CN107061495B - 薄衬垫轴承 - Google Patents

Abstract

本发明的薄衬垫轴承具备：外侧构件(11)、安装于外侧构件(11)的内周面(11a)的多个薄衬垫(13)，所述薄衬垫不经由其他构件(底层薄衬垫等)地在径向上与外侧构件(11)的内周面(11a)直接对置。各个薄衬垫(13)包括：保持部(13a、13b)，其设置于周向两端，且以与外侧构件(11)接触的状态保持在外侧构件(11)；以及主体部(13c)，其设置于保持部(13a、13b)的周向之间，且具有轴承面(A)。各个薄衬垫的主体部(13c)的至少周向一方的端部从外侧构件(11)的内周面(11a)向内径侧立起。

Description

薄衬垫轴承

本申请是国际申请日为2014年06月26日、申请号为2013800659065(国际申请号PCT/JP2013/083556)、发明名称为“薄衬垫轴承”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及薄衬垫轴承(foil bearing)。

背景技术

燃气轮机、涡轮增压器的主轴以高速被旋转驱动。另外，安装于主轴上的涡轮叶片暴露于高温中。因此，对于支承这些主轴的轴承，要求能够承受高温·高速旋转这样的严酷环境。作为这种用途的轴承，有时使用油润滑的滚动轴承、液动压轴承，然而在难以进行由润滑油等液体实施的润滑的情况、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅助设备的情况、或者因液体的剪切而产生的阻力成为问题的情况等的条件下，这些轴承的使用受到限制。因此，作为适合在这样的条件下使用的轴承，着眼于空气动压轴承。

作为空气动压轴承，通过一般由刚体来构成旋转侧和固定侧双方的轴承面。然而，在这种空气动压轴承中，若形成于旋转侧与固定侧的轴承面间的径向轴承间隙的管理不充分，则在超过稳定极限时容易产生被称作回转(whirl)的自激性的主轴的振摆回转。因此，与所使用的旋转速度对应的间隙管理变得重要。特别是，如燃气轮机、涡轮增压器那样，在温度变化激烈的环境中由于热膨胀的影响而导致径向轴承间隙的宽度改变，因此精度良好的间隙管理极为困难。

作为不易产生回转且即使在温度变化大的环境下也能够容易地进行间隙管理的轴承，已知有薄衬垫轴承。薄衬垫轴承由相对于弯曲而刚性较低的具有挠性的薄膜(薄衬垫)构成轴承面，通过允许轴承面的挠曲来支承负载。通常，由被称作顶层薄衬垫的薄板来构成轴承的内周面，在其外径侧配置被称作底层薄衬垫的弹簧状的构件而通过底层薄衬垫来弹性地支承顶层薄衬垫受到的负载。在该情况下，在轴旋转时，在轴的外周面与顶层薄衬垫的内周面之间形成空气膜，对轴进行非接触支承。

在薄衬垫轴承中，通过薄衬垫的挠性，形成与轴的旋转速度、负载、周围温度等运转条件相应的适当的径向轴承间隙，因此具有稳定性优异的特点，与一般的空气动压轴承相比能够高速使用。另外，一般的动压轴承的径向轴承间隙需要管理成轴直径的1/1000的级别，例如对于直径为几mm左右的轴，需要始终确保几μm左右的径向轴承间隙。因此，若考虑制造时的公差、以及温度变化剧烈的情况下的热膨胀，则难以进行精密的间隙管理。与此相对，在薄衬垫轴承的情况下，只需管理成几十μm左右的径向轴承间隙即可，具有其制造、间隙管理容易的优点。

作为薄衬垫轴承，公知通过设置于底层薄衬垫的切开部来弹性地支承顶层薄衬垫的轴承(专利文献1)、通过将线材编成网状而得到的弹性体来弹性地支承轴承薄衬垫的轴承(专利文献2)、以及在底层薄衬垫上设置与外圈内表面接触且在周向上不移动的支承部和通过来自顶层薄衬垫的面压而弹性地挠曲的弹性部的轴承(专利文献3)等。另外，在专利文献4以及5中，公开了沿周向排列配置多个薄衬垫并将各个薄衬垫的周向两端安装于外侧构件的、所谓的多圆弧型的薄衬垫轴承。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-364643公报

专利文献2：日本特开2003-262222号公报

专利文献3：日本特开2009-299748号公报

专利文献4：日本特开2009-216239号公报

专利文献5：日本特开2006-57828号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，以往的薄衬垫轴承设置有用于对顶层薄衬垫赋予弹性的构件(底层薄衬垫、弹性体)，因此需要制造该构件的成本、将该构件安装于外侧构件的工时。

因此，本发明的第一目的在于，减少薄衬垫轴承的部件数量，从而削减制造成本以及组装工时。

另外，在上述专利文献4以及5示出的多圆弧型的薄衬垫轴承中，在外侧构件的内周面的周向上分开的多个部位，设置有朝向内径方向突出的突出部(偏移抑制部、卡止机构)，将薄衬垫固定在该突出部的周向之间。但是，在该情况下，突出部的内径面从各个薄衬垫的周向之间露出，因此轴承面的面积减少了与突出部对应的量，可能会导致支承力的降低。

因此，本发明的第二目的在于，提供能够在不减少轴承面的面积的情况下将薄衬垫安装于外侧构件的多圆弧型的薄衬垫轴承。

另外，在上述专利文献4以及5的薄衬垫轴承中，各个薄衬垫的周向两端与从外侧构件的内周面向内径突出的突出部(专利文献4的偏移抑制部62、专利文献5的峰70)对接，从而各个薄衬垫的周向两端保持于薄衬垫支架。

