(57)【要約】      （修正有）【課題】フォイル軸受の低コスト化を図る。【解決手段】円筒状の外方部材１１、外方部材１１の内周に挿入された軸６と、外方部材１１の内周面１１ｂと軸６の外周面６ａとの間に介在するフォイル部材１３とでフォイル軸受を構成する。有端円筒状の一枚のフォイル部材１３に、軸受面１５と、軸受面１５を弾性的に支持するばね部１６とを設け、フォイル部材１３の一端を外方部材１１に固定すると共に、ばね部１６を軸受面１５の外径側に突出させて外方部材１１の内周面１１ｂに摺動可能に接触させる。【選択図】図３
2012092969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の外方部材と、外方部材の内周に挿入された軸と、外方部材の内周面と軸の外周面との間に介在する円筒状のフォイル部材とを具備し、フォイル部材に、ラジアル軸受隙間を形成する軸受面を設け、ラジアル軸受隙間に生じた流体膜で軸と外方部材の相対回転を支持するフォイル軸受において、
一枚のフォイル部材に、軸受面と、軸受面を弾性的に支持するばね部とを設けたことを特徴とするフォイル軸受。
【請求項２】
フォイル部材に舌片部を形成し、舌片部を塑性変形させてばね部を構成した請求項１記載のフォイル軸受。
【請求項３】
舌片部を周方向の折り返し線で折り返して、ばね部と軸受面を半径方向でオーバーラップさせた請求項２記載のフォイル軸受。
【請求項４】
舌片部の前記折り返し線を軸受面の軸方向両側に設けた請求項３記載のフォイル軸受。
【請求項５】
ばね部と軸受面とを軸方向で異なる位置に形成した請求項１または２記載のフォイル軸受。
【請求項６】
ばね部を軸方向の複数個所に離隔形成すると共に、軸方向で隣接するばね部の間に軸受面を配置した請求項１〜５何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項７】
ばね部を軸方向の二箇所に形成した請求項６記載のフォイル軸受。
【請求項８】
ばね部を軸方向の三箇所に形成した請求項６記載のフォイル軸受。
【請求項９】
ばね部を円周方向の複数個所に設けた請求項１〜８何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１０】
フォイル部材を有端円筒状に形成し、フォイル部材の一端を外方部材に固定した請求項１〜９何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１１】
フォイル部材を有端円筒状に形成し、フォイル部材の一端を軸に固定した請求項１〜９何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１２】
ばね部を軸受面の外径側に配置して外方部材の内周面に摺動可能に接触させた請求項１０記載のフォイル軸受。
【請求項１３】
ばね部を軸受面の内径側に配置して軸の外周面に摺動可能に接触させた請求項１１記載のフォイル軸受。
【請求項１４】
軸受面に被膜を形成した請求項１〜１３何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１５】
互いに摺動するばね部と外方材の内周面のうち、何れか一方又は双方に被膜を形成した請求項１２記載のフォイル軸受。
【請求項１６】
互いに摺動するばね部と軸の外周面のうち、何れか一方または相方に被膜を形成した請求項１３記載のフォイル軸受。
【請求項１７】
被膜が、表面を低摩擦化するものである請求項１４〜１６何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項１８】
被膜を、ＤＬＣ被膜、チタンアルミナイトライド被膜、二流化モリブデン被膜の何れかで形成した請求項１７記載のフォイル軸受。
【請求項１９】
ガスタービンのロータの支持に使用される請求項１〜１８何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項２０】
