JP2745067B2 - ビーム支持式軸受パットを有する流体力学的軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、揺動パッド軸受とも称される流体力学的軸
受に関する。

発明の背景 流体力学的軸受は、軸のような回転物体を油、空気又
は水等の加圧流体を介して静止軸受パッドによって支承
する。流体力学軸受は、回転物体は、回転する際、流体
の頂面に沿って慴動しないという原理を利用する。即
ち、回転物体に接触する流体は、その回転物体にぴった
りと付着し、回転運動に伴って流体フィルム（薄膜又は
層）の全高に亙って流体粒子の間でスリップ又は剪断が
生じる、従って回転物体とそれに接触する流体層とが所
定の速度で移動（回転）すると、その流体の厚み（全
高）の底面と頂面の間の中間部分における移動速度は、
一定の割合で減少し、静止軸受パッドに接触する流体
（流体層の頂面の流体）は、軸受パッドに付着し、軸受
パッドに対して相対的には動かない。軸受パッドが回転
物体（軸）を支承する結果として回転物体に対して僅か
な角度だけ撓むと、流体が軸受パッドと回転物体との間
に形成されるウエッジ形開口内へ吸引され、流体フィル
ム内に荷重を支承するのに十分な圧力が創生される。こ
の原理は、慣用の流体力学的ジャーナル（ラジアル）軸
受にも、船の流体タービン及びプロペラ軸のためのスラ
スト軸受にも利用されている。

スラスト軸受も、ジャーナル又はラジアル軸受も、通
常、中心軸線の周りに間隔をおいて設けられた軸支承パ
ッド即ち軸受パッドを有している。又、この中心軸受
は、スラスト軸受の場合も、ジャーナル軸受の場合も、
それが支承すべき軸の長手軸線とほぼ一致する。ここで
は、この中心軸線を主軸線とも称する。

流体軸受の理想の要件としては、先ず、流体力学的ウ
エッジ軸受のパッドのパッド面即ち軸受面全体の亙って
延在すること、流体フィルム（薄膜又は層）が荷重を支
承するのにちょうど適した厚さであること、軸受の軸線
と軸の軸線とが合致すること、パッド面の先行縁および
後行縁に近接した端部からの流体の漏れが最小限に抑制
されることが挙げられる。ここで、パッド面の先行縁と
は、該パッドが支承する回転軸の被支承面上の適当な一
点が、該軸の回転によって先に接近するパッド面の半径
方向縁のことであり、後行縁とは、該一点が後に接近す
るパッド面の半径方向縁のことである。その他の要件と
しては、軸が回転し始めると直ちに流体フィルムが創生
されることが挙げられるが、加えて、特にスラスト軸受
の場合は、その各軸受パッドが均等に荷重を受ける、と
いうことが肝要である。このような理想的な軸受は未だ
実現されていないが、上記の各要件を実質的に充足する
軸受であれば、その軸受は、流体力学的ウエッジの形成
を最適化するように構成された軸受であるということが
できる。ここで、「流体力学的ウエッジ」とは、流体の
ウエッジ（くさび）状フィルム即ち薄膜又は層のことで
あり、場合によっては、ウエッジ状流体フィルムを設定
する、軸受パッドの軸受面と軸との間のウエッジ状間隔
のことをいう。ここでは、そのような流体力学的ウエッ
ジを単に「流体ウエッジ」又は「ウエッジ」とも称す
る。

一般に、この種の軸受は、相対的に運動する部品間、
即ち、軸受の軸受パッド面と、軸受パッド面によって支
承される軸との間に流体潤滑剤のウエッジ状フィルムを
形成するように、詳しくいえば、ウエッジ状流体フィル
ムを設定するウエッジ状間隔を形成するように移動する
ことができるような態様に取付けられている。過剰な流
体が存在すると、軸及び、又は軸受パッドとの間に望ま
しくない摩擦を生じ、動力の損失をもたらすので、流体
の厚さは、最大荷重の支承するのにちょうど適した厚さ
であることが好ましい。これは、ウエッジの形成を最適
化する場合にも当てはまる。基本的には軸受パッドは、
その軸受パッド面（軸を支承するための表面、単に「軸
受面」、「軸係合面」又は「パッド面」とも称する。）
の前方に位置する中心点を中心として枢動状又は揺動状
に変位し、軸受摩擦がウエッジを開こうとする作用をす
る。ウエッジの形成が最適化されると、ウエッジはパッ
ド面全面に亙って延在する。更に、ウエッジは、支承す
べき軸のできるだけ低い回転速度の時点で、理想的には
軸が回転し始めると直ぐに形成されるのが好ましい。

従来のラジアルパッド型軸受においては、各軸受パッ
ドの適正な撓みにより流体力学的ウエッジを形成するに
は軸受とそれによって支承される回転軸との間に正確に
定められたクリアランスを設定することが必要であると
考えられている。しかしながら、厳密なクリアランスを
必要とすることは、特に気体潤滑式軸受の製造において
困難な要件である。気体潤滑式軸受のもう１つの問題点
は、高速回転時に流体フィルムが破断することである。
これらの問題のために、従来、気体潤滑式軸受の使用は
制限されていた。

米国特許第3,107,955号には、軸受パッドのパッド面
の前方に位置する中心点を中心として枢動状又は揺動状
に変位するビーム支持式（ビーム状部材によって支持さ
れる形式の）軸受パッドを有する軸受の一例が開示され
ている。しかしながら、この軸受は、従来の他の多くの
軸受と同様に、二次元だけの撓みが可能な軸受パッドを
基本としている。従って、最適なウエッジ形成は達成さ
れない。

米国特許第2,137,487号には、パッドが球面状表面に
沿って揺動することによって流体力学的ウエッジを創生
するようにした流体力学的可動パッド軸受が開示されて
いる。しかしながら、このパッド軸受ではしばしばパッ
ドが支承すべき回転軸に粘着し、ウエッジが創生されな
い場合がある。又、米国特許第3,930,691号の軸受で
は、エラストマー材によって揺動が可能にされている
が、エラストマー材は汚染され易く、又劣化し易い。

米国特許第4,099,799号には、一体部品ではなく、片
持式に支持されている弾性パッド型気体式軸受が開示さ
れている。この軸受は、パッド面と回転軸との間に潤滑
剤ウエッジを創生するために長方形の片持ちビーム上に
支持された軸受パッドを使用する。この特許には、スラ
スト軸受とラジアル軸受の両方が開示されている。

米国特許第4,496,251号には、相対的に移動する部品
間に潤滑剤のウエッジ状フィルムが形成されるようにウ
エブ（膜）状の靭帯によって撓み自在とされた軸受パッ
ドが開示されている。

米国特許第4,515,486号は、エラストマー材によって
接合された別個の面部材（軸受面を画定する部材）と支
持部材を有する複数の軸受パッドから成る流体力学的ス
ラスト軸受及びジャーナル軸受を開示している。

米国特許第4,526,482号は、主として、プロセス流体
を潤滑剤とするように設計された流体力学的軸受を開示
している。この流体力学的軸受荷重担持面（軸受面）の
中央部分は、軸受の他の部分より高い可撓性を有し、軸
受面が荷重を受けたとき撓んで、大きい荷重を担持する
圧力流体ポケットを形成するようになされている。

又、米国特許第4,676,668号においては、３方向の可
撓性を与える少なくとも１つの脚部を介して軸受パッド
を支持部材から隔離させることができることが示されて
いる。運動平面内において可撓性を与えるために、上記
脚部は、軸受パッドのパッド面の前方に交差点即ち頂点
を有する円錐形を画定するように内方へ傾けられてい
る。各脚部は、回転軸の心振れを補償することができる
ように所望の運動方向において比較的小さい断面弾性率
を有する。この特許は、当該技術における１つの進歩を
画するものであるが、その軸受は幾つかの欠点を有して
いる。１つは、軸受パッドを支持するための支持構造体
が、パッド面の変形（撓み）を阻止する高い剛性を有す
ることである。更に、この軸受構造は一体構造でない。

上記最後の２つの特許は、スラスト軸受とジャーナル
（ラジアル）軸受との間には固有の大きな相違があるに
も拘らず、流体力学的スラスト軸受と流体力学的ジャー
ナル軸受との間にはある懸念上の類似性が存在すること
を示しているという点で留意すべきである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、流体力学的スラスト軸受に関連している。
流体力学式スラスト軸受においてその流体力学ウエッジ
が最適化されると、円周方向に互いに隔離して配置され
た各軸受パッドに作用する荷重が実質的に均等化され
る。

現在、最も広く使用されているスラスト軸受は、いわ
ゆるキングズベリシュー型軸受である。キングズベリシ
ュー型軸受は、枢動可能なシューと、支承すべき軸と一
緒に回転しシューに荷重をかけるスラストカラーと、シ
ューを支持するベースリングと、内部軸受部材を収容し
支持するハウジング又は取付部材と、潤滑剤供給系と、
冷却系とから成る複雑な構造を必要とする。このような
複雑な構造の故に、キングズペリシュー型軸受は、通
常、極めて高価である。

複雑な構造のキングズベリシュー型軸受に代わるもの
として、第21、22図に示される一体構造のペデスタル軸
受（軸受台型軸受）が知られている。このペデスタル軸
受は、特に、深井戸用ポンプに使用されている。この軸
受は、構造が比較的簡単であり、通常、砂型注型法又は
他の比較的粗野な製造法によって形成される。なぜな
ら、従来、この軸受の各部分の測定の寸法は、それほど
重要でないと考えられていたからである。第21、22図に
示されるように、ペデスタル軸受は、比較的分厚い内周
突起38PAを有する平坦なベース36PAと、ベース36PAから
軸方向に突出した複数の剛性のペデスタル（軸受台）34
PAと、各ペデスタル36PAにその中心線に対応するように
して連結されたスラストパッド32PAとから成る。

第22A図は、第21、22図のペデスタル軸受が対向する
スラストランナー（図示せず）の矢印Ｌの方向の運動に
応答して撓む撓み度合を示す。第22A図では、撓んだ状
態（大幅に誇張して示されている）を実線で示し、撓ま
ない状態を仮想線で示してある。曲線PDは、スラストパ
ッド32PAのパッド面（軸受面）全面にかかる圧力分布を
示す。荷重を受けると、スラストパッドは、第20A図に
示されるように剛性のペデスタルを中心として傘のよう
な形に撓む。スラストパッドはこのように傘のような形
に撓むので、パッド面と、それが支承する回転物体との
間には、パッド面の一部分においてしか流体力学的ウエ
ッジが形成されない。その結果として、第20A図に曲線P
Dで示されているようにパッド面の圧力分布は不均一に
なる。従って、この軸受は、流体力学的ウエッジがスラ
ストパッドの面全体に亙って形成される軸受に比べて得
られる流体力学的利点が少ない。更に、ペデスタル34PA
が剛性であることと、平坦なベース36PAが不可撓性であ
ることのために、ウエッジの形成を最適にするのに必要
な撓みが阻止される。以上の説明から、第21、22図に示
された形式のペデスタル軸受は、キングスベリシュー型
軸受よりはるかに安価ではあるが、キングスベリシュー
型軸受に比べて効率及び性能が劣り、満足するべきもの
ではないことが判明している。

