(57)【要約】【課題】フォイル軸受の各フォイル相互間の関係性に工夫を講じて、軸部材の振動減衰による支持の安定性の向上と、軸受隙間の低減による負荷容量の向上とを図る。【解決手段】周方向一方側に回転する軸部材１１と、フォイルホルダ２１に取り付けられた複数枚のフォイル２２とを備えたフォイル軸受２０であって、各フォイル２２が、トップフォイル部１ｔｆ、２ｔｆ、３ｔｆと、該トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部１ｂｆ、２ｂｆ、３ｂｆとを有し、各フォイル２２のバックフォイル部１ｂｆが、周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイル２２のトップフォイル部２ｔｆ、３ｔｆの背後に配置される。【選択図】図７
2020159452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向一方側に回転する軸部材に設けられたスラストカラーと軸方向で対向するフォイルホルダと、前記フォイルホルダの軸方向の端面に周方向に並べて取り付けられた複数枚のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方側の端部が自由端とされ、各フォイルの周方向一方側の端部を含む領域が、スラスト軸受面を有するトップフォイル部を構成し、各フォイルの周方向他方側の端部を含む領域が、周方向他方側に隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成するフォイル軸受であって、
各フォイルの前記バックフォイル部が、周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイルの前記トップフォイル部の背後に配置されることを特徴とするフォイル軸受。
【請求項２】
周方向一方側に回転する軸部材が内周側に挿入されたフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に周方向に並べて取り付けられた複数枚のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方側の端部が自由端とされ、各フォイルの周方向一方側の端部を含む領域が、ラジアル軸受面を有するトップフォイル部を構成し、各フォイルの周方向他方側の端部を含む領域が、周方向他方側に隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成するフォイル軸受であって、
各フォイルの前記バックフォイル部が、周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイルの前記トップフォイル部の背後に配置されることを特徴とするフォイル軸受。
【請求項３】
複数枚のフォイルを周方向に等ピッチで並べて取り付け、各フォイルの周方向一方側の端部から周方向他方側の端部までの周方向長さが、各フォイルの取り付けピッチの周方向長さの２倍を超える請求項１または２に記載のフォイル軸受。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のフォイル軸受と前記軸部材とを備えたフォイル軸受ユニット。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のフォイル軸受と前記軸部材を構成要素とするロータとを備えたターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚のフォイルが周方向に並べて配列されたフォイル軸受、及びフォイル軸受ユニット、並びにターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転などの過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適合する軸受として、フォイル軸受が着目されている。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薄膜（フォイル）で軸受面を構成し、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。軸部材の回転時には、軸部材の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜（例えば空気膜）が形成され、軸部材が非接触支持される。
