JP2017223365A - 空気軸受波形のスラスト軸受ディスク - Google Patents

Abstract

【課題】航空機用スラストディスク及びスラストディスクを製造し、用いる方法が提供される。【解決手段】スラストディスクは、平面本体、及び本体の一部から一元的に形成された領域を含み、領域は平面本体の領域を定義する複数の側を持ち、領域はテクスチャ化特徴を持ち、かつ複数の側の一部はカットされ、かつ複数の側の少なくとも１つは本体に完全に接続している。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の主題は、概してスラストディスクに関し、より詳細には、スラストディスクの要素及びそれらがどのように製造され、用いられるかに関する。

１つ以上の航空機において、エアサイクルマシンの回転要素を支持するのに流体膜動圧スラスト軸受が用いられている。これらのスラスト軸受は、被覆トップフォイル、波形の「凸凹（ｂｕｍｐ）」フォイル、及び「スラスト」ディスクを含む一般的に３つの構成要素から構成される。一般的にスラスト軸受は、トップフォイル及び「凸凹」フォイルの複数のセットをスラストディスクへと溶接することで組み立てられる。組立のために、溶接前にスラストディスクの径方向及び周方向にフォイルを正確に配置するように正確な固定及び設置が必要である。この固定及び溶接装置は、費用がかかり、かつ時が経つにつれ交換が必要となり得る。さらに、溶接の過程において、溶接過程中のスラストディスクの部分的加熱により、スラストディスクに歪みが発生し得る。これはフォイルセット毎に必要な個々の溶接量及びスラスト軸受ディスクを備える相対的に薄い材質によって悪化し得る。

従って、スラストディスク設計、製造、及び使用性能を向上するためのシステム及び方法を提供する必要性がある。

１つの実施形態に従って、航空機用のスラストディスクが提供される。スラストディスクは、平面本体、及び本体の一部から一元的に形成される領域を含み、領域は平面本体の領域を定義する複数の側を有し、領域はテクスチャ化（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）特徴を持ち、かつ複数の側の一部はカットされ、かつ複数の側の少なくとも１つは本体に完全に接続される。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、波形のテクスチャ化特徴を含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、対称的な凸凹模様、非対称な凸凹模様、及びひだ状模様から成る群から選択された１つであるテクスチャ化特徴を含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、領域が台形であり、台形の平行な側は湾曲しており、かつ平行でない側の少なくとも１つは本体に完全に接続していることを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、領域が三角形、三日月形、長方形、凧型、正方形、円形、楕円形、正多角形、不規則な多角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形から成る群から選択された１つであることを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、スラストディスクがさらに本体の複数の異なる部分から形成された複数の領域を含み、複数の領域がそれぞれテクスチャ化特徴を持つことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、複数の領域がそれぞれ異なる形状を持つことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、複数の領域がそれぞれ同じ形状を持つことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、複数の領域がそれぞれ異なるテクスチャ化特徴を持つことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、複数の領域がそれぞれ同じテクスチャ化特徴を持つことを含み得る。

１つの実施形態に従って、スラストディスクを製造する方法が提供される。方法は、平面ディスク上の領域における一部の側に沿ってカットした平面ディスクを提供することを含み、領域における複数の側の少なくとも１つはカットされておらず、かつ平面ディスクに完全に接続され、領域へとテクスチャ化特徴を加圧形成する。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、テクスチャ化特徴を領域へと加圧形成することが、液圧プレスを用いて領域へと波形模様を加圧形成することをさらに含むことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、領域へとテクスチャ化特徴を加圧形成することが、対称的な凸凹模様、非対称な凸凹模様、及びひだ状模様から成る群からテクスチャ化特徴を選択すること、及び領域へとテクスチャ化特徴を加圧形成することが液圧プレスを用いること含むことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、カットすることがさらに、湾曲した平行側と平行でない側の少なくとも１つをカットすることで台形を形成するためにカットすることを含むことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、カットすることがさらに、三角形、三日月形、長方形、凧型、正方形、円形、楕円形、正多角形、不規則な多角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形から成る群から選択された１つを形成するためにカットすること含むことを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、平面ディスク上の第２領域の第２の一部側に沿ってカットすることをさらに含み、第２領域の複数の第２側の少なくとも一部がカットされておらず、かつ平面ディスクに完全に接続され、第２テクスチャ化特徴を第２領域へと加圧形成することを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、第１領域及び第２領域が異なる形状であることを含み得る。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、第１領域及び第２領域が同じ形状であることを含み得る。