本発明者は、又、第21、22図に示されたペデスタル軸
受も、キングスベリシュー型軸受も、その軸受パッドが
その中心を支点として枢動する（撓む）中心枢動型であ
るため、軸受としての効率が劣ることを知見した。又、
ペデスタル軸受も、キングスベリシュー型軸受も、軸受
パッドの中心支点を構成する中心ピポット（枢動支持部
材）が剛性であるため、ウエッジの形成を最適にする６
自由度の運動が可能な態様で撓むことができない。従っ
て、これら従来の軸受は、たまたま６自由度の運動が可
能な場合もあるが、本質的に６自由度の運動を可能にす
る態様に設計されていないので、得られる軸受も性能が
限られたものであることは明らかである。

又、従来の流体力学的軸受は、流体フィルムの破断の
原因ともなる流体漏れを起こすことが多い。スラスト軸
受においては、流体漏れは、主として、遠心力が流体に
作用する結果として、軸受パッド面の外周縁に生じる。
しかし、ウエッジの形成が最適化されれば、流体の漏れ
は最小限に抑えられる。

発明の目的及び問題点を解決するための手段 本発明は、従来技術の上記問題点を解決することを企
図したものであり、パッド型軸受に関する。このパッド
型軸受は、好ましくは、肉厚の管材の単一部片、又は、
一体の円柱又は円筒形ジャーナル材から形成する。詳述
すれば、そのような管材又はジャーナル材の壁に、又は
壁を貫通して小さな溝及びスリット又は切込みを機械加
工又はその他の方法によって形成し、可撓性のスラスト
軸受パッドと、流体力学的ウエッジの形成を最適化する
ように、その軸受パッドを６自由度の運動（即ち、＋
Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ、＋Ｚおよび−Ｚの方向の運動）
並びにＸ、Ｙ、Ｚ軸線を中心とする回転をしうるように
支持することができる支持構造体を形成する。

本発明の軸受は、常に最適なウエッジ形成を確保する
ために、６自由度の運動が可能な態様で撓むことができ
るように三次元的に設計される。これは、流体力学的軸
受は、それによって形成される流体力学的ウエッジが下
記の幾つかの要件を充足する場合に最も効果的に作動す
るという本発明者の知見に基づく。即ち、それらの要件
とは、（１）ウエッジがパッド面全体に亙って延在する
こと、（２）ウエッジが常に適正な厚みを有すること、
（３）ウエッジが流体漏れを最小限にするような形とさ
れること、（４）ウエッジは、軸受の主軸線が支承すべ
き軸の軸線と同心関係又は実質的に平行になるように、
軸の心振れを補償すること、（５）軸の低速回転時にお
いて軸と軸受パッド面とが接触すると、ウエッジ形成表
面即ち軸受パッド面が損傷され易いという事実に鑑み
て、軸受パッド面の損傷を防止するために、軸のできる
だけ低い回転速度において（換言すれば、軸の回転が開
始されたならば直ぐに）ウエッジが形成されることであ
る。スラスト軸受の場合はさらに、複数の互い離隔した
軸受パッドにかかる荷重が均等になるようにすべきであ
る。

流体フィルムの厚さに関していえば、最適な厚さは、
荷重の大きさに応じて変化することに留意すべきであ
る。高い荷重下においては、荷重を十分に支持するため
に比較的厚い流体フィルムが望ましい。しかしながら、
流体フィルムが厚いと、それだけ摩擦が増大し、動力の
損失をもたらすので、軸を最大限の荷重下において支承
するのに必要な最小限の厚みの流体フィルムが形成され
るように軸受を設計することが望ましい。

本発明の支持構造体は、一体部片とすること好まし
く、支持基根と、軸受ハウジングに連結されたビーム及
び、又は膜状部分から成る。スラスト軸受の軸受ハウジ
ングとは、軸受を収納し取付けるためのハウジングのこ
とである。

本発明者は、高速回転用途等の多くの具体的な用途に
おいて軸又は回転子と、流体力学的潤滑剤フィルム（液
体フィルム）と、軸受とから成る系全体の動的可撓性を
検査し評定する必要があることを見出した。有限要素を
用いたこの系のコンピュータ分析において、軸受全体を
作動荷重を受けて変形する完全に可撓性の部材として扱
う必要があることが確認された。軸受の基本的構造体を
機械加工することにより多少の可撓性を追加することに
よって、広い作動範囲に亙って安定した低摩擦作動を保
証する軸受特性を得ることができる。軸受の性能特性に
実質的な影響を与える変数は多数存在することが判明し
た。それらのうち最も重要な変数は、軸受に形成したス
リット又は切り込み及び溝によって画定される軸受パッ
ド及びその支持部材の形状、寸法、位置、及び素材の特
性（例えば弾性率等）である。軸受パッドのための支持
部材の形状は特に重要であることが判明した。又、可撓
性部材の可撓性によりパッドに対する防振作用が発揮さ
れる。さらに、この可撓性部材の可撓性と、流体潤滑剤
との相互作用によって、当該系の安定性を更に増大させ
る高度の防振作用を達成することができる。防振作用
は、ダッシュポットの形をとる。場合によっては、この
防振作用は、軸受のケーシングとハウジングの間に油膜
（油フィルム）が存在する場合に得られる二次的圧搾フ
ィルムにより防振作用の代替を果たすことができる。

本発明者は、又、気体又は空気潤滑式撓みパッド形軸
受においては、荷重又は回転速度が気体フィルムの支承
能力を越える場合があることを見出した。そのような場
合は、液体留め又は液体浴を設ける必要なしに、液体潤
滑剤を先細ウエッジ内へ導入することができるようにす
ることが必要である。本発明は、必要に応じて液体潤滑
剤を供給する構成とすることによってこの問題を解決す
る軸受を提供する。

本発明の軸受の具体的な用途としては、電気モータ、
送風機、ターボチャージャー、内燃機関、船外モータ、
圧縮機、膨張機等がある。テスト速度は300,000r.p.m.
を越えた。機械加工によって形成された上記切込みは、
軸受パッドが流体力学的潤滑のための先細ウエッジ（先
細ウエッジ状流体フィルム）を形成するように移動する
のを可能にすることに加えて、パッド自体が例えば平坦
化する（平らになる）ことにより撓み、変形することを
可能にする。それにより、特に軸受の偏心度を変えるこ
とによって作動性能を高める。

本発明の軸受は、金属、粉末金属、プラスチック、セ
ラミック又は複合材料で形成することができる。少量生
産する場合は、本発明の軸受は通常、比較的大きい溝又
は開口するためにブランク（軸受素材）を面削り、施盤
加工又はフライス削りすることによって形成する。比較
的小さい溝は、ウォータジェット切削法、放電加工又は
レーザー加工法によって形成し、それによって、総合的
な設計上の融通性が得られるので所望の特性を得るよう
に軸受を調整することができる。この調整は、軸受の剛
性を本質的に変更し、その結果として振動を排除する。
同一タイプの軸受を大量生産する場合は、射出成形、鋳
造、焼結を伴う粉末金属のダイカスト及び押出成形、イ
ンベストメント鋳造法又はそれに類する製造法によって
製造するのが好ましい。本発明の一側面によれば、中間
量の軸受を製造する場合は、機械加工とインベストメン
ト鋳造法を組み合わせた新規な方法によって製造する。
本発明は、又、単純な二個構成金型で成形することがで
きるように隠れた開口部のない成形し易い軸受を提供す
ることを企図する。概して、本発明の軸受は、それと競
合する従来の軸受の製造コストの何分の一かのコストで
製造することができる。

内孔、溝、切込み又はスリットの構成態様は多数ある
が、撓み態様には主として２つのモードがある。即ち、
１つは、ほぼ荷重の方向に曲がりモードで撓む、１つの
又はそれ以上の靭帯状又は膜状部分による撓みであり、
他は、軸の長手軸線に沿って軸受パッドから離れる方向
に撓みビーム状部分による撓み（ねじり）モードであ
る。曲がりモードにおける撓み度合は、１つには、軸受
のパッド支持構造体の半径方向の剛性の関数である。軸
受パッド自体は、該パッドの下に内部切込みを設けるこ
とによって又はパッドの縁にアンダーカットを形成する
ことによって荷重を受けたとき撓み変形するように構成
することができる。いずれにしても、切込みは、荷重下
で所定の変形をもたらすように特別に形成する。本発明
の軸受においては、その軸受の特定の靭帯状又は膜状部
分を潤滑流体で囲撓又は後押えする構成とすることによ
って軸受の設計に防振要素を付加することができる。

どのような切込みを設けるかを決定する主たる要因
は、最適な軸受性能を得るためにはどのような撓みが必
要とされるかということである。本発明による切込みは
ジャーナル軸受にも形成することが可能である。但し、
ジャーナル軸受とスラスト軸受とは、著しく異なる機能
を果たす軸受であるから、それぞれの軸受の望ましい性
能には固有の相違が存在し、従って、異なる撓み態様を
必要とする。従って、ジャーナル軸受とスラスト軸受の
間には、総括的にみれば概念的な類似点があるが、やは
り両者の間には相当な概念的相違及び明白な構造的相違
が存在する。

本発明の軸受は、変形することができ、どの方向にも
移動する（即ち６自由度でもって運動しうるように支持
されている）パッドを有する。又、この軸受は、内蔵防
振系を有することができ、経済的な大量生産に適するよ
うに一体の即ち単一片の構造とすることが好ましい。

更に、本発明によれば、軸受をそれによって支承すべ
き軸等に取付けたとき（即ち、作動開始前の状態におい
て）、その軸受の各軸受パッド全体又はその一部を軸に
接触させるように、軸受パッドに予備バイアス（付勢）
を与えておくことに、換言すれば、軸受パッドを軸に対
して締り嵌め即ち干渉嵌めさせる構成とすることもでき
る。例えば、極めて可撓性の高い軸受の場合、軸受パッ
ド全体を軸に接触させるように予備トルクを与えておく
ことが望ましい場合がある。

また、本発明のスラスト軸受は、静止負荷ウエッジを
設定するように設計することができる。即ち、本発明の
スラスト軸受は、軸受パッドの内側周縁が支承すべき軸
から離れる方向に離間し、軸受パッドの後行縁が軸に近
傍する方向に変位するように軸受パッドをバイアス（偏
倚即ち不勢）させるように設計することができる。この
構成によれば、静止負荷状態において、軸受パッドは、
半径方向内方から外方に向かって漸次軸に近接する方向
に傾斜しており、かつ、パッドの先行縁から後行縁にい
くにつれて漸次軸に近接する方向に傾斜している。この
ようにして、最適ウエッジに近い静止負荷ウエッジが形
成され、軸が回転するとその瞬間に軸受パッドと軸の間
に適当な間隔が設定される。

