(57)【要約】【課題】部品数や工数の増大によるコスト高を招くことなく、フォイルとフォイルホルダとの軸方向の位置ずれを防止する。【解決手段】フォイル軸受１０は、筒状のフォイルホルダ１１と、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに取り付けられたフォイル１２とを備える。フォイル１２は、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに沿って湾曲した本体部Ｍと、本体部Ｍと軸方向で連続し、本体部Ｍと同様に湾曲した接続部１２ｅと、接続部１２ｅと周方向で連続し、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配され、フォイルホルダ１１と軸方向で係合可能な係止部１２ｆとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に取り付けられたフォイルとを備え、内周に挿入された軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、
前記フォイルが、前記フォイルホルダの内周面に沿って湾曲した本体部と、前記本体部と軸方向で連続し、前記本体部と同様に湾曲した接続部と、前記接続部と周方向で連続し、前記フォイルホルダの内周面よりも外径側に配され、前記フォイルホルダと軸方向で係合可能な係止部とを備えたフォイル軸受。
【請求項２】
前記係止部が、前記接続部と滑らかに連続した請求項１に記載のフォイル軸受。
【請求項３】
前記係止部が前記フォイルの軸方向両端に設けられ、両係止部の軸方向間に前記フォイルホルダを配した請求項１又は２に記載のフォイル軸受。
【請求項４】
前記フォイルホルダの内周面の軸方向端部に凹部を設け、該凹部の軸方向領域に前記フォイルの係止部を収容した請求項１〜３の何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項５】
前記フォイルホルダの内周面の軸方向中間部に凹部を設け、前記凹部の軸方向両側の側壁の間に前記フォイルの係止部を配した請求項１又は２に記載のフォイル軸受。
【請求項６】
前記凹部が、半径方向の貫通孔で構成された請求項５に記載のフォイル軸受。
【請求項７】
前記貫通孔の周方向両側の側壁が、軸方向と平行な凹曲面である請求項６に記載のフォイル軸受。
【請求項８】
前記フォイルの前記本体部に、前記軸の外周面と対向する軸受面が設けられた請求項１〜７の何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項９】
前記フォイルの前記本体部が、前記接続部の軸方向両側に設けられた請求項８に記載のフォイル軸受。
【請求項１０】
軸受面を有するトップフォイルをさらに有し、前記フォイルが、前記トップフォイルを背後から支持するバックフォイルである請求項１〜７の何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１１】
筒状のフォイルホルダの内周面に取り付けられ、フォイル軸受を構成するフォイルであって、
前記フォイルホルダの内周面に沿って湾曲した本体部と、前記本体部と前記フォイルホルダの軸方向で連続し、前記本体部と同様に湾曲した接続部と、前記接続部と前記フォイルホルダの周方向で連続し、前記フォイルホルダの内周面よりも外径側に配され、前記フォイルホルダと軸方向で係合可能な係止部とを備えたフォイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォイル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する金属薄板（フォイル）で軸受面を構成し、この軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。フォイル軸受は、フォイルが撓むことにより、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じて軸受隙間が適切な幅に自動調整されるという特徴を有する。
【０００３】
フォイル軸受としては、円筒状のフォイルホルダの内周面にフォイルを取り付けたものが一般的である。このフォイル軸受の組立時やメンテナンス時には、フォイル軸受の内周に軸を挿入したり、フォイル軸受の内周から軸を引き抜いたりするため、このときに軸とフォイルが摺動し、フォイルがフォイルホルダに対して軸方向にずれる恐れがある。また、軸の停止直前や起動直後の低速回転時には、軸との摺動による力がフォイルに作用し、軸の高速回転時には、軸受隙間を流れる流体の粘性による剪断力がフォイルに作用する。これらのフォイルに作用する力に軸方向成分が含まれる場合、フォイルがフォイルホルダに対して軸方向にずれる恐れがある。
【０００４】
