JPH07501391A - モジュール構造をもつパッド型流体力学的スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は、流体力学的軸受に関する。このような軸受においては、軸のような 回転対象がオイル、空気あるいは水のような圧力上昇させられた流体を介して静 止状の軸受パッドによって支持される。流体力学的軸受には、回転対象か動くと き、これが流体の頂部に沿って摺動しないという利点がある。その代わり、上記 回転対象に接触する流体は回転対象に密に付着し、流体フィルムの全高さにわた って流体粒子間の滑りあるいは剪断によって運動が付随させられる。したがって 、回転対象およびこれに付着する流体層が既知の速度で動く場合、流体厚みの中 間高さにおける速度は、既知の比率で小さくなり、静止状の軸受パッドに接触す る流体は、上記軸受パッドに粘性付着して運動しなくなる。上記回転対象を支持 することによって生ずる荷重により、軸受パッドが回転部材に対してわずかに変 形すると、流体は楔形状の開口内に引き込まね、上記の荷重を支持するべく上記 流体フィルム内に十分な圧力か生成される。このことは船舶における流体タービ ンおよびプロペラシャフト用のスラスト軸受と同様に、従前の流体力学的ジャー ナル軸受において利用される。

スラスト軸受とラジアルあるいはジャーナル軸受との双方は、通常、軸線周りに 間隔配置された軸支持パッドによって特徴づけられる。上記スラストおよびジャ ーナル軸受の双方について、上記パッドがその周りに間隔配置される上記の軸線 は、はぼ、支持されるべき軸の長手方向軸線と対応している。この軸線は、主軸 線と名付けることができる。

かなりの程度にまで、従来技術の流体力学的軸受における問題は、本願の発明者 であるアイドに対する米国特許第４．６７６、６６８号に記載された軸受構造に よって解決されてきている。この軸受構造は支持部内に圧接される複数個の分離 状軸受パッドを含んでいる。上記軸受パッドは、３方向への変形容易性を与える 少なくとも一つの脚部によって支持部材から離間させることができる。動きの平 面内での変形容易性を付与するために、上記の脚は、パッド表面より上方に円錐 の頂点または交点をもつ円錐形状を形成するように、内側に傾斜させられている 。各脚は、所望の動きの方向について比較的小さな断面係数をもっており、ミス アライメントを補償することができる。このような教示は、ジャーナル軸受とス ラスト軸受の双方に適用可能である。

本願の発明者による先の特許に記載された構造は当技術分野に著しい利点を提供 するか、商業的な生産は、改良が可能であることを示した。たとえば、軸受パッ ドの形状は比較的複雑であり、そのためにラジアルあるいはジャーナル軸受にお いて大量生産、大量使用することは幾分困難である。

加えて、軸受パッドは一体であるために、全体としての軸受パッドは、この軸受 の各部分において必要な最も高価な材料の中からしばしば構成しなければならな い。この一体構造はまた、特定の軸受パッドの性能特性を変更することを困難に する。このことは各応用に対する異なる軸受パッドを必要とし、したかつて、軸 受構成部材の標準化（すなわち各応用に対して異なる形態において漂準部品を用 いること）および標準化にともなうコスト上およびその他の商業上の利点を達成 することか制限される。

担持体へのパッドの押圧固定はまた、軸受の組立てを複雑にする。さらに、この ように押圧固定を行うために、軸受パッドを担持体から簡単に取り外すことがで きなくなる。このことは、破損の場合に（軸受の最も重要な部分である）担持体 の再使用を困難にする。

発明の要約 本願発明は、周方向に間隔をあけられた関係において担持体内に取付けられる複 数個の分離状軸受パッドを含むタイプの流体力学的スラスト軸受の改良に関する 。概略的にいって、本願発明は、パッドおよび担持の設計における改良に関する 。

概念的には、本願発明の軸受パットおよび担持体は、上記パッドおよび担持体を 固体部材材料として取扱うとともに、設計荷重のもとて所望のように変形を起こ させるように上記固体に対して選択的に材料を除去または付加することによって 設計される。無数の設計が可能であることは容易に理解される。したがって、本 明細書中に開示される構造的な特徴は、構造的な条件において可能であるならば 、概して、他のいかなる軸受パットにも応用可能であることに留意するへきであ る。

本願の発明者は、高速の応用のような多くの特定の応用において、軸またはロー タ、流体力学的潤滑フィルムおよび上記軸受から構成される全体の系の動的な変 形性を検討するとともに評価することが必要であることを見いだした。このよう な解析はまた、楔の形成に影響を与える他の条件の検討を含めることが必要であ る。たとえば、軸とパッド間の接触は、パッドと軸表面間の空間の形状に当然に 影響する熱的急上昇につながることか知られている。育成要素モデルを用いたこ の系のコンピュータ解析において、軸受全体を作動荷重のもとて形状か変化する 完全な変形性部材として取扱う必要があることがわかった。基本的な構造に機械 加工を施すことによってより変形性を与え、あるいは変形性を減じることにより 、広い動作範囲にわたって定常的な低摩擦作動を行う軸受特性を達成することが できる。軸受の性能特性に実質的に影響する多くの変数が発見された。その中で 最も重要な変数は、軸受に形成される孔、スリットまたは切り込みおよび溝によ って規定されるパッドおよび支持部材の形状、大きさ、位置および材料特性（た とえば弾性係数等）である。上記支持部材の形状は、特に重要であることが見い だされている。

