特許 7514590 クワッドフォイルジャーナルエアベアリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-03

(45)【発行日】2024-07-11

(54)【発明の名称】クワッドフォイルジャーナルエアベアリング

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/02 20060101AFI20240704BHJP

【ＦＩ】

F16C27/02 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019081422

(22)【出願日】2019-04-23

(65)【公開番号】P2019190662

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2022-03-25

(31)【優先権主張番号】15/962,627

(32)【優先日】2018-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500107762

【氏名又は名称】ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー マコーリフ

(72)【発明者】

【氏名】ロナルド エム．ストルツィアク

【審査官】松江川 宗

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５２４５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３１９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５６３４７２３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／００－１７／２６，２１／００－２７／０８，

３３／００－３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クワッドフォイルジャーナルエアベアリングであって、
２つの二重巻フォイルアセンブリに接触する内面を画定するジャーナルスリーブであって、前記２つの二重巻フォイルアセンブリのうち一方の二重巻フォイルアセンブリが、第１のキーから構成され、前記２つの二重巻フォイルアセンブリのうち他方の二重巻フォイルアセンブリが、第２のキーから構成され、前記内面が、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前側と、前記前側の反対側に位置する前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの後側と、の間に延在する、ジャーナルスリーブを含み、
前記第１のキーから構成された前記二重巻フォイルアセンブリが、第１のフォイルアセンブリに含まれるとともに、前記ジャーナルスリーブの前記内面に結合されており、
前記第２のキーから構成された前記二重巻フォイルアセンブリが、第２のフォイルアセンブリに含まれるとともに、前記ジャーナルスリーブの前記内面に結合されており、
前記第１のキー及び前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの円周上に不等間隔で配置されており、
前記第１および第２のフォイルアセンブリは、同じ直径を有し、かつ前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの幅に沿って互いに隣り合って配置されており、前記第１および第２のフォイルアセンブリは、それぞれ、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの全周に沿って連続的に延びており、
前記第１のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前記前側の位置に配置され、前記前側の位置は、前記クアッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して反時計回りに第１の角度の位置であり、
前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前記後側の位置に配置され、前記後側の位置は、前記クアッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して反時計回りに第２の角度の位置である、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項2】

前記第１のキーは前記内面の第１の部分に結合され、
前記第２のキーは前記第１の部分とは異なる前記内面の第２の部分に結合される、
請求項１に記載のクワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項3】

前記ジャーナルスリーブは、前記内面の前記第１の部分に形成された第１のキースロットと、前記内面の前記第２の部分に形成された第２のキースロットとをさらに含み、
前記第１のキーは前記第１のフォイルアセンブリから半径方向に延びて、前記第１のキースロットと嵌合し、
前記第２のキーは前記第２のフォイルアセンブリから半径方向に延びて、前記第２のキースロットと嵌合する、
請求項２に記載のクワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項4】

前記第１のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して円周方向にずれており、
前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して円周方向にずれている、
請求項３に記載のクワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項5】

前記第１のフォイルアセンブリと前記第２のフォイルアセンブリとはそれぞれ、長さ対直径のアスペクト比がそれぞれ１～２である、請求項４に記載のクワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項6】

前記第１のフォイルアセンブリと前記第２のフォイルアセンブリとはそれぞれ、
上部フォイルと、
前記上部フォイルに結合した中間フォイルであって、前記上部フォイルの半径方向外側に配置された、前記中間フォイルと、
前記ジャーナルスリーブと前記中間フォイルとの間に介在するバンプフォイルであって、前記上部フォイルと前記中間フォイルとの間、及び前記中間フォイルと前記バンプフォイルとの間とで流体を伝達するための経路を設けるように構成された、前記バンプフォイルと、
を含む、請求項５に記載のクワッドフォイルジャーナルエアベアリング。

【請求項7】

回転部品であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトを回転させるように構成されたクワッドフォイルジャーナルエアベアリングと、を含み、
前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングは、
２つの二重巻フォイルアセンブリに接触する内面を画定するジャーナルスリーブを含み、前記２つの二重巻フォイルアセンブリのうち一方の二重巻フォイルアセンブリが、第１のキーから構成され、前記２つの二重巻フォイルアセンブリのうち他方の二重巻フォイルアセンブリが、第２のキーから構成され、前記内面が、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前側と、前記前側の反対側に位置する前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの後側と、の間に延在しており、前記ジャーナルスリーブが、前記シャフトの外面に隣接して配置されて、それらの間にフォイル室を画定し、
前記第１のキーから構成された前記二重巻フォイルアセンブリが、前記フォイル室内に配置された第１のフォイルアセンブリに含まれるとともに、前記ジャーナルスリーブの前記内面に結合され、
前記第２のキーから構成された前記二重巻フォイルアセンブリが、前記フォイル室内に配置された第２のフォイルアセンブリに含まれるとともに、前記ジャーナルスリーブの前記内面に結合され、
前記第１のキー及び前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの円周上に不等間隔で配置されており、
前記第１および第２のフォイルアセンブリは、同じ直径を有し、かつ前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの幅に沿って互いに隣り合って配置されており、前記第１および第２のフォイルアセンブリは、それぞれ、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの全周に沿って連続的に延びており、
前記第１のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前記前側の位置に配置され、前記前側の位置は、前記クアッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して反時計回りに第１の角度の位置であり、
前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの前記後側の位置に配置され、前記後側の位置は、前記クアッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して反時計回りに第２の角度の位置である、回転部品。

