JP2004263781A

JP2004263781A - フォイル軸受およびフォイル軸受の使用方法

Info

Publication number: JP2004263781A
Application number: JP2003054883A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Saito; 育夫齊藤; Hitoshi Sakakida; 均榊田; Kotaro Tanaka; 耕太郎田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】気体の圧力で回転軸の浮力を生成して回転軸を支持するフォイル軸受装置において、回転軸の回転始動時における回転駆動トルクの低減化を図り、軸受としての性能の向上を図る。
【解決手段】気体の圧力で軸の浮力を生成する動圧式気体軸受部３１と、この動圧式気体軸受部３１に、前記気体による押圧力を受け回転自在に支持される回転軸３４とを備え、動圧式気体軸受部３１は、円筒状の軸受ハウジング３２と、この軸受ハウジング３２の軸受空洞部３３の内周面３３ａに沿うように設けられるバンプフォイル３６と、このバンプフォイル３６の内周面に沿うように設けられるトップフォイル３５とを備えたフォイル軸受３０において、前記軸受空洞部３３の低部に、回転軸３４の回転始動に合わせて圧縮気体ａを噴き付け、回転軸３４を押上げる気体噴出装置４０を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型高速ガスタービン発電装置等の発電機に用いられる回転軸を気体潤滑支持する気体軸受技術に係り、特に横置型発電装置に用いられる高速回転する回転軸を支持する気体潤滑式のフォイル軸受およびフォイル軸受の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォイル軸受として、円筒状の軸受ハウジングの内周にバンプフォイルおよびトップフォイルを配置し、このトップフォイル内に回転軸を配置して動圧式気体軸受を構成したものがある。
【０００３】
このフォイル軸受は、円筒状の軸受ハウジングの内周面を楕円状に形成し、真円の回転軸が楕円の曲率の小さい面に接触させるようにした構成のものがあり、特許文献１に開示されている。
【０００４】
このフォイル軸受は、図１０に示されるように、軸受空洞部１１を形成した動圧式気体軸受部１２に回転軸１０を回転自在に支持した構成のフォイル軸受１３である。
【０００５】
このフォイル軸受１３の動圧式気体軸受部１２は、楕円状断面の内周面１４ａを有する軸受ハウジング１４と、その内周面１４ａに支持されたバンプフォイル１５およびこのバンプフォイル１５の内周に支持されたトップフォイル１６とから構成される。
【０００６】
フォイル軸受１３の停止時には、回転軸１０がトップフォイル１６の内周面１６ａ側に直接接触するように支持される。
【０００７】
また、フォイル軸受１３の回転軸１０は、回転起動中は、気体潤滑作用を得て、軸受空洞部１１のほぼ中心部に回転軸１０の軸心が一致するように支持されている。
【０００８】
このバンプフォイル１５は、その一端部が軸受ハウジング１４の内周面１４ａの頂部の支持具１４ｂに支持され、他端が周方向に延びて自由端としている。
【０００９】
また、トップフォイル１６は、その一端部が軸受ハウジング１４の内周面１４ａの頂部の支持具１４ｃに支持され、他端が周方向に延びて自由端としている。
【００１０】
軸受ハウジング１４の内周面１４ａは、その断面形状が鉛直方向とほぼ直交する長軸を有する楕円状に構成されている。
【００１１】
回転軸１０の自重は鉛直方向にかかり、軸受ハウジング１３の内周面１３ａは、例えば鉛直方向とほぼ直交する方向に少量延びる平行部を有し、その両端に真半円が接続された小判形である。
【００１２】
両端の真半円の中心ｐ１，ｐ１は、全体の中心ｐ０から左右方向へずれており、Δｌ分楕円形状となっている。
【００１３】
バンプフォイル１５およびトップフォイル１６は、軸受ハウジング１４の内周面１４ａに倣って変形するので、当然トップフォイル１６の内周面１６ａも楕円形状となる。
【００１４】
このようなフォイル軸受１３によれば、回転軸１０の軸受ハウジング１４の接触面積が減少することによって、起動時の摩擦トルクが減少し、時間的ロスが減少するために、レスポンスを向上させることができる。
【００１５】
【特許文献１】
実願昭６０−１０３６２０号（実開昭６２−１３２２４号）のマイクロフィルム［明細書第４頁第１５行〜第５頁１５行並びに第１図（軸受ハウジングの内周面が、その断面形状が垂直方向とほぼ直角に交わる長軸を有する楕円上に構成されている）］
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフォイル軸受１３によれば、軸受ハウジング１４の内周面１４ａが、その断面形状が鉛直方向とほぼ直交する方向に長軸を有する楕円状に構成されていることから、回転軸１０は短軸の内周面側で支持され、回転軸１０が軸受ハウジング１４の内周面１４ａ側と接触する接触面積を減少させられるので、初期始動時における回転軸１０の駆動トルクを減少させることができるものである。
【００１７】
しかしながら、軸受ハウジング１４の内周面１４ａが水平方向に拡張していることから、回転軸１０の回転を開始してから初期始動に至るまで、すなわち、回転軸１０の回転数が上がりクサビ状の気体膜が形成されるまでに相当の時間がかかる上に、稼動中においても回転軸１０の軸芯が安定せず、回転軸１０とトップフォイル１６との間で摩擦熱が発生する等、軸受としての性能劣化の原因となっていた。
【００１８】
このため、軸受の起動時における回転軸の回転駆動トルクの負荷軽減を図り、軸受としての性能の劣化を伴なわないようにすることが望まれていた。
【００１９】
本発明は、このような点を考慮してなされたもので、発電装置等の設備起動時の回転軸の回転駆動トルクを低減させ、軸受として調心が容易なフォイル軸受およびフォイル軸受の使用方法を提供することを主な目的とする。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、発電装置等の設備の始動から負荷運転、停止に至るまでの間、軸心が所望に調心されると共に安定した回転軸の支持状態が得られるようにしたフォイル軸受およびフォイル軸受の使用方法を提供するにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの軸受空洞部の内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、前記軸受空洞部低部に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、回転軸を押上げる気体噴出装置とを備える。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項８記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、前記軸受ハウジングの内壁面とバンプフォイルとの間に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせてそれぞれ異なった方向から圧縮気体を噴き付けるように作用させる複数個の気体噴出装置とを備える。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項１１記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、前記軸受ハウジング側に設けられ、軸受ハウジング低部の内壁面とバンプフォイルとの間に形成される背室に対し、それぞれ異なった方向から圧縮気体を噴き付けるように設けた複数のハウジング側気体噴出装置と、回転軸の軸心位置を検知して、軸心位置検知データを出力する軸心距離判定手段と、この軸心距離判定手段から出力される軸心位置データを入力して前記ハウジング側気体噴出装置へ圧縮気体の圧力を制御する圧力制御データ信号を出力する圧縮気体圧力制御部とを備える。