JP2002122143A - 軸受装置及びこれを搭載した減速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明はジャーナル軸受において、十分な耐荷
重性を確保し、しかも高周速、高面圧条件下での焼損を
防止し、かつ、この軸受を利用し長期間安定して運転で
きるこの種の回転機械を提供することにある。 【解決手段】本発明は、軸受入り口部の潤滑油の温度を
給油口から供給された潤滑油の温度と同程度にするた
め、軸に付着して負荷面を通過し給油口に流入してくる
潤滑油を給油口の手前で排出し、軸受負荷面の過大温度
上昇を防止する構造とする。具体的には、軸受摺動面の
油膜圧力の発生しない範囲に軸に付着して負荷面を通過
し流入してくる潤滑油を排出するための排油口を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大型の回転体を支持
するジャーナル軸受装置と、これを搭載した回転機械
(ポンプや圧縮機、及び減速機等）に係り、特に、高周
速、高面圧下で、軸受負荷面の過大温度上昇に伴う焼損
を未然に防止する軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、減速機の歯車軸を支持するジ
ャーナル軸受には低コスト化及び自励振動を防止する両
面から楕円軸受が多用されている。この楕円軸受の形状
に関しては例えば潤滑ハンドブック（日本潤滑学会編）
等に開示されている。減速機用楕円軸受では、軸受負荷
面の温度を低減するため両側給油方式が採用されてい
る。両側から給油された潤滑油はそれぞれ上半軸受部、
下半軸受部の負荷面に導かれ、その後負荷面に発生する
油膜圧力により潤滑油の大半が軸受幅方向に押し出され
るが、一部の潤滑油は軸に付着し負荷面を通過し、給油
口に達する。

【０００３】一方において、楕円軸受よりも耐荷重性が
劣るが自励振動の防止を主目的にティルティングパッド
軸受構造が使用される場合もある。このティルティング
パッド軸受において、軸受負荷面の温度低減構造として
パッド間給油方式を採用したティルティングパッド軸受
がある。この構造に関してはターボ機械第２６巻第１１
号ページ６８７〜６９２に開示されている。この軸受構
造ではパッド間で低温の潤滑油が供給されるのでパッド
負荷面の温度が低減できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来技術
の楕円軸受では、一部の潤滑油は軸に付着して負荷面を
通過し給油口に達する。このため、高周速、高面圧条件
になると粘性摩擦力の増大に伴い、軸に付着し給油口に
流入して来る潤滑油が高温化し、給油口より供給された
潤滑油が軸に付着し給油口に流入して来る潤滑油と給油
口の中で混合するため、軸受入り口部の潤滑油の温度が
給油口から供給された潤滑油の温度よりも高くなり、軸
受負荷面の過大温度上昇で焼損を招く恐れがある。

【０００５】一方、パッド間給油方式を採用したティル
ティングパッド軸受は高周速、高面圧条件になると耐荷
重性が十分でないので、軸受負荷面の温度上昇が許容値
を越えて焼損に至る可能性がある。また、ティルティン
グパッド軸受は部品点数が楕円軸受に比較し多く高価で
もある。

【０００６】以上のように上記のような軸受構造では、
高周速、高面圧条件になると軸受負荷面の過大温度上昇
等に起因する焼損が発生する場合があり、高周速、高面
圧化に対する信頼性について十分な配慮がされていなか
った。

【０００７】本発明は上記のような事情に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところはジャーナル軸受に
対して十分な耐荷重性を確保し、しかも高周速、高面圧
条件下での焼損を防止し、かつ、この軸受を利用し長期
間安定して運転できるこの種の回転機械を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、軸受入り口部の潤滑油の温度を給
油口から供給された潤滑油の温度と同程度にするため、
軸に付着して負荷面を通過し給油口に流入してくる潤滑
油を給油口の手前で排出し、軸受負荷面の過大温度上昇
を防止する構造とする。具体的には、軸受摺動面の油膜
圧力の発生しない範囲に軸に付着して負荷面を通過し流
入してくる潤滑油を排出するための排油口を設けた。排
油口は軸受摺動面に開口しかつ、軸受幅方向に軸受の両
端を除いて設けるか、または軸受幅方向全体に設けた。
また、軸受中心に対して対称に上半軸受にも排油口を設
けた。通常の荷重において油膜圧力の発生しない範囲と
して、半割の軸受において割面から反回転方向に２０゜
〜３０°位置までとする。

