WO2013018505A1 - ラジアルフォイル軸受 - Google Patents

Abstract

　トップフォイル（１０）と、バックフォイル（１１）と、これらを収容する軸受ハウジング（１２）とを備え、回転軸（１）を支持するラジアルフォイル軸受（３）に関する。軸受ハウジング（１２）の両側面には、その外周縁から内周縁にまで延びる係合溝（１５）が形成されている。バックフォイル（１１）の両側周縁部には切欠（１６）が形成されている。軸受ハウジング（１２）の係合溝（１５）及びバックフォイル（１１）の切欠（１６）には、これら係合溝（１５）及び切欠（１６）に係合する一対の係合脚（３１）と、係合脚（３１）の一端側に配置されて係合脚（３１、３１）間を接続する接続部（３２）と、を有する係止部材（３０）が係止している。

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８月１日に、日本に出願された特願２０１１－１６８５７５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、回転軸に外挿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、トップフォイルやバックフォイルが軸受ハウジングから脱落するのを防止するために、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的に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、上記した溶接による固定に代えて機械的に固定する構造として、トップフォイルやバックフォイル（バンプフォイル）の端部を曲げ加工によって折り曲げ、この折り曲げ部を軸受ハウジングに形成した係合溝に係合させた構造も知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

日本国特開２０１１－０３３１７６号公報 日本国特開２０１１－０１７３８５号公報 日本国特開２００２－０６１６４５号公報

　しかし、軸受ハウジングへのバックフォイル(バンプフォイル)の固定を溶接により行うと、入熱によってバックフォイルや軸受ハウジングが変形し、この影響を受けてトップフォイルに歪みが生じてしまう。また、特許文献１～３に開示された構造を用いても、トップフォイルやバックフォイルを曲げ加工によって形成しているため、トップフォイルに歪みが生じてしまう。すなわち、トップフォイル及びバックフォイルの曲げ加工によってそれぞれに歪みが生じるが、バックフォイルはトップフォイルを支持している。このため、バックフォイルの歪みがトップフォイルに影響し、トップフォイルの歪みがより大きくなってしまう。

　また、回転軸の回転によって前記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の膜厚は、１０μｍ前後と非常に薄い。このため、トップフォイルに生じたわずかな歪みが、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)に悪影響を与える。その結果、設計通りの性能を有する軸受が得られなくなる。

　また、ラジアルフォイル軸受の軸受性能を向上させるためには、バックフォイルをその周方向に複数分割することが有効である。しかし、その場合には、軸受ハウジングに対するバックフォイルの固定点が多くなる。このため、従来の溶接による固定では溶接箇所が増えることで工数が増え、製造コストが増大してしまう。また、溶接箇所が増えると、溶接した全箇所が良好に溶接できなければ製品として出荷できない。このため、品質維持が難しくなり、製造時の良品率の低下によって製造コストが増大してしまう。

　本発明は前述した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少なくし、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について設計通りの良好な性能を有して、製造コストを抑制した、ラジアルフォイル軸受を提供することを目的とする。

　本発明に係る態様のラジアルフォイル軸受は、回転軸に外挿されて前記回転軸を支持する。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内挿した状態に収容する円筒状の軸受ハウジングと、を備えている。前記軸受ハウジングの両側面には、前記軸受ハウジングの外周縁から内周縁にまで延びる係合溝が形成されている。前記バックフォイルの両側周縁部には、切欠が形成されている。また、前記軸受ハウジングの前記係合溝及び前記バックフォイルの前記切欠には、前記係合溝及び前記切欠に係合する一対の係合脚と、前記係合脚の一端側に配置されて前記係合脚間を接続する接続部とを有する係止部材が係止している。

　この場合、一対の係合脚と接続部とを有する係止部材を用いて、一対の係合脚をそれぞれバックフォイルの切欠と軸受ハウジングの係合溝とに係合させる。これにより、バックフォイルを軸受ハウジングに固定している。したがって、バック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、バック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。その結果、バックフォイルのスポット溶接や、バックフォイルの歪みの影響によりトップフォイルに歪みが生じることを防ぐことができる。また、バックフォイルの溶接が必要ないため、溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くすことができる。

