特開 2024-136133 ラジアルフォイル軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136133

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ラジアルフォイル軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/02 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

F16C27/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047122

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 文博

(72)【発明者】

【氏名】篠田 史也

(72)【発明者】

【氏名】中根 健太

【テーマコード（参考）】

3J012

【Ｆターム（参考）】

3J012AB01

3J012BB01

3J012CB03

3J012DB05

3J012EB10

3J012GB10

(57)【要約】

【課題】トップフォイルの端部において回転軸との摺動面圧を低減させて、耐久性の向上を実現可能なラジアルフォイル軸受を提供する。
【解決手段】軸受ハウジング４１の支持内面４１ａは、軸心方向の少なくとも一方の端部に、支持内面４１ａの周方向に延びる拡径部４１１を有する。バンプフォイル４２は、軸心方向の中央を含むフォイル中央部４２１と、周方向に延びるスリット４２４を介してフォイル中央部４２１と軸心方向に分離されたフォイル端部４２２と、周方向の一方の端部で軸心方向に延びてフォイル中央部４２１とフォイル端部４２２とを連結する連結部４２３とを有する。フォイル端部４２２は、拡径部４１１の在る軸心方向の端部に、拡径部４１１の軸心方向長さの範囲内で設けられ、フォイル端部４２２がトップフォイル４３を支持する支持力は、フォイル中央部４２１がトップフォイル４３を支持する支持力よりも小さくされている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を支持するラジアルフォイル軸受であって、
前記回転軸を挿通させる挿通孔を形成する円柱状の支持内面を有する軸受ハウジングと、
前記挿通孔に挿通される前記回転軸と前記支持内面との間に配置されるトップフォイルと、
複数の山部と複数の谷部とが前記支持内面の周方向に交互に並ぶ波板形状を有し、前記支持内面に支持されるとともに前記トップフォイルを弾性的に支持するバンプフォイルと、を備え、
前記支持内面は、前記支持内面の軸心方向の少なくとも一方の端部に、前記支持内面の周方向に延びる拡径部を有し、
前記バンプフォイルは、前記バンプフォイルにおける前記軸心方向の中央を含むフォイル中央部と、前記周方向に延びるスリットを介して前記フォイル中央部と前記軸心方向に分離されたフォイル端部と、前記バンプフォイルにおける前記周方向の一方の端部で前記軸心方向に延びて前記フォイル中央部と前記フォイル端部とを連結する連結部と、を有し、
前記フォイル端部は、前記拡径部の在る前記軸心方向の少なくとも一方の前記端部に、前記拡径部の軸心方向長さの範囲内で設けられ、
前記フォイル端部が前記トップフォイルを支持する支持力は、前記フォイル中央部が前記トップフォイルを支持する支持力よりも小さいことを特徴とするラジアルフォイル軸受。

【請求項2】

前記バンプフォイルに外力が作用していない自然状態において、前記フォイル端部における前記波板形状と前記フォイル中央部における前記波板形状とは同一である請求項１記載のラジアルフォイル軸受。

【請求項3】

前記バンプフォイルに外力が作用していない自然状態において、前記フォイル端部における前記山部の高さは、前記フォイル中央部における前記山部の高さよりも低い請求項１記載のラジアルフォイル軸受。

【請求項4】

前記拡径部に弾性部材が配置され、前記フォイル端部は前記弾性部材を介して前記拡径部に支持される請求項１乃至３のいずれか１項記載のラジアルフォイル軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はラジアルフォイル軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に従来のラジアルフォイル軸受が開示されている。このラジアルフォイル軸受は、軸受ハウジングと、バンプフォイルと、トップフォイルとを備えており、回転軸を支持する。

【0003】

軸受ハウジングは、挿通孔を形成する円柱状の支持内面を有している。挿通孔には、回転軸が挿通される。トップフォイルは、挿通孔に挿通される回転軸と支持内面との間に配置される。バンプフォイルは、複数の山部と複数の谷部とが支持内面の周方向に交互に並ぶ波板形状を有している。バンプフォイルは、軸受ハウジングの支持内面に支持されるとともに、トップフォイルを弾性的に支持する。

【0004】

ラジアルフォイル軸受では、回転軸が所定回転数以下で回転する低速回転時に、相対回転する回転軸がトップフォイルによって接触状態で支持される。回転軸が高速回転して所定回転数を超えれば、回転軸とトップファイルとの間の隙間に生じる流体膜によって、回転軸が非接触状態で支持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－２８７５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ラジアルフォイル軸受においては、高速回転している回転軸が外乱等により傾いた場合、トップフォイルにおける支持内面の軸心方向の端部に回転軸が当接することがある。低速回転時にトップフォイルにより接触状態で支持された回転軸が傾いた場合は、トップフォイルの端部と回転軸とが高い面圧で摺動する。特に、低速回転時の高い面圧での摺動が繰り返されると、トップフォイルの端部で摩耗や焼付きが発生して、トップフォイルの耐久性が低下する。

