WO2015087675A1 - フォイル軸受と、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

　本発明のフォイル軸受は、筒状をなしたフォイルホルダ３１と、ラジアル軸受面Ｓ１を有し、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに周方向に並べて配された複数のフォイル３２とを備え、各フォイル３２の周方向両端（凸部３２ｅ，凸部３２ｃ）がフォイルホルダ３１に保持され、内周に挿入された軸６を回転自在に支持するものであり、複数のフォイル３２が、周方向移動可能な状態でフォイルホルダ３１に保持されている。

Description

フォイル軸受と、これを有するフォイル軸受ユニット及びターボ機械

　本発明は、内周に挿入された軸を回転自在に支持するフォイル軸受と、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２には、複数のフォイルを周方向に並べて配置し、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダ（ハウジング）に取り付けた、いわゆる多円弧型のフォイル軸受が示されている。これらのフォイル軸受では、フォイルホルダの内周面から内径に突出した突出部（特許文献１の偏移抑制部６２、特許文献２の峰７０）に各フォイルの周方向両端を突き当てることで、各フォイルの周方向両端がフォイルホルダに保持されている。

特開２００９－２１６２３９号公報 特開２００６－５７８２８号公報

　フォイル軸受では、フォイルと他部材（バックフォイルやフォイルホルダ）との間の微小摺動の摩擦エネルギーにより、軸の振動を減衰する効果が得られる。しかし、上記特許文献１及び２のフォイル軸受では、フォイルホルダに設けられた突出部により各フォイルが周方向両側から拘束されており、各フォイルの周方向両側への移動がフォイルホルダの突出部で規制される。このため、フォイルと他部材との摺動量が極めて微小となり、軸の振動減衰効果が十分に得られない恐れがある。

　本発明が解決しようとする課題は、多円弧型のフォイル軸受による軸の振動減衰効果を高めることにある。

　また、上記のようなフォイル軸受では、フォイルホルダの突出部の間にフォイルを一枚ずつ装着する必要があるため、工数がかかり、生産性が悪い。

　本発明が解決しようとする他の課題は、フォイル軸受の生産性を高めることにある。

　上記の課題を解決するためになされた本願第１発明は、筒状をなしたフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に周方向に並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向両端が、前記フォイルホルダに接触した状態で保持されたフォイル軸受であって、前記複数のフォイルが、前記フォイルホルダに対して周方向移動可能な状態で、前記フォイルホルダに保持されたことを特徴とするものである。

　このように、本願第１発明のフォイル軸受では、各フォイルが周方向移動可能な状態でフォイルホルダに保持されている。すなわち、各フォイルの周方向両端がフォイルホルダに突き当たっているのではなく、フォイルが周方向移動を許容された状態でフォイルホルダに保持されている。このように、フォイルの周方向移動を許容することで、フォイルとフォイルホルダとの摺動量を増やすことができるため、フォイルの摺動による軸の振動減衰効果を高めることができる。

　例えば、上記のフォイル軸受において、前記フォイルホルダの内周面に複数の凹部を設け、各フォイルの回転方向先行側の端部を前記凹部に差し込むと共に、各フォイルの回転方向後方側の端部を、隣接するフォイルとフォイルホルダの内周面との間に配することで、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダに接触させた状態で保持することができる。この場合、各フォイルの回転方向先行側への移動は、各フォイルの回転方向先行側の端部が凹部に突き当たることで規制されるが、各フォイルの回転方向後方側への移動は規制されない。これにより、各フォイルが、周方向移動可能な状態でフォイルホルダに保持される。尚、「回転方向」とは、フォイル軸受で支持される軸の回転方向のことを言う（以下同様）。

　上記のフォイル軸受は、凹部の内壁に、各フォイルの回転方向先行側の端部が突き当たる角部を設けることが好ましい。この角部に、各フォイルの回転方向先行側の端部が突き当たることにより、各フォイルの回転方向先行側の端部を所定の周方向及び半径方向位置に配することができる。これにより、軸が回転した時のフォイルの変形を制御しやすくなり、軸受性能を安定させることができる。

　例えば上記特許文献１及び２のフォイル軸受では、各フォイルの周方向両端を、フォイルホルダの内周面に設けた突出部に突っ張らせることで、各フォイルを外径側に張り出させて、フォイルホルダの内周面に沿わせることができる。一方、本発明に係るフォイル軸受では、各フォイルの周方向移動を許容するため、各フォイルの周方向両端をフォイルホルダに突っ張らせることはできない。このため、各フォイルが内径側に大きくせり出し、軸の外周面と過剰に接触して回転トルクを増大させる恐れがある。そこで、隣接するフォイル同士を周方向で突っ張り合わせることにより、各フォイルを外径側に張り出させることが好ましい。これにより、各フォイルをフォイルホルダの内周面に沿わせて、回転トルクの増大を回避できる。

　フォイル軸受で支持する軸が鉛直方向と交差する方向（例えば水平方向）に配される場合、軸の起動停止時等の低速回転時に軸が重力で降下することで、フォイル軸受の下方部分に軸が摺接する。この場合、上記特許文献１及び２のように、各フォイルがフォイルホルダに対して周方向に固定されていると、軸の低速回転時に、フォイルの同じ場所に軸が摺接するため、フォイルに局部的な摩耗が生じる恐れがある。そこで、上記のように、フォイルをフォイルホルダに対して周方向移動可能とすれば、フォイルと軸との摺接位置を分散させることができるため、フォイルの局部的な摩耗を抑えることができる。

　また、上記の課題を解決するためになされた本願第２発明は、筒状をなしたフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に周方向に並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向両端が前記フォイルホルダに接触した状態で保持されたフォイル軸受であって、前記フォイルホルダの内周面に凹部を設け、各フォイルの周方向一部領域を前記凹部の内部で湾曲可能としたことを特徴とするものである。

　このフォイル軸受によれば、軸の回転時に、フォイルホルダの内周面に設けた凹部の内部で各フォイルの周方向一部領域を湾曲させることにより、フォイルを湾曲させた分だけ、各フォイルの他の領域を周方向移動させることができる。これにより、各フォイルとフォイルホルダとの摺動量が増えるため、フォイルの摺動による軸の振動減衰効果を高めることができる。

　上記のフォイル軸受は、前記凹部に、各フォイルの回転方向先行側の端部を差し込んだ構成とすることができる。この場合、各フォイルの回転方向先行側の端部と前記凹部とが周方向で係合することにより、フォイルの回転方向先行側への移動を所定位置で規制することができる。尚、「回転方向」とは、フォイル軸受で支持される軸の回転方向のことを言う（以下同様）。

