WO2024024856A1 - ラジアルフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の製造方法 - Google Patents

ラジアルフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の製造方法 Download PDF

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WO2024024856A1
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foil
edge
elastic piece
slit
bump
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PCT/JP2023/027437
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English (en)
French (fr)
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尚ノ助 石川
有成 横山
渉 上田
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02Sliding-contact bearings

Definitions

  • the present disclosure relates to a radial foil bearing and a method for manufacturing a radial foil bearing.
  • the radial foil bearing described in Patent Document 1 includes a thin plate-shaped top foil surrounding a rotating shaft, a thin plate-shaped bump foil surrounding the top foil, and a cylindrical housing that accommodates the top foil and bump foil.
  • the radial foil bearings described in Patent Documents 2 to 5 do not include a bump foil but include a top foil that is directly elastically supported by the housing.
  • the present disclosure describes a radial foil bearing that can stably support a rotating shaft during high-speed rotation, and a method for manufacturing the radial foil bearing.
  • a radial foil bearing is a radial foil bearing, and includes a top foil having a facing surface facing a rotating shaft, and a bump disposed on the outside opposite to the facing surface of the top foil.
  • the bump foil includes a foil and a bearing housing disposed to surround the bump foil.
  • the bump foil includes a cylindrical part that surrounds the top foil in a cylindrical shape, and a cylindrical part that is adjacent to the cylindrical part in the axial direction of the rotating shaft, is deformable independently of the cylindrical part, and is expandable in the circumferential direction. It has an elastic piece. The elastic piece is supported by the bearing housing.
  • the bump foil includes a cylindrical portion and an elastic piece, and the elastic piece is deformable independently of the cylindrical portion.
  • the elastic piece part is directly or indirectly supported by the bearing housing, and supports the top foil via the axially adjacent cylindrical part. Moreover, since the elastic piece part can expand in the circumferential direction while being supported by the bearing housing, it is strong against vibrations of the rotating shaft rotating at high speed, and stable support is possible.
  • the elastic strip and the tubular section are integrally formed, and the bump foil separates the elastic strip from the tubular section such that the elastic strip is deformable independently of the tubular section.
  • a slit structure for separation may be provided. Since the elastic piece part and the cylindrical part are provided integrally, when the installation of the cylindrical part is completed, the appropriate installation of the elastic piece part is completed. As a result, ease of assembly when installing the bump foil can be improved.
  • the bump foil includes a coupling portion that couples the tubular portion and the elastic piece portion, and the elastic piece portion has a peak edge formed on a circumferentially opposite side of the coupling portion; and a side edge extending from the peak edge to the joint.
  • the peak edge may be formed by a slit structure so as to be a free end.
  • the peak edge, which is a free end, is movable using the coupling part coupled to the cylindrical part as a fulcrum.
  • the bump foil includes a first edge at one axial end and a second edge axially opposite the first edge, and the bump foil includes a slit.
  • the structure includes a slit forming a peak edge and a side slit connected to the slit and forming a side edge, the slit and the side slit extending from the first edge and the second edge. They may be spaced apart and closed within the bump foil. It becomes easier to form an elastic piece portion having a desired elastic force at a position spaced apart from the first end edge or the second end edge of the bump foil, for example, at a position near the center in the axial direction.
  • the bump foil includes a first edge at one axial end and a second edge axially opposite the first edge.
  • the slit structure may include a slit forming a peak edge.
  • the slit is open at the first edge or the second edge, and at least a part of the side edge is formed at the first edge or the second edge where the slit is open.
  • the slit forming the free peak edge is open at the first or second edge of the bump foil. Therefore, the peak edge can be easily formed by making a cut or the like from the first edge or the second edge.
  • the slit structure may include a slit that forms a peak edge.
  • the elastic piece portion may include a plurality of peaks that are arranged adjacent to each other in the circumferential direction and can be expanded in the circumferential direction by elastic deformation.
  • the slit may extend along the ridges between adjacent ridges, avoiding the ridges. The elastic function of the plurality of peaks that can be expanded in the circumferential direction by elastic deformation is not likely to be impaired.
  • the slit structure includes a slit that forms a peak edge, and a plurality of elastic pieces are provided side by side in the circumferential direction, and the peak edge of one adjacent elastic piece is connected to the peak edge of the other elastic piece.
  • the peak edge of the elastic piece may be formed by a common slit.
  • the slit structure further includes a side slit forming a side edge, and the width of the circumferential slit may be larger than the width of the axial side slit.
  • the width of the slit is larger than the width of the side slit, interference between the peak edges can be more easily prevented than when the width of the slit and the width of the side slit are the same.
  • it may further include a set foil that is arranged to surround the bump foil and supports the elastic piece.
  • the set foil can prevent the elastic piece from bouncing outward from the cylindrical part and prevent the elastic function from deteriorating. Further, by providing the set foil, friction is generated between the bump foil and the set foil, improving damping performance.
  • An example of the present disclosure is a radial bearing housing that includes a top foil having a facing surface facing a rotation axis, a bump foil disposed outside the top foil, and a bearing housing disposed so as to surround the bump foil.
  • This is a method for manufacturing foil bearings. This manufacturing method involves the steps of rolling a laminate of a top foil in an expanded state and a bump foil in an expanded state to form a cylindrical foil assembly, and rolling the foil assembly into a cylindrical bearing housing so as to surround a rotating shaft. The process includes a step of inserting and installing the device inside the device.
  • the bump foil includes a cylindrical part that surrounds the top foil in a cylindrical shape, and a cylindrical part that is adjacent to the cylindrical part in the axial direction of the rotating shaft, is deformable independently of the cylindrical part, and is expandable in the circumferential direction. It has an elastic piece. By inserting the foil assembly into the bearing housing, the resilient piece is supported by the bearing housing. With this manufacturing method, it is possible to manufacture a radial foil bearing that can stably support a rotating shaft during high-speed rotation while improving assembly efficiency.
  • the process of forming the foil assembly includes placing the unfolded set foil over the bump foil on the side opposite the top foil to form a laminate, and rolling the laminate to form the foil assembly. may be formed. It is possible to manufacture a radial foil bearing that prevents deterioration of elastic function and improves damping performance.
  • the rotating shaft can be stably supported during high-speed rotation.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of a rotating machine.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a radial foil bearing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the radial foil bearing taken along a cross section perpendicular to the rotation axis.
  • FIG. 4 is a perspective view of the foil assembly.
  • FIG. 5 shows the bump foil in the unfolded state, where (a) is a plan view of the bump foil, and (b) is a perspective view of the bump foil.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for functionally explaining the radial foil bearing.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the process of manufacturing a radial foil bearing
  • (a) is a perspective view showing a top foil, a bump foil, and a set foil arranged vertically
  • the figure in (c) is a perspective view showing the foil assembly (laminate) before being rolled up
  • the figure (c) is a perspective view showing a state in which the foil assembly is inserted into the bearing housing.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for functionally explaining a radial foil bearing according to a modification.
  • FIG. 9 shows a first modified example of the bump foil, and is a plan view of the bump foil in an expanded state as seen from the back, and is a partially enlarged view.
  • FIG. 10 shows a second modified example of the bump foil, and is a plan view of the bump foil in the unfolded state seen from the back.
  • FIG. 1 shows a rotating machine 1.
  • the rotating machine 1 is, for example, an electrically assisted turbocharger.
  • the rotating machine 1 includes a turbine 2, a compressor 3, an electric motor 10, and a rotating shaft 15.
  • the turbine 2 includes a turbine impeller 4 provided at one end of a rotating shaft 15 and a turbine housing 6 that accommodates the turbine impeller 4.
  • the compressor 3 includes a compressor impeller 5 provided at the other end of the rotating shaft 15 and a compressor housing 7 that accommodates the compressor impeller 5.
  • the rotor 11 of the electric motor 10 is arranged, for example, at the center of the rotating shaft 15.
  • the rotor 11 is fixed to the rotating shaft 15 and is rotatable together with the rotating shaft 15.
  • a stator 12 of the electric motor 10 is arranged to surround the rotor 11.
  • the stator 12 is fixed to a motor housing 13 provided between the turbine housing 6 and the compressor housing 7.
  • the stator 12 can rotate the rotor 11 by generating a magnetic field around the rotating shaft 15 .
  • the rotation of the rotating shaft 15 is assisted by this cooperation between the rotor 11 and the stator 12.
  • exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the turbine housing 6 through the scroll passage 6a, causing the turbine impeller 4 to rotate around the rotation axis H.
  • the exhaust gas that rotates the turbine impeller 4 is discharged through the discharge port 6b of the turbine housing 6.
  • the compressor impeller 5 rotates via the rotating shaft 15.
  • rotation of the rotating shaft 15 and the compressor impeller 5 is assisted by applying torque to the rotating shaft 15 by the electric motor 10.
  • the rotating compressor impeller 5 sucks in outside air through the suction port 7b of the compressor housing 7. This air is compressed while passing through the compressor impeller 5 and the scroll passage 7a.
  • the compressed air is discharged from the discharge port of the compressor housing 7 and supplied to the aforementioned internal combustion engine.
  • the rotation shaft 15 is rotatably supported around the rotation axis H via a plurality of bearings. At least one of the plurality of bearings is the radial foil bearing 20 of the present disclosure. In the example shown in FIG. 1, a pair of radial foil bearings 20 are provided at both ends of the rotating shaft 15, respectively.
  • the radial foil bearing 20 is an air bearing that supports the rotation shaft 15 in the radial direction (that is, the direction perpendicular to the rotation axis H).
  • a thrust collar 17 and a pair of thrust air bearings 18 are provided between the radial foil bearing 20 of the pair of radial foil bearings 20 that is closer to the compressor impeller 5 and the compressor impeller 5.
  • the thrust collar 17 is a disc-shaped member formed to protrude around the rotating shaft 15 in a brim shape.
  • a pair of thrust air bearings 18 are provided at positions sandwiching the thrust collar 17.
  • a spacer 19 surrounding the thrust collar 17 is provided between the pair of thrust air bearings 18 .
  • the thrust collar 17 and the pair of thrust air bearings 18 support the rotation shaft 15 in the thrust direction (that is, in a direction parallel to the rotation axis H).
  • radial foil bearing 20 Next, an example of the radial foil bearing 20 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. Note that the rotating machine 1 of the present disclosure includes a pair of radial foil bearings 20, and the pair of radial foil bearings 20 have substantially the same structure. Therefore, below, one radial foil bearing 20 will be explained as a representative.
  • the radial foil bearing 20 includes a foil assembly 21 and a bearing housing 45 that accommodates the foil assembly 21.
  • the foil assembly 21 includes a top foil 22, a bump foil 23 surrounding the top foil 22, and a set foil 24 surrounding the bump foil 23.
  • an air film is formed between the rotating shaft 15 and the top foil 22.
  • the radial foil bearing 20 rotatably supports the rotating shaft 15 by forming this air film.
  • the bearing housing 45 is a substantially cylindrical casing, and has a shaft hole 46 into which the rotating shaft 15 is inserted.
  • the foil assembly 21 is housed inside the shaft hole 46 so as to surround the rotating shaft 15. That is, the bearing housing 45 is arranged so as to surround the bump foil 23 with the set foil 24 sandwiched therebetween.
  • the bearing housing 45 includes a cylindrical inner peripheral surface. This inner peripheral surface can be considered as the outer peripheral surface of the shaft hole 46. This inner peripheral surface faces the foil assembly 21 and substantially supports the foil assembly 21.
  • the shaft hole 46 passes through the bearing housing 45 in the direction in which the rotational axis H extends.
  • the direction in which the shaft hole 46 extends that is, the direction in which the rotation axis H (rotation shaft 15) extends is referred to as "axial direction D1" (see FIG. 4).
