JP2018059554A - Foil bearing - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a foil from being damaged due to local contact between a shaft and the foil.SOLUTION: A foil bearing 1 includes a foil unit 20 having a bearing surface X facing a shaft 2 to be supported, and relatively rotatably supports the shaft 2 by a fluid pressure generating in a bearing clearance C between the bearing surface X and the shaft 2. The foil unit 20 has a metal foil 21, and a soft layer (soft sheet 22) composed of a material lower in the coefficient of elasticity than that of the foil 21.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、フォイル軸受に関する。   The present invention relates to a foil bearing.

フォイル軸受は、可撓性を有する薄板(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。   A foil bearing has a flexible thin plate (foil) that forms the bearing surface. When the foil is bent, the bearing clearance is appropriate depending on the operating conditions such as the rotational speed, load, and ambient temperature of the shaft. It is characterized by being automatically adjusted to a wide width.

フォイル軸受としては、例えば、(1)軸受面を有するトップフォイルと、これを背後から弾性支持するバックフォイル(バンプフォイル)とを有するバンプ型のフォイル軸受(例えば、特許文献1参照)、(2)バックフォイルを設けず、複数のトップフォイル(リーフフォイル)を一部が互いに重なり合うように設置し、その重なり部分でトップフォイルにバネ性を与えるリーフ型のフォイル軸受(例えば、特許文献2参照)、(3)複数枚のフォイルを周方向に並べて配し、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダに保持させた多円弧型のフォイル軸受(例えば、特許文献3参照)などが知られている。   As the foil bearing, for example, (1) a bump type foil bearing having a top foil having a bearing surface and a back foil (bump foil) that elastically supports this from the back (for example, see Patent Document 1), (2 ) A leaf type foil bearing that does not have a back foil and is provided so that a plurality of top foils (leaf foils) partially overlap each other, and gives spring properties to the top foil at the overlapping portions (see, for example, Patent Document 2) (3) A multi-arc foil bearing (for example, see Patent Document 3) in which a plurality of foils are arranged side by side in the circumferential direction and both ends of each foil in the circumferential direction are held by a foil holder is known.

実開昭61−36725号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-36725 特開平4−54309号公報JP-A-4-54309 特開2014−119094号公報JP 2014-1119094 A

上記のようなフォイル軸受において、軸の起動・停止時などの低速回転時には、軸受隙間の流体圧力が低いため、フォイルと軸とが接触、摺動を繰り返す。通常、フォイル及び軸は何れも金属で形成されるため、フォイルと軸との摺動面に凝着が生じ、摩擦トルクの増大、ひいては軸受面の焼き付きや破損に至るおそれがある。このような不具合を防止するために、フォイルあるいは軸の表面に、DLC膜、チタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜等の低摩擦化被膜を形成することがある(上記特許文献3参照)。   In the foil bearing as described above, when the shaft rotates at a low speed such as when the shaft is started or stopped, the fluid pressure in the bearing gap is low, so that the foil and the shaft repeatedly contact and slide. In general, since the foil and the shaft are both made of metal, adhesion occurs on the sliding surface between the foil and the shaft, which may increase frictional torque and eventually cause seizure or damage to the bearing surface. In order to prevent such a problem, a low friction coating such as a DLC film, a titanium aluminum nitride film, or a molybdenum disulfide film may be formed on the surface of the foil or the shaft (see Patent Document 3). .

しかし、上記のような低摩擦化被膜を施した場合でも、軸との局所的な接触により低摩擦化被膜が早々に損耗し、この部分から摩耗や焼き付き、破損が生じるおそれがある。   However, even when the low friction coating as described above is applied, the low friction coating is quickly worn out due to local contact with the shaft, and wear, seizure, and damage may occur from this portion.

具体的には、例えば、リーフ型のフォイル軸受では、図26に示すように、各フォイル21’の下流側領域が、これと隣接するフォイル21’の上流側領域の上に重ねて配され、これにより、周方向の複数箇所にフォイル21’の重合部W’が形成される。このフォイル軸受において、軸受隙間の流体圧力が高まると、各フォイル21’がフォイルホルダ10’に押し付けられる。このとき、各フォイル21’のうち、他のフォイル21’で支持された重合部W’では、他の周方向領域と比べて、フォイルホルダ10’側に変位しにくい(すなわち、剛性が高い)。このため、軸の起動・停止時には、図27に示すように、重合部Wにおいて軸受面X’が優先的に軸と接触するため、この部分に摩耗等が生じやすい。特に、図示のように、金属製のフォイル21’の重合部W’が、金属製の軸2’と金属製のフォイルホルダ21’で挟まれると、軸受面X’と軸2’との接触部の面圧が高くなり、摩耗等が生じやすい。   Specifically, for example, in a leaf-type foil bearing, as shown in FIG. 26, the downstream region of each foil 21 ′ is arranged on the upstream region of the foil 21 ′ adjacent thereto, Thereby, overlapping portions W ′ of the foil 21 ′ are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. In this foil bearing, when the fluid pressure in the bearing gap increases, each foil 21 'is pressed against the foil holder 10'. At this time, in each foil 21 ′, the overlapping portion W ′ supported by the other foil 21 ′ is less likely to be displaced toward the foil holder 10 ′ than the other circumferential regions (that is, the rigidity is high). . For this reason, when the shaft is started / stopped, as shown in FIG. 27, the bearing surface X 'preferentially contacts the shaft in the overlapping portion W, so that this portion is likely to be worn. In particular, as shown in the drawing, when the overlapping portion W ′ of the metal foil 21 ′ is sandwiched between the metal shaft 2 ′ and the metal foil holder 21 ′, the contact between the bearing surface X ′ and the shaft 2 ′ is brought about. The surface pressure of the part increases and wear or the like is likely to occur.

また、フォイル軸受の内周に挿入された軸に振動やコニカル運動が生じ、軸がフォイル軸受の中心軸に対して傾くと、フォイル軸受の軸受面の軸方向端部(エッジ部)に軸が局所的に高面圧で接触する。このため、フォイルの軸受面のうち、軸方向端部付近の領域は摩耗等が生じやすい。   In addition, when vibration or conical motion occurs in the shaft inserted in the inner periphery of the foil bearing and the shaft is inclined with respect to the central axis of the foil bearing, the shaft is moved to the axial end (edge portion) of the bearing surface of the foil bearing. Contact with high surface pressure locally. For this reason, in the bearing surface of the foil, the region near the end portion in the axial direction is likely to be worn.

以上の事情から、本発明は、フォイル軸受において、軸とフォイルとの局所的な接触によるフォイルの損傷を防止することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to prevent foil damage in a foil bearing due to local contact between a shaft and the foil.

前記課題を解決するためになされた本発明は、支持すべき軸と対向する軸受面を有するフォイルユニットを備え、前記軸受面と前記軸との間の軸受隙間に生じる流体圧力により前記軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受において、前記フォイルユニットが、金属製のフォイルと、前記フォイルよりも弾性率の低い材料からなる軟質層とを有することを特徴とする。   The present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, includes a foil unit having a bearing surface facing a shaft to be supported, and the shaft is relatively moved by a fluid pressure generated in a bearing gap between the bearing surface and the shaft. In the foil bearing that is rotatably supported, the foil unit includes a metal foil and a soft layer made of a material having a lower elastic modulus than the foil.

このように、本発明のフォイル軸受は、軸受面を有するフォイルユニットが、金属製のフォイルよりも柔らかい(弾性率の低い)軟質層を含む。このフォイルユニットの軸受面に軸が接触したとき、軟質層が変形することにより、軸受面が軸に倣って変形する(図10参照)。これにより、軸受面と軸との接触面積が大きくなり、接触部の面圧が低減され、軸受面の損傷を防止できる。   Thus, in the foil bearing of the present invention, the foil unit having the bearing surface includes a soft layer that is softer (lower elastic modulus) than the metal foil. When the shaft comes into contact with the bearing surface of the foil unit, the soft layer is deformed, so that the bearing surface is deformed following the shaft (see FIG. 10). As a result, the contact area between the bearing surface and the shaft is increased, the contact surface pressure is reduced, and damage to the bearing surface can be prevented.

