JP2021165576A - Radial foil bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ラジアルフォイル軸受に関するものである。 The present disclosure relates to radial foil bearings.
従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に外挿されて用いられるラジアル軸受が知られている。このようなラジアル軸受としては、軸受面を形成する薄板状のトップフォイルと、このトップフォイルを弾性的に支持するバックフォイルと、前記トップフォイル及び前記バックフォイルを収容する円筒状の軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受がよく知られている。ラジアルフォイル軸受のバックフォイルとしては、薄板を波板状に成形したバンプフォイルが主として用いられている(特許文献1参照)。 Conventionally, as a bearing for a high-speed rotating body, a radial bearing used by extrapolating to a rotating shaft is known. Such radial bearings include a thin plate-shaped top foil forming a bearing surface, a back foil that elastically supports the top foil, a cylindrical bearing housing that accommodates the top foil and the back foil, and the like. Radial foil bearings with are well known. As the back foil of the radial foil bearing, a bump foil obtained by molding a thin plate into a corrugated plate shape is mainly used (see Patent Document 1).
このようなラジアルフォイル軸受では、フォイルの摩擦(フォイル間の摩擦や、フォイルと軸受ハウジング間の摩擦)などによってエネルギー散逸を引き起こすことで、流体潤滑膜の膜圧変動を減衰させ、回転軸の軸振動(自励振動)を抑制し、該軸振動を収まり易くすることができる。 In such a radial foil bearing, the friction between the foils (friction between the foils and the friction between the foil and the bearing housing) causes energy dissipation to attenuate the fluctuation of the film pressure of the fluid lubricating film, and the axis of the rotating shaft. Vibration (self-excited vibration) can be suppressed and the shaft vibration can be easily contained.
しかしながら、バンプフォイルの高さに製作誤差があると、設計通りの性能が得られない可能性がある。 However, if there is a manufacturing error in the height of the bump foil, the performance as designed may not be obtained.
本開示は、減衰能力を有する新たなトップフォイルの支持構造を提供する。 The present disclosure provides a new top foil support structure with damping capability.
上記の課題を解決するために、本開示のラジアルフォイル軸受は、挿通孔を有する軸受ハウジングと、前記挿通孔の内側に配置されたトップフォイルと、前記トップフォイルと前記軸受ハウジングとの間に介在するフォイル構造体と、を備え、前記フォイル構造体は、前記挿通孔の周方向の中央部に向かって、前記軸受ハウジングとの間隔が増大すると共に前記トップフォイルとの間隔が減少する領域を有する。 In order to solve the above problems, the radial foil bearing of the present disclosure is interposed between a bearing housing having an insertion hole, a top foil arranged inside the insertion hole, and the top foil and the bearing housing. The foil structure comprises a region in which the distance from the bearing housing increases and the distance from the top foil decreases toward the central portion in the circumferential direction of the insertion hole. ..
また、本開示においては、前記フォイル構造体は、前記挿通孔の周方向の中央部において、前記挿通孔が延びる軸方向における前記軸受ハウジングの端面に形成された嵌合溝に嵌合する嵌合部を有してもよい。 Further, in the present disclosure, the foil structure is fitted into a fitting groove formed in an end face of the bearing housing in the axial direction in which the insertion hole extends at the central portion in the circumferential direction of the insertion hole. It may have a part.
また、本開示においては、前記フォイル構造体は、前記挿通孔の径方向において重なった複数の板状部材によって形成されていてもよい。 Further, in the present disclosure, the foil structure may be formed of a plurality of plate-shaped members overlapping in the radial direction of the insertion hole.
また、本開示においては、前記複数の板状部材の少なくとも一つは、前記挿通孔の周方向における長さが異なっていてもよい。 Further, in the present disclosure, at least one of the plurality of plate-shaped members may have different lengths in the circumferential direction of the insertion hole.
また、本開示においては、前記複数の板状部材の少なくとも一つは、スリットによって形成された爪部を備えてもよい。 Further, in the present disclosure, at least one of the plurality of plate-shaped members may include a claw portion formed by a slit.
また、本開示においては、前記複数の板状部材のうち、前記挿通孔の径方向で重なる板状部材は、前記スリットのパターンが互いに異なってもよい。 Further, in the present disclosure, among the plurality of plate-shaped members, the plate-shaped members overlapping in the radial direction of the insertion holes may have different slit patterns.
本開示によれば、減衰能力を有する新たなトップフォイルの支持構造を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a new top foil support structure having damping capability.
以下、図面を参照して本開示のラジアルフォイル軸受を詳しく説明する。 Hereinafter, the radial foil bearing of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本開示のラジアルフォイル軸受が適用されるターボ機械の一例を示す側面図である。
図1中、符号1は回転軸(シャフト)、符号2は回転軸の軸方向の一方側の先端に設けられたインペラ、符号3は本開示に係るラジアルフォイル軸受である。なお、図1では省略してラジアルフォイル軸受を一つしか記載していないが、通常は回転軸1の軸方向にラジアルフォイル軸受が二つ設けられている。したがって、本開示においてもラジアルフォイル軸受3が二つ設けられている。
FIG. 1 is a side view showing an example of a turbomachine to which the radial foil bearing of the present disclosure is applied.
