JP2018040413A - Foil bearing - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase load capacity of a foil bearing.SOLUTION: A foil bearing 10 includes a top foil 12 (top foil part Tf) having a bearing surface X, a back foil 13 (back foil part Bf) elastically supporting the top foil 12 from the back side, and a foil holder 11 to which the top foil 12 and the back foil 13 are attached, and supports a shaft 2 in a non-contact manner with a fluid pressure generated in a bearing gap C between the relatively rotating shaft 2 and the bearing surface X. A plurality of cutouts 12b1 are provided on a downstream side end 12b of the top foil 12. A tilt part 12c approaching the foil holder 11 as going to the downstream side is provided in a region containing the cutouts 12b1 of the top foil 12.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、フォイル軸受に関する。   The present invention relates to a foil bearing.

フォイル軸受は、可撓性を有する金属薄板（フォイル）で軸受面を構成するものであり、フォイルが撓むことにより、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じて軸受隙間が適切な幅に自動調整されるという特徴を有する。   A foil bearing is a flexible metal thin plate (foil) that forms a bearing surface. When the foil bends, the bearing clearance varies depending on operating conditions such as shaft rotation speed, load, and ambient temperature. It has the feature of being automatically adjusted to an appropriate width.

例えば下記の特許文献１には、スラスト荷重を支持するスラストフォイル軸受の一例として、バンプ型と呼ばれるフォイル軸受が開示されている。このフォイル軸受は、図１７に示すように、トップフォイル１１４と、トップフォイル１１４を背後から弾性的に支持するバックフォイル１１２（バンプフォイル）と、トップフォイル１１４およびバックフォイル１１２が取り付けられたベースプレート１１０とを有する。   For example, Patent Document 1 below discloses a foil bearing called a bump type as an example of a thrust foil bearing that supports a thrust load. As shown in FIG. 17, the foil bearing includes a top foil 114, a back foil 112 (bump foil) that elastically supports the top foil 114 from behind, and a base plate 110 to which the top foil 114 and the back foil 112 are attached. And have.

軸が回転すると、トップフォイル１１４の軸受面１１４ａとスラストカラー１１５との間に、下流側に向けて隙間幅を小さくした楔状の軸受隙間Ｃが形成される。そして、軸受隙間Ｃの大隙間部Ｃ１の流体が小隙間部Ｃ２に押し込まれることにより流体圧が高められ、スラストカラー１１５が非接触支持される。このとき、流体圧によりバックフォイル１１２が弾性変形することで、トップフォイル１１４の撓みが許容され、軸受隙間Ｃの隙間幅が自動的に調整される。   When the shaft rotates, a wedge-shaped bearing gap C is formed between the bearing surface 114a of the top foil 114 and the thrust collar 115 with the gap width decreasing toward the downstream side. The fluid pressure is increased when the fluid in the large gap portion C1 of the bearing gap C is pushed into the small gap portion C2, and the thrust collar 115 is supported in a non-contact manner. At this time, the back foil 112 is elastically deformed by the fluid pressure, so that the top foil 114 is allowed to bend and the gap width of the bearing gap C is automatically adjusted.

実開昭６１−３６７２５号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-36725 特開２０１３−４７５５５号公報JP 2013-47555 A

上記のようなフォイル軸受では、軸の回転に伴って軸受隙間Ｃの流体（空気）が下流側に流動する。このとき、スラストカラー１１５付近の流体は、スラストカラー１１５とのせん断力により流動しやすいが、スラストカラー１１５から離反した流体は流動しにくい。このため、軸受隙間Ｃの流体（特に、大隙間部Ｃ１の流体）の一部しか流動せず、小隙間部Ｃ２に流入する流体量が不足して流体圧が十分に高められない恐れがある。   In the foil bearing as described above, the fluid (air) in the bearing gap C flows downstream as the shaft rotates. At this time, the fluid in the vicinity of the thrust collar 115 easily flows due to the shearing force with the thrust collar 115, but the fluid separated from the thrust collar 115 does not easily flow. For this reason, only a part of the fluid in the bearing gap C (particularly, the fluid in the large gap portion C1) flows, and the amount of fluid flowing into the small gap portion C2 may be insufficient, and the fluid pressure may not be sufficiently increased. .

例えば上記の特許文献２には、フォイル軸受の負荷容量を増大させる構造が提案されている。具体的には、各トップフォイルの下流側端部に、複数の切り欠き部を設けている。これにより、小隙間部Ｃ２に押し込まれた流体が、切り欠き部を介してトップフォイルの裏側に抜け、そのトップフォイルの下流側に隣接する大隙間部Ｃ１における流体の流れが乱される。この乱流により、大隙間部Ｃ１の流体がダイナミックに流動し、これにより小隙間部Ｃ２に押し込まれる流体量が増大して、フォイル軸受の負荷容量が高められる。   For example, the above-mentioned Patent Document 2 proposes a structure that increases the load capacity of a foil bearing. Specifically, a plurality of notches are provided at the downstream end of each top foil. Thereby, the fluid pushed into the small gap portion C2 passes through the notch portion to the back side of the top foil, and the flow of the fluid in the large gap portion C1 adjacent to the downstream side of the top foil is disturbed. Due to this turbulent flow, the fluid in the large gap portion C1 dynamically flows, thereby increasing the amount of fluid pushed into the small gap portion C2 and increasing the load capacity of the foil bearing.

しかし、特許文献２のような構造を採用しても、フォイル軸受の負荷容量が十分でない場合がある。   However, even if the structure as in Patent Document 2 is adopted, the load capacity of the foil bearing may not be sufficient.

そこで、本発明は、フォイル軸受の負荷容量をさらに高めることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to further increase the load capacity of the foil bearing.

上記の課題を解決するために、本発明は、軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部を背後から弾性的に支持するバックフォイル部とを備え、相対回転する軸と前記軸受面との間の軸受隙間に生じる流体圧で、前記軸を非接触支持するフォイル軸受において、前記トップフォイル部の下流側端部に複数の切り欠き部を設け、前記トップフォイル部の下流側端部を含む領域に、下流側に行くにつれて、前記軸受隙間を介して対向する面から離反する傾斜部を設けたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a top foil portion having a bearing surface, a back foil portion that elastically supports the top foil portion from the back, a shaft that rotates relatively, and the bearing surface. In a foil bearing that supports the shaft in a non-contact manner with a fluid pressure generated in a bearing gap between, a plurality of notches are provided at the downstream end of the top foil, and the downstream end of the top foil is An inclined portion that separates from a surface facing through the bearing gap as it goes downstream is provided in the included region.

尚、「下流側」とは、軸の相対回転方向先行側（図２の矢印Ｒ方向参照）、すなわち、軸の相対回転時における、トップフォイル部に対する流体の流れ方向下流側のことを言い、その反対側を「上流側」と言う。   Incidentally, the “downstream side” means the upstream side in the relative rotational direction of the shaft (see the direction of arrow R in FIG. 2), that is, the downstream side in the fluid flow direction with respect to the top foil part at the time of relative rotation of the shaft. The opposite side is called the “upstream side”.