本願発明の軸受の他の重要な側面によれば、軸受パッドは、流体力学的流体を保 持して、これによって流体漏出の問題を回避するようにして変形しうるように支 持することかできる。ラジアルまたはジャーナル軸受に関しては、上記支持構造 は、荷重のもとて上記軸受パッドが流体保持ポケットを形成するべく変形するよ うに設計される。一般的にいって、このような支持は主支持部が軸受パッドの軸 方向縁部近傍においてこの軸受パッドに連結されていて、この軸受パッドの中央 部は直接的に支持されていない、すなわち、半径方向外方に向けて自由に変形す る場合に達成される。スラスト軸受に関しては、上記パッドは遠心力による漏出 を阻止するように、荷重のもとてこの軸受の内径に向けて傾斜するように支持さ れる。一般的にいって、このことは、上記パッド支持表面における主支持構造が この軸受パッドを支持する部位が軸受の内径よりも外径に近い位置に配置される 場合に達成される。上記主支持構造が２またはそれ以上の半径方向に離間された ビームを含む場合には、支持構造全体が、内端において軸受パッドの変形が起こ るように設計する必要がある。さらに、軸受パッドが複数の半径方向に離間する ビームによって支持されるとともに、ビーム間の領域が直接に支持されない場合 には、上記パッドはコーン状の流体保持チンヤネルを形成するように変形する傾 向をもつようになる。

軸受パッド部のパッド表面はまた、硬化ゴムのような別体材料で被覆することか でき、あるいは、上記表面は、炭化珪素のような高性能材料でインサートされた 別体パッドをもつことかできる。

上記支持部は、好ましくは担持体上の開口の形状と一致する形状をもつ。この形 状が非円柱形である場合、パッドはこれか担持体内に取付けられたとき、正確に 位置決めされることになる。

上記パッド支持部が回転立ち上がり時等、作動中磨耗が予期されるような場合に は、磨耗性の表面を上記パッド上に成形することかできる。この磨耗性表面は好 ましくはｒｃＥＬＥＤＹＮＥ　（商標）」のような高ＰＶ限界をもつ材料から形 成される。

必要であれば、上記磨耗性表面をパッドにより良好に固定するために、表面粗化 層をバット上に設けることができる。パッドの縁は、入口部の曲げ性を向上させ るべく、テーバを付けることかできる。

い（つかの例において、特定の応用についての上記の要件は、剛ではあるが変形 に望ましい影響を与えるように形成されあるいは位置付けられた単純な中央ポス トの設計によって充足することかできる。上記中央ポストは、二重曲線状、円柱 状、楕円状あるいはその他の容易に製造可能な形状とすることができる。上記ポ ストは、これが支持するパッド部に関して偏位していてもよい。

図面の簡単な説明 図ＩＡは、本願発明によるスラスト軸受構造の側面断面図である。

図ＩＢは、図Ｉへの軸受構造の部分平面図である。

図２は、頂面視、側面視および端面視のための側線を指標する矢印を付した、扇 形をしたスラストパッドの斜視図である。

図３は、円形スラストパッドの斜視図である。

図４は、テーバを付けられた縁をもっスラストパッドの側面図である。

図５は、本願発明による担持体上の軸受パッドの配置を示す平面図である。

図５Ａは、本願発明よる他の軸受パッドの平面図である。

図６Ａは、軸受パッドを位置決めするための位置決めポストをもっ担持体部材の 平面図である。

図６Ｂは、図６Ａにおける指示線に沿う図６への担持体部材の断面図である。

図６０は、図６Ｄの担持体部材の平面図である。

図６Ｄは、位置決め凸部をもつ他の担持体部材の断面図である。

図６Ｅは、内部に位置決め開口をもっ担持体部材の平面図である。

図６Ｆは、図６Ｅの担持体の断面図である。

図６Ｇは、非円柱形開口が形成された担持体の平面図である。

図７は、本願発明による他の軸受パッドの平面図である。

図７Δは、図７中の矢印で示された線に沿う、図７の軸受パッドの断面図である 。

図７Ｂは、図７の軸受パッドの正面図である。

図７０は、磨耗性表面か形成された図７の軸受パッドの断面図である。

図８は、一つの軸受パッドおよび担持体の部分を断面において示す、軸受組立て 体の部分平面図である。

図８Ａは、幾つかの隠れた特徴を仮想線で示す、図８Ａの軸受の平面図である。

図８Ｂは、上面に表面粗化層をもつ、図８の軸受のパッドの正面図である。

図８Ｃは、上面に磨耗性表面をもつ、図８の軸受パッドの部分断面正面図である 。

図９は、本願発明による他の軸受パッドの平面図である。

図９Δは、図９の軸受パッドの正面図である。

図１Ｏは、本願発明よる他の軸受パッドの平面図である。

図１０Ａは、図］０の軸受パッドの正面図である。

図ＪＯＢは、本願発明による他の軸受バットの正面図である。

図１１は、本願発明による他の軸受パッドの正面図である。

図１２Ａは、本願発明による他の軸受パッドの正面図である。

図１２Ｂは、本願発明による他の軸受パッドの正面図である。

詳細な説明 図ＩＡおよび図ＩＢは、本願発明の概要、すなわち、孔のような複数個形成され た開口をもつ担持体部材１０と、上記開口内に取付けられる複数個の軸受パッド 部材２０とを含む流体力学的スラスト軸受を表している。上記軸受パッドは、た とえば図ＩＢに示されているように、周方向に間隔配置することかできる。

過去において、流体力学的軸受のパッド形状は主として、製造上の都合によって 決定されてきた。スラスト軸受については、このことは伝統的に、支持面積を最 大とするための扇形パッド、あるいは−ｍ−出願人の先行米国特許第４．６７６ 、６６８号の場合には一一一低コストの製造のための円柱形パッドを意味してき た。多くの場合において、このような従前のパッド形状は、最適な結果を得るへ く支持することができる。しかしながら、本願の発明者は、従前のパッド形状を 修正することによって、重要な性能特性を達成するできることを見いだした。そ の結果、支持構造は簡単化することかでき、ある場合には省略することさえでき る。

