(57)【要約】【課題】軸をラジアル方向及びスラスト方向に相対支持するフォイル軸受において、部品数を削減すると共に、軸のスラスト方向の相対的な移動許容量を小さくする。【解決手段】軸６の突出部２１の外周面及び外側部材２２の内周面に、互いに対向する一対のテーパ面（テーパ状外周面２１ａ及びテーパ状内周面２２ａ）を設け、外側部材２２のテーパ状内周面２２ａにフォイル部材２３を取り付けると共に、突出部２１のテーパ状外周面２１ａとフォイル部材２３の軸受面Ａとの間に軸受隙間Ｓを形成する。【選択図】図２
2013032797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、内周に軸が挿入された外側部材と、軸の外周面と外側部材の内周面との間に配置され、可撓性のある軸受面を有するフォイル部材とを備え、フォイル部材の軸受面で軸受隙間を形成し、前記軸受隙間に生じる流体膜で軸部材と外側部材との相対回転を支持するフォイル軸受であって、
軸の外周面及び外側部材の内周面に互いに対向する一対のテーパ面を設け、一方のテーパ面に前記フォイル部材を取り付けると共に、他方のテーパ面と前記軸受面との間に前記軸受隙間を形成するフォイル軸受。
【請求項２】
軸の外周面及び外側部材の内周面に、互いに対向し、軸方向一方側に大径部を配した一対の第１テーパ面と、互いに対向し、軸方向他方側に大径部を配した一対の第２テーパ面とを設けた請求項１記載のフォイル軸受。
【請求項３】
それぞれの大径部が軸方向外側に配されるように、第１テーパ面及び第２テーパ面を軸方向に並べて配置した請求項２記載のフォイル軸受。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のスラストフォイル軸受を有するガスタービン。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のスラストフォイル軸受を有する過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜状のフォイルに形成された軸受面で軸受隙間を形成し、この軸受隙間に生じる流体膜で回転部材を支持するフォイル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンや過給機（ターボチャージャ）の軸は高速で回転駆動される。また、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。しかし、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、油を用いた軸受の使用は制約を受ける。そこで、上記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軸の触れ回りを生じ易い。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。しかし、ガスタービンや過給機のように、温度変化の激しい環境では熱膨張の影響で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】
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。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軸受隙間が形成される。このため、フォイル軸受は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、一般的な動圧軸受では、数μｍ程度の軸受隙間を常時確保する必要があるため、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。
【０００５】
また、ガスタービンや過給機の軸には、タービンの高速回転により発生する気流のスラスト方向の反力が加わるため、軸をラジアル方向だけでなくスラスト方向にも支持する必要がある。例えば、特許文献１〜３には、回転軸をラジアル方向に支持するフォイル軸受が示されている。また、特許文献４〜６には、回転軸をスラスト方向に支持するフォイル軸受が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６４６４３号公報