軸に振動やコニカル運動が生じると、フォイルユニットのうち、軸の回転方向と直交する方向の端部(ラジアルフォイル軸受では軸方向両端、スラストフォイル軸受では外径端)が軸と接触しやすい。従って、フォイルユニットのうち、上記端部を含む領域に軟質層を設けることが好ましい。   When vibration or conical motion occurs on the shaft, end portions in the direction perpendicular to the rotational direction of the shaft (both ends in the axial direction for radial foil bearings and outer diameter ends for thrust foil bearings) in the foil unit are likely to come into contact with the shaft. Therefore, it is preferable to provide a soft layer in a region including the end portion in the foil unit.

前記フォイルユニットが、前記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の背後に配されたバックフォイル部とを備え、前記トップフォイル部と前記バックフォイル部とが厚さ方向で重ねられた重合部が周方向で離隔した複数箇所に設けられる場合、重合部において軸受面の剛性が特に高くなる。従って、この重合部に軟質層を設けて、軸受面と軸との接触面圧を低減することが特に有効となる。   The foil unit includes a top foil portion having the bearing surface and a back foil portion disposed behind the top foil portion, and the top foil portion and the back foil portion are stacked in a thickness direction. When the overlapping portions are provided at a plurality of locations separated in the circumferential direction, the rigidity of the bearing surface is particularly high in the overlapping portion. Therefore, it is particularly effective to reduce the contact surface pressure between the bearing surface and the shaft by providing a soft layer in the overlapping portion.

軟質層は、例えば、前記フォイルよりも弾性率の低い材料からなる軟質シートで構成することができる。   A soft layer can be comprised with the soft sheet | seat which consists of a material whose elastic modulus is lower than the said foil, for example.

あるいは、前記軟質層を前記フォイルと一体化して複合フォイルを構成してもよい。この場合、フォイルと軟質層との位置ズレが回避されると共に、意図した部分に選択的に軟質層を配置することが可能となる。   Alternatively, the soft layer may be integrated with the foil to form a composite foil. In this case, the positional deviation between the foil and the soft layer is avoided, and the soft layer can be selectively disposed at the intended portion.

例えば、厚さが均一なフォイルの一部領域に軟質層を固着して複合フォイルを形成すると、軟質層を設けた領域だけ複合フォイルが厚くなるため、フォイル軸受の設計、特に、フォイルを積層した際の厚さの管理が困難となるおそれがある。そこで、フォイルに薄肉部を設け、この薄肉部に軟質層を設けることで、複合フォイルの肉厚を均一にすれば、上記の不具合を回避できる。   For example, if a composite foil is formed by adhering a soft layer to a partial region of a foil having a uniform thickness, the composite foil becomes thick only in the region where the soft layer is provided. It may be difficult to manage the thickness. Therefore, if the thickness of the composite foil is made uniform by providing a thin portion on the foil and providing a soft layer on the thin portion, the above-mentioned problems can be avoided.

軟質層は、例えば、樹脂、ゴム、または黒鉛を主成分とする材料で形成することができる。   The soft layer can be formed of a material mainly composed of resin, rubber, or graphite, for example.

以上のように、フォイルユニットに軟質層を設けることで、軸と軸受面との接触面圧が緩和されるため、フォイルの損傷を防止することができる。   As described above, by providing the soft layer in the foil unit, the contact surface pressure between the shaft and the bearing surface is relieved, so that damage to the foil can be prevented.

本発明の一実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing which concerns on one Embodiment of this invention. フォイルの平面図である。It is a top view of foil. 連結した二枚のフォイルを裏面側から見た平面図である。It is the top view which looked at two foils connected from the back side. 三枚のフォイルを筒状に連結した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which connected the foil of 3 sheets in the cylinder shape. フォイルの背後に軟質シートを配置した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which has arrange | positioned the soft sheet | seat behind foil. フォイルと軟質シートの仮組体を円筒状に丸めた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which rounded the temporary assembly of the foil and the soft sheet | seat to the cylindrical shape. フォイルと軟質シートの仮組体をフォイルホルダに取り付ける様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that the temporary assembly of a foil and a soft sheet | seat is attached to a foil holder. 図1のフォイル軸受を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the foil bearing of FIG. 図1のフォイル軸受を断面図であり、周方向を直線に変換して示している。FIG. 2 is a cross-sectional view of the foil bearing of FIG. 1 with the circumferential direction converted into a straight line. 軸と軸受面との接触部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the contact part of a shaft and a bearing surface. (a)〜(c)は、軸受面がフォイルに形成されたフォイルユニットの積層構造の例を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the example of the laminated structure of the foil unit in which the bearing surface was formed in foil. (a)〜(c)は、軸受面が軟質シートに形成されたフォイルユニットの積層構造の例を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the example of the laminated structure of the foil unit in which the bearing surface was formed in the soft sheet | seat. 複合フォイルの側面図である。It is a side view of a composite foil. 図13の複合フォイルの高温時における湾曲状態を示す側面図である。It is a side view which shows the curved state at the time of the high temperature of the composite foil of FIG. 複合フォイルの他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of a composite foil. 図15の複合フォイルを有するフォイル軸受の断面図であり、周方向を直線に変換して示している。FIG. 16 is a cross-sectional view of a foil bearing having the composite foil of FIG. 15 with the circumferential direction converted into a straight line. 複合フォイルの他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of a composite foil. 図17の複合フォイルを有するフォイル軸受の断面図であり、周方向を直線に変換して示している。It is sectional drawing of the foil bearing which has the composite foil of FIG. 17, and the circumferential direction is converted into a straight line and shown. 複合フォイルの他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of a composite foil. 図19の複合フォイルのY−Y線における断面図である。It is sectional drawing in the YY line of the composite foil of FIG. (a)〜(d)は、複合フォイルを含むフォイルユニットの積層構造の例を示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the example of the laminated structure of the foil unit containing a composite foil. リーフ型のフォイル軸受を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a leaf type foil bearing. バンプ型のフォイル軸受を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a bump type foil bearing. リーフ型のスラストフォイル軸受を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a leaf type thrust foil bearing. 図24中のD−D線における断面図である。It is sectional drawing in the DD line | wire in FIG. 従来のリーフ型のフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the conventional leaf type foil bearing. フォイルの重合部と軸との接触部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the contact part of the superposition | polymerization part and axis | shaft of foil.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。フォイル軸受1は、内周に挿入された軸2をラジアル方向に支持するものである。フォイル軸受1は、筒状のフォイルホルダ10と、フォイルホルダ10の内周面10aに取り付けられたフォイルユニット20とを備える。フォイルユニット20には、軸2の外周面2aと半径方向で対向する軸受面Xが設けられる。尚、以下では、軸2の回転方向先行側(図1の矢印R参照)、すなわち、軸2の回転時における、フォイルユニット20に対する流体の流れ方向下流側を「下流側」と言い、その反対側を「上流側」と言う。   FIG. 1 shows a foil bearing 1 according to an embodiment of the present invention. The foil bearing 1 supports the shaft 2 inserted in the inner periphery in the radial direction. The foil bearing 1 includes a tubular foil holder 10 and a foil unit 20 attached to an inner peripheral surface 10a of the foil holder 10. The foil unit 20 is provided with a bearing surface X that faces the outer peripheral surface 2a of the shaft 2 in the radial direction. In the following, the rotation direction leading side of the shaft 2 (see the arrow R in FIG. 1), that is, the downstream side in the fluid flow direction with respect to the foil unit 20 when the shaft 2 rotates is referred to as “downstream side” and vice versa. The side is called the “upstream side”.

フォイルホルダ10は、焼結金属や溶製材(例えば鋼材)等の金属で円筒状に形成される。フォイルホルダ10の内周面10aのうち、周方向に離隔した複数箇所には、フォイルユニット20の取り付け部となる軸方向溝10bが形成されている。尚、耐熱性や強度等に問題が無ければ、フォイルホルダ10を樹脂で形成してもよい。   The foil holder 10 is formed in a cylindrical shape with a metal such as a sintered metal or a molten material (for example, steel). The axial direction groove | channel 10b used as the attachment part of the foil unit 20 is formed in the several places spaced apart in the circumferential direction among the internal peripheral surfaces 10a of the foil holder 10. FIG. If there is no problem in heat resistance and strength, the foil holder 10 may be formed of resin.

