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JP2013053645A - Thrust foil bearing - Google Patents

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JP2013053645A
JP2013053645A JP2011190636A JP2011190636A JP2013053645A JP 2013053645 A JP2013053645 A JP 2013053645A JP 2011190636 A JP2011190636 A JP 2011190636A JP 2011190636 A JP2011190636 A JP 2011190636A JP 2013053645 A JP2013053645 A JP 2013053645A
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foil
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leaf
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Masato Yoshino
真人 吉野
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Priority to CN201280037796.7A priority patent/CN103717926B/en
Priority to US15/483,456 priority patent/USRE48269E1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the pressure of a fluid film caused in a bearing clearance, and increase the load capacity by a foil bearing.SOLUTION: Projections (rectification members 34) or grooves 35 long and large in the circumferential direction are formed on thrust bearing surfaces 33 of foil members (leaves 30). When a shaft 6 rotates, the fluid flowing through the bearing clearance collides with the rectification members 34 or the grooves 35, and thereby the fluid flowing through the bearing clearance is made to flow along the circumferential direction.

Description

本発明は、薄膜状のフォイル部材に形成されたスラスト軸受面と、このスラスト軸受面で形成されるスラスト軸受隙間に生じる流体膜で回転部材をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受に関する。   The present invention relates to a thrust foil bearing that supports a rotating member in a thrust direction with a thrust bearing surface formed on a thin film foil member and a fluid film generated in a thrust bearing gap formed on the thrust bearing surface.

ガスタービンや過給機(ターボチャージャ等)の軸は高速で回転駆動される。また、軸に取り付けられたタービン翼は高温に晒される。そのため、これらの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。この種の用途の軸受として、油潤滑の転がり軸受や油動圧軸受を使用する場合もある。しかし、潤滑油などの液体による潤滑が困難な場合、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難な場合、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる場合、等の条件下では、油を用いた軸受の使用は制約を受ける。そこで、上記のような条件下での使用に適合する軸受として、空気動圧軸受が着目されている。   The shafts of gas turbines and superchargers (such as turbochargers) are driven to rotate at high speed. Further, the turbine blade attached to the shaft is exposed to high temperature. For this reason, bearings that support these shafts are required to withstand harsh environments such as high temperature and high speed rotation. An oil-lubricated rolling bearing or an oil dynamic pressure bearing may be used as a bearing for this type of application. However, when lubrication with a liquid such as lubricating oil is difficult, when it is difficult to separately provide an auxiliary machine for the lubricating oil circulation system from the viewpoint of energy efficiency, or when resistance due to liquid shear becomes a problem, etc. Below, the use of bearings with oil is restricted. Therefore, an air dynamic pressure bearing has attracted attention as a bearing suitable for use under the above conditions.

空気動圧軸受としては、回転側と固定側の双方の軸受面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、回転側と固定側の軸受面間に形成される軸受隙間の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呼ばれる自励的な軸の振れ回りを生じ易い。そのため、使用される回転速度に応じた隙間管理が重要となる。しかし、ガスタービンや過給機のように、温度変化の激しい環境では熱膨張の影響で軸受隙間の幅が変動するため、精度の良い隙間管理は極めて困難となる。   As an air dynamic pressure bearing, one in which both the rotating side and the fixed side bearing surfaces are made of a rigid body is generally used. However, in this type of air dynamic pressure bearing, if the bearing clearance formed between the rotating and stationary bearing surfaces is insufficiently controlled, a self-excited shaft called a whirl when the stability limit is exceeded. It is easy to cause a whirling. Therefore, gap management according to the rotation speed used is important. However, since the width of the bearing gap fluctuates under the influence of thermal expansion in an environment where the temperature changes rapidly, such as a gas turbine or a supercharger, accurate gap management becomes extremely difficult.

温度変化の大きい環境下でも隙間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。フォイル軸受では、フォイルの可撓性により、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じた適切な軸受隙間が形成される。このため、フォイル軸受は安定性に優れるという特徴があり、一般的な空気動圧軸受と比較して高速での使用が可能である。また、一般的な動圧軸受では、数μm程度の軸受隙間を常時確保する必要があるため、製造時の公差、さらには温度変化が激しい場合の熱膨張まで考慮すると、厳密な隙間管理は困難である。これに対して、フォイル軸受の場合には、数十μm程度の軸受隙間に管理すれば足り、その製造や隙間管理が容易となる利点を有する。   Foil bearings are known as bearings that can easily manage clearances even in environments with large temperature changes. In the foil bearing, a bearing surface is constituted by a thin film (foil) having low rigidity with respect to bending, and the load is supported by allowing the bearing surface to bend. In the foil bearing, an appropriate bearing gap is formed according to operating conditions such as the rotational speed and load of the shaft and the ambient temperature due to the flexibility of the foil. For this reason, a foil bearing has the characteristic that it is excellent in stability, and it can be used at high speed compared with a general air dynamic pressure bearing. In addition, in general dynamic pressure bearings, it is necessary to always maintain a bearing gap of about several μm. Therefore, it is difficult to strictly manage the gap considering tolerances during manufacturing and thermal expansion when temperature changes are severe. It is. On the other hand, in the case of a foil bearing, it is sufficient to manage the bearing gap of about several tens of μm, and there is an advantage that its manufacture and gap management are easy.

また、ガスタービンや過給機の軸には、タービンの高速回転により発生する気流のスラスト方向の反力が加わるため、軸をラジアル方向だけでなくスラスト方向にも支持する必要がある。例えば、特許文献1〜3には、回転軸をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受が示されている。   Further, since the reaction force in the thrust direction of the air flow generated by the high-speed rotation of the turbine is applied to the shaft of the gas turbine or the supercharger, it is necessary to support the shaft not only in the radial direction but also in the thrust direction. For example, Patent Documents 1 to 3 show a thrust foil bearing that supports a rotating shaft in a thrust direction.

特開昭61−36725号公報JP 61-36725 A 実開昭61−38321号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-38321 特開昭63−195412号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-195212

しかし、スラストフォイル軸受では、回転部材の回転に伴って、スラスト軸受隙間の流体が遠心力により外径側に流出しようとするため、スラスト軸受隙間の流体量が少なくなり、流体膜の圧力が低下する恐れがある。   However, in the thrust foil bearing, as the rotating member rotates, the fluid in the thrust bearing gap tends to flow out to the outer diameter side due to centrifugal force, so the amount of fluid in the thrust bearing gap decreases and the fluid film pressure decreases. There is a fear.

そこで、本発明は、スラスト軸受隙間に生じる流体膜の圧力を高め、スラストフォイル軸受の負荷容量を高めることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to increase the pressure of a fluid film generated in a thrust bearing gap and increase the load capacity of the thrust foil bearing.

上記の目的を達成するためになされた本発明は、固定部材と、回転部材と、固定部材と回転部材の間に配置されたフォイル部材とを備え、フォイル部材に設けられたスラスト軸受面でスラスト軸受隙間を形成し、このスラスト軸受隙間に生じる流体膜で回転部材をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受であって、スラスト軸受面に、円周方向に長大な突起又は溝を半径方向に離隔した複数箇所に形成したことを特徴とする。   The present invention made to achieve the above object includes a fixed member, a rotating member, and a foil member disposed between the fixing member and the rotating member, and a thrust bearing surface provided on the foil member is used for the thrust. A thrust foil bearing that forms a bearing gap and supports a rotating member in a thrust direction with a fluid film generated in the thrust bearing gap, and a long projection or groove in the circumferential direction is separated from the thrust bearing surface in the radial direction. It is characterized by being formed at a plurality of locations.