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項１２記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、前記バンプフォイルを波状に形成して、このバンプフォイルの山部がトップフォイルと接触する接触部を一体的に固定して形成したフォイル組立体と、前記軸受ハウジングの内周面とフォイル組立体のバンプフォイルの山部に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、前記背室を加圧することにより回転軸の軸心を調心するようにせしめる気体噴出装置とを備える。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項１３記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、前記回転軸の回転始動時に、この回転軸を支持する軸受空洞部の低部の背室へ圧縮気体の噴出作用による押圧力で回転軸を押し上げることを特徴とするフォイル軸受の使用方法である。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項１８記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、前記回転軸とこの回転軸を支持する軸受ハウジングの軸受空洞部に形成される背室とに、回転軸の回転始動に合わせて、それぞれ異なる方向から圧縮気体を噴き付け、前記回転軸を軸受空洞部のほぼ中心に調心することを特徴とするフォイル軸受の使用方法である。
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項１９記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、軸受空洞部に支持される回転軸の位置を検知して、この検知により得た位置データに基づき、ハウジング側気体噴出装置または回転軸側気体噴出装置から噴出する圧縮気体の圧力を制御することを特徴とするフォイル軸受の使用方法である。
【００２８】
上記目的を達成するために、請求項２０記載の発明によれば、気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、円筒状の軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルを波状に形成して、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルに対して接触する接触部を一体的に固定して形成し、前記軸受ハウジングの内周面とバンプフォイルの波状部に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、当該背室を加圧して回転軸を所望の調心位置に移動せしめることを特徴とするフォイル軸受の使用方法である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のフォイル軸受の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るフォイル軸受の第１実施形態を示す概要図である。
【００３１】
第１の実施形態に示されるフォイル軸受３０は、例えば小型高速ガスタービン発電装置等の発電機に適用する横置型の発電装置（図示せず）に用いられ、高速回転する回転軸を気体潤滑で支持する動圧式気体潤滑式の軸受である。
【００３２】
このフォイル軸受３０の動圧式気体軸受部３１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が柱状の軸受ハウジング３２と、この軸受ハウジング３２内の軸受空洞部３３に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるスリーブ状のトップフォイル３５と、このトップフォイル３５の外側に配設される波形状あるいはスプライン状のバンプフォイル３６と、軸受ハウジング３２の底部に設けられるハウジング側気体噴出装置４０とより構成される。
【００３３】
回転軸３４は、回転停止時には、トップフォイル３５に直接接するように支持される。トップフォイル３５は、弾力性が大きく、曲げ剛性の小さな可撓性薄膜（フォイル）で軸受面を形成している。
【００３４】
また、フォイル軸受３０の回転起動中は、気体潤滑作用を得て、軸受空洞部３３のほぼ中心部を回転軸３４の軸心が一致するように浮上状態で安定的に支持されるようになっている。
【００３５】
軸受ハウジング３２の内壁面３２ａは、断面真円に形成される。内壁面３２ａには、軸受空洞部３３のほぼ中心点を通る水平面上において、相対する壁面部を回転軸側に突出する突条３７，３７が設けられ、この突条と回転軸３４との間に狭小部ｂが形成される。
【００３６】
この狭小部ｂの形成により、この狭小部ｂより下位に下側背室ｘが、また上位に上側背室ｙが設けられる。
【００３７】
一方、軸受空洞部３３内に支持される回転軸３４は、小型発電機の場合、例えば通常数万〜数十万回転／分（５０〜６０Ｈｚ対応）で高速回転する断面が真円のもので、軸受空洞部３３の内壁面３３ａとの間に僅少な間隙が形成される。
【００３８】
回転軸３４の外側に配設されるトップフォイル３５は、回転軸３４の外側を覆うように配設される所望の耐磨耗性、弾力性を備えた、例えば高温耐性バネ材を用いた円筒状のものであり、一端が最上端の支持具４５に支持され、他端が自由端として回転軸３４の周囲を覆うように同方向に延設される。さらに、トップフォイル３５は、回転軸３４の外形より大きな径を有し、内部に回転軸３４を浮上状態に支持できるようになっている。
【００３９】
また、このトップフォイル３５の外側に巻き付けられるように設けられる波形状あるいはスリーブ状のバンプフォイル３６は、両端が軸受空洞部３３の最上端に設けられた支持具４６，４６に支持され、トップフォイル３５の外側に当接し、弾力的に支持している。バンプフォイル３６は、トップフォイル３５と同様の、例えば高温耐性バネ材を用いた薄板材から成形される。
【００４０】
また、このバンプフォイル３６は、表面が波形状あるいはスリーブ状の凸凹面を、例えば同軸上に連続的に形成され、ハウジング側気体噴出装置４０から噴出する圧縮気体ａにより圧力を受け易い形状を呈している。
【００４１】
フォイル装置３０の停止中は、回転軸３４は回転を停止し、トップフォイル３５と直接接触した状態で支持されるが、回転始動すると回転軸３４とトップフォイル３５との間で気体潤滑作用が得られて、トップフォイル３５から浮上した状態で支持される。
【００４２】
ハウジング側気体噴出装置４０は、回転軸３４の回転始動時に合わせて短時間作動させるもので、軸受ハウジング３２の軸受空洞部３３の下側背室ｘへ圧縮気体ａを注入するよう設けられる。
【００４３】
このハウジング側気体噴出装置４０は、軸受ハウジング３２を貫通して下側背室ｘに開口するように設けた気体通路４１と、この気体通路４１の端部に設けられた気体圧縮機４２と、気体通路４１の途中に設けた圧力調整弁４３と、下側背室ｘ内の圧縮気体ａの圧力を検知する圧力計５０とを有し、この圧力計５０にて下側背室ｘ内の気体圧力を検出し、図示しない制御装置あるいは直接気体圧縮機４２および圧力調整弁４３を作動させるようになっている。
【００４４】
この圧力計５０は、軸受ハウジング３２を貫通して下側背室ｘに開口する気圧測定孔４４の端部に外側から接続可能に設けられたものである。
【００４５】
また、この圧力計５０は、下側背室ｘ内の気圧を検知した結果、所定の気圧以上になれば、気体圧縮機４２の作動を停止させるか、または圧力調整弁４３を調整し、下側背室ｘ内を所定の気圧に調整するようになっている。
【００４６】
気体通路４１の途中に設けられる圧力調整弁４３は、圧縮気体ａが所定の圧力で軸受空洞部３３側の下側背室ｘへ注入するよう制御するものである。
【００４７】
