(57)【要約】【課題】トップフォイル片の下流側端辺側がスラストカラーに接触するのを防止し、これによって軸受寿命の低下や焼き付きを防止した、スラスト軸受を提供する。【解決手段】トップフォイル１０と、トップフォイル１０を支持するバックフォイル２０と、バックフォイル２０を支持するベースプレート３０とを備えるスラスト軸受３である。バックフォイル２０は複数のバックフォイル片２１によって形成され、トップフォイル１０はバックフォイル片２１の上に配設された複数のトップフォイル片１１によって形成される。トップフォイル片１１にはその上流側に、ベースプレート３０に固定される固定部１３が形成され、固定部１３はその下流側に固定辺１２を含んで形成される。固定辺１２はその内周側から外周側に向かうに連れて回転軸の回転方向下流側に近づくように、回転軸を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜して形成されている。【選択図】図３
2014145388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置されるトップフォイルと、
前記トップフォイルの、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該トップフォイルを支持するバックフォイルと、
前記バックフォイルの、前記トップフォイル側と反対の側に配置されて、該バックフォイルを支持する円環板状のベースプレートと、を備え、
前記バックフォイルは、前記ベースプレートの周方向に配列された複数のバックフォイル片によって形成され、
前記トップフォイルは、前記バックフォイル片の上にそれぞれ配設された複数のトップフォイル片によって形成され、
前記トップフォイル片には、前記回転軸の回転方向上流側に、前記ベースプレートに固定される固定部が形成され、
前記固定部は、前記回転軸の回転方向下流側に位置する直線状の固定辺を含んで形成され、
前記固定辺は、その内周側から外周側に向かうに連れて前記回転軸の回転方向下流側に近づくように、前記回転軸を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜して形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
【請求項２】
前記固定辺は、前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向上流側の端辺の途中から、外周縁に向かって延びて形成されていることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向上流側の端辺は、前記トップフォイル片の内周縁から外周側に向かう内側辺と、該内側辺の外周側端部から前記トップフォイル片の外周縁にまで延びる外側辺とを有して形成され、
前記外側辺は、前記固定辺となっていることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受。
【請求項４】
前記固定辺は、前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向下流側の端辺に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスラスト軸受。
【請求項５】
前記トップフォイル片は、前記固定辺に対する前記回転軸の回転方向下流側の近傍部に、他部に比べて薄肉に形成された薄肉部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
【請求項６】
前記バックフォイル片は、山部と谷部とを交互に形成した波板状のバンプフォイル片によって形成されるとともに、前記山部の配列方向が前記固定辺と交差して配置され、前記山部は、その高さが前記固定辺側から前記回転軸の回転方向下流側に向かうに連れて高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
【請求項７】
前記ベースプレートには、前記バックフォイル片を支持する各支持領域に、前記トップフォイル片の前記固定辺側から前記回転軸の回転方向下流側の端辺側に向かうに連れて高さが増加する傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
【請求項８】
前記バックフォイル片は、山部と谷部とを交互に形成した波板状のバンプフォイル片によって形成されるとともに、前記山部の配列方向が前記傾斜面の傾斜方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項７記載のスラスト軸受。
【請求項９】
前記バンプフォイル片は、前記回転軸の回転方向下流側の端辺で前記ベースプレートに固定されていることを特徴とする請求項６又は８に記載のスラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受が知られている。このようなスラスト軸受としては、フォイル式のスラスト軸受、すなわちスラストフォイル軸受がよく知られている。このスラストフォイル軸受は、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き(スラストカラーの軸方向変位と傾き)を吸収できるように、軸受面が柔軟なフォイル(金属製薄板)によって形成されており、軸受面の下に軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有している。
【０００３】
