JP2003120672A - 軸 受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、停電等の危急時に常用軸受が作用
しなくなった際においても、回転軸を支えることのでき
る危急軸受を提供することを目的とする。 【解決手段】 回転軸１０に流体圧を作用させ、回転軸
１０を支持する軸受は、その摺動面に回転軸１０を支持
する流体を供給する高圧ポケット７３と、回転軸１０に
所定流量の流体を供給すると共に、回転軸１０の位置に
応じて圧力の変動を検出する検出ポケット７４とを備え
る。この軸受には、検出された圧力に応じて軸受に供給
する流体を制御するスプール弁８０が接続されており、
スプール弁８０には、高圧源からの高圧流体を供給する
流路８１ａと、この流路８１ａと開閉可能な流路８３が
形成されたピストン８２が備えられ、流路８３は高圧ポ
ケット７３に接続されている。さらに、流路８１ａから
分岐するオリフィス８７を備えた分岐流路８６が検出ポ
ケット７４に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャーナル軸受ま
たはスラスト軸受等の静圧軸受の構造に関し、特に停電
時等に動作する危急軸受の構造等に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービンやコンプレッサ等の回転機械に
は、油潤滑軸受やガス潤滑軸受、または磁気軸受が用い
られている。回転機械の回転軸の両端には、自重を支え
るジャーナル軸受が設けられており、一方の端にはスラ
スト軸受が設けられている。

【０００３】ここで、図８を用いて、軸受の構成につい
て説明する。図８は、ジャーナル軸受２０およびスラス
ト軸受３０の構造を示す図である。図示したように、タ
ービン４０と共に回転する回転軸１０は、タービン４０
を挟んで、この回転軸１０の両端に配設されたジャーナ
ル軸受２０と、一方のジャーナル軸受２０がある端に配
設されたスラスト軸受３０とによって支えられている。
ジャーナル軸受２０は、回転軸１０の軸方向と垂直な方
向にかかる軸全体の自重を支えている。また、スラスト
軸受３０は、回転軸１０と一体に形成されたスラストカ
ラー１１を挟み込むように配置され、この回転軸１０の
軸方向の差圧によって発生するスラスト力を抑えてい
る。

【０００４】これら、通常動作時に回転軸１０を支える
ジャーナル軸受２０やスラスト軸受３０としては、油潤
滑軸受やガス潤滑軸受、または磁気軸受が用いられる。
油潤滑軸受やガス潤滑軸受が用いられる軸受では、軸受
と軸との間に作動隙間が形成されている。一般的に、軸
の重量が大きくなると、この隙間が支える荷重も大きく
なる。そしてこの隙間は、軸からの荷重が大きくなるに
つれて狭くなる。図９（ａ）は、スラスト軸受３０とし
て、磁気軸受を用いた構成を示す図である。図示したよ
うに、磁気軸受を用いたスラスト軸受３０には、コイル
３１が巻かれており、このコイル３１に電流を流すこと
で、スラスト軸受３０は電磁石となる。ところで、磁石
は距離の２乗に反比例して作用する力をもつので、スラ
スト軸受３０は、コイル３１に流れる電流値によって、
スラスト軸受３０同士の距離の２乗に反比例する力をス
ラストカラー１１に対して及ぼす。また、このスラスト
軸受３０には、変位計３２が設けられており、この変位
計３２で信号を検出することによって、スラスト軸受３
０とスラストカラー１１との隙間を計測する。そして、
この隙間が一定になるように、スラスト軸受３０に流す
電流値を制御システムにて制御する。

【０００５】上述したように、スラスト軸受３０とスラ
ストカラー１１との間に形成された隙間は、電磁石によ
って制御されているが、停電が発生した際には、この隙
間を一定に保つことができなくなる。また、スラスト軸
受３０を制御する制御システムが壊れた際にも同様に、
隙間を一定に保つことができなくなる。ここで、図９
（ｂ）を用いて作動隙間と負荷能力との関係について説
明する。通常、スラスト軸受３０は、定格動作点で作動
隙間と負荷能力とのつりあいがとれた状態で作動してい
る。図示したように、作動隙間が小さくなるにつれて負
荷能力は大きくなる。そして、作動隙間がＡ以下になる
と、荷重の限界値を超えてしまうため、スラストカラー
１１とスラスト軸受３０とが接触し、スラストカラー１
１とスラスト軸受３０との間で摩擦が生じて、焼損する
ことが考えられる。このように、回転軸１０とスラスト
軸受３０との間の隙間が狭くなり、接触するというよう
な現象は、回転軸１０とジャーナル軸受２０との間でも
起こり得る。また、図９では磁気軸受を例に説明した
が、油潤滑軸受やガス潤滑軸受を用いた場合も同様の現
象が起こり得る。

【０００６】そこで、回転軸１０を支えるのに用いられ
る常用軸受から少し離れた位置に危急軸受を設けること
が行われている。図１０は、常用軸受５０（ジャーナル
軸受２０）の近傍に設けられた危急軸受６０を例示する
図である。図１０（ａ）に示すように、回転軸１０を支
える油潤滑軸受やガス潤滑軸受または磁気軸受等、常用
軸受５０として用いられるジャーナル軸受２０の近傍に
は、危急軸受６０が設けられている。危急軸受６０は、
常用軸受５０が作用しなくなった際に用いられるバック
アップ用の軸受である。この危急軸受６０の具体的な例
としては、図１０（ｂ）に示すような、転がり軸受６１
や、図１０（ｃ）に示すような円筒軸受６５が挙げられ
る。

