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。
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。
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。
(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、中間フォイル10(フォイル構造体)と、バックフォイル11(フォイル構造体)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、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には、挿通孔12aが形成されている。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。つまり、中間フォイル10及びバックフォイル11は、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と言える。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。
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。
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。
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。
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。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。
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。
バックフォイル11は、軸受ハウジング12と中間フォイル10との間に配置されている。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。本実施形態では、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の内周面に沿って配置される。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。つまり、バックフォイル片11a(バックフォイル11)は、挿通孔12aの径方向に凹凸を有する。谷部11bの挿通孔12aと対向する平坦部は、軸受ハウジング12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。中間フォイル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つの中間フォイル片10aによって構成されている。3つの中間フォイル片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、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。
中間フォイル片10aの厚みは、バックフォイル片11aよりも薄い。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、バックフォイル11の山部11cの頂部に接している。中間フォイル片10aは、径方向の外側に向かって曲げられた一対の折り曲げ部17を有する。すなわち、この一対の折り曲げ部17は、トップフォイル9から離隔している。一対の折り曲げ部17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。
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、上述した中間フォイル片10aの一対の折り曲げ部17が嵌合している。
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。
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、バックフォイル片11a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16が形成されている。つまり、バックフォイル片11a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。
切欠16は、バックフォイル片11aの谷部11bに形成されている。本開示の切欠16は、谷部11b及びこの谷部11bを挟んで隣り合う山部11c、11cの根元部を含む領域が、軸受ハウジング12の軸方向中心部に向かって切り欠かれて形成されたものである。つまり、切欠16は、谷部11bを含む周方向位置に亘り形成されている。切欠16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16の幅が嵌合溝15の幅と同じに形成されている。
中間フォイル片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、中間フォイル片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、中間フォイル片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。
中間フォイル片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10dが形成されている。つまり、中間フォイル片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、中間フォイル片10aの平坦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。
一対の折り曲げ部17は、バックフォイル片11aの切欠16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。つまり、一対の折り曲げ部17は、バックフォイル片11aの切欠16、軸受ハウジング12の嵌合溝15に対応する位置、すなわち切欠16、嵌合溝15と重なる位置に形成されている。図2に示すように、中間フォイル片10aが挿通孔12a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、中間フォイル片10aが軸受ハウジング12に保持される。