【０００９】上記のように構成された本発明の軸受で
は、軸に付着して負荷面を通過し流入してくる潤滑油が
給油口の手前に設けた排油口の部分で遠心力により軸か
ら飛散排除される。飛散した潤滑油は軸受幅方向に流出
し潤滑油を貯蔵している油タンクへ戻る。このように、
軸に付着して連れ回っている潤滑油が給油口の手前で飛
散排除されるので、給油口内の潤滑油の温度は給油口か
ら供給された潤滑油の温度とほぼ同程度になり、軸受入
り口部の潤滑油の温度上昇が無くなり軸受負荷面の過大
温度上昇が防止でき、高信頼性の軸受が提供できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１
から図６を用いて詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の１実施例を示す縦断面図で
ある。本実施例では、真円軸受の例を示すが、楕円軸受
でも効果はほぼ同様である。軸１の荷重を支持するジャ
ーナル軸受２は半割形状で上半軸受２ａと下半軸受２ｂ
で構成されている。なお、上半軸受２ａと下半軸受２ｂ
はボルト(図示せず)で締結されており、ジャーナル軸受
を構成している。また、上半軸受２ａと下半軸受２ｂと
は、その表面（回転軸と接触する側表面）にホワイトメ
タル等の軸受合金３がライニングされている。

【００１２】図４に軸受摺動面に作用する動圧の分布を
示す。本図は通常の荷重、即ち平均面圧（荷重を軸受径
と幅で割った値）は２ＭＰａ程度の場合の動圧の発生分
布を示したものである。軸受の動圧は油膜が回転方向に
狭くなるくさび形状位置で発生し、荷重が小さくなると
低い値で広範囲に発生するのに対して、荷重が大きくな
ると発生範囲が狭くなる。

【００１３】従って、本実施例で荷重は、下半軸受２ａ
垂直方向に加わっている。さらに、下半軸受２ｂには、
反回転方向（図１の矢印方向が回転方向である）側の割
面４ｂから、回転方向に僅かにずれた位置に給油口５ｂ
が設けられている。回転方向側の割面４ａから油膜圧力
の発生しない範囲（割面から反回転方向に２０゜〜３０
°の範囲）に軸受幅全面に開口した排油口６ｂが設けら
れている。この排油口６ｂは、軸受の幅方向の所定の位
置に設けた流出孔７ｄと連通している。流出孔７ｄは、
排出用配管７ｆに接続されており、潤滑油は排出用配管
７を経由してタンク２０（図２参照）に戻る。給油口５
ｂには油孔７ｂが連通するように設けられている。ま
た、油孔７ｂは、軸受ケーシング８の内周面８ａに設け
られた給油溝９と連通している。

【００１４】給油溝９には、潤滑油を供給する穴７ｃが
設けられている。穴７ｃには給油配管２３ａ（図２参
照）が接続されている。給油された潤滑油は、軸受摺動
面１０ｂに供給されるようになっている。上半軸受２ａ
の下半軸受２ｂと略対称の位置に、下半軸受２ｂと同様
に、給油口５a、排出口６ａが設けてある。すなわち、
上半軸受２ａの反回転方向の割面４ａの回転方向にずれ
た位置に給油口５ａが設けられている。また、回転方向
の割面４ｂから２０゜〜３０゜の範囲で軸受幅前面に開
口した排油口６ａが設けられている。給油口５ａは連通
する油孔７ａが設けられている。また、油孔７ａは軸受
ケーシング８の内周面８ａに設けられた給油溝９と連通
している。この給油口５ａから軸受摺動面１０ａに潤滑
油が供給されるようになっている。

【００１５】図２にこの種の軸受装置に使用される潤滑
油給排油管系統図を示す。軸受装置からの排油は、タン
クに接続された配管７ｆ、７ｇを経由してタンク２０に
戻る。一方、軸受装置への給油は、タンク２０に溜めら
れた潤滑油が、配管２１ａ及び、ポンプ２１の吐出配管
２１ｂに連結されたフィルタ２２と、配管２２ａと冷却
器２３を及び給油管２３ａを介してして行われる。

【００１６】以下、本実施例の動作について詳細に説明
する。ポンプ２１からフィルタ２２を経由して冷却器２
３に送られた潤滑油は、冷却器２３において所定の温度
まで冷却される。この冷却された潤滑油は給油配管２３
ａから下半軸受２ｂに設けられた穴７ｃを経由して給油
溝９および油孔７ｂに供給される。油孔７ｂは、給油口
５ｂに連通しており、この給油口５ｂに供給される。給
油口５ｂから供給された潤滑油は、軸１の回転により軸
受負荷面（軸受荷重を支える部分）に導かれる。荷重負
荷面では、軸受荷重に見合って油膜圧力が発生し、油膜
が形成される。従って、軸１は油膜を介して軸受摺動面
１０ｂに支持される。

