WO2019172378A1 - ラジアルフォイル軸受 - Google Patents

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WO2019172378A1
WO2019172378A1 PCT/JP2019/009119 JP2019009119W WO2019172378A1 WO 2019172378 A1 WO2019172378 A1 WO 2019172378A1 JP 2019009119 W JP2019009119 W JP 2019009119W WO 2019172378 A1 WO2019172378 A1 WO 2019172378A1
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WO
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foil
insertion hole
radial
back foil
axial direction
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PCT/JP2019/009119
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直陸 大森
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株式会社Ihi
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    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/024—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. radial foil bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/08—Attachment of brasses, bushes or linings to the bearing housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • a radial foil bearing that is used by being arranged outside a rotating shaft.
  • a radial foil bearing a thin plate-like top foil that forms a bearing surface, a back foil that elastically supports the top foil, a cylindrical bearing housing that accommodates the top foil and the back foil.
  • the back foil of the radial foil bearing a bump foil obtained by forming a thin plate into a corrugated plate is mainly used (for example, see Patent Document 1 below).
  • Patent Documents 2 to 4 disclose radial foil bearings using a back foil.
  • Such a radial foil bearing has a large displacement of the shaft against an external force because the bearing housing is composed of a soft foil. Therefore, it is necessary to suppress the displacement of the shaft so that the shaft does not come into contact with the device main body (stationary portion) even if the device equipped with the radial foil bearing is exposed to a strong disturbance.
  • This disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to suppress the displacement of the shaft when a large external force is applied to the apparatus.
  • a first aspect of the radial foil bearing according to the present disclosure includes a bearing housing having an insertion hole through which a shaft is inserted, a back foil disposed on an inner peripheral surface of the insertion hole, and a top foil supported by the back foil. And a protruding portion that protrudes from the inner peripheral surface of the insertion hole toward the radially inner side of the insertion hole and that can support the top foil.
  • the back foil may include a hole portion into which the protruding portion is fitted.
  • the projecting portion has a top wall portion at an axial position in a range of ⁇ 5% from the axial center position of the insertion hole. You may prepare.
  • the protrusion is formed in a ring shape along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the insertion hole. May be.
  • a plurality of the protrusions are formed with a gap along a circumferential direction of the inner peripheral surface of the insertion hole. May be.
  • the back foil is separated in the axial direction of the insertion hole;
  • the first back foil and the second back foil may be opposed to each other in the axial direction with the protruding portion interposed therebetween.
  • the first back foil and the second back foil may have different support rigidity for supporting the top foil.
  • the back foil includes a first support portion disposed on an axially first side with respect to the protruding portion, and the protruding portion.
  • a second support portion disposed on the second side in the axial direction, and a connection portion disposed in a gap between the protrusion portion and the protrusion portion, and connecting between the first support portion and the second support portion; , May be provided.
  • the displacement of the shaft can be suppressed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the bearing housing according to the first embodiment of the present disclosure, taken along the line AA.
  • FIG. FIG. 3 is a plan view schematically illustrating a main portion of the radial foil bearing according to the first embodiment of the present disclosure flattened.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a main part of the radial foil bearing according to the first embodiment of the present disclosure flattened. It is BB sectional drawing in FIG. It is a front view of a bearing housing concerning a 2nd embodiment of this indication.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a main part of a radial foil bearing according to a second embodiment of the present disclosure flattened.
  • FIG. 10 is a front view schematically showing a flattened main portion of a radial foil bearing according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a front view schematically showing a flattened main portion of a radial foil bearing according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a front view schematically showing a flattened main portion of a radial foil bearing according to a modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a side view showing an example of a turbo machine to which the radial foil bearing of the present disclosure is applied.
  • reference numeral 1 denotes a rotating shaft (shaft)
  • reference numeral 2 denotes an impeller provided at a tip on the first side in the axial direction of the rotating shaft
  • reference numeral 3 denotes a radial foil bearing according to the present disclosure.
  • two radial foil bearings are usually provided in the axial direction of the rotary shaft 1. Therefore, also in the present disclosure, two radial foil bearings 3 are provided.
  • a radial foil bearing 3 is disposed outside the rotating shaft 1.
  • a thrust collar 4 is provided between the impeller 2 of the rotating shaft 1 and the radial foil bearing 3.
  • Thrust bearings 5 are disposed (inserted) on both axial sides of the thrust collar 4.
  • the impeller 2 is disposed in a housing 6 that serves as a stationary portion, and has a tip clearance 7 between the impeller 2 and the housing 6.
  • FIG. 2 is a front view showing the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a front view illustrating a state in which the lid 50 is attached to the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the radial foil bearing 3 is a bearing that is disposed outside the rotating shaft 1 and supports the rotating shaft 1.
  • the radial foil bearing 3 includes a top foil 9, an intermediate foil 10, a back foil 11, and a bearing housing 12.
  • the bearing housing 12 has an insertion hole 12a through which the rotary shaft 1 is inserted.
  • the positional relationship of each member may be described with reference to the insertion hole 12a.
  • the “axial direction” refers to the direction in which the insertion hole 12a extends (the direction in which the rotating shaft 1 is inserted).
  • the “radial direction” refers to the radial direction of the insertion hole 12a.
  • the “circumferential direction” refers to a circumferential direction along the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the bearing housing 12 is a cylindrical member that constitutes the outermost part of the radial foil bearing 3 in the radial direction.
  • An insertion hole 12 a is formed in the bearing housing 12.
  • the back foil 11, the intermediate foil 10, and the top foil 9 are accommodated in the insertion hole 12a.
  • the back foil 11 is supported by the inner peripheral surface of the insertion hole 12 a
  • the intermediate foil 10 is supported by the back foil 11
  • the top foil 9 is supported by the intermediate foil 10.
  • the bearing housing 12 of this indication is a cylindrical member provided with the insertion hole 12a.
  • the bearing housing 12 may be a member other than a cylindrical shape (for example, a prismatic member).
  • FIG. 4A is a developed plan view of the top foil 9 according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4B is a front view of the developed top foil 9 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the top foil 9 is a rectangular metal foil having a long side in the circumferential direction and a short side in the axial direction.
  • the top foil 9 is wound in a cylindrical shape and disposed so as to face the peripheral surface of the rotating shaft 1.
  • the first short side in the long side direction of the top foil 9 has one convex portion 21a protruding to the first side in the long side direction and both sides of the convex portion 21a in the short side direction.
  • a first concavo-convex portion 23a having two formed concave portions 22a is formed. That is, the first short side in the long side direction of the top foil 9 includes one convex portion 21a that protrudes to the first side in the long side direction and a step that extends to both sides of the convex portion 21a in the short side direction. .
  • the short side located on the second side in the long side direction of the top foil 9 is provided with a recess 22b that is recessed on the first side in the long side direction and a step that is located on both sides in the short side direction of the recess 22b.
  • the concave portion 22b of the second uneven portion 23b is formed corresponding to the convex portion 21a of the first uneven portion 23a. Further, the recess 22a of the first uneven portion 23a is formed corresponding to the protrusion 21b of the second uneven portion 23b. That is, the minimum width (interval) in the short side direction of the concave portion 22b is larger than the maximum width in the short side direction of the convex portion 21a.
  • the length (interval) in the long side direction of the concave portion 22b of the present disclosure and the length (interval) in the long side direction of the convex portion 21a are the same in the long side direction.
  • the concave portion 22b of the second concave-convex portion 23b allows the convex portion 21a to pass through the concave portion 22b when the top foil 9 is wound in a cylindrical shape so that the first concave-convex portion 23a and the second concave-convex portion 23b overlap. Is formed.
  • the concave portion 22a of the first concave-convex portion 23a is formed such that the convex portion 21b passes through the concave portion 22a when the top foil 9 is wound in a cylindrical shape.
  • the convex portions 21a and 21b that have passed through the concave portions 22b and 22a are respectively drawn out toward the bearing housing 12 as shown in FIG. That is, when the top foil 9 disposed on the inner peripheral side of the insertion hole 12a is viewed from the axial direction, the convex portion 21a and the convex portion 21b intersect each other. Moreover, the convex part 21a of the top foil 9 is located between the two convex parts 21b in the axial direction.
  • a groove 13 for receiving the convex portions 21a and 21b is formed on the inner peripheral surface of the insertion hole 12a. The groove 13 is formed from the first end surface 12b in the axial direction of the bearing housing 12 to the second end surface 12b.
  • the top foil 9 has a side (first short side) on which the first uneven portion 23a is formed and a side (second short side) on which the second uneven portion 23b is formed.
  • a thin portion 24 which is thinner (thin) than the central portion between them is formed.
