(57)【要約】【課題】起動時に軸を迅速に浮上できるようにしたフォイル軸受を提供する。【解決手段】回転方向の複数個所に配置された各フォイル１２のトップフォイル部１２ａ１に被膜２１を形成する。この被膜２１に、その表面から突出した状態で多数の粒子２２を保持させる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォイルホルダと、フォイルホルダに対して相対回転する軸部材と、フォイルホルダに保持され、前記相対回転方向の複数箇所に配置されたフォイルとを備え、前記フォイルに、フィルホルダに弾性的に支持され、かつ軸部材との間に軸受隙間を形成するトップフォイル部を設けたフォイル軸受において、
トップフォイル部の前記軸受隙間を形成する面、および軸部材の前記軸受隙間を形成する面のうち、何れか一方または双方に被膜が形成され、かつ当該被膜に、その表面から突出した状態で粒子が保持されていることを特徴とするフォイル軸受。
【請求項２】
前記粒子の粒子径を、前記軸受隙間の最小幅よりも小さくした請求項１に記載のフォイル軸受。
【請求項３】
前記粒子を、フォイルおよび軸部材の何れか一方または双方の素材と同種の材料で形成した請求項１に記載のフォイル軸受。
【請求項４】
前記粒子を、フォイルおよび軸部材の何れの素材とも異なる異種の材料で形成した請求項１に記載のフォイル軸受。
【請求項５】
トップフォイル部に、軸受隙間の圧力発生流体を前記相対回転方向と直交する方向の中央側に集める段差を形成した請求項１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、フォイル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械（例えばガスタービンやターボチャージャ）の主軸は高温環境下で高速回転する。また、ターボ機械では、エネルギー効率の観点から油循環用の補機を別途設けることが困難な場合がある他、潤滑油のせん断抵抗が主軸の高速回転化の阻害要因となる場合がある。そのため、ターボ機械の主軸の支持用軸受としては、潤滑油を使用した転がり軸受や動圧軸受ではなく、圧力発生流体として空気を用いる空気動圧軸受を使用する場合が多い。
【０００３】
空気動圧軸受としては、回転側の軸受面と静止側の軸受面の双方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、両軸受面間に形成される軸受隙間の隙間幅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称される自励的な軸の振れ回りが生じ易くなる。従って、一般的な空気動圧軸受において、軸受性能を安定的に発揮するには、軸受隙間の隙間幅を高精度に管理する必要がある。しかしながら、ターボ機械のように温度変化の大きい環境では、熱膨張の影響で軸受隙間の隙間幅が変動し易いため、軸受性能を安定的に発揮させるのが困難である。
【０００４】
ホワールが生じ難く、かつ温度変化の大きい環境下でも軸受隙間の隙間幅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金属薄板（フォイル）で軸受面を構成し、この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り、軸受隙間が運転条件等に応じた適切な幅に自動調整されるという特徴を有する。例えば下記の特許文献１に、ラジアル荷重を支持するラジアルフォイル軸受の一例が開示されている。
【０００５】
ところで、フォイル軸受では、特に軸の低速回転時に、軸受隙間に形成される空気膜の剛性（圧力）が十分に高まっていないため、両軸受面が繰り返し摺動接触する。このような摺動接触に伴う軸受面の摩耗や回転トルクの上昇を抑制するため、特許文献１には、図１２に示すように、軸６との間で軸受隙間Ｃを形成する各フォイル１２の表面に、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等の被膜２１を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−９２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸の停止中は、図１３に示すように、軸６の外周面とフォイル１２の表面に形成した被膜２１が広範囲にわたって接触した状態にある。この状態で、軸６の回転を開始しても、密着状態の軸６の外周面と被膜２１の間に空気がスムーズに引き込まれないため、楔空間で流体動圧が発生せずに軸６の浮上が遅れる点が問題となる。軸の浮上遅れは、エネルギーロス等の種々の不具合を招く。