このように、スラスト軸受面に、円周方向に長大な突起又は溝を半径方向に離隔した複数箇所に設けることで、遠心力でスラスト軸受隙間から外径側に流出しようとする流体が、突起又は溝にぶつかって円周方向に沿って流れる(整流効果)。これにより、遠心力でスラスト軸受隙間から外径側に流出する流体を減じて、スラスト軸受隙間に生じる流体膜の圧力を高めることができる。尚、「円周方向に長大な」形状とは、円周方向寸法が半径方向寸法よりも長大な形状のことを意味し、円周方向と平行な円弧形状に限らず、円周方向に長大な矩形(図5参照)や三角形(図7参照)を含む。   In this way, by providing the circumferentially long protrusions or grooves on the thrust bearing surface at a plurality of locations separated in the radial direction, fluid that tends to flow out from the thrust bearing gap to the outer diameter side by centrifugal force Or it hits a groove and flows along the circumferential direction (rectification effect). As a result, the fluid flowing out from the thrust bearing gap to the outer diameter side by centrifugal force can be reduced, and the pressure of the fluid film generated in the thrust bearing gap can be increased. Note that the shape that is “long in the circumferential direction” means that the circumferential dimension is longer than the radial dimension, and is not limited to an arc shape parallel to the circumferential direction, but is long in the circumferential direction. A rectangle (see FIG. 5) and a triangle (see FIG. 7).

例えば、フォイル部材の軸受面に整流部材を固定し、この整流部材で上記の突起を構成することができる。この場合、整流部材とこれにスラスト軸受隙間を介して対向する相手材の端面とが接触しない範囲で、整流部材をなるべく相手材の端面に近づけることで、整流効果がより一層高められる。   For example, a rectifying member can be fixed to the bearing surface of the foil member, and the above-described protrusion can be formed by the rectifying member. In this case, the rectifying effect is further enhanced by bringing the rectifying member as close as possible to the end surface of the mating member as long as the rectifying member and the end surface of the mating material facing the rectifying member through the thrust bearing gap do not contact each other.

一方、上記の溝は、フォイル部材にプレス加工等により簡単に形成することができるため、整流部材を固定する場合と比べて製造コストの低減が図られる。この溝の溝幅を、回転方向先行側へ向けて徐々に狭めたり、溝の溝深さを回転方向先行側へ向けて深くすれば、整流効果を高めることができる。   On the other hand, since the groove can be easily formed on the foil member by pressing or the like, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the rectifying member is fixed. The rectifying effect can be enhanced by gradually narrowing the groove width of the groove toward the rotation direction leading side or increasing the groove depth of the groove toward the rotation direction leading side.

上記のような構成は、例えば、フォイル部材が、円周方向一端を自由端とした複数のリーフを有する、リーフ型のスラストフォイル軸受に適用することができる。この場合、フォイル部材は、例えば、円周方向一端を自由端とし、スラスト軸受面が設けられた複数のリーフと、複数のリーフを連結する連結部とを一体に有するフォイルを具備した構成とすることができる。また、このようなフォイルを複数組み合せてフォイル部材を構成することもできる。   The above configuration can be applied to, for example, a leaf-type thrust foil bearing in which the foil member has a plurality of leaves with one circumferential end as a free end. In this case, the foil member includes, for example, a foil having a circumferential end and a free end, and a plurality of leaves provided with thrust bearing surfaces and a connecting portion that connects the plurality of leaves. be able to. Moreover, a foil member can also be constituted by combining a plurality of such foils.

フォイル軸受は、高速運転時にはフォイル部材のスラスト軸受面とこれに対向する面との間に流体膜が形成され、これらの面が非接触状態となるが、起動時や停止時の低速回転状態では、フォイル部材のスラスト軸受面やこれに対向する面の表面粗さ以上の流体膜を形成することが困難となる。そのため、回転部材と固定部材とがフォイル部材を挟んで接触し、フォイル部材の表面が損傷する恐れがある。このため、フォイル部材のスラスト軸受面に被膜を設け、損傷を防止することが好ましい。   In a foil bearing, a fluid film is formed between the thrust bearing surface of the foil member and the surface facing the foil bearing during high-speed operation, and these surfaces are in a non-contact state. It becomes difficult to form a fluid film having a surface roughness greater than that of the thrust bearing surface of the foil member and the surface facing the thrust bearing surface. Therefore, there is a possibility that the rotating member and the fixing member come into contact with each other with the foil member interposed therebetween, and the surface of the foil member may be damaged. For this reason, it is preferable to provide a film on the thrust bearing surface of the foil member to prevent damage.

また、フォイル部材を構成するフォイル同士、あるいは、フォイルとフォイルが固定される面との間は、荷重変動や振動に伴い微小変位の摺動が生じている。このため、フォイル部材を構成するフォイルのうち、スラスト軸受面と反対側の面に被膜を設け、摺動による損傷を防止することが好ましい。   In addition, sliding of minute displacement occurs between the foils constituting the foil member or between the foil and the surface to which the foil is fixed, due to load fluctuation or vibration. For this reason, it is preferable to provide a coating on the surface opposite to the thrust bearing surface of the foil constituting the foil member to prevent damage due to sliding.

フォイル軸受は、液体での潤滑が困難な箇所に用いられることが多いので、上記のような被膜には、DLC膜やチタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜を用いることができる。DLC膜やチタンアルミナイトライド膜は硬質で摩擦係数が低く、強度面で優れている。一方、二硫化モリブデン膜は、スプレー等で噴射することができるため、被膜を簡単に形成することができる。   Since the foil bearing is often used in a place where it is difficult to lubricate with a liquid, a DLC film, a titanium aluminum nitride film, or a molybdenum disulfide film can be used for the coating as described above. DLC films and titanium aluminum nitride films are hard, have a low coefficient of friction, and are excellent in strength. On the other hand, since the molybdenum disulfide film can be sprayed by spraying or the like, a film can be easily formed.

以上のようなスラストフォイル軸受は、ガスタービンや過給機のロータ支持用として好適に使用できる。   The thrust foil bearing as described above can be suitably used for supporting a rotor of a gas turbine or a supercharger.

以上のように、本発明によれば、スラスト軸受隙間の流体の流れを円周方向に整流させることにより、スラスト軸受隙間に生じる流体膜の圧力を高め、スラスト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 fluid flow in the thrust bearing gap is rectified in the circumferential direction, thereby increasing the fluid film pressure generated in the thrust bearing gap and increasing the load capacity of the thrust foil bearing. it can.

マイクロガスタービンを概念的に示す図である。It is a figure which shows a micro gas turbine notionally. 上記マイクロガスタービンのロータの支持構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the support structure of the rotor of the said micro gas turbine. 上記ロータ支持構造に組み込まれたラジアルフォイル軸受の断面図である。It is sectional drawing of the radial foil bearing integrated in the said rotor support structure. 上記ロータ支持構造に組み込まれた、本発明の実施形態に係るスラストフォイル軸受の側面図である。It is a side view of the thrust foil bearing which concerns on the embodiment of this invention integrated in the said rotor support structure. 上記スラストフォイル軸受の軸受部材の斜視図である。It is a perspective view of the bearing member of the said thrust foil bearing. 上記スラストフォイル軸受のリーフの平面図である。It is a top view of the leaf of the said thrust foil bearing. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受のリーフの平面図である。It is a top view of the leaf of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 図7のスラストフォイル軸受の軸受部材の断面図である。It is sectional drawing of the bearing member of the thrust foil bearing of FIG. 図7のスラストフォイル軸受の軸受部材を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the bearing member of the thrust foil bearing of FIG. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の軸受部材の平面図である。It is a top view of the bearing member of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の軸受部材の平面図である。It is a top view of the bearing member of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受の軸受部材の斜視図である。It is a perspective view of the bearing member of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 図13のスラストフォイル軸受のフォイルの平面図である。It is a top view of the foil of the thrust foil bearing of FIG. (a)〜(c)は、図12のスラストフォイル軸受の2枚のフォイルを組み付ける様子を示す斜視図である。(A)-(c) is a perspective view which shows a mode that two foils of the thrust foil bearing of FIG. 12 are assembled | attached. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受のリーフの平面図である。It is a top view of the leaf of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るスラストフォイル軸受のリーフの平面図である。It is a top view of the leaf of the thrust foil bearing which concerns on other embodiment. 過給機を概念的に示す図である。It is a figure which shows a supercharger notionally.

