JP2022020513A

JP2022020513A - 軸受及びそれに用いられる連結機構、及び連結機構に用いられる予圧付与方法。

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Publication number: JP2022020513A
Application number: JP2020124066A
Authority: JP
Inventors: 敏朗松本; Toshiro Matsumoto
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: DK3943764T3; JP7261202B2; US11680603B2; CN114087285B; CN114087285A; EP3943764A1; EP3943764B1; US20220018388A1

Abstract

【課題】ばね要素を用いなくとも、ティルティングパッド軸受の連結機構を構成するボール部とソケット部とに予圧を与えられる新規な連結機構を提供する。【解決手段】本発明の連結機構１０は、パッド５０をサポート６０に対して傾動可能に連結し、予圧が与えられた第１ボール部１２と第１ソケット部１３とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、第１ボール部と第１ソケット部との接触面が第１摺動球面１５となり、第２摺動球面２５となる接触面で接触する第２ボール部２２と第２ソケット部２３とが更に備えられ、第１摺動球面の曲率中心と第２摺動球面の曲率中心とが一致している。【選択図】図１

Description

本発明は軸受及びそれに用いられる連結機構、及び連結機構に用いられる予圧付与方法の改良に関する。

軸受はパッドを有し、パッドには摺動面が備えられる。このパッドの摺動面に支えられて被摺動部材が摺動する。
パッドの摺動面の摺動方向以外の方向に、被摺動部材には強い力がかかることがある。例えば、風力発電のタービン軸（被摺動部材）には、台風時に、その軸と交差する方向に強い力が非連続的にかかることがある。
従って、パッド自体を傾動可能にして、かかる摺動方向以外の力を吸収することが検討されてきた。これにより、軸受の機械的な損傷が防止され、耐久性が向上する。かかる傾動可能なパッドはティルティングパッドと呼ばれ、ティルティングパッドに適用される軸受はティルティングパッド軸受（この明細書では、単に「軸受」ということがある）と呼ばれる。

特許文献１に開示のティルティングパッド軸受では、パッドとサポートとの間に、サポートに対してパッドの傾動を許容する連結機構が備えられる。この連結機構には相互に摺動するボール部とソケット部とが備えられ、これらを摺動させることでパッドを傾動させる。なお、ボール部とソケット部との間にはこれらが相互に近づく方向へ予圧が与えられる。変動荷重による摺動面の圧力振幅を小さくすることで摩耗を抑制するためである。

国際公開ＷＯ２０１８／１６６６６３号公報

特許文献１が提案する連結機構によれば、ボール部とソケット部とを摺動させることで、パッドの傾動を可能とする。これにより、被摺動部材にかかる既述の外力が吸収される。
かかる連結機構においては、ボール部とソケット部との予圧はばね要素により与えられる。この場合、時間の経過とともにばね要素の弾性力に変化が生じるおそれがある。また、ばね要素が存在すると、パッドが傾動しても、傾動角度に起因したモーメントが発生してしまうため、軸受の最適な状態を維持できないおそれがある。換言すれば、パッドの傾動の際、ばね要素の弾性力が抵抗となって、パッドが傾動することの抵抗となりかねない。
そこでこの発明は、ばね要素を用いなくとも、ボール部とソケット部とに予圧を与えられる新規な連結機構を提案することを目的とする。
この発明の連結機構は、ばね要素の適用を妨げるものではない。

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた。
そこで、かかるばね要素の機能を奏する機械要素として、第２ボール部と第２ソケット部とを使用することに気が付いた。
連結機構に第１ボール部と第１ソケット部のセット（第１可動部）及び第２ボール部と第２ソケット部のセット（第２可動部）を設けて、これら連動させるためには、第１ボール部と第１ソケット部との摺動球面（第１摺動球面）の曲率中心と、第２ボール部と第２ソケット部との摺動球面（第２摺動球面）の曲率中心とを一致させる必要がある。

よってこの発明の第１局面は次のように規定される。即ち、
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、予圧が与えられた第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、
前記第１ボール部と前記１ソケット部との接触面が第１摺動球面となり、
第２摺動球面となる接触面で接触する第２ボール部と第２ソケット部とが更に備えられ、
前記第１摺動球面の曲率中心と前記第２摺動球面の曲率中心とが一致している、ティルティングパッド軸受用の連結機構。