【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】特開昭６１−３６７２５号公報
【特許文献５】実開昭６１−３８３２１号公報
【特許文献６】特開昭６３−１９５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、回転部材をラジアル方向に支持するフォイル軸受とスラスト方向に支持するフォイル軸受とを別々に設けると、部品数が多くなってコスト高を招く。
【０００８】
また、上記のように、フォイル軸受は、転がり軸受や一般的な空気動圧軸受よりも軸受隙間を大きく設定できるが、軸受隙間を大きくした分だけ軸の相対的な移動許容量が大きくなる。特に、ガスタービンや過給機の軸を支持するスラスト軸受としてフォイル軸受使用した場合、軸のスラスト方向の移動許容量が大きいと、軸に取り付けられた羽根（タービン、圧縮機）のスラスト方向の移動許容量も大きくなるため、羽根がケーシングと干渉しないように、羽根とケーシングとの間の隙間を予め大きめに設定する必要が生じる。羽根とケーシングとの間の隙間を大きくすると、この隙間から空気が漏れてしまうため、圧縮機における圧縮率、あるいは、タービンにおける変換効率が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、軸をラジアル方向及びスラスト方向に相対支持するフォイル軸受において、部品数を削減すると共に、軸のスラスト方向の相対的な移動許容量を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、軸と、内周に軸が挿入された外側部材と、軸の外周面と外側部材の内周面との間に配置され、可撓性のある軸受面を有するフォイル部材とを備え、フォイル部材の軸受面で軸受隙間を形成し、軸受隙間に生じる流体膜で軸部材と外側部材との相対回転を支持するフォイル軸受であって、軸の外周面及び外側部材の内周面に互いに対向する一対のテーパ面を設け、一方のテーパ面にフォイル部材を取り付けると共に、他方のテーパ面と軸受面との間に軸受隙間を形成する。
【００１１】
このように、本発明に係るフォイル軸受では、一方のテーパ面に取り付けたフォイル部材の軸受面と他方のテーパ面との間に軸受隙間を形成する。この場合、テーパ面の法線方向に支持力が発生するため、この支持力のラジアル方向成分及びスラスト方向成分により、軸をラジアル方向及びスラスト方向に相対支持することができる。従って、上記のフォイル軸受を用いれば、ラジアル方向支持用の軸受とスラスト方向支持用の軸受とを別々に設ける場合と比べて、部品数を削減することができる。
【００１２】
また、上記のフォイル軸受では、スラスト方向に対して傾斜した方向（テーパ面の法線方向）に軸受隙間が形成されるため、外側部材に対する軸のスラスト方向の移動許容量を抑えることができる。すなわち、例えば図８に示すように、固定部材１０１に取り付けられたフォイル１０２の軸受面１０２ａと、回転軸１０３のフランジ部１０４の端面１０４ａとの間にスラスト方向の軸受隙間が形成される場合、このスラスト軸受隙間の大きさＸ’が、回転軸１０３のスラスト方向の移動許容量ｘ’となる（ｘ’＝Ｘ’）。これに対し、図９に示す例では、固定部材２０１の端面２０１ａ及び回転軸２０３のフランジ部２０４の端面２０４ａを、軸方向に対して角度θだけ傾斜したテーパ面とし、固定部材２０１の端面２０１ａに取り付けたフォイル２０２の軸受面２０２ａとフランジ部２０４の端面２０４ａとの間に軸受隙間が形成される。この場合、軸受隙間の大きさＸのスラスト方向成分が回転軸２０３のスラスト方向の移動許容量ｘとなる（ｘ＝Ｘ・ｓｉｎθ）。従って、図８に示すスラスト軸受隙間の大きさＸ’と図９に示す軸受隙間の大きさＸとが等しい場合、テーパ面間に軸受隙間を形成した図９に示す例の方が、回転軸の移動許容量を小さくすることができる（ｘ＜ｘ’）。尚、図８及び図９では、理解の容易化のため、軸受隙間Ｘ、Ｘ’の大きさを誇張して示している。
【００１３】
上記のフォイル軸受において、軸の外周面及び外側部材の内周面に、互いに対向し、軸方向一方側に大径部を配した一対の第１テーパ面と、互いに対向し、軸方向他方側に大径部を配した一対の第２テーパ面とを設ければ、これらの第１テーパ面及び第２テーパ面により、軸を外側部材に対して両スラスト方向に支持することができる。
【００１４】