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.

図1に、マイクロガスタービンと呼ばれるガスタービン装置の構成を示す。このマイクロガスタービンは、翼列を形成したタービン1及び圧縮機2と、発電機3と、燃焼器4と、再生器5とを主に備える。タービン1、圧縮機2、及び発電機3には、水平方向に延びる共通の軸6が設けられ、この軸6と、タービン1および圧縮機2とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口7から吸入された空気は、圧縮機2で圧縮され、再生器5で加熱された上で燃焼器4に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、このときの高温、高圧のガスでタービン1を回転させる。タービン1の回転力が軸6を介して発電機3に伝達され、発電機3が回転することにより発電し、この電力がインバータ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を通った後、排ガスとして排出される。   FIG. 1 shows a configuration of a gas turbine device called a micro gas turbine. The micro gas turbine mainly includes a turbine 1 and a compressor 2 that form blade rows, a generator 3, a combustor 4, and a regenerator 5. The turbine 1, the compressor 2, and the generator 3 are provided with a common shaft 6 that extends in the horizontal direction, and the shaft 6, the turbine 1, and the compressor 2 constitute a rotor that can rotate integrally. Air sucked from the intake port 7 is compressed by the compressor 2, heated by the regenerator 5, and then sent to the combustor 4. The compressed air is mixed with fuel and burned, and the turbine 1 is rotated by the high-temperature and high-pressure gas at this time. The rotational force of the turbine 1 is transmitted to the generator 3 via the shaft 6, and the generator 3 rotates to generate electric power, and this electric power is output via the inverter 8. Since the gas after rotating the turbine 1 is at a relatively high temperature, the heat of the gas after combustion is regenerated by sending this gas to the regenerator 5 and exchanging heat with the compressed air before combustion. Use. After the heat exchange in the regenerator 5 passes through the exhaust heat recovery device 9, it is discharged as exhaust gas.

図2に、ロータの支持構造、特に、タービン1と圧縮機2との軸方向間における軸6の支持構造を示す。この領域は高温、高圧のガスで回転されるタービン1に隣接しているため、ここでは空気動圧軸受、特にフォイル軸受が好適に使用される。具体的には、軸6をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受10と、軸6に設けられたフランジ部40を両スラスト方向に支持するスラストフォイル軸受20とで、ロータが回転自在に支持される。   FIG. 2 shows a support structure of the rotor, in particular, a support structure of the shaft 6 in the axial direction between the turbine 1 and the compressor 2. Since this region is adjacent to the turbine 1 rotated by high-temperature and high-pressure gas, an air dynamic pressure bearing, particularly a foil bearing is preferably used here. Specifically, the rotor is rotatably supported by a radial foil bearing 10 that supports the shaft 6 in the radial direction and a thrust foil bearing 20 that supports the flange portion 40 provided on the shaft 6 in both thrust directions. .

ラジアルフォイル軸受10は、図3に示すように、ケーシング42に固定され、内周に軸6が挿入された円筒状の外方部材11と、外方部材11の内周面11aに固定され、円周方向に並べて配された複数のリーフ12とで構成される。   As shown in FIG. 3, the radial foil bearing 10 is fixed to the casing 42, and is fixed to the cylindrical outer member 11 with the shaft 6 inserted into the inner periphery, and the inner peripheral surface 11 a of the outer member 11, It consists of a plurality of leaves 12 arranged side by side in the circumferential direction.

リーフ12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、油による防錆効果は期待できない。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錆による腐食が発生し易く、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 leaf 12 is formed of a strip-like foil having a thickness of about 20 μm to 200 μm made of a metal having a high spring property and good workability, such as a steel material or a copper alloy. In an air dynamic pressure bearing using air as a fluid film as in the present embodiment, since no lubricating oil exists in the atmosphere, the antirust effect by the oil cannot be expected. Typical examples of steel materials and copper alloys include carbon steel and brass, but general carbon steel is susceptible to corrosion due to rust, and brass may cause cracks due to processing strain (in brass) This tendency increases as the Zn content increases.) Therefore, it is preferable to use a stainless steel or bronze foil as the belt-like foil.

各リーフ12は、円周方向一方(軸6の回転方向(矢印参照)先行側)の端部12aが自由端とされ、円周方向他方の端部12bが外方部材11に固定される。リーフ12の固定端12bは、外方部材11の内周面11aに形成された軸方向溝11bに嵌合固定される。リーフ12の自由端12a側の一部領域は、他のリーフ12と半径方向に重ねて配される。複数のリーフ12の内径側の面は、孔や段差のない平滑な曲面状をなしたラジアル軸受面12cを構成し、各リーフ12のラジアル軸受面12cと軸6の外周面6aとの間に、円周方向一方へ向けて半径方向幅を狭めた楔状のラジアル軸受隙間Rが形成される。   In each leaf 12, one end 12 a in the circumferential direction (the leading side of the rotation direction of the shaft 6 (see the arrow)) is a free end, and the other end 12 b in the circumferential direction is fixed to the outer member 11. The fixed end 12 b of the leaf 12 is fitted and fixed to an axial groove 11 b formed on the inner peripheral surface 11 a of the outer member 11. A partial region on the free end 12 a side of the leaf 12 is arranged so as to overlap with the other leaf 12 in the radial direction. The surfaces on the inner diameter side of the plurality of leaves 12 constitute a radial bearing surface 12 c having a smooth curved surface without holes or steps, and between the radial bearing surface 12 c of each leaf 12 and the outer peripheral surface 6 a of the shaft 6. A wedge-shaped radial bearing gap R having a narrow radial width toward one circumferential direction is formed.

スラストフォイル軸受20は、図4に示すように、軸6の外周面6aから外径に突出して設けられたフランジ部40(回転部材、図2参照)と、ケーシング42に固定された円盤状のスラスト部材21(固定部材、図5参照)と、フランジ部40とスラスト部材21との間に配されたフォイル部材とを備える。本実施形態では、フランジ部40の軸方向両側に軸受部材20aが設けられ(図2参照)、軸受部材20aは、図5に示すように、円盤状のスラスト部材21(固定部材)と、スラスト部材21の端面21aに固定されたフォイル部材とで構成される。図示例では、フォイル部材が、円周方向等間隔に並べた状態でスラスト部材21の端面21aに固定された複数のリーフ30で構成される。   As shown in FIG. 4, the thrust foil bearing 20 has a disc-like shape fixed to a flange portion 40 (rotating member, see FIG. 2) provided to protrude from the outer peripheral surface 6 a of the shaft 6 to the outer diameter, and a casing 42. A thrust member 21 (fixing member, see FIG. 5), and a foil member disposed between the flange portion 40 and the thrust member 21 are provided. In the present embodiment, bearing members 20a are provided on both axial sides of the flange portion 40 (see FIG. 2), and the bearing member 20a includes a disc-shaped thrust member 21 (fixing member) and a thrust as shown in FIG. It is comprised with the foil member fixed to the end surface 21a of the member 21. FIG. In the illustrated example, the foil member is composed of a plurality of leaves 30 fixed to the end surface 21a of the thrust member 21 in a state of being arranged at equal intervals in the circumferential direction.

