(57)【要約】  補助軸受に関し、磁気軸受から落下するシャフトを支持することを課題とする。  補助軸受は、少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体を有する。第一の台座は、支持構造体から半径方向内向きに延びることがある。第一および第二のビームは、シャフトの軸と直角をなす平面に沿って第一の台座の両側から延びることがある。第一および第二のローラーは、第一および第二のビームと作動可能に連結し、第一および第二のローラーはシャフトと係合する構成である。【選択図】図１
2013545944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体と、
前記支持構造体から半径方向内向きに延びる第一の台座と、
前記シャフトの軸とは直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びる第一及び第二のビームと、
前記第一のビームと作動可能に連結される第一のローラーと、
前記第二のビームと作動可能に連結される第二のローラーとを有し、
前記第一及び第二のローラーが前記シャフトと係合するように配置された補助軸受。
【請求項２】
前記第一及び第二のビームの端部が、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と前記シャフトとの間に設けられた請求項１に記載の補助軸受。
【請求項３】
前記第一のローラーは前記第一のビームの端部の近傍に配置され、前記第二のローラーは前記第二のビームの端部の近傍に配置された請求項２に記載の補助軸受。
【請求項４】
前記第一のビームの端部と作動可能に連結された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二のビームの端部と作動可能に連結された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項２に記載の補助軸受。
【請求項５】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１に記載の補助軸受。
【請求項６】
前記第一のローラーは前記第一の台座と前記第一のビームの端部との間の中央に配置され、前記第二のローラーは前記第一の台座と前記第二のビームの端部との間の中央に配置された請求項５に記載の補助軸受。
【請求項７】
前記第一のビームと作動可能に連結された第一のダブルローラー装置を有し、
前記第一のローラーは二つのローラーを含み、これらを前記第一のダブルローラー装置の内部に配置し、
前記第二のビームと作動可能に連結された第二のダブルローラー装置を有し、
前記第二のローラーは二つのローラーを含み、これらを前記第二のダブルローラー装置の内部に配置した請求項５に記載の補助軸受。
【請求項８】
前記第一のダブルローラー装置と前記第一のビームとの間に配置された第一の弾性ピボットと、前記第二のダブルローラー装置と前記第二のビームとの間に配置された第二の弾性ピボットとを有する請求項７に記載の補助軸受。
【請求項９】
前記第一のローラーと前記支持構造体との間に配置した第一の制動パッドと、
前記第二のローラーと前記支持構造体との間に配置した第二の制動パッドとを有する請求項１記載の補助軸受。
【請求項１０】
前記支持構造体から半径方向内向きに延びる静的フレーム拡張部を有する請求項１に記載の補助軸受。
【請求項１１】
前記第一のローラーと軸方向に隣接して配置される第三のローラーと、前記第二のローラーと軸方向に隣接して配置される第四のローラーとを有する請求項１に記載の補助軸受。
【請求項１２】
少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体と、前記支持構造体から半径方向内向きに延びる第一及び第二の台座とを有し、
前記第二の台座は、前記第一の台座から前記シャフトに関して軸方向に並置され、
前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びる第一および第二の可撓ビームと、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第二の台座の両側から延びる第三および第四の可撓ビームとを有し、
前記第三のビームを前記第一のビームと軸方向に対称に設け、前記第四のビームを前記第二のビームと軸方向に対称に設け、
前記第一と第三のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するように設けられた第一のローラーと、前記第二と第四のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するように設けられた第二のローラーとを有する補助軸受。
【請求項１３】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられ、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から離れた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられた請求項１２に記載の補助軸受。
【請求項１４】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一および第三のビームと連結した第一の回転軸を有し、
前記第一の回転軸は、前記第一と第三のビームとの間で前記第一のローラーを支持するように設けられ、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二および第四のビームと連結した第二の回転軸を有し、
前記第二の回転軸は、前記第二と第四のビームとの間で前記第二のローラーを支持するように設けられた請求項１３に記載の補助軸受。
【請求項１５】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一と第三のビームとの間に連結され配置された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二と第四のビームとの間に連結され配置された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項１３に記載の補助軸受。
【請求項１６】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化され、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１２に記載の補助軸受。