過給機のロータの支持に使用される請求項１〜１８何れか１項に記載のフォイル軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外方部材の内周面と軸の外周面との間に薄膜状のフォイル部材を介在させたフォイル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンやターボチャージャの主軸は高速で回転駆動される。また、主軸に取り付けられたタービン翼は高温に晒される。そのため、これらの主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。この種の用途の軸受として、油潤滑の転がり軸受や油動圧軸受を使用する場合もあるが、潤滑油などの液体による潤滑が困難な場合、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難な場合、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる場合、等の条件下では、これらの軸受の使用は制約を受ける。そこで、そのような条件下での使用に適合する軸受として、空気動圧軸受が着目されている。
【０００３】
空気動圧軸受としては、回転側と固定側の双方の軸受面を剛体で構成したものが一般的である。しかしながら、この種の空気動圧軸受では、回転側と固定側の軸受面間に形成されるラジアル軸受隙間の管理が不十分であると、安定限界を超えた際にホワールと呼ばれる自励的な主軸の振れ回りを生じ易い。そのため、使用される回転速度に応じた隙間管理が重要となる。特に、ガスタービンやターボチャージャのように、温度変化の激しい環境では、熱膨張の影響でラジアル軸受隙間の幅が変動するため、精度の良い隙間管理は極めて困難となる。
【０００４】
ホワールが生じにくく、かつ温度変化の大きい環境下でも隙間管理を容易にできる軸受としてフォイル軸受が知られている。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。通常は、軸受の内周面をトップフォイルと呼ばれる薄板で構成し、その外径側にバックフォイルと呼ばれるばね状の部材を配置してトップフォイルが受ける荷重をバックフォイルで弾性的に支持している。この場合、軸の回転時には、軸の外周面とトップフォイルの内周面との間に空気膜が形成され、軸が非接触支持される。
【０００５】
フォイル軸受では、フォイルの可撓性により、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じた適切なラジアル軸受隙間が形成されるため、安定性に優れるという特徴があり、一般的な空気動圧軸受と比較して高速での使用が可能である。また、一般的な動圧軸受のラジアル軸受隙間は軸直径の１／１０００のオーダーで管理する必要があり、例えば直径数ｍｍ程度の軸では数μｍ程度のラジアル軸受隙間を常時確保する必要がある。従って、製造時の公差、さらには温度変化が激しい場合の熱膨張まで考慮すると、厳密な隙間管理は困難である。これに対して、フォイル軸受の場合には、数十μｍ程度のラジアル軸受隙間に管理すれば足り、その製造や隙間管理が容易となる利点を有する。
【０００６】
フォイル軸受としては、バックフォイルに設けた切り起こしでトップフォイルを弾性的に支持するもの（特許文献１）、素線を網状に編成した弾性体で軸受フォイルを弾性的に支持するもの（特許文献２）、および、バックフォイルに、外輪内面に接触し周方向に移動しない支持部とトップフォイルからの面圧により弾性的に撓む弾性部とを設けたもの（特許文献３）等が公知である。
【０００７】
フォイル軸受の一種として、バックフォイルを設けず、トップフォイルを周方向で分割してリーフフォイルを形成し、リーフフォイルをその一部を重ね合わせながら周方向の複数個所に設け、リーフフォイルの重なり合った部分でばね性を得るリーフ型と呼ばれるものも存在する。このリーフ型のフォイル軸受としては、固定軸受環を周方向で複数の円弧状環部材に分割し、各円弧状環部材の接合端部にフォイルの一端を溶接すると共に、フォイルにレイリーステップを屈曲形成したもの（特許文献４）、リーフをピエゾバイモルフで形成したもの（特許文献５）、リーフフォイルを線膨張率の異なる２種類の金属からなるバイメタルにより形成したもの（特許文献６）、等が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６４６４３公報
【特許文献２】特開２００３−２６２２２２号公報
【特許文献３】特開２００９−２９９７４８号公報
