JP4909074B2 - 改良された円筒状コア部を有するエラストメリック・ベアリング - Google Patents

Description

本発明は、概して、エラストメリック・ベアリングに関し、特に、積層材が「ゆるやかなｚ」形態を有し、その形態によって半径方向および軸方向の剛性を提供するとともに、さらに回動を容易にする、新規の形態のエラストメリック・ベアリングに関する。

一実施例では、エラストメリック・ベアリングは、ヘリコプタ回転翼を取り付けるために用いられるとき、このような回転翼のフラップ軸に沿った動作を容易ならしめ、一方で、他の次元の動作、すなわち、半径方向次元および軸方向次元に対して大きい抵抗性を提供する。他の実施例では、ベアリングは、重軌道車の懸架装置支持体として使用され、比較的滑らかな乗り心地にもかかわらず、旋回するときの心ずれに抵抗するために必要な大きい横方向およびコッキング剛性を提供する。

したがって、例示の実施例では、ヘリコプタ回転翼は、Ｔ部材によってハブに固着されることが好ましく、このＴ部材は、フラップ動作、すなわちフラップ軸と呼ばれる軸に沿った動作、および、ピッチ動作、すなわちピッチ軸と呼ばれるもう一つの軸に沿った動作という、互いに独立し明らかに異なる２つの動作を受ける。この場合、フラップ軸は、Ｔの各側部に一つずつ設けられた、１対のエラストメリック・ベアリングの内輪に固定されたシャフトによって規定される。

このＴ軸はフラップ軸と同一であり、すなわち、回転翼の任意のフラップ動作は、フラップ軸のまわりで回転翼を回転させる傾向にあり、回転翼が上下する。この回転または旋回は、動作に対して多少抵抗するエラストメリック・ベアリングによって可能とされるが、軸方向動作およびコッキング動作に対しては、その何百倍あるいは何千倍も大きな抵抗が生じる。

この構造に関して、各エラストメリック・ベアリングは、内輪、外輪、および内輪と外輪の間に交互配置された複数の積層材を有する。積層材の形状は、本発明にとって非常に重要であり、この形状は、いくつかの特有な利点を提供する。この新規の構造では、荷重が半径方向のとき、ベアリングの端部の応力が最大であるが、荷重が軸方向のとき、応力は「Ｚ」の縁部で最大である。したがって、応力分布のために、このエラストメリック・ベアリングの設計は、従来の設計のベアリング寿命の何倍もの寿命を有する。

例として、内輪は、Ｔの頭部をなす横方向シャフトに固定されており、フラップ（波打ち）動作が起こるときその軸のまわりに可動である。２つのエラストメリック・ベアリングの各外輪は、円筒状のベアリング止メを有する１つのヨーク脚に対して固定されている。エラストメリック・ベアリングは、使用中に遠心力が回転翼を押す次元である半径方向に、非常に大きな剛性を有する。しかしながら、エラストメリック・ベアリングは、回転に対して比較的小さい抵抗性を有する。

フラップシャフトが２つの内輪に連結されている状態で、ベアリングの積層材は、この軸をなすＴのまわりで回転できる。円胴または積層材の新規の構成によって、およびエラストメリック・ベアリングのコア部の積層材の配置によって、積層材は、軸方向または縦方向の動作に対しても大きい抵抗性を有する。

従来は、この軸方向動作に対する抵抗性は、他のエラストメリック・ベアリングによって提供されており、例えば、球体の小断面で作られたものや、またはフラップシャフトに沿った軸方向動作に対して抵抗性を提供する、単独の平坦なエラストメリック・ベアリングで作られたものがある。これらの各ベアリングでは、ただ１点に荷重が集中していた。

これまでは、単一のベアリングが、二次元の動作に対する所要の抵抗性を提供するとともに、他の次元の所望の動作をも可能にするとは考えられていなかった。本発明により、これらの機能が階段状のまたはゆるやかな「Ｚ」構造を有する単一のベアリングで得られる。好ましい構造の一具体例では、各々がもう片方の鏡像である、互いに対向する２つのベアリングがあり、それらのベアリングは、所要の半径方向および軸方向抵抗性を提供するとともに、回転翼の回転軸の役目を果たすフラップシャフトによるねじりフラップ動作を可能とする。ピッチ軸は、本発明のエラストメリック・ベアリングによって影響を受けない方向の動作を可能とするため、本明細書では、一般的な意味以外で、さらにそれについて議論する必要はない。