  • the radial direction of the shaft hole 46 that is, the direction perpendicular to the rotation axis H (rotation shaft 15) is referred to as "radial direction D2.”
  • the circumferential direction of the rotation shaft 15, that is, the direction along the ring centered on the rotation axis H is referred to as a "circumferential direction D3.”
  • the bearing housing 45 is, for example, a member having sufficient strength to support the rotating shaft 15 that has stopped rotating.
  • the rotating shaft 15 is arranged to pass through the center of the shaft hole 46 of the bearing housing 45.
  • a foil assembly 21 rounded into a cylindrical shape is arranged between the inner circumferential surface 46a of the shaft hole 46 and the rotating shaft 15.
  • the foil assembly 21 is provided with a locking structure 31 that protrudes in the radial direction D2, and the inner peripheral surface 46a of the shaft hole 46 is provided with a locking groove 46b in which the locking structure 31 is accommodated.
  • the locking structure 31 is provided to extend in the axial direction D1, and the locking groove 46b is a vertical groove extending in the axial direction D1 so that the locking structure 31 is accommodated.
  • the width of the locking groove 46b in the circumferential direction D3 corresponds to the width of the locking structure 31 in the circumferential direction D3, and the locking groove 46b can come into contact with the locking structure 31 in the circumferential direction D3.
  • the foil assembly 21 attempts to move in the circumferential direction D3 of the rotating shaft 15, the locking structure 31 interferes with the locking groove 46b. As a result, rotation of the foil assembly 21 is inhibited.
  • the foil assembly 21 includes a top foil 22, a bump foil 23, and a set foil 24.
  • the top foil 22, bump foil 23, and set foil 24 are each formed of thin metal plates and have flexibility.
  • the top foil 22, bump foil 23, and set foil 24 overlap in this order, and have a cylindrical shape with the top foil 22 on the inner peripheral side.
  • the cylindrical top foil 22 includes an inner circumferential surface facing the rotating shaft 15 and an outer circumferential surface 22b opposite to the inner circumferential surface.
  • the inner circumferential surface is a facing surface 22a facing the rotating shaft 15.
  • the top foil 22 in the unfolded state is a substantially rectangular thin plate in which no slits or the like are formed, and both ends in the longitudinal direction are first hooks 31a bent in an L-shape.
  • the cylindrical bump foil 23 includes an inner peripheral surface 23a facing the top foil 22, and an outer peripheral surface 23b opposite to the inner peripheral surface 23a.
  • the bump foil 23 in the unfolded state (see FIG. 5) is a substantially rectangular thin plate in plan view, and both ends in the longitudinal direction D4 are second hooks 31b bent in an L-shape.
  • this longitudinal direction D4 means the circumferential direction D3 when the bump foil 23 is rolled up. Therefore, in the following explanation, the longitudinal direction D4 and the circumferential direction D3 will be collectively explained as the circumferential direction D3, unless it is necessary to distinguish between the longitudinal direction D4 and the circumferential direction D3.
  • the bump foil 23 includes a plurality of peaks 32 arranged in a row in the circumferential direction D3.
  • the peak portions 32 are intended to be shaped portions that protrude inwardly from the inner circumferential surface 23a, and there are troughs 33 between the plurality of peak portions 32 on the inner circumferential surface 23a. is formed. Note that, when the outer circumferential surface 23b is used as a reference, the peak portions 32 become recessed portions, and conversely, the trough portions 33 become bulged portions.
  • the peak portion 32 of the present disclosure has a corrugated plate shape in which concave and convex shapes curved in the circumferential direction D3 direction are alternately formed, but the concave and convex shapes are not continuous and are interrupted in the middle, forming a partial peak. may have been done.
  • the shape instead of the corrugated plate shape, the shape may be a dome shape or a convex curved shape forming part of a sphere.
  • the mountain portion 32 is curved in an arc shape in cross-sectional view, can be expanded in the circumferential direction D3 by elastic deformation, and has, for example, flexibility.
  • This cross-sectional view is assumed to be a cross-sectional view when the bump foil 23 is cut along a plane along the circumferential direction D3.
  • the mountain portion 32 is provided so as to swell inward to face the top foil 22.
  • the top portion 32a of the arc-shaped peak portion 32 can come into contact with the outer circumferential surface 22b of the top foil 22.
  • a plurality of peaks 32 are arranged in the circumferential direction D3, and the top 32a of each peak 32 extends in the axial direction D1. Therefore, when a load is applied to the bump foil 23 in the radial direction D2, the bump foil 23 deforms so as to extend (spread) in the circumferential direction D3 from the vicinity of the portion where the load is applied.
  • the bump foil 23 includes a cylindrical portion 25, an elastic portion 26, and a connecting portion 27 that connects the cylindrical portion 25 and the elastic portion 26.
  • the cylindrical portion 25 is a portion that surrounds the top foil 22 in a cylindrical shape.
  • the cylindrical portion 25 is, for example, a portion that continues without interruption from one end of the bump foil 23 in the circumferential direction D3 to the other end.
  • the meaning that the cylindrical portion 25 is a continuous portion in the circumferential direction D3 means that it is not divided by, for example, a slit extending in the axial direction D1 in the middle of the circumferential direction D3. Further, since the cylindrical portion 25 does not need to be completely cut in the axial direction D1, it is not excluded that the cylindrical portion 25 may shift in the axial direction D1.
  • the cylindrical part 25 may be curved in the axial direction D1 in the middle of the circumferential direction D3 between one end of the bump foil 23 and the other end, and the cylindrical part 25 may be curved in the axial direction D1 in the middle of the circumferential direction D3 between one end and the other end of the bump foil 23.
  • the structure may have two curved shapes.
  • the elastic part 26 is provided integrally with the cylindrical part 25.
  • the elastic portion 26 includes a first elastic piece portion 28A and a second elastic piece portion 28B extending from the coupling portion 27 in the circumferential direction D3.
  • the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are arranged adjacent to the cylindrical portion 25 in the axial direction D1, and are deformable independently from the cylindrical portion 25. Therefore, for example, when a load is applied only to the first elastic piece 28A and the second elastic piece 28B, the first elastic piece 28A and the second elastic piece 28B are significantly deformed in the circumferential direction D3. , the cylindrical portion 25 hardly deforms. As a result, the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B have a larger extent in the circumferential direction D3 than the cylindrical portion 25.
  • the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B are formed by a slit structure 40, and the slit structure 40 makes the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B is deformable independently from the cylindrical portion 25. That is, the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B can be deformed in the circumferential direction D3 by the width of the slit structure 40 without affecting each other. Further, in the present disclosure, the thickness of the metal plate forming the bump foil 23 is uniform. Therefore, the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B have a structure that is easier to deform than the cylindrical part 25.
  • the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are supported by the cylindrical inner peripheral surface of the bearing housing 45.
  • “supported by the bearing housing 45” means that when it is in contact with the bearing housing 45 and is directly supported, there is an inclusion between it and the bearing housing 45 and it is indirectly supported. Both cases are included.
  • a set foil 24 is provided as an inclusion, and the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are indirectly supported by the bearing housing 45.
  • the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are each curved to have flexibility, and can be expanded in the circumferential direction D3 so as to be elastically deformable.
  • the first elastic piece portion 28A includes a peak edge 28a formed on the opposite side of the coupling portion 27 in the circumferential direction D3, and a side edge 28b extending from the peak edge 28a to the coupling portion 27.
  • the second elastic piece 28B also includes a peak edge 28a formed on the opposite side of the joint 27 in the circumferential direction D3, and a side edge 28b extending from the peak edge 28a to the joint 27. , is equipped with.
  • the opposite side in the circumferential direction D3 to the coupling part 27 means the position of the end part on the opposite side to the coupling part 27 with respect to the circumferential direction D3.
  • the first elastic piece portion 28A can also be described as extending from the coupling portion 27 in one direction with reference to the circumferential direction D3.
  • the second elastic piece portion 28B can also be described as extending from the coupling portion 27 in a direction opposite to one direction based on the circumferential direction D3.
  • a peak edge portion 28a which is a free end that is movable with the coupling portion 27 as a fulcrum, is formed at each tip of the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B. You can also do it.
  • the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are bent in the tangential direction of the cylindrical portion 25, for example. It is set up so that it sticks out.
  • the bump foil 23 is surrounded by a set foil 24, and the set foil 24 is, for example, a substantially rectangular thin plate with no slits formed therein.
  • the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B abut against the set foil 24 and are pressed down. As a result, the situation in which the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B spring out from the cylindrical portion 25 is eliminated.
  • the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B are each curved into an arc shape by coming into contact with the set foil 24. Further, the first elastic piece 28A and the second elastic piece 28B elastically support the cylindrical part 25 by contacting the set foil 24 in an arcuate state, and furthermore, the cylindrical part 25 is The top foil 22 is elastically supported through it.
  • the elastic section 26 includes a first elastic piece 28A and a second elastic piece 28B, and the first elastic piece 28A and the second elastic piece 28B are curved in an arc shape. ing.
  • a plurality of peaks 32 are provided on the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B.
  • the peak portion 32 is already curved into an arc shape before the bump foil 23 is rolled up.
  • the "arc shape" of the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B is not formed in the state before the bump foil 23 is rolled up, and is grasped separately from the arc shape of the peak part 32. It is formed by rolling the bump foil 23.
  • the plurality of peaks 32 can be omitted and they can be understood as having a circular arc shape without unevenness.
  • the cylindrical portion 25 is also the same, and the plurality of peak portions 32 can be omitted and the cylindrical portion 25 can be understood as having a cylindrical shape without unevenness.
  • the peak portion 32 is functionally simply expressed as an elastic body, for example, as a spring having a simple shape.
  • the peak portion 32 is shown as a spring having a simplified shape, similarly to FIG.
  • the first elastic piece portion 28A with the peak portion 32 omitted can be assumed to be a curved plate-shaped portion extending from the coupling portion 27 in the circumferential direction D3.
  • this curved plate-like portion can be grasped as a simple shape curved in an arc shape without undulations.
  • the second elastic piece portion 28B and as a result of functionally omitting the peak portion 32, it can be grasped as a simple shape curved in an arc shape without undulations.
  • the centers of the arcuate curvatures of the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B are located inside the bump foil 23.
  • the inner position of the bump foil 23 is an inner position closer to the rotating shaft 15 than the bump foil 23 is.
  • the radius of curvature of the first elastic piece portion 28A is larger than the radius of curvature of the cylindrical portion 25, and the radius of curvature of the second elastic piece portion 28B is larger than the radius of curvature of the cylindrical portion 25.
  • the peak portions 32 formed on the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B have an arc shape such that the center of curvature thereof is located outside the bump foil 23, and The arcuate shapes of the elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B have different technical significance.
  • the outer position of the bump foil 23 is an outer position that is further away from the rotating shaft 15 than the bump foil 23 is.
  • the bump foil 23 includes a first edge 23c, which is one end in the axial direction D1, and a second edge 23d, which is opposite to the first edge 23c in the axial direction D1. ing.
  • the slit structure 40 forms the first elastic piece part 28A or the second elastic piece part 28B independently from the first end edge 23c and the second end edge 23d, or forms the first end edge 23c or the second elastic piece part 28B.
  • the first elastic piece portion 28A or the second elastic piece portion 28B may be formed in cooperation with the second end edge 23d.
  • the slit structure 40 has a function as a boundary separating the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B from the cylindrical part 25, and The elastic piece portion 28B forms a portion connected to the coupling portion 27.
  • the slit structure 40 includes a first continuous slit portion 41 that forms the first elastic piece portion 28A, and a second continuous slit portion 42 that forms the second elastic piece portion 28B.
