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公開番号2025069991
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023179987
出願日2023-10-19
発明の名称流体機械
出願人株式会社豊田自動織機
代理人弁理士法人ぱてな
主分類F16C 27/02 20060101AFI20250424BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】製造時の公差が存在していても、作動時に生じるスラスト荷重をスラストフォイル軸受が好適に支持可能な流体機械を提供する。
【解決手段】本発明の流体機械10では、スラストフォイル軸受30がベース31と、トップフォイル33a～33fと、バンプフォイル32a～32fとを有している。各トップフォイル33a～33fは、第1トップフォイル61と第2トップフォイル63とを有している。第1トップフォイル61には第1本体部61cが形成されており、第2トップフォイル63には第2本体部63cが形成されている。第1本体部61cと第2本体部63cとは、駆動軸24aの非回転時及び空気膜80を介して第1本体部61cに作用するスラスト荷重F1が所定値以下であるときには互いに離隔する一方、スラスト荷重F1が所定値を超えれば互いに当接する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
駆動軸心周りに回転可能な駆動軸と、前記駆動軸によって回転しつつ流体を圧縮する作動体と、前記作動体の作動によって生じたスラスト荷重を支持するスラストフォイル軸受と、前記駆動軸、前記作動体及び前記スラストフォイル軸受を収容するハウジングとを備えた流体機械であって、
前記駆動軸には、前記駆動軸と一体回転可能なスラストカラーが設けられ、
前記スラストフォイル軸受は、前記駆動軸が挿通されるベースと、前記ベースに対する周方向の回転が規制された複数のトップフォイルと、前記ベースに対する前記周方向の回転が規制されつつ前記駆動軸心方向で前記各トップフォイルと前記ベースとの間に配置される複数のバンプフォイルとを有し、
前記各トップフォイルは、前記駆動軸心方向で前記スラストカラーと対向する第１トップフォイルと、
前記駆動軸心方向で前記第１トップフォイルと前記バンプフォイルとの間に配置される第２トップフォイルとを有し、
前記第１トップフォイルには、前記ベースに対する前記周方向の回転が規制される第１規制部と、前記第１規制部と接続し、前記駆動軸の回転によって前記スラストカラーとの間に空気膜を形成する第１本体部とが形成され、
前記第２トップフォイルには、前記ベースに対する前記周方向の回転が規制される第２規制部と、前記第２規制部と接続する第２本体部とが形成され、
前記第２本体部は、前記１本体部に最も近い位置から前記第１本体部よりも低い高さで前記第１本体部に向かって延び、
前記第１本体部と前記第２本体部とは、前記駆動軸の非回転時及び前記空気膜を介して第１本体部に作用する前記スラスト荷重が所定値以下であるときには互いに離隔する一方、前記スラスト荷重が前記所定値を超えれば互いに当接することを特徴とする流体機械。
続きを表示（約 160 文字）【請求項２】
前記第２トップフォイルは、前記第１トップフォイルよりも剛性が高い請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
前記第２トップフォイルと前記第１トップフォイルとは同一材質の金属板からなり、
前記第２トップフォイルの板厚は、前記第１トップフォイルの板厚よりも厚い請求項２記載の流体機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は流体機械に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の流体機械が開示されている。この流体機械は、駆動軸と、作動体と、スラストフォイル軸受と、ハウジングとを備えている。駆動軸は駆動軸心周りに回転可能である。また、駆動軸にはスラストカラーが設けられている。スラストカラーは駆動軸と一体回転可能である。作動体は駆動軸によって回転しつつ流体を圧縮する。ハウジングは、駆動軸、作動体及びスラストフォイル軸受を収容している。
【０００３】
