JP2015108380A - 回転部材とこれを有するフォイル軸受ユニット及びターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】フォイル軸受で支持される回転部材の回転応答性及び遠心強度の向上を図る。【解決手段】軸６に固定され、フォイル軸受３０，４０，５０で回転自在に支持される回転部材２０において、少なくとも一部（例えばフランジ部２２）を炭素繊維強化複合材で形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、軸に固定され、フォイル軸受で回転自在に支持される回転部材と、これを有するフォイル軸受ユニット及びターボ機械に関する。

ガスタービンやターボチャージャ等のターボ機械の主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。このような条件下での使用に適合する軸受として、フォイル軸受が着目されている。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薄膜（フォイル）で軸受面を構成し、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る。軸の回転時には、軸の外周面とフォイルの軸受面との間に流体膜（例えば空気膜）が形成され、軸が非接触支持される。

例えば、下記の特許文献１及び特許文献２には、フォイル軸受を適用したターボ機械が示されている。これらのターボ機械では、タービン軸に回転部材が固定され、これらがフォイル軸受で回転自在に支持されている。回転部材は外径に突出したフランジ部を有し、このフランジ部がフォイル軸受でスラスト方向に支持される。

特表平９−５１０５２２号公報 特表平１０−５１１４４６号公報

ターボ機械のタービン軸が高速回転すると、回転部材に遠心力が加わる。特に、上記のように、回転部材に外径に突出したフランジ部が設けられる場合、タービン軸の回転に伴ってフランジ部に大きな遠心力が加わる。このような回転部材を金属材料（例えばステンレス鋼）で形成すると、フランジ部の重量が増大し、回転部材、ひいてはタービン軸の慣性モーメントが大きくなる。ターボ機械、特にターボチャージャは、エンジンの出力に対して高い回転応答性が求められるが、上記のようにタービン軸の慣性モーメントが大きくなると、回転応答性が低下してしまう。また、回転部材の重量が大きいと、回転部材に加わる遠心力が大きくなるため、回転部材が遠心力により破損する恐れがある。

本発明は、フォイル軸受で支持される回転部材の回転応答性及び遠心強度（遠心力に対する強度）の向上を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、軸に固定され、フォイル軸受で回転自在に支持される回転部材であって、少なくとも一部が炭素繊維強化複合材で形成された回転部材を提供する。

このように、回転部材の少なくとも一部を炭素繊維強化複合材で形成することにより、金属材料で形成する場合と比べて回転部材の軽量化を図ることができる。これにより、回転部材の慣性モーメントが小さくなって、回転部材、ひいては回転部材が取り付けられる軸（例えばタービン軸）の回転応答性が高められる。また、回転部材が軽量化されることでこれに加わる遠心力が小さくなるため、回転部材の遠心強度が向上する。特に、炭素繊維強化複合材として、炭素繊維と炭素又は黒鉛マトリクスとの複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）を使用すれば、耐熱性が高められると共に、母材を構成する炭素（黒鉛）の潤滑性により摺動性が高められる。

上記の回転部材は、スラストフォイル軸受でスラスト方向に支持されるフランジ部を備えた構造とすることができる。フランジ部は、外径寸法が大きいため、回転部材の慣性モーメントに与える影響が比較的大きく、且つ、回転時に加わる遠心力も比較的大きい。このような場合、フランジ部を炭素強化繊維複合材で形成することが好ましい。

また、上記の回転部材は、ラジアルフォイル軸受でラジアル方向に支持されるスリーブ部をさらに有する構造とすることができる。スリーブ部は、フランジ部と比べて外径寸法が小さいため、回転部材の慣性モーメントに与える影響が比較的小さく、且つ、回転時に加わる遠心力も比較的小さい。このように、フランジ部とスリーブ部とでは要求される特性が異なるため、これらを異なる材料、すなわちそれぞれの特性に応じた材料で形成することが好ましい。例えば、スリーブ部がラジアルフォイル軸受と頻繁に接触する用途で使用される場合、スリーブ部を炭素繊維強化複合材で形成すると、スリーブ部の外周面において炭素繊維よりも母材が早期に摩耗する。この場合、スリーブ部の外周面から炭素繊維が相対的に突出した状態となり、ラジアルフォイル軸受への攻撃性が高まって耐摩耗性が低下する恐れがある。そこで、スリーブ部を炭素焼結材で形成すれば、炭素（黒鉛）の固体潤滑作用によりラジアルフォイル軸受との摺動性が高められると共に、スリーブ部の外周面を均一に摩耗させることができるため、耐摩耗性を高めることができる。