【請求項8】

前記第１のキーは前記内面の第１の部分に結合され、
前記第２のキーは前記第１の部分とは異なる前記内面の第２の部分に結合される、
請求項７に記載の回転部品。

【請求項9】

前記ジャーナルスリーブは、前記内面の前記第１の部分に形成された第１のキースロットと、前記内面の前記第２の部分に形成された第２のキースロットとをさらに含み、
前記第１のキーは前記第１のフォイルアセンブリから半径方向に延びて、前記第１のキースロットと嵌合し、
前記第２のキーは前記第２のフォイルアセンブリから半径方向に延びて、前記第２のキースロットと嵌合している、
請求項８に記載の回転部品。

【請求項10】

前記第１のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して円周方向にずれており、
前記第２のキーは、前記クワッドフォイルジャーナルエアベアリングの中心軸に対して垂直に延びる重力方向に対して円周方向にずれている、
請求項９に記載の回転部品。

【請求項11】

前記第１のフォイルアセンブリと前記第２のフォイルアセンブリとはそれぞれ、長さ対直径のアスペクト比がそれぞれ１～２である、請求項１０に記載の回転部品。

【請求項12】

前記第１のフォイルアセンブリと前記第２のフォイルアセンブリとはそれぞれ、
前記シャフトを収容するように構成された上部フォイルと、
前記上部フォイルの半径方向外側に配置された中間フォイルと、
前記ジャーナルスリーブと前記中間フォイルとの間に介在するバンプフォイルであって、前記シャフトの前記外面に対して前記上部フォイルの少なくとも一部を付勢し、前記上部フォイルと前記中間フォイルとの間、及び前記中間フォイルと前記バンプフォイルとの間とで流体を伝達するための経路を設けるように構成された、前記バンプフォイルと、
を含む、請求項１１に記載の回転部品。

【請求項13】

前記上部フォイルは前記中間フォイルに結合している、請求項１２に記載の回転部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は全般的に、ロータリベアリングに関し、より具体的には、回転機械の回転を容易にするように構成されたエアジャーナルベアリングに関する。

【背景技術】

【0002】

本出願は、２０１５年１月１９に出願された米国特許出願第１４／５９９，７３２号の一部継続出願であり、米国特許出願公開第２０１６／０２０８８４７号として公開されている。なお、その内容全体が参照により本明細書に取り込まれる。

【0003】

従来のジャーナルエアベアリングは典型的に、たとえば、航空機のエアサイクルマシンなどの回転機械内に配置されたシャフトなどの回転可能な部品を支持する。シャフトは内側または外側の半径方向負荷を実現する可能性があり、これは次にジャーナルエアベアリングに移される。半径方向負荷はジャーナルエアベアリングに過負荷をかける可能性があり、最終的にベアリングを止めて、回転機械の故障につながる可能性がある。したがって、負荷容量を増加させて、広範囲の半径方向角度に渡って印加される負荷に耐えることができるエアジャーナルベアリングを提供することが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の非限定的な実施形態によれば、クワッドフォイルジャーナルエアベアリングは、内面を画定する内周を有するジャーナルスリーブを含む。第１のフォイルアセンブリは、ジャーナルスリーブの内面に結合された第１のキーを含む。クワッドフォイルジャーナルエアベアリングはさらに、ジャーナルスリーブの内面に結合された第２のキーを有する第２のフォイルアセンブリを含む。

【0005】

本発明の別の非限定的な実施形態によれば、回転部品は、回転可能なシャフトと、シャフトを回転させるように構成されたクワッドフォイルジャーナルエアベアリングとを含む。クワッドフォイルジャーナルエアベアリングは、ジャーナルスリーブ、第１のフォイルアセンブリ、及び第２のフォイルアセンブリを含む。ジャーナルスリーブはシャフトの外面に隣接して配置され、それらの間にフォイル室を画定する。第１のフォイルアセンブリはフォイル室内に配置されて、ジャーナルスリーブの内面に結合された第１のキーを含む。第２のフォイルアセンブリはフォイル室内に配置されて、ジャーナルスリーブの内面に結合された第２のキーを含む。

