JP6463729B2 - 二重式予圧付軸受 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械用の軸方向のスラスト軸受としても作用する、軸受に係わり、軸受は、シャフトの周囲に配置された内輪と、ケーシング内に配置された外輪と、前記輪間の転動要素と、を有する。

その様な機械の主要な利点の一つが従来のボール軸受又はローラー軸受に搭載された機械に比べて長寿命である、ラジアル流体軸受に搭載された、低温回転機械の文脈において、従来のボール軸受又はローラー軸受は、低温条件下において必要な潤滑を提供不能であることが原因の摩耗の問題に直面しており、軸方向のスラスト軸受は、残りの軸力を受け持つ目的のために知られる。流体軸受に搭載された構成は、本願の出願人と同一の出願人である特許文献に記載されるように、特には、安定した条件下において能動的な軸方向釣り合いシステムを有する、機械のための過渡段階（低速において）において、残りの軸力を受け持つ目的のための要素を必要とする（例えば、特許文献１参照。）。

従来技術の軸方向のスラスト軸受は、それにも係わらず、低速から高速へ移行することにおいて、特には、ロータシャフトが軸方向に摺動することを可能にすることを必要とする、隙間を管理することの必要性の結果として、幾つかの欠点を提示する。更に、軸受が３つ又は４つの接触点を使用して動作するので、荷重方向間の移行は、上手く実施されない。

仏国特許出願第２９３２５３０号

本発明は、回転機械用の軸受を提案することにより、上記の欠点を改善することを目的とする。

軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間の転動要素と、を具備しており、該内輪及び外輪の内の１つは、第一に、スラスト部材と、第二に、第１の予め定めた軸力を発揮する第１の予圧システムとの間において軸方向に締め付け可能である、第１と第２の半輪を具備し、更に該軸受はまた、該第１と第２の半輪の間において軸方向に挿入されていて且つ該第１の予め定めた軸力に比べてより小さい第２の予め定めた軸力を発揮する、第２の予圧システムを具備することを、軸受は特徴とする。

第１と第２の予圧システムを追加することは、軸受が作動する状態になると、２つの接触点での動作を容易にする。２つの半輪を離間させることにより、このシステムは、新たな部品の追加にもかかわらず、軸受の設計もまた容易すると共に、軸受を劣化させ得る、３つの接触点を使用する、長い動作期間を回避するように機能する。

本発明により実行される双方向の軸方向スラスト軸受及び回転軸受の機能は、好適な動作方向（第１の予圧システムに向かう力）を優先しつつ、軸方向の摺動を可能にする、大きな隙間（数ミリメートルまでの）を管理することができるという大きな利点を更に提供しており、更に従って、従来の一対の軸受に頼ることなく、能動型の軸方向釣り合いシステム（例えば、羽根車又はインペラのノズル）をより容易に動作させ得るという大きな利点を更に提供する。

意図される実施の形態に応じて、該第１と第２の半輪は、該外輪を構成してもよく、その場合において、該静止ケーシングの一部を形成するスラスト部材と共に、第１と第２の半輪は、静止ケーシングにおいて摺動可能に取り付けられるように設計されており、あるいはそれとは別に、第１と第２の半輪は、該内輪を構成してもよく、その場合において、それらは、静止シャフトの周りに摺動可能に取り付けられており、スラスト部材はその際、該静止シャフトの一部を形成する。

第１と第２の予圧システムは、１つ以上のばね座金により形成されることが有利である、それぞれの弾力性のアセンブリを具備することが好ましい。

本発明の軸方向のスラスト軸受は、低温回転機械に適用されることが有利である。

本発明の別の特徴および利点は、添付の図面を参照して、例として与えられた、特定の実施の形態の以下の説明から明らかになる。

図１は、本発明の軸受の実施の形態の軸方向の半断面図である（その休止位置において）。 図２は、動作における図１の軸受の軸方向の半断面図である。

図１は、軸方向のスラスト軸受の機能も形成する、本発明の回転軸受の一例を示す。軸受１００は、例えば、低温回転機械のインペラに固定されてもよい、中心シャフト（軸）１０４、１０６に放射状に取り付けられる、内輪１０２を具備する。内輪１０２は、図面には示されない、流体型の、葉型の、磁気型の、又は別の型式の従来の軸受に搭載されることが有利である、中心シャフトにより回転駆動されており、更に回転機械は、冒頭で述べた出願に記載されたシステム等の、安定した条件下において軸方向に釣り合うための能動的なシステム（受動的システムも適切であるが）を備えることが有利であってもよい。

