WO2020171021A1 - スラストフォイル軸受、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法 - Google Patents

スラストフォイル軸受、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法 Download PDF

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WO2020171021A1
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WO
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base plate
radial direction
insertion hole
inclined surfaces
thrust
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PCT/JP2020/006075
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English (en)
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Inventor
直陸 大森
Original Assignee
株式会社Ihi
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Publication date
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    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/042—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. axial foil bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21K1/00—Making machine elements
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a thrust foil bearing and a base plate for the thrust foil bearing.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-030418 filed in Japan on February 22, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Thrust foil bearings have a bearing surface made of a flexible foil (a thin metal plate) to absorb the movement of the rotating shaft (axial displacement and tilt of the thrust collar) caused by vibration or shock. Underneath, there is a foil structure for flexibly supporting the bearing surface.
  • Thrust foil bearings have a form in which multiple top foil pieces and back foil pieces are arranged in the circumferential direction.
  • the top foil piece is supported by the back foil piece, and the rotation of the thrust collar introduces a lubricating fluid between the top foil piece and the thrust collar.
  • This lubricating fluid forms a wedge-shaped fluid lubricating film between the top foil piece and the thrust collar, and the load capacity of the thrust foil bearing is exhibited.
  • a back foil having a constant height is inclined with respect to a flat surface extending in a direction orthogonal to the axial direction of the base plate. It is installed on the surface.
  • such an inclined surface causes a difference in height between the inner and outer circumferences of the base plate, and the gap between the top foil and the thrust collar on the outer circumference side becomes large, which may affect the load capacity of the thrust foil bearing.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the load capacity of thrust foil bearings.
  • a thrust foil bearing includes a base plate having an insertion hole through which a shaft is inserted and a support surface disposed around the insertion hole on one axial side of the insertion hole, and the support.
  • a back foil supported on a surface, and the support surface has a plurality of inclination angles that incline toward the other side in the axial direction of the base plate and become gradually shallower toward the outer side in the radial direction of the insertion hole.
  • the back foil has an inclined surface, and the back foil is divided into a plurality of divided areas in the radial direction by slits, and the plurality of divided areas are supported by the plurality of inclined surfaces.
  • a step is formed between the adjacent inclined surfaces in the radial direction among the plurality of inclined surfaces.
  • the slit is formed at a radial position facing the step in the axial direction.
  • a thrust foil bearing according to a fourth aspect of the present disclosure is the thrust foil bearing according to the second or third aspect, wherein an inner end edge of at least one of the plurality of divided regions in the radial direction defines the divided regions. It extends to the inner side in the radial direction from the step on the inner end edge side in the radial direction of the inclined surface to be supported.
  • a method for manufacturing a base plate of a thrust foil bearing according to a fifth aspect of the present disclosure an insertion hole through which a shaft is inserted, a flat surface that extends in a direction orthogonal to an axial direction of the insertion hole, and an inclination angle with respect to the flat surface.
  • a method of manufacturing a base plate for a thrust foil bearing which has a plurality of inclined surfaces that become shallower toward the outside in the radial direction of the insertion hole, and the plurality of inclined surfaces are formed by press working.
  • a method for manufacturing a base plate of a thrust foil bearing according to a sixth aspect of the present disclosure is the fifth aspect, wherein the press working uses a plurality of molds having inclination angles corresponding to the plurality of inclined surfaces, Forming the plurality of inclined surfaces.
  • the load capacity of the thrust foil bearing can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view showing a thrust foil bearing according to a first embodiment of the present disclosure. It is a principal part sectional drawing of the thrust foil bearing shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a top foil piece and a back foil piece shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of a support surface of a base plate that supports the back foil piece shown in FIG. 5. It is a schematic diagram of the arrow A shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of forming a plurality of inclined surfaces on the base plate according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a top foil piece and a back foil piece shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of a support surface of a base plate that supports the back foil piece shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of forming a plurality of
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of forming a plurality of inclined surfaces on the base plate according to the first embodiment of the present disclosure.
  • Part (a) is an explanatory diagram illustrating the operation of the support surface having a plurality of inclined surfaces according to the first embodiment of the present disclosure, and part (b) does not have a plurality of inclined surfaces as a comparative example. It is explanatory drawing explaining the example in the case of the conventional single support surface (inclination surface).
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing a support surface of a base plate according to the second embodiment of the present disclosure. It is a schematic diagram of the arrow C shown in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing a support surface of a base plate according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a side view showing an example of a turbomachine to which the thrust foil bearing of the present disclosure is applied.
  • reference numeral 1 is a rotating shaft (shaft)
  • reference numeral 2 is an impeller provided at the tip of the rotating shaft
  • reference numeral 3 is a thrust foil bearing according to the present disclosure.
  • Disk-shaped thrust collar 4 is attached to the rotating shaft 1.
  • the thrust collar 4 is sandwiched between a pair of thrust foil bearings 3.
  • the impeller 2 is arranged in a housing 5 that is a stationary side (a member that is stationary without rotating with respect to the rotating impeller 2 ), and has a tip clearance 6 with the housing 5.
  • the rotary shaft 1 is supported by a radial foil bearing 7.
  • FIG. 2 is a side view showing the thrust foil bearing 3 of the present disclosure.
  • the thrust foil bearings 3 are provided in a pair on both sides with the thrust collar 4 interposed therebetween.
  • the pair of thrust foil bearings 3 have the same structure.
  • the thrust foil bearing 3 includes a top foil 10, a back foil 20, and a base plate 30.
  • a cylindrical bearing spacer 40 indicated by a chain double-dashed line is sandwiched between the base plates 30 of the pair of thrust foil bearings 3.
  • the base plates 30 are connected by fastening bolts 41 via bearing spacers 40.
  • a through hole 42 for inserting the fastening bolt 41 is formed in the outer peripheral portion of the base plate 30. It should be noted that one of the base plates 30 thus connected is in contact with the housing 5 by tightening with the tightening bolts 41.
  • FIG. 3 is a plan view showing the thrust foil bearing 3 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts of the thrust foil bearing 3 shown in FIG.
  • the base plate 30 has an insertion hole 30a through which the rotary shaft 1 is inserted.
  • the positional relationship of each member may be described with reference to the insertion hole 30a.
  • the “axial direction” refers to the direction in which the insertion hole 30a extends (the direction in which the rotary shaft 1 is inserted).
  • the "radial direction” means the radial direction of the insertion hole 30a.
  • the "circumferential direction” means the circumferential direction along the inner peripheral surface of the insertion hole 30a. Alternatively, it can also be said to be a “radial direction” and a “circumferential direction” viewed from the axis center of the rotary shaft 1 inserted through the insertion hole 30a.
  • the base plate 30 constitutes the outermost portion (anti-thrust collar side) of the thrust foil bearing 3 in the axial direction.
  • the base plate 30 has an insertion hole 30a formed therein. That is, the base plate 30 of the present disclosure is a disc-shaped member in which the insertion hole 30a is formed. However, as long as it has the insertion hole 30a, the base plate 30 may be a member (for example, a rectangular plate shape) other than the disk shape. Further, the insertion hole 30a does not necessarily have to be a strict cylindrical shape.
  • the base plate 30 is formed of, for example, a metal plate having a thickness of about several mm.
  • the top foil 10 and the back foil 20 are arranged around the insertion hole 30a (opening) in the flat surface 30b of the base plate 30 arranged so as to face the thrust collar 4.
  • the top foil 10 is supported by the back foil 20, and the back foil 20 is supported by the base plate 30. That is, the top foil 10 is also supported by the base plate 30 via the back foil 20.
  • each of the top foil 10 and the back foil 20 is formed of a plurality of (six) top foil pieces 11 and back foil pieces 21.
  • the base plate 30 supports six top foil pieces 11 and six back foil pieces 21 at equal intervals in the circumferential direction of the flat surface 30b.
  • the number of top foil pieces 11 and back foil pieces 21 is not limited to six.
  • the top foil 10 of the present disclosure is formed by thin metal plates (top foil pieces 11) arranged in the circumferential direction.
  • the top foil piece 11 extends upward from one side in the circumferential direction (upstream side in the rotational direction of the rotary shaft 1) toward the other side in the circumferential direction (downstream side in the rotational direction of the rotary shaft 1) (front side in FIG. 3 or the base plate).
  • 30 includes an inclined portion 12 that is inclined toward the top foil piece 11 in the axial direction), and an attachment portion 13 that is connected to one side of the inclined portion 12 in the circumferential direction and that is attached to the base plate 30.
