箔片軸承的制作方法

箔片軸承的制作方法
【專利摘要】本發明的箔片軸承(20)具備：推力構件(21)；以及箔片構件(22)，其安裝于推力構件(21)的端面，且具有推力軸承面(31c)，推力箔片軸承(20)借助推力軸承面(31c)來形成推力軸承間隙(T)，其中，箔片構件(22)具備箔片(30)，該箔片(30)一體地具有將圓周方向一端(31a)設為自由端且設有推力軸承面(31c)的多個葉片(31)、和將多個葉片(31)連結起來的連結部(32)。
【專利說明】
箔片軸承[0001 ] 本申請是國際申請日為2012年7月25日、申請號為201280037796.7(國際申請號 PCT/JP2012/068790 )、發明名稱為“推力箱片軸承”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種推力箱片軸承，其由設于薄膜狀的箱片的推力軸承面形成推力軸承間隙，并利用在該推力軸承間隙產生的流體膜將旋轉構件支承于軸向方向。【背景技術】
[0003]燃氣輪機、增壓機(渦輪增壓機)的軸被驅動且以高速旋轉。另外，安裝于軸的渦輪葉片暴露在高溫中。因此，對于支承上述軸的軸承，要求能夠承受高溫?高速旋轉這樣的嚴酷環境。作為此類用途的軸承，有時使用油潤滑的滾動軸承、油動壓軸承。然而，在難以由潤滑油等液體來進行潤滑的情況、從能量效率的觀點出發而難以額外設置潤滑油循環系統的輔助機構的情況、或者由液體的剪切產生的阻力成為問題的情況等的條件下，使用油的軸承的使用受到制約。因此，作為適用于上述那樣的條件的軸承，著眼于空氣動壓軸承。
[0004]作為空氣動壓軸承，通常由剛體來構成旋轉側與固定側這兩者的軸承面。然而，對于此類空氣動壓軸承，當形成于旋轉側與固定側的軸承面間的軸承間隙的管理不充分時， 在超出穩定極限時容易產生被稱作回轉(whirl)的自激性的軸的振擺回轉。因此，與使用的旋轉速度對應的間隙管理變得重要。然而，像燃氣輪機、增壓機那樣，由于在溫度變化激烈的環境中受到熱膨脹的影響而導致軸承間隙的寬度發生變動，因此高精度的間隙管理變得極為困難。
[0005]作為在溫度變化大的環境下也能夠容易地進行間隙管理的軸承而已知有箱片軸承。箱片軸承是由對于彎曲而剛性較低的具有撓性的薄膜(箱片)構成軸承面的軸承。對于箱片軸承，借助箱片的撓性而形成與軸的旋轉速度或負載、周圍溫度等運轉條件對應的適當的軸承間隙。因此，箱片軸承具有穩定性優異這樣的特征，與通常的空氣動壓軸承相比較，能夠在高速下使用。另外，對于通常的動壓力軸承，由于需要始終確保數Ml左右的軸承間隙，因此當考慮到制造時的公差、進而考慮到溫度變化激烈的情況下的熱膨脹時，精密的間隙管理是困難的。與此相對，在箱片軸承的情況下，若管理為數十Ml左右的軸承間隙就足夠了，具有其制造、間隙管理變得容易的優點。
[0006]另外，由于向燃氣輪機、增壓機的軸施加因渦輪的高速旋轉而產生的軸向方向的反作用力，因此不僅需要在徑向方向上對軸進行支承，還需要在軸向方向上對軸進行支承。 例如，專利文獻1?3中示出在徑向方向上對旋轉軸進行支承的箱片軸承。另外，專利文獻4 ?6中示出葉片型的推力箱片軸承來作為在軸向方向上對旋轉構件進行支承的推力箱片軸承的一種。該推力箱片軸承在固定構件的端面的圓周方向多處位置設有多個葉片，各葉片的圓周方向一端為自由端，各葉片的圓周方向另一端固定于固定構件的端面。當旋轉構件進行旋轉時，在各葉片的軸承面與同其對置的旋轉構件的端面之間形成有推力軸承間隙， 利用該推力軸承間隙的流體膜而使旋轉構件在軸向方向上被非接觸支承。
[0007]在先技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2002-364643號公報 [〇〇1〇] 專利文獻2:日本特開2003-262222號公報 [〇〇11] 專利文獻3:日本特開2009-299748號公報 [〇〇12] 專利文獻4:日本特開昭61-36725號公報 [〇〇13] 專利文獻5:日本實開昭61-38321號公報 [〇〇14] 專利文獻6:日本特開昭63-195412號公報
【發明內容】
[〇〇15]發明要解決的課題
[0016][第一目的]
[0017]然而，在上述那樣的葉片型的推力箱片軸承中，由于需要一個個地形成多個葉片， 因此部件件數變多。另外，由于需要將葉片一個一個地組裝于固定構件的端面，因此葉片的組裝花費工時，從而導致成本升高。
[0018]本發明的第一目的在于，減少葉片型的推力箱片軸承的部件件數，并簡化葉片的組裝，從而實現低成本化。
[0019][第二目的]
[0020]僅在上述那樣的推力軸承間隙的流體膜中，在軸向方向上施加較大的負載的情況下，負載容量不足，可能導致旋轉構件的穩定性降低、或導致旋轉構件與固定構件之間的接觸。尤其是在燃氣輪機、增壓機中使用的軸向軸承，通過轉子(葉片)以高速進行旋轉，由此向軸施加較大的軸向方向的負載，因此強烈要求提高軸向方向的負載容量。
[0021]例如，圖37所示的箱片軸承2100用于軸向方向的支承，是具有多個(圖示例中為8 條)葉片箱片2110的所謂的葉片型的箱片軸承。各葉片箱片2110中，圓周方向一端為自由端 2111，圓周方向另一端作為固定端2112而固定于圓盤狀的推力構件2120的端面。在各葉片箱片2110形成有推力軸承面2113。如圖38所示，在旋轉構件2130的端面2131與葉片箱片 2110的推力軸承面2113之間形成有楔形的推力軸承間隙2140。在葉片箱片2110的自由端 2111附近處形成有推力軸承間隙2140的小間隙部2141，在剛越過自由端2111之后(在圖示例中固定端2112附近)形成有推力軸承間隙2140的大間隙部2142。當旋轉構件2130朝箭頭C 方向進行旋轉時，推力軸承間隙2140的流體膜進行流動。此時，在小間隙部2141流動的流體成為高壓，在大間隙部2142流動的流體相對地成為低壓。因此，如圖39所示，在葉片箱片 2110的自由端2111附近形成有高壓區域H，在葉片箱片2110的固定端2112附近形成有低壓區域L。需要說明的是，圖38的彈簧2150示意性地表示葉片箱片2110的彈性。[〇〇22]此時，在大間隙部2142流動的流體的流速并不均勻。即，在大間隙部2142中、旋轉構件2130的端面附近(在圖示例中為上方部分)，高壓的流體從小間隙部2141(高壓區域H) 流入，由此流速變快(參照圖38的箭頭vl’)。另一方面，由于大間隙部2142中、推力軸承面 2113附近(在圖示例中為下方部分)處的流體難以受到從小間隙部2141流入的高壓的流體的影響，因此流速慢(參照圖38的箭頭v2’)。因此，大間隙部2142的圖中下方部分的流體幾乎不向小間隙部2141流入，而小間隙部2141中的流體的壓力難以升高。
[0023]以上那樣的問題是在相同軸承面上形成多個楔膜的箱片軸承所產生的問題，不僅是用于在軸向方向上進行支承的箱片軸承，用于在徑向方向上進行支承的箱片軸承中也同樣產生。[〇〇24]另外，在推力箱片軸承中，伴隨著旋轉構件的旋轉，推力軸承間隙的流體在離心力的作用下欲向外徑側流出，因此可能導致推力軸承間隙的流體量變少，流體膜的壓力降低。 [〇〇25]本發明的第二目的在于提高推力箱片軸承的負載容量。
[0026][第三目的]
[0027]當分別設置于在徑向方向上支承旋轉構件的箱片軸承和在軸向方向上支承旋轉構件的箱片軸承時，部件數量變多而導致成本升高。
[0028]另外，如上述那樣，箱片軸承的軸承間隙比滾動軸承、普通的空氣動壓軸承設定得大，與增大軸承間隙相應地，軸的相對移動允許量變大。尤其是在使用箱片軸承作為對燃氣輪機、增壓機的軸進行支承的軸向軸承的情況下，當軸的軸向方向的移動允許量較大時，安裝于軸的葉片(渦輪、壓縮機)的軸向方向的移動允許量也變大，需要預先增大葉片與外殼之間的間隙，以避免葉片與外殼干涉。當增大葉片與外殼之間的間隙時，空氣從該間隙泄漏，因此壓縮機中的壓縮率、或渦輪中的轉換效率降低。
[0029]本發明的第三目的在于，在沿徑向方向及軸向方向對軸進行相對支承的箱片軸承中，減少部件數量，并且減小軸的軸向方向的相對移動允許量。
[0030]解決方案
[0031][本申請第一發明]
[0032]為了實現上述的第一目的而完成的本申請第一發明是一種推力箱片軸承，其具備推力構件、和安裝于推力構件的端面且具有推力軸承面的箱片構件，并借助推力軸承面來形成推力軸承間隙，其中，箱片構件具備箱片，該箱片一體具有:圓周方向一端為自由端且設有推力軸承面的多個葉片；以及連結多個葉片的連結部。
[0033]如此，不分別獨立地設置多個葉片，而由連結部進行連結而作為箱片形成為一體， 由此能夠減少部件件數。另外，通過將形成為一體的箱片組裝于推力構件的端面，能夠一次性組裝多個葉片，因此葉片組裝被簡化。此外，通過將多個葉片形成為一體，即便在增大葉片的數量的情況下也不會增加組裝工時，因此不會導致成本升高而能夠通過增加葉片的數量來提高軸向方向的負載容量。
[0034]在上述的箱片軸承中，若通過在一條箱片加工豁口而形成多個葉片及連結部，則能夠簡單地形成一體具有多個葉片的箱片。若設有多條上述箱片并向形成于一條箱片的豁口插入其他箱片的葉片，則能夠將一條箱片的葉片與其他箱片的葉片在圓周方向上交替配置。由此，能夠將具有推力軸承面的葉片在圓周方向上緊密配置，因此能夠任意地變更軸承的軸向負載容量。
[0035]若將多個葉片的自由端的外徑端部朝向內徑側而向旋轉構件的旋轉方向在先側傾斜，則能夠將空氣從箱片構件的外周的空間導入推力軸承間隙，因此能夠提高推力軸承間隙中的壓力并提高軸向負載容量。具體來說，例如，能夠將多個葉片的自由端排列為栗入式的螺旋形狀、人字形。
[0036]若配置從與推力軸承面相反的一側支承多個葉片的支承部，則通過調整該支承部的數量、形狀、配置位置，能夠自由地設定從安裝面立起的葉片的傾斜角度、推力軸承面的彎曲形狀。由此，能夠實現與要求的特性對應的葉片的最佳形狀的設計。
[0037]箱片軸承在高速運轉時在箱片構件的推力軸承面與同其對置的面之間形成有流體膜，上述的面成為非接觸狀態，但在起動時或停止時的低速旋轉狀態下，難以形成箱片構件的推力軸承面、同其對置的面的表面粗糙度以上的流體膜。因此，旋轉構件與固定構件夾著箱片構件而進行接觸，可能導致箱片構件的表面損傷。因此，優選在箱片構件的推力軸承面設置被膜，從而防止損傷。
[0038]另外，在構成箱片構件的箱片彼此或箱片與箱片安裝面之間產生與負載變動、振動相伴的微小位移的滑動。因此，優選在構成箱片構件的箱片中的、與推力軸承面相反一側的面設置被膜，從而防止因滑動而導致的損傷。
[0039]箱片軸承大多在難以由液體來進行潤滑的位置處使用，因此上述那樣的被膜能夠使用DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。DLC膜、氮化鋁鈦膜為硬質且摩擦系數低，適用于強度面。另一方面，二硫化鉬膜能夠由噴霧器等進行噴射，因此能夠簡單地形成被膜。
[0040]以上那樣的推力箱片軸承能夠適當用于燃氣輪機、增壓機的轉子支承用。
[0041][本申請第二發明][〇〇42]為了實現上述的第二目的而完成的本申請第二發明是一種推力箱片軸承，該推力箱片軸承具備固定構件、旋轉構件、配置于旋轉構件的端面與固定構件的端面之間且具有推力軸承面的箱片構件，借助箱片構件的推力軸承面來形成推力軸承間隙，利用在該推力軸承間隙產生的流體膜而在軸向方向上對旋轉構件進行支承，其中，在固定構件及旋轉構件分別安裝磁鐵，將上述的磁鐵以彼此作用軸向方向的斥力的方式配置。[〇〇43]如此，通過在固定構件及旋轉構件以作用軸向方向的斥力的方式安裝磁鐵，能夠利用在磁鐵間產生的斥力對因在推力軸承間隙產生的流體膜的壓力而產生的軸向方向上的支承力進行輔助，從而提高推力箱片軸承的負載容量。
[0044]然而，在由剛體構成旋轉構件與固定構件這兩者的軸承面的普通的動壓力軸承中，如上述那樣推力軸承間隙總是成為數Ml左右的非常小的值，因此當在固定構件及旋轉構件設置磁鐵時，磁鐵間的距離變得非常近，在磁鐵間作用比較大的斥力。因此，在例如剛起動之后、將要停止之前的低旋轉時等、軸承間隙的流體膜的壓力并不足夠高時，可能在磁鐵間的斥力的影響下使旋轉構件相對于固定構件傾斜，旋轉構件的穩定性降低。與此相對地，在箱片軸承中，如上述那樣，由于能夠將推力軸承間隙設定為比較大的值，因此設于固定構件及旋轉構件的磁鐵比較分離地配置，從而能夠抑制在磁鐵間產生的斥力而防止旋轉構件傾斜的情況。而且，當旋轉構件的旋轉速度上升、向旋轉構件施加軸向方向上的較大負載而使推力軸承間隙變小時，磁鐵間的距離變小而上述之間的斥力變大，從而提高軸向方向上的支承力。此時，即使在磁鐵間產生的斥力變大，因高速旋轉而使軸承間隙(尤其是徑向軸承間隙)的流體膜的壓力足夠高，因此能夠防止旋轉構件傾斜的情況。如此，在上述的推力箱片軸承中，當旋轉構件的轉速低時，在磁鐵間產生的斥力較小，能夠防止旋轉構件受到斥力的影響而傾斜的情況，當旋轉構件的轉速變高時，在磁鐵間產生的斥力變大，從而提高軸向方向上的支承力。
