WO2019172301A1

WO2019172301A1 - ラジアルフォイル軸受

Info

Publication number: WO2019172301A1
Application number: PCT/JP2019/008805
Authority: WO
Inventors: 直陸大森
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: EP3763954B1; JP7013951B2; US11293482B2; US20210054875A1; KR20200123248A; EP3763954A4; CN112041574A; JP2019157900A; CN112041574B; EP3763954A1

Abstract

本開示のラジアルフォイル軸受（３）は、シャフトが挿通される挿通孔（１２ａ）を有する軸受ハウジング（１２）と、挿通孔の内周面に配置されたバックフォイル（１１）と、挿通孔の径方向においてバックフォイルと重なるよう配置されると共にバックフォイルと係合する第１部位（３２）と、軸受ハウジングに取り付けられる第２部位（３１）と、を有する係合部材（３０）と、を備え、第１部位は、挿通孔の軸方向における端縁まで延びる係合溝（３４）を備え、係合溝にバックフォイルが配置されている。

Description

ラジアルフォイル軸受

　本開示は、ラジアルフォイル軸受に関する。
　本願は、２０１８年３月７日に日本に出願された特願２０１８－０４１２８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　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、トップフォイルを弾性的に支持するバックフォイルと、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軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受が知られている。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は、バックフォイルがハウジングから脱落する可能性があるために、例えば、溶接（スポット溶接）を用いて、バックフォイルをハウジングに取り付けることがある。しかし、溶接（スポット溶接）を用いると、バックフォイルやハウジングが変形する可能性がある。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）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ている。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。

日本国特開２０１３－１００８８５号公報

　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、この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。

　本開示の一態様のラジアルフォイル軸受は、シャフトが挿通される挿通孔を有する軸受ハウジングと、前記挿通孔の径方向において前記バックフォイルと重なるよう配置されると共に前記バックフォイルと係合する第１部位と、前記軸受ハウジングに取り付けられる第２部位と、を有する係合部材と、を備え、前記第１部位は、前記挿通孔の軸方向における端縁まで延びる係合溝を備え、前記係合溝に前記バックフォイルが配置されている。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記バックフォイルは、前記挿通孔の前記内周面の周方向において交互に形成される山部及び谷部を備え、前記第１部位は、前記係合溝の両側に設けられ、前記谷部の前記径方向における内側に配置される第１爪部及び前記山部の前記径方向における外側に配置される第２爪部を備えてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記バックフォイルに支持されると共に、前記谷部の前記径方向における内側に配置される溝部を備える中間フォイルを有し、前記第１爪部は、前記溝部の前記径方向における内側に配置されていてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記第１部位は、前記第２爪部を、前記第１爪部の両側にそれぞれ備えてもよい。

　また、上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、前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に、前記径方向において摺動可能に取り付けられていてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記軸受ハウジングは、前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に設けられ、前記挿通孔の内周縁から前記径方向における外側に向かって延びる収容溝を備え、前記第２部位は、前記収容溝に配置されていてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に取り付けられ、前記係合部材を覆う蓋体をさらに備えてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記軸受ハウジングと前記蓋体との間に設けられ、前記係合部材に前記軸方向の予圧をかける予圧部をさらに備えてもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記予圧部は、前記係合部材、前記軸受ハウジング、前記蓋体の少なくとも一つから突出し、前記係合部材と前記軸受ハウジングとの間、もしくは、前記係合部材と前記蓋体との間に配置される突起部を有してもよい。

　また、上記一態様のラジアルフォイル軸受においては、前記予圧部は、前記係合部材と前記軸受ハウジングとの間、または、前記係合部材と前記蓋体との間に配置される弾性体を有してもよい。

　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平面図である。本開示のトップフォイルを展開した正面図である。本開示の中間フォイル及びバックフォイルと係合し軸受ハウジングに取り付けられる係合部材を示す斜視図である。本開示の係合部材のバックフォイルに対する配置を示す軸受ハウジングの展開平面図である。本開示の係合部材の中間フォイル及びバックフォイルに対する配置を示す正面図である。図７における矢視Ａ－Ａ断面図である。本開示の一変形例に係る係合部材のバックフォイルに対する配置を示す軸受ハウジングの展開平面図である。本開示の一変形例に係る係合部材の中間フォイル及びバックフォイルに対する配置を示す正面図である。本開示の一変形例に係る係合部材を示す軸方向に沿った断面図である。本開示の一変形例に係る弾性体を示す軸方向に沿った断面図である。

