JP2002276646A - ラジアル軸受及びこれを用いた変速機 - Google Patents
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- F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低荷重から高荷重まで軸受負荷が変化するラジ
アル軸受において、自励振動を防止する。 【解決手段】ラジアル軸受１３、１４、１６、１７は２
つ割れ形状の上半軸受３ａと下半軸受３ｂとを有してい
る。上半軸受と下半軸受の内周面には、ＰＥＥＫ等の樹
脂材料８がライニングされている。上半軸受と下半軸受
は、２つ割れ面９から角度ψだけライニング処理されて
いない部分を有している。
アル軸受において、自励振動を防止する。 【解決手段】ラジアル軸受１３、１４、１６、１７は２
つ割れ形状の上半軸受３ａと下半軸受３ｂとを有してい
る。上半軸受と下半軸受の内周面には、ＰＥＥＫ等の樹
脂材料８がライニングされている。上半軸受と下半軸受
は、２つ割れ面９から角度ψだけライニング処理されて
いない部分を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転体を支承するラ
ジアル軸受及びそれを用いた変速機に係り、特に荷重変
動のある回転体を支承するのに好適なラジアル軸受及び
それを用いた変速機に関する。
ジアル軸受及びそれを用いた変速機に係り、特に荷重変
動のある回転体を支承するのに好適なラジアル軸受及び
それを用いた変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転体を支承するラジアル軸受の摺動材
料としては、錫をベースにしたホワイトメタルが多用さ
れてきた。しかしながら、最近低摩擦で高耐熱、高耐摩
耗性のエンジニアリングプラスチックが摺動材として注
目されており、特に大型の回転機の軸受摺動部材として
熱可塑性のポリテトラフルオロエチレン（４弗化エチレ
ン樹脂）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、
ポリイミドを中心とし、これにガラス繊維、炭素繊維、
グラファイトや二硫化モリブデン等を添加し機械的強
度、摺動特性及び耐摩耗性等の改善を図った高分子複合
樹脂材料が採用され始めている。
料としては、錫をベースにしたホワイトメタルが多用さ
れてきた。しかしながら、最近低摩擦で高耐熱、高耐摩
耗性のエンジニアリングプラスチックが摺動材として注
目されており、特に大型の回転機の軸受摺動部材として
熱可塑性のポリテトラフルオロエチレン（４弗化エチレ
ン樹脂）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、
ポリイミドを中心とし、これにガラス繊維、炭素繊維、
グラファイトや二硫化モリブデン等を添加し機械的強
度、摺動特性及び耐摩耗性等の改善を図った高分子複合
樹脂材料が採用され始めている。
【０００３】このような樹脂材料を用いたラジアル軸受
の例が、特開２０００-２４９１４７号公報や特開２０
００-８１０３１号公報に記載されている。つまり、特
開２０００-２４９１４７号公報では、ラジアル軸受が
複数の軸受パッドを備え、軸受パッドを構成する強度部
材の裏金と、樹脂系摺動部材との間に金属フィルタを介
在さている。そして金属フィルタを固着した裏金を加熱
し、樹脂系摺動部材の融点以上に昇温後、金属フィルタ
ー状に樹脂系摺動部材を積層している。
の例が、特開２０００-２４９１４７号公報や特開２０
００-８１０３１号公報に記載されている。つまり、特
開２０００-２４９１４７号公報では、ラジアル軸受が
複数の軸受パッドを備え、軸受パッドを構成する強度部
材の裏金と、樹脂系摺動部材との間に金属フィルタを介
在さている。そして金属フィルタを固着した裏金を加熱
し、樹脂系摺動部材の融点以上に昇温後、金属フィルタ
ー状に樹脂系摺動部材を積層している。
【０００４】また、特開２０００-８１０３１号公報に
は、軸と軸受のクリアランスを極端に小さくすることも
なく、簡単な構造で軸と軸受の振動による機械的ノイズ
を低減し、耐久性を増すために、樹脂製スリーブ軸受の
内面に溝部を設けている。そして、組み立て時に塗布し
たグリースをこの溝部に溜めることにより、長時間にわ
たりグリースをクリアランス部に供給可能にし、騒音の
低減と耐久性の向上を図ることが記載されている。
は、軸と軸受のクリアランスを極端に小さくすることも
なく、簡単な構造で軸と軸受の振動による機械的ノイズ
を低減し、耐久性を増すために、樹脂製スリーブ軸受の
内面に溝部を設けている。そして、組み立て時に塗布し
たグリースをこの溝部に溜めることにより、長時間にわ
たりグリースをクリアランス部に供給可能にし、騒音の
低減と耐久性の向上を図ることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開2000-２４９１４７号公報に記載のものは、樹脂系摺