軸受空洞部３３の内壁面３３ａに形成した突条３７，３７は、回転軸３４が回転始動すると同時に気体圧縮機４２から注入される圧縮気体ａが、軸受空洞部３３の内壁３３ａとバンプフォイル３６との間に注入された際、突条３７，３７より下位に形成される下側背室ｘへ入りこむ圧縮気体ａの圧力と、上位の上側背室ｙへ入りこむ圧縮気体ａの圧力に所定の時間差が生じるようにしたものである。
【００４８】
すなわち、軸受空洞部３３の下位の下側背室ｘと、上位の上側背室ｙとに区分して、所定の時間、例えば数秒間程度の間、「下側背室ｘの気圧＞上側背室ｙの気圧」の関係が得られるようにしている。
【００４９】
次に、フォイル軸受３０の作用について、図１を参照して説明する。
【００５０】
このフォイル軸受３０の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【００５１】
先ず、別個に設けられる起動モータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて発電機（図示せず）を起動させると、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う所期始動により回転軸３４が徐々に回転速度が上昇してゆく。一定の回転速度になると、本来の発電機能に切替られ、回転軸３４は回転を加速する。
【００５２】
この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合にはトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体潤滑の機能が不十分な状態にある。
【００５３】
ここで、ハウジング側気体噴出装置４０が作動すると、気体圧縮機４２から気体通路４１を介して下側背室ｘへ圧縮気体ａが注入される。
【００５４】
この下側背室ｘへ圧縮気体ａが注入されると、バンプフォイル３６の表面に圧縮気体ａが噴き付けられ外周側から気体圧力が作用するようになる。
【００５５】
この圧縮気体ａがバンプフォイル３６の表面に外周側から押し上げられるように作用する初期の短い時間、例えば数秒間程度は、突条３７，３７の存在により軸受空洞部３３の下側背室ｘから上側背室ｙへ流れ込む圧縮気体ａが一時的に抑制される。従って、軸受空洞部３３の下位の下側背室ｘ内の圧縮気体ａ１の圧力が、上位の上側背室ｙ内の圧縮気体ａ２より一時的に高くなる。
【００５６】
この結果、回転軸３４は、バンプフォイル３６およびトップフォイル３５を介して下側背室ｘ内の圧縮気体ａ２の作用により押上げられる。
【００５７】
ここで、回転軸３４の回転始動時には、回転軸３４は、自重により鉛直下方のトップフォイル３５に直接接している。また、バンプフォイル３６の凹凸部には所望の剛性を持たせていることから、回転軸３４は、前記凹凸部により幾分浮き上がった状態（凹凸の高さおよびその弾力性により異なる）になっている。
【００５８】
更に、バンプフォイル３６の凹凸部により下側背室ｘ内に注入される圧縮気体ａ１の圧力を受け易い状況が得られ、その結果、回転軸３４は、圧縮気体ａ２の作用により効率的に上方へ押し上げられる。
【００５９】
この結果、回転軸３４は、自重による鉛直下方へのたわみ量が少なく、回転始動から回転駆動に至る過程で、軸受摩擦が少なく、回転軸３４の駆動トルクの減少化が図れる。
【００６０】
また同時に、回転軸３４は、ハウジング側気体噴出装置４０により、回転軸３４の回転始動に伴ない押し上げられるので、回転数の増加に伴ない生成される気体膜による動圧効果と相俟って調心機能を向上させることができる。
【００６１】
なお、バンプフォイル３６は、この波形状あるいはスリーブ形状に限られず、独自の立体形状にして所定の弾力性を有するものであればよい。
【００６２】
更に、軸受ハウジング３２の軸受空洞部３３と回転軸３４との間にて形成した狭小部ｂは、軸受ハウジング３２に突状部３７，３７を設けることにより形成したが、軸受ハウジング３２の軸受空洞部３３の断面形状を鉛直方向へ延びる楕円状に形成することにより、結果的に狭小部ｂが形成されるようにしてもよい。
【００６３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明に係るフォイル軸受の第２の実施形態を示すものである。
【００６４】
この第２の実施形態を示されたフォイル軸受１００を、第１の実施形態に示されたフォイル軸受３０と同一部分に同一符号を附して説明する。
【００６５】
フォイル軸受１００は、軸受空洞部１０３を形成した動圧式気体軸受部１０１に回転軸３４を支持した構成のものである。
【００６６】
このフォイル軸受１００の動圧式気体軸受部１０１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が柱状の軸受ハウジング３２と、この軸受ハウジング３２に形成される軸受空洞部１０３内に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるトップフォイル３５と、このトップフォイル３５の外側に配設される波形状あるいはスプライン形状のバンプフォイル１０６と、軸受ハウジング３２の底部に設けられるハウジング側気体噴出装置４０とより構成される。
【００６７】
軸受ハウジング３２の軸受空洞部１０３は、真円の内壁面１０３ａを有している。
【００６８】
軸受空洞部１０３内に支持される回転軸３４は、小型発電機の場合、例えば通常数万〜数十万回転／分（５０〜６０Ｈｚ）で高速回転する断面が真円のもので、軸受空洞部１０３の内壁面１０３ａとの間には僅少の間隙が形成される。
【００６９】
回転軸３４の外側を覆うように配設されるトップフォイル３５は、所望の耐磨耗性、弾力性を備えた円筒状のものである。
【００７０】
バンプフォイル１０６は、トップフォイル３５の外周側を覆うように配設され、トップフォイル３５と同様の素材から成形されるスプライン状あるいは波形の筒状のものである。このバンプフォイル１０６は、トップフォイル３５の外側に配設した状態で、ほぼ中央部以下の半円筒部分を比較的強剛性の下側層１０６ａとし、中央部以上の半円筒部分を弱剛性の上側層１０６ｂになるよう成形された円筒状のものである。すなわち、パンプフォイル１０６の下側層１０６ａはその上側層１０６ｂより大きな曲げ剛性を有するように、上側層１０６ｂより層の肉厚が厚い。
【００７１】
バンプフォイル１０６と、軸受空洞部１０３の内壁１０３ａとの間には、突条３７，３７を境にて下側背室ｚと上側背室ｙとが形成される。また、このバンプフォイル１０６全体の表面が周方向に波形状あるいはスプライン状であるので、ハウジング側気体噴出装置４０から噴出する圧縮気体ａにより圧力を受け易い形状を呈している。
【００７２】
その他の構成については、上述した第１の実施形態の図１に示される構成と同様であるので説明を省略する。
【００７３】
次に、第２の実施形態のフォイル軸受１００の作用を説明する。
【００７４】
このフォイル軸受１００の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【００７５】
先ず発電機（図示せず）を起動するにあたって、別個に設けられるモータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う所期始動により回転軸３４が徐々に回転速度が上昇し、本来の発電機能に切替られた段階で回転軸３４の回転数が安定する。
【００７６】
この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合には、回転軸３４とトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体潤滑の機能が不十分な状態である。
【００７７】
そこで、フォイル軸受１００の始動と同時に、すなわち、回転軸３４が回転を開始するとほぼ同時にハウジング側気体噴出装置４０が作動し、気体圧縮機４２から気体通路４１を介して回転軸３４と軸受空洞部１０３の下側背室ｘへ圧縮気体ａが注入される。
【００７８】