【００１７】給油口５ｂから供給された潤滑油は、大半
が油膜圧力により軸受負荷面の幅方向に押し出される
が、一部の潤滑油は軸１の表面に付着して負荷面を通過
する。しかし、油膜圧力の発生しない範囲（割面４ａか
ら回転方向に２０〜３０°位置の範囲）に軸受幅全面に
開口した排油口６ｂの部分で、軸に付着して負荷面を通
過した潤滑油は遠心力により軸から飛散排除される。飛
散した潤滑油は、廃油口６ｂから流出孔７ｄ、または７
ｆを経由して、潤滑油を貯蔵しているタンクへ戻る。

【００１８】このように、軸１に付着して負荷面を通過
して温度の上昇した潤滑油は、給油口の手前で軸１から
飛散排除され、廃油口６ｂに集められる。このため、排
油口６ａの下流側に設けられている給油口５ｂ（又は排
油口６ｂの下流側に設けられた給油口５ａ）には、温度
の上昇した潤滑油は到達しないため、給油口には略供給
された潤滑油だけとなり、給油される潤滑油の温度とほ
ぼ同程度になる。従って、軸受入り口部の潤滑油の温度
上昇が無くなり、供給された低温油で負荷面が潤滑でき
るので、軸受負荷面の過大な温度上昇を防止でき、高信
頼性の軸受が提供できる。

【００１９】本実施例では上半軸受２ａ及び下半軸受２
ｂが対称に配置されているため、例えば、減速機等の回
転機のように荷重方向が反転するような場合において
も、上半軸受２ａ下半軸受２ｂのいずれの軸受も同様な
作用効果が得られる。また、本実施例では排油口６ａ、
６ｂは軸受幅全面に開口して設けられているが、軸受幅
両端を残して設けてもよい。

【００２０】また、軸に付着して負荷面を通過した高温
の潤滑油は飛散後排油口内の温度に低減できるので潤滑
油が高温に曝される時間を短縮できる。そのため、潤滑
油の酸化劣化の速度が遅くなり長寿命化が計れる。従っ
て、潤滑油の交換期間を延長でき、管理費等の節約がで
きる。

【００２１】さらに、軸受荷重が同一の場合、高面圧化
が可能なため軸受の幅方向を短縮できる。このため、軸
受の片当たり等に起因する損傷が防止でき信頼性向上が
計れる。排油口の部分での粘性摩擦損失が低減できるの
で、従来の楕円軸受に比較し低損失化が計れる。従っ
て、この軸受を搭載した回転機械の効率向上に大きく寄
与できる。本実施例のジャーナル軸受は、低損失化が計
れる観点から、ポンプの吐出配管に連結された冷却器の
容量を小さくできるので、給油装置のコスト低減に有効
である。

【００２２】図３に本発明の第２実施例の軸受部断面を
示す。図３に示す実施例において、図１と異なる点は、
下半軸受２ｂと上半軸受２ａを水平方向にオフセットし
たことにある。すなわち、外形が同じとした場合、軸受
ケーシング８の肉厚が左右方向で異なる形状としたもの
である。本実施例では、オフセットの方向を軸の回転方
向を反時計方向とした場合に、上半軸受２ａを下半軸受
２ｂに対し左方向としている。

【００２３】本構成のように軸受部をオフセットするこ
とにより、上半軸受のくさび膜形状範囲がオフセットし
ない場合に比べ広がり発生圧力が大きくなるため、第１
実施例に比べて上半軸受２ａの動圧が高くなり、軽負荷
時の軸振動を小さく押さえることができる。さらに、排
油口６ａ、６ｂの後端部に相当する割面４ａ、４ｂが突
起部分が大きくなり、軸１から飛散排除された潤滑油の
回収が確実にでき、かつ、軸受幅方向への流出速度が増
大する。この結果、軸受自体の冷却性が向上する。

