(57)【要約】【課題】低速／高速回転域の両方において回転体の安定した回転を実現するべくフォイルの剛性を調節可能で、且つ、フォイルの一部に過大な負荷がかかるのを避けることが可能なフォイル軸受けを提供する。【解決手段】回転体（１２）と静止保持部材（２５）との間の空隙にフォイル（２６）を設けたフォイル軸受け（２３）において、静止保持部材の回転体から離反する側に回転可能な可動部材（２７）を設けるとともに、静止保持部材に形成された通孔を通って可動部材からフォイルへと向かって延在する当接部材（３０）の一端が接する可動部材の表面にカム面を設ける。可動部材を回転させ当接部材が静止保持部材の表面から突出する長さを変えることで、フォイルの可動範囲を変え、実質的に剛性を変えることができる。【選択図】　　　図３
2004084878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転する回転体を支持するフォイル軸受けであって、
前記回転体との間に空隙が形成されるように前記回転体から離間して配置され、前記回転体に対向する第１面と該第１面と相反する第２面とを有する静止保持部材と、
前記軸線を中心に回転可能なように前記静止保持部材の前記回転体から離反する側に配置され、前記静止保持部材の前記第２面と対向する第１面を有する可動部材と、
前記回転体が回転する際前記回転体を流体膜層を介して支持するべく前記回転体と前記静止保持部材との間の前記空隙に配置され、概ね周方向に延在する部分を有する第１フォイルと、
前記静止保持部材に設けられた通孔を通って前記可動部材から前記第１フォイルへと向かって延在し、一端が前記可動部材の前記第１面に接し、他端が前記第１フォイルの前記周方向延在部分に対向する当接部材と、を備え、
前記可動部材の前記第１面の、前記当接部材の前記一端が接する部分にカム面が形成され、それにより、前記可動部材を前記軸線を中心として回転させることで、前記当接部材の前記他端が前記静止保持部材の前記第１面から前記第１フォイルの前記周方向延在部分へと向かって突出する部分の長さを調節することが可能であることを特徴とするフォイル軸受け。
【請求項２】
複数の前記第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルは前記回転体の周方向に配列されており、そのうちの少なくとも１つに対し前記当接部材が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項３】
前記複数の第１フォイルの各々に対し前記当接部材が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項２に記載のフォイル軸受け。
【請求項４】
前記当接部材を複数有し、これら当接部材の長さが均一ではないことを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項５】
前記当接部材を複数有し、これら当接部材に対応して複数のカム面が前記可動部材の前記第１面に設けられており、これら複数のカム面のレベルが均一ではないことを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項６】
前記複数の第１フォイルの隣り合うものの間の間隔が不均一であることを特徴とする請求項２に記載のフォイル軸受け。
【請求項７】
前記回転体が概ね円柱状の部分を有するシャフトからなり、前記静止保持部材は前記シャフトを外囲し、該シャフトの前記円柱状部分の円柱面との間に環状の前記空隙を形成していることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項８】
前記シャフトはガスタービンエンジンのロータシャフトからなり、当該フォイル軸受けは前記ガスタービンエンジンのロータシャフトのジャーナル軸受けを成していることを特徴とする請求項７に記載のフォイル軸受け。
【請求項９】
複数の前記第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルは前記シャフトの周方向に配列されており、前記複数の第１フォイルと前記シャフトとの間に、周方向に延在して概ね円筒形をなす第２フォイルが配置されていることを特徴とする請求項７に記載のフォイル軸受け。
【請求項１０】
軸線を中心として回転する概ね円筒形状の回転体を支持するフォイル軸受けであって、
前記回転体との間に空隙が形成されるように前記回転体を囲繞するよう配置され、前記回転体に対向する内周面と該内周面と相反する外周面とを有する静止保持部材と、
前記回転体が回転する際前記回転体を流体膜層を介して支持するべく前記回転体と前記静止保持部材との間の前記空隙に配置され、周方向に延在して概ね円筒をなす単一の部材からなるトップフォイルと、を備え、
前記トップフォイルの一端は前記静止保持部材に固定され、他端は前記一端に近接した位置において前記静止保持部材に設けられたスロットを貫通して径方向に延在し、前記静止保持部材の前記外周面から突出しており、
当該フォイル軸受けは、
前記トップフォイルの前記他端の前記径方向延在部に前記一端と反対側から当接するよう前記静止保持部材に位置調整可能に固定された当接部材を有し、前記当接部材が前記径方向延在部に当接する位置を変えることで前記第１フォイルの剛性を実質的に調整可能であることを特徴とするフォイル軸受け。
【請求項１１】