軸と外側部材とが相対回転したとき、一対のテーパ面の相対的な周速は大径側ほど大きくなるため、テーパ面の大径部において軸受隙間に生じる圧力が最大となる。従って、それぞれの大径部が軸方向外側に配されるように、第１テーパ面及び第２テーパ面を軸方向に並べて配置すれば、支持力が高い大径部の軸方向距離（軸受スパン）を大きくすることができ、フォイル軸受のモーメント剛性が高められる。
【００１５】
以上のようなフォイル軸受をガスタービンや過給機のロータ支持用として使用すれば、軸のスラスト方向の移動許容量を小さくすることができる。これにより、タービンや圧縮機の羽根とケーシングとの間の隙間を小さく設定することが可能となり、圧縮機における圧縮率あるいはタービンにおける変換効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、軸をラジアル方向及びスラスト方向に相対支持するフォイル軸受において、部品数を削減できると共に、軸のスラスト方向の相対的な移動許容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】マイクロガスタービン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組み込まれた、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受の軸方向断面図である。
【図３】上記フォイル軸受の一部を切り欠いた分解斜視図である。
【図４】上記フォイル軸受の軸直交方向断面図である。
【図５】他の実施形態に係るフォイル軸受の軸方向断面図である。
【図６】他の実施形態に係るフォイル軸受の軸直交方向断面図である。
【図７】過給機を概念的に示す図である。
【図８】軸受隙間をスラスト方向に形成したフォイル軸受の断面図である。
【図９】軸受隙間をスラスト方向に対して傾斜した方向に形成したフォイル軸受の断面図である。
【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、マイクロガスタービン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及び圧縮機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、及び発電機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、このときの高温、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。
【００２０】
図２に、ロータの支持構造、特に、タービン１と圧縮機２との軸方向間における支持構造を示す。この領域は高温、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、空気動圧軸受、特にフォイル軸受１０が適用される。
【００２１】
本実施形態のフォイル軸受１０は、軸方向に並べて配された第１軸受部２０及び第２軸受部２０’で構成される。第１軸受部２０は、図３の分解図に示すように、軸６から外周に突出して設けられた環状の突出部２１と、突出部２１の外周に設けられた環状の外側部材２２と、突出部２１と外側部材２２との間に設けられたフォイル部材２３とを備える。第２軸受部２０は、第１軸受部２０を軸方向で反転させた構成を成し、突出部２１’、外側部材２２’、及びフォイル部材２３’とを備える。尚、図３では、フォイル軸受１０の円周方向一部を切り欠いて示しているが、実際は、図４に示すように、突出部２１、２１’及び外側部材２２、２２’は全周で連続した環状を成し、フォイル部材２３、２３’はほぼ全周に設けられる。
【００２２】
第１軸受部２０の突出部２１は軸６の外周面６ａに固定され、外側部材２２はケーシング３０の内周に固定される（図２参照）。第１軸受部２０は互いに対向する一対の第１テーパ面を有し、図示例では、突出部２１に形成された第１テーパ状外周面２１ａ、及び、外側部材２２に形成された第１テーパ状内周面２２ａを有する。第１テーパ状外周面２１ａと第１テーパ状内周面２２ａとは、軸方向に対する傾斜角度が同じである。
【００２３】
フォイル部材２３は、可撓性のある軸受面Ａを有し、突出部２１の第１テーパ状外周面２１ａと外側部材２２の第１テーパ状内周面２２ａとの間のテーパ状の空間に配置される。本実施形態では、図４に示すように、固定側に設けられた外側部材２２の第１テーパ状内周面２２ａにフォイル部材２３が固定され、回転側に設けられた突出部２１の第１テーパ状外周面２１ａとフォイル部材２３の軸受面Ａとの間に軸受隙間Ｓが形成される。尚、実際の軸受隙間Ｓの幅は数十μｍ程度の微小なものであるが、図４ではその幅を誇張して描いている。