ばね要素を備える連結機構では、ばね要素がボール部（第１ボール部）とソケット部（第１ソケット部）とに予圧を与える他、ばね要素が存在する部位において、パッドが傾動するときの連結機構における遊びが設けられていること、換言すれば連結機構においてばね要素のある領域は第１ボール部と第１ソケット部との摺動を許容する可動領域でもある。
ここに、ばね要素の代替手段としての第２ボール部と第２ソケット部を検討する。例えば、第２ボール部を第１ソケット部に連結し、かつ第２ソケット部を第１ボール部に連結しておいて、第２ボール部と第２ソケット部とを相互に近づけるように付勢することにより、第１ボール部と第１ソケット部とが相互に近づくように付勢されれば、第１ボール部と第１ソケット部とに予圧を与えられる。そして、第２ボール部と第２ソケット部は摺動するので、連結機構における可動領域も確保できる。
そこで、この発明の他の局面は次のように規定される。即ち、
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、予圧が与えられた第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、
前記第１ボール部と前記第１ソケット部とは第１摺動球面で接触し、
第２ボール部と第２ソケット部とが更に備えられて、これらは第２摺動球面で接触し、
第２ボール部と第１ソケット部とがリジッドに連結され、第２ソケット部と第１ボール部とがリジッドに連結され、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とは相互に近づくように予圧される、連結機構。
このように規定される他の局面に規定の連結機構によれば、第２ボール部と第２ソケット部とにより、第１ボール部と第１ソケット部とへ予圧を与えることができる。さらに、第２ボール部と第２ソケット部とは摺動しながら相互の位置を変える（変位する）ことができるので、パッドが傾動するときの、第１ボール部及び第１ソケット部の摺動を許容する、連結機構の可動領域となる。
ここでリジッドは、一対の要素が固定されて相互に変位することなく連結されている態様を指す。

ここに、連結機構において可動部が第１ボール部と第１ソケット部のみであると、第１ボール部と第１ソケット部との間に予圧を与えることができない。第１ボール部と第１ソケット部とに予圧を与えるためには、第１ボール部が連結されるパッド（又はサポート）と第１ソケット部が連結されるサポート（又はパッド）とを繋ぐ連結部を設け、当該連結部により両者へこれらが相互に近づく力を付与する必要がある。従って、パッドの傾動を許容するには、この連結部の少なくとも一部に可動領域が必要となる。

この発明では、かかる可動領域を第２ボール部と第２ソケット部とが担う。第２ボール部と第２ソケット部との可動を確保するには、連結機構において両者の摺動を拘束しないようにする。例えば、第２ボール部において曲率中心側に開放した空間部を形成することができる。当該空間部は第２ボール部の摺動面（第２摺動球面）が存在する仮想球面より外側に広がっている。これにより、パッドの傾動時に第２ボール部が第２ソケット部から外れても、第２ボール部の摺動面が他の要素に干渉することはない。パッドの傾動時においても第２ボール部の全摺動面が第２ソケット部と接触状態にあれば、当該空間は不要となる。

よって、この発明の他の局面は次のように規定される、即ち
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、第１摺動球面で接触する第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、前記第１ボール部は前記パッドに対して固定され、前記第１ソケット部は前記サポートに対して固定される連結機構において前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える予圧付与方法であって、
前記サポートに対して固定される第２ボール部と前記パッドに対して固定される第２ソケット部とを前記第１摺動球面の曲率中心と同じ曲率中心をもつ第２摺動球面において接触させつつ、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える、予圧付与方法。
このように規定されるこの発明の更に他の局面によれば、パッドを傾動させる機能を連結機構に確保しつつ、簡易な構成で第１ボールと第１ソケットとに予圧を与られる。

この発明の更に他の局面は次のように規定される。即ち、
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、第１摺動球面で接触する第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、前記第１ボール部は前記サポートに対して固定され、前記第１ソケット部は前記パッドに対して固定される連結機構において前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える予圧付与方法であって、
前記パッドに対して固定される第２ボール部と前記サポートに対して固定される第２ソケット部とを前記第１摺動球面の曲率中心と同じ曲率中心をもつ第２摺動球面において接触させつつ、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える、予圧付与方法。
このように規定されるこの発明の更に他の局面によれば、パッドを傾動させる機能を連結機構に確保しつつ、簡易な構成で第１ボールと第１ソケットとに予圧を与られる。

図１はこの発明の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図２はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図３はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図４はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図５はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図６はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図７は第１摺動球面と第２摺動球面の位置関係を示す模式図である。図８は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図９は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図１０は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図１１は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図１２はこの発明の他の実施形態のティルティングパッド軸受の構造を示す断面図である。図１３は第１摺動球面と第２摺動球面の位置関係を示す模式図である。図１４は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図１５は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。図１６は第１摺動球面と第２摺動球面の他の態様の位置関係を示す模式図である。

以下、この発明を実施の形態に基づき更に詳細に説明する。
図１にこの発明の第１実施形態のティルティングパッド軸受１を示す。
この軸受１は連結機構１０、パッド５０及びサポート６０を備える。なお、この明細書では、便宜上パッド５０のある位置を上側、サポート６０のある位置を下側として説明を進めていく。
連結機構１０は第１ボール部１２及び第１ソケット部１３からなる第１可動部１１を備える。この第１可動部１１において第１ボール部１２と第１ソケット部１３とは第１摺動球面１５で接触する。
第１ボール部１２は中心Ｏの球を２つの並行平面でカットした形状であり、その中央には貫通孔１４が形成されている。
貫通孔１４には突出部５３の小径部５３ａが挿入されて固定される。この突出部５３はパッド５０の下面から突出している。