フォイルユニット20は、金属製のフォイル21と、軟質層としての軟質シート22とを備える。本実施形態では、フォイルホルダ10の内周面10aに、複数のフォイル21と、フォイル21と同数の軟質シート22とが周方向に並べて配置される。軟質シート22は、各フォイル21の背後(外径側)に配される。図示例では、フォイルホルダ10の内周面10aの三カ所にフォイル21および軟質シート22が配置される。   The foil unit 20 includes a metal foil 21 and a soft sheet 22 as a soft layer. In the present embodiment, a plurality of foils 21 and the same number of soft sheets 22 as the foils 21 are arranged in the circumferential direction on the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10. The soft sheet 22 is arranged behind each foil 21 (outside diameter side). In the illustrated example, the foil 21 and the soft sheet 22 are arranged at three locations on the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10.

フォイル21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で形成される。フォイル21は、厚さ20μm〜200μm程度の金属製の帯状フォイルを、プレス加工等により所定形状に加工することで形成される。鋼材料や銅合金の代表例としては、炭素鋼や黄銅を挙げることができる。しかし、一般的な炭素鋼では、雰囲気に潤滑油が存在せず油による防錆効果が期待できないため、錆による腐食が発生し易くなる。また、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある(黄銅中のZnの含有量が多いほどこの傾向が強まる)。そのため、帯状フォイルとしては、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。   The foil 21 is formed of a metal having a high spring property and good workability, such as a steel material or a copper alloy. The foil 21 is formed by processing a metal belt-like foil having a thickness of about 20 μm to 200 μm into a predetermined shape by pressing or the like. Typical examples of steel materials and copper alloys include carbon steel and brass. However, in general carbon steel, since there is no lubricating oil in the atmosphere and the antirust effect by the oil cannot be expected, corrosion due to rust is likely to occur. Further, brass may cause cracks due to processing strain (this tendency becomes stronger as the Zn content in brass increases). Therefore, it is preferable to use a stainless steel or bronze foil as the belt-like foil.

図2に示すように、フォイル21は、軸受面Xを有するトップフォイル部Tfと、トップフォイル部Tfから下流側(図2では左側)に延びた凸部21aと、トップフォイル部Tfから上流側(図2では右側)に延びたバックフォイル部Bfとを有する。   As shown in FIG. 2, the foil 21 includes a top foil portion Tf having a bearing surface X, a convex portion 21a extending downstream from the top foil portion Tf (left side in FIG. 2), and an upstream side from the top foil portion Tf. And a backfoil portion Bf extending on the right side in FIG.

凸部21aは、トップフォイル部Tfの表面に沿い、かつ軸2の回転方向Rと直交する方向(本実施形態では軸方向、図2では上下方向。以下、回転直交方向Nと言う。)に離隔した複数箇所に設けられる。本実施形態では、回転直交方向Nに離隔した三カ所に凸部21aを形成した場合を例示している。トップフォイル部Tfの下流側端部のうち、各凸部21aの近傍には、フォイル縁部から上流側に延びる微小な切り込み21bが設けられている。   The convex portion 21a extends along the surface of the top foil portion Tf and in a direction orthogonal to the rotation direction R of the shaft 2 (in the present embodiment, the axial direction, the vertical direction in FIG. 2, hereinafter referred to as the rotation orthogonal direction N). Provided at a plurality of spaced apart locations. In this embodiment, the case where the convex part 21a is formed in three places separated in the rotation orthogonal direction N is illustrated. Of the downstream end portion of the top foil portion Tf, a minute notch 21b extending from the foil edge portion to the upstream side is provided in the vicinity of each convex portion 21a.

バックフォイル部Bfの上流側端部には、回転直交方向Nに離隔し、下流側に向けて凹んだ二つの切り欠き部21cが形成される。各切り欠き部21cの回転直交方向Nにおける幅寸法は、下流側に向けて徐々に縮小している。本実施形態では、切り欠き部21c全体を円弧状に形成した場合を例示しているが、各切り欠き部21cは、頂部を尖端状とした略V字状に形成することもできる。各切り欠き部21cの回転直交方向Nの両側には、それぞれ上流側に突出する突出部21dが形成されている。   At the upstream end of the backfoil portion Bf, two notches 21c that are spaced apart in the rotation orthogonal direction N and recessed toward the downstream are formed. The width dimension in the rotation orthogonal direction N of each notch 21c is gradually reduced toward the downstream side. In this embodiment, the case where the whole notch part 21c is formed in circular arc shape is illustrated, However, Each notch part 21c can also be formed in the substantially V shape which made the top part the pointed shape. Protruding portions 21d that protrude upstream are formed on both sides of the cutout portion 21c in the rotation orthogonal direction N.

トップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfの境界部で、かつ回転直交方向Nに離隔した複数箇所(凸部21aと同数)には、隣接するフォイル21の凸部21aが差し込まれる、スリット状の差込口21eが設けられる。このうち、両端の差込口21eは、回転直交方向Nに沿って直線状に延びて、フォイル21の両端部にそれぞれ開口している。中央の差込口21eは、回転直交方向Nに沿って延びる直線状の切り欠き部分と、該切り欠き部分から上流側に延び、その先端を円弧状とした幅広の切り欠き部分とからなる。   A slit-like difference in which the convex portions 21a of the adjacent foils 21 are inserted into a plurality of locations (the same number as the convex portions 21a) at the boundary between the top foil portion Tf and the back foil portion Bf and separated in the rotation orthogonal direction N. A slot 21e is provided. Among these, the insertion ports 21 e at both ends extend linearly along the rotation orthogonal direction N, and are opened at both ends of the foil 21, respectively. The central insertion port 21e includes a linear notch portion extending along the rotation orthogonal direction N and a wide notch portion extending upstream from the notch portion and having a circular arc at the tip.

軟質シート22は、フォイル21とは別体に設けられた可撓性を有する薄板であり、金属製のフォイル21よりも弾性率(特に、厚さ方向の圧縮力に対する弾性率)の低い材料で形成される。軟質シート22の材料としては、例えば、フッ素樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリアセタール(POM)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの樹脂材料、シリコンゴムなどのゴム材料、黒鉛や炭素繊維等の炭素を主成分とした材料などが挙げられる。炭素を主成分とした材料としては、例えば、黒鉛のみからなるもの、炭素繊維のみからなるもの、炭素繊維と黒鉛とを組み合わせたもの、炭素繊維及び/又は黒鉛とバインダー(例えば、有機又は無機材料)とからなる複合材料などが使用できる。これらの材料は、柔軟性及び可撓性を有しているため、トップフォイル部Tfが持つ弾性を阻害しない。   The soft sheet 22 is a flexible thin plate provided separately from the foil 21 and is a material having a lower elastic modulus (particularly, an elastic modulus with respect to compressive force in the thickness direction) than the metal foil 21. It is formed. Examples of the material of the flexible sheet 22 include resin materials such as fluororesin, polycarbonate (PC), polyacetal (POM), and polyether ether ketone (PEEK), rubber materials such as silicon rubber, and carbon such as graphite and carbon fiber. The material which made the main component etc. are mentioned. Examples of the material mainly composed of carbon include, for example, those composed only of graphite, those composed only of carbon fiber, those obtained by combining carbon fiber and graphite, carbon fiber and / or graphite and binder (for example, organic or inorganic material) A composite material composed of) can be used. Since these materials have softness and flexibility, they do not hinder the elasticity of the top foil portion Tf.

軟質シート22は、矩形状をなし、フォイルホルダ10の内周面10aに沿って略円筒状に湾曲している。軟質シート22の軸方向寸法は、フォイル21のトップフォイル部Tfの軸方向寸法(すなわち、軸受面Xの軸方向寸法)と略同一とされる。例えば、軟質シート22の軸方向寸法を、トップフォイル部Tfの軸方向寸法と同一とする他、トップフォイル部Tfの軸方向寸法よりも僅かに小さくしたり、僅かに大きくしたりしてもよい。軟質シート22の周方向寸法は、トップフォイル部Tfの周方向寸法(すなわち、軸受面Xの周方向寸法)よりも小さい。   The soft sheet 22 has a rectangular shape and is curved in a substantially cylindrical shape along the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10. The axial dimension of the soft sheet 22 is substantially the same as the axial dimension of the top foil portion Tf of the foil 21 (that is, the axial dimension of the bearing surface X). For example, the axial dimension of the soft sheet 22 may be the same as the axial dimension of the top foil part Tf, or may be slightly smaller or slightly larger than the axial dimension of the top foil part Tf. . The circumferential dimension of the soft sheet 22 is smaller than the circumferential dimension of the top foil portion Tf (that is, the circumferential dimension of the bearing surface X).

