JPH05509379A - モジュール構造を有する、多重たわみパッド動圧スラスト及びジャーナル軸受 - 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】 玉、とユニ、先ＪＵＬ上コＬす　パ　′　スース　ト　ジ　−　ルミ帆曵！ｉ 本発明は動圧軸受に関する。動圧軸受においては、シャフトのような回転体は、 オイル、空気又は水といった圧力流体を介して静止軸受ノｆノドに支持される。

動圧軸受の利点は、回転体が移動するときに、回転体は流体の表面をスライドし ない点にある。その代わり、回転体に接触している流体は回転体に強く吸着され 、移動動作時には流体膜の高さ全体に渡って流体分子間で滑り又は剪断を伴う。

このように、回転体と流体の接触層とが所定の速度で移動すると、流体の厚みの 中間高さにおける速度は所定の割合で減少し、静止軸受ｔ４．１ドと接触してい る流体は軸受パッドに吸着されて移動しなくなる。回転体を支持することで生じ る荷重により軸受パッドが回転体に対して小さな角度を形成するようにたわむと 、流体はくさび形状の開口に引き込まれる。そして、流体膜に充分な圧力が生じ て荷重を支持する。以上のような事実は、従来の動圧ジャーナル軸受は言うまで もな（、油圧タービンや船舶のプロペラ／ヤフトに用いられるスラスト軸受でも 利用されている。

スラスト軸受およびラジアル（ジャーナル）軸受は、通常、軸の回りに互いに間 隔をあけて置かれた分離型のシャフト支持パッドを備えていることが特徴である 。パッドが周囲に配置された軸は、スラスト軸受およびジャーナル軸受のいずれ においても、支持されるシャフトの長手方向軸に概ね一致している。この軸を主 軸と名付けることができる。

理想的な動圧軸受では、動圧くさびは軸受パッド面の全体にわたって延びており 、流体膜の厚みは荷重を支持するのに丁度よい大きさであり、軸受の主軸とシャ フトの軸は芯出しされており、くさびの先端および後端に近接している軸受／＜ ノド面両端から漏れる流体は最小限であり、流体膜はシャフトが回転を開始する とすぐに形成され、スラスト軸受の場合には各軸受７ｔフドは均等に荷重が与え られている。理想的な動圧軸受というのはまだ実現していないが、前記目的を個 々に実質的に達成する軸受は設計されており、最適な（さび形成が行われてｔ＼ る。

特定の実施例における“最適なくさび”とは、他にも要素はあるが、支持する荷 重の大きさによって決定される。大きな荷重が支持される場合には、比較的厚い 膜が必要さなる。それ以外の場合は、摩擦と摩擦に関連して生じるパワーロスと を減らすために、薄い膜が用いられる。

本発明は、概して、可動パッド軸受と呼ばれることもある動圧軸受と、その製造 方法とに関する。一般に、この櫂の軸受のパッドの取り付けられ方は、相対的に 動く部位間に潤滑剤からなるくさび膜が形成されるようにパッドが動くようにな っている。過剰な流体は好ましくない摩擦とパワーロスとを引き起こすので、流 体厚みは最大荷重を支持するだけあるのが好ましい。最適なくさび形成時にはそ のようになる。パッドがパッド表面前方に位置する点を中心に揺動又はスイング 動作を伴いながら移動し、軸受の摩擦がくさびを開かせる傾向を有するのが基本 的な性質である。くさび形成が最適になると、くさびはパッド而全体にわたって 形成される。さらに、くさびは、可能な限り最低の速度時に、理想的にはシャフ トが回転開始するとすぐに形成される。

トランブラーに与えられた米国特許３，１０７，９５５号は、パッド面の前方に 位置する点を中心にして揺動あるいはスイング動作を伴いながら移動するビーム を有する軸受の一例を開示している。なお、ビームは輪受パッドに取り付けられ ている。この軸受は、他の多くの先行技術の軸受と同様に、パッドたわみの２次 元モデルにのみ基づいている。その結果、最適なくさびは形成されない。

ホールに与えられた米国特許２，１３７，４８７号は、可動バンドを有しており 、パッドが球面に沿うて滑ることで動圧くさびを形成する動圧軸受を示している 。それでは、多くの場合にバ１ドは固着してしまい、パッドに対応してできるは ずのくさびが形成されない。グリーンに与えられた米国特許３，９３０，６９１ 号では、エラストマーを用いて揺れ動作を与えているが、これは汚れや劣化に対 して弱い。

エトンオンに与えられた米国特許４，０９９，７９９号は、非一体型片持ちぼり に取り付けられた弾性パッドを用いた気体軸受を開示している。この軸受は、長 方形の片持ちばリビームに取り付けられたパッドを用いて、パッド面と回転／ヤ フトとの間に潤滑くさびを発生させている。スラスト軸受とラジアル（ジャーナ ル）軸受の両方が開示されている。

本願発明者のイブの米国特許４．４９６．２５１号では、網状の靭帯を有し、く さび形状の潤滑剤膜が相対的に動く部位間で形成されるようにたわむパッドを開 示している。

同じくイブの米国特許４，５１５，４８６号は、動圧のスラストおよびジャーナ ル軸受を開示している。この軸受は多数の軸受パッドを備えており、各パッドは 、ゴム弾性材料により互いに固着された別個の面部材と支持部材とを有してぃイ ブの米国特許４，５２６，４８２号は、プロセス流体潤滑用であることを主とし て意図されている動圧軸受、すなわち特別の潤滑流体ではなく一般的に用いられ る流体内で作動するように設計された軸受を開示している。この動圧軸受は、軸 受の他の部分よりも動きゃすい荷重受は血中央部を育している。そのため、この 軸受は荷重が加わるとたわみ、流体圧力ポケットを形成する、あるいは偏心性を 変更する。

本願は、特に動圧スラスト及びジャーナル軸受に関するものである。この軸受の くさびが最適な状態である場合、スラスト軸受において円周方向に間隔を空けて 配置された各パッドにかかる荷重は実質的に等しくなる。

現在においては、最も広く使用される動圧スラスト軸受は、いわゆるキックスベ リ・シュータイプ軸受である。キックスベリ・シュータイプ軸受は、揺動ツユ− と、シャフトと一体回転しシューに荷重を与えるスラストカラーと、シューを支 持するベースリングと、内部軸受エレメントを内部に含みかつ支持するハウジン グと、潤滑／ステムと、冷却Ｖステムとを含んでおり、複雑な構造になっている 。このような複膿な構造の結果、キックスベリ・ン二−タイプ軸受は通常は極め て高価なものとなる。

複雑なキックスベリ・ンユータイブ軸受に代わるものとしては、一体支柱型軸受 があり、これは深井戸ポンプに特に用いられる。この軸受は比較的単純な構造で あり、砂型鋳物又は他の原始的な製造技術により普通は形成される。この軸受の 構造は、厚い内側円周突起を有するフラットペースと、ペースから横切るように 延びる複数の剛性支柱部と、中央部が各剛性支柱部に当たるスラストパッドとに より特徴付けられる。

本願発明者は、周知の剛性支柱型軸受とキノゲスベリ・７ユータイブ軸受とは共 に、それらの特徴である中心ピボットが軸受の効率を低下させていることも発見 した。また、剛性中心ピボットのためＩこ、キノゲスベリ・／ニータイプ軸受と 支柱型軸受のいずれも、自由度６でたわむことで最適なくさびを形成することが できない点にも注巨すべきである。このように幾つかの事例では、先行技術の軸 受は、自由度６になるように成形又は設計されていないために、得られる性能に は限度がある。

先行技術の動圧軸受に関する問題は、本願発明者であるイブに与えられた米国特 許４，６７６．６６８号で述べられた軸受構造によりかなりの程度解決されてい る。この軸受構造は、支持部にプレスばめされた複数の分離型軸受パッドを含ん でいる。軸受パッドは、３方向に可撓性をもたらす少なくとも１つの脚部によっ て支持部材から間隔が空けられている。動作平面に可撓性を与えるために、脚部 は内側に傾いており、パッド面の前方に円錐の頂点又は交差点がある円錐形を形 成する。各脚部の断面係数は所望の動き方向に比較的小さくなっており、ミスア ライメントを補償するようになっている。これらの開示内容は、ジャーナル及び スラスト軸受の両方に適用され得る。

本願発明者による先の特許で開示された構造は当該技術分野においては大きな前 進をもらした一方で、商業的生産の見地から改良点があることが分かっている。

たと丸ば、軸受パッドの形状は比較的複雑である。その結果、大量生産、ラジア ル（ジャーナル）軸受での使用、減衰などを行うのが幾分困難になる。

さらに、各軸受パッドが一体になっているので、軸受の特定の部分で必要な材料 の最も高価なものから全体の軸受バ・ラドが製造されなければならないことがあ る。一体型構造は、さらに、特定の軸受パッドの性能特性を変更することも困難 にする。このことにより、各タイプに対して異なる軸受パッドが必要になり、そ のために軸受部品を標準化（すなわち、各タイプの翼なる形状において標準部品 を使用すること）が行われにくくなり、さらに標準化から生じるコスト及び他の 商業的利点を達成しにくくなる。パッドをキャリアにプレスばめすると、軸受の 組立が複雑になる。さらに、プレスばめをすると、軸受パッドを容易にキャリア から取り外せない。これは、故障が生じた際にキャリア（軸受の最も重要な部分 ）の再使用を廣雉にする。

さらｌ二また、この輪受は１つの作動モードでのみ最適に働き、軸受のたわみ特 性を能動的に制御できない。

兄囲塁塁１ 本発明は、各々に円周方向に間隔をあけてキャリアに取り付けられた複数の分離 車軸受パッドを含むタイプの動圧スラスト及びジャーナル軸受の改良に関する。

本発明は、概して、パッドとキャリアの設計の改良に関する。

概念的には、本発明の軸受バッドとキャリアとは、以下のことを念頭において設 計されている。すなわち、パッドとキャリアを堅い１個の材料として扱い、次に その堅い材料に、設計荷重下で望ましくたわむように構成材料を取り除くか加え るかを選択する。無数の設計が可能であることは容易に理解されるに違いない。

ここで述べられる構造的な特徴は、構造的条件が許せば他のいかなる軸受パ。

ドにも概ね用いることができる点が重要である。

本発明は、回転シャフトを支持する動圧スラスト及びジャーナル軸受を特に提供 する。この軸受は、複数の穴又はその他の開口が形成されたキャリア部材と、キ ャリアの穴内に固定された複数の軸受パッドとを含んでいる。キャリア部材の穴 は、所定の軸の回りに対称に配！されている。各軸受パッドは、パッド面を有す るパッド部と支持部とを有している。支持部は、第１支持構造と箪２支持構造と 第３支持構造とを含んでいてもよい。本発明の一見地によれば、パッド部は支持 部の第１支持構造に取り外し可能に固定され、第３支持構造は複数の穴又は開口 の一つに取外し可能に固定され得る。さらに、キャリアは、取り付けられた分離 型パッドを支持するばね又は他の可撓性支持部材を配置するような形状を取り得 る。その場合、パッドは分離した支持部分を有していても有していなくてもよい 。たとえば、キャリアは、各パッドを薄いビーム又は膜支持部で支持するように 、切欠き及び溝の両方又は一方が形成されてもよい。ビーム又は膜部は、望まし い場合には粘性減衰が可能である。各軸受パッドの支持部は荷重がかかるとたわ むようになっており、それによりパッド部のパッド面が回転シャフトに対して動 圧くさびを形成させる。支持部は様々な異なる形状を有することができる。たと えば、中空の錐台、錐台から形成された攪数の脚部、円筒部材から形成された脚 部及び空洞の日間部材から形成された脚部である。

本発明の構造は、先の分離型パッド軸受構造に関する不利な点を除去する。その ために、支持構造に軸受パッドを取外し可能に固定するためのねじ又は同様なタ イプの接続部材を有するモノニール軸受パッドを含む軸受を提供する。支持構造 には、対となって接続される接続手段が設けられている。支持構造は他端にねし 又は同様な接続部材を有することができ、その接続部材が支持構造を対となるも う一方の接続部材に取外し可能に固定され得る。対となるもう一方の接続部材は 、軸受の組立及び分解を助けるためにキャリアに設けられている。軸受／スツド 部のパッド面は、硬化ゴムといった別の材料によって被覆されてもよいし、ノイ 。

ド面は炭化珪素といった高性能材料分離パッド挿入部を有していてもよい。個々 の軸受パッドがモジュール構造になる結果、標準化が大きく進む。具体的には、 たとえば標準軸受パッド支持部分と軸受パッド部との組み合わせを異ならせるこ とにより、標準部品がいずれの軸受の性能特性を変更するのにも使用可能になる 。はとんど全ての形状の軸受パッドを使用することができ、さらに分離型軸受１ ＜ノドではなく連続した軸受バッドリングを用いることが可能となる。さらに、 標準部品は製造するのがはるかに容易な形状を有している。標準化部品の使用は 、顧客の要求にかなうように性能変更するのを容易にする。その上、モジュール 構造は、特定の部分に必要な高価な高性能材料を、パッド全体ではなくその部分 にだけ用いることができるので、軸受パッドのコストが低くなる。

本発明の他の見地によれば、軸受バ１ドの支持部は変形された支持構造を含んで いてもよい。この変形された支持構造では、第１支持部は、所定方向に予荷重が かかるように又は傾くように非対称に孔があけられた連続膜に装着されている。

第１支持部そのものは、単一の比較的剛性の高いビーム、又は下部又は上部ある いはその両方を切欠かれて荷重がかかると所定方向に揺動するようになっている 筒状部材を構成するように単純化され得る。さらに付は加えると、軸受ノ＜−１ ドを所定方向に傾かせるように膜部に形成された孔又は開口は、軸受パッドをキ ャリアに対して正確に配置するようにキャリアに取り付けられた位置決めビンが 嵌まる位置決め開口部として機能することもできる。この改良された軸受ノイ１ ドは、本発明者による先の特許で述べられた比較的？１１１１なスツールタイプ 軸受、イ、ドに比べて大量生産が容易である。

他の変形例において、支持構造の第１支持部を円錐台形にできる。このような構 造は、靭帯タイプ構造に比べて製造が容易でありかつ耐久性が高い。錐台タイプ の第１支持部はパッドの剛性を高める。つまり、錐台構造は大きな荷重がかかる 場合に適している。

本発明は、コイン状パッドといった堅い非たわみノ＜ブトを用いる分離型ノ（、 ド軸受にも関している。このようなパッドは、くさび形成を調整するために形状 又は大きさを変丸られる材料から形成され得る。非たわみｔ＜、ｙドは、ビーム に取付けられたパッド支持面を含むキャリアに取り付けられており、そのために ノイアドそのものはたわまないが、パッドが支持される面はたわんでパッド面姿 勢を調整して適切な（さび形成を行う。

本発明は、さらに、本発明の軸受パッドを支持するこのようなたわみ可能なキャ リアの使用に関する。

本発明はさらにあり溝式モジュール軸受構造に関する。この軸受構造では、キャ リアにはあり溝が形成されており、軸受パッドはあり溝に嵌まるあり部を有して いる。このようにして、軸受パッドは取り外し可能にキャリア内に止められてい る。軸受パッドは、パッド部とあり部を有する支持部とを含んでいる。パッド支 持部とキャリアの両方又は一方は、軸受パッド部をたわみ可能に支持する。概し て、あり溝構造は、ラジアル（ジャーナル）軸受に最も適している。

本発明はさらに、２又はそれ以上の別個の作動条件セフ）、すなわち作動モード において最適に作動する多重モード軸受に関する。多重モード軸受は、２又はそ れ以上のタイプの軸受パッドをキャリアに設けることで実現される。たとえば、 パッドの１セツトは低速での高荷重支持用に設計され、／スアドの他のセットは 高速で低荷重支持用に設計され得る。各タイプのパッドは、キャリアの円周回り に均等に分配配置される（円周言回に間隔を開けている）。ある構造においては 、低荷重支持用に設計されたパッドはシャフトの被支持部にわずかに接近してお り、そのため低荷重時に低荷重支持用パッドのみがシャフトを支持するように働 く。荷重が高（なると、これらのパッドは／セットから離れるようにたわみ、別 のグループのパッドが／セットを支持する。このような効果をもたらす一つの方 法として、低荷重用パッドを、キャリアの高い荷重時にだわむ可撓性ビーム又（ を膿支持部に取り付ける。別の方法としては、ノイノド支持構造そのもの力（望 ましｔλようにたわむように設計できる。このようにして、軸受喜ヨ二、三又１ １それ以上の作動条件セットで最適にシャフトを支持できる。

本発明はさらに、能動的に又は動的に制御可能な軸受構造１こ関する。

本発明はさらに、いわゆる“インテリジエンビ又は“スマート”材料を軸受内に 用いて、能動的に又は動的にくさび形成を制御すること１こ関する。スマート軸 受構造は、各々が特定の機能を有する３タイプの部品を結合してなる。藁１部材 は、軸受パッドの核となる構造部品である。構造部品は、鋼、青銅、アルミニウ ム、セラミ、クス、プラスチック又は軽量複合物と０つた構造材料力）らなり、 軸受支持部の枠組み又は骨格を形成する。第２部品は、センサ部品である。セン サ部品は、動圧くさびの性質を示す温度や圧力の変化及び状態を検知してモニタ するような目的に合わせた材料からなる。以上の機能を行うこと力（できる材料 （裏、石英水晶といった圧電材料と、特定のポリマーと、ＴＥＲＦＥＮＯＬとを 含んでいる。いわゆるスマート軸受の３番目の部品は、作動部品である。作動部 品Ｃよ、最適なくさび形成を行うように、拡張したり縮小したりその剛性を変更 したりする。このことが可能な材料としては、圧電材料と、電界の存在ζこよっ て粘性を変更する電気流動（ＥＲ）流体（電界の強さによって自由流動液体から 疑似固体に素早く変化することができ、剛性を選択できる）と、磁界↓こざらさ れると寸法を大きく変えるたとえばＴＥＲＦＥＮＯＬといった磁気歪み希土合金 とを含んでいる。

上述したように、用いられるスマート材料は、圧電材料や電気流動（ＥＲ）流体 を含む。別のそのような材料として、環境の変化（たとえば気圧化学変化）を検 知でき、検知された変化に応じて動く又は別の物理的変化を行う電気セラミック 材料がある。たとえば、鉛ジルコニウムーチタンに基づｔまたデノイイスカ（作 られており、これらは圧力にゴムのようにしたがって変化する。このよう１こし て、本質的には堅いセラミックデバイスが振動を跳ね返すより１よむしろ吸収す るようｊこ作られ得る。