【0006】

本発明と考えられる主題は特に、明細書の終わりの請求項において指摘されて明確に請求される。本発明の前述及び他の特徴及び優位点は、以下の詳細な説明を添付図面と共に考慮することから明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】本発明の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの斜視図である。

【図1B】図１のクワッドフォイルジャーナルエアベアリングに含まれる第１のフォイルアセンブリと第２のフォイルアセンブリとを示す部分切り欠き図である。

【図2A】本発明の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの正面図である。

【図2B】非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの第１の部分を示す第１の近接図である。

【図3A】本発明の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの背面図である。

【図3B】非限定的な実施形態による第１の部分と反対側のクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの第２の部分を示す第２の近接図である。

【図4】第２のフォイルアセンブリに対する第１のフォイルアセンブリの配置の等角図である。

【図5】図５（Ａ）は、本発明の別の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの正面断面図である。図５（Ｂ）は、本発明の別の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリングの背面断面図である。

【図6】別の非限定的な実施形態による第２のフォイルアセンブリに対する第１のフォイルアセンブリの配置の等角図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

種々の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルエアジャーナルベアリングは、広範囲の半径方向角度からの半径方向負荷に耐えるように構成されたデュアル二重巻フォイルアセンブリを含む。各フォイルアセンブリは、上部フォイル、中間フォイル、及びバンプフォイルを含む。フォイルアセンブリはジャーナルスリーブ内に収容されて、部品の周りに巻かれる。上部フォイルは他のフォイルのそれぞれよりも部品の近くに配置されている。ベアリングはその回転中に空気などの流体を用いて部品を支持する。回転するときに上部フォイルと部品との間の接触はほとんどないか、またはまったくない。また各フォイルアセンブリは、部品の回転軸に対して半径方向に延びるキーを含む。キーは、スリーブ内に画定されたそれぞれのキースロットまたはキー溝内に収容される。各キーは、それぞれのスロットによって画定されたエッジに接触して、それぞれのフォイルアセンブリの、部品に対する回転を制限するように構成されている。

【0009】

従来のエアジャーナルベアリングは典型的に、ベアリング内に非対称な剛性をもたらしている。たとえば、従来のエアジャーナルベアリングは典型的に、ベアリングの一部分において剛性が低く、第１の部分と反対側のベアリングの第２の部分において剛性が高い。従来のエアジャーナルベアリングとは異なり、本発明の少なくとも１つの非限定的な実施形態により提供されるデュアル二重巻フォイルアセンブリによって、ベアリング内の実質的に改善された一様な剛性を有するクワッドフォイルエアジャーナルベアリングが形成される。このようにして、クワッドフォイルエアジャーナルベアリングは負荷容量が増加して、広範囲の半径方向角度に渡って印加される負荷に耐えることができる。

【0010】

次に図１～４を参照して、クワッドフォイルエアジャーナルベアリング（以下、クワッドフォイルベアリングと言う）の非限定的な典型的な実施形態を、全般的に５で示す。クワッドフォイルベアリング５は外径（ｄ１）と外径（ｄ２）より短い内径（ｄ２）とを有する（図１Ａを参照）。クワッドフォイルベアリング５を、本明細書では、航空機のエアサイクルマシン内に配置されたたとえば、シャフトなどの回転機械とともに実施すると開示しているが、当然のことながら、ベアリングを、ターボコンプレッサ、キャビン空気コンプレッサ、及びラム空気ファンを含むが、これらに限定されない他の航空機アクセサリと実施することができる。クワッドフォイルベアリング５は、第１の側１０ａ（たとえば、前側１０ａ）、及び第２の側（たとえば、後側１０ｂ）を含む。クワッドフォイルベアリング５の幅（ｗ）は、第１の側１０ａと第２の側１０ｂとの間の距離として画定される。