第１ソケット部１３はリング状の部材であって、第１ボール部１２に対向する内周面（接触面）は仮想球面上にあり、この仮想球面の曲率半径は第１ボール部１２の外周面（接触面）の曲率半径と等しい。
第１ボール部１２の外周面（接触面）と第１ソケット部１３の内周面（接触面）とが接触する仮想球面を第１摺動球面１５という。この第１摺動球面１５の曲率中心は図１において点Ｏで示される。

第１ソケット部１３はサポート６０の上面側の大径凹部６１に嵌合して固定されている。
第１ソケット部１３の内周面と、大径凹部６１の底面、第１ボール部１２の下縁及び突出部５３の下縁とで空間部６５が形成されている。これにより、第１ソケット部１３に対して第１ボール部１２が傾動したとき、第１ボール部１２や突出部５３の下縁が大径凹部６１の底面や第１ソケット部１３の内壁に干渉することがない。
なお、図１において基端部７１の上面と凹部５４との上面をそれぞれ球面として相互に接触させてもよい。この球面の曲率中心は点Ｏである。
このように、第２ボール部２２及びそれに付随する要素（この例では基端部７１）が周囲の要素に対して摺動可能であれば、空間部５５は無くてもよい。

連結機構１０は第２ボール部２２及び第２ソケット部２３からなる第２可動部２１を備える。この第２可動部２１において第２ボール部２２と第２ソケット部２３とは第２摺動球面２５で接触する。第２ボール部２２は中心Ｏの球を２つの平行平面でカットした形状であり、その中央には貫通孔２４が形成されている。
貫通孔２４にはシャフト７０の基端側の大径部７０ａが挿入される。シャフト７０の基端部７１は拡径されて第２ボール部２２の上面に当接しこれが図示上側への移動を規制するとともに、図示下方側、即ち第２ボール部２２を第２ソケット部２３側へ押圧可能とする。

第２ソケット部２３はリング状の部材であって、第２ボール部２２に対向する内周面（接触面）は仮想球面上にあり、この仮想球面の曲率半径は第２ボール部２２の外周面（接触面）の曲率半径に等しい。
第２ボール部２２の外周面（接触面）と第２ソケット部２３の内周面（接触面）とが接触する仮想球面を第２摺動球面２５という。この第２摺動球面２５の曲率中心は図１において点Ｏで示される。
第２ソケット部２３は突出部５３の上縁側に設けられた凹部５３ｂに挿入されて固定される。

シャフト７０の基端部７１は、パッド５０の下面に穿設された凹部５４内に挿入される。この凹部５４に対向するように、突出部５３の凹部５３ｂの上縁側が拡径されている（拡径凹部５３ｃ）。かかる凹部５４及び拡径凹部５３ｃにより空間部５５が形成される。かかる空間部５５の存在により、基端部７１が凹部５４の周壁と干渉しない。
シャフト７０の先端部７０ｂ側（他端側）にはねじ部が形成されている。この先端部７０ｂはサポート６０の大径凹部６１の底壁の中央に穿設された貫通孔６２に挿通され、下側からナット７４が螺合される。ナット７４を締め付けることにより、シャフト７０の基端部７１が第２ボール部２２を第２ソケット部２３側に押圧する。サポート６０の下面にはナット７４を収納する収納凹部６８が形成されている。

第２ソケット部２３に加えられた押圧力は第１ボール部１２に伝わり、第１ボール部１２を第１ソケット部１３へ押し付ける。これにより、第１ボール部１２と第１ソケット部１３との間の予圧が確保される。
予圧の大きさは、ナット７４の締付具合で調節できる。

図１に示すティルティングパッド軸受１を、例えば風力発電用のタービン軸に適用するときは、タービン軸の周りに均等な間隔をあけて、複数（３つ以上）配置される。紙面厚さ方向に配置されるタービン軸には、台風などにおいてはあらゆる方向から力がかかるおそれがある。
図１の軸受１によれば、タービン軸に対するこのような方向、即ちいかなる方向からの外力に対しても、その力にそってパッド５０は傾動する。これは、第１可動部１１を構成する第１ボール部１２と第１ソケット部１３とが球面（第１摺動球面）で摺接しているため、曲率中心Ｏを中心に自由に変位可能だからである。

第１ボール部１２に対し突出部５３を介して第２ソケット部２３がリジッドに、即ち、相互に固定されて相互の位置をずらす（変位する）ことなく、連結され、第１ソケット部１３に対してサポート６０、シャフト７０を介して第２ボール部２２がリジッドに連結されている。したがって、第１ボール部１２と第２ソケット部２３とは同時に変位して、第１ボール部１２が第１ソケット部１３に対して摺動するとき、第２ソケット部２３が第２ボール部２２に対して摺動する。
ここに、第２ボール部２２の変位は空間部５５により何ら規制を受けない。同様に第１ボール部１２の変位も空間部６５により何ら規制を受けない。
上記において、サポート６０の収納凹部６８の上面とナット７４との間及び／又は第２ボール２２と基端部７１との間にばね要素を介在させることで、予圧の調節を行うこともできる。かかるばね要素には、皿ばね、コイルばねや弾性高分子材料製の板を用いることができる。

