JP6891665B2 - ラジアルフォイル軸受 - Google Patents

Description

本開示は、ラジアルフォイル軸受に関するものである。

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フォイル軸受が知られている。このようなラジアルフォイル軸受としては、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、これらトップフォイル及びバックフォイルを収容する円筒状のハウジングと、を備えた構成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。

このようなラジアルフォイル軸受において、トップフォイルが軸受ハウジングから脱落するのを抑制するために、下記特許文献１では、軸受ハウジングの内周面に通し溝を形成し、通し溝に固定具を嵌め込み、複数の係合溝を形成している。トップフォイルは、両端部に第１の凹凸部と第２の凹凸部とを有する金属箔が、円筒状に巻かれたものである。トップフォイルの両端部において軸受ハウジング側に引き出された複数の凸部（両端）は、上記複数の係合溝に係合し、トップフォイルが軸受ハウジングから脱落することを抑制している。

特開２０１３−２１７４２５号公報

ところで、上記従来技術において、軸受ハウジングにトップフォイルを組み込むには、トップフォイルの両端を交差させた状態で、軸受ハウジングに嵌め込んだ固定具の係合溝にトップフォイルの両端を係合させなければならない。これを実現するには、軸受ハウジングの挿通孔の内径よりも小さくなるようにトップフォイルを円錐形状に丸めて、軸受ハウジングの挿通孔に対して軸方向に挿入する必要があった。このように、従来では、軸受ハウジングにトップフォイルを組み込むには、技量と時間が必要であった。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受ハウジングに対するトップフォイルの組み込み作業性を向上させることを目的とする。

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、前記挿通孔に収容されたトップフォイルと、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取り付けられた蓋体と、有し、前記トップフォイルは、両端が前記軸受ハウジング側に引き出されるように交差した状態で円筒状に巻かれており、前記蓋体は、前記トップフォイルの両端、及び、前記軸受ハウジングに取り付けられ前記トップフォイルと係合する係合部材の少なくともいずれか一方と、前記軸方向において対向している。

また、本開示においては、前記挿通孔には、前記軸受ハウジングの端面から前記軸方向に延びる通し溝が形成され、前記トップフォイルの両端は、前記通し溝に収容され、前記蓋体は、前記軸受ハウジングの端面に形成された前記通し溝の開放端の少なくとも一部を覆っていてもよい。

また、本開示においては、前記通し溝に、前記係合部材が収容されていてもよい。

また、本開示においては、前記係合部材の前記通し溝の底面と対向する面は、平坦となっていてもよい。

また、本開示においては、前記係合部材は、前記通し溝の側面と底面との角部に対向する面取り部を有してもよい。

また、本開示においては、前記通し溝の角部は、前記側面と前記底面とを滑らかに接続する湾曲面を有してもよい。

また、本開示においては、前記蓋体は、前記軸受ハウジングにカシメられていてもよい。

また、本開示においては、前記蓋体は、前記軸受ハウジングの端面に対向する円環部と、前記円環部の外縁から延伸し、前記軸受ハウジングの前記挿通孔の径方向における外周面に対向するカシメ部と、を有してもよい。

本開示によれば、軸受ハウジングに対するトップフォイルの組み込み作業性を向上させることができる。

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。 本開示のラジアルフォイル軸受を示す正面図である。 本開示のラジアルフォイル軸受に蓋体を取り付けた状態を示す正面図である。 本開示のバックフォイル及び中間フォイルの軸受ハウジングに対する取り付け構造を示す斜視図である。 本開示のバックフォイル及び中間フォイルの軸受ハウジングに対する取り付け構造を平坦化して模式的に示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 本開示のトップフォイル９を展開した（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 本開示の軸受ハウジングの通し溝における（ａ）要部を分解した斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ａ−Ａ断面図である。 図７のＢ−Ｂ断面図である。 本開示における係合部材の製造工程を説明するための図である。 本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受を示す正面図である。 本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受を示す底面図である。 図１１に示す軸受ハウジングに取り付けられる前の蓋体を示す正面図である。 本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受の通し溝における（ａ）要部の分解斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ｃ−Ｃ断面図である。

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。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

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、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。

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。

図２は、本開示のラジアルフォイル軸受３を示す正面図である。図３は、本開示のラジアルフォイル軸受３に蓋体５０を取り付けた状態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、中間フォイル１０と、バックフォイル１１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。なお、本開示の挿通孔１２ａが形成された軸受ハウジング１２は、円筒状となっている。

