JP2020115021A - スラストフォイル軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受損失（ロス）を低減できるスラストフォイル軸受装置の提供。【解決手段】スラストフォイル軸受装置８は、回転軸１に取り付けられたスラストカラー４の軸方向一方側に配置された第１のスラストフォイル軸受３Ａと、スラストカラー４の軸方向他方側に配置され、第１のスラストフォイル軸受３Ａと構成の異なるフォイル構造を備える第２のスラストフォイル軸受３Ｂと、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、スラストフォイル軸受装置に関するものである。

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フォイル軸受が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。スラストフォイル軸受は、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き（スラストカラーの軸方向変位と傾き）を吸収できるように、軸受面が柔軟なフォイル（金属製薄板）によって形成されており、軸受面の下に軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有している。

スラストフォイル軸受には、周方向に複数のトップフォイル片とバックフォイル片が配列された形態がある。トップフォイル片は、バックフォイル片に支持されており、スラストカラーの回転により、トップフォイル片とスラストカラーとの間に潤滑流体が導入される。この潤滑流体がトップフォイル片とスラストカラーとの間に楔状の流体潤滑膜を形成し、スラストフォイル軸受の負荷能力が発揮される。

国際公開第２０１４／０６１６９８号

上記従来技術では、スラストカラーの軸方向の移動量を極力抑えるため、スラストカラーの軸方向両側に、同じスラストフォイル軸受を配置している。しかしながら、この構成では、スラストカラーから受けるスラスト荷重が一方側に偏っている場合であっても、両側のスラストフォイル軸受から軸受損失（ロス）が発生してしまう。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受損失（ロス）を低減できるスラストフォイル軸受装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示のスラストフォイル軸受装置は、シャフトに取り付けられたスラストカラーの軸方向一方側に配置された第１のスラストフォイル軸受と、前記スラストカラーの軸方向他方側に配置され、前記第１のスラストフォイル軸受と構成の異なるフォイル構造を備える第２のスラストフォイル軸受と、を有する。

また、本開示においては、前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向する対向面積が小さくてもよい。

また、本開示においては、前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の数が少なくてもよい。

また、本開示においては、前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の径方向における寸法が短くてもよい。

また、本開示においては、前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の周方向における寸法が短くてもよい。

また、本開示においては、前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーの前記シャフトと直交する方向に広がる平坦面に対する傾斜が大きくてもよい。

本開示によれば、軸受損失（ロス）を低減できる。

本開示のスラストフォイル軸受装置が適用されるターボ機械の一例を示す側面図である。 本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受装置を示す側面図である。 本開示の第１実施形態に係る第１のスラストフォイル軸受（負荷側）を示す平面図である。 図３に示す矢視Ａ−Ａ図である。 本開示の第１実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受（反負荷側）を示す底面図である。 本開示の第２実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受（反負荷側）を示す底面図である。 本開示の第３実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受（反負荷側）を示す底面図である。

以下、図面を参照して本開示のスラストフォイル軸受装置を詳しく説明する。

図１は、本開示のスラストフォイル軸受装置が適用されるターボ機械の一例を示す側面図である。
図１中、符号１は回転軸（シャフト）、符号２は回転軸の先端部に設けられたインペラ、符号３は本開示に係るスラストフォイル軸受である。

回転軸１には、円板状のスラストカラー４が取り付けられている。スラストカラー４は、一対のスラストフォイル軸受３に挟まれている。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。回転軸１は、ラジアルフォイル軸受７に支持されている。

スラストフォイル軸受装置８は、スラストカラー４の軸方向一方側に配置された第１のスラストフォイル軸受３Ａと、スラストカラー４の軸方向他方側に配置された第２のスラストフォイル軸受３Ｂと、を備えている。図１に示すように、回転軸１の一端にのみインペラ２が設けられている場合、偏ったスラスト荷重Ｆが発生し、一方側（本開示では第１のスラストフォイル軸受３Ａ側）に荷重が集中する。なお、別のケースとして、回転軸１が重力方向に沿って縦に配置されている場合などでは、下側に配置されたスラストフォイル軸受３に荷重が集中する。

（第１実施形態）
図２は、本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受装置８を示す側面図である。
スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んで両側に設けられている。スラストフォイル軸受３は、トップフォイル１０と、バックフォイル２０と、ベースプレート３０と、を備える。

スラストフォイル軸受３のそれぞれのベースプレート３０の間には、二点鎖線で示す円筒状の軸受スペーサ４０が挟持されている。そして、これらベースプレート３０は、締結ボルト４１によって軸受スペーサ４０を介して連結されている。ベースプレート３０の外周部には、締結ボルト４１を挿通するための貫通孔４２が形成されている。なお、本開示のベースプレート３０のうちの一方は、締結ボルト４１による締め付けによってハウジング５に当接している。