　上記のフォイル軸受では、隣接するフォイルの周方向端部同士を軸方向視で交差させて交差部を形成し、各フォイルの周方向両端を隣接するフォイルの外径側に配することが好ましい。これにより、フォイルホルダの内周面全周に軸受面を設けることができる。

　フォイルホルダの内周面に形成される凹部の周方向幅が小さすぎると、各フォイルの周方向一部領域を凹部の内部で湾曲させることができない恐れがある。従って、凹部は、内部で各フォイルの湾曲を許容できる周方向幅を有する必要がある。例えば、上記のようにフォイルの周方向端部同士を交差させる場合、凹部の開口部の回転方向後方側の端部が前記交差部よりも回転方向後方側に配されるように、凹部の開口部の周方向幅を設定することが好ましい。

　上記のフォイル軸受は、凹部の内壁に、各フォイルの回転方向先行側の端部が突き当たる角部を設けることが好ましい。この場合、各フォイルの回転方向先行側の端部が角部に突き当たることにより、各フォイルの回転方向先行側の端部を所定位置に配することができる。これにより、軸の回転時のフォイルの変形を制御しやすくなるため、所望の形状の軸受面を得やすくなり、軸受性能を安定させることができる。

　上記のフォイル軸受の各フォイルは、フォイルホルダの内周面におおよそ沿って配され、その端部が凹部に差し込まれる。このとき、フォイルの端部を角部に突き当たらせるために、角部は、溝の開口部の回転方向後方側の端部を接点としたフォイルホルダの内周面の接線Ｌ上あるいはその近傍に設けることが好ましい（図５Ａ参照）。具体的には、例えば、上記の接線Ｌを接点を中心に外径側に１０°回転させた直線Ｌ’と、フォイルホルダの内周面との間の領域に、溝の角部を設けることが好ましい。

　上記のフォイル軸受と、フォイル軸受の内周に挿入された回転部材とを、フォイル軸受ユニットとしてユニット化すれば、これらを一体的に取り扱うことができるため、ターボ機械等への組み付けが容易化される。

　上記のフォイル軸受は、例えばターボ機械に好適に適用することができる。

　また、上記の他の課題を解決するために、本願第３発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、周方向一方の端部に設けられた差込部、及び、周方向他方の端部に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受であって、前記フォイルホルダの複数の溝に各フォイルの前記差込部が差し込まれると共に、各フォイルの前記取付部に、隣接するフォイルの差込部が取り付けられたフォイル軸受を提供する。

　また、上記の他の課題を解決するために、本願第３発明は、内周面に複数の溝を有するフォイルホルダと、軸受面を有する本体部、周方向一方の端部に設けられた差込部、及び、周方向他方の端部に設けられた取付部を有する複数のフォイルとを備えたフォイル軸受の組立方法であって、各フォイルの前記取付部に、隣接するフォイルの差込部を取り付けることで、前記複数のフォイルを筒状に仮組みする工程と、各フォイルの差込部を前記溝に差し込みながら、仮組みした前記複数のフォイルを前記フォイルホルダの内周に挿入する工程とを有するフォイル軸受の組立方法を提供する。

　さらに、上記の他の課題を解決するために、本願第３発明は、フォイルホルダの内周面に取り付けられるフォイルであって、軸受面を有する本体部と、周方向一方の端部に設けられ、前記フォイルホルダの内周面に設けられた溝に差し込まれる差込部と、周方向他方の端部に設けられ、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部とを備えたフォイルを提供する。

　上記のように、本願第３発明のフォイル軸受では、フォイルの軸方向一方の端部に、フォイルホルダの溝に差し込まれる差込部を形成すると共に、フォイルの軸方向他方の端部に、隣接するフォイルの差込部が取り付けられる取付部を設けた。これにより、各フォイルの取付部に隣接するフォイルの差込部を取り付けることで、複数のフォイルを筒状に仮組みすることができる。こうして仮組みした複数のフォイルを、各フォイルの差込部を溝に差し込みながら、フォイルホルダの内周に挿入することで、複数のフォイルを一度にフォイルホルダに取り付けることができる。

　このとき、フォイルホルダの溝の少なくとも軸方向一方の端部を、フォイルホルダの端面に開口させれば、複数のフォイルを筒状に仮組みした状態で、軸方向一方側から各フォイルの差込部を差し込むことができる。

　上記のフォイル軸受では、各フォイルの差込部をフォイルホルダの溝に差し込むだけで、複数のフォイルがフォイルホルダに取り付けられているため、フォイルがフォイルホルダに対して移動可能とされる。この場合、組立時やメンテナンス時等にフォイル軸受の内周に軸を抜き差しする際、フォイルと軸とが軸方向に接触摺動し、フォイルがフォイルホルダに対して軸方向（特に、溝の開口側）にずれる恐れがある。

　そこで、前記フォイルホルダに、前記フォイルの差込部に軸方向一方側（溝の開口側）から係合可能な係止部材を取り付けることが好ましい。このように、フォイルと係止部材とを軸方向に係合させることで、フォイルホルダに対するフォイルの軸方向移動を規制することができる。この場合、フォイルの本体部に係止部材を係合させようとすると、係止部材をフォイルホルダの内周面よりも内径側に突出させる必要があるため、係止部材と軸とが干渉する恐れがある。そこで、上記のように、係止部材をフォイルの差込部と係合させれば、係止部材を溝の径方向領域に収めることができ、係止部材と軸との干渉を回避できる。

　上記のフォイル軸受において、前記本体部の軸方向一方の端部を、前記差込部の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延ばせば、軸受面の面積が拡大され、軸受性能が高められる。

　この場合、係止部材の内径側にフォイルの本体部が配されるため、軸が振れ回ったときに、軸の外周面と係止部材の内径面とでフォイルの本体部が挟持され、フォイルの摩耗や損傷を招く恐れがある。そこで、係止部材の内径面を、フォイルホルダの内周面よりも外径側に配すれば、軸が振れ回ってフォイルと接触した際に、フォイルが外径側に撓むことができるため、軸とフォイルとの過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。

　また、係止部材の内径面を、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径させてもよい。この場合、係止部材の内径面の軸方向一方側の領域をフォイルホルダの内周面よりも外径側に退避させて、軸とフォイルとの過干渉を防止できる。また、フォイルの差込部と係合する軸方向他方側の端部を内径側に延ばすことができるため、差込部と係止部材との係合領域が増え、フォイルの抜け止めを確実に行うことができる。

　以上のように、本願第１発明のフォイル軸受では、各フォイルを周方向移動可能とすることで、フォイルとフォイルホルダとの摺動量を増やして軸の振動減衰効果を高めることができる。