In FIG. 1,
回転軸1には、ラジアルフォイル軸受3が外挿(挿通)されている。回転軸1のインペラ2とラジアルフォイル軸受3との間には、スラストカラー4が設けられている。このスラストカラー4の軸方向両側には、スラスト軸受5が配置(挿通)されている。インペラ2は、静止側となるハウジング6内に配置されており、ハウジング6との間にチップクリアランス7を有している。
A radial foil bearing 3 is extrapolated (inserted) into the rotating
(第1実施形態)
図2は、本開示の第1実施形態に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。
ラジアルフォイル軸受3は、回転軸1に外挿されて、該回転軸1を支持する軸受である。ラジアルフォイル軸受3は、トップフォイル9と、フォイル構造体10と、軸受ハウジング12と、を備える。軸受ハウジング12は、回転軸1が挿通される挿通孔12aを有する。
(First Embodiment)
FIG. 2 is a front view showing the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
The radial foil bearing 3 is a bearing that is extrapolated to the rotating
なお、以下の説明においては、挿通孔12aを基準に各部材の位置関係を説明することがある。具体的に、「軸方向」とは、挿通孔12aが延びる方向(回転軸1が挿通される方向)を言う。また、「径方向」とは、挿通孔12aの径方向を言う。また、「周方向」とは、挿通孔12aの内周面に沿った周方向を言う。
In the following description, the positional relationship of each member may be described with reference to the
軸受ハウジング12は、径方向におけるラジアルフォイル軸受3の最外部を構成する円筒状の部材である。軸受ハウジング12には、挿通孔12aが形成されている。挿通孔12aには、フォイル構造体10、トップフォイル9が収容されている。具体的に、フォイル構造体10は挿通孔12aの内周面に支持され、トップフォイル9はフォイル構造体10に支持されている。つまり、フォイル構造体10は、トップフォイル9と軸受ハウジング12との間に介在している。なお、本開示の軸受ハウジング12は、挿通孔12aを備える円筒状の部材である。しかし、挿通孔12aを有すれば、軸受ハウジング12は、円筒状以外の部材(例えば角柱状の部材)であってもよい。
The bearing
図3は、本開示の第1実施形態に係るトップフォイル9を展開した平面図である。
トップフォイル9は、図3に示すように、周方向を長辺とし、軸方向を短辺とする矩形状の金属箔である。このトップフォイル9は、図2に示すように、円筒状に巻かれて、回転軸1の周面に対向して配置されている。
FIG. 3 is a plan view of the
As shown in FIG. 3, the
トップフォイル9の長辺方向における一方の短辺(端部,第1端)には、図3に示すように、長辺方向の一方側に突出する一つの凸部21aと、凸部21aの短辺方向両側に形成された二つの凹部22aとを有してなる第1の凹凸部23aが形成されている。すなわち、トップフォイル9の長辺方向における一方の短辺は、長辺方向の一方側に突出する一つの凸部21aと、凸部21aの短辺方向両側に延接する段差とを備える。
On one short side (end, first end) of the
また、トップフォイル9の当該一方の短辺と反対の他方の短辺(長辺方向における他方側に位置する短辺(端部,第2端))には、短辺方向において離隔する二つの凸部21bと、当該二つの凸部21bの間に位置する一つの凹部22bと、を有してなる第2の凹凸部23bが形成されている。あるいは、トップフォイル9の長辺方向の他方側に位置する短辺には、長辺方向の一方側に窪む凹部22bと、凹部22bの短辺方向両側に位置する段差とを備える。
Further, the other short side of the
第2の凹凸部23bの凹部22bは、第1の凹凸部23aの凸部21aに対応して形成されている。また、第1の凹凸部23aの凹部22aは、第2の凹凸部23bの凸部21bに対応して形成されている。つまり、凹部22bの短辺方向の間隔の最少が、凸部21aの短辺方向の幅の最大より大きい。本開示の凹部22bの長辺方向の間隔と、凸部21aの長辺方向の間隔は、長辺方向において一定である。
The
第2の凹凸部23bの凹部22bは、第1の凹凸部23aと第2の凹凸部23bとが重なるようにトップフォイル9を円筒状に巻いた際、凹部22b内を凸部21aが通り抜けるように形成されている。同様に、第1の凹凸部23aの凹部22aは、トップフォイル9を円筒状に巻いた際、該凹部22a内を凸部21bがそれぞれ通り抜けるように形成されている。つまり、トップフォイル9は、第1端(一方の短辺)から周方向一方側に延伸する部位(凸部21a)と、第2端(他方の短辺)から周方向他方側に延伸する部位(凸部21b)が、軸方向に交差している。
The
凹部22b、22aを通り抜けた凸部21a、21b(トップフォイル9の両端)は、図2に示すように、それぞれ軸受ハウジング12側に引き出される。すなわち、挿通孔12aの内周側に配されたトップフォイル9を軸方向から見ると、凸部21aと凸部21bが交差している。また、トップフォイル9の凸部21aは、軸方向において、2つの凸部21bの間に位置する。軸受ハウジング12には、挿通孔12aの内周面に、凸部21a、21bが挿入される通し溝14が形成されている。通し溝14は、軸受ハウジング12の軸方向の一方の端面12bから他方の端面12bまで軸方向に沿って形成されている。
The
フォイル構造体10は、トップフォイル9と軸受ハウジング12との間に配置されている。フォイル構造体10は、本開示では、挿通孔12aの内周面に沿って配置された3つの板状部材10Aによって構成されている。3つの板状部材10Aは、展開形状が略矩形状であり、軸方向から見たとき、図2に示すように、全体として略円筒状になるよう湾曲している。本開示では、板状部材10Aの3つが全て同じ形状・寸法に形成されている。したがって、これら板状部材10Aは、挿通孔12aの内周面を周方向において略3分割して配置されている。