図３は、本開示の第１実施形態に係る第１のスラストフォイル軸受３Ａ（負荷側）を示す平面図である。図４は、図３に示す矢視Ａ−Ａ図である。
ベースプレート３０は、図３に示すように、回転軸１が挿通される挿通孔３０ａを有する。

なお、以下の説明においては、挿通孔３０ａを基準に各部材の位置関係を説明することがある。具体的に、「軸方向」とは、挿通孔３０ａが延びる方向（回転軸１が挿通される方向）を言う。また、「径方向」とは、挿通孔３０ａの径方向を言う。また、「周方向」とは、挿通孔３０ａの内周面に沿った周方向を言う。あるいは、挿通孔３０ａに挿通された回転軸１の軸心を基準に、当該軸心から視た「径方向」及び「周方向」とも言える。

ベースプレート３０は、軸方向におけるスラストフォイル軸受３の最外部（反スラストカラー側）を構成している。ベースプレート３０には、挿通孔３０ａが形成されている。すなわち、本開示のベースプレート３０は、挿通孔３０ａが形成された円板状の部材である。しかし、挿通孔３０ａを有すれば、ベースプレート３０は、円板状以外の部材（例えば矩形板状）であってもよい。また、挿通孔３０ａについても、必ずしも厳密な円筒形状である必要はない。

ベースプレート３０は、例えば、厚さ数ｍｍ程度の金属板から形成されている。スラストカラー４と対向して配置されるベースプレート３０の平坦面３０ｂにおける挿通孔３０ａ（開口）の周囲には、トップフォイル１０、バックフォイル２０が配置されている。具体的に、トップフォイル１０は、バックフォイル２０に支持され、バックフォイル２０は、ベースプレート３０に支持されている。つまり、トップフォイル１０は、バックフォイル２０を介し、ベースプレート３０にも支持されている。

トップフォイル１０は、挿通孔３０ａの周囲に配列された複数の金属製の薄板（トップフォイル片１１）によって形成されている。トップフォイル片１１は、周方向一方側（回転軸１の回転方向上流側）から周方向他方側（回転軸１の回転方向下流側）に向かって上方（図３において紙面手前側。あるいは、ベースプレート３０からあるいはトップフォイル片１１に向かう方向の軸方向側）に傾斜する傾斜部１２と、傾斜部１２の周方向一方側に連設され、ベースプレート３０に取り付けられる取付部１３と、を有している。

傾斜部１２は、図３に示すように、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、傾斜部１２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。傾斜部１２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向他方側の端部１２ａと言う）は、自由端となっている。

一方で、傾斜部１２の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁は、曲げ部１４を介して取付部１３に接続されている。曲げ部１４は、図４に示すように、第１の屈曲と、第１の屈曲の周方向他方側に位置する第２の屈曲とで構成されている。第１の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面の背面側に屈曲している。第２の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面側に屈曲している。つまり、曲げ部１４は、階段状となっている。なお、第１の屈曲、第２の屈曲は、いずれも鈍角となっている。

曲げ部１４よりも周方向他方側に位置する傾斜部１２は、バックフォイル片２１の支持部２２に支持されている。支持部２２に支持された傾斜部１２は、周方向一方側から周方向他方側に向かうに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように初期傾斜角で傾斜して配置されている。ここで、初期傾斜角とは、荷重がゼロのときのベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の傾斜角を意味する。本開示のベースプレート３０は、軸方向に直交する方向に広がる平坦面３０ｂを有し、傾斜部１２は、当該平坦面３０ｂに対し傾斜している。

取付部１３は、曲げ部１４の周方向一方側（第１の屈曲側）に接続されている。本開示では、この取付部１３は、径方向において曲げ部１４と同じ長さで帯状に形成され、ベースプレート３０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取付位置となっている。なお、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。また、取付部１３と曲げ部１４は、必ずしも径方向において同じ長さである必要はない。

一方、バックフォイル２０は、挿通孔３０ａの周囲に配列された複数の金属製の薄板（バックフォイル片２１）によって形成されている。バックフォイル片２１は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を支持する支持部２２を有している。支持部２２は、図４に示すように、山部２２ａと谷部２２ｂが交互に形成された波型のフォイル（バンプフォイル）である。支持部２２は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を弾性的に支持している。