【０００８】
そこで、本発明は、起動時に軸を迅速に浮上できるようにしたフォイル軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は、フォイルホルダと、フォイルホルダに対して相対回転する軸部材と、フォイルホルダに保持され、前記相対回転方向の複数箇所に配置されたフォイルとを備え、前記フォイルに、フィルホルダに弾性的に支持され、かつ軸部材との間に軸受隙間を形成するトップフォイル部を設けたフォイル軸受において、トップフォイル部の前記軸受隙間を形成する面、および軸部材の前記軸受隙間を形成する面のうち、何れか一方または双方に被膜が形成され、かつ当該被膜に、その表面から突出した状態で粒子が保持されていることを特徴とする。
【００１０】
このように被膜で多数の粒子を保持し、かつ粒子を被膜の表面に突出させることにより、回転側部材（例えば軸）の停止中は、軸受隙間を介して対向する二つの面の間に介在した粒子がスペーサとして機能するため、当該二つの面の間に微小隙間が形成される。この場合、軸の回転開始直後からこの微小隙間に空気が引きこまれやすくなるため、楔空間に速やかに流体動圧を発生させて軸を早期に浮上させることが可能となる。
【００１１】
粒子の粒径を、軸受隙間の最小幅よりも小さくすることにより、被膜から脱落した粒子が軸の回転中に軸受隙間の最小幅部に噛み込みにくくなる。そのため、軸の不安定挙動を抑制することができる。
【００１２】
粒子は、フォイルおよび軸部材の何れか一方または双方の素材と同種の材料、あるいはフォイルおよび軸部材の何れの素材とも異なる異種の材料で形成することができる。
【００１３】
トップフォイル部に、圧力発生流体を軸受隙間の中央側に集める段差を形成することにより、被膜から脱落した粒子が軸受隙間から漏れ出し難くなる。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、楔空間に速やかに流体動圧を発生させて軸を早期に浮上させることができる。そのため、回転側の部材を迅速に定常回転状態に移行させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロガスタービンの概略構成を示す図である。
【図２】マイクロガスタービンのロータ支持構造の概略構成を示す図である。
【図３】本発明にかかるフォイル軸受の断面図である。
【図４】フォイルの平面図である。
【図５】連結した二枚のフォイルを示す平面図である。
【図６】三枚のフォイルを仮組みした状態を示す斜視図である。
【図７】フォイルの仮組体をフォイルホルダに取り付ける様子を示す斜視図である。
【図８】フォイル重複部を拡大して示す断面図である。
【図９】トップフォイル部を拡大して示す断面図である（軸の定常回転状態）。
【図１０】トップフォイル部を拡大して示す断面図である（軸の回転開始直後）。
【図１１】ラジアルフォイル軸受の他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】従来のフォイル軸受のトップフォイル部を拡大して示す断面図である（軸の定常運転状態）。
【図１３】従来のフォイル軸受のトップフォイル部を拡大して示す断面図である（軸の回転開始直後）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に、ターボ機械の一例として、マイクロガスタービンと称されるガスタービン装置の構成を概念的に示す。このガスタービン装置は、主要な構成として、翼列を形成したタービン１と、圧縮機２と、発電機３と、燃焼器４と、再生器５とを備える。タービン１および圧縮機２は、水平方向に延びる軸６に取り付けられて軸６と共に回転側のロータを構成する。軸６の軸方向一端は発電機３に連結されている。このマイクロガスタービンが運転されると、吸気口７から空気が吸入され、吸入された空気は、圧縮機２で圧縮されると共に再生器５で加熱された上で燃焼器４に送り込まれる。燃焼器４は、圧縮・加熱された空気に燃料を混合してこれを燃焼させることにより高温・高圧のガスを発生させ、このガスによりタービン１を回転させる。タービン１が回転すると、その回転力が軸６を介して発電機３に伝達され、発電機３が回転駆動される。発電機３が回転駆動することにより生じた電力は、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。