　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。

　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が外挿されている。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。スラストカラー４の軸方向における両側には、スラスト軸受５が配置されている。回転軸１はスラスト軸受５に挿通されている。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、回転軸１を支持する。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、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。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４Ａは、本開示のトップフォイル９を展開した平面図であり、図４Ｂは、本開示のトップフォイル９を展開した正面図である。
　トップフォイル９は、図４Ａ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、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第１の短辺には、図４Ａに示すように、長辺方向の第１側に突出する一つの凸部２１ａと、凸部２１ａの短辺方向における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第１の短辺は、長辺方向の第１側に突出する一つの凸部２１ａと、凸部２１ａの短辺方向における両側に位置する段差とを備える。

　また、トップフォイル９の第１の短辺と反対側の第２の短辺（長辺方向における第２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、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の長辺方向の第２側に位置する短辺には、長辺方向の第１側に窪む凹部２２ｂと、凹部２２ｂの短辺方向における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。本開示において、凹部２２ｂの長辺方向の間隔と、凸部２１ａの長辺方向の長さは、同一である。

　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、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。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を収容する溝１３が形成されている。溝１３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まで形成されている。

　トップフォイル９において、図４Ｂに示すように、第１の凹凸部２３ａを形成した側（第１の短辺側）と第２の凹凸部２３ｂを形成した側（第２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。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、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、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びている。

　図２に示すように、軸受ハウジング１２の軸方向のそれぞれの端面１２ｂには、挿通孔１２ａの内周縁から径方向外側に向かって延びる収容溝２５が形成されている。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の内周から凹む凹部を備える。本開示の収容溝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。収容溝２５には、後述する係合部材３０（爪部材）が係合している。なお、本実施形態では、３つの収容溝２５のうちの２つの収容溝２５の間に、溝１３が配置されている。また、収容溝２５の一つは、径方向において溝１３と対向している。

　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。バックフォイル１１としては、例えばバンプフォイルや、日本国特開２００６－５７６５２号公報や日本国特開２００４－２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、日本国特開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、周方向に波板状になっているフォイル（薄板）である。３つのバックフォイル片１１ａは、軸方向から見ると、全体として略円筒状になるよう湾曲している。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、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には、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の周方向に凹凸を有する。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の周方向における両端は、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、軸方向から見ると、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、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。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によりも径方向外側に窪む（突出する）溝部１０ｃと、を有する。すなわち、溝部１０ｃは、トップフォイル９から離隔している。溝部１０ｃは、中間フォイル片１０ａの周方向における両端の間の位置（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。中間フォイル片１０ａのうち、溝部１０ｃの両側に位置する部位は、溝部１０ｃが対向するバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂの両側に位置する山部１１ｃに当接可能となっている。

　図５は、本開示の中間フォイル１０及びバックフォイル１１と係合し軸受ハウジング１２に取り付けられる係合部材３０を示す斜視図である。図６は、本開示の係合部材３０のバックフォイル１１に対する配置を示す軸受ハウジング１２の展開平面図である。図７は、本開示の係合部材３０の中間フォイル１０及びバックフォイル１１に対する配置を示す正面図である。図８は、図７における矢視Ａ－Ａ断面図である。

　係合部材３０は、図５に示すように、本体部３１（第２部位）と、本体部３１に対して屈曲した屈曲部３２（第１部位）と、屈曲部３２に設けられた複数の爪部３３と、複数の爪部３３の間に設けられた係合溝３４と、を有する。本開示の係合部材３０は、一つの板状の部材を曲げて形成されている。係合部材３０は、図６に示すように、軸受ハウジング１２の軸方向の両端面１２ｂのそれぞれに取り付けられている。

　本体部３１は、図７に示すように、軸受ハウジング１２の収容溝２５に配置されることで、軸受ハウジング１２の軸方向の端面１２ｂに取り付けられている。本開示の本体部３１は、矩形の板状に形成されている。本体部３１の幅は収容溝２５の幅よりも僅かに小さく、本体部３１は、収容溝２５に対して径方向（図７における紙面上下方向）に摺動可能に係合している。

