(57)【要約】【課題】流体軸受を構成する部材のうち、高圧となる流体に接する部材の剛性が不足し、変形して所期の形状が保てず、当該軸受の許容荷重が低下する。【解決手段】軸と一体となって回転する回転円板２６に対向して、これを挟むように前面および後面対向円板３６，３８を配置する。前面対向円板３６は、回転円板２６との間の流体の圧力を高めるための形状、すなわち放射溝５０、ポケット溝５２が形成されており、更に背面においてばね４０にて弾性支持されている。前面対向円板３６自体の剛性は十分に高く流体に発生する圧力によって実質的に変形を生じない。軸および回転円板２６の振れ回りなどによる変位は、ばね４０の変形により吸収され、所定の間隙が維持される。これにより所期の荷重を達成できる。【選択図】図２
2005155894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸または軸と一体となって回転する回転部材と、前記軸または回転部材と対向して配置される軸受部とを有し、前記軸または回転部材と前記軸受部とは相対移動し、これらの間に介在する圧縮性流体を介して軸を支持する流体軸受であって、
前記軸受部は、
基部材と、
前記回転部材に対向する軸受面を有する対向部材と、
前記基部材に対して前記対向部材を弾性支持する弾性部材と、
を有し、
前記対向部材は剛体であって、前記弾性部材により弾性支持されることによって、前記軸または前記回転部材の変位に追従可能となっている、
流体軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の流体軸受であって、
前記回転部材と前記対向部材は、それぞれ前記軸と同軸の略円環板形状を有し、これらの部材の互いに対向する面の一方に、半径方向に延び、その内側端が半径方向内側に向けて開放している放射溝と、周方向の一端が前記放射溝に連続しており、他端が隔離されている凹部を有している、
流体軸受。
【請求項３】
請求項２に記載の流体軸受であって、前記放射溝の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁の内側に位置する、流体軸受。
【請求項４】
請求項２に記載の流体軸受であって、前記放射溝の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁に開放している、流体軸受。
【請求項５】
請求項４に記載の流体軸受であって、前記放射溝の外側端の開放部断面積が、内側端の開放部断面積より小さい、流体軸受。
【請求項６】
請求項４に記載の流体軸受であって、
前記放射溝が設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周を囲んで配置される外周リングを有し、
前記外周リングが、前記放射溝の外側端の開放部の一部を覆い、開放部断面積を小さくしている、
流体軸受。
【請求項７】
請求項２に記載の流体軸受であって、前記凹部の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁より内側に位置する、流体軸受。
【請求項８】
請求項２に記載の流体軸受であって、前記凹部の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁に達している、流体軸受。
【請求項９】
請求項７または８に記載の流体軸受であって、前記凹部の深さが、内周側が深く、外周側が浅い、流体軸受。
【請求項１０】
請求項９に記載の流体軸受であって、前記凹部の底面が、半径方向に２段の階段状となっている、流体軸受。
【請求項１１】
請求項２に記載の流体軸受であって、
前記放射溝と前記凹部は、前記回転部材に設けられ、
前記回転部材は、前記凹部の内側に、これと離れて配置される円環溝を更に有し、
前記放射溝の内側端は前記円環溝に達している、
流体軸受。
【請求項１２】
請求項１に記載の流体軸受であって、
前記対向部材は、前記軸と同軸の略円筒形状を有し、当該対向部材と前記回転部材の互いに対向する面の一方に、前記軸方向に延び、少なくとも一端が当該流体軸受の端に達している軸方向溝と、周方向の一端は前記軸方向溝に連続し、他端は隔離され、軸方向の両端は当該流体軸受の両端より内側に位置する、
流体軸受。
【請求項１３】
請求項１に記載の流体軸受であって、
前記回転部材は前記軸と同軸の回転軸を有する略円環板形状を有し、
前記対向部材は、前記回転部材と略平行となるよう配置された板状部材である、
流体軸受。
【請求項１４】
請求項１に記載の流体軸受であって、
前記回転部材は、前記軸と同軸の回転軸を有する略円環板形状を有し、
前記対向部材は、前記回転部材と略平行あるいは、両者の隙間が半径方向外側で小さくなるように配置された板状部材で構成された流体軸受。