【請求項１７】
前記第一のローラーは、前記第一と第三のビームとの間の第一の周辺位置に配置され、前記第二のローラーは、前記第二と第四のビームとの間の第二の周辺位置に配置された請求項１６に記載の補助軸受。
【請求項１８】
主要な軸受装置がシャフトを支持することができない場合に、補助軸受を用いて回転する前記シャフトを支持する方法において、
第一の周辺位置に配置された第一のローラーと前記シャフトとが係合し、
前記第一のローラーは作動可能に連結され、そして前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第一の側から延びる第一のビームに支持され、
第二の周辺位置に配置された第二のローラーと前記シャフトとが係合し、
前記第二のローラーは作動可能に連結され、そして前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第二の側から延びる第二のビームに支持され、
前記シャフトの回転に応じて前記第一および第二のローラーを回転させる、シャフト支持方法。
【請求項１９】
前記第一および第二のビームは、前記シャフトの重量に応じて撓むように形成された請求項１８に記載のシャフト支持方法。
【請求項２０】
第一および第二の制動パッドを用い、前記第一および第二のビームの前記撓みをそれぞれ制動する請求項１９に記載のシャフト支持方法。
【請求項２１】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられた請求項１乃至請求項２０の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２２】
前記第一のローラーは前記第一のビームの端部の近傍に配置され、前記第二のローラーは前記第二のビームの端部の近傍に配置された請求項１乃至請求項２１の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２３】
前記第一のビームの端部と作動可能に連結された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二のビームの端部と作動可能に連結された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項１乃至請求項２２の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２４】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１乃至請求項２３の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２５】
前記第一のローラーは、前記第一の台座と前記第一のビームの端部との間の中央に配置され、前記第二のローラーは、前記第二の台座と前記第二のビームの端部との間の中央に配置された請求項１乃至請求項２４の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２６】
前記第一のビームと作動可能に連結した第一のダブルローラー装置を有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一のダブルローラー装置の内部に配置し、
前記第二のビームと作動可能に連結した第二のダブルローラー装置を有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二のダブルローラー装置の内部に配置した請求項１乃至請求項２５の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２７】
前記第一のダブルローラー装置と前記第一のビームとの間に配置された第一の弾性ピボットと、前記第二のダブルローラー装置と前記第二のビームとの間に配置された第二の弾性ピボットとを有する請求項１乃至請求項２６の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２８】
前記第一のローラーと前記支持構造体との間に配置された第一の制動パッドと、前記第二のローラーと前記支持構造体との間に配置された第二の制動パッドとを有する請求項１乃至請求項２７の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項２９】
前記支持構造体から半径方向内向きに延びる静的フレーム拡張部を有する請求項１乃至請求項２８の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３０】
前記第一のローラーと軸方向に隣接して配置される第三のローラーと、前記第二のローラーと軸方向に隣接して配置される第四のローラーとを有する請求項１乃至請求項２９の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３１】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられ、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から離れた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられた請求項１乃至請求項３０の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３２】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一および第三のビームと連結した第一の回転軸を有し、
前記第一の回転軸は、前記第一と第三のビームとの間で前記第一のローラーを支持するように設けられ、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二および第四のビームと連結した第二の回転軸を有し、