  • the rotation direction of the rotary shaft 1 refers to the direction of the arrow displayed on the rotary shaft 1 in FIG.
  • the inclined portion 12 is formed in a substantially trapezoidal shape in which a fan-shaped apex side is cut out and an inner peripheral side and an outer peripheral side are arcuate. That is, the inclined portion 12 is separated in the circumferential direction and has two end edges extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side, an inner peripheral side edge connecting the two inner peripheral sides, and two end edges. Is provided on the outer peripheral side.
  • An edge (hereinafter, referred to as an end portion 12a on the other side in the circumferential direction) extending from the inner circumferential side on the other side in the circumferential direction to the outer circumferential side of the inclined portion 12 is a free end.
  • the edge extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side on one circumferential side of the inclined portion 12 is connected to the mounting portion 13 via the bent portion 14.
  • the bent portion 14 is composed of a first bend and a second bend located on the other circumferential side of the first bend.
  • the first bend is bent on the back side of the surface of the top foil piece 11 facing the base plate 30.
  • the second bend is bent toward the surface of the top foil piece 11 that faces the base plate 30. That is, the bent portion 14 has a step shape. Both the first bend and the second bend are obtuse angles.
  • the inclined portion 12 located on the other circumferential side of the bent portion 14 is supported by the support portion 22 of the back foil piece 21.
  • the inclined portion 12 supported by the support portion 22 is arranged so as to be inclined at an initial inclination angle so as to gradually move away from the base plate 30 from one side in the circumferential direction toward the other side in the circumferential direction.
  • the initial inclination angle means the inclination angle of the top foil piece 11 with respect to the base plate 30 when the load is zero.
  • the base plate 30 of the present disclosure has a flat surface 30b extending in a direction orthogonal to the axial direction, and the inclined portion 12 is inclined with respect to the flat surface 30b.
  • the mounting portion 13 is connected to one side of the bent portion 14 in the circumferential direction (first bent side).
  • the mounting portion 13 is formed in a strip shape with the same length as the bent portion 14 in the radial direction, and spot-welded (dot-welded) to the base plate 30. That is, this welding position is the attachment position of the top foil piece 11 to the base plate 30.
  • the top foil piece 11 can be attached to the base plate 30 not only by spot welding but also by screwing, for example. Further, the mounting portion 13 and the bent portion 14 do not necessarily have to have the same length in the radial direction.
  • the back foil 20 is formed by thin metal plates (back foil pieces 21) arranged in the circumferential direction.
  • the back foil piece 21 has a support portion 22 that supports the inclined portion 12 of the top foil piece 11.
  • the support portion 22 is a corrugated foil (bump foil) in which peak portions 22a and valley portions 22b are alternately formed.
  • the support portion 22 elastically supports the inclined portion 12 of the top foil piece 11.
  • the supporting portion 22 is, for example, a bump foil, a spring foil described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-57652, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-270904, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-299748.
  • the back foil described in, etc. can be used.
  • the spring foil described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-57652 and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-270904 and the back foil described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-299748 are used for radial bearings. These foils are used, but if they are developed in a plane shape and formed into an annular plate shape, they become foils (support portions 22) used in the thrust foil bearing 3.
  • the support 22 of the present disclosure is formed of bump foil.
  • the support portion 22 is formed to be slightly smaller than the inclined portion 12 of the top foil piece 11 in the plan view shown in FIG. Therefore, the support portion 22 is covered with the inclined portion 12.
  • the support portion 22 is formed in a substantially trapezoidal shape in which the apex side of the sector is cut out and the inner peripheral side and the outer peripheral side are arcuate. That is, the support portion 22 is separated in the circumferential direction and has two end edges extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side, an inner peripheral side edge connecting the two inner peripheral sides, and two end edges. Is provided on the outer peripheral side.
  • the support portion 22 has a normal direction (hereinafter, referred to as a first direction) orthogonal to an end edge (hereinafter, referred to as a back foil first end portion 21a) extending from the inner circumferential side to the outer circumferential side on the other side in the circumferential direction of the support portion 22. ), the valleys 22b and the peaks 22a are alternately arranged.
  • the first direction is also referred to as a direction orthogonal to the ridgeline of the mountain portion 22a. Further, one side in the first direction indicates the left side of the paper in FIG. 5 described later, and the other side in the first direction indicates the right side of the paper in FIG. 5 described later.
  • the above-mentioned "circumferential direction” and "first direction” are directions of different concepts.
  • the valley portion 22b has a flat surface and faces the base plate 30.
  • the mountain portion 22a is an arch-shaped portion that connects the adjacent valley portions 22b.
  • the back foil piece 21 is supported by the base plate 30. Therefore, the valley portion 22b can contact the base plate 30.
  • Both end portions of the support portion 22, that is, the back foil first end portion 21a and the end portion on one side in the circumferential direction of the support portion 22 (hereinafter, the back foil second end portion 21b) are respectively formed by the valley portions 22b. There is.
  • the valleys 22b and the peaks 22a are formed at substantially equal pitches. Further, the height of the peak portion 22a (the difference in height between the valley portion 22b and the peak portion 22a) is formed to be a constant height.
  • a support surface 31 that supports the support portion 22 is formed on the base plate 30. The support surface 31 is arranged around the insertion hole 30a on one axial side of the insertion hole 30a.
  • the support surface 31 is an inclined surface that gradually increases (approaches the flat surface 30b) with respect to the flat surface 30b of the base plate 30 toward the other side in the first direction (the right side of the drawing in FIG. 4). In other words, the support surface 31 is inclined toward the other side (back surface side) of the base plate 30 in the axial direction.
  • the inclined portion 12 of the top foil piece 11 on the back foil piece 21 supported by the support surface 31 is inclined with respect to the flat surface 30b.
  • the orientation of the other side in the first direction does not match the orientation of the other side in the circumferential direction, but the angle between them is an inferior angle.
  • the back foil first end 21 a of the back foil piece 21 is spot-welded (dot-welded) to the base plate 30. That is, this welding position is the attachment position of the back foil piece 21 to the base plate 30. That is, in the present disclosure, the attachment position of the back foil piece 21 is the valley portion 22b (the back foil first end portion 21a) located at the end on the other side in the first direction (on the right side of the paper surface in FIG. 4).
  • the valley portion 22b (the back foil second end portion 21b) located at the end of the back foil piece 21 on one side in the first direction (left side in the drawing in FIG. 4) is a free end. That is, when a load acts on the back foil piece 21, the back foil second end portion 21b can move toward the one side in the first direction.
  • the attachment of the back foil piece 21 to the base plate 30 can be performed by, for example, screwing other than spot welding. ..
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of the top foil piece 11 and the back foil piece 21 shown in FIG.
  • the back foil second end portion 21b (free end) of the back foil piece 21 of the present disclosure is formed by a plurality of edges separated from the inner peripheral side to the outer peripheral side. That is, the back foil piece 21 is formed with a plurality of slits 24 extending in the circumferential direction from the back foil second end 21b to the back foil first end 21a. Therefore, the back foil piece 21 is divided into a plurality of divided regions 25 in the radial direction by the plurality of slits 24. Specifically, one side of the back foil piece 21 in the circumferential direction (upstream side in the rotation direction) is divided into a plurality (four in the present disclosure) of divided regions 25 in the radial direction.
  • Each of the four divided areas 25 can be displaced in the first direction.
  • a slit 24 is formed between the four divided areas 25.
  • the slit 24 of the present disclosure is formed in an arc shape that forms a part of a concentric circle with the insertion hole 30a. Further, the slit 24 of the present disclosure extends to the mountain portion 22a adjacent to the attachment position (back foil first end portion 21a) of the back foil piece 21 with respect to the base plate 30. That is, the slit 24 extends to a position between the mounting position of the back foil piece 21 and the valley 22b adjacent to one side of the mounting position in the circumferential direction.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of the support surface 31 of the base plate 30 that supports the back foil piece 21 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the arrow A shown in FIG.
  • the support surface 31 of the base plate 30 is formed to be slightly larger than the back foil piece 21.
  • the support surface 31 is formed in a substantially trapezoidal shape in which a fan-shaped apex side is notched and the inner peripheral side and the outer peripheral side are arcuate. That is, the support surface 31 is separated in the circumferential direction and has two end edges extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side, an inner peripheral side edge connecting the two inner peripheral sides, and two end edges. Is provided on the outer peripheral side.