スラストフォイル軸受は、ベースと、複数のトップフォイルと、複数のバンプフォイルとを有している。ベースには駆動軸が挿通されている。各トップフォイルは駆動軸の周方向に配置されつつベースに固定されている。各トップフォイルは、それぞれ規制部と本体部とを有している。規制部はベースに固定されている。これにより、規制部は、ベースに対する周方向の回転が規制されている。いる。本体部は、規制部と接続しており、スラストカラーに向かって延びている。各バンプフォイルは、駆動軸の周方向に配置されつつベースに固定されており、駆動軸心方向でトップフォイルとベースとの間に配置されている。
【０００４】
スラストフォイル軸受は作動体の作動によって生じたスラスト荷重を支持する。具体的には、スラストフォイル軸受では、駆動軸が回転することにより、スラストカラーと各トップフォイルの各本体部との間に空気膜が形成される。これにより、スラストフォイル軸受は、スラストカラーと各トップフォイルとが非接触の状態でスラスト荷重を支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－１１５０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、スラストフォイル軸受では、空気膜によってスラストカラーと各トップフォイルとが非接触の状態でスラスト荷重を支持する。ここで、上記従来の流体機械において、各トップフォイルの本体部がスラストカラーに向かって延びる高さ、すなわち、本体部でのスラストカラーに最も接近する頂部の高さが全てのトップフォイルの本体部同士で均一であれば、スラストカラーと各本体部との間に形成される空気膜の厚さはそれぞれ均一となる。このため、各空気膜から各本体部、ひいては各トップフォイルに対してはスラスト荷重が均一に作用することになる。
【０００７】
しかし、製造時の公差により、各本体部がスラストカラーに向かって延びる高さには不可避的なバラツキが生じる。このため、スラストカラーに向かって延びる高さが最も高い本体部を有するトップフォイルは、他のトップフォイルよりもスラスト荷重が優先的に作用する。つまり、全てのトップフォイルに対してスラスト荷重が均一に作用しなくなる。これにより、全てのトップフォイルに対してスラスト荷重が均一に作用する場合に比べて、スラストフォイル軸受が支持可能なスラスト荷重が低下してしまうことになる。
【０００８】
そこで、例えば各トップフォイルの剛性を低く設計することが考えられる。これにより、各空気膜を介して作用するスラスト荷重が比較的小さい段階、すなわち低荷重時においても、本体部が変形し易くなる。このため、スラストカラーに向かって延びる高さが最も高い本体部を有するトップフォイルに対し、スラスト荷重が優先的に作用する状態を少なくすることができる。この結果、低荷重時において、各トップフォイルがスラスト荷重を好適に支持することができる。しかし、各トップフォイルの剛性が低い場合には、各空気膜を介して作用するスラスト荷重が大きい場合、すなわち高荷重時には、各トップフォイルは空気層とは反対側からバンプフォイルによって支持されるものの、この際に各トップフォイルの剛性が低いと本体部がバンプフォイルの形状に沿って変形し易くなってしまう。このため、各トップフォイルの剛性を低く設計した場合には、高荷重時において、各トップフォイルがスラスト荷重を好適に支持し得なくなる。
【０００９】
反対に、各トップフォイルの剛性を高く設計した場合には、高荷重時でも本体部がバンプフォイルの形状に沿って変形し難くなることから、高荷重時に各トップフォイルがスラスト荷重を好適に支持することができる。しかしながら、この場合には、低荷重時に本体部が変形し難くなることから、スラストカラーに向かって延びる高さが最も高い本体部を有するトップフォイルに対してスラスト荷重が優先的に作用することがより助長されてしまう。これにより、低荷重時に各トップフォイルがスラスト荷重を好適に支持し得なくなる。
【００１０】
ところで、フォイル軸受としては、スラストフォイル軸受の他にラジアルフォイル軸受も存在する。ここで、ラジアルフォイル軸受であっても、駆動軸の回転によって駆動軸とトップフォイルとの間に空気膜が形成されるものの、ラジアルフォイル軸受では、駆動軸の回転に伴って空気膜の薄い個所が駆動軸の回転方向に常に移動する。このため、上述の問題はスラストフォイル軸受に固有の問題である。
（【００１１】以降は省略されています）

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