  • the first slit continuous portion 41 includes a slit 43 forming the peak edge 28a, and two (plural) side slits connected to the slit 43 so as to communicate with each other and forming the side edge 28b. It is equipped with 44.
  • the slit 43 extends in the axial direction D1.
  • the slit 43 separates the tip of the first elastic piece 28A from the cylindrical portion 25 so as to form a peak edge 28a.
  • the side slits 44 extend in a direction intersecting the slits 43.
  • the direction intersecting the slit 43 includes not only a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit 43 but also a direction oblique to the direction perpendicular to the slit 43.
  • the side slits 44 are provided so as to be connected to both ends of the slit 43.
  • the side slit 44 extends in the circumferential direction D3 so as to separate the side edge portion 28b of the first elastic piece portion 28A from the cylindrical portion 25.
  • the slit 43 and the side slit 44 of the present disclosure are spaced apart from the first edge 23c and the second edge 23d, which are both side edges of the bump foil 23, and are separated from the first edge 23c or the second edge 23d. It has not reached 23d. That is, the slit 43 and the side slit 44 are provided so as to be closed within the bump foil 23 without being opened at the first edge 23c or the second edge 23d.
  • the slits 43 are provided between the adjacent ridges 32, avoiding the ridges 32. Further, the slit 43 is provided at the position of the valley portion 33 so as to extend along the peak portion 32 . That is, the peak edge portions 28a, which are the free ends of the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B, are provided along the valley portion 33. By providing the peak edge portion 28a while avoiding the peak portion 32, it is possible to prevent the elastic function of the peak portion 32 from being inhibited.
  • the second slit continuous section 42 has substantially the same structure as the first slit continuous section 41, and includes a slit 43 and two (plural) side slits 44.
  • the second continuous slit portion 42 is provided symmetrically with respect to the first continuous slit portion 41 in the circumferential direction D3 of the rotating shaft 15.
  • a coupling portion 27 is arranged between the first continuous slit portion 41 and the second continuous slit portion 42 .
  • the coupling portion 27 is a portion where the first elastic piece portion 28A and the second elastic piece portion 28B and the cylindrical portion 25 are coupled and integrated.
  • the distance from the coupling part 27 to the slit 43 of the first continuous slit part 41 is the same as the distance from the coupling part 27 to the slit 43 of the second continuous slit part 42 . Note that the distance from the coupling portion 27 to the slit 43 of the first continuous slit portion 41 and the distance from the coupling portion 27 to the slit 43 of the second continuous slit portion 42 may be different.
  • a plurality of first continuous slit portions 41 and a plurality of second continuous slit portions 42 are formed in the bump foil 23.
  • a plurality of first elastic piece portions 28A and a plurality of second elastic piece portions 28B are formed.
  • a plurality of elastic parts 26 are formed by forming a plurality of first elastic piece parts 28A and a plurality of second elastic piece parts 28B.
  • first continuous slit portions 41 and second continuous slit portions 42 are alternately formed in the bump foil 23 in the unfolded state along the circumferential direction D3.
  • the bump foil 23 in the expanded state is formed so that the first elastic piece parts 28A and the second elastic piece parts 28B are arranged alternately along the circumferential direction D3.
  • a single elastic part 26 is formed by a combination (elastic piece unit) of the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B that are adjacent in the circumferential direction D3.
  • the bump foil 23 of the present disclosure includes, for example, a first elastic piece unit 29A, a second elastic piece unit 29B, and a third elastic piece unit 29C along the circumferential direction D3.
  • the first elastic piece unit 29A, the second elastic piece unit 29B, and the third elastic piece unit 29C form three (plural) elastic parts 26 lined up in the circumferential direction D3. (See Figure 6).
  • the peak edge 28a of the first elastic piece unit 29A and the peak edge 28a of the second elastic piece unit 29B are formed by a common slit 43.
  • the slit 43 forming the second elastic piece part 28B of the first elastic piece unit 29A and the slit 43 forming the first elastic piece part 28A of the second elastic piece unit 29B are It has been made common.
  • the slit 43 forming the second elastic piece part 28B of the second elastic piece unit 29B and the slit 43 forming the first elastic piece part 28A of the third elastic piece unit 29C are made common.
  • the peak edge 28a of one of the adjacent elastic sections 26 and the peak edge 28a of the other elastic section 26 are formed by the common slit 43.
  • the interval between the adjacent elastic parts 26 can be reduced. As a result, it becomes easier to optimize the shape and dimensions of the elastic portion 26, as well as the number of elastic portions formed in the circumferential direction D3.
  • the cylindrical set foil 24 is arranged so as to surround the bump foil 23, and has an elastic portion 26, that is, a first elastic piece portion 28A and a second elastic piece portion 28B. To support. When supporting the set foil 24 on the elastic part 26, the first elastic piece part 28A and the second elastic piece part 28B may be supported in a state in which elasticity is imparted, or in a state in which elasticity is not generated. You may also do so.
  • the set foil 24 includes an inner peripheral surface 24a facing the bump foil 23, and an outer peripheral surface 24b opposite to the inner peripheral surface 24a.
  • the set foil 24 in the unfolded state is a substantially rectangular thin plate, and both ends in the circumferential direction D3 are third hooks 31c bent in an L-shape.
  • a top foil 22, a bump foil 23, and a set foil 24 are laminated in order from the inner peripheral side facing the rotating shaft 15.
  • the first hooks 31a formed at both ends of the top foil 22, the second hooks 31b formed at both ends of the bump foil 23, and the third hooks 31c formed at both ends of the set foil 24 are arranged so as to overlap each other. is arranged to form a locking structure 31.
  • the locking structure 31 is accommodated in the locking groove 46b of the bearing housing 45.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for functionally explaining a radial foil bearing according to a modification.
  • the radial foil bearing 20A according to the modification includes substantially the same structure and members as the radial foil bearing 20 described above. Therefore, the same structures and members will be given the same reference numerals and detailed explanations will be omitted.
  • the radial foil bearing 20A includes a foil assembly 21A and a bearing housing 45 that accommodates the foil assembly 21A.
  • the foil assembly 21A does not include a set foil 24 and is formed by a top foil 22 and a bump foil 23.
  • the elastic portion 26 of the bump foil 23 is in direct contact with the bearing housing 45 to elastically support the cylindrical portion 25, and further elastically supports the top foil 22 via the cylindrical portion 25. Further, the elastic portion 26 bends while slidingly contacting the bearing housing 45 directly.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating a bump foil 23A according to a first modification and showing an enlarged part of the outer circumferential surface 23b of the bump foil 23A in an expanded state.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a bump foil 23B according to a second modification and showing an outer circumferential surface 23b of the bump foil 23B in an expanded state. Note that the bump foil 23A according to the first modification and the bump foil 23B according to the second modification can be applied to the above-described radial foil bearings 20 and 20A, respectively.
  • the bump foil 23A includes a slit structure 40A that separates the first elastic piece part 28C and the second elastic piece part 28D from the cylindrical part 25 so that they can be deformed independently.
  • the peak edge 28a of the first elastic piece part 28C and the peak edge 28a of the second elastic piece part 28D are formed by a common slit 43A.
  • the width Wa of the slit 43A is larger than the width Wb of the side slit 44A.
  • the width Wa of the slit 43A means the width in the circumferential direction D3 of the bump foil 23, and means the width in the circumferential direction D3 when the bump foil 23 is rolled up.
  • the width Wb of the side slit 44A means the width in the axial direction D1.
  • the peak edge 28a of the first elastic piece 28C and the peak edge 28a of the second elastic piece 28D are defined by the peak edge 28a of the first elastic piece 28C and the peak edge 28a of the second elastic piece 28D. , will move in the direction of proximity.
  • the width Wa of the slit 43A forming the peak edge 28a is larger than the width Wb of the side slit 44A, so the peak edge 28a is larger than the width Wb of the side slit 44A. This makes it easier to prevent interference between them.
  • the bump foil 23B according to the second modification has a first edge 23c that is one end in the axial direction D1, and a first edge 23c in the axial direction D1. A second end edge 23d on the opposite side.
  • the cylindrical portion 25B of the bump foil 23B is provided at a position spaced apart from the first edge 23c and the second edge 23d.
  • the cylindrical portion 25B includes a central region between the first edge 23c and the second edge 23d, and is provided so as to extend in the circumferential direction D3 (circumferential direction D3).
  • the bump foil 23B includes a first elastic piece 28E and a second elastic piece 28F that are adjacent to the cylindrical portion 25B in the axial direction D1. That is, the first elastic piece part 28E and the second elastic piece part 28F are provided between the first edge 23c or the second edge 23d and the cylindrical part 25B.
  • the bump foil 23B includes a slit structure 40B that deformably separates the first elastic piece part 28E and the second elastic piece part 28F from the cylindrical part 25B.
  • the slit structure 40B includes a slit 43B forming a peak edge 28a, and a side slit 44B connected to the slit 43B and forming a side edge 28b.
  • the slit 43B is open at the first edge 23c or the second edge 23d.
  • At least a portion of the side edges 28b of the first elastic piece 28E and the second elastic piece 28F are formed on the first edge 23c or the second edge 23d.
  • the pair (plurality) of side edges 28b forming the first elastic piece 28E some of the side edges 28b are connected to the first edge 23c or the second edge 23d.
  • the other side edge portion 28b is formed by a side slit 44B.
  • the pair (plurality) of side edges 28b forming the second elastic piece portion 28F some of the side edges 28b are formed on the first edge 23c or the second edge 23d.
  • the other side edge portions 28b are formed by side slits 44B. That is, in the case of the bump foil 23B according to the second modification, the slit structure 40B cooperates with the first edge 23c or the second edge 23d to form the first elastic piece 28E or the second elastic It forms a piece 28F.
  • the manufacturing method of the present disclosure includes a foil forming step, a foil assembly forming step, and a foil assembly installing step.
  • the foil forming process includes a top foil forming process, a bump foil forming process, and a set foil forming process.
  • the first metal plate member is processed into a predetermined shape (for example, rectangular) to form the top foil 22 in an expanded state. Further, both ends of the top foil 22 in the circumferential direction D3 are bent to form first hooks 31a.
  • the set foil forming step can be omitted.
  • bump foils 23, 23A, 23B, and set foil 24 that have been processed into a desired shape, it is also possible to omit the foil forming step.
  • the second metal plate member is processed into a predetermined shape (for example, rectangular) to form the bump foil 23 in an expanded state. Both ends of the bump foil 23 in the circumferential direction D3 are bent to form second hooks 31b. Further, a slit structure 40 for forming the cylindrical portion 25 and the elastic portion 26 is formed in the bump foil 23.
  • the elastic section 26 includes first elastic pieces 28A, 28C, 28E and second elastic pieces 28B, 28D, 28F.
  • the bump foil 23 is processed to form a plurality of arcuate peaks 32.
  • the slit structure 40 by forming the slit structure 40, the cylindrical portion 25 and the elastic portion 26 can be integrally formed when the bump foil 23 is rolled up. In other words, it is not necessary to form the elastic portion 26 by combining a plurality of members.
  • the slit structure 40 may be formed before the peak portion 32 is formed, or may be formed after the peak portion 32 is formed.
  • the third metal plate member is processed into a predetermined shape (for example, rectangular) to form the set foil 24 in an expanded state. Both ends of the set foil 24 in the circumferential direction D3 are bent to form third hooks 31c.
  • a laminate in which the top foil 22 in the unfolded state, the bump foil 23 in the unfolded state, and the top foil 22 in the unfolded state are stacked is rolled up.
  • a cylindrical foil assembly 21 is formed.
  • the locking structure 31 is formed by overlapping the first hook 31a, the second hook 31b, and the third hook 31c.
