本申請是國際申請日為2014年06月26日、申請?zhí)枮?013800659065(國際申請?zhí)杙ct/jp2013/083556)、發(fā)明名稱為“薄襯墊軸承”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及薄襯墊軸承(foilbearing)。

背景技術：

燃氣輪機、渦輪增壓器的主軸以高速被旋轉驅動。另外，安裝于主軸上的渦輪葉片暴露于高溫中。因此，對于支承這些主軸的軸承，要求能夠承受高溫·高速旋轉這樣的嚴酷環(huán)境。作為這種用途的軸承，有時使用油潤滑的滾動軸承、液動壓軸承，然而在難以進行由潤滑油等液體實施的潤滑的情況、從能量效率的觀點出發(fā)難以另外設置潤滑油循環(huán)系統(tǒng)的輔助設備的情況、或者因液體的剪切而產生的阻力成為問題的情況等的條件下，這些軸承的使用受到限制。因此，作為適合在這樣的條件下使用的軸承，著眼于空氣動壓軸承。

作為空氣動壓軸承，通過一般由剛體來構成旋轉側和固定側雙方的軸承面。然而，在這種空氣動壓軸承中，若形成于旋轉側與固定側的軸承面間的徑向軸承間隙的管理不充分，則在超過穩(wěn)定極限時容易產生被稱作回轉(whirl)的自激性的主軸的振擺回轉。因此，與所使用的旋轉速度對應的間隙管理變得重要。特別是，如燃氣輪機、渦輪增壓器那樣，在溫度變化激烈的環(huán)境中由于熱膨脹的影響而導致徑向軸承間隙的寬度改變，因此精度良好的間隙管理極為困難。

作為不易產生回轉且即使在溫度變化大的環(huán)境下也能夠容易地進行間隙管理的軸承，已知有薄襯墊軸承。薄襯墊軸承由相對于彎曲而剛性較低的具有撓性的薄膜(薄襯墊)構成軸承面，通過允許軸承面的撓曲來支承負載。通常，由被稱作頂層薄襯墊的薄板來構成軸承的內周面，在其外徑側配置被稱作底層薄襯墊的彈簧狀的構件而通過底層薄襯墊來彈性地支承頂層薄襯墊受到的負載。在該情況下，在軸旋轉時，在軸的外周面與頂層薄襯墊的內周面之間形成空氣膜，對軸進行非接觸支承。

在薄襯墊軸承中，通過薄襯墊的撓性，形成與軸的旋轉速度、負載、周圍溫度等運轉條件相應的適當?shù)膹较蜉S承間隙，因此具有穩(wěn)定性優(yōu)異的特點，與一般的空氣動壓軸承相比能夠高速使用。另外，一般的動壓軸承的徑向軸承間隙需要管理成軸直徑的1/1000的級別，例如對于直徑為幾mm左右的軸，需要始終確保幾μm左右的徑向軸承間隙。因此，若考慮制造時的公差、以及溫度變化劇烈的情況下的熱膨脹，則難以進行精密的間隙管理。與此相對，在薄襯墊軸承的情況下，只需管理成幾十μm左右的徑向軸承間隙即可，具有其制造、間隙管理容易的優(yōu)點。

作為薄襯墊軸承，公知通過設置于底層薄襯墊的切開部來彈性地支承頂層薄襯墊的軸承(專利文獻1)、通過將線材編成網(wǎng)狀而得到的彈性體來彈性地支承軸承薄襯墊的軸承(專利文獻2)、以及在底層薄襯墊上設置與外圈內表面接觸且在周向上不移動的支承部和通過來自頂層薄襯墊的面壓而彈性地撓曲的彈性部的軸承(專利文獻3)等。另外，在專利文獻4以及5中，公開了沿周向排列配置多個薄襯墊并將各個薄襯墊的周向兩端安裝于外側構件的、所謂的多圓弧型的薄襯墊軸承。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-364643公報

專利文獻2：日本特開2003-262222號公報

專利文獻3：日本特開2009-299748號公報

專利文獻4：日本特開2009-216239號公報

專利文獻5：日本特開2006-57828號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

如上所述，以往的薄襯墊軸承設置有用于對頂層薄襯墊賦予彈性的構件(底層薄襯墊、彈性體)，因此需要制造該構件的成本、將該構件安裝于外側構件的工時。

因此，本發(fā)明的第一目的在于，減少薄襯墊軸承的部件數(shù)量，從而削減制造成本以及組裝工時。

另外，在上述專利文獻4以及5示出的多圓弧型的薄襯墊軸承中，在外側構件的內周面的周向上分開的多個部位，設置有朝向內徑方向突出的突出部(偏移抑制部、卡止機構)，將薄襯墊固定在該突出部的周向之間。但是，在該情況下，突出部的內徑面從各個薄襯墊的周向之間露出，因此軸承面的面積減少了與突出部對應的量，可能會導致支承力的降低。

因此，本發(fā)明的第二目的在于，提供能夠在不減少軸承面的面積的情況下將薄襯墊安裝于外側構件的多圓弧型的薄襯墊軸承。

另外，在上述專利文獻4以及5的薄襯墊軸承中，各個薄襯墊的周向兩端與從外側構件的內周面向內徑突出的突出部(專利文獻4的偏移抑制部62、專利文獻5的峰70)對接，從而各個薄襯墊的周向兩端保持于薄襯墊支架。

本發(fā)明的第三目的在于，提高由多圓弧型的薄襯墊軸承帶來的軸的振動衰減效果。

用于解決課題的手段

為了實現(xiàn)上述第一目的，本申請第一發(fā)明提供一種薄襯墊軸承，具備：外側構件，其具有圓筒面狀的內周面和安裝于所述外側構件的內周面的多個薄襯墊，所述薄襯墊不經由其他構件而在徑向上與所述外側構件的內周面直接對置，并且所述薄襯墊軸承將插入該薄襯墊軸承內周的軸在徑向方向上支承為相對旋轉自如，其中，各個薄襯墊包括：保持部，其設置于周向兩端，且以與所述外側構件接觸的狀態(tài)保持在所述外側構件；以及主體部，其設置于所述保持部的周向之間，且具有軸承面，各個薄襯墊的主體部的至少周向一方的端部從所述外側構件的內周面向內徑側立起。