【特許文献４】特公平２−２０８５１号公報
【特許文献５】特開平４−５４３０９号公報
【特許文献６】特開２００２−２９５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のフォイル軸受のうち、特許文献１〜３に示すフォイル軸受では、トップフォイルとバックフォイルの二種類のフォイルが必要であり、部品点数が多くなる。また、組み立て工程も煩雑化しており、フォイル軸受のさらなる低コスト化を阻む要因になっている。特にバックフォイルは複雑な形状であることが多く、その製造工程が煩雑化する傾向にあることから、改善が要望されている。
【００１０】
特許文献４〜６に示すリーフ型のフォイル軸受では、複数のリーフを外方部材の内周にそれぞれ個別に取り付ける必要がある。そのため、煩雑な組み立て工程を要し、同様にコスト高となっている。
【００１１】
そこで、本発明は、フォイル軸受の低コスト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、円筒状の外方部材と、外方部材の内周に挿入された軸と、外方部材の内周面と軸の外周面との間に介在する円筒状のフォイル部材とを具備し、フォイル部材に、ラジアル軸受隙間を形成する軸受面を設け、ラジアル軸受隙間に生じた流体膜で軸と外方部材の相対回転を支持するフォイル軸受において、一枚のフォイル部材に、軸受面と、軸受面を弾性的に支持するばね部とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
このように一枚のフォイル部材に軸受面と軸受面を弾性的に支持するばね部の双方を設けることにより、可撓性を有する軸受面を一枚のフォイル部材で形成することができる。そのため、部品点数の削減および組み立て工数の削減を通じて、フォイル軸受の低コスト化を図ることができる。
【００１４】
ばね部は、フォイル部材に舌片部を形成し、舌片部を塑性変形させることで構成することができる。舌片部は、帯状フォイルにワイヤカット加工あるいはプレス加工を施すことで形成することができる。この場合、ばね部は、平面状、曲面状、円筒面状の何れかの形状に形成することができる。さらには、舌片部を軸方向の折り曲げ線で複数回折り返すことでばね部を形成することもできる。
【００１５】
舌片部を周方向の折り返し線で折り返すことにより、ばね部と軸受面を半径方向でオーバーラップさせることができる。この場合、軸受面の背後にばね部が配置された形になって、軸受面が半径方向の弾性力で直接支持される。そのため、軸受面の許容変形量が大きくなり、ラジアル軸受隙間幅の自己調整能力が強化されて振動の減衰効果が高まる。
【００１６】
舌片部を周方向の折り返し線で折り返した場合、この折り返し線が軸受面の軸方向一方側だけに存在すると、折り返し線で弾性力が生じるため、軸受面に僅かな傾き（ミスアライメント）を生じるおそれがある。この傾きは、舌片部の前記折り返し線を軸受面の軸方向両側に設けることで解消することができる。
【００１７】
ばね部と軸受面は、上記のように半径方向でオーバーラップさせる他、軸方向で異なる位置に形成してもよい。
【００１８】
ばね部を軸方向の複数個所に離隔形成すると共に、軸方向で隣接するばね部の間に軸受面を配置することにより、軸受面の軸方向両側を弾性的に支持することができ、軸受面の撓み変形が安定化する。特にばね部を軸方向の二箇所に形成すれば単列のフォイル軸受を構成することができる。また、ばね部を軸方向の三箇所に形成すれば複列のフォイル軸受を構成することができ、モーメント荷重に対する軸受剛性の向上を図ることができる。
【００１９】
ばね部を円周方向の複数個所に設けることで、軸受面に作用する弾性支持力を円周方向で均一化することができる。
【００２０】
フォイル部材は有端の円筒状に形成することができる。フォイル部材の一端部は外方部材もしくは軸に固定する。前者の場合、ばね部を軸受面の外径側に配置して外方部材の内周面に摺動可能に接触させ、後者の場合、ばね部を軸受面の内径側に配置して軸の外周面に摺動可能に接触させるのが望ましい。これにより、軸受面の可撓性が高まり、フォイル部材による振動の減衰作用を強化することができる。
【００２１】
