JP2019019914A - フォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸との摺動によるフォイルの供回りを規制する機構を備えたフォイル軸受において、軸受面の軸方向領域におけるフォイルやフォイルホルダの設計の自由度を高める。【解決手段】フォイル軸受１は、フォイルホルダ１０と、フォイルホルダ１０に取り付けられたフォイル２０とを備える。フォイル２０は、軸受面Ａを有する本体部２１と、フォイルホルダ１０と周方向（軸２の回転方向）で係合可能な係止部２２とを備える。係止部２２は、軸受面Ａに沿う面内で回転方向と直交する回転直交方向（ラジアルフォイル軸受では軸方向）で、軸受面Ａとは異なる領域に設けられる。【選択図】図１

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）で軸受面を構成し、この軸受面のたわみを許容しながら荷重を支持するものである。フォイル軸受は、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。

フォイル軸受において、軸の停止直前や起動直後の低速回転時や、軸の突発的な逆回転時には、軸受隙間の流体圧力が十分に高まらないため、軸とフォイルとが摺動し、フォイルが軸と共に周方向に移動しようとする。このため、フォイル軸受では、上記のような軸との摺動によるフォイルの供回りを規制する手段を講じる必要がある。

例えば、フォイルをフォイルホルダに溶接固定すれば、上記の不具合を防止できるが、溶接時の熱によりフォイルに歪が生じる恐れがある。フォイルの軸受面と軸の外周面との間に形成される軸受隙間は、通常、数十μｍ程度の極小幅であるため、フォイルに僅かでも歪が生じると、軸受隙間の精度に悪影響を及ぼす。

溶接を用いないフォイルの固定方法として、例えば下記の特許文献１では、フォイルホルダの内周面に突出部（峰）を設け、この突出部の側壁（止め壁）とフォイルとを周方向で係合させることで、フォイルの周方向移動を規制している。また、下記の特許文献２では、フォイルホルダの内周面に係合溝を設け、この係合溝にフォイルの周方向端部を挿入することで、フォイルの周方向移動を規制している。

特開２００６−５７６５２号公報 特開２０１３−２４３４４号公報

上記の特許文献１及び２のフォイル軸受は、何れも、軸受面の軸方向領域内において、フォイルの周方向端部とフォイルホルダの突出部や係合溝との突き当て構造が設けられている。フォイル軸受の軸受性能を高めるためには、軸受面の形状を最適化したり、軸受面の面積を最大化したりする設計が必要となる。しかし、上記のように、軸受面の軸方向領域にフォイルとフォイルホルダとの突き当て構造を設けることで、この軸方向領域におけるフォイルやフォイルホルダの設計が制限されるため、軸受性能を十分に高めることができないおそれがある。

以上のような課題は、軸をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受に限らず、軸をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受においても同様に生じる。すなわち、軸受面の半径方向領域にフォイルとフォイルホルダの突き当て構造を設けると、この半径方向領域におけるフォイルやフォイルホルダの設計が制限される。

そこで、本発明は、軸との摺動によるフォイルの供回りを規制する機構を備えたフォイル軸受において、軸受面が設けられた領域（ラジアルフォイル軸受では軸方向領域、スラストフォイル軸受では半径方向領域）におけるフォイルやフォイルホルダの設計の自由度を高め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、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フォイルとを備え、軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、前記フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記フォイルホルダと回転方向で係合可能な係止部とを備え、前記係止部が、前記軸受面に沿う面内で回転方向と直交する回転直交方向で、前記軸受面とは異なる領域に設けられたフォイル軸受を提供する。

このように、本発明のフォイル軸受では、フォイルホルダと回転方向（軸の相対回転方向、以下同様）で係合可能な係止部を、フォイルのうち、回転直交方向（ラジアルフォイル軸受では軸方向、スラストフォイル軸受では半径方向）で軸受面とは異なる領域に設けた。これにより、軸受面が設けられた回転直交方向領域に、軸との摺動によるフォイルの供回りを規制するための機構（突出部や係合溝等）を設ける必要が無くなるため、この領域におけるフォイルやフォイルホルダの設計の自由度が高められる。

