JP2023114004A - フォイル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】トップフォイル部の先端付近、内径端の円弧部付近と、外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することにより、負荷荷重の増大を図ることが可能なフォイル軸受を提供する。
【解決手段】複数のリーフ２２を円周方向に並べることで軸受面が形成されたフォイル軸受である。リーフ２２は、軸受面を形成するトップフォイル部２２ａを有し、リーフ２２の内径端及び外径端が円弧部とされ、リーフの内径端の円弧部２２ｅの径寸法Ｄ２とリーフ２２の外径端の円弧部２２ｄの径寸法Ｄ１との比、及び、内径端の円弧部の中心角Ｂと外径端の円弧部の中心角Ａとの比を規定することにより、トップフォイル部２２ａの先端付近、内径端の円弧部２２ｅ付近と、外径端の円弧部２２ｄ付近の３か所で浮上隙間が形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、フォイル軸受に関し、特に、複数のリーフを周方向に並べることで軸受面が形成されるスラストフォイル軸受に関する。

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。このような過酷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（リーフ）で軸受面を構成したものであり、軸の回転時に軸とリーフの軸受面との間に形成された軸受隙間に流体膜（例えば空気膜）を形成して軸を非接触支持するものである。このフォイル軸受によれば、軸受面をリーフで形成することで軸受面のたわみが許容され、軸受面が軸の変位や熱膨張等に追従して変形するため、過酷条件下でも軸を安定的に支持できる、という利点を有する。

このフォイル軸受は、ラジアル方向の荷重を支持するラジアルフォイル軸受とスラスト方向の荷重を支持するスラストフォイル軸受とに大別される。このうち、スラストフォイル軸受の構成を図１１および図１２に示す。なお、図１１は軸受面を軸方向から見た平面図であり、図１２は一枚のリーフを拡大して示す平面図である。

図１１および図１２に示すように、スラストフォイル軸受は、回転方向Ｒの複数箇所にリーフ１００を配置し、各リーフの前端１０１を含む領域で、軸受面Ｓ１を有するトップフォイル部１０２を形成すると共に、後端１０３を含む領域で、隣接するリーフのトップフォイル部１０２の背後に配置されるバックフォイル部１０４を形成したものである。

ところで、従来のスラストフォイル軸受は、外径端付近のリーフ１００の周方向ピッチに比べて、内径端付近の周方向ピッチは小さくなる。そのため、内径端付近における剛性が外径端付近における剛性よりも高くなる。したがって、内径端付近が撓みにくくなり、他の部材（例えば、スラストカラー１０６(図１３参照）)に接触しやすくなっていた。

そこで、従来には、隣接するリーフ１００同士の重合部の内径端が占める角度(中心角)を外径端が占める角度(中心角)よりも小さく設定したものがある(特許文献１)。この場合、内径端付近の剛性を下げることができ、リーフ１００を全面で略均一に撓ませることができる。そのため、浮上隙間ｈ１(図１３参照)をより小さく設定することが可能となって、負荷容量を増大させることができる。ここで、浮上隙間ｈとは、軸受隙間Ｃａ(図１３参照)の最小幅をいい、スラストフォイル軸受の負荷容量は、この浮上隙間ｈ１に依存する。すなわち、浮上隙間ｈは小さい程、スラストフォイル軸受の負荷容量が増大する。このため、スラストフォイル軸受の負荷容量を増大させるためには、浮上隙間ｈ１をできるだけ小さくすればよい。なお、軸受隙間Ｃａとは、図１３に示すように、軸受面Ｓ１とスラストカラー１０６との間の隙間をいう。

特開２０２０－１５９４５０号公報

ところで、前記特許文献１の従来のスラストフォイル軸受では、外径端の円弧部１０７の中心角と内径端の円弧部１０８の中心角との角度差が１０°以上となっている。すなわち、外径端の円弧部１０７の中心角をαとし、内径端の円弧部１０８の中心角をβとしたときに、α－β≧１０°となっている。しかしながら、このように１０°以上であれば、内径端付近の剛性が低下しすぎ、かえって負荷容量の低下を招くおそれがあった。

また、前記特許文献１の従来のスラストフォイル軸受では、トップフォイル先端とスラストカラーとの間で浮上隙間が形成される。しかしながら、内径端付近の剛性を低下させすぎると、リーフの内径端付近とスラストカラーの隙間が大きくなり、負荷容量が低下する。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、トップフォイル部の先端付近、内径端の円弧部付近と、外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することにより、負荷荷重の増大を図ることが可能なスラストフォイル軸受を提供するものである。