【請求項１５】
軸または軸と一体となって回転する回転部材と、前記軸または回転部材と対向して配置される軸受部とを有し、前記軸または回転部材と前記軸受部とは相対移動し、これらの間に介在する圧縮性流体を介して軸を支持する流体軸受であって、
前記回転部材は、前記軸と同軸の略円環板形状を有し、この回転部材の軸受部に対向する面には、半径方向に延びる放射溝と、周方向の一端が前記放射溝に連続し、他端が隔離されている凹部と、前記凹部の内側に、これと離れて配置される円環状の円環溝とが設けられ、
前記放射溝の内側端は前記円環溝に達している、
流体軸受。
【請求項１６】
軸または軸と一体となって回転する回転部材と、前記軸または回転部材と対向して配置される軸受部とを有し、前記軸または回転部材と前記軸受部とは相対移動し、これらの間に介在する圧縮性流体を介して軸を支持する流体軸受であって、
前記軸受部は、前記回転部材に対向する軸受面を有し、前記軸と同軸の略円環形状を有する対向部材を有し、
前記軸受面には、半径方向に延び、内側の端が当該軸受部の円環形状内周側の縁に達している放射溝と、周方向の一端が前記放射溝に連続し、他端が隔離されている凹部とが設けられた、
流体軸受。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の流体軸受であって、前記放射溝の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁の内側に位置する、流体軸受。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の流体軸受であって、前記放射溝の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁に開放している、流体軸受。
【請求項１９】
請求項１８に記載された流体軸受であって、前記放射溝の外側端の開放部断面積が、内側端の開放部断面積より小さい、流体軸受。
【請求項２０】
請求項１８に記載の流体軸受であって、
前記放射溝が設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周を囲んで配置される外周リングを有し、
前記外周リングが、前記放射溝の外側端の開放部の一部を覆い、開放部断面積を小さくしている、
流体軸受。
【請求項２１】
請求項１５または１６に記載の流体軸受であって、前記凹部の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁より内側に位置する、流体軸受。
【請求項２２】
請求項１５または１６に記載の流体軸受であって、前記凹部の外側端が、これが設けられた前記回転部材または前記対向部材の外周縁に達している、流体軸受。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の流体軸受であって、前記凹部の深さが、内周側が深く、外周側が浅い、流体軸受。
【請求項２４】
請求項２３に記載の流体軸受であって、前記凹部の底面が、半径方向に２段の階段状となっている、流体軸受。
【請求項２５】
請求項１から１１、１３から２４のいずれか１項に記載の流体軸受であって、圧縮された流体が前記回転部材と前記軸受部とで形成される隙間に軸受部の内周側から供給され、この隙間を外周側に向かって流れる、
流体軸受。
【請求項２６】
軸または軸と一体となって回転する回転部材と、前記軸または回転部材と対向して配置される軸受部とを有し、前記軸または回転部材と前記軸受部とは相対移動し、これらの間に介在する流体を介して軸を支持する流体軸受であって、
圧縮された流体が前記回転部材と前記軸受部とで形成される隙間に軸受部の内周側から供給され、この隙間を外周側に向かって流れる、
流体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの部材間に介在する流体の圧力によって、部材を支持する流体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つの部材の間を流体で満たし、流体の圧力によって、一方の部材を他方の部材に対して支持する流体軸受が知られている。流体軸受には、部材間に、あらかじめ圧力を高めてある流体を供給する静圧軸受と、二つの部材の相対移動によって流れる流体を、この流体自身の流れによって狭い部分に押し込めるようにして圧力を発生させる動力学的な軸受がある。後者の軸受においては、流体が押し込められる「狭い」空間を形成するために、二つの部材の間隔を大きくすることはできない。また、前者、後者双方の軸受において、流体の圧力が逃げないようにするために、二つの部材の間隔を大きくすることができない。したがって、二つの部材間の間隔が変動するような場合、あらかじめ変動分を見込んで間隔を大きく設定しておくことができない。
