箔片轴承单元的制作方法
箔片轴承单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种箔片轴承(foil bearing)单元。
【背景技术】
[0002]燃气轮机、涡轮增压器等的涡轮机械的支承主轴的轴承要求能够耐受高温、高速旋转这样的严酷环境。作为适于在这样的条件下使用的轴承，着眼于箔片轴承。箔片轴承通过对于弯曲刚性低而具有挠性的薄膜(箔片)构成轴承面，通过允许轴承面的挠曲来支承负载。在轴旋转时，在轴的外周面与箔片的轴承面之间形成有流体膜(例如空气膜)，对轴进行非接触支承。
[0003 ]例如，在下述的专利文献1以及专利文献2中示出应用了箔片轴承的涡轮机械。
[0004]在这些涡轮机械中，在涡轮轴上固定有旋转构件，它们通过箔片轴承被支承为旋转自如。旋转构件具有向外径突出的凸缘部，该凸缘部通过箔片轴承而在推力方向上被支承。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特表平9-510522号公报
[0008]专利文献2:日本特表平10-511446号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]在上述这种涡轮机械中，将箔片直接固定于设置在涡轮机械的壳体的内周面的作业较为困难。因此，通常，如上述专利文献1以及2那样，预先形成在圆筒状的外壳的内周固定有箔片的箔片轴承盒，通过将该箔片轴承盒固定于壳体的内周面，从而实现组装作业的容易化。另一方面，由于将箔片固定于壳体的端面的作业比较容易，因此在上述专利文献1以及2中，推力箔片直接固定于壳体的端面。
[0011]然而，在如上述那样在径向方向以及推力方向上支承轴的箔片轴承中，为了高精度地支承旋转轴，进行径向方向的支承的箔片(径向轴承箔片)与进行推力方向的支承的箔片(推力轴承箔片)的相对的位置关系非常重要。因此，需要高精度地设定安装径向轴承箔片的安装面与安装推力轴承箔片的安装面的相对的位置精度(例如直角度)。但是，在上述这种结构中，径向轴承箔片的安装面设置于轴承盒的外壳的内周面，另一方面，推力轴承箔片的安装面设置于壳体的端面，因此为了提高上述安装面的相对的位置精度，需要各构件的高精度的加工以及组装，制造成本增高。
[0012]本发明的第一目的在于提供一种不会导致制造成本的高涨而能够高精度地支承旋转轴的箔片轴承单元。
[0013]另外，当涡轮机械的涡轮轴高速旋转时，在旋转构件上施加有离心力。特别是，在如上述那样旋转构件上设置有向外径突出的凸缘部的情况下，随着涡轮轴的旋转而在凸缘部上施加有较大的离心力。当通过金属材料(例如不锈钢)形成这样的旋转构件时，凸缘部的重量增大，旋转构件以及涡轮轴的惯性力矩增大。涡轮机械、特别是涡轮增压器对于发动机的输出要求高旋转响应性，若如上述那样涡轮轴的惯性力矩增大，则旋转响应性降低。另夕卜，若旋转构件的重量大，则施加于旋转构件的离心力增大，因此存在旋转构件因离心力而破损的可能性。
[0014]本发明的第二目的在于被箔片轴承支承的旋转构件的旋转响应性以及离心强度(对于离心力的强度)的提高。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]为了实现上述第一目的而完成的本申请第一发明涉及一种箔片轴承单元，具备:第一箔片支架，其由一个部件构成;径向轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的内周面；推力轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的端面；以及内侧构件，其具有插入到所述第一箔片支架的内周的轴部以及从所述轴部向外径突出的凸缘部，通过在所述径向轴承箔片的轴承面与所述轴部的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件，并且通过在所述推力轴承箔片的轴承面与所述凸缘部的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。
[0017]这样，通过将径向轴承箔片以及推力轴承箔片安装于由一个部件构成的第一箔片支架，能够与各构件的加工精度、组装精度无关地高精度地设定两轴承箔片的安装面的相对的位置精度、以及径向轴承箔片的轴承面(径向轴承面)与推力轴承箔片的轴承面(推力轴承面)的相对的位置精度。这样，制成径向轴承面以及推力轴承面的相对的位置精度被高精度地设定的箔片轴承单元，通过将该单元组装于祸轮机械等，能够高精度地制成内侧构件以及涡轮机械等的旋转轴。需要说明的是，“由一个部件构成的构件”并非组合多个部件而构成的构件，而是指通过相同的材料一体地形成的构件。
[0018]在上述的箔片轴承单元中，例如能够由中空的套筒部构成内侧构件的轴部，将该套筒部与凸缘部一体地形成。这样，通过将内侧构件的套筒部与凸缘部一体地形成，从而高精度地设定与各轴承面对置的套筒部的外周面与凸缘部的端面的相对的位置精度。另外，通过将套筒部的内周面嵌合固定于涡轮机械等的旋转轴的外周面，从而例如与将凸缘部单体嵌合固定于旋转轴的外周面的情况相比，固定区域的轴向尺寸增大。因此，能够高精度地设定内侧构件相对于旋转轴的相对的位置精度(套筒部相对于旋转轴的同轴度、凸缘部的直角度等)。
[0019]上述的箔片轴承单元例如能够采用如下结构，还具备:安装于所述第一箔片支架的第二箔片支架；以及安装于所述第二箔片支架的端面的另一推力轴承箔片，通过在所述内侧构件的凸缘部的另一端面与所述另一推力轴承箔片的轴承面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。由此，随着内侧构件的旋转，在凸缘部的一端面与安装于第一箔片支架的推力轴承箔片的轴承面之间、以及凸缘部的另一端面与安装于第二箔片支架的推力轴承箔片的轴承面之间，分别形成有推力轴承间隙，通过在上述推力轴承间隙产生的流体压力，能够在两推力方向上支承内侧构件。另外，在该情况下，通过使第一以及第二箔片支架从轴向两侧与凸缘部卡合，能够限制内侧构件自第一以及第二箔片支架(轴承外壳)的脱出，因此能够一体地处理轴承外壳以及内侧构件，箔片轴承单元向涡轮机械等的组装性提高。
[0020]若在所述第一箔片支架与所述第二箔片支架的轴向之间设置有分隔件，则能够通过分隔件高精度地设定两箔片支架的轴向距离。由此，能够高精度地设定安装于各箔片支架的推力轴承箔片的轴承面与凸缘部的端面之间的推力轴承间隙的大小，能够提高推力方向的支承精度。
[0021]例如，在将上述的箔片轴承单元组装于通过高温的气体驱动涡轮的涡轮机械的情况下，配置在涡轮附近的箔片轴承单元处于高温。在该情况下，若设置有连通上述的分隔件的内周与外周的连通孔，则通过随着凸缘部的旋转产生的离心力，能够将轴承外壳的内部的流体经由连通孔向外部排出。由此，能够将轴承外壳的内部的高温的空气排出，并且能够从外部导入低温的空气，因此能够对轴承外壳内部的空气以及箔片轴承单元本身进行冷却。特别是，若在所述套筒部的内周面与固定于该内周面的旋转轴的外周面之间形成有连通所述径向轴承间隙与外部的连通路，则能够将外部的空气积极地导入径向轴承间隙，冷却效果提尚。
[0022]上述的箔片轴承单元能够采用如下结构，在第二箔片支架的内周面安装有另一径向轴承箔片，通过在所述轴部的外周面与所述另一径向轴承箔片的轴承面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件。由此，由于在凸缘部的轴向两侧设置有径向轴承间隙，因此即使在凸缘部为大径的情况下也能够稳定地支承内侧构件。
[0023]箔片轴承单元具备:设置于所述第一箔片支架的外周的安装构件；以及连结所述第一箔片支架与所述安装构件的缓冲件，通过所述缓冲件的变形而允许所述第一箔片支架相对于所述安装构件的移动，若采用上述结构，则能够通过缓冲件的变形来吸收箔片轴承单元的振动。
[0024]另外，为了实现上述第二目的而完成的本申请第二发明提供一种旋转部件，其固定于轴，通过箔片轴承被支承为旋转自如，所述旋转构件的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。
[0025]这样，通过由碳纤维强化复合材料形成旋转构件的至少一部分，与由金属材料形成的情况相比，能够实现旋转构件的轻型化。由此，旋转构件的惯性力矩变小，旋转构件以及安装有旋转构件的轴(例如涡轮轴)的旋转响应性提高。另外，通过使旋转构件轻型化，从而施加于旋转构件的离心力变小，因此旋转构件的离心强度提高。特别是，若作为碳纤维强化复合材料使用碳纤维与碳或者石墨粘合料的复合材料(C/C复合材料)，则耐热性提高，并且通过构成母材的碳(石墨)的润滑性，从而滑动性提高。
[0026]上述的旋转构件能够采用如下结构，具备通过推力箔片轴承而在推力方向被支承的凸缘部。由于凸缘部的外径尺寸大，因此对旋转构件的惯性力矩带来的影响较大，并且在旋转时施加的离心力也较大。在这样的情况下，优选凸缘部由碳强化纤维复合材料形成。
[0027]另外，上述的旋转构件能够采用如下结构，还具有通过径向箔片轴承在径向方向上被支承的套筒部。套筒部与凸缘部相比外径尺寸小，因此对旋转构件的惯性力矩带来的影响较小，并且在旋转时施加的离心力也较小。这样，由于在凸缘部与套筒部中所要求的特性不同，因此优选通过不同的材料、即与各自的特性相应的材料形成凸缘部与套筒部。例如，在套筒部用于与径向箔片轴承频繁接触的用途的情况下，若由碳纤维强化复合材料形成套筒部，则在套筒部的外周面，与碳纤维相比母材快速磨损。在该情况下，形成碳纤维从套筒部的外周面相对突出的状态，存在对径向箔片轴承的攻击性提高导致耐磨损性降低的可能性。因此，若由碳烧结材料形成套筒部，则通过碳(石墨)的固体润滑作用，从而与径向箔片轴承的滑动性提高，并且能够使套筒部的外周面均匀地磨损，因此能够提高耐磨损性。
[0028]上述这种旋转构件例如固定于沿水平方向配置的轴。在该情况下，在轴起动停止时等低速旋转时，箔片轴承与旋转构件之间的流体压力低，因此轴以及旋转构件因重力而下降，产生套筒部的外周面与径向箔片轴承的接触(所谓的触碰)。因此，套筒部的外周面要求高耐磨损性。另一方面，凸缘部的端面与推力箔片轴承的接触较少，因此凸缘部不要求非常高的耐磨损性。因此，在旋转构件固定于水平方向上的轴的情况下，特别优选如上述那样凸缘部由碳纤维强化复合材料形成，套筒部由碳烧结材料形成。
[0029]凸缘部的端面以及套筒部的外周面分别与推力箔片轴承以及径向箔片轴承的轴承面对置，因此它们的相对的位置精度(直角度、同轴度等)非常重要。例如， 当将凸缘部以及套筒部形成为独立构件，并将它们分别单独地固定于轴时，在组装时，存在凸缘部的端面与套筒部的外周面的相对的位置精度恶化的可能性。因此，若在使凸缘部与套筒部在轴向上抵接的状态下将它们预先一体化，能够防止在向轴组装时两者的相对的位置精度恶化。并且，若在使凸缘部的内周面与套筒部的外周面嵌合的状态下将凸缘部与套筒部一体化，则能够进一步提尚两者的相对的位置精度以及结合力。
[0030]若将上述的旋转构件和将旋转构件支承为旋转自如的箔片轴承作为箔片轴承单元而单元化，则能够一体地处理旋转构件以及箔片轴承，因此能够容易地向涡轮机械等组装。
[0031]上述这种旋转构件能够适当作为高速旋转的轴、例如涡轮机械的涡轮轴的旋转支承用而使用。
[0032]发明效果
[0033]如上所述，根据本申请第一发明的箔片轴承单元，不会导致制造成本的高涨，而能够高精度地支承旋转轴。
[0034]另外，根据本申请第二发明，通过利用碳纤维强化复合材料形成凸缘部，从而实现了旋转构件的旋转响应性以及离心强度的提高。
【附图说明】
[0035]图1是示意性地表示燃气轮机的结构的图。
[0036]图2是表示上述燃气轮机中的转子的支承结构的剖视图。
[0037]图3是组装于上述支承结构的、本申请第一发明的一实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0038]图4是将上述箔片轴承单元沿轴向分解的状态的立体图。
[0039]图5是图3的A-A线的剖视图。
[0040]图6(A)是构成径向轴承箔片的箔片的立体图。
[0041 ]图6(B)是将三个箔片临时组合而形成径向轴承箔片的状态的立体图。
[0042]图7是构成推力轴承箔片的箔片的俯视图。
[0043]图8(A)是第一箔片支架的端面的俯视图。
[0044]图8(B)是第二箔片支架的端面的俯视图。
[0045]图9是图3的B线的剖视图。
[0046]图10(A)是表示构成推力轴承箔片的两组箔片组的俯视图。
[0047]图10(B)是推力轴承箔片的俯视图。
[0048]图11是图5的C部的放大图。
[0049]图12是其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0050]图13是另一其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0051 ]图14是另一其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0052]图15是示意性地表示增压器的结构的侧视图。