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)によって中間フォイル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。
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、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4に示すように、バックフォイル片11aには、軸方向の端縁に形成された切欠16に、中間フォイル片10aの一対の折り曲げ部17が挿通されている。一対の折り曲げ部17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、この一対の折り曲げ部17が切欠16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の回転が抑制される。したがって、バックフォイル片11aの個々の山部11cは、一対の折り曲げ部17が挿通されている切欠16を挟み周方向に変形する(動く)。
一対の折り曲げ部17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、バックフォイル片11aとも軸方向において対向している。つまり、一対の折り曲げ部17は、軸受ハウジング12に対する中間フォイル片10aの軸方向の移動を抑制すると共に、バックフォイル片11a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からの中間フォイル片10a及びバックフォイル片11aの脱落が抑制される。
中間フォイル片10aは、トップフォイル9からバックフォイル片11aへ荷重を伝える際、トップフォイル9およびバックフォイル片11aと共に撓むが、このとき中間フォイル片10aとトップフォイル9やバックフォイル片11a、軸受ハウジング12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。
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)がバックフォイル片11aに作用し、例えば荷重が除荷側になったとき、バックフォイル片11aは、軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面から僅かに浮き上がる。このとき、中間フォイル片10aは、バックフォイル片11aと一緒に持ち上げられる。ここで、中間フォイル片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2に示すように、中間フォイル片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(中間フォイル10、バックフォイル11)と、を備え、中間フォイル10は、挿通孔12aの径方向の外側に向かって曲げられ、且つ、挿通孔12aの周方向において離隔した一対の折り曲げ部17を有し、一対の折り曲げ部17が、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に形成された嵌合溝15の周方向の両側面に当接している、という構成を採用することによって、フォイルの摩擦による減衰効果の向上を図ることができる。
上記第1実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図5に示すような構成を採用してもよい。
図5は、本開示の第1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5に示す中間フォイル片10aには、周方向において離隔した2つの切込み10d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、中間フォイル片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。
2つの凹み(切込み10d)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4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10dの周方向における寸法に制限されることがない。また、図5に示す構成によれば、一対の折り曲げ部17の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。
(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。
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の要部を平坦化して軸方向から視た正面図である。図7は、本開示の第2実施形態に係る中間フォイル片10aを平坦化して径方向から視た平面図である。図8は、本開示の第2実施形態に係るバックフォイル片11a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、第2実施形態のラジアルフォイル軸受3は、バックフォイル片11aの谷部11bにスリット状の切欠16が形成されている点で、上記実施形態と異なる。
図8に示すように、バックフォイル片11aは、周方向(図8の紙面左右方向)において谷部11bと山部11cとを交互に有している。切欠16は、バックフォイル11のいずれか一つの山部11cの両側に配置された一対の谷部11bに形成されている。図8に示すバックフォイル片11a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)の山部11cに対し、その周方向両側に配置された一対の谷部11bに切欠16が形成されている。
切欠16の周方向の寸法は、谷部11bの軸受ハウジング12と接する平坦部の寸法以下である。つまり、バックフォイル片11aは、山部11cにまで広がらないスリット状の切欠16を備えている。図6に示すバックフォイル片11aは、奇数個の山部11cを備えている。つまり、バックフォイル片11aは、中間フォイル片10aの周方向中央部を山部11cの頂部で支持しており、その山部11cの周方向両側の谷部11bに切欠16が形成されている。