フォイル部材の軸受面には、起動直後や停止直後の低速回転状態では、ラジアル軸受隙間を介して軸受面と対向する部材が摺接する。軸受面に被膜を形成することで、軸受面を保護し、摺接時における軸受面の摩耗を抑制することができる。
【００２２】
上記のように、ばね部を軸受面の外径側に配置して外方部材の内周面に摺動可能に接触させた場合、互いに摺動するばね部と外方材の内周面のうち、何れか一方又は双方に被膜を形成するのが望ましい。この摺動部の摩擦特性はフォイル部材による振動減衰性を左右する。そのため、被膜を形成することで摺動部において最適な大きさの摩擦力を得ることができる。ばね部を軸受面の内径側に配置して軸の外周面に摺動可能に接触させた場合には、同様の理由から、互いに摺動するばね部と軸の外周面のうち、何れか一方または相方に被膜を形成するのが望ましい。
【００２３】
上記の各被膜、特に軸受面の被膜としては、表面を低摩擦化するものを使用するのが望ましい。これにより起動直後や停止直後の摩擦トルクを減じて低トルク化を図ることができる。
【００２４】
低摩擦の被膜として、ＤＬＣ被膜、チタンアルミナイトライド被膜、二流化モリブデン被膜の何れかを使用することができる。ＤＬＣ被膜やチタンアルミナイトライド被膜は硬質被膜であるため、これらを使用すれば、低摩擦化のみならず、耐摩耗性の向上による軸受寿命の増大を図ることもできる。
【００２５】
以上に述べたフォイル軸受は、ガスタービンのロータの支持や、過給機のロータの支持に使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、部品点数を削減し、部品コストや組み立てコストの低廉化を通じてフォイル軸受の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】マイクロガスタービンの構成を概念的に示す図である。
【図２】上記マイクロ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】本発明にかかるフォイル軸受の一実施形態を示す正面図である。
【図４】図３に示すフォイル軸受に使用されるフォイル部材の斜視図である。
【図５】フォイル部材を形成するための金属素材を示す平面図である。
【図６】金属素材に形成した舌片部の各種形態を示す断面図である。
【図７】複列フォイル軸受用のフォイル部材を示す斜視図である。
【図８】他の実施形態にかかるフォイル部材の製作工程を示す平面図である。
【図９】他の実施形態にかかるフォイル部材の製作工程を示す斜視図である。
【図１０】他の実施形態にかかるフォイル部材の製作工程を示す斜視図である。
【図１１】他の実施形態にかかるフォイル部材を使用したフォイル軸受の断面図である。
【図１２】他の実施形態にかかるフォイル部材を展開した平面図である。
【図１３】他の実施形態にかかるフォイル部材の製作工程を示す斜視図である。
【図１４】他の実施形態にかかるフォイル部材を展開した平面図である。
【図１５】他の実施形態にかかるフォイル部材の製作工程を示す斜視図である。
【図１６】他の実施形態にかかるフォイル部材を展開した平面図である。
【図１７】フォイル軸受の他の実施形態を示す正面図である。
【図１８】過給機の構成を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１に、マイクロガスタービンと呼ばれるガスタービン装置の構成を概念的に示す。このマイクロガスタービンは、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とを主に備える。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軸６が設けられ、この軸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。吸気口７から吸入された空気は、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。
【００３０】
図２に、上記マイクロガスタービンにおけるロータの支持構造の一例を示す。この支持構造では、軸方向の２箇所にラジアル軸受１０を配置し、軸６のフランジ部６ｂの軸方向両側にスラスト軸受２０、２０を配置することにより、軸６がラジアル方向及び両スラスト方向に支持されている。