[0053]图16是表示上述燃气轮机中的转子的支承结构的剖视图。
[0054]图17是组装于上述支承结构的、本申请第二发明的一实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0055]图18是组装于上述箔片轴承单元的径向箔片轴承的剖视图。
[0056]图19(A)是上述径向箔片轴承的箔片的立体图。
[0057]图19(B)是将三个箔片临时组合的状态的立体图。
[0058]图20是推力箔片轴的箔片以及箔片支架的俯视图。
[0059]图21(A)是第一推力箔片轴承的俯视图。
[0060]图21(B)是第二推力箔片轴承的俯视图。
[0061 ]图22是第一推力箔片轴承的剖视图。
[0062]图23是表示旋转构件的其它例子的剖视图。
[0063]图24是表示旋转构件的另一其它例子的剖视图。
【具体实施方式】
[0064]以下，根据图1?15对本申请第一发明的实施方式进行说明。
[0065]在图1中示意性地示出作为一种涡轮机械的燃气轮机的结构。该燃气轮机主要具备:形成叶片列的涡轮1以及压缩机2、发电机3、燃烧器4、以及再生器5。在涡轮1、压缩机2以及发电机3上设置有沿水平方向延伸的共用的旋转轴6，通过该旋转轴6、涡轮1以及压缩机2构成能够一体旋转的转子。从吸气口 7吸入的空气通过压缩机2而被压缩，通过再生器5而被加热，之后送入燃烧器4。使燃料与该压缩空气混合并燃烧，通过高温、高压的气体而使涡轮1旋转。涡轮1的旋转力经由旋转轴6向发电机3传递，通过发电机3旋转从而发电，该电力经由逆变器8而输出。由于使涡轮1旋转后的气体温度较高，因此通过将该气体送入再生器5与燃烧前的压缩空气之间进行热交换，从而对燃烧后的气体的热量进行再利用。在再生器5中完成热交换的气体通过废热回收装置9作为废气而排出。
[0066]在图2?图4中示出上述燃气轮机中的支承转子的旋转轴6的箔片轴承单元100。箔片轴承单元100固定于燃气轮机的壳体10的内周。箔片轴承单元100具备:固定于旋转轴6的内侧构件20;收容内侧构件20的轴承外壳30;以及安装于轴承外壳30的径向轴承箔片40以及推力轴承箔片50。
[0067]内侧构件20具备轴部(在本实施方式中，为中空的套筒部21)、从套筒部21的圆筒面状的外周面21a向外径突出的圆盘状的凸缘部22。在本实施方式中，内侧构件20由一个部件构成，即，套筒部21以及凸缘部22—体地形成。内侧构件20例如通过对熔炼材料实施切削加工、锻造加工，或者由烧结金属一体成形而形成。在图示例中，在套筒部21的压缩机2侧(图3的左侧)的轴向端部设置有凸缘部22。旋转轴6的外周面嵌合固定于套筒部21的内周面21b。
[0068]轴承外壳30具备第一箔片支架31和第二箔片支架32。第一箔片支架31由一个部件构成。本实施方式的第一箔片支架31具有圆筒面状的内周面31c、由与轴向正交的平坦面构成的端面31d。具体而言，第一箔片支架31—体地具备:圆筒部31a、从圆筒部31a的压缩机2侦叭图3的左侧)的轴向端部向外径延伸的平板部31b。在图示例中，通过与轴向正交的圆盘构成第一箔片支架31的平板部31b。第二箔片支架32由一个部件构成。本实施方式的第二箔片支架32由与轴向正交的圆盘构成。第一箔片支架31以及第二箔片支架32分别通过对熔炼材料实施切削加工、锻造加工，或者由烧结金属一体成形而形成。在第一箔片支架31的圆筒部31a的内周面31c安装有径向轴承箔片40(在图3中用虚线表示)。在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a分别安装有推力轴承箔片50(在图3中用虚线表示)。
[0069]如图5所示，在第一箔片支架31的圆筒部31a的内周面31c形成有用于安装径向轴承箔片40的槽31e。槽31e遍及圆筒部3la的内周面31c的轴向全长而延伸，且设置在圆周方向上等间隔的多个部位(在图示例中为三个部位)。
[0070]径向轴承箔片40例如由多个(在图示例中为三个)箔片41构成。这些箔片41以在圆周方向上排列的方式安装在第一箔片支架31的内周面31c。各箔片41的内径侧的面作为径向轴承面41a而发挥功能。在图示例中，通过三个箔片41形成多圆弧型的径向轴承面。在第一箔片支架31的内周面31c与各箔片41之间，未设置有用于对箔片41赋予弹性的构件(例如反向箔片(back foil))，箔片41的外径面41b与第一箔片支架31的内周面31c在径向上直接对置。
[0071]各箔片41通过对一个金属箔片实施冲压加工、放电加工而一体地形成。如图6(A)所示，各箔片41具备设置于周向一端的凸部41c和设置于周向另一端的凹部41d。各箔片41的凸部41c与凹部41d在轴向上设置在相同的位置。由此，如图6(B)所示，通过将各箔片41的凸部41c嵌入相邻的箔片41的凹部41d，能够将三个箔片41临时组合成筒状。如图5所示，各箔片41的周向另一端的凸部41e插入第一箔片支架31的内周面31c上设置的槽31e中。各箔片41的周向一端的凸部41c配置在相邻的箔片41的外径面41b与第一箔片支架31的内周面31 c之间。由此，各箔片41的周向两端以与第一箔片支架31接触的状态而被保持。
[0072]推力轴承箔片50例如由多个箔片51构成，分别通过环状的固定构件33安装在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a(参照图3以及图4)。如图7所示，各箔片51—体地具备主体部51a和固定于各外壳31、32的端面31d、32a的固定部51b。主体部5 la的旋转方向前方侧的边缘51 c以及旋转方向后方侧的边缘51 d均形成为使中央部向旋转方向前方侧突出的大致V字形状。各边缘5lc、51d的中央部呈圆弧状地弯曲。各箔片51的固定部51 b使外径侧朝向旋转方向后方侧(图8的箭头的相反侧)倾斜的方向延伸。在各推力轴承箔片50中，多个箔片51的固定部51b配置在同一圆周上，通过环状的固定构件33与各箔片支架31、32的端面31(1、32&而被夹持固定。
[0073]如图8(A)、(B)所示，构成推力轴承箔片50的多个箔片51在圆周方向上以等间距配置于第一箔片支架31的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a。如图9所示，各箔片51的旋转方向前方侧的边缘51 c配置在相邻的箔片51的上方(凸缘部22侧)。即，各箔片51的旋转方向前方侧部分上行至相邻的箔片51的旋转方向后方侧部分。各箔片51中的、与凸缘部22的端面22a、22b直接对置的部分(在图8中可见的部分)作为推力轴承面51e而发挥功能。
[0074]箔片41、51通过富含弹性并且加工性优异的金属、例如由钢材料、铜合金构成的厚度为20μπι?200μπι左右的金属箔片形成。在如本实施方式那样使用空气作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此无法期待由油实现的防锈效果。作为钢材料、铜合金的代表例，能够列举碳钢、黄铜，但在一般的碳钢的情况下，容易产生由锈导致的腐蚀，在黄铜的情况下，有时会产生加工变形导致的自生裂纹(黄铜中的Ζη的含有量越多则该趋势越强)。因此，作为金属箔片，优选使用不锈钢或青铜制的箔片。
[0075]上述结构的箔片轴承单元100按照以下的顺序进行组装。
[0076]首先，将径向轴承箔片40临时组合{参照图6(B)}，并将它们安装于第一箔片支架31的内周面31 c。具体而言，将临时组合的径向轴承箔片40的各箔片41的凸部41 e从轴向一侧插入第一箔片支架31的内周面31c上设置的槽31e中，并且将径向轴承箔片40插入第一箔片支架31的内 周。
[0077]然后，将推力轴承箔片50安装于第一箔片支架31的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a。具体而言，首先，如图10(A)所示，准备两组由将一个金属箔片切断而得到的多个箔片51构成的箔片组(在图10中，为了便于理解，对一方的箔片组标注散点。)。使该两组箔片组以将相位错开各箔片的一半的方式重叠{参照图10(B)}，使各箔片51的旋转方向前方侧的边缘51c重叠在相邻的箔片51的上方。在该状态下，通过利用第一箔片支架31的平板部31b的端面31d与环状的固定构件33夹持各箔片51的固定部51b，从而将推力轴承箔片50安装于第一箔片支架31{参照图8(A)}。同样地，通过利用第二箔片支架32的端面32a与环状的固定构件33夹持各箔片51的固定部51b，从而将推力轴承箔片50安装于第二箔片支架32{参照图8(B)}。需要说明的是，也可以将箔片51的固定部51b粘接或焊接在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d、第二箔片支架32的端面32a、或者环状的固定构件33。
[0078]接下来，将内侧构件20的套筒部21插入到安装于第一箔片支架31的径向轴承箔片40的内周。之后，以从轴向两侧夹持内侧构件20的凸缘部22的方式，将第二箔片支架32安装于第一箔片支架31。具体而言，使安装于第一箔片支架31的固定构件33、安装于第二箔片支架32的固定构件33抵接，在该状态下，通过未图示的螺栓等在轴向上将两箔片支架31、32固定。此时，如图3所示，通过使共用的定位销34与设置在两固定构件33上的轴向孔嵌合，从而进行两固定构件33的轴正交方向上的定位、以及两箔片支架31、32的轴正交方向上的定位。
[0079]由此，完成箔片轴承单元100。该箔片轴承单元100在轴承外壳30的内部收容有内侧构件20，并且通过第一箔片支架31及第二箔片支架32与凸缘部22在轴向上卡合，从而防止内侧构件20自轴承外壳30的脱出。由此，由于能够一体地处理箔片轴承单元100，因此壳体10向燃气轮机的组装性提高。
[0080]在以上的结构中，当使旋转轴6向圆周方向一方(图5以及图8的箭头方向)旋转时，在径向轴承箔片40的轴承面41a与内侧构件20的套筒部21的外周面21a之间的径向轴承间隙形成有空气膜，通过该空气膜的压力在径向方向上支承内侧构件20以及旋转轴6。与此同时，在安装于第一箔片支架31的推力轴承箔片50的轴承面51e与内侧构件20的凸缘部22的一方的端面22a之间的推力轴承间隙、以及安装于第二箔片支架32的推力轴承箔片50的轴承面51e与内侧构件20的凸缘部22的另一方的端面22b之间的推力轴承间隙，分别形成有空气膜。通过该空气膜的压力，在两推力方向上支承内侧构件20以及旋转轴6。
[0081]另外，当旋转轴6旋转时，由于与旋转轴6的摩擦以及空气的粘性，径向轴承箔片40的各箔片41欲向旋转方向前方侧(图5的箭头方向)旋转。此时，各箔片的旋转方向前方侧的端部(凸部41e)与槽31e的角部抵接，从而限制各箔片41的移动。由此，如图11所示，各箔片41的旋转方向前方侧的端部(凸部41 e)在槽31 e的内部弯曲，轴承面4 la以向内径侧凸出的方式弯曲。并且，当径向轴承间隙的空气膜的压力增高时，径向轴承箔片40的各箔片41被向外径侧按压而发生弹性变形。此时，在箔片41的弹力、形成于径向轴承间隙的空气膜的压力相互平衡的位置，箔片41的形状被保持。另外，当随着旋转轴6的旋转而使推力轴承间隙的空气膜的压力增高时，推力轴承箔片50的各箔片51被向第一以及第二箔片支架31、32侧按压而发生弹性变形(参照图9)。此时，在箔片51的弹力、形成于推力轴承间隙的空气膜的压力相互平衡的位置，箔片51的形状被保持。
[0082]此时，通过箔片41、51所具有的挠性，各箔片41、51的轴承面41&、514艮据负载、旋转轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙以及推力轴承间隙自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温、高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙以及推力轴承间隙管理为最佳宽度，能够稳定地支承内侧构件20以及旋转轴6。
[0083]另外，通过将径向轴承箔片40以及一方的推力轴承箔片50安装于由一个部件构成的第一箔片支架31，从而能够高精度地设定供各轴承箔片40、50安装的安装面(圆筒部31a的内周面31c以及平板部31b的端面31d)的相对的位置精度(直角度等)。由此，由于各轴承箔片40、50的轴承面41a、51e的相对的位置精度以及径向轴承间隙以及推力轴承间隙被高精度地设定，因此能够高精度地支承内侧构件20以及旋转轴6。特别是，在本实施方式中，由于内侧构件20的套筒部21以及凸缘部22—体地形成，因此与安装于第一箔片支架31的轴承箔片40、50对置的面(套筒部21的外周面21a以及凸缘部22的一方的端面22a)的相对的位置精度也被高精度地设定。由此，径向轴承间隙以及推力轴承间隙的精度被进一步提高，内侧构件20以及旋转轴6的支承精度进一步提高。