　また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルは、前記軸受ハウジングの周方向に沿って、前記軸受ハウジングと接する谷部と、前記トップフォイルに接する山部とを交互に形成した波板状あり、前記バックフォイルの切欠は、前記谷部に形成されており、前記接続部は、前記トップフォイルと前記バックフォイルとの間に配置されていることが好ましい。
　この場合、バックフォイルはその山部でトップフォイルに接する。このため、バックフォイルの谷部に形成された切欠に係合する係止部材は、その接続部がトップフォイルに干渉することなく配置される。

　また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルの切欠は、前記バックフォイルの周方向中央部に形成されていることが好ましい。
　バックフォイルは、トップフォイルを弾性的に支持する。このため、バックフォイルは、トップフォイルから荷重を受けた際に、その周方向に変形することでトップフォイルの撓みを許容し、トップフォイルを支持する。しかし、バックフォイルが周方向に変形する際、軸受ハウジングとの間の摩擦の影響を受けるため、自由端側では変形し易いが、固定端側では変形し難い。そのため、自由端側と固定端側とでは支持剛性に差が生じてしまい、軸受全体として均一な支持剛性が得られない。
　バックフォイルの切欠をバックフォイルの周方向中央部に形成し、係止部材による固定をバックフォイルの周方向中央部で行った場合、バックフォイルの一端部を係止部材で固定した場合に比べ、バックフォイルの固定端（係止部材による固定部）と自由端（バックフォイルの端部）との間の距離がほぼ半分になり、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差が小さくなる。

　また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイルは、前記トップフォイルの周方向に沿って配置された複数のバックフォイル片を有して構成され、前記バックフォイル片には、それぞれ前記切欠が形成されているとともに、前記切欠には前記係止部材の係合脚が係合しているのが好ましい。
　この場合、バックフォイル片における固定端と自由端との間の距離が短くなる。このため、前述したように自由端側と固定端側との間の支持剛性の差が小さくなり、バックフォイル全体での支持剛性のバラツキがより少なくなる。

　また、前記ラジアルフォイル軸受において、前記バックフォイル片の切欠は、前記バックフォイル片の周方向中央部に形成されていることが好ましい。
　この場合、各バックフォイル片の、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差がさらに小さくなり、バックフォイル全体での支持剛性のバラツキがより少なくなる。

　本発明のラジアルフォイル軸受によれば、バックフォイルに歪みが生じるのを防止し、トップフォイルの歪みが少なくなる。その結果、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について、設計通りの良好な性能を有するラジアルフォイル軸受を得ることができる。また、溶接を不要にして溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くしたので、製造時の良品率の向上により製造コストを下げることができる。

本発明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。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、ラジアルフォイル軸受の側面図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、ラジアルフォイル軸受の要部を示す斜視図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、図２Ａの要部を平坦化して模式的に示す側面図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、図２ＣにおけるＡ－Ａ線矢視図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の一実施形態の概略構成を示す図であり、図２ＣにおけるＢ－Ｂ線矢視断面図である。 本発明に係る係止部材の変形例を示す図である。 本発明に係るラジアルフォイル軸受の要部を示す斜視図である。 本発明に係る係止部材の取り付け方法を説明するための図である。

　以下、図面を参照して本実施形態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は、回転軸１、回転軸の先端部に設けられたインペラ２、ラジアルフォイル軸受３、スラストカラー４、スラスト軸受５、及びハウジング６を示している。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ることによって、回転軸１の支持構造が構成されている。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、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。スラストカラー４の両側には、スラストカラー４に対向するように、スラスト軸受５が配置されている。
　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、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。
　また、回転軸１には、スラストカラー４より中央側に、ラジアルフォイル軸受３が外挿されている。