別の役に立つ材料はいわゆる形状記憶金属である。形状記憶合金１よ、転移１１ ｉ度と呼ばれる点を超えて加熱されると、ある形状から元の形状に変化する。こ のような形状記憶金属は複合材料に用いることができ、温度が変化し閉じ込めら れた合金が先の形状に戻ろうとすると、回りを囲む複合物が内部からの動きに抵 抗する。次に、この抵抗が複合物の機械的性質、たとえば剛性及び振動する際の 周波数を変化させる。最もよく知られた形状記憶金属は、ニッケル−チタン合金 にチ／−ル）である。

本発明の動的又は能動的制御軸受の構造部品は、ここで開示された他の軸受及び 軸受パッドに類似している。しかし、センサ部品と作動部品とが、軸受／ずノド や軸受構造やキャリア構造のたわみ特性や形状を動的に制御できるように設番す られている。−例では、センサ部品と作動部品とはフィートノイックシステムで 用（嵐られ、センサにより検知された物理的状態は作動部品を制御するのに使わ れる。

たと丸ば、センサ部品と作動部材の両方は、圧電材料といったスマート材料から 構成され得る。箪１圧電材料は圧力を検知し、フイードノイ１り増幅器に送られ る信号を作る。フィードパ１り増幅器は１．ｆルス又は信号を処理し、作動部品 力ｆ拡大又は縮小するように電圧を送る。作動部品が自ら拡大又は縮小す伺こつ れで検知される状態を変更して、平衡状態をもたらす。

本発明の軸受は、適した材料であればどれからも形成され得る。最も考慮しなけ ればならない点は、適切な（さび形成を行うためには支持構造は変形ではなくた わまなければならないということである。このように、変形は許容され得るし時 には望ましいこともある一方で、適切なくさび形成は主としてたわみによって行 われる。

区ｉ囚１星立説■ 図ＩＡは、本発明に係るスラスト軸受構造の側方断面図である。

図ＩＢは、図ＩＡの輪受構造の部分上面図である。

図ＩＣは、本発明に係るジャーナル軸受構造の部分的に切欠かれた斜視図である 。

図ＩＤは、断面を有する、図ＩＣに示されたタイプの軸受の部分端面図である図 ２は、本発明に係る第１モジユール軸受パツドの側面図である。

図３Ａは、キャリアに組み込まれたモジュール軸受パッドの断面図である。

図３Ｂは、本発明に係る別のモジュール軸受パッドの断面図である。

図３０は、本発明に係る円錐台形又は錐台形状の軸受パッドの斜視図である。

図３Ｄは、破線で隠れた断面の線が示された、図３Ｃの円錐台形軸受パッドの側 面図である。

図３Ｅは、本発明に係る別の円錐台形軸受パｙドの斜視図である。

図３Ｆは、図３Ｅの円錐台形軸受パッドの断面図である。

図４Ａは、本発明に係る円筒軸受パッドの断面図である。

図４Ｂは、本発明に係る別の円筒軸受パッドの断面図である。

図４０は、破線で隠れた線が示された、図４Ｂで示す線に沿って切られた図４Ｂ の軸受パッドの断面図である。

図４Ｄは、破線で隠れた線が示された、本発明に係る別の軸受パッドの底面図で ある。

１ｉｉｉ１４Ｅは、図４０の円筒軸受パッドの断面図である。

図５Ａは、本発明に係る中空間状軸受パッドの断面図である。

図５Ｂは、破線で隠れた線を示す、図５Ａの軸受パッドの底面図である。

図５Ｃは、図５Ｂに示された線から見た、図５Ａ及び５Ｂの軸受パッドの側面図 である。

図５Ｄは、本発明に係る別の中空筒状軸受パッドの断面図である。

図５Ｅは、破線で隠れた線を示す、図５Ｄの軸受パッドの底面図である。

図６Ａは、軸受パッドの位置決めを行う位置決めポストを有するキャリア部材の 上面図である。

図６Ｂは、図６Ａの線に沿って切った図６Ｂのキャリア部材の断面図である。

図６０は、図６Ｄのキャリア部材の上面図である。

図６Ｄは、位置決め突起を有する別のキャリア部材の断面図である。

図７は、本発明に係る、キャリア上の軸受パッドの配列を示す上面図である。

図８は、本発明に係る別の軸受パッド配列の上面図である。

図９Ａは、キャリアに装着された一体型軸受パッド構造を含む軸受の上面図であ る。

図９Ｂは、図９Ａの輪受の側方断面図である。

図１ＯＡは、本発明に係る連続軸受リング構造を含む軸受の上面図である。

図１０Ｂは、図１ＯＡの軸受の側面図である。

図１０Ｃは、荷重がかかっていない状態での、図１ＯＡの構造の概略図である図 １０Ｄは、荷重がかかりたわんだ状態での、図１ＯＡの構造の概略図である図１ １Ａは、モジュール軸受パッド支持構造の側面図である。

図１１Ｂは、別のモジュール軸受パッド支持構造の側面図である。

図１２Ａは、ねじ式モジトル接続部材の詳細な側面図である。

図１２Ｂは、ロック・スプライン式モジュール接続部材の詳細な側面図である図 １２Ｃは、図１２Ｂのロック・スプライン式モジュール接続部材の上面図である 。

図１２Ｄは、軸受パッドがペース上にモールドされたベースとは異なる材料を有 する、ねじ式接続部材を有するモジトル軸受パッドの側方断面図である。

図１２Ｅは、モジュール円錐台形軸受パッド支持構造部品の側方断面図である図 １２Ｆは、パッド挿入部が軸受パッドに支持されているモジュール軸受パ。

ド部品の一部切欠かれた側面図である。

図１３Ａは、ビーム装普盟牛ヤリアと複数の軸受パッドとを含む軸受の側方断面 図である。

図１３Ｂは、図１３Ａの軸受の１つの軸受パッドの底面図である。

図１４Ａは、ビームに装着車キャリアと複数の円錐台形軸受パッドとを含む軸受 の一部が切欠かれた側面図である。

図１４Ｂは、図１４Ａの軸受の斜視図である。

図１５Ａは、複数の軸受パッドを支持する、ビーム装着型キャリアを含む軸受の 部分的に切欠かれた側面図である。

図１５Ｂは、図１５Ａの軸受の斜視図である。

図１６Ａは、複数の軸受パッドを支持する、ビーム装着型キャリアを含む軸受の 上面図である。

図１６Ｂは、図１６Ａの軸受の断面図である。

図１７Ａは、本発明に係る多重モート′軸受の断面図である。

図１７Ｂは、図１７Ａの多重モード軸受の上面図である。

図１７ｃは、図１７Ａの多重モード軸受の底面図である。

図１８Ａは、本発明に係る別の多重モード軸受の断面図である。

図１８Ｂは、破線で隠れた流体通路を示す、図１８Ａの軸受の上面図である。

図１９Ａは、内蔵された電気リード線を有する位置決め突起を含むキャリアの一 部分の上面詳細図である。

図１９８は、内蔵された電気リード線を有し図１９Ａのキャリアに装着されるよ うになっている軸受パッドの斜視図である。

図１９Ｃは、モジュール軸受パッドに用いられるスマート軸受パッドの側方断面 図である。

図１．９　Ｄは、本発明に係る、調整可能な剛性を有する支持構造の一部切欠き 側面図である。

図１９Ｅは、本発明に係る、調整可能な剛性を有するキャリアの断面図である図 １９Ｆは、本発明に係る、調整可能な剛性を有する軸受パッドの一部断面の側面 図である。

図２０Ａは、本発明に係るモジュール式ラジアル軸受のあり溝形の側面図である 。

図２０Ｂは、図２０Ａの軸受に用いられる軸受パッドの部分斜視図である。

図２０Ｃは、変形例としての軸受パッドの側面図である。

図２０Ｄは、別の軸受パッドの側面図である。

図２０Ｅは、軸受パッドの別の形態の側面図である。

図２１は、２つの脚部を有するビームに装着車キャリアを有する、本発明に係る スラスト軸受の上面図である。

図２２は、図２１のスラスト軸受の側部断面図である。

図２３は、図２１の軸受の底面図である。

図２３Ａは、図２１の軸受の変形例の底面図である。

図２４は、ｒｌ：ｉ２１の軸受の原型部分の斜視図である。

図２５は、本発明に係る別の軸受の断面図である。

図２６は、本発明に係る別の軸受の断面図である。

図２７は、ビーム装着型キャリア構造を有する、本発明に係る別の軸受の側部断 面図である。

図２８は、図２７の軸受構造の上方断面図である。

図２９は、ビーム装着型キャリア構造を有する、本発明に係る別の軸受構造の側 方断面図である。

図２９Ａは、ビーム装着型キャリアを有する、本発明に係る別のスラスト軸受構 造の断面図である。

図２９Ｂは、図２９Ａの軸受の断面図である。

図３０は、図２９の軸受ｌｉｆ造の上部断面図である。

図３ＯＡは、図２９Ａの軸受の上面図である。

図３０Ｂは、図２９Ａの軸受の底面図である。

図３１は、本発明に係る別のあり連成ジャーナル軸受構造の側面図である。

図３１Ａは、図３１に示された軸受の一部分の半径方向断面図である。

図３２は、本発明に係る別のジャーナル軸受構造の側面図である。

図３２Ａは、図３２の軸受の半径方向断面図である。

図３３は、本発明に係る別のあり連成ジャーナル軸受構造の側面図である。

図３３Ａは、図３３の軸受の外周部分の一部分詳細図である。

図３３Ｂは、図３３の軸受の断面図である。

図３３Ｃは、図３３の軸受の別の断面図である。

図３４は、本発明に係る別のあり温式ジャーナル軸受の側面図である。

図３４Ａは、図３４の軸受の外周部分の一部分の詳細図である。

図３４８は、図３４の軸受の断面図である。

図３４Ｃは、図３４の軸受の別の断面図である。

図３４Ｄは、図３４の軸受の別の断面図である。

図３５は、襦合盟ラジアル・スラストキャリアを宵する、本発明に係る軸受の側 面図である。

図３５Ａは、図３５の軸受の断面図である。

図３５Ｂは、図３５の軸受の別の断面図である。

艮面皇星細し工皿 図ＩＡ〜図ＩＤは、本発明の一般的な状況、すなわちスラスト又はジャーナル式 の動圧軸受を示しており、この動圧軸受は、たとえば穴のような複数の開口を有 するキャリア部材ＩＱと、開口に装着された複数の軸受パッド部材２ｏとを含ん でいる。軸受パッドは、たとえば図ＩＢ、図ＩＣ，図７〜図９１図１６．図１７ Ｂ及び図１８８に示すように円周方向に間隔を空けて配置され得る。

以後の議論中では、ここで開示された軸受パッドはいずれも、図ＩＡ〜図ＩＤで 概略的に開示された方法でスラスト及びジャーナル軸受のいずれにも使用可能で あり、又は容易に使用可能に作り変えられる点を心に止めておく必要がある。

このように、いくつかの事例はスラスト軸受構造に用いられる軸受パッドを示す 特定例であるが、その軸受パッドはラジアル軸受構造でも使用可能である。この ように、また、ラジアル軸受においても、スラスト軸受と全く同様な方法で可撓 性キャリア構造を設置することができる。

図ＩＡ及び図ＩＢに示されたような環状のディスク状キャリアに円周方向に間隔 を空けた穴を形成することは、当然簡単なことである。他方で、図１０及び図１ ０に示されたタイプのジャーナル軸受に放射状に配置された円筒穴を形成するの は、若干問題を有している。このような穴を設けるのに最も簡単な方法は、キャ リアｌＯ全体に穴を放射状に貫通させて形成することである。いくつかの事例で はこの方法は望ましくなく、その場合には図ＩＤに示すような２バートキヤリア を用いることができる。図１０に示すキャリアは２つの日間部材、内側円ｒ１５ Ｎ材１０Ａと外側円１１ｆｆ部材１０Ｂとから構成されている。内側円間部材１ ０Ａには、軸受パッド２０が取付可能な複数の半径方向を向いた穴が形成されて いる。外側円筒部材１０Ｂは連続しており、それによって軸受パッドを後ろから 押さえる又は支持しており、また連続外周面となっている。２つの日間部材１０ Ａ及びｌＯＢは、１ユニツトとして作動するように互いに固定されている。図Ｉ Ｄは別の部材からなるパッド挿入部ＰＩを有する新しい中空間状軸受パッド２ｏ を示している。パッド挿入部ＰＩについては後に詳細に説明される。

図２は、本発明の一見地に係る変形例としての軸受パッド構造を示している。

この軸受パッドは、主としてパ、ド部２３と支持部２７とを含んでいる。パ、ド 部２３は、パッド面２３ｓを含んでいる。軸受パッド２ｏの支持部２７は、少な くとも１つの東！支持部２７１と、第２支持部２７２と、第３支持部２７３とを 含んでいる。支持部は、複数の傾斜した脚部２７１と、外側に延びる第２支持部 ２７２と、急角度で折れ曲がった第３支持部２７３と含んでいる。複数の傾いた 支持部２７１は、パッド面の上方の一点に集中するように傾いており、中空の円 錐台形又は錐台の部分から形成された複雑な形状を有している。軸受パッドは、 概して、米国特許４，６７６．６６８号に開示された軸受パッドに類似している 。しかし、図２のパッド２０はその下側端部にねじ４ｏを有している。以下で詳 述するように、このようなねじが設けられることでパッドは取り外し可能にキャ リアに固定され、そのことはいくつかの場合で１ｒ利な点となる。

図３Ａ〜１８！ｆｆ３Ｆは、円錐台形又は錐台形状の軸受パッド構造の池の形管 を図示している。

図３Ａは、キャリア１０に装着された図２に示されたタイプの軸受パッドを断面 で示している。軸受パッドは、パッド部２３とパッド部が負荷時にたわむように 支持する支持部２７と含んでいる。図示された例において、支持部は、円錐台形 体から形成された複数の角度のついたビーム又は靭帯を構成する第１支持部２７ １を含んでいる。脚部又はビームは、パッド面の上方に位置する一点に向かって 傾斜している。支持部２７は、さらに第２支持部である環状膜２７２と、第３支 持部である急角度で折れ曲がった部分２７３とを備えている。軸受パッド２゜は 、軸受パッドの最下端に形成されたねじ４２によりキャリア１ｏ内に取り外し可 能に固定されている。同様に、軸受パッドの軸受パッド部２３は、支持構造２７ の最上部に形成されたねじ３ｏによって、支持構造２７に取り外し可能に固定さ れている。

図３８の軸受パッドは、図３Ａに類似しているがいくつかの点では異なる。墓１ の相違点として、ねじを有する連結ポスト３ｏは、軸受パｙＦ′部２３と支持構 造２７とを取り外し可能に連結するために用いられる。第２の相違点として、第 ２及び策３支持Ｎ２７２，２７３は互いに対して可撓性を有しておらず、すなわ ち急角度で曲がる部分として形成されている。

図３Ｃ及び図３Ｄは、円錐台形パッド２ｏの別の形態を示している。このパッド は図２１図３Ａ及び図３Ｂのパッドと、以下の点で異なる。１！Ｔ１支持部２７ １は、連続した中空の円錐台形形状の部材２７１であり、そのような形状の部材 から形成された複数のビームや靭帯ではない。第１支持部２７１を構成する連続 円錐台形形状は、パッド部２３の表面上方に位置する点に向かってテーパ状にな っている。さらに、円錐台形の第１支持部２７１は、単一の急角度で折れ曲がっ た部分２７３に支持されている。剛性の高い急角度折れ曲がり部２７３に加えて 第１支持部２７１の連続構造が、この軸受パッドの剛性を図２９図３Ａ及び図３ Ｂの軸受パッドの剛性をよりはるかに高（す颯。このような剛性の高いパッドは 、一般に高荷重の例において用いられる。特に示していないものの、軸受パッド 部２３が支持部２７と一体的に又は分離して形成され得ることは理解されるべき である。さらに、急角度で折れ曲がった第３支持部２７３は、たとえばねじ形状 の接続手段を有することができる。

図３Ｅ及び図３Ｆは、本発明に係る別の円錐台形状軸受パッドを示している。

この軸受パッドは、連続膜形状の第２支持部２７２を含む意思外で、図３ｃ及び 図３Ｄに類似している。後で詳しく述べるように、膜部は開口を設けることで複 数のビームに分割され得る。膜部又は他の形状の第２支持部２７２を設けること で、支持構造２７の可撓性が大きくなり（特に垂直方間に）、そのために図３Ｅ 及び図３Ｆの軸受パッドは図３０及び図３Ｄの軸受パッドより可撓性が大きい。

ここで述べられる軸受パッド形状はいずれもモノニール／ステムの一部として用 いたければそうできる。たとえば、パッド部と支持構造とを分離して接続可能部 品として形成しかつ支持構造をキャリアに取り外し可能に固定する手段を設ける ことで又はその一方を行うことで、モジュール／ステムの一部として用いられる 。

上述したように、本発明の一見地は軸受のモジトルＩｌａに関する。特に、ここ で述べられる軸受パッドのいずれにおいても、パッド部２３は、支持ｉ１＋２７ から分離して形成されかつ接続部を有することができる。この接続部は、支持部 側の対となる接続部材と協働して、輪受パッドを形成する製造中にパッド部を支 持部に取り外し可能ｌこ又は取り外し不能に固定する。図３Ａに図示された実施 例では、接続部材はパッド支持部の上端に形成されたねじ３ｏの影響をとってい る。

対となるねじ穴又はねじ受け部はパッド部２３に形成されている。かくして、パ ッド部２３は支持部２７上に取り外し可能にねじ止めされており、一つの軸受パ ッド完成品となっている。本来は、周知の対となる接続部材はいずれもパッド部 を支持部に接続するのに採用され得る。実際には、たとえば図２０Ａ〜図２０Ｅ 及び図３１及び図３２に示されたあり溝式軸受パッドは、接続部材上に設けられ たスナップといった非回転接続部材のみが用いられる。すなわち、ねじタイプの 接続部材は使用不可能である。さらに、パッドはパッド部に対して取り外し可能 にあるいは取り外し不能に固定され得る。取り外し可能に固定される際には、パ ッドは通常の方法で取り外し及び再固定を繰り返すことができる。たと尤ば、パ ッド部は支持部にプレスばめされ得る。パッド部は下部が支持部にロブクされ得 る（取り外し不能）。パッド部は支持部にキーで止められ得る（取り外し可能） ０パッド部をスナップばめできる（一般に取り外し不能）ポリマー又はゴムから なるパッド部が望ましい場合は、パッド部は支持構造上にモールド成形により又 は他の方法で直接に形成してもよい。接続部材の例は、図１２Ａ〜図１２Ｆで示 され以下で述べられる。

