JP6479456B2 - フォイル、フォイル軸受、及びフォイル軸受の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォイル、フォイル軸受、及びフォイル軸受の組立方法に関する。

ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適合する軸受として、フォイル軸受が着目されている。フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜（フォイル）で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜（例えば空気膜）が形成され、軸が非接触支持される。

例えば、下記の特許文献１及び２には、複数のフォイルを周方向に並べて配置し、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダ（ハウジング）に取り付けた、いわゆる多円弧型のフォイル軸受が示されている。これらのフォイル軸受では、フォイルホルダの内周面から内径に突出した突出部（特許文献１の偏移抑制部６２、特許文献２の峰７０）に各フォイルの周方向両端を突き当てることで、各フォイルの周方向両端がフォイルホルダに保持されている。

特開２００９−２１６２３９号公報 特開２００６−５７８２８号公報

上記のようなフォイル軸受では、フォイルホルダの突出部の間にフォイルを一枚ずつ装着する必要があるため、工数がかかり、生産性が悪い。

本発明が解決すべき技術的課題は、フォイル軸受の生産性を高めることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受であって、各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けると共に、前記フォイルホルダの溝に差し込んだフォイル軸受を提供する。

また、前記課題を解決するために、本発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受の組立方法であって、各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けて、前記複数のフォイルを筒状に仮組みする工程と、仮組みした前記複数のフォイルを、各フォイルの差込部を前記溝に差し込みながら、前記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法を提供する。

さらに、前記課題を解決するために、本発明は、フォイルホルダの内周面に取り付けられるフォイルであって、軸受面を有する本体部と、前記本体部の周方向一方側に設けられ、前記フォイルホルダの内周面に設けられた溝に差し込まれる差込部と、前記本体部の周方向他方側に設けられ、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部とを備えたフォイルを提供する。

上記のように、本発明のフォイル軸受では、フォイルの周方向一方の端部に、フォイルホルダの溝に差し込まれる差込部を形成すると共に、フォイルの周方向他方の端部に、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部を設けた。これにより、各フォイルの取付部に、隣接するフォイルの差込部を取り付けることで、複数のフォイルを筒状に仮組みすることができる。こうして仮組みした複数のフォイルを、各フォイルの差込部を溝に差し込みながら、フォイルホルダの内周に挿入することで、複数のフォイルを一度にフォイルホルダに取り付けることができる。

このとき、フォイルホルダの溝の少なくとも軸方向一方の端部を、フォイルホルダの端面に開口させれば、複数のフォイルを筒状に仮組みした状態で、軸方向一方側から各フォイルの差込部を差し込むことができる。

上記のフォイル軸受では、各フォイルの差込部をフォイルホルダの溝に差し込むだけで、複数のフォイルがフォイルホルダに取り付けられているため、フォイルがフォイルホルダに対して移動可能とされる。この場合、組立時やメンテナンス時等にフォイル軸受の内周に軸を抜き差しする際、フォイルと軸とが軸方向に接触摺動し、フォイルがフォイルホルダに対して軸方向にずれる恐れがある。

そこで、前記フォイルホルダの溝に差し込まれた前記フォイルの差込部に軸方向一方側から係合可能な係止部材を設けることが好ましい。このように、フォイルと係止部材とを軸方向に係合させることで、フォイルホルダに対するフォイルの軸方向移動を規制することができる。この場合、フォイルの本体部に係止部材を係合させようとすると、係止部材をフォイルホルダの内周面よりも内径側に突出させる必要があるため、係止部材と軸とが干渉する恐れがある。そこで、上記のように、係止部材を、フォイルホルダの溝に差し込まれた各フォイルの差込部と係合させれば、フォイルホルダの溝の径方向領域に係止部材を収めることができ、係止部材と軸との干渉を回避できる。

上記のフォイル軸受において、前記本体部の軸方向一方の端部を、前記差込部の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延ばせば、軸受面の面積が拡大され、軸受性能が高められる。

例えば、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周に露出させると、係止部材の内周面とフォイルの本体部の外径面とが直接対向する。このとき、係止部材の内周面とフォイルホルダの内周面とが同一円筒面状に配されていると、フォイルの本体部の軸方向端部が係止部材で外径側から支持される。この場合、軸が振れ回ったときに、軸の外周面と係止部材の内周面とでフォイルの本体部の軸方向端部が挟持され、フォイルの摩耗や損傷を招く恐れがある。そこで、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周面よりも外径側に配すれば、これらの面の径差の分だけ、フォイルの本体部の軸方向端部を外径側に逃がすことができる。従って、軸が振れ回った際には、フォイルの本体部の軸方向端部を外径側に撓ませて逃がすことで、軸とフォイルとの過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。

