(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延在し等間隔に配置された複数個の略Ｔ字形リテーナと隣接する略Ｔ字形リテーナの間の同じ複数個のローブとを有する内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと；
前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと；
前記ブッシュの前記内部孔内の隣接する略Ｔ字形リテーナの間に夫々配置された複数個のコンプライアント箔と；
隣接する略Ｔ字形リテーナの間の前記コンプライアント箔の下に夫々配置された複数個のホイルアンダースプリングと
を含むことを特徴とするコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項２】
前記内部孔が円筒状であり、前記コンプライアント箔の各々と、前記コンプライアント箔の各々の下の前記ホイルアンダースプリングの各々とによって、隣接する略Ｔ字形リテーナの間に収束ウェッジが形成されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項３】
前記内部孔が非円筒状であり、変形輪郭ローブが隣接する略Ｔ字形リテーナの間に形成され、前記コンプライアント箔の各々及び前記ホイルアンダースプリングの各々が、前記変形輪郭ローブの形状に略一致して収束ウェッジを形成することを特徴とする請求項１に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項４】
軸方向に延在し等間隔に配置された複数個のリテーナと隣接するリテーナの間の同じ複数個の円弧形セグメントとを有する内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと；
前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと；
前記ブッシュの前記内部孔内の、隣接するリテーナの間の円弧セグメント内に夫々配置された複数個のコンプライアント箔と；
隣接するリテーナの間の円弧形セグメント内の前記コンプライアント箔の各々の下に夫々配置され、前記ホイルアンダースプリングの半径方向高さがその前縁部からその後縁部に向かうにつれて増大し、前記シャフトに面する前記コンプライアント箔の表面上に収束ウェッジを形成するように構成された、複数個のホイルアンダースプリングと
を含むことを特徴とするコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項５】
前記リテーナが略Ｔ字形であることを特徴とする請求項４に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項６】
前記略Ｔ字形リテーナが対称形であることを特徴とする請求項５に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項７】
前記略Ｔ字形リテーナが非対称形であることを特徴とする請求項５に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項８】
前記略Ｔ字状非対称形リテーナが前縁部と後縁部をもつ横材を有し、前縁部が後縁部より厚いことを特徴とする請求項７に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項９】
前記ホイルアンダースプリングの放射方向の剛性がその前縁部からその後縁部に向かうにつれて増大することを特徴とする請求項４に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１０】
軸方向に延在し等間隔に配置された複数個のリテーナと隣接するリテーナの間の同じ複数個の変形輪郭ローブとを有する非円筒状内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと；
前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと；
前記ブッシュの前記内部孔内の隣接するリテーナの間の変形輪郭ローブに夫々配置された複数個のコンプライアント箔と；
隣接するリテーナの間の変形輪郭ローブ内で前記コンプライアント箔の各々の下に夫々配置され、隣接するリテーナの間のローブの変形輪郭部が前記シャフトに面する前記コンプライアント箔の表面上に収束ウェッジを形成するように構成された、複数個のホイルアンダースプリングと
を含むことを特徴とするコンンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１１】
前記リテーナが略Ｔ字形であることを特徴とする請求項１０に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１２】
前記略Ｔ字形リテーナが対称形であることを特徴とする請求項１１に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１３】
前記略Ｔ字形リテーナが非対称形であることを特徴とする請求項１１に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１４】
前記略Ｔ字状非対称形リテーナが前縁部と後縁部をもつ横材を有し、前縁部が後縁部より厚いことを特徴とする請求項１３に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１５】
前記軸受が流体動力学的軸受であることを特徴とする請求項１０に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１６】
