JP4420299B2 - 柔軟なフォイル製の流体力学的スラストベアリング - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的に柔軟なフォイル製の流体力学的な流体膜スラストベアリングに関する。
【０００２】
【従来技術】
柔軟な流体力学的な気体スラストベアリングは、温度及び速度の極端な状況に晒される高性能機械において用いられている。これらのベアリングは理想的にはこれらの状況に適している。何故ならば、ベアリングは回転要素ベアリングの速度及び耐久性の限界を被らないからであり、ベアリングは潤滑を要しないので、滑用ベアリングにおける使用に必要な循環給油、シール及び状態調節装置を要しないからである。
【０００３】
柔軟な流体力学的な流体膜スラストベアリングは、通常、弾性的なコルゲート状の支持要素と、取り付けられた上にある薄いベアリングシートを夫々に含む１又は複数のベアリングパッドアセンブリを有する。パッドは相対回転式ショートスラストランナを支持するように取付部材の表面に取り付けられる。流体力学的な柔軟な流体膜ベアリングの理論によれば、流体力学的な支持流体膜はベアリングシートの全面を覆うスラストランナの相対運動によって発生されるので、スラストランナを流体の薄いクッション上に支持することができる。ベアリングシートの下にあるコルゲート状の支持要素の、ばねのような柔軟性によって、ベアリングシートが、スラストランナ面に対する断面を担うように方向変更することができる。このスラストランナ面はパッドを覆うような支持用の加圧流体クッションを生じる。柔軟性によって、ベアリングシートが、心狂いした、不均衡な、熱的及び機械的に変形された回転部材に、ある程度まで合致することができるようになる。
【０００４】
柔軟なフォイル製の流体力学的な流体膜スラストベアリングの例は、本発明者の以前の米国出願第4,277,112 号、第4,277,113 号及び第4,296,976 号並びに米国特許第3,809,443 号及び第4,277,111 号に見出だされる。これらの特許は、本願に記載されたベアリングに含まれるかも知れず、従って、引例により本明細書中に含まれる特徴及び教示を開示している。
【０００５】
柔軟なフォイル製の流体力学的な流体膜スラストベアリングの追加的な例は、引例により本明細書中に含まれる米国特許第3,375,046 号、第3,635,534 号、第4,171,928 号、第4,247,155 号、第4,459,047 号、第4,668,106 号、第5,110,220 号、第5,248,205 号、第5,318,366 号及び第5,547,286 号に見出だされる。
【０００６】
関連があるかも知れない他の分野は米国特許第4,295,689 号、第4,415,281 号、第4,552,466 号、第4,699,523 号、第5,498,083 号、第5,584,582 号、第4,262,975 号、第4,465,384 号、第4,300,806 号、第3,809,443 号、第4,229,054 号及び第4,274,683 号を含む。
【０００７】
無潤滑式の柔軟な表面を持ったベアリングは、高速、長期耐用、（低温から高温までの）極端な環境が予期される及び／又は汚染のない操作が要求される場合には、従来のベアリングとは魅力的な変更であると見做される。より高い許容荷重により、本明細書に記載された耐熱性ポリマ潤滑剤被覆を、ターボ式同期発電機、補助エンジンユニット、小型ガスタービンエンジンで適用し、極端な環境で適用することができるようになる。
【０００８】
柔軟なフォイル製の支持体のコルゲートを、システムを働かせる特定の要件を満たすための望ましいベアリングの剛性及び緩衝を与えるために作ることができる。例えば、『空間的に可変の剛性を有する柔軟なフォイル製のベアリングの分析』というタイトルの、本発明者の文献 No. AIAA-91-2102 と、本発明者の前記米国特許4,300,806 号とを参照せよ。前者の文書は１９９１年６月２４〜２６日に米国カリフォルニア州サクラメントで開催された「合同推進会議AIAA/SAE/ASME/ASEE27」において出され、引例により本明細書中に含まれる。この文書は、他方のバンプフォイルを覆うように一方のバンプフォイルを置くことによって、又はバンプの高さを変えて、多層トップシートフォイルを用いることによって、又はフォイルの厚さ、ピッチ等を変えることによって剛性を変えることを開示している。
【０００９】
本発明者の前記1991文献は理論的な議論を含んでいるが、複合の、柔軟なフォイル製のスラストベアリングを提供することの利点に関して、実際の実施の形態を含んではいない。このようなスラストベアリングでは、セクタの前部が一定の傾斜を有し、それに続く表面がランナに対し平行であって、パッドは上流の斜面つまりテーパ状の部分とそれに続く平坦な部分により構成されている。