パッド部と支持部を分離して形成するのは、周知の一体型構造に対して大きな有 利点である。たとえば、標準パッド部と標準支持部が結合されて数多くの実用例 に用いられるのに適した多様な軸受パッドを提供できるように、翼なるパッド部 をいずれか特定の支持部に結びつけられる。かくして、標準軸受パッド部の所定 の数Ｘと標準支持部の所定のｖ！ｋＹとを設定すると、ＸとＹの積の数だけ軸受 パッドのバリエーノヨンが製造され得る。したがって、実質上、望まれる性能特 性はいかなるものでも得られる。モジトルンステムの多様性は、以下に述べるば ね状ビームに取り付けられたキャリアを用いることでさらに増大する。

標準パッド部と標準支持部とは、所望の性能特性を得るために、形状、材料及び 大きさを変更し得る。たとえば、パッドはポリマー材料、金属、セラミック又は 複合物から形成され得る。以下で詳細に述べられるように、パッド、支持構造及 びキャリアのいずれも又は全ては、′スマート”構造を有して、パッドが実際の 状態に応じて自ら！Ｉ！！でき、さらにこれらの部品が能動的に制御可能な構造 を育することができる。パッドの形状は、通常、製造及び性能について考慮され る点により決定される。通常は、図７〜図１０に示された形状が用いられる。し かし、パッドが別々に形成されるときにはいずれの所望の形状の製造もより節単 になる。たとえば、軸受全体がモールド成形できないときでもパッドはスタンピ ング又はモールド成形できる。

当然、パッドの形状は自身の可撓性に影響を与え、その結果として性能にも影響 を与える。一般に、はとんど連続した軸受面を有することが好ましい。それゆえ に、軸受が組み立てられる際にパッド同士がほとんど接触するようにパッドのサ イズを決めるのが通常は好ましい。

本発明に係る別の見地によれば、パッド支持構造２７は接続部材４ｏを最下端に 有することができる。この接続部材４ｏが、軸受パッド２ｏをキャリアに形成さ れた対となる接続部材を介して＋ヤリア１０に取り外し可能に固定され得るよう にしている。図３Ａに図示された実施例において、第３支持部２７３の外周にね じが切られており、キャリア内に対となるねじ受け穴が形成されている。この構 造により、軸受パッドはキャリアｌｏ内に容易にねじ止めすることができ、組立 が容易である。さらに、万一軸受パッドが故障すると、キャリア１０を取り外し て再度利用できる。キャリア１０は軸受パッドに比べて著しく重くて大きくて、 また材料コストの点でも著しく高価であるので再利用が重要である。軸受バ。

ドは今まではキャリアにプレスばめされていた。

もともと、対となっている接続部材の周知の形１はいずれも軸受バッド２ｏをキ ャリア１０に固定するのに用いられ得る。図１２Ａ〜図１２Ｃには、別の接続部 材の例が示されており、図２ＯＡのあり溝構造及び以下のものが後述される。

しかし、既に述べたように、対となる接続部材は図示されたねじのように取り外 すことを選べる点で、！ｌｌ準化を達成する上で特に有利になる。

図４Ａ−ｉ１ｉ！１４Ｅは、第１支持部３７１が相当に剛性の高い単一の円筒状 又は支柱型部材であることを本質とする、軸受パッド構造を示している。説明を 簡単にするために、軸受パッドは一体型部材として示されている。当然、パッド は分離したパッド部及び支持部を有することができ、さらにキャリアに取り付け が容易となるためのねし又は他の手段を含むことができる。図４Ａに示される例 において、第２支持部３７２は開口３７２ｏによりビームに分割された膜部材で あり、第３支持部３７３は連続した環状フランジである。軸受パッドはさらに、 上述されたように一体に（図示されるように）又はモジュール形式で分離して形 成される軸受バＦｌ’部３３０を含んでいる。上記の構造は、第１支持部が比較 的単純であるので前述した構造より単純になっている。第１支持部材３７１は、 ピボット型支持部として機能する。ピボット効果を増すために、支柱部及び膜部 は、＊Ｓを通り支持部を部分的に通る孔３７２ｏを延ばして（たとえばフライス 加工により）下部を切欠く。別の方法としであるいはこれに加えるものとして、 支柱部は図４Ｃに示すように支柱部に溝を形成することで下部を切欠いてもよい 。以上のように、膜部３７２に孔を通すことで、膜部を複数のビーム部に分割す る。下部切欠き３７１ｖは非対称性を有しており、支柱部３７１を（そのために パッド部３３０を）軸受パッドの主軸Ｍを横切る軸Ｒの回りで揺れ動くようにす る。主軸は、軸受パッドの長手方向軸として定義されており、軸受パッドがキャ リアの穴内に装着されている場合には、荷重がかかっていないときの軸受パッド 面の平面を横切り、穴の中心と軸受パッド面の幾何学的中心とを通過する軸に通 常は一致している。連続膜部３７２０分割は、軸受パッドを所定方向に傾けさせ ることを可能にしている。具体的には、軸受パッドは、膜部すなわち第２支持部 ３７２に非対称の開口３７２ｏを設けることで所定方向に傾かせることができる 。非対称の開口又は他の構造的特徴を設けることにより、軸受支持構造が他の方 向より特定の一方向に可撓性が大きくなるようにすると、可撓性の大きい方向に 必ず傾くようになる。図示された構造により、軸Ｒを横切る他の軸の回りより軸 Ｒの回りでより簡単にたわむ傾向を有する。このように下部切欠きと非対称開口 との両方が、軸受パッドが所定方向に傾くようにする。傾いたパッドがキャリア 内で正しい位置決めされるように、以下に述べられるタイプの位置決め手段が使 用される図４Ｂ及び図４０は、図４Ａの軸受パッドの構造に類似した構造を有す る軸受バンドの断面図を示している。この軸受パッドが図４Ａの軸受パッドと異 なる点は、第２支持部３７２が連続膜部であり、下部切欠き３７１ｖは支柱部３ ７１に溝を形成することで設けられている点である。既に述べられたように、下 部切欠き３７！ｖにより、軸受は所定の軸Ｒの回りで揺れ動く傾向を有している 。その結果膜部へ非対称的な荷重が生Ｃ１矢印りで示す方向に荷重がかかるとき にパッド部３３０が下方にたわむようにする。

もちろん、このパッド支持構造では多くの変形例が可能である。たとえば、膜支 持部３７２は、膜部に可撓性を追加するための開口を設けることができる。この ような開口は、軸受パッドを傾かせるために非対称に設けることが可能である。

さらに、連続外周箪３支持部３７３は、多数の円周ビーム部に分割され得る。

このように分割されると、支持構造には可撓性が追加され、支持構造が１所定方 同に傾き、以下に述べるようにパッドを正確に位置決めできるようになる。以上 の効果はどれか一つの場合もありまた全ての場合もある。

図４Ｄ及び図４Ｅは、別の実現可能な円筒パッド支持構造を示している。この構 造は、図４Ａに示す軸受パッドの構造的特徴と、図４Ｄ及び図４Ｅに示された軸 受パッドとを結合している。具体的には、第１支持部３７１は２つの溝又はスロ ット３７１ｖにより垂直に切欠かれており、さらに第２支持部３７２を貫通して 延びる開口３７２０により下部を切欠かれている。図４Ｄ及び図４Ｅの両方から 明らかなように、スロット３７１ｖの１つは他のスロットより深く支柱部３７１ 内に切り込まれている。この非対称スロット配列が、パッドが深いスロット鋼に 傾く（たわむ傾向を有する）ようにする。この構造の結果、第１支持部は、たわ むあるいは２つの軸の回りを揺れ動くように傾く。力ｙｈ３７１ｖと開口とは平 行になっているので、これらの軸も平行である。当然のことながら、支持Ｍ造に 設けられたカット又は開口のいずれの配列及び寸法は、パッド支持部３７のたわ み特性を変更する目的で翼ならせることができる。

図４Ｄは、図４Ｅの軸受パッド支持構造の底面図である。図４Ａの支持構造の底 面は、とてもよく似ているがスロット３７１ｖを示す破線を含んではいない。

図４Ｅに示すように、膜部３７２の開口３７２ｏは、膜部が均等に前もって傾け られるように対称に配列されている。もちろん、膜部には、以下に図５Ｂを参照 して説明する方法によって非対称に傾くようなＩｆｌ加開口開口部けることもで きる図４Ａ〜図４Ｅに示す円筒軸受パッド構造は、所望の結果を得るために円筒 軸受パッドの設計に取り入れることが可能な構造的な特徴を明らかにしている。

当然、これらの構造的特徴には、数多（の変形例と可能な組合せがある。具体例 としては、支柱状の第１支持部３７］に切欠かれて形成された複数のスロットを 含む図４に示された構造では、たわみ特性を変更するためにスロットを互いに対 して斜めにしたり同じ面に存在しないようにできる。同様に、ｍ部に形成された 開口３７２は、たわみ特性を変更するために、図４Ａ及び図４Ｅに示すように第 １支持部内に延びて所望の高さに達することができるし、第２支持部にだけ形成 することもできる。さらに、開口は非対称に形成することができるし、数は幾つ にでも設定できる。最後の例としては、上述したように、たわみ特性を変更する ために、第３支持部３フ３はビーム状扇型に分割あるいは他の形に変形できる。

概念的に見ると、本発明の軸受パッドのいずれの設計も、軸受パッドのたわみ特 性を変更するために支持構造の選択した部分に材料を追加するあるいは材料を取 り除くあるいはその両方行うことに基づいている。このようにして、軸受パ。

ドは選択した範囲から材料を取るあるいは材料を加える１個のパテとして見るこ とができる。材料の追加及び除去は、設計条件下で所望のたわみを達成するよう に支持構造の剛性を高めたり低めたりする。以下に詳細に説明されるように、キ ャリアもまた同様に設計可能である。

図５Ａ〜図５Ｅは、筒状支持構造を有する軸受パッド構造を図示している。第ｌ のｉｌｌ造は、図５Ａ〜図５０に示されている。この構造は、軸受パッドがパッ ド部３３０を含んでおり、第２支持部３７２が膜状部材（開口があっても無くて もよい）、第３支持部３７３が連続環状フランジを備えているという点で、ＩＩ Ｋ４Ａに示された構造に大体よく似ている。図５Ａ〜図５０のパッド支持構造は 、図４Ａに示された支持構造と以下の点で異なる。つまり、第１支持部３７１は 中央穴３７１ｃを有しており、第１支持部は円筒状の筒状中空支持部として形成 されている。図５Ａに示された実施例において、中空の支持部の環状壁は厚みが 大きく剛性がかなり高い。この＊１支持部に可撓性を与えるためには、開口、下 部切欠き又は上部切欠きが環状壁に形成される。図示された例において、図５Ａ に最もよく示されるように壁の一部を下部切欠きを行うように、膜部３７２に形 成された開口３７２ｏを壁の一部を貫通させることで可撓性を与える。この下部 切欠きにより、ｍｌ支持部は下部切欠きの方向にたわむ傾向を有する。当然第１ 支持部３７１は、図４Ｅに図示されたのと同様に壁を下部切欠きする等の別のや り方で傾かせることもできる。

図５０は、図５Ａの軸受の側面図である。この図は、第Ｉ支持部を中心にしてた わむ傾向を有する軸Ｒの軸線に沿って見ている。

図５Ｂに最もよく示すように、第２支持部３７２の膜部には、軸受パッドの主軸 に対して非対称に配置された追加量０３７２ｐが設けられている。この開口の非 対称配置により、膜部すなわち第２支持ｆＸ３７２は追加の開口３７２ｐの方向 に可撓性が大きくなっている。したがって、支持構造全体は、膜部の可撓性の大 きい方向に、すなわち前もって追加開口３７２ｐが配置された方向に傾くように なっている。３７２ｐに示された追加開口は、別の機能としてキャリア部材に形 成された位置決めピンが嵌められる。その結果、以下に述べられるように、前も って傾くようになっているパッドをキャリア部材内に正確に位置決めできる。

図５Ｄ及び図５Ｅは、本発明に係る中空間状軸受パッドの変形例を示している０ 図５Ａ及び図５０に示された軸受パッドと同様に、この軸受パッドは、中空間状 東１支持部３７１と、膜状第２支持部３７２と、円周第３支持部３７３とを含ん でいる。しかし、図５Ｄ〜図５Ｅに示す軸受パッドでは、東ｌ支持部３７１はか なり薄くなっているので可撓性が大きくなっている。膜部３７２に形成された開 口３７２ｏは膜部３７１を完全に貫通してパッド部３３０まで延びている。その ために、開口３７２が第１支持部３７１を量刑状からなる複数のビームに分割す る。さらに図示された実施例では、開口３７２ｏは非対称に設けられており、そ の結果系１支持部を開口３７２ｏが設けられた方向に傾かせるようになっている 。軸受のたわみ特性を変更するために、開口３７２ｏは省略又は他の形状をとる ことができるし、開口やスロットといった構造的特徴を追加できる。

図５Ｄはさらに図５Ｄ〜図５Ｅに示す軸受パッドのたわみ特性を概略的に示して いる。具体的には、力が図５Ｄに示された矢印Ｆの方向に加えられると、支持構 造の一端が正側モーメント（十Ｍ）により上方に持ち上げられ、他端が負側モー メント（−Ｍ）により下側に押し下げられる。これにより、流体くさびがバ。

ド面とシャフトの被支持部との間に形成されるようにパッドがたわむ。

図４Ａ〜図４Ｅ及び図５Ａ〜図５Ｅに示された軸受パッド構造の変形例は、図２ 及び図３に関して示されたのと同様な方法でモジュール構造から形成され得る。

すなわち、分難した軸受パッド部及び支持部と、パッド部を支持部に又は軸受パ ッドをキャリア内に取り外し可能に固定するあるいは両方を行うために対となっ ている連結部材とを設けて形成され得る。しかし、以上の方法は必ずしも必要で はなく、一体形成が容易な軸受パッドには特に必要ない。

本発明の他の見地によれば、軸受のキャリア部１０は、軸受パッド２ｏをたわみ 可能に支持又はたわむように支持するように形成され得る。このことが必然的に キャリア構造に構造的特徴（ビーム、膜部等）を設けることになり、キャリアが たわみ可能な支持部として作用する。

図１３Ａは、比較的簡単なたわみ可能なキャリア構造ｌＯを示している。キャリ ア１０は、半径方向に延びる内側及び外側溝を有しており、パッド支持部１０５ と、連続した比較的細い第１支持部１０６と、第２支持部１０７等とに分割され ている。本実施例の第２支持部１０７は、単純な、平坦なベースである。キャリ アは比較的剛性が高くて垂直可撓性を有していない。ところが、半径方向に延び る溝を設けることで、パッド支持部１０５にピボット動作可能な可撓性を与える 。図１３Ａは、軸受パッド２０を正確に位置決めするための位置決めポスト１０ ２（後述）が用いられたものを図示している。

図１３［３は、図１３Ａの軸受において支持された軸受パッド２０の底面図であ る。図に示すように、軸受パッドの第３支持部３７３は、位置決めポスト＋０２ を外側から覆うように嵌まるスリーブ部３７３Ｓを含んでおり、軸受パッド２０ の正確な位置決めを行っている。軸受パッド２０は別の点では図５Ａ〜図５Ｅに 示された軸受パッドに類似している。当然、軸受パッドの他のタイプは図１３Ａ に示されたキャリアのタイプとともに用いることができる。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、比較的可撓性の大きいキャリア１０を含む軸受パ。

ドを示している。具体的に、キャリア！０は片持ちばり軸受支持部１０５を含ん でおり、片持ちぼり軸受支持部１０５は、パッド支持面１０５ａと、支持面１０ ５ａを片持ちばり支持する連続外周ビーム１０５ｂと、半径方向内側に延びる円 周面１０５Ｃとを含んでいる。円周面１０５ｃは第１支持部１０６に片持ちばり 状態で支持されており、支持部１０６は、円周方向に延びる２つの脚部１０８に 支持された膜状第２支持部１０７に支持されている。第２支持部１０７の可撓性 とパッド支持面１０５の片持ちばり支持及び構造とにより、この構造では軸受パ ッド２０は弾性的に支持される。

図１４Ａ及び図１４Ｂに示す軸受は、図３０及び図３Ｄに関連して述べられたも のに大まかな点では類似した円錐台形軸受パッド２０を含んでいる。しかし、図 １４Ａは、構造的ベース部材２３２からなるパッド部２３を用いる可能性を示し てイル。構造的ベース部材２３２は、その上にたとえば硬化ゴムポリマー又は他 の剛性軸受材料キャップ２３１がモールドあるいは他の方法で形成されたベース 部材と異なる材料からなる部分を有している。当然のことながら、ここで開示さ れたパッドはいずれも、このタイプのキャリアとともに用いることができる。

図１５Ａ及び図１５８は、本発明に係る可撓性を有する別のキャリア構造を示し ている。この場合、第１及び第２支持部１０６，１０７は、図１３Ａのものに類 似している。しかし、パッド支持部１０５は、パッド支持面１０５ａを含む２重 片持ちぼり構造を有している。パッド支持面１０５ａは半径方向内側円周ビーム １０５ｂ上に支持されており、ビーム１０５ｂは円周面に片持ちばりで支持され ており、円周面１０５ｃは円周ビーム＋　０５６に支持されており、円周ビーム １０５Ｃは円周面＋０５ｅに片持ちばり状態で支持されている。以上に述べた構 造は、パッド支持構造に垂直方間における可撓性を大幅に増やしている。可撓性 をさらに追加するために、第２支持部１０７は図１４Ａ及び図１４８の軸受の場 合と同様に円周ビームに取り付けられ得る。

図１５Ａ及び図１５Ｂの可撓性キャリアに取り付けられた軸受パッド２０は、単 純なコイン状平坦パッドである。これらのパッドは、炭化珪素、青銅、鋼又はポ リマー材料といった高性能材料の中で適したものから形成され得る。さらに、本 発明の他の見地によれば、後述されるが、パッド２０は検知された作動状態に対 応できるいわゆる“スマート”又は“インテリジェント”材料から形成され得る 。もちろん、本発明の他の軸受パッドのいずれの場合でも、好ましい場合にはこ のタイプのキャリアとともに使用できる。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、本発明に係る、ビーム装着型キャリア構造を示してい る。この構造は、輪受パッド２０が個々の分離パッド支持面１０５上に支持され ているという点で先に述べた可撓性キャリア構造と異なる。パッド支持面１０５ の各々は、第１支持部＋０６と第２支持部１０７と第３支持部１０８とを含む支 持構造上に支持されている。図示された例において、第１支持部１０６は垂直方 間に延びる単一のビームであり、第２支持部１０７は膜状部材であり、第３支持 部１０８は２つの円周方向連続ビームとして形成されている。ここでもコイン状 パッドが例示されているが、他の種類のパッドを用いてもよいことは当然である 。