【００３１】
この支持構造において、タービン１と圧縮機２の間の領域は、高温、高圧のガスで回転されるタービン１に隣接しているために高温雰囲気となる。この高温雰囲気では、潤滑油やグリース等からなる潤滑剤が変質・蒸発してしまうため、これらの潤滑剤を使用する通常の軸受（転がり軸受等）を適用することは難しい。そのため、この種の支持構造で使用される軸受１０、２０としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適合する。
【００３２】
以下、上記マイクロガスタービン用のラジアル軸受１０に適合するフォイル軸受１０の構成を図３〜１７に基づいて説明する。このフォイル軸受１０は、図３に示すように、図示しないハウジングの内周に固定される円筒状の外方部材１１と、外方部材１１の内周に挿入された軸６と、外方部材１１の内周面と軸６の外周面との間に介在させた有端円筒状のフォイル部材１３とで構成される。
【００３３】
図４に示すように、一枚のフォイル部材１３に軸受面１５とばね部１６とが一体に形成される。軸受面１５はフォイル部材１３の内周面に形成され、孔や段差のない平滑な円筒面状をなす。ばね部１６は、フォイル部材１３を部分的に塑性変形させて設けられた半径方向に弾性変形可能な領域であり、図示例では、軸受面１５の外径側に突出させた切り起こしでばね部１６が構成されている。ばね部１６は、円周方向の複数個所に等ピッチで設けられ、かつ軸受面１５の軸方向両側に配設されている。
【００３４】
フォイル部材１３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程度の帯状フォイルで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、油による防錆効果は期待できない。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では錆による腐食が発生し易く、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある（黄銅中のＺｎの含有量が多いほどこの傾向が強まる）。そのため、帯状フォイルとしては、ステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。
【００３５】
以下、図４に示すフォイル部材１３の製作手順を説明する。なお、以下で述べる「軸方向」、「半径方向」、および「周方向」の用語は、製作後のフォイル部材１３を外方部材１１の内周に組み込んだ状態での軸方向、半径方向、および周方向を意味する。具体的には、帯状フォイル３０の短辺に沿う方向が「軸方向」となり、長辺に沿う方向が「周方向」となり、厚さ方向が「半径方向」となる。
【００３６】
図５に示すように、上記金属製の帯状フォイル３０を準備し、その両側縁の複数個所にワイヤカット加工やプレス加工等でＬ字型の切り込み３１を形成する。この切り込み３１は、軸方向の切り込み３１ａ、および該切り込み３１ａの終端につながった周方向の切り込み３１ｂで構成される。この切り込み３１により、帯状フォイル３０の軸方向両側にフラップ状をなす複数の舌片部６０が形成される。次に、各舌片部６０を、その根元の軸方向の折り曲げ線（破線で示す）で折り曲げて半径方向に起立させ、図６（ａ）に示すように、各舌片部６０で切起こしを形成する。その後、各舌片部６０を外径側にして帯状フォイル３０を円筒状にローリングさせることで、図４に示すフォイル部材１３が得られる。
【００３７】
舌片部６０は、図６（ａ）に示すように小さい角度θで折り曲げる他、同図（ｂ）に示すように９０°を越える大きな角度θで折り曲げてもよい。あるいは同図（ｃ）に示すように、舌片部６０を円弧状に折り曲げたり、同図（ｄ）に示すように円形に丸めたりしてもよい。図６（ａ）および（ｂ）の舌片部６０であれば平面状のばね部１６を形成することができ、同図（ｃ）の舌片部６０であれば曲面状のばね部１６を形成することができ、同図（ｄ）の舌片部６０であれば円筒面状のばね部１６を形成することができる。このように舌片部６０の折り曲げ角度θを調整し、あるいは舌片部６０の折り曲げ形態を変更することで、ばね部１６のばね定数を最適値に調整することができる。
【００３８】
