(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するスラストカラーと対向し径方向に放射状に伸びる複数の溝を有する軸受面に配設されたバックスプリングと、同バックスプリングの表面に配設されたトップフォイルとからなるフォイルスラスト軸受において、前記バックスプリングは前記溝の個数と同数で構成し、各バックスプリングは前記溝内に嵌合すると共に前記スラストカラー回転方向の上流側と下流側へ配設され、同溝の上流側では外周側に向かって径方向よりも大きく展開し、拡大する扇状の形状として外周側を内周側よりも長くし、下流側は隣接する溝の側端部まで伸びて配設され、かつ前記下流側の隣接する溝側は次の扇状のバックスプリングと重ね合わせて配設されており、前記トップフォイルは前記バックスプリングと同数からなり、前記隣接する溝間のバックスプリングを覆って配設されていることを特徴とするフォイルスラスト軸受。
【請求項２】
前記各トップフォイルは上流側の前記溝の径方向の側端部においてバックスプリングに固定されていることを特徴とする請求項１記載のフォイルスラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタービン、圧縮機、等の回転機械に用いるフォイルスラスト軸受に関し、高速回転時に生ずる流体の軸受面からの流出を抑え、負荷能力の減少を抑えるような軸受である。
【０００２】
【従来の技術】
図３はバンプフォイルを用いたスラスト軸受の一例を示し、特公平２−４１６５４号公報に示されているものである。図３（ａ）はフォイルスラスト軸受の側面図、（ｂ）は回転側と静止側の軸受を示す斜視図である。これら図において、回転軸１にはスラストカラー２６が取付けられており、軸受部材１５が対向して配置され、両者の間に隙間２７が形成されている。スラストカラー２６の下面にはフォイル４０、その上面に波板状の隆起部を有するばね４５が半径方向に放射状に配置されている。ばね４５は上下方向に弾力性を保有し、フォイル４０の面に取付けられている。ばね４５の上部には扇状のバンプフォイル５０が配置されており、各バンプフォイル５０はばね４５の一端側の５０ａがフォイル４０に固定され、他端が自由端となり上部のスラストカラー２６へ向かって傾斜して配置され、スラストカラー２６とバンプフォイル５０とで楔状の空間５５を形成する。
【０００３】
一方フォイル４０と対向して、その下面にはフォイル３０が配置され、フォイル３０と軸受部材１５との間には上記のばね４５と同様な構造のばね２５が配置され、これらフォイル３０，ばね２５，軸受部材１５とは互いに固定されている。このような構成のスラスト軸受では、（ａ）図に示すように回転軸１が回転すると、スラストカラー２６とバンプフォイル５０との間の楔状の空間５５に流体が流入し、幅の狭い空間に移動し、バンプフォイル５０の自由端部に高圧領域を形成し、固定部に低圧領域を形成する。これにより空間５５内に流体膜が形成され、流体膜によってスラストカラー２６が支持され、又、スラストカラー２６がバンプフォイル５０に接触することが防止される。
【０００４】
ばね４５はバンプフォイル５０の撓みに抵抗し、これを弾性支持し、更にスラストカラー２６からばね４５を介して伝わる力はフォイル４０，フォイル３０を介してばね２５でも受け荷重を弾性支持しており、二重のばね構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、図３に示す従来のスラスト軸受においては、スラストカラー２６と軸受部材１５の間に波板状のばね２５と４５が配置されており、上部のばね４５の上にバンプフォイル５０が取付けられ、回転するスラストカラー２６との間に気体膜を形成する。本例では、ばねを二重に構成することでフォイル軸受の弾力性を強化している。
【０００６】
上記構造のスラスト軸受においては、回転速度が高速化すると、軸受隙間に存在する流体に遠心力が作用して軸受面から流体が強制的に吐き出されるために、軸受の負荷能力は著しく減少する。通常のフォイル軸受ではトップフォイルとスラストカラーの間の隙間は半径方向に一様に構成されるので、低速度での負荷能力には優れるが、高速時の負荷能力は必ずしも十分ではない。
【０００７】
