特許 6709061 ティルティングパッドガス軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6709061

(24)【登録日】2020年5月26日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】ティルティングパッドガス軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/03 20060101AFI20200601BHJP

   F16C 33/06 20060101ALI20200601BHJP

   F04D 29/057 20060101ALI20200601BHJP

   F01D 25/16 20060101ALN20200601BHJP

   F01D 25/00 20060101ALN20200601BHJP

【ＦＩ】

   F16C17/03

   F16C33/06

   F04D29/057 Z

   F04D29/057 A

   !F01D25/16 A

   !F01D25/16 C

   !F01D25/00 L

   !F01D25/00 F

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-19968(P2016-19968)

(22)【出願日】2016年2月4日

(65)【公開番号】特開2017-137960(P2017-137960A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2018年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】鴫原 拓造

(72)【発明者】

【氏名】林 慎之

(72)【発明者】

【氏名】西岡 忠相

(72)【発明者】

【氏名】永尾 英樹

【審査官】 渡邊 義之

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５０−３１３４２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平３−１２１３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３１７７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１０５４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１４０８７６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００２−５２３６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３４１４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５２１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２４０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１４０１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ １７／００− １７／２６

Ｆ１６Ｃ ３３／００− ３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
ロータの周方向に複数配され、前記ロータの外周面との間に気膜を形成して前記ロータ
を支持する軸受パッドと、
前記軸受パッドを揺動可能に支持するピボット部材と、を備え、
前記軸受パッドは、前記ピボット部材に支持されるパッド本体と、
前記パッド本体において前記ロータの外周面に対向する側に形成され、前記パッド本体
よりも熱伝導率の低い材質で形成された断熱材層と、
を備え、
前記軸受パッドは、湾曲した形状を有し、湾曲方向外周側の外周面に凹部が形成され、
前記ピボット部材の基端部は、前記ハウジングに固定され、
前記ピボット部材は、前記ハウジングを貫通し、前記ロータの中心軸に向かって前記ハウジングの内部空間に突出する突出部を備え、
前記ピボット部材の前記突出部は、前記軸受パッドに形成された前記凹部に突き当たるように構成され、
前記断熱材層は、１．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有するティルティングパッドガス軸受。

【請求項2】

前記パッド本体は、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材質で形成されている請求項１に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項3】

前記パッド本体は、５ｅ−６ １／℃以下の線膨張係数を有する材質で形成されている
請求項１に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項4】

前記断熱材層は、前記パッド本体よりも低いヤング率を有する材質で形成されている請求項１から３の何れか一項に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項5】

前記軸受パッドにおいて前記ロータの外周面に対向する摺動面と前記ロータの外周面との間に気体を供給する気体供給手段を備える請求項１から４の何れか一項に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項6】

前記気体供給手段は、
前記軸受パッドの前記摺動面に形成された吹出口と、
前記吹出口に前記気体を供給する気体供給源と、
前記吹出口からの前記気体の吹出を制御する制御部と、
を備える請求項５に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項7】

前記吹出口は、前記ロータの中心軸よりも下方に位置する前記軸受パッドに形成されている請求項６に記載のティルティングパッドガス軸受。

【請求項8】

前記制御部は、前記ロータの回転開始時及び回転停止時の少なくとも一方で、前記気体を供給する請求項６又は７に記載のティルティングパッドガス軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ティルティングパッドガス軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば圧縮機、タービン、ポンプ、エンジン等、ロータを有した各種の回転機械においては、ロータを回転可能に支持するために軸受装置が用いられている。

【0003】

軸受装置として、ティルティングパッドを備えたガス軸受装置が知られている。このティルティングパッドは、ロータに摺接するパッド面を有する軸受パッドを、揺動可能に支持したものである。ガス軸受装置は、ロータの周囲に存在する気体が、ロータの回転に伴ってロータの外周面と軸受パッドの内周面との間に引き込まれて、この気体からなる膜（気膜）を形成することで、ロータを回転可能に支持する。ここで、気体は、ロータの外周面と軸受パッドの内周面との間に引き込まれることで圧縮され、動圧が発生する。この動圧により、ロータは、軸受パッドに直接接触することなく支承される。