前記回転体が概ね円盤状の部材からなり、
前記静止保持部材は前記円盤状部材の平坦面との間に前記空隙を形成していることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項１２】
前記円盤状部はガスタービンエンジンのロータシャフトに一体的に設けられており、当該フォイル軸受けは前記ガスタービンエンジンのロータシャフトのスラスト軸受けを構成していることを特徴とする請求項１１に記載のフォイル軸受け。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォイル軸受けに関する。特に、マイクロガスタービン発電機のロータシャフト用のジャーナル軸受けまたはスラスト軸受けとして用いることが可能なフォイル軸受けに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転するロータシャフトの軸受けとして、フォイル軸受けを用いることが知られている。フォイル軸受けは、通常、ロータシャフトの周囲を取り囲むハウジングを有し、ロータシャフトとハウジングとの間に周方向に配列され且つハウジングに片持ち梁式に固定され遊端がロータシャフトに向かって付勢された可撓性を有する一連のフォイルが設けられている。ロータシャフトが回転すると、ロータシャフトとフォイルとの間に例えば大気などの流体が引き込まれ、ロータシャフトの外面とフォイルとの間に流体膜層が形成され、それによってロータシャフトは低摩擦で回転することができる。このようにロータシャフトの回転によって流体膜層を形成し、それによりロータシャフトの荷重を支えるようなフォイル軸受けを動圧フォイル軸受けということもある。
【０００３】
このようなフォイル軸受けでは、スタートまたは停止時のようにロータシャフト回転速度が低いときと、ロータシャフトの回転速度が高いときとで、ロータシャフトとフォイルとの間に形成される流体膜層の特性が異なるため、いずれにおいても安定した回転を達成するためには、ロータシャフトの回転速度に応じてロータシャフトに対するフォイルの予荷重（または付勢力）が調節可能であることが望ましい。
【０００４】
米国特許第４，４４５，７９２号明細書（特許文献１）には、そのようなフォイルの予荷重が調節可能なフォイル軸受けが開示されている。このフォイル軸受けは、ロータシャフトの周囲を取り囲むハウジングと、ロータシャフトの周囲に沿って配列されるように前記ハウジングに回転可能に支持された、各々被駆動部を有する複数のフォイルマウントとを有し、各フォイルマウントは対応するフォイルを片持ち梁式に固定している。更に、ハウジングの外側にはハウジングに対して回転可能な駆動部（リングギア）が設けられ、この駆動部は各フォイルマウントの被駆動部と係合しており、それにより、駆動部を回転することでフォイルマウントを同時に回転させ、フォイルの予荷重を調節することが可能となっている。
【０００５】
しかしながら、このようなフォイル軸受けでは、ロータシャフトに対するフォイルの予荷重はフォイル自体の弾性によってなされているため、その調整範囲を大きくとることが困難であるとともに、片持ち梁支持されたフォイルの付け根部分に過大な荷重がかかりやすいという問題があった。
【０００６】
他の公知技術として、特許文献２（米国特許第３、８９３、７３３号明細書）には、フォイルの剛性を高めるためフォイルに摺動可能に接触するフォイル支持部材（ｆｏｉｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ）を用いることが開示されている。また、特許文献３（米国特許第４、１７８、０４６号明細書）には、フォイル軸受けにおいて、各フォイルをその中間部分にて支持することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４，４４５，７９２号明細書（第２−４コラム、第１図）
【特許文献２】
米国特許第３、８９３、７３３号明細書（第２−３コラム、第１−７図）
【特許文献３】
米国特許第４、１７８、０４６号明細書（第３−４コラム、第１−３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の主な目的は、低速／高速回転域の両方においてロータシャフトなどの回転体の安定した回転を実現するべく回転体に対するフォイルの予荷重またはフォイルの剛性を広い範囲で調節可能であり、且つ、フォイルの一部に過大な負荷がかかるのを避けることが可能なフォイル軸受けを提供することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、そのようなフォイル軸受けを単純な構造で低コストに提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に基づくと、軸線を中心として回転する回転体を支持するフォイル軸受けであって、回転体との間に空隙が形成されるように回転体から離間して配置され、回転体に対向する第１面と該第１面と相反する第２面とを有する静止保持部材と、前記した軸線を中心に回転可能なように静止保持部材の回転体から離反する側に配置され、静止保持部材の第２面と対向する第１面を有する可動部材と、回転体が回転する際回転体を流体膜層を介して支持するべく回転体と静止保持部材との間の空隙に配置され、概ね周方向に延在する部分を有する第１フォイルと、静止保持部材に設けられた通孔を通って可動部材から第１フォイルへと向かって延在し、一端が可動部材の第１面に接し、他端が第１フォイルの周方向延在部分に対向する当接部材と、を備え、可動部材の第１面の、当接部材の一端が接する部分にカム面が形成され、それにより、可動部材を軸線を中心として回転させることで、当接部材の他端が静止保持部材の第１面から第１フォイルの周方向延在部分へと向かって突出する部分の長さを調節することが可能であることを特徴とするフォイル軸受けが提供される。
