JP2014534388A - 動的に潤滑される軸受および軸受を動的に潤滑する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンにおいて使用される軸受を含めた動的に潤滑される軸受、および軸受を動的に潤滑する方法を提供すること。【解決手段】このような軸受（１００）は、内輪溝（１１０）を有する内輪（１０２）と、内輪溝（１１０）に対向する外輪溝（１１２）を有する外輪（１０４）と、内輪（１０２）と外輪（１０４）の間に配設され、回転する際、内輪溝（１１０）および外輪溝（１１２）と接触する回転要素（１０６）と、回転要素（１０６）の間を分離して維持するために内輪（１０２）と外輪（１０４）の間に配設されるケージ（１０８）とを含む。潤滑剤が、内輪（１０２）と外輪（１０４）の間の空洞内に取り込まれ、外輪に対して内輪が回転することにより、空気が回転要素（１０６）を中に含むケージ（１０８）のポケットに進入し、これにより潤滑剤が軸受の空洞を出るようにする。【選択図】図３

Description

本発明は一般に、軸受に関し、より詳細には動的に潤滑されるタイプの軸受に関し、ただし軸受は、潤滑剤の粘性加熱を阻止するように構成されており、これにより相対的により低い温度で作動する。

図１は、当分野で公知のタイプの高バイパスターボファンエンジン１０を概略的に表している。エンジン１０は、ナセル１２と、コアエンジンモジュール１４とを含むように概略的に表されている。コアモジュール１４の前方に位置するファン組立体１６は、１列のファンブレード１８を含む。コアモジュール１４は、高圧圧縮機２２、燃焼器２４、高圧タービン２６および低圧タービン２８を含むように表されている。エンジン１０の入口ダクト２０に空気が引き込まれ、その後、圧縮機２２によって圧縮されてから燃焼器２４へと送達され、ここで圧縮された空気は、燃料と混合され点火されることで、高温の燃焼ガスを生成し、このガスは、一次排気ノズル３０を介して排気される前にタービン２６および２８の中を通過する。追加のエンジンスラストを生成するために、ファン組立体１６に進入する大部分の空気が、ファン出口ノズル３４を介して外に出る前に環状形状のバイパスダクト３２を通るように迂回される。

図１は、同一のシャフト３６上に設置されることで、高圧タービン２６の中を通る高温の排ガスの流れが、シャフト３６を介してタービン２６ならびに圧縮機２２に方向を変えるような高圧圧縮機２２と、高圧タービン２６とを概略的に表している。シャフト３６は、複数の回転要素軸受によって支持されており、そのうちのボール軸受３８が図１に表されており、これは圧縮機２２の入口付近に位置している。シャフト３６は、軸受３８の内輪の中に設置され、その一方で軸受３８の外輪は、コアエンジンモジュール１４の静止構造体によって支持される。図１より、軸受３８の軸は、エンジン１０の中心線３５と一致することが明らかである。

図２は、図１の軸受３８の一部の断面図を表している。ボール軸受として、軸受３８は、内輪４０と、外輪４２と、回転要素（ボール）４４（その１つのみが図２に示されている）と、ケージ４６とを備えるように示されている。回転要素４４は、軌道輪４０および４２の対向する面内に確定された溝５０および５２の中にそれぞれあり、そのため、溝５０および５２は一緒に、軸受３８の荷重担持接触面を画定する。ケージ４６は、回転要素４４の間を分離して維持するように機能する。図２において、各々の溝５０および５２は、回転要素４４の曲率に厳密に一致する半球の断面形状を有するように表されているが、回転要素４４よりわずかに大きな半径を有する。このような形状は一般に、円形アーチとして呼ばれ、各々の回転要素と、各々の個々の軌道輪４０および４２の間に単一の接点を提供する。この接点またはパッチ５４および５６は、図２に概略的に表されるように対角線上に対向している。用語「パッチ」は、軸受が荷重される際、真の点接触が存在しないこと、および接触パッチ５４および５６が、回転要素４４と軌道輪４０および４２の間の荷重作用によって生じる楕円形の形状を有することを指している。

必要とされるシャフト３６の高速の回転速度に起因して、軸受３８は、高速の回転速度で作動する必要がある。具体的には、外輪４２は回転しないが、内輪４０は、シャフト３６と同じ速度で回転し、その間にある回転要素４４は、内輪４２より低速で内輪４２の周りを回転する。図１に表されるタイプの高速ボール軸受は、軸受３８を通り抜けるように流れる潤滑剤によって動的に冷却されることが多い。図２において、軸受３８の内輪４０は、複数の入口４８の形態でアンダーレース潤滑機構を備え、これを介して潤滑剤（典型的には油）が、軸受３８の内輪４０と外輪４２によって、およびその間に画定される環状の空洞５８へと取り込まれる。この潤滑剤によって、回転要素４４および空洞５８の中のケージ４６の潤滑および冷却の両方が実現する。回転する内輪４０によって生じる遠心力の影響下で、入口４８を介して供給された潤滑剤は、半径方向外向きに流れることでケージ４６、回転要素４４および外輪４２に接触する。図２に表されるように、軸受３８は、アンダーレース潤滑システムを備えるため、ケージ４６は典型的には、それが内輪４０にあるケージランド６０に支承されるように構成される。