【0004】

例えば特許文献１，２には、このような軸受装置として、気膜による動圧が小さいときに軸受パッドとロータとの間に生じる摩擦抵抗を抑えるため、軸受パッドの内周面に、それぞれセラミックコーティングと、固定潤滑剤による被覆を施す構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平３−１２１３０６号公報

【特許文献2】特開平７−３１７７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

軸受パッドとロータとの間に気膜を介在させるガス軸受装置は、軸受パッドとロータとの間に油膜を介在させる油軸受装置に比較すると、気膜の粘度が小さいため、軸受装置で支持できる負荷容量が小さい。ガス軸受装置において、その負荷容量を高めるには、気膜の厚さを小さくする必要がある。
しかし、気膜の厚さを小さくしていくと、気膜による動圧が小さいときに軸受パッドとロータとが直接接触し易くなってしまう。その結果、軸受パッドとロータとが摺動することで生じる摩擦熱等によって、軸受パッドが加熱されて熱変形することがある。軸受パッドの熱変形は、軸受パッドを揺動可能に支持するピボット点を支点として生じる。そのため、軸受パッドに熱変形が生じると、ピボット点から遠い位置ほど変形量が大きく、軸受パッドとロータとの当たり具合の均一性が損なわれて、軸受装置における負荷容量を高めることが困難になる。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軸受パッドの熱変形を抑えることで、気膜の厚さを小さくし、負荷容量を高めることができるティルティングパッドガス軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、ハウジングと、ロータの周方向に複数配され、前記ロータの外周面との間に気膜を形成して前記ロータを支持する軸受パッドと、前記軸受パッドを揺動可能に支持するピボット部材と、を備え、前記軸受パッドは、前記ピボット部材に支持されるパッド本体と、前記パッド本体において前記ロータの外周面に対向する側に形成され、前記パッド本体よりも熱伝導率の低い材質で形成された断熱材層と、を備え、前記軸受パッドは、湾曲した形状を有し、湾曲方向外周側の外周面に凹部が形成され、前記ピボット部材の基端部は、前記ハウジングに固定され、前記ピボット部材は、前記ハウジングを貫通し、前記ロータの中心軸に向かって前記ハウジングの内部空間に突出する突出部を備え、前記ピボット部材の前記突出部は、前記軸受パッドに形成された前記凹部に突き当たるように構成され、前記断熱材層は、１．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する。

【0008】

このように、軸受パッドにおいて、ロータの外周面に対向する側に断熱材層を備えることで、気膜による動圧が小さく、ロータと断熱材層とのクリアランスが小さい状態であっても、ロータの回転時に生じる摩擦熱等がパッド本体に伝わるのを抑えることができる。これにより、パッド本体が変形し難くなる。

【0009】

さらに、断熱材層における断熱効果を高め、パッド本体の変形を有効に抑えることができる。

【0010】

この発明の第二態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第一態様において、前記パッド本体が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材質で形成されているようにしてもよい。
このように、パッド本体を熱伝導率の高い材質で形成することで、ロータとの摺動面側から熱が伝わってきたときに、パッド本体に温度分布が生じにくく、パッド本体の熱変形を抑えることができる。

【0011】

この発明の第三態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第一態様において、前記パッド本体が、５ｅ−６ １／℃以下の線膨張係数を有する材質で形成されているようにしてもよい。
このように、パッド本体を線膨張係数が低い材質で形成することで、ロータとの摺動面側から熱が伝わってきても、パッド本体が熱変形し難くなる。

【0012】

この発明の第四態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第一から第三態様の何れか一つの態様における断熱材層が、前記パッド本体よりも低いヤング率を有する材質で形成されていてもよい。
このように構成することで、断熱材層が回転によって発生した圧力によりロータの曲率に沿うように変形するため、ロータと断熱材層との間において隙間が狭い領域を増やすことができる。その結果、ティルティングパッドガス軸受における負荷能力を向上させることができる。

