JPH02129407A - 押出成形可能な多ジュロメーター硬度の流体力学的軸受及びその製造方法 - 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】 Ｕ二夏剋亙旦Ｍ 本発明は、流体力学的軸受（流体フィルムを介して軸等
を支承する軸受）に関する。

え來五弦１ 流体力学的軸受においては、静止した軸受が、軸等の回
転する物体を油、空気又は水等の加圧された流体を介し
て支承する。流体力学的軸受は、油などの特別の潤滑剤
によってではなく、その装置が取扱うプロセス流体によ
って潤滑されるようになされるいわゆる「プロセス流体
潤滑式応用例」に使用されることが多い、そのような応
用例としては、ポンプ送りすべき流体自体によって潤滑
されるポンプ軸の軸受や、海水によって潤滑される各種
海洋装置の軸の軸受などがある。

流体力学的軸受は、回転物体が回転しても軸受が流体の
面に沿って滑らないという事実を利用したものである０
回転物体に接触している流体は、回転物体に強く付着し
、静止した軸受に対する回転物体の相対運動（即ち相対
回転）は、その流体フィルム（流体膜）の全厚みに亙っ
ての流体分子同志の間のスリップ又は剪断によって達成
される。回転物体とそれに接触している流体の最内側層
とが一緒に既知の速度で移動すると、その流体の最内側
層より外側の層の移動速度は、内側から外側に行くにつ
れて漸次既知の割合で減少し、静止軸受の軸受パッドに
接触している流体は、軸受パッドに付着して動かない０
回転物体を支承することによって受ける荷重により軸受
パッドが回転物体に対して僅かな角度だけ撓むと、流体
は、軸受パッドの撓み（従って傾き）によって生じた回
転物体との間のくさび状の開口内へ引込まね、その荷重
を支持するのに十分な圧力が流体フィルム内に生じる。

（このようにくさび状の開口内に挟まれた流体を「流体
力学的くさび」又は「流体くさび」と称し、流体が水で
あわば、「水くさび」と称する。）この原理が、水力タ
ービンや、船のプロペラ軸のためのスラスト軸受、並び
に流体ｉｆ？滑による慣用のジャーナル軸受に利用され
ている７重い荷重を支承する場合には流体として油が選
択されるのが普通であるが、比較的軽い荷重であれば、
空気や水等の他の流体で支承することができる。

が　　しよ　と　る 本発明の軸受は、各種海洋装置及びその他の応用例に一
般に使用されるいわゆるカット１ノス（耐切裂き）型又
は摩耗型ゴム性軸受の代替品として使用することができ
る。これらの慣用のカットレス型又は摩耗型軸受は流体
力学的作用を得るために水くさびを用いるが、幾つかの
構造的制約があり、やはり摩耗を免ねない。後述するよ
うに、本発明者は、そのような軸受の制約は、主として
、円筒形の金属管に比較的大きな断面の柔軟な単一ジュ
ロメータ−硬度のゴム（同一のジュロメータ−硬度を有
するｌ　ｆｉ類のゴム）を装置することから成る構造に
起因することを見出した。この種の軸受け、ゴムが柔ら
かく、しかもその柔らかいゴムの断面（１′、径方向の
厚み）が比較的大きいので、軸受としての最適な性能を
発揮するのに一ト分な半径方向の剛性を有ざない。

本発明は、又、ビーム取（＝ｊ式軸受パッドを有する流
体力学的軸受にも関する。ここで、［ビーム取付式軸受
パッド」とは、ビーム即ち梁状部材に連結され支持さね
た軸受パッドのことをいう。ビーム取付式軸受バラ１く
の好例は、米国特許第３．１０７．９５５号に開示ざ）
］、でいる、この種の軸受においては、流体力学的軸受
パッドは、撓ことができようにビーム状の支持部材に取
付けられれ、パッドが撓むことによって」二連したよう
に回転物体（軸）との間に流体力学的くさびを形成する
ことができるようになさねている。流体力学的軸受及び
ビーム取付式軸受パッドはかなり前から知られているが
、本発明者がそのような軸受が荷重を受けたときに生じ
る比較的小さな撓みが極めて重要な意味をもつことを見
出したのは、捲く最近のことであり、それはコンピュー
タによる有限要素分析法によって可能とされた。米国特
許第３．１０７゜９５５号等の少数の例外はあるが、従
来は、軸受設計者は、物理的に測定することが困難なこ
のような小さな撓みは、重要ではなく、無視しつるもの
とみなしていた。しかしながら、本発明者は、流体力学
的軸受の性能をコンピュータで横割することによってそ
の撓みを予め定めることができ、劇的に改善された性能
特性を有する軸受を設計することができることを見出し
た。このようは軸受は、一般的には、少なくとも１つの
ビーム取付式軸受パッドを有するものとして特徴づける
ことができる。このような改良さねた軸受の例は、本出
願人の米国特許第４，４９６，２５１号、４．５２８．
４８２号及び４．６７６．６６．８号に記載されている
。

上記米国特許第４．４９６，２５１号は、潤滑剤の軍機
状フィルムが相対的に移動する部品と部品の間に形成さ
れるように膜状の靭帯部材を介して撓む軸受パッドを備
えた軸受を開示している。

米国特許第４，５１５，４８６号は、特に、エラストマ
ー材によって互いに接合されたそれぞれ別体の面部材と
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
ジャーナル軸受及びスラスト軸受を開示している。

上記米国特許第４．６７６．６６８号は、特に、軸受パ
ッドを３方向の可撓性を有する少なくとも１つの脚部材
によって支持部材から離隔させることができるようにし
た軸受を開示している。運動平面内にお６プる可撓性を
付与するために、複数の脚部材を円錐形をなすように内
方へ傾斜させ、その円錐形の頂点、即ちそれらの脚部材
が互いに交差する点がパッド面の前方に位置するように
する。