【００２４】次に、図５を用いて第３実施例を説明す
る。図５に示す実施例は構造的には図１とほぼ同じであ
るが、異なる点は下半軸受２ｂ及び上半軸受２ａの油膜
圧力の発生しない範囲に潤滑油を排出するための排油口
を軸受幅方向全体に設けると共に、この排油口６ａ、６
ｂに噴流発生部材１１を設置したことにある。噴流発生
部材１１は角材１１ａに穴１１ｂをあけ該穴１１ｂと連
通した複数の穴１１ｃを形成して構成している。角材１
１ａは治具等（図示せず）により固定されている。ま
た、角材１１ａは給油配管の途中に連結され、低温の潤
滑油が噴出できる。

【００２５】本実施例では、第１の実施例の効果に加え
て、次のような効果がある。軸１は噴流発生部材１１よ
り得られる高速の低温噴流により冷却される。この結
果、更なる高面圧化が計れる。

【００２６】図６を用いて第４実施例を説明する。図６
に示す実施例は構造的には図１とほぼ同じであるが、異
なる点は下半軸受２ｂ及び上半軸受２ａの油膜圧力の発
生しない範囲に潤滑油を排出するための排油口を軸受幅
方向全体に設けると共に、この排油口６ａ、６ｂに掻き
取り部材１２を設置したことにある。掻き取り部材１２
はガイド１４により案内され、背面をコイルバネ１３等
により支持され軸１に押付けられ常に接触摺動するよう
になっている。また、掻き取り部材１２の摺動面は軸１
の曲率と同程度に加工されている。掻き取り部材１２は
摺動面が摩耗してもコイルバネ１３等により押付けられ
ているので、長期間安定した摺動特性が得られる。掻き
取り部材１２の材質は高耐熱性、高耐摩耗性樹脂で例え
ば、熱可塑性のポリエーテルエーテルケトン、ポリテト
ラフロロエチレン等が好ましい。

【００２７】このような構成にしても同等の作用効果を
奏することは言うまでもない。また、本実施例では次の
ような効果がある。軸１に付着した潤滑油が確実に除去
できるので、軸受負荷面の温度上昇を低く押さえること
ができる。この結果、更なる高面圧化が図れる。

【００２８】以上の実施例では、軸受表面にホワイトメ
タル等の軸受合金３がライニングされているが、この材
料に限るものではない。例えば、上半軸受２ａと下半軸
受２ｂの摺動面を高耐熱性樹脂層３ａで形成しても良
い。高耐熱性樹脂としては例えば、熱可塑性のポリエー
テルエーテルケトン、ポリテトラフロロエチレン等が好
ましい。このように、軸受摺動面を高耐熱性樹脂層で形
成すると、さらに高周速、高面圧化が可能となる。この
結果、軸受幅の短縮化が可能となり、低コストで小型コ
ンパクトの減速機が提供できる。

【００２９】次に、本発明の軸受装置を減速機に適用し
た場合について図７を用いて説明する。

【００３０】即ち、減速機は図７に示すように、本体ケ
ース１５と本体ケース１５内部に収められた入力歯車軸
１６と入力側歯車１６ｇと、出力歯車軸１７と出力側歯
車１７ｇと、歯車軸の両端部を支持するジャーナル軸受
１８とを有している。

【００３１】ジャーナル軸受１８は第１から第４の実施
例で説明した軸受のうちのいずれか１つを用いたもので
ある。すなわち、半割形状上半軸受２ａと下半軸受２ｂ
で構成されており、ボルト(図示せず)で上半軸受２ａと
下半軸受２ｂが締結されジャーナル軸受を構成してい
る。上半軸受２ａと下半軸受２ｂは表面をホワイトメタ
ル等の軸受合金３がライニングされている。荷重は垂直
方向に加わっており、下半軸受２ｂには割面４ｂの回転
方向に僅かずれた位置に給油口５ｂが設けられており、
割面４ａから油膜圧力の発生しない範囲（割面４ａから
反回転方向に２０〜３０°の範囲）に軸受幅全面に開口
した排油口６ｂが設けられている。

【００３２】実施例によれば、歯車軸１６、１７に付着
して負荷面を通過し流入してくる潤滑油が、給油口の手
前に設けた排油口の部分で遠心力により軸から飛散排除
される。このため、給油口内の潤滑油の温度は給油口か
ら供給された潤滑油の温度とほぼ同程度になり、軸受入
り口部の潤滑油の温度上昇が無くなり軸受負荷面の過大
温度上昇が防止でき、高信頼性の軸受性能が得られる。
なお、本実施例では１段の減速機を示したが、多段の減
速機に適用可能なことは言うまでもない。

