JP2018165523A - Foil bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォイル軸受に関する。 The present invention relates to a foil bearing.
ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の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、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜(フォイル)で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜(例えば空気膜)が形成され、軸が非接触支持される。この場合、フォイルの可撓性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た適切な軸受隙間が自動的に形成されるため、安定性に優れ、一般的な空気動圧軸受と比べて高速での使用が可能となる。 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. In the foil bearing, a bearing surface is constituted by a thin film (foil) having low rigidity with respect to bending, and the load is supported by allowing the bearing surface to bend. When the shaft rotates, a fluid film (for example, an air film) is formed between the outer peripheral surface of the shaft and the bearing surface of the foil, and the shaft is supported in a non-contact manner. In this case, the flexibility of the foil automatically forms an appropriate bearing gap according to the operating conditions such as the rotational speed, load and ambient temperature of the shaft. It can be used at high speed.
上記のフォイル軸受としては、バックフォイルに設けた切り起こしでトップフォイルを弾性的に支持するもの(特許文献1)、素線を網状に編成した弾性体で軸受フォイルを弾性的に支持するもの(特許文献2)、および、バックフォイルに、外輪内面に接触し周方向に移動しない支持部とトップフォイルからの面圧により弾性的に撓む弾性部とを設けたもの(特許文献3)等が公知である。また、特許文献4及び5には、複数のフォイルを周方向に並べて配置し、各フォイルの周方向両端を外方部材に取り付けた、いわゆる多円弧型のフォイル軸受が示されている。 As the above-mentioned foil bearing, the top foil is elastically supported by cutting and raising provided in the back foil (Patent Document 1), and the bearing foil is elastically supported by an elastic body knitted in a net shape ( Patent Document 2), and a back foil provided with a support portion that contacts the inner surface of the outer ring and does not move in the circumferential direction, and an elastic portion that is elastically bent by the surface pressure from the top foil (Patent Document 3), etc. It is known. Patent Documents 4 and 5 show so-called multi-arc type foil bearings in which a plurality of foils are arranged side by side in the circumferential direction, and both circumferential ends of each foil are attached to an outer member.
このようなフォイル軸受においては、例えば軸の起動停止時等に、軸とトップフォイルとが接触および摺動する。そして、トップフォイルと軸との接触や摺動を繰り返すことにより、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付き、破損に至ることがある。 In such a foil bearing, for example, when the shaft is started and stopped, the shaft and the top foil contact and slide. Repeated contact and sliding between the top foil and the shaft may cause adhesion on the sliding surface, resulting in an increase in frictional torque and eventually seizure and breakage of the bearing surface.
上記の摺動面の凝着を防止するために、トップフォイルの軸との摺動面に耐摩耗性の被膜を設けることが一般的になされている。例えば、特許文献6では、トップフォイルの表面に、フッ素樹脂焼成膜や、黒鉛、二硫化モリブデンからなる膜等を形成し、トップフォイルの耐摩耗性を向上させている。 In order to prevent adhesion of the sliding surface, it is common to provide a wear-resistant coating on the sliding surface with the top foil shaft. For example, in Patent Document 6, a fluororesin fired film, a film made of graphite, molybdenum disulfide, or the like is formed on the surface of the top foil to improve the wear resistance of the top foil.
前述のように、フォイル軸受は、軸の回転運動時に可撓性を有する薄板状のフォイルが弾性変形することで、軸との間に適当な軸受隙間を形成することができる。この際、特許文献6のような構成のフォイル軸受では、フォイルの変形に対して、被膜の形状が十分に追従することができず、被膜がフォイルから剥離して摺動面の耐摩耗性が損なわれてしまう虞がある。 As described above, the foil bearing can form an appropriate bearing gap with the shaft by elastically deforming the thin plate-like foil having flexibility during the rotational movement of the shaft. At this time, in the foil bearing configured as in Patent Document 6, the shape of the coating cannot sufficiently follow the deformation of the foil, and the coating peels off from the foil and the wear resistance of the sliding surface is reduced. There is a risk of damage.