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。

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の挿通孔１２ａには、バックフォイル１１、中間フォイル１０、トップフォイル９が収容されている。具体的に、バックフォイル１１は挿通孔１２ａの内周面に支持され、中間フォイル１０はバックフォイル１１に支持され、トップフォイル９は中間フォイル１０に支持されている。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。

バックフォイル１１は、軸受ハウジング１２の挿通孔１２ａの内周面に配置されている。バックフォイル１１は、中間フォイル１０及びトップフォイル９を弾性的に支持するフォイル（薄板）である。このようなバックフォイル１１としては、例えばバンプフォイルや、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報などに記載されているバックフォイルなどが用いられる。本開示では、バックフォイル１１としてバンプフォイルを用いている。

本開示のバックフォイル１１は、挿通孔１２ａの内周面に沿って配置された３つ（複数）のバックフォイル片１１ａによって構成されている。バックフォイル片１１ａは、フォイル（薄板）が周方向に波板状になっている。３つのバックフォイル片１１ａは、軸方向から見たとき、全体として略円筒状になるよう湾曲している。つまり、バックフォイル片１１ａは、挿通孔１２ａの内周面に支持されている。本開示では、バックフォイル片１１ａ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、これらバックフォイル片１１ａ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。

バックフォイル片１１ａは、径方向内側に突出する山部１１ｃと、山部１１ｃから見て径方向外側に突出する谷部１１ｂと、が周方向において交互に形成されている。谷部１１ｂの軸受ハウジング１２と対向する平坦部は、挿通孔１２ａの内周面に当接可能である。また、山部１１ｃは、中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）に当接可能である。このように、バックフォイル片１１ａは、山部１１ｃにより、中間フォイル片１０ａを介してトップフォイル９を弾性的に支持している。なお、バックフォイル片１１ａの周方向両端は、いずれも谷部１１ｂとなっている。

中間フォイル１０は、トップフォイル９とバックフォイル１１との間に配置されている。本開示の中間フォイル１０は、挿通孔１２ａの内周面に沿って配置された３つの中間フォイル片１０ａによって構成されている。中間フォイル片１０ａは、展開形状が略矩形状に形成されている。３つの中間フォイル片１０ａは、軸方向から見たとき、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、中間フォイル片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、これら中間フォイル片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。なお、本開示の中間フォイル片１０ａは、周方向に隣接するバックフォイル片１１ａの離隔位置を挟み、周方向に隣接する山部１１ｃの頂部の間の周方向位置で、隣接する中間フォイル片１０ａと離隔している。つまり、バックフォイル片１１ａの山部１１ｃの頂部と対向する位置において、中間フォイル片１０ａが離隔していない。

また、軸方向における軸受ハウジング１２の両端面１２ｂには、挿通孔１２ａの内周縁から径方向外側に向かって延伸する第１の係合溝２５が形成されている。つまり、軸受ハウジング１２の端面１２ｂは、軸受ハウジング１２の内周まで延在する凹部を備える。本開示の第１の係合溝２５は、軸受ハウジング１２の端面１２ｂを、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、これら第１の係合溝２５には、バックフォイル１１及び中間フォイル１０を軸受ハウジング１２に取り付ける係合ピン３０が係合している。

図４は、本開示のバックフォイル１１及び中間フォイル１０の軸受ハウジング１２に対する取り付け構造を示す斜視図である。図５は、本開示のバックフォイル１１及び中間フォイル１０の軸受ハウジング１２に対する取り付け構造を平坦化して模式的に示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。
バックフォイル片１１ａは、図４及び図５（ａ）に示すように、軸方向の両端縁に切欠２６を備える。切欠２６は、バックフォイル片１１ａの谷部１１ｂに形成されている。

切欠２６は、バックフォイル片１１ａ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バックフォイル片１１ａの中央位置）に形成されている。すなわち、バックフォイル片１１ａには、軸方向の両端縁の当該周方向位置において、軸方向に凹みが存在する。この切欠２６は、図４に示すように、軸受ハウジング１２の第１の係合溝２５に対応する位置、すなわち第１の係合溝２５と重なる位置に配置されている。また、切欠２６の幅は、第１の係合溝２５の幅より小さく形成されている。つまり、切欠２６の周方向両端は、第１の係合溝２５の周方向両端の間の周方向位置に位置する。