前記軸受が流体静力学的軸受であることを特徴とする請求項１０に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１７】
前記略Ｔ字形リテーナが、前記ブッシュの前記内部孔に冷却流を供給するための放射状開口部を有することを特徴とする請求項１１に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１８】
前記ブッシュの前記内部孔内に冷却流を軸方向に供給するための手段をさらに備えた請求項１０に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【請求項１９】
前記内部孔は軸方向長さを有し、前記リテーナは前記内部孔の軸方向長さに延在していることを特徴とする請求項１又は４又は１０に記載のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプライアント箔流体膜軸受に関し、特に、改良されたマルチセグメント型コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受は、現在、各種の高速ロ−タに利用されている。これらの軸受は、一般に、ブッシュと、このブッシュ内で回転することのできるロータやシャフトなどの回転体と、ブッシュ内に搭載され回転体を囲んでいる非回転コンプライアント流体箔部材と、ブッシュ内に非回転コンプライアント流体箔部材の下に搭載された非回転コンプライアントばね箔部材から成る。回転体とブッシュとの間の空間は、箔を取り巻く流体（通常は空気）で満たされている。従来、コンプライアント流体箔部材は、複数個の個々のコンプライアント箔に分割され、ロータの回転方向において厚みが収束する複数個のウェッジ形チャネルを形成している。
【０００３】
回転体の運動は、収束ウェッジ形チャネル内の流体に粘性抵抗力を加える。これは、流体圧、特にウェッジ形チャネルの後端部付近の流体圧を増加させる結果となる。回転体が非回転体に向かって移動すると、ウェッジ形チャネルの収束角度が増加し、そのチャネルに沿った流体圧上昇が増加する。反対に、回転体が離れていくと、ウェッジ形チャネルに沿った流体圧上昇は減少する。このように、ウェッジ形チャネル内の流体により、走行クリアランスに伴って変化して走行クリアランスを安定させ、軸受の回転体と非回転体との接触を防ぐ復帰力が回転体に与えられる。箔の屈曲と摺動により、軸受の回転体の軸方向運動や転倒運動のクーロン減衰が起こる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
予荷重ばね力や重力により、軸受の回転体は、通常、低い回転速度においては、軸受の流体箔部材と物理的に接触している。この物理的接触は、軸受の摩耗を引き起こす。ウェッジ形チャネル内で発生する流体動力学的力によって回転体と非回転体との間の走行ギャップが保証されるのは、ロータ速度がリフトオフ／タッチダウン速度と呼ばれる速度を越える時のみである。
【０００５】
通常、コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受は、箔の位置／重なり（nesting ）を制御し、箔の動的安定性を確立するために、相対的に移動可能な回転体に抗して流体箔に予荷重をかけるための補助ばねに頼っている。軸受の起動トルク（理想的にはゼロであるべき）は、このような予荷重力に正比例する。このような予荷重力はまた、ロータ速度をかなり増加させ、ウェッジ形チャネル内の流体動力学的効果が強くなって軸受の回転体を持ち上げ、軸受の非回転体との物理的接触から外してしまう。このような予荷重力並びに高いリフトオフ／タッチダウン速度により、ロータが起動或いは停止するたびに、かなりの軸受摩耗が生じる。
【０００６】
従来のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受は、極めて小さな走行クリアランスをもって作動し、抵抗及びパワー消費は低くなく中程度である。非回転流体箔の収束チャネル斜路の終端と回転体との間のクリアランスは、通常、作動状態で１００マイクロインチよりも小さい。
【０００７】
従来のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受の多くは、複数個の個別のコンプライアント箔と個別のばね箔を、円筒形の孔を設けたブッシュとともに用いているが、単一のコンプライアント箔と単一のばね箔をカム形又はローブ状のブッシュと共に用いることが提案されている例もある。この型のラジアル軸受の一例は、ロバート  ダブリュ．ボスレイに対して１９９５年６月２７日に付与された「コンプライアント箔流体動力学的流体膜ラジアル軸受」と題する米国特許第５，４２７，４５５号（United States Patent No. 5,427,455 issued June 27, 1995 to Robert W. Bosley, entitled "Compliant Foil Hydrodynamic Fluid Film Radial Bearing" ）に記載されている。
【０００８】
本発明の課題は、製造において有利なコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受は、ブッシュと、シャフト又はロータと、複数個のコンプライアント箔と、同じ複数個のホイルアンダースプリングとを含む。前記ブッシュは、等間隔に配置されるとともに軸方向に延在する複数個の抗回転リテーナを有する、筒状又は変形輪郭にされた内部孔をもつ。これらの略Ｔ字形リテーナは、ブッシュの内部孔を同じ複数個のローブに分割し、各ローブ内には隣接する略Ｔ字形リテーナの間にコンプライアント箔とホイルアンダースプリングが配置される。
【００１０】