[0084]另外，在本实施方式中，在第一箔片支架31与第二箔片支架32的轴向之间设置有固定构件33、33。在该情况下，固定构件33、33作为确定第一箔片支架31的端面31d与第二箔片支架32的端面32a的轴向距离的分隔件而发挥功能，它们的轴向距离被高精度地设定。由此，能够高精度地设定第一箔片支架31的端面31d与内侧构件20的凸缘部22的一方的端面22a之间的推力轴承间隙、以及第二箔片支架32的端面32a与内侧构件20的凸缘部22的另一方的端面22b之间的推力轴承间隙，能够提高旋转轴6的推力方向上的支承精度。需要说明的是，在本实施方式中，在第一箔片支架31以及第二箔片支架32上分别设置有固定构件33，但在通过焊接等方法将箔片51的固定部51b与第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a分别一体地接合的情况下，固定构件33也可以为一个。在该情况下，能够仅通过一个固定构件33的轴向尺寸来确定推力轴承间隙。
[0085]需要说明的是，在旋转轴6的即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，各箔片41、51的轴承面41a、51e与内侧构件20接触滑动，因此，也可以在它们的任一方或者双方形成有DLC膜、氮化铝钛膜或者二硫化钼膜等低摩擦化被膜。另外，在轴承的运转过程中，在箔片41、51与各箔片支架31、32之间产生微小滑动，因此，也可以在它们的任一方或者双方形成上述那样的低摩擦化被膜。
[0086]本发明不限于上述的实施方式。在图12所示的实施方式中，在固定构件33上设置有径向的连通孔33a。由此，随着旋转轴6以及内侧构件20的旋转，推力轴承间隙的空气因离心力而向外径侧流动，从连通孔33a向外部排出。此时，第一箔片支架31与凸缘部22之间的推力轴承间隙的空气从连通孔33a向外部排出，从而与之连通的径向轴承间隙的空气经由推力轴承间隙从连通孔33a向外部排出。箔片轴承单元100的涡轮1侧处于高温，因此通过将接近涡轮1的径向轴承间隙的空气向外部排出，从而能够对轴承外壳30的内部的空气进行冷却。
[0087]另外，在本实施方式中，设置有连通路60，该连通路60将径向轴承间隙的涡轮侧的端部与箔片轴承单元100的压缩机2侧的空间连通。具体而言，在内侧构件20的内周面21b设置有轴向槽21c，并且在内侧构件20的涡轮1侧的端面设置有径向槽21d，通过上述轴向槽21 c以及径向槽21 d形成连通路60。由此，通过利用旋转轴6的旋转将推力轴承间隙的空气从连通孔33a向外部排出，从而经由连通路60，从径向轴承间隙的涡轮1侧的端部导入压缩机2侧的空气。压缩机2侧的空气的温度远低于涡轮1侧的空气，因此通过将压缩机2侧的空气导入径向轴承间隙，能够对箔片轴承单元100高效地进行冷却。
[0088]在图13所示的实施方式中，在轴承外壳30的外周设置有安装构件70，并且它们经由缓冲件80而连结。安装构件70的外周面安装于燃气轮机的壳体10。在图示例中，安装构件70呈圆筒状，安装构件70的内周面71与轴承外壳30的外周面31f经由缓冲件80而连结。缓冲件80例如能够使用丝网、高粘度油、树脂、橡胶等。在安装构件70与轴承外壳30之间配置有0型环90。通过0型环90，限制轴承外壳30相对于安装构件70的径向上的移动。轴承外壳30通过使缓冲件80变形，从而允许相对于安装构件70的周向以及轴向的移动。由此，在轴承外壳30上产生振动的情况下，通过利用缓冲件80的变形来吸收轴承外壳30的振动，从而能够使振动衰减。
[0089]在图14所示的实施方式中，在内侧构件20的套筒部21的轴向中间部(在图示例中为轴向中央部)设置有凸缘部22，在第二箔片支架32上一体地设置有圆筒部32b以及圆盘状的平板部32c。在第二箔片支架32的圆筒部32b的内周面32d安装有径向轴承箔片40。由此，由于在凸缘部22的轴向两侧设置有径向轴承间隙，因此能够提高针对随着旋转轴6的振摆回转产生的转矩力的支承力。特别是，在使凸缘部22大径化的情况(例如，凸缘部22的直径比套筒部21的轴向长度大的情况)下，由于上述的转矩力增大，因此本实施方式的结构有效。
[0090]在以上的实施方式中，示出了通过多圆弧轴承构成径向轴承箔片40的情况，但不限于此，也可以使用所谓的薄片型的径向轴承箔片、所谓的箔片凸出型的径向轴承箔片，该薄片型的径向轴承箔片将各箔片的周向一端安装于轴承外壳30的内周面，并且将各箔片的周向另一端设为自由端，该箔片凸出型的径向轴承箔片在圆筒状的顶部箔片的外径配置有波型的反向箔片。
[0091]另外，在以上的实施方式中，示出了推力轴承箔片50将设置于各箔片51的外径端的固定部51b固定于轴承外壳30的情况，但不限于此，也可以将各箔片51的周向一端安装于轴承外壳30，将周向另一端设为自由端。
[0092]本发明的箔片轴承单元100的应用对象不限于上述的燃气轮机，例如也可以作为增压器的支承转子的轴承而使用。如图15所示，增压器通过由发动机103产生的废气来驱动涡轮101，通过其驱动力而使压缩机102旋转对吸入空气进行压缩，实现发动机103的转矩提高、效率改善。通过涡轮101、压缩机102以及旋转轴6构成转子，作为支承旋转轴6的轴承，能够使用上述各实施方式的箔片 轴承单元100。
[0093]本发明的箔片轴承不限于燃气轮机、增压器等涡轮机械，能够作为在难以进行润滑油等液体的润滑、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅机、或者液体的剪切产生的阻力成为问题等限制下所使用的机动车等的车辆用轴承、以及工业机器用的轴承而广泛使用。
[0094]另外，以上说明的各箔片轴承是使用空气使用作为压力产生流体的空气动压轴承，但不限于此，作为压力产生流体，可以使用其它气体，或者也可以使用水、油等液体。
[0095]以下，根据图16?25对本申请第二发明的实施方式进行说明。
[0096]在图16中示出图1所示的燃气轮机中的支承转子的轴(旋转轴)6的箔片轴承单元210。箔片轴承单元210具备:固定于轴6的旋转构件220、在径向方向支承轴6以及旋转构件220的径向箔片轴承230、以及在推力方向支承轴6以及旋转构件220的第一推力箔片轴承240以及第二推力箔片轴承250。
[0097]如图17所示，旋转构件220具备套筒部221、从套筒部221向外径突出的圆盘状的凸缘部222。在图示例中，在套筒部221的压缩机2侧(图17的左侧)的轴向端部设置有凸缘部222。旋转构件220的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。在本实施方式中，旋转构件220的套筒部221以及凸缘部222形成为独立构件，分别由不同材料形成。凸缘部222由碳纤维强化复合材料、特别是碳纤维与碳或者石墨粘合料的复合材料(C/C复合材料)形成。C/C复合材料通过浸渗法、CVD法而形成，在浸渗法中，在使树脂等粘合料浸渗于由碳纤维形的基体材料后，通过烧成而使粘合料炭化(根据需要进行石墨化)，在CVD法中，在碳纤维基体材料上沉积使烃热分解而得到的碳。套筒部221例如由烧结材料形成，在本实施方式中，由对碳粉末(特别是石墨粉末)进行烧成而得到的碳烧结材料形成。
[0098]套筒部221以及凸缘部222以在轴向上抵接的状态一体化。具体而言，在使套筒部221的端面221c与设置于凸缘部222的内径端的端面222c在轴向上抵接的状态下，通过粘接、熔敷等适当的手段而将两者固定。如此一体化的旋转构件220嵌合固定具体而言压入固定于轴6的外周面。这样，通过预先将套筒部221以及凸缘部222形成为一体，从而能够在高精度地设定两者的相对位置(直角度、同轴度等)的状态下，向轴6进行组装。
[0099]如图18所示，径向箔片轴承230具有圆筒状的箔片支架231、安装于箔片支架231的内周面的多个箔片232。在箔片支架231的内周面231a形成有供箔片232的周向端部插入的槽231b。槽231b遍及箔片支架231的轴向全长而延伸，设置在圆周方向上等间隔的多个部位(在图示例中为三个部位)。
[0100]多个箔片232以在周向上排列的方式安装在箔片支架231的内周面231a。各箔片232的内径面232a作为径向轴承面S1而发挥功能。在图示例中，通过三个箔片232形成多圆弧型的径向轴承面S1。在箔片支架231的内周面231a与各箔片232之间未设置有用于对箔片232赋予弹性的构件(反向箔片等)，箔片232的外径面232b与箔片支架231的内周面231a能够滑动。
[0101]如图19(A)所示，各箔片232具备设置于周向一端的凸部232c、设置于周向另一端的凹部232d。各箔片232的凸部232c与凹部232d在轴向上设置在相同的位置。如图19(B)所示，通过将各箔片232的凸部232c嵌入相邻的箔片232的凹部232d，从而能够将三个箔片232临时组合成筒状。在该情况下，在图18所示的轴向观察时，各箔片232的周向一端(凸部232c)、相邻的箔片232的周向另一端(凹部232d的轴向两侧的凸部232e)处于交叉的状态。在本实施方式中，各箔片232的周向另一端的凸部232e插入箔片支架231的内周面231a上设置的槽231b中。各箔片232的周向一端的凸部232c配置在相邻的箔片232的外径面232b与箔片支架231的内周面231a之间，作为底部箔片(under foil)部而发挥功能。
[0102]如图17所示，第一推力箔片轴承240从轴向一侧(图中右侧)支承旋转构件220的凸缘部222，具备圆盘状的箔片支架241、固定于箔片支架241的端面241a的多个箔片242。在本实施方式中，第一推力箔片轴承240的箔片支架241、径向箔片轴承230的箔片支架231—体地形成，构成第一箔片支架。
[0103]如图20所示，第一推力箔片轴承240的各箔片242—体地具备:主体部242a、设置在比主体部242a靠外径侧的位置的固定部242b、以及连结主体部242a与固定部242b的连结部242c。主体部242a的旋转方向(轴6的旋转方向，以下相同)前方侧的边缘242d以及旋转方向后方侧的边缘242e均形成为使中央部向旋转方向前方侧突出的大致V字形状。主体部242a的边缘242d、242e的中央部呈圆弧状地弯曲。
[0104]如图21(A)所示，各箔片242的固定部242b固定于箔片支架241的端面241a的外径端。在图示例中，多个箔片242的固定部242b配置在同一圆周上，通过环状的固定构件243与箔片支架241的端面241a夹持固定固定部242b的整个区域。多个箔片242在圆周方向上以等间距配置，在图示例中，以使相位错开各箔片242的一半的方式重叠。如图22所示，各箔片242的旋转方向前方侧的边缘242d配置在相邻的箔片242的上方(凸缘部22两侧)。即，各箔片242的旋转方向前方侧部分上行至相邻的箔片242的旋转方向后方侧部分。各箔片242的主体部242a的表面中的、与凸缘部222的一方的端面222a直接对置的部分{在图21(A)中可见的部分Η乍为推力轴承面S2而发挥功能。需要说明的是，也可以通过焊接、粘接等将各箔片242的固定部242b固定于箔片支架241或者固定构件243。
[0105]如图17所示，第二推力箔片轴承250从轴向另一方侧(图中左侧)支承旋转构件220的凸缘部222。如图21(B)所示，第二推力箔片轴承250具备圆盘状的箔片支架251(第二箔片支架)、固定于箔片支架251的端面251a的多个箔片252。各箔片252的主体部的表面中的、与凸缘部222的另一方的端面222b直接对置的部分{在图21(B)中可见的部分Η乍为推力轴承面S3而发挥功能。第二推力箔片轴承250的其它结构与第一推力箔片轴承240相同，因此省略重复说明。
[0106]箔片232、242、252通过对由富含弹性且加工性优异的金属例如钢材料、铜合金构成的厚度为20μπι?200μπι左右的金属箔片实施冲压加工、线切割、或者蚀刻等而形成。在如本实施方式那样使用空气作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此作为金属箔片，优选使用不锈钢或青铜制的箔片。
[0107]上述结构的箔片轴承单元210按照以下的顺序组装。首先，将旋转构件220的套筒部221插入到径向箔片轴承230的内周。之后，以从轴向两侧夹持旋转构件220的凸缘部222的方式，将第二推力箔片轴承250安装于第一推力箔片轴承240。具体而言，使安装于第一推力箔片轴承240的箔片支架241的固定构件243、安装于第二箔片轴承250的箔片支架251的固定构件253在轴向上抵接，在该状态下，通过未图示的螺栓等对两箔片支架241、251进行固定。由此，完成猜片轴承单兀210。
[0108]上述结构的箔片轴承单元210通过将轴6压入旋转构件220的内周，并且将箔片轴承230、240、250的箔片支架231、241、251的一部分或者全部固定于燃气轮机的壳体，从而组装于燃气轮机。此时，旋转构件220的套筒部221以及凸缘部222预先被一体化，因此能够在高精度地设定两者的相对的位置精度，具体而言，套筒部221的外周面221a与凸缘部222的两端面222a、222b的直角度等的状态下，将旋转构件220安装于轴6。另外，在箔片轴承单元210中，在由径向箔片轴承230以及推力箔片轴承240、250构成的轴承构件的内部收容有旋转构件220，在限制轴承构件与旋转构件220的分离的状态下将它们一体化，因此，在向燃气轮机组装时能够一体地处理轴承构件以及旋转构件220，从而组装性提高。