各脚部材は、心振れを補償することができるように所望
の運動方向には比較的小さい断面係数を有する。

上記米国特許第４，５２６，４８２号は、特に、主とし
て上述したプロセス流体潤滑式応用例に使用するための
流体力学的軸受を開示している。この流体力学的軸受で
は、荷重担持表面の中央部分が軸受の他の部分より柔軟
性が高く、荷重を受けたとき撓んで、高い荷重を担持す
るための高圧流体ポケットを形成するようになされてい
る。この軸受は少なくとも一部は金属製であり、押出成
形することが困難な形状を有しているが、ある種の用途
には極めて適していることが認められた。しかしながら
、本発明の軸受は、通常、同等の性能を有する上記軸受
よりはるかに安いコストで製造することができる。なぜ
なら、本発明の軸受は、同等の従来の軸受より構造が簡
単であり、小さいからである。しかも、本発明の軸受は
、はるかに優れた耐摩耗特性を有する０本発明の軸受の
優れた性能は、主として、軸受が受ける力を正しく認識
し、それらの力に適正に対処する軸受構造を実現したこ
とに起因する。

本発明の軸受は多くの利点と経済性を有しているが、そ
の製造コストを更に削減する方法を見出すことが望まし
い、それらの軸受を本出願人の上記各米国特許に記載さ
れた軸受の高い性能が必要とされないような用途に使用
する場合には特にそうである。

本発明は、又、プラスチック、ゴム等の非ニュートン流
体材料（非ニュートン流れ特性を有する材料、単に「非
ニュートン流体」とも称する）を流体力学的軸受の製造
に使用することに関する。

非ニュートン流体は、真の流体の特徴を有している。真
の流体は、内部摩擦を有するので、その変形速度は加え
られる剪断応力に比例する。変形速度が剪断応力に正比
例する場合は、その流体はニュートン流体と称され、正
比例しない場合は、その流体は非ニュートン流体と称さ
れる。従って、非ニュートン流体は、一般に、流速の変
化と共に粘性が変化する流体として特徴づけることがで
きる。非ニュートン流体材料の使用は、その非ニュート
ン流体としての独特の特性により独特の利点をもたらす
。

例えば、プラスチックやゴム等の非ニュートン流体は、
その動きを拘束された場合は、非圧縮性となるが、拘束
されない場合は、加えられた荷重に応動して予測可能な
態様で流動する。更に、プラスチックやゴム等の非ニュ
ートン流体材料は、一般に軸受の製造に使用される金属
材より安価である。しかも、非ニュートン流体材料での
部品の製造は、同等の部品を金属で製造する場合より容
易である。

流体力学的軸受の製造に非ニュートン流体材料を使用す
ることによって得られる多くの利点があるにも拘らず、
そのような材料の使用は、従来は限られた範囲に限定さ
れていた。

が　゛しよ　と　る 本発明は、上述したいろいろな課題を解決するために、
プロセス流体潤滑式応用例及びその他の応用例に使用す
るのに適した流体力学的軸受を提供する。本発明の軸受
は、容易に押出成形することができるように一定の断面
形状、即ち、押出成形に適した形状を有する。この軸受
は、複数のビーム取付軸受パッドを有し、更に、軸受の
部分の剛性を異なるものとすることによって得られる利
点を享受するために、異なる硬度又は剛性を有する２種
類以上の非ニュートン流体材料、好ましくはプラスチッ
ク又はゴム等のエラストマー又はポリマー材の複合体と
して押出成形する０本明細書でいう「多ジュロメーター
硬度の」という用語は、「２つ以上の異なる硬度を有す
る」という意味である。

より特定的にいえば、本発明の軸受は、押出成形可能な
多ジュロメーター硬度の流体力学的軸受である。この軸
受は、全体が非ニュートン流体材料で構成され、押出成
形可能な横断面を有する。

この軸受は、所定の硬度を有し、内側円周表面と外側円
周表面を有し、ビーム取付式軸受パッドを支持するため
の複数の軸受パッド支持表面を画定するように該内側円
周表面に円周方向に間隔をおいて形成された複数の内側
軸方向溝を有する円周方向の軸受パッド支持用骨格部分
と、該骨格部分の所定の硬度より低い硬度を有する非ニ
ュートン流体材料で形成されており、各々対応する軸受
パッド支持表面に融着された複数の軸受バラ１：とから
成る。

所望ならば、前記外側円周表面に円周方向に間隔をおい
て複数の外側軸方向溝を形成ず乙、−ともできる。前記
外側軸方向溝と内側軸方向溝とは、６自由度の運動が可
能な、ビーム取付式軸受パッドを支持するための軸受パ
ッド支持表面を有する軸受パッド支持用骨格部分を画定
する、Ｊ：うに互いに離隔させる。内側軸方向溝及び、
又は外側軸方向溝内に複数の撓み制御部材を融着させる
、ｒ）、、ムできる、それらの撓み制御部材は、前記骨
格部分より柔軟であることが好ましい。

本発明者は、高速運転等の多くの応用例において、軸又
は回転子と、流体力学的潤滑流体フィルムと、軸受とか
ら成る系全体の動的可撓性を検査し評価する必要がある
ことを認識した。有限要素モデルを用いてこの系をコン
ピユー　やで分析したところ、この軸受全体を、荷重下
で変形する完全に可撓性の部材として取扱う必要がある
ことが分った。この軸受の基本構造体を機械加工（研削
）することによって多少の可撓性を追加することにより
、広い作動条件範囲に亙って安定した低摩擦作動を提供
する軸受特性が得られる。この軸受の性能に実質的な影
響を及ばず幾つかの変数が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、軸受パッド及びその支持
部分即ち骨格部分の形状、サイズ、位置及び材料特性（
例λば弾性率等）である、支持部分の形状（ｊｌ、特に
重要であることが分った。