【0011】

クワッドフォイルベアリング５は、第１のフォイルアセンブリ１１ａ及び第２のフォイルアセンブリ１１ｂを含む。第１のフォイルアセンブリ１１ａ及び第２のフォイルアセンブリ１１ｂは同じ直径を有し、クワッドフォイルベアリング５の幅（ｗ）に沿って互いに隣り合って配置されている（図１Ｂを参照）。各フォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂは、上部フォイル１２ａ～１２ｂ、中間フォイル１４ａ～１４ｂ、及びバンプフォイル１６ａ～１６ｂを含み、たとえば、エアサイクルマシン２０のシャフト１８などの回転可能な部品を回転可能に支持している。上部フォイル１２ａ～１２ｂ、中間フォイル１４ａ～１４ｂ、及びバンプフォイル１６ａ～１６ｂはそれぞれ、タブ（図４を参照）及び自由端（図４）を画定している。これらについては後で詳述する。シャフト１８はクワッドフォイルベアリング５の内側に位置し、典型的にクワッドフォイルベアリング１０の図に対して時計回りに回転する。クワッドフォイルベアリング５及びシャフト１８は、外径及び内径面２４、２６を画定し、次にハウジング３０の穴２８内に収容されている単体として形成されたジャーナルスリーブ２２内に収容される。スリーブ２２は中心回転軸「Ａ」の周りに配置されており、スリーブ２２を穴２８内に配置するよう保持するためにＯリング３２が用いられている。スリーブ２２は従来、円筒型であるかまたは任意の好適なプロファイルで成形し、金属材料で形成し、またミリング、旋削、及び研削を含むがこれらに限定されない既知のものを用いて成形できることに注意されたい。また、Ｏリング３２は、流体力学流体フィルムジャーナルベアリングとともに用いる既知の従来のタイプとすることができることにも注意されたい。

【0012】

フォイル１２ａ～１２ｂ、１４ａ～１４ｂ、及び１６ａ～１６ｂは、スリーブ２２の内部に配置されている。実施形態により、上部フォイル１２ａ～１２ｂ、中間フォイル１４ａ～１４ｂ、及びバンプフォイル１６ａ～１６ｂはそれぞれ、略円筒形状に巻かれているかまたは丸められていて、スリーブ２２の穴の中に配置されている材料（たとえば、ニッケル系合金または鋼鉄）の薄いシートから成る。バンプフォイル１６ａ～１６ｂは波形であり、作動または冷却流体が、たとえば、隣接する波形間に形成されたスペースを通って流れることができる。またバンプフォイル１６ａ～１６ｂは、スリーブ１２の内径面２６に隣接して位置し、それぞれの湾曲端３４ａ～３４ｂを画定する。湾曲端３４ａ～３４ｂは、それぞれのバンプフォイル１６ａ～１６ｂの隣接する略円筒部分に対して約９０°に角度を付けることができる。

【0013】

第１のフォイルアセンブリ１１ａは、第１のキースロット３８ａと嵌合する第１のキー３６ａを含み（図２を参照）、第２のフォイルアセンブリ１１ｂは、第２のキースロット３８ｂと嵌合する第２のキー３６ｂを含む（図３Ｂを参照）。各キー３６ａ～３６ｂは、シャフト１８に対して半径方向に延びて、スリーブ２２内に画定されたそれぞれのキースロット（またはキー溝）３８ａ～３８ｂ内に収容される。実施形態によれば、キースロット３８ａ～３８ｂは完全に、スリーブ２２の外径及び内径面２４、２６間に画定された壁を通って延びている。別の実施形態によれば、キースロット３８ａ～３８ｂは、外径を通って延びてはいない、内径から機械加工された部分的なスロットとして形成されている。

【0014】

キースロット３８ａ～３８ｂは細長い矩形形状を有していてもよく、軸「Ａ」に対して略平行に配置してもよい。また各スロット３８ａ～３８ｂは、スリーブ２２の第１の端部からある距離だけ離間に配置された第１の端部と、スリーブ２２の第２の端部からある距離だけ離間に配置された第２の端部とを画定している。実施形態のあるバージョンでは、一方の距離は他方よりも長くて、スロット３８ａ～３８ｂはスリーブ２２の長さに対して軸方向（または長手方向）にずれている。スロット３８ａ～３８ｂは、クワッドフォイルベアリング１０を組み立てる間に誰でも扱える用にこのようにずらすことができる。別のバージョンでは、スロット３８ａ～３８ｂをスリーブ２２に対して軸方向に中心に置くことができる。各それぞれのバンプフォイル１６ａ～１６ｂの湾曲端３４ａ～３４ｂは、半径方向外側に延びて、それぞれのスロット３８ａ～３８ｂと嵌合し、スリーブ２２に対してバンプフォイル１６ａ～１６ｂを保持する。シャフト１８が回転すると、各キー３６ａ～３６ｂは、それぞれのスロット３８ａ～３８ｂによって画定されたエッジと接触して、クワッドフォイルベアリング５がシャフト１８とともに回転することを阻止する。

【0015】

シャフト１８に対してクワッドフォイルベアリング１０の一部としてインストールされると、第１及び第２のフォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂは、シャフト１８の周りにまたは囲むように巻かれる。より具体的には、上部フォイル１２ａ～１２ｂは、シャフト１８の半径方向外側に位置し、中間フォイル１４ａ～１４ｂに隣接してその半径方向内側にそれぞれ位置し、中間フォイル１４ａ～１４ｂは、バンプフォイル１６ａ～１６ｂに隣接してその半径方向内側にそれぞれ位置する。バンプフォイル１６ａ～１６ｂは、上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂの半径方向外側に配置されている。このように、バンプフォイル１６ａ～１６ｂは、中間フォイル１４ａ～１４ｂを上部フォイル１２ａ～１２ｂの方に、それぞれ付勢している。したがって、上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂは、シャフト１８に対してそれぞれの位置に保持されている。