上記のような回転部材は、例えば、水平方向に配置された軸に固定される。この場合、軸の起動停止時等の低速回転時は、フォイル軸受と回転部材との間の流体圧が低いため、軸及び回転部材が重力により降下し、スリーブ部の外周面とラジアルフォイル軸受との接触（いわゆるタッチダウン）が生じる。このため、スリーブ部の外周面には高い耐摩耗性が要求される。一方、フランジ部の端面とスラストフォイル軸受との接触は比較的少ないため、フランジ部にはそれほど高い耐摩耗性は要求されない。従って、回転部材が水平方向の軸に固定される場合には、上記のようにフランジ部を炭素繊維強化複合材で形成し、スリーブ部を炭素焼結材で形成することが特に好ましい。

フランジ部の端面及びスリーブ部の外周面は、それぞれスラストフォイル軸受及びラジアルフォイル軸受の軸受面と対向するため、これらの相対的な位置精度（直角度や同軸度等）が重要となる。例えば、フランジ部及びスリーブ部を別体に形成し、これらをそれぞれ別々に軸に固定すると、組み付け時に、フランジ部の端面とスリーブ部の外周面との相対的な位置精度が悪化する恐れがある。そこで、フランジ部とスリーブ部とを軸方向に当接させた状態で予め一体化しておけば、軸への組み付け時に両者の相対的な位置精度が悪化することを防止できる。さらに、フランジ部の内周面とスリーブ部の外周面とを嵌合させた状態で一体化すれば、両者の相対的な位置精度及び結合力をより一層高めることができる。

上記の回転部材と、回転部材を回転自在に支持するフォイル軸受とを、フォイル軸受ユニットとしてユニット化すれば、回転部材及びフォイル軸受を一体的に取り扱うことができるため、ターボ機械等に容易に組み付けることができる。

上記のような回転部材は、高速回転する軸、例えばターボ機械のタービン軸の回転支持用として好適に使用することができる。

以上のように、本発明によれば、フランジ部を炭素繊維強化複合材で形成することにより、回転部材の回転応答性及び遠心強度の向上が図られる。

ガスタービンの構成を概念的に示す図である。 上記ガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。 上記支持構造に組み込まれた、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受ユニットの断面図である。 上記フォイル軸受ユニットに組み込まれたラジアルフォイル軸受の断面図である。 （Ａ）は、上記ラジアルフォイル軸受のフォイルの斜視図であり、（Ｂ）は３枚のフォイルを仮組みした状態の斜視図である。 スラストフォイル軸のフォイル及びフォイルホルダの平面図である。 （Ａ）は第１スラストフォイル軸受の平面図であり、（Ｂ）は第２スラストフォイル軸受の平面図である。 第１スラストフォイル軸受の断面図である。 回転部材の他の例を示す断面図である。 回転部材のさらに他の例を示す断面図である。

図１に、ターボ機械の一種であるガスタービンの構成を概念的に示す。このガスタービンは、翼列を形成したタービン１および圧縮機２と、発電機３と、燃焼器４と、再生器５とを主に備える。タービン１、圧縮機２、および発電機３には、水平方向に延びる共通の軸６が設けられ、この軸６と、タービン１および圧縮機２とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口７から吸入された空気は、圧縮機２で圧縮され、再生器５で加熱された上で燃焼器４に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン１を回転させる。タービン１の回転力が軸６を介して発電機３に伝達され、発電機３が回転することにより発電し、この電力がインバータ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。

図２に、上記ガスタービンにおけるロータの軸６を支持するフォイル軸受ユニット１０を示す。フォイル軸受ユニット１０は、軸６に固定された回転部材２０と、軸６及び回転部材２０をラジアル方向に支持するラジアルフォイル軸受３０と、軸６及び回転部材２０をスラスト方向に支持する第１スラストフォイル軸受４０及び第２スラストフォイル軸受５０とを備える。