【0007】

上記特許文献１に開示の技術では、その対策として、回転軸におけるトップフォイルと対向する部分に、軸心方向の両端部が中央部よりも外径の小さい凸部を設けている。これにより、回転軸が傾いた場合であっても、トップフォイルの端部と回転軸とが高い面圧で摺動することを抑えている。

【0008】

しかし、上記従来の技術では、回転軸の外周面に凸形状部品を装着して上記凸部を設けているため、追加の別部品が必要であり、その分材料費が高くなる。一方、回転軸の外周面に上記凸部を一体に形成しようとすると、特に高強度チタン合金等の難削材の場合、加工が困難となる。

【0009】

このため、ラジアルフォイル軸受の構造の工夫により、トップフォイルの端部において、傾いた回転軸との摺動面圧を低減させ得るようにすることが望まれる。

【0010】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、トップフォイルの端部において回転軸との摺動面圧を低減させて、耐久性の向上を実現可能なラジアルフォイル軸受を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のラジアルフォイル軸受は、回転軸を支持するラジアルフォイル軸受であって、
前記回転軸を挿通させる挿通孔を形成する円柱状の支持内面を有する軸受ハウジングと、
前記挿通孔に挿通される前記回転軸と前記支持内面との間に配置されるトップフォイルと、
複数の山部と複数の谷部とが前記支持内面の周方向に交互に並ぶ波板形状を有し、前記支持内面に支持されるとともに前記トップフォイルを弾性的に支持するバンプフォイルと、を備え、
前記支持内面は、前記支持内面の軸心方向の少なくとも一方の端部に、前記支持内面の周方向に延びる拡径部を有し、
前記バンプフォイルは、前記バンプフォイルにおける前記軸心方向の中央を含むフォイル中央部と、前記周方向に延びるスリットを介して前記フォイル中央部と前記軸心方向に分離されたフォイル端部と、前記バンプフォイルにおける前記周方向の一方の端部で前記軸心方向に延びて前記フォイル中央部と前記フォイル端部とを連結する連結部と、を有し、
前記フォイル端部は、前記拡径部の在る前記軸心方向の少なくとも一方の前記端部に、前記拡径部の軸心方向長さの範囲内で設けられ、
前記フォイル端部が前記トップフォイルを支持する支持力は、前記フォイル中央部が前記トップフォイルを支持する支持力よりも小さいことを特徴とする。

【0012】

本発明のラジアルフォイル軸受における軸受ハウジングは、支持内面の軸心方向の端部に拡径部を有している。また、バンプフォイルには、拡径部の範囲内にフォイル端部が設けられている。このフォイル端部は、スリットによりフォイル中央部と軸心方向に分離されている。このため、フォイル端部は、フォイル中央部とは独立して動くことができる。しかも、拡径部により、支持内面の径方向においてフォイル端部の動き得る空間が広がっている。そして、フォイル端部がトップフォイルを支持する支持力は、フォイル中央部がトップフォイルを支持する支持力よりも小さくされている。その結果、トップフォイルの端部において、回転軸との摺動面圧を低減させることができる。

【0013】

したがって、本発明のラジアルフォイル軸受によれば、トップフォイルの端部において回転軸との摺動面圧を低減させて、耐久性の向上を実現できる。

【0014】

バンプフォイルに外力が作用していない自然状態において、フォイル端部における波板形状とフォイル中央部における波板形状とは同一であることが好ましい。

【0015】

この場合、フォイル端部における波板形状とフォイル中央部における波板形状とが同一であるので、例えば１度のプレス加工により、フォイル端部の波板形状とフォイル中央部の波板形状とを同時に形成することができる。このため、バンプフォイルの製造が容易になる。

【0016】

バンプフォイルに外力が作用していない自然状態において、フォイル端部における山部の高さは、フォイル中央部における山部の高さよりも低いことが好ましい。

【0017】

この場合、波板形状の山部が低い分だけ、拡径部において、フォイル端部が支持内面の径方向に動き得る空間を拡大させ得る。このため、トップフォイルの端部において、バンプフォイルによるトップフォイルの支持力をより低下させて、摺動面圧をより低減させることができる。

【0018】

拡径部に弾性部材が配置され、フォイル端部は弾性部材を介して拡径部に支持されることが好ましい。

【0019】

この場合、フォイル端部を弾性部材により弾性的に支持することができる。このため、回転軸等で発生する振動をフォイル端部を介して弾性部材で減衰させることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明のラジアルフォイル軸受によれば、トップフォイルの端部において回転軸との摺動面圧を低減させて、耐久性の向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は実施例１のラジアルフォイル軸受を適用したターボ式圧縮機の断面図である。

【図2】図２は実施例１のラジアルフォイル軸受を適用したターボ式圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。

【図3】図３は実施例１のラジアルフォイル軸受を適用したターボ式圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は実施例１のラジアルフォイル軸受に係り、軸受ハウジング及びバンプフォイルを簡略化して示す斜視図である。

