JPWO2019004278A1 - ラジアルフォイル軸受 - Google Patents

Abstract

このラジアルフォイル軸受（３）は、挿通孔（１２ａ）を有するハウジング（１２）と、挿通孔の内周面に配置され、挿通孔が延びる軸方向における端縁に切欠（２６）を備えるバックフォイル（１１）と、切欠を通った状態でハウジングに取り付けられ、バックフォイルの内周側において、挿通孔の周方向における切欠の形成範囲外まで延伸している係合部材（３０）と、を備えている。

Description

本開示は、ラジアルフォイル軸受に関する。
本願は、２０１７年６月２７日に日本に出願された特願２０１７−１２４７９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、高速回転体用の軸受として、回転軸を取り囲んで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、例えば、薄板を波板状に成形したバンプフォイルが用いられている。

このようなラジアルフォイル軸受において、バックフォイルがハウジングから脱落するのを防止するために、例えば、溶接（スポット溶接）を用いることがある。しかし、溶接（スポット溶接）を用いると、バックフォイルや軸受ハウジングが変形する場合がある。その結果、トップフォイルに歪みが生じ、軸受の負荷能力や動特性（剛性と減衰性能）に影響を及ぼし、十分な支持能力を得られない可能性がある。このため、下記特許文献１のラジアルフォイル軸受では、ハウジングの内周面の軸方向両側端部に係合凸部を設け、また、バックフォイルの両側周縁部に係合切欠を形成し、これら係合凸部と係合切欠とを係合させることによって、バックフォイルがハウジングから脱落することを抑制している。

また、下記特許文献２〜４にも、ラジアルフォイル軸受が開示されている。

日本国特開２０１３−１００８８５号公報 日本国特開２０１４−２０４６３号公報 日本国特開２０１４−３７８５７号公報 日本国特表２０１０−５２９３９０号公報

ところで、バックフォイルは、回転軸がハウジングに挿通されているときは、トップフォイルによって上から（径方向内側から）押さえ付けられている。しかし、回転軸がハウジングに挿通される前は、当該押え付ける力が弱く、ハウジングの係合凸部からバックフォイルの係合切欠が外れてしまう可能性がある。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バックフォイルのハウジングからの脱落を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様のラジアルフォイル軸受は、挿通孔を有するハウジングと、前記挿通孔の内周面に配置され、前記挿通孔が延びる軸方向における端縁に切欠を備えるバックフォイルと、前記切欠を通った状態で前記ハウジングに取り付けられ、前記バックフォイルの内周側において、前記挿通孔の周方向における前記切欠の形成範囲外まで延伸している係合部材と、を備えている。

また、本開示の前記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記係合部材は、前記バックフォイルの内周側において、前記切欠の形成範囲よりも前記周方向両側に延伸していてもよい。

また、本開示の前記一態様のラジアルフォイル軸受は、前記バックフォイルに支持され、前記軸方向における端縁に第２の切欠を備える中間フォイルを備え、前記係合部材は、前記切欠と前記第２の切欠とを通った状態で前記ハウジングに取り付けられ、前記中間フォイルの内周側において、前記挿通孔の周方向における前記第２の切欠の形成範囲外まで延伸していてもよい。

また、本開示の前記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記ハウジングの前記軸方向における端面に、前記挿通孔の内周縁から径方向外側に向かって延伸する係合溝がもうけられ、前記係合部材は、前記係合溝の内面に当接していてもよい。

また、本開示の前記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記係合部材は、蓄勢状態で前記係合溝の内面に当接していてもよい。

また、本開示の前記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記ハウジングの前記軸方向の端面に取り付けられ、前記係合部材を収容している前記係合溝を覆う蓋体を備えてもよい。