【0016】

上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂは、それぞれの湾曲領域４０ａ～４０ｂにおいて互いに接合されている。湾曲領域４０ａ～４０ｂは少なくとも部分的に、それぞれのスロット３８ａ～３８ｂ内に半径方向外側に延びている。湾曲領域４０ａ～４０ｂを、上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂの対応する隣接した略円筒部分に対して約９０°に角度を付けることができる。実施形態のあるバージョンでは、上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂは、対向する第１の部分４２ａ～４２ｂ及び第２の部分４４ａ～４４ｂによってそれぞれ形成されている。対向する第１の部分４２ａ～４２ｂ及び第２の部分４４ａ～４４ｂは、それぞれの湾曲領域４０ａ～４０ｂにおいて接合する単一の一体部片またはシートを構成する。それぞれの湾曲領域４０ａ～４０ｂはシートの中央部分に配置されている。別のバージョンでは、上部フォイル１２ａ～１２ｂ及び中間フォイル１４ａ～１４ｂは、溶接、ろう付け、または他の好適な取り付け手段を用いてそれぞれの湾曲領域４０ａ～４０ｂにおいて互いに接続された別個のシートから形成されている。

【0017】

第１のキー３６ａは、第１の上部フォイル１２ａと第１の中間フォイル１４ａとを互いに接合し、一方で、第２のキー３６ｂは、第２の上部フォイル１２ｂを第２の中間フォイル１４ｂと互いに接合する。第１のキー３６ａは第１のキースロット３８ａと嵌合し、第２のキー３６ｂは第２のキースロット３８ｂと嵌合する。非限定的な実施形態によれば、第１のキースロット３８ａは第２のキースロット３８ｂに対して１８０度に配置されている。各フォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂは、長さ対直径のアスペクト比がそれぞれ、約１（すなわち、１は長さに対応する）～２（すなわち、２は直径に対応する）である。すなわち、クワッドフォイルベアリング５は、同じスリーブ２２内にパッケージされた１～２のＬ／Ｄアスペクト比を伴う２つのフォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂを有する。このようにして、フォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂは、クワッドフォイルベアリング１０の全周囲に沿って課される軸方向負荷に反応するように構成されている。第１及び第２のフォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂは、互いに反対側に配置された対応するキー３６ａ～３６ｂ／スロット３８ａ～３８ｂを有して剛性非対称を相殺し、クワッドフォイルベアリング５内の剛性の均一性が実質的に改善されている。したがって、クワッドフォイルベアリング５は負荷容量が増加して、広範囲の半径方向角度に渡って印加される負荷に耐えることができる。

【0018】

空気は、中間フォイル１４ａ～１４ｂとバンプフォイル１６ａ～１６ｂとの間にそれぞれ画定されたそれぞれの経路４６ａ～４６ｂと、バンプフォイル１６ａ～１６ｂとスリーブ２２との間にそれぞれ画定された経路４８ａ～４８ｂとを通して伝達される。空気によってクワッドフォイルベアリング１０から熱エネルギーが取り除かれる。空気は、ギャップ５０ａ～５０ｂを通して、上部フォイル１２とシャフト１８との間に画定された領域にも伝達される。より具体的には、マシン２０が動作するときにシャフト１８は回転する。シャフト１８が回転すると、空気によって、動作速度で回転する間にシャフト１８を支持するクッション（「エアベアリング」または「空気フィルム」と言われることが多い）５２が形成される。詳細には、回転によって、上部フォイル１２とシャフト１８との間の領域で空気による加圧があり、上部フォイル１２ａ～１２ｂがシャフト１８から半径方向に離れることが促される。そして、シャフト１８が加圧空気によって支持されるとシャフト１８は回転する。シャフト１８がシャフト１８の動作速度で回転しているときに、上部フォイル１２ａ～１２ｂとシャフト１８との間の接触はほとんどないかまたはまったくない。しかし、マシン２０の通常動作中の偶発的な接触に起因して、比較的低い動作速度において（たとえば、始動及び停止フェーズ中に）、上部フォイル１２ａ～１２ｂとシャフト１８との間の接触がやはり起こる場合がある。

