(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、温度変化に伴うラジアル隙間の変動が小さい流体動圧軸受装置を提供する。【解決手段】リング２の内周面２ａに、円周方向で複数に分割された分割軸受３を固定することで、温度変化時に、分割軸受３をリング２に追従させて拡径縮径させることができる。これにより、分割軸受３の拡径縮径量を材質に関わらずリング２の線膨張係数で制御することができるため、分割軸受３を耐熱性に優れた材質で形成し、且つ、使用温度範囲の何れの温度においても適正なラジアル隙間が形成されるような設計が可能となる。【選択図】図２
2012052624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、内周に軸を挿入したリングと、リングの内周面に固定され、円周方向で複数に分割された分割軸受とを備え、使用温度範囲の何れの温度においても軸の外周面と分割軸受の内周面との間にラジアル隙間が形成され、このラジアル隙間に満たされた潤滑流体に生じる動圧作用で軸を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置。
【請求項２】
軸の線膨張係数をα1、軸の直径をＤ1、リングの線膨張係数をα2、リングの内径をＤ2、分割軸受の線膨張係数をα3、分割軸受の径方向の厚みをｔ3としたとき、
０．９０＜α1×Ｄ1／（α2×Ｄ2−２α3×ｔ3）＜１．１０
を満たす請求項１の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
さらにα1≧α2＞α3を満たす請求項２の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
温度上昇に伴って、ラジアル隙間が変動しないようにした請求項１〜３何れかの流体動圧軸受装置。
【請求項５】
温度上昇に伴って、ラジアル隙間が大きくなるようにした請求項１〜３何れかの流体動圧軸受装置。
【請求項６】
温度上昇に伴って、ラジアル隙間が小さくなるようにした請求項１〜３何れかの流体動圧軸受装置。
【請求項７】
分割軸受を複数の軸受部品で構成し、各軸受部品の外径面の円周方向一部のみをリングの内周面に固定した請求項１〜６何れかの流体動圧軸受装置。
【請求項８】
潤滑流体が気体である請求項１〜７何れかの流体動圧軸受装置。
【請求項９】
分割軸受がセラミックスからなる請求項８の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
前記セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスである請求項９の流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
使用温度範囲が常温〜２００℃を含む請求項１〜１０何れかの流体動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受の内周面と軸の外周面との間のラジアル隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により、軸を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置に関し、特に、高温環境下での使用に適した流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジン周辺やガスタービン、複写機に用いられる流体動圧軸受装置は２００℃以上の耐熱性が要求され、特にガスタービンに用いられる流体動圧軸受装置には３００℃以上の耐熱性が要求される場合もある。このように２００℃以上の高温環境下で使用される場合、軸受停止時と軸受使用時との間の温度差が非常に大きくなるため、軸受の線膨張係数と軸の線膨張係数とが大きく異なると、軸受のラジアル隙間が大きく変動して軸の回転が不安定となり、最悪の場合、ラジアル隙間が０となって軸と軸受とがロックする恐れがある。