[0109]当轴6向圆周方向一方(图18以及图21的箭头方向)旋转时，在径向箔片轴承230的箔片232的径向轴承面S1与旋转构件220的套筒部221的外周面221a之间形成有径向轴承间隙，通过在该径向轴承间隙产生的空气膜的压力而在径向方向上支承旋转构件220以及轴
6。与此同时，在第一推力箔片轴承240的箔片242的推力轴承面S2与旋转构件220的凸缘部222的一方的端面222a之间、以及第二推力箔片轴承250的箔片252的推力轴承面S3与旋转构件220的凸缘部222的另一方的端面222b之间，分别形成推力轴承间隙，通过在各推力轴承间隙产生的空气膜的压力，在两推力方向上支承旋转构件220以及轴6。
[0110]此时，通过箔片232、242、252所具有的挠性，各箔片232、242、252的轴承面S1、S2、S3根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙以及推力轴承间隙自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温、高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙以及推力轴承间隙管理为最佳宽度，能够稳定地支承旋转构件220以及轴6。
[0111]另外，如上述那样，通过由碳纤维强化复合材料形成旋转构件220的凸缘部22，从而实现了凸缘部222的轻型化以及拉伸强度的提高，旋转构件220的旋转响应性以及离心强度提高。特别是，在凸缘部222的直径较大的情况下(例如，凸缘部222的直径比套筒部221的轴向尺寸大的情况下，参照图17)，如上述那样由碳纤维强化复合材料形成凸缘部222是有效的。特别是，通过由C/C复合材料形成凸缘部222，耐热性提高，并且通过构成凸缘部222的母材的碳(石墨)的润滑性，与推力箔片轴承240、250的滑动性提高。
[0112]另外，通过由碳烧结材料形成旋转构件220的套筒部221，与径向箔片轴承230的滑动性提高。特别是，在如本实施方式那样旋转构件220固定于沿水平方向延伸的轴6的情况下，在轴6起动、停 止时等低速旋转时，套筒部221的外周面221a与径向箔片轴承230的箔片232接触，因此通过由碳烧结材料形成套筒部221来提高滑动性是有效的。
[0113]需要说明的是，在轴6即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，各箔片的轴承面S1?S3与旋转构件220接触滑动，因此也可以在它们的任一方或者双方形成有DLC膜、氮化铝钛膜、或者二硫化钼膜等低摩擦化被膜。另外，在轴6旋转时，通过箔片232、242、252与各箔片支架231、241、251之间的微小滑动，能够抑制轴6的振动。为了调整该微小滑动的摩擦力，也可以在箔片232、242、252与各箔片支架231、241、251的任一方或者双方形成有上述那样的低摩擦化被膜。
[0114]本发明不限于上述的实施方式。例如，图23所示的旋转构件320在不仅使凸缘部222与套筒部221在轴向上抵接，并且使凸缘部222的内周面与套筒部221的外周面嵌合的状态下一体化。具体而言，在套筒部221的外周面221a的轴向一端侧设置有小径外周面221b，使该套筒部221的小径外周面221b与凸缘部222的内周面222d嵌合，并且使套筒部221的外周面221a与小径外周面221b之间的肩面(端面221c)和凸缘部222的端面222c抵接。
[0115]这样，除套筒部221的端面221c与凸缘部222的端面222a的抵接以外，通过使套筒部221的小径外周面221b与凸缘部222的内周面222d嵌合，从而两者的相对的位置精度进一步提高，并且两者的接触面积增大而结合力增大。特别是，在本实施方式中，套筒部221的小径外周面221b的径向上的壁厚比其它区域薄。因此，通过朝向轴6的压入，小径外周面221b扩径而被按压于凸缘部222的内周面222d，因此套筒部221与凸缘部222的结合力进一步提尚ο
[0116]图24所示的旋转构件420在套筒部221的外周面221a与小径外周面221b之间设置有朝向外径突出的突出部221d，使该突出部221d的端面221c与凸缘部222的内径端的端面222c抵接。由此，套筒部221与凸缘部222的轴向上的抵接部的接触面积扩大，能够进一步提高两者的相对的位置精度以及结合力。需要说明的是，突出部221d可以设置在套筒部221的整周上，也可以设置在圆周方向上分离的多个部位。
[0117]另外，在以上的实施方式中，示出了由碳烧结材料形成旋转构件220的套筒部221，由碳纤维强化复合材料形成凸缘部222的情况，但不限于此，也可以根据所要求的特性，改变由碳纤维强化复合材料形成的部位。例如，在轴6沿铅垂方向配置的情况下(省略图示)，在轴起动停止时等低速旋转时，使凸缘部222的端面222b(或者端面222a)与推力箔片轴承250(或者推力箔片轴承240)接触滑动。另一方面，套筒部221的外周面221a与径向箔片轴承230的接触较少。因此，在旋转构件220固定于铅垂方向的轴6的情况下，也可以由滑动性优异的碳烧结材料形成凸缘部，由碳纤维强化复合材料形成套筒部221。
[0118]另外，在以上的实施方式中，将旋转构件220的套筒部221与凸缘部222形成为独立构件，但也可以通过碳纤维强化复合材料将旋转构件220的套筒部221与凸缘部222—体成形。
[0119]另外，在以上的实施方式中，示出了由多圆弧轴承构成径向箔片轴承230的情况，但不限于此，也可以使用所谓的薄片型的径向轴承箔片、所谓的箔片凸出型的径向轴承箔片，该薄片型的径向轴承箔片将各箔片的周向一端安装于箔片支架231的内周面231a，并且将各箔片的周向另一端设为自由端，该箔片凸出型的径向轴承箔片在圆筒状的顶部箔片的外径配置有波型的反向箔片。另外，推力箔片轴承的结构也不限于此，例如，也可以使用在顶部箔片与箔片支架之间配置有波型的弹性箔片的箔片凸出型的推力箔片轴承。
[0120]本发明的箔片轴承单元210的应用对象不限于上述的燃气轮机，例如也可以作为增压器的支承转子的轴承而使用。另外，本发明的箔片轴承不限于燃气轮机、增压器等涡轮机械，能够作为在难以进行润滑油等液体的润滑、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅机、或者液体的剪切产生的阻力成为问题等限制下所使用的机动车等的车辆用轴承、以及工业机器用的轴承而广泛使用。
[0121]另外，以上说明的各箔片轴承是使用空气作为压力产生流体的空气动压轴承，但不限于此，作为压力产生流体，也可以使用其它的气体，或者可以使用水、油等液体。
[0122]另外，在以上的实施方式中，示出了形成于箔片支架31、231的内周面31(:、231&的槽31e、231b的开口部的周向宽度比较大的情况，但不限于此，例如，也可以在箔片支架的内周面形成开口部的周向宽度小的狭缝状的槽，将箔片的端部插入到该该槽中。
[0123]另外，能够将上述的本申请第一发明的实施方式的结构、上述的本申请第二发明的实施方式的结构适当地组合。
[0124]附图标记说明
[0125]1 涡轮
[0126]2 压缩机
[0127]6 旋转轴
[0128]10 壳体
[0129]20内侧构件
[0130]21 套筒部
[0131]22凸缘部
[0132]30轴承外壳
[0133]31第一箔片支架
[0134]32第二箔片支架
[0135]33固定构件
[0136]40径向轴承箔片
[0137]41 箔片
[0138]50推力轴承箔片
[0139]51 箔片
[0140]60 连通路
[0141]70 安装构件
[0142]80 缓冲件
[0143]100箔片轴承单元
【主权项】
1.一种箔片轴承单元，其具备: 第一箔片支架，其由一个部件构成； 径向轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的内周面； 推力轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的端面；以及 内侧构件，其具有插入到所述第一箔片支架的内周的轴部以及从所述轴部向外径突出的凸缘部， 通过在所述径向轴承箔片的轴承面与所述轴部的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件，并且通过在所述推力轴承箔片的轴承面与所述凸缘部的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。2.根据权利要求1所述的箔片轴承单元，其中， 所述轴部由中空的套筒部构成，且所述套筒部与所述凸缘部一体地形成。3.根据权利要求1或2所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元还具备: 安装于所述第一箔片支架的第二箔片支架；以及 安装于所述第二箔片支架的端面的另一推力轴承箔片， 通过在所述内侧构件的凸缘部的另一端面与所述另一推力轴承箔片的轴承面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。4.根据权利要求3所述的箔片轴承单元，其中， 在所述第一箔片支架与所述第二箔片支架的轴向之间设置有分隔件。5.根据权利要求4所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元设置有连通所述分隔件的内周与外周的连通孔。6.根据权利要求5所述的箔片轴承单元，其中， 在所述套筒部的内周面与固定于该内周面的旋转轴的外周面之间形成有连通所述径向轴承间隙与外部的连通路。7.根据权利要求3至6中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 在所述第二箔片支架的内周面安装有另一径向轴承箔片，通过在所述内侧构件的轴部的外周面与所述另一径向轴承箔片的轴承面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件。8.根据权利要求1至7中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元具备: 设置于所述第一箔片支架的外周的安装构件；以及 连结所述第一箔片支架与所述安装构件的缓冲件， 通过所述缓冲件的变形而允许所述第一箔片支架相对于所述安装构件的移动。9.根据权利要求1至8中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述内侧构件的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。10.根据权利要求9所述的箔片轴承单元，其中， 所述碳纤维强化复合材料是C/C复合材料。11.根据权利要求9或10所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部由碳纤维强化复合材料形成。12.根据权利要求9至11中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部和所述轴部利用不同的材料形成。13.根据权利要求12所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部由碳纤维强化复合材料形成，所述轴部由碳烧结材料形成。14.根据权利要求13所述的箔片轴承单元，其中， 所述轴部沿水平方向配置。15.根据权利要求9至14中任一项所述的旋转构件，其中， 所述凸缘部以及所述轴部形成为独立构件，在使所述凸缘部与所述轴部在轴向上抵接的状态下使两者一体化。16.根据权利要求15所述的旋转构件，其中， 进而，在使所述凸缘部的内周面与所述轴部的外周面嵌合的状态下使所述凸缘部与所述轴部一体化。
【专利摘要】本发明的箔片轴承单元(100)具备：第一箔片支架(31)，其由一个部件构成；径向轴承箔片(40)，其安装于第一箔片支架(31)的内周面(31c)；推力轴承箔片(50)，其安装于第一箔片支架(31)的端面(31d)；以及内侧构件(20)，其具有插入到第一箔片支架(31)的内周的轴部(套筒部(21))以及从套筒部(21)向外径突出的凸缘部(22)。通过在径向轴承箔片(40)的轴承面与套筒部(21)的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承内侧构件(20)，并且通过在推力轴承箔片(50)的轴承面与凸缘部(22)的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承内侧构件(20)。
【IPC分类】F16C27/02, F02C7/06, F01D25/16, F02B39/00, F16C17/06, F16C17/10, F16C17/03
【公开号】CN105492786
