(57)【要約】【課題】気体軸受のフォイルの疲労故障を排除する。【解決手段】シリンダ内の気体軸受が提供される。気体軸受は、シリンダのキー溝内に位置する回転防止タブを含む。さらに、気体軸受は、内部ループ及び中間ループを形成する第１フォイルを含む。内部ループは、第１端部から中間部へと第１方向に延びる。中間ループは、中間点から回転防止タブへと延びる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに用いられる気体軸受であって、
第１端部及び中間部を含み前記シリンダの内周を実質的に横断する外側フォイルと、前記外側フォイルの少なくとも一部の周囲に配置され前記シリンダの内周を実質的に横断する中間フォイルと、
前記外側フォイルを前記中間フォイルに連結するキーと、を含む前記気体軸受であり、
前記キーは前記外側フォイルの厚さより少なくとも２．５倍以上である内側半径を有する、前記気体軸受。
【請求項２】
前記キーが、前記外側フォイルの厚さより少なくとも３．５倍以上である外側半径を有する、請求項１に記載の前記気体軸受。
【請求項３】
前記キーが、前記外側フォイルの端部を定義する中間部を前記中間フォイルと連結する、請求項１に記載の前記気体軸受。
【請求項４】
前記中間フォイルを取り囲む波形フォイルをさらに含む、請求項１に記載の前記気体軸受。
【請求項５】
気体ジャーナル軸受システムであって、
そこに形成されたキー溝を有するシリンダと、
第１端部及び中間部を含み前記シリンダの内周を実質的に横断する外側フォイルと、
前記外側フォイルの少なくとも一部の周囲に配置され前記シリンダの内周を実質的に横断する中間フォイルと、
前記外側フォイルを前記中間フォイルに連結するキーと、を含む前記気体ジャーナル軸受システムであり、
前記キーは前記外側フォイルの厚さより少なくとも２．５倍以上であり、かつ前記キー溝に少なくとも部分的に配置される内側半径を有する、前記気体ジャーナル軸受システム。
【請求項６】
前記キーが、前記外側フォイルの厚さより少なくとも３．５倍以上である外側半径を有する、請求項５に記載の前記気体ジャーナル軸受システム。
【請求項７】
前記キーが、前記外側フォイルの端部を定義する中間部を前記中間フォイルと連結する、請求項５に記載の前記気体ジャーナル軸受システム。
【請求項８】
前記シリンダと前記中間フォイルの間に配置された波形フォイルをさらに含む、請求項５に記載の前記気体ジャーナル軸受システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して後縁キーを有するフォイル軸受に関し、より詳細には、フォイル疲労故障を排除するための後縁キーを含む、薄箔の動圧式気体軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、薄箔の動圧式ジャーナル軸受は、エアサイクルマシンといった回転機械における回転要素を支持するのに用いられる。従来、主要なジャーナル荷重は静圧（重力または加速による）であるかまたは同期式（軸回転ごとに１回）であると考えられていたが、過去の経験は、薄箔の動圧式ジャーナル軸受に非同期の高サイクル荷重を課す環境があることが示された。ジャーナル軸受は、単一部片から形成されるトップ及び中間フォイル、波形のバンプフォイルにより支持されるダブルラップシリンダ状フォイル、のいくつかの要素で構成される。高レベルの非同期式荷重を受ける時、トップ／中間フォイルに不可欠な形成されたキー（回転防止）は亀裂が入る（かついくつかのケースでは剥離する）。亀裂は形成されたキーの底における狭い半径で始まる。亀裂が入るのは、本質的に高い応力集中部である狭い半径形状が原因の一部である。さらに、フォイルを１８０°ベンドに折り曲げる必要がある成形作業は、フォイル自体の最大伸長を超え、オレンジピール状態及び素材の疲労強度低下を引き起こす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
実施形態は、第１端部及び中間部を含みシリンダの内周を実質的に横断する外側フォイルと、外側フォイルの少なくとも一部の周囲に配置されシリンダの内周を実質的に横断する中間フォイルと、及び外側フォイルを中間フォイルに連結するキーと、を含む気体軸受を含み、キーは外側フォイルの厚さより少なくとも２．５倍大きい内側半径を有する。
