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JP6629042B2 - Foil bearing - Google Patents
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Description

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

ターボ機械(例えばガスタービンやターボチャージャ)の主軸は高温環境下で高速回転する。また、ターボ機械では、エネルギー効率の観点から油循環用の補機を別途設けることが困難な場合がある他、潤滑油のせん断抵抗が主軸の高速回転化の阻害要因となる場合がある。そのため、ターボ機械の主軸の支持用軸受としては、潤滑油を使用した転がり軸受や動圧軸受ではなく、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受を使用する場合が多い。   The main shaft of a turbomachine (for example, a gas turbine or a turbocharger) rotates at high speed in a high-temperature environment. Further, in a turbomachine, it may be difficult to separately provide an auxiliary device for oil circulation from the viewpoint of energy efficiency, and the shear resistance of the lubricating oil may be a hindrance to high-speed rotation of the main shaft. Therefore, as a bearing for supporting the main shaft of the turbomachine, an air dynamic pressure bearing using air as a pressure generating fluid is often used instead of a rolling bearing or a dynamic pressure bearing using lubricating oil.

空気動圧軸受としては、回転側の軸受面と静止側の軸受面の双方を剛体で構成したものが一般的である。しかしながら、この種の空気動圧軸受では、両軸受面間に形成される軸受隙間の隙間幅管理が不十分であると、安定限界を超えた際にホワールと称される自励的な軸の振れ回りが生じ易くなる。従って、一般的な空気動圧軸受において、軸受性能を安定的に発揮するには、軸受隙間の隙間幅を高精度に管理する必要がある。しかしながら、ターボ機械のように温度変化の大きい環境では、熱膨張の影響で軸受隙間の隙間幅が変動し易いため、軸受性能を安定的に発揮させるのが困難である。   As the air dynamic pressure bearing, a bearing in which both a rotating-side bearing surface and a stationary-side bearing surface are formed of a rigid body is generally used. However, in this type of air dynamic pressure bearing, if the gap width of the bearing gap formed between the two bearing surfaces is insufficiently controlled, a self-excited shaft called a whirl when the stability limit is exceeded is reached. Whirling easily occurs. Therefore, in general air dynamic pressure bearings, it is necessary to control the width of the bearing gap with high accuracy in order to stably exhibit the bearing performance. However, in an environment having a large temperature change, such as a turbomachine, the gap width of the bearing gap tends to fluctuate due to the influence of thermal expansion, and thus it is difficult to exhibit the bearing performance stably.

ホワールが生じ難く、かつ温度変化の大きい環境下でも軸受隙間の隙間幅管理を容易にできる軸受としてフォイル軸受が知られている。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金属薄板(フォイル)で軸受面を構成し、この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り、軸受隙間が運転条件等に応じた適切な幅に自動調整されるという特徴を有する。例えば下記の特許文献1に、ラジアル荷重を支持するラジアルフォイル軸受の一例が開示されている。   Foil bearings are known as bearings in which whirling hardly occurs and in which the gap width of the bearing gap can be easily controlled even in an environment with a large temperature change. The foil bearing has a bearing surface made of a thin metal plate (foil) having low rigidity against bending and having flexibility, and supports a load by allowing the deflection of the bearing surface. It has the feature that it is automatically adjusted to an appropriate width according to conditions and the like. For example, Patent Literature 1 below discloses an example of a radial foil bearing that supports a radial load.

特開2015−52345号公報JP-A-2005-52345

特許文献1に記載のフォイル軸受は、回転方向に複数のフォイルを配置し、各フォイルに、軸受面を備えたトップフォイル部と弾性変形可能なアンダーフォイル部とを設けたものである。アンダーフォイル部は、別フォイルのトップフォイル部の背後に配置されており、その周方向一端は、周方向に移動可能な自由端で構成されている。 The foil bearing described in Patent Literature 1 has a plurality of foils arranged in a rotation direction, and each foil is provided with a top foil portion having a bearing surface and an elastically deformable underfoil portion. The underfoil portion is arranged behind a top foil portion of another foil, and one end in the circumferential direction is constituted by a free end movable in the circumferential direction.

この種のフォイル軸受の軸受性能を左右する要因の一つにアンダーフォイル部のばね剛性がある。このばね剛性は、アンダーフォイル部の各部で最適な大きさに設計すべきであるが、従来では、アンダーフォイル部が一枚のフォイル材で形成されているため、アンダーフォイル部の各部でばね剛性を最適化することは難しく、この点がフォイル軸受の軸受性能を向上させる上での障害となっている。 One of the factors that affect the bearing performance of this type of foil bearing is the spring stiffness of the underfoil portion. The spring stiffness should be designed to be the optimal size at each part of the underfoil part. However, conventionally, since the underfoil part is formed of a single foil material, the spring stiffness at each part of the underfoil part is increased. Is difficult to optimize, and this point is an obstacle in improving the bearing performance of the foil bearing.

そこで、本発明は、アンダーフォイル部のばね剛性の設計自由度を高めることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to increase the degree of freedom in designing the spring stiffness of the underfoil portion.

上記の課題を解決するため、本発明は、支持すべき軸との間の相対回転方向の複数箇所に配置されるフォイルを有し、各フォイルに、軸受面を備えたトップフォイル部と、トップフォイル部の背後に配置される弾性変形可能なアンダーフォイル部とが設けられ、前記アンダーフォイル部の周方向一端を、周方向に移動可能な自由端で構成したフォイル軸受において、前記アンダーフォイル部を、複数のフォイル材を重ねて形成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has a foil disposed at a plurality of locations in a relative rotation direction between a shaft to be supported, and each foil has a top foil portion provided with a bearing surface; An elastically deformable underfoil portion disposed behind the foil portion, wherein a circumferential end of the underfoil portion has a free end movable in a circumferential direction; Characterized in that a plurality of foil materials are formed one on top of another.

このようにアンダーフォイル部を、複数のフォイル材を重ねた複層構造(複層アンダーフォイル部)にすれば、個々のフォイル材でばね剛性を調整できるため、アンダーフォイル部全体のばね剛性を最適化することが容易となる。具体的には、複層アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を異なる形状にしたり、複数のフォイル材の材質もしくは厚さを異ならせたりすることにより、アンダーフォイル部のばね剛性を最適化することができる。 If the underfoil section has a multilayer structure (multilayer underfoil section) in which a plurality of foil materials are stacked, the spring stiffness can be adjusted with each foil material, so the spring stiffness of the entire underfoil section is optimized. It becomes easy to make it. Specifically, the spring stiffness of the underfoil portion is optimized by changing the shape of the plurality of foil materials constituting the multilayer underfoil portion or by changing the material or thickness of the plurality of foil materials. be able to.

また、かかる構成であれば、アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材の相互間で微小摺動を許容することができる。従って、回転側部材で生じる振動の吸収効果を高めることができる。 Further, with such a configuration, it is possible to allow micro sliding between a plurality of foil members constituting the under foil portion. Therefore, the effect of absorbing the vibration generated in the rotating member can be enhanced.

アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を、周方向で異なる長さにすれば、アンダーフォイル部の周方向においてばね剛性に差を設けることが容易となる。そのため、楔空間における楔角を大きくすることが可能となり、これにより流体膜の圧力を高めて回転側部材の安定化や回転側部材の定常回転への早期移行等を図ることができる。   If the plurality of foil members constituting the underfoil portion have different lengths in the circumferential direction, it is easy to provide a difference in spring stiffness in the circumferential direction of the underfoil portion. For this reason, it is possible to increase the wedge angle in the wedge space, thereby increasing the pressure of the fluid film to stabilize the rotation-side member and to quickly shift to a steady rotation of the rotation-side member.

アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を、軸受面に沿う方向でかつ周方向と直交する方向で異なる幅寸法にすれば、アンダーフォイル部の前記方向の両端で、フォイルの厚さ方向の一部領域を除肉して当該両端のばね剛性を低下させることができる。これにより、当該両端に対向するトップフォイル部の変形が容易なものとなるため、例えば回転側の部材がコニカルに振れ回る際にも軸とフォイルのエッジ当たりを防止することが可能となる。   If the plurality of foil members constituting the underfoil portion have different widths in a direction along the bearing surface and in a direction orthogonal to the circumferential direction, the thickness of the foil in the thickness direction of the foil at both ends of the underfoil portion in the aforementioned direction is increased. It is possible to reduce the spring stiffness at both ends by removing the portion area. This facilitates deformation of the top foil portions facing the both ends, so that, for example, even when the rotating member swings conically, it is possible to prevent the shaft and the foil from coming into contact with each other.

アンダーフォイル部の周方向他端を、他のフォイルと周方向で係合させることで、アンダーフォイル部を他のフォイルで保持し、その脱落を防止することが可能となる。この係合は、各フォイルのトップフォイル部とアンダーフォイル部の境界部で、他のフォイルを交差させることで行うことができる。フォイル同士の交差は、例えば一方のフォイルに設けたスリットに他方のフォイルを挿入することで行うことができる。   By engaging the other end of the underfoil portion in the circumferential direction with another foil in the circumferential direction, it is possible to hold the underfoil portion with another foil and prevent the underfoil portion from falling off. This engagement can be performed by crossing another foil at the boundary between the top foil and the underfoil of each foil. The intersection of the foils can be performed, for example, by inserting the other foil into a slit provided in one foil.

このように本発明によれば、アンダーフォイル部のばね剛性の設計自由度を高めることができる。従って、種々の用途に適合するフォイル軸受の設計が容易なものとなる。   As described above, according to the present invention, the degree of freedom in designing the spring stiffness of the underfoil portion can be increased. Therefore, it is easy to design a foil bearing suitable for various uses.

マイクロガスタービンの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a micro gas turbine. マイクロガスタービンのロータ支持構造の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a rotor support structure of the micro gas turbine. 本発明にかかるフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the foil bearing concerning this invention. フォイルの平面図である。It is a top view of a foil. 連結した二枚のフォイルを裏面側から見た平面図である。It is the top view which looked at two connected foils from the back side. 三枚のフォイルを仮組みした状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which assembled three foils temporarily. フォイルの仮組体をフォイルホルダに取り付ける様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that a temporary assembly of a foil is attached to a foil holder. フォイル軸受のフォイル重複部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the foil overlap part of a foil bearing. フォイル軸受のフォイル重複部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the foil overlap part of a foil bearing. 表側のフォイル材の平面図である。It is a top view of the foil material of a front side. 裏側のフォイル材の平面図である。It is a top view of the foil material of the back side. フォイル重複部を模式的に表す拡大断面図である(軸の回転開始直後)。It is an expanded sectional view showing a foil overlapping part typically (immediately after rotation start of a shaft). フォイル重複部を模式的に表す拡大断面図である(軸の定常回転中)。It is an expanded sectional view showing typically a foil overlap part (during the steady rotation of a shaft). 表側のフォイル材の平面図である。It is a top view of the foil material of a front side. 裏側のフォイル材の平面図である。It is a top view of the foil material of the back side. フォイル重複部の回転方向と直交する方向Nにおける断面図である。It is sectional drawing in the direction N orthogonal to the rotation direction of a foil overlap part. フォイルホルダの要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of an important section of a foil holder.

以下、本発明の実施の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.

図1に、ターボ機械の一例として、マイクロガスタービンと称されるガスタービン装置の構成を概念的に示す。このガスタービン装置は、主要な構成として、翼列を形成したタービン1と、圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを備える。タービン1および圧縮機2は、水平方向に延びる軸6に取り付けられて軸6と共に回転側のロータを構成する。軸6の軸方向一端は発電機3に連結されている。このマイクロガスタービンが運転されると、吸気口7から空気が吸入され、吸入された空気は、圧縮機2で圧縮されると共に再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。燃焼器4は、圧縮・加熱された空気に燃料を混合してこれを燃焼させることにより高温・高圧のガスを発生させ、このガスによりタービン1を回転させる。タービン1が回転すると、その回転力が軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転駆動される。発電機3が回転駆動することにより生じた電力は、インバータ8を介して出力される。タービン1を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器5に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器5で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置9を通ってから排ガスとして排出される。   FIG. 1 conceptually shows a configuration of a gas turbine device called a micro gas turbine as an example of a turbo machine. This gas turbine device includes a turbine 1 having a cascade, a compressor 2, a generator 3, a combustor 4, and a regenerator 5 as main components. The turbine 1 and the compressor 2 are attached to a shaft 6 extending in the horizontal direction, and together with the shaft 6, constitute a rotating rotor. One end of the shaft 6 in the axial direction is connected to the generator 3. When the micro gas turbine is operated, air is sucked from the inlet 7, and the sucked air is compressed by the compressor 2 and heated by the regenerator 5 before being sent to the combustor 4. The combustor 4 generates a high-temperature and high-pressure gas by mixing fuel with the compressed and heated air and burning the fuel, thereby rotating the turbine 1. When the turbine 1 rotates, the rotational force is transmitted to the generator 3 via the shaft 6, and the generator 3 is driven to rotate. Electric power generated by rotating the generator 3 is output via the inverter 8. Since the gas after rotating the turbine 1 has a relatively high temperature, the gas is sent to the regenerator 5 to exchange heat with the compressed air before combustion, thereby regenerating the heat of the gas after combustion. Use. The gas that has completed the heat exchange in the regenerator 5 is discharged as exhaust gas after passing through the exhaust heat recovery device 9.

図2に、図1に示したマイクロガスタービンにおけるロータの支持構造の一例を概念的に示す。この支持構造では、軸6の周囲にラジアル軸受10が配置され、軸6に設けたフランジ部6bの軸方向両側にそれぞれスラスト軸受30が配置される。これらラジアル軸受10およびスラスト軸受30により、軸6がラジアル方向およびスラスト両方向に回転自在に支持される。この支持構造において、タービン1と圧縮機2の間の領域は、高温・高圧のガスで回転されるタービン1に隣接している関係上高温雰囲気となる。加えて、軸6は、数万rpm以上の回転速度で回転する。そのため、この支持構造で使用する軸受10,30としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適合する。   FIG. 2 conceptually shows an example of a rotor support structure in the micro gas turbine shown in FIG. In this support structure, the radial bearing 10 is disposed around the shaft 6, and the thrust bearings 30 are disposed on both axial sides of the flange 6 b provided on the shaft 6. The shaft 6 is rotatably supported in both the radial direction and the thrust direction by the radial bearing 10 and the thrust bearing 30. In this support structure, a region between the turbine 1 and the compressor 2 has a high-temperature atmosphere because it is adjacent to the turbine 1 rotated by a high-temperature and high-pressure gas. In addition, the shaft 6 rotates at a rotation speed of tens of thousands of rpm or more. Therefore, air bearings, especially foil bearings, are suitable as the bearings 10 and 30 used in this support structure.