本发明的第三目的在于，提高由多圆弧型的薄衬垫轴承带来的轴的振动衰减效果。

用于解决课题的手段

为了实现上述第一目的，本申请第一发明提供一种薄衬垫轴承，具备：外侧构件，其具有圆筒面状的内周面和安装于所述外侧构件的内周面的多个薄衬垫，所述薄衬垫不经由其他构件而在径向上与所述外侧构件的内周面直接对置，并且所述薄衬垫轴承将插入该薄衬垫轴承内周的轴在径向方向上支承为相对旋转自如，其中，各个薄衬垫包括：保持部，其设置于周向两端，且以与所述外侧构件接触的状态保持在所述外侧构件；以及主体部，其设置于所述保持部的周向之间，且具有轴承面，各个薄衬垫的主体部的至少周向一方的端部从所述外侧构件的内周面向内径侧立起。

这样，在本申请第一发明的薄衬垫轴承中，各个薄衬垫的主体部的至少周向一方的端部并不沿外侧构件的内周面设置，而是从外侧构件的内周面向内径侧立起。由此，在各个薄衬垫的主体部的端部与外侧构件的内周面之间形成有径向的间隙，因此当轴相对旋转而使轴的外周面与薄衬垫的内径面(轴承面)之间的轴承间隙的压力提高时，薄衬垫向减小上述径向间隙的方向进行弹性变形，通过此时的薄衬垫的弹力而对薄衬垫赋予弹簧特性。因此，能够在不在薄衬垫与外侧构件之间设置底层薄衬垫、弹性体的情况下对薄衬垫赋予要求的弹簧特性，因此能够省略底层薄衬垫等，能够减少构成薄衬垫轴承的部件数量。

在上述的薄衬垫轴承中，通过将例如各个薄衬垫的至少周向一方的保持部插入固定槽中，所述固定槽设置于外侧构件的内周面，从而能够将该保持部保持于外侧构件。如果使该固定槽朝向外径侧且向周向一方侧倾斜，则薄衬垫的主体部的端部沿着固定槽的倾斜角度从外侧构件的内周面立起，因此能够通过固定槽的倾斜角度来调节薄衬垫的主体部的立起角度。

另外，如果各个薄衬垫的周向一方的保持部由主体部的轴向上的一部分区域向周向一方延伸而成的凸部构成，并将该凸部插入固定槽，则能够通过凸部的轴向宽度来调节对薄衬垫赋予的弹力。并且，如果由在轴向上分开设置的多个凸部构成保持部，则能够通过凸部的轴向宽度、个数来调节对薄衬垫赋予的弹力。

如果使各个薄衬垫的至少一方的保持部能够相对于外侧构件滑动，则能够通过薄衬垫与外侧构件的滑动的摩擦能量而使轴的相对旋转造成的振动衰减。此时，能够通过控制薄衬垫与外侧构件的滑动面的摩擦系数，来调节轴承特性。即，若增大滑动面的摩擦系数，则与外侧构件的滑动的摩擦能量增大，因此对轴相对旋转时的振动进行衰减的效果增大，轴承的稳定性提高。另一方面，若减小滑动面的摩擦系数，则在轴与薄衬垫接触时，容易通过其接触压力而使各个薄衬垫相对于外侧构件滑动，从而各个薄衬垫容易仿形于轴的外周面而变形。由此，增大轴与各个薄衬垫的接触面积，提高两者的耐磨损性。

在上述的薄衬垫轴承中，通过调节薄衬垫的主体部的端部的立起角度，能够调节使径向轴承间隙R的流体产生正压的轴承面的面积。例如如图6的展开图所示，当使各个薄衬垫13的主体部13c的周向一方的端部相对于外侧构件11的内周面11a的立起角度θ1比周向另一方的端部的立起角度θ2小时，各个薄衬垫13的外径面13c1与外侧构件11的内周面11a之间的径向间隙成为最大的部位(以下，称为峰值位置P)配置在比各个薄衬垫13的主体部13c的周向中央部O靠周向一方侧(图中左侧)的位置处。当在该状态下轴6向周向一方(箭头方向)相对旋转时，在各个薄衬垫13中的、比峰值位置P靠周向另一方侧的区域中，在薄衬垫与轴6的外周面6a之间形成有朝向旋转方向前方侧而缩小的楔状的径向轴承间隙R，该区域作为产生正压的轴承面A而发挥功能。这样，通过设为θ1＞θ2，能够使峰值位置P偏向周向一方侧而得到较大的轴承面A，从而能够提高支承力。需要说明的是，在该情况下，轴6的旋转方向限定为周向一方侧(图6的箭头方向)。

另一方面，如图8的展开图所示，当使各个薄衬垫13的主体部13c的两端的立起角度θ1、θ2相等时，峰值位置P配置在各个薄衬垫13的周向中央部O。由此，能够在峰值位置P的周向两侧形成相等面积的轴承面A、A’，因此在轴向任意方向旋转的情况下均能够发挥相等的支承力。

另外，为了实现上述第二目的，本申请第二发明涉及一种薄衬垫轴承，其具备：具有圆筒面状的内周面的外侧构件和安装于所述外侧构件的内周面的多个薄衬垫，并且所述薄衬垫轴承将插入该薄衬垫轴承内周的轴在径向方向上支承为相对旋转自如，所述薄衬垫轴承的特征在于，各个薄衬垫包括：保持部，其具有轴承面，且以使周向两端部与所述外侧构件接触的状态保持在所述外侧构件，相邻的薄衬垫的周向端部在沿轴向观察时交叉，将各个薄衬垫的周向端部配置在相邻的薄衬垫的外径侧。

这样，通过使相邻的薄衬垫的周向端部在沿轴向观察时交叉，将各个薄衬垫的周向端部配置在相邻的薄衬垫的外径侧，从而能够在薄衬垫的里侧(外径侧)，将各个薄衬垫的周向端部保持于外侧构件的内周面。由此，能够在周向上连续地配置薄衬垫，通过薄衬垫来覆盖外侧构件的内周面整周，因此能够避免轴承面的面积的减少。

例如，通过将各个薄衬垫的周向两端部插入固定槽，所述固定槽设置在外侧构件的内周面，从而能够将各个薄衬垫安装于外侧构件。或者通过将各个薄衬垫的周向一方的端部插入设置于外侧构件的内周面的固定槽，并且将各个薄衬垫的周向另一方的端部配置在相邻的薄衬垫与外侧构件的内周面之间，能够将各个薄衬垫安装于外侧构件。