[0045]上述磁鐵例如能夠沿著圓周方向(繞旋轉構件的旋轉軸心的圓周方向)配置。在該情況下，若將磁鐵設為在整周上連續的環狀，則能夠將磁鐵簡單地安裝于固定構件或旋轉構件。另一方面，若將上述的磁鐵由在圓周方向上隔離地配置的多個磁鐵構成，則能夠自由地設定磁鐵整體的直徑，因此提高設計的自由度。另外，在該情況下，由于各個磁鐵可以是任意的形狀，因此能夠使用成品的磁鐵來實現低成本化。
[0046]如上述那樣，在將磁鐵沿著圓周方向配置的情況下，若安裝于旋轉構件的磁鐵的外徑、和安裝于固定構件的磁鐵的外徑不同，則在一方的磁鐵的內徑側配置另一方的磁鐵， 從而能夠增大旋轉構件的徑向方向的穩定性。即，例如圖20(a)所示，當使相同直徑的環狀的磁鐵1101、11〇2在軸向方向上對置時，如圖20(b)所示，在磁鐵1101、1102略微在徑向方向上偏離的情況下，在兩磁鐵1101、1102間產生的斥力向增大徑向方向的偏差的方向作用(參照附圖中的空心箭頭)。與此相對地，如圖21(a)所示，當將外徑不同的環狀的磁鐵1103、 1104配置為同心狀、在磁鐵1104的內徑側配置磁鐵1103時，如附圖中箭頭所示那樣，在磁鐵 1103、1104間產生的斥力在朝向內徑對小徑的磁鐵1103進行施力的方向上作用。因此，如圖 21(b)所示，在小徑的磁鐵1103相對于大徑的磁鐵1104而略微在徑向方向上偏離的情況下， 根據在兩磁鐵11 〇 3、1104間產生的斥力的徑向方向成分，能夠朝向大徑的磁鐵1104的軸心側對小徑的磁鐵1103進行施力。由此，磁鐵1103、1104的徑向方向的偏差被修正，旋轉構件的徑向方向的穩定性提高。
[0047]在例如燃氣輪機、增壓機那樣的高溫環境下使用的推力箱片軸承的情況下，優選使用在高溫環境下也顯示出良好的特性的釤鈷磁鐵。[〇〇48]上述的箱片構件例如能夠構成為具備箱片，該箱片一體具有圓周方向一端為自由端且設有推力軸承面的多個葉片、以及連結多個葉片的連結部。另外，也可以組合多個上述的箱片來構成箱片構件。
[0049]箱片軸承在高速運轉時在箱片構件的推力軸承面與同其對置的面之間形成有流體膜，上述的面成為非接觸狀態，但在起動時、停止時的低速旋轉狀態下，難以形成箱片構件的推力軸承面、同其對置的面的表面粗糙度以上的流體膜。因此，旋轉構件與固定構件夾著箱片構件而進行接觸，可能導致箱片構件的表面損傷。因此，優選在箱片構件的推力軸承面設置被膜，從而防止損傷。
[0050]另外，在構成箱片構件的箱片彼此或箱片與箱片安裝面之間產生與負載變動、振動相伴的微小位移的滑動。因此，優選在構成箱片構件的箱片中的、與推力軸承面相反一側的面設置被膜，從而防止因滑動而導致的損傷。
[0051]箱片軸承大多在難以由液體進行潤滑的位置處使用，因此上述那樣的被膜能夠使用DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。DLC膜、氮化鋁鈦膜為硬質且摩擦系數低，適用于強度面。另一方面，二硫化鉬膜能夠由噴霧器等進行噴射，因此能夠簡單地形成被膜。[〇〇52]以上那樣的推力箱片軸承能夠適用于燃氣輪機、增壓機的轉子支承用。[〇〇53][本申請第三發明][〇〇54]為了實現上述的第二目的而完成的本申請第三發明是一種箱片軸承，該箱片軸承具備:固定構件;旋轉構件;配置于固定構件與旋轉構件之間且圓周方向一端為自由端的多個葉片箱片，該箱片軸承借助設于葉片箱片的軸承面來形成楔形的軸承間隙，并由在該軸承間隙產生的流體膜來支承旋轉構件，其中，在葉片箱片的自由端交替地設有多個切口部、 和與軸承面連續的多個齒背部。
[0055]如此，通過在葉片箱片的自由端交替地設置多個切口部及齒背部，能夠使軸承間隙的流體有力地流動，從而提高軸承間隙的流體的壓力。其理由如下所述。例如圖25所示，在將葉片箱片230的自由端231形成為Z字形并交替地設置多個切口部231a及齒背部231b的情況下，如圖23所示，在自由端231附近形成有推力軸承間隙T的小間隙部T1，當旋轉構件 (凸緣部240)朝向箭頭D方向進行旋轉時，小間隙部T1的流體的壓力提高。該高壓的流體的一部分經由切口部231a而向葉片箱片230的背側(軸承面233的相反一側)排出(參照圖23的箭頭A)，由此推力軸承間隙T的大間隙部T2的推力構件221側部分(圖中下方部分)的流體進行流動(參照圖23的箭頭v2)。其結果是，推力軸承間隙T的大間隙部T2中的流體的運動量增大，與圖38所示的情況相比，由于從大間隙部T2向小間隙部T1流入的流體的量增加，因此小間隙部T1中的壓力升高。[〇〇56]葉片箱片的自由端能夠形成為例如Z字形(參照圖24及圖25)、或形成為波形(參照圖 26)。
[0057]在上述的箱片軸承中，例如，能夠在一條箱片一體設置多個葉片箱片和連結多個葉片箱片的連結部。由此，能夠將多個葉片箱片一次性安裝于固定構件或旋轉構件。另外， 若組合多個上述的箱片而構成箱片構件，則能夠將更多的葉片箱片一次性地安裝于固定構件或旋轉構件。
[0058]上述那樣的箱片軸承在高速運轉時在葉片箱片的軸承面與同其對置的面之間形成有流體膜，上述的面成為非接觸狀態，但在起動時、停止時的低速旋轉狀態下，難以形成葉片箱片的軸承面、與其對置的面的表面粗糙度以上的流體膜。因此，旋轉構件與固定構件夾著葉片箱片而進行接觸，可能導致葉片箱片的表面損傷。因此，優選在葉片箱片的軸承面設置被膜，從而防止損傷。
[0059]另外，多個葉片箱片彼此、或葉片箱片與供葉片箱片固定的面之間產生與負載變動、振動相伴的微小位移的滑動。因此，優選在葉片箱片的與軸承面相反一側的面設置被膜，從而防止因滑動而導致的損傷。
[0060]箱片軸承大多在難以由液體來進行潤滑的位置處使用，因此上述那樣的被膜使用 DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。DLC膜、氮化鋁鈦膜為硬質且摩擦系數低，適用于強度面。另一方面，二硫化鉬膜能夠由噴霧器等進行噴射，因此能夠簡單地形成被膜。
[0061]以上那樣的結構不僅能夠應用于在軸向方向的支承中使用的箱片軸承，還能夠應用于在徑向方向的支承中使用的箱片軸承。
[0062]另外，以上那樣的箱片軸承能夠適用于燃氣輪機、增壓機的轉子支承用。[〇〇63][本申請第四發明][〇〇64]為了實現上述的第二目的而完成的本申請第四發明是一種推力箱片軸承，該推力箱片軸承具備:固定構件;旋轉構件;配置于固定構件與旋轉構件之間的箱片構件，該推力箱片軸承借助設于箱片構件的推力軸承面來形成推力軸承間隙，并由在該推力軸承間隙產生的流體膜在軸向方向上支承旋轉構件，其中，在推力軸承面上將沿圓周方向長大的突起或槽形成于在半徑方向上隔離的多處位置。
[0065]如此，通過在推力軸承面上將沿圓周方向長大的突起或槽形成于在半徑方向上隔離的多處位置，借助離心力而欲從推力軸承間隙向外徑側流出的流體與突起或槽發生碰撞而沿著圓周方向流動(整流效果)。由此，能夠減少借助離心力而從推力軸承間隙向外徑側流出的流體，并提高在推力軸承間隙產生的流體膜的壓力。需要說明的是，“沿圓周方向長大的”形狀是指，圓周方向尺寸比徑向尺寸長大的形狀，并不局限于與圓周方向平行的圓弧形狀，也包含沿圓周方向長大的矩形(參照圖42)、三角形(參照圖44)。
[0066]例如，能夠在箱片構件的軸承面固定整流構件并由該整流構件構成上述的突起。 在該情況下，在整流構件與經由推力軸承間隙而與該整流構件對置的對象件的端面不發生接觸的范圍內，通過使整流構件盡可能地挨近對象材的端面，整流效果進一步提高。
[0067]另一方面，由于上述的槽能夠通過沖壓加工等而簡單地形成于箱片構件，因此與固定整流構件的情況相比能實現制造成本的降低。若使該槽的槽寬度朝向旋轉方向在先側逐漸縮窄、或使槽的槽深度朝向旋轉方向在先側加深，則能夠提高整流效果。
[0068]上述那樣的結構例如能夠應用于箱片構件具有圓周方向一端為自由端的多個葉片的葉片型的推力箱片軸承。在該情況下，箱片構件例如能夠構成為具備箱片，該箱片一體地具有圓周方向一端為自由端且設有推力軸承面的多個葉片、和將多個葉片連結起來的連結部。另外，還可以組合多個上述的箱片來構成箱片構件。
[0069]箱片軸承在高速運轉時箱片構件的推力軸承面與同其對置的面之間形成有流體膜，上述的面成為非接觸狀態，在起動時、停止時的低速旋轉狀態下，難以形成箱片構件的推力軸承面、與其對置的面的表面粗糙度以上的流體膜。因此，旋轉構件與固定構件夾著箱片構件而進行接觸，可能導致箱片構件的表面損傷。因此，優選在箱片構件的推力軸承面設置被膜，從而防止損傷。
[0070]另外，在構成箱片構件的箱片彼此、或箱片與箱片安裝面之間產生與負載變動、振動相伴的微小位移的滑動。因此，優選在構成箱片構件的箱片中的、與推力軸承面相反一側的面設置被膜，從而防止因滑動而導致的損傷。
[0071]箱片軸承大多在難以由液體來進行潤滑的位置使用，因此上述那樣的被膜能夠使用DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。DLC膜、氮化鋁鈦膜為硬質且摩擦系數低，適用于強度面。另一方面，二硫化鉬膜能夠由噴霧器等進行噴射，因此能夠簡單地形成被膜。
[0072]以上那樣的推力箱片軸承能夠適用于燃氣輪機、增壓機的轉子支承用。[〇〇73][本申請第五發明]
[0074]另外，為了實現上述的第三目的而完成的本申請第五發明是一種箱片軸承，該箱片軸承具備:軸;在內周插入有軸的外側構件;配置于軸的外周面與外側構件的內周面之間且具備存在撓性的的軸承面的箱片構件，該箱片軸承借助箱片構件的軸承面來形成軸承間隙，并由在軸承間隙產生的流體膜來對軸構件與外側構件之間的相對旋轉進行支承，其中， 在軸的外周面及外側構件的內周面設置彼此對置的一對錐面，在一方的錐面安裝箱片構件，并且在另一方的錐面與軸承面之間形成軸承間隙。[〇〇75]如此，在本發明所涉及的箱片軸承中，在安裝于一方的錐面的箱片構件的軸承面與另一方的錐面之間形成軸承間隙。在該情況下，由于在錐面的法線方向上產生支承力，因此根據該支承力的徑向方向成分及軸向方向成分，能夠在徑向方向及軸向方向上對軸進行相對支承。因而，若使用上述的箱片軸承，則與分別設置徑向方向支承用的軸承與軸向方向支承用的軸承的情況相比，能夠減少部件數量。
[0076]另外，在上述的箱片軸承中，由于在相對于軸向方向傾斜的方向(錐面的法線方向)上形成有軸承間隙，因此能夠抑制軸相對于外側構件的在軸向方向上的移動允許量。 艮P，例如圖58所示，在安裝于固定構件4101的箱片4102的軸承面4102a與旋轉軸4103的凸緣部4104的端面4104a之間形成有軸向方向的軸承間隙的情況下，該推力軸承間隙的大小X’成為旋轉軸4103的軸向方向的移動允許量x’(x’ =X’)。與此相對地，在圖59所示的例子中， 將固定構件4201的端面4201a及旋轉軸4203的凸緣部4204的端面4204a設為相對于軸向傾斜角度9的錐面，在安裝于固定構件4201的端面4201a的箱片4202的軸承面4202a與凸緣部 4204的端面4204a之間形成有軸承間隙。在該情況下，軸承間隙的大小X的軸向方向成分成為旋轉軸4203的軸向方向的移動允許量x(x = X ? sin0)。因此，在圖58所示的推力軸承間隙的大小X’與圖59所示的軸承間隙的大小X相等的情況下，在錐面間形成有軸承間隙的圖59 所示的例子能夠減小旋轉軸的移動允許量(x<x’)。需要說明的是，在圖58及圖59中，為了便于理解，將軸承間隙X、X ’的大小夸張示出。
[0077]在上述的箱片軸承中，若在軸的外周面及外側構件的內周面設有:彼此對置且在軸向一方側配置有大徑部的一對第一錐面;彼此對置且在軸向另一方側配置有大徑部的一對第二錐面，則利用上述第一錐面及第二錐面能夠將軸相對于外側構件而支承于兩軸向方向。
[0078]當軸與外側構件相對旋轉時，由于一對錐面的相對周速是越靠近大徑側而越大， 因此在錐面的大徑部處在軸承間隙產生的壓力成為最大。因而，若以各個大徑部配置于軸向外側的方式將第一錐面及第二錐面在軸向上排列配置，則能夠增大支承力高的大徑部的軸向距離(軸承跨距)，箱片軸承的力矩剛性提高。
[0079]若將以上那樣的箱片軸承作為燃氣輪機、增壓機的轉子支承用而使用，則能夠減小軸的軸向方向的移動允許量。由此，能夠將渦輪、壓縮機的葉片與外殼之間的間隙設定得較小，因此能夠提高壓縮機中的壓縮率或渦輪中的轉換效率。
[0080]發明效果
[0081]如以上那樣，根據本申請第一發明，由于能夠減少葉片型的推力箱片軸承的部件件數并簡化葉片的組裝，因此能夠實現低成本化。[〇〇82]另外，根據本申請第二發明，能夠利用在磁鐵間產生的斥力來提高推力箱片軸承的負載容量。[〇〇83]另外，根據本申請第三發明，通過增大軸承間隙的流體的運動量，在軸承間隙產生的流體膜的壓力提高，從而能夠提高箱片軸承的負載容量。
