JP2003176818A - パッド型ジャーナル軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリーオーバー油を効果的に抑制して潤滑
油量の低減を可能とするパッド型ジャーナル軸受の提
供。 【解決手段】 パッド２の摺動面に、回転軸１の回転に
伴う潤滑油７の移動方向について下流側となる後端部
で、軸方向に細長い導油溝２ｃを設けるとともに、この
導油溝の開放端に対応する位置でサイドプレート３に排
油口３ａを開口させ、さらにパッドとサイドプレートと
の間の隙間に流れる潤滑油の流れに直交する状態で内側
へ突出するせき止めフェンス３ｂを排油口に近接させて
サイドプレートに設け、これら導油溝とせき止めフェン
スを協働させてキャリーオーバー油の発生を抑制するよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発電機、タ
ービン、圧縮機などの大型回転機械の回転軸を支持する
のに好適に用いられ、特に高い安定性が要求される高速
の回転機械に適するパッド型ジャーナル軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】パッド型ジャーナル軸受は、周方向に所
定の間隔を空けて設けられた複数のパッドを備えてお
り、これらのパッドで回転軸を支持する。またパッドの
側面とパッド間の空隙の側面を覆うようにしたサイドプ
レートを潤滑油の保持用として備えている。そしてパッ
ドに供給される潤滑油がパッドの摺動面と回転軸の間で
油膜を形成することにより、高速回転でも安定性の高い
軸受特性を実現できる。このようなパッド型ジャーナル
軸受には大きく分けて直接給油方式と油浴方式がある。
一般に直接給油方式は、必要潤滑油量が少なくて済む、
軸受損失が小さいという面で優れているが、構造が複雑
という欠点がある。これに対して油浴方式は、構造が簡
単で製作・組立てが容易というメリットがある。

【０００３】このようなパッド型ジャーナル軸受につい
ては既に多くの技術が提案されている。例えば、特開平
５−３３２３５５号、特開平９−１４４７５０号、特開
平１０−２６１６９号、特開２０００−２７４４３２
号、特開２０００−２１３５４２号、特開２００１−２
００８４７号、特表平８−５０６６５１号などの各公報
に開示の例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】パッド型ジャーナル軸
受については、必要な潤滑油量の低減が大きな課題の一
つとなっている。この潤滑油の低減に関しては、例えば
上記の特開２０００−２７４４３２号公報や特表平８−
５０６６５１号公報においても述べられているようなキ
ャリーオーバーの問題がある。キャリーオーバーとは、
一つのパッドで作用した潤滑油が隣のパッドに流入する
現象である。潤滑油には、パッド摺動面と回転軸の間で
油膜を形成して摩擦を低減する作用に加えて、回転軸の
回転で発生する熱を吸収して持ち去ることによる冷却作
用が重要な作用としてある。このため、一つのパッドで
作用して高温になった潤滑油がキャリーオーバー油とし
て隣のパッドに流入すると、そこでの冷却作用が低下し
てしまい、結果として必要な潤滑油量の増大を招く。言
い換えれば、如何にしてキャリーオーバー油を防止する
かが潤滑効率に直結し、ひいては潤滑油量の低減に結び
つくということである。そしてこの潤滑油量の低減は、
パッド型ジャーナル軸受のシステムにおいて潤滑油の給
油装置が大きな比重を占めていることから、パッド型ジ
ャーナル軸受システムのコストダウンや小型化に大きく
影響する。また潤滑油については、回転軸の回転による
潤滑油の攪拌に伴う攪拌損失があるが、潤滑油量の低減
によりこの攪拌損失も減らすことができ、結果として軸
受損失の低減につながる。