このような事情から、本発明では、被膜の剥離等によりフォイルの摺動面の耐摩耗性を損なうことなく、フォイルの凝着を防止できるフォイル軸受を提供することを目的としている。 Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a foil bearing capable of preventing the foil from adhering without impairing the wear resistance of the sliding surface of the foil due to peeling of the coating or the like.
上記の課題を解決するため、本発明は、被膜が形成されたフォイルと、フォイルを支持するフォイルホルダとを備え、前記被膜と軸との間の軸受隙間に形成された流体膜で前記軸を支持するフォイル軸受において、前記被膜が、化成処理で形成された凹凸面上に形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a foil having a film formed thereon and a foil holder that supports the foil, and the shaft is formed by a fluid film formed in a bearing gap between the film and the shaft. In the foil bearing to be supported, the coating film is formed on an uneven surface formed by a chemical conversion treatment.
本発明のフォイル軸受では、フォイルに形成した凹凸面に被膜を設けることで、被膜との接触面の表面積の増加、および、アンカー効果により、凹凸面と被膜の密着力を向上させることができる。従って、被膜の剥離を抑制することができ、フォイルの摺動面に、安定して耐摩耗性の向上効果をもたらすことができる。 In the foil bearing of the present invention, by providing a film on the uneven surface formed on the foil, the adhesion between the uneven surface and the film can be improved by increasing the surface area of the contact surface with the film and the anchor effect. Therefore, peeling of the coating can be suppressed, and the effect of improving the wear resistance can be stably brought about on the sliding surface of the foil.
また、仮に被膜が摩耗した場合や、フォイルから剥離した場合であっても、凹凸面の間に残存した被膜成分が、摺動面に一定の耐摩耗性効果をもたらすため、長期に渡って、フォイルの凝着やフォイル自身の摩耗を防止することができる。 In addition, even if the film is worn or peeled from the foil, the film component remaining between the uneven surfaces brings a certain wear resistance effect on the sliding surface, It is possible to prevent foil adhesion and wear of the foil itself.
さらに、化成処理により凹凸面を形成することで、より微細で入り組んだ形状の凹凸を形成することができ、保護被膜の密着力をより向上させることができる。また、ショットブラストやエメリー紙を用いた研磨等のように、物理的に凹凸面を形成する場合と比較して、より均一な大きさの凹凸面を形成することができるだけでなく、加工時にフォイルに外力を加える必要がなく、外力によってフォイルの変形を生じることもない。 Furthermore, by forming the concavo-convex surface by chemical conversion treatment, the concavo-convex of a finer and more complicated shape can be formed, and the adhesion of the protective film can be further improved. In addition, it is possible not only to form an uneven surface with a more uniform size than when physically forming an uneven surface, such as polishing using shot blasting or emery paper, but also during processing. No external force needs to be applied to the foil, and the foil does not deform due to the external force.
上記のフォイル軸受として、PTFE,MoS2、炭素系材料の少なくともいずれか一つを含む被膜を形成することができる。このような構成の被膜は、特にフォイルからの剥離を生じやすく、凹凸面の形成によるフォイルと被膜の密着力の向上が重要になる。 As the above-mentioned foil bearing, a film containing at least one of PTFE, MoS 2 and a carbon-based material can be formed. The film having such a structure is particularly likely to be peeled off from the foil, and it is important to improve the adhesion between the foil and the film by forming an uneven surface.
また、本発明は、軸受面を形成するフォイルと、フォイルを支持するフォイルホルダとを備え、軸受面と軸との間の軸受隙間に形成された流体膜で前記軸を支持するフォイル軸受において、前記軸受面に、化成処理によって形成された凹凸面を設け、前記凹凸面の凹部に充填剤が充填されていることを特徴とする。 Further, the present invention provides a foil bearing that includes a foil that forms a bearing surface, and a foil holder that supports the foil, and that supports the shaft with a fluid film formed in a bearing gap between the bearing surface and the shaft. An uneven surface formed by chemical conversion treatment is provided on the bearing surface, and a concave portion of the uneven surface is filled with a filler.