本開示によれば、バックフォイルの軸受ハウジングからの脱落を抑制することができる。

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。 本開示のトップフォイルを展開した模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本開示の軸受ハウジングの第１溝における要部の模式図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。 本開示のラジアルフォイル軸受の要部を拡大した斜視図である。 本開示のラジアルフォイル軸受の要部を平坦化した模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本開示の係合部材を拡大した正面図である。 本開示の係合部材の一変形例を示す正面図である。 本開示の係合部材の一変形例を示す正面図である。 本開示の係合部材の一変形例を示す模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本開示の係合部材の一変形例を示す正面図である。

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。

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、本実施形態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が取り囲むように設けられている。すなわち、回転軸１は、ラジアルフォイル軸受３に挿通されている。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が設けられている。

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を取り囲むように設けられて、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（ハウジング）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（すなわち挿通孔１２ａの中心軸（図２及び３の符号Ｏ参照）に直交する方向）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（すなわち挿通孔１２ａの中心軸周りの方向）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。

図４は、本開示のトップフォイル９を展開した模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
トップフォイル９は、図４（ａ）に示すように、周方向を長辺とし、軸方向を短辺とする略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の外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には、図４（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、長辺方向の上記一方側に窪む凹部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小値が、凸部２１ａの短辺方向の幅の最大値より大きい。本開示の凹部２２ｂの長辺方向の間隔（窪み深さ）と、凸部２１ａの長辺方向の間隔（長さ）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（径方向外側）に引き出される。すなわち、挿通孔１２ａの内周側（すなわち径方向内側）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に連続する第１溝１３が形成されている。

図５は、本開示の軸受ハウジング１２の第１溝１３における要部の模式図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。
軸受ハウジング１２には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１溝１３の両端部に連通する第２溝１４がそれぞれ形成されている。第２溝１４は、軸受ハウジング１２の軸方向における両端面１２ｂにそれぞれ形成されており、軸受ハウジング１２の内周縁から径方向外側に向かって延伸している。

第１溝１３には、周方向において互いに対向する内面のそれぞれに第３溝１５が形成されている。第３溝１５は、第１溝１３の全長に亘って形成されている。第３溝１５の断面形状は、Ｕ字状（半円弧状）である。第３溝１５は、第１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。この第３溝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。

第１溝１３及び第２溝１４には、図５（ａ）に示すように、嵌挿具１６が嵌め込まれている。嵌挿具１６は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、第１溝１３に収容される棒状（四角柱状）の基部１７と、基部１７に形成されて第２溝１４に係合する一対の折曲片１８と、基部１７に形成されて折曲片１８と径方向における反対の側に突出する二つの隔壁片１９と、を有する。

基部１７は、その上面（隔壁片１９側の面）が第１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）で第１溝１３に収容される。折曲片１８は、軸方向において第２溝１４の底面に当接している。また、折曲片１８は、径方向において軸受ハウジング１２の外周面から突出していない。折曲片１８は、軸方向両側において軸受ハウジング１２と当接することで、嵌挿具１６の軸方向における移動を抑制する。

隔壁片１９は、図５（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それぞれ形成されている。隔壁片１９は、図５（ｃ）に示すように、第１溝１３の開口位置と同じ高さ、若しくは、第１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、第３溝１５に挿入される。凸部２１ａ、２１ｂが、第３溝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。つまり、トップフォイル９の周方向の両端は、軸受ハウジング１２若しくは軸受ハウジング１２に取り付けられた部材と当接する。その結果、トップフォイル９の周方向の両端には、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。言い換えれば、トップフォイル９の周方向の両端に向かうにつれ、トップフォイル９と、挿通孔１２ａの内周面との間隔は次第に狭くなっている。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。言い換えれば、トップフォイル９の周方向の両端に向かうにつれ、トップフォイル９と中間フォイル１０との間隔は次第に狭くなっている。また、凸部２１ａ、２１ｂが、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。