【０００３】
下記特許文献１においては、そのスラスト軸受において一方の部材を弾性的に支持して部材間の間隔の変化に対応する構成が示されている。すなわち、軸と共に回転するスラストディスクと、回転方向に固定された流体フォイル部材の間に、動力学的に流体圧を発生させるスラスト軸受において、流体フォイル部材の背面を複数枚のスプリングフォイル部材により支持し、このスプリングフォイル部材が弾性変形することにより、流体フォイル部材の変位を許容する構成が示されている。この構成によれば、軸受を構成し、相対移動する二つの部材の一方の変位に追従して他方の部材が変位することができるので、あらかじめこれら二つの部材の間隔を狭く設定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６１６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に記載された軸受においては、流体フォイル部材、すなわち圧力を発生する流体に接し、背面より弾性的に支持される部材は、薄板で構成され、剛性が低い。このため、この部材は、流体の圧力が高くなると、この圧力によって変形し、流体の圧力を発生するために決定されている所期の形状を正確に保つことができない。よって、この部材を含む軸受は、形状が変形しないときに期待される許容荷重よりも低減するため、比較的大きな許容荷重を達成できないし、大きな許容荷重を得ようとすれば、大きな軸受面積が必要となり、高速回転に制約があり、実用できないという問題があった。
【０００６】
また、動圧を利用した流体軸受一般に言えることであるが、動圧を発生するための流体を十分に供給すること、大きな動圧を発生することなどの要求がある。
【０００７】
流体軸受の流体に接する部材の、流体の圧力による変形を抑制するのに有利な構成を提供する。軸受内の流体の圧力を高めるのに好適な構成を提供する。
【０００８】
また、流体を軸受部分に効率的に供給し、また効率的に動圧を発生することに有利な軸受の構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の流体軸受は、流体を介して対向する二つの部材の一方を弾性的に支持することによって、二つの部材間の間隔の変化を吸収し、間隔の変動を抑制する。また、弾性支持され、流体に接する部材の剛性を十分高くし、流体の圧力による変形を抑制する。すなわち、流体に接する部材は、これを支持する弾性部材の剛性より十分大きいものであり、これによって、もう一方の部材の変位は、弾性部材の変形により吸収される一方、部材の圧力を発生させるための形状は、部材の高い剛性によって維持される。
【００１０】
本発明の流体軸受をスラスト軸受として適用する場合、流体を介して対向する二つの部材を略円環板形状とし、これらの部材の対向する面の一方に、半径方向に延び、その内側端が半径方向内側に向けて開放している放射溝と、周方向の一端が前記放射溝に連続しており、他端が隔離されている凹部を設けることができる。流体が内周より放射溝を通って凹部に供給される。放射溝の外周端が、これが設けられた部材の円環外周より内側となるようにして、流体を放射溝より凹部に効率的に送るようにすることができる。放射溝が外周縁まで達するようにして、その外側端部の開口断面積を、内側端部の開口断面積より  小さくしておくことにより、流体を凹部に効率的に送るようにすることもできる。また、放射溝をほぼ一定の断面積として、外周縁まで達するようにした場合には、放射溝が設けられた部材を囲うように配置した外周リングにより、放射溝の外側開口部の少なくとも一部を覆うようにして、流体の流れの一部をせき止め、凹部に流れやすくすることができる。
【００１１】
前記凹部についても、その外側が、これが設けられた部材の円環外周より内側に位置するようにし、流体が外側に逃げないようにして効率よく圧力を発生させることができる。また、外側を円環外周まで達するようにした場合は、凹部が設けられた部材を囲うように配置した外周リングにより、流体が逃げないようにすることができる。また、凹部の深さは内周側で深く、外周側で浅くすることも好適である。特に、凹部の底を２段の階段状とし、内周側の段が深く、外周側の段を浅くすることができる。浅い部分は、軸の回転速度が低いときに有効に圧力が高くなり、深い部分は、回転速度が高いときに大きな圧力が発生する。このように、凹部の深さを半径方向に異ならせることで、より広い回転数域で、大きな動圧効果を有効に得ることができる。
【００１２】
