JP4031614B2

JP4031614B2 - Foil gas bearing

Info

Publication number: JP4031614B2
Application number: JP2000367521A
Authority: JP
Inventors: 武朗牧野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2001227535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フォイルガス軸受に係り、特に、トップフォイルの剛性を十分に確保して、確実にシャフトを支持することができるフォイルガス軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように従来から、ガスタービン、コンプレッサ、膨張器のシャフトを支持するための軸受としてフォイルガス軸受を用いる場合がある。このフォイルガス軸受には、大きくリーフフォイル型とバンプフォイル型がある。
【０００３】
リーフフォイル型は複数枚のトップフォイルをシャフトの周囲に回転方向に指向させて配置し、各トップフォイルをバックスプリングにより支持した状態でこれら複数のトップフォイルによってシャフトを支持するものである。この一例を図１２によって説明すると、１はシャフトを示し、シャフト１は軸受２により支持されている。軸受２は外側に筒状のハウジング３を備え、その内周に支持リング４を備えている。支持リング４には複数のスロット５が全周囲に渡って設けられ、このスロット５に板状のトップフォイル６の基端がシャフト１の回転方向に先端を指向させた状態で取付けられている。そして、各トップフォイル６は同様にスロット５に固定されたサポートスプリング７により外側から支持されている（ＵＳＰ４１９５３９５号公報参照）。
【０００４】
一方、バンプフォイル型は波板状のバンプフォイルを用いトップフォイルを介してシャフトを支持するものである。具体的には図１３に示すようにハウジング１０内に設けられたシャフト１１の周囲に環状のトップフォイル１２が設けられ、このトップフォイル１２とハウジング１０との間に波板状のバンプフォイル１３が介装されたものである。シャフト１１が高速回転するとシャフト１１とトップフォイル１２との間に設けられた空間内の空気がシャフト１１の回転方向に巻き込まれ、これによりシャフト１１が浮き上がり、また、バンプフォイル１３の弾性力等による減衰効果を発揮できるようになっている（特公平１−４７６４９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後者のバンプフォイル型にあっては、シャフト１１が変位するとバンプフォイル１３の底とハウジング１０とが滑ることによる摩擦力で減衰を得ることができるが、この減衰作用を大きくするために、バンプフォイル１３とハウジング１０との摩擦距離を長くして減衰能を向上しようとするとバンプフォイル１３を大きく変形させなければならず、これによりバンプフォイル１３の剛性が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、前者のリーフフォイル型にあっても、バンプフォイル型と同様にトップフォイル６とシャフト１との滑り距離を大きくして摩擦による減衰を確保するためにトップフォイル６を長くすると、足の長いサポートスプリング７を用いる必要があり、その結果、剛性が低下してしまうという問題がある。
そこで、この発明は、摩擦力による減衰能を十分に確保した上でシャフトの支持剛性を高めることができるフォイルガス軸受を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、軸受ハウジングとバックスプリングとのいずれか一方に複数の凸部を周方向に連設し、他方には凸部に対応する位置に凹部を連設し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されており、上記凹部が軸受ハウジングの内周面に楔状に形成され、凸部が環状のバックスプリングの外周部に張り出し形成されているとともに、上記凹部がシャフトの回転方向に指向して斜め外方に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となる。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となる。
さらに、シャフトの回転方向に指向して作用する力により、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部に確実に食い込み、減衰効果を確実に機能させることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、トップフォイルの外周部に複数のサポート部材を配設し、このサポート部材にシャフトの中央部に向けて凹部を形成すると共に、バックスプリングには上記凹部に対応する位置にシャフトの中央部に向けて突出する凸部を張り出し形成し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、トップフォイルが外側に押圧されサポート部材の凹部にバックスプリングの凸部が相対的に押し込まれた場合に両者間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に圧縮応力を作用させることが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、軸受ハウジングとバックスプリングとのいずれか一方に複数の凸部を周方向に連設し、他方には凸部に対応する位置に凹部を連設し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されており、上記凹部が軸受ハウジングの内周面に楔状に形成され、凸部が環状のバックスプリングの外周部に張り出し形成されているとともに、上記トップフォイルがバックスプリングの凸部間に基端を固定された複数のリーフフォイルからなり、リーフフォイルの先端側によりシャフトが支持されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となる。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となる。
さらに、シャフトが芯ずれを起こしリーフフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、上記バックスプリングの両端部分には、シャフトの軸線方向中央に向かう切り欠きが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、バックスプリングの軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフトを支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することが可能となる。
【００１１】
請求項５に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、バックスプリングの内周部に、軸受ハウジングに向かう複数の凹部を形成し、このバックスプリングを、上記各凹部間の部分が軸受ハウジングの内周部に対して隙間を有するように固定すると共に、シャフトの周方向に複数分割された各トップフォイルの、シャフトに沿った一側縁部分をバックスプリングに向かう凸部として形成し、該凸部と上記凹部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、各トップフォイルとバックスプリングとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部間に生ずるバックスプリングの引張応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となる。
【００１２】
請求項６に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受部と、この軸受部とシャフトとの間に設けられるバックスプリングとを備えたフォイルガス軸受において、バックスプリングと軸受部とのいずれか一方に複数の凸部を連設し、他方にはこの凸部に対応する位置に凹部を連設し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されており、上記バックスプリングの両端部分には、シャフトの軸線方向中央に向かうとともに、シャフトを支持するための剛性を低下させる切り欠きが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが、ラジアル方向、あるいはスラスト方向変位した場合に軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの変位に対抗することが可能となる。
また、バックスプリングの軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフトを支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することが可能となる。
【００１３】
請求項７に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、軸受ハウジングとバックスプリングとのいずれか一方に複数の凸部を周方向に連設し、他方には凸部に対応する位置に凹部を連設し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されており、上記バックスプリングの両端部分には、シャフトの軸線方向中央に向かうとともに、シャフトを支持するための剛性を低下させる切り欠きが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となる。
また、バックスプリングの軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフトを支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することが可能となる。
【００１４】
請求項８に記載した発明は、上記凹部が軸受ハウジングの内周面に楔状に形成され、凸部が環状のバックスプリングの外周部に張り出し形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となる。
【００１５】
請求項９に記載した発明は、回転するシャフトを受ける軸受ハウジングと、シャフトと軸受ハウジングとの間に設けられたトップフォイルと、トップフォイルと軸受ハウジングとの間に設けられたバックスプリングとを有しているフォイルガス軸受において、軸受ハウジングとバックスプリングとのいずれか一方に複数の凸部を周方向に連設し、他方には凸部に対応する位置に凹部を連設し、該凹部と凸部とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されており、上記凹部がバックスプリングの周囲にシャフト中央部に向けて楔状に形成され、凸部が軸受ハウジングの内周面に形成されているとともに、上記バックスプリングの両端部分には、シャフトの軸線方向中央に向かうとともに、シャフトを支持するための剛性を低下させる切り欠きが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となる。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングが外側に押圧されその凹部に軸受ハウジングの凸部が相対的に押し込まれた場合に両者間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凹部が凸部に嵌合することによりバックスプリングの各凹部間に圧縮応力を作用させることが可能となる。
さらに、バックスプリングの軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフトを支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することが可能となる。
【００１６】
請求項１０に記載した発明は、上記バックスプリングと上記軸受部あるいは軸受ハウジングとの間と、トップフォイルの表面とに固体潤滑材が塗布され、請求項１１に記載した発明は、シャフトに固体潤滑材が塗布されていることを特徴とする。
このように構成することで、摺動部分の保護と、潤滑のコントロールが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の第１実施形態のフォイルガス軸受を示し、ガスタービン、コンプレッサ、あるいは膨張器に用いられるものである。同図において２０は回転するシャフトを示し、このシャフト２０を受ける軸受ハウジング２１と、シャフト２０と軸受ハウジング２１との間に設けられたトップフォイル２２と、トップフォイル２２と軸受ハウジング２１との間に設けられたバックスプリング２３とによりリーフフォイルタイプのフォイルガス軸受が構成されている。
【００１８】
ここで上記シャフト２０は１００００〜２５００００ｒｐｍで回転するもので、例えば、軸径１５〜７０ｍｍのものが使用されている。また、上記バックスプリング２３及びトップフォイル２２は、インコネルやベリリウム鋼等のバネ鋼やステンレス鋼から形成されている。
【００１９】
上記軸受ハウジング２１には内周面に複数の楔状の凹部２４が所定間隔をもって形成されている。また、上記バックスプリング２３は環状の部材であって、その周囲には前記軸受ハウジング２１の凹部２４に対応する位置に複数の弧状に張り出す凸部２５が連設されている。そして、この凸部２５は軸受ハウジング２１の凹部２４に対して余裕をもって摺接しながら嵌合可能に構成されている。すなわち、凸部２５は凹部２４に対して食い込みしろＣを有し、嵌合する際には摩擦力を受けながら食い込むようになっている。尚、上記食い込みしろＣを有する点は以後の実施形態においても同様である。
【００２０】
そして、このバックスプリング２３とシャフト２０との間に設けられたトップフォイル２２は、バックスプリング２３に固定された複数のリーフフォイル２２ａからなり、各リーフフォイル２２ａは基端をバックスプリング２３の凸部２５間に溶接固定され、先端側でシャフト２０外周を支持するようになっている。そして、このリーフフォイル２２ａにはその背面に、基端をバックスプリング２３に固定され、先端でリーフフォイル２２ａの背面を支持するサポートスプリング２２ｂが設けられている。
ここで、上述したフォイルガス軸受は無潤滑、メインテナンスフリーを基本としているが、上記シャフト２０あるいは上記バックスプリング２３と軸受ハウジング２１との間、及び、トップフォイル２２の外表面に、二硫化モリブデン、酸化クロム、カリウム系の複酸化物等の固体潤滑材を用いることで、摺動部の保護と摩擦力のコントロールを行なうようにしても良い。
【００２１】
上記実施形態によれば、シャフト２０が半径方向に芯ずれを起こしトップフォイル２２を介して偏った力が作用した場合に、バックスプリング２３の凸部２５が軸受ハウジング２１の凹部２４内に嵌合すると、徐々に変形しながら押し込まれる凸部２５と凹部２４との間に作用する摩擦力が減衰力となって作用し、各凸部２５が凹部２４に嵌合することによりバックスプリング２３の各凸部２５間に引張応力が作用する。したがって、シャフト２０の変位は上記摩擦力により減衰し、かつ、バックスプリング２３の各凸部２５間に作用する引張応力により、バックスプリング２３、つまりトップフォイル２２の剛性が高まりシャフト２０を確実に支持できることとなる。また、この実施形態のようにバックスプリング２３を一体で成形することによりシャフト２０から作用する荷重をバックスプリング２３全体で荷重分担することができる点で有利である。
次に、図２に示すのは、前記実施形態の他の態様であり、前記実施形態の凹部２４をスプライン状に形成し、この凹部２４にバックスプリング２３の凸部２５を飛び飛びに嵌合したものである。スプライン加工は、一般的にどこでも行なわれている加工であり、図１の第１実施形態や後述する図３の第２実施形態に示す特殊加工に比べ、比較的安価に加工できるというメリットがある。尚、他の構成及び作用については前記実施形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
次に、この発明の第２実施形態を図３に基づいて前記実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
この実施形態は第１実施形態の軸受ハウジング２１に形成された凹部２４がシャフト２０の回転方向に指向して斜め外方に形成されているものである。そして、この凹部２４に対応するバックスプリング２３の凸部２５も、上記凹部２４に対応して外方に向かって形成されている。
したがって、この実施形態によれば矢印で示すようにシャフト２０が回転する場合に、シャフト２０の回転によりバックスプリング２３の凸部２５が受ける斜め外側の力に沿って、バックスプリング２３の凸部２５が軸受ハウジング２１の凹部２４に確実に押し込まれるため、凸部２５と凹部２４による摩擦力が軸受ハウジング２１の凹部２４に確実に食い込み、減衰効果を確実に機能させることができる。したがって、前述した実施形態に比較して、より大きな減衰効果を与えることができる。
【００２３】
次に、この発明の第３実施形態を図４に基づいて前記第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
この実施形態は第１実施形態におけるリーフタイプのトップフォイル２２に換えて、環状のトップフォイル３０を用いたものである。このトップフォイル３０は環状の部材であって一部が開放されている。この開放された部分から空気を取り入れて、この空気の層をシャフト２０との間に介在させて、シャフト２０のスムーズな回転を確保している。
また、第１実施形態と同様に、軸受ハウジング２１には内周面に複数の楔状の凹部２４が所定間隔で形成され、この凹部２４に対応してバックスプリング２３の周囲には複数の弧状に張り出す凸部２５が連設され、この凸部２５は軸受ハウジング２１の凹部２４に対して余裕をもって摺接しながら嵌合可能に構成されている。
【００２４】
したがって、この実施形態においても、シャフト２０が半径方向に芯ずれを起こしトップフォイル２２を介して偏った力が作用した場合に、バックスプリング２３の凸部２５が軸受ハウジング２１の凹部２４内に嵌合すると、徐々に変形しながら押し込まれる凸部２５と凹部２４との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部２５が凹部２４に嵌合することによりバックスプリング２３の各凸部２５間に引張応力が作用する。したがって、シャフト２０の変位は上記摩擦力により減衰し、かつ、バックスプリング２３の各凸部２５間に作用する引張応力によりトップフォイル２２の支持剛性が高まりシャフト２０を確実に支持することができる。
