JP2012127444A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の軸方向への動きを十分に制限することができ、さらにスラストカラーの振動による傾きをより良好に吸収できるスラスト軸受を提供する。
【解決手段】回転軸１に設けられたスラストカラー４に対向して配置されるスラスト軸受３である。スラストカラー４に対向して配置される円環状の軸受部８と、軸受部８を支持する円環状のベース板９とを備える。軸受部８は、複数のフォイル１０、１１、１２が積層されてなるとともに、複数のフォイル１０、１１、１２のうちのスラストカラー４側のフォイル１０の軸受面１０ａに動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝を形成している。ベース板９の軸受部８に対向する面側には、その周方向に沿って連続する凹部１４が形成されている。凹部１４の深さは、ベース板９の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、スラスト軸受に関する。

従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受が知られている。このようなスラスト軸受のうち、動圧効果を利用するスラスト動圧軸受では、例えば軸受面にスパイラル溝を形成し、スラストカラーと軸受面との間に流体潤滑膜を形成することで、該潤滑膜を介して回転軸を支持している。

ところで、このようなスラスト動圧軸受としては、軸振動や衝撃を吸収するために柔軟なフォイル、例えば厚さ１００μｍ前後の金属製薄板で軸受面を形成し、この軸受面の下に該軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有したものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
すなわち、特許文献１では、テーパ形状の軸受面を波板形状のフォイル（バンプフォイル）で支持した構造が開示されている。

また、特許文献２では、スパイラル溝を形成したフォイルを軸受面とし、軸受面の下に複数枚のフォイルを挿入した構造が開示されている。この構造においては、軸受板の下に挿入された各フォイルにそれぞれエッチング溝が形成されており、溝が互い違いになるようにフォイル同士が重ね合わされ、バネのように機能するようになっている。
したがって、特許文献１や特許文献２に開示された軸受にあっては、いずれも軸受面が柔軟なため、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き、すなわちスラストカラーの軸方向の動きと、スラストカラーの振動（面振れ）による傾きとをある程度吸収できるようになっている。

特表２００８−５１３７０１号公報 特開平０６−０７３４３７号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、軸受面全体がメインプレートに柔軟に支持されているため、スラスト荷重（静荷重）が増えると軸受面全体がメインプレート側に移動し、これによって回転軸もその軸方向へ移動することにより、この回転軸が外側の静止部に接触してしまう可能性がある。例えば、この軸受をターボ機械のインペラを有する回転軸に適用した場合に、回転軸がその軸方向へ移動することで、インペラがその外側のハウジング（静止部）と接触を起こす可能性がある。
このような接触を避けるには、回転軸とハウジング（静止部）との隙間（軸方向隙間）を広くする必要があるが、ターボ機械のようにインペラを有する回転機械ではチップクリアランス（インペラ先端と静止部との隙間）を拡げることになるため、効率が低下してしまう。

また、特許文献２の構造では、フォイルに形成するエッチング溝の深さを調整することにより、軸方向の移動量を少なくすることができる。しかしながら、軸受面全体が概ね均等な剛性で支持されているため、前記の流体潤滑膜の動圧に分布がある場合、この動圧が高くなる部位（例えば、ポンプイン形のスパイラル溝が形成されている場合には内周側）が大きく撓むことになる。すると、この動圧が高くなる部位において所望の動圧が発生され難くなり、結果として軸受の軸受負荷能力が低下してしまう。

さらに、スラスト軸受が例えば過給機のように高温に晒される回転機械に用いられる場合には、その構成部材の材質として、ゴムや樹脂などの耐熱性の低いものを用いることはできない。したがって、このような高温環境下で使用される回転機械にも適用されるスラスト軸受では、その構成要素の材質について制限がより厳しくなっている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回転軸の軸方向への動きを十分に制限することができ、さらにスラストカラーの振動（面振れ）による傾きをより良好に吸収でき、しかも高温環境下で使用される回転機械にも適用可能なスラスト軸受を提供することにある。

