(57)【要約】【課題】  回転軸の広い回転数領域で制振効果を発揮し得るスクイズフィルムダンパベアリング装置を提供する。【解決手段】  スクイズフィルムダンパベアリング装置は、回転軸１５，４１の外周に嵌合するインナーレース４５と、ベアリング保持部材４４に設けたベアリングスリーブ５８の内周にスクイズフィルムを構成する環状空間５４を介して支持されたアウターレース４６と、インナーレース４５およびアウターレース４６間に配置された複数の転動体４７とを備える。ベアリングスリーブ５８は周方向に分割された複数のスリーブ要素５９からなり、複数のスリーブ要素５９は径方向に移動して環状空間５４の径方向高さを変更可能であるので、環状空間５４の径方向高さを変更してスクイズフィルムの減衰特性を変化させ、回転軸１５，４１の広い回転数領域で制振効果を発揮させることができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１５，４１）の外周に嵌合するインナーレース（４５）と、ベアリング保持部材（４４）に設けたベアリングスリーブ（５８）の内周にスクイズフィルムを構成する環状空間（５４）を介して支持されたアウターレース（４６）と、前記インナーレース（４５）および前記アウターレース（４６）間に配置された複数の転動体（４７）とを備えるスクイズフィルムダンパベアリング装置であって、
前記ベアリングスリーブ（５８）は周方向に分割された複数のスリーブ要素（５９）からなり、前記複数のスリーブ要素（５９）は径方向に移動して前記環状空間（５４）の径方向高さを変更可能であることを特徴とするスクイズフィルムダンパベアリング装置。
【請求項２】
前記スリーブ要素（５９）の外周から径方向外向きに突出するガイドピン（５９ａ）が前記ベアリング保持部材（４４）を径方向に貫通するガイド孔（４４ａ）に摺動自在に嵌合し、前記スリーブ要素（５９）の周方向両端部と前記ベアリング保持部材（４４）の内周から径方向外向きに突出するバネ座（４４ｃ）との間に径方向に延びる一対の戻しバネ（６１）が配置され、前記スリーブ要素（５９）を径方向に移動させる駆動機構（６６）が前記ガイドピン（５９ａ）の径方向外端に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のスクイズフィルムダンパベアリング装置。
【請求項３】
前記回転軸（１５，４１）の振動を検出する振動センサ（６７）と、前記振動センサ（６７）で検出した前記回転軸（１５，４１）の振動に応じて前記駆動機構（６６）の作動を制御する制御手段（Ｕ）とを備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のスクイズフィルムダンパベアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の外周に嵌合するインナーレースと、ベアリング保持部材に設けたベアリングスリーブの内周にスクイズフィルムを構成する環状空間を介して支持されたアウターレースと、前記インナーレースおよび前記アウターレース間に配置された複数の転動体とを備えるスクイズフィルムダンパベアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる構造のスクイズフィルムダンパベアリング装置は、例えば下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来のスクイズフィルムダンパベアリング装置は、ベアリングのアウターレースの外周とベアリングスリーブ（サポートリング１１）の内周との間に形成された環状空間（作動油空間１３）の径方向高さ、すなわちスクイズフィルムの膜厚が一定であって減衰係数が不変であるため、例えば回転軸の低回転数領域で充分な減衰効果が得られても、回転軸の高回転数領域で充分な減衰効果が得られず、回転軸の振動が増加する可能性があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転軸の広い回転数領域で制振効果を発揮し得るスクイズフィルムダンパベアリング装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、回転軸の外周に嵌合するインナーレースと、ベアリング保持部材に設けたベアリングスリーブの内周にスクイズフィルムを構成する環状空間を介して支持されたアウターレースと、前記インナーレースおよび前記アウターレース間に配置された複数の転動体とを備えるスクイズフィルムダンパベアリング装置であって、前記ベアリングスリーブは周方向に分割された複数のスリーブ要素からなり、前記複数のスリーブ要素は径方向に移動して前記環状空間の径方向高さを変更可能であることを特徴とするスクイズフィルムダンパベアリング装置が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記スリーブ要素の外周から径方向外向きに突出するガイドピンが前記ベアリング保持部材を径方向に貫通するガイド孔に摺動自在に嵌合し、前記スリーブ要素の周方向両端部と前記ベアリング保持部材の内周から径方向外向きに突出するバネ座との間に径方向に延びる一対の戻しバネが配置され、前記スリーブ要素を径方向に移動させる駆動機構が前記ガイドピンの径方向外端に接続されることを特徴とするスクイズフィルムダンパベアリング装置が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記回転軸の振動を検出する振動センサと、前記振動センサで検出した前記回転軸の振動に応じて前記駆動機構の作動を制御する制御手段とを備えることを特徴とするスクイズフィルムダンパベアリング装置が提案される。
【０００９】
なお、実施の形態の低圧系シャフト１５およびスリーブ４１は本発明の回転軸に対応し、実施の形態のボール４７は本発明の転動体に対応し、実施の形態の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の構成によれば、スクイズフィルムダンパベアリング装置は、回転軸の外周に嵌合するインナーレースと、ベアリング保持部材に設けたベアリングスリーブの内周にスクイズフィルムを構成する環状空間を介して支持されたアウターレースと、インナーレースおよびアウターレース間に配置された複数の転動体とを備えるので、回転軸の振動に伴ってベアリングスリーブの内周に対してアウターレースが変位すると、ベアリングスリーブの内周およびアウターレースの外周に挟まれた環状空間に構成されたスクイズフィルムがアウターレースの動きに抵抗することで回転軸の振動が制振される。
【００１１】
ベアリングスリーブは周方向に分割された複数のスリーブ要素からなり、複数のスリーブ要素は径方向に移動して環状空間の径方向高さを変更可能であるので、環状空間の径方向高さを変更してスクイズフィルムの減衰特性を変化させ、回転軸の広い回転数領域で制振効果を発揮させることができる。
【００１２】
また請求項２の構成によれば、スリーブ要素の外周から径方向外向きに突出するガイドピンがベアリング保持部材を径方向に貫通するガイド孔に摺動自在に嵌合し、スリーブ要素の周方向両端部とベアリング保持部材の内周から径方向外向きに突出するバネ座との間に径方向に延びる一対の戻しバネが配置され、スリーブ要素を径方向に移動させる駆動機構がガイドピンの径方向外端に接続されるので、スリーブ要素を径方向に確実に平行移動させて環状空間の径方向高さを周方向に均等に変化させることができる。
【００１３】
また請求項３の構成によれば、回転軸の振動を検出する振動センサと、振動センサで検出した回転軸の振動に応じて駆動機構の作動を制御する制御手段とを備えるので、回転軸の振動に応じてスクイズフィルムの減衰特性を自動的に変更し、回転軸の振動を効果的に制振することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガスタービンエンジンの全体構造を示す図。
【図２】図１の２部拡大図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】後部第１ベアリングの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明が適用される航空機用のガスタービンエンジンは、アウターケーシング１１およびインナーケーシング１２を備えており、インナーケーシング１２の内部に前部第１ベアリング１３および後部第１ベアリング１４を介して低圧系シャフト１５の前部および後部がそれぞれ回転自在に支持される。低圧系シャフト１５の軸方向中間部の外周に筒状の高圧系シャフト１６が相対回転自在に嵌合し、高圧系シャフト１６の前部が前部第２ベアリング１７を介してインナーケーシング１２に回転自在に支持されるとともに、高圧系シャフト１６の後部が後部第２ベアリング１８を介して低圧系シャフト１５に相対回転自在に支持される。