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、切欠16が形成された谷部11bと周方向で隣り合う山部11cの根本部を含む領域を、図4に示すように切り欠くことなく、一対の折り曲げ部17を径方向に通過させることができる。これにより、山部11cの剛性を弱めることなく、バックフォイル片11aがトップフォイル9を安定して支持できるため、トップフォイル9と回転軸1との間に良好な流体潤滑膜が形成される。
また、上記第2実施形態のラジアルフォイル軸受3は、さらに、下記図9に示すような構成を採用してもよい。
図9は、本開示の第2実施形態の一変形例に係る中間フォイル片10aを平坦化して径方向から視た平面図である。なお、図9の紙面上側では、一対の折り曲げ部17を折り曲げる前の中間フォイル片10aを図示しており、図9の紙面下側では、一対の折り曲げ部17を折り曲げた後の中間フォイル片10aを図示している。
図9に示すように、中間フォイル片10aには、第1スリット19a及び第2スリット19bによって、直角三角形状の一対の折り曲げ部17が形成されている。
第1スリット19aは、中間フォイル片10aの軸方向の一方の端縁から他方の端縁に向かうに従って周方向の一方側(図9の紙面左側)に向かって斜めに延伸している。また、第2スリット19bは、第1スリット19aの端部から周方向の他方側(図9の紙面右側)に向かって中間フォイル片10aの端縁と平行に延伸している。つまり、中間フォイル片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、平面視Z字状(具体的には∠字状)のスリット(切込み)が存在する。
中間フォイル片10aのZ字状のスリットによって離隔した部分を、径方向外側に折り曲げることで、一対の折り曲げ部17を形成することができる。このように形成された一対の折り曲げ部17は、それぞれが直角三角形状を有し、切込み10dの周方向における寸法と同等の長さを有することができる。つまり、一対の折り曲げ部17の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。また、一対の折り曲げ部17は、軸方向における幅が径方向内側に向かうに従って大きくなる(根本が太くなる)ので、一対の折り曲げ部17の剛性も確保できる。
(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。
図10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の要部を平坦化して軸方向から視た正面図である。図11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の要部を平坦化して径方向から視た平面図である。なお、図11の紙面上側では、視認性の向上のため、バックフォイル片11a上の中間フォイル片10aを図示していない。
これらの図に示すように、中間フォイル片10aには、バックフォイル片11aに向かって径方向外側に突出する溝部10eが形成されている。
溝部10eは、図10に示すように、軸方向から視て略V字状に形成されている。溝部10eは、バックフォイル片11aの波板状のうち、いずれか一つの山部11cの頂部と、該山部11cと隣接する山部11cの頂部の間の周方向位置に配置されている。溝部10eは、山部11cの頂部以外の場所(側面)に接するように、斜めに形成されている。つまり、山部11cの側面は、曲面であり、この側面と接触する溝部10eの接触面は、斜面である。すなわち、山部11cの側面と溝部10eは、1点で接触し、その他の場所で離間しており、その接触点における摩擦によるエネルギー散逸が発生し易くなっている。
上記構成によれば、中間フォイル片10aに、山部11cの頂部に接する第1の接触点の他に、溝部10eにおいてバックフォイル片11aの山部11cの頂部以外の場所に接する第2の接触点が形成されている。このため、中間フォイル片10aとバックフォイル片11aとの接触面積が増え、中間フォイル片10aとバックフォイル片11aとの摩擦による減衰効果が高くなり、高速で回転する回転軸1を支持したときの安定性をより高めることができる。
また、上記第3実施形態のラジアルフォイル軸受3は、さらに、下記図12及び図13に示すような構成を採用してもよい。
図12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の要部を平坦化して軸方向から視た正面図である。図13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の要部を平坦化して径方向から視た平面図である。なお、図13の紙面上側では、視認性の向上のため、バックフォイル片11a上の中間フォイル片10aを図示していない。
これらの図に示すように、バックフォイル片11aには、軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面に接する平坦部11e2が形成されている。
バックフォイル片11aは、切欠16を挟んで隣り合う山部11c、11cが、周方向に延伸するスリット11dによって、山形状の支持部11e1と、平坦部11e2に分離している。そのため、軸方向にスリット11dを挟み、軸方向に対向した、支持部11e1は、平坦部e2と独立して変形することが可能である。図12に示すスリット11dは、少なくとも支持部11e1に隣接する、谷部11bまで形成されている。
スリット11dは、バックフォイル片11aの軸方向中央部に向かう切欠16の端部から周方向両側に延伸している。つまり、バックフォイル片11a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T字状の凹みが存在する。支持部11e1は、スリット11dよりも軸方向内側に位置し、平坦部11e2は、スリット11dよりも軸方向外側に位置する。平坦部11e2は、谷部11bと接続され、軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面に当接している。
上記構成によれば、バックフォイル片11aに、谷部11bの他に、平坦部11e2において軸受ハウジング12の挿通孔12aの内周面に接する第2の接触点が形成されている。このため、バックフォイル片11aと軸受ハウジング12との接触面積が増え、バックフォイル片11aと軸受ハウジング12との摩擦による減衰効果が高くなり、高速で回転する回転軸1を支持したときの安定性をより高めることができる。
(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。