【００１８】
図２に、図１に示した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概念的に示す。この支持構造では、軸６の周囲にラジアル軸受１０が配置され、軸６に設けたフランジ部６ｂの軸方向両側にそれぞれスラスト軸受３０が配置される。これらラジアル軸受１０およびスラスト軸受３０により、軸６がラジアル方向およびスラスト両方向に回転自在に支持される。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に隣接している関係上高温雰囲気となる。加えて、軸６は、数万ｒｐｍ以上の回転速度で回転する。そのため、この支持構造で使用する軸受１０，３０としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適合する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態であって、上記の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を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図３に示すように、ラジアルフォイル軸受１０は、円筒面状の内周面１１ａを有するフォイルホルダ１１と、フォイルホルダ１１の内周面１１ａ上で、軸６の回転方向の複数箇所に配置されたフォイル１２とを有する。図示例のフォイル軸受１０は、内周面１１ａに３枚のフォイル１２が周方向に並べて配置された、いわゆる多円弧型のフォイル軸受である。フォイル１２の内径側に軸６が挿入される。
【００２１】
フォイルホルダ１１は、例えば焼結金属や溶製材等の金属（例えば鋼材）で形成することができる。内周面１１ａのうち、回転方向Ｒに離隔した複数箇所（フォイル数と同数）には、各フォイル１２の取り付け部となる軸方向溝１１ｂが形成されている。
【００２２】
フォイル１２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を、プレス加工等により所定形状に加工することで形成される。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、雰囲気に潤滑油が存在せず油による防錆効果が期待できないため、錆による腐食が発生し易くなる。また、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。
【００２３】
図４に示すように、フォイル１２は、軸６の回転方向Ｒ側の第一領域１２ａと、反回転方向側の第二領域１２ｂとを有する。
【００２４】
第一領域１２ａは、軸受面Ｘを形成するトップフォイル部１２ａ１と、トップフォイル部１２ａ１の表面に沿い、かつ回転方向Ｒと直交する方向Ｎ（以下、単に「直交方向Ｎ」と呼ぶ）の両端および中央に設けられ、かつ、それぞれ回転方向Ｒに突出する凸部１２ａ２とを有する。凸部１２ａ２の基端部には、フォイル縁部から反回転方向に延びる微小な切り込み１２ａ３が設けられている。
【００２５】
第二領域１２ｂの後端１２ｄ（反回転方向側の端部）には、前記直交方向Ｎに離隔して、回転方向Ｒに向けて凹んだ二つの切り欠き部１２ｂ２が形成される。各切り欠き部１２ｂ２の前記直交方向Ｎにおける幅寸法は、回転方向Ｒに向けて徐々に縮小している。本実施形態では、切り欠き部１２ｂ２全体を円弧状に形成した場合を例示しているが、各切り欠き部１２ｂ２は、頂部を尖端状とした略Ｖ字状に形成することもできる。各切り欠き部１２ｂ２の前記直交方向両側には、それぞれ反回転方向に突出する突出部１２ｂ１が形成されている。
【００２６】