　また、本願第２発明のフォイル軸受によれば、各フォイルの周方向一部領域を湾曲させることで、フォイルとフォイルホルダとの摺動量を増やして軸の振動減衰効果を高めることができる。

　また、本願第３発明によれば、フォイルを一枚ずつフォイルホルダに取り付けていた従来と比べて、フォイル軸受の組立工数が削減され、生産性を高めることができる。

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、本願第１発明および本願第２発明の実施形態に係るフォイル軸受（ラジアルフォイル軸受）の断面図である。 上記ラジアルフォイル軸受のフォイルホルダの溝付近の断面図であり、軸が停止している状態を示す。 上記ラジアルフォイル軸受のフォイルホルダの溝付近の断面図であり、軸が回転している状態を示す。 上記ラジアルフォイル軸受のフォイルの斜視図である。 図６Ａのフォイルを３枚用いて仮組みした状態の斜視図である。 上記フォイル軸受ユニットに組み込まれた第１スラストフォイル軸受のフォイル及びフォイルホルダの平面図である。 第１スラストフォイル軸受の平面図である。 上記フォイル軸受ユニットに組み込まれた第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。 上記ラジアルフォイル軸受の断面図であり、周方向を直線方向に変換して示している。 他の実施形態に係るラジアルフォイル軸受のフォイルホルダの溝付近の断面図であり、軸が停止している状態を示す。 他の実施形態に係るラジアルフォイル軸受のフォイルホルダの溝付近の断面図であり、軸が回転している状態を示す。 さらに他の実施形態に係るラジアルフォイル軸受の断面図である。 図１２の拡大図である。 フォイルの他の例を示す平面図である。 フォイルの他の例を示す平面図である。 フォイルの他の例を示す平面図である。 フォイルの他の例を示す平面図である。 フォイルの他の例を示す平面図である。 本願第３発明の実施形態に係るフォイル軸受の断面図（図２０のＮ－Ｎ線における断面図）である。 図１９のフォイル軸受のＭ－Ｍ線における断面図である。 図１９のフォイル軸受のフォイルの斜視図である。 図２１Ａのフォイルを３枚用いて仮組みしたフォイル仮組体の斜視図である。 係止部材（止め輪）の一例を示す正面図である。 係止部材（止め輪）の他の例を示す正面図である。 係止部材（止め輪）の他の例を示す正面図である。 フォイル仮組体をフォイルホルダに挿入する様子を示す断面図である。 係止部材をフォイルホルダに取り付ける様子を示す断面図である。 図１９のＣ部の拡大図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイル軸受の断面図である。 他の実施形態に係るフォイルの斜視図である。 図３０Ａのフォイルを３枚用いて仮組みした状態の斜視図である。

　以下、本願第１発明および本願第２発明の実施形態を、図１～１８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。フランジ部２２は例えば炭素繊維強化複合材で形成され、スリーブ部２１は例えば炭素焼結材で形成される。

　本発明の一実施形態に係るフォイル軸受としてのラジアルフォイル軸受３０は、図４に示すように、筒状（図示例では円筒状）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（図示例では３枚）のフォイル３２とを有する。複数のフォイル３２は、フォイルホルダ３１の内周面に周方向に並べて配置される。

　フォイルホルダ３１の内周面３１ａには、凹部としての溝３１ｂが形成される。本実施形態では、フォイルホルダ３１の円周方向等間隔の複数箇所（図示例では３箇所）に、軸方向に沿って延びる溝３１ｂが設けられる。溝３１ｂは、少なくとも各フォイル３２の回転方向先行側の端部（後述する凸部３２ｅ）の軸方向領域に設けられる。本実施形態では、溝３１ｂが、フォイルホルダ３１の軸方向全長にわたって形成される。

　溝３１ｂは、内部にフォイル３２の湾曲を許容する空間を有する。本実施形態では、図５Ａに示すように、溝３１ｂの開口部の回転方向後方側の端部３１ｂ２と角部３１ｂ１を結ぶ直線よりも外径側に空間３１ｂ３が設けられる。溝３１ｂの内壁には、各フォイル３２の回転方向先行側の端部（凸部３２ｅ）が突き当たる角部３１ｂ１が設けられる。角部３１ｂ１は、溝３１ｂの開口部の回転方向後方側の端部３１ｂ２におけるフォイルホルダ３１の内周面３１ａの接線Ｌ上あるいはその近傍に設けられる。具体的に、角部３１ｂ１は、接線Ｌを接点（端部３１ｂ２）を中心に外径側に１０°（望ましくは５°）回転させた直線Ｌ’と、フォイルホルダ３１の内周面３１ａとの間の領域に設けられる。図示例では、角部３１ｂ１がほぼ接線Ｌ上に設けられる。尚、角部３１ｂ１は、接線Ｌよりもフォイルホルダ３１の内周面３１ａ側の領域に設けてもよい。この場合、溝３１ｂの回転方向先行側の端部３１ｂ４の角度が図示例よりも小さくなる場合があり、この端部３１ｂ４が破損する恐れがあるため、端部３１ｂ４が十分な強度を有する範囲で角部３１ｂ１の位置を設定する必要がある。

　フォイルホルダ３１は、溝３１ｂを含めて一体に型成形される。本実施形態のフォイルホルダ３１は、焼結金属で一体に型成形される。本実施形態では、溝３１ｂの周方向寸法が比較的大きいため、溝３１ｂを成形するための成形型の周方向の肉厚が厚くなり、成形型の破損を防止できる。尚、フォイル軸受ユニット１０が比較的低温環境で使用される場合、フォイルホルダ３１を樹脂で型成形してもよい。

　各フォイル３２は、図６Ａ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６Ｂ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。この状態で、各フォイル３２の周方向両端が、フォイルホルダ３１に保持される。具体的には、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の溝３１ｂに差し込まれ、各フォイル３２の周方向一端の凸部３２ｃが、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との間に配される。この場合、複数のフォイル３２の回転方向先行側への移動は、各フォイル３２の凸部３２ｅが溝３１ｂの角部３１ｂ１に突き当たることで規制されるが、複数のフォイル３２の回転方向後方側への移動は規制されていない。これにより、複数のフォイル３２が、フォイルホルダ３１に対して周方向移動可能とされる。

　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４参照）。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の凸部３２ｃは、隣接するフォイル３２のラジアル軸受面Ｓ１の外径側に配され、アンダーフォイル部として機能する。