外輪４２が回転せず、内輪４０、回転要素４４およびケージ４６が、異なる速度で動くため、空洞５８内にある潤滑剤が攪拌されやすく、これは本明細書で使用されるように、空洞５８内での不均質な流れパターンを指す。攪拌作用は主に、外輪４２において生じ、より詳細には、外輪４２の溝５２の中で生じ、ここで潤滑剤は、軸受３８を出る前に堆積する傾向があることが分析によって示されている。分析はまた、高速回転要素４４の回転作用によって低圧領域が形成される結果として、ケージ４６と内輪４０の間で攪拌作用が生じることも指摘している。従来の動的に潤滑される軸受の設計では、潤滑剤は、軸受３８の軸方向の端部６２および６４の両方におけるケージ４６の内径および外径において軸受３８から出て行き、潤滑剤の大半は、内輪のケージランド６０に対するケージ４６の位置を考慮してケージ４６の外径において外に出て行く。さらに軸受３８が軸方向の荷重（図２に表されるように）によって作動する場合、潤滑剤の大半は、ケージ４６の外径において、かつ軸受３８の荷重されない側から外に出る。

回転要素軸受の潤滑を促進するために種々の手法が提案されており、これには高速回転速度での熱の生成を抑えるための取り組みも含まれる。Ｄｕｓｓｅｒｒｅ−Ｔｅｌｍｏｎ等に対する米国特許第５，７４９，６６０号に開示される１つのこのような手法は、外輪の中に排水機構を含むことである。この排水機構は、外輪の溝の中に位置する入口と、外輪の外周上に位置する出口とを有することで、半径方向外向きの方向で外輪を完全に通過するように流れることによって軸受から潤滑剤を排水するオリフィスである。内輪および外輪の溝は、回転要素の曲率に一致する円形の断面形状を有するのではなく、代わりに各々の溝の中央の円周の一部を形成する垂直面を画定するどちらかと言えば円錐形の形状を有するように記載されている。その結果、回転要素は決して外輪の溝の中に位置する排水オリフィスを覆うことはないが、ただし代わりに、オリフィスの各々の側で２つの横方向の接触パッチにおいて外輪に接触する。このような構成は、一般にゴシックアーチと呼ばれるものを有する従来の軸受軌道輪と同様であり、その場合軌道輪は、１つの半径によってのみ画定される上記に挙げた円形アーチとは対照的に異なる軸の曲率を有する２つの半径によって画定される。同様に、回転要素は、潤滑剤を軸受の中に取り込むために内輪の中に形成された入口オリフィスの各々の側にある２つの横方向の接触パッチにおいて内輪溝と接触し、各々の回転要素が、内輪および外輪とのわずか２つの接点および４つもの接点を有する場合があるという結果になる。

米国特許第５，７４９，６６０号の任意の特定の解釈を進めることを意図するものではないが、４つの接点は、図１に表されるタイプの大抵のガスタービン用途において必要とされるように、ロータスラスト荷重が、低速条件から高速条件に移行する際、方向を変えるときに生じる低い軸方向の荷重条件で作動することは恐らく不可能であるように思われる。さらに、排水オリフィスは、外輪における有意な応力の集中をもたらし、例えばファンブレードが外れる状況などの超高荷重事態に耐え抜く軸受の能力を低下させる可能性がある。

欧州特許第１８５００２０号

本発明は、ガスタービンエンジンで使用するのに適したタイプの軸受を含めた動的に潤滑される軸受、および軸受を動的に潤滑する方法を提供する。

本発明の第１の態様によると、動的に潤滑される軸受は、一対の内輪ケージランドの間に内輪溝を有する内輪と、内輪を取り囲み、一対の外輪ケージランドの間にあり内輪溝と対向する外輪溝を有する外輪と、内輪と外輪の間に配設され、回転する際、内輪溝および外輪溝と接触する回転要素と、回転要素の間を分離して維持するために内輪と外輪の間に配設されるケージとを含む。ケージは、側部レールと、その間のスペーサとを備え、これらは一緒にポケットを画定し、このポケットの中で各々の回転要素が個々に収容される。側部レールは、ケージの外輪ケージランドに面するケージの一対の外側の対立する面と、ケージの内輪ケージランドに面する、ケージの対向するように配設された一対の内側の対立する面とを画定する。軸受は、内輪と外輪の間の空洞に潤滑剤を取り込むように構成されており、軸受の一対の軸方向の端部の少なくとも一方を取り囲む外部環境にポケットを流体式に相互接続することによって、空気をポケットの中に進入させることを可能にする機構がケージの中に設けられる。