【０００３】
例えば、下記特許文献１、２には、図１３及び図１４に示すようなフォイル軸受（スラストフォイル軸受）５０の具体的構造が開示されている。このフォイル軸受５０は、周方向一方側（矢印Ｅ方向）に回転する軸部材５１に設けられたスラストカラー５２をスラスト方向に支持するものである。そして、スラストカラー５２の端面５２ａと対向するフォイルホルダ５３の端面５３ａには、複数枚のフォイル５４が周方向に並べて取り付けられている。図１５に示すように、各フォイル５４の周方向一方側の端部（以下、前端５４ｘ）は自由端とされ、各フォイル５４の前端５４ｘを含む領域は、ラジアル軸受面Ｋを有するトップフォイル部５４ｔｆとして機能する。これに対し、各フォイル５４の周方向他方側の端部（以下、後端５４ｙ）を含む領域は、周方向他方側に隣接するフォイル５４のトップフォイル部５４ｔｆを背後から支持するバックフォイル部５４ｂｆとして機能する。
【０００４】
さらに、同各文献には、図１６に示すようなフォイル軸受（ラジアルフォイル軸受）６０の具体的構造も開示されている。このフォイル軸受６０は、周方向一方側（矢印Ｆ方向）に回転する軸部材６１をラジアル方向に支持するものである。軸部材６１が内周側に挿入されたフォイルホルダ６２の内周面６２ａには、複数枚のフォイル６４が周方向に並べて取り付けられている。この複数枚のフォイル６４についても、上記と同様に、トップフォイル部６４ｔｆとして機能する領域と、バックフォイル部６４ｂｆとして機能する領域とが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１３２３０９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１３９２８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、特許文献１、２に開示された二種のフォイル軸受５０、６０は、何れも、図１５及び図１６から把握できるように、１枚のフォイル５４、６４のバックフォイル部５４ｂｆ、６４ｂｆが、周方向他方側に隣接する１枚のフォイル５４、６４のトップフォイル部５４ｔｆ、６４ｔｆを背後から支持する構造である。
【０００７】
この種のフォイル軸受は、軸部材が回転する際には、隣接するフォイル同士が摺動することで、これらの摺動によるクーロン摩擦により軸部材の振動が減衰されるようになっている。しかしながら、上記のように、１枚のフォイルのバックフォイル部が、１枚のフォイルのトップフォイル部を背後から支持する構造であれば、各フォイル同士の摺動が不十分になり得る。そのため、軸部材の振動を減衰する能力が制限され、フォイル軸受による軸部材の支持の安定性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
しかも、各フォイルが上記のような構造であれば、軸受隙間を低減し難くなる。そのため、軸受隙間の影響を受ける部材であるフォイルホルダやスラストカラー等の形状崩れを吸収する能力が制限され、負荷容量の更なる向上が図り難くなる。
【０００９】
本発明が解決すべき技術的課題は、フォイル軸受の各フォイル相互間の関係性に工夫を講じて、軸部材の振動減衰による支持の安定性の向上と、軸受隙間の低減による負荷容量の向上とを図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために創案された本発明に係るフォイル軸受（スラストフォイル軸受）は、周方向一方側に回転する軸部材に設けられたスラストカラーと軸方向で対向するフォイルホルダと、前記フォイルホルダの軸方向の端面に周方向に並べて取り付けられた複数枚のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方側の端部が自由端とされ、各フォイルの周方向一方側の端部を含む領域が、スラスト軸受面を有するトップフォイル部を構成し、各フォイルの周方向他方側の端部を含む領域が、周方向他方側に隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成するものであって、各フォイルの前記バックフォイル部が、周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイルの前記トップフォイル部の背後に配置されることに特徴づけられる。ここで、上記の「２枚以上」とは、２枚以上で全枚数未満であることが必要とされるが、２枚以上で３枚以下。または２枚以上で４枚以下、もしくは２枚以上で５枚以下であることが好ましい（以下の「２枚以上」についても同様）。
