特許 7563467 スラストフォイル軸受

(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】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】スラストフォイル軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/02 20060101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

F16C27/02 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022552039

(86)(22)【出願日】2021-09-22

(86)【国際出願番号】 JP2021034847

(87)【国際公開番号】W WO2022065375

(87)【国際公開日】2022-03-31

【審査請求日】2022-12-01

(31)【優先権主張番号】P 2020159534

(32)【優先日】2020-09-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】飯田 勘

(72)【発明者】

【氏名】吉永 誠一郎

(72)【発明者】

【氏名】中島 雅祐

(72)【発明者】

【氏名】青山 茂一

(72)【発明者】

【氏名】大森 直陸

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０６１６９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８０５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１４９２００（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトが挿通される挿通孔、及び、前記挿通孔の軸方向に直交する方向に広がる支持面を有するベースプレートと、
前記支持面に載置され、前記ベースプレートと別体で形成された段差部材と、
前記挿通孔の周方向に延びると共に、一部が前記支持面に支持され、前記一部と前記周方向に隣り合う他の部分が前記段差部材に支持されるバックフォイルと、を有し、
前記バックフォイルは、山部と谷部とを備えたバンプフォイルであり、
前記段差部材は、前記谷部を面で支持する段差支持部を有する、スラストフォイル軸受。

【請求項2】

前記段差部材は、金属製である、請求項１に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項3】

前記バックフォイルに支持されるトップフォイルを有する、請求項１または２に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項4】

前記トップフォイルは、前記周方向において前記一部から前記他の部分に向かうに従って、前記支持面に対する傾きが漸次小さくなるように湾曲している、請求項３に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項5】

前記段差部材は、階段状に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項6】

前記段差部材は、複数のシムを重ね合わせて形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項7】

前記複数のシムは、厚みの異なるシムを含む、請求項６に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項8】

前記複数のシムは、端面のずらし量が異なるシムを含む、請求項６または７に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項9】

前記複数のシムは、前記バックフォイルを直接的には支持しないシムを含む、請求項６～８のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受。

【請求項10】

前記ベースプレートには、環状部材が取り付けられ、
前記段差部材は、前記ベースプレートと前記環状部材との間に挟持されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のスラストフォイル軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スラストフォイル軸受に関する。
本願は、２０２０年９月２４日に日本に出願された特願２０２０－１５９５３４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラストフォイル軸受が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。スラストフォイル軸受は、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き(スラストカラーの軸方向変位と傾き)を吸収できるように、軸受面が柔軟なフォイル(金属製薄板)によって形成されており、軸受面の下に軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有している。

【0003】

スラストフォイル軸受には、周方向に複数のトップフォイル片とバックフォイル片が配列された形態がある。トップフォイル片は、バックフォイル片に支持されており、スラストカラーの回転により、トップフォイル片とスラストカラーとの間に潤滑流体が導入される。この潤滑流体がトップフォイル片とスラストカラーとの間に楔状の流体潤滑膜を形成し、スラストフォイル軸受の負荷能力が発揮される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】日本国特許第６０６５９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記従来技術では、トップフォイルとスラストカラーとの間に楔状の隙間を形成するために、一定の高さのバックフォイルを、ベースプレートに形成した傾斜面に設置している。このような傾斜面は、切削加工などにより形成することが考えられるが、ある程度の加工精度を確保しないと、所望の流体潤滑膜を形成することが困難となる場合がある。

【0006】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スラストフォイル軸受の負荷能力の向上を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様のスラストフォイル軸受は、シャフトが挿通される挿通孔、及び、前記挿通孔の軸方向に直交する方向に広がる支持面を有するベースプレートと、前記支持面に載置され、前記ベースプレートと別体で形成された段差部材と、前記挿通孔の周方向に延びると共に、一部が前記支持面に支持され、前記一部と前記周方向に隣り合う他の部分が前記段差部材に支持されるバックフォイルと、を有する。