このフォイル部材１３は、外方部材１１の内径側に配置した状態で、その一端を外方部材１１の内周に取り付けることにより、外方部材１１に固定される。例えば上述したフォイル部材１３の製作工程で、帯状フォイル３０の一端部に外径方向に起立する取り付け部１３ａを形成し、この取り付け部１３ａを外方部材１１の内周に形成した嵌合溝１１ａに嵌合固定することで、フォイル部材１３を外方部材１１に固定することができる。嵌合溝１１ａへの取り付け部１３ａの固定方法は任意で、接着や溶接で固定することもできる。その後、フォイル部材１３の内周に軸６を挿入することで、図３に示すフォイル軸受が完成する。
【００３９】
フォイル部材１３の他端部は、取り付け部１３ａの近接位置まで延びており、この他端部と取り付け部１３ａとの間には周方向の隙間ｔが存在する。また、図３に示すように、各ばね部１６の先端が何れも外方部材１１の内周面１１ｂに弾性的に接触している。各ばね部１６は板ばねとして機能し、これにより軸受面１５がばね部１６を介して外方部材１１に弾性的に支持される。各ばね部１６の先端部１６ａは外方部材１１の内周面１１ｂに固定されておらず、内周面１１ｂ上を摺動可能である。
【００４０】
以上の構成において、軸６を図３の矢印の向きに回転させると、フォイル部材１３の軸受面１５と軸６の外周面６ａとの間に空気膜が形成される。これにより、軸６の周囲に環状のラジアル軸受隙間Ｃが形成され、軸６がフォイル部材１３に対して非接触の状態でラジアル方向に回転自在に支持される。なお、実際のラジアル軸受隙間７の幅は数十μｍ程度の微小なものであるが、図３ではその幅を誇張して描いている。フォイル部材１３のうち、ばね部１６の円周方向列を形成した領域の内径側では、舌片部６０の折り曲げに伴って生じた隙間から空気が漏れるので、該領域の内径側で圧力を生じることはない。そのため、この領域でのフォイル部材１３の内周面は、軸受面１５としては機能しない。
【００４１】
また、フォイル部材１３が有する可撓性により、軸受面１５が荷重や軸６の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間Ｃは運転条件に応じた適切幅に自動調整される。加えて、軸受面１５がばね部１６によって弾性支持されていること、フォイル部材１３の両端部間に隙間ｔが存在しており、フォイル部材１３の拡縮変形が可能であること、さらにばね部１６の先端部６ａが外方部材１１の内周面１ｂに対して摺動可能であること、等の個々のもしくはこれらを組み合わせた理由からラジアル軸受隙間幅の自己調整能力が強化され、かつ振動の減衰効果も得られる。そのため、高温・高速回転といった過酷な運転条件でもラジアル軸受隙間を最適幅に管理することができ、軸６を安定して支持することが可能となる。
【００４２】
特に上記フォイル軸受１０では、一枚のフォイル部材１３だけで上記各機能を得ることができる。そのため、部品コストや組み立てコストを削減することができ、フォイル軸受の低コスト化を図ることができる。
【００４３】
フォイル軸受１０では、軸６の停止直前や起動直後の低速回転時に、軸受面１５や軸６の外周面６ａの表面粗さ以上の厚さの空気膜の形成が期待できない。そのため、フォイル部材１３と軸６の外周面６ａとの間で金属接触を生じ、トルクの増大を招く。この時の摩擦力を減じてトルク低減を図るため、軸受面１５には低摩擦の被膜を形成するのが望ましい。この種の被膜としては、例えばＤＬＣ膜、チタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜を使用することができる。ＤＬＣ膜、チタンやアルミナイトライド膜はＣＶＤやＰＶＤで形成することができ、二硫化モリブデン膜はスプレーで簡単に形成することができる。特にＤＬＣ膜やチタンアルミナイトライド膜は硬質であるので、これらの被膜を形成することで、軸受面１５の耐摩耗性をも向上させることができ、軸受寿命を増大させることができる。このような被膜形成は、フォイル部材１３が一枚のみで構成されていることもあり、効率よく行うことができる。
【００４４】
