JP2002286030A - 双方向テーパ状スラストローラベアリング、および双方向テーパ状スラストローラベアリングを備えたガスタービンエンジン - Google Patents
双方向テーパ状スラストローラベアリング、および双方向テーパ状スラストローラベアリングを備えたガスタービンエンジンInfo
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- F16C2360/23—Gas turbine engines
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ベアリングのローラ部材と軌道輪との間の接触
荷重を低減する。 【解決手段】 双方向テーパ状ローラベアリング１００
は、ローラ部材１３０の小さな直径の端部に隣接しかつ
これに対向したスラスト面Ｃと、ローラ部材１３０の大
きな直径の端面に隣接しかつこれに対向したスラスト面
Ｂと、ローラ部材１３０の大きな直径の端面に隣接しか
つこれに対向したスラスト面Ａと、を有する。一次スラ
スト荷重が生じる運転状態で、スラスト面Ｃとローラ部
材１３０の小さな直径の端面との間のギャップ、および
スラスト面Ａとローラ部材１３０の大きな直径の端面と
の間のギャップが生じると同時に、スラスト面Ｂとロー
ラ部材１３０の大きな直径の端面とが接触する。
荷重を低減する。 【解決手段】 双方向テーパ状ローラベアリング１００
は、ローラ部材１３０の小さな直径の端部に隣接しかつ
これに対向したスラスト面Ｃと、ローラ部材１３０の大
きな直径の端面に隣接しかつこれに対向したスラスト面
Ｂと、ローラ部材１３０の大きな直径の端面に隣接しか
つこれに対向したスラスト面Ａと、を有する。一次スラ
スト荷重が生じる運転状態で、スラスト面Ｃとローラ部
材１３０の小さな直径の端面との間のギャップ、および
スラスト面Ａとローラ部材１３０の大きな直径の端面と
の間のギャップが生じると同時に、スラスト面Ｂとロー
ラ部材１３０の大きな直径の端面とが接触する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、両方の軸方向への
スラスト荷重に対処する能力を有するテーパ状ベアリン
グに関する。
スラスト荷重に対処する能力を有するテーパ状ベアリン
グに関する。
【０００２】
【従来の技術】両方の軸方向へのスラスト荷重に対処す
るためのローラベアリングは、当該技術分野で周知であ
り、ある場合には、双方向テーパ状スラストローラベア
リングと称される。このようなベアリングの１つの用途
は、ガスタービンエンジンのメインシャフト用のベアリ
ングとしての利用である。ガスタービンエンジンの主要
なつまり「一次」スラスト荷重は、前方および後方のい
ずれか一方に向かうが、ある状況では、一次スラスト荷
重とは反対つまり逆の方向に向かう重要な（しかし著し
く小さい）「二次」スラスト荷重をベアリングによって
吸収しなければならない。（以下、一次スラスト荷重の
反対方向のスラスト荷重を「逆」スラスト荷重と称す
る）。双方向テーパ状スラストローラベアリングは、こ
のような一次スラスト荷重および二次スラスト荷重に対
処する能力を有するものであり、これによって、高価で
かつエネルギーを消費するスラスト均衡機構を不要とで
き、あるいは、逆スラスト荷重に適合させるための第２
のつまり小さいスラストベアリングの必要が無くなる。
るためのローラベアリングは、当該技術分野で周知であ
り、ある場合には、双方向テーパ状スラストローラベア
リングと称される。このようなベアリングの１つの用途
は、ガスタービンエンジンのメインシャフト用のベアリ
ングとしての利用である。ガスタービンエンジンの主要
なつまり「一次」スラスト荷重は、前方および後方のい
ずれか一方に向かうが、ある状況では、一次スラスト荷
重とは反対つまり逆の方向に向かう重要な（しかし著し
く小さい）「二次」スラスト荷重をベアリングによって
吸収しなければならない。（以下、一次スラスト荷重の
反対方向のスラスト荷重を「逆」スラスト荷重と称す
る）。双方向テーパ状スラストローラベアリングは、こ
のような一次スラスト荷重および二次スラスト荷重に対
処する能力を有するものであり、これによって、高価で
かつエネルギーを消費するスラスト均衡機構を不要とで
き、あるいは、逆スラスト荷重に適合させるための第２
のつまり小さいスラストベアリングの必要が無くなる。
【０００３】このような１つの双方向スラストローラベ
アリングは、Ｇ．Ｐ．フォックスおよびＪ．Ｒ．ディエ
トリックの「単一列テーパ状ローラベアリング」という
名称の米国特許第５，７２５，６１２号に図示および記
載されている。その基本的構成においては、双方向テー
パ状スラストローラベアリングは、環状のテーパ状内側
軌道輪をそのコーン上に備え、環状のテーパ状外側軌道
輪をそのカップ上に備えており、テーパ状ローラ部材
が、これらの間のスペースに円周方向に配置されてお
り、これによって、ローラ部材のテーパ状面と内側軌道
輪との間およびローラ部材のテーパ状面と外側軌道輪と
の間に転がり接触が生じるようになっている。外側軌道
輪の大きな直径の端部において、カップリブ面が、径方
向内側に延びて、ローラ部材の大きな直径の端部に隣接
しており、内側軌道輪の小さい直径の端部において、コ
ーンリブ面が、径方向外側に延びて、ローラ部材の小さ
い直径の端部に隣接している。一次スラスト荷重が生じ
る運転状態では、ローラ部材の大きな直径の端部がカッ
プリブ面に押し付けられるが、一次スラスト荷重の大部
分は、ローラ部材のテーパ状転がり面と軌道輪との間の
線接触を介して、コーンからローラ部材を通ってカップ
へと伝わる。このことは、一次スラスト荷重下ではロー
ラ部材が軌道輪間で「くさび作用を生じる（wedged）」
ことに起因する。
アリングは、Ｇ．Ｐ．フォックスおよびＪ．Ｒ．ディエ
トリックの「単一列テーパ状ローラベアリング」という
名称の米国特許第５，７２５，６１２号に図示および記
載されている。その基本的構成においては、双方向テー