【図5】図５は実施例１のラジアルフォイル軸受に係り、軸受ハウジング及びバンプフォイルを簡略化して部分的に示す斜視図である。

【図6】図６は実施例１のラジアルフォイル軸受の作動を説明する断面図である。

【図7】図７は実施例１のラジアルフォイル軸受の作動を説明する断面図である。

【図8】図８は実施例２のラジアルフォイル軸受に係り、軸受ハウジング及びバンプフォイルを簡略化して部分的に示す斜視図である。

【図9】図９は実施例３のラジアルフォイル軸受に係り、軸受ハウジング及びバンプフォイルを簡略化して部分的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を具体化した実施例１～３について図面を参照しつつ説明する。

【0023】

（実施例１）
実施例１のラジアルフォイルフォイル軸受をターボ式圧縮機１０に適用した。ターボ式圧縮機１０は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車に搭載されている。燃料電池システムは、酸素及び水素を車載用燃料電池に供給して発電させる。ターボ式圧縮機１０は、車載用燃料電池に供給される酸素を含む空気を圧縮する。

【0024】

図１に示すように、ターボ式圧縮機１０はハウジング１１を備えている。ハウジング１１は金属材料製であり、例えばアルミニウム合金製である。ハウジング１１は、モータハウジング１２と、コンプレッサハウジング１３と、タービンハウジング１４と、第１プレート１５と、第２プレート１６と、第３プレート１７とを有している。

【0025】

モータハウジング１２は、板状の端壁１２ａと、周壁１２ｂとを有している。周壁１２ｂは、端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口側の端部に連結され、周壁１２ｂの開口を閉塞している。

【0026】

モータハウジング１２の端壁１２ａの内面１２１ａ、周壁１２ｂの内周面１２１ｂ、及び第１プレート１５におけるモータハウジング１２側の端面１５ａによってモータ室Ｓ１が区画されている。モータ室Ｓ１内には、電動モータ１８が収容されている。

【0027】

第１プレート１５は第１軸受保持部２０を有している。第１軸受保持部２０は、第１プレート１５の端面１５ａの中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第１軸受保持部２０は円筒状である。

【0028】

第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１５ｂには、底面１５ｄを有する凹部１５ｃが形成されている。凹部１５ｃは円孔状である。第１軸受保持部２０の筒内は、第１プレート１５を貫通して凹部１５ｃの底面１５ｄに開口している。凹部１５ｃの軸心と第１軸受保持部２０の軸心とは一致している。

【0029】

モータハウジング１２は第２軸受保持部２２を有している。第２軸受保持部２２は、モータハウジング１２の端壁１２ａの内面１２１ａの中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第２軸受保持部２２は円筒状である。第２軸受保持部２２の筒内は、モータハウジング１２の端壁１２ａを貫通して端壁１２ａの外面１２２ａに開口している。第１軸受保持部２０の軸心と第２軸受保持部２２の軸心とは一致している。

【0030】

図２に示すように、第２プレート１６は、第１プレート１５の端面１５ｂに連結されている。第２プレート１６の中央部にはシャフト挿通孔１６ａが形成されている。シャフト挿通孔１６ａは凹部１５ｃ内に連通している。シャフト挿通孔１６ａの軸心は、凹部１５ｃの軸心及び第１軸受保持部２０の軸心と一致している。第２プレート１６における第１プレート１５側の端面１６ｂと第１プレート１５の凹部１５ｃとによって、スラスト軸受収容室Ｓ２が区画されている。

【0031】

コンプレッサハウジング１３は、空気が吸入される円孔状の吸入口１３ａを有する筒状である。コンプレッサハウジング１３は、第２プレート１６における第１プレート１５とは反対側の端面１６ｃに連結されている。コンプレッサハウジング１３の吸入口１３ａの軸心と、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａの軸心と、第１軸受保持部２０の軸心とは一致している。吸入口１３ａは、コンプレッサハウジング１３における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。

【0032】

コンプレッサハウジング１３と第２プレート１６の端面１６ｃとの間には、第１羽根車室１３ｂと、吐出室１３ｃと、ディフューザ流路１３ｄとが形成されている。第１羽根車室１３ｂは吸入口１３ａに連通している。吐出室１３ｃは、第１羽根車室１３ｂの周囲で吸入口１３ａの軸心周りに延びている。ディフューザ流路１３ｄは、第１羽根車室１３ｂと吐出室１３ｃとを連通している。第１羽根車室１３ｂは、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａに連通している。

【0033】

図３に示すように、第３プレート１７は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外面１２２ａに連結されている。第３プレート１７の中央部にはシャフト挿通孔１７ａが形成されている。シャフト挿通孔１７ａは、第２軸受保持部２２の筒内に連通している。シャフト挿通孔１７ａの軸心は第２軸受保持部２２の軸心と一致している。

【0034】

タービンハウジング１４は、空気を吐出する円孔状の吐出口１４ａを有する筒状である。タービンハウジング１４は、第３プレート１７におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１７ｂに連結されている。タービンハウジング１４の吐出口１４ａの軸心と、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａの軸心と、第２軸受保持部２２の軸心とは一致している。吐出口１４ａは、タービンハウジング１４における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。