この下側背室ｘへ圧縮気体ａが注入されると、バンプフォイル１０６の凹凸面へ圧縮気体ａが噴き付けられ、バンプフォイル１０６は上方へ押し上げられる。
【００７９】
このハウジング側気体噴出装置４０から下側背室ｘへ注入される圧縮気体ａは、秒から分単位の短時間に一瞬にして噴き出されるものである。
【００８０】
この噴き出される短い時間、例えば数秒程度はバンプフォイル１０６の強剛性の下側層１０６ａ側に圧縮気体ａが噴出して押圧作用をする。
【００８１】
この押圧作用は、バンプフォイル１０６の弱剛性の上側層１０６ｂは容易に潰されるように変形させ、その結果、バンプフォイル１０６の下側層１０６ａが上方に押し上げられる。
【００８２】
バンプフォイル１０６の下側層１０６ａが上方へ押し上げられることにより、トップフォイル３５を介して回転軸３４を上方へ押し上げるので、回転軸３４との調心機能が早期に得られ、回転軸３４は早期に安定した高速回転状態となる。
【００８３】
なお、バンプフォイル１０６の弱剛性の上側の層１０６ｂは、回転軸３４が回転始動してから、調心機能を得る際の補助的役割がなされるものである。
【００８４】
その他の作用については、上述した第１の実施形態における作用と同様であるので説明を省略する。
【００８５】
（第３の実施形態）
図３および図４は、本発明に係るフォイル軸受の第３の実施形態を示す概要図である。
【００８６】
この第３の実施形態に示されたフォイル軸受２００を、第１の実施形態の図１に示されるフォイル軸受３０と同一部分に同一符号を附して説明する。
【００８７】
フォイル軸受２００は、軸受空洞部２０３を形成した動圧式気体軸受部２０１に回転軸３４を支持した構成のものである。
【００８８】
このフォイル軸受２００の動圧式気体軸受部２０１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が筒状の軸受ハウジング２０２と、この軸受ハウジング２０２に形成される軸受空洞部２０３に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるトップフォイル３５と、このトップフォイル３５の外側に配設される波形状あるいはスプライン状のバンプフォイル３６と、軸受ハウジング２０２の底部および回転軸３４側に設けられるハウジング側気体噴出装置４０と、回転軸側気体噴出装置２０５とより構成される。
【００８９】
軸受ハウジング２０２の内壁面２０２ａは断面真円に形成される。
【００９０】
軸受空洞部２０３内に支持される回転軸３４は、小型発電機の場合、例えば通常数万〜数十万回転／分（５０〜６０Ｈｚ）で高速回転する断面が真円のもので、軸受空洞部２０３の内壁面２０３ａと僅少の間隙が形成されるようにしている。
【００９１】
回転軸側気体噴出装置２０５は、回転軸３４の回転始動時に合わせて短時間起動させるもので、気体圧縮機２１２と、この気体圧縮機２１２から回転軸３４の中心部から軸受空洞部２０３側へ貫通して設けた気体通路２１１と、この気体通路２１１の途中に設けた圧力調整弁２１３とから構成される。
【００９２】
この気体通路２１１は、回転軸３４の中心部を貫通して形成され、軸受空洞部２０３の底部の背室ｚ側へ接続される。
【００９３】
また、この回転軸側気体噴出装置２０５は、ハウジング側気体噴出装置４０と比べて圧縮気体ａの噴出形態が異なり、圧縮気体ａをトップフォイル３５との接触面に瞬間的に噴出させることによる作用に対して、その反作用で回転軸３４を上方へ浮上させるようになっている。
【００９４】
その他の構成については、上述した第１の実施形態の図１に示される構成と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
次に、フォイル軸受２００の作用について説明する。
【００９６】
このフォイル軸受２００の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【００９７】
先ず発電機（図示せず）を起動するにあたって、別個に設けられるモータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う初期始動により回転軸３４が徐々に回転速度を速める。
【００９８】
この初期始動時に合わせて、先ず回転軸側気体噴出装置２０５を始動させ、同時に回転軸３４の気体通路２１１を通じて圧縮気体ａが軸受空洞部２０３に噴出する。
【００９９】
この噴出する圧縮気体ａは、回転軸３４と接触状態にあるトップフォイル３５の接触面に噴出する。圧縮気体ａが噴出することにより、トップフォイル３５の接触面に対する噴出により下方へ押圧力が作用し、その反作用で、回転軸３４が上方へ浮上する。浮上と共に、回転軸３４が一定の回転速度になると、本来の発電機能に切替られ、回転軸３４は回転を加速する。
【０１００】
この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合にはトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体潤滑の機能が不十分な状態であるが、同時にハウジング側気体噴出装置４０および回転軸側気体噴出装置２０５が作動する。ハウジング側気体噴出装置４０が作動すると、気体圧縮機４２から気体通路４１を介して軸受空洞部２０３の背室ｚへ圧縮気体ａが注入される。
【０１０１】
これにより、回転軸３４は、回転始動初期から軸受空洞部２０３の下方から上方へ浮力の作用を受けつつ高速回転に入り、その後は気体膜の動圧作用により浮上して回転駆動する。このように、回転軸３４の回転始動時の段階で、回転軸３４は、軸受摩擦が少ない状態で、回転駆動するようになる。
【０１０２】
なお、フォイル軸受２００の始動時に注入される圧縮気体ａの圧力は、回転軸の自重や回転速度に応じて種々選定して調整することが可能である。
【０１０３】
その他の作用については、上述した第１の実施形態における作用と同様であるので説明を省略する。
【０１０４】
従って、回転軸３４の回転始動から回転駆動に至る過程で、軸受摩擦の極小化がなされ、回転軸３４の駆動トルクの減少化が図れる。
【０１０５】
また同時に、回転軸３４は、回転始動時に既に押し上げられているので、回転数の増加に伴ない生成される気体膜による動圧効果と相俟って調心機能を向上させることができる。
【０１０６】
なお、ハウジング側気体噴出装置４０と、回転軸側気体噴出装置２０５は、これらを同時に作動させる場合について説明したが、何れか一方を選択的に作動させるようにしてもよい。
【０１０７】
（第４の実施形態）
図５〜図７は、本発明に係るフォイル軸受の第４の実施形態を示すものである。
【０１０８】
この第４の実施形態を示されたフォイル軸受３００を、第１の実施形態に示されたフォイル軸受３１と同一部分に同一符号を附して説明する。
【０１０９】
フォイル軸受３００は、例えば小型高速ガスタービン発電装置等の発電機に適用する横置型の発電装置（図示せず）に用いられ、高速回転する回転軸３４を潤滑支持する気体潤滑式フォイル軸受である。
【０１１０】
フォイル軸受３００は、軸受空洞部３０３を形成した動圧式気体軸受部３０１に回転軸３４を支持した構成のものである。
【０１１１】
このフォイル軸受３００の動圧式気体軸受部３０１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が筒状の軸受ハウジング３０２と、この軸受ハウジング３０２に形成される軸受空洞部３０３内に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるトップフォイル３５と、このトップフォイル３５の外周側に配設される波形状あるいはスプライン状のバンプフォイル３６と、軸受ハウジング３０２の複数箇所、例えば鉛直下の位置と、この位置から所定の中心角度α°をとった外周位置の３箇所に設けられるハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０とより構成される。
【０１１２】
軸受ハウジング３０２の内壁面３０３ａは、断面真円の形成される。
【０１１３】