本発明のフォイル軸受は、複数のリーフを円周方向に並べることで軸受面が形成されるフォイル軸受であって、前記リーフは、軸受面を形成するトップフォイル部を有し、前記リーフの内径端及び外径端が円弧部とされ、前記リーフの内径端の円弧部の径寸法と前記リーフの外径端の円弧部の径寸法との比、及び、前記内径端の円弧部の中心角と前記外径端の円弧部の中心角との比を規定することにより、前記トップフォイル部の先端付近、前記内径端の円弧部付近と、前記外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間が形成されるものである。

本発明のフォイル軸受によれば、トップフォイル部の先端付近、前記内径端の円弧部付近と、前記外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することにより、負荷容量の増大を図ることができる。

前記リーフの内径端の円弧部の径寸法と前記リーフの外径端の円弧部の径寸法との比が１．９～２．１であり、前記内径端の円弧部の中心角と前記外径端の円弧部の中心角との比を１．０よりも大きく１．１以下とするのが好ましい。このように設定することにより、安定して、トップフォイル部の先端付近、前記内径端の円弧部付近と、前記外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することができる。

運転中おいて、軸受面とスラストカラーとの間に軸受隙間が形成され、前記トップフォイル部中央部がスラストカラー側に凹形状となり、前記内径端の円弧部側及び前記外径端の円弧部側はスラストカラー側に凸形状となるように設定するのが好ましい。このように設定することにより、安定して、トップフォイル部の先端付近、前記内径端の円弧部付近と、前記外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することができる。

前記リーフが、前記スラストカラーとの間で摺動する部位を有し、その部位に摺動痕が形成されるものであってもよい。このように設定することにって、故意にリーフの剛性の高い部位の剛性を低くすることができる。

前記摺動痕は、前記内径端の円弧部側付近よりも前記外径端の円弧部側付近が大きくなるのが好ましい。これにより、剛性の高い部位の剛性を安定して低くすることができる。

本発明では、トップフォイル部の先端付近、内径端の円弧部付近と、外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間を形成することができて、負荷容量を増大させることができる。

ガスタービンの模式図である。 ガスタービンの主軸の支持構造を示す断面図である。 ガスタービンの主軸の支持構造に組み込まれるスラストフォイル軸受の断面図である。 スラストフォイル軸受の正面図である。 スラストフォイル軸受のリーフの拡大正面図である。 図４のＸ－Ｘ線拡大断面図である。 運転時のリーフの形状を示す斜視図である。 リーフとスラストカラーとの関係を示し、（ａ）は内径部とスラストカラーとの間の隙間が狭い場合の簡略断面図であり、（ｂ）内径部とスラストカラーとの間の隙間、及び外径部とスラストカラーとの間の隙間が同じ場合の簡略断面図であり、（ｃ）は外径部とスラストカラーとの間の隙間が狭い場合の簡略断面図である。 ならし運転後のスラストフォイル軸受の要部を示し、（ａ）は実施品１の要部拡大外観図であり、（ｂ）は実施品２の要部拡大外観図であり、（ｃ）は実施品３の要部拡大外観図であり、（ｄ）は実施品４の要部拡大外観図であり、（ｅ）は実施品５の要部拡大外観図である。 ならし運転に使用する運転機の簡略図である。 従来のスラストフォイル軸受の要部平面図である。 従来のスラストフォイル軸受のリーフの拡大平面図である。 図１１のＸ－Ｘ線拡大断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１～図１０に基づいて説明する。

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主軸６が設けられ、この主軸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の回転力が主軸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支持構造の一例を示す。この支持構造では、軸方向の２箇所にラジアル軸受１０が配置され、主軸６に設けられたスラストカラー６ａの軸方向両側にスラスト軸受２０、２０が配置される。このラジアル軸受１０およびスラスト軸受２０により、主軸６がラジアル方向及び両スラスト方向に回転自在に支持される。