１つの実施形態に従って、航空機用のスラストディスクを使用する方法が提供される。方法は、スラストインプットを提供すること、及び提供されたスラストインプットに基づきスラストディスクを係合することを含む。スラストディスクは、平面本体、及び本体の一部から一元的に形成される領域を含み、領域は平面本体の領域を定義する複数の側を有し、領域はテクスチャ化特徴を持ち、かつ複数の側の一部はカットされ、かつ複数の側の少なくとも１つは本体に完全に接続される。

前述の１つ以上の特徴に加え、または代替的に、さらなる実施形態は、スラストディスクが平面本体の複数の異なる部分から形成された複数の領域を含むことを含み得る。

前述の特徴及び要素は、明確に示されない限りは、独占権なく様々な組み合わせで組み合わせてもよい。これらの特徴及び要素並びにそれらの動作は、以下の記述及び添付の図面を考慮するとより明確となるであろう。しかしながら、以下の記述及び図面は事実上説明及び解説のためのものであり、制限するものではないことが理解されるべきである。

本開示の先行の、かつ他の特徴、及び利点は、添付の図面と共に用いられる以下の詳細な記述から明らかである。

本開示の１つ以上の実施形態に従って、領域を示すスラストディスクの一部を描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスクの平面本体上で第１配置にある三角形領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスクの平面本体上で第２配置にある三角形領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、三日月形領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、複数の異なる形状領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、それぞれが異なるテクスチャ化特徴を持つ２つの領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、それぞれが波形のテクスチャ化特徴を含む複数の台形領域を持つスラストディスクを描写する。 本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスクを製造する方法のフロー図を描写する。

本明細書に示され、かつ記述されるように、開示の様々な特徴が表される。様々な実施形態は、同じかまたは類似の特徴を持ってもよく、よって同じまたは類似の特徴は、同じ参照番号で示され得るが、特徴が示される図を示す異なる第１番号が先行する。よって、例えば、図Ｘを示す要素「ａ」は、Ｘａと示されてもよく、かつ図Ｚの類似特徴は、Ｚａと示されてもよい。類似の参照番号は一般的な感覚で用いられてもよいが、明確に記述されるかまたは当業者に明らかとなるかにかかわらず、様々な実施形態が当業者に明らかとなるように記述され、かつ様々な特徴が当業者に明らかとなるように変更、修正、改良等を含み得る。

１つ以上の実施形態は、波形の「凸凹フォイル」マルチパッド構成を持つ１つ以上の領域を含む材料の一片から作られたスラストディスクから構成されるスラスト軸受に関する。

１つ以上の実施形態に従って、スラスト軸受構成は、１つのディスクにつき９つもの個別の凸凹パッドがある１つのスラスト軸受を有する。従来は、各凸凹フォイルパッドに、「凸凹」フォイルの一端にある形成されたフラットタブに沿った複数の溶接が必要であった。比較的小さな空間筐体に正確に溶接するために必要な製造工程は、正確な設置及び厳重に管理された工程を必要とする時間のかかる工程である。溶接におけるさらなる問題は、軸受ディスクに過度に高いひずみを引き起こし得る。さらに、低品質の溶接は、機械の動作中に溶接ナゲットの排出を引き起こし得、最終的に機械の動作不良につながる。

従って、本明細書に開示されるような１つ以上の実施形態は、分割された設計のスラストディスクを含む。特に、未形成のパッドは、ブランキングまたは類似の冷間加工工程によって作り出される。パッドは、必要な最終形態に合うようにその後波形になり得る。

ここで図面に戻り、図１は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、領域１１０を示すスラストディスク１００の一部を描写する。領域１１０は、実質的に台形である。台形領域１１０の平行な側は、スラストディスク１００の曲線に合うよう湾曲している。さらに、領域１１０の寸法は、領域の複数の側において一部の側１１２がカットされることによって定義される。残りの側１１１はカットされず、スラストディスク１００に完全に接続して残る。従って、領域１１０は、テクスチャ化特徴を含むようその後形成され得る。特に、示されるように領域１１０は、波形のテクスチャ化特徴を持つ領域１１０を備えて曲げられ得る。他の実施形態に従って、波形模様は、波形模様のための異なる振幅と頻度値を備えることで調整され得る。さらに、他の実施形態に従って、波形模様は、図１に示される方向に垂直に領域へと加圧形成され得るか、または１つ以上の実施形態に従って、波形模様の波方向は、その間のいずれにも備えられ得る。