【０００３】
例えば特許文献１に示されている流体動圧軸受装置では、軸と軸受の線膨張係数の差を所定範囲内とすることにより、温度変化に伴うラジアル隙間の変動を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１８３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、軸受の材質として、高温環境に耐えることができ、且つ、軸との線膨張係数の差が小さいものを選定することは非常に困難である。例えば、強度に優れたステンレス鋼で軸を形成し、耐熱性に優れたセラミックスで軸受を形成した場合、両者の線膨張係数差が大きくなるため、温度変化に伴うラジアル隙間の変動が大きくなる。特に、軸受を耐熱性に極めて優れた窒化ケイ素系セラミックスを用いれば、２００℃以上の高温環境にも耐えられるが、窒化ケイ素系セラミックスは線膨張係数が非常に小さいため、ステンレス軸との線膨張係数の差が大きな問題となる。
【０００６】
例えば、軸及び軸受を共にステンレス鋼で形成したり、共にセラミックスで形成したりすると、耐熱性やラジアル隙間の変動の問題は解決できるが、ステンレス鋼で軸受を加工すると加工コストが大幅に高騰したり停止に伴うタッチダウン時に焼付きが発生する恐れがある。一方、脆性材料であるセラミックスで軸を形成すると、曲げ応力が発生した場合に破損する恐れがあるため、何れも現実的な対応とは言えない。
【０００７】
本発明の目的は、耐熱性に優れ、温度変化に伴う軸受のラジアル隙間の変動が小さい流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するためになされた本発明は、軸と、内周に軸を挿入した筒状のリングと、リングの内周面に固定され、円周方向で複数に分割された分割軸受とを備え、使用温度範囲の何れの温度においても軸の外径面と分割軸受の内径面との間にラジアル隙間が形成され、このラジアル隙間に満たされた潤滑流体に生じる動圧作用で軸を支持する流体動圧軸受装置である。
【０００９】
このように、リングの内周面に、円周方向で複数に分割された分割軸受を固定することで、温度変化時に、分割軸受をリングに追従させて拡径縮径させることができる。すなわち、温度上昇時には、リングが拡径すると共に、分割軸受が、分割隙間（分割部における円周方向隙間）を大きくしながらリングに追従して拡径する。温度降下時には、リングが縮径すると共に、分割軸受が、分割隙間を小さくしながらリングに追従して縮径する。この場合、分割軸受の拡径縮径量はリングの線膨張係数で制御することができるため、分割軸受の材質の選択の自由度が大幅に広がる。これにより、分割軸受を耐熱性に優れた材質で形成し、且つ、使用温度範囲の何れの温度においても適正なラジアル隙間が形成されるような設計が可能となる。
【００１０】
軸の線膨張係数をα1、軸の直径をＤ1、リングの線膨張係数をα2、リングの内径をＤ2、分割軸受の線膨張係数をα3、分割軸受の径方向の厚みをｔ3としたとき、温度変化に伴う軸の外径寸法の変化量δ1はδ1＝α1×Ｄ1で表され、分割軸受の内径寸法の変化量δ2はδ2＝α2×Ｄ2−２α3×ｔ3で表される。このとき、使用範囲において、温度変化に伴う変化量がほぼ同じであれば（δ1≒δ2）、ラジアル隙間の変化量の変動を抑えることができる。例えば、変化量の比が０．９０＜δ1／δ2＜１．１０の範囲となるように、各部材の材質や寸法を設定すればよく、上記の場合では大きな温度変化を伴う環境下で使用しても、ラジアル隙間の変化量は±１０％未満となる。
【００１１】
上記の構成により、分割軸受を、線膨張係数が軸と大きく異なる材質で形成することが可能となり、例えば、従来では使用が不可能であった軸よりも線膨張係数が大幅に小さい（例えば１／３以下）材質で形成することができる。この場合、リングの材質は、線膨張係数が軸とおおよそ等しい材質で形成することが好ましい。例えば、軸の線膨張係数をα1、リングの線膨張係数をα2、分割軸受の線膨張係数をα3としたとき、α1≧α2＞α3となるように材質を選定することができる。この場合でも、軸径Ｄ1、リング内径Ｄ2、及び分割軸受厚さｔ3を調整することでラジアル隙間を制御することが可能となる。