  • these thin portions 24 are thin with the outer peripheral surface (surface on the bearing housing 12 side) of the thin portion 24 being recessed from the outer peripheral surface of the central portion.
  • the circumferential length L of the thin portion 24 is a length corresponding to one of the groove 13 and the peak portion 11 c at the end of the back foil 11.
  • the top foil 9 disposed in the bearing housing 12 has a step on the outer peripheral surface side and becomes thin through the step. Moreover, the thin part 24 is extended from the both ends of the circumferential direction of the top foil 9 to the circumferential direction position exceeding the nearest peak part 11c.
  • a pair of engaging grooves 25 extending from the inner peripheral edge of the insertion hole 12 a toward the radially outer side are formed on both end faces 12 b in the axial direction of the bearing housing 12. That is, the end surface 12 b in the axial direction of the bearing housing 12 includes a recess that extends to the inner periphery of the bearing housing 12.
  • the engagement grooves 25 of the present disclosure are respectively formed at positions where the end surface 12b of the bearing housing 12 is substantially divided into three in the circumferential direction.
  • the engagement grooves 25 are engaged with engagement members 30 (engagement pins) which will be described later.
  • the groove 13 is disposed between two of the three engagement grooves 25. One of the engaging grooves 25 faces the groove 13 in the radial direction.
  • the back foil 11 is disposed on the inner peripheral surface of the insertion hole 12 a of the bearing housing 12.
  • the back foil 11 is a foil (thin plate) that elastically supports the intermediate foil 10 and the top foil 9.
  • a back foil 11 for example, a bump foil, a spring foil described in Patent Document 2, Patent Document 3, and the like, a back foil described in Patent Document 4, and the like are used.
  • a bump foil is used as the back foil 11.
  • the back foil 11 of the present disclosure is constituted by three back foil pieces 11a arranged along the inner peripheral surface of the insertion hole 12a. Since each of the back foil pieces 11a is separated in the axial direction as described later, strictly speaking, the back foil 11 is constituted by six back foil pieces 11a.
  • the back foil piece 11a the foil (thin board) is corrugated in the circumferential direction.
  • the three back foil pieces 11a connected in the circumferential direction are curved so as to be substantially cylindrical as a whole when viewed from the axial direction. That is, the back foil piece 11a is supported by the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the three back foil pieces 11a that are continuous in the circumferential direction are all formed in the same shape and size. Therefore, these back foil pieces 11a are arranged by dividing the inner peripheral surface of the insertion hole 12a into approximately three parts in the circumferential direction.
  • the back foil pieces 11a are alternately formed with crests 11c projecting radially inward and troughs 11b projecting radially outward when viewed from the crest 11c in the circumferential direction.
  • the flat part facing the bearing housing 12 of the valley part 11b can contact the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the peak part 11c can contact
  • the back foil piece 11a elastically supports the top foil 9 by the mountain portion 11c via the intermediate foil piece 10a.
  • both the circumferential direction both ends of the back foil piece 11a become the trough part 11b.
  • the intermediate foil 10 is disposed between the top foil 9 and the back foil 11.
  • the intermediate foil 10 is configured by three intermediate foil pieces 10a arranged along the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the intermediate foil piece 10 is constituted by six intermediate foil pieces 10a.
  • the three intermediate foil pieces 10a that are continuous in the circumferential direction have a substantially rectangular shape, and when viewed from the axial direction, as shown in FIG.
  • the three intermediate foil pieces 10a that are continuous in the circumferential direction are all formed in the same shape and size. Accordingly, the intermediate foil pieces 10a are arranged by dividing the inner peripheral surface of the insertion hole 12a into approximately three parts in the circumferential direction.
  • the thickness of the intermediate foil piece 10a is thinner than the back foil piece 11a.
  • the rigidity of the intermediate foil 10 is less than half of the rigidity of the back foil 11.
  • the outer shape of the intermediate foil piece 10a has a size substantially equal to the outer shape of the back foil piece 11a.
  • the intermediate foil piece 10a has a flat surface portion 10b that is in contact with the top of the peak portion 11c of the back foil 11, and a groove portion 10c that is recessed (projects) radially outward also by the flat surface portion 10b. That is, the groove portion 10 c is separated from the top foil 9, and the flat portion 10 b is in contact with the top foil 9.
  • the groove 10c is formed at least in the circumferential position between the circumferential ends of the intermediate foil piece 10a (in the present disclosure, the central position of the intermediate foil piece 10a in the circumferential direction).
  • the portions on both sides of the groove portion 10c of the intermediate foil piece 10a can come into contact with the crest portions 11c on both sides of the valley portion 11b of the back foil piece 11a opposed to the groove portion 10c.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a main part of the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 6A is a front view of the bearing housing 12 according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA of the bearing housing 12 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a flattened main portion of the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a front view schematically showing a flattened main portion of the radial foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the back foil piece 11 a includes a notch 26 at an end edge in the axial direction.
  • the notch 26 is formed in the valley portion 11b of the back foil piece 11a.
  • the notch 26 is formed at a circumferential position between the circumferential ends of the back foil piece 11a (in the present disclosure, the central position of the back foil piece 11a in the circumferential direction). Moreover, the notch 26 is formed in the circumferential direction position between the two peak parts 11c formed in the back foil piece 11a. That is, the back foil piece 11a has a dent in the axial direction at the circumferential position of the end edge in the axial direction.
  • the notch 26 is disposed at a position corresponding to the engaging groove 25 of the bearing housing 12, that is, a position overlapping (continuing) with the engaging groove 25 in the radial direction. Further, the width of the notch 26 is formed smaller than the width of the engagement groove 25. That is, both circumferential ends of the notch 26 are positioned at circumferential positions between the circumferential ends of the engagement groove 25.
  • the intermediate foil piece 10a is provided with a notch 27 at the end edge in the axial direction.
  • the notch 27 is formed in the groove 10c of the intermediate foil piece 10a.
  • the groove portion 10c of the present disclosure is located on the radially outer side of the flat portion 10b and has a flat bottom portion along the circumferential direction, and a taper that is located on both circumferential ends of the bottom portion and extends radially inward toward the flat portion 10b.
  • the notch 27 is formed at a circumferential position between the circumferential ends of the intermediate foil piece 10a (in the present disclosure, the central position of the intermediate foil piece 10a in the circumferential direction). That is, the intermediate foil piece 10a has an axial recess at the circumferential position of both end edges in the axial direction.
  • the notch 27 is formed at a position corresponding to the engagement groove 25 of the bearing housing 12 and the notch 26 of the back foil piece 11a, that is, a position overlapping (continuing) the engagement groove 25 and the notch 26 in the radial direction.
  • the width of the notch 27 is smaller than the width of the engagement groove 25 and is formed to be the same as the width of the notch 26.
  • An engagement member 30 is engaged with the engagement groove 25, the notch 26, and the notch 27.
  • the engaging member 30 includes an engaging portion 31 that engages with the engaging groove 25 of the bearing housing 12, an insertion portion 32 that inserts (or inserts) the notch 26 and the notch 27, and the intermediate foil 10 (back foil 11). And a return portion 33 facing the inner peripheral side.
  • the engaging portions 31 are in contact with the inner surfaces 25 a at both ends in the circumferential direction of the engaging groove 25.
  • the inner surface 25a of the engagement groove 25 is opposed to the circumferential direction with a gap, and extends parallel to the radial direction.
  • the engaging portion 31 is formed in a rectangular frame shape that contacts the inner surface 25a of the engaging groove 25 with a predetermined width in the radial direction. Further, there is a gap in the circumferential direction between a portion facing the inner surface 25a on one side in the circumferential direction of the engaging portion 31 and a portion facing the inner surface 25a on the other side in the circumferential direction of the engaging portion 31. An area exists. Further, the engaging portion 31 is smoothly separated from the inner surface 25a by adding an R (curved shape) or the like.
  • the insertion part 32 extends in parallel from the upper part of the rectangular frame-shaped engaging part 31 toward the radially inner side.
  • Two insertion portions 32 are formed from the engagement portion 31 and are spaced apart from each other.
  • the insertion part 32 and the engaging part 31 are smoothly connected by attaching R (curved shape).
  • the insertion portion 32 contacts the intermediate foil piece 10a (the cutout 27) and the back foil piece 11a (the cutout 26) in the axial direction. That is, the insertion part 32 contacts the notch 27 and the notch 26 in the axial direction.
  • the return portion 33 is formed by being bent in a direction opposite to each other in the circumferential direction from the distal end portion of the insertion portion 32 extending in parallel toward the radially inner side.
  • the engagement member 30 includes a pair of return portions 33 that extend in opposite directions in the circumferential direction.