【0013】

この発明の第五態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第一から第四態様の何れか一つの態様において、前記軸受パッドにおいて前記ロータの外周面に対向する摺動面と前記ロータの外周面との間に気体を供給する気体供給手段を備えるようにしてもよい。
ロータが停止している場合や、ロータの回転速度が低い場合等、軸受パッドの摺動面とロータの外周面との間に介在する気膜による圧力が低い場合に、気体供給手段によって軸受パッドの摺動面とロータの外周面との間に気体を供給することで、気膜の圧力を高めることができる。その結果、軸受パッドとロータとが直接接触するのを抑え、軸受パッドとロータとの間における摩擦熱の発生を抑えることができる。また、供給する気体によって、軸受パッドの摺動面を冷却することもできる。したがって、軸受パッドの熱変形の発生を抑えることができる。

【0014】

この発明の第六態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第五態様において、前記気体供給手段が、前記軸受パッドの前記摺動面に形成された吹出口と、前記吹出口に前記気体を供給する気体供給源と、前記吹出口からの前記気体の吹出を制御する制御部と、を備えるようにしてもよい。
このように構成することで、吹出口からロータの外周面に気体を吹き付けることで、ロータと軸受パッドとの間に気体を効率よく供給して気膜を形成することができる。また、制御部によって、軸受パッドの摺動面とロータの外周面との間に気体を供給するタイミングを制御することができる。したがって、ロータが停止している場合や、ロータの回転速度が低い場合等、軸受パッドの摺動面とロータの外周面との間の気膜の圧力が低い場合に、適切なタイミングで気体を供給することができる。

【0015】

この発明の第七態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第六態様において、前記吹出口は、前記ロータの中心軸よりも下方に位置する前記軸受パッドに形成されていてもよい。
ロータの自重により、ロータの中心軸よりも下方に位置する軸受パッドにおいては、軸受パッドの摺動面とロータの外周面との間の気膜の圧力が低い場合、軸受パッドの摺動面とロータの外周面とが接触しやすくなる。そこで、ロータの中心軸よりも下方に位置する軸受パッドに吹出口を形成することで、ロータの中心軸よりも下方において、ロータと軸受パッドとの間に気膜を形成することができる。したがって、ロータと軸受パッドとが直接接触するのを抑えることができる。

【0016】

この発明の第八態様によれば、ティルティングパッドガス軸受は、第六又は第七態様において、前記制御部は、前記ロータの回転開始時及び回転停止時の少なくとも一方で、前記気体を供給するようにしてもよい。
ロータの回転開始時や回転停止時には、ロータの中心軸よりも下方において、気膜の圧力が低くなり、ロータと軸受パッドとが直接接触しやすい。そこで、ロータの回転開始時や回転停止時に、ロータと軸受パッドとの間に気体を供給することで、ロータと軸受パッドとが直接接触するのを抑えることができる。

【発明の効果】

【0017】

上記ティルティングパッドガス軸受によれば、軸受パッドの熱変形を抑えることで、気膜の厚さを小さくし、負荷容量を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明の第一実施形態に係るティルティングパッドガス軸受の全体構成を示す図であり、ロータの中心軸方向から見た断面図である。

【図2】上記ティルティングパッドガス軸受の構成を示す図であり、ロータの中心軸に沿った断面図である。

【図3】パッド本体にインバー合金、銅合金を用いつつ、断熱材層を備えた上記実施形態で示した構成の場合と、断熱材層を備えず、パッド本体をＳＳ４００材で形成した場合の熱変形量の度合いを示す図である。

【図4】この発明の第二実施形態に係るティルティングパッドガス軸受の全体構成を示す図であり、ロータの中心軸方向から見た断面図である。

【図5】上記ティルティングパッドガス軸受の構成を示す図であり、ロータの中心軸に沿った断面図である。

【図6】軸受パッドに形成した吹出口の配置を示す図であり、軸受パッドを摺動面側から見た図である。

【図7】ピボット中心に対する吹出口の周方向における位置と、負荷容量及び合計流量との関係を示す図である。

【図8】ピボット中心に対する吹出口の軸方向における位置と、負荷容量及び合計流量との関係を示す図である。

【図9】ガス供給機構の制御部によって実行される、静圧ガスの供給制御の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の実施形態に係るティルティングパッドガス軸受を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この発明の第一実施形態に係るティルティングパッドガス軸受の全体構成を示す図であり、ロータの中心軸方向から見た断面図である。図２は、上記ティルティングパッドガス軸受の構成を示す図であり、ロータの中心軸に沿った断面図である。
図１、図２に示すように、この実施形態のガス軸受装置（ティルティングパッドガス軸受）１０Ａは、回転機械（図示無し）のロータＲを回転自在に支持する。ガス軸受装置１０Ａは、ハウジング１１と、軸受パッド１２と、を備える。