また、係止部材の内周面を、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径させてもよい。この場合、係止部材の内周面の軸方向一方側の端部を含む領域をフォイルホルダの内周面よりも外径側に退避させて、軸とフォイルとの過干渉を防止できる。また、フォイルの差込部と係合する係止部材の軸方向他方側の端部を、フォイルホルダの内周面と同じ径方向位置あるいはその近傍まで延ばすことができるため、差込部と係止部材との係合領域を大きく取ることができ、フォイルの抜け止めを確実に行うことができる。

上記の係止部材の外周面を、フォイルホルダの外周に露出させれば、係止部材の半径方向寸法を大きく取ることができるため、特にフォイルホルダが薄肉である場合に、係止部材の加工やフォイルホルダへの取り付けが容易化される。これに加えて、係止部材の内周面をフォイルホルダの内周に露出させれば、係止部材の半径方向寸法をさらに大きくすることができる。

一方、係止部材の内周面をフォイルホルダで覆ってもよい。この場合、フォイルの外径面と直接対向する面を全てフォイルホルダの内周面で構成することができるため、この面を一体に加工することができ、同軸度などの幾何公差を高い精度で容易に加工することができる。

ところで、上記のフォイル軸受では、各フォイルの差込部をフォイルホルダの溝に差し込むことで、各フォイルが周方向移動可能な状態でフォイルホルダに取り付けられている。このため、軸の回転時には、各フォイルとフォイルホルダとの間に微小摺動が生じ、これにより軸の振動を減衰する効果が得られる。しかし、このように各フォイルがフォイルホルダに対して周方向移動可能であると、軸が何らかの原因により突発的に逆回転した場合に、軸の回転と共にフォイルが周方向他方側に移動し、フォイルの差込部がフォイルホルダの溝から抜けてしまう恐れがある。例えば、各フォイルをフォイルホルダに溶接等で完全に固定すれば、このような不具合は回避できるが、この場合、上記のようなフォイルとフォイルホルダとの摺動による軸の振動減衰効果が大幅に低下してしまう。

そこで、上記の係止部材には、フォイルに周方向他方側から係合可能な周方向係合部を設けることが好ましい。この場合、軸が逆回転した場合でも、係止部材の周方向係合部をフォイルに係合させることで、フォイルの周方向他方側への移動を規制できるため、フォイルの差込部がフォイルホルダの溝から抜ける事態を防止できる。

例えば、係止部材の周方向係合部を、フォイルに設けた凹部に嵌合させることで、係止部材とフォイルとを周方向で係合可能とすることができる。この場合、係止部材の周方向係合部とフォイルの凹部とを、フォイルの周方向移動を許容した状態で嵌合させれば、フォイルとフォイルホルダとの摺動が許容されるため、軸の振動減衰効果を確実に得ることができる。

係止部材の周方向係合部及びフォイルに、それぞれ軸方向と平行な軸方向部を設け、両軸方向部同士を周方向で係合可能とすれば、フォイルのフォイルホルダに対する移動方向（周方向）と垂直な軸方向部同士の係合により、フォイルの周方向他方側への移動を確実に規制することができる。

あるいは、係止部材の周方向係合部及びフォイルに、それぞれ軸方向に対して傾斜した傾斜部を設け、両傾斜部同士を周方向で係合可能としてもよい。この場合、上記のように軸方向部同士を係合させる場合と比べて、フォイルに加わる負荷をより広い領域で受け持つことができるため、周方向の引張力に対するフォイルの耐性を高めることができる。

以上のように、本発明によれば、フォイルを一枚ずつフォイルホルダに取り付けていた従来と比べて、フォイル軸受の組立工数が削減され、生産性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るフォイル軸受の断面図（図２のＩ−Ｉ線における断面図）である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 （Ａ）はフォイルの斜視図であり、（Ｂ）は３枚のフォイルを仮組みしたフォイル仮組体の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ係止部材（止め輪）の例を示す正面図である。 （Ａ）は、フォイルホルダにフォイルを差し込む様子を示す部分断面斜視図であり、（Ｂ）は、フォイルホルダに係止部材を取り付けた様子を示す部分断面斜視図である。 フォイル仮組体をフォイルホルダに挿入する様子を示す断面図である。 係止部材をフォイルホルダに取り付ける様子を示す断面図である。 図１のＣ部の拡大図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 （Ａ）は他の実施形態に係るフォイルの斜視図であり、（Ｂ）は３枚のフォイルを仮組みした状態の斜視図である。 他の実施形態に係るフォイルの平面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の分解斜視図である。 図１５のフォイル軸受の断面図である。 図１５のフォイル軸受に組み込まれるフォイルの平面図である。 （Ａ）は、図１５のフォイル軸受のフォイルホルダにフォイルを差し込む様子を示す部分断面斜視図であり、（Ｂ）は、このフォイルホルダに係止部材を取り付ける様子を示す部分断面斜視図である。 （Ａ）は、図１５のフォイル軸受で支持する軸が逆回転した様子を示す断面図であり、（Ｂ）は、上記軸が正回転した様子を示す断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 図２３のフォイル軸受に組み込まれるフォイルの平面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。