【0019】

実施形態のあるバージョンでは、シャフト１８はベント側のくさび領域内に回転する。フォイル１２ａ～１２ｂ、１４ａ～１４ｂ、及び１６ａ～１６ｂの形状半径は、たとえば、ベント側で約．０２０”であり、これは、反対側のフォイル１２ａ～１２ｂ、１４ａ～１４ｂ、及び１６ａ～１６ｂの形状半径（約．０４０”）の半分よりも小さいかまたはほぼ等しい。また、ベント側のフォイル１２ａ～１２ｂ、１４ａ～１４ｂ、及び１６ａ～１６ｂは、反対側のフォイル１２ａ～１２ｂ、１４ａ～１４ｂ、及び１６ａ～１６ｂよりも低い（それぞれのスロット３８ａ～３８ｂのエッジの付近）。このようにして、流体力学空気フィルム５２が生成される。

【0020】

実施形態のある１つのバージョンまたは複数のバージョンにおいて、中間フォイル１４ａ～１４ｂ上に形成されるコーティングはない（以下に詳細に説明する）。別のバージョンでは、シャフト１８に対して露出する上部フォイル１２ａ～１２ｂの半径方向の内面に、好適な乾燥フィルム潤滑剤をコーティングする。このような潤滑剤を用いると、マシン２０の通常動作中にシャフト１８が動作速度まで加速しているとき、動作速度から減速しているとき、停止したとき、及び／または上部フォイル１２ａ～１２ｂとの偶発的な接触を受けたときに、シャフト１８によって生じる摩擦を減らすことができる。

【0021】

前述した種々の非限定的な実施形態によれば、デュアル二重巻フォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂによって、クワッドフォイルベアリング１０内に対称な剛性がもたらされる。クワッドフォイルベアリング５の容量を向上させる別の方法は、上部フォイル１２ａ～１２ｂの剛性を増加させて、空気フィルム５２の厚さに対する上部フォイル１２ａ～１２ｂの変形が小さくなるようにすることである。そうでないと、たとえば、空気フィルム５２の厚さにほぼ等しい可能性がある変形によって、空気フィルム５２のピーク圧力が、バンプフォイル１６ａ～１６ｂのそれぞれの隣接する接触線間に画定された谷をベントする可能性があり、クワッドフォイルベアリング１０の容量が制限される。非限定的な実施形態によれば、上部フォイル１２ａ～１２ｂの厚さは約０．００３”～約０．００４”であり、バンプフォイル１６ａ～１６ｂのピッチは約０．１８６”～約０．１２５”であり、変形が非常に低減されている。

【0022】

クワッドフォイルベアリング５の容量を向上させる別の方法は、上部フォイル１２ａ～１２ｂのコーティングまたは表面に対する仕上げを減らすことである。負荷が容量に近くなると、空気フィルム５２の厚さは表面の粗さのオーダーとなる。表面仕上げの許容最大値を下げることによって、空気フィルム５２を破壊する可能性がある表面の変化が小さくなる結果、クワッドフォイルベアリング５の容量が増す。実施形態のあるバージョンでは、上部フォイル１２ａ～１２ｂの表面仕上げの許容最大値は約１２Ｒａであり、シャフト１８の表面仕上げは約４Ｒａである。

【0023】

クワッドフォイルベアリング５の容量を向上させる別の方法は、中間フォイル１４ａ～１４ｂの厚さの変化を小さくすることである。中間フォイル１４ａ～１４ｂのコーティングをなくせば、中間フォイル１４ａ～１４ｂの厚さ変化を減らすことができる。厚さ変化は、本来はコーティングに起因して存在し、「負荷たわみ」変化ということになる。実施形態のあるバージョンでは、中間フォイル１４ａ～１４ｂのコーティングをなくして、全体の厚さ変化が約０．０００８”となるようにする。このようにして、上部フォイル１２ａ～１２ｂと中間フォイル１４ａ～１４ｂとの間の摩擦係数が増加して、クワッドフォイルベアリング１０のＡＣＭ次同期応答の「クーロン」減衰及び低減が増す。

【0024】

クワッドフォイルベアリング５の容量を向上させる別の方法は、クワッドフォイルベアリング１０の予負荷を小さくすることである。負荷たわみがきつく（小さく）なると、クワッドフォイルベアリング１０の容量が低下する。実施形態のあるバージョンでは、印加負荷が約＋／－１２ポンドである場合、許容されるたわみは約０．００３”～約０．００４”である。

【0025】

次に図４を参照して、非限定的な実施形態による第１のフォイルアセンブリ１１ａに対する第２のフォイルアセンブリ１１ｂの配置を例示する。第２のフォイルアセンブリ１１ｂは、図示では、第２のキー３６ｂが、それぞれの第２のキースロット３８ｂ内に配置されている。したがって、クワッドフォイルベアリング５がシャフトとともに回転することが防がれる（図４に示さず）。第１のフォイルアセンブリ１１ａは、クワッドフォイルベアリング５の幅（ｗ）に沿って第２のフォイルアセンブリ１１ｂと位置合わせされている。