本発明は、又、比較的柔軟な非二、ｘ　−＄）流体材料
で形成された複数の軸受パッドを何４″ω流体力学的軸
受に関する。こＡ１らの軸受パッドは、円弧形状、又は
凹面状の作動面（流体に接触する面）を有し、（れが支
承する軸によって課せら４１゜る通常の荷重下で撓むよ
うに拘束され、その撓みにより軸と軸受パッドの円弧状
の面との間にくさび状の間隙が形成される。

１１肱鷹 この軸受は、２つ以上の異なる剛性即ち硬度の材料で形
成されていることにより、優第１た性能特性を発揮する
。即ち、この軸受６ｊ１、比較的柔軟な非ニュートン流
体材料だけでなく、比較的剛性の非ニュートン流体材料
でも形成されているイス・で、流体力学的く錆の適正な
形成を保証するのＣ６二」−分な剛性を保持している、
かくして、本発明は、従来周知のカットレス型又は摩耗
型軸受に随伴する上述した諸問題を解消する。

更に、本発明の軸受は、比較的安価な非ニュートン流体
材料、好ましくは、プラスチック又はゴム等のエラスト
マー又はポリマー材で構成されていることと、押出成形
することができることにより、押出成形ができない軸受
に比べてはるかに安いコストで製造することができる。

実際、この軸受は、予備調査によれば、競合する従来の
海洋装置用軸受の製造コストの１％未満のコス１−ｒ）
ｆｌ産することができることが予想される。

本発明は、又、非ニュートン流体材料に付随する物理的
特性を利用する。例えば、先に述べたように、ポリマー
材やエラストマー材のようなある種の非ニュー［・ン流
体材料は、拘束されると、非圧縮性となる。本発明の軸
受は、その全体が非ニユ−トン流体材料で形成されるが
、それぞれ相当に異なるジュロメータ−硬度（即ち剛性
）を有する複数の部分から構成されている。即ち、比較
的堅い第１部分が比較的柔軟な第２部分を拘束するよう
に構成し、そわによって第２部分が半径方向には剛性、
即ち実質的に非圧縮性どなり、剪断力向には可撓性どな
るようになされる。比較的剛性の軸受パッド支持表面の
上に比較的柔軟な凹面状のビーム取付式軸受パッドを装
着した構成とするように比較的柔軟な部分と比較的堅い
部分を設６づることによって、回転軸を支承するための
流体力学的くさびを形成するように既知の態様で撓む軸
受が得られる。

本発明の軸受け、多くの応用例に使用するのに適してい
るが、油井掘削装置、水中ポンプ、タービンポンプ及び
海洋装置の駆動軸等のプロセス流体潤滑式応用例に特に
適している。

本発明の軸は、窓及びドアのシール、緩衝バンバー、可
撓性ヒンジ等の多ジュロメーター硬度プラスチック複合
体な押出成形するのに一般に用いられている周知の多ジ
ュロメーター硬度材料押出法を用いて押出成形すること
ができる。多ジュロメーター硬度材料押出法は、今日ま
で、軸受を製造するのに用いられたことはなかった。

本発明の軸受のような多ジュロメーター硬度の複合部品
を押出成形するのに多ジュロメーター硬度材料押出法を
用いる場合は、ジュロメータ−硬度の異なる第１部分と
第２部分を未硬化又は半ば硬化した状態で順次に後者が
前者の上に重ねられるようにして押出し、両者が接着材
なしで融着し筒状の複合押出品が形成されるようにする
。押出材料は未硬化又は半ば硬化した状態では粘着性で
あるため、接着材なしで融着するからである。筒状の複
合押出品が押出成形されたならば、その押出品全体を硬
化させ、剛性即ち硬度の異なる多部分から成る筒状の複
合押出品を得る１本発明の軸受製造方法の場合、長い筒
状の複合押出品を押出、それを硬化させた後、切断し多
数の個々の軸受を得るようにすることが好ましい、そし
てそれらの個々の軸受を機械加工により定寸化し、正確
な所要の内径及び外径と形状を有する軸とする。

宜Ｊ１例 第１図は、本発明による代表的な押出成形可能な軸受の
横断面図である０図示の実施例では、軸受の横断面がそ
の軸方向の全長に亙って一定であるから押出成形が可能
である。

第１図に示されるように、この軸受は、所要の正確な外
径０．Ｄ、及び内径１．０．を有するように機械加工（
研削）されている、第１図の仮想線は、機械加工する前
の内径及び外径を示す８通常の使用においては、軸受を
軸受ハウジング（図示せず）内にぴったり嵌合させ、支
承すべき軸を軸受の内径内に挿入する。従って、軸受の
外径は、軸受を装着すべき軸受ハウジングの外径の内径
の関数であり、軸受の内径は、それが支承すべき軸の外
径の関数である。もちろん、流体力学的軸受が一般にそ
うであるように、軸受の内径は、それが支承すべき軸と
の間に流体フィルムを介在させる間隙を設定するために
軸の外径より所定寸法だけ大きい。