  • the slit structure 40 forms the elastic portion 26.
  • the foil assembly 21 is inserted into the bearing housing 45 so as to surround the rotating shaft 15 to form the radial foil bearing 20. Specifically, the foil assembly 21 is inserted into the shaft hole 46 of the bearing housing 45. A ring-shaped holding member or the like is installed at the end of the bearing housing 45 in the axial direction D1 (see FIG. 1) to restrict displacement of the foil assembly 21 in the axial direction D1.
  • the bump foils 23, 23A, 23B of the radial foil bearings 20, 20A include a cylindrical portion 25 and elastic pieces 28A to 28F.
  • the elastic pieces 28A to 28F are deformable independently from the cylindrical portion 25.
  • the elastic pieces 28A to 28F are directly or indirectly supported by the bearing housing 45, and support the top foil 22 via the cylindrical portion 25 adjacent in the axial direction D1. Further, the elastic pieces 28A to 28F can be expanded in the circumferential direction D3 while being directly or indirectly supported by the bearing housing 45.
  • the elastic pieces 28A to 28F of the radial foil bearing 20 bend while slidingly contacting the bearing housing 45 indirectly, and the elastic pieces 28A to 28F of the radial foil bearing 20A bend while directly slidingly contacting the bearing housing 45.
  • the elastic pieces 28A to 28F are elastically deformed and expanded while being indirectly or directly supported by the bearing housing 45, they elastically support the cylindrical part 25, and furthermore, the top This provides elastic support for the foil 22.
  • the radial foil bearings 20 and 20A become resistant to vibrations of the rotating shaft 15 rotating at high speed, and stable support of the rotating shaft 15 becomes possible.
  • the elastic pieces 28A to 28F and the cylindrical part 25 are integrally formed, when the installation of the cylindrical part 25 is completed, the appropriate installation of the elastic pieces 28A to 28F is completed. . As a result, ease of assembly when installing the bump foils 23, 23A, and 23B can be improved.
  • the bump foils 23, 23A, and 23B are provided with a connecting portion 27 that connects the elastic piece portions 28A to 28F and the cylindrical portion 25.
  • Each of the elastic pieces 28A to 28F includes a peak edge 28a formed on the opposite side of the joint 27 in the circumferential direction D3, and a side edge 28b extending from the peak edge 28a to the joint 27.
  • the peak edge portion 28a is formed by the slit structures 40, 40A, and 40B so as to be a free end, it is movable using the joint portion 27 as a fulcrum.
  • the elastic pieces 28A to 28F elastically support the rotating shaft 15 via the top foil 22 by expanding themselves.
  • the elastic pieces 28A to 28F include a plurality of peaks 32 arranged adjacently in the circumferential direction D3.
  • the plurality of peaks 32 can be elastically deformed and expanded in the circumferential direction D3. Since the radial foil bearings 20, 20A are provided with a plurality of peaks 32, the top foil 22 can be elastically supported by the development of each of the plurality of peaks 32 in addition to the deployment of the elastic pieces 28A to 28F. Furthermore, the slits 43, 43A, and 43B forming the peak edges 28a of the elastic pieces 28A to 28F are provided between adjacent peaks 32, avoiding the peaks 32. As a result, the elastic function of the plurality of peaks 32 that can be expanded in the circumferential direction D3 by elastic deformation is not easily impaired.
  • the radial foil bearings 20, 20A of the present disclosure include a set foil 24 that supports the first elastic pieces 28A, 28C, 28E and the second elastic pieces 28B, 28D, 28F.
  • the set foil 24 suppresses the bounce of the first elastic piece parts 28A, 28C, 28E and the second elastic piece parts 28B, 28D, 28F from protruding outward from the cylindrical part 25, thereby preventing a decline in elastic function. Can be done. Further, by providing the set foil 24, friction is generated between the bump foil 23 and the set foil 24, and damping performance is improved.
  • the peak edge 28a of the first elastic piece parts 28A, 28C, 28E and the second elastic piece parts 28B, 28D, 28F that are adjacent to each other in the circumferential direction D3 the peak edge 28a of the first elastic piece parts 28A, 28C, 28E
  • the peak edges 28a of the second elastic pieces 28B, 28D, and 28F are formed by common slits 43, 43A, and 43B.
  • the distance between the adjacent first elastic piece parts 28A, 28C, 28E and the second elastic piece parts 28B, 28D, 28F can be reduced, and the first elastic piece part 28A , 28C, 28E and the second elastic piece portions 28B, 28D, 28F, as well as the number of pieces formed in the circumferential direction D3, etc., can be easily optimized.
  • the width Wa of the slit 43A in the circumferential direction D3 is larger than the width Wb of the side slit 44A in the axial direction D1.
  • the width Wa of the slit 43A is larger than the width Wb of the side slit 44A, interference between the peak edges 28a can be more easily prevented than in the case where the width of the slit and the width of the side slit are the same.
  • the slits 43, 43B and the side slits 44, 44B of the slit structures 40, 40A are spaced apart from the first edge 23c and second edge 23d of the bump foils 23, 23A. It is provided. Moreover, the slits 43, 43B and the side slits 44, 44B are provided so as to be closed within the bump foils 23, 23A.
  • the first elastic piece portions 28A, 28C and the second elastic piece portions have a desired elastic force at a position spaced apart from the first end edge 23c or the second end edge 23d, for example, a position near the center in the axial direction D1. This makes it easier to form the elastic piece portions 28B and 28D.
  • the slit structure 40B of the bump foil 23B according to the second modification includes a slit 43B that forms the peak edge 28a, and the slit 43B is opened at the first edge 23c or the second edge 23d. ing.
  • the peak edge 28a can be easily formed by making a cut or the like from the first edge 23c or the second edge 23d.
  • the plurality of peaks 32 are provided on the coupling portion 27 in addition to the elastic pieces 28A to 28F.
  • the joint portion 27 is less flexible than the elastic pieces 28A to 28F.
  • the elastic pieces 28A to 28F are more likely to bend as they are further away from the coupling portion 27 in the circumferential direction D3 and closer to the peak edge 28a.
  • the elastic supporting force of the peak portion 32 against the top foil 22 becomes smaller at locations where the elastic pieces 28A to 28F are more easily bent. Therefore, this elastic supporting force is greatest at the joint portion 27, and becomes smaller as it approaches each peak edge 28a of the elastic piece portions 28A to 28F.