リーフ30は、上記のリーフ12と同様の材質及び厚さを有する金属製の1枚のフォイルからなり、スラスト部材21の円周方向に沿った扇形を成している。リーフ30の円周方向一方(軸6の回転方向先行側、図中左側)の端部は自由端31とされ、円周方向他方の端部はスラスト部材21に固定された固定端32とされる。各リーフ30のうち、スラスト部材21と反対側の面には、フランジ部40側を凸とする曲面状のスラスト軸受面33が設けられる。スラスト軸受面33は、孔や段差のない平滑な曲面状をなす。尚、バネ30aは、リーフ30のバネ性を模式的に表すものであり、実際には設けられていない。   The leaf 30 is made of a single metal foil having the same material and thickness as the leaf 12 described above, and forms a fan shape along the circumferential direction of the thrust member 21. One end of the leaf 30 in the circumferential direction (the leading side in the rotational direction of the shaft 6, the left side in the figure) is a free end 31, and the other end in the circumferential direction is a fixed end 32 fixed to the thrust member 21. The Of each leaf 30, a curved thrust bearing surface 33 is provided on the surface opposite to the thrust member 21. The curved thrust bearing surface 33 projects from the flange portion 40 side. The thrust bearing surface 33 has a smooth curved surface with no holes or steps. The spring 30a schematically represents the spring property of the leaf 30 and is not actually provided.

各リーフ30の自由端31には、図6に示すように、複数の切り欠き部31aと、スラスト軸受面33と連続したランド部31bとが、自由端31の延在方向(本実施形態では半径方向)で交互に設けられる。図示例では、自由端31をジグザグ状に形成することで、三角形の切り込み部31a及びランド部31bが交互に形成される。   As shown in FIG. 6, a plurality of notch portions 31 a and a land portion 31 b continuous with the thrust bearing surface 33 are provided at the free end 31 of each leaf 30, in the extending direction of the free end 31 (in this embodiment, In the radial direction). In the illustrated example, by forming the free ends 31 in a zigzag shape, triangular cut portions 31a and land portions 31b are alternately formed.

各リーフ30のスラスト軸受面33には、円周方向に長大な突起が半径方向に離隔した複数箇所に設けられる。本実施形態では、リーフ30の表面に整流部材34を固定し、この整流部材34で突起を形成している。整流部材34は、例えば細長矩形状の金属板で形成され、リーフ30の表面に接着や溶接、溶着などの適宜の方法により固定される。整流部材34は、おおよそ円周方向に沿って配置され、図示例では、整流部材34の長手方向いずれかの点(例えば長手方向中央部)における円周の接線方向と平行な直線上に配置される。整流部材34は、スラスト軸受隙間Tの大隙間部T2側に設けられ、図示例では、各リーフ30の円周方向中央よりも回転方向後方側に設けられる。整流部材34は、半径方向等間隔に並べて配置される。尚、整流部材34は、直線状に限らず、円周方向と平行な円弧状に形成してもよい。また、スラスト軸受面33に設けられる突起は、上記に限らず、例えばリーフ30に塑性加工(例えばプレス成形)により形成してもよい。この場合、リーフ30を貫通する穴が形成されると、スラスト軸受隙間Tの流体が穴から抜けて圧力が低下してしまうため、リーフ30に貫通穴が形成されないように突起を形成する必要がある。   The thrust bearing surface 33 of each leaf 30 is provided with a plurality of circumferentially long projections at a plurality of locations separated in the radial direction. In the present embodiment, the rectifying member 34 is fixed to the surface of the leaf 30, and the rectifying member 34 forms a protrusion. The rectifying member 34 is formed of, for example, an elongated rectangular metal plate, and is fixed to the surface of the leaf 30 by an appropriate method such as adhesion, welding, or welding. The rectifying member 34 is arranged approximately along the circumferential direction. In the illustrated example, the rectifying member 34 is arranged on a straight line parallel to the tangential direction of the circumference at any point in the longitudinal direction of the rectifying member 34 (for example, the central portion in the longitudinal direction). The The rectifying member 34 is provided on the large gap portion T2 side of the thrust bearing gap T. In the illustrated example, the rectifying member 34 is provided on the rear side in the rotational direction from the circumferential center of each leaf 30. The flow regulating members 34 are arranged side by side at equal intervals in the radial direction. The rectifying member 34 is not limited to a linear shape, and may be formed in an arc shape parallel to the circumferential direction. Further, the protrusion provided on the thrust bearing surface 33 is not limited to the above, and may be formed on the leaf 30 by plastic working (for example, press molding), for example. In this case, if a hole penetrating the leaf 30 is formed, the fluid in the thrust bearing gap T falls out of the hole and the pressure is reduced. Therefore, it is necessary to form a protrusion so that the through hole is not formed in the leaf 30. is there.

軸6が円周方向一方に回転すると、ラジアルフォイル軸受10の各リーフ12のラジアル軸受面12cと軸6の外周面6aとの間に、円周方向一方へ向けて半径方向幅を狭めた楔状のラジアル軸受隙間Rが形成される(図3参照)。このラジアル軸受隙間Rに生じる流体膜(空気膜)で、軸6がラジアル方向に非接触支持される。これと同時に、スラストフォイル軸受20のフランジ部40の軸方向両側の端面41とその軸方向両側に設けられたフォイル部材(リーフ30)のスラスト軸受面33との間には、円周方向一方へ向けて軸方向幅を狭めたスラスト軸受隙間Tが形成される(図4参照)。このスラスト軸受隙間Tに生じる流体膜(空気膜)で、軸6が両スラスト方向に非接触支持される。尚、実際のラジアル軸受隙間R及びスラスト軸受隙間Tの幅は数十μm程度の微小なものであるが、図3及び図4ではその幅を誇張して描いている。   When the shaft 6 rotates in one circumferential direction, between the radial bearing surface 12c of each leaf 12 of the radial foil bearing 10 and the outer peripheral surface 6a of the shaft 6, a wedge shape with a radial width narrowing toward the circumferential direction one side. The radial bearing gap R is formed (see FIG. 3). The fluid film (air film) generated in the radial bearing gap R supports the shaft 6 in a non-contact manner in the radial direction. At the same time, between the end surfaces 41 on both axial sides of the flange portion 40 of the thrust foil bearing 20 and the thrust bearing surfaces 33 of the foil members (leafs 30) provided on both axial sides, the circumferential direction is one. A thrust bearing gap T having a narrower axial width is formed (see FIG. 4). The shaft 6 is supported in a non-contact manner in both thrust directions by a fluid film (air film) generated in the thrust bearing gap T. Note that the actual radial bearing gap R and thrust bearing gap T are as small as several tens of μm, but the widths are exaggerated in FIGS.

このとき、図4に矢印Aで示すように、スラスト軸受隙間Tの小隙間部T1の流体が、切り欠き部31aを介してリーフ30の裏側(図中下方)に流動する。これにより、大隙間部T2全体の流体がダイナミックに流動し、大隙間部T2から次の小隙間部T1に流入する流体量が増大するため、小隙間部T1に生じる圧力を高めてスラスト方向の負荷容量を高めることができる。   At this time, as indicated by an arrow A in FIG. 4, the fluid in the small gap portion T1 of the thrust bearing gap T flows to the back side (downward in the drawing) of the leaf 30 through the notch portion 31a. As a result, the fluid in the entire large gap portion T2 dynamically flows and the amount of fluid flowing from the large gap portion T2 into the next small gap portion T1 increases, so the pressure generated in the small gap portion T1 is increased to increase the thrust direction. The load capacity can be increased.