  • the pair of return portions 33 are accommodated in the groove portion 10c of the intermediate foil 10, and are located on the radially outer side than the opening position of the groove portion 10c (the upper end of the groove portion 10c in the radial direction equal to the flat portion 10b).
  • the engagement member 30 is arranged in the circumferential direction over a range wider than the formation range W of the notch 27 (notch 26) on the inner peripheral side (the radially inner surface) of the intermediate foil 10 (back foil 11). It extends. Specifically, if the width between both ends of the pair of return portions 33 extending in opposite directions is W1, the relationship of W1> W is established. If the width of the insertion part 32 is W2, the relationship of W1> W> W2 is established. Further, assuming that the width of the engaging portion 31 is W3, the relationship is W3> W1> W> W2. W1 extends in the circumferential direction over a wider range than the flat portion of the valley portion 11b of the back foil 11.
  • the engagement member 30 (engagement portion 31) is in contact with the inner surface 25a of the engagement groove 25 in a stored state (compressed state).
  • the engagement member 30 of the present disclosure is formed by bending a single leaf spring (elastic member) into a substantially C shape (bottle shape).
  • the engaging portion 31 of the engaging member 30 is engaged with the engaging groove 25 in a state of being slightly contracted in the circumferential direction.
  • a springback that attempts to open in the circumferential direction acts on the engaging portion 31.
  • a frictional force is generated between the engaging portion 31 and the inner surface 25 a of the engaging groove 25, and the engaging member 30 is held by the bearing housing 12.
  • the lid 50 is attached to both end surfaces 12b of the bearing housing 12 in the axial direction.
  • the lid 50 covers the engagement groove 25 that houses the engagement member 30.
  • the lid 50 of the present disclosure is formed in an annular plate shape along the circumferential direction of the bearing housing 12. The diameter of the inner peripheral edge of the lid body 50 is larger than the diameter of the inner peripheral edge of the bearing housing 12, and the diameter of the outer peripheral edge of the lid body 50 is smaller than the diameter of the outer peripheral edge of the bearing housing 12.
  • the lid 50 is screwed with a screw 51 to a screw hole 52 (see FIG. 2) formed in the vicinity of the engagement groove 25.
  • the lid 50 according to the present disclosure is screwed to the end surface 12b of the bearing housing 12 at a position where the end surface 12b is substantially divided into three in the circumferential direction of the bearing housing 12. According to the above configuration, the lid 50 that covers the engagement groove 25 that accommodates the engagement member 30 is attached to the end surface 12 b of the bearing housing 12. Can be prevented from coming off.
  • the bearing housing 12 is provided with a protrusion 40 that protrudes radially inward (inner diameter side) from the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the protrusion 40 of the present disclosure is formed integrally with the bearing housing 12.
  • the protrusion 40 may be configured to be attached to the bearing housing 12 as a separate member.
  • the protrusion 40 is formed in a ring shape along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the insertion hole 12a. More specifically, the protrusion 40 is formed in a C shape over the inner peripheral surface of the insertion hole 12a excluding the groove 13 and substantially the entire periphery.
  • the protruding portion 40 is located on the radially inner side of the inner peripheral surface of the insertion hole 12a (reduced in diameter), and has a flat top wall portion 40a along the circumferential direction, and the top wall portion 40a.
  • a pair of side wall portions 40b which are located at both ends in the axial direction and extend perpendicularly outward in the radial direction toward the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the protruding portion 40 includes a top wall portion 40a at an axial position in a range of ⁇ 5% from the axial center position P1 of the insertion hole 12a.
  • D2 is formed within a range of 10% of D1. If D2 is not formed within a range of 10% of D1, the effect does not occur.
  • the back foil 11 of the present disclosure is separated in the axial direction of the insertion hole 12a.
  • the back foil 11 (hereinafter referred to as the first back foil 11) disposed on the first axial side (the upper side in FIG. 7) with respect to the protrusion 40 has a notch 26 at the end on the first axial side. Is formed and engaged with the engaging member 30.
  • the notch 26 is not formed in the edge on the second axial side of the first back foil 11, and the edge on the second axial side is formed with respect to the side wall 40 b of the protrusion 40. They are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the back foil 11 (hereinafter referred to as the second back foil 11) disposed on the second axial side (the lower side in FIG. 7) with respect to the protruding portion 40 is also not shown in the drawing in the second axial direction.
  • a notch 26 is formed at the end edge of this side, and is engaged with the engagement member 30.
  • the notch 26 is not formed in the edge on the first axial side of the second back foil 11, and the edge on the first axial side is opposite to the side wall 40 b of the protrusion 40. They are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the back foil 11 has four end edges (two end edges of the first back foil 11 and two end edges of the second back foil 11) extending in a direction intersecting the axial direction with the protruding portion 40 interposed therebetween. Edge).
  • the back foil 11 includes four end edges when viewed in the axial direction.
  • a notch 26 is formed at an end of the back foil 11 on the outer side (both sides) in the axial direction, and is engaged with the engaging member 30.
  • the notch 26 is not formed in the end edge opposite to the protruding portion 40 of the back foil 11, that is, the two end edges located on the inner side in the axial direction.
  • the side wall portions 40b of the 40 are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the intermediate foil 10 of the present disclosure is separated from the protruding portion 40 in the axial direction of the insertion hole 12a.
  • the intermediate foil 10 (hereinafter referred to as the first intermediate foil 10) disposed on the second axial side (the lower side in FIG. 7) with respect to the protruding portion 40 is notched at the end on the second axial side. 27 is formed and is engaged with the engagement member 30.
  • the notch 27 is not formed in the edge on the first axial direction side of the first intermediate foil 10, and the edge on the first axial direction side is opposite to the side wall 40 b of the protrusion 40. They are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the intermediate foil 10 (hereinafter referred to as the second intermediate foil 10) disposed on the first axial side (the upper side in FIG. 7) with respect to the protruding portion 40 is not shown, but the first axial direction is not shown.
  • a notch 27 is formed at the side edge and is engaged with the engagement member 30. The notch 27 is not formed in the edge on the second axial side of the second intermediate foil 10, and the edge on the second axial side is formed with respect to the side wall 40 b of the protrusion 40. They are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the intermediate foil 10 has four end edges (two end edges of the first intermediate foil 10 and two ends of the second intermediate foil 10) extending in a direction intersecting the axial direction with the protruding portion 40 interposed therebetween. Edge).
  • the intermediate foil 10 includes four end edges when viewed in the axial direction.
  • a notch 26 is formed at the end of the intermediate foil 10 on the outer side (both sides) in the axial direction, and is engaged with the engaging member 30.
  • the notch 26 is not formed in the edge edge opposite to the protrusion 40 of the intermediate foil 10, that is, the two edges located on the inner side in the axial direction.
  • the side wall portions 40b of the 40 are arranged in contact with each other in the axial direction or with a slight gap.
  • the top foil 9 is supported by each of the back foil 11 and the intermediate foil 10 separated in the axial direction of the insertion hole 12a as shown in FIG.
  • a gap is formed between the separated first and second back foils 11 and between the first and second intermediate foils 10, and a protruding portion 40 is disposed in the gap. That is, the portions on both sides of the back foil 11 and the protruding portion 40 of the intermediate foil 10 support the top foil 9 respectively. That is, the top wall portion 40a faces the top foil 9 in the radial direction.
  • the top foil 9 is disposed so as to overlap the protruding portion 40 in the radial direction of the insertion hole 12a (the vertical direction in FIG. 9).
  • the top wall portion 40a of the protruding portion 40 faces the outer peripheral surface (back surface) of the top foil 9 with a gap in the radial direction of the insertion hole 12a.
  • the protruding portion 40 extends from the inner peripheral surface of the insertion hole 12 a to a radial position on the radially outer side (outer diameter side) from the top portion 11 c 1 of the peak portion 11 c of the back foil 11. That is, the protruding portion 40 does not protrude radially inward (inner diameter side) from the top portion 11c1 of the peak portion 11c. For this reason, when no load is applied, the top wall portion 40 a of the protruding portion 40 is separated from the outer peripheral surface of the top foil 9. It is preferable that the protrusion part 40 (top wall part 40a) has a height of 75% or less of the total height of the peak part 11c, for example.
  • the protrusion part 40 is extended to the radial direction position of the radial inside (inner diameter side) with respect to the trough part 11b of the back foil 11.
  • FIG. 7 a part of the edge of the back foil 11 that faces the protruding portion 40 can face the side wall portion 40 b, and the back foil 11 is positioned in the axial direction.
  • the protrusion part 40 is extended to the radial direction position of the radial inside (inner diameter side) from the groove part 10c of the intermediate foil 10.