[0084]另外，根據本申請第四發明，通過使推力軸承間隙的流體的流動在圓周方向上整流，能夠提高在推力軸承間隙產生的流體膜的壓力，從而提高推力箱片軸承的負載容量。 [〇〇85]另外，根據本申請第五發明，在徑向方向及軸向方向上對軸進行相對支承的箱片軸承中，能夠減少部件數量，并且能夠減小軸的軸向方向的相對移動允許量。【附圖說明】
[0086]圖1是示意性地表示微型燃氣輪機的圖。[〇〇87]圖2是表示上述微型燃氣輪機的軸的支承構造的剖視圖。
[0088]圖3是組裝于上述支承構造的徑向箱片軸承的剖視圖。
[0089]圖4是組裝于上述支承構造的、本申請第一發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承的立體圖。
[0090]圖5是上述推力箱片軸承的剖視圖。[0091 ]圖6是構成上述推力箱片軸承的箱片的俯視圖。
[0092]圖7a是表示組裝兩條箱片的樣子的立體圖。
[0093]圖7b是表示組裝兩條箱片的樣子的立體圖。
[0094]圖7c是表示組裝兩條箱片的樣子的立體圖。[〇〇95]圖8是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的箱片構件的俯視圖。[〇〇96]圖9是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的箱片構件的俯視圖。[〇〇97]圖10是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的箱片構件的俯視圖。[〇〇98]圖11是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的箱片構件的俯視圖。[〇〇99]圖12是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的剖視圖。[〇1〇〇]圖13是設于圖12的推力箱片軸承的支承箱片的俯視圖。
[0101]圖14是示意性地表示增壓機的圖。
[0102]圖15是表示微型燃氣輪機的轉子支承構造的剖視圖。
[0103]圖16是組裝于上述轉子支承構造的、本申請第二發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承的剖視圖。
[0104]圖17a是圖16的X-X線中的推力構件的剖視圖。[〇1〇5]圖17b是圖16的Y-Y線中的凸緣部的剖視圖。[〇1〇6]圖18a是其他實施方式所涉及的推力構件的剖視圖。
[0107]圖18b是其他實施方式所涉及的凸緣部的剖視圖。
[0108]圖19是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的剖視圖。
[0109]圖20a是表示將相同直徑的磁鐵同心地配置的狀態的俯視圖及剖視圖。
[0110]圖20b是表示使圖20a的磁鐵在徑向方向上偏離的情況的俯視圖及剖視圖。
[0111]圖21a是表示將外徑不同的磁鐵同心地配置的狀態的俯視圖及剖視圖。
[0112]圖21b是表示將圖21a的磁鐵在徑向方向上偏離的情況的俯視圖及剖視圖。
[0113]圖22是表示微型燃氣輪機的轉子的支承構造的剖視圖。[〇114]圖23是示意性地表示組裝于上述轉子支承構造的、本申請第三發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承的側視圖。[〇115]圖24是上述推力箱片軸承的軸承構件的立體圖。[〇116]圖25是上述推力箱片軸承的葉片箱片的俯視圖。
[0117]圖26是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的葉片箱片的俯視圖。
[0118]圖27是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的葉片箱片的俯視圖。
[0119]圖28是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的俯視圖。[〇12〇]圖29是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的俯視圖。[〇121]圖30是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的立體圖。
[0122]圖31是圖30的推力箱片軸承的箱片的俯視圖。
[0123]圖32是本申請第三發明的一實施方式所涉及的徑向箱片軸承的箱片的俯視圖。
[0124]圖33是上述徑向箱片軸承的剖視圖。
[0125]圖34是其他實施方式所涉及的徑向箱片軸承的剖視圖。
[0126]圖35是上述徑向箱片軸承的箱片構件的立體圖。
[0127]圖36a是說明上述箱片構件的組裝方法的俯視圖。
[0128]圖36b是說明上述箱片構件的組裝方法的側視圖。
[0129]圖37是現有的箱片軸承的立體圖。
[0130]圖38是示意性地表示圖37的箱片軸承的側視圖。
[0131]圖39是圖37的箱片軸承的葉片箱片的俯視圖。
[0132]圖40是表示上述微型燃氣輪機的轉子的支承構造的剖視圖。
[0133]圖41是組裝于上述轉子支承構造的本申請第四發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承的側視圖。
[0134]圖42是上述推力箱片軸承的軸承構件的立體圖。
[0135]圖43是上述推力箱片軸承的葉片的俯視圖。
[0136]圖44是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的葉片的俯視圖。
[0137]圖45是示意性地表示圖44的推力箱片軸承的軸承構件的剖視圖。
[0138]圖46是示意性地表示圖44的推力箱片軸承的軸承構件的立體圖。
[0139]圖47是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的俯視圖。[〇14〇]圖48是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的俯視圖。
[0141]圖49是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的軸承構件的立體圖。
[0142]圖50是圖49的推力箱片軸承的箱片的俯視圖。[〇143]圖51是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的葉片的俯視圖。
[0144]圖52是其他實施方式所涉及的推力箱片軸承的葉片的俯視圖。
[0145]圖53是組裝于上述微型燃氣輪機的、本申請第五發明的一實施方式所涉及的箱片軸承的軸向剖視圖。
[0146]圖54是將上述箱片軸承的一部分切口的分解立體圖。
[0147]圖55是上述箱片軸承的軸正交方向剖視圖。
[0148]圖56是其他實施方式所涉及的箱片軸承的軸向剖視圖。
[0149]圖57是其他實施方式所涉及的箱片軸承的軸正交方向剖視圖。
[0150]圖58是在軸向方向上形成軸承間隙的箱片軸承的剖視圖。
[0151]圖59是在相對于軸向方向傾斜的方向上形成軸承間隙的箱片軸承的剖視圖。【具體實施方式】
[0152]以下，基于圖1?14而對本申請第一發明的實施方式進行說明。
[0153]圖1示意性地表示被稱作微型燃氣輪機的燃氣輪機裝置的結構。該微型燃氣輪機主要具備:具有葉片列的渦輪1、壓縮機2、發電機3、燃燒器4、再生器5。在渦輪1、壓縮機2、及發電機3設有沿著水平方向延伸的共用的軸6,由該軸6、渦輪1及壓縮機2構成可一體旋轉的轉子。從吸氣口 7吸入的空氣被壓縮機2壓縮，在由再生器5加熱后送入燃燒器4。向該壓縮空氣混合燃料并使其燃燒，利用此時的高溫、高壓的氣體使渦輪1旋轉。渦輪1的旋轉力經由軸 6而傳遞到發電機3,通過發電機3進行旋轉而發電，該電力經由換流器8而被輸出。使渦輪1 旋轉后的氣體具有比較高的溫度，因此將該氣體送入再生器5并與燃燒前的壓縮空氣之間進行換熱，由此對燃燒后的氣體的熱量進行再利用。在再生器5中完成換熱的氣體在通過廢熱回收裝置9之后作為廢氣而被排出。
[0154]圖2示出轉子的支承構造，尤其是渦輪1與壓縮機2的軸向間的軸6的支承構造。由于該區域與借助高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1鄰接，因此，在此優選使用空氣動壓軸承，尤其優選箱片軸承。具體來說，由徑向箱片軸承10在徑向方向上支承軸6,并且由本發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承20在兩軸向方向上支承設于軸6的凸緣部40。徑向箱片軸承10及推力箱片軸承20、20固定于外殼42。
[0155]徑向箱片軸承10由例如葉片型的箱片軸承構成。在本實施方式中，如圖3所示，徑向箱片軸承10由在內周插入有軸6的圓筒狀的外側構件11、以及固定于外側構件11的內周面11a且在圓周方向上排列配置的多個葉片12構成。
[0156]葉片12由富有彈性且加工性良好的金屬、例如鋼材料、銅合金所構成的厚度20wii ?200wii左右的帶狀箱片形成。在如本實施方式那樣作為流體膜而使用空氣的空氣動壓軸承中，由于在環境中不存在潤滑油，因此無法期待基于油的防銹效果。作為鋼材料、銅合金的代表例，雖能夠舉出碳鋼、黃銅，但普通的碳鋼容易產生因銹而導致的腐蝕，黃銅有時產生因加工變形而導致的季裂(黃銅中的Zn的含有量越多、該趨勢越強)。因此，作為帶狀箱片而優選使用不銹鋼或青銅制的材料。
[0157]各葉片12中，圓周方向一方(軸6的旋轉方向在先側，參照箭頭)的端部12a為自由端，圓周方向另一方的端部12b固定于外側構件11。葉片12的固定端12b嵌合固定于在外側構件11的內周面11a形成的軸向槽lib。葉片12的自由端12a側的一部分區域在徑向上與其他葉片12重疊配置。在各葉片12的內徑側的面設有呈無孔、無臺階差的平滑的曲面狀的徑向軸承面12c 〇[〇158]推力箱片軸承20由葉片型的箱片軸承構成。如圖4所示，本實施方式的推力箱片軸承20由中空圓盤狀的推力構件21、固定于各推力構件21的端面21a的箱片構件22構成。
[0159]箱片構件22由多個箱片構成，在本實施方式中，由呈相同形狀的兩條金屬制的箱片30、30’構成(參照圖7(&))。在箱片構件22中，設于各箱片30、30’的葉片31、31’在圓周方向交替配置。如圖5所示，各葉片31、31’的圓周方向一方(軸6的旋轉方向在先側、圖中左側) 的端部31a、31a’為自由端，由此葉片31、31’能夠自由地撓曲。葉片31、31’的自由端31a、 31a’配置在與相鄰的葉片31’、31的圓周方向另一方的端部31b’、31b大致相同的圓周方向位置。在多個葉片31、31’的凸緣部40側的面(圖中上表面)設有呈無孔、無臺階差的平滑的曲面狀的推力軸承面31c、31c’。
[0160]在此，對構成箱片構件22的各箱片30、30’的結構進行說明。需要說明的是，由于箱片30、30’是完全相同的結構，因此僅對一方的箱片30的結構進行說明，省略另一方的箱片 30’的說明(在附圖中，對另一方的箱片30’中的與一方的箱片30對應的位置標注“’”而示出)。
[0161]箱片30具有與上述的葉片12相同的材質及厚度，如圖6所示，一體具有在圓周方向上等間隔地配置的多個(圖示例中為四個)葉片31、和將多個葉片31連結起來的連結部32。 箱片30呈圓形，在其中心設有用于供軸6插入的圓形的孔33。在本實施方式中，通過線切割加工、沖壓加工等在一條箱片30造成豁口，從而形成多個葉片31及連結部32。具體來說，在圓形的箱片30的圓周方向上等間隔的多處位置(圖示例中為四處位置)設有半徑方向的豁口 34,該豁口 34從孔33朝向外徑延伸且在比箱片30的外徑端靠近前的位置終止。而且，圓周方向的豁口 35從各豁口 34的外徑端向圓周方向另一方(軸6的旋轉方向后方側，圖6的逆時針方向)延伸。圓周方向的豁口 35延伸到相鄰的半徑方向的豁口34的圓周方向中央部為止， 圖示例中為整周的大約1/8的長度。圓周方向的豁口 35的寬度t比半徑方向的豁口 34的寬度七2大(>t2)。通過在箱片30上形成半徑方向的豁口 34及圓周方向的豁口 35，能夠一次性形成將圓周方向一方的端部31a設為可沿軸向上下自由移動的自由端的多個葉片31、和將上述多個葉片31連結起來的連結部32。連結部32具有包圍多個葉片31的外周的環狀部32a 和從環狀部32a朝向內徑延伸的多個(圖示例中為四個)延伸部32b，延伸部32b與葉片31的圓周方向另一方的端部31b(在圖6中由虛線表示)連續。圖示例中，連結部32的延伸部32b與葉片31在圓周方向上具有相同的長度，上述構件在圓周方向上交替設置。