図3に示すように、一方のフォイル21の各凸部21aを、隣接するフォイル21の差込口21eにそれぞれ差し込むことにより、2枚のフォイル21を連結する事ができる。同図中では、組み合わせ後の二つのフォイル21のうち、一方のフォイル21にグレーの色を付している。   As shown in FIG. 3, the two foils 21 can be connected by inserting each convex portion 21 a of one foil 21 into the insertion port 21 e of the adjacent foil 21. In the figure, one of the two foils 21 after the combination is given a gray color.

そして、図4に示すように、3枚のフォイル21を図3と同様の結合手法により筒状に連結した後、図5に示すように、各フォイル21の背後(外径側)に、軟質シート22を配置する。その後、図6に示すように、3枚のフォイル21及び軟質シート22の仮組体を略円筒状に丸め、各フォイル21のトップフォイル部Tfと他のフォイル21のバックフォイル部Bfとの間に軟質シート22を挟み込む。この状態で、図7に示すように、上記仮組体をフォイルホルダ10の内周に軸方向一方側から挿入する(矢印参照)。具体的には、上記仮組体をフォイルホルダ10の内周に挿入しながら、各フォイル21の凸部21aを、フォイルホルダ10の一方の端面に開口した軸方向溝10bに軸方向一方側から差込む。以上により、3枚のフォイル21及び軟質シート22からなるフォイルユニット20が、フォイルホルダ10の内周面10aに周方向に並べた状態で取り付けられる。   Then, as shown in FIG. 4, after three foils 21 are connected in a cylindrical shape by the same coupling method as in FIG. 3, as shown in FIG. The sheet 22 is arranged. Thereafter, as shown in FIG. 6, the temporary assembly of the three foils 21 and the soft sheet 22 is rounded into a substantially cylindrical shape, and between the top foil portion Tf of each foil 21 and the back foil portion Bf of the other foil 21. The soft sheet 22 is sandwiched between the two. In this state, as shown in FIG. 7, the temporary assembly is inserted into the inner periphery of the foil holder 10 from one axial side (see arrow). Specifically, while inserting the temporary assembly into the inner periphery of the foil holder 10, the convex portion 21 a of each foil 21 is inserted into the axial groove 10 b opened on one end face of the foil holder 10 from one axial direction. Plug in. As described above, the foil unit 20 including the three foils 21 and the soft sheet 22 is attached to the inner peripheral surface 10a of the foil holder 10 in a state of being arranged in the circumferential direction.

図8に示すように、フォイルユニット20をフォイルホルダ10に取り付けた状態では、隣接する二つのフォイル21同士が交差した状態となる。この交差部分よりも上流側では、一方のフォイル21のトップフォイル部Tfが軸受面Xを構成し、その背後に他方のフォイル21のバックフォイル部Bfが配される。一方、交差部分よりも下流側では、他方のフォイル21のトップフォイル部Tfが軸受面Xを構成し、この他方のフォイル21の差込口21eを介して、一方のフォイル21の凸部21aが、他方のフォイル21の背後に回り込み、フォイルホルダ10の軸方向溝10bに挿入されている。バックフォイル部Bfの上流側の端部は自由端であり、当該端部の位置は、バックフォイル部Bfの弾性変形に応じて周方向に変動する。バックフォイル部Bfの下流側の端部は、前記交差部分で他のフォイル21(前記一方のフォイル21)と周方向で係合した状態にある。   As shown in FIG. 8, when the foil unit 20 is attached to the foil holder 10, the two adjacent foils 21 intersect with each other. On the upstream side of the intersecting portion, the top foil portion Tf of one foil 21 forms a bearing surface X, and the back foil portion Bf of the other foil 21 is disposed behind the top foil portion Tf. On the other hand, on the downstream side of the intersecting portion, the top foil portion Tf of the other foil 21 constitutes the bearing surface X, and the convex portion 21a of the one foil 21 is formed through the insertion port 21e of the other foil 21. , Wraps around behind the other foil 21 and is inserted into the axial groove 10 b of the foil holder 10. The upstream end portion of the back foil portion Bf is a free end, and the position of the end portion varies in the circumferential direction according to the elastic deformation of the back foil portion Bf. The downstream end portion of the back foil portion Bf is in a state of being engaged with the other foil 21 (the one foil 21) in the circumferential direction at the intersecting portion.

フォイル軸受1には、トップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfとが厚さ方向で重ねられた重合部W(図9参照)が周方向に離隔した複数箇所(本実施形態では三箇所)に設けられ、この重合部Wに軟質シート22が配される。軟質シート22は、軸受面Xと、軸受隙間Cの幅方向(本実施形態では半径方向)で重ねて配される。図示例では、軟質シート22が、重合部Wのトップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfとの間に配される。軟質シート22の下流側端部は、バックフォイル部Bfの上(内径側)に配される。軟質シート22の上流側端部は、バックフォイル部Bfよりも上流側に配され、フォイルホルダ10の内周面10aに接している。   The foil bearing 1 is provided at a plurality of locations (three locations in the present embodiment) where overlapping portions W (see FIG. 9) in which the top foil portion Tf and the back foil portion Bf are stacked in the thickness direction are separated in the circumferential direction. Then, the flexible sheet 22 is disposed in the overlapping portion W. The soft sheet 22 is disposed so as to overlap the bearing surface X and the width direction of the bearing gap C (radial direction in the present embodiment). In the illustrated example, the soft sheet 22 is disposed between the top foil portion Tf and the back foil portion Bf of the overlapping portion W. The downstream end of the soft sheet 22 is disposed on the back foil portion Bf (inner diameter side). The upstream end portion of the soft sheet 22 is disposed on the upstream side of the back foil portion Bf and is in contact with the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10.

フォイル軸受1では、隣接するフォイル21同士が、周方向で係合して互いに突っ張り合った状態となっている。これにより、各フォイル21のトップフォイル部Tfが外径側に張り出し、フォイルホルダ10の内周面10aに沿った形状に湾曲する。各フォイル21の下流側への移動は、各フォイル21の凸部21aが軸方向溝10bに突き当たるために規制されるが、各フォイル21の上流側への移動は規制されない。このため、各フォイル21は、フォイルホルダ10の内周面10aに対して周方向で微小摺動(往復動)可能とされる。   In the foil bearing 1, the adjacent foils 21 are engaged with each other in the circumferential direction so as to stick to each other. Thereby, the top foil part Tf of each foil 21 protrudes to the outer diameter side, and is curved into a shape along the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10. The movement of each foil 21 to the downstream side is restricted because the convex portion 21a of each foil 21 abuts against the axial groove 10b, but the movement of each foil 21 to the upstream side is not restricted. For this reason, each foil 21 can be minutely slid (reciprocated) in the circumferential direction with respect to the inner peripheral surface 10 a of the foil holder 10.

図9に誇張して示すように、フォイルホルダ10の軸方向溝10bに差し込まれたフォイル21の凸部21aが、フォイルホルダ10の内周面10aの接線方向に対して角度θだけ僅かに傾斜しているため、凸部21aの近傍では、トップフォイル部Tfが内径側に凸となるように湾曲しようとする。また、トップフォイル部Tfは、軟質シート22と共にバックフォイル部Bfに乗り上げることで、下流側に向けてフォイルホルダ10の内周面10aから離反する側(軸2の外周面2aに接近する側)に傾斜した状態となる。以上により、トップフォイル部Tfの軸受面Xと軸2の外周面2aの間に、下流側に行くにつれて狭まった楔空間が形成される。   As shown exaggeratedly in FIG. 9, the convex portion 21a of the foil 21 inserted into the axial groove 10b of the foil holder 10 is slightly inclined by an angle θ with respect to the tangential direction of the inner peripheral surface 10a of the foil holder 10. Therefore, in the vicinity of the convex portion 21a, the top foil portion Tf tends to be curved so as to be convex toward the inner diameter side. Further, the top foil portion Tf rides on the back foil portion Bf together with the soft sheet 22 so as to be separated from the inner peripheral surface 10a of the foil holder 10 toward the downstream side (side approaching the outer peripheral surface 2a of the shaft 2). It will be in a state inclined to. As described above, a wedge space that narrows toward the downstream side is formed between the bearing surface X of the top foil portion Tf and the outer peripheral surface 2a of the shaft 2.