上記のマイクロガスタービン用のラジアル軸受10に適合するフォイル軸受として、本発明では多円弧型と呼ばれるものが使用される。以下、この多円弧型フォイル軸受の基本的構成を図3〜図8に基づいて説明する。なお、後述のように、本発明は、フォイル軸受の各フォイル12を、互いに重ねた複数のフォイル材で形成したことを特徴とするものであるが、以下の基本的構成の説明(図3〜図8)では、理解の容易化のため、各フォイル12が一枚のフォイル材で形成されていると仮定して説明を進める。   In the present invention, a so-called multi-arc type foil bearing is used as the foil bearing suitable for the radial bearing 10 for the micro gas turbine. Hereinafter, the basic configuration of this multi-arc foil bearing will be described with reference to FIGS. In addition, as described later, the present invention is characterized in that each foil 12 of the foil bearing is formed of a plurality of foil materials that are superimposed on each other. In FIG. 8), for ease of understanding, description will be made on the assumption that each foil 12 is formed of one foil material.

[多円弧型フォイル軸受の基本的構成]
図3に示すように、多円弧型のラジアルフォイル軸受10は、円筒面状の内周面11aを有するフォイルホルダ11と、フォイルホルダ11の内周面11a上で、軸6の回転方向の複数箇所に配置されたフォイル12とを有する。図示例のフォイル軸受10は、内周面11aの三カ所にフォイル12を配置した場合を例示している。各フォイル12の内径側に軸6が挿入されている。
[Basic configuration of multi-arc foil bearing]
As shown in FIG. 3, a multi-arc radial foil bearing 10 includes a foil holder 11 having a cylindrical inner peripheral surface 11 a, and a plurality of radially extending shafts 6 on the inner peripheral surface 11 a of the foil holder 11. And a foil 12 arranged at the location. The illustrated foil bearing 10 illustrates a case where the foils 12 are arranged at three locations on the inner peripheral surface 11a. The shaft 6 is inserted on the inner diameter side of each foil 12.

フォイルホルダ11は、例えば焼結金属や溶製材等の金属(例えば鋼材)で形成することができる。フォイルホルダ11の内周面11aのうち、回転方向Rに離隔した複数箇所(フォイル数と同数)には、各フォイル12の取り付け部となる軸方向溝11bが形成されている。   The foil holder 11 can be formed of a metal (for example, a steel material) such as a sintered metal or an ingot. At a plurality of locations (the same number as the number of foils) on the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11 that are separated in the rotation direction R, axial grooves 11b serving as attachment portions for the foils 12 are formed.

各フォイル12を構成するフォイル材は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ20μm〜200μm程度の帯状フォイルを、プレス加工等により所定形状に加工することで形成される。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では、雰囲気に潤滑油が存在せず油による防錆効果が期待できないため、錆による腐食が発生し易くなる。また、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある(黄銅中のZnの含有量が多いほどこの傾向が強まる)。そのため、帯状フォイルとしては、ステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。   The foil material constituting each foil 12 is formed by processing a strip-shaped foil having a good spring property and good workability, for example, a 20-200 μm-thick metal foil or a copper alloy into a predetermined shape by press working or the like. It is formed by. Typical examples of steel materials and copper alloys include carbon steel and brass.General carbon steel has no lubricating oil in its atmosphere and cannot be expected to have the rust-preventive effect of oil. It is easy to occur. In addition, brass may cause a pre-crack due to processing strain (the more the content of Zn in brass, the stronger this tendency). Therefore, it is preferable to use stainless steel or bronze as the band-like foil.

図4に示すように、フォイル12は、軸6の回転方向R側の第一領域12aと、反回転方向側の第二領域12bとを有する。   As shown in FIG. 4, the foil 12 has a first area 12a on the rotation direction R side of the shaft 6 and a second area 12b on the anti-rotation direction side.

第一領域12aは、軸受面Xを形成するトップフォイル部12a1と、トップフォイル部12a1の表面に沿い、かつ回転方向Rと直交する方向N(以下、単に「直交方向N」と呼ぶ)の複数箇所に設けられ、かつ、それぞれ回転方向R側に突出する方向に延びた凸部12a2とを有する。本実施形態では、前記直交方向の三カ所に凸部12a2を形成した場合を例示している。各凸部12a2の基端部には、フォイル縁部から反回転方向に延びる微小な切り込み12a3が設けられている。   The first region 12a includes a plurality of top foil portions 12a1 forming the bearing surface X and a plurality of directions N (hereinafter, simply referred to as "orthogonal directions N") along the surface of the top foil portions 12a1 and orthogonal to the rotation direction R. And protruding portions 12a2 that are provided at the locations and extend in the directions protruding toward the rotation direction R, respectively. In the present embodiment, the case where the protrusions 12a2 are formed at three places in the orthogonal direction is illustrated. At the base end of each protrusion 12a2, a minute cut 12a3 is provided extending from the foil edge in the anti-rotational direction.

第二領域12bの後端12d(反回転方向側の端部)には、前記直交方向Nに離隔して、回転方向Rに向けて凹んだ二つの切り欠き部12b2が形成される。各切り欠き部12b2の前記直交方向Nにおける幅寸法は、回転方向Rに向けて徐々に縮小している。本実施形態では、切り欠き部12b2全体を円弧状に形成した場合を例示しているが、各切り欠き部12b2は、頂部を尖端状とした略V字状に形成することもできる。各切り欠き部12b2の前記直交方向Nの両側には、それぞれ反回転方向に突出する突出部12b1が形成されている。   At the rear end 12d (the end on the anti-rotation direction side) of the second region 12b, two notches 12b2 that are recessed in the rotation direction R and are separated in the orthogonal direction N are formed. The width dimension of each notch 12b2 in the orthogonal direction N gradually decreases in the rotation direction R. In the present embodiment, the case where the entire cutout portion 12b2 is formed in an arc shape is illustrated, but each cutout portion 12b2 can also be formed in a substantially V-shape with a sharp top. Projections 12b1 projecting in the anti-rotation direction are formed on both sides of the notch 12b2 in the orthogonal direction N.

第一領域12aと第二領域12bの境界部で、かつ前記直交方向Nの複数箇所(凸部12a2と同数)には、隣接するフォイル12の凸部12a2が差し込まれる、スリット状の差込口12c1が設けられる。このうち、両端の差込口12c1は、前記直交方向Nに直線状に延びて、フォイル12の両端部にそれぞれ開口している。中央の差込口12c1は、前記直交方向Nに沿って延びる直線状の切り欠き部分と、該切り欠き部分から反回転方向側に延び、その先端を円弧状とした幅広の切り欠き部分とからなる。各差込口12c1の間の領域12c3により、第一領域12aと第二領域12bが連結された状態にある。   At the boundary between the first region 12a and the second region 12b and at a plurality of positions (the same number as the protrusions 12a2) in the orthogonal direction N, the slit-shaped insertion holes into which the protrusions 12a2 of the adjacent foil 12 are inserted. 12c1 is provided. Of these, the insertion ports 12c1 at both ends extend linearly in the orthogonal direction N and open at both ends of the foil 12, respectively. The center insertion port 12c1 is formed by a linear cutout portion extending along the orthogonal direction N, and a wide cutout portion extending from the cutout portion in the anti-rotational direction and having a circular arc-shaped tip. Become. The first area 12a and the second area 12b are connected by the area 12c3 between the insertion ports 12c1.

図5に示すように、一方のフォイル12の各凸部12a2を、隣接するフォイル12の差込口12c1にそれぞれ差し込むことにより、2枚のフォイル12を連結する事ができる。同図中では、組み合わせ後の二つのフォイル12のうち、一方のフォイル12にグレーの色を付している。   As shown in FIG. 5, each of the protrusions 12a2 of one foil 12 is inserted into the insertion opening 12c1 of the adjacent foil 12, so that the two foils 12 can be connected. In the drawing, one of the two foils 12 after the combination is colored gray.