図１に、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受１を示す。このフォイル軸受１は、例えばターボ機械の一種であるガスタービンのタービンの軸２を支持するものであり、その外周面が、ガスタービンのハウジングの内周に固定される。

フォイル軸受１は、筒状（図示例では円筒状）を成したフォイルホルダ１０と、フォイルホルダ１０の内周面１１に取り付けられた複数枚（図示例では３枚）のフォイル２０と、係止部材３０とを備える。

フォイルホルダ１０は、例えば焼結金属で一体に型成形される。フォイルホルダ１０の内周面１１には、図２に示すように、小径内周面１１ａと、小径内周面１１ａの軸方向一方側に設けられた大径内周面１１ｂとが設けられる。尚、フォイルホルダ１０の材質は焼結金属に限らず、他の金属や樹脂で形成することもでき、例えば、鋼材の機械加工品、鋼板のプレス加工品、あるいは樹脂の射出成形品等でフォイルホルダ１０を構成することもできる。

フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａには、フォイル２０を取り付けるための溝が設けられる。図示例では、小径内周面１１ａに複数の軸方向溝１４が設けられ、詳しくは、３本の軸方向溝１４が円周方向等間隔に設けられる。軸方向溝１４の軸方向一端は、小径内周面１１ａの軸方向一方側に設けられた端面１６に開口している。このように、軸方向溝１４の少なくとも一方の端部が端面に開口していることで、フォイルホルダ１０を、軸方向溝１４を含めて一体に型成形することが可能となる。軸方向溝１４の軸方向他端は、小径内周面１１ａの軸方向他方側に設けられた端面１７には達しておらず、フォイルホルダ１０に一体に設けられた係止部１８で閉じられている。小径内周面１１ａと大径内周面１１ｂとの軸方向間には、係止部材３０が取り付けられる周方向溝１５が設けられる。本実施形態では、周方向溝１５が環状に形成される。周方向溝１５の溝底（外径部）は、大径内周面１１ｂよりも大径とされる。

フォイル２０は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属からなる厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属フォイルで形成される。金属フォイルの材質としては、例えば鋼材料や銅合金を使用することができ、具体的にはステンレス鋼もしくは青銅を使用するのが好ましい。

フォイル２０は、フォイルホルダ１０の内周面１１に取り付けられる。図示例では、３枚のフォイル２０が、周方向に並べた状態でフォイルホルダ１０の小径内周面１１ａに取り付けられる。各フォイル２０は、一枚の金属フォイルにプレス加工やエッチングあるいはワイヤカットを施すことにより一体に形成される。各フォイル２０は、図３（Ａ）に示すように、本体部２１と、本体部２１の周方向一方側に設けられた凸部２２と、本体部２１の周方向他方側に設けられたスリット２３とを備える。図示例では、凸部２２及びスリット２３が、それぞれ軸方向に離隔した複数箇所（２箇所）に設けられる。スリット２３は、他のフォイル２０の凸部２２を取り付けるための取付部として機能する。図示例では、各フォイル２０の凸部２２とスリット２３とが軸方向で同じ位置に設けられる。スリット２３の軸方向幅は、凸部２２の軸方向幅よりも僅かに大きい。図３（Ｂ）に示すように、各フォイル２０の凸部２２を隣接するフォイル２０のスリット２３に差し込むことにより、３枚のフォイル２０を筒状に仮組みすることができる。

図１に示すように、各フォイル２０の凸部２２は、フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａに設けられた軸方向溝１４に差し込まれる差込部として機能する。各フォイル２０のうち、スリット２３よりも周方向他方側の領域は、隣接するフォイル２０の背後（外径側）に配されるアンダーフォイル部２４として機能する。以上により、各フォイル２０の周方向両端が、フォイルホルダ１０に接触した状態で保持される。各フォイル２０の本体部２１の内径面は、軸受面として機能する。複数のフォイル２０がフォイルホルダ１０に取り付けられた状態で、隣接するフォイル２０は、軸方向溝１４の開口部の周方向領域で軸方向視で交差しており、この交差部で、隣接するフォイル２０の本体部２１の端部同士が周方向に突っ張りあっている。これにより、各フォイル２０が外径側に張り出し、フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａに沿った軸受面が得られる。