【０００４】
他の実施形態は、内部にキー溝を有するシリンダを含む気体ジャーナル軸受システムを含む。システムはさらに、第１端部及び中間部を含み、シリンダの内側半径を実質的に横断する外側フォイルと、シリンダの内側半径を実質的に横断する中間フォイルと、及び外側フォイルを中間フォイルに連結するキーと、を含み、キーは外側フォイルの厚みより少なくとも２．５倍大きい内側半径を有し、かつキー溝に少なくとも部分的に配置される。
【０００５】
追加的特徴及び利点は、本開示の技術を通じて実現される。本開示の他の実施形態及び態様は、本明細書に詳細に記述される。本開示の利点及び特徴におけるより良い理解のために、記述及び図面を参照する。
【０００６】
本発明の主題は、明細書の結びにおける請求項内で詳細に指摘され、かつ直接特許請求される。本発明の先行の、かつ他の特徴、及び利点は、添付の図面と共に用いられる以下の詳細な記述から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に従う、回転軸を支持する気体軸受を収容するシリンダの斜視図を説明する。
【図２】先行技術に従うシリンダのキー溝を横断する気体軸受の実施例を説明する。
【図３】１つの実施形態に従うシリンダのキー溝を横断する気体軸受の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書に記述される実施形態は、概して後縁キーを有するフォイル軸受に関し、より詳細には、薄箔の動圧式気体軸受において非同期または後退を削減または排除するための大きな半径の後縁キーを含む薄箔の動圧式気体軸受に関する。フォイル軸受の適用例は、航空宇宙産業環境におけるエアサイクルマシン（ＡＣＭ）のフォイル軸受に採用される
ここで図１を参照して、内面１１０Ａ内に回転軸を支持する薄箔の動圧式気体軸受１２０を収容するシリンダ１１０の斜視図１００が、本発明の実施形態に従って示される。回転軸はこの図において明確にするために省略されている。内面１１０Ａは、以下の記述及び特許請求の範囲においてシリンダ１００の内周を定義していてもよい。
【０００９】
一般的に、動圧式気体軸受１２０は、シリンダ１１０内でエアサイクルマシンといった回転機械の回転構成要素を支持する。薄箔の動圧式気体軸受１２０は、フォイル及び空気膜を含む。フォイルは、薄箔の動圧式気体軸受１２０の静止部であり、回転せず、かつキー溝内に位置する。空気膜は、回転軸を支持する（すなわち回転軸が空気膜に乗る）。
【００１０】
さらに、フォイルは、キー溝に対してシリンダ内のキーを介して配置される（例えば、シリンダ長の下の薄いスリーブ、スロット、またはグローブ）。キーとキー溝の交差点は、フォイルを回転、移動、滑り等から防ぐ。この交差点の実施形態は図２及び３に関連して示され、図１の拡大図１３０に示される。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態に従ってシリンダ１１０を交差するダブルラップフォイル２２０の一部における実施例を説明する。シリンダはキー溝２２５を含む。
【００１２】
ダブルラップフォイル２２０は、回転軸の周囲を二重に包み、かつシリンダ１１０内に二重に配置された一部片のフォイルである。すなわち、ダブルラップフォイル２２０は矢Ａに示されるように、第１端部２２０Ａから外側フォイル端部２２０Ｂへと内面１１０Ａに沿って（またはこの図において明確にするために省略された軸に沿って）反時計方向に延びる外側フォイルを含む（記：反時計方向は軸回転の方向である）。ダブルラップフォイル２２０はさらに、端部２２０Ｅを有する中間フォイル２２０Ｄを含む。
【００１３】
外側フォイル端部２２０Ｂの後に、キー２２０Ｃが１８０°ベンドを経て形成される。キー２２０Ｃは、キー溝２２５内に位置する単一の回転防止タブである。ダブルラップフォイル２２０は、キー２２０Ｃの後に中間フォイル２２０ｄの端部２２０に反時計方向で続く。波形フォイル２３０Ａは、内面１１０Ａと中間部２２０Ｂの間に含まれる。過去の経験に従って、１８０°ベンドは、いくつかの環境において非同期式の、高サイクル荷重が課せられていると示された。荷重は、キー２２０Ｃで、または近くで始まるダブルラップフォイル２２０の回転防止の亀裂（及びいくつかのケースで剥離）を引き起こした。