[0162]接著，使用圖7對推力箱片軸承20的制造方法進行說明，尤其是對由兩條箱片30、 30’組裝箱片構件22的方法進行說明。需要說明的是，雖然兩條箱片30、30’的材質及形狀完全相同，但在圖7中，為了便于理解，在一方的箱片30’標注散點。另外，在此，將箱片30、30’ 的中心軸向作為上下方向進行說明。
[0163]首先，將圖7(a)所示的兩條箱片30、30’如圖7(b)所示在上下方向重疊配置。從上側的箱片30的半徑方向的豁口 34插入下側的箱片30 ’的葉片31’的自由端3 la ’。由此，下側的箱片30’的葉片31’的自由端31a’配置在上側的箱片30的連結部32(延伸部32b)的上方。 然后，通過使兩條箱片30、30’相對地旋轉，如圖7(c)所示，下側的箱片30’的葉片31’的自由端31a’到達上側的箱片30的葉片31的端部31b的上方。根據以上內容，上側的箱片30的葉片 31和下側的箱片30’的葉片31’構成在圓周方向上交替配置的箱片構件22。此時，在各葉片 31、31’的上表面設置的推力軸承面31c、31c’在圓周方向上交替配置，并且在圓周方向上無縫配置。[〇164]如上述那樣，將兩條箱片30、30’形成為一體的箱片構件22固定于推力構件21的端面21a(參照圖4)。固定方法并沒有特別地限定，例如通過粘合、焊接而被固定。例如，在重疊兩條箱片30、30’的狀態下，在連結部32、32’的環狀部32a、32a’的圓周方向多處位置，通過一次性焊接將兩條箱片30、30’固定于推力構件21。根據以上內容，推力箱片軸承20完成(參照圖2)。
[0165]如上述那樣，由于推力箱片軸承20利用連結部32、32 ’將多個葉片31、31’形成為一體，因此與一個個單獨設置多個葉片的情況相比，部件件數減少，并且能夠大幅度地簡化葉片31、31’向推力構件的組裝操作。另外，如上述那樣，通過組合兩條箱片30、30’，由于能夠簡單地設置多個葉片31、31’，因此能夠提高軸向方向的負載容量。
[0166]當軸6朝向圓周方向一方進行旋轉時，在徑向箱片軸承10的各葉片12的徑向軸承面12c與軸6的對周面6a之間形成有徑向軸承間隙R。由在該徑向軸承間隙R產生的流體膜 (空氣膜)在徑向方向上非接觸支承軸6 (參照圖3)。與此同時地，在凸緣部40的軸向兩側的端面41與在凸緣部40的軸向兩側設置的推力箱片軸承20的推力軸承面31c、31c’之間形成有朝向圓周方向一方而縮窄軸向寬度的推力軸承間隙T。利用在該推力軸承間隙T產生的流體膜(空氣膜)而在兩軸向方向上非接觸支承有軸6 (參照圖5)。此時，喲與徑向箱片軸承10 的葉片12及推力箱片軸承20的葉片31、31’具有撓性，由此各葉片12、31、31’的軸承面12c、 31c、31c’根據負載或軸6的旋轉速度、周圍溫度等運轉條件而任意地變形，因此徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T被自動調整為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即便在高溫、高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T管理為最佳寬度，從而能夠穩定地對軸6進行支承。需要說明的是，實際的徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T的寬度為數十Mi左右的微小寬度，在圖3及圖5中將該寬度夸張地描繪出。
[0167]在箱片軸承10、20中，在軸6的將要停止之前、剛起動之后的低速旋轉時，難以在葉片12的徑向軸承面12c及葉片31、31’的推力軸承面31c和31c’、軸6的對周面6a形成表面粗糙度以上的厚度的空氣膜。因此，在徑向軸承面12c與軸6的對周面6a之間、以及推力軸承面 31c、31c’與凸緣部40之間產生金屬接觸。為了減少因該金屬接觸而產生的摩擦力并實現葉片12、31、31’的損傷及轉矩減少，期望在徑向軸承面12c及推力軸承面31c、31c’形成使表面低摩擦化的被膜。作為此類被膜，能夠使用例如DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。DLC膜、 氮化鈦膜、氮化鋁膜能夠通過CVD、PVD形成，二硫化鉬膜能夠由噴霧器簡單地形成。尤其是 DLC膜、氮化鋁鈦膜為硬質，因此能夠由上述膜來形成被膜，由此還能夠提高徑向軸承面12c 及推力軸承面31c、31c’的耐磨損性，從而延長軸承壽命。需要說明的是，也可以替代上述那樣的被膜形成于徑向軸承面12c及推力軸承面31c、31c’的情況、或者在其基礎上將該被膜形成于與上述面對置的軸6的對周面6a及凸緣部40的端面41。
[0168]在軸承的運轉過程中，由于在葉片12的背面(與徑向軸承面12c相反一側的面)與外側構件11的內周面11a之間、葉片31、31’的背面(與推力軸承面31c、31c’相反一側的面) 與推力構件21的端面21a之間也產生微小滑動，因此也可以在該滑動部分、及葉片12、31、 31’的背面、與其接觸的外側構件11的內周面11a及推力構件21的端面21a的一方或雙方形成上述的被膜，由此實現耐磨損性的提高。需要說明的是，為了提高振動的衰減作用，也具有在該滑動部下優選存在一定程度的摩擦力的情況，因此在該部分的被膜處沒有像上述那樣地要求低摩擦性。因而，作為該部分的被膜而優選使用DLC膜、氮化鈦膜、氮化鋁膜。
[0169]本發明并不局限于上述的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，在具有與上述的實施方式相同的功能的位置標注相同的附圖標記而省略重復說明。[〇17〇]推力箱片軸承20的葉片31、31’的形狀并不局限于上述說明，例如，如圖8?11所示，也可以使葉片31、31’的自由端31a、31a’的外徑端朝向內徑側而在軸6的旋轉方向在先側傾斜。由此，伴隨著軸6的旋轉，推力箱片軸承20的外徑側的空氣沿著葉片31、31’而送入內徑側(參照圖8的虛線箭頭)，因此能夠向推力軸承間隙T送入大量的空氣，推力軸承間隙T 中的壓力提高。具體來說，例如圖8所示，能夠將葉片31、31’的自由端31a、31a’排列為栗入式的螺旋形狀。在該情況下，自由端31a、31a’除了如圖8那樣形成為曲線狀之外，也可以形成為直線狀(省略圖示)。或者，如圖9及圖10所示，也可以將葉片31、31’的自由端31a、31a’ 設為人字形。人字形是指，使自由端31a、31a’的外徑端及內徑端朝向徑向中央而與軸6的旋轉方向在先側傾斜的大致V字形狀。在該情況下，自由端31a、31a’可以形成為曲線狀(參照圖9)，也可以形成為直線狀(參照圖10)。需要說明的是，在圖8?10中，與圖7相同地，對相同形狀的兩條箱片30、30’中的一方的箱片30’標注散點而表示。[0171 ]另外，根據本發明，由于能夠將葉片31、31’簡單地組裝于推力構件21，因此能夠增加形成于箱片30、30’的葉片31、31’的數量。例如圖11所示的實施方式中示出在箱片30、30’ 分別各形成10個葉片31、31’并組合上述葉片31、31’而設置合計20個葉片的情況。如此，通過增加葉片31、31’的數量，能夠任意地變更軸向方向的負載容量。
[0172]另外，在圖12所示的實施方式中，在葉片31、31’的下方設置支承部51。支承部51從與推力軸承面31c、31c’相反的一側(圖中下側)對葉片31、31’進行支承。通過調整該支承部 51的形狀、厚度、個數、及配置位置，能夠自由地設定葉片31、31’的自由端31a、31a’的浮出高度，因此能夠調整葉片31、31’的傾斜角度、推力軸承面31c、31c’的形狀(曲率)，從而將推力軸承間隙T設定為最佳形狀。例如，在圖9所示的箱片構件22設置支承部51的情況下，如圖 13所示，能夠使用支承箱片50,該支承箱片50—體具有沿著葉片31、31’的自由端31a、31a’ 的、呈線狀的支承部51和將支承部51的外周連結起來的環狀部52。在圖12中，重疊使用兩條支承箱片50,并將重疊為雙重的支承部51沿著葉片31、31’的自由端31a、31a’而配置在其下方。
[0173]在以上的實施方式中，雖然示出箱片構件22由兩條箱片30、30’構成的情況，但并不局限于此，也可以由一條箱片、或三條以上的箱片構成箱片構件。[〇174]另外，在以上的實施方式中，雖然示出將推力構件21及箱片構件22設為固定側的情況，但也可以將上述構件設為旋轉側。但是，當使箱片構件22以高速旋轉時，在離心力的作用下可能導致箱片30、30’發生變形，因此從避免所述不良狀況的觀點出發，優選如上述的實施方式那樣將推力構件21及箱片構件22設為固定側。
[0175]另外，在以上的實施方式中，雖然示出將本發明所涉及的推力箱片軸承20應用于燃氣輪機的情況，但并不局限于此，也可以應用于例如圖14所示那樣的增壓機。該增壓機為向發動機63送入空氣的所謂的渦輪增壓機，具備壓縮機61和渦輪62。壓縮機61及渦輪62由軸6連結。軸6在徑向方向及兩軸向方向上被徑向箱片軸承10與推力箱片軸承20支承。在圖示例中，將徑向箱片軸承10設于在軸向上隔離的兩處位置。從未圖示的吸氣口吸入的空氣被壓縮機61壓縮，混合燃料而向發動機63供給。利用發動機63使混合燃料后的壓縮空氣燃燒，并利用從發動機63排出的高溫、高壓的氣體使渦輪62旋轉。此時的渦輪62的旋轉力經由軸6而傳遞至壓縮機61。使渦輪62旋轉后的氣體作為廢氣而向外部排出。
[0176]本發明所涉及的箱片軸承并不局限于燃氣輪機、增壓機，能夠作為在難以進行基于潤滑油等液體的潤滑、從能量效率的觀點出發而難以單獨設置潤滑油循環系統的輔助機、或由液體的剪切產生的阻力成為問題等限制條件下使用的機動車等的車輛用軸承、以及工業設備用的軸承而廣泛使用。
[0177]需要說明的是，雖然以上說明過的箱片軸承適于以空氣為潤滑劑的情況，但也能夠應用于其他氣體，在水、油等液體中也能夠進行工作。
[0178]以下，基于圖15?19而對本申請第二發明的實施方式進行說明。
[0179]圖15示出微型燃氣輪機(參照圖1)的轉子的支承構造，尤其是渦輪1與壓縮機2的軸向間的軸6的支承構造。該區域與借助高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1鄰接，因此，在此優選使用空氣動壓軸承，尤其優選箱片軸承。具體來說，由徑向箱片軸承10在徑向方向上支承軸6,并且由本發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承120在兩軸向方向上支承設于軸 6的凸緣部140。
[0180]徑向箱片軸承10的結構與圖3所示的結構相同，故省略重復說明。
[0181]如圖15及圖16所示，本發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承120具備:從軸6 的外周面6a向外徑突出設置的凸緣部140(旋轉構件)；固定于外殼150的推力構件121(固定構件)；配置于凸緣部140與推力構件121之間的箱片構件22。在本實施方式中，在凸緣部140 的軸向兩側設有一對推力構件121，在各推力構件121的端面121a固定有箱片構件122。在凸緣部140的一方的端面141a與一方的箱片構件22之間、及凸緣部140的另一方的端面142a與另一方的箱片構件22之間分別形成有推力軸承間隙T。
[0182]在推力箱片軸承120的凸緣部140及推力構件121分別安裝有磁鐵123、124。磁鐵123、124以彼此作用軸向方向的斥力的方式配置、即以同極之間(N極之間或S極之間)相向的方式配置。在本實施方式中，磁鐵123、124皆沿著圓周方向配置，具體來說，如圖17(a)、 (b)所示，磁鐵123、124呈在整周上連續的環狀，配置在同心上。在圖示例中，磁鐵123、124呈相同的形狀，且皆呈剖面為矩形的中空圓盤狀。如上述那樣，磁鐵123、124呈在整周上連續的環狀，由此能夠簡單地安裝于凸緣部140或推力構件121。
[0183]—方的磁鐵123固定于凸緣部140,在本實施方式中埋入凸緣部140的內部。具體來說，如圖16所示，設置將凸緣部140由軸向中間部分割而成的一對凸緣構件141、142,在該一對凸緣構件141、142的對置的端面形成環狀的凹部141b、142b，在使該凹部141b、142b對置而形成的空間配置有環狀的磁鐵123。當一方的磁鐵123與軸6—并以高速旋轉時可能發生破損，但如上述那樣，通過將一方的磁鐵123埋入凸緣部140的內部，能夠防止高速旋轉時的破損。需要說明的是，防止磁鐵123的破損的方法并不局限于上述方法，例如也可以安裝用于覆蓋磁鐵123的箱體。
