WO2013015098A1 - 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（３，２０）は、円筒状のトップフォイル（１０，２１）と、トップフォイル（１０，２１）の径方向外側に配置されるバックフォイル（１１）と、トップフォイル（１０，２１）及びバックフォイル（１１）を収容する円筒状の軸受ハウジング（１２，２５）と、を備える。トップフォイル（１０，２１）は、矩形状の金属箔が回転軸（１）の周方向に巻かれて形成されている。金属箔は、その一方の辺側に第１凸部（１５ａ，２２ａ）及び第１凹部（１６ａ，２３ａ）を有する第１の凹凸部（１７ａ，２３ａ）と、一方の辺と反対の他方の辺側に、第２凸部（１５ｂ，２２ｂ）及び第２凹部（１６ｂ，２３ｂ）を有する第２の凹凸部（１７ｂ，２４ｂ）と、を備える。また、金属箔が、第１の凹凸部（１７ａ，２３ａ）と第２の凹凸部（１７ｂ，２４ｂ）とが重なるように円筒状に巻かれている。第１凸部（１５ａ，２２ａ）及び第２凸部（１５ｂ，２２ｂ）が、それぞれ対応する第１凹部（１６ａ，２３ａ）及び第２凹部（１６ｂ，２３ｂ）を通って軸受ハウジング（１２，２５）側に引き出され、軸受ハウジング（１２，２５）の内周面に形成された係合溝（１３，２６）に係合している。

Description

ラジアルフォイル軸受

　本発明は、ラジアルフォイル軸受に関する。
　本願は、２０１１年７月２２日に日本に出願された特願２０１１－１６０７７２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、回転軸を取り囲むように装着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。

　このようなラジアルフォイル軸受にあっては、通常、トップフォイルやバンプフォイルの軸受ハウジングからの脱落を防止するため、その一端部(止端部)がスポット溶接によって軸受ハウジングに直接、あるいはスペーサを介して間接的に固定されている。
　また、特許文献１では、トップフォイルの両端をそれぞれハウジング内壁の止め壁に突き当てるようにして係止させ、固定している。

日本国特開２００６－５７８２８号公報

　しかし、トップフォイルを溶接すると、熱が加えられるためトップフォイルに歪みが生じる可能性が高い。また、溶接に代えて機械的に固定を行うべく、トップフォイルの一端部（止端部）を曲げ加工した構成も知られているが、その場合には、曲げ加工によってトップフォイルに歪みが生じる可能性がある。さらに、前記特許文献１では、トップフォイルの両端を止め壁に突き当てているため、トップフォイルにその両端部から中心部に向かう反力が加えられ、歪みが生じる場合がある。

　回転軸の回転によってこの回転軸とトップフォイルとの間に形成されるフォイル軸受の流体潤滑膜は、１０μｍ前後と非常に薄い。そのため、トップフォイルに少しでも歪みが生じると、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰性能)に影響が及び、設計通りの性能が得られなくなる可能性がある。

　また、一端部(止端部)をスポット溶接によって軸受ハウジングに固定する一般的なトップフォイルでは、その両端付近(止端側と自由端側)が軸受ハウジングの内周面を構成する曲面に沿い難く、平面に近い状態になる。この場合、平面に近い上記部位では回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）が発生する。その結果、始動トルクが高くなったり、運転中の発熱が設定以上に高くなったりする場合がある。

　また、前記特許文献１では、前記反力によってトップフォイルに歪みが生じる場合があるため、トップフォイルが軸受ハウジングの内周面に沿って真円に近い形状になることなく、歪みによって部分的に平面部を有する角形に近い形状になる可能性がある。この場合、平面部に近い部位が回転軸に対して強く当接することにより、回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）が発生し、始動トルクが高くなったり、運転中の発熱が設定以上に高くなったりする場合がある。

　このような回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）を小さくするには、例えばトップフォイルの両端付近を支えているバンプフォイル（バックフォイル）の山を無くす方法が考えられる。しかし、バンプフォイルの山を無くすと、山を無くした部位における回転軸の支持剛性が大幅に下がる。そのため、衝撃荷重などによる回転軸の上記部位に向かう移動を防止できず、回転軸に設けられたインペラなどの回転部分が静止部（ハウジング等）に接触する可能性が高くなる。
　また、山を無くした部位における回転軸の支持剛性を下げ過ぎないようにするために、山を無くす代わりに上記部位のバンプフォイルの山の高さを低くする方法が考えられる。しかし、低くする量が数十μｍと小さいため、そのようなバンプフォイルの製作は極めて困難である。