　屈曲部３２は、図８に示すように、本体部３１の径方向内側の端部（上端部）に連設されている。屈曲部３２は、本体部３１から屈曲し、軸方向に延びている。屈曲部３２は、本体部３１に対して略直角に屈曲している。本体部３１は、軸方向において軸受ハウジング１２の端面１２ｂ（収容溝２５の底面）と対向する。屈曲部３２は、径方向において軸受ハウジング１２の挿通孔１２ａの内周面と対向する。つまり、収容溝２５に取り付けられた係合部材３０は、収容溝２５に配されて径方向に延びる部位（本体部３１、第２部位）と、軸方向に延びる部位（屈曲部３２、第１部位）とを備えている。屈曲部３２の先端部は、本体部３１が収容溝２５に配置された状態で、軸方向（図８における紙面左右方向）におけるバックフォイル１１（及び中間フォイル１０）の配置範囲まで延びている。つまり、係合部材３０は、バックフォイル１１（及び中間フォイル１０）に係合した状態で、収容溝２５に収容されている。

　係合溝３４は、図５に示すように、屈曲部３２の先端部から本体部３１まで延びている。つまり、係合溝３４は、屈曲部３２を介し本体部３１の内径側まで延びている。係合溝３４により、屈曲部３２の曲げ断面が小さくなり、屈曲部３２（爪部３３）を曲げ加工により形成し易くなる。なお、係合溝３４は、本体部３１まで延びずに屈曲部３２にのみ設けられていてもよい。つまり、係合溝３４は、係合部材３０において、挿通孔１２ａの径方向においてバックフォイル１１（及び中間フォイル１０）と重なる、挿通孔１２ａの軸方向における端縁（屈曲部３２の先端部）まで延びていればよい。

　係合溝３４には、図６に示すように、バックフォイル１１（及び中間フォイル１０）が配置される。バックフォイル１１（及び中間フォイル１０）は、軸方向（図６において紙面上下方向）において係合溝３４に係合可能であり、また、周方向（図６において紙面左右方向）において係合溝３４を挿通可能である。すなわち、周方向に沿って、バックフォイル１１は、係合溝３４を通過している。屈曲部３２のうち、係合溝３４を挟んで周方向における第１側に位置する部分はバックフォイル１１の内周側の面と対向し、屈曲部３２のうち、係合溝３４を挟んで周方向における第２側に位置する部分はバックフォイル１１の外周側の面と対向している。

　複数の爪部３３は、図６に示すように、バックフォイル１１の谷部１１ｂの径方向内側（図６において紙面手前側）に配置される第１爪部３３Ａと、バックフォイル１１の山部１１ｃの径方向外側（図６において紙面奥側）に配置される第２爪部３３Ｂと、を備える。第１爪部３３Ａと第２爪部３３Ｂは、係合溝３４の両側に設けられている。また、本開示において、バックフォイル１１の山部１１ｃは、谷部１１ｂと周方向で隣接している。本開示の係合部材３０は、第２爪部３３Ｂを、第１爪部３３Ａの両側に備える三つ爪タイプであり、第１爪部３３Ａの両側に二つの係合溝３４が形成されている。

　図７に示すように、中間フォイル１０の溝部１０ｃは、バックフォイル１１の谷部１１ｂの径方向内側（図７において紙面上側）に重なるように配置されている。第１爪部３３Ａは、谷部１１ｂに重なった溝部１０ｃの径方向内側に配置されている。周方向における第１爪部３３Ａの幅Ｗは、中間フォイル１０の溝部１０ｃの幅Ｗ１よりも小さい。本開示の溝部１０ｃは、図５に示すように、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、底部の周方向における両端に位置し平面部１０ｂに向かって径方向内側に延びるテーパ部と、を有する。溝部１０ｃの幅Ｗ１とは、一方のテーパ部の上端部から他方のテーパ部の上端部までの周方向における間隔である。