【0035】

タービンハウジング１４と第３プレート１７の端面１７ｂとの間には、第２羽根車室１４ｂと、吸入室１４ｃと、連通流路１４ｄとが形成されている。第２羽根車室１４ｂは吐出口１４ａに連通している。吸入室１４ｃは、第２羽根車室１４ｂの周囲で吐出口１４ａの軸心周りに延びている。連通流路１４ｄは、第２羽根車室１４ｂと吸入室１４ｃとを連通している。第２羽根車室１４ｂは、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａに連通している。

【0036】

図１に示すように、ハウジング１１内には回転軸２４が収容されている。回転軸２４は、軸本体２４ａと、第１支持部２４ｂと、第２支持部２４ｃと、スラストカラーとしての第３支持部２４ｄとを有している。軸本体２４ａは、コンプレッサハウジング１３側の端部である第１端部２４ｅと、タービンハウジング１４側の端部である第２端部２４ｆとを有している。第１支持部２４ｂは、軸本体２４ａの外周面２４０ａにおける第１端部２４ｅ寄りの部位に設けられるとともに第１軸受保持部２０の筒内に配置されている。第１支持部２４ｂは、軸本体２４ａに一体的に形成されるとともに軸本体２４ａの外周面２４０ａから環状に突出している。

【0037】

第２支持部２４ｃは、軸本体２４ａの外周面２４０ａにおける第２端部２４ｆ寄りの部位に設けられるとともに第２軸受保持部２２の筒内に配置されている。第２支持部２４ｃは、円筒状をなし、軸本体２４ａの外周面２４０ａから環状に突出した状態で、軸本体２４ａの外周面２４０ａに固定されている。第２支持部２４ｃは、軸本体２４ａと一体的に回転可能である。

【0038】

第３支持部２４ｄはスラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。第３支持部２４ｄは、円板状をなし、軸本体２４ａの外周面２４０ａから径方向に延在して環状に突出した状態で、軸本体２４ａの外周面２４０ａに固定されている。第３支持部２４ｄは、軸本体２４ａと一体的に回転可能である。第３支持部２４ｄは、電動モータ１８に対して回転軸２４の軸心方向で離隔した位置に配置されている。

【0039】

軸本体２４ａの第１端部２４ｅには、作動体としての第１羽根車２５が連結されている。第１羽根車２５は、回転軸２４における第３支持部２４ｄよりも第１端部２４ｅ寄りに配置されている。第１羽根車２５は第１羽根車室１３ｂに収容されている。軸本体２４ａの第２端部２４ｆには、第２羽根車２６が連結されている。第２羽根車２６は、回転軸２４における第２支持部２４ｃよりも第２端部２４ｆ寄りに配置されている。第２羽根車２６は第２羽根車室１４ｂに収容されている。ハウジング１１は、第１羽根車２５、第２羽根車２６及び回転軸２４を収容している。

【0040】

第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａと回転軸２４との間には、第１シール部材２７が設けられている。第１シール部材２７は、第１羽根車室１３ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａと回転軸２４との間には、第２シール部材２８が設けられている。第２シール部材２８は、第２羽根車室１４ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。第１シール部材２７及び第２シール部材２８は、例えばシールリングである。

【0041】

電動モータ１８は、筒状のロータ５１及び筒状のステータ５２を備えている。ロータ５１は回転軸２４に固定されている。ステータ５２はハウジング１１に固定されている。ロータ５１は、ステータ５２の径方向内側に配置されるとともに回転軸２４と一体的に回転する。ロータ５１は、回転軸２４に止着された円筒状のロータコア５１ａと、ロータコア５１ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。ステータ５２は、ロータ５１を取り囲んでいる。ステータ５２は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂに固定された円筒状のステータコア５３と、ステータコア５３に巻回されたコイル５４と、を有している。回転軸２４は、図示しないバッテリからコイル５４に電流が流れることによって、ロータ５１と一体的に回転する。

【0042】

燃料電池システムにおいては、吐出室１３ｃと燃料電池スタックとが供給配管により接続されている。また、燃料電池スタックと吸入室１４ｃとが吐出配管により接続されている。なお、供給配管、燃料電池スタック及び吐出配管の図示は省略する。

【0043】

回転軸２４がロータ５１と一体的に回転すると、第１羽根車２５及び第２羽根車２６が回転軸２４と一体的に回転する。すると、吸入口１３ａから吸入された空気が第１羽根車室１３ｂ内で第１羽根車２５によって圧縮されるとともにディフューザ流路１３ｄを通過して吐出室１３ｃから吐出される。吐出室１３ｃから吐出された空気は、供給配管を介して燃料電池スタックに供給される。燃料電池スタックに供給された空気は、燃料電池スタックを発電するために使用された後、燃料電池スタックの排気として吐出配管へ吐出される。燃料電池スタックの排気は、吐出配管を介して吸入室１４ｃに吸入される。吸入室１４ｃに吸入された燃料電池スタックの排気は、連通流路１４ｄを通じて第２羽根車室１４ｂに吐出される。第２羽根車室１４ｂに吐出される燃料電池スタックの排気により第２羽根車２６が回転する。回転軸２４は、電動モータ１８の駆動による回転に加え、燃料電池スタックの排気により回転する第２羽根車２６の回転によっても回転する。よって、作動体としての第１羽根車２５は回転軸２４と一体的に回転するとともに、外部流体としての空気を圧送する。第２羽根車室１４ｂに吐出された燃料電池スタックの排気は、吐出口１４ａから外部へ吐出される。