支持構造の配置には数多くの場合が考えられ得る。特に、軸受パッドが分離パッ ド支持面に取り付ｆすられ得る際にはＷ！ζ二実現可能な例が多くなる。別のス ラスト軸受キャリアの形状例が図２１〜図３０に示されている。これらの軸受と 図１６Ａ及び図１６Ｂに示された軸受構造との違いは、主に、第１支持部と第２ 支持部と第３支持部との構造の違いにある。スラスト、ラジアル又は複合型スラ スト・ラジアル軸受のビーム装着型キャリアを説明するにあたって、円筒素材を 機械加工でカット、溝及び穴を形成して支持構造を形作ることでキャリアを形成 したものと思い浮かべると便利である。もちろん、キャリアは、必ずしも必要は ないが機械加工により形成してもよい。キャリアはモールド成形してもよいし、 鋳造又は他の手段により形成できる。

他の種類のキャリア形状の一例が図２１〜図２４に図示されている。この軸受の 上面図は図２１に示されており、断面図が図２２に示されており、底面図が図２ ３に示されており、斜視図が図２４に示されている。図２１〜図２４に示された キャリア１０は図１８Ａ及び図１６Ｂの軸受に類似しているが、２つの重要な違 いがある。第！の違いとしては、図２１〜図２４の軸受は図１６Ａにある垂直支 持ビームではなく角度のついた又は傾斜した支持ビーム１３４Ａを含んでいる０ 第２の例外点は、支持ビーム１３６を貫通して延びてキャリア１０に円筒状開口 を形成する追加孔１４４を含んでいる点である。円筒状開口は、支持ビーム内に 長円形の開口を形成するように傾いた又は角度のついたビーム１３４を通って形 成されている。長円形の開口はビームを１対の複雑な靭帯に分割しており、その 形状は図２４の斜視図を参照して理解され得る。開口１４４を設けてその結果と して傾斜ビーム１３４Ａが１１１雑な靭帯に分割されることにより、図２１〜図 ２４に示された軸受バッド２０のキャリア支持構造は図１６Ａ及び図１６Ｂに示 された軸受に比べて可撓性が著しく同上する。このように、図２１〜図２４の軸 受のパッド支持面１３２は、図１６Ａ及び図１６Ｂに示された軸受のパッド１３ ２の場合より低い荷重に反応してたわむ。その結果として、図２１〜図２４に示 されたキャリアは低荷重用軸受パッドにより適しており、図１６Ａ及び図１６Ｂ に示された軸受は高荷重用軸受パッドにより適している。さらに、ビーム１３４ Ａのような傾斜支持ビームは、ビームを複雑な靭帯に分割する開口の有無にかか わらず、パッド支持面の垂直方向への可撓性を増加させる。その理由としては、 垂直方向にかかる荷重はビームを軸受の中心又は内径側にたわませる傾向を有す るモーメントを生み出し、それによって潤滑流体の遠心力による漏れを生じさせ な図示された軸受パッド２０は、単純なコイン状軸受パッドである。パッド２０ は炭化珪素又は他の高性能軸受材料から形成され得る。ここで述べられた軸受パ ッドの形態はいずれも採用可能であることは当然である。

図２３Ａは、図２１〜図２４に示されたタイプの軸受の底面図であり、そこでは 追加孔＋４６が膜部又は支持ビーム１３６に形成されてビーム又は膜部】３６の 可撓性をさらに加えている。図２３Ａに示すように、孔１４６は各パッド支持扇 形に対して非対称に形成されている。これらの孔が非対称に形成されていること により、パッド支持部とそのためにパッドとが他方向より一方向に容易にたわむ 傾向を有する軸受が得られる。言い換えると、軸受パッドは、非対称の開口がキ ャリア支持構造に設けられることで一方向に傾いている。このような非対称に配 置された開口は、本発明の軸受バッドを一方向に傾かせたい軸受構造のいずれに も設けられる。選択した軸受パッドの２０のみを傾かせるように開口又は孔を非 対称に設けることが望ましい場合もある。

図２５は、本発明に係る別の軸受の断面図である。この構造によれば、軸受パッ ド２０はパッド支持面１３２に支持されており、パッド支持面１３２はスタブ１ ３４ｓに支持されており、スタブ１３４は水平方向に向けられたビーム部１３４ Ｈ上に支持されており、ビーム部１３４Ｈは逆方向に傾斜したビーム部１３４Ｉ 上に支持されている。他の点で、キャリア構造は先に述べられた軸受のキャリア 構造に類似している。この構造のためにキャリア１０は一方向に大きな可撓性を 有しているが反対方向にはひどく剛性が高い。圧電素子ｌＯＯは、パッドの傾き を能動的に制御できるように、図示されたように水平ビーム部とパッドとの間に 設けることができる。中空円錐台形軸受パッド２０が図示されている。しかし、 キャリア１０はここで述べられた軸受パッドの他の形態を支持することも可能で ある。

同様な構造が図２６に例示されている。図２６に示された軸受キャリアと図２５ に示された軸受キャリア１０との違いは、図２６の軸受のキャリア１０は逆向き に傾斜したビーム部１３４Ｉではなく垂直ビーム部１３４ｖを用いている点にあ る。両方のキャリア１０は他の点では全て同様である。図２６の軸受においては 角度のついたビームがないために、垂直方向に剛性が高くなる。逆から言えば、 図２６に示された膜タイプ軸受パッド２０は図２５の中空円錐軸受パッド２０よ り可撓性が高い。ここで述べられた他のキャリア構造と同様に、軸受バッドの他 の形態を用いることが当然できる。

図２７〜図２８は、本発明の軸受構造の他の実施例を示している。図に示すよう に、この軸受と複数の軸受パッド支持部３２１〜３２６（図２８で破線で示す） を有するキャリア１０を含んでいる。軸受パッド支持部３２１〜３２６の各々は 、キャリア支持構造の支持面３４２に支持されている。キャリア支持構造は、第 １支持部と第２支持部と第３支持部とを含んでいる。第１支持部は、第２支持部 上に支持された１対の入れ子錐台からなっている。第２支持部は第３支持部上に 支持された分断された外周膜部３６０を含んでいる。第３支持部は１対の外周ビ ーム３８２を含んでいる。外周ビーム３８０，３８２は前に説明した構造に類似 している。膜部３６０は、輪受の底部に形成され入れ子式になった錐台を形成す る溝により分割されているので、先に述べられた構造の腹部とは異なる。内側錐 台は外側錐台に対して反対側に向けられており、両錐台の平均中心線は、パッド 支持面３４２の上方の点３５０で一致しており、逆Ｖに似たように見える断面を 有している。両錐台の中心線が支持面の上方で上方の点３５０で交差するために 、第１支持構造は軸受バッドをパッド面上方の点を中心にピボット動作するよう に支持する。このことにより、適切なたわみが確実に得られる。

軸受バッドを支持するビーム３４６．３４４は、互いに対して同じ角度で傾斜を 付けることができるし、互いに対して異なった角度で傾斜を付けることもできる し、１つのビームが傾斜し他方は傾斜しないようにすることもできるし、両者が 同じ方向に傾斜するようにもできる。当然、第１支持構造のビームの傾斜程度を 様々に変更すると、軸受のたわみ特性に強い影響を与える。

軸受支持構造の回りに対称に配置された複数の孔又は開口４２０は、入れ子式の 頭声を分割してパッド支持面３４２を形成する。例えば、パッド支持部３２１は 、１対の複雑な支持ビーム３４４，３４６によりパッド支持面３４２に支持され ている。１対の支持ビーム３４４，３４６は互いに対してテーパ形状になってお り、入れ子式錐台部分を通過して延びる円筒状開口によって複雑な幾何学的形状 になっている。図２７に最も良く示すように、ビーム３４４，３４６の中心線は パッド面の上方の点３５０で交差し、適切なピボット支持が確実にしている。

個々のビーム３４４，３４６は、錐台を形成する溝により分割された外周膜部３ ６ｏ上に支持されている。ｓｉは外周ビーム３８０，３８２により支持されてい る。前記のように、外周ビーム３８０．３８２及び外周膜部３６０は円周方向に 分断されて個々のビーム支持部を形成できる。

キャリア支持構造には数多くの変形を施すことが可能である。例えばビームの角 度を変える、脚部を形成する孔又は開口の位置を変える、ビーム又は膜部のいず れかの長さを斐える、又はビーム又は膜部のどれかの幅又は厚みを変えること等 で、支持構造のたわみを変更できる。以上の変更例の多くの可能例を図示するた めに、図２７及び図２８は、各パッド支持面３２１〜３２６において異なる支持 構造を描いている。これらの様々な支持構造は本発明を例示するための目的で単 一の軸受に示されている点を理解すべきである。通常使用時においては、パッド 支持部３２１〜３２６の各々は、同様な、必ずしも同一ではないが、支持構造を 有しており均一な性能を確保する。

軸受バッド支持部３２２を支持する支持構造は、孔又は開口４２２を設ける点で パッド支持面３２１の支持構造とは異なる。孔又は開口４２２は、ビーム３４６ を複数のビーム又はサブビーム３４６ａ、３４６ｂに分割するようにビーム３４ ６を通って延びている。開口４２２のように、開口の直径及び位置決めがビーム が完全に分離するようになっていると、ビームは分離ビームに分割される。別の 場合で、開口（例えば開口４２３）がビームを部分的に分離している場合には、 ビームはサブビームに分割される。図２７に示すように、開口４２２はビーム３ ４６の側部に長円形の開口を形成し、図２７で半径方向外側ビーム３４４が見ら れる。このような構造により、パッド支持部３２２は３つの角度のついた靭帯又 はビーム３４４，３４６Ａ及び３４６Ｂにより支持される。

軸受パッド支持部３２３は、４つの角度がついたビーム又は靭帯３４４ａ、３４ ４ｂ、３４６ｇ及び３４６ｂにより支持されている。この構造は、ビーム３４４ とビーム３４６とを通って延びてパッド支持面３４２を２つの部分に分割する孔 又は開口４２３を設けることで実現される。

ここで述べられた全ての変形例に関して言えば、開口のサイズはビーム３４４． ３４６が分離ビームに分割される程度に基づいて選択されるべきである。大きい 開口が用いられる場合にはビーム部を完全に分離させることが望ましい。別の場 合では、軸受パッド支持部３２３の支持に関して示されたように、ビームの側壁 に沿ったある点でビームを中途分割するのが望ましい。図面はビーム３４４と３ ４６とに分割するために軸受パッド支持構造に設けられた１・つの開口を図示し ているが、図２８に示された開口４２２〜４２６に類似した２つ又はそれ以上の 開口を設けることが可能である。２つ以上の開口は、ビーム３４４，３４６を３ つ又はそれ以上のビーム又はサブビームに分割する。通常は、採用される支持部 のタイプの決定は、望ましい性能特性によって決められる。一般的に、ビームを 分離したビーム又はサブビームに分割すると、支持構造の可撓性が増す。軸受バ 、ド支持部３２２．３２４及び３２６を支持する支持構造と同様に支持構造の軸 方向に可撓性を増やすと、軸受パッド支持部は一所定方向に傾く。

軸受パッド支持部３２４を支持する支持構造は軸受パッド支持部３２２を支持す る支持構造と類似しているが、開口４２４が内側支持ビーム３４６ではなく外側 支持ビーム３４４を通って延びている点が異なる。かくして、軸受パット支持部 ３２２と同様に、軸受バッド支持部３２４は３つの角度のついた脚部により支持 されている。

パッド支持部３２５を支持する支持構造はパッド支持部３２１に類似１２でいる が、開口４２５が外周ビーム３８０と外周膜部３６０を通って非対称に配置され ている点が異なる。かくして、軸受パッド３２５は一所定方向に、すなわち開口 ４２５が設けられることで最大の可撓性を有する方向に傾く。

パッド支持部３２６を支持する支持構造はパッド支持部３２２に類似しているが 、ビーム３４６を分割する開口４２６が非対称に設けられている点が異なる。

この非対称配置により、パッド支持部３２６が可撓性の高い方向すなわち大きさ が小さくて可撓性の高いビームの方向に傾けられる。

パッド支持部３２１〜３２６の各々には、軸受パッド２０を支持できるように穴 又は他の開口が形成されている。コイン形状の軸受パッドが示されているが、こ こで述べられた軸受パッドのいずれが用いられてもよい。さらに、パッド２０は ここで述べられるようにパッド支持部に取り外し可能に固定される。

当然ながら、図２７．２８に図示された支持構造を組み合わせて所望の性能特性 を達成できる。

図２９〜図３０は、本発明に係る軸受の別の実施例を示している。図に示すよう に、この軸受は複数のパッド支持部５２１〜５２６く図３０に破線で位置が示さ れている〉キャリア１ｏを含んでいる。パッド支持部５２１〜５２６の各々は、 キャリア支持構造に一体支持されている。概略的に説明すると、キャリア支持構 造は、内側円周支持ビーム５４６と外側円周支持ビーム５４４とを含む少なくと も１つの第１支持構造と、内側外周膜部３６２と外側外周膜部３６４とを含む第 ２支持部と、内側外周支持ビーム３８２と外側外周支持ビーム３８０とを含む第 ３支持部とを含んでいる。図２９に最もよく示すように、円周方向支持ビーム５ ４４．５４６は、部分的に、キャリアの底部からパッド支持面に延びる深い円周 方向チャンネルによって形成される。支持ビームは、軸受パッド支持構造の回り に対称に配置されビーム５４４，５４６を隣りのビームから分離する複数の孔又 は開口６２０によっても形成されている。このように、例えば、支持パッド５２ １は、概ね狂いのない側壁を有する１対のビーム５４４，５４６に支持されてい る。先に述べたように、ビーム支持構造は、膜部３６４．３６２と外周ビーム３ ８０．３８２とを含んでいる。

キャリア支持構造に数多（の変更を行うことが可能である。これらの可能な例を 多数示すために、図２９及び図３０は、パッド支持部５２１〜５２６を支持する ためのそれぞれ異なる支持構造を示している。図２７〜図２８の実施例で先に述 べたように、これらの様々な支持構造は本発明を図示する目的で単一のキャリア １０に示されているが、通常使用時には各パッド支持構造５２１〜５２６は、必 ずしも同一ではないが同様な支持構造を有しており、均一な性能を得る。

パッド支持部５２２を支持する支持構造は、孔又は開口６２２が設けられている 点でパッド支持部５２１とは異なる。孔又は開口６２２は、ビーム５４６を複数 のビーム５４６ａとビーム５４６ｂに分割するように内側円周ビーム５４６内に 延びている。このような構造により、パッド支持部５２２は３つの垂直方向に延 びるビーム又は靭帯５４４，５４６ａ及び５４６ｂにより支持されている。

パッド支持部５２３は、４つの垂直方向に延びるビーム又は靭帯５４４ａ、５４ ４ｂ、５４６ａ及び５４６ｂにより支持されている。ビーム５４４とビーム５４ ６を通って延びる孔又は開口６２３を設けることで、上記の構造が得られる。

この変更点により得られる薄いビームは、パッド支持部５２２，５２１を支持す る支持構造より大きい可撓性を有する。

パッド支持部５２４は、５つの比較的薄い垂直方向に延びるビーム又は靭帯によ り支持されている。この構造は、孔又は開口６２４を設けて内側ビーム５４６を ２つのビームに分割して、さらに２つの孔６２４を設けて外側ビーム５４４を３ つのビームに分割することで実現される。

パッド支持部５２５を支持するキャリア支持構造は、）ずラド支持部５２２に類 似しているが、追加開口６３５が外側ビーム５４４を２つのビームに非対称に分 割している点が異なる。外側ビーム５４４を非対称に分割することで、この軸受 パッドは可撓性の大きい方向に傾いている。

パッド支持部５２６を支持するキャリア支持構造はパッド支持部５２２を支持す る支持構造に類似しているが、内側ビーム５４６ではなく外側ビーム５４４が分 割されている点が異なる。さらに、開口６２６が開口６２２より幾分太き（なっ ており、内側ビーム５４６の可撓性をいくぶん増えるように、溝が内側ビーム５ ４６の外側外周部に形成されている。

図２９及び図３０に示された支持構造を組み合わせて所望の性能特性を得られる ことは０明である。

各パッド支持面には、軸受パッド２０が取り付けられる穴又は類似の開口が形成 される。軸受パッド２０は、図示したコイン状パッドそのものではなくここで述 べられた他の形態であってもよい。さらに、望ましい場合には、ツクメトはここ で述べられたようにパッド支持部に取り外し可能に固定され得る。

図２９Ａ１図２９Ｂ２図３ＯＡ及び図３０Ｂは、詳細に、キャリア１０を有する スラスト軸受を示している。ここでは、キャリア支持構造の）４メト支持部５２ ＩＡの各々は、図２９及び図３０のパッド支持部５２１を支持するために用いら れるものと大変よ（似ている。しかし、ビーム５４４Ａ及びビーム５４６Ａは図 ２９及び図３０に示されたキャリアｌＯの対応する部分に対して円周方向に狭く 垂直方向に短い点だけが異なる。当然のことながら、短いビームは比較して長い ビームより剛性が高く、狭いビームは比較して広いビームより剛性が低い。さら に、図２９及び図３０に図示された軸受ではビーム５４４とビーム５４６は等し い幅を有しているのに対して、ビーム５４４Ａはビーム５４６Ａより半径方向に 幅が狭くなっている。ビーム５４４Ａ及びビーム５４６Ａの円周方向の程度を決 定する大きな開口６２０がビーム５４４Ａの円周方向幅がビーム５４６Ａより著 しく大きくなるように配置されているので、半径方向の厚みの違いは相殺される 。開口６２０は、図２９及び図３０の軸受キャリア構造の開口６２０に比べて著 しく大きい点が重要である。大きな開口がその形成場所である支持構造の可撓性 を増加させることは言うまでもない。