第１図に示されるように、本発明の軸受は、全体が非ニ
ュートン流体材料（「非ニュートン流体」とも称する）
、好ましくはゴムやプラスチック等のポリマー材又はエ
ラストマー材で構成される。この軸受は、異なる硬度を
有する２種類以上の非ニュートン流体材料から成る複数
の部分の複合耐として構成される。詳述すれば、比較的
剛性の即ち硬い非ニュートン流体材料、例えばジュロメ
ーターシシアー硬度りのゴムで作られた一体の軸受パッ
ド支持用ビーム状骨格部分１０と、軸受パッド支持用ビ
ーム状骨格部分１０の非ニュートン流体材料より低い硬
度の、即ち比較的柔軟な又は可撓性の非二ニートン流体
材料で作られた軸受パッド５０との少なくとも２つの部
分とから成る。軸受パッド支持用ビーム状骨格部分（以
下、便宜上単にｒ軸受パッド支持部分」、「支持部分」
、「ビーム状骨格部分」、又は「骨格部分」とも称する
）１０は、内側円周表面と外側円周表面を有するほぼ円
筒形であり、内側円周表面には、複数の半径方向外方へ
凹入した内側軸方向溝１２が円周方向に間隔をおいて形
成されており、外側円周表面にＧよ、複数の半径方向内
方へ凹入した外側軸方向溝１４が円周方向に間隔をおい
て形成されている、こわらの溝１２．１４の存在により
、図示の軸受の骨格部分１０は、凹凸又は歯形状の不連
続な円周外観を呈する。

第１図に示された軸受の特定の形状は、本発明の必須の
要件ではなく、単に特定の応用例に取って望ましい形状
にすぎない、特定の応用例のための本発明の軸受の特定
の断面形状及び寸法ｃフ′、最適の結果を得るのに必要
とされる軸受の撓みに基いて決定される。従って、ある
種の応用例においては、第１図に示されるような外側軸
方向溝１４を必要としない場合もある。又、軸方向溝１
２及び、又は１４の断面形状も、荷重を受けたとき最も
望ましい機能をＩＪ？！揮するようにいろいろな形状と
することができ、例えば多少テーバさゼることも可能で
ある。

本発明の軸受に内側軸方向溝１２と外側軸方向溝１４の
両方を形成し、第１図に示されるように各内側軸方向溝
１２を隣接する外側軸方向溝１４の間に配置した場合、
軸受パッド支持部分即ちビーム状骨格部分１０は、荷重
下で撓むようになされた円周方向のビーム（梁状部材）
と半径方向のビームとのネットワ・−り（網状組１ａ）
として機能する。第３図は、第１図に示された軸受のビ
ームネットワークの部分拡大図である。第１図に示され
た軸受は、内側軸方向溝１２によって区画された８つの
軸受パッド支持セグメント（扁形区画）を有する。各軸
受パッド支持セグメントは、第３図に示されるように、
その半径方向でみて最内側の表面によって画定される円
弧状の軸受パッド支持面１６ど、半径方向でみて最外側
の表面によって画定されるハウジング接触面（ｌｆｔ！
Ｉ受ハウジングに密着する表面）１８と、軸受パッド支
持面１６とハウジング接触面１８とを連結するｌ対の連
結部分２０を有する。この構成の故に、骨格部分１０は
、第３図に示されるようにビームのネットワークとして
機能する。ビームのネットワークは、内側円周方向ビー
ム２６と、外側円周方向ビーム２８と、半径方向ビーム
３０どから成る。荷重下では、このビームネットワーク
は、その荷重の大きさと、骨格部分１０の素材と、内側
及び外側軸方向溝１２．１４の寸法及び間隔とに基いて
算定することができる態様で撓む。

ビーム状骨格部分１０の素材である非二ｘ　−トン流体
材料は、ここでは、後述する軸受の他の部分（軸受パッ
ド５０等）の比較的柔軟な又は可撓性の材料に比べて、
比較的剛性の、又は硬いという表現で表わされるが、骨
格部分１０の素材は、ジャーナル軸受やスリーブ軸受の
骨格部分を構成するのに通常用いられる金属よりははる
かに可撓性であることに留意されたい、従って、本発明
の軸受の骨格部分１０は、荷重下において金属製の骨格
部分を有する慣用の軸受よりはるかに大きく撓む１本発
明に使用される骨格部分の代表的な材料は、ショアーＤ
の硬度を有する。

第１図を参照して説明すると、骨格部分１０に形成され
た軸受パッド支持面１６の数と同数の比較的柔軟な又は
可撓性の軸受パッド５０が設けられる１本発明の重、要
な側面によれば、こわらの軸受バラ１く５０は、骨格部
分１０の軸受パッド支持面１６に融着させることが好ま
しい。軸受パッド５０は、第１図に示されるように断面
凹面状であり、中央部が半径方向に多少厚く、円周方向
の両端に向って円弧状に内方ヘテーパし、両端が比較的
薄くなっている。このように中央部を厚くし両端を薄く
するのは、荷重下での軸受の撓みを容易にするためであ
る。軸受パッド５０は、比較的柔軟な又は可撓性の非ニ
ュートン流体材料、好ましくはゴム又はプラスチック等
のポリマー材又はエラストマー材で形成する９例えば、
軸受パッド５０は、ジ１０メーターショアー硬度りのゴ
ムで構成することができる、先にも述べたように、軸受
パッド５０の素材は、骨格部分１０の素材より相当に柔
軟又は可撓性であることが好ましい。軸受パッドの柔軟
な素材は、低粘度の潤滑剤又は摩剥性の潤滑材が用いら
オ］るような作動条件下においてよりＪ：い性能をもた
らし、軸の摩耗を少なくする。

骨格部分１０と軸受パッド５０がいずわも非ニニートン
流体で構成されているので、それらは、荷重下で予知可
能な態様で流動する。典型的な使用条件においては、こ
の軸受は、それが支承する軸９０（第４図）の重量によ
る半径方向の荷重と、該軸の回転によって生じる剪断荷
重の両方を受ける。軸受は通常の使用条件下では軸受ハ
ウジングによって半径方向には拘束されているので、軸
受の素材である非ニュートン流体材料は、半径方向には
非圧縮性である。ただし、ここでいう「非圧縮性」とは
、軸受が軸受ハウジングによって半径方向に拘束される
度合に応じて非圧縮性であることを意味する０例えば、
外側軸方向溝１４に後述する撓み制御部材が充填さてい
ない場合は、軸受の外周の一部（外側軸方向溝１４の存
在する部分）は、軸受ハウジングによって接触されず、
従って半径方向に拘束されないので、軸受のある程度の
半径方向の撓みが起こりつる。