  • the elastic supporting force that supports the top foil 22 by the plurality of peaks 32 is not uniform in the circumferential direction D3, but varies.
  • the top foil 22, bump foils 23, 23A, 23B, and set foils 24 are rolled to form the foil assembly 21, and in the foil assembly installation step, , the foil assembly 21 is inserted and installed into the bearing housing 45 so as to surround the rotating shaft 15.
  • ease of assembly when manufacturing the radial foil bearing 20 can be improved.
  • the rotating shaft 15 can be stably supported when rotating at high speed.
  • the radial foil bearing 20A in addition to the top foil 22 in the unfolded state, the bump foil 23 in the unfolded state, the set foil 24 in the unfolded state are stacked and rolled to form the foil assembly 21.
  • the foil assembly 21A is formed by stacking and rolling the unfolded top foil 22 and the unfolded bump foil 23. In the foil assembly installation process, the foil assembly 21A is inserted and installed into the bearing housing 45 so as to surround the rotating shaft 15.
  • the radial foil bearing according to the present disclosure is not limited to the examples described above, and various other modifications are possible.
  • the examples described above may be combined with each other depending on the desired purpose and effect.
  • the elastic piece portion can also be configured without a plurality of peaks.
  • the first elastic piece portion may not include a plurality of arcuate peaks, but may be a single arcuate plate-like portion.
  • the second elastic piece portion may not include a plurality of arcuate peaks, but may be a single arcuate plate-like portion as a whole.

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Abstract

回転軸に対向する対向面を備えたトップフォイルと、前記トップフォイルの前記対向面とは反対側である外方に配置されたバンプフォイルと、前記バンプフォイルを囲むように配置された軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受である。前記バンプフォイルは、前記トップフォイルを筒状に囲む筒状部と、前記筒状部に対して前記回転軸の軸方向に隣接すると共に、前記筒状部から独立して変形可能で、且つ周方向に展開可能な弾性片部と、を備えている。前記弾性片部は、前記軸受ハウジングに支持されている。

Description

ラジアルフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の製造方法
 本開示は、ラジアルフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の製造方法に関する。
 例えば、特許文献1に記載のラジアルフォイル軸受は、回転軸を取り囲む薄板状のトップフォイルと、トップフォイルを取り囲む薄板状のバンプフォイルと、トップフォイル及びバンプフォイルを収容する筒状のハウジングと、を備えている。また、特許文献2~5に記載のラジアルフォイル軸受は、バンプフォイルを備えることなく、ハウジングに直接的に弾性支持されたトップフォイルを備えている。
特開2004-190761号公報 国際公開第2014/098005号 特開2017-82909号公報 特開2018-150971号公報 特開2019-82195号公報
 上述のラジアルフォイル軸受では、高速回転する際の回転軸の安定した支持という点で課題が残る。
 本開示は、高速回転する際の回転軸を安定して支持できるラジアルフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の製造方法を説明する。
 本開示の一例に係るラジアルフォイル軸受は、ラジアルフォイル軸受であって、回転軸に対向する対向面を備えたトップフォイルと、トップフォイルの対向面とは反対側である外方に配置されたバンプフォイルと、バンプフォイルを囲むように配置された軸受ハウジングと、を備えている。バンプフォイルは、トップフォイルを筒状に囲む筒状部と、筒状部に対して回転軸の軸方向に隣接すると共に、筒状部から独立して変形可能で、且つ周方向に展開可能な弾性片部と、を備えている。弾性片部は、軸受ハウジングに支持されている。
 バンプフォイルは筒状部と弾性片部とを備えており、弾性片部は、筒状部から独立して変形可能である。弾性片部は、軸受ハウジングに直接的または間接的に支持されており、軸方向に隣接する筒状部を介してトップフォイルを支持することになる。また、弾性片部は、軸受ハウジングに支持されながら周方向に展開可能であるため、高速で回転する回転軸の振動などにも強く、安定した支持が可能になる。
 いくつかの例において、弾性片部と筒状部とは一体に形成され、バンプフォイルは、弾性片部が筒状部から独立して変形可能となるように、弾性片部を筒状部から分離するスリット構造を備えていてもよい。弾性片部と筒状部とは一体に設けられているため、筒状部の設置が完了すると、弾性片部の適切な設置が完了する。その結果、バンプフォイルを設置する際の組立性を向上できる。
 いくつかの例において、バンプフォイルは、筒状部と弾性片部とを結合する結合部を備え、弾性片部は、結合部に対して周方向の反対側に形成されたピーク縁部と、ピーク縁部から結合部まで延在する側縁部と、を備えていてもよい。ピーク縁部は、自由端となるようにスリット構造によって形成されていてもよい。自由端となるピーク縁部は、筒状部に結合された結合部を支点にして移動可能となる。
 いくつかの例において、バンプフォイルは、軸方向の一方側の端である第1の端縁と、軸方向において第1の端縁とは反対側の第2の端縁と、を備え、スリット構造は、ピーク縁部を形成するスリットと、スリットに接続されると共に、側縁部を形成するサイドスリットと、を備え、スリット及びサイドスリットは、第1の端縁及び第2の端縁から離間し、且つバンプフォイル内で閉じるように設けられていてもよい。バンプフォイルの第1の端縁または第2の端縁から離間した位置、例えば、軸方向の中央寄りの位置に所望の弾性力を有する弾性片部を形成し易くなる。
 いくつかの例において、バンプフォイルは、軸方向の一方側の端である第1の端縁と、軸方向において第1の端縁とは反対側の第2の端縁と、を備えていてもよい。スリット構造は、ピーク縁部を形成するスリットを備えていてもよい。スリットは、第1の端縁または第2の端縁で開放されており、側縁部の少なくとも一部は、スリットが開放された第1の端縁または第2の端縁に形成されていてもよい。自由端となるピーク縁部を形成するスリットは、バンプフォイルの第1の端縁または第2の端縁で開放されている。したがって、第1の端縁または第2の端縁からの切り込み等を入れることで、ピーク縁部を容易に形成できる。
 いくつかの例において、スリット構造は、ピーク縁部を形成するスリットを備えていてもよい。弾性片部は、周方向に隣接して並び、且つ弾性変形によって周方向に展開可能な複数の山部を備えていてもよい。スリットは、隣接して並ぶ山部同士の間で、山部を避けて、山部に沿って延在していてもよい。弾性変形によって周方向に展開可能な複数の山部の弾性機能を損ない難い。
 いくつかの例において、スリット構造は、ピーク縁部を形成するスリットを備え、弾性片部は、周方向に並んで複数設けられており、隣接する一方の弾性片部のピーク縁部と他方の弾性片部のピーク縁部とは共通のスリットによって形成されていてもよい。隣接する一方の弾性片部のピーク縁部と他方の弾性片部のピーク縁部とを形成するスリットを共通化させることで、隣接する弾性片部同士の間隔を小さくでき、弾性片部の形状や寸法、さらに周方向に形成する個数などを最適化し易くなる。
 いくつかの例において、スリット構造は、側縁部を形成するサイドスリットを更に備え、周方向のスリットの幅は、軸方向のサイドスリットの幅よりも大きくてもよい。例えば、周方向で隣接する一方の弾性片部のピーク縁部と他方の弾性片部のピーク縁部とを共通のスリットによって形成すると、弾性片部が展開した際に、一方の弾性片部のピーク縁部と他方の弾性片部のピーク縁部とは、近接する方向に移動することになる。ここで、スリットの幅はサイドスリットの幅よりも大きいので、スリットの幅とサイドスリットの幅とが同じである場合に比べ、ピーク縁部同士の干渉を防ぎ易くなる。
 いくつかの例において、バンプフォイルを囲むように配置され、弾性片部を支持するセットフォイルを更に備えてもよい。セットフォイルは、弾性片部が筒状部から外方に張り出す跳ねを抑えて弾性機能の低下を防ぐことができる。また、セットフォイルを設けることでバンプフォイルとセットフォイルとの間に摩擦が生じ、減衰性が向上する。
 本開示の一例は、回転軸に対向する対向面を備えたトップフォイルと、トップフォイルの外方に配置されたバンプフォイルと、バンプフォイルを囲むように配置された軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受の製造方法である。この製造方法は、展開状態のトップフォイルと展開状態のバンプフォイルとを重ねた積層物を丸めて筒状のフォイルアッセンブリを形成する工程と、回転軸を囲むようにフォイルアッセンブリを筒状の軸受ハウジング内に挿入して設置する工程と、を備えている。バンプフォイルは、トップフォイルを筒状に囲む筒状部と、筒状部に対して回転軸の軸方向に隣接すると共に、筒状部から独立して変形可能で、且つ周方向に展開可能な弾性片部と、を備えている。フォイルアッセンブリを軸受ハウジング内に挿入することで、弾性片部は、軸受ハウジングに支持される。この製造方法により、組立性を向上させながら、高速回転する際の回転軸を安定して支持できるラジアルフォイル軸受を製造できる。
 いくつかの例において、フォイルアッセンブリを形成する工程では、トップフォイルとは反対側でバンプフォイルに重なるように展開状態のセットフォイルを配置して積層物を形成し、積層物を丸めてフォイルアッセンブリを形成してもよい。弾性機能の低下を防ぎ、かつ、減衰性が向上するラジアルフォイル軸受を製造できる。
 本開示のいくつかの例によれば、高速回転する際の回転軸を安定して支持できる。
図1は、回転機械の一例を示す断面図である。 図2は、ラジアルフォイル軸受の一例を示す斜視図である。 図3は、回転軸に直交する断面でラジアルフォイル軸受を切断した断面図である。 図4は、フォイルアッセンブリの斜視図である。 図5は、展開状態のバンプフォイルを示し、(a)の図はバンプフォイルの平面図であり、(b)の図はバンプフォイルの斜視図である。 図6は、ラジアルフォイル軸受を機能的に説明するための模式的な断面図である。 図7は、ラジアルフォイル軸受を製造する工程を示す斜視図であり、(a)の図は、トップフォイル、バンプフォイル、およびセットフォイルを上下に並べた状態を示す斜視図であり、(b)の図は、丸める前のフォイルアッセンブリ(積層物)を示す斜視図であり、(c)の図は、フォイルアッセンブリを軸受ハウジングに挿入する状態を示す斜視図である。 図8は、変形例に係るラジアルフォイル軸受を機能的に説明するための模式的な断面図である。 図9は、バンプフォイルの第1の変形例を示し、展開状態のバンプフォイルを背面から見た平面図であり、一部分を拡大して示す図である。 図10は、バンプフォイルの第2の変形例を示し、展開状態のバンプフォイルを背面から見た平面図である。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
 図1には回転機械1が示されている。回転機械1は、例えば、電動アシスト型のターボチャージャーである。回転機械1は、タービン2と、コンプレッサ3と、電動機10と、回転軸15と、を備える。タービン2は、回転軸15の一端に設けられたタービンインペラ4と、タービンインペラ4を収容するタービンハウジング6と、を有する。コンプレッサ3は、回転軸15の他端に設けられたコンプレッサインペラ5と、コンプレッサインペラ5を収容するコンプレッサハウジング7と、を有する。
 電動機10のロータ11は、例えば、回転軸15の中央部に配置されている。ロータ11は、回転軸15に固定され、回転軸15と共に回転可能である。電動機10のステータ12は、ロータ11を取り囲むように配置されている。ステータ12は、タービンハウジング6とコンプレッサハウジング7との間に設けられたモータハウジング13に固定されている。ステータ12は、回転軸15の周りに磁場を生じさせることにより、ロータ11を回転させることが可能である。このロータ11とステータ12との協働によって、回転軸15の回転が補助される。
 回転機械1では、内燃機関から排出された排気ガスが、スクロール流路6aを通じてタービンハウジング6内に流入し、タービンインペラ4を回転軸線H周りに回転させる。タービンインペラ4を回転させた排気ガスは、タービンハウジング6の吐出口6bを通じて吐出される。上記のようにタービンインペラ4が回転すると、回転軸15を介してコンプレッサインペラ5が回転する。このとき、電動機10により回転軸15にトルクが付与されることにより、回転軸15及びコンプレッサインペラ5の回転が補助される。回転するコンプレッサインペラ5は、コンプレッサハウジング7の吸入口7bを通じて外部の空気を吸入する。この空気が、コンプレッサインペラ5及びスクロール流路7aを通過する間に圧縮される。圧縮された空気は、コンプレッサハウジング7の吐出口から吐出され、前述の内燃機関に供給される。