　図２Ａから図２Ｅは、上記した構成のターボ機械に適用されるラジアルフォイル軸受の一実施形態を示す図である。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、回転軸１に外挿されて、回転軸１を支持し、円筒状である。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ックフォイル１１と、バックフォイル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の最外部を構成して、金属からなり、円筒状である。軸受ハウジング１２は、その内部にバックフォイル１１およびトップフォイル１０を収容している。軸受ハウジング１２の内周面には、軸受ハウジング１２の軸方向に沿って溝１３が形成されている。
　すなわち、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溝１３が形成されている。溝１３は、その深さ方向が、後述するトップフォイル１０の一方の側１０ａが延び出る方向と一致するように形成されている。また、溝１３の深さは、２ｍｍ～５ｍ程度である。

　また、軸受ハウジング１２の外周面側には、溝１３に連通する一対の孔１４が形成されている。これら孔１４は、後述するように溝１３内に差し入れられたトップフォイル１０の一方の側１０ａを、溝１３内に固定するために用いられる。すなわち、孔１４は、雄ネジの挿入用の孔であり、その内周面に雌ネジ部が形成されている。

　また、軸受ハウジング１２の両側面には、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、軸受ハウジング１２の外周縁から内周縁にまで延びる３つの係合溝１５が形成されている。本実施形態の係合溝１５は、図２Ａに示すように、軸受ハウジング１２の側面を、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。これら係合溝１５には、後述する係止部材３０が係止している。なお、本実施形態では、３つの係合溝１５のうちの２つの係合溝１５の間に、溝１３が配置されている。

　バックフォイル１１は、フォイル（薄板）で形成されて、トップフォイル１０を弾性的に支持する。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、又は特開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。ただし、前述したスプリングフォイルやバックフォイルを、バックフォイルとして用いてもよい。

　バックフォイル（バンプフォイル）１１は、図２Ａに示すように、トップフォイル１０の周方向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、そのフォイル（薄板）が波板状に成形され、その側面が全体として略円弧状になるように成形されている。３つのバックフォイル片１１ａは、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、軸受ハウジング１２の内周面をほぼ３分割するように配置されている。

　また、これらバックフォイル片１１ａは、溝１３を挟む位置ではある程度の隙間をあけて配置され、それ以外の位置では、互いの端部が近接して配置されている。上記構成によって、３つのバックフォイル片１１ａは、全体として略円筒形状になるように、軸受ハウジング１２の内周面に沿って配置されている。

　また、波板状に成形されたバックフォイル片１１ａには、図２Ａの要部を平坦化して模式的に示す図２Ｃに示すように、軸受ハウジング１２の周方向に沿って、軸受ハウジング１２と接する平坦な谷部１１ｂと、トップフォイル１０に接する湾曲した山部１１ｃとを交互に形成されている。バックフォイル片１１ａは、特にトップフォイル１０に接する山部１１ｃ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１１ｃや谷部１１ｂによる流体の通路が形成されている。

　また、これらバックフォイル片１１ａには、図２ＣにおけるＡ－Ａ線矢視図である図２Ｄに示すように、それぞれの周方向中央部（軸受ハウジング１２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。切欠１６は、図２Ｂに示すように、バックフォイル片１１ａの谷部１１ｂに形成されている。切欠１６は、山部１１ｃ、１１ｃ間に形成された平坦部からなる谷部１１ｂが、その側周縁から軸受ハウジング１２の軸方向中心部に向かって切り欠かれることによって、形成されている。切欠１６は、軸受ハウジング１２の係合溝１５に対応する位置、すなわち係合溝１５と重なる位置に形成されている。また切欠１６の幅及び深さは、係合溝１５の幅及び深さと同じになるように形成されている。

　上記した構成により、軸受ハウジング１２の係合溝１５とバックフォイル片１１ａの切欠１６とは、図２Ｂに示すように、一つの溝として機能する。なお、切欠１６は、バリが発生せず、ストレスを与えず、歪みも生じないように、エッチング加工や放電加工を用いてフォイルに形成することが好ましい。すなわち、エッチング加工や放電加工でフォイルに切欠１６を形成した後、山部１１ｃや谷部１１ｂを形成するためのプレス成型を行い、バックフォイル片１１ａを形成するのが好ましい。