【0020】

ハウジング１１は、ロータＲの中心軸Ｃ方向に連続する筒状をなしている。ハウジング１１は、断面円形の内部空間を有している。
軸受パッド１２は、ハウジング１１の内側に、中心軸Ｃを中心とする周方向に複数個（図１の例では４個）が設けられている。各軸受パッド１２は、ピボット部材１３を介し、ハウジング１１に揺動可能に支持されている。

【0021】

各軸受パッド１２は、ロータＲの中心軸Ｃに向かって凹となる断面円弧状に湾曲した板状に形成されている。軸受パッド１２の湾曲方向内側の摺動面１２ｆは、その曲率半径が、ロータＲの外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。即ち、軸受パッド１２の摺動面１２ｆ全面がロータＲと同時に接触することはない。

【0022】

ピボット部材１３は、基端部１３ａがハウジング１１に固定されている。ピボット部材１３は、ハウジング１１を貫通し、中心軸Ｃに向かってハウジング１１の内部空間に突出している。ピボット部材１３の先端部１３ｂは、軸受パッド１２の湾曲方向外周側の外周面に形成された凹部１２ｇに突き当たっている。ピボット部材１３の先端部１３ｂは、軸受パッド１２との接触部が、半球状に形成されている。これにより、軸受パッド１２は、ピボット部材１３の先端部１３ｂに揺動可能に支持されている。

【0023】

軸受パッド１２は、パッド本体２１と、断熱材層２２と、を備えている。

【0024】

パッド本体２１は、熱変形を抑えるため、熱伝導率が高い材料や、線膨張係数が小さい材料から形成されている。
パッド本体２１を形成する材料の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上とすることができ、さらには３００Ｗ／ｍＫ以上とするのがより好ましい。このように熱伝導率が高い材料としては、例えば、銅合金（例えば、クロム銅など）を用いることができる。ここで、銅合金としては、クロム、ジルコニウム、銅からなる合金とすることができる。さらに、熱伝導率が高い材料としては、銅合金以外に、主成分がアルミニウムからなるアルミニウム合金を用いることもできる。

【0025】

パッド本体２１を形成する材料の線膨張係数は、５ｅ−６ １／℃以下とすることができ、さらには１．２ｅ−６ １／℃以下とするのがより好ましい。このように、線膨張係数が小さい材料としては、例えば、例えばインバー（登録商標）合金を用いることができる。ここで、インバー（登録商標）合金としては、鉄、ニッケルからなる合金とすることができる。さらに、線膨張係数が小さい材料としては、インバー（登録商標）合金以外に、鉄、ニッケル、および、コバルトからなるコバール合金を用いることもできる。

【0026】

断熱材層２２は、ロータＲ側から熱がパッド本体２１に伝達されることを抑制する。断熱材層２２は、パッド本体２１よりも熱伝導率が低い材料で形成されている。ここで、断熱材層２２は、その断熱効果を効率よく発揮するため、例えば、熱伝導率が、１．０Ｗ／ｍＫ以下とすることができ、さらには、０．３Ｗ／ｍＫ以下であるのが好ましい。このように熱伝導率が低い材料としては、例えば、ジルコニア（熱伝導率：１．０Ｗ／ｍＫ）等のセラミック系材料、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン，Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）樹脂（熱伝導率：０．２５Ｗ／ｍＫ）等の樹脂材料等を用いることができる。ここで、ＰＥＥＫとしては炭素繊維を含まないものを用いることができる。このようにすることで、炭素繊維を含むＰＥＥＫよりも軟らかく形成することができ、接触時に摩耗して馴染み易くなる。さらに、このようなＰＥＥＫを用いることで、表面粗さが小さくなるとともに焼き付きリスクを低減することができる。また、炭素繊維を含まないＰＥＥＫが圧力により変形してロータＲと軸受パッド１２との間において、隙間の狭い領域を増加させ、負荷能力を向上することができる。
断熱材層２２にＰＥＥＫ樹脂を用いる場合、予めＰＥＥＫ樹脂を焼結しておき、パッド本体２１に接着剤等で貼り付ける。また、断熱材層２２にジルコニアを用いる場合、ジルコニアをパッド本体２１に溶射する。