【００１１】
また、前記課題を解決するために創案された本発明に係るフォイル軸受（ラジアルフォイル軸受）は、周方向一方側に回転する軸部材が内周側に挿入されたフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に周方向に並べて取り付けられた複数枚のフォイルとを備え、各フォイルの周方向一方側の端部が自由端とされ、各フォイルの周方向一方側の端部を含む領域が、ラジアル軸受面を有するトップフォイル部を構成し、各フォイルの周方向他方側の端部を含む領域が、周方向他方側に隣接するフォイルの前記トップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を構成するものであって、各フォイルの前記バックフォイル部が、周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイルの前記トップフォイル部の背後に配置されることに特徴づけられる。
【００１２】
以上のように、本発明に係るフォイル軸受では、各フォイルにおける１枚のフォイルのバックフォイル部が、この１枚のフォイルの周方向他方側に順次隣接する２枚以上のフォイルのトップフォイル部の背後に配置される。したがって、各フォイルは３枚以上が重なり合うことになり、軸部材の回転時に、各フォイル同士の摺動箇所が多くなる。そのため、各フォイル同士の摺動によるクーロン摩擦により軸部材の振動を減衰する能力が高められ、フォイル軸受による軸部材の支持の安定性が向上する。しかも、３枚以上のフォイルが重なり合うことで、軸受隙間を低減することができる。そのため、軸受隙間の影響を受ける部材であるフォイルホルダやスラストカラー等の形状崩れを吸収し易くなり、負荷容量の向上が図られる。
【００１３】
以上の構成において、複数枚のフォイルを周方向に等ピッチで並べて取り付け、各フォイルの周方向一方側の端部から周方向他方側の端部までの周方向長さが、各フォイルの取り付けピッチの周方向長さの２倍を超えるようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、各フォイルの周方向長さを、各フォイルの取り付けピッチとの関係で大幅に長くすることができ、各フォイル同士の摺動の自由度が増す。そのため、軸部材の回転時に、各フォイル同士がより一層擦れ易くなり、クーロン摩擦により軸部材の振動を減衰する能力の更なる向上、ひいてはフォイル軸受による軸部材の支持の安定性の更なる向上が図られる。
【００１５】
本発明は、第二の側面として、前記フォイル軸受と前記軸部材とを備えたフォイル軸受ユニットを提供するようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、フォイル軸受と軸部材（回転部材）とを一体的に取り扱うことができるため、組み付け作業や搬送作業等を容易に行うことができる。
【００１７】
本発明は、第三の側面として、前記フォイル軸受と前記軸部材とを構成要素とするロータを備えたターボ機械を提供するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、ターボ機械のロータをフォイル軸受によって好適に回転自在に支持することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るフォイル軸受によれば、各フォイル相互間の関係性に工夫を講じたことで、軸部材の振動減衰による支持の安定性の向上と、軸受隙間の低減による負荷容量の向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスタービンの構造を概念的に示す概略図である。
【図２】上記ガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。
【図３】上記支持構造に組み込まれたフォイル軸受ユニットの断面図である。