　これら係合溝１５と切欠１６とには、係止部材３０が係止している。係止部材３０は、図２ＣにおけるＢ－Ｂ線矢視断面図である図２Ｅ及び図２Ｂに示すように、一対の係合脚３１、３１と、これら係合脚３１、３１の一端側に配置されて係合脚３１、３１間を接続する接続部３２と、を有する。係止部材３０はコ字状で、一方の係合脚３１がラジアルフォイル軸受３の一方の側面側の係合溝１５と切欠１６とに係合し、他方の係合脚３１がラジアルフォイル軸受３の他方の側面側の係合溝１５と切欠１６とに係合している。係合脚３１の長さは、図２Ｅに示すように、軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和に、ほぼ等しい。また、接続部３２は、図２Ｃから図２Ｅに示すように、バックフォイル片１１ａの谷部１１ｂとトップフォイル１０との間に配置されている。

　上記した構成によって係止部材３０は、係合脚３１が軸受ハウジング１２の係合溝１５とバックフォイル片１１ａの切欠１６とに共に係合している。このため、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２に固定する固定手段として機能している。また、係止部材３０は、その接続部３２がトップフォイル１０で覆われていることにより、バックフォイル片１１ａから脱落することが防止されている。これにより、係止部材３０は、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２に確実に固定している。

　なお、係止部材３０の係合脚３１や接続部３２の形状は、図２Ｂに示したように四角柱状であっても、また、円柱状（丸棒状）であってもよい。それらの太さは０．２～０．５ｍｍ程度である。例えば、ラジアルフォイル軸受３の軸受サイズがφ３５ｍｍ×（長さ）３５ｍｍである場合、バックフォイル片１１ａ及びトップフォイル１０の厚さは１００μｍ程度である。また、バックフォイル片１１ａの山部１１ｃの高さ（谷部１１ｂに対する高さ）は０．５ｍｍ程度である。したがって、係止部材３０の太さを０．５ｍｍ未満（０．２～０．５ｍｍ程度）とすることにより、図２Ｂに示したように、係止部材３０の接続部３２がトップフォイル１０に接触することなくトップフォイル１０から離間して配設されている。すなわち、係止部材３０、係合脚３１、及び接続部３２は、トップフォイル１０に干渉しない。

　係止部材３０は、例えば厚さが０．５ｍｍ未満のステンレス等からなる金属箔をコ字状にエッチング加工することで、形成することができる。また、係止部材３０は、太さが０．５ｍｍ未満の針金状の金属棒を、折り曲げ加工することでも形成することができる。

　図２Ａに示すように、トップフォイル１０は、３つのバックフォイル片１１ａからなるバックフォイル１１の内面に沿って円筒状に巻かれるように構成されている。トップフォイル１０は、一方の側１０ａの先端部が軸受ハウジング１２に形成された溝１３に係合するように配設されている。また、トップフォイル１０は、軸受周方向を長辺とし、軸受長方向を短辺とする矩形状の金属箔が長辺の長さ方向（軸受周方向）に円筒状に巻かれることによって、形成されている。

　ただし、トップフォイル１０は、前記金属箔の両端が突き合わされるように巻かれることなく、一方の側１０ａが他方の側の外側に重なるように巻かれている。また、一方の側１０ａは、これ以外の部分で形成される円筒部の所定位置での接線方向に、延び出るように形成されている。
　また、軸受ハウジング１２における溝１３は、その深さ方向が、トップフォイル１０の一方の側１０ａの延び出る方向に一致するように形成されている。

　したがって、トップフォイル１０は、その一方の側１０ａの延び出た方向が溝１３の深さ方向に一致するように配置されて、その一方の側１０ａの先端部が溝１３に係合されている。これにより、トップフォイル１０は、その一方の側１０ａが溝１３に係合した状態では変形しない。このため、トップフォイル１０には歪みが生じない。