例えば、フォイルをフォイルホルダの内周面に溶接固定すれば、上記の不具合を防止できるが、溶接時の熱によりフォイルに歪が生じる恐れがある。フォイルの軸受面と軸の外周面との間に形成される軸受隙間は、通常、数十μｍ程度の極小幅であるため、フォイルに僅かでも歪が生じると、軸受隙間の精度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
例えば、下記の特許文献１には、フォイルホルダに係止部材を取り付け、係止部材とフォイルとを軸方向で係合させることで、フォイルとフォイルホルダの軸方向の位置ずれを防止している。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、図２２に示すように、フォイル１０４に外径側に突出した突出部１１０を設け、この突出部１１０とフォイルホルダとを軸方向で係合させている。具体的には、フォイル１０４の周方向一部領域を軸方向に延ばした延在部を外径側に折り曲げることで、突出部１１０が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１４３５７２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に示されたフォイル軸受のように、フォイルホルダに係止部材を取り付けると、部品数及び組立工数が増えるため、製造コストが高くなる。
【０００９】
一方、上記特許文献２に示されたフォイル軸受（図２２参照）のように、フォイル１０４の一部を外径側に折り曲げた突出部１１０をフォイルホルダと係合させれば、部品数増は回避できる。しかし、フォイル１０４の一部を折り曲げて突出部１１０を形成すると、突出部１１０の内径端に周方向に沿った折り曲げ部が形成されるため、この周方向領域の剛性が高くなる。この場合、フォイル１０４の剛性が周方向で異なるため、フォイル１０４の設計が複雑になる。特に、折り曲げ部が、軸受面を有するトップフォイル部に設けられると、軸受面の剛性が周方向で異なるため、軸受性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、部品数や工数の増大によるコスト高や、フォイルの設計の複雑化を招くことなく、フォイルとフォイルホルダとの軸方向の位置ずれを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は、筒状のフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に取り付けられたフォイルとを備え、内周に挿入された軸を相対回転自在に支持するフォイル軸受であって、前記フォイルが、前記フォイルホルダの内周面に沿って湾曲した本体部と、前記本体部と軸方向で連続し、前記本体部と同様に湾曲した接続部と、前記接続部と周方向で連続し、前記フォイルホルダの内周面よりも外径側に配され、前記フォイルホルダと軸方向で係合可能な係止部とを備えたフォイル軸受を提供する。
【００１２】
このように、本発明では、フォイルの本体部と係止部とを、本体部と軸方向で連続し、且つ、係止部と周方向で連続した接続部を介して連結した。これにより、係止部と本体部とを軸方向で不連続とすることができるため、係止部が、フォイルホルダの内周面に沿って略円筒状に湾曲した本体部とは独立して変形可能となる。よって、本体部の形状や剛性に影響を与えることなく、係止部を本体部よりも外径側に変位させて、フォイルホルダの内周面よりも外径側に配することができる。この係止部を、フォイルホルダと軸方向で係合させることで、フォイルとフォイルホルダとの軸方向の位置ずれを防止できる。
【００１３】
上記のフォイル軸受において、フォイルの本体部はフォイルホルダの内周面に沿って湾曲し、この本体部に追従してフォイルの接続部が湾曲する。一方、フォイルの係止部は、本体部と軸方向で不連続であるため、本体部に追従して湾曲せず、接続部と滑らかに連続した平板状に弾性復元しようとする。従って、係止部の外径側に十分な空間があれば、係止部は、接続部と滑らかに連続した状態で、フォイルホルダの内周面よりも外径側に配される。このように、係止部の弾性復元力を利用することで、係止部を、フォイルホルダの内周面よりも外径側に簡単に配することができる。
【００１４】
上記のフォイル軸受において、係止部をフォイルの軸方向両端に設け、両係止部の軸方向間にフォイルホルダを配すれば、両係止部とフォイルホルダとが軸方向何れの向きにも係合するため、フォイルホルダに対するフォイルの軸方向両側への移動を規制することができる。
【００１５】
上記のフォイル軸受において、フォイルホルダの内周面の軸方向端部に凹部を設け、この凹部の軸方向領域にフォイルの係止部を収容すれば、フォイルの係止部が他部材に接触して損傷する事態を防止できる。
【００１６】