The
板状部材10Aは、板状部材10Aの周方向の中央部に向かって、軸受ハウジング12との径方向の間隔が増大すると共にトップフォイル9との間隔が減少する領域(板バネ部10b)と、板状部材10Aの周方向の中央部において、板バネ部10bよりも径方向外側に窪む(突出する)嵌合部10cと、を有する。板バネ部10bは、板状部材10Aの周方向の両端部において、挿通孔12aの内周面に接すると共にトップフォイル9から離隔している。また、板バネ部10bは、板状部材10Aの周方向の中央部において、挿通孔12aの内周面から離隔すると共に、トップフォイル9に接している。
The plate-shaped
嵌合部10cは、トップフォイル9から離隔している。嵌合部10cは、板状部材10Aの周方向両端の間の周方向位置(本開示では周方向における板状部材10Aの中央位置)に形成されている。軸受ハウジング12の軸方向両側の端面12bには、図2に示すようにそれぞれ、挿通孔12aの内周縁から径方向外側に向かって延びる一対の嵌合溝15が形成されている。本開示の嵌合溝15は、軸受ハウジング12の端面12bを、その周方向にほぼ3分割する位置に、それぞれ形成されている。そして、これら嵌合溝15には、上述した板状部材10Aの嵌合部10cが嵌合している。なお、図中、嵌合溝15と嵌合部10cとの間には隙間が設けられているが、この隙間は、各部材を明瞭に区別するために設けられたもので、実装置においては、各部材はそれぞれ当接している(以下の図においても同様)。
The
本開示では、3つの嵌合溝15のうちの2つの嵌合溝15の間に、通し溝14が配置されている。また、嵌合溝15の一つは、通し溝14と径方向において対向している。嵌合溝15を形成するには、エンドミルによる切削加工等が適宜選択できる。また、嵌合溝15は、軸受ハウジング12の内周縁から外周縁まで貫通して形成されていなくてもよい。
In the present disclosure, a through
図4は、本開示の第1実施形態に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
図4に示すように、板状部材10Aには、それぞれの周方向両端の間の周方向位置(軸受ハウジング12の周方向に沿う方向の中央部)の両側周縁部に、嵌合部10cが形成されている。つまり、板状部材10Aは、軸方向において対向する位置に、2つの嵌合部10cを有している。あるいは、板状部材10Aは、軸方向の両側の端縁に、それぞれ嵌合部10cを有している。
FIG. 4 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
As shown in FIG. 4, the plate-shaped
また、板状部材10Aは、軸方向の両側の端縁に形成された2つの嵌合部10cの間に、孔部10dを有している。孔部10dは、嵌合部10cの周方向幅以上の周方向幅を有し、軸方向に延伸している。また、孔部10dの軸方向幅は、嵌合部10cの軸方向幅よりも大きい。つまり、板状部材10Aの周方向両端の間の周方向位置には、軸方向に延伸する孔部10d(スリット)を有する。あるいは、板状部材10Aの2つの板バネ部10bが、孔部10d(スリット)により分断され、板状部材10Aの両側周縁部の2つの嵌合部10cによって接続されているとも言える。
Further, the plate-shaped
嵌合部10cは、軸受ハウジング12の嵌合溝15に対し径方向に挿入され、周方向における嵌合溝15の両側面に対向して配置される。嵌合部10cは、板バネ部10bから挿通孔12aの径方向の外側に向かって曲げられ、且つ、もう一つの板バネ部10bに向かって径方向の内側に曲げ返されている。具体的に、嵌合部10cは、板バネ部10bから径方向の外側に向かって延伸する延伸部と、もう一つの板バネ部10bに向かって径方向の内側に延伸する返し部、周方向に延伸し、延伸部と返し部とを接続する接続部と、を有する略U字状に形成されている。これら延伸部、接続部、返し部は、板バネ部10bからこの順序で周方向に連続的にたどることができる。なお、本開示の嵌合部10cでは、周方向に延伸する接続部を設けたが、接続部を介さずに、例えば、延伸部と返し部とを略V字状に接続して形成することも可能である。
The
図2に戻り、板状部材10Aは、嵌合部10cを除く部分(板バネ部10b)がもとは平板形状であり、軸受ハウジング12の挿通孔12aに沿わせるために湾曲している。つまり、板状部材10Aは、湾曲形状からもとの平板形状に戻ろうとするバネ反力によって、トップフォイル9を径方向内側に押し上げ、回転軸1の締め付け状態を作り出している。なお、バネの効き始めを調整するため、板バネ部10bは、完全なる平板形状では無く、初めから若干のR(湾曲形状)を有していても良い。
Returning to FIG. 2, the plate-shaped
つまり、板状部材10Aは、軸受ハウジング12の挿通孔12aよりも大きな曲率半径を有している。これにより、板状部材10Aは、軸受ハウジング12の挿通孔12aには密着せず、板状部材10Aの周方向中央部が挿通孔12aの内周面から浮き上がった状態となる。この板状部材10Aの浮きが、ラジアルフォイル軸受3が荷重を受けた際の吸収代となる。また、板状部材10Aは、周方向の両端部のみが挿通孔12aの内周面に接している。つまり、板状部材10Aは、挿通孔12aの周方向の中央部に向かって、軸受ハウジング12との径方向の間隔が増大すると共にトップフォイル9との径方向の間隔が減少する領域(板バネ部10b)を有する。
That is, the plate-shaped
次に、このような構成からなるラジアルフォイル軸受3の作用について説明する。
回転軸1が停止した状態では、トップフォイル9はフォイル構造体10(3つの板状部材10A)によって回転軸1側に付勢されることで回転軸1に密着している。
Next, the operation of the radial foil bearing 3 having such a configuration will be described.