前記第二の回転軸は、前記第二と第四のビームとの間で前記第二のローラーを支持するように設けられた請求項１乃至請求項３１の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３３】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一と第三のビームとの間に連結され配置された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二と第四のビームとの間に連結され配置された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項１乃至請求項３２の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３４】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化され、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１乃至請求項３３の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３５】
前記第一のローラーは、前記第一と第三のビームとの間の第一の周辺位置に配置され、
前記第二のローラーは、前記第二と第四のビームとの間の第二の周辺位置に配置された請求項１乃至請求項３４の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３６】
前記第一および第二のビームは、前記シャフトの重量に応じて撓むように形成された請求項１乃至請求項３５の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【請求項３７】
第一および第二の制動パッドを用い、前記第一および第二のビームの前記撓みをそれぞれ制動する請求項１乃至請求項３６の何れかに記載の補助軸受またはシャフト支持方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、米国において２０１０年１０月２８日に出願された仮特許出願番号６１/４０７,５５０に基づく優先権を主張する。この優先権の内容は、引用により全て本出願に合体されている。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受に支持されるシャフトは、一組の補助軸受を要求し、これはシャフトが落下したときこのシャフトを支持することから、別名「コーストダウン軸受」或いは「キャッチャ軸受」として知られている。前記シャフトが補助軸受に落下するとき、この補助軸受は、継続的な稼働のため又は惰性減少のため、シャフトを安定した位置で支持する。
【０００３】
大部分の補助軸受装置は、そこを通ってシャフトが延びる同軸に装備された回転要素軸受を利用する。隙間が回転要素軸受の内レースとシャフトとの間に存在する。
磁気軸受がシャフトを支持できないとき、シャフトは回転要素軸受の内レースの上に落下するが、このとき内レースは、静止しているかゆっくり回転しており、そしてシャフトと内レースとが同じ速度に達するまで、シャフトに対応してスピンアップし回転し始める。
このスピンアップのプロセスでは、回転要素軸受が極端な加速および摩損を被り軸受要素に損傷を引き起こし、回転要素軸受の寿命が数少ないシャフトの落下により制限を受ける。
【０００４】
他の補助軸受では一般に、多くのローラーはシャフトから半径方向外側に取り付けられている。それらローラーは、ローラーを支持し自由に回転できるよう配置された回転要素からなる軸受を有している。シャフトがローラーの上に落下したとき、シャフトとローラーが同じ速度になるまで、ローラーはシャフトと係合しともに回転する。
しかしながら従来の補助軸受は、複雑な支持構造体を有し、特別注文の軸受の制動および支持の強固さの可能性を制限してしまっている。
【０００５】
それゆえ、稼働中の磁気軸受が故障し、さもなければシャットダウンした場合、そしてシャフトが落下する場合に、上述した不利益なしにシャフトを支持するように設けられた改良した補助軸受の必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の形態は、少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体を有する補助軸受を提供することである。第一の台座は、前記支持構造体から半径方向内向きに延びることがある。
第一および第二のビームは、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びることがある。第一および第二のローラーは、前記第一および第二のビームと作動可能に連結し、そして前記第一および第二のローラーは前記シャフトと係合することがある。
【０００７】
本開示の形態は、少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体を有する補助軸受を、さらに提供することがある。
第一および第二の台座は、前記支持構造体から半径方向内向きに延びることがあり、そして前記第二の台座は、前記第一の台座から前記シャフトに関して軸方向に並置することがある。
第一および第二の可撓ビームは、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びることがある。 
第三および第四の可撓ビームは、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第二の台座の両側から延びることがあり、前記第三のビームは、前記第一のビームと軸方向に対称的に設け、前記第四のビームは、前記第二のビームと軸方向に対称的に設けることがある。
第一のローラーは、前記第一と第三のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するように設けられ、第二のローラーは、前記第二と第四のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するよう設けられている。
【０００８】
本開示の形態は、さらに主要な軸受がシャフトを支持することが出来ない場合、補助軸受で回転するシャフトを支持する方法を提供することがある。
前記方法は、第一の周辺位置に配置した第一のローラーによって、前記シャフトと係合させるようにすることがある。前記第一のローラーは、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第一の側から延びる第一のビームと作動可能に連結され支持されることがある。
前記方法は、さらに第二の周辺位置に配置される第二のローラーによって、前記シャフトと係合させることがある。前記第二のローラーは、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第二の側から延びる第二のビームと作動可能に連結され支持されることがある。