【申请号】CN201480047919
【发明人】吉野真人, 川村光生, 藤原宏树
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月27日
【公告号】EP3043080A1, US20160186799, WO2015033835A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种箔片轴承(foil bearing)单元。
【背景技术】
[0002]燃气轮机、涡轮增压器等的涡轮机械的支承主轴的轴承要求能够耐受高温、高速旋转这样的严酷环境。作为适于在这样的条件下使用的轴承，着眼于箔片轴承。箔片轴承通过对于弯曲刚性低而具有挠性的薄膜(箔片)构成轴承面，通过允许轴承面的挠曲来支承负载。在轴旋转时，在轴的外周面与箔片的轴承面之间形成有流体膜(例如空气膜)，对轴进行非接触支承。
[0003 ]例如，在下述的专利文献1以及专利文献2中示出应用了箔片轴承的涡轮机械。
[0004]在这些涡轮机械中，在涡轮轴上固定有旋转构件，它们通过箔片轴承被支承为旋转自如。旋转构件具有向外径突出的凸缘部，该凸缘部通过箔片轴承而在推力方向上被支承。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特表平9-510522号公报
[0008]专利文献2:日本特表平10-511446号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]在上述这种涡轮机械中，将箔片直接固定于设置在涡轮机械的壳体的内周面的作业较为困难。因此，通常，如上述专利文献1以及2那样，预先形成在圆筒状的外壳的内周固定有箔片的箔片轴承盒，通过将该箔片轴承盒固定于壳体的内周面，从而实现组装作业的容易化。另一方面，由于将箔片固定于壳体的端面的作业比较容易，因此在上述专利文献1以及2中，推力箔片直接固定于壳体的端面。
[0011]然而，在如上述那样在径向方向以及推力方向上支承轴的箔片轴承中，为了高精度地支承旋转轴，进行径向方向的支承的箔片(径向轴承箔片)与进行推力方向的支承的箔片(推力轴承箔片)的相对的位置关系非常重要。因此，需要高精度地设定安装径向轴承箔片的安装面与安装推力轴承箔片的安装面的相对的位置精度(例如直角度)。但是，在上述这种结构中，径向轴承箔片的安装面设置于轴承盒的外壳的内周面，另一方面，推力轴承箔片的安装面设置于壳体的端面，因此为了提高上述安装面的相对的位置精度，需要各构件的高精度的加工以及组装，制造成本增高。
[0012]本发明的第一目的在于提供一种不会导致制造成本的高涨而能够高精度地支承旋转轴的箔片轴承单元。
[0013]另外，当涡轮机械的涡轮轴高速旋转时，在旋转构件上施加有离心力。特别是，在如上述那样旋转构件上设置有向外径突出的凸缘部的情况下，随着涡轮轴的旋转而在凸缘部上施加有较大的离心力。当通过金属材料(例如不锈钢)形成这样的旋转构件时，凸缘部的重量增大，旋转构件以及涡轮轴的惯性力矩增大。涡轮机械、特别是涡轮增压器对于发动机的输出要求高旋转响应性，若如上述那样涡轮轴的惯性力矩增大，则旋转响应性降低。另夕卜，若旋转构件的重量大，则施加于旋转构件的离心力增大，因此存在旋转构件因离心力而破损的可能性。
[0014]本发明的第二目的在于被箔片轴承支承的旋转构件的旋转响应性以及离心强度(对于离心力的强度)的提高。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]为了实现上述第一目的而完成的本申请第一发明涉及一种箔片轴承单元，具备:第一箔片支架，其由一个部件构成;径向轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的内周面；推力轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的端面；以及内侧构件，其具有插入到所述第一箔片支架的内周的轴部以及从所述轴部向外径突出的凸缘部，通过在所述径向轴承箔片的轴承面与所述轴部的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件，并且通过在所述推力轴承箔片的轴承面与所述凸缘部的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。
[0017]这样，通过将径向轴承箔片以及推力轴承箔片安装于由一个部件构成的第一箔片支架，能够与各构件的加工精度、组装精度无关地高精度地设定两轴承箔片的安装面的相对的位置精度、以及径向轴承箔片的轴承面(径向轴承面)与推力轴承箔片的轴承面(推力轴承面)的相对的位置精度。这样，制成径向轴承面以及推力轴承面的相对的位置精度被高精度地设定的箔片轴承单元，通过将该单元组装于祸轮机械等，能够高精度地制成内侧构件以及涡轮机械等的旋转轴。需要说明的是，“由一个部件构成的构件”并非组合多个部件而构成的构件，而是指通过相同的材料一体地形成的构件。
[0018]在上述的箔片轴承单元中，例如能够由中空的套筒部构成内侧构件的轴部，将该套筒部与凸缘部一体地形成。这样，通过将内侧构件的套筒部与凸缘部一体地形成，从而高精度地设定与各轴承面对置的套筒部的外周面与凸缘部的端面的相对的位置精度。另外，通过将套筒部的内周面嵌合固定于涡轮机械等的旋转轴的外周面，从而例如与将凸缘部单体嵌合固定于旋转轴的外周面的情况相比，固定区域的轴向尺寸增大。因此，能够高精度地设定内侧构件相对于旋转轴的相对的位置精度(套筒部相对于旋转轴的同轴度、凸缘部的直角度等)。
[0019]上述的箔片轴承单元例如能够采用如下结构，还具备:安装于所述第一箔片支架的第二箔片支架；以及安装于所述第二箔片支架的端面的另一推力轴承箔片，通过在所述内侧构件的凸缘部的另一端面与所述另一推力轴承箔片的轴承面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。由此，随着内侧构件的旋转，在凸缘部的一端面与安装于第一箔片支架的推力轴承箔片的轴承面之间、以及凸缘部的另一端面与安装于第二箔片支架的推力轴承箔片的轴承面之间，分别形成有推力轴承间隙，通过在上述推力轴承间隙产生的流体压力，能够在两推力方向上支承内侧构件。另外，在该情况下，通过使第一以及第二箔片支架从轴向两侧与凸缘部卡合，能够限制内侧构件自第一以及第二箔片支架(轴承外壳)的脱出，因此能够一体地处理轴承外壳以及内侧构件，箔片轴承单元向涡轮机械等的组装性提高。
[0020]若在所述第一箔片支架与所述第二箔片支架的轴向之间设置有分隔件，则能够通过分隔件高精度地设定两箔片支架的轴向距离。由此，能够高精度地设定安装于各箔片支架的推力轴承箔片的轴承面与凸缘部的端面之间的推力轴承间隙的大小，能够提高推力方向的支承精度。
[0021]例如，在将上述的箔片轴承单元组装于通过高温的气体驱动涡轮的涡轮机械的情况下，配置在涡轮附近的箔片轴承单元处于高温。在该情况下，若设置有连通上述的分隔件的内周与外周的连通孔，则通过随着凸缘部的旋转产生的离心力，能够将轴承外壳的内部的流体经由连通孔向外部排出。由此，能够将轴承外壳的内部的高温的空气排出，并且能够从外部导入低温的空气，因此能够对轴承外壳内部的空气以及箔片轴承单元本身进行冷却。特别是，若在所述套筒部的内周面与固定于该内周面的旋转轴的外周面之间形成有连通所述径向轴承间隙与外部的连通路，则能够将外部的空气积极地导入径向轴承间隙，冷却效果提尚。
[0022]上述的箔片轴承单元能够采用如下结构，在第二箔片支架的内周面安装有另一径向轴承箔片，通过在所述轴部的外周面与所述另一径向轴承箔片的轴承面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件。由此，由于在凸缘部的轴向两侧设置有径向轴承间隙，因此即使在凸缘部为大径的情况下也能够稳定地支承内侧构件。
[0023]箔片轴承单元具备:设置于所述第一箔片支架的外周的安装构件；以及连结所述第一箔片支架与所述安装构件的缓冲件，通过所述缓冲件的变形而允许所述第一箔片支架相对于所述安装构件的移动，若采用上述结构，则能够通过缓冲件的变形来吸收箔片轴承单元的振动。
[0024]另外，为了实现上述第二目的而完成的本申请第二发明提供一种旋转部件，其固定于轴，通过箔片轴承被支承为旋转自如，所述旋转构件的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。
[0025]这样，通过由碳纤维强化复合材料形成旋转构件的至少一部分，与由金属材料形成的情况相比，能够实现旋转构件的轻型化。由此，旋转构件的惯性力矩变小，旋转构件以及安装有旋转构件的轴(例如涡轮轴)的旋转响应性提高。另外，通过使旋转构件轻型化，从而施加于旋转构件的离心力变小，因此旋转构件的离心强度提高。特别是，若作为碳纤维强化复合材料使用碳纤维与碳或者石墨粘合料的复合材料(C/C复合材料)，则耐热性提高，并且通过构成母材的碳(石墨)的润滑性，从而滑动性提高。
[0026]上述的旋转构件能够采用如下结构，具备通过推力箔片轴承而在推力方向被支承的凸缘部。由于凸缘部的外径尺寸大，因此对旋转构件的惯性力矩带来的影响较大，并且在旋转时施加的离心力也较大。在这样的情况下，优选凸缘部由碳强化纤维复合材料形成。
[0027]另外，上述的旋转构件能够采用如下结构，还具有通过径向箔片轴承在径向方向上被支承的套筒部。套筒部与凸缘部相比外径尺寸小，因此对旋转构件的惯性力矩带来的影响较小，并且在旋转时施加的离心力也较小。这样，由于在凸缘部与套筒部中所要求的特性不同，因此优选通过不同的材料、即与各自的特性相应的材料形成凸缘部与套筒部。例如，在套筒部用于与径向箔片轴承频繁接触的用途的情况下，若由碳纤维强化复合材料形成套筒部，则在套筒部的外周面，与碳纤维相比母材快速磨损。在该情况下，形成碳纤维从套筒部的外周面相对突出的状态，存在对径向箔片轴承的攻击性提高导致耐磨损性降低的可能性。因此，若由碳烧结材料形成套筒部，则通过碳(石墨)的固体润滑作用，从而与径向箔片轴承的滑动性提高，并且能够使套筒部的外周面均匀地磨损，因此能够提高耐磨损性。
[0028]上述这种旋转构件例如固定于沿水平方向配置的轴。在该情况下，在轴起动停止时等低速旋转时，箔片轴承与旋转构件之间的流体压力低，因此轴以及旋转构件因重力而下降，产生套筒部的外周面与径向箔片轴承的接触(所谓的触碰)。因此，套筒部的外周面要求高耐磨损性。另一方面，凸缘部的端面与推力箔片轴承的接触较少，因此凸缘部不要求非常高的耐磨损性。因此，在旋转构件固定于水平方向上的轴的情况下，特别优选如上述那样凸缘部由碳纤维强化复合材料形成，套筒部由碳烧结材料形成。
[0029]凸缘部的端面以及套筒部的外周面分别与推力箔片轴承以及径向箔片轴承的轴承面对置，因此它们的相对的位置精度(直角度、同轴度等)非常重要。例如， 当将凸缘部以及套筒部形成为独立构件，并将它们分别单独地固定于轴时，在组装时，存在凸缘部的端面与套筒部的外周面的相对的位置精度恶化的可能性。因此，若在使凸缘部与套筒部在轴向上抵接的状态下将它们预先一体化，能够防止在向轴组装时两者的相对的位置精度恶化。并且，若在使凸缘部的内周面与套筒部的外周面嵌合的状态下将凸缘部与套筒部一体化，则能够进一步提尚两者的相对的位置精度以及结合力。
[0030]若将上述的旋转构件和将旋转构件支承为旋转自如的箔片轴承作为箔片轴承单元而单元化，则能够一体地处理旋转构件以及箔片轴承，因此能够容易地向涡轮机械等组装。
[0031]上述这种旋转构件能够适当作为高速旋转的轴、例如涡轮机械的涡轮轴的旋转支承用而使用。
[0032]发明效果
[0033]如上所述，根据本申请第一发明的箔片轴承单元，不会导致制造成本的高涨，而能够高精度地支承旋转轴。
[0034]另外，根据本申请第二发明，通过利用碳纤维强化复合材料形成凸缘部，从而实现了旋转构件的旋转响应性以及离心强度的提高。
【附图说明】
[0035]图1是示意性地表示燃气轮机的结构的图。
[0036]图2是表示上述燃气轮机中的转子的支承结构的剖视图。
[0037]图3是组装于上述支承结构的、本申请第一发明的一实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0038]图4是将上述箔片轴承单元沿轴向分解的状态的立体图。
[0039]图5是图3的A-A线的剖视图。
[0040]图6(A)是构成径向轴承箔片的箔片的立体图。
[0041 ]图6(B)是将三个箔片临时组合而形成径向轴承箔片的状态的立体图。
[0042]图7是构成推力轴承箔片的箔片的俯视图。
[0043]图8(A)是第一箔片支架的端面的俯视图。
[0044]图8(B)是第二箔片支架的端面的俯视图。
[0045]图9是图3的B线的剖视图。
[0046]图10(A)是表示构成推力轴承箔片的两组箔片组的俯视图。
[0047]图10(B)是推力轴承箔片的俯视图。
[0048]图11是图5的C部的放大图。