When the
そして、回転軸1を図2中の矢印P方向に始動させると、最初は低速で回転を始め、その後徐々に加速して高速で回転する。すると、図2中矢印Qで示すように、トップフォイル9の一端側から周囲流体が引き入れられ、トップフォイル9と回転軸1との間に流入する。これにより、トップフォイル9と回転軸1との間に流体潤滑膜が形成される。
Then, when the
この流体潤滑膜の膜圧は、トップフォイル9に作用し、該トップフォイル9に接する板状部材10Aの周方向中央部を押圧する。すると、板状部材10Aの周方向中央部における挿通孔12aの内周面に対する浮きが、当該押圧の吸収代となり、板状部材10Aが径方向外側に変形する。そうすると、板状部材10Aの周方向両端部が、軸受ハウジング12上をその周方向に動こうとする。すなわち、板状部材10Aは、トップフォイル9を弾性的に支持するため、トップフォイル9から荷重を受けた際には径方向及び周方向に変形することで、トップフォイル9の撓みを許容し、これを支持する。
The film pressure of the fluid lubricating film acts on the
ここで、図2に示すように、軸受ハウジング12の嵌合溝15には、板状部材10Aの嵌合部10cが嵌合している。これにより、周方向における板状部材10Aの回転が抑制される。したがって、板状部材10Aの周方向両端部は、嵌合部10cが嵌合している嵌合溝15を挟み周方向両側に変形する(動く)。
Here, as shown in FIG. 2, the
また、嵌合部10cは、軸方向において対向する位置に2つ設けられ、軸受ハウジング12と軸方向において対向している。つまり、一対の嵌合部10cは、軸受ハウジング12に対する板状部材10Aの軸方向の移動を抑制している。よって、軸受ハウジング12からの板状部材10Aの脱落が抑制される。
Further, two
板状部材10Aは、トップフォイル9から荷重を受ける際、トップフォイル9と共に撓むが、このとき板状部材10Aの周方向両端部と軸受ハウジング12の挿通孔12aとの間で「滑り」が生じる。すなわち、回転軸1の軸振動により流体潤滑膜に圧力変動が生じると、トップフォイル9に圧力変動が伝達し、当該「滑り」が生じる。この「滑り」が摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、膜圧変動を減衰させるので、回転軸1の軸振動が抑制される。
When the plate-shaped
回転軸1の軸振動による変動荷重(負荷と除荷の繰り返し)が板状部材10Aに作用し、例えば荷重が除荷側になったとき、板状部材10Aの周方向中央部は、軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面から浮き上がる。ここで、板状部材10Aの嵌合部10cが、軸受ハウジング12の嵌合溝15に当接している場合、嵌合部10cと嵌合溝15との間で「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。なお、荷重が負荷側になったときも同様である。板状部材10Aを制振合金製とすれば、さらに減衰効果が高まる。
When a fluctuating load (repeated load and unloading) due to shaft vibration of the
また、上述したトップフォイル9の支持構造(フォイル構造体10)において、従来のバンプフォイルの高さに対応するのは板バネ部10bの厚さであり、板厚の誤差は極めて少なく(プレス加工の1/100程度)、製作時の個体差によって回転軸1の締め付け状態が変化し難くなる。また、強い外乱が作用した場合には、板バネ部10bが軸受ハウジング12に完全に密着状態(挿通孔12aの内周面との隙間が無くなった状態)となることにより、軸変位が増大するのを抑制することができる。なお、このような外乱が作用した場合でも板状部材10Aの周方向中央部の嵌合部10cが軸受ハウジング12の嵌合溝15に差し込まれているので、板状部材10Aが定位置からずれることは無い。
Further, in the above-mentioned support structure of the top foil 9 (foil structure 10), the thickness of the
このように、上述のラジアルフォイル軸受3によれば、挿通孔12aを有する軸受ハウジング12と、挿通孔12aの内側に配置されたトップフォイル9と、トップフォイル9と軸受ハウジング12との間に介在するフォイル構造体10と、を備え、フォイル構造体10は、挿通孔12aの周方向の中央部に向かって、軸受ハウジング12との間隔が増大すると共にトップフォイル9との間隔が減少する領域(板バネ部10b)を有する、という構成を採用することによって、減衰能力を有する新たなトップフォイル9の支持構造を提供できる。
As described above, according to the above-mentioned radial foil bearing 3, the bearing
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. In the following description, the same or equivalent configurations as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
図5は、本開示の第2実施形態に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。図6は、本開示の第2実施形態に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
これらの図に示すように、第2実施形態のラジアルフォイル軸受3は、フォイル構造体10が、挿通孔12aの径方向において重なった複数の板状部材10A〜10Cによって形成されている点で、上記実施形態と異なる。
FIG. 5 is a front view showing the radial foil bearing 3 according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 6 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to the second embodiment of the present disclosure.