本実施形態では上述した第１の凹凸部２３ａ及び第２の凹凸部２３ｂがトップフォイル９に設けられているが、本開示はこの構成に限定されない。トップフォイルの周方向両端に第１の凹凸部と第２の凹凸部が設けられ、第１の凹凸部が凸部と凹部を少なくとも１つずつ備え、第２の凹凸部が凸部と凹部を少なくとも１つずつ備え、第１の凹凸部と第２の凹凸部とが重なるようにトップフォイルを円筒状に巻いた状態で、第１の凹凸部の凸部が第２の凹凸部の凹部を通過し、第２の凹凸部の凸部が第１の凹凸部の凹部を通過していてもよい。この場合、第１溝１３や嵌挿具１６の構造は、第１の凹凸部や第２の凹凸部が備える凸部及び凹部の数に合わせて適宜変更すればよい。また、第１の凹凸部や第２の凹凸部が備える凸部及び凹部の数を、本実施形態における数より増やしてもよい。例えば、第１の凹凸部が２つの凸部と３つの凹部を備え、第２の凹凸部が３つの凸部と２つの凹部を備えてもよい。

本実施形態の第１溝１３には２つの第３溝１５が設けられているが、本開示はこの構成に限定されず、他の構成を用いてもよい。例えば、第３溝１５に代えて、トップフォイルの周方向両端を係止するための突出片が、第１溝１３の開口端に設けられてもよい。

図４（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。薄肉部２４の周方向の長さＬは、図２に示すように、第１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、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２に示すように、軸受ハウジング１２の軸方向の両端面１２ｂには、挿通孔１２ａの内周縁（内周面）から径方向外側に向かって延伸する一対の係合溝２５が複数対形成されている。つまり、軸受ハウジング１２の軸方向における端面１２ｂは、軸受ハウジング１２の内周面まで延在する凹部を備える。本開示の係合溝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、これら係合溝２５には、後述する係合部材３０（係合ピン）が係合している。なお、本実施形態では、３対の係合溝２５のうちの２対の係合溝２５の間に、第１溝１３が配置されている。また、係合溝２５の一対は、径方向において第１溝１３と対向している。

本実施形態の係合溝２５は、挿通孔１２ａの内周縁（内周面）から軸受ハウジング１２の外周縁（外周面）に亘って形成されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、係合溝が、挿通孔１２ａの内周縁（内周面）から、軸受ハウジング１２を構成する板部材の厚さ方向（径方向）における中間位置まで形成されていてもよい。すなわち、係合溝が軸受ハウジング１２の外周縁に到達していなくともよい。

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の内周面に支持される。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。谷部１１ｂは、軸受ハウジング１２と対向する平坦部を有し、この平坦部は、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。

図６は、本開示のラジアルフォイル軸受３の要部を拡大した斜視図である。図７は、本開示のラジアルフォイル軸受３の要部を平坦化した模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
バックフォイル片１１ａは、図６及び図７（ａ）に示すように、軸方向の両端縁に切欠２６をそれぞれ備える。これらの切欠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６に示すように、軸受ハウジング１２の係合溝２５に対応する位置、すなわち係合溝２５と重なる位置に配置されている。言い換えれば、切欠２６は、軸方向及び周方向において係合溝２５と同等の位置に配置されている。また、切欠２６の幅（周方向の幅）は、係合溝２５の幅（周方向の幅）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、係合溝２５の周方向両端の間の周方向位置に位置する。

図２に戻り、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。中間フォイル片１０ａは、図７（ａ）に示すように、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、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の外形は、図７（ａ）に示すように、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７（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７（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。一対のテーパ部の間隔は、径方向外側から内側に向かうに従い拡大している。図６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の厚みは、バックフォイル片１１ａよりも薄い。中間フォイル１０の剛性は、バックフォイル１１の剛性の半分以下である。中間フォイル片１０ａは、図６に示すように、軸方向の両端縁に切欠２７（第２の切欠）をそれぞれ備える。これらの切欠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ている。切欠２７は、軸受ハウジング１２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。言い換えれば、切欠２７は、軸方向及び周方向において係合溝２５及び切欠２６と同等の位置に配置されている。切欠２７の幅（周方向の幅）は、係合溝２５の幅（周方向の幅）よりも小さく、切欠２６の幅（周方向の幅）と同じに形成されている。これら係合溝２５と切欠２６と切欠２７には、係合部材３０が係合している。