上記において、第１ボール部１２、第１ソケット部１３、第２ボール部２２及び第２ソケット部２３は、少なくともその接触面側部位が軸受鋼で形成されている。かかる軸受鋼としてＳＵＪ２、ＳＵＪ３等を採用できる。軸受鋼の代わりに、ステンレス鋼を採用することもできる。
これらの接触面の少なくとも一方の表面は摺動層を備えることができる。この摺動層は固体潤滑剤とバインダ樹脂からなる表面樹脂層とすることができる。
ここに、固体潤滑剤としてグラファイト、ｈ－窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、三酸化モリブデン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、メラミンシアヌレート、フッ化カーボン、フタロシアニン、グラフェンナノプレートレット、フラーレン、超高分子量ポリエチレン、Ｎε－ラウロイル－Ｌ－リジン等の１種以上を選択できる。
バインダ樹脂としてポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、およびエラストマーの一種以上を採用でき、ポリマーアロイであってもよい。
表面樹脂層の膜厚は１μｍ～１ｍｍとすることが好ましい。
表面樹脂層はコーティングで形成しても、樹脂シートを貼り付けたものでもよい。

第１ボール部１２、第１ソケット部１３、第２ボール部２２及び第２ソケット部２３の接触面の少なくとも一方はテクスチャ加工されることが好ましい。
テクスチャ加工された接触面の表面粗さはＲｚ６．３以下とすることがきる。

パッド５０は被摺動部材に応じてその摺動面５１は任意に設計される。図２には摺動面１５１を凸状にした軸受２示す。また、図３には摺動面１５４を平板状にした軸受３を示す。
図２及び図３において、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
パッド５０の摺動面の材質は、パッド５０に要求される使用条件等により任意に設計される。例えば、摺動材としてＰＥＥＫ複合材、ＰＴＦＥ複合材、ホワイト合金、アルミ合金、銅合金の少なくとも１種を用いることができる。このパッドの摺動面をテクスチャ構造とすることもできる。パッド摺動面の表面粗さはＲｚ６．３以下とすることが好ましい。
連結機構１０の回転中心Ｏに対してパッド５０の重心（摺動面方向から見たとき）は、パッド５０に対する被摺動部材の摺動方向に、変位していることが好ましい。耐久性を向上させるためである。

シャフト７０は、パッド５０とサポート６０とを相互に近づける方向に力を与えつつこれらを連結する連結部として機能するものであれば、任意の構造を採用できる。この連結部は、換言すれば、第１ボール部を第２ソケット部に対してリジッドに連結し、第１ソケット部を第２ボール部に対してリジッドに連結する部材である。
図１の例では、シャフト７０の先端部７０ｂのねじ部にナット７４を螺合して締め付けることにより、第１ボール部１２と第１ソケット部１３とに予圧を与えている。そして、締付の度合いを調整することで予圧が調節される。

図４の軸受４では、ナットを省略して、シャフト７０の先端部７０ｂのねじ部をサポート６０に直接螺合している。螺合の度合い（シャフト７０の軸方向の位置）を調整することで予圧の調節が可能である。なお、図４において、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

図５の軸受５では、シャフト７０の先端部７０ｂに段差部７５が設けられる。この段差部７５はサポート６０の大径凹部６１の底面に当接する。段差部７５から基端部７１の下面までの距離を、大径凹部６１の底面から基端部７１の下面までの距離より短くすることで、第１ボール部１２と第１ソケット部１３との間に予圧が与えられる。そして、両者の距離を調整することで予圧の調整も可能になる。
図５において、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６の例においても、シャフト７０の先端部７０ｂに段差部７５が設けられる。この段差部７５の作用は図５の例と同じである。図６において、図５と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７～図１１は、第１摺動球面１５と第２摺動球面２５との位置関係を示す模式図である。
第１摺動球面１５と第２摺動球面２５とはそれぞれの曲率中心を点Ｏにおいて一致させる。ここで、一致とは物理的に曲率中心の座標が一致することの他、パッド５０を傾動可能な範囲内においてのマージンが許されるものとする。
図７は、図１の例を模式的に表している。図７において、符号１２は第１ボール部を、符号２２は第２ボール部を模式的に表している。それぞれの周面が第１摺動球面１５、第２摺動球面２５である。

図７の例では、第１ボール部１２上縁の両端Ｄ１，Ｄ１（曲率中心Ｏから第１ボール部１２をみたときの円形上面に描かれる直径の両端）と曲率中心Ｏとを結ぶ仮想線上に、第２ボール部２２の上縁の両端ｄ１、ｄ１（曲率中心Ｏから第２ボール部２２をみたときの円形上面に描かれる直径の両端）が存在する。
第１ボール部１２の第１摺動球面の中心Ｐ１、第２ボール部の第２摺動球面の中心Ｐ２を結ぶ仮想線上に、曲率中心Ｏとパッド５０の摺動面５１の最下点Ｑ１が存在する。
曲率中心Ｏを頂点としてこれと両端Ｄ１，Ｄ１（ｄ１、ｄ１）とを結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の内角は６０～１８０度とすることが好ましい。更に好ましい角度は９０～１５０度である。

