(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な軸（１０）用のバックアップ・ジャーナル軸受装置（２０、１２０、２２０）にして、通常動作において前記軸との間にギャップがあるベアリング面を有するバックアップ・ジャーナル軸受装置であって、
（ｉ）前記軸をその中に受け入れる軸スペース（２６、１２６）を囲むように構成され、かつ前記軸スペースに面したハウジング面（３５）を有するハウジング部分（２４、１２４、２２４）と、
（ｉｉ）前記ハウジング面の上に横たわる前記軸スペースまわりに配列された複数の弓形の軸受パッド（３０i、１３０i）であって、それぞれ前記軸スペースに隣接した軸受面（３６i、１３６i）及び前記ハウジング面に隣接したボディ面（３４i、１３４i）を有する複数の弓形軸受パッド（３０i、１３０i）と、
（ｉｉｉ）前記ハウジング面に向かう半径方向に及び前記ハウジング面から離れる半径方向に前記ハウジング面に対して動くことができるように、少なくとも一つの軸受パッドを前記ハウジング面に対して支持するように構成された取付け手段（４０、１４０、２４０）とを有し、
前記取付け手段が、前記可動の軸受パッドの各々に対して、止め手段（４５、１４５、２４５）と、ばね手段（７０、１７０）とを有し、
前記止め手段が、軸受パッドの間に設けられた制限ボス（５０、１５０）と、軸受パッドの端部に設けられた肩（４６、１４６）とを有し、
前記制限ボスが前記肩上に横たわるように配置された頭部であって、前記ハウジング面から離れる半径方向の軸受パッドの動きを制限し、前記ハウジング面に向かう半径方向の軸受パッドの動きを許す頭部（５２、１５２）を有し、
前記ばね手段が、前記制限ボスの前記頭部によって課される前記制限まで軸受パッドを前記ハウジング面から離して偏倚させ、かつ前記軸受パッドが前記制限で停止された時、該軸受パッドに所定のレベルの予負荷を作用させ、さらに、前記予負荷レベルを越えて前記軸受面に加えられる負荷だけに応じて前記ハウジング面に向かう方向への軸受パッドの動きを許している、バックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項２】
前記ばね手段（７０、１７０）が、複数の個々にたわみ可能な弾性要素（７２、１７２）を備える、請求項１に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項３】
前記取付け手段（４０）が、少なくとも一つの可動の軸受パッド（３０i）に対して、少なくとも１つの支持ペグ（６０、６０’、６０”）を含み、該支持ペグは、前記軸受パッド又はハウジング部分の一方に対して一端で固定され、かつ前記パッド又はハウジングの他方のものに対して自由に動ける、支持ペグの固定されていない他端に向かって延びる胴（６２、６２’、６２”）を有し、
前記ばね手段（７０）が、半径方向に互いに支持するように配置された個々にたわみ可能な弾性要素（７２）の少なくとも一つの積重ね（７１）を有し、該積重ね（７１）が、前記ハウジング部分に固定された前記支持ペグと前記軸受パッドの間、又は、前記軸受けパッドに固定された前記支持ペグと前記ハウジング部分の間、又は、前記軸受パッドと前記ハウジング部分の間に、圧縮の状態で配置されており、少なくとも一つの積重ね（７１）は穴が開けられていて前記支持ペグの前記胴と同軸に配置されている、請求項２に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項４】
前記個々にたわみ可能な要素が環状の皿ばね（７２）であり、前記ばね手段が前記環状皿ばねの少なくとも１つの積重ね（７１、７１’、７１”）を有している、請求項２又は請求項３に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項５】
前記個々にたわみ可能な要素が、前記ハウジング部分及び前記軸スペースの円周方向に延在した板ばね（１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ）であり、前記ばね手段が、前記軸受パッドの各々に対して、該軸受けパッドと前記ハウジング面の間に、半径方向に互いに支持するように配置された前記板ばねの積重ね（１７１）を有している、請求項２に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項６】
前記板ばねの積重ね（１７１）が、前記軸受パッド（１３０i）の各々に対して、少なくとも第１のばね（１７２A）、第２のばね（１７２B）、第３のばね（１７２C）を有し、前記第１のばね（１７２A）が軸受パッドの一方の端部領域に近接して終わりかつそこに回動自在に固定され、前記第２のばね（１７２B）が前記軸受パッドの反対側の端部領域に近接して終わりかつそこに回動自在に固定され、前記第３のばね（１７２C）が、その中心で、前記軸受パッドの半径方向に延びる支持ペグ（１６０i）に取り付けられ、かつ前記支持ペグに沿った滑動に対して及び前記ハウジング面からの変位に対して前記支持ペグによって拘束されている、請求項５に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項７】
前記積重ねられた板ばね（１７２A、１７２B、１７２C）の各々が、ハウジング軸線（１２５）に中心があり、他の板ばねとほぼ等しい曲率半径のほぼ円筒形の湾曲を有し、それによって、重なり合うばねが入れ子状に積み重なることができる、請求項６に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項８】
前記板ばねが、各々、前記ハウジング部分及び軸スペースに対して円周方向に延び、かつ少なくとも３つの円周方向に離隔配置された互いに隣り合う軸受パッドを支持し、前記板ばねの各々が前記積重ね中の隣接したばねに対して円周方向にずれており、各前記軸受パッド（１３０2）に対して、前記軸受パッドの前記一方の端部に固定された第１のばね（１７２A）が前記軸受パッドの前記反対の端部に向かう方向で円周方向に離隔配置された軸受パッド（１３０3）の第３のばねを構成し、さらに、前記軸受パッドの前記反対の端部に固定された第２のばね（１７２B）が前記軸受パッドの前記一方の端部に向かう方向で円周方向に離隔配置された軸受パッド（１３０1）の第３のばねを構成している、請求項７に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項９】
前記第３のばね（１７２C）が、それの支持ペグから±６０°から±１２０°の範囲の角度で延びている、請求項７又は請求項８に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１０】
前記軸受パッド（１３０2）の第１及び第２のばね（１７２A、１７２B）それぞれが、円周方向に離隔配置された隣接両軸受パッド（１３０1、１３０3）それぞれの第３のばねを構成している、請求項７から９のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１１】
前記可動の軸受パッド（１３０i）の各々に対する前記止め手段（１４５、２４５）が、前記軸受パッドの円周方向両端部に離隔配置された少なくとも一対の肩（１４６’i、１４６”i）を備え、各肩が、前記軸スペースの方に面しかつ前記軸受面側がさねはぎされた表面（１４７’i、１４７”i）を有し、各肩に対して前記制限ボス（１５０i）の頭部（１５２i）が少なくとも一つの隣接軸受パッドの一方の肩の上に横たわるように配置され、少なくとも一つの前記制限ボス（１５０i）が離隔配置された両軸受パッドの間を円周方向に延びている各板ばねの穴（１７４）を通っており、各前記板ばねが前記穴の近くに板ばねのたわみを弾性限界内に維持する強化手段（１７４’）を有している、請求項７から１０のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１２】
各支持ペグがハウジング面から半径方向に離れる方向の第３のばねの変位の限界を定める支持ペグの軸線方向に移動可能なばね止め（１７３２）を有し、
前記可動の軸受パッド（１３０i）の各々に対する前記止め手段（１４５、２４５）が、前記軸受パッドの円周方向両端部に離隔配置された少なくとも一対の肩（１４６’i、１４６”i）を備え、各肩が、前記軸スペースの方に面しかつ前記軸受面側がさねはぎされた表面（１４７’i、１４７”i）を有し、各肩に対して前記制限ボス（１５０i）の頭部（１５２i）が少なくとも一つの隣接軸受パッドの一方の肩の上に横たわるように配置され、
前記制限ボス（１５０3、１５０6）が各支持ペグで取り付けられたばね（１７２C）を張力のかかっている状態に維持するように配置され、そのばねの両端部が前記制限ボスの頭部と前記軸受パッドの肩（１４６”3、１４６’1）との当接によって広げられている、請求項７から１０のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１３】