　また、図７に示すように、周方向における第１爪部３３Ａの幅Ｗは、バックフォイル１１の谷部１１ｂの幅Ｗ２よりも小さい。谷部１１ｂの幅Ｗ２は、谷部１１ｂの径方向外側（底部側）のピークである平坦部（図５参照）の幅ではなく、谷部１１ｂの径方向内側のピーク、換言すると谷部１１ｂを挟み隣接する２つの山部１１ｃのうち一方の山部１１ｃのピーク（頂点）から他方の山部１１ｃのピーク（頂点）までの間隔である。谷部１１ｂの幅Ｗ２は、溝部１０ｃの幅Ｗ１よりも大きい。したがって、第１爪部３３Ａの幅Ｗと、溝部１０ｃの幅Ｗ１と、谷部１１ｂの幅Ｗ２との関係は、Ｗ＜Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たす。また、屈曲部３２は、周方向において、谷部１１ｂを挟み隣接する２つの山部１１ｃのピーク（頂点）の間に位置している。

　なお、第２爪部３３Ｂも、第１爪部３３Ａと同じ幅に形成されているが、第２爪部３３Ｂの幅は、第１爪部３３Ａの幅と異なっていてもよい。また、周方向における係合溝３４の幅は、少なくとも中間フォイル１０とバックフォイル１１の合計の厚みよりも大きく、より好ましくは、中間フォイル１０とバックフォイル１１が斜めに挿通可能な大きさ、具体的には、中間フォイル１０とバックフォイル１１の合計の厚みよりも２～１０倍程度の大きさを有することが好ましい。

　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、係合部材３０を収容している収容溝２５を覆っている。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い。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、軸受ハウジング１２の収容溝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に、その周方向にほぼ３分割する位置において、ネジ止めされている。このような構成によれば、軸受ハウジング１２の端面１２ｂに、係合部材３０を収容している収容溝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。つまり、蓋体５０は、係合部材３０の本体部３１と軸方向に対向している。また、係合部材３０は、蓋体５０と当接可能となっている。

　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。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、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。

　流体潤滑膜の膜圧は、トップフォイル９に作用し、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、バックフォイル片１１ａ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６に示すように、バックフォイル片１１ａの軸方向の両端縁には、係合部材３０が係合している。係合部材３０は、爪部３３の間に設けられ、軸方向に延びる係合溝３４を有し、バックフォイル１１は、係合溝３４に対し軸方向から挿し込まれている。係合部材３０は、軸受ハウジング１２の収容溝２５に係合しており、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、バックフォイル片１１ａにおける係合部材３０が係合している位置を中心に周方向に変形する。

　係合部材３０の本体部３１は、バックフォイル片１１ａと当接可能であり、軸方向におけるバックフォイル片１１ａの移動を抑制している。さらに、係合部材３０は、図７に示すように、バックフォイル片１１ａの谷部１１ｂの径方向内側に配置される第１爪部３３Ａを有しており、第１爪部３３Ａ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。また、中間フォイル片１０ａについても、バックフォイル片１１ａと同様に、係合部材３０の第１爪部３３Ａが係合している。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、この「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の第１爪部３３Ａ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の本体部３１は、軸受ハウジング１２の収容溝２５に軸方向で当接しているため、本体部３１と収容溝２５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。

　一方、バックフォイル片１１ａに作用する荷重が負荷側になると、バックフォイル片１１ａは元の位置へ戻ることになる。このとき、係合部材３０の第２爪部３３Ｂ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が元の位置へ戻る。この際にも、本体部３１と収容溝２５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。また、第２爪部３３Ｂは、第１爪部３３Ａの両側に左右対称に設けられているため、係合部材３０がバックフォイル片１１ａと一緒に摺動する際に、係合部材３０が径方向に対して斜めになることが抑制され、収容溝２５に沿った径方向の摺動を円滑に行うことができる。

　このように、上述の本実施形態によれば、本開示のラジアルフォイル軸受３は、回転軸１が挿通される挿通孔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たバックフォイル１１と、挿通孔１２ａの径方向においてバックフォイル１１と重なるよう配置されると共にバックフォイル１１と係合する屈曲部３２と、軸受ハウジング１２に取り付けられる本体部３１と、を有する係合部材３０と、を備え、屈曲部３２は、挿通孔１２ａの軸方向における端縁まで延びる係合溝３４を備え、係合溝３４にバックフォイル１１が配置されている。これによって、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、変形例として、図９～図１１Ｂに示すような形態を採用し得る。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は、本開示の一変形例に係る係合部材３０Ａのバックフォイル１１に対する配置を示す軸受ハウジング１２の展開平面図である。図１０は、本開示の一変形例に係る係合部材３０Ａの中間フォイル１０及びバックフォイル１１に対する配置を示す正面図である。
　図９及び図１０に示す係合部材３０Ａは、第１爪部３３Ａ及び第２爪部３３Ｂを一つずつ備える二つ爪タイプであり、係合溝３４が一つ形成されている。