また、軸6の回転に伴って、スラスト軸受隙間Tの流体が遠心力で外径に流出しようとする。この流体が、リーフ30の表面に設けられた整流部材34にぶつかることにより、流体が円周方向に沿って流れる(図6の矢印B参照)。この整流効果により、スラスト軸受隙間Tから外径側に流出する流体量を減じ、小隙間部T1に流入する流体量を増して圧力を高めることができる。尚、スラスト軸受隙間Tの流体に加わる遠心力は外径側ほど大きいため、円周方向に長大な突起(整流部材34)は、スラスト軸受面33の少なくとも外径側(半径方向中央部よりも外径側)に設けることが好ましい。図示例では、スラスト軸受面33の半径方向全域にわたって突起が等間隔に設けられている。また、本実施形態では、リーフ30の自由端31に切り込み部31aを形成し、この切り込み部31aを介してスラスト軸受隙間Tの流体をリーフ30の裏側に流動させているため、大隙間部T2における流体が乱れやすい。従って、リーフ30に突起(整流部材34)を設けることによる整流効果が特に有効となる。   Also, as the shaft 6 rotates, the fluid in the thrust bearing gap T tends to flow out to the outer diameter by centrifugal force. When this fluid collides with the rectifying member 34 provided on the surface of the leaf 30, the fluid flows in the circumferential direction (see arrow B in FIG. 6). By this rectifying effect, the amount of fluid flowing out from the thrust bearing gap T toward the outer diameter side can be reduced, and the amount of fluid flowing into the small gap portion T1 can be increased to increase the pressure. In addition, since the centrifugal force applied to the fluid in the thrust bearing gap T increases toward the outer diameter side, the projection (rectifying member 34) that is long in the circumferential direction is at least on the outer diameter side (in the radial direction center portion) of the thrust bearing surface 33. It is preferably provided on the outer diameter side. In the illustrated example, protrusions are provided at equal intervals over the entire radial direction of the thrust bearing surface 33. Further, in this embodiment, the notch 31a is formed in the free end 31 of the leaf 30, and the fluid in the thrust bearing gap T flows to the back side of the leaf 30 through the notch 31a. The fluid in the tank is easily disturbed. Therefore, the rectifying effect by providing the protrusions (rectifying member 34) on the leaf 30 is particularly effective.

また、このとき、ラジアルフォイル軸受10のリーフ12及びスラストフォイル軸受20のリーフ30の有する可撓性により、各リーフ12、30の軸受面12c、33が、荷重や軸6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R及びスラスト軸受隙間T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R及びスラスト軸受隙間Tを最適幅に管理することができ、軸6を安定して支持することが可能となる。   At this time, due to the flexibility of the leaf 12 of the radial foil bearing 10 and the leaf 30 of the thrust foil bearing 20, the bearing surfaces 12 c and 33 of each leaf 12, 30 cause the load, the rotational speed of the shaft 6, and the ambient temperature. Therefore, the radial bearing gap R and the thrust bearing gap T are automatically adjusted to appropriate widths according to the operating conditions. Therefore, the radial bearing gap R and the thrust bearing gap T can be managed to the optimum width even under severe conditions such as high temperature and high speed rotation, and the shaft 6 can be stably supported.

フォイル軸受10、20では、軸6の停止直前や起動直後の低速回転時において、リーフ12のラジアル軸受面12c及びリーフ30のスラスト軸受面33や軸6の外周面6aに表面粗さ以上の厚さの空気膜を形成することが困難となる。そのため、ラジアル軸受面12cと軸6の外周面6aとの間、及び、スラスト軸受面33とフランジ部40との間で金属接触を生じる。この金属接触による摩擦力を減じて、リーフ12、30の損傷の防止及びトルク低減を図るため、ラジアル軸受面12c及びスラスト軸受面33には、表面を低摩擦化する被膜を形成するのが望ましい。この種の被膜としては、例えばDLC膜、チタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜を使用することができる。DLC膜、チタンやアルミナイトライド膜はCVDやPVDで形成することができ、二硫化モリブデン膜はスプレーで簡単に形成することができる。特にDLC膜やチタンアルミナイトライド膜は硬質であるので、これらで被膜を形成することにより、ラジアル軸受面12c及びスラスト軸受面33の耐摩耗性をも向上させることができ、軸受寿命を増大させることができる。尚、上記のような被膜は、ラジアル軸受面12c及びスラスト軸受面33に形成する代わりに、あるいはこれに加えて、これらの面と対向する軸6の外周面6a及びフランジ部40の端面41に形成してもよい。   In the foil bearings 10, 20, the radial bearing surface 12 c of the leaf 12, the thrust bearing surface 33 of the leaf 30, and the outer peripheral surface 6 a of the shaft 6 are thicker than the surface roughness just before the shaft 6 is stopped or immediately after starting. It becomes difficult to form an air film. Therefore, metal contact is generated between the radial bearing surface 12 c and the outer peripheral surface 6 a of the shaft 6 and between the thrust bearing surface 33 and the flange portion 40. In order to reduce the frictional force due to the metal contact and prevent damage to the leaves 12 and 30 and reduce the torque, it is desirable to form a coating that reduces the friction on the radial bearing surface 12c and the thrust bearing surface 33. . As this type of coating, for example, a DLC film, a titanium aluminum nitride film, or a molybdenum disulfide film can be used. The DLC film, titanium or aluminum nitride film can be formed by CVD or PVD, and the molybdenum disulfide film can be easily formed by spraying. In particular, since the DLC film and the titanium aluminum nitride film are hard, by forming a film with them, the wear resistance of the radial bearing surface 12c and the thrust bearing surface 33 can be improved, and the bearing life is increased. be able to. The coating as described above is formed on the outer peripheral surface 6a of the shaft 6 and the end surface 41 of the flange portion 40 opposed to these surfaces instead of or in addition to the radial bearing surface 12c and the thrust bearing surface 33. It may be formed.

軸受の運転中は、リーフ12の裏面(ラジアル軸受面12cと反対側の面)と外方部材11の内周面11aとの間や、リーフ30の裏面(スラスト軸受面33と反対側の面)とスラスト部材21の端面21aとの間でも微小摺動が生じるため、この摺動部分、すなわちリーフ12、30の裏面やこれと接触する外方部材11の内周面11a及びスラスト部材21の端面21aの一方又は双方に上記の被膜を形成することにより、耐摩耗性の向上を図ってもよい。なお、振動の減衰作用を向上させるためには、この摺動部である程度の摩擦力が存在する方が好都合な場合もあるので、この部分の被膜にはそれほど低摩擦性は要求されない。従って、この部分の被膜としては、DLC膜やチタンやアルミナイトライド膜を使用するのが好ましい。   During the operation of the bearing, the back surface of the leaf 12 (surface opposite to the radial bearing surface 12c) and the inner peripheral surface 11a of the outer member 11, or the back surface of the leaf 30 (surface opposite to the thrust bearing surface 33). ) And the end surface 21 a of the thrust member 21, so that the sliding portion, that is, the rear surfaces of the leaves 12 and 30, the inner peripheral surface 11 a of the outer member 11 in contact with this, and the thrust member 21 Abrasion resistance may be improved by forming the above-mentioned film on one or both of the end faces 21a. In order to improve the vibration damping action, it may be more convenient that a certain amount of frictional force exists in the sliding portion. Therefore, the low friction property is not required for the coating of this portion. Therefore, it is preferable to use a DLC film, titanium, or an aluminum nitride film as the coating of this portion.