本発明のフォイル軸受では、フォイルに形成した凹凸面の凹部に充填剤を充填することで、耐摩耗性の被膜を設けることなく、軸受面の耐摩耗性を向上させることができる。 In the foil bearing of the present invention, the wear resistance of the bearing surface can be improved without providing a wear-resistant film by filling the concave portion of the uneven surface formed in the foil with a filler.
上記のフォイル軸受として、充填剤に固体潤滑剤を用いることができる。 As said foil bearing, a solid lubricant can be used for a filler.
上記のフォイル軸受として、凹凸面をフォイルに形成することができる。 As said foil bearing, an uneven surface can be formed in a foil.
上記のフォイル軸受として、凹凸面を化成処理で得られた化成被膜に形成することができる。 As said foil bearing, an uneven surface can be formed in the chemical conversion film obtained by chemical conversion treatment.
以上のように、本発明では、化成処理によって形成した凹凸面に被膜を設けることで被膜のフォイルに対する密着力を向上させることができる。従って、被膜の剥離等による耐摩耗性の低下を生じることがなく、フォイルの摺動面に、長期に渡って安定した耐摩耗性の向上効果をもたらすことができる。 As described above, in the present invention, the adhesion of the coating film to the foil can be improved by providing the coating film on the uneven surface formed by the chemical conversion treatment. Therefore, the wear resistance is not deteriorated due to peeling of the coating, and the effect of improving the wear resistance stably for a long time can be provided on the sliding surface of the foil.
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
図1に示す様に、フォイル軸受10は、円筒面状の内周面11aを有するフォイルホルダ11と、内周面11aに取り付けられた3枚のフォイル12とを有する。フォイル軸受10は、内周面11aに3枚のフォイル12が周方向に並べて配置された、いわゆる多円弧型のフォイル軸受である。フォイル軸受10には、その内周面11a側でフォイル12の内側に、軸13が挿入される。フォイル軸受10と軸13とでフォイル軸受装置14が構成される。フォイル軸受10は、フォイル12の後述する軸受面Xと軸13の間に形成した流体膜で軸13を相対回転自在に支持する。
As shown in FIG. 1, the foil bearing 10 includes a
フォイルホルダ11は、例えば焼結金属や溶製材等の金属(例えば鋼材)で形成される。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、保持部としての軸方向溝11bが形成される。
The
フォイル12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からなる厚さ20μm〜200μm程度の帯状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、油による防錆効果は期待できない。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では錆による腐食が発生し易く、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
図2に示す様に、フォイル12は、フォイルホルダ11の周方向に並べて配置される第一領域12aと、第二領域12bを有する。
As shown in FIG. 2, the
第一領域12aは、軸受面を有するトップフォイル部12a1と、軸方向の上端、中央、下端に、それぞれ周方向一端側に突出した差込部12a2とを有する。差込部12a2に近接した位置には、周方向の微小な切り込み12a3が設けられる。
The
第二領域12bには、周方向他端側に向けて軸方向幅を徐々に狭めた三つの突出部分である、アンダ−フォイル部としての突出部12b1が設けられる。突出部12b1は、軸方向の上端、中央、下端にそれぞれ設けられ、それぞれの突出部12b1の間には、略円弧状に形成される切り欠き部12b2が設けられる。このほか、切り欠き部12b2を、直線をそれぞれの突出部12b1の中央で折り曲げた略V字形状としてもよい。
The