このように、トップフォイル部の下流側端部に複数の切り欠き部を設けることで、軸受隙間を流れる高圧の流体の一部が、切り欠き部を介してトップフォイル部の裏側（バックフォイル部側）に抜け、トップフォイル部の下流側に隣接する比較的幅の広い隙間（大隙間部）に乱流が生じる。この乱流により、大隙間部の流体がダイナミックに流動し、次のトップフォイル部で形成される軸受隙間に流入する流体量が増大して、負荷容量が高められる。さらに、本発明では、トップフォイル部のうち、切り欠き部を設けた領域に、下流側に行くにつれてフォイルホルダに接近する傾斜部を設けた。この場合、流体の流れが軸受隙間の幅方向（軸受面と直交する方向）に拡散されるため、切り欠き部を介してトップフォイル部の裏側に抜ける流体の流れが促進され、大隙間部に乱流が生じやすくなるため、負荷容量のさらなる向上が期待できる。   In this way, by providing a plurality of notches at the downstream end of the top foil part, a part of the high-pressure fluid flowing through the bearing gap is passed through the notch part on the back side of the top foil part (the back foil part). Turbulent flow occurs in a relatively wide gap (large gap) adjacent to the downstream side of the top foil portion. By this turbulent flow, the fluid in the large gap portion dynamically flows, the amount of fluid flowing into the bearing gap formed by the next top foil portion increases, and the load capacity is increased. Furthermore, in this invention, the inclination part which approaches a foil holder is provided in the area | region which provided the notch part among top foil parts as it goes downstream. In this case, since the fluid flow is diffused in the width direction of the bearing gap (in the direction perpendicular to the bearing surface), the fluid flow that escapes to the back side of the top foil portion through the notch portion is promoted, and the large gap portion is formed. Since turbulence tends to occur, further improvement in load capacity can be expected.

上記のフォイル軸受では、前記傾斜部とその上流側に隣接する領域との境界を折り曲げてもよいし、前記傾斜部とその上流側に隣接する領域とを滑らかに連続させてもよい。   In the foil bearing described above, the boundary between the inclined portion and the region adjacent to the upstream side may be bent, or the inclined portion and the region adjacent to the upstream side may be smoothly continued.

上記のフォイル軸受において、バックフォイル部を、回転直交方向に離隔した複数箇所でトップフォイル部と接触させれば、バックフォイル部とトップフォイル部との間の隙間（フォイル間隙間）の流体が、バックフォイル部とトップフォイル部との非接触部（接触部の回転直交方向間）を通って下流側に流動可能とされる。従って、大隙間部で生じた乱流により、フォイル間隙間の流体が下流側に引っ張られて大隙間部に流入し、これにより流体量が増大して、負荷容量がさらに高められる。   In the above foil bearing, if the back foil part is brought into contact with the top foil part at a plurality of locations separated in the direction orthogonal to the rotation, the fluid in the gap between the back foil part and the top foil part (interfoil gap) It is possible to flow downstream through a non-contact part (between the rotation direction of the contact part) between the back foil part and the top foil part. Therefore, due to the turbulent flow generated in the large gap portion, the fluid between the foil gaps is pulled downstream and flows into the large gap portion, thereby increasing the amount of fluid and further increasing the load capacity.

バックフォイル部は、例えば、平坦部と、平坦部の表側（トップフォイル部側）に突出する複数の第一突出部と、平坦部の裏側（トップフォイル部と反対側）に突出する複数の第二突出部とを有する。この場合、平坦部が、バックフォイル部の中でも、軸受隙間の幅方向（軸受面と直交する方向）の圧縮力に対する剛性の低い部分となる。そのため、軸の相対回転に伴って軸受隙間で生じる流体圧力によりバックフォイル部に圧縮力が負荷された際には、平坦部が変形して圧縮力を吸収する。従って、平坦部を有さない既存のバンプ型のバックフォイル（図１７参照）に比べ、バックフォイル部全体の剛性が小さくなる。これにより、トップフォイル部の柔軟性を高めることが可能となる。   The back foil part includes, for example, a flat part, a plurality of first projecting parts projecting to the front side (top foil part side) of the flat part, and a plurality of first projecting parts projecting to the back side (opposite side of the top foil part) of the flat part. And two protrusions. In this case, the flat portion is a portion having low rigidity against the compressive force in the width direction of the bearing gap (direction perpendicular to the bearing surface) in the back foil portion. Therefore, when a compressive force is applied to the back foil portion due to the fluid pressure generated in the bearing gap with the relative rotation of the shaft, the flat portion is deformed to absorb the compressive force. Accordingly, the rigidity of the entire back foil portion is smaller than that of an existing bump type back foil having no flat portion (see FIG. 17). Thereby, the flexibility of the top foil part can be increased.

以上のように、本発明によれば、フォイル軸受の負荷容量を高めることができる。   As described above, according to the present invention, the load capacity of the foil bearing can be increased.

本発明の一実施形態に係るフォイル軸受（スラストフォイル軸受）の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing (thrust foil bearing) which concerns on one Embodiment of this invention. 上記フォイル軸受の平面図である。It is a top view of the said foil bearing. 上記フォイル軸受を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the said foil bearing typically. バックフォイルの斜視図である。It is a perspective view of a back foil. 図２のＶ−Ｖ線における断面図である。It is sectional drawing in the VV line | wire of FIG. 上記フォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the said foil bearing. 他の実施形態に係るフォイル軸受を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing which concerns on other embodiment. 上段は、他の実施形態に係るバックフォイルの平面図である。下段は、上段のＹ−Ｙ線における断面図である。The upper stage is a plan view of a back foil according to another embodiment. The lower part is a cross-sectional view taken along line YY of the upper part. 他の実施形態に係るバックフォイルの平面図である。It is a top view of the back foil concerning other embodiments. 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るフォイルの平面図である。It is a top view of the foil concerning other embodiments. 図１４のフォイルを有するフォイル軸受の斜視図である。It is a perspective view of the foil bearing which has the foil of FIG. 他の実施形態に係るフォイル軸受（ラジアルフォイル軸受）の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing (radial foil bearing) which concerns on other embodiment. 従来のフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the conventional foil bearing.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の第一実施形態に係るフォイル軸受１０は、図１に示すように、軸２に設けられた円盤状のスラストカラー３との間に形成される空気膜で、軸２をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受である。フォイル軸受１０は、円盤状のフォイルホルダ１１と、フォイルホルダ１１の端面１１ａに取り付けられたトップフォイル１２及びバックフォイル１３とを有する。本実施形態では、図２に示すように、複数（図示例では各６枚）の扇形のトップフォイル１２及びバックフォイル１３が、軸２の回転方向（フォイルホルダ１１の周方向）で並べて配される。   As shown in FIG. 1, the foil bearing 10 according to the first embodiment of the present invention is an air film formed between the disc-shaped thrust collar 3 provided on the shaft 2, and the shaft 2 is moved in the thrust direction. It is a thrust foil bearing to support. The foil bearing 10 includes a disc-shaped foil holder 11, and a top foil 12 and a back foil 13 attached to an end surface 11 a of the foil holder 11. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a plurality (six in the illustrated example) of fan-shaped top foil 12 and back foil 13 are arranged side by side in the rotation direction of shaft 2 (the circumferential direction of foil holder 11). The

フォイルホルダ１１は、金属や樹脂等で形成される。フォイルホルダ１１は、軸２が挿入される内孔１１ｂを有する中空円盤状を成している。フォイルホルダ１１の一方の端面１１ａには複数のトップフォイル１２及びバックフォイル１３が取り付けられる。フォイルホルダ１１の他方の端面１１ｃは、フォイル軸受１０が組み込まれる設備（例えばガスタービン等のターボ機械）のハウジングに固定される。   The foil holder 11 is made of metal, resin, or the like. The foil holder 11 has a hollow disk shape having an inner hole 11b into which the shaft 2 is inserted. A plurality of top foils 12 and back foils 13 are attached to one end surface 11 a of the foil holder 11. The other end surface 11c of the foil holder 11 is fixed to a housing of a facility (for example, a turbo machine such as a gas turbine) in which the foil bearing 10 is incorporated.