軸方向のスラスト軸受は、斜め接触ボール等の転動要素(rolling element)１１０を有しており、転動要素１１０は、ケージ１１２に保持されており、更に内輪１０２と、静止ケーシング１１６の中央に配置された、２つの部分１１４Ａ及び１１４Ｂにより構成された外輪１１４と、の間に配置されており、静止ケーシング１１６において、２つの部分１１４Ａ及び１１４Ｂは、動作の特定の段階の間において、自由に軸方向に摺動する。

外側半輪１１４Ａ及び１１４Ｂは、第一に、ケーシングの一部又はケーシング１１６に固定される、静止スラスト部材１１８と、第二に、例えば、第１の予め定めた軸力を発揮する１つ以上のばね座金等の、弾力性のアセンブリにより形成される第１の予圧システム１２０と、の間において軸方向に締め付けられており、第１の予め定めた軸力は、例えば、数百ニュートンのオーダーであり、従って、回転シャフトにより加えられる軸方向の荷重がゼロであるか又は回転速度に依存する予め定めた閾値（例えば、同様に、数百ニュートンのオーダーの）未満である限り、隙間１２２は、外側半輪１１４Ａと、ケーシング１１６（第１の予圧システム１２０の側部に設置される）との間において百分の数ミリメートルから数ミリメートルの幅を有するように形成されており、外側半輪１１４Ａ、１１４Ｂ自体は、間隙１２４により離間しており（図２に示される）、間隙１２４は、外側半輪の間に配置されていて且つ同様に弾力性のアセンブリにより形成された、第２の予圧システム１２６により動作において数ミリまで開かれてもよく、弾力性のアセンブリは、例えば、第２の予め定めた軸力を作用させる、１つ以上のばね座金で形成されており、第２の予め定めた軸力は、例えば、数十ニュートンのオーダー、即ち、第１の予め定めた軸力未満である。これらのばね座金は、外側半輪の各々において、それぞれの関連する溝内の位置を占める、環状クリップ（図示せず）により予め定めた位置に保持されることが有利であってもよい。

本発明による軸受の動作は、図１及び図２を比較することにより、以下で説明される。

第１の段階は、シャフトが、予圧システム１２０により加えられる、力に反対の方向において軸受に軸力をほとんど又は全く加えない間において、軸受が回転シャフトにより回転駆動される、段階であると考えられる。この段階の間において、第１の予圧システム１２０の第１の予め定めた軸力が、第２の予圧システム１２６により加えられる力に比べてより大きいとすると、この軸力が、閾値未満である限り、隙間１２２が開き、軸受は、潜在的に使用可能な過渡的条件の下で動作する（３つの接触点１３０Ａ、１３０Ｂ、１３２Ａを潜在的に有し、ボールが摺動し、．．．）。動作のこの第１の段階は、それにも係わらず、軸受内において第２の予圧システム１２６を導入することにより最小限に抑えられており、従って、間隙１２４が開けられ、軸力が増加するに従って、その（間隙１２４の）幅が増大することを可能にする。

ボール軸受は、軸方向のスラスト（推力）を受け持ち、その速度は変化し、更に一旦シャフトにより加えられる軸力が、この閾値に比べてより大きい場合には、外側半輪１１４Ａは、ケーシング１１６内において摺動し、隙間１２２は、動作の第２の段階において閉じる。第２の予圧システム１２６により加えられる、第２の予め定めた軸力はその後、外側半輪１１４Ｂから離れて外側半輪１１４Ａを移動させることにより（第３の接触点１３２Ａからその後離れる、ボールと一緒に）、間隙１２４を広げており、その半輪は、ケーシングに固定される、その静止スラスト部材１１８に押圧された状態で保持される。値は、隙間１２２がゼロの場合に、最大である。軸受はその後、２つの接触点１３０Ａ及び１３０Ｂを介して動作する。この様に動作することの利点は、従来のボール軸受として動作しながら、消散される動力及び摩耗を最小化する。軸受は、高いレベル（程度）の軸力に耐えることが可能である。更に、この型式の軸受は、シャフトが、ケーシングにおいて大量（数ミリメートル）に摺動することを可能にしており、そのことは、従来の軸受では不可能である。別の外側半輪１１４Ｂは、静止スラスト部材１１８に押圧されて保持されるので、ボールとこの外側半輪との間の隙間は、外側半輪１１４Ｂが２つの接触点を有する軸受の動作を妨げないことを確保するような状態で選択される。この隙間は、組立時に調整可能である、隙間１２２に直接的に関連する。