本発明は上記の実施形態に限られない。尚、以下の説明において、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。   The present invention is not limited to the above embodiment. In the following description, portions having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

例えば、上記の実施形態では、リーフ30の表面に突起(整流部材34)を設けた場合を示したが、これに限らず、例えば図7〜9に示すように、リーフ30の表面に円周方向に長大な溝35を形成してもよい。溝35は、リーフ30の表面に塑性加工(例えばプレス成形)により形成される。溝35は、リーフ30を貫通しないように形成される(図8参照)。また、図示例では、溝35の溝幅(径方向幅)が回転方向先行側(自由端31側)に向けて徐々に狭くなっている(図7参照)。さらに、溝35の溝深さが回転方向先行側に向けて徐々に深くなっている(図8参照)。すなわち、溝35は、図9に示すように、流体入口側(リーフ30の固定端32側)では溝幅が広く、且つ、溝深さが浅くなっており、流体出口側(リーフ30の自由端31側)では溝幅が狭く、且つ、溝深さが深くなっている。尚、図9では、図面の簡略化のため、平面視で円弧状のリーフ30を矩形状に示すと共に、リーフ30の自由端31を直線状に示している。   For example, in the above-described embodiment, the case where the protrusions (rectifying members 34) are provided on the surface of the leaf 30 is shown. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. A long groove 35 may be formed in the direction. The groove 35 is formed on the surface of the leaf 30 by plastic working (for example, press molding). The groove 35 is formed so as not to penetrate the leaf 30 (see FIG. 8). Further, in the illustrated example, the groove width (diameter width) of the groove 35 is gradually narrowed toward the rotation direction leading side (free end 31 side) (see FIG. 7). Further, the groove depth of the groove 35 gradually increases toward the leading side in the rotational direction (see FIG. 8). That is, as shown in FIG. 9, the groove 35 has a wide groove width and a shallow groove depth on the fluid inlet side (the fixed end 32 side of the leaf 30), and the fluid outlet side (the free end of the leaf 30). On the end 31 side, the groove width is narrow and the groove depth is deep. In FIG. 9, for simplification of the drawing, the arc-shaped leaf 30 is shown in a rectangular shape in plan view, and the free end 31 of the leaf 30 is shown in a straight line.

このように、リーフ30に円周方向に長大な溝35を形成することで、軸6の回転に伴ってスラスト軸受隙間Tを流れる流体が溝35の内部に侵入し、溝35の側壁にぶつかることにより、流体が円周方向に沿って流れる(図7の矢印C参照)。特に、図示例の溝35は、流体入口側における溝幅が広く、且つ、溝深さが浅くなっているため、流体が進入しやすい。また、溝35の溝幅を、回転方向先行側端部に向けて徐々に狭くすることで、溝35の先端から流出した流体の指向性を高めることができる。   Thus, by forming the circumferentially long groove 35 in the leaf 30, the fluid flowing through the thrust bearing gap T enters the inside of the groove 35 with the rotation of the shaft 6 and hits the side wall of the groove 35. As a result, the fluid flows along the circumferential direction (see arrow C in FIG. 7). In particular, since the groove 35 in the illustrated example has a wide groove width on the fluid inlet side and a shallow groove depth, the fluid easily enters. Further, the directivity of the fluid flowing out from the tip of the groove 35 can be enhanced by gradually narrowing the groove width of the groove 35 toward the end portion on the leading side in the rotation direction.

尚、溝35の形状は上記に限らず、例えば溝35の溝深さを一定にしたり、溝幅を一定としたりしてもよい(図示省略)。また、溝35を、円周方向に長大な矩形状としたり、円周方向と平行な円弧状としてもよい。   The shape of the groove 35 is not limited to the above, and for example, the groove depth of the groove 35 may be constant or the groove width may be constant (not shown). Further, the groove 35 may have a rectangular shape that is long in the circumferential direction or an arc shape that is parallel to the circumferential direction.

また、上記の実施形態では、リーフ30の自由端31が半径方向に沿って延在している場合を示したが、これに限られない。例えば、図10及び図11に示すように、リーフ30の自由端31の外径端を、内径側に向けて軸6の回転方向先行側に傾斜させてもよい。これにより、軸6の回転に伴って、スラストフォイル軸受20の外径側の空気がリーフ30に沿って内径側に送り込まれるため(図10の点線矢印参照)、スラスト軸受隙間Tに多量の空気を送り込むことができ、スラスト軸受隙間Tにおける圧力がさらに高められる。具体的には、例えば図10に示すように、リーフ30の自由端31をポンプインタイプのスパイラル形状に配列することができる。あるいは、図11に示すように、リーフ30の自由端31をヘリングボーン形状としてもよい。尚、ヘリングボーン形状とは、自由端31の外径端及び内径端を半径方向中央に向けて軸6の回転方向先行側に傾斜させた略V字形状のことを言う。   Moreover, although the case where the free end 31 of the leaf 30 extended along the radial direction was shown in said embodiment, it is not restricted to this. For example, as shown in FIGS. 10 and 11, the outer diameter end of the free end 31 of the leaf 30 may be inclined toward the rotation direction leading side of the shaft 6 toward the inner diameter side. Thereby, as the shaft 6 rotates, air on the outer diameter side of the thrust foil bearing 20 is sent to the inner diameter side along the leaf 30 (see the dotted arrow in FIG. 10), so that a large amount of air enters the thrust bearing gap T. And the pressure in the thrust bearing gap T is further increased. Specifically, for example, as shown in FIG. 10, the free ends 31 of the leaves 30 can be arranged in a pump-in type spiral shape. Alternatively, as shown in FIG. 11, the free end 31 of the leaf 30 may have a herringbone shape. Here, the herringbone shape means a substantially V shape in which the outer diameter end and the inner diameter end of the free end 31 are inclined toward the rotation direction leading side of the shaft 6 toward the radial center.

また、上記の実施形態では、複数のリーフを一枚ずつ別々に形成した場合を示したが、これに限らず、例えば一枚のフォイルに複数のリーフを形成してもよい。例えば図12に示す実施形態では、複数のリーフ61、61’を有する2枚のフォイル60、60’を組み合せてフォイル部材50を構成し、このフォイル部材50をスラスト部材21に固定している。   In the above-described embodiment, a case where a plurality of leaves are separately formed has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of leaves may be formed on a single foil. For example, in the embodiment shown in FIG. 12, the foil member 50 is configured by combining two foils 60, 60 ′ having a plurality of leaves 61, 61 ′, and the foil member 50 is fixed to the thrust member 21.

ここで、フォイル60、60’の構成を説明する。尚、フォイル60、60’は全く同じ構成であるため、一方のフォイル60の構成のみを説明し、他方のフォイル60’の説明は省略する(図12及び図14では、他方のフォイル60’のうち、一方のフォイル60と対応する箇所に「’」を付して示す)。   Here, the configuration of the foils 60 and 60 'will be described. Since the foils 60 and 60 'have exactly the same configuration, only the configuration of one foil 60 will be described, and the description of the other foil 60' will be omitted (in FIGS. 12 and 14, the other foil 60 ' Of these, a portion corresponding to one of the foils 60 is indicated with “′”).