【００１７】
低圧系シャフト１５の前端には、翼端がアウターケーシング１１の内面に臨むフロントファン１９が固定されており、フロントファン１９が吸入した空気の一部はアウターケーシング１１およびインナーケーシング１２間に配置されたステータベーン２０を通過した後、その一部がアウターケーシング１１およびインナーケーシング１２間に形成された環状のバイパスダクト２１を通過して後方に噴射され、他の一部がインナーケーシング１２の内部に配置された軸流式の低圧コンプレッサ２２および遠心式の高圧コンプレッサ２３に供給される。
【００１８】
低圧コンプレッサ２２は、インナーケーシング１２の内部に固定されたステータベーン２４と、外周にコンプレッサブレードを備えて低圧系シャフト１５に固定される低圧コンプレッサホイール２５とを備える。高圧コンプレッサ２３は、インナーケーシング１２の内部に固定されたステータベーン２６と、外周にコンプレッサブレードを備えて高圧系シャフト１６に固定される高圧コンプレッサホイール２７とを備える。
【００１９】
高圧コンプレッサホイール２７の外周に接続されたデフューザ２８の後方には逆流燃焼室２９が配置されており、逆流燃焼室２９の内部に燃料噴射ノズル３０から燃料が噴射される。逆流燃焼室２９の内部で燃料および空気が混合して燃焼し、発生した燃焼ガスが高圧タービン３１および低圧タービン３２に供給される。
【００２０】
高圧タービン３１は、インナーケーシング１２の内部に固定されたノズルガイドベーン３３と、外周にタービンブレードを備えて高圧系シャフト１６に固定される高圧タービンホイール３４とを備える。低圧タービン３２は、インナーケーシング１２の内部に固定されたノズルガイドベーン３５と、外周にタービンブレードを備えて低圧系シャフト１５に固定される低圧タービンホイール３６とを備える。
【００２１】
従って、図示せぬスタータモータで高圧系シャフト１６を駆動すると、高圧コンプレッサホイール２７が吸い込んだ空気が逆流燃焼室２９に供給されて燃料と混合して燃焼し、発生した燃料ガスが高圧タービンホイール３４および低圧タービンホイール３６を駆動する。その結果、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６が回転してフロントファン１９、低圧コンプレッサホイール２５および高圧コンプレッサホイール２７が空気を圧縮して逆流燃焼室２９に供給することで、スタータモータを停止させてもガスタービンエンジンの運転が継続される。
【００２２】
ガスタービンエンジンの運転中に、フロントファン１９が吸い込んだ空気の一部はバイパスダクト２１を通過して後方に噴射され、特に低速飛行時に主たる推力を発生する。またフロントファン１９が吸い込んだ空気の残部は逆流燃焼室２９に供給されて燃料と混合して燃焼し、低圧系シャフト１５および高圧系シャフト１６を駆動した後に後方に噴射されて推力を発生する。
【００２３】
次に、図２〜図４に基づいて前記後部第１ベアリング１４の周辺の構造を説明する。
【００２４】
低圧タービンホイール３６を支持するためのスリーブ４１が低圧系シャフト１５の外周にスプライン嵌合４２しており、低圧系シャフト１５の軸端外周に第１ナット部材４３を螺合してスリーブ４１を図２の左側に押圧し、低圧系シャフト１５の外周に形成した段部１５ａにスリーブ４１の内周に形成した段部４１ａを押し付けることで、低圧系シャフト１５にスリーブ４１が締結される。
【００２５】
後部第１ベアリング１４は、スリーブ４１の外周に嵌合するインナーレース４５と、インナーケーシング１２に設けられたベアリング保持部材４４の内周にベアリングスリーブ５８を介して支持されたアウターレース４６と、インナーレース４５およびアウターレース４６間に配置された複数のボール４７…と、ボール４７…を周方向に等間隔で保持するリテーナ４８とを備える。ベアリング保持部材４４はボルト４９…でインナーケーシング１２に締結され、インナーレース４５はスリーブ４１の端部外周に螺合する第２ナット部材５０で図２の左側に付勢され、スリーブ４１の外周に形成した段部４１ｂに押し付けられて締結される。
【００２６】
第１ナット部材４３および第２ナット部材５０のネジの方向は相互に逆方向に設定される。すなわち、第１ナット部材４３が右ネジである場合には第２ナット部材５０は左ネジであり、第１ナット部材４３が左ネジである場合には第２ナット部材５０は右ネジである。第１ナット部材４３の端部外周には、図２の軸方向右側に開放する複数の第１溝部４３ａ…が周方向に等間隔で形成されるとともに、第２ナット部材５０の外周には、図２の軸方向右側に開放する複数の第２溝部５０ａ…が周方向に等間隔で形成される。