[0049]图12是其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0050]图13是另一其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0051 ]图14是另一其它实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0052]图15是示意性地表示增压器的结构的侧视图。
[0053]图16是表示上述燃气轮机中的转子的支承结构的剖视图。
[0054]图17是组装于上述支承结构的、本申请第二发明的一实施方式的箔片轴承单元的剖视图。
[0055]图18是组装于上述箔片轴承单元的径向箔片轴承的剖视图。
[0056]图19(A)是上述径向箔片轴承的箔片的立体图。
[0057]图19(B)是将三个箔片临时组合的状态的立体图。
[0058]图20是推力箔片轴的箔片以及箔片支架的俯视图。
[0059]图21(A)是第一推力箔片轴承的俯视图。
[0060]图21(B)是第二推力箔片轴承的俯视图。
[0061 ]图22是第一推力箔片轴承的剖视图。
[0062]图23是表示旋转构件的其它例子的剖视图。
[0063]图24是表示旋转构件的另一其它例子的剖视图。
【具体实施方式】
[0064]以下，根据图1?15对本申请第一发明的实施方式进行说明。
[0065]在图1中示意性地示出作为一种涡轮机械的燃气轮机的结构。该燃气轮机主要具备:形成叶片列的涡轮1以及压缩机2、发电机3、燃烧器4、以及再生器5。在涡轮1、压缩机2以及发电机3上设置有沿水平方向延伸的共用的旋转轴6，通过该旋转轴6、涡轮1以及压缩机2构成能够一体旋转的转子。从吸气口 7吸入的空气通过压缩机2而被压缩，通过再生器5而被加热，之后送入燃烧器4。使燃料与该压缩空气混合并燃烧，通过高温、高压的气体而使涡轮1旋转。涡轮1的旋转力经由旋转轴6向发电机3传递，通过发电机3旋转从而发电，该电力经由逆变器8而输出。由于使涡轮1旋转后的气体温度较高，因此通过将该气体送入再生器5与燃烧前的压缩空气之间进行热交换，从而对燃烧后的气体的热量进行再利用。在再生器5中完成热交换的气体通过废热回收装置9作为废气而排出。
[0066]在图2?图4中示出上述燃气轮机中的支承转子的旋转轴6的箔片轴承单元100。箔片轴承单元100固定于燃气轮机的壳体10的内周。箔片轴承单元100具备:固定于旋转轴6的内侧构件20;收容内侧构件20的轴承外壳30;以及安装于轴承外壳30的径向轴承箔片40以及推力轴承箔片50。
[0067]内侧构件20具备轴部(在本实施方式中，为中空的套筒部21)、从套筒部21的圆筒面状的外周面21a向外径突出的圆盘状的凸缘部22。在本实施方式中，内侧构件20由一个部件构成，即，套筒部21以及凸缘部22—体地形成。内侧构件20例如通过对熔炼材料实施切削加工、锻造加工，或者由烧结金属一体成形而形成。在图示例中，在套筒部21的压缩机2侧(图3的左侧)的轴向端部设置有凸缘部22。旋转轴6的外周面嵌合固定于套筒部21的内周面21b。
[0068]轴承外壳30具备第一箔片支架31和第二箔片支架32。第一箔片支架31由一个部件构成。本实施方式的第一箔片支架31具有圆筒面状的内周面31c、由与轴向正交的平坦面构成的端面31d。具体而言，第一箔片支架31—体地具备:圆筒部31a、从圆筒部31a的压缩机2侦叭图3的左侧)的轴向端部向外径延伸的平板部31b。在图示例中，通过与轴向正交的圆盘构成第一箔片支架31的平板部31b。第二箔片支架32由一个部件构成。本实施方式的第二箔片支架32由与轴向正交的圆盘构成。第一箔片支架31以及第二箔片支架32分别通过对熔炼材料实施切削加工、锻造加工，或者由烧结金属一体成形而形成。在第一箔片支架31的圆筒部31a的内周面31c安装有径向轴承箔片40(在图3中用虚线表示)。在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a分别安装有推力轴承箔片50(在图3中用虚线表示)。
[0069]如图5所示，在第一箔片支架31的圆筒部31a的内周面31c形成有用于安装径向轴承箔片40的槽31e。槽31e遍及圆筒部3la的内周面31c的轴向全长而延伸，且设置在圆周方向上等间隔的多个部位(在图示例中为三个部位)。
[0070]径向轴承箔片40例如由多个(在图示例中为三个)箔片41构成。这些箔片41以在圆周方向上排列的方式安装在第一箔片支架31的内周面31c。各箔片41的内径侧的面作为径向轴承面41a而发挥功能。在图示例中，通过三个箔片41形成多圆弧型的径向轴承面。在第一箔片支架31的内周面31c与各箔片41之间，未设置有用于对箔片41赋予弹性的构件(例如反向箔片(back foil))，箔片41的外径面41b与第一箔片支架31的内周面31c在径向上直接对置。
[0071]各箔片41通过对一个金属箔片实施冲压加工、放电加工而一体地形成。如图6(A)所示，各箔片41具备设置于周向一端的凸部41c和设置于周向另一端的凹部41d。各箔片41的凸部41c与凹部41d在轴向上设置在相同的位置。由此，如图6(B)所示，通过将各箔片41的凸部41c嵌入相邻的箔片41的凹部41d，能够将三个箔片41临时组合成筒状。如图5所示，各箔片41的周向另一端的凸部41e插入第一箔片支架31的内周面31c上设置的槽31e中。各箔片41的周向一端的凸部41c配置在相邻的箔片41的外径面41b与第一箔片支架31的内周面31 c之间。由此，各箔片41的周向两端以与第一箔片支架31接触的状态而被保持。
[0072]推力轴承箔片50例如由多个箔片51构成，分别通过环状的固定构件33安装在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a(参照图3以及图4)。如图7所示，各箔片51—体地具备主体部51a和固定于各外壳31、32的端面31d、32a的固定部51b。主体部5 la的旋转方向前方侧的边缘51 c以及旋转方向后方侧的边缘51 d均形成为使中央部向旋转方向前方侧突出的大致V字形状。各边缘5lc、51d的中央部呈圆弧状地弯曲。各箔片51的固定部51 b使外径侧朝向旋转方向后方侧(图8的箭头的相反侧)倾斜的方向延伸。在各推力轴承箔片50中，多个箔片51的固定部51b配置在同一圆周上，通过环状的固定构件33与各箔片支架31、32的端面31(1、32&而被夹持固定。
[0073]如图8(A)、(B)所示，构成推力轴承箔片50的多个箔片51在圆周方向上以等间距配置于第一箔片支架31的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a。如图9所示，各箔片51的旋转方向前方侧的边缘51 c配置在相邻的箔片51的上方(凸缘部22侧)。即，各箔片51的旋转方向前方侧部分上行至相邻的箔片51的旋转方向后方侧部分。各箔片51中的、与凸缘部22的端面22a、22b直接对置的部分(在图8中可见的部分)作为推力轴承面51e而发挥功能。
[0074]箔片41、51通过富含弹性并且加工性优异的金属、例如由钢材料、铜合金构成的厚度为20μπι?200μπι左右的金属箔片形成。在如本实施方式那样使用空气作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此无法期待由油实现的防锈效果。作为钢材料、铜合金的代表例，能够列举碳钢、黄铜，但在一般的碳钢的情况下，容易产生由锈导致的腐蚀，在黄铜的情况下，有时会产生加工变形导致的自生裂纹(黄铜中的Ζη的含有量越多则该趋势越强)。因此，作为金属箔片，优选使用不锈钢或青铜制的箔片。
[0075]上述结构的箔片轴承单元100按照以下的顺序进行组装。
[0076]首先，将径向轴承箔片40临时组合{参照图6(B)}，并将它们安装于第一箔片支架31的内周面31 c。具体而言，将临时组合的径向轴承箔片40的各箔片41的凸部41 e从轴向一侧插入第一箔片支架31的内周面31c上设置的槽31e中，并且将径向轴承箔片40插入第一箔片支架31的内 周。
[0077]然后，将推力轴承箔片50安装于第一箔片支架31的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a。具体而言，首先，如图10(A)所示，准备两组由将一个金属箔片切断而得到的多个箔片51构成的箔片组(在图10中，为了便于理解，对一方的箔片组标注散点。)。使该两组箔片组以将相位错开各箔片的一半的方式重叠{参照图10(B)}，使各箔片51的旋转方向前方侧的边缘51c重叠在相邻的箔片51的上方。在该状态下，通过利用第一箔片支架31的平板部31b的端面31d与环状的固定构件33夹持各箔片51的固定部51b，从而将推力轴承箔片50安装于第一箔片支架31{参照图8(A)}。同样地，通过利用第二箔片支架32的端面32a与环状的固定构件33夹持各箔片51的固定部51b，从而将推力轴承箔片50安装于第二箔片支架32{参照图8(B)}。需要说明的是，也可以将箔片51的固定部51b粘接或焊接在第一箔片支架31的平板部31b的端面31d、第二箔片支架32的端面32a、或者环状的固定构件33。
[0078]接下来，将内侧构件20的套筒部21插入到安装于第一箔片支架31的径向轴承箔片40的内周。之后，以从轴向两侧夹持内侧构件20的凸缘部22的方式，将第二箔片支架32安装于第一箔片支架31。具体而言，使安装于第一箔片支架31的固定构件33、安装于第二箔片支架32的固定构件33抵接，在该状态下，通过未图示的螺栓等在轴向上将两箔片支架31、32固定。此时，如图3所示，通过使共用的定位销34与设置在两固定构件33上的轴向孔嵌合，从而进行两固定构件33的轴正交方向上的定位、以及两箔片支架31、32的轴正交方向上的定位。
[0079]由此，完成箔片轴承单元100。该箔片轴承单元100在轴承外壳30的内部收容有内侧构件20，并且通过第一箔片支架31及第二箔片支架32与凸缘部22在轴向上卡合，从而防止内侧构件20自轴承外壳30的脱出。由此，由于能够一体地处理箔片轴承单元100，因此壳体10向燃气轮机的组装性提高。
[0080]在以上的结构中，当使旋转轴6向圆周方向一方(图5以及图8的箭头方向)旋转时，在径向轴承箔片40的轴承面41a与内侧构件20的套筒部21的外周面21a之间的径向轴承间隙形成有空气膜，通过该空气膜的压力在径向方向上支承内侧构件20以及旋转轴6。与此同时，在安装于第一箔片支架31的推力轴承箔片50的轴承面51e与内侧构件20的凸缘部22的一方的端面22a之间的推力轴承间隙、以及安装于第二箔片支架32的推力轴承箔片50的轴承面51e与内侧构件20的凸缘部22的另一方的端面22b之间的推力轴承间隙，分别形成有空气膜。通过该空气膜的压力，在两推力方向上支承内侧构件20以及旋转轴6。
[0081]另外，当旋转轴6旋转时，由于与旋转轴6的摩擦以及空气的粘性，径向轴承箔片40的各箔片41欲向旋转方向前方侧(图5的箭头方向)旋转。此时，各箔片的旋转方向前方侧的端部(凸部41e)与槽31e的角部抵接，从而限制各箔片41的移动。由此，如图11所示，各箔片41的旋转方向前方侧的端部(凸部41 e)在槽31 e的内部弯曲，轴承面4 la以向内径侧凸出的方式弯曲。并且，当径向轴承间隙的空气膜的压力增高时，径向轴承箔片40的各箔片41被向外径侧按压而发生弹性变形。此时，在箔片41的弹力、形成于径向轴承间隙的空气膜的压力相互平衡的位置，箔片41的形状被保持。另外，当随着旋转轴6的旋转而使推力轴承间隙的空气膜的压力增高时，推力轴承箔片50的各箔片51被向第一以及第二箔片支架31、32侧按压而发生弹性变形(参照图9)。此时，在箔片51的弹力、形成于推力轴承间隙的空气膜的压力相互平衡的位置，箔片51的形状被保持。
[0082]此时，通过箔片41、51所具有的挠性，各箔片41、51的轴承面41&、514艮据负载、旋转轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙以及推力轴承间隙自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温、高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙以及推力轴承间隙管理为最佳宽度，能够稳定地支承内侧构件20以及旋转轴6。
[0083]另外，通过将径向轴承箔片40以及一方的推力轴承箔片50安装于由一个部件构成的第一箔片支架31，从而能够高精度地设定供各轴承箔片40、50安装的安装面(圆筒部31a的内周面31c以及平板部31b的端面31d)的相对的位置精度(直角度等)。由此，由于各轴承箔片40、50的轴承面41a、51e的相对的位置精度以及径向轴承间隙以及推力轴承间隙被高精度地设定，因此能够高精度地支承内侧构件20以及旋转轴6。特别是，在本实施方式中，由于内侧构件20的套筒部21以及凸缘部22—体地形成，因此与安装于第一箔片支架31的轴承箔片40、50对置的面(套筒部21的外周面21a以及凸缘部22的一方的端面22a)的相对的位置精度也被高精度地设定。由此，径向轴承间隙以及推力轴承间隙的精度被进一步提高，内侧构件20以及旋转轴6的支承精度进一步提高。