動材と裏金の密着性が向上して、摺動面の損傷や樹脂摺
動材の剥離を防止できるという長所を有するものの、ラ
ジアル軸受構造がティルティングパッド形軸受構造であ
るので、振動特性には優れているが、耐荷重能力の面で
さらに改善が求められている。つまり、変速機のように
大荷重が作用しても、安定して回転体をラジアル軸受が
支承できることが望まれている。
開2000-２４９１４７号公報に記載のものは、樹脂系摺
動材と裏金の密着性が向上して、摺動面の損傷や樹脂摺
動材の剥離を防止できるという長所を有するものの、ラ
ジアル軸受構造がティルティングパッド形軸受構造であ
るので、振動特性には優れているが、耐荷重能力の面で
さらに改善が求められている。つまり、変速機のように
大荷重が作用しても、安定して回転体をラジアル軸受が
支承できることが望まれている。
【０００６】また、特開２０００-８１０３１号公報に
記載のラジアル軸受は、グリース潤滑軸受であり、長期
にわたって使用可能な油潤滑軸受とは異なり、軽荷重を
支承するものである。そのため、溝は形成されているも
ののこの溝はグリース保持のためのものであり、回転体
の振動特性の改善にはほとんど寄与しないものである。
さらに、この公報に記載のものでは、ラジアル軸受が大
荷重を支承することについては、考慮されていない。
記載のラジアル軸受は、グリース潤滑軸受であり、長期
にわたって使用可能な油潤滑軸受とは異なり、軽荷重を
支承するものである。そのため、溝は形成されているも
ののこの溝はグリース保持のためのものであり、回転体
の振動特性の改善にはほとんど寄与しないものである。
さらに、この公報に記載のものでは、ラジアル軸受が大
荷重を支承することについては、考慮されていない。
【０００７】本発明は上記従来の技術に鑑みなされたも
のであり、軽荷重下でも回転体を安定に支承し、高荷重
下でも軸受の焼損を防止できるラジアル軸受及びそれを
用いた変速機を実現することを目的とする。
のであり、軽荷重下でも回転体を安定に支承し、高荷重
下でも軸受の焼損を防止できるラジアル軸受及びそれを
用いた変速機を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、回転軸を支承するラジアル軸
受において、ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる
樹脂潤滑部材を、軸受の中心軸に軸対称に少なくとも２
個所設けることにより、回転軸の回転速度の上昇に連れ
て軸受の剛性を増加させるものである。
の本発明の第１の特徴は、回転軸を支承するラジアル軸
受において、ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる
樹脂潤滑部材を、軸受の中心軸に軸対称に少なくとも２
個所設けることにより、回転軸の回転速度の上昇に連れ
て軸受の剛性を増加させるものである。
【０００９】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、回転軸を支承する樹脂製のラジアル軸受におい
て、ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる溝部をこ
の軸受の中心軸に対称に少なくとも２個所形成すること
により、回転軸の回転速度の上昇に連れて軸受の剛性を
増加させるものである。
特徴は、回転軸を支承する樹脂製のラジアル軸受におい
て、ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる溝部をこ
の軸受の中心軸に対称に少なくとも２個所形成すること
により、回転軸の回転速度の上昇に連れて軸受の剛性を
増加させるものである。
【００１０】上記目的を達成するための本発明の第３の
特徴は、回転軸を支承するラジアル軸受において、ほぼ
楕円筒状に内周面を形成し、この楕円のほぼ長軸上で分
割した２つ割れ構造とし、各２つ割れ軸受は楕円の短軸
に関して非対称な段差を内周面に有し、少なくとも段差
の上の部分は樹脂としたものである。
特徴は、回転軸を支承するラジアル軸受において、ほぼ
楕円筒状に内周面を形成し、この楕円のほぼ長軸上で分
割した２つ割れ構造とし、各２つ割れ軸受は楕円の短軸
に関して非対称な段差を内周面に有し、少なくとも段差
の上の部分は樹脂としたものである。
【００１１】そしてこれらの特徴において、潤滑部材や
溝部以外の部分、段差の上の部分はこの軸受の内周面に
おいて、楕円の短軸から測った角度θ１からθ２の範囲
にあり、θ１＝２０〜３０゜であり、θ２はほぼ９０゜
とすることが望ましい。また、溝部や段差の下の部分
は、楕円の長軸を始点とし、この長軸から測った角度ψ
で、ψ＝６０〜７０゜分のところまでであることが望ま
しい。
溝部以外の部分、段差の上の部分はこの軸受の内周面に
おいて、楕円の短軸から測った角度θ１からθ２の範囲
にあり、θ１＝２０〜３０゜であり、θ２はほぼ９０゜