【００２５】
次に、この発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
この実施形態は第３実施形態におけるバックスプリング２３と軸受ハウジング２１の構成が異なるものである。この実施形態においては軸受ハウジング３１側に凸部３２が設けられ、バックスプリング３３側に凹部３４が形成されたものである。具体的には軸受ハウジング３１の内周面には、所定間隔をもって弧状の外周面を有する複数の凸部３２が設けられ、この凸部３２対応してバックスプリング３３の周囲にシャフト２０中央部に向けて楔状の凹部３４が形成されている。
尚、上記バックスプリング３３の内側は上記凹部３４によりシャフト２０に向けて突出することになるが、この突出部分３５はトップフォイル３０により押圧されるようになっている。
【００２６】
上記実施形態によれば、シャフト２０が芯ずれを起こしトップフォイル３０を介して偏った力が作用し、バックスプリング３３の突出部分３５が外側に押圧されると、バックスプリング３３の凹部３４に軸受ハウジング３１の凸部３２が相対的に押し込まれ、両者間に作用する摩擦力が減衰力となって作用する。
したがって、この減衰力によりシャフト２０の変位を効果的に吸収することができる。また、各凸部３２が凹部３４に嵌合することによりバックスプリング３３の各凹部３４間に圧縮応力が作用することとなるため、この圧縮応力によりバックスプリング３３の剛性、つまりトップフォイル３０の剛性が高まり、シャフト２０に対する支持剛性を高めることができる。
【００２７】
次に、この発明の第５実施形態を図６に基づいて説明する。
この実施形態は、トップフォイル３６の外周部に複数のサポート部材３７を配設し、このサポート部材３７にシャフト２０の中央部に向けて楔状の凹部３８を形成すると共に、バックスプリング３９には上記凹部３８に対応する位置にシャフト２０の中央部に向けて突出する凸部４０を張り出し形成し、該凹部３８と凸部４０とが余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されたものである。
上記バックスプリング３９は各凸部４０間を軸受ハウジング４１に支持される構造となっており、この支持部分でバックスプリング３９と軸受ハウジング４１を固定してもよい。
【００２８】
したがって、この実施形態によれば、シャフト２０が芯ずれを起こしトップフォイル３６を介して偏った力が作用した場合に、トップフォイル３６が外側に押圧されサポート部材３７の凹部３８にバックスプリング３９の凸部４０が相対的に押し込まれると、凹部３８と凸部４０との間に生ずる摩擦力によってシャフト２０の変位は減衰される。また、各凸部４０が凹部３８に嵌合することによりバックスプリング３９の各凸部４０間に圧縮応力が生ずるため、この圧縮応力によりバックスプリング３９の剛性、つまり、トップフォイル３６の剛性が高まり、シャフト２０の支持剛性を高めることができる。
【００２９】
次に、この発明の第６実施形態を図７に基づいて説明する。
この実施形態は軸受部がシャフトの長手方向で当該シャフトを受けるスラスト軸受に適用したものである。具体的には、回転するシャフト４４を回転自在に支持し、かつ、シャフト４４の端面を受ける軸受部材４５と、この軸受部材４５とシャフト４４の端面４４ａとの間に設けられる円板状のバックスプリング４６とを備えたものである。尚、前記第１実施形態におけるトップフォイルに相当する部材をバックスプリング４６とシャフト４４の端面４４ａとの間に設けるようにしても良い。
【００３０】
ここで、上記軸受部材４５にはシャフト４４の端面４４ａに対向する面に、断面楔状の凹溝４７が放射状に形成されている。また、前記バックスプリング４６には、前記凹溝４７に対応する位置に凸条４８が放射状に設けられている。尚、この凸条４８はバックスプリング４６のシャフト４４側からみると凹溝として形成されている。そして、上記凸条４８と凹溝４７とは、シャフト４４が軸方向に変位した場合に、前記凹溝４７が凸条４８を余裕を持って摺接しながら嵌合できるように構成されている。
【００３１】
したがって、この実施形態によれば、シャフト４４が軸方向に変位した場合に軸受部材４５とシャフト４４との間において、軸受部材４５の凹溝４７がバックスプリング４６の凸条４８を受け入れる際に摩擦力が生じ、この摩擦力が減衰力となって作用するため、シャフト４４の変位を減衰することができる。また、各凹溝４７に凸条４８が押し込まれると、バックスプリング４６の各凸条４８間には引張応力が作用するため、この引張応力によりバックスプリング４６の剛性を高めることができる。よって、シャフト４４の変位を減衰することができると共にバックスプリング４６によりシャフト４４の支持剛性を高めることができる。
また、図８に示すように前記第６実施形態における軸受部材４５の凹溝４７をセレーション状に形成し、この凹溝４７にバックスプリング４６の凸条４８を飛び飛びに嵌合させるようにすれば、工作が安価に行なえるメリットがある。
【００３２】
次に、この発明の第７実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。
この実施形態は、第１実施形態における、軸受ハウジング２１の各凹部２４内にバックスプリング２３の各凸部２５を嵌合させることで両者間に摩擦力を発生させる構成であるのに対し、バックスプリング５０の各凹部５１内にトップフォイル５２の各凸部５３を嵌合させることで両者間に摩擦力を発生させる構成を採用している。さらには、後述するが、シャフト２０の軸線が傾いて片当たりしたとしても、シャフト２０の外周面との間に局所的な接触面圧が加わらないように工夫されている。
【００３３】
この実施形態は、図９に示すように、回転するシャフト２０を受ける軸受ハウジング５４と、シャフト２０と軸受ハウジング５４との間に設けられたトップフォイル５２と、トップフォイル５２と軸受ハウジング５４との間に設けられたバックスプリング５０とを有している。
【００３４】
バックスプリング５０は、その内周部に、軸受ハウジング５４に向かう複数（４箇所）の凹部５１が形成されており、これら凹部５１間の部分５０ａが軸受ハウジング５４の内周部に対して隙間５０ｂを有するように、固定されている。すなわち、軸受ハウジング５４には、同図に示すようにシャフト２０の軸線に垂直な断面より見た場合に、等ピッチ間隔をおいて複数（４箇所）の四角形状の凹溝５４ａが、シャフト２０の軸線方向に沿って軸受ハウジング５４の全長に渡って形成されている。また、同断面より見た場合のバックスプリング５０は、軸受ハウジング５０の内周面よりも小さい外径寸法を有する環状をなしており、かつ、軸受ハウジング５０の各凹溝５４ａに対応する複数箇所（４箇所）に凸条５０ｃがシャフト２０の軸線方向に向かって形成されており、それぞれが各凹溝５４ａに嵌合固定されている。
なお、バックスプリング５０の内周面から凸条５０ｃにかけては、断面Ｙ字状の一対の傾斜面５０ｄ，５０ｅが形成されている。また、トップフォイル５２及びバックスプリング５０は、プレス加工等により成形された部品である。
【００３５】
トップフォイル５２は、シャフト２０の周方向に複数分割（４分割）されており、シャフト２０に沿った一側縁部分が、バックスプリング５０に向かう凸部５３として形成されている。すなわち、分割された各トップフォイル５２は、同図に示すようにシャフト２０の軸線に垂直な断面より見た場合に、略円弧状をなしており、その一側縁部分が、前記凹部５１内に向かって突出する「く」の字状に折曲形成されている。また、各トップフォイル５２の他側縁部分は、隣接する他のトップフォイル５２の前記一側縁部分に重ね合わされている。
【００３６】
したがって、各トップフォイル５２の前記一側縁部分は、凸部５３において、バックスプリング５０の凹部５１に対して余裕を持って摺接しながら嵌合可能に構成されていると共に、この一側縁部分から前記他側縁部分に向かうにしたがって徐々にバックスプリング５０の内周面より離間するように隙間を形成し、ついには前記他側縁部分で隣のトップフォイル５２の内周側に重なっている。
なお、各トップフォイル５２の凸部５３は、前記バックスプリング５０の傾斜面５０ｄ，５０ｅの何れか一方に溶接固定されていると共に、他方に対して摺接している。
【００３７】
以上説明のように構成することで、シャフト２０が芯ずれを起こして、各トップフォイル５２を介して偏った力が作用した場合に、各トップフォイル５２とバックスプリング５０との間において凹部５１が凸部５３を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部５１間の部分５０ａに生ずるバックスプリング５０の引張応力によりバックスプリング５０の剛性が高められ、シャフト２０の芯ずれに対抗することが可能となる。
【００３８】
次に、シャフト２０の軸線が傾いて片当たりしたとしても、シャフト２０の外周面との間に局所的な接触面圧が加わらない工夫が施されている点について説明する。すなわち、図１０に示すように、バックスプリング５０の両端部分には、シャフト２０（図示略）の軸線方向中央に向かう切り欠き５０ｆが形成されている。
この切り欠き５０ｆは、各凹部５１及びその周囲部分に渡って形成されており、換言すれば、各凹溝５４ａに対応する箇所においてバックスプリング５０の幅寸法（シャフト２０の軸線方向の寸法）が他所よりも狭くされている。
【００３９】
このような切り欠き５０ｆを形成することで、バックスプリング５０の軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフト２０を支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフト２０が傾いて片当たりの力がバックスプリング５０の端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くされているため、シャフト２０の押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフト２０を支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト２０周面との間に発生するのを防止可能となっている。
【００４０】
なお、この切り欠き５０ｆの代わりに、図１１に示す複数のスリット状の切り欠き５０ｇを形成するものとしても良い。これらスリット状の切り欠き５０ｇは、軸受ハウジング５４の各凹部５１を除く部分に形成されている。
この切り欠き５０ｇを形成した場合においても、前記切り欠き５０ｆを形成した場合と同様に、バックスプリング５０の軸線方向両端部におけるラジアル剛性（シャフト２０を支持するための剛性）を下げることができる。これにより、例えシャフト２０が傾いて片当たりの力がバックスプリング５０の端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くされているため、シャフト２０の押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフト２０を支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト２０周面との間に発生するのを防止可能となっている。
【００４１】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、前述した実施形態における凸部と凹部、あるいは凸条と凹溝との関係は逆であってもよい。そして、凸部、凹部が互いに両者間に摩擦力が発生するのであればその形状は自由に設定できる。
また、第１実施形態で説明した固体潤滑材を他の実施形態で用いることもできる。更に、バックスプリングは一体型を例にして説明したが分割タイプのものを使用することができる。このように分割タイプのバックスプリングを使用することにより、組付けが容易になる。
また、上記第７実施形態の切り欠き５０ｆ，５０ｇを、上記第１〜第５実施形態のバックスプリング２３に対して適用しても良いことは、勿論である。この場合においても、シャフト２０の押し付けに応じてバックスプリング２３の両端が柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフト２０を支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト２０周面との間に発生するのを防止可能となっている。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
さらに、シャフトの回転方向に指向して作用する力により、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部に確実に食い込み、減衰効果を確実に機能させることが可能となるため、シャフトの芯ずれに対して確実に対抗することができる効果がある。
【００４３】
請求項２に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、トップフォイルが外側に押圧されサポート部材の凹部にバックスプリングの凸部が相対的に押し込まれた場合に両者間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に圧縮応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
【００４４】
請求項３に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
さらに、シャフトが芯ずれを起こしリーフフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対するリーフフォイルを支持するバックスプリングの支持剛性を高めることができる効果がある。
【００４５】
請求項４に記載した発明によれば、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することができる効果がある。
【００４６】
請求項５に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、各トップフォイルとバックスプリングとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部間に生ずるバックスプリングの引張応力によりバックスプリングの支持剛性を高めることができる効果がある。
【００４７】
請求項６に記載した発明によれば、シャフトが変位した場合に軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの変位に対抗することが可能となるため、シャフトの支持剛性を高めることができる効果がある。
また、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することができる効果がある。
【００４８】
請求項７に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
また、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することができる効果がある。
【００４９】
請求項８に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングの凸部が軸受ハウジングの凹部内に嵌合して、徐々に押し込まれる凸部と凹部との間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凸部が凹部に嵌合することによりバックスプリングの各凸部間に引張応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
【００５０】
請求項９に記載した発明によれば、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、軸受部とシャフトとの間において凹部が凸部を受け入れる際に生ずる摩擦力により減衰力を付与し、各凹部あるいは凸部間に生ずるバックスプリングの引張あるいは圧縮応力によりバックスプリングの剛性を高め、上記シャフトの芯ずれに対抗することが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
また、シャフトが芯ずれを起こしトップフォイルを介して偏った力が作用した場合に、バックスプリングが外側に押圧されその凹部に軸受ハウジングの凸部が相対的に押し込まれた場合に両者間に作用する摩擦力により減衰力を付与し、各凹部が凸部に嵌合することによりバックスプリングの各凹部間に圧縮応力を作用させることが可能となるため、シャフトの半径方向での芯ずれに対する支持剛性を高めることができる効果がある。
さらに、例えシャフトが傾いて片当たりの力がバックスプリングの端部に加わったとしても、この端部はラジアル剛性が比較的低くなっているため、シャフトの押し付けに応じて柔軟に変形し、広い接触面積を持ってシャフトを支えることができ、局所的に高い面圧がシャフト周面との間に発生するのを防止することができる効果がある。
【００５１】
請求項１０、請求項１１に記載した発明によれば、摺動部分の保護と、潤滑のコントロールが可能となるため、空気のみ無潤滑支持に比較して安定した支持が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態の他の態様を示す断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態の要部断面図である。
【図４】この発明の第３実施形態の断面図である。
【図５】この発明の第４実施形態の要部断面図である。
【図６】この発明の第５実施形態の要部断面図である。
【図７】この発明の第６実施形態の要部斜視図である。
【図８】この発明の第６実施形態の他の態様を示す斜視図である。
【図９】この発明の第７実施形態の断面図である。
【図１０】この発明の第７実施形態の要部斜視図である。
【図１１】この発明の第７実施形態の他の態様を示す斜視図である。
【図１２】従来技術の断面図である。
【図１３】他の従来技術の断面図である。
【符号の説明】
２０，４４シャフト
２１，３１，４１，５４軸受ハウジング
２２，３０，３６，５２トップフォイル
２２ａリーフフォイル
２３，３３，３９，４６，５０バックスプリング
２４，３４，３８，５１凹部
２５，３２，４０，５３凸部
３７サポート部材
４５軸受部材（軸受部）
４７凹溝（凹部）
４８凸条（凸部）
５０ａ各凹部間の部分
５０ｂ隙間
５０ｃ凸条
５０ｆ，５０ｇ切り欠き
５４ａ凹溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a foil gas bearing, and more particularly to a foil gas bearing that can sufficiently secure the rigidity of a top foil and reliably support a shaft.
[0002]
[Prior art]