如果使各个薄衬垫的至少周向一方的端部能够相对于外侧构件滑动，则能够通过薄衬垫与外侧构件的滑动的摩擦能量而使因轴的相对旋转而产生的振动衰减。

例如，如果在各个薄衬垫的周向一方的端部设置轴向上的一部分区域延伸而成的凸部，在各个薄衬垫的周向另一方的端部设置与所述凸部不同的轴向区域延伸而成的凸部，则能够使设置于相邻的薄衬垫的端部的凸部在沿轴向观察时交叉。或者如果在各个薄衬垫的周向一方的端部设置使轴向上一部分区域延伸而成的凸部，在各个薄衬垫的周向另一方的端部设置狭缝，将所述凸部插入相邻的薄衬垫的所述狭缝中，则能够使相邻的薄衬垫的端部在沿轴向观察时交叉。在上述情况下，通过在各个薄衬垫的周向一方的端部的在轴向上分开的多个位置处设置凸部，并将该凸部安装于外侧构件，而能够在轴向上平衡良好地保持各个薄衬垫。

上述薄衬垫轴承能够采用例如在各个薄衬垫与外侧构件的内周面之间设置对各个薄衬垫赋予朝向内径的弹性的弹性构件(例如底层薄衬垫)的结构。

另外，为了实现上述第三目的，本申请第三发明涉及一种薄衬垫轴承，其具备：外侧构件，其具有圆筒面状的内周面；以及多个薄衬垫，其安装于所述外侧构件的内周面，且不经由其他构件地在径向上与所述外侧构件的内周面直接对置，并且所述薄衬垫轴承将插入该薄衬垫轴承内周的轴在径向方向上支承为相对旋转自如，其中，各个薄衬垫包括：保持部，其设置于周向两端，且以与所述外侧构件接触的状态保持在所述外侧构件；以及主体部，其设置在所述保持部的周向之间，且具有轴承面，所述保持部以能够与固定槽滑动的状态保持在形成于所述外侧构件的内周面上的该固定槽中。

发明效果

以上所述，根据本申请第一发明的薄衬垫轴承，由于不需要用于对具有轴承面的薄衬垫(顶层薄衬垫)赋予弹性的底层薄衬垫、弹性体，因此能够减少部件数量，从而削减制造成本以及组装工时。

另外，根据本申请第二发明，能够获得能够在不减少轴承面的面积的情况下将薄衬垫安装于外侧构件的多圆弧型的薄衬垫轴承。

并且，根据本申请第三发明的薄衬垫轴承，通过使薄衬垫的保持部与固定槽滑动，能够提高由薄衬垫的滑动带来的轴的振动衰减效果。

附图说明

图1是示意性地表示燃气轮机的结构的图。

图2是表示上述燃气轮机中的旋转件的支承结构的剖视图。

图3是沿轴向观察本发明的一实施方式的薄衬垫轴承时的主视图。

图4(a)是在上述薄衬垫轴承中使用的薄衬垫的立体图。

图4(b)是表示组合了多个图4(a)的薄衬垫后的状态的立体图。

图5是上述薄衬垫轴承的放大剖视图。

图6是将周向转换成至直线方向而表示上述薄衬垫轴承的展开图。

图7(a)是表示轴与薄衬垫接触的状态的图，并且表示增大薄衬垫与外侧构件的滑动面的摩擦系数的情况。

图7(b)是表示轴与薄衬垫接触的状态的图，并且表示减小薄衬垫与外侧构件的滑动面的摩擦系数的情况。

图8是其他实施方式的薄衬垫轴承的放大剖视图。

图9是将周向转换成直线方向而表示图8的薄衬垫轴承的展开图。

图10(a)是在其他实施方式的薄衬垫轴承中使用的薄衬垫的立体图。

图10(b)是表示组合了多个图10(a)的薄衬垫后的状态的立体图。

图11是其他实施方式的薄衬垫轴承的放大剖视图。

图12是将周向转换成至直线方向而表示图11所示的薄衬垫轴承的展开图。

图13(a)是在其他实施方式的薄衬垫轴承中使用的薄衬垫的立体图。

图13(b)是表示组合了多个图13(a)的薄衬垫后的状态的立体图。

图14是沿轴向观察其他实施方式的薄衬垫轴承时的主视图。

图15(a)是在图14的薄衬垫轴承中使用的底层薄衬垫的立体图。

图15(b)是表示组合了多个图15(a)的底层薄衬垫后的状态的立体图。

图16是图14的薄衬垫轴承的放大剖视图。

图17是示意性地表示增压器的结构的侧视图。

附图标记说明

10 薄衬垫轴承

11 外侧构件

11b、11c 固定槽

13 薄衬垫

13a、13b 保持部

13c 主体部

A 轴承面

O 薄衬垫的主体部的周向中央部

P 峰值位置

R 径向轴承间隙

δ 径向间隙

θ1、θ2 薄衬垫的立起角度

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

在图1中示意性地示出被称作燃气轮机的燃气轮机装置的结构。该燃气轮机主要包括：形成有叶片列的涡轮1以及压缩机2、发电机3、燃烧器4、再生器5。在涡轮1、压缩机2以及发电机3中设置有沿水平方向延伸的共用的轴6，通过该轴6、涡轮1以及压缩机2构成能够一体旋转的旋转件。从吸气口7吸入的空气在被压缩机2压缩并被再生器5加热的基础上，送入燃烧器4。使燃料与该压缩空气混合并燃烧，通过高温、高压的气体使涡轮1旋转。涡轮1的旋转力经由轴6传递至发电机3，通过发电机3旋转从而进行发电，该电力经由逆变器8输出。由于使涡轮1旋转后的气体温度较高，因此通过将该气体送入再生器5与燃烧前的压缩空气之间进行热交换，从而对燃烧后的气体的热量进行再利用。在再生器5中完成热交换的气体通过废热回收装置9作为废气而排出。

