箔片空气滑动轴承的制作方法

1.本发明涉及构成为支撑转子的半径方向载荷的箔片空气滑动轴承(air foil journal bearing)，抑制以高速旋转的转子发生异常振动，从而能够确保动态稳定性。


背景技术：

2.箔片空气轴承是指：随着转子(或者旋转轴)的高速旋转，在与转子或者轴承盘(bearing disk)接触的箔片之间流入作为带有粘性的流体的空气而形成压力，由此支撑载荷的轴承。
3.并且，在箔片空气轴承中，箔片空气滑动轴承是指构成为支撑与转子垂直的方向即转子的半径方向上的载荷的轴承。
4.如图1所示，通常的箔片空气滑动轴承构成为，沿着轴承壳体1的中空部1a的内周面1b设置波箔(bump foil)2，在波箔2的内侧配置顶箔(top foil)3，在顶箔3的内侧配置转子4(或者旋转轴)，从而使得转子能够在顶箔3的内周面与转子4的外周面分隔的状态下旋转。并且，波箔2以及顶箔3形成有圆周方向的一侧端部向半径方向外侧弯折的形态的弯折部，该弯折部2a、3a插入到形成于轴承壳体1的凹槽1c而被固定。由此，在转子静止的状态下，转子由于自重而与顶箔的内周面下侧接触而得到支撑，而后在转子进行旋转而启动时，随着转子的下侧与顶箔之间的空气的压力增加，转子从顶箔的内周面下侧上浮而旋转。
5.在使用这种箔片空气滑动轴承的产业机械中，转子的载荷所作用的部分即箔片空气滑动轴承的下部侧的刚性非常重要，但为了应对像汽车那样具有多种要求的要素，箔片空气滑动轴承的上部侧的刚性的重要性也日益突显。
6.但在通常的箔片空气滑动轴承中，顶箔的一侧端部固定在轴承壳体的上部侧，另一侧端部形成为自由端而脱离波箔的刚性支撑部。即，顶箔的另一侧端部并非是支撑或固定于波箔以及轴承壳体，而是保持悬浮在中空空间的状态。
7.由此，若转子以高速旋转，则随着转子流动的空气的流动会在顶箔的自由端变得不稳定，因此不仅导致旋转体即转子发生振动，还导致顶箔发生振动，从而存在引发转子异常振动的问题。
8.现有技术文献
9.专利文献1：jp 2011
‑
169413 a(2011.09.01.)


技术实现要素：

10.本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供箔片空气滑动轴承，在构成为支撑转子的半径方向载荷的箔片空气滑动轴承的顶箔自由端，将随着转子的旋转而流动的空气的流动干扰最小化，从而能够抑制顶箔以及转子发生振动。
11.为实现上述目的，本发明的箔片空气滑动轴承可包括：轴承壳体，形成有供转子配置的中空部；波箔，设置在所述轴承壳体的内侧且沿着圆周方向形成，所述波箔形成有凹凸形状的弹性波部，并且与所述轴承壳体结合；以及顶箔，设置在所述波箔的内侧且沿着圆周
方向形成有曲面部，所述顶箔的圆周方向一侧端部结合于所述轴承壳体而被固定，所述顶箔的另一侧端部形成为自由端，所述顶箔的自由端即另一侧端部形成为在曲面部以固定于轴承壳体的一侧端部为基准所延伸形成的方向上超过另一侧端部，从而在圆周方向上所述顶箔的另一侧端部配置成与一侧端部重叠，所述顶箔的另一侧端部的内侧面配置在相比曲面部的内周面所形成的延长线更靠半径方向的外侧的位置。
12.另外，可以为向半径方向外侧弯折所述顶箔的一侧端部而成的第一弯折部固定于所述轴承壳体，且所述顶箔形成有将所述第一弯折部与曲面部连结的连结部，所述连结部形成为随着从与曲面部连结的另一侧朝向与第一弯折部连结的一侧而逐渐向半径方向离开曲面部的内周面所形成的延长线，所述顶箔的另一侧端部在圆周方向上配置成与所述连结部重叠。
13.另外，所述顶箔可以以第一弯折部为基准沿着圆周方向以超过360度的方式延伸形成，从而存在所述顶箔的另一侧端部与一侧端部在圆周方向上重叠的区域。
14.另外，所述波箔可以在沿圆周方向配置有顶箔的延伸部以及另一侧端部的范围，不配置有弹性波部。
15.另外，所述顶箔的另一侧端部可以形成有至少一部分向半径方向外侧弯折而成的第二弯折部。