本発明の別の態様は、上記に記載した要素を備える軸受を動的に潤滑する方法である。この方法は、ガスタービンエンジン内に軸受を設置することで、ガスタービンエンジンの圧縮機とタービンを相互接続するシャフトを支持するステップを含む。潤滑剤が、内輪と外輪の間の空洞に取り込まれ、外輪に対して内輪が回転することによって、空気がこの機構を介してケージのポケットに進入し、潤滑剤が軸受の空洞を出るようにする。

本発明の別の態様は、軸受を動的に潤滑する方法であって、この軸受は、一対の内輪ケージランドの間に内輪溝を有する内輪と、一対の外輪ケージランドの間にあり、内輪溝と対向する外輪溝を有する外輪と、内輪と外輪の間に配設され、回転する際、内輪溝および外輪溝と接触する回転要素と、回転要素の間を分離して維持するために内輪と外輪の間に配設されるケージとを含む。ケージは、側部レールと、その間のスペーサとを備え、これらは一緒にポケットを画定し、このポケットの中で各々の回転要素が個々に収容される。側部レールは、ケージの外輪ケージランドに面するケージの一対の外側の対立する面と、ケージの内輪ケージランドに面する、ケージの対向するように配設された一対の内側の対立する面とを画定する。この方法は、潤滑剤を内輪と外輪の間の空洞内に取り込むステップと、その後内輪を外輪に対して回転させることによって、ケージの側部レール、外側の対立する面および内側の対立する面の少なくとも１つの中に画定された機構を介して、空気がケージのポケットに進入するステップとを含む。この空気によって、潤滑剤が軸受の空洞を出るようにする。

本発明の技術的な効果は、動的に潤滑され高速回転速度で作動する軸受における熱の生成を抑えることができることである。熱生成の抑制は、潤滑剤の攪拌作用を被りやすい軸受内の領域、例えばケージのポケットなどから潤滑剤を一掃するのに空気を利用することによって達成され、その一方で多くのガスタービン用途で必要とされるように、超高荷重事態およびスラスト荷重の交錯にも耐えることが可能な頑強な構造を提供する。

本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な記載からより理解されるであろう。

高バイパスターボファンエンジンの断面図を概略的に表す図である。 当分野で公知のタイプの回転要素軸受の断片的な断面図である。 本発明の実施形態による、その外側の対立する面内に流れ機構を組み込むケージを有する回転要素軸受の断片的な断面図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って切り取られた、本発明の実施形態によるスロットの形態の流れ機構を表す図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って切り取られた、本発明の実施形態によるスロットの形態の流れ機構を表す図である。 本発明の実施形態による、その内側の対立する面内に流れ機構を組み込むケージを有する回転要素軸受の断片的な断面図である。 本発明の一実施形態による、その内側の対立する面内に流れ機構を組み込むケージを有する回転要素軸受の図である。 本発明の別の実施形態による、ケージが貫通穴の形態で流れ機構を組み込む回転要素軸受の断片的な図である。 本発明の別の実施形態による、ケージが貫通穴の形態で流れ機構を組み込む回転要素軸受の断片的な図である。 本発明のさらに別の実施形態による、そのポケットの角に付加的な流れ機構を組み込むケージの側面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、そのポケットの角に付加的な流れ機構を組み込むケージの側面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、ケージのスペーサ面上のくぼみの形態で流れ機構を組み込むケージの側面図である。

図３は、本発明の態様を記述する目的で、回転要素軸受１００を概略的に表している。図面は、以下の記載と組み合わせて見たときに明確にする目的で描かれており、よって必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。以下で提供される軸受１００の記述を容易にするために、用語「垂直方向」、「水平方向」、「横方向」、「前」、「後ろ」、「側方」、「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「より上」、「より下」、「右」、「左」などは、図３における軸受１０の配向の遠近感を参照して使用される場合があり、したがってこれらの用語は相対的な用語であり、さもなければ軸受１００の構造、設置および使用に対する限定として解釈されるべきではない。

図３に表されるように、軸受１００は、図２に表される軸受のものと同様の構造を有する。したがって軸受１００は、内輪１０２と、内輪１０２を取り囲む外輪１０４と、内輪１０２と外輪１０４の間の回転要素（ボール）１０６（その一方のみが図３に示される）と、回転要素１０６の間を分離して維持するように働くケージ１０８とを備えるボール軸受として表されている。この目的のために、ケージ１０８は、側部レール１３４および１３６と、その間のスペーサ１３８とを備え、それらは一緒のポケット１４２を画定し、このポケットの中に各々の回転要素１０６が個々に収容される。各々の隣接する対の回転要素１０６は、スペーサ３８の一方によって隔てられる。