在图2中示出上述燃气轮机中的旋转件的支承结构的一个例子。在该支承结构中，在轴向上的两个位置处配置有径向轴承10，在轴6的凸缘部6b的轴向两侧配置有推力轴承20、20。通过该径向轴承10以及推力轴承20，将轴6支承为在径向方向以及两推力方向上旋转自如。

在该支承结构中，涡轮1与压缩机2之间的区域由于与通过高温、高压的气体而旋转的涡轮1相邻而成为高温气氛。在该高温气氛中，由润滑油、润滑脂等构成的润滑剂会变质·蒸发，因此难以应用使用这些润滑剂的通常的轴承(滚动轴承等)。因此，作为在这种支承结构中使用的轴承10、20，空气动压轴承、尤其是薄衬垫轴承较为适合。

以下，根据附图对适于上述燃气轮机用的径向轴承的薄衬垫轴承10的结构进行说明。

如图3所示，该薄衬垫轴承10包括：固定于壳体(省略图示)的内周并在内周插入有轴6的外侧构件11、安装于外侧构件11的内周面11a的多个薄衬垫13构成。该薄衬垫轴承10为外侧构件11的内周面11a呈圆筒面状并且在该内周面11a上沿周向排列配置有三个薄衬垫13的、所谓的多圆弧型的薄衬垫轴承。在外侧构件11的内周面11a与薄衬垫13之间未设置有用于对薄衬垫13赋予弹性的构件(例如底层薄衬垫)，薄衬垫13的外径面13c1与外侧构件11的内周面11a在径向上直接对置。

各个薄衬垫13包括：设置于周向两端的保持部13a、13b、设置于两保持部13a、13b的周向之间的主体部13c。各个薄衬垫13包括保持部13a、13b以及主体部13c且由一个薄衬垫通过冲压加工等而一体地形成。保持部13a、13b以与外侧构件11接触的状态保持在外侧构件11。相邻的薄衬垫10的保持部13a、13b以在沿轴向观察时(参照图3)相互交叉的方式设置，各个薄衬垫10的保持部13a、13b配置在相邻的薄衬垫10的主体部13c的外径侧。在图示例中，保持部13a、13b插入到设置于外侧构件11的内周面11a的固定槽11b、11c中。固定槽11b、11c例如通过线切割加工而形成，并遍及外侧构件11的轴向全长而形成。保持部13a、13b的至少一方未完全固定于固定槽11b、11c，而以能够滑动的状态保持在固定槽11b、11c中。固定槽11b朝向外径而向周向一方(轴6的旋转方向前方侧，参照图3的箭头)倾斜，固定槽11c朝向外径而向周向另一方倾斜。固定槽11b、11c在相同的周向位置处开口。薄衬垫13的主体部13c通过将矩形状的平板弯曲成大致圆弧状而成，在内径面13c2具有轴承面A。

如图4(a)所示，各个薄衬垫13的周向一方的保持部13a由使主体部13c的轴向上的一部分区域(在图示例中为轴向中央部)向周向一方延伸而得到的凸部构成。另一方面，各个薄衬垫13的周向另一方的保持部13b由使主体部13c的轴向上的一部分向周向另一方延伸而得到的凸部构成。周向另一方的保持部13b由在轴向上分开设置的多个(在图示例中为两个)凸部构成，在它们的轴向之间设置有凹部13b1。通过将设置于薄衬垫13的一端的保持部13a插入设置于相邻的薄衬垫的另一端的保持部13b之间的凹部13b1，从而保持部13a、13b在沿轴向观察时交叉(参照图4(b))。

如图4(b)所示，将薄衬垫13的一方的保持部13a插入到设置在与之相邻的薄衬垫13的另一方的保持部13b的轴向之间的凹部13b1中，在使多个(在图示例中为三个)薄衬垫10一体化的状态下，将保持部13a、13b分别插入固定槽11b、11c，从而将多个薄衬垫13安装于外侧构件11的内周面11a。这样，通过使相邻的薄衬垫13的保持部13a、13b交叉，并在薄衬垫13的外径侧(里侧)插入固定槽11b、11c，从而能够通过薄衬垫13的主体部13c来覆盖外侧构件11的内周面11a的整周，因此能够最大限度地确保轴承面的面积。另外，由于薄衬垫13的周向端部(保持部13a、13b)不在与轴6的滑动面上露出，因此能够可靠地防止薄衬垫13的周向端部向内径侧卷缩的情况。

如图5所示，各个薄衬垫13的主体部13c的周向两端(与保持部13a、13b的边界部)并不沿外侧构件11的内周面11a延伸，而是相对于内周面11a朝向各主体部13c的周向中央而向内径侧立起。在图示例中，主体部13c的周向两端与各保持部13a、13b的边界部不会弯曲而平滑地连续，主体部13c的周向端部以朝向内径凸出的方式弯曲。由此，在各个薄衬垫13的主体部13c的周向两端，在各个薄衬垫13的外径面13c1与外侧构件11的内周面11a之间形成有径向的间隙δ。各个薄衬垫13能够向减小该径向间隙δ的方向弹性变形。即，设计为，在轴6旋转而使轴6的外周面6a与薄衬垫13的轴承面A之间的径向轴承间隙R的压力增高，薄衬垫13向外径侧内按压而使径向间隙δ变小时，薄衬垫13的变形止步于弹性范围内(不发生塑性变形)。这样，通过薄衬垫13的主体部13c的端部附近发生弹性变形，从而向薄衬垫13施加朝向内径的弹力。向薄衬垫13施加的弹力能够根据保持部13a、13b的轴向尺寸及数量、配置部位、或者后述的主体部13c的两端的立起角度θ1、θ2来调节。