図８は、本開示の係合部材３０を拡大した正面図である。
係合部材３０は、図８に示すように、軸受ハウジング１２に取り付けられ、切欠２６及び切欠２７を通り、該切欠２７を通った中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）の内周側（径方向内側）において、周方向における切欠２７の形成範囲Ｗ外まで延伸している。本開示の切欠２７は、周方向においてバックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）の切欠２６と同じ形成範囲Ｗを有するため、係合部材３０は、周方向における切欠２６の形成範囲Ｗ外まで延伸していると言える。なお、本開示の係合部材３０は、一つの板状の部材で構成される。

言い換えれば、係合部材３０は、切欠２６及び切欠２７を通った状態で軸受ハウジング１２に取り付けられ、中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）の内周側（径方向内側）において、挿通孔１２ａの周方向における切欠２７の形成範囲Ｗ外まで延伸している。
なお、本実施形態の係合部材３０は、バックフォイル１１及び中間フォイル１０のいずれとも異なる部材である。
また、本実施形態の係合部材３０は、一体的に形成された部材である。つまり、係合部材３０は、係合溝２５の周方向一方側の面と対面する第１部位と、係合溝２５の周方向他方側の面と対面する第２部位と、前記第１部位及び前記第２部位とを接続する第３部位とを備える。また、本実施形態の係合部材３０は、くびれ部を備える。つまり、係合部材３０には、径方向内周側から径方向外周側に向かうに従い、係合部材３０の周方向幅が縮小する部位と拡大する部位とが形成されており、これらの部位によって前記くびれ部が形成されている。本実施形態において、切欠２６及び切欠２７は、径方向において係合部材３０の前記くびれ部に相当する位置に配置されている。

係合部材３０は、軸受ハウジング１２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）の内周側に対向する返し部３３と、を備える。係合部３１は、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。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、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。すなわち、係合部３１の矩形枠の角部は、湾曲形状となっている。

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及びバックフォイル片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、係合部材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、凹部１０ｃの開口位置（上端、径方向内側端部）よりも径方向外側に位置している。

言い換えれば、本開示の係合部材は、軸受ハウジング１２に取り付けられた係合部と、この係合部に接続されると共に切欠２６及び切欠２７を通過して配置される挿通部と、この挿通部に接続されると共に周方向の少なくとも一方側に突出して切欠２７の形成範囲Ｗ外まで延伸している返し部と、から構成されてもよい。

本開示の係合部材３０は、中間フォイル１０（バックフォイル１１）の内周側（周方向内側の面）において、切欠２７（切欠２６）の形成範囲Ｗよりも広い範囲に亘って延伸している。具体的には、一対の返し部３３の相反する方向に延伸する両端部間の幅をＷ１とすると、Ｗ１＞Ｗの関係を有する。なお、挿通部３２の幅（周方向の幅）をＷ２とすると、Ｗ１＞Ｗ＞Ｗ２の関係を有する。また、係合部３１の幅（周方向の幅）をＷ３とすると、Ｗ３＞Ｗ１＞Ｗ＞Ｗ２の関係を有する。なお、Ｗ３はＷ１より小さくてもよい。また、Ｗ１は、バックフォイル１１の谷部１１ｂより広い範囲に亘って延伸している。また、係合部材３０は、平面部１０ｂより径方向内側に突出していない。また、係合部材３０の板状の部材の厚みをＴとして、Ｗ１−Ｗ２＋２Ｔ＞Ｗ２が成り立っている。

係合部材３０は、蓄勢状態で係合溝２５の内面２５ａに当接している。本開示の係合部材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。係合部材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、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と係合溝２５の内面２５ａとの間に摩擦力が発現し、係合部材３０が軸受ハウジング１２に保持されている。なお、本開示の「蓄勢状態」とは、弾性圧縮状態を意味している。