パ状スラストローラベアリングは、環状のテーパ状内側
軌道輪をそのコーン上に備え、環状のテーパ状外側軌道
輪をそのカップ上に備えており、テーパ状ローラ部材
が、これらの間のスペースに円周方向に配置されてお
り、これによって、ローラ部材のテーパ状面と内側軌道
輪との間およびローラ部材のテーパ状面と外側軌道輪と
の間に転がり接触が生じるようになっている。外側軌道
輪の大きな直径の端部において、カップリブ面が、径方
向内側に延びて、ローラ部材の大きな直径の端部に隣接
しており、内側軌道輪の小さい直径の端部において、コ
ーンリブ面が、径方向外側に延びて、ローラ部材の小さ
い直径の端部に隣接している。一次スラスト荷重が生じ
る運転状態では、ローラ部材の大きな直径の端部がカッ
プリブ面に押し付けられるが、一次スラスト荷重の大部
分は、ローラ部材のテーパ状転がり面と軌道輪との間の
線接触を介して、コーンからローラ部材を通ってカップ
へと伝わる。このことは、一次スラスト荷重下ではロー
ラ部材が軌道輪間で「くさび作用を生じる（wedged）」
ことに起因する。
【０００４】一方、逆スラスト荷重が加わる状態では、
実質的に、ローラ部材が軌道輪と接触しなくなる。コー
ンリブ面がローラ部材の小さい直径の端部に押し付けら
れ、カップリブ面がローラ部材の大きな直径の端部に押
し付けられ、これによって、逆スラスト荷重が、ローラ
部材の端面にほぼ垂直な方向に、ローラ部材を通ってコ
ーンリブからカップリブへと伝達する。
実質的に、ローラ部材が軌道輪と接触しなくなる。コー
ンリブ面がローラ部材の小さい直径の端部に押し付けら
れ、カップリブ面がローラ部材の大きな直径の端部に押
し付けられ、これによって、逆スラスト荷重が、ローラ
部材の端面にほぼ垂直な方向に、ローラ部材を通ってコ
ーンリブからカップリブへと伝達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の双方向テー
パ状ローラベアリングの欠点は、逆スラスト荷重下では
なく、一次スラスト荷重下で生じる。一次スラスト荷重
が加わっている状態では、ベアリング軌道輪とローラ部
材のテーパ状転がり面との間の接触荷重が、ある用途
（例えば、スペースが重要であるとともに、長寿命化と
ともに低重量化しなければならない用途）においては、
大きくなり過ぎる。このような用途の１つは、航空機用
のガスタービンエンジンである。例えば、要求される期
待寿命を有する、従来技術の双方向テーパ状ローラベア
リングは、利用可能なスペースに対して大きすぎるた
め、利用することができない。もしくは、スペースが利
用可能であっても、重量が許容不可能なほど大きくなる
可能性がある。いずれの場合にも、双方向テーパ状ロー
ラベアリングの利点をこのような用途に利用することは
できない。上述したような欠点のない双方向テーパ状ロ
ーラベアリングを提供することが望まれる。
パ状ローラベアリングの欠点は、逆スラスト荷重下では
なく、一次スラスト荷重下で生じる。一次スラスト荷重
が加わっている状態では、ベアリング軌道輪とローラ部
材のテーパ状転がり面との間の接触荷重が、ある用途
（例えば、スペースが重要であるとともに、長寿命化と
ともに低重量化しなければならない用途）においては、
大きくなり過ぎる。このような用途の１つは、航空機用
のガスタービンエンジンである。例えば、要求される期
待寿命を有する、従来技術の双方向テーパ状ローラベア
リングは、利用可能なスペースに対して大きすぎるた
め、利用することができない。もしくは、スペースが利
用可能であっても、重量が許容不可能なほど大きくなる
可能性がある。いずれの場合にも、双方向テーパ状ロー
ラベアリングの利点をこのような用途に利用することは
できない。上述したような欠点のない双方向テーパ状ロ
ーラベアリングを提供することが望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ローラ部材の
小さな直径の端部に隣接しかつこれに対向した第１コー
ンリブリングスラスト面（以下、面「Ｃ」とする）と、
ローラ部材の大きな直径の端面に隣接しかつこれに対向
した第２コーンリブリングスラスト面（以下、面「Ｂ」
とする）と、ローラ部材の大きな直径の端面に隣接しか
つこれに対向したカップリブリングスラスト面（以下、
面「Ａ」とする）と、を有する双方向テーパ状ローラベ
アリングに関する。このようなベアリングの部材の構成
および設計は、一次スラスト荷重が生じる運転状態で、
スラスト面Ｃとローラ部材の小さな直径の端面との間の
ギャップ、およびスラスト面Ａとローラ部材の大きな直
径の端面との間のギャップが生じると同時に、スラスト
面Ｂとローラ部材の大きな直径の端面とが接触するよう
なものとなっている。
小さな直径の端部に隣接しかつこれに対向した第１コー
ンリブリングスラスト面（以下、面「Ｃ」とする）と、
ローラ部材の大きな直径の端面に隣接しかつこれに対向
した第２コーンリブリングスラスト面（以下、面「Ｂ」
とする）と、ローラ部材の大きな直径の端面に隣接しか
つこれに対向したカップリブリングスラスト面（以下、
面「Ａ」とする）と、を有する双方向テーパ状ローラベ
アリングに関する。このようなベアリングの部材の構成
および設計は、一次スラスト荷重が生じる運転状態で、
スラスト面Ｃとローラ部材の小さな直径の端面との間の
ギャップ、およびスラスト面Ａとローラ部材の大きな直
径の端面との間のギャップが生じると同時に、スラスト
面Ｂとローラ部材の大きな直径の端面とが接触するよう
なものとなっている。
【０００７】上述した米国特許第５，７３５，６１２号
に開示された、従来技術の双方向テーパ状ローラベアリ
ングの構成には、スラスト面Ａ，Ｃに対応するスラスト
面のみが設けられており、スラスト面Ｂは設けられてい
ない。本願の従来技術の項で述べたように、従来技術の
ベアリングは、一次スラスト荷重によって、ローラ部材
の大きな直径の端面がスラスト面Ａに押し付けられるも
のであった。本発明により、スラストリブリング（スラ