【００１１】
このように、静止保持部材に形成された通孔を通って可動部材からフォイルの周方向延在部分へと向かって延在する当接部材の一端が接する可動部材の表面にカム面を設けたことにより、可動部材を回転させることで当接部材の他端が静止保持部材の表面から突出する長さを変えることができる。それにより、フォイルを外側に撓ませようとする力がフォイルに加わったとき当接部材がフォイルの周方向延在部分に当接する位置を可動部材の角度位置を調整することで変え、実質的にフォイルの剛性を調節することが可能である。従って、例えば本発明をガスタービンエンジンのジャーナル軸受けやスラスト軸受けに用いた場合、ガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な剛性（または可動範囲）をフォイルに与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また当接部材はフォイルの周方向延在部分に当接してフォイルの撓みを規制するため、フォイルの付け根部分に過大な負荷が集中するのを防止することができる。
【００１２】
複数の前記第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルが回転体の周方向に配列されている場合、そのうちの少なくとも１つに対し当接部材を少なくとも１つ設けることができる。例えば回転体としてロータシャフトを用いる場合、ロータシャフトの下方に位置し、ロータシャフトの重量の影響を受ける第１フォイルに対してのみ当接部材を設けてもよい。複数の第１フォイルの各々に対し当接部材を少なくとも１つ設けてもよい。各第１フォイルに対して設ける当接部材の数をフォイル毎に異ならせてもよい。
【００１３】
当接部材を複数有する場合、これら当接部材の長さは均一でなくてもよい。例えば、１つのフォイルに対して２つの当接部材を用いる場合、これら当接部材のフォイルに当接する位置に応じてこれら当接部材の長さを変え、２つの当接部材が同時にフォイルに当接するようにすることができる。或いは、異なるフォイルに当接する当接部材の長さを変えてもよい。例えば回転体としてロータシャフトを用いる場合、ロータシャフトの下方に位置する第１フォイルに関連する当接部材を長く、ロータシャフトの上方に位置する当接部材の長さを短くすることにより、ロータシャフトの下方に位置する第１フォイルの剛性を上方に位置する第１フォイルの剛性より高くし、ロータシャフトの重みの影響を補償することができる。別の方法として又はそれに加えて、当接部材に対応する複数のカム面のレベルを変えることもできる。複数の第１フォイルの隣り合うものの間の間隔が不均一であるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の一実施例によると、回転体は概ね円柱状の部分を有するシャフトからなり、静止保持部材はシャフトを外囲し、該シャフトの円柱状部分の円柱面との間に環状の空隙を形成するものとすることができる。この場合、シャフトを例えばガスタービンエンジンのロータシャフトとすることにより、当該フォイル軸受けがガスタービンエンジンのロータシャフトのジャーナル軸受けを成すものとすることができる。
【００１５】
複数の第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルが回転体としてのシャフトの周方向に配列されている場合、複数の第１フォイルとシャフトとの間に、周方向に延在して概ね円筒形をなす第２フォイル（トップフォイル）を配置してもよい。
【００１６】
本発明の別の実施例に基づくと、軸線を中心として回転する概ね円筒形状の回転体を支持するフォイル軸受けであって、回転体との間に空隙が形成されるように回転体を囲繞するよう配置され、回転体に対向する内周面と該内周面と相反する外周面とを有する静止保持部材と、回転体が回転する際回転体を流体膜層を介して支持するべく回転体と静止保持部材との間の空隙に配置され、周方向に延在して概ね円筒をなす単一の部材からなるトップフォイルと、を備え、トップフォイルの一端は静止保持部材に固定され、他端は前記一端に近接した位置において静止保持部材に設けられたスロットを径方向に貫通して静止保持部材の外周面から突出しており、当該フォイル軸受けは、トップフォイルの他端の径方向延在部にその一端と反対側から当接するよう静止保持部材に位置調整可能に固定された当接部材を有し、当接部材が径方向延在部に当接する位置を変えることで第１フォイルの剛性を実質的に調整可能であることを特徴とするフォイル軸受けが提供される。このような実施例においても、例えばガスタービンエンジンのジャーナル軸受けに用いた場合、ガスタービンエンジンの回転速度に応じて当接部材の位置を調整してトップフォイルの剛性を変え、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。
【００１７】