【００１０】
高い許容荷重を引き起こすためのテーパ状／平面状の形状、より少ない側方の漏れ、始動及び停止中の荷重を支持するための平坦面及び別の方法で低い速度を含む従来の硬質タイプのスラストベアリングは、磨耗を減らすために設けられている。
【００１１】
回転方向における山形の断面を有する、気体で減摩された従来の硬質パッドスラストベアリングは、全速力（流体力学的な回転数）で作動する際に、平坦な、テーパ状の断面を覆うように加えられる高い許容荷重を達成するために、設けられている。しかし乍ら、始動及び停止中の低速で、こうした断面は荷重を支持するための最小限の表面面積のみを与え、その結果、磨耗が大きくなる。
【００１２】
より高い許容荷重が高速で最小限の磨耗をもって達成されるように、柔軟なフォイル製の流体力学的なスラストベアリングへの改善をなすことは望ましいと考えらる。
【００１３】
【発明が解決しよとする課題】
本発明の課題は、このような高い許容荷重を有する柔軟なフォイル製の流体力学的なスラストベアリングを提供することである。
【００１４】
本発明の他の課題は、最小限の磨耗と高い作動速度を有するこのようなベアリングを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、可撓性のシートのセクタの周方向の列は、シートの間の相対回転のためのシャフトランナに向けるために位置決めされており、可撓性のストリップは、可撓性のシートの後部の各々と、シートを弾性的に支持する手段との間に挟まれており、この支持手段は、下方に傾斜しているセクタの前部によって、周方向において間隔をあけた突出部の効果を付与するための、可撓性の膜（可撓性のシートの前部と可撓性の膜の間にあって、このようなストリップ等を有しない空間）を含むほうが好ましいが、必ずしも含まなくてよいことによって解決される。弾性的に支持する手段は１つ又は複数のコルゲート状のフォイル要素を含むことができる。
【００１６】
更に、上記課題は、荷重を支持するための最大限の表面接触面積を保ちつつ、山形の効果を付与するために、可撓性のダイアフラムは１つ又は複数のフォイル要素の下にあるように設けられ、周方向に間隔をあけた複数のフォイル要素は、ベアリング用の支持部材と、それを弾性的に支持するための可撓性のダイアフラムとの間に設けられていることによって解決される。これらのフォイル要素は可撓性のストリップの下方に整列され、フォイル要素の周方向における中間位置で、可撓性のダイアフラムに取り付けられる。それ故に、フォイルの周方向の縁部は、相補的に山形の効果を突出部効果に付与するために自由である。より柔らかい周縁を有し、そのことにより自動調心能力を改善するベアリングを供するために半円形の形状をなすべく、フォイルのリッジの幅及び高さは、リッジ即ち突条が半径方向外側に延びるに連れて、増える。
【００１７】
許容荷重を増すための剛性の３つのレベルを達成するために、本発明に従って、ベアリングは内側及び外側の可撓性のコルゲート状のフォイルを有し、内側のフォイルリッジは、外側のフォイルリッジのうちの幾つか（全部でない）の下にあるのみである。
【００１８】
リッジが固定しないから、剛性すなわち永久変形が大きく高まるように、他方のリッジの内側で一方のリッジの摺動を調整するために、本発明に従って、フォイルの少なくとも１つのリッジは、リッジの間の接線方向の線接触を避けるように、平頭の頂部分を有する。
【００１９】
本発明の上記又は他の課題、特徴及び利点は、同一の参照符号が幾つかの図の同一又は類似の部分を示している図を参照して読めば、本発明の好ましい実施の形態の以下の詳述から明らかである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳述する。
【００２１】
図１及び２に関して、回転シャフト２０の矢印１９で示された軸方向スラストを支持するための、柔軟な、流体力学的な流体膜スラストベアリングが参照符号４０で全般的に図示されている。回転シャフト２０は参照符号２３で示された中心開口部内に受け入られる。この中心開口部は回転シャフト２０と比べて拡径されており、ベアリング４０を通って軸方向に延在している。下方に向いているベアリング面２４を有するスラストランナ２２は回転シャフト２０に取り付けられていて、それと共に回転する。回転シャフト２０の軸方向スラスト１９はスラストベアリングアセンブリ４４によって生起され、このスラストベアリングアセンブリ４４はスラストプレート４１の頂面に取り付けられている。スラストプレート４１は機械枠に対して通常は固定されているが、幾つかの適用においては、ロータ及びスラストプレートが回転することは好ましい。本発明はスラストプレート４１とスラストランナ２２との間の相対的な回転の種々の形態で使用可能である。スラストプレート４１がスラストランナ２２に向いている平坦面を有することが示されているが、本発明が、例えば、スラストプレート４１がスラストランナ２２に向いている凹面つまり皿状の面を有し、スラストランナ２２が錐形であるというような、スラストプレート４１の他の構造を含むと理解すべきである。
