JPH0361047B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 流体静力学的または空気静力学的ベアリング
の軸受方法において、静止した第１ベアリング本
体により支持され、リング状をした少なくとも一
つのシールリングは、前記第１ベアリング本体に
対し摺動可能とされたベアリング面を有する第２
ベアリング本体に面する一端面が第２ベアリング
本体に対して線接触し、他のシールリングは、前
記第２ベアリング本体に面する一端面が第２ベア
リング本体に対して線接触するとともに当該シー
ルリングの接触面を通る平面が前記第２ベアリン
グ本体の対称軸に対して角度位置を占めるように
し、両シールリング間に圧力流体を供給するよう
にしたことを特徴とする軸受方法。

２ 静止した第１ベアリング本体と、この第１ベ
アリング本体に対し摺動可能とされたベアリング
面を有する第２ベアリング本体と、内部に流体を
有する前記２つのベアリング本体間の空間と、こ
の空間をシールするため前記第１ベアリング本体
に設けられ、前記ベアリング面から離間する方向
に可動でかつ前記ベアリング面から離間した第１
端面及び前記第２ベアリング本体に面する第２端
面を有し、この第２端面が、線状の環状接触面を
有する少なくとも一対のシールリングとを有し、
該シールリングの内一つは、当該シールリングの
接触面を通る平面が前記第２ベアリング本体の対
称軸に対して角度位置を占めるようにしたことを
特徴とする軸受装置。

３ 前記シールリングは、前記第１端面に係合し
かつ第１ベアリング本体内に設けられ前記環状接
触面のみに沿つて前記ベアリング面と線接触する
ように前記第１端面を加圧し、前記空間をシール
するようにしたばねを有する請求の範囲第２項に
記載の装置。

４ 前記第１ベアリング本体は、前記シールリン
グ及びばねを収容する室を有し、該室は、前記シ
ールリングの形状に従うようにした請求の範囲第
３項に記載の装置。

５ 前記シールリングは、対向する包絡面を有
し、この包絡面と協同して前記室の面によつて案
内する請求の範囲第４項に記載の装置。

６ 前記室は、環状であり、第２ベアリング本体
は軸である請求の範囲第３項に記載の装置。

７ 前記室は、環状であり、第２ベアリング本体
は円板状本体である請求の範囲第３項に記載の装
置。

明細書 本発明は、流体を受入れ軸受作用を行なう流体
静力学または空気静力学的ベアリングの軸受方法
と装置に関する。

本発明の主目的は、上述のような方法と装置を
提供して指定方向にベアリングに作用する力を生
ぜしめることであり、このような方法により、例
えば軸方向往復動エンジンに高価なローラベアリ
ングを使用する必要性は減少される。また、異つ
た型のベアリングと流体静力学または空気静力学
的ベアリングとを組合わせることを可能にするこ
とが望ましく、そうすることにより、高速回転で
作業信頼性に関して使用寿命を長くすると同時に
ベアリング中に装着される注意深く限定させた位
置に小寸法のベアリング装置を設けることが可能
となる。

上述した目的は本発明の方法と装置により達成
されるもので、本発明は、流体静力学的または空
気静力学的ベアリングの軸受方法において、静止
した第１ベアリング本体により支持され、リング
状をした少なくとも一つのシールリングは、前記
第１ベアリング本体に対し摺動可能とされたベア
リング面を有する第２ベアリング本体に面する一
端面が第２ベアリング本体に対して線接触し、他
のシールリングは、前記第２ベアリング本体に面
する一端面が第２ベアリング本体に対して線接触
するとともに当該シールリングの接触面を通る平
面が前記第２ベアリング本体の対称軸に対して角
度位置を占めるようにし、両シールリング間に圧
力流体を供給するようにしたことを特徴とするも
のである。