上記のフォイル軸受において、フォイルの係止部とフォイルホルダとを回転方向で何れの向きにも係合可能とすれば、フォイルのフォイルホルダに対する回転方向両側への移動を規制することができる。

上記のフォイル軸受において、フォイルの係止部とフォイルホルダとを回転直交方向で係合可能とすれば、フォイルのフォイルホルダに対する回転直交方向移動を規制することができる。

フォイルの係止部は、例えば、本体部と回転直交方向で連続した第１領域と、第１領域から回転方向に延び、前記本体部と回転直交方向で分断された第２領域とを備えた構成とすることができる。このように、フォイルの係止部の第２領域と本体部とが回転直交方向で分断されていることで、本体部の軸受面に影響を与えることなく、係止部の第２領域を本体部よりも軸から離反する側に配することができ、これにより係止部の第２領域と軸との干渉を回避することができる。

例えば、軸をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受において、上記のフォイルをフォイルホルダの内周面に取り付けると、フォイルの本体部はフォイルホルダの内周面に沿って湾曲し、この本体部に追従してフォイルの係止部の第１領域が湾曲する。一方、フォイルの係止部の第２領域は、本体部と軸方向で分断されているため、本体部に追従して湾曲しない。従って、係止部の第２領域の外径側に十分な空間があれば、第２領域が、第１領域の回転方向端部における接線方向に延びて、フォイルホルダの内周面よりも外径側に配される。このように、係止部の弾性復元力を利用することで、係止部の第２領域を、フォイルホルダの内周面よりも外径側に簡単に配することができる。

上記の他、フォイルの係止部の第１領域と第２領域の境界を予め塑性的に曲げた状態で、フォイルホルダに取り付けてもよい。

上記のフォイル軸受では、例えば、フォイルホルダに凹部を設け、この凹部とフォイルの係止部とを回転方向で係合させることで、軸との摺動によるフォイルの供回りを規制することができる。

フォイルの本体部には、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バックフォイル部とを設けることができる。この場合、フォイルの係止部は、トップフォイル部あるいはバックフォイル部と連続させることができる。係止部をバックフォイル部と連続させた場合、係止部をトップフォイル部と連続させた場合と比べて、係止部が軸から離反する側に配されるため、係止部と軸との干渉を確実に防止できる。

また、上記の構成は、軸受面を有するフォイルに限らず、トップフォイルを背後から支持するバックフォイルに適用することもできる。すなわち、本発明は、フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられ、軸受面を有するトップフォイルと、前記フォイルホルダに取り付けられ、前記トップフォイルと前記フォイルホルダとの間に配されたバックフォイルとを備え、軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、前記バックフォイルが、前記トップフォイルの軸受面を背後から弾性的に支持する本体部と、前記フォイルホルダと回転方向で係合可能な係止部とを備え、前記係止部が、前記軸受面に沿う面内で回転方向と直交する回転直交方向で、前記軸受面とは異なる領域に設けられたフォイル軸受を提供する。

以上のように、本発明によれば、軸との摺動によるフォイルの供回りを規制する係止部が、回転直交方向で軸受面とは異なる領域に設けられるため、軸受面が設けられた回転直交方向領域におけるフォイルやフォイルホルダの設計の自由度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るフォイル軸受の斜視図である。 上記フォイル軸受の正面図である。 上記フォイル軸受のフォイルを平板状に展開した平面図である。 ３枚のフォイルを連結した仮組体の斜視図である。 図１のフォイル軸受の拡大図である。 他の実施形態に係るフォイルを平板状に展開した平面図である。 図６のフォイルを有するフォイル軸受の拡大正面図である。 さらに他の実施形態に係るフォイルを平板状に展開した平面図である。 図８のフォイルを連結した仮組体の斜視図である。 図８のフォイルを有するフォイル軸受の正面図である。 さらに他の実施形態に係るフォイルを展開した平面図である。 図１１のフォイルを折り返した状態を示す側面図である。 図１１のフォイルを有するフォイル軸受の正面図である。 さらに他の実施形態に係るフォイル軸受の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２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を回転自在にラジアル方向に支持するものである。フォイル軸受１は、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受である。フォイル軸受１は、フォイルホルダ１０と、フォイルホルダ１０の内周面１１に取り付けられたフォイルとを有する。本実施形態のフォイル軸受１は、複数（図示例では３枚）のフォイル２０を有する。尚、以下では、各フォイル２０の説明において、軸２の相対回転時における、フォイル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。また、３枚のフォイル２０は同じ形状であるが、図１、４、及び９では、理解しやすいように、各フォイル２０を密なハッチング、疎なハッチング、ハッチング無しで示している。