16.另外，所述顶箔的另一侧端部可以形成为厚度随着在圆周方向上朝向末端而逐渐变薄。
17.另外，所述顶箔的另一侧端部可以仅形成到：在曲面部以一侧端部为基准所延伸形成的圆周方向上配置在第一顺位的弹性波部的波峰前的位置为止。
18.另外，所述顶箔的另一侧端部的半径方向外侧可以在没有外力作用的状态下与连结部接触而得到支撑。
19.另外，所述顶箔的另一侧端部可以配置成在没有外力作用的状态下与一侧端部分离，在所述转子旋转时，由于空气的压力，所述另一侧端部向半径方向外侧弯曲，从而该另一侧端部的外侧与一侧端部接触而得到支撑。
20.根据另一方面，本发明的箔片空气滑动轴承可以包括：轴承壳体，形成有供转子配置的中空部；波箔，设置在所述轴承壳体的内侧且沿着圆周方向形成，所述波箔形成有凹凸形状的弹性波部，并且与所述轴承壳体结合；第一顶箔，设置在所述波箔的内侧且沿着圆周方向形成有曲面部，所述第一顶箔的圆周方向一侧端部结合于所述轴承壳体而被固定，所述第一顶箔的另一侧端部形成为自由端；以及第二顶箔，夹设在所述波箔与第一顶箔之间且沿着圆周方向形成，所述第二顶箔的圆周方向一侧端部结合于所述轴承壳体而被固定，所述第一顶箔的自由端即另一侧端部形成为在曲面部以固定于轴承壳体的一侧端部为基准所延伸形成的方向上超过另一侧端部，从而在圆周方向上所述第一顶箔的另一侧端部配置成与一侧端部重叠，所述第一顶箔的另一侧端部的内侧面配置在相比曲面部的内周面所形成的延长线更靠半径方向的外侧的位置。
21.另外，可以为向半径方向外侧弯折所述第一顶箔的一侧端部而成的第一弯折部固定于所述轴承壳体，且所述第一顶箔形成有将所述第一弯折部与曲面部连结的连结部，所述连结部形成为随着从与曲面部连结的另一侧朝向与第一弯折部连结的一侧而逐渐向半径方向离开曲面部的内周面所形成的延长线，所述第一顶箔的另一侧端部在圆周方向上配
置成与所述连结部重叠。
22.另外，所述第一顶箔可以以第一弯折部为基准沿着圆周方向以超过360度的方式延伸形成，从而存在所述第一顶箔的另一侧端部与一侧端部在圆周方向上重叠的区域。
23.另外，所述波箔可以在沿圆周方向配置有第一顶箔的连结部以及另一侧端部的范围，不配置有弹性波部。
24.另外，所述第一顶箔的另一侧端部可以形成有至少一部分向半径方向外侧弯折的第二弯折部。
25.另外，所述第一顶箔的另一侧端部可以形成为厚度随着在圆周方向上朝向末端而逐渐变薄。
26.另外，所述第一顶箔的另一侧端部可以仅形成到：在曲面部以一侧端部为基准所延伸形成的圆周方向上配置在第一顺位的弹性波部的波峰前的位置为止。
27.另外，所述第一顶箔的另一侧端部的半径方向外侧可以在没有外力作用的状态下与连结部接触而得到支撑。
28.另外，所述第一顶箔的另一侧端部可以配置成在没有外力作用的状态下与一侧端部分离，在所述转子旋转时，由于空气的压力，所述另一侧端部向半径方向外侧弯曲，从而该另一侧端部的外侧与一侧端部接触而得到支撑。
29.本发明的优点如下：能够抑制以支撑转子的半径方向载荷的方式构成的箔片空气滑动轴承的顶箔以及转子发生振动，从而能够防止被箔片空气滑动轴承支撑半径方向载荷的旋转体即转子的异常振动。
附图说明
30.图1是示出现有的箔片空气滑动轴承的剖视图。
31.图2至图4分别是示出本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图、剖视图以及局部放大图。
32.图5以及图6分别是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的剖视图以及局部放大图。
33.图7至图9是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承中顶箔的自由端部分的变形实施例的局部放大图。
34.附图标记说明