とすることが望ましい。また、溝部や段差の下の部分
は、楕円の長軸を始点とし、この長軸から測った角度ψ
で、ψ＝６０〜７０゜分のところまでであることが望ま
しい。
【００１２】そして望ましくは、樹脂で形成される潤滑
部材や溝部以外の部分、段差の上の部分は、ポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、４弗化エチレン樹脂お
よびポリイミド樹脂の少なくともいずれかであることが
好ましい。さらに、樹脂部分であって楕円の長軸に近い
部分には、軸受の軸方向両端部を除いて軸方向に延びる
油溝を設ければさらによい。また、２つ割れ軸受の場合
に、内周面形状が回転軸の中心軸に対して軸対称となる
ように２つ割れ軸受部材を組上げるのが望ましい。
部材や溝部以外の部分、段差の上の部分は、ポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、４弗化エチレン樹脂お
よびポリイミド樹脂の少なくともいずれかであることが
好ましい。さらに、樹脂部分であって楕円の長軸に近い
部分には、軸受の軸方向両端部を除いて軸方向に延びる
油溝を設ければさらによい。また、２つ割れ軸受の場合
に、内周面形状が回転軸の中心軸に対して軸対称となる
ように２つ割れ軸受部材を組上げるのが望ましい。
【００１３】上記目的を達成するための本発明の第４の
特徴は、大歯車を有する大歯車軸と、この大歯車と噛み
合う小歯車を有する小歯車軸と、これら大歯車軸及び小
歯車軸を支承する複数の軸受とを備える変速機におい
て、複数の軸受の少なくとも１つを上記各特徴を有する
ラジアル軸受としたものである。
特徴は、大歯車を有する大歯車軸と、この大歯車と噛み
合う小歯車を有する小歯車軸と、これら大歯車軸及び小
歯車軸を支承する複数の軸受とを備える変速機におい
て、複数の軸受の少なくとも１つを上記各特徴を有する
ラジアル軸受としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】これまで、減速機等の荷重変動が
極端な回転体を支持するラジアル軸受として、自励振動
を防止する目的から楕円軸受を用いるのが一般的であ
る。しかしながらこれらの回転体においては、アライメ
ントのセッティング不良や経時変化により軸受荷重が設
計値から外れて軸系の安定性が損なわれ、オイルホイッ
プやオイルホワールなどの振動が発生することがあっ
た。オイルホイップは軸受荷重が減少して、軸の偏心量
が低下することに起因する。
極端な回転体を支持するラジアル軸受として、自励振動
を防止する目的から楕円軸受を用いるのが一般的であ
る。しかしながらこれらの回転体においては、アライメ
ントのセッティング不良や経時変化により軸受荷重が設
計値から外れて軸系の安定性が損なわれ、オイルホイッ
プやオイルホワールなどの振動が発生することがあっ
た。オイルホイップは軸受荷重が減少して、軸の偏心量
が低下することに起因する。
【００１５】つまり、軸受の平均面圧が低くまた軸の偏
心量が小さいと、軸受の油膜剛性が低下するだけでな
く、油膜剛性における連成項が支配的となり、これが不
安定性増大の原因となる。自励振動を防止する一般的な
方法は、連成項を無視できるほど小さくできるティルテ
ィングパッド軸受を用いることである。しかし、ティル
ティングパッド軸受は耐荷重性が低い。
心量が小さいと、軸受の油膜剛性が低下するだけでな
く、油膜剛性における連成項が支配的となり、これが不
安定性増大の原因となる。自励振動を防止する一般的な
方法は、連成項を無視できるほど小さくできるティルテ
ィングパッド軸受を用いることである。しかし、ティル
ティングパッド軸受は耐荷重性が低い。
【００１６】そこで、耐荷重能を向上させる方法が種々
提案されているが、これらの方法ではいずれも通常の荷
重時には安定性に優れているが、軸受荷重が極端に低下
したときに自励振動を起こす場合がある。特に変速機で
は、定格回転までは軸重量のみの軽荷重が軸受に作用
し、定格回転に達すると荷重方向が変化する。また、定
格負荷時には高荷重となるなど、軸受の荷重条件が種々
変化する。低負荷時の安定を図るために、負荷面に油溝
を設けて耐荷重性を低下させることも提案されている
が、定格負荷状態のように軸受荷重が増加したときに、
油膜の厚さが低下し軸受の焼損を招くおそれがある。
提案されているが、これらの方法ではいずれも通常の荷
重時には安定性に優れているが、軸受荷重が極端に低下
したときに自励振動を起こす場合がある。特に変速機で
は、定格回転までは軸重量のみの軽荷重が軸受に作用
し、定格回転に達すると荷重方向が変化する。また、定
格負荷時には高荷重となるなど、軸受の荷重条件が種々
変化する。低負荷時の安定を図るために、負荷面に油溝
を設けて耐荷重性を低下させることも提案されている
が、定格負荷状態のように軸受荷重が増加したときに、
油膜の厚さが低下し軸受の焼損を招くおそれがある。
【００１７】そこで本発明においては、軽荷重下におけ