  As is well known, a foil gas bearing is sometimes used as a bearing for supporting a shaft of a gas turbine, a compressor, or an expander. The foil gas bearing is roughly classified into a leaf foil type and a bump foil type.
[0003]
  In the leaf foil type, a plurality of top foils are arranged around a shaft in the rotational direction, and the shaft is supported by the plurality of top foils in a state where each top foil is supported by a back spring. An example of this will be described with reference to FIG. 12. Reference numeral 1 denotes a shaft, and the shaft 1 is supported by a bearing 2. The bearing 2 includes a cylindrical housing 3 on the outside and a support ring 4 on the inner periphery thereof. A plurality of slots 5 are provided in the support ring 4 over the entire circumference, and a base end of a plate-like top foil 6 is attached to the slot 5 in a state where the distal end is directed in the rotation direction of the shaft 1. Each top foil 6 is similarly supported from the outside by a support spring 7 fixed to the slot 5 (see US Pat. No. 4,195,395).
[0004]
  On the other hand, the bump foil type uses a corrugated bump foil to support the shaft through the top foil. Specifically, as shown in FIG. 13, an annular top foil 12 is provided around a shaft 11 provided in the housing 10, and a corrugated bump foil 13 is provided between the top foil 12 and the housing 10. It is intervened. When the shaft 11 rotates at a high speed, the air in the space provided between the shaft 11 and the top foil 12 is engulfed in the rotation direction of the shaft 11, thereby lifting the shaft 11, and by the elastic force of the bump foil 13 and the like. A damping effect can be exhibited (see Japanese Patent Publication No. 1-47649).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the latter bump foil type, when the shaft 11 is displaced, attenuation can be obtained by frictional force caused by sliding between the bottom of the bump foil 13 and the housing 10, but in order to increase this attenuation action, If the frictional distance between the bump foil 13 and the housing 10 is increased to improve the damping performance, the bump foil 13 must be greatly deformed, which causes a problem that the rigidity of the bump foil 13 is lowered.
[0006]
  Further, even in the former leaf foil type, if the top foil 6 is lengthened to increase the sliding distance between the top foil 6 and the shaft 1 and ensure the damping due to friction, as in the bump foil type, the legs are long. It is necessary to use the support spring 7, and as a result, there is a problem that the rigidity is lowered.
  Therefore, the present invention provides a foil gas bearing capable of enhancing the support rigidity of a shaft while sufficiently securing a damping capability due to a frictional force.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problem, the invention described in claim 1A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. The concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, the convex portion is formed to project on the outer peripheral portion of the annular back spring, and the concave portion is rotated by the shaft. Oriented in the direction and formed diagonally outwardIt is characterized by that.
  By configuring in this way,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts, and to counter the shaft misalignment.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring fits into the concave part of the bearing housing and is gradually pushed between the convex part and the concave part. By applying a damping force by the frictional force acting on the protrusions and fitting the convex portions to the concave portions, it becomes possible to apply a tensile stress between the convex portions of the back spring.
  Further, the force acting in the direction of rotation of the shaft can surely cause the convex portion of the back spring to bite into the concave portion of the bearing housing, so that the damping effect can function reliably.
[0008]
  The invention described in claim 2A foil gas bearing comprising: a bearing housing that receives a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a backspring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of support members are disposed on the outer periphery of the foil, and a recess is formed in the support member toward the center of the shaft. The back spring protrudes toward the center of the shaft at a position corresponding to the recess. The projecting portion is formed so as to be able to be fitted while the recessed portion and the projecting portion are in sliding contact with a margin.It is characterized by that.
  By configuring in this way,The shaft is misaligned and biased through the top foil When force is applied, when the top foil is pressed outward and the convex part of the back spring is relatively pushed into the concave part of the support member, a damping force is applied by the frictional force acting between the two, and each convex part By fitting into the recess, compressive stress can be applied between the convex portions of the back spring.
[0009]
  The invention described in claim 3A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. The concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, the convex portion is formed to project on the outer peripheral portion of the annular back spring, and the top foil is formed in the back spring. Consisting of a plurality of leaf foils whose base ends are fixed between the convex parts of the leaf, and the shaft is supported by the distal end side of the leaf foilIt is characterized by that.
  By configuring in this way,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts, and to counter the shaft misalignment.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring fits into the concave part of the bearing housing and is gradually pushed between the convex part and the concave part. By applying a damping force by the frictional force acting on the protrusions and fitting the convex portions to the concave portions, it becomes possible to apply a tensile stress between the convex portions of the back spring.
  Further, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the leaf foil, the convex portion of the back spring is fitted into the concave portion of the bearing housing and is gradually pushed between the convex portion and the concave portion. By applying a damping force by the frictional force acting on the protrusions and fitting the convex portions to the concave portions, it becomes possible to apply a tensile stress between the convex portions of the back spring.
[0010]
  The invention described in claim 4At both ends of the back spring, a notch is formed toward the axial center of the shaft.It is characterized by that.
  By configuring in this way,The radial rigidity (rigidity for supporting the shaft) at both axial ends of the back spring can be lowered. As a result, even if the shaft tilts and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft, The shaft can be supported with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft peripheral surface and the shaft.
[0011]
  The invention described in claim 5A foil gas bearing comprising: a bearing housing that receives a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of recesses toward the bearing housing are formed in the inner peripheral portion of the spring, and the back spring is fixed so that a portion between the recesses has a gap with respect to the inner peripheral portion of the bearing housing. Each top foil divided in the circumferential direction is formed with one side edge along the shaft as a convex part toward the back spring, and the convex part and the concave part can be fitted while allowing sliding contact with a margin. It is configuredIt is characterized by that.
  By configuring in this way,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the friction force generated when the concave portion receives the convex portion between each top foil and the back spring, and each concave portion It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile stress of the back spring generated therebetween and to counter the shaft misalignment.
[0012]