この支持構造において、タービン１と圧縮機２の間の領域は、高温、高圧のガスで回転されるタービン１に隣接しているために高温雰囲気となる。この高温雰囲気では、オイルやグリース等からなる潤滑剤が変質・蒸発してしまうため、これらの潤滑剤を使用する通常の軸受（転がり軸受等）を適用することは難しい。そのため、この種の支持構造で使用される軸受１０、２０としては、空気動圧軸受、特に本発明に係るフォイル軸受（スラストフォイル軸受２０）が適合する。

次に、前記ガスタービン用のスラスト軸受に適合するフォイル軸受（スラストフォイル軸受）の構成を説明する。

スラストフォイル軸受２０は、図３に示すように、円盤状のフォイルホルダ２１と、フォイルホルダ２１の端面２１ａに取り付けられた複数のリーフ２２とを有する。本実施形態では、スラストカラー６ａの軸方向両側にスラストフォイル軸受２０，２０が設けられる。これらのスラストフォイル軸受２０，２０は、スラストカラー６ａを中心として軸方向で対称な構造を有している。尚、以下では、主軸６の回転時における、リーフ２２に対する流体の流れ方向下流側を「下流側」と言い、その反対側を「上流側」と言う。

フォイルホルダ２１は、金属や樹脂等で形成される。フォイルホルダ２１は、主軸６が挿入される内孔２１ｂを有する中空円盤状を成している。フォイルホルダ２１の一方の端面２１ａには複数のリーフ２２が取り付けられる。フォイルホルダ２１の他方の端面２１ｃは、スラストフォイル軸受２０が組み込まれる設備（本実施形態ではガスタービン）のハウジングに固定される。

リーフ２２は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属で形成され、例えば鋼や銅合金で形成される。リーフ２２は、厚さ２０μｍ～２００μｍ程度の金属薄板（フォイル）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、雰囲気にオイルが存在しないため、ステンレス鋼もしくは青銅でリーフ２２を形成するのが好ましい。

リーフ２２は、図４に示すように、位相をずらしながら周方向に並べて配される。各リーフ２２は、図５に示すように、軸受面Ｓを有するトップフォイル部２２ａと、トップフォイル部２２ａの上流側に連続して設けられたバックフォイル部２２ｂとからなる本体部２２ｃを備える。

図４に示すように、リーフ２２は回転方向Ｒ（円周方向）の複数個所に等ピッチで配置される。図５は、回転方向Ｒに並べた複数のリーフ２２のうち、一つのリーフ２２のみを図示して他のリーフの図示を省略したものである。

リーフ２２は、回転方向Ｒ側の端部に位置する前端２２１と、反回転方向側の端部に位置する後端２２２とを有する。前端２２１および後端２２２は、いわゆるヘリングボーン形状をなしており、前端２２１はその両端部の間の領域を回転方向Ｒ側に突出させた凸形状に形成され、後端２２２は、その両端部の間を回転方向Ｒ側に凹ませた凹形状に形成されている。前端２２１および後端２２２は、半径方向の概ね中央領域に頂部２２１ａ，２２２ａを有する。このように前端２２１および後端２２２をヘリングボーン形状に形成することにより、主軸６の回転中に流体（例えば空気）をスラスト軸受隙間の半径方向中央領域に引き込む作用を得ることができ、スラストフォイル軸受の負荷容量を高めることが可能となる。

また、リーフ２２の本体部２２ｃ（トップフォール２２ａとバックフォール２２ｂとで構成される）の外径端には円弧部２２ｄが設けられ、本体部２２ｃの内径端には円弧部２２ｅが設けられる。円弧部２２ｄ，２２ｅは、何れも主軸６の回転中心Ｏを中心としている。

この場合、リーフ２２の内径端の円弧部２２ｅの径寸法とリーフの外径端の円弧部２２ｄの径寸法との比を１．９～２．１とし、内径端の円弧部２２ｅの中心角（円弧部２２ｅが占める角度）と外径端の円弧部２２ｄの中心角(円弧部２２ｄが占める角度)との比を１．０よりも大きく１．１以下としている。すなわち、リーフ２２の外径端の円弧部２２ｄの径寸法（直径φ）をＤ１とし、リーフ２２の内径端の円弧部２２ｅの径寸法（直径φ）をＤ２としたときに、（Ｄ１÷Ｄ２）を、２±０．１とし、リーフの外径端の円弧部２２ｄの中心角(deg)をＡとし、リーフ２２の内径端の円弧部２２ｅの中心角(deg)をＢとしたときに、１＜（Ａ÷Ｂ）≦１．１とする。