第一領域１２ａと第二領域１２ｂの境界で、かつ前記直交方向Ｎの両端および中央には、隣接するフォイル１２の凸部１２ａ２が差し込まれる差込口１２ｃ１、１２ｃ２、１２ｃ１が設けられる。このうち、両端の差込口１２ｃ１は、前記直交方向Ｎに直線状に延びて、フォイル１２の両端部にそれぞれ開口している。中央の差込口１２ｃ２は、前記直交方向Ｎに沿って延びる直線状の切り欠き部分と、該切り欠き部分から反回転方向側に延び、その先端を円弧状とした幅広の切り欠き部分とからなる。各差込口１２ｃ１，１２ｃ２，１２ｃ１の間の領域１２ｃ３により、第一領域１２ａと第二領域１２ｂが連結された状態にある。
【００２７】
図５に示すように、一方のフォイル１２の各凸部１２ａ２、１２ａ２、１２ａ２を、隣接するフォイル１２の差込口１２ｃ１、１２ｃ２、１２ｃ１にそれぞれ差し込むことにより、２枚のフォイル１２を連結する事ができる。同図中では、組み合わせ後の二つのフォイル１２のうち、一方のフォイル１２にグレーの色を付している。
【００２８】
そして、図６に示すように、３枚のフォイル１２を図５と同様の結合手法により周状に連結する事で、各フォイル１２を仮組みの状態にする事ができる。この仮組体を、図７に示すように、筒状にしてフォイルホルダ１１の内周に矢印Ｂ２の方向へ挿入する事で、フォイル軸受１０が組み立てられる。具体的には、３枚のフォイル１２の仮組体をフォイルホルダ１１の内周に挿入しながら、各フォイル１２の凸部１２ａ２を、フォイルホルダ１１の一方の端面に開口した軸方向溝１１ｂ（図７参照）に軸方向一方側から差込む。以上により、３枚のフォイル１２が、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに回転方向Ｒに並べた状態で取り付けられる。
【００２９】
この状態では、図８に示すように、各フォイル１２の回転方向Ｒの端部に形成された凸部１２ａ２は、隣接するフォイル１２の背後でフォイルホルダ１１に保持される。具体的には、各フォイル１２の凸部１２ａ２は、隣接するフォイル１２の差込口１２ｃ１（１２ｃ２）を介して、フォイルホルダ１１の軸方向溝１１ｂに嵌合している。一方、各フォイル１２の反回転方向側に位置する第二領域１２ｂは、隣接するフォイル１２のトップフォイル部１２ａ１とフォイルホルダ１１の内周面１１ａとの間に配されてアンダーフォイル部を構成する。アンダーフォイル部１２ｂは、隣接するフォイル１２のトップフォイル部１２ａ１を背後から弾性的に支持する支持部として機能する。トップフォイル部１２ａ１とアンダーフォイル部１２ｂが重なり合った部分はフォイル重複部Ｗを構成する。このフォイル重複部Ｗは、回転方向Ｒの複数箇所（本実施形態では三カ所）に形成される。
【００３０】
このフォイル軸受１０では、図３に示すように、各フォイル１２の回転方向Ｒ側の一端（凸部１２ａ２）がフォイルホルダ１１に取り付けられると共に、反回転方向側の領域が他のフォイル１２と係合した状態にある。これにより、隣接するフォイル１２同士が回転方向Ｒで互いに突っ張り合った状態となるため、各フォイル１２のトップフォイル部１２ａ１がフォイルホルダ１１側に張り出し、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに沿った形状に湾曲する。各フォイル１２の回転方向Ｒ側への移動は、各フォイル１２の凸部１２ａ２が軸方向溝１１ｂに突き当たるために規制されるが、各フォイル１２の反回転方向側への移動は規制されず、各フォイル１２は反回転方向に移動可能の状態にある。
【００３１】
図８に示すように、軸方向溝１１ｂがフォイルホルダ１１の内周面の接線方向に対して角度θ１だけ傾斜して設けられるため、軸方向溝１１に挿入された凸部１２ａ２の近傍では、トップフォイル部１２ａ１がフォイル１２全体の湾曲方向（フォイルホルダ１１の内周面１１ａの湾曲方向）と逆方向に湾曲しようとする。また、トップフォイル部１２ａ１は、アンダーフォイル部１２ｂに乗り上げることで、フォイルホルダ１１の内周面１１aから離反する方向に傾斜した状態で立ち上がる。これらの作用により、トップフォイル部１２ａ１がフォイルホルダ１１に弾性的に支持された状態となり、そのためにトップフォイル部１２ａ１が軸６の変位や熱膨張等に追従して変形可能となる。
【００３２】
