(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非回転のスラスト軸受面（２６，２８）によって回転可能に支持されたスラストディスク（２４）と、前記スラストディスクと前記スラスト軸受面との間に作動可能に配置されかつ前記スラスト軸受面上に搭載された柔軟箔軸受とを含み、
前記柔軟箔軸受は、前記スラストディスクに面した表面上に収束くさび形チャネル及び発散くさび形チャネルを周方向に交互に形成する複数個の収束斜行路及び発散ジョグル部を有する柔軟な流体箔部材（４０）と、前記スラスト軸受面上に搭載されかつ前記スラスト軸受面と前記流体箔部材との間に配置されたばね箔部材（４２）とを含み、
前記ばね箔部材（４２）は、多数の比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）を有する複数のばね箔要素（５３，５５，５７）と、多数の比較的広幅のばねパッド（７１，９２）を有する少なくとも一つのばね箔要素（５４，５６）とを含み、前記比較的広幅のばねパッドは前記比較的狭幅のばねパッドよりも前記周方向において幅広であり、
前記比較的狭幅のばねパッドと前記比較的広幅のばねパッドとを軸方向に交互に設けて前記流体箔部材（４０）のためのティルティングパッド支持を構成した
ことを特徴とする柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項２】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、前記流体箔部材の各収束斜行路を、前記流体箔部材の各収束斜行路の後縁（４８）に向かって上るにつれて、前記比較的広幅のばねパッドを前記比較的狭幅のばねパッドによってそれぞれ支持しているラインで定義される支持／ピボットライン間の周方向間隔がより接近するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項３】
前記流体箔部材の各収束斜行路を、前記流体箔部材の各収束斜行路の後縁（４８）に向かって上る前記支持／ピボットラインが、３本であることを特徴とする請求項２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項４】
前記流体箔部材の各収束斜行路を、前記流体箔部材の各収束斜行路の後縁（４８）に向かって上る前記支持／ピボットラインが、４本であることを特徴とする請求項２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項５】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、前記流体箔部材の各収束斜行路を、前記流体箔部材の各収束斜行路の後縁（４８）に向かって上るにつれて、支持力及び支持ばねレートが増加するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項６】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、前記流体箔部材の各収束斜行路が前記スラストディスクに面する軸方向にくぼんだ輪郭をもつスクープ形状を保持することを保証することを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項７】
前記比較的狭幅のばねパッドは、放射方向に湾曲していることを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項８】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）は、丸みづけられたノーズ部をもつ略Ｖ字形をなしたシェブロン形状を有することを特徴とする請求項７記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項９】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）は、放射状にのびていることを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１０】
前記ばね箔部材は、３個の比較的狭幅のばね箔要素（５３，５５，５７）と、２個の比較的広幅のばね箔要素（７１,９２）とを含むことを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１１】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）の各々は、前記流体箔部材（４０）のための１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）ならびに１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７１）と、対の比較的狭幅のピボット支持及び対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）とを含み、前記１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）と、前記１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７１）と、前記対の比較的狭幅のピボット支持（８３）と、前記対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、前記３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）とは、組合わせて順番に配置され、前記流体箔部材（４０）のためのティルティングパッド支持を構成することを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１２】
前記スラスト軸受面（２６）を規定する軸受ハウジング（２２）と、
別のスラスト軸受面を規定したスラスト軸受プレート（２８）と、
前記軸受ハウジング内に回転可能に支持されかつ前記スラストディスク（２４）を含むシャフト（１６）であって、前記スラストディスクが前記二つのスラスト軸受面の間に放射方向に延在しているものと、
前記別のスラスト軸受面と前記スラストディスクとの間に配置された柔軟な別の流体箔部材（４０）を含む別の柔軟箔軸受けであって、前記別の流体箔部材が前記スラストディスクに面する収束くさび形チャネル及び発散くさび形チャネルを有しているものと、
前記別のスラスト軸受面と前記別の流体箔部材との間に配置された別のばね箔部材（４２）と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１３】
前記二つの流体箔部材（４０）の各々は外周にリング（４４）を有し、前記二つのばね箔部材（４２）の各々は外周にリング（６１，７２，８１，９４，１００）を有し、前記二つの流体箔部材の各々及び前記二つのばね箔部材の各々は、複数の開口を有する複数の周縁タブ（４７，６７，７９，８２，９１，１０１）を含み、
さらに、前記スラストディスク（２４）の外側外周部には、前記二つの流体箔部材（４０）間に軸受スペーサ（３２）が設けられ、前記軸受スペーサは、前記スラストディスクの軸方向厚さよりもわずかに大きい軸方向厚さを有し、前記二つの流体箔部材の各々のリングの厚さと、前記二つのばね箔部材の各々のリングの厚さと、前記軸受スペーサの厚さとの組合わせにより、前記二つの流体箔部材と前記スラストディスク（２４）との間にクリアランスが形成され、
さらに、前記複数の周縁タブに対応した複数個のピンが設けられ、各ピンは、前記軸受ハウジングから、前記二つの流体箔部材と、前記二つのばね箔部材と、前記軸受スペーサとを通って、前記スラスト軸受プレート内まで延在していることを特徴とする請求項１２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１４】