軸2の回転中は、楔空間に生じた空気膜が高圧となるため、軸2が浮上力を受ける。そのため、図1に示すように、各フォイル21の軸受面Xと軸2の間に環状の軸受隙間C(ラジアル軸受隙間)が形成され、軸2がフォイル21に対して非接触の状態で回転自在に支持される。このとき、トップフォイル部Tfのうち、下流側端部付近に設けられた内径側に凸の湾曲部の弾性力や、バックフォイル部Bfに乗り上げた部分の弾性力、さらにはフォイルホルダ10の内周面10aに沿った湾曲形状から元の形状に戻ろうとするフォイル21の弾性復元力により、軸受面Xに半径方向のバネ性が付与される。本実施形態では、トップフォイル部Tfだけでなく、軟質シート22がバックフォイル部Bfに乗り上げて湾曲しているため、軸受隙間Cの空気膜の圧力により、トップフォイル部Tfと共に軟質シート22が弾性変形する。これらのトップフォイル部Tf及び軟質シート22の弾性力により、軸受面Xの半径方向のバネ性が付与される。この軸受面Xのバネ性により、軸受隙間Cの幅が運転条件等に応じた適正幅に自動調整されるため、軸2の回転が安定的に支持される。なお、図面では、理解の容易化のため軸受隙間Cの幅を誇張して描いている。   While the shaft 2 is rotating, the air film generated in the wedge space has a high pressure, so that the shaft 2 receives a levitation force. Therefore, as shown in FIG. 1, an annular bearing gap C (radial bearing gap) is formed between the bearing surface X of each foil 21 and the shaft 2, and the shaft 2 rotates without contacting the foil 21. It is supported freely. At this time, in the top foil portion Tf, the elastic force of the curved portion convex toward the inner diameter side provided near the downstream end portion, the elastic force of the portion riding on the back foil portion Bf, and the inside of the foil holder 10 The spring force in the radial direction is imparted to the bearing surface X by the elastic restoring force of the foil 21 that attempts to return from the curved shape along the peripheral surface 10a to the original shape. In the present embodiment, not only the top foil portion Tf but also the soft sheet 22 curves on the back foil portion Bf, so that the soft sheet 22 is elastic together with the top foil portion Tf by the pressure of the air film in the bearing gap C. Deform. Due to the elastic force of the top foil portion Tf and the soft sheet 22, a spring property in the radial direction of the bearing surface X is imparted. Due to the spring property of the bearing surface X, the width of the bearing gap C is automatically adjusted to an appropriate width according to operating conditions and the like, so that the rotation of the shaft 2 is stably supported. In the drawings, the width of the bearing gap C is exaggerated for easy understanding.

軸2の回転中、軸受隙間Cの空気膜の圧力によりトップフォイル部Tfがバックフォイル部Bfに押し付けられることで、トップフォイル部Tfのうち、バックフォイル部Bfに乗り上げた部分には、軸受隙間Cの幅方向(本実施形態では半径方向)の段差が形成される。図3に示すように、各フォイル21のバックフォイル部Bfの上流側端部に切り欠き部21cを設けた場合には、この段差は、切り欠き部21cの形状に対応したヘリングボーン形状となる。トップフォイル部Tfに沿って流れる流体は、上記のヘリングボーン形状の段差に沿って流れるため(図3の矢印を参照)、軸受隙間Cのうち、回転直交方向Nの二カ所に流体の高圧力部が形成される。これにより、軸2の浮上効果を高めつつモーメント荷重を支持することが可能となる。本実施形態では、図2に示すように、トップフォイル部Tfに微小な切り込み21bを形成してトップフォイル部Tfの剛性を局部的に低下させているため、トップフォイル部Tfが切り欠き部21cに沿って変形する際にも、その変形がスムーズに行われる。   During rotation of the shaft 2, the top foil portion Tf is pressed against the back foil portion Bf by the pressure of the air film in the bearing gap C, so that a portion of the top foil portion Tf that rides on the back foil portion Bf has a bearing gap. A step in the width direction of C (radial direction in the present embodiment) is formed. As shown in FIG. 3, when the notch portion 21c is provided at the upstream end portion of the back foil portion Bf of each foil 21, this step becomes a herringbone shape corresponding to the shape of the notch portion 21c. . Since the fluid flowing along the top foil portion Tf flows along the herringbone-shaped step (see the arrow in FIG. 3), the high pressure of the fluid at two locations in the rotation orthogonal direction N of the bearing gap C Part is formed. Thereby, it becomes possible to support the moment load while enhancing the floating effect of the shaft 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, since the notch 21b is formed in the top foil portion Tf to locally reduce the rigidity of the top foil portion Tf, the top foil portion Tf is notched portion 21c. The deformation is performed smoothly even when it is deformed along the line.

軸2の起動直後や停止直前などの低速回転中は、軸受隙間Cの空気膜の圧力が不十分であるため、フォイル21の軸受面Xと軸2の外周面2aとが接触摺動する。このため、フォイル21の軸受面X及び軸2の外周面2a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。   During low-speed rotation such as immediately after the shaft 2 is started or immediately before it is stopped, the pressure of the air film in the bearing gap C is insufficient, so that the bearing surface X of the foil 21 and the outer peripheral surface 2a of the shaft 2 slide in contact with each other. Therefore, a low friction coating such as a DLC film, a titanium aluminum nitride film, a tungsten disulfide film, or a molybdenum disulfide film is applied to either or both of the bearing surface X of the foil 21 and the outer peripheral surface 2a of the shaft 2. It may be formed.

また、上記のフォイル軸受1は、フォイルユニット20が軟質シート22を含む。本実施形態では、軸受面Xのうち、軸受隙間Cの幅方向の剛性が高い領域、具体的には、トップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfとの重合部Wに、軟質シート22を配している。図10に示すように、フォイル21の軸受面Xと軸2の外周面2aとが接触した際、軟質シート22が変形することにより、軸受面Xが軸2の外周面2aに倣った形状に変形する。これにより、軸受面Xと軸2の外周面2aとの接触面積が増えるため、両者の接触面圧が低減され、フォイル21の損傷や、上記の低摩擦化被膜の早期の剥離等を防止できる。   In the foil bearing 1, the foil unit 20 includes the soft sheet 22. In the present embodiment, the soft sheet 22 is disposed in a region of the bearing surface X where the rigidity in the width direction of the bearing gap C is high, specifically, the overlapping portion W of the top foil portion Tf and the back foil portion Bf. ing. As shown in FIG. 10, when the bearing surface X of the foil 21 and the outer peripheral surface 2 a of the shaft 2 come into contact with each other, the soft sheet 22 is deformed so that the bearing surface X follows the outer peripheral surface 2 a of the shaft 2. Deform. As a result, the contact area between the bearing surface X and the outer peripheral surface 2a of the shaft 2 is increased, so that the contact surface pressure between the two is reduced, and damage to the foil 21 and early peeling of the low friction coating can be prevented. .

また、軸2に振動やコニカル運動が生じた場合、軸受面Xの軸方向端部に軸2が接触する。本実施形態では、軟質シート22が、軸受面Xの少なくとも軸方向端部を含む領域(図示例では軸方向全域)に設けられているため、軸受面Xの軸方向端部に軸2が接触した場合でも、上記のように軟質シート22が変形することで、フォイル21の損傷を防止できる。   Further, when vibration or conical motion occurs on the shaft 2, the shaft 2 comes into contact with the axial end of the bearing surface X. In this embodiment, since the soft sheet 22 is provided in a region including at least the axial end of the bearing surface X (in the illustrated example, the entire axial direction), the shaft 2 contacts the axial end of the bearing surface X. Even if it does, damage to the foil 21 can be prevented because the flexible sheet | seat 22 deform | transforms as mentioned above.

また、軟質シート22を、黒鉛を主成分とする材料で形成した場合、黒鉛は、フォイル21として一般的に使用されるステンレス鋼と比べて熱伝導率が高いため、軸2と軸受面Xとの接触部で発生した熱が、トップフォイル部Tfに密着した軟質シート22を介して拡散されやすくなるため、焼き付きを防止できる。   Further, when the soft sheet 22 is formed of a material containing graphite as a main component, graphite has a higher thermal conductivity than stainless steel generally used as the foil 21, so that the shaft 2 and the bearing surface X Since the heat generated at the contact portion is easily diffused through the soft sheet 22 in close contact with the top foil portion Tf, seizure can be prevented.

また、軸2の回転中は、フォイル21とフォイルホルダ10の内周面10aや軸方向溝10bと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。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。   Further, during the rotation of the shaft 2, a minute slide occurs between the foil 21 and the inner peripheral surface 10a of the foil holder 10 or the axial groove 10b. The vibration of the shaft 2 can be attenuated by the frictional energy generated by the minute sliding. In order to adjust the frictional force due to such micro-sliding, a low friction coating as described above may be formed on one or both of the surfaces that slide with each other.

