(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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フォイルガス軸受。
【請求項２】
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フォイルガス軸受。
【請求項３】
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フォイルガス軸受。
【請求項４】
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請求項１から請求項３のいずれかに記載のフォイルガス軸受。
【請求項５】
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フォイルガス軸受。
【請求項６】
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フォイルガス軸受。
【請求項７】
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フォイルガス軸受。
【請求項８】
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請求項７に記載のフォイルガス軸受。
【請求項９】
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フォイルガス軸受。
【請求項１０】
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ていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のフォイルガス軸受。
【請求項１１】
前記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請求項１から請求項９のいずれかに記載のフォイルガス軸受。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0004031614.tif 000002
【図２】
0004031614.tif 000003
【図３】
0004031614.tif 000004
【図４】
0004031614.tif 000005
【図５】
0004031614.tif 000006
【図６】
0004031614.tif 000007
【図７】
0004031614.tif 000008
【図８】
0004031614.tif 000009
【図９】
0004031614.tif 000010
【図１０】
0004031614.tif 000011
【図１１】
0004031614.tif 000012
【図１２】
0004031614.tif 000013
【図１３】
0004031614.tif 000014