このようなスラストフォイル軸受の一形態として、円環板を周方向に分割して切り出した複数の円輪（円環）片形状のフォイル片（トップフォイル片）によって軸受面を形成し、これらトップフォイル片をそれぞれ波板形状のフォイル片（バンプフォイル片）で支持した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。各々のトップフォイル片（厚さ１００μｍ前後）はスラストカラーに対して傾斜角を有しており、これによってスラストカラーとトップフォイル片との間の軸受隙間は側面視くさび形に形成される。すなわち、スラストカラー（回転軸）の回転方向上流側から下流側に向かうに連れて軸受隙間が狭くなるように形成されている。したがって、軸受隙間が広い側(上流側)から軸受隙間が狭い側（下流側）に向かってスラストカラーが回転すると、潤滑流体がくさびに流れ込み、負荷能力が発揮される。
【０００４】
トップフォイル片は、スラストカラー（回転軸）の回転方向上流側の端辺のみがベースプレートに固定されており、軸受荷重が増加すると、この固定辺(上流側の端辺)を支点としてトップフォイルは水平になるように傾斜を緩め、傾斜角が０．１°程度になったとき最大負荷能力を発生する。一方、バンプフォイル片は山の稜線がトップフォイル片の下流側端辺に平行になるように配置され、バンプフォイル片におけるスラストカラー（回転軸）の回転方向下流側の端辺のみがベース板に固定されている。すなわち、上流側の端辺は自由端となっている。
【０００５】
バンプフォイル片がこのように配置／固定されているのは、トップフォイル片に発生する流体潤滑膜の圧力が軸受隙間の狭い側(下流側)で高くなるためであり、該部位を高い剛性で支持することにより、負荷能力を高めるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３３１８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記のスラストフォイル軸受構造では、トップフォイル片の下流側端辺側で軸受隙間が最も狭くなっており、高負荷時にはサブミクロンに達することがある。したがって、この下流側端辺側ではスラストカラーとの接触が起こり易くなっており、接触が起こると軸受寿命が低下し、最悪の場合焼き付きが生じてしまう。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トップフォイル片の下流側端辺側がスラストカラーに接触するのを防止し、これによって軸受寿命の低下や焼き付きを防止した、スラスト軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。
スラストカラーとの接触を回避するには、トップフォイル片の自由端となる下流側端辺をスラストカラーに対して常に平行にしておくのが望ましい。しかし、トップフォイル片は、ベースプレートに固定された固定辺となる上流側端辺から回転軸の回転方向下流側に行くに連れて、ベースプレートから漸次遠ざかるように傾斜しているので、上流側端辺に対して平行になっていない下流側端辺は、上流側端辺と平行に動くことができず、その外周側が内周側に比べて高く立ち上がってしまう。すなわち、トップフォイル片の外周側の長さ（上流側端辺と下流側端辺との間の距離）が内周側の長さ（上流側端辺と下流側端辺との間の距離）に比べて長くなるため、トップフォイル片が前記したように傾斜していることにより、下流側端辺ではその外周側が内周側に比べて高く立ち上がってしまうのである。
【００１０】
仮に、トップフォイル片の下流側端辺がスラストカラーと平行になるように、上流端側の曲げ加工を工夫してトップフォイルを固定したとしても、負荷が増すなどによってトップフォイル片の傾斜が進むと、下流側端辺とスラストカラーとの平行状態が壊れてしまう。
そして、本発明者はこのような知見に基づきさらに鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明のスラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置されるトップフォイルと、
前記トップフォイルの、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該トップフォイルを支持するバックフォイルと、
前記バックフォイルの、前記トップフォイル側と反対の側に配置されて、該バックフォイルを支持する円環板状のベースプレートと、を備え、
前記バックフォイルは、前記ベースプレートの周方向に配列された複数のバックフォイル片によって形成され、
前記トップフォイルは、前記バックフォイル片の上にそれぞれ配設された複数のトップフォイル片によって形成され、
前記トップフォイル片には、前記回転軸の回転方向上流側に、前記ベースプレートに固定される固定部が形成され、
前記固定部は、前記回転軸の回転方向下流側に位置する直線状の固定辺を含んで形成され、
前記固定辺は、その内周側から外周側に向かうに連れて前記回転軸の回転方向下流側に近づくように、前記回転軸を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
このスラスト軸受によれば、ベースプレートに固定される固定部中の固定辺を、その内周側から外周側に向かうに連れて回転軸の回転方向下流側に近づくように、回転軸を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜させて形成しているので、トップフォイル片の外周側の長さ（上流側端辺と下流側端辺との間の距離）が内周側の長さ（上流側端辺と下流側端辺との間の距離）に近くなり、したがってトップフォイル片が回転軸の回転方向下流側に行くに連れて、ベースプレートから漸次遠ざかるように傾斜していても、下流側端辺はその外周側が内周側に比べて大きく立ち上がることが抑えられる。よって、トップフォイル片の自由端となる下流側端辺が、スラストカラーに対して平行に近い状態となる。
【００１３】
また、前記スラスト軸受において、前記固定辺は、前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向上流側の端辺の途中から、外周縁に向かって延びて形成されていてもよい。