【0044】

ターボ式圧縮機１０は、一対のスラストフォイル軸受３０、３０と、一対のラジアルフォイル軸受４０、４０とを有している。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、回転軸２４をハウジング１１に対して回転可能に回転軸２４の軸心方向に支持する。一対のラジアルフォイル軸受４０、４０は、回転軸２４をハウジング１１に対して回転可能に回転軸２４の軸心方向に直交する方向に支持する。

【0045】

一方のラジアルフォイル軸受４０は第１軸受保持部２０内に配置されており、他方のラジアルフォイル軸受４０は第２軸受保持部２２内に配置されている。第１軸受保持部２０内において、回転軸２４の第１支持部２４ｂが一方のラジアルフォイル軸受４０に回転可能に支持される。第２軸受保持部２２内において、回転軸２４の第２支持部２４ｃが他方のラジアルフォイル軸受４０に回転可能に支持される。

【0046】

一対のラジアルフォイル軸受４０、４０は基本的に同様の構成を有するため、一方のラジアルフォイル軸受４０の構成についてのみ説明し、他方のラジアルフォイル軸受４０の構成についての説明を省略する。

【0047】

図６及び図７に示すように、ラジアルフォイル軸受４０は、軸受ハウジング４１と、バンプフォイル４２と、トップフォイル４３とを備えている。ここに、一方のラジアルフォイル軸受４０においては第１軸受保持部２０が軸受ハウジング４１を構成し、他方のラジアルフォイル軸受４０においては第２軸受保持部２２が軸受ハウジング４１を構成する。なお、図６及び図７は、軸受ハウジング４１の後述する支持内面４１ａにおける拡径部４１１の部位で切断した断面図である。

【0048】

図４及び図５に示すように、軸受ハウジング４１は、円柱状の支持内面４１ａを有している。支持内面４１ａは、回転軸２４を挿通させる挿通孔４１ｂを形成する。支持内面４１ａの軸心方向、周方向、径方向は、回転軸２４の軸心方向、周方向、径方向にそれぞれ一致する。なお、図４～図７においては、軸受ハウジング４１の外形状を簡略化しており、実際の外形状とは異なっている。また、図４、図５においては、トップフォイル４３の図示を省略している。また、図５では、軸受ハウジング４１の一部と１個のバンプフォイル４２とを示している。

【0049】

支持内面４１ａの軸心方向の両端部には一対の拡径部４１１、４１１が設けられている。拡径部４１１は、軸受ハウジング４１の支持内面４１ａに切削加工を施すことにより形成した。各拡径部４１１は、支持内面４１ａにおける拡径部４１１以外の一般部４１２よりも内径が大きくされている。拡径部４１１は、支持内面４１ａの周方向の全体に延びて環状に設けられている。拡径部４１１の幅、すなわち支持内面４１ａの軸心方向における拡径部４１１の幅は、拡径部４１１と一般部４１２との境界の位置が、バンプフォイル４２における後述するスリット４２４の位置と一致するように設定されている。

【0050】

軸受ハウジング４１内において、支持内面４１ａの周方向に３個のバンプフォイル４２が等間隔で配置されている。３個のバンプフォイル４２はいずれも同一の構成を有するため、一つのバンプフォイル４２についてのみ説明し、他の二つのバンプフォイル４２の説明を省略する。

【0051】

図４及び図５に示すように、バンプフォイル４２は、略円弧状をなしており、ステンレス鋼などの金属製の弾性薄板よりなる。バンプフォイル４２は、支持内面４１ａの軸心方向において、支持内面４１ａの長さとほぼ同等の幅を有している。バンプフォイル４２は、複数の山部４２ａと複数の谷部４２ｂとが支持内面４１ａの周方向に交互に並ぶ波板形状を有している。各山部４２ａは支持内面４１ａの径方向に内方に突出しており、トップフォイル４３に当接してトップフォイル４３を弾性的に支持しうる。

【0052】

また、バンプフォイル４２は、フォイル中央部４２１と、一対のフォイル端部４２２、４２２と、連結部４２３とを有している。フォイル中央部４２１は、バンプフォイル４２における支持内面４１ａの軸心方向の中央を含む領域に形成されている。支持内面４１ａの軸心方向において、フォイル中央部４２１の長さはバンプフォイル４２の長さの半分以上とされている。

【0053】

各フォイル端部４２２は、支持内面４１ａの周方向に延びるスリット４２４を介してフォイル中央部４２１と支持内面４１ａの軸心方向に分離されている。各スリット４２４は、バンプフォイル４２における連結部４２３以外の部位全体にわたって支持内面４１ａの周方向に延びている。

【0054】

フォイル中央部４２１と、各フォイル端部４２２とは、同一の波板形状を有している。すなわち、山部４２ａの高さ及びピッチは、フォイル中央部４２１とフォイル端部４２２とで同一である。支持内面４１ａの軸心方向において、フォイル端部４２２の長さは、フォイル中央部４２１の長さよりも短い。フォイル端部４２２における弾性復元力は、支持内面４１ａの軸心方向における長さが短い分だけ、フォイル中央部４２１における弾性復元力も小さい。すなわち、フォイル端部４２２がトップフォイル４３を弾性的に支持する支持力は、フォイル中央部４２１がトップフォイル４３を弾性的に支持する支持力よりも小さい。