そして、図6に示すように、3枚のフォイル12を図5と同様の結合手法により周状に連結する事で、各フォイル12を仮組みの状態にする事ができる。この仮組体を、図7に示すように、筒状にしてフォイルホルダ11の内周に矢印B2の方向へ挿入する事で、フォイル軸受10が組み立てられる。具体的には、3枚のフォイル12の仮組体をフォイルホルダ11の内周に挿入しながら、各フォイル12の凸部12a2を、フォイルホルダ11の一方の端面に開口した軸方向溝11b(図7参照)に軸方向一方側から差込む。以上により、3枚のフォイル12が、フォイルホルダ11の内周面11aに回転方向Rに並べた状態で取り付けられる。   Then, as shown in FIG. 6, by connecting the three foils 12 circumferentially by the same joining method as in FIG. 5, each foil 12 can be brought into a temporarily assembled state. As shown in FIG. 7, the foil bearing 10 is assembled by forming the temporary assembly into a tubular shape and inserting it into the inner periphery of the foil holder 11 in the direction of arrow B <b> 2. Specifically, while inserting the temporary assembly of the three foils 12 into the inner periphery of the foil holder 11, the protrusions 12 a 2 of each foil 12 are formed in the axial grooves 11 b ( (See FIG. 7) from one side in the axial direction. As described above, the three foils 12 are attached to the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11 in a state of being arranged in the rotation direction R.

図8に示すように、各フォイル12をフォイルホルダ11に取り付けた状態では、隣接する二つのフォイル12同士が交差した状態となる。この交差部分よりも回転方向R側では、一方のフォイル12の凸部12a2が、他方のフォイル12の差込口12c1を介して他方のフォイル12の背後に回り込み、フォイルホルダ11の軸方向溝11bに挿入されている。また、他方のフォイル12のトップフォイル部12a1が軸受面Xを構成している。交差部分よりも反回転方向側では、一方のフォイル12のトップフォイル部12a1が軸受面Xを構成し、他方のフォイルの第二領域12bが一方のフォイル12の背後に回り込んでアンダーフォイル部を構成する。このアンダーフォイル部12bの反回転方向側の端部は自由端であり、当該端部の位置は、アンダーフォイル部12bの弾性変形に応じて周方向(回転方向および反回転方向)に変動する。アンダーフォイル部12bの回転方向R側の端部は、前記交差部分で他のフォイル12(前記一方のフォイル)と周方向で係合した状態にある。   As shown in FIG. 8, when each foil 12 is attached to the foil holder 11, two adjacent foils 12 cross each other. On the rotation direction R side from the intersection, the convex portion 12a2 of one foil 12 goes behind the other foil 12 via the insertion port 12c1 of the other foil 12, and the axial groove 11b of the foil holder 11 Has been inserted. The top foil portion 12a1 of the other foil 12 forms the bearing surface X. On the anti-rotation direction side of the intersection, the top foil portion 12a1 of one foil 12 constitutes the bearing surface X, and the second region 12b of the other foil goes behind one foil 12 to form the underfoil portion. Constitute. The end of the underfoil portion 12b on the anti-rotation direction side is a free end, and the position of the end fluctuates in the circumferential direction (rotation direction and anti-rotation direction) according to the elastic deformation of the underfoil portion 12b. The end of the under foil 12b on the rotation direction R side is in a state of being circumferentially engaged with another foil 12 (the one foil) at the intersection.

トップフォイル部12a1とアンダーフォイル部12bが重なり合った部分で、フォイル同士が重複したフォイル重複部Wが構成される。このフォイル重複部Wは、回転方向Rの複数箇所(フォイル12と同数であり、本実施形態では三カ所)に形成される。 A portion where the top foil portion 12a1 and the under foil portion 12b overlap each other forms a foil overlapping portion W in which the foils overlap each other. The foil overlapping portions W are formed at a plurality of locations in the rotation direction R (the same number as the foils 12 and three locations in the present embodiment).

このフォイル軸受10では、各フォイル12の回転方向R側の一端(凸部12a2)がフォイルホルダ11に取り付けられると共に、反回転方向側の領域が他のフォイル12と周方向で係合した状態にある。これにより、隣接するフォイル12同士が周方向で互いに突っ張り合った状態となるため、各フォイル12のトップフォイル部12a1がフォイルホルダ11側に張り出し、フォイルホルダ11の内周面11aに沿った形状に湾曲する。各フォイル12の回転方向R側への移動は、各フォイル12の凸部12a2が軸方向溝11bに突き当たるために規制されるが、各フォイル12の反回転方向側への移動は規制されず、各フォイル12は、アンダーフォイル部12bの自由端も含めて反回転方向に移動可能である。 In this foil bearing 10, one end (projection 12 a 2) of each foil 12 on the rotation direction R side is attached to the foil holder 11, and a region on the opposite rotation direction side is engaged with another foil 12 in the circumferential direction. is there. As a result, the adjacent foils 12 abut against each other in the circumferential direction, so that the top foil portion 12a1 of each foil 12 protrudes toward the foil holder 11 and has a shape along the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11. Bend. The movement of each foil 12 in the rotation direction R side is regulated because the convex portion 12a2 of each foil 12 abuts on the axial groove 11b, but the movement of each foil 12 in the non-rotation direction side is not restricted. Each foil 12 is movable in the anti-rotational direction including the free end of the underfoil portion 12b.

図8に示すように、軸方向溝11bがフォイルホルダ11の内周面の接線方向に対して角度θ1だけ僅かに傾斜して設けられるため、軸方向溝11に挿入された凸部12a2の近傍では、トップフォイル部12a1がフォイル12全体の湾曲方向(フォイルホルダ11の内周面11aの湾曲方向)と逆方向に湾曲しようとする。また、トップフォイル部12a1は、アンダーフォイル部12bに乗り上げることで、フォイルホルダ11の内周面11aから離反する方向に傾斜した状態で立ち上がる。従って、トップフォイル部12a1の軸受面Xと軸6の外周面の間に楔空間が形成される。また、トップフォイル部12a1は弾性変形可能なアンダーフォイル部12bに支持された状態となり、これによりトップフォイル部12a1が軸6の変位や熱膨張等に追従して変形可能となる。   As shown in FIG. 8, since the axial groove 11 b is provided at a slight angle θ1 with respect to the tangential direction of the inner peripheral surface of the foil holder 11, the vicinity of the convex portion 12 a 2 inserted in the axial groove 11 is provided. Then, the top foil portion 12a1 tries to bend in a direction opposite to the bending direction of the entire foil 12 (the bending direction of the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11). Further, the top foil portion 12a1 rises in a state of being inclined in a direction away from the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11 by riding on the under foil portion 12b. Therefore, a wedge space is formed between the bearing surface X of the top foil portion 12a1 and the outer peripheral surface of the shaft 6. In addition, the top foil portion 12a1 is supported by the elastically deformable underfoil portion 12b, so that the top foil portion 12a1 can be deformed by following the displacement of the shaft 6, thermal expansion and the like.

軸6の一方向回転中は、楔空間に生じた空気膜が高圧となるため、軸6が浮上力を受ける。そのため、各フォイル12の軸受面Xと軸6の間に環状のラジアル軸受隙間Cが形成され、軸6がフォイル12に対して非接触の状態で回転自在に支持される。トップフォイル部12a1の弾性変形により、ラジアル軸受隙間Cの隙間幅は運転条件等に応じた適正幅に自動調整されるため、軸6の回転が安定的に支持される。なお、図3においては理解の容易化のためラジアル軸受隙間Cの隙間幅を誇張して描いている(図9も同じ)。   During rotation of the shaft 6 in one direction, the air film generated in the wedge space has a high pressure, so that the shaft 6 receives a levitation force. Therefore, an annular radial bearing gap C is formed between the bearing surface X of each foil 12 and the shaft 6, and the shaft 6 is rotatably supported without contact with the foil 12. Due to the elastic deformation of the top foil portion 12a1, the width of the radial bearing gap C is automatically adjusted to an appropriate width according to operating conditions and the like, so that the rotation of the shaft 6 is stably supported. In FIG. 3, the width of the radial bearing gap C is exaggerated for easy understanding (the same applies to FIG. 9).