軸受が全体的に軸受ハウジングによって半径方向に拘束
されている場合は、軸受は半径方向に実質的に非圧縮性
であり、半径方向の荷重は、軸受パッド５０と回転軸と
の間に流体フィルムによって吸収される。他方、内側軸
方向溝１２の存により、軸受パッド５０も、骨格部分１
０も、回転軸によって加えられる剪断荷重に応動しての
円周方向の撓みからは拘束されない、更に、軸と、軸受
パッド５ｏの半径方向最内側表面との間に間隙が存在す
るので、各軸受パッド５０全体とそれを支持する骨格部
分ＩＯのセグメントは、回転軸によって加えられる剪断
荷重に応動して揺動（傾動）し、流体力学的くさびを形
成する。そのような撓みの１例が、第４図に誇張した形
で図示されている。もちろん、軸受パッド即ち軸受部分
５０の素材は骨格部分１０の素材よりはるかに柔らかい
ので、軸受部分５０は、骨格部分１０よりはるかに大き
く撓む、即ち流動する。軸受パッド５０及び骨格部分１
０は、軸受パッド５０の周面全体に沿って流体力学的く
さびを形成するように撓むのが理想である。軸受パッド
５０の内周面全体に沿って流体力学的くさびが形成され
ると、最大限の流体力学的利点が創生されるので最適の
結果が得られる。

本発明の軸受は、任意の特定の応用例に対して各軸受パ
ッドの内周面全体に沿って流体力学的くさびの形成を可
能にするような態様で撓むように設計しなければならな
い、軸受がそのような態様で撓むように設計するには、
例えば、作動において加えられる剪断荷重及び半径方向
荷重の大きさ、軸受パッド及び骨格部分の素材の可撓性
、内側及び外側軸方向溝のサイズ及び形状、軸受パッド
及び骨格部分の可撓性などのいろいろな要素を考慮に入
れなければならない。

軸受パッドと骨格部分の可撓性は、最終的には軸受の設
計の結果である０例えば、軸受パッドと骨格部分の可撓
性は、それらの素材の種類を変えることによって変更す
ることができ、あるいは又、内側及び外側軸方向溝１２
．１４のサイズ、形状及び円周方向の配置によっても変
更することができる１本発明の重要な側面によれば、軸
受パッドと骨格部分の可撓性は、内側軸方向溝１２及び
、又は外側軸方向溝１４のすべて又は少なくとも１つに
非ニュートン流体材料を挿入することによっても制御す
ることができる０例えば、第１図に示されるように、各
外側軸方向溝１４を撓み制御部材８０によって完全に充
填する０図示の実施例では、撓み制御部材８０は外側軸
方向溝１４にのみ設けられているが、撓み制御部材を代
側軸方向溝１２にも設けることができる。いずれにして
も、制御部材は、骨格部分ｌＯ及び、又は軸受パッド５
０に融着させることが好ましい。

図示の実施例では、撓み制御部材８０は、比較的柔軟な
又は可撓性の非ニュートン流体材料、好ましくはゴム又
はプラスチック等のポリマー材又はエラストマー材で形
成する０例えば、撓み制御部材８０は、軸受パッド５０
と素材と同じジュロメータ−ショアー硬度Ａのゴムで構
成することができる。あるいは、所要又は所望の撓み制
御度合に応じて異なる材料を用いることができる。第１
図に示されるように、撓み制御部材８０は、外側軸方向
溝１４撓み制御部材８０は、外側軸方向溝１４と同じ形
状を有する。従って、撓み制御部材８０は、外側軸方向
溝１４を完全に充填する。しかしながら、必ずしも溝を
完全に充填するする必要はなく、溝を部分的に充填する
撓み制御部材を設けることも可能である、もちろん、そ
の場合、撓み制御部材が与える撓み制御度合が異なる。

撓み制御部材８０は、溝を所定の度合にまで充填するこ
とによって骨格部分１０の剪断方向の可撓性を制限する
働きをする。従って、骨格部分１０の可撓性を制限する
度合は、撓み制御部材が内側及び外側軸方向溝を充填す
る度合、及び撓み制御部材の素材によって異なる。撓み
制御部材は、軸受パッドの素材と同じ材料で形成しても
よく、又軸受パッドと一体に形成することも万能である
、軸方向溝１２及び、又は１４を撓み制御部材で充填す
ると、半径方向の拘束は強くなるが、剪断方向即ち円周
方向の可撓性は高いままに維持される。換言すれば、軸
受パッドの全体構造は、半径方向には剛性であり、剪断
方向には可撓性であって流体力学的くさびを形成する７ 先に述べたように、本発明の軸受は、全体的に非ニュー
トン流体材料、好ましくはゴム又はプラスチック等のポ
リマー＋４又はエラストマー材で形成さ第１る。全体を
非ニュートン流体材料で構成１７たことにＪ：す、本発
明の軸受は多（の独特の性能特性を発揮する８例えば、
軸受パッドの内方への変位と高い半径方向の剛性とが相
俟って、支承ずべぎ軸の正確な位置づげど最適な流体フ
ィルムの形成を可能にする、原体）、イルムの形成は、
軸Ｑ）摩耗を防止し、高い荷重担持能力を提供する、更
に、エクス１−マー材等の非Ｊ−ニー　トン流体材料で
形成さねた軸受は、プロセス流体潤滑式応用例において
格別の耐摩耗性を発揮する。又、アラス］・マー材やポ
リマー材等のある種の非ニューｉノ流、体材料は、金属
等の非流動性材料を腐蝕ず不、物質による腐蝕作用に対
し、子側性を有１−る。半径方向の剛性の要望を充足す
る４＝と、耐摩耗性の要望お充足することとにＪ−１従
来は相客れないことであると信じられていた。しかしな
がら、全体的に非ニコ、−トン流体材料で形成されただ
ジュロメータ・−硬度の複合体のしようは、これらの両
方の要望の同時充足を可能にする、しかも、Ｊ二連した
ように、エラストマー材やポリマー材等のある種のシ１
゛ニュートン流体材料は、金属等の非流動性材料を腐蝕
する物質に対する耐蝕性をも有する。