前述したビーム装着璽パッド支持構造により、軸受パッド２０はその配列を変更 するためにたわみ可能なキャリア上に支持されている。必要な可撓性がパッド２ ０ではなくキャリアに与えられるので、このような構造はコイン状軸受パッド２ ０に特に適している。しかし、ここで述べられた軸受パッドはいずれも、所望の たわみを得ることが必要であれば用いられ得る。しかしながら、個々に制御可能 な支持面１０５と、これらの支持面を支持する支持構造１０６，１０７及び１０ ８が最適なたわみを実現するので、通常は図１６Ａ及び図１６Ｂに示されたタイ プのコイン状軸受パ・ラドを用いることが現在考慮されている。繰り返すが、軸 受パッドは高性能軸受材料又は“スマート“又は“インテリジェント”材料を用 いて構成され、以下に述べるようにくさび形成を動的に又は能動的に制御できる ようにする。

モジュール軸受構造の別の形管が図２０Ａ〜図２０Ｈに示されている。この種の モジュール構造はラジアル（ジャーナル）軸受に最も適している。具体的に、図 ２０Ａに最も良く示すように、この軸受は複数の長手方向に延びるあり溝を有す るキャリア１０を含んでいる。あり溝は、キャリア１０の内周の回りに円周方向 に間を空けて形成されている。複数のあり溝式軸受バッド１２０は、キャリア１ ０に形成されたあり溝内に固定されている。あり溝弐軸受パブド１２０は、パッ ド部１２３と支持部１２７とを含んでいる。図示された実施例において、支持部 は第１支持部１２７１と、膜状第２支持部１２７２と、１Ｐ＋３支持部１２７３ とを含んでいる。本発明の１つの見地によれば、第３支持部はキャリアＩＯに形 成されたあり溝にはまる外側あり部形状を有している。軸受パッド１２０の下側 端のあり部形状によって、軸受バブドはキャリアｌＯの軸方向の一端から長手方 向に延びる溝にスライド挿入され得るようになっている。その結果、パッド１２ ０はキャリア１０に対して半径方向にロックされている。このようにして、あり 溝式軸受バッド１２０はキャリア１（＋に対して素早くかつ取り外し可能に固定 され得る。さらに、あり連成軸受パ１ど１２０のキャリア１０内での位置は、軸 受パッド１２０が支持する／ナフトの回転に影響を受けない。しかし、これだけ では軸受パッド１２０はキャリア１０内で軸方向にスライドしてしまう。しかし 、端部プレート、口・ツクボルト又は他の同様な構造を設けることで、軸受パッ ド１２０はキャリアに対して容易に止められる。

本発明に係る他の見地によれば、図２ＯＡに示すあり連成軸受構造はモジュール ／ステムの一部であってもよい。特に、モジュールシステムは、あり温式軸受バ ／ド１２０の広い範囲に渡る変形例を含むことが可能である。各々のパッドは、 標準あり溝式手中リアに形成された長平方向の溝と対になって形成された下側の 部分を有している。このようにして、標準手中リアは様々な軸受ｔｌＩ造を支持 するものとして役立つことができる。

図２０Ｂ−図２０Ｅは、本発明に係るあり導式軸受パッド構造の様々な例を図示 している。あり溝式軸受パッド構造の各々は、図２０Ａのキャリア１０に形成さ れたあり溝の形状と対になる形状を有する下側端を有している。この結果、そこ に示された軸受パッドはいずれも図２ＯＡの手中リア１ｏに取り付けられ、特別 な必要を満たすことができる。さらに、モジュールシステムは、異なった半径方 向（図における垂直方向）寸法を育するモジュール軸受パッドを設けることでさ らに様々に異ならせることが可能である。このような方法で、単一のキャリアＩ Ｏが様々な直径のシャフトを支持できるようになる。

図２０Ｂは、ｅ１２０Ａに示すものと同じ一般的なタイプのモジュールあす温式 軸受パッドを示す。軸受パッド１２０は、バ、　Ｆ部１２３と支持部１２７とを 含んでいる。この場合、支持部１２７は、第１支持部として働く垂直（半径）に 延びる単一ビームと、第２支持部としての水平（円周〉方向に延びる腰部と、第 ３支持部としての！対のあり溝式支持脚部とを含んでいる。

図２０Ｃは、同様なモジュールあり温式軸受バｙドを示す。異なる点としては、 １ｔｌＮ支持部が非対称のビームネットワークを含んでおり、このネットワーク はパッド支持ビームと円周片持ちぼりビームと第２支持部の膜部上にビームネ、 ）ワークを支持する垂直ビームとから構成されている。この軸受バ、どの非対称 の特徴により、このようなパッドを用いて構成される軸受は２方向ではなく１方 向に機能する。

図２０Ｄは、パッド支持部１２３の下部が切欠かれてかつ半径方向に延びるビー ムにより一端が支持される、モジトルあり温式軸受パッドを示している。半径方 向に延びるビームは片持ちぼり状態で円周ビームに支持されており、円周ビーム は半径ビームに支持されており、半径ビームは円周ビームに支持されて詰り、円 周ビームは最後に半径ビーム上に支持されている。このようにビーム上にビーム が支持される構造は、図２００のあり溝式構造に大きな可撓性を与える。

図２０Ｅは、異なるビーム状にビームが支持された構造の形態を有するあり溝工 軸受パッドを示す。この場合、パッド部１２３は下部が切欠かれており、半径方 向に延びるビームに支持されている。半径方向ビームは円周方向に延びるビーム に支持されており、円周ビームはもう１つの半径ビームにぶら下がった状態で支 持されており、その半径ビームは固定ベース部に支持されている。図２０Ｈの場 合、パッド部と支持ネットワークを形成するための開口は、先に述べたあり溝式 軸受パッド構造に形成された開口に比べて細くなっている。

図２０Ｂ〜図２０Ｈに示すあり溝工軸受パッドの形態に加えて、例えば図３１〜 図３４に示すような中身が詰まったあり温式軸受パッドを用いることができる。

変形のみできてたわむことができないこのような中身が詰まった軸受パッドは、 一般に、キャリアが軸受パッドをたわみ可能に支持するためのビーム支持ネット ワークを含む場合に用いられる。

概して、この軸受パッドは炭化珪素のような高性能材料から形成される。他方で 、図２０Ｂ〜図２０Ｈに示すようなたわみ可能軸受パッドはプラスチック、青銅 又は鋼から形成される。二とがある。

図３１及び図３１Ａは、本発明に係る別のあり温式ジャーナル軸受を示す。図３ １及び図３１Ａに示す軸受構造は２方向に機能する。すなわち、軸受は図３１に 示すように／ナフトが時計方向に又は反時計方向に回転する場合のいずれも支持 可能である。この軸受が２方向に働くのはパッド支持部がその中心線の回りに対 称だからである。パッド支持部の中心線は、軸受の主軸とパッドの幾何学的中心 とを通過する半径方向に延びる線として想定されている。図３１及び図３１Ａの 軸受は、複数の薄い半径方向及び円周方向のスリットをａするキャリア１０を含 んでいる。スリットは、複数の軸受パッド２０を支持するための円周方向に間を 空けた複数の軸受バッド支持面を形成している。

特に、各軸受パッド支持面６３２は、２つのパッド支持面６３２ｐｓにおいてビ ーム支持構造に支持されている。バッド支持面６３２ｐｓで軸受パッドに連結さ れたビームネットワークは同一であり、軸受を２方向に作用させる軸受の対称構 造を生む。説明を簡単にするために、軸受の１つのバッド支持面を支持するビー ムのネットワークのみが説明される。というのは、他のパッド支持面も同一の方 法で支持されているからである。このように、図３１に示すように、累１の概ね 半径方向に延びるビーム６４０は軸受パッド支持面６３２に連結されている。

第２の概ね円周方向に延びるビーム６４２は、ビーム６４０の半径方向最外端に 連結されている。第３の概ね半径方向に延びるビーム６４４はビーム６４２から 半径方向内側に延びる。箪４の概ね円周方向に延びるビーム６４６は、ビーム６ ４４の半径方向最内部から延びる。第５の概ね半径方向に延びるビーム６４８は ビーム６４４の半径方向外側から支持構造のハウジング部に延びる。まとめると 、図３１に示す軸受の軸受パッド支持表面６３２の各々は、１０本のビームとキ ャリアハウジングとに支持されている。重要な点として、パッド支持面の下部に 形成された切欠きゃスリットは可撓性を追加して、パッド支持面がばね状膜部と して作用する。

この実施例では、単純なあり温式軸受パフド１２０が用いられている。しかし、 この軸受構造のモジュール特性が、軸受パッドの他の形態を採用可能にしている 。例えば、図２０Ａ〜図２０Ｅに示すようなあり連成軸受パッドを用いることが できるし、ここで述べられた非あり温式軸受パッドを用いることもできる。

図３１Ａは図３１の半径方向断面であり、第３ビーム６４４と軸受パッド支持面 ６３２と軸受パッド１２０とハウジングである外周部とを示している。

以下に詳細に述べるように、圧電素子１００を支持構造内に設けてたわみ特性を 選択的に調整可能にできる。

図３２及び図３２Ａは、本発明に係る別のあり連成ジャーナル軸受構造を図示し ている。この軸受構造は先に述べた軸受構造に比べて、キャリア１０が“円筒素 材”ｊこ形成された比較的大きい溝及び開口により形成されている点が異なる。

通常この種の構造は、先に述べられた実施例における小さな溝を形成するための 放電加工や他の類似の技術ではなく、素材をフライス削りして形成される。図３ ２に図示されたキャリアＩＩ！の有利な点として、手堅軸受が必要な場合に図３ ２及び図３２Ａに示されたタイプのキャリアを形成するのに必要な比率的に大き な切欠きと開口を正確に形成するのは容易である。これは、図３１及び図３１Ａ に示された構造に必要な比率的に小さな切欠き及び開口を形成するのに比べての 話である。さらに、大きな溝や開口は一般にモールド成形や射出成形が容易であ る。大きなカットにより形成されたキャリアは、剛性が高い軸受パッド支持構造 を有する人望軸受が必要な場合にも使用される。

図３２に示す軸受パッド２０は、主軸７０６の回りに対称に支持されている。

そこで、軸受は２方向に作用する。しかも、キャリアは隠れた開口を有さない連 続断面を持っているので、押し出し成形とモールド成形が容易である。断面を不 連続にすることですなわち半径方向に延びる円周溝又は半径方向に延び非対称に 配置された開口を設けて支持構造を変更することで、キャリアの変更がなされて 性能特性が変更される。

図３２に示すように、軸受は円周方向に間隔を空けた複数の軸受バッド支持面７ ３２を含んでいる。各軸受バッド支持面７３２は、軸受バッド支持面７３２に連 結された１対の概ね半径方向に延びるビーム７４０を含む支持構造に支持されて いる。第２の概ね円周方向に延びるビーム７４２はビーム７４０の各々を支持し ている。ビーム７４２はハウジング又は第３支持スタブ７４４に片持ちパリ状態 で連結されている。図３１及び図３１Ａの軸受のように、平豐あり溝式軸受バッ ド１２０が図示されている。どのタイプの軸受パッドを用いてもよいが、軸受の ２方向に作用する性質を維持するためにパッド１２０は２方向に作用しなければ ならない。図３２Ａは、図３２に図示された軸受の一部半径方同断面図である。

この断面図において、軸受バ１）１２０と軸受バッド支持面７３２と第１ビーム ７４０とが確認できる。

図３３は、本発明に係るあり連成ジャーナル軸受構造を示している。図３２の軸 受と同様に、図３３の軸受のキャリア】０は、比率的に大きい溝及び孔から形成 される。特に、等間隔で配置され半径方向に延びる複数の円周溝が円周方向に間 隔を開けた複数の軸受パッド支持面８３２を形成する。軸受支持面８３２は、円 筒素材の平坦面から軸方向に延びる！対の円周溝がさらに形成されている。円周 溝は図３３８及び図３３Ｃに最もよく示されており、参照数字８３４及び８３５ により示されている。キャリア支持構造は、前記の構造的特徴と円周方向に間を あけた複数の対称配置浅穴８３８と円周方向に間隔をあけて対称に配置された深 穴８３７とにより形成されている。“隠れた”穴８３７，８３８が存在すること で、図３３のキャリア構造は押し出し成形ができないし成形容易な単純２個構成 金豐モールド成形もできない。

図３３Ａに最もよく示すように、深穴８３７は軸方向溝８３６に交差して各軸受 パッドを支持する支持構造を形成する。支持構造は、円筒素材の外周部から延び る円周溝８３９によりさらに形成されている。

図３３〜図３３Ｃを１＃照すると、前述した構造部材を設けることでパッドを直 接支持するビーム８４０である第】支持構造を含む軸受パッド支持面８３２を支 持する支持構造が得られることが理解される。２つの連続ビーム８８２すなわち 第３支持構造と＊２支持構造とは、ビーム８４０を連続ビーム８８２に連結する 穴８３７，８３８により部分的に形成された複数のビームからなる。

図３３〜図３３Ｃに示されたキャリアの支持構造が主軸８０６から延びるパッド 中心線８０６Ａの回りに非対称であるために、この軸受は１方同に作用するよう になっている。さらに、図３２のキャリア１０のように、このキャリアは、この キャリアを形成する比率的に大きな溝及び孔はより容易に製造されるので、極端 に小さい軸受が必要とされる場合に特に適している。

あり温式軸受パッド１２０は、互いに間隔をあけた２つの傾斜脚部により形成さ れた支持部を有している。そのために、パッド１２０の中心領域はたわみ可能に 支持されている。当然、他の種類のあり温式パッドを用いることができる。

図３４及び図３４Ａ〜図３４Ｄは、本発明に係る別のあり連成ジャーナル軸受構 造を示す。図３４の軸受構造は図３３のものに対して、両キャリアは図に示す比 率的に大きい溝により形成されている点だけが類似している。特に、軸受パ。

ド支持面９３２を支持する支持構造は同一であるものの、各軸受パッドに対して 支持構造が非対称である。それによって、図３４に図示されたキャリアは１方向 に作用する。さらに、キャリアは“隠れた”開口を含むために、キャリアは押し 出し成形も単純な２（ｌｌｌ構成金子モールド成形不可能である。

繰り返すと、示されたあり溝式軸受パッド１２０は単に説明のためのものである 。本発明のモジュール性質によれば、あり連成輪受パメド１２０のいずれでもま たそこに多少の変形を加えたらで、又はここで開示された他の軸受パッド２０の いずれも用いられる。

図に示すように、キャリアは、軸受パッド支持面９３２に連結され対称に配置さ れた開口９４２により部分的に形成される１対のビーム状膜部９４０からなる藁 １支持構造を含んでいる。軸受の外周部上に形成された浅い円周溝が、１対の連 続したビーム状エレメント９８２からなる第３支持構造を形成している。ビーム ９４０を連続ビーム９８２に連結するためのビームと膜部のネットワーク９６０ からなる箪２支持構造は、複数の大きい対称に配置された穴９４４と、小さくて 対称に配置された穴９４６と、小さくて非対称に配置された穴９４８を設けるこ とで形成されている。非対称に配置された穴９４８を設けることによって、支持 構造は可撓性が増し、そのためこれらの穴の方向に傾く。

図３５は、本発明に係る複合型スラスト・ラジアル動圧軸受を示している。図３ ５に示された軸受は図３４に示された軸受に大変類似しており、同様な構造を指 し示すのに同様な番号が用いられている。しかしながら、ラジアル・スラスト軸 受はラジアルのみの軸受に比べて、軸受パッド面１０３２ｐｓが主軸１００６に 対して傾斜している点で異なる。パッド面の傾斜により、図３５の軸受は主軸１ ００６方向と主軸１００６から半径方向とにかかる両方の荷重を支える。

傾斜したパッド支持面１０３２ｐｓに支持されるためには、／セットはパッド支 持面の角度に合うような角度を有するランナーを装着していなければならない。

軸受に係る軸方向荷重の配分と半径方向荷重方向の配分とは、パッド面＋０３２ ｐｓの角度によって決まる。もしパッドが主軸１００６に対して角度αで傾（と 、軸受にかかる軸方向荷重は以下の式によって決定され得る。

軸方向にかかる荷重富全体の軸方同荷重（Ｓｉｎα）同様に、軸受にかかる半径 方向荷重は以下の式により決定され得る。

半径方向にかかる荷重−全体の半径方向荷ｔ（Ｃｏｓα）図３５の軸受に用いら れるキャリア支持構造は、図３４に示す軸受の支持構造に類似している。

図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８Ａ、図１８Ｂは、本発明にかかる多重モード軸受 ｌｌｌ造の様々な影響を示している。多重モード軸受構造は、別個でさらに他種 類の作動モードを含む使用例において役に立つ。例えば、低速に回転するときも あれば超高速で回転するときもあるシャフトが用いられる使用例や、高荷重を加 えられたり低荷重を加几られたりすることがあるシャフトが用いられる使用例に おいてである。作動モードが広い範囲に渡って異なる場合には、作動状態の各セ ットで最適に作用できる単一軸受を設計するのは困難なときがある。多重モード 軸受構造は、各作動モードに対して別々の軸受パッドセットを設けることでこの 問題を解決する。各軸受パッドセットは、キャリアの回りに円周方向に間隔をあ けて配置されており、１つの作動状態のセットにおいてそれ目前でシャフトを支 持できる。設計目的以外の作動状態では、そのパッドセットはほとんどわずかシ ャフトを支持するかあるいは全く支持しない。そのときにはシャフトはもう１つ のパッドセットにより支持される。理論的には、軸受は、以上の方法で多くの異 なる作動状態において／セットを最適に支持するための分離した軸受／イツドセ ットを何セットでも含むように設計され得る。実際には、このような軸受ｔ４． ｙドセ。

トを４つ以上含むように軸受を設計するのは難しい。

概略的に述べると、多重モード軸受構造は本願の別の箇所で述べられた単一モー ド構造と同じであるが、多重モード軸受は２又はそれ以上の別々の種類の軸受パ ッドと、選択的支持構造とを含んでいる点が異なる。選択的支持構造は、各パッ ドセットそのセットが設計された作動モード時にはシャフトを支持するように、 そうでない作動モードの場合にはほとんど支持しないあるいは全く支持しないよ うにする。選択的支持構造の１タイプは、荷重差動の原理に基づいている。選択 的支持構造の別のタイプは、圧電水晶又はポリマーといった能動的制御可能な“ スマート”材料を用いる。

荷重差動は以下の事実によって実現されている。多重モード軸受を必要とするく らい興なる２つの作動モードは必ず翼なるパッド荷重をもたらす。すなわち、！ モードは比較的高い荷重をもたらし、池のモードは比較的低い荷重をもたらす。