【0008】

また、本開示の前記一態様においては、前記段差部材は、階段状に形成されていてもよい。

【0009】

また、本開示の前記一態様においては、前記段差部材は、複数のシムを重ね合わせて形成されてもよい。

【0010】

また、本開示の前記一態様においては、前記複数のシムは、厚みの異なるシムを含んでもよい。

【0011】

また、本開示の前記一態様においては、前記複数のシムは、端面のずらし量が異なるシムを含んでもよい。

【0012】

また、本開示の前記一態様においては、前記複数のシムは、前記バックフォイルを直接的には支持しないシムを含んでもよい。

【0013】

また、本開示の前記一態様においては、前記ベースプレートには、環状部材が取り付けられ、前記段差部材は、前記ベースプレートと前記環状部材との間に挟持されていてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、スラストフォイル軸受の負荷能力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示のスラストフォイル軸受が適用されるターボ機械の一例を示す側面図である。

【図2】本開示のスラストフォイル軸受を示す側面図である。

【図3】本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受を示す平面図である。

【図4】図３に示す矢視Ａ－Ａ断面図である。

【図5】本開示の第２実施形態に係るスラストフォイル軸受の要部を示す断面図である。

【図6】本開示の第２実施形態に係るスラストフォイル軸受の負荷能力を説明する説明図である。

【図7】本開示の第３実施形態に係るスラストフォイル軸受の要部を示す断面図である。

【図8】本開示の一変形例に係るスラストフォイル軸受の要部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示のスラストフォイル軸受について図面を参照して説明する。

【0017】

図１は、本開示のスラストフォイル軸受が適用されるターボ機械の一例を示す側面図である。
図１中、符号１は回転軸（シャフト）、符号２は回転軸の先端部に設けられたインペラ、符号３は本開示に係るスラストフォイル軸受を示している。

【0018】

回転軸１には、円板状のスラストカラー４が取り付けられている。スラストカラー４は、一対のスラストフォイル軸受３に挟まれている。インペラ２は、静止側となるハウジング５内に配置されており、ハウジング５との間にチップクリアランス６を有している。回転軸１は、ラジアルフォイル軸受７に支持されている。

【0019】

図２は、本開示のスラストフォイル軸受３を示す側面図である。
スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んで両側に一対で設けられている。これら一対のスラストフォイル軸受３は、共に同じ構成となっている。スラストフォイル軸受３は、トップフォイル１０と、バックフォイル２０と、ベースプレート３０と、を備える。

【0020】

一対のスラストフォイル軸受３のそれぞれのベースプレート３０の間には、図２の二点鎖線で示す円筒状の軸受スペーサ４０（環状部材）が挟持されている。そして、これらベースプレート３０は、締結ボルト４１によって軸受スペーサ４０を介して連結されている。ベースプレート３０の外周部には、締結ボルト４１を挿通するための貫通孔４２が形成されている。なお、このように連結されたベースプレート３０のうちの一方は、締結ボルト４１による締め付けによってハウジング５に当接している。
なお、スラストフォイル軸受３が当接しているハウジング５の部位は、図１では省略されている。

【0021】

（第１実施形態）
図３は、本開示の第１実施形態に係るスラストフォイル軸受３を示す平面図である。図４は、図３に示す矢視Ａ－Ａ断面図である。
ベースプレート３０は、図３に示すように、回転軸１が挿通される挿通孔３０ａを有する。

【0022】

なお、以下の説明においては、挿通孔３０ａを基準に各部材の位置関係を説明することがある。具体的に、「軸方向」とは、挿通孔３０ａが延びる方向（回転軸１が挿通される方向、回転軸１が延びる方向）を言う。また、「径方向」とは、挿通孔３０ａの径方向を言う。また、「周方向」とは、挿通孔３０ａの内周面に沿った周方向を言う。あるいは、挿通孔３０ａに挿通された回転軸１の軸心を基準に、当該軸心から視た「径方向」及び「周方向」とも言える。
また、「径方向」は、挿通孔３０ａの中心軸線方向に視たときに当該中心軸線と交差する方向とも言える。「周方向」は、挿通孔３０ａの中心軸線回りの方向とも言える。

【0023】

ベースプレート３０は、軸方向におけるスラストフォイル軸受３の最外部（スラストカラーから遠い側）を構成している。ベースプレート３０には、挿通孔３０ａが形成されている。すなわち、本開示のベースプレート３０は、挿通孔３０ａが形成された円板状の部材である。しかし、挿通孔３０ａを有すれば、ベースプレート３０は、円板状以外の部材（例えば矩形板状）であってもよい。また、挿通孔３０ａについても、必ずしも厳密な円筒形状である必要はない。