前記収束くさび形チャネルは、前記スラストディスクに面する軸方向にくぼんだ輪郭をもつスクープ形状でかつ略Ｖ字形をなしたスクープシェブロン形状であることを特徴とする請求項１２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１５】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）及び１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７１）と、対の比較的狭幅のピボット支持（８３）及び対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、３つ組の比較的狭幅ピボット支持（１０２）とを提供する手段を含み、前記１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）と、前記１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７２）と、前記対の比較的狭幅のピボット支持（８３）と、前記対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、前記３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）は、組合わせて順番に配置されて前記流体箔部材（４０）のためのティルティングパッド支持を構成することを特徴とする請求項１４記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１６】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）はそれぞれ、
複数個の第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）と、
後縁部及び前縁部を有する複数個の第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドであって、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前記前縁部及び前記後縁部の中間で前記第１の比較的狭幅のピボット支持により、ピボット支持された、第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）と、
複数対の第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）であって、各対の後側の１つが、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）の後縁部上に配置され、各対の前側の１つは、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）の前縁部上に配置された第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）と、
各々が後縁部及び前縁部を有する複数対の第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）であって、各対の後側の１つが、上記後縁部及び上記前縁部の中間で、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の各対の後側の１つによってピボット支持され、各対の前側の１つは、上記後縁部及び上記前縁部の中間で前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の各対の前側の１つによってピボット支持された、第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）と、
複数組の第３の３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）であって、各組の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の後側の１つの後縁部上に配置され、各組のもう１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の後側の１つの前縁部上に配置され、各組の残りの１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の前側の１つの後縁部上に配置された、第３の３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）とを備え、
前記スクープシェブロン形状は、前記第３の３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）と、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の前側の１つの前縁部によって支持されることを特徴とする請求項１４記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１７】
前記第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）は、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）を、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）の前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の対の後側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の後ろ側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の前側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の前側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持することを特徴とする請求項１６記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１８】
前記第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）は、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）を、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）の前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の対の後側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の後ろ側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の中央部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の前側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の前側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の中央部よりも後縁部により近い位置でピボット支持することを特徴とする請求項１６記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項１９】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０９）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）及び１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７１）と、対の比較的狭幅のピボット支持（８３）及び対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）とを提供する手段を含んでおり、前記１つの比較的狭幅のピボット支持（６２）と前記１つの比較的広幅の屈曲ティルティング支持（７１）と、前記対の比較的狭幅のピボット支持（８３）と、前記対の比較的広幅の屈曲ティルティング支持（９２）と、前記３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）は、組合わせて順番に配置され、前記流体箔部材（４０）のためのティルティングパッド支持を構成することを特徴とする請求項１２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項２０】
前記比較的狭幅のばねパッド（６２，８３，１０２）及び前記比較的広幅のばねパッド（７１，９２）は、
複数個の第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）と、
後縁部及び前縁部を有する複数個の第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドであって、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前記前縁部及び前記後縁部の中間で前記第１の比較的狭幅のピボット支持により、ピボット支持された、第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）と、