二つの部材間を満たした流体は、回転部材に引きずられて周方向に流れを生じる。そのとき、部材間の隙間には速度勾配が生じ、回転部材側が高くなる。流体の圧力は、速度に比例するので回転部材側に放射溝と凹部を形成した方がより高い圧力を発生する。一方、回転することにより遠心力が発生し、隙間内の流体は半径方向外側にも流れようとする。圧力発生は放射溝から凹部にかけての周方向流れによりなされるので、放射溝の圧力が高まれば、より高い圧力が発生する。したがって、放射溝の外周側の端を開放しないようにしたり、一部を塞いで開放断面積を小さくして、放射溝内で遠心力により放射溝内の圧力を高めるようにする。
【００１３】
本発明の流体軸受はラジアル軸受として適用することができる。軸の表面と、流体を介してこれと対向する略円筒の部材とにより流体軸受を構成し、これらの対向する面の一方に軸方向に延びる軸方向溝と、周方向一端が軸方向溝に連続し、他端が軸方向溝から隔離されている凹部を設けることができる。流体が、軸方向溝から凹部に効率よく供給される。
【００１４】
本発明の流体軸受で、スラスト軸受を構成する場合、一方の部材を弾性支持する支持点は、その部材の流体の圧力を受ける面の半径方向内側の端付近であることが好ましい。軸に固定された部材の変位は、半径方向外側で大きく、内側で小さいため、内側にて支持した方が、変位によく対応することができる。
【００１５】
本発明の流体軸受で、スラスト軸受を構成する場合、二つの部材は平行、あるいは両者間の隙間を半径方向外側で小さくすることが好ましい。二つの部材間で発生する流体の圧力は、半径方向外側で大きくなる。それに対応して部材が変位し、半径方向の隙間が大きくなる。それに対して、あらかじめ半径方向の隙間を小さくしておけば、圧力による変位が生じても隙間を平行に保つことができる。
【００１６】
本発明の流体軸受は、圧縮した流体を二つの部材の内周側から供給することにより、許容荷重を大きくすることができる。圧縮した流体を供給することによる静圧効果により部材間の隙間の圧力が増加し、かつ部材間の相対移動による動圧効果をも高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の実施形態の流体軸受が適用されたターボチャージャ１０の概略構成を示す断面図である。図面の向かって左側がコンプレッサ１２、右側がタービン１４を構成する。コンプレッサ１２とタービンに共通のシャフト１６の左端にはコンプレッサインペラ１８、右端にはタービンロータ２０が固定され、三者が一体となって回転する。コンプレッサ１２とタービン１４の間の部分のシャフト１６にラジアル軸受２２が構成される。また、コンプレッサ１２の背面側にスラスト軸受２４が構成される。ラジアル軸受２２は、図示するように比較的軸長の短い軸受を２個離して配置する他に、軸長の長い１個を配置するようにしてもよい。
【００１８】
スラスト軸受２４は、シャフト１６に同軸に固定され、これと一体に回転する回転円板２６と、ケーシング２８に回転方向の動きが規制されて支持される軸受部３０，３２より構成される。二つの軸受部３０，３２は、回転円板２６を挟むようにして配置され、回転円板２６、すなわちシャフト１６およびインペラ１８，ロータ２０の軸方向の動きを規制している。回転円板２６の前面側（図中左側）の軸受部３０（以下、前面軸受部３０と記す）は、ケーシングに固定される軸受基部３４と、ばねにより弾性支持され回転円板２６に対向する前面対向円板３６を含む。ばねによる支持構造の詳細については後述する。一方回転円板２６の後面側（図中右側）の軸受部３２（以下、後面軸受部３２と記す）は、ケーシング２８に固定される後面対向円板３８を含む。後面対向円板３８は、前面対向円板３６と同様、回転円板２６に対向しているが、前面対向円板３６のような弾性支持はなされておらず、ケーシング２８に対して回転方向にも軸方向にも、動かないように固定されている。
【００１９】
回転円板２６と前面および後面対向円板３６，３８との互いに対向する面は、この対向する面に挟まれた領域の流体に圧力を発生するような形状となっており、この圧力によって、回転円板２６などの軸方向の動きが規制され、位置決めが達成されている。この形状については、後に詳述する。
【００２０】
図２は、スラスト軸受を構成する前面および後面軸受部３０，３２と回転円板２６を分解して示した斜視図である。また、図３は、前面対向円板３６の支持構造の詳細を示す図である。前面対向円板３６は、ケーシング２８に固定される軸受基部３４に対し、円環板状のばね４０を介して支持されている。さらに、詳しく説明すれば、ばね４０は、その内周付近で、軸受基部３４に対し、内側リング４２を介してビス４４にて固定され、一方、外周付近において、前面対向円板３６に対し、外側リング４６を介してビス４８にて固定される。この構造により、前面対向円板３６は、回転方向の動きを規制され、一方で、軸方向の動きまたは軸の傾きについては、ばね４０の弾性により許容される。