典型的なスラストパッド形状の例が図２および図３に示されている。図２は扇形 パッド＋３２を示す。頂面図Ｔ、端面図Ｅ、および側面図Ｓ用の矢視線かそれぞ れ、符号Ｔ、ＥおよびＳか付された矢印によって表されている。図３は、円形パ ッド２０を示す。これらのパッド形状は、途切れのない平面状表面および一定の バット厚みによって特徴づけられている。このバットの担持体上での配置は、図 ５および図５八に示されている。

従前のスラストパッド形状に対する種々の変更点か、以下に説明される。一般的 には、特定の応用に対するこのような修正の効果は、有限要素解析の使用によっ て判定することかできる。このような解析はまた、模の形態に影響を与えるであ ろう他の要因を説明することかできる。たとえば、支持構造が保持されている軸 かパッドに接触するのを許す場合、このパッドは昇温することになる。このよう な温度上昇は、パッドに温度歪みあるいは温度急上昇をもたらす結果となる。

有限要素解析によって、このような熱的影響を楔形懇を向上させるべく用いるこ とができる。このようなパッド形状に対する修正は、複合して、あるいは単独で 用いることかできることに留意するべきである。また、このような修正は、図示 された具体的なパッド形状以外の形状をもつパッドに容易に適用可能である。さ らに、上記パッドは、双方向作動を許容するべく対称形状とすること、あるいは 、回転方向による異なる作動条件を与えるべく、非対称形状とすることができる 。

図４は、基本的なパッド形状に対する他の可能性のある修正を表している。具体 的には、軸受パッｌ’功先行縁にテーバ付けを行うと、入日部の曲がりを増大さ せる結果となることかわかっている。これにより、より多くの潤滑剤か軸受・バ ット間空間に入り込むことか許容され、パッドの荷重支持能力が向上する。コン ピュータを用いた複雑な有限要素解析により、最適な潤滑剤流れを得るに必要な 曲かり量を予測することができる。

図は、スラスト、ラジアル、およびラジアル／スラスト複合軸受におけるテーバ 付けられた縁の使用を表している。詳しくは、図４は図３におけるＳ軸に沿う側 面を示しており、各縁に形成されたテーバ部１３２１をもつスラスト軸受パッド １３２を表している。やはり、上記テーパ部は、双方向作動を可能とするべく、 両端において設けられている。もちろん、単方向作動で十分な場合、一つの縁、 すなわち先行縁にのみテーバを設ける必要がある。

図７ないし図７Ｃは、本願発明によるパッド構造を表している。この構造におい ては、バットは、支持ポスト７０上に支持された扇形パッド２３を含んでいる。

図７に最もよく表れているように、上記支持ポスト７０は、半径方向寸法か周方 向寸法よりも大きい楕円状の断面を持っている。図７ないし図７Ｃに示されるタ イプの長状のポスト７０を設けることにより、様々な機能が与えられる。第１に 、上記ポスト７０を受け入れるための対応する形状の開口１０１をもつ図６Ｇ（ この図については後述）に示されるタイプの担持体１０にこのタイプのパッド２ ０を取付ける場合、このパッド２０は所望の正確な位置に自動的に位置付けられ る。

これとは反対に、もし上記パッド２０が円柱状の支持部をもっていると、他の方 法で位置決めをする必要かある。

加えて、図７ないし図７０に示されるタイプの長状の楕円ポストを設けると、バ ット部２３の支持に効果がある。詳しくは、上記支持ポスト７０は周方向寸法よ りも大きい半径方向寸法をもっているので、上記パッド２３の支持は、周方向よ りも半径方向により剛となる。図７ないし図７Ｃに示される軸受パッド２ｏにお いては、扇形のパッド部２３が半径方向寸法よりも大きい周方向寸法をもってい ることから、上記の効果は複合的なものとなる。すなわち、パッド部２３の形状 と支持ポスト７０の形状の双方の結果として、上記パッド部２３の周方向端部は 比較的非支持状となり、一方、上記パッド部２３の中央領域は比較的剛に支持さ れる。

これらの図に示されるような軸受パッドの設計において重要な側面は、パッド領 域に潤滑剤か周方向に入り込むのを許容するとともに、上記流体潤滑剤の周方向 の漏出を防止することである。

図７ないし図７０に示される軸受パッドの場合、このような目的は、荷重のもと て軸受パッドの半径方向内側縁（ＲＩＥ）が図７Ｂに示されるように下方に変形 するとともに、外側縁が上方に変形するように上記支持の設計を行うことにより 達成される。図７に最もよく表れているように、上記支持ボスｌ−７０は上記パ ッド部２３に対し、軸受パッドの半径方向内側縁（ＲＩＥ）よりも半径方向外側 縁（ＲＯＥ）に近い位置において接続されている。したがって、バット支持表面 、すなわち、上記ポスト７０がバット部２３に接触する表面は、半径方向につい ての分割線の半径方向外側に位置している。別の見方をすると、上記パッドの幾 何学中心ＰＣは、上記支持ポストの幾何学中心ＳＣから偏位している。このよう にして、軸受は荷重のもとて軸受の内側縁か下方に偏位するように設計される。