前記方法は、さらに前記シャフトの回転に応じて前記第一および第二のローラーを回転させることがある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示は、添付図とともに以下の詳細説明を読むことで最もよく理解できる。
産業界における一般的慣例に従い、種々の構成要素が一定の比率に描かれていないことを強調する。実際、種々の構成要素の前記大きさは、議論の明瞭さのため任意に拡大されまたは減少されることがある。
【００１０】
【図１】は、一以上の実施の形態に係り、補助軸受の典型的な実施例を示す図である。
【００１１】
【図２】は、一以上の実施の形態に係り、補助軸受の他の典型的な実施例を示す図である。
【００１２】
【図３】は、一以上の実施の形態に係り、補助軸受の他の典型的な実施例を示す図である。
【００１３】
【図４】は、一以上の実施の形態に係り、補助軸受の他の典型的な実施例を示す図である。
【００１４】
【図５】は、一以上の実施の形態に係り、補助軸受の他の典型的な実施例を示す図である。
【００１５】
【図６】は、一以上の実施の形態に係り、主要な軸受装置がシャフトを支持できないとき、補助軸受で回転するシャフトを支持する方法を説明する図である。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
発明の異なる構成要素、構造または機能を提供するために、以下の開示によりいくつかの典型的な実施例を示していることを理解すべきである。
説明を平易にするため、構成部分、配列および形状の典型的な実施の形態が以下に示されるが、これらの典型的な実施の形態は単なる例示であり、発明の範囲を制限するものではない。
さらに、本開示は、種々の典型的な実施の形態およびここに提供された図面において、参照番号及び／又は文字を繰り返し用いる場合がある。この繰り返しの使用は、単純さと明快さを目的とするものであり、各図中で議論される種々典型的な実施の形態及び／又は構成を関連させることを意図するものではない。
さらに、続く詳細な説明中の第二の構成要素の上または上方にある第一の構成要素の形成は、前記第一及び第二の構成要素が直接的接触により形成される実施の形態であることがあり、そして、前記第一および第二の構成要素が直接的接触において形成されない付加的な構成要素が、前記第一および第二の構成要素を介在させた実施の形態であることがある。
最後に、下記で提示される典型的な実施の形態は、慣習上どのような組合せにでも組み込まれる場合があり、即ち、開示内容の要旨を逸脱しない範囲で、１つの典型的な実施の形態のどのような構成要素も、他のどの典型的な実施の形態においても使われる場合がある。
【００１７】
加えて、ある用語が、特定の構成部分に言及するために、以下の説明とクレーム（特許請求の範囲）を通して使われている。当業者が認めるように、種々の団体が異なる名称によって同じ構成要素に言及する場合があり、そして特に断らない限り、ここに記述される構成要素の名称は発明の範囲を制限するものでない。さらに、ここで慣例的に使用されている名称は、機能ではなく名称の異なる構成要素同士を区別することを意図するものではない。
さらに、以下の説明及びクレームにおいて、用語「包含する（including）」と「有する（comprising）」とは、自由な慣習として用いており、このため「包含する（including）は、しかしこれに限定されない」、の意味に解釈しなければならない。
特に断らない限り、ここでの開示に関する全ての数値は、正確な又は近似的な値である場合がある。したがって、ここでの実施の形態に係る説明は、意図された範囲からは逸脱しないで、ここで開示される数、値及び範囲から逸脱する場合がある。
さらに、クレーム又は明細書で使われる語句「又は」は、排他的又は包括的を含むことを意図しており、これは即ち、特に断らない限り、「Ａ又はＢ」は、「ＡとＢとの内少なくとも一方」と同義であることを意図する。
【００１８】
図１は、補助軸受１００の典型的な実施の形態を例示する。前記典型的な補助軸受１００は遊星型補助軸受のことがある。通常の運転状況の下では、磁気軸受装置（図示せず）、例えば能動的な磁気軸受装置は回転シャフト１０２を支持し、そして半径方向に沿った隙間又は間隔が回転シャフト１０２と補助軸受１００との間に存在する。しかし、能動的な磁気軸受装置が故障又はシャットダウンした場合、回転シャフト１０２は落下し、そして補助軸受１００は回転シャフト１０２を支持する。
補助軸受１００は、シャフト１０２と相対する末端部分を含有するがそれに限られず、シャフト１０２の軸方向に間隔をあけた場所に置かれる二つ以上の補助軸受の１つである場合がある。前記補助軸受１００は、使い方に従い、前記磁気軸受装置の装置内又は装置外の何れかに配置することがある。前記補助軸受１００は、例えばタービンまたは圧縮器などのターボ機械に使用することがある。
【００１９】
補助軸受１００は、シャフト１０２の外周の周囲の少なくとも一部に拡がる補助軸受の支持構造体１０４を有している。支持構造体１０４は、支持構造体１０４に関して半径方向内向きに延びる一つかそれ以上で、そこへ連結され又は一体化した一以上の中央の台座１０６、１０８（２つを図示）を持つことがある。少なくとも１つの実施の形態において、前記台座１０６、１０８はシャフト１０２の下に直接配置され、そして互いに軸方向に並置することがある。
片持ちビーム１１０ａ，ｂは、シャフト１０２の軸と直角をなす平面に沿って第一の台座１０６の対置する側から延びることがある。同様に、片持ちビーム１１２ａ，ｂは、シャフト１０２の軸と直角をなす平面に沿って第二の台座１０８の対置する側から延びることがある。第一の台座１０６とビーム１１０ａ，ｂは、第二の台座１０８とビーム１１２ａ，ｂに対して軸方向に対称に形成することがある。
図１は、２つの対置する台座１０６、１０８を例示するが、さらにここでは、片持ちビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂが一体的な台座構造から個々に延びる、一体的な台座構造（図示せず）を示す実施の形態を考える。
【００２０】
ビーム１１０ａ，ｂの端部１１８ａ，ｂは、台座１０６の反対側で、シャフト１０２と支持構造体１０４との間に懸架（サスペンド）することがある。同様に、ビーム１１２ａ，ｂの端部１２０ａ，ｂは、台座１０８の反対側で、シャフト１０２と支持構造体１０４との間に懸架することがある。
【００２１】
少なくとも１つのローラー１２２ａは、シャフト１０２と関連させ、第一の周辺接触位置１３０ａに配置し、作動可能にビーム１１０ａ，１１２ａと連結させることがある。同様に、少なくとも１つのローラー１２２ｂは、シャフト１０２と関連させ、第二の周辺接触位置１３０ｂに配置し、作動可能にビーム１１０ｂ，１１２ｂと連結させることがある。