【００２２】
スラストベアリングアセンブリ４４は、スラストランナ２２とシート４２の間の相対運動用のシャフトランナつまりスラストランナ２２に向かうための薄い弾性的なシート４２の周方向の列を含む。各シート４２は、開口部の周辺に内周面２６を有しかつベアリングの周辺に外周面２８を有する平頭のセクタの形態をなしている。各シート４２と、スラストベアリングアセンブリ４４のうちの、シート４２の下にある各部分とは、ベアリングパッドを構成すると言えるかも知れない。８つのこうしたベアリングパッドつまりシートは図１に示されている。しかし乍ら、８つより少ないかそれより多いベアリングパッドつまりシートを用いることもできる。矢印４６によって示された方向でのスラストランナ２２の回転はスラストシート４２の全面に流体力学的な流体膜を発生させる。この流体膜はスラストランナ２２を支持し、スラストランナ２２をベアリングシート４２から隔てる。流体力学的な流体膜は、スラストランナ２２のベアリング面２４と、ベアリングシート４２のベアリング面との間の相対運動の方向に対し平行に流体内で作用する粘性力又は剪断力によって作られる。スラストランナ２２のベアリング面２４は、ベアリングシート４２の上面に亘って回転しながら、流体の境界層を自らと共に連行する。境界層は、この境界層に直に接する流体層を順次連行する。かくして、速度の或る傾きはスラストランナ２２とベアリングシート４２との間の隙間にある流体の中で発生される。本発明者の前記米国特許第4,277,112 号に図示されるように、ベアリングシート４２と、スラストランナのベアリング面２４との間の隙間は楔形であり、回転するベアリング面２４の運動の方向にテーパをなしている。楔形の隙間へ引き込む流体の圧力は隙間の狭い端部へ向かって増大する傾向にあり、かくして流体膜の加圧されたクッションが形成される。このクッションは回転するスラストランナ２２を力学的に支持する。
【００２３】
ベアリングシート４２は可撓性の膜６０によって支持されている。この膜６０は、コルゲート状の柔軟な支持要素４８及び４９夫々の、周方向に延びる対の外側及び内側の列において順次に支持され、ベアリングシート４２を、回転ロータすなわち回転シャフト２０のベアリング面２４の平面に合致させるようになる。但し、スラストランナのベアリング面２４とスラストプレート４２の平面との間に永続的な又は一時的な歪みを引き起こす諸状況があるにも拘らず、である。このような状況は、特に、ベアリング又はロータのミスアラインメントと、熱的歪みと、ランナの遠心力増大と、偏心荷重又はロータの不均衡によるロータのランアウトとを含む。柔軟な支持要素４８及び４９は、このような状況にも拘らず、回転のスラストランナ２２のベアリング面２４との正確な力学的な関係においてベアリングシート４２を支持するように、方向を変えて復帰するために設けられている。
【００２４】
ベアリング４０を可撓性の膜６０なしに構成することができる。本発明はこのような実施の形態に及ぶものである。
【００２５】
図３に見られるように、弾性的な支持要素つまりバンプフォイル４８及び４９はコルゲート状つまり波形のばねの形態をなすばね金属弾性要素であって、これらのばね金属弾性要素は平坦な谷形の底部つまり溝５２によって隔てられた弾性的な高所（突条）つまりリッジつまりバンプ５３を有する。他に、バンプフォイルは正弦波の形状のような他の適切な形状を有してもよい。以下により詳細に説明するように、ベアリングシート４２と、スラストランナ２２のベアリング面２４の平面との合致は、支持要素４８及び４９の各々にスリット１０４を入れて、半径方向に隣接した複数のストリップ４９を形成することによって、容易になる。シートは、コルゲート状の形状に形成する前に、スリットが入れられ、バンプフォイル４９は、内側のバンプフォイルのストリップ及びバンプが、外側のバンプフォイルのストリップ及びバンプと夫々整列するように、位置決めされる。
【００２６】