本発明の更に別の実施例によると、回転体は概ね円盤状の部材からなり、静止保持部材は円盤状部材の平坦面との間に空隙を形成するものとすることができる。この場合、例えば円盤状部がガスタービンエンジンのロータシャフトに一体的に設けられるようにすることにより、当該フォイル軸受けがガスタービンエンジンのロータシャフトのスラスト軸受けを構成するようにすることができる。
【００１８】
本発明の特徴、目的及び作用効果は、添付図面を参照しつつ好適実施例について説明することにより一層明らかとなるだろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用されたマイクロガスタービン発電機を示す縦方向断面図である。このマイクロガスタービン発電機は、動力源としてのガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンによって駆動される発電機とを有する。ガスタービンエンジンは、発電機から離れた側の端部が閉じた環状の主ハウジング１と、主ハウジング１の開放端に取り付けられた端部プレート２と、主ハウジング１内に同軸的に受容され燃焼室４を画定する環状の内側ハウジング３と、燃焼室４内へと突入するノズル端を各々有する複数の燃料インジェクタ５とを含む。
【００２１】
発電機は、円筒状の主ハウジング６と、主ハウジング６の各端に取り付けられた一対の端部プレート７、８とを有する。主ハウジング６内にはステータコイル９が同軸的に受容されている。ガスタービンエンジン側の端部プレート７は、中心部においてガスタービンエンジン側に向かって延在する管状延出部１０を有する。また、この端部プレート７は、ガスタービンエンジンの対向する端部プレート２に複数のステイ１１によって連結されている。
【００２２】
更に、ガスタービンエンジンは、コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４が設けられたロータシャフト１２を備えている。コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４は、それぞれ、複数のコンプレッサブレード及びタービンブレードを含んでいる。この実施例では、ロータシャフト１２はセラミック材料からなり、コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４が一体的に単一の部品として形成されている。別の方法として、ロータシャフト１２を、同じ材料または異なる材料からなる複数の部品を組み合わせてアセンブリとして形成することもできる。タービンブレードの材料はセラミックなどの耐熱性に優れたものが好ましく、導電性を有していても絶縁されていてもよい。材料の選択はガスタービンエンジンの特定の構成及び仕様に基づいてなされる。このマイクロガスタービンエンジンの軸線方向長さは約１０ｃｍである。
【００２３】
コンプレッサホイール１３は、端部プレート２の一部によって形成されたシュラウド１５とともに放射状のコンプレッサ部を形成する。コンプレッサ部の入口端は発電機に向いて軸線方向に開いている。コンプレッサ部の出口端は、ディフューザ１７及び周方向に配列された複数のステータベーン１８を介して、主ハウジング１と内側ハウジング３との間に定められた空隙に連通している。
【００２４】
タービンホイール１４は、主ハウジング１の一部によって形成されたタービンケーシング１６とともに放射状のタービン部を形成する。タービン部の入口端は、入口ノズル１９を介して燃焼室４の出口端に連通している。この例では、燃焼室４はタービン部の入口端から軸線方向に発電機から離れる向きに延在している。タービン部の出口端は発電機から離反する向きに開口している。
【００２５】
ロータシャフト１２は、軸線方向に一体的に延出し発電機の中心を通る発電機シャフト２０を更に有する。発電機シャフト２０には永久磁石片２１が設けられ、ステータコイル９とともに発電機の主機能部を形成している。
【００２６】
ロータシャフト１２の端部にはスラスト軸受け２２が設けられている。また、端部プレート７、８内には本発明に基づくジャーナル軸受け２３、２４が設けられ、ロータシャフト１２を２箇所で回転可能に支持している。
【００２７】
図２は、図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図であり、ジャーナル軸受け２３をより詳細に示している。なお、本図において端部プレート７は図示を省略した。また、ジャーナル軸受け２４はジャーナル軸受け２３と同一の構造とすることができる。このジャーナル軸受け２３は、回転体としてのロータシャフト１２（または発電機シャフト２０）の外周との間に空隙を成すようにロータシャフト１２を外囲する環状の静止保持部材２５と、ロータシャフト１２と静止保持部材２５の間の空隙に配置された第１フォイルとして働く複数のフォイル２６と、静止保持部材２５を外囲しロータシャフト１２と同じ軸線を中心に静止保持部材２５に対して回転可能に設けられた環状の可動部材２７と、可動部材２７を回転操作するべく可動部材２７に取り付けられた操作バー２８とを有する。静止保持部材２５は適切な手段により端部プレート７に回転しないよう固定されている。操作バー２８は端部プレート７に設けられたスリットを貫通して径方向に延在しており、図示しない適切な制御手段により、例えばガスタービンエンジンの回転速度に応じて自動的に制御することができる。
【００２８】