図１の補助軸受１００では２つのローラー１２２ａ，ｂだけが示されているが、しかし多くのローラーを使用することがある。
第一の回転軸１３４ａはビーム１１０ａ，１１２ａと連結させ、ビーム１１０ａ，１１２ａ間で第一のローラー１２２ａを支持し、そして、第二の回転軸１３４ｂはビーム１１０ｂ，１１２ｂと連結させ、ビーム１１０ｂ，１１２ｂ間で第二のローラー１２２ｂを支持することがある。
少なくとも１つの実施の形態では、稼働中に熱の発生が予測されるローラー１２２ａ，ｂを冷やすため、冷却流体を回転軸１３４ａ，ｂを通過させて流すことがある。
【００２２】
ビーム１１０ａ，ｂ及び１１２ａ，ｂは荷重が加えられた場合、柔軟であり及び／又弾力性があり、そして曲がるか或いは半径方向外側に反るように構成されている。これにより、比較的均一にシャフト１０２の荷重を分けることを、ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂとローラー１２２ａ，ｂに任せている。
さらに、シャフト１０２の荷重が加わったとき、ローラー１２２ａ，ｂがシャフト１０２に対して直角の方向性を維持することを、軸方向に配置されたビーム１１０ａ，ｂにより確保するようにしている。
【００２３】
ローラー１２２ａ，ｂは軸受の回転要素であってもよく、それぞれが回転軸１３４ａ，ｂと連結された内レース（図示せず）を持っており、ここでは回転軸１３４ａ，ｂと内レースはともに静止している。
ローラー１２２ａ，ｂはまた、内レースから半径方向外側に配置され、ローラー１２２ａ，ｂの内部でスピン又は回転するのに適する複数のボール（図示せず）を設けるようにすることがある。
各ローラー１２２ａ，ｂは更に、前記ボールから半径方向外側に配置される外レース又は外側表面１３６ａ，ｂを設けることがあり、シャフト１０２が補助軸受１００の上に落ちたときに、シャフト１０２と係合しスピンアップするよう形成されている。
少なくとも１つの実施の形態では、ローラー１２２ａ，ｂの外側表面１３６ａ，ｂは、ローラー１２２ａ，ｂのエッジへの荷重及び尚早の故障を避けるために中高に形成することがある。
少なくとも１つの実施の形態では、外側表面１３６ａ，ｂは、例えば二硫化モリブデン又は二硫化タングステンなどのハードコーティング又は固体潤滑コーティングを形成することがある。少なくとも１つの実施の形態では、ローラー１２２ａ，ｂについては、使い方に従い深溝ボール軸受、アンギュラボール軸受、又はころ軸受を形成することがある。
もう１つの実施の形態では、ローラー１２２ａ，ｂは、オイルリングを伴った固体潤滑又は油膜潤滑による入れ子タイプのスリーブ状軸受を形成することがある。
【００２４】
一つ以上の制動パッド１４０ａ，ｂを、それぞれローラー１２２ａ，ｂと支持構造体１０４との間に配置することがある。制動パッド１４０ａ，ｂは、少なくともシャフト１０２の落下による力を部分的に緩和し、補助軸受１００に対して段階的な硬さ及び／又は制動を提供する。
制動パッド１４０ａ，ｂとしては、ポリブタジエン、ネオプレン、ヴァイトンのようなエラストマー、編まれた金属メッシュを用いることがあり、これらはメテックス社又はその種の社で販売されている。制動パッド１４０ａ，ｂは、インピーダンス整合アルゴリズムを使用して大きさを設定することがある。
少なくとも１つの実施の形態として、制動パッド１４０ａ，ｂは、米国特許第５,５２１,４４８号で開示された制動パッドと類似し、その内容については、ここでの開示と調和する範囲まで参照され、ここに併合される。
制動パッド１４０ａ，ｂがすべての使い方で必要とされるものでないことは、認識している。したがって、それらは排除又は省略されることがあり、そしてビーム１１０ａ，ｂ及び１１２ａ，ｂの半径方向のゆがみを制限するため、それらの場所で小さな隙間を設けることがある。
上向きに付勢された位置に制動パッド１４０ａ，ｂを保持させるため、一つ以上の付勢されたボルト及びスプリングの装置（図示せず）を、各制動パッド１４０ａ，ｂの近傍に配置することがある。
【００２５】
補助軸受１００は、第一の区分として例えば下半分と、第二の区分として例えば上半分とを有するようにしてもよく、それは組立とメンテナンスを容易にする。説明の都合上、補助軸受１００の前記第一の区分のみを図１に示した。前記第二の区分は、第一の区分の鏡像である場合又は第一の区分と異なる場合があり、このため詳述はしない。
ローラー１２２ａ，ｂの周辺接触位置１３０ａ，ｂは、特定の設計条件に合わせることがある。例えば、シャフト１０２の落下と衝撃のために予想される一定範囲の荷重分布に鑑み、前記第二の区分のローラーの数を減らし、前記第一の半分についてローラー１２２ａ，ｂの数を増やすことがある。
【００２６】
少なくとも１つの実施の形態において、補助軸受１００は、シャフト１０２の軸のまわりを循環する（図示せず）場合がある。例えば、補助軸受１００はシャフト１０２の軸の周りを約９０°循環し、補助軸受１００の前記第一の区分はシャフト１０２の左側を循環し、補助軸受１００の前記第二の区分はシャフト１０２の右側を循環する。
この実施の形態では、ビーム１１０ａ，ｂ及び１１２ａ，ｂの長さを増やしてもよく、それにより補助軸受１００の柔軟性が増す。
少なくとも１つの実施の形態において、どのような半径方向のシャフト１０２の落下に対してもこれを支持させるため、支持構造体１０４の周りの周辺に３セット以上の台座１０６，１０８、ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂ及びローラー１２２ａを配置することがある。
【００２７】
稼働中に、磁気軸受装置がシャフト１０２を支持することができないとき、シャフト１０２は補助軸受１００の上に落下する。
高い回転速度で回転しているシャフト１０２は、ローラー１２２ａ，ｂの外側表面１３６ａ，ｂと係合するが、これらは磁気軸受装置がシャフト１０２を支持する通常の運転状況の下では、静止しているか回転の遅い状態にある。
シャフト１０２がローラー１２２ａ，ｂと係合すると、ローラー１２２ａ，ｂは回転が速まりシャフト１０２とともに回転する。シャフト１０２の重量により、可撓ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂとローラー１２２ａを半径方向外側に反らせ、シャフト１０２を中央に位置させ、ローラー１２２ａ，ｂ間に相対的に等しく荷重を分担させることがある。制動パッド１４０ａ，ｂは、ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂ及びローラー１２２ａ，ｂの半径方向の反りを制限することがある。