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がそれぞれ取り付けられている。蓋体５０は、係合部材３０の係合部３１を収容している係合溝２５の少なくとも一部を覆っている。蓋体５０は、係合部３１の少なくとも一部と軸方向で対向している。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。

蓋体５０は、係合溝２５の近傍において軸受ハウジング１２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、軸受ハウジング１２の端面１２ｂに、係合部材３０を収容している係合溝２５を覆う蓋体５０が取り付けられているため、係合部材３０が軸受ハウジング１２から軸方向に外れるのを抑制することができる。なお、蓋体５０の軸受ハウジング１２への取付方法は特に限定されない。

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、本実施形態では、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）、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８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２６に、係合部材３０が挿通されている。係合部材３０は、軸受ハウジング１２の係合溝２５に係合しており、この係合部材３０が切欠２６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、係合部材３０が係合している切欠２６を挟み周方向に変形する（動く）。

係合部材３０の挿通部３２は、バックフォイル片１１ａと当接しており、軸方向におけるバックフォイル片１１ａの移動も抑制している。さらに、係合部材３０は、図８に示すように、切欠２６を通ったバックフォイル１１の内周側において、挿通孔１２ａの周方向における切欠２６の形成範囲Ｗ外まで延伸している。つまり、係合部材３０には、切欠２６を通ったバックフォイル１１の内周側に返し部３３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の抜け止めとなっている。よって、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にもバックフォイル片１１ａと同様に、切欠２７が形成され、係合部材３０が挿通されている。このため、中間フォイル片１０ａも脱落が抑制される。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。

また、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、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、係合部材３０の返し部３３が、バックフォイル片１１ａ（中間フォイル片１０ａ）に引っ掛かり、バックフォイル片１１ａと一緒に係合部材３０が持ち上げられる。ここで、係合部材３０は、軸受ハウジング１２の係合溝２５の内面２５ａに当接しているため、係合部材３０と係合溝２５の内面２５ａ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。

このように、上述の本実施形態によれば、挿通孔１２ａを有する軸受ハウジング１２と、挿通孔１２ａの内周面に配置され、挿通孔１２ａが延びる軸方向における端縁に切欠２６を備えるバックフォイル１１と、軸受ハウジング１２に取り付けられ、切欠２６を通り、該切欠２６を通ったバックフォイル１１の内周側において、挿通孔１２ａの周方向における切欠２６の形成範囲Ｗ外まで延伸している係合部材３０と、を備える、という構成を採用することによって、バックフォイル１１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。

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、係合部材３０として、図９〜図１２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９に示す係合部材３０Ａは、一枚の板バネを２つ折りにした後、その折り目側を巻いた構成を有している。この係合部材３０Ａは、外形が（挿通孔１２ａの軸方向視で）四角形に巻かれた係合部３１ａと、係合部３１ａの１つお角部から延伸する一対の挿通部３２ａと、一対の挿通部３２ａの先端部から相反する方向に曲げられた一対の返し部３３ａと、を備える。本変形例では、係合部材３０Ａの、係合溝２５の周方向一方側の内面２５ａに当接する部位と、周方向他方側の内面２５ａに当接する部位との間に、周方向に空隙となる領域が存在する。また、当該部位の径方向外側は連結されており、径方向内側は離隔している。つまり、軸方向に直交する断面において、空隙となる領域の径方向内側が解放されている。また、上記２つ折りの折り曲げられた先端側は、曲げられ、径方向内側に向かい挿通部３２ａに近接する。この構成によれば、係合部３１ａが二重に巻かれているため、上記実施形態よりも係合溝２５の内面２５ａに対するスプリングバックを大きくすることができる。すなわち、弾性圧縮状態で係合溝２５に配置された係合部３１ａの、係合溝２５の内面に対する付勢力を、上記実施形態よりも向上させることが可能である。

