【手続補正書】
【提出日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】    高速回転ロータ用のスラスト軸受装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  スラスト軸受を備え、このスラスト軸受が軸（４）に固定連結された回転する軸受カラー（１２）と、固定された負荷導入体（１３）とを備え、負荷導入体（１３）が軸受カラー（１２）に接続するレース体（１６）と弾性的な壁部分とを備え、更に、軸受フランジ（６）を備え、この軸受フランジが負荷導入体（１３）を収容し、かつ弾性的な壁部分に連結され、更に、傾斜を補償するための装置を備え、この装置が弾性的な壁部分と中空室（２０）を備え、この中空室に非圧縮性の媒体（２３）が充填され、かつ弾性的な壁部分と中空室（２０）を画成する要素（１９）とによって閉じ込められ、この要素が軸受フランジ（６）に支持されているかあるいはこの軸受フランジによって形成されている、高速回転するロータのためのスラスト軸受装置において、負荷導入体（１３）がレース体（１６）を壁部分に連結する中央リング（１８）を備え、負荷導入体がレース体（１６）から中央リング（１８）の方に先細に形成され、弾性的な壁部分がダイヤフラムとして形成され、片側で非圧縮性媒体（２３）に支持され、そして軸受カラー（１２）と中空室（２０）の間に配置されていることを特徴とするスラスト軸受装置。
【請求項２】  負荷導入体（１３）が一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受装置。
【請求項３】  ダイヤフラム（１７）が中央リング（１８）に接続する中央の範囲（２５）と、中空室（２０）を画成する要素（１９，６）に連結されたエッジ範囲（２６）と、中間範囲（２７）を備え、中央範囲（２５）とエッジ範囲（２６）がダイヤフラム（１７）の中間範囲（２７）よりも肉厚に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のスラスト軸受装置。
【請求項４】  中空室（２０）を画成する要素（１９，６）に、中空室（２０）内に達する中央リング（１８）用軸方向ストッパー（２４）が設けられていることを特徴とする請求項３記載のスラスト軸受装置。
【請求項５】  中空室（２０）を画成する要素（１９）が蓋として形成されていることを特徴とする請求項４記載のスラスト軸受装置。
【請求項６】  非圧縮性媒体（２３）が流体、特に合成オイルであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスラスト軸受装置。
【請求項７】  負荷導入体（１３）が良好な疲れ強さを有する焼戻し鋼からなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスラスト軸受装置。
【請求項８】  負荷導入体（１３）が大きな強度と良好な緊急時特性を有するブロンズからなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスラスト軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、傾斜補償のための装置を備えた、高速回転するロータのためのスラスト軸受装置に関する。
【０００２】
高速回転するロータのためのスラスト軸受装置は充分な軸方向強度を備えていなければならないので、最大軸方向負荷の下での弾性たわみは所定の限界値を超えてはならない。しかし、軸と他のロータを支持する際、製作上の理由から、軸の傾斜、ひいてはスラスト軸受の軸受カラーの傾斜が発生する。その結果、軸受の支持力が低下する。この危険に対処するために、傾斜を補償するための多数の構造的な解決策が知られている。例えば偏心支持した状態での弾性変形あるいはダイヤフラムの弾性変形である（Dubbel,Taschenbuch fuer den Maschinenbau,ISBN3-540-57650-9, 第18版、Springer出版社、ベルリン、ハイデルベルグ、ニューヨーク、1995年,G95/96)。
【０００３】
更に、例えばターボ過給器または他のターボ機械において使用されるような高速回転ロータの回転のアンバランスに基づいて、運転に依存して傾斜が生じる。この傾斜は運転中ターボ機械が付加的な傾動運動にさらされるときに（例えば船舶エンジン用ターボ過給器の場合）、更に強まる。
【０００４】
ヨーロッパ特許第０３６２３２７号公報によって、ターボ機械のためのスラスト軸受装置の場合の傾斜補償のための解決策が知られている。その際、軸ひいては軸受カラーの傾斜は弾性的なウェブによって補償される。それによって、軸受装置は大きすぎる変形を防止するために、許容変形のための充分な弾性を有し、摩耗しにくくなっている。
【０００５】
しかし、このような傾斜補償は常に、必要な軸方向強度と傾斜のための所望な可撓性との間の妥協を必要とする。更に、軸方向において比較的に大きな構造スペースを必要とする。
フランス国特許第１５７７６０８号公報の図１０（ドイツ連邦共和国特許第１７７５３５０号公報の図１０に対応する）に示されている、滑り軸受の自動調心装置は、本発明の上位概念の記載の装置に一致している。この場合、軸線傾斜の補償は流体を充填した中空室と弾性的な壁部分によって行われる。この壁部分は中空室を画成し、互いに傾動可能な２個の軸受部分を互いに連結する。
更に、米国特許第５１１２１４３号明細書により、ダイヤフラムが回転シューに支持され、この回転シューがダイヤフラムの方に先細に形成されている軸受が知られている。      【０００６】