あるいは、フォイルホルダの内周面の軸方向中間部に凹部を設け、この凹部の軸方向両側の側壁の間にフォイルの係止部を配してもよい。この場合、フォイルの係止部が、凹部の軸方向両側の側壁と係合することで、フォイルホルダに対するフォイルの軸方向両側への移動を規制することができる。この凹部は、例えば半径方向の貫通孔で構成することができる。この場合、軸の相対回転時に、外部の空気が、フォイルホルダの貫通孔を介してフォイル軸受の内周、特に軸受隙間に引き込まれる。これにより、軸受隙間における流体量が増大するため、軸受隙間に生じる流体圧力が上昇し、フォイル軸受の負荷容量が増大する。また、貫通孔を介して外部の空気を軸受隙間に供給することで、軸受面を冷却することができる。このとき、前記貫通孔の周方向両側の側壁を、軸方向と平行な凹曲面とすれば、この凹曲面に沿って、外部の空気がフォイル軸受の内周に引き込まれやすくなるため、軸受隙間における流体量がさらに増大し、フォイル軸受の負荷容量がさらに増大する。
【００１７】
例えば、上記のフォイルの本体部には、軸の外周面と対向する軸受面が設けることができる。この場合、フォイルの本体部を接続部の軸方向両側に設ければ、各本体部に設けられた軸受面が軸方向で離隔した二箇所に設けられるため、両軸受面を軸方向で連続させる場合よりもフォイル軸受のモーメント剛性が増大する。
【００１８】
上記のフォイル軸受が、軸受面を有するトップフォイルをさらに有する場合、上記のフォイルを、トップフォイルを背後から支持するバックフォイルとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係るフォイル軸受によれば、部品数や工数の増大によるコスト高や、フォイルの設計の複雑化を招くことなく、フォイルとフォイルホルダとを軸方向で係合させて、両者の軸方向の位置ずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るフォイル軸受の正面図である。
【図２】フォイルの平面図である。
【図３】図１のフォイル軸受の斜視図である。
【図４】図３の拡大図である。
【図５】フォイルの仮組体の斜視図である。
【図６】フォイルの仮組体をフォイルホルダの内周に挿入する様子を示す斜視図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係るフォイルの拡大平面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係るフォイルの平面図である。
【図９】図８のフォイルを有するフォイル軸受の斜視図である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係るフォイル軸受の斜視図である。
【図１１】図１０のフォイル軸受の断面図である。
【図１２】本発明の第五実施形態に係るフォイル軸受の斜視図である。
【図１３】図１２のフォイル軸受の正面図である。
【図１４】本発明の第六実施形態に係るフォイル軸受のフォイルの平面図である。
【図１５】第六実施形態に係るフォイル軸受のフォイルホルダの斜視図である。
【図１６】図１５のフォイルホルダの断面斜視図である。
【図１７】図１４のフォイルを用いた仮組体の斜視図である。
【図１８】図１７のフォイルの仮組体を、図１５のフォイルホルダの内周に挿入する様子を示す斜視図である。
【図１９】第六実施形態に係るフォイル軸受の断面斜視図である。
【図２０】第六実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。
【図２１】第六実施形態に係るフォイル軸受の他の例を示す断面図である。
【図２２】従来のフォイル軸受のフォイルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るフォイル軸受の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、本発明の第一実施形態に係るフォイル軸受１０を示す。フォイル軸受１０は、内周に挿入された軸２をラジアル方向に支持するものである。フォイル軸受１０は、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受である。フォイル軸受１０は、フォイルホルダ１１と、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに取り付けられた一又は複数のフォイル１２とを有する。図示例のフォイル軸受１０は、３枚のフォイル１２を有する。尚、以下では、各フォイル１２の説明において、軸２の相対回転時における、フォイル１２に対する流体の流れ方向下流側を「下流側」と言い、その反対側を「上流側」と言う。また、３枚のフォイル１２は同じ形状であるが、理解しやすいように、図面上では各フォイル１２に濃淡（あるいはハッチングの密度差）を付している。
【００２３】