【図４】第一スラストフォイル軸受をスラストカラー側から視た正面図である。
【図５】第一スラストフォイル軸受のフォイルを示す正面図である。
【図６】第一スラストフォイル軸受の要部をスラストカラー側から視た正面図である。
【図７】第一スラストフォイル軸受の要部を展開して示す断面図である。
【図８】第二スラストフォイル軸受をスラストカラー側から視た正面図である。
【図９】ラジアルフォイル軸受を軸方向一方側から視た断面図である。
【図１０】ラジアルフォイル軸受のフォイルを示す正面図である。
【図１１】ラジアルフォイル軸受の要部を展開して示す図である。
【図１２】ラジアルフォイル軸受の要部を軸方向一方側から視た断面図である。
【図１３】従来のスラストフォイル軸受を示す断面図である。
【図１４】従来のスラストフォイル軸受をスラストカラー側から視た正面図である。
【図１５】従来のスラストフォイル軸受の要部を展開して示す断面図である。
【図１６】従来のラジアルフォイル軸受を軸方向一方側から視た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、ターボ機械の一種であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、それぞれに翼列を形成したタービン１および圧縮機２と、発電機３と、燃焼器４と、再生器５とを主たる構成要素とする。タービン１、圧縮機２、および発電機３には、水平方向に延びる共通の回転軸６が設けられ、この回転軸６と、タービン１および圧縮機２とで一体回転可能のロータが構成される。
【００２３】
このガスタービンでは、吸気口７から吸入された空気が、圧縮機２で圧縮され、再生器５で加熱された上で燃焼器４に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン１を回転させる。タービン１の回転力が回転軸６を介して発電機３に伝達され、発電機３が回転することにより発電し、この電力がインバータ８を介して出力される。タービン１を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器５に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器５で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置９を通ってから排ガスとして排出される。
【００２４】
図２に、上記ガスタービンにおけるロータの回転軸６を支持するフォイル軸受ユニット１０を示す。フォイル軸受ユニット１０は、回転軸６と、回転軸６が挿通固定された軸部材１１と、第一スラストフォイル軸受２０と、第二スラストフォイル軸受３０と、ラジアルフォイル軸受４０とを備える。第一スラストフォイル軸受２０および第二スラストフォイル軸受３０は、軸部材１１を両スラスト方向で支持し、ラジアルフォイル軸受４０は軸部材１１をラジアル方向で支持する。回転軸６は、軸部材１１と一体的に回転する。軸部材１１は、スリーブ部１１ｓと、スリーブ部１１ｓから外径側に突出した円盤状のフランジ部１１ｆとを備える。スリーブ部１１ｓは例えば炭素焼結材で形成され、フランジ部１１ｆは例えば炭素繊維強化複合材で形成される。
【００２５】
以下、第一スラストフォイル軸受２０の構成を説明する。
【００２６】
図３に示すように、第一スラストフォイル軸受２０は、軸部材１１のフランジ部１１ｆを軸方向一方側から支持するものである。ここで、軸部材１１のフランジ部１１ｆはスラストカラーに該当するものであるため、以下の説明では、このフランジ部１１ｆをスラストカラー１１と称する。
【００２７】
第一スラストフォイル軸受２０は、フォイルホルダ２１と、フォイルホルダ２１に周方向で帯状となるように取り付けられた複数枚のフォイル２２とを備える。なお、フォイル２２は、リーフとも称される。フォイルホルダ２１は、筒状部２１ｓと、筒状部２１ｓから外径側に突出した円盤状の鍔部２１ｆとを備えている。ここで、第一スラストフォイル軸受２０はフォイルホルダ２１の鍔部２１ｆのみに取り付けられるものであるため、以下の説明では、この鍔部２１ｆをフォイルホルダ２１と称する。
【００２８】