本発明のスラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、前記スラストカラーに対向して配置される円環状の軸受部と、前記軸受部の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受部を支持する円環状のベース板とを備え、前記軸受部は、複数のフォイルが積層されてなるとともに、該複数のフォイルのうちの前記スラストカラー側に位置するフォイルの、前記スラストカラーに対向する面に、動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝を形成してなり、前記ベース板の前記軸受部に対向する面側には、その周方向に沿って連続する凹部が形成され、前記凹部の深さが、前記ベース板の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されていることを特徴としている。

このスラスト軸受によれば、軸受部の、スラストカラー側に位置するフォイルのスラストカラーに対向する面に、動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝が形成されているので、このスパイラル溝によって形成される流体潤滑膜の動圧に、スラスト軸受の内周側の圧力が外周側の圧力より高くなる圧力分布が生じる。
そこで、このスラスト軸受では、ベース板の軸受部に対向する面側に、その周方向に沿って連続する凹部を形成し、この凹部の深さを、前記ベース板の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成しているので、軸受部は、前記凹部を形成したベース板に支持されることにより、前記動圧が高くなる内周側では動圧が低くなる外周側に比べて曲げ剛性が高く、相対的に強いバネとして機能するようになる。よって、内周側でスラストカラー側に位置するフォイルが必要以上に大きく撓むことがないため、この部位でも流体潤滑膜に所望の動圧が発生され易くなり、軸受の軸受負荷能力の低下が抑制される。

また、ベース板の、凹部を形成した面における内周端は、この凹部を形成した面より凹んでいないため、軸受部が前記内周端を押圧しても、軸受部に曲げ変形が生じない。したがって、例えばスラスト荷重（静荷重）が増えても、前記の内周端によって軸受部がベース板側に移動するのが抑制され、これによって回転軸がその軸方向に移動するのが制限されるようになる。
さらに、ベース板には外周側へ向かって深くなるように凹部が形成されているので、回転軸が傾くような振れ回り振動が起こり、スラストカラーに傾き(面振れ)が生じても、軸受部はその傾きに追従するように傾斜可能であり、その際、複数の積層されたフォイルから成る軸受部においてフォイルどうしが互いに擦れ合うことにより、その摩擦によって前記振れ回り振動を減衰させるように作用する。
また、軸受部を複数のフォイル（耐熱性を有する金属薄板）によって形成しているので、ベース板も金属等の耐熱性材料によって形成することにより、高温環境下で使用される回転機械にも適用可能なスラスト軸受となる。

また、前記スラスト軸受においては、前記凹部が設けられた面は、その外周側に配置されて前記凹部を形成する第１面部と、該第１面部より内周側に配置された第２面部とを有しているのが好ましい。
このようにすれば、前記第２面部は凹部を形成する第１面部に対して凹んでいないため、この凹んでいない内周側では、軸受部はほとんど撓むことがない。したがって、例えばスラスト荷重（静荷重）が増えても、前記の内周側によって軸受板がベース板側に移動するのが抑制され、これによって回転軸がその軸方向に移動するのが制限されるようになる。
また、前記の内周側は流体潤滑膜の動圧が高くなるものの、この内周側では軸受部が撓むことがないため、前述したように軸受負荷能力の低下が抑制される。

また、前記スラスト軸受において、前記複数のフォイルは、それぞれの内周側端部が保持手段によって前記ベース板の内周側端部に保持されているのが好ましい。
このようにすれば、回転軸の振れ回り振動等に起因して軸受部の内周端が回転軸に接触してしまうことが、確実に防止される。