このようにすれば、固定辺の長さが短くなることによってトップフォイル片が傾斜し易くなり、したがって、例えばスラストカラーが一対のトップフォイルによって挟み込まれているような場合に、始動トルクが低減する。また、回転軸が回転を開始した後も、トップフォイル片が容易にかつ円滑に傾斜するようになるため、最適傾斜角が得られ易くなり、負荷能力が向上する。
【００１４】
また、前記スラスト軸受において、前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向上流側の端辺は、前記トップフォイル片の内周縁から外周側に向かう内側辺と、該内側辺の外周側端部から前記トップフォイル片の外周縁にまで延びる外側辺とを有して形成され、前記外側辺は、前記固定辺となっていてもよい。
このようにすれば、固定辺の長さが短くなることによってトップフォイル片が傾斜し易くなり、したがって、例えばスラストカラーが一対のトップフォイルによって挟み込まれているような場合に、始動トルクが低減する。また、回転軸が回転を開始した後も、トップフォイル片が容易にかつ円滑に傾斜するため、最適傾斜角が得られ易くなり、負荷能力が向上する。
【００１５】
また、前記スラスト軸受において、前記固定辺は、前記トップフォイル片における前記回転軸の回転方向下流側の端辺に対して平行に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、トップフォイル片の固定辺と回転軸の回転方向下流側の端辺とが平行に形成されているので、スラストカラーの回転時においてスラスト荷重が変化しても、トップフォイル片の自由端となる下流側端辺がスラストカラーに対して常に平行になる。
【００１６】
また、前記スラスト軸受において、前記トップフォイル片は、前記固定辺に対する前記回転軸の回転方向下流側の近傍部に、他部に比べて薄肉に形成された薄肉部を有していることが好ましい。
このようにすれば、トップフォイル片における回転軸の回転方向下流側がより容易にかつ円滑に傾斜できるようになり、したがって、例えばスラストカラーが一対のトップフォイルによって挟み込まれているような場合に、始動トルクが低減する。また、回転軸が回転を開始した後も、トップフォイル片が容易にかつ円滑に傾斜するため、最適傾斜角が得られ易くなり、負荷能力が向上する。
【００１７】
また、前記スラスト軸受において、前記バックフォイル片は、山部と谷部とを交互に形成した波板状のバンプフォイル片によって形成されるとともに、前記山部の配列方向が前記固定辺と交差して配置され、前記山部は、その高さが前記固定辺側から前記回転軸の回転方向下流側に向かうに連れて高くなるように形成されていることが好ましい。
このようにすれば、バンプフォイル片によってトップフォイル片を弾性的に支持することができる。
【００１８】
また、前記スラスト軸受において、前記ベースプレートには、前記バックフォイル片を支持する各支持領域に、前記トップフォイル片の前記固定辺側から前記回転軸の回転方向下流側の端辺側に向かうに連れて高さが増加する傾斜面が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、この傾斜面上にバックフォイル片を介してトップフォイル片を配設することにより、トップフォイル片の高さを傾斜面に沿って精度よく変化させることができる。また、その際にバックフォイル片については、高さを変化させることなく一定の高さに作製すればよく、したがって加工コストを抑えることができる。
【００１９】
また、前記スラスト軸受において、前記バックフォイル片は、山部と谷部とを交互に形成した波板状のバンプフォイル片によって形成されるとともに、前記山部の配列方向が前記傾斜面の傾斜方向に一致するように配置されていることが好ましい。
このようにすれば、バンプフォイル片によってトップフォイル片を弾性的に支持することができる。
【００２０】
また、前記スラスト軸受において、前記バンプフォイル片は、前記回転軸の回転方向下流側の端辺で前記ベースプレートに固定されていることが好ましい。
このようにすれば、トップフォイル片に発生する流体潤滑膜の圧力が軸受隙間の狭い側、すなわち回転軸の回転方向下流側で高くなるようにするべく、この回転方向下流側を高い剛性で支持することができ、これによって負荷能力を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のスラスト軸受によれば、トップフォイル片の自由端となる下流側端辺を、スラストカラーに対して平行に近い状態となるようにしたので、この下流側端辺側がスラストカラーに接触するのを防止することができ、これによって軸受寿命の低下や焼き付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係るスラスト軸受の第１実施形態を示す図であり、スラストカラーを挟んだ状態のスラスト軸受の側面図である。
【図３】本発明に係るスラスト軸受の第１実施形態を示す図であり、（ａ）は一部を断面視したスラスト軸受の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）はバンプフォイル片の形状を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、トップフォイル片の形状や固定辺、固定部の形状等についての変形例を示すための、トップフォイル片の平面図である。
【図５】本発明に係るスラスト軸受の第２実施形態を示す図であり、（ａ）は一部を断面視したスラスト軸受の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｃ）はバンプフォイル片の形状を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明のスラスト軸受を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明のスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を模式的に示す側面図であり、図１中符号１は回転軸、２は回転軸の先端部に設けられたインペラ、３は本発明に係るスラスト軸受である。