　また、本実施形態では、溝１３に係合しているトップフォイル１０の一方の側１０ａは、雄ネジ１７によって溝１３内に固定されている。すなわち、雄ネジ１７が孔１４に螺合し挿入されることにより、一方の側１０ａが溝１３の内壁面に密着させられることで固定されている。なお、溝１３の内壁面への密着による一方の側１０ａの変形は僅かである。したがって、この変形によってトップフォイル１０に歪みが生じることはほとんどない。

　また、トップフォイル１０には、一方の側１０ａと、これと反対の他方の側とに、これらの間の中央部に比べて薄厚な薄肉部１８が形成されている。これら薄肉部１８は、その外周面（バンプフォイル１１側の面）がトップフォイル１０の前記中央部の外周面より凹んだ状態となるよう、薄厚化されて形成されている。

　薄肉部１８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）に形成されている。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程度となるように形成されている。なお、上記した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い。したがって、この加工によ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、薄肉部１８の周方向の長さは、例えば、溝１３と、溝１３の両側に位置する、バンプフォイル１１の端部の山一つ分までに対応する長さである。

　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（薄肉部１８）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。

　すなわち、従来のようにトップフォイルの一端部(止端部)をスポット溶接で軸受ハウジングに固定した場合、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なじみ難く、平面に近い状態になる。これにより、平面に近い前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るなどの問題が生じる。これに対し、本実施形態のトップフォイル１０では、その両端部に薄肉部１８を形成したことにより、前記したように、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。このため、薄肉部１８とその外周面側を支持するバックフォイル１１との間、及び薄肉部１８とその端部の山一つ分との間に、隙間が形成される。これにより、薄肉部１８において、回転軸１を締め付ける力（局所的なプリロード）の発生を確実に防止することができる。

　次に、前述した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、バックフォイル１１（３つのバックフォイル片１１ａ）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。このため、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。

　そして、図２Ａ中の矢印Ｐで示すように、回転軸１を矢印Ｐの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。その結果、図２Ａ中矢印Ｑで示すように、トップフォイル１０の一方の側１０ａとバックフォイル片１１ａ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。

　この流体潤滑膜の膜圧は、トップフォイル１０に作用し、トップフォイル１０に接するバックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃを押圧する。その結果、バックフォイル片１１ａがトップフォイル１０に押圧されることにより、その山部１１ｃが押し広げられる。これにより、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く。
　すなわち、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）は、トップフォイル１０を弾性的に支持している。このため、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）は、トップフォイル１０から荷重を受けた際にその周方向に変形することで、トップフォイル１０の撓みを許容して、トップフォイル１０を支持する。

　しかし、図２Ｃに示すように、バックフォイル片１１ａにはその側周縁部に設けられた切欠１６に係止部材３０の係止脚３１が差し込まれて係合しており、これが軸受ハウジング１２との間での回り止めとして機能している。したがって、バックフォイル片１１ａの個々の山部１１ｃは、係止部材３０が係止している切欠１６を固定点（固定端）として周方向に変形する（動く）が、バックフォイル片１１ａ自体はその中心が定位置からずれることはない。

　また、バックフォイル片１１ａは周方向に変形する（動く）際、軸受ハウジング１２やトップフォイル１０との間の摩擦の影響を受ける。このため、バックフォイル片１１ａの両端部（すなわち自由端側）は変形し易い（動き易い）が、前記固定点（固定端）側では変形し難い。
　そのため、自由端側と固定端側とでは、バックフォイル片１１ａによる支持剛性に差が生じる。
　しかし、本実施形態では、切欠１６をバックフォイル片１１ａの周方向中央部に形成し、係止部材３０による固定点をバックフォイル片１１ａの周方向中央部としている。このため、固定端と自由端との間の距離が短く、前記自由端側と前記固定端側との支持剛性の差が小さい。さらに、本実施形態では、バックフォイル１１を３つのバックフォイル片１１ａに分割している。このため、バックフォイル１１を単一のフォイルで形成した場合に比べ、固定端と自由端との間の距離が短く、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差がより小さい。

