JPH01503556A - ビーム取付式軸受パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ビーム取付式軸受パッド及びその製造方法ｌ豆二ヱＪ 本出願は、１９８７年５月２９日に出願された米国出＠第０７１０５５，３４０ 号に関して３５ｔＪ、Ｓ、Ｃ，１１２０の利益を主張するものである。

本発明は、揺動パッド軸受とも称される流体力学的軸受及びその製造方法に関す る。一般に、この種の軸受は、相対的に運動する部品間に潤滑剤のウェッジ（く さび）状フィルム（薄膜）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。基本的には、軸受バッドは、そのパッド表面の前方に位置す る中心点を中心として枢動状又は揺動状に変位し、軸受摩擦がウェッジ（潤滑剤 のウェッジ状フィルムの先細部分）を開こうとする作用をする。

ホールの米国特許第２．１３７．４８７号には、パッドが球面状表面に沿って摺 動することによって流体力学的ウェッジを創生ず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 が粘着し、ウェッジが創生されない場合がある。又、グリーンの米国特許第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、ニラストマーと材は汚染され易く、又、劣化し易い。

井出の米国特許第４．４９６，２５１号には、相対的に移動する部品間に潤滑剤 のウェッジ状フィルムが形成されるようにウェブ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。

又、井出の米国特許第４．６７６．６６８号においては、３方同の可撓性を与え る少なくとも１つの脚部を介して軸受バッドを支持部材から離隔させることがで きることが示されている０脚部は、運動手簡ににおいて可撓性を与えるために、 パッドの表面の前方に交差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、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 は比較的小さい断面弾性率を有する。

ｌ１立ｉＩ 本発明は、パッド型軸受及びその製造方法を開示する。このパッド型軸受は、好 ましくは一体の円筒形ジャーナルからなり、ジャーナルの壁に、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 、可撓パッドと、該パッドを６自由度の運動（即ち＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ、＋ Ｚ及び−２の方向の運動）をしつるように支持することができる支持構造体を形 成したものである。支持構造体は、一体部片とすることが好ましく、支持基板と 、軸受の半径方向最外方部分によって形成される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。

本発明者は、高速用途等の多くの具体的的な用途において、軸又は回転子と、流 体力学的潤滑剤フィルム（薄膜）と１．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。有限要素を用いての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下で変形する兜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。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 る軸受特性を得えることができる。軸受の性能特性に実質的に影響を与える変数 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 たスリット又は切込み及び溝によって画定されたパッド及び支持部材の形状、寸 法、位置、及び素材の特性（例えば弾性率等）である。

支持部材の形状は、特に重要であることが判明した。

又、可撓性部材に流体による後押えを設けることによって、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。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）が存在する得ら れる二次的圧搾フィルムによる防振作用に取って代ることができる。

本発明の軸受の具体的な用途としては、ターボチャージャー、タービン、圧縮機 、膨張機等がある。テスト速度二：３００．０ＯＯｒ、ｐ、ｒｎ、を越えた０機 械加工によって形成された上記切込みは、軸受バッドが液体力学的潤滑のための 先細ウェッジ（先細ウェ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。

この軸受は、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。少量製造する場合は、上記切込みは、放電加工又はレーザー加 工法によって製造することができ、総合的な設計上の融通性があるので所望の特 性が得られ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し成形等 によって製造するのが好ましい。

本質的に荷重方向に指向される支持構造体を有する従来のパッド型軸受とは具な り、本発明の軸受は、比較的小さいニンベローブ（即ち半径方向内方のジャーナ ル表面と半径方向外方のジャーナル表面との差）内での撓みを可能にし、先細ウ ェッジ形を形成するように軸受バッドのあらゆる方向の運動（即ち６自由度）を 可能にし、性能を高めるためにパッド自体が変形する（平坦化する）のを可能に し、安定性を高めるために膜量防振系を創生ずることを可能にする配向を提供す る。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、はぼ荷重の方向に曲がりモードで撓む１つ又 はそれ以上の靭帯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 パッドから離れる方向に撓むビームによる撓みモードである。曲がりモードにお ける攬み度合は、１つには、支持構造体の半径方向の剛性の関数である。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二部パッドの縁にア 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。特定の靭帯又は膜状部分を潤滑流体で囲繞又は後押えす ることによって本発明の軸受の設計に１つの防振□素子を追加することができる 。