なお、支持部２２としては、例えば、バンプフォイル、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報などに記載されているバックフォイルなどを用いることができる。なお、特開２００６−５７６５２号公報や特開２００４−２７０９０４号公報に記載されているスプリングフォイル、特開２００９−２９９７４８号公報に記載されているバックフォイルは、ラジアル軸受に用いられるフォイルであるが、これらを平面状に展開して円環板状に形成すれば、スラストフォイル軸受３に用いられるフォイル（支持部２２）となる。

本開示の支持部２２は、バンプフォイルから形成されている。支持部２２は、図３に示す平面視で、トップフォイル片１１の傾斜部１２よりも一回り小さく形成されている。したがって、支持部２２は、傾斜部１２に覆われている。支持部２２は、傾斜部１２と同様に、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、支持部２２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。

支持部２２の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向一方側の端部）には、支持部２２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向他方側の端部）と平行に延びる平行部（以下、バックフォイル端部２１ａと言う）が形成されている。支持部２２には、バックフォイル端部２１ａから支持部２２の周方向他方側の端部に向かう第１方向において、すなわち、バックフォイル端部２１ａないし支持部２２の周方向他方側の端部とそれぞれ直交する法線方向（山部２２ａの稜線と直交する方向とも言う）において、谷部２２ｂと山部２２ａが交互に連なっている。

図４に示すように、谷部２２ｂは、平坦面を備えベースプレート３０に対向している。また、山部２２ａは、隣接する谷部２２ｂを繋ぐアーチ状の部位となっている。バックフォイル片２１は、ベースプレート３０に支持されている。そのため、谷部２２ｂは、ベースプレート３０と当接可能である。支持部２２の両端部、すなわち、バックフォイル端部２１ａと、支持部２２の周方向他方側の端部（以下、取付部２１ｂ）は、それぞれ谷部２２ｂによって形成されている。

本開示では、谷部２２ｂ及び山部２２ａは、それぞれほぼ等ピッチで形成されている。また、山部２２ａの高さ（谷部２２ｂと山部２２ａの高さの差）は、一定の高さで形成されている。ベースプレート３０には、支持部２２を支持する支持面３１が形成されている。支持面３１は、第１方向の他方側（図４において紙面右側）に向かうに従って漸次高くなる傾斜面となっている。なお、本開示において、第１方向他方側と、周方向他方側の向きは一致していないが、その間の角度は劣角となっている。支持面３１は、ベースプレート３０の平坦面３０ｂに対して所定角度で傾いている。この角度は、トップフォイル片１１の傾斜部１２の初期傾斜角度に対応している。なお、支持面３１が傾斜していない場合には、山部２２ａの高さが、第１方向の他方側に向かうに従って漸次高くなっていてもよい。

バックフォイル片２１の取付部２１ｂは、ベースプレート３０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、ベースプレート３０に対するバックフォイル片２１の取付位置となっている。つまり、本開示において、バックフォイル片２１の取付位置は、第１方向の他方側（図４において紙面右側）の端に位置する谷部２２ｂ（取付部２１ｂ）となっている。

また、バックフォイル片２１の第１方向の一方側（図４において紙面左側）の端に位置する谷部２２ｂ（バックフォイル端部２１ａ）は、自由端となっている。すなわち、バックフォイル片２１に荷重が作用すると、バックフォイル端部２１ａが、第１方向一方側に向かって移動することが可能である。なお、ベースプレート３０に対するバックフォイル片２１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。

上記構成のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１は、図３に示すように、挿通孔３０ａを中心として、環状に配置されている。本開示のベースプレート３０は、周方向において、６枚のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１を支持している。周方向で隣り合うトップフォイル片１１（バックフォイル片２１）の間には、径方向に延びる周方向隙間Ｓ１がそれぞれ形成されている。周方向隙間Ｓ１は、径方向外側に向かうに従って周方向における幅が漸次大きくなっている。

図５は、本開示の第１実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受３Ｂ（反負荷側）を示す底面図である。なお、以下の第２のスラストフォイル軸受３Ｂの説明において、上述した第１のスラストフォイル軸受３Ａと同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
反負荷側に配置された第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造（図３参照）と異なるフォイル構造を備えている。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、第１のスラストフォイル軸受３Ａとスラストカラー４を挟んで完全に対称な構成となっていない。

具体的に、第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向するフォイル片（トップフォイル片１１及びバックフォイル片２１）の数が少ない。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向する対向面積（ベースプレート３０に配された複数のトップフォイル片１１がスラストカラー４に対向する面積の合計）が小さい。

第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、挿通孔３０ａの周囲に３枚のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１を備えている。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル片は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル片の半数である。周方向で隣り合うトップフォイル片１１（バックフォイル片２１）の間には、図３に示す周方向隙間Ｓ１よりも大きな周方向隙間Ｓ２が形成されている。なお、その他の点については、第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、第１のスラストフォイル軸受３Ａと対称な構成となっている。