支援するように内側のバンプフォイル４９の下には、可撓性のダイアフラム６２が位置されている。この可撓性のダイアフラム６２とバンプフォイル４９との間ではセクタ６４の周方向の列が挟まれている。セクタ６４の各々は多分４つの半径方向に並んだ複数の可撓性のあるストリップ６６を有しており、こうしたストリップ６６は下にあり、夫々、半径方向に並んだストリップ５０と整列されている。バンプフォイル４８及び４９の各々はスリット１０４によって分離されて、ストリップ５０を形成している。可撓性のダイアフラム６２と、支持プレート４１との間には、セクタの形状をした、コルゲート状の弾性ばね金属要素又はバンプフォイル６８の、周方向の列が挟まれている。以下にベアリング４０の種々の構成要素をより詳細に述べよう。異なった記載をしない限りは、「内側の」及び「外側の」という用語は、支持プレート４１へより近い構成要素が支持プレート４１から離隔した構成要素の内側にあるといった状態で軸方向に関すること、を意味する。同様に、「頂部の」又は「上部の」等の用語は、支持プレート４１から遠い構成要素又は項目に関すること意味する。「半径方向に」という用語は中心開口部２３に向かう又はそれから離隔する方向に関すること意味する。「軸方向に」という用語は中心開口部２３に平行な方向に関すること意味する。スラストベアリングアセンブリ４４はの構成要素のすべては適切な薄板又はその他の適切な材料により構成される。
【００２７】
比較的に厚い可撓性の膜６０を有することにより、滑らかな弾性的なシート４２を、バンプフォイルリッジ５３同士の間で窪むことなく、非常に薄くすることができる。その目的は、全方向における可撓性を高めて、シャフトのミスアラインメント及び逸脱を制御し、かくしてスラストランナ面２４への最適な合致を与えて、より高い荷重容量が達成されるようにするためである。例えば、従来の７インチのＯＤタイプ、１．５インチのＩＤタイプの、液体で潤滑され、かつ可撓性の膜を有しない５００ｐｓｉの柔軟なフォイル製の力学的なスラストベアリング用の、滑らかなトップシートは、図６に参照符号７０で示した多分約０．０２インチの厚さを有する可撓性の膜６０を設けることによって、典型的には約０．１６インチの厚さを有することができる。これに対し、図６に参照符号７２で示した、このようなベアリング用の滑らかな弾性的なシート４２の各々の厚さは多分約０．０２０インチであることができる。
【００２８】
参照符号７４で示された、周方向に延びるスロットの半径方句にスペースをあけた列は、ベアリングの半径方向の柔軟性を改善し、これにより、スラストランナの逸脱を調整するだけでなく、外側の滑らかなシート４２を冷却することができるように、可撓性の膜６０の周辺に設けられている。
【００２９】
スラストランナの回転４６に関して、弾性的なシート４２は、参照符号７６で示された前部と、参照符号７８で示された後部とを有する。スラストランナ２２上の１点は前部を通過してから後部を通過する。
【００３０】
始動状態及び停止状態において接触面積を最大限にしつつ、より高い荷重容量の達成のための良好な流体力学的な圧力断面を発生すべく、作動速度における自製の最適な楔形の膜断面を達成するために、ベアリング４０は山形のテーパ状／平面状の構造を有する。かくして、図６に関しては、本発明に従って、テーパ状／平面状の構造を達成するためには、各々の弾性的なシート４２の前部７６と可撓性の膜６０との間に、半径方向に並んでいる多分４つの細長い弾性的な平坦なストリップ（シート）８０のセクタ形状の組が挟まれている。これらのストリップ８０はアーチ状の薄いストリップであることが好ましい。
【００３１】
多数の平坦なストリップ８０は、半径方向に最適な合致を供するために、各弾性的なシート４２の後部と、可撓性の膜６０との間に挟まれているのが好ましい。しかし乍ら、その代わりに、望みの際には、単独のセクタ形状の平坦なストリップを設けることもできる。製造の助成をするために、組の平坦なシート８０を打ち抜くことができる。それ故に、こうしたシート８０は、ベアリングの剛性に影響を及ぼすことなく、溶接のために容易に位置決めすべく、参照符号８２で示された非常に弱い縁部によって互いに保たれる。他に、ストリップ８０を互いに完全に分離し、個々に位置決めしかつ溶接することもできる。
【００３２】
図６はストリップ８０が周方向における一定の距離に亘って延びているのを示している。この一定距離は、対応の滑らかなシート４２が覆うようにして延びている周方向における距離の約半分又は３分の２に対応している。図６は、参照符号８４で示した、平面部を有するテーパ状／平面状の構造を示している。しかも、この構造は、始動及び停止の際の低速によって磨耗を減らすのに用いられる広範な表面面積と、前部７６に向かって上方に従って外側に傾斜している滑らかなシート４２のうちの前部７６と、を具備しており、望ましいテーパ状の構造を形成している。
【００３３】
適切なスロット８６と、直径方向に対向している開口部８８とは、本発明に関する分野の通常の当業者には共通に知られた方法に従って支持プレート４１に固定するための回転防止ピン（図示せず）を収容するために、可撓性の膜６０の、半径方向外側の縁部に設けられている。滑らかなシート４２の前縁は、図２の参照符号９０で示されたように、タック溶接されているか、可撓性の膜６０に他の方法で適切に取着されている。弾性的なストリップ８０は、例えばスポット溶接によって、後縁に沿って可撓性の膜４２に適切に取着されている。