各フォイル２６は金属などの可撓性を有する材料からなり、一端が静止保持部材２５の内面に設けられた対応する溝２９に固着され、この固着部に近接した箇所において曲げられて主要部分がロータシャフト１２の外周に概ね沿って周方向に延在している。図示した例では、１つのフォイル２６の一部が隣接するフォイル２６の一部に重なっているが、重ならないようにすることもできる。各フォイル２６を折り曲げることで、それ自体の弾性により各フォイル２６はロータシャフト１２に向かって付勢される。このような構成により、ロータシャフト１２が図２の矢印で示した方向に回転するとフォイル２６とロータシャフト１２の間に例えば大気などの流体が引き込まれ、ロータシャフト１２を低摩擦に支持することができる。
【００２９】
図３は、本発明に基づくジャーナル軸受け２３の一実施例の詳細な構造を示す図２の部分拡大図である。図示したように、この実施例では、静止保持部材２５に設けられた関連する通孔を通って複数の当接部材３０が径方向に延在している。各当接部材３０の一端は可動部材２７の内周面に設けられた対応する凹部３１に受容され、他端は静止保持部材２５の内周面から突出してフォイル２６の周方向延在部分に対向している。当接部材３０の一端にはフランジ３０ａが形成されておりこのフランジ３０ａと静止保持部材２５の外周面の間には環状の圧縮ばね３２が配置され、当接部材３０の脱落を防止するとともに当接部材３０を可動部材２７の凹部３１へ向けて付勢している。圧縮ばね３２は任意の適切な弾性体とすることができる。また、可動部材２７に設けられた凹部３１はその深さが周方向に変化し、底面がカム面となって関連する当接部材３０の一端に接している。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｃ）は当接部材３０のいくつかの例をフォイル２６の周方向延在部分とともに示した斜視図である。図４（ａ）では１つのフォイル２６に対し１つの棒状の当接部材３０が用いられている。図４（ｂ）では、フォイル２６の捩れをより生じにくくするためフォイル２６の幅方向に２つの棒状の当接部材３０が並置されている。図４（ｃ）では同様の目的のため当接部材３０はフォイル２６の幅方向に長い板状をなしている。このように当接部材の形状や１つのフォイル２６に対して使用する個数はフォイル２６の厚み、長さ、材料等に合わせて様々に変更することができる。
【００３１】
図３（ａ）に示した状態では、各当接部材３０の一端は可動部材２７に設けられた凹部３１の底が浅い部分に接しており、それにより各当接部材３０は圧縮ばね３２の力に抗してフォイル２６へ向かって押し出され、他端が静止保持部材２５の内周面から突出している。これにより、ロータシャフト１２の重みまたはロータシャフト１２の回転に伴うロータシャフト１２とフォイル２６の間への流体の引き込みなどによりフォイル２６に対し外向きに撓ませる力が加わったとき、フォイル２６に当接部材３０が当接し、フォイル２６の撓みが規制される。これにより、フォイル２６の可動範囲を小さくし、実質的に剛性を高くしたのと同等の効果を得ることができる。なお、この実施例では、１つのフォイル２６につき周方向に２つの当接部材３０が設けられており、フォイル２６の基端部に近い側の当接部材３０は他方の当接部材３０より長さが短くなっている。これにより、フォイル２６の反りのため基端部から離れるに従ってフォイル２６が静止保持部材から離反していも関連する２つの当接部材３０が同時にフォイル２６に当接することが可能となっている。当接部材３０の長さを変える代わりに、可動部材２７に設けられる凹部３１の深さ（即ち、カム面のレベル）を変えてもよい。
【００３２】
一方、図３（ｂ）に示した状態では、可動部材２７が静止保持部材２５及びフォイル２６に対して回転され（図では時計回り）、その結果可動部材２７の凹部３１の底の深い部分に当接部材３０の一端が接している。そのため、当接部材３０の他端が静止保持部材２５の内周面からフォイル２６に向かって突出する長さが短くなり（全く突出しないようにすることも勿論可能である）、フォイル２６に当接しない。これにより、各フォイル２６は当接部材３０によって規制されることなく撓むことが可能となり、図３（ａ）の状態と比べると可動範囲が拡大され、実質的にフォイル２６の剛性を低くしたのと同等の効果が得られる。
【００３３】
このように、本発明の上記実施例によれば、静止保持部材２５に形成された通孔を通って可動部材２７からフォイル２６へと径方向に延在する当接部材３０の一端を可動部材２７の内周面に設けた凹部３１に受容し、この凹部３１の深さを周方向に変えて底面をカム面としたことにより、可動部材２７を回転させて当接部材３０の他端が静止保持部材２５の内周面から突出する長さを変えることができる。それにより、フォイル２６を外側に撓ませようとする力がフォイル２６に加わったとき当接部材３０がフォイル２６の周方向延在部分に当接する位置を可動部材２７の角度位置を調整することで変え、実質的にフォイル２６の剛性を調節することが可能である。従って、例えばガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材２７の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な剛性（または可動範囲）をフォイル２６に与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また当接部材３０はフォイル２６の周方向延在部分に当接してフォイル２６の撓みを規制するため、フォイル２６の付け根部分（曲折部分）に過大な負荷が集中するのを防止することができる。