複数対の第２の比較的狭幅のピボット支持であって、各対の後側の１つが、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの後縁部上に配置され、各対の前側の１つは、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前縁部上に配置された第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）と、
各々が後縁部及び前縁部を有する複数対の第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドであって、各対の後側の１つが、上記後縁部及び上記前縁部の中間で、前記第２の比較的狭幅のピボット支持の各対の後側の１つによってピボット支持され、各対の前側の１つは、上記後縁部及び上記前縁部の中間で前記第２の比較的狭幅のピボット支持の各対の前側の１つによってピボット支持された、第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９３）と、
複数組の第３の３つ組の比較的狭幅のピボット支持であって、各組の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの対の後側の１つの後縁部上に配置され、各組のもう１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの後側の１つの前縁部上に配置され、各組の残りの１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前側の１つの後縁部上に配置された、第３の３つ組の比較的狭幅のピボット支持（１０２）とを備えたことを特徴とする請求項１２記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項２１】
前記第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）は、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）を、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の対の後側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の後ろ側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持の前側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持することを特徴とする請求項２０記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【請求項２２】
前記第１の比較的狭幅のピボット支持（６２）は、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（７１）を、前記第１の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前縁部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持（８３）の対の後側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッド（９２）の対の後ろ側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの中央部よりも後縁部により近い位置でピボット支持し、前記第２の比較的狭幅のピボット支持の前側の１つは、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの前側の１つを、前記第２の比較的広幅の屈曲ティルティング支持パッドの中央部よりも後縁部により近い位置でピボット支持することを特徴とする請求項２０記載の柔軟箔流体膜スラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプライアント箔流体膜軸受に関し、特に、軸受の回転部分の移動や偏位を支持し、位置決めし、緩衝し、調整するために複数のフルイドホイル（以下、「流体箔」という）及び複数のスプリングホイル（以下、「ばね箔」という）を用いた改良されたスラスト軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプライアント箔流体膜スラスト軸受は、現在、種々の高速ロータに利用化されている。これらの軸受は、一般に、両面スラストディスク回転体と、軸方向にこの回転体を囲む非回転コンプライアント流体箔部材と、軸方向に流体箔部材を囲む非回転コンプライアントばね箔部材と、軸方向にこれらの箔部材を囲みこれらの箔部材の取付部を提供する非回転スラストプレート体ならびに非回転ハウジング材とを有している。軸受の一面側における回転体とスラストプレート体との間の空間及び軸受の他面側における回転体とハウジング体のスラスト面との間の空間は、箔を取り巻く流体（通常は空気）で満たされている。
【０００３】
回転体の回転運動は、流体に粘性抵抗力を加え、回転体の平坦面と流体箔との間に流体の周方向流動を誘起する。回転体と流体箔との間の空間は、複数個の流体力学的くさび形チャネルに細分される。これらのくさび形チャネルは、通常、凸状に湾曲したコンプライアント箔パッドを、下側の支持箔に抵抗溶接することにより形成される。流体の周方向流動に対して先頭側の箔パッドの傾斜面と回転体の平坦面により、収束するくさび形チャネルの２つの主面が形成される。後方側の傾斜面と回転体の平坦面により、発散するくさび形チャネルの主面が形成される。収束するくさび形チャネルに沿って周方向に流れる流体は、流路面積の減少や、周方向流動速度の増加や、静的流体圧の増加を定常的に経験する。回転体が、非回転体に向かって移動すると、くさび形チャネルの収束角度が増加し、流路に沿った流体圧上昇（率）が増加する。回転体が離れていくと、くさび形チャネルに沿った流体圧上昇（率）は減少する。したがって、くさび形チャネル内の流体は、回転体に対して復帰力を与え、この復帰力は走行クリアランスに伴って変化して走行クリアランスを安定させ、軸受の回転体と非回転体との接触を防ぐ。箔の屈曲と摺動により、軸受の回転体の軸方向運動や転倒運動のクーロン減衰が起こる。
【０００４】
予荷重ばね力や重力により、軸受の回転体は、通常、低い回転速度においては、流体箔部材と物理的に接触している。この物理的接触は、軸受の摩耗を引き起こす。くさび形チャネル内で発生する流体力学上の力によって回転体と非回転体との間の走行キャップが保証されるのは、ロータ速度がリフトオフ／タッチダウン速度と呼ばれる速度を越える時のみである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受は、周方向に、収束或いは発散する流体力学的くさび形チャネル斜路を有し、傾斜路の傾斜面に至る放射方向の構成要素をもたない。収束するくさび形チャネル斜路は、内側及び外側の縁部において、流体がチャネルの外へ流れ出ることを防ぐための側壁その他の制約をもたない。収束するくさび形チャネルの後縁においては、流体圧が高いことおよび放射方向流動の制約がないことにより、チャネルからの放射方向流動漏出が起き、このことは、流体圧の減少と、軸受負荷容量の損失と、軸受抗力の増加を招く。
【０００６】
従来のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受は、一経路再循環ループである収束くさび形チャネル中に、主流体流動パターン流動を有している。回転ディスクに隣接した収束くさび形チャネル内の流体は、粘性抵抗により、ディスクの運動と同じ方向に向かって（斜路を上る）、周方向に移動する。非回転流体箔に隣接した収束くさび形チャネル内の流体は、チャネルに沿った周方向圧力勾配により、ディスクの運動と反対方向に向かって（斜路を下る）、周方向に移動する。流体の多くは、静的圧力を獲得しながらディスクの近傍の斜路を上り、くさび形チャネルの終点に到達する前に折り返し、圧力を失いながら流体箔の近傍の斜路を下ってゆく。この流体のほとんどすべては、くさび形チャネルの起点に到達する前に再び折り返し、再び圧力を獲得しながら、斜路を上ってゆく。ループ状流動パターンを繰り返し循環する単一の経路を流れる流体は、各ループごとに実質的に同一の経路をたどり、各ループごとに同一の圧力増加及び圧力減少を経験し、１つのループから次のループへのネット圧力ゲイン（ｎｅｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｇａｉｎ）はない。これらの軸受は、各再生ループを進む流れが異なる経路をたどり、各ループごとに流体圧力のネット増加が生じるようなマルチ経路渦流パターンを用いた軸受に比べて、発生する流体力学的圧力が少なく、有する負荷容量も少ない。