本実施形態では、図5に示すように、各フォイル12の第二領域12bの後端12dに切り欠き部12b2を設けている。軸6の回転中は、流体圧力により、フォイル重複部Wのトップフォイル部12a1がアンダーフォイル部12bに押さえ付けられて弾性変形するため、アンダーフォイル部12bに乗り上げたトップフォイル12a1には、軸受隙間Cの幅方向の段差が形成される。この段差は、切り欠き部12b2のヘリングボーン形状に対応した形状となる。トップフォイル部12a1に沿って流れる流体は、上記の段差に沿って流れるため(矢印を参照)、軸受隙間Cのうち、前記直交方向Nの二カ所に流体の圧力発生部が形成される。これにより、軸6の浮上効果を高めつつモーメント荷重を支持することが可能となる。本実施形態では、図4に示すように、トップフォイル部12a1に微小な切り込み12a3を形成してトップフォイル部12a1の剛性を低下させているため、トップフォイル部12a1が切り欠き部12b2に沿って変形する際にも、その変形がスムーズに行われる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a notch 12b2 is provided at the rear end 12d of the second region 12b of each foil 12. During rotation of the shaft 6, the fluid pressure causes the top foil portion 12a1 of the foil overlapping portion W to be pressed and elastically deformed by the under foil portion 12b, so that the top foil 12a1 riding on the under foil portion 12b has a bearing gap. A step in the width direction of C is formed. This step has a shape corresponding to the herringbone shape of the notch 12b2. Since the fluid flowing along the top foil portion 12a1 flows along the step (see the arrow), fluid pressure generating portions are formed in the bearing gap C at two places in the orthogonal direction N. This makes it possible to support the moment load while enhancing the floating effect of the shaft 6. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, since the notch 12a3 is formed in the top foil portion 12a1 to reduce the rigidity of the top foil portion 12a1, the top foil portion 12a1 extends along the notch portion 12b2. When deforming, the deformation is performed smoothly.

[本発明の特徴的構成]
本発明は、以上に述べた多円弧型のフォイル軸受において、図9に示すように、複数(本実施形態では二枚)のフォイル材121,122を重ねて各フォイル12を複層構造にした点を特徴的な構成とするものである。
[Characteristic configuration of the present invention]
According to the present invention, in the above-described multi-arc foil bearing, as shown in FIG. 9, a plurality of (two in the present embodiment) foil materials 121 and 122 are stacked to form each foil 12 in a multilayer structure. The point is a characteristic configuration.

二枚のフォイル材121,122のうち、表側(軸受隙間Cと面する側)のフォイル材121の平面図を図10に示し、裏側(軸受隙間Cから離反する側)のフォイル材122の平面図を図11に示す。図10および図11に示すように、各フォイル材121,122には、図4に示すフォイル12と同様に、トップフォイル部12a1および凸部12a2を有する第一領域12aと、アンダーフォイル部としての第二領域12bと、第一領域12aと第二領域12bの境界部に位置する差込口12c1とが形成されている。 FIG. 10 is a plan view of the foil material 121 on the front side (the side facing the bearing gap C) of the two foil materials 121 and 122, and the plane of the foil material 122 on the back side (the side away from the bearing gap C). The figure is shown in FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, each of the foil members 121 and 122 has a first region 12a having a top foil portion 12a1 and a convex portion 12a2, and an under foil portion as in the foil 12 shown in FIG. A second area 12b and an insertion port 12c1 located at a boundary between the first area 12a and the second area 12b are formed.

図10および図11に示す二つのフォイル材121,122では、差込口12c1および差込口12c1よりも回転方向R側の領域が同一形状に形成される。従って、差込口12c1の位置を合致させて二枚のフォイル材121,122を重ねた場合、両フォイル材121,122の第一領域12aは、一方が他方からはみだすことなく、完全に重なった状態となる。 In the two foil members 121 and 122 shown in FIGS. 10 and 11, the insertion port 12c1 and a region on the rotation direction R side of the insertion port 12c1 are formed in the same shape. Therefore, when the two foil members 121 and 122 are overlapped with the position of the insertion port 12c1 matched, the first regions 12a of both foil members 121 and 122 completely overlap without one protruding from the other. State.

これに対し、二枚のフォイル材121,122のアンダーフォイル部12bは、その回転方向Rの長さを異ならせることにより、異なる形状としている。図9〜図11は、その一例として、表側のフォイル材121のアンダーフォイル部12bの長さを、裏側のフォイル材122のアンダーフォイル部12bよりも短くした場合を例示している。 On the other hand, the underfoil portions 12b of the two foil members 121 and 122 have different shapes by making the lengths in the rotation direction R different. 9 to 11 show an example in which the length of the underfoil portion 12b of the front foil material 121 is shorter than the length of the underfoil portion 12b of the rear foil material 122.

なお、図10および図11では、図4に示すフォイル12の形状を簡略化して表している。具体的には、第一領域12aの凸部12a2および差込口12c1は前記直交方向Nの二カ所に配置されている。また、第二領域12bの後端12dの切り欠き部12b2は省略されている。もちろん、各フォイル材121,122に、図4に示すフォイル12と同数(三つ)の凸部12a2や差込口12c1を設けてもよい。また、各フォイル材121,122の第二領域12bの後端12dに、図4に示すフォイル12と同様の切り欠き部12b2を形成してもよい。 In FIGS. 10 and 11, the shape of the foil 12 shown in FIG. 4 is simplified. Specifically, the protrusion 12a2 and the insertion port 12c1 of the first area 12a are arranged at two places in the orthogonal direction N. Also, the notch 12b2 at the rear end 12d of the second region 12b is omitted. Of course, each of the foil members 121 and 122 may be provided with the same number (three) of protrusions 12a2 and insertion ports 12c1 as the foil 12 shown in FIG. A notch 12b2 similar to the foil 12 shown in FIG. 4 may be formed at the rear end 12d of the second region 12b of each of the foil members 121 and 122.

このフォイル軸受10は、図5〜図7に基づいて説明した手順と同様の手順で組み立てられる。その際、互いに重ねた二枚のフォイル材121,122が図5〜図7に示す一枚のフォイル12として取り扱われる。すなわち、図5に示すように、フォイル12同士を連結する際には、二枚のフォイル材121,122の重なり合った差込口12c1に、二枚のフォイル材121,122からなる他のフォイル12の重なり合った凸部12a2が挿入される。また、周状に連結した3枚のフォイル12をフォイルホルダ11に取り付ける際には、各フォイル材121,122の重なり合った凸部12a2が、フォイルホルダ11の軸方向溝11bに挿入される(図9参照)。 The foil bearing 10 is assembled in a procedure similar to the procedure described with reference to FIGS. At this time, the two foil materials 121 and 122 stacked on each other are handled as one foil 12 shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 5, when connecting the foils 12 to each other, the other foil 12 made of the two foils 121 and 122 is inserted into the insertion port 12c1 where the two foils 121 and 122 overlap. Are inserted. When attaching the three foils 12 connected in a circumferential shape to the foil holder 11, the overlapping convex portions 12a2 of the foil materials 121 and 122 are inserted into the axial grooves 11b of the foil holder 11 (FIG. 9).