係止部材３０は、複数のフォイル２０の凸部２２を一部品で抜け止めするものが好ましく、例えば止め輪で構成される。止め輪の形状は特に限定されず、例えば全周で連続した円環の止め輪｛図４（Ａ）参照｝や、円環の一部が切断された止め輪｛図４（Ｂ）参照｝、あるいは、Ｃ形の止め輪｛図４（Ｃ）参照｝を使用できる。係止部材３０は、弾性に富んだ金属あるいは樹脂で形成される。係止部材３０は、フォイルホルダ１０の内周面１１に取り付けられる。本実施形態では、図２に示すように、係止部材３０がフォイルホルダ１０の周方向溝１５に装着される。係止部材３０の外周面は、大径内周面１１ｂよりも大径で、周方向溝１５の溝底と略同径とされる。係止部材３０は、周方向溝１５の軸方向一方側の内壁１９及び軸方向他方側の内壁（端面１６）と軸方向に係合可能とされる。係止部材３０の内周面３１は、フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａと同一円筒面上に連続して配される。尚、係止部材３０を、周方向で分割した複数の部品で構成してもよい。

係止部材３０は、各フォイル２０の凸部２２と軸方向に係合可能な位置に配される。具体的には、図２に示すように、各フォイル２０のうち、軸方向溝１４に差し込まれた部分（一対の凸部２２）の軸方向一方側に係止部材３０が隣接して配される。これにより、各フォイル２０に係止部材３０が軸方向一方側から当接し、各フォイル２０の軸方向一方側への移動が規制される。具体的には、図５（Ａ）に示すように、フォイルホルダ１０の軸方向溝１４に各フォイル２０の凸部２２を差し込んだ状態で、図５（Ｂ）に示すように、フォイルホルダ１０の周方向溝１５に係止部材３０を取り付けることにより、係止部材３０がフォイル２０の凸部２２に軸方向一方側から当接する。尚、図５では、フォイルホルダ１０の軸方向一方側の端部に設けられた大径内周面１１ｂの図示を省略している。また、各フォイル２０のうち、軸方向溝１４に差し込まれた部分（一対の凸部２２）の軸方向他端側にフォイルホルダ１０の係止部１８が隣接して配される（図２参照）。これにより、各フォイル２０に係止部１８が軸方向他方側から当接し、各フォイル２０の軸方向他方側への移動が規制される。以上のように、各フォイル２０の軸方向両側から係止部材３０及び係止部１８が係合することで、各フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する軸方向位置が決まる。

図２に示すように、各フォイル２０の本体部２１の軸方向一方の端部（図中右端）は、一対の凸部２２の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延びている。これにより、係止部材３０の内周面３１が、本体部２１で覆われた状態となる。一方、各フォイル２０の本体部２１の軸方向他方の端部（図中左端）は、一対の凸部２２の軸方向他方の端部よりも軸方向他方側まで延びている。これにより、フォイルホルダ１０の係止部１８の内周面１８ａが、本体部２１で覆われた状態となる。このように、各フォイル２０の本体部２１を係止部材３０及び係止部１８の内径側を覆う領域まで延ばすことで、軸受面の面積を広げることができる。このとき、各フォイル２０の本体部２１は、フォイルホルダ１０の内周面１８ａ及び係止部材３０の内周面３１と半径方向で直接対向している。尚、フォイル２０の軸方向端部を、係止部材３０及び係止部１８を越えてさらに軸方向外側まで延ばしてもよい。

上記構成のフォイル軸受１は、以下のような手順で組み立てられる。

まず、各フォイル２０の凸部２２を隣接するフォイル２０のスリット２３に差し込むことにより、３枚のフォイル２０を筒状に仮組みし、フォイル仮組体Ｘを形成する｛図３（Ｂ）参照｝。

次に、図６に示すように、フォイル仮組体Ｘの各フォイル２０の凸部２２を、フォイルホルダの軸方向溝１４に軸方向一方側（軸方向溝１４の開口側）から差し込みながら、フォイル仮組体Ｘをフォイルホルダ１０の内周に挿入する。そして、各フォイル２０の凸部２２を、軸方向溝１４の端部（係止部１８）に当接させて、フォイル仮組体Ｘのフォイルホルダ１０への挿入が完了する。

その後、図７に示すように、フォイルホルダ１０の周方向溝１５に係止部材３０を取り付ける。具体的には、係止部材３０を弾性変形させながらフォイルホルダ１０の軸方向一方側から挿入し、大径内周面１１ｂの内周を通過させる。そして、係止部材３０が周方向溝１５に達したら、係止部材３０を弾性復元させて周方向溝１５に嵌め込む。以上により、フォイル軸受１が完成する。

このように、各フォイル２０に差込部（凸部２２）及び取付部（スリット２３）を設けることで、フォイルホルダ１０に取り付ける前に複数のフォイル２０を仮組みすることができる。これにより、各フォイル２０一枚ずつフォイルホルダ１０に取り付ける場合と比べて、組立が容易化され、生産性が高められる。特に、フォイルホルダ１０の軸方向溝１４の軸方向一方の端部を端面１６に開口させることで、仮組みしたフォイル２０の凸部２２を、軸方向溝１４に開口側から軸方向に差し込むことができるため、組立がさらに容易化される。