スト面Ｂを有する）をベアリングのコーン軌道輪の大き
な直径の端部に備えるとともに、一次スラストが生じる
運転状態でスラスト面Ａとローラ部材の大きな直径の端
面との間のギャップが維持されるようにすることによっ
て、一次スラスト荷重によって、ローラ部材の端面がス
ラスト面Ｂに押し付けられるようになる。この結果、本
発明のベアリングのローラ部材と軌道輪との間の接触荷
重は、同じ寸法の従来技術の双方向テーパ状ローラベア
リングの軌道輪に加わる接触荷重よりも、はるかに小さ
くなる。軌道輪に加わる接触荷重が低減される理由は、
一次スラスト荷重が生じる運転状態でローラ部材により
生じる遠心力が、従来技術の設計の場合には、カップ軌
道輪に加わる接触荷重に加算されるのに対して、本発明
のベアリングの場合には、コーン軌道輪に加わる接触荷
重から差し引かれるためである。
に開示された、従来技術の双方向テーパ状ローラベアリ
ングの構成には、スラスト面Ａ，Ｃに対応するスラスト
面のみが設けられており、スラスト面Ｂは設けられてい
ない。本願の従来技術の項で述べたように、従来技術の
ベアリングは、一次スラスト荷重によって、ローラ部材
の大きな直径の端面がスラスト面Ａに押し付けられるも
のであった。本発明により、スラストリブリング（スラ
スト面Ｂを有する）をベアリングのコーン軌道輪の大き
な直径の端部に備えるとともに、一次スラストが生じる
運転状態でスラスト面Ａとローラ部材の大きな直径の端
面との間のギャップが維持されるようにすることによっ
て、一次スラスト荷重によって、ローラ部材の端面がス
ラスト面Ｂに押し付けられるようになる。この結果、本
発明のベアリングのローラ部材と軌道輪との間の接触荷
重は、同じ寸法の従来技術の双方向テーパ状ローラベア
リングの軌道輪に加わる接触荷重よりも、はるかに小さ
くなる。軌道輪に加わる接触荷重が低減される理由は、
一次スラスト荷重が生じる運転状態でローラ部材により
生じる遠心力が、従来技術の設計の場合には、カップ軌
道輪に加わる接触荷重に加算されるのに対して、本発明
のベアリングの場合には、コーン軌道輪に加わる接触荷
重から差し引かれるためである。
【０００８】従来技術の双方向ベアリングの場合には、
ローラ部材と軌道輪との間に大きな接触荷重が発生する
ために望ましくないほど大型のベアリングを使用して所
望の期待寿命を得る必要があった用途に対して、本発明
によって、より小型のベアリングを使用することが可能
となる。代わりの実施例として、従来技術の双方向ベア
リングに代えて、同じ寸法の、本発明のベアリングを用
いることによって、ベアリングの耐用年数を長くするこ
とができる。上述したように、本発明のベアリングは、
重量が重要でありかつスペースが制限される航空機用ガ
スタービンエンジンには特に有用である。ある特定のガ
スタービンエンジンの用途に対して、本発明のベアリン
グの耐用期間は、同じ寸法の、従来技術の設計のテーパ
状ローラベアリングの４倍以上であると評価された。
ローラ部材と軌道輪との間に大きな接触荷重が発生する
ために望ましくないほど大型のベアリングを使用して所
望の期待寿命を得る必要があった用途に対して、本発明
によって、より小型のベアリングを使用することが可能
となる。代わりの実施例として、従来技術の双方向ベア
リングに代えて、同じ寸法の、本発明のベアリングを用
いることによって、ベアリングの耐用年数を長くするこ
とができる。上述したように、本発明のベアリングは、
重量が重要でありかつスペースが制限される航空機用ガ
スタービンエンジンには特に有用である。ある特定のガ
スタービンエンジンの用途に対して、本発明のベアリン
グの耐用期間は、同じ寸法の、従来技術の設計のテーパ
状ローラベアリングの４倍以上であると評価された。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、航空機用のガ
スタービンエンジン９９の外観図が下方に示され、エン
ジン内部の部材を示す拡大概略断面図が前記外観図の上
方に示されており、エンジン内部におけるこれらの部材
の位置が仮想線によって示されている。
スタービンエンジン９９の外観図が下方に示され、エン
ジン内部の部材を示す拡大概略断面図が前記外観図の上
方に示されており、エンジン内部におけるこれらの部材
の位置が仮想線によって示されている。
【００１０】本発明の双方向テーパ状スラストローラベ
アリング１００が、エンジン９９の低圧圧縮機と低圧タ
ービンとを連結しているシャフト１０２の前端部を支持
する単一のスラストベアリングとして示されている。シ
ャフト１０２の回転軸線は、参照符号１０３により示さ
れている。シャフト１０２の後端部は、一般的なローラ
ベアリング１０４により支持されている。所望により、
本発明の双方向テーパ状スラストローラベアリング１０
０をシャフト１０２の後方に配置し、一般的なローラベ
アリングを前方に配置することも可能である。これらの
ベアリングは、シャフト１０２の回転を円滑化するもの
であり、周知の手段（例えば、フランジ付きコーン１０
６，１０８，１０９、中間ケース支持部材１１０、ター
ビン吐出口ガイドベーン１１２、およびケース１１４）
によってシャフト１０２および非回転のエンジン構造に
固定されており、最終的には、エンジンを航空機に固定
しているエンジン取付けシステム（図示せず）に固定さ
れている。複数の圧縮機ディスク１１６が、好適な手段
（例えば、参照符号１１８により全体が示されているフ
ランジ・ボルト構成やスタブシャフト１２２とシャフト
１０２との間のスプライン接合部（spline connectio
n）１２０）によって、シャフト１０２の前端部に固定
的に連結されている。複数のタービンディスク１２４
が、例えばフランジ付きコーン１０１によってシャフト
１０２の後端部に固定的に連結されている。径方向の荷
重のみならず、両方向のスラスト荷重が、双方向テーパ
状スラストローラベアリング１００を介してシャフト１
０２から非回転の構造へと伝達する。説明のため、エン
ジンの主要な一次スラスト荷重が後方へのスラスト荷重