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 もって運動しつ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、この軸受は、又、比較的小さいニンベローブ（ 即ち軸受ハウジングの外径とパッドの内径の間の間隔）内に嵌入する。更に、軸 受の内径と軸の外径の間の間隙を除去し、しかもなお、軸受の半径方向の剛性が 支持（軸受）流体の流体フィルム（薄膜）の半径方向の剛性より小さくなるよう に軸受のし自構造体の形状寸法を定めることによっで、軸受の内径と軸の外径の 間の間隔に厳密な公差を必要としないようにすることができる。この構成によれ ば、軸が回転するとその瞬間瞬間に流体フィルムの剛性によりパッドと軸の間に 適当な間隔が設定される。本発明の軸受においては、パッドの運動方向が、軸の 位置を保持するように、そしてパッドが軸の心振れ及びパッド内に生じた不均一 な荷重を補償することができるように軸の方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、ラジアル（半径方向）軸受にも、スラスト（軸方 向）軸受にも、あるいはラジアル−スラスト組合せ軸受にも適用することができ 、軸受の形態によっては単一方向性にすることも、三方同性にすることもできる 。

不発明によれば、本発明の軸受を製造する幾つかの方法を提供することができる 。特定のｇ：Ａ遣方法の選択は、主として、製造する軸受の数量と、使用される 材質に依存する。少量生産の場合は、あるい：＝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、円筒形の金属ブランク又はジャー ナルを機械加工して、半径方向の及び、又は互いに対向した溝を形成し、ＮＣ（ 数値制御式）放電加工法又はＮＣ（数値制御式）レーザー加工法によって半径方 向の切込み又はスリットを形成する。大量生産の場合は、本発明の軸受：＝、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、及び押出し成 形を含むいろいろな°方法を用いることができる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例によるジャーナル軸受の一扇形部分の断面図である 。

第２図は、第１図に示された実施例に従って製造された単一のパッドの概略図で ある。

第３図は、第２図のパッドの端面図であり、その支持構造体が荷重を受けた状態 にあるときのパッドの向きを示す。

第４図は、本発明に従って製造されたジャーナル軸受の第２実施例の一扇形部分 の断面図である。

第５図は、第４図の単一のパッドの一部断面による図であおる。

第５Ａ図は、第４図の軸受の変型実施例の部分透視図である。

第５Ｂ図は、第４図の軸受の更に別の変型実施例の部分透視図である。

第６図は、第４図の軸受の端面図である。

第７図は、ねじり撓み状態のビームの拡大端面図である。

第８図は、本発明による２つのビームを備えた軸受の実施例を示すジャーナル軸 受の断面図である。

第９図は、第１図のパッドの端面図であり、支持構造体の撓みを伴わずにパッド 表面が局部的に撓んだ状態を誇張し、て示す。

第１０図は、第８図のパッドの端面図であり、荷重を受けた状態の支持構造体及 びパッドの向きを示す。

第１０Ａ図は、第８図のパッドの端面図であり、パッド表面が局部的に撓んだ状 態を誇張して示す。

第１１Ａ及び１１８図は、機械加工される前の円筒形ジャーナル又はブランクの 断面図である。

第１２Ａ及び１２Ｂ図は、機械加工された円筒形ジャーナル又はブランクの断面 図である。

第１３Ａ及び１３Ｂ図は、更に機械加工された円筒形ジャーナル又はブランクの 断面図である。

第１４Ａ及び１４Ｂ図は、変型実施例の機械加工された円筒形ジャーナル又はブ ランクの断面図である。

第１４Ｃ及び１４Ｄ図は、第１４Ａ、１４Ｂ図の機械加工された円筒形ジャーナ ル又はブランクから形成された軸受の断面図である。

Ｌ１五二旦ｊ まず第１図を参照して説明すると、ここに示された構造体は、軸受ハウジング１ ｏと、円周方向に配置された軸受パッド１２と、各パッドをハウジングから支持 するビーム１４及び基板部分１６を画定するように形成された溝及びスリットを 有する軸受組立体の一扇形部分である６図示の軸受は、単一方向のラジアル（半 径方向）軸受である。即ち、軸を単一方向の回転においてのみ半径方向に支持す るように構成されている１図示の実施例では、この軸受は、軸５を矢印で示され た反時計回り方向の回転においてのみ支持する。各軸受バッド１２は、先行縁１ ５と後行縁１７を有する。先行縁とは、回転する軸の円周上のある一点によって 先に接近される方の縁のことであり、同様に、後行縁とは、回転する軸の円周上 の該一点によって８周方向でみて後に接近される方の縁のことである。軸５は、 適正な方向に回転しているときは、流体フィルム（潤滑流体の薄膜）に乗って軸 受バッドの先行縁からパッドを横切って移動し後行縁から離れる。最適な性能は 、基板部分１６がパッド１２の円周方向でみた中心線１３ａと、後行縁１７との 間の点１６ａ（第３図）、好ましくは中心線１３ａ寄りの点１６ａにおいて軸受 バッド１２従って荷重を支持する場合に得ら乙る。ビーム１４は、又、先行縁と 後行縁の間に位置する点１４ａを中心として枢動する（撓む）ようにすべきであ り、ビーム１４の撓みの結果として後行縁１７が内方へ撓む、もちろん、撓みの 度合は、特に、ビームの形状及び軸受に形成された切込み又はスリットによって 異なる。