【発明の開示】
特許請求の範囲に記載されている本発明の根底をなす課題は、軸方向においてきわめて剛性があり、傾斜に関して非常にフレキシブルに形成されている、高速回転ロータ用の改良されたスラスト軸受装置を提供することである。更に、軸受範囲の軸方向の構造スペースを低減し、製作を簡単にすべきである。
【０００７】
本発明によるスラスト軸受装置の場合には、負荷導入体がレース体を弾性的な壁部分に連結する中央リングを備え、負荷導入体がレース体から中央リングの方に先細に形成されている。壁部分は片側で非圧縮性媒体に支持され、そして軸受カラーと非圧縮性媒体を充填した中空室の間に配置され、ダイヤフラムとして形成されている。
【０００８】
非圧縮性媒体上にダイヤフラムを片側で支持することにより、ダイヤフラムの軸方向の可撓性が回避され、それによって軸方向において非常に剛性のあるスラスト軸受が実現される。軸方向において非常にやわらかいダイヤフラムを使用することによって特に、スラスト軸受のねじれ強度が大幅に低下するので、発生する傾斜がこのようなダイヤフラムを介して従来よりも良好に補償可能である。その結果、スラスト軸受の支持力が長期間にわたって保証され、その寿命が長くなる。
【０００９】
本発明による解決策により、要求される軸方向強度が維持されると共に、必要な軸方向構造スペースが慣用の傾斜補償と比べて約３分の１に低減される。
【００１０】
負荷導入体が一体に形成されていると特に有利である。これにより、スラスト軸受の耐摩耗性が高まる。
【００１１】
ダイヤフラムが中央リングに接続する中央の範囲と、中空室を画成する要素に連結されたエッジ範囲と、中間範囲を備え、中央範囲とエッジ範囲がダイヤフラムの中間範囲よりも肉厚に形成されていると特に有利である。機械の軸方向力を受け止めまたは伝達する範囲をこのように肉厚に形成することにより、スラスト軸受の寿命が更に長くなる。
【００１２】
更に、中空室を画成する要素に、中空室内に達する中央リング用軸方向ストッパーが設けられていると有利である。このストッパーは破損の場合のスラスト軸受の破壊を防止する。この破損の場合、中空室に充填された非圧縮性媒体の損失が生じる。ストッパーは更に油圧ダンパーとして作用する。
【００１３】
中空室を画成する要素が蓋として形成されていると有利である。それによって、製作と組み立てが大幅に簡単になる。
【００１４】
次に、実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００１５】
本発明の理解にとって重要な要素だけが示してある。例えば、軸に連結された機械のロータは図示していない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、ラジアル軸受１，２とスラスト軸受（アキシャル軸受）３とによって軸受された軸４を示している。この軸は例えば、主として遠心圧縮機とタービンからなる図示していない排気ターボ過給器の軸４である。ラジアル軸受１，２とスラスト軸受３は軸受ハウジング５内に配置されている。軸受ハウジング５の一部は軸受フランジ６である。この軸受フランジは、図示していない排気ターボ過給器の軸ハウジングの内部に軸受ハウジング５を固定するために役立つ。軸受フランジ６はボルトとして形成された固定要素７を介して軸受ハウジング５に連結されている。圧縮機側のラジアル軸受１は蓋８によって軸受フランジ６に固定されている。そのために、ボルトとして形成された固定要素９が役立つ。軸受ハウジング５と軸受フランジ６内には、ラジアル軸受２またはラジアル軸受１とスラスト軸受３のための潤滑油供給部１０，１１が配置されている。
【００１７】
スラスト軸受３は軸４に固定連結された回転する軸受カラー（軸受櫛）１２を備えている。この軸受カラーは固定された負荷導入体１３と協働する。この軸受カラー１２と負荷導入体１３はそれぞれ、回転面１４を備えている。この回転面の間に、スラスト軸受３の潤滑油隙間１５が形成されている（図１）。
【００１８】
負荷導入体１３は一体に形成されている。負荷導入体は軸受カラー１２に接続するレース体（回転面体）１６と、軸受フランジ６に連結されたダイヤフラム１７と、レース体１６をダイヤフラムに連結する中央リング１８とからなり、レース体１６から中央リング１８の方に先細に形成されている。
【００１９】
負荷導入体１３のレース体１６と反対側において、蓋１９はダイヤフラム１７と軸受フランジ６の間に配置され、蓋１９とダイヤフラム１７の間に中空室２０が形成されている。中空室２０を画成する要素として形成された蓋１９内には、中空室２０と連通し栓２１によって閉鎖された、中空室２０に充填される非圧縮性媒体２３用の供給通路２２が設けられている。このような媒体２３としては主として流体、特に合成油である。この目的のために勿論、例えば水のような他の流体や固体（例えば低融点金属）も適している。
【００２０】
蓋１９は中空室２０内に達する中央リング１８用軸方向ストッパー２４を備えている。ダイヤフラム１７は中央リング１８に接続する中央の範囲２５と、軸受フランジ６に連結されたエッジ範囲２６と、中間範囲２７を備えている（図２）。中央範囲２５とエッジ範囲２６はダイヤフラム１７の中間範囲２７と比べて厚く形成されているので、本来のダイヤフラムは中間範囲２７によって形成される。
【００２１】
軸受フランジ６は負荷導入体１３すなわちダイヤフラム１７を収容するための凹部２８を備えている。そのために、凹部２８の範囲において、軸受フランジ６とダイヤフラム１７の間には、嵌め合い部２９が形成されている。この嵌め合い部には、別個に製作された負荷導入体１３が圧入される。同様に、軸受フランジ６とダイヤフラム１７で一体的な連結を行うことができる。他の嵌め合い部３０が蓋１９とダイヤフラム１７の間に形成されている。この場合、連結部は溶接されている。勿論、他の一体的な連結（例えばろう付け）、摩擦的な連結または形状補完的な連結を行うことができる。