【００２１】
ターボチャージャ１０を運転する場合、シャフト１６は、コンプレッサ１２側すなわち左向きにスラストを受ける。このため、回転円板２６は基本的に前面対向円板３６側に接近し、こちらの間隙が、後面対向板３８側より狭くなる。すなわち、シャフト１６の振れ回りによる回転円板２６と間隙の変動は、前面側の方が影響が大きく、本実施形態の装置においては、前面側の軸受部３０に弾性支持構造を設けている。したがって、他の装置において、後面側に影響が大きく出るのであれば、こちらに弾性支持構造を設けることもでき、また、運転状態により影響が出る面が変わるような場合など、前面側、後面側両方に設けることも可能である。
【００２２】
図２に示されるように、前面および後面対向円板３６，３８の、回転円板２６に対向する面には、凹部又は溝が形成されている。すなわち、内周から外周のやや手前まで半径方向に延びる放射溝５０と、内周と外周の中間付近に略円弧状または略弓形に設けられた凹部としてのポケット溝５２を有している。図４および図５には、これらの溝の詳細が示されている。図５は、図４に示すＸ−Ｘ線、すなわち後面対向円板３６と同心の円弧による断面図である。放射溝５０は、内周側の端は、前面対向円板３６の内周の縁に達しているが、外周の縁には達していない。これによって、放射溝５０内の流体が、回転による遠心力によって外周側に逃げることが押さえられる。ポケット溝５２は、流体の流れに対して、放射溝５０の下流側に延び、この溝周囲の外周側、内周側そして下流側に壁面５４が構成される。
【００２３】
回転円板２６は、図４（ａ）において矢印Ａで示す左回りに回転し、この回転によって、回転円板２６と前面対向円板３６の間に介在する流体が引きずられて、矢印Ａの方向に回転する。この流体の流れが図５の矢印Ｂで示されている。また、前面対向円板３６の内側から、放射溝５０によってポケット溝５２に供給された流体も、周方向の流れによって、矢印Ｃの向きに流れる。ポケット溝５２の底面は、図５に示すように流体の流れに沿って徐々に浅くなるように傾斜が付けられており、壁面５４に達する。流体は、このくさび状に、そして段差が設けられて、狭められていく空間に、押し込まれるように流れていき、これにより圧力Ｐが発生する。この圧力Ｐが回転円板３６、すなわちシャフト１６を軸方向に支持する力となる。このとき、ポケット溝５２の内周側、外周側にそれぞれ壁面５４が設けられており、これにより流体の流れにより発生する圧力が、流れの側方に逃げることを抑えている。
【００２４】
後面対向円板３８にも前面対向円板３６と同様の放射溝、ポケット溝が形成されている。回転円板２６が、軸方向より二つの対向円板３６，３８に狭持され、これらの円板の軸受を構成する面に形成された溝形状により発生する圧力により、シャフト１６が軸方向に支持される。
【００２５】
本実施形態において、ポケット溝５２は、流体の流れに沿って徐々に浅くなるように構成されているが、同一の深さに形成されてもよい。
【００２６】
本実施形態によれば、軸または回転部材と、軸受部との互いに対向する面のいずれか一方に、周囲よりくぼむように設けられたポケットと、このポケットが設けられた面と同一の面に、その面の縁よりポケット溝の前記流体の流れに関して上流側の縁に至るように設けられた溝と、を有する流体軸受が提供される。
【００２７】
弾性支持される前面対向円板３６は、ばね４０より十分に大きな剛性を有しており、流体に発生する圧力による変形は、ばね４０に生じるものが前面対向円板３６のものより十分に大きい。すなわち、前面対向円板３６は、ばね４０に対して剛体とみなせる程度に十分な剛性となっている。前面対向円板３６は、実質的に剛体であるので、放射溝５０、ポケット溝５２を含め、その表面の形状が流体の圧力によってほとんど変形せず、安定して圧力を発生し、スラスト力を支持することができる。
【００２８】
この実施形態においては、軸受を構成する面のうち固定されている面、すなわち前面および後面対向円板３６，３８の回転円板２６に対向する面に、圧力を発生する溝を形成したが、回転する側の面、すなわち回転円板２６の面に溝を形成することもできる。その場合は、図４（ｂ）に示すように、内周部に円環状の溝５３を付加する。これにより放射溝の内側端が内周に向けて開放し、流体が放射溝５０に、内周側より滑らかに流れ込むのを助ける。
【００２９】
また、溝の形状は、流れの方向に、流れの断面積が小さくなるような形状であって、流体がそこに押し込められて圧力が発生されるようになれば、どのような形状であってもよい。
【００３０】