【００１２】
例えば、使用温度範囲でラジアル隙間が変動しないようにすると、温度変化に関わらず安定した軸受性能を得ることができる。また、温度上昇に伴ってラジアル隙間が大きくなるようにすると、高温時の高速運転性が高められる。また、温度上昇に伴ってラジアル隙間が小さくなるようにすると、潤滑流体の粘度が低下する高温域において負荷容量を確保することができる。
【００１３】
リングと分割軸受の線膨張係数が異なる場合、分割軸受の外径面の全面がリングの内径面に固定されていると、リングの円周方向の熱膨張及び熱収縮が分割軸受との固定面により規制されるため、リングの拡径及び縮径が阻害されてラジアル隙間が不安定となる恐れがある。従って、分割軸受を複数の軸受部品で構成し、各軸受部品の外径面の円周方向一部のみをリングの内周面に固定することが好ましい。
【００１４】
潤滑流体として気体を用いれば、油のように高温時の蒸発や劣化の恐れがないため、２００℃以上で使用される高温環境に適した流体動圧軸受装置が得られる。この場合、軸受装置の起動停止時に、軸と分割軸受との間でドライ環境での過酷な摺動状態が発生する。このため、分割軸受には特に耐摩耗性に優れた材質を選定する必要がある。上記の構成によれば、分割軸受を、線膨張係数に関わらず自由に選択することができるため、例えば、耐熱性及び耐摩耗性に優れたセラミックスで分割軸受を形成することができる。特に、非酸化物系セラミックス、中でもＮ及びＳｉを主元素として構成される窒化ケイ素系セラミックスは、耐熱性に非常に優れているため好ましい。
【００１５】
上記の流体動圧軸受装置は、温度変化の大きい環境で用いられる場合、例えば常温〜３００℃を含む温度範囲で使用される場合に適している。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、耐熱性に優れ、温度変化に伴うラジアル隙間の変動が小さい流体動圧軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれたガスタービン発電機を概念的に示す図である。
【図２】上記ガスタービン発電機に組み込まれる流体動圧軸受装置の軸直交方向の断面図である。
【図３】上記流体動圧軸受装置の軸方向断面図である。
【図４】上記流体動圧軸受装置のリング及び分割軸受の軸方向断面図である。
【図５】上記流体動圧軸受装置の軸直交方向の拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の軸直交方向の断面図である。
【図７】リングと分割軸受との固定部の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１００を適用したガスタービン発電機を示す。このガスタービン発電機では、コンプレッサで圧縮した大気を燃焼器で燃焼させ、このとき発生した高温高圧ガスでタービンを回転させる。このタービンの回転駆動力を回転軸１を介して発電機に伝達し、電力を取り出す。タービンを回転させたガスは、外部に排気される。
【００２０】
上記のガスタービン発電機において、タービン付近で回転軸１を支持する軸受は、燃焼器で燃焼させたガスにより非常に高温となるため、極めて高い耐熱性（例えば３００℃以上の耐熱性）が要求される。この軸受を含む軸受装置として、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１００が適用される。尚、本実施形態では、流体動圧軸受装置１００の潤滑流体として気体（空気）を用いた場合を示す。
【００２１】
流体動圧軸受装置１００は、図２に示すように、回転軸１と、内周に回転軸１が挿入された円筒状のリング２と、リング２の内周面に固定され、円周方向で複数に分割された分割軸受３とを備える。流体動圧軸受装置１００は、図３に示すように、ケーシング５の内周面に径方向隙間を介して嵌合され、ケーシング５の肩面５ａと止め輪６とで軸方向に位置決めされている。なお、例えばケーシング５とリング２の線膨張係数が大きく異ならない場合など、機能上問題にならない場合には径方向隙間を特に設ける必要はなく、圧入やろう付け等の接着により固定・位置決めすることも可能である。