作動において、上記軸受パットの内側縁の下方向変形は支持される軸から離れる 変形であり、上記軸受パッドの外側縁の上方向変形は、上記軸に向かう変形とな る。このような軸受パッドの変形の方向は、遠心力の結果として潤滑剤か上記半 径方向内側縁ＲＴＥを通過して模領域に入り込むのを許容し、上記流体に作用す る遠心力の結果として起こる上記半径方向外側縁ＲＯＥを通過する流体の損失を 十分に禁止する。この点において特定の応用について最適な設計を行うことか可 能である一方、経験則によれば上記支持ポストの幾何学中心ＳＣは、上記バット の幾何学中心ＰＣから約ｌＯ％偏位させる必要かある。

図７Ａから最もよ（わかるように、上記パッド部２３を支持する支持ポスト７０ は十分に剛である。事実、このパッドそれ自体、上記パッド部２３を６自由度で 動かすことかできない。本願の発明者は、適切な結果を達成するためには、６自 由度の動きは常に必要ではないことを見いだした。たとえば、従前の傾斜軸受に おいては、個々のパッドが、回転体に対して平行な軸線周りにのみ傾斜あるいは 枢動することが必要なだけである。公知のロッカー型枢動パッドは、はとんど０ の回転枢動剛性をもっている。このような軸受は、適切な性能を与えるものとし て知られているが、それらはより高価であるし、個々の応用に対して注文製作す るのが困難である。したがって、ある応用については、図７および図７０に示さ れるような制限された変形性をもつバットが受入れられる。

開示された結果を達成するために、パッド形状は、上述の教示に沿って修正する ことができる。図７ないし図７Ｃに示される軸受パッド２０の場合、採用されて いる特定の修正は、軸受バットの下部周方向縁に入口曲げ性を増大させるへくテ ーパ付けを行うことである。これにより、より多くの潤滑剤か軸・バット間空間 に入り込むのか許容され、図４に関して上述したように、パッドの荷重支持能力 か増大する。詳しくは図７Ｂに最もよく表れているように、パッド部２３の下方 縁がテーパ付けられる。図示された特定の軸受パッド２０は双方向作動用として 意図されているので（すなわち、対称形状てあり、かつ軸の回転をいずれの方向 においても支持することかできるので）、２つの半径方向に延びる周方向縁のそ れぞれ（すなわち、半径方向内側縁（ＲＩ　Ｅ）と半径方向外側縁（ＲＯＥ）と の間を延びる縁）には、入口曲げ性を増大させるテーパ部２３ｔか設けられてい る。図７および図７Ｂに最もよく表れているように、上記軸受パッドはさらに、 潤滑剤のより容易な入り込みを許容するべく、頂面に設けられた面取りを含んで いる。

先に述へたように図７ないし図７０に示されているバット構造は、制限された変 形性をもっている。この変形性は制限はされているが、多くの場合において流体 力学的な作動を達成するのに十分である。他の例において、上記パッド２０が取 り付けられた担持体１０に、必要とされる場合により大きな変形を可能とする変 形性を与えることかできる。しかしながら、ある場合には、立ち上かり時を除く 全ての場合に、比較的剛な支持構造が適当である。このような例においては、本 願発明は、図７０の実施例に示されるように、立ち上がり時のパッドの損傷を回 避するように、磨耗性表面を設けることができる。このような磨耗性表面の目的 は、立ち上がり時におこる磨耗に対処することができるようにするものである。

図７ないし図７０に示されるタイプの比較的剛な支持構造をもつ場合でさえ、定 常状懸での流体力学的作動を達成するべくバットを設計することができるか、立 ち上がり時での磨耗特性は潜在的な不安を生じさせる。磨耗性表面を設けること により、軸受は、２つのモートにおいて作動するべく効果的に設計される。第１ は、初期立ち上かりにおいて、軸受は磨耗軸受として作動し、軸はパッド表面に 対して擦れる。立ち上がりの後は、上記軸受パッドは流体力学的に作動し、軸と 軸受バット表面との間にはわずかな接触か存在するかまたは接触か全く存在しな くなる。

上記磨耗性表面を設けるために種々の材料を用いることができるか、本願発明の 好ましい実施例は、図７０において符号２５で示すように、バットの周囲にモー ルドされたＣＥＬＥＤＹＮＥ　（商標）樹脂を用いることが含まれる。

上記軸受パッド２０は、様々な金属材料またはプラスチック材料て形成すること かできる。しかしなから、最も普通の応用においては、上記軸受は典型的には鋳 造青銅あるいは鋼等の金属で形成される。パッド２０の表面粗さにより、パッド ２０のＣＥＬＥＤＹＮＥによる磨耗性表面２５をモールドする前に表面粗化層２ ４を付＋Ｊ［＋するのか望ましい場合かある。これを行うための様々な方法は、 後述する。

本願発明による他の軸受パッドが図８ないし図８０に開示されている。この実施 例においては、上記軸受パッド２０は下部周縁に沿って連続状のテーバ部２３ｔ か形成された円形バット部２３を含んでいる。上記バット部２３は、この場合に は−Ｆ記パット部２３を同軸状に支持する円柱状支持ポスト７１によって支持さ れている。上記パッド２０は、さらに、上記支持ボスｈ７１を支持するベース７ ３を含んている。この特定の例において、上記ベース７３は軸受パットに対して なんら付加的な変形性を与えておらず、かつ、単に上記支持ポスト７１を支持す る機能をもつたけである。したかって、所望であれば、上記支持ポスト７１を担 持体に直接取付けることかできるし、上記ベース７３は、バット２０の機能に影 響を与えることなく省略することができる。

選択的に、上記ベース７３には図８に示されるように、担持体１０に対して上記 パッド２０を固定するための固定ネジ４１を受け入れるためのネジ付き開口を設 けることができる。このタイプの固定ネジによる取付は手段は、本明細書に開示 されているほとんどのパッド２０を本明細書に開示されている担持体ｌＯに固定 するために用いることがてきる。しかしながら、固体ベースをもつパッドに特に 適合する。