上記のフォイル軸受１は、内周に軸２が挿入され、ガスタービンに組み込まれる。また、ガスタービンのメンテナンス時には、軸２をフォイル軸受１の内周から引き抜き、点検や部品交換を行った後、フォイル軸受１の内周に再び軸２が挿入される。このように、フォイル軸受１の内周に軸２を抜き差しする際、軸２とフォイル２０とが摺動することで、フォイル２０に軸方向の力が加わる。上記のフォイル軸受１は、フォイル２０が、フォイルホルダ１０に対して溶接や接着による完全固定が施されておらず、フォイルホルダ１０に対する移動が許容されている。従って、フォイル軸受１の内周に軸２を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル２０がフォイルホルダ１０に対して軸方向にずれる事態が懸念される。この点に関し、本実施形態では、上記のように、各フォイル２０の差込部（一対の凸部２２）が係止部材３０及び係止部１８で軸方向両側から係止されることで、各フォイル２０のフォイルホルダ１０に対する軸方向移動が規制されている。これにより、フォイル軸受１の内周に軸２を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル２０がフォイルホルダ１０に対して軸方向にずれる事態を防止できる。

フォイル軸受１の内周に挿入された軸２が周方向一方（図１の矢印方向）に回転すると、フォイル軸受１のフォイル２０の軸受面と軸２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間に生じる空気膜の圧力により軸２がラジアル方向に支持される。このとき、フォイル２０が有する可撓性により、各フォイル２０の軸受面が、荷重や軸２の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間は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、ラジアル軸受隙間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。

具体的には、軸２の回転に伴ってラジアル軸受隙間の空気圧の圧力が高まることで、各フォイル２０が外径側に押し込まれる。このとき、各フォイル２０の本体部２１のうち、隣接するフォイルのアンダーフォイル部２４に乗り上げる部分が湾曲する。さらに、本実施形態では、軸２との摩擦及び空気の粘性により、各フォイル２０が回転方向先行側に押し込まれ、図８に示すように、各フォイル２０の本体部２１（軸受面）が内径側に凸となるように湾曲する。以上のようなフォイル２０の湾曲部分の弾性力と、ラジアル軸受隙間に形成される空気膜の圧力とが釣り合う位置で、フォイル２０の形状が保持される。尚、図示例では、各フォイル２０の凸部２２が、軸方向溝１４の内部で外径側に凸となるように湾曲している。

軸受の運転中は、ラジアル軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル２０がフォイルホルダ１０に押し付けられ、これに伴って両者の間で微小摺動が生じる。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。本実施形態では、各フォイル２０の凸部２２を軸方向溝１４に差し込むだけで、複数のフォイル２０がフォイルホルダ１０に取り付けられている。このため、各フォイル２０は、フォイルホルダ１０に対して完全に固定されておらず、フォイルホルダ１０に対する移動が許容されている。この場合、軸２の回転時に、フォイル２０がフォイルホルダ１０に対して周方向移動することで両者の摺動量が大きくなり、軸２の振動を減衰する効果がさらに高められる。図示例では、各フォイル２０の回転方向後方側の端部（アンダーフォイル部２４）が、隣接するフォイル２０とフォイルホルダ１０の小径内周面１１ａとの間に配されることで、アンダーフォイル部２４がフォイルホルダ１０の小径内周面１１ａと面接触した状態で周方向に摺動するため、軸２の振動減衰効果がさらに高められる。

尚、軸２の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル２０の軸受面と軸２の外周面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。また、軸受の運転中におけるフォイル２０とフォイルホルダ１０との間の摩擦力を調整するために、これら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。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図９に示す実施形態では、係止部材３０の内周面３１が、フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａよりも外径側に配される。これにより、軸２の振れ回り（コニカル運動）が生じた場合でも、フォイルが外径側に撓むことができるため、軸２とフォイル２０との過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。

図１０及び図１１に示す実施形態では、係止部材３０の内周面３１が、軸方向一方側（図中右側）へ向けて徐々に拡径している。具体的に、図１０では、係止部材３０の内周面３１が円すい面とされる。一方、図１１では、係止部材３０の内周面３１が、内径側に凸をなした断面円弧状とされる。これにより、図９の実施形態と比べて、係止部材３０の軸方向他方側（図中左側）の端面３２を内径側に延ばし、フォイルホルダ１０の小径内周面１１ａと同じ径方向位置あるいはその近傍に配することができる。このため、係止部材３０とフォイル２０の凸部２２との当接領域が増えて、フォイル２０の抜け止めを確実に行うことができる。特に、図１１に示す実施形態では、係止部材３０の内周面３１がフォイルホルダ１０の小径内周面１１ａと滑らかに連続しているため、これらの境界部にエッジが形成されず、軸２の振れ回りによる軸２、フォイル２０、及びフォイルホルダ１０の損傷を確実に防止できる。