図６は、対向円板の支持構造の他の例を示す図であり、また図３に対応して描かれている。回転円板２６に対向して、図３の前面対向円板３６に対応する対向円板５６が配置されている。対向円板５６は、図３に示す軸受基部３４に対応する軸受基部５８に固定された背面支持板６０に弾性支持されている。背面支持円板６０は、ビス６２により軸受基部５８に固定され、回転方向にも軸方向にもこれと一体となっている。対向円板５６および背面支持円板６０は、同一の外径を有する円環板であり、その外周面には周方向に延びる外周溝６４，６６が形成されている。この二つの外周溝６４，６６を架け渡すように断面がコの字形をした、円環形状のクリップ６８が係合されている。また、対向円板５６と背面支持円板６０の間には、断面が図示するような略Ｓ字形で全体として円環形状のばね７０が配置されている。このばね７０を押し縮めるようにした状態で、対向円板５６と背面支持円板６０の外周を前述のクリップ６８で止め、これらの円板が結合される。図示するように、これらの円板５６，６０は結合された状態で間隙が形成されており、この間隙によって対向円板５６の、軸の倒れを含む軸方向の動きが許容される。対向円板５６には、前述の前面対向円板３６と同様の放射溝とポケット溝が設けられている。また、回転円板２６側にこれらの溝を設けることも可能である。
【００３１】
図７〜１０には、対向円板の表面形状の他の例が示されている。対向円板２３６は、前述の対向円板３６と類似の構成を有する。すなわち、放射溝２５０と、表面にくぼんで設けられたポケット溝２５２を有している。放射溝２５０は、対向円板２３６の内側縁まで達し、ここで内周側に向けて開放している。一方、放射溝２５０の外周側の端は、対向円板２３６の外側の縁まで達しているが、図８およびＺ−Ｚ線断面図である図９に示すように、外周側の開放断面積は内周側より小さくなっている。すなわち、放射溝２５０は、内周側は深く彫られた深溝部２５０ａとなっており、外周側は浅く彫られた浅溝部２５０ｂとなっている。浅溝部２５０ｂは、対向円板２３６の外周縁近傍に設けられており、放射溝２５０を流れる流体をある程度せき止めて、圧力を発生させている。また、放射溝２５０の外周側において、溝の断面積を小さくするには、図９に示した深さを変える手法以外のものを採用することができる。例えば、溝の幅を狭めることも可能である。
【００３２】
図１０には、ポケット溝２５２の図７に示すＹ１−Ｙ１線断面が示されている。図示されるように、ポケット溝２５２も内周側と外周側でその深さが異なっている。すなわち、内周側の深溝部２５２ａと、外周側の浅溝部２５２ｂを有する、半径方向に２段の階段形状となっている。周方向の流れによる動圧は、回転速度を高めていくと、まず浅い部分で発生し、高速となってから深い部分で発生する。高速域において、大きな圧力を発生するのは、深い部分である。本実施形態では、外周側を浅溝部２５２ｂとして、径方向外側で圧力を高め、回転円板の振れを抑える力をより外側に発生するようにしている。これにより、低回転時の振れを効率よく抑制するようにしている。また、深溝部２５２ａを内側に設け、高回転時に内側で大きな力を発生するようにして、回転円板２６、対向円板２３６に加わる曲げモーメントを小さくし、これらの円板の変形を抑制している。
【００３３】
図１１，１２には、対向円板の表面形状のさらに他の例が示されている。対向円板３３６も、前述の対向円板３６と類似の構成を有し、放射溝２５０と、凹部としてのポケット溝３５２を有している。放射溝２５０は、図７等に示したものと全く同様であり、その説明を省略する。ポケット溝３５２は、その外側の端が対向円板３３６の外周縁まで達している。また、図１２のＹ２−Ｙ２線断面図に示されるように、前述のポケット溝２５２と同様に２段の階段状の構成を有する。内側の深溝部３５２ａに対して、外側の浅溝部３５２ｂが、流体が外側に流れ出るのを阻止するように機能し、深溝部３５２ａでの動圧発生を確保している。浅溝部３５２ｂより外周へと逃げる流体は、対向円板３５２の外側に、その外周にわずかの隙間を持ってリングを配置することによって阻止することができる。
【００３４】
図７，図１１等に示した対向円板の表面形状は、回転円板に適用することも可能である。この場合、図４（ｂ）に示したように、円環溝を設け、流体が放射溝に流れ込みやすいようにすることが好適である。
【００３５】
図１３には、対向円板４３６と軸受基部４３４の配置の例を示す図である。基本的には、図３に示した配置に準じているが、対向円板４３６の放射溝４５０と、対向円板４３６の外周と軸受基部４３４の関係が前述の例と異なる。放射溝４５０は、対向円板４３６の外周縁まで達している。また、軸受基部４３４の、対向円板４３６の外周に面するリング状の部分（以下、リング部４３４ａと記す）は、対向円板４３６とわずかの隙間を持って位置している。放射溝４５０の外側の開口に対しては、隙間の狭い部分（図中左側）と、隙間の広い部分（右側）を形成するように、段が形成されている。放射溝４５０の開口