本発明の軸受においては、軸受パッドが、軸の適性位
置に保持するように、そして軸の心振れ及び各軸受パッ
ド間の荷重の不均一を補償することができるように、軸
受パッドの運動（撓み）方向に軸を近接する方向に向け
られるように構成することができる。もちろん、本発明
は、スラスト軸受だけでなく、ラジアル兼スラスト軸受
にも適用することができ、軸受の形態によって単一方向
性にすることも、二方向性にすることもできる。詳述す
れば、軸受パッドを支持するためのパッド支持構造体を
各パッドの円周方向でみた中心線に関して対称的な構成
とすれば、二方向性の軸受、即ち、軸を両方向どちらの
回転方向においても同じ態様で支承することができる軸
受が得られる。反対に、パッド支持構造体を各パッドの
円周方向でみた中心線に関して非対照的な構成とすれ
ば、単一方向の軸受、即ち、軸をどちらか一方の回転方
向においてのみ適性に支承することができる軸受が得ら
れる。

本発明の別の重要な側面によれば、軸受パッドが流体
力学的流体を保持するような態様で撓みことができるよ
うに支持することができ、それによって流体流れの問題
を解消することができる。本発明に係るスラスト軸受に
おいては、そのパッド支持構造体は、軸受パッドが荷重
を受けたとき遠心作用による流体漏れを防止するために
軸受の内径の方に向けて傾くように設計される。一般
に、そのような支持構造体は、一次支持体の軸受パッド
の支持面を軸受の内側によりも外側に近い位置に配置す
ることによって得られる。一次支持体が互いに支承回転
軸の半径方向に離隔した２つ以上のビーム状部材を有す
る場合は、軸受パッドをその内端において撓ませるよう
に支持構造体全体を設計しなければならない。軸受パッ
ドを互いに半径方向に離隔した複数のビーム状部材によ
って支持し、ビームの間のパッド部分を直接支持しない
構成とした場合、軸受パッドは、凹面状の流体保持チャ
ンネルあるいは潤滑材保持ポケットを形成するような態
様に撓む。

本発明の軸受を製造するための方法は様々であり、特
定の製造方法の選択は、主として、製造する軸受の数量
と、使用される材質に依存して行われる。少量の生産の
場合は、あるいはテストのため及び、又は金型等の製造
のために軸受の原型を製造する場合は、NC（数値制御
式）放電加工法、NC（数値制御式）レーザー加工法、又
はウォータジェット切削法によって肉厚の管材又はその
他のジャーナル材等の円柱形又は円筒形の金属ブランク
機械加工して半径方向及び、又は互いに対向した孔又は
溝を形成し、半径方向の切込み又はスリットを形成す
る。中間量の生産の場合は、本発明の軸受は、本発明に
よるインベストメント鋳造法を用いて製造することが好
ましい。大量生産の場合は、本発明の軸受は、プラスチ
ック、セラミック、粉末又は非粉末金属及び複合材質等
の広範な材料を用いて製造することができ、射出成形、
鋳造、粉末金属のダイカスト、及び押出成形を含むいろ
いろな方法を用いることができる。又、本発明の軸受
は、金型成形の容易な形状に形成することができる。

要約すれば、本発明は、従来の軸受よりもはるかに性
能が優れており、しかも競合する従来の軸受の製造コス
トの何分の一かのコストで製造することができる流体力
学的スラスト軸受、及びラジアル兼スラスト軸受を提供
する。

実施例の説明 本発明の軸受を分かり易く説明するという意味で、本
発明の軸受は、円柱形又は円筒形（以下、便宜上「円筒
形」と称する）のブランクに溝、スリット、孔およびそ
の他の開口を形成することによって円筒形ブランクから
形成されるものとして説明するのが好都合である。先に
述べたように、これは、場合によっては、軸受の原型を
製造するに好適な技法である場合があるが、円筒形ブラ
ンクを例として説明するのは、主として本発明の理解を
容易にするためである。本発の軸受の多くは円筒形ブラ
ンクから製造することができるが、必ずしも円筒形ブラ
クから製造する必要はない。実際、本発明の軸受は、い
ろいろな方法で製造することができる。なお、本発明の
軸受を円筒形ブランクから製造する場合、以下において
言及するスラスト軸受の主軸とは、上記円筒形ブランク
の中心軸のことを指すものとする。

第１〜４図は、本発明による一体の流体力学式スラス
ト軸受を示す。先に述べたように、本発明によるスラス
ト軸受は、その軸受を製造する元の素材である円筒形ブ
ランクの中心軸線として規定される主軸線を有し、軸受
パッドは、該パッドの幾何学的中心を通るように、主軸
線から上記回転軸の半径方向に延びる直線を有する。こ
の直線を、該軸受パッドの円周方向でみた中心線と定義
する。この円周方向でみた中心線に関してパッドが対称
的な構造である場合は、そのスラスト軸受は両方向軸受
であり、パッドの中心線に関して非対称的な構造である
場合は、そのスラスト軸受は単一方向軸受である。第１
〜４図のスラスト軸受は、実質的に同じ形態の複数の軸
受パッド132を有する。第４図には、軸受パッド132の円
周分割線CDLと、半径分割線RDLが示されている。軸受パ
ッド132の軸受パッド面（単に「パッド面」、「軸受
面」又は「軸係合面」とも称する）は、それが支承すべ
き軸の軸線及びそのスラスト軸受の主軸線に対して実質
的に垂直な平面内に位置する。もちろん、パッド面が荷
重を受けて撓んだとき、あるいは、スラスト軸受を据え
付けられた状態または固定状態の軸に接触させるために
斜めにしたい場合は、軸受パッドの面を多少非平面状に
し、かつ支承すべき軸の軸線又はそのスラスト軸受の主
軸線に対して多少斜めに位置するようにしてもよい。

本発明のスラスト軸受の設計に当って配慮すべき特に
重要な事項の１つは、流体の漏れを防止することであ
る。この目的は、荷重を受けたときの軸受パッドの内周
縁（回転軸の円周方向に延びる軸受パッドの２つの縁の
うち、該軸の半径方向内側にある縁のこと。もう一方は
外周縁と言う。内周縁及び外周縁は、軸受パッドの前記
先行縁及び後行縁の間を延びている。）が下方に（第２
図でみて）撓み、軸受パッドの外周縁が上方に撓むよう
に支持構造体を設計することによって実質的に達成され
る。本明細書に開示するスラスト軸受は、いずれもこの
ように設計されている。例えば、第２図に示された軸受
においては、ビーム134は、軸受パッド132にその内周縁
よりも外周縁の方に近い位置にあるパッド支持面134ps
（第１図参照）において連結されている。即ち、ビーム
134のパッド支持面134psは、第４図に示される半径分割
線RDLの半径方向外側に位置する。かくして、この軸受
は、荷重を受けたとき軸受パッドの内周縁は下方に撓む
ように構成されている。使用の際の軸受パッドの内周縁
の下方撓みは、該パッドが支承する軸から離れる方向へ
の撓みに相当し、軸受パッドの外周縁の上方撓みは、軸
に向かう方向の撓みに相当する。軸受パッドの撓みのこ
のような向きは、流体に遠心力が作用する結果として生
じるおそれがある流体力学的流体（潤滑剤）の外周縁か
らの漏損を防止する。

流体力学的流体の漏損は、荷重を受けたとき軸受パッ
ドが流体（潤滑剤）保持ポケットを形成するような態様
に変形うるように軸受パッドを支持する構成とすること
によって更に減少させることができる。一般に、そのよ
うな支持は、軸受パッドを複数の半径方向又は円周方向
に離隔したビームによって支持し、それらのビームとビ
ームの間の部分が直接的に支持されず、軸受パッドの支
持されない中央部分が外方に変形して流体保持ポケット
又はチャンネルを形成するようにすることによって達成
される。後述する第13図は、そのような半径方向に離隔
されたビームを有する軸受の一例を示す。ビームとビー
ムの間隔を大きくすれば、より大きいポケットが得られ
る。同様にして、円周方向に間隔をおいて複数のビーム
を設け、それらのビームの間に不支持部分を設けること
によっても、スラスト軸受にチャンネルを形成すること
ができる。

第１、２図に明示されるように、各軸受パッドは、そ
の全周に面取りまたは斜切縁132bを有する。この面取り
の目的は、潤滑剤の流入および流出損失を少なくするこ
とである。

各軸受パッド132は、図示の実施例ではビーム状支持
部材（単に「ビーム」と称する）134から成る一次支持
体によって支持される。ビーム134は、そのパッド支持
面134psにおいて軸受パッドを支持する。各ビーム134
は、ビーム状部材又は膜状部材（単に「ビーム」又は
「膜」とも称する）136から成る二次支持体によって支
持される。ビーム又は膜136は、１対のビーム状脚138
a、138bから成る三次支持体によって支持される。ビー
ム又は膜136に孔又は開口を設けることによって、連続
した膜を一連の膜としてもよい。もちろん、膜136に孔
又は開口142を設けなければ、膜136は連続した膜として
機能する。別法として、内側のビーム状脚138aの代わり
に短い基根状ビームを設けてもよく、あるいは、三次支
持体を構成するビーム状脚138aを省除して二次支持体が
片持ち式に支持されるようにしてもよい。孔又は開口14
2が主軸線に関して対称的に配置されているので、この
軸受は、主軸線に関して対称であり、従って両方向軸受
である。

第１、３、４図に示されるように、連続した膜を個別
のビームに分割する孔又は開口142は円形である。この
ような円形開口の使用は、軸受の原型の製造を容易にす
る。なぜなら、円形開口は軸受材にドリルで容易に搾設
することができるからである。これは、ここに開示した
すべての軸受に当てはまる。そのような円形開口を設け
る場合、ビーム状部材134を画定するようにそれらの開
口をビーム又は膜136に貫通して軸受パッド132の下方部
分にまで延長させることが有利な場合もある。なぜなら
第１図においてパッド支持面134psの断面、従ってビー
ム134の側壁が円弧状となるからである。

ビームの形状は製造上の便宜によっても規定される
が、その形状は個々の軸受の性能に影響する。即ち、第
１〜４図にスラスト軸受を含め、ここに開示した軸受の
特定の形状は主として原型を製造することの容易さに主
として依存するが、その形状は特定の応用例に適用した
場合に優れた性能を発揮することが認められた。もちろ
ん、形状の変更は、例えば軸受パッドを支持するビーム
の曲げ特定又は捩じれ特性を変えることになり、ひいて
は、その軸受の性能特性に影響を与える。従って、ビー
ム、パッド及び膜のここに例示された以外のいろいろな
形状が考えられるが、その場合の製造の容易さと、それ
らの形状が軸受の性能に及ぼす影響を配慮しなければな
らない。