【００１４】
ダブルラップフォイル２２０の荷重問題を考慮して、図３は、シリンダのキー溝２２５に配置されるキー３００を有する気体軸受の他の実施例を説明する。フォイルラップ３２０は、部３２０Ａ及び３２０Ｂにより示される外側フォイル及び中間フォイル３２０Ｃを含む。外側フォイル及び中間フォイルの両方は、シリンダ１００の内面のほとんどまたは１周分を横断する。
【００１５】
フォイルラップは、シリンダ１１０内の軸を二重に取り囲む一部片のフォイル３２０である。図３に見られるように、フォイル３２０は、内面１１０Ａ内で第１ループを形成するよう第１端部３２０Ａから反時計方向（例えば、軸回転の方向）に延びる。第１ループは、中間部３２０Ｂで終結する。部３２０Ａと部３２０Ｂの間は、いわゆる外側フォイルである。中間部３２０Ｂは、フォイル３２０を、中間部３２０Ｂと中間フォイル２２０Ｃを連結するキー３２０Ｄへと向かわせるくの字ベンドを含む。キー３２０Ｄは、１８０°ベンド３２０Ｄを形成する。図２に示される従来技術とは異なり、このベンドは鋭いベンドではない。１つの実施形態では、キー３２０Ｄは、ベンド半径ｒｉｎを持つベンド３４０を有する。１つの実施形態では、内側ベンド半径ｒｉｎは、外側及び中間フォイルを形成するフォイル厚の２．５倍以上の厚さである。そういった半径は、キー３２０Ｄを通じて荷重をより均一に分散し、図２におけるベンドよりさらに低い応力のベンド３４０に帰着する。
【００１６】
キー３２０Ｄはさらに、外側及び中間フォイルを形成するフォイル厚と等しいかまたは３．５倍以上である外側ベンド半径ｒｏｕｔを含んでもよい。そういった外側半径を選択することは、フォイル軸受に一般的に用いられる材質の最大伸長を超えることなくベンドを形成させるのに十分な大きさであり、オレンジピール応力集中部を回避する。
【００１７】
本発明の実施形態における技術的効果及び恩恵は、非同期または後退荷重に耐え、かつさらに適度な高荷重容量を含むフォイル軸受を作り出すことを含む。このフォイル軸受は、高い外部振動環境（ヘリコプターまたはエンジンを搭載する機器といったような）または断続的逆回転を経験する機器（永久磁石電気モータといったような）のいずれかでの適用に利用できる。
【００１８】
本明細書に用いられる技術は、特定の実施形態を記述する目的のためであり、本発明の限定を意図するものではない。本明細書に用いられるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のものを指し示していない限り、複数形をも同様に含むことを意図する。「含む」及び／または「含んでいる」の用語が、本明細書に用いられる時、表明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を記述するが、他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはそれらのグループの1つ以上の存在及び／または付加を除外するものではないことは、さらに理解されるであろう。
【００１９】
本発明が、限られた数の実施形態のみに関連して詳細を記述してきた一方で、本発明はそういった開示の実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、これまで記述されていない変化、変更、代用または同等の仕組みをいくつでも組み込むために修正できるが、それらは本発明の趣旨及び範囲に相当するものである。
【００２０】
さらに、本発明の様々な実施形態が記述されてきた一方で、本発明の態様が、記述された実施形態のいくつかのみを含み得るということが明らかとなる。従って、本発明は先行の記述により限定されるものではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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