【００３４】
テーパ状／平面状の構造を形成することに加えて、弾性的なストリップ８０は、スラストランナ２２との乾接触（始動及び停止の際の）中に滑らかなトップシート４２を補強及び強化するために、トップシート４２の前縁から後縁への、パッドの剛性の傾きを可能にするために、設けられている。弾性的なストリップ８０は、滑らかなトップシート４２と可撓性の膜６０との適合を妨げないように半径方向に狭く設けられている。
【００３５】
図６中に参照符号９１で示された薄い乾燥膜被覆は、始動及び停止の際の摩擦中に耐磨耗性を与えるために、ベアリング面に、すなわち、スラストランナ２２の表面２４と、滑らかなトップシート４２の各々の外面とに形成されている。周囲空気及び周囲温度の通常の供給にとって及び低温の環境にとって、望ましいと見做される被覆６１は、ポリアミド・イミド、ＰＴＦＥ又は二硫化モリブデン又は二硫化タングステンのような軟質被覆を含む。これらの被覆は一般的には被覆される表面にエアブラシ又はエアスプレーによって塗布され、適切に処理され、滑らかな仕上りを達成すべく、研磨紙を用いて磨かれる。ランナ面２４のためには、代わりに、ニッケル被覆又はカーバイド被覆のような硬質被覆を塗布してもよい。摂氏約８１５度までの高温用のベアリングのためには、プラズマ溶射された耐磨耗性被覆を用いることができる。プラズマ溶射用の滑らかな表面を達成するために、被覆は塗布後に適切に磨かれ、研磨される。滑らかなトップシート４２に硬質蒸着被覆を、スラストランナ２２にプラスマ溶射被覆を塗布することは望ましいかも知れない。
【００３６】
バンプフォイル４８及び４９並びに弾性的な平坦要素すなわちストリップ６６はタック溶接されているか、以下に論じられるように可撓性のダイアフラム６２に他の方法で適切に取着されており、可撓性の膜６０と、この膜６０に取着された滑らかなトップシート４２とに、柔軟なつまり弾性的な支持部を供するために設けられている。それ故に、スラストランナに柔軟さを与えるための荷重により滑らかなトップシート４２の方向を適切に変えることができる。この柔軟な支持構造は、滑らかなトップシート４２に、流体力学的な作用下でテーパ状／平面状の構造を得るようにするために、周方向及び半径方向における剛性の傾きを付ける。可撓性のダイアフラム６２は図２に参照符号９２で示された複数のスロットを有する。これらのスロット９２は、ベアリングの柔軟性を改善し、ベアリングに、スラストランナの逸脱を調整することができるようにするために、半径方向内側及び外側の両方の縁部において半径方向に延びており、ダイアフラム６２の周囲に間隔をあけている。図７に関しては、８つの狭隘部が可撓性のダイアフラム６２の下面から下方に突出している。これらの狭隘部は、実質的に、半径方向内側の縁部と外側の縁部との間に、半径方向に延びており、ダイアフラム６２の周方向にほぼ等間隔をあけている。これらの突出部すなわち狭隘部９３は、スペーサブロック又は支持部材として機能すべく、対の山形のバンプフォイル６８の間に夫々あるように位置決めされている。すなわち、各パッドの山形は２つのスペーサブロックの間でなされる。山形のバンプフォイル６８の高さはスペーサブロックの（軸方向の）厚さよりも約２０乃至３０％大きく、ほぼ均等に、スペーサブロックの半径方向の長さに亘っている。すなわち、バンプフォイル６８は、半径方向に延びるに連れて、高さを減少するときは、スペーサブロックが半径方向に延びるに連れて、スペーサブロックの厚さも、同様に、減少する。かくして、スペーサブロックはストッパとして機能して、山形のバンプフォイルの方向の変更の数を限定する。スペーサブロックを（図示のような）可撓性のダイアフラム６２と一体成形するか、ダイアフラム６２にスポット溶接するか、他の方法で適切にダイアフラム６２に取着してもよいし、あるいは、ベースプレートすなわち支持プレート４１と一体成形するか、ベースプレート４１にスポット溶接するか、他の方法で適切にベースプレート４１に取着してもよい。幾つかの場合には、スペーサブロックすなわち狭隘部９３を介してベアリングアセンブリをベースプレート４１に適切に取着して、ベアリングを回転させないように強度を増すことができる。スペーサブロック９３を、可撓性のダイアフラム６２及びベースプレート４１にスポット溶接するか、他の方法で適切にそれらに取着してもよい。これによって、山形のバンプフォイルを２０乃至３０％予備成形して、山形のバンプ効果に剛性を付加することになる。可撓性の膜６０に関してと同様に、可撓性のダイアフラム６２は適切なスロット９４を有し、半径方向外側の縁部には、支持プレート４１にダイアフラム６２を固定するための回転防止ピンを収容するための、直径方向に対向している開口部９６を有する。このことによって、可撓性のダイアフラム６２が取り付けられた後で、可撓性の膜６０は、前述の如くに、適切に位置決めされ、固定される。かくして、滑らかなシート４２と、可撓性のダイアフラム６２に取り付けられた弾性的な平坦なストリップ８０とのサブアセンブリ、並びにバンプフォイル４８及び４９と、可撓性のダイアフラム６２に取り付けられた弾性的な平坦なストリップ６６とのサブアセンブリは、互いに干渉せず、とは言っても共に作用して、これにより、ベアリング台４１との接触点を支持するように機能する山形のバンプフォイル６８によってベアリングを自動的に補償すべく、ベアリング台すなわち支持プレート４１に取り付けられている。