【０００７】また、実公平４−４６０８９号公報には、
回転機械の運転中に地震が発生した場合に作動する危急
軸受が例示されている。この危急軸受は、軸方向位置検
出用の変位計で架台等の固定部材が大変位したことを検
知して、その信号をコントロールボックスに送る。そし
てコントロールボックスは、軸受箱に設けられた弁を開
き、スラストカラーと軸受メタルとの間の隙間に高圧流
体を供給する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
においても常用軸受５０をバックアップするような危急
軸受６０が用いられていた。図１０（ｂ）に示したよう
な転がり軸受６１では、回転軸１０に嵌合されたスリー
ブ６２とケーシングに固定されたスリーブ６３とによっ
て球体６４が挟まれている。この転がり軸受６１を用い
た場合には、常用軸受５０が作動しなくなった際に回転
軸１０が下方に落ちる。そうすると、球体６４とスリー
ブ６２，６３とが接触して、回転軸１０はスリーブ６３
を介して球体６４によって支えられるので、回転軸１０
と常用軸受５０とが接触することはなくなる。しかしな
がら、通常の運転時にも、球体６４がスリーブ６２，６
３と接触してしまうので、転がり軸受６１の寿命が短く
なってしまう。また、図１０（ｃ）に示したような円筒
軸受６５では、ケーシングに固定されたスリーブ６６が
設けられている。しかしながら、このような構成では、
負荷能力が小さく、どうしても回転軸１０とスリーブ６
６との間の隙間が大きくなってしまい、回転軸１０の振
れまわりを抑えることができない。

【０００９】また、実公平４−４６０８９号公報に開示
されている危急軸受は、架台が大変位した場合に変位計
が軸方向位置を検出して高圧流体を供給する。しかしな
がら、このような危急軸受は、地震等によって大変位が
発生した際の変位を検出して作動することができるが、
停電が発生した際には、この危急軸受をコントロールす
るコントロールボックスが作動しない。

【００１０】そこで、本発明は、停電等の危急時に常用
軸受が作用しなくなった際においても、回転軸を支える
と共に制御することのできる危急軸受を提供することを
目的とする。また、この危急軸受が作動する際に供給す
る高圧流体の流量を低減させることを他の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持面を有す
る回転体の当該支持面に流体圧を作用させて回転体を支
持する軸受に適用される。そしてこの軸受は、回転体を
支持するための流体を供給する支持流体供給路および回
転体に向けて所定流量の流体を供給するとともに回転体
の位置の変動に応じて圧力の変動が生じる圧力検知流路
とを備えた軸受本体と、圧力検知流路を介して検知され
た圧力に応じて軸受本体の支持流体供給路に対する流体
の供給可否を制御する流体供給制御弁と、を備えること
を特徴とする。本発明の軸受は、軸受本体に圧力検知流
路を設け、定格時にこの圧力検知流路から流体を回転体
に向けて供給する。回転体が軸受本体に接近すると、圧
力検知流路内の圧力が上昇する。つまり、圧力検知流路
内の圧力を検知することにより、回転体の異常な接近、
換言すれば危急の発生を検知することができる。そし
て、圧力検知流路内の圧力に応じて、より具体的に言う
ならば、圧力検知流路内の圧力が所定値を超える場合に
は、危急状態にあるものとみなして、流体供給制御弁が
支持流体供給路へ流体の供給を許可する。本発明の軸受
において、定格時に前記圧力検知流路から回転体に向け
て供給する流体の流量は、圧力検知の目的を達成できる
程度で足りる。この供給量は、回転体を支持するために
支持流体供給路から供給する流体の供給量に比べて少な
くてすむ。一方で、定格時には支持流体供給路への流体
供給は停止する。したがって、本発明の軸受は、定格時
および危急時を通じて、流体の供給量を低減することが
できる。

【００１２】本発明の軸受において、流体供給制御弁
を、所定の容積を有するケーシングと、ケーシング内に
配置されかつその動作位置によって流体の供給可否を決
定する弁体とを備えたものとすることができる。そして
このケーシングは、外部から供給される流体を容積に流
入させる流体流入口と、軸受本体の支持流体供給路に向
けて流体を供給する支持流体供給口と、軸受本体の圧力
検知流路と容積とを連通させる圧力検知流体流入口とを
有する。また弁体は、圧力検知流体流入口を介して容積
に流入する圧力検知流体に基づいて、流体流入口と支持
流体供給口との間の流路を開閉する。

【００１３】本発明の軸受において、軸受本体と流体供
給制御弁とを、分離して構成することもできるし、一体
として形成することもできる。一体として形成する場
合、軸受本体にケーシングを作りこむことができる。ま
た本発明の軸受において、圧力検知流路は、支持流体供
給路よりも回転体の回転方向の上流側に配設することが
望ましい。

【００１４】本発明の軸受において、軸受本体は一体に
構成することもできるが、複数の軸受パッドに分割して
構成することもできる。この場合、複数の軸受パッドの
各々に支持流体供給路および圧力検知流路を設ける一
方、流体供給制御弁を複数の軸受パッドの各々に対応し
て設けることができる。つまり、１つの流体供給制御弁
が対応する１つの軸受パッドについて流体供給の制御を
受け持つ。本発明はこの形態に限らず、流体供給制御弁
は、所定の軸受パッドにおける圧力検知流路を介して検
知された圧力に応じて、所定の軸受パッドとは異なる軸
受パッドの支持流体供給路に対する流体の供給可否を制
御することもできる。つまり、本発明の軸受は、圧力を
検知する軸受パッドと、流体供給を制御する軸受パット
とが異なることも想定している。また本発明は、以上の
形態のように、１つの軸受パッドに圧力検知流路と支持
流体供給路とを設けることもできるが、圧力検知流路の
みを有する軸受パッドおよび支持流体供給路のみを有す
る軸受パッドを別個に設けることもできる。つまり本発
明は、圧力検知流路が配設された第１の軸受パッドと、
支持流体供給路が配設された第２の軸受パッドとを備え
る形態を包含している。そしてこの形態においては、流
体供給制御弁が、第１の軸受パッドに配設された圧力検
知流路によって検知された圧力に応じて、第２の軸受パ
ッドに配設された支持流体供給路に対する前記流体の供
給可否を制御することになる。