各制限ボスの前記頭部（１５２i）がカム面（１７６）を画定し、前記軸受パッドの端部の肩（１４６”）が該カム面と協働するカム従動部を画定し、前記肩が前記制限ボスと当接することによって、前記肩が前記軸スペースに対して半径方向及び円周方向に動き、前記軸受パッドの両肩の動きの違いの結果前記軸受パッドが傾く、請求項１２に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１４】
前記取付け手段が減衰手段（１８０）を含み、該減衰手段が前記軸受けパッド（１３０２）及び該軸受パッド（１３０２）から円周方向に離隔した少なくとも一つの軸受パッド（１３０３、１３０１）の円周方向に延在した板ばね（１７２A、１７２B、１７２C）間の接触からなり、それにより、ばねの積重ねによって与えられた偏倚力を超えた力が軸受パッドに作用した際、各軸受けパッドがハウジング部分の方へ変位可能であり、
前記第３のばね（１７２Ｃ）の変位が、前記円周方向に離隔した両軸受パッド（１３０３、１３０１）の端部の肩に固定されたその両端で、偏倚力の成分を生成し、該偏倚力の成分が、前記変位方向に作用し、前記円周方向に離隔した両軸受パッド（１３０３、１３０１）の前記カム従動面（１４７’３、１４７”３；１４７’１、１４７”１）を前記各制限ボスのカム面に沿って摺動させ、前記円周方向に離隔した両軸受パッドの前記軸受けパッド（１３０２）から遠位の端が前記カム面によって前記軸スペースの方へ変位させられ、前記円周方向に離隔した両軸受パッドの軸受面が前記軸スペースの方へ傾斜させられる、請求項１３に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１５】
前記取付け手段が減衰手段（１８０）を含み、該減衰手段が前記軸受けパッド（１３０２）及び該軸受パッド（１３０２）から円周方向に離隔した少なくとも一つの軸受パッド（１３０３、１３０１）の円周方向に延在した板ばね（１７２A、１７２B、１７２C）間の接触からなり、それにより、前記ハウジング面に向かう方向の前記軸受パッドの変位が、前記円周方向に離隔した軸受パッドの少なくとも一部を前記ハウジング面から前記軸スペースへの方向に変位させる、請求項７に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１６】
前記取付け手段が前記ばね手段（７０；１７０）によって形成された減衰手段（８０；１８０）であって、軸スペース内での軸の偏心回転による軸受パッドの変位に応答し、前記ばね手段から前記軸への反発力を減少させる減衰手段を有している、請求項１から１５のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１７】
前記減衰手段（１８０）が、前記ばね手段の相対的に滑る接触面の間にクーロン減衰を生じさせる摩擦減衰手段である、請求項１６に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１８】
前記減衰手段が前記軸スペース回りの異なる円周方向位置で異なる減衰を提供するように配列されている、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項１９】
前記ばね手段（７０；１７０）が前記軸スペース回りの前記軸受パッドの半径方向位置に応じて変化する予荷重とばね定数の少なくとも一つを提供するように配置されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項２０】
各可動の軸受けパッド（３０i、１３０i）に対する前記止め手段（４５；１４５；２４５）が軸受パッドの両端部に離隔した少なくとも一対の肩（４６’ｉ、４６”ｉ；１４６’ｉ、１４６”ｉ）を有していて、各肩が、前記軸スペースの方を向いていて、前記ベアリング面側がさねはぎされた面（４７’ｉ、４７”ｉ；１４７’ｉ、１４７”ｉ）を有しており、各前記肩に対して、前記制限ボス（５０’ｉ；１５０”ｉ）が、前記ハウジング面から軸受パッドの端部近くに延在していて、前記肩に乗るように配置された頭部（５２’ｉ；１５２”ｉ）を有している、請求項１から１９のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項２１】
前記軸スペース（２６；１２６）がその中に受け入れられる軸の断面積よりも大きい断面寸法を有していて、軸の回転中、前記軸と前記軸受パッドの間に所定のギャップ（４２ｉ）を画定している、請求項１から２０のいずれか一項に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項２２】
前記止め手段（２４５）が前記運転ギャップの大きさを変えるように前記ハウジング面に対して半径方向に変位自在である、請求項２１に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【請求項２３】
前記軸への支持度合いを決定し、該支持度合いに応じて前記止め手段（２４５）によって前記運転ギャップを変更するバックアップ制御手段（２３２）が設けられている、請求項２２に記載のバックアップ・ジャーナル軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸用のジャーナル軸受に関し、特に、異常な動作条件で軸と軸受の間に不均一な接触が起こるかもしれない状況において、重くて高速回転する軸を支持するように構成された軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、それだけではないが、特に、バックアップ軸受装置を形成するジャーナル軸受に関し、この軸受装置では、軸を正常な間隔で支持する手段が不注意又は故意に取り除かれた状況、あるいは、外部衝撃又は内部不均衡によって軸に対する負荷が通常の懸架手段の制御からはずれる場合を除いて、軸の面又は軸の面に支えられた回転軸受部品は、静止部分に対して、静止部分から離隔して通常回転する。
【０００３】
そのような状況で、相対的に動く部分と静止部分の間の直接接触は振動を引き起こす可能性があり、この振動は、初期の衝撃負荷の増幅を長引かせ及び／又は生じさせ、どちらかの表面又は両方の表面に損傷を与える。
【０００４】
そのような接触が必然的に軸の回転の停止に通じるとき、運転を再開する前に軸受面を取り替えることができる限り、直接接触及び結果としての損傷は許容できるかもしれない。しかし、意図的な中断の無い状態での軸回転中に衝撃が生じた場合、そのような衝撃によって、とにかく軸の停止及び軸受の磨き直しを必要とするほどに回転の制御の低下及び損傷が引き起こされるかもしれない。
【０００５】
軸を変位させる衝撃力及び／又は軸の重さを受け入れるように、（好ましくは）静止部分を弾性的に取り付けることは、そのようなジャーナル軸受の領域で一般に知られている。しかし、大きな機械では、そのような弾性を設けることによって、軸の回転偏心を共振点まで強めることなく、そのような軸が及ぼす負荷を支持することができること、又は弾性を動作条件に合わせることができることと関連した変位のためのスペースが不十分なために生じる問題を含んださらに他の問題が発生する。
【０００６】
そのような問題は、軸が正常な懸架位置からそれた後でのみ機能するバックアップ軸受だけでなく、軸と接触して又は潤滑膜で軸から離れて通常動作する主要な支持軸受と見なすことができるものによっても起こる。追加の構造上の要求に対して適切なスペースが使用できない場合、外部衝撃負荷又は弾性取付けによる回転偏心からの過剰な応力を排除することは、弾性取付け又は他の軸受部品に負荷をかけすぎることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ジャーナル軸受装置を回転可能な軸に提供することであり、このジャーナル軸受装置によって、そのような軸の偏心回転に起因する異常なレベルの負荷と関連した構造及び動作問題の多くが軽減される。また、本発明の他の目的は、主要軸受又はバックアップ・ジャーナル軸受装置のようなジャーナル軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に従って、回転可能な軸のためのジャーナル軸受装置は、
（ｉ）前記軸をその中に受け入れる軸スペースを囲むように構成され、かつ軸スペースに面したハウジング面を有するハウジング部分と、
（ｉｉ）ハウジング面の上に横たわる軸スペースのまわりに配列された複数の弓形の軸受パッドであって、それぞれ軸スペースに隣接した軸受面及びハウジング面に隣接したボディ面を有する複数の弓形軸受パッドと、