図２Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスク２００Ａの平面本体上で第１配置にある三角形領域２１０Ａを持つスラストディスク２００Ａを描写する。示されるように、領域２１０Ａは、各領域２１０Ａの取付端２１１Ａがスラストディスク２００Ａの中心に面するように配置され得る。従って、カット側２１２Ａは、スラストディスク２００Ａの外側端に向かって面する側に備えられ得る。あるいは、他の実施形態に従って、取付端２１１Ａは、三角形領域２１０Ａの他の側のいずれかであり得る。さらに、各三角形領域２１０Ａは曲げられ、テクスチャ化特徴を備える。示されるように、各領域２１０Ａは、同じテクスチャ化特徴で加圧形成される。他の実施形態に従って、領域２１０Ａの少なくとも１つまたはそれぞれは、異なるテクスチャ化特徴を備え得た。

図２Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスク２００Ｂの平面本体上で第２配置にある三角形領域２１０Ｂを持つスラストディスク２００Ｂを描写する。示されるように、領域２１０Ｂは、含まれるさらなる領域２１０Ｂのためのスペースを確保できるようわずかな変化をもって各領域２１０Ｂの取付端２１１Ｂが実質的にスラストディスク２００Ｂの中心に面するように配置され得る。従って、カット側２１２Ｂは、スラストディスク２００Ｂの外側端に向かって面する側に備え得る。あるいは、他の実施形態に従って、取付端２１１Ｂは、三角形領域２１０Ｂの他の側のいずれかであり得る。さらに、各三角形領域２１０Ｂは曲げられ、テクスチャ化特徴を備え得る。示されるように、各領域２１０Ｂは、同じテクスチャ化特徴で加圧形成される。他の実施形態に従って、領域２１０Ｂの少なくとも１つまたはそれぞれは、異なるテクスチャ化特徴を備え得た。

図３は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、三日月形領域３１０．１から３１０．５を持つスラストディスク３００を描写する。示されるように第１領域３１０．１は、裏に取付面を持つ前面カット端３１２を備える。領域３１０．１は、三日月形を定義するのを手助けするテクスチャ化特徴で加圧形成される。他の実施形態に従って、テクスチャ化特徴は加圧形成され、側及び領域３１０．１の形状を変化する。さらに、示されるように各領域３１０．１〜３１０．５は、同じテクスチャ化特徴を備える。他の実施形態に従って、各領域３１０．１〜３１０．５は、完全に独立し、かつ他の領域とは異なるテクスチャ化特徴を備えられ得る。さらに、示されるように、各領域３１０．１〜３１０．５は、異なる間隔で互いに離れて配置され得る。例えば、示されるように、３１０．２と３１０．３の間の距離と比較すると、領域３１０．１は３１０．２からの距離がより短い。同様に、各後続領域の距離は増加している。他の実施形態に従って、等間隔で備えられ得る。さらに、他の実施形態に従って、各領域３１０．１〜３１０．５の寸法並びに形状は異なり得る。

例えば、図４は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、複数の異なる形状の領域４１０、４２０、４３０、及び４４０を持つスラストディスク４００を描写する。特に、スラストディスク４００は、三日月形領域４１０、三角形領域４２０、長方形領域４３０、及び凧型領域４４０を含む。他の実施形態に従って、スラストディスク４００は、他の形状を含み得る。各領域４１０、４２０、４３０、及び４４０は、少なくとも１つの側をスラストディスク４００に完全に取り付けられた状態を保ちながら、カットされた一部の側を有する。示されるように、各領域４１０、４２０、４３０、及び４４０は異なる形状を有しているが、各領域４１０、４２０、４３０、及び４４０は同じテクスチャ化特徴を備える。他の実施形態に従って、１つ以上の各領域４１０、４２０、４３０、及び４４０は、異なるテクスチャ化特徴を備え得る。