  • a part of edge of the intermediate foil 10 facing the protruding portion 40 can be opposed to the side wall portion 40b, and the intermediate foil 10 is positioned in the axial direction.
  • the intermediate foil 10 of this indication is provided with the 2nd groove part 10c1 on the circumferential direction both sides of the groove part 10c of the circumferential direction center position, as shown in FIG.
  • the second groove portion 10 c 1 is recessed radially outward like the groove portion 10 c and is separated from the top foil 9.
  • the second groove portion 10c1 comes into contact with the peak portion 11c of the back foil 11, and easily causes energy dissipation due to friction described later.
  • the second groove portion 10c1 faces the side wall portion 40b of the protruding portion 40 in the axial direction and contributes to the positioning of the intermediate foil 10 in the axial direction. That is, the second groove portion 10c1 extends outward in the radial direction from the top wall portion 40a.
  • the operation of the radial foil bearing 3 having such a configuration will be described.
  • the top foil 9 is urged toward the rotating shaft 1 by the back foil 11 (three back foil pieces 11a) via the intermediate file 10 (three intermediate foil pieces 10a). It is in close contact with the rotating shaft 1.
  • the force (local preload) for tightening the rotating shaft 1 in these thin portions 24 is less than that in the case where there is no thin portion 24. Is done.
  • the rotating shaft 1 when the rotating shaft 1 is rotated in the direction of arrow P in FIG. 2, it starts rotating at a low speed first, and then gradually accelerates and rotates at a high speed. Then, as indicated by an arrow Q in FIG. 2, ambient fluid is drawn from one end side of the top foil 9, the intermediate foil 10, and the back foil 11 and flows between the top foil 9 and the rotating shaft 1. Thereby, a fluid lubricating film is formed between the top foil 9 and the rotating shaft 1.
  • the film pressure of the fluid lubricating film acts on the top foil 9 and presses the individual peak portions 11c of the back foil piece 11a through the intermediate foil 10 in contact with the top foil 9. Then, when the back foil piece 11a is pressed by the intermediate foil 10, the crest portion 11c of the back foil piece 11a is pushed and spread, so that the back foil piece 11a moves on the bearing housing 12 in the circumferential direction of the back foil piece 11a. Try to move. That is, the back foil piece 11a (back foil 11) elastically supports the top foil 9 via the intermediate foil 10, and therefore deforms in the circumferential direction of the back foil piece 11a when receiving a load from the top foil 9. Thus, the top foil 9 and the intermediate foil 10 are allowed to bend and supported.
  • an engaging member 30 (insertion portion 32) is inserted into a notch 26 formed in an end edge in the axial direction.
  • the engagement member 30 is engaged with the engagement groove 25 of the bearing housing 12, and the rotation of the back foil piece 11 a in the circumferential direction is suppressed by inserting the engagement member 30 into the notch 26. Therefore, each peak portion 11c of the back foil piece 11a is deformed (moved) in the circumferential direction with the notch 26 with which the engaging member 30 is engaged being sandwiched.
  • the insertion portion 32 of the engagement member 30 is in contact with the back foil piece 11a (notch 26), and also suppresses the movement of the back foil piece 11a in the axial direction. That is, the insertion part 32 of the engaging member 30 is in contact with the notch 26, and the movement of the back foil piece 11a in the axial direction is also suppressed. Furthermore, the engagement member 30 (return portion 33) extends to the outside of the formation range W of the notch 26 in the circumferential direction of the insertion hole 12a on the inner peripheral side of the back foil 11 that has passed through the notch 26.
  • the engagement member 30 is formed with a return portion 33 on the inner peripheral side of the back foil 11 that has passed through the notch 26, and this prevents the back foil piece 11a from coming off in the radial direction. Therefore, dropping off of the back foil piece 11a is suppressed.
  • the intermediate foil piece 10a bends together with the top foil 9 and the back foil piece 11a when transmitting a load from the top foil 9 to the back foil piece 11a.
  • the intermediate foil piece 10a and the top foil 9 or the back foil piece 11a "Slip" occurs between them. That is, when a pressure fluctuation occurs in the fluid lubrication film due to the shaft vibration of the rotating shaft 1, the pressure fluctuation is transmitted to the top foil 9, and the above “slip” occurs. This “slip” causes energy dissipation due to friction and attenuates the film pressure fluctuation, so that the shaft vibration of the rotating shaft 1 is suppressed.
  • the pressure of the fluid lubricating film is near the center in the axial direction of the insertion hole 12a (FIG. 9).
  • the top foil 9 will be greatly bent as shown in FIG. As described above, when the top foil 9 is bent near the center in the axial direction of the insertion hole 12a, the fluid lubricating film becomes thick, and the pressure of the fluid lubricating film becomes weak.
  • the radial displacement of the rotating shaft 1 proceeds and the outer diameter side of the top foil 9 starts to contact the top wall portion 40a of the protruding portion 40, the force to support the top foil 9 is increased, The deflection of the top foil 9 near the center in the axial direction of the hole 12a decreases. Then, even if the displacement in the radial direction of the rotating shaft 1 is slightly increased, the pressure is greatly increased in the fluid lubricating film, and a larger bearing load can be supported. That is, as the displacement of the rotating shaft 1 in the radial direction proceeds, the fluid lubricating film is also strengthened.
  • the protruding portion 40 of the present disclosure includes a top wall portion 40a at an axial position in a range of ⁇ 5% from the axial center position P1 of the insertion hole 12a. Therefore, the bending of the top foil 9 near the axial center of the insertion hole 12a can be effectively suppressed. That is, as shown in FIG. 9, the pressure of the fluid lubricating film reaches a peak near the center in the axial direction and decreases toward both ends in the axial direction. That is, the rate of change in the pressure of the fluid lubricating film increases from the vicinity of the center in the axial direction toward both ends in the axial direction.
  • the support by the top wall portion 40a is preferably near the peak of the fluid lubricating film. In the range of ⁇ 5% from the axial center position P1 shown in FIG. 6B, the peak pressure of the fluid lubricating film does not vary greatly, and the support by the top wall portion 40a acts more effectively.
  • the protrusion part 40 of this indication is formed in the ring shape along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the insertion hole 12a, as shown to FIG. 6A, the top foil in the axial center vicinity of the insertion hole 12a is formed. 9 can be suppressed over the entire circumference. Further, as shown in FIG. 7, the back foil 11 (intermediate foil 10) is separated in the axial direction of the insertion hole 12a, so that the insertion hole 12a does not interfere with the protrusion 40 formed in a ring shape. It can arrange
  • the bearing housing 12 having the insertion hole 12a through which the rotary shaft 1 is inserted, and the inner peripheral surface of the insertion hole 12a are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral surface.
  • the back foil 11 having alternating crests 11c and troughs 11b, the intermediate foil 10 supported by the back foil 11, the top foil 9 supported by the intermediate foil 10, and the top foil 9 in the radial direction of the insertion hole 12a
  • a protrusion 40 extending from the inner peripheral surface of the insertion hole 12a to the radial position on the outer diameter side from the top portion 11c1 of the mountain portion 11c.
  • FIG. 10 is a front view of the bearing housing 12 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing a flattened main part of the radial foil bearing 3 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a front view schematically showing a flattened main portion of the radial foil bearing 3 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • a plurality of the protrusions 40 are formed with a gap (interval) along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the insertion hole 12a. Different from form.
  • a circumferential gap S is formed between the protrusion 40 and the protrusion 40 adjacent in the circumferential direction.
  • the gaps S are respectively formed at positions that divide the inner peripheral surface of the insertion hole 12a into three substantially in the circumferential direction.
  • the groove 13 is disposed between two of the three gaps S. One of the gaps S faces the groove 13 in the radial direction.
  • the back foil 11 has a first support portion 11 ⁇ / b> A disposed on the first axial side (the upper side in FIG. 11) with respect to the plurality of protrusions 40, and a shaft with respect to the plurality of protrusions 40.
  • the first support portion 11A and the second support portion 11B are disposed in the gap S between the second support portion 11B arranged on the second side in the direction (the lower side in FIG. 11) and the projection portion 40. 11C which connects between. That is, the back foil 11 is not separated in the axial direction of the insertion hole 12a.
  • connection parts have connected the circumferential direction center position of 11 A of 1st support parts, and the 2nd support part 11B.
  • the center position in the circumferential direction of the first support portion 11A and the second support portion 11B is a second valley portion 11b1 in contact with the inner peripheral surface of the insertion hole 12a.
  • the flat portion of the second valley portion 11b1 is larger than the width of the flat portion of the other valley portion 11b and smaller than the width of the gap S.