【００２７】
第１ナット部材４３および第２ナット部材５０間に配置される環状の連結部材５１は、円周方向に１８０゜間隔で配置されて第１ナット部材４３の第１溝部４３ａ…に係合可能な２個の第１突起部５１ａ，５１ａと、円周方向に１２０゜間隔で配置されて第２ナット部材５０の第２溝部５０ａ…に係合可能な３個の第２突起部５１ｂ…とを備える。
【００２８】
連結部材５１を第２ナット部材５０に係止するリングスプリング５２は、平坦な弾性金属板を略２回転に亙って環状に巻いたもので、その外周部が第２ナット部材５０の端部内周に形成した段部５０ｂ…に係合可能である。
【００２９】
第１ナット部材４３および第２ナット部材５０はネジの方向が相互に逆になっているため、第１ナット部材４３が弛む方向に回転しようとすると、その回転は連結部材５１を介して第２ナット部材５０を締め込む方向に作用するため、第１ナット部材４３および第２ナット部材５０の両方の弛みが阻止され、逆に第２ナット部材５０が弛む方向に回転しようとすると、その回転は連結部材５１を介して第１ナット部材４３を締め込む方向に作用するため、第１ナット部材４３および第２ナット部材５０の両方の弛みが同時に阻止される。
【００３０】
低圧系シャフト１５の後部を支持する後部第１ベアリング１４はスクイズフィルムダンパベアリングを構成するもので、そのアウターレース４６の外周に形成された一対のシールリング溝４６ａ，４６ａにそれぞれシールリング５３，５３が嵌合する。環状のベアリング保持部材４４の内部に配置されたベアリングスリーブ５８は略１２０°中心角を有する３個のスリーブ要素５９…に分割されており、各スリーブ要素５９の外周の中央部から径方向外側に突出する円柱状のガイドピン５９ａが、ベアリング保持部材４４に形成したガイド孔４４ａにＯリング６０，６０を介して摺動自在に支持される。
【００３１】
各スリーブ要素５９の周方向両端部に対応するベアリング保持部材４４の内周の二つの位置から一対の断面Ｌ字状のバネ座４４ｃ，４４ｃが径方向内側に突出しており、一対のバネ座４４ｃ，４４ｃとスリーブ要素５９との間に、一対の戻しバネ６１，６１が圧縮状態で径方向に配置される。一対の戻しバネ６１，６１の弾発力によりスリーブ要素５９は径方向外向きに付勢される。
【００３２】
シールリング５３，５３は自己の弾性で径方向外側に拡開してスリーブ要素５９…の内周に弾発的に当接し、アウターレース４６の外周およびスリーブ要素５９…の内周間に所定の径方向隙間を有する環状空間５４が区画される。
【００３３】
よって、アウターレース４６に対してスリーブ要素５９…は前記隙間の範囲内で径方向に相対移動可能であり、その際にシールリング５３，５３はアウターレース４６のシールリング溝４６ａ，４６ａ内で弾性変形することで、スリーブ要素５９…の内周に対して当接状態に維持される。
【００３４】
ベアリング保持部材４４に設けた一対のスライドガイド６２，６２にスライドアーム６３に形成したガイド溝６３ａが摺動自在に支持されており、ステッピングモータ６４により回転するカム６５がスライドアーム６３の端部に当接する。スライドアーム６３およびガイドピン５９ａは９０°の角度で交差しており、スライドアーム６３の端部に設けたカム面６３ｂがガイドピン５９ａの端部に設けたカム面５９ｃに当接する。ステッピングモータ６４、カム６５およびスライドアーム６３は、スリーブ要素５９を径方向に駆動する駆動機構６６を構成する。
【００３５】
スリーブ要素５９の内周の中央部には環状空間５４に臨む調整溝５９ｄが形成されており、図示せぬオイルポンプがベアリング保持部材４４の油路４４ｂおよびスリーブ要素５９の油路５９ｅを介して調整溝５９ｄに接続される。
【００３６】
低圧系シャフト１５の振動を抑制すべく駆動機構６６…の作動を制御する電子制御ユニットＵには、低圧系シャフト１５の振動を検出する振動センサ６７と、３個のステッピングモータ６４…とが接続される。ステッピングモータ６４…の駆動量は、そのステッピングモータ６４…の駆動量（入力）と振動センサ６７の出力との間でフィードバック制御を行い決定される。
【００３７】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００３８】