這樣，在本申請第一發(fā)明的薄襯墊軸承中，各個薄襯墊的主體部的至少周向一方的端部并不沿外側構件的內周面設置，而是從外側構件的內周面向內徑側立起。由此，在各個薄襯墊的主體部的端部與外側構件的內周面之間形成有徑向的間隙，因此當軸相對旋轉而使軸的外周面與薄襯墊的內徑面(軸承面)之間的軸承間隙的壓力提高時，薄襯墊向減小上述徑向間隙的方向進行彈性變形，通過此時的薄襯墊的彈力而對薄襯墊賦予彈簧特性。因此，能夠在不在薄襯墊與外側構件之間設置底層薄襯墊、彈性體的情況下對薄襯墊賦予要求的彈簧特性，因此能夠省略底層薄襯墊等，能夠減少構成薄襯墊軸承的部件數(shù)量。

在上述的薄襯墊軸承中，通過將例如各個薄襯墊的至少周向一方的保持部插入固定槽中，所述固定槽設置于外側構件的內周面，從而能夠將該保持部保持于外側構件。如果使該固定槽朝向外徑側且向周向一方側傾斜，則薄襯墊的主體部的端部沿著固定槽的傾斜角度從外側構件的內周面立起，因此能夠通過固定槽的傾斜角度來調節(jié)薄襯墊的主體部的立起角度。

另外，如果各個薄襯墊的周向一方的保持部由主體部的軸向上的一部分區(qū)域向周向一方延伸而成的凸部構成，并將該凸部插入固定槽，則能夠通過凸部的軸向寬度來調節(jié)對薄襯墊賦予的彈力。并且，如果由在軸向上分開設置的多個凸部構成保持部，則能夠通過凸部的軸向寬度、個數(shù)來調節(jié)對薄襯墊賦予的彈力。

如果使各個薄襯墊的至少一方的保持部能夠相對于外側構件滑動，則能夠通過薄襯墊與外側構件的滑動的摩擦能量而使軸的相對旋轉造成的振動衰減。此時，能夠通過控制薄襯墊與外側構件的滑動面的摩擦系數(shù)，來調節(jié)軸承特性。即，若增大滑動面的摩擦系數(shù)，則與外側構件的滑動的摩擦能量增大，因此對軸相對旋轉時的振動進行衰減的效果增大，軸承的穩(wěn)定性提高。另一方面，若減小滑動面的摩擦系數(shù)，則在軸與薄襯墊接觸時，容易通過其接觸壓力而使各個薄襯墊相對于外側構件滑動，從而各個薄襯墊容易仿形于軸的外周面而變形。由此，增大軸與各個薄襯墊的接觸面積，提高兩者的耐磨損性。

在上述的薄襯墊軸承中，通過調節(jié)薄襯墊的主體部的端部的立起角度，能夠調節(jié)使徑向軸承間隙r的流體產生正壓的軸承面的面積。例如如圖6的展開圖所示，當使各個薄襯墊13的主體部13c的周向一方的端部相對于外側構件11的內周面11a的立起角度θ1比周向另一方的端部的立起角度θ2小時，各個薄襯墊13的外徑面13c1與外側構件11的內周面11a之間的徑向間隙成為最大的部位(以下，稱為峰值位置p)配置在比各個薄襯墊13的主體部13c的周向中央部o靠周向一方側(圖中左側)的位置處。當在該狀態(tài)下軸6向周向一方(箭頭方向)相對旋轉時，在各個薄襯墊13中的、比峰值位置p靠周向另一方側的區(qū)域中，在薄襯墊與軸6的外周面6a之間形成有朝向旋轉方向前方側而縮小的楔狀的徑向軸承間隙r，該區(qū)域作為產生正壓的軸承面a而發(fā)揮功能。這樣，通過設為θ1＞θ2，能夠使峰值位置p偏向周向一方側而得到較大的軸承面a，從而能夠提高支承力。需要說明的是，在該情況下，軸6的旋轉方向限定為周向一方側(圖6的箭頭方向)。

另一方面，如圖8的展開圖所示，當使各個薄襯墊13的主體部13c的兩端的立起角度θ1、θ2相等時，峰值位置p配置在各個薄襯墊13的周向中央部o。由此，能夠在峰值位置p的周向兩側形成相等面積的軸承面a、a’，因此在軸向任意方向旋轉的情況下均能夠發(fā)揮相等的支承力。

另外，為了實現(xiàn)上述第二目的，本申請第二發(fā)明涉及一種薄襯墊軸承，其具備：具有圓筒面狀的內周面的外側構件和安裝于所述外側構件的內周面的多個薄襯墊，并且所述薄襯墊軸承將插入該薄襯墊軸承內周的軸在徑向方向上支承為相對旋轉自如，所述薄襯墊軸承的特征在于，各個薄襯墊包括：保持部，其具有軸承面，且以使周向兩端部與所述外側構件接觸的狀態(tài)保持在所述外側構件，相鄰的薄襯墊的周向端部在沿軸向觀察時交叉，將各個薄襯墊的周向端部配置在相鄰的薄襯墊的外徑側。

這樣，通過使相鄰的薄襯墊的周向端部在沿軸向觀察時交叉，將各個薄襯墊的周向端部配置在相鄰的薄襯墊的外徑側，從而能夠在薄襯墊的里側(外徑側)，將各個薄襯墊的周向端部保持于外側構件的內周面。由此，能夠在周向上連續(xù)地配置薄襯墊，通過薄襯墊來覆蓋外側構件的內周面整周，因此能夠避免軸承面的面積的減少。

例如，通過將各個薄襯墊的周向兩端部插入固定槽，所述固定槽設置在外側構件的內周面，從而能夠將各個薄襯墊安裝于外側構件?；蛘咄ㄟ^將各個薄襯墊的周向一方的端部插入設置于外側構件的內周面的固定槽，并且將各個薄襯墊的周向另一方的端部配置在相鄰的薄襯墊與外側構件的內周面之間，能夠將各個薄襯墊安裝于外側構件。