軸受空洞部３０３内に支持される回転軸３４は、小型発電機の場合、例えば通常数万〜数十万回転／分（５０〜６０Ｈｚ）で高速回転する断面が真円のもので、軸受空洞部３０３の内壁面３０３ａとの間には僅少の間隙が形成される。
【０１１４】
回転軸３４は、高速回転時に気体潤滑に伴なう気体膜により浮上して支持されるように、軸受空洞部３０３の内壁面３０３ａと僅少の間隙が形成されるようにしている。
【０１１５】
回転軸３４の外側を覆うように配設されるトップフォイル３５は、所望の耐磨耗性、弾力性を備えた、例えば高温耐性バネ材を用いた薄板材からなる円筒状のものである。
【０１１６】
トップフォイル３５は、一端が最上端の支持具４５に支持され、他端が自由端として回転軸３４の周囲を覆うように設けられるものである。
【０１１７】
また、このトップフォイル３５の外側に配設されるベローズ状のバンプフォイル３６は、両端が軸受空洞部３０３の最上端において軸受ハウジング３０２に
設けられる支持具４６，４６に支持されるようになっている。
【０１１８】
また、このバンプフォイル３６の途中部分が、軸受空洞部３０３の内壁面３０３ａの他の任意の位置に設けられた支持具４７，４７に支持されるようになっている。各支持具４７，４７は、例えばハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０のそれぞれの中間位置に取り付けられる。
【０１１９】
このように、バンプフォイル３６が各支持具４６，４７間と、４７，４７間に形成される下側背室ｚ１と左右上側の背室ｚ２，ｚ３（以下、「下側背室ｚ１および左右上側肺室ｚ２，ｚ３」という。）が設けられる。
【０１２０】
また、このバンプフォイル３６は、表面が波形状あるいはジグザグ状の凸凹面を有し、ハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０から噴出する圧縮気体ａにより一瞬に圧力を受け、全体として一層剛性が強まる形状にしている。
【０１２１】
ハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０は、回転軸３４の回転始動時に合わせて短時間起動させるもので、軸受ハウジング３０２の軸受空洞部３０３のそれぞれの背室ｚ１〜ｚ３へ圧縮気体ａを注入することができる構成になっている。
【０１２２】
具体的には、ハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０は、軸受ハウジング３０２を貫通して背室ｚ１〜ｚ３に開口するように設けた気体通路４１，３４１，３５１と、この気体通路４１，３４１，３５１の端部に設けられた気体圧縮機４２，３４２，３５２と、気体通路４１，３４１，３５１の途中に設けた圧力調整弁４３，３４３，３５３と、背室ｚ１〜ｚ３内のそれぞれの圧縮気体ａの圧力を検知して気体圧縮機４２，３４２，３５２および圧力調整弁４３，３４３，３５３を作動させる圧力を検知し、この圧力を圧力―タ信号ｐｄとして出力する圧力計５０，３４４，３５４とから構成される。
【０１２３】
この圧力計５０，３６１，３６２は、軸受ハウジング３０２を貫通してそれぞれの背室ｚ１〜ｚ３に開口するように設けた気圧測定孔４４，３４４，３５４の端部に設けられたものである。
【０１２４】
また、この圧力計５０，３６１，３６２は、背室ｚ１〜ｚ３内の気圧を検知した結果、図７に示すように、検知した圧力データ信号ｐｄを軸心位置データ演算部３８３へ出力するようになっている。
【０１２５】
他方、水平方向軸心距離測定手段３８５および鉛直方向軸心距離測定手段３９０側から出力される水平方向軸心位置データｈｄと鉛直方向軸心位置データｖｄに基づき、回転軸３４の軸心位置を演算する。この演算の結果、得られた調心位置データｃｄを軸心位置データ演算部３８３側へ出力するようになっている。
【０１２６】
前記水平方向軸心位置データｈｄと鉛直方向軸心位置データｖｄを入力した
軸心位置データ演算部３８３は、回転軸３４の軸心を補正するためにそれぞれのハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０の圧力調整弁圧力調整弁４３，３４３，３５３側へ圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３を送信し、気体圧縮機４２，３４２，３５２から噴出する圧縮気体ａの圧力を制御するようになっている。
【０１２７】
すなわち、圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３を入力する圧力調整弁４３，３４３，３５３は、圧力が調整された圧縮気体ａを実線矢印のように軸受空洞部３０３の背室ｚ１〜ｚ３側へ注入され、始動初期の回転軸３４の軸心が軸受空洞部３０３の中心部、すなわち回転軸３４の軸心を所望の位置を設定した調心位置へ向かわせることができる最適な圧力に制御される。
【０１２８】
このハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０により、それぞれ注入される圧縮気体ａの圧力の調整は、図６に示されるように軸受部から外れた近傍位置において設けられる軸心検知手段３７０により行なわれる。軸心検知装置３７０は、圧縮気体圧力制御部３８０と、回転軸３４の軸心までの距離を測定する水平方向軸心距離測定手段３８５と，鉛直方向軸心距離測定手段３９０とを備える。
【０１２９】
この軸心検知装置３７０は、気体噴出装置４０，３４０，３５０が設けられる軸受部ではなく、この軸受部から所定の距離を取った同軸上の位置に設けられる。
【０１３０】
この軸心検知装置３７０の水平方向軸心距離測定手段３８５および鉛直方向軸心距離測定手段３９０は、軸受ハウジング３０２の空洞部３９５に回転軸３４が遊嵌状態にある部位に設けられる。
【０１３１】
圧縮気体圧力制御部３８０は、回転軸３４の現状の軸心位置を算出する軸心位置算出演算処理部３８２と、設備の運転条件や起動条件を加味して本来の軸心位置を演算する調心位置データ演算部３８１と、前記回転軸３４の現状の軸心位置と前記本来の軸心位置との差分を求め、この差分を補正するためのデータを算出する軸心補正演算処理部３８３とを備えている。
【０１３２】
水平方向軸心距離測定手段３８５は、軸受ハウジング３０２を水平方向に貫通して、軸受空洞部３０３へ延出して設けられ、回転軸３４の表面との距離ｈを測定するように設けられる。
【０１３３】
また、鉛直方向軸心距離測定手段３９０は、軸受ハウジング３０２を鉛直方向に貫通して、軸受空洞部３０３へ延出して設けられ、回転軸３４の表面との距離ｖを測定するように設けられる。
【０１３４】
水平方向軸心距離測定手段３８５および鉛直方向軸心距離測定手段３９０は、軸受ハウジング３０２の外側からそれぞれ空洞部３９５側へ貫通してセンサ部３８５ａおよび３９０ａが設置される。このセンサ部３８５ａ，３９０ａは、物体の変位・振動の大きさを検出するのに好適する、例えば非接触式変位計が用いられる。
【０１３５】
なお、水平方向軸心距離測定手段３８５，鉛直方向軸心距離測定手段３９０から出力する水平方向軸心位置データｈｄ，鉛直方向軸心位置データｖｄは、センサ部３８５ａ，３９０ａが検知する回転軸３４の表面との距離ｈ，ｖそのもののデータであってもよい。
【０１３６】
また、この軸心位置データｃｄを入力する軸心補正演算処理部３８３は、図５に示すハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０側の圧力調整弁４３，３４３，３５３へ、それぞれの弁の開度を調整する圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３を出力するようになっている。従って、圧縮気体圧力制御部３８０の水平方向軸心距離測定手段３８５および鉛直方向軸心距離測定手段３９０にて測定された回転軸３４までの距離ｈおよびｖに基づき、回転軸３４の軸心を調心対象となる中心点に瞬時に合せるように、ハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０から噴出する圧縮気体ａの噴出圧力を調整するよう制御することができる。