【0055】

連結部４２３は、バンプフォイル４２における支持内面４１ａの周方向の一方の端部で、フォイル中央部４２１と、各フォイル端部４２２とを一体的に連結している。連結部４２３は、支持内面４１ａの軸心方向においてバンプフォイル４２の全体に延びている。各スリット４２４は、連結部４２３からバンプフォイル４２における支持内面４１ａの周方向の他方の端部まで延びている。

【0056】

バンプフォイル４２は、次のように製造した。まず、金属板をプレス加工して、一対のスリット４２４を形成した。そして、再びプレス加工して、フォイル中央部４２１の波板形状とフォイル端部４２２の波板形状とを同時に形成した。

【0057】

バンプフォイル４２は、例えば連結部４２３が支持内面４１ａに溶接されることで軸受ハウジング４１に固定されている。詳しくは、支持内面４１ａにおける一般部４１２の部分に連結部４２３が溶接されている。これにより、バンプフォイル４２においては、連結部４２３が固定端とされ、支持内面４１ａの周方向における連結部４２３とは反対側の端部が自由端４２ｃとされている。バンプフォイル４２は、外力が作用していない自然状態で、フォイル中央部４２１における各谷部４２ｂが支持内面４１ａにおける一般部４１２に支持されている。すなわち、外力が作用していない自然状態において、フォイル端部４２２における各谷部４２ｂは支持内面４１ａにおける拡径部４１１に支持されておらず、各谷部４２ｂは拡径部４１１から浮いている。

【0058】

トップフォイル４３は、略円筒状をなしており、ステンレス鋼などの金属製の弾性薄板を所定形状に成形して形成されている。トップフォイル４３の表面であって、回転軸２４との摺動面となる回転軸２４側の表面が軸受面４３ｃとなる。この軸受面４３ｃには、コーティング層（図示せず）が形成されている。コーティング層は、例えば樹脂コーティングや金属メッキにより形成することができる。

【0059】

トップフォイル４３では、回転軸２４の周方向の一方側の端部が径方向外側へ折り曲げられて軸受ハウジング４１に溶接により固定されている。すなわち、トップフォイル４３は、周方向の一方側の端部が固定端４３ａとされ、周方向の他方側の端部が自由端４３ｂとされている。

【0060】

一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、スラストカラーとしての第３支持部２４ｄを挟み込むように配置されている。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、第３支持部２４ｄに対して、回転軸２４の軸心方向で対向している。一方のスラストフォイル軸受３０は、第３支持部２４ｄに対して、軸本体２４ａの第１端部２４ｅ側に配置されている。他方のスラストフォイル軸受３０は、第３支持部２４ｄに対して、軸本体２４ａの第２端部２４ｆ側に配置されている。

【0061】

一対のスラストフォイル軸受３０、３０は基本的に同様の構成を有するため、一方のスラストフォイル軸受３０の構成についてのみ説明し、他方のスラストフォイル軸受３０の構成についての説明を省略する。

【0062】

スラストフォイル軸受３０は、スラスト軸受ハウジングと、スラスト軸受ハウジングに取り付けられた６個のスラストバンプフォイル３２と、各スラストバンプフォイル３２にそれぞれ対応する位置にスラスト軸受ハウジングに取り付けられた６個のスラストトップフォイル３３と、を備えている。スラストバンプフォイル３２及びスラストトップフォイル３３の外形状は、いずれも平面視で略扇状をなしている。スラストバンプフォイル３２及びスラストトップフォイル３３は、ステンレス鋼などの金属製の弾性薄板を所定形状に成形して形成されている。

【0063】

スラスト軸受ハウジングは第２プレート１６の一部によって構成されている。すなわち、スラスト軸受ハウジングは、第２プレート１６の端面１６ｂのうちスラスト軸受収容室Ｓ２を区画する部分における第２プレート１６によって構成されている。スラスト軸受ハウジングは、第３支持部２４ｄと回転軸２４の軸心方向に対向している。スラスト軸受ハウジングには、回転軸２４が挿通される挿通孔が形成されている。なお、他方のスラストフォイル軸受３０におけるスラスト軸受ハウジングは、スラスト軸受収容室Ｓ２を区画する凹部１５ｃの部分における第１プレート１５によって構成されている。

【0064】

６個のスラストバンプフォイル３２は、スラスト軸受ハウジングの第３支持部２４ｄ側の端面に、回転軸２４の周方向に等間隔に配置されつつ、挿通孔の周囲に並べて取り付けられている。各スラストバンプフォイル３２は、周方向の一方側の端部において、溶接によってスラスト軸受ハウジングに固定されている。すなわち、スラストバンプフォイル３２の周方向の一方側の端部が固定端とされ、周方向の他方側の端部が自由端とされている。なお、スラストバンプフォイル３２は、周方向の他方側の端部が固定端とされ、周方向の一方側の端部が自由端とされてもよい。