図５（ａ）に示すように、中間フォイル片１０ａの外形は、バックフォイル片１１ａの外形と略等しい大きさを有する。この中間フォイル片１０ａは、図５（ｂ）に示すように、バックフォイル１１の山部１１ｃの頂部に接する平面部１０ｂと、平面部１０ｂによりも径方向外側に窪む（突出する）凹部１０ｃと、を有する。すなわち、この凹部１０ｃは、トップフォイル９から離隔している。凹部１０ｃは、図５（ａ）に示すように、中間フォイル片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中間フォイル片１０ａの中央位置）に形成されている。

本開示の凹部１０ｃは、平面部１０ｂよりも径方向外側に位置し周方向に沿って平坦な底部と、当該底部の周方向両端に位置し平面部１０ｂに向かって径方向内側に延伸するテーパ部と、を有する。図４に示すように、周方向における凹部１０ｃの底部の幅は、周方向におけるバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂの平坦部の幅より長くなっている。なお、山部１１ｃと谷部１１ｂがともに一つのピークを持って周期的に形成される場合は、本開示における谷部１１ｂの周方向の幅は、山部１１ｃのピークと谷部１１ｂのピークの径方向位置の中間の径方向位置における、バックフォイル片１１ａの山部１１ｃと谷部１１ｂの周方向間隔のうち小さい方の間隔であるとする。

中間フォイル片１０ａは、図４に示すように、軸方向の両端縁に切欠２７（第２の切欠）を備える。切欠２７は、中間フォイル片１０ａの凹部１０ｃに形成されている。切欠２７は、中間フォイル片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中間フォイル片１０ａの中央位置）に形成されている。すなわち、中間フォイル片１０ａには、軸方向の両端縁の当該周方向位置において、軸方向の凹みが存在する。

本開示の切欠２７は、平面部１０ｂと平面部１０ｂとの間に形成された凹部１０ｃの底部の一部が、軸方向における中間フォイル片１０ａの中央部に向かって切り欠かれて形成されたものである。切欠２７は、軸受ハウジング１２の第１の係合溝２５及びバックフォイル片１１ａの切欠２６に対応する位置、すなわち第１の係合溝２５及び切欠２６と周方向に重なる位置に形成されている。切欠２７の幅は、第１の係合溝２５の幅よりも小さく、切欠２６の幅と同じに形成されている。

係合ピン３０は、図４に示すように、軸受ハウジング１２の第１の係合溝２５に取り付けられる。係合ピン３０は、切欠２６及び切欠２７を通り、中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）の表面側（径方向内側）において、周方向における切欠２７の形成範囲外まで延伸している。係合ピン３０は、軸受ハウジング１２の第１の係合溝２５に係合する係合部３１と、切欠２６及び切欠２７を挿通（あるいは嵌挿）する挿通部３２と、中間フォイル１０（バックフォイル１１）の表面側に対向する返し部３３と、を備える。

係合部３１は、第１の係合溝２５の周方向両端の内面２５ａにそれぞれ当接している。第１の係合溝２５の内面２５ａは、周方向において間隔をあけて対向し、且つ径方向に平行に延伸している。係合部３１は、第１の係合溝２５の内面２５ａのそれぞれに、径方向において所定幅で接触する矩形枠状に形成されている。また、係合部３１の周方向の一方側で内面２５ａと対向する部分と、係合部３１の周方向の他方側で内面２５ａと対向する部分との間には、周方向に空隙となる領域が存在する。また、係合部３１は、内面２５ａからＲ（湾曲形状）をつける等して滑らかに離隔している。

挿通部３２は、矩形枠状の係合部３１の上部から径方向内側に向かって平行に延伸している。挿通部３２は、係合部３１から２つ形成されており、互いに離隔している。また、挿通部３２と係合部３１は、Ｒ（湾曲形状）をつける等して滑らかにつながっている。また、挿通部３２は、軸方向において中間フォイル片１０ａ、またはバックフォイル片１１ａと当接する。

返し部３３は、径方向内側に向かって平行に延伸した挿通部３２の先端部から、周方向において互いに相反する方向に曲げられて形成されている。つまり、係合ピン３０は、周方向において相反する方向に延伸する一対の返し部３３を備える。一対の返し部３３は、中間フォイル１０の凹部１０ｃに収容され、図５（ｂ）に示すように、凹部１０ｃの開口位置（上端）よりも径方向外側に位置している。

係合ピン３０は、蓄勢状態で第１の係合溝２５の内面２５ａに当接している。本開示の係合ピン３０は、一枚の板バネ（弾性部材）を略Ｃ形（瓶形）に折り曲げて形成されている。係合ピン３０の係合部３１は、周方向において僅かに縮められた状態で、第１の係合溝２５に係合している。これによって、係合部３１には、周方向に開こうとするスプリングバックが作用している。これにより、係合部３１と第１の係合溝２５の内面２５ａとの間に摩擦力が発現し、係合ピン３０が軸受ハウジング１２に保持されている。