  • holes 11d (notches) extending in the circumferential direction are formed on both sides in the circumferential direction of the connecting portion 11C.
  • the hole portion 11 d is formed at a position corresponding to the protruding portion 40. That is, the back foil 11 (back foil piece 11a) has a recess extending in the circumferential direction at the axial center position of both end edges in the circumferential direction.
  • the intermediate foil 10 also has a first support portion 10 ⁇ / b> A disposed on the first axial side (the upper side in FIG. 11) with respect to the plurality of protrusions 40, and a second axial side with respect to the plurality of protrusions 40 (
  • the second support portion 10B disposed on the lower side in FIG. 11 and the clearance S between the protrusion portion 40 and the protrusion portion 40 are connected to connect the first support portion 10A and the second support portion 10B. 10C of connection parts. That is, the intermediate foil 10 is not separated in the axial direction of the insertion hole 12a.
  • connection parts have connected the circumferential direction center position of 10 A of 1st support parts and the 2nd support part 10B.
  • a third groove portion 10c2 in contact with the second trough portion 11b1 is formed at the circumferential center position of the first support portion 10A and the second support portion 10B.
  • the flat portion of the third groove portion 10c2 is smaller than the width of the flat portion of the second valley portion 11b1 and smaller than the width of the gap S.
  • holes 10d are formed on both sides in the circumferential direction of the connecting portion 10C.
  • the hole 10d is formed at a position corresponding to the protrusion 40.
  • the intermediate foil 10 intermediate foil piece 10a
  • the gap S is formed between the protrusion 40 and the protrusion 40, so that the back foil 11 (intermediate foil 10) does not have to be separated in the axial direction.
  • the back foil 11 intermediate foil 10
  • the back foil 11 is positioned on both sides in the axial direction and on both sides in the circumferential direction by the protrusions 40, so that the engaging member 30 and the notches 26 (notches 27 shown in FIG.
  • the lid 50 is also unnecessary. Therefore, the number of parts is greatly reduced.
  • FIG. 13 is a front view of a bearing housing 12 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a front view schematically showing a flattened main portion of the radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • a groove 14 is formed in the insertion hole 12 a at a position corresponding to the gap S between the protrusion 40 and the protrusion 40.
  • the groove 14 is a recess that is recessed radially outward from the inner peripheral surface of the insertion hole 12a, and can be formed by, for example, key groove processing.
  • the back foil 11 includes a mountain portion 11 c at the circumferential center position on the groove 14. Further, the intermediate foil 10 includes a flat surface portion 10 b at the center position in the circumferential direction on the groove 14.
  • the planar shape of the back foil 11 (intermediate foil 10) is substantially the same as the planar shape shown in FIG. According to this configuration, the ring-shaped protrusion 40 can be scraped off by keyway processing or the like to easily form a plurality of protrusions 40, and the back foil 11 (intermediate foil) straddles the grooves 14 formed by this processing. 10) can be arranged.
  • FIG. 15 is a front view schematically showing a flattened main portion of the radial foil bearing 3 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • the back foil 11 includes a second peak portion 11 b 2 that is vertically inverted with respect to the peak portion 11 c in the second valley portion 11 b 1 at the circumferential center position on the groove 14.
  • the top portion on the radially outer side of the second peak portion 11 b 2 is in contact with the bottom surface of the groove 14.
  • the bottom surface of the groove 14 is a tapered surface indicated by reference numeral 15 (that is, a wedge shape that narrows toward the outside in the radial direction), so that the second peak portion 11b2 can be accommodated better.
  • a plurality of ring-shaped protrusions 40 may be provided.
  • the first and second back foils 11 separated in the axial direction of the insertion hole 12 a by the ring-shaped protrusion 40 may have different support rigidity for supporting the top foil 9.
  • the central first backfoil 11 disposed between the two rows of protrusions 40 is provided.
  • the pitch between the crests 11c and the troughs 11b may be narrower than the pitch between the crests 11c and the troughs 11b of the second back foil 11 on the outer side disposed outside the two rows of protrusions 40 in the axial direction.
  • the pitch between the crests 11 c and troughs 11 b of the central first backfoil 11 arranged between the two rows of protrusions 40 is arranged outside the two rows of protrusions 40 in the axial direction.
  • An example is shown in which the pitch of the crests 11c and troughs 11b of the outer second back foil 11 is approximately half.
  • the engaging member 30, the notch 26, the engaging groove 25, etc. are shown in FIG.
  • the support rigidity there are various methods for changing the support rigidity. For example, the material, thickness, pitch width, width of a single peak (in the case of foam bump foil, the diameter of the foam), and in some cases, the peak (bubble) The height may be changed.
  • the plurality of protrusions 40 may be scattered on the inner peripheral surface of the insertion hole 12a. Further, the hole 11d formed at a position corresponding to the protruding portion 40 of the back foil 11 may be a through hole instead of a notch (dent).
  • the displacement of the shaft can be suppressed.

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Abstract