在本实施方式中，各个薄衬垫13的主体部13c的两端相对于外侧构件11的内周面11a的立起角度不同。主体部13c的端部的立起角度是指，主体部13c的端部的切线、与外侧构件11的内周面11a的和薄衬垫13交叉的点(即固定槽11b的开口部)处的切线之间的角度。在本实施方式中，如图5所示，主体部13c的一端(保持部13a侧)的立起角度θ1比另一端(保持部13b侧)的立起角度θ2大。这样，通过使主体部13c的两端的立起角度形成为θ1＞θ2，从而如图6的展开图所示，各个薄衬垫13的峰值位置(最向内径侧突出的位置)P设置在各个薄衬垫13的主体部13c的与周向中央部O相比靠一端侧(保持部13a侧)的位置处。当轴6向周向一方侧旋转时(参照图6的箭头)，在轴6的外周面6a与薄衬垫13的轴承面A之间，形成有朝向旋转方向前方侧而逐渐变窄的径向轴承间隙R。此时，如上所述，通过使各个薄衬垫13的峰值位置P偏向一端侧，从而产生正压的轴承面A形成在峰值位置P的另一端侧的宽大区域内，因此能够取得较大的径向轴承间隙R的周向区域，由此径向方向的支承力提高。需要说明的是，在本实施方式中，由于薄衬垫13的保持部13a、13b与主体部13c的连接部平滑地连接，因此主体部13c的立起角度θ1、θ2与固定槽11b、11c的倾斜角度大致一致。

若薄衬垫13的主体部13c的立起角度θ1、θ2过大，则薄衬垫13向内径侧大幅突出，因与轴6的干涉而弯曲的可能性变高。因此，优选立起角度θ1、θ2设定为30°以下，更优选为20°以下。

薄衬垫13通过由富有弹簧特性并且加工性良好的金属例如钢材或铜合金构成的厚度20μm～200μm左右的带状薄衬垫而形成。在如本实施方式那样使用空气作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此无法期待由油实现的防锈效果。作为钢材、铜合金的代表例，能够列举碳素钢、黄铜，但对于一般的碳素钢而言，容易产生因锈而形成的腐蚀，对于黄铜而言，有时产生因加工变形而形成的自发开裂(黄铜中的Zn的含量越多则该趋势越强)。因此，作为带状薄衬垫，优选使用不锈钢或青铜制的材料。

在以上的结构中，当使轴6向周向一方(图3的箭头方向)、即楔状的径向轴承间隙R的缩小方向旋转时，在各个薄衬垫13的轴承面A与轴6的外周面6a之间形成空气膜。当该空气膜的压力提高时，薄衬垫13的主体部13c的端部向外径侧被按压，向径向间隙δ变小的方向发生弹性变形。如此一来，在主体部13c被向外径侧按压时，在主体部13c与保持部13a、13b的边界部施加有转矩力。此时，由于保持部13a、13b插入于固定槽11b、11c中，因此保持部13a、13b的两面被固定槽11b、11c的内壁保持。由此，由于保持部13a、13b的角度不发生变化，因此维持了与之连续的主体部13c的周向端部的立起角度，能够通过使主体部13c的端部弯曲而有效地发挥弹力。

并且，在轴6的周围的周向上多个部位(在图示例中为三个部位)处形成有楔状的径向轴承间隙R，轴6在与薄衬垫13非接触的状态下被支承为在径向方向上旋转自如。此时，在薄衬垫13的弹力、与形成于径向轴承间隙R的空气膜的压力平衡的位置处，保持薄衬垫13的形状。需要说明的是，虽然实际的径向轴承间隙R的宽度是几十μm左右的微小间隙，但在图3、图6中将其宽度夸大示出。另外，通过薄衬垫13所具有的挠性，各个薄衬垫13的轴承面A根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙R自动调节为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温·高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙R管理成最佳宽度，能够稳定地支承轴6。

在薄衬垫轴承10中，在轴6即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，难以在各个薄衬垫13的轴承面A、轴6的外周面6a上形成表面粗糙度以上的厚度的空气膜。因此，在各个薄衬垫13的轴承面A与轴6的外周面6a之间产生金属接触，导致转矩的增大。为了减小此时的摩擦力而实现转矩降低，优选为，在各个薄衬垫13的轴承面A(内径面13c2)、与其滑动的构件的表面(在本实施方式中为轴6的外周面6a)的任一方或者双方，形成使表面低摩擦化的被膜(第一被膜)。作为该被膜，例如能够使用DLC膜、氮化铝钛膜、或者二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜能够由CVD、PVD形成，二硫化钼膜能够通过喷镀而简单形成。特别是DLC膜、氮化铝钛膜为硬质，因此通过由它们来形成被膜，能够提高轴承面A的耐磨损性，能够增大轴承寿命。

另外，在轴承的运转过程中，由于形成于径向轴承间隙的空气膜的影响，薄衬垫13整体扩径而向外侧构件11的内周面11a按压，伴随于此，在薄衬垫13的外径面13c1与外侧构件11的内周面11a之间、以及薄衬垫13的保持部13a、13b与固定槽11b、11c之间发生周向上的微小滑动。因此，通过在薄衬垫13的外径面13c1和与之接触的外侧构件11的内周面11a的任一方或双方、或者薄衬垫13的保持部13a、13b和与之接触的固定槽11b、11c的任一方或双方形成被膜(第二被膜)，能够实现这些滑动部的耐磨损性的提高。需要说明的是，在上述的薄衬垫轴承10中，薄衬垫13的主体部13c的周向两端相对于外侧构件11的内周面11a向内径侧立起，因此主体部13c的外径面13c1与外侧构件11的内周面11a的接触较少。因此，上述第二被膜设置在薄衬垫13的保持部13a、13b和与之接触的固定槽11b、11c处是有效的。