各々の内輪１０２、外輪１０４およびケージ１０８は、回転要素軸受に典型的な環状の形状を有する。回転要素１０６は、軌道輪１０２および１０４の対向する面内にそれぞれ画定される溝１１０および１１２の中にある。各々の溝１１０および１１２は、それぞれの対応する内輪１０２および１０４上に各々画定される一対のケージランド１２４と１２６の間に軸方向に配設される。溝１１０と１１２は一緒に、軸受３８の荷重担持接触面を画定する。従来のボール軸受の場合のように、溝１１０および１１２が、回転要素１０６の曲率と厳密に一致する半球の断面形状を有することで、図２を参照して記載したように、各々の回転要素１０６と、軌道輪１０２および１０４の間に２つ以上の接触パッチを形成する。詳細には、内輪１０２および外輪１０４のいずれかまたは両方が、従来のゴシックアーチ形状または従来の円形アーチ形状（これらの用語に関して先に述べた定義に従って）を有する場合がある。本発明の好ましい実施形態では、内輪１０２はゴシックアーチ形状を有し、外輪１０４は円形アーチ形状を有する。

軸受１００は、図１のシャフト３６の設置を含めた、高速回転用途において使用するように適合させることができる。先に記載したように、典型的にはこのような用途において、外輪１０４は回転せず、内輪１０２は、シャフト３６と同じ速度で回転し、回転要素１０６は、内輪１０２より低速で内輪１０２の周りを回転する。また図２に表される軸受３８と同様に、軸受１００は、アンダーレース潤滑システムとして呼ばれる場合があることを条件として、内輪１０２内に位置する入口オリフィス１１８を介して軸受１００に進入する潤滑剤によって動的に冷却されるように構成される。このようなオリフィス１１８によって、軸受１００は、潤滑剤（典型的には油）が、軸受１００の内輪１０２と外輪１０４によって、およびそれらの間に画定された環状形状の空洞１２０の中に取り込まれることによって回転要素１０６とケージ１０８の潤滑および冷却の両方を実現する潤滑能力を備える。回転する内輪１０２によって誘発される遠心力の影響下で、オリフィス１１８を介して供給される潤滑剤は半径方向外向きに流れることで、ケージ１０８、回転要素１０６および外輪１０４に接触する。図３は、３つのオリフィス１１８が存在する好ましい構成を表している。この手法によって、回転要素１０６に供給するために、全体の潤滑剤の流れの相対的に大きな割合を中央オリフィス１１８を介して流れるようにすることができ、その一方でケージランド１２４を潤滑するために、全体の潤滑剤の流れのより小さな割合が２つの残りのオリフィス１１８の各々に送達される。潤滑剤は、半径方向外向きに遠心力を作用させる傾向があるため、この構成の利点は、潤滑剤が、特に例えばケージの摩擦が起りやすい始動および停止などの臨界作動段階にあるとき、ケージランド１２４に直接提供されることである。

外輪１０４が回転せず、内輪１０２、回転要素１０６およびケージ１０８が異なる速度で回転するため、空洞１２０内の潤滑剤は通常、攪拌する傾向にある。攪拌作用は、回転要素１０６の回転作用によって低圧領域が形成されることに起因して、潤滑剤が軸受１００を出る前に堆積する外輪１０４の溝１１２の中、ならびにケージ１０８と内輪１０２の間の各々のケージポケット１４２のその部分において生じる傾向にある。このような低圧領域における攪拌作用を緩和させるために、ケージ１０８は、ケージポケットへの空気の進入を動的に促進させる機構１２２を備えており、この機構は、軸受の空洞１２０を通る潤滑剤の流れを促進させることが可能であり、これには、軸受１００の軸方向の端部１１４と１１６の両端でのケージ１０８の内径および外径における潤滑剤の流出も含まれる。図３において、機構１２２は、ケージ１０８の側部レール１３４および１３６によって画定され、これもまた側部レール１３４および１３６によって画定され、内輪１０２のケージランド１２４に支承される対応する内側の対立する面１３２（図６）の反対側にある、ケージ１０８の一対の外側の対立する面１３０の各々の中に画定される表面機構１２２として表されている。表面機構１２２の２つの実施形態が、それぞれの対応する外側の対立する面１３０を完全に横切るように延在する連続するチャネルまたは通路として図４および図５に表されている。結果として、各々表面機構１２２は、外側の対立する面１３０の一方の周辺の面の下にくぼませた連続するチャネルまたは通路を画定し、軸受１００の軸方向の端部１１４および１１６の一方を取り囲む外部環境にケージポケット１４２を流体式に相互接続する。この表面機構１２２は、回転要素１０６の回転作用によってケージポケット１４２の中に形成される上記に挙げた低圧領域への空気の進入を促進させ、これにより、低圧状況を緩和させ、軸受の空洞１２０全体にわたる潤滑剤の流れを促進させ、ならびにケージポケット１４２から周辺環境への潤滑剤の排出を促進させる。このようにして、本発明は、そうでなければ軸受の空洞１２０の中の潤滑剤の攪拌作用によって生じるであろう粘性の熱生成を抑えることが可能である。