第５〜14及び第18〜19図にスラスト軸受のその他の変
型例が示されている。それらの軸受構造と第１〜４図の
それとの相違は、主として、一次支持体、二次支持体及
び三次支持体の構造の差にある。

第５〜８図には、スラスト軸受の１つの変型例が示さ
れている。この軸受は、２つの留意すべき相違点を除い
て第１〜４図の軸受と類似している。第１の相違点は、
第５〜８図の軸受は、第１図の垂直支持ビームと異な
り、傾斜した支持ビーム134Aを有することである。第２
の相違点は、支持ビーム136を貫通する追加の孔144を有
することである。孔144は、支持ビーム136を貫通する円
形の開口であり、傾斜ビーム134Aをも貫通して該傾斜ビ
ームに楕円形の開口を形成する。この楕円形の開口は、
傾斜ビーム134Aを１対の複雑な靭帯状又は膜状部片に分
割する。そのような靭帯状部片又は膜状部片（単に「靭
帯」又は「膜」と称する）の形状は、第８図にみられ
る。開口144を形成し、これによって傾斜ビーム134Aを
複雑な靭帯状部片に分割することにより、第５〜８図の
軸受の可撓性は、第１〜４図の軸受に比べて相当に増大
される。従って、第５〜８図の軸受の軸受パッド132
は、第１〜４図の軸受の軸受パッド132より軽い荷重に
応答して撓み、流体力学的ウエッジを形成する。このこ
とからして、第５〜８図の軸受は、軽い荷重を支持する
のにより好適であり、第１〜４図の軸受は、重い荷重を
支持するのにより好適である。更に、ビーム134Aのよう
な傾斜ビームは、上述の開口の有無に拘りなく、軸受パ
ッドの垂直方向の可撓性を増大させる。従て、垂直方向
に荷重が及ぼされると、ビーム134Aを軸受の内径又は中
心に向けて撓ませようとするモーメントが創生され、そ
れによって遠心力による潤滑液の漏れを防止する。

第7A図の底面図にみられるように、ビーム又は膜136
の可撓性を更に高めるためにビーム又は膜136に追加の
孔146を形成することができる。これらの孔146は、各軸
受パッド又は軸受区分132に関して非対称に形成されて
いる。このような孔146を非対称に形成した結果、軸受
パッドは、他方の方向へよりも、一方の方向へより容易
に撓む。換言すれば、支持構造体に非対称の開口を設け
たことにより軸受パッドが一方の方向にバイアスされ
る。もちろん、そのような非対称の開口は、軸受パッド
を一方の方向にバイアスさせたい場合、ここに開示した
どの軸受にも設けることができる。又、そのような非対
称の開口は、幾つかの選択された軸受パッドだけをバイ
アスさせるように選択された軸受パッドだけに設けるこ
とが望ましい場合もある。

第９図は、本発明の別の実施例によるスラスト軸受の
断面図である。この構成によれば、軸受パッド132は、
パッド支持基根134s上に支持され、該基根は、逆方向に
反転傾斜した傾斜ビーム134iによって支持されている。
その他の点では、この軸受の構造は、先に述べたスラス
ト軸受の構造と同様である。この軸受は、反転傾斜した
傾斜ビーム134iを有する構造の故に、一方向に大きな可
撓性を有するが、それとは反対の方向には極めて大きい
剛性を有する。

第９図の構造に類似した構造のスラスト軸受の変型実
施例が第10図に示されている。第10図の軸受と第９図の
軸受との相違は、第10図の軸受は、逆向きに傾斜した傾
斜ビーム134iではなく、垂直ビーム部分134vを有するこ
とである。両軸受は、その他の点では同じである。第10
図の軸受は、逆向きに傾斜した傾斜ビーム134iを有して
いないので、垂直方向に比較的高い剛性を有する。

第11、12図は、本発明のスラスト軸受の更に別の実施
例を示す。この軸受は、複数の軸受パッド321、322、32
3、324、325及び326を有し、各軸受パッドは、パッド支
持構造体のパッド支持面342上に支持されている。この
支持構造体は、１対の入れ子状の切頭円錐体（後述する
ように各切頭円錐体はそれぞれ複数のビーム344、346に
分割される）から成る一次支持体と、一次支持体を支持
する割り周縁膜360か成る二次支持体と、二次支持体を
支持する１対の周縁ビーム380、382からなる三次支持体
を含む、周縁ビーム380、382は、先の実施例におけるも
のと同様の構造のものである。膜360は、１対の入れ子
状の切頭円錐体（344、346）を形成する支持構造体の底
面に設けられた溝によって半径方向に分割されていると
いう点で先の実施例の膜とは異なる。内側の切頭円錐体
346は、外側の切頭円錐体344とは上下逆向きであり、両
切頭円錐体の中心線は、パッド支持面342の上方の点350
において交差し、逆Ｖ字型に似た断面を呈する（第11
図）。後述するように外側の切頭円錐体の分割によって
画定される支持ビーム346の円周方向でみた中心線と、
それに対応する内側の切頭円錐体の分割によって画定さ
れる支持ビーム344の円周方向でみた中心線とは、パッ
ド支持面342の上方の点350において交差しているので、
両切頭円錐体（344、346）によって構成される一次支持
体は、軸受パッドをそのパッド面（軸を支持する上面）
の上方の点を中心として枢動しうるように支持する。そ
れによって適性な撓みを保証する。軸受パッドを支持す
る１対の切頭円錐体（344、346）は、互いに接近する方
向に同じ角度にあるいは異なる角度に傾斜させてもよ
く、あるいは、一方の切頭円錐体だけを傾斜させて他方
の切頭円錐体を傾斜させなくてもよく、あるいは、両切
頭円錐体を同じ方向に傾斜させてもよい。もちろん、各
切頭円錐体の傾斜角の変更は、その軸受の撓み特性に影
響を与える。

この入れ子状切頭円錐体即ち逆Ｖ字構造体は、先に言
及したように、該構造体に複数の孔又は開口420を円周
方向に対称的に設けることによって複数の支持ビーム34
4、346に分割され、逆Ｖ字構造体の頂面も分割されて複
数のパッド支持面342を画定する（第12図参照）。かく
して、例えば、軸受パッド321は、１対の複合支持ビー
ム344、346によってそのパッド支持面342上に支持され
る。１対の複合支持ビーム344、346は、互いに接近する
方向にテーパしており、複合支持ビーム344、346を貫通
した円筒形の開口によって画定された複雑な幾何学的形
状を有する。先に述べたように、支持ビーム344と346の
中心線は、適正な枢動支持を保証するようにパッド支持
面342の上方の点350において交差する（第11図）。個々
のビーム344、346は、２つの切頭円錐体を画定する周縁
によって分割された割り周縁膜360上に支持されてい
る。膜360は、周縁ビーム380、382によって支持され
る。もちろん、周縁ビーム380、382及び膜360も、それ
ぞれ対応する個々の支持ビーム344、346を支持するため
の個々のビーム支持体を画定するように円周方向に分割
することができる。

このパッド支持構造体にはいろいろな変型が可能であ
る。例えば、支持構造体の撓み性は、ビームの344、346
の傾斜角、ビームを画定する孔又は開口の配置、ビーム
又は膜360の長さ幅又は厚さ等を変えることによって改
変することができる。このような変型の可能性は幾つか
を例に例示するために、第11及び第12図には、軸受パッ
ド321〜326の各々について異なる支持構造体が示されて
いる。ただし、単一の軸受にいろいろな異なる支持構造
体を図示したのは、単に本発明を例示するためになされ
たものであり、実際の実用においては、軸受321〜326の
各々は、均一な性能を確保するために、必ずしも同じで
はなくともよいが、同様な支持構造体を有するのが普通
である。

第11、12図において、軸受パッド322のための支持構
造体は、ビーム346に１つの孔又は開口422を搾設し該ビ
ームを２つのビーム又は副ビーム346a,346bに分割した
という点で他の支持構造体と異なる。開口422のよう
に、ビームを完全に分割するように開口の直径及び位置
を定めれば、ビームは２つの別個ビームに分割される。
これに対して、例えば開口423（第12図）のように、開
口がビームを部分的に分離するように定めた場合、ビー
ムは副ビームに分割される。第11図に示されるように開
口422は、ビーム346の壁に楕円形の開口を画定し、ビー
ム346をビーム346aと346bに分割している。第11図で
は、この楕円形の開口を通して半径方向外方ビーム344
が見える。この構成により、パッド322は、３つの傾斜
した靭帯状部材即ちビーム344、346a、346bによって支
持される。

一方、軸受パッド323は、４つの傾斜した靭帯状部材
即ちビーム344a,344b,346a,346b（第12図）によって支
持される。この構造は、両方のビーム344及び346を貫通
し、パッド支持面342を２つの部分に分割する孔又は開
口423を設けることによって得られる。

いずれにしても、開口の寸法は、ビーム344及び、又
は346を別個のビームに分割すべき度合に基づいて選定
すべきである。ビームを完全に分離した別個のビームに
分割することが望ましい場合は、大きい開口を用いるべ
きである。あるいは又、軸受パッド323のための支持構
造体に関連して例示した場合のように、ビームの壁を部
分的に分割することが望ましい場合もある。又、図には
ビーム344及び、又は346を分割するために１つの開口だ
けを設ける例しか示されていないが、１つのビームを３
つ以上のビーム又は副ビームに分割するために第12図に
示される開口422、423、424、425、426のような開口を
２つ以上設けることもできる。採用すべき支持構造体の
形態の決定は、必要とされる性能特性に応じて行われ
る。一般に、ビームを複数の別個のビーム又は副ビーム
に分割すればその支持構造体の可撓性が増大される。軸
受パッド322、324、346のための支持構造体のように、
支持構造体の一方向の可撓性を他方向の可撓性により高
くすることによって、その軸受パッドを所定方向にバイ
アスさせることができる。

軸受パッド324のための支持構造体は、その開口424が
内側支持ビーム346ではなく、外側支持ビーム344に搾設
されている点を除いて軸受パッド322のための支持構造
体と同様である。従って、軸受パッド324は、軸受パッ
ド322と同様に３つの傾斜ビーム即ち脚によって支持さ
れる。

軸受パッド325のための支持構造体は、その開口425が
外側周縁ビーム380及び周縁膜360に非対称的に搾設され
ている点を除いて軸受パッド321のための支持構造体と
同様である。従って、軸受パッド325は、開口425によっ
て所定方向にバイアスされる。即ち、所定方向に、より
大きい可撓性を与えられる。

軸受パッド326のための支持構造体は、ビーム346を分
割する開口426が非対称的に搾設されている点を除いて
軸受パッド322のための支持構造体と同様である。従っ
て、軸受パッド326は、開口426によって所定方向にバイ
アスされる。即ち、所定方向に、より大きい可能性を与
えられる。