【０１３７】
その他の構成については、上述した第１の実施形態に示された構成と同様であるので説明を省略する。
【０１３８】
次に、フォイル軸受３００の作用について説明する。
【０１３９】
このフォイル軸受３００の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【０１４０】
先ず発電機（図示せず）を起動するにあたって、別個に設けられるモータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う所期始動により回転軸３４が徐々に回転速度を速める。一定の回転速度になると、本来の発電機能に切替られ、回転軸３４は回転を加速する。この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合にはトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体膜が小さく気体潤滑の機能が不十分な状態にある。
【０１４１】
この状態において、軸心検知装置３７０が作動する。軸心検知装置３７０が作動すると、図６および図７に示すように、先ず両方の軸心距離測定手段３８５および３９０が同時に作動し、水平方向軸心距離測定手段３８５のセンサ部３８５ａおよび鉛直方向軸心距離測定手段３９０のセンサ部３９０ａにより回転軸３４の表面間の距離ｈおよびｖを測定する。
【０１４２】
この測定した距離ｈおよびｖをそれぞれ水平方向軸心位置データｈｄおよび鉛直方向軸心位置データｖｄとして圧縮気体圧力制御部３８０側へ出力する。水平方向軸心位置データｈｄおよび鉛直方向軸心位置データｖｄを入力した圧縮気体圧力制御部３８０は、軸心位置データ演算部３８２にて軸受ハウジング３０２内の回転軸３４の軸心位置を演算し、演算結果の軸心位置データｃｄを軸心補正演算処理部３８３側へ出力する。
【０１４３】
演算された軸心位置データｃｄを入力した軸心補正演算処理部３８３は、図５および図７に示すように、ハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０の各圧力調整弁４３，３４３，３５３の弁の開度を調整する圧力調整弁４３，３４３および３５３へ弁の開度の調整する圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３を出力する。圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３を受信した圧力調整弁４３，３４３および３５３は、この圧力制御データ信号ｑｄ１〜ｑｄ３のそれぞれに対応して圧力調整弁４３，３４３および３５３の開度を自動的に調整する。
【０１４４】
従って、それぞれのハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０は、制御された所定の弁の開度で圧縮気体ａを噴出する。
【０１４５】
これらの制御された圧縮気体ａは、軸受ハウジング３０２の軸受空洞部３０３の各背室ｚ１〜ｚ３へ注入される。各背室ｚ１〜ｚ３へ所定圧の圧縮気体ａが注入されることにより、バンプフォイル３６，トップフォイル３５を介して、回転軸３４の軸心位置と本来調整すべき調心位置との差分が補正されるようになる。
【０１４６】
なお、この時、圧縮気体ａの押圧作用は、バンプフォイル３６の凹凸部には所望の剛性を持たせていることから、それぞれの背室ｚ１〜ｚ３内に注入される圧縮気体ａの圧力を受け易い状況が得られ、その結果、回転軸３４は、圧縮気体ａの作用により効率的に押圧されるようになる。従って、回転軸３４は、この回転軸３４の回転始動時から回転駆動に至る過程で、軸受摩擦が少ない状態で、回転駆動するようになる。
【０１４７】
このように、回転軸３４の軸心位置と調心位置とが常に管理された状態にて位置補正が行なわれるので、回転軸３４の回転始動から回転駆動に至る過程で、軸受摩擦の極小化がなされ、回転軸３４の駆動トルクの減少化が図れる。
【０１４８】
また、ハウジング側気体噴出装置４０によれば、回転軸３４を回転始動に伴ない押し上げられるので、回転数の増加に伴ない生成される気体膜による動圧効果と相俟って調心機能を向上させることができる。
【０１４９】
なお、ベローズ状のバンプフォイル３６は、このベローズの形状に限られず、凹凸状に形成され、また、所定の弾力性を有するものであればよい。
【０１５０】
また、軸心制御装置３７０には、圧縮気体圧力制御部３８０に、例えば２個の水平方向軸心距離測定手段３８５および鉛直方向軸心距離測定手段３９０を設けたが、特に水平方向や鉛直方向に限定されない。また、この種のフォイル軸受に鑑み、鉛直方向軸心距離測定手段３９０のみであっても一定の効果を得ることができる。
【０１５１】
（第５の実施形態）
図８は、本発明におけるフォイル軸受の第５の実施形態を示す概要図である。
【０１５２】
この第５の実施形態に示されたフォイル軸受４００を、第４の実施形態に示されたフォイル軸受３００と同一部分に同一符号を附して説明する。
【０１５３】
フォイル軸受４００は、例えば小型高速ガスタービン発電装置等の発電機に適用する横置型の発電装置（図示せず）に用いられ、高速回転する回転軸３４を潤滑支持する気体潤滑式フォイル軸受である。
【０１５４】
フォイル軸受４００は、軸受空洞部３０３を形成した動圧式気体軸受部３０１に回転軸３４を支持した構成のものである。
【０１５５】
このフォイル軸受４００の動圧式気体軸受部３０１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が筒状の軸受ハウジング３０２と、この軸受ハウジング３０２に形成される軸受空洞部３０３内に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるトップフォイル３５と、このトップフォイル３５の外側に配設される波形状あるいはスプライン状のバンプフォイル３６と、軸受ハウジング３０２の複数箇所、例えば３箇所に設けられるハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０とより構成される。
【０１５６】
トップフォイル３５の外側に配設されるバンプフォイル３６は、背室ｚ２およびｚ３に対応する部分を弱剛性の上側の層４１０，４１１とし、また、背室ｚ１に対応する層は、強剛性の上側の層１０６ｂを成形している。この弱剛性の上側の層１０６ｂの程度については、回転軸３４の重量や圧縮気体ａの圧力を考慮して適宜選定することができる。
【０１５７】
その他の構成については、上述した第４の実施形態における構成と同様であるので、説明を省略する。
【０１５８】
次に、フォイル軸受４００の作用について、図８を参照して説明する。
【０１５９】
このフォイル軸受４００の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【０１６０】
先ず発電機（図示せず）を起動するにあたって、別個に設けられるモータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う所期始動により回転軸３４が徐々に回転速度を速める。一定の回転速度になると、本来の発電機能に切替られ、回転軸３４は回転を加速する。この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合にはトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体潤滑の機能が不十分な状態であるが、同時にハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０が作動する。
【０１６１】
このハウジング側気体噴出装置４０，３４０，３５０が作動すると、気体圧縮機４２，３４２，３５２から気体通路４１、３４１，３５１を介して軸受空洞部３０３の各背室ｚ１〜ｚ３へ所定圧の圧縮気体ａが注入される。各背室ｚ１〜ｚ３へ注入される圧縮気体ａは、回転軸３４の回転速度の増加に伴ない生成される気体膜による動圧作用が効果的に得られるように、予め定められた圧力にてそれぞれの背室ｚ１〜ｚ３へ噴出するようになる。