図８に示す例では、図７の例に比べて、第２ボール部２２ａを小径化した。換言すれば、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第１ボール部１２の両端Ｄ１，Ｄ１を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度より、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第２ボール部２２ａの両端ｄ２、ｄ２を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度の方が小さい。Ｏ，ｄ２，ｄ２からなる二等辺三角形の頂点角度は６０～１５０度とすることができる。更に好ましい角度は６０～１２０度である。
図９の例では、図７の例に比べて、第１ボール部１２を小径化した。換言すれば、曲率中心を頂点としてこれと第１ボール部１２の両端Ｄ２，Ｄ２を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度より、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第２ボール部２２の両端ｄ１、ｄ１を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度を大きくする。

図１０に示す例では、図７の例に比べて、第１ボール部１２ｂの第１摺動球面１５の中心Ｐ１、第２ボール部２２ｂの第１摺動球面１５の中心Ｐ２及び曲率中心０とは一直線上に存在しない。
図１１の例では、図７の例に比べて、第１摺動球面１５及び第２摺動球面２５の曲率中心Ｏの位置がパッド５０の摺動面５１の上側に存在する。

図７～図１１では、第１ボール部及び第２ボール部へともに交差する、曲率中心Ｏからの仮想放射線が存在する。かかる放射線の位置にシャフトを通すことで、第２ボール部にかかる力が第１ボール部側へ直接的に伝達されることとなる。
第１摺動球面１５の曲率半径が第２摺動球面２５の曲率半径より長くされている。
図７～図１０では、曲率中心Ｏが第１ボール部の外周面及び第２ボール部の外周面とパッド５０の摺動面５１との間に存在する。
図１１では、曲率中心Ｏと第１ボールの外周面及び第２ボール部の外周面との間にパッド５０の摺動面５１が存在する。換言すれば、曲率中心Ｏは第１及び第２摺動球面からみてパッド５０の摺動面５１の反対側に存在する。

図１２に、他の実施の形態のティルティングパッド軸受８を示す。
この軸受８は連結機構１１０、パッド１５０及サポート１６０を備える。
連結機構１１０は第１ボール部１１２及び第１ソケット部１１３からなる第１可動部１１１を備える。この第１可動部１１１において第１ボール部１１２と第１ソケット部１１３とは第１摺動球面１１５で接触する。
第１ボール部１１２は中心Ｏの球を２つの並行平面でカットした形状であり、その中央には貫通孔１１４が形成されている。
貫通孔１１４にはサポート１６０から突出した突出部１６３が挿入されて固定される。

第１ソケット部１１３はリング状の部材であって、第１ボール部１１２に対向する内周面（接触面）は仮想球面上にあり、この仮想球面の曲率半径は第１ボール部１１２の外周面（接触面）の曲率半径と等しい。
第１ボール部１１２の外周面（接触面）と第１ソケット部１１３の内周面（接触面）とが接触する仮想球面を第１摺動球面１１５という。この第１摺動球面１１５の曲率中心は図１２において点Ｏで示される。

第１ソケット部１１３はパッド１５０の下面側の大径凹部１５３に嵌合して固定されている。
第１ソケット部１１３の内周と、大径凹部１５３の上面、第１ボール部１１２の上縁及び突出部１６３の上縁とで空間部１５５が形成されている。これにより、第１ソケット部１１３に対して第１ボール部１１２が相対的に傾動したとき、第１ボール部１１２や突出部１６３の上縁が大径凹部１５３の上面や第１ソケット部１１３の内壁に干渉することがない。

連結機構１１０は第２ボール部１２２及び第２ソケット部１２３からなる第２可動部１２１を備える。この第２可動部１２１において第２ボール部１２２と第２ソケット部１２３とは第２摺動球面１２５で接触する。第２ボール部１２２は中心Ｏの球を２つの平行平面でカットした形状であり、その中央には貫通孔１２４が形成されている。
貫通孔１２４にはシャフト１７０の基端側の大径部１７０ａが挿入される。シャフト１７０の基端部１７１は拡径されて第２ボール部１２２の下面（曲率半径Ｏ側の面）に当接し図示下方側への移動を規制するとともに、図示上方側、即ち第２ソケット部１２３側へ押圧可能とする。

第２ソケット部１２３はリング状の部材であって、第２ボール部１２２に対向する内周面（接触面）は仮想球面上にあり、この仮想球面の曲率半径は第２ボール部１２１の外周面（接触面）の曲率半径に等しい。
第２ボール部１２２の外周面（接触面）と第２ソケット部１２３の内周面（接触面）とが接触する仮想球面を第２摺動球面１２５という。この第２摺動球面１２５の曲率中心は図８において点Ｏで示される。
第２ソケット部１２３は突出部１６３の下縁側に設けられた凹部１６３ｂに挿入されて固定される。