【００２２】
回転軸２は、タービン、コンプレッサ、及び発電機間でトルク伝達可能に設けられる（図１参照）。回転軸２は、強度及び耐熱性に優れた材料で形成され、例えば金属材料、特にステンレス鋼で形成される。
【００２３】
分割軸受３は、図２に示すように、円周方向に分割された複数の軸受部品４で構成され、図示例では、円周方向に等分された８個の扇形の軸受部品４で分割軸受３が構成される。分割軸受３は、耐熱性及び耐摩耗性に優れた材料で形成され、例えばセラミックスで形成される。セラミックスとしては、酸化物系（ジルコニア等）及び非酸化物系の何れも使用可能であるが、非酸化物系セラミックス、特に窒化ケイ素系セラミックスは２００℃以上の高温にも耐え得る優れた耐熱性を有するため好ましい。
【００２４】
各軸受部品４の円周方向間には、分割隙間Ｐが形成される。各軸受部品４の外周面４ａはリング２の円筒状内周面２ａに固定される。図示例では、各軸受部品４の外周面４ａの円周方向一部が固定され、具体的には、各軸受部品４の外周面４ａの円周方向中央部がリング２の内周面２ａにろう付けにより固定される（ろう付け固定部をＱで示す）。ろう付け固定部Ｑは、軸受部品４の外周面４ａの軸方向全長にわたって設けられる。軸受部品４の外周面４ａとリング２の内周面２ａとは、ろう付け固定部Ｑ以外の場所でも当接している。軸受部品４は、図３に示すように、止め輪７ａ，７ｂによりリング２に対して軸方向で位置決めされている。なお、本例ではろう付けと止め輪の併用により軸受部品を固定・位置決めしているが、機能上特に問題なければ、どちらか片方で固定・位置決めすることもできる。
【００２５】
分割軸受３の内周面３ｂはラジアル軸受面として機能する。本実施形態では、分割軸受３の内周面３ｂにラジアル動圧発生部が形成される。具体的には、例えば図４に示すように、分割軸受３の内周面３ｂの軸方向に離隔した２箇所に、ヘリングボーン形状の動圧溝Ｇ１，Ｇ２が形成される（図４のクロスハッチングは丘部）。分割軸受３の内周面３ｂ（軸受部品４の内径面４ｂ）は分割隙間Ｐにより円周方向で分断されているが、動圧溝Ｇ１，Ｇ２がその途中で分割隙間Ｐにより分断されると、動圧溝Ｇ１，Ｇ２に沿って流動する空気が分割隙間Ｐに逃げてしまうため、圧力が十分に高められない恐れがある。従って、図示のように、ヘリングボーン形状に配列された各動圧溝Ｇ１，Ｇ２が分割隙間Ｐで分断されないように、すなわち、各軸受部品４の内径面４ｂで各動圧溝Ｇ１，Ｇ２を完結させることが好ましい。
【００２６】
回転軸１が回転すると、回転軸１の外周面１ａと分割軸受３の内周面３ｂとの間にラジアル隙間Ｒが形成され、このラジアル隙間Ｒの潤滑流体（空気）に生じる動圧作用で回転軸１がラジアル方向に非接触支持される。本実施形態では、分割軸受３の内周面３ｂに形成された動圧溝Ｇ１，Ｇ２により、空気の圧力が積極的に高められる。
【００２７】
本実施形態のように、ガスタービン発電機に使用される流体動圧軸受装置１００は、使用温度範囲が例えば−４０〜４００℃に設定される。例えば常温環境で使用したときの流体動圧軸受装置１００を図５に実線で示し、高温環境で使用したときの流体動圧軸受装置１００を図５に点線で示す。常温から高温になると、回転軸１、リング２、及び分割軸受３が何れも熱膨張する。このとき、図５に誇張して示すように、分割隙間Ｐは温度上昇に伴って大きくなる。流体動圧軸受装置１００は、使用温度範囲で分割隙間Ｐが０とならないように、すなわち、軸受部品４同士が当接しないように設計される。具体的には、使用温度範囲の最低温度（−４０℃）において、分割隙間Ｐが０以上となるように設定される。また、高温環境において分割隙間Ｐが大きくなりすぎると、ラジアル隙間Ｒの空気が分割隙間Ｐに逃げやすくなり圧力が高まりにくくなる。このため、使用温度範囲の最高温度において、分割隙間Ｐが所定値以下に設定され、例えば、分割軸受３の内周面３ｂに形成される動圧溝Ｇ１，Ｇ２の溝幅ｄ（図４参照）よりも小さく設定される。