る油膜圧力の発生範囲を制限し、偏心率が低下するのを
防止する。以下この具体的例を、図面を用いて説明す
る。図１は本発明に係るガスタービン駆動発電プランン
トに用いられる減速機の一実施例であり、その縦断面図
である。
る油膜圧力の発生範囲を制限し、偏心率が低下するのを
防止する。以下この具体的例を、図面を用いて説明す
る。図１は本発明に係るガスタービン駆動発電プランン
トに用いられる減速機の一実施例であり、その縦断面図
である。
【００１８】入力軸であるピニオン軸１の中央に、一対
のはす歯小歯車２が取り付けられている。そして、ピニ
オン軸１の両端部は、すべり軸受１３、１４で支持され
ている。また、出力軸であるギア軸４の中央に、はす歯
小歯車２、２に対向し噛み合うはす歯大歯車５、５が取
り付けられている。ギア軸４の両端部もすべり軸受１
６、１７で支持されている。ラジアルすべり軸受１３、
１４、１６、１７は、ケーシング７に保持されている。
のはす歯小歯車２が取り付けられている。そして、ピニ
オン軸１の両端部は、すべり軸受１３、１４で支持され
ている。また、出力軸であるギア軸４の中央に、はす歯
小歯車２、２に対向し噛み合うはす歯大歯車５、５が取
り付けられている。ギア軸４の両端部もすべり軸受１
６、１７で支持されている。ラジアルすべり軸受１３、
１４、１６、１７は、ケーシング７に保持されている。
【００１９】図２に、ピニオン軸１やギア軸４を支承す
るラジアルすべり軸受の一例の横断面図を示す。ラジア
ルすべり軸受は、円筒状の金属製の軸受素材を２つ割れ
状にした上半軸受３ａと下半軸受３ｂとを備えている。
これらの上半軸受３ａと下半軸受３ｂは、図示しないボ
ルトで２つ割れ端部９において締結される。上半軸受３
ａと下半軸受３ｂをボルト締結したときに軸受素材１５
ａ、１５ｂが形成する内周面形状は、２つ割れ端部９方
向が長軸で、それに直角方向が短軸となる楕円形状とな
っている。なお、楕円の離心率はその軸受の負荷条件等
によって定まるが、本発明では離心率０の場合をも楕円
と呼ぶ。
るラジアルすべり軸受の一例の横断面図を示す。ラジア
ルすべり軸受は、円筒状の金属製の軸受素材を２つ割れ
状にした上半軸受３ａと下半軸受３ｂとを備えている。
これらの上半軸受３ａと下半軸受３ｂは、図示しないボ
ルトで２つ割れ端部９において締結される。上半軸受３
ａと下半軸受３ｂをボルト締結したときに軸受素材１５
ａ、１５ｂが形成する内周面形状は、２つ割れ端部９方
向が長軸で、それに直角方向が短軸となる楕円形状とな
っている。なお、楕円の離心率はその軸受の負荷条件等
によって定まるが、本発明では離心率０の場合をも楕円
と呼ぶ。
【００２０】この楕円形状の軸受素材１５ａ、１５ｂの
内周面には、周方向に所定角度だけ、樹脂材料８が貼付
またはライニング加工されている。この樹脂材料８とし
ては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、
４弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリイミド樹脂が、
耐熱性及び摺動特性の観点から望ましい。特に、ＰＥＥ
Ｋ樹脂は従来多用されているホワイトメタルに比べて耐
熱温度が100℃程度高いので、変速機のような高面圧と
なる回転体に適している。
内周面には、周方向に所定角度だけ、樹脂材料８が貼付
またはライニング加工されている。この樹脂材料８とし
ては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、
４弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリイミド樹脂が、
耐熱性及び摺動特性の観点から望ましい。特に、ＰＥＥ
Ｋ樹脂は従来多用されているホワイトメタルに比べて耐
熱温度が100℃程度高いので、変速機のような高面圧と
なる回転体に適している。
【００２１】このように構成したラジアル軸受１３、１
４、１６、１７を図１に示した変速機に使用すると、各
ラジアル軸受には起動から定格回転速度に達するまで荷
重Ｗが垂直方向、すなわち楕円の短軸方向に作用する。
そこで、下半軸受３ｂの一方の２つ割れ端部９の僅かに
下方に、下半軸受素材１５ｂの外径から内径まで貫通す
る給油孔１０ｂを形成している。給油孔１０ｂの内周側
端部には、図３に詳細を示すように、軸受の軸方向両端
部を除いて軸方向に延びる給油溝１１ｂが形成されてい
る。この給油溝１１ｂは軸受摺動面１２に潤滑油を均一
に供給するために設けられている。
４、１６、１７を図１に示した変速機に使用すると、各
ラジアル軸受には起動から定格回転速度に達するまで荷
重Ｗが垂直方向、すなわち楕円の短軸方向に作用する。
そこで、下半軸受３ｂの一方の２つ割れ端部９の僅かに
下方に、下半軸受素材１５ｂの外径から内径まで貫通す
る給油孔１０ｂを形成している。給油孔１０ｂの内周側
端部には、図３に詳細を示すように、軸受の軸方向両端
部を除いて軸方向に延びる給油溝１１ｂが形成されてい