フォイルホルダ１１は、金属や樹脂等で円筒状に形成される。本実施形態では、フォイルホルダ１１の内周面１１ａは、軸方向全域で均一な径を有する円筒面である。フォイルホルダ１１の外周面１１ｂは、フォイル軸受１０が組み込まれる設備（例えばガスタービン等のターボ機械）のハウジングに固定される。フォイルホルダ１１の内周面１１ａのうち、周方向に離隔した複数箇所（図示例では３箇所）には、フォイル１２の端部が差し込まれる溝１１ｃが形成される。溝１１ｃは、軸方向に延び、その軸方向両端がフォイルホルダ１１の両端面１１ｄに開口している。尚、溝１１ｃを、フォイルホルダ１１の内周面１１ａの軸方向一部領域に設けたり、軸方向に対して傾斜した方向に設けたりしてもよい。
【００２４】
フォイル１２は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属で形成され、例えば鋼や銅合金で形成される。フォイル１２は、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属フォイルにプレス加工や放電加工を施すことで形成される。本実施形態のように圧力発生流体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、ステンレス鋼もしくは青銅でフォイル１２を形成することが好ましい。
【００２５】
フォイル１２は、図２に示すように、本体部Ｍと、本体部Ｍの軸方向両側に設けられた接続部１２ｅおよび係止部１２ｆとを有する。フォイルホルダ１１に取り付ける前の状態では、フォイル１２は同一平面上に設けられる。図３に示すように、フォイル１２をフォイルホルダ１１の内周面１１ａに取り付けた状態では、フォイル１２の本体部Ｍはフォイルホルダ１１の軸方向領域に設けられ、フォイル１２の接続部１２ｅ及び係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の内周面１１ａの軸方向両側にはみ出している。フォイルホルダ１１に取り付けられた状態で、フォイル１２の全域は軸方向と平行である。
【００２６】
フォイル１２の本体部Ｍは、図２に示すように、トップフォイル部１２ａと、トップフォイル部１２ａの下流側（図２の上側）に設けられた差込部１２ｂと、トップフォイル部１２ａの上流側（図２の下側）に設けられたアンダーフォイル部１２ｃとを有する。
【００２７】
トップフォイル部１２ａの内径側の面は、軸２の外周面２ａと対向する軸受面として機能する（図１参照）。本実施形態では、各フォイル１２の本体部Ｍのうち、トップフォイル部１２ａのみが内周側に露出し、差込部１２ｂ及びアンダーフォイル部１２ｃは、他のフォイル１２の背後（外径側）に配される。
【００２８】
差込部１２ｂは、トップフォイル部１２ａから下流側に延びている。差込部１２ｂとトップフォイル部１２ａとは周方向で滑らかに連続している。本実施形態では、図２に示すように、差込部１２ｂが、軸方向に離隔した複数箇所（図示例では３箇所）に設けられる。複数の差込部１２ｂの軸方向間には、凹部１２ｄが設けられる。凹部１２ｄの角部には、軸方向の切り込み１２ｄ１が設けられる。尚、特に必要がなければ、切り込み１２ｄ１を省略してもよい。
【００２９】
アンダーフォイル部１２ｃは、トップフォイル部１２ａから上流側に延びている。アンダーフォイル部１２ｃとトップフォイル部１２ａとは周方向で滑らかに連続している。本実施形態では、アンダーフォイル部１２ｃが、軸方向に離隔した複数箇所（図示例では２箇所）に設けられる。各アンダーフォイル部１２ｃは、凹部１２ｄ（切り込み１２ｄ１を含む）と同じ軸方向領域に設けられる。複数のアンダーフォイル部１２ｃの軸方向間および軸方向外側には、凹部１２ｃ１が設けられる。
【００３０】
図１に示すように、各フォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃは、上流側に隣接するフォイル１２のトップフォイル部１２ａとフォイルホルダ１１の内周面１１ａとの間に配される。これにより、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａは、下流側に隣接するフォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃで背後から支持される。また、隣接するフォイル１２のトップフォイル部１２ａの周方向端部の縁（凹部１２ｄと凹部１２ｃ１）は、周方向で係合して互いに突っ張り合っている。これにより、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａが外径側に張り出し、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに沿った略円筒形状に湾曲する。
【００３１】