次に、このような構成からなるスラストフォイル軸受３の作用について説明する。
スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んだ両側に設けている。そのため、回転軸１の軸方向両側の移動を抑制できる。

このような状態で回転軸１が回転し、スラストカラー４が回転を始めると、スラストカラー４とトップフォイル片１１は擦れ合いつつ、両者の間に形成されたくさび形の空間に周囲流体が押し込まれる。そして、スラストカラー４が一定の回転速度に達すると、両者の間に流体潤滑膜が形成される。この流体潤滑膜の圧力によってトップフォイル片１１はバックフォイル片２１側へ押し付けられ、スラストカラー４はトップフォイル片１１との接触状態を脱し、非接触で回転するようになる。

ところで、スラストカラー４の軸方向両側に配置された第１のスラストフォイル軸受３Ａ及び第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、軸方向のガタが生じないように、スラストカラー４に対して一定の力（以下、予圧と言う）で押し付けられている。このため、図１に示すように、スラスト荷重Ｆが一方側に偏っている場合であっても、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのみならず、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂにおいて上記予圧の作用によって損失が発生し、その分の軸受損失が上乗せされている。

このため、本開示では、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造を、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造と非対称の構造としている。具体的には、図５に示すように、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造は、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向するフォイル片の数を少なくしている。フォイル片の数が少ないと、流体潤滑膜が形成されるスラストカラー４との対向面積が減り、フォイル片の上で流体潤滑膜がせん断されることより発生する損失が減る。

この損失が減ることで、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂの発熱も減る。このため、第２のスラストフォイル軸受３Ｂの温度上昇が緩和される。この副次的な効果として、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａの温度上昇も抑えられ、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａの負荷能力が向上する。さらに、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル片の数が少なくなることで、第１のスラストフォイル軸受３Ａよりも第２のスラストフォイル軸受３Ｂの製作コストを低減することができる。

したがって、上述した第１実施形態によれば、回転軸１に取り付けられたスラストカラー４の軸方向一方側に配置された第１のスラストフォイル軸受３Ａと、スラストカラー４の軸方向他方側に配置され、第１のスラストフォイル軸受３Ａと構成の異なるフォイル構造を備える第２のスラストフォイル軸受３Ｂと、を有する、という構成を採用することによって、スラストフォイル軸受装置８の軸受損失（ロス）を低減できる。

（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６は、本開示の第２実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受３Ｂ（反負荷側）を示す底面図である。
図６に示すように、第２実施形態では、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１Ａ（バックフォイル片２１Ａも同様）の外周径（円弧状の外周側の端縁の径）が、第１のスラストフォイル軸受３Ａのトップフォイル片１１（図６において二点鎖線で示す）の外周径よりも小さくなっている。

第２実施形態の第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、挿通孔３０ａの周囲に６枚のトップフォイル片１１Ａ、バックフォイル片２１Ａを備えている。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル片は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル片と同数である。しかしながら、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１Ａ（バックフォイル片２１Ａも同様）の外周径は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのトップフォイル片１１の外周径よりも小さくなっている。

つまり、トップフォイル片１１Ａの径方向における寸法Ｒ１は、トップフォイル片１１の径方向における寸法Ｒよりも短い。また、トップフォイル片１１Ａの外周側の端縁の周方向における寸法Ｗ１は、トップフォイル片１１の外周側の端縁の周方向における寸法Ｗよりも短い。なお、トップフォイル片１１Ａの内周側の端縁においては、その径方向位置及び周方向における寸法がトップフォイル片１１と一致している。なお、トップフォイル片１１Ａの内周側の端縁において、その径方向位置及び周方向における寸法がトップフォイル片１１と一致せず、トップフォイル片１１Ａの外周側の端縁において、その径方向位置及び周方向における寸法がトップフォイル片１１と一致していてもよい。

上記構成の第２実施形態によれば、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造が、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向するフォイル片の径方向における寸法が短いため、第１のスラストフォイル軸受３Ａよりも、スラストカラー４に対向する対向面積が小さくなる。これにより、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂで発生する軸受損失（ロス）が減る。また、第２のスラストフォイル軸受３Ｂでの発熱を減らし、この副次的な効果として、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａの温度上昇を抑えて負荷能力を向上できる。