もちろん、所定の性能特定を得るために、第11、12図
に示された支持構造体を任意に組合わせることもでき
る。

第13、14図は、本発明のスラスト軸受の更に別の実施
例を示す。この軸受は、複数の軸受パッド521、522、52
3、524、525、526（第14図参照）を有し、各軸受パッド
521〜526は、軸受パッド支持構造体と一体であり該支持
構造体上に支持されている。この軸受パッド支持構造体
は、少なくとも、外側円周支持ビーム544と内側円周支
持ビーム546を含む一次支持体と、内側周縁膜362と外周
縁膜364を含む二次支持体と、内側周縁ビーム380と外側
周縁ビーム382を含む三次支持体を有する。第13図に明
示されるように、円周支持ビーム544、546は、軸受の底
面から軸受パッドにまで形成された深い円周チェンネル
によって一部確定される。支持ビーム544、546は、更
に、該軸受パッド支持構造体の周りの対称的に配設され
た複数の孔又は開口620によって画定される。開口620
は、各支持ビーム544、546を隣接する支持ビーム544、5
46から分離する。従って、例えば、軸受パッド521は、
ほぼ円弧状の側壁を有する１対のビーム544、546によっ
て支持される。

この軸受構造体においてもいろいろな変型が可能であ
る。そのような変型の可能性の幾つかを例示するため
に、第13及び14図には、軸受パッド521〜526の各々につ
いて異なる支持構造体が示される。ただし先の第11、12
図の実施例の場合と同様に、単一の軸受にいろいろな異
なる支持構造体を図示したのは、単に本発明を例示する
ためになされたものであり、実際の実用においては、軸
受521〜526の各々は、均一な性能を確保するために、必
ずしも同じではなくともよいが、同様な支持構造体を有
するのが普通である。

第13、14図において、軸受パッド522のための支持構
造体は、内側円周ビーム546に１つの孔又は開口622を搾
設し該ビームを２つのビーム又は副ビーム546a,546bに
分割したという点で軸パッド521のための支持構造体と
異なる。この構成により、パッド522は、３つの垂直靭
帯状部材即ちビーム544、546a,546bによって支持され
る。

一方、軸受パッド523は、４つの垂直靭帯状部材即ち
ビーム544a,544b,546a,546b（第14図）によって支持さ
れる。この構造は、両方のビーム544及び546を貫通する
孔又は開口623を設けることによって得られる。この変
型例によって得られる比較的細いビームは、当然に、軸
受パッド521、522の支持構造体より高い可撓性を付与す
る。

軸受パッド524は、５つの垂直靭帯状部材即ちビーム
（第14図）によって支持される。この構造は、内側円周
ビーム546を貫通する１つの孔又は開口624を設けて該ビ
ームを２つのビームに分割し、外側円周ビーム544を貫
通する２つの孔又は開口624を設けて該ビームを３つの
ビームに分割することによって得られる。

軸受パッド525のための支持構造体は、追加の開口635
によって外周円周ビーム544が非対称的に分割されてい
る点を除いて軸受パッド522のための支持構造体と同様
である。軸受パッド525は、開口635によりビーム544が
非対称的に分割されることによって、所定方向にバイア
スされる。即ち、所定方向に、より大きい可撓性を与え
られる。

軸受パッド526のための支持構造体は、開口626によっ
て内側円周ビーム546ではなく、外側円周ビーム544が分
割されている点を除いて軸受パッド522のための支持構
造体と同様である。更に、開口626は、開口622より多少
大きく、内側円周ビーム546の外周面が溝が形成され、
それによって内側円周ビーム546の可撓性を多少高め
る。

もちろん、所望の性能特性を得るために、第13、14図
に示された支持構造体を任意に組み合わせることもでき
る。

第13A,13B,14A,14B図は、第13、14図の軸受パッド521
を支持するための支持構造体と非常に類似した複数の軸
受パッド521Aを有するスラスト軸受を示す。ただし、こ
の軸受構造は、第13、14図の軸受のビーム544、546に比
べて、ビーム544A,546Aの円周方向の幅が狭く、高さが
低いという点で異なる。もちろん、幅の狭いビームは幅
の広いビームより剛性が小さく、高さの低いビームは高
さの高いビームより剛性が大きい。更に、外側円周ビー
ム544Aの半径方向の厚みは、内側円周ビーム546Aのそれ
より薄い（第13、14図の軸受の場合はビーム544と546の
厚みは同じである）。しかしながら、この半径方向の厚
みの差は補償される。なぜなら、ビーム544A,546Aの円
周方向の幅を規定する大径の開口620が、ビーム544Aの
円周方向の幅をビーム546Aの円周方向の幅より相当に大
きくするように配置されているからである。また、開口
620は、第13、14図の軸受の対応する開口620より相当に
大きく、それだけ、支持構造体の可撓性を増大させる。

第15〜17図は、本発明による流体力学的ラジアル（ジ
ャーナル）兼スラスト軸受を示す。該軸受は、その軸受
パッド1032及びビーム及び、又は膜1034、1036、1038を
含む軸受パッド支持構造体が、軸受全体の寸法に比して
比較的大きいスリット及び溝によって画定されている。
このラジアル兼スラスト軸受は、その軸受パッド面1032
psが軸受の主軸線1006に対して傾斜しているという点で
ラジアル専用軸受とは異なる。該軸受は、その軸受パッ
ド面1032psが傾斜していることにより、主軸線1006に沿
う方向に作用する荷重と、主軸線から半径方向に作用す
る荷重の両方を支承する。このような軸受パッドの軸受
面は、該軸受の軸線上に頂点を有する円錐体の一部分の
形をなしている。

軸を傾斜した軸受パッド面1032psによって支持するた
めには、軸受パッド面の傾斜角に合致する角度に傾斜さ
せたランナーを軸に装着しなければならない。この軸受
によって担持される軸方向荷重と半径方向荷重との割合
は、パッド面1032psの傾斜角に依存する。主軸線1006に
対するパッド面の傾斜角をαとすれば、軸受に作用する
軸方向荷重ALは、下式： AL＝全軸方向荷重×sinα によって与えられる。

同様にして、軸受に作用する半径方向荷重RLは、 RL＝全半径方向荷重×cosα によって与えられる。

第16、17図に示された軸受のための支持構造体は、軸
受パッド1032を支持するためのビーム1034から成る一次
支持体と、１対の円周ビーム（途切れのない、連続した
ものであってよい）1038から成る三次支持体と、ビーム
1034をビーム1038に連結するための、膜1036又はビーム
のネットワークから成る二次支持体を含む。第16図に明
示されるように、各軸受パッド1032のための支持構造体
は非対称である。従って、第16、17図の軸受は、単一方
向軸受である。

一般に、ここに開示した軸受の構造は、いずれも、第
16、17図に示された型式のラジアル兼スラスト軸受の構
成に用いることができる。もちろん、ラジアル兼スラス
ト軸受を得るためには、軸受パッド面を軸受の主軸線に
対して０゜から90゜の間で傾斜させなければならない。
更に、半径方向と軸方向の両方の荷重に対応する必要性
があるが、このことが軸受パッドの支持構造体の設計に
影響を与える。

本発明の重要な側面の１つは機械加工可能な軸受形状
を開示したことである。換言すれば、本発明の軸受は、
慣用の標準的機械加工を用いて肉厚の管材又は円筒形素
材（ブランク）又は円筒形ジャーナルを機械加工するこ
とによって製造することができる。この軸受は、肉厚の
管材又は円筒形素材（ブランク）等からそれに孔、スリ
ット及び、又は溝を形成することによって得られるとい
う点に特徴を有する。この軸受の原型を製造するのが容
易であり、テストした後そのような原型を改変するのも
容易であることである。もちろん、例えば金型成型や注
型法を用いて軸受を大量生産する場合は、そのような異
なる製造法における異なる製造上の配慮から軸受の形状
を変更しなければならないこともある。その場合、形状
の変更が軸受の性能に影響することを認識することが肝
要である。

もう１つの製造上の配慮事項は、金型成形を容易にす
るということである。もちろん、本発明の軸受構造体
は、ほとんどどれも、何らかの成形法によって成形する
ことができる。しかしながら、単純な二個構造金型即ち
カムを含まない金型で射出成形することができるのは、
本発明の軸受のうち限られた形状のものだけである。本
発明の軸受のもう１つの利点は、成型し易い形状、即ち
単純な二個構成金型を用いて射出成型することができる
形状に軸受を構成することができることである。成形し
易い形状、即ち、容易に成形できる形状とは、一般に、
成形するのにカムを必要とする「隠れた」空洞などがな
いこととされる。

成型し易いスラスト軸受とは、単一の継ぎ目を生じる
だけで成型することができるものである。例えば、軸受
の両端面からみてすべての表面が見えるような形状の軸
受である。

第38〜38B図は、成型し易いスラスト軸受を示す。こ
の軸受は、複数の円周方向に互いに隔離した軸受パッド
132mと、各軸受パッドを支持する支持構造体から成る。
支持構造体は、円周ビーム134mb、134maから成る一次支
持体と、半径方向ビーム136mから成る二次支持体と、１
対の基根ビーム138mから成る三次支持体を含む。第18〜
18B図では、図示を分かり易くするために支持構造体の
各部分の寸法が多少変えて示されている。例えば、第18
B図において、円周ビーム134mb、134maは、非常に肉厚
のものとして示されている。そのようなビーム構造体
は、軸受パッド132mのための支持体として非常に高い剛
性を示すことになるが、実用においてそのように高い剛
性の支持体が必要でないか、あるいは望ましくない場合
もある。

この成形の容易なビーム構造体にもいろいろな変型が
可能である。例えば、互に離隔された内外円周ビーム13
4mb、134maの両方、又はとどらか一方を途切れのない連
続した円周ビーム部材として形成することができる。更
に、二次支持体は、各軸受パッド132mと132mの間に半径
方向に延設した複数個のビームを有するものとしてもよ
い。又、一次支持体は、３つ以上の円周ビーム部片とし
て構成し、１つのビーム部片が各々１対の隣接する軸受
パッドを連結する構成としてもよく、半径方向の幅が異
なる円周ビーム部片を使用することもできる。更に、基
根状ビーム138mは、ビーム136mの両端に円周方向にでは
なく半径方向に設けてもよい。最後に、本発明によるど
の軸受の場合とも同様に、この支持構造体も、その撓み
特性を変更するために構成部品の長さ又は厚さを変える
ことができる。

上記軸受構造体においてもいろいろな変型が可能であ
る。そのような変型の可能性の幾つかを例示するものと
して、第18C図の底面図には、軸受パッド321m、322m、3
23m、324m、325m、326mの各々について異なる支持構造
体が示されている。ただし単一の軸受にいろいろな異な
る支持構造体を図示したのは、単に本発明を例示するた
めになされたものである。実用においては、軸受321m〜
326mの各々は、均一な性能を確保するためには必ずしも
同時に用いなくともよく、同様な支持構造体を採用する
のが一般である。