部分の断面積を制御して、放射溝内の流体の流れを制御する。これにより、放射溝の外側の端部の加工が容易となる。また、リング部４３４ａが対向円板４３６に近接しているために、例えば、図１１などに示したようにポケット溝が対向円板の外周縁まで達している場合であっても、ポケット溝内の流体が外周側に逃げることを防止できる。また、回転円板に放射溝を設けた場合であっても適用できる。
【００３６】
図１４には、対向円板５３６の表面形状の更に他の例が示されている。放射溝５５０、ポケット溝５５２が湾曲している。この例は、前述した例と逆に流体は図中時計回りに旋回する。放射溝およびポケット溝が湾曲しているのは、外側の部分で、流体の周方向の速度成分により内側に向かう流れを形成して、半径方向外側に向かう流れを抑え、動圧を効率よく発生させるためである。
【００３７】
次に、ラジアル軸受２２（図１参照）の構成について説明する。図１５〜図１７は、ラジアル軸受２２の構成を示す図である。図１５は軸を含む断面、図１６は軸直交断面、図１７は軸受面を展開した状態を示す図である。シャフト１６には、これと同軸に、円筒の外周面をもつスリーブ７２が固定され、シャフト１６と一体となって回転する。スリーブ７２を囲うようにして外周軸受部７４が、ケーシング２８に設けられている。外周軸受部７４は、スリーブ７２の外周面に対向する軸受面を有する対向円筒７６と、ケーシング２８に固定結合される軸受基部７８を有し、さらに軸受基部７８に対して対向円筒７６を弾性支持するためのばね８０を有している。ばね８０は、軸受基部７８の内周面と、対向円筒７６の外周面との間に配置され、ばね鋼の薄板を円環状に形成し、周方向所定の間隔で凹凸が設けられた形状となっている。ばね８０により対向円筒７６を弾性支持することにより、シャフト１６の半径方向の移動、振れ回り等の倒れを吸収することができる。
【００３８】
対向円筒７６の内周面８２は、対向円筒７６とスリーブ７２の間隙にある流体に圧力を発生させる形状となっている。具体的には、軸方向に延びる軸方向溝８４と、略方形のポケット溝８６が形成されている。これらの溝は、前述したスラスト軸受２４における放射溝５０とポケット溝５２に対応し、軸方向溝８４は流体を供給し、ポケット溝８６に、スリーブ７２の回転によって送り込まれる流体により圧力が発生する。また、対向円筒７６は、前述の対向円板３６と同様、ばね８０に対して十分な剛性を持っており、流体に発生した圧力による変形は、わずかであり、圧力の不均一による変位は、ばね８０が弾性変形することにより担われる。
【００３９】
本実施形態のラジアル軸受２２、スラスト軸受２４において、圧力発生を担う流体は、気体、特に空気である。コンプレッサ１２により圧縮された空気が、コンプレッサインペラ１８の出口付近より通路８８および背面ケーシング９０と軸受基部３４の隙間を通って、前面軸受部３０の内周側に導かれる。ここから、放射溝５０に入り、回転円板２６と前面対向円板３６の間に供給される。また、後面軸受部３２とラジアル軸受２２には、ケーシング２８に設けられた通路９２により空気が供給される。後面軸受部３２においても放射溝により空気が軸受内に導かれる。ラジアル軸受２２においては、軸方向溝８４により軸受内に空気が導入される。
【００４０】
図１８は、スラスト軸受の他の構成例を示す図である。回転円板１００に対向して、弾性支持される対向円板１０２が配置されている。これらの円板の対向する面の一方には、前述の前面対向円板３６と同様の溝が形成されている。回転円板１００および対向円板１０２は、外周に向かって厚みが増している。発生する圧力が外周側で大きくなるのに対応して、対向円板１０２は外周側でより大きく、回転円板１００から離れるように変形する。この変形を打ち消すようにあらかじめ外周側の間隔を小さくするように、厚みの変化を持たせている。図１０においては、回転円板１００、対向円板１０２の双方について厚みを変化させているが、一方のみとすることも可能である。
【００４１】
図１９は、スラスト軸受の更に他の構成例を示す図である。回転円板１０４に対向して、弾性支持される対向円板１０６が配置されている。これらの円板の対向する面の一方には、前述の前面対向円板３６と同様の溝が形成されている。対向円板１０６は、その最も内周側で支持部１０８により支持されている。支持部１０８は弾性を有しており、これがたわむと対向円板１０６が変位する。この変位は、内周側を支持されているので、外周側の変位が大きくなる。一方、回転円板１０４にシャフトの振れ回りによる倒れが発生した場合、回転円板１０４の各部の軸方向の変位は、外周が大きくなる。前述のように対向円板１０６は、外周でより大きくなるので、回転円板１０４の倒れに対し、より有効に変位して、回転円板１０４との接触が防止される。