軸受の運転中は、ばね部１６の先端部１６ａと外方部材１１の内周面１１ｂとの間でも微小摺動が生じるため、この摺動部分、すなわちばね部１６の先端部１６ａやこれと接触する外方部材１１の内周面１１ｂにも上記の被膜を形成することにより、耐摩耗性の向上を図ってもよい。なお、振動の減衰作用を向上させるためには、この摺動部である程度の摩擦力が存在する方が好都合な場合もあるので、この部分の被膜にはそれほど低摩擦性は要求されない。従って、この部分の被膜としては、ＤＬＣ膜やチタンやアルミナイトライド膜を使用するのが好ましい。
【００４５】
図７に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、フォイル部材１３の軸方向三箇所にばね部１６を離隔形成し、軸方向で隣り合うばね部１６の間に軸受面１５を形成することで、複列の軸受面１５を有する複列フォイル軸受１０を構成した例である。このようにフォイル軸受１０を複列化することで、モーメント荷重に対する軸受剛性を向上させることができ、フォイル軸受の用途拡大を図ることができる。例えば、図２に示すマイクロガスタービンでは、２つのラジアル軸受１０を１個の軸受に置き換えることが可能となる。本発明の構成であれば、一枚のフォイル部材１３で複列軸受を構成することができ、複列化に伴って部品点数や組み立て工数が増えることもなく、複列フォイル軸受の高コスト化を防止することができる。なお、フォイル部材１３を製作する際、図５に示す帯状フォイル３０への切り込み３１の形成をワイヤカット加工で行うと、工数大となって高コスト化するので、切り込み３１はプレス加工で形成するのが望ましい。
【００４６】
以上の実施形態では、軸受面１５とばね部１６とを軸方向で別位置に形成したフォイル部材１３を例示したが、軸受面１５とばね部１６を半径方向でオーバーラップさせることもできる。以下、図８〜図１０に基づいて、この種のフォイル部材１３の製作工程を説明する。
【００４７】
図８に示すように、先ず金属製帯状フォイル３０の一方の側縁部にＬ字型の複数の切り込み３１（図５と同様に、軸方向の切り込み３１ａおよび周方向の切り込み３１ｂで形成される）を形成し、舌片部６０を構成する。この時、切り込みを有しない帯状部分３２の幅寸法Ｗａと舌片部６０の幅寸法Ｗｂとは等しくする（Ｗａ＝Ｗｂ）。
【００４８】
次いで、切り込み３１で形成された各舌片部６０を軸方向の折り返し線で複数回折り返し、図９に示すように折り畳み状態の舌片部６０を形成する。図８では、各舌片部６０における山折り線を破線で示し、谷折り線を二点鎖線で示している。また、帯状部分３２の一端を折り曲げて取り付け部１３ａを形成する。
【００４９】
次いで、図９の矢印で示すように、折り畳み状態の舌片部６０をその根元の周方向の折り返し線３３で折り曲げ、舌片部６０を裏側に折り返して、図１０に示すように、折り畳み状態の舌片部６０を帯状部分３２の背後に重ねる。その後、各舌片部６０を外径側にして帯状フォイル３０を円筒状にローリングさせる。これにより、帯状部分３２の表面（内周面）を軸受面１５とし、その外径側に折り畳み状態の舌片部６０からなるばね部１６を一体に有するフォイル部材１３が得られる。図１１に示すように、このフォイル部材１３を外方部材１１の内周に配置し、取り付け部１３ａを外方部材１１の嵌合溝１１ａに嵌合固定し、さらにフォイル部材１３の内周に軸６を挿入することでフォイル軸受１０が完成する。この構成でも、ばね部１６の先端部１６ａは外方部材１１の内周面１１ｂに摺動可能に接触する。
【００５０】
図１１に示すフォイル軸受１０では、軸受面１５と、その外径側のばね部１６とが半径方向で完全にオーバーラップしている。この場合、軸受面１５が半径方向の弾性力で直接支持されるため、軸受面の許容変形量が大きくなる。そのため、ラジアル軸受隙間幅の自己調整能力を強化することができ、振動の減衰効果をより高めることが可能となる。
【００５１】
図１２に、図８〜図１０の製作手順で製作したフォイル部材１３の展開図を示す。このフォイル部材１３では、折り畳み状態の舌片部６０を周方向の折り返し線３３で折り返しているため、折返し線３３の周辺領域Ｓで弾性力を生じる。折り返し線３３はフォイル部材１３の軸方向一方側に偏在しているため、フォイル部材１３を外方部材１１に組み込んだ状態では、軸受面１５に僅かなミスアライメントを生じるおそれがある。
【００５２】