【０００７】
従来のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受は、非常に小さな走行クリアランスをもって作動し、抵抗及びパワー消費は低くはなく中程度である。非回転流体箔の収束チャネル斜路終点と回転スラストディスクとの間のクリアランスは、通常、作動状態において軸受に大きな負荷がかかった状態で、１００マイクロインチよりも小さい。軸受の典型的な抵抗係数は、軸受によってディスクに加えられる、流体力学的抵抗により誘起される剪断力を、軸受によって支えられるスラスト負荷で除算して得られる比率として定義され、通常、作動速度において、０．００５より大きい。
【０００８】
コンプライアント箔流体膜スラスト軸受では、箔の位置／重なり（ｎｅｓｔｉｎｇ）を制御し、箔の動的安定性を確立できるように、相対的に移動可能な回転体（スラストディスク）に対して流体箔に予荷重をかけるために、補助（ｂａｃｋｉｎｇ）ばねに頼ることが多い。軸受の起動トルク（理想的にはゼロである）は、このような予荷重に正比例する。これらの予荷重はまた、ディスク速度を、かなり増加させ、くさび形チャネル内の流体力学的効果が強くなって軸受の回転体を持ち上げ、軸受の非回転材との物理的接触から外してしまう。このような予荷重及び高速のリフトオフ／タッチダウンにより、ディスクが起動或いは停止するたびに、かなりの軸受摩耗が生じる。
【０００９】
従来のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の多くは、揺動スペースが大きく、コンプライアンスが自由である。即ち、ばねの設計固有のばねのたわみ公差をじゅうぶん制御できないために、軸受スラストディスクの軸方向運動や転倒運動（ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ  ｍｏｔｉｏｎ）を厳しく制限していない。
【００１０】
コンプライアント箔流体膜スラスト軸受では、被覆され、凸状に湾曲した複数個のコンプライアント流体箔パッドを用い、これらを支持箔に溶接して軸受の流体箔部材を構成することが普通である。このようなツーピース流体箔部材は、ワンピース流体箔部材に比べて厚く、膜厚制御が不十分である。ツーピース流体箔部材は、また、各箔パッドの後縁部と周方向において隣に位置するパッドの溶接縁部との間の流動の不連続性により、プロセス流体の乱流や、作動速度における抵抗の増加や、負荷容量の減少を経験する。
【００１１】
従来のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受には、平坦な箔片の両側に周方向にずらした凹部を切削加工（化学的その他の方法で）して、箔材の両側に周方向にずらした非加工部である突起部を残すようにして形成されたばね箔部材を用いたものもある。これらの突起部に加えられる圧力は、ばね箔部をばねのようにたわませる。このようにして形成されたばね箔部は、切削深さのわずかな変動により、ばねレートに大きな変化をおこしやすい。この切削プロセスは、先の箔圧延作業によって誘起される残留表面圧縮応力（ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  ｓｔｒｅｓｓｅｓ）を非対称的に緩和し、これにより、箔の反りが引き起こされる。
【００１２】
その他の軸受では、アニーリングしたＩｎｃｏｎｅｌ７５０Ｘ箔ブランクを、整合した波状輪郭をもつ２枚の輪郭プレートの間で、プレート間距離を一定に保って押圧し、次いで、輪郭プレート間での押圧を続けながら、華氏約１３００度で約２０時間にわたり箔ブランクを熱処理することにより形成されたコンボリュート型のばね箔部材を用いている。このようにして形成されたばね箔は、非たわみ厚さが大きく変動しやすい。
【００１３】
場合によっては、流体箔を、溶接やろう付けによりばね箔に取り付けることもある。また、種々のばね箔要素同士を、溶接やろう付けしてばね箔部材を形成することもある。１つの箔要素を別の箔要素に取り付けるために溶接やろう付けを用いたこれらのスラスト軸受は、特に接着部位において、箔のゆがみや箔の疲労による破損が起こりやすい。
【００１４】
流体箔の、軸受の回転体に面した側には、ディスク速度がリフトオフ／タッチダウン速度より低い場合の軸受の摩耗を最小限に抑えるために、低摩擦コーティングを用いることもできる。しかしながら、このようなコーティングは、箔装入厚公差に悪い影響をおよぼすような大きな膜厚公差を有していることがある。
【００１５】
最近の開発されたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受が１９９６年６月２５日に登録された「柔軟フォイル型流体力学的膜式スラスト軸受」と題する米国特許第５５２９３９８号に記載されているが、この軸受は、箔装入厚の変動を補償するための自己調整（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）能力を持ち、流体箔の下に、３つのばね或いは支持箔を有している。
【００１６】
したがって、本発明の主な目的は、改良されたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、軸方向及び転倒負荷容量（ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ  ｌｏａｄ  ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を高めたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、スクイーズ膜及びクーロン減衰の両方を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、軸受とスラストディスクロータの偏位を厳しく制限するために揺動スペースを小さくしたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、動作トルクを非常に低くしたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、流体箔要素とスラストディスクの走行クリアランスを大きくしたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、ゼロ速度においては、流体箔部材に、ばね力によって、スラストディスクに対して、予荷重を与えることのないコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、重力によって誘起され予荷重がない場合に、起動トルクがゼロであるコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、ゼロ予荷重力に対応してリフトオフ／タッチダウン速度が非常に低いコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、ゼロ予荷重力及び低いリフトオフ／タッチダウン速度に対応して起動及び停止摩耗が非常に少ないコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２６】
本発明の別の目的は、チャネルの放射方向（半径方向）外縁部及び放射方向（半径方向）内縁部におけるチャネルからの流体流動損失を制限する収束くさび形チャネル特性（流体箔要素の表面に形成された）を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２７】
本発明の別の目的は、流体力学的力及びばね力が流体箔要素に加えられる場合、放射方向に凹状の湾曲と、ゼロ速度において周方向に平坦なスロープと、作動速度において凸状の湾曲とを備えた複合曲面輪郭を有する流体箔要素の表面上に収束くさび形チャネル斜行路を設けたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。このような輪郭は、放射方向に広幅の流体流入口と、周方向流体流動路に沿って放射方向に狭くなったチャネル幅と、丸形の周方向後縁部を備えたスクープ（ｓｃｏｏｐｓ）を形成し、スクープとして機能する。
【００２８】