典型的なヘリコプタ回転翼の付加的な動作には、リードラグ動作があるが、リードラグ動作は、それ自身の動作軸を有し、本明細書で詳述された以外のもので制御されるため、リードラグ動作もまた、本明細書では議論しない。

半径方向および軸方向剛性を有するとともに、弾力層と非弾力層が交互に積層された層の中のねじりおよび回動を可能とするエラストメリック・ベアリングを提供できなかった従来技術に照らして、本発明の目的は、このようなエラストメリック・ベアリングを提供することである。

本発明の他の目的は、各種の積層材の一様で複雑な輪郭を備えた、内輪および外輪を有するエラストメリック・ベアリングを提供することである。

さらなる目的は、２軸について所要の剛性を供し、かつもう一つの軸における比較的自由な動作を可能とする、特定の種類の積層材を提供することである。

さらなる目的は、各々が多数の円胴または積層材を収容し、かつ各種の積層材間に段差または片寄りを備えた内輪および外輪を有する、１つ以上のエラストメリック・ベアリングを提供することである。

さらなる目的は、各種の軸に沿った動作に対して対称的抵抗性を提供し、かつ荷重支持部材のコンパクトな配置を達成するために、鏡像関係に配置された１対のエラストメリック・ベアリングを提供することである。

他の目的は、各々が２つの円筒部の間に延在する、角度を有する移行部で接合される、直径の異なる２つの円筒部を具備する、剛材料と弾性体を交互に積層して作られた、一連の連続した積層材を提供することである。

さらなる目的は、積層材が異なる度合または部分の片寄りを有するとともに、各種の異なる積層材が互いに緊密に接触しているベアリングを提供することである。

本発明のさらなる目的は、コッキングモードでは、応力はベアリングの一部に集中し、軸方向モードでは、応力はベアリングの全く異なる部分に集中しているエラストメリック・ベアリングを提供することである。

本発明の他の目的は、積層材に１つおきにステンレス鋼を用いるエラストメリック・ベアリングを提供することである。

さらなる目的は、交互の積層材に、天然ゴムまたは天然ゴムの配合品を用いるエラストメリック・ベアリングを製作することである。

さらなる目的は、特有の形状、すなわち、より大きい直径と、より小さい直径と、その中間にある角度を有する部分を備えた、ゆるやかな「Ｚ」形状と呼ばれることがある形状を有する積層材を具備するエラストメリック・ベアリングを製作することである。

他の目的は、ヘリコプタ構造において、外輪の支持枠または円筒状のベアリング止メの一部に対する、外輪用付属装置を提供することである。

さらなる目的は、ベアリングの内輪をフラップシャフト自体に取り付けるキーのある構成を提供することである。

本発明は、その目的、ならびに、他の固有の目的および利点を達成するもので、内輪と、外輪と、剛体および非剛体構造が交互配置された複数の積層材とを有するエラストメリック・ベアリングを提供することをその手段とし、各積層材は、直径の異なる第１および第２の円筒部を有し、その各々が、角度を有する補正部分によって接合されている。

一例として詳述され、添付図面に示された、本発明の好ましい実施例についての添付の詳しい説明を参照するとき、本発明のこれらおよび他の目的、ならびに利点が、実際に達成される態様が、さらに明確に明らかになるであろう。添付図面において、同じ参照番号は、全体にわたって対応する部分を示す。

本発明のエラストメリック・ベアリングは、種々の形態を想定できるが、ここでは、発明を実施する異なる方法の具体例を説明する。すなわち、ヘリコプタ回転翼取付けシステムとして、および無限軌道トラクタ用の懸架装置の一部としての具体例を説明する。

ここで、さらに詳細に図面を参照すると、図１は、全体として１０で示されたヘリコプタ回転翼ハブを多少図式的に示し、出力シャフトがヘリコプタの回転翼を回転駆動できるための中央開口部１２を具備している。より大きい番号やより小さい番号を用いることもあるが、ヘリコプタ回転翼取付けシステムは、全体として１４、１６、および１８で示された３本の脚を有する。各脚は、半径方向に延びる１対の部分２０、２２を有し、各部分２０、２２は、円筒状のベアリング止メ２４、２６を具備する。

ベアリング止メ２４、２６は、脚１４の開口部２８で互いに分離され、回転翼支持体の上下移動を可能にしている。開口部２８内には、全体として３０で示されるピッチシャフト、および全体として３２、３４で示される１対のフラップ軸シャフトが配設されている。これらの３つのシャフト３０、３２、３４が集まって、全体として３５で示される取付けＴを形成する。全体として３６、３８で示される１対のエラストメリック・ベアリングは、ベアリング止メ２４、２６に受容されるようになされ、このようにしてＴ３５のクロスバーを位置付ける。全体として３６、３８で示されるエラストメリック・ベアリングは同一であるため、当該ベアリング３６一つについてのみ詳述する。