（ｉｉｉ）ハウジング面に向かう半径方向に及びハウジング面から離れる半径方向にハウジング面に対して動くことができるように、少なくとも一つの軸受パッドを前記ハウジング面に対して支持するように構成された取付け手段とを有し、
前記取付け手段が、前記可動の軸受パッドの各々に対して、止め手段と、ばね手段とを有し、
前記止め手段が、軸受パッドの間に設けられた制限ボスと、軸受パッドの端部に設けられた肩とを有し、
前記制限ボスが、前記肩上に横たわるように配置された頭部であって、前記ハウジング面から離れる半径方向の軸受パッドの動きを制限し、前記ハウジング面に向かう半径方向の軸受パッドの動きを許す頭部を有し、
前記ばね手段が、前記制限ボスの前記頭部によって課される前記制限まで軸受パッドを前記ハウジング面から離して偏倚させ、かつ前記制限で停止された軸受パッドに所定のレベルの予負荷を作用させ、さらに、前記予負荷レベルを越えて前記軸受面に加えられる負荷に応じて前記ハウジング面に向かう方向への軸受パッドの動きを許している。
【０００９】
好ましくは、軸受装置は、ばね手段で画定されかつ軸スペース内での軸の回転偏心による軸受パッドの変位に応じる減衰手段を含んで、ばね手段から軸への反発を減少させる。
【００１０】
好ましくは、ばね手段は、互いに積み重ねられた複数の個々にたわみ可能な弾性要素を備える。
【００１１】
弾性要素は、ハウジング部分の円周方向に寸法的に制限され、それから円周方向に離隔配置された個々の軸受パッドと関連するように積み重ねられる。又は、弾性要素は、円周方向に延び、かつ複数の円周方向に離隔配置された軸受パッドの支持に寄与するように、隣の弾性要素から円周方向にずれて積み重ねられる。両方の場合において、個々にたわみ可能な弾性要素を積み重ねることで、たわみの際、接触する弾性要素の表面の相対的な動きによって摩擦減衰が実現される。後者の場合、弾性要素は、偏心して回転している軸による負荷に応じて、そのような摩擦減衰だけでなく、円周方向に離隔配置された軸受パッドに対して負荷のかかった軸受パッドの変位を結合させることで、軸に位相がずれた減衰負荷をもたらすことができる。
【００１２】
本発明の第２の態様に従って、主軸受け装置によって支承された軸用のバックアップ・ジャーナル軸受装置は、段落「０００８」で定義されるようなジャーナル軸受装置を備え、軸スペースがその中に受け入れられる軸の断面積よりも大きい断面寸法を有していて、軸の回転中、前記軸と前記軸受パッドの間に所定のギャップを画定している。
【００１３】
本発明の実施例は、ここで、添付の図面を参照して、例として説明する。
【実施例】
【００１４】
図１から図２（ｂ）を参照すると、軸１０は、長手方向軸線１２によって画定される円柱形の表面１１を有し、この長手方向軸線１２まわりに回転することができる。軸は、１４で示されるハウジング内に含まれ、このハウジング内で、動作中に、軸は、当技術分野で慣例的な図８（ａ）に示す電磁懸架軸受５を含んだ、１８で示す懸架装置で支持されて、回転するように構成されている。本発明に従って、ジャーナル軸受装置２０は、ハウジング１４に対して取り付けられていて、以下でさらに説明するようにバックアップ軸受装置を形成する。ジャーナル軸受装置は、動作中の軸を囲むように構成された、２４で示すハウジング部分を含み、さらに軸の回転軸線１２と名目上は一致する長手方向の軸線２５を有する。
【００１５】
軸受装置は、一緒に機能するように意図されている軸から独立して存在し、それで、独立した存在に合わせて、軸受装置をその中に軸を受け入れる軸スペース２６を囲むものと呼ぶのが便利ではあるが、そのような軸の寸法、及び回転の慣性及び静的重量のような他のパラメータが装置に影響を及ぼす。そして、図示及び説明を明確にするために、図１（ａ）として示す図１の右上部分は、軸が適所に正常動作配置にある状態で示されている。図１（ｂ）として示す図１の左下側は、以下でより詳細に説明するように、正常動作配置から半径方向に変位した軸を示す。
【００１６】
ハウジング部分２４は、単一ボディであってもよいし、又は図示のように直径に沿った境界面２９に沿って接合された上部及び下部半円部品すなわち外殻２７及び２８を備えてもよい。ハウジング部分２４は、軸線２５のまわりの円周方向に互いに離隔配置されたＮ個の弓形の軸受パッド３０1〜３０Nで内側を内張りされている。本明細書では、円周方向及び円周方向に離隔配置されている軸受パッドについての言及は、それに応じて解釈されるべきである。Ｎは、偶数か奇数であってよく、また、図示のように、８個の軸受パッド３０1〜３０8は、直径方向に向き合う対で配置され、軸受パッドの全数がハウジング部分内に含まれている。
【００１７】
各軸受パッド３０iは（ここで、ｉ＝１〜８）、対応する形をしたハウジング面領域３５iの上に横たわる実質的に円筒形で半径方向に凸状の外面３４i、及び滑り軸受材料３８iの層で画定された円筒形で半径方向に凹状の内面３６iを有する鋼ボディ３３iを備える。同じ特徴は各軸受パッド３０iにもあるが、図は、主に軸受パッド３０1、３０2及び３０8に関する特徴を示す。
【００１８】
この実施例において、滑り軸受材料は、Ｆｅｄｅｒａｌ−Ｍｏｇｕｌ  Ｄｅｖａ  Ｗｅｒｋｅ  ＧｍｂＨ，Ｓｔａｄｔａｌｌｅｎｄｏｒｆ，  Ｇｅｒｍａｎｙから商標ＤＥＶＡの下に市販されているような、乾燥動作の潤滑油充填燒結金属材料である。
【００１９】
各軸受パッド３０iは、４０で示す取付け手段でハウジング部分２４に対して取り付けられ、それによって、軸受パッドの配列は軸受面３６iで軸スペース２６を画定する。その結果、軸１０が正常動作配置にある状態で、すなわち軸線１２と２５が一致している状態で、軸は、４２iで示すような小さなギャップだけ軸受面から半径方向に離れ、さらに凸状表面３４iは、ギャップ４４iだけハウジング部分から半径方向に変位するようになる。
【００２０】
軸受面３６iの曲率半径は、これらの曲率半径がギャップ４２iだけ離れているときに同心であるように、軸の面１１の曲率半径よりも大きくてもよく、又は、軸受面３６iの曲率半径は、軸に接触しているとき軸の面１１に一致するように、軸の曲率半径に実質的に等しくてもよく、又は、軸受面３６iの曲率半径は、妥協であってその２つの値の間にあってもよい。
【００２１】
また、取付け手段４０は、軸受パッドの半径方向内側への変位、すなわちハウジング面から離れる動き、を制限するために、４５で示す止め手段を備える。止め手段の部分として、各軸受パッド３０iは、その端部又は他の都合のよい縁端部に、それぞれ肩４６’i及び４６”iを有する。各肩は、軸スペース２６の方を向いて軸スペースに対してさねはぎされた表面を有し、さらに、各肩は、肩の上に横たわるように配置された頭部を有する制限ボス５０iと協働して、ハウジング面から離れる方向の軸受パッドの変位を制限しかつハウジング面に近づく方向への軸受パッドの変位を可能にする。
【００２２】
この実施例では、各制限ボスは、隣り合う軸受パッドの間に配置されるので、その結果、制限ボスの頭部は、少なくとも１つの軸受パッドの少なくとも１つの端部の肩の上に横たわるようになる。制限ボスの頭部は、軸受パッドの肩に接したとき、少なくともギャップ４４iの厚さ寸法だけ軸受面３６iに対して引っ込んでいる。
【００２３】
理解することができるように、各制限ボスは、隣り合う軸受パッドの対の間で共用され、軸受パッド３０8では、制限ボス５０8及び５０1が使用される。この実施例では、各制限ボスはハウジング部分２４に対して適所に固定されるが、必要であれば、制限ボス５０iはハウジング部分２４に対して半径方向に変位可能であってもよいし、さらに半径方向内側への移動を制限する例示のねじ頭部５２’iのような当接部と共に滑動可能であってもよい。
【００２４】
また、取付け手段４０は、１つ又は複数の支持ペグ６０を各軸受パッドと関連して備え、各々の支持ペグは、６７でハウジング部分２４の壁の貫通穴６６とねじ係合する頭部６４から実質的に半径方向にギャップ４４iの中に延びる胴６２を有し、このねじ係合によって、頭部６４の半径方向の位置を調整することができる。各軸受パッド３０iは、それの凸状面３４i内に、支持ペグ６０と対応する数のくぼみ６８を有し、このくぼみは、突出する支持ペグの胴６２を遊びを持って収容するような寸法に作られ、制限ボス５０i及びハウジング部分２４の壁との当接で課せられる制限の範囲内で、軸受パッド３０iが半径方向に移動することができるようにする。
【００２５】
さらに取付け手段４０はばね手段７０を備える。ばね手段７０は、互い積み重ねられ、ハウジング部分と軸受パッドによってサンドイッチ状に挟まれた複数の個々にたわみ可能な弾性要素を有している。少なくとも１つの支持ペグ６０、また、一般的には各支持ペグ６０は、それの胴６２に、ベルヴィレ座金または皿ばねとしても知られている型の環状皿ばね７２の積重ね７１を保持している。
【００２６】