少なくとも１つの実施の形態において、ローラー１２２ａ，ｂの回転によりかなりの熱量を生み出す場合があるが、これは、通常分散され、さもなければローラー１２２ａ，ｂの内部を流れる油などの冷却流体により調整される。
【００２８】
記載された一以上の実施の形態として、図２は補助軸受２００のもう一つの典型的な実施の形態を例示する。図２で表される補助軸受２００は、図１で表される補助軸受１００と類似しており、同じ符号は同じ構成要素を表すために用いている。
しかしながら、図１に示すようにシャフト１０２と支持構造体１０４間に懸架されたビーム端部１１８ａ，ｂ、１２０ａ，ｂを形成する代わりに、図２に示すようにビーム端部２１８ａ，ｂ、２２０ａ，ｂを支持構造体１０４と連結又は一体化するように設けられている。このように、ビーム２１０ａ，ｂ、２１２ａ，ｂは固定支持されたビームであり、両端部が支持されている。
十分理解できることであるが、懸架された端部１１８ａ，ｂ、１２０ａ，ｂを有するビーム１１０ａ，ｂを持つ補助軸受１００と、固定されたビーム２１０ａ，ｂ、２１２ａ，ｂを持つ補助軸受２００との何れを選択するかは、特定の使い方に係る、曲り難さ、反り、及び／又は抵抗力などに基づいて決められる。
【００２９】
第一のローラー１２２ａは、台座１０６,１０８とビーム２１０ａ，２１２ａの端部２１８ａ，２２０ａとの間の中ほどの位置であって、ビーム２１０ａ，２１２ａ同士の間に配置することがある。同様に、第二のローラー１２２ｂは、台座１０６,１０８とビームの端部２１８ｂ，２２０ｂとの間の中ほどの位置であって、ビームビーム２１０ｂ，２１２ｂ同士の間に配置することがある。
シャフト１０２がローラー１２２ａ，ｂと係合するとき、ビーム２１０ａ，ｂ、２１２ａ，ｂはシャフト１０２の荷重により屈曲し又は反ることがある。
【００３０】
一つ以上の制動パッド１４０ａ，１４２ａ（２つ図示）は、第一のローラー１２２ａと支持構造体１０４との間に配置することがあり、そして、一つ以上の制動パッド１４０ｂ，１４２ｂは、第二のローラー１２２ｂと支持構造体１０４との間に配置することがある。
例えば、４つの制動パッドを、各ローラー１２２ａ，ｂと支持構造体１０４との間に配置することがある。しかしながら、十分理解できることであるが、開示された範囲を逸脱しないで、制動パッド１４０ａ，ｂ及び１４２ａ，ｂの形、サイズ、数及び材料は、使い方により変えることがある。
【００３１】
記載された一以上の実施の形態として、図３は補助軸受３００のもう一つの典型的な実施の形態を例示する。図３で表される補助軸受３００は、図１及び２でそれぞれ表される補助軸受１００，２００と類似しており、同じ符号は同じ構成要素を表すために用いている。
しかしながら、第一の周辺接触位置１３０ａに一つのローラー１２２ａを設け、第二の周辺接触位置１３０ｂに一つのローラー１２２ｂを設ける代わりに、補助軸受３００では、第一の周辺接触位置１３０ａに第一のダブルローラー装置３２１ａが設けられ、第二の周辺接触位置１３０ｂに第二のダブルローラー装置３２１ｂが設けられている。
第一のダブルローラー装置３２１ａは二つのローラー３２２ａ，３２４ａを持ち、第二のダブルローラー装置３２１ｂは二つのローラー３２２ｂ，３２４ｂを持つことがある。
これにより、ローラー３２２ａ，３２４ａが第一の周辺接触位置１３０ａにおいて半径方向の荷重を分担し、ローラー３２２ｂ，３２４ｂが第二の周辺接触位置１３０ｂにおいて半径方向の荷重を分担することがある。
【００３２】
第一のビーム３１０ａは、台座３０６の第一の側から延設され、台座３０６から離れた位置で、支持構造体３０４と連結又は一体化させることがある。同様に、第二のビーム３１０ｂは、台座３０６の第二の側から延設され、台座３０６から離れた位置で、支持構造体３０４と連結又は一体化させることがある。
少なくとも１つの実施の形態において、第一及び第二のビーム３１０ａ，ｂを２つの平行なビーム（図示せず）と取り替えるようにしてもよく、これは図２に関して説明した実施の形態と類似している。両ビーム３１０ａ，ｂは、シャフト１０２の荷重により屈曲するように設けることがある。
図示の通り、第一の周辺接触位置１３０ａは、通常第一のビーム３１０ａの中央に位置し、そして第二の周辺接触位置１３０ｂは、通常第二のビーム３１０ｂの中央に位置する。
【００３３】
第一のダブルローラー装置３２１ａは、第一の弾性ピボット３５０ａを介して第一のビーム３１０ａと作動可能に連結され、これにより、第一のダブルローラー装置３２１ａをわずかに曲げ、ローラー３２２ａ、３２４ａ間で荷重の分担を容易にする。
同様に、第二のダブルローラー装置３２１ｂは、第二の弾性ピボット３５０ｂを介して第二のビーム３１０ｂと作動可能に連結され、これにより、第二のダブルローラー装置３２１ｂをわずかに曲げ、ローラー３２２ｂ、３２４ｂ間で荷重の分担を容易にする。
弾性ピボット３５０ａ，ｂは、第一及び第二のダブルローラー装置３２１ａ，ｂ間の荷重の分担を容易にする。制動パッド３４０ａ，ｂは、それぞれ弾性ピボット３５０ａ，ｂの後方に配置してもよく、或いは制動パッド３４０ａ，ｂは省略することがある。
【００３４】
静的フレーム拡張部３６０は、支持構造体３０４の半径方向内側の表面に一体化し及び／又は増設することがある。静的フレーム拡張部３６０は、支持構造体３０４の面に沿って形成され、そこから半径方向内向きに延びる。
静的フレーム拡張部３６０は、ローター機構の全体的な動きを制限し、そして補助軸受装置３００に加わる瞬間的な半径方向の過負荷のような、最大衝撃力の荷重を制限する振れ止めに利用することがある。
静的フレーム拡張部３６０の表面は、支持構造体３０４とは異なる材料として、銅の合金または他の摩耗性材料で形成することがある。前記表面は、乾燥潤滑油で被覆され、或いは必要により適当なトリボリックな表面を加えることがある。
静的フレーム拡張部３６０は、特に大きな装置、或いは過酷なシャフト１０２の運動のシナリオが予想されるときは特に有益である。
【００３５】
記載された一以上の実施の形態として、図４は補助軸受４００のもう一つの典型的な実施の形態を例示する。図４で表される補助軸受４００は、図１で表される補助軸受１００と類似しており、同じ符号は同じ構成要素を表すために用いている。
しかしながら、第一及び第二の周辺接触位置１３０ａ，ｂに一つのローラー１２２ａ，ｂを設ける代わりに、補助軸受４００では、それぞれ第一の周辺接触位置１３０ａには第一の可動フレーム４２１ａを設け、第二の周辺接触位置１３０ｂには第二の可動フレーム４２１ｂを設けることがある。