回転部材２０は、図３に示すように、スリーブ部２１と、スリーブ部２１から外径に突出した円盤状のフランジ部２２とを備える。図示例では、スリーブ部２１の圧縮機２側（図３の左側）の軸方向端部にフランジ部２２が設けられる。回転部材２０は、少なくとも一部が炭素繊維強化複合材で形成される。本実施形態では、回転部材２０のスリーブ部２１及びフランジ部２２が別体に形成され、それぞれ異なる材料で形成される。フランジ部２２は、炭素繊維強化複合材、特に、炭素繊維と炭素又は黒鉛マトリクスとの複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）で形成される。Ｃ／Ｃコンポジットは、炭素繊維で形成された基材に樹脂等のマトリクスを含浸させた後、焼成することでマトリクスを炭化（必要に応じて黒鉛化）する含浸法や、炭素繊維基材に、炭化水素を熱分解して得られる炭素を沈積させるＣＶＤ法により形成される。スリーブ部２１は、例えば焼結材で形成され、本実施形態では炭素粉末（特に黒鉛粉末）を焼成して得られた炭素焼結材で形成される。

スリーブ部２１及びフランジ部２２は、軸方向で当接させた状態で一体化されている。具体的には、スリーブ部２１の端面２１ｃとフランジ部２２の内径端に設けられた端面２２ｃとを軸方向で当接させた状態で、接着や溶着等の適宜の手段で両者が固定される。こうして一体化された回転部材２０が軸６の外周面に嵌合固定され、具体的には圧入固定される。このように、スリーブ部２１及びフランジ部２２を予め一体化することで、両者の相対位置（直角度や同軸度等）を高精度に設定した状態で、軸６へ組み付けることができる。

ラジアルフォイル軸受３０は、図４に示すように、円筒状のフォイルホルダ３１と、フォイルホルダ３１の内周面に取り付けられた複数のフォイル３２とを有する。フォイルホルダ３１の内周面３１ａには、フォイル３２の周方向端部が差し込まれる溝３１ｂが形成される。溝３１ｂは、フォイルホルダ３１の軸方向全長にわたって延び、円周方向等間隔の複数箇所（図示例では３箇所）に設けられる。

複数のフォイル３２は、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに周方向に並べた状態で取り付けられる。各フォイル３２の内径面３２ａは、ラジアル軸受面Ｓ１として機能する。図示例では、３枚のフォイル３２で多円弧型のラジアル軸受面Ｓ１を形成している。フォイルホルダ３１の内周面３１ａと各フォイル３２との間には、フォイル３２に弾性を付与するための部材（バックフォイル等）は設けられておらず、フォイル３２の外径面３２ｂとフォイルホルダ３１の内周面３１ａとが摺動可能とされる。

各フォイル３２は、図５（Ａ）に示すように、周方向一端に設けられた凸部３２ｃと、周方向他端に設けられた凹部３２ｄとを備える。各フォイル３２の凸部３２ｃと凹部３２ｄとは、軸方向で同じ位置に設けられる。図５（Ｂ）に示すように、各フォイル３２の凸部３２ｃを、隣接するフォイル３２の凹部３２ｄに嵌め込むことで、３枚のフォイル３２を筒状に仮組みすることができる。この場合、図４に示す軸方向視において、各フォイル３２の周方向一端（凸部３２ｃ）と、隣接するフォイル３２の周方向他端（凹部３２ｄの軸方向両側の凸部３２ｅ）とが交差した状態となる。本実施形態では、各フォイル３２の周方向他端の凸部３２ｅが、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに設けられた溝３１ｂに差し込まれる。各フォイル３２の周方向一端の凸部３２ｃは、隣接するフォイル３２の外径面３２ｂとフォイルホルダ３１の内周面３１ａとの間に配され、アンダーフォイル部として機能する。

第１スラストフォイル軸受４０は、図３に示すように、回転部材２０のフランジ部２２を軸方向一方側（図中右側）から支持するものであり、円盤状のフォイルホルダ４１と、フォイルホルダ４１の端面４１ａに固定された複数のフォイル４２とを備える。本実施形態では、第１スラストフォイル軸受４０のフォイルホルダ４１と、ラジアルフォイル軸受３０のフォイルホルダ３１とが一体に形成される。