　また、回転軸１が高速で回転している際、係止部材３０がバックフォイル片１１ａの軸方向への動きも拘束している。このため、予期しない衝撃等が作用した場合でも、バックフォイル片１１ａが軸受ハウジング１２から脱落することはない。さらに、係止部材３０は係合溝１５、切欠１６に差し込むだけの簡易な構造になっている。しかしながら、トップフォイル１０がこれの接続部３２を覆って抜け止めとして機能しているため、衝撃等によって脱落することはない。

　また、流体潤滑膜が形成されるまでの状態においては、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、本実施形態におけるラジアルフォイル軸受３によれば、トップフォイル１０の両端部でプリロードが生じず、周囲流体が流入する側のトップフォイル１０が薄肉部１８となっていて柔らかい。このため、トップフォイル１０と回転軸１との間が開口し易く、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。

　ラジアルフォイル軸受３では、係止部材３０を用いて、一対の係合脚３１をそれぞれバックフォイル片１１ａの切欠１６と軸受ハウジング１２の係合溝１５とに係合させている。これにより、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２に固定しているので、バックフォイル片１１ａに対してスポット溶接や曲げ加工を行うことなく、バックフォイル片１１ａ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、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）のスポット溶接や、バックフォイル１１の歪みの影響によってトップフォイル１０に歪みが生じるのを防止し、トップフォイル１０の歪みを充分に少なくすることができる。よって、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について、設計通りの良好な性能を有するラジアルフォイル軸受を得ることができる。

　また、バックフォイル１１については、従来のスポット溶接や、歪みを発生させる曲げ加工が不要であるため、製造の難易度を低下させ、製造コストを低減することができる。すなわち、溶接不良による組立て不良や組立てのバラツキを無くしたので、製造時の良品率が向上し、製造コストが低減することができる。また、バックフォイル１１に特別な曲げ加工が不要となるため、バックフォイル１１を高精度にプレス成型することが可能になる。
　さらに、バックフォイル１１の溶接が不要であるため、製造時の良品率や性能が溶接の良し悪しに影響されない。その結果、良品の再現性が高くなって量産性が高くなる。
　さらに、ラジアルフォイル軸受の軸受性能を向上させるためにバックフォイル１１をその周方向に複数分割する場合も、溶接による固定と比べて少ない工数で軸受を製造することができる。したがって、製造コストを低減することができる。

　また、バックフォイル１１を、トップフォイル１０の周方向に沿って配置された３つ（複数）のバックフォイル片１１ａで構成し、これらバックフォイル片１１ａにそれぞれ切欠１６を形成している。これにより、バックフォイル片１１における固定端と自由端との間の距離を短くし、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差を小さくしている。このため、バックフォイル１１全体での支持剛性のバラツキを少なくすることができる。したがって、バックフォイル１１全体で均一な支持剛性と滑り特性が得られる。その結果、大きな軸受負荷能力と、高い軸受剛性能力及び減衰能力とを有するラジアルフォイル軸受を得ることができる。

　また、バックフォイル片１１ａの切欠１６を、バックフォイル片１１ａの周方向中央部に形成している。これにより、バックフォイル片１１ａにおける固定端と自由端との間の距離をより短くし、自由端側と固定端側との間の支持剛性の差をさらに小さくしている。したがって、バックフォイル１１全体での支持剛性のバラツキをより少なくすることができる。その結果、より大きな軸受負荷能力と、より高い軸受剛性能力及び減衰能力とを有するラジアルフォイル軸受を得ることができる。

　なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　例えば、前記実施形態ではバックフォイル１１を３つのバックフォイル片１１ａによって構成したが、バックフォイル１１については、１枚の金属箔を略円筒状に成形した単一のもので構成してもよい。また、複数のバックフォイル片１１ａで構成する場合には、２つ、または４つ以上のバックフォイル片１１ａでバックフォイル１１を構成するようにしてもよい。

　また、前記実施形態では、バックフォイル片１１ａの周方向中央部に切欠１６を形成し、切欠１６に係止部材３０を係止させることで、切欠１６の形成箇所をバックフォイル片１１ａの固定端（固定点）としたが、切欠１６を従来のようにバックフォイル片１１ａの端部に形成してもよい。同様に、バックフォイル１１を単一のもので構成した場合にも、切欠１６をバックフォイル１１の端部に形成してもよい。