第２．３図を参照すると、パッド１２は、それが流体フィルムを介して支持する 軸の外径の丸み即ち円弧に対応する円弧上面１３を有し、各パッドは、軸線方向 に延長した縁と半径方向に延長した縁によって画定されている、軸線方向に延長 した縁は、先行縁及び後行縁を画定する。ビームは、第３図に静止状態にあると ころ（実線）と、撓んだ状態にあるところ（仮想線）の両方が示されている。第 １図に示された基本的構造は、軸受壁を貫通して形成された小さなスリット又： ；切込みによって作られる。典型的な例では、これらのスリット又は半径方向の 切込みは、０．００２〜０．０６３　ｉ　ｎ　（０，０５８〜１．６００２ｍｍ ）のは場とする。撓みの度合は、特に切込みの長さを変えることによって変更す ることができる。即ち、切込みの長さが長ければ、それだけモーメント腕の長さ が長くなり、より大きい攪みを生じさせる。

切込みを短くすれば、可撓性が低く、より高い荷重担持力を有するビームを創生 ずる。切込み又はスリットの長さを選択する場合、共振を生じないように注意し なければならない。

ビーム１４の端部な図示のように位置させることにより、連結点１６ａを中心と するビームの下方への撓みの結果として、第９図に点線で示されるように、パッ ド１２の後行縁１７を内方へ変位させ、先行縁１５を外方へ変位させ、パッド１ ２を僅かに平坦化する（平らにする）、この撓みの結果として、パッドの面１３ と軸５の外表面との間の、流体が流動する間隙がウニッジ状になり、周知の液体 力学的支持作用を創生ずる。後行縁と軸の間の間隙対先行縁と軸の間の間隙の比 は、１：２〜１：５とするのが理想的である。換言すれば、先行縁と軸の間の間 隙を後行縁と軸の間の間隙の２〜５倍とする。

任意の特定の用途におけるこの理想的な間隙比、即ちウェッジ比を得るためには 、切込みの数、寸法、形状、配置及び一体の軸受の材料特性を含０適正な撓み変 数を選択しなければならない、コンピュータによる有限要素分析が、これらの変 数の最適値を選択する最も有効な手段であることが判明した。コンピュータによ る分析：；、６方向すべての方向の運動（６自由度）を可能にする成就した型式 の軸受においては特に有用である。

第４．５図を参照すると、本発明の特徴を組入れた軸受の第２実施例が示されて いる。この実施例においては、軸受ハウジング３０と、軸受パッド３２と、ｇ　 パッドから直線的に延長した１対のビーム部分３４ａ、３４ｂを有しパッドをハ ウジング３０から支持するビームを画定するようにスリット又は切込み及び溝が 形成されている。更に、このパッドには、該パッドがビームのパッド支持表面３ ４ｐｓだけによって支持されるようにアンダーカットを施すことができる。第５ 図にみられるように、ビーム３４．３４ａは、該ビームのための形も致死自体と して機能する基根状ビーム端３６．３６ａを有する。

第４図から明らかなように、第５図の透視図には、パッド３２の一部分だけが示 されている。パッドの全体図は、第４図の軸受の変型を示す第５Ａ、５Ｂ図に示 されている。これらの図から明らかなように、パッド支持表面３４ｐｓは、先行 縁３５より後行縁３７に近い位置に位置している。この構成によれば、第７図に 示されるように、ビームのねじれは、ビームの中間部分において生じ、図示のよ うなねじれ撓みが生じる。や：＝す、主たる可撓性は、軸受ハウジングの壁を貫 通して形成された小さな切込み又はスリットによってもたらされる。これらの切 込みは、軸受パッドに６自由度を与える（即ちパッドはＸ、Ｙ及び２軸線の周り に回転することができるとともに、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−ｙ、＋ｚ及び−２方向 に変位することができる）、切込み又はスリットを、ビーム部分３４ａ、３４ｂ を形成するように壁を貫通する手前で終らせたとすれば、パッド３２は、第５Ａ 図に示されろように連続した（途切れのない）円筒形の膜状部分３４ｍによって 支持される構成となる。その場合、膜状部分は、パッド３２を支持する流体防振 部材として機能する。切込みは、第４図の点Ａ及びＢにおいて終らせる。膜状部 分の可撓性と、流体潤滑剤とが相俟って、防振作用を変更し、パッドをハウジン グから隔離するための手段を提供する。防振作用は、高い防振特性を発揮するダ ッシュポットの形を取る。第１−３図に示された軸受の場合と同様に、第４−７ 図に示された軸受も、１１．一方向の軸受である。従って、この軸受は、外方に 撓む先行縁３５と、内方に撓みウェッジを形成する後行縁３７を有する。やはり 、ウェッジ比（後行縁と軸の間の間隙対先行縁と軸の間の間隙の比）は、１：２ 〜１：５とすべきである。更に、パッドに対するビーム３４のパッド支持部分３ ４ｐｓの位置によって主として決定される荷重の作用中心の位置は、や二＝す、 パッド表面の円周方向でみた中心線と、後行縁１７との間で、好ましくは中心線 寄りとすべきである。