る。この給油溝１１ｂは軸受摺動面１２に潤滑油を均一
に供給するために設けられている。
【００２２】上半軸受３ａにも、一方の２つ割れ面９の
僅かに上方に給油溝１０ａが形成されている。さらに、
この給油溝１０ａに連通する給油孔１１ａも形成されて
いる。そして、これら上半軸受３ａと下半軸受３ｂと
は、図３に示すように、摺動部材８の位置が互いに１８
０゜変わるように組み合わされる。
僅かに上方に給油溝１０ａが形成されている。さらに、
この給油溝１０ａに連通する給油孔１１ａも形成されて
いる。そして、これら上半軸受３ａと下半軸受３ｂと
は、図３に示すように、摺動部材８の位置が互いに１８
０゜変わるように組み合わされる。
【００２３】図３に、２つ割れ状のラジアル軸受につい
て、上半軸受３ａと下半軸受３ｂそれぞれを鳥瞰図で示
す。上半軸受３ａと下半軸受３ｂのそれぞれには、上述
したように内周面に摺動部材８がライニングされてい
る。この摺動部材８の径方向厚さは、直径１００〜２０
０ｍｍ程度の回転軸を支承する軸受の場合には、４ｍｍ
程度である。そして、後述する理由により、周方向ψだ
け摺動部材８が処理されていない。すなわち、上半軸受
３ａと下半軸受３ｂは内周面で段差があり、段差の上の
部分には摺動部材８が施されており、段差の下の部分で
は軸受素材１５ａ、１５ｂがむき出しになっている。
て、上半軸受３ａと下半軸受３ｂそれぞれを鳥瞰図で示
す。上半軸受３ａと下半軸受３ｂのそれぞれには、上述
したように内周面に摺動部材８がライニングされてい
る。この摺動部材８の径方向厚さは、直径１００〜２０
０ｍｍ程度の回転軸を支承する軸受の場合には、４ｍｍ
程度である。そして、後述する理由により、周方向ψだ
け摺動部材８が処理されていない。すなわち、上半軸受
３ａと下半軸受３ｂは内周面で段差があり、段差の上の
部分には摺動部材８が施されており、段差の下の部分で
は軸受素材１５ａ、１５ｂがむき出しになっている。
【００２４】摺動部材８の施されている角度は、（θ＋
９０゜）であり、θは２０〜３０゜が本発明者らの実験
的研究から望ましいことが分かった。これより、ψは６
０〜７０゜が望ましいことが分かる。この摺動部材８が
処理されている側から処理されていない側へ回転軸が回
転するようにする。回転軸が水平に置かれる横軸装置で
は、楕円の長軸が水平方向になるように、すなわち２つ
割れ面９がほぼ水平になるように上半軸受３ａと下半軸
受３ｂを配置する。
９０゜）であり、θは２０〜３０゜が本発明者らの実験
的研究から望ましいことが分かった。これより、ψは６
０〜７０゜が望ましいことが分かる。この摺動部材８が
処理されている側から処理されていない側へ回転軸が回
転するようにする。回転軸が水平に置かれる横軸装置で
は、楕円の長軸が水平方向になるように、すなわち２つ
割れ面９がほぼ水平になるように上半軸受３ａと下半軸
受３ｂを配置する。
【００２５】このように構成したラジアル軸受の作用に
ついて、以下に説明する。図４は変速機が減速機の場合
に、軸受に作用する負荷の状態を示す図である。この図
４では、ギア軸がダウンロード、ピニオン軸がアップロ
ードとなっている。ギア軸及びピニオン軸を支承するラ
ジアル軸受には、起動から定格回転速度まではそれぞれ
の軸重量が垂直下方に負荷される。このときの軸受荷重
は、荷重を軸受直径と幅の積で割った平均面圧で0.1Ｍ
Ｐａ程度である。
ついて、以下に説明する。図４は変速機が減速機の場合
に、軸受に作用する負荷の状態を示す図である。この図
４では、ギア軸がダウンロード、ピニオン軸がアップロ
ードとなっている。ギア軸及びピニオン軸を支承するラ
ジアル軸受には、起動から定格回転速度まではそれぞれ
の軸重量が垂直下方に負荷される。このときの軸受荷重
は、荷重を軸受直径と幅の積で割った平均面圧で0.1Ｍ
Ｐａ程度である。
【００２６】定格回転速度に達し発電機が出力し始める
と、ピニオン軸を支承するラジアル軸受の荷重方向は垂
直下方から、回転方向に160°程度進んだ位置である斜
め上方に変化する。このときの荷重の大きさは、平均面
圧で3MPa以上と極端に大きくなる。一方ギア軸を支承す
るラジアル軸受の荷重方向は、ピニオン軸を支承するラ
ジアル軸受とは逆方向であるから、定格負荷時には垂直
下方より回転方向に約20°手前の位置になる。
と、ピニオン軸を支承するラジアル軸受の荷重方向は垂
直下方から、回転方向に160°程度進んだ位置である斜
め上方に変化する。このときの荷重の大きさは、平均面
圧で3MPa以上と極端に大きくなる。一方ギア軸を支承す
るラジアル軸受の荷重方向は、ピニオン軸を支承するラ
ジアル軸受とは逆方向であるから、定格負荷時には垂直
下方より回転方向に約20°手前の位置になる。
【００２７】図５に従来のラジアル軸受を減速機に用い
たときの軸受特性を、図６に本発明に係るラジアル軸受
を減速機に用いたときの軸受特性をそれぞれ示す。これ
らの図では、軸受の摺動面に発生する動圧の分布を示し
ている。破線は起動から定格回転速度に達するまでの無
