ フォイル部材
２１ トップフォイル部
２２ 第一バックフォイル部
２２ａ 側部
２２ｂ 連結部
２２ｃ 穴（非接触部）
２３ 第二バックフォイル部
２４ 接続部
３０ ベースフォイル
３５ 穴
Ａ 規制部
Ｂ ベース面
Ｂ１ ベース面の凹部
Ｃ 軸受隙間
Ｓ１ 第一バックフォイル部の上流側領域
Ｓ２ 第一バックフォイル部の下流側領域
Ｘ 軸受面
Ｐ トップフォイル部の凹部
Ｑ 堰

Claims (6)

1. 軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部を背後から支持する第一バックフォイル部と、前記第一バックフォイル部を背後から支持するベース面とを備え、相対回転する軸と前記軸受面との間の軸受隙間に生じる流体圧力で、前記軸を非接触支持するフォイル軸受において、
   前記ベース面に凹部を設け、
   前記第一バックフォイル部の上流側領域を前記ベース面の凹部に嵌まり込み可能とし、
   前記第一バックフォイル部の下流側領域の前記凹部への嵌まり込みを規制する規制部を有するフォイル軸受。
2. 前記ベース面と前記第一バックフォイル部の下流側領域との間に、前記規制部として機能する第二バックフォイル部を配した請求項１に記載のフォイル軸受。
3. 前記トップフォイル部、前記第一バックフォイル部、及び前記第二バックフォイル部を一体に有するフォイル部材を備えた請求項２に記載のフォイル軸受。
4. 前記第一バックフォイル部のうち、軸の相対回転方向と直交する方向の中間部に、前記トップフォイル部と接触しない非接触部を設けた請求項１〜３の何れか１項に記載のフォイル軸受。
5. 前記第一バックフォイル部が、軸の相対回転方向と直交する方向に離隔した一対の側部と、前記一対の側部の下流側端部同士を連結する連結部とを有し、前記一対の側部と前記連結部とで囲まれた領域に、前記非接触部としての穴が形成された請求項４に記載のフォイル軸受。
6. 前記ベース面が、フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられたベースフォイルとで形成され、
   前記凹部が、前記ベースフォイルに設けられた穴で形成された請求項１〜５の何れか１項に記載のフォイル軸受。
   

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