【００２２】
別個に製作された負荷導入体１３は軸受フランジ６内に組み立てる前に、蓋１９に連結可能であり、中空室に非圧縮性媒体２３を充填することができる。それによって、簡単で低コストの製作および最終組み立てが可能となる。負荷導入体１３のためにコーティングされた焼戻し鋼を使用することにより、大きな強度が得られる。中空室２０内にある軸方向ストッパー２４により、非圧縮性媒体２３の損失の場合に、スラスト軸受３の軸方向強度が失われることが防止される。負荷導入体１３のために良好な緊急時特性を有する材料（例えばばねブロンズ）を使用することにより、この安全思想を更に考慮することができる。
【００２３】
排気ターボ過給器の運転時に、Ｆ１で示したタービンの軸方向スラストはラジアル軸受の方に向けられ、スラスト軸受３を主として軸方向に付勢する。その際、発生する軸方向力は、軸受カラー１２、レース体１６、中央リング１８およびダイヤフラム１７を介して軸受フランジ６に伝達される。ダイヤフラム１７の中央範囲２５とエッジ範囲２６を局部的に肉厚にすることにより、力の伝達が促進される。これに対して、ダイヤフラム１７の軸方向の可撓性は非圧縮性媒体２３（例えば圧油）上で支持されることによって防止されるので、１０分の１の範囲の小さな弾性たわみだけが生じる。脈動する軸方向力の場合にも、非圧縮媒体２３が軸方向のダンパとして働き、それによって軸方向力の増大に反作用する。そうでない場合、この軸方向の力は破損を生じることになる。構造的に生じるかあるいは運転に従って生じる、軸４の傾斜、ひいてはスラスト軸受３の軸受カラー１２の傾斜は、軸方向において非常にやわらかいダイヤフラム１７を介して補償される。それによって、技術水準の公知の解決策と比べて傾斜に対する剛性が大幅に低下し、従ってスラスト軸受３の寿命が長くなる。
【００２４】
潤滑油は潤滑油供給部１０と、軸受ハウジング５内に設けられた周溝３１と、対応して形成されたラジアル軸受２の供給部３２を経て、ラジアル軸受の潤滑油隙間３３に達する。ジラジアル軸受１の潤滑油隙間３４またはスラスト軸受１３の回転面１４には、軸受フランジ６内に設けられた潤滑油供給部１１を経て潤滑油が供給される。
【００２５】
第２の実施の形態では、非圧縮性媒体２３を充填した中空室２０がダイヤフラム１７と軸受フランジ６の間に形成されているので、軸受フランジは中空室２０を画成する要素を形成する。従って、媒体１９用の供給通路２２は軸受フランジ６内に設けられている。同様に、軸受フランジ６は蓋１９の代わりに、ダイヤフラム１７の中央リング１８用の軸方向ストパー２４を備えている（図３）。蓋１９を省略することによって、ほとんど同じ機能が簡単で低コストの構造で達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
傾斜位置を補償するための装置と共に２個のラジアル軸受と１個のスラスト軸受を備えた軸の軸受部の部分縦断面図である。
【図２】
図１のスラスト軸受の範囲の拡大図である。
【図３】
第２の実施の形態の、図２と同様な図である。
【符号の説明】
１                      ラジアル軸受
２                      ラジアル軸受
３                      スラスト軸受
４                      軸
５                      軸受ハウジング
６                      軸受フランジ、要素
７                      固定要素、ボルト
８                      蓋
９                      固定要素、ボルト
１０                    軸受ハウジング内の潤滑油供給部
１１                    軸受フランジ内の潤滑油供給部
１２                    軸受カラー
１３                    負荷導入体
１４                    回転面
１５                    潤滑油隙間
１６                    レース体
１７                    ダイヤフラム
１８                    中央リング
１９                    蓋、要素
２０                    中空室
２１                    栓
２２                    供給通路
２３                    媒体
２４                    軸方向ストッパー
２５                    ダイヤフラムの中央範囲
２６                    ダイヤフラムのエッジ範囲
２７                    ダイヤフラムの中間範囲
２８                    凹部
２９                    軸受フランジとダイヤフラムの嵌め合い部
３０                    蓋とダイヤフラムの嵌め合い部
３１                    周溝
３２                    供給部
３３                    ラジアル軸受の潤滑油隙間
３４                    ラジアル軸受の潤滑油隙間