また、図６は、図４に示すＸ－Ｘ線拡大断面図を示し、このように、リーフ２２をフォイルホルダ２１に取り付けた状態では、各リーフ２２のトップフォイル部２２ａに設けられた軸受面Ｓがスラストカラー６ａと軸方向に直接対向し、各リーフ２２のトップフォイル部２２ａの背後（軸受面Ｓと反対側）に、下流側に隣接するリーフ２２のバックフォイル部２２ｂが配される。すなわち、各リーフ２２のバックフォイル部２２ｂが、上流側に隣接するリーフ２２のトップフォイル部２２ａとフォイルホルダ２１との間に配される。

主軸６が周方向一方（図４の矢印Ｒ方向）に回転すると、スラストフォイル軸受２０の各リーフ２２の軸受面Ｓとスラストカラー６ａの端面との間に軸受隙間Ｃが形成される。このとき、各リーフ２２が隣接するリーフ２２に乗り上げて湾曲することで、軸受隙間Ｃは、下流側へ行くにつれて狭くなった楔形を成す（図６では、各リーフ２２を簡略化して平板状としている）。この楔形の軸受隙間Ｃの大隙間部Ｃ１の空気が小隙間部Ｃ２に押し込まれることにより、軸受隙間Ｃの空気膜の圧力が高められ、この圧力により主軸６がスラスト方向に非接触支持される。このとき、リーフ２２が、荷重や主軸６の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて弾性変形することで、軸受隙間Ｃが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、軸受隙間Ｃを最適幅に管理することができ、主軸６を安定して支持することが可能となる。

このように設定することによって、運転中おいて、軸受面Ｓとスラストカラー６ａとの間に軸受隙間Ｃが形成され、図７に示すように、トップフォイル部中央部がスラストカラー６ａ側に凹形状となり、内径端の円弧部２２ｅ側及び外径端の円弧部２２ｄ側はスラストカラー６ａ側に凸形状となる。このため、トップフォイル部２２aの先端付近、前記内径端の円弧部２２ｅ付近と、外径端の円弧部２２ｄ付近の３か所で浮上隙間ｈが形成される。すなわち、リーフ２２の内径端の円弧部２２eの径寸法とリーフ２２の外径端の円弧部２２ｄの径寸法との比、及び、内径端の円弧部２２ｅの中心角と外径端の円弧部２２ｄの中心角との比を規定することにより、前記３か所で浮上隙間ｈを形成することができる。この場合、リーフ２２が、スラストカラー６ａとの間で摺動する部位を有し、その部位に摺動痕が形成される場合があり、この摺動痕は、内径端の円弧部２２ｅ側付近よりも外径端の円弧部２２ｄ側付近が大きくなる。

このように、トップフォイル部２２の先端付近、内径端の円弧部２２ｅ付近と、外径端の円弧部２２ｄ付近の３か所で浮上隙間ｈが形成されれば、負荷容量を安定して増大させることができる。

前記リーフ２２の内径端の円弧部２２ｅの径寸法と前記リーフ２２の外径端の円弧部２２ｄの径寸法との比が１．９～２．１であり、内径端の円弧部２２ｅの中心角と前記外径端の円弧部２２ｄの中心角との比を１．０よりも大きく１．１以下とするのが好ましい。このように設定することにより、安定して、トップフォイル部２２ａの先端付近、内径端の円弧部２２ｅ付近と、外径端の円弧部２２ｄ付近の３か所で浮上隙間を形成することができる。

運転中において、軸受面Ｓとスラストカラーと６ａとの間に軸受隙間Ｃが形成され、トップフォイル部２２ａ中央部がスラストカラー６ａ側に凹形状となり、内径端の円弧部２２ｅ側及び外径端の円弧部２２ｄ側はスラストカラー６ａ側に凸形状となるように設定するのが好ましい。このように設定することにより、安定して、トップフォイル部２２aの先端付近、前記内径端の円弧部２２ｅ付近と、外径端の円弧部２２ｄ付近の３か所で浮上隙間ｈを形成することができる。

リーフ２２が、スラストカラー６ａとの間で摺動する部位を有し、その部位に摺動痕が形成されるものであってもよい。このように設定することによって、故意にリーフの剛性の高い部位の剛性を低くすることができる。