　隣接するフォイル３２の端部同士は、周方向で互いに突っ張り合っている。具体的に、交差部Ｐ（図５Ａ参照）において、一方のフォイル３２の凹部３２ｄと他方のフォイル３２の凸部３２ｃの根元部とが周方向に係合している（図６Ｂ参照）。このとき、各フォイル３２のラジアル軸受面Ｓ１の周方向寸法Ａ（図６Ａ参照）を適正に設定することで、仮組みした複数のフォイル３２を外径側に張り出させて略円筒状とし、各フォイル３２がフォイルホルダ３１の内周面３１ａに沿った状態とされる。

　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７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８Ａ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９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８Ａ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８Ｂ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８Ｂ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に取り付ける。具体的に、第１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、図３に示す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。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が周方向一方（図４及び図８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、本実施形態では、軸６の回転に伴って流動する流体（空気）との摩擦により、各フォイル３２が回転方向先行側に押し込まれ、図１０に示すように、ラジアルフォイル軸受３０の各フォイル３２の周方向一端がフォイルホルダ３１の内周面３１ａから立ち上がる。一方、各フォイル３２の周方向他端は、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに沿って配されている。このため、各フォイル３２の頂部３２ｆ（軸６の外周面に最も近接した領域）が、複数の溝３１ｂの円周方向間領域の中央部よりも回転方向先行側に配される。これにより、フォイル３２と軸６の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間のうち、正圧を発生させる領域、すなわち、回転方向先行側（図１０の左側）へ向けて徐々に狭くなった領域を広く取ることができ、ラジアル方向の支持力が高められる。

　また、フォイルホルダ３１に組み込まれた複数のフォイル３２は、隣接するフォイル３２が交差部で周方向に互いに突っ張り合い、各フォイル３２がフォイルホルダ３１の内周面３１ａに沿った状態とされる。このため、フォイル３２と回転部材２０との摺接が抑えられ、回転トルクを低減することができる。

　軸受の運転中は、軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル３２，４２，５２がフォイルホルダ３１，４１，５１に押し付けられ、これに伴って両者の間で微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、軸６の振動を減衰させることができる。本実施形態では、ラジアルフォイル軸受３０のフォイル３２が、フォイルホルダ３１に対して周方向で固定されていないため、フォイル３２がフォイルホルダ３１に対して周方向移動することで両者の摺動量が大きくなり、軸６の振動を減衰する効果がさらに高められる。図示例では、各フォイル３２の回転方向後方側の端部（凸部３２ｃ）が、隣接するフォイル３２とフォイルホルダ３１の内周面３１ａとの間に配されることで、フォイルホルダ３１の内周面３１ａと面接触した状態で周方向に摺動するため、軸６の振動減衰効果がさらに高められる。

　本実施形態では、図５Ａに示すように、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに、周方向幅が比較的広い凹部（溝３１ｂ）を設けることで、積極的に各フォイル３２を周方向に移動させることができる。すなわち、軸６が回転すると、図５Ｂに示すように、軸６の回転に伴って流動する流体（空気）との摩擦によりフォイル３２が回転方向先行側に押し込まれる。このとき、各フォイル３２の周方向一部領域が、溝３１ｂに押し込まれることにより湾曲する。具体的に、軸６の回転に伴い、フォイル３２の凸部３２ｅの先端が溝３１ｂの角部３１ｂ１に突き当たると共に、凸部３２ｅを含むフォイル３２の回転方向先行側の端部が湾曲する。図示例では、各フォイル３２の回転方向先行側の端部が外径側に凸をなして湾曲する。各フォイル３２の回転方向先行側の端部は、他の領域よりも大きい曲率で湾曲し、例えば、フォイルホルダ３１の内周面３１ａよりも大きい曲率で湾曲する。こうしてフォイル３２の端部が湾曲した分だけ、フォイル３２のその他の領域（凸部３２ｅ以外の周方向領域）が回転方向先行側に移動する。これにより、フォイル３２とフォイルホルダ３１との摺動量が増大するため、軸６の振動減衰効果がさらに高められる。

　このとき、フォイルホルダ３１の溝３１ｂの周方向幅が小さすぎると、各フォイル３１の凸部３２ｅを溝３１ｂの内部で湾曲させることができず、軸６の振動減衰効果が十分に得られない恐れがある。従って、溝３１ｂの周方向幅、特に溝３１ｂの開口部の周方向幅は、凸部３２ｅの湾曲を許容するように設定する必要があり、例えば各フォイル３２の軸受面Ｓ１の周方向寸法Ａ（図６Ａ参照）の５％以上とすることが好ましい。本実施形態では、溝３１ｂの開口部の周方向領域内に、隣接するフォイル３２の周方向端部同士の交差部Ｐが配されるように、溝３１ｂの周方向幅が設定される。具体的には、溝３１ｂの開口部の回転方向後方側の端部３１ｂ２が、フォイル３２の交差部Ｐよりも回転方向後方側（図５の左側）に配される。また、本実施形態では、溝３１ｂの開口部の周方向幅が、各フォイル３２の凸部３２ｅの周方向寸法よりも大きい。一方、溝３１ｂの周方向幅が大きすぎると、溝３１ｂに入り込むフォイル３２の周方向領域が過大となり、フォイル３２とフォイルホルダ３１との接触面積が減少し、これらの摺動による軸６の振動減衰効果が低減する恐れがある。従って、溝３１ｂの周方向幅、特に溝３１ｂの開口部の周方向幅は、フォイル３２のフォイルホルダ３１との接触面積を十分に確保可能な範囲で設定され、例えば各フォイル３２の軸受面Ｓ１の周方向寸法Ａの３０％以下とすることが好ましい。

　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、二硫化タングステン膜、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、フォイル３２，４２，５２とフォイルホルダ３１，４１，５１との間の微小摺動による摩擦力を調整するために、これら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。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。　

　例えば、上記の実施形態では、隣接するフォイル３２の端部同士を交差部Ｐにおいて周方向に突っ張り合わせている。この場合、図５Ｂに示すように、軸６の回転に伴って、各フォイルの回転方向先行側の端部（凸部３２ｅ周辺）が溝３１ｂの内部に押し込まれることにより、隣接するフォイル３２の回転方向後方側の端部（凸部３２ｃ周辺）も溝３１ｂの内部に押し込まれる。これにより、各フォイル３２の回転方向後方側の端部付近が湾曲しながら溝３１ｂに入り込むことで、フォイル３２の周方向移動（特に凸部３２ｃの周方向移動）が阻害され、軸６の振動減衰効果が小さくなる恐れがある。