  According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a foil gas bearing including a bearing portion that receives a rotating shaft and a back spring provided between the bearing portion and the shaft, and one of the back spring and the bearing portion. A plurality of convex portions are continuously provided on the other side, and a concave portion is continuously provided at a position corresponding to the convex portion on the other side, and the concave portion and the convex portion are configured to be fitted while being in sliding contact with a margin, At both ends of the back spring, head toward the axial center of the shaftAnd reduce the rigidity to support the shaftA notch is formed.
  With this configuration, when the shaft is displaced in the radial direction or the thrust direction, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the convex portions, and to counter the displacement of the shaft.
  Further, the radial rigidity (rigidity for supporting the shaft) at both axial ends of the back spring can be reduced. As a result, even if the shaft tilts and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft, The shaft can be supported with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft peripheral surface and the shaft.
[0013]
  The invention described in claim 7 includes a bearing housing for receiving a rotating shaft, a top foil provided between the shaft and the bearing housing, and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. In the foil gas bearing, a plurality of convex portions are continuously provided in one of the bearing housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is continuously provided in a position corresponding to the convex portion on the other side. It is configured so that it can be fitted while sliding in contact with the convex part with a margin, and the both ends of the back spring are directed toward the axial center of the shaft.And reduce the rigidity to support the shaftA notch is formed.
  With this configuration, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the damping force is generated by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the concave or convex portions, and to counter the shaft misalignment.
  Further, the radial rigidity (rigidity for supporting the shaft) at both axial ends of the back spring can be reduced. As a result, even if the shaft tilts and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft, The shaft can be supported with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft peripheral surface and the shaft.
[0014]
  The invention described in claim 8The concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, and the convex portion is formed on the outer peripheral portion of the annular back spring.It is characterized by that.
  By configuring in this way,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring is fitted into the concave part of the bearing housing and acts between the convex part and the concave part that are gradually pushed in. A damping force is applied by the frictional force that is applied, and each convex portion is fitted into the concave portion, whereby a tensile stress can be applied between the convex portions of the back spring.
[0015]
  The invention described in claim 9 has a bearing housing that receives the rotating shaft, a top foil that is provided between the shaft and the bearing housing, and a back spring that is provided between the top foil and the bearing housing. In the foil gas bearing, a plurality of convex portions are continuously provided in one of the bearing housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is continuously provided in a position corresponding to the convex portion on the other side. It is configured to be able to fit with the convex part while sliding with sufficient margin, the concave part is formed in a wedge shape around the back spring toward the center of the shaft, and the convex part is formed on the inner peripheral surface of the bearing housing In addition, the both ends of the back spring are directed toward the axial center of the shaft.And reduce the rigidity to support the shaftA notch is formed.
  With this configuration, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the damping force is generated by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. It is possible to increase the rigidity of the back spring by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the concave or convex portions, and to counter the shaft misalignment.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the back spring is pressed outward, and when the convex part of the bearing housing is relatively pushed into the concave part, it acts between the two. A damping force is applied by the frictional force to be applied, and each concave portion is fitted to the convex portion, whereby a compressive stress can be applied between the concave portions of the back spring.
  Furthermore, radial rigidity (rigidity for supporting the shaft) at both axial ends of the back spring can be reduced. As a result, even if the shaft tilts and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft, The shaft can be supported with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft peripheral surface and the shaft.
[0016]
  Claim10In the invention described in claim 2, a solid lubricant is applied between the back spring and the bearing portion or the bearing housing, and on the surface of the top foil.11The invention described in 1 is characterized in that a solid lubricant is applied to the shaft.
  With this configuration, the sliding portion can be protected and lubrication can be controlled.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  FIG. 1 shows a foil gas bearing according to a first embodiment of the present invention, which is used for a gas turbine, a compressor, or an expander. In the figure, reference numeral 20 denotes a rotating shaft, a bearing housing 21 for receiving the shaft 20, a top foil 22 provided between the shaft 20 and the bearing housing 21, and between the top foil 22 and the bearing housing 21. A leaf foil type foil gas bearing is configured by the provided back spring 23.
[0018]
  Here, the shaft 20 rotates at 10,000 to 250,000 rpm. For example, a shaft having a shaft diameter of 15 to 70 mm is used. The back spring 23 and the top foil 22 are made of spring steel such as Inconel or beryllium steel, or stainless steel.
[0019]
  A plurality of wedge-shaped recesses 24 are formed in the bearing housing 21 at predetermined intervals on the inner peripheral surface. Further, the back spring 23 is an annular member, and a plurality of convex portions 25 projecting in an arc shape are continuously provided around the back spring 23 at positions corresponding to the concave portions 24 of the bearing housing 21. And this convex part 25 is comprised so that a fitting is possible, slidably contacting with the recessed part 24 of the bearing housing 21. That is, the convex part 25 has a biting margin C with respect to the concave part 24, and bites in while receiving a frictional force when fitted. In addition, the point which has the said bite-in C is the same also in subsequent embodiment.
[0020]
  The top foil 22 provided between the back spring 23 and the shaft 20 is composed of a plurality of leaf foils 22a fixed to the back spring 23. Each leaf foil 22a has a base end as a convex portion of the back spring 23. The outer periphery of the shaft 20 is supported by the tip end side. The leaf foil 22a is provided with a support spring 22b on its back surface, the base end of which is fixed to the back spring 23, and the tip of which supports the back surface of the leaf foil 22a.
  Here, the above-described foil gas bearing is based on non-lubrication and maintenance-free, but molybdenum disulfide, between the shaft 20 or the back spring 23 and the bearing housing 21 and on the outer surface of the top foil 22, By using a solid lubricant such as chromium oxide or potassium-based double oxide, the sliding portion may be protected and the frictional force may be controlled.
[0021]