図４および図５から明らかであるように、表面機構１２２は、ケージ１０８およびその回転要素１０６の回転または進行方向１４０に対して角度が付けられる。図４において、表面機構１２２はまた、エンジンの中心線３５（図１）と一致する軸受１００の軸１２８（図３）に対しても角度が付けられ、これにより図５において、表面機構１２２は、軸受の軸１２８に対して平行である。ケージ１０８の外側の対立する面１３０内に画定される表面機構１２２のように、機構１２２は、多様な従来の機械加工装備を利用して、ケージ１０８の外側の対立する面１３０を機械加工することによって容易に形成することができる。

機構１２２の数、深さ、幅および回転要素１０６の進行方向１４０に対する配向が容易に調整されることで、ケージポケット１４２に進入する空気の能力を促進させ、潤滑剤が軸受１００を出る前に生じる攪拌作用の度合いを抑えることができる。機構１２２の好ましい数、深さおよび幅は、軸受１００のサイズ（直径および軸方向の長さ）、潤滑剤の特性および軸受１００を通る潤滑剤の所望の流量にある程度左右される。図１に表される用途の場合、機構１２２に関する好適な深さ（図３におけるｄ）は、ケージ１０８の外側の対立する面１３０の周辺の面の下の約０．０３インチ（約０．７５ｍｍ）であると考えられているが、それより小さい、およびそれより大きな深さも予測可能である。各々の機構１２２の幅（図４のｗ）は好ましくは、その深さより大きく、好適な深さは、約０．１２から約０．１３インチ（約３から３．３ｍｍ）であると考えられているが、それより小さい、およびそれより大きい幅も予測可能である。適切な空気流の容量を提供し、ケージポケット１４２内の潤滑剤の局所的な攪拌作用を抑えるために、少なくとも１つの機構１２２を各々の回転要素１０６に対して設けることで、より効率的に外輪溝１１２からの潤滑剤の除去を促進すると考えられている。特定の他の幾何学形状的な考察もあると考えられており、これには、平坦な側壁を有することにより、軸受の空洞１２０からの潤滑剤の捕捉を促進する機構１２２に対する要望も含まれる。

図４において、機構１２２は、回転要素１０６がケージ１０８と共に進む方向１４０に対して鋭角、αで、または鈍角、βで傾斜するように配向された直線チャネルとして表されている。図４に表される機構１２２は、回転要素１０６の進行方向１４０に対して約３０°の鋭角（α）で、または約１５０°の鈍角（β）で傾斜しているが、他の鋭角および鈍角も使用することができると考えられている。図５は、両セットの機構１２２が、回転要素１０６の進行方向１４０に対して概ね直交するように配設された本発明の別の実施形態を表している。本発明の範囲内ではあるが、モデルは、図５に表される構成は、図４のもの程は有効ではないことを指摘している。機構１２２は、図４および図５に直線として表されているが、機構１２２は、弓状の形状を有するように形成される場合もあることが予測可能である。湾曲した機構１２２の潜在的な利点は、潤滑剤に関する捕捉角度が、より浅くなる（３０°未満）可能性があり、湾曲形状によって、より多くの機構１２２を利用可能な空間内に収容させることが可能になることである。さらに、外側の対立する面１３０のいずれか、またはその両方にある機構１２２は、互いに異なる場合があり、例えば機構１２２は、それぞれの形状、幅、深さおよび配向の点において互いとは異なる場合があることが予測可能である。

機構１２２は、軸受の空洞１２０からの潤滑剤の流れを促進させることが可能であり、よって内輪１０２に隣接するケージポケット１４２の領域における潤滑剤の攪拌作用を抑えることによって、軸受１００内での熱生成を抑える。軸受１００における熱生成を抑えることによって、本発明はさらに、そうでなければガスタービンエンジンの軸受を冷却する必要がある潤滑システム冷却器の容積を縮小する機能を有する。冷却器のサイズを縮小することによって、エンジンの重量を削減し、性能ロスを抑え、結果として、エンジンおよび航空機に関する燃料消費を改善させる。

図４および図５に描かれる表面機構１２２もまた、図２に表されるタイプの動的に潤滑される軸受における熱生成を抑えるための従来の取り組みに対して利点を提供するものと考えられている。１つの利点は、機構１２２が、ケージ１０８の外側の対立する面１３０に限定され、この面は、ケージ１０８が内輪１０２のケージランド１２４に支承される（図２および図３の軸受３８および１００に関して表されるように）結果として、アンダーレース潤滑システムを装備した軸受の非機能的な面である点である。外輪１０４を完全に貫通する排水オリフィスの利用を避けることによって（米国特許第５，７４９，６６０号で行なわれるように）、本発明は、外輪１０４内の貫通穴に関連して応力が集中する結果として生じる構造上の完全性におけるいかなる損失も回避する。したがって軸受１００は、例えばファンブレードが外れた状況などの超高荷重事態にもより一層耐え抜くことが可能である。