【0024】

ベースプレート３０は、例えば、厚さ数ｍｍ程度の金属板から形成されている。ベースプレート３０は、挿通孔３０ａの軸方向に直交する方向に広がる支持面３０ｂ（平坦面）を有する。支持面３０ｂは、スラストカラー４と対向して配置されている。支持面３０ｂにおける挿通孔３０ａ（開口）の周囲には、トップフォイル１０、バックフォイル２０、及び後述する段差部材５０が配置されている。具体的に、トップフォイル１０は、バックフォイル２０に支持され、バックフォイル２０は、ベースプレート３０と、段差部材５０に支持されている。つまり、トップフォイル１０は、バックフォイル２０を介し、ベースプレート３０及び段差部材５０にも支持されている。

【0025】

本開示では、トップフォイル１０、バックフォイル２０がいずれも複数枚（６枚）のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１によって形成されている。ベースプレート３０は、支持面３０ｂの周方向において等間隔に６枚のトップフォイル片１１、バックフォイル片２１を支持している。なお、トップフォイル片１１、バックフォイル片２１の枚数は、６枚に限定されず、２～５枚または７枚以上であってもよい。

【0026】

本開示のトップフォイル１０は、周方向に配列された６枚の金属製の薄板（トップフォイル片１１）によって形成されている。トップフォイル片１１は、周方向一方側（回転軸１の回転方向上流側）から周方向他方側（回転軸１の回転方向下流側）に向かって上方（図３において紙面手前側、あるいは、軸方向においてベースプレート３０からトップフォイル片１１に向かう側）に傾斜する傾斜部１２と、傾斜部１２の周方向一方側に連設され、ベースプレート３０に取り付けられる取付部１３と、を有している。

【0027】

傾斜部１２は、図３に示すように、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、傾斜部１２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。傾斜部１２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向他方側の端部１２ａと言う）は、自由端となっている。

【0028】

一方で、傾斜部１２の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁は、曲げ部１４を介して取付部１３に接続されている。曲げ部１４は、図４に示すように、第１の屈曲と、第１の屈曲の周方向他方側に位置する第２の屈曲とで構成されている。第１の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面の背面側に屈曲している。第２の屈曲は、トップフォイル片１１のベースプレート３０に対向する面側に屈曲している。つまり、曲げ部１４は、階段状となっている。なお、第１の屈曲、第２の屈曲は、いずれも鈍角となっている。
言い換えれば、第１の屈曲は、ベースプレート３０に向けて凸となるように屈曲し、第２の屈曲は、ベースプレート３０とは逆側（スラストカラー４側）に向けて凸となるように屈曲している。

【0029】

曲げ部１４よりも周方向他方側に位置する傾斜部１２は、バックフォイル片２１の支持部２２に支持されている。支持部２２に支持された傾斜部１２は、周方向一方側から周方向他方側に向かうに連れて、ベースプレート３０から漸次遠ざかるように初期傾斜角で傾斜して配置されている。ここで、初期傾斜角とは、荷重がゼロのときのベースプレート３０に対するトップフォイル片１１（すなわち傾斜部１２）の傾斜角を意味する。本開示のベースプレート３０は、軸方向に直交する方向に広がる支持面３０ｂを有し、傾斜部１２は、当該支持面３０ｂに対し傾斜している。

【0030】

取付部１３は、曲げ部１４の周方向一方側（第１の屈曲側）に接続されている。本開示では、この取付部１３は、径方向において曲げ部１４と同じ長さで帯状に形成され、ベースプレート３０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取付位置となっている。なお、ベースプレート３０に対するトップフォイル片１１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。また、取付部１３と曲げ部１４は、必ずしも径方向において同じ長さである必要はない。

【0031】

一方、バックフォイル２０は、周方向に配列された６枚の金属製の薄板（バックフォイル片２１）によって形成されている。バックフォイル片２１は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を支持する支持部２２を有している。支持部２２は、図４に示すように、山部２２ａと谷部２２ｂが交互に形成された波型のフォイル（バンプフォイル）である。支持部２２は、トップフォイル片１１の傾斜部１２を弾性的に支持している。