  • the boundary of the support surface 31 does not have to be clearly defined by a step or the like.
  • the support surface 31 of the present disclosure is formed by a plurality of (four in the present disclosure) inclined surfaces 31 a to 31 d that are separated in the radial direction.
  • the inclined surface 31a is arranged on the outermost peripheral side, and inclined surfaces 31b, 31c, 31d are arranged in order from the inclined surface 31a toward the inner side in the radial direction.
  • the plurality of inclined surfaces 31a to 31d are respectively described above from the edge extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side on the other side in the circumferential direction of the support surface 31 (hereinafter, referred to as the end 31A on the other side in the circumferential direction of the support surface 31).
  • the support surface 31 inclines toward the back surface side of the base plate 30 as it goes toward the one side in the first direction.
  • the back foil first end portion 21a attached to the end portion 31A on the other side in the circumferential direction of the support surface 31 has a constant radial height in the axial direction.
  • the plurality of inclined surfaces 31a to 31d are at a position parallel to the back foil first end 21a, and the heights of the respective inclined surfaces 31a to 31d are individually constant.
  • the inclination angles ⁇ 1 to ⁇ 4 with respect to the flat surface 30b gradually become shallower (smaller) toward the outer side in the radial direction of the insertion hole 30a. That is, the inclination angle ⁇ 1 of the inclined surface 31a arranged on the outermost peripheral side is the shallowest (smallest), the inclination angle ⁇ 2 of the inclined surface 31b, the inclination angle ⁇ 3 of the inclined surface 31c, and the inclination angle ⁇ 4 of the inclined surface 31d become deeper in this order ( It is getting bigger).
  • the inclination angles ⁇ 1 to ⁇ 4 may be set within a range of the initial inclination angle ⁇ of the inclined portion 12 of the top foil piece 11 shown in FIG. 4, and for example, even if the initial inclination angle ⁇ is set to a value obtained by dividing the initial inclination angle ⁇ into four equal parts. Good.
  • a step 32 is formed between the adjacent inclined surfaces in the radial direction.
  • the step 32 of the present disclosure is formed in an arc shape that forms a part of a concentric circle with the insertion hole 30a.
  • the step 32 of the present disclosure includes an end edge (hereinafter, referred to as a circumference of the support surface 31) extending from an end portion 31A on the other side in the circumferential direction of the support surface 31 to an outer peripheral side from an inner circumferential side on one circumferential direction side of the support surface 31. It is extended to the end 31B on one side in the direction).
  • the steps 32 and the positions of the slit 24 in the radial direction coincide with each other. That is, the slit 24 is formed at a radial position facing the step 32 in the axial direction.
  • the plurality of slits 24 extend to a position parallel to the back foil first end 21a. That is, the root (groove end) of each slit 24 is provided with a radius, and the straight line extending in the radial direction connecting the radiuses is parallel to the back foil first end 21a.
  • the step 32 of the base plate 30 of the present disclosure is formed from the position where the plurality of slits 24 are rounded toward one side in the circumferential direction (the upstream side in the rotation direction). Further, in the present disclosure, the step 32 increases toward the one side in the circumferential direction.
  • the step 32 of the base plate 30 may extend to the other side in the circumferential direction (downstream side in the rotation direction) than the position where the plurality of slits 24 are rounded. However, the step 32 of the base plate 30 does not extend beyond the back foil first end 21a.
  • the four divided regions 25 of the back foil piece 21 that are radially divided by the slit 24 are supported by the four inclined surfaces 31 a to 31 d that are radially divided by the step 32. That is, the four divided areas 25 are supported by the four inclined surfaces 31a to 31d in a one-to-one correspondence.
  • the radial dimension of one inclined surface and one divided area 25 supported by the inclined surface is, for example, if the dimension of the inclined surface (for example, the inclined surface 31a) is W1 and the dimension of the divided area 25 is W2, It has a relationship of W1>W2.
  • the base plate 30 having the plurality of inclined surfaces 31a to 31d having the above-described configuration can be formed by, for example, press working as shown in FIGS. 8 and 9.
  • 8 and 9 are explanatory diagrams showing a process of forming the plurality of inclined surfaces 31a to 31d on the base plate 30 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • a mold 100 having a convex surface 101a on the pressing surface as shown in part (a) of FIG. 8 may be used.
  • the mold 100 is provided with a convex portion 101a on the press surface, the tip end surface of which is inclined at an inclination angle ⁇ 1 in the first direction (the left-right direction of the paper surface in FIG. 8). That is, the tip end surface of the convex portion 101a extends toward the flat surface 30b of the base plate 30 as it goes toward one side in the first direction (on the right side of the paper surface in FIG. 8). Further, the tip end surface of the convex portion 101a is formed in a substantially trapezoidal shape similar to the inclined surface 31a shown in the plan view of FIG.
  • the flat surface 30b of the base plate 30 is pressed.
  • an inclined surface 31a to which the shape of the convex portion 101a of the mold 100 is transferred is formed on the flat surface 30b of the base plate 30.
  • the flat surface 30b of the base plate 30 can be formed with the tilted surface 31a tilted at the tilt angle ⁇ 1 with respect to the flat surface 30b.
  • a mold 100 having a convex surface 101b on the pressing surface as shown in FIG. 9B may be used.
  • the die 100 is provided with a convex portion 101b on the pressing surface, the front end surface of which is inclined at an inclination angle ⁇ 2 in the first direction (the horizontal direction of the paper surface in FIG. 8).
  • the tip surface of the convex portion 101b is formed in a substantially trapezoidal shape similar to the inclined surface 31b shown in FIG. 6 described above.
  • the time required to process the plurality of inclined surfaces 31a to 31d is shortened and the cost is reduced. Further, by applying the press working which is cheaper than the cutting work in this way, the base plate 30 can be easily mass-produced.
  • the pressing of the plurality of inclined surfaces 31a to 31d may be performed in the order of increasing inclination angle (the order of the inclined surfaces 31d, 31c, 31b, 31a) or in any order.
  • the inclined surfaces 31a to 31d may be formed by one press.
  • the entire surface of the support surface 31 (having an inclination angle of 0) with a mold having the same inclination angle ⁇ 1 as the shallowest inclined surface 31a
  • the entire surface of the support surface 31 (excluding the inclination angle ⁇ 1 of the inclination angle ⁇ 1 The surface) may be press-processed with a mold having the same inclination angle ⁇ 2 as the next shallower inclined surface 31b, and the same may be repeated to form an inclined surface gradually deeper inward in the radial direction. ..
  • the thrust foil bearing 3 including the base plate 30 having such a configuration will be described.
  • the thrust foil bearings 3 are provided on both sides sandwiching the thrust collar 4. Therefore, the movement of the rotary shaft 1 on both sides in the thrust direction can be suppressed.
  • the back foil piece 21 is supported by the support surface 31 that is inclined with respect to the flat surface 30 b of the base plate 30.
  • the support surface 31 is inclined toward one side in the first direction (left side in FIG. 6) orthogonal to the back foil first end portion 21a extending in the radial direction of the back foil piece 21.
  • the plurality of inclined surfaces 31a to 31d forming the support surface 31 have the same height at the circumferential position for supporting the back foil first end portion 21a, but move to one side in the circumferential direction from the circumferential position. (For example, if the line BB is drawn at the same angle in FIG.
  • the tilt stroke (for example, the length of the arrow indicated by the symbol L1) of the tilted surface arranged radially inward is determined by the difference between the inner circumference and the outer circumference of the base plate 30. This is shorter than the tilt stroke (for example, the length of the arrow indicated by reference sign L2) of the tilted surface arranged on the radially outer side. That is, it can be said that the inclination stroke becomes longer in the order of reference symbols L1 to L4 from the inner circumference side to the outer circumference side.
  • FIG. 10A is an explanatory diagram illustrating the operation of the support surface 31 having the plurality of inclined surfaces 31a to 31d according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10B is a comparative example. It is explanatory drawing explaining the example in the case of the conventional single support surface 31 (inclined surface) which does not have several inclined surface 31a-31d.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a circumferential position corresponding to the line BB shown in FIG.
  • the line BB shown in FIG. 6 is a straight line extending in the radial direction. That is, FIG. 10 is a cross-sectional view when the base plate 30 is radially cut. Note that, in FIG.
  • the inclination of 31 (inclined surface) is exaggerated and expressed.
