(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用ジェットエンジンの主軸に使用される転がり軸受アセンブリであって、
前記主軸に固定された内輪、ハウジングに固定された外輪、および前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体を含む転がり軸受と、
前記主軸の振動を減衰させる減衰手段とを備え、
前記減衰手段は、前記外輪の外径部から、前記主軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延び、弾性変形可能なフィンを含む、転がり軸受アセンブリ。
【請求項２】
前記フィンは、周方向に連なった形状である、請求項１に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項３】
前記フィンは、軸方向に複数設けられている、請求項１または２に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項４】
前記複数のフィンは、軸方向に等配に設けられている、請求項３に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項５】
前記減衰手段は、前記ハウジングと前記フィンとの間に形成される油膜形成手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項６】
前記油膜形成手段は、
前記ハウジングの径方向内側であって、前記フィンの径方向外側に設けられるカラーと、
前記ハウジングと前記カラーとの間に設けられ、潤滑油を保持する油保持部とを有する、請求項５に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項７】
前記フィンは、前記カラーに嵌合されている、請求項６に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項８】
前記減衰手段は、軸方向に複数設けられた前記フィンの間に充填されるゴム材および樹脂材のうちの少なくとも一方を含む、請求項３または４に記載の転がり軸受アセンブリ。
【請求項９】
前記フィンの周面には、その表面に硬化層を形成する表面処理が施されている、請求項１〜８のいずれかに記載の転がり軸受アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受アセンブリに関し、特に、航空機用ジェットエンジンの主軸に使用される転がり軸受アセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ジェットエンジン等のガスタービンエンジンの主軸は、他の用途の軸と比較すると、軸方向に長い形状であって、タービンや圧縮機等の複数の大型の部材が取り付けられている。主軸は、上記した形状に加え、タービンの回転に伴い高速回転することから、振動や撓みを生じやすい。したがって、このような主軸には、振動等を減衰させる機構を必要とする。このような機構を具備し、主軸を支持する軸受を含む転がり軸受アセンブリは、例えば、特開２００６−１０５１９９号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０５１９９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図５は、特許文献１に開示されている従来の転がり軸受アセンブリの一例を示す図である。図５を参照して、転がり軸受アセンブリは、主軸１０１を回転自在に支持する転がり軸受１０２と、転がり軸受１０２の外輪１０２ａの径方向外側に設けられる一対のダンパ１０４とを含む。
【０００４】
転がり軸受１０２の外輪１０２ａの軸方向一端側には、円筒バネ１０３が設けられている。円筒バネ１０３は、外輪１０２ａの軸方向一端側に延び、長円窓１０３ｂが周方向に等配に設けられている円筒部１０３ａによって構成されている。そして、外輪１０２ａは、円筒部１０３ａの軸方向一端側から径方向外側に延びるフランジ部１０３ｃにより、ハウジング１０５に固定される。円筒バネ１０３は、図５中の矢印Ａの方向またはその逆の方向に弾性変形可能である。また、一対のダンパ１０４は、ハウジング１０５と外輪１０２ａとの間に介在するように配置され、ダンパ１０４間で油膜を形成する。
【０００５】
主軸１０１は、矢印Ａの方向またはその逆の方向に振動を生じる。この振動は、円筒バネ１０３および一対のダンパ１０４間に形成される油膜によって減衰される。
【０００６】
ここで、特許文献１に開示の転がり軸受アセンブリでは、転がり軸受１０２と円筒バネ１０３とを軸方向に並列に設けているため、全体の軸方向長さが長くなってしまう。そうすると、航空機用ジェットエンジンの小型化が困難となってしまう。
【０００７】