図８ないし図８０に示されるバットは、対称型である。したがって、担持体ｌＯ の孔＋０１内での位置か性能に影響することはない。そのため、上記孔内にパッ ドを正確に位置づけるための手段は必要ない。

図８ないし図８０に示されるパッドは、やはり、十分に剛である。支持ポスト７ １はパッド部２３の中央領域を剛に支持するが、このパッド部２３の外周部を直 接的に支持しない。したがってこの軸受パッド部２３の先行縁は剛性低く支持さ れており、流体力学的喫の形成を許容するべく曲げ変形可能である。このような 入口曲げ変形による効果はさらに、楔形態を改良する本明細書に記載されている ような上記テーバ部２３ｔを設けることにより増強される。

上記バット部２３を支持する支持ポスト７１が比較的剛であるために、ある応用 においてパッド表面と軸との間に磨耗が生しる可能性がある。このような応用に おいて、上記の磨耗か特に問題となる場合には、図８０に示されるように、かつ 既に述へたように、軸受パッド２０に磨耗性表面２５を設けることかできる。

やはり、上記磨耗性表面２５は、適当な磨耗性材料から形成することができる。

しかしなから、現状において望ましい材料は、ＣＥＬＥＤｔ’Ｎε樹脂であり、 上記パント部２３の表面にモールドされる。

上記バット部２３の表面は典型的には非常に滑らかであるのでしばしばＣＥＬＥ ＤＹＮＥのような磨耗性材料をパッド表面に付着させるのか困難になる。本願発 明による軸受バラｌ’に対するＣＥＬＥＤＹＮＥにような樹脂材料を付着させる ための現状における好ましい方法は、図８Ｂおよび８Ｃを参照して後述する。

適正な付着を達成するために、上記樹脂のモールドされる表面を十分に粗い表面 とする必要かある。この表面は、当該部分を比較的粗い表面として鋳造すること により達成することができる。機械加工された部分である場合には上記樹脂をパ ッドにモールドすることに先立って表面を粗化した層２４を設けるのか望ましい 。これを達成することができる方法には多くの方法がある。たとえば、粗い表面 を形成するために、微小な青銅粒をパッド表面に融着することができる。しかし ながら、より望ましい方法はアルミニウム／青銅合金（アルミニウム１０％／青 銅９０％）をパッドに火炎噴射するという方法である。この方法を行うことによ り、比較的多孔質〆粗の表面を達成することができる。モールディングの間、こ の表面にはその表面小孔内に樹脂が流れ込むことかできる。そして定位置に固定 される。上記パッドはモールドキャビティ内に挿入される前にやや加熱され、モ ールド中継続して加熱されるとともに、樹脂かバット上に射出される。所望であ れば、該当部分を焼きなまししてもよい。検査によれば、接合面か材料の良好な 流れを示してコーティングとなり、適当な接合強度が得られることが判った。

図８Ｂは表面粗化層２４か形成されたパッド２０を示している。やはりこの表面 粗化層２４は、好ましくは上記バット表面上にアルミニウム／青銅合金を火炎噴 射することにより形成される。

図８０は、樹脂２５の層かバット２０上にモールドされ、かつ表面粗化層２４に よってパッドに付着させられたパッド２０を示している。

既に述へたように、図８および図８八に示される支持ボスト７１はパッド部２３ の幾何学中心においてこのバット部２３を支持している。このような配置の利点 は、パッドか対称であるということである。このことは製造および組立を幾分簡 単にする。しかしながら、他の例においては、上記支持ボストをバット部２３に 対して偏位させるのか望ましい。図９ないし図１Ｏは、所望の結果を得るために 上記支持ポスト７１か偏位した軸受パッドを表している。

図９および図９八に示される実施例においては、上記支持ボスト７１はパッド部 ２３の中心ＰＣからＲＯで示される量偏位する支持中心ＳＣを持っている。しか しながら、パッド部２３の中心と担持体の軸線（図示時）とを通過する半径線と して規定される周方向中心線ＣＣＬに対してこの支持部か対称であることに留意 のこと。図９においてＲＣして示される半径方向についての中心線は、上記バッ ト中心ＰＣを通り、かつ担持体の軸線周りの環状中心線として規定される。

図９および図９Ａに示されるタイプの非対称型パッドには様々な考慮する利点か ある。このような考慮事項の第１は、非対称の構造のために上記パッド２０は担 持体ｌＯの開口１０１内に正確に位置づけられる必要があるということである。

このことを達成する種々の方法か本明細書で検討されており、それには、位置決 めボストあるいはこれに類するものの使用が含まれる。図９および図９Ａに示さ れる実施例においては、位置決めボスト１０２がベース７３に設けられている。

図６Ｅおよび図６Ｆについて述べたように、この担持体ｌＯに軸受２０を正確に 位置づけるように上記位置決めボスト１０２を受容するための対応する開口１０ ３か設けられる。

上記支持ボスト７１の支持中心ＳＣが上記半径方向についての中心線ＲＣＬに対 して半径方向に偏位して位置させられているために、上記パッド部２３は、オイ ルの遠心流入を許す曲げ性が増大するように半径方向内端縁ＲＩＥか荷重のもと て下方偏位するように支持される。逆に、上記バット部２３の半径方向外端縁Ｒ ＯＥは、オイルの遠心漏出を阻止する流体ダムを形成するように、剛に支持され る。やはり、経験則によれば、上記パッド部２３への支持ボスト７１の接合点は 、通常、曲げ性を増大するへく、外径に向けて約ｌＯ％偏位させられる。