負荷運転時の結果であり、平均面圧が0.1ＭＰａ程度の
場合である。実線は定格回転速度に達した後に定格負荷
が作用する負荷運転時の結果であり、平均面圧が３.0
ＭＰａ以上の場合である。ラジアル軸受では、回転軸と
軸受間の油膜が回転方向に狭くなるくさび形状位置で動
圧が発生する。そして、荷重が小さいときには、動圧値
は低く、広範囲に動圧が発生する。これに対し、荷重が
大きくなると動圧の発生範囲は狭くなる。通常の面圧で
は、圧力の発生範囲は２つ割れ面９を始点としてこの２
つ割れ面９から測って回転方向に約（９０°＋３０°）
が終点になる。一方、軽荷重の場合は、終点は２つ割れ
面９から回転方向に約（９０°＋５０〜７０°）とな
る。
たときの軸受特性を、図６に本発明に係るラジアル軸受
を減速機に用いたときの軸受特性をそれぞれ示す。これ
らの図では、軸受の摺動面に発生する動圧の分布を示し
ている。破線は起動から定格回転速度に達するまでの無
負荷運転時の結果であり、平均面圧が0.1ＭＰａ程度の
場合である。実線は定格回転速度に達した後に定格負荷
が作用する負荷運転時の結果であり、平均面圧が３.0
ＭＰａ以上の場合である。ラジアル軸受では、回転軸と
軸受間の油膜が回転方向に狭くなるくさび形状位置で動
圧が発生する。そして、荷重が小さいときには、動圧値
は低く、広範囲に動圧が発生する。これに対し、荷重が
大きくなると動圧の発生範囲は狭くなる。通常の面圧で
は、圧力の発生範囲は２つ割れ面９を始点としてこの２
つ割れ面９から測って回転方向に約（９０°＋３０°）
が終点になる。一方、軽荷重の場合は、終点は２つ割れ
面９から回転方向に約（９０°＋５０〜７０°）とな
る。
【００２８】摺動部面積を減少させた本実施例に記載の
軸受を用いた図６においては、定格運転速度に達した後
の通常の荷重や高荷重が作用するとき(実線）には、図
５で示した従来の円筒軸受と同様な圧力分布を示す。こ
の結果、自励振動に対する安定性が確保される。一方、
ラジアル軸受に作用する荷重が軽荷重の場合には、破線
で示した圧力分布となる。このとき、軸受摺動材料１２
がライニングされていない部分では圧力を発生しないの
で、実線で示した通常の負荷時の圧力分布パターンに似
てくる。これにより、回転軸の偏心率の低下を防止でき
る。
軸受を用いた図６においては、定格運転速度に達した後
の通常の荷重や高荷重が作用するとき(実線）には、図
５で示した従来の円筒軸受と同様な圧力分布を示す。こ
の結果、自励振動に対する安定性が確保される。一方、
ラジアル軸受に作用する荷重が軽荷重の場合には、破線
で示した圧力分布となる。このとき、軸受摺動材料１２
がライニングされていない部分では圧力を発生しないの
で、実線で示した通常の負荷時の圧力分布パターンに似
てくる。これにより、回転軸の偏心率の低下を防止でき
る。
【００２９】従来の円筒軸受では、軽負荷時に圧力が広
範囲に発生するので自励振動を発生する恐れがあった
が、本実施例による軸受では軽荷重下であっても自励振
動に対する安定性が損なわれない。なお、本実施例では
楕円軸受を採用しているので、上半軸受３ａでも圧力が
発生する。これにより、自励振動に対する安定性は真円
軸受に比べ更に増加する。
範囲に発生するので自励振動を発生する恐れがあった
が、本実施例による軸受では軽荷重下であっても自励振
動に対する安定性が損なわれない。なお、本実施例では
楕円軸受を採用しているので、上半軸受３ａでも圧力が
発生する。これにより、自励振動に対する安定性は真円
軸受に比べ更に増加する。
【００３０】図７に、回転軸の軸心の軌跡を示す。軸心
位置は軸受に作用する荷重により異なる。本発明に係る
軸受を〇印で、従来の軸受を△印で示す。オイルホィッ
プ等の自励振動は、回転軸の軸受中心からの編心量を半
径すきまで除した値である偏心率が0.8以上であれば通
常発生しない。そこで、軸系の安定化を図るために、偏
心率を大きくする。楕円軸受を用いると、上半軸受３ａ
も動圧を発生して、回転軸を下方に押さえつけるので偏
心率を大きくすることができる。また、下半軸受３ｂに
油溝を設けて耐荷重性を低下させ、偏心率を増加させる
ことも考えられる。
位置は軸受に作用する荷重により異なる。本発明に係る
軸受を〇印で、従来の軸受を△印で示す。オイルホィッ
プ等の自励振動は、回転軸の軸受中心からの編心量を半
径すきまで除した値である偏心率が0.8以上であれば通
常発生しない。そこで、軸系の安定化を図るために、偏
心率を大きくする。楕円軸受を用いると、上半軸受３ａ
も動圧を発生して、回転軸を下方に押さえつけるので偏
心率を大きくすることができる。また、下半軸受３ｂに
油溝を設けて耐荷重性を低下させ、偏心率を増加させる
ことも考えられる。
【００３１】しかしながら、これらの方法を用いて偏心
率を増加させるのにも限界がある。例えば回転軸を押し
付ける方法では、荷重が極端に低下すると油膜は圧力を
ほとんど発生しないので回転軸は浮上したままとなり、
偏心率が低下する。また、負荷面に溝を設ける方法で
