JP5286934B2

JP5286934B2 - フォイル軸受

Info

Publication number: JP5286934B2
Application number: JP2008137455A
Authority: JP
Inventors: 興史石本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: WO2009144988A1; JP2009287583A

Description

本発明は、回転軸の外周に配置された薄膜状のフォイルと、このフォイルの外周に配置された外輪とを備え、回転する回転軸とフォイルの間に空気層を形成することによってオイルレスで回転軸を回転自在に支持するフォイル軸受に関する。

フォイル軸受は、オイルを供給することがなく、しかも、高速回転する回転軸を支持することができるため、ターボ圧縮機、ターボチャージャ、ガスタービン等に使用されている。

従来のフォイル軸受は、例えば、特許文献１（未公開）や、特許文献２、３に記載されている。

従来において、フォイル軸受５０は、図８に示すように、回転軸５１をフォイル５２で支持する。フォイル５２は回転軸５１の外周に多重に巻き付けされており、フォイル５２は外輪５３に取り付けられている。図８の例では、外輪５３の両端には、フォイル５２が軸方向にはみ出さないように一対のストッパ５４，５４が設けられている。

回転軸５１が回転すると、回転軸５１とフォイル５２との間に空気層が形成される。この空気層を潤滑層にすることによって、フォイル軸受５０はオイルレスで回転軸５１を回転自在に支持する。そして、外乱等によってフォイル５２の外周側５２ｂが軸方向に変移しようとすると、フォイル５２の外周側５２ｂの変位がストッパ５４、５４によって阻止される。これにより、フォイル５２の外周側５２ｂが軸方向に変移することによる不具合を防止できる。なお、５２ａはフォイル５２の内周側を示す。

特願２００７−２０９９７６号、「フォイル軸受装置」、未公開特開２００３−２７８７５１号公報、「スピンドル装置」特開２００５−９５５６号公報、「フォイル型気体軸受装置」

上述した従来のフォイル軸受５０では、外乱等によって回転軸５１が傾斜した場合、フォイル５２の軸方向両端部と回転軸５１とが接触し、回転軸５１の軸表面を傷付けたり、焼き付きが発生するおそれがある。
特に、回転軸５１が回転し始めてから空気層が十分に形成されるまでの間は、外乱等によってフォイル５２の軸方向両端部と回転軸５１とが接触する可能性がより高くなる。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、回転軸の傾斜によって発生するおそれのある、回転軸の損傷や回転軸とフォイルの焼き付きを防止することができるフォイル軸受を提供することにある。

本発明によれば、回転軸を支持するフォイル軸受であって、間隔を隔てて前記回転軸を囲む中空円筒形の外輪と、前記回転軸の外面に配置されるフォイルと、を備え、前記フォイルと対向する前記回転軸の対向部分は、軸方向両端部が中央部より細い凸形状に形成されている、ことを特徴とするフォイル軸受が提供される。

上述の本発明のフォイル軸受では、前記フォイルと対向する前記回転軸の対向部分は、軸方向両端部が中央部より細い凸形状に形成されているので、外乱等によって回転軸が傾斜しても、回転軸に設けた凸形状部により、回転軸とフォイルとが接触しなくなり、回転軸表面を傷付けず、フォイル軸受の焼き付きも防止できる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記回転軸は、円柱状の回転軸本体と、該回転軸本体を囲むように該回転軸本体に嵌合されて該回転軸本体とともに回転する中空円筒形の内輪と、を有し、該内輪の外面の軸方向断面形状が、前記凸形状となっている。

このように、前記回転軸は、円柱状の回転軸本体と、該回転軸本体を囲むように該回転軸本体に嵌合されて該回転軸本体とともに回転する中空円筒形の内輪と、を有し、該内輪の外面の軸方向断面形状が、前記凸形状となっているので、前記凸形状にする加工を、回転軸本体に対してではなく前記内輪に対して行うことができる。従って、凸形状加工の作業性がよくなる。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向全体において円弧形状となっている。