【００１５】また、本発明は、所定の気密度を有する空
間内において、支持面を有する回転体の当該支持面に流
体圧を作用させて回転体を支持する軸受であって、支持
面に向けて流体を供給する流体供給路と、流体供給路と
流体の供給源との間を開閉する第１の弁と、空間内に供
給された流体を外部に流出する流体流出路と、流体流出
路を開閉する第２の弁と、を備えることを特徴とする軸
受によって前記課題を解決する。この軸受は、危急軸受
に適用することができる。そして、危急軸受として適用
される場合、定格時には、第１の弁を開、第２の弁を閉
とする。したがって、所定の気密度を有する空間内にお
いて、回転体は流体流出路から供給された流体の圧力が
支持面に作用することによって支持される。一方、危急
時には、第１の弁および第２の弁をともに開とする。危
急時に、第２の弁を開とすることにより、前記空間内に
供給される流体の相対的な圧力を高くすることができ
る。これは、危急時に供給する流体の量を増やすことな
く、危急軸受としての機能を発揮できることを示してい
る。つまり、本発明によれば、危急軸受としての機能を
より少ない流体流量で実現できることになり、ひいては
高圧流体の流量を極力減らすことが可能になる。またこ
のことは、流体供給源の負荷能力を相対的に向上させる
ことを意味し、より小さな容量の流体供給源の適用を可
能とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］まずここ
で、ジャーナル軸受２０（静圧軸受）をバックアップす
る危急軸受７０の例を説明する。図１１に示すように、
回転軸１０は、その周囲を危急軸受７０によって囲まれ
ている。また、回転軸１０と危急軸受７０との間には、
隙間が形成されている。この危急軸受７０は、例えば危
急軸受パッド７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄといった
ように、複数に分割されているものとする。そして、危
急軸受パッド７１ａの摺動面７２ａには、高圧ポケット
７３ａが備えられている。また、危急軸受パッド７１ｂ
〜７１ｄの摺動面７２にも同様に高圧ポケット７３が備
えられている。

【００１７】常用軸受５０として例えば磁気軸受が用い
られていた際に停電が発生すると、回転軸１０が下方に
落ちてくる。その際、高圧源から送られてきた高圧流体
を高圧ポケット７３ａから供給する。これによって回転
軸１０が持ち上げられるので、回転軸１０と危急軸受パ
ッド７１の摺動面７２とが接触して焼損することがなく
なる。ところが、図１１に示したように高圧ポケット７
３だけが設けられた危急軸受７０では、この高圧ポケッ
ト７３から供給する高圧流体の流量の制御を行うことが
できないため、高圧源からの流体の流量が多くなってし
まう。

【００１８】以下、添付図面に示す第１の実施の形態に
基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、第１の実施
の形態における回転軸１０および危急軸受７０の軸方向
断面図である。図１に示すように、第１の実施の形態で
は、図１１にて示した危急軸受７０の危急軸受パッド７
１の摺動面７２に検出ポケット７４をさらに備える構成
とした。図１に示した例では、検出ポケット７４ａは、
高圧ポケット７３ａを基準として矢印の方向に回転する
回転軸１０の回転方向の上流側に設けられている。検出
ポケット７４ａを設ける位置としては、危急軸受パッド
７１ａのうちで回転軸１０の回転方向の下流側としても
構わない。検出ポケット７４ａによる高圧ポケット７３
ａからの流体の流量の制御については、後に図２および
図３を用いて詳しく説明する。

【００１９】さて、図１に示した危急軸受７０を備えた
回転機械の運転中に停電が発生すると、回転軸１０が下
方に落ちてくる。回転軸１０が下方に落ちてきたこと
は、危急軸受パッド７１に備えられた検出ポケット７４
を介して検出される。そして、検出ポケット７４によっ
て回転軸１０が落ちてきたことが検出されたときに高圧
ポケット７３より高圧源からの高圧流体を供給すること
ができる。

【００２０】以下、図２を用いて危急軸受パッド７１を
制御するためのスプール弁８０について説明する。図２
は、第１の実施の形態における危急軸受パッド７１とス
プール弁８０の構成を示す図である。図２（ａ）に示す
ように、第１の実施の形態では危急軸受パッド７１に高
圧源からの高圧流体を供給するスプール弁８０が備えら
れている。このスプール弁８０のケーシング８１には、
高圧源からの高圧流体を供給する流路８１ａが備えられ
ている。ケーシング８１の内部には、流路８３が形成さ
れたピストン８２が収納されている。このピストン８２
は、ピストン８２とケーシング８１との間に備えられた
バネ８４の付勢力によって押し下げられている。また、
ケーシング８１の内部には、Ｏリング８５ａ，８５ｂ，
８５ｃが設けられており、高圧源からの流路８１ａ、ピ
ストン８２に形成された流路８３、ケーシング８１内部
に形成された間隙８９をそれぞれ隔離している。ピスト
ン８２に形成された流路８３は危急軸受パッド７１に形
成された高圧ポケット７３に、分岐流路８６は危急軸受
パッド７１に形成された検出ポケット７４に、それぞれ
接続されている。高圧源からの流路８１ａには、この流
路８１ａから分岐する分岐流路８６が設けられている。
そして、分岐流路８６の途中にはオリフィス８７が設け
られている。また、分岐流路８６のオリフィス８７が設
けられた位置よりも下流側には、この分岐流路８６から
さらに分岐する分岐流路８８が設けられており、この分
岐流路８８はスプール弁８０のケーシング８１内に形成
された間隙８９へと接続されている。