　なお、二つ爪タイプの係合部材３０Ａの爪部３３の形状及びその寸法は、上述した三つ爪タイプの係合部材３０の爪部３３の形状及びその寸法と同じである。すなわち、図７で説明したように、周方向における第１爪部３３Ａの幅Ｗは、バックフォイル１１の谷部１１ｂの幅Ｗ２よりも小さい。谷部１１ｂの幅Ｗ２は、谷部１１ｂの径方向外側（底部側）のピークである平坦部（図５参照）の幅ではなく、谷部１１ｂの径方向内側のピーク、換言すると谷部１１ｂを挟み隣接する２つの山部１１ｃのうち一方の山部１１ｃのピーク（頂点）から他方の山部１１ｃのピーク（頂点）までの間隔である。谷部１１ｂの幅Ｗ２は、溝部１０ｃの幅Ｗ１よりも大きい。したがって、第１爪部３３Ａの幅Ｗと、溝部１０ｃの幅Ｗ１と、谷部１１ｂの幅Ｗ２との関係は、Ｗ＜Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たす。また、屈曲部３２は、周方向において、谷部１１ｂを挟み隣接する２つの山部１１ｃのピーク（頂点）の間に位置している。

　なお、軸受ハウジング１２の収容溝２５Ａは、二つ爪タイプの係合部材３０Ａに対応して幅が狭くなっている。係合部材３０Ａでも、上述した形態と同様にバックフォイル１１及び中間フォイル１０の抜けを抑制でき、且つ、摩擦によるエネルギー散逸による回転軸１の振動の減衰に寄与できる。係合部材３０Ａは、上述した三つ爪タイプの係合部材３０よりも爪部３３の数が少ないので作り易く、低コスト化に寄与できる。

　図１１Ａは、本開示の一変形例に係る係合部材３０Ｂを示す軸方向に沿った断面図であり、図１１Ｂは、本開示の一変形例に係る弾性体４０を示す軸方向に沿った断面図である。
　図１１Ａに示す係合部材３０Ｂは、本体部３１から蓋体５０に向かって軸方向に突出する突起部３５（予圧部）を備える。突起部３５は、例えば、プレス加工、切り起こし加工、曲げ加工等によって形成できる。軸方向において突起部３５のピーク（頂点）を通る係合部材３０Ｂの厚みは、軸方向における収容溝２５の深さ（長さ）よりも僅かに大きくなっている。この構成によれば、軸受ハウジング１２と蓋体５０との間で、係合部材３０Ｂに対し軸方向の予圧をかけて、上述した摩擦によるエネルギー散逸を大きくすることができる。

　なお、突起部３５は、蓋体５０に形成されていてもよく、また、係合部材３０Ｂ及び蓋体５０の両方に形成されていてもよい。また、突起部３５は、係合部材３０Ｂと軸受ハウジング１２（収容溝２５）との間において、係合部材３０Ｂと軸受ハウジング１２の少なくともいずれか一方に形成されていてもよい。但し、摩擦面積を大きく確保するため、少なくとも係合部材３０Ｂ（本体部３１）の片方の面は、軸受ハウジング１２または蓋体５０と面接触していることが好ましい。

　図１１Ｂに示す変形例では、係合部材３０と蓋体５０との間に、板状の弾性体４０（予圧部）が配置されている。弾性体４０は、例えば、ゴム等の弾性材から形成され、好ましくは１００～３００℃程度まで耐え得る耐熱性ゴムから形成するとよい。軸方向における弾性体４０の厚みは、軸方向における収容溝２５の深さ（長さ）から係合部材３０の厚みを除した長さよりも僅かに大きくなっている。この構成によれば、軸受ハウジング１２と蓋体５０との間で、係合部材３０に対し軸方向の予圧をかけて、上述した摩擦によるエネルギー散逸を大きくすることができる。