【００２４】
本実施形態のフォイル部材２３は、軸受面Ａを有する金属製のトップフォイル２３ａと、トップフォイル２３ａを弾性支持する金属製のバックフォイル２３ｂとからなる、いわゆるバンプフォイル型である（図３参照）。トップフォイル２３ａは、１枚のテーパ状のフォイルからなり、内周面に軸受面Ａが設けられる（図４参照）。軸受面Ａは、孔や段差のない平滑なテーパ面状をなす。トップフォイル２３ａの一端２３ａ１は、外側部材２２の内周面２２ａに形成された溝２２ｂに嵌合固定される。バックフォイル２３ｂは、全体的にテーパ状を成した１枚のフォイルからなり、トップフォイル２３ａと外側部材２２との間に配置される。バックフォイル２３ｂには、円周方向複数箇所から外径に向けて突出した屈曲部２３ｂ１が設けられる。バックフォイル２３ｂの一端２３ｂ３は、外側部材２２の内周面２２ａの溝２２ｂに嵌合固定される。バックフォイル２３ｂの屈曲部２３ｂ１の外径端が外側部材２２の第１テーパ状内周面２２ａと当接すると共に、バックフォイル２３ｂの内周面２３ｂ２がトップフォイル２３ａの外周面に当接することで、トップフォイル２３ａがバックフォイル２３ｂにより外周から弾性的に支持される。
【００２５】
トップフォイル２３ａ及びバックフォイル２３ｂ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薄膜の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。
【００２６】
第２軸受部２０’は互いに対向する一対の第２テーパ面を有し、本実施形態では図２に示すように、突出部２１’に形成された第２テーパ状外周面２１ａ’、及び、外側部材２２’に形成された第２テーパ状内周面２２ａ’を有する。第１軸受部２０の第１テーパ面は軸方向一方側（タービン１側、図中右側）に大径部を配し、第２軸受部２０’の第２テーパ面は軸方向他方側（圧縮機２側、図中左側）に大径部を配している。その結果、第１テーパ面及び第２テーパ面は、大径部が軸方向内側に配され、小径部が軸方向外側に配される。尚、第２軸受部２０’の各構成は、第１軸受部２０の各構成を軸方向で反転させたものであるため、対応する構成の符号に「’」を付して示し、詳しい説明は省略する。
【００２７】
軸６が円周方向一方に回転すると、フォイル軸受１０の第１軸受部２０及び第２軸受部２０’の軸受面Ａ、Ａ’と突出部２１、２１’のテーパ状外周面２１ａ、２１ａ’との間に軸受隙間Ｓ、Ｓ’が形成され、この軸受隙間Ｓ、Ｓ’に生じる流体膜で、軸６がラジアル方向及びスラスト両方向に非接触支持される（図２参照）。特に、図２に示すように軸６を地面と平行にして回転させる場合、外側部材２２、２２’に対して軸６が自重により下方に偏心するため、これらの間に円周方向一方に向けて狭まった楔状の軸受隙間Ｓ、Ｓ’が形成される。そして、軸６の回転に伴って楔状の軸受隙間Ｓ、Ｓ’の流体が幅狭側へ押し込まれることにより、流体膜の圧力が高められる。
【００２８】
このとき、トップフォイル２３ａ、２３ａ’及びバックフォイル２３ｂ、２３ｂ’の有する可撓性により、トップフォイル２３ａ、２３ａ’の軸受面Ａ、Ａ’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、軸受隙間Ｓは運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温、高速回転といった過酷な条件下でも、軸受隙間Ｓ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。
【００２９】
このように、テーパ状の軸受面Ａ、Ａ’とテーパ状外周面２１ａ、２１ａ’との間に軸受隙間Ｓ、Ｓ’を形成することで、各軸受隙間Ｓ、Ｓ’に生じる流体膜で軸６をラジアル方向及びスラスト方向に支持することができる。また、第１テーパ面と第２テーパ面とを軸方向対称に設けることで、軸６を両スラスト方向に支持することができる。
【００３０】