【０１６２】
なお、この時、圧縮気体ａの押圧作用は、バンプフォイル３６の凹凸部にはそれぞれ所望の剛性を持たせていること。また、それぞれの背室ｚ１〜ｚ３内に注入される圧縮気体ａの圧力についても調整が可能である。
【０１６３】
従って、回転軸３４は、圧縮気体ａの作用により効率的に軸受空洞部３０３の中心方向へ押圧される過程で、自重による鉛直下方へのたわみ量が少ない上に、軸受摩擦の極小化がなされ、回転軸３４の駆動トルクの一層の減少化が図れると同時に、回転数の増加に伴ない生成される気体膜による動圧効果と相俟って調心機能を向上させることができる。
【０１６４】
なお、バンプフォイル３６は、背室ｚ１〜ｚ３毎に別々ものを作成して用いることができる。また、このバンプフォイル３６は、この波形状あるいはスプライン状に限られず、凹凸状に形成され、また、所定の弾力性を有するものであればよい。
【０１６５】
（第６の実施形態）
図９は、本発明におけるフォイル軸受の第６の実施形態の概要を示す図である。
【０１６６】
この第６の実施形態を示されたフォイル軸受５００を、第１の実施形態に示されたフォイル軸受３１と同一部分に同一符号を附して説明する。
【０１６７】
この第６の実施形態に示されたフォイル軸受５００は、例えば小型高速ガスタービン発電装置等の発電機に適用する横置型の発電装置（図示せず）に用いられ、高速回転する回転軸を潤滑支持する気体潤滑式フォイル軸受である。
【０１６８】
フォイル軸受５００は、軸受空洞部５０３を形成した動圧式気体軸受部５０１に回転軸３４を支持した構成のものである。
【０１６９】
このフォイル軸受５００の動圧式気体軸受部５０１は、横置型フォイル軸受の本体を形成する外形が柱状の軸受ハウジング５０２と、この軸受ハウジング５０２に形成される軸受空洞部５０３内に支持される回転軸３４と、この回転軸３４の外側に配設されるバンプフォイル組立体５１０と、軸受ハウジング５０２の低部に設けられるハウジング側気体噴出装置５２０とより構成される。
【０１７０】
バンプフォイル組立体５１０は、トップフォイル５１０ａと、このトップフォイル５１０ａの外側に配設される波形状のバンプフォイル５１０ｂとより構成される。トップフォイル５１０ａと、このトップフォイル５１０ａの外側に配設される波形状のバンプフォイル５１０ｂは、波形状の山部５１０ｃとトップフォイル３５との接触部ｒを一体的に固定されたものである。
【０１７１】
また、このバンプフォイル組立体５１０は、バンプフォイル５１０ｂの波形の谷部５１０ｄが軸受ハウジング５０２の内壁面５０２ａへ接触するように支持させている。このように構成されるバンプフォイル組立体５１０は、フォイル全体としての剛性が一層強化される。
【０１７２】
ハウジング側気体噴出装置５２０は、回転軸３４の回転始動時に合わせて短時間起動させるもので、軸受ハウジング５０２の軸受空洞部５０３の下方から圧縮気体ａを注入する軸受ハウジング５０２を貫通して背室ｚに開口するように設けた気体通路３５１と、この気体通路３５１の端部に設けられた気体圧縮機３５２と、気体通路３５１の途中に設けた圧力調整弁３５３とから構成される。
【０１７３】
次に、フォイル軸受５００の作用について、図９を参照して説明する。
【０１７４】
このフォイル軸受５００の回転軸３４が、例えば発電機に用いられる場合を想定して説明する。
【０１７５】
先ず発電機（図示せず）を起動するにあたって、別個に設けられるモータまたは発電機自体に固有に備わるモータ機能を働かせて、例えばガスタービンが着火するまでのクランキング運転に伴う所期始動により回転軸３４が徐々に回転速度を速める。一定の回転速度になると、本来の発電機能に切替られ、回転軸３４は回転を加速する。この時、回転軸３４の回転速度が比較的遅い場合にはトップフォイル３５の軸受面との間に形成される気体の潤滑膜の厚さが薄いため気体潤滑の機能が不十分な状態であるが、同時にハウジング側気体噴出装置５２０が作動する。
【０１７６】
このハウジング側気体噴出装置５２０が作動すると、気体圧縮機３５２から気体通路３５１を介して軸受空洞部５０３の下側背室ｘへ所定圧の圧縮気体ａが注入される。背室ｘへ圧縮気体ａが注入されると、バンブフォイル組立体５１０が上方へ押し上げられる。
【０１７７】
この押上により、回転軸３４は、押し上げられた状態で回転始動すると、回転軸３４の回転速度の増加に伴ない生成される気体膜による動圧作用がなされる。
【０１７８】
従って、回転軸３４の軸心が所望の位置へ自動的に移動し、調心効果が得られる。
【０１７９】
なお、バンプフォイル組立体５１０は、トップフォイル５１０ａと波形状のバンプフォイル５１０ｂとを一体化して構成したから、より一層剛性を強化することができたこと。また、下側背室ｘに注入される圧縮気体ａの圧力についても調整が可能であることにより、この圧縮気体ａによる押上げが効率的に行なわれる。
【０１８０】
また、このバンプフォイル組立体５１０により、回転軸３４の自重による鉛直下方へのたわみ量が少なくなることから、軸受摩擦の極小化がなされ、回転軸３４の駆動トルクの一層の減少化が図れる。
【０１８１】
更に、回転軸３４の回転数の増加に伴ない生成される気体膜による動圧効果と相俟って調心機能を向上させることができる。
【０１８２】
【発明の効果】
本発明によれば、気体の圧力で回転軸の浮力を生成して回転軸を支持するフォイル軸受装置において、回転軸の回転始動時に軸受空洞部の低部の背室へ圧縮気体の噴出作用による押圧力で前記回転軸を押し上げるようにしたことにより、この回転軸の回転駆動トルクの低減化を図り、フォイル軸受としての性能が向上したフォイル軸受が提供できる。
【０１８３】
また、前記回転軸の回転始動時において、この回転軸を支持する軸受空洞部の低部の背室へ圧縮気体の噴出作用による押圧力で回転軸を押し上げるようにする方法を採用したから、回転軸の回転始動時にこの回転軸の回転駆動トルクの低減化を図り、軸受としての性能の向上に寄与し得るフォイル軸受の使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォイル軸受の第１の実施形態の概要を示す断面図。
【図２】本発明のフォイル軸受の第２の実施形態の概要を示す断面図。
【図３】本発明のフォイル軸受の第３の実施形態の概要を示す断面図。
【図４】本発明のフォイル軸受の第３の実施形態における、回転軸側に設けられる気体噴出装置の概要を示す断面図。
【図５】本発明のフォイル軸受の第４の実施形態の概要を示す断面図。
【図６】本発明のフォイル軸受の第４の実施形態における軸心検知装置の概要を示す断面図。
【図７】本発明のフォイル軸受の第４の実施形態における回転軸の軸心検知装置における作動のステップを示すブロック図。
【図８】本発明のフォイル軸受の第５の実施形態の概要を示す断面図。
【図９】本発明のフォイル軸受の第６の実施形態の概要を示す断面図。
【図１０】従来のフォイル軸受の概要を示す断面図。
【符号の説明】
３０，１００，２００，３００，４００，５００フォイル軸受
３１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１動圧式気体軸受部
３２，２０２，３０２，５０２軸受ハウジング
３３，１０３，２０３，３０３，５０３軸受空洞部
３２ａ，２０２ａ，３０２ａ，５０２ａ内壁面（軸受空洞部）
３４回転軸
３５，５１０ａトップフォイル
３６，１０６，５１０ｂバンプフォイル
３６ａ，１０６ａ下側層
３６ｂ，１０６ｂ上側層
３７突条
４０，３４０，３５０，５２０ハウジング側気体噴出装置
４１，２１１，３４１，３５１気体通路
４２，２１２，３４２，３５２気体圧縮機
４３，２１３，３４３，３５３圧力調整弁
４４，３４４，３５４気圧測定孔
４５〜４７支持具
５０，３６１，３６２圧力計
２０５回転軸側気体噴出装置
３７０軸心検知装置
３８０圧縮気体圧力制御部
３８２軸心位置データ演算部
３８３軸心補正演算処理部
３８５水平方向軸心距離測定手段
３８５ａ，３９０ａセンサ部
３９０鉛直方向軸心距離測定手段
３９５空洞部