トップフォイル１２及びバックフォイル１３は、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属薄板（フォイル）で形成される。トップフォイル１２及びバックフォイル１３は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属で形成され、例えば鋼や銅合金で形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、ステンレス鋼もしくは青銅でトップフォイル１２及びバックフォイル１３を形成するのが好ましい。   The top foil 12 and the back foil 13 are formed of a thin metal plate (foil) having a thickness of about 20 μm to 200 μm. The top foil 12 and the back foil 13 are made of a metal having a high spring property and good workability, and are made of, for example, steel or a copper alloy. In the air dynamic pressure bearing using air as a fluid film as in the present embodiment, since there is no lubricating oil in the atmosphere, it is preferable to form the top foil 12 and the back foil 13 with stainless steel or bronze.

トップフォイル１２は、図２及び図３に示すように、軸受面Ｘを有するトップフォイル部Ｔｆとして機能する。尚、図３では、図の簡略化のため、各フォイル１２、１３を矩形状に表している。トップフォイル１２の上流側の端部１２ａは、フォイルホルダ１１の端面１１ａに固定される。図示例では、トップフォイル１２の上流側の端部１２ａが、フォイルホルダ１１の端面１１ａに、スペーサ１５を介して溶接等により固定される。尚、トップフォイル１２の上流側の端部１２ａを、スペーサ１５を介さずにフォイルホルダ１１の端面１１ａに直接固定してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the top foil 12 functions as a top foil portion Tf having a bearing surface X. In FIG. 3, the foils 12 and 13 are shown in a rectangular shape for simplification of the drawing. The upstream end 12 a of the top foil 12 is fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11. In the illustrated example, the upstream end portion 12 a of the top foil 12 is fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11 through a spacer 15 by welding or the like. The upstream end 12 a of the top foil 12 may be directly fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11 without using the spacer 15.

トップフォイル１２の下流側端部１２ｂは自由端である。トップフォイル１２の下流側端部１２ｂには、複数の切り欠き部１２ｂ１が設けられる。複数の切り欠き部１２ｂ１は、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂの縁に沿って、回転直交方向（本実施形態では半径方向）に並んでいる。図示例では、各切り欠き部１２ｂ１が三角形を成し、トップフォイル１２の下流側の端部１２ｂの縁がジグザグ状に形成される。各切り欠き部１２ｂ１の形状は上記に限らず、半円、半楕円、台形、矩形、波形等としてもよい。また、図示例では、複数の切り欠き部１２ｂ１が半径方向で連続的に並んでいるが、これに限らず、複数の切り欠き部１２ｂ１を半径方向で離間させて間欠的に設け、切り欠き部１２ｂ１の半径方向間に半径方向に延びる縁を残してもよい。   The downstream end 12b of the top foil 12 is a free end. The downstream end 12b of the top foil 12 is provided with a plurality of notches 12b1. The plurality of cutout portions 12b1 are arranged in the rotation orthogonal direction (radial direction in the present embodiment) along the edge of the downstream end portion 12b of the top foil 12. In the example of illustration, each notch part 12b1 comprises a triangle, and the edge of the edge part 12b of the downstream of the top foil 12 is formed in zigzag shape. The shape of each notch 12b1 is not limited to the above, and may be a semicircle, semi-ellipse, trapezoid, rectangle, waveform, or the like. In the illustrated example, the plurality of cutout portions 12b1 are continuously arranged in the radial direction. However, the present invention is not limited to this, and the plurality of cutout portions 12b1 are provided intermittently in the radial direction. An edge extending in the radial direction may be left between the radial directions of 12b1.

図３及び図５に示すように、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂに設けられた複数の切り欠き部１２ｂ１を含む領域には、傾斜部１２ｃが設けられる。傾斜部１２ｃは、軸受面Ｘに対して傾斜し、具体的には、下流側に行くにつれてフォイルホルダ１１に接近している。本実施形態では、傾斜部１２ｃが平板状に形成される。傾斜部１２ｃと、その上流側に隣接した領域（軸受面Ｘが設けられた領域）との境界１２ｄは折り曲げられている。傾斜部１２ｃの下流側端部は、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅ（平坦部１３ｂ）よりも、軸方向でスラストカラー３側に配される。軸受面Ｘ（軸方向と直交する面）に対する傾斜部１２ｃの角度θは、適宜設定される。切り欠き部１２ｂ１は、その全域が傾斜部１２ｃの領域内に設けられる。図示例では、切り欠き部１２ｂ１の上流側端部が、傾斜部１２ｃと軸受面Ｘとの境界１２ｄ上に配される。尚、切り欠き部１２ｂ１の上流側端部を、傾斜部１２ｃと軸受面Ｘとの境界１２ｄよりも下流側に配してもよい。あるいは、切り欠き部１２ｂ１の上流側端部を、傾斜部１２ｃと軸受面Ｘとの境界１２ｄよりも上流側に配し、切り欠き部１２ｂ１を軸受面と傾斜部１２ｃとに跨って設けてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 5, an inclined portion 12 c is provided in a region including a plurality of notches 12 b 1 provided at the downstream end portion 12 b of the top foil 12. The inclined portion 12c is inclined with respect to the bearing surface X, and specifically approaches the foil holder 11 as it goes downstream. In the present embodiment, the inclined portion 12c is formed in a flat plate shape. A boundary 12d between the inclined portion 12c and a region adjacent to the upstream side (region where the bearing surface X is provided) is bent. The downstream end of the inclined portion 12c is arranged closer to the thrust collar 3 in the axial direction than the downstream end 13e (flat portion 13b) of the back foil 13. The angle θ of the inclined portion 12c with respect to the bearing surface X (surface orthogonal to the axial direction) is set as appropriate. The entire region of the notch 12b1 is provided in the region of the inclined portion 12c. In the illustrated example, the upstream end of the notch 12b1 is disposed on the boundary 12d between the inclined portion 12c and the bearing surface X. In addition, you may distribute the upstream edge part of the notch part 12b1 rather than the boundary 12d of the inclination part 12c and the bearing surface X downstream. Alternatively, the upstream end of the notch 12b1 may be disposed upstream of the boundary 12d between the inclined portion 12c and the bearing surface X, and the notch 12b1 may be provided across the bearing surface and the inclined portion 12c. Good.

トップフォイル１２は、フォイルにプレス加工（打ち抜き加工）や放電加工を施すにより、切り欠き部１２ｂ１を有するフォイル素材を形成した後、このフォイル素材にプレス加工（曲げ加工）を施して傾斜部１２ｃが成形することで形成される。尚、フォイルの打ち抜きと、傾斜部１２ｃの成形とを、プレス加工で同時に行うこともできる。   The top foil 12 is formed by forming a foil material having a notch portion 12b1 by performing press processing (punching processing) or electric discharge processing on the foil, and then subjecting the foil material to press processing (bending processing) to form the inclined portion 12c. It is formed by molding. Note that the stamping of the foil and the forming of the inclined portion 12c can be simultaneously performed by pressing.

バックフォイル１３は、トップフォイル１２とフォイルホルダ１１との間に配され、トップフォイル１２を背後から弾性的に支持するバックフォイル部Ｂｆとして機能する。バックフォイル１３は、平面視でトップフォイル１２と略同形状の扇形をなし、トップフォイル１２の真下に重ねて配されている。バックフォイル１３の上流側の端部１３ａは、フォイルホルダ１１の端面１１ａに固定される。本実施形態では、バックフォイル１３の上流側の端部１３ａが、フォイルホルダ１１の端面１１ａに、スペーサ１５を介して溶接等により固定される。尚、バックフォイル１３の上流側の端部１３ａを、スペーサ１５を介さずに、フォイルホルダ１１の端面１１ａに直接固定してもよい。   The back foil 13 is disposed between the top foil 12 and the foil holder 11 and functions as a back foil portion Bf that elastically supports the top foil 12 from behind. The back foil 13 has a fan shape that is substantially the same shape as the top foil 12 in a plan view, and is disposed so as to overlap directly below the top foil 12. The upstream end 13 a of the back foil 13 is fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11. In the present embodiment, the upstream end 13 a of the back foil 13 is fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11 by welding or the like via the spacer 15. The upstream end 13 a of the back foil 13 may be directly fixed to the end surface 11 a of the foil holder 11 without using the spacer 15.