第１スラストフォイル軸受４０の各フォイル４２は、図６に示すように、本体部４２ａと、本体部４２ａよりも外径側に設けられた固定部４２ｂと、本体部４２ａと固定部４２ｂとを連結する連結部４２ｃとを一体に備える。本体部４２ａの回転方向（軸６の回転方向、以下同様）先行側の縁４２ｄ及び回転方向後方側の縁４２ｅは、何れも中央部を回転方向先行側へ突出した略Ｖ字形状を成している。本体部４２ａの縁４２ｄ，４２ｅの中央部は、円弧状に丸まっている。

各フォイル４２の固定部４２ｂは、図７（Ａ）に示すように、フォイルホルダ４１の端面４１ａの外径端に固定される。図示例では、複数のフォイル４２の固定部４２ｂが同一円周上に配され、リング状の固定部材４３とフォイルホルダ４１の端面４１ａとで固定部４２ｂの全域が挟持固定される。複数のフォイル４２は、円周方向等ピッチで配され、図示例では、各フォイル４２の半分だけ位相をずらして重ね合わせている。図８に示すように、各フォイル４２の回転方向先行側の縁４２ｄは、隣接するフォイル４２の上（フランジ部２２側）に配される。すなわち、各フォイル４２の回転方向先行側部分は、隣接するフォイル４２の回転方向後方側部分に乗り上げている。各フォイル４２の本体部４２ａの表面のうち、フランジ部２２の一方の端面２２ａと直接対向している部分｛図７（Ａ）で見えている部分｝は、スラスト軸受面Ｓ２として機能する。尚、各フォイル４２の固定部４２ｂを、フォイルホルダ４１あるいは固定部材４３に溶接や接着等により固定してもよい。

第２スラストフォイル軸受５０は、図３に示すように、回転部材２０のフランジ部２２を軸方向他方側（図中左側）から支持するものである。第２スラストフォイル軸受５０は、図７（Ｂ）に示すように、円盤状のフォイルホルダ５１と、フォイルホルダ５１の端面５１ａに固定された複数のフォイル５２とを備える。各フォイル５２の本体部の表面のうち、フランジ部２２の他方の端面２２ｂと直接対向している部分｛図７（Ｂ）で見えている部分｝は、スラスト軸受面Ｓ３として機能する。第２スラストフォイル軸受５０のその他の構成は、第１スラストフォイル軸受４０と同様であるため、重複説明を省略する。

フォイル３２，４２，５２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程度の金属フォイルにプレス加工、ワイヤーカット、あるいはエッチングなどを施すことで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、金属フォイルとして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。

上記構成のフォイル軸受ユニット１０は、以下のような手順で組み立てられる。まず、ラジアルフォイル軸受３０の内周に、回転部材２０のスリーブ部２１を挿入する。その後、回転部材２０のフランジ部２２を軸方向両側から挟み込むように、第２スラストフォイル軸受５０を第１スラストフォイル軸受４０に取り付ける。具体的に、第１スラストフォイル軸受４０のフォイルホルダ４１に取り付けた固定部材４３と、第２フォイル軸受５０のフォイルホルダ５１に取り付けた固定部材５３とを軸方向で当接させ、この状態で、図示しないボルト等で両フォイルホルダ４１，５１を固定する。以上により、フォイル軸受ユニット１０が完成する。

上記構成のフォイル軸受ユニット１０は、回転部材２０の内周に軸６を圧入すると共に、フォイル軸受３０，４０，５０のフォイルホルダ３１，４１，５１の一部又は全部をガスタービンのハウジングに固定することにより、ガスタービンに組みつけられる。このとき、回転部材２０のスリーブ部２１及びフランジ部２２が予め一体化されているため、両者の相対的な位置精度、具体的には、スリーブ部２１の外周面２１ａとフランジ部２２の両端面２２ａ，２２ｂとの直角度等を高精度に設定した状態で、回転部材２０を軸６に取り付けることができる。また、フォイル軸受ユニット１０では、ラジアルフォイル軸受３０及びスラストフォイル軸受４０，５０で構成される軸受部材の内部に回転部材２０が収容され、軸受部材と回転部材２０との分離が規制された状態でこれらが一体化されているため、ガスタービンへの組み付け時に軸受部材及び回転部材２０を一体的に取り扱うことができ、組み付け性が向上する。