は、受荷重が過大になると偏心率が増加し過ぎて油膜厚
さが低下し、油膜の破断による軸受の焼損を招く場合が
ある。したがって、軸受面積を縮小する本発明に係るラ
ジアル軸受が偏心率を増大させるのに有効である。
率を増加させるのにも限界がある。例えば回転軸を押し
付ける方法では、荷重が極端に低下すると油膜は圧力を
ほとんど発生しないので回転軸は浮上したままとなり、
偏心率が低下する。また、負荷面に溝を設ける方法で
は、受荷重が過大になると偏心率が増加し過ぎて油膜厚
さが低下し、油膜の破断による軸受の焼損を招く場合が
ある。したがって、軸受面積を縮小する本発明に係るラ
ジアル軸受が偏心率を増大させるのに有効である。
【００３２】図８に、本発明に係るラジアル軸受の他の
実施例の縦断面図を示す。本実施例が上記実施例と異な
るのは、２つ割れ面での軸受素材１５ｃ、１５ｄの接続
位置が楕円の長軸方向にオフセットされていることにあ
る。回転軸の荷重を支持するラジアル軸受１３ａ、１４
ａ、１６ａ、１７ａは２つ割れ形状の上半軸受３ｃと下
半軸受３ｄを有している。これらは、図示しないボルト
で締結される。上半軸受３ｃと下半軸受３ｄの内周面に
は部分的にＰＥＥＫ等の樹脂材料８がライニングされて
いる。上半軸受３ｃ及び下半軸受３ｃは２つ割れ割面９
位置で水平方向にオフセットしている。このオフセット
の方向は、一般に使用されるオフセット軸受と反対方向
である。
実施例の縦断面図を示す。本実施例が上記実施例と異な
るのは、２つ割れ面での軸受素材１５ｃ、１５ｄの接続
位置が楕円の長軸方向にオフセットされていることにあ
る。回転軸の荷重を支持するラジアル軸受１３ａ、１４
ａ、１６ａ、１７ａは２つ割れ形状の上半軸受３ｃと下
半軸受３ｄを有している。これらは、図示しないボルト
で締結される。上半軸受３ｃと下半軸受３ｄの内周面に
は部分的にＰＥＥＫ等の樹脂材料８がライニングされて
いる。上半軸受３ｃ及び下半軸受３ｃは２つ割れ割面９
位置で水平方向にオフセットしている。このオフセット
の方向は、一般に使用されるオフセット軸受と反対方向
である。
【００３３】図９（ｂ）に、このオフセット軸受の油膜
圧力分布を示す。比較のために上記実施例の軸受の油膜
圧力分布を同図(ａ)に示す。本実施例においては上半軸
受３ｃと下半軸受３ｄとを水平方向にオフセットしたの
で、上半軸受３ｃのくさび膜形状範囲が広がり、発生圧
力が大になる。その結果、上述実施例の場合よりも上半
軸受３ｃで発生する動圧が大きくなる。
圧力分布を示す。比較のために上記実施例の軸受の油膜
圧力分布を同図(ａ)に示す。本実施例においては上半軸
受３ｃと下半軸受３ｄとを水平方向にオフセットしたの
で、上半軸受３ｃのくさび膜形状範囲が広がり、発生圧
力が大になる。その結果、上述実施例の場合よりも上半
軸受３ｃで発生する動圧が大きくなる。
【００３４】図１０に、ラジアル軸受の剛性(ばね定数)
と減衰係数の回転速度に対する変化を示す。同図で実線
（Ａ）で示したのが、本発明によるラジアル軸受の場合
であり、破線(Ｂ)で示したのが従来用いられている円筒
軸受の場合である。実線（Ａ）で示した本発明によれ
ば、水平方向のばね定数は従来の円筒軸受の場合と大差
がない。しかも回転速度の上昇に伴ってばね定数は増加
する。一方、減衰係数は大幅に向上している。したがっ
て、自励振動に対する安定性とともに、アンバランス振
動に対する制振効果も得られる。
と減衰係数の回転速度に対する変化を示す。同図で実線
（Ａ）で示したのが、本発明によるラジアル軸受の場合
であり、破線(Ｂ)で示したのが従来用いられている円筒
軸受の場合である。実線（Ａ）で示した本発明によれ
ば、水平方向のばね定数は従来の円筒軸受の場合と大差
がない。しかも回転速度の上昇に伴ってばね定数は増加
する。一方、減衰係数は大幅に向上している。したがっ
て、自励振動に対する安定性とともに、アンバランス振
動に対する制振効果も得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、摺
動材が樹脂であるラジアル楕円軸受において軸受摺動部
を部分的に形成したので、低負荷時から高負荷時まで安
定して回転体を支持できるラジアル軸受が得られる。
動材が樹脂であるラジアル楕円軸受において軸受摺動部
を部分的に形成したので、低負荷時から高負荷時まで安
定して回転体を支持できるラジアル軸受が得られる。
【図１】本発明に係る変速機の一実施例の縦断面図であ
る。
る。
【図２】図１に示した変速機に用いられるラジアル軸受
の横断面図である。
の横断面図である。
【図３】図２に示したラジアル軸受の展開斜視図であ
る。
る。
【図４】軸受の圧力分布を説明する図である。
【図５】回転軸の軸心位置と安定性を説明する図であ
る。
る。
【図６】本発明に係るラジアル軸受の圧力分布を説明す
る図である。
る図である。
【図７】本発明に係るラジアル軸受の軸受ばね定数を説
明する図でる。
明する図でる。
【図８】図１に示した変速機に用いられる軸受の他の実