【0027】

断熱材層２２は、十分な断熱効果を得るために、例えば、３ｍｍ程度の厚さを有しているのが好ましい。この実施形態における断熱材層２２は、その厚さが均一に形成されている場合を例示している。

【0028】

したがって、上述した第一実施形態のガス軸受装置１０Ａによれば、軸受パッド１２において、ロータＲの外周面に対向する側に断熱材層２２を備えることで、ロータＲ側から熱がパッド本体２１に伝わるのを抑えることができる。これにより、ロータＲと軸受パッド１２との間に介在する気膜の圧力が低く、ロータＲとパッド本体２１との間で摩擦熱が生じてしまうような場合等であっても、パッド本体２１に熱が伝わりにくく、軸受パッド１２の熱変形を抑えることができる。

【0029】

さらに、断熱材層２２を、低い熱伝導率を有する材料で形成することで、断熱材層２２における断熱効果をさらに高め、パッド本体２１の変形を有効に抑えることができる。

【0030】

さらに、パッド本体２１を、高い熱伝導率を有する材質で形成することで、ロータＲとの摺動面１２ｆ側から熱が伝わってきたときであっても、パッド本体２１に温度分布が生じにくく、パッド本体２１の熱変形を抑えることができる。

【0031】

さらに、パッド本体２１を、線膨張係数が低い材料で形成することで、ロータＲとの摺動面１２ｆ側から熱が伝わってきても、パッド本体２１が熱変形し難くなる。
このようにして、軸受パッド１２の熱変形を抑えることで、気膜の厚さを小さくできるため、ガス軸受装置１０Ａにおける負荷容量を高めることが可能となる。

【0032】

図３は、パッド本体にインバー合金、銅合金を用いつつ、断熱材層を備えた上記実施形態で示した構成の場合と、断熱材層を備えず、パッド本体をＳＳ４００材で形成した場合の熱変形量の度合いを示す図である。
この図３に示すように、パッド本体２１にインバー合金を用い、断熱材層２２を備えた場合（１）と、パッド本体２１に銅合金を用い、断熱材層２２を備えた場合（２）と、ＳＳ４００材のみで軸受パッドを形成した場合（３）とでは、断熱材層２２を備えるとともに、熱伝導率が高い銅合金、線膨張率が低いインバー合金でパッド本体２１を形成した場合（１）、（２）の方が、ＳＳ４００材のみで軸受パッドを形成した場合（３）よりも大幅に熱変形量が小さくなっている。

【0033】

（第二実施形態）
次に、この発明に係るティルティングパッドガス軸受の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態とガス供給機構３０を備える構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図４は、この発明の第二実施形態に係るティルティングパッドガス軸受の全体構成を示す図であり、ロータの中心軸方向から見た断面図である。
図４に示すように、この実施形態のガス軸受装置（ティルティングパッドガス軸受）１０Ｂは、第一実施形態と同様に、ロータＲを回転自在に支持する。ガス軸受装置１０Ｂは、ハウジング１１と、ハウジング１１の内側に設けられた複数の軸受パッド１２と、を備える。

【0034】

軸受パッド１２は、ハウジング１１の内側に、中心軸Ｃを中心とする周方向に複数個（図４の例では４個）が設けられている。各軸受パッド１２は、ピボット部材１３を介し、ハウジング１１に揺動可能に支持されている。

【0035】

各軸受パッド１２は、ロータＲの中心軸Ｃ方向から見たときに円弧状に湾曲した板状をなしている。軸受パッド１２の湾曲方向内側の摺動面１２ｆは、その曲率半径が、ロータＲの外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。