　なお、図１１Ｂに示すように弾性体４０を配置した場合、摩擦によるエネルギー散逸は、係合部材３０と軸受ハウジング１２との間で生じ、弾性体４０は径方向における弾性変形の範囲内で係合部材３０の摺動に追従する。なお、弾性体４０は、係合部材３０と軸受ハウジング１２との間に配置してもよい。この場合、摩擦によるエネルギー散逸は、係合部材３０と蓋体５０との間で生じる。但し、この構成においても、摩擦面積を大きく確保するため、少なくとも係合部材３０（本体部３１）の片方の面は、軸受ハウジング１２または蓋体５０と面接触していることが好ましい。

　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。

　また、例えば、収容溝２５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、軸受ハウジング１２の軸方向の両端面１２ｂに、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収容溝２５が形成されている構成について例示した。しかしながら、軸受ハウジング１２の一方の端面１２ｂが、例えば取付対象物（支持フランジなど）に取り付けられている場合、収容溝２５は、軸受ハウジング１２の軸方向の他方の端面１２ｂにのみ形成される構成であってもよい。また、他方の端面１２ｂにのみ蓋体５０が取り付けられる構成であってもよい。

　本開示は、ラジアルフォイル軸受に適用することができる。

　１　回転軸（シャフト）
　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
　１０ｂ　平面部
　１０ｃ　溝部
　１１　バックフォイル
　１１ａ　バックフォイル片
　１１ｂ　谷部
　１１ｃ　山部
　１２　軸受ハウジング
　１２ａ　挿通孔
　１２ｂ　端面
　２５　収容溝
　３０　係合部材
　３１　本体部（第２部位）
　３２　屈曲部（第１部位）
　３３　爪部
　３３Ａ　第１爪部
　３３Ｂ　第２爪部
　３４　係合溝
　３５　突起部（予圧部）
　４０　弾性体（予圧部）
　５０　蓋体

Claims

　シャフトが挿通される挿通孔を有する軸受ハウジングと、
　前記挿通孔の内周面に配置されたバックフォイルと、
　前記挿通孔の径方向において前記バックフォイルと重なるよう配置されると共に前記バックフォイルと係合する第１部位と、前記軸受ハウジングに取り付けられる第２部位と、を有する係合部材と、を備え、
　前記第１部位は、前記挿通孔の軸方向における端縁まで延びる係合溝を備え、
　前記係合溝に前記バックフォイルが配置されている、ラジアルフォイル軸受。
　前記バックフォイルは、前記挿通孔の前記内周面の周方向において交互に形成される山部及び谷部を備え、
　前記第１部位は、前記係合溝の両側に設けられ、前記谷部の前記径方向における内側に配置される第１爪部及び前記山部の前記径方向における外側に配置される第２爪部を備える、請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記バックフォイルに支持されると共に、前記谷部の前記径方向における内側に配置される溝部を備える中間フォイルを有し、
　前記第１爪部は、前記溝部の前記径方向における内側に配置されている、請求項２に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記第１部位は、前記第２爪部を、前記第１爪部の両側にそれぞれ備える、請求項２または３に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記係合部材は、前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に、前記径方向において摺動可能に取り付けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記軸受ハウジングは、前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に設けられ、前記挿通孔の内周縁から前記径方向における外側に向かって延びる収容溝を備え、
　前記第２部位は、前記収容溝に配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記軸受ハウジングの前記軸方向における端面に取り付けられ、前記係合部材を覆う蓋体をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記軸受ハウジングと前記蓋体との間に設けられ、前記係合部材に前記軸方向の予圧をかける予圧部をさらに備える、請求項７に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記予圧部は、前記係合部材、前記軸受ハウジング、前記蓋体の少なくとも一つから突出し、前記係合部材と前記軸受ハウジングとの間、もしくは、前記係合部材と前記蓋体との間に配置される突起部を有する、請求項８に記載のラジアルフォイル軸受。
　前記予圧部は、前記係合部材と前記軸受ハウジングとの間、または、前記係合部材と前記蓋体との間に配置される弾性体を有する、請求項８または９に記載のラジアルフォイル軸受。