５１０バンプフォイル組立
５１０ｃ波形の山部
５１０ｄ波形の谷部
ａ，ａ１，ａ２圧縮気体
ｂ狭小部
ｃｄ調心位置データ
ｈｄ水平方向軸心位置データ
ｑｄ１〜ｑｄ３圧力制御データ信号
ｒ接触部
ｖｄ鉛直方向軸心位置データ
ｘ下側背室
ｙ上側背室
ｚ，ｚ１〜ｚ３背室

Claims

気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、
動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの軸受空洞部の内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、
前記軸受空洞部低部に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、回転軸を押上げる気体噴出装置を備えたことを特徴とするフォイル軸受。
前記軸受ハウジングは、この軸受空洞部のほぼ中心点を通る水平面上において、相対する壁面部を回転軸側に突出する突出部を設けて、この突部と回転軸表面との間に狭小部を設けたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
前記バンプフォイルは、圧縮気体による押圧力を受ける下方側の曲げ剛性を、他方の側より強くしたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
前記気体噴出装置は、軸受ハウジング側に設けられ、圧縮気体を軸受空洞部の底部へ噴出する構成としたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
前記気体噴出装置は、回転軸内に形成され、軸受空洞部底部の背室側へ接続する気体通路を備え、圧縮気体を回転軸側から前記背室側へ噴出する構成としたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
前記気体噴出装置は、気体圧縮機と、この気体圧縮機から、軸受空洞部へ接続する気体通路と、この気体通路に設けられ、前記気体圧縮機からの圧縮気体の圧力を調整する圧力調整弁とを備えたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
前記気体噴出装置は、気体圧縮機と、この気体圧縮機から軸受空洞部側へ接続する気体通路と、
この気体通路に設けられ、前記圧縮気体の圧力を調整する圧力調整弁と、軸受空洞部側の圧力を検知して、圧力検知データ信号を出力する圧力計とを備えたことを特徴とする請求項１記載のフォイル軸受。
気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、
動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、
前記軸受ハウジングの内壁面とバンプフォイルとの間に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせてそれぞれ異なった方向から圧縮気体を噴き付けるように作用させる複数個の気体噴出装置を備えたことを特徴とするフォイル軸受。
前記気体噴出装置は、この気体噴出装置に設けられる気体圧縮機と、この気体圧縮機から噴出される圧縮気体を前記軸受空洞部の背室へ注入するそれぞれの気体噴出装置に設けた気体通路と、このそれぞれの気体通路に設けられ、前記圧縮気体の圧力を調整する圧力調整弁と、このそれぞれの圧力調整弁に対し、前記軸受空洞部側へ注入された圧縮気体の圧力を検知して、それぞれの圧力検知データ信号を出力する複数の圧力計とを備えたことを特徴とする請求項８記載のフォイル軸受。
前記バンプフォイルは、圧縮気体による押圧力を受ける下方側の剛性を、他の側より強くしたことを特徴とする請求項８記載のフォイル軸受。
気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、
動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、
前記軸受ハウジング側に設けられ、軸受ハウジング低部の内壁面とバンプフォイルとの間に形成される背室に対し、それぞれ異なった方向から圧縮気体を噴き付けるように設けた複数のハウジング側気体噴出装置と、
回転軸の軸心位置を検知して、軸心位置検知データを出力する軸心距離判定手段と、
この軸心距離判定手段から出力される軸心位置データを入力して前記ハウジング側気体噴出装置へ圧縮気体の圧力を制御する圧力制御データ信号を出力する圧縮気体圧力制御部とを備えたことを特徴とするフォイル軸受。
気体の圧力で軸浮力を生成する動圧式気体軸受部と、この動圧式気体軸受部に、前記気体の気体膜による浮力を受けて回転自在に支持される回転軸とを備え、
動圧式気体軸受部は、筒状の軸受ハウジングと、この軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルと、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルとを備えたフォイル軸受において、
前記バンプフォイルを波状に形成して、このバンプフォイルの山部がトップフォイルと接触する接触部を一体的に固定して形成したフォイル組立体と、
前記軸受ハウジングの内周面とフォイル組立体のバンプフォイルの山部に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、前記背室を加圧することにより回転軸の軸心を調心するようにせしめる気体噴出装置を備えたことを特徴とするフォイル軸受。
気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、
前記回転軸の回転始動時に、この回転軸を支持する軸受空洞部の低部の背室へ圧縮気体の噴出作用による押圧力で回転軸を押し上げることを特徴とするフォイル軸受の使用方法。
前記圧縮気体を軸受ハウジング側から、軸受空洞部底部の背室側へ噴き付けることを特徴とする請求項１３記載のフォイル軸受の使用方法。
前記圧縮気体を回転軸側から、軸受空洞部底部の背室側へ噴き付けることを特徴とする請求項１３記載のフォイル軸受の使用方法。
前記回転軸の回転始動に合わせて噴出する圧縮気体を圧力変動させることにより回転軸に接するトップフォイルを微振動させ、前記回転軸とトップフォイルとの動摩擦を低減させることを特徴とする請求項１３記載のフォイル軸受の使用方法。
前記回転軸の回転始動に合わせて噴出する高圧圧縮気体を１回乃至複数回、噴出させることにより回転軸に接するトップフォイルを押し上げるように作用させ、前記回転軸とトップフォイルとの動摩擦を低減させることを特徴とする請求項１３記載のフォイル軸受の使用方法。
気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、
前記回転軸とこの回転軸を支持する軸受ハウジングの軸受空洞部に形成される背室とに、回転軸の回転始動に合わせて、それぞれ異なる方向から圧縮気体を噴き付け、前記回転軸を軸受空洞部のほぼ中心に調心することを特徴とするフォイル軸受の使用方法。
気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、
軸受空洞部に支持される回転軸の位置を検知して、この検知により得た位置データに基づき、ハウジング側気体噴出装置または回転軸側気体噴出装置から噴出する圧縮気体の圧力を制御することを特徴とするフォイル軸受。
気体の圧力で軸浮力を生成して回転軸を浮上状態に支持するフォイル軸受の使用方法において、
円筒状の軸受ハウジングの内周面に沿うように設けられるバンプフォイルを波状に形成して、このバンプフォイルの内周面に沿うように設けられるトップフォイルに対して接触する接触部を一体的に固定して形成し、
前記軸受ハウジングの内周面とバンプフォイルの波状部に形成される背室に、回転軸の回転始動に合わせて圧縮気体を噴き付け、当該背室を加圧して回転軸を所望の調心位置に移動せしめることを特徴とするフォイル軸受の使用方法。