【0036】

図５は、上記ティルティングパッドガス軸受の構成を示す図であり、ロータの中心軸に沿った断面図である。
図５に示すように、ピボット部材１３は、基端部１３ａがハウジング１１に固定されている。ピボット部材１３は、ハウジング１１の内側に突出するように形成され、その先端部１３ｂが、軸受パッド１２の湾曲方向外周側に形成された凹部１２ｇに突き当たっている。ピボット部材１３の先端部１３ｂは、軸受パッド１２の凹部１２ｇとの接触部が、半球状に形成されている。これにより、軸受パッド１２は、ピボット部材１３の先端部１３ｂに揺動可能に支持されている。
ここで、ピボット部材１３は、軸受パッド１２の中心軸Ｃに沿った軸方向Ｌの長さの中心と、軸受パッド１２の周方向θ（図４参照）に沿った長さの中心とが交差する位置（以下、この位置をピボット中心Ｃｐと称する）に、先端部１３ｂが突き当たっている。

【0037】

図４に示すように、ガス軸受装置１０Ｂにおいて、ロータＲの中心軸Ｃよりも下方に位置する軸受パッド１２Ｌには、軸受パッド１２ＬとロータＲとの間に静圧ガスを供給するためのガス供給機構（気体供給手段）３０が設けられている。

【0038】

図６は、軸受パッドに形成した吹出口の配置を示す図であり、軸受パッドを摺動面側から見た図である。
図５、図６に示すように、ガス供給機構３０は、各軸受パッド１２ＬにおいてロータＲの外周面に対向する摺動面１２ｆに吹出口３１を有している。吹出口３１は、軸受パッド１２Ｌにおいてピボット部材１３の先端部１３ｂが突き当たるピボット中心Ｃｐの外周側に等間隔をあけて複数個所に形成されている。図６の例では、吹出口３１は、ピボット中心Ｃｐを中心とした同心円上に、等間隔に４つの吹出口３１が形成されている。

【0039】

図５に示すように、ハウジング１１およびピボット部材１３には、吹出口３１に連通するガス供給路３２，３３が形成されている。図４に示すように、ハウジング１１に形成されたガス供給路３２には、図示しないボンベ等、静圧ガスを供給するガス供給源３５が接続されている。ピボット部材１３に形成されたガス供給路３３は、ハウジング１１のガス供給路３２と、吹出口３１とを連通するように形成されている。
また、ガス供給路３２には、ガス供給源３５からの静圧ガス供給を断続する開閉弁３４が設けられている。ここで、ガス供給源３５から供給する静圧ガスとしては、例えば、
空気、窒素、メタン等の雰囲気ガスを用いることができる。

【0040】

ガス供給機構３０は、ガス供給源３５からガス供給路３２，３３を経て供給された静圧ガスを、軸受パッド１２Ｌの摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間に吹き出す。吹き出した静圧ガスにより、軸受パッド１２Ｌの摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間に気膜が形成され、軸受パッド１２Ｌの摺動面１２ｆとロータＲの外周面とが直接接触するのを抑える。

【0041】

このようなガス供給機構３０において、各吹出口３１は、軸受パッド１２Ｌのピボット中心Ｃｐからの周方向θの離間寸法θ１、軸方向Ｌの離間寸法Ｌ１を、以下のように設定するのが好ましい。
ロータＲの中心軸Ｃ回りの周方向θでは、軸受パッド１２Ｌの外周部からピボット中心Ｃｐまでの寸法θ０に対し、
θ１／θ０＝０．５〜０．６
となるよう、吹出口３１を配置するのが好ましい。
図７は、ピボット中心に対する吹出口の周方向における位置と、負荷容量及び合計流量との関係を示す図である。
この図７に示すように、負荷容量と合計流量のバランスから、θ１／θ０＝０．５〜０．６の範囲としている。これにより、より少ない流量で大きな負荷容量が得られる。