【００３４】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図３と同様の部分拡大図である。本図において図３と同様の部分は同じ参照符号で示す。これらの実施例では、各フォイル２６に対して周方向に１つの当接部材３０が設けられている。
【００３５】
図５（ａ）に示したジャーナル軸受け２３ａでは、各当接部材３０は当接するべきフォイル２６に隣接するフォイル２６の付け根部が固着される静止保持部材２５の溝２９を通って延在し、関連するフォイル２６の遊端側に近い部分に当接することが可能となっている。
【００３６】
一方、図５（ｂ）に示したジャーナル軸受け２３ｂでは、各当接部材３０は関連するフォイル２６の付け根部に近い部分に当接することが可能となっている。このように、当接部材３０は特定のフォイル軸受けの特性、仕様等に応じて様々な位置に設けることが可能である。
【００３７】
図６は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図である。本図において図２と同様の部分は同じ参照符号で示し、詳しい説明を省略する。このジャーナル軸受け２３ｃは、一端が静止保持部材２５に保持され、ロータシャフト１２のほぼ全周を外囲するよう周方向に延在する概ね円筒形状のトップフォイル（第２フォイル）３３を有し、静止保持部材２５に固定された複数のフォイル（第１フォイル）２６はトップフォイル３３を介してロータシャフト１２を支持している。この実施例では、間にトップフォイル３３が介在しているため、静止保持部材２５とトップフォイル３３の間の空隙に設けられた各フォイル２６はその付け根部分からロータシャフト１２の回転方向と逆向きに延在している。また、隣接するフォイル２６同士は重なっていない。トップフォイル３３を設けることによって、トップフォイル３３とフォイル２６との間に発生する摩擦力がクーロン減衰力として作用し、より安定したロータシャフト１２の回転を実現することができる。
【００３８】
図７は、図６に示したジャーナル軸受け２３ｃをより詳細に示す部分断面図である。図３及び図５に示した実施例と同様に、静止保持部材２５に設けられた関連する通孔を通って複数の当接部材３０が径方向に延在している。各当接部材３０の一端は可動部材２７の内周面に設けられた対応する凹部３１に受容され、他端は静止保持部材２５の内周面から突出してフォイル２６の周方向延在部分に対向している。当接部材３０の一端はフランジ３０ａが形成されておりこのフランジ３０ａと静止保持部材２５の外周面の間には環状の圧縮ばね３２が配置されている。また、可動部材２７に設けられた凹部３１はその深さが周方向に変化し、底面がカム面となって関連する当接部材３０の一端に接している。これにより、上記実施例について説明したのと同様に、図７（ａ）に示す状態においてはフォイル２６の周方向延在部分に当接部材３０が当接することでフォイル２６の外側への撓みが制限され、図７（ｂ）に示す状態においては当接部材３０はフォイル２６に当接しないため、フォイル２６は当接部材３０によって規制されることなく撓むことが可能であり、図７（ａ）の状態と比べると各フォイル２６の剛性が実質的に低下したのと同等である。従って、図７（ａ）の状態では、図７（ｂ）の状態と比べてトップフォイル３３の膨らみがより制限される。このように、本発明はトップフォイル３３を用いた実施例においても適用可能であり、各フォイル２６及びトップフォイル３３の剛性を実質的に可変とすることができる。
【００３９】
図８は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図である。本図において図２と同様の部分は同じ参照符号で示し、詳しい説明を省略する。このジャーナル軸受け２３ｄは、一端が静止保持部材２５に保持され、ロータシャフト１２のほぼ全周を外囲するよう周方向に延在する概ね円筒形状のトップフォイル３３を有しているが、トップフォイル３３と静止保持部材２５の間にはフォイルが設けられていない。
【００４０】
また、図示されているように、トップフォイル３３の他端は静止保持部材２５に設けたスロット２５ａを通って径方向に延在し径方向延在部分３３ａをなし、静止保持部材２５の外周面から外向きに突出している。スロット２５ａは周方向に延在しており、スロット２５ａによって定められる範囲内でトップフォイル３３の径方向延在部分３３ａは周方向に可動となっている。径方向延在部分３３ａの位置により、トップフォイル３３の円筒状部分の径が変化する。また、静止保持部材２５の外周面からはトップフォイル３３の径方向延在部分３３ａと概ね平行に突起２５ｂが延出している。この突起２５ｂにはねじ切りされた孔が形成されており、この孔には当接部材としてのボルト３４が螺合され、トップフォイル３３の一端と反対側からトップフォイル３３の径方向延在部分３３ａに向かって延在している。これにより、ボルト３４を回転させてトップフォイル３３の径方向延在部分３３ａに向けて前進させたり或いはそれから離れるように後退させたりすることで、トップフォイル３３の径方向延在部分３３ａの可動範囲を変え、それによりトップフォイル３３の剛性を実質的に変えることができる。このように、トップフォイル３３のみを用いた実施例にも本発明を適用し、例えばロータシャフト１２の回転速度等に応じてトップフォイル３３の剛性を変え、低速回転域から高速回転域まで良好な軸受け特性を実現することができる。