シャフト１７０の基端部１７１は、サポート１６０の下面に穿設された凹部１６４内に挿入される。かかる凹部１６４より空間部１６５が形成される。かかる空間部１６５の存在により、基端部１７１が凹部１６４の周壁と干渉しない。
シャフト１７０の先端部１７０ｂ側（他端側）にはねじ部が形成されている。この先端部１７０ｂはパッド１５０の大径凹部１５３の底壁の中央に穿設されたねじ穴１５８に螺合される。このねじのねじ込み具合を調節することで、第２ボール部１２２から第２ソケット部１２３へ加える押圧力が調整される。
第２ソケット部１２３に加えられた押圧力は第１ボール部１１２に伝わり、第１ボール部１１２を第１ソケット部１１３へ押し付ける。これにより、第１ボール部１１２と第１ソケット部１１３との間の予圧が確保される。

図１２の軸受を構成する各構成要素の材質等は図１の軸受と同じである。
シャフト１７０の先端部１７０ｂ側に段差部を設け、該段差部と基端部１７１との距離を調節することで、第１ボール部１１２と第１ソケット１１３とに与える予圧を調節できる。
なお、基端部１７１と第２ボール部１２１との間にばね要素を介在させることで、予圧の調節をすることもできる。

図１３～図１６に、図７～図１１に倣って、第１摺動球面１１５と第２摺動球面１２５との関係を示す。
第１摺動球面１１５と第２摺動球面１２５とはそれぞれの曲率中心を点Ｏにおいて一致させる。
図１３は、図１２の例を模式的に表している。図１３において、符号１１２は第１ボール部を、符号１２２は第２ボール部を模式的に表している。それぞれの周面が第１摺動球面１１５、第２摺動球面１２５である。

図１３の例では、第１ボール部１１２下縁の両端Ｄ１，Ｄ１と曲率中心Ｏとを結ぶ仮想線上に、第２ボール部１２２の上縁の両端ｄ１、ｄ１が存在する。
第１ボール部１１２の中心Ｐ１、第２ボール部１２２の中心Ｐ２を結ぶ仮想線上に、曲率中心Ｏとパッド１５０の摺動面１５１の最下点Ｑ１が存在する。
曲率中心Ｏを頂点としてこれと両端Ｄ１，Ｄ１（ｄ１、ｄ１）とを結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の内角は６０～１８０度とすることが好ましい。更に好ましい角度は９０～１５０度である。

図１４に示す例では、図１３の例に比べて、第２ボール部１２２ａを小径化した。換言すれば、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第１ボール部１１２の両端Ｄ１，Ｄ１を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度より、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第２ボール部１２２ａの両端ｄ２、ｄ２を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度の方が小さい。Ｏ，ｄ２，ｄ２からなる二等辺三角形の頂点角度は６０～１５０度とすることができる。更に好ましい角度は６０～１２０度である。
図１５に示す例では、図１３の例に比べて、第１ボール部１１２を小径化した。換言すれば、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第１ボール部１１２の両端Ｄ２，Ｄ２を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度より、曲率中心Ｏを頂点としてこれと第２ボール部１２２の両端ｄ１、ｄ１を結ぶ仮想二等辺三角形の頂点の角度の方が大きい。

図１６に示す例では、図１３の例に比べて、第１ボール部１１２ｂの中心Ｐ１、第２ボール部１２２ｂの中心Ｐ２及び曲率中心Ｏとは一直線上に存在しない。

図１３～１６では、第１ボール部及び第２ボール部へともに交差する曲率中心Ｏからの仮想放射線が存在する。かかる放射線の位置にシャフトを通すことで、第２ボール部にかかる力が第１ボール部側へ直接的に伝達されることとなる。
第１摺動球面１１５の曲率半径が第２摺動球面１２５の曲率半径より長くされている。
曲率中心Ｏは、第１ボール部及び第２ボール部より、パッド１５０の摺動面１５１から離れている。

この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。本発明の摺動部材を用いた内燃機関等の軸受機構使用装置は、優れた摺動特性を発揮する。

１～６、８…ティルティングパッド軸受
１０、１１０…連結機構
１１、２１、１１１、１２１…可動部
１２、１１２…第１ボール部
１３、１１３…第１ソケット部
２２、１２２…第２ボール部
２３、１２３…第２ソケット部
１５、１１５…第１摺動球面
２５、１２５…第２摺動球面
５０、１５０…パッド
５１、１５１…摺動面
６０、１６０…サポート

第１ボール部１２に対し突出部５３を介して第２ソケット部２３がリジッドに、即ち、相互に固定されて相互の位置をずらす（変位する）ことなく、連結され、第１ソケット部１３に対してサポート６０、シャフト７０を介して第２ボール部２２がリジッドに連結されている。したがって、第１ボール部１２と第２ソケット部２３とは同時に変位して、第１ボール部１２が第１ソケット部１３に対して摺動するとき、第２ソケット部２３が第２ボール部２２に対して摺動する。
ここに、第２ボール部２２の変位は空間部５５により何ら規制を受けない。同様に第１ボール部１２の変位も空間部６５により何ら規制を受けない。
上記において、サポート６０の収納凹部６８の上面とナット７４との間及び／又は第２ボール部２２と基端部７１との間にばね要素を介在させることで、予圧の調節を行うこともできる。かかるばね要素には、皿ばね、コイルばねや弾性高分子材料製の板を用いることができる。