図1に示すように、フォイル軸受10において、トップフォイル部12a1は軸13の側に配置され、その内周面は軸受面Xを形成する。そして、アンダーフォイル部12b1は、フォイルホルダ11の側に配置され、隣接する他のフォイル12のトップフォイル部12a1と重なることで、トップフォイル部12a1に弾性を与える。
As shown in FIG. 1, in the foil bearing 10, the
図2に示すように、第一領域12aと第二領域12bの境界には、隣接するフォイル12の差込部12a2が差し込まれる差込口12c1、12c2、12c1がそれぞれ軸方向の上端、中央、下端に設けられる。差込口12c1は、長方形状の切り欠き部分で、フォイル12の軸方向端部にまで亘って設けられる。差込口12c2は、差込口12c1と周方向の同一位置に設けられた長方形状の切り欠き部分と、周方向他端側へ突出した、その先端が円弧状で、長方形状の切り欠き部分よりもその幅が狭い切り欠き部分からなる。また、第一領域12aと第二領域12bの境界には、両者を連結する連結部12c3が形成される。
As shown in FIG. 2, at the boundary between the
図3に示す様に、一方のフォイル12の差込部12a2、12a2、12a2を、隣接するフォイル12の差込口12c1、12c2、12c1に差し込むことにより、2枚のフォイル12を連結する事ができる。フォイル12は、後述するフォイル軸受10に組み付けされた状態で、軸13の半径方向に重複するフォイル重複部Cを構成する。
As shown in FIG. 3, the two foils 12 can be connected by inserting the insertion portions 12a2, 12a2, 12a2 of one
そして、図4に示す様に、3枚のフォイル12を当該方法により周状に連結する事で、3枚のフォイル12を仮組みする事ができる。この仮組体を、図5に示す様に、筒状にしてフォイルホルダ11の内周に矢印B2の方向へ挿入する事で、フォイル軸受10が組み立てられる。具体的には、3枚のフォイル12の仮組体をフォイルホルダ11の内周に挿入しながら、各フォイル12の差込部12a2を、フォイルホルダ11の一方の端面に開口した軸方向溝11bに軸方向一端側から差し込む。以上により、3枚のフォイル12が、フォイルホルダ11の内周面11aに周方向に並べた状態で取り付けられる。
Then, as shown in FIG. 4, the three foils 12 can be temporarily assembled by connecting the three foils 12 circumferentially by the method. The
図6に示す様に、3枚のフォイル12をフォイルホルダ11に組み付けた状態で、各フォイル12の周方向一端である差込部12a2は、フォイルホルダ11に接触した状態で保持される。図示例では、各フォイル12の差込部12a2が、それぞれ隣接するフォイル12の背後(外径側)に配されている。具体的には、各フォイル12の周方向一端に設けられた差込部12a2は、隣接するフォイル12の差込口12c1(12c2)を介して、フォイルホルダ11の内周面11aの軸方向溝11bに差し込まれる。一方、各フォイル12の周方向他端に設けられた突出部12b1は、隣接するフォイル12のトップフォイル部12a1とフォイルホルダ11の内周面11aとの間に配され、隣接するフォイル12のトップフォイル部12a1を背後から支持し、アンダーフォイル部12b1を構成する。尚、隣接するフォイル12同士は、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12a1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。
As shown in FIG. 6, in the state where the three foils 12 are assembled to the
また、本実施形態では、図3に示すように、突出部12b1に切り欠き部12b2を設けることで、これに乗り上げるトップフォイル部12a1に、切り欠き部12b2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12a1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)。 Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the notch part 12b2 is provided in the protrusion part 12b1, and the level | step difference along the notch part 12b2 is formed in the top foil part 12a1 which rides on this. As a result, the fluid flowing along the top foil portion 12a1 flows along the above steps and is collected on the center side in the axial direction, so that the pressure improvement effect is enhanced (see the arrow in FIG. 3).