【００２１】ここで、図３を用いて分岐流路８６内での
圧力の変化について説明する。図３は、高圧源から検出
ポケット７４までの間における圧力の状態を示す図であ
る。図３において、破線の曲線は通常運転時（定格時）
の圧力の状態を、実線の曲線は停電時（危急時）におけ
る圧力の状態を示している。定格時には、高圧源からの
流路８１ａから分岐した分岐流路８６において、この分
岐流路８６内を流れる流体がオリフィス８７に到達する
までは、この流体にかかる圧力は高い状態に保たれる。
オリフィス８７では、分岐流路８６を流れてきた高圧流
体を絞り込んで下流側へと流すので、この高圧の流体が
オリフィス８７に到達すると、圧力が一気に低くなる。
そして、この低圧の流体は分岐経路８６を流れて危急軸
受パッド７１に設けられた検出ポケット７４から流出す
る。また、この低圧の流体は分岐流路８６からさらに分
岐する分岐流路８８へと流れようとするが、分岐流路８
８と連通する間隙８９はピストン８２とＯリング８５ｃ
とによって閉じられている。しかも、ピストン８２はバ
ネ８４の付勢力によって押し下げられており、低圧の流
体ではピストン８２を押し上げることはできない。定格
時の流体の流れを図２（ａ）に矢印で示す。図示したよ
うに、定格時において高圧流体は、分岐流路８６からオ
リフィス８７を経て低圧流体となって検出ポケット７４
へと流れる。しかしながら、流路８１ａは、ピストン８
２とＯリング８５ａ，８５ｂとによって閉じられている
ので、この流路からケーシング８１内部には流れ込むこ
とができない。

【００２２】さて、常用軸受５０として磁気軸受が用い
られていた際に停電が発生すると、回転軸１０が下方に
落ちてくる。そうすると、検出ポケット７４と回転軸１
０との間に形成された隙間が狭くなり、検出ポケット７
４から流出しようとする流体の流路抵抗が大きくなる。
そうすると、図３の実線の曲線にて示すように、高圧源
からの高圧流体の圧力はオリフィス８７で絞り込まれて
やや低くなるが、オリフィス８７と検出ポケット７４と
の間での圧力は定格時よりも高くなる。分岐流路８６内
の流体の圧力が高くなると、この分岐流路８６を流れる
流体は分岐流路８８から間隙８９にも流れ込むようにな
る。

【００２３】ここで、図２（ｂ）に基づいて危急時にお
けるスプール弁８０の状態を説明する。矢印で示すよう
に、危急時には分岐流路８８から隙間８９にも圧力の高
い流体が流れ込んでくる。そして、バネ８４の付勢力に
よって押し下げられていたピストン８２が白抜きの矢印
で示した方向に働く流体の圧力によって押し上げられ
る。そして、Ｏリング８５ｂ，８５ｃによって閉じられ
ていたピストン８２内部の流路８３が高圧源からの流路
８１ａと連通するようになる。そうすると、流路８１ａ
から流路８３へと高圧源からの高圧流体が流れ込んでく
る。この高圧流体は、高圧ポケット７３から危急軸受パ
ッド７１と回転軸１０との間に形成された隙間へと供給
される。回転軸１０が落ちてきたことによって狭くなっ
ていた隙間が、高圧ポケット７３から高圧流体が供給さ
れたことによって押し上げられ、回転軸１０は定格時の
位置に戻る。

【００２４】回転軸１０が押し上げられて通常の位置に
戻ると、狭くなっていた危急軸受パッド７１と回転軸１
０との間の隙間は通常の間隔となる。そうすると、検出
ポケット７４から流出しようとする流体の流路抵抗が小
さくなり、分岐流路８６のオリフィス８７よりも下流側
を流れる流体の圧力が下がって図３の破線の曲線で示し
た状態となる。また、分岐流路８６からさらに分岐する
分岐流路８８およびこの分岐流路８８に接続された間隙
８９内部の流体の圧力も下がる。このようにピストン８
２を押し上げていた流体の圧力が下がると、ピストン８
２は再びバネ８４の付勢力によって押し下げられる。そ
して、高圧源からの流路８１ａと連通して高圧ポケット
７３に高圧流体を供給していた流路８３はＯリング８５
ｂ，８５ｃによって閉じられるので、回転軸１０と危急
軸受パッド７１の間の隙間には高圧流体が供給されなく
なる。

【００２５】以上のように、第１の実施の形態では、危
急軸受パッド７１に設けられた検出ポケット７４にて回
転軸１０が危急軸受パッド７１に接近したことを検出
し、それに伴って高圧ポケット７３から高圧流体を供給
している。また、この高圧ポケット７４から供給する高
圧流体の流量を、スプール弁８０にて制御している。こ
のようにすれば、定格時は検出ポケット７４から低い圧
力の流体を少量流出させるだけで良く、高圧ポケット７
３には危急時にだけ高圧流体を供給することができるよ
うになる。これによって、危急軸受７０と回転軸１０と
の間に形成された隙間に供給する流体の流量を極力低減
することができるようになる。

【００２６】第１の実施の形態における危急軸受７０で
は、検出ポケット７４の制御による高圧ポケット７３の
流量の応答性を良くするために、検出ポケット７４を同
じ危急軸受パッド７１に設けずに、例えば危急軸受パッ
ド７１ａの高圧ポケット７３ａの流量を制御するための
検出ポケット７４を、危急軸受パッド７１ｂに設けられ
た検出ポケット７４ｂとしても構わない。また、危急軸
受パッド７１に検出ポケット７４を設けるのではなく、
独立したパッドを別途備える構成とし、この独立したパ
ッドに検出ポケット７４を設けるようにしても構わな
い。また、第１の実施の形態における危急軸受７０で
は、電気的な手段を用いることなく機械的な手段だけで
回転軸１０が落ちてきたことを検出して、この危急軸受
７０の制御を行うことができるので、停電が発生した際
の危急軸受７０の構造として適している。さらに、上述
したように、危急軸受パッド７１は回転軸１０の下側だ
けでなく例示したように四方に配設されている。そこ
で、停電によって回転軸１０が落ちてきた場合だけでは
なく、回転軸１０の回転の偏芯によって回転軸１０と危
急軸受７０との間に形成された隙間が狭くなった場合に
も、この危急軸受７０にて回転軸１０を通常の位置に戻
してやることができる。またさらに、第１の実施の形態
では、危急軸受パッド７１とスプール弁８０とを別体、
つまり、それぞれ独立した構成としているので、スプー
ル弁８０の寸法を大きくすることができ、大きな回転軸
１０を支えることのできる危急軸受７０を提供すること
も可能となる。