図２に示すように、フォイル１２は、本体部Ｍと軸方向で滑らかに連続した接続部１２ｅと、接続部１２ｅと周方向で滑らかに連続した係止部１２ｆとを有する。接続部１２ｅおよび係止部１２ｆは、本体部Ｍとは異なる軸方向領域に設けられ、図示例では本体部Ｍの軸方向外側、特に、本体部Ｍの軸方向両側に設けられる。接続部１２ｅは、例えば、本体部Ｍの下流側端部を含む領域、具体的には、差込部１２ｂ、およびその上流側に連続するトップフォイル部１２ａの下流側領域と、軸方向に連続している。尚、図２では、本体部Ｍと接続部１２ｅとの概念的な境界を点線で表している。
【００３２】
係止部１２ｆは、接続部１２ｅを介して本体部Ｍと接続され、本体部Ｍとは軸方向で分離されている。図示例では、係止部１２ｆと本体部Ｍとの軸方向間に、これらを軸方向に分断する周方向のスリット１２ｇが設けられる。図示例の係止部１２ｆは、接続部１２ｅから上流側に延び、その上流側端部は自由端とされる。図示例の係止部１２ｆは、全域がトップフォイル部１２ａの周方向領域内に設けられる。
【００３３】
尚、係止部１２ｆの軸方向寸法や周方向寸法を変えることで、係止部１２ｆの強度を調整することができる。係止部１２ｆの軸方向寸法を大きくすると、係止部１２ｆの強度は向上するが、フォイル１２全体の軸方向寸法が大きくなる。また、係止部１２ｆの周方向寸法を小さくすると、係止部１２ｆの強度（剛性）は向上するが、フォイルホルダ１１との係合領域が小さくなる。これらを考慮して、各部寸法を設定すればよい。
【００３４】
図１に示すように、フォイル１２のトップフォイル部１２ａ及びアンダーフォイル部１２ｃは、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに沿って略円筒状に湾曲している。また、図４に示すように、フォイル１２の接続部１２ｅは、本体部Ｍ（トップフォイル部１２ａ）と軸方向で連続しているため、本体部Ｍに追従して略円筒状に湾曲している。
【００３５】
一方、フォイル１２の係止部１２ｆは、本体部Ｍと軸方向で分離されているため、本体部Ｍに追従して変形しない。また、係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも軸方向外側に設けられているため、フォイルホルダ１１で外径側から拘束されない。従って、係止部１２ｆは、本体部Ｍやフォイルホルダ１１に拘束されず、独立して変形可能とされる。本実施形態では、フォイル１２の弾性復元力により、係止部１２ｆが、接続部１２ｅと周方向で滑らかに連続した平板状となり、詳しくは、接続部１２ｅと係止部１２ｆとの境界における接続部１２ｅの略接線方向に延びる平板状となる。これにより、係止部１２ｆが、上流側に行くにつれて、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに対して外径側に変位し、その結果、係止部１２ｆがフォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配される（図１及び図４参照）。これにより、フォイル１２の係止部１２ｆとフォイルホルダ１１の端面１１ｄとが軸方向で係合可能とされるため、別途の係止部材を設けたり、フォイル１２を折り曲げたりすることなく、フォイル１２とフォイルホルダ１１との軸方向の位置ずれを防止できる。
【００３６】
本実施形態では、図３及び図４では見えていない奥側の係止部１２ｆも、上記と同様の構成を有し、フォイルホルダ１１の奥側の端面と軸方向で係合可能とされる。すなわち、フォイル１２の軸方向両端に設けられた一対の係止部１２ｆの軸方向間に、フォイルホルダ１１を配し、両係止部１２ｆでフォイルホルダ１１を軸方向両側から挟持している。これにより、両係止部１２ｆが、フォイルホルダ１１に軸方向両側から係合可能となるため、フォイル１２のフォイルホルダ１１に対する軸方向両側への移動を規制することができる。
【００３７】
以下、フォイル軸受１０の組立方法を説明する。
【００３８】
まず、図５に示すように、３枚の平板状のフォイル１２を組み合わせて筒状の仮組体Ｘを形成する。具体的には、隣接するフォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃと差込部１２ｂとを互いに嵌め合わせる。すなわち、各フォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃを、隣接するフォイル１２の下流側の凹部１２ｄに差し込むと共に、各フォイル１２の差込部１２ｂを、隣接するフォイル１２の上流側の凹部１２ｃ１に差し込む。これにより、３枚のフォイル１２が連結され、仮組体Ｘが形成される。
【００３９】