（第３実施形態）
次に、本開示の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、本開示の第３実施形態に係る第２のスラストフォイル軸受３Ｂ（反負荷側）を示す底面図である。
図７に示すように、第３実施形態では、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１Ｂ（バックフォイル片２１Ｂも同様）の内周径（円弧状の内周側の端縁の径）が、第１のスラストフォイル軸受３Ａのトップフォイル片１１（図７において二点鎖線で示す）の内周径よりも大きくなっている。さらに、第３実施形態では、トップフォイル片１１Ｂの周方向における寸法も、トップフォイル片１１の周方向における寸法より短くなっている。

第３実施形態の第２のスラストフォイル軸受３Ｂは、挿通孔３０Ｂの周囲に６枚のトップフォイル片１１Ｂ、バックフォイル片２１Ｂを備えている。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル片は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル片と同数である。しかしながら、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１Ｂ（バックフォイル片２１Ｂも同様）の内周径は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのトップフォイル片１１の内周径よりも大きくなっている。

つまり、トップフォイル片１１Ｂの径方向における寸法Ｒ２は、トップフォイル片１１の径方向における寸法Ｒよりも短い。トップフォイル片１１Ｂの内周側の端縁の径方向位置は、トップフォイル片１１の内周側の端縁の径方向位置よりも寸法Ｒ３だけ径方向外側に離隔している。なお、トップフォイル片１１Ｂの外周側の端縁においては、その径方向位置がトップフォイル片１１と一致している。トップフォイル片１１Ｂの外周側の端縁の周方向における寸法Ｗ２は、トップフォイル片１１の外周側の端縁の周方向における寸法Ｗよりも短い。

上記構成の第３実施形態によれば、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造が、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向するフォイル片の径方向における寸法及び周方向における寸法が短いため、第１のスラストフォイル軸受３Ａよりも、スラストカラー４に対向する対向面積が小さくなる。これにより、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂで発生する軸受損失（ロス）が減る。また、第２のスラストフォイル軸受３Ｂでの発熱を減らし、この副次的な効果として、負荷側の第１のスラストフォイル軸受３Ａの温度上昇を抑えて負荷能力を向上できる。

以上、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、反負荷側の第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造が、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４に対向する対向面積が小さい形態について説明してきたが、例えば、対向面積は変わらないが、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのフォイル構造は、第１のスラストフォイル軸受３Ａのフォイル構造よりも、スラストカラー４の回転軸１と直交する方向に広がる平坦面に対する傾斜が大きくてもよい。つまり、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１の傾斜を大きくすれば、スラストカラー４との軸受隙間が広がり、流体潤滑膜のせん断力が減って損失が減る。
また、第２、第３実施形態に限らず、第１のスラストフォイル軸受３Ａのトップフォイル片１１の内周縁、若しくは外周縁、あるいはその両方の径方向位置と、第２のスラストフォイル軸受３Ｂのトップフォイル片１１の内周縁、若しくは外周縁、あるいはその両方の径方向位置とをずらす事で、スラストフォイル軸受３Ａ,と３Ｂの負荷のバランスを調整することが可能である。

１ 回転軸（シャフト）
２ インペラ
３ スラストフォイル軸受
３Ａ 第１のスラストフォイル軸受
３Ｂ 第２のスラストフォイル軸受
８ スラストフォイル軸受装置
１０ トップフォイル（フォイル構造）
１１ トップフォイル片（フォイル片）
１１Ａ トップフォイル片（フォイル片）
１１Ｂ トップフォイル片（フォイル片）
２０ バックフォイル（フォイル構造）
２１ バックフォイル片（フォイル片）
２１Ａ バックフォイル片（フォイル片）
２１Ｂ バックフォイル片（フォイル片）
Ｆ スラスト荷重
Ｒ 寸法
Ｒ１ 寸法
Ｒ２ 寸法
Ｒ３ 寸法
Ｗ 寸法
Ｗ１ 寸法
Ｗ２ 寸法

Claims (6)

1. シャフトに取り付けられたスラストカラーの軸方向一方側に配置された第１のスラストフォイル軸受と、
   前記スラストカラーの軸方向他方側に配置され、前記第１のスラストフォイル軸受と構成の異なるフォイル構造を備える第２のスラストフォイル軸受と、を有する、スラストフォイル軸受装置。
2. 前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向する対向面積が小さい、請求項１に記載のスラストフォイル軸受装置。
3. 前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の数が少ない、請求項１または２に記載のスラストフォイル軸受装置。
4. 前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の径方向における寸法が短い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受装置。
5. 前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーに対向するフォイル片の周方向における寸法が短い、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受装置。
6. 前記第２のスラストフォイル軸受のフォイル構造は、前記第１のスラストフォイル軸受のフォイル構造よりも、前記スラストカラーの前記シャフトと直交する方向に広がる平坦面に対する傾斜が大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受装置。

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