図１０に示す係合部材３０Ｂは、一枚の板バネを２つ折りにしないで形成した構成を有している。この係合部材３０Ｂは、板を四角形（またはコ字状）に折り曲げた係合部３１ｂと、板同士の周方向の重なりを持たない挿通部３２ｂと、挿通部３２ｂの先端部から周方向外側に曲げられた返し部３３ｂと、を備える。つまり、本変形例の係合部材３０Ｂにおいても、係合溝２５の周方向一方側の内面２５ａ当接する部位と、周方向他方側の内面２５ａに当接する部位との間に、周方向に空隙となる領域が存在する。また、当該部位の径方向外側は連結されており、径方向内側は離隔している。つまり、軸方向に直交する断面において、空隙となる領域の径方向内側が解放されている。また、返し部３３ｂは、挿通部３２ｂの径方向内側位置から、挿通部３２ｂの径方外側から内側に延伸する方向に対し、鈍角をなす方向に延伸している。この構成によれば、返し部３３が一つになる。

すなわち、本開示の係合部材は、切欠２６及び切欠２７を通った状態で軸受ハウジング１２に取り付けられ、中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）の内周側において、挿通孔１２ａの周方向の一方側のみに延伸している構成であってもよい。例えば、上記実施形態では一対の返し部３３が用いられているが、返し部３３が１つのみ設けられる構成でもよい。

図１１（ａ）に示す係合部材３０Ｃは、Ｈ形の一枚の板バネを折り曲げた構成を有している。なお、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ矢視図（底面図）である。この係合部材３０Ｃは、折り返し部３１ｃ１，３１ｃ２を有する係合部３１ｃと、係合部３１ｃから上側（径方向内側）に延伸する一対の挿通部３２ｃと、一対の挿通部３２ｃの先端部から相反する方向に曲げられた一対の返し部３３ｃと、を備える。つまり、本変形例の係合部材３０Ｃは、返し部３３ｃと、返し部３３ｃから径方向外側に向かい延設する部位を備える。また、該径方向外側に向かい延設する部位から、互いに周方向に離隔する側に延設する部位を備える。また、当該周方向に離隔する側に延設する部位の係合溝２５の内面２５ａに近い位置から径方向内側に延設する部位を備える。該内面２５ａに近い位置から径方向内側に延設する部位は、径方向内側で終端する。また、該返し部３３ｃから径方向外側に向かい延設する部位は、軸方向の一方の側が周方向に連結されている。折り返し部３１ｃ１は、Ｈ形の板バネの左右の折り返し部である。折り返し部３１ｃ２は、Ｈ形の板バネの両脚部の折り返し部である。この構成によれば、係合部３１において折り返し部３１ｃ１，３１ｃ２の二方向のスプリングバックが作用する。

図１２に示す係合部材３０Ｄは、一枚の板バネから切り抜いた構成を有している。この係合部材３０Ｄは、四角形中実の係合部３１ｄと、係合部３１ｄの上部（径方向内端）から延伸する挿通部３２ｄと、挿通部３２ｄの先端部から相反する方向に延伸する一対の返し部３３ｄと、を備える。この構成によれば、係合部材３０Ｄをプレス加工等によって形成可能になるため、係合部材３０Ｄの成形が容易になる。

また、例えば、上記実施形態では、係合部３１の幅（周方向の幅）が、挿通部３２の幅（周方向の幅）よりも大きい構成を例示した。しかし、係合部３１の幅（周方向の幅）と挿通部３２の幅（周方向の幅）が同じＴ形の係合部材３０を採用してもよい。

また、上記実施形態では、中間フォイル１０を備えるラジアルフォイル軸受３を例示した。しかし、中間フォイル１０が無く、係合部材３０がバックフォイル１１にのみ引っ掛かる構成であってもよい。