　また、係止部材３０については、係合脚３１の長さを軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和よりも充分に長くし、図３に示すように係合脚３１の先端部を軸受ハウジング１２の外周面側に折り曲げるようにしてもよい。これにより、バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２により強く固定することができる。

　また、係止部材３０については、図４Ａに示すように、係合脚３１の長さを軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和よりも充分に長くし、軸受ハウジング１２の厚さとバックフォイル片１１ａの厚さの和に相当する位置に窪み（折り目）３３を形成してもよい。係止部材３０によってバックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２に固定するには、図２Ａから図２Ｅに示した実施形態と同様にして係合脚３１を切欠１６、係合溝１５に係合させ、接続部３２をバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂ上に当接させる。その後、係合脚３１を窪み３３の位置で折り曲げて折り、先端側を取り除くことにより、図４Ｂに示すように、図２Ｅと同じ状態に係止部材３０を係止させ、固定する。

　ただし、この例では、係合脚３１を切欠１６、係合溝１５に係合させた後、係合脚３１の先端側を下方に引っ張り、その状態で所定時間保持する。バックフォイル片１１ａ（バックフォイル１１）を軸受ハウジング１２側に間接的に引っ張ることで、バックフォイル片１１ａを軸受ハウジング１２の内周面になじませることができる。これにより、バックフォイル片１１ａの形状を軸受ハウジング１２の内周面に沿った略円弧状にすることができる。

　さらに、前記実施形態では、トップフォイル１０についてもこれを溶接で固定することなく、その一方の側１０ａを軸受ハウジング１２に形成した溝１３に係合させることで、軸受ハウジング１２内に収容・固定するようにしたが、トップフォイル１０の固定については、溶接を含めて任意に行うことができる。

　本発明のラジアルフォイル軸受によれば、バックフォイル及びトップフォイルの歪みが少なく、軸受の負荷能力や動特性(剛性と減衰)について設計通りの良好な性能を有し、製造コストが低いラジアルフォイル軸受を得ることができる。

　１…回転軸、３…ラジアルフォイル軸受、１０…トップフォイル、１１…バックフォイル（バンプフォイル）、１１ａ…バックフォイル片、１１ｂ…谷部、１１ｃ…山部、１２…軸受ハウジング、１５…係合溝、１６…切欠、３０…係止部材、３１…係合脚、３２…接続部

Claims (5)

1. 　回転軸に外挿されて前記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内挿した状態に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両側面には、前記軸受ハウジングの外周縁から内周縁にまで延びる係合溝が形成され、
   　前記バックフォイルの両側周縁部には、切欠が形成され、
   　前記軸受ハウジングの前記係合溝及び前記バックフォイルの前記切欠には、前記係合溝及び前記切欠に係合する一対の係合脚と、前記係合脚の一端側に配置されて前記係合脚間を接続する接続部とを有する係止部材が係止しているラジアルフォイル軸受。
2. 　前記バックフォイルは、前記軸受ハウジングの周方向に沿って、前記軸受ハウジングと接する谷部と、前記トップフォイルに接する山部とを交互に形成した波板状のものであり、
   　前記バックフォイルの切欠は、前記谷部に形成されており、
   　前記接続部は、前記トップフォイルと前記バックフォイルとの間に配置されている請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
3. 　前記バックフォイルの切欠は、前記バックフォイルの周方向中央部に形成されている請求項１又は２に記載のラジアルフォイル軸受。
4. 　前記バックフォイルは、前記トップフォイルの周方向に沿って配置された複数のバックフォイル片を有して構成され、
   　前記バックフォイル片には、それぞれ前記切欠が形成されているとともに、前記切欠には前記係止部材の係合脚が係合している請求項１又は２に記載のラジアルフォイル軸受。
5. 　前記バックフォイル片の切欠は、前記バックフォイル片の周方向中央部に形成されている請求項４に記載のラジアルフォイル軸受。

Images