如果使各個薄襯墊的至少周向一方的端部能夠相對于外側構件滑動，則能夠通過薄襯墊與外側構件的滑動的摩擦能量而使因軸的相對旋轉而產生的振動衰減。

例如，如果在各個薄襯墊的周向一方的端部設置軸向上的一部分區(qū)域延伸而成的凸部，在各個薄襯墊的周向另一方的端部設置與所述凸部不同的軸向區(qū)域延伸而成的凸部，則能夠使設置于相鄰的薄襯墊的端部的凸部在沿軸向觀察時交叉?；蛘呷绻诟鱾€薄襯墊的周向一方的端部設置使軸向上一部分區(qū)域延伸而成的凸部，在各個薄襯墊的周向另一方的端部設置狹縫，將所述凸部插入相鄰的薄襯墊的所述狹縫中，則能夠使相鄰的薄襯墊的端部在沿軸向觀察時交叉。在上述情況下，通過在各個薄襯墊的周向一方的端部的在軸向上分開的多個位置處設置凸部，并將該凸部安裝于外側構件，而能夠在軸向上平衡良好地保持各個薄襯墊。

上述薄襯墊軸承能夠采用例如在各個薄襯墊與外側構件的內周面之間設置對各個薄襯墊賦予朝向內徑的彈性的彈性構件(例如底層薄襯墊)的結構。

另外，為了實現(xiàn)上述第三目的，本申請第三發(fā)明涉及一種薄襯墊軸承，其具備：外側構件，其具有圓筒面狀的內周面；以及多個薄襯墊，其安裝于所述外側構件的內周面，且不經由其他構件地在徑向上與所述外側構件的內周面直接對置，并且所述薄襯墊軸承將插入該薄襯墊軸承內周的軸在徑向方向上支承為相對旋轉自如，其中，各個薄襯墊包括：保持部，其設置于周向兩端，且以與所述外側構件接觸的狀態(tài)保持在所述外側構件；以及主體部，其設置在所述保持部的周向之間，且具有軸承面，所述保持部以能夠與固定槽滑動的狀態(tài)保持在形成于所述外側構件的內周面上的該固定槽中。

發(fā)明效果

以上所述，根據(jù)本申請第一發(fā)明的薄襯墊軸承，由于不需要用于對具有軸承面的薄襯墊(頂層薄襯墊)賦予彈性的底層薄襯墊、彈性體，因此能夠減少部件數(shù)量，從而削減制造成本以及組裝工時。

另外，根據(jù)本申請第二發(fā)明，能夠獲得能夠在不減少軸承面的面積的情況下將薄襯墊安裝于外側構件的多圓弧型的薄襯墊軸承。

并且，根據(jù)本申請第三發(fā)明的薄襯墊軸承，通過使薄襯墊的保持部與固定槽滑動，能夠提高由薄襯墊的滑動帶來的軸的振動衰減效果。

附圖說明

圖1是示意性地表示燃氣輪機的結構的圖。

圖2是表示上述燃氣輪機中的旋轉件的支承結構的剖視圖。

圖3是沿軸向觀察本發(fā)明的一實施方式的薄襯墊軸承時的主視圖。

圖4(a)是在上述薄襯墊軸承中使用的薄襯墊的立體圖。

圖4(b)是表示組合了多個圖4(a)的薄襯墊后的狀態(tài)的立體圖。

圖5是上述薄襯墊軸承的放大剖視圖。

圖6是將周向轉換成至直線方向而表示上述薄襯墊軸承的展開圖。

圖7(a)是表示軸與薄襯墊接觸的狀態(tài)的圖，并且表示增大薄襯墊與外側構件的滑動面的摩擦系數(shù)的情況。

圖7(b)是表示軸與薄襯墊接觸的狀態(tài)的圖，并且表示減小薄襯墊與外側構件的滑動面的摩擦系數(shù)的情況。

圖8是其他實施方式的薄襯墊軸承的放大剖視圖。

圖9是將周向轉換成直線方向而表示圖8的薄襯墊軸承的展開圖。

圖10(a)是在其他實施方式的薄襯墊軸承中使用的薄襯墊的立體圖。

圖10(b)是表示組合了多個圖10(a)的薄襯墊后的狀態(tài)的立體圖。

圖11是其他實施方式的薄襯墊軸承的放大剖視圖。

圖12是將周向轉換成至直線方向而表示圖11所示的薄襯墊軸承的展開圖。

圖13(a)是在其他實施方式的薄襯墊軸承中使用的薄襯墊的立體圖。

圖13(b)是表示組合了多個圖13(a)的薄襯墊后的狀態(tài)的立體圖。

圖14是沿軸向觀察其他實施方式的薄襯墊軸承時的主視圖。

圖15(a)是在圖14的薄襯墊軸承中使用的底層薄襯墊的立體圖。

圖15(b)是表示組合了多個圖15(a)的底層薄襯墊后的狀態(tài)的立體圖。

圖16是圖14的薄襯墊軸承的放大剖視圖。

圖17是示意性地表示增壓器的結構的側視圖。

附圖標記說明

10薄襯墊軸承

11外側構件

11b、11c固定槽

13薄襯墊

13a、13b保持部

13c主體部

a軸承面

o薄襯墊的主體部的周向中央部

p峰值位置

r徑向軸承間隙

δ徑向間隙

θ1、θ2薄襯墊的立起角度

具體實施方式

以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

在圖1中示意性地示出被稱作燃氣輪機的燃氣輪機裝置的結構。該燃氣輪機主要包括：形成有葉片列的渦輪1以及壓縮機2、發(fā)電機3、燃燒器4、再生器5。在渦輪1、壓縮機2以及發(fā)電機3中設置有沿水平方向延伸的共用的軸6，通過該軸6、渦輪1以及壓縮機2構成能夠一體旋轉的旋轉件。從吸氣口7吸入的空氣在被壓縮機2壓縮并被再生器5加熱的基礎上，送入燃燒器4。使燃料與該壓縮空氣混合并燃燒，通過高溫、高壓的氣體使渦輪1旋轉。渦輪1的旋轉力經由軸6傳遞至發(fā)電機3，通過發(fā)電機3旋轉從而進行發(fā)電，該電力經由逆變器8輸出。由于使渦輪1旋轉后的氣體溫度較高，因此通過將該氣體送入再生器5與燃燒前的壓縮空氣之間進行熱交換，從而對燃燒后的氣體的熱量進行再利用。在再生器5中完成熱交換的氣體通過廢熱回收裝置9作為廢氣而排出。