【0032】

なお、支持部２２としては、例えば、バンプフォイル、特開２００６－５７６５２号公報や特開２００４－２７０９０４号公報などに記載されているスプリングフォイル、特開２００９－２９９７４８号公報などに記載されているバックフォイルなどを用いることができる。なお、特開２００６－５７６５２号公報や特開２００４－２７０９０４号公報に記載されているスプリングフォイル、特開２００９－２９９７４８号公報に記載されているバックフォイルは、ラジアル軸受に用いられるフォイルであるが、これらを平面状に展開して円環板状に形成すれば、スラストフォイル軸受３に用いられるフォイル（支持部２２）となる。

【0033】

本開示の支持部２２は、バンプフォイルから形成されている。支持部２２は、図３に示す平面視で、トップフォイル片１１の傾斜部１２よりも一回り小さく形成されている。したがって、支持部２２は、傾斜部１２に覆われている。支持部２２は、傾斜部１２と同様に、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、支持部２２は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。

【0034】

支持部２２の周方向一方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向一方側の端部）には、支持部２２の周方向他方側の内周側から外周側に延びる端縁（以下、周方向他方側の端部）と平行に延びる平行部（以下、バックフォイル端部２１ａと言う）が形成されている。支持部２２には、バックフォイル端部２１ａから支持部２２の周方向他方側の端部に向かう第１方向において、すなわち、バックフォイル端部２１ａないし支持部２２の周方向他方側の端部と直交する法線方向（山部２２ａの稜線と直交する方向とも言う）において、谷部２２ｂと山部２２ａが交互に連なっている。

【0035】

図４に示すように、谷部２２ｂは、平坦面を備え、ベースプレート３０及び段差部材５０に対向している。また、山部２２ａは、隣接する谷部２２ｂを繋ぐアーチ状の部位となっている。バックフォイル片２１は、ベースプレート３０及び段差部材５０に支持されている。そのため、谷部２２ｂは、ベースプレート３０及び段差部材５０と当接可能である。支持部２２の両端部、すなわち、バックフォイル端部２１ａと、支持部２２の周方向他方側の端部（以下、取付部２１ｂと言う）は、それぞれ谷部２２ｂによって形成されている。

【0036】

本開示では、谷部２２ｂ及び山部２２ａは、それぞれほぼ等ピッチで形成されている。また、山部２２ａの高さは、一定の高さで形成されている。取付部２１ｂは、段差部材５０に対してスポット溶接（点付溶接）されている。つまり、この溶接位置が、周方向におけるバックフォイル片２１の取付位置となっている。つまり、本開示において、バックフォイル片２１の取付位置は、第１方向の他方側（図４において紙面右側）の端に位置する谷部２２ｂ（取付部２１ｂ）となっている。

【0037】

また、バックフォイル片２１の第１方向の一方側（図４において紙面左側）の端に位置する谷部２２ｂ（バックフォイル端部２１ａ）は、自由端となっている。すなわち、バックフォイル片２１に荷重が作用すると、バックフォイル端部２１ａが、第１方向一方側に向かって移動することが可能である。なお、段差部材５０に対するバックフォイル片２１の取り付けについては、スポット溶接以外にも、例えばネジ止めなどによっても行うことができる。

【0038】

段差部材５０は、ベースプレート３０と別体で形成され、支持面３０ｂに載置されている。段差部材５０は、バックフォイル片２１（バックフォイル２０）を周方向の途中から支持する段差支持部５１と、図３に示すように、段差支持部５１の周方向他方側に連設され、径方向外側に延伸する延伸部５２と、段差支持部５１よりも径方向外側において延伸部５２に連設され、周方向一方側に延伸する被挟持部５３と、を有している。

【0039】

延伸部５２は、段差支持部５１の周方向他方側の径方向外側に接続されている。この延伸部５２は、径方向外側に延伸する帯状に形成され、被挟持部５３に接続されている。
被挟持部５３は、扇形の頂点側を切り欠いて内周側、外周側をそれぞれ円弧状とした、略台形状に形成されている。すなわち、被挟持部５３は、周方向に離隔し、内周側から外周側に延びる２つの端縁と、２つの端縁を内周側で接続する内周側の端縁と、２つの端縁を外周側で接続する外周側の端縁を備えている。

【0040】

被挟持部５３と、段差支持部５１部との間には、スリット５４が形成されている。スリット５４は、段差部材５０を径方向において内側の領域と外側の領域に分けている。スリット５４は、段差部材５０の周方向一方側の端縁から他方側の端縁に向かって、周方向に延伸している。ここで、スリット５４よりも外側の領域は、図３に示すように、軸受スペーサ４０が配置される径方向位置まで延設されている。つまり、被挟持部５３は、ベースプレート３０と軸受スペーサ４０との間に軸方向において挟持される。