　そこで、図１１Ａに示す実施形態では、隣接するフォイル３２の端部同士を周方向で係合させない構成としている。具体的には、各フォイル３２の凸部３２ｅの周方向寸法を上記の実施形態よりも長くして、凹部３２ｄを交差部Ｐよりも回転方向後方側（図中左側）に配している。この場合、図１１Ｂに示すように、軸６の回転に伴って各フォイル３２の回転方向先行側の端部（凸部３２ｅ周辺）が溝３１ｂの内部に押し込まれたときでも、各フォイル３２の回転方向後方側の端部（凸部３２ｃ周辺）は溝３１ｂの内部に押し込まれず、フォイルホルダ３１の内周面３１ａに沿った形状で維持される。これにより、各フォイル３２の回転方向後方側の端部付近の周方向移動が阻害されず、優れた振動減衰効果を得ることができる。

　図１２に示す実施形態では、各フォイル３２の周方向両端をフォイルホルダ３１の溝３１ｂに差し込んだ点で、上記の実施形態と異なる。本実施形態では、互いに交差する隣接するフォイル３２の端部（凸部３２ｅ，凸部３２ｃ）が、共通の溝３１ｂに差し込まれる。溝３１ｂには、各フォイルの周方向一端（凸部３２ｅ）が突き当たる角部３１ｂ１と、各フォイルの周方向他端（凸部３２ｃ）が突き当たる角部３１ｂ５とが設けられる。この場合、各フォイル３２の周方向両側への移動を規制することができるため、両方向に回転する軸６を支持することができる。すなわち、軸６が周方向一方（図１２の実線矢印方向）に回転すると、各フォイル３２の凸部３２ｅが溝３１ｂの角部３１ｂ１に突き当たると共に、この凸部３２ｅが溝３１ｂの内部で湾曲する（図５Ｂあるいは図１１Ｂと同様）。一方、軸６が周方向他方（図１２の点線矢印方向）に回転すると、各フォイル３２の凸部３２ｃが溝３１ｂの角部３１ｂ５に突き当たると共に、この凸部３２ｃが溝３１ｂの内部で湾曲する。以上のように、凸部３２ｅあるいは凸部３２ｃが溝３１ｂの内部で湾曲することにより、上記の実施形態と同様にフォイル３２とフォイルホルダ３１との摺動量が増え、軸６の振動減衰効果が得られる。

　この場合、各フォイル３２は、フォイルホルダ３１に対して周方向移動可能とされる。本実施形態では、図１３に示すように、各フォイル３２の周方向両端と、溝３１ｂの角部３１ｂ１，３１ｂ５との間に周方向の隙間が設けられる。これにより、各フォイル３２の周方向一方の端部が溝３１ｂの角部３１ｂ１に突き当たった状態では、各フォイル３２の周方向他方の端部が溝３１ｂの角部３１ｂ１に突き当たらない。従って、溝３１ｂの角部３１ｂ１，３１ｂ５との間に形成される隙間の分だけ、各フォイル３２の周方向移動が許容される。このように、各フォイル３２が周方向の遊びを有する状態でフォイルホルダ３１に保持されることにより、フォイル３２とフォイルホルダ３１との摺動量が増え、軸６の振動減衰効果を高めることができる。

　また、図１２に示す実施形態において、各フォイル３２の周方向両端をそれぞれ溝３１ｂの角部３１ｂ１，３１ｂ５に当接させてもよい。

　ラジアルフォイル軸受３０のフォイル３２の形状は、上記の実施形態に限られない。図１４に示すフォイル３２は、周方向一端に複数（図示例では２箇所）の凸部３２ｃが設けられ、周方向他端に、隣接する凸部３２ｃが嵌まり込む複数（図示例では２箇所）の凹部３２ｄが設けられる。凹部３２ｄの軸方向幅は、凸部３２ｃの軸方向幅よりも若干小さい。凹部３２ｄの軸方向両側の角部には、軸方向の切り込み３２ｆが設けられる。フォイル３２の周方向一端の凸部３２ｃを隣接するフォイル３２の凹部３２ｄに嵌め込みながら、各凸部３２ｃの軸方向両端を各凹部３２ｄの切り込み３２ｆに差し込むことで、複数のフォイル３２が筒状に組まれる。

　図１５に示すフォイル３２は、図１４のフォイル３２の周方向一端の凸部３２ｃを周方向に延長したものである。図示例では、凸部３２ｃが、隣接するフォイル３２の本体部（凸部３２ｃ，３２ｅの周方向間の矩形領域）の周方向中央を越えて延びている。尚、図１０に示すように、各フォイル３２のラジアル軸受面Ｓ１の外径側には、隣接するフォイル３２の凸部３２ｃが配される（点線参照）。このとき、各フォイル３２が隣接するフォイル３２の凸部３２ｃに乗り上げることにより、各フォイル３２には、外径側に凸をなした第１のバネ要素Ｑ１と、内径側に凸をなした第２のバネ要素Ｑ２とが形成される。従って、各フォイル３２の凸部３２ｃの周方向長さを調整することで、フォイル３２の第１バネ要素Ｑ１と第２バネ要素Ｑ２との境界（変曲点）の位置を調整し、フォイル３２の軸受面Ｓ１に様々なバネ特性を付与することが可能となる。

　ところで、図１５に示すフォイル３２では、隣接するフォイル３２の凸部３２ｃの縁（特に軸方向両端縁）に乗り上げる部分が盛り上がり、この部分が大きく摩耗する恐れがある。そこで、図１６に示すように、フォイル３２の凸部３２ｃを、フォイル３２の軸方向全長にわたって連続して設けることにより、隣接するフォイル３２が凸部３２ｃの軸方向端縁に乗り上げることがないため、フォイル３２の摩耗を抑えることができる。この場合、フォイル３２の凸部３２ｃの根元部には、周方向他端の凸部３２ｅが差し込まれるスリット３２ｇが形成される。

　また、図１６に示すフォイル３２では、凸部３２ｅがフォイルホルダ３１の溝３１ｂに差し込まれて湾曲することで、凸部３２ｅ付近の剛性が高くなるため、タッチダウン時（軸との接触時）に柔軟に変形せず、局部的な接触（片当たり）が生じる恐れがある。そこで、図１７に示すように、フォイル３２の凸部３２ｅの根元部付近にスリット３２ｈを形成することで、凸部３２ｅ付近の剛性が低下し、片当たりを改善することができる。図示例では、凹部３２ｄの軸方向両端に、周方向に延びるスリット３２ｈが設けられる。