上記パッド部２３にはまた、前述したようにして入口曲げ性を増大させるべく、 連続状のテーパ部２３ｔが設けられる。

パッドか周方向中心線について対称であるために、図９および図９Ａに示される パッドは双方向作動に適していることがわかる。別言すれば軸の回転か反転して も上記バットの変形特性は変わらない。

図１Ｏないし図１０Ｂは他の非対称のパッド構造を示している。しかしながらこ の場合、パッド２０は半径方向についての中心線ＲＣＬ上に矢印で示される方向 に一方向あるいは単方向作動するように設計されている。このような一方向軸受 の場合、パッド部２３に対する支持ボスト７１の接合点は、典型的に偏位してい る。経験則によれば、上記パッド部２３は、図１０に最もよく表れているように 、後続縁に向けて約１２％偏位しているへきである。しｔ二がって、上記支持ボ ストの支持中心ＳＣは、パッド部２３の中心ＰＣに対して図１Ｏにｃｏで示され る量たけ周方向に偏位しているとともに、図１ＯにＲＯで示される量だけ半径方 向に偏位していることになる。

上記半径方向の偏位は、図９ないし図９八に示されるとともに前述した双方向軸 受における半径方向偏位と本質的に同じ機能を提供する。上記周方向偏位ＣＯは 先行縁をより剛性低く支持することによって入口曲げ性を太き（するべく与えら れる。上記バット部部２３はまた、入口曲げ性を高めるための連続状テーパ部２ ３ｔを含んている。やはり図９および図９Ａの実施例のように、図ＩＯないし図 １０Ｂの実施例はまた担持体ｌＯ内にパッド２０を正確に位置づけることかでき るようにするための位置決めボスト１０２を含んでいる。

図１０Ｂは、図１０および図１０Ａの軸受パッドに対してわずかに修正したもの を示している。詳しくは、パッド２０には磨耗性表面２５か設けられている。

やはり、この磨耗性表面は、好ましくはバット部２３上にＣＥＬＥＤＹＮＥ樹脂 をモールドすることによって形成される。図１０Ｂに示される実施例においては 、上記支持ボスト７１はまた大幅に薄状とされており、それゆえに、図１Ｏおよ び図１ＯＡに示される支持ボストよりも変形性がある。

本明細書に記載されている支持ボストは、粘性、荷重、速度、エンベロープおよ び一般的な作動条件に依存して、薄い、厚い、あるいは適度の径を持つことがで きるということに留意するへきである。加えて、特定の応用について最適な寸法 を決定するべく有限要素解析を用いて上記作動条件をモデル化することかできる 。

図１１は、本願発明による他のパッド２０を示している。このパッド２０はパッ ド部２３、支持部７２およびベース７３を含んでいる。やはり、本明細書に開示 されている担持体構造１０のうちの−っにおける孔１０１に取付けるへく上記ベ ース７３か設計される。この場合、上記ベース７３にはたとえば図１１Ａおよび 図１１Ｂに関して上述したようなネジ４０か形成されている。この例のバットの 支持部７２には、中央部か最も薄く、パッド部２３およびベース７３に向かって フレア状に拡径する連続状の湾曲面か形成されている。幾何学的には、この複雑 な形状はほぼドーナツの穴の形状と同等である。より技術的には、円をその中心 を含まない直線軸周りに旋回することによって形成される二重曲面である大玉縁 （Ｔｏｒｕｓ）あるいは環（ＡｎｎｕｌｕＳ）内に包含される形状と同等である 。

上記支持部７２をこのような複雑な形状とする目的は、この支持ボスト７２の中 央領域の変形性を高め、パッド部２３とベース７３に対してこのボスト７２を連 結する端部領域からの応力を解放するためである。このような端部領域は逆に、 応力集中か生し得る。このような構造により、上記バット２０は支持部７２の中 心に関してより容易に傾斜する傾向をもち、変形か増大する。上記支持部７２は 、製造および組立てを簡略化するために、パッド部２３と同心状とすることがで きる。選択的に上記支持部は、前述した機能上の利点を達成するべく、半径方向 に、あるいは半径方向および周方向の双方に偏位させてもよい。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本願発明による他の軸受パッドを開示している。

には、上記軸受パッド２０は、パッド部２３、ベース部７３および支持部７２を 含んでいる。上記支持部７２はやはり連続的な曲線によって、ノクソド部２３お よびベース７３の双方に向けてフレア状に拡がっている。しかしながらこの例の 場合、上記支持部７２の中央領域は幾分長状とされており、この支持部７２の形 状は、厳密にいえば、円環（Ｔｏｒｕｓ）の中心領域に残される空所として定義 される形状とはいえないようになっている。それにもかかわらず、上記支持部７ ２は、支持部７２の中心領域に最大の変形性を与えるとともに応力を開放し、か つ、ノくラド部２３およびベース７３近傍における支持部７２の部分での変形性 を低下させるという同様の効果を達成する。

上記バット部２３には下部縁に連続状の環状テーパ部２３ｔか設けられている。

先に述へたように、このようなテーパ部を設けることにより、入口曲げ性が改善 される。

さらに、上記ベース７３は担持体の孔１０１に上記パッド２０を正確に位置づけ るための位置決め突起１０２を含んでいる。もちろん、このような位置決め突起 はボスト中心がパッド中心から偏位している場合に特に有用である。

図１２Ｂに示されるように、この軸受パッド２２は、磨耗性表面２５を設けるこ とができる。やはりこの磨耗性表面２５は、好ましくは図１２Ｂに示されるよう にして、上記パッド部２３にＣＥＬＥＤＹＮＥ樹脂をモールドすることにより形 成される。加えて、適正な付着を行う必要がある場合には、上記パッド部２３に 対して樹脂または他の材料をモールドするに先立ち、このパッド部２３の表面に 表面粗化層２４を設けることができる。