ばねの積重ね７１が、止め手段４５によって制限されかつ許される範囲で、軸受パッド３０iをハウジング面から離すように、各支持ペグの頭部６４は、それぞれの穴６６の中に位置付けされハウジング面に対して固定される。さらに、ばね手段７０が制限ボス５０iによって所定の予負荷レベルに圧縮されるように、各支持ペグの頭部６４は穴の中に位置付けされる。すなわち、各軸受パッドは、制限ボスと当接して位置付けされて、ハウジング部分２４に対してギャップ４４iを画定し、さらに、ばね負荷を上回った、軸受パッドの面３６iに対する半径方向の負荷に対応してだけ、軸受パッドはハウジング部分２４の方に変位する。しかし、そのような変位がばね手段７０のさらなる圧縮を伴う限り、軸受パッドの変位に対する抵抗は、また、変位に応じて次第に増加するが、最終的には、軸受パッドはハウジング部分２４に「底」をつける。
【００２７】
そのような状況を図１（ｂ）に示す。この図で、理解されることであろうが、１２’で示す軸線は、ハウジング部分２４との同心から変位し、軸１０は軸受パッド３０8の対応する形をした表面に直接触れていて、軸受パッドを押してハウジング部分２４と係合させている。先に言及したように、各端部の肩４６’i及び４６”i深さは、制限ボスの頭部が軸受面３６7及び３６8に対して引っ込んだままで軸１０に接触しないようなものではあるが、制限ボスの頭部は、軸受材料を備え、底をつけた軸受パッドの表面と面一の軸受面（５３8で、ゴーストを示す）を形成することができることは理解されるであろう。
【００２８】
理解されるであろうが、軸、軸受パッド、及びハウジング部分の表面は、ギャップ４２及び４４で隔てられたとき、基本的に同心ではあるが、それらの間の接触は、軸の変位によってだけ生じることができるので、実際には、変位した軸は、いつでも、少数の軸受パッドとだけ接触することができる。
【００２９】
磁気懸架の無い軸を完全に支持するためのバックアップを提供する軸受装置２０の場合、主要な負荷は、軸の重量により、ハウジング部分２４の下部に限られている。したがって、軸受パッド３０1、３０2、３０7及び３０8を取り付けることとの関連において、ばね手段７０には、それにかかる軸重量の成分に対応する負荷が、軸受パッドを、止め手段の制限ボスとの当接から離すのに不十分であるようなレベルに、予負荷をかけることができる。
【００３０】
軸の重量が唯一の問題である場合、軸受パッド３０3〜３０6は、異なって取付けられてもよい。しかし、下記より理解されるように、ハウジング部分２４の上部と関連したばね手段、すなわち３０3〜３６6に予負荷をかけることが好ましい。全ての軸受パッドは、同じ程度の予負荷のかかった状態で取り付けることができるが、ハウジング部分２４のまわりの異なった位置にある軸受パッドに対して予負荷を変えることが有利であるかもしれない。
【００３１】
磁気懸架の制御する能力を越えた外部力すなわち釣り合いのとれていない力を受ける軸受装置２０の場合、軸が回転し続けている間に、そのような回転の偏心によって、軸の表面は、少なくとも一時的に、軸受パッド３０1〜３０8に接するようになり、軸受パッドに半径方向の負荷を加える。負荷が取付け手段で加えられる予負荷よりも小さければ、軸受パッドは軸を支持するが、一方で、負荷が大きければ、軸受パッドは、軸の半径方向の変位を妨げるばね手段の偏倚力に抗して変位し、軸の半径方向の変位を完全に停止させるか、又はハウジングに対して衝撃を相当に減少させるかどちらかである。
【００３２】
しかし、軸のいずれかの軸受パッドによるそのような弾性支持は、軸のたわみ時、エネルギーを蓄え、変位負荷が減少するときにそのエネルギーを軸に戻すばね手段で実現される。そして、偏心回転の負荷変化と、ばね手段から軸へのエネルギーの戻しは、偏心を悪化させるかもしれない。取付け手段４０は、減衰手段を含み、この減衰手段は、ばね手段７０で画定され、軸による軸受パッドの変位に応答して、ばね手段から軸へのエネルギーの戻しを減少させる。
【００３３】
ばね手段が、個々にたわみ可能なばね７２の少なくとも１つの積重ね７１を備える限り、摩擦減衰手段は、負荷をかけられまた負荷を除かれときのたわみの際に、当接する表面間の相対的な滑りによって摩擦すなわちクーロン減衰を実現するばねの各前記積重ねで構成される。このように、軸受パッドに加えられる負荷は、一部は摩擦熱として放散され、また一部はたわんだばねの中に蓄えられて、ばねの積重ねの見掛けの剛性を増し、さらに負荷が取り除かれるときに、蓄えられた負荷だけが軸に戻されて、ばねの積重ねの見掛けの剛性を減少させる。
【００３４】
理解されるであろうが、各前記ばねの積重ねで達成される摩擦減衰の量は、個々の当接するばね表面の面積及び数に依存する。
【００３５】
ばね手段への予負荷は、バックアップ軸受が動作すべきである場合に生成される大きな力を有効に制限するために必要とされるスペースすなわちギャップ４４iの量を減らすだけでなく、皿ばねの数及びそれの厚さで、減衰応答を荷重及びたわみに合わせることを可能にする。
【００３６】
したがって、各軸受パッドの減衰弾性応答は、特定の軸で予想される、又は実際に経験される負荷力に応じて、個々の軸受パッド取付けを調整することで変えることができる。
【００３７】
ばね手段と制限ボス５０iの間の位置関係によって、軸受パッドを全体として物理的に変位させるほどに十分でない、軸と軸受パッドの間の負荷レベルに対して、軸受パッドが傾斜する形で弾性があってもよい。それでも、表面損傷を減ずる。
【００３８】
明らかに、上述の実施例の動作原理から逸脱することなしに、いくつかの変形物が、上述の実施例に適用されてもよい。ハウジング部分まわりの異なる位置の予負荷の差のような動作的な変形物、及び軸受パッドの数、支持ペグの数及び位置、及びばね手段の取る形のような構造的な変形物がある。
【００３９】
それぞれ図３及び図４の断片的な図に示す他の構造では、支持ペグは、軸受パッドに対して固定された胴部分及びハウジング部分に対して滑動可能な頭部を有することができる。
【００４０】
図３を参照すると、支持ペグ６０’は、軸受パッド３０ｉのくぼみ６８’に対してねじ係合で固定された胴６２’、及びハウジング部分２４の穴６６’に対して滑動可能な頭部６４’を有する。ギャップ４４に近接した肩を画定し、肩の断面を減らすが、支持ペグの胴６２’の滑り通過を可能にするものの頭部６４’の通過を阻止するような寸法に作られたくびれ６９’を、穴６６’は有する。ばね手段７０’は、ギャップ４４に含まれ、かつ最も好都合なことには、完全に圧縮されたときに軸受パッド及び／又はハウジング部分２４の面内に収容される皿ばね７２’の積重ね７１’を備える。理解されることであろうが、頭部６４’は、くびれ６９’の肩を押してばねの予負荷をもたらすようになり、さらに軸受パッドの変位と共に変位することができる。
【００４１】
図４を参照すると、ハウジング部分２４は、半径方向内側の端部で開いているが半径方向外側の端部で閉じるか栓をされている有底くぼみ６６”を画定する穴を含む。支持ペグ６０”は、軸受パッド３０ｉのくぼみ６８”に対してねじ係合６７”で固定されている胴６２”、及びハウジング部分２４のくぼみ６６”に対して滑動可能な頭部６４”を有する。ばね手段７０”は、軸受パッド３０ｉが変位したときに圧縮される皿ばね７２”の積重ね７１”として、頭部６４”とくぼみ６６”の閉じた端部の間に配置されている。
【００４２】
また、理解されるであろうが、止め手段４５は、軸受パッドの肩４６’i及び４６”i及び制限ボス５０iとは別の方法で、軸受パッドの周方向端部を含んだ縁端部に、例えば軸受パッドの軸方向に対向する側面に形成することができる。もしくは、止め手段は、さねはぎされた肩及び制限ボスを省き、ハウジング部分を通り抜けて軸受パッドの凸状表面の中にスライド可能に延びハウジング部分との当接で半径方向内側の変位が制限される頭部付きねじを介して、ハウジング部分に対して可動な軸受パッドを保持することができる。そのような制限は、ばね手段を有する図３の支持ペグ６０’及びくびれ６９’ 構造によって、又は、ばね手段無しで、減衰手段の調整を助けるように周方向及び／又は軸線方向にずらされた同様な支持ペグ（図示しない）によって実現することができる。
【００４３】
実施例は、乾燥動作の潤滑油含侵軸受層の材料に関して説明しまた図示したが、他の軸受材料を軸受パッド面に使用することができ、また、滑り軸受材料にもかかわらず、ジャーナル軸受装置２０は、一般的に９０で示す流体供給手段を含むことができる。この流体供給手段は、潤滑流体及び／又は冷却流体を、軸受パッドの本体内の導管９２を介してハウジングから各軸受パッドの軸受面３６iに供給するように動作することができる。
【００４４】