【0041】

被挟持部５３には、軸受スペーサ４０をベースプレート３０に取り付ける締結ボルト４１が挿通される貫通孔５５が形成されている。被挟持部５３の貫通孔５５は、ベースプレート３０の貫通孔４２と、軸方向において重なっている。被挟持部５３の貫通孔５５は、延伸部５２の接続位置の近傍に配置されている。被挟持部５３の径方向の寸法は、図３に示すように、軸受スペーサ４０と略全体が当接可能なように、軸受スペーサ４０の内周面から外周面までの径方向の寸法と同程度であるとよい。また、被挟持部５３は、軸受スペーサ４０の全周３６０°のうち、６０°程度（全周の１／６程度）の周長を有するとよい。これにより、６つの段差部材５０（被挟持部５３）が、軸受スペーサ４０の略全周で挟持される。

【0042】

図４に示すように、段差部材５０は、複数のシム６０（金属製の薄板）を重ね合わせて形成されている。複数のシム６０は、それぞれ一定の厚みの板状に形成されている。複数のシム６０は、段差支持部５１において、周方向一方側の端面６１が、段が増えるごとに周方向他方側にずれるように重なっている。つまり、１段目のシム６０の端面６１に対し、２段目のシム６０の端面６１は、周方向他方側に一定距離ずれている。３段目以降のシム６０の端面６１も同様である。なお、複数のシム６０において、段差支持部５１以外の部分（上述した延伸部５２及び被挟持部５３）の端面は揃っている。
すなわち、複数のシム６０において、段差支持部５１以外の部分（上述した延伸部５２及び被挟持部５３）の端面の、支持面３０ｂに沿う方向での位置は一致している。

【0043】

重なり合うシム６０（例えば、１段目のシム６０と２段目のシム６０）の端面６１のずらし量Ｐは、一定である。このずらし量Ｐは、バックフォイル片２１の山部２２ａ及び谷部２２ｂのピッチと同一である。また、複数のシム６０は、山部２２ａの数と同じ枚数である。また、複数のシム６０は、谷部２２ｂの数よりも１つ少ない枚数である。複数のシム６０（段差支持部５１）は、最も周方向一方側に位置する谷部２２ｂ以外の谷部２２ｂを支持している。つまり、最も周方向一方側に位置する谷部２２ｂ（一部）は、ベースプレート３０の支持面３０ｂに支持され、他の谷部２２ｂ（残部）は、段差支持部５１の各段に１つずつ支持されている。

【0044】

次に、このような構成からなるスラストフォイル軸受３の作用について説明する。
スラストフォイル軸受３は、図２に示すように、スラストカラー４を挟んだ両側に設けている。そのため、回転軸１のスラスト方向両側の移動を抑制できる。

【0045】

このような状態で回転軸１が回転し、スラストカラー４が回転を始めると、スラストカラー４とトップフォイル片１１は擦れ合いつつ、両者の間に形成されたくさび形の空間に周囲流体が押し込まれる。そして、スラストカラー４が一定の回転速度に達すると、両者の間に流体潤滑膜が形成される。この流体潤滑膜の圧力によってトップフォイル片１１はバックフォイル片２１側へ押し付けられ、スラストカラー４はトップフォイル片１１との接触状態を脱し、非接触で回転するようになる。

【0046】

ここで、図４に示すように、バックフォイル片２１は、一部が支持面３０ｂに支持され、残部が周方向の途中から段差部材５０に支持されている。支持面３０ｂは、挿通孔３０ａの軸方向に直交する方向に広がる平坦面である。段差部材５０は、支持面３０ｂに載置され、周方向他方側に向かうに従って高くなる階段状に形成されている。つまり、本実施形態の段差部材５０には、支持面３０ｂとおおよそ平行で、高さの異なる複数の面が形成されている。段差部材５０は、ベースプレート３０と別体であるため、高精度の加工が可能であり、支持面３０ｂに高精度の疑似傾斜面を形成することができる。これにより、バックフォイル片２１に適切な傾斜を付与し、スラストカラー４とトップフォイル片１１との間に、良好な流体潤滑膜を形成することができる。