  • the actual inclination angle of the support surface 31 is, for example, about 0.1°, and the support surface 31 looks like a substantially flat surface.
  • the conventional single support surface 31 (inclined surface) shown in part (b) of FIG. 10 will be described.
  • the outer peripheral side becomes lower than the inner peripheral side at the same circumferential position, and the outer peripheral side is largely separated from the thrust collar 4 in the axial direction.
  • the gap between the thrust collar 4 and the top foil piece 11 has a dimension D on the inner peripheral side of the base plate 30, whereas the gap has a dimension D2 larger than the dimension D on the outer peripheral side of the base plate 30. If the gap between the thrust collar 4 and the top foil piece 11 becomes large, it becomes difficult to form the above-mentioned fluid lubrication film well.
  • the support surface 31 having the plurality of inclined surfaces 31a to 31d shown in part (a) of FIG. 10 of the present disclosure is different from the flat surface 30b of the inclined surfaces 31a to 31d in spite of the difference in inner and outer circumferences of the base plate 30 described above. Since the inclination angle becomes shallower (smaller) in order toward the outer side in the radial direction of the insertion hole 30a, the top foil piece 11 on the outer peripheral side is lifted to the thrust collar 4 side via the back foil piece 21, and the outer peripheral side is formed. The gap between the thrust collar 4 and the top foil piece 11 can be made close to the dimension D1 similar to the dimension D on the inner peripheral side. As a result, the above-described fluid lubrication film can be satisfactorily formed also on the outer peripheral side of the base plate 30.
  • the base plate 30 having the insertion hole 30a through which the rotary shaft 1 is inserted and the support surface 31 arranged around the insertion hole 30a on one axial side of the insertion hole 30a.
  • the back foil 20 disposed on the support surface 31, and the support surface 31 is inclined toward the other side in the axial direction of the base plate 30 such that the inclination angle becomes gradually smaller toward the outer side in the radial direction of the insertion hole 30a.
  • the back foil 20 is divided into a plurality of divided regions 25 in the radial direction by the slit 24, and the plurality of divided regions 25 are supported by the plurality of inclined faces 31a to 31d.
  • a step 32 is formed between the adjacent inclined surfaces 31a to 31d in the radial direction, and the slit 24 is formed. It is formed at a radial position facing the step 32 in the axial direction.
  • the plurality of divided regions 25 can be deformed by the slits 24 at the same radial position as the step 32, so that the plurality of inclined surfaces 31a to 31d having different inclination angles have a plurality of divided regions of the back foil piece 21.
  • the divided area 25 can be mounted well.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view showing the support surface 31 of the base plate 30 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic view of arrow C shown in FIG. 11.
  • the second embodiment is different from the above embodiments in that the number of divisions of the inclined surface 31 of the support surface 31 is smaller than the number of divisions of the division region 25 of the back foil piece 21.
  • the support surface 31 of the second embodiment is formed by a plurality of (two in the present disclosure) inclined surfaces 31f and 31e that are separated in the radial direction.
  • the inclined surfaces 31f and 31e are arranged on the outermost peripheral side, and the inclined surface 31f is arranged radially inward of the inclined surface 31e.
  • the inclined surfaces 31f and 31e are flattened from the end portion 31A on the other side in the circumferential direction of the support surface 31 toward the one side in the above-described first direction (toward the direction indicated by the symbols L5 and L6 in FIG. 11). It is inclined with respect to the surface 30b.
  • the inclination angles ⁇ 5 and ⁇ 6 with respect to the flat surface 30b gradually become shallower (smaller) toward the outer side in the radial direction of the insertion hole 30a. That is, the inclination angle ⁇ 5 of the inclined surface 31e arranged on the outermost peripheral side is shallow (small), and the inclination angle ⁇ 6 of the inclined surface 31f arranged on the inner peripheral side of the inclined surface 31e is deep (large).
  • the inclination angles ⁇ 5 and ⁇ 6 may be set within the range of the initial inclination angle ⁇ of the inclined portion 12 of the top foil piece 11 shown in FIG. 4, for example, the initial inclination angle ⁇ is set to a value obtained by dividing the initial inclination angle ⁇ into two equal parts. May be.
  • one step 32 is formed between the inclined surfaces 31f and 31e that are adjacent in the radial direction.
  • the step 32 is formed in an arc shape that forms a part of a concentric circle with the insertion hole 30a.
  • the step 32 of the present disclosure extends from the end portion 31A on the other side in the circumferential direction of the support surface 31 to the end portion 31B on the one side in the circumferential direction of the support surface 31.
  • the step 32 and one of the slits 24 face each other in the axial direction. That is, the three slits 24 have two slits 24 that do not face the step 32 in the axial direction.
  • the four divided regions 25 of the back foil piece 21 that are radially divided by the slit 24 are supported by the two inclined surfaces 31f and 31e that are radially divided by the step 32. .. That is, the four divided regions 25 are supported by the two inclined surfaces 31f and 31e, two each.
  • the load capacity of the thrust foil bearing 3 can be improved, as in the first embodiment described above.
  • the inclination processing of the support surface 31 is simplified as compared with the above-described first embodiment, so that the base plate 30 can be easily manufactured.
  • FIG. 13 is an enlarged plan view showing the support surface 31 of the base plate 30 according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the third embodiment differs from the above-described embodiments in that the step 32 of the support surface 31 and the radial position of the slit 24 of the back foil piece 21 do not match.
  • the four divided regions 25 of the back foil piece 21 that are radially divided by the slit 24 are supported by the four inclined surfaces 31a to 31d that are radially divided by the step 32.
  • the inner end edge 25a of the divided region 25 extends to the inner side in the radial direction than the step 32 on the inner end edge side in the radial direction of the inclined surface (for example, the inclined surface 31a) that supports the divided region 25.
  • the inner edge 25a of the divided region 25 supported by the inclined surface having a shallow inclination angle (for example, the inclined surface 31a) is shaped like a visor on the inclined surface having a large inclination angle (for example, the inclined surface 31b). It is overhanging. Therefore, when the radial dimensions of one inclined surface (for example, the inclined surface 31a) and one divided region 25 supported by the inclined surface are W1 and W2, respectively, there may be a relationship of W1 ⁇ W2. is there. Also with the above configuration, the plurality of divided areas 25 of the back foil piece 21 can be favorably placed on the plurality of inclined surfaces 31a to 31d having different inclination angles, and the plurality of divided areas 25 are independently formed by the slits 24. It becomes deformable.
  • the load capacity of the thrust foil bearing can be improved.