さらにまた、本発明は、静止した第１ベアリン
グ本体と、この第１ベアリング本体に対し摺動可
能とされたベアリング面を有する第２ベアリング
本体と、内部に流体を有する前記２つのベアリン
グ本体間の空間と、この空間をシールするため前
記第１ベアリング本体に設けられ、前記ベアリン
グ面から離間する方向に可動でかつ前記ベアリン
グ面から離間した第１端面及び前記第２ベアリン
グ本体に面する第２端面を有し、この第２端面
が、線状の環状接触面を有する少なくとも一対の
シールリングとを有し、該シールリングの内一つ
は、当該シールリングの接触面を通る平面が前記
第２ベアリング本体の対称軸に対して角度位置を
占めるようにしたことを特徴とするものである。

本発明は添付図面と照らして以下に説明され
る。

第１図は、流体静力学的軸方向ベアリングを示
し、 第２図は、球面ピストンを有する水力機械に用
いられる軸方向ベアリングとの組合せにおいて用
いられる流体静力学的シヤフトベアリングを示
し、 第３図は、ベアリングに作用する力を変えるた
めの流体静力学的半径方向ベアリングを示し、 第４図は、流体静力学的ベアリング用自動調心
ベアリング構造を示し、 第５図は、平坦なベアリング面で支承するシー
ルリングを有する流体静力学的ベアリングの図式
的断面図を示し、 第６図は、凹状ベアリング面で支承するシール
リングを有する第５図に類似の断面図を示し、 第７図は、凸状ベアリング面で支承し力方向か
らみたシールリングを有する第５図に類似の断面
図を示し、 第８図は、中空加工物で作られたピストンに応
用された本発明を示し、 第９図は、回転ピストンに応用された本発明を
示し、 第１０図〜第１２図は、それぞれ、平坦なベア
リング面、凹状ベアリング面および凸状ベアリン
グ面を有する可動ベアリング本体に対するシール
リングの線状シール接触したベアリングを示し、 第１３図は、フランジと軸に同心的に支持され
たシールリングとを有する回転垂直シヤフトに適
用された本発明を示し、 第１４図は、軸に偏心的に支持されたシールリ
ングを有する第１３図と同様の配置図を示し、 第１５図は、平坦なベアリング面で支持された
シールリングを有する流体静力学的ベアリングに
おける圧力分布図を示し、 第１６図は、凹状ベアリング面で支持されたシ
ールリングを有する流体静力学的ベアリングにお
ける圧力分布図を示し、 第１７図は、シヤフトで支持されるシールリン
グにおける角度関係の線図を示し、 第１８図は、内空部と共働するシールリングに
おける角度関係の線図を示し、 第１９図は、ローラベアリングを有する公知の
水力ポンプ／駆動源の断面図を示し、 第２０図は水力ポンプ／駆動源に適用の本発明
を示し、 第２１図は、例えば第２０図に示される水力ポ
ンプ／駆動源に設けられるシールリングの配置詳
細図を示し、 第２２図は、摺動フエルールを有する円筒状ピ
ストンに支持されたシールリングを示し、 第２３図は、本発明に従つて配置されたシール
リングの力分布図を示し、 第２４図は、シヤフトシールを示し、 第２５図は、凸状球面ベアリング面を支持する
可動負荷ベアリング本体と共働する、シールを備
えた支持固定ベアリングポケツトに適用された本
発明を示し、 第２６図〜第２８図は、一方が他方の内部に設
けられている二つのシールリングを有する本発明
に依り作成された流体静力学的ベアリングの他の
実施例を示し、 第２９図は、互いに内部に設けた三つのシール
リングを有するベアリングを示し、 第３０図〜第３２図は、各シールリングの線シ
ールリング端部に関する異つた実施例を示す図で
ある。

以下に記載され添付図面に示された本発明は、
流体静力学または空気静力学的型のベアリングに
関するものであるが、以下においては便宜上、流
体静力学的ベアリングについてのみ記載する。