【０００５】このようなキャリーオーバー油の低減に関
して、上記特開平９−１４４７５０号公報に一つの解決
策が提案されている。この技術は、パッド間の空隙にも
潤滑油を満たす状態で潤滑を行なう、いわゆる油浴方式
のパッド型ジャーナル軸受に関するもので、パッド摺動
面の潤滑油がそのパッドから流出する端部付近でパッド
に油溝を設け、この油溝でパッドからの流出潤滑油を外
部に導くことで、キャリーオーバー油の発生を抑制する
ようにしている。この技術によれば、一つのパッドの摺
動面から流出した潤滑油がキャリーオーバー油として直
接に隣のパッドに流入するのはそれなりに防止すること
ができると言える。しかし潤滑油のキャリーオーバー
は、パッドとサイドプレートの隙間を流れる潤滑油つま
りサイドフローも関係しており、パッドに設けた油溝に
よる抑制だけではキャリーオーバー油の低減として不十
分である。

【０００６】上記特開平１０−２６１６９号公報に開示
の技術は、同じく油浴方式のパッド型ジャーナル軸受に
関して、必要な潤滑油量の低減を目指している。その構
成は、パッドの位置に応じて給油口の大きさを変え、上
側に位置するパッドに対しては給油口を小さくし、大き
な荷重がかかり軸受隙間が狭くなる、すなわち油が流れ
にくくなる下側のパッド近くの給油口の流路面積を大き
くするというものであり、このような構成により、各パ
ッドをできるだけ少ない油量で効果的に潤滑することを
意図している。しかしこの技術ではキャリーオーバー油
に対して何らの対策もとられておらず、潤滑油量の低減
効果は限られたものとなる。

【０００７】上記特開２０００−２７４４３２号公報に
開示の技術は、給油ノズルから噴射させた潤滑油をパッ
ドの摺動面に直接供給する直接給油方式に関するもので
ある。この技術では、潤滑油量の低減について、直接給
油方式に特有である無効潤滑油を低減するための機構、
サイドフローを低減するための機構、さらにキャリーオ
ーバー油を減ずる機構を提案している。そのキャリーオ
ーバー油低減機構についてみると、それは給油ノズルに
設けたシールフィンにより、一つのパッドから隣のパッ
ドに潤滑油が流入するのを防止する構成と、上記特開平
９−１４４７５０号公報に開示の技術と同様にパッドの
端部に潤滑油排出用の溝を設ける構成である。後者がキ
ャリーオーバー油の抑制として不十分であることは上述
したとおりである。一方、給油ノズルのシールフィンに
よる機構は、構造が複雑になり過ぎるという問題があり
実用的とはいいがたいし、給油ノズルのない油浴方式に
は適用することができない。

【０００８】上記特表平８−５０６６５１号公報には、
上記特開２０００−２７４４３２号公報におけるシール
フィンに類似したスクレーバをパッドなどに設けること
でキャリーオーバー油を低減する構成が示されている。
この技術にも構造が複雑になり過ぎて実用性に乏しいと
いう問題があり、またスクレーバが実質的に油膜なしで
回転軸に接触することによる未知の危険性を伴うという
問題などもある。

【０００９】パッド型ジャーナル軸受については上記の
ような潤滑油量の低減の他に、軸受負荷容量の向上につ
いての改良も重要な課題としてある。従来のパッド型ジ
ャーナル軸受では、そのパッドの摺動面にホワイトメタ
ルと呼ばれる材料が用いられている。そしてこのホワイ
トメタルの耐熱性は１２０℃程度で、これがネックとな
って軸受負荷容量の向上を妨げられていた。