[0184]另一方的磁鐵124固定于一對推力構件121的各自中。在本實施方式中，安裝于各推力構件121的另一方的端面121b(與箱片構件22相反的一側的端面)。具體來說，在推力構件121的另一方的端面121b形成環狀的凹部121c，在該凹部121c嵌合固定有環狀的磁鐵 124〇
[0185]如圖16所示，箱片構件22安裝于中空圓盤狀的推力構件121的端面121a。本實施方式的箱片構件22組合多個箱片而構成，在圖示例中由呈相同形狀的兩條金屬制的箱片30、 30’構成。各箱片30、30’的結構、組裝兩條箱片30、30’而形成箱片構件22的方法、及箱片構件22向推力構件121的端面121a固定的固定方法與圖4?7所示的內容相同，故省略重復說明。
[0186]當軸6朝向圓周方向一方進行旋轉時，在徑向箱片軸承10的葉片12的徑向軸承面 12c與軸6的外周面6a之間的徑向軸承間隙R產生流體膜，由該流體膜在徑向方向上非接觸支承軸6(參照圖3)。與此同時地，在推力箱片軸承120的一對箱片構件22的推力軸承面(葉片31、31’的軸承面31〇、31(:’)與凸緣部140的端面141&、142&之間的推力軸承間隙1'產生流體膜，由該流體膜在兩軸向方向上非接觸支承有軸6(參照圖16)。此時，由于徑向箱片軸承 10的葉片12及推力箱片軸承120的葉片31、31’具有撓性，由此各葉片12、31、31’的軸承面 12(3、31(3、31(:’根據負載或軸6的旋轉速度、周圍溫度等運轉條件而任意地發生變形，因此徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T被自動調整為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即便在高溫、高速旋轉這樣的嚴酷條件下，能夠將徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T管理為最佳寬度， 從而能夠穩定地對軸6進行支承。
[0187]另外，在設于推力箱片軸承120的磁鐵123、124的軸向方向的斥力的作用下，軸6的軸向方向上的支承力進一步提高。即，利用磁鐵123、124間的斥力，向使凸緣部140與推力構件121在軸向方向上分離的方向進行施力，從而對由推力軸承間隙T的流體膜來進行的軸向方向的支承進行輔助。尤其是，在因渦輪1的高速旋轉而向軸6施加軸向方向的較大負載、推力軸承間隙T變小的情況下，由于磁鐵123、124的距離靠近，因此在上述磁鐵123、124之間作用的斥力變大。由此，能夠根本避免凸緣部140與箱片構件22、推力構件121接觸。需要說明的是，當磁鐵123、124間的斥力變大時，作用于凸緣部140的力變大，可能導致凸緣部140相對于推力構件121傾斜而使推力軸承間隙T在圓周方向上變得不均勻，但軸6以高速進行旋轉，由此徑向軸承間隙R中的流體膜的壓力升高，軸6的力矩剛性變高，因此能夠防止所述不良狀況。
[0188]期望在箱片軸承10、120的徑向軸承面12c及推力軸承面31c、31c’形成使表面低摩擦化的被膜。作為此類被膜，能夠使用例如DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。也可以替代上述被膜形成于徑向軸承面12c及推力軸承面31c、31c’、或在此基礎上將該被膜形成于與上述的面對置的軸6的外周面6a及凸緣部140的端面的情況。另外，也可以在葉片12、31、31’ 的背面、與其接觸的外側構件11的內周面11 a及推力構件121的端面121 a的一方或雙方形成上述的被膜。
[0189]本發明并不局限于上述的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，在具有與上述的實施方式相同的功能的位置標注相同的附圖標記而省略重復說明。
[0190]例如，在上述的實施方式中，雖然示出將磁鐵123、124皆形成為在整周上連續的環狀的情況，但并不局限于此，也可以將磁鐵123、124的一方或雙方由在圓周方向上隔離地配置的多個磁鐵構成。在例如圖18所示的例子中，將磁鐵123、124兩者由在圓周方向上等間隔的多處位置(圖示例中為八處位置)配置的多個磁鐵123a、124a構成。多個磁鐵123a、124a分別固定于推力構件121的端面121b及凸緣構件141的端面。在該情況下，僅改變磁鐵123a、 124a的配置，就能夠自由地變更磁鐵123、124整體的直徑。例如在圖示例中，雖然以磁鐵123 的外徑D1與磁鐵124的外徑D2相等的方式配置，但并不局限于此，也可以是如下的設計:根據圖示將構成磁鐵124的各磁鐵124a配置于外徑側，并將磁鐵124的外徑D2形成得比磁鐵 123的外徑D1大。另外，各個磁鐵123a、124a無需是特別的形狀，能夠使用例如圖示例那樣的矩形狀(立方體)的磁鐵123a、124a。如此，磁鐵123a、124a的形狀簡單即可，由于能夠使用成品的廉價磁鐵，因此能夠實現制造成本的降低。
[0191]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了在凸緣部140及推力構件121安裝有相同形狀的環狀的磁鐵123、124的情況，但并不局限于此。例如，在圖19所示的實施方式中，使安裝于凸緣部140的磁鐵123的外徑和安裝于推力構件121的磁鐵124的外徑不同，將上述構件配置在同心上。具體來說，將磁鐵124的外徑設定得比磁鐵123的外徑大，在大徑的磁鐵124 的內徑側配置小徑的磁鐵123。磁鐵123、124可以為在整周上連續的環狀(參照圖17)，也可以由在圓周方向上隔離地配置的多個磁鐵構成(參照圖18)。在該情況下，根據在兩磁鐵 123、124之間產生的斥力的徑向方向成分，能夠將小徑的磁鐵123朝向內徑側進行施力，因此能夠對兩磁鐵123、124的徑向方向的偏差、以及凸緣部140與推力構件121之間的徑向方向的偏差進行修正，并使凸緣部140基于磁鐵123、124的支承穩定。
[0192]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了在固定構件(推力構件121)固定有箱片構件的情況，但與此相反地，也可以將箱片構件固定于旋轉構件(凸緣部140)。在該情況下，在設于箱片構件的葉片的推力軸承面與固定構件的端面之間形成有楔形的推力軸承間隙。但是，當將箱片構件固定于旋轉構件時，箱片構件以高速進行旋轉，因此在離心力的作用下可能導致箱片發生變形。因而，從避免箱片的變形的觀點出發，優選將箱片構件安裝于固定構件。
[0193]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了在凸緣部140的軸向兩側設置推力構件 121及箱片構件122、且在兩軸向方向上對凸緣部140進行支承的結構，但并不局限于此，也可以是僅在凸緣部140的軸向一方設置推力構件121及箱片構件22、僅在軸向方向一方進行支承的結構。上述的結構能夠應用于不需要軸向方向另一方的支承的情況、由其他結構來實現軸向方向另一方的支承的情況等。
[0194]另外，在以上的實施方式中，雖然推力箱片軸承120的箱片構件22通過組合一體具有多個葉片31的箱片30和一體具有多個葉片31’的箱片30’來構成，但并不局限于此。例如， 也可以是將多個葉片一個一個地固定于推力構件121的結構。或者，也可以采用由具有推力軸承面的頂層箱片和配置于頂層箱片與推力構件之間的波形的底層箱片構成的凸塊箱片型的箱片構件。
[0195]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將本發明所涉及的推力箱片軸承120應用于燃氣輪機的情況，但并不局限于，也可以應用于例如圖14所示那樣的增壓機。
[0196]本發明所涉及的箱片軸承的用途并不局限于燃氣輪機、增壓機。例如，能夠作為難以實現由潤滑油等液體來進行的潤滑、從能量效率的觀點出發難以單獨設置潤滑油循環系統的輔助機、或在由液體的剪切產生的阻力成為問題等的限制下使用的機動車等的車輛用軸承以及工業設備用的軸承而廣泛使用。
[0197]需要說明的是，以上說明過的箱片軸承雖然適于以空氣為潤滑劑的情況，但也能夠應用于其他氣體，在水、油等液體中也能夠進行工作。
[0198]以下，基于圖22?36對本申請第三發明的實施方式進行說明。
[0199]圖22示出微型燃氣輪機(參照圖1)的轉子的支承構造，尤其是渦輪1與壓縮機2的軸向間的軸6的支承構造。由于該區域與借助高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1鄰接，因此， 在此優選使用空氣動壓軸承，尤其是優選箱片軸承。具體來說，利用在徑向方向上對軸6進行支承的徑向箱片軸承10、和在兩軸向方向上對設于軸6的凸緣部240進行支承的推力箱片軸承220,轉子被旋轉自如地支承。在本實施方式中，對將本發明的一實施方式所涉及的箱片軸承應用于推力箱片軸承220的情況進行說明。
[0200]徑向箱片軸承10的結構與圖3所示的結構相同，故省略重復說明。
[0201]如圖22?24所示，推力箱片軸承220具備:從軸6的外周面6a向外徑突出設置的凸緣部240(旋轉構件)；固定于外殼242的圓盤狀的推力構件221(固定構件)；配置于凸緣部 240與推力構件221之間的多個葉片箱片(葉片230)。在本實施方式中，在凸緣部240的軸向兩側設有軸承構件220a。軸承構件220a由圓盤狀的推力構件221(固定構件)、和在推力構件 221的端面221a上以在圓周方向上等間隔地排列的狀態固定的多個葉片230構成。
[0202]葉片230由具有與徑向箱片軸承10的葉片12相同的材質及厚度的金屬制的一條箱片構成，呈沿著推力構件221的圓周方向的扇形。葉片230的圓周方向一方(軸6的旋轉方向在先側，圖中左側)的端部為自由端231，圓周方向另一方的端部為固定于推力構件221的固定端232。在各葉片230中的、與推力構件221的相反一側的面設有將凸緣部240側設為凸部的曲面狀的推力軸承面233。推力軸承面233呈無孔、無臺階差的平滑的曲面狀。需要說明的是，彈簧230a示意性地表示葉片230的彈性，實際上并未設置。[〇2〇3]如圖25所示，在各葉片230的自由端231，在自由端231的延伸方向(在本實施方式中為徑向)上交替設置有多個切口部231a和與推力軸承面233連續的齒背部231b。圖示例中為，通過將自由端231形成為Z字形，交替形成有三角形的切口部231a及齒背部231b。
[0204]當軸6朝向圓周方向一方進行旋轉時，在徑向箱片軸承10的各葉片12的徑向軸承面12c與軸6的外周面6a之間，形成有朝向圓周方向一方而縮窄半徑方向寬度的楔形的徑向軸承間隙R(參照圖3)。利用在該徑向軸承間隙R產生的流體膜(空氣膜)，在徑向方向上非接觸支承軸6。與此同時地，在推力箱片軸承220的各葉片230的推力軸承面233與凸緣部240的軸向兩側的端面241之間，形成有朝向圓周方向一方而縮窄軸向寬度的推力軸承間隙T(參照圖23)。利用在該推力軸承間隙T產生的流體膜(空氣膜)，在兩軸向方向上非接觸支承軸 6。需要說明的是，實際的徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T的寬度為數十wii左右的微小的寬度，在圖3及圖23中將該寬度夸張描繪。[〇2〇5]此時，如圖23所示，推力軸承間隙T的小間隙部T1中的高壓的流體的一部分直接向軸6的旋轉方向在先側排出，由此大間隙部T2的凸緣部240附近(圖中上方部分)的流體進行流動(參照圖23的箭頭V1)。與此同時地，小間隙部T1的流體的一部分經由切口部231a而向葉片230的背側(圖中下方)排出，從而大間隙部T2的推力軸承面233附近(圖中下方部分)的流體進行流動(參照圖23的箭頭V2)。由此，大間隙部T2整體的流體有力地流動，從大間隙部 T2向下一小間隙部T1流入的流體量增大，因此能夠提高在小間隙部T1產生的壓力并提高軸向方向的負載容量。
[0206]另外，此時，由于徑向箱片軸承10的葉片12及推力箱片軸承220的葉片230具有撓性，由此各葉片12、230的軸承面12c、233根據負載、軸6的旋轉速度、周圍溫度等運轉條件而任意地發生變形，因此徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T被自動調整為與運轉條件對應的適當寬度。因此，即便在高溫、高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T管理為最佳寬度，從而能夠穩定地對軸6進行支承。[〇2〇7] 期望在箱片軸承10、220的徑向軸承面12c及推力軸承面233形成使表面低摩擦化的被膜。作為此類被膜，能夠使用例如DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。也可以替代上述被膜形成于徑向軸承面12c及推力軸承面233的情況、或在此基礎上而形成于與上述的面對置的軸6的外周面6a及凸緣部240的端面241。另外，也可以在葉片12、30的背面、與其接觸的外側構件11的內周面11a及推力構件221的端面221a的一方或雙方形成上述的被膜。