前記摺動痕は、前記内径端の円弧部２２ｅ側付近よりも前記外径端の円弧部２２ｄ側付近が大きくなるのが好ましい。これにより、剛性の高い部位の剛性を安定して低くすることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、以上に説明したスラストフォイル軸受の適用対象は、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、以上に説明したスラストフォイル軸受は、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、以上に説明したスラストフォイル軸受は、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。さらに、軸部材を回転させる場合を説明したが、これとは逆にリーフ側を回転させる場合にも以上に説明したスラストフォイル軸受を採用することができる。

次に、外径寸法が７７ｍｍで内径寸法が３９ｍｍで、リーフ枚数を８枚とした、スラストフォイル軸受であって、表１の実施品１～実施品５を作成し、２５０００ｒｐｍにおける負荷容量を調べた。

実施品１～実施品５は、外径寸法が７７ｍｍで内径寸法が３９ｍｍで、内外径比は、１．９７である。実施品１は、外径部の角度（外径端の円弧部の中心角Ａ）が４３．６ｄｅｇであり、内径部の角度（内径端の円弧部の中心角Ｂ）が４３．７ｄｅｇであり、その角度比が１．００である。実施品２は、外径部の角度（外径端の円弧部の中心角Ａ）が４３．６ｄｅｇであり、内径部の角度（内径端の円弧部の中心角Ｂ）が４２．８ｄｅｇであり、その角度比が１．０２である。実施品３は、外径部の角度（外径端の円弧部の中心角Ａ）が４３．６ｄｅｇであり、内径部の角度（内径端の円弧部の中心角Ｂ）が４１．８ｄｅｇであり、その角度比が１．０４である。実施品４は、外径部の角度（外径端の円弧部の中心角Ａ）が４３．６ｄｅｇであり、内径部の角度（内径端の円弧部の中心角Ｂ）が４０．９ｄｅｇであり、その角度比が１．０７である。実施品５は、外径部の角度（外径端の円弧部の中心角Ａ）が４３．６ｄｅｇであり、内径部の角度（内径端の円弧部の中心角Ｂ）が４０．０ｄｅｇであり、その角度比が１．０９である。

実施品１の負荷荷重は２００Ｎであり、実施品２の負荷荷重は３３０Ｎであり、実施品３の負荷荷重は３５０Ｎであり、実施品４の負荷荷重は３５０Ｎであり、実施品５の負荷荷重は３４０Ｎであった。これらの実施品１～実施品５はならし運転前の負荷荷重である。ならし運転を行えば、各実施品１～実施品５の全てが同等の負荷容量(３６０Ｎ)を確保することができる。

ならし運転は、図１０に示すならし運転装置等で行うものであって、意図的にリーフ２２の剛性の高い部位とスラストカラー６ａを摺動させて、この剛性の高い部位を削ることで、剛性を低下させるものである。

図１０に示すならし運転装置は、エアシリンダ機構３１と、リニアガイド機構３２と、電動スピンドルモータ３３等を備えたものであり、これらが基台３４上に配置されている。エアシリンダ機構３１は、シリンダ本体３１ａと、シリンダ本体３１ａから突出するロッド３１ｂとを備え、ロッド３１ｂの先端に、荷重センサ（ロードセル３５）が付設されている。また、リニアガイド機構３２のロッド３２ｂの先端にフォイルホルダハウジング３６が支持されている。このフォイルホルダハウジング３６の電動スピンドルモータ３３側の端面にフォイル軸受９９が固定される。また、電動スピンドルモータ３３の軸端部（フォイルホルダハウジング３６側の軸端部）には、円盤部３７aを有する試験軸３７が設けられている。なお、この円盤部３７ａがスラストカラーの役目をなす。

エアシリンダ機構３１の駆動により、ロードセル３５、リニアガイド機構３２を介して、フォイルホルダハウジング３６に付設されている試験軸受（スラストフォイル軸受９９）に任意の負荷を与える。この場合、電動スピンドルモータ３３の駆動により、試験軸３７が回転駆動される。

この試験軸受９９のトルクは電動スピンドルモータ３３のモータ電流値と相関があり、モータドライバから出力される電流値を測定して、電流値が上昇した時の負荷が軸受の負荷容量となる。

ところで、図９はならし試験後のリーフ外観図を示し、図９（ａ）は実施品１を示し、図９（ｂ）は実施品２を示し、図９（ｃ）は実施品３を示し、図９（ｄ）は実施品４を示し、図９（ｅ）は実施品５を示している。