第一の可動フレーム４２１ａは、２つのローラー４２２ａ、４２４ａを含み、第二の可動フレーム４２１ｂもまた、２つのローラー４２２ｂ、４２４ｂを含むことがある。可動フレーム４２１ａ，ｂは、それぞれブシュ配置された軸装置４３２ａ，ｂに支持させることがある。
第一のブシュ配置された軸装置４３２ａは、図１の装置と同様に、ビーム１１０ａ，１１２ａに連結された回転軸４３４ａを持つことがある。同様に、第二のブシュ配置された軸装置４３２ｂは、ビーム１１０ｂ，１１２ｂに連結された回転軸４３４ｂを持つことがある。
可撓ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂ及び可動フレーム４２１ａ，ｂについて、これらは向きを変え、第一の可動フレーム４２１ａ及び第二の可動フレーム４２１ｂ間で互いに均等に荷重を分担させることがある。
前記装置は、第一の可動フレーム４２１ａの内部においてローラー４２２ａ、４２４ａ間に、及び第二の可動フレーム４２１ｂの内部においてローラー４２２ｂ、４２４ｂ間に、それぞれ等しく荷重を分担させることがある。
制動パッド４４０ａ，ｂは、ビーム１１０ａ，ｂ、１１２ａ，ｂと可動フレーム４２１ａ，ｂの半径方向の反りを制限するため、可動フレーム４２１ａ，ｂと支持構造体１０４との間に配置することがある。
【００３６】
記載された一以上の実施の形態として、図５は補助軸受５００のもう一つの典型的な実施例を例示する。図５は、図３で表される補助軸受３００と類似しており、同じ符号は同じ構成要素を表すために用いられている。補助軸受５００は、軸方向に互いに隣接して配置される第一及び第二の支持構造体３０４,５０４を設けている。
少なくとも１つの実施の形態において、第一及び第二の支持構造体３０４、５０４は、図１の中で表される支持構造体１０４、図２の中で表される支持構造体１０４、図３の中で表される支持構造体３０４、図４の中で表される支持構造体１０４、またはその種の他のもので表されるものと、実質上類似している場合がある。
図示の通り、第二の支持構造体５０４は、第一の支持構造体３０４の第一のダブルローラー装置３２１ａと軸方向に隣接して配置される第三のダブルローラー装置５２１ａを設けている。第二の支持構造体５０４はまた、第一の支持構造体３０４の第二のダブルローラー装置３２１ｂと軸方向に隣接して配置される第四のダブルローラー装置５２１ｂを設けている。
第一の支持構造体３０４のローラー装置３２１ａ，ｂと軸方向に並置され、ローラー装置５２１ａ，ｂを持つ第二の支持構造体５０４を設けることにより、補助軸受５００の荷重容量は、通常、二倍になることがある。
【００３７】
第二の支持構造体５０４では、さらに第一の静的フレーム拡張部３６０とは軸方向に隣接して配置される第二の静的フレーム拡張部５６０を設けることがある。第二の支持構造体５０４では、さらに制動パッド３４０ａ，ｂと軸方向に隣接して配置される追加の制動パッド（図示せず）を設けることがある。
【００３８】
ここに記載される補助軸受１００,２００,３００,４００,５００については、シャフト１０２がボール又はローラー軸受の内レースに落ちる従来の補助軸受よりも、より安定性がある。これは、２点接触、低い慣性のローラー、及びローラーを支持するより小さいサイズの軸受による低い摩擦力等の組合せによるためである。
ここに記載された実施の形態は、シャフト１０２の外側のローラーの周辺荷重位置１３０ａ，ｂにおいて、より大きくより重いシャフト１０２の支持に使用される場合、特に有利であることがあり、より大規模な使い方であっても、各ローラーを含む個々の軸受を相対的に小さくすることが可能である。
【００３９】
記載された一以上の実施の形態に基づき、主要な軸受装置がシャフトを支持することができないとき、図６は補助軸受で回転シャフトを支持する実施方法６００を例示する。
項目６０２に示すように、前記方法６００は、シャフトが第一の周辺位置に配置される第一のローラーと係合することがある。
前記第一のローラーは、第一のビームと作動可能に連結され支持されることがある。前記第一のビームは、台座の第一の側から前記シャフトの軸と直角方向へ延びることがある。
項目６０４に示すように、前記方法６００は、前記シャフトが第二の周辺位置に配置される第二のローラーと係合することがある。
前記第二のローラーは、第二のビームと作動可能に連結され支持されることがある。前記第二のビームは、前記台座の第二の側から前記シャフトの軸と直角方向へ延びることがある。
項目６０６に示すように、前記方法６００は、更に前記シャフトの回転に応じて前記第一および第二のローラーを回転させることがある。
【００４０】
当業者が本開示をよりよく理解できるように、前記ではいくつかの実施の形態の構成要素を概説した。
当業者は、設計若しくは他のプロセスを修正する点から、そして同じ目的を達成するための構成要素及び／又はここに紹介される実施の形態と同様な利益を獲得するため、彼らはここでの開示を容易に利用できることを認めなければならない。
当業者はまた、このような等価な構成は、ここでの開示の趣旨及び範囲から逸脱していないこと、そして、彼らがここでの開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、種々の取替、代用と変更を行うかもしれないことを、理解しなければならない。
【図１】
2013545944.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月28日(2012.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体と、
前記支持構造体から半径方向内向きに延びる第一の台座と、
前記シャフトの軸とは直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びる第一及び第二のビームと、
前記第一のビームと作動可能に連結される第一のローラーと、
前記第二のビームと作動可能に連結される第二のローラーとを有し、
前記第一及び第二のローラーが前記シャフトと係合するように配置された補助軸受。
【請求項２】
前記第一及び第二のビームの端部が、前記第一の台座から間隔をあけた位置で、前記支持構造体と前記シャフトとの間に設けられた請求項１に記載の補助軸受。
【請求項３】
前記第一のローラーは前記第一のビームの端部の近傍に配置され、前記第二のローラーは前記第二のビームの端部の近傍に配置された請求項２に記載の補助軸受。
【請求項４】