図４は、図３に示す第一スラストフォイル軸受２０を、スラストカラー１１側から視た正面図である。図３及び図４に示すように、フォイルホルダ２１の端面２１ａは、スラストカラー１１の端面１１ａと軸方向で対向している。フォイルホルダ２１の端面２１ａの外径側端部には、環状の固定部材２３が付設されている。各フォイル２２は、フォイルホルダ２１と固定部材２３とによって軸方向両側から挟み込まれることで、フォイルホルダ２１の端面２１ａに固定されている。各フォイル２２の取り付け態様としては、フォイルホルダ２１の端面２１ａに、複数枚（図４では１４枚）のフォイル２２が周方向に等ピッチで並べて取り付けられている。なお、軸部材１１（スラストカラー１１）は、矢印Ａで示す周方向一方側に向かって回転する。
【００２９】
フォイル２２は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の金属フォイルである。フォイル２２の素材としては、ステンレス鋼製もしくは青銅製のものを用いるのが好ましい。
【００３０】
図５は、複数枚のフォイル２２のうち、１枚のフォイル２２のみを図示し、他のフォイルの図示を省略したものである。同図に示すように、フォイル２２は、本体部２２ａと、本体部２２ａから外径側に延びる延在部２２ｂ（クロスハッチングで示す）とを一体に形成したものである。フォイル２２の延在部２２ｂは、固定部材２３によってフォイルホルダ２１の端面２１ａの外径側端部に固定されている。なお、全てのフォイル２２の延在部２２ｂは、周方向全周で連結されていてもよい。ここで、フォイル２２の延在部２２ｂは軸受作用を行わず、フォイル２２の本体部２２ａのみが実質的に軸受作用を行うため、以下の説明では、この本体部２２ａをフォイル２２と称する。
【００３１】
フォイル２２の周方向一方側の端部（以下、前端２２ｘ）及び周方向他方側の端部（以下、後端２２ｙ）は、何れもヘリングボーン形状を成している。具体的には、前端２２ｘは、軸方向両端から軸方向中央側へ向けて周方向一方側へ傾斜した一対の傾斜部２２ｘａを有する。この一対の傾斜部２２ｘａの間には、これらを滑らかに連続する略円弧状の頂部２２ｘｂが設けられる。後端２２ｙは、軸方向両端から軸方向中央側へ向けて周方向一方側へ傾斜した一対の傾斜部２２ｙａを有する。この一対の傾斜部２２ｙａの間には、これらを滑らかに連続する略円弧状の頂部２２ｙｂが設けられる。
【００３２】
図６は、説明の便宜上、３枚のフォイル２２のみを図示している。また、これら３枚のフォイル２２のうち、周方向一方側の端に位置するフォイル２２を、第一フォイル２２１とし、この第一フォイル２２１の周方向他方側に順次隣接する２枚のフォイル２２を、第二フォイル２２２、第三フォイル２２３として説明する。同図に示すように、第一フォイル２２１の後端２２１ｙは、第二フォイル２２２の前端２２２ｘ及び第三フォイル２２３の前端２２３ｘよりも周方向他方側に位置している。したがって、第三フォイル２２３の前端２２３ｘから後端２２３ｙに至る第三フォイル２２３の全領域内に、第一フォイル２２１の後端２２１ｙ及び第二フォイル２２２の後端２２２ｙが位置している。このような位置関係は、周方向全周に亘って配列されている全てのフォイル２２について同様に成立する。
【００３３】
図７は、図６に仮想線で示す円弧Ｄに沿って切断した湾曲状の断面を平面状の断面に展開した図であって、かつ外径側から視た図である。同図に示すように、第一フォイル２２１の前端２２１ｘから第二フォイル２２２の前端２２２ｘ位置までの領域１ｔｆは、第一フォイル２２１のスラスト軸受面Ｓを有するトップフォイル部を構成する。第一フォイル２２１の後端２２１ｙから第二フォイル２２２の前端２２２ｘ位置までの領域１ｂｆは、第一フォイル２２１のバックフォイル部を構成する。また、第二フォイル２２２の前端２２２ｘから第三フォイル２２３の前端２２３ｘ位置までの領域２ｔｆは、第二フォイル２２２のスラスト軸受面Ｓを有するトップフォイル部を構成する。第二フォイル２２２の後端２２２ｙから第三フォイル２２３の前端２２３ｘ位置までの領域２ｂｆは、第二フォイル２２２のバックフォイル部を構成する。なお、同様に、第三フォイル２２３の前端２２３ｘを含む領域３ｔｆは、第三フォイル２２３のスラスト軸受面Ｓを有するトップフォイル部を構成する。
【００３４】