フォイルホルダ１０は、金属や樹脂等で円筒状に形成される。フォイルホルダ１０の内周面１１には、円筒面１１ａと、軸方向溝１１ｂと、凹部１１ｃとが設けられる。円筒面１１ａは、内周面１１の大部分を構成し、図示例では、内周面１１の軸方向全域に円筒面１１ａが設けられる。軸方向溝１１ｂは、フォイルホルダ１０の内周面１１の周方向に離隔した複数箇所（図示例では３箇所）に設けられる。軸方向溝１１ｂは、軸方向両端がフォイルホルダ１０の軸方向両側の端面に開口している。凹部１１ｃは、フォイル２０の軸受面Ａとは異なる軸方向領域に設けられる。本実施形態では、凹部１１ｃが、内周面１１の軸方向端部（特に、軸方向両端）に設けられる。凹部１１ｃは、フォイルホルダ１０の内周面１１の周方向に離隔した複数箇所（例えば３箇所）に設けられ、図示例では、軸方向溝１１ｂの周方向間に設けられる。凹部１１ｃは、円筒面状の底面１１ｃ１と、底面１１ｃ１の周方向両端から半径方向に延びて円筒面１１ａと接続する側面１１ｃ２とを有する。フォイルホルダ１０の外周面１２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２０は、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属薄板にプレス加工や放電加工を施すことで形成される。本実施形態のように圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、ステンレス鋼もしくは青銅でフォイル２０を形成することが好ましい。

フォイル２０は、図３に示すように、本体部２１と、本体部２１の軸方向両側に設けられた係止部２２とを備える。フォイルホルダ１０に取り付ける前の状態では、フォイル２０は全体が平板状を成している。

フォイル２０の本体部２１は、軸受面Ａを有するトップフォイル部２１ａと、トップフォイル部２１ａの下流側（図３の上側）に設けられた差込部２１ｂと、トップフォイル部２１ａの上流側（図３の下側）に設けられたバックフォイル部２１ｃとを有する。

差込部２１ｂは、トップフォイル部２１ａから下流側に延びている。本実施形態では、差込部２１ｂが、軸方向に離隔した複数箇所（図示例では３箇所）に設けられる。トップフォイル部２１ａの下流側の縁のうち、差込部２１ｂ付近には、周方向の切り込み２１ｄが設けられる。尚、特に必要がなければ、切り込み２１ｄを省略してもよい。

バックフォイル部２１ｃは、トップフォイル部２１ａから上流側に延びている。本実施形態では、バックフォイル部２１ｃの上流側端部のうち、軸方向に離隔した複数箇所（図示例では２箇所）に切り欠き部２１ｃ１が設けられる。トップフォイル部２１ａとバックフォイル部２１ｃとの境界には、スリット２１ｅが設けられる。スリット２１ｅは、差込部２１ｂと同じ軸方向位置に設けられる。軸方向両端のスリット２１ｅは、軸方向に延び、本体部２１の軸方向端部に開口している。軸方向中央のスリット２１ｅは、軸方向に延びており、その軸方向中央部に上流側に延びる切り欠き部が設けられる。

フォイル２０の係止部２２は、軸受面Ａに沿う面内で軸２の回転方向（周方向）と直交する方向（本実施形態では軸方向、図３では左右方向）で、軸受面Ａとは異なる領域に設けられる。本実施形態の係止部２２は、本体部２１と軸方向に連続した第１領域２２ａと、第１領域２２ａから周方向に延びる第２領域２２ｂとを備える。図示例では、第１領域２２ａが、本体部２１のトップフォイル部２１ａと軸方向に連続している。第２領域２２ｂは、第１領域２２ａの周方向両側に設けられる。第２領域２２ｂと本体部２１とは、スリット２３により軸方向で分断されている。