　本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、トップフォイルに生じる歪みを十分に少なくし、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰性能)について設計通りの良好な性能が得られるラジアルフォイル軸受を提供することを第１の目的とする。また、回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）の発生を防止できるラジアルフォイル軸受を提供することを第２の目的とする。

　本発明の第１の態様によれば、回転軸を取り囲んでこの回転軸を支持するラジアルフォイル軸受は、前記回転軸に対向して配置される円筒状のトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置され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、を備える。前記軸受ハウジングの内周面には、その軸方向に沿って複数の係合溝が形成されている。前記トップフォイルは、矩形状の金属箔が回転軸の周方向に巻かれて形成されている。金属箔は、その一方の辺側に第１凸部及び第１凹部を有する第１の凹凸部と、前記一方の辺と反対の他方の辺側に、第１凸部に対応する位置を含むように形成される第２凹部、及び第１凹部に対応する位置の少なくとも一部に形成される第２凸部を有する第２の凹凸部と、を備える。また、金属箔が、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部とが重なるように円筒状に巻かれている。第１及び第２凸部が、それぞれ対応する第１及び第２凹部を通って前記軸受ハウジング側に引き出されている。さらに、前記軸受ハウジング側に引き出された第１及び第２凸部が、それぞれ対応する前記係合溝に係合している。

　このラジアルフォイル軸受にあっては、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを有する金属箔を、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部とが重なるようにして円筒状に巻き、各凹凸部の凸部をそれぞれ軸受ハウジング側に引き出し、これら引き出された凸部を、軸受ハウジングの内周面に形成した係合溝に係合させている。そのため、トップフォイルに対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、また、その両端部を軸受ハウジングに突き当てることによる両端部から中心部に向かう強い反力を生じさせることなく、トップフォイルを軸受ハウジング内に収容・固定することができる。したがって、トップフォイルに生じる歪みを抑制し、トップフォイルの歪みを十分に少なくすることができる。

　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、前記トップフォイルには、前記一方の辺側と前記他方の辺側とに、これらの間の中央部に比べて薄厚な薄肉部が形成されている。
　このようにすれば、トップフォイルの両端部が弾性変形し易くなり、この両端部における、回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）の発生が抑制される。

　本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様において、前記薄肉部は、その外周面が前記中央部の外周面より凹んだ状態に形成されている。
　このようにすれば、この薄肉部では、その外周面側を支持するバックフォイルとの間に隙間が形成される。したがって、この薄肉部における、回転軸を締め付ける力（局所的なプリロード）の発生が確実に防止される。

　本発明の第４の態様によれば、上記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記係合溝の少なくとも一つは、前記軸受ハウジングにおける軸方向の全長の一部に形成されている。
　このようにすれば、トップフォイルと軸受ハウジングとの間で軸方向のずれが生じた際にも、軸受ハウジングの軸方向の一部に形成されている係合溝に係合する凸部が、この係合溝の端部に規制されてその移動が停止させられるので、それ以上のずれが防止される。したがって、トップフォイルの軸受ハウジングからの脱落が確実に防止される。

　本発明のラジアルフォイル軸受によれば、トップフォイルに生じる歪みを抑制し、トップフォイルの歪みを十分に少なくできる。その結果、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰性能)について、設計通りの良好な性能を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る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模式図である。 本発明の第１実施形態に係るラジアルフォイル軸受の概略構成を示す側面図である。 図２ＡのＡ－Ａ線矢視断面図である。 トップフォイルの展開平面図である。 トップフォイルの展開側面図である。 本発明の第２実施形態に係るラジアルフォイル軸受の概略構成を示す側面図である。 図３ＡのＢ－Ｂ線矢視断面図である。 トップフォイルの展開平面図である。 トップフォイルの展開側面図である。

　以下、図面を参照して本発明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。

（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態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は回転軸の先端部に設けられたインペラ、符号３は本発明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のみ記載しているが、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、回転軸１の支持構造が構成される。したがって、図示しないが、本実施形態においてもラジアルフォイル軸受３は二つ設けられている。