[0208]本發明并不局限于上述的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，在具有與上述的實施方式相同的功能的位置標注相同的附圖標記而省略重復說明。[〇2〇9]葉片230的自由端231的形狀并不局限于上述內容，例如圖26所示，也可以將葉片 230的自由端231形成為波形。或者，如圖27所示，也可以在葉片230的自由端231的在半徑方向上隔離的多處位置設置多個豁口 231a。另外，豁口 231a及齒背部231b的形狀除了三角形 (參照圖25)、波形(參照圖26)、圓弧形狀(參照圖27)之外，也可以是矩形、梯形(省略圖示)。
[0210]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了葉片230的自由端231沿著半徑方向而延伸的情況，但并不局限于此，例如圖28及圖29所示，也可以使葉片230的自由端231的外徑端朝向內徑側而向軸6的旋轉方向在先側傾斜。由此，伴隨著軸6的旋轉，推力箱片軸承220的軸承構件220a的外徑側的空氣沿著葉片230而送入內徑側(參照圖28的虛線箭頭)，因此能夠向推力軸承間隙T送入大量的空氣，推力軸承間隙T中的壓力進一步升高。具體來說，例如圖28所示，能夠將葉片230的自由端231排列為栗入式的螺旋形狀。或者，如圖29所示，也可以將葉片230的自由端231設為人字形。需要說明的是，人字形是指，使自由端231的外徑端及內徑端朝向徑向中央而向軸6的旋轉方向在先側傾斜的大致V字形狀。
[0211]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了將多個葉片箱片一個一個單獨形成的情況，但并不局限于此，也可以在例如一條箱片上形成多個葉片箱片。在例如圖30所示的實施方式中，組合具有多個葉片箱片的兩條箱片260、260’而構成箱片構件250,并將該箱片構件 250固定于推力構件221。
[0212]在此，對箱片260、260 ’的結構進行說明。需要說明的是，由于箱片260、260 ’是完全相同的結構，因此僅對一方的箱片260的結構進行說明，并省略另一方的箱片260’的說明 (在圖30中，在另一方的箱片260’中的、與一方的箱片260對應的位置標注“’”而表示)。 [〇213]箱片260呈圓形，在其中心設有用于供軸6插通的圓形的孔263。在本實施方式中， 通過利用線切割加工、沖壓加工等在一條箱片260上形成大致L字型的豁口，形成有在圓周方向上等間隔地配置的多個(圖示例中為四個)葉片261及連結部262。具體來說，在圓形的箱片260的圓周方向上等間隔的多處位置(圖示例中為4位置)處，設有從孔263朝向外徑延伸為Z字形且在比箱片260的外徑端靠近前的位置終止的半徑方向的豁口 264。而且，從各豁口 264的外徑端向圓周方向另一方(軸6的旋轉方向后方側，圖12的逆時針方向)延伸有圓周方向的豁口 265。通過將上述的豁口 264、265形成于箱片260,能夠一體地形成圓周方向一方的端部261a為沿軸向上下自由移動的自由端的多個葉片261、和將上述多個葉片261連結起來的連結部262。連結部262具有包圍多個葉片261的外周的環狀部262a、和從環狀部262a朝向內徑延伸的多個(圖示例中為四個)延伸部262b，延伸部262b與葉片261的圓周方向另一方的端部261b(在圖31中由虛線表示)連續。在圖示例中，連結部262的延伸部262b與葉片 261在圓周方向上具有相同的長度，上述構件在圓周方向上交替設置。葉片261的自由端 261a形成為交替地具有多個切口部261al及齒背部261a2的Z字形。
[0214]兩條箱片260、260’由圖7所示的方法組裝。在此省略重復說明。
[0215]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了將本發明應用于在軸向方向上對轉子進行支承的推力箱片軸承的情況，但并不局限于此，也可以將本發明應用于在徑向方向上對轉子進行支承的徑向箱片軸承。例如，如圖32及33所示的徑向箱片軸承210那樣，能夠在安裝于外側構件211 (固定構件)的葉片12的自由端12a交替設置多個切口部12al和與徑向軸承面12c連續的多個齒背部12b。由此，如圖33所示，徑向軸承面12c與軸6的外周面6a之間的徑向軸承間隙R中的、在徑向軸承面12c的自由端12a附近形成的小間隙部R1的流體經由切口部12al而向外徑側進行流動(參照箭頭B)。由此，能夠使大間隙部R2的流體有力地流動， 從而能夠增大從大間隙部R2向小間隙部R1流入的流體量并提高小間隙部R1中的壓力。 [〇216]另外，在上述的徑向箱片軸承10中，也可以將多個葉片由一條箱片構成。例如圖34 及圖35所示的箱片構件270將一條帶狀箱片繞軸6卷繞，由此呈在徑向上使箱片重疊的漩渦狀的形態。在本實施方式中，例示出卷繞數為兩圈且將箱片的兩端270b、270c配置在圓周方向上的大致相同的位置的情況。由此，在箱片構件270的大致整周上的范圍內形成有將兩條箱片在半徑方向上重疊的雙重箱片部W。通過將雙重箱片部W中的、外側的箱片局部地向內徑側立起，形成有內徑端為自由端的第一葉片271，通過將內側的箱片局部地向內徑側立起，形成有內徑端為自由端的第二葉片272。除了箱片的兩端部270b、270c附近以外，第一葉片271及第二葉片272在圓周方向上交替配置。
[0217]第一葉片271及第二葉片272的內周面構成將外徑側設為凸部的曲面狀的軸承面 270d，在該軸承面270d與軸6的外周面6a之間形成有朝向軸6的旋轉方向縮小的楔形的徑向軸承間隙R。各葉片27U272的自由端在半徑方向上與在旋轉方向在先側鄰接的其他葉片重疊。
[0218]當進行圖35所示的箱片構件270的制作時，首先，如圖36(a)所示，通過線切割加工、沖壓加工在金屬制的平板狀箱片270的一方的側緣部以適當的間隔形成多個L字型的豁口 273。此時，另一方的側緣部276及鄰接的豁口 273間的區域277不斷開而以一體狀態殘留。 接著，如圖36(b)所示，將由豁口 273形成的舌片部274向相同方向彎折，然后將各舌片部274 設為內徑側而使平板狀箱片270滾壓為雙重的漩渦狀。當使第二卷箱片滾壓時，在第一卷的鄰接的舌片部274之間配置第二卷的舌片部274。此時，第二卷的舌片部274通過開口部275 而導入第一卷的舌片部274之間，該開口部275通過切開舌片部274而形成于第一卷箱片 270。按照以上的順序，由各舌片部274形成第一葉片271及第二葉片272。上述的葉片271、 272被一體具有側緣部276及鄰接的豁口間的區域277的環狀部270e保持為能夠彈性變形。
[0219]按照以上的順序制作出的箱片構件270在配置于外側構件211的內徑側的狀態下， 將其一端安裝于外側構件211，由此固定于外側構件211。例如在上述的箱片構件270的制作工序中，在帶狀箱片的一端部形成朝向外徑方向立起的安裝部270a，并將該安裝部270a嵌合固定于在外側構件211的內周形成的軸向槽211b，由此能夠將箱片構件270固定于外側構件 211。
[0220]在以上的實施方式中，雖然示出了將葉片箱片安裝于固定構件(推力構件221、外側構件211)的情況，但也可以將葉片箱片安裝于旋轉構件(軸6、凸緣部240)。在該情況下， 在設于葉片箱片的軸承面與固定構件之間形成有楔形的推力軸承間隙。但是，在該情況下， 葉片箱片與軸6—并高速地旋轉，因此在離心力的作用下可能導致葉片箱片發生變形。尤其是當使推力箱片軸承220的葉片箱片旋轉時，極可能因離心力而導致葉片箱片發生變形。因而，從避免葉片箱片的變形的觀點出發，優選將葉片箱片安裝于固定構件。[0221 ]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了推力箱片軸承220在凸緣部240的軸向兩側具有軸承構件220a且在兩軸向方向上對凸緣部240進行支承的結構，但并不局限于此，也可以是僅在凸緣部240的軸向一方設置軸承構件220a且僅在軸向方向一方進行支承的結構。上述的結構能夠應用于無需軸向方向另一方的支承的情況、由其他結構來實現軸向方向另一方的支承的情況等。
[0222]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將本發明所涉及的箱片軸承應用于燃氣輪機的情況，但并不局限于此，也可以應用于例如圖14所示那樣的增壓機。
[0223]本發明所涉及的箱片軸承并不局限于微渦輪、增壓機，能夠作為難以實現由潤滑油等液體來進行的潤滑、從能量效率的觀點出發而難以單獨設置潤滑油循環系統的輔助機、或因液體的剪切產生的阻力成為問題等的限制下使用的機動車等的車輛用軸承以及工業設備用的軸承而廣泛使用。
[0224]需要說明的是，雖然以上說明過的箱片軸承適于以空氣為潤滑劑的情況，但也能夠應用于其他氣體，在水、油等液體中也能夠進行工作。
[0225]以下，基于圖40?52對本申請第四發明的實施方式進行說明。
[0226]在圖40示出微型燃氣輪機(參照圖1)的轉子的支承構造，尤其是渦輪1與壓縮機2 的軸向間的軸6的支承構造。由于該區域與借助高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1鄰接，因此，在此優選使用空氣動壓軸承，尤其是優選箱片軸承。具體來說，利用在徑向方向上對軸6 進行支承的徑向箱片軸承10、和在兩軸向方向上對設于軸6的凸緣部340進行支承的推力箱片軸承320，將轉子旋轉自如地支承。
[0227]徑向箱片軸承10的結構與圖3所示的結構相同，故省略重復說明。[〇228]如圖40?42所示，本發明的一實施方式所涉及的推力箱片軸承320具備:從軸6的外周面6a向外徑突出設置的凸緣部340(旋轉構件)；固定于外殼342的圓盤狀的推力構件 321 (固定構件)；配置于凸緣部340與推力構件321之間的箱片構件。在本實施方式中，在凸緣部340的軸向兩側設有軸承構件320a，軸承構件320a由圓盤狀的推力構件321(固定構件) 和固定于推力構件321的端面321a的箱片構件構成。在圖示例中，箱片構件由以在圓周方向上等間隔排列的狀態固定于推力構件321的端面321a的多個葉片330構成。
[0229]葉片330由具有與徑向箱片軸承10的葉片12相同的材質及厚度的金屬制的一條箱片構成，呈沿著推力構件3 21的圓周方向的扇形。葉片330的圓周方向一方(軸6的旋轉方向在先側、圖中左側)的端部為自由端331，圓周方向另一方的端部為固定于推力構件321的固定端332。在各葉片330中的、與推力構件321相反一側的面設有將凸緣部340側設為凸起的曲面狀的推力軸承面333。推力軸承面333呈無孔、無臺階差的平滑的曲面狀。需要說明的是，彈簧330a示意性地表示葉片330的彈性，實際上并未設置。[〇23〇]如圖43所示，在各葉片330的自由端331，多個切口部331a和與推力軸承面333連續的齒背部331b在自由端331的延伸方向(在本實施方式中為半徑方向)上交替設置。在圖示例中，通過將自由端331形成為Z字形，交替形成有三角形的豁口部331a及齒背部331b。 [〇231]在各葉片330的推力軸承面333,沿圓周方向長大的突起設于在徑向上隔離的多處位置。在本實施方式中，在葉片330的表面固定整流構件334,由該整流構件334形成突起。整流構件334由例如細長方形的金屬板形成，通過粘合、焊接、熔敷等適當的方法來固定于葉片330的表面。整流構件334大致沿著圓周方向配置，在圖示例中，配置在與整流構件334的長邊方向任一點(例如長邊方向中央部)的圓周的切線方向平行的直線上。整流構件334設于推力軸承間隙T的大間隙部T兩側，在圖示例中，設于比各葉片330的圓周方向中央靠旋轉方向后方側的位置。整流構件334在半徑方向上等間隔地排列配置。需要說明的是，整流構件334并不局限于直線狀，也可以形成為與圓周方向平行的圓弧狀。另外，設于推力軸承面 333的突起并不局限于上述內容，例如也可以通過塑性加工(例如沖壓成形)而形成于葉片 330。在該情況下，當形成貫通葉片330的孔時，推力軸承間隙T的流體從孔排出而使壓力降低，因此需要在葉片330以不形成貫通孔的方式形成突起。[0232 ]當軸6朝向圓周方向一方進行旋轉時，在徑向箱片軸承10的各葉片12的徑向軸承面12c與軸6的外周面6a之間，形成有朝向圓周方向一方而縮窄徑向寬度的楔形的徑向軸承間隙R(參照圖3)。利用在該徑向軸承間隙R產生的流體膜(空氣膜)，在徑向方向上非接觸支承軸6。與此同時地，在推力箱片軸承320的凸緣部340的軸向兩側的端面341與設于其軸向兩側的箱片構件(葉片330)的推力軸承面333之間，形成有朝向圓周方向一方而縮窄軸向寬度的推力軸承間隙T(參照圖41)。利用在該推力軸承間隙T產生的流體膜(空氣膜)，在兩軸向方向上非接觸支承軸6。需要說明的是，實際的徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T的寬度為數十Mi左右的微小的寬度，在圖3及圖41中將該寬度夸張描繪出。