另外，通过控制薄衬垫13与外侧构件11的滑动面的摩擦系数，能够调节轴承特性。例如，若增大薄衬垫13与外侧构件11的滑动面的至少一方(例如，薄衬垫13的保持部13a、13b的表面)的摩擦系数，则因与外侧构件11(例如，固定槽11b、11c的内表面)的滑动而产生的摩擦能量增大，因此能够提高因轴6的旋转而产生的振动的衰减作用。在该情况下，作为第二被膜，优选使用与二流化钼膜相比摩擦系数较大但耐磨损性优异的DLC膜、氮化铝钛膜。例如，作为形成于轴承面A的第一被膜，使用二流化钼膜，另一方面，作为薄衬垫13与外侧构件11的滑动部处形成的第二被膜，使用氮化铝钛、DLC膜等，通过使两被膜的摩擦系数不同，能够同时实现低转矩化和振动衰减性的提高。

另一方面，若减小薄衬垫13和外侧构件11的滑动面的至少一方(例如，薄衬垫13的保持部13a、13b的表面)的摩擦系数，则能够提高薄衬垫13对于与轴6的接触滑动的耐磨损性。即，在轴6刚刚旋转之后、即将停止之前等低速旋转时，轴6与薄衬垫13接触的情况下，由于其接触压力而使各个薄衬垫13的保持部13a、13b相对于外侧构件11的固定槽11b、11c滑动，各个薄衬垫13仿形于轴6的外周面6a变形。此时，若薄衬垫13与外侧构件11的滑动面的摩擦系数较大，则如图7(a)所示，薄衬垫13的保持部13a、13b难以相对于固定槽11b、11c滑动，因此薄衬垫13难以仿形于轴6的外周面6a而变形。在该情况下，由于薄衬垫13与轴6的外周面6a的接触区域T1变小，因此单位面积的接触压力变大，薄衬垫13、轴6容易磨损。与此相对，若薄衬垫13与外侧构件11的滑动面的摩耗系数较小，则如图7(b)所示，薄衬垫13的保持部13a、13b容易相对于固定槽11b、11c滑动，因此薄衬垫13容易仿形于轴6的外周面6a而变形。在该情况下，由于薄衬垫13与轴6的外周面6a的接触区域T2变大，因此单位面积的接触压力变小，薄衬垫13、轴6不易磨损。

本发明不限于上述实施方式。在上述实施方式中，示出了使薄衬垫13的主体部13c的两端的立起角度θ1、θ2不同的情况，然而例如也可以如图8所示，使立起角度θ1、θ2相等(θ1＝θ2)。在该情况下，如图9所示，峰值位置P配设在各个薄衬垫13的周向中央部O。此时，薄衬垫13成为关于峰值位置P在周向上对称的形状，在峰值位置P的周向两侧形成有相等面积的轴承面A、A’。由此，在轴6向一方旋转的情况(参照图9的实线箭头)下，在峰值位置P的周向另一方侧所设置的轴承面A与轴6的外周面6a之间，形成有朝向旋转方向前方侧缩小的径向轴承间隙R。另一方面，在轴6向另一方旋转的情况(参照图9的虚线箭头)下，在峰值位置P的周向一方侧设置的轴承面A’与轴6的外周面6a之间，形成有朝向旋转方向前方侧而缩小的径向轴承间隙R’。这样，通过使立起角度θ1、θ2相等，即使在轴6向任意方向旋转的情况下均能够发挥相同的支承力。

图10所示的实施方式与上述实施方式的不同点在于，在薄衬垫13的主体部13c与另一端侧的保持部13b的边界处设置有狭缝13d。狭缝13d设置在与薄衬垫13的一端侧的保持部13a相同的轴向位置处，且能够使保持部13a插入(参照图10(b))。在将保持部13a插入相邻的薄衬垫13的狭缝13d而将多个薄衬垫13连结成环状的状态下，将各个薄衬垫13的保持部13a、13b插入外侧构件11的固定槽11b、11c中，从而薄衬垫13安装于外侧构件11的内周面11a。该薄衬垫轴承10的轴向视图成为与图3相同的状态。在该情况下，薄衬垫13的保持部13a贯通相邻的薄衬垫13的狭缝13d而插入到固定槽11b中，因此通过保持部13a与狭缝13d在周向上卡合从而可靠地限制了薄衬垫13的另一端(保持部13b)在周向上的移动。

图11所示的实施方式与上述实施方式的不点在于，在外侧构件11上未设置有固定槽11c，薄衬垫13的另一端侧的保持部13b沿着外侧构件11的内周面11a而设置。具体而言，使相邻的薄衬垫13的保持部13a、13b在沿轴向观察时交叉(参照图4(b)或图9(b))，在该状态下，将一端侧的保持部13a插入外侧构件11的固定槽11b，并且将薄衬垫13的另一端侧的保持部13b插入相邻的薄衬垫13与外侧构件11的内周面11a之间。由此，薄衬垫13的另一端侧的保持部13b通过相邻的薄衬垫13而从内径侧被按压，从而以与外侧构件11的内周面11a接触的状态保持在外侧构件11。需要说明的是，在该情况下，也与上述实施方式相同，能够通过控制薄衬垫13的保持部13b与外侧构件11的内周面11a的滑动面的摩擦系数，来调节轴承特性(参照图7)。

在该情况下，通过保持部13a与固定槽11b的内部抵接、或狭缝与保持部13a抵接，来限制薄衬垫13向周向一方(图11的实线箭头方向)的移动。另一方面，薄衬垫13能够向周向另一方(该图的虚线箭头方向)移动，因此当轴6向周向另一方(该图的虚线箭头方向)旋转时，通过与轴6的滑动而使薄衬垫13向周向另一方移动，由此薄衬垫13的一端侧的保持部13a可能会从固定槽11b脱出。另外，该薄衬垫轴承10的薄衬垫13的另一端侧的保持部13b沿外侧构件11的内周面11a而设置，因此如图12所示，主体部13c的另一端侧的立起角度θ2实际上为0，薄衬垫13的峰值位置P设置在与主体部13c的周向中央部O相比偏向一端侧(图中左侧)的位置处。因此，当轴6向周向一方(实线箭头方向)旋转时，主体部13c的外径面13c1中的、比峰值位置P靠另一端侧(图中右侧)的宽大区域作为轴承面A而发挥功能。由此，该薄衬垫轴承10用于支承仅向周向一方(实线箭头方向)进行相对旋转的轴6的用途。