ここで、全体として３６で示されるこのベアリングについて説明する。このベアリングは、図２でも示されているが、図４および図５に最も良く示されている。ベアリングは、内輪３８、外輪４０、および圧入によって外輪４０に対して所定の位置に保持されたフランジ４２を具備する。ベアリング３６の本体は、好ましくは、交互に積層されたステンレス鋼材料と、天然ゴムまたは天然と合成の配合品とから作られた、複数の積層材４６、４８を有する。金属積層材４６およびゴム積層材４８が交互配置され、典型的なベアリングでは、例えば、１６層の金属と１７層のゴムがある。

外側の金属層は、その外端部にある所定の直径を有する円筒部５０と、その内端部５２にあるより小さい円筒直径部と、端部５０、５２の間にある移行または片寄りのある、角度を有する面５４とを有する。この形状が、ゆるやかな、またはゆがんだ文字Ｚに近似しているため、この形状を「Ｚ」形状と呼ぶことができる。このようにして、すべての積層材の形状は一致しており、各積層材のより大きい円筒部が、Ｔ３５の外端部に向かって位置している。

ここで、各ベアリング３６の取付けシステム、特に図１、図２、および図４をより詳細に参照すると、フラップ軸シャフト３２が、２つの部分６４、６６を有する、全体として６２で示される位置決めキーを有し、この２つの部分６４、６６は、開口を有するエンドプレート７２の輪郭開口部６８、７０にぴったりと係合する。また、エンドプレート７２は、内部にねじ穴７６（図５）を有する１対の開口７４を具備する。各ベアリング３６、３８は、ボルト８０、８２の頭部に溶接された穴あき固定座金８４、８６を有するボルト８０、８２によってフラップ軸シャフトに固定されている。ボルト８０の軸部８８は、例えば、フラップ軸シャフト３２のねじ穴開口部９２に伸張する。キー６４、６６は、フランジプレート７２の開口部６８、７０に伸張する。また、ボルト８０は、キー６４、６６の内部に丁度嵌入し、かつプレート７２の中心開口部９１に嵌入する固定円筒肩９０を有する。このように、ベアリング３６は、Ｔ３５と係合し、非常にしっかりと保持されている。さらに、プレート７２の開口７６は、固定座金８４の開口９４に対応しており、安全留め具９６が、付加的に、これらの部分を一緒に固定する。

ここで特に図３を参照すると、ピッチシャフト３０に付けられた回転翼８２が、多少図式的に示されている。回転翼８２は、図１に示されるようなピッチ変化を受けるが、このようなピッチ変化にかかわらず、もしいくらかでもあれば、回転翼８２は、上下方向の所定量のフラップを受けるであろう。フラップの度合は、ヘリコプタの操縦に依存し、部分的に、ピッチシャフトの動作による。いずれにせよ、図３に示すように、フラップシャフトは上下に移動し、一方で、外輪４０およびベアリング止メ２４は、固定されたままであり、内輪３８と、開口６８、７０と係合した部分６４、６６を含むキー６２とは、多少の偏位、おそらく最大３０°までの偏位を受ける。このフラップ動作の間、事実上、エラストメリック・ベアリング３６の縦方向動作はなく、また、事実上、いかなる半径方向動作もない。

本発明によれば、単一のＺベアリング、または接続セクション６０を有するベアリングは、縦方向スラストを受持つための単独のベアリングを有しない利点を達成し、このような構造が要するスペースを占有することなく、また、２つの別個の部分、すなわち、端部および「Ｚ」部に、応力を局在化する利点を達成する。

ここで図６を参照すると、他の例示的応用に用いられる本発明のＺベアリングの多少修正されたバージョンが示されている。ここでは、外輪１３８、内輪１４０、ならびに複数の交互に積層されたエラストマーおよび金属層１４６、１４８が示されている。これらの層は、相互にきつく接着されている。この場合、内輪１３８は、トレーリングアーム、すなわち、車両懸架装置の可動部を支持するシャフト１３９に付けられている。外輪１４０は、車両（図示せず）の車台に固定されている。この場合、車両が起伏の多い土地を横断するとき、トレーリングアームは上下に移動するが、どの方向の縦方向動作に対しても著しい抵抗性がある。本実施例および第１の実施例の一つの差違は、段差、角度、または片寄り１５４、１５６が、それらの対応するベアリング３６におけるよりも鋭く曲げられていることである。第２の実施例の設計も、等しく良い結果を得たが、図５のバージョンの、よりゆるやかな、または低い度合の片寄りでもなお、新規の形態のベアリングに対する性能目標を達成したことが確かめられた。したがって、図５のバージョンが好ましかった。