[0233]此時，如在圖41中箭頭A所示，推力軸承間隙T的小間隙部T1的流體經由切口部 331a而向葉片330的背側(圖中下方)流動。由此，大間隙部T2整體的流體有力地流動，從大間隙部T2向下一小間隙部T1流入的流體量增大，因此能夠提高在小間隙部T1產生的壓力并提高軸向方向的負載容量。
[0234]另外，伴隨著軸6的旋轉，推力軸承間隙T的流體在離心力的作用下欲向外徑流出。 該流體與設于葉片330的表面的整流構件334發生碰撞，由此流體沿著圓周方向流動(參照圖43的箭頭B)。根據該整流效果，能夠減少從推力軸承間隙T向外徑側流出的流體量，并增大向小間隙部T1流入的流體量而提高壓力。需要說明的是，由于施加于推力軸承間隙T的流體的離心力越是向外徑側越大，因此優選沿圓周方向長大的突起(整流構件334)設于推力軸承面333的至少外徑側(比徑向中央部靠外徑側)。在圖示例中，在推力軸承面333的半徑方向整個區域的范圍內等間隔地設有突起。另外，在本實施方式中，在葉片330的自由端331 形成豁口部331a，經由該豁口部331a而使推力軸承間隙T的流體向葉片330的背側流動，因此大間隙部T2中的流體容易紊亂。因而，由在葉片330設置突起(整流構件334)而引起的整流效果尤為有效。
[0235]另外，此時，徑向箱片軸承10的葉片12及推力箱片軸承320的葉片330具有撓性，由此各葉片12、330的軸承面12c、333根據負載或軸6的旋轉速度、周圍溫度等運轉條件而任意地發生變形，因此徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T被自動調整為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即便在高溫、高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將徑向軸承間隙R及推力軸承間隙T管理為最佳寬度，從而能夠穩定地對軸6進行支承。
[0236]期望在箱片軸承10、320的徑向軸承面12c及推力軸承面333形成使表面低摩擦化的被膜。作為此類被膜，能夠使用例如DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。也可以替代上述被膜形成于徑向軸承面12c及推力軸承面333的情況、或在此基礎上而形成于與上述的面對置的軸6的外周面6a及凸緣部340的端面341。另外，也可以通過在葉片12、330的背面、與其接觸的外側構件11的內周面lla(參照圖3)及推力構件321的端面321a(參照圖42)的一方或雙方形成上述被膜，從而實現耐磨損性的提高。
[0237]本發明并不局限于上述的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，在具有與上述的實施方式相同的功能的位置標注相同的附圖標記并省略重復說明。
[0238]例如，在上述的實施方式中，雖然示出在葉片330的表面設有突起(整流構件334) 的情況，但并不局限于此，例如圖44?46所示，也可以在葉片330的表面形成沿圓周方向長大的槽335。槽335通過塑性加工(例如沖壓成形)而形成于葉片330的表面。槽335以不貫通葉片330的方式形成(參照圖45)。另外，在圖示例中，槽335的槽寬度(徑向寬度)朝向旋轉方向在先側(自由端331側)而逐漸縮窄(參照圖44)。此外，槽335的槽深度朝向旋轉方向在先側逐漸加深(參照圖45)。即，如圖46所示，槽335在流體入口側(葉片330的固定端332側)處的槽寬度較寬，且槽深度變淺，在流體出口側(葉片330的自由端331側)處的槽寬度較窄，且槽深度變深。需要說明的是，在圖46中為了簡化附圖，在俯視觀察下將圓弧狀的葉片330示為矩形狀，并且將葉片330的自由端331示為直線狀。[〇239]如此，通過在葉片330上形成沿圓周方向長大的槽335,伴隨著軸6的旋轉，在推力軸承間隙T流動的流體侵入到槽335的內部并與槽335的側壁發生碰撞，由此流體沿著圓周方向流動(參照圖44的箭頭C)。尤其是圖示例的槽335中，流體入口側的槽寬度較寬，且槽深度變淺，因此流體容易進入。另外，通過使槽335的槽寬度朝向旋轉方向在先側端部逐漸縮窄，能夠提高從槽335的前端流出的流體的指向性。[〇24〇]需要說明的是，槽335的形狀并不局限于上述內容，例如也可以將槽335的槽深度設為恒定、或將槽寬度設為恒定(省略圖示)。另外，也可以將槽335設為沿圓周方向長大的矩形狀、或與圓周方向平行的圓弧狀。
[0241]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了葉片330的自由端331沿著徑向延伸的情況，但并不局限于此。例如，如圖47及圖48所示，也可以使葉片330的自由端331的外徑端朝向內徑側而向軸6的旋轉方向在先側傾斜。由此，伴隨著軸6的旋轉，推力箱片軸承320的外徑側的空氣沿著葉片330而送入內徑側(參照圖47的虛線箭頭)，因此能夠向推力軸承間隙T 送入大量的空氣，從而使推力軸承間隙T中的壓力進一步升高。具體來說，例如圖47所示，能夠將葉片330的自由端331排列為栗入式的螺旋形狀。或者，如圖48所示，也可以將葉片330 的自由端331設為人字形。需要說明的是，人字形是指，使自由端331的外徑端及內徑端朝向徑向中央而向軸6的旋轉方向在先側傾斜的大致V字形狀。
[0242]另外，在上述的實施方式中，雖然示出了將多個葉片一個一個單獨地形成的情況， 但并不局限于此，也可以在例如一條箱片形成多個葉片。在例如圖49所示的實施方式中，組合具有多個葉片361、361’的兩條箱片360、360’而構成箱片構件350,并將該箱片構件350固定于推力構件321。
[0243]在此，對箱片360、360 ’的結構進行說明。需要說明的是，由于箱片360、360 ’是完全相同的結構，因此僅對一方的箱片360的結構進行說明，并省略另一方的箱片360’的說明 (在圖49中，在另一方的箱片360’中的、與一方的箱片360對應的位置標注“’”而表示)。 [〇244]箱片360呈圓形，在其中心設有用于供軸6插入的圓形的孔363。在本實施方式中， 通過利用線切割加工、沖壓加工等在一條箱片360形成大致L字型的豁口，由此形成有在圓周方向上等間隔地配置的多個(圖示例中為四個)葉片361及連結部362。具體來說，在圓形的箱片360的圓周方向上等間隔的多處位置(圖示例中為四處位置)設有從孔363朝向外徑延伸為Z字形且在比箱片360的外徑端靠近前的位置終止的半徑方向的豁口 364。而且，從各豁口 364的外徑端向圓周方向另一方(軸6的旋轉方向后方側、圖50的逆時針方向)延伸有圓周方向的豁口 365。通過將半徑方向的豁口 364及圓周方向的豁口 365形成于箱片360,能夠一體地形成圓周方向一方的端部361a為沿軸向上下自由移動的自由端的多個葉片361和對上述多個葉片361進行連結的連結部362。連結部362具有包圍多個葉片361的外周的環狀部 362a和從環狀部362a朝向內徑延伸的多個(圖示例中為四個)延伸部362b，延伸部362b與葉片330的圓周方向另一方的端部362(在圖50中由虛線表示)連續。在圖示例中，連結部362的延伸部362b與葉片361在圓周方向上具有相同的長度，上述構件在圓周方向上交替設置。葉片361的自由端361a形成為交替具有多個切口部361al及齒背部361a2的Z字形。在葉片361 處，沿圓周方向長大的突起或槽366形成于在徑向上隔離的多處位置。
[0245]兩條箱片360、360’利用圖7所示的方法組裝。在此省略重復說明。[〇246]另外，葉片330的自由端331的形狀并不局限于上述內容，例如圖51所示，也可以將葉片330的自由端331形成為波形。或者，如圖52所示，也可以在葉片330的自由端331的在徑向上隔離的多處位置設置多個豁口 331a。另外，豁口 331a及齒背部331b的形狀除了三角形 (參照圖43)、波形(參照圖51)、圓弧形狀(參照圖52)以外，也可以是矩形、梯形(省略圖示)。 另外，也可以將自由端331形成為直線狀(省略圖示)。
[0247]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將箱片構件固定于固定構件(推力構件 321、外側構件11)的情況，但與此相反地，也可以將箱片構件固定于旋轉構件(凸緣部340、 軸6)。在該情況下，在設于箱片構件的軸承面與固定構件之間形成有楔形的推力軸承間隙或徑向軸承間隙。但是，在該情況下，由于箱片構件與軸6—并以高速進行旋轉，因此在離心力的作用下可能導致箱片構件發生變形。尤其是當使推力箱片軸承320的箱片構件旋轉時， 極可能因離心力而導致箱片構件發生變形。因而，從避免箱片構件的變形的觀點出發，優選將箱片構件固定于固定構件。
[0248]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了在凸緣部340的軸向兩側設置軸承構件 320a且在兩軸向方向上對凸緣部340進行支承的結構，但并不局限于此，也可以是僅在凸緣部340的軸向一方設置軸承構件320a且僅在軸向方向一方進行支承的結構。上述的結構能夠應用于無需軸向方向另一方的支承的情況、由其他結構來實現軸向方向另一方的支承的情況等。
[0249]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將本發明應用于葉片型的推力箱片軸承的情況，但并不局限于此。例如，也可以將本發明應用于由具有推力軸承面的頂層箱片和配置于頂層箱片與推力構件之間的波形的底層箱片構成的凸塊箱片型的推力箱片軸承、同時采用葉片型與凸塊箱片型的推力箱片軸承(在葉片與推力構件之間配置有底層箱片)。
[0250]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將本發明所涉及的推力箱片軸承320應用于燃氣輪機的情況，但并不局限于此，也可以應用于例如圖14所示那樣的增壓機。
[0251]本發明所涉及的箱片軸承并不局限于微型渦輪、增壓機，也能夠作為難以實現由潤滑油等液體來進行的潤滑、從能量效率的觀點出發而難以單獨設置潤滑油循環系統的輔助機、或在因液體的剪切而產生的阻力成為問題等的限制下使用的機動車等的車輛用軸承以及工業設備用的軸承而廣泛使用。
[0252]需要說明的是，雖然以上說明的箱片軸承適于以空氣為潤滑劑的情況，但也可以應用于其他氣體，在水、油等液體中也可以進行工作。
[0253]以下，基于圖53?57對本申請第五發明的實施方式進行說明。
[0254]圖53示出微型燃氣輪機(參照圖1)的轉子的支承構造，尤其是渦輪1與壓縮機2的軸向間的支承構造。由于該區域與借助高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1鄰接，因此應用空氣動壓軸承，尤其是箱片軸承410。
[0255]本發明的一實施方式所涉及的箱片軸承410由在軸向排列設置的第一軸承部420 及第二軸承部420’構成。如圖54的分解圖所示，第一軸承部420具備:從軸6向外周突出設置的環狀的突出部421;設于突出部421的外周的環狀的外側構件422;設于突出部421與外側構件422之間的箱片構件423。第二軸承部420成為使第一軸承部420在軸向反轉的結構，具備突出部421’、外側構件422’、及箱片構件423’。需要說明的是，在圖54中，雖然將箱片軸承 410的圓周方向一部分切口而示出，實際上如圖55所示，突出部421、421’及外側構件422、 422’呈在整周上連續的環狀，箱片構件423、423’在大致整周上設置。