【００２８】
流体動圧軸受装置１００は、使用温度範囲の何れの温度においても、適正なラジアル隙間Ｒが形成されるように設計される。すなわち、従来の流体動圧軸受では温度変化に伴う熱膨張や熱収縮によりラジアル隙間Ｒの幅は変化し得るが、ラジアル隙間Ｒが過小となると（最悪の場合０となると）、回転軸１と分割軸受３とが頻繁に（あるいは常時）接触摺動するため、これらが激しく摩耗する。一方、ラジアル隙間Ｒが過大となると、ラジアル隙間Ｒの潤滑流体の圧力が高まりにくくなり、支持能力が低下する。特に、本実施形態のように潤滑流体が気体である場合は圧力が高まりにくいため、ラジアル隙間Ｒを特に高精度に管理する必要がある。
【００２９】
流体動圧軸受装置１００では、分割軸受３を設けることで、図５に示すように、高温時には分割軸受３をリング２に追従させて拡径させることができる。従って、回転軸１、リング２、及び分割軸受３の材質を自由に選んだ場合でも、回転軸１の直径Ｄ1、リング２の内径Ｄ2、分割軸受３の径方向の厚さｔ3を調整することで、温度変化に伴うラジアル隙間Ｒの変動を抑えることができる。具体的には、温度変化に伴う回転軸１の外径寸法の変化量δ1（＝α1×Ｄ1）と、分割軸受３の内径寸法の変化量δ2（＝α2×Ｄ2−２α3×ｔ3）とが、ほぼ等しくなるように設定され、例えば０．９０＜δ1／δ2＜１．１０を満たすように設定される。
【００３０】
ところで、リング２及び分割軸受３の材質を自由に選択すると、両者の線膨張係数が大幅に異なる場合がある。例えば、リング２をステンレス鋼、分割軸受３を耐熱性に優れる非酸化物系セラミックスで形成すると、分割軸受３の線膨張係数α3がリング２の線膨張係数α2よりも大幅に小さくなる（α3≪α2）。この場合、例えば分割軸受３の各軸受部品４の外周面４ａの全面がリング２の内周面２ａに固定されていると、高温時のリング２の円周方向の熱膨張が分割軸受３との固定面より規制されるため、リング２の拡径が阻害されてラジアル隙間が不安定となる恐れがある。
【００３１】
そこで、上記のように、各軸受部品４の外周面４ａの円周方向一部をリング２の内周面２ａに固定することにより、リング２の拡径を妨げないようにしている。具体的には、使用温度範囲（−４０〜４００℃）で、リング２の外径の線膨張量／（分割軸受３の数×分割軸受３の外周面３ａの線膨張量）≦０．０１を満たすように、分割軸受３とリング２との固定範囲（円周方向領域）を設定する。例えば、各軸受部品４の円周方向中央部を中心として、当該軸受部品４の外周面４ａの円周方向長さの１／５の領域をリング２の内周面２ａに固定される。
【００３２】
以下、回転軸１，リング２，及び分割軸受３（軸受部品４）の材質及び寸法の具体例を説明する。
【００３３】
（具体例１）
回転軸１をニッケル合金（α1＝１３．３×１０-6  １／℃）、リング２をステンレス鋼（α2＝１０．４×１０-6  １／℃）、分割軸受３を窒化ケイ素系セラミックス（α3＝３．５×１０-6  １／℃）で形成する。使用範囲の最低温度（−４０℃）で、回転軸１の外径寸法を１０ｍｍ、分割軸受３の内径寸法を１０．０１６ｍｍ（すなわちラジアル隙間は８μｍ）、分割軸受３の外径寸法を１４ｍｍ（すなわち軸受部品の径方向の肉厚は約２ｍｍ）、リング２の外径寸法を１７ｍｍ（すなわちリング２の径方向の肉厚は１．５ｍｍ）、分割軸受３の軸方向寸法を１５ｍｍ、分割隙間Ｐを０とする。使用範囲の最高温度（４００℃）では、分割隙間Ｐは約１７μｍとなる。
【００３４】
上記の場合、回転軸１、リング２、及び分割軸受３をそれぞれ異なる材質で形成しているため、それぞれの線膨張係数は異なる。具体的には、回転軸１及びリング２の線膨張係数α1及びα2はおおよそ等しいが、これらと比べて分割軸受３の線膨張係数α3はおよそ１／３程度となっている。この場合、分割軸受３自身の熱膨張量は小さいが、分割軸受３はリング２に固定されているため、リング２の拡径に追従して外径側に移動し、分割軸受３の内周面３ｂが拡径する。これにより、回転軸１の外周面１ａと分割軸受３の内周面３ｂの径方向の変化量をおおよそ等しく設定することが可能となる。上記の諸元を有する場合、回転軸１の外周面１ａ及び分割軸受３の内周面３ｂの変化量が共に０．０００１３ｍｍ／℃となる。このため、使用温度範囲においてラジアル隙間は変化せず、常に８μｍとなる。すなわち、使用温度が上昇したとき、流体動圧軸受装置１００を構成する個々の部材の熱膨張量は異なるが、分割軸受３の内周面３ｂと回転軸１の外周面１ａとの間のラジアル隙間Ｒは一定幅に保たれる。