　回転軸１には、インペラ２が形成された側にスラストカラー４が固定されている。このスラストカラー４の両側には、このスラストカラー４に対向してスラスト軸受５がそれぞれ配置されている。
　また、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、インペラ２とハウジング６との間にチップクリアランス７が形成されている。
　また、回転軸１には、スラストカラー４より回転軸１の中央側に、ラジアルフォイル軸受３が取り囲むように装着されている。

　図２Ａ～２Ｄは、このような構成のターボ機械に適用されたラジアルフォイル軸受の第１実施形態を示す図である。この第１実施形態のラジアルフォイル軸受３は、図２Ａに示すように回転軸１を取り囲んで回転軸１を支持する円筒状に形成されている。ラジアルフォイル軸受３は、回転軸１に対向して配置される円筒状のトップフォイル１０と、トップフォイル１０の径方向外側に配置されるバンプフォイル１１（バックフォイル）と、バンプフォイル１１の径方向外側に配置される軸受ハウジング１２とを備えて構成されている。

　軸受ハウジング１２は、ラジアルフォイル軸受３の最外部を構成し、金属を用いて円筒状に形成されている。軸受ハウジング１２は、その内部にバンプフォイル１１及びトップフォイル１０を収容している。この軸受ハウジング１２には、その内周面に、軸受ハウジング１２の軸方向に沿って複数の係合溝１３が形成されている。係合溝１３は、第１係合溝１３ａと第２係合溝１３ｂを備える。すなわち、軸受ハウジング１２の内周面を示す図２Ｂに示すように、軸受ハウジング１２の内周面には、軸受ハウジング１２の軸方向の全長に渡って第１係合溝１３ａが形成されている。また、第１係合溝１３ａの、軸受ハウジング１２の周方向での隣には、軸受ハウジング１２における軸方向の全長の一部のみに、第２係合溝１３ｂが形成されている。言い換えれば、第２係合溝１３ｂは、軸受ハウジング１２の軸方向の全長に亘って形成されていない。

　本実施形態においては、第２係合溝１３ｂは、第１係合溝１３ａの隣に二つ形成されている。二つの第２係合溝１３ｂは、軸受ハウジング１２の軸方向に平行な一直線上に配置されている。これら第２係合溝１３ｂのうちの一方は、軸受ハウジング１２の一方の側端から中心側に向かって延びて形成されており、他方は、軸受ハウジング１２の他方の側端から中心側に向かって延びて形成されている。したがって、これら第２係合溝１３ｂは、軸受ハウジング１２の軸方向中心部において互いに連通しておらず、これら第２係合溝１３ｂにおける軸受ハウジング１２の中心側には、これらの溝の上記中心側を塞ぐ土手部１４が形成されている。なお、係合溝１３ａ、１３ｂの深さは、０．１ｍｍ～数ｍｍ程度である。

　図２Ａに示すようにバンプフォイル１１は、フォイル（薄板）で形成され、トップフォイル１０を弾性的に支持するバックフォイルである。このようなバックフォイルとしては、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、バックフォイルとしてバンプフォイルを用いている。ただし、前記のスプリングフォイルやバックフォイルを、本発明のバックフォイルとして用いてもよい。

　バンプフォイル１１は、図２Ａに示すようにフォイル（薄板）が波板状に成形され、さらに全体として円筒状に形成されて軸受ハウジング１２の内周面に沿って配置されている。なお、本実施形態においては、このバンプフォイル１１はその両端間を所定間隔あけて配設されている。すなわち、このバンプフォイル１１は、前記係合溝１３、１３上及びこれらの間を覆うことなく、その他の軸受ハウジング１２の内周面上のみを覆って配置されている。

　また、波板状に成形されたバンプフォイル１１は、ラジアルフォイル軸受３の周方向に沿って、軸受ハウジング１２に接する谷部と、トップフォイル１０に接する山部とを交互に形成している。これによってバンプフォイル１１は、特にトップフォイル１０に接する山部により、トップフォイル１０を弾性的に支持している。また、ラジアルフォイル軸受３の軸方向に、山部や谷部による流体の通路を形成している。
　なお、このバンプフォイル１１は、従来と同様に、スポット溶接等によって軸受ハウジング１２に固定されている。