【００４１】
図９は、図１と同様の断面図であるが、図９のガスタービン発電機では、スラスト軸受けに本発明を適用した点が図１のものと異なる。図９に示すように、このスラスト軸受け２２ａは、ロータシャフト１２の軸端に一体的に設けられた円盤状部３５を軸線方向に挟んで両側に位置する一対の静止保持部材３６、３７を含む。即ち、この実施例では円盤状部３５が回転体として働くということができる。一方の静止保持部材３６は端部プレート８に固定され、他方の静止保持部材３７は端部プレート８に固定されたカバー３８内に固定されている。図９では図示していないが、各静止保持部材３６、３７と円盤状部３５との間には複数のフォイル３９が周方向に配列して設けられ、円盤状部３５の平坦面（軸線方向に向いた面）に当接している（図１０参照）。更に、静止保持部材３６、３７の円盤状部３５から離反する側には可動部材４０、４１がロータシャフト１２と同じ（即ち円盤状部３５と同じ）軸線を中心に回転可能に配置されている。可動部材４０、４１の外周からは操作バー４２が径方向に突出し、端部プレート８及びカバー３８に設けられたスロットを通って延在している。操作バー４２は図示しない適切な制御装置によって制御され、例えばガスタービンエンジンの回転速度などに応じて可動部材４０、４１の角度位置を変えることができるようになっている。
【００４２】
図１０は、図９に示したスラスト軸受け２２ａをより詳細に示すための、スラスト軸受け２２ａを周方向に沿って見た部分概念図である。図示したように、各静止保持部材３６、３７の円盤状部３５に向いた面には複数のフォイル３９が設けられており、フォイル軸受けを成している。各フォイル３９は可撓性を有する部材からなり、その一端（基端）は静止保持部材３６、３７の対応する溝４３に固定されている。各フォイル３９は基端近傍で曲折され、その主要部分は矢印で示す円盤状部３５の回転方向に沿って概ね周方向に延在している。この実施例では隣接するフォイル３９同士は重なっておらず、周方向に互いに離間されている。こうして、ロータシャフト１２の回転に伴い円盤状部が回転すると、フォイル３９と円盤状部３５の間に例えば大気などの流体が引き込まれ、円盤状部３５の外面（平坦面）とフォイル３９との間に流体膜層が形成され、円盤状部３５が低摩擦で回転することが可能となる。
【００４３】
この実施例では、本発明に基づき、静止保持部材３６、３７に設けられた関連する通孔を通って複数の当接部材４４が軸線方向に延在している。各当接部材４４の一端は可動部材４０、４１の内周面に設けられた対応する凹部４５に受容され、他端は静止保持部材３６、３７の内面から突出してフォイル３９の周方向延在部分に対向している。当接部材４４の一端にはフランジ４４ａが形成されておりこのフランジ４４ａと静止保持部材３６、３７の外周面の間には環状の圧縮ばね４６が配置されている。また、可動部材４０、４１に設けられた凹部４５はその深さが周方向に変化し、底面がカム面となって関連する当接部材４４の一端に接している。なお、この実施例では、１つのフォイル３９につき周方向に２箇所で当接部材４４が当接可能となっているが、３箇所以上で当接しても或いは１箇所でのみ当接してもよい。
【００４４】
図１０に示した状態では、各当接部材４４の一端は可動部材４０、４１に設けられた凹部４５の底が浅い部分に接し、それにより他端が静止保持部材３６、３７の内面から突出してフォイル３９の周方向延在部分に当接している。図示は省略するが、可動部材４０、４１を周方向に回転させることにより、上記した実施例と同様に、各当接部材４４の一端が可動部材４０、４１に設けた凹部４５のより底の深い部分に接するようにし、各当接部材４４の他端が静止保持部材３６、３７の内面から突出する長さを変えることが可能である。これにより、例えば円盤状部３５（即ちロータシャフト１２）の回転速度に応じて可動部材４０、４１を制御し、当接部材４４によって規制されるフォイル３９の可動範囲を調節して実質的にフォイル３９の剛性を変え、低速及び高速回転領域のいずれにおいても安定した軸受け特性を得ることができる。また、当接部材４４は各フォイル３９の周方向延在部分に当接するため、フォイル３９の付け根部分にのみ過度に負荷がかかるのを防止することができる。このように、本発明はスラスト軸受けにも好適に適用することが可能である。なお、上記実施例では円盤状部３５の軸線方向両側にフォイル軸受けを設けたが、円盤状部３５にかかる力の向きがいずれか一方向であることがわかっている場合は、片側だけに設けてもよい。
【００４５】
図１１、図１２は本発明の更に別の実施例を示す図２と同様の断面図である。これらの図において図２と同様の部分には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。図１１のジャーナル軸受け２３ｅでは、最下部のフォイル２６ａの厚さが他のフォイル２６より厚く、相対的により高い剛性を有している。これは、最下部のフォイル２６ａには重力のためより大きな負荷がかかることから、それを補償してロータシャフト１２の回転軸のずれ等を防止するためである。図１２のジャーナル軸受け２３ｆでは、同様の目的のため、隣接するフォイル２６の間隔が不均一となっている。即ち、ロータシャフト１２の下側にはフォイル２６を密に（図では３つ）配置し、ロータシャフト１２の上側にはフォイル２６を疎に（図では１つ）配置している。これら実施例においても、図３に示した実施例と同様に、フォイル２６の周方向延在部分に当接する当接部材３０を設け、その当接位置を可動部材２７の角度位置に応じて変えることでフォイル２６の可動範囲を調節することが可能である。