フォイル60は円形を成し、その中心に軸6を挿通するための円形の穴63が設けられる。本実施形態では、1枚のフォイル60に、ワイヤカット加工やプレス加工等で略L字型の切り込みを入れることにより、円周方向等間隔に配置された複数(図示例では4枚)のリーフ61及び連結部62が形成される。具体的には、円形のフォイル60の円周方向等間隔の複数箇所(図示例では4箇所)に、穴63から外径向きにジグザグ状に延び、フォイル60の外径端よりも手前で終わる半径方向の切り込み64が設けられる。そして、各切り込み64の外径端から、円周方向他方(軸6の回転方向後方側、図13の反時計周り方向)に円周方向の切り込み65が延びている。半径方向の切り込み64及び円周方向の切り込み65をフォイル60に形成することで、円周方向一方の端部61aを軸方向に上下動自由な自由端とした複数のリーフ61と、これらを連結する連結部62とを一体に形成することができる。連結部62は、複数のリーフ61の外周を囲む環状部62aと、環状部62aから内径向きに延びた複数(図示例では4つ)の延在部62bとを有し、延在部62bはリーフ30の円周方向他方の端部62(図13に点線で示す)と連続している。図示例では、連結部62の延在部62bとリーフ61とが円周方向同じ長さであり、これらが円周方向交互に設けられる。リーフ61の自由端61aは、複数の切り欠き部61a1及びランド部61a2を交互に有するジグザグ状に形成される。リーフ61には、円周方向に長大な突起又は溝66が半径方向に離隔した複数箇所に形成される。   The foil 60 has a circular shape, and a circular hole 63 through which the shaft 6 is inserted is provided at the center thereof. In the present embodiment, a plurality of (four in the illustrated example) leaves arranged at equal intervals in the circumferential direction by making a substantially L-shaped cut into one foil 60 by wire cutting or pressing. 61 and a connecting part 62 are formed. Specifically, the circular foil 60 extends in a zigzag shape from the hole 63 toward the outer diameter at a plurality of equally spaced circumferential positions (four in the illustrated example), and ends in front of the outer diameter end of the foil 60. A radial cut 64 is provided. A circumferential notch 65 extends from the outer diameter end of each notch 64 to the other circumferential direction (the rear side in the rotational direction of the shaft 6, the counterclockwise direction in FIG. 13). By forming the radial notch 64 and the circumferential notch 65 in the foil 60, a plurality of leaves 61 in which one end 61a in the circumferential direction is freely movable up and down in the axial direction are connected to each other. The connecting portion 62 to be formed can be formed integrally. The connecting portion 62 includes an annular portion 62a surrounding the outer periphery of the plurality of leaves 61, and a plurality (four in the illustrated example) of extending portions 62b extending from the annular portion 62a toward the inner diameter. The leaf 30 is continuous with the other circumferential end 62 (shown by a dotted line in FIG. 13). In the example of illustration, the extension part 62b of the connection part 62 and the leaf 61 are the same lengths in the circumferential direction, and these are provided alternately in the circumferential direction. The free end 61a of the leaf 61 is formed in a zigzag shape having a plurality of cutout portions 61a1 and land portions 61a2. The leaf 61 is formed with a plurality of protrusions or grooves 66 that are long in the circumferential direction and spaced apart in the radial direction.

2枚のフォイル60、60’は、図14に示す方法で組み立てられる。尚、2枚のフォイル60、60’の材質及び形状は全く同じであるが、図14では、理解しやすいように一方のフォイル60’に散点を付している。また、ここでは、フォイル60、60’の中心軸方向を上下方向として説明する。   The two foils 60, 60 'are assembled by the method shown in FIG. The two foils 60, 60 'are identical in material and shape, but in FIG. 14, one foil 60' is dotted to facilitate understanding. Here, the description will be made assuming that the central axis direction of the foils 60, 60 'is the vertical direction.

まず、図14(a)に示す2枚のフォイル60、60’を、図14(b)に示すように上下に重ねて配置し、上側のフォイル60の半径方向の切り込み64から、下側のフォイル60’のリーフ61’の自由端61a’を差し込む。これにより、下側のフォイル60’のリーフ61’の自由端61a’が、上側のフォイル60の連結部62(延在部62b)の上方に配される。そして、2枚のフォイル60、60’を相対的に回転させることにより、図14(c)に示すように、下側のフォイル60’のリーフ61’の自由端61a’が、上側のフォイル60のリーフ61の端部61bの上方に達する。以上により、上側のフォイル60のリーフ61と、下側のフォイル60’のリーフ61’とが、円周方向交互に配されたフォイル部材50が得られる。このとき、各リーフ61、61’の上面に設けられたスラスト軸受面61c、61c’は、円周方向交互に配され、且つ、円周方向で途切れなく配されている。このフォイル部材50をスラスト部材21に固定することで、図12に示すスラストフォイル軸受20が完成する。   First, the two foils 60, 60 ′ shown in FIG. 14A are arranged one above the other as shown in FIG. 14B, and from the radial cut 64 of the upper foil 60, Insert the free end 61a 'of the leaf 61' of the foil 60 '. As a result, the free end 61a 'of the leaf 61' of the lower foil 60 'is disposed above the connecting portion 62 (extending portion 62b) of the upper foil 60. Then, by rotating the two foils 60, 60 ′ relatively, as shown in FIG. 14C, the free end 61 a ′ of the leaf 61 ′ of the lower foil 60 ′ becomes the upper foil 60. It reaches above the end 61b of the leaf 61. Thus, the foil member 50 in which the leaves 61 of the upper foil 60 and the leaves 61 'of the lower foil 60' are alternately arranged in the circumferential direction is obtained. At this time, the thrust bearing surfaces 61c and 61c 'provided on the upper surfaces of the leaves 61 and 61' are alternately arranged in the circumferential direction and are arranged without interruption in the circumferential direction. By fixing the foil member 50 to the thrust member 21, the thrust foil bearing 20 shown in FIG. 12 is completed.

また、リーフ30の自由端31の形状は上記に限らず、例えば図15に示すように、リーフ30の自由端31を波型に形成してもよい。あるいは、図16に示すように、リーフ30の自由端31に、半径方向に離隔した複数箇所に複数の切り込み31aを設けてもよい。また、切り込み31a及びランド部31bの形状は、三角形(図6参照)や波形(図15参照)、円弧形状(図16参照)の他、矩形や台形としてもよい(図示省略)。また、自由端31を直線状に形成してもよい(図示省略)。   Further, the shape of the free end 31 of the leaf 30 is not limited to the above, and the free end 31 of the leaf 30 may be formed in a corrugated shape, for example, as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 16, the free end 31 of the leaf 30 may be provided with a plurality of cuts 31 a at a plurality of locations separated in the radial direction. Further, the shape of the cut 31a and the land portion 31b may be a rectangle (see FIG. 6), a waveform (see FIG. 15), an arc shape (see FIG. 16), a rectangle or a trapezoid (not shown). Further, the free end 31 may be formed in a straight line (not shown).

また、以上の実施形態では、フォイル部材を固定部材(スラスト部材21、外方部材11)に固定する場合を示したが、これとは逆に、フォイル部材を回転部材(フランジ部40、軸6)に固定してもよい。この場合、フォイル部材に設けられた軸受面と固定部材との間に、楔状のスラスト軸受隙間あるいはラジアル軸受隙間が形成される。ただし、この場合、フォイル部材が軸6と共に高速で回転することとなるため、遠心力によりフォイル部材が変形する恐れがある。特に、スラストフォイル軸受20のフォイル部材を回転させると、遠心力でフォイル部材が変形する恐れが高い。従って、フォイル部材の変形を回避する観点からは、フォイル部材を固定部材に固定することが好ましい。   In the above embodiment, the case where the foil member is fixed to the fixing member (thrust member 21, outer member 11) is shown, but conversely, the foil member is the rotating member (flange portion 40, shaft 6). ) May be fixed. In this case, a wedge-shaped thrust bearing gap or a radial bearing gap is formed between the bearing surface provided on the foil member and the fixing member. However, in this case, since the foil member rotates at a high speed together with the shaft 6, the foil member may be deformed by centrifugal force. In particular, when the foil member of the thrust foil bearing 20 is rotated, there is a high possibility that the foil member is deformed by centrifugal force. Therefore, it is preferable to fix the foil member to the fixing member from the viewpoint of avoiding deformation of the foil member.

また、以上の実施形態では、フランジ部40の軸方向両側に軸受部材20aを設け、フランジ部40を両スラスト方向に支持する構成を示したが、これに限らず、フランジ部40の軸方向一方にのみ軸受部材20aを設け、スラスト方向一方にのみ支持する構成としてもよい。このような構成は、スラスト方向他方の支持が不要な場合や、スラスト方向他方の支持を他の構成で達成する場合などに適用できる。   Moreover, in the above embodiment, although the bearing member 20a was provided in the axial direction both sides of the flange part 40, and the structure which supports the flange part 40 in both thrust directions was shown, it is not restricted to this, One axial direction of the flange part 40 is shown. It is good also as a structure which provides the bearing member 20a only in and supports only to one side of a thrust direction. Such a configuration can be applied to the case where the other support in the thrust direction is unnecessary or the case where the other support in the thrust direction is achieved by another configuration.