上記のフォイル２０は、以下の手順でフォイルホルダ１０に組み付けられる。まず、図４に示すように、各フォイル２０の差込部２１ｂを、隣接するフォイル２０のスリット２１ｅに差し込むことにより、３枚のフォイル２０を連結して円筒状の仮組体Ｘを形成する。このように、各フォイル２０の本体部２１を円筒状に丸めると、係止部２２の第１領域２２ａは本体部２１に追従して円筒状に変形しようとするが、係止部２２の第２領域２２ｂは、本体部２１と軸方向で分断されているため、本体部２１に追従せず、第１領域２２ａの接線方向に延びる平板状となる。その結果、係止部２２の第２領域２２ｂは、本体部２１よりも外径側に配される。

そして、上記のように円筒状に丸めた仮組体Ｘを、フォイルホルダ１０の内周に挿入する。具体的には、フォイルホルダ１０の端面に開口した軸方向溝１１ｂに、各フォイル２０の差込部２１ｂを軸方向から差し込みながら、フォイルホルダ１０の内周に仮組体Ｘを挿入する。このとき、図５に示すように、各フォイル２０のバックフォイル部２１ｃが、上流側に隣接するフォイル２０のトップフォイル部２１ａとフォイルホルダ１０の内周面１１の円筒面１１ａとの間に配される。これにより、各フォイル２０のトップフォイル部２１ａが、下流側に隣接するフォイル２０のバックフォイル部２１ｃで背後から支持される。以上により、３枚のフォイル２０がフォイルホルダ１０に取り付けられる。

フォイル２０の係止部２２の第２領域２２ｂは、フォイルホルダ１０の内周面１１の軸方向両端に設けられた凹部１１ｃに配される。これにより、係止部２２の第２領域２２ｂの外径側に空間が設けられるため、係止部２２の弾性復元力により、第２領域２２ｂが本体部２１よりも外径側、特に、フォイルホルダ１０の内周面１１の円筒面１１ａよりも外径側に配される。このとき、係止部２２の第１領域２２ａと第２領域２２ｂとが滑らかに連続し、第２領域２２ｂが、第１領域２２ａの周方向端部における略接線方向に延びている。第２領域２２ｂの先端（第１領域２２ａと反対側の端部）は、フォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向（軸２の回転方向）で係合している。図示例では、第２領域２２ｂの先端が、凹部１１ｃの底面１１ｃ１と側面１１ｃ２との境界に設けられた角部に突き当たっている。

このように、フォイル２０の係止部２２の第２領域２２ｂを、フォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で係合させることで、フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する周方向移動が規制される。図示例では、各フォイル２０の係止部２２が、フォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で何れの向きにも係合し、これにより、各フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する周方向両側への移動が規制される。特に、係止部２２の周方向両端を凹部１１ｃの周方向両側の角部に突っ張らせることで、フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する周方向両側への移動を確実に規制できる。

このとき、フォイル２０の係止部２２が、軸受面Ａと異なる軸方向領域に設けられることで、係止部２２とフォイルホルダ１０の凹部１１ｃとの突き当たり構造が、軸受面Ａの軸方向領域におけるフォイル２０やフォイルホルダ１０の設計に影響を与えることがない。従って、フォイル軸受１の軸受面Ａの軸方向領域（例えば、フォイル２０の本体部２１）を設計する際に、フォイル２０の周方向移動を規制するための機構を考慮する必要がないため、軸受面Ａの軸方向領域におけるフォイル軸受１の設計の自由度が高められる。

また、本実施形態では、フォイル２０の係止部２２の第２領域２２ｂが、フォイルホルダ１０の端面と軸方向で係合可能とされる。本実施形態では、係止部２２の第２領域２２ｂが、フォイルホルダ１０の凹部１１ｃの底面１１ｃ１と円筒面１１ａとを連続する端面１１ｃ３（図２参照）と軸方向で係合可能とされる。これにより、フォイル２０とフォイルホルダ１０との軸方向の位置ずれを防止できる。特に、本実施形態では、フォイル２０の軸方向両端に係止部２２を設け、これらの係止部２２でフォイルホルダ１０を軸方向両側から挟持することで、フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する軸方向両側への移動が規制される。