第５Ｂ図に示されるように、ビームは、単に切込み又：＝スリットを点Ａ及びＢ から下方に延長させることによって第５図に示される例よりも簡単に形成するこ ともできる。

第８図を参照すると、本発明の特徴を組入れた軸受の第３実施例が示されている 。この例では、ビーム支持構造体上にビームを形成するように内部スリット又は 切込みが設けられている。詳述すれば、この軸受には、ハウジングからビーム４ ２．４４を介して支持されるパッド４０を画定するように溝及びスリット又は切 込みが形成される。パッドは、支持基板４０ａ、４０ｂにおいてビームに連結さ れる。ビームとハウジングの連結は支持基板４６．４８によってなされている。

やはり、この軸受け、軸受壁を貫通して切設された幅狭の切込み又はスリットに よって消せ逸される。パッド表面の下に位置する切込み又はスリット６０は、荷 重を受けたとき変形し潤滑剤を導入するためのエアフォイルを形成するように追 加の可撓性を導入する。かくして、パッドは、ビームによる２点支持構造とした ことによりばね状膜として機能する。

第１０Ａ図は、荷重を受けたときのパッド４０の撓み状態の形状を示す０図に（ 誇張して）示されるように、このパッドは、荷重を受けたときエアフォイル形に 撓むように形成し支持することができる。ニアフォイルは、性能を劇的に高める ０図から明らかなように、このパッドは、Ｘ、Ｙ及び２軸線の周りに回転するこ とができるとともに、ｘ、ｙ、ｚの方向に変位することができる、即ち、６自由 度を有する。

第９図を参照すると、荷重を受けて平坦化する場合のパッド５０の固有の局部的 撓みが示されている。このような撓みは、第３及び１０図に示される支持構造体 の撓みと組合わさるが、その撓み度合は比較的小さい、この組合せの正味結果と して生じる形状は、第３及び１０図に示されてた形状から、パッドの円弧状表面 が僅かに平坦化した形状である。

上述した各実施例に関連して述べたように、本発明の軸受は、１：２〜１：５の ウェッジ比をなすように形成することができ、変形可能な軸受表面を有し、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、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ェッジと、パッドが６ 自由度をもって運動することができることにより、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、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、 特定の例において慣性モーメントのための変数式ｂｈ”／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＝ｂｈ”／６）を用いれば分 るであろう。更に、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 この軸受は、軸の心振れを補償し修正することができる。

即ち、本発明の軸受二＝、その剛性により非攬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。

もちろん、軸受の剛性は、主として、支持構造体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：＝、一体軸受に形成された溝及 び切り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ｎだけ自己修正作用が大きいが、軸の心振れ補 償能力は小さくなる。

テストの結果、本発明の特徴を組入れた軸受は、本出願人の先の特許に開示さ乙 た構造と比べても、劇的に改良された性能を発揮することが認められた。最近の テストにおいて、本発明を０．０９１　ｉ　ｎ　（２，３１ｍｍ）の半径方向エ ンベローブを有するラジアル軸受に適用したところ、その軸受の内方攬みは０． ０００３ｉｎ　（０，００７６ｒｎ　ｍ　）であり、格別の安定性と軸受性伊能 を発揮した０本出原人の先の米国特許第４．４９６．２５１号に開示された構成 を用いたとすれば、これと同等の撓みを生じさせるには０．３０　ｉ　ｎ　（７ ，６ｍｍ）の半径方向のスペースを必要とする。