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（１２ａ）の内周面に配置されるバックフォイル（１１）と、バックフォイル（１１）に支持されるトップフォイル（９）と、挿通孔（１２ａ）の内周面から挿通孔（１２ａ）の径方向内側に向かって突出し、トップフォイル（９）を支持可能な突出部（４０）と、を備える。

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日に日本国に出願された特願２０１８－０４０７７２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、回転軸の外側に配置されて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軸受ハウジングと、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、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（例えば下記特許文献１参照）。特許文献２～４には、バックフォイルを用いた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２００６－５７６５２号公報 日本国特開２００４－２７０９０４号公報 日本国特開２００９－２９９７４８号公報
　このようなラジアルフォイル軸受は、軸受ハウジング内が柔らかいフォイルで構成されているため、外力に対するシャフトの変位が大きい。したがって、ラジアルフォイル軸受を搭載した装置が強い外乱に晒されても、装置本体(静止部)にシャフトが接触しないように、シャフトの変位を抑制する必要がある。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされ、装置に大きな外力が作用したとき、シャフトの変位を抑制することを目的とする。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第１の態様は、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、前記挿通孔の内周面に配置されるバックフォイルと、前記バックフォイルに支持されるトップフォイルと、前記挿通孔の内周面から前記挿通孔の径方向内側に向かって突出し、前記トップフォイルを支持可能な突出部と、を備える。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第２の態様は、第１の態様において、前記バックフォイルは、前記突出部が嵌合される孔部を備えてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記突出部は、前記挿通孔の軸方向中央位置より±５％の範囲の軸方向位置に頂壁部を備えてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様において、前記突出部は、前記挿通孔の内周面の周方向に沿ってリング状に形成されていてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第５の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様において、前記突出部は、前記挿通孔の内周面の周方向に沿って隙間をあけて複数形成されていてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第６の態様は、第１から第５のいずれか一つの態様において、前記バックフォイルは、前記挿通孔の軸方向において分離した、第１のバックフォイルと、第２のバックフォイルとを備え、前記第１のバックフォイルと、前記第２のバックフォイルとは、前記突出部を挟み軸方向で対向していてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第７の態様は、第６の態様において、前記第１のバックフォイルと、前記第２のバックフォイルとは、前記トップフォイルを支持する支持剛性が異なっていてもよい。
　本開示のラジアルフォイル軸受の第８の態様は、第５の態様において、前記バックフォイルは、前記突出部に対し軸方向第一の側に配置された第１支持部と、前記突出部に対し軸方向第二の側に配置された第２支持部と、前記突出部と前記突出部との隙間に配置され、前記第１支持部と前記第２支持部との間を接続する接続部と、を備えてもよい。
　本開示によれば、装置に大きな外力が作用したとき、シャフトの変位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。 本開示の第１実施形態に係るラジアルフォイル軸受を示す正面図である。 本開示の第１実施形態に係る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。 本開示の第１実施形態に係るトップフォイルを展開した平面図である。 本開示の第１実施形態に係るトップフォイルを展開した正面図である。 本開示の第１実施形態に係るラジアルフォイル軸受の要部の分解斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る軸受ハウジングの正面図である。 本開示の第１実施形態に係る軸受ハウジングのＡ－Ａ断面図である。 本開示の第１実施形態に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す平面図である。 本開示の第１実施形態に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。 図８におけるＢ－Ｂ断面図である。 本開示の第２実施形態に係る軸受ハウジングの正面図である。 本開示の第２実施形態に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す平面図である。 本開示の第２実施形態に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。 本開示の第２実施形態の一変形例に係る軸受ハウジングの正面図である。 本開示の第２実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。 本開示の第２実施形態の一変形例に係るラジアルフォイル軸受の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。 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の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。
　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（シャフト）、符号２は回転軸の軸方向の第一の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の外側には、ラジアルフォイル軸受３が配置されている。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、静止部となるハウジング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。図３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の外側に配置されて、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り、図４Ｂ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。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第一の短辺には、図４Ａに示すように、長辺方向の第一の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第一の短辺は、長辺方向の第一の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の上記第一の短辺と反対の第二の短辺(長辺方向における第二の側に位置する短辺)には、短辺方向において離隔する二つの凸部２１ｂと、この二つの凸部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の長辺方向の第二の側に位置する短辺には、長辺方向の第一の側に窪む凹部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の短辺方向の幅（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の長辺方向の長さ（間隔）と、凸部２１ａの長辺方向の長さ（間隔）は、長辺方向において同じである。
　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の軸方向の第一の端面１２ｂから第二の端面１２ｂまで形成されている。
トップフォイル９は、図４Ｂに示すように、第１の凹凸部２３ａを形成した側（第一の短辺側）と第２の凹凸部２３ｂを形成した側（第二の短辺側）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、薄肉部２４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の一つ分に相当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、この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びる一対の係合溝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の内周まで延びる凹部を備える。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、本開示では、３つの係合溝２５のうちの２つの係合溝２５の間に、溝１３が配置されている。また、係合溝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。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、特許文献２や特許文献３などに記載されているスプリングフォイル、特許文献４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。本開示では、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つのバックフォイル片１１ａによって構成されている。なお、バックフォイル片１１ａのそれぞれは、後述のように軸方向に分離しているため、厳密には６つのバックフォイル片１１ａによってバックフォイル１１が構成されている。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。周方向に連なる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。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、周方向に連なる３つのバックフォイル片１１ａ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。なお、中間フォイル片１０ａのそれぞれは、後述のように軸方向に分離しているため、厳密には６つの中間フォイル片１０ａによって中間フォイル１０が構成されている。周方向に連なる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、周方向に連なる３つの中間フォイル片１０ａ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。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、この溝部１０ｃは、トップフォイル９から離隔し、平面部１０ｂは、トップフォイル９に当接している。溝部１０ｃは、少なくとも中間フォイル片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。中間フォイル片１０ａの溝部１０ｃの両側の部位は、溝部１０ｃが対向するバックフォイル片１１ａの谷部１１ｂの両側の山部１１ｃに当接可能となっている。
　図５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の要部の分解斜視図である。図６Ａは、本開示の第１実施形態に係る軸受ハウジング１２の正面図であり、図６Ｂは、本開示の第１実施形態に係る軸受ハウジング１２のＡ－Ａ断面図である。図７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の要部を平坦化して模式的に示す平面図である。図８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の要部を平坦化して模式的に示す正面図である。図９は、図８におけるＢ－Ｂ断面図（すなわち、バックフォイル片１１ａの、係合溝２５に最も近い山部の頂部を含み、径方向に切断した場合の断面図）である。