【００１０】本発明は、以上のような従来の事情を背景
になされたものであり、キャリーオーバー油を効果的に
抑制して潤滑油量の低減を可能とするパッド型ジャーナ
ル軸受の提供を目的としている。またこれに加えてパッ
ド摺動面の耐熱性を高めて軸受負荷容量の向上を可能と
するパッド型ジャーナル軸受を提供することも目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を実
現するために、回転軸を支持するために周方向に所定の
間隔を空けて設けられた複数のパッド、前記パッド間に
設けられた給油口、および前記給油口から供給される潤
滑油を前記パッドの摺動面と前記パッド間の空隙に保持
させるために、前記各パッドの側面と前記パッド間の空
隙の側面を覆うように設けられたサイドプレートを備え
てなるパッド型ジャーナル軸受において、前記パッドの
摺動面に、前記回転軸の回転に伴う潤滑油の移動方向に
ついて下流側となる後端部で、軸方向に細長く且つ少な
くとも一端が前記サイドプレートに向けて開放された導
油溝を設けるとともに、前記導油溝の開放端に対応する
位置で前記サイドプレートに排油口を開口させ、さらに
前記パッドと前記サイドプレートとの間の隙間に流れる
潤滑油の流れに直交する状態で内側へ突出するせき止め
フェンスを前記排油口に近接させて前記サイドプレート
に設けたことを特徴としている。

【００１２】また本発明では上記のようなパッド型ジャ
ーナル軸受について、パッドの摺動面を合成樹脂材で形
成するものとし、その好ましい合成樹脂材としてポリエ
ーテルエーテルケトン系樹脂材を用いるようにしてい
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１〜図３に第１の実施形態によるパッド
型ジャーナル軸受の構成を示す。図１は軸芯に対して垂
直方向の断面（図２中のＡ−Ａ線に沿う断面）の形状を
表わし、図２は軸心方向の断面形状を表わし、そして図
３は図１中のＢ−Ｂ方向視図である。図に見られるよう
にパッド型ジャーナル軸受は、回転軸（より具体的には
そのジャーナル部）１を支持するパッド２を複数有して
いる。図の例では５個のパッド２を有している。またパ
ッド型ジャーナル軸受は、サイドプレート３を有してい
る。このサイドプレート３は、図２および図３に見られ
るように、各パッド２の側面とパッド２間の空隙２ｓの
側面を覆うように設けられている。これらパッド２とサ
イドプレート３は、環状に形成されたハウジング４に組
みつけられている。さらにパッド型ジャーナル軸受は、
パッド２間の空隙２ｓにその先端を臨ませるようにした
給油口５が設けられている。この本実施形態におけるパ
ッド型ジャーナル軸受は、例えばロータ重量の重いター
ビンや圧縮機あるいは発電機などの軸受として適してい
る。

【００１４】以上はパッド型ジャーナル軸受としての一
般的な構造である。本発明を特徴付ける構成の一つは、
パッド２に導油溝２ｃを設けるとともに、サイドプレー
ト３に排油口３ａを設けていることである。導油溝２ｃ
は、回転軸１の矢印６（図１）のごとき回転に伴なって
潤滑油７が移動する方向について下流側となる後端部に
設けてある。また導油溝２ｃは、軸方向に細長くてパッ
ド２の軸方向幅とほぼ同じ長さの溝、つまりパッド２の
軸方向幅のほぼ全長にわたる溝として形成してある。こ
の例の導油溝２ｃはその一端がサイドプレート３に向け
て開放されており、この開放端に位置対応させてサイド
プレート３の排油口３ａを開口してある。導油溝２ｃの
幅と深さは後述するようなその機能との関係で、パッド
２の摺動面に油膜を形成する潤滑油の量に応じて設定さ
れ、また排油口３ａの開口サイズもこれに応じて設定さ
れることになる。