このとき、トップフォイル部12a1の周方向一端部のうち、差込部12a2の近傍に、微小な切り込み12a3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12a1を、その背後に配された第二領域12bの切り欠き部12b2に沿って変形させやすくなる。
At this time, by providing the minute notch 12a3 in the vicinity of the insertion portion 12a2 in one circumferential end portion of the top foil portion 12a1, the rigidity of this portion is lowered. Thereby, the top foil part 12a1 can be easily deformed along the notch part 12b2 of the
軸13が図1の矢印B1の方向に回転すると、フォイル軸受10の各フォイル12のトップフォイル部12a1の内径面(軸受面)と軸13の外周面との間のラジアル軸受隙間の流体膜の圧力が高められる。トップフォイル部12a1の周方向一端(回転方向先行側の端部)を含む領域は、隣接するフォイル12の突出部12b1に乗り上げているため、軸受面が、回転方向先行側へ向けて軸13の外周面に徐々に接近する。これにより、各フォイル12の軸受面と軸13の外周面との間に、回転方向先行側へ向けて徐々に狭くなったラジアル軸受隙間が形成され、ラジアル軸受隙間の幅狭側に流体が押し込まれる。これにより、ラジアル軸受隙間の流体膜の圧力が高められ、この圧力により軸13がラジアル方向に非接触支持される。
When the
ところで、軸13の起動時や停止時等には、軸13の回転が低速になってフォイル軸受10と軸13との間の流体圧が低くなることで、軸13が重力により降下し、軸13とトップフォイル部12a1との接触(いわゆるタッチダウン)が生じる。そして、軸13とトップフォイル部12a1が接触および摺動を繰り返すと、そ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付き、破損に至ることがある。このため、軸13と摺動するトップフォイル部12a1(フォイル12の軸13との摺動面)には、高い耐摩耗性が要求される。
By the way, when the
そこで、トップフォイル部12a1の表面に、耐摩耗性の保護被膜(被膜)を設けることにより、上記の凝着を防止することができる。トップフォイル部12a1の表面に設ける保護被膜の例として、クロムメッキやニッケルメッキ、DLC等を用いた硬質性の被膜や、グラファイト等の炭素系材料、二硫化モリブデン(MoS2)、二硫化タングステン(WS2)、PTFE等の摩擦特性に優れる固体潤滑剤を使用した被膜を採用することができる。 Therefore, the above adhesion can be prevented by providing a wear-resistant protective coating (coating) on the surface of the top foil portion 12a1. Examples of protective coatings provided on the surface of the top foil portion 12a1 include hard coatings using chromium plating, nickel plating, DLC, carbon-based materials such as graphite, molybdenum disulfide (MoS 2 ), tungsten disulfide ( A coating using a solid lubricant having excellent friction characteristics such as WS 2 ) and PTFE can be employed.
上記の保護被膜を設けることにより、トップフォイル部12a1の耐摩耗性を向上させ、軸13との間で、摺動面における凝着を防止できる。しかし一方で、このような保護被膜を設ける構成の場合、トップフォイル部12a1に対する被膜の密着力が問題となる。つまり、前述のように、可撓性を有する薄板状のフォイル12は、軸受隙間に生じる流体膜の圧力によって弾性変形し、その軸受面のたわみを許容することで、フォイル軸受10が軸13を非接触支持している。従って、フォイル12の弾性変形時に、保護被膜のトップフォイル部12a1に対する密着力が小さいと、フォイル12に対して保護被膜の形状が十分に追従することができず、保護被膜がフォイル12から剥離してしまう。特に、前述した保護被膜のうち、DLCやPTFEを用いた被膜は、フォイルに対する密着性に課題があり、このような剥離が生じやすいため、その対策が重要となる。
By providing the protective coating, the wear resistance of the top foil portion 12a1 can be improved, and adhesion on the sliding surface with the
以上のことから、本実施形態では、保護被膜のトップフォイル部12a1に対する密着性を向上させるために、化成処理によって凹凸面を形成し、この凹凸面に保護被膜を密着させて設けている。 From the above, in this embodiment, in order to improve the adhesion of the protective film to the top foil portion 12a1, an uneven surface is formed by chemical conversion treatment, and the protective film is provided in close contact with the uneven surface.