図６は、本開示のトップフォイル９を展開した（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。
トップフォイル９は、図６（ａ）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。トップフォイル９は、図２に示すように、周方向における両端部９Ａが交差した状態で円筒状に巻かれている。このトップフォイル９は、回転軸１の周面に対向して配置されている。

トップフォイル９の両端部９Ａのうち、長辺方向における一方の短辺には、図６（ａ）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。

また、トップフォイル９の両端部９Ａのうち、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)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。

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。

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。

凹部２２ｂ、２２ａを通り抜けた凸部２１ａ、２１ｂ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。このように、トップフォイル９は、凸部２１ａ、２１ｂ（両端）が軸受ハウジング１２側（径方向外側）に引き出される（延伸する）ように交差した状態で円筒状に巻かれている。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側には、挿通孔１２ａの内周面に、軸方向の一方の端面１２ｂから他方の端面１２ｂに連続する通し溝１３が形成されている。なお、本開示では、３つの第１の係合溝２５のうちの２つの第１の係合溝２５の間に、通し溝１３が配置されている。また、第１の係合溝２５の一つは、径方向において通し溝１３と対向している。

図７は、本開示の軸受ハウジング１２の通し溝１３における（ａ）要部を分解した斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ａ−Ａ断面図である。図８は、図７のＢ−Ｂ断面図である。
通し溝１３には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、周方向において互いに対向する側面のそれぞれに窪み部１５が形成されている。窪み部１５は、通し溝１３の全長に亘って形成されている。窪み部１５の断面形状は、Ｕ字状（半円弧状）である。窪み部１５は、通し溝１３の径方向における開口端、すなわち、軸受ハウジング１２の内周面（挿通孔１２ａ）よりも深い位置（径方向外側）に形成されている。この窪み部１５には、図２に示すように、凹部２２ｂ、２２ａを通り抜けた凸部２１ａ、２１ｂが挿入される。

通し溝１３には、図７（ａ）に示すように、係合部材１６が嵌め込まれている。係合部材１６は、軸受ハウジング１２に取り付けられトップフォイル９と係合する。係合部材１６は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、通し溝１３に収容される棒状（四角柱状）の基部１７と、基部１７に形成された二つの隔壁片１９と、を有する。隔壁片１９は、基部１７から内周側に向かい突出している。基部１７は、通し溝１３の全長に亘って収容されている。この基部１７は、その上面（隔壁片１９側の面）が通し溝１３の開口よりも僅かに沈み込んだ状態（径方向外側に位置する状態）で通し溝１３に収容される。つまり、ラジアルフォイル軸受３において、軸受ハウジング１２の内周面（挿通孔１２ａ）と基部１７の内周に向いた面との間には、軸受ハウジング１２の内周面から見て径方向外側への段差がある。また、軸受ハウジング１２の内周面と隔壁片１９の内周に向いた面との間には、軸受ハウジング１２の内周面から見て径方向内側への段差があってもよい。

本開示の通し溝１３の角部１３ｃは、側面１３ａと底面１３ｂとを滑らかに接続する湾曲面を有している。係合部材１６の通し溝１３の底面１４ｂと対向する面（基部１７の径方向外側の面）は、平坦となっている。また、基部１７は、図８に示すように、通し溝１３の側面１３ａと底面１３ｂとの角部１３ｃに対向する面取り部１７ａを有し、底面１３ｂと基部１７が当接可能となっている。すなわち、角部１３ｃの湾曲面の曲率中心Ｃ１は、通し溝１３の内側空間に存在している。面取り部１７ａは、断面視四角柱状の基部１７の角を丸面にしたものである。面取り部１７ａの曲率半径は、角部１３ｃの曲率半径以上であってもよい。なお、面取り部１７ａは、断面視四角柱状の基部１７の角を斜めに落とした斜面であってもよい。

隔壁片１９は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、基部１７を、軸方向においてほぼ三等分する二つの位置に形成されている。隔壁片１９は、図７（ｃ）に示すように、通し溝１３の開口位置と同じ高さ、若しくは、通し溝１３の開口位置よりも少し突出する程度の高さを有する。隔壁片１９は、基部１７の上面を略三分割することで、軸方向において三つの第２の係合溝２０を形成している。