【0065】

スラストバンプフォイル３２は、山部と谷部とが回転軸２４の周方向に交互に並ぶ波板形状とされている。各山部は第３支持部２４ｄ側に突出し、スラストトップフォイル３３に当接してスラストトップフォイル３３を弾性的に支持しうる。

【0066】

６個のスラストトップフォイル３３は、スラスト軸受ハウジングの第３支持部２４ｄ側の端面に、各スラストバンプフォイル３２と対応するように回転軸２４の周方向に等間隔に配置されつつ、挿通孔の周囲に並べて取り付けられている。各スラストトップフォイル３３は、周方向の他方側の端部がスラスト軸受ハウジングに向けて折り曲げられており、その先端部が溶接によってスラスト軸受ハウジングに固定されている。すなわち、スラストトップフォイル３３の周方向の他方側の端部が固定端とされ、周方向の一方側の端部が自由端とされている。

【0067】

ラジアルフォイル軸受４０、４０においては、回転軸２４の回転数が、ラジアルフォイル軸受４０により回転軸２４における第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃが浮上する浮上回転数に達するまでは、トップフォイル４３の軸受面４３ｃと第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃとが接触した状態で回転軸２４を支持する。

【0068】

図６に示すように、回転軸２４の回転数が浮上回転数に達すると、第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃとトップフォイル４３との間に生じる流体膜圧力によって、第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃがラジアルフォイル軸受４０に対して浮上する。これにより、ラジアルフォイル軸受４０は、第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃと非接触の状態で回転軸２４を支持する。

【0069】

ここで、回転軸２４が傾いておらず、正常に回転している状態では、図６に示すように、フォイル端部４２２における各谷部４２ｂは、拡径部４１１に支持されておらず、拡径部４１１から浮いている。

【0070】

一対のスラストフォイル軸受３０、３０においても、同様に、回転軸２４の回転数が、スラストフォイル軸受３０により第３支持部２４ｄが浮上する浮上回転数に達するまでは、スラストトップフォイル３３と第３支持部２４ｄとが接触した状態で回転軸２４を支持する。回転軸２４の回転数が浮上回転数に達すると、第３支持部２４ｄとスラストトップフォイル３３との間に生じる流体膜圧力によって、第３支持部２４ｄがスラストフォイル軸受３０に対して浮上する。これにより、スラストフォイル軸受３０は、第３支持部２４ｄと非接触の状態で回転軸２４を支持する。

【0071】

このターボ式圧縮機１０におけるラジアルフォイル軸受４０では、軸受ハウジング４１の支持内面４１ａにおける支持内面４１ａの軸心方向の両端部に拡径部４１１、４１１が設けられている。また、バンプフォイル４２には、各拡径部４１１の範囲内にそれぞれフォイル端部４２２が設けられている。各フォイル端部４２２は、スリット４２４によりフォイル中央部４２１と軸心方向に分離されている。このため、各フォイル端部４２２は、フォイル中央部４２１とは独立して動くことができる。

【0072】

しかも、外力が作用していない自然状態で、各フォイル端部４２２における谷部４２ｂは、拡径部４１１に支持されておらず、拡径部４１１から浮いている。これにより、拡径部４１１において、各フォイル端部４２２の動き得る空間が支持内面４１ａの径方向に広がっている。

【0073】

また、支持内面４１ａの軸心方向において、各フォイル端部４２２の幅は、フォイル中央部４２１の幅の半分以下とされている。これにより、フォイル端部４２２がトップフォイル４３を弾性的に支持する支持力は、フォイル中央部４２１がトップフォイル４３を弾性的に支持する支持力よりも小さくされている。その結果、支持内面４１ａの軸心方向の端部において、トップフォイル４３と回転軸２４との摺動面圧を低減させることができる。

【0074】

図７に示すように、外乱等により回転軸２４が傾くと、支持内面４１ａの軸心方向の端部において、回転軸２４がトップフォイル４３に当接する。そして、回転軸２４が当接したトップフォイル４３によりフォイル端部４２２が支持内面４１ａの径方向の外方に押される。これにより、フォイル端部４２２における谷部４２ｂが拡径部４１１に当接して、支持される。この際、フォイル端部４２２がトップフォイル４３を支持する支持力は小さくされ、トップフォイル４３と回転軸２４との摺動面圧が低減されている。このため、トップフォイル４３の軸受面４３ｃに形成されたコーティング層の摩耗やトップフォイル４３自体の摩耗を抑えることができるとともに、焼付きを抑えることができる。その結果、トップフォイル４３の耐久性が向上する。

【0075】

したがって、このラジアルフォイル軸受４０によれば、トップフォイル４３の端部において回転軸２４との摺動面圧を低減させて、耐久性の向上を実現できる。

【0076】

特に、このラジアルフォイル軸受４０では、フォイル端部４２２における波板形状とフォイル中央部４２１における波板形状とが同一である。このため、１度のプレス加工により、フォイル端部４２２の波板形状とフォイル中央部４２１の波板形状とを同時に形成することができる。その結果、バンプフォイル４２の製造が容易になる。