図示せぬオイルポンプからベアリング保持部材４４の油路４４ｂ…、スリーブ要素５９…の油路５９ｅ…および調整溝５９ｄ…を介して環状空間５４にオイルが供給されると、環状空間５４にオイルの薄膜よりなるスクイズフィルムが構成される。ガスタービンエンジンの運転中に低圧系シャフト１５が径方向に振動すると、その振動は低圧系シャフト１５に一体に固定されたスリーブ４１にインナーレース４５を支持された後部第１ベアリング１４のアウターレース４６に伝達される。
【００３９】
このとき、後部第１ベアリング１４のアウターレース４６はスリーブ要素５９…の内周にスクイズフィルムを介してフローティング支持されるため、アウターレース４６の径方向の振動に応じて環状空間５４の径方向隙間の大きさが増減し、環状空間５４内のスクイズフィルムの粘性を有するオイルの流動および圧縮により発生する抵抗力でアウターレース４６が制振され、これにより低圧系シャフト１５の振動を抑制することができる。
【００４０】
スクイズフィルムが制振効果を発揮すると、振動エネルギーを吸収したオイルは発熱して温度上昇するが、温度上昇したオイルがシールリング５３，５３の合い口から逐次排出されて新たなオイルがオイルポンプから供給されることで、スクイズフィルムの制振機能が維持される。
【００４１】
ところで、低圧系シャフト１５の振動は回転数に応じて変化するが、その振動を制振するのに適したスクイズフィルムの膜厚は、ステッピングモータ６４…の駆動量（入力）と振動センサ６７で検出される振動量（出力）との間でフィードバック制御を行い決定される。これにより、環状空間５４の径方向高さが変化してスクイズフィルムの膜圧が調整される。
【００４２】
すなわち、ステッピングモータ６４…を一方向に駆動すると、カム６５…に押圧されたスライドアーム６３…がスライドガイド６２，６２に案内されて並進し、そのカム面６３ｂ…がガイドピン５９ａ…のカム面５９ｃ…を押圧することで、３個のスリーブ要素５９…が戻しバネ６１…を圧縮しながら径方向内側に移動し、スリーブ要素５９…の内周およびアウターレース４６の外周間に構成されたスクイズフィルムの膜厚を周方向に均等に減少させる。逆に、ステッピングモータ６４…を他方向に駆動すると、戻しバネ６１…の弾発力で３個のスリーブ要素５９…が径方向外側に移動し、スクイズフィルムの膜厚を周方向に均等に増加させる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、低圧系シャフト１５の振動に応じて複数のスリーブ要素５９…が径方向に移動して環状空間５４の径方向高さが自動的に変更されるので、スクイズフィルムの減衰特性を最適に保つことが可能となり、低圧系シャフト１５の広い回転数領域で制振効果を有効に発揮させることができる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４５】
例えば、本発明の適用対象は実施の形態のガスタービンエンジンの後部第１ベアリング１４に限定されず、ガスタービンエンジンの他のベアリングに適用することも可能であり、ガスタービンエンジン以外の任意の用途のベアリングに適用することも可能である。
【００４６】
また実施の形態の後部第１ベアリング１４はボールベアリングであるが、ローラベアリングやニードルベアリングのような他種のベアリングであっても良い。
【００４７】
また実施の形態ではベアリングスリーブ５８が３個のスリーブ要素５９…に分割されているが、その分割個数は任意である。
【符号の説明】
【００４８】
１５        低圧系シャフト（回転軸）
４１        スリーブ（回転軸）
４４        ベアリング保持部材
４４ａ      ガイド孔
４４ｃ      バネ座
４５        インナーレース
４６        アウターレース
４７        ボール（転動体）
５４        環状空間
５８        ベアリングスリーブ
５９        スリーブ要素
５９ａ      ガイドピン
６１        戻しバネ
６６        駆動機構
６７        振動センサ
Ｕ          電子制御ユニット（制御手段）
【図１】
2018138804.tif 000003
【図２】
2018138804.tif 000004
【図３】
2018138804.tif 000005
【図４】
2018138804.tif 000006