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Abstract

スラストフォイル軸受（３）は、回転軸が挿通される挿通孔（３０ａ）及び挿通孔（３０ａ）の軸方向の一方側において挿通孔（３０ａ）の周囲に配置された支持面（３１）を有するベースプレート（３０）と、支持面（３１）に配置されたバックフォイル（２０）と、を備え、支持面（３１）は、ベースプレート（３０）の軸方向の他方側に向かい傾斜する傾斜角が、挿通孔（３０ａ）の径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面（３１ａ～３１ｄ）を有し、バックフォイル（２０）は、スリット（２４）によって径方向において複数の分割領域（２５）に分かれ、複数の分割領域（２５）が複数の傾斜面（３１ａ～３１ｄ）に支持されている。

Description

スラストフォイル軸受、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法
　本発明は、スラストフォイル軸受、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法に関する。
　本願は、２０１９年２月２２日に日本国に出願された特願２０１９－０３０４１８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、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラストフォイル軸受が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。スラストフォイル軸受は、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き(スラストカラーの軸方向変位と傾き)を吸収できるように、軸受面が柔軟なフォイル(金属製薄板)によって形成されており、軸受面の下に軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有している。
　スラストフォイル軸受には、周方向に複数のトップフォイル片とバックフォイル片が配列された形態がある。トップフォイル片は、バックフォイル片に支持されており、スラストカラーの回転により、トップフォイル片とスラストカラーとの間に潤滑流体が導入される。この潤滑流体がトップフォイル片とスラストカラーとの間に楔状の流体潤滑膜を形成し、スラストフォイル軸受の負荷能力が発揮される。
日本国特許第６０６５９１７号公報
　上記従来技術では、トップフォイルとスラストカラーとの間に楔状の隙間を形成するために、一定の高さのバックフォイルを、ベースプレートの軸方向と直交する方向に広がる平坦面に対して傾斜した傾斜面に設置している。しかし、このような傾斜面は、ベースプレートの内外周で高さの差が生じ、外周側においてトップフォイルとスラストカラーとの隙間が大きくなり、スラストフォイル軸受の負荷能力に影響を与える場合がある。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされ、スラストフォイル軸受の負荷能力の向上を目的とする。
　本開示の第１の態様に係るスラストフォイル軸受は、シャフトが挿通される挿通孔及び前記挿通孔の軸方向の一方側において前記挿通孔の周囲に配置された支持面を有するベースプレートと、前記支持面に支持されたバックフォイルと、を備え、前記支持面は、前記ベースプレートの前記軸方向の他方側に向かい傾斜する傾斜角が、前記挿通孔の径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面を有し、前記バックフォイルは、スリットによって前記径方向において複数の分割領域に分かれ、前記複数の分割領域が前記複数の傾斜面に支持されている。
　本開示の第２の態様に係るスラストフォイル軸受は、第１の態様において、前記複数の傾斜面のうち、前記径方向で隣り合う傾斜面の間には、段差が形成されている。
　本開示の第３の態様に係るスラストフォイル軸受は、第２の態様において、前記スリットは、前記軸方向において前記段差と対向する径方向位置に形成されている。
　本開示の第４の態様に係るスラストフォイル軸受は、第２または第３の態様において、前記複数の分割領域のうち、少なくとも一つの分割領域の前記径方向における内端縁が、該分割領域を支持する前記傾斜面の前記径方向の内端縁側の前記段差よりも、前記径方向の内側まで延伸している。
　本開示の第５の態様に係るスラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法は、シャフトが挿通される挿通孔と、前記挿通孔の軸方向と直交する方向に広がる平坦面と、前記平坦面に対する傾斜角が、前記挿通孔の径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面と、を有する、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法であって、前記複数の傾斜面をプレス加工により形成する。
　本開示の第６の態様に係るスラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法は、第５の態様において、前記プレス加工は、前記複数の傾斜面に対応した傾斜角を備える複数の金型を用いて、前記複数の傾斜面を形成する。
　本開示によれば、スラストフォイル軸受の負荷能力を向上できる。
スラスト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。 本開示のスラストフォイル軸受を示す側面図である。 本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受を示す平面図である。 図３に示すスラストフォイル軸受の要部断面図である。 図３に示すトップフォイル片及びバックフォイル片の拡大平面図である。 図５に示すバックフォイル片を支持するベースプレートの支持面の拡大平面図である。 図６に示す矢視Ａの模式図である。 本開示の第１実施形態に係るベースプレートに複数の傾斜面を形成する工程を示す説明図である。 本開示の第１実施形態に係るベースプレートに複数の傾斜面を形成する工程を示す説明図である。 （ａ）部は、本開示の第１実施形態に係る複数の傾斜面を有する支持面の作用を説明する説明図であり、（ｂ）部は、比較例として複数の傾斜面を有さない従来の単一の支持面（傾斜面）の場合の例を説明する説明図である。 本開示の第２実施形態に係るベースプレートの支持面を示す拡大平面図である。 図１１に示す矢視Ｃの模式図である。 本開示の第３実施形態に係るベースプレートの支持面を示す拡大平面図である。
　以下、図面を参照して本開示のスラストフォイル軸受を詳しく説明する。
　図１は、本開示のスラスト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は回転軸の先端部に設けられたインペラ、符号３は本開示に係るスラストフォイル軸受である。
　回転軸１には、円板状のスラストカラー４が取り付けられている。スラストカラー４は、一対のスラストフォイル軸受３に挟まれている。インペラ２は、静止側（回転するインペラ２に対して回転せずに静止している部材）となるハウジング５内に配置されており、ハウジング５との間にチップクリアランス６を有している。回転軸１は、ラジアルフォイル軸受７に支持されている。
　図２は、本開示のスラストフォイル軸受３を示す側面図である。
　スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んで両側に一対で設けられている。これら一対のスラストフォイル軸受３は、共に同じ構成である。スラストフォイル軸受３は、トップフォイル１０と、バックフォイル２０と、ベースプレート３０と、を備える。
一対のスラストフォイル軸受３のそれぞれのベースプレート３０の間には、二点鎖線で示す円筒状の軸受スペーサ４０が挟持されている。そして、これらベースプレート３０は、締結ボルト４１によって軸受スペーサ４０を介して連結されている。ベースプレート３０の外周部には、締結ボルト４１を挿通するための貫通孔４２が形成されている。なお、このように連結されたベースプレート３０のうちの一方は、締結ボルト４１による締め付けによってハウジング５に当接している。
　（第１実施形態）
　図３は、本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受３を示す平面図である。図４は、図３に示すスラストフォイル軸受３の要部断面図である。
　ベースプレート３０は、図３に示すように、回転軸１が挿通される挿通孔３０ａを有する。
　なお、以下の説明においては、挿通孔３０ａ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３０ａ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３０ａの径方向を言う。また、「周方向」とは、挿通孔３０ａの内周面に沿った周方向を言う。あるいは、挿通孔３０ａに挿通された回転軸１の軸心を基準に、当該軸心から視た「径方向」及び「周方向」とも言える。
　ベースプレート３０は、軸方向におけるスラストフォイル軸受３の最外部（反スラストカラー側）を構成している。ベースプレート３０には、挿通孔３０ａが形成されている。
　すなわち、本開示のベースプレート３０は、挿通孔３０ａが形成された円板状の部材である。しかし、挿通孔３０ａを有すれば、ベースプレート３０は、円板状以外の部材（例えば矩形板状）であってもよい。また、挿通孔３０ａについても、必ずしも厳密な円筒形状である必要はない。
　ベースプレート３０は、例えば、厚さ数ｍｍ程度の金属板から形成されている。スラストカラー４と対向して配置されるベースプレート３０の平坦面３０ｂにおける挿通孔３０ａ（開口）の周囲には、トップフォイル１０、バックフォイル２０が配置されている。具体的に、トップフォイル１０は、バックフォイル２０に支持され、バックフォイル２０は、ベースプレート３０に支持されている。つまり、トップフォイル１０は、バックフォイル２０を介し、ベースプレート３０にも支持されている。
　本開示では、トップフォイル１０、バックフォイル２０がいずれも複数枚（６枚）のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１によって形成されている。ベースプレート３０は、平坦面３０ｂの周方向において等間隔に６枚のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１を支持している。なお、トップフォイル片１１、バックフォイル片２１の枚数は、６枚に限定されない。