機構１２２は、外輪溝１１２の中に位置決めされないため、本発明はまた、機構１２２に接触する結果として回転要素１０６に生じる損傷に関するいかなる問題も回避する。このような利点は、米国特許第５，７４９，６６０号とは対照的であり、その軌道輪の溝は、円錐形を有するように各々機械加工される必要があることにより、軌道輪の溝に形成される入口および排水オリフィスは決して回転要素に接触しない。結果として、本発明は、ゴシックアーチ形状を有する内側の溝１１０を利用することが可能であり、外側の溝１１２は、回転要素１０６の曲率により厳密に一致する円形のアーチ形状を有することができる。その結果、荷重条件によって、各々の回転要素１０６と、軌道輪１０２および１０４との接触は、対角線上に対向する（図２に概略的に表されるものと同様に）２つの場所で、または要素１０６の片側に対する２つの場所で、または２つ以上の場所において生じる可能性がある。米国特許第５，７４９，６６０号の軸受とは対照的に、図１に表されるタイプのガスタービン用途に典型的に必要とされるように、上記に記載した軸受１００は恐らく、スラスト荷重交錯状態でも一層作動することが可能である。

本発明はまた、アンダーレース潤滑を利用しない軸受にも適合させることができる。例えば空洞１２０に向けられる側方噴射によって潤滑剤が供給される軸受の場合、ケージ１０８は、図６に表されるように、外輪ケージランド１２６に支承されるように構成することができる。この場合、機構１２２は、ケージ１０８の外側の対立する面１３０に形成される機構１２２に関して上記に記載したのと同じやり方でケージ１０８の内側の対立する面１３２内に形成することができ、この場合、ケージポケット１４２への空気の進入は、内側の対立する面１３２に沿って促進される。

図７は、表面機構１２２に関する別の代替形態を表しており、ここでは表面機構１２２は、それぞれの対応する内側の対立する面１３２を完全に横切るように延在する連続するチャネルまたは通路ではなく、代わりに内側の対立する面１３２の一部のみを横切るように延在する。図７の表面機構１２２は、図４および図５の表面機構１２２とは異なる作用を有しており、すなわち図７の機構１２２は、内輪１０２内に位置する入口オリフィス１１８からケージポケット１４２へと流れる潤滑剤の量を削減するように意図されている。いかなる特定の理論にも限定されることを望まないが、ケージ１０８の内側の対立する面１３２の中に画定される表面機構１２２は、ケージポケット１４２から外に潤滑剤を汲み出すのに役立つインペラーとして動作することが可能である。機構１２２はまた、内側の対立する面１３２と内輪１０２の間の接触領域を縮小する。

図８および図９は、ケージポケット１４２内へと空気の進入を動的に促進することが可能な機構１２２に関するさらに別の代替形態を表している。図８および図９の機構１２２は、図３から図７のものとは異なり、すなわち、前者は、ケージ１０８内、具体的にはケージ１０８の軸方向の端部から回転要素１０６を隔てるケージ１０８の側壁１３４および１３６内に画定される貫通穴である。図８および図９の貫通穴機構１２２は、ケージ１０８の内径に対して空気を進入させることを可能にし、これによりケージ１０８の内径からその外側の対立する面１３０へ、およびそこを越えて軸受１００の軸方向の端部１１４および１１６を取り囲む外部環境に対する潤滑剤の流れを促進する。したがって貫通穴機構１２２は、回転要素１０６の回転作用によってケージポケット１４２内に形成される上記に挙げた低圧領域への空気の進入を促進させる。図１０および図１１は、ケージ１０８を通る半径方向外向きの潤滑剤の流れを促進する付加的な機構を表している。この機構は、ケージポケット１４２の各々の角に位置する凹部１４４の形態であり、そこを介して潤滑剤は、各々の回転要素１０６の周りに流れることができる（図１１にファントム画法で示される）。

低圧状況を緩和させることによって、軸受の空洞１２０全体の潤滑剤の流れが促進され、同様にケージポケット１４２から周辺環境への潤滑剤の進入も促進される。図８および図９から明らかであるように、貫通穴機構１２２は、回転要素１０６がケージ１０８と共に進む方向１４０に対して鋭角で傾斜するように配向される直線チャネルとして形成することができる。空間および応力の制限により、貫通穴機構１２２は典型的には、０．１インチ（約２．５ｍｍ）未満の直径、例えば約０．０７５インチから約０．０８５インチ（約１．９から約２．１ｍｍ）の直径に限定されるが、これより大きな機構１２２が形成されることで、ケージ１０８を通る潤滑剤の流れを増強させ、熱生成を抑えることも可能であることも予測可能である。図３から図７の表面機構と同様に、図８および図９の貫通穴機構１２２をケージ１０８によって保持される回転要素１０６の数と概ね等しい数で設けることにより適切な容量の空気流を提供し、ケージポケット１４２内での潤滑剤の局所的な攪拌作用を抑えることができると考えられている。