【００２４】
回転軸１には、インペラ２が形成された側にスラストカラー４が固定されており、このスラストカラー４には、このスラストカラー４を挟持するようにして一対のスラスト軸受３が配置されている。
また、インペラ２は静止側となるハウジング５内に配置されており、ハウジング５との間にチップクリアランス６を有している。
また、回転軸１には、スラストカラー４より中央側に、ラジアル軸受７が設けられている。
【００２５】
図２、図３（ａ）〜（ｃ）は、このような構成のターボ機械に適用されたスラスト軸受３の第１実施形態を示す図であり、図２はスラストカラー４を挟んだ状態のスラスト軸受３の側面図である。また、図３（ａ）は一部を断面視したスラスト軸受３の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）はバンプフォイル片の形状を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
【００２６】
図２に示すようにこの第１実施形態では、スラスト軸受３Ａ（３）はスラストカラー４を挟んでその両側にそれぞれ配置されている。これら一対のスラスト軸受３Ａ（３）は、共に同じ構成となっており、回転軸１に固定された円板状のスラストカラー４に対向して配置された円環状（円筒状）のもので、回転軸１に外挿されて設けられている。
【００２７】
スラスト軸受３Ａは、スラストカラー４に対向して配置されたトップフォイル１０と、このトップフォイル１０の、前記スラストカラー４に対向する面と反対側の面に対向して配置されたバックフォイル２０と、このバックフォイル２０の、前記トップフォイル１０側と反対の側に配置された円環板状のベースプレート３０と、を備えて構成されている。本実施形態では、一対のスラスト軸受３Ａ、３Ａの、それぞれのベースプレート３０、３０間に、二点鎖線で示す円筒状の軸受スペーサ４０が挟持されており、ベースプレート３０、３０は締結ボルト４１によって軸受スペーサ４０を介して連結されている。また、一方のベースプレート３０は、その外面が締結ボルト４１によってハウジング５に固定されており、したがって一対のスラスト軸受３Ａ、３Ａは、スラストカラー４を挟んだ状態で締結ボルト４１によってハウジング５に固定されている。
【００２８】
ベースプレート３０は、図３（ａ）に示すように円環板状で金属製のもので、その外周部に前記締結ボルト４１を挿通するための貫通孔４２を複数（本実施形態では８個）形成している。このベースプレート３０には、前記スラストカラー４側の面に、前記バックフォイル２０やトップフォイル１０を支持するための支持領域が設けられている。本実施形態では、後述するようにバックフォイル２０、トップフォイル１０がいずれも複数枚（６枚）のバックフォイル片２１、トップフォイル片１１によって形成されており、したがってベースプレート３０は、その周方向を６分割（６つに等分割）して６つの支持領域３１を形成している。ただし、本実施形態では、これら６つの支持領域３１は設計上の領域であり、これら支持領域３１を形成するベースプレート３０の表面は単なる平面となっている。
【００２９】
これら各支持領域３１には、図２に示したようにそれぞれバックフォイル片２１、トップフォイル片１１がこの順に配置され、支持されている。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにバックフォイル２０は、ベースプレート３０の周方向に配列された６枚のバックフォイル片２１によって形成されている。これらバックフォイル片２１は、ベースプレート３０の各支持領域３１上にそれぞれ配置され、これによってベースプレート３０の周方向に配列されている。また、これらバックフォイル片２１は、後述するトップフォイル片１１より僅かに小さく形成され、したがって図３（ａ）に示すようにベースプレート３０上にてスラストカラー４側に露出することなく、トップフォイル片１１に覆われている。
【００３０】
これらバックフォイル片２１からなるバックフォイル２０は、フォイル（薄板）で形成されてトップフォイル１０（トップフォイル片１１）を弾性的に支持する。このようなバックフォイル２０としては、例えば、バンプフォイル、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報などに記載されているバックフォイルなどが用いられる。なお、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報に記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報に記載されているバックフォイルは、ラジアル軸受に用いられるフォイルであるが、これらを平面状に展開して円環板状に形成すれば、スラスト軸受に用いられるフォイルとなる。
【００３１】
本実施形態では、図３（ｃ）に示すようにバックフォイル２０がバンプフォイルからなり、したがってバックフォイル片２１はバンプフォイル片からなっている。バンプフォイル片（バックフォイル片）２１は、厚さ数百μｍ程度のフォイル（金属製薄板）がプレス成形によって波板状に成形され、図３（ｃ）に示すように全体が矩形に近い略五角形状に形成されている。
【００３２】
このように波板状に成形されたバンプフォイル片２１は、ベースプレート３０に接する谷部２２と、トップフォイル片１１に接する山部２３とが交互に配置されて形成されている。そして、これら谷部２２及び山部２３は、図３（ａ）に示すように後述するトップフォイル片１１の固定辺１２と直交する方向に配列されている。すなわち、谷部２２、山部２３の配列方向は、前記固定辺１２と直交する方向に形成されており、したがって谷部２２、山部２３は、前記固定辺１２と平行に延在するように形成されている。