凹部２２ｂ、２２ａを通り抜けた凸部２１ａ、２１ｂは、それぞれ三つの第２の係合溝２０に係合する。さらに、その先端部が、図２に示すように、窪み部１５に挿入される。凸部２１ａ、２１ｂが、窪み部１５に挿入されることで、周方向におけるトップフォイル９の移動（回転）が抑制される。その結果、トップフォイル９の周方向の両端部９Ａには、抗力が作用する。

また、トップフォイル９は、周方向の両端に向かうにつれ、軸受ハウジング１２の挿通孔１２ａに楔状（円筒状に巻かれたトップフォイル９の接線方向に沿う傾斜状）に近づいている。つまり、周方向の両端に向かうにつれ、トップフォイル９の内周側の面と挿通孔１２ａの中心線との間の間隔が拡大する。同様に、トップフォイル９は、周方向の両端に向かうにつれ、後述の中間フォイル１０に楔状に近づいている。また、凸部２１ａ、２１ｂが、第２の係合溝２０に係合することで、軸方向におけるトップフォイル９の移動が抑制される。

図６（ｂ）に戻り、トップフォイル９は、第１の凹凸部２３ａを形成した側（一方の短辺側）と第２の凹凸部２３ｂを形成した側（他方の短辺側）とに、これらの間の中央部に比べて薄厚（薄肉）な薄肉部２４が形成されている。これら薄肉部２４は、図２に示すように、その外周面（軸受ハウジング１２側の面）が中央部の外周面より凹み、薄肉となっている。つまり、トップフォイル９の外周側の面は、両端側において、中央部から内周側に向かう段差を備えている。

薄肉部２４の周方向の長さＬは、図２に示すように、通し溝１３と、バックフォイル１１の端部の山部１１ｃの一つ分までに対応する長さとされている。本開示においては、軸受ハウジング１２に配されたトップフォイル９は、薄肉部２４から外周面側に段差を備え、当該段差を介し薄肉となる。また、薄肉部２４は、トップフォイル９の周方向の両端から最も近い山部１１ｃを越える周方向位置まで延在している。

図３に戻り、軸受ハウジング１２の軸方向の両端面１２ｂには、蓋体５０が取り付けられている。蓋体５０は、トップフォイル９の両端部９Ａに係合する係合部材１６と、軸方向において対向している。本開示の蓋体５０は、軸受ハウジング１２の軸方向の端面１２ｂに形成された通し溝１３の開放端１３Ａの少なくとも一部を覆っている。つまり、本開示において、通し溝１３の内周側が、蓋体５０の内周から露出している。具体的に、蓋体５０は、通し溝１３の窪み部１５よりも径方向外側を覆っている。これにより、蓋体５０は、図７及び図８に示す係合部材１６の基部１７と、軸方向において対向している。あるいは、蓋体５０は、軸方向において基部１７のすくなくとも一部と重なる形で配置されている。

本開示の蓋体５０は、軸受ハウジング１２の周方向に沿う円環板状に形成されている。蓋体５０の内周縁の径は、軸受ハウジング１２の内周縁の径よりも大きく、蓋体５０の外周縁の径は、軸受ハウジング１２の外周縁の径よりも小さい。また、この蓋体５０は、係合ピン３０を収容している第１の係合溝２５の少なくとも一部を覆っている。つまり、本開示の蓋体５０は、係合ピン３０の係合部３１と、軸方向において対向して（重なって）いる。

蓋体５０は、第１の係合溝２５の近傍に形成されたネジ孔５２（図２参照）にネジ５１によってネジ止めされている。本開示の蓋体５０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、それぞれネジ止めされている。上記構成によれば、係合部材１６が通し溝１３の開放端１３Ａから軸方向に外れるのを抑制することができる。また、上記構成によれば、係合ピン３０が第１の係合溝２５から軸方向に外れるのを抑制することができる。

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はバックフォイル１１（３つのバックフォイル片１１ａ）によって中間ファイル１０（３つの中間フォイル片１０ａ）を介して回転軸１側に付勢されることで回転軸１に密着している。なお、本開示では、トップフォイル９の両端部が薄肉部２４となっているので、これら薄肉部２４では回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）が、薄肉部２４がない場合と比べ緩和される。

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及び図３中矢印Ｑで示すように、トップフォイル９、中間フォイル１０、バックフォイル１１のそれぞれ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。