バックフォイル１３は、弾性変形することにより軸方向に圧縮可能な形状を有する。本実施形態のバックフォイル１３は、図４に示すように、フォイルホルダ１１の端面１１ａと略平行な平坦部１３ｂと、平坦部１３ｂから表側（トップフォイル１２側）に突出した複数の第一突出部（上凸部１３ｃ）と、平坦部１３ｂから裏側（フォイルホルダ１１側）に突出した複数の第二突出部（下凸部１３ｄ）とを有する。尚、上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄは、これらの相対的な位置関係を理解しやすいように「上」「下」を付した名称としているが、これはフォイル軸受１０の使用態様を限定する趣旨ではない。   The back foil 13 has a shape that can be compressed in the axial direction by elastic deformation. As shown in FIG. 4, the back foil 13 of the present embodiment includes a flat portion 13b substantially parallel to the end surface 11a of the foil holder 11, and a plurality of first protrusions protruding from the flat portion 13b to the front side (top foil 12 side). Part (upward convex part 13c) and a plurality of second projecting parts (lower convex part 13d) projecting from the flat part 13b to the back side (foil holder 11 side). In addition, although the upper convex part 13c and the lower convex part 13d are set as the name which attached "upper" and "lower" so that these relative positional relationships may be understood easily, this limits the usage aspect of the foil bearing 10. FIG. It is not the purpose.

バックフォイル１３の平坦部１３ｂ、上凸部１３ｃ、および下凸部１３ｄは、均一な肉厚を有する。上凸部１３ｃおよび下凸部１３ｄは、何れも概略半球状に形成される。上凸部１３ｃおよび下凸部１３ｄの内側は中空状になっているため、例えばバックフォイル１３を表側（トップフォイル１２側）から見た場合、下凸部１３ｄが存在する領域は凹部となる。上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄの全周に、平坦部１３ｂが設けられる。上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄは、それぞれ周方向及び半径方向に離隔した複数箇所に設けられる。図示例の上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄは、それぞれバックフォイル１３の上流側端部１３ａ付近を除く全域に分散して配置される。また、図示例では、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅの直近に、複数の上凸部１３ｃが半径方向に離隔して配されている。尚、図４に示す上凸部１３ｃおよび下凸部１３ｄの配置パターンは例示にすぎず、必要に応じて図４とは異なる任意の配置パターンを採用してもよい。   The flat portion 13b, the upper convex portion 13c, and the lower convex portion 13d of the back foil 13 have a uniform thickness. Both the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d are formed in a substantially hemispherical shape. Since the inside of the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d is hollow, for example, when the back foil 13 is viewed from the front side (top foil 12 side), the region where the lower convex portion 13d exists is a concave portion. A flat portion 13b is provided on the entire circumference of the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d. The upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d are provided at a plurality of locations separated in the circumferential direction and the radial direction, respectively. The upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d in the illustrated example are each distributed and arranged over the entire region except for the vicinity of the upstream end portion 13a of the back foil 13. Further, in the illustrated example, a plurality of upper convex portions 13 c are arranged in the radial direction in the immediate vicinity of the downstream end portion 13 e of the back foil 13. In addition, the arrangement pattern of the upper convex part 13c and the lower convex part 13d shown in FIG. 4 is only an example, and an arbitrary arrangement pattern different from that in FIG.

本実施形態では、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂをバックフォイル１３の下流側端部１３ｅよりも下流側に配している。これにより、トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１の少なくとも一部領域（図示例では全域）が、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅよりも下流側にはみ出して配される。図示例では、切り欠き部１２ｂ１の上流側端部（すなわち、傾斜部１２ｃと軸受面Ｘとの境界１２ｄ）が、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅと同じ周方向位置に配される。   In the present embodiment, the downstream end 12 b of the top foil 12 is arranged on the downstream side of the downstream end 13 e of the back foil 13. Thereby, at least a partial region (entire region in the illustrated example) of the notch portion 12b1 of the top foil 12 is disposed so as to protrude further downstream than the downstream end portion 13e of the back foil 13. In the illustrated example, the upstream end portion (that is, the boundary 12d between the inclined portion 12c and the bearing surface X) of the notch portion 12b1 is arranged at the same circumferential position as the downstream end portion 13e of the back foil 13.

バックフォイル１３は、フォイルにプレス加工（打ち抜き加工）や放電加工を施すことにより略扇形の平板状のフォイル素材を形成した後、このフォイル素材にプレス加工を施して上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄを成形することで形成される。尚、フォイル素材の打ち抜きと、上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄの成形とを、プレス加工で同時に行うこともできる。上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄを含めたバックフォイル１３全体の軸方向寸法は、０．５〜２ｍｍ程度である。   The back foil 13 is formed by forming a substantially fan-shaped flat foil material by subjecting the foil to press processing (punching) or electric discharge processing, and then pressing the foil material to form an upper convex portion 13c and a lower convex portion. It is formed by molding 13d. It should be noted that the stamping of the foil material and the molding of the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d can be simultaneously performed by pressing. The axial dimension of the entire back foil 13 including the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d is about 0.5 to 2 mm.

軸２及びスラストカラー３が周方向一方（矢印Ｒ方向）に回転すると、図５に示すように、フォイル軸受１０の各トップフォイル１２の軸受面Ｘとスラストカラー３の端面３ａとの間に軸受隙間Ｃが形成される。このとき、トップフォイル１２が湾曲することで、軸受隙間Ｃは、下流側へ行くにつれて狭くなった断面楔状を成す。そして、スラストカラー３と空気との間のせん断力により、軸受隙間Ｃの空気が下流側に流動することで、軸受隙間Ｃの小隙間部Ｃ２に空気が押し込まれる（図５の矢印Ａ参照）。これにより、軸受隙間Ｃの空気膜の圧力が高められ、この圧力により軸２及びスラストカラー３がスラスト方向に非接触支持される。   When the shaft 2 and the thrust collar 3 rotate in one circumferential direction (in the direction of arrow R), the bearing is provided between the bearing surface X of each top foil 12 of the foil bearing 10 and the end surface 3a of the thrust collar 3 as shown in FIG. A gap C is formed. At this time, the top foil 12 is curved, so that the bearing gap C has a wedge-shaped cross section that becomes narrower toward the downstream side. Then, the air in the bearing gap C flows downstream by the shearing force between the thrust collar 3 and the air, so that the air is pushed into the small gap portion C2 of the bearing gap C (see arrow A in FIG. 5). . As a result, the pressure of the air film in the bearing gap C is increased, and the shaft 2 and the thrust collar 3 are supported in a non-contact manner in the thrust direction by this pressure.