本発明のスラスト軸受によれば、スラスト荷重（静荷重）が増えても、前述したように軸受部がベース板側に移動するのが抑制されているので、回転軸がその軸方向に移動するのが十分に制限される。したがって、例えばこのスラスト軸受をターボ機械のインペラを有する回転軸に適用した場合に、回転軸がその軸方向へ移動することで、インペラがその外側のハウジング（静止部）に接触してしまうおそれが無くなる。これにより、インペラ先端と静止部との間のチップクリアランスを小さくすることができ、ターボ機械の効率を高めることができる。
また、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では、フォイル（軸受部）が必要以上に大きく撓むことがなく、したがってこの部位でも所望の動圧が発生され易くなるため、軸受の軸受負荷能力の低下を抑制することができる。
一方、軸受部の外周側は撓み易くなっているので、不釣合いや外乱等により回転軸が傾くような振れ回り振動を起こしても、それによって生じるスラストカラーの傾き(面振れ)を軸受部が良好に吸収する。また、その際、軸受部を構成する複数の積層されたフォイルが互いに擦れ合うことにより、回転軸の振れ回り振動を減衰させるように作用する。したがって、軸受機能をより安定して発揮することができる。
また、高温環境下で使用される回転機械にも適用可能となっているため、例えばこのスラスト軸受を過給機にも適用することができる。

本発明に係るスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を示す模式図である。 （ａ）は本発明に係るスラスト軸受の第１実施形態の概略構成を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）に示したスラスト軸受の作用説明図、（ｃ）は（ａ）に示したスラスト軸受の変形例を示す図である。 （ａ）はスパイラル溝を形成した軸受面の平面図、（ｂ）は流体潤滑膜の圧力（動圧）の分布を示すグラフであり、（ｃ）、（ｄ）はスラスト軸受の要部側断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、保持手段を説明するための、スラスト軸受の要部拡大図である。

以下、図面を参照して本発明のスラスト軸受を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明のスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を示す側面図であり、図１中符号１は回転軸、２は回転軸の先端部に設けられたインペラ、３は本発明に係るスラスト軸受である。

回転軸１には、インペラ２の形成された側にスラストカラー４が固定されており、このスラストカラー４の両側には、このスラストカラー４に対向してそれぞれの側にスラスト軸受３が配置されている。
また、インペラ２は静止側となるハウジング５内に配置されており、ハウジング５との間にチップクリアランス６を有している。
また、回転軸１には、スラストカラー４より中央側に、ラジアル軸受７が設けられている。

図２（ａ）は、このような構成のターボ機械に適用されたスラスト軸受の一実施形態を示す図である。本実施形態のスラスト軸受３は、図１においてインペラ２側に配置されたものである。なお、本実施形態では、図１においてインペラ２側に配置されたスラスト軸受３も、図１においてスラストカラー４を挟んでその反対側、すなわちラジアル軸受７側に配置されたスラスト軸受３も、同一の構成からなっている。

スラスト軸受３は、回転軸１に固定された円板状のスラストカラー４に対向して配置された円環状（円筒状）のもので、回転軸１に外挿されて設けられたものである。このスラスト軸受３は、スラストカラー４に対向して配置される軸受部８と、この軸受部８の、前記スラストカラー４に対向する面と反対側の面に対向して配置されたベース板９と、を備えて構成されたものである。

軸受部８は、本実施形態では円環薄板状の３枚のフォイル１０、１１、１２が、積層配置されて全体が円環板状に形成されたもので、回転軸１を挿通するための貫通孔８ａを有したものである。３枚のフォイルは、その平面形状が全て同じ大きさ・寸法に形成されたもので、前記スラストカラー４側から順に、トップフォイル１０、第１バックフォイル１１、第２バックフォイル１２となっており、トップフォイル１０のスラストカラー４に対向する面が、軸受面１０ａとなっている。

この軸受面１０ａには、図３（ａ）に示すように動圧発生用のスパイラル溝１３が形成されている。スパイラル溝１３は、公知のポンプイン形のもので、多数の螺旋形溝（スパイラル状の溝）１３ａを周方向に沿って等間隔に配置したものであり、本実施形態では螺旋形溝１３ａが全て同一の流入角を有して形成されたものである。ただし、本発明においては、必ずしも螺旋形溝１３ａが全て同一の流入角を有しておらず、例えば一部の螺旋形溝１３ａで異なっていたり、さらには一つの螺旋形溝１３ａ内において異なる流入角を有しているような動圧発生用のスパイラル溝であっても、本発明における動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝であるものとする。
図３（ａ）に示すように螺旋形溝１３ａは、軸受面１０ａの外周端から、前記貫通孔８ａの周囲に設けられた円環状のランド１３ｂにまで延びて形成されている。ランド１３ｂは、螺旋形溝１３ａの底面に対して相対的に高い位置（外側の位置）に外面を有したものである。なお、螺旋形溝１３ａ、１３ａ間もランド（図示せず）となっている。