在圖2中示出上述燃氣輪機中的旋轉件的支承結構的一個例子。在該支承結構中，在軸向上的兩個位置處配置有徑向軸承10，在軸6的凸緣部6b的軸向兩側配置有推力軸承20、20。通過該徑向軸承10以及推力軸承20，將軸6支承為在徑向方向以及兩推力方向上旋轉自如。

在該支承結構中，渦輪1與壓縮機2之間的區(qū)域由于與通過高溫、高壓的氣體而旋轉的渦輪1相鄰而成為高溫氣氛。在該高溫氣氛中，由潤滑油、潤滑脂等構成的潤滑劑會變質·蒸發(fā)，因此難以應用使用這些潤滑劑的通常的軸承(滾動軸承等)。因此，作為在這種支承結構中使用的軸承10、20，空氣動壓軸承、尤其是薄襯墊軸承較為適合。

以下，根據(jù)附圖對適于上述燃氣輪機用的徑向軸承的薄襯墊軸承10的結構進行說明。

如圖3所示，該薄襯墊軸承10包括：固定于殼體(省略圖示)的內周并在內周插入有軸6的外側構件11、安裝于外側構件11的內周面11a的多個薄襯墊13構成。該薄襯墊軸承10為外側構件11的內周面11a呈圓筒面狀并且在該內周面11a上沿周向排列配置有三個薄襯墊13的、所謂的多圓弧型的薄襯墊軸承。在外側構件11的內周面11a與薄襯墊13之間未設置有用于對薄襯墊13賦予彈性的構件(例如底層薄襯墊)，薄襯墊13的外徑面13c1與外側構件11的內周面11a在徑向上直接對置。

各個薄襯墊13包括：設置于周向兩端的保持部13a、13b、設置于兩保持部13a、13b的周向之間的主體部13c。各個薄襯墊13包括保持部13a、13b以及主體部13c且由一個薄襯墊通過沖壓加工等而一體地形成。保持部13a、13b以與外側構件11接觸的狀態(tài)保持在外側構件11。相鄰的薄襯墊10的保持部13a、13b以在沿軸向觀察時(參照圖3)相互交叉的方式設置，各個薄襯墊10的保持部13a、13b配置在相鄰的薄襯墊10的主體部13c的外徑側。在圖示例中，保持部13a、13b插入到設置于外側構件11的內周面11a的固定槽11b、11c中。固定槽11b、11c例如通過線切割加工而形成，并遍及外側構件11的軸向全長而形成。保持部13a、13b的至少一方未完全固定于固定槽11b、11c，而以能夠滑動的狀態(tài)保持在固定槽11b、11c中。固定槽11b朝向外徑而向周向一方(軸6的旋轉方向前方側，參照圖3的箭頭)傾斜，固定槽11c朝向外徑而向周向另一方傾斜。固定槽11b、11c在相同的周向位置處開口。薄襯墊13的主體部13c通過將矩形狀的平板彎曲成大致圓弧狀而成，在內徑面13c2具有軸承面a。

如圖4(a)所示，各個薄襯墊13的周向一方的保持部13a由使主體部13c的軸向上的一部分區(qū)域(在圖示例中為軸向中央部)向周向一方延伸而得到的凸部構成。另一方面，各個薄襯墊13的周向另一方的保持部13b由使主體部13c的軸向上的一部分向周向另一方延伸而得到的凸部構成。周向另一方的保持部13b由在軸向上分開設置的多個(在圖示例中為兩個)凸部構成，在它們的軸向之間設置有凹部13b1。通過將設置于薄襯墊13的一端的保持部13a插入設置于相鄰的薄襯墊的另一端的保持部13b之間的凹部13b1，從而保持部13a、13b在沿軸向觀察時交叉(參照圖4(b))。

如圖4(b)所示，將薄襯墊13的一方的保持部13a插入到設置在與之相鄰的薄襯墊13的另一方的保持部13b的軸向之間的凹部13b1中，在使多個(在圖示例中為三個)薄襯墊10一體化的狀態(tài)下，將保持部13a、13b分別插入固定槽11b、11c，從而將多個薄襯墊13安裝于外側構件11的內周面11a。這樣，通過使相鄰的薄襯墊13的保持部13a、13b交叉，并在薄襯墊13的外徑側(里側)插入固定槽11b、11c，從而能夠通過薄襯墊13的主體部13c來覆蓋外側構件11的內周面11a的整周，因此能夠最大限度地確保軸承面的面積。另外，由于薄襯墊13的周向端部(保持部13a、13b)不在與軸6的滑動面上露出，因此能夠可靠地防止薄襯墊13的周向端部向內徑側卷縮的情況。

如圖5所示，各個薄襯墊13的主體部13c的周向兩端(與保持部13a、13b的邊界部)并不沿外側構件11的內周面11a延伸，而是相對于內周面11a朝向各主體部13c的周向中央而向內徑側立起。在圖示例中，主體部13c的周向兩端與各保持部13a、13b的邊界部不會彎曲而平滑地連續(xù)，主體部13c的周向端部以朝向內徑凸出的方式彎曲。由此，在各個薄襯墊13的主體部13c的周向兩端，在各個薄襯墊13的外徑面13c1與外側構件11的內周面11a之間形成有徑向的間隙δ。各個薄襯墊13能夠向減小該徑向間隙δ的方向彈性變形。即，設計為，在軸6旋轉而使軸6的外周面6a與薄襯墊13的軸承面a之間的徑向軸承間隙r的壓力增高，薄襯墊13向外徑側內按壓而使徑向間隙δ變小時，薄襯墊13的變形止步于彈性范圍內(不發(fā)生塑性變形)。這樣，通過薄襯墊13的主體部13c的端部附近發(fā)生彈性變形，從而向薄襯墊13施加朝向內徑的彈力。向薄襯墊13施加的彈力能夠根據(jù)保持部13a、13b的軸向尺寸及數(shù)量、配置部位、或者后述的主體部13c的兩端的立起角度θ1、θ2來調節(jié)。