以上の組み立て工程を経ることで、図9に示すように、フォイル軸受10には、フォイル材121,122の各トップフォイル部12a1を重ねた複層トップフォイル部12A1と、別フォイル12のフォイル材121,122の各アンダーフォイル部12bを重ねた複層アンダーフォイル部12Bとが形成される。複層トップフォイル部12A1の表側のトップフォイル部12a1の表面で軸受面Xが形成される。複層アンダーフォイル部12Bは、複層トップフォイル部12A1の背後(裏側)にあって、複層トップフォイル部12A1を弾性的に支持する。複層アンダーフォイル部12Bの反回転方向側の各端部は自由端を構成し、回転方向側の各端部は他のフォイル12と周方向で係合した状態にある。また、複層トップフォイル部12A1と複層アンダーフォイル部12Bとが重なることで、フォイル重複部Wが形成される。 As a result of the above assembling steps, as shown in FIG. 9, the foil bearing 10 has a multilayer top foil portion 12A1 in which the top foil portions 12a1 of the foil materials 121 and 122 are stacked, and a foil material of another foil 12. A multilayer underfoil portion 12B in which the underfoil portions 121b of 121 and 122 are overlapped is formed. A bearing surface X is formed on the surface of the top foil portion 12a1 on the front side of the multilayer top foil portion 12A1. The multilayer underfoil portion 12B is behind (on the back side of) the multilayer top foil portion 12A1, and elastically supports the multilayer top foil portion 12A1. Each end on the anti-rotation direction side of the multilayer underfoil portion 12B constitutes a free end, and each end on the rotation direction side is in a state of being engaged with the other foil 12 in the circumferential direction. Further, a foil overlapping portion W is formed by overlapping the multilayer top foil portion 12A1 and the multilayer underfoil portion 12B.

複層アンダーフォイル部12Bには、二つのアンダーフォイル部12bが重なった複層部E1と、二つのアンダーフォイル部12bのうち、一方のアンダーフォイル部12bのみからなる単層部E2とが形成される。複層部E1は、単層部E2よりも回転方向R側に位置する。 The multilayer underfoil portion 12B is formed with a multilayer portion E1 in which the two underfoil portions 12b overlap, and a single layer portion E2 including only one underfoil portion 12b among the two underfoil portions 12b. You. The multilayer portion E1 is located on the rotation direction R side of the single layer portion E2.

図12および図13は、以上に述べた各フォイル12をフォイルホルダ11に取り付けた時のフォイル重複部Wの断面構造を模式的に示すものである。両図のうち、図12は軸6の回転開始直後の状態を示し、図13は軸6の定常回転中の状態を示す。 FIGS. 12 and 13 schematically show the cross-sectional structure of the foil overlapping portion W when each of the foils 12 described above is attached to the foil holder 11. 12 shows a state immediately after the rotation of the shaft 6 is started, and FIG. 13 shows a state during the steady rotation of the shaft 6.

図12に示すように、軸6が回転を始めると、軸受隙間Cに生じる矢印方向の空気圧Pを受けて複層トップフォイル部12A1が軸受隙間Cの幅寸法が拡大する方向(図中の下方)に弾性変形し、図13に示すように、複層トップフォイル部12A1が複層アンダーフォイル部12Bに押し付けられる。また、フォイル重複部W以外の領域では、複層トップフォイル部12A1がフォイルホルダ11の内周面11aに押し付けられる。 As shown in FIG. 12, when the shaft 6 starts rotating, the multilayer top foil portion 12A1 receives the air pressure P in the arrow direction generated in the bearing gap C, and the multilayer top foil portion 12A1 expands the width dimension of the bearing gap C (downward in the figure). 13), the multilayer top foil portion 12A1 is pressed against the multilayer underfoil portion 12B as shown in FIG. In a region other than the foil overlapping portion W, the multilayer top foil portion 12A1 is pressed against the inner peripheral surface 11a of the foil holder 11.

複層アンダーフォイル部12Bでは、二枚のフォイル材121,122で形成された複層部E1のばね剛性が、一枚のフォイル材122で形成された単層部E2のばね剛性よりも大きくなる。このばね剛性の差から、軸6の回転中は、図13に示すように、複層トップフォイル部12A1は、複層部E1との対向領域で小さく撓み(変形量小)、単層部E2との対向領域で大きく撓むようになる(変形量大)。そのため、複層トップフォイル部12A1の軸受面Xと軸6の外周面との間に形成される楔空間の楔角αを、各フォイル12を一枚のフォイル材で形成する場合(図8等参照)に比べて大きくすることができる。楔空間の楔角αが大きくなることで、各楔空間で生じる空気圧が増大するため、軸3を早期に定常回転に移行させることができ、また、定常回転中の軸6の安定性を高めることが可能となる。 In the multilayer underfoil portion 12B, the spring rigidity of the multilayer portion E1 formed by the two foil members 121 and 122 is larger than the spring rigidity of the single layer portion E2 formed by the single foil member 122. . Due to this difference in spring stiffness, during rotation of the shaft 6, as shown in FIG. 13, the multilayer top foil portion 12A1 bends slightly (a small amount of deformation) in a region facing the multilayer portion E1, and the single layer portion E2 (The amount of deformation is large). Therefore, the wedge angle α of the wedge space formed between the bearing surface X of the multilayer top foil portion 12A1 and the outer peripheral surface of the shaft 6 is such that each foil 12 is formed of one foil material (FIG. 8 and the like). Reference)). As the wedge angle α of the wedge space increases, the air pressure generated in each wedge space increases, so that the shaft 3 can be shifted to the steady rotation early, and the stability of the shaft 6 during the steady rotation is enhanced. It becomes possible.

加えて、フォイル重複部Wでは、複層トップフォイル部12A1が二枚分のフォイル厚さを有する複数アンダーフォイル部12Bの上に乗り上げているため、複層トップフォイル部12A1に形成される段差(軸受隙間Cの幅方向の段差)が大きくなる。この点からも楔空間の楔角αを大きくすることができ、上記の効果をより一層顕著なものとすることができる。 In addition, in the foil overlapping portion W, since the multilayer top foil portion 12A1 rides on the plurality of underfoil portions 12B having two foil thicknesses, the step formed in the multilayer top foil portion 12A1 ( The step in the width direction of the bearing gap C) increases. From this point as well, the wedge angle α of the wedge space can be increased, and the above effect can be further remarkable.

なお、図12および図13では、理解の容易化のため、各フォイル材121,122の変形態様や各フォイル材121,122間に形成される隙間等を極力簡略化して描いている。そのため、実際のフォイル軸受10において、各フォイル材121,122が図12および図13に示す態様で変形するとは限らず、また、各フォイル材121,122間に図12および図13に示す態様で隙間が形成されるとは限らない。 In FIGS. 12 and 13, for ease of understanding, the deformation modes of the foil members 121 and 122 and the gaps formed between the foil members 121 and 122 are illustrated as simplified as possible. Therefore, in the actual foil bearing 10, each of the foil members 121 and 122 is not always deformed in the mode shown in FIGS. 12 and 13, and between the foil members 121 and 122 in the mode shown in FIGS. 12 and 13. The gap is not always formed.