ジャーナル軸受装置２０が、制御された磁気懸架装置のためのバックアップ軸受を構成し、センサを含む磁気懸架装置が軸を支持することができないときに動作するようになる限り、英国特許公開公報ＧＢ−Ａ−２２６８９８３に記載されているやり方で、そのような出来ないことをバックアップ制御手段７（図８（ａ））で感知し使用することができる。また、流体供給手段９０は、点線の導管９２で示すように、少なくとも、軸が支承されつつある又は実際に支承されている軸受パッドに、又はこの軸受パッドを通して、好都合には気体である加圧流体の供給を接続しかつ維持して、凹状の軸受パッド面と軸の間に流体静力学（又は、空気静力学）軸受を形成する。そのような流体圧力の効果は軸受パッド及びそれの弾性取付けに抗して作用するが、不利な条件以外では軸受パッドが変位しないことを保証するように、加えられる予負荷を作ることができる。
【００４５】
理解されることであろうが、軸受パッド３０iと軸の間のギャップ４２iの厚さは、正常動作中小さいが、軸受パッドが負荷を支えているときよりも相当に大きい。しかし、特に、磁気軸受が、それの与える支持の度合いに関して信頼の低下を感知する場合、流体は、正常動作中に、低い速度で全ての軸受パッド又は選ばれた軸受パッドに供給されて冷却効果を実現し、及び／又は高速反応支持を実現することができる。漏れ及び／又は圧縮性（気体の場合）に対する耐性の結果としてそのような流れで生成される低圧力は、弾性的に取り付けられた軸受パッドを減衰させるための追加の調整パラメータを与えることができる。
【００４６】
磁気懸架用のバックアップ軸受に関係する上記の説明を考慮して、理解されることであろうが、少なくとも軸が負荷支持膜の中で回転しているとき、ギャップ４２iが小さくかつ軸受パッド３０iを介した流体の供給を永久に備える場合、そのような軸受装置は、代わりにまたそのような磁気懸架無しで、流体静力学形又は流体動力学形の主要軸支持軸受を形成することができる。回転軸を変位させるように作用する不平衡又は外力は、動作の大部分の態様で、軸と軸受面の間の減少するギャップの中の局部的な圧力の増加によって吸収される。しかし、力が特定の軸受パッドの予負荷よりも大きくなる場合、軸受パッドは、変位して軸に加えられる復元力に寄与することができ、その結果、軸と軸受パッドの間の流体膜の崩壊はない。
【００４７】
先の説明において、軸受パッドの曲率は、軸受の形と関連した動作及び、もしあれば、追加の潤滑油の性質に従って決定される。図１（ｂ）から理解されるであろうが、凹状面３６iに軸の曲率半径に等しい曲率半径を与えることで、軸が直接凹面に向かって変位する場合、最大の一致が示される。しかし、軸負荷が隣り合う軸受パッドで共有される場合、それだけ一致は小さくなる。また、正常動作のギャップ４２iは軸線のまわりで一様でない。他方の極端で、各軸受パッドの曲率の中心がハウジング及び正常位置の軸のそれと一致する場合、一様なギャップ４２があるが、変位した軸は特定の軸受パッドに完全には支承されない。したがって、これらの極端の間の曲率を指定することが最も実際的である。しかし、ギャップ４２は、実際には小さく、例えば０．５ｍｍ程度であるので、上述の妥協の曲率は有効な支持のために十分である。そのような考察は、流体潤滑された流体静力学又は流体動力学軸受ではあまり問題でなく、この場合には、正常動作でのギャップ４２全体にわたった軸と軸受面の間の関係が主要な問題である。
【００４８】
特に、半径方向に傾いて加えられる力に関して、皿ばねの環状の形がそのばねの動作を一様にするので、皿ばねは使用するのに便利であるが、入れ子形の積重ねに適している他の形のばねを使用することもできる。例えば、ばねは、半径方向に対して垂直な軸線のまわりに円筒形の湾曲を有し、湾曲軸線の方向で実質的に平らであることができる。また、ばねが軸受パッド及び／又はハウジング面に対して傾きを有する限り、ばねは、軸受パッドよりも円周方向に大きな全体的な広さを有することができる。
【００４９】
上述の第１の実施例及びその変形物において、各軸受パッドに対応したばね手段の部品は自己完結的であり、それによって、各軸受パッドは互いに独立して動くことができるだけでなく、それの動きの特性、すなわち予負荷、ばね剛性、及び摩擦減衰は、独立に、かつごく少数の部品交換でハウジング軸線まわりの位置に応じて、調整することができる。しかし、軸受パッドの弾性的な取付けは、軸をハウジング部分との同心から変位させる力を吸収し放散させるのに役立つが、そのような基本的に受動的な反応は、全ての動作環境にとって最良ではないかもしれない。
【００５０】
例えば、先に述べた磁気軸受５では、軸は、ハウジング部分と同心のそれの長手方向軸線まわりで回転するように意図され、かつバックアップ軸受を画定する軸受パッドからギャップだけ離れて配置されており、軸がハウジング軸線から変位した軸線のまわりで偏心して回転し始めた場合、すなわち、旋回し始めた場合、軸は、軸受パッドから軸受パッドへと回転するときに、１つの軸受パッドに近接したギャップを閉じ、周期的に衝突する傾向があり、各軸受パッドは、減衰弾性取付けにもかかわらず、全体的に見て関係のある表面又は軸に対する衝撃磨耗又は損傷を防ぐことができる時間中に、偏心回転の成長を防止することができないかもしれない。
【００５１】
図５（ａ）から図５（ｅ）を参照すると、図５（ａ）は、ジャーナル軸受装置１２０の第２の実施例の端部の図を示し、この軸受装置は、先に述べた別個に磁気的に懸架された軸１０に対してバックアップ軸受を形成する。上記の部品のいくつかは、先に述べたものと実質的な対応性を有し、一般的に、「１００」だけ数値を増した数を有する。
【００５２】
バックアップ軸受装置１２０は、長手方向軸線１２５を有し、かつ軸スペース１２６を囲む円筒形のハウジング部分１２４を備え、この軸スペースは、動作中、ハウジング軸線１２５と一致する軸線１２のまわりに回転自在な、別の軸受装置によって懸架された軸１０を含むように意図されている。
【００５３】
ハウジング部分１２４は、単一ボディであってもよいし、又は図示のように直径に沿った境界面１２９に沿って接合された上部及び下部半円部品すなわち外殻１２７及び１２８を備えてもよい。ハウジング部分１２４は、軸線１２５のまわりの円周方向に互いに離隔配置された６個の弓形軸受パッド１３０1〜１３０6の環で内側を内張りされる。
【００５４】
各弓形軸受パッド１３０iは（ここで、ｉ＝１〜６）、対応する形をしたハウジング面領域１３５iの上に横たわる実質的に円筒形で半径方向に凸状の外面１３４i、及び滑り軸受材料１３８iの層で画定された円筒形で半径方向に凹状の内面１３６iを有する鋼ボディ１３３iを備える。滑り軸受材料は、上述のような乾燥動作の潤滑油含浸燒結金属材料であってもよく、又は以下で述べるように流体潤滑油を加えることが必要とされるものであってもよい。
【００５５】
各軸受パッド１３０iは、１４０で示す取付け手段でハウジング部分１２４に対して取り付けられ、それによって、軸１０が所望の動作配置にあるように、すなわち軸線１２と１２５が一致するように、軸受パッドの配列は軸受面の軌跡で軸面１２６を画定し、軸面は、軸受パッド面１３６iから小さなギャップだけ半径方向に離れて配置され、さらに凸状表面１３４iはハウジング面から半径方向に離れている。
【００５６】
また、取付け手段１４０は、軸受パッドの半径方向内側への変位、すなわちハウジング面から離れる動きを制限するために、１４５で概ね示す軸受パッド止め手段を備える。図５（ａ）の下方の部分を断面正面図で拡大し部分的に示す図５（ｄ）及び図５（ｅ）で適切に理解されるように、各軸受けパッド１３０iは、その端部領域１３０’i及び１３０”iに、それぞれ軸受パッド端の肩１４６’i及び１４６”iを形成しており、各肩は、軸スペースに面し、かつ軸受面側がさねはぎされている表面１４７’i及び１４７”i、及び軸スペースとは反対側に面している他の面１４８’i及び１４８”iを有する。１４６”iのような各肩は、軸受パッド端部領域に近接したハウジング面から延び、かつ肩の上に横たわるように配置された頭部１５２iを有する軸受パッド止め、すなわち制限ボス１５０iと関連して、ハウジング面からの軸受パッドの変位を肩表面１４７”iとの当接で制限するが、肩の他の表面１４８”iとの当接で制限されるまで、ハウジング面の方向への軸受パッドの変位を可能にする。
【００５７】
各制限ボスは、ボスの頭部が少なくとも１つの隣り合う軸受パッドの少なくとも１つの端部の肩の上に横たわるように、隣り合う軸受パッドの間に配置される。最も実際的には、図示したように、制限ボスは、隣接する軸受パッドで共有される。すなわち、制限ボス１５０1は、軸受パッド１３０1と１３０2の間に配置され、制限ボス１５０2は、軸受パッド１３０2と１３０3の間に配置されるなどである。別の観点から見ると、軸受パッド１３０2は、一対の制限ボス１５０1及び１５０2と関連しており、これらのボスの頭部１５２1及び１５２2は、それぞれ肩１４６’2及び１４６”2の上に横たわる。
【００５８】