【００２７】[第２の実施の形態]以下、図４に基づいて
第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実
施の形態における危急軸受パッド７１とスプール弁９０
の構成を示す図である。第１の実施の形態では、危急軸
受パッド７１とスプール弁８０とを別体とする構成につ
いて説明したが、第２の実施の形態では、危急軸受パッ
ド７１とスプール弁９０とが一体となる構成について説
明する。図４に示すように、危急軸受パッド７１のほぼ
中央部に高圧ポケット７３につながる空洞部７５が形成
されている。つまり、スプール弁９０のケーシングを危
急軸受パッド７１に作りこんでいる。また、危急軸受パ
ッド７１の摺動面７２以外の面からは、高圧源から高圧
流体を供給する流路７６が形成されており、この流路７
６は空洞部７５と連通している。空洞部７５の内部には
流路９２が形成されたピストン９１が収納されており、
この流路９２は高圧ポケット７３と連通している。ま
た、空洞部７５はカバー９４によって閉じられている。
このカバー９４には、オリフィス９６が設けられた高圧
流体を供給する継ぎ手９５と、検出ポケット７４と接続
される継ぎ手９７とが備えられている。また、図示した
ように、ピストン９１の寸法は空洞部７５よりも小さい
のでピストン９１とカバー９４との間には間隙９８が形
成される。さらに、危急軸受パッド７１に形成された空
洞部７５の内部にはＯリング９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，
９３ｄ，９３ｅが設けられており、高圧源からの流路７
６、ピストン９１に形成された流路９２、間隙９８をそ
れぞれ隔離している。

【００２８】定格時には、高圧源からの流路７６とピス
トン９１に形成された流路９２とは、Ｏリング９３ｂに
よって閉じられている。また、継ぎ手９５から供給され
る高圧流体は、この継ぎ手９５に設けられたオリフィス
９６によって絞り込まれて圧力が低くなる。そしてこの
低圧の流体は間隙９８、継ぎ手９７を通過して、危急軸
受パッド７１と別体に形成された危急軸受パッド７７に
設けられた検出ポケット７４から流出する。停電等の危
急時には、回転軸１０が下方に落ちてくる。そうする
と、検出ポケット７４と回転軸１０との間に形成された
隙間が狭くなり、検出ポケット７４から流出しようとす
る流体の流路抵抗が大きくなり、オリフィス９６と検出
ポケット７４との間の流体の圧力が高くなる。そしてピ
ストン９１が間隙９８中の流体の圧力によって押し上げ
られる。ピストン９１が押し上げられると、Ｏリング９
３ｂ，９３ｃによって閉じられていたピストン９１内部
の流路９２が、高圧源からの流路７６と連通するように
なる。そして流路７６から流路９２へと高圧源からの高
圧流体が流れ込んでくる。この高圧流体は、高圧ポケッ
ト７３から危急軸受パッド７１と回転軸１０との間に形
成された隙間へと供給され、落ちている状態の回転軸１
０を押し上げて定格時の状態に戻す。そして、危急軸受
パッド７１と回転軸１０との間の隙間に高圧流体が供給
されたことによりこの隙間が広くなり、検出ポケット７
４から流出する流体の流路抵抗が低くなるので、オリフ
ィス９６と検出ポケット７４との間の流体の圧力は低く
なる。そうすると、間隙９８よりも高圧ポケット７３側
の圧力の方が高くなるので、ピストン９１は下方に押し
戻されて元の位置に戻る。そして、高圧源からの流路７
６と連通して高圧ポケット７３に高圧流体を供給してい
た流路９２は、Ｏリング９３ｂ，９３ｃによって閉じら
れるので回転軸１０と危急軸受パッド７１との間の隙間
には高圧流体が供給されなくなる。

【００２９】以上のように、第２の実施の形態では、危
急軸受パッド７１とスプール弁９０とが一体となるよう
に構成されている。このような構成としても、第１の実
施の形態と同様の危急軸受７０としての効果を得ること
ができる。また、危急軸受パッド７１とスプール弁９０
とを一体としたことで、危急軸受７０全体の寸法を小さ
くすることができる。

