(57)【要約】  【課題】航空機のジェットエンジン主軸用の転がり軸受として、ＦＢＯによる過大なラジアル荷重が作用した場合等においても転動体が肩部に乗り上げないようにして、エッジ応力による転動体の損傷を防止することを課題とする。  【解決手段】内輪１１の軌道面１３、若しくは外輪１２の軌道面１４、若しくはその両方が、２つの異なる溝曲率比でできており、その変曲点は通常運転時における接触楕円Ｅよりも外側の両側にあり、その両側の軌道面外側１４ｂの溝曲率比が同じであり、尚且つ、軌道面内側１４ａの溝曲率比より小さい構成を採用した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、これらの軌道輪の軌道面間に介在された多数の転動体及び前記転動体を一定間隔に保持する保持器とからなり、前記各軌道輪はその軌道面に沿った一定幅の肩部を備えた転がり軸受において、前記内輪又は外輪のいずれか、若しくはその両方の軌道面が、軸受の軸方向から見て、２つの異なる溝曲率比でできており、その変曲点は通常運転時における接触楕円を中心として、該接触楕円より外側の両側にあり、その両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比が同じであり、且つ、両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比は、該接触楕円を含む軌道面両変曲点の内側の軌道面の溝曲率比より小さいことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記変曲点の位置が軸受の軸方向中心から見て、左右対称となることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記軌道面内側の溝曲率比Ｘ１と前記軌道面外側の溝曲率比Ｘ２の間に、１．００≦Ｘ２＜Ｘ１≦１．１２という関係が成立することを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記肩部と軌道面外側とが作るコーナー部分にＲ面取り加工が施されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体が、軸方向に２分された分割内輪と、外輪の３部材によって接触支持された３点接触玉軸受であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項６】
航空機のジェットエンジン主軸においてフロント・ファンの支持部に用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機用ジェットエンジンの主軸、特にフロント・ファンの支持部に使用される転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フロント・ファンを支持する転がり軸受は、飛行中に鳥を吸い込む等の外乱によるＦＢＯ（Fan Blade Off）を起因として過大なラジアル荷重を受けて損傷する恐れがある。ＦＢＯ後、航空機は最寄りの空港に安全に着陸する必要があるが、ジェットエンジンの主軸の回転が止まるとファンが空気抵抗となって飛行に支障をきたすため、主軸を支持する軸受は最低限回転することが要求される。
【０００３】
このような事態に対処すべく、ジェットエンジンの主軸用転がり軸受として、軸受外輪とケーシングの間に弾性部材と振動減衰部を介在し、大きなラジアル荷重が作用した場合においても転動体に過大な荷重が作用しないようにした構造が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された転がり軸受は、ＦＢＯ時に転動体に負荷される荷重の軽減効果が十分でないうえに、構造が複雑で製造コストが高く、また大きなスペースが必要となるなどの問題がある。また、転動体に過大なラジアル荷重が作用した場合、転動体と軌道面間の接触面圧が高くなり、転動体が変形する恐れがある。さらに、変形した転動体が軌道輪の肩部に乗り上げ、そのとき発生するエッジ応力により損傷を受ける恐れもある。
【０００６】
そこで、この発明は、ＦＢＯ等による過大なラジアル荷重が作用した場合において、転動体が変形したり肩部に乗り上げたりすることを防止し、転動体が損傷を受ける恐れを無くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、この発明は、内輪、外輪、これらの軌道輪の軌道面間に介在された多数の転動体及び前記転動体を一定間隔に保持する保持器とからなり、前記各軌道輪はその軌道面に沿った一定幅の肩部を備えた転がり軸受において、前記内輪又は外輪のいずれか、若しくはその両方の軌道面が、軸受の軸方向から見て、２つの異なる溝曲率比でできており、その変曲点は通常運転時における接触楕円を中心として、該接触楕円より外側の両側にあり、その両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比が同じであり、且つ、両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比は、該接触楕円を含む軌道面両変曲点の内側の軌道面の溝曲率比より小さい構成を採用した。
溝曲率比とは、溝曲率半径/ボール半径として定義される。
【０００８】
前記構成の転がり軸受が、航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファンの支持軸受等に用いられ、ＦＢＯ等によって過大なラジアル荷重を受けた場合、前記軌道面外側の溝曲率比を軌道面内側の溝曲率比より小さくすることにより、転動体が軌道面外側において受けられ、転動体の変形を小さくすることができ、転動体の破損リスクを低減することができる。また、発生する接触楕円が肩部まで届かないため、転動体が肩部に乗り上げることが避けることができ、エッジ応力による転動体の損傷リスクを低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、この発明の転がり軸受を航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファン支持用軸受に用いた場合、ＦＢＯが生じても軸受の損傷を生じることなく回転を続行することができ、航空機は最寄りの空港まで安全に航行し、着陸することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１の転がり軸受の一部拡大断面図である。