従来の液体力学式ジャーナル軸受においては、通常、軸受パッドの表面と軸の外 周面との間に流体フィルム形成用クリアランス（間隙）を設ける必要がある。そ のために、極めて厳密な製造公差が要求され、それが大量生産の障害になる。し かしながら、本発明の軸受は、そのような精密な製造公差の必要性を排除するよ うに設計することができる。即ち、適正な溝及び切り込み又はスリットを設ける ことにより、実際上任意所望の性能特性を有する軸受を設計することが可能であ る。そのような特性の１つは、軸受パッドの半径方向の剛性又はばね特性である 。軸受けの技術分野においては、軸と軸受の開の流体フィルムは、計算可能な半 径方向の剛性又はばね特性を有しているので、ばねをとして設計することができ る。これは、圧縮性流体にも、非圧縮性流体にも当てはまるが、ガス状潤滑剤に おいて特に有効である。流体フィルムの半径方向剛性と軸受の半径方向剛性とは 、互いに対抗して作用するので、流体フィルムの半径方向剛性又はばね特性が軸 受の半径方向剛性を上回ると、軸受は、流体フィルムの半径方向剛性と軸受の半 径方向剛性とが均衡するまで半径方向に撓む、かくして、軸受の半径方向［り］ 性の方が流体フィルムの半径方向剛性より小さくなるように軸受を設計すれば、 軸受と軸の間に正確な間隙を設定する必要がなくなることが認められた。なぜな ら、流体フィルムの半径方向剛性が、軸が回転するにつれて自動的に、かつ、瞬 間的に軸受の適正な半径方向の撓みを生じさせるからである。もちろん、軸受の 半径方向剛性は、主として、支持構造体の断面弾性率即ち曲げ弾性率の関数であ り、そのような弾性率は支持構造体の形状によって左右される。パッドの半径方 向剛性は、又、軸受に形成されたスリット又は切込みの長さによっても左右され る。従って、本発明によれば、流体力学式軸受に通常必要とされる精密な製造公 差なしに高い性能を得ることが可能である０本発明のこの側面は、軸受の大量生 産に特に有用であり、ガス状潤滑流体を用いる軸受にとって特に有用である。

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、添付図に示される二重線は、典型的な例では直径０．　Ｏ Ｏ２〜０゜０６０ｉｎ（０，５０〜１．５２ｍｍ）の放電ワイヤ又はレーザービ ームの実際の経路を示す。放電加工又はレーザー切削されたそれらの経路内に流 入した潤滑剤は、共振振動数での振動又は不安定性を減少する流体防振手段とし て機能する。連続的な円筒形膜状部材を形成する上述の実施例においては、この 防振作用は、高い防振特性を発揮するダッシュポットの形を取る。この設計にお いて配慮すべき重要な要素は、支持構造体の長さと向きを、第３図に示されるよ うな内方撓みを生じるように定めることである。又、第９図に示されるような荷 重方向へのパッド自体の僅かな撓みが生じれば、その結果として、偏心度の変化 をもたらし、それが更に軸受の性能を向上させる。フエアーズ著「機素の設計」 においては軸受の中心と軸の中心との間の距離（隔たり）を軸受の偏心度と称し ている。この用語は、軸受の設計技術者には周知である。軸受構造、特にビーム の剛性を特定の軸受用途に適合するように調整又は変更する本発明の方法によれ ば、最適の性能が容易に得られる９本発明によれば実際上任意の剛性又は撓みを 達成することができることは最近のコンピュータ分析によって立証されている。

先に述べたように、本発明の軸受を少数、又はその原型を製造する場合は、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、又、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し成形等 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 び押出し成形等の方法は、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な作る方法 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 おいて押出し成形によって大量生産するのに適合するのは、ある種の型式のもの に限られることは明らかであろう、一般的に、押出し成形に適合するのは、縁周 溝と、軸受全体に亙って軸線方向に切込まｎ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である。

以上のことを念頭におけば、機械加工及び放電加工を用いて単一の軸受を製造す る方法を説明するだけで十分であろう。又、そのような製造方法の説明から、本 発明の比較的複雑な軸受形状を容易に形成することができることが分るであろう 。

各軸受は、最初は、第１１Ａ、１１Ｄ図に示されるように円筒形の内孔を有する 円筒形のブランクの形をしている。このブランクを機械加工し、第１２Ａ、１２ Ｄ図に示されるような半径方向の潤滑流体受容溝を形成する。ある種の用例にお いては、このブランクを更に機械加工して、第１３Ａ、１３Ｄ図に示されるよう 軸受の半径方向の面（端面）に互いに対向した、好ましくは対称的な溝を形成す ることが望ましい場合がある。このような対向した溝は、ねじり撓みし易い軸受 をもたらす、第１３Ａ、１３Ｄ図に示された円周溝は円筒形であるが、第１４Ａ 、１４Ｄ図に示されるようにテーバ付の溝を形成することも可能である。以下の 説明から明らかになるように、このテーパ付溝によって、支持ビームの斜め整列 により向上された撓み特性を発揮する軸受を形成することができる。これに間違 して留意すべきことは、支持ビームは第１４Ａ図に示されるように軸の中心線に 近い点に収斂する線に沿ってテーパさせることが好ましい。