図１２に示す実施形態は、フォイルホルダ１０の周方向溝１５と大径内周面１１ｂとを同径とした点で、上記の実施形態と異なる。本実施形態では、フォイルホルダ１０の周方向溝１５に係止部材３０が嵌合され、係止部材３０の軸方向他方側（図中左側）の端面３２が、フォイルホルダ１０の端面１６（肩面）に当接している。係止部材３０は、圧入、接着、ねじ止め等の適宜の手段によりフォイルホルダ１０に固定される。あるいは、係止部材３０を図示の位置に配した後、フォイルホルダ１０の大径内周面１１ｂを内径側に塑性変形させる（加締める）ことにより、係止部材３０をフォイルホルダ１０に固定してもよい。本実施形態によれば、フォイルホルダ１０への取付時に係止部材３０を弾性変形させる必要がないため、係止部材３０の材料の選択の幅が広がり、例えばステンレス鋼等の溶製材を使用することもできる。尚、本実施形態において、フォイルホルダ１０の大径内周面１１ｂを省略し、係止部材３０の軸方向外側の端面とフォイルホルダの１０の端面とを面一としてもよい。

以上の実施形態では、フォイル２０に、取付部としてスリット２３を設けた場合を示したが、これに限られない。例えば、図１３（Ａ）に示すように、各フォイル２０の周方向他方の端部に、取付部としての凹部２５を設けてもよい。この場合、図１３（Ｂ）に示すように、各フォイル２０の凸部２２を隣接するフォイル２０の凹部２５に差し込むことにより、複数のフォイル２０を仮組みすることができる。

あるいは、図１４に示すように、フォイル２０に設けられるスリット２３を軸方向端部に開口させてもよい。このとき、フォイル２０の凸部２２は、それぞれ軸方向端部まで延在している。また、本体部２１と凸部２２との境界部付近（特に、本体部２１と凸部２２とで形成される角部付近）には、微小なスリット２８が設けられ、これによりフォイル２０の湾曲時に局部的な盛り上がりが生じることを防止している。図示例では、本体部２１と凸部２２とで形成される角部の軸方向内側に、軸方向に延びる微小なスリット２８が形成される。

以上の実施形態では、フォイルホルダ１０の軸方向一端のみに係止部材３０を設ける構造を示したが、これに限らず、係止部材３０をフォイルホルダ１０の軸方向両端に設けてもよい。この場合、軸方向溝１４をフォイルホルダ１０の内周面１１の軸方向全長に形成することができるため、軸方向溝１４の加工がより容易になる。

図１５に示す実施形態は、係止部材３０に軸方向突起３３を設けた点で、上記の実施形態と異なる。この軸方向突起３３は、フォイル２０と周方向に係合可能な周方向係合部として機能する。軸方向突起３３は、フォイルホルダ１０の軸方向溝１４の径方向領域内に設けられる。本実施形態では、係止部材３０の内径端に軸方向突起３３が設けられる。また、本実施形態では、フォイルホルダ１０の軸方向溝１４が軸方向両側に開口すると共に、フォイルホルダ１０の軸方向両端に周方向溝１５が設けられ、各周方向溝１５に係止部材３０が取り付けられる。図１６に示すように、係止部材３０の内周面３１はフォイルホルダ１０の内周に露出している。図示例では、係止部材３０の内周面３１とフォイルホルダ１０の小径内周面１１ａとが同一円筒面上で連続している。尚、図１６では、フォイル２０の図示を省略している。

本実施形態で使用されるフォイル２０は、図１７に示すように、軸方向両側の縁に凹部２６が形成される。図示例では、各凸部２２の軸方向外側の縁にそれぞれ矩形状の凹部２６が設けられる。凹部２６は、各凸部２２のうち、軸方向他方側（図中右側）の領域に設けられる。このフォイル２０の凸部２２をフォイルホルダ１０の軸方向溝１４に差し込み｛図１８（Ａ）参照｝、係止部材３０をフォイルホルダ１０に取り付けると、各フォイル２０の凹部２６に係止部材３０の軸方向突起３３が嵌合する｛図１８（Ｂ）参照｝。

図１９（Ａ）に点線矢印で示すように軸２が何らかの原因により逆回転し、フォイル２０が逆方向（周方向他方側）に移動しようとしたときには、軸方向突起３３の外周面３３ａが、フォイル２０に周方向他方側から係合する。詳しくは、軸方向突起３３の外周面３３ａとフォイルホルダ１０の軸方向溝１４の内壁とで形成される角部Ｐが、フォイル２０の凹部２６の周方向一方側の縁２６ａに周方向他方側から係合する。これにより、フォイル２０の周方向他方側への移動が規制され、フォイル２０の凸部２２がフォイルホルダ１０の軸方向溝１４から抜ける事態を防止できる。このとき、軸方向突起３３の外周面３３ａとフォイル２０の凹部２６の周方向一方側の縁２６ａが、何れも軸方向と平行であることで（図１６及び図１７参照）、フォイル２０の周方向の移動を、その移動方向と直交する方向の部分（軸方向部）同士の係合により、確実に規制することができる。