35.100：轴承壳体；110：中空部；120：键槽；200：波箔；210：弹性波部；300：顶箔；301：第一顶箔；302：第二顶箔；310：第一弯折部；320：连结部；330：曲面部；350：第二弯折部；400：顶箔键；401：第一顶箔键；402：第二顶箔键；500：转子。
具体实施方式
36.下面，参照附图对上述的本发明的箔片空气滑动轴承进行详细说明。
37.<实施例1>
38.图2至图4分别是示出本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图、剖视图以及局部放大图。
39.如图所示，本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承大体上由轴承壳体
100、波箔200以及顶箔300构成。
40.轴承壳体100在内侧形成有以在轴向上贯通的方式贯通双面的中空部110，并且以与中空部110连通的方式从内周面的上侧向半径方向凹陷并沿着轴向即长度方向连续地形成有键槽120。
41.波箔200配置在轴承壳体100的中空部110内侧，波箔200形成有圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，从而弯折部能够插入到键槽120而与之结合。并且，波箔200可以以紧贴于轴承壳体100的内周面的方式沿着圆周方向配置，波箔200可以以厚度薄的板状形成，并且可以沿着圆周方向隔开间隔形成以向被卷绕的内侧鼓出的方式突出的多个弹性波部210。另外，如图所示，波箔200可以形成为多个，且沿着圆周方向隔开间隔配置。此时，波箔200分别形成有一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，在轴承壳体100形成有多个键槽120，从而波箔200的弯折部可以分别插入键槽120中而进行固定。即，波箔200也可以不是沿着圆周方向连续成一整个而连结的形态，而是以分割的形态形成而以沿着圆周方向隔开间隔配置的形态构成。另外，波箔200也可以从固定于轴承壳体100的一端向逆时针方向延伸而形成。除此之外，波箔200也可以以各种形态形成。
42.顶箔300设置在波箔200的内侧而沿着圆周方向形成，且形成有圆周方向一侧端部向半径方向外侧弯折而成的第一弯折部310，第一弯折部310可以插入到键槽120中而固定顶箔300。这里，在顶箔300的第一弯折部310结合有顶箔键400，从而可以将顶箔300的第一弯折部310以及顶箔键400插入到轴承壳体100的键槽120而进行固定。并且，顶箔300中，可以从第一弯折部310的下端向顺时针方向延伸形成有连结部320，并且可以从连结部320的右侧端向顺时针方向延伸形成有曲面部330。此时，连结部320可以以随着朝向逆时针方向而逐渐从曲面部330的内周面所形成的延长线向半径方向外侧离开的方式形成，作为一例，曲面部330可以形成为内周面呈圆弧形状。另外，顶箔300的圆周方向另一侧端部可以形成为自由端，从而曲面部330的末端部分可以形成为自由端。从而，顶箔300以第一弯折部310为基准沿着圆周方向以超过360度的方式向顺时针方向延伸而形成，从而超过了360度的部分即顶箔300的另一侧端部配置为在圆周方向上与第一弯折部310及连结部320重叠。即，顶箔300中存在一侧端部与另一侧端部在圆周方向上彼此重叠的区域，顶箔300的另一侧端部在半径方向上可以配置在一侧端部的里侧。此时，顶箔300的自由端即另一侧端部可以配置在比曲面部330的内周面所形成的延长线更靠半径方向外侧的位置。另外，在没有外力作用的状态下，顶箔300的另一侧端部的半径方向外侧与连结部320接触而得到支撑，如图所示，既可以是顶箔300的仅自由端末端部分与连结部320接触，也可以是自由端部分的一部分区域与连结部320进行面接触而得到支撑。又或者，虽然未图示，但顶箔300的另一侧端部可以配置为在没有外力作用的自由状态下与连结部320分离的状态，此时，由于转子500旋转时的空气的压力，顶箔300的自由端部分向半径方向外侧弯曲，从而自由端末端部分以与连结部320接触的状态得到支撑。