　本開示のトップフォイル１０は、周方向に配列された金属製の薄板（トップフォイル片１１）によって形成されている。トップフォイル片１１は、周方向一方側（回転軸１の回転方向上流側）から周方向他方側（回転軸１の回転方向下流側）に向かって上方（図３において紙面手前側、あるいは、ベースプレート３０からトップフォイル片１１に向かう方向の軸方向側）に傾斜する傾斜部１２と、傾斜部１２の周方向一方側に連設され、ベースプレート３０に取り付けられる取付部１３と、を有している。ここで、回転軸１の回転方向とは、図３の回転軸１に表示される矢印の向きをいう。
　傾斜部１２は、図３に示すように、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、傾斜部１２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。傾斜部１２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向他方側の端部１２ａと言う）は、自由端である。
　一方で、傾斜部１２の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁は、曲げ部１４を介して取付部１３に接続されている。曲げ部１４は、図４に示すように、第１の屈曲と、第１の屈曲の周方向他方側に位置する第２の屈曲とで構成されている。第１の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面の背面側に屈曲している。第２の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面側に屈曲している。つまり、曲げ部１４は、階段状である。なお、第１の屈曲、第２の屈曲は、いずれも鈍角である。
　曲げ部１４よりも周方向他方側に位置する傾斜部１２は、バックフォイル片２１の支持部２２に支持されている。支持部２２に支持された傾斜部１２は、周方向一方側から周方向他方側に向かうに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように初期傾斜角で傾斜して配置されている。ここで、初期傾斜角とは、荷重がゼロのときのベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の傾斜角を意味する。本開示のベースプレート３０は、軸方向に直交する方向に広がる平坦面３０ｂを有し、傾斜部１２は、当該平坦面３０ｂに対し傾斜している。
　取付部１３は、曲げ部１４の周方向一方側（第１の屈曲側）に接続されている。本開示では、この取付部１３は、径方向において曲げ部１４と同じ長さで帯状に形成され、ベースプレート３０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取付位置である。なお、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。また、取付部１３と曲げ部１４は、必ずしも径方向において同じ長さである必要はない。
　一方、バックフォイル２０は、図３に示すように、周方向に配列された金属製の薄板（バックフォイル片２１）によって形成されている。バックフォイル片２１は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を支持する支持部２２を有している。支持部２２は、図４に示すように、山部２２ａと谷部２２ｂが交互に形成された波型のフォイル（バンプフォイル）である。支持部２２は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を弾性的に支持している。
　なお、支持部２２としては、例えば、バンプフォイル、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を用いることができる。なお、日本国特開２００６－５７６５２号公報や日本国特開２００４－２７０９０４号公報に記載されているスプリングフォイル、日本国特開２００９－２９９７４８号公報に記載されているバックフォイルは、ラジアル軸受に用いられるフォイルであるが、これらを平面状に展開して円環板状に形成すれば、スラストフォイル軸受３に用いられるフォイル（支持部２２）となる。
　本開示の支持部２２は、バンプフォイルから形成されている。支持部２２は、図３に示す平面視で、トップフォイル片１１の傾斜部１２よりも一回り小さく形成されている。したがって、支持部２２は、傾斜部１２に覆われている。支持部２２は、傾斜部１２と同様に、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、支持部２２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。
　支持部２２には、支持部２２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、バックフォイル第１端部２１ａと言う）と直交する法線方向（以下、第１方向と言う）において、谷部２２ｂと山部２２ａが交互に連なっている。なお、第１方向は、山部２２ａの稜線と直交する方向とも言う。また、第１方向の一方側とは、後述する図５において紙面左側を示し、第１方向の他方側とは、後述する図５において紙面右側を示す。ちなみに、上述した「周方向」と「第１方向」は、異なる概念の方向である。
　図４に示すように、谷部２２ｂは、平坦面を備えベースプレート３０に対向している。
　また、山部２２ａは、隣接する谷部２２ｂを繋ぐアーチ状の部位である。バックフォイル片２１は、ベースプレート３０に支持されている。そのため、谷部２２ｂは、ベースプレート３０と当接可能である。支持部２２の両端部、すなわち、バックフォイル第１端部２１ａと、支持部２２の周方向一方側の端部（以下、バックフォイル第２端部２１ｂ）は、それぞれ谷部２２ｂによって形成されている。
　本開示では、谷部２２ｂ及び山部２２ａは、それぞれほぼ等ピッチで形成されている。
　また、山部２２ａの高さ（谷部２２ｂと山部２２ａの高さの差）は、一定の高さで形成されている。ベースプレート３０には、支持部２２を支持する支持面３１が形成されている。支持面３１は、挿通孔３０ａの軸方向の一方側において挿通孔３０ａの周囲に配置されている。支持面３１は、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに対して、第１方向の他方側 （図４において紙面右側）に向かうに従って漸次高くなる（平坦面３０ｂに近づく）傾斜面になっている。言い換えると、支持面３１は、ベースプレート３０の軸方向の他方側（背面側）に向かい傾斜している。このため、支持面３１に支持されたバックフォイル片２１上のトップフォイル片１１の傾斜部１２は、平坦面３０ｂに対して傾斜する。なお、本開示において、第１方向の他方側と、周方向の他方側の向きは一致していないが、その間の角度は劣角である。
　バックフォイル片２１のバックフォイル第１端部２１ａは、ベースプレート３０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、ベースプレート３０に対するバックフォイル片２１の取付位置である。つまり、本開示において、バックフォイル片２１の取付位置は、第１方向の他方側（図４において紙面右側）の端に位置する谷部２２ｂ（バックフォイル第１端部２１ａ）である。
　また、バックフォイル片２１の第１方向の一方側（図４において紙面左側）の端に位置する谷部２２ｂ（バックフォイル第２端部２１ｂ）は、自由端である。すなわち、バックフォイル片２１に荷重が作用すると、バックフォイル第２端部２１ｂが、第１方向一方側に向かって移動することが可能である。なお、ベースプレート３０に対するバックフォイル片２１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。　
　図５は、図３に示すトップフォイル片１１及びバックフォイル片２１の拡大平面図である。
　図５に示すように、本開示のバックフォイル片２１のバックフォイル第２端部２１ｂ（自由端）は、内周側から外周側に分離した複数の端縁で形成される。すなわち、バックフォイル片２１には、バックフォイル第２端部２１ｂからバックフォイル第１端部２１ａに向かい周方向に延伸する複数のスリット２４が形成されている。このため、バックフォイル片２１は、複数のスリット２４によって、径方向において複数の分割領域２５に分かれている。具体的には、バックフォイル片２１は、周方向における一方側（回転方向の上流側）が、径方向において複数（本開示では４つ）の分割領域２５に分割されている。
　４つの分割領域２５は、それぞれ第１方向において変位可能である。４つの分割領域２５の間には、スリット２４が形成されている。本開示のスリット２４は、挿通孔３０ａと同心円の一部を形成する円弧状に形成されている。また、本開示のスリット２４は、ベースプレート３０に対するバックフォイル片２１の取付位置（バックフォイル第１端部２１ａ）と隣接する山部２２ａまで延伸している。つまり、バックフォイル片２１の取付位置と、当該取付位置の周方向一方側に隣接する谷部２２ｂとの間の位置までスリット２４が延伸している。
　図６は、図５に示すバックフォイル片２１を支持するベースプレート３０の支持面３１の拡大平面図である。図７は、図６に示す矢視Ａの模式図である。
　図６に示すように、ベースプレート３０の支持面３１は、バックフォイル片２１よりも一回り大きく形成されている。支持面３１は、バックフォイル片２１と同様に、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。
　すなわち、支持面３１は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。なお、支持面３１の境界は、段差などで明確にされていなくてもよい。