この場合、第一フォイル２２１のバックフォイル部１ｂｆは、第二フォイル２２２のトップフォイル部２ｔｆを含み且つそのトップフォイル部２ｔｆよりも長い領域を、背後（フォイルホルダ２１側）から支持している。第二フォイル２２２のバックフォイル部２ｂｆは、第三フォイル２２３のトップフォイル部３ｔｆを含み且つそのトップフォイル部３ｔｆよりも長い領域を、背後から支持している。
【００３５】
したがって、第一フォイル２２１のバックフォイル部１ｂｆは、第二フォイル２２２のトップフォイル部２ｔｆと第三フォイル２２３のトップフォイル部３ｔｆとの背後に配置されている。換言すれば、第一フォイル２２１のバックフォイル部１ｂｆは、軸方向他方側に順次隣接する第二、第三フォイル２２２、２２３のトップフォイル部２ｔｆ、３ｔｆの背後に配置されている。この実施形態では、各フォイル２２の周方向長さＬが、各フォイル２２の取り付けピッチの周方向長さＰの３倍とされている。そのため、各フォイル２２は、周方向の全周に亘って三層構造とされている。この場合、各フォイル２２の周方向長さＬは、各フォイル２２の取り付けピッチの周方向長さＰの２倍を超えていればよい。そのため、第一フォイル２２１のバックフォイル部１ｂｆは、第三フォイル２２３の一部領域の背後に配置されていてもよい。なお、各フォイル２２の周方向長さＬは、各フォイル２２の取り付けピッチの周方向長さＰの３倍以下、４倍以下、５倍以下または６倍以下であることが好ましい。したがって、各フォイル２２は、周方向の全周に亘って３枚以上が重なり合うことになる。
【００３６】
このような構成によれば、軸部材１１（スラストカラー１１）が矢印Ａで示す周方向一方側に向かって回転すると、各フォイル２２のスラスト軸受面Ｓとスラストカラー１１の端面１１ａとの間に形成されるスラスト軸受隙間Ｔの流体（例えば空気）の圧力が高められる。スラストカラー１１は、この高められた流体圧によって、スラスト方向一方に非接触支持された状態になる。この状態では、各フォイル２２が３枚以上重なり合っているため、スラストカラー１１の回転に伴う各フォイル２２同士の摺動箇所が多くなる。そのため、各フォイル２２同士の摺動によるクーロン摩擦により軸部材１１の振動を減衰する能力が高められ、第一スラストフォイル軸受２０による軸部材１１の支持の安定性が向上する。しかも、各フォイル２２の周方向長さＬが、各フォイル２２の取り付けピッチの周方向長さＰの２倍を超えるため、各フォイル２２の周方向長さＬを大幅に長くすることができる。そのため、各フォイル２２同士の摺動の自由度が大きくなり、軸部材１１の回転時に、各フォイル２２同士がより一層擦れ易くなる。その結果、クーロン摩擦により軸部材１１の振動を減衰する能力が更に高められ、第一スラストフォイル軸受２０による軸部材１１の支持の安定性が更に向上する。しかも、３枚以上のフォイル２２が重なり合っているため、スラスト軸受隙間Ｔを低減することができる。そのため、スラスト軸受隙間Ｔを形成しているフォイルホルダ２１及びスラストカラー１１の形状崩れを吸収し易くなり、負荷容量の向上が図られる。
【００３７】
次に、第二スラストフォイル軸受３０の構成を説明する。
【００３８】
第二スラストフォイル軸受３０は、図３に示すように、スラストカラー１１（１１ｆ）を軸方向他方側から支持するものであり、フォイルホルダ３１と、フォイルホルダ３１に固定された複数枚のフォイル３２とを備える。フォイルホルダ３１は、軸心に貫通孔が形成された円盤状をなす。フォイルホルダ３１の端面３１ａの外径端部には、各フォイル３２を固定する固定部材３３が付設されている。スラストカラー１１（１１ｆ）の軸方向他方側の端面１１ｂは、スラスト軸受隙間を形成するための要素である。フォイル３２の厚さや素材は、既述の第一スラストフォイル軸受２０のフォイル２２と同一である。
【００３９】
図８は、第二スラストフォイル軸受３０を、スラストカラー１１側から視た正面図である。軸部材１１（スラストカラー１１）は、同図に示す矢印Ｂ方向に回転するため、各フォイル３２の周方向一方側の端部（前端３２ｘ）は、各フォイル３２の矢印Ｂ方向側の端部に該当する。この第二スラストフォイル軸受３０の各フォイル３２の構成及び重なり状態は、図５、図６及び図７に基づいて既に説明した第一スラストフォイル軸受２０の各フォイル２２の構成及び重なり状態と同一である。また、この第二スラストフォイル軸受３０の作用効果も、第一スラストフォイル軸受２０と実質的に同一である。したがって、ここではそれらの説明を省略する。
【００４０】
次に、ラジアルフォイル軸受４０の構成を説明する。