また、以上の実施形態では、本発明をリーフ形のスラストフォイル軸受に適用した場合を示したが、これに限られない。例えば、スラスト軸受面を有するトップフォイルと、トップフォイルとスラスト部材との間に配置された波形のバックフォイルとで構成されるバンプフォイル型のスラストフォイル軸受や、リーフ型とバンプフォイル型とを併用したスラストフォイル軸受(リーフとスラスト部材との間にバックフォイルを配置したもの)に本発明を適用することもできる。   Moreover, although the case where this invention was applied to the leaf type thrust foil bearing was shown in the above embodiment, it is not restricted to this. For example, a bump foil type thrust foil bearing composed of a top foil having a thrust bearing surface and a corrugated back foil disposed between the top foil and the thrust member, or a leaf type and a bump foil type are used in combination. The present invention can also be applied to a thrust foil bearing (with a back foil disposed between a leaf and a thrust member).

また、以上の実施形態では、本発明に係るスラストフォイル軸受20をガスタービンに適用した場合を示したが、これに限らず、例えば図17に示すような過給機に適用してもよい。この過給機は、エンジン83に空気を送り込むいわゆるターボチャージャであり、圧縮機81と、タービン82とを備える。圧縮機81及びタービン82は軸6で連結されている。軸6は、ラジアルフォイル軸受10とスラストフォイル軸受20とでラジアル方向及び両スラスト方向に支持される。図示例では、ラジアルフォイル軸受10を軸方向に離隔した2箇所に設けている。図示しない吸気口から吸入された空気は、圧縮機81で圧縮され、燃料を混合してエンジン83に供給される。エンジン83で燃料を混合した圧縮空気を燃焼させ、エンジン83から排気された高温、高圧のガスでタービン82を回転させる。このときのタービン82の回転力が、軸6を介して圧縮機81に伝達される。タービン82を回転させた後のガスは、排ガスとして外部に排出される。   Moreover, although the case where the thrust foil bearing 20 which concerns on this invention was applied to the gas turbine was shown in the above embodiment, you may apply not only to this but to a supercharger as shown, for example in FIG. This supercharger is a so-called turbocharger that sends air to the engine 83 and includes a compressor 81 and a turbine 82. The compressor 81 and the turbine 82 are connected by a shaft 6. The shaft 6 is supported by the radial foil bearing 10 and the thrust foil bearing 20 in the radial direction and in both thrust directions. In the illustrated example, the radial foil bearings 10 are provided at two locations separated in the axial direction. Air sucked from an intake port (not shown) is compressed by the compressor 81, mixed with fuel, and supplied to the engine 83. The engine 83 burns compressed air mixed with fuel, and the turbine 82 is rotated by the high-temperature and high-pressure gas exhausted from the engine 83. The rotational force of the turbine 82 at this time is transmitted to the compressor 81 via the shaft 6. The gas after rotating the turbine 82 is discharged to the outside as exhaust gas.

本発明にかかるフォイル軸受は、マイクロタービンや過給機に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される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。   The foil bearing according to the present invention is not limited to a micro turbine or a supercharger, and it is difficult to lubricate with a liquid such as a lubricating oil. From the viewpoint of energy efficiency, it is difficult to separately provide an auxiliary machine for a lubricating oil circulation system. In addition, it can be widely used as a bearing for a vehicle such as an automobile used under a restriction that resistance due to liquid shear becomes a problem, and further as a bearing for industrial equipment.

なお、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。   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.

1 タービン
2 圧縮機
3 発電機
4 燃焼器
5 再生器
6 軸
10 ラジアルフォイル軸受
11 外方部材
12 リーフ
12c ラジアル軸受面
20 スラストフォイル軸受
20a 軸受部材
21 スラスト部材
30 リーフ(フォイル部材)
33 スラスト軸受面
34 整流部材(突起)
35 溝
40 フランジ部
R ラジアル軸受隙間
T スラスト軸受隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Compressor 3 Generator 4 Combustor 5 Regenerator 6 Shaft 10 Radial foil bearing 11 Outer member 12 Leaf 12c Radial bearing surface 20 Thrust foil bearing 20a Bearing member 21 Thrust member 30 Leaf (foil member)
33 Thrust bearing surface 34 Rectifying member (protrusion)
35 Groove 40 Flange R Radial bearing clearance T Thrust bearing clearance

Claims (12)

固定部材と、回転部材と、固定部材と回転部材の間に配置されたフォイル部材とを備え、フォイル部材に設けられたスラスト軸受面でスラスト軸受隙間を形成し、このスラスト軸受隙間に生じる流体膜で回転部材をスラスト方向に支持するスラストフォイル軸受であって、
前記スラスト軸受面に、円周方向に長大な突起又は溝を半径方向に離隔した複数箇所に形成したことを特徴とするスラストフォイル軸受。
A fluid film formed in a thrust bearing gap, comprising a fixed member, a rotating member, and a foil member disposed between the fixing member and the rotating member, forming a thrust bearing gap on a thrust bearing surface provided in the foil member A thrust foil bearing for supporting the rotating member in the thrust direction,
A thrust foil bearing, wherein a plurality of protrusions or grooves that are long in the circumferential direction are formed on the thrust bearing surface at a plurality of locations separated in the radial direction.
前記軸受面に整流部材を固定し、この整流部材で前記突起を構成した請求項1記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 1, wherein a rectifying member is fixed to the bearing surface, and the protrusion is configured by the rectifying member. 前記溝の溝幅を、回転方向先行側へ向けて徐々に狭めた請求項1記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 1, wherein the groove width of the groove is gradually narrowed toward the leading side in the rotational direction. 前記溝の溝深さを、回転方向先行側へ向けて徐々に深くした請求項1又は3記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 1 or 3, wherein the groove depth of the groove is gradually deepened toward the leading side in the rotation direction. 前記フォイル部材が、円周方向一端を自由端とした複数のリーフを有する請求項1〜4の何れかに記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the foil member has a plurality of leaves having one circumferential end as a free end. 前記フォイル部材が、円周方向一端を自由端とし、前記スラスト軸受面が設けられた複数のリーフと、複数のリーフを連結する連結部とを一体に有するフォイルを具備した請求項5記載のスラストフォイル軸受。   The thrust according to claim 5, wherein the foil member includes a foil integrally including a plurality of leaves having one end in a circumferential direction as a free end and provided with the thrust bearing surface and a connecting portion connecting the plurality of leaves. Foil bearing. 前記フォイル部材が、前記フォイルを複数組み合せて構成された請求項6記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 6, wherein the foil member is configured by combining a plurality of the foils. 前記フォイル部材のスラスト軸受面に被膜を設けた請求項1〜7の何れかに記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing in any one of Claims 1-7 which provided the film in the thrust bearing surface of the said foil member. 前記フォイル部材を構成するフォイルのうち、スラスト軸受面と反対側の面に被膜を設けた請求項1〜8の何れかに記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing in any one of Claims 1-8 which provided the film in the surface on the opposite side to a thrust bearing surface among the foils which comprise the said foil member. 前記被膜が、DLC膜、チタンアルミナイトライド膜、二硫化モリブデン膜の何れかである請求項8又は9記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing according to claim 8 or 9, wherein the coating is any one of a DLC film, a titanium aluminum nitride film, and a molybdenum disulfide film. ガスタービンのロータ支持に用いられる請求項1〜10の何れかに記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing in any one of Claims 1-10 used for the rotor support of a gas turbine. 過給機のロータ支持に用いられる請求項1〜10の何れかに記載のスラストフォイル軸受。   The thrust foil bearing in any one of Claims 1-10 used for the rotor support of a supercharger.
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