【００３７】
図３に関しては、対のバンプフォイル４８及び４９と組の弾性的な平坦なストリップ６６とはユニットとして用いられ、滑らかなトップシート４２の各々の下にある。図３に見られるように、溝５２は弾性的なストリップ６６に係合するほぼ平坦な部分を有することができる。バンプ５３は半円形又は他にアーチ状の形状をなし、上方又は外側に向いているので、バンプ５３は可撓性の膜６０を支えるための荷重により方向を変えて、各々の滑らかな柔軟なシート４２を（ばねの性質により）柔軟に支持する。バンプ５３が可撓性のダイアフラム６２に向かって下方に又は内側に向いている実施の形態、及びバンプフォイルが正弦曲線の形状を有する実施の形態が本発明の範囲内にあることを意味すると理解すべきである。コルゲート状のフォイルすなわちバンプフォイル４８及び４９は金属、幾つかの適用としては、熱可塑性材料で形成されていることは望ましい。この熱可塑性材料は耐疲労性と、良好なばね特性と、大きな機械的強度とを有する。例えば、コルゲート状のフォイルをニッケルベースの鋼又はベリリウム銅合金又はベリリウム青銅合金で形成することができる。
【００３８】
バンプ５３の複数の寸法及び形状を扱って、これらのバンプ５３を、他のフォイルに設けられたバンプに対し位置決めして、システムを動かすための特定の要件を満たすために必要な、ベアリングの剛性及び緩衝を、達成する多くの方法は、本発明が関係する分野の当業者によって良く知られている。例えば、フォイルに沿った周方向における剛性の傾きを変えるために高さ及び長さを連続的に増大させるバンプを有するバンプフォイルを設けてもよい。他の例としては、高さ及び長さが大きなバンプと、高さ及び長さが小さなバンプとが交互になっているバンプフォイルを設けてもよい。
【００３９】
図３及び図４に関しては、バンプフォイル４９の僅かな高さ及び長さを有するバンプ５３はバンプフォイル４８のバンプの各々の下にある。僅かな荷重によって、外側のフォイル４８のバンプは可撓性の膜６０と弾性接触している。この可撓性の膜６０には滑らかな柔軟なシート４２が取り付けられている。加えられた荷重が増えるに連れて、外側のバンプフォイルはかなりの程度まで方向変更して、内側のバンプフォイルを外側のバンプフォイルと支持するように接触させて、より高い荷重の際に望ましいより高い剛性が与えられる。図３に見られるように、内側のバンプフォイルは、各々のベアリングパッドの後部よりも前部を軟らかくするために、前部において外側のバンプフォイルに届かずに終わっていてもよい。
【００４０】
外側及び内側のフォイル４８及び４９は夫々、半径方向に延びる部分つまり溝９８及び１００を有する。このような溝はスリット１０４を形成されておらず、フォイルの前縁に沿ってある。（より明確には、部分つまり溝９８及び１００はバンプ５３の長さだけ後縁から間隔をあけている）。バンプフォイル４８及び４９は、可撓性の平坦なストリップ６６と共に、図３に参照符号１０２で示した一組のスポット溶接によって、溝９８及び１００に沿って可撓性のダイアフラム６２にスポット溶接されるか、他の方法で適切に取り付けられる。並んでいるストリップ５０を定める、参照符号１０４で示されたスリットは、溝９８及び１００夫々から、溝の各側で、各々の前縁及び後縁へ周方向に延びている。このことによって、ストリップ５０は、半径方向における滑らかなシート４２との合致を高めるために、他のストリップとほぼ無関係に曲がることができる。
【００４１】
外側及び内側のバンプが共に軸方向に変形しているとき、それらは幾らか周方向及び／又は半径方向に移動して、望ましい剛性及び緩衝特性を達成する。しかし乍ら、複数のバンプは、完全な半円形の形状を有するとき、接線方向の線接触を有する。他方のバンプの内側にある一方のアーチ状のバンプは縦方向すなわち周方向に容易には移動することがない。つまり、バンプは固定することができ、その結果、バンプの剛性が大きく増える。そして、バンプは永久変形することができる。図３には示されていないが、図４に見られるように、内側のバンプフォイルの摺動を調整すべく接線方向の線接触を妨げるために、外側のバンプフォイル４８のバンプ５３は平坦な又は平頭の最上のつまり頂の部分１０６を有する。本明細書及び請求項のために、「頂部分」とは、バンプの一番外側の部分、すなわち、可撓性の膜６０のようなシート又はフォイルと係合する部分を意味する。他に、代わりに、より低いバンプフォイルが平頭の頂部分を有してもよく、２つのフォイルのバンプがこのような平頭の頂部分を有してもよい。