図３に示すように、軸６の一方向回転中は、トップフォイル部１２ａ１の軸受面Ｘと軸６の外周面の間に楔空間が形成される。この楔空間に生じた空気膜の圧力により、軸６が浮上力を受けるため、各フォイル１２の軸受面Ｘと軸６の間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１２に対して非接触の状態で回転自在に支持される。トップフォイル部１２ａ１の弾性変形により、ラジアル軸受隙間Ｃの隙間幅は運転条件等に応じた適正幅に自動調整されるため、軸６の回転が安定的に支持される。なお、図３においては理解の容易化のためラジアル軸受隙間Ｃの隙間幅を誇張して描いている（図９〜図１２も同じ）。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように、各フォイル１２の第二領域１２ｂの後端１２ｄに切り欠き部１２ｂ２を設けている。軸６の回転中は、流体圧力により、フォイル重複部Ｗのトップフォイル部１２ａ１がアンダーフォイル部１２ｂに押さえ付けられて弾性変形するため、アンダーフォイル部１２ｂに乗り上げたトップフォイル１２ａ１には、軸受隙間Ｃの幅方向の段差が形成される。この段差は、切り欠き部１２ｂ２のヘリングボーン形状に対応した形状となる。トップフォイル部１２ａ１に沿って流れる流体は、上記の段差に沿って流れるため（矢印を参照）、軸受隙間Ｃのうち、前記直交方向Ｎの二カ所に流体の圧力発生部が形成される。これにより、軸６の浮上効果を高めつつモーメント荷重を支持することが可能となる。本実施形態では、図４に示すように、トップフォイル部１２ａ１に微小な切り込み１２ａ３を形成してトップフォイル部１２ａ１の剛性を低下させているため、トップフォイル部１２ａ１が切り欠き部１２ｂ２に沿って変形する際にも、その変形がスムーズに行われる。
【００３４】
既に述べたように、フォイル軸受１０においては、軸６の回転開始直後および軸６の停止直前にトップフォイル部１２ａ１と軸６の外周面が接触する。この接触部における耐摩耗性や潤滑性の向上を図るため、図９に示すように、軸受隙間Ｃを介して対向する軸６の外周面およびトップフォイル部１２ａ１の表面（軸と対向する面）のうち、何れか一方または双方に被膜２１が形成される（図９ではトップフォイル部１２ａ１の表面に被膜２１を形成した場合を例示している）。この被膜２１としては、例えばＤＬＣ膜、チタンアルミナイトライド膜、二硫化タングステン膜、二硫化モリブデン膜、あるいは樹脂膜等が使用可能である。なお、被膜２１は少なくともトップフォイル部１２ａ１の表面に形成されるが、これ以外のフォイル１２の面（例えばフォイル１２の裏面も含む全面）に被膜２１を形成する場合もある。また、フォイルホルダ１１の内周面１１ａに被膜２１を形成する場合もある。
【００３５】
本発明では、図９に示すように、被膜２１に、被膜表面から突出した状態で多数の粒子２２が保持される。このような粒子２２を保持した被膜２１は、例えば粒子２２（二硫化モリブデン等）の粉末を樹脂やセラミックなどのバインダ成分中に分散させ、これをフォイル１２に塗布し、さらに必要に応じて焼成する等の手順で形成することができる。
【００３６】
このように被膜２１で多数の粒子２２を保持し、かつ粒子２２を被膜２１の表面に突出させることにより、図１０に示すように軸６の停止中は、粒子２２がスペーサとして機能するため、軸受隙間Ｃを介して対向する二つの面（本実施形態では軸６の外周面と被膜２１の表面）の間に微小な隙間Ｃｓが形成される。この場合、軸６の回転開始直後からこの微小な隙間Ｃｓに空気が引きこまれやすくなるため（図中の黒塗り矢印で空気の流れを示す）、楔空間に速やかに十分な空気圧（動圧）を発生させて軸６を浮上させることができる。そのため、軸６を迅速に定常回転に移行させることが可能となる。
【００３７】
被膜２１に保持された粒子２２は、経時的には、被膜２１の摩耗あるいは外力の負荷等によって被膜２１から脱落する。脱落した粒子２２は、軸６の回転中に軸受隙間Ｃを浮遊・流動するが、上記のとおり、軸６の回転中はトップフォイル部１２ａ１にアンダーフォイル部１２ｂの切り欠き部１２ｂ１の形状に対応した段差が形成され、この段差により空気が軸方向の両端から中央側に集められるため、粒子２２が軸受隙間Ｃの軸方向両端から外部に漏れ出ることはない。また、軸６の停止中は、脱落した粒子２２がファンデルワールス力等により、軸６の外周面やトップフォイル部１２ａ１の表面に付着するため、軸受隙間Ｃからの粒子の漏れも抑制される。従って、フォイル軸受１０を長期間使用しても、軸受隙間Ｃ内の粒子２２が完全に枯渇することはない。