第３の段階は、「オフロード（荷重除去）」として呼ぶことができる段階により構成されており、この段階では、軸受上のシャフトにより発揮されていて且つ依然としてスラスト部材を向く、軸力が低下して、軸方向の釣り合いのための能動的なシステムが動作する結果として、軸力はゼロになる。その値が閾値よりも小さくなると直ぐに、隙間１２２は、もう一度開き、外側半輪１１４Ａは、外側半輪１１４Ｂに向かってボールと一緒に摺動し、それにより、３つの接触点を有する従来の軸受において発生するであろうように、ボールと外側半輪１１４Ｂとの間の接触１３２Ａを潜在的に再現する。上述したように、軸受はその後、最小限に抑える必要がある、潜在的に不安定な過渡状態（ボールが滑り，．．．）の下で動作する。軸受は、シャフトにより回転駆動され続け、軸受には、シャフトにより加えられる力と、接触点１３２Ａに潜在的に導く第２の予圧システム１２６により加えられる力を含む、内部力と、の両方が作用する。

最後に、一旦シャフトにより加えられる力が、ゼロになり、その後負になるように反転すると、軸受は、接触１３２Ａを介して駆動され続ける。その後反対方向において当接することで、軸受は、それにもかかわらず、３つの接触点（３点を有する従来の軸受のように）において、潜在的に作動し続ける。

本発明により、軸受において二次予圧を内部的に導入することにより（２つの外側半輪１１４Ａ及び１１４Ｂとの間に設置されるばね座金１２６）、外輪内において間隙及び隙間において熱機械的制御を提供する必要は存在しない。従って、軸受にシャフトの軸力が作用して、軸受が２つの接触点１３０Ａ、１３０Ｂを介して動作すると、この二次の内部予圧は、この段階において軸受の動作に含まれない、外側半輪１１４Ｂを軸方向に偏倚させるように作用する。この二次予圧はまた、外側半輪１１４Ｂとボール１１０との間の隙間において、より良好な制御を高め且つ提供することを可能にしており、前記隙間は、軸受の動作に関して潜在的に面倒なものである。

本発明は、内側の軸受が回転シャフトにおいて固定される状態で、外輪が静止ケーシング内において摺動する、軸受により説明されるが、冒頭で述べた出願と同じ状態で、本発明はまた、外輪が回転ケーシング内にある状態で、内輪が、ここでは静止する、シャフト上を摺動する、軸受に適用可能であることが明らかであることが、認識されるべきである。

Claims (9)

1. 内輪（１０２）と、外輪と、前記内輪（１０２）と前記外輪の間の転動要素（１１０）と、を具備している、回転機械用の軸受において、
   前記軸受は、第一に、第１の予め定めた軸方向に及ぼす力を発揮するように構成された第１の予圧システム（１２０）をさらに具備し、
   前記内輪及び前記外輪の内の１つは、スラスト部材（１１８）と、前記第１の予圧システム（１２０）との間において軸方向に締め付け可能である、第１の半輪（１１４Ａ）と第２の半輪（１１４Ｂ）を具備しており、
   該軸受は、第二に、前記第１の半輪と前記第２の半輪の間において軸方向に挿入されていて且つ該第１の予め定めた軸方向に及ぼす力に比べてより小さい第２の予め定めた軸方向に及ぼす力を発揮するように構成された、第２の予圧システム（１２６）であって、前記軸受が予め定めた閾値よりも大きな軸方向に及ぼす力を受けた時に前記第１の半輪と前記第２の半輪の間の間隙（１２４）が開けられて前記軸受が２つの接触点のみで動作する、第２の予圧システム（１２６）を具備する、ことを特徴とする軸受。
2. 該第１の半輪と前記第２の半輪は、該外輪を構成し、更に静止ケーシング（１１６）内に摺動可能に取り付けられるためのものである、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
3. 該静止ケーシングは、前記スラスト部材を形成する一部を具備する、ことを特徴とする請求項２に記載の軸受。
4. 該第１の半輪と前記第２の半輪は、該内輪を構成し、更に静止シャフト（１０４）の周りに摺動可能に取り付けられるように設計される、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
5. 該静止シャフトは、前記スラスト部材を形成する一部を具備する、ことを特徴とする請求項４に記載の軸受。
6. 前記第１の予圧システム（１２０）と前記第２の予圧システム（１２６）は、それぞれの弾力性のアセンブリを具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
7. 各該弾力性のアセンブリは、１つ以上のばね座金を具備する、ことを特徴とする請求項６に記載の軸受。
8. 該転動要素は、斜め接触軸受ボールである、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
9. 前記軸受は、ラジアル流体軸受に搭載された回転機械の軸方向のスラスト軸受に適用される、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の軸受。

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