【００３５】
（具体例２）
回転軸１をクロムモリブデン鋼（α1＝１１．９×１０-6  １／℃）、リング２をステンレス鋼（α2＝１０．２×１０-6  １／℃）、分割軸受３は窒化ケイ素系セラミックス（α3＝３．５×１０-6  １／℃）で形成する。分割軸受３は６個の軸受部品４で構成する。使用温度範囲の最低温度（−４０℃）で、回転軸１の外径寸法を２０ｍｍ、分割軸受３の内径寸法を２０．０１２ｍｍ（すなわちラジアル隙間は６μｍ）、分割軸受３の外径寸法を２７ｍｍ（すなわち軸受部品４の径方向の肉厚は約３．５ｍｍ）、リング２の外径寸法を３０ｍｍ（すなわちリング２の径方向の肉厚は１．５ｍｍ）、分割軸受３の軸方向寸法を２０ｍｍ、分割隙間Ｐを０とする。使用範囲の最高温度（４００℃）では、分割隙間Ｐは約４２μｍとなる。
【００３６】
この場合、回転軸１の外径と分割軸受３の内径の線膨張量比（δ1／δ2）が０．９４となる。従って、低温時（−４０℃）ではラジアル隙間Ｒが６μｍであるが、高温時（４００℃）ではラジアル隙間Ｒが９μｍとなる。このように、高温域になるにつれてラジアル隙間Ｒが大きくなるように調整することで、高速運転時の運転性が高められ、高温時に高速運転される場合に適した流体動圧軸受装置１００が得られる。
【００３７】
（具体例３）
上記の具体例２と異なる諸元を中心に説明すると、使用温度範囲の最低温度（−４０℃）で、回転軸１の外径寸法を２０ｍｍ、分割軸受３の内径寸法を２０．０１６ｍｍ（すなわちラジアル隙間は８μｍ）、分割軸受３の外径寸法を２３ｍｍ（すなわち軸受部品４の径方向の肉厚は約１．５ｍｍ）、リング２の外径寸法を３０ｍｍ（すなわちリング２の径方向の肉厚は３．５ｍｍ）、分割軸受３の軸方向寸法を２０ｍｍ、分割隙間Ｐを０とする。使用範囲の最高温度（４００℃）では、分割隙間Ｐは３６μｍとなる。
【００３８】
この場合、回転軸１の外径と分割軸受３の内径の線膨張量比（δ1／δ2）が１．０９となる。従って、低温時（−４０℃）ではラジアル隙間Ｒが８μｍであるが、高温時（４００℃）ではラジアル隙間Ｒが４μｍとなる。このように、高温域になるにつれて、ラジアル隙間Ｒが小さくなるように調整することで、潤滑流体の粘度が低下する高温域において、ラジアル隙間Ｒを小さくして負荷容量を確保することができる。
【００３９】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４０】
図６に示す流体動圧軸受装置１００は、分割軸受３に、第１分割隙間Ｐ１及び第２分割隙間Ｐ２が設けられる。図示例では、分割軸受３が３個の軸受部品４で構成されている。第１分割隙間Ｐ１は隣り合う軸受部品４の円周方向間に形成され、第２分割隙間Ｐ２は隣り合う軸受部品４の半径方向間に形成される。使用温度範囲の最低温度では、第１分割隙間Ｐ１が０になり、第２分割隙間Ｐ２が最大となる。このときに、分割軸受３の内周面３ｂが断面真円形状（円筒形状）となるように、各軸受部品４の形状が設計される。温度上昇に伴って、第１分割隙間Ｐ１が大きくなると共に、第２分割隙間Ｐ２が小さくなる。そして、使用温度範囲の最高温度で、第１分割隙間Ｐ１が最大となり、第２分割隙間Ｐ２が０となる。
【００４１】
以上の実施形態では、回転軸１、リング２、及び分割軸受３の線膨張係数α1，α2，α3が、α3＞α2＞α1の関係を満たしているが、これに限らず、例えば、α1＞α2＞α3としてもよい。この場合、高温時のリング２の拡径量が回転軸１の外径の拡径量よりも大きくなるため、温度上昇時にはリング２と回転軸１との間の径方向間隔が広がる。この径方向間隔の拡大した分を、分割軸受３の熱膨張によりに相殺するよう設計することにより、ラジアル隙間Ｒをおおよそ一定幅に維持することができる。