【0026】

非限定的な実施形態によれば、各フォイルアセンブリ１１ａ～１１ｂの幅は、クワッドフォイルベアリング５の直径（ｗ）の半分である。すなわち、第１のフォイルアセンブリ１１ａの幅はｗ／２であり、第２のフォイルアセンブリ１１ｂの幅はｗ／２である。このように、第１及び第２のアセンブリの全幅はほぼクワッドフォイルベアリング５の幅（ｗ）である。図４に示すように、たとえば、クワッドフォイルベアリング５は幅（ｗ）が２”（インチ）である。したがって、第１のフォイルアセンブリ１１ａ及び第２のフォイルアセンブリ１１ｂはそれぞれ幅が１”である。

【0027】

第１のフォイルアセンブリ１１ａ及び第２のフォイルアセンブリ１１ｂはそれぞれ、一対のフォイルタブ５４ａ～５４ｂを含む。図４に示す第２のフォイルアセンブリを参照して、フォイルタブ５４ａ～５４ｂは上部フォイル１２ｂの自由端５６ｂ上に形成されている。第２のフォイルアセンブリ１１ｂのタブ５４ａ～５４ｂを図４に示しているが、当然のことながら、第１のフォイルアセンブリ１１ａは、第２のフォイルアセンブリ１１ｂに付属するフォイルタブ５４ａ～５４ｂと同様のフォイルタブを含む。

【0028】

図４に例示した第２のフォイルアセンブリ１１ｂをさらに参照して、第１の幅（ｗｔ１）を有する第１の切り取りが第１のキー３６ｂの端に形成され、第２の幅（ｗｔ２）を有する第２の切り取りがキー３６ｂの反対端に形成されている。第１及び第２の切り取りの形状は、第１及び第２のフォイルタブ５４ａ～５４ｂの形状にそれぞれ対応するものとすることができる。加えて、第１及び第２のバンプフォイル切り取りをバンプフォイル１６ｂの反対端に形成することができる。これらのバンプフォイル切り取りの形状は、上部フォイル１２ｂ内の第１及び第２の切り取りの形状に対応するものとすることができる。このようにして、第１のタブ５４ａはキー３６ｂの外縁と第１のバンプフォイル切り取りとの両方と嵌合することができ、第２のタブ５４ｂはキー３６ｂの内縁と第２のバンプフォイル切り取りとの両方と嵌合することができる。クワッドフォイルベアリング５が完全に組み立てられると、フォイルタブ５４ａ～５４ｂは「まっすぐな」構成で維持されて、両方のフォイルタブ５４ａ～５４ｂによって全般的に、上部フォイル１２ｂの実質的な円筒形状が保持される。この「まっすぐな」フォイルタブ構成によって、クワッドフォイルベアリング５を製造して組み立てるときにフォイルタブ５４ａ～５４ｂを永続的に曲げる必要がなくなる。その結果、製造及び組立プロセスの複雑さが減るため、コストを下げることができる。

【0029】

フォイルタブ５４ａ～５４ｂが、第１のキー３６ｂの両端において上部フォイル１２ｂの切り取り内に挿入されると、上部フォイル１２ｂを軸方向に動かす傾向がある斜行力によって、フォイルタブ５４ａ～５４ｂが第１のキー３６ｂのそれぞれの嵌合エッジと嵌合する。このようにして、キー３６ｂが、それぞれのキースロット３８ｂに嵌合するため、フォイルタブ５４ａ～５４ｂは斜行の動きが制限される。切り取り内でフォイルタブ５４ａ～５４ｂ間が嵌合すると、上部フォイル１２ｂの自由端５６ｂの斜行が減るかまたはなくなり、その結果、クワッドフォイルベアリング５の所望の動作を維持することが促進される。切り取り内でのフォイルタブ５４ａ～５４ｂ間の嵌合接触は、たとえばキー３６ｂの湾曲領域において起こる可能性があるため、クワッドフォイルベアリング５によって支持される回転可能な部品にフォイルタブ５４ａ～５４ｂによって付与されるトルクは減るかまたはなくなる。特に軸方向の切り取りの寸法を、フォイルタブ５４ａ～５４ｂのそれよりもわずかに大きくして、ギャップをこれらの構造間に、組立て用に好適に小さい許容範囲で形成できることに注意されたい。また、切り取りがバンプフォイル１６ｂ内に形成される場合、フォイルタブ５４ａ～５４ｂがバンプフォイル切り取り内にさらに延びて、フォイルタブ５４ａ～５４ｂがジャーナルスリーブの内径面に露出して、それらの間の接触が可能になる。