この発明の目的は、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる転がり軸受アセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る転がり軸受アセンブリは、回転軸に固定された内輪、ハウジングに固定された外輪、および内輪と外輪との間に配置される複数の転動体を含む転がり軸受と、回転軸の振動を減衰させる減衰手段とを備える。減衰手段は、外輪の外径部から、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延び、弾性変形可能なフィンを含む。
【０００９】
こうすることにより、転がり軸受アセンブリは、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィンの弾性変形によって、主軸の振動を減衰することができる。フィンは、外輪の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる。
【００１０】
好ましくは、フィンは、周方向に連なった形状である。こうすることにより、より確実に振動を減衰することができる。
【００１１】
さらに好ましくは、フィンは、軸方向に複数設けられている。こうすることにより、効率的に振動を減衰することができる。
【００１２】
さらに好ましくは、複数のフィンは、軸方向に等配に設けられている。こうすることにより、効率的に振動を減衰することができる。
【００１３】
一実施形態として、減衰手段は、ハウジングとフィンとの間に形成される油膜形成手段を含む。
【００１４】
好ましくは、油膜形成手段は、ハウジングの径方向内側であって、フィンの径方向外側に設けられるカラーと、ハウジングとカラーとの間に設けられ、潤滑油を保持する油保持部とを有する。
【００１５】
さらに好ましくは、フィンは、カラーに嵌合されている。こうすることにより、ジェットエンジンの温度変化等により、フィンやカラーの膨張収縮が生じた場合であっても、その膨張収縮により径方向の隙間が生じる虞を低減することができる。
【００１６】
他の実施形態として、減衰手段は、軸方向に複数設けられたフィンの間に充填されるゴム材および樹脂材のうちの少なくとも一方を含む。こうすることにより、減衰手段を構成する部材の数を減らすことができる。その結果、減衰手段を簡素化することができる。
【００１７】
好ましくは、フィンの周面には、その表面に硬化層を形成する表面処理が施されている。こうすることにより、フィンの疲労強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る転がり軸受アセンブリは、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィンの弾性変形によって、主軸の振動を減衰することができる。フィンは、外輪の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、航空機用ジェットエンジンの主軸１０に使用されるこの発明の一実施形態に係る転がり軸受アセンブリ８を示す断面図である。図１を参照して、転がり軸受アセンブリ８は、ジェットエンジン（図示せず）の固定部であるハウジング１７の径方向内側に設けられるカラー１６と、カラー１６の径方向内側に設けられる円筒ころ軸受１１とを備える。
【００２０】
カラー１６は、ジェットエンジンの固定部であるハウジング１７の径方向内側に固定されている。カラー１６の外径面１６ｂには、軸方向中央部に位置し、外径面１６ｂより径方向内側に凹む凹部１６ｃを有する。ハウジング１７には、凹部１６ｃに向かって潤滑油を供給する油路１９が設けられている。
【００２１】
ハウジング１７とカラー１６との間には、潤滑油を保持する油保持部１８が設けられている。油保持部１８は、ハウジング１７の内径面１７ａと、凹部１６ｃとの間に設けられる間隙であって、油路１９から供給される潤滑油を保持する。
【００２２】
潤滑油は、油路１９から凹部１６ｃに向かって供給される。そして、ハウジング１７の内径面１７ａと凹部１６ｃとの間に油膜を形成する。ここで、カラー１６および油保持部１８は、油膜形成手段として作動する。油膜は、主軸１０の振動を減衰する。ここで、油膜は、減衰手段として作動する。詳細については後述する。
【００２３】
ハウジング１７とカラー１６とは、同様の素材から構成されている。これにより、ジェットエンジンの温度変化等によって、ハウジング１７やカラー１６の膨張収縮が生じた場合であっても、油保持部１８の径方向幅を一定に保つことができる。その結果、油膜を適切に形成することができる。
【００２４】
次に、円筒ころ軸受１１の構成ついて説明する。円筒ころ軸受１１は、ジェットエンジンの主軸１０に固定され、主軸１０と共に高速回転する内輪１２と、ハウジング１７に固定される外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間に配置される複数の転動体としての円筒ころ１４と、円筒ころ１４の周方向間隔を一定に保持する保持器１５とを含む。