[0256]第一軸承部420的突出部421固定于軸6的外周面6a，外側構件422固定于外殼430 的內周(參照圖53)。第一軸承部420具有相互對置的一對第一錐面，在圖示例中，具有形成于突出部421的第一錐狀外周面421a及形成于外側構件422的第一錐狀內周面422a。第一錐狀外周面421a與第一錐狀內周面422a的相對于軸向的傾斜角度相同。
[0257]箱片構件423具備帶有撓性的軸承面A，且配置于突出部421的第一錐狀外周面 421a與外側構件422的第一錐狀內周面422a之間的錐狀的空間。在本實施方式中，如圖55所示，在設于固定側的外側構件422的第一錐狀內周面422a固定有箱片構件423,在設于旋轉側的突出部421的第一錐狀外周面421a與箱片構件423的軸承面A之間形成有軸承間隙S。需要說明的是，實際的軸承間隙S的寬度為數十mi左右的微小的寬度，在圖55中將該寬度夸張地描繪出。[〇258]本實施方式的箱片構件423由具有軸承面A的金屬制的頂層箱片423a和對頂層箱片423a進行彈性支承的金屬制的底層箱片423b構成，是所謂的凸塊箱片型(參照圖54)。頂層箱片423a由一條錐狀的箱片構成，在內周面設有軸承面A(參照圖55)。軸承面A呈無孔、無臺階差的平滑的錐面狀。頂層箱片423a的一端423al嵌合固定于在外側構件422的內周面 422a形成的槽422b。底層箱片423b由整體上呈錐狀的一條箱片構成，且配置于頂層箱片 423a與外側構件422之間。在底層箱片423b設有從圓周方向多處位置向外徑突出的彎曲部 423bl。底層箱片423b的一端423b3嵌合固定于外側構件422的內周面422a的槽422b。底層箱片423b的彎曲部423bl的外徑端與外側構件422的第一錐狀內周面422a抵接，并且底層箱片 423b的內周面423b2與頂層箱片423a的外周面抵接，由此頂層箱片423a被底層箱片423b從外周彈性地支承。[〇259]頂層箱片423a及底層箱片423b由薄膜的箱片形成，該薄膜的箱片由富有彈性、且加工性良好的金屬、例如鋼材料、銅合金構成。如本實施方式那樣，在使用空氣作為流體膜的空氣動壓軸承中，由于在環境中不存在潤滑油，因此無法期待基于油的防銹效果。作為鋼材料、銅合金的代表例，能夠舉出碳鋼、黃銅，但普通的碳鋼容易產生因銹而導致的腐蝕，黃銅有時產生因加工變形而導致的季裂(黃銅中的Zn的含有量越多、該趨勢越強)。因此，作為帶狀箱片而優選使用不銹鋼或青銅制的材料。[〇26〇]第二軸承部420 ’具有彼此對置的一對第二錐面，在本實施方式中，如圖53所示，具有形成于突出部421’的第二錐狀外周面421a’及形成于外側構件422’的第二錐狀內周面 422a’。第一軸承部420的第一錐面在軸向一方側(渦輪1側、圖中右側)配置大徑部，第二軸承部420’的第二錐面在軸向另一方側(壓縮機兩側、圖中左側)配置大徑部。其結果是，第一錐面及第二錐面中，大徑部配置于軸向內側，小徑部配置于軸向外側。需要說明的是，第二軸承部420’的各結構通過使第一軸承部420的各結構在軸向反轉而得到，因此在對應的結構的附圖標記標注“ ”而表示，并省略詳細說明。[〇261]當軸6朝向圓周方向一方進行旋轉時，在箱片軸承410的第一軸承部420及第二軸承部420’的軸承面A、A’與突出部421、421’的錐狀外周面421a、421a’之間形成有軸承間隙 S、S ’，利用在該軸承間隙S、S ’產生的流體膜，在徑向方向及軸向兩方向上非接觸支承有軸6 (參照圖53)。尤其是在如圖示那樣使軸6與地面平行地旋轉的情況下，由于軸6在因自重而相對于外側構件422、422’向下方偏心，因此在上述構件之間形成有朝向圓周方向一方而縮窄的楔形的軸承間隙S、S’。而且，伴隨著軸6的旋轉，楔形的軸承間隙S、S’的流體向寬度較窄側壓入，由此流體膜的壓力升高。
[0262]此時，頂層箱片423a、423a’及底層箱片423b、423b’具有撓性，由此頂層箱片423a、 423a’的軸承面A、A’根據負載、軸6的旋轉速度、周圍溫度等運轉條件而任意地發生變形，因此軸承間隙S被自動調整為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即便在高溫、高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將軸承間隙S管理為最佳寬度，從而能夠穩定地對軸6進行支承。
[0263]如此，通過在錐狀的軸承面A、A’與錐狀外周面421a、421a’之間形成軸承間隙S、 S ’，能夠利用在各軸承間隙S、S ’產生的流體膜來在徑向方向及軸向方向上對軸6進行支承。另外，通過將第一錐面與第二錐面軸向對稱地設置，能夠在兩軸向方向上對軸6進行支承。
[0264]另外，由于軸承間隙S、S’形成在相對于軸向方向傾斜的方向(錐狀的軸承面A、A’ 的法線方向)，因此與軸承間隙在軸向方向上形成的情況相比，能夠減小軸6的軸向方向上的移動允許量(參照圖58及圖59)。由此，如圖53所示，能夠將渦輪1與將其收容于內周的殼體431之間的軸向方向間隙T1、及壓縮機2與將其收容于內周的殼體432之間的軸向方向間隙T2設定得較小，從而能夠提高基于渦輪1的轉換效率及基于壓縮機2的壓縮率。
[0265]期望在箱片軸承410的軸承面A、A’形成使表面低摩擦化的被膜。作為此類被膜，能夠使用例如DLC膜、氮化鋁鈦膜、或二硫化鉬膜。也可以將上述的被膜代替形成于軸承面A、 A’、或在此基礎上而形成于與上述的面對置的突出部421、421’的錐狀外周面421a、421a’。 [〇266]另外，在軸承的運轉過程中，由于在頂層箱片423a的背面(與軸承面A相反一側的面)與底層箱片423b的內周面42362之間、底層箱片423b的彎曲部423bl與外側構件422、 422’的錐狀內周面422a、422a’之間也產生微小滑動，因此也可以通過在該滑動部分也形成上述被膜，從而實現耐磨損性的提高。需要說明的是，為了提高振動的衰減作用，有時優選在該滑動部存在一定程度的摩擦力，因此對于該部分的被膜沒有像上述那樣要求低摩擦性。因而，作為該部分的被膜而優選使用DLC膜、氮化鈦膜、氮化鋁膜。
[0267]本發明并不局限于上述的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，在具有與上述的實施方式相同的功能的位置標注相同的附圖標記并省略重復說明。
[0268]例如，在圖56所示的實施方式中，將第一軸承部420及第二軸承部420’以第一錐面及第二錐面的大徑部配置于軸向外側的方式配置。由此，能夠將軸承間隙S、S’的大徑部間的軸向距離形成得比圖53所示的實施方式大。由于軸6(突出部421、421’)相對于外側構件 422、422’的周速是越靠近第一錐面及第二錐面的大徑側越變快，因此在軸承間隙S、S’產生的流體膜的壓力在第一錐面及第二錐面的大徑部處變得最高。因而，如圖56所示，通過增大軸承間隙S、S’的大徑部間的軸向距離(軸承跨距)，能夠提高箱片軸承410的軸承剛性，尤其是力矩剛性。
[0269]另外，在以上的實施方式中，雖然示出第一錐面與第二錐面成為在軸向上對稱的形狀的情況，但并不局限于此，也可以使上述的傾斜角度不同。[〇27〇]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將箱片軸承410的第一軸承部420及第二軸承部420’由凸塊箱片型的箱片軸承構成的情況，但并不局限于此，也可以將第一軸承部 420及第二軸承部420’的任一方或雙方由將多個葉片箱片在圓周方向上排列配置的、所謂葉片型的猜片軸承來構成。[〇271]具體來說，例如圖57所示，能夠在外側構件422的錐狀內周面422a將作為箱片構件的多個葉片箱片(葉片424)在圓周方向上排列配置。各葉片424由金屬制的薄膜箱片形成， 圓周方向一方(軸6的旋轉方向(參照箭頭)在先側)的端部424a為自由端，圓周方向另一方的端部424b固定于外側構件422。葉片424的固定端424b嵌合固定于在外側構件422的內周面422a形成的槽422c。葉片424的自由端424a側的一部分區域在半徑方向上與其他葉片424 重疊配置。多個葉片424的內徑側的面構成無孔、無臺階差的的平滑的軸承面A，在各葉片 424的軸承面A與突出部421的外周面421a之間形成有朝向圓周方向一方而縮窄半徑方向寬度的楔形的軸承間隙S。
[0272]然而，在凸塊箱片型的箱片軸承中，在使軸6與地面平行地旋轉的情況(參照圖53)下，如上述那樣，軸6因自重而相對于外側構件422、422’向下方偏心，由此在上述構件之間形成有楔形的軸承間隙。然而，例如在使軸6與地面垂直地旋轉的情況下，由于軸6因自重而沿著錐面向軸承中心進行調心，因此不形成楔形的軸承間隙而流體膜的壓力難以升高。與此相對地，在圖57所示的葉片型的箱片軸承中，在軸6配置于軸承中心的狀態下也形成有楔形的軸承間隙S，因此能夠與軸6的偏心狀態無關地產生較高的壓力。因而，從能夠減少部件件數的觀點及能夠容易地調整底層箱片的彈性的觀點出發，優選采用凸塊箱片型的箱片軸承。另一方面，在軸6與地面垂直的情況、軸向負載比徑向負載大的情況下，優選采用葉片型的箱片軸承。
[0273]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將箱片軸承410由在軸向方向一方對軸6 進行支承的第一軸承部420和在軸向方向另一方對軸6進行支承的第二軸承部420’構成的情況，但并不局限于此，也可以將箱片軸承410僅由任一方的軸承部構成。[〇274]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了在固定側的構件(外側構件422、422’)固定有箱片構件423、423’的情況，但與此相反，也可以將箱片構件423、423’固定于旋轉側的構件(軸6的突出部421、421’)。在該情況下，在箱片構件423、423’的軸承面4與外側構件 422、422’的錐狀內周面422a、422a’之間形成有軸承間隙S、S’。但是，當將箱片構件固定于旋轉側的構件時，由于箱片構件以高速進行旋轉，因此在離心力的作用下可能導致箱片發生變形。因而，從避免箱片的變形的觀點出發，優選如上述的實施方式那樣將箱片構件安裝于固定側的構件。
[0275]另外，在以上的實施方式中，雖然示出了將本發明所涉及的箱片軸承410應用于燃氣輪機的情況，但并不局限于此，也可以應用于例如圖14所示那樣的增壓機。
[0276]本發明所涉及的箱片軸承并不局限于微渦輪、增壓機，也能夠作為難以實現由潤滑油等液體來進行的潤滑、從能量效率的觀點出發而難以單獨設置潤滑油循環系統的輔助機、或在因液體的剪切而產生的阻力成為問題等的限制下使用的機動車等的車輛用軸承以及工業設備用的軸承而廣泛使用。
[0277]需要說明的是，雖然以上說明的箱片軸承適于以空氣為潤滑劑的情況，但也能夠應用于其他氣體，在水、油等液體中也可以進行工作。
[0278]以上的本申請第一發明?第五發明的實施方式所述的各結構能夠適當地組合。
[0279]附圖標記說明如下:
[0280]1渦輪
[0281]2壓縮機
[0282]3發電機
[0283]4燃燒器
[0284]5再生器
[0285]6軸
[0286]7吸氣口
[0287]8換流器
[0288]9廢熱回收裝置
[0289]1〇徑向箱片軸承[〇29〇]20推力箱片軸承
[0291]21推力構件
[0292]22箱片構件
[0293]30箱片
[0294]31葉片
[0295]31a自由端
[0296]31b端部
[0297]31c推力軸承面
[0298]32連結部
[0299]40凸緣部
[0300]42外殼[〇3〇1]R徑向軸承間隙[〇3〇2]T推力軸承間隙
【主權項】
1.一種箱片軸承，其具備:固定構件;旋轉構件;配置于固定構件與旋轉構件之間且圓 周方向一端為自由端的多個葉片箱片，該箱片軸承借助設于葉片箱片的軸承面來形成楔形 的軸承間隙，并由在該軸承間隙產生的流體膜來支承旋轉構件，其特征在于，在葉片箱片的自由端交替地設有多個切口部和與軸承面連續的多個齒背部。2.根據權利要求1所述的箱片軸承，其中，葉片箱片的自由端形成為鋸齒形。3.根據權利要求1所述的箱片軸承，其中，葉片箱片的自由端形成為波形。4.根據權利要求1?3中任一項所述的箱片軸承，其中，在軸向方向上支承旋轉構件。5.根據權利要求1?3中任一項所述的箱片軸承，其中，在徑向方向上支承旋轉構件。6.根據權利要求1?3中任一項所述的箱片軸承，其中，所述箱片軸承用于燃氣輪機的轉子支承。7.根據權利要求1?3中任一項所述的箱片軸承，其中，所述箱片軸承用于增壓機的轉子支承。
【文檔編號】F16C27/02GK105952781SQ201610561066
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2012年7月25日
【發明人】吉野真人
【申請人】Ntn株式會社