【００３８】
被膜２１からの脱落後、軸６の外周面やトップフォイル部１２ａ１の表面に付着した粒子２２は、図１０に示す場合と同様に、軸６の回転開始直後に軸受隙間Ｃを挟んで対向する二つの面の間にスペーサとして介在し、軸６とフォイル１２の間に微小隙間Ｃｓを形成する。そのため、仮に被膜２１の摩耗等により被膜２１に保持された全ての粒子２２が脱落した場合でも、上記と同様に微小隙間Ｃｓを形成し、速やかに軸６を浮上させることができる。従って、フォイル軸受１０の長期使用時も、軸６を迅速に定常回転状態に移行させることができる。
【００３９】
軸６の回転中に、軸受隙間Ｃを形成する二つの面の間に被膜２１から脱落した粒子２２が噛み込んだ場合でも、軸６の回転に伴って粒子２２が転動するため、フォイル１２と軸６の間に生じる摩擦力を低減することができる。従って、被膜２１の摩耗が進んだ場合でも、トップフォイル部１２ａ１の表面や軸６の外周面が急激に摩耗することはない。このように両面がマイルドに摩耗するため、トップフォイル部１２ａ１や軸６が直ちに致命的なダメージ（凝着や焼き付き等）を受けることはない。このマイルド摩耗により生じた摩耗粉や被膜２１の摩耗粉は、上記の粒子２２と同等の機能を奏し、軸６の停止時に微小隙間Ｃｓを形成するため、何らかの要因で軸受隙間Ｃ内の粒子２２数が減少した場合も、軸６を迅速に定常回転に移行させることができる。なお、軸６やフォイル１２を何れも鋼材料で形成した場合、これら部材が摩耗することで生じた摩耗粉は、直ちに酸化されて酸化鉄となる。
【００４０】
粒子２２の硬度がトップフォイル部１２ａ１の表面や軸６の外周面の硬度よりも高い場合には、粒子２２が砥粒として機能し、母材の摩耗粉（この摩耗粉が酸化することで形成される酸化物粉末も含む）の生成が促進される。この摩耗粉は上記のとおり、起動時の隙間Ｃｓの形成に寄与するものであるから、摩耗粉の生成が促進されること自体には特に問題はない。一方、粒子２２の硬度がトップフォイル部１２ａ１の表面や軸６の表面と同程度、あるいはそれ以下の場合には、トップフォイル部１２ａ１の表面と軸６の表面の間に粒子２２が噛み込みにくくなるため、軸６の不安定挙動（回転トルクの変動等）を抑制することができる。従って、粒子２２の材質には、特別な制約はなく、例えば、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の金属酸化物の粉末、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）や二硫化タングステン（ＷＳ2）等の硫化物の粉末、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の軟質金属の粉末、黒鉛粉に代表される炭素系粉末等が粒子２２として広く使用可能である。以上で例示した粉末は、一種のみを用いても良いし、複数種を混合して使用しても良い。
【００４１】
特にフォイル１２および軸６の素材として鋼材料を使用した場合、前記粒子２２として酸化鉄を使用することで、粒子の主要元素（Ｆｅ）がフォイル１２および軸６の素材に含まれる主要元素と共通することになる。この場合、フォイル１２や軸部材６から生じた摩耗粉（酸化した摩耗粉）が粒子２２と同等の組成となり、かつ当該粒子２２と同等の機能を奏するため、微小隙間Ｃｓの管理がより容易なものとなり、軸６を安定して定常回転状態に移行させることが可能となる。また、前記粒子２２として、潤滑性に優れる粒子、例えば銅粉を使用した場合には、軸６とトップフォイル部１２ａ１との摺動接触部における摩擦力が低下するため、軸の不安定挙動を抑制することができる。
【００４２】
このように、粒子２２は、重要視される効果等を勘案し、フォイル１２および軸６の何れか一方または双方の素材と同種の材料（主要元素が共通する材料）で形成し、あるいはフォイル１２および軸６の何れの素材とも異なる異種材料（主要元素が互いに異なる材料）で形成することができる。
【００４３】