であり、その反対方向の（すなわち小さい方の）二次ス
ラスト荷重が前方へのスラスト荷重であると仮定する。
アリング１００が、エンジン９９の低圧圧縮機と低圧タ
ービンとを連結しているシャフト１０２の前端部を支持
する単一のスラストベアリングとして示されている。シ
ャフト１０２の回転軸線は、参照符号１０３により示さ
れている。シャフト１０２の後端部は、一般的なローラ
ベアリング１０４により支持されている。所望により、
本発明の双方向テーパ状スラストローラベアリング１０
０をシャフト１０２の後方に配置し、一般的なローラベ
アリングを前方に配置することも可能である。これらの
ベアリングは、シャフト１０２の回転を円滑化するもの
であり、周知の手段（例えば、フランジ付きコーン１０
６，１０８，１０９、中間ケース支持部材１１０、ター
ビン吐出口ガイドベーン１１２、およびケース１１４）
によってシャフト１０２および非回転のエンジン構造に
固定されており、最終的には、エンジンを航空機に固定
しているエンジン取付けシステム（図示せず）に固定さ
れている。複数の圧縮機ディスク１１６が、好適な手段
（例えば、参照符号１１８により全体が示されているフ
ランジ・ボルト構成やスタブシャフト１２２とシャフト
１０２との間のスプライン接合部（spline connectio
n）１２０）によって、シャフト１０２の前端部に固定
的に連結されている。複数のタービンディスク１２４
が、例えばフランジ付きコーン１０１によってシャフト
１０２の後端部に固定的に連結されている。径方向の荷
重のみならず、両方向のスラスト荷重が、双方向テーパ
状スラストローラベアリング１００を介してシャフト１
０２から非回転の構造へと伝達する。説明のため、エン
ジンの主要な一次スラスト荷重が後方へのスラスト荷重
であり、その反対方向の（すなわち小さい方の）二次ス
ラスト荷重が前方へのスラスト荷重であると仮定する。
【００１１】回転する部材と非回転の部材との間のシー
ル構成のみならず、圧縮機の部材及びタービンの部材を
シャフト１０２に固定するための手段および方法の詳細
部は、本発明を構成するものではなく、図示および記載
されている構成は、単に、例示的なものである。
ル構成のみならず、圧縮機の部材及びタービンの部材を
シャフト１０２に固定するための手段および方法の詳細
部は、本発明を構成するものではなく、図示および記載
されている構成は、単に、例示的なものである。
【００１２】本発明は、図２に示された双方向テーパ状
スラストローラベアリング１００の拡大図を参照するこ
とにより、最も明確に理解することができる。ベアリン
グ１００は、外側環状カップ１２６、内側環状コーン１
２８、および複数のテーパ状ローラ部材１３０（図に
は、これらのうちの１つだけが示されている）を備えて
いる。各ローラ部材１３０は、回転面１３１を備えてい
る。カップ１２６の、内側に向かう環状面１３２は、シ
ャフト軸線１０３と同心状に設けられており、ベアリン
グ１００の外側軌道輪（つまりカップ軌道輪）を構成し
ている。外側軌道輪は、その前端部における大きな直径
からその後端部における小さな直径までテーパ状になっ
ており、かつコーン１２８の、外側に向かう環状面１３
４を取り囲んでいるとともにこれから径方向に離間され
ている。面１３４は、ベアリング１００の内側軌道輪
（つまりコーン軌道輪）を構成しており、これもまた、
シャフト軸線１０３と同心状に設けられている。内側軌
道輪は、外側軌道輪と同様に、その前端部における大き
な直径からその後端部における小さな直径までテーパ状
となっている。コーン１２８の外側面１３５は、スタブ
シャフト１２２の外側に向かう円筒状面に堅固に嵌め合
わされており、かつスタブシャフト１２２上の環状位置
決めリブ１３６とリングナット１３８との間で部材が重
ねられていることにより軸方向に位置決めされている。
コーン１２８は、シャフト１０２に対して回転不可能で
ある。複数のテーパ状ローラ部材１３０が、これらのロ
ーラ部材１３０の間隔を均一に維持するケージ１４０の
内部に保持されており、内側軌道輪と外側軌道輪との間
の環状スペース内部で一列に円周方向に配置されてい
る。各ローラ部材１３０は、大きな直径の端面１４２
（前方に面する）から小さな直径の端面１４４（後方に
面する）までテーパ状となっている。
スラストローラベアリング１００の拡大図を参照するこ
とにより、最も明確に理解することができる。ベアリン
グ１００は、外側環状カップ１２６、内側環状コーン１
２８、および複数のテーパ状ローラ部材１３０（図に
は、これらのうちの１つだけが示されている）を備えて
いる。各ローラ部材１３０は、回転面１３１を備えてい
る。カップ１２６の、内側に向かう環状面１３２は、シ
ャフト軸線１０３と同心状に設けられており、ベアリン
グ１００の外側軌道輪（つまりカップ軌道輪）を構成し
ている。外側軌道輪は、その前端部における大きな直径
からその後端部における小さな直径までテーパ状になっ
ており、かつコーン１２８の、外側に向かう環状面１３
４を取り囲んでいるとともにこれから径方向に離間され
ている。面１３４は、ベアリング１００の内側軌道輪
（つまりコーン軌道輪）を構成しており、これもまた、
シャフト軸線１０３と同心状に設けられている。内側軌
道輪は、外側軌道輪と同様に、その前端部における大き
な直径からその後端部における小さな直径までテーパ状
となっている。コーン１２８の外側面１３５は、スタブ
シャフト１２２の外側に向かう円筒状面に堅固に嵌め合
わされており、かつスタブシャフト１２２上の環状位置
決めリブ１３６とリングナット１３８との間で部材が重
ねられていることにより軸方向に位置決めされている。
コーン１２８は、シャフト１０２に対して回転不可能で
ある。複数のテーパ状ローラ部材１３０が、これらのロ
ーラ部材１３０の間隔を均一に維持するケージ１４０の
内部に保持されており、内側軌道輪と外側軌道輪との間
の環状スペース内部で一列に円周方向に配置されてい
る。各ローラ部材１３０は、大きな直径の端面１４２
（前方に面する）から小さな直径の端面１４４（後方に