本発明の別の目的は、プロセス流体が、流体箔要素に隣接する「斜行路を下って」（スラストディスクの回転とは反対方向である公称的周方向に）進む場合に、流体圧力損失を減少させる流体流動パターンを有するコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００２９】
本発明の別の目的は、各再生流動ループごとに、異なった流路で再生する流体流動パターンを有するコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、渦流パターンを有するコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、光学マスクを用いた化学的エッチング技術によって製造した流体流動要素ブランク及びばね箔要素を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、箔金属を圧延し、熱処理をするために用いられる工程と箔ブランク及び箔要素を形成（例えばエッチング）するために用いられる工程により、非常に平坦な箔要素を有するコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３３】
本発明の別の目的は、厚さ許容値を厳しく保持した箔要素を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３４】
本発明の別の目的は、単独の流体箔要素であり、軸受の片面に１つづつ設けた流体箔要素である流体箔部材を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３５】
本発明の別の目的は、急傾斜ジョグル部をプレス加工することによりブランクから形成される流体箔要素を備え、これらのジョグル部は発散くさび形チャネルとして機能するとともに、徐々に収束するくさび形チャネル斜行路が、ジョグル部間の直線接続として塑性変形なしに得られることを可能とする、コンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３６】
本発明の別の目的は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７５０Ｘなどのニッケル鋼鉄をアニーリング処理したブランクを室温でプレス加工することにより形成される流体箔要素を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３７】
本発明の別の目的は、半径方向及び周方向位置とともに変化する局部ばねレートを有し、ばね箔部材の局部領域に隣接した収束くさび型チャネル内の流体圧の変化を受容できるようにしたばね箔部材を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３８】
本発明の別の目的は、収束くさび形チャネルに沿って周方向の多数の位置において、流体箔の下側に加えられる相対支持力を制御するティルティングパッドばね支持システムを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００３９】
本発明の別の目的は、流体箔の前縁から後縁に向かって収束斜行路を上るにつれて支持／ピボットライン間の周方向間隔がより接近するようにしたティルティングパッドばね支持システムを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４０】
本発明の別の目的は、流体箔の前縁から後縁に向かって収束斜行路を上るにつれて支持力及び支持ばねレートが増加するようにしたティルティングパッドばね支持システムを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４１】
本発明の別の目的は、放射方向に湾曲した支持／ピボットラインを備えたティルティングパッドばね支持システムを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４２】
本発明の別の目的は、広範囲の軸受作動速度及び軸受スラスト負荷にわたり、流体箔収束斜行路に対して、流体力学的に最適化されたスクープ形状を保持することを保証するティルティングパッドばね支持システムを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４３】
本発明の別の目的は、箔部材アセンブリを形成するために、箔要素の溶接や或いはろう付けを行わないコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４４】
本発明の別の目的は、箔要素の回転を位置決めし、回転に抗するピン（軸受ハウジングに固定的に取り付けられた）を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４５】
本発明の別の目的は、箔厚及び箔被覆厚の変動による軸受の軸方向あそび及び揺動スペースを防ぐために、スラストディスクと、スペーサリングと、箔の自己調整リングの弾力的取り付け及び予荷重特性を利用した自己調整能力を備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４６】
本発明の別の目的は、スラスト軸受内に迅速かつ容易に取り付けることのできる流体箔要素と、スペーサリング要素と、スラストディスク要素と、スラストプレート要素とを備えたコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を提供することである。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
本発明において、コンプライアント箔流体膜スラスト軸受は、主に、片面或いは両面スラストディスクロータと、流体箔と、ばね箔と、スラストプレートと、箔保持ハウジングと、スペーサリングとを有している。非回転コンプライアント流体箔は、回転可能なディスクのスラスト面に隣接して配置されている。流体箔は、プロセス流体中に再生渦流パターンを誘起する、開口面をもつチャネルを有している。スラストディスクによって流体箔に加えられる力は、ディスクと流体箔とのギャップに反比例し、ディスクの偏位に正比例して変化する。
【００４８】
ばね箔は、流体箔のためのティルティングパッド支持部を提供するが、流体箔がディスクの軸方向および転倒運動に追従するのを許容する。各種の箔、即ち流体箔とばね箔は、コンプライアント網状構造とピンによって、箔保持ハウジングに取り付けられている。箔は、外周部に形成された一体のシムリングと、それぞれの種類の箔に固有の輪郭切抜きパターンを備えた薄く、平坦で、環状のシート状に形成されている。
【００４９】
形成工程の一部として、流体箔ブランクの片面を、コンプライアントな耐摩耗性材料で被覆し、次いで、総形工具で打ち抜き加工して流体流動チャネルを形成する。スラストプレートは、予荷重ばねによって箔保持ハウジングのスラスト面に向かって予荷重をかけられ、箔シムリングの合計厚さとスペーサリングの厚さ分だけ、ハウジングから離れて保持される。これにより、軸受は、実質的に自己調整して、流体箔とディスクの間に、箔や箔被覆の厚さの通常の変動には影響されない小さなクリアランスを確立することが可能となる。
【００５０】
回転のロータ軸が重力に対して９０度の方向にある場合には、軸受は予荷重をもたず起動トルクはゼロである。プロセス流体の渦流パターンにより、軸受走行クリアランス及び負荷容量が改善され、リフトオフ速度が低下する。さらに、良好な減衰と、低走行トルクと、揺動スペースの縮小が達成される。これらすべては、少ない部品数と、低製造コストによって達成できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を利用したターボ機を図１に示す。ターボ機１０は、共通シャフトすなわち連結バー１６の両端に配したタービンホイール１２と、コンプレッサホイール１４を有している。タービンホイール１２とコンプレッサホイール１４の間には、スラストラジアル軸受ロータ１８が、連結バー１６のまわりに設けられている。中心軸受ハウジング２２内のジャーナル軸受カートリッジ２０が、軸受ロータ１８を回転可能に支持している。
【００５２】
軸受ロータ１８のコンプレッサ側には、放射（半径）方向に延在するスラストディスク２４が設けられ、このスラストディスク２４は、中心軸受ハウジング２２のコンプレッサ側の凹部２６内に延在している。軸受ロータスラストディスク２４の反対側には、軸受スラストプレート２８が設けられている。中心軸受ハウジング２２のコンプレッサ側の外周部は、コンプレッサハウジング３０に係合している。
【００５３】