【0030】

次に図５Ａ及び５Ｂを参照して、別の非限定的な実施形態によるクワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の正面及び背面断面図を例示する。互いに１８０度だけ離間に配置され、したがってベアリング５の周囲の周りに等間隔に配置されている図２Ａ及び３Ａとは異なり、この実施形態では、第１のキー３６ａ（及びそれぞれのキースロット３８ａ）と第２のキー３６ｂ（及びそれぞれのキースロット３８ｂ）とが、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の周囲の周りに不均等間隔に配置されている。

【0031】

たとえば、図５Ａに示すのは、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の第１の側１０ａ（たとえば、前側１０ａ）であり、第１のキー３６ａ及び第１のキースロット３８ａが、ベアリング５の周囲に対する第１の位置に位置している。少なくとも１つの実施形態では、第１のキー３６ａ及び第１のキースロット３８ａは、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の周囲を通って延びる（たとえば、ベアリング５の上部から底部へ延びる）重力方向に対して反時計回り２５度に位置する。

【0032】

図５Ｂに示すのは、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の第２の側の周囲に対する第２の側１０ｂ（たとえば、後側１０ａ）の第２のキー３６ｂ及び第２のキースロット３８ｂの位置である。少なくとも１つの実施形態では、第２のキー３６ｂ及び第２のキースロット３８ｂは、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の周囲を通って延びる重力方向に対して反時計回り２５度に位置する。したがって、第１及び第２のキー３６ａ及び３６ｂ（及びそれらのそれぞれのキースロット３８ａ及び３８ｂ）間の最短角度は５０度であり、一方で、第１及び第２のキー３６ａ及び３６ｂ間の最大角度は３１０度である。したがって、第１のキー３６ａ（及びそれぞれのキースロット３８ａ）及び第２のキー３６ｂ（及びそれぞれのキースロット３８ｂ）は、ベアリング周囲の周りに不均等間隔に配置されている。言い換えれば、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の前側を分析して、重力を０度に設定した場合、前側に配置された第１のキー３６ａ（及び第１のキースロット３８ａ）は３３５度に位置し、一方で、第２の側に配置された第２のキー３６ｂ（及び第２のキースロット３８ｂ）は２５度に位置するであろう。したがって、クワッドフォイルジャーナルエアベアリング５の周囲の周りの第１及び第２のキー３６ａ及び３６ｂの距離は等しくない。

【0033】

図６は、別の非限定的な実施形態による第２のフォイルアセンブリ１１ｂに対する第１のフォイルアセンブリ１１ａの配置の等角図である。この実施形態では、クワッドフォイルベアリング５はやはり全幅（ｗ）を２”（インチ）とすることができる。しかし、個々のフォイルアセンブリ１１ａ及び１１ｂの幅は互いに異なる。たとえば、第１の外側フォイルアセンブリ１１ａ（たとえば、外側フォイルアセンブリ１１ａ）の幅を１．３７インチとすることができ、一方で、第２のフォイルアセンブリ１１ｂ（たとえば、内側フォイルアセンブリ１１ｂ）の幅を０．６７インチとすることができる。

【0034】

当然のことながら、等しくないフォイルアセンブリ幅を、等間隔に配置された（たとえば、互いに１８０度離れて配置された）キーと用いることもできるし、または不均等間隔に配置されたキーと用いることもできる。たとえば、本発明の少なくとも１つの実施形態では、図５Ａ及び５Ｂに例示した等しくないキー配置を、図６に例示した等しくないフォイルアセンブリ幅と組み合わせる。

【0035】

たとえば、第１のキー３６ａ及び第１のキースロット３８ａは図６には例示していないが、当然のことながら、第１のキー３６ａ及び第１のキースロット３８ａは、前述したような第１のキー３６ａ及び第１のキースロット３８ａから離れた設定度合い（たとえば、５０度）に配置することができる。したがって、クワッドフォイルベアリング５の「柔らかさ」及びバネ定数を調整することができる。たとえば、「柔らかさ」及び／または「バネ定数」は、内周から外周へと、またはシャフト付近の領域からベアリング５の外面付近の領域へと変えることができる。また、フォイル幅を狭くする（たとえば、シャフト外端に配置する）ことによって、シャフトミスアラインメントの影響が小さくなり、一方で、旋回効果に影響を与えることなく負荷容量を増加させることができる。加えて、バンプフォイルのピッチを変えることなくベアリングの剛性を調整することができ、そうすることで、バンプフォイルがもたらす支持と妥協される。

【0036】

本発明を、限定された数の実施形態のみに関して詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明を、任意の数の変形、修正、置換、または等価な配置であってこれまで説明していないが本発明の趣旨及び範囲に対応するものを取り入れるように変更することができる。さらに、本発明の種々の非限定的な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態のうちの一部のみを含んでいてもよいことが理解されよう。したがって、本発明は前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】