すなわち、本開示の係合部材は、中間フォイルが設けられない場合において、切欠２６を通った状態で軸受ハウジング１２に取り付けられ、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）の内周側（径方向内側）において、挿通孔１２ａの周方向における切欠２６の形成範囲外まで延伸していてもよい。この場合、係合部材の返し部は、バックフォイル１１の谷部１１ｂ内に収容されてもよいし、周方向において谷部１１ｂに相当する範囲内にのみ配置される構成でもよい。
言い換えれば、本開示の係合部材は、中間フォイルが設けられない場合において、軸受ハウジング１２に取り付けられた係合部と、この係合部に接続されると共に切欠２６を通過して配置される挿通部と、この挿通部に接続されると共に周方向の少なくとも一方側に突出して切欠２６の形成範囲外まで延伸している返し部と、から構成されてもよい。

また、上記実施形態では、蓋体５０を備えるラジアルフォイル軸受３を例示した。しかし、例えば、係合溝２５の内面２５ａに、係合部材３０の軸方向の抜けを抑制するアリ溝等が形成されている場合には、蓋体５０がなくてもよい。

また、例えば、係合溝２５の内面２５ａに、摩擦を調整するコーティングがされていてもよい。このコーティングとしては、銅コーティングを用いることができる。

また、上記実施形態では、例えば、図２に示すように、軸受ハウジング１２の軸方向の両端面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一対の係合溝２５が形成されている構成について例示したが、係合溝２５は、軸受ハウジング１２の軸方向の片方の端面１２ｂにのみ形成される構成であってもよい。また、当該片方の端面１２ｂにのみ蓋体５０が取り付けられる構成であってもよい。

すなわち、バックフォイル１１や中間フォイル１０を適切に保持できるのであれば、バックフォイル１１の切欠２６、中間フォイル１０の切欠２７、及び係合部材３０が、軸方向一方側のみに設けられ、他方側に設けられない構成であってもよい。

本開示は、回転軸を取り囲んで支持するラジアルフォイル軸受に利用することができる。

３ ラジアルフォイル軸受
９ トップフォイル
１０ 中間フォイル
１０ａ 中間フォイル片
１１ バックフォイル
１１ａ バックフォイル片
１２ 軸受ハウジング（ハウジング）
１２ａ 挿通孔
１２ｂ 端面
２５ 係合溝
２５ａ 内面
２６ 切欠
２７ 切欠（第２の切欠）
３０ 係合部材
３１ 係合部
３２ 挿通部
３３ 返し部
５０ 蓋体
Ｗ 形成範囲

Claims (6)

1. 挿通孔を有するハウジングと、
   前記挿通孔の内周面に配置され、前記挿通孔が延びる軸方向における端縁に切欠を備えるバックフォイルと、
   前記切欠を通った状態で前記ハウジングに取り付けられ、前記バックフォイルの内周側において、前記挿通孔の周方向における前記切欠の形成範囲外まで延伸している係合部材と、を備える、ラジアルフォイル軸受。
2. 前記係合部材は、前記バックフォイルの内周側において、前記切欠の形成範囲よりも前記周方向両側に延伸している、請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
3. 前記バックフォイルに支持され、前記軸方向における端縁に第２の切欠を備える中間フォイルを備え、
   前記係合部材は、前記切欠と前記第２の切欠とを通った状態で前記ハウジングに取り付けられ、前記中間フォイルの内周側において、前記挿通孔の周方向における前記第２の切欠の形成範囲外まで延伸している、請求項１または２に記載のラジアルフォイル軸受。
4. 前記ハウジングの前記軸方向における端面に、前記挿通孔の内周縁から径方向外側に向かって延伸する係合溝が設けられ、
   前記係合部材は、前記係合溝の内面に当接している、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. 前記係合部材は、蓄勢状態で前記係合溝の内面に当接している、請求項４に記載のラジアルフォイル軸受。
6. 前記ハウジングの前記軸方向の前記端面に取り付けられ、前記係合部材を収容している前記係合溝を覆う蓋体を備える、請求項４または５に記載のラジアルフォイル軸受。

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