図２に示すように、スラスト軸受スペーサ３２が、軸受ロータ１８のスラストディスク２４の放射（半径）方向外側に配置され、周方向に間隔をおいて設けられた複数個のピン３４によって、放射（半径）方向に位置決めされている。これらのピン３４は、中心軸受ハウジング２２の凹部２６内の穴３８に固定され、スラスト軸受プレート２８内に設けられた穴３８内へ延在している。スラスト軸受流体箔部材４０及びスラスト軸受ばね箔部材４２は、軸受ロータスラストディスク２４とスラスト軸受スペーサ３２の両側に配置されている。一方の側では、流体箔部材４０及びばね箔部材４２は、中心軸受ハウジング２２の凹部２６内に位置しており、他方の側では、軸受スラストプレート２８に隣接している。中心軸受ハウジング２２から一方のばね箔部材４２に設けた穴を通り、一方の流体箔部材４０に設けた穴を通り、スラスト軸受スペーサ３２の貫通孔を抜けて、反対側の流体箔部材４０に設けた穴を通り、反対側のばね箔部材４２に設けた穴を通り、軸受スラストプレート２８に設けた穴３８に延在しているピン３４によって、流体箔部材４０及びばね箔部材４２は、放射（半径）方向かつ周方向で位置決めされている。軸受スラストプレート２８は、軸受スラストプレート２８上のリップ２５とコンプレッサハウジング３０の間に設けられた皿状ワッシャー（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｉｅ  ｗａｓｈｅｒ）２３によって、中心軸受ハウジング２２の方向に押されている。
【００５４】
スラスト軸受スペーサ３２の厚さは、軸受ロータスラストディスク２４の厚さより千分の数インチ程度大きい。箔や箔被覆厚が変動すると、スラストプレート２８とハウジング２２間の距離が変化してこれを補償する。したがって、箔厚公差による軸受揺動スペース及び軸受コンプライアンスの変動を防ぐことができる。
【００５５】
図３〜図５は、箔ブランクと呼ばれる一枚の平坦なディスクから一体に成形された流体箔部材４０を示している。複数個の流体箔４１は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７５０Ｘなどのニッケル鋼鉄の平らなシートを、室温でプレス加工して発散くさび形チャネルとして機能する急傾斜ジョグル部を形成するとともに、徐々に収束するくさび形チャネル斜行路が、ジョグル部間の直線接続部として、塑性変形なしに得られる。流体箔部材は、通常、成形中及び使用中においてアニーリングされ、また、ジョグル部の成形前に、起動時や停止時の摩耗、不注意や偶然の高速タッチダウンから金属を保護することのできる多数の低摩擦や減摩擦被覆材料のいくつかを適宜用いて被覆してもよい。このような被覆は、汚染粒子が埋め込まれるのを防ぐことにもなる。
【００５６】
個々の流体箔４１（図示では１２個）は、略シェブロン（ｃｈｅｖｒｏｎ）形状で、支持ウェブ４５によって、外側自己調整リング４４に接続されている。流体通路である開口部４６が、隣り合う支持ウェブ４５の間に形成されている。流体通路４６の４つ目ごとに、インデックスタブ（割出しタブ）４７が設けられている。空気力学的箔４１の各々は、丸みづけられた終端部すなわちノーズ部４９を有する後縁部４８と、前縁部５０を有し、前縁部５０から後縁部４８までは略直線状に斜行した形状を有している。個々の流体箔４１は、図４及び図５の２つの断面図に示されているように、略スクープ形状を有している。１列或いは２列の開口５１が、各流体箔４１の前縁部５０に設けられ、流体が、ばね箔部材４２の領域内の流体箔の下から、スラストディスクに隣接した収束斜行路の前縁部に流入できるようになっている。
【００５７】
図６〜図１０に示されているように、スラスト軸受ばね箔部材４２は、外側ばね箔要素５３（図６）と、中間外側ばね箔要素５４（図７）と、中央ばね箔要素５５（図８）と、中間内側ばね箔要素５６（図９）と、内側ばね箔要素５７（図１０）とを有している。
【００５８】
図６に示す外側支持箔要素５３は、内側コネクタリング６０と、外側自己調整リング６１とを有し、それらの間には、複数個（図中、１２個）の狭幅なばね箔６２が延在している。狭幅バネ箔６２は、内側コネクタリング６０から外側に、前進角をなして（スラストディスクの回転運動の方向において）延びている内側湾曲箔部分６３と、自己調整リング６１から内側に、前進角をなして延びている外側湾曲箔部分６４とから成っている。内側及び外側箔部分６３と６４は、その長さに沿ったすべての点において、円周から約４０度の公称方位角に位置づけられ、互いに結合して略ノーズ状の形箔部分６５を形成している。外側箔部分６４は、放射状に延在するコネクタである支持ウェブ６６によって、外側自己調整リング６１に個々に接続されている。
【００５９】
狭幅ばね箔５３は、内側コネクタリング６０との接続部において最も狭く、ノーズ部６５の先端に向かって徐々に幅が広くなり、外側箔部分６４においても徐々に広がりつづけ、コネクタウェブ６６に至る。コネクタウェブ６６の幅は、さらに大きく、略放射方向において広がっている。外側支持箔要素５３とスラスト軸受ばね箔要素４２の他の要素との、及び流体箔部材４０との正確な位置合わせを可能とするために、複数個のインデックスタブ６７（図中、４個）が、外側自己調整リング６１から内側に延びている。
【００６０】
図７に示した中間外側支持箔要素５４は、内側コネクタリング７３と外側自己調整リング７２とを有し、それらの間には、複数個の（図中、１２個）の広幅ばねパッドである箔７１が延在している。広幅ばね箔７１は、内側コネクタリング７３から外側に、前進角をなして延びている内側湾曲箔部分７５と、自己調整リング７２から内側に、前進角をなして延びている外側湾曲箔部分７６とから成っている。内側及び外側箔部分７５と７６は、互いに結合して略ノーズ状箔部分７７を形成している。各外側箔部分７６は、放射（半径）方向に延在する一対のコネクタすなわち支持ウェブ７４によって、外側自己調整リング７２に個別に接続されている。複数個（図中、３個）の同心外側ダムリング７８が、隣接する広幅バネ箔７１の間に延在し、ほぼこのあたりで、広幅バネ箔７１と一対のウェブ７４が接続している。
【００６１】
広幅バネ箔７１は、内側コネクタリング７３との接続部において最も狭く、ノーズ部７７の先端に向かって徐々に幅が広がり、外側箔部分７６においても徐々に広がり続けて、コネクタウェブ７４に至る。外側支持箔要素５４とスラスト軸受ばね箔材４２の他の要素との、及び流体箔部材４０との正確な位置合わせを可能とするために、複数個（図中、４個）のインデックスタブ７９が、外側自己調整リング７２から内側に延びている。
【００６２】
図８に示した中央ばね箔要素５５は、外側ばね箔要素５３や、中間外側ばね箔要素５４や、流体箔部材４０の対応する要素と同様で且つそれらに位置合わせされた外側自己調整リング８１とインデックスタブ８２とを有している。複数組（図中、１２組）の略ノーズ状狭幅ばね箔８３が、内側コネクタリング８４と外側自己調整リング８１との間に延在している。狭幅ばね箔８３の各組は、一般に、外側ばね箔要素５３の狭幅ばね箔６２をはさんでおり、広幅ばね箔７１の前縁部及び後縁部に揃えられている。
【００６３】
コネクタウェブ８７が、各狭幅ばね箔８３を外側自己調整リング８１に結合している。複数個（図中、２個）の同心外側ダムリング８５が、隣り合った各対の狭幅ばね箔８３の間に延在し、ここで、ばね箔ウェブ８７と接合している。複数個（図では３個）の同心内側ダムリング８６が、内側コネクタリング８４近くで、隣り合った各対の狭幅ばね箔８３の間に、延在している。
【００６４】
図９は、ばね箔部材４２と同様な外側自己調整リング８９と、インデックスタブ９１とを有している中間内側ばね箔要素５６を示している。複数組（図では１２個）の中間幅ばね箔要素９２が、外側自己調整リング８９と内側コネクタリング９０との間に配置されている。中間幅ばね箔要素の各組は、ウェブ９４の対によって、外側自己調整リングに接続されている。中間幅とは、狭幅外側及び内側箔６２と８３の幅と、広幅中間外側箔７１の幅との中間の幅であることを意味している。
【００６５】
中間幅箔のための各対のウェブ９４は、周方向強化リング９３によって結合されている。さらに、１つの外側ダムリング９６（あるいは複数個のダムリングでもよい）及び複数個（図中、２個）の同心内側ダムリング９５が、中間幅箔９２の隣り合った対の間に、ウェブ９４との接続部において、及び、内側コネクタリング９０と隣接してそれぞれ設けられている。中間幅箔９２の各組は、中央ばね箔部材５５の狭幅ばね箔８３の各対の上に位置している。
【００６６】
図１０に示した内側ばね箔要素５７は、他のばね箔要素５３と５４と５５と５６及び流体箔部材４０の対応する要素と同様で且つそれらの位置合わせされた外側自己調整リング１００とインデックスタブ１０１とを有している。略ノーズ状狭幅ばね箔１０２の三つ組が複数個（図中、１２個）設けられ、内側コネクタリング１０３と外側自己調整リング１００との間に延在している。三つ組の狭幅ばね箔１０２の各々は、外側ばね箔要素５３の狭幅ばね箔６２及び中央ばね箔要素５５の対の狭幅ばね箔８３と概ね同幅である。三つ組の狭幅ばね箔１０２のうち、２つは、一対の中間幅ばね箔９２のうちの一方の前縁部及び後縁部に揃えられており、三つ組の狭幅ばね箔のうちの３番目のものは、中間幅ばね箔９２の上記対のうちの他方後縁部に揃えられている。