例えば、図５は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、それぞれが異なるテクスチャ化特徴の２つの領域５１０及び５２０を持つスラストディスク５００を描写する。特に、示されるように第１領域５１０は、点のある（ｄｏｔｔｅｄ）テクスチャ化特徴を備える。さらに、第２領域５２０は、テクスチャ化特徴のためのランダムなひだ状模様を備える。あるいは、他の実施形態に従って、各領域５１０及び／または５２０は、代替的テクスチャ化特徴を備え得る。さらに、他の実施形態に従って、領域５１０及び／または５２０は、異なるテクスチャ化特徴の組み合わせを備え得る。例えば領域は、端に沿ったひだ状模様及び領域の中心部に整列した点のある模様を備え得た。あるいは、他の実施形態に従って、領域は各片に異なるテクスチャ化特徴を持つ交互片を備え得た。

図６は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、それぞれが波形のテクスチャ化特徴を含む複数の台形領域６１０．１〜６１０．６を持つスラストディスク６００を描写する。特に、スラストディスク６００は、６つの等間隔領域６１０．１〜６１０．６を含む。各領域６１０．１〜６１０．６は、テクスチャ化特徴のための波形模様を備える。さらに、示されるように、各領域６１０．１〜６１０．６の前部最先端６１１は、スラストディスク６００の本体で完全に形成されたまま留まる。さらに、領域６１０．１〜６１０．６の残りの側、例えば６１２．１及び６１２．２は、スラストディスク６００から部分的に離れるよう領域６１０．１〜６１０．６に沿ってカットされる。

図７は、本開示の１つ以上の実施形態に従って、スラストディスクを製造する方法７００のフロー図を描写する。方法７００は、平面ディスクの供給（工程７０５）を含む。さらに、方法は、平面ディスク上の領域の一部の側に沿ってカットすることを含み、領域の複数の側の少なくとも１つはカットされておらず、かつ平面ディスクに完全に接続される（工程７１０）。最後に、方法７００は、領域へとテクスチャ化特徴を加圧形成すること（工程７１５）を含む。

１つの実施形態に従って、領域へのテクスチャ化特徴の加圧形成は、液圧プレスを用いた領域への波形模様の加圧形成をさらに含む。他の実施形態に従って、領域へのテクスチャ化特徴の加圧形成は、対称的な凸凹模様、非対称な凸凹模様、及びひだ状模様から成る群から選択すること及び液圧プレスを用いた領域への選択されたテクスチャ化特徴を加圧形成することをさらに含む。

さらに、他の実施形態に従って、カットすることは、湾曲した平行な側と平行でない側の少なくとも１つをカットすることで台形を形成するようカットすることをさらに含む。他の実施形態に従って、カットすることは、三角形、三日月形、長方形、凧型、正方形、円形、楕円形、正多角形、不規則な多角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形から成る群から選択された１つを形成するようカットすることをさらに含む。さらに他の実施形態に従って、方法は、平面ディスク上の第２領域の第２の一部側に沿ってカットすることをさらに含み、第２領域の複数の第２側の少なくとも１つはカットされておらず、かつ平面ディスクに完全に接続され、第２領域へと第２のテクスチャ化特徴を加圧形成することをさらに含む。

他の実施形態に従って、第１領域及び第２領域は異なる形状であるか、または代替的に第１領域及び第２領域は同じ形状である。

１つ以上の実施形態に従って、航空機用のスラストディスクを使用する方法が提供される。方法は、スラストインプットを提供すること、及び提供されたスラストインプットに基づきスラストディスクを係合することを含む。スラストディスクは、平面本体、及び本体の一部から一元的に形成される領域を含む。領域は、平面本体上の領域を定義する複数の側を持つ。さらに、領域はテクスチャ化特徴を持つ。同様に、複数の側の一部はカットされ、かつ複数の側の少なくとも１つは本体へと完全に接続される。さらに、他の実施形態に従って、スラストディスクは平面本体の複数の異なる部分から形成された複数の領域を含む。

本明細書に開示されるような１つ以上の実施形態は、製造可能性を向上し、かつ部品コストを下げ得る。さらに、ディスク及び凸凹フォイルセットから構成されるスラスト軸受は、作業時間及び部品コストを大幅に削減する。これは、後続の細部品、すなわちトップフォイルをスラストディスク上に配置するのに用いられる固定を同様に削減できた。１つ以上の実施形態はさらに、スラストディスクの反り及び溶接排出による機械不良のリスクを低減し得る。