【0042】

また、ロータＲの軸方向Ｌでは、軸受パッド１２Ｌの外周部からピボット中心Ｃｐまでの寸法Ｌ０に対し、
Ｌ１／Ｌ０＝０．４
となるよう、吹出口３１を配置することができる。
図８は、ピボット中心に対する吹出口の軸方向における位置と、負荷容量及び合計流量との関係を示す図である。
この図８に示すように、Ｌ１／Ｌ０≦０．４とすると、負荷容量が収束する。
ここで、ロータＲが回転しているときの動圧は、ピボット中心付近でもっとも高くなる。つまり、負荷能力に与える影響は、ピボット中心付近で大きくなり、仮に吹出口３１がピボット中心付近に配置されていると負荷能力が低下するリスクがある。そのため、吹出口３１の軸方向における位置と、負荷容量及び合計流量との関係は、上述したＬ１／Ｌ０＝０．４とした場合、負荷容量が低下するリスクを低減できる点で有利となる。

【0043】

さらに、ガス供給機構３０は開閉弁３４の開閉等を制御する制御部３６を備えている。制御部３６では、ロータＲを備えた回転機械（図示無し）が起動されたこと、または回転機械（図示無し）の運転が停止されたことを検知した場合、吹出口３１から軸受パッド１２ＬとロータＲとの間に、静圧ガスを供給する。

【0044】

図９は、ガス供給機構の制御部によって実行される、静圧ガスの供給制御の流れを示す図である。
図９に示すように、制御部３６は、ロータＲを備えた回転機械（図示無し）を起動するための所定の操作が行われたことを検知すると（ステップＳ１）、開閉弁３４を開き、ガス供給源３５から静圧ガスを供給する（ステップＳ２）。静圧ガスは、ガス供給路３２を通り、吹出口３１から軸受パッド１２ＬとロータＲとの隙間に送り出される。すると、静圧ガスの圧力によって、ロータＲが自重に抗して浮上し、軸受パッド１２ＬとロータＲとの間に適正なクリアランスが形成される。ここで、静圧ガスの流路が吹出口３１で絞られる（いわゆる自成絞り）ことで、静圧ガスの供給時における負荷能力を高めることができる。

【0045】

静圧ガスの供給開始後、ロータＲの回転を開始する（ステップＳ３）。

【0046】

ロータＲの回転を開始してから所定時間が経過したら、制御部３６は、開閉弁３４を閉じる。これにより、静圧ガスの供給が停止され（ステップＳ４）、回転機械は、通常運転状態に移行する。この通常運転状態においては、下側の軸受パッド１２Ｌを含む全ての軸受パッド１２とロータＲとの間に、ロータＲの回転によって周囲から軸受パッド１２とロータＲとの間に引き込まれた気体の動圧による気膜が形成されている。

【0047】

また、回転機械（図示無し）を停止させるための所定の操作が行われたことを制御部３６が検知すると（ステップＳ１）と、制御部３６は、開閉弁３４を開き、ガス供給源３５から静圧ガスを供給する（ステップＳ１２）。静圧ガスは、ガス供給路３２，３３を通り、吹出口３１から軸受パッド１２ＬとロータＲとの隙間に送り出される。
制御部３６は、静圧ガスの供給開始後、ロータＲの回転を停止させる（ステップＳ１３）。これにより、ロータＲが通常運転状態から停止するまでの間、気膜の圧力（動圧）が徐々に低下していくが、静圧ガスによって気膜の圧力が補われる。これにより、ロータＲは、気膜を介して軸受パッド１２に支持され続ける。
ロータＲの停止後、制御部３６は、開閉弁３４を閉じ、静圧ガスの供給を停止する（ステップＳ４）。

【0048】

上述した第二実施形態のティルティングパッドガス軸受１０Ｂによれば、ガス供給機構３０を備えることで、軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間に介在する気膜の圧力が低い場合においても、ガス供給機構３０によって軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間に静圧ガス（気体）を供給することができる。これにより、軸受パッド１２とロータＲとが直接接触するのを抑えることができる。そのため、軸受パッド１２とロータＲとの間における摩擦熱の発生を抑えることができる。また、供給する静圧ガスによって、軸受パッド１２の摺動面１２ｆやロータＲを冷却することができる。
したがって、軸受パッド１２の熱変形の発生を抑えることができる。