  According to the above embodiment, when the shaft 20 is misaligned in the radial direction and a biased force is applied via the top foil 22, the convex portion 25 of the back spring 23 is fitted into the concave portion 24 of the bearing housing 21. Then, the frictional force acting between the convex portion 25 and the concave portion 24 that are pushed in while gradually deforming acts as a damping force, and each convex portion 25 fits into the concave portion 24, whereby each of the back springs 23. A tensile stress acts between the convex portions 25. Therefore, the displacement of the shaft 20 is attenuated by the frictional force, and the rigidity of the back spring 23, that is, the top foil 22 is increased by the tensile stress acting between the convex portions 25 of the back spring 23, and the shaft 20 is reliably supported. It will be possible. Moreover, it is advantageous in that the load acting from the shaft 20 can be shared by the entire back spring 23 by integrally forming the back spring 23 as in this embodiment.
  Next, FIG. 2 shows another aspect of the embodiment. The concave portion 24 of the embodiment is formed in a spline shape, and the convex portion 25 of the back spring 23 is fitted into the concave portion 24 in a jumping manner. Is. Spline processing is generally performed everywhere, and has an advantage that it can be processed relatively inexpensively as compared with the special processing shown in the first embodiment of FIG. 1 and the second embodiment of FIG. 3 described later. . In addition, since it is the same as that of the said embodiment about another structure and effect | action, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
[0022]
  Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  In this embodiment, a recess 24 formed in the bearing housing 21 of the first embodiment is formed obliquely outwardly in the rotational direction of the shaft 20. A convex portion 25 of the back spring 23 corresponding to the concave portion 24 is also formed outward corresponding to the concave portion 24.
  Therefore, according to this embodiment, when the shaft 20 rotates as indicated by an arrow, the convex portion 25 of the back spring 23 is applied along the diagonally outer force received by the convex portion 25 of the back spring 23 by the rotation of the shaft 20. Is surely pushed into the recess 24 of the bearing housing 21, the frictional force generated by the projection 25 and the recess 24 can surely bite into the recess 24 of the bearing housing 21, and the damping effect can be functioned reliably. Therefore, a greater attenuation effect can be provided as compared with the above-described embodiment.
[0023]
  Next, a third embodiment of the present invention will be described based on FIG. 4 with the same reference numerals assigned to the same parts as the first embodiment.
  In this embodiment, an annular top foil 30 is used instead of the leaf-type top foil 22 in the first embodiment. The top foil 30 is an annular member and a part thereof is opened. Air is taken in from the open portion, and this air layer is interposed between the shaft 20 and the shaft 20 to ensure smooth rotation.
  Similarly to the first embodiment, the bearing housing 21 has a plurality of wedge-shaped recesses 24 formed on the inner peripheral surface at predetermined intervals, and a plurality of arcs are formed around the back spring 23 corresponding to the recesses 24. An overhanging convex portion 25 is provided continuously, and the convex portion 25 is configured to be fitted to the concave portion 24 of the bearing housing 21 while being slidably contacted.
[0024]
  Therefore, also in this embodiment, when the shaft 20 is misaligned in the radial direction and a biased force is applied via the top foil 22, the convex portion 25 of the back spring 23 is fitted into the concave portion 24 of the bearing housing 21. In this case, a damping force is applied by the frictional force acting between the convex portion 25 and the concave portion 24 that are pushed in while gradually deforming, and each convex portion 25 is fitted into the concave portion 24, so that each convex portion of the back spring 23 is fitted. A tensile stress acts between the portions 25. Therefore, the displacement of the shaft 20 is attenuated by the frictional force, and the supporting rigidity of the top foil 22 is increased by the tensile stress acting between the convex portions 25 of the back spring 23, so that the shaft 20 can be reliably supported.
[0025]
  Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  In this embodiment, the configurations of the back spring 23 and the bearing housing 21 in the third embodiment are different. In this embodiment, a convex portion 32 is provided on the bearing housing 31 side, and a concave portion 34 is formed on the back spring 33 side. Specifically, a plurality of convex portions 32 having arc-shaped outer peripheral surfaces with a predetermined interval are provided on the inner peripheral surface of the bearing housing 31, and the central portion of the shaft 20 around the back spring 33 corresponding to the convex portions 32 is provided. A wedge-shaped recess 34 is formed.
  The inner side of the back spring 33 protrudes toward the shaft 20 by the concave portion 34, and the protruding portion 35 is pressed by the top foil 30.
[0026]
  According to the above embodiment, when the shaft 20 is misaligned and a biased force acts via the top foil 30, and the protruding portion 35 of the back spring 33 is pressed outward, the bearing is placed in the recess 34 of the back spring 33. The convex portion 32 of the housing 31 is relatively pushed in, and the frictional force acting between the two acts as a damping force.
  Therefore, the displacement of the shaft 20 can be effectively absorbed by this damping force. Further, since each convex portion 32 fits into the concave portion 34, a compressive stress acts between the concave portions 34 of the back spring 33. Therefore, the rigidity of the back spring 33, that is, the rigidity of the top foil 30 is caused by this compressive stress. The support rigidity with respect to the shaft 20 can be increased.
[0027]
  Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  In this embodiment, a plurality of support members 37 are disposed on the outer periphery of the top foil 36, a wedge-shaped recess 38 is formed on the support member 37 toward the center of the shaft 20, and A protrusion 40 protruding toward the center of the shaft 20 is formed at a position corresponding to the recess 38 so that the recess 38 and the protrusion 40 can be fitted while being slidably contacted. is there.
  The back spring 39 is structured to be supported by the bearing housing 41 between the convex portions 40, and the back spring 39 and the bearing housing 41 may be fixed by this supporting portion.
[0028]
  Therefore, according to this embodiment, when the shaft 20 is misaligned and a biased force is applied via the top foil 36, the top foil 36 is pressed outward and the back spring 39 is pressed against the recess 38 of the support member 37. When the convex portion 40 is relatively pushed, the displacement of the shaft 20 is attenuated by the frictional force generated between the concave portion 38 and the convex portion 40. In addition, since each convex portion 40 fits into the concave portion 38, a compressive stress is generated between the convex portions 40 of the back spring 39. Therefore, the rigidity of the back spring 39, that is, the rigidity of the top foil 36 is increased by this compressive stress. The support rigidity of the shaft 20 can be increased.
[0029]
  Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  In this embodiment, the bearing portion is applied to a thrust bearing that receives the shaft in the longitudinal direction of the shaft. Specifically, a bearing member 45 that rotatably supports the rotating shaft 44 and receives the end surface of the shaft 44, and a disc-shaped back provided between the bearing member 45 and the end surface 44a of the shaft 44. And a spring 46. A member corresponding to the top foil in the first embodiment may be provided between the back spring 46 and the end surface 44 a of the shaft 44.
[0030]
  Here, in the bearing member 45, a concave groove 47 having a wedge-shaped cross section is formed radially on a surface facing the end surface 44 a of the shaft 44. The back spring 46 is provided with ridges 48 radially at positions corresponding to the concave grooves 47. The ridges 48 are formed as concave grooves when viewed from the shaft 44 side of the back spring 46. And the said protruding item | line 48 and the recessed groove 47 are comprised so that the said recessed groove 47 can be fitted, slidingly contacting the protruding item | line 48 with allowance, when the shaft 44 is displaced to an axial direction.