図14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の要部を平坦化して(a)径方向から視た平面図、(b)軸方向から視た正面図である。図15は、図14(a)に示す要部の矢視A−A断面図である。
第4実施形態では、中間フォイル片10aは、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よりも径方向外側に窪む(突出する)溝部10cと、を有する。溝部10cには、上述した一対の折り曲げ部17が形成されている。中間フォイル10(中間フォイル片10a)には、平面部10bから分岐した分岐片40(突出部)が設けられている。すなわち、中間フォイル片10aの径方向外側の面に対し、径方向外側に突出する部位が延設されている。
分岐片40は、図14(a)に示すように、平面部10bにスリット41を形成し、スリット41によって囲まれた部分を、径方向外側に突出するように張り出した(切り起こした)ものである。本開示では、スリット41が周方向に平行な2本の切込みと、当該2本の切込みの端部をつなぐ軸方向に平行な切込みにより形成されている。このスリット41によって囲まれた矩形状の分岐片40が、径方向外側に突出するように斜めに張り出している。すなわち、平行な2本の切込の、軸方向に平行な切込みと接続しない端部から、分岐片40が延伸している。分岐片40は軸方向に平行な切込みと接続しない端部から周方向に離隔するとともに、径方向外側に離隔している。あるいは、軸方向に平行な切込みと接続しない端部から周方向に離隔するとともに、径方向位置が径方向外側に単調増加するともいえる。この分岐片40は、バックフォイル片11aの波板状のうち、少なくともいずれか一つの山部11cの頂部と、該山部11cと隣接する山部22cの頂部との間の周方向位置において、バックフォイル片11a側に突出している。
また、図15に示すように、分岐片40は、バックフォイル片11aの山部11cを挟むように対で設けられている。すなわち、スリット41は、バックフォイル片11aの山部11cに対応する位置の両側に形成され、これらスリット41から切り起こされた分岐片40の組は互いに離反するように延伸している。つまり、周方向に離隔した周方向に平行な2つの切込みが、それぞれ1の山部11cの周方向位置と重なるように設けられている。そして、周方向に平行な2つの切込みのうち、互いに離隔する側の端部から、軸方向に平行な切込みが延伸している。この構成により、山部を挟み、周方向両端が径方向外側に突出し、その間が径方向内側に位置するように、2つの分岐片40が構成される。周方向においてバックフォイル片11aの山部11cを挟み設けられた2つの分岐片40(一組の分岐片)は、バックフォイル片11aの山部11cを周方向両側から挟むように、山部11cと接触する。本開示では、図14(a)に示すように、平面部10bにスリット41が2列で設けられており、1つの山部11cに対して4つの分岐片40が接するようになっている。なお、スリット41(分岐片40)は、単列であっても、3列以上で設けてもよい。
また、中間フォイル10の平面部10b(分岐を含まず、周方向に取り囲んだ略円形の閉曲線を、中間フォイル10の軸方向幅にトレースして得られる平面上に位置する部分)には、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11c(図15に示す左側の山部11c)の頂部と第2の山部11c(図15に示す右側の山部11c)の頂部との間に、分岐片40が分岐する分岐位置43が設けられている。また、本開示においては、平面部10bには、第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、分岐位置43(図15に示す左側の分岐位置43)と異なる位置に第2の分岐位置43(図15に示す右側の分岐位置43)が設けられている。すなわち、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、2つの分岐片40が形成される。あるいは、周方向に隣接する谷部11bの間には、周方向に2つの分岐位置43があるともいえる。本開示のラジアルフォイル軸受3は、挿通された回転軸1が回転していない状態では、分岐位置43の径方向位置において、中間フォイル片10aとバックフォイル片11aが径方向に離隔している。
山部11cの頂部を挟んだ周方向両側の位置(側面11c1)には、互いに離間する方向に開く一対の分岐片40がそれぞれ接している。すなわち、中間フォイル片10aには、平面部10bにおいてバックフォイル片11aの山部11cの頂部に接する接触点P1の他に、分岐片40においてバックフォイル片11aの山部11cの頂部以外の場所に接する接触点P3が形成されている。
ここで、挿通された回転軸1が回転していない状態では、山部11cの頂部を挟んだ2つの接触点P3の間に、接触点が構成されていない場合もありうる。その場合でも、挿通された回転軸1が回転することで、山部11cの頂部を挟んだ2つの接触点P3の間に接触点P1が生じる。また、分岐片40の径方向外側の面は、山部11cの頂部側から当該山部11cに隣接する谷部11bに向かい、接触点P3を越えて延伸している。ただし、当該山部11cに隣接する谷部11bの径方向位置までは達していない。
山部11cの側面11c1は、曲面であり、この側面11c1と接触する分岐片40は、平面状である。すなわち、山部11cの側面11c1と分岐片40は、接触点P3の1点で接触し、その他の場所で離間しており、接触点P3におけるすべりが発生し易くなっている。
上記構成の第4実施形態によれば、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、平面部10bから分岐片40が分岐する分岐位置43及び第2の分岐位置43が設けられ、図15に示すように、分岐片40が、バックフォイル11の山部11cの頂部以外の場所に接している。したがって、中間フォイル10とバックフォイル11とが、平面部10bだけでなく、平面部10bから分岐した分岐片40においても接触することとなり、両者の接触位置が増えるため、中間フォイル10とバックフォイル11との摩擦による減衰効果が高くなる。すなわち、1つの山部11c当たり、2箇所の接触点P3が形成される。
また、分岐片40は、バックフォイル11の山部11cを挟むように対で設けられているため、バックフォイル11が周方向に伸長あるいは収縮するように変形するいずれの場合であっても、常に山部11cとの接触状態を保つことができ、中間フォイル10とバックフォイル11との摩擦による減衰効果を高めることができる。