【0049】

ガス供給機構３０は、制御部３６によって、軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間に静圧ガスを供給するタイミングを制御することができる。したがって、軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間の気膜の圧力が低い場合等、適切なタイミングで静圧ガスを供給することができる。

【0050】

また、吹出口３１は、ロータＲの中心軸よりも下方に位置する軸受パッド１２に形成されている。ロータＲの自重により、ロータＲの中心軸よりも下方に位置する軸受パッド１２においては、軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面との間の気膜が不足した場合、軸受パッド１２の摺動面１２ｆとロータＲの外周面とが接触しやすい。そこで、ロータＲの中心軸よりも下方に位置する軸受パッド１２に吹出口３１を形成することで、ロータＲの中心軸よりも下方において、ロータＲと軸受パッド１２とが直接接触するのを抑えることができる。

【0051】

ロータＲの回転開始時や回転停止時には、ロータＲの中心軸よりも下方において、気膜が不足し、ロータＲと軸受パッド１２とが直接接触しやすい。そこで、制御部３６により、ロータＲの回転開始時や回転停止時に、ロータＲと軸受パッド１２との間に静圧ガスを供給することで、ロータＲと軸受パッド１２とが直接接触するのを抑えることができる。

【0052】

また、上記第一実施形態と同様、軸受パッド１２において、ロータＲの外周面に対向する側に断熱材層２２を備えることで、ロータＲの回転時に生じる摩擦熱等がパッド本体２１に伝わるのを抑えることができる。これにより、パッド本体２１が変形しにくくなる。
また、断熱材層２２を、低い熱伝導率を有する材料で形成することで、断熱材層２２における断熱効果を高め、パッド本体２１の変形を有効に抑えることができる。
また、パッド本体２１を、高い熱伝導率を有する材質で形成することで、ロータＲとの摺動面１２ｆ側から熱が伝わってきたときに、パッド本体２１に温度分布が生じにくく、パッド本体２１の熱変形を抑えることができる。
また、パッド本体２１を、線膨張係数が低い材料で形成することで、ロータＲとの摺動面１２ｆ側から熱が伝わってきても、パッド本体２１が熱変形しにくくなる。
このようにして、軸受パッド１２の熱変形を抑えることで、気膜の厚さを小さくし、ガス軸受装置１０Ｂにおける負荷容量を高めることが可能となる。

【0053】

（その他の変形例）
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記第二実施形態では、ロータＲの回転開始時や回転停止時に、静圧ガスを供給するようにしたが、静圧ガスを供給するタイミングは、これに限られない。ロータの回転開始時のみ、または回転停止時のみに静圧ガスを供給してもよいし、ロータの通常運転状態であっても静圧ガスを供給するようにしてもよい。

【0054】

また、軸受パッド１２の摺動面１２ｆを研磨加工によって鏡面仕上げとし、軸受パッド１２とロータＲとの間に生じる摩擦を小さくしてもよい。さらに、摺動面１２ｆにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ））コーティング等の表面処理を施すことで、摺動面１２ｆの摩擦係数をさらに小さくしてもよい。
これにより、万が一軸受パッド１２とロータＲとが直接接触した場合に、損傷を防ぐことができる。

【0055】

また、上記したようなガス軸受装置１０Ａ，１０Ｂで支持するロータＲを備えた回転機械は、その用途や構成について何ら限定されるものではない。

【符号の説明】

【0056】

１０Ａ，１０Ｂ ガス軸受装置（ティルティングパッドガス軸受）
１１ ハウジング
１２ 軸受パッド
１２Ｌ 軸受パッド
１２ｆ 摺動面
１２ｇ 凹部
１３ ピボット部材
１３ａ 基端部
１３ｂ 先端部
２１ パッド本体
２２ 断熱材層
３０ ガス供給機構（気体供給手段）
３１ 吹出口
３２，３３ ガス供給路
３４ 開閉弁
３５ ガス供給源
３６ 制御部
Ｃ 中心軸
Ｃｐ ピボット中心
Ｒ ロータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】