また、軸受隙間Ｓ、Ｓ’がスラスト方向に対して傾斜した方向（テーパ状の軸受面Ａ、Ａ’の法線方向）に形成されるため、軸受隙間がスラスト方向に形成される場合と比べて、軸６のスラスト方向の移動許容量を小さくすることができる（図８及び図９参照）。これにより、図２に示すように、タービン１とこれを内周に収容するハウジング３１との間のスラスト方向隙間Ｔ１、及び、圧縮機２とこれを内周に収容するハウジング３２との間のスラスト方向隙間Ｔ２を小さく設定することができ、タービン１による変換効率、及び、圧縮機２による圧縮率を高めることができる。
【００３１】
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おいて、トップフォイル２３ａ、２３ａ’の軸受面Ａ、Ａ’や突出部２１、２１’のテーパ状外周面２１ａ、２１ａ’に表面粗さ以上の厚さの空気膜を形成することが困難となる。そのため、軸受面Ａ、Ａ’とテーパ状外周面２１ａ、２１ａ’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Ａ、Ａ’には、表面を低摩擦化する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、これらで被膜を形成することにより、軸受面Ａ、Ａ’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。尚、上記のような被膜を、軸受面Ａ、Ａ’に形成する代わりに、あるいはこれに加えて、これらの面と対向する突出部２１、２１’のテーパ状外周面２１ａ、２１ａ’に形成してもよい。
【００３２】
また、軸受の運転中は、トップフォイル２３ａの裏面（軸受面Ａと反対側の面）とバックフォイル２３ｂの内周面２３ｂ２との間や、バックフォイル２３ｂの屈曲部２３ｂ１と外側部材２２、２２’のテーパ状内周面２２ａ、２２ａ’との間でも微小摺動が生じるため、この摺動部分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。
【００３３】
本発明は上記の実施形態に限られない。尚、以下の説明において、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。
【００３４】
例えば、図５に示す実施形態では、第１軸受部２０及び第２軸受部２０’を、第１テーパ面及び第２テーパ面の大径部が軸方向外側に配されるように配置している。これにより、軸受隙間Ｓ、Ｓ’の大径部間の軸方向距離を、図２に示す実施形態よりも大きくすることができる。軸６（突出部２１、２１’）の外側部材２２、２２’に対する周速は、第１テー面及び第２テーパ面の大径側ほど速くなるため、軸受隙間Ｓ、Ｓ’に生じる流体膜の圧力は、第１テーパ面及び第２テーパ面の大径部で最も高くなる。従って、図５に示すように、軸受隙間Ｓ、Ｓ’の大径部間の軸方向距離（軸受スパン）を大きくすることで、フォイル軸受１０の軸受剛性、とくにモーメント剛性を高めることができる。
【００３５】
また、以上の実施形態では、第１テーパ面と第２テーパ面とが軸方向で対称な形状である場合を示したが、これに限らず、これらの傾斜角度を異ならせてもよい。
【００３６】
また、以上の実施形態では、フォイル軸受１０の第１軸受部２０及び第２軸受部２０’をバンプフォイル型のフォイル軸受で構成した場合を示したが、これに限らず、第１軸受部２０及び第２軸受部２０’の何れか一方又は双方を、複数のリーフフォイルを円周方向に並べて配した、いわゆるリーフ型のフォイル軸受で構成してもよい。
【００３７】
具体的には、例えば図６に示すように、外側部材２２のテーパ状内周面２２ａに、フォイル部材としての複数のリーフフォイル（リーフ２４）を円周方向に並べて配することができる。各リーフ２４は、金属製の薄膜フォイルで形成され、円周方向一方（軸６の回転方向（矢印参照）先行側）の端部２４ａが自由端とされ、円周方向他方の端部２４ｂが外側部材２２に固定される。リーフ２４の固定端２４ｂは、外側部材２２の内周面２２ａに形成された溝２２ｃに嵌合固定される。リーフ２４の自由端２４ａ側の一部領域は、他のリーフ２４と半径方向に重ねて配される。複数のリーフ１２の内径側の面は、孔や段差のない平滑な軸受面Ａを構成し、各リーフ２４の軸受面Ａと突出部２１の外周面２１ａとの間に、円周方向一方へ向けて半径方向幅を狭めた楔状の軸受隙間Ｓが形成される。
【００３８】