また、図１９（Ｂ）に実線矢印で示すように軸２を正方向に回転させた場合、フォイル２０が周方向一方側に移動し、各フォイル２０の凸部２２の先端が軸方向溝１４の内壁に突き当たる。この状態では、軸方向突起３３により各フォイル２０の周方向他方側への移動は規制されていない。これにより、各フォイル２０の周方向の微小移動が、係止部材３０の軸方向突起３３により阻害されることが無いため、各フォイル２０とフォイルホルダ１０との摺動による軸２の振動減衰効果が十分に発揮される。

図２０に示す実施形態では、係止部材３０の内周面３１がフォイルホルダ１０で覆われている。これにより、フォイル２０の本体部２１と半径方向で直接対向する面（小径内周面１１ａ）を一体に加工することができるため、同軸度などの幾何公差を高い精度で容易に加工することができる。尚、この場合、係止部材３０の径方向寸法が小さくなるが、本実施形態では、係止部材３０の外周面３４をフォイルホルダ１０の外周に露出させることで、係止部材３０の径方向寸法を確保している。これにより、係止部材３０の加工やフォイルホルダ１０への取り付けが容易化される。

図２１に示す実施形態では、係止部材３０の内周面３１をフォイルホルダ１０の内周に露出させると共に、係止部材３０の外周面３４をフォイルホルダ１０の外周に露出させている。これにより、図２０の実施形態よりも、係止部材３０の径方向寸法をさらに拡大できる。本実施形態では、係止部材３０の径方向中間部に軸方向突起３３を設けている。

図２２に示す実施形態では、係止部材３０が軸方向突起３３に相当する部分のみで構成され、内周面３１及び外周面３４の何れもがフォイルホルダ１０で覆われている。この場合、係止部材３０の径方向寸法を抑えて小型化することができる。

図２３及び図２４に示す実施形態では、係止部材３０とフォイル２０のうち、互いに周方向で係合する部分に、軸方向に対して傾斜した傾斜部を設けている。図２３では、係止部材３０の外周面に傾斜部としての傾斜面３５を設け、この傾斜面３５が、フォイル２０に周方向他方側から係合可能な周方向係合部として機能する。傾斜面３５は、例えば、内径側に向けて軸方向内側に傾斜したテーパ面状に形成される。図２４のフォイル２０では、凸部２２の軸方向外側の縁に傾斜部２７が設けられる。傾斜部２７は、例えば、周方向一方側（図中左側）へ向けて軸方向外側に傾斜した直線状に形成される。本実施形態のフォイル軸受１を組み立てると、フォイル２０の傾斜部２７で形成される凹部に、係止部材３０の傾斜面３５で形成される凸部が嵌合する。この場合、軸２が逆方向に回転してフォイル２０が周方向他方側に移動しようとすると、係止部材３０の傾斜面３５がフォイル２０の傾斜部２７に周方向他方側から係合することで、フォイル２０の周方向移動が規制される。

ところで、図１７に示す実施形態のように、係止部材３０とフォイル２０とを軸方向と平行な部分（軸方向部）同士で係合させる場合、フォイル２０の凹部２６の縁２６ａに負荷が加わるため、凸部２２のうち、縁２６ａよりも軸方向一方側の領域（図１７にＸで示す領域）がせん断力を受ける。これに対し、図２４に示す実施形態では、係止部材３０の傾斜面３５との係合により、フォイル２０の傾斜部２７に負荷が加わるため、凸部２２のほぼ全域（図２４にＹで示す領域）がせん断力を受ける。この場合、図１７に示す実施形態と比べてせん断力を受ける領域が広くなるため、周方向の引張力に対する耐性が高められる。

図２５に示す実施形態は、係止部材３０の内周面３１をフォイルホルダ１０で覆うと共に、係止部材３０の円筒面状の外周面３４をフォイルホルダ１０の外周に露出させている点で、図２３に示す実施形態と異なる。図２６に示す実施形態は、係止部材３０の内周面３１をフォイルホルダ１０の内周に露出させると共に、係止部材３０の外周面３４をフォイルホルダ１０の外周に露出させている点で、図２３に示す実施形態と異なる。図２７に示す実施形態は、係止部材３０の内周面及び外周面を、何れもフォイルホルダ１０で覆っている点で、図２３に示す実施形態と異なる。

以上の実施形態では、複数のフォイル２０の仮組体Ｘをフォイルホルダ１０に取り付けたフォイル軸受１に係止部材３０を設けた場合を示したが、各フォイル２０がフォイルホルダ１０に対して軸方向移動可能な状態で取り付けられたフォイル軸受であれば、係止部材３０を設けることが有効となる。すなわち、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する複数のフォイルとを備え、各フォイルが前記フォイルホルダに対して軸方向移動可能な状態で取り付けられたフォイル軸受では、各フォイルと軸方向で係合可能な係止部材を設けることが有効となる。