本発明の軸受に使用される非ニュートン流体材料は、該
軸受が装着される軸受ハウジングによって外周面を拘束
される。従って、この軸受け、軸受ハウジングによって
拘束されていない軸方向の両端部分において膨出する、
拘束されていない両端部分の膨出の度合は、その軸受の
半径方向、の剛性の度合を表わす、膨出の度合、従って
軸受の半径方向の剛性は、非ニュートン流体材料の拘束
されない部分の大ぎさ又は断面積と、素材とし、て使用
される非ニュートン流体材料の剛性にＪ：って異なる。

先に述べたように、従来のカットｌメス型又は摩耗型ジ
ャーナル軸受は、通常、金属製円筒体と、それに装着さ
４また単一ジュロメータ−硬度のエラストマー材とで構
成されている。金属は非圧縮性であるから、金属ＩＪ円
筒体に装着するエラストマー材製の部材として、ジュロ
メータ−硬度の低い柔軟な材料を用いなければならず、
そのようなＪラストマー材製の部材のサイズも比較的大
キく１゜なけ・ればならない、しかも、従来の摩耗型ジ
ャーナル軸受の構成では、そのような比較的大きなＪラ
ストマー材製の部材を拘束するものがないから、軸受の
軸方向の両端からエラストマー材が膨出する度合が比較
的大きくなる。膨出の度合が大きいということば、その
軸受の半径方向の剛性が非常に小さいことを意味する。

もちろん、そｉｔ　Ａｊ、使用されるエラストマー材が
同じであり、拘束でてれない部分の断面積が同じである
とした場合σ１、とである。このような従来の摩耗型ジ
ャーナルや１１５受は、軸の荷重に応動して軸の形状に
台ゼで変形し、真の流体力学的くさびＣプ、形成されな
い８従って、従来の摩耗型ジャーナル軸受は、主として
、軸のためのエラストマー材ツＪ９粍スリーブとｌ＋′
機能する、このような軸ではその１ｉｌｌ受パ・、１・
−り）；１との接触によって多量の熱が発生ずるの１“
、軸さ２、パッドの素材の飼料特性を変化させ、軸受（
ハも交イ゛寿命を短縮することになる。

第１図にみられるように、本発明の軸受においては比較
的剛性の骨格部分１０が軸受の横断面の大きな部分を占
めるので、軸受における比較的低ジュロメータ−硬度の
非ニュートン流体材料製部分の拘束されない部分の断面
積が大幅に小さくされる。特に、骨格部分１０は比較的
剛性の材料で形成されているので、軸受の両端において
大きく膨出することがない。軸受の両端において大きく
膨出するのは、比較的柔軟な材料で形成されている撓み
制御部材８０と軸受パッド５０だけである。従って、本
発明の軸受の断面膨出は、従来の摩耗型軸受に比べて著
しく減少される。かくして、比較的剛性の骨格部分を設
けたことにより軸受に従来のものよりはるかに大きい半
径方向剛性が付与される。この半径方向の剛性の結果と
して、本発明の軸受は、従来の軸受よりはるかに大きな
荷重を担持することを可能にするとともに、更に重要な
ことには軸受の摩耗を減少して有効寿命を延長する働き
をする流体力学的くさびを形成する。従って、本発明の
軸受のもう１つの重要な利点は、軸受の両端の膨出を減
少させることであり、それによって軸受の半径方向の剛
性を増大し、摩耗を減少させる。

要約すれば、本発明の軸受は、比較的剛性の非ニュート
ン流体材料で形成されており、内側円周表面に円周方向
に間隔をおいて形成された複数の内側軸方向溝と、外側
円周表面に円周方向に間隔をおいて配置され、好ましく
は各々隣接する２つの内側軸方向溝と溝の間の中心に位
置づけされた複数の外側軸方向溝を有する総体的に円筒
形の軸受パッド支持用骨格部分と、該骨格部分の所定の
硬度より低い硬度を有する非ニュートン流体材料で形成
されており、各々、前記内側軸方向溝によって画定され
た骨格部分の軸受パッド支持面に融着された複数の軸受
パッドとから成る。前記内側軸方向溝及び、又は外側軸
方向溝内に撓み制御部材を設けるこもでき、それらの撓
み制御部材は、内側軸方向溝及び、又は外側軸方向溝を
完全に充填するようにしてもよく、あるいは部分的に充
填するようにしてもよい。

上述した本発明の軸受構造によれば、既知の、又は予知
しつる荷重に応動して実質的に任意所望の撓みを発揮す
ることが可能である。詳述すれば、本発明の軸受の骨格
部分の軸受パッド支持面は、６自由度の運動が可能であ
る。これに対して、従来の摩耗型軸受の軸受パッド支持
面は、半径方向に変位することができない、更に、本発
明の軸受においては、軸受パッドの撓み性及び既知の荷
重下での撓み度合は、幾つかの異なるパラメータを変更
することによって変えることができる。第１に、撓み度
合は、軸受の断面寸法及び、又は形状を変えることによ
って変更することができる。詳述すれば、内側及び外側
軸方向溝の個数及び深さ、軸受パッド及び骨格部分の円
周方向の寸法が、軸受パッドを支持するためのビームネ
ットワークを画定し、その結果として荷重下での軸受パ
ッドの撓み度合を左右する。