As shown in these figures, in the radial foil bearing 3 of the second embodiment, the
図5及び図6に示すように、板状部材10Aは、上記実施形態と同一の構成を有する。この板状部材10Aの径方向外側には、2枚の板状部材10B,10Cが重なって配置されている。板状部材10B,10Cは、展開形状が略矩形状であり、軸方向から見たとき、図5に示すように、全体として略円筒状になるよう湾曲している。本開示では、板状部材10A〜10Cの周方向における長さが全て同じ寸法に形成されている。したがって、これら板状部材10A〜10Cは、挿通孔12aの内周面を周方向において略3分割して配置されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the plate-shaped
板状部材10B,10Cは、それぞれの周方向の中央部に向かって、軸受ハウジング12との径方向の間隔が増大すると共にトップフォイル9との間隔が減少する領域を有する。つまり、板状部材10B,10Cも板状部材10Aと同様に、軸受ハウジング12の挿通孔12aよりも大きな曲率半径を有している。これにより、板状部材10B,10Cにおいても周方向中央部が挿通孔12aの内周面から浮き上がった状態で設置される。なお、板状部材10A〜10Cのうち、最外周に配置された板状部材10Cは、その周方向両端部が挿通孔12aの内周面に接している。
The plate-shaped
図6に示すように、板状部材10B,10Cには、それぞれの周方向両端の間の周方向位置(挿通孔12aの周方向に沿う方向の中央部)の両側周縁部に、切欠10eが形成されている。つまり、板状部材10B,10Cの周方向に沿った縁部の周方向両端の間の周方向位置には、軸方向に凹みが存在する。
As shown in FIG. 6, the plate-shaped
切欠10eは、軸受ハウジング12の嵌合溝15に対応する位置、すなわち嵌合溝15と径方向において重なる位置に形成されている。また、切欠10eの幅が嵌合溝15の幅と同じに形成されている。板状部材10Aの嵌合部10cは、板状部材10B,10Cの切欠10eを径方向に通過し、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。
The
次に、このような構成からなるラジアルフォイル軸受3の作用について説明する。 Next, the operation of the radial foil bearing 3 having such a configuration will be described.
図6に示すように、板状部材10B,10Cには、軸方向の端縁に形成された切欠10eに、板状部材10Aの嵌合部10cが挿通されている。嵌合部10cは、軸受ハウジング12の端面12bに形成された嵌合溝15に嵌合しており、この嵌合部10cが切欠10eに挿通されることで、周方向における板状部材10B,10Cの回転が抑制される。したがって、板状部材10B,10Cの周方向両端部は、嵌合部10cが挿通されている切欠10eを挟み周方向両側に変形する(動く)。
As shown in FIG. 6, in the plate-shaped
嵌合部10cは、軸方向において対向する位置に2つ設けられ、軸受ハウジング12と軸方向において対向すると共に、板状部材10B,10Cとも軸方向において対向している。つまり、嵌合部10cは、軸受ハウジング12に対する板状部材10Aの軸方向の移動を抑制すると共に、板状部材10B,10Cの軸方向の移動も抑制している。よって、軸受ハウジング12からの板状部材10B,10Cの脱落が抑制される。
Two
板状部材10B,10Cは、トップフォイル9から荷重を受ける際、トップフォイル9および板状部材10Aと共に撓むが、このときトップフォイル9、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10C、軸受ハウジング12の間で「滑り」が生じる。すなわち、フォイル構造体10が複数の板状部材10A〜10Cから形成されていると、回転軸1が振動した際、板状部材10A〜10C同士の接触部でも「滑り」による摩擦エネルギーの散逸が引き起こされるので、振動を減衰させる効果が高くなる。
このように、上記構成の第2実施形態によれば、上述した第1実施形態の作用効果に加えて、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
When the plate-shaped
As described above, according to the second embodiment of the above configuration, in addition to the action and effect of the first embodiment described above, the contact area in the
上記第2実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図7及び図8に示すような構成を採用してもよい。 The radial foil bearing 3 of the second embodiment may adopt the configuration shown in FIGS. 7 and 8 below.
図7は、本開示の第2実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。図8は、本開示の第2実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
図7及び図8に示す板状部材10B,10Cは、板状部材10Aと同様の構成となっており、板バネ部10bと、嵌合部10cとを備えている。
FIG. 7 is a front view showing a radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure. FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
The plate-shaped
板状部材10Aに形成された嵌合部10cは、板状部材10Bの嵌合部10cの内側の空間に嵌合している。また、板状部材10Bに形成された嵌合部10cは、板状部材10Cの嵌合部10cの内側の空間に嵌合している。つまり、嵌合部10cの周方向における寸法が、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10Cの順に大きくなっている。また、嵌合部10cの径方向における寸法が、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10Cの順に大きくなっている。なお、板状部材10Cの嵌合部10cは、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。図中、板状部材10A〜10Cの嵌合部10cの間には隙間が設けられているが、この隙間は、各部材を明瞭に区別するために設けられたもので、実装置においては、各部材はそれぞれ当接している。
The
上記構成によれば、上述した第2実施形態の作用効果に加えて、トップフォイル9が回転軸1の軸振動による変動荷重が受け、フォイル構造体10が共に撓んだときに、板状部材10A〜10Cの嵌合部10cの間でも「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。
このように、上述のラジアルフォイル軸受3によれば、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
According to the above configuration, in addition to the effects of the second embodiment described above, when the
As described above, according to the radial foil bearing 3 described above, the contact area in the
また、上記第2実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図9及び図10に示すような構成を採用してもよい。 Further, the radial foil bearing 3 of the second embodiment may adopt the configuration as shown in FIGS. 9 and 10 below.
図9は、本開示の第2実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。図10は、本開示の第2実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
図9及び図10に示す複数の板状部材10A〜10Cの少なくとも一つ(板状部材10B,10C)は、挿通孔12aの周方向における長さが異なっている。
FIG. 9 is a front view showing a radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure. FIG. 10 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
At least one of the plurality of plate-shaped
板状部材10Bは、板状部材10Aよりも周方向における長さが短い。また、板状部材10Cは、板状部材10Bよりも周方向における長さが短い。つまり、周方向における寸法が、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10Cの順に短くなっている。板状部材10Aの周方向両端部は、挿通孔12aの内周面に接触している。また、板状部材10Bの周方向両端部も、挿通孔12aの内周面に接触している。また、板状部材10Cの周方向両端部も、挿通孔12aの内周面に接触している。
The plate-shaped
上記構成によれば、上述した第2実施形態の作用効果に加えて、トップフォイル9が回転軸1の軸振動による変動荷重が受け、フォイル構造体10が共に撓んだときに、板状部材10A〜10Cのそれぞれの周方向両端部と挿通孔12aの内周面との間でも「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。
このように、上述のラジアルフォイル軸受3によれば、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
According to the above configuration, in addition to the effects of the second embodiment described above, when the
As described above, according to the radial foil bearing 3 described above, the contact area in the
さらに、図9及び図10に示す第2実施形態の一変形例は、下記図11に示すような構成を採用してもよい。 Further, in one modification of the second embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the configuration as shown in FIG. 11 below may be adopted.