第18C図において、軸受パッド321mのための支持体
は、軸受パッド321mに剛性の高い支持を与えるための軸
受パッド面の裏側に楕円形の突起120mを突設したという
点で軸受パッド132mのための支持構造体と異なる。この
構成により、パッド321mは、その外周端において極めて
高い剛性を付与される。

軸受パッド322mのための支持構造体は、軸受パッド面
の裏側に単一の突起でなく、軸受パッド面の裏側の外周
縁に近いところに比較的小さい２つの突起122mを突設し
た点を除いて軸受パッド321mのための支持構造体と同様
である。これらの２つの突起122mは、突起120mと同様
に、軸受パッド322mの外周縁に高い剛性を付与するが、
２つの突起の間の不支持部分では撓むことができる。

軸受パッド323mは、一次支持体として連続した外側円
周ビーム外周円周ビーム134maを含む変型支持構造体に
よって支持される。一方、軸受パッド324mは、一次支持
体として連続した内側円周ビーム134mbを含む変型支持
構造体によって支持される。このような連続した円周ビ
ームは、軸受支持構造体の剛性を高める。

軸受パッド325mのための支持構造体は、内側円周ビー
ム134mbに大きい開口142を搾設し、外周円周ビーム134m
aに小さい開口144を搾設したという点で他の支持構造体
と異なる。このような開口を設けたことによりビームの
可撓性を高めることができる。もちろん、大きい開口14
2の方が、小さい開口144より高い可撓性をビームに付与
する。この実施例の変型として、軸受パッド325mを所定
の方向にバイアスさせるように異なる寸法の開口または
異なる数の開口を用いることができる。

軸受パッド326mのための支持構造体は、その一次支持
体が１対のビームではなく、膜134mを有するという点で
他の支持構造体と異なる。この実施例では、軸受パッド
326mを所定の方向にバイアスさせる一方の膜134mに開口
146mが搾設されている。もちろん、開口146mは必ずしも
必要ではなく、又、所望ならば複数個のそのような開口
を設けることもできる。

第18〜18C図から明らかなように、これらの容易に成
形可能な軸受は、複雑な金型及び、又は変位自在のカム
を備えた金型の使用を必要とするような隠れた空洞を有
していない。即ち、軸受構造体の各表面は、第18図の頂
面図においても、第18A図の底面図においても直接見え
る形状であるから、この軸受は二個構成金型を用いて簡
単に成形することができる。詳述すれば、一方の金型半
分は、第18図の頂面図においてのみ直接見える表面を成
形し、他方の金型半分体は、第18A図の底面図において
のみ直線見える表面を成形するようにすればよい。第18
図と第18A図の両方において見える縁を有する表面は、
２つの金型半分体のとちらか一方又は両方で成形するよ
うにすることができる。これらの図に例示した軸受の場
合は、二次支持体及び三次支持体が各軸受パッド間の空
間内に円周方向に配置されていることから、金型成形が
容易にされる。第18C図に示された各変型実施例も、成
形の容易性を変えるものではない。

第18図〜18C図に示された成形容易なスラスト軸受の
場合、より複雑な変型例も可能である。軸受構造体の先
に説明した各種変形例のうち容易な成形に適合しうるも
のはとれでも用いることができる。例えば、一次支持体
のビームは、分割体ではなく、連続したものとすること
ができる。従って、成形の容易な軸受の構造は、必ずし
も簡単な構成を必要とするものではなく、複雑な構造で
あっても容易な成形に適合するように構成することが可
能である。比較的複雑な軸受構造体の一例は、第19〜19
B図に示されている。

第19〜19B図に示される軸受は、軸受パッド支持構造
体によって支持された複数の円周方向に離隔した軸受パ
ッド232mを有する。この支持構造体の二次支持体と三次
支持体は、第18〜第18C図の支持構造体の対応部分と同
様であるが、第19〜19B図の軸受は、その一次支持体が
複数の複雑なビーム234ma、234mbを有するという点で第
18〜第18C図の軸受と異なる。即ち、各軸受パッド232m
は、半径方向でみて外側の連続した円周ビーム234ma
と、複数の互いに離隔した円周ビーム234mbとによって
支持される。これらの連続円周ビーム234maと、複数の
円周ビーム234mbの複雑な形状は、それらの側面からみ
た形状を示す第19B図を参照することによってよりよく
理解することができる。使用の際には、ビーム234maと2
34mbとは、１つのビームネットワークとして機能する。
このように、軸受の成形の容易性（簡単な二個構造成形
型での成形が可能なこと）を保持し、かつ、複雑な形状
を有するスラスト軸受のいろいろな変形構造が可能であ
る。もちろん、どの変型例においても、その軸受の設計
にあって最適な、潤滑剤等の流体を受容するためのウエ
ッジ状の間隔の形成を達成するように撓み特性を考慮し
なければならない。

ある種のガス又は空気潤滑式撓みパッド型軸受におい
ては、荷重又は軸の回転速度が空気フィルム（空気膜）
の担持の力を越える場合がある。そのような場合は、別
個に液体溜め又は液体浴を設ける必要なしに、ウエッジ
状間隙内へ液体系の潤滑剤が導入されるようにすること
が望ましい。第20、20A図は、その目的を達成するため
の軸受構造を示す。これらの図に示された軸受は、本発
明の別の重要な側面による新規な内部潤滑性撓みパッド
型軸受である。この軸受は、本質的には、上述した本発
明の各撓みパッド型軸受と同じであるが、そのいろいろ
な開口部に内部潤滑性プラスチックを包含するように改
変されている。

この軸受に使用されるプラスチックは、潤滑系に浸漬
されるとその潤滑液を吸収することができる慣用の注型
可能な多孔質プラスチックである。そのようなプラスチ
ックの１例として「ポレックス」という商品名で販売さ
れているものがある。一般に、多孔質プラスチックは、
いろいろなプラスチック材料からそれに空気を注入して
気孔を形成することによって得られる。潤滑液は、灯心
作用によって多孔質プラスチック内に吸収され、保持さ
れる。

内部潤滑性撓みパッド型軸受は、上述した型式のスラ
スト軸受、又はラジアル兼スラスト軸受において、その
各撓み部材の周り及びそれらの撓み部材間の空間に慣用
の多孔質プラスチックを注型又は射出することによって
得られる。この構成によれば、作動中、軸が運動し、各
撓み部材が圧縮されると、潤滑液が多孔質プラスチック
から滲出し、軸と軸受パッドとの間に形成される漸次狭
くなっていくウエッジ状間隙の先行端内へ吸入される。
このように、潤滑液で満たされたウエッジが形成される
ことにより軸受の荷重及び速度担持能力が増大される。
潤滑液は、１つのパッド面を通り過ぎその後行縁を離れ
た後再び多孔質プラスチックによって吸収される。

本発明の重要な側面の１つは、慣用の標準軸受素材と
多孔質プラスチックとを組合せた複号構造体を提供する
ことである。この複号構造体により両法の材料の独特の
特性を利用することが可能となる。即ち、慣用の多孔質
プラスチックだけでは、撓みパッド型軸受材として不都
合である。なぜなら、プラスチック中の気孔は、実際
上、極く薄の流体フィルムを創生するのを阻害する空洞
であるからである。一方、気孔を持たない慣用のプラス
チック又は金属の軸受材は、潤滑液をほとんど吸収する
ことができない。しかしながら、成就した態様で両方の
材料を組合せて使用すれば、有効な内部潤滑性流体力学
軸受を得ることができる。しかも、標準軸受材と潤滑液
吸収性多孔質プラスチックとの組合せ使用により相乗効
果が得られる。例えば、軸受パッド面の撓みが、潤滑液
をウエッジの先行縁内へ押出すのを助成する。又、軸受
パッド面が変形することにより潤滑液を保持するのを助
成する。

第20図は、本発明の内部潤滑性撓みパッド型軸受の例
を示す。この軸受は、上述した本発明の各撓みパッド型
軸受と類似しているが、その撓み部材間の空間内に液体
吸収性多孔質プラスチック（即ち内部潤滑性プラスチッ
ク）を充填するように改変されている点が異なる。いう
なれば、軸受構造体本体は、骨組み部分として機能し、
多孔質プラスチックは潤滑液を保持し、放出するスポン
ジとして機能する。

詳述すれば、第20、20A図は、第16、17図に示された
ラジアル兼スラスト軸受と基本的に同じ軸受本体構造を
有する内部潤滑性軸受を示す。但し、第20、20A図の軸
受構造体の場合は、各軸受パッド1032間の開口又は空間
と、それらの空間に連通した支持構造体内の開口又は間
隙に多孔質プラスチックが注入されている。この多孔質
プラスチックの注入により軸受に連続した途切れのない
内周面が形成される。この場合、軸受の内周面の材料特
性は、軸受パッド面と、多孔質プラスチック面とでは相
当に異なる。

第41図の軸受の内周面は、ウエッジを維持する軸受パ
ッド面と、円周方向に互いに離隔した潤滑液放出・吸収
部分（多孔質プラスチック）とを含む。作動において、
軸が運動し、各撓み部材が圧縮されると、潤滑液が多孔
質プラスチックから滲出し、軸と軸受パッドとの間に形
成される漸次狭くなっていくウエッジの先行端内へ吸入
される。このように、潤滑液で満たされたウエッジが形
成されることにより軸受の荷重及び速度担持能力が増大
される。

内部潤滑性撓みパッド型軸受の製造には、３つの主要
な工程を必要とする。第１の工程では、軸受の基本構造
体即ち骨組み部分を標準軸受材で形成する。第２の工程
で、その軸受構造体の空間内へ多孔質プラスチックを注
入する。製造の便宜上多孔質プラスチックは、それに潤
滑液を含浸させないで注入する。第３の工程において、
所望の空間内へ注入された多孔質プラスチックを有する
軸受に潤滑液を含浸させる。多孔質プラスチックに潤滑
液を適正に含浸させるためには、潤滑液を多孔質プラス
チックの一側面から灯心作用により浸透させることが望
ましい。潤滑液体内に没入させることにより、潤滑液を
充填されない内部部分が生じる。これは、プラスチック
の気孔を一方の側から通気させないことによって生じ
る。第20図の基本軸受構造は、第16図に示されたラジア
ル兼スラスト軸受構造と同様であるが、その支持構造体
内の隙間に多孔質プラスチックが充填されている。この
多孔質プラスチックの充填により、連続した内周面を有
する複合軸受が構成される。但し、この内周面全体の撓
み性は均一ではなく、大幅に異なる。即ち、金属又は非
多孔質プラスチック等の標準軸受材は、撓曲して流体ウ
エッジを形成するのに適しているが、多孔質プラスチッ
クの方は、圧縮される性質を有し、軸受パッドの先行縁
において潤滑液を放出し、軸受パッドの後行縁において
潤滑液を吸収するのに適している。