　本開示の支持面３１は、径方向において分離した複数（本開示では４つ）の傾斜面３１ａ～３１ｄによって形成されている。複数の傾斜面３１ａ～３１ｄは、傾斜面３１ａが最も外周側に配置され、傾斜面３１ａから径方向内側に向かって順に傾斜面３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが配置されている。複数の傾斜面３１ａ～３１ｄは、支持面３１の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、支持面３１の周方向他方側の端部３１Ａと言う）から、それぞれ上述した第１方向の一方側に向かって（図６において符号Ｌ１～Ｌ４が示す方向に向かって）、平坦面３０ｂに対し傾斜している。つまり、第１方向の一方側に向かうに従い、支持面３１がベースプレート３０の背面側に向かい傾斜していく。また、支持面３１の周方向他方側の端部３１Ａに取り付けられたバックフォイル第１端部２１ａは、軸方向における高さが径方向に一定である。さらに、本開示では、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄは、バックフォイル第１端部２１ａに平行な位置で、それぞれの傾斜面３１ａ～３１ｄにおいて個々に高さが一定である。
　図７に示すように、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄは、平坦面３０ｂに対する傾斜角θ１～θ４が、挿通孔３０ａの径方向の外側に向かうに従って順に浅く（小さく）なっている。つまり、最も外周側に配置された傾斜面３１ａの傾斜角θ１が最も浅く（小さく）、傾斜面３１ｂの傾斜角θ２、傾斜面３１ｃの傾斜角θ３、傾斜面３１ｄの傾斜角θ４の順に深く（大きく）なっている。傾斜角θ１～θ４は、図４に示すトップフォイル片１１の傾斜部１２の初期傾斜角度θの範囲内で設定するとよく、例えば、当該初期傾斜角度θを４等分した値に設定してもよい。
　図６に示すように、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄのうち、径方向で隣り合う傾斜面の間には、段差３２が形成されている。本開示の段差３２は、挿通孔３０ａと同心円の一部を形成する円弧状に形成されている。また、本開示の段差３２は、支持面３１の周方向他方側の端部３１Ａから、支持面３１の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、支持面３１の周方向一方側の端部３１Ｂと言う）まで延伸している。本開示では、段差３２とスリット２４の径方向位置が一致している。つまり、スリット２４は、軸方向において段差３２と対向する径方向位置に形成されている。
　また、本開示では、複数のスリット２４は、バックフォイル第１端部２１ａと平行となる位置まで延伸している。つまり、各スリット２４の根元（溝端）には、アールがつけられており、そのアール同士を結ぶ径方向に延びる直線がバックフォイル第１端部２１ａと平行である。
　また、本開示のベースプレート３０の段差３２は、複数のスリット２４のアールがつけられている位置から周方向一方側（回転方向上流側）に向かい形成されている。また、本開示では、周方向一方側に向かい段差３２が大きくなる。さらに、本開示のように、ベースプレート３０の段差３２は、複数のスリット２４のアールがつけられている位置よりも周方向他方側（回転方向下流側）まで延伸していてもよい。但し、ベースプレート３０の段差３２は、バックフォイル第１端部２１ａを越えてまでは延伸しない。
　また、本開示では、スリット２４によって径方向に分割されたバックフォイル片２１の４つの分割領域２５が、段差３２によって径方向に分割された４つの傾斜面３１ａ～３１ｄに支持されている。つまり、４つの分割領域２５が、４つの傾斜面３１ａ～３１ｄに一対一で支持されている。１つの傾斜面と、その傾斜面に支持される１つの分割領域２５の径方向における寸法は、例えば、傾斜面（例えば傾斜面３１ａ）の寸法をＷ１、分割領域２５の寸法をＷ２とすると、Ｗ１＞Ｗ２の関係を有している。
　上記構成の複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有するベースプレート３０は、例えば、図８及び図９に示すようなプレス加工によって形成することができる。
　図８及び図９は、本開示の第１実施形態に係るベースプレート３０に複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを形成する工程を示す説明図である。
　この工程のプレス加工では、図８の（ａ）部に示すような、凸部１０１ａをプレス面に備える金型１００を用いてもよい。
　金型１００は、プレス面に、第１方向（図８において紙面左右方向）において先端面が傾斜角θ１で傾斜した凸部１０１ａを備えている。つまり、凸部１０１ａの先端面は、第１方向の一方側（図８において紙面右側）に向かうに従って、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに向かって延びている。また、凸部１０１ａの先端面は、上述した図６の平面視に示す傾斜面３１ａと同様の略台形状に形成されている。
　この金型１００によって、図８の（ｂ）部に示すように、ベースプレート３０の平坦面３０ｂをプレスする。このプレス加工によって、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに、金型１００の凸部１０１ａの形状が転写した傾斜面３１ａが形成される。
　これにより、図８の（ｃ）部に示すように、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに、平坦面３０ｂに対して傾斜角θ１で傾斜した傾斜面３１ａを形成することができる。
　次の工程では、図９の（ｂ）部に示すような、凸部１０１ｂをプレス面に備える金型１００を用いてもよい。この金型１００は、プレス面に、第１方向（図８において紙面左右方向）において先端面が傾斜角θ２で傾斜した凸部１０１ｂを備えている。凸部１０１ｂの先端面は、上述した図６に示す傾斜面３１ｂと同様の略台形状に形成されている。
　この金型１００によって、図９の（ｂ）部に示すように、ベースプレート３０の平坦面３０ｂの傾斜面３１ａよりも内周側をプレスする。このプレス加工によって、傾斜面３１ａの内周側に、金型１００の凸部１０１ｂの形状が転写した傾斜面３１ｂが形成される。このように、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄに対応した傾斜角θ１～θ４を備える金型を用いて、順にスタンプ（プレス）していくことにより、図６に示すように、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに、径方向の外側に向かうに従って順に傾斜角が浅くなる複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを形成することができる。
　このような、ベースプレート３０の製造方法によれば、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄの加工に掛かる時間が短縮され、コストが下がる。また、このように、切削加工より安価なプレス加工を適用することにより、ベースプレート３０が量産し易くなる。
　なお、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄのプレスの順番は、傾斜角が深い順（傾斜面３１ｄ、３１ｃ、３１ｂ、３１ａの順）に行ってもよいし、順不同でも構わない。また、金型１００が、複数の傾斜角θ１～θ４を有する複数の凸部を備える場合は、傾斜面３１ａ～３１ｄを一回のプレスによって形成しても構わない。
　さらに、支持面３１の全面（傾斜角が０）を最も浅い傾斜面３１ａと同一の傾斜角θ１を有する金型でプレス加工した後、傾斜面３１ａを除く支持面３１の全面（傾斜角θ１の面）を、次に浅い傾斜面３１ｂと同一の傾斜角θ２を有する金型でプレス加工するなどし、これを繰り返すことで、径方向内側に向かって徐々に深い傾斜面を形成してもよい。
　次に、このような構成を有するベースプレート３０を備えるスラストフォイル軸受３の作用について説明する。
　スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んだ両側に設けている。そのため、回転軸１のスラスト方向両側の移動を抑制できる。
　このような状態で回転軸１が回転し、スラストカラー４が回転を始めると、スラストカラー４とトップフォイル片１１は擦れ合いつつ、両者の間に形成されたくさび形の空間に周囲流体が押し込まれる。そして、スラストカラー４が一定の回転速度に達すると、両者の間に流体潤滑膜が形成される。この流体潤滑膜の圧力によってトップフォイル片１１はバックフォイル片２１側へ押し付けられ、スラストカラー４はトップフォイル片１１との接触状態を脱し、非接触で回転するようになる。
　ここで、図６に示すように、バックフォイル片２１は、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに対し傾斜した支持面３１に支持されている。支持面３１は、バックフォイル片２１の径方向に延伸するバックフォイル第１端部２１ａと直交する第１方向の一方側（図６において紙面左側）に向かって傾斜している。支持面３１を形成する複数の傾斜面３１ａ～３１ｄは、バックフォイル第１端部２１ａを支持する周方向位置では高さが揃っているが、当該周方向位置よりも周方向一方側に移動すると（例えば図６において同一角度でＢ－Ｂ線を引くと）、ベースプレート３０の内外周差によって、径方向内側に配置された傾斜面の傾斜ストローク（例えば符号Ｌ１で示される矢印の長さ）の方が、径方向外側に配置された傾斜面の傾斜ストローク（例えば符号Ｌ２で示される矢印の長さ）よりも短くなる。つまり、傾斜ストロークは、内周側から外周側に向かって、符号Ｌ１～Ｌ４の順に長くなるとも言える。
　図１０は、（ａ）部は、本開示の第１実施形態に係る複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有する支持面３１の作用を説明する説明図であり、（ｂ）部は、比較例として複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有さない従来の単一の支持面３１（傾斜面）の場合の例を説明する説明図である。なお、図１０は、図６に示すＢ－Ｂ線に対応する周方向位置の断面模式図である。図６に示すＢ－Ｂ線は、径方向に延びる直線である。つまり、図１０は、ベースプレート３０を径方向に切断したときの断面図である。なお、図１０では視認性の向上のため、図１０の（ａ）部に示す複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有する支持面３１の傾き、図１０の（ｂ）部に示す単一の支持面３１（傾斜面）の傾き、をそれぞれ誇張して表現している。実際の支持面３１の傾斜角は例えば０．１°程度であり、支持面３１は略平坦面のようにも見える。