本発明の多重モードは、低荷重時でシャフトを支持するように設計されたパッド セットが支持される／ヤフト部に対して高荷重時にシャフトを支持するように設 計されたバ７ドセ・ノドよりわずかに接近するように、設計されている。低荷重 作動状態では、そのような状態で／セットを支持するように設計されたパッドセ ットのみが７中フトを支持するように働く。低荷重用パッドは、高荷重時には支 持されるシャフト部からたわんで離れるように設計された支持部に取り付けられ た又はそのように設計されている。そのため高荷重条件では、低荷重用パッドは 支持されるシャフト部から離れるように押されて、／セットは高荷重用パッドに 支持される。このときに、低荷重用パッドはたわんだ位置においてほとんど支持 しない。又は全く支持しない。

荷重差動は少なくとも２つの方法でもたらされる。箪１には、パッドがその設計 された荷重以外の大きい荷重に対してはシャフトからたわんで離れるようにパッ ドそのものの支持構造を設計してもよい。別の方法としであるいは前記方法に併 用するものとして、低荷重用パッドを支持するキャリア部を高荷重に対応して／ セットからたわんで離れるように設計してもよい。

図１７Ａ〜１ｉｉｉｌ１７ｃは、２タイプの軸受パッド２０Ｌ及び２０はを含む 多重モード軸受構造を示す。第１のタイプの軸受パッド２０Ｌは、比較的可撓性 が高くて比較的低い荷重の作動モードでシャフトを支持するように設計されてい る。第２のタイプの軸受パッド２０Ｈは、比較的剛性が高くて、比較的荷重の高 い作動モードでシャフトを支持するように設計されている。具体例では、低荷重 用軸受は図３Ｅ及び図Ｆに示され前述された軸受に類似しており、高荷重用軸受 は図３０及び図りに示され同じく既に述べられた軸受に類似している。他の種類 の軸受パッドを使用できることは当然である。図１７Ａ〜図１７Ｃの軸受におい て、荷重差動キャリア１０の設計によって主として生じる。より具体的には、キ ャリアは、パッドセットのそれぞれ（高荷重用パッド及び低荷重用パッド）がパ ッド支持部１０５上に支持されるように設計される。パッド支持部１０５は連続 円周リング部１０６に支持されている。高荷重用パッド２０Ｈのために連続円周 部１０６は堅いベース１０８に支持されている。しかし、低荷重用パッド２０Ｌ 用の堅いベース１０８には開口１０８０が形成され、そのために連続ビーム１０ ６はとても薄い膜部１０７に載っている。このような構造のおかげで、低荷重用 ｌパッド２０Ｌは、高荷重用パッド２０Ｈより図１７Ａの垂直方向にはるかに大 きい可撓性を有するキャリアｌＯの部分で支持されている。そのため、低荷重用 ／パッド２０Ｌに高荷重がかかると、これらのパッドを支持する支持部が垂直方 間下方にたわんで、低荷重用パッド２０Ｌのパッド面が支持される面から離れる ようにたわむ。別の場合には、高荷重用パッド２０）１を支持するキャリア支持 部は比較的剛性が高く前述のようにはたわまない。そのため、高荷重がかかると それに応じて、高荷重用パッド２０Ｈが実質的に全ての支持を受け持つことにな る。

低荷重用パッド２０Ｌが低荷重状１で実質的に全て支持するのを確実にするため には、低荷重用パッド２０Ｌが高荷重用パッド２０Ｈのｔ４　フド面よりわずか に高く取り付けられたパッド面を有するように軸受の配置が行われる。この高さ の違いが、図１７ＡにＨＤで図示されている。高さの違いを生み出すためには、 高荷重用バッド２０Ｈ用のキャリア１０に深い取り付は穴を設けるかあるいは低 荷重用パッド２０Ｌを幾分高くしてもよい。この高さの違い（ＨＤ）の結果、低 荷重用パッドの表面は高荷重用パッド２０Ｈの表面より先に支持される面に接触 する。設計上の条件にしたがって、軸受パッド及びキャリア支持構造は、低荷重 モードにおいて低荷重用パッド２０Ｌが全体の荷重を充分に支えるように設計さ れている。

図１７Ｂは、高荷重パッドと低荷重用パッドとがキャリア１０に円周方向に配列 された図を示している。図示されたように、パッドの各セットすなわち高荷重用 パフドセノト及び低荷重用パノドセＩトは軸受の中心軸の回りに円周方向に間を あけて配置されている。この配置は、各軸受バノドセｙトが独立して支持される ／セット部分を支持できるようにするためには必要である。中間の荷重条件にお いて／セットを支持するために追加の軸受バノドセ１トを設けることができる。

設けられ得る追加軸受バｙドセ１トの数は、主として、そのセットのみで／セッ トを支持するのに必要な各セットの軸受パッドの数と、軸受ｔ＜　ｙドと全体の 軸受サイズとを妥当なものに抑える必要といった実際的な理由とによって制限さ れる。さらに、作動モードは荷重差動が行われるように充分に異なっていなけれ ばならない。

図１．７　Ｃは、低荷重用パッド２０Ｌの位置の下方に薄い膜支持部１０７を形 成するためにキャリアの底部に形成された穴１０８の位置を示している。

図＋１Ａ及び図１８Ｂは、荷重差動が軸受パッド構造のために生じる別の構造を 示している。具体例として、軸受構造は２つのタイプの軸受パッド２０Ｌ及び軸 受パッド２０Ｈを含んでいる。第１のタイプの軸受パッド２０Ｌは、比較的可撓 性が高いので比較的荷重の低い作動モードで７ヤ７トを支持するように設計され ている。第２のタイプの軸受バッド２０Ｈは比較的剛性が高（、比較的荷重の高 い作動モードで７中フトを支持するように設計されている。図３０及び図３Ｄに 図示され先に述べられたタイプの高荷重用パッドセット２０Ｈ及び低荷重用パッ ドセット２０Ｌは図４Ｂ及び図４０により図示され先に述べられたものと大変類 似している。軸受パッドの他の形態を好みに応じて用いることができる。

キャリア１０は、軸受パッド２０Ｌ、２０Ｈの各タイプを実質的に等しく支持す る従来のキャリアにしてもよい。キャリア１０に形成された通路１０９は、以下 に述べられるように特別の目的のためのものであり、荷重差動のためのものでは ない。軸受パッド２０Ｌは軸受パッド２０Ｈより幾分高（なっており、図１８Ａ に示す組立状智で高さの違い（ＨＤ）が得られる。荷重差動を得るために、低荷 重用パッドセット２０Ｌは高荷重条件の時にシャフト面から離れるようにたわみ 、高荷重用パッド２０Ｈが必要な支持のほとんどを行うように設計される。この 目的のために、低荷重用パッド２０Ｌは可撓性がとても大きい支持構造を有して おり、この支持構造は円筒状第１支持部３７１と薄膜の第２支持部３７２と円筒 脚形状の第３支持部３７３とを含んでいる。これはひどく可撓性の大きい軸受パ ッド構造の一例を示したのみであり、ここで述べられた可撓性の大きい軸受パッ ド構造のいずれのパッドでもできる。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示す構造により、低荷重状態では、低萄重用パッド２０ Ｌの表面が最初にシャフトの被支持部分に接触する。この軸受バッド２０Ｌを支 持する支持構造は、この低い荷重作動状態で／セットを適当に支持するように設 計されている。高荷重時には、低荷重用パッド２０Ｌがたわんで離れて、高荷重 用パッド２０Ｈが／セットの支持をほとんど受け持つ。

電気エネルギーを生み出すので、優れて速い反応速度を宵するセ／す〜とじても 用いられ濤ることを意味している。ｆｌｌｌの無定形磁気弾性材料（鉄・シリコ ン・−素）は、ゲージファクタがｓｏｏ、ｏｏｏまであり磁気弾性結合係数が０ ．９８もある例を検知するの１．：現在使われている。

ＴＥＲＦＥＮＯＬは夏００ｍｍのＣ１，ｙドにおいてＯ〜１５ｋＨｚの高い帯域 幅を有している。ＴＥＲＦＥＮＯＬは低周波数でもよく作動し、１ｋＨｚ未満の 音のＲ波に理想的である。つまり、信号はさらに進むようになり、戻ってくると きに高い分解能を生み出すようになる。ヤング率、すなわち材料の共振周波数及 び音の速度は、磁気バイアス場を使うことで広い範囲にわたって制御可能な材料 の共振周波数と音の速度になり得る。ヤング率は、材料が飽和状態の時に元の値 の２倍に達する。

図１９Ｃに幾分概略的に示された単純な構造は、“スマート”軸受パッドである 。スマート軸受パッドは、センサーと作動手段とを含んでおり、両者は、圧力が 軸受パッドに加えられると電圧を図示しないフィードパγり増幅器に供給するよ うな圧電材料から作られている。フィードバック増幅器は、パルスを処理し電圧 を作動手段に送って、拡張させたり圧力を弱める必要があるときには椿事させた りする。最終的に、設計上最適なくさび形成となる所望の平衡状態が得られる他 のタイプのスマート構造も検討されている。たとえば、センサー部品は温度、圧 力、エネルギー消費、パワー口孔摩擦又は（さびの性質を示す他の条件のいずれ か別々に検知する別々の物理センサーにしてもよい。これらの検知された状Ｃは 中央演算装置（ＣＰＵ）に送られ、それが信号を作動手段に供給する。作動手段 は、圧電材料、ＴＥＲＦＥＮＯＬ、ＥＲ流体、ニチノールにッケルチタン合金） のような形状記憶金属、又は別のスマート材料又は軸受の特性を変えるための機 械的作動手段を含み得る。

スマート軸受構造は、正確な制御が必要な広い範囲に渡る実施例において用いら れる。上で提案したように、スマート軸受が多重モード軸受用の選択的支持構造 を設けるのに用いられるときには、軸受パッドの別個のセｙトが選択されて作用 させるように又は作用させないように能動的制御可能エレメントが配置される。

例えば、パッドは圧電素子上に又は機械的作動手段上に取り付けられて、その設 計用のモード時にはンナフトを支持する支持位置に持ち上げられることができて 、シャフト回転の別のモードには下げられることができる。別の場合、パッドを 設計するときに、そのパッドの設計用モード時にはシャフトの回転を支持するよ うに堅くなり別の作動モード中にはほとんど少ししか支持しないようにあるいは 全く支持しないように柔らかくなるように設計され得る。

能動的制御可能軸受構造を他の方法で用い得るのは当然である。例えば、本発明 の軸受は、作動時の欠陥を訂正するために、検知された作動状態に応じて調整さ れ得る。より具体的に述べると、本発明の軸受は（さびの形状、パッド面、及び 支持構造のたわみ特性の全て又はそれぞれを物理的に変更するための分離エレメ ントを含み得る。分離エレメントは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）により制御さ れ、中央演算処理装置はくさびの性質を示す信号を受け取る。例えば、センサー は湿度、ンナフトのパッドに対する接触状態、トルク、騒音、パワー消費等の物 理的特性を検知できる。センサーからの信号はＣＰＵに伝達され、最適なくさび 形成を示す条件と比較される。実際の検知された状態が最適なくさび形成を示す 条件から大き←逸脱している場合には、ＣＰＵは、くさびの形状、パッド面及び パッド及びキャリア支持構造のたわみ特性の全て又はいずれかを物理的に調整す る手段に信号を与える。そのようにして、最適なくさび形成が行われるようにく さびの調整を強制的に行う。別の例では、又は先の例に付は加えるものとして、 ｃｐｕが例えば“層性を高めろ”又は“後端を持ち上げろ”のような直接の手動 λカコマンドに反応できるようにもできる。このような信号が受信されると、Ｃ ＰＵは所望の結果を得るように前もって決められたルーチーンを行う。

くさびの性質を物理的に変えるために用いられる手段は各種ある。例えば、くさ びの性質は、流体を減衰チャンバ（ＩＩ述）に押し込めて軸受支持構造の減衰特 性を変更するａ他の方法として、機械式ロブド又はねじジヤツキを支持構ａ１こ 接触させるようにして支持用ねじのたわみ特性を物理的に変更できる。以上に述 べた手段のどれも電気的に制御可能である。

検知された作動条件に応じてくさびを物理的に調整するために多くの手段を用い ることができるが、現在最も良いと考えられている手段は、軸受支持構造内の隙 間にあるいは支持構造と軸受パッドとの間に設けられた１つ以上の圧１に素子で ある。圧電素子をこのように設けると、パノどの形状や配列を能動的に制御又は 調整でき、さらに支持構造のたわみ特性に影響を与えられる。勿論、同様な結果 はＴＥＲＦＥＮＯＬのような磁気歪み年上合金から形成されたエレメントあるい はＥＲ流体のボケ、トを用いると得られる。かくして、以下の説明は圧電素子に ついて具体的に述べるものの、他のスマート材料も本質的に同じ方法で用いても よい。上述したように、電流を特定の水晶及びセラミック材料に与えると、機械 的に拡張する力が生まれることが知られている。交流電圧が印加されると、結晶 又はセラミックの材料は振動して厚みが変化する。しかし、直流が定常的に印加 されている場合は厚みの変化は生じない。このように、特定の圧電材料は電圧印 加時に寸法を変光られることが知られている。これらの圧電材料の中で有名なも のは、石英水晶、ロノエル塩（カリウム、四硫化ナトリウム）、適当な極性を有 するチタン酸バリウム、リン酸二水素アンモニウム、通常の糖及びセラミックス である。圧電効果を示すこれらの物質全ての中にも、所望の特性を全て有するも のはない。望ましい特性としては、安定性、高出力、極端な温度及び湿度に対す る非反応性、及びどんな望ましい形状にでも変化できる能力が挙げられる。ロ／ エル塩は高出力をもたらすが、湿度と空気とから保護することが必要であり、ま た４５℃（１１５°Ｆ）より高温で使用できない。石英水晶は間違いなく最も安 定しており、そのために電子発振器によく使われているがその出力は低い。石英 水晶は、電極を取着けるために各面が銀メッキされた薄いディスク板に形成され る。ディスク板の厚みは、所望の電気周波数に等しい機械的共振周波数をもたら す寸法に研磨される。この結晶は、周波数制御を行う適当な電気回路内に組み込 まれる。軸受での使用時には、ポリマーの又はセラミックの圧電材料が最も適し ているようである。

圧電素子は、本発明のいずれの動圧軸受の軸受パッド隙間やキャリアの隙間に配 置可能である。しかし、圧電素子を支持構造内に又はばねが装着されたキャリア 内に又は支持構造と軸受パッドとの間に配置することの容易さは、当然のことな がら支持構造と軸受パッドとの開の空間のサイズに又は支持構造内の空間のサイ ズによって決定される。ここで述べられた軸受は広い範囲にわたって異なるサイ ズの隙間空間を有しておりさらに空間の実際のサイズは軸受のサイズ吹下である ので、圧電制御される軸受に用いられるものでここに述べられた軸受バンド又は キャリアの形態の選択は、用いられる軸受の直径によって特に決められる。

キャリア又はパッド支持構造に形成される開口が比例して大きくなってしまう比 較的大きい軸受には、比較的小さい開口を設けるのが適している。その反対に、 隙間又は空間が比例してとても小さくなる極小のキャリア又は軸受パッドには、 比較的大きい開口を設けるのがより適している。気に止めてもらいたい点として 、圧電素子のサイズが支持構造要素のサイズに近くなるつれて、圧電素子の全体 の軸受構造に対する効果は比例して大きくなる。通常の状態では、圧ｍｓ子は軸 受の性能に小さな変更をもたらす巨的のみで用いられている。その理由としては 、軸受はたとえ圧電素子機能がなくても最適状態に近いためである。したがって 、図３２のキャリアの支持構造内空間に圧電素子を埋め込むと、軸受の特性が動 圧軸受から圧電制御軸受に変更され、いくつかの場合では変更が望ましい。

例えば、図２５及び図３１に示す軸受は、キャリア支持構造内で支持構造と軸受 パ１ドとの間に配置された圧電素子１００を含んでいる。電気リード線く図示せ ず）は各圧電素子に接続されている。制御／ステムが電気リード線への電流供給 を制御している。動圧くさびの状態をモニタするセンサーから得られた信号に又 は手動入力信号に応じて、全ての圧電素子を制御する中央演算処理装置（ｃＰＵ ）を制御システムが有していることが好ましい。

本発明に係る軸受内の圧電素子１００を制御する制−システムの一例は、ｃＰＵ を含んでおり、ＣＰＵは動圧くさびの性質を示す状態をモニタする各種センサー からの入力信号を受ける。例えば、ＣＰＵは、温度センサー、騒音センサー、シ ャフトのパッドに対する接触センサー、パワー消費センサー、トルクセンサー及 びひずみセンサー等から信号を受ける。これらの各センサーから得られた信号は 、読み込み専門記憶装置ｔ　（ＲＯＭ）内の最適なくさび形成を示す値に順次比 較される。ＲＯＭは、１つ又はそれ以上の所望くさび形成用の値を記憶できる。

例えば“最大荷重支持能力”や“低摩擦・低パワー”等である。検知された状態 が適切な範囲から外れていると判断されると、適切な訂正手段を決定するために 診断分析が行われる。この診断分析の結果、圧電素子がある場合にはそのいずれ に電流を供給するかが、さらにどの程ｌ１ｆＩＩ流を供給すべきかが決定される 。

上に述べたように、図２５の軸受はキャリア構造内に配置された圧電素子１００ を有することができ、軸受パッド支持面１３２の下方へのたわみ量を選択して正 確に制御できるようになる。この特別な事例において、圧電素子１００は各軸受 パッドにおいて共通の位置に設けられているので、圧電素子は単一の機能、すな わち軸受パッド支持面が下方にたわむのを制御することのみを行う。追加の圧電 素子１００を別の目的のために別の場所に設けることが可能であるのは言うまで もない。繰り返しになるが、圧電素子１００にはリード線（図示せず）が接続さ れており、リード線への電流の供給は上述されたタイプの中央演算処理装置に制 御される。

図３１の軸受は圧電素子１００を含み、この圧電素子１００は、検知された作動 状響に応じてくさびを選択的にＩｌｌ！！できるように、場所を選択して配置さ れ得る。再度繰り返すと、リード線は圧電要素圧電素子１００に接続されており 、圧電素子に電気リード線を通って流れる電流は上述されたタイプの制御システ ムにより制御される。圧電素子への電流の供給は手動操作の電気制御システムに より制御され得ることも注意してほしい。しか１−１中央演算処理装置を用いる とより良い結果が得られると考丸られている。多重モード軸受の目的を達成する ために、スマート軸受構造は２つの方法で用いられる。第１の方法は、軸受は“ スマート”構造を有する軸受パッドの１セツトのみを含むように設計され得る。