軸６が円周方向一方（図４及び図７の矢印方向）に回転すると、ラジアルフォイル軸受３０のフォイル３２のラジアル軸受面Ｓ１と回転部材２０のスリーブ部２１の外周面２１ａとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間に生じる空気膜の圧力により回転部材２０及び軸６がラジアル方向に支持される。これと同時に、第１スラストフォイル軸受４０のフォイル４２のスラスト軸受面Ｓ２と回転部材２０のフランジ部２２の一方の端面２２ａとの間、及び、第２スラストフォイル軸受５０のフォイル５２のスラスト軸受面Ｓ３と回転部材２０のフランジ部２２の他方の端面２２ｂとの間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、各スラスト軸受隙間に生じる空気膜の圧力により、回転部材２０及び軸６が両スラスト方向に支持される。

このとき、フォイル３２，４２，５２が有する可撓性により、各フォイル３２，４２，５２の軸受面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が、荷重や軸６の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間は運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間を最適幅に管理することができ、回転部材２０及び軸６を安定して支持することが可能となる。

また、上記のように、回転部材２０のフランジ部２２を炭素繊維強化複合材で形成することで、フランジ部２２の軽量化及び引張強度の向上が図られ、回転部材２０の回転応答性及び遠心強度が高められる。特に、フランジ部２２が比較的大径の場合（例えば、フランジ部２２の直径が、スリーブ部２１の軸方向寸法よりも大きい場合、図３参照）、上記のようにフランジ部２２を炭素繊維強化複合材で形成することが有効となる。特に、フランジ部２２をＣ／Ｃコンポジットで形成することで、耐熱性が向上すると共に、フランジ部２２の母材を構成する炭素（黒鉛）の潤滑性により、スラストフォイル軸受４０，５０との摺動性が高められる。

また、回転部材２０のスリーブ部２１を炭素焼結材で形成することで、ラジアルフォイル軸受３０との摺動性が高められる。特に、本実施形態のように、水平方向に延びる軸６に回転部材２０が固定される場合、軸６の起動、停止時等の低速回転時に、スリーブ部２１の外周面２１ａがラジアルフォイル軸受３０のフォイル３２と接触するため、スリーブ部２１を炭素焼結材で形成して摺動性を高めることが有効となる。

尚、軸６の停止直前や起動直後の低速回転時には、各フォイルの軸受面Ｓ１〜Ｓ３と回転部材２０が接触摺動するため、これらの何れか一方または双方に、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低摩擦化被膜を形成してもよい。また、軸６の回転時には、フォイル３２，４２，５２と各フォイルホルダ３１，４１，５１との間の微小摺動により、軸６の振動を抑制することができる。この微小摺動による摩擦力を調整するために、フォイル３２，４２，５２と各フォイルホルダ３１，４１，５１との何れか一方または双方に、上記のような低摩擦化被膜を形成してもよい。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図９に示す回転部材１２０は、フランジ部２２とスリーブ部２１とを軸方向に当接させるだけでなく、フランジ部２２の内周面とスリーブ部２１の外周面とを嵌合させた状態で一体化している。具体的には、スリーブ部２１の外周面２１ａの軸方向一端側に小径外周面２１ｂを設け、このスリーブ部２１の小径外周面２１ｂをフランジ部２２の内周面２２ｄと嵌合させると共に、スリーブ部２１の外周面２１ａと小径外周面２１ｂとの間の肩面（端面２１ｃ）とフランジ部２２の端面２２ｃとを当接させる。

このように、スリーブ部２１の端面２１ｃとフランジ部２２の端面２２ａとの当接に加えて、スリーブ部２１の小径外周面２１ｂとフランジ部２２の内周面２２ｄとを嵌合させることで、両者の相対的な位置精度がより一層高められると共に、両者の接触面積が大きくなって結合力が増大する。特に、本実施形態では、スリーブ部２１の小径外周面２１ｂにおける半径方向の肉厚が、他の領域と比べて薄くなっている。このため、軸６への圧入により、小径外周面２１ｂが拡径してフランジ部２２の内周面２２ｄに押し付けられるため、スリーブ部２１とフランジ部２２との結合力がさらに高められる。

図１０に示す回転部材２２０は、スリーブ部２１の外周面２１ａと小径外周面２１ｂとの間に、外径に向けて突出した突出部２１ｄを設け、この突出部２１ｄの端面２１ｃをフランジ部２２の内径端の端面２２ｃに当接させている。これにより、スリーブ部２１とフランジ部２２との軸方向の当接部の接触面積が拡大し、両者の相対的な位置精度及び結合力をさらに高めることができる。尚、突出部２１ｄは、スリーブ部２１の全周に設けてもよいし、円周方向に離隔した複数箇所に設けてもよい。