連結機構１１０は第２ボール部１２２及び第２ソケット部１２３からなる第２可動部１２１を備える。この第２可動部１２１において第２ボール部１２２と第２ソケット部１２３とは第２摺動球面１２５で接触する。第２ボール部１２２は中心Ｏの球を２つの平行平面でカットした形状であり、その中央には貫通孔１２４が形成されている。
貫通孔１２４にはシャフト１７０の基端側の大径部１７０ａが挿入される。シャフト１７０の基端部１７１は拡径されて第２ボール部１２２の下面（曲率中心Ｏ側の面）に当接し図示下方側への移動を規制するとともに、図示上方側、即ち第２ソケット部１２３側へ押圧可能とする。

第２ソケット部１２３はリング状の部材であって、第２ボール部１２２に対向する内周面（接触面）は仮想球面上にあり、この仮想球面の曲率半径は第２ボール部１２２の外周面（接触面）の曲率半径に等しい。
第２ボール部１２２の外周面（接触面）と第２ソケット部１２３の内周面（接触面）とが接触する仮想球面を第２摺動球面１２５という。この第２摺動球面１２５の曲率中心は図８において点Ｏで示される。
第２ソケット部１２３は突出部１６３の下縁側に設けられた凹部１６３ｂに挿入されて固定される。

図１２の軸受を構成する各構成要素の材質等は図１の軸受と同じである。
シャフト１７０の先端部１７０ｂ側に段差部を設け、該段差部と基端部１７１との距離を調節することで、第１ボール部１１２と第１ソケット１１３とに与える予圧を調節できる。
なお、基端部１７１と第２ボール部１２２との間にばね要素を介在させることで、予圧の調節をすることもできる。