面する）までテーパ状となっている。
【００１３】前方カップリング１４６が、カップ１２６
の前端部に隣接しかつこれに対して固定されている。こ
の実施例では、前方カップリング１４６およびカップ１
２６は、境界面１４８で係合した２つの独立したリング
であるが、所望により、これらを一体に形成することも
可能である。但し、組み立てが可能となるように別の方
法でベアリングを構成できるようにしなければならな
い。前方カップリング１４６およびカップ１２６の径方
向外側に向かう円筒状面１４９ａ，１４９ｂは、それぞ
れ、固定された環状ベアリングハウジング部材１５２
ａ，１５２ｂの径方向内側に向かう円筒状面１５０ａ，
１５０ｂに堅固に嵌め合わされている。ハウジング部材
１５２ａ，１５２ｂによって、前方カップリング１４６
およびカップ１２６が互いに接触した状態で保持されて
おり、これによって、これらが軸方向に移動しないよう
になっている。前方カップリング１４６は、環状スラス
ト面「Ａ」を有し、環状スラスト面「Ａ」は、外側軌道
輪１３２の大きな直径の前端部から径方向内側に延びて
おり、ローラ部材１３０の大きな直径の端面１４２の一
部に隣接しかつ対向している。後方への一次スラスト荷
重によってローラ部材１３０が後方に付勢された状態で
は、スラスト面Ａとローラ部材１３０の端面１４２との
間に、ギャップ「ｄ」が存在する。
の前端部に隣接しかつこれに対して固定されている。こ
の実施例では、前方カップリング１４６およびカップ１
２６は、境界面１４８で係合した２つの独立したリング
であるが、所望により、これらを一体に形成することも
可能である。但し、組み立てが可能となるように別の方
法でベアリングを構成できるようにしなければならな
い。前方カップリング１４６およびカップ１２６の径方
向外側に向かう円筒状面１４９ａ，１４９ｂは、それぞ
れ、固定された環状ベアリングハウジング部材１５２
ａ，１５２ｂの径方向内側に向かう円筒状面１５０ａ，
１５０ｂに堅固に嵌め合わされている。ハウジング部材
１５２ａ，１５２ｂによって、前方カップリング１４６
およびカップ１２６が互いに接触した状態で保持されて
おり、これによって、これらが軸方向に移動しないよう
になっている。前方カップリング１４６は、環状スラス
ト面「Ａ」を有し、環状スラスト面「Ａ」は、外側軌道
輪１３２の大きな直径の前端部から径方向内側に延びて
おり、ローラ部材１３０の大きな直径の端面１４２の一
部に隣接しかつ対向している。後方への一次スラスト荷
重によってローラ部材１３０が後方に付勢された状態で
は、スラスト面Ａとローラ部材１３０の端面１４２との
間に、ギャップ「ｄ」が存在する。
【００１４】環状スラスト面「Ｂ」を有する前方コーン
リング１５４が、内側軌道輪面１３４の径方向に最も外
側の端部において、コーン１２８と一体化して設けられ
ており、環状スラスト面「Ｂ」は、径方向外側に延び
て、ローラ部材１３０の大きな直径の端面１４２の一部
に隣接するとともにこれに対向している。所望により、
前方コーンリング１５４を、コーン１２８と一体化せず
に、コーン１２８に対して軸方向に固定された独立のリ
ングとすることも可能である。
リング１５４が、内側軌道輪面１３４の径方向に最も外
側の端部において、コーン１２８と一体化して設けられ
ており、環状スラスト面「Ｂ」は、径方向外側に延び
て、ローラ部材１３０の大きな直径の端面１４２の一部
に隣接するとともにこれに対向している。所望により、
前方コーンリング１５４を、コーン１２８と一体化せず
に、コーン１２８に対して軸方向に固定された独立のリ
ングとすることも可能である。
【００１５】ベアリング１００は、内側軌道輪面１３４
の径方向に最も内側の端部において、環状スラスト面
「Ｃ」を有する後方コーンリング１５６を備えており、
環状スラスト面「Ｃ」は、径方向外側に延びて、ローラ
部材１３０の小さな直径の端面１４４の一部に隣接する
とともにこれに対向している。後方コーンリング１５６
は、コーン１２８の円筒状面１５８に堅固に締め合わさ
れており、リングナット１３８によって、コーン１２８
の後方に向かう面１５９に向かって軸方向に付勢されて
いる。スラスト面Ｂ，Ｃの間の距離は、ローラ部材１３
０の長さよりも、長さ「ｅ」だけ大きい。長さ「ｅ」
は、図２において、ローラ部材１３０の端面１４４とス
ラスト面Ｃとの間の間隔として示されている。
の径方向に最も内側の端部において、環状スラスト面
「Ｃ」を有する後方コーンリング１５６を備えており、
環状スラスト面「Ｃ」は、径方向外側に延びて、ローラ
部材１３０の小さな直径の端面１４４の一部に隣接する
とともにこれに対向している。後方コーンリング１５６
は、コーン１２８の円筒状面１５８に堅固に締め合わさ
れており、リングナット１３８によって、コーン１２８
の後方に向かう面１５９に向かって軸方向に付勢されて
いる。スラスト面Ｂ，Ｃの間の距離は、ローラ部材１３
０の長さよりも、長さ「ｅ」だけ大きい。長さ「ｅ」
は、図２において、ローラ部材１３０の端面１４４とス
ラスト面Ｃとの間の間隔として示されている。
【００１６】径方向の油孔１６０ａ，１６０ｂ，１６０
ｃが、それぞれ、前方コーンリング１５４、コーン１２
８および後方コーンリング１５６を通って延びているも
のとして示されている。対応する流路（図示せず）が、
スタブシャフト１２２の径方向外側に向かう面１６１と
コーン１２８の径方向内側に向かう面との間、およびス
タブシャフト１２２の径方向外側に向かう面１６１と後
方コーンリング１５６の径方向内側に向かう面との間に
設けられており、これによって、油が油孔１６０ａ，１
６０ｂ，１６０ｃまで確実に到達するようになってい
る。しかし、このようなベアリング注油システムは、本
発明の一部を構成するものではない。
ｃが、それぞれ、前方コーンリング１５４、コーン１２
８および後方コーンリング１５６を通って延びているも
のとして示されている。対応する流路（図示せず）が、
スタブシャフト１２２の径方向外側に向かう面１６１と
コーン１２８の径方向内側に向かう面との間、およびス