次に、図６に示すように、仮組体Ｘを円筒状に丸めた状態で、フォイルホルダ１１の内周に挿入する。このとき、各フォイル１２の係止部１２ｆは、本体部Ｍに追従して変形しないため、外径側に飛び出す。従って、各フォイル１２の軸方向一方側（挿入方向先行側）の係止部１２ｆ（図６では見えていない）を、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも内径側に弾性変形させて、フォイルホルダ１１との干渉を回避しながら、仮組体Ｘをフォイルホルダ１１の内周に挿入する。一方、各フォイル１２の軸方向他方側の係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の内周に挿入されないため、外径側に飛び出したままとされる。この状態で、フォイルホルダ１１の端面に開口した溝１１ｃに、各フォイル１２の差込部１２ｂを軸方向外側から差し込みながら、フォイルホルダ１１の内周に仮組体Ｘを挿入する。
【００４０】
そして、各フォイル１２の軸方向一方側の係止部１２ｆが、フォイルホルダ１１の内周面１１ａを通過して軸方向外側に出たら、軸方向一方側の係止部１２ｆが平板状に弾性復元し、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配される。一方、各フォイル１２の軸方向他方側の係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配されたまま、フォイルホルダ１１の軸方向他方の端面１１ｄの直近に配される。以上により、各フォイル１２の軸方向両側に設けられた一対の係止部１２ｆの軸方向間に、フォイルホルダ１１が配される。尚、各係止部１２ｆとフォイルホルダ１１の端面１１ｄとは、当接させてもよいし、微小な軸方向隙間を介して対向させてもよい。
【００４１】
このように、本実施形態では、フォイル１２に、本体部Ｍと軸方向で分離され、本体部Ｍから独立して半径方向に変形可能な係止部１２ｆを設け、この係止部１２ｆを、フォイルホルダ１１の内周面１１ａから軸方向外側にはみ出させて、フォイルホルダ１１で外径側から拘束されない位置に配した。これにより、フォイル１２をフォイルホルダ１１の内周面１１ａに取り付けるだけで、係止部１２ｆの弾性復元力により、係止部１２ｆをフォイルホルダ１１の内周面１１ａの外径側に配することができる。
【００４２】
軸２が図１の矢印方向に回転すると、フォイル軸受１０の各フォイル１２のトップフォイル部１２ａの内径面（軸受面）と軸２の外周面２ａとの間に軸受隙間Ｒが形成される。このとき、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａは、下流側に隣接するフォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃの上に乗り上げている。また、各フォイル１２の下流側端部に設けられた差込部１２ｂは、フォイルホルダ１１の溝１１ｃに差し込まれ、これによりトップフォイル部１２ａの下流端近傍が、トップフォイル部１２ａ全体の湾曲方向（フォイルホルダ１１の内周面１１ａの湾曲方向）と逆向き、すなわち内径側に凸となるように湾曲しようとする。以上により、下流側に向けて隙間幅が徐々に狭くなった楔状の軸受隙間Ｒが形成され、この楔状の軸受隙間Ｒの幅狭側に空気が押し込まれることにより、軸受隙間Ｒの空気膜の圧力が高められ、この圧力により軸２がラジアル方向に非接触支持される。尚、図１では、軸受隙間Ｒの幅を誇張して示している。
【００４３】
上記のように、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａが他のフォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃに乗り上げ、且つ、トップフォイル部１２ａの下流端近傍が内径側に凸となるように湾曲することで、トップフォイル部１２ａに半径方向のバネ性が付与される。これにより、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａの軸受面が、荷重や軸２の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、軸受隙間Ｒ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、軸受隙間を最適幅に管理することができ、軸２を安定して支持することが可能となる。
【００４４】
また、各フォイル１２は、フォイルホルダ１１に完全に固定されておらず、フォイルホルダ１１に対して微小移動可能とされる。従って、軸２の回転中は、軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル１２がフォイルホルダ１１に押し付けられ、これに伴って各フォイル１２とフォイルホルダ１１、特に、各フォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃの外径面とフォイルホルダ１１の内周面１１ａとの間や、各フォイル１２の差込部１２ｂとフォイルホルダ１１の溝１１ｃとの間に微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、軸２の振動を減衰させることができる。
【００４５】