また、別の実施形態によれば、前記対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において円弧形状となっている。

さらに、別の実施形態によれば、前記対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において軸方向に対して傾斜した直線形状となっている。

上記本発明の構成によれば、外乱等によって回転軸が傾斜しても、回転軸に設けた凸形状部により、回転軸とトップフォイルとが接触しなくなり、回転軸表面を傷付けず、フォイル軸受の焼き付きも防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１及び図２は本発明の第１実施形態を示し、図１はフォイル軸受の断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面である。

図１及び図２において、本発明のフォイル軸受１Ａは、図示しない駆動手段によって高速で回転される回転軸２と、この回転軸２の外周に配置されたフォイル４と、このフォイル外周に設けられた中空円筒形の外輪５とを備え、回転軸２を支持する。

回転軸２は、円柱状の回転軸本体２ａと、回転軸本体２ａを囲むように回転軸本体２ａに嵌合されて回転軸本体２ａとともに回転する中空円筒形の内輪３と、を有する。内輪３は、回転軸２の外周に圧入されることで回転軸本体２ａに嵌合されてよい。また、内輪３は、トップフォイル４ａ（即ち、フォイル４の内周側）が当接する外周面３ａを有する。

フォイル４は、薄膜状のトップフォイル４ａと、薄膜からなるバックフォイル４ｂとからなる。薄膜状のトップフォイル４ａは、内輪３の外面を囲み周方向一端が外輪５内面またはバックフォイル４ｂに固定されている。薄膜からなるバックフォイル４ｂは、トップフォイル４ａと外輪５内面の間に挟持され、トップフォイル４ａを弾性的に支持する。バックフォイル４ｂの周方向一端は、外輪５内面に固定されてよい。
トップフォイル４ａとバックフォイル４ｂは、金属の薄膜で形成され、その構造には色々な種類がある。フォイル４の具体例としては、波形に近い形状に成形したフォイル４ｂの上に平らなフォイル４ａを重ね合わせたものや、１枚のフォイルを複数回軸に巻き付けるものなどがある。

中空円筒形の外輪５は、所定の固定支持面（図示せず）で支持され、内輪３を一定の間隔を隔てて囲む。なお、固定支持面は、回転軸２を有する回転機械のハウジングの内周面などであってよい。例えば、外輪５は、回転軸２に対して固定側であるハウジング（図示せず）に、例えば、すきまばめされ、且つ、図示しないピン等によって回転しないように支持されている。また、外輪５は、円筒状であり、図１、図２の例では、その内周面にバックフォイル４ｂが当接されている。

第１実施形態によると、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分は、図１に示すように、軸方向両端部が中央部より細い凸形状に形成されている。また、第１実施形態では、内輪３が前記対向部分であり、内輪３の外面の軸方向断面形状が凸形状となっている。第１実施形態では、前記対向部分の外面の軸方向断面形状（即ち、図１に示す断面形状）は、軸方向全体において円弧形状となっている。なお、本願において、軸方向とは回転軸２の軸方向を意味する。

上述した本発明の第１実施形態によるフォイル軸受１Ａでは、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分は、軸方向両端部が中央部より細い凸形状に形成されているので、外乱等によって回転軸２が傾斜しても、回転軸２に設けた凸形状部により、回転軸２とトップフォイル４ａとが接触しなくなり、回転軸表面を傷付けず、フォイル軸受１Ａの焼き付きも防止できる。
また、回転軸２は、円柱状の回転軸本体２ａと、回転軸本体２ａに嵌合されて回転軸本体２ａとともに回転する中空円筒形の内輪３と、を有し、内輪３の外面の軸方向断面形状が前記凸形状となっているので、前記凸形状にする加工を、回転軸本体に対してではなく前記内輪に対して行うことができる。従って、凸形状加工の作業性がよくなる。
さらに、第１実施形態では、フォイル４は内輪３に接触するが、回転軸本体２ａには全く接触しないため、フォイル４との干渉によって回転軸本体２ａが損傷を受けることがない。従って、フォイル４との干渉によって損傷を受ける部材は内輪３であり、内輪３の交換は回転軸２を交換する場合に較べて交換作業性が良く、交換コストも安価で済む。