タブシャフト１２２の径方向外側に向かう面１６１と後
方コーンリング１５６の径方向内側に向かう面との間に
設けられており、これによって、油が油孔１６０ａ，１
６０ｂ，１６０ｃまで確実に到達するようになってい
る。しかし、このようなベアリング注油システムは、本
発明の一部を構成するものではない。
【００１７】ベアリング１００は、以下のように動作す
る。ベアリング１００に加わる一次スラスト荷重は、図
２において、大きな矢印「Ｐ」により示されている。荷
重Ｐは、固定されたエンジン構造（例えば、外側ベアリ
ングハウジング部材１５２ａ，１５２ｂ）に対してシャ
フト１０２を後方に移動させるよう作用する。さらに詳
しくは、荷重Ｐは、スラスト面Ｂおよびコーン軌道輪１
３４に亘って作用して、ローラ部材１３０を後方に付勢
し、これによって、軌道輪面１３２，１３４が互いの方
向へと移動するため、軌道輪面１３２，１３４に対する
ローラ部材１３０の接触荷重が増大する。一次スラスト
荷重Ｐの大部分がローラ部材１３０と軌道輪面１３２，
１３４との間の接触を介してローラ部材１３０から固定
構造へと伝わる一方で、ローラ部材１３０の端面１４２
およびスラスト面Ｂが互いに接触することによって、こ
れらの面に接触荷重「Ｆ」（図示せず）が作用する。同
時に、ギャップ「ｅ」がローラ部材１３０の端面１４４
とスラスト面「Ｃ」との間に存在し、ギャップ「ｄ」が
ローラ部材１３０の端面１４２とスラスト面「Ａ」との
間に存在する。
る。ベアリング１００に加わる一次スラスト荷重は、図
２において、大きな矢印「Ｐ」により示されている。荷
重Ｐは、固定されたエンジン構造（例えば、外側ベアリ
ングハウジング部材１５２ａ，１５２ｂ）に対してシャ
フト１０２を後方に移動させるよう作用する。さらに詳
しくは、荷重Ｐは、スラスト面Ｂおよびコーン軌道輪１
３４に亘って作用して、ローラ部材１３０を後方に付勢
し、これによって、軌道輪面１３２，１３４が互いの方
向へと移動するため、軌道輪面１３２，１３４に対する
ローラ部材１３０の接触荷重が増大する。一次スラスト
荷重Ｐの大部分がローラ部材１３０と軌道輪面１３２，
１３４との間の接触を介してローラ部材１３０から固定
構造へと伝わる一方で、ローラ部材１３０の端面１４２
およびスラスト面Ｂが互いに接触することによって、こ
れらの面に接触荷重「Ｆ」（図示せず）が作用する。同
時に、ギャップ「ｅ」がローラ部材１３０の端面１４４
とスラスト面「Ｃ」との間に存在し、ギャップ「ｄ」が
ローラ部材１３０の端面１４２とスラスト面「Ａ」との
間に存在する。
【００１８】例えば圧縮機のサージ状態で発生し得るよ
うな逆スラスト荷重が発生している状態では、小さな矢
印「Ｒ」により示されているようにスラスト荷重がベア
リングに作用する。逆スラスト荷重Ｒは、一次スラスト
荷重Ｐよりもはるかに小さい。荷重Ｒは、コーン１２８
の面とカップ軌道輪１２６の面とを引き離すよう作用
し、これによって、ローラ部材１３０に加わる荷重が軽
減し、スラスト面Ａ，Ｃがローラ部材１３０の端面１４
２，１４４にそれぞれ接触する。
うな逆スラスト荷重が発生している状態では、小さな矢
印「Ｒ」により示されているようにスラスト荷重がベア
リングに作用する。逆スラスト荷重Ｒは、一次スラスト
荷重Ｐよりもはるかに小さい。荷重Ｒは、コーン１２８
の面とカップ軌道輪１２６の面とを引き離すよう作用
し、これによって、ローラ部材１３０に加わる荷重が軽
減し、スラスト面Ａ，Ｃがローラ部材１３０の端面１４
２，１４４にそれぞれ接触する。
【００１９】以下、従来技術の双方向テーパ状ローラベ
アリング（例えば、米国特許第５，７３５，６１２号に
図示および記載されているもの）と本発明の双方向テー
パ状ローラベアリングとを、ベアリング軌道輪における
接触荷重の点で比較する。ここで、これらのベアリング
の寸法および動作状態は同じであると仮定する。
アリング（例えば、米国特許第５，７３５，６１２号に
図示および記載されているもの）と本発明の双方向テー
パ状ローラベアリングとを、ベアリング軌道輪における
接触荷重の点で比較する。ここで、これらのベアリング
の寸法および動作状態は同じであると仮定する。
【００２０】従来技術のベアリング：上述したように、
従来技術の双方向テーパ状ローラベアリングは、本発明
のスラスト面Ｂに相当するスラスト面を備えていない。
一次スラスト荷重Ｐが加わっている状態では、スラスト
面Ｂが設けられていないために、一次スラスト荷重Ｐに
よって、ローラ部材１３０の後方に向かう端面１４４が
スラスト面Ａに向かって付勢される。さらに、ローラ部
材１３０の遠心力の軸方向成分が、スラスト荷重と同じ
方向にカップ１２６に作用する。従って、結果としてベ
アリングの軌道輪に加わる荷重は、スラスト荷重のみに
起因する荷重よりも大きくなる。
従来技術の双方向テーパ状ローラベアリングは、本発明
のスラスト面Ｂに相当するスラスト面を備えていない。
一次スラスト荷重Ｐが加わっている状態では、スラスト
面Ｂが設けられていないために、一次スラスト荷重Ｐに
よって、ローラ部材１３０の後方に向かう端面１４４が
スラスト面Ａに向かって付勢される。さらに、ローラ部
材１３０の遠心力の軸方向成分が、スラスト荷重と同じ
方向にカップ１２６に作用する。従って、結果としてベ
アリングの軌道輪に加わる荷重は、スラスト荷重のみに
起因する荷重よりも大きくなる。
【００２１】本発明のベアリング：本発明のベアリング
においては、一次スラスト荷重が加わっている状態で
は、ローラ部材１３０がスラスト面Ｂと接触する。この
ような状態では、ローラ部材１３０の遠心力の軸方向成
分は、コーン１２８に加わるスラスト荷重の方向とは逆
の方向に、コーン１２８に作用する。従って、結果とし
てベアリングの軌道輪に加わる荷重は、スラスト荷重の
みにより生じる荷重よりも小さくなる。理論上、遠心力
の軸方向成分がスラスト荷重と厳密に均衡することによ
りベアリングに加わる荷重が軽減されるような、ベアリ
ングの速度が存在する。
においては、一次スラスト荷重が加わっている状態で