本発明によれば、軸方向に延在し等間隔に配置された複数個の略Ｔ字形リテーナと隣接する略Ｔ字形リテーナの間の同じ複数個のローブとを有する内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと、前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと、前記ブッシュの前記内部孔内の隣接する略Ｔ字形リテーナの間に夫々配置された複数個のコンプライアント箔と、隣接する略Ｔ字形リテーナの間の前記コンプライアント箔の下に夫々配置された複数個のホイルアンダースプリングとを含むことを特徴とするコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受が得られる。
【００１１】
また本発明によれば、軸方向に延在し等間隔に配置された複数個のリテーナと隣接するリテーナの間の同じ複数個の円弧形セグメントとを有する内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと、前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと、前記ブッシュの前記内部孔内の、隣接するリテーナの間の円弧セグメント内に夫々配置された複数個のコンプライアント箔と、隣接するリテーナの間の円弧形セグメント内の前記コンプライアント箔の各々の下に夫々配置され、前記ホイルアンダースプリングの半径方向高さがその前縁部からその後縁部に向かうにつれて増大し、前記シャフトに面する前記コンプライアント箔の表面上に収束ウェッジを形成するように構成された、複数個のホイルアンダースプリングとを含むことを特徴とするコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受が得られる。
【００１２】
また本発明によれば、軸方向に延在し等間隔に配置された複数個のリテーナと隣接するリテーナの間の同じ複数個の変形輪郭ローブとを有する非円筒状内部孔をもつブッシュであり、前記リテーナが前記内部孔の一部として一体に形成されているものと、前記ブッシュの前記内部孔内に回転可能に支持されたシャフトと、前記ブッシュの前記内部孔内の隣接するリテーナの間の変形輪郭ローブに夫々配置された複数個のコンプライアント箔と、隣接するリテーナの間の変形輪郭ローブ内で前記コンプライアント箔の各々の下に夫々配置され、隣接するリテーナの間のローブの変形輪郭部が前記シャフトに面する前記コンプライアント箔の表面上に収束ウェッジを形成するように構成された、複数個のホイルアンダースプリングとを含むことを特徴とするコンンプライアント箔流体膜ラジアル軸受が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図３に、コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受１０が図示されている。このコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受１０はマルチセグメント型ラジアル軸受であり、主に、ブッシュ１２と、シャフト又はロータ１４と、複数個のコンプライアント箔１６（ここでは３個）と、同じ複数個のホイルアンダースプリング（foil undersprings ）１８とを含む。
【００１５】
ブッシュ１２の内部孔２０は、複数個の抗回転装置すなわちリテーナ２２（ここでは３個の略Ｔ字形リテーナ）を含み、これらのリテーナ２２は等間隔に配置され、内部孔２０の軸方向長さに延在している。これらのリテーナ２２は、ブッシュ１２の内部孔２０を同じ複数個のローブ（lobes ）２４に分割する。コンプライアント箔１６及びホイルアンダースプリング１８は、隣接する略Ｔ字形リテーナ２２の間の各ローブ２４内に配置されている。
【００１６】
シャフト又はロータ１４は円筒状であるが、ブッシュ１２の内部孔２０は円筒状であってもそうでなくてもよい。内部孔２０が円筒状ではない場合、略Ｔ字形リテーナ２２は、内部孔２０を複数個の形作られた又は変形輪郭（contoured ）のローブ２４に分割する。
【００１７】
一方、ブッシュ１２´の内部孔２０´が円筒状の場合、略Ｔ字形リテーナは、内部孔２０´を複数個の等間隔に配置された円弧形円筒セグメントに分割し、図４に概略的に示されるように、収束ウェッジが、コンプライアント箔１６´及び／又はホイルアンダースプリング１８´を介して形成される。ホイルアンダースプリング１８´の高さは、コンプライアント箔１６´の前縁部からコンプライアント箔１６´の後縁部に向かうにつれて増加し、収束ウェッジを形成する。あるいは、ホイルアンダースプリングの剛性を、前縁部から後縁部に向かうにつれて変化させることで同様の結果をもたらすこともできるし、異なる高さのシムをホイルアンダースプリングの下に配置することもできる。
【００１８】
略Ｔ字形リテーナ２２は、対称形でもよく、輪郭ローブ２４の前縁部及び後縁部に合わせてもよい。非対称形Ｔ字形リテーナ２２は、幾何学中心から異なる半径で箔１６を保持し、箔の前縁部は、後縁部より大きな幾何学半径で保持されている。
【００１９】
略Ｔ字形リテーナ２２は、ブッシュ１２の変形輪郭内部孔２０の一部として形成され、そのベース２６は、内部孔２０から内側に半径方向に延在している。略Ｔ字形リテーナ２２の横材は、前縁部３０及び後縁部２８を有し、図２に最もよく示されるように、前縁部３０は後縁部２８より厚みすなわち幅が大きい。横材の内径は、前縁部３０と後縁部２８ともに同一であることから、略Ｔ字形リテーナ２２のより厚い前縁部３０の下にある変形輪郭ローブ２４の後縁部には、より大きな直径すなわち深さが与えられる。
【００２０】
ローブ２４の変形輪郭表面は、定められた輪郭の１つ又は一連の半径から導き出すことができる。例えば、３つの箔セグメントの場合、コンプライアント箔１６とホイルアンダースプリング１８が載置されるローブ２４の変形輪郭部は、特定の数の倍数又は分数とすることができる。また、好適な変形輪郭部を、特定の長さの辺を有する正三角形の頂点を取り、これらの頂点から交差する円を形成して、変形輪郭表面をつくり、これを機械加工、研磨、放電加工（ＥＤＭ´ｅｄ）、ブローチ加工して形成することができる。