粒子２２の粒径は、軸受隙間Ｃの最小幅Ｃｍｉｎよりも小さくするのが好ましい。具体的には、レーザ回析・散乱法を用いて測定した時の粒子２２の平均粒径が軸受隙間Ｃの最小幅Ｃｍｉｎよりも小さくなるように粒子２２を選定する。これにより、軸６の定常回転中は、粒子２２が軸受隙間Ｃの最小幅部分をスムーズに通過するため、軸６の不安定挙動を低減することが可能となる。また、粒子２２の平均粒径が、軸６やトップフォイル部１２ａ１の表面粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定の算術平均粗さ）以上となるように粒子２２を選定するのが好ましい。
【００４４】
なお、被膜２１の形態は任意であり、図９等の例示のものには限定されない。例えば粒子２２を保持した被膜２１と、粒子２２を保持しない被膜２１とを軸受隙間Ｃの厚さ方向に交互に積層することも可能である。この場合、粒子２２を保持した被膜２１を軸受隙間Ｃに面する最上層に配置する必要がある。
【００４５】
また、本実施形態では、軸受内に存在する粒子２２を全て被膜２１で保持する場合を例示したが、必要に応じて、前記粒子２２と同種または異種の粒子からなる粉末を、被膜２１で保持することなく単独で軸受隙間Ｃ内に添加することもできる。この添加粒子の粒径は、前述の粒子２２と同程度が好ましい。この添加粒子も上述の微小隙間Ｃｓの形成に寄与し、粒子２２と同様の機能を奏する。
【００４６】
以上の説明では、フォイル軸受として、いわゆる多円弧型のラジアルフォイル軸受を例示したが、フォイル軸受の形態はこれに限られるものではなく、任意の形態のフォイル軸受に本発明を適用することができる。例えば図１１に示すように、回転方向Ｒに配置した各フォイル１２のうち、回転方向Ｒ側の端部（前端）をそれぞれ自由端とした、いわゆるリーフ型のフォイル軸受にも本発明を適用することができる。リーフ型のフォイル軸受では、フォイルホルダ１１に取り付けた各リーフ１２のうち、回転方向Ｒ側の領域がトップフォイル部１２ａ１を形成し、反回転側の領域がトップフォイル部１２ａ１の背後でトップフォイル部１２ａ１を支持するアンダーフォイル部１２ｂ（支持部）を構成する。アンダーフォイル部１２ｂにトップフォイル部１２ａ１が乗り上げることでトップフォイル部１２ａ１に弾性が付与される。また、図示は省略するが、軸６とトップフォイル部の間にスラスト軸受隙間を形成するスラストフォイル軸受（図２の符号３０参照）にも本発明を同様に適用することができる。
【００４７】
また、以上の説明では、軸６を回転側部材とし、フォイルホルダ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、フォイルホルダ１１を回転側部材とする場合にも本発明を適用することができる。但し、この場合はフォイル１２が回転側部材となるので、遠心力によるフォイル１２全体の変形を考慮してフォイル１２の設計を行う必要がある。
【００４８】
さらに、本発明にかかるフォイル軸受は、上述した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フォイル軸受としても使用することができる。以上の例示に限らず、本発明にかかるフォイル軸受は、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。また、本実施形態の各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず、圧力発生流体としてその他のガスを使用することもでき、あるいは水や油などの液体を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
６        軸
１０      フォイル軸受
１１      フォイルホルダ
１１ａ    内周面
１１ｂ    軸方向溝（取り付け部）
１２      フォイル
１２ａ    第一領域
１２ａ１  トップフォイル部
１２ｂ    第二領域（アンダーフォイル部）
１２ｂ１  突出部
１２ｂ２  切り欠き部
２１      被膜
２２      粒子
Ｒ        回転方向
【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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