このような構成によってスパイラル溝１３（螺旋形溝１３ａ）は、スラストカラー４に対して軸受面１０ａが相対的に回転した際（実際にはスラストカラー４が回転する）、軸受面１０ａの外周側から螺旋形溝１３ａに沿って内周側に軸受周囲の流体（例えば空気）を引き込み、これによってスラストカラー４と軸受面１０ａとの間に流体潤滑膜を形成するようになっている。また、スパイラル溝１３（螺旋形溝１３ａ）によって引き込まれた流体は、ランド１３ｂに衝突することでその流れが遮られ、動圧が保持されるため、特に軸受部８（軸受面１０ａ）の内周側で圧力が高くなるようになっている。すなわち、スパイラル溝１３（螺旋形溝１３ａ）によって形成される流体潤滑膜は、軸受面１０ａの外周側に比べ、内周側で高くなるような圧力分布を有するものとなっている。

図３（ｂ）は、このような流体潤滑膜の圧力（動圧）の分布を示すグラフである。図３（ｂ）中横軸は、図３（ａ）に示した軸受面１０ａにおける、中心からの半径方向の距離（位置）を示し（右側に行くほど長くなる）、縦軸は流体潤滑膜の圧力（動圧）を示している（上側に行くほど高くなる）。また、図３（ｂ）のグラフにおける（１）は、図３（ａ）中のランド１３ｂの内周縁での圧力を示し、（２）は同じくランド１３ｂの外周縁での圧力を示し、（３）は軸受面１０ａの外周縁での圧力を示している。

図３（ｂ）に示すように、軸受面１０ａの外周縁（３）からランド１３ｂの外周縁（２）までの範囲内においては、外周側から内周側に行くに連れて流体潤滑膜の圧力（動圧）は連続的に高くなるように変化している。また、軸受面１０ａ全体で見ても、ランド１３ｂの外周縁（２）、すなわちスパイラル溝１３が形成された領域の内周端で、流体潤滑膜の圧力（動圧）が最も高くなっている。

図２（ａ）に示すように軸受部８を構成するトップフォイル１０は、例えばステンレスやインコネル（Inconel［登録商標］）などの合金や金属からなるもので、厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の薄板状のものである。また、第１バックフォイル１１、第２バックフォイル１２は、銅等の金属や制振合金からなるもので、厚さが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の薄板状のものである。なお、第１バックフォイル１１、第２バックフォイル１２には、その表面をコーティングして摩擦による減衰効果を高めるようにしてもよい。

図２（ａ）に示すようにベース板９は、回転軸１を挿通するための貫通孔９ａを有した円環板状（略円筒状）のもので、ステンレス等の合金や金属からなる耐熱性のものであり、軸受部８の第２バックフォイル１２に対向して配置されたものである。このベース板９は、図示しないケーシング等に螺子等で固定されており、これによって固定された状態で保持されている。

また、このベース板９の、前記第２バックフォイル１２に対向する面は、その外周側に配置されて凹部１４を形成する第１面部９ｂと、該第１面部９ｂより内周側に配置された第２面部９ｃとを有している。凹部１４は、ベース板９の周方向に沿って周全体で連続して形成されている。すなわち、この凹部１４は、平面視円環状に形成されている。また、この凹部１４は、その深さが、ベース板９の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されている。したがって、このベース板９は、凹部１４によってテーパ面を形成したものとなっており、その厚さが、内周側から外周端に向かって連続的に薄くなるように形成されている。

また、凹部１４の内周側の端縁１４ａは、凹部１４を形成した面の内周端１５ａより外周側に位置している。したがって、前記第２面部９ｃ（凹部１４を形成した面の内周端１５ａから凹部１４の内周側の端縁１４ａまでの間）は、平坦面１５となっている。
このような構成のもとに軸受部８は、その第２バックフォイル１２が、通常は平坦面１４にのみ接した状態でベース板９に支持されている。