施例の縦断面図である。
施例の縦断面図である。
【図９】本発明に係るラジアル軸受の圧力分布を説明す
る図である。
る図である。
【図１０】軸受の性能を説明する図である。
１…ピニオン軸、２…ピニオン軸のはす歯歯車、３ａ、
３ｃ …上半軸受、３ｂ、３ｄ …下半軸受、４…ギア
軸、５…ギア軸のはす歯歯車、７…ケーシング、８…軸
受摺動材、９…２つ割れ面、１０ａ、１０ｂ…給油孔、
１１ａ、１１ｂ…給油溝、１２…軸受摺動面、１３、１
３ａ、１４、１４ａ…ピニオン軸受、１５ａ〜１５ｄ…
軸受素材、１６、１６a、１７、１７ａ…ギア軸受。
３ｃ …上半軸受、３ｂ、３ｄ …下半軸受、４…ギア
軸、５…ギア軸のはす歯歯車、７…ケーシング、８…軸
受摺動材、９…２つ割れ面、１０ａ、１０ｂ…給油孔、
１１ａ、１１ｂ…給油溝、１２…軸受摺動面、１３、１
３ａ、１４、１４ａ…ピニオン軸受、１５ａ〜１５ｄ…
軸受素材、１６、１６a、１７、１７ａ…ギア軸受。
───────────────────────────────────────────────────── 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 EA05 EA12 EA21 EA32 EA42 EB22 FA30 3J011 AA01 BA13 CA01 CA04 KA02 MA05 SC01 SC05 SC14 3J063 AA40 AB02 AC01 BA04 BB23 CA01 CB13 CD04
Claims (13)
- 【請求項１】回転軸を支承するラジアル軸受において、
ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる樹脂潤滑部材
を、軸受の中心軸に対称に少なくとも２個所設けること
により、回転軸の回転速度の上昇に連れて軸受の剛性を
増加させたことを特徴とするラジアル軸受。 - 【請求項２】前記潤滑部材はこの軸受の内周面におい
て、楕円の長軸から測った角度ψで、ψ＝６０〜７０゜
分だけ設けられていないことを特徴とする請求項１に記
載のラジアル軸受。 - 【請求項３】回転軸を支承する樹脂製のラジアル軸受に
おいて、ほぼ楕円筒状の内周面に、軸方向に延びる溝部
をこの軸受の中心軸に対称に少なくとも２個所形成する
ことにより、回転軸の回転速度の上昇に連れて軸受の剛
性を増加させたことを特徴とするラジアル軸受。 - 【請求項４】前記溝部以外の内周面表面に樹脂で形成さ
れた面を有することを特徴とする請求項３に記載のラジ
アル軸受。 - 【請求項５】前記溝部は、楕円の短軸から測った角度θ
１からθ２の範囲であることを特徴とする請求項４に記
載のラジアル軸受。ここで、θ１＝２０〜３０゜であ
り、θ２はほぼ９０゜である。 - 【請求項６】回転軸を支承するラジアル軸受において、
ほぼ楕円筒状に内周面を形成し、この楕円のほぼ長軸上
で分割した２つ割れ構造とし、各２つ割れ軸受は楕円の
短軸に関して非対称な段差を内周面に有し、少なくとも
段差の上の部分は樹脂であることを特徴とするラジアル
軸受。 - 【請求項７】前記段差の下の部分は、２つ割れ端部から
周方向に６０〜７０゜であることを特徴とする請求項６
に記載のラジアル軸受。 - 【請求項８】前記樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）、４弗化エチレン樹脂およびポリイミド樹
脂の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項
１から２、４から７のいずれか１項に記載のラジアル軸
受。 - 【請求項９】前記樹脂潤滑部材が設けられた軸受内周面
に、この軸受の軸方向両端部を除いて軸方向に延びる油
溝を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の
ラジアル軸受。 - 【請求項１０】前記溝部が形成されていない軸受内周面
であって、楕円の長軸近傍にこの軸受の軸方向両端部を
除いて軸方向に延びる油溝を設けたことを特徴とする請
求項３ないし５のいずれか１項に記載のラジアル軸受。 - 【請求項１１】前記段差の上の部分の軸受内周面であっ
て、２つ割れ端部近傍にこの軸受の軸方向両端部を除い
て軸方向に延びる油溝を設けたことを特徴とする請求項
６または７に記載のラジアル軸受。 - 【請求項１２】前記２つ割れ軸受の内周面形状が、回転
軸の中心軸に対して軸対称となるように前記２つ割れ軸
受を組上げることを特徴とする請求項６、７、１１のい
ずれか１項に記載のラジアル軸受。 - 【請求項１３】大歯車を有する大歯車軸と、この大歯車
と噛み合う小歯車を有する小歯車軸と、これら大歯車軸
及び小歯車軸を支承する複数の軸受とを備える変速機に
おいて、前記複数の軸受の少なくとも１つが請求項１な
いし１２のいずれかに記載のラジアル軸受であることを
特徴とする変速機。
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