最後に、図１０は、本発明の付加的な態様を表しており、この態様によって、ケージスペーサ１３８に隣接する潤滑剤の乱流を増大させることによって、ケージポケット１４２内での回転要素１０６の回転に起因すると考えられる抵抗力を低下させることによって、軸受の性能を促進させることができる。詳細には、回転要素１０６に面するスペーサ１３８の面は、ゴルフボールの面と同様に、多くの凹部１４８を有するようにくぼみができている。半球状の凹部１４８は満足のいくものと考えられているが、多様な形状およびサイズを使用することができることも予測可能である。とりわけ、本発明のこの態様は、図３から図９を参照して記載した実施形態のいずれとも独立して、またはそれらと組み合わせて使用することができる。

上記より、上記に記載される軸受１００は、ガスタービンエンジンの他に様々な用途で設置するのに十分に適切であることが理解されよう。一般に軸受１００のいずれも、その回転要素１０６が回転することによって、内輪１０２と外輪１０４の間で、そのそれぞれの溝１１０および１１２に接触する間、要素１０６を円周方向に進ませるように設置することができる。空洞１２０に噴射される、あるいはそうでなければそこに送達される潤滑剤はその後、機構１２２が、ケージポケット１４２への空気の進入を促進する結果として、空洞１２０を通過するように、より詳細にはケージポケット１４２から引き抜かれ、これによりケージポケット１４２および軸受の空洞１２０からの潤滑剤の排出を促進させる。したがって潤滑剤は、軸受の空洞１２０から外輪１０４を通って引き抜かれるのではなく、代わりにケージランド１２４および１２６と、その間のケージ１０８との間の空洞１２０から引き抜かれる。

本発明を特有の実施形態の観点において記載してきたが、他の形態も当業者によって採用され得ることは明らかである。例えば軸受１００の物理的な構成は、示されるものと異なる場合もあり、種々の材料および工程を利用して軸受１００を構築し作製することもある。したがって本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

１０ ターボファンエンジン
１２ ナセル
１４ コアエンジンモジュール
１６ ファン組立体
１８ ファンブレード
２０ 入口ダクト
２２ 高圧圧縮機
２４ 燃焼器
２６ 高圧タービン
２８ 低圧タービン
３０ 一次排気ノズル
３２ バイパスダクト
３４ ファン出口ノズル
３５ 中心線
３６ シャフト
３８ 軸受
４０ 内輪
４２ 外輪
４４ 回転要素
４６ ケージ
４８ 入口
５０、５２ 溝
５４、５６ 接点（パッチ）
５８ 環状の空洞
６０ ケージランド
６２、６４ 軸方向の端部
１００ 軸受
１０２ 内輪
１０４ 外輪
１０６ 回転要素
１０８ ケージ
１１０、１１２ 溝
１１４、１１６ 軸方向の端部
１１８ 入口オリフィス
１２０ 軸受の空洞
１２２ 機構
１２４、１２６ ケージランド
１２８ 軸受の軸
１３０ 外側の対立する面
１３２ 内側の対立する面
１３４、１３６ 側部レール
１３８ スペーサ
１４０ 回転要素の進行方向
１４２ ケージポケット
１４４ 凹部
１４８ 半球状の凹部
α 鋭角
β 鈍角
ｄ 機構の深さ

Claims (20)