　図１８に示すフォイル３２は、図１７に示すフォイル３２の凸部３２ｃに、へリングボーン形状の切れ込み３２ｉが形成される。各フォイル３２が、隣接するフォイル３２の凸部３２ｃに乗り上げることにより、フォイル３２に、へリングボーン形状の切れ込み３２ｉに沿った段差が形成される（図１８の点線参照）。このへリングボーン形状の段差に沿って空気が流れ、各切り込み３２ｉの軸方向中央側へ空気が集められることにより、空気膜の圧力が高められる（図１８の点線矢印参照）。尚、図１８ではへリングボーン形状の切れ込み３２ｉが複列形成されているが、これに限らず、単列であってもよい。

　また、以上の実施形態では、ラジアルフォイル軸受３０及びスラストフォイル軸受４０，５０をフォイル軸受ユニット１０として一体化した後、これをガスタービンに取り付ける場合を示したが、これに限らず、各フォイル軸受３０，４０，５０をそれぞれ別々にガスタービンに取り付けてもよい。

　本発明にかかる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、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。

　次に、本願第３発明の実施形態を図１９～図３０に基づいて説明する。

　図１９に、本発明の一実施形態に係るフォイル軸受１０１を示す。このフォイル軸受１０１は、例えば図１に示すターボ機械の一種であるガスタービンに組み込まれ、ガスタービンのタービンの軸６を支持するものであり、ガスタービンのハウジングの内周に固定される。

　フォイル軸受１０１は、筒状（図示例では円筒状）を成したフォイルホルダ１１０と、フォイルホルダ１１０の内周面１１１に取り付けられた複数枚（図示例では３枚）のフォイル１２０と、係止部材１３０とを備える。

　フォイルホルダ１１０は、金属あるいは樹脂で形成される。フォイルホルダ１１０は型成形により一体成形され、例えば焼結金属で一体に型成形される。フォイルホルダ１１０の内周面１１１には、図２０に示すように、小径内周面１１２と、小径内周面１１２の軸方向一方側に設けられた大径内周面１１３とが設けられる。

　フォイルホルダ１１０の小径内周面１１２には、フォイル１２０を取り付けるための溝が設けられる。図示例では、小径内周面１１２に複数の軸方向溝１１４が設けられ、詳しくは、３本の軸方向溝１１４が円周方向等間隔に設けられる。軸方向溝１１４の軸方向一端は、小径内周面１１２の軸方向一方側に設けられた端面１１６に開口している。このように、軸方向溝１１４の少なくとも一方の端部が端面に開口していることで、フォイルホルダ１１０を、軸方向溝１１４を含めて一体に型成形することが可能となる。軸方向溝１１４の軸方向他端は、小径内周面１１２の軸方向他方側に設けられた端面１１７には達しておらず、フォイルホルダ１１０に一体に設けられた係止部１１８で閉じられている。小径内周面１１２と大径内周面１１３との軸方向間には、係止部材１３０が取り付けられる周方向溝１１５が設けられる。本実施形態では、周方向溝１１５が環状に形成される。周方向溝１１５の溝底（外径部）は、大径内周面１１３よりも大径とされる。

　フォイル１２０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で形成される。金属フォイルとしては、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。

　フォイル１２０は、フォイルホルダ１１０の内周面１１１に取り付けられる。図示例では、３枚のフォイル１２０が、周方向に並べた状態でフォイルホルダ１１０の小径内周面１１２に取り付けられる。各フォイル１２０は、一枚の金属フォイルにプレス加工やエッチングあるいはワイヤカットを施すことにより一体に形成される。各フォイル１２０は、図２１Ａに示すように、本体部１２１と、本体部１２１の周方向一方側に設けられた差込部としての凸部１２２と、本体部１２１の周方向他方側に設けられた取付部としてのスリット１２３とを備える。図示例では、凸部１２２及びスリット１２３が、それぞれ軸方向に離隔した複数箇所（２箇所）に設けられる。スリット１２３は、他のフォイル１２０の凸部１２２を取り付け可能とされる。図示例では、各フォイル１２０の凸部１２２とスリット１２３とが軸方向で同じ位置に設けられる。スリット１２３の軸方向幅は、凸部１２２の軸方向幅よりも僅かに大きい。図２１Ｂに示すように、各フォイル１２０の凸部１２２を隣接するフォイル１２０のスリット１２３に差し込むことにより、３枚のフォイル１２０を筒状に仮組みすることができる。

　図１９に示すように、各フォイル１２０の差込部（凸部１２２）は、フォイルホルダ１１０の小径内周面１１２に設けられた軸方向溝１１４に差し込まれる。各フォイル１２０のうち、スリット１２３よりも周方向他方側の領域は、隣接するフォイル１２０の背後（外径側）に配されるアンダーフォイル部１２４として機能する。以上により、各フォイル１２０の周方向両端が、フォイルホルダ１１０に接触した状態で保持される。各フォイル１２０の本体部１２１の内径面は、軸受面として機能する。図示例では、３枚のフォイル１２０で多円弧型の軸受面を形成している。隣接するフォイル１２０は、軸方向溝１１４の開口部の周方向領域で軸方向視で交差している。この交差部で、隣接するフォイル１２０の本体部１２１の端部同士が周方向に突っ張りあうことで、各フォイル１２０が外径側に張り出し、フォイルホルダ１１０の小径内周面１１２に沿った形状とされる。

　係止部材１３０は、複数のフォイル１２０の凸部１２２を一部品で抜け止めするものが好ましく、例えば止め輪で構成される。止め輪の形状は特に限定されず、例えば全周で連続した円環の止め輪（図２２Ａ参照）や、円環の一部が切断された止め輪（図２２Ｂ参照）、あるいは、Ｃ形の止め輪（図２２Ｃ参照）を使用できる。係止部材１３０は、弾性に富んだ金属あるいは樹脂で形成される。係止部材１３０は、フォイルホルダ１１０の内周面１１１に取り付けられる。本実施形態では、図２０に示すように、係止部材１３０がフォイルホルダ１１０の周方向溝１１５に装着される。係止部材１３０の外周面は、大径内周面１１３よりも大径で、周方向溝１１５の溝底と略同径とされる。係止部材１３０は、周方向溝１１５の軸方向一方側の内壁１１９及び軸方向他方側の内壁（端面１１６）と軸方向に係合可能とされる。係止部材１３０の内径面１３１は、フォイルホルダ１１０の小径内周面１１２と同じ径方向位置に配される。