【００３３】
これら谷部２２および山部２３は、それぞれほぼ等ピッチで形成されている。また、山部２３の高さは、前記固定辺１２側からその反対側、すなわち図３（ａ）中に矢印で示す回転軸１（スラストカラー４）の回転方向の下流側に向かうに連れて、所定の高さずつ高くなるように形成されている。
また、バンプフォイル片２１は、回転軸１の回転方向下流側の端辺２１ａが、後述するトップフォイル片１１における回転軸１の回転方向下流側の端辺１１ｃと平面視した状態でほぼ一致する位置に配置されている。そして、この端辺２１ａとなる谷部２２の形成方向に沿って、ベースプレート３０にスポット溶接（点付溶接）され、固定されている。
【００３４】
その際、バンプフォイル片２１の端辺２１ａは、全体が連続する一つの谷部２２によって形成されているため、この谷部２２全体を容易に溶接することができる。したがって、バンプフォイル片２１は、溶接による固定が容易に行えるようになっている。
なお、ベースプレート３０への端辺２１ａの固定については、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによって行うことができる。
【００３５】
トップフォイル１０も、図３（ａ）に示すようにベースプレート３０の周方向に配列された６枚のトップフォイル片１１によって形成されている。これらトップフォイル片１１は、厚さ数百μｍ程度の金属製の薄板（フォイル）により、扇形の頂点側を切り除いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とし、さらに回転軸１（スラストカラー４）の回転方向上流側でその外周側を切り欠いた形状に形成されている。そして、このような形状のトップフォイル片１１は、ベースプレート３０の各支持領域３１上にて前記バンプフォイル片２１を覆ってそれぞれ配置され、ベースプレート３０の周方向に等間隔で配列されて全体として略円環板状に配置されたことにより、トップフォイル１０を形成している。
【００３６】
なお、トップフォイル片１１は支持領域３１より一回り小さく形成されるとともに、バンプフォイル片２１より僅かに大きく形成されている。これによってトップフォイル片１１は、互いに干渉することなく、また、バンプフォイル片２１をスラストカラー４側に露出させることなく、その上面を覆った状態で各支持領域３１に配置されている。ただし、本発明はこれに限定されることなく、トップフォイル片１１をバンプフォイル片２１と同じ大きさに形成してもよく、あるいは、バンプフォイル片２１より小さく形成してもよい。
【００３７】
また、このトップフォイル片１１は、回転軸１（スラストカラー４）の回転方向上流側に固定部１３を有しており、この固定部１３によってベースプレート３０に固定されている。この固定部１３でのベースプレート３０への固定は、前記バンプフォイル片２１の端辺２１ａと同様に、スポット溶接（点付溶接）によってなされている。なお、この固定部１３のベースプレート３０への固定についても、スポット溶接以外に、例えばネジ止めなどで行うこともできる。
【００３８】
固定部１３は、回転軸１（スラストカラー４）の回転方向上流側に設けられていれば、面状であっても直線状であってもよいが、本実施形態では直線状に形成された固定辺１２となっている。ここで、トップフォイル片１１における回転軸１（スラストカラー４）の回転方向上流側の端辺は、本実施形態では、トップフォイル片１１の内周縁から外周側に向かう内側辺１１ａと、該内側辺１１ａの外周側端部からトップフォイル片１１の外周縁（半径方向外側の縁）にまで延びる外側辺１１ｂとによって形成されている。そして、このような端辺のうちの外側辺１１ｂが、ベースプレート３０に固定された固定辺１２となっている。
【００３９】
また、トップフォイル片１１は、その回転軸１の回転方向上流側の端辺のうち内側辺１１ａと、回転軸１の回転方向下流側の端辺１１ｃが、回転軸１を中心、すなわち回転軸１の中心軸を中心にしてその半径方向に延びる直線にそれぞれ略一致させられて、形成配置されている。したがって、固定辺１２となる前記外側辺１１ｂは、その内周側から外周側に向かうに連れて回転軸１の回転方向下流側に近づくように、回転軸１を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜して形成されている。特に、本実施形態では、固定辺１２はトップフォイル片１１における回転軸１の回転方向下流側の端辺１１ｃに対して、平行に形成されている。
【００４０】
なお、トップフォイル片１１の形状や固定辺１２、固定部１３の形状等については、図３（ａ）に示す例に限定されることなく、種々の形態を採用することができる。
例えば、図４（ａ）に示すように矢印で示す回転軸１（スラストカラー４）の回転方向の上流側でかつ外周側を切り欠くことなく、略台形形状にトップフォイル片１１を形成した場合に、図３（ａ）に示した固定辺１２と対応する位置のみをスポット溶接等によってベースプレート３０に固定し、この固定箇所を固定辺１２（固定部１３）としてもよい。この場合に、固定辺１２は、トップフォイル片１１における回転軸１の回転方向上流側の端辺の途中から外周縁に向かって、半径方向に延びる直線（回転方向上流側の端辺）に対して傾斜して形成されたものとなる。
なお、この場合、固定辺１２より回転軸１の回転方向上流側でかつ外周側となる部位１１ｄは、負荷能力の点ではほとんど機能しないものの、この部位１１ｄを切り欠く加工を省略できる分、図３（ａ）に示したトップフォイル片１１に比べてその加工を容易にすることができる。
【００４１】