【００４２】
図４では、参照符号１０８は、任意の荷重を均一に加える最中のバンプの剛性を示している。摩擦が零である場合には、剛性はすべてのバンプにとって同じである。摩擦が導入されると、固定端に近くの（スポット溶接１０２における）バンプは自由端に近くのバンプよりも一層高い剛性を有する。このことは、固定端に作用する摩擦力の蓄積によって固定端に向けられた高い水平方向の反応力に因るものと考えられる。かくして、流体力学的な荷重によってテーパ状／平面状の構造を作り出すべく適切な剛性の傾きを付けるために、バンプフォイル４８及び４９は、前述の如くに、自らの後縁の近くの各部分９８及び１００で、可撓性のダイアフラム６２に相応に取り付けられている。バンプフォイルの後縁は可撓性の滑らかなトップシート４２の後縁と夫々整列されている。周方向のスリット１０４は、図６に図示された周方向のテーパ状の構造と共に、半径方向の山形の構造を、つまり半径方向の可撓性を達成するために、かつベアリングの回転能力を高めるために、設けられている。弾性的な平坦なストリップ６６は、周方向の剛性及び円滑な座り良さを達成するために、すなわち、可撓性のダイアフラム６２のスロット９２によるバンプの干渉を防止するために、設けられている。
【００４３】
図１２に関しては、外側のバンプフォイル１１２及び内側のバンプフォイル１１４の他の配列は参照符号１１０で示されている。これらのバンプフォイルは、異なった記載及び図示を除いて、夫々バンプフォイル４８及び４９に似ている。内側のバンプフォイル１１４は一方の縁部１１５に向かって次第に低くなる複数のバンプ１１６を有する。これらのバンプは比較的長い溝１１８によって隔てられている。外側のバンプフォイル１１２は、同一の縁部１１５に向かって次第に低くなり、かつ対応のバンプ１１６よりは高い複数のバンプ１２０及び１２２を有する。比較的狭い溝１２４は外側のバンプフォイル１１２の間に延びている。前述の理由のために、バンプ１２０（及び、望むならば、バンプ１２２も）、平頭又は平坦な頂部分１２６を有する。本発明に従って、ベアリングアセンブリ４４に断熱特性を付与するために硬くして、かくしてベアリングアセンブリ４４の衝撃許容荷重を増大させる３又はそれ以上のレベルを与えるために、内側のバンプフォイルつまりフォイルリッジ１１６は一方の外側のバンプフォイルつまりフォイルリッジ１２０の下にあるが、比較的長いセグメントつまり平坦な部分つまり溝１１８は他方の外側のバンプフォイル１２２の下にある。適当な荷重により、内側のバンプフォイル１１６と、対応の外側のバンプフォイル１１２とのピークすなわち頂点の間の間隔が有る。このことによって、荷重は、外側のバンプフォイル１２０及び１２２のみによって、最小限の剛性をもって支持される。荷重が更に加わるに連れて、荷重は、当初は、この荷重により２つのバンプフォイル１１２及び１１４が接触する程になるまで、外側のバンプフォイル１１２を方向変更するだけである。荷重が連続的に増加することによって、２つのバンプフォイルが方向変更して、バンプ１２０の剛性が増大される。しかし乍ら、バンプ１２２の最小限度の剛性はまだある。バンプの高さがバンプフォイル１１２及び１１４において徐々に減少することによって、周方向における剛性が与えられる。従って、バンプフォイルにおけるバンプの寸法及び形状に関する種々の変更がある。例えば、バンプフォイル１１２及び１１４におけるバンプはすべて等しい高さを有してもよい。このような変更は本発明によって実施されることを意味する。
【００４４】
図９，１０及び１１に関しては、山形のバンプフォイル６８の各々は、可撓性のダイアフラム６２に弾性をもって係合するための半径方向に延びる複数のバンプつまりリッジ１２０を有する。これらのバンプはベアリング台４１に係合するための平坦な溝１２２によって隔てられている。バンプフォイル４８及び４９のように、これらのフォイルのバンプ１２０がベアリング台に向かっており及び／又はフォイルの横断面が正弦曲線状であるという実施の形態が別様にあってもよい。各々の山形のバンプフォイル６８は各組の弾性的なストリップ８０の下で整列しており、ストリップ８０に対して類似の寸法になっている。各々の山形のバンプフォイル６８は、参照符号１２４で示されたように、タック溶接されているか、ほぼ自らのスパン中央で、半径方向に延びる部分１２６（バンプ１２０の頂点）に沿って、可撓性のダイアフラム６２に他の方法で適切に取着されている。このことによって、バンプフォイル６８の前縁及び後縁は自由な状態におかれ、このことによって、バンプフォイル６８の中央（部分１２６）に向かって剛性効果が与えられ、従って、バンプフォイル６８の上に重ねられる他の柔軟な要素と協働して山形の効果が与えられる。