本願発明の特に重要な側面は、容易に機械加工可能なパッド形状を開示している ことである。詳しくは、図８ないし図１２Ｂに開示されているタイプの円柱状の パッド形状は、旋盤を用いて円柱状棒片から容易に形成することができる。旋盤 を用いて形成することができるパッド形状には、製造コストならびにプロトタイ プの製造コストおよび煩雑さの面においで、複雑な機械加工や鋳造を行うことが 必要とされる公知の構造に対して著しい利点がある。上記偏位構造に関しては、 パッドはその形状を形成するために複数の軸線について旋盤加工をする必要かあ る。

本願発明の他の重要な利点は、担持体とは別体に形成された軸受パッドを開示し ていることである。このような構造によって比較的制限された数のパッドを用い ながら幅広い結果を得るべく、標準の担持体ｌＯを用いることが可能になる。

本明細書に示されている数々のパッドのベース部は上記孔に取付けることができ る単純な円柱状のベースとして説明されているが、このベースは、担持体に対し てネジ付け、圧着、粘着剤による付着、あるいはこれに類する手段によって取付 けることができるということを理解するべきである。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ１６Ｄ、６Ｅ、６Ｆおよび６Ｇは、本願発明の他の側面を表 しており、これにより上記軸受パッド２０を担持体１０内に正確に位置づけるこ とができる。図６Ａおよび図６Ｂにおいては、上記担持体１０には軸受パッド２ ０を受容するために設けられた孔１０１内に非対称に配置された位置決めビン１ ２か設けられている。この位置決めビン＋０２は、上記軸受パッドを担持体１０ の孔内に正確に位置づけるべく、軸受パッド支持構造に非対称に配置された開口 の一つ（または軸受パッドのいずれかの部位に設けられた同様の開口）に受容さ れる。選択的な構造か図６０および図６Ｄに表されている。この構造においては 、孔１０１の壁から延出する位置決め凸部＋０２か形成されており、分離状の位 置決めビンに代えて用いられる。この位置決め凸部は、本願発明の軸受バッドの いずれかのドッグレッグあるいは三次支持部に形成された対応するノツチに受容 される。このような位置決めビンあるいは凸部を設ける構造により、あらかしめ バイアスされた軸受バッドが上記孔に取付けられるに際し、強制的に適正に配列 される。

図６Ｅおよび図６Ｆは、上記孔１０１のそれぞれに形成された位置決め孔１０３ をもつ類似した構造を表している。上記位置決め孔１０３は、たとえば図９Ａお よび図１０Ａに示されたもののように、軸受パッドに形成された位置決めビン１ ０２を受容するべく適合される。位置決めビン１０２が形成された軸受バッドは 、この位置決めビン１０２が上記位置決め孔１０３内に受容されるようにして上 記孔ｌｏｔ内に位置づけられるだけであるから、上記開口１０１内に受容される へき場合には、上記パッドは正確に位置決めする必要かある。図６Ｅおよび図６ Ｆに示される構造の一つの利点は、位置決めビン１０２をもつビンを受容するよ うにして、位置決めビン１０２をもたないパッドを担持体が受容することができ るということである。したがって、図６Ｅおよび６Ｆに示された担持体構造は、 より幅広く用いることができる。

担持体内に軸受バッドを正確に位置づけるための他の担持体形態か図６Ｇに示さ れている。この担持体ｌＯは、図７ないし図７０に示されるパッドのような楕円 状のベースをもつバットを受容するように適合されている。したがって、この例 の場合、開口１０１は非円形の楕円形状をもっている。開口１０１が非円形形状 をもつことにより、パッドは開口内に装着するべく正確に位置決めする必要があ る。

ＦＩＧ、６Ａ ＦＩＧ、６８ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、６Ｃ ＦＩＧ、６Ｄ ＦＪＧ、６Ｅ ＦＩＧ、６Ｆ ＦＩＧ、６Ｇ ＦＩＧ、　８　ＦＩＧ、８Ａ ＦＩＧ、　９　ＦＩＧ、１０