[0084]另外，在本实施方式中，在第一箔片支架31与第二箔片支架32的轴向之间设置有固定构件33、33。在该情况下，固定构件33、33作为确定第一箔片支架31的端面31d与第二箔片支架32的端面32a的轴向距离的分隔件而发挥功能，它们的轴向距离被高精度地设定。由此，能够高精度地设定第一箔片支架31的端面31d与内侧构件20的凸缘部22的一方的端面22a之间的推力轴承间隙、以及第二箔片支架32的端面32a与内侧构件20的凸缘部22的另一方的端面22b之间的推力轴承间隙，能够提高旋转轴6的推力方向上的支承精度。需要说明的是，在本实施方式中，在第一箔片支架31以及第二箔片支架32上分别设置有固定构件33，但在通过焊接等方法将箔片51的固定部51b与第一箔片支架31的平板部31b的端面31d以及第二箔片支架32的端面32a分别一体地接合的情况下，固定构件33也可以为一个。在该情况下，能够仅通过一个固定构件33的轴向尺寸来确定推力轴承间隙。
[0085]需要说明的是，在旋转轴6的即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，各箔片41、51的轴承面41a、51e与内侧构件20接触滑动，因此，也可以在它们的任一方或者双方形成有DLC膜、氮化铝钛膜或者二硫化钼膜等低摩擦化被膜。另外，在轴承的运转过程中，在箔片41、51与各箔片支架31、32之间产生微小滑动，因此，也可以在它们的任一方或者双方形成上述那样的低摩擦化被膜。
[0086]本发明不限于上述的实施方式。在图12所示的实施方式中，在固定构件33上设置有径向的连通孔33a。由此，随着旋转轴6以及内侧构件20的旋转，推力轴承间隙的空气因离心力而向外径侧流动，从连通孔33a向外部排出。此时，第一箔片支架31与凸缘部22之间的推力轴承间隙的空气从连通孔33a向外部排出，从而与之连通的径向轴承间隙的空气经由推力轴承间隙从连通孔33a向外部排出。箔片轴承单元100的涡轮1侧处于高温，因此通过将接近涡轮1的径向轴承间隙的空气向外部排出，从而能够对轴承外壳30的内部的空气进行冷却。
[0087]另外，在本实施方式中，设置有连通路60，该连通路60将径向轴承间隙的涡轮侧的端部与箔片轴承单元100的压缩机2侧的空间连通。具体而言，在内侧构件20的内周面21b设置有轴向槽21c，并且在内侧构件20的涡轮1侧的端面设置有径向槽21d，通过上述轴向槽21 c以及径向槽21 d形成连通路60。由此，通过利用旋转轴6的旋转将推力轴承间隙的空气从连通孔33a向外部排出，从而经由连通路60，从径向轴承间隙的涡轮1侧的端部导入压缩机2侧的空气。压缩机2侧的空气的温度远低于涡轮1侧的空气，因此通过将压缩机2侧的空气导入径向轴承间隙，能够对箔片轴承单元100高效地进行冷却。
[0088]在图13所示的实施方式中，在轴承外壳30的外周设置有安装构件70，并且它们经由缓冲件80而连结。安装构件70的外周面安装于燃气轮机的壳体10。在图示例中，安装构件70呈圆筒状，安装构件70的内周面71与轴承外壳30的外周面31f经由缓冲件80而连结。缓冲件80例如能够使用丝网、高粘度油、树脂、橡胶等。在安装构件70与轴承外壳30之间配置有0型环90。通过0型环90，限制轴承外壳30相对于安装构件70的径向上的移动。轴承外壳30通过使缓冲件80变形，从而允许相对于安装构件70的周向以及轴向的移动。由此，在轴承外壳30上产生振动的情况下，通过利用缓冲件80的变形来吸收轴承外壳30的振动，从而能够使振动衰减。
[0089]在图14所示的实施方式中，在内侧构件20的套筒部21的轴向中间部(在图示例中为轴向中央部)设置有凸缘部22，在第二箔片支架32上一体地设置有圆筒部32b以及圆盘状的平板部32c。在第二箔片支架32的圆筒部32b的内周面32d安装有径向轴承箔片40。由此，由于在凸缘部22的轴向两侧设置有径向轴承间隙，因此能够提高针对随着旋转轴6的振摆回转产生的转矩力的支承力。特别是，在使凸缘部22大径化的情况(例如，凸缘部22的直径比套筒部21的轴向长度大的情况)下，由于上述的转矩力增大，因此本实施方式的结构有效。
[0090]在以上的实施方式中，示出了通过多圆弧轴承构成径向轴承箔片40的情况，但不限于此，也可以使用所谓的薄片型的径向轴承箔片、所谓的箔片凸出型的径向轴承箔片，该薄片型的径向轴承箔片将各箔片的周向一端安装于轴承外壳30的内周面，并且将各箔片的周向另一端设为自由端，该箔片凸出型的径向轴承箔片在圆筒状的顶部箔片的外径配置有波型的反向箔片。
[0091]另外，在以上的实施方式中，示出了推力轴承箔片50将设置于各箔片51的外径端的固定部51b固定于轴承外壳30的情况，但不限于此，也可以将各箔片51的周向一端安装于轴承外壳30，将周向另一端设为自由端。
[0092]本发明的箔片轴承单元100的应用对象不限于上述的燃气轮机，例如也可以作为增压器的支承转子的轴承而使用。如图15所示，增压器通过由发动机103产生的废气来驱动涡轮101，通过其驱动力而使压缩机102旋转对吸入空气进行压缩，实现发动机103的转矩提高、效率改善。通过涡轮101、压缩机102以及旋转轴6构成转子，作为支承旋转轴6的轴承，能够使用上述各实施方式的箔片 轴承单元100。
[0093]本发明的箔片轴承不限于燃气轮机、增压器等涡轮机械，能够作为在难以进行润滑油等液体的润滑、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅机、或者液体的剪切产生的阻力成为问题等限制下所使用的机动车等的车辆用轴承、以及工业机器用的轴承而广泛使用。
[0094]另外，以上说明的各箔片轴承是使用空气使用作为压力产生流体的空气动压轴承，但不限于此，作为压力产生流体，可以使用其它气体，或者也可以使用水、油等液体。
[0095]以下，根据图16?25对本申请第二发明的实施方式进行说明。
[0096]在图16中示出图1所示的燃气轮机中的支承转子的轴(旋转轴)6的箔片轴承单元210。箔片轴承单元210具备:固定于轴6的旋转构件220、在径向方向支承轴6以及旋转构件220的径向箔片轴承230、以及在推力方向支承轴6以及旋转构件220的第一推力箔片轴承240以及第二推力箔片轴承250。
[0097]如图17所示，旋转构件220具备套筒部221、从套筒部221向外径突出的圆盘状的凸缘部222。在图示例中，在套筒部221的压缩机2侧(图17的左侧)的轴向端部设置有凸缘部222。旋转构件220的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。在本实施方式中，旋转构件220的套筒部221以及凸缘部222形成为独立构件，分别由不同材料形成。凸缘部222由碳纤维强化复合材料、特别是碳纤维与碳或者石墨粘合料的复合材料(C/C复合材料)形成。C/C复合材料通过浸渗法、CVD法而形成，在浸渗法中，在使树脂等粘合料浸渗于由碳纤维形的基体材料后，通过烧成而使粘合料炭化(根据需要进行石墨化)，在CVD法中，在碳纤维基体材料上沉积使烃热分解而得到的碳。套筒部221例如由烧结材料形成，在本实施方式中，由对碳粉末(特别是石墨粉末)进行烧成而得到的碳烧结材料形成。
[0098]套筒部221以及凸缘部222以在轴向上抵接的状态一体化。具体而言，在使套筒部221的端面221c与设置于凸缘部222的内径端的端面222c在轴向上抵接的状态下，通过粘接、熔敷等适当的手段而将两者固定。如此一体化的旋转构件220嵌合固定具体而言压入固定于轴6的外周面。这样，通过预先将套筒部221以及凸缘部222形成为一体，从而能够在高精度地设定两者的相对位置(直角度、同轴度等)的状态下，向轴6进行组装。
[0099]如图18所示，径向箔片轴承230具有圆筒状的箔片支架231、安装于箔片支架231的内周面的多个箔片232。在箔片支架231的内周面231a形成有供箔片232的周向端部插入的槽231b。槽231b遍及箔片支架231的轴向全长而延伸，设置在圆周方向上等间隔的多个部位(在图示例中为三个部位)。
[0100]多个箔片232以在周向上排列的方式安装在箔片支架231的内周面231a。各箔片232的内径面232a作为径向轴承面S1而发挥功能。在图示例中，通过三个箔片232形成多圆弧型的径向轴承面S1。在箔片支架231的内周面231a与各箔片232之间未设置有用于对箔片232赋予弹性的构件(反向箔片等)，箔片232的外径面232b与箔片支架231的内周面231a能够滑动。
[0101]如图19(A)所示，各箔片232具备设置于周向一端的凸部232c、设置于周向另一端的凹部232d。各箔片232的凸部232c与凹部232d在轴向上设置在相同的位置。如图19(B)所示，通过将各箔片232的凸部232c嵌入相邻的箔片232的凹部232d，从而能够将三个箔片232临时组合成筒状。在该情况下，在图18所示的轴向观察时，各箔片232的周向一端(凸部232c)、相邻的箔片232的周向另一端(凹部232d的轴向两侧的凸部232e)处于交叉的状态。在本实施方式中，各箔片232的周向另一端的凸部232e插入箔片支架231的内周面231a上设置的槽231b中。各箔片232的周向一端的凸部232c配置在相邻的箔片232的外径面232b与箔片支架231的内周面231a之间，作为底部箔片(under foil)部而发挥功能。
[0102]如图17所示，第一推力箔片轴承240从轴向一侧(图中右侧)支承旋转构件220的凸缘部222，具备圆盘状的箔片支架241、固定于箔片支架241的端面241a的多个箔片242。在本实施方式中，第一推力箔片轴承240的箔片支架241、径向箔片轴承230的箔片支架231—体地形成，构成第一箔片支架。
[0103]如图20所示，第一推力箔片轴承240的各箔片242—体地具备:主体部242a、设置在比主体部242a靠外径侧的位置的固定部242b、以及连结主体部242a与固定部242b的连结部242c。主体部242a的旋转方向(轴6的旋转方向，以下相同)前方侧的边缘242d以及旋转方向后方侧的边缘242e均形成为使中央部向旋转方向前方侧突出的大致V字形状。主体部242a的边缘242d、242e的中央部呈圆弧状地弯曲。
[0104]如图21(A)所示，各箔片242的固定部242b固定于箔片支架241的端面241a的外径端。在图示例中，多个箔片242的固定部242b配置在同一圆周上，通过环状的固定构件243与箔片支架241的端面241a夹持固定固定部242b的整个区域。多个箔片242在圆周方向上以等间距配置，在图示例中，以使相位错开各箔片242的一半的方式重叠。如图22所示，各箔片242的旋转方向前方侧的边缘242d配置在相邻的箔片242的上方(凸缘部22两侧)。即，各箔片242的旋转方向前方侧部分上行至相邻的箔片242的旋转方向后方侧部分。各箔片242的主体部242a的表面中的、与凸缘部222的一方的端面222a直接对置的部分{在图21(A)中可见的部分Η乍为推力轴承面S2而发挥功能。需要说明的是，也可以通过焊接、粘接等将各箔片242的固定部242b固定于箔片支架241或者固定构件243。
[0105]如图17所示，第二推力箔片轴承250从轴向另一方侧(图中左侧)支承旋转构件220的凸缘部222。如图21(B)所示，第二推力箔片轴承250具备圆盘状的箔片支架251(第二箔片支架)、固定于箔片支架251的端面251a的多个箔片252。各箔片252的主体部的表面中的、与凸缘部222的另一方的端面222b直接对置的部分{在图21(B)中可见的部分Η乍为推力轴承面S3而发挥功能。第二推力箔片轴承250的其它结构与第一推力箔片轴承240相同，因此省略重复说明。
[0106]箔片232、242、252通过对由富含弹性且加工性优异的金属例如钢材料、铜合金构成的厚度为20μπι?200μπι左右的金属箔片实施冲压加工、线切割、或者蚀刻等而形成。在如本实施方式那样使用空气作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此作为金属箔片，优选使用不锈钢或青铜制的箔片。
[0107]上述结构的箔片轴承单元210按照以下的顺序组装。首先，将旋转构件220的套筒部221插入到径向箔片轴承230的内周。之后，以从轴向两侧夹持旋转构件220的凸缘部222的方式，将第二推力箔片轴承250安装于第一推力箔片轴承240。具体而言，使安装于第一推力箔片轴承240的箔片支架241的固定构件243、安装于第二箔片轴承250的箔片支架251的固定构件253在轴向上抵接，在该状态下，通过未图示的螺栓等对两箔片支架241、251进行固定。由此，完成猜片轴承单兀210。
[0108]上述结构的箔片轴承单元210通过将轴6压入旋转构件220的内周，并且将箔片轴承230、240、250的箔片支架231、241、251的一部分或者全部固定于燃气轮机的壳体，从而组装于燃气轮机。此时，旋转构件220的套筒部221以及凸缘部222预先被一体化，因此能够在高精度地设定两者的相对的位置精度，具体而言，套筒部221的外周面221a与凸缘部222的两端面222a、222b的直角度等的状态下，将旋转构件220安装于轴6。另外，在箔片轴承单元210中，在由径向箔片轴承230以及推力箔片轴承240、250构成的轴承构件的内部收容有旋转构件220，在限制轴承构件与旋转构件220的分离的状态下将它们一体化，因此，在向燃气轮机组装时能够一体地处理轴承构件以及旋转构件220，从而组装性提高。