　トップフォイル１０は、矩形状の金属箔がバンプフォイル１１の内面に沿って円筒状に巻かれて形成され、一方の端部側に形成された凸部１５ａ（第１凸部）と、他方の端部側に形成された凸部１５ｂ（第２凸部）とが、それぞれ軸受ハウジング１２に形成された前記係合溝１３に係合するように配設されている。このトップフォイル１０は、その展開平面図である図２Ｃに示すように、軸受周方向を長辺とし、軸受軸方向を短辺とする矩形状の金属箔が、その側面図である図２Ｄ中の矢印方向（長辺の長さ方向：軸受周方向）に円筒状に巻かれて、形成されている。

　このトップフォイル１０には、図２Ｃに示したように、短辺における一方の辺側に一つの凸部１５ａと二つの凹部１６ａ（第１凹部）とを有する第１の凹凸部１７ａが形成され、短辺における前記一方の辺と反対の他方の辺側に、二つの凸部１５ｂと一つの凹部１６ｂ（第２凹部）とを有する第２の凹凸部１７ｂが形成されている。第２の凹凸部１７ｂの凹部１６ｂは第１の凹凸部１７ａの凸部１５ａに対応する位置に形成され、第１の凹凸部１７ａの凹部１６ａは第２の凹凸部１７ｂの凸部１５ｂに対応する位置に形成されている。

　すなわち、第２の凹凸部１７ｂの凹部１６ｂは、第１の凹凸部１７ａと第２の凹凸部１７ｂとが重なるようにトップフォイル１０（矩形状の金属箔）を円筒状に巻いた際、凹部１６ｂ内を凸部１５ａ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１７ａの凹部１６ａは、トップフォイル１０（矩形状の金属箔）を円筒状に巻いた際、凹部１６ａ内を凸部１５ｂがそれぞれ通り抜けるように形成されている。

　このようにして凹部１６ｂ、１６ａを通り抜けた凸部１５ａ、１５ｂは、図２Ａ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、その先端部が軸受ハウジング１２の前記係合溝１３に係合される。これにより、トップフォイル１０はその周方向への移動が規制され、その移動量が僅かとなるように配設されている。

　また、凸部１５ａ、１５ｂは、その先端が係合溝１３の側壁面や底面に強く突き当てられることなく、側壁面や底面に近接した状態で配設される。したがって、回転軸１の定常運転時には、凸部１５ａ、１５ｂは係合溝１３から大きな反力を受けないため、トップフォイル１０に生じる歪みを防止できる。また、ラジアルフォイル軸受３に回転軸１の軸ぶれなどによる不測の外力が加わった際にも、トップフォイル１０は軸受ハウジング１２内を回転することなく、さらに、軸受ハウジング１２と回転軸１との間からの脱落を防止できる。

　つまり、不測の外力が加わった際には、凸部１５ａ、１５ｂが係合溝１３の側壁面や底面に係止することにより、これら凸部１５ａ、１５ｂが係合溝１３から外れてしまうことを防止できる。したがってトップフォイル１０が回転することや、過剰に変形して前記凸部１５ａ、１５ｂが凹部１６ｂ、１６ａから抜け出てしまい、トップフォイル１０が軸受ハウジング１２から脱落することが防止されている。

　また、図２Ｂ中二点鎖線で示すように、特に第２係合溝１３ｂに係合する凸部１５ｂは、第２係合溝１３ｂによって軸受ハウジング１２の軸方向中心側（内側）への移動が規制されている。すなわち、第２係合溝１３ｂには、軸受ハウジング１２の中心側に土手部１４が形成されているため、トップフォイル１０と軸受ハウジング１２との間で軸方向のずれが生じた際にも、二つの凸部１５ｂのいずれかが係合溝１３ｂの土手部１４に当接し、凸部１５ｂすなわちトップフォイル１０の移動が停止させられる。これにより、トップフォイル１０は軸受ハウジング１２から外に飛び出すことが防止されている。

　また、トップフォイル１０には、図２Ｄに示すように、第１の凹凸部１７ａを形成した側（一方の辺側）と第２の凹凸部１７ｂを形成した側（他方の辺側）とに、これらの間の中央部に比べて薄厚（薄肉）な薄肉部１８が形成されている。これら薄肉部１８は、図２Ａに示すように、その外周面（バンプフォイル１１側の面）が前記中央部の外周面より凹んだ状態となるよう、薄厚化（薄肉化）されて形成されている。