図11は、本開示の第2実施形態の一変形例に係るフォイル構造体10を平坦化して径方向から視た平面図である。
図11に示す複数の板状部材10A〜10Cの少なくとも一つ(板状部材10B,10C)は、周方向両端部の端辺の形状が異なっている。
FIG. 11 is a plan view of the
At least one of the plurality of plate-shaped
板状部材10Aの周方向両端部の端辺10A1は、軸方向に沿った直線形状になっている。一方、板状部材10Bの周方向両端部の端辺10B1は、板状部材10Aの周方向両端部の間の周方向位置で、軸方向中央部において周方向に延伸されている。また、板状部材10Cの周方向両端部の端辺10C1は、板状部材10Bの周方向両端部の間の周方向位置で、軸方向中央部において周方向に延伸されている。
The end sides 10A1 at both ends of the plate-shaped
上記構成によれば、上述した第2実施形態の一変形例の作用効果に加えて、板状部材10A〜10Cが挿通孔12aの内周面に強く押し付けられたとき、荷重を支える面積(板状部材10A〜10Cが重なっている領域)が広くなり、より強い外乱に耐えられるようになる。
According to the above configuration, in addition to the action and effect of one modification of the second embodiment described above, when the plate-shaped
(第3実施形態)
次に、本開示の第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present disclosure will be described. In the following description, the same or equivalent configurations as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
図12は、本開示の第3実施形態に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。図13は、本開示の第3実施形態に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
これらの図に示すように、第3実施形態のラジアルフォイル軸受3は、フォイル構造体10が、嵌合部10cとして一対の折り曲げ部17を有する点で、上記実施形態と異なる。
FIG. 12 is a front view showing the radial foil bearing 3 according to the third embodiment of the present disclosure. FIG. 13 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to the third embodiment of the present disclosure.
As shown in these figures, the radial foil bearing 3 of the third embodiment is different from the above embodiment in that the
板状部材10Aには、それぞれの周方向両端の間の周方向位置(挿通孔12aの周方向に沿う方向の中央部)の両側周縁部に、一対の折り曲げ部17が形成されている。つまり、板状部材10Aは、軸方向において対向する位置に、2つの一対の折り曲げ部17を有している。あるいは、板状部材10Aは、軸方向の両側の端縁に、それぞれ一対の折り曲げ部17を有している。
The plate-shaped
図13に示すように、板状部材10Aには、一対の折り曲げ部17を径方向外側に向かって切り起こすための切込み10fが形成されている。つまり、板状部材10Aの周方向に沿った縁部の周方向両端の間の周方向位置には、軸方向に凹みが存在する。一対の折り曲げ部17は、周方向において離隔している。一対の折り曲げ部17は、軸方向における幅が一定の矩形板状に形成されている。また、一対の折り曲げ部17は、板状部材10Aの平坦部(板バネ部)に対して径方向外側に向かって略90°に曲げられている。
As shown in FIG. 13, the plate-shaped
一対の折り曲げ部17は、図12に示すように、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。板状部材10Aが挿通孔12aへの装着によって湾曲すると、一対の折り曲げ部17は、周方向両側に広がり、嵌合溝15の周方向の両側面に当接する。これにより、一対の折り曲げ部17と嵌合溝15との間に摩擦力が発現し、板状部材10Aが軸受ハウジング12に保持される。
As shown in FIG. 12, the pair of
次に、このような構成からなるラジアルフォイル軸受3の作用について説明する。 Next, the operation of the radial foil bearing 3 having such a configuration will be described.
回転軸1の軸振動による変動荷重(負荷と除荷の繰り返し)が板状部材10Aに作用し、例えば荷重が除荷側になったとき、板状部材10Aは、軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面から浮き上がる。ここで、板状部材10Aの一対の折り曲げ部17は、軸受ハウジング12の嵌合溝15の周方向の両側面に当接しているため、一対の折り曲げ部17と嵌合溝15との間で「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。図12に示すように、板状部材10Aが挿通孔12aへの装着によって湾曲し、一対の折り曲げ部17が周方向両側に広がり、嵌合溝15の周方向の両側面に押し付けられているので、一対の折り曲げ部17の嵌合溝15の周方向の両側面への接触力が弱まることが無く、確実に摩擦減衰効果が発揮される。なお、荷重が負荷側になったときも同様である。
このように、上記構成の第3実施形態によれば、上述した第1実施形態の作用効果に加えて、嵌合部10cの摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
When a fluctuating load (repeated load and unloading) due to shaft vibration of the
As described above, according to the third embodiment of the above configuration, in addition to the action and effect of the first embodiment described above, the damping effect due to the friction of the
上記第3実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図14に示すような構成を採用してもよい。 The radial foil bearing 3 of the third embodiment may adopt the configuration as shown in FIG. 14 below.
図14は、本開示の第3実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
図14に示す板状部材10Aには、周方向において離隔した2つの切込み10fから、それぞれ径方向外側に向かって切り起こされた一対の折り曲げ部17が形成されている。つまり、板状部材10Aの周方向に沿った縁部の周方向両端の間の周方向位置には、軸方向に2つ凹みが存在する。
FIG. 14 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to a modification of the third embodiment of the present disclosure.