【0047】

したがって、上述した第１実施形態によれば、回転軸１が挿通される挿通孔３０ａ、及び、挿通孔３０ａの軸方向に直交する方向に広がる支持面３０ｂを有するベースプレート３０と、支持面３０ｂに載置され、ベースプレート３０と別体で形成された段差部材５０と、挿通孔３０ａの周方向に延びると共に、一部が支持面３０ｂに支持され、残部が周方向の途中から段差部材５０に支持されるバックフォイル２０と、を有する、という構成を採用することによって、スラストフォイル軸受３の負荷能力を向上させることができる。
なお、言い換えれば、図４に示すように、バックフォイル片２１は、一部が支持面３０ｂに支持され、当該一部と周方向に隣り合う他の部分が段差部材５０に支持されている。バックフォイル片２１が、支持面３０ｂにも段差部材５０にも支持されない部分を備えていてもよい。

【0048】

また、第１実施形態においては、段差部材５０が、階段状に形成されていているため、簡単な形状で高精度の疑似傾斜面を形成することができる。

【0049】

また、第１実施形態においては、段差部材５０は、複数のシム６０を重ね合わせて形成されている。シム６０は、エッチング加工や精密プレス加工などで、高精度で大量生産できる。

【0050】

また、第１実施形態においては、図３に示すように、ベースプレート３０には、軸受スペーサ４０が取り付けられ、段差部材５０は、ベースプレート３０と軸受スペーサ４０との間に挟持されている。これにより、一対のスラストフォイル軸受３のベースプレート３０のスペースを確保する軸受スペーサ４０を利用して、段差部材５０を挟持することができる。また、段差部材５０が挟持されることで、段差部材５０が定位置から動くことが抑制される。

【0051】

（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0052】

図５は、本開示の第２実施形態に係るスラストフォイル軸受３の要部を示す断面図である。なお、図５は、上述した図３に示す矢視Ａ－Ａ断面図に対応する。
図５に示すように、第２実施形態では、段差部材５０（複数のシム６０）が、厚みの異なるシム６０を含んでいる点で、上記実施形態と異なる。

【0053】

具体的に、１段目のシム６０は、厚みｔ１で形成されている。また、２段目のシム６０は、厚みｔ１よりも大きい厚みｔ２で形成されている。また、３段目のシム６０は、厚みｔ２よりも小さい厚みｔ３で形成されている。また、４段目のシム６０は、厚みｔ３よりも小さい厚みｔ４で形成されている。また、５段目のシム６０は、厚みｔ４よりも僅かに小さい厚みｔ５で形成されている。

【0054】

すなわち、２段目のシム６０が最も厚みが大きく、２段目のシム６０から軸方向一方側（図５の紙面上側、スラストカラー４側）及び他方側（図５の紙面下側、ベースプレート３０側）に離れるに従って、シム６０の厚みが小さくなっていく。バックフォイル片２１は、このような厚みの複数のシム６０（段差支持部５１）に支持されている。このバックフォイル片２１に支持されるトップフォイル片１１は、軸方向一方側に凸となる湾曲した傾斜部１２Ａを有する。傾斜部１２Ａは、周方向他方側に向かうに従って、支持面３０ｂ（言い換えればスラストカラー４）に対する傾きが漸次小さくなるように湾曲している。

【0055】

図６は、本開示の第２実施形態に係るスラストフォイル軸受３の負荷能力を説明する説明図である。図６に示すグラフにおいて、横軸ｘは周方向位置、縦軸Ｐ（ｘ）は流体潤滑膜の圧力、つまりスラストフォイル軸受３の負荷能力である。
図６に示すように、第２実施形態ではトップフォイル片１１が湾曲面の傾斜部１２Ａを有するため、第１実施形態の傾斜面（単一の傾斜角度の面）の傾斜部１２と比べて、メッシュをかけた領域の分だけ流体潤滑膜の圧力が高くなる。
つまり、この第２実施形態によれば、図５に示すように、複数のシム６０の厚みを異ならせることにより、スラストフォイル軸受３の負荷能力を向上させることができる。

【0056】

（第３実施形態）
次に、本開示の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0057】

図７は、本開示の第３実施形態に係るスラストフォイル軸受３の要部を示す断面図である。なお、図７は、上述した図３に示す矢視Ａ－Ａ断面図に対応する。
図７に示すように、第３実施形態では、段差部材５０（複数のシム６０）が、端面６１のずらし量が異なるシム６０を含んでいる点で、上記実施形態と異なる。なお、複数のシム６０の厚みは一定であるが、異なっていてもよい。