それにより、軸受バッドが軸の心触れを補償することができろような態様に軸受 系全体の作用中心を設定することによって撓みが軸の中心の周りに生じることを 保証する。基本的に、支持ビームにテーパな付すと、その軸受は、支持力を、軸 が心振れを修正するためにどの方向にでも枢動することができる単一の枢動点に 集中させることによって球状軸受に類似した態様で動作することができる。第１ ４Ａ図の矢印は、撓みの作用性を示す。

円筒形ブランクを第１２Ａ、１２Ｄ図、第１３Ａ、１３Ｄ図、又は第１４Ａ、１ ４Ｄ図に示されるように機械加工した後、その機械加工されたブランクの半径方 向面に沿って半径方向及び、又は円周方向のスリット又は溝を形成し、それによ って軸受パッド、ビーム支持体及び軸受ハウジングを画定する。第１４Ｃ，１４ Ｄは、第１４Ａ、１４Ｄ図の機械加工されたブランクに形成したスリットを示す 、少数の軸受、あるいは金型の製造に使用するための軸受の原型を製造する場合 は、切込み又はスリットは放電又はレーザー加工法を用いて形成するのが好まし い、第１２Ａ、１２Ｄ図、第１３Ａ、１３Ｄ図、又は第１４Ａ％　１４Ｄ図に示 されるような形態あるいはそれに類似する形態を得るための円筒形ブランクの機 械加工は、旋盤等の慣用の工作機械を用いて行うことができる。

不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バッド及びビーム支持体の相対的形状、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つて、主と して決定される。

先に述べたように、′２−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、本発明によって企図される軸受の大量生産は、 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。

１本のパイプ状の円筒形ブランクから多数の軸受を押出し成形する場合は、押出 し成形の前に第１２Ａ、１２Ｄ図に示されるような半径方向の潤滑流体受容溝を パイプ状の円筒形ブランクの全長に沿って形成しておくことができる。ただし、 軸受に互いに対向した溝を形成したい場合は、そのような溝は、押出し成形され １機械加工されたブランクから個々の軸受をスライスした（薄切りした）後・個 々に形成する。このような理由から、押出し成形法は、ねじり撓み少を高めるた めに対向溝を必要とする軸受を製造する方法としては好ましくない。