また、取付け手段１４０は、支持ペグ１６０iを各軸受パッド１３０iに対応して備え、この支持ペグは、ハウジング部分の貫通穴１６６iとねじ係合する頭部１６４iから実質的に半径方向に延びる胴１６２iを有する。軸受パッドの各々は、それの凸状面１３４iに、軸受パッドが旋回し滑動することができるようにする遊びをもって、突出する支持ペグの胴を収容するような寸法に作られた対応する数のくぼみ１６８iを有する。
【００５９】
また、取付け手段１４０は、軸受パッドとハウジング面の間に、ハウジング部分と軸スペースの円周方向に延びる板ばね１７２i（ここで、ｉ＝Ａ、Ｂ、Ｃ．．．）の形をした複数の個々にたわみ可能な弾性要素を備えるばね手段１７０を含む。各々の板ばねは、ハウジング軸線１２５に中心があるほぼ円筒形の湾曲、及びその他の板ばねとほぼ等しい固有の曲率半径を有し、それによって、ばねは、半径方向で、他方の中に一方を入れかつ一方を他方に支持させて、軸受パッドの懸架をもたらす積重ね１７１を形成することができる。板ばねは、ハウジング軸線方向でほぼ平らであり、軸受パッドの幅にほぼ等しい幅を有し、その結果、負荷伝達のために、板ばね間に相当な面積の対面接触があるようになる。
【００６０】
続けて軸受パッド１３０2を例にすると、積重ね１７１は、軸受パッド１３０2の１つの端部領域１３０’2に近接して終わりかつ肩１４６’2に回動可能に固定された第１のばね１７２A、軸受パッド１３０2の反対側の端部領域に近接して終わりかつ肩１４６”2に回動可能に固定された第２のばね１７２B、及び、支持ペグ１６０2特に胴１６２2でその中心を取り付けられた第３のばね１７２Cを備える。第３のばねは、胴１６２2に対して小さな遊びを有し、それによって、胴１６２2に沿った滑動に制限され、かつ変位の制限を画定するように胴１６２2の軸線に沿って位置決めすることができるナットの形のばね止め１７３2によってハウジング面からの変位に関して制限されている。第１及び第２のばねは、ハウジング部分及び互いに対しての変位に抵抗を示さないように、胴１６２2に対してより大きな遊びを有する。
【００６１】
板ばね１７２A及び１７２Bの各々は、軸受パッド１３０2の端部領域１３０’2、１３０”2に近接した終端１７２A2及び１７２B2に、端部領域よりも僅かに大きな軸線方向の幅、及び軸受パッドの肩の側面に立ちかつ軸受パッドの肩に固定されるように構成され軸線方向に離隔配置され半径方向に延びるフランジ１７６を有する。
【００６２】
機能的には、第３のばねは、主要なばねとして考えることができるが、一方で、軸受パッド１３０2に固定された第１及び第２のばねは、２次的なばねとして考えることができ、ここではそのようなものとして言及される。
【００６３】
この実施例では、軸受パッドと同じ数すなわち６つの板ばねがあり、板ばねはほぼ等しい長さである。図５（ａ）から明らかになるように、板ばねは、各々円周に沿って延びかつ３つの隣り合って円周方向に離隔配置された軸受パッドの支持を達成するように配列され、前記ばね１７２A、１７２B、及び１７２Cの各々は、隣接した積重ねのばねに対して円周方向にずれており、その結果、各前記軸受パッド、例えば１３０2に関して言えば、前記一方の端部領域１３０’2に固定された第１のばね１７２Aは、軸受パッド１３０2の前記反対側の端部領域１３０”2方向に円周方向に離隔配置された軸受パッド１３０3の第３のばね１７２Cを構成し、さらに、前記反対側の端部１３０”2に固定された第２のばね１７２Bは、軸受パッド１３０2の前記一方の端部１３０’2方向に円周方向に離隔配置された軸受パッド１３０1の第３のばね１７２Cを構成する。すなわち、概ね、各軸受パッド１３０iに関して、その軸受パッドに対応した第１及び第２のばねは、それぞれ、円周方向に離隔配置された両隣りの軸受パッドの第３のばねを構成する。
【００６４】
さらに、１３０2のような各前記軸受パッドに関して、対応した第３のばね１７２Cが、それの支持ペグから約±９０°の角度、すなわち１８０°の夾角で円周方向に延びる。正確な角度は、配列の軸受パッドの数及び円周方向の寸法、及びその下に各ばねが延びている軸受パッドの数によって決定されるが、好ましくは以下で述べる理由のために±（６０から１２０）°以内である。
【００６５】
制限ボスは、各々の支持ペグで取り付けられた第３の主要ばねを応力のかかった状態に維持するように配置されて、そのばねの端部は、制限ボスの頭部で端部が固定されている軸受パッド肩の当接によって離れて広がっている。すなわち、主要ばねは、肩を制限ボスに押し付け偏倚させ、全てのばねが同様に取り付けられ固定されている限り、各々の軸受パッドと当接する制限ボス頭部の間にほぼ一様な半径方向の偏倚力が働いている。
【００６６】
板ばねは、止め手段の制限ボスが配置されている隣接する軸受パッド間のギャップを横切って円周方向に延びるので、制限ボス１５０i各々は、各ばねの穴１７４を通り抜けている。ばねのたわみが弾性限界内に維持されることを保証するために、各前記板ばねは、前記穴の近傍に、軸スペースに対して円周方向及び半径方向に延びる部分を有する１つ又は複数のフランジを備えた強化手段１７４’を有する（図５（ｃ）に最もよく見られるように）。
【００６７】
また図５（ｅ）を参照すると、各制限ボス１５０iは、それの頭部にカム面を形成し、対応した軸受パッド端部の肩が協働可能なカム従動部を形成し、それによって、肩は制限ボスとの当接で軸スペースに対して半径方向及び円周方向に動くことができるようになり、さらに軸受パッドは、軸受パッドの両端部での肩の同様な又は異なる動きに応じて動くことができるようになる。
【００６８】
各前記制限ボス１５０iは、隣接する軸受パッドの方に開き、かつ前記軸受パッド端部の肩１４６”iを収容する寸法に作られたくぼみ１７５で画定される頭部１５２iを有する。前記くぼみは、円周方向及び半径方向に直交して延びる軸線１７７のまわりに作られかつカム面を画定する壁１７６を有する。また、軸受パッド端部の肩の表面１４７”i及び他の表面１４８”iは、各々、円周方向及び半径方向に直交して延びている軸線１７８’及び１７８”それぞれのまわりに作られ、カム面１７６との当接で、カム面１７６に対して平行移動及び回転を可能にするように構成された凸状カム従動部として形成されている。表面１４７”i及び他の表面１４８”iは隣接するのが好都合であるが必須ではなく、また、一致した軸線１７８’及び１７８”は、共通の軸線１７８のまわりに、軸受パッドのほぼ半円筒形の端部領域を画定する。
【００６９】
そのようなカム及びカム従動部の曲率を平行な軸線のまわりに画定することで、高い負荷耐性を有するだけでなく、許容できるかもしれないレベルより高い摩擦レベルも有する線接触がもたらされ、そして、望むならば、カム従動部及びカム面の少なくとも１つは、円周方向及び半径方向の少なくとも１つの方向に延びる１７９’、１７９”、又は１７９”’のような軸線のまわりにも作られ、いっそう多くの点接触をもたらすことができる。
【００７０】
正常動作の模式的簡略図である図６を参照すると、ばねは、肩表面１４７’及び１４７”をカム面１７６に対して付勢している。
【００７１】
回転軸線がある方向にハウジング軸線から変位させられることによって、別の（磁気）軸懸架装置が、回転軸とある軸受面の間のギャップを維持することができない場合、軸は、例示の軸受パッド１３０2のような軸受パッドに支えられてもよい。軸によって加えられる負荷によるが、制限ボスの頭部１５２1及び１５２2に軸受パッド１３０2を保持している様々なばね偏倚力は打ち負かされ、軸受パッドの肩の面１４７’i及び１４７”iは制限ボスに対して半径方向に変位する。この変位は、少なくとも、軸受パッド端部の肩の面１４８’i及び１４８”iがカム面１７６に接するようなレベルに負荷が達するまで（破線で示すように）、ばね積重ねによって抵抗される。そのような変位によって、対応した主要及び２次的ばね１７２A、１７２B及び１７２Cは、両方ともたわみ、滑って互に位置を調整し合う。したがって、軸の負荷は、軸面と軸受パッドの間の衝撃で生じる損傷を防止する弾性で支えられる。
【００７２】
理解されることであろうが、ばね手段のたわみは、エネルギーの蓄積を含み、このエネルギーは、負荷が減らされたとき、軸に戻される。バックアップ軸受の軸受パッドとの接触が生じたとき、軸が正常に回転しているので、エネルギーが減衰されなければ、ばね手段からのエネルギーの戻りは問題になるかもしれない。
【００７３】
取付け手段１４０は、一般的に１８０で示されかつばね手段１７０によって少なくとも一部が画定される減衰手段を含み、この減衰手段は、軸スペース内での軸の偏心回転による軸受パッドの変位に応じ、ばね手段から軸へのエネルギーの戻りを減少させる。
【００７４】