この場合、軸受パッドのたわみ特性は翼なる作動モードの必要性を満たすために 様々に変更され得る。もう１つの場合には、選択された軸受ノイ１ドセノトをシ ャフトの被支持部に近付けたり遠去けたりするように押すことによって、そのセ ットを作動させるあるいは作動させない動的制御可能材料が用いられる。

図１９Ａは、位置決め突起１０２を含む装着穴１０１を有するキャリアｌＯの部 分上面図である。位置決め突起１０２は、２つの電気リード線ＥＬｉ及びＥＬ２ を含んでいる。このようなキャリア部材は、圧電材料、ＥＲ流体、形状記憶金属 又はその他のスマート材料に電流を流すあるいはそこから流す目的のために軸受 パッド又は支持構造内に引き込まれた電気リード線を必要とするスマート軸受構 造で用いられる。

図１９８は、そのようなキャリアで用いられ得る軸受パッド２０の一例を示して いる。特に、軸受パッド２０は図３０及び図３Ｄで示され既に述べられた軸受パ ッドに類似している。ところが、パッド部２３はパッド挿入部ＰＩを含んでおり 、このパッド挿入部ＰＩは実際のパッド作用の面となる。切れ目が急角度で折れ 曲がった第３支持部３７３に加えられており、軸受パッド２０がキャリア１０に 取り付けられるようになっている。電気リード線２７３ＥＬは、軸受ノ（ラド２ ０が図１９Ａのキャリア１０に装着される際にリード線ＥＬＩ、ＥＬ２と電気的 に接触するように切れ目に近接して形成されている。図に示すように、スマート 材料が軸受パッド部２３に用いられると、電気リード２７３ＥＬはパッド挿入部 ＰＩにまで延びる。当然、スマート材料はパッド面ではなく支持構造内に用いら れる。そうなると、電気リード線はそのように用いられた位置に電流を供給する 図１９Ｂに示すパッド挿入部ＰＩは圧電材料であってもよい１７、あるタイプの 圧電材料を含む複合物であってもよい。そのような材料である場合、電流が）ｆ ラド挿入部に供給されると、パッド挿入部の形状はくさび形成を調整するように 変化する。

図１９Ｄは、調整可能な剛性を有するモジュール支持構造部品を示す。具体例と して、支持構造の骨格部は、薄い筒状の第１支持部３７１と、薄い膜状の第２支 持部３７２と、円周ビーム状第３支持部３７３とを含んでいる。支持構造の両端 に連結部３０．４０がそれぞれ設けられており、この連結部が支持構造をねし４ ０を介してキャリアに取り付け、ねじ３０を介して軸受パッド部に取り付けられ るようになっている。

骨格部３７２，３７２は比較的薄いため、構造はとても可撓性が大きい構造にな っている。しかし、支持構造の内部は流体が漏れないようにシールされており、 ＥＲ流体を含んでいる。電気リード線ＥＬはＥＲ流体に可変電流量を選択的に変 化させて供給するために設けられている。そのような電流が供給されると、支持 構造の剛性はとても可撓性の大きい支持構造から極端に剛性の高い支持構造へと 選択的に変化し得る。電流供給の制御は、くさびの性質を示す検知された選択状 態を検知するセンサー（図示せず）に応じて行われる。

図１９Ｅは、スマートキャリア構造１０を示している。キャリアＩＯは、復数の パッド装着用穴１０１を含んでいる。各ｔ４　ｙド装着用穴１０１の支持は薄Ｌ Ｘｔ４ッド支持面１０ＰＳにより行われる。各ノイノド支持面１ｏｓｓのすぐ下 方にはＥＲｆｉ体１０Ｆが満たされた流体閉じ込めチャン／イがある。電気リー ド線ＥＬは電流を流体が満たされたチャンバに供給するためのものである。上述 した方法で、電流は、パッド支持面１０ＰＳの剛性を可撓性の大きい面から極端 に剛性の高ｔＩ面へと選択的に変化させるよめに供給され得る。繰り返しになる が、電流の供給は、くさびの性質を示す物理的状態を検知するセンサーに応じて 制御され得る。

図１９Ｆは、本発明に係るスマート軸受／イ１ドを示している。この軸受ノ４２ ドは、本発明に係るモジュール構造において、支持構造内に取り付は可能とする ねじ状の突起を含む骨格部を有している。さらに、図１９Ｆの切り欠かれた部分 ζこ示すように、軸受パッドは交互に形成されたＥＲ流体２３Ｆと複合材料との 層を含んでいる。電圧が印加されると、ＥＲ流体の分子が再整列され、流体は固 体のようにほとんど剛体となる。ＥＲ流体の層がフィード／イブクシステムによ って制御されるときには、くさびの性質を示す検知された状態に応じて軸受ｔｆ フッドの剛性を微調整できる。

プレバイアス軸受パッドを用いる軸受では、軸受ノミラドが正確にキャリア内τ こ配置され軸受パッドが適切に整列されて荷重がかかると適切にたわむよう書ニ なっていることが重要である。能動的制御可能な軸受構造において／リドの正確 な位置決めが重要な理由としてはさらに、変化が生じる基準固定点がなければな らないからである。

図６Ａ、図６Ｂ、図６０及び図６Ｄは、本発明の別の見地を図示しており、そこ では軸受パッド２０がキャリアＩＯ内に正確に位置決めされて−）る。図６Ａ及 び図６Ｂにおいて、キャリアｌＯには、軸受ノミラド２０を受けるための孔１０ １内に非対称に配置された位置決めビン１０２が形成されてし＼る。位置決めビ ン１０２は、軸受バッドをキャリア１０内の穴に正確に位置決めをするためのも のであり、軸受パッド支持構造に非対称に配置された開口（又は軸受／ｆ、ドの 別の場所に設けられた同様な開口）の１つに嵌まることができる。別の構造が図 ６Ｃ及び図６Ｄに示されている。この構造では位置決め突起１０２は穴＋０１の 壁から延びており、分離位置決めビンの代わりに用いられる。位置決め突起は本 発明の軸受パッドの急角度で折れ曲がった第３支持部に形成された対となる切れ 口内に嵌められる。このロック用ビン又は突起の配列によって、プレノイイアス 軸受ｉ＜ノドは穴内に取り付けられた時に適切な芯出しがされる。位置決めポス ト又は突起が用いられる時には、軸受パッドをキャリア内に回転させて止める必 要のない接続部材のみが使用可能である。すなわち、プレスばめ又は図１２Ｂ及 び図１２Ｃに示された接続部材は使用可能であるが、ねじは使用できない。

図７〜図１０は、本発明に係る軸受構造に関して得られるモジュール方式を示し ている。より特定すると、これらの図面は異なる標準部品を用いるだけで得られ る多くの軸受形状の可能例を示している。既に述べられたように、標準軸受ノｆ ノド支持部と標準軸受パッド部との組合せは自由である。

図７において、数多（の従来丸型軸受パッド２０がキャリア１０内に円周方向に 互いに間をあけて配置されている。以前は、パッド部が支持部と一体に機械加工 されるときには丸型パッド部を形成するのが容易であるために、このような丸型 部が主として採用されていた。しかし、コストを増やすことがないならば、本発 明に係る別の見地によって非円形軸受）４ブトを用いるのが望まい１堝合もあり 得る。

本発明にしたがって軸受パッド部が分離して形成されるときには、ノミラドの形 状はいかなるものでも容易に製造されるためにｔ４フドの形状を選択するにあた って製造上の複雑さは重要な問題とならない。側光ば、図８に示すようなくさび 車軸受パッド２０を用いることで、より大きなパッド面が得られてシャフトの支 持力を増やす。そのために、従来の丸型軸受パッドに加えて標準くさび形状軸受 、＜ラドを設けることが望ましいこともある。さらに、図示はされていないが、 組立られたときにほとんど連続したようになる軸受ノイ１ド面が得られるような 軸受ノくラド部を有することが通常は望ましい。例えば、／４１ドのサイズに関 しては隣接する軸受パッドの縁部分がほとんど接触した状態にできる。

複数の分離車パッドよりむしろ単一の連続軸受１＜ブトを設けることが望まい１ こともある。図９Ａ及び図９Ｂはそのような連続して軸受／マッドリングを示し ている。この軸受リングパッドは、凹部３１０と複数のｌ＜　ｙド部３２０とを 含んでいる。凹部３１０とパッド部３２０とが対称に配置されているので、この 軸受は分離型軸受パッドを有する軸受のように多様に機能する。部材３００が連 続していることは、例えば支持構造の剛性を高くしさらに個々のパッドのたわみ を抑制することで性能に影響を与える。これらの効果は凹部をとても薄くするこ とで最小限となる。標準のキャリア及びパッド支持部を用いると、連続部材３０ ０は、軸受パッド支持部の数に対応する数のパッド支持部受は止め部材を有する 。連続部材３００は、連続部材を内部に収容可能なパッド支持部にブレスばめ又 はスナップばめ、又は取り外し可能な池の固定手段により固定される。連続部材 は、軸受パッド面の正確な位置決めと均一なたわみとを得るのに役立つ。

図１ＯＡ及び図１０Ｂは、軸受バプド部３５０のパッド面が平坦な連続軸受リン グ構造の別の一例を示している。パッド部及び支持部の両方又は一方は荷重がか かると軸受パッド面３５０が変形するように支持しなければならない。それによ ってシャフトを動力学的に支持する必要があるからである。平坦面の平面は、荷 重がかかっていない状態でのシャフトの支持される面に平行である必要があり、 荷重がかかると円周方向に間隔をあけた複数の動圧くさびをもたらすように変形 する。図１０Ｂに最もよく示すように、以上の動作は繰り返しである一連の支持 部を含む一体型支持構造を設けて実現される。前記各支持部は、全体的剛性部、 極端に薄い連結部、部分的剛性部及びもう１つの極端に薄い連結部を以上の順番 で含んでいる。

図１０Ｃ〜図１０Ｅは、連続した内径を有ｒる軸受の作動原理を図示している。

この軸受は以下のものを含む／ステムに原則として基づいている。システムが含 むものは、垂直刃ＩｍＶと水平方向Ｈとの両方に剛性の高い一連の全体的剛性支 持ブロックＣ］、　Ｏと、２つの全体的剛性ブロタクＣ１０の間に間隔をあけて 各々が配置された、一連の部分的に（すなわち垂直方向に）剛性の高い支持プロ 、りＣ２０と、モーメントに抵抗不能な一連の支持部Ｃ３０とである。支持部Ｃ ３０は、概念的には図１に示すように、全体的剛性支持ブロックＣＩＯのコーナ ーを所定方向に剛性の高い支持部Ｃ２０のコーナーに連結する紐として考えるこ とができる。

ラジアル、スラスト又は複合型ラジアル・スラスト軸受のいずれにしても連続し たすなわち円形の支持ネットワークを含んでいるので、本発明を採用したどの軸 受のセクタ１ンもまた概ね連続した状態で連結されている。すなわち、終わりの セタン１ンの端は最初のセクシ蓄ンの始まりに連結されており、連続した支持ネ ットワークができている。

図１００及び図１００は、連続軸受面を有する軸受の基礎をなす概念を図示して いる。特に、これらの図面は、連続した状態で互いに連結される同一の一連のセ クン璽ンからなる輪受の１セクシ璽ンを幾分概略的に示している。この軸受は連 続軸受面３５０と一連の同−七クシ１ンを含む支持構造とを含んでいる。各セク ン璽ンは、全体的剛性の高い荷重支持部ＣＩＯと、垂直方向に（部分的に）剛性 の高いＴｆｆｉ垂直支持部Ｃ２０と、剛性の高い支持部ｌＯとＴ型支持部Ｃ２０ との間を連結する連結部Ｃ３０とを含んでいる。

連結部３０は、モーメントに抵抗する能力を少ししか有していないが、この連結 部はモーメント抵抗能力を大幅に減らすことが可能なように最大限薄く作られて いる。接続部Ｃ３０が薄くなるにつれて、モーメントに抵抗する能力は減ってい き、この構造は上述されかつ図１０Ｃ〜図１０Ｄに図示された概念的システムの ように作用する。もちろん、連結部３０は疲労破壊や荷重がかかったときの他の 破壊を避は得る程度には厚くなければならない。

Ｔ型部の横バ一部が極端に片持ちぼり状態になると、横バーを設ける利点がなく なる。すなわち、垂直支持部Ｃ２０のたわみ角度当たりの上側左コーナーＣ２０ Ｌと上側右コーナーＣ２ＯＲとの間の差動及び水平方向の空間が増加しなくなる 。したがって、設計上で考えなければならない別の重要な点として、Ｔ型部Ｃ２ ０の水平方向に延びる損バーは垂直方向に比較的剛性が高（なければならない。

そうすれば荷重がかかっても槓バーが著しく片持ちばり状態にはならない。

図１０Ｃは、荷重がかかつていない状態の軸受構造を示している。この状態で、 連続軸受面は平坦である。図１０Ｄは、荷重が軸受面８にわたってかけられた時 の支持構造のたわみ（大きく強調されている）とその結果の支持面８の変形とを 示している。特に、図１０Ｄに示すように、垂直支持ビームは、上側左コーナー Ｃ２０Ｌが上側右コーナー２０Ｒの実質的に上方の位置になるようにたわんだり 又は片持ちぼり状態になる。前述したように、レノ＜一部は剛性を比較的高くｔ べきである。さもないと、１部材が傘状の両側片持ちばり状態にたわんでしま（ １、そのために左コーナーＣ２ＯＬの右コーナーＣ２ＯＲに対する水平高さの程 度が少なくなるからである。Ｔ型部Ｃ２０のたわみ（これが左コーナーＣ２０Ｌ と右コーナーＣ２ＯＲとの間に大きな差を生み出す）の結果として、また連結部 Ｃ３０のモーメント抵抗能力が極端に制限されており、全体的剛性部材Ｃ３０が ｉｉとんどたわまないようになっているために、支持構造は図１０Ｄに示す平衡 状態の位置をとる。この位置において、連続軸受面は円周方向に間をあけて配置 された一連のくさび形状面特徴を達成する。支持構造が適切にたわむように設計 されていると、くさび形状の特徴は最適な動圧くさびに一致し、シャフトは、支 持されるシャフトが回転するときに、シャフト面と連続軸受面との間の動圧くさ びζこ圧力をかけられた流体によって支持される。

図１１Ａは、本発明によって考えられたモジュール式軸受／イツト構造に用も１ られるモジュール軸受パッド支持部の一形態を示す。特に、図１１Ａは図４Ａ〜 図４Ｅ及び図５Ａ〜図５Ｅに示された一体型軸受に基づくモジュール式軸受を製 造するのに用いられる軸受パッド支持部を示す。図１１Ａに示すように、支持部 ζよ、第１支持部の上方にあるねじ部３０と第３支持部のねじ延長部４０とを含 んでいる。これらの２つのねじ部３０．４０は、軸受／スツド部とキャリア部材 と１こ形成された対となるねじ穴にそれぞれ嵌められる。このようにして、図１ １Ａに示すモジュール構造はキャリア及び軸受ノ４ツドに取り外し可能に固定さ れるようζこなっている。他の周知の対となる接続部材を用いることができるの は当然である図１１Ｂは、ねじの切られた上側部３０と第３支持部材のねじが切 られた延長部４０とを有するモジュール式軸受パッド支持部の別の形態を示して しする。この軸受の実際の支持部２７は、図２９図３Ａ及び図３Ｂに示されたモ ノｘ）し式の軸受を製造するのに用いることができる。この場合にもやはり、周 知の対となる接続部材を用いることが可能である。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示すモジュール構造は比較的広いベースを有するねじの 切られた連結構造を含んでいるが、別のタイプのモジュール部品及び連結部材も 可能である。図１２Ａ−図１２Ｆは、そのような部品及び連結部材を幾つ力）示 している。具体的に図１２Ａは、図１１Ａに示されたタイプのモノニール支持部 の上側部分を示している。ここでは、図１１Ａに示された広（＼ベースを有する ねじ部材ではなくねじの切られた固定用ポストが設けられてＬｌる。このような ポストを図１．　Ｉ　Ａ及び図１１Ｂに示す広いベースを有するねじの切られた 部材の代わりとして用いることができるのは自明である。図１２Ｂ及び図１２Ｃ は、図１２Ａに示すねじ部材の代わりとして用いることが可能なスプライン形状 のスナップ式口、りを示す。当然、接続部材の雄部分は支持構造ではなくノイフ ド状に形成され得る。そのような構造の一例は、図１２Ｄ及び図１２Ｆに示され ており、図１２Ｅは雌棲続部を有する支持構造を示す。図１２Ｄはさらζこ、− 材料（一般（こ金属）とそこにモールド成形された別のタイプの材料（一般にゴ ム又ポリマー）力１らなるキャップ等とから形成された構造的ベースを有する複 合／イツトを示す。図１２Ｆは、軸受バラどの他の部分と異なる材料からなる分 離ノリド挿入部ＰＩを含む軸受パッドを示す。パッド挿入部は例えば炭化珪素、 青銅、硬化ゴム、ポＩＪマー又は能動的制御が可能な“スマート材料”のような 高性能軸受材料から形成され得る。

パッドの残りの部分はシャフトの被支持部分に接触しなし＼ので、コストの低Ｌ ）材料で形成できる。

図示された構造に加えて、他の構造は、レノイーロック、カムロック、捩じりロ ック又は他の周知の取り外し可能固定手段を含んで実現され得る。ざら【こ、具 体的に図示はされていないが、特定の事例ではモジュール部品は例えばプレス１ ｆめ、糊付け、溶接又は池の周知の製造方法により互いに取り外し不能に固定し てもよい。