　薄肉部１８を形成するには、例えばエッチング加工によってトップフォイル１０の両端部を、十μｍ単位でコントロールして所望の厚さ（薄さ）に形成する。具体的には、軸受径φ３５ｍｍとした場合、トップフォイル１０の厚さを１００μｍとすると、薄肉部１８の厚さは８０μｍ程度となるようにする。なお、このようなエッチング加工では、曲げ加工などに比べてトップフォイル１０に生じる応力が極めて小さく、したがってトップフォイル１０に歪みが生じることもほとんどない。
　また、図２Ｄに示す、薄肉部１８の周方向の長さＬは、図２Ａに示すように、周方向に隣り合う二つの係合溝１３の間隔と、バンプフォイル１１の端部の山一つの幅とを合わせた長さに対応している。

　このようにトップフォイル１０の両端部に薄肉部１８を形成したことにより、これら両端部（薄肉部１８）は弾性変形し易くなる。したがってこれら両端部は軸受ハウジング１２の内周面を構成する曲面に沿って曲面となる。これにより、トップフォイル１０では、その両端部においても回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）がほとんど発生しない。

　また、トップフォイル１０の両端部の外周面を、前記中央部の外周面より凹んだ状態となるように薄厚化して薄肉部１８を形成しているので、その外周面側を支持するバンプフォイル１１の端部の一つの山と薄肉部１８との間に隙間が形成される。これにより、薄肉部１８においては、回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）の発生が確実に防止される。なお、薄肉部１８の周方向の長さＬについては、図２Ａに示した例に代えて、周方向に隣り合う二つの係合溝１３の間隔と、バンプフォイル１１の端部の山三つ分程度の幅を合わせた長さにまで対応させてもよい。

　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１０はバンプフォイル１１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。なお、本実施形態では、トップフォイル１０の両端部が薄肉部１８となっているので、これら薄肉部１８では回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）がほとんど生じない。

　回転軸１を図２Ａ中の矢印Ｐ方向に回転させると、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。そのため、図２Ａ中矢印Ｑで示すように、トップフォイル１０の一端（凸部１５ａ）とバンプフォイル１１の一端との間から周囲流体が引き入れられ、トップフォイル１０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１０と回転軸１との間に流体潤滑膜が形成される。

　その際、流体潤滑膜が形成されるまでの過渡状態においては、回転軸１とトップフォイル１０との間に固体摩擦が生じ、これが始動時の抵抗になる。しかし、前記したようにトップフォイル１０の両端部ではプリロードが生じなくなっている。また、周囲流体が流入する側のトップフォイル１０の端部が薄肉部１８となっていて柔らかくなっており、トップフォイル１０の端部と回転軸１との間が開口し易く、流体が容易に流入できるようになっている。したがって、回転軸１が始動すると早期に流体潤滑膜が形成され、回転軸１はトップフォイル１０に対して非接触状態で回転する。

　このようなラジアルフォイル軸受３にあっては、凹部１６ｂ、１６ａから引き出した凸部１５ａ、１５ｂを、軸受ハウジング１２の内周面に形成した係合溝１３に係合させている。そのため、トップフォイル１０に対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、また、トップフォイル１０の両端部を軸受ハウジング１２に突き当てることによる両端部から中心部に向かう強い反力を生じさせることなく、トップフォイル１０を軸受ハウジング１２内に収容・固定することができる。したがって、トップフォイル１０に生じる歪みを抑制し、トップフォイル１０の歪みを十分に少なくすることができるため、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰性能)について、設計通りの良好な性能を発揮させることができる。

　また、トップフォイル１０については、単にエッチング加工による凹凸部１７ａ、１７ｂの形成工程が増えただけであり、歪みを発生させる可能性のある従来のスポット溶接や曲げ加工を無くすことができる。したがって、製作の難易度を低下させ、製造コストを低減化することができる。
　また、軸受ハウジング１２に対するトップフォイル１０の溶接工程が無いため、溶接不良などによる組立て不良や組立てのバラツキを抑制できる。したがって、再現性が高くなり、量産性に優れる。