尚、軟質シート22を、黒鉛を主成分とする材料で形成した場合、黒鉛は自己潤滑性能に優れるため、フォイル21同士、あるいはフォイル21とフォイルホルダ10との間の摩擦力が小さくなり、軸の振動減衰効果の低下が懸念される。この場合、軟質シート22あるいはこれと摺動する面の一方又は双方に、塑性加工(例えばプレス加工)等により微小な凹凸を形成したり、機械加工等により表面粗さを増大させたりすることで、摺動部の摩擦力を調整してもよい。   When the soft sheet 22 is formed of a material containing graphite as a main component, graphite is excellent in self-lubricating performance, so that the frictional force between the foils 21 or between the foil 21 and the foil holder 10 is reduced. There is a concern about the reduction of the vibration damping effect. In this case, by forming minute irregularities on one or both of the soft sheet 22 and the sliding surface with plastic working (for example, press working) or by increasing the surface roughness by machining or the like. The frictional force of the sliding part may be adjusted.

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点については説明を省略する。   Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, description is abbreviate | omitted about the point similar to said embodiment.

例えば、上記の実施形態では、フォイルユニット20が、フォイル21と軟質シート22とを交互に積層した3層構造を有しているが{図11(b)参照}、フォイルユニット20の積層構造はこれに限らず、2層、あるいは4層以上としてもよい。例えば、図11(a)に示すフォイルユニット20は、フォイル21と軟質シート22とを交互に積層した2層構造を成し、図11(c)に示すフォイルユニット20は、フォイル21と軟質シート22とを交互に積層した4層構造を成している。図11に示す何れのフォイルユニット20も、最も軸側の層がフォイル21であり、このフォイル21に軸受面Xが形成される。   For example, in the above embodiment, the foil unit 20 has a three-layer structure in which the foils 21 and the soft sheets 22 are alternately stacked {see FIG. 11B}. Not limited to this, two layers or four or more layers may be used. For example, the foil unit 20 shown in FIG. 11 (a) has a two-layer structure in which foils 21 and soft sheets 22 are alternately stacked, and the foil unit 20 shown in FIG. 11 (c) includes the foil 21 and the soft sheets. A four-layer structure in which 22 and 22 are alternately stacked is formed. In any of the foil units 20 shown in FIG. 11, the most axial layer is the foil 21, and the bearing surface X is formed on the foil 21.

また、上記の実施形態では、フォイル21に軸受面Xを形成した場合を示したが、これに限らず、軟質シート22に軸受面Xを形成してもよい。特に、軟質シート22を黒鉛を主成分とする材料で形成すれば、黒鉛シートは自己潤滑性に優れるため、別途の低摩擦化被膜処理を施すことなく、軸2と軸受面Xとの摺動抵抗が低減され、軸の低速回転時のトルクが低減される。例えば、図12(a)〜(c)に示すフォイルユニット20は、フォイル21と軟質シート22とを交互に2層〜4層積層し、最も軸側の層を軟質シート22し、この軟質シート22に軸受面Xが形成されている。   Moreover, although the case where the bearing surface X was formed in the foil 21 was shown in said embodiment, you may form not only this but the bearing surface X in the soft sheet | seat 22. FIG. In particular, if the soft sheet 22 is formed of a material containing graphite as a main component, the graphite sheet is excellent in self-lubricating property, so that the sliding between the shaft 2 and the bearing surface X is performed without performing a separate low friction coating treatment. Resistance is reduced, and torque during low-speed rotation of the shaft is reduced. For example, in the foil unit 20 shown in FIGS. 12A to 12C, two to four layers of foils 21 and soft sheets 22 are alternately laminated, and the softest sheet 22 is formed on the most axial side layer. A bearing surface X is formed on 22.

また、上記の実施形態では、軟質層(軟質シート22)とフォイル21とを別体に設けているが、図13に示すように、軟質層とフォイル21とを、フォイル21の厚さ方向で重ねた状態で一体化して複合フォイル23を形成してもよい。例えば、図1に示すフォイル軸受1において、フォイル21の裏面(軸受面Xと反対側の面)に軟質シート22を接着等により貼り付けて、複合フォイル23を構成してもよい。   In the above embodiment, the soft layer (soft sheet 22) and the foil 21 are provided separately. However, as shown in FIG. 13, the soft layer and the foil 21 are arranged in the thickness direction of the foil 21. The composite foil 23 may be formed by being integrated in the stacked state. For example, in the foil bearing 1 shown in FIG. 1, the composite foil 23 may be configured by attaching a soft sheet 22 to the back surface of the foil 21 (the surface opposite to the bearing surface X) by bonding or the like.

このとき、フォイル21と軟質シート22とでは材料が異なるため、線膨張係数が異なる。この線膨張係数の違いに起因して、フォイル21と軟質シート22とを貼り合わせた複合フォイル23は、高温時に湾曲する。具体的に、例えば金属製のフォイル21は、黒鉛を主成分とする軟質シート22よりも線膨張係数が大きいため、高温時には、図14に示すように、フォイル21側が凸となるように湾曲する。この性質を利用して、例えば複合フォイル23のフォイル21に軸受面Xを形成すれば、高温時に軸受面Xが凸状となるため、楔空間が形成されやすくなり、軸受剛性が高められる。一方、複合フォイル23の軟質シート22に軸受面Xを形成すれば、高温時に軸受面Xが凹状となるため、楔空間が形成されにくくなり、軸受剛性が低下する。このように、複合フォイル23を用いることで、高温時の軸受剛性を制御することが可能となる。   At this time, since the materials of the foil 21 and the flexible sheet 22 are different, the linear expansion coefficients are different. Due to the difference in the linear expansion coefficient, the composite foil 23 in which the foil 21 and the soft sheet 22 are bonded is curved at a high temperature. Specifically, for example, the metal foil 21 has a larger coefficient of linear expansion than the soft sheet 22 mainly composed of graphite. Therefore, at high temperatures, the foil 21 is curved so that the foil 21 is convex as shown in FIG. . Utilizing this property, for example, if the bearing surface X is formed on the foil 21 of the composite foil 23, the bearing surface X becomes convex at a high temperature, so that a wedge space is easily formed and the bearing rigidity is increased. On the other hand, if the bearing surface X is formed on the soft sheet 22 of the composite foil 23, the bearing surface X becomes concave at a high temperature, so that it becomes difficult to form a wedge space and the bearing rigidity is lowered. Thus, by using the composite foil 23, it becomes possible to control the bearing rigidity at high temperatures.

また、複合フォイル23を形成する場合、軟質層の形状や位置を工夫することで、軸受面Xの変形を制御することができる。例えば、図15に示す実施形態では、フォイル21のトップフォイル部Tfの裏面(軸受面Xと反対側の面)に、切り欠き部22aを有する軟質シート22を貼り付けている。この切り欠き部22aは、図2のバックフォイル部Bfに設けられた切り欠き部21cと同形状を成している。一方、フォイル21のバックフォイル部Bfは、切り欠き部を有さない矩形状を成す。   Moreover, when forming the composite foil 23, the deformation | transformation of the bearing surface X is controllable by devising the shape and position of a soft layer. For example, in the embodiment shown in FIG. 15, a soft sheet 22 having a notch 22 a is attached to the back surface (surface opposite to the bearing surface X) of the top foil portion Tf of the foil 21. The notch 22a has the same shape as the notch 21c provided in the back foil Bf in FIG. On the other hand, the back foil portion Bf of the foil 21 has a rectangular shape having no notch.

この複合フォイル23をフォイルホルダ10に取り付けると、図16に示すように、各複合フォイル23の軟質シート22が、他の複合フォイル23の矩形状のバックフォイル部Bfの上に重ねて配される。軸の回転に伴って軸受隙間Cの空気膜の圧力が高められると、トップフォイル部Tfが、切り欠き部22aを有する軟質シート22を介してバックフォイル部Bfに押し付けられる。これにより、トップフォイル部Tfのうち、軸方向に離隔した二箇所にヘリングボーン形状の段差が形成されるため、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。   When this composite foil 23 is attached to the foil holder 10, as shown in FIG. 16, the soft sheet 22 of each composite foil 23 is placed on the rectangular back foil portion Bf of the other composite foil 23. . When the pressure of the air film in the bearing gap C is increased with the rotation of the shaft, the top foil portion Tf is pressed against the back foil portion Bf via the soft sheet 22 having the notch portion 22a. Thereby, since the herringbone-shaped level | step difference is formed in two places spaced apart to the axial direction among the top foil parts Tf, the effect similar to said embodiment can be acquired.