【００２１】
コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受１０は、ここでは、３つのコンプライアント箔セグメント１６と３つのホイルアンダースプリング１８をもつものとして示されているが、より多くのコンプライアント箔セグメント１６及びホイルアンダースプリング１８を用いることもできる。例えば、５つ以上のセグメントも、コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受１０にとって同様に好適である。
【００２２】
コンプライアント箔１６及びホイルアンダースプリング１８は、隣接するＴ字形リテーナ２２の間にはめ込まれ保持される。コンプライアント箔１６は、通常、図３に示されるように、予め成形された弓形を有する。ホイルアンダースプリング１８は、予め成形された半径を有するか又は単に長方形のシートである。どちらの場合でも、コンプライアント箔１６及びホイルアンダースプリング１８は、別々に又はいっしょに、ブッシュ１２の内部孔２０の、隣接するＴ字形リテーナ２２の間に軸方向に挿入される。また、ホイルアンダースプリング１８は、波状ばね形のものとして示されているが、米国特許第５，４２７，４５５号に記載されたばねを含む従来の軸受アンダースプリングのどれかを用いても差支えない。アンダースプリング１８は、ばね率を変化させるか、又は図４に示されるように、前縁部から後縁部へ向かうにつれて高さをテーパ状にしてもよい。
【００２３】
隣接するＴ字形リテーナ２２の間に嵌め込まれると、コンプライアント箔１６は、隣接するＴ字形リテーナ２２の間で圧縮されて予荷重がかけられる。しかしながら、場合によっては、コンプライアント箔１６は、予荷重をかけずに隣接するＴ字形リテーナ２２の間の位置に単に保持されるだけでもよい。ホイルアンダースプリング１８は、しかしながら、隣接するＴ字形リテーナ２２の間で圧縮されて予荷重がかけられるのが普通である。ホイルアンダースプリング１８が、コンプライアント箔１６の変形輪郭形状に寄与することもある。たいていの場合、コンプライアント箔１６及びホイルアンダースプリング１８は、分離されており、互いに摺動することが可能である。しかしながら、コンプライアント箔１６とホイルアンダースプリング１８を組み合わせて一体構造としてもよい。
【００２４】
Ｔ字形リテーナ横材の前縁部３０の厚みがより大きいことにより、コンプライアント箔１６の後縁部における奥行きがより大きくなり、収束ウェッジの後縁部からコンプライアント箔１６を引き離す手段として機能する。Ｔ字形リテーナ２２の後縁部２８は厚みが小さいため、箔の前縁部がシャフトのより近くに存在することが可能となり、流体膜ウェッジの開発を容易にしている。
【００２５】
また、コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受１０は流体動力学的に機能することが可能であるが、圧力流体の外部供給源を設けることにより、流体静力学的態様を実現することも可能である。外部の圧力流体は、ブッシュの端部において軸方向に導入するか、又はブッシュ１２の放射状孔４０からＴ字形リテーナ２２を通り且つそれに軸方向に沿って導入される。流体静力学的態様では、冷却流体をブッシュ１２の内部孔２０に供給することにより、特にガスタービンへの応用において軸受寿命を延ばすことになる。流体静力学的動作はまた、軸受の耐荷重力を増大する。
【００２６】
本発明のラジアル軸受１０は、大量生産によるオートメーション化が可能であり、構成部品は容易に手作業で組み立てることもできる。コンプライアント箔１６は、スタンピング加工やファインブランキング加工（fine blanked）を施すことができ、スポット溶接や化学エッチングの必要はない。Ｔ字形リテーナ２２におけるコンプライアント箔１６とシャフト１４との間の大きなクリアランスにより、シャフト１４及びコンプライアント箔１６の冷却を良好にすることが可能となる。設計では、多様な種類のアンダースプリングを用いることができ、Ｔ字形リテーナ２２は、シャフトと、箔と、スプリングの相互作用に関して、設計上のフレキシビリティがより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受の端面図である。
【図２】図１のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受の一部を示す拡大断面図である。
【図３】図１及び図２のコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受の分解斜視図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に係るコンプライアント箔流体膜ラジアル軸受の一部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０      コンプライアント箔流体膜ラジアル軸受
１２      ブッシュ
１４      シャフト又はロータ
１６      コンプライアント箔
１８      ホイルアンダースプリング
２０      内部孔
２２      Ｔ字形リテーナ
２４      変形輪郭ローブ
２６      ベース
２８      後縁部
３０      前縁部
４０      放射状孔
【図１】
0004271757.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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