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸を支持するようになされたモジュール型流体力学的軸受であって、上 記軸受は、担待体部材を含んでおり、この担持体部材はこれに形成された複数個 の開口をもっており、上記開口は所定の軸線周りに間隔配置されており、上記担 待体の上記開口内に固定された複数個の軸受パッドをさらに含んでおり、この軸 受パッドのそれぞれはパッド表面をもつパッド部と上記パッド部を支持する支持 部とを含んでおり、これにおいて、上記パッド部のそれぞれは扇形形態に形成さ れているとともに上記支持部は上記パッド部から垂直に延びており、上記支持部 は上記担持体に形成された上記開口の形状と対応する形状をもっていて、上記パ ッド部を上記担持体から離間させるようにして上記支持部が上記担持体に固定さ れるようになっており、かつ、上記軸受パッドのそれぞれの上記支持部は、荷重 のもとで上記軸受パッドが上記軸に関して楔を形成するように設計されている、 モジュール型流体力学的軸受。
2. ２．上記軸受パッドのそれぞれの上記支持部は、表円形状をもっており、上記パ ッドが上記担持体に形成された上記開口内に固定されるとき、上記扇形形態のパ ッドが上記担持体内に正確に位置づけられるように構成されている、請求項１の 軸受。
3. ３．上記軸受のそれぞれのパッド部上に形成された磨耗性表面をさらに含んでお り、上記磨耗性表面は上記パッド部とは異なる材料で形成されている、請求項１ の軸受。
4. ４．上記磨耗性表面は、ＣＥＬＥＤＹＮＥ（商標）のような高ＰＶ比をもつ高性 能樹脂でできている、請求項３の軸受。
5. ５．上記磨耗性表面は、上記パッド部上にモールドされた樹脂である、請求項３ の軸受。
6. ６．上記扇形パッド部は、２つの周方向の縁をもっており、かつ、これら周方向 の縁の少なくとも１つには、その下端においてテーパ部が設けられている、請求 項１の軸受。
7. ７．回転軸を支持するようになされたモジュール型流体力学的軸受であって、上 記軸受は、担持体部材を含んでおり、この担待体部材はこれに形成された複数個 の開口をもっており、上記開口は所定の形状をもつとともに所定の軸線周りに間 隔配置されており、上記担持体の上記開口内に固定された複数個の軸受パッドを さらに含んでおり、上記軸受パッドのそれぞれはパッド表面をもつ円形パッド部 と上記パッド部から垂直に延びるともに上記パッド部を支持する円柱状支持部と を含んでいる、モジュール型流体力学的軸受。
8. ８．上記パッド部は、下方縁をもっており、この下方縁には連続状のテーパ部が 設けられている、請求項７の軸受。
9. ９．上記パッドは上記円柱状支持ポストが支持されるベースをさらに含んでいる 、請求項７の軸受。
10. １０．位置決め突起が上記ベースに設けられるとともに、上記担持体は、上記パ ッドを上記支持部に対して正確に位置決めするように、上記突起を受容するため の突起受容開口を含んでいる、請求項９の軸受。
11. １１．上記円柱状支持ポストは支持中心をもっており、上記パッド部はパッド中 心をもっており、上記円柱状ポストの上記支持中心は上記パッド中心から半径方 向に偏位している、請求項７の軸受。
12. １２．上記円柱状ポストの上記支持中心は上記パッド部の中心から周方向に偏位 している、請求項１１の軸受。
13. １３．上記パッド部とは異なる材料で上記パッド表面上に形成された独特の磨耗 性表面をさらに含んでいる、請求項７の軸受。
14. １４．上記磨耗性表面は上記パッド部上にモールドされた樹脂で形成されている 、請求項１３の軸受。
15. １５．上記軸受パッド支持部は上記担持体にネジつけ可能に連結されている、請 求項１の軸受。
16. １６．各軸受パッドの上記支持部は、スプライン固定連結を介して上記担持体に 連結されている、請求項１の軸受。
17. １７．回転軸を支持するようになしたモジュール型流体力学的軸受であって、上 記軸受は担持体部材を含んでおり、この担持体部材はこれに形成された複数個の 開口をもっており、この開口は所定の軸線周りに間隔配置されており、上記担持 体の上記開口内に固定された複数個の軸受パッドをさらに含んでおり、この軸受 パッドのそれぞれはパッド表面をもつパッド部と上記パッド表面の面に対して垂 直な軸線をもつとともに上記パッド部を支持する支持部と上記支持部を支持する ベースとをもっており、上記支持部は上記パッド部に接続される第１端部と上記 ベースに接続される第２端部と上記第１端部と第２端部との間の中央領域とをも っており、これにおいて、上記支持部はその上記中央領域よりも上記第１端部お よび第２端部近傍の方が幅広となるように、上記第１端部と上記第２端部に向か ってフレア伏に拡径させられている、モジュール型流体力学軸受。
18. １８．上記パッド部は入口曲げ性を高めるべく、テーパ部が設けられた下縁をも っている、請求項１７の軸受。
19. １９．別体かつ区別可能な磨耗性表面が上記パッド部とは異なる材料によって上 記パッド表面上に形成されている、請求項１７の軸受。
20. ２０．上記磨耗性表面は上記パッド部上にモールドされた樹脂によって形成され ている、請求項１９の軸受。
21. ２１．上記軸受パッド部は円形をしているとともにパッド中心をもち、かつ、こ れにおいて上記支持部の軸線は上記パッド中心に対して半径方向外側にあり、荷 重のもとで半径方向内端縁が下方に変形するように上記パッドが支持されるよう になっている、請求項１７の軸受。
22. ２２．上記パッドのベース部と上記担持体の支持部との一方に位置決め突起が形 成されており、上記支持部は上記突起を受容するための突起受容開口を含んでい て、上記支持部に対して上記非円形軸受パッドを正確に位置決めするようになっ ている、請求項１７の軸受。
23. ２３．上記担持体において上記非対称軸受パッドのそれぞれを正確に方向づける ための位置決め手段をさらに含んでいる、請求項１７の軸受。
24. ２４．上記担持体は上記軸受パッドを受容するようになされた複数個の孔を含ん でおり、かつ、これにおいて、位置決め突起が上記各孔内に形成されるとともに 、各軸受パッドは上記位置決め突起を受容する開口を含んでおり、上記軸受パッ ドが上記担持体の孔に受容されるにあたり、上記位置決め突起が上記担持体に対 して上記軸受パッドを正確に方向づけるようになっている、請求項１７の軸受。
25. ２５．回転軸を支持する軸受であって、上記軸受は、一体状の担持体を含んでお り、この担持体は軸線をもつとともに、上記軸線周りに間隔配置された複数個の 開口をさらに含んでおり、複数個の軸受パッドをさらに含んでおり、各軸受パッ ドは上記担持体に形成された上記開口の一つに取付けられており、各軸受パッド はパッド部と支持部とを含んでおり、上記支持部は両端における広い部分と狭い 中央領域とをもつ二重曲線断面を含んでおり、一方の広い端部が上記パッド部に 固定されている、軸受。
26. ２６．上記担持体は、上記軸受パッドが取付けられるとともに所定の方向へ変形 性をもって変形可能に支持されている複数個の開口が形成された、変形性をもつ 担持体である、請求項２５の軸受。