【００３０】［第３の実施の形態］以下、図５に基づい
て第３の実施の形態について説明する。図５（ａ）は、
第３の実施の形態における回転軸１０および危急軸受７
０の構成を示す図であり、図５（ｂ）は、回転軸１０お
よび危急軸受７０の軸方向断面図（Ａ−Ａ矢視図）であ
る。第１および第２の実施の形態では、ジャーナル軸受
２０をバックアップする危急軸受７０について説明した
が、第３の実施の形態では、危急軸受７０をスラスト軸
受３０として用いる例について説明する。第３の実施の
形態では図５（ａ）に示すように、回転軸１０と一体に
形成されたスラストカラー１１の両側の危急軸受７０Ａ
および危急軸受７０Ｂが設けられている。また危急軸受
７０Ａは、スラストカラー１１の摺動面１１Ａと対向す
る摺動面７８Ａを、危急軸受７０Ｂは、スラストカラー
１１の摺動面１１Ｂと対向する摺動面７８Ｂを備えてい
る。そして、危急軸受７０Ａ，７０Ｂとスラストカラー
１１との間には、隙間が形成されている。ここで、図５
（ｂ）の軸方向断面図に示すように、回転軸１０は、そ
の周囲を危急軸受７０によって囲まれている。また、こ
の危急軸受７０は危急軸受パッド７１ａ〜７１ｄに分割
されているものとする。そして、この危急軸受パッド７
１のスラストカラー１１との摺動面７８には、高圧ポケ
ット７３および検出ポケット７４が備えられている。ま
た、スラストカラー１１の反対側の摺動面と対向する危
急軸受パッド７１の摺動面７８にも同様に、高圧ポケッ
ト７３および検出ポケット７４が備えられている。この
高圧ポケット７３および検出ポケット７４には、第１の
実施の形態で説明したスプール弁８０または、第２の実
施の形態で説明したスプール弁９０が接続されているも
のとする。

【００３１】さて、このような危急軸受７０を備えた回
転機械の運転中に停電が発生すると回転軸１０が軸方向
にぶれるので、図５（ａ）に示したスラストカラー１１
が左または右に動く。そうすると、スラストカラー１１
と危急軸受パッド７１との間に形成された隙間が狭くな
り、これが検出ポケット７４によって検出される。そし
てスラストカラー１１は、高圧ポケット７３から供給さ
れる高圧流体によって元の位置に押し戻される。以上の
ように、第３の実施の形態によれば、スラストカラー１
１と危急軸受７０との間に形成された隙間の状態に応じ
て必要となった場合に高圧流体を供給することができる
危急軸受７０を、第１、第２の実施の形態に示したジャ
ーナル軸受２０ばかりでなく、スラスト軸受３０にも適
用することができるようになる。

【００３２】［第４の実施の形態］以下、図６に基づい
て第４の実施の形態について説明する。図６は、第４の
実施の形態における危急軸受１００の構成を示す図であ
る。第４の実施の形態では、回転軸１０を支えるスラス
ト軸受３０の構成について説明する。図６（ａ）に示す
ように、スラストカラー１１および危急軸受パッド１０
１は、ケーシング１１０に収納されている。第４の実施
の形態における危急軸受１００を構成する危急軸受パッ
ド１０１は、第１〜第３の実施の形態と同様に、複数に
分割されているものとする。危急軸受パッド１０１の摺
動面１０２には、高圧ポケット１０３備えられている。
また、ケーシング１１０の摺動面１１１には、低圧ポケ
ット１０４が備えられている。高圧ポケット１０３には
弁１０５を介して高圧タンク１０６が、低圧ポケット１
０４には弁１０７を介して低圧タンク１０８が接続され
ている。スラストカラー１１と危急軸受パッド１０１お
よびケーシング１１０との間には、それぞれ隙間が形成
されている。そして、スラストカラー１１および危急軸
受パッド１０１を収納するケーシング１１０と回転軸１
０との間にはラビリンスシール１１２が設けられてお
り、ケーシング１１０内部の隙間とケーシング１１０外
部との気密性を高めている。

【００３３】ここで、ケーシング１１０の内部の流体が
スラストカラー１１に対して及ぼす圧力について説明す
る。定格時においては弁１０５は開かれているが、弁１
０７は閉じている。そうすると、ケーシング１１０内部
の隙間の雰囲気圧は、高圧タンク１０６から供給される
高圧流体の圧力と等しくなる。ここで、高圧流体の圧力
をＰｓとすると、ケーシング１１０内部の隙間の雰囲気
圧はＰｓとなる。ここで、スラストカラー１１と危急軸
受パッド１０１とは気密性の高いケーシング１１０に収
納されているので、図６（ｂ）に示すように、スラスト
カラー１１の底面１１ａには下方向からＰｓの圧力が、
また同様に、天面１１ｂには上方からＰｓの圧力がそれ
ぞれかかる。

【００３４】この危急軸受パッド１０１には、図示しな
いが、第１〜第３の実施の形態にて説明した検出ポケッ
トが備えられているものとする。危急時において、回転
軸１０が下方に落ちてきたことは、この検出ポケットに
て検出される。その検出結果に応じて、低圧タンク１０
８と接続された弁１０７が開かれる。そうすると、スラ
ストカラー１１とケーシング１１０との間に形成された
隙間からは、低圧ポケット１０４より低圧タンク１０８
へと、ケーシング１１０内部の流体が流出する。ここ
で、危急時においてケーシング１１０内部の流体がスラ
ストカラー１１に対して及ぼす圧力について説明する。
危急時には弁１０７が開かれているので、低圧ポケット
１０４から低圧タンク１０８へとケーシング１１０内部
の流体が流出する。そして、ケーシング１１０内部に形
成された隙間の雰囲気圧は、定格時の雰囲気圧Ｐｓから
Ｐｄへと下がる。雰囲気圧がＰｄとなると、スラストカ
ラー１１の底面１１ａには下方向からＰｄの圧力が、ま
た同様に、天面１１ｂには上方向からＰｄの圧力がそれ
ぞれかかる。ここで、危急軸受パッド１０１に備えられ
た高圧ポケット１０３からは高圧流体がＰｓの圧力で供
給される。そうすると、スラストカラー１１の底面１１
ａのうち、高圧ポケット１０３と対向している部分にか
かる圧力は、図６（ｃ）に示すように、ケーシング１１
０内部の雰囲気圧Ｐｄよりも高いＰｓとなる。よって、
スラストカラー１１の天面１１ｂにかかる圧力Ｐｄを差
し引いてもスラストカラー１１の底面１１ａにかかる圧
力の方が高いので、スラストカラー１１の危急軸受パッ
ド１０１への接触を阻止することができる。ここで、負
荷能力は圧力の高さに比例するので、高圧ポケット１０
３から供給される流体の圧力とケーシング１１０内部の
雰囲気圧との差が大きくなれば、この負荷能力を相対的
に上げることができる。