【0058】

具体的に、２段目のシム６０は、１段目のシム６０に対し、ずらし量Ｐ１で端面６１をずらして重なっている。また、３段目のシム６０は、２段目のシム６０に対し、ずらし量Ｐ１よりも小さいずらし量Ｐ２で端面６１をずらして重なっている。また、４段目のシム６０は、３段目のシム６０に対し、ずらし量Ｐ２よりも大きいずらし量Ｐ３で端面６１をずらして重なっている。また、５段目のシム６０は、４段目のシム６０に対し、ずらし量Ｐ３よりも大きいずらし量Ｐ４で端面６１をずらして重なっている。

【0059】

すなわち、３段目のシム６０のずらし量Ｐ２が最も小さく（２段目のシム６０の支持面積が最も小さく）、２段目のシム６０から軸方向一方側（図５の紙面上側）及び他方側（図５の紙面下側）に離れるに従って、シム６０の支持面積が大きくなっていく。バックフォイル片２１は、このような複数のシム６０（段差支持部５１）に支持されている。このバックフォイル片２１に支持されるトップフォイル片１１は、軸方向一方側に凸となる湾曲した傾斜部１２Ｂを形成する。これにより、第２実施形態と同様に、スラストフォイル軸受３の負荷能力を向上させることができる。
上記支持面積とは、各シム６０のうち、バックフォイル２０側に露出している領域の面積を言う。

【0060】

また、第３実施形態では、２段目のシム６０がバックフォイル片２１の谷部２２ｂを直接的には支持しておらず、４段目のシム６０が２つの谷部２２ｂを支持している。これにより、トップフォイル片１１の傾斜部１２Ｂの形状を単純な２次関数的な湾曲面ではなく、３次関数的な湾曲面に形成することもできる。図７に示す例では、傾斜部１２Ｂの周方向他方側が、軸方向一方側に反り上がるように湾曲している。これにより、トップフォイル片１１の周方向他方側における負荷能力を向上させることができる。
すなわち、傾斜部１２Ｂの周方向一方側の部分は、軸方向一方側に凸となるように湾曲し、傾斜部１２Ｂの周方向他方側の部分は、軸方向他方側に凸となるように湾曲し、よって図７において傾斜部１２Ｂは逆Ｓ字状に湾曲している。
なお、２段目のシム６０は、バックフォイル片２１の谷部２２ｂに接触していない。

【0061】

以上、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0062】

例えば、図８に示す変形例のように、段差部材５０が複数のシム６０から形成されていなくてもよい。この変形例の段差部材５０は、エッチング加工や精密プレス加工などで一体成形された複数の段差７０を有し、これら複数の段差７０が段差支持部５１を形成している。

【0063】

また、例えば、上記実施形態では、段差部材５０が、ベースプレート３０と軸受スペーサ４０との間に挟持されていたが、溶接やボルト止めなどでベースプレート３０に固定されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本開示は、ベースプレートと、当該ベースプレートに支持されるバックフォイルとを備えるスラストフォイル軸受に適用でき、スラストフォイル軸受の負荷能力の向上を目的としている。

【符号の説明】

【0065】

１ 回転軸（シャフト）
２ インペラ
３ スラストフォイル軸受
４ スラストカラー
５ ハウジング
６ チップクリアランス
７ ラジアルフォイル軸受
１０ トップフォイル
１１ トップフォイル片
１２ 傾斜部
１２ａ 端部
１２Ａ 傾斜部
１２Ｂ 傾斜部
１３ 取付部
１４ 曲げ部
２０ バックフォイル
２１ バックフォイル片
２１ａ バックフォイル端部
２１ｂ 取付部
２２ 支持部
２２ａ 山部
２２ｂ 谷部
３０ ベースプレート
３０ａ 挿通孔
３０ｂ 支持面
４０ 軸受スペーサ
４１ 締結ボルト
４２ 貫通孔
５０ 段差部材
５１ 段差支持部
５２ 延伸部
５３ 被挟持部
５４ スリット
５５ 貫通孔
６０ シム
６１ 端面
７０ 段差
Ｐ ずらし量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】