 回転軸15は、複数の軸受を介して回転軸線Hのまわりに回転可能に支持されている。複数の軸受の少なくとも一つは、本開示のラジアルフォイル軸受20である。図1に示される例では、一対のラジアルフォイル軸受20が回転軸15の両端部にそれぞれ設けられている。ラジアルフォイル軸受20は、回転軸15をラジアル方向(すなわち、回転軸線Hに対して垂直な方向)に支持する空気軸受である。
 本開示の回転機械1では、一対のラジアルフォイル軸受20のうち、コンプレッサインペラ5に近い方のラジアルフォイル軸受20とコンプレッサインペラ5との間に、スラストカラー17及び一対のスラスト空気軸受18が設けられている。スラストカラー17は、回転軸15の周囲に鍔状に張り出すように形成された円板状の部材である。一対のスラスト空気軸受18は、スラストカラー17を挟む位置に設けられている。一対のスラスト空気軸受18の間には、スラストカラー17を包囲するスペーサ19が設けられている。スラストカラー17及び一対のスラスト空気軸受18は、回転軸15をスラスト方向(すなわち、回転軸線Hに対して平行な方向)に支持する。
<ラジアルフォイル軸受>
 続いて、図2、図3を参照しながら、ラジアルフォイル軸受20の一例について詳細に説明する。なお、本開示の回転機械1は、一対のラジアルフォイル軸受20を備えているが、一対のラジアルフォイル軸受20は、実質的に同一の構造を有する。従って、以下では、一方のラジアルフォイル軸受20を代表して説明する。
 ラジアルフォイル軸受20は、フォイルアッセンブリ21と、フォイルアッセンブリ21を収容する軸受ハウジング45と、を備える。フォイルアッセンブリ21は、トップフォイル22、トップフォイル22を取り囲むバンプフォイル23、及びバンプフォイル23を取り囲むセットフォイル24を備えている。回転軸15が回転すると、回転軸15とトップフォイル22との間に空気膜が形成される。ラジアルフォイル軸受20は、この空気膜を形成することで、回転軸15を回転自在に支持する。
<軸受ハウジング>
 軸受ハウジング45は略筒状のケーシングであり、回転軸15が挿通される軸孔46を有する。フォイルアッセンブリ21は、回転軸15を囲むように軸孔46の内部に収容される。つまり、軸受ハウジング45は、セットフォイル24を挟んだ状態でバンプフォイル23を囲むように配置されている。例えば、軸受ハウジング45は、内側に円筒状の内周面を含んでいる。この内周面は軸孔46の外周面と考えることができる。この内周面は、フォイルアッセンブリ21に対向しており、実質的にフォイルアッセンブリ21を支持している。
 軸孔46は、回転軸線Hが延在する方向において軸受ハウジング45を貫通している。以下の説明において、軸孔46が延在する方向、すなわち回転軸線H(回転軸15)が延在する方向を「軸方向D1」と称する(図4参照)。また、軸孔46の径方向、すなわち回転軸線H(回転軸15)に対して垂直な方向を「径方向D2」と称する。また、回転軸15の周方向、すなわち、回転軸線Hを中心とする環に沿う方向を「周方向D3」と称する。
 軸受ハウジング45は、例えば、回転停止した回転軸15を支える十分な強度を有する部材である。回転軸15は、軸受ハウジング45の軸孔46の中心を通るように配置されている。軸孔46の内周面46aと回転軸15との間には、筒状に丸められたフォイルアッセンブリ21が配置されている。フォイルアッセンブリ21には、径方向D2に突出している係止構造31が設けられており、軸孔46の内周面46aには、係止構造31が収まる係止溝46bが設けられている。係止構造31は、軸方向D1に延在するように設けられており、係止溝46bは、係止構造31が収まるように軸方向D1に延在する縦長の溝である。係止溝46bの周方向D3の幅は、係止構造31の周方向D3の幅に対応しており、係止溝46bは、周方向D3方向において係止構造31に当接可能である。フォイルアッセンブリ21は、回転軸15の周方向D3へ移動しようとすると、係止構造31が係止溝46bに干渉する。その結果、フォイルアッセンブリ21の回転は抑止される。
<フォイルアッセンブリ>
 図2、図3及び図4に示されるように、フォイルアッセンブリ21は、トップフォイル22、バンプフォイル23及びセットフォイル24を備えている。トップフォイル22、バンプフォイル23及びセットフォイル24は、それぞれ金属製の薄板によって形成されており、可撓性を有している。トップフォイル22、バンプフォイル23及びセットフォイル24は、この順番で重なり合い、トップフォイル22が内周側となるような筒状の形状を呈している。
<トップフォイル>
 筒状のトップフォイル22は、回転軸15に面する内周面と、内周面に対して反対側である外周面22bとを備えている。内周面は、回転軸15に面する対向面22aである。展開状態のトップフォイル22は、スリット等が形成されていない略長方形状の薄板であり、長手方向の両方の端部は、L字状に屈曲している第1のフック31aである。
<バンプフォイル>
 筒状のバンプフォイル23は、トップフォイル22に面する内周面23aと、内周面23aに対して反対側である外周面23bとを備えている。展開状態のバンプフォイル23は(図5参照)、平面視において略長方形状の薄板であり、長手方向D4の両方の端部は、L字状に屈曲している第2のフック31bである。なお、この長手方向D4は、バンプフォイル23を丸めた状態での周方向D3を意味する。したがって、以下の説明では、長手方向D4と周方向D3とを区別して説明する必要がある場合を除き、統一的に周方向D3として説明する。
 バンプフォイル23は、トップフォイル22とは異なり、周方向D3に並ぶように設けられた複数の山部32を備えている。この山部32は、内周面23aを基準にして内方に向けて膨らむように突出した形状部分を意図しており、内周面23aにおいて複数の山部32同士の間には谷部33が形成されている。なお、外周面23bを基準にすると、山部32は凹み部分となり、逆に谷部33は膨らみ部分となる。なお、本開示の山部32は、周方向D3方向で湾曲した凹凸形状が交互に形成された波板状であるが、連続することなく途中で凹凸形状が途切れて部分的に山部が形成されていてもよい。また、波板状ではなく、ドーム状や球体の一部を形成するような凸曲面形状であってもよい。
 山部32は、断面視で円弧状に湾曲しており、弾性変形によって周方向D3に展開可能であり、例えば、可撓性を有している。この断面視とは、バンプフォイル23を周方向D3に沿った面で切断した場合の断面視を想定している。山部32は、トップフォイル22に対面する内方に向けて膨らむように設けられている。フォイルアッセンブリ21を形成した際、円弧状である山部32の頂部32aは、トップフォイル22の外周面22bに当接可能である。本実施形態に係るバンプフォイル23は、複数の山部32が周方向D3に配列されており、各山部32の頂部32aは軸方向D1に延在している。そのため、バンプフォイル23に径方向D2の荷重が印加されると、荷重が印加された部分付近から、バンプフォイル23が周方向D3に伸びるように(広がるように)変形する。
 バンプフォイル23は、筒状部25、弾性部26、及び筒状部25と弾性部26とを結合する結合部27を備えている。筒状部25は、トップフォイル22を筒状に囲む部分である。筒状部25は、例えば、バンプフォイル23の周方向D3の一方の端部から他方の端部にかけて途切れることなく連続する部分である。なお、筒状部25が周方向D3で途切れることなく連続する部分であるという意味は、例えば、周方向D3の途中において、軸方向D1に延びるスリットなどによって分断されていない部分である。また、筒状部25は、軸方向D1で完全に切断されていなければよいので、軸方向D1にズレることを排除するものではない。例えば、筒状部25は、バンプフォイル23の一方の端部から他方の端部までの間である周方向D3の途中で軸方向D1に湾曲していてもよく、周方向D3において連続する1つの曲線形状を成す構造であってもよい。
 弾性部26は、筒状部25に一体に設けられている。弾性部26は、結合部27から周方向D3に延在する第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bと、を備えている。第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、筒状部25に対して軸方向D1に隣接するように配置されており、筒状部25から独立して変形可能である。そのため、例えば第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bのみに荷重を印加した場合に、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bが周方向D3に大きく変形し、筒状部25はほとんど変形しないことになる。その結果、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、筒状部25よりも周方向D3の広がりは大きくなる。
 また、後述の通り、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bはスリット構造40によって形成されており、スリット構造40によって第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは筒状部25から独立して変形可能となっている。すなわち、スリット構造40の幅の分、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bが相互に影響せず、周方向D3に変形可能となっている。また、本開示において、バンプフォイル23を構成する金属板の厚さは均一となっている。そのため第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、筒状部25よりも変形し易い構造となっている。
 第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、軸受ハウジング45の円筒状の内周面に支持されている。なお、「軸受ハウジング45に支持されている」とは、軸受ハウジング45に当接して直接的に支持されている場合、軸受ハウジング45との間に介在物が存在して間接的に支持されている場合の両方が含まれる。本開示では、介在物としてセットフォイル24を備えており、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、軸受ハウジング45に間接的に支持されている。
 第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、それぞれ可撓性を有するように湾曲しており、弾性変形可能となるように周方向D3に展開可能である。第1の弾性片部28Aは、結合部27に対して周方向D3の反対側に形成されたピーク縁部28aと、ピーク縁部28aから結合部27まで延在する側縁部28bと、を備えている。また、第2の弾性片部28Bは、結合部27に対して周方向D3の反対側に形成されたピーク縁部28aと、ピーク縁部28aから結合部27まで延在する側縁部28bと、を備えている。ここで、「結合部27に対して周方向D3の反対側」とは、周方向D3を基準にして結合部27とは反対側となる端部の位置を意味している。
 第1の弾性片部28Aは、周方向D3を基準にした場合の一方向に向けて、結合部27から延在していると説明することもできる。第2の弾性片部28Bは、周方向D3を基準にした場合の一方向とは逆となる方向に向けて、結合部27から延在していると説明することもできる。また、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの各先端には、結合部27を支点にして移動可能な自由端であるピーク縁部28aが形成されていると説明することもできる。
 展開状態のバンプフォイル23(図4参照)を筒状に丸めると、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、例えば、筒状部25の接線方向に向けて湾曲した状態で張り出すように設けられる。バンプフォイル23は、セットフォイル24によって囲まれており、セットフォイル24は、例えば、スリット等が形成されていない略長方形状の薄板を丸めたものである。セットフォイル24に囲まれた状態で、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、セットフォイル24に当接して押さえ付けられる。その結果、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bが筒状部25から跳ねるように張り出す状態は解消されている。第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、セットフォイル24に当接することで、それぞれ円弧状に湾曲している。また、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは、円弧状に湾曲した状態でセットフォイル24に当接することで筒状部25を弾性支持し、さらに、筒状部25を介してトップフォイル22を弾性支持している。
 上述の通り、弾性部26は、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bを備えており、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bは円弧状に湾曲している。本開示において、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bには複数の山部32が設けられている。山部32は、バンプフォイル23を丸める前の状態において、既に円弧状に湾曲している。一方で、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの「円弧状」は、バンプフォイル23を丸める前の状態において形成されておらず、山部32の円弧状とは別に把握される形状であり、バンプフォイル23を丸めることによって形成される。例えば、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bを機能的に把握した場合、便宜的には、複数の山部32を省略し、凹凸の無い円弧状として把握することができる(図6参照)。機能的には、筒状部25も同様であり、複数の山部32を省略し、凹凸の無い円筒状として把握することもできる。なお、図6において、山部32は、弾性体として機能的に簡易表現されており、例えば、簡略形状のバネとして示されている。また、図8において、山部32は、図6同様に、簡略形状のバネとして示されている。