【００４１】
図３に示すように、ラジアルフォイル軸受４０は、軸部材１１のスリーブ部１１ｓとフランジ部１１ｆとのうち、スリーブ部１１ｓのみをラジアル方向で支持するものである。そこで、以下の説明では、このスリーブ部１１ｓを軸部材１１と称する。
【００４２】
ラジアルフォイル軸受４０は、フォイルホルダ２１の内周側で帯状となるように取り付けられた複数枚のフォイル４２を備える。フォイルホルダ２１は、筒状部２１ｓと鍔部２１ｆとを備えているが、筒状部２１ｓの内周側のみにラジアルフォイル軸受４０が取り付けられている。そこで、以下の説明では、この筒状部２１ｓをフォイルホルダ２１と称する。
【００４３】
図９に示すように、ラジアルフォイル軸受４０は、フォイルホルダ２１の内周面２１ａに周方向に等ピッチで並べて取り付けられた複数枚（図例では８枚）のフォイル４２を備える。フォイル４２の厚さや素材は、既述の第一スラストフォイル軸受２０のフォイル２２と同一である。なお、フォイルホルダ２１の内周側に挿入された軸部材１１は、矢印Ｃで示す周方向一方側に回転する。
【００４４】
各フォイル４２は、図１０に示すように、本体部４２ａと、本体部４２ａの軸方向一方側（図中上側）に突出する延在部４２ｂとを一体に有する。各フォイル４２の延在部４２ｂは、フォイルホルダ２１の内周面２１ｂに溶接等の適宜の手段で固定される。ここで、フォイル４２の延在部４２ｂは軸受作用を行わず、フォイル４２の本体部４２ａのみが実質的に軸受作用を行うため、以下の説明では、この本体部４２ａをフォイル４２と称する。
【００４５】
フォイル４２の周方向一方側の端部（以下、前端４２ｘ）及び周方向他方側の端部（以下、後端４２ｙ）は、何れもヘリングボーン形状を成している。具体的に、前端４２ｘは、軸方向両端から軸方向中央側へ向けて周方向一方側へ傾斜した一対の傾斜部４２ｘａを有する。この一対の傾斜部４２ｘａの間には、これらを滑らかに連続する略円弧状の頂部４２ｘｂが設けられる。後端４２ｙは、軸方向両端から軸方向中央側へ向けて周方向一方側へ傾斜した一対の傾斜部４２ｙａを有する。この一対の傾斜部４２ｙａの間には、これらを滑らかに連続する略円弧状の頂部４２ｙｂが設けられる。
【００４６】
図１１は、図１０に示す円弧状をなすラジアルフォイル軸受４０を平面状に展開した図であって、かつ内径側から視た図である。また、図１１は、説明の便宜上、３枚のフォイル４２のみを図示している。以下、これら３枚のフォイル４２のうち、周方向一方側（矢印Ｃ方向の側）の端に位置するフォイル４２を、第一フォイル４２１とし、この第一フォイル４２１の周方向他方側（矢印Ｃ方向と逆側）に順次隣接する２枚のフォイル４２を、第二フォイル４２２、第三フォイル４２３として説明する。同図に示すように、第一フォイル４２１の後端４２１ｙは、第二フォイル４２２の前端４２２ｘ及び第三フォイル４２３の前端４２３ｘよりも周方向他方側に位置している。したがって、第三フォイル４２３の前端４２３ｘから後端４２３ｙに至る第三フォイル４２３の全領域内に、第一フォイル４２１の後端４２１ｙ及び第二フォイル４２２の後端４２２ｙが位置している。このような位置関係は、周方向全周に亘って配列されている全てのフォイル４２について同様に成立する。
【００４７】
図１２は、図９の要部を拡大した図であって、かつ、説明の便宜上、３枚のみのフォイル４２を図示している。同図に示すように、第一フォイル４２１の前端４２１ｘから第二フォイル４２２の前端４２２ｘ位置までの領域１ｔｆｏは、第一フォイル４２１のラジアル軸受面Ｒを有するトップフォイル部を構成する。第一フォイル４２１の後端４２１ｙから第二フォイル４２２の前端４２２ｘ位置までの領域１ｂｆｏは、第一フォイル４２１のバックフォイル部を構成する。また、第二フォイル４２２の前端４２２ｘから第三フォイル４２３の前端４２３ｘ位置までの領域２ｔｆｏは、第二フォイル４２２のラジアル軸受面Ｒを有するトップフォイル部を構成する。第二フォイル４２２の後端４２２ｙから第三フォイル４２３の前端４２３ｘ位置までの領域２ｂｆｏは、第二フォイル４２２のバックフォイル部を構成する。なお、同様に、第三フォイル４２３の前端４２３ｘを含む領域３ｔｆｏは、第三フォイル４２３のラジアル軸受面Ｒを有するトップフォイル部を構成する。
【００４８】