【００４６】
本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、これらの実施例はあくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。
【００４７】
例えば、フォイルに当接する当接部材の数をロータシャフトの上側のフォイルでは各フォイルあたり１つとし、ロータシャフトの下側のフォイルでは各フォイルあたり２つというようにフォイルの位置に応じて用いる当接部材の数を変えることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、静止保持部材に形成された通孔を通って可動部材からフォイルの周方向延在部分へと向かって延在する当接部材の一端が接する可動部材の表面にカム面を設けたことにより、可動部材を回転させることで当接部材の他端が静止保持部材の表面から突出する長さを変えることができる。それにより、フォイルを外側に撓ませようとする力がフォイルに加わったとき当接部材がフォイルの周方向延在部分に当接する位置を可動部材の角度位置を調整することで変え、実質的にフォイルの剛性を調節することが可能である。従って、例えば本発明をガスタービンエンジンのジャーナル軸受けやスラスト軸受けに用いた場合、ガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な剛性（または可動範囲）をフォイルに与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また当接部材はフォイルの周方向延在部分に当接してフォイルの撓みを規制するため、フォイルの付け根部分に過大な負荷が集中するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明がジャーナル軸受けに適用されたガスタービン発電機の実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明に基づくフォイル軸受けの好適実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図３（ａ）と図３（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図４】図３に示したフォイルの周方向延在部分とともに、当接部材の様々な例を示す斜視図。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ本発明に基づくフォイル軸受けの別の実施例の詳細な構造を示す拡大断面図である。
【図６】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図７】図６に示した実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図７（ａ）と図７（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図８】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図９】本発明がスラスト軸受けに適用されたガスタービン発電機の実施例を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示したスラスト軸受けを周方向に沿って見た部分的な模式図である。
【図１１】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図１２】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【符号の説明】
１　ガスタービンエンジンの主ハウジング
２　端部プレート
４　燃焼室
３　内側ハウジング
５　燃料インジェクタ
６　発電機の主ハウジング
７、８　端部プレート
９　ステータコイル
１０　管状延出部
１１　ステイ
１２　ロータシャフト
１３　コンプレッサホイール
１４　タービンホイール
１５　シュラウド
１６　タービンケーシング
１７　ディフューザ
１８　ステータベーン
１９　入口ノズル
２０　発電機シャフト
２１　永久磁石片
２２　スラスト軸受け
２２ａ　スラスト軸受け
２３、２４　ジャーナル軸受け
２３ａ〜２３ｆ　ジャーナル軸受け
２５　静止保持部材
２５ａ　スロット
２５ｂ　突起
２６　フォイル
２７　可動部材
２８　操作バー
２９　溝
３０　当接部材
３０ａ　フランジ
３１　凹部
３２　圧縮ばね
３３　トップフォイル（第２フォイル）
３３ａ　径方向延在部分
３４　ボルト
３５　円盤状部
３６、３７　静止保持部材
３８　カバー
３９　フォイル
４０、４１　可動部材
４２　操作バー
４３　溝
４４　当接部材
４４ａ　フランジ
４５　凹部
４６　圧縮ばね
【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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