尚、軸２の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイル１２の軸受面と軸２の外周面とが接触摺動する。このとき、各フォイル１２の軸受面に、ＰＴＦＥ、ＤＬＣ、チタンアルミナイトライド等からなる被膜を設ければ、軸受面の摩耗を防止することができる。また、フォイル１２とフォイルホルダ１１との間の微小摺動による摩擦力を調整するために、これらの何れか一方または双方に、上記のような被膜を形成してもよい。また、フォイル１２やフォイルホルダ１１に設ける被膜として、上記の他、二硫化タングステン膜や二硫化モリブデン膜を用いてもよい。
【００４６】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上記の実施形態と重複する点は説明を省略する。
【００４７】
図７に示す第二実施形態では、スリット１２ｇの下流側端部に軸方向幅の広い領域１２ｇ１を設けている。この場合、スリット１２ｇの下流側端部における応力集中が緩和され、フォイル１２の損傷が防止できる。
【００４８】
図８に示す第三実施形態では、各フォイル１２の係止部１２ｆが、接続部１２ｅから下流側に延び、下流側端部が自由端となっている点で、上記の実施形態と異なる。この係止部１２ｆは、本体部Ｍよりも下流側に設けられている。具体的には、各フォイル１２の差込部１２ｂの軸方向外側に連続して接続部１２ｅが設けられ、この接続部１２ｅの下流側に連続して係止部１２ｆが延びている。このフォイル１２をフォイルホルダ１１の内周面１１ａに取り付けると、図９に示すように、係止部１２ｆが、接続部１２ｅの延長線上に延び、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配される。
【００４９】
以上の実施形態では、各フォイル１２の本体部Ｍの下流側端部に接続部１２ｅを接続しているが、これに限らず、本体部Ｍの上流側端部や周方向中間部に接続部１２ｅを接続してもよい。
【００５０】
また、図１０に示す第四実施形態では、フォイルホルダ１１の内周面１１ａの軸方向端部に、凹部１１ｅを設けている。図示例の凹部１１ｅは、全周に連続して設けられる。凹部１１ｅの軸方向寸法は、フォイル１２の接続部１２ｅおよび係止部１２ｆの軸方向寸法よりも僅かに大きい。この凹部１１ｅの軸方向領域に、フォイル１２の接続部１２ｅおよび係止部１２ｆが収容される（図１１参照）。これにより、フォイル１２の接続部１２ｅおよび係止部１２ｆがフォイルホルダ１１から軸方向外側に突出しないため、フォイル軸受１０をターボ機械等に組み込む際に、フォイル１２の接続部１２ｅおよび係止部１２ｆがターボ機械のハウジング等に接触して損傷する事態を防止できる。フォイル１２の係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の凹部１１ｅに形成された端面１１ｅ１（肩面）と軸方向で係合可能とされる。
【００５１】
フォイルホルダ１１の内周面の凹部１１ｅは、必ずしも全周に形成する必要はない。例えば、図１２及び図１３に示す第五実施形態のように、周方向に離隔した複数箇所に凹部１１ｅを設けてもよい。各凹部１１ｅの軸方向領域に、各フォイル１２の係止部１２ｆが収容される。尚、上記の第四及び第五実施形態において、フォイル１２の係止部１２ｆは、フォイルホルダ１１の凹部１１ｅの底面（軸方向と平行な面）から離反させて平板状に延ばしてもよいし、凹部１１ｅの底面に接触させて係止部１２ｆを内径側に湾曲させてもよい。
【００５２】
以上の実施形態では、フォイル１２の本体部Ｍの軸方向両側に係止部１２ｆ及び接続部１２ｅを設けた場合を示したが、特に必要がなければ何れかの係止部１２ｆ及び接続部１２ｅを省略し、フォイル１２の本体部Ｍの軸方向一方側のみに係止部１２ｆ及び接続部１２ｅを設けてもよい。
【００５３】
図１４に示す第六実施形態は、フォイル１２の接続部１２ｅ及び係止部１２ｆが、フォイル１２の軸方向中間部（図示例では軸方向中央部）に設けられている点で、上記の実施形態と異なる。具体的に、接続部１２ｅの軸方向両側に、それぞれ本体部Ｍが連続して設けられている。図示例では、接続部１２ｅが、各本体部Ｍのトップフォイル部１２ａ、特にトップフォイル部１２ａの下流側端部を含む領域と軸方向で連続している。係止部１２ｆは、接続部１２ｅから上流側に延びている。係止部１２ｆと各本体部Ｍとの間には、それぞれスリット１２ｇが設けられる。
【００５４】
上記のフォイル１２は、図１５に示すフォイルホルダ１１に取り付けられる。このフォイルホルダ１１の内周面１１ａの軸方向中間部に凹部が設けられる。本実施形態では、図１６の断面図に示すように、フォイルホルダ１１の軸方向中間部（図示例では軸方向中央部）に、凹部として、フォイルホルダ１１の内周面１１ａおよび外周面１１ｂに開口した貫通孔１１ｆが設けられる。貫通孔１１ｆは、フォイル１２の係止部１２ｆと同じ数だけ設けられ、図示例では、周方向等間隔の３箇所に設けられる。各貫通孔１１ｆの周方向両側の側壁１１ｆ１は、軸方向と平行な凹曲面である。図示例では、各貫通孔１１ｆの周方向両側の側壁１１ｆ１が、同一円筒面上に設けられる。