図３は、フォイル軸受１Ａの第２実施形態を示す。第２実施形態では、図３のように、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分は、回転軸２（内輪３）における対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において円弧形状となっている。第２実施形態の他の構成は第１実施形態と同じであってよい。

図４は、フォイル軸受１Ａの第３実施形態を示す。第３実施形態では、図４のように、フォイル４と対向する回転軸２（内輪３）における対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において軸方向に対して傾斜した直線形状となっている。第３実施形態の他の構成は第１実施形態と同じであってよい。

図５は、フォイル軸受１Ａの第４実施形態を示す。第４実施形態では、内輪３を設けずに、上述の凸形状を一体構造の回転軸２に形成している。図５では、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向全体において円弧形状となっている。第４実施形態では、内輪３を設けないので、部品点数削減により部品コストが安価で済む。第４実施形態の他の構成は第１実施形態と同じであってよい。

図６は、フォイル軸受１Ａの第５実施形態を示す。第５実施形態では、内輪３を設けずに、上述の凸形状を一体構造の回転軸２に形成している。図６では、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において円弧形状となっている。第５実施形態では、内輪３を設けないので、部品点数削減により部品コストが安価で済む。第５実施形態の他の構成は第１実施形態と同じであってよい。

図７は、フォイル軸受１Ａの第６実施形態を示す。第６実施形態では、内輪３を設けずに、上述の凸形状を回転軸２に形成している。図７では、フォイル４と対向する回転軸２の対向部分の外面の軸方向断面形状は、軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において軸方向に対して傾斜した直線形状となっている。第６実施形態では、内輪３を設けないので、部品点数削減により部品コストが安価で済む。第５実施形態の他の構成は第１実施形態と同じであってよい。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、前述したようにフォイル４には色々な種類がある。つまり、帯状に長い部材を多重に巻き付けた多重巻きフォイル、トップフォイル及びバンプフォイルから成るバンプフォイル、多数のフォイル片から成るリーフフォイル等があり、本発明のフォイル軸受はどのフォイルを用いたものであってもよい。

本発明の第１実施形態を示し、フォイル軸受の断面図である。本発明の第１実施形態を示し、図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２実施形態に係る回転軸の凸形状図である。本発明の第３実施形態に係る回転軸の凸形状図である。本発明の第４実施形態に係る回転軸の凸形状図である。本発明の第５実施形態に係る回転軸の凸形状図である。本発明の第６実施形態に係る回転軸の凸形状図である。従来におけるフォイル軸受の断面図である。

符号の説明

１Ａフォイル軸受
２回転軸
２ａ回転軸本体
３内輪
３ａ内輪の外周面
４フォイル
４ａフォイルの内周側（トップフォイル）
４ｂフォイルの外周側（バックフォイル）
５外輪

Claims

回転軸を支持するフォイル軸受であって、間隔を隔てて前記回転軸を囲む中空円筒形の外輪と、前記回転軸の外面に配置されるフォイルと、を備え、前記フォイルと対向する前記回転軸の対向部分は、軸方向両端部が中央部より細い凸形状に形成されている、ことを特徴とするフォイル軸受。
前記回転軸は、円柱状の回転軸本体と、該回転軸本体を囲むように該回転軸本体に嵌合されて該回転軸本体とともに回転する中空円筒形の内輪と、を有し、
該内輪の外面の軸方向断面形状が、前記凸形状となっている、ことを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受。
前記対向部分の外面の軸方向断面形状は、
（Ａ）軸方向全体において円弧形状となっている、
（Ｂ）軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において円弧形状となっている、または、
（Ｃ）軸方向中央部において軸と平行な直線形状であり、軸方向両端部において軸方向に対して傾斜した直線形状となっている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフォイル軸受。