また、以上の実施形態では、回転部材２０のスリーブ部２１を炭素焼結材で形成し、フランジ部２２を炭素繊維強化複合材で形成した場合を示したが、これに限らず、要求される特性に応じて、炭素繊維強化複合材で形成する部位を変えてもよい。例えば、軸６が鉛直方向に配される場合（図示省略）、軸の起動停止時等の低速回転時に、フランジ部２２の端面２２ｂ（あるいは端面２２ａ）とスラストフォイル軸受５０（あるいはスラストフォイル軸受４０）とが接触摺動する。一方、スリーブ部２１の外周面２１ａとラジアルフォイル軸受３０との接触は比較的少ない。従って、回転部材２０が鉛直方向の軸６に固定される場合は、フランジ部を摺動性に優れた炭素焼結材で形成し、スリーブ部２１を炭素繊維強化複合材で形成してもよい。

また、以上の実施形態では、回転部材２０のスリーブ部２１とフランジ部２２とを別体に形成しているが、これらを炭素繊維強化複合材で一体成形してもよい。

また、以上の実施形態では、ラジアルフォイル軸受３０を多円弧軸受で構成した場合を示したが、これに限らず、各フォイルの周方向一端をフォイルホルダ３１の内周面３１ａに取り付けると共に、各フォイルの周方向他端を自由端とした、いわゆるリーフ型のラジアル軸受フォイルや、円筒状のトップフォイルの外径に波型のバックフォイルを配した、いわゆるバンプフォイル型のラジアル軸受フォイルを使用してもよい。また、スラストフォイル軸受の構成も上記に限らず、例えば、トップフォイルとフォイルホルダとの間に波型のバックフォイルを配したバンプフォイル型のスラストフォイル軸受を使用してもよい。

本発明にかかるフォイル軸受ユニット１０の適用対象は、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軸受としても使用することができる。また、本発明にかかるフォイル軸受は、ガスタービンや過給機等のターボ機械に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される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、以上に説明した各フォイル軸受は、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できる。

６ 軸
１０ フォイル軸受ユニット
２０ 回転部材
２１ スリーブ部
２２ フランジ部
３０ ラジアルフォイル軸受
３１ フォイルホルダ
３２ フォイル
４０ 第１スラストフォイル軸受
４１ フォイルホルダ
４２ フォイル
４３ 固定部材
５０ 第２スラストフォイル軸受
５１ フォイルホルダ
５２ フォイル
５３ 固定部材
Ｓ１ ラジアル軸受面
Ｓ２ スラスト軸受面
Ｓ３ スラスト軸受面

Claims (12)

1. 軸に固定され、フォイル軸受で回転自在に支持される回転部材であって、
   少なくとも一部が炭素繊維強化複合材で形成された回転部材。
2. 前記炭素繊維強化複合材が、Ｃ／Ｃコンポジットである請求項１記載の回転部材。
3. スラストフォイル軸受でスラスト方向に支持されるフランジ部を備えた請求項１又は２記載の回転部材。
4. 前記フランジ部が炭素繊維強化複合材で形成された請求項３記載の回転部材。
5. ラジアルフォイル軸受でラジアル方向に支持されるスリーブ部をさらに有する請求項３又は４記載の回転部材。
6. 前記フランジ部と前記スリーブ部とを異なる材料で形成した請求項５記載の回転部材。
7. 前記フランジ部が炭素繊維強化複合材で形成され、前記スリーブ部が炭素焼結材で形成された請求項６記載の回転部材。
8. 前記軸が水平方向に配置された請求項７記載の回転部材。
9. 前記フランジ部及び前記スリーブ部を別体に形成し、両者を軸方向に当接させた状態で一体化した請求項５〜８の何れかに記載の回転部材。
10. さらに、前記フランジ部の内周面と前記スリーブ部の外周面とを嵌合させた状態で一体化した請求項９記載の回転部材。
11. 請求項１〜１０の何れかに記載の回転部材と、前記回転部材を回転自在に支持するフォイル軸受とを備えたフォイル軸受ユニット。
12. 請求項１〜１０の何れかに記載の回転部材と、前記回転部材が固定された軸と、前記回転部材を回転自在に支持するフォイル軸受とを備えたターボ機械。

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