在本實施方式中，各個薄襯墊13的主體部13c的兩端相對于外側構件11的內周面11a的立起角度不同。主體部13c的端部的立起角度是指，主體部13c的端部的切線、與外側構件11的內周面11a的和薄襯墊13交叉的點(即固定槽11b的開口部)處的切線之間的角度。在本實施方式中，如圖5所示，主體部13c的一端(保持部13a側)的立起角度θ1比另一端(保持部13b側)的立起角度θ2大。這樣，通過使主體部13c的兩端的立起角度形成為θ1＞θ2，從而如圖6的展開圖所示，各個薄襯墊13的峰值位置(最向內徑側突出的位置)p設置在各個薄襯墊13的主體部13c的與周向中央部o相比靠一端側(保持部13a側)的位置處。當軸6向周向一方側旋轉時(參照圖6的箭頭)，在軸6的外周面6a與薄襯墊13的軸承面a之間，形成有朝向旋轉方向前方側而逐漸變窄的徑向軸承間隙r。此時，如上所述，通過使各個薄襯墊13的峰值位置p偏向一端側，從而產生正壓的軸承面a形成在峰值位置p的另一端側的寬大區(qū)域內，因此能夠取得較大的徑向軸承間隙r的周向區(qū)域，由此徑向方向的支承力提高。需要說明的是，在本實施方式中，由于薄襯墊13的保持部13a、13b與主體部13c的連接部平滑地連接，因此主體部13c的立起角度θ1、θ2與固定槽11b、11c的傾斜角度大致一致。

若薄襯墊13的主體部13c的立起角度θ1、θ2過大，則薄襯墊13向內徑側大幅突出，因與軸6的干涉而彎曲的可能性變高。因此，優(yōu)選立起角度θ1、θ2設定為30°以下，更優(yōu)選為20°以下。

薄襯墊13通過由富有彈簧特性并且加工性良好的金屬例如鋼材或銅合金構成的厚度20μm～200μm左右的帶狀薄襯墊而形成。在如本實施方式那樣使用空氣作為流體膜的空氣動壓軸承中，由于在氣氛中不存在潤滑油，因此無法期待由油實現(xiàn)的防銹效果。作為鋼材、銅合金的代表例，能夠列舉碳素鋼、黃銅，但對于一般的碳素鋼而言，容易產生因銹而形成的腐蝕，對于黃銅而言，有時產生因加工變形而形成的自發(fā)開裂(黃銅中的zn的含量越多則該趨勢越強)。因此，作為帶狀薄襯墊，優(yōu)選使用不銹鋼或青銅制的材料。

在以上的結構中，當使軸6向周向一方(圖3的箭頭方向)、即楔狀的徑向軸承間隙r的縮小方向旋轉時，在各個薄襯墊13的軸承面a與軸6的外周面6a之間形成空氣膜。當該空氣膜的壓力提高時，薄襯墊13的主體部13c的端部向外徑側被按壓，向徑向間隙δ變小的方向發(fā)生彈性變形。如此一來，在主體部13c被向外徑側按壓時，在主體部13c與保持部13a、13b的邊界部施加有轉矩力。此時，由于保持部13a、13b插入于固定槽11b、11c中，因此保持部13a、13b的兩面被固定槽11b、11c的內壁保持。由此，由于保持部13a、13b的角度不發(fā)生變化，因此維持了與之連續(xù)的主體部13c的周向端部的立起角度，能夠通過使主體部13c的端部彎曲而有效地發(fā)揮彈力。

并且，在軸6的周圍的周向上多個部位(在圖示例中為三個部位)處形成有楔狀的徑向軸承間隙r，軸6在與薄襯墊13非接觸的狀態(tài)下被支承為在徑向方向上旋轉自如。此時，在薄襯墊13的彈力、與形成于徑向軸承間隙r的空氣膜的壓力平衡的位置處，保持薄襯墊13的形狀。需要說明的是，雖然實際的徑向軸承間隙r的寬度是幾十μm左右的微小間隙，但在圖3、圖6中將其寬度夸大示出。另外，通過薄襯墊13所具有的撓性，各個薄襯墊13的軸承面a根據(jù)負載、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自動調節(jié)為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即使在高溫·高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將徑向軸承間隙r管理成最佳寬度，能夠穩(wěn)定地支承軸6。

在薄襯墊軸承10中，在軸6即將停止之前、剛剛起動之后的低速旋轉時，難以在各個薄襯墊13的軸承面a、軸6的外周面6a上形成表面粗糙度以上的厚度的空氣膜。因此，在各個薄襯墊13的軸承面a與軸6的外周面6a之間產生金屬接觸，導致轉矩的增大。為了減小此時的摩擦力而實現(xiàn)轉矩降低，優(yōu)選為，在各個薄襯墊13的軸承面a(內徑面13c2)、與其滑動的構件的表面(在本實施方式中為軸6的外周面6a)的任一方或者雙方，形成使表面低摩擦化的被膜(第一被膜)。作為該被膜，例如能夠使用dlc膜、氮化鋁鈦膜、或者二硫化鉬膜。dlc膜、氮化鋁鈦膜能夠由cvd、pvd形成，二硫化鉬膜能夠通過噴鍍而簡單形成。特別是dlc膜、氮化鋁鈦膜為硬質，因此通過由它們來形成被膜，能夠提高軸承面a的耐磨損性，能夠增大軸承壽命。