　また、従来のようにトップフォイルの一端側を軸受ハウジングにスポット溶接して止端とし、他端側を自由端とした構成では、回転軸を逆回転させた際、トップフォイルが回転軸に巻き付く可能性がある。これに対して本実施形態のラジアルフォイル軸受３は、図２Ａに示すように側面視では左右対称となっているため、回転軸１の正回転にも逆回転にも共に対応して同等に機能できる。したがって、回転軸が逆回転する回転機械にも適用可能である。

　また、トップフォイル１０の両端部に薄肉部１８を形成しているので、前記したようにこれら両端部においても回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）が発生しない。したがって、プリロードによって始動トルクが高くなることや、運転中の発熱が設定以上に高くなることを防止できる。
　また、トップフォイル１０の両端部に薄肉部１８を形成しているので、例えば従来のようにトップフォイルの両端部を軸受ハウジングの内曲面（内周面）になじませるための、熱処理工程が不要になる。
　さらに、トップフォイル１０の両端部に薄肉部１８を形成したことで、周囲流体が流入する側のトップフォイル１０の端部(従来型の自由端に相当)が柔らかくなっているため、前記したように周囲流体がトップフォイル１０と回転軸１との間に流入し易くなる。
　したがって、より低い回転数で流体潤滑膜が形成され、始動性が向上する。

（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態のラジアルフォイル軸受を説明する。図３Ａ～３Ｄは、図１に示したターボ機械に適用されたラジアルフォイル軸受の第２実施形態を示す図であり、図３Ａ中符号２０はラジアルフォイル軸受である。このラジアルフォイル軸受２０が図２Ａに示したラジアルフォイル軸受３と異なるところは、トップフォイルの形状、及びこれに対応する軸受ハウジングの係合溝の形状である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　すなわち、本実施形態のラジアルフォイル軸受２０のトップフォイル２１には、図３Ｃに示すように、短辺における一方の辺側に一つの凸部２２ａ（第１凸部）と一つの凹部２３ａ（第１凹部）とを有する第１の凹凸部２４ａが形成され、短辺における前記一方の辺と反対の他方の辺側に、一つの凸部２２ｂ（第２凸部）と一つの凹部２３ｂ（第２凹部）とを有する第２の凹凸部２４ｂが形成されている。第２の凹凸部２４ｂの凹部２３ｂは、第１の凹凸部２４ａの凸部２２ａに対応する位置を含むようにして形成され、第１の凹凸部２４ａの凹部２３ａは、第２の凹凸部２４ｂの凸部２２ｂに対応する位置を含むようにして形成されている。換言すれば、凸部２２ａは、凹部２３ｂに対応する位置の少なくとも一部に形成され、凸部２２ｂは、凹部２３ａに対応する位置の少なくとも一部に形成されている。

　すなわち、第２の凹凸部２４ｂの凹部２３ｂは、第１の凹凸部２４ａと第２の凹凸部２４ｂとが重なるようにトップフォイル２１を円筒状に巻いた際、凹部２３ｂ内を凸部２２ａ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２４ａの凹部２３ａは、トップフォイル２１を円筒状に巻いた際、凹部２３ａ内を凸部２２ｂが通り抜けるように形成されている。なお、本実施形態では、凹部２３ｂ、２３ａの幅（ラジアルフォイル軸受２０の軸方向での幅）が、対応する凸部２２ａ、２２ｂの幅より十分広くなるように形成されている。

　また、軸受ハウジング２５の内周面には、図３Ａに示すように、このような凸部２２ａ、２２ｂの配置に対応して、係合溝２６が形成されている。すなわち、軸受ハウジング２５の内周面を示す図３Ｂに示すように、軸受ハウジング２５の内周面には、軸方向の全長の一部のみに形成された二つの係合溝２６が形成されている。

　これら係合溝２６のうちの一方は、軸受ハウジング２５の一方の側端から中心側に向かって延びて形成されており、他方は、軸受ハウジング２５の他方の側端から中心側に向かって延びて形成されている。なお、これら係合溝２６は、軸受ハウジング２５の軸方向に平行な同一直線上に配置されることなく、軸受ハウジング２５の周方向で所定間隔をあけた異なる直線上にそれぞれ配置されている。