43.另外，可以将转子500插入顶箔300的内侧且与顶箔300配置成分离，并且在顶箔300的内周面可以利用铁氟龙(teflon)等来形成涂膜，以减少转子500的旋转时由接触所导致的摩擦。由此，转子500在顶箔300的内侧向逆时针方向以高速旋转时，转子500因流动的空气的压力而上浮而成为与顶箔300分离的状态，从而转子500能够顺利旋转。即，转子500的旋转方向可以构成为，与顶箔300以结合于轴承壳体100进行固定的第一弯折部310为基
准所延伸形成的方向为相反方向。
44.由此，本发明在随着转子的高速旋转而流动的空气通过顶箔的自由端附近时，将空气的流动干扰最小化，从而能够抑制顶箔的自由端以及转子发生振动。即，由于顶箔的自由端侧一部分配置成与固定端侧重叠且自由端部分处于脱离空气流动方向的位置，因此能够使空气的流动干扰最小化，提高转子的动态稳定性。
45.另外，波箔200可以在沿圆周方向配置有顶箔300的连结部320以及另一侧端部的范围内不配置弹性波部210。这里，顶箔的另一侧端部可以成为从顶箔300的自由端末端到被逆时针方向的第一个弹性波部210支撑的弹性波部210的波峰为止的范围。另外，连结部320也可以成为从与第一弯折部310连结的左侧端到被顺时针方向的第一个弹性波部210支撑的弹性波部210的波峰为止的范围，除此之外也可以以多种方式形成。并且，顶箔300的自由端可以仅配置到以第一弯折部310为基准向顺时针方向配置的第一个弹性波部210的波峰前的位置为止。即，顶箔的自由端可以形成为在圆周方向上位于比第一弯折部310所在的地点长且比弹性波部210的波峰所在的位置短的位置。
46.<实施例2>
47.图5至图6分别是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的剖视图以及局部放大图。
48.如图所示，本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承大体上由轴承壳体100、波箔200、第一顶箔301以及第二顶箔302构成。
49.轴承壳体100以及波箔200可以以与上述的第一实施例相同的形态形成。
50.第一顶箔301设置在波箔200的内侧且沿着圆周方向形成，形成有圆周方向一侧端部向半径方向外侧弯折而成的第一弯折部310，从而可以将第一弯折部310插入到键槽120中而固定顶箔300。这里，在第一顶箔301的第一弯折部310结合有一个键即第一顶箔键401，第一顶箔301的第一弯折部310以及第一顶箔键401可以插入到轴承壳体100的键槽120中而进行固定。并且，第一顶箔301可以从第一弯折部310的下端向顺时针方向延伸形成有连结部320，并且可以从连结部320的右侧端向顺时针方向延伸形成有曲面部330。此时，连结部320可以以随着朝向顺时针方向而在半径方向上逐渐靠近曲面部330的内周面所形成的延长线的方式形成，曲面部330可以以圆弧形状形成。另外，第一顶箔301的圆周方向另一侧端部可以形成为自由端，从而曲面部330的末端部分可以形成为自由端。从而，第一顶箔301以第一弯折部310为基准沿着圆周方向以超过360度的方式向顺时针方向延伸而形成，从而超过了360度的部分即第一顶箔301的另一侧端部可以配置为在圆周方向上与连结部320重叠。即，第一顶箔301存在一侧端部与另一侧端部彼此重叠的区域，第一顶箔301的另一侧端部在半径方向上可以配置在一侧端部的里侧。此时，第一顶箔301的自由端即另一侧端部可以配置在比曲面部330的内周面所形成的延长线更靠半径方向外侧的位置。另外，在没有外力作用的状态下，第一顶箔301的另一侧端部的半径方向外侧与连结部320接触而得到支撑，如图所示，既可以为是第一顶箔301的仅自由端末端部分与连结部320接触，也可以是自由端部分的一部分区域与连结部320接触而得到支撑。