また、前記したように回転軸１（スラストカラー４）の回転方向上流側でかつ外周側を切り欠くことなく、略台形形状にトップフォイル片１１を形成した場合、図４（ｂ）に示すように、切り欠くことなく残した部位１１ｄを含んで、すなわち部位１１ｄと固定辺１２とを含む箇所全体を、固定部１３としてもよい。このように固定部１３を形成した場合、この固定部１３は回転軸１の回転方向下流側に位置する直線状の固定辺１２を含んで形成される。そして、この固定辺１２は、その内周側から外周側に向かうに連れて回転軸１の回転方向下流側に近づくように、回転軸１を中心としてその半径方向に延びる直線（回転方向上流側の端辺）に対して傾斜して形成されたものとなる。
【００４２】
また、図３（ａ）、図４（ａ）、（ｂ）に示した例では、回転軸１の回転方向上流側の端辺の一部、あるいはその途中から折れ曲がった（傾斜した）部分を固定辺１２としたが、図４（ｃ）に示すように、回転軸１の回転方向上流側の端辺全体を固定辺１２としてもよい。その場合、回転軸１の回転方向上流側を斜めに切り欠き、回転方向上流側の端辺を、回転軸１を中心としてその半径方向に延びる直線Ｐ１に対して傾斜して形成する。すなわち、内周側から外周側に向かうに連れて回転軸１の回転方向下流側に近づくように、固定辺１２を前記半径方向に延びる直線Ｐ１に対して傾斜して形成する。
【００４３】
なお、図４（ｃ）において、固定辺１２より回転軸１の回転方向上流側を切り欠くことなく、図４（ｃ）中に二点鎖線で示すようにそのまま残しておいてもよい。さらには、この二点鎖線で示した箇所も含めて固定部１３としてもよく、その際、固定辺１２を端辺１１ｃと平行に形成してもよい。
【００４４】
また、図３（ａ）では、固定辺１２を回転軸１の回転方向下流側の端辺１１ｃに対して平行となるように形成したが、図４（ｄ）に示すように固定辺１２としては、その内周側から外周側に向かうに連れて回転軸１の回転方向下流側に近づくように、回転軸１を中心としてその半径方向に延びる直線Ｐ１に対して傾斜して形成されていれば、直線Ｐ１に対する傾きが、端辺１１ｃに対して平行な直線Ｐ２の傾きより小さくてもよい。
【００４５】
また、このトップフォイル片１１は、図３（ｂ）に示すようにその固定辺１２側が曲げ加工されており、これによってバンプフォイル片２１の山部２３の高さ分の段差を吸収できるように立ち上げられ、固定辺１２より端辺１１ｃ側が山部２３上に載せられている。一方、端辺１１ｃ（トレーディングエッジ）側は、固定されることなく単にバンプフォイル片２１の山部２３上に支持された自由端となっている。
【００４６】
ここで、本実施形態ではバンプフォイル片２１を、前記したようにその谷部２２及び山部２３がトップフォイル片１１の固定辺１２と直交する方向に配列するように配置しており、したがってこれら谷部２２や山部２３が、トップフォイル片１１の固定辺１２や端辺１１ｃと平行に延在している。よって、このバンプフォイル片２１上に載置されることによってトップフォイル片１１は、前記山部２３の配列方向に沿って固定辺１２側から端辺１１ｃ側に向かうに連れて、漸次ベースプレート３０の内面から遠ざかるようにバンプフォイル片２１の山部２３によって設定された初期傾斜角で傾斜して配置されている。
【００４７】
ここで、初期傾斜角とは、荷重がゼロのときのベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の傾斜角である。また、傾斜角とは、図３（ｃ）に示すようにバンプフォイル片２１の山部２３の高さ増加量によって決まる角度（勾配）θである。したがって、荷重が増すとバンプフォイル片２１の山部２３がベースプレート３０側に押し込まれ、全体が平坦化することにより、傾斜角θは初期傾斜角より小さくなる。
【００４８】
このような構造において、トップフォイル片１１はその固定辺１２と端辺１１ｃとが平行に形成配置されており、これを支持するバンプフォイル片２１は、その山部２３の配列方向が固定辺１２と直交している。そのため、トップフォイル片１１の自由端となる端辺１１ｃは、初期傾斜角の状態でも、また、スラストカラー４の回転によってトップフォイル片１１を介してバンプフォイル片２１に荷重が加わり、傾斜角θが小さくなった際にも、そのベースプレート３０からの高さが常に一定になる。
【００４９】
すなわち、トップフォイル片１１の外周側の長さ（固定辺１２と下流側端辺１１ｃとの間の距離）と内周側の長さ（固定辺１２と下流側端辺１１ｃとの間の距離）とが一定になっているため、トップフォイル片１１が回転軸１の回転方向下流側に行くに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように傾斜していても、下流側端辺１１ｃはその外周側と内周側とで立ち上がり量が同じになる。よって、トップフォイル片１１の自由端となる下流側端辺１１ｃは、スラストカラー４に対して常に平行となる。
【００５０】
また、トップフォイル片１１には、図３（ｂ）に示すように固定辺１２の近傍部、すなわち固定辺１２に対して回転軸１の回転方向下流側に位置する近傍部が、その他の部位に比べて薄肉に形成された薄肉部１４となっている。薄肉部１４は、固定辺１２に沿って直線状に形成されたもので、トップフォイル片１１を構成するその他の部位の厚さ（数百μｍ程度）の、５０％〜７０％程度の厚さに形成されている。このような薄肉部１４の形成は、例えばエッチング加工によって行うことができる。
【００５１】
また、この薄肉部１４は、図３（ｂ）に示すバックフォイル片２１に対して、その山部２３のうち固定辺１２に最も近い山部２３の頂点（稜線）にかからないように、形成されている。すなわち、薄肉部１４は、固定辺１２と該固定辺１２側の山部２３の頂点（稜線）との間に位置するように、その幅が設定され、形成されている。これにより、トップフォイル片１１は、薄肉部１４以外の箇所（その他の部位）が全ての山部２３上に載ってこれらに均等に支持されるようになり、図３（ｃ）に示した傾斜角θが維持される。また、薄肉部１４を形成したことにより、該薄肉部１４より端辺１１ｃ側がより容易にかつ円滑に傾斜できる（傾くことができる）ようになっている。さらに、このような薄肉部１４を形成することにより、該薄肉部１４以外の箇所の肉厚を、従来に比べて厚くすることも可能になる。