图13所示的实施方式与上述实施方式的不同点在于，由在轴向上分开的多个凸部构成薄衬垫13的周向一方的保持部13a。这样，通过将在轴向上分开的多个凸部(保持部13a)插入外侧构件11的固定槽11b，从而薄衬垫13的端部在轴向上分开的两个位置处被固定槽11b保持，因此能够在轴向上平衡良好地保持薄衬垫13。在本实施方式中，与图10所示的实施方式相同，在薄衬垫13的另一端设置狭缝13d，将保持部13a插入该狭缝13d。但并不限定于此，虽然省略图示，但也可以与图4所示的实施方式相同，在薄衬垫13的另一端设置由使主体部13c延伸而成的多个凸部构成的保持部13b，将一方的保持部13a插入该保持部13b之间的凹部。另外，就薄衬垫13向外侧构件11的安装而言，可以如图3所示将保持部13a、13b均插入到固定槽11b、11c，也可以如图11所示仅将一方的保持部13a插入固定槽11b，另一方的保持部13b沿着外侧构件11的内周面11a。另外，在图13中，构成保持部13a的凸部由两个凸部构成，但并不限定于此，也可以将构成保持部13a的凸部的数量设为三个以上。在该情况下，设置有与保持部13a的凸部数量相同的狭缝13d。

图14所示的薄衬垫轴承10包括：外侧构件11，其固定于壳体(省略图示)的内周，且在内周插入有轴6；多个薄衬垫13(顶层薄衬垫)，其安装于外侧构件11的内周面11a；弹性构件，其设置于外侧构件11的内周面11a与薄衬垫13之间，用于对薄衬垫13赋予弹性。在本实施方式中，示出了弹性构件为底层薄衬垫12的情况。相邻的薄衬垫13的周向端部(在本实施方式中为保持部13a、13b)以在沿轴向观察时(参照图16)相互交叉的方式设置，各个薄衬垫10的保持部13a、13b配置在相邻的薄衬垫10的主体部13c的外径侧。

如图15(a)所示，各底层薄衬垫12呈与薄衬垫13大致相同的形状，包括设置于周向两端的保持部12a、12b、以及设置在两保持部12a、12b的周向之间的主体部12c。保持部12a、12b呈大致平板状，主体部12c呈能够通过径向的压缩力而弹性变形的形状。在本实施方式中，主体部12c呈波形形状，其凹凸高度从主体部12c的周向中央部朝向两端而逐渐变小。底层薄衬垫12与薄衬垫13相同，能够将设置于一端的保持部12a插入到在相邻的底层薄衬垫12的另一端设置的一对保持部12b之间(参照图15(b))。

薄衬垫轴承10的组装以如下方式进行。首先，将大致相同形状的薄衬垫13(参照图4)与底层薄衬垫12(参照图15)重叠，并将其准备三组。然后，将重叠的薄衬垫13以及底层薄衬垫12的一端的保持部13a、12a插入到在另一薄衬垫13以及底层薄衬垫12的另一端设置的一对保持部13b、12b之间，从而将三组薄衬垫13以及底层薄衬垫12连结成环状。在该状态下，通过将各个薄衬垫13以及底层薄衬垫12的一方的保持部13a、12a以及另一方的保持部13b、12b插入外侧构件11的固定槽11b、11c，从而将薄衬垫13以及底层薄衬垫12安装于外侧构件11的内周面。

在以上的结构中，当使轴6向周向一方(图14的箭头方向)、即楔状的径向轴承间隙R的缩小方向旋转时，在各个薄衬垫13的轴承面A与轴6的外周面6a之间形成有空气膜。当该空气膜的压力提高时，薄衬垫13的主体部13c的端部向外径侧压入，底层薄衬垫12弹性变形在径向上被压缩。并且，在轴6的周围的周向上多个位置(在图示例中为三个位置)形成有楔状的径向轴承间隙R，轴6以与薄衬垫13非接触的状态被支承为沿径向方向旋转自如。此时，在底层薄衬垫12的弹力与形成于径向轴承间隙R的空气膜的压力平衡的位置处，薄衬垫13以及底层薄衬垫12的形状被保持。需要说明的是，实际的径向轴承间隙R的宽度为几十μm左右的微小间隙，但在图14中夸大地示出其宽度。另外，通过薄衬垫13以及底层薄衬垫12所具有的挠性，各个薄衬垫13的轴承面A根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙R自动调节为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温·高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙R管理成最佳宽度，能够稳定地支承轴6。

在薄衬垫轴承10中，在轴6即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，难以在各个薄衬垫13的轴承面A、轴6的外周面6a上形成表面粗糙度以上的厚度的空气膜。因此，在各个薄衬垫13的轴承面A与轴6的外周面6a之间产生金属接触，导致转矩的增大。为了减小此时的摩擦力实现转矩降低，优选为，在各个薄衬垫13的轴承面A(内径面13c2)和与之滑动的构件的表面(在本实施方式中为轴6的外周面6a)的任一方或双方，形成使表面低摩擦化的被膜(第一被膜)。作为该被膜，能够使用例如DLC膜、氮化铝钛膜、或者二硫化钼膜。DLC膜、氮化铝钛膜能够由CVD、PVD形成，二硫化钼膜能够通过喷雾而简单地形成。特别是由于DLC膜、氮化铝钛膜为硬质，因此通过利用他们形成被膜，能够提高轴承面A的耐磨损性，能够增大轴承寿命。

另外，在轴承的运转过程中，因形成于径向轴承间隙的空气膜的影响而导致薄衬垫13以及底层薄衬垫12整体扩径向外侧构件11的内周面11a按压，伴随于此，在薄衬垫13的外径面13c1与底层薄衬垫12的内径面之间、底层薄衬垫12的外径面与外侧构件11的内周面11a之间、以及薄衬垫13及底层薄衬垫12的保持部13a、13b、12a、12b与固定槽11b、11c之间发生周向上的微小滑动。因此，通过在薄衬垫13的外径面13c1和与之接触的底层薄衬垫12的内径面的任一方或双方、底层薄衬垫12的外径面和与之接触的外侧构件11的内周面11a的任一方或双方、薄衬垫13的保持部13a、13b和与之接触的固定槽11b、11c的任一方或双方、或者底层薄衬垫12的保持部12a、12b和与之接触的固定槽11b、11c的任一方或双方形成被膜(第二被膜)，从而能够实现这些滑动部的耐磨损性的提高。