このとき、図６に示すように、軸受隙間Ｃで生じる空気圧によりトップフォイル１２が圧力Ｐを受けるため、バックフォイル１３には、トップフォイル１２を介して圧力Ｐ方向の圧縮力が作用する。平坦部１３ｂは圧力Ｐ方向と直交する方向（フォイルホルダ１１の端面１１ａと平行な方向）に延びる薄板状であるため、バックフォイル１３の中でも前記圧縮力に対する剛性の低い部分となる。そのため、バックフォイル１３に圧縮力が負荷されると、図６の二点鎖線で示すように先ず平坦部１３ｂが変形して圧縮力を吸収する。従って、このような平坦部を有さない既存の波形のバックフォイルに比べ、バックフォイル１３の剛性を局所的に小さくすることができる。これにより、軸受面Ｘの柔軟性が高まるため、トップフォイル１２の軸受面Ｘが、荷重や軸２の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて弾性変形し、軸受隙間Ｃが運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、軸受隙間Ｃを最適幅に管理することができ、軸２を安定して支持することが可能となる。   At this time, as shown in FIG. 6, since the top foil 12 receives the pressure P due to the air pressure generated in the bearing gap C, a compressive force in the pressure P direction acts on the back foil 13 via the top foil 12. Since the flat portion 13b has a thin plate shape extending in a direction orthogonal to the pressure P direction (a direction parallel to the end surface 11a of the foil holder 11), the back foil 13 is a portion having low rigidity against the compression force. Therefore, when a compressive force is applied to the back foil 13, the flat portion 13b is first deformed and absorbs the compressive force as shown by a two-dot chain line in FIG. Therefore, the rigidity of the back foil 13 can be locally reduced as compared with an existing corrugated back foil having no flat portion. Thereby, since the flexibility of the bearing surface X is increased, the bearing surface X of the top foil 12 is elastically deformed according to the operating conditions such as the load, the rotational speed of the shaft 2 and the ambient temperature, and the bearing gap C becomes the operating condition. It is automatically adjusted to the appropriate width. Therefore, the bearing gap C can be managed to the optimum width even under severe conditions such as high temperature and high speed rotation, and the shaft 2 can be stably supported.

また、本実施形態では、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂに切り欠き部１２ｂ１を設けることで、軸受隙間Ｃを流れる空気の一部が、切り欠き部１２ｂ１を介してトップフォイル１２の裏側に抜ける（図５の矢印Ａ１参照）。これにより、トップフォイル１２の下流側に隣接する空間（大隙間部Ｃ１）における空気の流れが乱されるため、大隙間部Ｃ１の空気がダイナミックに流動し、次のトップフォイル１２で形成される軸受隙間Ｃの小隙間部Ｃ２に流入する空気量が増大して、フォイル軸受１０の負荷容量が高められる。   Moreover, in this embodiment, by providing the notch part 12b1 in the downstream end part 12b of the top foil 12, a part of the air flowing through the bearing gap C is disposed on the back side of the top foil 12 via the notch part 12b1. Exit (see arrow A1 in FIG. 5). Thereby, since the air flow in the space (large gap C1) adjacent to the downstream side of the top foil 12 is disturbed, the air in the large gap C1 dynamically flows and is formed by the next top foil 12. The amount of air flowing into the small gap portion C2 of the bearing gap C increases, and the load capacity of the foil bearing 10 is increased.

特に、本実施形態では、トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１を含む領域に傾斜部１２ｃを設けることで、軸受隙間Ｃの空気の流れが軸方向に分散され、軸２の回転方向に沿った流れだけでなく、傾斜部１２ｃに沿った流れが生じる（図５の矢印Ａ２参照）。このような流れが生じることにより、切り欠き部１２ｂ１を介してトップフォイル１２の裏側に抜ける流れ（矢印Ａ１）が促進されるため、大隙間部Ｃ１における乱流効果が高められ、負荷容量がさらに高められる。   In particular, in this embodiment, by providing the inclined portion 12c in the region including the notch 12b1 of the top foil 12, the air flow in the bearing gap C is dispersed in the axial direction, and the flow along the rotational direction of the shaft 2 is achieved. In addition, a flow along the inclined portion 12c occurs (see arrow A2 in FIG. 5). Since such a flow is generated, the flow (arrow A1) that escapes to the back side of the top foil 12 through the cutout portion 12b1 is promoted, so that the turbulent flow effect in the large gap portion C1 is enhanced and the load capacity is further increased. Enhanced.

また、本実施形態では、バックフォイル１３とトップフォイル１２とが、半径方向に離隔した複数箇所で接触しているため、バックフォイル１３とトップフォイル１２との間の隙間（フォイル間隙間Ｄ）に、空気が下流側に流通可能な流路が形成される。この流路の下流側端部は、大隙間部Ｃ１に連通している。本実施形態では、バックフォイル１３に分散配置された上凸部１３ｃがトップフォイル１２の裏面に接触することで、フォイル間隙間Ｄの隙間の空気が、両フォイル１２、１３の非接触部（上凸部１３ｃの半径方向間）を通って下流側に流動可能とされる。トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１に起因して大隙間部Ｃ１に乱流が生じると、フォイル間隙間Ｄの空気が引っ張られて下流側に流動し、大隙間部Ｃ１に流入する（図５の矢印Ｂ参照）。これにより、次のトップフォイル１２で形成される軸受隙間Ｃに流入する空気量がさらに増大し、フォイル軸受１０の負荷容量がさらに高められる。   In the present embodiment, since the back foil 13 and the top foil 12 are in contact with each other at a plurality of locations separated in the radial direction, a gap between the back foil 13 and the top foil 12 (interfoil gap D) is provided. A flow path through which air can flow downstream is formed. The downstream end of this flow path communicates with the large gap C1. In the present embodiment, the upper protrusions 13c dispersedly arranged on the back foil 13 come into contact with the back surface of the top foil 12, so that the air in the gap D between the foils is not contacted between the foils 12 and 13 (upper It is possible to flow downstream through the convex portion 13c). When turbulent flow occurs in the large gap C1 due to the notch 12b1 of the top foil 12, the air in the gap D between the foils is pulled and flows downstream, and flows into the large gap C1 (see FIG. 5). (See arrow B). Thereby, the amount of air flowing into the bearing gap C formed by the next top foil 12 is further increased, and the load capacity of the foil bearing 10 is further increased.

さらに、本実施形態では、バックフォイル１３とフォイルホルダ１１とが、半径方向に離隔した複数箇所で接触する。これにより、バックフォイル１３とフォイルホルダ１１との間の隙間（フォイル下隙間Ｅ）に、空気が下流側に流通可能な流路が形成される。この流路の下流側端部は、大隙間部Ｃ１に連通している。本実施形態では、バックフォイル１３に分散配置された下凸部１３ｄがフォイルホルダ１１の端面１１ａに接触することで、フォイル下隙間Ｅの隙間の空気が、バックフォイル１３とフォイルホルダ１１との非接触部（下凸部１３ｄの半径方向間）を通って下流側に流動可能とされる。トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１に起因して大隙間部Ｃ１に乱流が生じると、フォイル間隙間Ｄの空気だけでなく、フォイル下隙間Ｅの空気も引っ張られて下流側に流動し、大隙間部Ｃ１に流入するため、次のトップフォイル１２で形成される軸受隙間Ｃの小隙間部Ｃ２に流入する空気量がさらに増大し、フォイル軸受１０の負荷容量がさらに高められる。   Furthermore, in this embodiment, the back foil 13 and the foil holder 11 contact at a plurality of locations separated in the radial direction. Thereby, a flow path in which air can flow downstream is formed in the gap between the back foil 13 and the foil holder 11 (foil lower gap E). The downstream end of this flow path communicates with the large gap C1. In the present embodiment, the lower protrusions 13d dispersedly arranged on the back foil 13 come into contact with the end surface 11a of the foil holder 11, so that the air in the gap under the foil E is not in contact with the back foil 13 and the foil holder 11. It is possible to flow downstream through the contact portion (between the radial directions of the lower convex portion 13d). When turbulent flow is generated in the large gap C1 due to the notch 12b1 of the top foil 12, not only the air in the gap D between the foils but also the air in the gap E under the foil is pulled and flows downstream. Since it flows into the clearance C1, the amount of air flowing into the small clearance C2 of the bearing clearance C formed by the next top foil 12 further increases, and the load capacity of the foil bearing 10 is further increased.