　バックフォイル片１１ａは、図５に示すように、軸方向の端縁に切欠２６を備える。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。また、切欠２６は、バックフォイル片１１ａに形成された２つの山部１１ｃの間の周方向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、軸方向の端縁の上記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、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と径方向で重なる（連なる）位置に配置されている。また、切欠２６の幅は、係合溝２５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。
　また、中間フォイル片１０ａは、軸方向の端縁に切欠２７を備える。切欠２７は、中間フォイル片１０ａの溝部１０ｃに形成されている。本開示の溝部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、この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。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、軸方向の両端縁の上記周方向位置において、軸方向の凹みが存在する。
　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と径方向に重なる（連なる）位置に形成されている。切欠２７の幅は、係合溝２５の幅よりも小さく、切欠２６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。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、図８に示すように、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びている。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。
　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びている。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（の切欠２７）及びバックフォイル片１１ａ（の切欠２６）と当接する。即ち、挿通部３２は、軸方向において切欠２７及び切欠２６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びる一対の返し部３３を備える。一対の返し部３３は、中間フォイル１０の溝部１０ｃに収容され、溝部１０ｃの開口位置（平面部１０ｂと径方向で等しい位置にある溝部１０ｃの上端）よりも径方向外側に位置している。
　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（径方向内側の面）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周方向に延びている。具体的には、一対の返し部３３の相反する方向に延びる両端部間の幅をＷ１とすると、Ｗ１＞Ｗの関係を有する。なお、挿通部３２の幅をＷ２とすると、Ｗ１＞Ｗ＞Ｗ２の関係を有する。また、係合部３１の幅をＷ３とすると、Ｗ３＞Ｗ１＞Ｗ＞Ｗ２の関係を有する。また、Ｗ１は、バックフォイル１１の谷部１１ｂの平坦部より広い範囲に亘って周方向に延びている。
　係合部材３０（係合部３１）は、蓄勢状態（圧縮状態）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。
　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を収容している係合溝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、軸受ハウジング１２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。
　軸受ハウジング１２には、図６Ａに示すように、挿通孔１２ａの内周面から径方向内側（内径側）に向かって突出する突出部４０が設けられている。本開示の突出部４０は、軸受ハウジング１２と一体で形成されている。なお、突出部４０は、別部材として軸受ハウジング１２に取り付けられる構成であってもよい。突出部４０は、挿通孔１２ａの内周面の周方向に沿ってリング状に形成されている。より詳しくは、突出部４０は、溝１３を除く挿通孔１２ａの内周面、略全周に亘ってＣ字状に形成されている。
　突出部４０は、図６Ｂに示すように、挿通孔１２ａの内周面よりも径方向内側に位置し（縮径し）周方向に沿って平坦な頂壁部４０ａと、頂壁部４０ａの軸方向両端に位置し挿通孔１２ａの内周面に向かって径方向外側に垂直に延びる一対の側壁部４０ｂと、を有する。突出部４０は、挿通孔１２ａの軸方向中央位置Ｐ１より±５％の範囲の軸方向位置に頂壁部４０ａを備えている。すなわち、挿通孔１２ａ（軸受ハウジング１２）の軸方向における全幅をＤ１とし、頂壁部４０ａの全幅をＤ２とした場合、Ｄ２はＤ１の１０％の範囲内で形成することが好ましい。なお、Ｄ２をＤ１の１０％の範囲内で形成しなければ、効果が生じないというわけではない。
　図７に示すように、本開示のバックフォイル１１は、挿通孔１２ａの軸方向において分離している。突出部４０に対し軸方向第一の側（図７において紙面上側）に配置されたバックフォイル１１（以下、第１のバックフォイル１１）には、軸方向第一の側の端縁に切欠２６が形成され、係合部材３０と係合している。この第１のバックフォイル１１の軸方向第二の側の端縁には、切欠２６が形成されておらず、この軸方向第二の側の端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　また、突出部４０に対し軸方向第二の側（図７において紙面下側）に配置されたバックフォイル１１（以下、第２のバックフォイル１１）にも、不図示であるが軸方向第二の側の端縁に切欠２６が形成され、係合部材３０と係合している。この第２のバックフォイル１１の軸方向第一の側の端縁には、切欠２６が形成されておらず、この軸方向第一の側の端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　つまり、バックフォイル１１は、突出部４０を挟み、軸方向に交差する方向に延びた４つの端縁（第１のバックフォイル１１の２つの端縁と、第２のバックフォイル１１の２つの端縁）を備える。あるいは、軸方向に見た場合に、バックフォイル１１は、４つの端縁を備えるとも言える。また、バックフォイル１１の軸方向外側（両側）の端縁には切欠２６が形成され、係合部材３０と係合している。他方、このバックフォイル１１の突出部４０に対向する端縁 、つまり、軸方向の内側に位置する２つの端縁には、切欠２６が形成されておらず、この２つの端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　また、本開示の中間フォイル１０も、突出部４０に対し、挿通孔１２ａの軸方向において分離している。突出部４０に対し軸方向第二の側（図７において紙面下側）に配置された中間フォイル１０（以下、第１の中間フォイル１０）には、軸方向第二の側の端縁に切欠２７が形成され、係合部材３０と係合している。この第１の中間フォイル１０の軸方向第一の側の端縁には、切欠２７が形成されておらず、この軸方向第一の側の端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　また、突出部４０に対し軸方向第一の側（図７において紙面上側）に配置された中間フォイル１０（以下、第２の中間フォイル１０）には、不図示であるが軸方向第一の側の端縁に切欠２７が形成され、係合部材３０と係合している。この第２の中間フォイル１０の軸方向第二の側の端縁には、切欠２７が形成されておらず、この軸方向第二の側の端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　つまり、中間フォイル１０は、突出部４０を挟み、軸方向に交差する方向に延びた４つの端縁（第１の中間フォイル１０の２つの端縁と、第２の中間フォイル１０の２つの端縁）を備える。あるいは、軸方向に見た場合に、中間フォイル１０は、４つの端縁を備えるとも言える。また、中間フォイル１０の軸方向外側（両側）の端縁には切欠２６が形成され、係合部材３０と係合している。他方、この中間フォイル１０の突出部４０に対向する端縁 、つまり、軸方向の内側に位置する２つの端縁には、切欠２６が形成されておらず、この２つの端縁は、突出部４０の側壁部４０ｂに対し軸方向で接する若しくはわずかな隙間をあけて配置されている。
　トップフォイル９は、図９に示すように、挿通孔１２ａの軸方向において分離したバックフォイル１１及び中間フォイル１０のそれぞれに支持されている。分離した第１，第２のバックフォイル１１の間及び第１，第２の中間フォイル１０の間には、隙間が形成され、その隙間に突出部４０が配置されている。つまり、バックフォイル１１及び中間フォイル１０の突出部４０を挟んだ両側の部位が、それぞれトップフォイル９を支持している。つまり、頂壁部４０ａは、径方向においてトップフォイル９と対面している。トップフォイル９は、挿通孔１２ａの径方向（図９において紙面上下方向）において突出部４０と重なって配置される。突出部４０の頂壁部４０ａは、挿通孔１２ａの径方向においてトップフォイル９の外周面（背面）と隙間をあけて対向している。
　突出部４０は、図８に示すように、挿通孔１２ａの内周面から、バックフォイル１１の山部１１ｃの頂部１１ｃ１より径方向外側（外径側）の径方向位置まで延びている。すなわち、突出部４０は、山部１１ｃの頂部１１ｃ１よりも径方向内側（内径側）には突出していない。このため、負荷の作用していない場合、突出部４０の頂壁部４０ａは、トップフォイル９の外周面に対して離隔している。突出部４０（頂壁部４０ａ）は、例えば、山部１１ｃの全高の７５％以下の高さを有することが好ましい。
　なお、突出部４０は、バックフォイル１１の谷部１１ｂに対しては、径方向内側（内径側）の径方向位置まで延びている。これにより、図７に示すように、突出部４０に対向するバックフォイル１１の端縁の一部が、側壁部４０ｂに対向可能となり、バックフォイル１１の軸方向における位置決めがなされる。また、突出部４０は、中間フォイル１０の溝部１０ｃより径方向内側（内径側）の径方向位置まで延びていることが好ましい。これにより、突出部４０に対向する中間フォイル１０の端縁の一部が、側壁部４０ｂに対向可能となり、中間フォイル１０の軸方向における位置決めがなされる。
　なお、本開示の中間フォイル１０は、図８に示すように、周方向中央位置の溝部１０ｃの周方向両側に、第２の溝部１０ｃ１を備える。第２の溝部１０ｃ１は、溝部１０ｃと同様に径方向外側に窪んでおり、トップフォイル９から離隔している。第２の溝部１０ｃ１は、バックフォイル１１の山部１１ｃと接触し、後述する摩擦によるエネルギー散逸を引き起こし易くする。また、第２の溝部１０ｃ１は、突出部４０の側壁部４０ｂに軸方向において対向し、中間フォイル１０の軸方向における位置決めに寄与する。すなわち、第２の溝部１０ｃ１は、頂壁部４０ａより径方向外側まで延びている。
　次に、このような構成を備え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、本開示では、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）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。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、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上をバックフォイル片１１ａ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バックフォイル片１１ａ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（挿通部３２）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（の切欠２６）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。即ち、係合部材３０の挿通部３２は、切欠２６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（返し部３３）は、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、上記「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。なお、この際、軸受ハウジング１２は静止しているため、上記のような浮き上がりや「滑り」は、静止した軸受ハウジング１２に対する相対的な動きと考えて良い。