[0109]当轴6向圆周方向一方(图18以及图21的箭头方向)旋转时，在径向箔片轴承230的箔片232的径向轴承面S1与旋转构件220的套筒部221的外周面221a之间形成有径向轴承间隙，通过在该径向轴承间隙产生的空气膜的压力而在径向方向上支承旋转构件220以及轴
6。与此同时，在第一推力箔片轴承240的箔片242的推力轴承面S2与旋转构件220的凸缘部222的一方的端面222a之间、以及第二推力箔片轴承250的箔片252的推力轴承面S3与旋转构件220的凸缘部222的另一方的端面222b之间，分别形成推力轴承间隙，通过在各推力轴承间隙产生的空气膜的压力，在两推力方向上支承旋转构件220以及轴6。
[0110]此时，通过箔片232、242、252所具有的挠性，各箔片232、242、252的轴承面S1、S2、S3根据负载、轴6的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此径向轴承间隙以及推力轴承间隙自动调整为与运转条件相应的适当宽度。因此，即使在高温、高速旋转这样的严酷条件下，也能够将径向轴承间隙以及推力轴承间隙管理为最佳宽度，能够稳定地支承旋转构件220以及轴6。
[0111]另外，如上述那样，通过由碳纤维强化复合材料形成旋转构件220的凸缘部22，从而实现了凸缘部222的轻型化以及拉伸强度的提高，旋转构件220的旋转响应性以及离心强度提高。特别是，在凸缘部222的直径较大的情况下(例如，凸缘部222的直径比套筒部221的轴向尺寸大的情况下，参照图17)，如上述那样由碳纤维强化复合材料形成凸缘部222是有效的。特别是，通过由C/C复合材料形成凸缘部222，耐热性提高，并且通过构成凸缘部222的母材的碳(石墨)的润滑性，与推力箔片轴承240、250的滑动性提高。
[0112]另外，通过由碳烧结材料形成旋转构件220的套筒部221，与径向箔片轴承230的滑动性提高。特别是，在如本实施方式那样旋转构件220固定于沿水平方向延伸的轴6的情况下，在轴6起动、停 止时等低速旋转时，套筒部221的外周面221a与径向箔片轴承230的箔片232接触，因此通过由碳烧结材料形成套筒部221来提高滑动性是有效的。
[0113]需要说明的是，在轴6即将停止之前、刚刚起动之后的低速旋转时，各箔片的轴承面S1?S3与旋转构件220接触滑动，因此也可以在它们的任一方或者双方形成有DLC膜、氮化铝钛膜、或者二硫化钼膜等低摩擦化被膜。另外，在轴6旋转时，通过箔片232、242、252与各箔片支架231、241、251之间的微小滑动，能够抑制轴6的振动。为了调整该微小滑动的摩擦力，也可以在箔片232、242、252与各箔片支架231、241、251的任一方或者双方形成有上述那样的低摩擦化被膜。
[0114]本发明不限于上述的实施方式。例如，图23所示的旋转构件320在不仅使凸缘部222与套筒部221在轴向上抵接，并且使凸缘部222的内周面与套筒部221的外周面嵌合的状态下一体化。具体而言，在套筒部221的外周面221a的轴向一端侧设置有小径外周面221b，使该套筒部221的小径外周面221b与凸缘部222的内周面222d嵌合，并且使套筒部221的外周面221a与小径外周面221b之间的肩面(端面221c)和凸缘部222的端面222c抵接。
[0115]这样，除套筒部221的端面221c与凸缘部222的端面222a的抵接以外，通过使套筒部221的小径外周面221b与凸缘部222的内周面222d嵌合，从而两者的相对的位置精度进一步提高，并且两者的接触面积增大而结合力增大。特别是，在本实施方式中，套筒部221的小径外周面221b的径向上的壁厚比其它区域薄。因此，通过朝向轴6的压入，小径外周面221b扩径而被按压于凸缘部222的内周面222d，因此套筒部221与凸缘部222的结合力进一步提尚ο
[0116]图24所示的旋转构件420在套筒部221的外周面221a与小径外周面221b之间设置有朝向外径突出的突出部221d，使该突出部221d的端面221c与凸缘部222的内径端的端面222c抵接。由此，套筒部221与凸缘部222的轴向上的抵接部的接触面积扩大，能够进一步提高两者的相对的位置精度以及结合力。需要说明的是，突出部221d可以设置在套筒部221的整周上，也可以设置在圆周方向上分离的多个部位。
[0117]另外，在以上的实施方式中，示出了由碳烧结材料形成旋转构件220的套筒部221，由碳纤维强化复合材料形成凸缘部222的情况，但不限于此，也可以根据所要求的特性，改变由碳纤维强化复合材料形成的部位。例如，在轴6沿铅垂方向配置的情况下(省略图示)，在轴起动停止时等低速旋转时，使凸缘部222的端面222b(或者端面222a)与推力箔片轴承250(或者推力箔片轴承240)接触滑动。另一方面，套筒部221的外周面221a与径向箔片轴承230的接触较少。因此，在旋转构件220固定于铅垂方向的轴6的情况下，也可以由滑动性优异的碳烧结材料形成凸缘部，由碳纤维强化复合材料形成套筒部221。
[0118]另外，在以上的实施方式中，将旋转构件220的套筒部221与凸缘部222形成为独立构件，但也可以通过碳纤维强化复合材料将旋转构件220的套筒部221与凸缘部222—体成形。
[0119]另外，在以上的实施方式中，示出了由多圆弧轴承构成径向箔片轴承230的情况，但不限于此，也可以使用所谓的薄片型的径向轴承箔片、所谓的箔片凸出型的径向轴承箔片，该薄片型的径向轴承箔片将各箔片的周向一端安装于箔片支架231的内周面231a，并且将各箔片的周向另一端设为自由端，该箔片凸出型的径向轴承箔片在圆筒状的顶部箔片的外径配置有波型的反向箔片。另外，推力箔片轴承的结构也不限于此，例如，也可以使用在顶部箔片与箔片支架之间配置有波型的弹性箔片的箔片凸出型的推力箔片轴承。
[0120]本发明的箔片轴承单元210的应用对象不限于上述的燃气轮机，例如也可以作为增压器的支承转子的轴承而使用。另外，本发明的箔片轴承不限于燃气轮机、增压器等涡轮机械，能够作为在难以进行润滑油等液体的润滑、从能量效率的观点出发难以另外设置润滑油循环系统的辅机、或者液体的剪切产生的阻力成为问题等限制下所使用的机动车等的车辆用轴承、以及工业机器用的轴承而广泛使用。
[0121]另外，以上说明的各箔片轴承是使用空气作为压力产生流体的空气动压轴承，但不限于此，作为压力产生流体，也可以使用其它的气体，或者可以使用水、油等液体。
[0122]另外，在以上的实施方式中，示出了形成于箔片支架31、231的内周面31(:、231&的槽31e、231b的开口部的周向宽度比较大的情况，但不限于此，例如，也可以在箔片支架的内周面形成开口部的周向宽度小的狭缝状的槽，将箔片的端部插入到该该槽中。
[0123]另外，能够将上述的本申请第一发明的实施方式的结构、上述的本申请第二发明的实施方式的结构适当地组合。
[0124]附图标记说明
[0125]1 涡轮
[0126]2 压缩机
[0127]6 旋转轴
[0128]10 壳体
[0129]20内侧构件
[0130]21 套筒部
[0131]22凸缘部
[0132]30轴承外壳
[0133]31第一箔片支架
[0134]32第二箔片支架
[0135]33固定构件
[0136]40径向轴承箔片
[0137]41 箔片
[0138]50推力轴承箔片
[0139]51 箔片
[0140]60 连通路
[0141]70 安装构件
[0142]80 缓冲件
[0143]100箔片轴承单元
【主权项】
1.一种箔片轴承单元，其具备: 第一箔片支架，其由一个部件构成； 径向轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的内周面； 推力轴承箔片，其安装于所述第一箔片支架的端面；以及 内侧构件，其具有插入到所述第一箔片支架的内周的轴部以及从所述轴部向外径突出的凸缘部， 通过在所述径向轴承箔片的轴承面与所述轴部的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件，并且通过在所述推力轴承箔片的轴承面与所述凸缘部的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。2.根据权利要求1所述的箔片轴承单元，其中， 所述轴部由中空的套筒部构成，且所述套筒部与所述凸缘部一体地形成。3.根据权利要求1或2所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元还具备: 安装于所述第一箔片支架的第二箔片支架；以及 安装于所述第二箔片支架的端面的另一推力轴承箔片， 通过在所述内侧构件的凸缘部的另一端面与所述另一推力轴承箔片的轴承面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承所述内侧构件。4.根据权利要求3所述的箔片轴承单元，其中， 在所述第一箔片支架与所述第二箔片支架的轴向之间设置有分隔件。5.根据权利要求4所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元设置有连通所述分隔件的内周与外周的连通孔。6.根据权利要求5所述的箔片轴承单元，其中， 在所述套筒部的内周面与固定于该内周面的旋转轴的外周面之间形成有连通所述径向轴承间隙与外部的连通路。7.根据权利要求3至6中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 在所述第二箔片支架的内周面安装有另一径向轴承箔片，通过在所述内侧构件的轴部的外周面与所述另一径向轴承箔片的轴承面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承所述内侧构件。8.根据权利要求1至7中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述箔片轴承单元具备: 设置于所述第一箔片支架的外周的安装构件；以及 连结所述第一箔片支架与所述安装构件的缓冲件， 通过所述缓冲件的变形而允许所述第一箔片支架相对于所述安装构件的移动。9.根据权利要求1至8中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述内侧构件的至少一部分由碳纤维强化复合材料形成。10.根据权利要求9所述的箔片轴承单元，其中， 所述碳纤维强化复合材料是C/C复合材料。11.根据权利要求9或10所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部由碳纤维强化复合材料形成。12.根据权利要求9至11中任一项所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部和所述轴部利用不同的材料形成。13.根据权利要求12所述的箔片轴承单元，其中， 所述凸缘部由碳纤维强化复合材料形成，所述轴部由碳烧结材料形成。14.根据权利要求13所述的箔片轴承单元，其中， 所述轴部沿水平方向配置。15.根据权利要求9至14中任一项所述的旋转构件，其中， 所述凸缘部以及所述轴部形成为独立构件，在使所述凸缘部与所述轴部在轴向上抵接的状态下使两者一体化。16.根据权利要求15所述的旋转构件，其中， 进而，在使所述凸缘部的内周面与所述轴部的外周面嵌合的状态下使所述凸缘部与所述轴部一体化。
【专利摘要】本发明的箔片轴承单元(100)具备：第一箔片支架(31)，其由一个部件构成；径向轴承箔片(40)，其安装于第一箔片支架(31)的内周面(31c)；推力轴承箔片(50)，其安装于第一箔片支架(31)的端面(31d)；以及内侧构件(20)，其具有插入到第一箔片支架(31)的内周的轴部(套筒部(21))以及从套筒部(21)向外径突出的凸缘部(22)。通过在径向轴承箔片(40)的轴承面与套筒部(21)的外周面之间的径向轴承间隙产生的流体压力，而在径向方向上支承内侧构件(20)，并且通过在推力轴承箔片(50)的轴承面与凸缘部(22)的一端面之间的推力轴承间隙产生的流体压力，而在推力方向上支承内侧构件(20)。
【IPC分类】F16C27/02, F02C7/06, F01D25/16, F02B39/00, F16C17/06, F16C17/10, F16C17/03
【公开号】CN105492786
【申请号】CN201480047919
【发明人】吉野真人, 川村光生, 藤原宏树
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月27日
【公告号】EP3043080A1, US20160186799, WO2015033835A1
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