本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、自動車等の車両用軸受、さらには産業機器用の軸受として広く使用することが可能である。

また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することもできる。

１ フォイル軸受
２ 軸
１０ フォイルホルダ
１１ 内周面
１２ 外周面
１４ 軸方向溝
１５ 周方向溝
２０ フォイル
２１ 本体部
２２ 凸部（差込部）
２３ スリット（取付部）
２４ アンダーフォイル部
３０ 係止部材
３３ 軸方向突起（周方向係合部）
Ｘ フォイル仮組体

Claims (18)

1. 内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受であって、
   各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に対して周方向移動可能な状態で該取付部に取り付けると共に、前記フォイルホルダの溝に対して周方向移動可能な状態で該溝に差し込んだフォイル軸受。
2. 前記フォイルホルダの溝の少なくとも軸方向一方の端部が、前記フォイルホルダの端面に開口した請求項１記載のフォイル軸受。
3. 内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受であって、
   各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けると共に、前記フォイルホルダの溝に差し込み、
   前記フォイルホルダの溝に差し込まれた前記フォイルの差込部に軸方向一方側から係合可能な係止部材をさらに備えたフォイル軸受。
4. 各フォイルにおいて、前記本体部の軸方向一方の端部を、前記差込部の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延ばした請求項３記載のフォイル軸受。
5. 前記係止部材の内周面が、前記フォイルホルダの内周に露出した請求項４に記載のフォイル軸受。
6. 前記係止部材の内周面が、前記フォイルホルダの内周面よりも外径側に配された請求項５に記載のフォイル軸受。
7. 前記係止部材の内周面が、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径した請求項５又は６記載のフォイル軸受。
8. 前記係止部材の外周面が、前記フォイルホルダの外周に露出した請求項３〜７の何れかに記載のフォイル軸受。
9. 前記係止部材の内周面が前記フォイルホルダで覆われた請求項３又は４に記載のフォイル軸受。
10. 前記係止部材に、前記フォイルに周方向他方側から係合可能な周方向係合部を設けた請求項３〜９の何れかに記載のフォイル軸受。
11. 前記係止部材の周方向係合部を前記フォイルに設けた凹部に嵌合させることで、前記係止部材と前記フォイルとを周方向で係合可能とした請求項１０に記載のフォイル軸受。
12. 前記係止部材の周方向係合部と前記フォイルの凹部とを、前記フォイルの周方向移動を許容した状態で嵌合させた請求項１１に記載のフォイル軸受。
13. 前記係止部材の周方向係合部及び前記フォイルに、それぞれ軸方向と平行な軸方向部を設け、両軸方向部同士を周方向で係合可能とした請求項１０〜１２の何れかに記載のフォイル軸受。
14. 前記係止部材の周方向係合部及び前記フォイルに、それぞれ軸方向に対して傾斜した傾斜部を設け、両傾斜部同士を周方向で係合可能とした請求項１０〜１２の何れかに記載のフォイル軸受。
15. 内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受の組立方法であって、
    各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に対して周方向移動可能な状態で該取付部に取り付けて、前記複数のフォイルを筒状に仮組みする工程と、
    仮組みした前記複数のフォイルを、各フォイルの差込部を前記溝に対して周方向移動可能な状態で該溝に差し込みながら、前記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法。
16. 前記溝の少なくとも軸方向一方の端部が、前記フォイルホルダの端面に開口し、各フォイルの差込部を、前記溝に軸方向一方側から差し込む請求項１５記載のフォイル軸受の組立方法。
17. 内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、前記本体部の周
    方向一方側に設けられた差込部、及び、前記本体部の周方向他方側に設けられた取付部を
    有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受の組立方法であって、
    各フォイルの前記差込部を、隣接するフォイルの前記取付部に取り付けて、前記複数の
    フォイルを筒状に仮組みする工程と、
    仮組みした前記複数のフォイルを、各フォイルの差込部を前記溝に差し込みながら、前
    記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法であって、
    前記複数のフォイルを前記フォイルホルダの内周に挿入した後、前記フォイルホルダに、前記複数のフォイルの差込部に軸方向一方側から係合可能な係止部材を取り付けるフォイル軸受の組立方法。
18. フォイルホルダの内周面に取り付けられるフォイルであって、
    軸受面を有する本体部と、前記本体部の周方向一方側に設けられ、前記フォイルホルダの内周面に設けられた溝に差し込まれる差込部と、前記本体部の周方向他方側に設けられ、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部とを備え、
    前記差込部が、隣接するフォイルの前記取付部に対して周方向移動可能な状態で該取付部に取り付けられると共に、前記フォイルホルダの溝に対して周方向移動可能な状態で該溝に差し込まれるフォイル。

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