The plate-shaped
2つの凹み(切込み10f)の間には、凸部18が形成されている。一対の折り曲げ部17は、凸部18の周方向両側に接続されている。つまり、一対の折り曲げ部17は、凸部18から周方向両側に延伸した部分を、径方向外側に折り曲げて形成されている。このような構成によれば、図13に示すように一対の折り曲げ部17の長さが、その間の切込み10fの周方向における寸法に制限されることがない。対して、図14に示す構成によれば、一対の折り曲げ部17が周方向において離隔する寸法を広げることなく、一対の折り曲げ部17を長く形成できる。これにより、嵌合溝15を周方向に大きくすることなく、また、一対の折り曲げ部17を長くし嵌合溝15に嵌合させ易くすることができる。
A
(第4実施形態)
次に、本開示の第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present disclosure will be described. In the following description, the same or equivalent configurations as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
図15は、本開示の第4実施形態に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。図16は、本開示の第4実施形態に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
これらの図に示すように、第4実施形態のラジアルフォイル軸受3は、フォイル構造体10が、径方向において重なった複数の板状部材10A〜10Cによって形成されており、複数の板状部材10A〜10Cの少なくとも一つ(板状部材10B,10C)は、径方向外側に向かって切り起こされた爪部10gを有する点で、上記実施形態と異なる。
FIG. 15 is a front view showing the radial foil bearing 3 according to the fourth embodiment of the present disclosure. FIG. 16 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
As shown in these figures, in the radial foil bearing 3 of the fourth embodiment, the
図16に示すように、板状部材10Aは、上記第2実施形態の一変形例(図14参照)と同一の構成を有する。この板状部材10Aの径方向外側には、2枚の板状部材10B,10Cが重なって配置されている。板状部材10B,10Cは、上記第2実施形態(図6参照)と同様の切欠10eを有する。つまり、板状部材10B,10Cには、それぞれの周方向両端の間の周方向位置(挿通孔12aの周方向に沿う方向の中央部)の両側周縁部に、切欠10eが形成されている。板状部材10Aの嵌合部10c(一対の折り曲げ部17)は、板状部材10B,10Cの切欠10eを径方向に通過し、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。
As shown in FIG. 16, the plate-shaped
図17〜図22は、本開示の第4実施形態に係る板状部材10B,10Cを形成するフォイル片10aを平坦化して径方向から視た平面図である。
これらの図に示すように、板状部材10B,10Cを形成するフォイル片10aには、所定パターンのスリット20(切込み)が形成されている。このフォイル片10aを湾曲させると、スリット20によって隔離した部分が径方向外側に切り起こされて爪部10gとなる。
17 to 22 are plan views of the
As shown in these figures, slits 20 (cuts) having a predetermined pattern are formed in the
図17に示すスリット20(パターンA)は、フォイル片10aの軸方向中央部に、H字状スリットが形成されると共に、該H字状スリットの周方向両側に、一対のU字状スリットが形成されている。
図18に示すスリット20(パターンB)は、フォイル片10aの軸方向中央部に、一対のU字状スリットが形成されると共に、フォイル片10aの4つのコーナー部に、L字状スリットが形成されている。
In the slit 20 (pattern A) shown in FIG. 17, an H-shaped slit is formed in the axial center portion of the
In the slit 20 (pattern B) shown in FIG. 18, a pair of U-shaped slits are formed in the axial center portion of the
図19に示すスリット20(パターンC)は、フォイル片10aの4つのコーナー部に、フォイル片10aの中央部に向かって延びる一対の傾斜スリットが形成されている。
図20に示すスリット20(パターンD)は、フォイル片10aの軸方向中央部に、一対のU字状スリットが形成されると共に、該一対のU字状スリットの周方向両側に、一対のU字状スリットが形成されている。
In the slit 20 (pattern C) shown in FIG. 19, a pair of inclined slits extending toward the center of the
In the slit 20 (pattern D) shown in FIG. 20, a pair of U-shaped slits are formed in the axial center portion of the
図21に示すスリット20(パターンE)は、フォイル片10aの軸方向中央部に、H字状スリットが形成されると共に、該H字状スリットの周方向両側に、一対のH字状スリットが形成されている。
図22に示すスリット20(パターンF)は、フォイル片10aの4つのコーナー部に、T字状スリットが形成されている。
In the slit 20 (pattern E) shown in FIG. 21, an H-shaped slit is formed in the axial center portion of the
In the slit 20 (pattern F) shown in FIG. 22, T-shaped slits are formed at the four corners of the
図23は、本開示の第4実施形態に係るフォイル構造体10の2層目(板状部材10B)と3層目(板状部材10C)のスリット20のパターン(A〜F)の組み合わせ例を示す図である。
図23に示すように、板状部材10B,10Cのスリット20のパターン(A〜F)は、互いに異なっている。つまり、2層目(板状部材10B)と3層目(板状部材10C)を重ねたときに互いの爪部10gが干渉しないよう、各層の切込み位置は違えてある。
FIG. 23 shows a combination example of the
As shown in FIG. 23, the patterns (A to F) of the
次に、このような構成からなるラジアルフォイル軸受3の作用について説明する。 Next, the operation of the radial foil bearing 3 having such a configuration will be described.