上記のフォイル軸受１の内周に挿入された軸２が図２の矢印方向に回転すると、フォイル軸受１の各フォイル２０のトップフォイル部２１ａの軸受面Ａと軸２の外周面２ａとの間に軸受隙間Ｒが形成される。このとき、図５に示すように、各フォイル２０の差込部２１ｂがフォイルホルダ１０の軸方向溝１１ｂに差し込まれていることで、トップフォイル部２１ａの下流端近傍が、トップフォイル部２１ａ全体の湾曲方向（フォイルホルダ１０の内周面１１の円筒面１１ａの湾曲方向）と逆向き、すなわち内径側に凸となるように湾曲し、この領域が内径側に膨出する。これにより、各フォイル２０の軸受面Ａと軸２の外周面２ａとの間に、下流側に向けて隙間幅が徐々に狭くなった楔状の軸受隙間Ｒが形成される。この楔状の軸受隙間Ｒの幅狭側に空気が押し込まれることにより、軸受隙間Ｒの空気膜の圧力が高められ、この圧力により軸２がラジアル方向に非接触支持される。尚、図２では、軸受隙間Ｒの幅を誇張して示している。

上記のように、トップフォイル部２１ａの下流端近傍が内径側に凸となるように湾曲することで、トップフォイル部２１ａに半径方向のバネ性が付与される。これにより、各フォイル２０のトップフォイル部２１ａの軸受面Ａが、荷重や軸２の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、軸受隙間Ｒは運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、軸受隙間を最適幅に管理することができ、軸２を安定して支持することが可能となる。

各フォイル２０のトップフォイル部２１ａは、隣接するフォイル２０のバックフォイル部２１ｃの上（内径側）に重ねられているため、軸受隙間Ｒの流体圧力でトップフォイル部２１ａがバックフォイル部２１ｃに押し付けられることで、トップフォイル部２１ａに、バックフォイル部２１ｃの切り欠き部２１ｃ１に沿った段差が形成される。軸２の回転時に軸受隙間Ｒを流れる流体が、上記の段差に沿って各切り欠き部２１ｃ１の軸方向中央に集められることで、軸受隙間Ｒの流体圧力が積極的に高められる（図３の矢印参照）。本実施形態では、切り欠き部２１ｃ１が２箇所に設けられることで、軸方向に離隔した２箇所に高圧力部が設けられるため、軸２のコニカルモードの振動に対する剛性が高められる。

軸２の回転開始直後や停止直前の低速回転時には、軸受隙間Ｒの流体圧力が十分に高まっていないため、軸２の外周面２ａとフォイル２０の軸受面Ａとが摺動する。このとき、フォイル２０が下流側に移動しようとするが、フォイル２０の係止部２２の下流側の第２領域２２ｂがフォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で係合することで、フォイル２０の下流側への移動が規制される。本実施形態では、フォイル２０の差込部２１ｂがフォイルホルダ１０の軸方向溝１１ｂの奥部に突き当たっており、ここでもフォイル２０の下流側の移動が規制される。尚、フォイル２０の周方向の移動を規制する構造は、上記の何れか一方のみでもよい。例えば、フォイル２０の係止部２２の下流側の第２領域２２ｂをフォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で係合させる一方で、フォイル２０の差込部２１ｂの下流側端部をフォイルホルダ１０の軸方向溝１１ｂの奥部よりも手前側に配してもよい。あるいは、フォイル２０の差込部２１ｂをフォイルホルダ１０の軸方向溝１１ｂの奥部に突き当てる一方で、フォイル２０の係止部２２の下流側の第２領域２２ｂを省略してもよい。

また、何らかの原因により軸２が逆回転したときには、軸２の外周面２ａとフォイル２０の軸受面Ａとが摺動することで、フォイル２０が上流側に移動しようとする。このとき、フォイル２０の係止部２２の上流側の第２領域２２ｂがフォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で係合することで、フォイル２０の上流側への移動が規制される。

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について説明するが、上記の実施形態と重複する点は説明を省略する。