このように、軸受パッド１３０2が、振動又は偏心回転する軸によって周期的に加えられる負荷を受ける場合、ばね手段１７０は、ばねから軸へのエネルギーの戻りを妨げるように減衰を実現し、積み重ねられたばねの接触する面が、たわみの間に、ばね面の上述の相対的な滑りによって摩擦減衰又はクーロン減衰をもたらす。また、もちろん、各主要ばねがいくつかの隣接軸受パッドの２次的なばねを構成する限り、理解されることであろうが、ばね間の相対的な動きによって引き起こされる摩擦減衰は、隣接軸受パッドのばねの間でも起きる。
【００７５】
しかし、取付け手段１４０は、ちょうど摩擦減衰又はクーロン減衰以上のものを与え、減衰手段１８０は、ばね手段内に、例示の軸受パッド１３０2と関連したばねの積重ねと、軸スペースのまわりに円周方向に軸受パッド１３０2から離れて配置された軸受パッド１３０1及び１３０3との間の結合を構成する。その結果、ハウジング面に向う方向の軸受パッド１３０2の変位によって、円周方向に離隔配置された軸受パッド１３０1及び１３０2の少なくとも一部分が、ハウジング面から離れ、軸スペース及びその中の回転軸の方へ変位させられる。
【００７６】
主要ばね１７２Cを有する軸受パッド１３０2についてこのばね結合を模式的に示す図７（ａ）から図７（ｃ）を参照すると、上で示したように、ばねの円周方向の長さ及び軸受パッドの円周方向の配置は、正常条件で、ばねの端部が、隣り合う軸受パッド１３０1及び１３０3の遠位の端部の肩１４６’1及び１４６”3に固定され、かつ制限ボス１５０6及び１５０3のカム面との肩１４６’1及び１４６”3の当接によって張力がかかった状態で保持されるようなものである。主要ばね１７２Cは、支持ペグから約９０°延びるので、その結果、軸受パッド１３０2が半径方向に変位した場合、主要ばねの中心領域も変位し、円周方向に離隔配置された軸受パッドの端部の肩に固定された各端部で、前記支持ペグの方向にほぼ作用し、かつ円周方向に離隔配置された軸受パッドの端部の肩のカム従動部を制限ボスのカム面に沿って滑らせるように動作可能な偏倚力の成分を生成する。その結果、円周方向に離隔配置された軸受パッドの軸受パッド１３０2から近位の端部は、カム面に従って変位して軸スペースから離れるようになり、円周方向に離隔配置された軸受パッドの軸受パッド１３０2から遠位の端部はカム面に従って軸スペースの方へ変位して、その軸受パッドの軸受面の一部が傾き軸の方へ変位するようになる。そのような円周方向に離隔した変位は、偏心回転軸に対するギャップを埋めるように配置され、結果として、軸受パッドが、軸がパッド１３０2に負荷を加えている場所から円周方向に離隔した軸面に支持されるようになり、すなわち、軸受パッド１３０2に加えられている負荷から約９０°ずれた、回転偏心の成長をより適切に低下させることができる力を軸に加えるようになる。
【００７７】
最適減衰は、直角位相で位相が進んでいるそのような軸受負荷によって、すなわち、軸回転に関して、軸回転の方向に離隔している円周方向に離隔配置された軸受パッドによって達成されるが、また、前記軸受パッド１３０2と、軸回転に関して軸回転の方向に対して反対に離隔配置された同じく円周方向に離隔配置された軸受パッドとの間に、ばね手段内の結合があることは好都合である。これによって、対称性のために構造が簡単になるだけでなく、最適減衰が軸回転方向と無関係になる。
【００７８】
また、理解されることであろうが、直角位相進み減衰は望ましいが、有効な減衰は他の位相角で達成することができ、上述のように第３のばね（主要ばね）をその支持ペグから６０°から１２０°の範囲の角度で延ばすことで適切な減衰を達成することができる。例えば、軸受装置１２０と同様な軸受装置は、ハウジング部分まわりに配列されたそれぞれ約４５°で延びる８つの軸受パッドを有することができる。それぞれと関連した主要ばねは、３つの隣り合う軸受パッドの下に延びるか５つの隣り合う軸受パッドの下に延びるかによって、±６７．５°から±１１２．５°で延びることができる。また、奇数の軸受パッド、例えば５つの軸受パッドがあってもよい。そのとき、各主要ばねは、３つの隣り合う軸受パッドと関連するように±１０８°で延びることができる。このように、ある軸受パッドと一列に並んで中心に位置合せされたそのような主要ばねの各々は、非隣接軸受パッドの端部に固定されるように延びることができ、及び／又は各前記支持ペグは特定の軸受パッドと一列に並んだ状態以外であるが制限ボスのやり方で軸受パッド間に配置されることができる。したがって、主要ばね長のそのような変化は、使用される軸受パッドの数及び範囲に相当な許容範囲を与える。
【００７９】
ばね及びばね積重ねの配置がとる形の変形例を論じている間に、理解されることであろうが、円周方向に延びるばねの材料及び寸法の適切な選択によって、軸受装置全体の弾性及び摩擦減衰を変えることができる。この円周方向に延びるばねは、各々複数の軸受パッドと関連し、異なる動作のばねを使用してハウジング軸線のまわりで変えて軸の重量を支持するハウジング部分内の一番下の軸受パッドに最大負荷がかかるようにすることができ、又は、主要ばね及び２次ばねと共に積み重ねられ及び関連した軸受パッドを越えて円周方向に延びない追加のばねを使用して個々の軸受パッドで変えることができる。
【００８０】
理解されることであろうが、積重ねのばねの間の相対的な滑りによって摩擦減衰が達成されるとき、接触するばね表面全体の面積の関数である摩擦のレベルは、表面の数及び各表面の面積を選択することで制御することができる。バックアップ軸受が「乾燥動作」である限り、表面間の接触は、積重ね状態のばねが静止摩擦を示し、過剰な熱を発生し、又は互いに溶着さえもする危険があるようなものである場合には、ばね表面のいくつか又は全てに潤滑油又は低摩擦被膜を施すことができる。
【００８１】
バックアップ軸受装置２０及び１２０の各々は、正常動作のために、軸と軸受パッド面の間にギャップを必要とし、このギャップ内で、軸は、磁気懸架又は他の別の軸受懸架の制御帯域内で動き、かつ軸受パッドに接触しないことができる。別の磁気懸架が制御を維持している限り、設計は、バックアップの動作が早すぎないギャップの大きさと、偏心回転軸に非常に多くの平衡はずれエネルギーを得させることがないギャップの大きさの間で妥協しなければならない。
【００８２】
しかし、動作中にギャップを変え、かつ軸回転及び／又は別の（磁気）懸架の懸架効力を監視する手段を設けることで、別の懸架が稼動中に故障した場合、又はそれが与えている懸架の信頼のレベルが低下した場合でも、軸受パッドと軸の間のギャップは、軸が別に支持されえないこと、すなわち実際又は初期の磁気軸受故障の検出に応じて、無くされる程度に、信頼の無さに比例して有効に減らすことができる。
【００８３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照すると、図８（ａ）は、磁気制御器７によって電流が流される電磁電機子磁極の配列を備え、それらの磁極がエア・ギャップ８だけ軸から離れて取り囲む、軸を有する磁気回路を決定する一般的に知られている形の能動的に制御される電磁軸受５によって、磁気的に懸架された軸１０を示す。センサ９はエア・ギャップの変化を検出し、磁気制御器に信号を送ってコイル電流を一緒に又は相対的に変える。また、図は断面正面図で、磁気軸受にバックアップ軸受装置を形成するジャーナル軸受装置２２０の第３の実施例を示す。バックアップ軸受装置は、多くの部品を装置１２０と共用し、これらには同じ参照番号を与え、再び詳細に説明しない。上記の他の部品は、上述のものと実質的な対応を有し、一般に、先頭に「２」の付いた数字を有する。
【００８４】
バックアップ軸受は、軸の支持レベルを決定しかつ支持レベルの信頼に応じて軸受パッドと軸の間の動作ギャップを軸受パッド止め手段で変えるように動作することができるバックアップ制御手段２８２を含むことで主に特徴づけられる。軸受パッド止め手段は、動作ギャップの大きさを変えるようにハウジング面に対して変位可能である。
【００８５】
上述のように、軸受パッド止め手段は、１３０1及び１３０2のような隣り合う軸受パッドの間に、２５０1のような制限ボスを備え、この制限ボスは、隣り合う軸受パッドの端部領域にある肩に対応し、この肩との制限当接を達成するようにくぼんだ頭部１５２1を有する。軸受装置１２０では、同等の制限ボス１５０1はハウジング部分に固定されているのに対して、この実施例では、制限ボス２５０iは、円柱２５３iに取り付けられ、取付けブッシュ２５３’iの中で、半径方向の軸線に沿ってハウジング部分に対して平行移動可能である。
【００８６】