　係止部材１３０は、各フォイル１２０の凸部１２２と軸方向に係合可能な位置に配される。具体的には、図２０に示すように、各フォイル１２０のうち、軸方向溝１１４に差し込まれた部分（一対の凸部１２２）の軸方向一方側に係止部材１３０が隣接して配される。これにより、各フォイル１２０に係止部材１３０が軸方向一方側から当接し、各フォイル１２０の軸方向一方側への移動が規制される。また、各フォイル１２０のうち、軸方向溝１１４に差し込まれた部分（一対の凸部１２２）の軸方向他端側にフォイルホルダ１１０の係止部１１８が隣接して配される。これにより、各フォイル１２０に係止部１１８が軸方向他方側から当接し、各フォイル１２０の軸方向他方側への移動が規制される。以上のように、各フォイル１２０の軸方向両側から係止部材１３０及び係止部１１８が係合することで、各フォイル１２０のフォイルホルダ１１０に対する軸方向位置が決まる。

　各フォイル１２０の本体部１２１の軸方向一方の端部（図中右端）は、一対の凸部１２２の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延びている。これにより、係止部材１３０の内径面１３１が、本体部１２１で覆われた状態となる。一方、各フォイル１２０の本体部１２１の軸方向他方の端部（図中左端）は、一対の凸部１２２の軸方向他方の端部よりも軸方向他方側まで延びている。これにより、フォイルホルダ１１０の係止部１１８の内周面１１８ａが、本体部１２１で覆われた状態となる。このように、各フォイル１２０の本体部１２１を係止部材１３０及び係止部１１８の内径側を覆う領域まで延ばすことで、軸受面の面積を広げることができる。尚、フォイル１２０の軸方向端部を、係止部材１３０及び係止部１１８を越えてさらに軸方向外側まで延ばしてもよい。

　上記構成のフォイル軸受１は、以下のような手順で組み立てられる。

　まず、各フォイル１２０の凸部１２２を隣接するフォイル１２０のスリット１２３に差し込むことにより、３枚のフォイル１２０を筒状に仮組みし、フォイル仮組体Ｘを形成する（図２１Ｂ参照）。

　次に、図２３に示すように、フォイル仮組体Ｘの各フォイル１２０の凸部１２２を、フォイルホルダの軸方向溝１１４に軸方向一方側（軸方向溝１１４の開口側）から差し込みながら、フォイル仮組体Ｘをフォイルホルダ１１０の内周に挿入する。そして、各フォイル１２０の凸部１２２を、軸方向溝１１４の端部（係止部１１８）に当接させて、フォイル仮組体Ｘのフォイルホルダ１１０への挿入が完了する。

　その後、図２４に示すように、フォイルホルダ１１０の周方向溝１１５に係止部材１３０を取り付ける。具体的には、係止部材１３０を弾性変形させながらフォイルホルダ１１０の軸方向一方側から挿入し、大径内周面１１３の内周を通過させる。そして、係止部材１３０が周方向溝１１５に達したら、係止部材１３０を弾性復元させて周方向溝１１５に嵌め込む。以上により、フォイル軸受１０１が完成する。

　このように、各フォイル１２０に差込部（凸部１２２）及び取付部（スリット１２３）を設けることで、フォイルホルダ１１０に取り付ける前に複数のフォイル１２０を仮組みすることができる。これにより、各フォイル１２０一枚ずつフォイルホルダ１１０に取り付ける場合と比べて、組立が容易化され、生産性が高められる。特に、フォイルホルダ１１０の軸方向溝１１４の軸方向一方の端部を端面１１６に開口させることで、仮組みしたフォイル１２０の凸部１２２を、軸方向溝１１４に開口側から軸方向に差し込むことができるため、組立がさらに容易化される。

　上記のフォイル軸受１０１は、内周に軸６が挿入され、ガスタービンに組み込まれる。また、ガスタービンのメンテナンス時には、軸６をフォイル軸受１０１の内周から引き抜き、点検や部品交換を行った後、フォイル軸受１０１の内周に再び軸６が挿入される。このように、フォイル軸受１０１の内周に軸６を抜き差しする際、軸６とフォイル１２０とが摺動することで、フォイル１２０に軸方向の力が加わる。上記のフォイル軸受１０１は、フォイル１２０が、フォイルホルダ１１０に対して溶接や接着による完全固定が施されておらず、フォイルホルダ１１０に対する移動が許容されている。従って、フォイル軸受１０１の内周に軸６を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル１２０がフォイルホルダ１１０に対して軸方向にずれる事態が懸念される。この点に関し、本実施形態では、上記のように、各フォイル１２０の差込部（凸部１２２）が係止部材１３０及び係止部１１８で軸方向両側から係止されることで、各フォイル１２０のフォイルホルダ１１０に対する軸方向移動が規制されている。これにより、フォイル軸受１０１の内周に軸６を抜き差しする際の両者の摺動により、フォイル１２０がフォイルホルダ１１０に対して軸方向にずれる事態を防止できる。

　フォイル軸受１０１の内周に挿入された軸６が周方向一方（図１９の矢印方向）に回転すると、フォイル軸受１０１のフォイル１２０の軸受面と軸６の外周面６ａ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軸６がラジアル方向に支持される。

　このとき、軸６との摩擦及び空気の粘性により、各フォイル１２０が回転方向先行側に押し込まれ、図２５に示すように、各フォイル１２０の本体部１２１（軸受面）が内径側に凸となるように湾曲する。そして、ラジアル軸受隙間の空気膜の圧力が高まると、各フォイル１２０が外径側に押し込まれて弾性変形する。このときのフォイル１２０の弾性力と、ラジアル軸受隙間に形成される空気膜の圧力とが釣り合う位置で、フォイル１２０の形状が保持される。尚、図示例では、各フォイル１２０の凸部１２２が、軸方向溝１１４の内部で外径側に凸となるように湾曲している。

　軸受の運転中は、ラジアル軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル１２０がフォイルホルダ１１０に押し付けられ、これに伴って両者の間で微小摺動が生じる。この微小摺動による摩擦エネルギーにより、軸６の振動を減衰させることができる。本実施形態では、各フォイル１２０の凸部１２２を軸方向溝１１４に差し込むだけで、複数のフォイル１２０がフォイルホルダ１１０に取り付けられている。このため、各フォイル１２０は、フォイルホルダ１１０に対して完全に固定されておらず、フォイルホルダ１１０に対する移動が許容されている。この場合、軸６の回転時に、フォイル１２０がフォイルホルダ１１０に対して周方向移動することで両者の摺動量が大きくなり、軸６の振動を減衰する効果がさらに高められる。図示例では、各フォイル１２０の回転方向後方側の端部（アンダーフォイル部１２４）が、隣接するフォイル１２０とフォイルホルダ１１０の小径内周面１１２との間に配されることで、アンダーフォイル部１２４がフォイルホルダ１１０の小径内周面１１２と面接触した状態で周方向に摺動するため、軸６の振動減衰効果がさらに高められる。