【００３５】以上のように、第４の実施の形態では、ス
ラストカラー１１の天面１１ｂ側から流体を流出させ
て、ケーシング１１０内部の圧力を減圧させている。こ
のように、ケーシング１１０の内部の雰囲気圧を下げる
ことによって、高圧ポケット１０３から供給される高圧
流体の相対的な圧力を高くすることができる。これは、
危急時に供給する高圧流体の量を増やすことなく、危急
軸受１００としての機能を発揮できることを示してい
る。つまり、本実施の形態によれば、危急軸受１００と
しての機能をより少ない流体流量で実現できることにな
り、ひいては高圧流体の流量を極力減らすことが可能に
なる。またこのことは、高圧タンク１０６の負荷能力を
相対的に向上させることを意味し、より小さな容量の高
圧タンク１０６の適用を可能とする。

【００３６】[第５の実施の形態]以下、図７に基づいて
第５の実施の形態について説明する。図７は、第５の実
施の形態における危急軸受１００の構成を示す図であ
る。第４の実施の形態では危急軸受１００をスラスト軸
受３０に用いたが、第５の実施の形態では、この危急軸
受１００をジャーナル軸受２０として用いる例について
説明する。図７に示すように、回転軸１０は、危急軸受
パッド１０１を収納したケーシング１１０によって囲ま
れている。危急軸受パッド１０１の摺動面１０２には高
圧ポケット１０３が備えられている。また、ケーシング
１１０の回転軸１０と対向する面には低圧ポケット１０
４が備えられている。高圧ポケット１０３には弁１０５
を介して高圧タンク１０６が、低圧ポケット１０４には
弁１０７を介して低圧タンク１０８が接続されている。
回転軸１０と危急軸受パッド１０１およびケーシング１
１０との間には、それぞれ隙間が形成されている。そし
て、危急軸受パッド１０１を収納するケーシング１１０
と回転軸１０との間にはラビリンスシール１１２が設け
られており、ケーシング１１０内部の隙間とケーシング
１１０外部との気密性を高めている。

【００３７】定格時においては、弁１０５が開かれ、弁
１０７が閉じられているので、ケーシング１１０内部の
圧力は一定のＰｓである。危急時において、回転軸１０
が下方に落ちてきたことは、図示しない検出ポケットに
よって検出され、低圧タンク１０８に接続された弁１０
７が開かれる。そして、低圧ポケット１０４から低圧タ
ンク１０８へとケーシング１１０内部の流体が流出し、
ケーシング１１０内部に形成された隙間の雰囲気圧は定
格時の雰囲気Ｐｓよりも低いＰｄとなる。また、危急軸
受パッド１０１の高圧ポケット１０３からは高圧流体が
Ｐｓの圧力で供給される。よって、回転軸１０のうち高
圧ポケット１０３と対向している部分にかかる圧力Ｐｓ
は、ケーシング内部の雰囲気圧Ｐｄよりも高くなる。

【００３８】以上のように、第５の実施の形態では、第
４の実施の形態と同様にケーシング１１０内部の隙間の
雰囲気圧を下げ、回転軸１０に向けて高圧流体を供給し
ている。したがって、第５の実施の形態においても、危
急時に供給する高圧流体の量を増やすことなく、危急軸
受１００としての機能を発揮できることを示している。
つまり、本実施の形態によれば、危急軸受１００として
の機能をより少ない流体流量で実現できることになり、
ひいては高圧流体の流量を極力減らすことが可能にな
る。またこのことは、高圧タンク１０６の負荷能力を相
対的に向上させることを意味し、より小さな容量の高圧
タンク１０６の適用を可能とする。

【００３９】以上、第１〜第５の実施の形態では、常用
軸受５０として例えば磁気軸受を用い、さらに危急軸受
７０，１００を設けて危急時にこの危急軸受７０，１０
０を作動させる場合について例示したが、この危急軸受
７０，１００を常用軸受５０として用いるようにしても
構わない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転機械を運転中に停電が発生するといったような危急
時においても、回転軸やスラストカラーの接触および焼
損を防止することのできる軸受を提供することができ
る。

【００４１】また、危急軸受から供給する高圧流体の流
量を制御することもできるようになるため、この高圧流
体の流量を極力減らすことができるようになると共に、
この高圧流体を供給する高圧源の容量を小さくすること
ができる。

【００４２】さらに、回転軸やスラストカラーの雰囲気
圧を下げることによって、高圧源から供給する高圧流体
の相対的な圧力を高くすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態における回転軸１０および
危急軸受７０の軸方向断面図である。