バックアップ制御手段２８２は、さらに、前記制限ボスの半径方向平行移動を同時に達成するために、前記制限ボスの円柱に結合された作動手段２８３を備える。この作動手段は、ハウジング部分まわりに円周方向に延び、かつ制限ボスの円柱の配列から軸線方向に変位しているがその配列に近接したリング手段２８４の形をとり、そして、各前記制限ボスの円柱とリング手段の間の機械的な結合手段２８５は、リング手段の円周方向回転を各前記制限ボスの半径方向の動きに変えるように動作することができる。リング手段は、制限ボスの円柱の配列をサンドイッチ状に挟む一対の実質的に平らな環状のリング２８４A、２８４Bを備え、そして、機械的な結合手段は、円周方向及び半径方向に対して傾いた溝に係合可能な一方から他方への軸線方向の突起部を備え、カム及びカム従動部対を形成し、それによって、円周方向のリングの変位が全制限ボスの半径方向の変位をもたらす。各制限ボスの円柱２５３に対して、軸線方向の突起部は、ハウジング軸線１２５に平行な軸線に沿って円柱２５３及び隣接するリング２８４A、２８４Bの各々の溝２８６A、２８６Bそれぞれを通って延びるボルト２８５’で形成される。理解されることであろうが、リング手段２８４は、個々の制限ボスとの前記機械的な結合によって、ハウジング部分に対して支持されている。
【００８７】
作動手段２８３は、さらに、リング手段のリングに接線方向に動作可能に結合されてハウジング部分に対して円周方向にリング手段の回転運動をもたらす相対的に往復運動可能なシリンダ付きピストン装置２８７、ならびに制御器回路２８８を備える。この制御器回路２８８は、磁気軸受エア・ギャップ・センサ９からの信号を受け取り、そして、エア・ギャップ変化とメモリ２８８’に格納された磁気軸受制御の欠乏の間の予めプログラムされるか、「学習」された関係との比較によって、シリンダ付きピストン装置２８７に作動信号を与えて、リング手段の回転をもたらし、さらに制限ボスを半径方向内側に駆動する。その結果、バックアップ軸受パッドは、軸面に接触するか、又は軸面が支持されるようになるために変位すべき距離を少なくとも減少させる。すなわち、磁気軸受が依然として機能しているが、それの信頼のレベルが下がった場合、故障する場合に備えて、バックアップ軸受パッドを軸面の方に動かすことができるが、それまでは軸に接触しない。しかし、多分に磁気制御器７から直接に、磁気軸受の故障が検出された場合、バックアップ軸受制御器は、直ちに軸に接触するように軸受パッドを変位することができる。
【００８８】
軸受パッドが軸に接触し、実質上、主要軸受を形成すべき場合、バックアップ制御手段によって提供される外部制御を使用する。外部制御は、２９０で示す、軸受パッドを通る導管を含む流体供給手段を有し、軸受パッドが動かされて軸に接触したとき潤滑油を供給することができる。外部信号からの軸位置検知と共に接触だけが起こったとき、軸受パッド材料は、乾燥潤滑される必要はなく、別供給潤滑油を必要とする適切な材料であるか、又は冷却液を必要とする非潤滑材料であることができる。
【００８９】
第１の実施例に関して先に述べたように、軸受パッドが軸から後退されて、ガスが冷却及び／又は摩擦及びばね減衰に加えてガス減衰を引き起こすのを許すとき、２９２のような導管を使用することができ、また、そのような導管及び冷却ガスは、具体的に図示しないが、同様なやり方で軸受装置１２０と共に使用することができる。
【００９０】
理解されることであろうが、シリンダ付きピストン装置２８７は、脈動力を供給して、減衰を強めるように周期的に軸接触を起こすことができ、さらに、制限ボスが外部から加わった力で平行移動可能である限り、また制限ボスは、それに抗して反応し、このために、シリンダ付きピストン装置の流体回路は、そのような変位と位相がずれた周囲位置にある他の軸受パッドによる制御をもたらす以外に、軸変位と調和したそのような反応の周期的な要素の追加の弾性及び／又は減衰をもたらすことができる。
【００９１】
また、理解されることであろうが、軸受パッドが主要軸受として軸に完全に接触するように変位したとき、バックアップ軸受が機能することができる限り、第２の実施例１２０の構造は、ギャップを省略して主要支持軸受として使用することができる。軸受パッドの弾性取付け及び円周方向の連結は、軸の回転偏心に応じて減衰を与えることができる。
【００９２】
軸受装置１２０及び２２０において、止め手段１４５は、引っ込んで取り付けられた軸受パッド間制限ボスの形をとり、その結果、軸受パッド端部の肩１４６’i及び１４６”iは、その制限ボスと当接して、ハウジング面から離れる変位とハウジング面の方への変位の両方の限界を、すなわち、それぞれ肩表面１４７’i、１４７”i及び他の肩１４８’i、１４８”iによって画定する。理解されることであろうが、軸受パッド各々が、たとえ緩くとも、ばね取付け栓１６０iに取り付けられる限り、そのような栓は、軸受パッド及び下に横たわるばね積重ねの多くの当接部として、ハウジング面の方への変位の制限をもたらすことができる。したがって、図９に模式的に示すように、制限ボス１５０’iは各々実施例２０のそれにいっそうよく似た形をとることができるが、そこで、各頭部１５２’iは、カム面１６７を実現するように先細りになっている。したがって、各軸受パッド１３０iは、ただ１つのカム従動部面１４７’i、１４７”iを有する肩領域１４６’i i、１４６”iを有することができる。
【００９３】
理解されることであろうが、実施例のいずれか１つだけに示した他の構造上の特徴は、適切である場合、その他の実施例で同等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】ハウジング内に磁気的に懸架された軸のための本発明に従った格納されたバックアップ・ジャーナル軸受装置の第１の実施例を示す図１（ａ）及び図１（ｂ）の断面正面図の合成であり、軸を囲み、かつ個々に弾性を有するばね要素の個々に関連した積重ねでハウジングに対して取り付けられた弓形軸受パッドの配列による軸受の構造、及びそれぞれ異なる動作状態を示している部品図を示す。
【図２（ａ）】図１（ａ）の線２ａ−２ａに沿った断面を示す断面正面図であり、バックアップ軸受パッドに対して正常動作配置にある軸を示す。
【図２（ｂ）】図１（ｂ）の線２ｂ−２ｂに沿った断面を示す断面正面図であり、バックアップ軸受パッドに対して負荷をかける配置にある軸を示す。
【図３】取付け手段の他の形の部分を示す断片的な断面正面図である。
【図４】取付け手段の他の形の部分を示す断片的な断面正面図である。
【図５（ａ）】ハウジング内に磁気的に懸架された軸のための本発明に従った格納されたバックアップ・ジャーナル軸受装置の第２の実施例を示す端部図であり、軸を囲み、かつ軸受パッド間の制限ボスでハウジングに対して取り付けられた６個の弓形軸受パッドの配列、及び複数の円周方向に離隔配列された軸受パッドの支持に寄与するように円周方向に延びかつ相対的にずれているばね要素を有する個々に弾性を有するばね要素の積重ねを示す。
【図５（ｂ）】図５（ａ）の線５ｂ−５ｂに沿った断面を示す断面正面図である。
【図５（ｃ）】図５（ｂ）の線５ｃ−５ｃに沿った面を示す平面図である。
【図５（ｄ）】図５（ａ）の装置を示す部分断面正面図の拡大図であり、軸受パッド端部の肩と軸受パッド間の止め手段の制限ボスの間の関係を示す。
【図５（ｅ）】軸受パッド端部の肩と制限ボスの間の関係を示す模式的な透視図である。
【図６】図５（ａ）の軸受装置の部分を示す模式図であり、半径方向に加えられた負荷に応じた動作を示す。
【図７（ａ）】図５（ａ）の軸受装置の部分を示す模式図であり、直角位相減衰を示す。
【図７（ｂ）】図５（ａ）の軸受装置の部分を示す模式図であり、直角位相減衰を示す。
【図７（ｃ）】図５（ａ）の軸受装置の部分を示す模式図であり、直角位相減衰を示す。
【図８（ａ）】本発明に従った格納されたバックアップ軸受装置の第３の実施例及び関連した磁気軸受を示す端部図であり、第２の実施例と同様であるが、この実施例では、制限ボスが、軸受パッドの半径方向の位置を変えるように変位可能であり、かつ磁気軸受の故障に応じて軸受パッドを軸との軸受接触の方に向けて変位させることができる。
【図８（ｂ）】線８ｂ−８ｂに沿って、図８（ａ）の軸受装置を示す断面正面図である。
【図９】図５（ａ）の軸受装置の部分の修正を示す模式図であり、軸受パッドの肩及び制限ボスの他の構造、及び半径方向及び円周方向に加えられた負荷に応じた動作を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５（ｄ）】
0004121947.tif 000010
【図５（ｅ）】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
0004121947.tif 000014
【図７ｃ】
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【図８（ａ）】
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【図８ｂ】
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【図９】
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