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に接する中間フォイル１０を介してバックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃを押圧する。すると、バックフォイル片１１ａは中間フォイル１０に押圧されることにより、その山部１１ｃが押し広げられ、これによってバックフォイル片１１ａは軸受ハウジング１２上をその周方向に動こうとする。すなわち、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）は、中間フォイル１０を介してトップフォイル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その周方向に変形することで、トップフォイル９や中間フォイル１０の撓みを許容し、これを支持する。

ここで、図５（ｂ）に示すように、バックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａには、軸方向の端縁に形成された切欠２６及び切欠き２７に、係合ピン３０が挿通されている。係合ピン３０は、軸受ハウジング１２の第１の係合溝２５に係合しており、この係合ピン３０が切欠２６及び切欠き２７に挿通されることで、周方向におけるバックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａの回転が抑制される。

また、係合ピン３０は、バックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａと当接しており、軸方向におけるバックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａの移動も抑制している。さらに、係合ピン３０には、切欠２６及び切欠２７を通った中間フォイル片１０ａ（バックフォイル片１１ａ）の表面側に返し部３３（図４参照）が形成されており、これが径方向におけるバックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａの抜け止めとなっている。よって、バックフォイル片１１ａ及び中間フォイル片１０ａの軸受ハウジング１２からの脱落が抑制される。

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と、回転軸１とトップフォイルは非接触状態になる。この非接触状態に至るまでの過渡期においては、回転軸１とトップフォイル９の間に固体摩擦が生じている。その際には、トップフォイル９の表面に塗布されたコーティングが、回転軸１との間の摩耗を抑制することになる。このように回転軸１とトップフォイル９の間に固体摩擦が生じているとき、トップフォイル９は、回転軸１と共に周方向へ連れ回ろうとする。しかし、トップフォイル９の両端は、通し溝１３の窪み部１５に差し込まれているので、周方向に回り出すことはない。

トップフォイル９の軸方向への移動は、軸受ハウジング１２の端面１２ｂに取り付けられた蓋体５０によって抑制される。蓋体５０は、トップフォイル９に係合する係合部材１６と、軸方向において対向している。このため、係合部材１６が軸方向に移動しようとしても、係合部材１６が蓋体５０の内周縁部に引っかかり、トップフォイル９の軸方向への脱落が抑制される。つまり、本開示のトップフォイル９は、係合部材１６の隔壁片１９と軸方向に重なる形で配置されている。また、円筒状に巻かれたトップフォイル９には、回転軸１が挿入されているため、トップフォイル９が径方向内側へ外れることも無い。よって、トップフォイル９の軸受ハウジング１２からの脱落が抑制される。

このように、上述の本開示によれば、挿通孔１２ａを有する軸受ハウジング１２と、挿通孔１２ａに収容されたトップフォイル９と、挿通孔１２ａが延びる軸方向における軸受ハウジング１２の端面１２ｂに取り付けられた蓋体５０と、有し、トップフォイル９は、両端が軸受ハウジング１２側に引き出されるように交差した状態で円筒状に巻かれており、蓋体５０は、軸受ハウジング１２に取り付けられトップフォイル９と係合する係合部材１６と、軸方向において対向している、という構成を採用することによって、トップフォイル９の軸受ハウジング１２からの脱落を抑制することができる。

また、図７に示すように、軸受ハウジング１２には、軸方向に延びる通し溝１３が形成されている。そして、トップフォイル９は、円筒状に巻かれ、且つ、その両端部９Ａが係合部材１６の第２の係合溝２０に係合した状態で、通し溝１３に沿って軸方向に挿入されている。係合部材１６は、上述した先行技術（特開２０１３−２１７４２５号公報）のものと異なり、軸受ハウジング１２に係止するための一対の脚部は無い。このため、係合部材１６は、トップフォイル９と係合した状態で、通し溝１３にストレートで挿入することができる。

上記構成によれば、軸受組立時において、従来技術のようにトップフォイル９の挿入に先行して、係合部材１６を軸受ハウジング１２に取り付ける必要がなくなる。このため、例えば、トップフォイル９を円錐形状に丸めつつ、更には、トップフォイル９を挿通孔１２ａの内径よりも小さく丸めた状態にして軸受ハウジング１２内へ軸方向に挿入する必要がない。このため、トップフォイル９の組み付け作業に、作業者の技量が必要とならず、組立時間が短縮され、結果として組立コストの低減に繋がる。また、トップフォイル９のコーティングが、トップフォイル９を組み込む際に、トップフォイル９の両端が互いに擦れ合い、コーティングに傷が付いてしまう虞がなくなるため、そこから摩耗が進行し、軸受寿命が低下する虞がなくなる。