本開示が、限られた数の実施形態のみに関連して詳細を記述してきた一方で、本開示はそういった開示の実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本開示は、これまで記述されていない変化、変更、代用、組み合わせ、下位組み合わせ、または同等の仕組みをいくつでも組み込むために修正できるが、それらは本開示の範囲に相当するものである。さらに、本開示の様々な実施形態が記述されてきた一方で、本開示の態様が、記述された実施形態のいくつかのみを含み得るということが明らかとなる。

本明細書に用いられる技術は、特定の実施形態を記述する目的のためのみで、限定されることを意図するものではない。本明細書に用いられるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のものを指し示していない限り、複数形をも同様に含むことを意図する。「備える」及び／または「備えている」の用語が、本明細書に用いられる時、表明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を記述するが、他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはそれらのグループの１つ以上の存在及び／または付加を除外するものではないことは、さらに理解されるであろう。

様々な実施形態の記述は、説明の目的で行われてきたが、開示された実施形態を網羅するかまたは限定することを意図してはいない。記述された実施形態の範囲及び主旨から逸脱することのない多くの修正及び変更が当業者に明らかとなるであろう。本明細書に用いられる専門用語は、実施形態の原理、実際の適用または市場で見られる技術における技術的向上をより良く説明するために、または当業者以外にも本明細書に開示の実施形態が理解できるよう選択された。

従って、本開示は先行の記述により限定されるものではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

Claims (15)

1. 航空機用のスラストディスクであり、
   平面本体と、
   前記本体の一部から一元的に形成される領域とを備え、
   前記領域は、前記平面本体上の前記領域を定義する複数の側を持ち、
   前記領域はテクスチャ化特徴を持ち、
   前記複数の側の一部はカットされ、かつ前記複数の側の少なくとも１つは前記本体へと完全に接続される、前記スラストディスク。
2. 前記テクスチャ化特徴が波形である、請求項１に記載の前記スラストディスク。
3. 前記テクスチャ化特徴が、対称的な凸凹模様、非対称な凸凹模様、及びひだ状模様から成る群から選択された１つである、請求項１に記載の前記スラストディスク。
4. 前記領域が台形であり、前記台形の前記平行な側が湾曲しており、かつ前記平行でない側の少なくとも１つが前記本体に完全に接続している、請求項１に記載の前記スラストディスク。
5. 前記領域が三角形、三日月形、長方形、凧型、正方形、円形、楕円形、正多角形、不規則な多角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形から成る群から選択された１つである、請求項１に記載の前記スラストディスク。
6. 前記スラストディスクが、前記本体の複数の異なる部分から形成された複数の領域をさらに備え、前記複数の領域がそれぞれテクスチャ化特徴を持つ、請求項１に記載の前記スラストディスク。
7. 前記各複数の領域が異なる形状である、請求項６に記載の前記スラストディスク。
8. 各前記複数の領域が同じ形状である、請求項６に記載の前記スラストディスク。
9. 各前記複数の領域が異なるテクスチャ化特徴を持つ、請求項６に記載の前記スラストディスク。
10. 各前記複数の領域が同じテクスチャ化特徴を持つ、請求項６に記載の前記スラストディスク。
11. スラストディスクを製造する方法であり、方法は、
    平面ディスクを提供することと、
    前記平面ディスク上の領域の一部の側に沿ってカットすることと、前記領域の複数の側の少なくとも１つはカットされておらず、かつ前記平面ディスクに完全に接続され、
    前記領域へとテクスチャ化特徴を加圧形成することと、を含む、前記方法。
12. 前記テクスチャ化特徴を前記領域へと加圧形成することが、液圧プレスを用いて前記領域へと波形模様を加圧形成することをさらに含む、請求項１１に記載の前記方法。
13. 前記テクスチャ化特徴を前記領域へと加圧形成することが、対称的な凸凹模様、非対称な凸凹模様、及びひだ状模様から成る群から前記テクスチャ化特徴を選択することと、液圧プレスを用いて前記領域へと前記選択されたテクスチャ化加工された特徴を加圧形成することをさらに含む、請求項１１に記載の前記方法。
14. カットすることが、前記湾曲した平行な側と前記平行でない側の少なくとも１つをカットすることで台形を形成するようカットすることをさらに含む、請求項１１に記載の前記方法。
15. カットすることが、三角形、三日月形、長方形、凧型、正方形、円形、楕円形、正多角形、不規則な多角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形から成る群から選択された１つを形成するようカットすることをさらに含む、請求項１１に記載の前記方法。

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