以上の説明では、複層アンダーフォイル部12Bを構成する二つのフォイル材121,122のうち、表側のフォイル材121のアンダーフォイル部12bの長さを裏側のフォイル材122のアンダーフォイル部12bよりも短くした場合を例示したが、これとは逆に表側のアンダーフォイル部12bの長さを裏側のアンダーフォイル部12bの長さよりも長くしても、上記と同様に複層アンダーフォイル部12Bに周方向でばね剛性の差を形成することができ、上記と同等の効果を得ることができる。 In the above description, of the two foil materials 121 and 122 constituting the multilayer underfoil portion 12B, the length of the underfoil portion 12b of the front foil material 121 is made longer than that of the underfoil portion 12b of the rear foil material 122. Although the case where the length is shortened is illustrated, conversely, even when the length of the underfoil portion 12b on the front side is made longer than the length of the underfoil portion 12b on the back side, the circumference of the multilayer underfoil portion 12B is similarly formed as described above. A difference in spring stiffness can be formed in the direction, and the same effect as described above can be obtained.

図14および図15は、二枚のフォイル材121,122の各アンダーフォイル部12bの前記直交方向Nの幅寸法を異ならせることで、アンダーフォイル部12bを異なる形状に形成したものである。本実施形態では、裏側のフォイル材122のアンダーフォイル部12bの前記幅寸法L2を、表側のフォイル材121のアンダーフォイル部12bの前記幅寸法L1よりも小さくしている(L2<L1)。 14 and 15 show that the underfoil portions 12b are formed in different shapes by making the width dimensions of the underfoil portions 12b of the two foil materials 121, 122 in the orthogonal direction N different. In the present embodiment, the width L2 of the underfoil portion 12b of the foil material 122 on the back side is smaller than the width L1 of the underfoil portion 12b of the foil material 121 on the front side (L2 <L1).

かかる構成であれば、図16に示すように、フォイル重複部Wにおいて、複層アンダーフォイル部12Bの前記直交方向Nの両端が、その厚さ方向一部領域で除肉された形態となる。この場合、複層アンダーフォイル部12Bの両端のばね剛性が低下するため、複層トップフォイル部12A1の前記直交方向Nの両端が、その中央部に比べて軸6の変位等に追従して変形し易くなる。そのため、軸6がコニカルに振れ回る用途等で使用する場合のように、軸6と軸受面Xとのエッジ当たりが懸念される場合にも、そのようなエッジ当たりを防止することができる。軸6と軸受面Xとがエッジ当たりすると、接触面圧が大きくなるため、フォイル12や軸6が摩耗等し易くなるが、図16に示す構成であれば、そのような不具合を防止することができる。 With such a configuration, as shown in FIG. 16, in the foil overlapping portion W, both ends of the multilayer underfoil portion 12B in the orthogonal direction N are partially removed in the thickness direction. In this case, since the spring stiffness at both ends of the multilayer underfoil portion 12B decreases, both ends of the multilayer top foil portion 12A1 in the orthogonal direction N are deformed following the displacement of the shaft 6 as compared with the central portion thereof. Easier to do. For this reason, even when the shaft 6 and the bearing surface X may be in contact with each other, such as when the shaft 6 is used for conical swinging, such edge contact can be prevented. When the shaft 6 and the bearing surface X come into contact with the edge, the contact surface pressure is increased, so that the foil 12 and the shaft 6 are liable to be worn, but the configuration shown in FIG. Can be.

なお、図16では、複層アンダーフォイル部12Bのうち、裏側のフォイル材122のアンダーフォイル部12bの幅寸法を小さくする場合を例示したが、図16とは逆に表側のフォイル材121のアンダーフォイル部12bの幅寸法を裏側のアンダーフォイル部12bより小さくしても同様の効果を得ることができる。また、このように複層アンダーフォイル部12Bの両端の厚さ方向一部領域を除肉する他、複層トップフォイル部12A1の両端の厚さ方向一部領域を除肉しても同様の効果を得ることができる。例えば、複層トップフォイル部12A1のうち、裏側のフォイル材122のトップフォイル部12a1において、その幅寸法を表側のフォイル材121のトップフォイル部12a1の幅寸法よりも小さくしても上記と同様の効果を得ることができる。 FIG. 16 illustrates a case where the width dimension of the underfoil portion 12b of the back foil material 122 of the multilayer underfoil portion 12B is reduced. However, contrary to FIG. The same effect can be obtained even when the width of the foil 12b is smaller than that of the underfoil 12b on the back side. The same effect can be obtained by removing the thickness of a part of the thickness of both ends of the multilayer top foil portion 12A1 in addition to removing the thickness in the thickness direction of the two ends of the multilayer underfoil portion 12B. Can be obtained. For example, in the top foil part 12a1 of the foil material 122 on the back side of the multilayer top foil part 12A1, even if the width dimension is smaller than the width dimension of the top foil part 12a1 of the foil material 121 on the front side, the same as above. The effect can be obtained.

また、図14および図15では、図9に示す実施形態と同様に、裏側のフォイル材122のアンダーフォイル部12bの周方向長さを、表側のフォイル材121のアンダーフォイル部12bの周方向長さよりも大きくしているが、両者の長短関係を逆にし、あるいは両者を同じ長さにしても構わない。 In FIGS. 14 and 15, similarly to the embodiment shown in FIG. 9, the circumferential length of the underfoil portion 12 b of the rear foil material 122 is set to the circumferential length of the underfoil portion 12 b of the front foil material 121. Although it is larger than the length, the length relationship between the two may be reversed, or both may be the same length.

以上に説明したように、本発明では、フォイル軸受10のアンダーフォイル部を、複数のフォイル材121,122を重ねた複層アンダーフォイル部12Bで構成している。この場合、各フォイル材121,122のばね剛性を異ならせることにより、複層アンダーフォイル部12B全体で各部のばね剛性を最適化することができる。そのため、アンダーフォイル部の設計自由度が高まり、使用条件に適合したフォイル軸受の設計が容易なものとなる。具体的には、図10、図11、図14、図15に示すように、各フォイル材121,122のアンダーフォイル部12bを異なる形状にすることで、回転方向Rや前記直交方向Nでばね剛性に差を設けることができる。この他、材質や厚さ等の異なるフォイル材121,122(形状が同一であるか異なるかは問わない)で複層アンダーフォイル部12Bを構成しても同様の効果を得ることができる。 As described above, in the present invention, the underfoil portion of the foil bearing 10 is constituted by the multilayer underfoil portion 12B in which a plurality of foil materials 121 and 122 are stacked. In this case, by making the spring stiffness of each of the foil members 121 and 122 different, the spring stiffness of each portion can be optimized in the entire multilayer underfoil portion 12B. Therefore, the degree of freedom in designing the underfoil portion is increased, and the design of the foil bearing adapted to the use conditions is facilitated. Specifically, as shown in FIG. 10, FIG. 11, FIG. 14, and FIG. 15, the under foil portion 12b of each of the foil members 121 and 122 is formed in a different shape so that the spring material can be rotated in the rotation direction R or the orthogonal direction N. A difference in rigidity can be provided. In addition, the same effect can be obtained by configuring the multilayer underfoil portion 12B with foil materials 121 and 122 having different materials and thicknesses (irrespective of whether the shapes are the same or different).

また、本実施形態では、フォイル軸受10のアンダーフォイル部、さらにはトップフォイル部が複数のフォイル材121,122を重ねた複層構造となっている。そのため、複層トップフォイル部12A1や複層アンダーフォイル部12Bを構成するフォイル材121,122間の微小摺動を許容することができる。これにより、軸6の振動の吸収効果が高まるため、軸6の不安定挙動を防止して、その回転を安定して支持することが可能となる。 In the present embodiment, the underfoil portion of the foil bearing 10 and the top foil portion have a multilayer structure in which a plurality of foil materials 121 and 122 are stacked. Therefore, it is possible to allow micro sliding between the foil members 121 and 122 constituting the multilayer top foil portion 12A1 and the multilayer underfoil portion 12B. As a result, the effect of absorbing the vibration of the shaft 6 is enhanced, so that the unstable behavior of the shaft 6 can be prevented and its rotation can be stably supported.