は、ローラ部材１３０がスラスト面Ｂと接触する。この
ような状態では、ローラ部材１３０の遠心力の軸方向成
分は、コーン１２８に加わるスラスト荷重の方向とは逆
の方向に、コーン１２８に作用する。従って、結果とし
てベアリングの軌道輪に加わる荷重は、スラスト荷重の
みにより生じる荷重よりも小さくなる。理論上、遠心力
の軸方向成分がスラスト荷重と厳密に均衡することによ
りベアリングに加わる荷重が軽減されるような、ベアリ
ングの速度が存在する。
【００２２】以上より、本発明のベアリングおよび従来
技術のベアリングが同じ寸法を有しかつ同じ一次荷重下
で動作している場合には、本発明のベアリングの軌道輪
に加わる接触荷重が、従来技術の双方向テーパ状ローラ
ベアリングの軌道輪に加わる接触荷重よりもはるかに小
さい。上述したように、本発明のベアリングによって、
一次スラスト荷重下での、軌道輪の接触荷重が低減され
るため、ある特定の用途においては、本発明のベアリン
グの期待寿命が、同じ寸法の従来技術の双方向テーパ状
ローラベアリングの少なくとも４倍となることが評価さ
れた。
技術のベアリングが同じ寸法を有しかつ同じ一次荷重下
で動作している場合には、本発明のベアリングの軌道輪
に加わる接触荷重が、従来技術の双方向テーパ状ローラ
ベアリングの軌道輪に加わる接触荷重よりもはるかに小
さい。上述したように、本発明のベアリングによって、
一次スラスト荷重下での、軌道輪の接触荷重が低減され
るため、ある特定の用途においては、本発明のベアリン
グの期待寿命が、同じ寸法の従来技術の双方向テーパ状
ローラベアリングの少なくとも４倍となることが評価さ
れた。
【図１】本発明のベアリングを備えたガスタービンエン
ジンの概略的断面図。
ジンの概略的断面図。
【図２】図１に示された本発明のベアリングの拡大断面
図。
図。
１００…双方向テーパ状スラストローラベアリング １０２…シャフト １２６…外側環状カップ １２８…内側環状カップ １３０…ローラ部材 １４６…前方カップリング １５４…前方コーンリング １５６…後方コーンリング
Claims (7)
- 【請求項１】 ベアリングの軸線である軸線を中心とし
た回転を円滑化するための双方向ベアリングであって、
前記ベアリングは、 テーパ状とされていることにより大きな直径の端部およ
び小さな直径の端部を有する環状カップ軌道輪を有する
カップと、 前記カップ軌道輪から径方向内側に離間されているとと
もにテーパ状とされていることにより大きな直径の端部
および小さな直径の端部を有する環状コーン軌道輪を備
えたコーンと、 それぞれが、転がり面、前記転がり面の一端における小
さな直径の端面、および前記転がり面の他端における大
きな直径の端面を有し、かつ前記カップ軌道輪と前記コ
ーン軌道輪との間で一列に円周方向に互いに離間されて
いるとともに、前記転がり面に沿って前記カップ軌道輪
および前記コーン軌道輪に接触している複数のテーパ状
ローラ部材と、 前記カップに対して固定されているとともに、前記カッ
プ軌道輪の前記の大きな直径の端部において径方向内側
に延びた環状スラスト面Ａを有するカップスラストリブ
リングと、 を備えており、各ローラ部材の前記の大きな直径の端面
は、スラスト面Ａに隣接しかつ対向しており、前記ベア
リングは、さらに、 前記コーンに対して固定されているとともに、前記コー
ン軌道輪の前記の大きな直径の端部において径方向外側
に延びた環状スラスト面Ｂを有する第１コーンスラスト
リブリングを備えており、各ローラ部材の前記の大きな
直径の端面は、スラスト面Ｂに隣接しかつこれと対向す
るように配置されており、前記ベアリングは、さらに、 前記コーンに対して固定されているとともに、前記コー
ン軌道輪の前記の小さな直径の端部において径方向外側
に延びた環状スラスト面Ｃを有する第２コーンスラスト
リブリングを備えており、各ローラ部材の前記の小さな
直径の端面は、前記スラスト面Ｃに隣接しかつこれと対
向するように配置されており、 （１）一次スラスト荷重が加わる運転状態では、軸方向
のスラスト荷重が、前記カップ軌道輪および前記コーン
軌道輪を互いに近づけるよう作用し、前記スラスト面Ａ
と前記ローラ部材の前記の大きな直径の端面との間、お
よび前記スラスト面Ｃと前記ローラ部材の前記の小さな
直径の端面との間にギャップが生じ、かつ前記スラスト
面Ｂと前記ローラ部材の前記の大きな直径の端面とが接
触し、（２）逆方向のスラスト荷重が加わる運転状態で
は、前記スラスト面Ａが前記ローラ部材の前記の大きな
直径の端面と接触し、かつスラスト面Ｃが前記ローラ部
材の前記の小さな直径の端面と接触することを特徴とす
るベアリング。 - 【請求項２】 前記ベアリングの運転中、前記カップは
回転せずに、前記コーンおよび前記ローラ部材が前記の
ベアリングの軸線を中心に回転することを特徴とする請
求項１記載のベアリング。 - 【請求項３】 前記ベアリングが、ガスタービンエンジ
ンのメインシャフト用スラストベアリングであることを
特徴とする請求項２記載のベアリング。 - 【請求項４】 前記第１コーンスラストリブリングが、
前記コーンと一体化されていることを特徴とする請求項
１記載のベアリング。 - 【請求項５】 非回転の構造、および前記構造により支
持されているとともにその内部で回転可能なシャフトを
備えたガスタービンエンジンであって、前記シャフト
は、その一端に固定された少なくとも１つの圧縮機ディ
スクと、その他端に固定された少なくとも１つのタービ
ンディスクと、を備えており、双方向テーパ状ローラベ
アリングが前記シャフトの一端に配置されていることに
より、前記シャフトの回転が促進されているとともに、
スラスト荷重が前記構造へと伝わるようになっており、
前記ローラベアリングは、 （ａ）テーパ状となっていることにより大きな直径の端
部および小さな直径の端部を有する環状カップ軌道輪を
有するカップと、 （ｂ）前記カップ軌道輪から径方向内側に離間されてい
るとともに、テーパ状となっていることにより大きな直
径の端部および小さな直径の端部を有する環状コーン軌