【００４２】
図２０は、スラスト軸受の更に他の構成例を示す図である。回転円板１１０に対向して、支持部材１１２にて弾性支持される対向円板１１４が配置されている。支持部材１１２は、略Ｌ字形であり、その短辺がハウジングに固定され、長辺が対向円板１１４の内周近傍に固定されている。この構成においても、図１１と同様、対向円板１１４の外周側が自由端となり、より大きな変位が許容され、回転円板１１０の振れ回りを吸収することができる。
【００４３】
図２１は、本発明にかかる流体軸受を採用した装置の他の例である。図２１は、マイクロガスタービンの、コンプレッサ１２０とタービン１２２を固定しているシャフト１２６に、発電機１２８を取り付けた装置である。ラジアル軸受１３０が発電機１２８の前後に配置され、スラスト軸受１３２は発電機１２８の前側、すなわちコンプレッサ１２０側に配置される。ラジアル軸受１３０とスラスト軸受１３２の構成は、それぞれ前述のラジアル軸受２２とスラスト軸受２４のものと同一であり説明は省略する。
【００４４】
図２２は、本発明にかかる流体軸受を採用した装置のさらに他の例である。図２２は、電気モータ１４０とこれに駆動されるコンプレッサ１４２を含む装置である。電気モータ１４０の前後にシャフトを支持するラジアル軸受１４４が配置される。また、コンプレッサ１４２のインペラの背面にスラスト軸受１４６が、更にその後方にラジアル軸受１４８が配置される。個々のラジアル軸受１４４，１４８およびスラスト軸受１４６の構成は、それぞれ前述のラジアル軸受２２とスラスト軸受２４のものと同一であり説明は省略する。
【００４５】
図２３には、本発明にかかる流体軸受を採用した装置のさらに他の例であるタービン発電機が示されている。タービン発電機は、発電機１５０とこれを駆動するタービン１５２を含む装置である。発電機の前後にシャフトを支持するラジアル軸受１５４が配置される。また、タービンのロータ背面にスラスト軸受１５６が配置される。個々のラジアル軸受およびスラスト軸受の構成は、前述のラジアル軸受、スラスト軸受と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の流体軸受の実施形態が適用されたターボチャージャの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態のスラスト軸受の分解斜視図である。
【図３】前面対向円板３６の支持構造の詳細を示す断面図である。
【図４】前面対向円板３６の表面（軸受面）または回転円板の表面の形状を示す図である。
【図５】前面対向円板３６の断面図である。
【図６】他の前面対向板５６の支持構造を示す断面図である。
【図７】さらに他の前面対向円板２３６の表面（軸受面）の形状を示す図である。
【図８】図７の部分詳細図である。
【図９】図８のＺ−Ｚ線断面図である。
【図１０】図７のＹ１−Ｙ１線断面図である。
【図１１】さらに他の前面対向円板３３６の表面（軸受面）の形状を示す図である。
【図１２】図１１の２−Ｙ２線断面図である。
【図１３】対向円板４３６と軸受基部４３４の位置関係を示す図である。
【図１４】さらに他の前面対向円板５３６の表面（軸受面）の形状を示す図である。
【図１５】本実施形態のラジアル軸受の軸を含む断面図である。
【図１６】図１５のラジアル軸受の軸直交の断面図である。
【図１７】図１５のラジアル軸受の対向円筒７６の内周面を展開した状態を示す図である。
【図１８】スラスト軸受の支持構造に関する他の構成を示す図である。
【図１９】スラスト軸受の支持構造に関する更に他の構成を示す図である。
【図２０】スラスト軸受の支持構造に関する更に他の構成を示す図である。
【図２１】本発明の流体軸受が適用された装置の他の例を示す図である。
【図２２】本発明の流体軸受が適用された装置の更に他の例を示す図である。
【図２３】本発明の流体軸受が適用された装置の更に他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ターボチャージャ、１２  コンプレッサ、１４  タービン、１６  シャフト、２２  ラジアル軸受、２４  スラスト軸受、２６  回転円板、２８  ケーシング、３０  前面軸受部、３２  後面軸受部、３４  軸受基部、３６  前面対向円板、３８  後面対向円板、４０  ばね、５０  放射溝、５２  ポケット溝、７２  スリーブ、７４  外周軸受部、７６  対向円筒、７８  軸受基部、８０  ばね、８４  軸方向溝、８６  ポケット溝。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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