【００６７】
コネクタウェブ１０５は、三つ組の狭幅ばね箔１０２の各々を外側自己調整リング１００に結合している。狭幅ばね箔１０２の各三つ組に設けられたこれらのウェブ１０５は、周方向強化リング１０６によって、互いに結合されている。
【００６８】
５つのばね箔要素５３と５４と５５と５６と５７とを含めた、流体箔部材４０とばね箔部材４２との正確な関係が、図１１〜図１３に示されている。図１１は、組み立てられた流体箔部材４０とばね箔部材４２の平面図であり、個々のばね箔要素が重ね合わせられ、それぞれのインデックスタブによって、位置付けられている。反時計まわりに説明してゆくが、個々のばね箔要素は、相互関係を示すために、箔ごとに切り取られている。
【００６９】
外側ばね箔６２は、「Ａ」を付した円弧内に示されている。円弧「Ｂ」には、外側ばね箔６２上に揃えられた外側中間箔７１が示されている。円弧「Ｃ」内には、１対の中央ばね箔８３が、外側ばね箔６２と中間ばね箔７１の上に示されている。そして、円弧「Ｄ」は、一対の中間内側箔９２を含んでおり、最後に、円弧「Ｅ」内には、内側箔１０２の三つ組が、中間内側箔９２の上に示されている。円弧「Ｆ」内には、流体箔４１が、組み立てられたばね箔の上に、乗せられている。
【００７０】
種々の箔のより正確な関係が、図１２及び図１３に示されている。図１２は、負荷を受けていない流体箔部材及びばね箔部材を示している。一方、負荷を受けた状態の流体箔部材及びばね箔部材は、図１１に示されている。ここで、箔６２は、箔７１の前縁部よりも、箔７１の後縁部により近く配置されていることに留意されたい。箔８３は、箔９２の前縁部よりも、箔９２の後縁部により近く配置されている。このことは、ティルティングパッドばね支持が、前縁部５０よりも後縁部４８の近くで、流体箔４０の下側に、より大きな力を加えることを保証している。
【００７１】
スラスト軸受ばね箔部材４２の個々の要素と同様に、流体箔ブランクは、光学マスクを用いた化学的エッチング技術によって、平坦な金属シートから形成することができる。流体箔にはＩｎｃｏｎｅｌ７５０Ｘが、ばね箔要素にはＩｎｃｏｎｅｌ７１８などのニッケル鋼鉄を用いることができる。通常、箔厚は、０．００４インチ（約０．０１０１６ｃｍ）から０．００７インチ（約０．０１７７８ｃｍ）の間である。箔要素を形成するニッケル鋼鉄金属シートは、通常、真空炉においてフルハードネスまで熱処理（Ｉｎｃｏｎｅｌ７５０Ｘの場合華氏１３００度で約２０時間）される。スラスト軸受ばね箔部材４２の５つの個々の要素は、接着することなしに、ばね箔要素をつみ重ねることによって、組み立て可能である。用いられているこれらの箔の相対的な微動は、クローン減衰を提供する。
【００７２】
流体箔４１の形状、即ち、収束する幅と傾斜する「壁」を有する面開放チャネルは、流体箔を横切るプロセス流体中に再生渦流パターンを誘起する。プロセス流体は、通常、箔４１の後縁部４８から次の箔の前縁部に流入する。いかなる補給プロセス流体も、前縁部の内径および外径から、或いは開口５１から与えられる。後縁部４８の近くで内径及び外径のそれぞれから若干の流体の漏出が発生する。
【００７３】
コンプライアント流体箔部材４０は、スラストディスク２４の２つのスラスト面に隣接して位置している。ばね箔部材４２は、流体箔部材４０に対する支持を提供しているが、これらの部材がディスク２４の軸方向運動及び転倒運動に追従することを可能にしている。流体箔部材によって、プロセス流体を介してスラストディスクに加えられる力は、箔とディスクとのギャップに反比例し、ディスクの偏位に正比例して変化する。
【００７４】
スラストプレート２８は、流体箔部材４０及びばね箔部材４２の外側自己調整リングの合計厚さと、スラスト軸受スペーサ３２の厚さの分だけ、中心軸受ハウジング２２から離れて保持されている。スラスト軸受スペーサ３２は、スラストディスク２４よりわずかに厚く、そこで、流体箔部材４０とスラストディスク２４との間に、箔や箔被覆の厚さの通常の変動には影響されない小さなクリアランスが存在する。ディスクの回転軸が重力に対して９０度の方向にある場合には、軸受は、予荷重をもたず、起動トルクはゼロである。流体箔要素の輪郭によって形成される再生渦流パターンによって、軸受走行クリアランスは、かなり改善されて増加し、リフトオフ速度は、以前に比べて、かなり低下する。
【００７５】
流体箔部材の表面に形成された収束くさび形チャネル斜行路は、流体力学的力及びばね力が、箔要素に加えられた場合、放射方向に凹状の湾曲と、ゼロ速度において周方向に平坦なスロープと、作動速度において凸状の湾曲とをそなえた複合曲面輪郭を有している。流体箔要素のティルテングパッド支持は、広範囲の軸受スラスト負荷にわたり、ほぼ最適な周方向凸状の湾曲を保証する。これらの輪郭は、放射方向に広幅の流体入口と、周方向流体路に沿って放射方向に狭まったチャネル幅と、丸みづけられた周方向の後縁部を備えたスクープを形成し、スクープとして機能する。プロセス流体が、流体箔部材と隣接するスラストディスクの回転と反対方向である公称的周方向に「斜行路を下って」進む場合に、この複数経路再生渦流流動パターンは、流体の圧力損失を減少させる。
【００７６】
本発明の具体例としてティルティングパッド軸受は、５個のばね箔と１個の流体箔とを有している。５個のばね箔要素は、各流体箔斜行路のための４本の支持ラインを有している。これらの支持ラインの各々において生じる相対力は、成形された流体箔の湾曲形状にほぼ合致するいくつかの湾曲したばね箔ライン間の周方向間隔によって、比例制御される。
【００７７】
外側ばね箔要素５３は、スラスト軸受の片側のスラストディスク、或いはスラストディスクの他側のハウジングのスラスト面のどちらかに隣接した１２個の個別の狭幅ばね箔６２を有している。これらの各狭幅ばね箔６２は、湾曲した、略ノーズ状の支持ラインを提供している。
【００７８】
広幅中間外側ばね箔７１は、これらの各狭幅ばね箔６２によって支持され、スラスト軸受の残りの部分によって要求されるとおり、狭幅ばね箔６２の１つの支持ライン上で、ノーズアップ（ｎｏｓｅ  ｕｐ）またはノーズダウン（ｎｏｓｅｄｏｗｎ）のいずれかの位置に屈曲させ且つ傾けることにより、関節運動することができる。
【００７９】
広幅ばね箔７１の上方には、対の狭幅ばね箔８３があり、これらは、斜行路ごとに２つの支持ラインを提供し、広幅ばね箔７１のノーズ及び前縁部における支持を与えることができる。狭幅ばね箔８３の２つの箔支持ラインは、２組の中間幅箔９２の各々の下側の周縁中央近くを押圧し、これらの中間幅箔９２が、必要に応じてノーズアップやノーズダウン状態に傾くことができるようにされている。最後に、狭幅ばね箔１０２は、３本の支持ラインを有している。すなわち、１本は先頭のばね箔９２の後縁部に、１本は末尾のばね箔９２の前縁部に、もう１本は末尾のばね箔９２の後縁部にある。
【００８０】
中間幅箔９２は、収束斜行路の起点に比較的近い流体箔の下側を押圧する１本の支持ラインを提供する。次いで、斜行路を上る次の３本の支持ラインが、ばね箔１０２を介して流体箔に与えられる。これにより、ばね構造全体が、タンクトレッドの関節支持のように働くことになる。すなわち、でこぼこの地面の上を進むときには、関節運動をする支持構造を有しているためにタンクトレッド自身が関節運動をすることができる。これらの種々の支持ラインの間の周方向距離は、ばね箔要素５３と５５と５６と５７について言えば、ばね箔要素５７の上方の流体箔上の各周方向位置に加えられる、ばね箔要素を介して到来する合計の力の比率を制御する。
【００８１】
ばね力が最高になるのは、流体圧縮圧力が最も高い、成形流体箔のノーズ部においてである。生じるばね力及びばねレートは、ばね箔のノーズ部から遠ざかるにつれて、より低くなる。これらの箔要素が、コンプライアンスを流体箔に許容するための主要なティルティング部材である場合には、これら自体も、ばね特性を有している。
【００８２】
ばね箔要素５４と５５と５６の同心ダムリングは、特に軸受が流体静力学的に作動している場合に、スラスト軸受からの漏出を制限するためのダムとして、効果的に機能する。本発明のスラスト軸受は、本明細書中に参照として組み入れるＲｏｂｅｒｔ  Ｗ．Ｂｏｓｌｅｙ及びＲｏｎａｌｄ  Ｆ．Ｍｉｌｌｅｒによる「コンプライアント箔流体力学的流体膜スラスト軸受の流体静力学的向上（Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｔ  Ｆｏｉｌ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｉｌｍ  Ｔｈｒｕｓｔ  Ｂｅａｒｉｎｇ）」と題する１９９６年６月１４日に出願されたアメリカ特許出願第０８／６６２２５０号に記述されているような流体静力学的に改良したスラスト軸受において特に有用である。流体箔４１の前縁部の開口５１は、この流体静力学的改良のために、特に設けられたものである。しかしながら、スラスト軸受は、開口有無にかかわらず、流体力学的スラスト軸受として機能する。