2層目(板状部材10B)と3層目(板状部材10C)にスリット20を入れ、板状部材10B,10Cを湾曲させると、スリット20によって離隔した部分が、径方向外側(湾曲面の接線方向)へ飛び出し、2層目(板状部材10B)の爪部10gは3層目(板状部材10C)に接し、3層目(板状部材10C)の爪部10gは軸受ハウジング12の挿通孔12aの内壁面に接する。
When slits 20 are inserted in the second layer (plate-shaped
このように板状部材10B,10Cが爪部10gを有していると、回転軸1が振動した際、爪部10gの接触部でも「滑り」による摩擦エネルギーの散逸が引き起こされるので、振動を減衰させる効果が高くなる。
このように、上記構成の第4実施形態によれば、上述した実施形態の作用効果に加えて、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
When the plate-shaped
As described above, according to the fourth embodiment of the above configuration, in addition to the action and effect of the above-described embodiment, the contact area in the
また、上記第4実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図24に示すような構成を採用してもよい。 Further, the radial foil bearing 3 of the fourth embodiment may adopt the configuration as shown in FIG. 24 below.
図24は、本開示の第4実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3を示す正面図である。
図24に示す板状部材10B,10Cは、板状部材10Aと同様に、一対の折り曲げ部17(嵌合部10c)を備えている。
FIG. 24 is a front view showing a radial foil bearing 3 according to a modification of the fourth embodiment of the present disclosure.
The plate-shaped
板状部材10Aに形成された一対の折り曲げ部17は、板状部材10Bの一対の折り曲げ部17の内側の空間に嵌合している。また、板状部材10Bに形成された一対の折り曲げ部17は、板状部材10Cの一対の折り曲げ部17の内側の空間に嵌合している。つまり、一対の折り曲げ部17の周方向における寸法(隙間)が、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10Cの順に大きくなっている。なお、板状部材10Cの一対の折り曲げ部17は、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。図中、板状部材10A〜10Cの一対の折り曲げ部17の間には隙間が設けられているが、この隙間は、各部材を明瞭に区別するために設けられたもので、実装置においては、各部材はそれぞれ当接している。
The pair of
上記構成によれば、上述した第4実施形態の作用効果に加えて、トップフォイル9が回転軸1の軸振動による変動荷重が受け、フォイル構造体10が共に撓んだときに、板状部材10A〜10Cの一対の折り曲げ部17(嵌合部10c)の間でも「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。
このように、上述のラジアルフォイル軸受3によれば、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
According to the above configuration, in addition to the effects of the fourth embodiment described above, when the
As described above, according to the radial foil bearing 3 described above, the contact area in the
さらに、図24に示す第4実施形態の一変形例は、下記図25に示すような構成を採用してもよい。 Further, as one modification of the fourth embodiment shown in FIG. 24, the configuration as shown in FIG. 25 below may be adopted.
図25は、本開示の第4実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受3の要部の拡大斜視図である。
図24に示す板状部材10B,10Cは、板状部材10A(図14参照)と同様に、周方向において離隔した2つの切込み10fから、それぞれ径方向外側に向かって切り起こされた一対の折り曲げ部17(嵌合部10c)を備えている。
FIG. 25 is an enlarged perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to a modification of the fourth embodiment of the present disclosure.
Similar to the plate-shaped
板状部材10Cに形成された一対の折り曲げ部17は、板状部材10Bの一対の折り曲げ部17の内側の空間に嵌合している。また、板状部材10Bに形成された一対の折り曲げ部17は、板状部材10Aの一対の折り曲げ部17の内側の空間に嵌合している。つまり、一対の折り曲げ部17の周方向における寸法(隙間)が、板状部材10A、板状部材10B、板状部材10Cの順に小さくなっている。なお、板状部材10Aの一対の折り曲げ部17は、軸受ハウジング12の嵌合溝15に嵌合している。
The pair of
上記構成によれば、上述した第4実施形態の一変形例と同様に、トップフォイル9が回転軸1の軸振動による変動荷重が受け、フォイル構造体10が共に撓んだときに、板状部材10A〜10Cの一対の折り曲げ部17(嵌合部10c)の間でも「滑り」が生じ、これが摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし、減衰として寄与する。
このように、上述のラジアルフォイル軸受3によれば、フォイル構造体10における接触面積を増やし、摩擦による減衰効果をさらに高めることができる。
According to the above configuration, as in the case of one modification of the fourth embodiment described above, when the
As described above, according to the radial foil bearing 3 described above, the contact area in the
以上、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the drawings, the present disclosure is not limited to the above embodiments. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on the design requirements and the like without departing from the gist of the present disclosure.
例えば、上記各実施形態及び各変形例の構成の置換、組み合わせは適宜行うことができる。 For example, the configurations of the above-described embodiments and modifications can be replaced or combined as appropriate.
3 ラジアルフォイル軸受
9 トップフォイル
10 フォイル構造体
10A 板状部材
10b 板バネ部
10B 板状部材
10c 嵌合部
10C 板状部材
10g 爪部
12 軸受ハウジング
12a 挿通孔
12b 端面
15 嵌合溝
20 スリット
A パターン
B パターン
C パターン
D パターン
E パターン
F パターン
3 Radial foil bearing 9
Claims (6)
前記挿通孔の内側に配置されたトップフォイルと、
前記トップフォイルと前記軸受ハウジングとの間に介在するフォイル構造体と、を備え、
前記フォイル構造体は、前記挿通孔の周方向の中央部に向かって、前記軸受ハウジングとの間隔が増大すると共に前記トップフォイルとの間隔が減少する領域を有する、ラジアルフォイル軸受。 Bearing housing with insertion holes and
With the top foil arranged inside the insertion hole,
A foil structure interposed between the top foil and the bearing housing is provided.
The foil structure is a radial foil bearing having a region in which the distance from the bearing housing increases and the distance from the top foil decreases toward the central portion in the circumferential direction of the insertion hole.
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