另外，在軸承的運轉過程中，由于形成于徑向軸承間隙的空氣膜的影響，薄襯墊13整體擴徑而向外側構件11的內周面11a按壓，伴隨于此，在薄襯墊13的外徑面13c1與外側構件11的內周面11a之間、以及薄襯墊13的保持部13a、13b與固定槽11b、11c之間發(fā)生周向上的微小滑動。因此，通過在薄襯墊13的外徑面13c1和與之接觸的外側構件11的內周面11a的任一方或雙方、或者薄襯墊13的保持部13a、13b和與之接觸的固定槽11b、11c的任一方或雙方形成被膜(第二被膜)，能夠實現(xiàn)這些滑動部的耐磨損性的提高。需要說明的是，在上述的薄襯墊軸承10中，薄襯墊13的主體部13c的周向兩端相對于外側構件11的內周面11a向內徑側立起，因此主體部13c的外徑面13c1與外側構件11的內周面11a的接觸較少。因此，上述第二被膜設置在薄襯墊13的保持部13a、13b和與之接觸的固定槽11b、11c處是有效的。

另外，通過控制薄襯墊13與外側構件11的滑動面的摩擦系數(shù)，能夠調節(jié)軸承特性。例如，若增大薄襯墊13與外側構件11的滑動面的至少一方(例如，薄襯墊13的保持部13a、13b的表面)的摩擦系數(shù)，則因與外側構件11(例如，固定槽11b、11c的內表面)的滑動而產生的摩擦能量增大，因此能夠提高因軸6的旋轉而產生的振動的衰減作用。在該情況下，作為第二被膜，優(yōu)選使用與二流化鉬膜相比摩擦系數(shù)較大但耐磨損性優(yōu)異的dlc膜、氮化鋁鈦膜。例如，作為形成于軸承面a的第一被膜，使用二流化鉬膜，另一方面，作為薄襯墊13與外側構件11的滑動部處形成的第二被膜，使用氮化鋁鈦、dlc膜等，通過使兩被膜的摩擦系數(shù)不同，能夠同時實現(xiàn)低轉矩化和振動衰減性的提高。

另一方面，若減小薄襯墊13和外側構件11的滑動面的至少一方(例如，薄襯墊13的保持部13a、13b的表面)的摩擦系數(shù)，則能夠提高薄襯墊13對于與軸6的接觸滑動的耐磨損性。即，在軸6剛剛旋轉之后、即將停止之前等低速旋轉時，軸6與薄襯墊13接觸的情況下，由于其接觸壓力而使各個薄襯墊13的保持部13a、13b相對于外側構件11的固定槽11b、11c滑動，各個薄襯墊13仿形于軸6的外周面6a變形。此時，若薄襯墊13與外側構件11的滑動面的摩擦系數(shù)較大，則如圖7(a)所示，薄襯墊13的保持部13a、13b難以相對于固定槽11b、11c滑動，因此薄襯墊13難以仿形于軸6的外周面6a而變形。在該情況下，由于薄襯墊13與軸6的外周面6a的接觸區(qū)域t1變小，因此單位面積的接觸壓力變大，薄襯墊13、軸6容易磨損。與此相對，若薄襯墊13與外側構件11的滑動面的摩耗系數(shù)較小，則如圖7(b)所示，薄襯墊13的保持部13a、13b容易相對于固定槽11b、11c滑動，因此薄襯墊13容易仿形于軸6的外周面6a而變形。在該情況下，由于薄襯墊13與軸6的外周面6a的接觸區(qū)域t2變大，因此單位面積的接觸壓力變小，薄襯墊13、軸6不易磨損。

本發(fā)明不限于上述實施方式。在上述實施方式中，示出了使薄襯墊13的主體部13c的兩端的立起角度θ1、θ2不同的情況，然而例如也可以如圖8所示，使立起角度θ1、θ2相等(θ1＝θ2)。在該情況下，如圖9所示，峰值位置p配設在各個薄襯墊13的周向中央部o。此時，薄襯墊13成為關于峰值位置p在周向上對稱的形狀，在峰值位置p的周向兩側形成有相等面積的軸承面a、a’。由此，在軸6向一方旋轉的情況(參照圖9的實線箭頭)下，在峰值位置p的周向另一方側所設置的軸承面a與軸6的外周面6a之間，形成有朝向旋轉方向前方側縮小的徑向軸承間隙r。另一方面，在軸6向另一方旋轉的情況(參照圖9的虛線箭頭)下，在峰值位置p的周向一方側設置的軸承面a’與軸6的外周面6a之間，形成有朝向旋轉方向前方側而縮小的徑向軸承間隙r’。這樣，通過使立起角度θ1、θ2相等，即使在軸6向任意方向旋轉的情況下均能夠發(fā)揮相同的支承力。

圖10所示的實施方式與上述實施方式的不同點在于，在薄襯墊13的主體部13c與另一端側的保持部13b的邊界處設置有狹縫13d。狹縫13d設置在與薄襯墊13的一端側的保持部13a相同的軸向位置處，且能夠使保持部13a插入(參照圖10(b))。在將保持部13a插入相鄰的薄襯墊13的狹縫13d而將多個薄襯墊13連結成環(huán)狀的狀態(tài)下，將各個薄襯墊13的保持部13a、13b插入外側構件11的固定槽11b、11c中，從而薄襯墊13安裝于外側構件11的內周面11a。該薄襯墊軸承10的軸向視圖成為與圖3相同的狀態(tài)。在該情況下，薄襯墊13的保持部13a貫通相鄰的薄襯墊13的狹縫13d而插入到固定槽11b中，因此通過保持部13a與狹縫13d在周向上卡合從而可靠地限制了薄襯墊13的另一端(保持部13b)在周向上的移動。

圖11所示的實施方式與上述實施方式的不點在于，在外側構件11上未設置有固定槽11c，薄襯墊13的另一端側的保持部13b沿著外側構件11的內周面11a而設置。具體而言，使相鄰的薄襯墊13的保持部13a、13b在沿軸向觀察時交叉(參照圖4(b)或圖9(b))，在該狀態(tài)下，將一端側的保持部13a插入外側構件11的固定槽11b，并且將薄襯墊13的另一端側的保持部13b插入相鄰的薄襯墊13與外側構件11的內周面11a之間。由此，薄襯墊13的另一端側的保持部13b通過相鄰的薄襯墊13而從內徑側被按壓，從而以與外側構件11的內周面11a接觸的狀態(tài)保持在外側構件11。需要說明的是，在該情況下，也與上述實施方式相同，能夠通過控制薄襯墊13的保持部13b與外側構件11的內周面11a的滑動面的摩擦系數(shù)，來調節(jié)軸承特性(參照圖7)。