【００８３】
ティルティングパッドスラスト軸受は、ばね領域内の空気圧に頼ることなく、スラストディスクに隣接する面上で、その流体箔を周方向に屈曲させて流体力学的に最適化された凸状にして作動する。しかしながら、空気圧によって、さらなる凸状形状及び負荷容量が得られ、適応性が良好になる。
【００８４】
個々のばね箔のノーズ形状は、５個のばね箔と１個の流体箔について、同じような形状として示されているが、ばね箔ノーズ部の形状を変化させてばねレートを制御することもできる。図１４及び図１５に示されているように、中間ばね箔８３´の後縁部のノーズ部に、内側ばね箔１０２及び中間内側ばね箔９２の後縁部のノーズ部よりもより鋭角、即ちより小さな半径をもたせることもできる。このことは、収束斜行路の終点におけるばねレートを高め、流体の漏出を少なくし、流体箔ノーズ部に対する支持をより強大にする。
【００８５】
流体箔部材の表面に形成された略スクープ状収束くさび形チャネルは、渦流パターンを誘起し、箔の放射（半径）方向内側及び外側縁部における、チャネルからのプロセス流体流動損失を制限する。このことは、本発明の自己調整構造及び他の特徴と合わさって、高い負荷容量と、良好な減衰と、小さな揺動クリアランスと、低走行トルクと、走行中の箔ディスク間クリアランスが大きいことと、ゼロ予荷重力と、低起動トルクと、低速リフトオフ／タッチダウンと、低摩耗とを有するスラスト軸受を提供する。さらに、これらはすべて、少数の部品、低い製造コスト、簡単な組み立てより達成される。
【００８６】
さらに、流体箔部材及びばね箔要素は、図１６〜図２１に示されているように、直線的な放射形状を有していてもよい。上述したノーズ状ではなく直線的な放射形状を有することを除いて、直線的な放射状箔１４１を有する流体箔部材４０´と、ばねすなわち支持箔部材５３´、５４´、５５´、５６´、５７´は、ほぼ、同一の機能を果たし、互に対する相対的な距離および相対的な配置は同一である。図１７の外側支持箔要素５３´は、狭幅放射状ばね箔１６２を有し、図１８の中間外側支持箔要素５４´は、広幅放射状パッドすなわち箔１７１を有し、図１９の中央支持箔要素５５´は、対になった狭幅放射状ばね箔１８３を有し、図２０の中間内側支持箔要素５６´は、対になった広幅放射状ばねパッドすなわち箔１９２を有している。一方、図２１の内側支持箔要素５７´は、３つ組にした狭幅放射状ばね箔２０２を有している。略平坦な（放射方向に）流体箔面、及び図１６〜図２１の略平坦な（放射状方向に）流体箔面を保持している下層のばね箔は、スクープ状収束斜行路を形成することを企図したものではなく、そのために、渦流再生プロセス流体流動を生じない。
【００８７】
以上、本発明の特定の実施例について図示し説明してきたが、これらは、単なる例示にすぎず、本発明はこれらに限定されることなく、請求の範囲によってのみ定められることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受を有するターボ機の断面図である。
【図２】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のスラストプレートとスペーサ領域を示した、図１の楕円部２の拡大図である。
【図３】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材の平面図である。
【図４】図３の線４−４に沿った拡大断面図である。
【図５】図３の線５−５に沿った拡大断面図である。
【図６】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のばね箔部材の外側ばね箔要素の平面図である。
【図７】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のばね箔部材の中間外側ばね箔要素の平面図である。
【図８】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のばね箔部材の中央ばね箔要素の平面図である。
【図９】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のばね箔部材の中間内側ばね箔要素の平面図である。
【図１０】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のばね箔部材の内側ばね箔要素の平面図である。
【図１１】部分的に箔ごとに切り取って示した、本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の平面図である。
【図１２】負荷のかかっていない状態の流体箔部材及びばね箔部材を示した、図１１の線１２−１２に沿った断面図である。
【図１３】負荷のかかっている状態の流体箔部材及びばね箔部材を示した、図１１の線１２−１２に沿った断面図である。
【図１４】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の別の例を示した平面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿った断面図である。
【図１６】本発明のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受のさらに別の例における流体箔部材の部分平面図である。
【図１７】図１６のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材とともに用いられるばね箔部材の外側ばね箔要素の部分平面図である。
【図１８】図１６のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材とともに用いられるばね箔部材の中間外側ばね箔要素の部分平面図である。
【図１９】図１６のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材とともに用いられるばね箔部材の中央ばね箔要素の部分平面図である。
【図２０】図１６のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材とともに用いられるばね箔部材の中間内側ばね箔要素の部分平面図である。
【図２１】図１６のコンプライアント箔流体膜スラスト軸受の流体箔部材とともに用いられるばね箔部材の内側ばね箔要素の部分平面図である。
【符号の説明】
１０  ターボ機
１２  タービンホイール
１４  コンプレッサホイール
１６  連結バー
１８  軸受けロータ
２０  軸受けカートリッジ
２２  中心軸受ハウジング
２４  スラスト軸受け
２８  軸受けスラストプレート
３０  コンプレッサハウジング
３２  軸受スペーサ
３４  ピン
４０  流体箔部材
４１  流体箔
４２  ばね箔部材
４４  外側自己調整リング
４５  支持ウェブ
４６  流体通路
４７  インデックスタブ
４８  後縁部
４９  ノーズ部
５０  前縁部
５３  外側ばね箔要素
５４  中間外側ばね箔要素
５５  中央ばね箔要素
５６  中間内側ばね箔要素
５７  内側ばね箔要素
６０  内側コネクタリング
６１  外側自己調整リング
６２  幅狭ばね箔
６３  内側湾曲箔部分
６４  外側湾曲箔部分
６６  支持ウェブ
６７  インデックスタブ
７２  外側自己調整リング
７３  内側コネクタリング
７５  内側湾曲箔部分
７６  外側湾曲箔部分
７７  略ノーズ箔部分
７８  同心外側ダムリング
８１  外側自己調整リング
８２  インデックスタブ
８３  略ノーズ状幅狭ばね箔
８４  内側コネクタリング
８５  同心外側ダムリング
８６  同心内側ダムリング
８７  ばね箔ウェブ
８９  外側自己調整リング
９０  内側コネクタリング
９１  インデックスタブ
９２  中間幅ばね箔要素
９３  周方向強化リング
９４  ウェブ
９５  同心内側ダムリング
９６  外側ダムリング
１００  外側自己調整リング
１０１  インデックスタブ
１０２  略ノーズ状幅狭ばね箔
１０３  内側コネクタリング
１０５  コネクタウェブ
１０６  周方向強化リング
【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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