上記の実施形態では、フォイル２０の係止部２２が、トップフォイル部２１ａと軸方向で連続した場合を示したが、これに限らず、例えば図６に示すように、フォイル２０の係止部２２を、バックフォイル部２１ｃと軸方向で連続させてもよい。この場合、図７に示すように、係止部２２の第１領域２２ａが、トップフォイル部２１ａよりも外径側に配されるため、係止部２２と軸２の外周面２ａとの接触が確実に回避できる。

図８に示す実施形態では、フォイル２０のトップフォイル部２１ａの下流側に延在部２１ｆが設けられると共に、延在部２１ｆとトップフォイル部２１ａとの境界にスリット２１ｇが設けられる。バックフォイル部２１ｃは、スリット２１ｇと同じ軸方向領域に設けられる。この場合、図９に示すように、各フォイル２０のバックフォイル部２１ｃを、隣接するフォイルのスリット２１ｇに差し込むことで、３枚のフォイル２０を連結して仮組体Ｘを形成する。この仮組体Ｘをフォイルホルダ１０の内周に挿入することで、図１０に示すフォイル軸受１が形成される。このフォイル軸受１では、各フォイル２０の延在部２１ｆが、下流側に隣接するフォイルのトップフォイル部２１ａとフォイルホルダ１０の内周面１１の円筒面１１ａとの間に配される。また、各フォイル２０のバックフォイル部２１ｃは、上記の実施形態と同様に、上流側に隣接するフォイル２０のトップフォイル部２１ａとフォイルホルダ１０の内周面１１の円筒面１１ａとの間に配される。すなわち、各フォイル２０の周方向両端が、隣接するフォイル２０のトップフォイル部２１ａとフォイルホルダ１０の内周面１１との間に配される。

以上の実施形態では、複数のフォイル２０を有するフォイル軸受１を示したが、これに限られない。例えば、図１１に示すフォイル３０は、平板状のトップフォイル部３１と、波形のバックフォイル部３２とを有する。バックフォイル部３２は、本体部３２ａと、本体部３２ａの軸方向両側に設けられた係止部３２ｂとを有する。係止部３２ｂは、本体部３２ａと軸方向で連続した第１領域３２ｂ１と、第１領域３２ｂ１の周方向両側に設けられた第２領域３２ｂ２とを有する。図１２に示すように、フォイル３０は、トップフォイル部３１とバックフォイル部３２との境界で折り返され、これにより、トップフォイル部３１とバックフォイル部３２とが重ねられる。このフォイル３０を円筒状に丸めてフォイルホルダ１０の内周に挿入することで、図１３に示すフォイル軸受１が得られる。トップフォイル部３１の内周面のうち、バックフォイル部３２の本体部３２ａで背後から弾性的に支持される軸方向領域が、軸受面Ａとして機能する。係止部３２ｂの第２領域３２ｂ２は、フォイルホルダ１０の凹部１１ｃと周方向で係合し、これにより、フォイル３０のフォイルホルダ１０に対する周方向移動が規制される。

図１４に示す実施形態では、軸受面Ａを有するトップフォイル４０と、トップフォイル４０を背後から弾性的に支持するバックフォイル５０とが別体に設けられる。トップフォイル４０は、円筒状の本体部４１と、本体部４１の周方向端部から外径側に延びる固定部４２とを有する。固定部４２を、フォイルホルダ１０の内周面１１に設けられた固定溝１１ｄに差し込むことにより、トップフォイル４０がフォイルホルダ１０に固定される。バックフォイル５０は、図１３に示すフォイル３０のバックフォイル部３２とおおよそ同様の構成を成し、本体部５１と、本体部５１の軸方向両側に設けられた係止部５２とを有する。係止部５２は、本体部５１と軸方向に連続した第１領域５２ａと、第１領域５２ａから軸方向両側に延びる第２領域５２ｂとを備え、フォイルホルダ１０の内周面１１の凹部１１ｃと周方向で係合する。係止部５２とフォイルホルダ１０の凹部１１ｃとの係合状態は、図１３に示す係止部３２ｂとフォイルホルダ１０の凹部１１ｃとの係合状態と同様であるため、詳細な説明を省略する。尚、図１４に示すフォイル軸受１において、フォイルホルダ１０と周方向に係合する係止部を、トップフォイル４０に設けたり、トップフォイル４０及びバックフォイル５０の双方に設けたりしてもよい。