具体的には、図7(a)に示すように、トップフォイル部12a1の表面のうち、軸受面を形成する側の表面(摺動面)に、処理剤を反応させて化学反応を起こさせる。これにより、図7(b)に示すように、トップフォイル部12a1の表面に、凹凸面15aを備えた化成被膜15を形成する。そして、図7(c)に示すように、凹凸面15aに前述した耐摩耗性の保護被膜(被膜)16を設ける。
Specifically, as shown in FIG. 7A, a chemical reaction is caused by reacting a treatment agent on the surface (sliding surface) on the side where the bearing surface is formed among the surfaces of the
このように、化成処理によって形成した凹凸面15aは、その表面に微細な凹凸が複雑に設けられた形状をしている。そして、この凹凸面15aに保護被膜16を成膜することで、保護被膜16が微細な凹凸に入り込むようにして形成される。これにより、保護被膜16が密着する面積の増加、および、アンカー効果により、保護被膜16の化成被膜15(トップフォイル部12a1)に対する密着度を向上させることができる。
Thus, the
以上のようにして、保護被膜16をトップフォイル部12a1から剥離しにくくすることができる。また仮に、フォイル軸受の繰り返しの使用によって保護被膜16の一部が剥離した場合や摩耗した場合であっても、保護被膜16の凹凸面15aに入り込んだ部分が残存し、一定の耐摩耗性効果を摺動面に付与することができる。従って、長期に渡って、トップフォイル部12a1と軸13の凝着を防止することができる。
As described above, it is possible to make it difficult to peel the
本実施形態のように、トップフォイル部12a1と保護被膜16の間に中間層(化成被膜15)を設け、この中間層に保護被膜16を密着させる構成は、特に、前述した保護被膜16として、トップフォイル部12a1に対する密着性が良好でないDLCやPTFEを使用する場合に有効である。また、保護被膜16にDLCを使用する場合、被膜の剥離が伝播しにくく、保護被膜16が剥離した際に、その一部を残存させやすい構成とすることができる。
As in the present embodiment, an intermediate layer (chemical conversion film 15) is provided between the top foil portion 12a1 and the
本実施形態では、リン酸鉄、リン酸亜鉛、リン酸マンガンなどのリン酸塩やしゅう酸塩をフォイル12の表面に作用させて化成被膜15を形成することができる。また、クロム酸塩をフォイル12の表面に作用させて化成被膜15を形成するクロメート処理や、高温高濃度のアルカリ溶液をフォイル12の表面に作用させて化成被膜15を形成する黒染め処理を使用することもできる。これらの方法は、フォイル12に用いられる材質や目的とする凹凸面の粗さ等に応じて、適宜、最適な方法を選択することができる。一例として、リン酸亜鉛を処理剤として用いた化成処理により、凹凸面の最大高さ粗さ(Rz)が0.5〜4.0μmの化成被膜15をトップフォイル部12a1の表面に形成することができる。なお、ここでいう凹凸面の最大高さ粗さは、JIS B0601−2001で定義される最大高さ粗さである。
In the present embodiment, the
フォイル12の表面に凹凸面を形成する方法として、上記のように、化成処理によってフォイル12の表面に化成被膜を形成する方法を採用することで、低温で処理を施すことができ、処理時の加熱によるフォイル12の変形を抑制することができる。また、物理的にフォイル12の表面に凹凸面を形成する場合のように、フォイル12に外力を加えることもないので、これによるフォイル12の変形や歪みも生じない。また、物理的な加工方法と比較して、凹凸面15aの高さのバラつきを生じることなく、均等な粗さの凹凸面15aを形成することができる。
As a method of forming an uneven surface on the surface of the