国際調資報告 ＦＩＧ　１４ｃ

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. １．軸を支持するための液体力学式軸受であって、半径方向外表面と半径方向内 表面を有する一体の円筒形ハウジングから成り、該ハウジングには、その内表面 より半径方向外方に延長した複数の半径方向の切込みと、該半径方向の切込みに 連続した複数の円周方向の切込みが形成されており、該半径方向の切込みと円周 方向の切込みとが協同して、複数の円周方向に配置された軸受パツドと、該各パ ッドを支持する少なくとも１つの一体的ビーム状支持部材を構成する一体の支持 構造体とを画定し、各パッドは、軸線方向に延長した縁及び半径方向に延長した 縁と、軸に係合するための円周方向の軸係合面を有し、各パッドの前記軸線方向 に延長した縁の１つは先行縁を、他は後行縁を構成し、パッドの軸係合面は、該 面に作用する摩擦及び圧力を受けたとき前記支持部材に対して揺動するようにな されており、それによってパッドの軸係合面の後行縁が前記軸に向って半径方向 内方へ変位され、軸係合面の先行縁は該軸からはなれる半径方向外方へ変位され るようになされたことを特徴とする軸受。
2. ２．前記少なくとも１つの一体的ビーム状支持部材は、ねじりモードで撓むよう になされていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸受。
3. ３．前記少なくとも１つの一体的ビーム状支持部材は、曲がりモードで撓むよう になされていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸受。
4. ４．前記少なくとも１つの一体的ビーム状支持部材は、前記パツドから離れた共 通の軸線上に延長した２つのビーム部分から成ることを特徴とする特許請求の範 囲第１項記載の軸受。
5. ５．前記パッドは、該パッドから離れた共通の軸線上に延長した２つのビーム状 支持部材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項記載の 軸受。
6. ６．前記一体の支持構造体は、前記パッドを、その前記軸線方向及び半径方向に 延長した縁から離隔したしたパッド支持表面に沿って支持するようになされたこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸受。
7. ７．前記少なくとも１つのビーム状支持部材は、該支持部材に対して直角をなす 基根部分を介して前記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項記載の軸受。
8. ８．前記パッドは、荷重を受けたとき平坦化するように前記一体の支持構造体に 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項記載の軸受。
9. ９．前記パッドは、荷重を受けたとき該軸受の偏心度を変更するような態様に撓 むように前記半径方向及び円周方向の切込み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１項記載の軸受。
10. １０．前記支持構造体内に配設された流体潤滑剤を有することを特徴とする特許 請求の範囲第１項記載の軸受。
11. １１．複数の前記ビーム状支持部材は、円周方向に延長し前記パッドから半径方 向に離隔していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸受。
12. １２．複数の前記ビーム状支持部材は、軸線方向に延長し前記パッドから離隔し ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸受。
13. １３．前記パッドは、円周方向でみて前記先行縁と後行縁との間に位置する点を 中心として撓むように支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記 載の軸受。
14. １４．前記パッドは、軸線方向に延長する、円周方向でみた中心線を有し、該パ ッドは、それに及ぼされる荷重が該中心線と前記後行縁との間に位置する点にお いて作用するように支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載 の軸受。
15. １５．前記パッドの各々は、６自由度の運動を可能に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項記載の軸受。
16. １６．前記パッドは、平常の荷重下においてそ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支持されていることを特徴とする特 許請求の範囲第１項記載の軸受。
17. １７．ハウジング内で回転する軸を支持するための液体力学式軸受であって、円 筒形の内孔を有し、複数の細い半径方向の切込み及び円周方向の切込みを形成さ れている円筒形ジャーナルから成り、該内孔と切込みとで複数の軸受パッドと、 該各パッドを支持する一体の支持構造体とを画定し、各パッドは、前記ハウジン グから前記一体の支持構造体を介して離隔された荷重係合面部材を構成し、該一 体の支持構造体は、少なくとも一部分が前記面部材との少なくとも１つの接触線 に対し接線関係をなす平面に実質的に平行である少なくとも１つのビーム状支持 部材から成り、前記面部材は、前記軸の、該面部材に対向して相対的に移動する 部分を支持するための荷重係合表面を有し、該面部材は、該荷重係合表面に作用 する摩擦及び圧力を受けたとき前記ハウジングに対して相対的に変位し、前記軸 の前記部分を軸受態様で支持するための先細ウエッジ形となるようになされてお り、支持構造体は、該パッドをそれが半径方向の撓み及び、又はねじり撓みをし うるように支持することを特徴とする軸受。
18. １８．前記パッド、一体の支持構造体及びハウジングは、一体の部材から形成さ れていることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の軸受。
19. １９．軸を支持するための液体力学式軸受であって、中央内孔を有する一体の円 筒形本体から成り、該本体には、その内表面より半径方向外方に延長した複数の 半径方向の切込みと、該半径方向の切込みに連続した複数の円周方向の切込みが 形成されており、該半径方向の切込みと円周方向の切込みとで、複数の円周方向 に配置された軸受パッドと、該各パッドを支持する可撓性の円筒形膜状部分とを 画定し、該膜状部分が、前記パッドの度の方向への変位をも可能にし、少なくと も１つの方向の流体防振作用を提供するようになされていることを特徴とする軸 受。