更に、軸受の各構成部分の素材の選択も、軸受の撓み特
性に影響を及ぼす、この点、本発明の軸受の素材として
使用される非ニュートン流体材料の硬度又は可撓性は、
考慮に入れるべき最も重要な特性である。

撓み制御部材８０のサイズ及び位置も軸受の撓み特性に
影響を与える。極端な場合には、撓み制御部材は、骨格
部分１０と同じ材料で構成することもできる。従って、
その場合実際上、骨格部分には外側軸方向溝が含まれな
い形となる０反対の極端な例においては、外側軸方向溝
又は内側軸方向溝に撓み制御部材を全く充填せず、自由
な、無拘束の撓みを許すようにすることもできる０以上
要すれば、本発明によれば上記諸パラメータを変更する
ことによって事実上任意所望の撓みが得られるように軸
受を設計することができる。

本発明に従って軸受を設計するに当っては、幾つかの点
に留意すべきである。第１に、軸受の断面を一定にする
ことなどにより押出成形可能な断面とすることである。

軸受の断面が一定であれば、軸受は、後述するように、
極めて安いコストで容易に押出成形することができる。

もちろん、軸受の撓み特りには、例えば円周方向の溝、
部分的な（貫通しない）半径方向の溝又は半径方向の孔
を設けることなどにより古今軸受の断面を変えることに
よって変更する１−とができる８しかしながら、好まし
い一定断面から変型形状とするには、軸受を押出成形し
、定寸加工（内径及び外径の研削加工）した後、追加の
孔や溝を形成するｊこめに追加の機械加工をしなけＡ］
ばならない、従って、そのような変型形状は、そわによ
）で得られる性能面の利益が製造コストの増大を正当化
する程のものでない限り避けるべきである。

本発明の軸受Ｃｊ、又、異なるジク、ロメーター硬度（
剛性度）を有する多部分から成るので、多ジュロメータ
ー硬度軸受と称することもできる。即ち、本発明におい
ては、構造的強度を必要とする部分にはジュロメータ−
硬度の高い（剛性の高い）非ニュートン流体を使用し、
可撓性を必要とする部分にはジュロメータ−硬廖の低い
（可撓性の高い）非ニュートン流体を使用する。そして
、これらの異なる硬度の部分を融着によって結合させる
。例えば、図示の（ｌＩｌＩ受において（ユ、ｆ！−格
部分１０と、軸受パッド５０と、撓み制御部材８０の素
材としてそれぞれ異なる材料を用いることができる。−
射的にいえば、骨格部分ｌＯには比較的剛性の材料を使
用し、軸受バラＦ　５０と、撓み制御部材８０の素材と
しては比較的に１ｊ性の低い、可撓性の高い材料を用い
る。

本発明の新規な軸受ｊ１、第５図を参照して以下に説明
する新規な製造方法によって製造することかできる。

第５図に示ざ第１るように、本発明の軸受製造方法は、
４つの主な工程、即ち、押出工程と、硬化工程と、切断
工程と、定寸加工工程から成る。

第１の押出工程４１．２つ又はそれ以上の副工程から成
る。副工程の数は、軸受の製造に使用すべき異なる種類
の材料の数と、各軸受構成部分の配置関係によって異な
る。本発明の軸受製造方法は、窓やドアの密封部材、緩
衝バンパーこ、可撓性ヒンジ等のプラスチック部品を押
出成形するのに一般に使用されでいる周知の多ジュロメ
ーター硬度押出法を利用する。第５図に示さオ］だ実施
例では、押出工程に３つの副工程が使用さノする。これ
は、第１図に示された型式の軸受を製造するのに用いる
のが好ましい押出側工程の数に相当する。

第１の押出側工程１０１において軸受の第１部分を押出
す。図示の例では、第１図に示さズ］だ軸受を製造する
とすれば、押出すべぎ第１部分は、内側部分、即ち軸受
パッド５０となる。この部分は、未硬化又は半硬化状態
で押出す。

第２の押出側工程１０２は、副工程１０２の直ぐ後に続
いて行う、この副工程で＋′ｊ第２部分を未硬化又は半
硬化状態の第１部分上へ押出す。第１図に示された軸受
を製造するとすれば、骨格部分１０を軸受パッド５０の
外側面上へ押出す。

押出側工程１０２が完了した後、更に追加の軸受構成部
分が必要どされる場合は、追加の押出側工程において押
出す、例えば第１図に示された軸受を製造するとすれば
、第３の押出副王程１０３を実施し、撓み制御部材８０
を外側軸方向溝内へ押出す。

ここで留意ずべぎことは、押出側工程１０１．１０２．
１０３において順次に押出される押出物は、未硬化又は
半硬化状態であることであり、従って、押出工程中順次
に押出される押出物を接合するために接着剤を塗布する
必要がない。即ち、本発明の軸受の素材として使用され
る非ニュートン流体材料は、未硬化又は半硬化状態では
粘着性を有するので、順次に押出される押出物を接合す
るための接着剤を必要としない。従って、本発明によれ
ば、各軸受構成部分は、接着剤のような異物質の助けを
借りる必要なしに押出工程中に互いに融着される。

押出工程が完了すると、未硬化又は半硬化状態の筒状の
複合押出成形品（単に「押出品ｊども称する）得られる
。押出工程の完了後、硬化工程１０４において筒状の複
合押出品を硬化させ、そわによって、異なるジュロメー
タ−硬度を有する名軸受構成部分が互いに融着された硬
化筒状押出品が得られる。

第２図は、本発明に従って押出成形された筒状複合押出
品の１例を示す、第２図に示唆されるように、この押出
品は、相当に長い寸法のもとすることが好ましく、１つ
の押出品から多数の個々の軸受を切り出すことができる
ようにする。