この場合、第一フォイル４２１のバックフォイル部１ｂｆｏは、第二フォイル４２２のトップフォイル部２ｔｆｏを含み且つそのトップフォイル部２ｔｆｏよりも長い領域を、背後（フォイルホルダ２１側）から支持している。第二フォイル４２２のバックフォイル部２ｂｆｏは、第三フォイル４２３のトップフォイル部３ｔｆｏを含み且つそのトップフォイル部３ｔｆｏよりも長い領域を、背後から支持している。
【００４９】
したがって、第一フォイル４２１のバックフォイル部１ｂｆｏは、第二フォイル４２２のトップフォイル部２ｔｆｏと第三フォイル４２３のトップフォイル部３ｔｆｏとの背後に配置されている。換言すれば、第一フォイル４２１のバックフォイル部１ｂｆｏは、軸方向他方側に順次隣接する第二、第三フォイル４２２、４２３のトップフォイル部２ｔｆｏ、３ｔｆｏの背後に配置されている。この実施形態では、各フォイル４２の周方向長さＬ１が、各フォイル４２の取り付けピッチの周方向長さＰ１の３倍とされている。そのため、各フォイル４２は、周方向の全周に亘って三層構造とされている。この場合、各フォイル４２の周方向長さＬ１は、各フォイル４２の取り付けピッチの周方向長さＰ１の２倍を超えていればよい。そのため、第一フォイル４２１のバックフォイル部１ｂｆｏは、第三フォイル４２３の一部領域の背後に配置されていてもよい。なお、各フォイル４２の周方向長さＬ１は、各フォイル４２の取り付けピッチの周方向長さＰ１の３倍以下、４倍以下、５倍以下または６倍以下であることが好ましい。したがって、各フォイル４２は、周方向の全周に亘って３枚以上が重なり合うことになる。
【００５０】
このような構成によれば、軸部材１１が矢印Ｃで示す周方向一方側に向かって回転すると、各フォイル４２のラジアル軸受面Ｒと軸部材１１の外周面１１ａとの間に形成されるラジアル軸受隙間Ｊの流体（例えば空気）の圧力が高められる。軸部材１１は、この高められた流体圧によって、ラジアル方向に非接触支持された状態になる。この状態では、各フォイル４２が３枚以上重なり合っているため、軸部材１１の回転に伴う各フォイル４２同士の摺動箇所が多くなる。そのため、各フォイル４２同士の摺動によるクーロン摩擦により軸部材１１の振動を減衰する能力が高められ、ラジアルフォイル軸受４０による軸部材１１の支持の安定性が向上する。しかも、各フォイル４２の周方向長さＬ１が、各フォイル４２の取り付けピッチの周方向長さＰ１の２倍を超えるため、各フォイルの周方向長さＬ１を大幅に長くすることができる。そのため、各フォイル４２同士の摺動の自由度が大きくなり、軸部材１１の回転時に、各フォイル４２同士がより一層擦れ易くなる。その結果、クーロン摩擦により軸部材１１の振動を減衰する能力が更に高められ、ラジアルフォイル軸受４０による軸部材１１の支持の安定性が更に向上する。しかも、３枚以上のフォイル４２が重なり合うことで、ラジアル軸受隙間Ｊを低減することができる。そのため、ラジアル軸受隙間Ｊを形成しているフォイルホルダ２１及び軸部材１１の形状崩れを吸収し易くなり、負荷容量の向上が図られる。
【００５１】
本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、自動車等の車両用軸受、さらには産業機器用の軸受として広く使用することが可能である。
【００５２】
また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１     タービン
１ｂｆ、１ｂｆｏ、２ｂｆ、２ｂｆｏ  バックフォイル部
１ｔｆ、１ｔｆｏ、２ｔｆ、２ｔｆｏ、３ｔｆ、３ｔｆｏ  トップフォイル部
１０   フォイル軸受ユニット
１１   軸部材
１１   スラストカラー
１１ａ スラストカラーの端面
２０、３０  スラストフォイル軸受
２１、３１  フォイルホルダ
２１ａ、３１ａ         フォイルホルダの端面
２１ｂ  フォイルホルダの内周面
２２、３２、４２  フォイル
２２ｘ、４２ｘ  フォイルの周方向一方側の端部（前端）
２２ｙ、４２ｙ  フォイルの周方向他方側の端部（後端）
４０   ラジアルフォイル軸受
Ｐ、Ｐ１       フォイルの取り付けピッチ
Ｓ     スラスト軸受面
Ｔ     スラスト軸受隙間
Ｒ     ラジアル軸受面
【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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