　このような通常運転時、回転軸１に作用する荷重は、図９に示すように、流体潤滑膜を介してトップフォイル９を押し下げ、それをバックフォイル１１が支えている。強い外力により軸受荷重が大きくなると、バックフォイル１１がさらに押し下げられ、トップフォイル９の外径側（背面側）が、突出部４０の頂壁部４０ａに接し始める。この状態に達すると、軸受荷重が増えても、増えた分の荷重は、突出部４０に支えられるようになり、回転軸１の径方向の変位の進行は頭打ちになる。したがって、図１に示すインペラ２とハウジング６との間のチップクリアランス７が維持され、両者の接触を回避できる。また、逆にチップクリアランス７を狭く設計してターボ機械の高効率化を図ることが可能になる。
　ところで、トップフォイル９の外径側が突出部４０の頂壁部４０ａに接していない場合（または突出部４０が無い場合）、挿通孔１２ａの軸方向中央付近では、流体潤滑膜の圧力（図９において矢印で示す）に負けてトップフォイル９が大きく撓んでしまう。このように、挿通孔１２ａの軸方向中央付近でトップフォイル９が撓んでいると、流体潤滑膜が厚くなるため、流体潤滑膜の圧力は弱くなる。一方で、本開示では、回転軸１の径方向の変位が進行し、トップフォイル９の外径側が突出部４０の頂壁部４０ａに接し始めると、トップフォイル９を支える力が強まるため、挿通孔１２ａの軸方向中央付近におけるトップフォイル９の撓みは減っていく。そうすると、回転軸１の径方向の変位が僅かに増えるだけでも流体潤滑膜では圧力が大きく上昇し、より大きな軸受荷重を支えられるようになる。すなわち、回転軸１の径方向の変位の進行に伴い、流体潤滑膜も強化されていく。
　また、本開示の突出部４０は、図６Ｂに示すように、挿通孔１２ａの軸方向中央位置Ｐ１より±５％の範囲の軸方向位置に頂壁部４０ａを備えている。したがって、挿通孔１２ａの軸方向中央付近におけるトップフォイル９の撓みを効果的に抑制することができる。すなわち、図９に示すように、流体潤滑膜の圧力は、軸方向中央付近でピークを迎え、軸方向両端に向かい低下する。つまり、軸方向中央付近から、軸方向両端に向かうにつれ、流体潤滑膜の圧力の変化率が大きくなる。頂壁部４０ａによる支持は、流体潤滑膜のピークの近くが好ましい。図６Ｂに示す軸方向中央位置Ｐ１より±５％の範囲では、流体潤滑膜のピーク圧力と比べて大きく変動せず、頂壁部４０ａによる支持がより有効に作用する。
　また、本開示の突出部４０は、図６Ａに示すように、挿通孔１２ａの内周面の周方向に沿ってリング状に形成されているため、挿通孔１２ａの軸方向中央付近におけるトップフォイル９の撓みを全周に亘って抑制できる。さらに、図７に示すように、バックフォイル１１（中間フォイル１０）は、挿通孔１２ａの軸方向において分離しているため、リング状に形成された突出部４０と干渉することなく挿通孔１２ａの内周面に配置することができる。
　このように、上述の本開示によれば、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、この内周面の周方向に沿って山部１１ｃと谷部１１ｂを交互に備えるバックフォイル１１と、バックフォイル１１に支持された中間フォイル１０と、中間フォイル１０に支持されたトップフォイル９と、挿通孔１２ａの径方向においてトップフォイル９と重なって配置されると共に、挿通孔１２ａの内周面から、山部１１ｃの頂部１１ｃ１より外径側の径方向位置まで延びる突出部４０と、を備える、という構成を採用することによって、ラジアルフォイル軸受３が組み込まれたターボ機械に大きな外力が作用したとき、回転軸１の径方向の変位を抑制することができる。
　（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１０は、本開示の第２実施形態に係る軸受ハウジング１２の正面図である。図１１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模式的に示す平面図である。図１２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模式的に示す正面図である。
　第２実施形態では、図１０に示すように、突出部４０が、挿通孔１２ａの内周面の周方向に沿って隙間（間隔）をあけて複数形成されている点で、上記第１実施形態と異なる。
　突出部４０と周方向に隣接する突出部４０との間には、周方向の隙間Ｓが形成されている。隙間Ｓは、挿通孔１２ａの内周面を周方向にほぼ３分割する位置に、それぞれ形成されている。なお、本開示では、３つの隙間Ｓのうちの２つの隙間Ｓの間に、溝１３が配置されている。また、隙間Ｓ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、図１１に示すように、複数の突出部４０に対し軸方向第一の側（図１１において紙面上側）に配置された第１支持部１１Ａと、複数突出部４０に対し軸方向第二の側（図１１において紙面下側）に配置された第２支持部１１Ｂと、突出部４０と突出部４０との隙間Ｓに配置され、第１支持部１１Ａと第２支持部１１Ｂとの間を接続する接続部１１Ｃと、を備える。すなわち、バックフォイル１１は、挿通孔１２ａの軸方向において分離していない。
　接続部１１Ｃは、第１支持部１１Ａと第２支持部１１Ｂの周方向中央位置を接続している。第１支持部１１Ａと第２支持部１１Ｂの周方向中央位置は、図１２に示すように、挿通孔１２ａの内周面に接する第２の谷部１１ｂ１となっている。第２の谷部１１ｂ１の平坦部は、他の谷部１１ｂの平坦部の幅よりも大きく、隙間Ｓの幅よりも小さくなっている。図１１に示すように、接続部１１Ｃの周方向両側には、周方向に延びる孔部１１ｄ（切欠）が形成されている。孔部１１ｄは、突出部４０に対応する位置に形成されている。
　すなわち、バックフォイル１１（バックフォイル片１１ａ）には、周方向の両端縁の軸方向中央位置において、周方向に延びる凹みが存在する。
　中間フォイル１０も、複数の突出部４０に対し軸方向第一の側（図１１において紙面上側）に配置された第１支持部１０Ａと、複数の突出部４０に対し軸方向第二の側（図１１において紙面下側）に配置された第２支持部１０Ｂと、突出部４０と突出部４０との隙間Ｓに配置され、第１支持部１０Ａと第２支持部１０Ｂとの間を接続する接続部１０Ｃと、を備える。すなわち、中間フォイル１０も、挿通孔１２ａの軸方向において分離していない。
　接続部１０Ｃは、第１支持部１０Ａと第２支持部１０Ｂの周方向中央位置を接続している。第１支持部１０Ａと第２支持部１０Ｂの周方向中央位置には、図１２に示すように、第２の谷部１１ｂ１に接する第３の溝部１０ｃ２が形成されている。第３の溝部１０ｃ２の平坦部は、第２の谷部１１ｂ１の平坦部の幅よりも小さく、且つ、隙間Ｓの幅よりも小さい。図１１に示すように、接続部１０Ｃの周方向両側には、孔部１０ｄ（切欠）が形成されている。孔部１０ｄは、突出部４０に対応する位置に形成されている。すなわち、中間フォイル１０（中間フォイル片１０ａ）には、周方向の両端縁の軸方向中央位置において、周方向に延びる凹みが存在する。
　上記構成の第２実施形態によれば、突出部４０と突出部４０との間に隙間Ｓが形成されることによって、バックフォイル１１（中間フォイル１０）を軸方向で分離しなくてもよくなる。これにより、部品点数が削減される。また、図１１に示すように、バックフォイル１１（中間フォイル１０）は、突出部４０によって軸方向両側及び周方向両側において位置決めされるため、図７に示す係合部材３０及び切欠２６（切欠２７）、さらには蓋体５０も不要となる。したがって、部品点数が大幅に削減される。
　なお、第２実施形態は、図１３及び図１４に示す変形例を採用し得る。
　図１３は、本開示の第２実施形態の一変形例に係る軸受ハウジング１２の正面図である。図１４は、本開示の第２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模式的に示す正面図である。
　図１３に示すように、挿通孔１２ａには、突出部４０と突出部４０の隙間Ｓに対応する位置に、溝１４が形成されている。溝１４は、挿通孔１２ａの内周面よりも径方向外側に凹む窪みであり、例えばキー溝加工により形成することができる。
　図１４に示すように、バックフォイル１１は、溝１４上の周方向中央位置に山部１１ｃを備えている。また、中間フォイル１０は、溝１４上の周方向中央位置に平面部１０ｂを備えている。なお、バックフォイル１１（中間フォイル１０）の平面形状は、図１１に示す平面形状と略同じである。この構成によれば、リング状の突出部４０をキー溝加工等により削り取って、簡単に複数の突出部４０を形成できると共に、この加工により形成される溝１４を跨いでバックフォイル１１（中間フォイル１０）を配置できる。
　なお、第２実施形態は、図１５に示す変形例も採用し得る。
　図１５は、本開示の第２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模式的に示す正面図である。
　図１５に示すように、バックフォイル１１は、溝１４上の周方向中央位置の第２の谷部１１ｂ１に山部１１ｃと上下反転した第２の山部１１ｂ２を備えている。第２の山部１１ｂ２の径方向外側の頂部は、溝１４の底面に接する。なお、溝１４の底面を、符号１５で示すテーパ面(すなわち径方向外側に向けて狭まる楔形状)とすることで、第２の山部１１ｂ２の収まりが良くなる。
　以上、図面を参照しながら本開示の２つの実施形態と変形例について説明したが、本開示は上記実施形態と変形例に限定されない。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、上記第１実施形態において、リング状の突出部４０を複数列設けてもよい。また、リング状の突出部４０によって挿通孔１２ａの軸方向において分離した第１，第２のバックフォイル１１は、トップフォイル９を支持する支持剛性が異なっていてもよい。例えば、図１６に示すように、リング状の突出部４０が軸方向に離隔して２列設けられている場合、２列の突出部４０の間に配置された中央の第１のバックフォイル１１の山部１１ｃと谷部１１ｂのピッチが、２列の突出部４０の軸方向外側に配置された外側の第２のバックフォイル１１の山部１１ｃと谷部１１ｂのピッチよりも狭くてもよい。図１６は、２列の突出部４０の間に配置された中央の第１のバックフォイル１１の山部１１ｃと谷部１１ｂのピッチが、２列の突出部４０の軸方向外側に配置された外側の第２のバックフォイル１１の山部１１ｃと谷部１１ｂのピッチの略半分となっている例を示している。なお、トップフォイル９を支持する支持剛性が第１，第２のバックフォイル１１で異なる場合の説明のため、単純化のため、図１６では係合部材３０、切欠２６、係合溝２５などを省略して表示している。これにより、軸方向中央部に配置されたバックフォイル１１の剛性が高くなるため、トップフォイル９の軸方向中央付近の撓みを効果的に抑制できる。なお、支持剛性を変更する方法は様々であり、例えば、材質、厚み、ピッチ幅、単一山の幅(泡状のバンプフォイルの場合、泡の径)、また、場合により山（泡）の高さなどを変更してもよい。
　また、上記第２実施形態において、複数の突出部４０は挿通孔１２ａの内周面に点在させてもよい。また、バックフォイル１１の突出部４０に対応する位置に形成される孔部１１ｄは、切欠（凹み）ではなく貫通孔であってもよい。
本開示のラジアルフォイル軸受によれば、装置に大きな外力が作用したとき、シャフトの変位を抑制することができる。
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
１１　バックフォイル
１１ｂ　谷部
１１ｃ　山部
１１ｃ１　頂部
１１ｄ　孔部
１１Ａ　第１支持部
１１Ｂ　第２支持部
１１Ｃ　接続部
１２　軸受ハウジング
１２ａ　挿通孔
４０　突出部
４０ａ　頂壁部
Ｐ１　軸方向中央位置
Ｓ　隙間

Claims (8)

  1. 　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るバックフォイルと、
    　前記バックフォイルに支持されるトップフォイルと、
    　前記挿通孔の内周面から前記挿通孔の径方向内側に向かって突出し、前記トップフォイルを支持可能な突出部と、を備える、ラジアルフォイル軸受。
  2. 　前記バックフォイルは、前記突出部が嵌合される孔部を備える、請求項１に記載のラジアルフォイル軸受。
  3. 　前記突出部は、前記挿通孔の軸方向中央位置より±５％の範囲の軸方向位置に頂壁部を備える、請求項１または２に記載のラジアルフォイル軸受。
  4. 　前記突出部は、前記挿通孔の内周面の周方向に沿ってリング状に形成されている、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. 　前記突出部は、前記挿通孔の内周面の周方向に沿って隙間をあけて複数形成されている、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。
  6. 　前記バックフォイルは、前記挿通孔の軸方向において分離した、第１のバックフォイルと、第２のバックフォイルとを備え、
    　前記第１のバックフォイルと、前記第２のバックフォイルとは、前記突出部を挟み軸方向で対向している、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。
  7. 　前記第１のバックフォイルと、前記第２のバックフォイルとは、前記トップフォイルを支持する支持剛性が異なる、請求項６に記載のラジアルフォイル軸受。
  8. 　前記バックフォイルは、
    　前記突出部に対し軸方向第一の側に配置された第１支持部と、
    　前記突出部に対し軸方向第二の側に配置された第２支持部と、
    　前記隙間に配置され、前記第１支持部と前記第２支持部との間を接続する接続部と、を備える、請求項５に記載のラジアルフォイル軸受。
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