さらに、上記の実施形態と異なる方法として、化成処理によりトップフォイル部12a1の軸受面側の表面を凹凸面に形成した後、化成被膜を取り除く方法を採用することができる。具体的には、まず、図8(a)に示すように、トップフォイル部12a1の表面に化成処理を施す。この化成処理により、図8(b)に示すように、トップフォイル部12a1の表面に化成被膜15が形成され、処理剤の作用によって、化成被膜15とフォイル12の間の界面に凹凸が形成される。その後、図8(c)に示すように、化学的に化成被膜15をトップフォイル部12a1から除去することで、その表面に凹凸面12dを有するトップフォイル部12a1を形成する。そして、図8(d)に示すように、トップフォイル部12a1の凹凸面12dに保護被膜16を被膜させる。
Furthermore, as a method different from the above-described embodiment, a method of removing the chemical conversion film after forming the surface on the bearing surface side of the top foil portion 12a1 on the uneven surface by chemical conversion treatment can be employed. Specifically, first, as shown in FIG. 8A, a chemical conversion treatment is performed on the surface of the top foil portion 12a1. By this chemical conversion treatment, as shown in FIG. 8B, the
本実施形態では、トップフォイル部12a1の凹凸面12dに入り込むようにして、保護被膜16を形成することができ、保護被膜16のトップフォイル部12a1に対する密着性を向上させることができる。本実施形態は、特に、トップフォイル部12a1に対する密着性の良好な材料を保護被膜16に使用する場合に採用することができ、前述した実施形態のように、保護被膜16を密着させるための中間層(化成被膜)を設けることなく、保護被膜16を摺動面に設けたフォイル12を形成することができる。従って、前述した構成と比較して、フォイル12の厚みの変化を小さくすることができ、厚みの変化によって可撓性に与える影響を最小限に留めることができる。
In the present embodiment, the
また、前述した実施形態と同様、処理の過程でフォイルが加熱や外力による変形を生じることもなく、また、均一な粗さで凹凸面を形成することができる。 In addition, as in the above-described embodiment, the foil does not deform due to heating or external force during the process, and the uneven surface can be formed with uniform roughness.
上記の化成被膜の除去方法の一例として、日本パーカライジング社のケミブラスト(登録商標)処理を用いることができる。ケミブラスト処理では、処理剤によるエッチング作用でフォイルの表面に凹凸面を形成した後、フォイル表面に形成された化成被膜を脱膜する。この方法により、フォイルの表面粗さは、一例として最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5.0μmの粗さを付与することができる。 As an example of the method for removing the chemical conversion film, Chemiblast (registered trademark) treatment by Nippon Parkerizing Co., Ltd. can be used. In the chemiblast treatment, an uneven surface is formed on the surface of the foil by the etching action of the treating agent, and then the chemical conversion film formed on the surface of the foil is removed. By this method, the surface roughness of the foil can give a roughness having a maximum height roughness (Rz) of 0.2 to 5.0 μm as an example.