51.第二顶箔302夹设在第一顶箔301与波箔200之间且沿着圆周方向形成，并且形成有圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，在弯折部结合有另一个键即第二顶箔键402，第二顶箔键402可以和弯折部一同插入到键槽120中而固定第二顶箔302。即，可以形
成为如下结构：第二顶箔302配置在波箔200的内侧，第二顶箔302的外周面与波箔200的内侧面即弹性波部210的波峰紧贴，第一顶箔301配置在第二顶箔302的内侧，并且第一顶箔301的外周面与第二顶箔302的内周面紧贴。另外，第二顶箔302可以从固定于轴承壳体100的一端向逆时针方向延伸形成，从而第一顶箔301和第二顶箔302形成向彼此相反的方向延伸的结构。这里，在第二顶箔302的内周面利用铁氟龙涂膜等形成有表面处理层，使得在第一顶箔301与第二顶箔302之间顺利地产生滑动，由此减少箔片的磨损以及振动，能够减少与转子接触而发生摩擦的第一顶箔的内周面以及形成在内周面的涂膜的磨损。另外，第二顶箔302可以形成为从一端到另一端为止的形成角度为180度至360度的范围。作为一例，可以如图所示，以第二顶箔302的一端即弯折部为基准，自由端形成为位于大于180度且小于270度的范围。
52.另外，可以将转子500插入第一顶箔301的内侧中且配置成与第一顶箔301分离，并且在第一顶箔301的内周面可以利用铁氟龙等来形成涂膜，以减少转子500的旋转时的接触所导致的摩擦。由此，转子500在第一顶箔301的内侧向逆时针方向以高速旋转时，转子500因流动的空气的压力而上浮而成为从第一顶箔301分离的状态，从而转子500能够顺利旋转。并且，转子500的旋转方向可以构成为，与第一顶箔301以结合于轴承壳体100进行固定的第一弯折部310为基准所延伸形成的方向为相反方向。
53.图7至图9是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承中的顶箔的自由端部分的变形实施例的局部放大图。
54.参照图7，连结部320与曲面部330相汇的部分并非是自然的曲线形状，而是弯折的形状，从而连结部320的长度形成得相对短。由此，在第一顶箔301的曲面部330的内周面与第一顶箔301的另一侧端部的内周面相汇的部分，内周面可以形成得几乎一致。
55.参照图8，第一顶箔301的另一侧端部形成有至少一部分向半径方向外侧弯折而成的第二弯折部350。第一顶箔301通常将平坦的板状的薄板箔片卷绕而制作成曲面部被卷绕成圆弧形的形态。因此，第一顶箔的自由端部分也可以为与曲面部的曲率相似的圆弧形状。这里，通过将第一顶箔301的另一侧端部向半径方向外侧弯折而形成第二弯折部350，由此能够使第一顶箔的自由端可靠地位于比曲面部330的内周面所形成的延长线更靠半径方向外侧的位置。由此，能够使得顶箔的自由端部分不干扰随着转子的旋转而流动的空气的流动。此时，第一顶箔301的第二弯折部350的末端部分可以与连结部320接触而得到支撑。
56.参照图9，第一顶箔301的另一侧端部可以形成为在圆周方向上随着朝向末端，厚度逐渐变薄。即，第一顶箔301的自由端部分以随着朝向顺时针方向而其剖面变小的方式形成为尖锐的形态，从而能够使得第一顶箔的自由端部分不干扰随着转子的旋转而流动的空气的流动。此时，第一顶箔301的自由端部分可以以与连结部320面接触的方式得到支撑。
57.另外，像图7至图9这样对第一顶箔301的另一侧端部进行变形而得到的实施例也能够应用于本发明的第一实施例，也可以变更一部分形态后加以应用。
58.本发明并不限定于上述实施例，其应用范围当然是多样化的，在不脱离权利请求范围所要求的本发明的主旨的范围内，只要是本发明所属领域的技术人员，谁都能够进行多种变形而实施，这是显而易见的。