需要说明的是，为了提高振动的衰减作用，有时需要上述的滑动部这种程度的较大的摩擦力，对于第二被膜并不要求非常高的低摩擦性。因此，作为第二被膜，优选使用与二流化钼膜相比摩擦系数较大但耐磨损性优异的DLC膜、氮化铝钛膜。例如作为形成于轴承面A的第一被膜，使用二流化钼膜，另一方面，作为形成于薄衬垫13与外侧构件11的滑动部的第二被膜，使用氮化铝钛膜、DLC膜等，通过使两被膜的摩擦系数不同，能够同时实现低转矩化和振动的衰减性的提高。

在图14的薄衬垫轴承10中，也能够使用图10、图11、图13所示的薄衬垫13。在该情况下，底层薄衬垫12除主体部12c为波形这一点以外与图10的薄衬垫13相同(省略图示)。

优选为，底层薄衬垫12如上述那样与薄衬垫13为大致相同的形状。因此，例如当薄衬垫13为图4、图10所示的形状时，底层薄衬垫12也优选为与它们大致相同的形状。需要说明的是，在通过薄衬垫13以外的机构将底层薄衬垫12安装于外侧构件11的情况下，无需将底层薄衬垫12设为与薄衬垫13大致相同的形状。

另外，弹性构件并不限于底层薄衬垫12，只要是对薄衬垫13赋予朝向内径的弹性的构件便能够使用，例如能够使用将线材编成网状而成的弹性体等。

在以上的说明中，示出了在薄衬垫轴承10设置三个薄衬垫13的情况，但并不限定于此，也可以将薄衬垫13设为两个或四个以上。

另外，在以上的说明中，例示了将轴6设为旋转侧构件而将外侧构件11设为固定侧构件的情况，但在与之相反将轴6设为固定侧构件而将外侧构件11设为旋转侧构件的情况下，也能够应用图3的结构。但是，在该情况下薄衬垫13成为旋转侧构件，因此需要考虑因离心力造成的薄衬垫13整体的变形而进行薄衬垫13的设计。

本发明的薄衬垫轴承10的应用对象并不限于上述的燃气轮机，例如也能够作为增压器的支承旋转件的轴承而使用。如图17所示，在增压器中，通过由发动机53产生的废气来驱动涡轮51，通过其驱动力使压缩机52旋转而压缩吸入气体，由此实现发动机53的转矩提高、效率改善。由涡轮51、压缩机52、以及轴6构成旋转件，作为支承轴6的径向轴承10，能够使用上述各实施方式的薄衬垫轴承10。

本发明的薄衬垫轴承并不限于燃气轮机、增压器等涡轮机械，能够作为在难以进行由润滑油等液体实施的润滑的情况、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅助设备的情况、或者因液体的剪切而产生的阻力成为问题等的限制下而使用的机动车等车辆用轴承、以及工业设备用的轴承而广泛使用。

另外，以上说明的各个薄衬垫轴承是使用空气作为压力产生流体的空气动压轴承，但并不限定于此，也可以使用其他的气体作为压力产生流体、或者也可以使用水、油等液体。并且，例示了将轴6和外侧构件11的任一方设为旋转侧的构件而将另一方设为固定侧的构件来使用的情况，但也可以将双方的构件设为具有速度差的旋转侧的构件来使用。

Claims (5)

1.一种薄衬垫轴承，其具备：具有圆筒面状的内周面的外侧构件和安装于所述外侧构件的内周面的多个薄衬垫，所述薄衬垫轴承将插入该薄衬垫轴承内周的轴在径向方向上支承为相对旋转自如，其特征在于，

各个薄衬垫包括：一方的保持部，其设置于薄衬垫的周向一方的端部，以与所述外侧构件接触的状态保持在所述外侧构件；另一方的保持部，其设置于薄衬垫的周向另一方的端部，以与所述外侧构件接触的状态保持在所述外侧构件；以及主体部，其设置于所述一方的保持部与所述另一方的保持部的周向之间，且具有轴承面，

各个薄衬垫的至少一方的保持部以与在所述外侧构件的圆筒面状的内周面开口的一方的固定槽具有间隙的状态插入该一方的固定槽中，

各个薄衬垫的所述一方的保持部与所述主体部的边界部不弯曲而平滑地连续，

各个薄衬垫的所述一方的保持部朝向外径侧且向周向一方侧倾斜，

当所述轴相对旋转而使所述轴承面与所述轴的外周面之间的轴承间隙的压力提高时，所述薄衬垫被向外径侧按压而在所述主体部与所述一方的保持部的边界施加有转矩力，从而所述薄衬垫弹性变形，通过此时的所述薄衬垫的弹力而对所述薄衬垫赋予弹簧特性，

在所述轴的相对旋转过程中，在所述薄衬垫的一方的保持部与所述一方的固定槽之间产生周向上的微小滑动。

2.根据权利要求1所述的薄衬垫轴承，其中，

所述主体部的周向一方的端部的立起角度为30°以下。

3.根据权利要求1或2所述的薄衬垫轴承，其中，

所述轴相对于所述薄衬垫向周向一方侧相对旋转。

4.根据权利要求1或2所述的薄衬垫轴承，其中，

各个薄衬垫的所述另一方的保持部以与设于所述外侧构件的内周面的固定槽具有间隙的状态插入该固定槽中。

5.根据权利要求1或2所述的薄衬垫轴承，其中，

各个薄衬垫的所述另一方的保持部配置于相邻的薄衬垫与外侧构件的内周面之间。

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