また、係合部材１６を通し溝１３にストレートで挿入することができるようにすることで、図８に示すように、通し溝１３の形状を単純化することができる。すなわち、通し溝１３の角部１３ｃは、側面１３ａと底面１３ｂとを滑らかに接続する湾曲面を有している。この湾曲面は、通し溝１３を削り出す工具の丸みである。従来技術では、この湾曲面による係合部材１６の浮き上がりを抑制するために、角部１３ｃを底面１３ｂよりも深く削っていた。しかし、本開示のように、係合部材１６をストレートにすると、上述した先行技術（特開２０１３−２１７４２５号公報）のように脚部を備えるものと比べて、面取り部１７ａが形成し易くなる。これによって、角部１３ｃを深く削る必要がなくなり、通し溝１３の加工コストを低減することができる。

図９は、本開示における係合部材１６の製造工程を説明するための図である。
係合部材１６は、例えば、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示す工程を経て製造することができる。先ず、図９（ａ）に示すように、係合部材１６を削り出す長尺状の板材６０を用意する。次に、図９（ｂ）に示すように、板材６０から複数の隔壁片１９を削り出す。次に、図９（ｃ）に示すように、隔壁片１９と反対側の基部１７に、長手方向に亘って面取り部１７ａを形成する。最後に、基部１７を長手方向において二つの隔壁片１９毎に分断することで、係合部材１６を製造することができる。このように、上述した先行技術（特開２０１３−２１７４２５号公報）のような脚部が隔壁片１９と反対側に突出しないことによって、面取り部１７ａが形成し易くなる。よって、係合部材１６の製造コストも低減することができる。

以上、図面を参照しながら本開示の１つの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。

例えば、本開示は、図１０〜図１３に示すような変形例を採用し得る。なお、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。

図１０は、本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受３Ａを示す正面図である。
図１０に示す蓋体５０Ａは、トップフォイル９の両端及び当該両端に係合する係合部材１６の両方と、軸方向において対向している。すなわち、蓋体５０Ａの内径は、軸受ハウジング１２の内径と同程度になっている。蓋体５０Ａは、軸受ハウジング１２の端面１２ｂに形成された通し溝１３の開放端１３Ａの略全てを覆っている。この構成によれば、蓋体５０Ａの内端縁に、係合部材１６が引っ掛かると共にトップフォイル９の両端も引っ掛かるため、トップフォイル９の軸方向への移動がより確実に抑制される。
なお、図１０に示す蓋体５０Ａの配置では、係合部材１６が無くてよい。つまり、係合部材１６が無くても、蓋体５０Ａの内端縁にトップフォイル９の両端が引っ掛かる。

図１１は、本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受３Ｂを示す底面図である。図１２は、図１１に示す軸受ハウジング１２に取り付けられる前の蓋体５０Ｂを示す正面図である。
図１１に示す蓋体５０Ｂは、軸受ハウジング１２にカシメられている。具体的に、蓋体５０Ｂは、軸受ハウジング１２の端面１２ｂに対向する円環部５３（図１２参照）と、円環部５３の外縁から延伸し、軸受ハウジング１２の挿通孔１２ａの径方向における外周面１２ｃに対向するカシメ部５４と、を有する。

図１２に示すように、カシメ部５４は、周方向において間隔をあけて円環部５３の外縁に複数（好ましくは３つ以上）形成されている。カシメ部５４は、図１１に示すように、軸受ハウジング１２の外周面１２ｃに沿って延伸し、内周側に向かい折り曲げられる。軸受ハウジング１２の外周面１２ｃには、円環溝１２ｃ１が形成されており、カシメ部５４の先端は円環溝１２ｃ１に挿入される。また、軸受ハウジング１２の端面１２ｂには、蓋体５０Ｂの位置決め溝１２ｂ１が形成されている。つまり、蓋体５０Ｂと対向する軸受ハウジング１２の軸方向の端面１２ｂは、軸方向に段差を備えている。一方、蓋体５０Ｂの円環部５３には、位置決め溝１２ｂ１に嵌挿される嵌挿部５５が形成されている。嵌挿部５５は、蓋体５０Ｂの一部をプレス加工により突出（窪ませた）させた凸部（凹部）であり、位置決め溝１２ｂ１に嵌挿され、蓋体５０Ｂの回転を抑制する。