図9に、上記のケミブラスト処理により形成したフォイル12の凹凸面の拡大図を示す。本実施形態では、通常の化成処理と比較して、より微細で鋭い凹凸面を形成することができ、その表面積をより大きくすることができる。従って、保護被膜16のトップフォイル部12a1に対する密着性をより高めることができる。
In FIG. 9, the enlarged view of the uneven | corrugated surface of the
また、本発明は、保護被膜16を設ける構成に限らず、凹凸面に潤滑剤(充填剤)を充填する構成を採用することもできる。具体的には、図10に示すように、前述した化成処理により形成されたトップフォイル部12a1の凹凸面12dに、耐熱性の固体粉末状の潤滑剤17を充填する。
In addition, the present invention is not limited to the configuration in which the
耐熱性の固体潤滑剤17としては、例えば、モリブデン化合物(MoS2、MoO3、モリブデン酸塩等)、二硫化タングステン(WS2)、グラファイト、窒化ホウ素(BN)、金属(Cu,Ag等)、金属酸化物(Fe2O3、SnO、ZnO等)を使用することができる。
Examples of the heat-resistant
上記の潤滑剤17を凹凸面12dに充填することで、保護被膜16を設けることなく、トップフォイル部12a1の摺動面の耐摩耗性を向上させ、フォイルと軸の凝着を防止することができる。また、潤滑剤17が耐熱性を有することにより、高温雰囲気下でも、摺動面に優れた潤滑性を付与することができる。なお、潤滑剤17を凹凸面12dの隙間に充填するために、潤滑剤17の粒径は凹凸面12dの凹凸よりも小さく設ける必要がある。また、図10に示す潤滑剤の粒径は一例であり、用いる潤滑剤の種類や凹凸面の形成方法、および、表面処理の方法等を選択することで、適宜、潤滑剤の粒径、および、凹凸面の大きさを調整することができる。
By filling the
また、以上の説明では、一例として、トップフォイル部12a1の凹凸面12dに潤滑剤17を埋め込む場合について説明したが、前述の図7で示した実施形態のように、化成被膜15の凹凸面15dに潤滑剤17を埋め込む構成であってもよい。
In the above description, the case where the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
以上の実施形態では、ラジアルフォイル軸受10を多円弧軸受で構成した場合を示したが、これに限らず、各フォイルの周方向一端をフォイルホルダ11の内周面11aに取り付けると共に、各フォイルの周方向他端を自由端とした、いわゆるリーフ型のラジアル軸受フォイルや、円筒状のトップフォイルの外径に波型のバックフォイルを配した、いわゆるバンプフォイル型のラジアル軸受フォイルを使用してもよい。また、スラストフォイル軸受に本発明を適用できることはもちろんである。
Although the case where the radial foil bearing 10 is configured by a multi-arc bearing has been described in the above embodiment, the present invention is not limited thereto, and one end in the circumferential direction of each foil is attached to the inner
また、以上の実施形態では、軸13を回転側部材とし、フォイルホルダ11を固定側部材とした場合を例示したが、これとは逆に軸13を固定側部材とし、フォイルホルダ11を回転側部材とした場合にも図1の構成をそのまま適用することもできる。但し、この場合はフォイル12が回転側部材となるので、遠心力によるフォイル12全体の変形を考慮してフォイル12の設計を行う必要がある。
Moreover, although the case where the
10 フォイル軸受
11 フォイルホルダ
11a 内周面
11b 軸方向溝(保持部)
12 フォイル
12a1 トップフォイル部
12a2 差込部
12b1 突出部(アンダーフォイル部)
12d 凹凸面
13 軸
15 化成被膜
15a 凹凸面
16 保護被膜(被膜)
17 潤滑剤
X 軸受面
DESCRIPTION OF
12 Foil 12a1 Top foil part 12a2 Insertion part 12b1 Protruding part (underfoil part)
12d
17 Lubricant X Bearing surface
Claims (6)
前記被膜と軸との間の軸受隙間に形成された流体膜で前記軸を支持するフォイル軸受において、
前記被膜が、化成処理で形成された凹凸面上に形成されていることを特徴とするフォイル軸受。 A foil having a film formed thereon, and a foil holder for supporting the foil;
In a foil bearing that supports the shaft with a fluid film formed in a bearing gap between the coating and the shaft,
A foil bearing, wherein the coating film is formed on an uneven surface formed by chemical conversion treatment.
軸受面と軸との間の軸受隙間に形成された流体膜で前記軸を支持するフォイル軸受において、
前記軸受面に、化成処理によって形成された凹凸面を設け、前記凹凸面の凹部に充填剤が充填されていることを特徴とするフォイル軸受。 A foil that forms a bearing surface, and a foil holder that supports the foil;
In a foil bearing that supports the shaft with a fluid film formed in a bearing gap between the bearing surface and the shaft,
The foil bearing is characterized in that an uneven surface formed by chemical conversion treatment is provided on the bearing surface, and a concave portion of the uneven surface is filled with a filler.
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