このミスアライメントが問題となる場合には、図１０に示すフォイル部材１３の製作工程において、図１３に示すように、帯状フォイル３０の帯状部分３２の軸方向両側に舌片部６０を形成するのが望ましい。その後、折り畳み状態の舌片部６０を周方向の折り返し線３３で折り返して帯状フォイル３０をローリングさせると、図１４に示すように、フォイル部材１３の軸方向両側で周方向の折り返し線３３の数が同じになる（もしくは数の差が小さくなる）。そのため、折り返し線３３の周辺領域で生じる弾性力を軸方向両側で相殺し、軸受面１５のミスアライメントを防止することができる。
【００５３】
図１３および図１４の実施形態では、各舌片部６０の周方向位置を軸方向両側で一致させ、かつ各舌片部６０の幅寸法Ｗｂを帯状部分３２（軸受面１５）の幅寸法Ｗａの１／２とした場合（Ｗｂ＝Ｗａ／２）を例示している。同様の作用効果は、図１５に示すように、各舌片部６０の周方向位置を軸方向両側でずらした場合にも得ることができる。この場合、図１６に示すように、帯状部分３２（軸受面１５）の幅寸法Ｗａと各舌片部６０の幅寸法Ｗｂは等しくすることができる。
【００５４】
以上の説明では、軸６を回転側部材とし、外方部材１１を固定側部材とした場合を例示したが、これとは逆に軸６を固定側部材とし、外方部材１１を回転側部材とした場合にも上記各実施形態の構成をそのまま適用することもできる。但し、この場合はフォイル部材１３が回転側部材となるので、遠心力によるフォイル部材１３全体の変形を加味してフォイル部材１３の設計を行う必要がある。
【００５５】
また、以上に述べた各実施形態では、フォイル部材１３のばね部１６を外径側に突出させてその先端部１６ａを外方部材１１の内周面１１ｂに接触させているが、図１７に示すように、フォイル部材１３のばね部１６を軸受面１５の内径側に突出させ、その先端部１６ａを軸６の外周面６ａに接触させてもよい。この場合、軸受面１５はフォイル部材１３の外周面に形成され、この軸受面１５と外方部材１１の内周面１１ｂとの間にラジアル軸受隙間Ｃが形成される。フォイル部材１３の一端部の取り付け部１３ａは軸受面１５の内径側に突出させ、例えば軸６に設けた嵌合溝６ｂに嵌合固定する。取り付け部３ａはこれ以外にも接着や溶接で軸６に固定しても構わない。図１７では外方部材１１を回転側としているが、外方部材１１を固定側としてもよい。但し、外方部材１１を固定側とすると、フォイル部材１３が回転側となるので、フォイル部材１３の設計時には遠心力によるフォイル部材１３の変形を考慮する必要がある。以上の構成でも上記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
本発明にかかるフォイル軸受１０の適用対象は、上述したマイクロガスタービンに限られず、例えば過給機のロータを支持する軸受としても使用することができる。過給機は、図１８に示すように、エンジン５３で生じた排気ガスでタービン５１を駆動し、その駆動力で圧縮機５２を回転させて吸入エアを圧縮し、エンジン５３のトルクアップや効率改善を図るものである。タービン５１、圧縮機５２、および軸６でロータが構成され、軸６を支持するラジアル軸受１０として、上記各実施形態のフォイル軸受１０を使用することができる。
【００５７】
本発明にかかるフォイル軸受は、マイクロタービンや過給機に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される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。
【００５８】
なお、以上に述べたフォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受のみならず、圧力発生流体として潤滑油を使用した油動圧軸受としても使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
６      軸
６ａ    外周面
１１    外方部材
１１ａ  嵌合溝
１１ｂ  内周面
１３    フォイル部材
１３ａ  取り付け部
１５    軸受面
１６    ばね部
１６ａ  先端部
３０    帯状フォイル
６０    舌片部
Ｃ    ラジアル軸受隙間
【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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