　本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図２６に示す実施形態では、係止部材１３０の内径面１３１が、フォイルホルダ１１０の小径内周面１１２よりも外径側に配される。これにより、軸６の振れ回り（コニカル運動）が生じた場合でも、フォイルが外径側に撓むことができるため、軸６とフォイル１２０との過干渉を防止してフォイルの摩耗や損傷を抑えることができる。

　図２７及び図２８に示す実施形態では、係止部材１３０の内径面１３１が、軸方向一方側（図中右側）へ向けて徐々に拡径している。具体的に、図２７では、係止部材１３０の内径面１３１が円すい面とされる。一方、図２８では、係止部材１３０の内径面１３１が、内径側に凸をなした断面円弧状とされる。これにより、図２６の実施形態と比べて、係止部材１３０の軸方向他方側（図中左側）の端面１３２を内径側に延ばすことができるため、フォイル１２０の凸部１２２との当接領域が増えて、フォイル１２０の抜け止めを確実に行うことができる。特に、図２８に示す実施形態では、係止部材１３０の内径面１３１がフォイルホルダ１１０の小径内周面１１２と滑らかに連続しているため、これらの境界部にエッジが形成されず、軸６の振れ回りによる軸６、フォイル１２０、及びフォイルホルダ１１０の損傷を確実に防止できる。

　図２９に示す実施形態は、フォイルホルダ１１０に、係止部材１３０を取り付けるための周方向溝が設けられていない点で、上記の実施形態と異なる。本実施形態では、フォイルホルダ１１０の大径内周面１１３に係止部材１３０が嵌合され、係止部材１３０の軸方向他方側（図中左側）の端面１３２が、フォイルホルダ１１０の端面１１６（肩面）に当接している。係止部材１３０は、大径内周面１１３に圧入することで、あるいは、接着により、フォイルホルダ１１０に固定される。あるいは、係止部材１３０を図示の位置に配した後、フォイルホルダ１１０の大径内周面１１３を内径側に塑性変形させる（加締める）ことにより、係止部材１３０をフォイルホルダ１１０に固定してもよい。本実施形態によれば、フォイルホルダ１１０への取付時に係止部材１３０を弾性変形させる必要がないため、係止部材１３０の材料の選択の幅が広がる。

　以上の実施形態では、フォイル１２０に、取付部としてスリット１２３を設けた場合を示したが、これに限られない。例えば、図３０Ａに示すように、各フォイル１２０の周方向他方の端部に、取付部としての凹部１２５を設けてもよい。この場合、図３０Ｂに示すように、各フォイル１２０の凸部１２２を隣接するフォイル１２０の凹部１２５に差し込むことにより、複数のフォイル１２０を仮組みすることができる。

　以上の実施形態では、フォイルホルダ１１０の軸方向一端のみに係止部材１３０を設ける構造を示したが、これに限らず、係止部材１１０をフォイルホルダ１１０の軸方向両端に設けてもよい。この場合、軸方向溝１１４をフォイルホルダ１１０の内周面１１１の軸方向全長に形成することができるため、軸方向溝１１４の加工がより容易になる。

　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、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。

　また、以上に説明した本願第１発明～第３発明の各実施形態の構成は、適宜組み合わせて適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
３０   ラジアルフォイル軸受（フォイル軸受）
３１   フォイルホルダ
３１ｂ 溝
３１ｂ１      角部
３２   フォイル
４０   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   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
Ｐ     交差部
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 (16)

1. 　筒状をなしたフォイルホルダと、前記フォイルホルダの内周面に周方向に並べて配された複数のフォイルとを備え、各フォイルの周方向両端が、前記フォイルホルダに接触した状態で保持されたフォイル軸受であって、
   　前記複数のフォイルが、前記フォイルホルダに対して周方向移動可能な状態で、前記フォイルホルダに保持されたことを特徴とするフォイル軸受。
2. 　前記フォイルホルダの内周面に複数の凹部を設け、
   　各フォイルの回転方向先行側の端部を前記凹部に差し込むと共に、各フォイルの回転方向後方側の端部を、隣接するフォイルとフォイルホルダの内周面との間に配した請求項１記載のフォイル軸受。
3. 　前記凹部の内壁に、各フォイルの回転方向先行側の端部が突き当たる角部を設けた請求項２記載のフォイル軸受。
4. 　隣接するフォイル同士を周方向で突っ張り合わせることにより、各フォイルを外径側に張り出させた請求項１～３の何れかに記載のフォイル軸受。
5. 　鉛直方向と交差する方向に配された軸を支持する請求項１～４の何れかに記載のフォイル軸受。
6. 　前記フォイルホルダの内周面に凹部を設け、各フォイルの周方向一部領域を前記凹部の内部で湾曲可能とした請求項１記載のフォイル軸受。
7. 　前記凹部に、各フォイルの回転方向先行側の端部を差し込んだ請求項６記載のフォイル軸受。
8. 　前記フォイルホルダの内周面に複数の溝を設け、
   　各フォイルが、軸受面を有する本体部、周方向一方の端部に設けられた差込部、及び、周方向他方の端部に設けられた取付部を有し、
   　前記溝に各フォイルの前記差込部を差し込むと共に、各フォイルの前記取付部に、隣接するフォイルの前記差込部を取り付けた請求項１記載のフォイル軸受。
9. 　前記溝の少なくとも軸方向一方の端部が、前記フォイルホルダの端面に開口した請求項８記載のフォイル軸受。
10. 　前記フォイルホルダに、前記フォイルの差込部に軸方向一方側から係合可能な係止部材を取り付けた請求項２記載のフォイル軸受。
11. 　各フォイルの前記本体部の軸方向一方の端部を、前記差込部の軸方向一方の端部よりも軸方向一方側まで延ばした請求項１０記載のフォイル軸受。
12. 　前記係止部材の内径面が、前記フォイルホルダの内周面よりも外径側に配された請求項１１記載のフォイル軸受。
13. 　前記係止部材の内径面が、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径した請求項１１又は１２記載のフォイル軸受。
14. 　請求項１～１３の何れかに記載のフォイル軸受と、前記フォイル軸受の内周に挿入された回転部材とを備えたフォイル軸受ユニット。
15. 　請求項１～１３の何れかに記載のフォイル軸受と、前記フォイル軸受の内周に挿入された軸とを備えたターボ機械。
16. 　請求項１４に記載のフォイル軸受ユニットと、前記回転部材の内周に固定された軸とを備え、前記フォイル軸受により、前記回転部材及び前記軸が回転自在に支持されたターボ機械。

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