【００２５】
図２は、外輪１３の一部を示す斜視図である。図２においては、理解を容易にする観点から、外輪１３を径方向に分割した状態を示しているが、実際は分割されていない。図１および図２を参照して、外輪１３は、その軸方向一方側端部１３ｃが、軸方向他方側端部１３ｄより軸方向に延びる形状である。軸方向一方側端部１３ｃは、ハウジング１７と当接する。外輪１３の外径部には、フィン２０が設けられている。フィン２０は、カラー１６の径方向内側に設けられている。すなわち、カラー１６は、フィン２０の径方向外側に設けられている。
【００２６】
フィン２０は、外輪１３の外径部から、図１中の一点鎖線で示す主軸１０の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びている。具体的には、フィン２０の軸方向一方側面２０ａと回転軸心との角度が、９０°未満の所定の角度となるよう傾斜している。フィン２０の軸方向一方側面２０ａと軸方向他方側面２０ｂとは略平行である。また、フィン２０は、周方向に連なった形状であって、軸方向に複数等配に設けられている。なお、この実施形態においては、フィン２０は、４本設けられている。また、フィン２０は、弾性変形可能である。
【００２７】
高速回転に伴う主軸１０の振動は、フィン２０と上記した油膜とによって減衰される。図３は、フィン２０の動きを示す図である。点線で動作前のフィン２０の状態を示している。
【００２８】
図３を参照して、まず、主軸１０は、図３に示す矢印Ａの方向またはその逆の方向、すなわち、径方向に振動を生じる。このとき、フィン２０は、回転軸心に対し傾斜しているため、主軸１０の振動に伴い、例えば、矢印Ｂで示す方向またはその逆の方向に動作する。すなわち、フィン２０は、外径面２０ｃがカラー１６の内径面１６ａと接触した状態で弾性変形することによって主軸１０の振動を減衰する。ここで、フィン２０は、減衰手段として作動する。さらに油膜も、主軸１０の振動を減衰する。
【００２９】
このように、転がり軸受アセンブリ８は、主軸１０の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィン２０の弾性変形によって、主軸１０の振動を減衰することができる。フィン２０は、外輪１３の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、主軸１０の振動を適切に減衰することができる。
【００３０】
また、フィン２０を周方向に連なった形状にすることにより、より確実に振動を減衰することができる。また、フィン２０を軸方向に複数等配に設けることにより、効率的に振動を減衰することができる。
【００３１】
また、主軸１０に生じる現象としては、上記した矢印Ａの方向またはその逆の方向の振動だけでなく、矢印Ａの方向またはその逆の方向に撓みも生じる。フィン２０は、この撓みも吸収することができる。
【００３２】
また、フィン２０の周面には、表面に硬化層を形成する表面処理として、窒化処理またはショットピーニング処理を施すことが好ましい。窒化処理は、ラジカル窒化処理である。ラジカル窒化処理は、真空容器中の処理部材を加熱昇温し、その後、真空容器中にアンモニアと水素の混合ガスを導入する。そして、混合ガスを処理部材にグロー放電することによって、低エネルギー状態のプラズマを形成し、表面を窒化させる処理である。これにより、フィン２０の周面に硬化層を形成することができ、弾性変形するフィン２０の疲労強度を向上させることができる。
【００３３】
また、ショットピーニング処理とは、処理部材の表面に鋼製の小球を高速で衝突させる処理である。これにより、フィン２０の周面に硬化層を形成することができ、弾性変形するフィン２０の疲労強度を向上させることができる。
【００３４】
なお、フィン２０の疲労強度が十分なものである場合には、特に上記した表面処理を施さなくてもよい。
【００３５】
また、フィン２０の外径面２０ｃには、表面処理として、銀メッキ処理が施されていることが好ましい。フィン２０の外径面２０ｃは、カラー１６の内径面１６ａと接触して、磨耗を生じる虞がある。このような場合に、銀は延性が大きく潤滑機能を果たすことができるため、銀メッキ処理を施すことによって、フィン２０の外径面２０ｃとカラー１６の内径面１６ａとの接触による摩耗を適切に防止することができる。
【００３６】
また、フィン２０は、カラー１６に嵌合されていてもよい。これにより、カラー１６と外輪１３とが異なる素材から構成されている場合であって、ジェットエンジンの温度変化等によって、フィン２０やカラー１６の膨張収縮が生じた場合であっても、その膨張収縮により径方向の隙間が生じる虞を低減することができる。
【００３７】