1. 一対の内輪ケージランドの間に内輪溝を有する内輪と、
   前記内輪を取り囲むことにより、その間に環状形状の空洞を画定し、一対の外輪ケージランドの間にあり前記内輪溝と対向する外輪溝を有する外輪と、
   前記内輪と前記外輪の間に配設され、回転する際、前記内輪溝および前記外輪溝と接触する回転要素と、
   前記回転要素の間を分離して維持するために前記内輪と前記外輪の間に配設されるケージであって、側部レールと、その間のスペーサとを備え、これらが一緒にポケットを画定し、前記ポケットの中で前記各々の回転要素が個々に収容され、前記側部レールが、前記外輪の前記外輪ケージランドに面する前記ケージの一対の外側の対立する面と、前記内輪の前記内輪ケージランドに面する、前記ケージの対向するように配設された一対の内側の対立する面とを画定するケージと、
   前記内輪と前記外輪の間の前記空洞に潤滑剤を取り込むための手段と、
   前記ケージの前記ポケットの中に空気が進入することを可能にする前記ケージ内の機構であって、前記ケージの前記内側および／または外側の対立する面内の凹面機構と、前記ケージの前記側部レールの少なくとも一方を貫通する貫通穴機構とから成る群から選択され、前記軸受の一対の軸方向の端部の少なくとも一方を取り囲む外部環境に前記ポケットを流体式に相互接続する機構と
   を備える動的に潤滑される軸受。
2. 前記内輪溝および外輪溝の少なくとも一方が、ゴシックアーチ形状を有する、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
3. 前記内輪溝および外輪溝の少なくとも一方が、円形アーチ形状を有する、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
4. 前記機構が凹面機構である、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
5. 前記凹面機構が、その前記内側または外側の対立する面の下でくぼませた連続するチャネルを画定し、前記軸受の前記一対の軸方向の端部を取り囲む外部環境に前記ポケットを流体式に相互接続する、請求項４記載の動的に潤滑される軸受。
6. 前記凹面機構が、前記ケージの少なくとも前記外側の対立する面内に画定される、請求項５記載の動的に潤滑される軸受。
7. 第１の前記外側の対立する面の前記凹面機構が、前記回転要素が前記内輪溝および外輪溝の中で進行する方向に対して鋭角で傾斜されるように配向され、第２の前記外側の対立する面の前記凹面機構が、前記回転要素が前記内輪溝および外輪溝の中で進行する方向に対して鈍角で傾斜されるように配向される、請求項６記載の動的に潤滑される軸受。
8. 前記凹面機構が、前記回転要素が前記内輪溝および外輪溝の中で進行する方向に対して直交するように配向される、請求項６記載の動的に潤滑される軸受。
9. 前記表面機構が、前記ケージの少なくとも前記内側の対立する面内に画定される、請求項５記載の動的に潤滑される軸受。
10. 前記表面機構が、その前記内側または外側の対立する面の下に少なくとも０．７５ｍｍの深さまで延在する、請求項５記載の動的に潤滑される軸受。
11. 前記機構が、前記ケージの前記側部レールの少なくとも一方を貫通する前記貫通穴機構である、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
12. 前記貫通穴機構が、前記回転要素が前記内輪溝および外輪溝の中で進行する方向に対して鋭角で傾斜されるように配向される、請求項１１記載の動的に潤滑される軸受。
13. 前記貫通穴機構が、２．５ｍｍミリメートル未満の直径を有する、請求項１０記載の動的に潤滑される軸受。
14. 前記ケージの前記ポケットの角に画定される凹部をさらに備え、前記凹部が、前記ポケット内で前記回転要素の周りに潤滑剤の流路を画定する、請求項１０記載の動的に潤滑される軸受。
15. 前記機構が、前記内側の対立する面内に画定される前記凹面機構であり、前記内側の対立する面を完全に横切るように延在する連続チャネルではなく、代わりに前記内側の対立する面の一部のみを横切るように延在する、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
16. 前記機構の数が、前記回転要素の数に一致する、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
17. 前記潤滑剤取込み手段が、前記内輪を貫通する少なくとも１つのオリフィスである、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
18. 前記回転要素の各々の隣接する対が、前記ケージの前記スペーサの１つによって隔てられ、前記ケージが、前記回転要素に面する前記スペーサの面上にへこんだくぼみを備える、請求項１記載の動的に潤滑される軸受。
19. 請求項１の前記動的に潤滑される軸受を動的に潤滑する方法であって、
    前記軸受をガスタービンエンジン内に設置することで、前記ガスタービンエンジンの圧縮機とタービンを相互接続するシャフトを支持するステップと、
    前記内輪と前記外輪の間の前記空洞内に潤滑剤を取り込むステップと、
    前記外輪に対して前記内輪を回転させることで、前記機構を介して前記ケージの前記ポケットに空気が進入し、前記潤滑剤が前記軸受の前記空洞を出るようにするステップと
    を含む方法。
20. 一対の内輪ケージランドの間に内輪溝を有する内輪と、一対の外輪ケージランドの間にあり前記内輪溝と対向する外輪溝を有する外輪と、前記内輪と前記外輪の間に配設され、回転する際前記内輪溝および外輪溝に接触する回転要素と、前記回転要素の間を分離して維持するために前記内輪と前記外輪の間に配設されるケージであって、側部レールと、その間のスペーサとを備え、これらが一緒にポケットを画定し、前記ポケットの中で前記各々の回転要素が個々に収容され、前記側部レールが、前記ケージの前記外輪ケージランドに面する前記ケージの一対の外側の対立する面と、前記ケージの前記内輪ケージランドに面する、前記ケージの対向するように配設された一対の内側の対立する面とを画定するケージとを備える軸受を動的に潤滑する方法であって、
    前記内輪と前記外輪の間の前記空洞内に潤滑剤を取り込むステップと、
    前記外輪に対して前記内輪を回転させることで、前記側部レール、前記外側の対立する面、および前記内側の対立する面の少なくとも１つに画定された機構を介して前記ケージの前記ポケットに空気が進入し、前記空気によって前記潤滑剤が前記軸受の前記空洞を出るようにするステップと
    を含む方法。