【００３３】このため、本発明の軸受装置を有している
減速機は、減速機として高信頼性を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、このような軸受装置
であると、軸に付着して負荷面を通過し流入してくる潤
滑油が給油口の手前に設けた排油口の部分で遠心力によ
り軸から飛散排除される。飛散した潤滑油は軸受幅方向
に流出し潤滑油を貯蔵しているタンクへ戻る。このよう
に、軸に付着して連れ回っている潤滑油が給油口の手前
で飛散排除されるので、給油口内の潤滑油の温度は給油
口から供給された潤滑油の温度とほぼ同程度になり、軸
受入り口部の潤滑油の温度上昇が無くなり軸受負荷面の
過大温度上昇が防止でき、高信頼性の軸受が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による真円軸受の第１実施例を示す縦断
面図。

【図２】軸受装置の給排油配管系統を示す図。

【図３】本発明による真円軸受の第２実施例を示す縦断
面図。

【図４】第１実施例の圧力分布を示す図。

【図５】本発明による真円軸受の第３実施例を示す縦断
面図。

【図６】本発明による真円軸受の第４実施例を示す縦断
面図。

【図７】本発明の軸受を減速機に適用した場合の断面
図。

【符号の説明】

１…軸、２…軸受、２ａ…上半軸受、２ｂ…下半軸受、
３ａ…樹脂層、４…割面、５ａ、５ｂ…給油口、６ａ、
６ｂ…排油口、７ａ、７ｂ…油孔、８…軸受ケーシン
グ、９…給油溝、１１…噴流発生部材、１２…掻き取り
部材。

フロントページの続き (72)発明者 仲野 正昭 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 片山 正典 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所産業機械システム事業部内 Ｆターム(参考） 3J009 DA15 EA04 EA05 EA21 EA32 EB21 3J011 AA07 AA09 BA13 CA01 JA02 KA02 LA04 MA03 MA23

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横軸回転機のロータを支持するため、上半
   軸受と下半軸受を結合して構成した軸受装置において、 前記下半軸受及び前記上半軸受の油膜圧力の発生しない
   範囲に潤滑油を排出するための排油口を軸受幅方向全体
   に設け、前記下半軸受と上半軸受に潤滑油を供給する供
   給口を設けたことを特徴とする軸受装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の軸受装置において、前記排
   油口は軸の回転方向下流側の上半軸受又は下半軸受の分
   割面から上流側に向かって２０゜〜３０゜の範囲に設け
   られていることを特徴とする軸受装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の軸受装置において、 軸の回転方向を反時計方向とし、前記上半軸受を前記下
   半軸受に対し左方向にオフセットしたことを特徴とする
   軸受装置。
4. 【請求項４】横軸回転機のロータを支持するため、上半
   軸受と下半軸受を結合して構成した軸受装置において、 軸の回転方向下流側の上半軸受又は下半軸受の分割面か
   ら油膜圧力の発生しない範囲に潤滑油を排出するための
   排油口を軸受幅方向全体に設け、軸受摺動面に高耐熱性
   樹脂層を形成したことを特徴とする軸受装置。
5. 【請求項５】横軸回転機のロータを支持するため、上半
   軸受と下半軸受を結合して構成した軸受装置において、 軸の回転方向下流側の上半軸受又は下半軸受の分割面か
   ら油膜圧力の発生しない範囲に潤滑油を排出するための
   排油口を設け、前記排油口に噴流発生部材を備えたこと
   を特徴とする軸受装置。
6. 【請求項６】横軸回転機のロータを支持するため、上半
   軸受と下半軸受を結合して構成した軸受装置において、 軸の回転方向下流側の上半軸受又は下半軸受の分割面か
   ら油膜圧力の発生しない範囲に潤滑油を排出するための
   排油口を設け、前記排油口にロータ付着油を除去する掻
   き取り部材を設けたことを特徴とする軸受装置。
7. 【請求項７】動力を発生する駆動装置に接続された入力
   軸と、前記入力軸に設けられた伝達用の第１の歯車と、
   前記入力軸に平行に設けられた出力軸と、前記出力軸に
   設けられ、前記第１の歯車からの回転を減少させる第２
   の歯車を備えた減速機において、 前記第１及び第２の回転軸を支持する軸受装置が、上半
   軸受と下半軸受を結合して構成され、軸の回転方向下流
   側の上半軸受又は下半軸受の分割面から油膜圧力の発生
   しない範囲に潤滑油を排出するための排油口を軸受幅方
   向全体に設け、軸受摺動面に高耐熱性樹脂層を形成した
   ことを特徴とする減速機。