ところで、フォイルホルダ11に形成する軸方向溝11bは、図17に示すように内周面11aの概略接線方向に向けて形成される。この軸方向溝11bは、ワイヤカット加工等によって形成することができるが、単にワイヤを往復させるだけでは、同図に示すように、軸方向溝11bの出口部の回転方向R側の端部がエッジ11c’となる。このように軸方向溝11bの出口部にエッジ11c’が形成されると、この部分に軸6が衝突した際にエッジ11c’付近が変形し、この影響が軸受面Xに及んで軸受性能を低下させるおそれがある。かかる不具合を防止するため、図9に示すように、軸方向溝11bの出口部の回転方向R側の端部に面取り11cを設けるのが好ましい。この面取り11cは、例えばワイヤカット加工時のワイヤの復行程の終盤でワイヤの進行方向を内周面11a側に90°曲げることで形成することができる。もちろん軸方向溝11bの形成後の後加工(切削等)でエッジ11c’を落として面取り部11cを形成することもできる。 Incidentally, the axial groove 11b formed in the foil holder 11 is formed substantially in the tangential direction of the inner peripheral surface 11a as shown in FIG. The axial groove 11b can be formed by wire cutting or the like. However, simply reciprocating the wire causes the end of the outlet of the axial groove 11b on the rotation direction R side as shown in FIG. The edge 11c 'is obtained. When the edge 11c 'is formed at the outlet of the axial groove 11b in this manner, when the shaft 6 collides with this portion, the vicinity of the edge 11c' is deformed. There is a risk of lowering. In order to prevent such a problem, as shown in FIG. 9, it is preferable to provide a chamfer 11c at the end of the outlet of the axial groove 11b on the rotation direction R side. The chamfer 11c can be formed, for example, by bending the traveling direction of the wire by 90 ° toward the inner peripheral surface 11a at the end of the return stroke of the wire during wire cutting. Of course, the chamfered portion 11c can be formed by dropping the edge 11c 'by post-processing (cutting or the like) after the formation of the axial groove 11b.

以上の説明では、フォイル軸受10として、いわゆる多円弧型のラジアルフォイル軸受を例示したが、フォイル軸受の形態はこれに限られるものではなく、トップフォイル部の背後に弾性変形可能なアンダーフォイル部を配置し、かつアンダーフォイル部の周方向一端を、周方向に移動可能な自由端で構成した任意の形態のフォイル軸受に本発明を適用することができる。また、この構成を有するフォイル軸受であれば、ラジアル荷重を支持するラジアルフォイル軸受に限らず、スラスト荷重を支持するスラストフォイル軸受にも本発明を適用することができる。   In the above description, a so-called multi-arc type radial foil bearing is exemplified as the foil bearing 10, but the form of the foil bearing is not limited to this, and an elastically deformable underfoil portion behind the top foil portion is provided. The present invention can be applied to a foil bearing of any form in which one end in the circumferential direction of the underfoil portion is arranged and configured as a free end movable in the circumferential direction. In addition, the present invention can be applied not only to a radial foil bearing that supports a radial load but also to a thrust foil bearing that supports a thrust load, as long as the foil bearing has this configuration.

また、以上の説明では、軸6を回転側部材とし、フォイルホルダ11を固定側部材とした場合を例示したが、これとは逆に軸6を固定側部材とし、フォイルホルダ11を回転側部材とする場合にも本発明を適用することができる。但し、この場合はフォイル12が回転側部材となるので、遠心力によるフォイル12全体の変形を考慮してフォイル12の設計を行う必要がある。   Further, in the above description, the case where the shaft 6 is a rotation-side member and the foil holder 11 is a fixed-side member has been exemplified. Conversely, the shaft 6 is a fixed-side member and the foil holder 11 is a rotation-side member. In this case, the present invention can be applied. However, in this case, since the foil 12 is a rotating member, it is necessary to design the foil 12 in consideration of deformation of the foil 12 as a whole due to centrifugal force.

さらに、本発明にかかるフォイル軸受は、上述したガスタービンに限られず、例えば過給機のロータを支持するフォイル軸受としても使用することができる。以上の例示に限らず、本発明にかかるフォイル軸受は、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、本実施形態の各フォイル軸受は、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可能である。   Furthermore, the foil bearing according to the present invention is not limited to the gas turbine described above, and can be used, for example, as a foil bearing for supporting a rotor of a supercharger. Without being limited to the above examples, the foil bearing according to the present invention can be widely used as a bearing for vehicles such as automobiles and a bearing for industrial equipment. Further, each foil bearing of the present embodiment is an air dynamic pressure bearing using air as a pressure generating fluid, but is not limited thereto, and other gases can be used as a pressure generating fluid, or water or oil can be used. It is also possible to use such a liquid.

6 軸
10 フォイル軸受
11 フォイルホルダ
11a 内周面
11b 軸方向溝(取り付け部)
12 フォイル
12a1 トップフォイル部
12A1 複層トップフォイル部
12b アンダーフォイル部
12B 複層アンダーフォイル部
12d 後端
121 フォイル材
122 フォイル材
C 軸受隙間
R 回転方向
N 回転方向と直交する方向
X 軸受面
6 Shaft 10 Foil bearing 11 Foil holder 11a Inner peripheral surface 11b Axial groove (mounting part)
Reference Signs List 12 foil 12a1 top foil part 12A1 multilayer top foil part 12b under foil part 12B multilayer under foil part 12d rear end 121 foil material 122 foil material C bearing gap R rotation direction N direction orthogonal to rotation direction X bearing surface

Claims (5)

支持すべき軸との間の相対回転方向の複数箇所に配置されるフォイルを有し、各フォイルに、軸受面を備えたトップフォイル部と、トップフォイル部の背後に配置される弾性変形可能なアンダーフォイル部とが設けられ、前記アンダーフォイル部の周方向一端を、周方向に移動可能な自由端で構成したフォイル軸受において、
前記アンダーフォイル部を、複数のフォイル材を重ねて形成し、前記アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を異なる形状にしたことを特徴とするフォイル軸受。
It has foils arranged at a plurality of points in the direction of relative rotation between the shaft to be supported, and each foil has a top foil portion provided with a bearing surface and an elastically deformable arranged behind the top foil portion. An under foil portion is provided, wherein one end of the under foil portion in the circumferential direction is a free end movable in the circumferential direction.
A foil bearing , wherein the underfoil portion is formed by stacking a plurality of foil materials, and the plurality of foil materials constituting the underfoil portion have different shapes .
前記アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を、周方向で異なる長さにした請求項1に記載のフォイル軸受。 The foil bearing according to claim 1, wherein the plurality of foil members constituting the underfoil portion have different lengths in a circumferential direction. 前記アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を、周方向と直交する方向で異なる幅寸法にした請求項1に記載のフォイル軸受。 The foil bearing according to claim 1, wherein the plurality of foil members constituting the underfoil portion have different widths in a direction orthogonal to a circumferential direction. 前記アンダーフォイル部を構成する複数のフォイル材を、異なる材質もしくは厚さとした請求項1に記載のフォイル軸受。 The foil bearing according to claim 1, wherein the plurality of foil members constituting the underfoil portion are made of different materials or thicknesses. 前記アンダーフォイル部の周方向他端を、他のフォイルと周方向で係合させた請求項1〜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 4 , wherein the other end of the underfoil portion in the circumferential direction is engaged with another foil in the circumferential direction.
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