【0077】

また、軸受ハウジング４１は、例えばアルミニウム合金製であるため、支持内面４１ａに切削加工により拡径部を形成しても、その切削加工が困難になることがない。

【0078】

（実施例２）
図８に示すように、実施例２のラジアルフォイル軸受４０Ａでは、実施例１のラジアルフォイル軸受４０において、バンプフォイル４２におけるフォイル端部４２２の形状を変更している。

【0079】

すなわち、実施例２のラジアルフォイル軸受４０Ａでは、バンプフォイル４２Ａにおけるフォイル端部４２２Ａの山部４２ａの高さが、フォイル中央部４２１の山部４２ａの高さよりも低くされている。

【0080】

このため、このラジアルフォイル軸受４０Ａでは、山部４２ａの高さが低い分だけ、拡径部４１１において、フォイル端部４２２Ａの動き得る空間が支持内面４１ａの径方向に広くなる。このため、支持内面４１ａの軸心方向の端部において、バンプフォイル４２Ａによるトップフォイルの支持力をより低下させて、摺動面圧をより低減させることができる。

【0081】

その他の構成及び作用効果は実施例１と同様である。

【0082】

（実施例３）
図９に示すように、実施例３のラジアルフォイル軸受４０Ｂでは、実施例１のラジアルフォイル軸受４０において、各拡径部４１１にゴムリング４４をそれぞれ配置している。ゴムリング４４は、本発明における「弾性部材」の一例である。

【0083】

ゴムリング４４は、支持内面４１ａの周方向において、拡径部４１１の全体に設けられている。これにより、バンプフォイル４２に外力が作用していない自然状態で、フォイル端部４２２の谷部４２ｂがゴムリング４４に当接している。

【0084】

実施例３のラジアルフォイル軸受４０Ｂでは、フォイル端部４２２がゴムリング４４により弾性的に支持される。このため、回転軸２４等で発生する振動をフォイル端部４２２を介してゴムリング４４で減衰させることができる。

【0085】

その他の構成及び作用効果は実施例１と同様である。

【0086】

以上において、本発明を実施例１～３に即して説明したが、本発明は上記実施例１～３に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【0087】

例えば、上記実施例１～３のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂでは、支持内面４１ａの軸心方向の両端部に一対の拡径部４１１及び一対のフォイル端部４２２を設けているが、本発明はこれに限らず、支持内面４１ａの軸心方向の一端部に１個の拡径部４１１及び１個のフォイル端部４２２を設けてもよい。

【0088】

また、上記実施例１～３のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂでは、拡径部４１１と一般部４１２との境界の位置と、バンプフォイル４２のスリット４２４の位置とを一致させているが、本発明はこれに限られず、バンプフォイル４２におけるスリット４２４の位置が拡径部４１１にあればよく、すなわち、拡径部４１１の軸心方向の長さの範囲内に、バンプフォイル４２のフォイル端部４２２があればよい。

【0089】

上記実施例１、２のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａでは、外力が作用していない自然状態において、フォイル端部４２２における各谷部４２ｂは支持内面４１ａにおける拡径部４１１に支持されておらず、各谷部４２ｂは拡径部４１１から浮いているが、本発明はこれに限らず、フォイル端部４２２における各谷部４２ｂを拡径部４１１に当接させて、各谷部４２ｂを拡径部４１１に支持させてもよい。

【0090】

上記実施例１～３のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂにおいて、山部４２ａのピッチを、フォイル端部４２２とフォイル中央部４２１とで異ならせてもよい。

【0091】

上記実施例３のラジアルフォイル軸受４０Ｂでは、弾性部材としてゴムリング４４を採用するが、本発明はこれに限らず、弾性部材として例えば樹脂製の発泡体を採用してもよい。

【0092】

上記実施例１～３のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂでは、支持内面４１ａの周方向に等間隔に配置するバンプフォイル４２の数を３個としたが、バンプフォイル４２の数はこれに限らず、２個でも４個以上でもよい。また、周方向のほぼ全体に延びる１個のバンプフォイルとしてもよい、

【0093】

上記実施例１～３では、一方のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂにおいてはハウジング１１を構成する第１プレート１５の第１軸受保持部２０を軸受ハウジング４１とし、また、他方のラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂにおいてはハウジング１１を構成するモータハウジング１２の第２軸受保持部２２を軸受ハウジング４１としたが、これに限られない。ラジアルフォイル軸受４０、４０Ａ、４０Ｂの軸受ハウジング４１は、ハウジング１１の構成部材とは別部材によって構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本発明は、燃料電池システムに用いられる空気圧縮機等に利用可能である。

【符号の説明】

【0095】

２４…回転軸
４０、４０Ａ、４０Ｂ…ラジアルフォイル軸受
４１…軸受ハウジング
４１ａ…支持内面
４１ｂ…挿通孔
４１１…拡径部
４２、４２Ａ…バンプフォイル
４２ａ…山部
４２ｂ…谷部
４２１…フォイル中央部
４２２、４２２Ａ…フォイル端部
４２３…連結部
４２４…スリット
４３…トップフォイル
４４…弾性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】