[0031]
  Therefore, according to this embodiment, when the shaft 44 is displaced in the axial direction, the groove 47 between the bearing member 45 and the shaft 44 causes friction when the groove 47 of the bearing member 45 receives the protrusion 48 of the back spring 46. A force is generated and this frictional force acts as a damping force, so that the displacement of the shaft 44 can be attenuated. Further, when the ridges 48 are pushed into the respective concave grooves 47, tensile stress acts between the respective ridges 48 of the back spring 46, so that the rigidity of the back spring 46 can be increased by this tensile stress. Therefore, the displacement of the shaft 44 can be attenuated and the support rigidity of the shaft 44 can be increased by the back spring 46.
  Further, as shown in FIG. 8, if the concave groove 47 of the bearing member 45 in the sixth embodiment is formed in a serrated shape, and the convex strip 48 of the back spring 46 is fitted into the concave groove 47 in a jumping manner. There is an advantage that the work can be done at low cost.
[0032]
  Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  In this embodiment, in contrast to the first embodiment, each convex portion 25 of the back spring 23 is fitted into each concave portion 24 of the bearing housing 21 to generate a frictional force therebetween. A configuration is adopted in which each convex portion 53 of the top foil 52 is fitted in each concave portion 51 of the spring 50 to generate a frictional force therebetween. Furthermore, as will be described later, even if the axis of the shaft 20 is inclined and hits one side, it is devised so that local contact surface pressure is not applied between the shaft 20 and the outer peripheral surface.
[0033]
  As shown in FIG. 9, this embodiment includes a bearing housing 54 that receives a rotating shaft 20, a top foil 52 provided between the shaft 20 and the bearing housing 54, and a top foil 52 and a bearing housing 54. And a back spring 50 provided therebetween.
[0034]
  The back spring 50 is formed with a plurality (four places) of recesses 51 directed toward the bearing housing 54 on the inner peripheral portion thereof, and a portion 50 a between these recesses 51 is a gap 50 b with respect to the inner peripheral portion of the bearing housing 54. It is fixed to have. That is, the bearing housing 54 includes a plurality of (four locations) rectangular recesses 54a at equal pitch intervals when viewed from a cross section perpendicular to the axis of the shaft 20 as shown in FIG. Is formed over the entire length of the bearing housing 54 along the axial direction. Further, when viewed from the same cross section, the back spring 50 has an annular shape having an outer diameter smaller than the inner peripheral surface of the bearing housing 50, and a plurality of locations corresponding to the respective concave grooves 54 a of the bearing housing 50. The ridges 50c are formed at (four places) in the axial direction of the shaft 20, and each is fitted and fixed in each concave groove 54a.
  A pair of inclined surfaces 50d and 50e having a Y-shaped cross section are formed from the inner peripheral surface of the back spring 50 to the ridges 50c. The top foil 52 and the back spring 50 are parts formed by press working or the like.
[0035]
  The top foil 52 is divided into a plurality of parts (four parts) in the circumferential direction of the shaft 20, and one side edge part along the shaft 20 is formed as a convex part 53 toward the back spring 50. That is, each of the divided top foils 52 has a substantially arc shape when viewed from a cross section perpendicular to the axis of the shaft 20 as shown in FIG. It is bent in the shape of a “ku” projecting toward the bottom. Further, the other side edge portion of each top foil 52 is overlapped with the one side edge portion of another adjacent top foil 52.
[0036]
  Therefore, the one side edge portion of each top foil 52 is configured to be able to fit in the convex portion 53 while being slidably contacted with the concave portion 51 of the back spring 50, and this one side edge portion. A gap is formed so as to gradually move away from the inner peripheral surface of the back spring 50 toward the other side edge portion, and finally overlaps the inner peripheral side of the adjacent top foil 52 at the other side edge portion. .
  The convex portion 53 of each top foil 52 is welded and fixed to one of the inclined surfaces 50d and 50e of the back spring 50 and is in sliding contact with the other.
[0037]
  With the configuration described above, when the shaft 20 is misaligned and a biased force is applied via each top foil 52, the recess 51 is formed between each top foil 52 and the back spring 50. A damping force is applied by the frictional force generated when the convex portion 53 is received, and the rigidity of the back spring 50 is enhanced by the tensile stress of the back spring 50 generated in the portion 50 a between the concave portions 51, and counters the misalignment of the shaft 20. It becomes possible.
[0038]
  Next, a description will be given of a point that a local contact surface pressure is not applied to the outer peripheral surface of the shaft 20 even when the axis of the shaft 20 is inclined and hits one side. That is, as shown in FIG. 10, notches 50 f are formed at both ends of the back spring 50 toward the center in the axial direction of the shaft 20 (not shown).
  The notches 50f are formed over the concave portions 51 and the peripheral portions thereof. In other words, the width dimension of the back spring 50 (the dimension in the axial direction of the shaft 20) is a portion corresponding to the concave grooves 54a. It is narrower than other places.
[0039]
  By forming such a notch 50f, the radial rigidity (rigidity for supporting the shaft 20) at both axial ends of the back spring 50 can be lowered. As a result, even if the shaft 20 is inclined and a force per piece is applied to the end of the back spring 50, the radial rigidity of the end is relatively low. The shaft 20 is deformed and can support the shaft 20 with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft 20 and the peripheral surface.
[0040]
  Instead of the notches 50f, a plurality of slit-like notches 50g shown in FIG. 11 may be formed. These slit-shaped cutouts 50 g are formed in portions of the bearing housing 54 excluding the concave portions 51.
  Even when the notches 50g are formed, the radial rigidity (stiffness for supporting the shaft 20) at both ends in the axial direction of the back spring 50 can be lowered, as in the case where the notches 50f are formed. As a result, even if the shaft 20 is inclined and a force per piece is applied to the end of the back spring 50, the radial rigidity of the end is relatively low. The shaft 20 is deformed and can support the shaft 20 with a wide contact area, and locally high surface pressure can be prevented from occurring between the shaft 20 and the peripheral surface.
[0041]
  In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, For example, the relationship between the convex part and recessed part in the above-mentioned embodiment, or a protruding item | line and a ditch | groove may be reverse. And if a convex part and a recessed part mutually generate | occur | produce a frictional force, the shape can be set freely.
  The solid lubricant described in the first embodiment can also be used in other embodiments. Further, the back spring has been described by taking the integral type as an example, but a split type can be used. By using the split type back spring in this way, the assembly becomes easy.
  Needless to say, the notches 50f and 50g of the seventh embodiment may be applied to the back spring 23 of the first to fifth embodiments. Even in this case, both ends of the back spring 23 are flexibly deformed according to the pressing of the shaft 20, and the shaft 20 can be supported with a wide contact area, and a high surface pressure is locally applied to the circumferential surface of the shaft 20. It can be prevented from occurring in the meantime.
[0042]
【The invention's effect】