ここで、ベース板９の、第２バックフォイル１２に対向する面における、第１面部９ｂの幅（ベース板９の半径方向の長さ）と、第２面部９ｃの幅（ベース板９の半径方向の長さ）とについては、以下のようにして設計するのが好ましい。
後述するようにスラスト軸受３による軸受負荷能力を優先させる場合には、平坦面１５の幅（半径方向の長さ）を広くして動圧分布図である図３（ｂ）内の（２）の周辺を広く支持し、この（２）周辺での支持剛性を高くする。

また、後述するようにスラストカラー４に対する軸受面１０ａの追従性を優先し、減衰効果をより高めたい場合には、平坦面１５の幅（半径方向の長さ）を狭くしてフォイル８が傾き易くなるようにする。
特に、スラストカラー４に対する軸受面１０ａの追従性を最優先としたい場合には、平坦面１５を形成することなく、第２バックフォイル１２に対向する面全体を、凹部１４としてもよい。その場合にも、凹部１４の内周端（ベース板９の内周端）が凹部１４中の他の部位より凹んでいないため、該内周端によって軸受負荷能力が発揮されるようになる。

なお、図２（ａ）に示した構成のスラスト軸受３の要部を、図３（ｃ）として、先に示した流体潤滑膜の圧力（動圧）の分布を示すグラフである図３（ｂ）とともに示す。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、凹部１４と平坦面１５との境界が、図３（ｂ）に示す（２）の位置、すなわち図３（ａ）に示すランド１２ｂの外周縁の位置となる。
さらに、図３（ｄ）には、平坦面１５を形成することなく、第２バックフォイル１２に対向する面全体を、凹部１４とした場合の、スラスト軸受３の要部を示す。

また、本実施形態では、軸受部８を構成する前記３枚のフォイル１０、１１、１２は、それぞれの内周側端部が、スラスト軸受３の要部拡大図である図４（ａ）に示すように、本発明における保持手段としてのピン１６によってベース板９の内周側端部に保持されている。すなわち、ベース板９の前記平坦面１５を形成した箇所には、図４（ａ）に示すように貫通孔１７が形成されている。この貫通孔１７は、図示しないものの、平面視円環状に形成された平坦面１５の周方向に複数形成されている。

また、軸受部８の各フォイル１０、１１、１２にも、前記貫通孔１７と対応する位置に、保持孔１８が形成されている。保持孔１８は、第２バックフォイル１２、第１バックフォイル１１にそれぞれ形成された貫通孔１８ａ、１８ｂと、トップフォイル１０に形成された孔１８ｃとが、互いに連通して形成されたものである。なお、トップフォイル１０に形成された孔１８ｃは、トップフォイル１０を貫通することなく、したがって軸受面１０ａ側に開口することなく、第１バックフォイル１１側にのみ形成されている。

そして、ベース板９の裏面側（軸受部８と反対の側）からピン１６を挿入し、図４（ａ）に示すようにトップフォイル１０の孔１８ｃ内にまで差し込むことにより、３枚のフォイル１０、１１、１２のそれぞれの内周側端部を、ベース板９の平坦面１５（内周側端部）上に保持している。ここで、例えばスラストカラー４とトップフォイル１０との間の隙間を５０μｍとし、トップフォイル１０の厚さを２００μｍ（０．２ｍｍ）とし、孔１８ｃの深さを１００μｍとすれば、トップフォイル１０はスラストカラー４に干渉されることによってピン１６から外れないようになり、したがってピン１６を介してベース板９に保持された状態に保たれる。

なお、必要に応じて、高温での使用が可能な耐熱性の高い接着剤を保持孔１８内に充填・硬化させ、ピン１６によるベース板９への軸受部８の固定を強固にしてもよい。
このように軸受部８をベース板９に保持させることにより、軸受部８とベース板９とが一体化し、図２（ａ）に示した構造のスラスト軸受３が得られる。