図17に示す複合フォイル23は、フォイル21のバックフォイル部Bfの表側の面(軸受面X側の面)に、切り欠き部22aを有する軟質シート22を貼り付けている。軸の回転に伴って軸受隙間Cの空気膜の圧力が高められると、図18に示すように、トップフォイル部Tfが軟質シート22に押し付けられる。これにより、トップフォイル部Tfのうち、軸方向に離隔した二箇所にヘリングボーン形状の段差が形成され、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the composite foil 23 shown in FIG. 17, a soft sheet 22 having a notch 22 a is attached to the front side surface (the surface on the bearing surface X side) of the back foil portion Bf of the foil 21. When the pressure of the air film in the bearing gap C is increased with the rotation of the shaft, the top foil portion Tf is pressed against the soft sheet 22 as shown in FIG. Thereby, the herringbone-shaped level | step difference is formed in two places spaced apart to the axial direction among the top foil parts Tf, and the effect similar to said embodiment can be acquired.

図19に示す実施形態では、フォイル21の軸方向端部(図示例では軸方向両端)のみに軟質層Sを設けている。これにより、必要最小限の軟質層Sで、軸に振動やコニカル運動が生じた際のフォイル21の軸方向端部の損傷を防止することができる。特に、フォイル21のトップフォイル部Tfのうち、フォイルホルダ10の軸方向溝10bに差し込まれる凸部21aの上流側に隣接する領域Pは、内径向きに凸となるように湾曲して軸側に迫り出すため、軸と接触しやすい(図9参照)。従って、フォイル21の軸方向端部のうち、凸部21aの上流側に隣接し、内径側に凸の湾曲部の頂点を含む領域P、あるいは、この領域Pと厚さ方向で重ねられる領域Qに、軟質層Sを設けることが好ましい。図示例では、フォイル21の上記領域P及びQの双方に軟質層Sが設けられ、特に、フォイル21の軸方向両端の周方向全長に軟質層Sが設けられる。この他、トップフォイル部Tf又はバックフォイル部Bfの一方のみに軟質層Sを設けてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 19, the soft layer S is provided only at the axial end portion (in the illustrated example, both axial ends) of the foil 21. Thereby, it is possible to prevent damage to the axial end portion of the foil 21 when vibration or conical motion occurs on the shaft with the minimum necessary soft layer S. In particular, in the top foil portion Tf of the foil 21, the region P adjacent to the upstream side of the convex portion 21 a inserted into the axial groove 10 b of the foil holder 10 is curved so as to be convex toward the inner diameter side and is axially Because it comes out, it is easy to come into contact with the shaft (see FIG. 9). Accordingly, among the axial end portions of the foil 21, the region P adjacent to the upstream side of the convex portion 21 a and including the apex of the convex curved portion on the inner diameter side, or the region Q overlapped with this region P in the thickness direction It is preferable to provide the soft layer S. In the illustrated example, the soft layer S is provided in both the regions P and Q of the foil 21, and in particular, the soft layer S is provided over the entire circumferential length at both axial ends of the foil 21. In addition, the soft layer S may be provided only on one of the top foil portion Tf or the back foil portion Bf.

上記のように、フォイル21の一部領域に軟質層Sを設ける場合、図20に示すように、フォイル21の一部に薄肉部21fを設け、この薄肉部21fに軟質層Sを設けることで、複合フォイル23全体の肉厚を均一にすることが好ましい。これにより、軟質層Sを設けた場合でも、フォイル21のみからなるフォイルユニット20と全体の厚さが変わらないため、厚さの管理が容易となる。   As described above, when the soft layer S is provided in a partial region of the foil 21, as shown in FIG. 20, the thin portion 21f is provided in a part of the foil 21, and the soft layer S is provided in the thin portion 21f. It is preferable to make the thickness of the entire composite foil 23 uniform. Thereby, even when the soft layer S is provided, the thickness of the foil unit 20 made of only the foil 21 is not changed, and the thickness can be easily managed.

上記のようにフォイル21の軸方向端部に軟質層Sを設けた場合、フォイルユニット20の重合部は例えば図21(a)〜(d)に示すような構成とすることができる。図21(a)では、バックフォイル部Bfの表側の面(軸受面X側の面)の軸方向端部のみに軟質層Sを設けている。図21(b)では、トップフォイル部Tfの裏面(軸受面Xと反対側の面)の軸方向端部のみに軟質層Sを設けている。   When the soft layer S is provided at the axial direction end portion of the foil 21 as described above, the overlapping portion of the foil unit 20 can be configured as shown in, for example, FIGS. In FIG. 21A, the soft layer S is provided only at the axial end of the front side surface (the bearing surface X side surface) of the back foil portion Bf. In FIG. 21B, the soft layer S is provided only at the axial end of the back surface (surface opposite to the bearing surface X) of the top foil portion Tf.

図21(c)では、バックフォイル部Bfの表側の面の軸方向端部、及び、トップフォイル部Tfの裏面の軸方向端部に軟質層Sを設けている。この場合、図21(a)、(b)と比べて軟質層Sの厚さが2倍となるため、軟質層Sの変形量が増えて接触面圧の低減効果が高められる。   In FIG.21 (c), the soft layer S is provided in the axial direction edge part of the surface of the front side of the back foil part Bf, and the axial direction edge part of the back surface of the top foil part Tf. In this case, since the thickness of the soft layer S is doubled as compared with FIGS. 21A and 21B, the deformation amount of the soft layer S is increased and the effect of reducing the contact surface pressure is enhanced.

図21(d)では、トップフォイル部Tfの表側の面(軸受面X)の軸方向端部のみに軟質層Sを設けている。この場合、軟質層Sを摺動性の高い材料(例えば黒鉛を主成分とする材料)で形成することで、軸2が接触した際の摺動抵抗を低減することができる。   In FIG.21 (d), the soft layer S is provided only in the axial direction edge part of the surface (bearing surface X) of the front side of the top foil part Tf. In this case, the sliding resistance when the shaft 2 contacts can be reduced by forming the soft layer S with a material having high slidability (for example, a material mainly composed of graphite).

上記の実施形態では、フォイル軸受1として、いわゆる多円弧型のラジアルフォイル軸受を例示したが、本発明を適用可能なフォイル軸受の形態はこれに限られない。例えば、図22に示すいわゆるリーフ型のフォイル軸受1にも本発明を適用することができる。このフォイル軸受1は、フォイルユニット20が、下流側の端部を自由端とし、上流側の端部を固定端とした複数のフォイル21(リーフ)を含む。各フォイル21のうち、下流側の領域がトップフォイル部Tfとして機能し、上流側の領域がバックフォイル部Bfとして機能する。このリーフ型のフォイル軸受1において、フォイルユニット20が軟質層を有することにより、上記と同様の効果を得ることができる。図示例では、フォイル21のトップフォイル部Tfの背後(外径側)に軟質シート22を貼り付けて、複合フォイル23を構成している。尚、フォイル21と軟質シート22とを別体に設けてもよい。   In the above embodiment, a so-called multi-arc radial foil bearing has been exemplified as the foil bearing 1, but the form of the foil bearing to which the present invention is applicable is not limited thereto. For example, the present invention can be applied to a so-called leaf type foil bearing 1 shown in FIG. In the foil bearing 1, the foil unit 20 includes a plurality of foils 21 (leafs) having a downstream end as a free end and an upstream end as a fixed end. Of each foil 21, the downstream region functions as the top foil portion Tf, and the upstream region functions as the back foil portion Bf. In the leaf type foil bearing 1, the foil unit 20 has a soft layer, so that the same effect as described above can be obtained. In the illustrated example, a composite sheet 23 is configured by attaching a soft sheet 22 to the back (outer diameter side) of the top foil portion Tf of the foil 21. The foil 21 and the soft sheet 22 may be provided separately.