Claims

パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、予圧が与えられた第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、
前記第１ボール部と前記第１ソケット部との接触面が第１摺動球面となり、
第２摺動球面となる接触面で接触する第２ボール部と第２ソケット部とが更に備えられ、
前記第１摺動球面の曲率中心と前記第２摺動球面の曲率中心とが一致している、ティルティングパッド軸受用の連結機構。
前記第１ボール部と前記第２ボール部とへともに交差する、前記曲率中心からの仮想放射線上において、前記第１摺動球面の曲率半径が前記第２摺動球面の曲率半径より長い、請求項１に記載の連結機構。
前記曲率中心は前記第１及び第２摺動球面と前記パッドの摺動面との間、若しくは前記第１及び第２摺動球面からみて該摺動面の反対側に存在する、請求項２に記載の連結機構。
前記曲率中心は前記第１及び前記第２摺動球面より前記パッドの摺動面より離れて存在する、請求項２に記載の連結機構。
前記第１摺動球面の中心と前記曲率中心とを結ぶ仮想線上に前記第２摺動球面の中心が存在する、請求項１～４のいずれかに記載の連結機構。
前記第１摺動球面において前記曲率中心側の両端と前記曲率中心とで形成される仮想二等辺三角形における前記曲率中心側の第１内角は６０～１８０度である、請求項１～５のいずれかに記載の連結機構。
前記第２摺動球面において前記曲率中心側の両端と前記曲率中心とで形成される仮想二等辺三角形における前記曲率中心側の第２内角は６０～１５０度である、請求項１～６のいずれかに記載の連結機構。
前記第１内角≧前記第２内角である、請求項７に記載の連結機構。
前記第１ボール部は前記パッドに対して固定され、前記第１ソケット部は前記サポートに対して固定され、
前記第２ボール部は前記サポート対して固定され、前記第２ソケット部は前記パッドに対して固定される、請求項３に記載の連結機構。
前記第１ボール部は前記サポートに対して固定され、前記第１ソケット部は前記パッドに対して固定され、
前記第２ボール部は前記パッドに対して固定され、前記第２ソケット部は前記ソケットに対して固定される、請求項４に記載の連結機構。
前記パッドと前記サポートとを連結するシャフトが備えられ、該シャフトは前記パッドと前記サポートを相互に近づける予圧を与える、請求項１～１０いずれかに記載の連結機構。
前記シャフトは前記第１摺動球面及び前記第２摺動球面を貫通する、請求項１１に記載の連結機構。
前記パッドと前記サポートとを連結するシャフトが備えられ、該シャフトは前記パッドと前記サポートを相互に近づける予圧を与え、前記シャフトの一端側には前記第２ボール部が固定され、前記シャフトの他端側は前記サポートに固定される請求項３に記載の連結機構。
前記パッドと前記サポートとを連結するシャフトが備えられ、該シャフトは前記パッドと前記サポートを相互に近づける予圧を与え、前記シャフトの一端側には前記第２ボール部が固定され、前記シャフトの他端側は前記パッドに固定される、請求項４に記載の連結機構。
前記シャフトの他端側はねじ部を有し、前記サポート又は前記パッドに対する該ねじ部の位置を調整することで、前記予圧が調整される、請求項１３又は１４に記載の連結機構
前記シャフトの他端側には前記サポート又は前記パッドに当接する段差部が形成され、前記段差部と前記一端側における前記第２ボールとの距離を調整することで、前記予圧が調整される、請求項１３又は１４に記載の連結機構。
前記シャフトの他端側のねじ部は前記サポートを貫通し、該貫通したねじ部にナットが螺合される、請求項１５に記載の連結機構。
前記シャフトの他端のねじ部は前記サポート又は前記パッドへ螺合される、請求項１５に記載の連結機構。
前記第１ボール部及び前記第１ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第１固体潤滑材を含んだ第１摺動層が形成され、
前記第２ボール部及び前記第２ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第２固体潤滑材を含んだ第２摺動層が形成される、請求項１～１８のいずれかに記載の連結機構。
前記第１ボール部及び前記第１ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第１摺動材を含んだ第１摺動層が形成され、
前記第２ボール部及び前記第２ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第２摺動材を含んだ第２摺動層が形成される、請求項１～１９のいずれかに記載の連結機構。
前記第１摺動材及び前記第２摺動材は固体潤滑材と樹脂バインダ樹脂からなる、請求項２０に記載の連結構造。
前記第１ボール部及び前記第１ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第１テクスチャ加工面が形成され、
前記第２ボール部及び前記第２ソケット部の摺動面の少なくとも一方に第２テクスチャ加工面が形成される、請求項１～２１のいずれかに記載の連結機構。
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、予圧が与えられた第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、
前記第１ボール部と前記第１ソケット部とは第１摺動球面で接触し、
第２ボール部と第２ソケット部とが更に備えられて、これらは第２接触球面で接触し、
前記第１摺動球面の曲率中心と前記第２摺動球面の曲率中心とは一致し
第２ボール部と第１ソケット部とがリジッドに連結され、第２ソケット部と第１ボール部とがリジッドに連結され、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とは相互に近づくように予圧される、連結機構。
前記第１ボール部及び第２ボール部において前記曲率中心側の上縁は開放されている、請求項２３に記載の連結機構。
請求項１～２４のいずれかに記載の連結構造及びパッドを備えてなるティルティングパッド軸受。
前記パッドの摺動面は、該パッドの傾動方向に沿って凹状、凸状若しくは平板状である、請求項２５に記載の軸受。
前記パッドの摺動面にはテクスチャ加工面が形成される、及び／又はＰＥＥＫ複合材、ＰＴＦＥ複合材、ホワイト合金、アルミニウム合金及び銅合金から選ばれる１種又は２種以上で形成される、請求項２５又は２６に記載の軸受。
前記パッドを摺動面側からからみたとき、その投影面の重心と前記曲率中心とが変位している、請求項２５～２７のいずれかにに記載の軸受。
前記パッドの摺動面は、該パッドの傾動方向に沿って凹状であり、前記パッドを平面からみたとき、該パッドの摺動面の最下端と前記曲率中心とが一致する、請求項２６に記載の軸受。
サポートが更に備えられ、該サポートは前記パッドとで前記連結構造を挟むように配置される、請求項２６～２９のいずれかに記載のティルティングパッド軸受。
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、第１摺動球面で接触する第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、前記第１ボール部は前記パッドに対して固定され、前記第１ソケット部は前記サポートに対して固定される連結機構において前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える予圧付与方法であって、
前記サポートに対して固定される第２ボール部と前記パッドに対して固定される第１ソケット部とを前記第１摺動球面の曲率中心と同じ曲率中心をもつ第２摺動球面において接触させつつ、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に接続されつつ近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える、予圧付与方法。
前記第１摺動球面及び前記第２摺動球面を貫通するシャフトの一端に前記第２ボール部を固定して、前記サポートに対する前記シャフトの他端の連結位置を調節することで、前記第２ボール部と前記第２ソケット部との相対距離を調節する、請求項３１に記載の予圧付与方法。
パッドをサポートに対して傾動可能に連結し、第１摺動球面で接触する第１ボール部と第１ソケット部とを備えるティルティングパッド軸受用の連結機構であって、前記第１ボール部は前記サポートに対して固定され、前記第１ソケット部は前記パッドに対して固定される連結機構において前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える予圧付与方法であって、
前記パッドに対して固定される第２ボール部と前記サポートに対して固定される第１ソケット部とを前記第１摺動球面の曲率中心と同じ曲率中心をもつ第２摺動球面において接触させつつ、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とを相互に近づけることで、前記第１ボール部と前記第１ソケット部とに予圧を与える、予圧付与方法。
前記第１摺動球面及び前記第２摺動球面を貫通するシャフトの一端に前記第２ボール部を固定して、前記パッドに対する前記シャフトの他端の連結位置を調節することで、前記第２ボール部と前記第２ソケット部とが相互に近づく度合いを調整する、請求項３３に記載の予圧付与方法。