 機能的な概念として山部32が省略された第1の弾性片部28Aは、結合部27から周方向D3に延在する湾曲板状部として仮定できる。つまり、この湾曲板状部は、波打つことなく円弧状に湾曲した単純な形状として把握できる。第2の弾性片部28Bも同様であり、機能的に山部32が省略された結果、波打つことなく円弧状に湾曲した単純な形状として把握できる。また、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの円弧状の曲率中心は、バンプフォイル23の内方の位置となる。なお、バンプフォイル23の内方の位置とは、バンプフォイル23よりも回転軸15に近くなる内側の位置である。また、第1の弾性片部28Aの曲率半径は、筒状部25の曲率半径よりも大きく、第2の弾性片部28Bの曲率半径は、筒状部25の曲率半径よりも大きい。なお、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bに形成された山部32は、その曲率中心がバンプフォイル23の外方の位置となるような円弧状であり、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの円弧状とは、その技術的意義は異なる。ここで、バンプフォイル23の外方の位置とは、バンプフォイル23よりも回転軸15から遠くなる外側の位置である。
 次に、バンプフォイル23に設けられたスリット構造40について説明する。まず、バンプフォイル23は、軸方向D1の一方側の端である第1の端縁23cと、軸方向D1において第1の端縁23cとは反対側の第2の端縁23dと、を備えている。スリット構造40は、第1の端縁23c及び第2の端縁23dから独立して第1の弾性片部28Aまたは第2の弾性片部28Bを形成したり、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dと協働して第1の弾性片部28Aまたは第2の弾性片部28Bを形成したりしてもよい。
 また、スリット構造40は、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bを筒状部25から分離する境界としての機能を有しており、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bが結合部27に接続される部分を形成する。スリット構造40は、第1の弾性片部28Aを形成する第1のスリット連続部41と、第2の弾性片部28Bを形成する第2のスリット連続部42とを備えている。
 第1のスリット連続部41は(図5参照)、ピーク縁部28aを形成するスリット43と、スリット43に連通するように接続され、側縁部28bを形成する二個(複数)のサイドスリット44と、を備えている。スリット43は、例えば、軸方向D1に延在している。スリット43は、ピーク縁部28aを形成するように、第1の弾性片部28Aの先端を筒状部25から分離している。サイドスリット44は、スリット43に交差する方向に延在している。スリット43に交差する方向とは、スリット43の長手方向に直交する場合のみならず、スリット43に直交する方向に対して傾斜する方向も含まれる。サイドスリット44は、スリット43の両端に接続されるように設けられている。サイドスリット44は、第1の弾性片部28Aの側縁部28bを筒状部25から分離するように周方向D3に延在している。
 本開示のスリット43及びサイドスリット44は、バンプフォイル23の両側縁である第1の端縁23c及び第2の端縁23dから離間しており、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dまで到達していない。つまり、スリット43及びサイドスリット44は、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dで開放されることなく、バンプフォイル23内で閉じるように設けられている。
 また、スリット43は、隣接して並ぶ山部32同士の間で、山部32を避けて設けられている。また、スリット43は、山部32に沿って延在するように、谷部33の位置に設けられている。つまり、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの自由端となるピーク縁部28aは、谷部33に沿うように設けられている。山部32を避けてピーク縁部28aを設けることにより、山部32の弾性機能を阻害することを防ぐことができる。
 第2のスリット連続部42は、第1のスリット連続部41と実質的に同一の構造を備えており、スリット43と、二個(複数)のサイドスリット44と、を備えている。第2のスリット連続部42は、回転軸15の周方向D3において、第1のスリット連続部41に対して対称となるように設けられている。
 第1のスリット連続部41との第2のスリット連続部42と間には結合部27が配置されている。結合部27は、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bと筒状部25とを結合して一体化している部分である。結合部27から第1のスリット連続部41のスリット43までの距離は、結合部27から第2のスリット連続部42のスリット43までの距離と同じである。なお、結合部27から第1のスリット連続部41のスリット43までの距離と結合部27から第2のスリット連続部42のスリット43までの距離とは異なっていてもよい。
 本開示において、バンプフォイル23には、複数の第1のスリット連続部41及び第2のスリット連続部42が形成されている。その結果、複数の第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bが形成されている。また、複数の第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bを形成することで、複数の弾性部26が形成されている。
 図5に示されるように、例えば、展開状態のバンプフォイル23には、周方向D3に沿って第1のスリット連続部41と第2のスリット連続部42とが交互に形成されている。その結果、展開状態のバンプフォイル23には、周方向D3に沿って第1の弾性片部28Aと第2の弾性片部28Bとが交互に配置されるように形成されている。周方向D3で隣接する第1の弾性片部28Aと第2の弾性片部28Bとの組み合わせ(弾性片ユニット)によって単一の弾性部26が形成される。本開示のバンプフォイル23は、例えば、周方向D3に沿って第1の弾性片ユニット29A、第2の弾性片ユニット29B、及び第3の弾性片ユニット29Cを備えている。バンプフォイル23を丸めた際、第1の弾性片ユニット29A、第2の弾性片ユニット29Bおよび第3の弾性片ユニット29Cにより、周方向D3に並ぶ三個(複数)の弾性部26が形成される(図6参照)。
 第1の弾性片ユニット29Aのピーク縁部28aと、第2の弾性片ユニット29Bのピーク縁部28aとは共通のスリット43によって形成されている。具体的に説明すると、第1の弾性片ユニット29Aの第2の弾性片部28Bを形成するスリット43と、第2の弾性片ユニット29Bの第1の弾性片部28Aを形成するスリット43とは共通化されている。また、第2の弾性片ユニット29Bの第2の弾性片部28Bを形成するスリット43と、第3の弾性片ユニット29Cの第1の弾性片部28Aを形成するスリット43とは共通化されている。つまり、本開示において、隣接する一方の弾性部26のピーク縁部28aと他方の弾性部26のピーク縁部28aとは共通のスリット43によって形成されている。隣接する一方の弾性部26のピーク縁部28aと他方の弾性部26のピーク縁部28aとを単一のスリット43で共通化させることで、隣接する弾性部26同士の間隔を小さくできる。その結果、弾性部26の形状や寸法、さらに周方向D3に形成する個数などを最適化し易くなる。
<セットフォイル>
 図3及び図4に示されるように、筒状のセットフォイル24は、バンプフォイル23を囲むように配置され、弾性部26、つまり第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bを支持する。セットフォイル24で弾性部26に支持する際、第1の弾性片部28A及び第2の弾性片部28Bの弾性を付与した状態で支持するようにしても良いし、弾性が生じない状態で支持するようにしてもよい。セットフォイル24は、バンプフォイル23に面する内周面24aと、内周面24aに対して反対側である外周面24bとを備えている。展開状態のセットフォイル24は、略長方形状の薄板であり、周方向D3の両方の端部は、L字状に屈曲している第3のフック31cである。
 図2及び図3に示されるように、回転軸15に対面する内周側から順番にトップフォイル22、バンプフォイル23、及びセットフォイル24が積層されている。トップフォイル22の両端に形成された第1のフック31a、バンプフォイル23の両端に形成された第2のフック31b、及びセットフォイル24の両端に形成された第3のフック31cは、互いに重なるように配置され、係止構造31を形成する。係止構造31は、軸受ハウジング45の係止溝46bに収容されている。
<ラジアルフォイル軸受の変形例>
 図8は、変形例に係るラジアルフォイル軸受を機能的に説明するための模式的な断面図である。なお、変形例に係るラジアルフォイル軸受20Aは、上述のラジアルフォイル軸受20と実質的に同一の構造や部材を備えている。したがって、同一の構造や部材については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。ラジアルフォイル軸受20Aは、フォイルアッセンブリ21Aと、フォイルアッセンブリ21Aを収容する軸受ハウジング45と、を備えている。フォイルアッセンブリ21Aは、セットフォイル24を備えておらず、トップフォイル22及びバンプフォイル23によって形成されている。バンプフォイル23の弾性部26は、軸受ハウジング45に直接的に接して筒状部25を弾性支持し、さらに、筒状部25を介してトップフォイル22を弾性支持している。また、弾性部26は、軸受ハウジング45に直接的に摺接しながら撓む。
<バンプフォイルの変形例>
 図9は、第1の変形例に係るバンプフォイル23Aを例示し、展開状態のバンプフォイル23Aの外周面23bの一部を拡大して示す平面図である。図10は、第2の変形例に係るバンプフォイル23Bを例示し、展開状態のバンプフォイル23Bの外周面23bを示す平面図である。なお、第1の変形例に係るバンプフォイル23A及び第2の変形例に係るバンプフォイル23Bは、それぞれ上述のラジアルフォイル軸受20,20Aに適用することができる。
 バンプフォイル23Aは、筒状部25から第1の弾性片部28C及び第2の弾性片部28Dを独立して変形可能に分離するスリット構造40Aを備えている。周方向D3で隣接する第1の弾性片部28C及び第2の弾性片部28Dにおいて、第1の弾性片部28Cのピーク縁部28aと、第2の弾性片部28Dのピーク縁部28aとは共通のスリット43Aによって形成されている。スリット43Aの幅Waは、サイドスリット44Aの幅Wbよりも大きい。スリット43Aの幅Waとは、バンプフォイル23の周方向D3の幅を意味し、バンプフォイル23を丸めた状態では周方向D3の幅を意味する。また、サイドスリット44Aの幅Wbは、軸方向D1の幅を意味している。
 第1の弾性片部28Cのピーク縁部28aと第2の弾性片部28Dのピーク縁部28aとは、第1の弾性片部28C及び第2の弾性片部28Dが撓んで展開する際に、近接する方向に移動することになる。ここでピーク縁部28aを形成するスリット43Aの幅Waは、サイドスリット44Aの幅Wbよりも大きいため、スリット43の幅とサイドスリット44の幅とが同じである場合に比べ、ピーク縁部28a同士の干渉を防ぎ易くなる。
 図10に示されるように、第2の変形例に係るバンプフォイル23Bは、軸方向D1の一方側の端である第1の端縁23cと、軸方向D1において第1の端縁23cとは反対側の第2の端縁23dと、を備えている。バンプフォイル23Bの筒状部25Bは、第1の端縁23c及び第2の端縁23dから離間した位置に設けられている。例えば、筒状部25Bは、第1の端縁23cと第2の端縁23dとの間の中央領域を含み、周方向D3(周方向D3)に延在するように設けられている。バンプフォイル23Bは、筒状部25Bに対して軸方向D1に隣接している第1の弾性片部28E及び第2の弾性片部28Fを備えている。つまり、第1の弾性片部28E及び第2の弾性片部28Fは、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dと筒状部25Bとの間に設けられている。
 バンプフォイル23Bは、筒状部25Bから第1の弾性片部28E及び第2の弾性片部28Fを独立して変形可能に分離するスリット構造40Bを備えている。スリット構造40Bは、ピーク縁部28aを形成するスリット43Bと、スリット43Bに接続され、側縁部28bを形成するサイドスリット44Bとを備えている。スリット43Bは、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dで開放されている。
 第1の弾性片部28E及び第2の弾性片部28Fの側縁部28bの少なくとも一部は、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dに形成されている。具体的に説明すると、第1の弾性片部28Eを形成する一対(複数)の側縁部28bのうち、一部の側縁部28bは第1の端縁23cまたは第2の端縁23dに形成されており、その他の側縁部28bはサイドスリット44Bによって形成されている。また、第2の弾性片部28Fを形成する一対(複数)の側縁部28bのうち、一部の側縁部28bは第1の端縁23cまたは第2の端縁23dに形成されており、その他の側縁部28bはサイドスリット44Bによって形成されている。つまり、第2の変形例に係るバンプフォイル23Bの場合、スリット構造40Bは、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dと協働して第1の弾性片部28Eまたは第2の弾性片部28Fを形成している。
<ラジアルフォイル軸受の製造方法>
 次に、図7を参照して、ラジアルフォイル軸受20の製造方法について説明する。本開示の製造方法は、フォイル形成工程、フォイルアッセンブリ形成工程、フォイルアッセンブリ設置工程と、を備えている。
 フォイル形成工程は、トップフォイル形成工程、バンプフォイル形成工程及びセットフォイル形成工程を備えている。トップフォイル形成工程では、金属製の第1の板状部材が所定の形状(例えば、長方形)となるように加工し、展開状態のトップフォイル22を形成する。また、トップフォイル22の周方向D3の両端は屈曲されて第1のフック31aが形成される。なお、上述の変形例に係るラジアルフォイル軸受20Aの製造方法では、セットフォイル形成工程を省略することができる。また、所望の形状に加工されたトップフォイル22、バンプフォイル23,23A,23B、セットフォイル24を使用する場合には、フォイル形成工程を省略することも可能である。
 バンプフォイル形成工程では、金属製の第2の板状部材が所定の形状(例えば、長方形)となるように加工し、展開状態のバンプフォイル23を形成する。バンプフォイル23の周方向D3の両端は屈曲されて第2のフック31bが形成される。また、バンプフォイル23に対し、筒状部25及び弾性部26を形成するためのスリット構造40を形成する。弾性部26は、第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B、28D、28Fを備えている。また、バンプフォイル23に対し、複数の円弧状の山部32を形成するような加工処理を施す。本開示では、スリット構造40を形成することにより、バンプフォイル23を丸めた際に、筒状部25と弾性部26とを一体に形成できる。つまり、複数の部材を組み合わせるようにして弾性部26を形成する必要はない。なお、スリット構造40は、山部32を形成する前に形成してもよいし、山部32を形成した後に形成してもよい。