第１図に示される垂直のベアリング軸１は、こ
の軸の形状に対応するベアリングハウジング２内
に嵌着され、図示されていない負荷を支持し、ベ
アリングの「第２」ベアリング本体を形成してい
る。一方、ベアリングハウジング２は「第１」ベ
アリング本体を形成している。二つのリング状凹
部３，４は夫々ベアリングハウジング２内に設け
られており、その内一方の凹部３はベアリング軸
１およびハウジング２の中心軸５に対して直角方
向に伸延し、他方のリング状溝４はこの中心軸５
に対して角度位置に設けられている。これら凹部
３，４用のシールリング６，７は夫々、互いに一
方の凹部３，４中に納められ、該シールリング
６，７の一側部６Ａ，７Ａはそれぞれ、該凹部
（溝部）３，４の適当な側部３Ａ，３Ｂとベアリ
ング接触当接することができる。シールリング
６，７は、好ましくは、例えば高速鋼、硬質金
属、複合材料等で作られた割型又は一体型の弾性
材料製のリングであり、夫々、その内部包絡面に
傾斜した接触面６Ｂ，７Ｂを形成している。上記
の二つの接触面６Ｂ，７Ｂは、軸１の周辺に沿つ
てその内方対面接触面端部で軸受作用を行なつて
いる。

加圧液体は、二つのシールリング６，７間に形
成された空間９に連通する通路８を介して該空間
９中に供給される。ベアリングハウジング２に対
する軸１の回転およびベアリング空間９中の加圧
液体により、所定方向でベアリングに作用する加
圧力が発生する。第１図においてこの加圧力は軸
１の中心線５より離れる方向に延びる矢印で示さ
れている。この方向力成分はベアリングにかかる
他の力の反作用となり、主力を減少又は変化させ
ることができ、例えば流体静力学的ベアリングを
他の型のベアリングと組合せることを可能にせし
め、大きな摺動速度とベアリングにかかる大きな
圧力勾配での作用を可能とするものである。つま
り、軸１が外力の方向によつてはバランスを失う
虞があるので、シールリング６，７を非対称に設
けると内部空間９が異形となり、所望の方向に力
を作用させることができ、この内部空間９に適用
された流体の圧力により軸受を変位させ、回転中
のバランスすることになる。

接触面６Ｂ，７Ｂで支承しているシールリング
に対してのベアリング本体の摩耗はシールリング
６，７とベアリング面との間での線接触のみであ
るので非常に小さいものとなる。

溝４に沿う傾斜したシールリング７の外形は、
楕円形状であるので、このシールリング７は、軸
１の周辺に対し近接当接するシールリング接触面
７Ｂで軸受作用を行なうことができるだろう。溝
３を有する他のリング６はほぼ円形形状をしてい
る。

第２図に示されるベアリングは、球面ピストン
２１を有する水力機械２０に静力学的軸方向ベア
リングを応用した例を示しているが、当然、ピス
トンは必ずしも球面である必要はなく、円筒状で
関節ピストンロツドを有するピストンにもその原
理は応用できるものである。第１図に示されるベ
アリングの配置と同様の方法により、その周辺部
に沿つて設けられた軸２２は、ベアリングハウジ
ング２５内の溝２４中に支持された適当な形状の
シールリング２３の接触面２３Ａと線接触してい
る。水力機械２０の一部を形成するリングギア２
６を有する歯車装置の下方には円形溝２７がベア
リングハウジング中に形成されており、該リング
ギア２６上には軸２２の上端より突出されたフラ
ンジ２２Ａが載置されている。該溝２７中には上
方にばね付勢されたシールリング２８が、リング
ギア２６の下方に線接触するまで支持される。加
圧流体はベアリングハウジング２５の通路２５Ａ
を介して二つのシールリング２３，２８間に形成
され空間２９中に供給されるようになつている。

発生する力成分は第２図においては、点線矢印
で示され、この第２図より明らかなように、この
成分力はピストン２１がベアリングに対してかか
る力に対向する方向のものである。このように、
何等他のローラベアリングを用いることなしに軸
２２に完全に装着することができる。