【図２】 第１の実施の形態における危急軸受パッド７
１とスプール弁８０の構成を示す図である。

【図３】 高圧源から検出ポケット７４までの間におけ
る圧力の状態を示す図である。

【図４】 第２の実施の形態における危急軸受パッド７
１とスプール弁９０の構成を示す図である。

【図５】 第３の実施の形態における回転軸１０および
危急軸受７０の軸方向断面図である。

【図６】 第４の実施の形態における危急軸受１００の
構成を示す図である。

【図７】 第５の実施の形態における危急軸受１００の
構成を示す図である。

【図８】 軸受の構成を示す図である。

【図９】 スラスト軸受３０に磁気軸受を用いた構成お
よび作動隙間と負荷能力との関係を示す図である。

【図１０】 従来における危急軸受を例示する図であ
る。

【図１１】 従来における回転軸１０および危急軸受７
０の軸方向断面図である。

【符号の説明】

１０…回転軸、１１…スラストカラー、１１Ａ，１１Ｂ
…摺動面、１１ａ…底面、１１ｂ…天面、２０…ジャー
ナル軸受、３０…スラスト軸受、３１…コイル、３２…
変位計、４０…タービン、５０…常用軸受、６０…危急
軸受、６１…転がり軸受、６２…スリーブ、６３…スリ
ーブ、６４…球体、６５…円筒軸受、６６…スリーブ、
７０，７０Ａ，７０Ｂ…危急軸受、７１，７１ａ，７１
ｂ，７１ｃ，７１ｄ…危急軸受パッド、７２，７２ａ…
摺動面、７３，７３ａ…高圧ポケット、７４，７４ａ…
検出ポケット、７５…空洞部、７６…流路、７７…危急
軸受パッド、７８，７８Ａ，７８Ｂ…摺動面、８０…ス
プール弁、８１…ケーシング、８１ａ…流路、８２…ピ
ストン、８３…流路、８４…バネ、８５ａ，８５ｂ，８
５ｃ…Ｏリング、８６…分岐流路、８７…オリフィス、
８８…分岐流路、８９…間隙、９０…スプール弁、９１
…ピストン、９２…流路、９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９
３ｄ，９３ｅ…Ｏリング、９４…カバー、９５…継ぎ
手、９６…オリフィス、９７…継ぎ手、９８…間隙、１
００…危急軸受、１０１…危急軸受パッド、１０２…摺
動面、１０３…高圧ポケット、１０４…低圧ポケット、
１０５…弁、１０６…高圧タンク、１０７…弁、１０８
…低圧タンク、１１０…ケーシング、１１１…摺動面、
１１２…ラビリンスシール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬越 龍太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA07 AA11 BA15 CA01 3J102 AA02 BA03 CA12 EA02 EA03 EA06 EA09 EA16 EB02 EB07 GA06 GA10

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持面を有する回転体の当該支持面に流
   体圧を作用させて当該回転体を支持する軸受であって、 前記軸受は、 前記回転体を支持するための流体を供給する支持流体供
   給路および当該回転体に向けて所定流量の流体を供給す
   るとともに当該回転体の位置の変動に応じて圧力の変動
   が生じる圧力検知流路とを備えた軸受本体と、 前記圧力検知流路を介して検知された圧力に応じて前記
   軸受本体の前記支持流体供給路に対する前記流体の供給
   可否を制御する流体供給制御弁と、を備えることを特徴
   とする軸受。
2. 【請求項２】 前記圧力検知流路から前記回転体に向け
   て供給される流体の所定流量は、当該回転体を支持する
   ための流体の流量よりも少ないことを特徴とする請求項
   １に記載の軸受。
3. 【請求項３】 前記流体供給制御弁は、 所定の容積を有するケーシングと、 前記ケーシング内に配置されかつその動作位置によって
   前記流体の供給可否を決定する弁体とを備え、 前記ケーシングは、 外部から供給される流体を前記容積に流入させる流体流
   入口と、前記軸受本体の前記支持流体供給路に向けて前
   記流体を供給する支持流体供給口と、前記軸受本体の圧
   力検知流路と前記容積とを連通させる圧力検知流体流入
   口とを有し、 前記弁体は、前記圧力検知流体流入口を介して前記容積
   に流入する圧力検知流体に基づいて、前記流体流入口と
   前記支持流体供給口との間の流路を開閉することを特徴
   とする請求項１または２に記載の軸受。
4. 【請求項４】 前記軸受本体と前記流体供給制御弁と
   が、分離して構成されたことを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の軸受。
5. 【請求項５】 前記ケーシングが、前記軸受本体に形成
   されたことを特徴とする請求項３に記載の軸受。
6. 【請求項６】 前記軸受本体は複数の軸受パッドからな
   り、 前記複数の軸受パッドは、各々前記支持流体供給路およ
   び前記圧力検知流路を備え、 前記流体供給制御弁は、前記複数の軸受パッドの各々に
   対応して設けられていることを特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の軸受。
7. 【請求項７】 前記軸受本体は複数の軸受パッドからな
   り、 前記複数の軸受パッドは、各々前記支持流体供給路およ
   び前記圧力検知流路を備え、 前記流体供給制御弁は、 所定の軸受パッドにおける前記圧力検知流路を介して検
   知された圧力に応じて、前記所定の軸受パッドとは異な
   る軸受パッドの前記支持流体供給路に対する前記流体の
   供給可否を制御することを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載の軸受。
8. 【請求項８】 前記軸受本体は、 前記圧力検知流路が配設された第１の軸受パッドと、 前記支持流体供給路が配設された第２の軸受パッドとを
   備え、 前記流体供給制御弁は、前記第１の軸受パッドに配設さ
   れた前記圧力検知流路によって検知された圧力に応じ
   て、前記第２の軸受パッドに配設された前記支持流体供
   給路に対する前記流体の供給可否を制御することを特徴
   とする請求項１〜７のいずれかに記載の軸受。
9. 【請求項９】 前記圧力検知流路は、 前記支持流体供給路よりも前記回転体の回転方向の上流
   側に配設されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれ
   かに記載の軸受。
10. 【請求項１０】 所定の気密度を有する空間内におい
    て、支持面を有する回転体の当該支持面に流体圧を作用
    させて当該回転体を支持する軸受であって、 前記支持面に向けて流体を供給する流体供給路と、 前記流体供給路と前記流体を供給する供給源との間を開
    閉する第１の弁と、 前記空間内に供給された前記流体を外部に流出する流体
    流出路と、 前記流体流出路を開閉する第２の弁と、を備えることを
    特徴とする軸受。
11. 【請求項１１】 前記軸受は、危急軸受として機能し、 定格時には、前記第１の弁を開、前記第２の弁を閉と
    し、 危急時には、前記第１の弁および前記第２の弁をともに
    開とすることを特徴とする請求項１０に記載の軸受。