在該情況下，通過保持部13a與固定槽11b的內部抵接、或狹縫與保持部13a抵接，來限制薄襯墊13向周向一方(圖11的實線箭頭方向)的移動。另一方面，薄襯墊13能夠向周向另一方(該圖的虛線箭頭方向)移動，因此當軸6向周向另一方(該圖的虛線箭頭方向)旋轉時，通過與軸6的滑動而使薄襯墊13向周向另一方移動，由此薄襯墊13的一端側的保持部13a可能會從固定槽11b脫出。另外，該薄襯墊軸承10的薄襯墊13的另一端側的保持部13b沿外側構件11的內周面11a而設置，因此如圖12所示，主體部13c的另一端側的立起角度θ2實際上為0，薄襯墊13的峰值位置p設置在與主體部13c的周向中央部o相比偏向一端側(圖中左側)的位置處。因此，當軸6向周向一方(實線箭頭方向)旋轉時，主體部13c的外徑面13c1中的、比峰值位置p靠另一端側(圖中右側)的寬大區(qū)域作為軸承面a而發(fā)揮功能。由此，該薄襯墊軸承10用于支承僅向周向一方(實線箭頭方向)進行相對旋轉的軸6的用途。

圖13所示的實施方式與上述實施方式的不同點在于，由在軸向上分開的多個凸部構成薄襯墊13的周向一方的保持部13a。這樣，通過將在軸向上分開的多個凸部(保持部13a)插入外側構件11的固定槽11b，從而薄襯墊13的端部在軸向上分開的兩個位置處被固定槽11b保持，因此能夠在軸向上平衡良好地保持薄襯墊13。在本實施方式中，與圖10所示的實施方式相同，在薄襯墊13的另一端設置狹縫13d，將保持部13a插入該狹縫13d。但并不限定于此，雖然省略圖示，但也可以與圖4所示的實施方式相同，在薄襯墊13的另一端設置由使主體部13c延伸而成的多個凸部構成的保持部13b，將一方的保持部13a插入該保持部13b之間的凹部。另外，就薄襯墊13向外側構件11的安裝而言，可以如圖3所示將保持部13a、13b均插入到固定槽11b、11c，也可以如圖11所示僅將一方的保持部13a插入固定槽11b，另一方的保持部13b沿著外側構件11的內周面11a。另外，在圖13中，構成保持部13a的凸部由兩個凸部構成，但并不限定于此，也可以將構成保持部13a的凸部的數(shù)量設為三個以上。在該情況下，設置有與保持部13a的凸部數(shù)量相同的狹縫13d。

圖14所示的薄襯墊軸承10包括：外側構件11，其固定于殼體(省略圖示)的內周，且在內周插入有軸6；多個薄襯墊13(頂層薄襯墊)，其安裝于外側構件11的內周面11a；彈性構件，其設置于外側構件11的內周面11a與薄襯墊13之間，用于對薄襯墊13賦予彈性。在本實施方式中，示出了彈性構件為底層薄襯墊12的情況。相鄰的薄襯墊13的周向端部(在本實施方式中為保持部13a、13b)以在沿軸向觀察時(參照圖16)相互交叉的方式設置，各個薄襯墊10的保持部13a、13b配置在相鄰的薄襯墊10的主體部13c的外徑側。

如圖15(a)所示，各底層薄襯墊12呈與薄襯墊13大致相同的形狀，包括設置于周向兩端的保持部12a、12b、以及設置在兩保持部12a、12b的周向之間的主體部12c。保持部12a、12b呈大致平板狀，主體部12c呈能夠通過徑向的壓縮力而彈性變形的形狀。在本實施方式中，主體部12c呈波形形狀，其凹凸高度從主體部12c的周向中央部朝向兩端而逐漸變小。底層薄襯墊12與薄襯墊13相同，能夠將設置于一端的保持部12a插入到在相鄰的底層薄襯墊12的另一端設置的一對保持部12b之間(參照圖15(b))。

薄襯墊軸承10的組裝以如下方式進行。首先，將大致相同形狀的薄襯墊13(參照圖4)與底層薄襯墊12(參照圖15)重疊，并將其準備三組。然后，將重疊的薄襯墊13以及底層薄襯墊12的一端的保持部13a、12a插入到在另一薄襯墊13以及底層薄襯墊12的另一端設置的一對保持部13b、12b之間，從而將三組薄襯墊13以及底層薄襯墊12連結成環(huán)狀。在該狀態(tài)下，通過將各個薄襯墊13以及底層薄襯墊12的一方的保持部13a、12a以及另一方的保持部13b、12b插入外側構件11的固定槽11b、11c，從而將薄襯墊13以及底層薄襯墊12安裝于外側構件11的內周面。

在以上的結構中，當使軸6向周向一方(圖14的箭頭方向)、即楔狀的徑向軸承間隙r的縮小方向旋轉時，在各個薄襯墊13的軸承面a與軸6的外周面6a之間形成有空氣膜。當該空氣膜的壓力提高時，薄襯墊13的主體部13c的端部向外徑側壓入，底層薄襯墊12彈性變形在徑向上被壓縮。并且，在軸6的周圍的周向上多個位置(在圖示例中為三個位置)形成有楔狀的徑向軸承間隙r，軸6以與薄襯墊13非接觸的狀態(tài)被支承為沿徑向方向旋轉自如。此時，在底層薄襯墊12的彈力與形成于徑向軸承間隙r的空氣膜的壓力平衡的位置處，薄襯墊13以及底層薄襯墊12的形狀被保持。需要說明的是，實際的徑向軸承間隙r的寬度為幾十μm左右的微小間隙，但在圖14中夸大地示出其寬度。另外，通過薄襯墊13以及底層薄襯墊12所具有的撓性，各個薄襯墊13的軸承面a根據(jù)負載、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自動調節(jié)為與運轉條件相應的適當寬度。因此，即使在高溫·高速旋轉這樣的嚴酷條件下，也能夠將徑向軸承間隙r管理成最佳寬度，能夠穩(wěn)定地支承軸6。