尚、軸２の停止直前や起動直後の低速回転時には、各トップフォイル１２の軸受面Ｘとスラストカラー３の端面３ａとが接触摺動するため、これらの何れか一方または双方に、ＤＬＣ膜、チタンアルミナイトライド膜、二硫化タングステン膜、あるいは二硫化モリブデン膜等の低摩擦化被膜を形成してもよい。   Note that the bearing surface X of each top foil 12 and the end surface 3a of the thrust collar 3 are in sliding contact with each other at the time of low-speed rotation immediately before the shaft 2 is stopped or immediately after it is started. A low friction coating such as a titanium aluminum nitride film, a tungsten disulfide film, or a molybdenum disulfide film may be formed.

また、軸２の回転中は、トップフォイル１２とバックフォイル１３、あるいは、バックフォイル１３とフォイルホルダ１１の端面１１ａとの間に微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、軸２の振動を減衰させることができる。このような微小摺動による摩擦力を調整するために、互いに摺動する面の何れか一方または双方に、上記のような低摩擦化被膜を形成してもよい。   Further, during the rotation of the shaft 2, a minute slide occurs between the top foil 12 and the back foil 13 or between the back foil 13 and the end surface 11 a of the foil holder 11. The vibration of the shaft 2 can be attenuated by the frictional energy generated by the minute sliding. In order to adjust the frictional force due to such micro-sliding, the above-described low-friction coating may be formed on one or both of the mutually sliding surfaces.

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と重複する点については説明を省略する。   The present invention is not limited to the above embodiment. Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, description is abbreviate | omitted about the point which overlaps with said embodiment.

図７に示す実施形態では、トップフォイル１２の傾斜部１２ｃと、その上流側に隣接した領域（軸受面Ｘが設けられた領域）とが滑らかに連続している。図示例では、傾斜部１２ｃ全体が、スラストカラー３側に凸の曲面状（略円筒面状）を成している。   In the embodiment shown in FIG. 7, the inclined portion 12c of the top foil 12 and the region adjacent to the upstream side thereof (the region where the bearing surface X is provided) are smoothly continuous. In the example of illustration, the whole inclination part 12c has comprised the curved surface shape (substantially cylindrical surface shape) convex to the thrust collar 3 side.

図８に示す実施形態では、トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１の少なくとも一部領域（図示例では全域）が、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅの平坦部と軸方向で重ねて設けられる。図示例では、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂとバックフォイル１３の下流側端部１３ｅとが、同じ周方向位置に設けられる。この場合、バックフォイル１３の平坦部１３ｂに沿って流れる流体Ｂに、軸受隙間Ｃを流れる高速の流体Ａが合流することで、フォイル間隙間Ｄの流体が下流側に引っ張られやすくなり、大隙間部Ｃ１に流入する流体量がさらに増大する。   In the embodiment shown in FIG. 8, at least a partial region (entire region in the illustrated example) of the cutout portion 12 b 1 of the top foil 12 is provided so as to overlap the flat portion of the downstream end portion 13 e of the back foil 13 in the axial direction. In the illustrated example, the downstream end 12b of the top foil 12 and the downstream end 13e of the back foil 13 are provided at the same circumferential position. In this case, the fluid B flowing along the flat portion 13b of the back foil 13 joins the high-speed fluid A flowing through the bearing gap C, so that the fluid in the inter-foil gap D is easily pulled downstream, and the large gap The amount of fluid flowing into the part C1 further increases.

図９に示す実施形態では、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂに切り欠き部１２ｂ１を設けると共に、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅに切り欠き部１３ｅ１を設けている。バックフォイル１３の切り欠き部１３ｅ１は、トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１と同様の構成を成し、例えば三角形状を成す。この切り欠き部１３ｅ１を介して、空気がバックフォイル１３の裏側に流入することで（矢印Ｂ１参照）、大隙間部Ｃ１における乱流効果が高められる。この場合、図９に示すように、バックフォイル１３の下流側端部１３ｅを、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂよりも下流側に配し、バックフォイル１３の切り欠き部１３ｅ１をトップフォイル１１よりも下流側にはみ出して形成すれば、バックフォイル１３の切り欠き部１３ｅ１による乱流効果が高められる。尚、図９では、バックフォイル１３の切り欠き部１３ｅ１を含む領域が、平坦部１３ｂの延長面上に設けられているが、この領域に、トップフォイル１２の傾斜部１２ｃと同様の傾斜部を設けてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 9, a notch 12 b 1 is provided at the downstream end 12 b of the top foil 12, and a notch 13 e 1 is provided at the downstream end 13 e of the back foil 13. The notch 13e1 of the back foil 13 has the same configuration as the notch 12b1 of the top foil 12, and has a triangular shape, for example. The air flows into the back side of the back foil 13 through the notch 13e1 (see arrow B1), so that the turbulence effect in the large gap C1 is enhanced. In this case, as shown in FIG. 9, the downstream end portion 13 e of the back foil 13 is disposed on the downstream side of the downstream end portion 12 b of the top foil 12, and the notch portion 13 e 1 of the back foil 13 is disposed on the top foil 11. If it is formed so as to protrude beyond the downstream side, the turbulent flow effect by the notch 13e1 of the back foil 13 is enhanced. In FIG. 9, a region including the notch portion 13e1 of the back foil 13 is provided on the extended surface of the flat portion 13b. In this region, the inclined portion similar to the inclined portion 12c of the top foil 12 is provided. It may be provided.

上記のフォイル軸受において、バックフォイル１３を、所定方向に延びる複数の山部及び谷部を交互に有する波形としてもよい。この場合でも、トップフォイル１２の切り欠き部１２ｂ１及び傾斜部１２ｃによる乱流効果により、負荷容量が高められる。ただし、山部を、トップフォイル１２の下流側端部１２ｂの縁と平行に配すると、山部とトップフォイル１２とが半径方向全域で接触するため、フォイル間隙間Ｄの空気の流れが山部で遮断され、フォイル間隙間Ｄの流体が大隙間部Ｃ１にほとんど流入しない。   In the foil bearing described above, the back foil 13 may have a waveform having a plurality of peaks and valleys alternately extending in a predetermined direction. Even in this case, the load capacity is increased due to the turbulent flow effect by the cutout portion 12b1 and the inclined portion 12c of the top foil 12. However, if the peak portion is arranged in parallel with the edge of the downstream end portion 12b of the top foil 12, the peak portion and the top foil 12 are in contact with each other in the entire radial direction. And the fluid in the inter-foil gap D hardly flows into the large gap C1.

従って、例えば図１０に示すように、山部１３ｆ１及び谷部１３ｆ２を、下流側端部１３ｅの縁と交差する方向（図示例では、バックフォイル１３の上流側端部１３ａの縁と平行な方向）に延ばすことが好ましい。この場合、バックフォイル１３の山部１３ｆ１が、トップフォイル１２の下流側端部付近の領域に、半径方向に離隔した複数箇所で接触する。これにより、軸２の回転時には、フォイル間隙間Ｄの空気が、バックフォイル１３の谷部１３ｆ２を通って下流側に流動し、大隙間部Ｃ１に流入する。   Therefore, for example, as shown in FIG. 10, the crest portion 13f1 and the trough portion 13f2 intersect with the edge of the downstream end portion 13e (in the illustrated example, the direction parallel to the edge of the upstream end portion 13a of the back foil 13). ) Is preferable. In this case, the peak portion 13f1 of the back foil 13 contacts the region near the downstream end of the top foil 12 at a plurality of locations separated in the radial direction. As a result, when the shaft 2 rotates, the air in the inter-foil gap D flows downstream through the valley 13f2 of the back foil 13 and flows into the large gap C1.