ところで、バンプフォイル型のフォイル軸受において、軸６を地面と平行にして回転させる場合（図２参照）、上述のように外側部材２２、２２’に対して軸６が自重により下方に偏心することでこれらの間に楔状の軸受隙間が形成される。しかし、例えば軸６を地面と垂直にして回転させる場合、軸６が、自重によりテーパ面に沿って軸受中心に調心されるため、楔状の軸受隙間が形成されず、流体膜の圧力が高まりにくい。これに対し、図６に示すリーフ型のフォイル軸受では、軸６が軸受中心に配された状態でも楔状の軸受隙間Ｓが形成されるため、軸６の偏心状態によらず高い圧力を発生させることができる。従って、部品点数を削減できる点、及び、バックフォイルのバネ性を容易に調整できる観点からは、バンプフォイル型のフォイル軸受を採用することが好ましい。一方、軸６が地面と垂直な場合や、ラジアル荷重よりスラスト荷重の方が大きい場合には、リーフ型のフォイル軸受を採用することが好ましい。
【００３９】
また、以上の実施形態では、フォイル軸受１０を、軸６をスラスト方向一方に支持する第１軸受部２０と、スラスト方向他方に支持する第２軸受部２０’とで構成した場合を示したが、これに限らず、フォイル軸受１０を何れか一方の軸受部のみで構成してもよい。
【００４０】
また、以上の実施形態では、固定側の部材（外側部材２２、２２’）にフォイル部材２３、２３’を固定した場合を示したが、これとは逆に、フォイル部材２３、２３’を回転側の部材（軸６の突出部２１，２１’）に固定してもよい。この場合、フォイル部材２３、２３’の軸受面Ａと外側部材２２、２２’のテーパ状内周面２２ａ、２２ａ’との間に、軸受隙間Ｓ、Ｓ’が形成される。ただし、フォイル部材を回転側の部材に固定すると、フォイル部材が高速で回転するため、遠心力によりフォイルが変形する恐れがある。従って、フォイルの変形を回避する観点からは、上記の実施形態のようにフォイル部材を固定側の部材に取り付けることが好ましい。
【００４１】
また、以上の実施形態では、本発明に係るスラストフォイル軸受２０をガスタービンに適用した場合を示したが、これに限らず、例えば図７に示すような過給機に適用してもよい。この過給機は、エンジン６３に空気を送り込むいわゆるターボチャージャであり、圧縮機６１と、タービン６２とを備える。圧縮機６１及びタービン６２は軸６で連結されている。軸６は、ラジアルフォイル軸受１０とスラストフォイル軸受２０とでラジアル方向及び両スラスト方向に支持される。図示例では、ラジアルフォイル軸受１０を軸方向に離隔した２箇所に設けている。図示しない吸気口から吸入された空気は、圧縮機６１で圧縮され、燃料を混合してエンジン６３に供給される。エンジン６３で燃料を混合した圧縮空気を燃焼させ、エンジン６３から排気された高温、高圧のガスでタービン６２を回転させる。このときのタービン６２の回転力が、軸６を介して圧縮機６１に伝達される。タービン６２を回転させた後のガスは、排ガスとして外部に排出される。
【００４２】
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。
【００４３】
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】
【００４４】
１     タービン
２     圧縮機
３     発電機
４     燃焼器
５     再生器
６     軸
７     吸気口
８     インバータ
９     排熱回収装置
１０   フォイル軸受
２０   第１軸受部
２０’ 第２軸受部
２１、２１’  突出部
２１ａ        第１テーパ状外周面（第１テーパ面）
２１ａ’      第２テーパ状外周面（第２テーパ面）
２２、２２’  外側部材
２２ａ        第１テーパ状内周面（第１テーパ面）
２２ａ’      第２テーパ状内周面（第２テーパ面）
２３、２３’  フォイル部材
２３ａ トップフォイル
２３ｂ バックフォイル
２３ｂ１      屈曲部
２３ｂ２      連結部
Ａ、Ａ’      軸受面
Ｓ、Ｓ’      軸受隙間
【図１】
2013032797.tif 000003
【図２】
2013032797.tif 000004
【図３】
2013032797.tif 000005
【図４】
2013032797.tif 000006
【図５】
2013032797.tif 000007
【図６】
2013032797.tif 000008
【図７】
2013032797.tif 000009
【図８】
2013032797.tif 000010
【図９】
2013032797.tif 000011