【００５５】
本実施形態のフォイル軸受１０は、第一実施形態とおおよそ同様の手順で組み立てられる。具体的には、まず、図１７に示すように、３枚のフォイル１２のアンダーフォイル部１２ｃと差込部１２ｂとを互いに嵌め合わせ、筒状の仮組体Ｘを形成する。
【００５６】
次に、図１８に示すように、仮組体Ｘを円筒状に丸めた状態で、フォイルホルダ１１の内周に挿入する。このとき、円筒状に丸めた仮組体Ｘから外径側に飛び出した係止部１２ｆを、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも内径側に弾性変形させながら、仮組体Ｘをフォイルホルダ１１の内周に挿入する。そして、係止部１２ｆが、フォイルホルダ１１の軸方向中央部の貫通孔１１ｆに嵌まり込むと、図１９及び図２０に示すように、係止部１２ｆが平板状に弾性復元し、フォイルホルダ１１の内周面１１ａよりも外径側に配される。以上により、フォイルホルダ１１の貫通孔１１ｆにフォイル１２の係止部１２ｆが収容され、貫通孔１１ｆの軸方向両側の側壁１１ｆ２（図１９及び図２０では、軸方向一方の側壁１１ｆ２のみを示している。）の軸方向間に係止部１２ｆが配される。これにより、係止部１２ｆが、貫通孔１１ｆの軸方向両側の側壁１１ｆ２と係合可能とされ、フォイル１２のフォイルホルダ１１からの軸方向の抜け止めが行われる。
【００５７】
軸２が図２０の矢印Ｐ方向に回転すると、フォイル軸受１０の各フォイル１２のトップフォイル部１２ａの内径面（軸受面）と軸２の外周面２ａとの間に軸受隙間Ｒが形成される。このとき、接続部１２ｅの軸方向両側に本体部Ｍを設けることで、軸受面（トップフォイル部１２ａ）が軸方向に離隔した２箇所に形成される。このように、軸受面が明確に複列化されることで、フォイル軸受１０のモーメント剛性が増大する。
【００５８】
また、軸受隙間Ｒの流体（空気）が軸２の回転方向に流動することで、図２０に矢印Ｑ方向で示すように、貫通孔１１ｆを介して、外部の空気がフォイルホルダ１１の内周、特に軸受隙間Ｒに流入する。これにより、軸受隙間Ｒの空気量が増大し、軸受隙間Ｒにおける空気膜の圧力がさらに高められるため、フォイル軸受１０の負荷容量が高められる。また、軸受隙間Ｒに外部の空気が流入することで、軸受面（トップフォイル部１２ａ）を冷却することができる。特に、図２０では、フォイルホルダ１１の貫通孔１１ｆの周方向両側の側壁１１ｆ１が、軸方向と平行な凹曲面である。これにより、例えば図２１に示すように、フォイルホルダ１１の貫通孔１１ｆの周方向両側の側壁１１ｆ１が平坦面である場合と比べて、軸２の回転時に貫通孔１１ｆを介して外部の空気が軸受隙間Ｒに流入しやすいため、軸受剛性の向上や軸受面の冷却効果が得られやすい。尚、フォイルホルダ１１の外周面が取り付けられるハウジングに、上記の貫通孔１１ｆと外部とを連通する連通路（貫通孔等）を設ければ、外部の空気が軸受隙間Ｒにさらに流入しやすくなる。
【００５９】
尚、係止部１２ｆ及び貫通孔１１ｆの周方向位置、軸方向位置、及び数は上記に限らず、これらを増減させてもよい。
【００６０】
本発明が適用されるフォイル軸受は上記に限られない。例えば、軸受面を有するトップフォイルと、トップフォイルを背後から弾性的に支持するバックフォイルとを有するバンプ型のフォイル軸受に、本発明を適用してもよい。この場合、本発明の特徴的構成である係止部及び接続部を有するフォイルを、トップフォイルとしてもよいし、バックフォイルとしてもよい。
【００６１】
また、以上の実施形態では、フォイル軸受１０を固定し、軸２を回転させた場合を示したが、これに限らず、軸２を固定し、フォイル軸受１０を回転させてもよい。ただし、フォイル軸受１０を回転させると、遠心力でフォイル１２が破損する恐れがあるため、フォイル軸受１０は固定することが好ましい。
【００６２】
また、以上に示したフォイル軸受１０は、ガスタービンやターボチャージャ（過給機）等のターボ機械の他、自動車等の車両用軸受、あるいは産業機器用の軸受等として使用することが可能である。
【００６３】
また、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。
【符号の説明】
【００６４】
２     軸
１０   フォイル軸受
１１   フォイルホルダ
１１ｅ 凹部
１１ｆ 貫通孔（凹部）
１２   フォイル
１２ａ トップフォイル部
１２ｂ 差込部
１２ｃ アンダーフォイル部
１２ｅ 接続部
１２ｆ 係止部
Ｍ     本体部
Ｒ     軸受隙間
Ｘ     仮組体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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