上記第4実施形態のラジアルフォイル軸受3は、下記図16及び図17に示すような構成を採用してもよい。
図16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の要部を平坦化して(a)径方向から視た平面図、(b)軸方向から視た正面図である。図17は、図16(a)に示す要部の矢視B−B断面図である。
図16及び図17に示す中間フォイル10は、上述した分岐片40と形状の異なる分岐片40Bを備えている。
分岐片40Bは、図16(a)に示すように、平面部10bにスリット41Bを形成し、スリット41Bによって囲まれた部分を、径方向外側に突出するように張り出したものである。すなわち、本開示の分岐片40Bは、周方向に沿って平面部10bから径方向外側に突出し、突出のピークを越え径方向内側に延伸している。本開示では、スリット41BがH字状に形成されており、このスリット41Bによって形成された2つの分岐片40Bが、径方向外側に突出するように曲面状に張り出して波板形状となっている。つまり、周方向に見た場合、矩形状に切欠かれた切欠きの、周方向両端の辺からそれぞれ分岐片40Bが、他方側の端辺に向かって延伸しているといえる。そして、この2つの分岐片40Bの先端は、周方向に離隔している。
図17に示すように、分岐片40Bは、バックフォイル片11aの谷部11bに対応する位置に配置されている。すなわち、分岐片40Bは、谷部11bの径方向位置を含み、谷部11bの周方向両側に隣接する山部11cにまで延伸している。ただし、分岐片40Bの先端は、山部11cの頂点より谷部11b側に位置する。よって、分岐片40Bは、1つの山部11cを含み隣接する山部11cの周方向位置まで延伸している。図16(a)に示すように、スリット41Bの中央部には、径方向からみてバックフォイル11が露出している領域がある。当該露出している領域からは、バックフォイル片11aの山部11cの頂部に対応する位置が露出される。このスリット41Bから切り起こされた分岐片40Bの組は互いに離反するように曲面状に変形し、図17に示すように、当該スリット41Bの中央部に対応する位置に配置された山部11cの両側に配置された山部11c、11cと接触する。すなわち、分岐片40Bによって周方向両側から挟まれる山部11cと、分岐片40Bによって周方向両側から挟まれない山部11cとが、交互に配置される。あるいは、バックフォイル片11aの山部11cの頂部と、分岐片40Bのピークが周方向に交互に現れるともいえる。あるいは、山部11cの頂部と隣接する山部11cの頂部の間に、1つの分岐片40Bのピークが存在するともいえる。なお、ここで言うピークとは、径方向位置のピークである。
平面部10bには、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、分岐片40Bが分岐する分岐位置43Bが設けられている。すなわち、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、1つの分岐片40Bが形成される。分岐片40Bは、平面部10bから径方向外側に離隔する離隔部40B1と、離隔部40B1から延伸し平面部10bに向かって径方向内側に近接する近接部40B2と、近接部40B2から延伸し平面部10bに沿って延在する先端部40B3と、を備える。離隔部40B1と近接部40B2は、同一の曲率半径で滑らかな曲面形状となっている。なお、離隔部40B1と近接部40B2は、直線形状と直線形状の組み合わせであってもよいし、直線形状と曲線形状を組み合わせたものであってもよい。
山部11cの側面11c1には、分岐片40Bの離隔部40B1が接している。すなわち、中間フォイル片10aには、平面部10bにおいてバックフォイル片11aの山部11cの頂部に接する接触点P1の他に、分岐片40Bの離隔部40B1においてバックフォイル片11aの山部11cの頂部以外の場所に接する接触点P4が形成されている。山部11cの側面11c1は、曲面であり、この側面11c1と接触する分岐片40Bの離隔部40B1は、互いに凸となる曲面である。すなわち、山部11cの側面11c1と分岐片40Bの離隔部40B1は、接触点P4の1点で接触し、その他の場所で離間しており、接触点P4におけるすべりが発生し易くなっている。つまり、本開示においては、1つの山部11cの頂部を挟み2つの分岐片40Bによる接触点P4が構成される。他方、当該山部11cと隣接する山部11cは、分岐片40Bとの接触点を備えない構成となっている。また、分岐片40Bの分岐位置43Bと接触点P4の間の長さと比べ、接触点P4から分岐片40Bの先端までの長さが長くなっている。つまり、本開示においては、接触点P4から分岐片40Bの先端までの長さは、接触点P4に挟まれた山部11cの頂部から接触点P4までの長さと比べ長くなっている。
上記構成によれば、バックフォイル11の周方向において隣り合う第1の山部11cの頂部と第2の山部11cの頂部との間に、平面部10bから分岐片40Bが分岐する分岐位置43Bが設けられ、図17に示すように、分岐片40Bが、バックフォイル11の山部11cの頂部以外の場所に接している。したがって、中間フォイル10とバックフォイル11とが、平面部10bだけでなく、平面部10bから分岐した分岐片40Bにおいても接触することとなり、両者の接触位置が増えるため、中間フォイル10とバックフォイル11との摩擦による減衰効果が高くなる。
また、分岐片40Bは、山部11cを挟むように対で設けられているため、バックフォイル11が周方向に伸長あるいは収縮するように変形するいずれの場合であっても、山部11cと接触することが可能である。また、分岐片40Bは、平面部10bから径方向外側に離隔する離隔部40B1と、離隔部40B1から延伸し平面部10bに向かって径方向内側に近接する近接部40B2と、を備える波板形状となっており、バックフォイル11が周方向に変形した際に、山部11cに押されて、あたかもバックフォイル11(バンプフォイル)のように、図17において符号Sで示すように横滑りを起こす。
このとき、分岐片40Bの先端部40B3と、トップフォイル9との間においても「滑り」が生じ得るため、摩擦による減衰効果がさらに高くなる。
以上、図面を参照しながら本開示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、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。例えば、一対の折り曲げ部17をバックフォイル11に形成しても構わない。