そこで本発明は、軸受面にバックスプリングを互いに重ね合わせるように配置して外周側の変形量を小さくする構成とし、かつ外周部の隙間を小さくして高速回転時に生ずる遠心力によって流体が流出することを抑えるようにせしめ、負荷能力減少を抑えることができるフォイルスラスト軸受を提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【０００９】
（１）回転するスラストカラーと対向し径方向に放射状に伸びる複数の溝を有する軸受面に配設されたバックスプリングと、同バックスプリングの表面に配設されたトップフォイルとからなるフォイルスラスト軸受において、前記バックスプリングは前記溝の個数と同数で構成し、各バックスプリングは前記溝内に嵌合すると共に前記スラストカラー回転方向の上流側と下流側へ配設され、同溝の上流側では外周側に向かって径方向よりも大きく展開し、拡大する扇状の形状として外周側を内周側よりも長くし、下流側は隣接する溝の側端部まで伸びて配設され、かつ前記下流側の隣接する溝側は次の扇状のバックスプリングと重ね合わせて配設されており、前記トップフォイルは前記バックスプリングと同数からなり、前記隣接する溝間のバックスプリングを覆って配設されていることを特徴とするフォイルスラスト軸受。
【００１０】
（２）前記各トップフォイルは上流側の前記溝の径方向の側端部においてバックスプリングに固定されていることを特徴とする（１）記載のフォイルスラスト軸受。
【００１１】
本発明の（１）においては、半径方向溝に嵌合したバックスプリングを、回転方向上流側では外周側に向かって径方向よりも大きく展開し、拡大する扇形の形状とし、かつ、前記外周側に長く展開した上流側に、回転方向上流に隣接するバックスプリングの扇形部分を重ねるように構成したので、スラスト力作用時に外周側の変形量を小さく抑制し、又、外周側ほど二重構造部分が長くなるのでその部分の隙間を小さくせしめる。又、高速回転時に流体へ遠心力が作用した場合には、バックスプリング外周側が堰の役目をするように変形するので流体圧力を保持して負荷能力を増大する。
【００１２】
本発明の（２）では、トップフォイルの一端は上流側が溝の径方向側端部で固定されており、バックスプリングの重ね合わせ部分は自由端となってバックスプリングに接しており、上面の回転体との表面との隙間は重ね合わせ部で狭くなるように形成される。従って、上記（１）の発明の流体圧力の保持が一層確実になされ、負荷能力が確実に向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係るフォイルスラスト軸受であり、（ａ）は軸受を上部から見た平面図、（ｂ）はＡ部の拡大図である。両図において、図示していないが回転体のスラストカラーは、この軸受の上部を反時計回りに回転する。
【００１４】
図において、２０は軸受プレートで、放射状に半径方向に伸びる複数の溝２４を有している。２１はバックスプリングであり、上下の垂直方向に弾性力を有する材料やばね材、等からなり、後述するように軸受プレート２０の表面に配設されている。２２はトップフォイルであり、バックスプリング２１の上面に配設されている。２３はボルト穴であり軸受プレート２０を固定側に支持する穴である。
【００１５】
図２は図１におけるＢ−Ｂ矢視図であり、バックスプリング２１は、図１に示すように複数枚の扇形状のものを一方の側端部を重ね合わせて配設している。図示の例では、バックスプリング２１ａと２１ｂとが円周方向でＬ1 の間だけ重ね合わせている。バックスプリング２１の上面には上流側の溝２４の側端から重ね合わせられたバックスプリング２１の部分を覆うように、Ｌ2 の間にトップフォイル２２が配設されている。
【００１６】
上記の構成のフォイルスラスト軸受においては、回転体のスラストカラー４０は軸受の上を反時計回りに回転する。軸受プレート２０に設けた半径方向の溝２４にバックスプリング２１を嵌合しており、その溝２４を中心として左右に扇状のバックスプリングを配設している。バックスプリング２１は図１の平面図に示すように、回転方向上流側は外周側に向かって径方向よりも大きく展開し、下流側は隣接した半径方向の溝２４に達するまで扇形に展開してある。トップフォイル２２は嵌合された半径方向溝より始まり、下流側のバックスプリングをカバーするように配され、その上流端部がバックスプリング２１に溶接などの方法により固定されている。図２の例では上流側の溝２４の側端部からｘの部分でトップフォイル２２がバックスプリング２１に固定されている。