 セットフォイル形成工程では、金属製の第3の板状部材が所定の形状(例えば、長方形)となるように加工し、展開状態のセットフォイル24を形成する。セットフォイル24の周方向D3の両端は屈曲されて第3のフック31cが形成される。
 図7の(b)、(c)図に示されるように、フォイルアッセンブリ形成工程では、展開状態のトップフォイル22、展開状態のバンプフォイル23、展開状態のトップフォイル22を重ねた積層物を丸めて筒状のフォイルアッセンブリ21を形成する。フォイルアッセンブリ21を形成する際、第1のフック31a、第2のフック31b、及び第3のフック31cを重ねて係止構造31を形成する。フォイルアッセンブリ21を形成するためにバンプフォイル23を丸めた際に、スリット構造40によって弾性部26が形成される。
 フォイルアッセンブリ設置工程では、回転軸15を囲むようにフォイルアッセンブリ21を軸受ハウジング45内に挿入してラジアルフォイル軸受20を形成する。具体的には、フォイルアッセンブリ21を軸受ハウジング45の軸孔46に挿入する。軸受ハウジング45の軸方向D1(図1参照)の端部は、リング状の押え部材等を設置し、軸方向D1へのフォイルアッセンブリ21のズレを規制する。
 次に本開示のラジアルフォイル軸受20,20Aによって奏される作用効果について説明する。
 ラジアルフォイル軸受20,20Aのバンプフォイル23,23A,23Bは、筒状部25と弾性片部28A~28Fとを備えている。弾性片部28A~28Fは、筒状部25から独立して変形可能である。弾性片部28A~28Fは、軸受ハウジング45に直接的または間接的に支持されており、軸方向D1に隣接する筒状部25を介してトップフォイル22を支持することになる。また、弾性片部28A~28Fは、軸受ハウジング45に直接的または間接的に支持されながら周方向D3に展開可能である。
 ラジアルフォイル軸受20の弾性片部28A~28Fは、軸受ハウジング45に間接的に摺接しながら撓み、ラジアルフォイル軸受20Aの弾性片部28A~28Fは、軸受ハウジング45に直接的に摺接しながら撓む。弾性片部28A~28Fは、軸受ハウジング45に間接的または直接的に支持されながら弾性変形して展開すると、筒状部25を弾性支持することになり、さらに、筒状部25を介してトップフォイル22を弾性支持することになる。その結果、ラジアルフォイル軸受20,20Aは、高速で回転する回転軸15の振動などにも強くなり、回転軸15の安定した支持が可能になる。
 また、本開示において、弾性片部28A~28Fと筒状部25とは一体に形成されているため、筒状部25の設置が完了すると、弾性片部28A~28Fの適切な設置が完了する。その結果、バンプフォイル23,23A,23Bを設置する際の組立性を向上できる。
 また、バンプフォイル23,23A,23Bは、弾性片部28A~28Fと筒状部25とを結合する結合部27を備えている。弾性片部28A~28Fは、それぞれ結合部27に対して周方向D3の反対側に形成されたピーク縁部28aと、ピーク縁部28aから結合部27まで延在する側縁部28bと、を備えている。ピーク縁部28aは、自由端となるようにスリット構造40,40A,40Bによって形成されているため、結合部27を支点にして移動可能となる。
 弾性片部28A~28Fは、自身の展開により、トップフォイル22を介して回転軸15を弾性支持している。また、弾性片部28A~28Fは、周方向D3に隣接して並ぶ複数の山部32を備えている。複数の山部32は、弾性変形して周方向D3に展開可能である。ラジアルフォイル軸受20,20Aは、複数の山部32を備えているので、弾性片部28A~28Fの展開に加え、複数の山部32それぞれの展開によってもトップフォイル22を弾性支持できる。また、弾性片部28A~28Fのピーク縁部28aを形成するスリット43,43A,43Bは、隣接して並ぶ山部32同士の間で、山部32を避けて設けられている。その結果、弾性変形によって周方向D3に展開可能な複数の山部32の弾性機能を損ない難い。
 また、本開示のラジアルフォイル軸受20,20Aは、第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B,28D,28Fを支持するセットフォイル24を備えている。セットフォイル24により、第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B,28D,28Fが筒状部25から外方に張り出す跳ねを抑えて弾性機能の低下を防ぐことができる。また、セットフォイル24を設けることでバンプフォイル23とセットフォイル24との間に摩擦が生じ、減衰性が向上する。
 また、周方向D3で互いに隣接する第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B,28D,28Fにおいて、第1の弾性片部28A,28C,28Eのピーク縁部28aと、第2の弾性片部28B,28D,28Fのピーク縁部28aとは共通のスリット43,43A,43Bによって形成されている。スリット43A,43Bを共通化させることで、隣接する第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B,28D,28F同士の間隔を小さくでき、第1の弾性片部28A,28C,28E及び第2の弾性片部28B,28D,28Fの形状や寸法、さらに周方向D3に形成する個数などを最適化し易くなる。
 また、変形例1に係るバンプフォイル23Aでは、周方向D3のスリット43Aの幅Waは、軸方向D1のサイドスリット44Aの幅Wbよりも大きい。例えば、第1の弾性片部28Cのピーク縁部28aと第2の弾性片部28Dのピーク縁部28aとを共通のスリット43Aによって形成すると、第1の弾性片部28Cまたは第2の弾性片部28Dが展開した際に、互いのピーク縁部28aは近接する方向に移動することになる。ここで、スリット43Aの幅Waはサイドスリット44Aの幅Wbよりも大きいので、スリットの幅とサイドスリットの幅とが同じである場合に比べ、ピーク縁部28a同士の干渉を防ぎ易くなる。
 また、バンプフォイル23、23Aにおいて、スリット構造40、40Aのスリット43,43Bとサイドスリット44,44Bとは、バンプフォイル23、23Aの第1の端縁23c及び第2の端縁23dから離間して設けられている。また、スリット43,43Bとサイドスリット44,44Bとは、バンプフォイル23、23A内で閉じるように設けられている。その結果、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dから離間した位置、例えば、軸方向D1の中央寄りの位置に所望の弾性力を有する第1の弾性片部28A,28C及び第2の弾性片部28B,28Dを形成し易くなる。
 また、第2の変形例に係るバンプフォイル23Bのスリット構造40Bは、ピーク縁部28aを形成するスリット43Bを備え、スリット43Bは、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dで開放されている。その結果、第1の端縁23cまたは第2の端縁23dからの切り込み等を入れることで、ピーク縁部28aを容易に形成できる。
 また、複数の山部32は、弾性片部28A~28Fに加え、結合部27にも設けられている。結合部27は、弾性片部28A~28Fに比べて撓み難い。これに対し、弾性片部28A~28Fは、結合部27から周方向D3に離れてピーク縁部28aに近くなるほど撓み易い。トップフォイル22に対する山部32の弾性支持力は、弾性片部28A~28Fの撓み易い場所ほど小さくなる。したがって、この弾性支持力は、結合部27で最も大きくなり、弾性片部28A~28Fの各ピーク縁部28aに近くなるほど小さくなる。つまり、複数の山部32によってトップフォイル22を支持する弾性支持力は、周方向D3で均一ではなく、変化している。弾性支持力が変化するように複数の山部32を配置することで、回転軸15に干渉して振動するトップフォイル22の安定性を向上でき、高速回転する回転軸15を支持する際の安定性が向上する。
 また、上記のラジアルフォイル軸受20の製造方法では、フォイルアッセンブリ形成工程において、トップフォイル22、バンプフォイル23,23A,23B、及びセットフォイル24を丸めてフォイルアッセンブリ21を形成し、フォイルアッセンブリ設置工程において、回転軸15を囲むようにフォイルアッセンブリ21を軸受ハウジング45内に挿入して設置する。この製造方法により、ラジアルフォイル軸受20を製造する際の組立性を向上できる。また、この製造方法によって製造されたラジアルフォイル軸受20によれば、高速回転する際の回転軸15を安定して支持できる。
 なお、上記の製造方法では、展開状態のトップフォイル22、展開状態のバンプフォイル23に加え、展開状態のセットフォイル24を重ねた状態で丸めてフォイルアッセンブリ21を形成した。しかしながら、セットフォイル24を省略したラジアルフォイル軸受20Aを製造することも可能である。ラジアルフォイル軸受20Aを製造する場合には、展開状態のトップフォイル22と展開状態のバンプフォイル23とを重ねて丸めることでフォイルアッセンブリ21Aを形成する。フォイルアッセンブリ設置工程では、回転軸15を囲むようにフォイルアッセンブリ21Aを軸受ハウジング45内に挿入して設置する。
 本開示によるラジアルフォイル軸受は、上述した各例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した各例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、弾性片部は、複数の山部を省略した構成にすることも可能である。例えば、第1の弾性片部は、円弧状の複数の山部を備えることなく、全体が一つの円弧状の板状部であってもよい。また、第2の弾性片部は、円弧状の複数の山部を備えることなく、全体が一つの円弧状の板状部であってもよい。
15 回転軸
20,20A ラジアルフォイル軸受
21,21A フォイルアッセンブリ
45 軸受ハウジング
22 トップフォイル
23,23A,23B バンプフォイル
23c 第1の端縁
23d 第2の端縁
24 セットフォイル
D1 軸方向
D3 周方向
22a 対向面
32 山部
25 筒状部
27 結合部
28A,28C,28E 第1の弾性片部
28B,28D,28F 第2の弾性片部
28a ピーク縁部
28b 側縁部
40,40A,40B スリット構造
43,43A,43B スリット
44,44A,44B サイドスリット
Wa スリットの幅
Wb サイドスリットの幅

Claims (11)

  1.  ラジアルフォイル軸受であって、
     回転軸に対向する対向面を備えたトップフォイルと、
     前記トップフォイルの前記対向面とは反対側である外方に配置されたバンプフォイルと、
     前記バンプフォイルを囲むように配置された軸受ハウジングと、を備え、
     前記バンプフォイルは、前記トップフォイルを筒状に囲む筒状部と、前記筒状部に対して前記回転軸の軸方向に隣接すると共に、前記筒状部から独立して変形可能で、且つ周方向に展開可能な弾性片部と、を備え、
     前記弾性片部は、前記軸受ハウジングに支持されている、ラジアルフォイル軸受。
  2.  前記弾性片部と前記筒状部とは一体に形成され、
     前記バンプフォイルは、前記弾性片部が前記筒状部から独立して変形可能となるように、前記弾性片部を前記筒状部から分離するスリット構造を備えている請求項1に記載のラジアルフォイル軸受。
  3.  前記バンプフォイルは、前記筒状部と前記弾性片部とを結合する結合部を備え、
     前記弾性片部は、前記結合部に対して前記周方向の反対側に形成されたピーク縁部と、前記ピーク縁部から前記結合部まで延在する側縁部と、を備え、
     前記ピーク縁部は、自由端となるように前記スリット構造によって形成されている、請求項2記載のラジアルフォイル軸受。
  4.  前記バンプフォイルは、前記軸方向の一方側の端である第1の端縁と、前記軸方向において前記第1の端縁とは反対側の第2の端縁と、を備え、
     前記スリット構造は、前記ピーク縁部を形成するスリットと、前記スリットに接続されると共に、前記側縁部を形成するサイドスリットと、を備え、
     前記スリット及び前記サイドスリットは、前記第1の端縁及び前記第2の端縁から離間し、且つ前記バンプフォイル内で閉じるように設けられている、請求項3記載のラジアルフォイル軸受。
  5.  前記バンプフォイルは、前記軸方向の一方側の端である第1の端縁と、前記軸方向において前記第1の端縁とは反対側の第2の端縁と、を備え、
     前記スリット構造は、前記ピーク縁部を形成するスリットを備え、
     前記スリットは、前記第1の端縁または前記第2の端縁で開放されており、
     前記側縁部の少なくとも一部は、前記スリットが開放された前記第1の端縁または前記第2の端縁に形成されている、請求項3記載のラジアルフォイル軸受。
  6.  前記スリット構造は、前記ピーク縁部を形成するスリットを備え、
     前記弾性片部は、前記周方向に隣接して並び、且つ弾性変形によって前記周方向に展開可能な複数の山部を備え、
     前記スリットは、隣接して並ぶ前記山部同士の間で、前記山部を避けて、前記山部に沿って延在している、請求項3記載のラジアルフォイル軸受。
  7.  前記スリット構造は、前記ピーク縁部を形成するスリットを備え、
     前記弾性片部は、前記周方向に並んで複数設けられており、
     隣接する一方の前記弾性片部の前記ピーク縁部と他方の前記弾性片部の前記ピーク縁部とは共通の前記スリットによって形成されている、請求項3記載のラジアルフォイル軸受。
  8.  前記スリット構造は、前記側縁部を形成するサイドスリットを更に備え、
     前記周方向の前記スリットの幅は、前記軸方向の前記サイドスリットの幅よりも大きい、請求項7記載のラジアルフォイル軸受。
  9.  前記バンプフォイルを囲むように配置され、前記弾性片部に弾性を付与した状態で、前記弾性片部を支持するセットフォイルを更に備える、請求項1記載のラジアルフォイル軸受。
  10.  回転軸に対向する対向面を備えたトップフォイルと、前記トップフォイルの外方に配置されたバンプフォイルと、前記バンプフォイルを囲むように配置された軸受ハウジングと、を備えたラジアルフォイル軸受の製造方法であって、
     展開状態の前記トップフォイルと展開状態の前記バンプフォイルとを重ねた積層物を丸めて筒状のフォイルアッセンブリを形成する工程と、
     前記回転軸を囲むように前記フォイルアッセンブリを筒状の軸受ハウジング内に挿入して設置する工程と、を備え、
     前記バンプフォイルは、前記トップフォイルを筒状に囲む筒状部と、前記筒状部に対して前記回転軸の軸方向に隣接すると共に、前記筒状部から独立して変形可能で、且つ周方向に展開可能な弾性片部と、を備え、
     前記フォイルアッセンブリを前記軸受ハウジング内に挿入することで、前記弾性片部は、前記軸受ハウジングに支持される、ラジアルフォイル軸受の製造方法。
  11.  前記フォイルアッセンブリを形成する工程において、前記トップフォイルとは反対側で前記バンプフォイルに重なるように展開状態のセットフォイルを配置して前記積層物を形成し、前記積層物を丸めて前記フォイルアッセンブリを形成する、請求項10記載のラジアルフォイル軸受の製造方法。
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