【００４５】
バンプ１２０が半円形の形状をなすことは好ましい。つまり、バンプ１２０の幅と高さは、半径方向内側の端部における参照符号１２８及び１３０で示された幅及び高さから、半径方向外側の端部における参照符号１３２及び１３４で示された幅及び高さへと増加して、ベアリングに、より軟らかな外側の周縁を設け、これにより、自動調心能力を高める。多分約６インチの直径を有するベアリング４０にとっては、例えば、寸法１２８，１３０，１３２及び１３４は夫々多分約０．１，０．０５，０．１５及び０．６インチであってよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明を実施するスラストベアリングの一部分解斜視図である。
【図２】図２はベアリングの分解図である。
【図３】図３はベアリング用の可撓性の膜用のバンプフォイルアセンブリの斜視図である。
【図４】図４はバンプフォイルの側縁の図であって、この図の上のグラフはバンプの周方向における長さに亘ってのバンプの剛性を示している。
【図５】図５は滑らかなトップシートの下にある弾性的なストリップの空間位置関係を示す平面図である。
【図６】図６は要素が部分的に互いに引き離されてなる図５の線６ー６に沿った部分拡大図である。
【図７】図７は山形のバンプフォイルがダイアフラムにスポット溶接されてなる可撓性のダイアフラムの底面図である。
【図８】図８はバンプフォイルがダイアフラムに重なり合う空間位置関係を示す可撓性のダイアフラムの底面図である。
【図９】図９は山形のバンプフォイルのうちの１の拡大斜視図である。
【図１０】図１０は図９の線１０ー１０の線に沿った部分図である。
【図１１】図１１は図９の線１１ー１１の線に沿った部分図である。
【図１２】図１２は可撓性の膜用のバンプフォイルの他の実施の形態の側縁図である。
【符号の説明】
２０…回転シャフト、２２…スラストランナ（シャフトランナ）、４０…流体膜スラストベアリング、４１…スラストプレート（支持プレート）、４２…シート、４４…スラストベアリングアセンブリ、４８，４９…支持要素（バンプフォイル）、５２…溝、５３…バンプ、６０…可撓性の膜、６２…ダイアフラム、６４…セクタ、…フォイルベアリングアセンブ、８０…ストリップ（シート）。

Claims (4)

1. 支持部材と、
   スラストランナに面するように位置され、このスラストランナとの間で相対的に回転可能であり、夫々、回転方向に対して前部及び後部を有し、回転方向に沿って並べられた複数の扇形の可撓性のシートと、
   前記支持部材と前記可撓性のシートとの間に設けられ、これら可撓性のシートを弾性的に支持する、前記支持部材に支持される少なくとも１つのコルゲート状のばね弾性支持要素及び、前記可撓性シートと前記コルゲート状の弾性支持要素の間に配置され且つ前記可撓性のシートを冷却するための孔を有する可撓性の膜を備えた支持手段と、
   前記後部の夫々と前記可撓性の膜との間に挟まれ、互いに周方向に離間した、複数の可撓性の平坦なストリップを含む手段とを具備し、
   これら可撓性のストリップは、複数の可撓性のシートの前記後部を支持すると共に後部を前記スラストランナの方向に突出させて前部にテーパ面を各可撓性のシートに形成させており、
   前記扇形の可撓性のシートの各々は、前記前部が、前記後部並びに可撓性のストリップから前方に延出し前記可撓性の膜に取着されるように、前記可撓性の膜の方に曲げられて前記テーパ面が形成されている、
   流体膜スラストベアリング。
2. 前記コルゲート状の弾性支持要素と前記支持部材との間に位置し、前記コルゲート状の弾性支持要素を下方で支持する可撓性のダイアフラム手段と、
   この可撓性のダイアフラム手段と前記支持部材との間に設けられ、前記可撓性のダイアフラム手段を弾性的に支持する手段を更に具備し、
   前記コルゲート状の弾性支持要素は、半径方向に延びるとともに半径方向外側に延びるのに従って、幅及び高さを増す複数の突条を有し、
   前記弾性的に支持する手段は、その円周方向の前縁及び後縁の中間で、前記可撓性のダイアフラム手段に取着されている、請求項１に記載のベアリング。
3. 前記少なくとも１つのコルゲート状の弾性支持要素は、夫々が、交互になっている複数の突条と複数の溝とを備えたコルゲート状の内側の弾性支持要素並びにコルゲート状の外側の弾性支持要素を有し、
   内側の弾性支持要素の突条は、外側の弾性支持要素の突条の幾つかの下に位置し、また、内側の弾性支持要素の溝は外側の弾性支持要素の残りの突条の下に位置する、請求項１に記載のベアリング。
4. 前記コルゲート状の弾性支持要素は、平頭の頂部分を有する突条を有している、請求項１に記載のベアリング。

Images