第３図には、互いにある距離を有して設けら
れ、軸３０上に固着されたスリーブ３１が示さ
れ、このスリーブ３１は、中間が凹んだ二つの球
面ベアリング面３１Ａ，３１Ｂを有し、このスリ
ーブ３１により軸３０が水平に軸承されている。
組立て状態において互に連結され得る二つのベア
リングハウジング部分３２Ａ，３２Ｂにより形成
されるベアリングハウジング３２は流体を受入れ
る室３３を構成し、この室３３中に流体は通路３
４を介して流入する。室３３の両端部には端壁３
３Ａ，３３Ｂが形成されており、この端壁３３
Ａ，３３Ｂに対して側部３５Ａ，３６Ａの一方で
シールリング３５，３６を夫々支承することがで
きる。これら端壁３３Ａ，３３Ｂは、それらが角
度位置、好ましくは傾斜位置をスリーブ３１の軸
３０の対称軸線３０Ａに対して取り得るように配
設されている。線接触面を有する二つのシールリ
ング３５，３６は夫々の球面ベアリング面３１
Ａ，３１Ｂの周辺で支持されている。互いに関連
して二つのベアリングハウジング部分３２Ａ，３
２Ｂを連結することにより、流体の圧力が一定の
時には、ベアリングにかかる力はその大きさのみ
ならずその方向も変えることができる。二つのハ
ウジング部分３２Ａ，３２Ｂを一体部材として連
結することによつてのみ、ベアリングにかかる力
の方向を変えることができる。第３図においてこ
の力の一例を矢印で示してある。

ベアリングハウジング内に設けるかわりに軸上
に設けることにより同様の室中にリングを軸承す
ることができる。この時、油等が通路を介して軸
中に供給され得る。

第４図は、半径方向に負荷が加えられた回転軸
４０を支持するためには本発明がとどのように利
用されるかを示すものであり、線シール作用を行
なうばね付勢されたシールリングを有する静力学
的ベアリング用の自動調心ベアリング構造の考え
られ得る構成が示されている。数多くのベアリン
グ部材４２が軸４０のまわりに遊星的に配置さ
れ、均衡のとれた圧力を与えるために共通の圧力
源に通路４３を介して接続されている。調節ナツ
ト４５を有する図示されたボルト４４は、ベアリ
ング本体４２に対して軸４０の位置を連続的に正
常化し、軸４０がベアリング本体４２に近づけ
ば、圧力バランスのために入口部分の流通面積を
増大する。この時油圧はシールリング４１内部の
ポケツト４６内で増大し、軸４０上にかかる負荷
とシールリング４１内の油圧とがバランスするま
で軸４０は引上げられる。

軸４０に対してボルト４４を押圧するばね４８
を納める蓋４７はボルトに沿つてナツト４５を調
節し得るように着脱自在にされている。

図示された原理により、軸４０の回転中心の決
定を非常に正確に行なうことができ、負荷が大き
く変化したとしても非常に小さな制限変化内にそ
の中心を保つことができる。また、回転円板がベ
アリング面を有し、シールリングを有する数多く
のベアリング本体がこの円板に対して作動するよ
うなベアリング、スラストベアリング、例えばプ
ロペラスラストベアリング、タービンエンジン等
のスラストベアリングに上述の種類の自己調心ベ
アリング構造を適用することもできる。

ベアリングハウジング５２に固定されたベアリ
ング内に設けらたくぼみ５１中に設けられたシー
ルリング５０は第５図に示されており、ハウジン
グ５２とシールリング５０間に設けられたばね５
３により、シールリング５０は、ほぼ平坦なベア
リング表面５５を有する負荷の加わつた可動本体
５４に対してばね押圧されている。油はベアリン
グハウジング５２内の通路５６を介してベアリン
グに供給することができ、この通路は、くぼみ５
１内のシールリングの中心に連通されている。ま
た、このシールリング５０は他の図面に示される
他のリングと同じく、これが有するベアリング面
に対して線接触面で支承している。

第５図に示されているものと同様の構造のもの
が第６図乃至第７図に示されているが、第６図乃
至第７図のものは、負荷が加えられている可動本
体６０，７０のベアリング面が凹状ベアリング面
６１と凸状ベアリング面７１を有するものであ
る。