また、図23に示すいわゆるバンプ型のフォイル軸受1にも本発明を適用することもできる。このフォイル軸受1では、フォイルユニット20が、波形のフォイル21(バックフォイル部Bf)と、円筒状のフォイル21(トップフォイル部Tf)とを別体に有し、トップフォイル部Tfとフォイルホルダ10との間にバックフォイル部Bfが配される。このバンプ型のフォイル軸受1において、フォイルユニット20が軟質層を有することにより、上記と同様の効果を得ることができる。図示例では、トップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfとの間に、トップフォイル部Tfと略同形状の軟質シート22が配される。トップフォイル部Tfと軟質シート22とは、別体に設けてもよいし、互いに張り合わせて複合フォイル23(図13参照)を構成してもよい。また、上記の軟質シート22に代えて、あるいはこれに加えて、バックフォイル部Bfに、これと略同形状の軟質シート22を重ねて配してもよい。   The present invention can also be applied to the so-called bump type foil bearing 1 shown in FIG. In the foil bearing 1, the foil unit 20 has a corrugated foil 21 (back foil portion Bf) and a cylindrical foil 21 (top foil portion Tf) as separate bodies, and the top foil portion Tf and the foil holder 10. The back foil portion Bf is disposed between the two. In the bump type foil bearing 1, the foil unit 20 has a soft layer, so that the same effect as described above can be obtained. In the illustrated example, a soft sheet 22 having substantially the same shape as the top foil portion Tf is disposed between the top foil portion Tf and the back foil portion Bf. The top foil portion Tf and the soft sheet 22 may be provided separately, or may be bonded to each other to constitute the composite foil 23 (see FIG. 13). Further, instead of or in addition to the soft sheet 22 described above, the soft sheet 22 having substantially the same shape as that of the soft foil 22 may be placed on the back foil portion Bf.

さらに、スラストフォイル軸受に本発明を適用することもできる。図24はスラストフォイル軸受3の一例として、リーフ型のスラストフォイル軸受を示している。図25に示すように、フォイルユニット20を構成する各フォイル21のうち、下流側の領域がトップフォイル部Tfとして機能し、上流側の領域がバックフォイル部Bfとして機能する。軸がR方向に回転すると、軸に設けられたスラストカラー2bとトップフォイル部Tfの軸受面Xとの間に軸受隙間C(スラスト軸受隙間)が形成され、この軸受隙間Cの空気膜の圧力で軸がスラスト方向に非接触支持される。このスラストフォイル軸受3において、フォイルユニット20が軟質層を有することにより、上記と同様の効果を得ることができる。図示例では、トップフォイル部Tfとバックフォイル部Bfとの間に軟質シート22が配される。トップフォイル部Tfと軟質シート22とは、別体に設けてもよいし、互いに張り合わせて複合フォイル23(図13参照)を構成してもよい。   Furthermore, the present invention can be applied to a thrust foil bearing. FIG. 24 shows a leaf type thrust foil bearing as an example of the thrust foil bearing 3. As shown in FIG. 25, among the foils 21 constituting the foil unit 20, the downstream region functions as the top foil portion Tf, and the upstream region functions as the back foil portion Bf. When the shaft rotates in the R direction, a bearing gap C (thrust bearing gap) is formed between the thrust collar 2b provided on the shaft and the bearing surface X of the top foil portion Tf, and the pressure of the air film in the bearing gap C Thus, the shaft is supported in a non-contact manner in the thrust direction. In the thrust foil bearing 3, the foil unit 20 has a soft layer, so that the same effect as described above can be obtained. In the illustrated example, the soft sheet 22 is disposed between the top foil portion Tf and the back foil portion Bf. The top foil portion Tf and the soft sheet 22 may be provided separately, or may be bonded to each other to constitute the composite foil 23 (see FIG. 13).

以上の説明では、軸2を回転側部材とし、フォイルホルダ10を固定側部材とした場合を例示したが、これとは逆に軸2を固定側部材とし、フォイルホルダ10を回転側部材とする場合にも本発明を適用することができる。但し、この場合はフォイルユニット20が回転側部材となるので、遠心力によるフォイルユニット20全体の変形を考慮してフォイルユニット20の設計を行う必要がある。   In the above description, the case where the shaft 2 is the rotation side member and the foil holder 10 is the fixed side member is illustrated, but conversely, the shaft 2 is the fixed side member and the foil holder 10 is the rotation side member. The present invention can also be applied to cases. However, in this case, since the foil unit 20 serves as a rotation side member, it is necessary to design the foil unit 20 in consideration of deformation of the entire foil unit 20 due to centrifugal force.

また、本発明にかかるフォイル軸受は、例えば、ガスタービンや過給機をはじめとするターボ機械のロータを支持するフォイル軸受として使用することができる。この他、本発明にかかるフォイル軸受は、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、本実施形態の各フォイル軸受は、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可能である。   Moreover, the foil bearing concerning this invention can be used as a foil bearing which supports the rotor of turbomachines including a gas turbine and a supercharger, for example. In addition, the foil bearing according to the present invention can be widely used as a bearing for vehicles such as automobiles, and further as a bearing for industrial equipment. Further, each foil bearing of the present embodiment is an air dynamic pressure bearing using air as a pressure generating fluid, but is not limited thereto, and other gases can be used as the pressure generating fluid, or water or oil It is also possible to use a liquid such as

1、3 フォイル軸受
2 軸
10 フォイルホルダ
20 フォイルユニット
21 フォイル
22 軟質シート(軟質層)
23 複合フォイル
Tf トップフォイル部
Bf バックフォイル部
X 軸受面
W 重合部
C 軸受隙間
1, 3 Foil bearing 2 Shaft 10 Foil holder 20 Foil unit 21 Foil 22 Soft sheet (soft layer)
23 Composite foil Tf Top foil part Bf Back foil part X Bearing surface W Superposition part C Bearing clearance

Claims (8)

支持すべき軸と対向する軸受面を有するフォイルユニットを備え、前記軸受面と前記軸との間の軸受隙間に生じる流体圧力により前記軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受において、
前記フォイルユニットが、金属製のフォイルと、前記フォイルよりも弾性率の低い材料からなる軟質層とを有するフォイル軸受。
In a foil bearing comprising a foil unit having a bearing surface facing a shaft to be supported, and supporting the shaft so as to be relatively rotatable by a fluid pressure generated in a bearing gap between the bearing surface and the shaft,
A foil bearing in which the foil unit includes a metal foil and a soft layer made of a material having a lower elastic modulus than the foil.
前記軟質層が、前記フォイルユニットのうち、軸の回転方向と直交する方向の端部を含む領域に設けられた請求項1に記載のフォイル軸受。   2. The foil bearing according to claim 1, wherein the soft layer is provided in a region including an end portion of the foil unit in a direction orthogonal to a rotation direction of the shaft. 前記フォイルユニットが、前記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の背後に配されたバックフォイル部とを備え、
前記トップフォイル部と前記バックフォイル部とが厚さ方向で重ねられた重合部が、周方向で離隔した複数箇所に設けられ、
前記重合部に前記軟質層を設けた請求項1又は2に記載のフォイル軸受。
The foil unit includes a top foil portion having the bearing surface, and a back foil portion disposed behind the top foil portion,
The overlapping portions where the top foil portion and the back foil portion are overlapped in the thickness direction are provided at a plurality of locations separated in the circumferential direction,
The foil bearing of Claim 1 or 2 which provided the said soft layer in the said superposition | polymerization part.
前記軟質層が、前記フォイルよりも弾性率の低い材料からなる軟質シートで構成された請求項1〜3の何れか1項に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the soft layer is formed of a soft sheet made of a material having a lower elastic modulus than the foil. 前記フォイルユニットが、前記軟質層と前記フォイルとを一体に有する複合フォイルを備えた請求項1〜3の何れか1項に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the foil unit includes a composite foil that integrally includes the soft layer and the foil. 前記フォイルに薄肉部を設け、この薄肉部に前記軟質層を設けることで、前記複合フォイルの肉厚を均一にした請求項5に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to claim 5, wherein a thickness of the composite foil is made uniform by providing a thin portion on the foil and providing the soft layer on the thin portion. 前記軟質層が、樹脂、ゴム、または黒鉛を主成分とする請求項1〜6の何れか1項に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to any one of claims 1 to 6, wherein the soft layer contains resin, rubber, or graphite as a main component. フォイル軸受に用いられる複合フォイルであって、
金属製のフォイルと、前記フォイルよりも弾性率の低い材料からなる軟質層とを一体に有する複合フォイル。
A composite foil used for foil bearings,
A composite foil integrally having a metal foil and a soft layer made of a material having a lower elastic modulus than the foil.
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