ところで、上記のような波形のバックフォイル１３をプレス加工により形成する場合、平板状のフォイル素材が波形に曲げられるため、その分だけ平面視における寸法（山部１３ｆ１及び谷部１３ｆ２の延在方向と直交する方向の寸法）が縮小する。従って、プレス加工を施す前の平板状のフォイル素材は、プレス加工による寸法の縮小を考慮して形状及び寸法を設定する必要があるため、設計が非常に複雑となる。これに対し、図４に示すように、多数の上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄが分散配置されたバックフォイル１３は、平板状のフォイル素材にプレス加工を施し、局部的に材料を引き延ばして上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄを成形することができる。この場合、プレス加工により、平面視における全体寸法はほとんど変化しないため、上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄを自由に設計することが可能となり、バックフォイル１３の設計が容易化される。   By the way, when the corrugated back foil 13 as described above is formed by pressing, the flat foil material is bent into a corrugated shape. Therefore, the dimension in the plan view (the extending direction of the peak portion 13f1 and the valley portion 13f2) is accordingly increased. (Dimension in the direction perpendicular to). Therefore, the flat foil material before the press work needs to be set in shape and dimensions in consideration of the reduction in dimensions due to the press work, so that the design becomes very complicated. On the other hand, as shown in FIG. 4, the back foil 13 in which a large number of upper convex portions 13 c and lower convex portions 13 d are dispersedly arranged is obtained by pressing a flat foil material and locally stretching the material. The upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d can be formed. In this case, since the overall dimensions in a plan view are hardly changed by pressing, the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d can be freely designed, and the design of the back foil 13 is facilitated.

また、上記のフォイル軸受１０において、バックフォイル１３に設けられる上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄの分布密度を場所によって変えることで、軸受面Ｘの剛性を部分的にコントロールすることができる。例えば、図１１に示す実施形態では、上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄの密度が、下流側に行くにつれて高くなっている。この場合、バックフォイル１３の圧縮方向（軸方向）の剛性が下流側に行くにつれて高くなる。これにより、トップフォイル１２の軸受面Ｘが、下流側に行くにつれて、スラストカラー３から離反する方向（軸受隙間Ｃを広げる方向）に変形しにくくなるため、楔状の軸受隙間Ｃが形成されやすくなる。   Further, in the foil bearing 10 described above, the rigidity of the bearing surface X can be partially controlled by changing the distribution density of the upper protrusions 13c and the lower protrusions 13d provided on the back foil 13 depending on the location. For example, in the embodiment shown in FIG. 11, the density of the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d increases as going to the downstream side. In this case, the rigidity of the back foil 13 in the compression direction (axial direction) increases as it goes downstream. As a result, the bearing surface X of the top foil 12 is less likely to be deformed in the direction away from the thrust collar 3 (the direction in which the bearing gap C is widened) as it goes downstream, so that a wedge-shaped bearing gap C is easily formed. .

また、上記のフォイル軸受１０において、バックフォイル１３に設けられる上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄの高さを場所によって変えることで、所定形状の軸受面を得ることができる。例えば、図１２に示す実施形態では、上凸部１３ｃ及び下凸部１３ｄを含むバックフォイル１３の高さ（軸方向寸法）が、下流側に行くにつれて大きくなっている。これにより、トップフォイル１２の軸受面Ｘが、下流側に行くにつれてスラストカラー３側に変位した形状となりやすくなり、楔状の軸受隙間Ｃが形成されやすくなる。   In the foil bearing 10 described above, a bearing surface having a predetermined shape can be obtained by changing the heights of the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d provided on the back foil 13 depending on the location. For example, in the embodiment shown in FIG. 12, the height (axial dimension) of the back foil 13 including the upper convex portion 13c and the lower convex portion 13d increases toward the downstream side. As a result, the bearing surface X of the top foil 12 tends to be displaced toward the thrust collar 3 toward the downstream side, and a wedge-shaped bearing gap C is easily formed.

図１３に示す実施形態では、トップフォイル部Ｔｆ及びバックフォイル部Ｂｆを一体に有するフォイル部材１４を備える（バックフォイル部Ｂｆは散点模様で示す）。各フォイル部材１４の上流側の端部が、フォイルホルダ１１に取り付けられる。複数のフォイル部材１４をフォイルホルダ１１に取り付けた状態では、各フォイル部材１４のトップフォイル部Ｔｆとフォイルホルダ１１との間に、下流側に隣接するフォイル部材１４のバックフォイル部Ｂｆが配される。各フォイル部材１４のバックフォイル部Ｂｆは、その上に重ねられたフォイル部材１４のトップフォイル部Ｔｆに半径方向で離隔した複数箇所で接触する。各フォイル部材１４のトップフォイル部Ｔｆの下流側端部には、図２及び図３と同様の切り欠き部１２ｂ１及び傾斜部１２ｃが設けられる（図示省略）。   The embodiment shown in FIG. 13 includes a foil member 14 that integrally includes a top foil portion Tf and a back foil portion Bf (the back foil portion Bf is indicated by a dotted pattern). The upstream end of each foil member 14 is attached to the foil holder 11. In a state where the plurality of foil members 14 are attached to the foil holder 11, the back foil portion Bf of the foil member 14 adjacent to the downstream side is disposed between the top foil portion Tf of each foil member 14 and the foil holder 11. . The back foil part Bf of each foil member 14 contacts the top foil part Tf of the foil member 14 stacked on the foil member 14 at a plurality of locations separated in the radial direction. At the downstream end of the top foil portion Tf of each foil member 14, a notch portion 12b1 and an inclined portion 12c similar to those in FIGS. 2 and 3 are provided (not shown).

図１４に示す実施形態では、図１３に示す実施形態と同様に、各フォイル部材１４がトップフォイル部Ｔｆ及びバックフォイル部Ｂｆを有しているが、各フォイル部材１４の形状が図１２に示す実施形態と異なる。図１４のフォイル部材１４は、トップフォイル部Ｔｆ及びバックフォイル部Ｂｆを有する本体１４ａと、本体１４ａから外径側に延び、フォイルホルダ１１に固定される固定部１４ｂとを一体に有する。本体１４ａの上流側端部１４ａ１の縁及び下流側端部１４ａ２の縁は、何れも半径方向中央部を下流側に膨らませた形状を成している。本体１４ａの下流側端部１４ａ２には、上記の実施形態と同様に、複数の切り欠き部１２ｂ１及び傾斜部１２ｃが設けられる。バックフォイル部Ｂｆには、平坦部１３ｂ、上凸部１３ｃ（白丸）、及び下凸部１３ｄ（黒丸）が設けられる。図１４のフォイル部材１４をフォイルホルダ１１に取り付けると、図１５に示すように、各フォイル部材１４のバックフォイル部Ｂｆは隣接するフォイル部材１４のトップフォイル部Ｔｆの背後に隠れ、トップフォイル部Ｔｆのみが表側（スラストカラー側）に露出した状態となる。   In the embodiment shown in FIG. 14, as in the embodiment shown in FIG. 13, each foil member 14 has a top foil portion Tf and a back foil portion Bf, but the shape of each foil member 14 is shown in FIG. 12. Different from the embodiment. The foil member 14 of FIG. 14 integrally includes a main body 14 a having a top foil portion Tf and a back foil portion Bf, and a fixing portion 14 b extending from the main body 14 a to the outer diameter side and fixed to the foil holder 11. Both of the edge of the upstream end 14a1 and the edge of the downstream end 14a2 of the main body 14a have a shape in which the radially central portion is swollen downstream. The downstream end portion 14a2 of the main body 14a is provided with a plurality of cutout portions 12b1 and inclined portions 12c as in the above embodiment. The back foil portion Bf is provided with a flat portion 13b, an upper convex portion 13c (white circle), and a lower convex portion 13d (black circle). When the foil member 14 of FIG. 14 is attached to the foil holder 11, as shown in FIG. 15, the back foil portion Bf of each foil member 14 is hidden behind the top foil portion Tf of the adjacent foil member 14, and the top foil portion Tf. Only the surface side (thrust color side) is exposed.