在薄襯墊軸承10中，在軸6即將停止之前、剛剛起動之后的低速旋轉時，難以在各個薄襯墊13的軸承面a、軸6的外周面6a上形成表面粗糙度以上的厚度的空氣膜。因此，在各個薄襯墊13的軸承面a與軸6的外周面6a之間產生金屬接觸，導致轉矩的增大。為了減小此時的摩擦力實現(xiàn)轉矩降低，優(yōu)選為，在各個薄襯墊13的軸承面a(內徑面13c2)和與之滑動的構件的表面(在本實施方式中為軸6的外周面6a)的任一方或雙方，形成使表面低摩擦化的被膜(第一被膜)。作為該被膜，能夠使用例如dlc膜、氮化鋁鈦膜、或者二硫化鉬膜。dlc膜、氮化鋁鈦膜能夠由cvd、pvd形成，二硫化鉬膜能夠通過噴霧而簡單地形成。特別是由于dlc膜、氮化鋁鈦膜為硬質，因此通過利用他們形成被膜，能夠提高軸承面a的耐磨損性，能夠增大軸承壽命。

另外，在軸承的運轉過程中，因形成于徑向軸承間隙的空氣膜的影響而導致薄襯墊13以及底層薄襯墊12整體擴徑向外側構件11的內周面11a按壓，伴隨于此，在薄襯墊13的外徑面13c1與底層薄襯墊12的內徑面之間、底層薄襯墊12的外徑面與外側構件11的內周面11a之間、以及薄襯墊13及底層薄襯墊12的保持部13a、13b、12a、12b與固定槽11b、11c之間發(fā)生周向上的微小滑動。因此，通過在薄襯墊13的外徑面13c1和與之接觸的底層薄襯墊12的內徑面的任一方或雙方、底層薄襯墊12的外徑面和與之接觸的外側構件11的內周面11a的任一方或雙方、薄襯墊13的保持部13a、13b和與之接觸的固定槽11b、11c的任一方或雙方、或者底層薄襯墊12的保持部12a、12b和與之接觸的固定槽11b、11c的任一方或雙方形成被膜(第二被膜)，從而能夠實現(xiàn)這些滑動部的耐磨損性的提高。

需要說明的是，為了提高振動的衰減作用，有時需要上述的滑動部這種程度的較大的摩擦力，對于第二被膜并不要求非常高的低摩擦性。因此，作為第二被膜，優(yōu)選使用與二流化鉬膜相比摩擦系數(shù)較大但耐磨損性優(yōu)異的dlc膜、氮化鋁鈦膜。例如作為形成于軸承面a的第一被膜，使用二流化鉬膜，另一方面，作為形成于薄襯墊13與外側構件11的滑動部的第二被膜，使用氮化鋁鈦膜、dlc膜等，通過使兩被膜的摩擦系數(shù)不同，能夠同時實現(xiàn)低轉矩化和振動的衰減性的提高。

在圖14的薄襯墊軸承10中，也能夠使用圖10、圖11、圖13所示的薄襯墊13。在該情況下，底層薄襯墊12除主體部12c為波形這一點以外與圖10的薄襯墊13相同(省略圖示)。

優(yōu)選為，底層薄襯墊12如上述那樣與薄襯墊13為大致相同的形狀。因此，例如當薄襯墊13為圖4、圖10所示的形狀時，底層薄襯墊12也優(yōu)選為與它們大致相同的形狀。需要說明的是，在通過薄襯墊13以外的機構將底層薄襯墊12安裝于外側構件11的情況下，無需將底層薄襯墊12設為與薄襯墊13大致相同的形狀。

另外，彈性構件并不限于底層薄襯墊12，只要是對薄襯墊13賦予朝向內徑的彈性的構件便能夠使用，例如能夠使用將線材編成網(wǎng)狀而成的彈性體等。

在以上的說明中，示出了在薄襯墊軸承10設置三個薄襯墊13的情況，但并不限定于此，也可以將薄襯墊13設為兩個或四個以上。

另外，在以上的說明中，例示了將軸6設為旋轉側構件而將外側構件11設為固定側構件的情況，但在與之相反將軸6設為固定側構件而將外側構件11設為旋轉側構件的情況下，也能夠應用圖3的結構。但是，在該情況下薄襯墊13成為旋轉側構件，因此需要考慮因離心力造成的薄襯墊13整體的變形而進行薄襯墊13的設計。

本發(fā)明的薄襯墊軸承10的應用對象并不限于上述的燃氣輪機，例如也能夠作為增壓器的支承旋轉件的軸承而使用。如圖17所示，在增壓器中，通過由發(fā)動機53產生的廢氣來驅動渦輪51，通過其驅動力使壓縮機52旋轉而壓縮吸入氣體，由此實現(xiàn)發(fā)動機53的轉矩提高、效率改善。由渦輪51、壓縮機52、以及軸6構成旋轉件，作為支承軸6的徑向軸承10，能夠使用上述各實施方式的薄襯墊軸承10。

本發(fā)明的薄襯墊軸承并不限于燃氣輪機、增壓器等渦輪機械，能夠作為在難以進行由潤滑油等液體實施的潤滑的情況、從能量效率的觀點出發(fā)難以另外設置潤滑油循環(huán)系統(tǒng)的輔助設備的情況、或者因液體的剪切而產生的阻力成為問題等的限制下而使用的機動車等車輛用軸承、以及工業(yè)設備用的軸承而廣泛使用。

另外，以上說明的各個薄襯墊軸承是使用空氣作為壓力產生流體的空氣動壓軸承，但并不限定于此，也可以使用其他的氣體作為壓力產生流體、或者也可以使用水、油等液體。并且，例示了將軸6和外側構件11的任一方設為旋轉側的構件而將另一方設為固定側的構件來使用的情況，但也可以將雙方的構件設為具有速度差的旋轉側的構件來使用。