本発明の軸受において、軸受パッド面と回転軸の被支
承面との間にウエッジが形成されるが、該被支承面と軸
受パッドの前記先行縁との間の距離：該被支承面と軸受
パッドの前記後行縁との間の距離は、2:1〜5:1とするの
が理想的である。換言すれば、先行縁と回転軸の間の間
隔を後行縁と該回転軸の間の間隔の２〜５倍とするのが
好ましい。本発明の軸受は、変形自在の軸受面を有し、
パッドの６自由度を可能にし、ダッシュポット型防振作
用を発揮することができる。そして、本発明の軸受は、
通常は、一体構造である。

本発明の軸受は、軸受パッドの撓みによって形成され
るウエッジと、パッドが６自由度をもって運動可能であ
ることにより、格別の性能特性を発揮する。一体的軸受
に画定される各要素の数、寸法、形状、位置及び材料特
性を含む寸法及び撓み変数は、任意の特定の用途に合せ
て選定することができ、広範囲の荷重を担持することが
できる。これらの変数のうち、上述したビーム、膜等の
支持部材の形状が特に重要である。支持構造体の撓み特
性に及ぼす各支持部材の影響力が如何に大きいかは、特
定の例に関して慣性モーメントのための変数式bh³/12
（英国単位）（長方形の断面のための断面弾性率の主成
分Ｚ＝I/C＝bh³/6）を用いれば分るであろう。更に、軸
受パッドが６自由度をもって変位することができること
により、本発明の軸受は、軸の心振れを補償し修正する
ことができる。即ち、本発明の軸受は、その剛性により
非撓み状態へ復帰しようとする性質から生じる自己修正
特性を有する。また、軸受パッド面の撓み特性を適切に
調節することによって、該パッド面の形状を、潤滑流体
等が該パッド面に導入されやすくなるエアフォイル形状
とすることが可能である。もちろん軸受の剛性は、主と
して、支持構造体（ビーム）の形状の関数であり、それ
よりは影響力は小さいが、その他の撓み変数としては、
一体軸受に形成された溝及び切込み又はスリットによっ
て画定される各要素の数、寸法、位置及び材料特性があ
る。剛性の高い軸受は、それだけ自己修正作用が大きい
が、軸受の心振れ補償能力は小さくなる。

本発明のスラスト軸受は、静止負荷ウエッジを形成す
るように設計することができる。静止負荷ウエッジを形
成するためには、軸受パッドがその半径方向内側の円周
縁から半径方向外側の円周縁にまで軸に向かって接近す
る方向に傾斜し、かつ、その先行縁から後行縁まで軸に
向って接近する方向に傾斜するように、軸受の支持構造
体を設計する。かくして、最適なウエッジに近い静止負
荷ウエッジが形成される。更に、所望の流体保持特性を
発揮するように軸受パッドの外側円周縁を軸に接近する
方向に傾斜させる。又、支持構造体の剛性も、軸が回転
し始めた瞬間に各軸受パッドと軸との間に適正な空隙が
設定されるように設計することができる。

別法として、軸が静止状態にあるとき軸受パッド全体
が支承すべき軸部分に接触するように軸受を設計するこ
ともできる。本発明のこの側面は、軸受の機械加工にお
ける許容公差を大幅に広げるので、軸受の大量生産に等
に有用であり、ガス状潤滑流体を用いる軸受にとって特
に有用である。１例として挙げれば、0.003in（0.0762m
m）もの大きな公差があっても、ウエッジの形成に大き
な影響を及ぼさない。ちなみに、従来のガス状潤滑剤に
よる軸受の機械加工においては、0.00000xの公差が要求
され、そのような公差は、蝕刻によるマイクロインチレ
ベルの精巧な、費用のかかる機械加工法を使用しなけれ
ば達成することができない。

本発明の軸受は、少量生産の場合は、放電加工法又は
レーザー切削法によって形成するのが好ましい。本発明
の軸受の少量生産又は原型製造の場合は、通常、金属で
製造する。しかし、特定の軸受を大量生産する場合は、
射出成形、鋳造、粉末金属のダイカスト及び押出成形等
の他の製造方法の方がより経済的である。又、そのよう
な製造方法の場合、本発明の軸受の素材としてプラスチ
ック、セラミック、粉末金属、又は複合材料を用いるの
がより経済的である。射出成形、鋳造、焼結を伴う粉末
金属のダイカスト及び押出成形等の方法は、周知であ
り、ここで詳しく説明する必要はない。又、一旦軸受の
原型を製造したならば、その軸受の大量生産のための金
型を作る方法は、成形及び鋳造技術分野の当業者には周
知である。ただし、本発明の軸受において押出成形によ
って大量生産するのに適合するのは、ある種の形態のも
のに限られることを留意されたい。一般的に、押出成形
に適合するのは、円周溝と、軸受全体に亙って軸線方向
に切込まれた半径方向の切込み又はスリット及び円周方
向の切込み又はスリットだけによって構成された軸受、
換言すれば、一定の、あるいは押出成形可能な断面を有
する軸受である。

本発明の更に別の側面によれば、本発明の軸受を例え
ば5000個未満の中間量生産する場合には、新規なインベ
ストメント鋳造法が特に有利であることが認められた。
このインベストメント鋳造法による場合、その最初の工
程は、軸受の原型を製造することである。先に述べたよ
うに、又以下に詳述するように、原型は、いろいろな方
法で製造することができるが、肉厚の管材料又はそれに
類似した円筒形ジャーナル素材を機械加工することによ
って製造するのが好ましい。大型の軸受の場合は、通
常、円筒形のジャーナル素材を施盤を用いて機械加工し
て軸受面と円周溝を形成し、フライス盤を用いて軸方向
及び半径方向の穴を形成する。比較的小さい寸法の円筒
形ジャーナル素材を機械加工する場合は、ウオータジェ
ット切削法、レーザー切削法又はワイヤ放電加工法等の
技術の方が、一般に安定性が高い。しかしながら、いず
れの場合も、比較的大きい溝を形成するときは、通常、
円筒形ジャーナル素材を回転し、フライス削りする。

軸の原型が形成されたならば、その軸受が予測通りの
態様で機能することを確認するためにその原型をテスト
することが望ましい場合がある。そのようなテストの結
果、所望の性能を得るために原型に更に改変し洗練する
ことが必要な場合もある。

満足な原型が得られたならば、その原型のゴム型を形
成する。通常、この工程は、原型を溶融ゴムで包被し、
ゴムを硬化させた後で、ゴムを切開し原型を取出すこと
によって開放したゴム型を形成する。

ゴム型が得られたならば、それを用いて蝋型を形成す
る。この工程は、通常、溶融蝋をゴム型内へ注入し、蝋
を硬化させることから成る。

軸の蝋型が得られたならば、それを用いて石膏型を形
成する。この工程は、通常、蝋型を石膏で包被し、石膏
を蝋型の周りで硬化させることから成る。

この石膏型を用いて軸を成形することができる。詳述
すれば、青銅等の溶融軸受材を石膏型内へ注入し、蝋型
を融解して蝋型を石膏型から排除させる。かくして、石
膏型に溶融軸受材が充填され、融解した蝋型石膏型から
除去される。

溶融軸材を硬化させた後、その軸受材の周りから石膏
型を除去すれば軸受が得られる。

この製造法は蝋型を犠牲にするので、インベストメン
ト鋳造法又は犠牲注型法と称されている。

上述したインベストメント鋳造法又は犠牲注型法は、
蝋型の犠牲を伴い、ゴム型と石膏型の２つの型を製造し
なければならず、かなりの労働集約を伴うが、特定の軸
受例えば5000個未満の中間量生産する場合には経済的で
あることが判明している。中間量生産の場合にインベス
トメント鋳造法が経済的であるのは、この方法に使用す
る鋳型は射出成形又は粉末金属注型法に必要とされる複
雑な金型に比べてなるかに製造費が安いからである。先
に述べたように、インベストメント鋳造法、及び他のど
の方法による場合も、本発明による軸受を製造する最初
の工程は、軸受原型を製造することである。本発明の軸
受構成によれば、比較的複雑なスラスト軸受でも、簡単
な製造技法を用いて形成することができる。しかも、ジ
ャーナル軸受にも、同様な製造方法を用いることができ
る。例えば、第１〜４図に示されたスラスト軸受は、肉
厚の管材に機械加工によって半径方向内方及び外方の
溝、互いに対面する溝、軸方向の孔、半径方向の切込
み、及び斜切縁を形成することによって得られる。

本発明の軸受の性能特性は、機械加工したブランクに
形成された切込み又はスリットによって画定される各軸
受パッド及びビーム支持構造体の相対的形状、寸法、位
置及び材料特性に基因する。これらのパラメータは、軸
受を作るためにスリットを形成する前の機械加工された
ブランクの形状、並びに、軸受に形成された半径方向
の、及び円周方向の切込み又はスリットの形状寸法及び
配置によって主として決定される。