次に、このような構成からなるスラスト軸受３の作用について説明する。
回転軸１が高速で回転すると、スラストカラー４と軸受部８の軸受面１０ａとの間に、スパイラル溝１３で形成された動圧によって流体潤滑膜が形成され、これによってスラスト軸受３は、形成された流体潤滑膜を介してスラストカラー４を支持するようになる。なお、形成された流体潤滑膜の動圧は、前述したようにスラスト軸受３の内周側で高く、外周側で低くなっている。

また、回転軸１は、回転軸が有する不釣合い、外部環境の影響および運転状態などによってその回転が回転中心から僅かながらぶれて振動することがあり、その場合にはこれに固定されているスラストカラー４も僅かながら振動して面振れし、図２（ｂ）に示すように瞬間的には傾いた状態となる。

その際、本実施形態のスラスト軸受３にあっては、ベース板９に凹部１４を形成し、この凹部１４の深さを内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成しているので、軸受部８は、凹部１４を形成したベース板９に支持されることにより、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では動圧が低くなる外周側に比べて曲げ剛性が高く、相対的に強いバネとして機能するようになる。すなわち、軸受部８はその内周側のみがベース板９に保持された片持ち状になっているため、外周側では力が弱いバネとして機能しているのに対し、内周側では力が強いバネとして機能するようになっている。
よって、トップフォイル１０はその内周側がほとんど撓まないため、この内周側でも流体潤滑膜に所望の動圧が発生されるようになり、スラスト軸受３はその軸受負荷能力の低下が抑制されたものとなる。

また、凹部１４の深さが内周側から外周端に向かって連続的に深くなっているので、軸受部８はその外周側がベース板９側に変形し易くなっており、したがって軸受面１０ａはスラストカラー４に良好に追従し、図２（ｂ）の左側に示すように、スラストカラー４とトップフォイル１０の軸受面１０ａとの間の流体潤滑膜の厚さ（スラストカラー４とトップフォイル１０の軸受面１０ａとの隙間）が一定に保たれ、流体潤滑膜が破断し難くなる。すなわち、外周側が撓み易くなっているので、スラストカラー４の傾きに容易に追従できる。

また、ベース板９の、凹部１４を形成した面には平坦面１５が形成されており、この平坦面１５に軸受部８は支持されているため、軸受部８が平坦面１５を押圧しても軸受部８に曲げ変形が生じない（撓まない）ことになる。したがって、例えばスラスト荷重（静荷重）が増えても、前記の平坦面１５によって軸受部８がベース板９側に移動するのが抑制されるため、回転軸１がその軸方向に移動するのが制限されるようになる。

さらに、３枚のフォイル１０、１１、１２を積層することで軸受部８を構成しているので、不釣り合いや外乱等によって例えば図２（ｂ）に示したように回転軸１が傾くような振れ回り振動をしても、スラストカラー４を介してこれに追従する軸受部８は、積層されたフォイルどうしが互いに擦れ合うことにより、その摩擦によって前記振れ回り振動を減衰させるように作用する。

したがって、本実施形態のスラスト軸受３によれば、スラスト荷重（静荷重）が増えても、前述したように軸受部８がベース板９側に移動するのが抑制されているので、回転軸１がその軸方向に移動するのが十分に制限される。よって、図１に示したようにこのスラスト軸受３をターボ機械のインペラ２を有する回転軸１に適用した場合に、回転軸１がその軸方向に沿って図１中矢印方向に移動することで、インペラ３がその外側のハウジング（静止部）５に接触してしまうおそれが無くなる。これにより、インペラ３の先端とハウジング５との間のチップクリアランス６を小さくすることができ、ターボ機械の効率を高めることができる。

また、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では、軸受部８が必要以上に大きく撓むことがなく、したがってこの部位でも所望の動圧が発生され易くなるため、軸受３の軸受負荷能力の低下を抑制することができる。
さらに、ベース板９には凹部１４が形成されているので、回転軸１が傾くように振れ回り振動し、スラストカラーに傾き（面振れ）が生じても、軸受部８はその傾きに追従するように傾斜し、その際、軸受部８を構成するフォイル１０、１１、１２間に生じる摩擦が回転軸１の振れ回り振動を減衰させるように作用するので、軸受機能をより安定して発揮することができる。
また、高温環境下で使用される回転機械にも適用可能となっているため、例えばこのスラスト軸受３を過給機にも適用することができる。
また、ピン１６を軸受部８に形成した保持孔１８に挿通することで、各フォイル１０、１１、１２の内周側端部をベース板９の内周側端部に保持しているので、回転軸１の振れ回り振動等に起因して軸受部８の内周端が回転軸１に接触してしまうことを、確実に防止することができる。