図９（ａ）に示すように、実施品１はリーフの内径端側に試験軸の円盤部（つまりスラストカラー）が摺動し、強いあたりが生じた。図９（ｂ）に示すように、実施品２はリーフ輪郭に沿って全面にあたりが生じた。図９（ｃ）に示すように、実施品３はリーフの外径端側にあたりが生じた。図９（ｄ）に示すように、実施品４はリーフの外径端側にあたりが生じた。図９（ｅ）に示すように、実施品５はリーフの外径端側にあたりが生じた。

また、図８(ａ)(ｂ)(ｃ)は運転中の軸受のイメージ図であり、図４のＹ－Ｙ線拡大簡略断面図である。図８（ａ）は実施品１を示し、内径端側とスラストカラー（試験軸の円盤部）との間の隙間が狭い、内径端側は周速が遅いため、発生する圧力が低くなるためである。図８（ｂ）は実施品２及び実施品３を示し、内径端側とスラストカラーとの隙間及び外径端側とスラストカラーとの隙間とが同等である。図８（ｃ）は実施品４及び実施品５を示し、外径端側とスラストカラーとの隙間が狭い。

負荷容量の値は、角度比が１．００である実施品１は極端に低く、角度比が１．００よりも大きい実施品２～実施品４の負荷容量が高く、特に実施品３及び実施品４が高いことがわかる。また、角度比を１．０９とした実施品５では、負荷容量が低下している。また、実施品１の負荷容量が低いのは、内径端側の剛性が高く、内径端側とスラストカラーの間で浮上隙間が形成されたためである。実施品５の負荷容量が低くなっているのは、外径端側の剛性が高く、外径端側とスラストカラーとの間で浮上隙間が形成されたためである。実施品１と実施品５とを比較した場合、内径端側に比べて外径端側の方がスラストカラーの周速が早くなるため、実施品５の方が負荷容量が高くなっている。

なお、ならし運転を実施することで、すべての実施品１～実施品５の負荷容量を同等とすることができる。しかしながら、生産性を考えると、ならし運転を行わずに高い負荷容量を得ることができる実施品３～実施品４が好ましい設計となる。

また、実施品１と実施品５とのならし運転を比較した場合、内径端側に比べて外径端側の方がスラストカラーの周速が早くなるため、実施品５が実施品１よりも仕事量が大きくなって、ならし運転の時間を短くできる。そのため、製造上、角度比がばらつく場合、実施品１側よりも実施品５側の公差を広げたほうが好ましい。

Ｃ 軸受隙間
Ｓ 軸受面
ｈ 浮上隙間
６ａ スラストカラー
２２ リーフ
２２ａ トップフォイル部
２２ｂ バックフォイル部
２２ｄ，２２ｅ 円弧部

Claims (5)

1. 複数のリーフを円周方向に並べることで軸受面が形成されたフォイル軸受であって、
   前記リーフは、軸受面を形成するトップフォイル部を有し、前記リーフの内径端及び外径端が円弧部とされ、前記リーフの内径端の円弧部の径寸法と前記リーフの外径端の円弧部の径寸法との比、及び、前記内径端の円弧部の中心角と前記外径端の円弧部の中心角との比を規定することにより、前記トップフォイル部の先端付近、前記内径端の円弧部付近と、前記外径端の円弧部付近の３か所で浮上隙間が形成されることを特徴とするフォイル軸受。
2. 前記リーフの内径端の円弧部の径寸法と前記リーフの外径端の円弧部の径寸法との比が１．９～２．１であり、前記内径端の円弧部の中心角と前記外径端の円弧部の中心角との比を１．０よりも大きく１．１以下としたことを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受。
3. 運転中おいて、軸受面とスラストカラーとの間に軸受隙間が形成され、前記トップフォイル部中央部がスラストカラー側に凹形状となり、前記内径端の円弧部側及び前記外径端の円弧部側はスラストカラー側に凸形状となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフォイル軸受。
4. 前記リーフが、前記スラストカラーとの間で摺動する部位を有し、その部位に摺動痕が形成されることを特徴とする請求項３に記載のフォイル軸受。
5. 前記摺動痕は、前記内径端の円弧部側付近よりも前記外径端の円弧部側付近が大きくなることを特徴とする請求項４に記載のフォイル軸受。