以上の実施形態では、本発明をスラストフォイル軸受に適用した場合を示したが、本発明は、軸をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受に適用することもできる。例えば、図１６に示すラジアルフォイル軸受２０は、円筒状のフォイルホルダ２１と、フォイルホルダ２１の内周面２１ａに周方向に並べて取り付けられた複数のフォイル部材２２とを有する。各フォイル部材２２のうち、下流側の領域がトップフォイル部Ｔｆとして機能し、上流側の領域がバックフォイル部Ｂｆ（散点模様で示す）として機能する。各フォイル部材２２のトップフォイル部Ｔｆの下流側端部には、上記の実施形態と同様に複数の切り欠き部が設けられる（図示省略）。また、各フォイル部材２２のトップフォイル部Ｔｆの切り欠き部を含む領域には、下流側に行くにつれてフォイルホルダ２１に近接する（すなわち、周方向に対して外径側に傾斜した）傾斜部が設けられる（図示省略）。軸２の回転時には、トップフォイル部Ｔｆの軸受面Ｘと軸２の外周面との間に軸受隙間Ｃが形成される。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a thrust foil bearing has been described. However, the present invention can also be applied to a radial foil bearing that supports a shaft in a radial direction. For example, the radial foil bearing 20 shown in FIG. 16 has a cylindrical foil holder 21 and a plurality of foil members 22 attached to the inner peripheral surface 21a of the foil holder 21 side by side in the circumferential direction. Of each foil member 22, the downstream region functions as the top foil portion Tf, and the upstream region functions as the back foil portion Bf (shown with a dotted pattern). A plurality of notches are provided at the downstream end of the top foil portion Tf of each foil member 22 (not shown) as in the above embodiment. Further, in the region including the cutout portion of the top foil portion Tf of each foil member 22, there is an inclined portion that is closer to the foil holder 21 as it goes downstream (that is, inclined toward the outer diameter side with respect to the circumferential direction). Provided (not shown). When the shaft 2 rotates, a bearing gap C is formed between the bearing surface X of the top foil portion Tf and the outer peripheral surface of the shaft 2.

以上の実施形態では、フォイル軸受を固定し、軸２を回転させた場合を示したが、これに限らず、軸２を固定し、フォイル軸受を回転させてもよい。ただし、フォイル軸受を回転させると、遠心力でフォイルが破損する恐れがあるため、上記の実施形態のようにフォイル軸受を固定することが好ましい。   In the above embodiment, the case where the foil bearing is fixed and the shaft 2 is rotated has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the shaft 2 may be fixed and the foil bearing may be rotated. However, if the foil bearing is rotated, the foil may be damaged by centrifugal force. Therefore, it is preferable to fix the foil bearing as in the above embodiment.

また、以上に示したフォイル軸受は、例えばガスタービンやターボチャージャ（過給機）等のターボ機械の主軸用軸受、自動車等の車両用軸受、あるいは産業機器用の軸受等として使用することが可能である。   In addition, the foil bearings described above can be used, for example, as bearings for main shafts of turbo machines such as gas turbines and turbochargers (superchargers), bearings for vehicles such as automobiles, or bearings for industrial equipment. It is.

また、以上に述べたフォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受のみならず、圧力発生流体として潤滑油を使用した油動圧軸受としても使用することができる。   Further, the foil bearing described above can be used not only as an air dynamic pressure bearing using air as a pressure generating fluid but also as an oil dynamic pressure bearing using lubricating oil as a pressure generating fluid.

２ 軸
３ スラストカラー
１０ フォイル軸受
１１ フォイルホルダ
１２ トップフォイル
１２ｂ１ 切り欠き部
１２ｃ 傾斜部
１３ バックフォイル
１３ｂ 平坦部
１３ｃ 上凸部（第一突出部）
１３ｄ 下凸部（第二突出部）
１３ｅ１ 切り欠き部
Ｂｆ バックフォイル部
Ｔｆ トップフォイル部
Ｘ 軸受面
Ｃ 軸受隙間
Ｃ１ 大隙間部
Ｃ２ 小隙間部
Ｄ フォイル間隙間
Ｅ フォイル下隙間 2 shaft 3 thrust collar 10 foil bearing 11 foil holder 12 top foil 12b1 notched portion 12c inclined portion 13 back foil 13b flat portion 13c upward convex portion (first projecting portion)
13d downward protrusion (second protrusion)
13e1 Notch Bf Back foil part Tf Top foil part X Bearing surface C Bearing gap C1 Large gap part C2 Small gap part D Foil gap E Foil lower gap

Claims (6)

軸受面を有するトップフォイル部と、前記トップフォイル部を背後から弾性的に支持するバックフォイル部と、前記トップフォイル部及び前記バックフォイル部が取り付けられたフォイルホルダとを備え、相対回転する軸と前記軸受面との間の軸受隙間に生じる流体圧で、前記軸を非接触支持するフォイル軸受において、
前記トップフォイル部の下流側端部に複数の切り欠き部を設け、
前記トップフォイル部のうち、前記複数の切り欠き部を含む領域に、下流側に行くにつれて前記フォイルホルダに接近する傾斜部を設けたフォイル軸受。 A top foil part having a bearing surface; a back foil part that elastically supports the top foil part from behind; a foil holder to which the top foil part and the back foil part are attached; In the foil bearing that supports the shaft in a non-contact manner with the fluid pressure generated in the bearing gap between the bearing surface,
A plurality of notches are provided at the downstream end of the top foil portion,
The foil bearing which provided the inclination part which approaches the said foil holder toward the downstream in the area | region containing the said some notch part among the said top foil parts. 前記傾斜部と、その上流側に隣接する領域との境界が折り曲げられた請求項１に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to claim 1, wherein a boundary between the inclined portion and a region adjacent to the upstream side thereof is bent. 前記傾斜部と、その上流側に隣接する領域とが滑らかに連続した請求項１に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to claim 1, wherein the inclined portion and a region adjacent to the upstream side thereof are smoothly continuous. 前記バックフォイル部が、軸の相対回転方向と直交する方向で離隔した複数箇所で前記トップフォイル部と接触する請求項１〜３の何れか１項に記載のフォイル軸受。   The foil bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the back foil portion is in contact with the top foil portion at a plurality of locations separated in a direction orthogonal to a relative rotation direction of the shaft. 前記バックフォイル部が、平坦部と、前記平坦部から前記トップフォイル部側に突出した複数の第一突出部と、前記平坦部から前記トップフォイル部と反対側に突出した複数の第二突出部とを有する請求項１〜４の何れか１項に記載のフォイル軸受。   The back foil portion includes a flat portion, a plurality of first protrusions protruding from the flat portion toward the top foil portion, and a plurality of second protrusions protruding from the flat portion to the opposite side of the top foil portion. The foil bearing of any one of Claims 1-4 which has these. 前記バックフォイル部が、所定方向に延びる複数の山部及び谷部を交互に有する請求項１〜４の何れかに記載のフォイル軸受。
The foil bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the back foil portion has a plurality of ridges and valleys alternately extending in a predetermined direction.

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