前記第一のビームの端部と作動可能に連結された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二のビームの端部と作動可能に連結された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項２に記載の補助軸受。
【請求項５】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から離れた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１に記載の補助軸受。
【請求項６】
前記第一のローラーは前記第一の台座と前記第一のビームの端部との間の中央に配置され、前記第二のローラーは前記第一の台座と前記第二のビームの端部との間の中央に配置された請求項５に記載の補助軸受。
【請求項７】
前記第一のビームと作動可能に連結された第一のダブルローラー装置を有し、
前記第一のローラーは二つのローラーを含み、これらを前記第一のダブルローラー装置の内部に配置し、
前記第二のビームと作動可能に連結された第二のダブルローラー装置を有し、
前記第二のローラーは二つのローラーを含み、これらを前記第二のダブルローラー装置の内部に配置した請求項５に記載の補助軸受。
【請求項８】
前記第一のダブルローラー装置と前記第一のビームとの間に配置された第一の弾性ピボットと、前記第二のダブルローラー装置と前記第二のビームとの間に配置された第二の弾性ピボットとを有する請求項７に記載の補助軸受。
【請求項９】
前記第一のローラーと前記支持構造体との間に配置した第一の制動パッドと、
前記第二のローラーと前記支持構造体との間に配置した第二の制動パッドとを有する請求項１記載の補助軸受。
【請求項１０】
前記支持構造体から半径方向内向きに延びる静的フレーム拡張部を有する請求項１に記載の補助軸受。
【請求項１１】
前記第一のローラーと軸方向に隣接して配置される第三のローラーと、前記第二のローラーと軸方向に隣接して配置される第四のローラーとを有する請求項１に記載の補助軸受。
【請求項１２】
少なくともシャフトの周囲を部分的に囲むように拡がる支持構造体と、前記支持構造体から半径方向内向きに延びる第一及び第二の台座とを有し、
前記第二の台座は、前記第一の台座から前記シャフトに関して軸方向に並置され、
前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第一の台座の両側から延びる第一および第二の可撓ビームと、前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って前記第二の台座の両側から延びる第三および第四の可撓ビームとを有し、
前記第三のビームを前記第一のビームと軸方向に対称に設け、前記第四のビームを前記第二のビームと軸方向に対称に設け、
前記第一と第三のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するように設けられた第一のローラーと、前記第二と第四のビームとの間に配置され、前記シャフトと係合するように設けられた第二のローラーとを有する補助軸受。
【請求項１３】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から間隔をあけた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられ、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から間隔をあけた位置で、前記シャフトと前記支持構造体との間に設けられた請求項１２に記載の補助軸受。
【請求項１４】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一および第三のビームと連結した第一の回転軸を有し、
前記第一の回転軸は、前記第一と第三のビームとの間で前記第一のローラーを支持するように設けられ、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二および第四のビームと連結した第二の回転軸を有し、
前記第二の回転軸は、前記第二と第四のビームとの間で前記第二のローラーを支持するように設けられた請求項１３に記載の補助軸受。
【請求項１５】
前記第一および第三のビームの端部の近傍で、前記第一と第三のビームとの間に連結され配置された第一の可動フレームを有し、
前記第一のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第一の可動フレームの内部に配置し、
前記第二および第四のビームの端部の近傍で、前記第二と第四のビームとの間に連結され配置された第二の可動フレームを有し、
前記第二のローラーは２つのローラーを含み、これらを前記第二の可動フレームの内部に配置した請求項１３に記載の補助軸受。
【請求項１６】
前記第一および第二のビームの端部は、前記第一の台座から間隔をあけた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化され、
前記第三および第四のビームの端部は、前記第二の台座から間隔をあけた位置で、前記支持構造体と連結され又は一体化された請求項１２に記載の補助軸受。
【請求項１７】
前記第一のローラーは、前記第一と第三のビームとの間の第一の周辺位置に配置され、前記第二のローラーは、前記第二と第四のビームとの間の第二の周辺位置に配置された請求項１６に記載の補助軸受。
【請求項１８】
主要な軸受装置がシャフトを支持することができない場合に、補助軸受を用いて回転する前記シャフトを支持する方法において、
第一の周辺位置に配置された第一のローラーと前記シャフトとが係合し、
前記第一のローラーは作動可能に連結され、そして前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第一の側から延びる第一のビームに支持され、
第二の周辺位置に配置された第二のローラーと前記シャフトとが係合し、
前記第二のローラーは作動可能に連結され、そして前記シャフトの軸と直角をなす平面に沿って台座の第二の側から延びる第二のビームに支持され、
前記シャフトの回転に応じて前記第一および第二のローラーを回転させる、シャフト支持方法。
【請求項１９】
前記第一および第二のビームは、前記シャフトの重量に応じて撓むように形成された請求項１８に記載のシャフト支持方法。
【請求項２０】
第一および第二の制動パッドを用い、前記第一および第二のビームの前記撓みをそれぞれ制動する請求項１９に記載のシャフト支持方法。
【国際調査報告】
2013545944.tif 000009
2013545944.tif 000010