先に述べたように、本発明の軸受の構造は、その機械
加工法を参照することによって最もよく理解されるが、
本発明の軸受は、中間量又は比較的多量の生産の場合
は、インベストメント鋳造法によって製造するのが好ま
しく、それ以上の大量生産も、射出成形、鋳造、粉末金
属のダイカスト及び押出し成形等によってより経済的に
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ビーム支持式軸受パッドを有するスラスト軸
受の上からみた平面図である。 第２図は、第１図の線16−16に沿うスラスト軸受の断面
図である。 第３図は、第１図のスラスト軸受の下からみた平面図で
ある 第４図は、第１図のスラスト軸受の一部分の透視図であ
る。 第５図は、本発明による２脚支持体を有する構成のスラ
スト軸受の上からみた平面図である。 第６図は、第５図のスラスト軸受の断面図である。 第７図は、第５図の軸受の下からみた平面図である。 第7A図は、第５図の軸受の変形例の下からみた平面図で
ある。 第８図は、第５図の軸受の一部分の透視図である。 第９図は、本発明の別の実施例による軸受の断面図であ
る。 第10図は、本発明の更に別の実施例による軸受の断面図
である。 第11図は、本発明の更に別の実施例による軸受の断面図
である。 第12図は、第11図の軸受の上からみた一部断面による平
面図である。 第13図は、本発明の別の実施例による軸受の断面図であ
る。 第13A図は本発明の更に別の実施例によるスラスト軸受
の断面図である。 第13B図は、第13A図の軸受の別の断面でみた断面図であ
る。 第14図は、第13図の軸受の上からみた一部断面による平
面図である。 第14A図は、第13A図の軸受の上からみた平面図である。 第14B図は、第13A図の軸受の下からみた平面図である。 第15図は、本発明の更に別の実施例によるラジアル兼ス
ラスト軸受の平面図である。 第15A図は、第15図の軸受の断面図である。 第15B図は、第15図の軸受の別の断面でみた断面図であ
る。 第16図は、本発明の別の実施例によるラジアル兼スラス
ト軸受の平面図である。 第17図は、第16図の軸受の概略断面図であり、軸受パッ
ドに作用する力を示す。 第18図は、本発明による金型成形容易なスラスト軸受の
上からみた平面図である。 第18A図は、第18図の軸受の下からみた平面図である。 第18B図は、第18図の線38C−38Cに沿ってみた断面図で
ある。 第18C図は、第18−38B図の軸受の変形例の底面図であ
る。 第19図は、本発明の別の実施例による金型成形容易なス
ラスト軸受の上からみた平面図である。 第19A図は、第19図の軸受の下からみた平面図である。 第19B図は、第19及び19A図の軸受の軸受パッドのための
支持構造体を示す部分断面図である。 第20図は、本発明による内部潤滑作用を有するラジアル
兼スラスト軸受の平面図である。 第20A図は、第20図の軸受の断面図である。 第21図は、従来のスラスト軸受の上からみた平面図であ
る。 第22図は、第21図の従来のスラスト軸受の断面図であ
る。 第22A図は、第21及び22図の従来のスラスト軸受の一部
分の概略図であり、軸受パッド面に作用する圧力分布を
示す。 132:軸受パッド 134:ビーム、一次支持体 134ps:パッド支持面 136:ビーム又は膜、二次支持体 138a、138b:ビーム状脚、三次支持体 142:穴、開口 134A:傾斜した支持ビーム 144:穴 134i:傾斜した支持ビーム 134v:垂直ビーム 321〜326:（軸受）パッド 342:パッド支持面 344、346:ビーム、一次支持体 360:割り周縁膜、二次支持体 380、382:周縁ビーム、三次支持体 521〜526:（軸受）パッド 544、546:ビーム、一次支持体 562、564:周縁膜、二次支持体

Claims (37)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の軸受パッドと、該軸受パッドを支持
   するための支持構造体とから成り、流体フィルムを介し
   て回転軸を支承するための流体力学的スラスト軸受であ
   って、 前記各軸受パッドは、半径方向についてみた内周縁及び
   外周縁と、該内周縁及び外周縁の間を延びる先行縁及び
   後行縁と、を有しており、 前記支持構造体は、荷重下において前記軸受パッドの前
   記外周縁が前記軸に対し前記内周縁よりも接近する位置
   にまで撓むように構成されていることを特徴とする流体
   力学的軸受。
2. 【請求項２】前記支持構造体は、前記各軸受パッドにい
   おける前記内周縁よりも前記外周縁に近い位置において
   のみ該軸受パッドに連結されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の流体力学的軸受。
3. 【請求項３】前記各軸受パッドと支持構造体とは一体で
   あり、該支持構造体は、前記軸受パッドに連結された一
   次支持体部分と、該一次支持体部分からそれに対して交
   差方向に延びる二次支持体部分と、該二次支持体部分か
   らそれに対して交差方向に延びる三次支持体部分とから
   成り、該各支持体部分は、互いに相対的に撓みうるよう
   になされており、該支持構造体は、６自由度の運動を可
   能にするような態様で該軸受パッドを支持し、それによ
   って該軸受パッドは、荷重を受けたとき最適な流体力学
   的ウエッジを形成するように、前記軸受パッドの後行縁
   の方が先行縁よりも前記軸に近接する位置へ撓むように
   なされていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
4. 【請求項４】前記軸を軸方向の荷重に対して支承するよ
   うに前記各軸受パッドの軸受面は、実質的に平坦にされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれかに記載の流体力学的軸受。
5. 【請求項５】前記軸受パッド及び支持構造体は、一体部
   材に形成された複数の切込み、溝及び開口によって画定
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項又は
   第４項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
6. 【請求項６】前記支持構造体は、前記軸受パッドに流体
   フィルムの剛性より小さい所定の剛性を付与するように
   支持し、それによって該流体フィルムが、前記軸の回転
   中において、軸受パッドを該軸から離れる方向に撓ませ
   るようになされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜５項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
7. 【請求項７】前記軸受パッドは、前記軸の静止中におい
   て、軸受パッドの軸受面とそれによって支承される軸部
   分との間に先細ウエッジを形成するように構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の流体
   力学的軸受。
8. 【請求項８】前記支持構造体は、流体防振作用を受ける
   ようになされていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜７項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
9. 【請求項９】前記各軸受パッドは、その軸受面が荷重を
   受けたとき凹面状の潤滑状保持ポケットを形成するよう
   に変形するような態様に前記支持構造体によって支持さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜８項の
   いずれかに記載の流体力学的軸受。
10. 【請求項１０】前記各軸受パッドは、荷重を受けたとき
    に撓み、その撓みによって軸受面を変形し、潤滑剤の流
    れの方向に通路とウエッジを形成するように前記支持構
    造体によって支持されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１〜８項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
11. 【請求項１１】前記支持構造体は、該軸受が前記軸を２
    つの回転方向のいずれについても支承することができる
    ように対称構造とされていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１〜10項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
12. 【請求項１２】前記支持構造体は、軸受パッドを所定の
    方向にバイアスさせ、該軸受を単一方向軸受とするよう
    に非対称構造とされていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１〜10項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
13. 【請求項１３】前記支持構造体は、軸の心振れを吸収す
    るべく撓むように構成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１〜12項のいずれかに記載の流体力学的軸
    受。
14. 【請求項１４】前記支持構造体は、荷重を受けたとき各
    軸受パッドに作用する荷重を均衡化するべく撓むように
    構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
    13項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
15. 【請求項１５】前記各軸受パッド間の空間を充填する多
    孔質プラスチィク材が設けられていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１〜14項のいずれかに記載の流体力学
    的軸受。
16. 【請求項１６】前記多孔質プラスチィク材は、液体潤滑
    剤を吸収・放出することができる特性を有するものであ
    って、液体潤滑剤を充填されており、前記支持構造体が
    撓んだとき液体潤滑剤が多孔質プラスチィク材から軸受
    パッドの軸受面上へ放出されるようになされていること
    を特徴とする特許請求の範囲第15項に記載の流体力学的
    軸受。
17. 【請求項１７】該軸受は成形の容易な形状を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜16項のいずれかに記
    載の流体力学的軸受。
18. 【請求項１８】前記支持構造体は、平常の荷重下におい
    て軸受パッドの後行縁が前記軸に対し先行縁よりも２〜
    ５倍接近する位置にまで撓むように構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜17項のいずれかに記
    載の流体力学的軸受。
19. 【請求項１９】前記支持構造体は、前記軸の静止中にお
    いて、前記軸受パッドの後行縁に接触するように構成さ
    れており、該支持構造体は、所定の半径方向剛性を有
    し、該軸が回転し始めたとき流体力学的流体の圧力が、
    その流体フィルムが該支持構造体の剛性より大きくなる
    点まで増大し、それによって軸受パッドの後行縁を該軸
    から離れる方向に撓ませて軸受パッドの後行縁と該軸と
    の間に流体フィルムを形成させるようになされているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１〜10項のいずれかに
    記載の流体力学的軸受。
20. 【請求項２０】前記一次支持体は、１つのビームから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜19項のいずれ
    かに記載の流体力学的軸受。
21. 【請求項２１】前記一次支持体は、２つのビームから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜19項のいずれ
    かに記載の流体力学的軸受。
22. 【請求項２２】前記一次支持体は、３つ又はそれ以上の
    ビームから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜
    19項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
23. 【請求項２３】前記二次支持体は、１つのビームから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜22項のいずれ
    かに記載の流体力学的軸受。
24. 【請求項２４】前記二次支持体は、２つのビームから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜22項のいずれ
    かに記載の流体力学的軸受。
25. 【請求項２５】前記二次支持体は、３つ又はそれ以上の
    ビームから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜
    22項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
26. 【請求項２６】前記二次支持体は、連続した膜状部材か
    ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜22項のい
    ずれかに記載の流体力学的軸受。
27. 【請求項２７】前記三次支持体は、２つ又はそれ以上の
    ビームから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜
    26項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
28. 【請求項２８】前記三次支持体は、連続した環状ビーム
    から成ることを特徴とする特許請求の範囲第３〜27項の
    いずれかに記載の流体力学的軸受。
29. 【請求項２９】前記軸受パッドは、荷重を受けたとき凸
    面形状に撓むように構成されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１〜28項のいずれかに記載の流体力学的
    軸受。
30. 【請求項３０】前記軸受パッドは、荷重を受けたときエ
    アフォイル形状に撓むように構成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１〜28項のいずれかに記載の流
    体力学的軸受。
31. 【請求項３１】前記支持構造体は、荷重を受けたときね
    じりモード又は曲げモードで撓むようになされているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１〜30項のいずれかに
    記載の流体力学的軸受。
32. 【請求項３２】前記軸受パッドの後行縁は、荷重を受け
    たとき前記軸に接近する方向に変位するようになされて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第１〜18項及び第
    20〜31項のいずれかに記載の流体力学的軸受。
33. 【請求項３３】該軸受は鉄金属材で形成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜32項のいずれかに記
    載の流体力学的軸受。
34. 【請求項３４】該軸受は非鉄金属材で形成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１〜32項のいずれかに
    記載の流体力学的軸受。
35. 【請求項３５】該軸受はプラスチック材で形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜32項のいずれ
    かに記載の流体力学的軸受。
36. 【請求項３６】該軸受はセラミック材で形成されている
    ことを特等とする特許請求の範囲第１〜32項のいずれか
    に記載の流体力学的軸受。
37. 【請求項３７】複数の軸受パッドと、該軸受パッドを支
    持するための支持構造体とから成り、流体フィルムを介
    して回転軸を支承するための流体力学的軸受であって、 前記各軸受パッドと支持構造体とは一体であり、該支持
    構造体は、前記軸受パッドに連結された一次支持体部分
    と、該一次支持体部分からそれに対して交差方向に延び
    る二次支持体部分と、該二次支持体部分からそれに対し
    て交差方向に延びる三次支持体部分とから成り、該各支
    持体部分は、互いに相対的に撓みうるようになされてお
    り、該支持構造体は、６自由度の運動を可能にするよう
    な態様で該軸受パッドを支持し、それによって該軸受パ
    ッドは、荷重を受けたとき最適な流体力学的ウエッジを
    形成するように、前記軸受パッドの後行縁の方が先行縁
    よりも前記軸に近接する位置へ撓むようになされてお
    り、 前記軸を半径方向の荷重並びに軸方向の荷重に対して支
    承するように前記各軸受パッドの軸受面は、該軸受の軸
    線上に頂点を有する円錐体の一部分の形とされているこ
    とを特徴とする流体力学的軸受。