次に、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受アセンブリ８について説明する。図４は、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受アセンブリ８を示す断面図である。なお、図４においては、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付している。図４を参照して、転がり軸受アセンブリ８は、ハウジング１７の径方向内側に設けられる円筒ころ軸受１１と、樹脂材２２とを備える。
【００３８】
円筒ころ軸受１１の外輪１３の外径部には、フィン２０と、フランジ部２１ａ，２１ｂとが設けられている。
【００３９】
フィン２０は、ハウジング１７の径方向内側に設けられている。そして、周方向に連なった形状であって、軸方向に複数等配に設けられている。
【００４０】
フランジ部２１ａ，２１ｂは、外輪１３の軸方向両側端部１３ｃ，１３ｄに設けられている。軸方向一方側端部１３ｃに設けられているフランジ部２１ａは、ハウジング１７と当接する。フランジ部２１ａ，２１ｂは、図４中の一点鎖線で示す主軸１０の回転軸線に対し垂直な方向に径方向外側に延び、周方向に連なった形状である。また、フランジ部２１ａ，２１ｂの径方向長さは、フィン２０の径方向長さよりも短くなっている。
【００４１】
樹脂材２２は、複数のフィン２０とフランジ２１ａ，２１ｂ部との間に充填されている。樹脂材２２は、この実施形態においては、複数のフィン２０とフランジ部２１ａ，２１ｂとの間の全てに充填されている。樹脂材２２としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。樹脂材２２は、主軸１０の振動を減衰する。ここで、樹脂材２２は、減衰手段として作動する。なお、充填されるものは、ゴム材であってもよく、ゴム材としては、例えば、フッ素ゴム等が挙げられる。また、樹脂材２２およびゴム材を組み合わせて充填してもよい。
【００４２】
このように構成することにより、減衰手段を構成する部材の数を減らすことができる。その結果、減衰手段を簡素化することができる。
【００４３】
なお、上記の実施の形態においては、フィン２０は、４本設けられている例について説明したが、これに限らず、フィン２０の本数、間隔、軸方向幅や径方向長さ等においては、この実施形態に限らず、ジェットエンジンの主軸１０の固有振動数によって決定されてもよい。例えば、ジェットエンジンの主軸１０は、所定の固有振動数を有するが、ジェットエンジンの主軸１０の固有振動数と異なる固有振動数となるようにフィン２０を設けてもよい。
【００４４】
また、フィン２０は、旋削加工にて、外輪の外径部に形成してもよい。また、予め製造された外輪の外径面にフィンのみを接着させることによって、外輪の外径部にフィンを形成してもよい。
【００４５】
また、上記の実施の形態においては、転がり軸受アセンブリ８は、カラー１６を備え、カラー１６等によって油膜を形成し、この油膜も減衰手段として作動する例について説明したが、これに限らず、フィン２０のみで充分に減衰できる場合には、カラー１６等によって油膜を形成することなく、フィン２０のみが減衰手段として作動してもよい。
【００４６】
また、上記の実施の形態においては、この発明に係る転がり軸受アセンブリとして、円筒ころ軸受を採用する例について説明したが、これに限らず、例えば、保持器を構成要素としない他の転がり軸受等においても適用することができる。
【００４７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、航空機用ジェットエンジンの主軸に使用される転がり軸受アセンブリとして有効に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】航空機用ジェットエンジンの主軸に使用されるこの発明の一実施形態に係る転がり軸受アセンブリを示す断面図である。
【図２】外輪の一部を示す斜視図である。
【図３】フィンの動きを示す図である。
【図４】この発明の他の実施形態に係る転がり軸受アセンブリを示す断面図である。
【図５】従来の転がり軸受アセンブリの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
８  転がり軸受アセンブリ、１０  主軸、１１  円筒ころ軸受、１２  内輪、１３  外輪、１３ｃ，１３ｄ  端部、１４  円筒ころ、１５  保持器、１６  カラー、１６ａ  カラーの内径面、１６ｂ  カラーの外径面、１６ｃ  凹部、１７  ハウジング、１７ａ  ハウジングの内径面、１８  油保持部、１９  油路、２０  フィン、２０ａ  フィンの軸方向一方側面、２０ｂ  フィンの軸方向他方側面、２０ｃ  フィンの外径面、２１ａ，２１ｂ  フランジ部、２２  樹脂材。
【図１】
0005167514.tif 000002
【図２】
0005167514.tif 000003
【図３】
0005167514.tif 000004
【図４】
0005167514.tif 000005
【図５】
0005167514.tif 000006