　先ず、従来の図１０の（ｂ）部に示す単一の支持面３１（傾斜面）について説明すると、この傾斜面３１は、上述したベースプレート３０の内外周差により、内周側よりも外周側の傾斜ストロークが長くなる結果、同一の周方向位置において内周側よりも外周側が低くなり、外周側がスラストカラー４に対して軸方向に大きく離間することとなる。
　つまり、ベースプレート３０の内周側では、スラストカラー４とトップフォイル片１１との隙間が寸法Ｄであるのに対し、ベースプレート３０の外周側では、当該隙間が寸法Ｄよりも大きい寸法Ｄ２となる。スラストカラー４とトップフォイル片１１との隙間が大きくなると、上述した流体潤滑膜を良好に形成することが困難になる。
　一方、本開示の図１０の（ａ）部に示す複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有する支持面３１は、上述したベースプレート３０の内外周差はあるものの、傾斜面３１ａ～３１ｄの平坦面３０ｂに対する傾斜角が、挿通孔３０ａの径方向の外側に向かうに従って順に浅く（小さく）なっているため、バックフォイル片２１を介して外周側のトップフォイル片１１をスラストカラー４側に持ち上げて、外周側におけるスラストカラー４とトップフォイル片１１との隙間を、内周側の寸法Ｄと同様の寸法Ｄ１まで近づけることができる。これにより、ベースプレート３０の外周側においても、上述した流体潤滑膜を良好に形成することができる。
　したがって、上述した第１実施形態によれば、回転軸１が挿通される挿通孔３０ａ及び挿通孔３０ａの軸方向の一方側において挿通孔３０ａの周囲に配置された支持面３１を有するベースプレート３０と、支持面３１に配置されたバックフォイル２０と、を備え、支持面３１は、ベースプレート３０の軸方向の他方側に向かい傾斜する傾斜角が、挿通孔３０ａの径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面３１ａ～３１ｄを有し、バックフォイル２０は、スリット２４によって径方向において複数の分割領域２５に分かれ、複数の分割領域２５が複数の傾斜面３１ａ～３１ｄに支持されている、という構成を採用することによって、スラストフォイル軸受３の負荷能力を向上できる。
　また、本開示においては、図６に示すように、複数の傾斜面３１ａ～３１ｄのうち、径方向で隣り合う傾斜面３１ａ～３１ｄの間には、段差３２が形成されており、スリット２４は、軸方向において段差３２と対向する径方向位置に形成されている。この構成によれば、段差３２と同じ径方向位置において、複数の分割領域２５がスリット２４によって変形可能となるため、傾斜角の異なる複数の傾斜面３１ａ～３１ｄに、バックフォイル片２１の複数の分割領域２５を良好に載置できる。
　（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１１は、本開示の第２実施形態に係るベースプレート３０の支持面３１を示す拡大平面図である。図１２は、図１１に示す矢視Ｃの模式図である。
　図１１に示すように、第２実施形態では、支持面３１の傾斜面３１の分割数が、バックフォイル片２１の分割領域２５の分割数よりも少ない点で、上記実施形態と異なる。
　第２実施形態の支持面３１は、径方向において分離した複数（本開示では２つ）の傾斜面３１ｆ、３１ｅによって形成されている。傾斜面３１ｆ、３１ｅは、傾斜面３１ｅが最も外周側に配置され、傾斜面３１ｅよりも径方向内側に傾斜面３１ｆが配置されている。
　傾斜面３１ｆ、３１ｅは、支持面３１の周方向他方側の端部３１Ａから、それぞれ上述した第１方向の一方側に向かって（図１１において符号Ｌ５、Ｌ６が示す方向に向かって）、平坦面３０ｂに対し傾斜している。
　図１２に示すように、傾斜面３１ｆ、３１ｅは、平坦面３０ｂに対する傾斜角θ５、θ６が、挿通孔３０ａの径方向の外側に向かうに従って順に浅く（小さく）なっている。つまり、最も外周側に配置された傾斜面３１ｅの傾斜角θ５が浅く（小さく）、傾斜面３１ｅよりも内周側に配置された傾斜面３１ｆの傾斜角θ６が深く（大きく）なっている。傾斜角θ５、θ６は、図４に示すトップフォイル片１１の傾斜部１２の初期傾斜角度θの範囲内で設定してもよく、例えば、当該初期傾斜角度θを２等分した値に設定してもよい。
　図１１に示すように、径方向で隣り合う傾斜面３１ｆ、３１ｅの間には、一つの段差３２が形成されている。段差３２は、挿通孔３０ａと同心円の一部を形成する円弧状に形成されている。また、本開示の段差３２は、支持面３１の周方向他方側の端部３１Ａから、支持面３１の周方向一方側の端部３１Ｂまで延伸している。本開示では、段差３２とスリット２４の一つが、軸方向において対向している。つまり、３つのスリット２４には、軸方向において段差３２と対向しない２つのスリット２４が存在する。
　また、第２実施形態では、スリット２４によって径方向に分割されたバックフォイル片２１の４つの分割領域２５が、段差３２によって径方向に分割された２つの傾斜面３１ｆ、３１ｅに支持されている。つまり、４つの分割領域２５が、２つの傾斜面３１ｆ、３１ｅに、２つずつ支持されている。
　上記構成の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、スラストフォイル軸受３の負荷能力を向上できる。また、第２実施形態では、上述した第１実施形態と比べて、支持面３１の傾斜加工が簡素化されるため、ベースプレート３０の作成が容易になる。
　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３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１３は、本開示の第３実施形態に係るベースプレート３０の支持面３１を示す拡大平面図である。
　図１３に示すように、第３実施形態では、支持面３１の段差３２と、バックフォイル片２１のスリット２４の径方向位置が一致していない点で、上記実施形態と異なる。
　第３実施形態では、スリット２４によって径方向に分割されたバックフォイル片２１の４つの分割領域２５が、段差３２によって径方向に分割された４つの傾斜面３１ａ～３１ｄに支持されているが、分割領域２５の内端縁２５ａが、該分割領域２５を支持する傾斜面（例えば、傾斜面３１ａ）の径方向の内端縁側の段差３２よりも、径方向の内側まで延伸している。
　つまり、傾斜角の浅い傾斜面（例えば、傾斜面３１ａ）に支持された分割領域２５の内端縁２５ａが、傾斜角の深い傾斜面（例えば、傾斜面３１ｂ）の上に、庇の様に張り出している。したがって、１つの傾斜面（例えば傾斜面３１ａ）と、その傾斜面に支持される１つの分割領域２５の径方向における寸法を、それぞれＷ１、Ｗ２としたとき、Ｗ１＜Ｗ２の関係を有する場合がある。
　上記構成によっても、傾斜角の異なる複数の傾斜面３１ａ～３１ｄに、バックフォイル片２１の複数の分割領域２５を良好に載置可能であると共に、複数の分割領域２５がそれぞれスリット２４によって独立して変形可能となる。
　以上、図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、後述の請求項で定義される本開示の権利範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　本開示のスラストフォイル軸受およびスラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法によれば、スラストフォイル軸受の負荷能力を向上できる。
１　回転軸（シャフト）
２　インペラ
３　スラストフォイル軸受
１０　トップフォイル
１１　トップフォイル片
１２　傾斜部
１２ａ　端部
１３　取付部
１４　曲げ部
２０　バックフォイル
２１　バックフォイル片
２１ａ　バックフォイル第１端部
２１ｂ　バックフォイル第２端部
２２　支持部
２２ａ　山部
２２ｂ　谷部
２４　スリット
２５　分割領域
２５ａ　内端縁
３０　ベースプレート
３０ａ　挿通孔
３０ｂ　平坦面
３１　支持面
３１Ａ　端部
３１Ｂ　端部
３１ａ　傾斜面
３１ｂ　傾斜面
３１ｃ　傾斜面
３１ｄ　傾斜面
３１ｅ　傾斜面
３１ｆ　傾斜面
３２　段差
１００　金型
１０１ａ　凸部
１０１ｂ　凸部
θ１　傾斜角
θ２　傾斜角
θ３　傾斜角
θ４　傾斜角
θ５　傾斜角
θ６　傾斜角

Claims (7)

  1. 　シャフトが挿通される挿通孔及び前記挿通孔の軸方向の一方側において前記挿通孔の周囲に配置された支持面を有するベースプレートと、
    　前記支持面に支持されたバックフォイルと、を備え、
    　前記支持面は、前記ベースプレートの前記軸方向の他方側に向かい傾斜する傾斜角が、前記挿通孔の径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面を有し、
    　前記バックフォイルは、スリットによって前記径方向において複数の分割領域に分かれ、前記複数の分割領域が前記複数の傾斜面に支持されている、スラストフォイル軸受。
  2. 　前記複数の傾斜面のうち、前記径方向で隣り合う傾斜面の間には、段差が形成されている、請求項１に記載のスラストフォイル軸受。
  3. 　前記スリットは、前記軸方向において前記段差と対向する径方向位置に形成されている、請求項２に記載のスラストフォイル軸受。
  4. 　前記複数の分割領域のうち、少なくとも一つの分割領域の前記径方向における内端縁が、該分割領域を支持する前記傾斜面の前記径方向の内端縁側の前記段差よりも、前記径方向の内側まで延伸している、請求項２に記載のスラストフォイル軸受。
  5. 　前記複数の分割領域のうち、少なくとも一つの分割領域の前記径方向における内端縁が、該分割領域を支持する前記傾斜面の前記径方向の内端縁側の前記段差よりも、前記径方向の内側まで延伸している、請求項３に記載のスラストフォイル軸受。
  6. 　シャフトが挿通される挿通孔と、前記挿通孔の軸方向と直交する方向に広がる平坦面と、前記平坦面に対する傾斜角が、前記挿通孔の径方向の外側に向かうに従って順に浅くなる複数の傾斜面と、を有する、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法であって、
    　前記複数の傾斜面をプレス加工により形成する、スラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法。
  7. 　前記プレス加工は、前記複数の傾斜面に対応した傾斜角を備える複数の金型を用いて、前記複数の傾斜面を形成する、請求項６に記載のスラストフォイル軸受のベースプレートの製造方法。
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