第８図は、中心軸線に沿う油供給路８１を有す
るピストン８１の一端がシールリング８２の形状
に適合する凹部８３にどのように配置されるかを
示すもので、それにより、シールリング８２は第
２１図に示される状態でベアリング面に対して軸
支作用を行なうことができ、流体静力学的ベアリ
ング空間を有するベアリングを形成する。

ピストン９０用のシリンダ空間を有するベアリ
ング本体９１中に移動自在に装着された回転ピス
トン９０は第９図に示されるように、凹部９３内
のシールリング９２の対称軸９４に対して角度位
置を有している。

第１０図乃至第１２図には、シールリング１０
０，１１０，１２０が示され、これら各シールリ
ングは、ベアリング本体１０１，１１１，１２１
により支持され、ベアリング面１０３，１１３，
１２３に対し、これに沿うシール面１０２，１１
２，１２２を有する線接触のベアリングである。
従つて、ベアリング面１０３，１１３，１２３の
垂線とシールリング１００，１１０，１２０の頂
面とがなす角度は90度に等しいかそれより大とな
るようにされている。

第１３図乃至第１４図は、フランジを有する回
転軸１３０，１４０に作用する軸方向の力を与え
るためにベアリングの原理がどのように利用され
ているかを示している。シールリング１３１は、
軸１３０のまわりで同心的に示され、その結果生
じる力は矢印で示すように軸の中心に引上げ方向
に作用する。第１４図に示すシールリング１４１
は軸１４０に対して偏心位置に配置され、その結
果生ずる力は軸の側部方向に平行になるように変
位している。

第１５図乃至第１６図には、夫々シールリング
１５２，１６２の直径に沿つて示されているよう
に、シールリング１５２，１６２が平面又は曲線
状ベアリング面１５１，１６１と接触するように
された二つのベアリング１５０，１６０における
圧力分布が示されている。

二つのベアリング１７０および１８０は第１７
図および第１８図に図式的に示されており、その
ベアリングの内の一方は軸１７１の外側部と共働
するシールリング１７２を示し、他方はベアリン
グハウジング１８２の内面１８１と共働するシー
ルリング１８３を示している。図において、適当
な角度位置状態が示され、シールリングとそれと
共働し得るベアリング面間に線接触のベアリング
を創製するには角度γが角度Ｏより大となるよう
な法則が有効である。

第１９図には、ベアリングをローラベアリング
とした水力ポンプ１９０の駆動源の断面図が示さ
れている。

第２０図には、第１９図に示される駆動源と類
似の駆動源におけるベアリングがどのように本発
明に係るベアリングである流体静力学的ベアリン
グ２０１，２０２と部分的に置き換えられている
かを示している。

このような駆動源のピストン２１２と枢着フラ
ンジ２１３のベアリング２１０，２１１が第２１
図に拡大図として示されている。

摺動フエルール２２０およびシールリング２２
１を有するピストン２２２が第２２図に示されて
いる。

本発明に従つて作られたシールリング２３１に
おける力の均衡状態は第２３図に示され、図中シ
ールリング２３１はベアリング２３０により支持
され、第２ベアリング本体２３３のベアリング面
２３２で支承している。

図示の他のリングとは幾分異つた断面を有する
シールリング２４０は、軸２４３上で支持された
ベアリング部２４４のベアリング面に対して線接
触面２４１を支承し、ベアリング空間２４５およ
び包囲空気間で密閉している。

第２５図には、シールリング２５０を有し、突
出する球面ベアリング面２５３を支持する負荷の
かかつた可動ベアリング本体２５２と共働する支
持固定ベアリングポケツト２５１に本発明を適用
したものが示されている。

第２６図乃至第２９図に示される実施例におい
て、ベアリングのシール効果を改善するために同
心的に配置した互いに内部に２又はそれ以上のシ
ールリングをどのように配設するかが示されてい
る。