従って、切断工程１０５においては、硬化した筒状の複
合押出品を個々の軸受の所望の軸方向長さに相当する長
さに切断する。換言すれば、筒状複合押出品を複数個の
個々の軸受として分断する０例えば、１つの筒状複合押
出品を４０ないし５０個の個々の軸受に分断することが
できる。

次ぎに、定寸加工工程１０６において、個々の軸受を定
寸加工する。最も簡単で好ましい実施例においては、定
寸加工工程は、所望の内径と外径を正確に規定するため
に個々の軸受を機械加工（研削）することから成る。当
然、この工程は、筒状の複合押出品が所望の外径より大
きい外径を有し、所望の内径余路小さい内径を有してい
なければ、行うことができない、第１図において、仮想
線は、個々の軸を適正に定寸加工することができるよう
に押出成形すべき余剰の厚みを表わす。

定寸加工工程１０６には、軸受の内径及び外径の定寸加
工に加えて追加の機械加工を含めることもできる。ただ
し、追加の機械加工は、それによって得られる性能の向
上がその追加の機械加工に要するコストの増大を正当化
するものでなければならない０例えば、軸受の断面に円
周方向の溝や半径方向の孔のような凹凸形状を付与する
ことが望ましい場合もある。ただし、そのような追加の
機械加工は、個々の軸受の製造コストを増大させること
になるので、大抵の場合は正当化されない、特に本発明
によれば、押出成形可能な断面形状を維持したままで、
上述した諸パラメータを変更することによっているいろ
な撓み特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による軸受の横断面図である。 第２図は、本発明に従って押出成形された筒状複合押出
品の透視図である。 第３図は、本発明による軸受の部分拡大横断面図である
。 第４図は、回転軸の荷重を受けたときの本発明による軸
受の横断面図である。 第５図は、本発明による軸受製造方法の工程順を示す流
れ図である。 １０：骨格部分 １２：内側軸方向溝 １４：外側軸方向溝 １６：円弧状の軸受パッド支持面 ５０：軸受パッド ８０：撓み制御部材 Ｆｉｇ、　　１ Ｆｉｇ、　４ Ｆｉｇ Ｆｉｇ、５ 手続補正書 補正の対象 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 平成元年１２月８日 明細書の特許請求の範囲・発明の詳細な説明の欄事件の
表示 平成１年特許願第２４５３７１号 補正の内容　　別紙の通り 発明の名称　　押出成形可能な多ジュロメーター硬度の
流体力学的軸受及びその製造方法

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体フィルム上に軸を支承するための流体力学的軸
   受であって、 所定の硬度を有し、内側円周表面と外側 円周表面を有し、ビーム取付式軸受パッドを支持するた
   めの複数の軸受パッド支持表面を画定するように該内側
   円周表面に円周方向に間隔をおいて形成された複数の内
   側軸方向溝を有する円周方向の軸受パッド支持用骨格部
   分と、 該骨格部分の前記所定の硬度より低い硬 度を有する非ニュートン流体材料で形成されており、各
   々対応する前記軸受パッド支持表面に融着された複数の
   軸受パッドと、 から成る軸受。 ２、容易に押出成形できるように軸方向の全長に亙って
   一定の横断面を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の軸受。 ３、前記異類の材料で形成された隣接部片 は、互いに融着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２項に記載の軸受。 ４、該軸受全体が非ニュートン流体材料で形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   かに記載の軸受。 ５、前記外側円周表面に円周方向に間隔をおいて半径方
   向内方に凹入した複数の外側軸方向溝が形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
   に記載の軸受。 ６、前記外側軸方向溝と内側軸方向溝とは、６自由度の
   運動が可能な、ビーム取付式軸受パッドを支持するため
   の軸受パッド支持表面を有する軸受パッド支持用骨格部
   分を画定するように互いに離隔されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の軸受。 ７、前記半径方向外方に凹入した内側軸方向溝内及び、
   又は半径方向内方に凹入した外側軸方向溝内に複数の撓
   み制御部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１〜６項のいずれかに記載の軸受。 ８、前記各軸受パッドは、横断面でみてほぼ凹面状であ
   って、円周方向の両端は無応力状態になされており、該
   軸受パッドはその円周方向の両端から等距離のところに
   対称軸線を有し、該両端における厚みより該対称軸線に
   沿っての厚みの方が大きく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軸受。 ９、前記骨格部分は一体部材であ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軸受。 １０、前記内側軸方向溝内及び、又は外側軸方向溝内に
   前記骨格部分の硬度より低い所定の硬度を有する複数の
   撓み制御部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、２、３、４、５、６、８、又は９項に記
   載の軸受。 １１、前記撓み制御部材は、前記軸受パッドの少なくと
   も１つと同じ材料で形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１０項に記載の軸受。 １２、前記撓み制御部材は、前記軸受パッドの前記所定
   の硬度とは異なる硬度の材料で形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の軸受。 １３、前記撓み制御部材は、前記軸受パッド支持用骨格
   部分に融着されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第７、１０、１１又は１２項に記載の軸受。 １４、軸を支承するための流体力学的軸受を製造するた
   めの方法であって、 所定の硬化時第１硬度を有する材料の筒 状第１部分を押出し、該筒状第１部分上へ第１硬度とは
   異なる所定の硬化時第２硬度を有する材料の第２部分を
   押出して筒状複合押出成形品を形成し、該筒状複合押出
   成形品を硬化させ、該筒状複合押出成形品を複数個の個
   々の軸受の長さに切断し、該個々の軸受を定寸加工する
   ことから成る軸受製造方法。 １５、前記筒状複合押出成形品を硬化させる前に前記第
   １部分と第２部分の少なくとも一方の上に第３部分を押
   出す工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１４
   項に記載の軸受製造方法。 １６、前記個々の軸受を定寸加工する工程は、各軸受の
   横断面に凹凸形状を形成するように軸受を機械加工する
   操作を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に
   記載の製造方法。