【図２】図２は、図１の一部拡大断面図である。
【図３】図３は、比較例の転がり軸受の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]
【００１２】
図１に示した実施形態１に係る転がり軸受は、内輪１１、外輪１２、これらの対向した軌道面１３、１４間に介在された転動体としての単列の多数の玉１５及び各玉１５を一定間隔に保持する保持器１６によって構成された玉軸受である。内輪１１は軸方向に二分された分割内輪１１ａ、１１ｂの組み合わせからなり、外輪１２と合せ、玉１５はこれらの３部材によって支持された３点接触玉軸受である。３点接触玉軸受を使用する理由は、エンジンの不具合等によりファンが止まると通常運転とは逆方向のアキシアル荷重が軸受にかかる恐れがあるためである。
【００１３】
内輪１１が回転側、外輪１２が静止側として使用に供され、保持器１６は外輪１２に滑り接触して案内される。
【００１４】
前記内輪１１及び外輪１２の軌道面１３、１４の軸方向両側には、それぞれ一定幅を持った肩部１７、１８が設けられる。
【００１５】
外輪１２の軌道面１４は、その底面から通常運転における接触楕円までの範囲が通常運転に必要な軌道面１４ａ（軌道面内側１４ａと称する。）と、これに連続して通常運転における接触楕円外側の両側に形成された軌道面外側１４ｂとにより構成され、軌道面内側１４ａと軌道面外側１４ｂが異なる溝曲率比でできている。
ここで、「通常運転」とは、ジェットエンジンが正常に稼動している状態をいう。
【００１６】
前記軌道面内側１４ａと軌道面外側１４ｂの変曲点の位置は、軸受の軸方向中心から見て、左右対称とした。
【００１７】
前記軌道面内側１４ａの溝曲率比Ｘ１は、軌道面外側１４ｂの溝曲率比Ｘ２との間に、１．００≦Ｘ２＜Ｘ１≦１．１２という関係が成立する必要がある。その理由は次のとおりである。
【００１８】
即ち、１．００未満の場合は、通常運転中に軸受に所定の荷重が作用した際に、軌道面外側１４ｂと玉１５とが干渉する不具合が生じる。また、Ｘ２＞Ｘ１になると、玉１５との干渉は無いが、過大なラジアル負荷が作用した際に、玉１５の変形量が大きくなる不具合がある。また、Ｘ１＞１．１２になると、接触面圧が過大となり、軸受寿命が短くなる。結局、１．００≦Ｘ２＜Ｘ１≦１．１２の関係が満たされる場合は、玉１５と軌道面外側１４ｂとの干渉が無く、また玉１５の変形が抑制される。
【００１９】
前記軌道面内側１４ａは、通常運転において玉１５が転動する部分であるので、通常通りスーパー研磨が施される。これに対し、軌道面外側１４ｂは、過大なラジアル負荷が作用した場合にのみ玉１５が接触する部分であり、通常運転の場合に転動する面ではないので、軌道面内側１４ａより粗面でよく、従って、スーパー研磨を施す必要はない。
【００２０】
軌道面内側１４ａのスーパー研磨を容易にするために、軌道面内側１４ａと軌道面外側１４ｂとの境界部分に溝形のヌスミ形状２２を設けることが望ましい。ヌスミ形状２２は、研磨加工をする際の逃がしに作用する。
【００２１】
また、軌道面外側１４ｂと肩部１８とが作るコーナ部２３にＲ面取り加工を施すことが望ましい。これは、過大なラジアル荷重が作用した際に、肩部１８と玉１５との間にエッジ応力が発生する恐れを解消するためである。
【００２２】
保持器１６は、ＳＡＥ４３４０等の金属材料を加工し表面に銀メッキ処理を施したものを用いることができる。
【００２３】
また、内輪１１及び外輪１２は、耐熱性軸受鋼であるＭ５０や、表面硬化鋼であるＭ５０ＮｉＬを用いることができる。
【００２４】
玉１５は、Ｍ５０又はセラミックスを用いることができる。セラミックスとしては、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素中の一つを主成分とするものを用いることができる。
【００２５】
ここで、比較対象として従来から知られている３点接触玉軸受を図２に示す。この玉軸受は、前述の場合と同様に、内輪１１、外輪１２、これらの対向した軌道面１３、１４間に介在された転動体としての単列の多数の玉１５及び各玉１５を一定間隔に配列する保持器１６によって構成された玉軸受である。内輪１１は軸方向に二分された分割内輪１１ａ、１１ｂの組み合わせからなり、外輪１２と合せ、玉１５はこれらの３部材によって支持された３点接触玉軸受である。
【００２６】
前記内輪１１の軌道面１３の両側に一定幅の肩部１７が設けられるところまでは実施形態１の場合と同一構造である。しかし、この比較対象の３点接触玉軸受の場合は、外輪１２の軌道面１４が２つの異なる溝曲率比でできている点において相違している。
【００２７】
前記比較対象との対比から明らかなように、実施形態１の場合は、軌道面内側１４ａに連続して軌道面外側１４ｂを設けている。さらに軌道面外側１４ｂの溝曲率比Ｘ２を１．００≦Ｘ２＜Ｘ１≦１．１２に設定している。このため、航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファンの支持部に用いられ、ＦＢＯに起因する過大なラジアル荷重を受けた場合において、玉１５は軌道面外側１４ｂで受けられるため、接触面圧が過大になることが抑制され、変形が防止される。また肩部１８へ乗り上げることも防止され、エッジ応力による玉１５の損傷が防止される。
【００２８】
なお、以上の実施形態１は、外輪１２に２つの異なる溝曲率比を設ける場合について説明したが、内輪１１のみ、若しくは外輪１２と内輪１１の両方に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１１  内輪
１１ａ、１１ｂ  分割内輪
１２  外輪
１３  軌道面
１４  軌道面
１４ａ  軌道面内側
１４ｂ  軌道面外側
１５  玉
１６  保持器
１７  肩部
１８  肩部
２１  被案内面
２２  ヌスミ形状
２３  コーナー部
Ｅ  通常運転における接触楕円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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