  As described above, according to the invention described in claim 1,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. Since the back spring can be strengthened by tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts and can counter the shaft misalignment of the shaft, the support rigidity against the shaft misalignment in the radial direction of the shaft can be increased. effective.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring fits into the concave part of the bearing housing and is gradually pushed between the convex part and the concave part. A damping force is applied by the frictional force acting on the shaft, and each convex portion is fitted into the concave portion, so that a tensile stress can be applied between the convex portions of the back spring. There is an effect that it is possible to increase the support rigidity against the displacement.
  In addition, the force acting in the direction of rotation of the shaft ensures that the convex part of the back spring bites into the concave part of the bearing housing, so that the damping effect can function reliably. There is an effect that can be surely countered.
[0043]
  According to the invention described in claim 2,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, it acts between the two when the top foil is pressed outward and the convex part of the back spring is relatively pushed into the concave part of the support member. Since the damping force is applied by the frictional force and the convex portions are fitted into the concave portions, it is possible to apply a compressive stress between the convex portions of the back spring. There is an effect that the support rigidity can be increased.
[0044]
  According to the invention described in claim 3,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. Since the back spring can be strengthened by tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts and can counter the shaft misalignment of the shaft, the support rigidity against the shaft misalignment in the radial direction of the shaft can be increased. effective.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring fits into the concave part of the bearing housing and is gradually pushed between the convex part and the concave part. A damping force is applied by the frictional force acting on the shaft, and each convex portion is fitted into the concave portion, so that a tensile stress can be applied between the convex portions of the back spring. There is an effect that it is possible to increase the support rigidity against the displacement.
  Furthermore, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the leaf foil, the convex portion of the back spring is fitted into the concave portion of the bearing housing and gradually protruded. Since the damping force is applied by the frictional force acting between the portion and the concave portion, and each convex portion is fitted into the concave portion, it becomes possible to apply a tensile stress between the convex portions of the back spring. This has the effect of increasing the support rigidity of the back spring that supports the leaf foil against misalignment in the radial direction.
[0045]
  According to the invention described in claim 4,Even if the shaft is tilted and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft and has a wide contact area. It is possible to support the shaft by holding and to prevent local high surface pressure from occurring between the shaft peripheral surface and the shaft.
[0046]
  According to the invention described in claim 5,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the friction force generated when the concave portion receives the convex portion between each top foil and the back spring, and each concave portion There is an effect that it is possible to increase the support rigidity of the back spring by the tensile stress of the back spring generated therebetween.
[0047]
  According to the invention described in claim 6,When the shaft is displaced, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft, and the back spring is caused by the tensile or compressive stress of the back spring generated between the concave portion or the convex portion. It is possible to increase the rigidity of the shaft and to counter the displacement of the shaft, so that the support rigidity of the shaft can be increased.
  Even if the shaft is tilted and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft and is wide. The shaft can be supported with a contact area, and there is an effect that a locally high surface pressure can be prevented from being generated between the shaft peripheral surface.
[0048]
  According to the invention described in claim 7,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. Since the back spring can be strengthened by tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts and can counter the shaft misalignment of the shaft, the support rigidity against the shaft misalignment in the radial direction of the shaft can be increased. effective.
  Even if the shaft is tilted and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft and is wide. The shaft can be supported with a contact area, and there is an effect that a locally high surface pressure can be prevented from being generated between the shaft peripheral surface.
[0049]
  According to the invention described in claim 8,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the convex part of the back spring is fitted into the concave part of the bearing housing and acts between the convex part and the concave part that are gradually pushed in. A damping force is applied by the frictional force to be applied, and each convex part is fitted into the concave part, so that a tensile stress can be applied between the convex parts of the back spring. There is an effect that the support rigidity can be increased.
[0050]
  According to the invention described in claim 9,When the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, a damping force is applied by the frictional force generated when the concave portion receives the convex portion between the bearing portion and the shaft. Since the back spring can be strengthened by tensile or compressive stress of the back spring generated between the parts and can counter the shaft misalignment of the shaft, the support rigidity against the shaft misalignment in the radial direction of the shaft can be increased. effective.
  Also, when the shaft is misaligned and a biased force is applied via the top foil, the back spring is pressed outward, and when the convex part of the bearing housing is relatively pushed into the concave part, it acts between the two. A damping force is applied by the frictional force that is applied, and each concave portion is fitted to the convex portion so that a compressive stress can be applied between the concave portions of the back spring, so that support for shaft misalignment in the radial direction of the shaft is provided. There is an effect that the rigidity can be increased.
  Furthermore, even if the shaft tilts and a force per piece is applied to the end of the back spring, this end has a relatively low radial rigidity, so it deforms flexibly according to the pressing of the shaft, and is wide. The shaft can be supported with a contact area, and there is an effect that a locally high surface pressure can be prevented from being generated between the shaft peripheral surface.
[0051]
  Claim10, Claims11According to the invention described above, since the sliding portion can be protected and the lubrication can be controlled, there is an effect that a stable support can be achieved as compared to the non-lubricated support.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another aspect of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of an essential part of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing another aspect of the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view of an essential part of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing another aspect of the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the prior art.
FIG. 13 is a cross-sectional view of another prior art.
[Explanation of symbols]
20,44 shaft
21, 31, 41, 54 Bearing housing
22, 30, 36, 52 Top foil
22a Leaf foil
23, 33, 39, 46, 50 Backspring
24, 34, 38, 51 recess
25, 32, 40, 53 Convex
37 Support members
45 Bearing member (bearing part)
47 Groove (concave)
48 Convex (convex)
50a Part between the recesses
50b clearance
50c ridge
50f, 50g notch
54a Groove