ＦＩＧ、　ＩＡ ＦＩＧ、ＩＣ ＦＩＧ、３Ｄ ＦＩＧ、　３Ｆ ＦＪＧ、４Ａ ＦＩＧ、５Ａ ＦＩＧ、５日 ＦＩＧ、　６Ｂ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　９Ａ ＦｆＧ、９８ ＦＩＧ、＋ＯＡ ＦＩＧ、ｌ０Ｃ ＦＩＧ、　ｌ０Ｃ ＦＩＧ、１１Ａ ＦＩＧ、ｌｌ５ ＦＩＧ、　１２Ａ　ＦＩＧ、　１２８ ＦＩＧ、　１２ＣＦＩＧ、　＋２Ｄ ＦＩＧ、　１２Ｅ ＦＩＧ、　１３Ａ　ＦＩＧ、　１３８ ＦＩＧ、１４ＡＦＩＧ、１４Ｂ ＦＩＧ、　ｆ５Ａ ＦＩＧ、　１６Ａ ＦＩＧ、１６Ｂ ＦＩＧ、　１７Ａ ＦＩＧ、１７６　ＦＩＧ、　１７Ｃ ＦＩＧ、　ｆ８Ａ ＦＩＧ、　１８８ ＦＩＧ、１９Ｂ ＦＩＧ、１９Ｇ Ｋ）ＦＳＸ／ｌｏｔ ＦＩＧ、２５ ＦＩＧ、　２９ ＦＩＧ、　３０ ＦＩＧ、３１ ＦＩＧ、　３３Ｃ ＦＩＧ、３４ ＦＩＧ、　３４Ａ　ＦＩＧ、　３４８ ＦＩＧ、　３４ＣＦＩＧ、　３４Ｄ ＦＩＧ　３５Ａ　ＦＩＧ、３５Ｂ 要約書 国際調査報告

Claims (59)

【特許請求の範囲】
1. １．回転シャフトを支持するためのモジュール式動圧軸受であって、所定の軸の 回りに互いに間隔をあけて形成された複数の開口を有する、キャリァと、 各前記キャリアの前記開口に取り外し可能に固定された複数の軸受パッドであり 、パッド面を有するパッド部と前記パッド部を支持する支持部とを有し、前記パ ッド部は前記支持部の一部に取り外し可能に固定され、前記支持部の他の部分は 前記複数の開口の１つに取り外し可能に固定されている前記軸受パッドと、を備 え、 前記複数の軸受パッドの各支持部は、荷重がかかると前記複数の軸受パッドがた わみ前記シャフトに対して動圧くさびを形成するように設計されている、動圧軸 受。
2. ２．前記各パッド部は各支持部にねじ止め可能に連結されている、請求項１に記 載の動圧軸受。
3. ３．前記各パッド部は前記支持部に、キー結合によって取り外し可能に連結され ている、請求項１に記載の動圧軸受。
4. ４．前記軸受パッドのパッド面は全てが、前記軸受に荷重がかかっていないとき に実質的に共通な面に位置しており、前記共通面は、前記シャフトの支持されて いる部分の面に実質的に平行である、請求項１に記載の動圧軸受。
5. ５．前記パッドは異なる材料で形成された２つの別個の部分を含み、少なくとも １つの部分は前記支持部とは異なる材料で形成されている、請求項１に記載の動 圧軸受。
6. ６．前記パッド面は非円形である、請求項１に記載の動圧軸受。
7. ７．前記パッド部及び支持部の一方は位置決め用の突起を有しており、他方は、 前記支持部に前記非円形軸受パッドを正確に位置決めするために前記突起を嵌め る突起受け用開口を含んでいる、請求項１に記載の動圧軸受。
8. ８．前記複数の軸受パッド支持部及びキャリアの一方は位置決め用突起を有して おり、他方は、前記キャリアに前記支持部を正確に位置決めするために前記突起 を嵌める突起受け用開口を含んでいる、請求項１に記載の動圧軸受。
9. ９．前記軸受パッド支持部は前記キャリアにねじ止め可能に連結されている、請 求項１に記載の動圧軸受。
10. １０．前記各軸受パッドの前記支持部は、キー結合を介して前記キャリアに連結 されている、請求項１に記載の動圧軸受。
11. １１．前記複数の軸受パッドの各支持部は、第１支持構造、第２支持構造及び第 ３支持構造を含んでいる、請求項１に記載の動圧軸受。
12. １２．前記各軸受パッドの前記支持部は連続膜部を含んでいる、請求項１に記載 の動圧軸受。
13. １３．前記膜部には、前記支持構造が他の方向に比較して１方向により可撓性が 大きくなるように少なくとも１つの開口が設けられている、請求項１２に記載の 動圧軸受。
14. １４．前記軸受は縦軸を有するジャーナル軸受であり、前記キャリアに形成され た開口は前記縦軸に向かって半径方向に延びている、請求項１に記載の動圧軸受 。
15. １５．回転シャフトを支持するための動圧軸受であって、キヤリアと、前記キャ リア内に互いに間隔をあけて配置された複数の軸受パッドとを備え、 前記複数の軸受パッドの各々は、パッド面を有するパッド部と支持部とを有し、 前記支持部は、円筒状ビームを有する第１支持部と膜部を有する第２支持部と第 ３支持部とを有しており、 前記パッド部は前記第１支持部に接して前記支持部に連帯されており、前記第３ 支持部は前記キャリアに取り外し可能に固定きれている。
16. １６．前記第１支持部は中実の円筒状ビーム部材で構成されている、請求項１５ に記載の動圧軸受。
17. １７．前記第１支持部は中空の円筒状部分を有している、請求項１５に記載の動 圧軸受。
18. １８．前記第３支持部は連続した環状フランジを有している、請求項１５に記載 の動圧軸受。
19. １９．前記第２支持部の膜部には、前記支持構造が他の方向に比較して１方向に より可撓性が大きくなり、これにより所定の方向に予め傾くように、少なくとも １つの開口が非対称に投げられている、請求項１５に記載の動圧軸受。
20. ２０．前記複数の軸受パッドの各々は所定の方向に予め傾くようになっている、 請求項１５に記載の動圧軸受。
21. ２１．前記キャリア及び軸受パッド支持部の一方に形成された位置決めピンと、 他方に形成されたビン受け用の開口とをさらに備え、前記位置決めピンは、前記 キャリア内に前記軸受パッドを正しく配置するために前記ピン受け用開口に嵌め られている、請求項２０に記載の動圧軸受。
22. ２２．前記パッド部は前記パッド支持部とは異なる材料で形成された部分を含ん でいる、請求項１５に記載の動圧軸受。
23. ２３．前記パッド部は前記支持部にねじ止め可能に連結されている、請求項１５ に記載の動圧軸受。
24. ２４．前記支持構造は、前記複数の軸受パッドが１所定方向に予め荷重を受ける ように非対称である、請求項１５に記載の動圧軸受。
25. ２５．前記非対称の複数の軸受パッドの各々を前記キャリア内に正確に位置決め するための位置決め手段をさらに備えている、請求項２４に記載の動圧軸受。
26. ２６．前記キャリアは前記複数の軸受パッドを受けるための複数の穴を含んでお り、前記各穴内には位置決め用の突起が形成されており、各軸受パッドは、前記 軸受パッドが前記キャリア内の穴に嵌められたときに前記位置決め突起が前記キ ャリアに前記軸受パッドを正確に位置決めするように、前記位置決め突起を嵌め るための開口を含んでいる、請求項１５に記載の動圧軸受。
27. ２７．前記パッド部は前記支持部に取り外し可能に固定されている、請求項１５ に記載の動圧軸受。
28. ２８．回転シャフトを支持するための動圧軸受であって、キャリアと、 前記キャリアに固定され、所定の軸の回りに対称に配置された複数の軸受パッド 支持部と、 前記複数の軸受パッド支持部に支持され、前記回転シャフトを支持するパッド面 を有する連続軸受パッドリングと、 を備えた動圧軸受。
29. ２９．前記軸受パッドリングのパッド面は、複数の非凹部形成パッド部で形成さ れる円周方向に間隔を空けて配置された複数の凹部をさらに有している、請求項 ２８に記載動圧軸受。
30. ３０．前記軸受パッドリングのパッド面は実質的に平面である、請求項２８に記 載の動圧軸受。
31. ３１．回転シャフトを支持するための動圧軸受であって、所定の軸の回りに配置 された複数の穴を有するキャリアと、各々が前記キャリアの複数の穴の１つに固 定された複数の軸受パッドとを備え前記各軸受パッドはパッド面と支持部とを含 み、前記支持部は第１支持構造、第２支持構造及び第３支持構造を含み、前記第 １支持構造は、前記軸受パッドの幾何学的中心で前記軸受バッドを支持し、前記 第１支持構造と第２支持構造との間の連結部に対応して下部が非対称に切り欠か れている支柱部材を有しており、前記第２支持構造は、前記軸受パッドの平面に 実質的に平行な平面に設けられた連続膜部を有し、前記膜部には、所定の方向に 前記膜部を予め傾かせるために少なくとも１つの開口が形成されており、前記第 ３支持構造は、前記第２支持構造から延びかつ前記軸受パッドから離れるように 延びるリング状フランジを有し、前記複数の軸受パッドの各支持部は、前記パッ ド部のパッド面に前記回転シャフトに対して動圧くさびを形成きせるようにたわ むように設けられている。
32. ３２．回転するシャフト部を支持するための動圧軸受であって、軸を有し、前記 軸の回りに互いに間隔をあけて設けられた複数の開口を備えた一体型キャリアと 、 各々が前記一体型キャリア内の複数の開口の１つに取り付けられ、パッド部と、 大きなベースと前記パッド部に固定された細い端部とを有する連続円錐台形部を 含む支持部とを有する複数の軸受パッドと、を備えた動圧軸受。
33. ３３．前記支持部は前記パッド部に取り外し可能に固定されている、請求項３２ に記載の動圧軸受。
34. ３４．前記支持部は前記キャリアに取り外し可能に固定されている、請求項３２ に記載の動圧軸受。
35. ３５．前記複数の軸受パッドの支持部は、前記円錐台形部のベースに連結された 膜部と、前記膝部に連結された環状の脚部とを含んでいる、請求項３２に記載の 動圧軸受。
36. ３６．前記パッド部は異なる材料で形成された少なくとも２つの別個の部分を含 んでいる、請求項３２に記載の動圧軸受。
37. ３７．前記複数の材料の１つは圧電材料である、請求項３６に記載の動圧軸受。
38. ３８．前記キャリアは、複数の開口で形成された可撓性を有するキャリアであり 、前記開口には、前記複数の軸受パッドが所定の方向にたわみ可能に取り付けら れて支持されている、請求項３２に記載の動圧軸受。
39. ３９．回転するシャフト部を支持するための動圧軸受であって、所定の間隔で形 成された複数のあり溝を有するキャリアと、各々がパッド部とパッド支持部とを 含む複数の軸受パッドであり、少なくとも１つのあり部を有し、前記あり部は、 前記キャリアに形成されたあり溝内に前記軸受パッドのあり部がスライドするこ とによって前記キャリアに前記軸受パッドが支持され得るように前記キャリアの あり溝と対になっている前記軸受パッドと、を備え、 前記複数の軸受パッドのパッド部が軸受面となるように、前記複数のあり溝の各 々に１つの軸受パッドが取り付けられている、あり溝式軸受。
40. ４０．前記複数の軸受パッドの各支持部は前記複数の軸受パッドのパッド部をた わみ可能に支持にしており、この結果前記シャフトの支持される部分の回転に起 因する摩擦圧力が作用している下で、前記支持されたシャフト部分に対して動圧 くさびを形成するように前記パッド部がたわむ、請求項３９に記載のあり溝式軸 受。
41. ４１．前記各軸受パッドの支持部は、第１支持部、第２支持部及び第３支持部を 有し、 前記第１支持部は前記パッド部に連結された一端と前記第２支持部に連結された 第２端とを有し、前記第３支持部は前記キャリアに取り付けられたあり部と前記 第２支持部に連結された端部とを有している、請求項４０に記載のあり溝式軸受 。
42. ４２．前記キャリアは前記複数の軸受パッドの各々をたわみ可能に支持している 、請求項３９に記載のあり溝式軸受。
43. ４３．前記たわみ可能な支持は、ビームに取り付けられた、前記複数の軸受パッ ドの各々を支持するためのパッド支持面によりもたらされており、前記ビームに 取り付けられた前記パッド支持面は、第１支持部、第２支持部及び第３支持部を 含む支持構造によって支持されている、請求項４２に記載のあり溝式軸受。
44. ４４．２またはそれ以上の別個のモードで回転するシャフトを支持するための多 重モード動圧軸受であって、 複数の開口を存するキャリアと、 複数セットの軸受パッドとを備え、 前記各セットの軸受パッドの各々はパッド部と支持部とを含む軸受パッドからな り、各セントの軸受パッドは、各軸受バッドのパッド部が前記支持部及び前記キ ャリアによって支持されるように前記キャリアの複数の開口に取り付けられ、前 記複数の軸受パッドの各セットのパッド部の支持は、そのセット内の他の軸受パ ッドの支持と実質的に等しいが、他のセットの軸受パッドのパッド部の支持とは 異なり、 これにより複数の軸受パッドの各セットは、別個のたわみ特性を得るように前記 複数のパッドの支持部及びキャリアによって支持されている複数のパッド部を有 しており、したがって前記複数のパッド部は、複数の軸受パッドの各セットがそ れ用に設計された回転モードで前記シャフトを支持し、他の回転モード中にはほ とんど支持を行わないように取り付けられている、多重モード軸受。
45. ４５．少なくとも２つの別のモードで回転するシャフトを支持するための多量モ ード動圧軸受であって、 複数の開口を有するキャリアと、 前記キャリアの開口内に取り付けられ、前記キャリアの回りに互いに間隔をあけ て配置され、各々が所定の高さを存するとともにパッド部と所定の可撓性を有す る支持部とを有する複数の低荷重用軸受パッドセットと、各々が所定の高さを有 するとともに、パッド部と前記底荷重用パッドの支持部より小さい可撓性を有す る支持部とを有する高荷重用軸受パッドとを備え、前記高荷重用パッド及び低荷 重用パッドは、前記低荷重用パッドが前記シャフトの被支持部分に前記高荷重用 パッドより近づくように前記キャリア内に支持され、低荷重モードにおいては前 記低荷重用パッドが実質的に回転シャフトの全ての支持を行うように、かつ高荷 重モードにおいては前記低荷重用パッドが前記シャフトから離れるようにたわん でおり主に前記高荷重用パッドが前記シャフトを支持するようになっている、 多重モード軸受。
46. ４６．前記キャリアの各開口は等しい深さを有し、前記低荷重用軸受パッドの高 さは前記高荷重用軸受パッドの高さよりも大きくなっており・そのために、前記 軸受パッドが前記キャリアに取り付けられたとき前記低荷重用パッドが高荷重用 パッドより前に前記シャフトに接触するように、高荷重用パッドのパッド面と低 荷重用パッドのパッド面との間に高さの違いがある、請求項４５に記載の多重モ ード軸受。
47. ４７．前記複数の軸受パッドセットのうちの少なくとも１つのセットは、前記支 持部の剛性を能動的に制御するための手段を含んでいる、請求項４５に記載の多 重モード軸受。
48. ４８．前記複数の軸受パッドの支持部と前記キャリアとの間に形成された流体閉 じ込めチャンバと、前記チャンバに流体を導入しかつ導出する流体通路と、前記 チャンバの減衰特性を調節するために前記チャンバに流入及び流出する流体の流 れを選択的に制御可能な流体制御機構とを備えた、請求項４７に記載の多重モー ド軸受。
49. ４９．２又はそれ以上のモードで回転するシャフトを支持する多重モード動圧軸 受であって、 互いに間隔をあけて設けられた複数のパッド支持面と、各々が所定の方向に実質 的に異なる可撓性を有し、少なくとも２つの別個のグループのパッド支持面を支 持するための少なくとも２グループの支持構造とを有するキャリアと、各々がパ ッド面と前記キャリアのパッド支持面に接触する面とを含む複数の軸受パッドと を備え、 それによって、前記低荷重支持面に取り付けられた前記パッドは、低荷重作動モ ード時に前記シャフトを支持し、高荷重時に前記シャフトから離れるようにたわ みその結果前記高荷重パッドが前記シャフトを支持する、多重モード動圧軸受。
50. ５０．回転シャフトを支持するための動圧軸受であって、ビームに取り付けられ た複数のパッド支持面と、前記各パッド支持面を支持するための、一体型支持構 造とを有するキャリアであり、ビームに取り付けられた前記複数のパッド支持面 が可撓性を有して取り付けられるように複数の切欠き及び溝が形成された前記キ ャリアと、 ビームに取り付けられた前記複数の支持面の１つに各々が支持され、パッド面と 前記キャリアの前記パッド支持面に取り付けられた支持面とを有する複数の軸受 パッドとを備え、 前記キャリアは、荷重がかかると、前記複数のパッド面が前記回転シャフトに対 して動圧くさびを形成するように前記複数のパッドを支持している、動圧軸受。
51. ５１．前記複数のパッド支持面の各々を支持する前記支持構造は、第１支持部、 第２支持部及び第３支持部を含んでいる、請求項５０に記載の動圧軸受。
52. ５２．前記複数のパッドの各々は、パッド部と、荷重がかかるときには可撓性を 有する支持部とを含んでいる、請求項５０に記載の動圧軸受。
53. ５３．能動的に制御可能なスマート構造を有し、回転するシャフトを支持するた めの動圧軸受であって、 構造骨格部と、センサ部と、作動部とを備え、前記骨格部は、支持構造内に互い に間隔をあけて配置された複数の軸受パッドを有し、前記支持構造は荷重がかか るとたわむように前記複数の軸受パッドを支持しており、 前記センサ部は、動圧くさび特性を示す運転状態を検知でき、かつ前記検知され た状態に応じて信号を出力する少なくとも１つのエレメントを有し、前記作動部 は、前記センサ部から出力された信号に応じて前記構造骨格部のたわみ特性を調 整するための機械的調整エレメントを含んでいる、動圧軸受。
54. ５４．前記作動部は、前記センサ部の信号を直接受けて反応する、請求項５３に 記載の動圧軸受。
55. ５５．前記センサ部によって出力された信号は中央演算処理装置に受けられ、前 記中央演算処理装置は前記構造骨格部のたわみ特性を調整するために作動部に信 号を出力し、その結果前記作動部は前記センサ部によって出力された信号に間接 的に反応するようになっている、請求項５３に記載の動圧軸受。
56. ５６．前記作動部は、前記支持構造内に配置された圧電素子を有している、請求 項５３に記載の動圧軸受。
57. ５７．前記作動部は、前記支持構造内に配置された電気流動流体と、前記電気流 動流体に、その粘性を選択的に変えるための電流を供給する手段とを有している 、請求項５３に記載の動圧軸受。
58. ５８．前記作動部は、形状記憶合金エレメントと、前記形状記憶合金エレメント を選択的に加熱する手段とを有している、請求項５３に記載の動圧軸受。
59. ５９．前記作動部は、磁気歪み希土合金エレメントと、前記合金の寸法を変える ための磁界を供給する手段とを有している、請求項５３に記載の動圧軸受。