本発明の１つの形態の具体例で用いられたベアリングは、円すい形状に成形されたステンレス鋼の連続冷間成形シートから金属部を取得し、その後、部分的により小さい円柱形状を有する変形された円すいを形成し、最後に、中央に片寄り部分を残して、円すいのもう一方の端部から外円筒を形成することによって製造された。成形を助けるために、これらの形状をアニール処理することができ、その後、所望の結果となるよう強度を増加させるために、形状を熱処理することができる。順送り型でこの成形をなし、指摘されるような形状を形成することが好ましい。その後、層が入れ子にされ、エラストマーが成形型に注入され、または、エラストマーがトランスファー成形プロセスを介して挿入される。各種のゴムは、天然ゴム、ポリブタジエン、ＥＰＤＭ、ニトリル、ネオプレン、ブチル、シリコン、またはそれらの混合物を含む。いくつかの応用例に対して、天然ゴムとポリブタジエンの混合物が好ましかった。また、剛体積層材に対して、ステンレス鋼以外のさまざまな金属を用いてもよい。

約８インチの全径、約２．７５インチの軸方向寸法、および２．９インチの内径の穴を有するエラストメリック・ベアリングで、実例試験をしてみた。このようなベアリングは、１単位（インチ・ポンド／度）のねじり剛性を有するとともに、２，０００単位の半径方向剛性、１００単位の軸方向剛性、および１，０００単位のコッキング剛性を有していた。これらの数値はあくまで例を示したに過ぎないが、これらの数値は、ねじり剛性の５０〜２００倍を超える軸方向剛性を、この構造で獲得できることを示しており、一方で、この応用例を実行するために、２つ以上の異なるベアリングを要するという短所を有していない。

このように、本発明は、指摘されたものおよび本発明に固有の他のものを含む、多くの利点および特徴を有する、新規にして有用なエラストメリック・ベアリングを提供することが理解される。当業者は、開示された実施例に対して、多数の変形および変更を見い出すであろうし、このような変形および変更は、本発明の精神または添付クレームの範囲を逸脱することなく、なしうるものである。

多少簡略化された本発明の一実施例の斜視図であり、ヘリコプタの回転翼ヨークおよびその数個の主要部品を示し、主要部品には、回転翼ヨーク脚、フラップ軸シャフト、およびピッチ軸シャフトの端部を形成し、そこに接合されてＴを形成する１対の円筒状のベアリング止メ、およびフラップ軸に沿った回転翼の動作を可能とし、かつ他の２軸に沿った動作を制限する１対のエラストメリック・ベアリングが含まれる。 本発明の取付けＴの多少図式的な拡大平面図であり、フラップシャフトと協働する１対のエラストメリック・ベアリングを示し、かつ取付けＴとベアリングの配置を示す。 フラップ軸まわりの回転翼の動作方向を示し、かつベアリングの内輪にキー合わせされたシャフトを示す、一部図式的な図である。 本発明のエラストメリック・ベアリングの１つを示す拡大斜視図であり、環境から分離された状態を示す。 本発明のエラストメリック・ベアリングのさらに拡大した垂直断面図であり、内輪、外輪、取付けＴに内輪を取り付ける手段を示すとともに、内外輪間の複数の積層材を示し、各積層材は、弾性積層材と剛体積層材が交互に積層されている。 本発明の異なる形態のさらなる拡大図であり、異なる応用例に用いられた、多少異なる形態のエラストメリック・ベアリングを示す。

Claims (16)