第２６図には、夫々同心的に配置された二つの
シールリング２６０，２６１がベアリング面２６
３に対して支承するためベアリング本体２６２に
よりどのように支持されるかを示している。

二つのシールリング２７０，２７１を有するシ
ールリングの他の配置例は第２７図に示されてい
るが、これらリングは異つた高さを有し、共通の
ベアリング本体２７２により支持され、ベアリン
グ面２７３で支承されるようにしている。このよ
うに配置することにより今までに述べたものの配
置よりもより利用空間を少なくすることができ
る。

二つのシールリング２８０，２８１に関しての
配置状態は第２８図に示され、第２８図におい
て、内側シールリング２８０はその外径部におい
て接触面２８０Ａを有し、外側シールリング２８
１はその内径部において接触面２８１Ａを有して
いる。二つのシールリング２８０，２８１間のリ
ング状空間２８２はベアリング本体２８４の頂部
側と通路２８３によつて連通し、この通路２８３
はリング２８０と２８１の間の圧力を調整するた
めに利用される。空間２８６には通路２８５が連
通し、内側リング２８０が受入れられ支持されて
いる。二つのリング２８０，２８１はベアリング
面２８７に対してそれぞれそれら接触面２８０
Ａ，２８１Ａで支承している。

第２９図には三つのシールリング２９０，２９
１，２９２の配置が示され、二つのリング状空間
２９３，２９４がシールリング２９０，２９１お
よび２９１，２９２間に形成されており、各空間
には、ベアリング本体２９７中を伸延する通路２
９５，２９６が夫々設けられている。さらに、追
加の通路２９９が空間２９０に連通して設けら
れ、内側リング２９０がベアリング本体の外側で
受入れられ支持されている。通路２９５，２９
６，２９９は、内側リング２９０が受入れられ支
持されている二つのリング状空間２９３，２９４
および空間２９０内の圧力を個々に調整し示すも
のである。全てのシールリングは好ましくは共通
のベアリング面２９８に対して支承するように配
置されている。

第３０図には、その外径部３００Ｂにおいて接
触面３００Ａを有するシールリングが示されてい
る。このリング３００の円筒状外径部３００Ｂは
ベアリング本体中の対応凹部に近接嵌合せねばな
らない。このように図示されたリング３００は軸
方向に釣合がとれている。

さらに第３１図には別のシールリング３１０が
示され、このリングはその内径部３１０Ｂにおい
て接触面３１０Ａを形成している。このシールリ
ング３１０の円筒状内径部３１０Ｂはベアリング
本体中の対応凹部に近接嵌合せねばならない。こ
のように図示されたシールリング３１０も軸方向
に釣合がとれている。

第３２図の示されているシールリング３２０で
は、接触面３２０Ａは幾分後退している。それ故
に、このシールリング３２０は完全には軸方向に
釣合がとれていない。第３１図におけるシールリ
ング３１０は同様の方法でその内径に対応するよ
り幾分大きい直径で接触面を構成することができ
る。このシールリングもまた完全には軸方向に釣
合がとれていない。

本発明の機能は添付図面と共に述べた上述の記
載より明らかである。本発明の理念は、シールリ
ングにより所定方向に作用する力が与えられるこ
とが重要である。この力は現在の油圧、傾斜、リ
ングの軸径に比例している。

本発明により得られた先に述べた本発明の利点
に加えて、ベアリングはいかなる細い通路に対す
る他の物の中で不純物に対しそれほど敏感でな
い。この通路は、本発明に関するベアリングには
必要とされない不純物によりつまらされる。さら
にまた、本発明のベアリングは従来のベアリング
に比べて機械的にもすぐれており、高速回転、負
荷に対しても充分に機械的強度を有するものであ
る。シールリングの狭いシールリング表面によ
り、ベアリングは良い冷却効果を得ることができ
高速摺動により十分な負荷で安全作業が行えるも
のである。

本発明は添付図面と照らした上述の記載のもの
に限られることなく請求の範囲の記載の範囲内に
おいて変更可能である。