以上の実施形態では、フォイル２０の係止部の第１領域と第２領域との境界を弾性的に曲げた場合を示したが、これに限らず、予め、フォイル２０の第１領域と第２領域との境界を塑性的に曲げてから、フォイル２０をフォイルホルダ１０に取り付けてもよい。

以上の実施形態では、フォイル軸受１が、軸２をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受である場合を示したが、これに限らず、軸に設けたスラストカラーをスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受に本発明を適用してもよい（図示省略）。この場合、フォイルに、軸受面を有する本体部と、軸受面とは異なる半径方向領域に設けられた係止部とが設けられ、係止部が、円盤状のフォイルホルダと周方向（軸の回転方向）で係合することで、軸との摺動によるフォイルの供回りが規制される。

以上の実施形態では、フォイル軸受１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１を回転させてもよい。ただし、フォイル軸受１を回転させると、フォイルに遠心力が加わるため、遠心力で破損しないようにフォイルを設計する必要がある。

以上に示したフォイル軸受１は、ガスタービンやターボチャージャ（過給機）等のターボ機械の他、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。

以上に示したフォイル軸受は、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
１０ フォイルホルダ
１１ 内周面
１１ａ 円筒面
１１ｂ 軸方向溝
１１ｃ 凹部
２０ フォイル
２１ 本体部
２１ａ トップフォイル部
２１ｂ 差込部
２１ｃ バックフォイル部
２２ 係止部
２２ａ 第１領域
２２ｂ 第２領域
２３ スリット
Ａ 軸受面
Ｒ 軸受隙間
Ｘ 仮組体

Claims (10)

1. 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フォイルとを備え、軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、
   前記フォイルが、軸受面を有する本体部と、前記フォイルホルダと回転方向で係合可能な係止部とを備え、
   前記係止部が、前記軸受面に沿う面内で回転方向と直交する回転直交方向で、前記軸受面とは異なる領域に設けられたフォイル軸受。
2. 前記フォイルの係止部と前記フォイルホルダとを回転方向で何れの向きにも係合可能とした請求項１に記載のフォイル軸受。
3. 前記係止部と前記フォイルホルダとを回転直交方向で係合可能とした請求項１又は２に記載のフォイル軸受。
4. 前記係止部が、前記本体部と回転直交方向に連続した第１領域と、前記第１領域から回転方向に延び、前記本体部と回転直交方向で分断された第２領域とを備え、
   前記第２領域を、前記本体部よりも、軸から離反する側に配した請求項１〜３の何れか１項に記載のフォイル軸受。
5. 前記フォイルホルダの内周面に前記フォイルが取り付けられ、前記フォイルの本体部が前記フォイルホルダの内周面に沿って湾曲し、
   前記第２領域が、第１領域の回転方向端部における接線方向に延びる請求項４に記載のフォイル軸受。
6. 前記第１領域と前記第２領域との境界が塑性的に曲げられた請求項４に記載のフォイル軸受。
7. 前記フォイルホルダに凹部を設け、前記凹部と前記フォイルの係止部とを回転方向で係合可能とした請求項１〜６の何れか１項に記載のフォイル軸受。
8. 前記フォイルの本体部が、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を背後から支持するバックフォイル部とを備え、
   前記係止部が前記トップフォイル部と連続した請求項１〜７の何れか１項に記載のフォイル軸受。
9. 前記フォイルの本体部が、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を背後から支持するバックフォイル部とを備え、
   前記係止部が前記バックフォイル部と連続した請求項１〜７の何れか１項に記載のフォイル軸受。
10. フォイルホルダと、前記フォイルホルダに取り付けられ、軸受面を有するトップフォイルと、前記フォイルホルダに取り付けられ、前記トップフォイルと前記フォイルホルダとの間に配されたバックフォイルとを備え、軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、
    前記バックフォイルが、前記トップフォイルの軸受面を背後から弾性的に支持する本体部と、前記フォイルホルダと回転方向で係合可能な係止部とを備え、
    前記係止部が、前記軸受面に沿う面内で回転方向と直交する回転直交方向で、前記軸受面とは異なる領域に設けられたフォイル軸受。
    

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