この構成によれば、複数のネジ５１を使用することなく、蓋体５０Ｂをカシメによって軸受ハウジング１２に取り付けることができる。このため、蓋体５０の取付作業の時間が短縮され、結果として製造コストの低減に繋がる。
なお、図１２に示すように、蓋体５０Ｂが取り付けられていない軸受ハウジング１２の端面１２ｂには、取付フランジ７０が接続されている。取付フランジ７０は、ラジアルフォイル軸受３Ｂを、図示しない取付対象に取り付けるための取付孔７１を複数有する。この取付フランジ７０は、トップフォイル９の両端及び当該両端に係合する係合部材１６の少なくともいずれか一方と、軸方向において対向している。つまり、この形態では、蓋体５０Ｂが、軸受ハウジング１２の一方の端面１２ｂにのみ取り付けられている。

図１３は、本開示の一変形例にかかるラジアルフォイル軸受３Ｃの通し溝１３Ｃにおける（ａ）要部の分解斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ｃ−Ｃ断面図である。
図１３に示す係合部材１６Ｃは、平面視Ｌ字状に形成されており、基部１７の軸方向の一端部の一方の側面から周方向に突出する突出部１８を有する。また、通し溝１３Ｃには、突出部１８が収まる平面視Ｌ字状の収容溝１４が形成されている。この構成によれば、軸方向の一端部において、係合部材１６Ｃの突出部１８と通し溝１３Ｃの収容溝１４とが係合する。したがって、蓋体５０は、収容溝１４が形成された側の軸受ハウジング１２の一方の端面１２ｂにのみ取り付ければよい。
なお、係合部材１６Ｃに突出部１８を設けることなく、基部１７を長手方向において先細り形状にする。そして、通し溝１３Ｃに収容溝１４を形成することなく、通し溝１３Ｃ自体を軸方向において先細り形状にする。これにより、係合部材１６Ｃが通し溝１３Ｃに楔状に係合する。この場合であっても、蓋体５０は、当該楔が緩む側の軸受ハウジング１２の一方の端面１２ｂにのみ取り付ければよい。

その他の変形例としては、例えば、バックフォイル１１及び中間フォイル１０の取り付けに係合ピン３０を使用しなければ、蓋体５０は、円環状でなくてもよい。すなわち、蓋体５０は、通し溝１３の開放端１３Ａの少なくとも一部を覆える程度の矩形状の板であってもよい。
また、本開示では、中間フォイル１０を有する形態を例示したが、中間フォイル１０が無い形態を採用してもよい。

３ ラジアルフォイル軸受
９ トップフォイル
９Ａ 両端部
１２ 軸受ハウジング（ハウジング）
１２ａ 挿通孔
１２ｂ 端面
１２ｃ 外周面
１３ 通し溝
１３Ａ 開放端
１３ａ 側面
１３ｂ 底面
１３ｃ 角部
１６ 係合部材
１７ａ 面取り部
２１ａ 突部（両端）
２１ｂ 突部（両端）
５０ 蓋体
５３ 円環部
５４ カシメ部
Ｃ１ 曲率中心

Claims (5)

1. 挿通孔を有する軸受ハウジングと、
   前記挿通孔に収容されたトップフォイルと、
   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取り付けられた蓋体と、有し、
   前記トップフォイルは、両端が前記軸受ハウジング側に引き出されるように交差した状態で円筒状に巻かれており、
   前記蓋体は、前記トップフォイルの両端、及び、前記軸受ハウジングに取り付けられ前記トップフォイルと係合する係合部材の少なくともいずれか一方と、前記軸方向において対向しており、
   前記挿通孔には、前記軸受ハウジングの端面から前記軸方向に延びる通し溝が形成され、
   前記トップフォイルの両端は、前記通し溝に収容され、
   前記蓋体は、前記軸受ハウジングの端面に形成された前記通し溝の開放端の少なくとも一部を覆っており、
   前記通し溝には、さらに、前記係合部材が収容され、
   前記係合部材は、前記通し溝の側面と底面との角部に対向する面取り部を有する、ラジアルフォイル軸受。
2. 前記係合部材の前記通し溝の底面と対向する面は、平坦となっている、請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
3. 前記通し溝の角部は、前記側面と前記底面とを滑らかに接続する湾曲面を有する、請求項１または２に記載のラジアルフォイル軸受。
4. 前記蓋体は、前記軸受ハウジングにカシメられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラジアルフォイル軸受。
5. 前記蓋体は、
   前記軸受ハウジングの端面に対向する円環部と、
   前記円環部の外縁から延伸し、前記軸受ハウジングの前記挿通孔の径方向における外周面に対向するカシメ部と、を有する、請求項４に記載のラジアルフォイル軸受。

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