道輪を備えたコーンと、 （ｃ）それぞれが、転がり面、前記転がり面の一端にお
ける小さな直径の端面、および前記転がり面の他端にお
ける大きな直径の端面を有し、かつ前記カップ軌道輪と
前記コーン軌道輪との間で一列に円周方向に互いに離間
されているとともに、前記転がり面に沿って前記カップ
軌道輪および前記コーン軌道輪に接触している複数のテ
ーパ状ローラ部材と、 （ｄ）前記カップに対して固定されているとともに、前
記カップ軌道輪の前記の大きな直径の端部において径方
向内側に延びた環状スラスト面Ａを有するカップスラス
トリブリングと、を備えており、各ローラ部材の前記の
大きな直径の端面は、スラスト面Ａに隣接しかつ対向し
ており、前記ベアリングは、さらに、 （ｅ）前記コーンに対して固定されているとともに、前
記コーン軌道輪の前記の大きな直径の端部において径方
向外側に延びた環状スラスト面Ｂを有する第１コーンス
ラストリブリングを備えており、各ローラ部材の前記の
大きな直径の端面は、スラスト面Ｂに隣接しかつこれと
対向するように配置されており、前記ベアリングは、さ
らに、 （ｆ）前記コーンに対して固定されているとともに、前
記コーン軌道輪の前記の小さな直径の端部において径方
向外側に延びた環状スラスト面Ｃを有する第２コーンス
ラストリブリングを備えており、各ローラ部材の前記の
小さな直径の端面は、前記スラスト面Ｃに隣接しかつこ
れと対向するように配置されており、 前記エンジンの運転中に、（１）一次軸方向スラスト荷
重が前記カップ軌道輪および前記コーン軌道輪を互いに
近づけるよう作用している状態では、前記スラスト面Ｂ
が前記ローラ部材の前記の大きな直径の端面と接触して
荷重を受け、かつ前記スラスト面Ａ，Ｃが両方とも前記
ローラ部材の端面から離間されており、（２）逆方向の
軸方向スラスト荷重が前記カップ軌道輪および前記コー
ン軌道輪を互いに引き離すよう作用している状態では、
前記スラスト面Ａ，Ｃが、それぞれ、前記ローラ部材の
大きな直径の端面および前記ローラ部材の前記の小さな
直径の端面と接触して荷重を受けるように、前記カッ
プ、前記コーン、前記カップスラストリブリング、前記
第１コーンスラストリブリング、前記第２コーンスラス
トリブリング、およびローラ部材が配置されていること
を特徴とするガスタービンエンジン。 - 【請求項６】 前記コーンが、前記シャフトに対して固
定されてこれとともに回転することを特徴とする請求項
５記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項７】 前記の第１コーンスラストリブリング
は、前記コーンと一体化されていることを特徴とする請
求項６記載のガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/771,194 US6464401B1 (en) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | High load capacity bi-directional tapered roller bearing |
| US09/771194 | 2001-01-26 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002286030A true JP2002286030A (ja) | 2002-10-03 |
| JP2002286030A5 JP2002286030A5 (ja) | 2005-08-04 |
| JP3890236B2 JP3890236B2 (ja) | 2007-03-07 |
Family
ID=25091010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002018157A Expired - Fee Related JP3890236B2 (ja) | 2001-01-26 | 2002-01-28 | 双方向テーパ状スラストローラベアリング |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6464401B1 (ja) |
| EP (1) | EP1227255B1 (ja) |
| JP (1) | JP3890236B2 (ja) |
| DE (1) | DE60206425T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US20060002648A1 (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-05 | Patrick Tibbits | Tapered roller thrust bearing with favorable load distribution |
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| US9605560B2 (en) * | 2007-11-13 | 2017-03-28 | United Technolgies Corporation | Fan shaft retention |
| US9181981B2 (en) * | 2008-02-20 | 2015-11-10 | United Technologies Corporation | Bearing system and method for lubrication |
| US8235599B2 (en) | 2008-02-25 | 2012-08-07 | United Technologies Corp. | Hydrodynamic tapered roller bearings and gas turbine engine systems involving such bearings |
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