20. ２０．前記複数のパッドのすべてが単一の円筒形膜状部分によって支持されるよ うになされていることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載の軸受。
21. ２１．軸を支持するための一体軸受であって、各々、先行縁と、後行縁と、該先 行縁と後行縁の間に延長した円周方向の湾曲パッド面を有する複数の互いに円周 方向に離隔した軸受パッドと、支持構造体とから成り、該支持構造体は、前記軸 受パッドの半径方向外方に位置するビーム状支持部材と、該パッドを該支持部材 に連結し、該パッドを該支持部材に対して変位しうるように支持する基根部分と 、ハウジングとから成り、該支持部材は該ハウジング上にハウラングに対して変 位しうるように支持されていることを特徴とする軸受。
22. ２２．前記軸受パッドは、６自由度を有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２１項記載の軸受。
23. ２３．前記軸受パッドのパッド面は、軸線方向に延長した、円周方向での中心線 を有し、前記支持部材は、該パッドを該中心線と前記後行縁との間に位置する点 において支持することを特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の軸受。
24. ２４．該軸受は、荷重を受けたとき、前記パッドの後行縁が半径方向内方へ、先 行縁が半径方向外方へ撓み、それによって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、先行縁と後行縁との間に位置する点を中 心として撓むように支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第２１項記 載の軸受。
25. ２５．前記パッドは、荷重を受けたとき平坦化するように形成されており、それ によって軸受の偏心度を変更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２１項記載の軸受。
26. ２６．前記パッドは、荷重を受けたときエアフォイルの形に撓むように形成され 、支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の軸受。
27. ２７．前記パッドは、前記軸の心振れを補償するために該軸の中心線に近い点の 周りに枢動しうるように該軸を支持していることを特徴とする特許請求の範囲第 ２１項記載の軸受。
28. ２８．該軸受はプラスチック製であることを特徴とする特許請求の範囲第２１項 記載の軸受。
29. ２９．該軸受はセラミック製であることを特徴とする特許請求の範囲第２１項記 載の軸受。
30. ３０．該軸受は青銅製であることを特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の軸 受。
31. ３１．該軸受は焼結された粉末金属で作られていることを特徴とする特許請求の 範囲第２１項記載の軸受。
32. ３２．前記ビーム状支持部材は、前記先行縁と後行縁との間に位置する点を中心 として前記ハウジングに対して枢動しうるように支持されていることを特徴とす る特許請求の範囲第２１項記載の軸受。
33. ３３．軸を支持するための一体軸受であって、各々、先行縁と、後行縁と、該先 行縁と後行縁の間に延長した円周方向の湾曲パッド面を有する複数の互いに円周 方向に離隔した軸受パッドと、該各軸受パッドを支持するための一体の支持構造 体とから成り、該支持構造体は、平常の荷重下において、前記パッドの後行縁が 半径方向内方へ、先行縁が半径方向外方へ撓み、それによって後行縁が前記軸に 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、該パッドを６自白度 をもって運動しうるように支持していることを特徴とする軸受。
34. ３４．前記各軸受パッドはそれぞれの支持構造体と一体であることを特徴とする 特許請求の範囲第３３項記載の軸受。
35. ３５．軸を支持するための一体軸受であって、各々、先行縁と、後行縁と、該先 行縁と後行縁の間に延長した円周方向の湾曲パッド面を有する複数の互いに円周 方向に離隔した軸受パッドと、該各軸受パッドを６自由度をもって運動しうるよ うに支持するための一体の支持構造体とから成り、該支持構造体は、該軸受パッ ドが所定の半径方向剛性を有するように支持し、軸受パッドのパッド面と前記軸 との間に流体フィルムが介殻され、該流体フィルムは、前記パッドの半径方向剛 性より大きい特定の半径方向剛性を有し、それによって該流体フィルムは、該軸 の回転中前記パッドを半径方向外方へ撓ませるようになされていることを特徴と する軸受。
36. ３６．中心軸線を有する円筒形ブランクを形成する工程と、該円筒形ブランクに 、該ブランクの中心軸線と一致する中心軸線を有する中央内孔を形成する工程と 、該中央内孔の中心軸線の半径方向内方及び外方に変位自在の複数の互いに円周 方向に離隔した軸受パッドを画定するように該円筒形ブランクに複数のスリット を形成する工程とから成る軸受製造方法。
37. ３７．前記各軸受パッドを支持するための一体の支持構造体を画定するように前 記円筒形ブランクに複数のスリットを形成する工程を含むことを特徴とする特許 請求の範囲第３６項記載の方法。
38. ３８．前記各軸受パッドを６自由度をもって運動しうるように支持するための支 持構造体を画定するように前記円筒形ブランクに複数のスリットを形成する工程 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３６項記載の方法。
39. ３９．前記スリットは、放電加工法によって形成することを特徴とする特許請求 の範囲第３６項記載の方法。
40. ４０．前記スリットは、レーザー切削法によって形成することを特徴とする特許 請求の範囲第３６項記載の方法。
41. ４１．前記中央内孔及びスリットは、鋳造によって形成することを特徴とする特 許請求の範囲第３６項記載の方法。
42. ４２．前記中央内孔及びスリットは、射出成形によって形成することを特徴とす る特許請求の範囲第３６項記載の方法。
43. ４３．前記中央内孔及びスリットは、焼結を伴う粉末金属ダイカスト法によって 形成することを特徴とする特許請求の範囲第３６項記載の方法。
44. ４４．前記スリットは、押出し成形によって形成することを特徴とする特許請求 の範囲第３６項記載の方法。
45. ４５．前記円筒形ブランクの円周に半径方向の溝を形成する工程を含むことを特 徴とする特許請求の範囲第３６項記載の方法。
46. ４６．前記円筒形ブランクの対向した円形面に互いに対向した対称的な溝を形成 する工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３６項記載の方法。