Claims

A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. It is configured to be able to fit while in contact,
The concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, and the convex portion is formed to protrude from the outer peripheral portion of the annular back spring.
The foil gas bearing according to claim 1, wherein the concave portion is formed obliquely outwardly in the rotational direction of the shaft.

A foil gas bearing comprising: a bearing housing that receives a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a backspring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of support members are disposed on the outer periphery of the foil, and a recess is formed in the support member toward the center of the shaft. The back spring protrudes toward the center of the shaft at a position corresponding to the recess. The foil gas bearing is characterized in that a convex portion that protrudes is formed so that the concave portion and the convex portion can be fitted while being slidably contacted.

A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. It is configured to be able to fit while in contact,
The concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, and the convex portion is formed to protrude from the outer peripheral portion of the annular back spring.
The foil gas bearing according to claim 1, wherein the top foil comprises a plurality of leaf foils whose base ends are fixed between the convex portions of the back spring, and the shaft is supported by the distal end side of the leaf foil.

The foil gas bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein a notch toward the axial center of the shaft is formed at both ends of the back spring.

A foil gas bearing comprising: a bearing housing that receives a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of recesses toward the bearing housing are formed in the inner peripheral portion of the spring, and the back spring is fixed so that a portion between the recesses has a gap with respect to the inner peripheral portion of the bearing housing. Each top foil divided in the circumferential direction is formed with one side edge along the shaft as a convex part toward the back spring, and the convex part and the concave part can be fitted while allowing sliding contact with a margin. A foil gas bearing characterized in that it is configured.

In a foil gas bearing having a bearing portion that receives a rotating shaft and a back spring provided between the bearing portion and the shaft, a plurality of convex portions are continuously provided on one of the back spring and the bearing portion. On the other side, a concave portion is continuously provided at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion are configured to be fitted while sliding with a margin,
A foil gas bearing according to claim 1, wherein notches for reducing rigidity for supporting the shaft are formed at both ends of the back spring toward the center in the axial direction of the shaft .

A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. It is configured to be able to fit while in contact,
A foil gas bearing according to claim 1, wherein notches for reducing rigidity for supporting the shaft are formed at both ends of the back spring toward the center in the axial direction of the shaft .

8. The foil gas bearing according to claim 7, wherein the concave portion is formed in a wedge shape on the inner peripheral surface of the bearing housing, and the convex portion is formed to protrude from the outer peripheral portion of the annular back spring.

A foil gas bearing comprising: a bearing housing for receiving a rotating shaft; a top foil provided between the shaft and the bearing housing; and a back spring provided between the top foil and the bearing housing. A plurality of convex portions are continuously provided on one of the housing and the back spring in the circumferential direction, and a concave portion is provided on the other side at a position corresponding to the convex portion, and the concave portion and the convex portion slide with sufficient margin. It is configured to be able to fit while in contact,
The concave portion is formed in a wedge shape around the back spring toward the central portion of the shaft, and the convex portion is formed on the inner peripheral surface of the bearing housing.
A foil gas bearing according to claim 1, wherein notches for reducing rigidity for supporting the shaft are formed at both ends of the back spring toward the center in the axial direction of the shaft .

The foil gas bearing according to any one of claims 1 to 9, wherein a solid lubricant is applied between the back spring and the bearing portion or the bearing housing and on the surface of the top foil. .

The foil gas bearing according to any one of claims 1 to 9, wherein a solid lubricant is applied to the shaft.