【００５２】
次に、このような構成からなるスラスト軸受３Ａ（３）の作用について説明する。
本実施形態では、図２に示したようにスラスト軸受３Ａをスラストカラー４の両側に設けている。このようにスラストカラー４の両側に設けることにより、スラスト方向の移動量を極力抑えることができる。すなわち、スラスト移動量を小さくすることにより、図１に示したチップクリアランス６を狭くすることができ、これによって流体性能を向上することができる。
【００５３】
スラスト方向の移動量を極力抑えるため、両スラスト軸受３Ａはスラストカラー４に対してガタが生じないように近接して設置される。これにより、両スラスト軸受３Ａのトップフォイル片１１（トップフォイル１０）はスラストカラー４に対して若干押し付けられた状態になる。その際、本実施形態ではトップフォイル片１１に薄肉部１４を形成しているので、端辺１１ｃ側が傾き易く（曲がり易く）なっている。そのため、押し付け量に比して押し付け力が小さくなっており、これにより、始動トルクが小さくなっている。
【００５４】
すなわち、従来では荷重が増大したときにトップフォイル片の傾斜角が最適角になるように、予め最適角より大きい傾斜角が付けられている。したがって、回転停止状態ではトップフォイル片はスラストカラー４を両面から挟み込み、押し付けられた状態(プリロードが掛かった状態)となる。しかしながら、従来ではトップフォイル片の上流側端辺がその全長に渡って固定されており、トップフォイル片の肉厚も一定であることから、スラストカラー４への押し付け力(プリロード)が強く、始動トルクが大きくなっている。
これに対して本実施形態では、前記したように固定辺１２の長さを上流側の端辺全体より短くし、さらにトップフォイル片１１に薄肉部１４を形成しているため、始動トルクが小さくなる。
【００５５】
また、回転軸１が回転してスラストカラー４が回転を始めると、スラストカラー４とトップフォイル片１１は擦れ合いつつ、両者の間に形成されたくさび形の空間に周囲流体が押し込まれる。そして、スラストカラー４が一定の回転速度に達すると、両者の間に流体潤滑膜が形成される。この流体潤滑膜の圧力によってトップフォイル片１１（トップフォイル１０）はバンプフォイル片２１（バックフォイル２０）側へ押し付けられ、スラストカラー４はトップフォイル片１１との接触状態を脱し、非接触で回転するようになる。
【００５６】
スラスト荷重が加わると、トップフォイル片１１はさらにバンプフォイル片２１側へ押され、トップフォイル片１１の傾斜角θは浅く（小さく）なる。その際、トップフォイル片１１は回転軸１の回転方向上流側の固定辺１２回りに傾斜する（曲がる）ものの、自由端となる下流側の端辺１１ｃは固定辺１２と平行になっているので、トップフォイル片１１の傾斜が進行してもスラストカラー４との平行状態が維持される。
【００５７】
したがって、スラスト荷重がさらに増して流体潤滑膜の膜厚がさらに薄くなったとしても、トップフォイル片１１はスラストカラー４に接触し難くなり、結果としてより高いスラスト荷重を受けることが可能になる。
【００５８】
本実施形態のスラスト軸受３Ａ（３）にあっては、ベースプレート３０に固定される固定辺１２を、その内周側から外周側に向かうに連れて回転軸１の回転方向下流側（端辺１１ｃ側）に近づくように、回転軸１を中心としてその半径方向に延びる直線に対して傾斜させて形成するとともに、端辺１１ｃに対して平行に形成しているので、トップフォイル片１１が回転軸１の回転方向下流側に行くに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように傾斜していても、下流側端辺１１ｃの立ち上がり量をその外周側と内周側とで同じにすることができる。よって、スラストカラー４の回転時においてスラスト荷重が変化しても、トップフォイル片１１の自由端となる下流側端辺１１ｃをスラストカラー４に対して常に平行にすることができ、したがって軸受寿命の低下や焼き付きを防止することができる。
【００５９】
また、固定辺１２を、トップフォイル片１１における回転軸１の回転方向上流側の端辺の途中から、外周縁に向かって延びて形成しているので、固定辺１２の長さを上流側の端辺全体より短くすることができ、これによってトップフォイル片１１を傾斜し易く（曲がり易く）し、始動トルクを低減することができる。また、回転軸１が回転を開始した後も、トップフォイル片１１が容易にかつ円滑に傾斜するため、最適傾斜角（例えば０．１°程度）が得られ易くなり、負荷能力が向上する。
【００６０】
また、トップフォイル片１１の、固定辺１２に対する回転方向下流側の近傍部に薄肉部１４を形成しているので、荷重がかかった際に端辺１１ｃ側がより容易にかつ円滑に傾斜できるようになり、したがって始動トルクが低減する。また、回転軸１が回転を開始した後も、トップフォイル片１１が容易にかつ円滑に傾斜するため、最適傾斜角が得られ易くなり、負荷能力が向上する。
【００６１】
ここで、高いスラスト荷重を受けているときには流体潤滑膜の圧力が高くなるので、トップフォイル片１１はバンプフォイル片２１に直接支えられていない部分、すなわちバンプフォイル片２１の谷部２２上に位置する箇所が撓み、ここから圧力が逃げて負荷能力が低下する可能性がある。
【００６２】
しかし、本実施形態ではトップフォイル片１１の固定辺１２側に薄肉部１４を形成しているので、トップフォイル片１１が傾斜する（曲がる）動きを妨げることなく、従来に比べてトップフォイル片１１の板厚を厚くすることが可能である。したがって、このようにトップフォイル片１１の板厚を厚くことにより、バンプフォイル片２１に支えられていない部分での撓みを少なくすることができ、負荷能力の低下を抑制することができる。
【００６３】
次に、本発明のスラスト軸受３の第２実施形態について説明する。