　このような構成のラジアルフォイル軸受２０にあっても、図２Ａ～２Ｄに示したラジアルフォイル軸受３と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、凹部２３ｂ、２３ａから引き出した凸部２２ａ、２２ｂを、軸受ハウジング２５の内周面に形成した係合溝２６に係合させている。そのため、トップフォイル２１に対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、また、トップフォイル２１の両端部を軸受ハウジング２５に突き当てることによる両端部から中心部に向かう強い反力を生じさせることなく、トップフォイル２１を軸受ハウジング２５内に収容・固定することができる。したがって、トップフォイル２１に生じる歪みを抑制し、トップフォイル２１の歪みを十分に少なくすることができるため、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰性能)について、設計通りの良好な性能を発揮させることができる。

　また、トップフォイル２１の両端部に薄肉部１８を形成しているので、前記したようにこれら両端部においても回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）が発生しない。したがって、プリロードによって始動トルクが高くなることや、運転中の発熱が設定以上に高くなることを防止できる。

　また、図３Ｂ中二点鎖線で示すように、係合溝２６に係合する凸部２２ａ、２２ｂの、軸受けハウジング２５の軸方向中心側（内側）への移動を、係合溝２６の土手部１４によって規制しているので、トップフォイル２１が軸受ハウジング２５から外に飛び出すことを防止することができる。

　なお、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。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、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　例えば、前記実施形態では第１の凹凸部、第２の凹凸部を、それぞれ一つ又は二つの凸部と凹部とによって形成したが、これら凸部と凹部の数については、三つ以上であってもよい。
　また、薄肉部１８については、例えばその表裏両面をエッチング加工し、薄厚（薄肉）に形成してもよい。

　本発明は、回転軸を取り囲んで支持するラジアルフォイル軸受に広く利用することができる。

１…回転軸
３…ラジアルフォイル軸受
１０…トップフォイル
１１…バンプフォイル（バックフォイル）
１２…軸受ハウジング
１３…係合溝
１３ａ…第１係合溝
１３ｂ…第２係合溝
１４…土手部
１５ａ…凸部（第１凸部）
１５ｂ…凸部（第２凸部）
１６ａ…凹部（第１凹部）
１６ｂ…凹部（第２凹部）
１７ａ…第１の凹凸部
１７ｂ…第２の凹凸部
１８…薄肉部
２０…ラジアルフォイル軸受
２１…トップフォイル
２２ａ…凸部（第１凸部）
２２ｂ…凸部（第２凸部）
２３ａ…凹部（第１凹部）
２３ｂ…凹部（第２凹部）
２４ａ…第１の凹凸部
２４ｂ…第２の凹凸部
２５…軸受ハウジング
２６…係合溝

Claims (6)

1. 　回転軸を取り囲んで該回転軸を支持するラジアルフォイル軸受であって、
   　前記回転軸に対向して配置される円筒状のトップフォイルと、前記トップフォイルの径方向外側に配置され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、
   　前記軸受ハウジングの内周面には、その軸方向に沿って複数の係合溝が形成され、
   　前記トップフォイルは、矩形状の金属箔が前記回転軸の周方向に巻かれて形成され、
   　前記金属箔は、その一方の辺側に第１凸部及び第１凹部を有する第１の凹凸部と、前記一方の辺と反対の他方の辺側に、前記第１凸部に対応する位置を含むように形成される第２凹部、及び前記第１凹部に対応する位置の少なくとも一部に形成される第２凸部を有する第２の凹凸部と、を備えるとともに、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部とが重なるように円筒状に巻かれ、
   　前記第１及び第２凸部が、それぞれ対応する前記第１及び第２凹部を通って前記軸受ハウジング側に引き出され、
   　前記軸受ハウジング側に引き出された前記第１及び第２凸部が、それぞれ対応する前記係合溝に係合しているラジアルフォイル軸受。
2. 　前記トップフォイルには、前記一方の辺側と前記他方の辺側とに、これらの間の中央部に比べて薄厚な薄肉部が形成されている請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
3. 　前記薄肉部は、その外周面が前記中央部の外周面より凹んだ状態に形成されている請求項２に記載のラジアルフォイル軸受。
4. 　前記係合溝の少なくとも一つは、前記軸受ハウジングにおける軸方向の全長の一部に形成されている請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
5. 　前記係合溝の少なくとも一つは、前記軸受ハウジングにおける軸方向の全長の一部に形成されている請求項２に記載のラジアルフォイル軸受。
6. 　前記係合溝の少なくとも一つは、前記軸受ハウジングにおける軸方向の全長の一部に形成されている請求項３に記載のラジアルフォイル軸受。

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