【００４２】
また、分割軸受３の分割数（軸受部品４の数）は上記に限られない。ただし、分割数が少ないと、温度変化に伴うリング２の内周面２ａと軸受部品４の外周面４ａとの接合面における周方向の線膨張量の差が大きくなるため、界面が剥離する恐れがある。一方、分割数が多すぎると、圧力損失源となる分割隙間Ｐが多くなる上、組立が煩雑になる。これらの観点から、分割軸受３の分割数は３〜１２程度が好ましい。
【００４３】
また、以上の実施形態では、リング２と軸受部品４とがろう付けで固定されているが、これに限られない。例えば、図７に示すように、リング２の内周面２ａに軸方向に延びる凹部２ａ１を設ける共に、軸受部品４の外周面４ａに軸方向に延びる凸部４ａ１を設け、この凸部２ａ１と凹部４ａ１とを嵌合させることでリング２と軸受部品４とを固定してもよい。この場合、図示のように、凸部４ａ１と凹部２ａ１とを嵌合させた状態で、両者が半径方向に係合する形状とすることが好ましい。
【００４４】
また、軸受部品４の内径面４ｂにＤＬＣ等の潤滑性や耐摩耗性を付与できる皮膜を施して、回転軸１の外周面１ａとの摺動性を高めても良い。
【００４５】
また、以上の実施形態では、分割軸受３の内周面３ｂにラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝Ｇ１，Ｇ２が形成されているが、これに限らず、例えばステップ形状や波形形状の動圧溝や、分割軸受３の内周面３ｂを断面多円弧形状とすることで、ラジアル動圧発生部を構成してもよい。また、ラジアル動圧発生部を回転軸１の外周面１ａに形成してもよい。あるいは、ラジアル動圧発生部を設けず、回転軸１の外周面１ａ及び分割軸受３の内周面３ｂ（分割隙間Ｐを除く領域）を何れも円筒面とし、いわゆる真円軸受を構成してもよい。ただし、潤滑流体に気体を用いる場合は、ラジアル動圧発生部を設けることが好ましい。
【００４６】
また、以上の実施形態では、潤滑流体として気体を用いた場合を示したが、高温時の蒸発や劣化等の問題が無ければ、潤滑油や磁性流体を用いても良い。
【００４７】
また、流体動圧軸受装置１００を構成する各部材（回転軸１、リング２、及び分割軸受３）の材質は、使用温度範囲で常に適正なラジアル隙間Ｒが形成される限り、上記に限定されない。例えば、分割軸受３を、他のセラミックス（ジルコニア等）や金属、あるいは樹脂で形成してもよい。また、回転軸１やリング２を他の金属や樹脂で形成してもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、流体動圧軸受装置１００がガスタービン発電機に用いられる場合を示しているが、これに限らず、使用温度範囲の大きい機器に好適に用いることができる。例えば、エンジン周辺や複写機にも、本発明に係る流体動圧軸受装置を好適に適用することができる。
【００４９】
また、以上の実施形態では、軸を回転自在に支持する軸回転タイプの流体動圧軸受装置を示したが、これとは逆に、軸を固定し、軸受（リング２及び分割軸受３）を回転させる、いわゆる軸固定タイプの流体動圧軸受装置に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１     回転軸
２     リング
３     分割軸受
４     軸受部品
５     ケーシング
１００ 流体動圧軸受装置
Ｇ１，Ｇ２    動圧溝
Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）     分割隙間
Ｑ     固定部
Ｒ     ラジアル隙間
【図１】
2012052624.tif 000003
【図２】
2012052624.tif 000004
【図３】
2012052624.tif 000005
【図４】
2012052624.tif 000006
【図５】
2012052624.tif 000007
【図６】
2012052624.tif 000008
【図７】
2012052624.tif 000009