なお、前記実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、凹部１４の底面を平坦な傾斜面としたが、本発明はこれに限定されることなく、凹部１４はその深さがベース板９の内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されていれば、図２（ｃ）に示すように湾曲してなる湾曲面であってもよい。この湾曲面の形状については、特に限定されないものの、例えばスラスト軸受３の形状や寸法、回転軸１の運転条件などに基づいたシミュレーションにより、図３（ｂ）に示したようなグラフを求めておき、このグラフから得られる半径方向の距離と動圧との関係に対応して、設計するのが好ましい。
さらに、前記の平坦面１５を形成することなく、図３（ｄ）に示したように凹部１４を、ベース板９の内周端から外周端にかけて全体に形成してもよい。

また、前記実施形態では、軸受部８を構成するフォイルの数を３枚としたが、本発明はこれに限定されることなく、複数枚であれば、２枚であっても、４枚以上であってもよい。
さらに、前記実施形態では、本発明の保持手段としてピン１６を用い、これを軸受部８に形成した保持孔１８に挿通することで、各フォイル１０、１１、１２の内周側端部をベース板９の内周側端部に保持させるようにしたが、本発明の保持手段としてはこれに限定されることなく、種々の構成を採用することができる。

例えば、図４（ｂ）に示すようにベース板９の内周側端部に、円筒状の保持筒１９を形成し、この保持筒１９を軸受部８の貫通孔８ａ（図２参照）内に挿入することにより、フォイル１０、１１、１２の側端面を保持することで各フォイル１０、１１、１２の内周側端部をベース板９の内周側端部に保持するようにしてもよい。ただし、その場合には、トップフォイル１０についてはその内周端側に庇状の係合部２０を形成し、この係合部２０を保持筒１９の上端部に係合させるとともに、該係合部２０で保持筒１９の上端面を覆うようにする。

また、このような保持筒１９や前記ピン１６に代えて、単にベース板９の平坦面１５上、及び該平坦面１５に対応する各フォイル間に高温での使用が可能な耐熱性の高い接着剤を配し、硬化させることにより、各フォイル１０、１１、１２の内周側端部をベース板９の内周側端部に保持するようにしてもよい。
このように保持手段を構成しても、回転軸１の振れ回り振動等に起因して軸受部８の内周端が回転軸１に接触してしまうことを、確実に防止することができる。

１…回転軸、３…スラスト軸受、４…スラストカラー、８…軸受部、９…ベース板、９ｂ…第１面部、９ｃ…第２面部、１０…トップフォイル、１０ａ…軸受面、１１…第１バックフォイル、１２…第２バックフォイル、１３…スパイラル溝、１４…凹部、１５…平坦面、１６…ピン、１７…貫通孔、１１８…保持孔、１９…保持筒

Claims (3)

1. 回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、
   前記スラストカラーに対向して配置される円環状の軸受部と、
   前記軸受部の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受部を支持する円環状のベース板とを備え、
   前記軸受部は、複数のフォイルが積層されてなるとともに、該複数のフォイルのうちの前記スラストカラー側に位置するフォイルの、前記スラストカラーに対向する面に、動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝を形成してなり、
   前記ベース板の前記軸受部に対向する面側には、その周方向に沿って連続する凹部が設けられ、
   前記凹部の深さが、前記ベース板の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記凹部が設けられた面は、その外周側に配置されて前記凹部を形成する第１面部と、該第１面部より内周側に配置された第２面部とを有していることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受。
3. 前記複数のフォイルは、それぞれの内周側端部が保持手段によって前記ベース板の内周側端部に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受。

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