第２実施形態のスラスト軸受３Ｂ（３）が第１実施形態のスラスト軸受３Ａ（３）と主に異なるところは、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ベースプレート３０の前記支持領域３１に傾斜面３２を形成した点と、バンプフォイル片２１の山部２３の高さを、全て同一にした点である。なお、図５（ａ）は一部を断面視したスラスト軸受３の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｃ）はバンプフォイル片の形状を説明するためにその平面図と側面図を対応させた説明図である。
【００６４】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように支持領域３１における、前記バンプフォイル片２１、トップフォイル片１１を支持する領域全体を、トップフォイル片１１の固定辺１２側から下流側の端辺１１ｃ側に向かうに連れて高さが増加する傾斜面３２としている。すなわち、傾斜面３２を、図５（ｂ）に示すように固定辺１２、およびこれに平行な端辺１１ｃに対して直交する方向に傾斜させて形成している。
【００６５】
また、バンプフォイル片２１については、前記第１実施形態と同様に、ベースプレート３０に接する谷部２２と、トップフォイル片１１に接する山部２３とを交互に配置した波板状に形成している。ただし、本実施形態では、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、山部２３の高さを全て同一に形成している。
【００６６】
また、谷部２２及び山部２３については、前記実施形態と同様に、トップフォイル片１１の固定辺１２と直交する方向に配列させている。すなわち、谷部２２、山部２３の配列方向を前記固定辺１２と直交する方向とし、傾斜面３２の傾斜方向に一致させている。これにより、バンプフォイル片２１の山部２３は、その高さがベースプレート３０の傾斜面３２の傾斜方向に沿って、すなわち回転軸１の回転方向の下流側に向かうに連れて、所定の高さずつ高くなっている。つまり、第１実施形態と見かけ上同一になっている。したがって、このバンプフォイル片２１上に配置されるトップフォイル片１１は、その傾斜角θが、第１実施形態と同様に形成される。本実施形態では、この傾斜角θは図５（ｃ）に示すように傾斜面３２の傾斜角θによって決まる。
【００６７】
本実施形態のスラスト軸受３Ｂ（３）にあっても、固定辺１２を端辺１１ｃに対して平行に形成しているので、トップフォイル片１１が回転軸１の回転方向下流側に行くに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように傾斜していても、下流側端辺１１ｃの立ち上がり量をその外周側と内周側とで同じにすることができる。よって、スラストカラー４の回転時においてスラスト荷重が変化しても、トップフォイル片１１の自由端となる下流側端辺１１ｃをスラストカラー４に対して常に平行にすることができ、したがって軸受寿命の低下や焼き付きを防止することができる。
【００６８】
また、ベースプレート３０の各支持領域３１に傾斜面３２を形成し、バンプフォイル片２１の山部２３の高さを全て同一にするとともに、該山部２３の配列方向を傾斜面３２の傾斜方向に一致させているので、この傾斜面３２上にバックフォイル片２１を介してトップフォイル片１１を配設することにより、トップフォイル片１１の高さを傾斜面３２に沿って精度よく変化させることができる。すなわち、トップフォイル片１１に所定の傾斜角θを付与することができる。また、その際にバンプフォイル片２１については、山部２３の高さを変化させることなく一定の高さに作製すればよく、したがってその加工コストを抑えることができる。よって、このスラスト軸受３Ｂ（３）によれば、加工を容易にして量産性を向上し、コストの低減化を図ることができる。また、加工が容易になってバラツキが少なくなるため、設計時に予測した軸受性能（例えば軸受負荷能力）が得やすくなる。
【００６９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではバックフォイル２０やトップフォイル１０をそれぞれ６つのバックフォイル片２１（バンプフォイル片２１）、トップフォイル片１１で構成し、したがってベースプレート３０の支持領域３１もこれに合わせて６つ形成（設定）したが、バックフォイル片２１（バンプフォイル片２１）やトップフォイル片１１は、複数であれば５つ以下でも７つ以上であってもよい。その場合に、支持領域３１の数についても、バックフォイル片２１（バンプフォイル片２１）やトップフォイル片１１の数に合わせるのはもちろんである。
【００７０】
また、第２実施形態においてベースプレート３０の支持領域３１に傾斜面３２を形成する場合、バンプフォイル片２１が載る面全体を傾斜面３２とするのに代えて、一部を平坦面とし、バンプフォイル片２１の一部を傾斜面３２上に、残部を平坦面上に配置してもよい。その場合に、平坦面は傾斜面の上側（端辺１１ｃ側）に形成してもよく、下側（固定辺１２側）に形成してもよい。さらに、傾斜面の両側に平坦面を形成してもよい。
また、トップフォイル片やバンプフォイル片の形状、支持領域上へのトップフォイル片やバンプフォイル片の配置、傾斜面の傾斜方向など、前記実施形態以外にも種々の形態を採用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…回転軸、３、３Ａ、３Ｂ…スラスト軸受、４…スラストカラー、１０…トップフォイル、１１…トップフォイル片、１１ａ…内側辺、１１ｂ…外側辺、１１ｃ…端辺、１２…固定辺、１３…固定部、１４…薄肉部、２０…バックフォイル、２１…バックフォイル片（バンプフォイル片）、２２…谷部、２３…山部、３０…ベースプレート、３１…支持領域、３２…傾斜面
【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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