1. 円筒状の外輪と、前記外輪と同軸の内輪と、前記内輪および外輪と平行な動作軸とを組み合わせてなるエラストメリック・ベアリングであって、
   前記エラストメリック・ベアリングは、さらに、前記外輪と内輪との間に配置されたコア部を有し、
   前記コア部は、互いに交互配置された、複数の弾性積層材と複数の非弾性積層材とを有し、
   前記各積層材は、所定直径の軸方向内側の円筒部と、前記所定直径より大径の軸方向外側の円筒部と、前記内側と外側の積層材の間に位置し、前記所定直径の積層材を、前記大径の積層材に接合する、角度のついた部分とを有し、
   前記各積層材は、前記軸方向内側の円筒部と前記軸方向外側の円筒部と前記角度のついた部分とが周方向に沿って一定断面で切れ目なく続いた、一体構成からなり、
   これにより、前記エラストメリック・ベアリングは、ねじり動作に対し比較的小さい抵抗を有し、かつ半径方向および軸方向の両動作に対し大きい抵抗を有することを特徴とするエラストメリック・ベアリング。
2. 前記弾性積層材が、エラストマー材料からなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
3. 前記弾性積層材が、天然ゴムからなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
4. 前記弾性積層材が、ポリブタジエンと天然ゴムの混合物からなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
5. 前記弾性積層材が、天然ゴム、ポリブタジエン、ＥＰＤＭ、ニトリル、ネオプレン、ブチル、シリコン、およびそれらの混合物からなる部類から、少なくとも１つのエラストマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
6. 前記非弾性積層材が、金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
7. 前記非弾性積層材が、鋼材からなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
8. 前記非弾性積層材が、ステンレス鋼材からなることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
9. 前記角度が、約１０°から約５０°の角度であることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
10. 前記角度が、約３５°から約５０°の角度であることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
11. 前記角度が、約１０°から約２０°の角度であることを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
12. 前記コア部が、少なくとも１１の弾性積層材と１０の非弾性積層材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のエラストメリック・ベアリング。
13. 複数の回転翼を有する回転翼航空機において、
    各回転翼は、回転可能なヨークの１つの脚に取り付けられ、
    前記ヨークの外側の脚部を形成し、間隔を置いて配置されて互いに向かい合う１対の円筒状のベアリング止メを、前記ヨークの脚の各々はそれぞれ有し、
    前記各回転翼は、少なくとも、前記ベアリング止メで規定されたフラップ軸まわりのフラップ動作に対して固定されており、
    ベアリングの外輪が前記ベアリング止メの１つに固定され、内輪が前記フラップ軸を規定するシャフトに固定される、少なくとも１つのエラストメリック・ベアリングを含む組み合わせであって、
    前記エラストメリック・ベアリングは、さらに、前記内輪と外輪との間にコア部を有し、
    前記ベアリングは、互いに交互配置された、複数の弾性積層材と複数の非弾性積層材とを有し、
    前記各積層材は、所定直径の軸方向内側の円筒部と、前記所定直径より大径の軸方向外側の円筒部と、前記内側と外側の積層材の間に位置し、前記所定直径の積層材を、前記大径の積層材に接合する、角度のついた部分とを有し、
    前記各積層材は、前記軸方向内側の円筒部と前記軸方向外側の円筒部と前記角度のついた部分とが周方向に沿って一定断面で切れ目なく続いた、一体構成からなり、
    これにより、前記エラストメリック・ベアリングは、前記回転翼のフラップ動作に対し比較的小さい抵抗を有し、かつ前記回転翼の半径方向および軸方向の両動作に対し大きい抵抗を有することを特徴とする組み合わせ。
14. 前記少なくとも１つのエラストメリック・ベアリングが、前記ベアリング止メ内にそれぞれ受容された２つのエラストメリック・ベアリングからなることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わせ。
15. 車両フレームと、前記フレームに固着された少なくとも１つのエラストメリック・ベアリングの外輪と、ホイールを取り付けるスイングアームに取り付けられた前記ベアリングの内輪と、互いに交互配置された、複数の弾性積層材と複数の非弾性積層材とを有する前記エラストメリック・ベアリングのコア部とを有する車両懸架装置であって、
    前記各積層材は、所定直径の軸方向内側の円筒部と、前記所定直径より大径の軸方向外側の円筒部と、前記内側と外側の積層材の間に位置し、前記所定直径の積層材を、前記大径の積層材に接合する、角度のついた部分とを有し、
    前記各積層材は、前記軸方向内側の円筒部と前記軸方向外側の円筒部と前記角度のついた部分とが周方向に沿って一定断面で切れ目なく続いた、一体構成からなり、
    これにより、前記エラストメリック・ベアリングは、前記スイングアームの回転動作に対し比較的小さい抵抗を有し、かつ前記スイングアームの半径方向および軸方向の両動作に対し大きい抵抗を有することを特徴とする車両懸架装置。
16. 少なくとも２つのスイングアームと２つのエラストメリック・ベアリングとを有することを特徴とする請求項１５に記載の車両懸架装置。

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