【００１７】
上記構成のフォイルスラスト軸受において、図２に示すように回転体のスラストカラー４０が図中矢印に示す方向に回転しており、スラストカラー４０とトップフォイル２２との間に隙間４１が形成される。この隙間４１は、バックスプリング２１ａ，２１ｂとが重ね合わされているトップフォイル２２の先端部では小さく、上流側の固定端では広くなり、楔状の隙間を形成する。この楔状の隙間４１間に流体が流入し、トップフォイル２２の先端部で高圧領域を、固定側の広い隙間部分で低圧領域を形成し、上面のスラストカラー４０を支持する。
【００１８】
図２に示すように、外径側に展開された下流側のバックスプリング２１ａの上に、回転方向上流側の半径方向の溝２４に嵌合されたバックスプリング２１ｂが重ね合わされているために、トップフォイル２２を介して軸受表面に圧力が生じてバックスプリング２１が撓んだ際には、隙間４１が楔状の形状で重ね合わされた部分が狭く、かつ重ね合わされた領域は外周側ほど広く扇状となっているので、外周側ほど上面のスラストカラー４０との隙間が狭くなりやすい。このことによって、軸受隙間に存在する流体に遠心力が作用した場合に、バックスプリング２１外周側が堰の役目を果たすように変形するので、流体圧力を保持しやすく、負荷能力が増大する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のフォイルスラスト軸受は、（１）回転するスラストカラーと対向し径方向に放射状に伸びる複数の溝を有する軸受面に配設されたバックスプリングと、同バックスプリングの表面に配設されたトップフォイルとからなるフォイルスラスト軸受において、前記バックスプリングは前記溝の個数と同数で構成し、各バックスプリングは前記溝内に嵌合すると共に前記スラストカラー回転方向の上流側と下流側へ配設され、同溝の上流側では外周側に向かって径方向よりも大きく展開し、拡大する扇状の形状として外周側を内周側よりも長くし、下流側は隣接する溝の側端部まで伸びて配設され、かつ前記下流側の隣接する溝側は次の扇状のバックスプリングと重ね合わせて配設されており、前記トップフォイルは前記バックスプリングと同数からなり、前記隣接する溝間のバックスプリングを覆って配設されていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成により、スラスト力作用時に外周側の変形量を小さく抑制し、又、外周側ほど二重構造部分が長くなるのでその部分の隙間を小さくせしめる。又、高速回転時に流体へ遠心力が作用した場合には、バックスプリング外周側が堰の役目とするように変形するので流体圧力を保持して負荷能力を増大する。
【００２１】
本発明の（２）では、トップフォイルの一端は上流側が溝の径方向側端部で固定されており、バックスプリングの重ね合わせ部分は自由端となってバックスプリングに接しており、上面の回転体との表面との隙間は重ね合わせ部で狭くなるように形成される。従って、上記（１）の発明の流体圧力の保持が一層確実になされ、負荷能力が確実に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るフォイルスラスト軸受を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部詳細図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】従来のスラスト軸受を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は回転側と静止側軸受を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０    軸受プレート
２１    バックスプリング
２２    トップフォイル
２３    ボルト穴
２４    溝
【図１】
0003986253.tif 000002
【図２】
0003986253.tif 000003
【図３】
0003986253.tif 000004