【００１５】これらの導油溝２ｃと排油口３ａはキャリ
ーオーバー油の抑制に機能する。給油口５から供給され
た潤滑油７は、パッド２とサイドプレート３の間に例え
ば１ｍｍ程度の幅で形成される間隙にサイドフロー７ｃ
（図３）としてその一部が流れ込むものの、その多くは
パッド２の摺動面と回転軸１の間に形成される例えば５
０μｍ程度の間隙に入り込んで回転軸１支持のための油
膜を形成しつつ回転軸１の回転により下流側に流れてゆ
く。そして導油溝２ｃにいたると、そこでそれまでの流
れ、つまりパッド２の摺動面に沿った下流側への流れの
勢いを断ち切られるような状態になって、図３中に矢印
７ｂとして示すようにして導油溝２ｃに集められつつ、
流れの方向を導油溝２ｃの方向に変えて導油溝２ｃの開
放端に向けて流出し、サイドプレート３の排油口３ａか
ら外部に排出される。このように、導油溝２ｃが油膜形
成潤滑油７ａの矢印で示すごとき流れの勢いを断ち切る
ようにして油膜形成潤滑油７ａを外部に排出するように
機能することにより、一つのパッド２から隣のパッド２
に油膜形成潤滑油７ａが直接的に流入するのを有効に抑
えることができ、これによりキャリーオーバー油を相当
に抑制することができる。

【００１６】本発明を特徴付ける構成の他の一つは、せ
き止めフェンス３ｂをサイドプレート３に設けたことで
ある。せき止めフェンス３ｂは、サイドプレート３と一
体物または別部品をサイドプレート３に取り付けるなど
により、サイドプレート３からサイドフロー７ｃの流れ
に直交する状態で内側へ突出させるように形成し、排油
口３ａに近接させて設けてある。このせき止めフェンス
３ｂは、サイドフロー７ｃをせき止めて排油口３ａに導
くのに働き、これによりキャリーオーバー油の発生を抑
制するのに機能する。すなわち導油溝２ｃだけである
と、せっかくキャリーオーバー油化しやすい流れの方向
を変えられた油膜形成潤滑油７ａが導油溝２ｃの出口
（開放端）において、この油膜形成潤滑油７ａの排出流
と交差する流れのサイドフロー７ｃに影響されて再びキ
ャリーオーバー油化する流れに変わる現象をある程度避
けられない。せき止めフェンス３ｂは、サイドフロー７
ｃをせき止めて排油口３ａに導くことにより、この現象
を効果的に抑制する。

【００１７】本発明では、以上のようにパッド２に設け
た導油溝２ｃとサイドプレート３に設けたせき止めフェ
ンス３ｂが協働することで、油膜形成潤滑油７ａがキャ
リーオーバー油化するのを抑制する。このため、導油溝
２ｃに相当する構造だけを設ける上記従来技術に比べ、
より効果的にキャリーオーバー油の量を減らすことがで
きる。そしてキャリーオーバー油量の減少により、必要
な潤滑油量を低減することが可能となり、それに伴う攪
拌損失の減少により軸受損失を低減することができ、ま
たパッド型ジャーナル軸受システムにおける給油装置の
コストダウンや小型化を図ることも可能となる。

【００１８】本発明の次の特徴は、パッド２の摺動面を
合成樹脂材で形成していることである。すなわちパッド
２は、金属材で形成した母材部２ａと合成樹脂材で形成
した摺動面部２ｂからなる。摺動面部２ｂは、合成樹脂
製の例えば厚さ１ｍｍ程度の板材を溶着や接着で張り付
けるなどして母材部２ａに固着される。合成樹脂材とし
ては、摺動性と耐熱性に優れるものであればその種類は
問わないが、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）系のそれが特に適している。このポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂は、摺動性に優れるとともに高い耐熱
性を有している。これについては、パッド２の摺動面に
おける温度が１５０℃を超えて２００℃近くになっても
何らの異常も来たさないことが実験的に確かめられてい
る。これは従来のホワイトメタルが１２０℃程度を上限
とするのに比べて、きわめて優れた性能であり、このよ
うな高温条件も許容することにより、高速・高圧下での
使用が可能となり、軸受負荷容量を相当に向上させるこ
とができる。好ましいポリエーテルエーテルケトン樹脂
としては、例えばグリーンツィード＆カンパニージャパ
ン社の商品名「ＷＲ３００、ジティロン」や日本ポリペ
コン社の商品名「ポリペコンＰＥＥＫ」などを挙げるこ
とができる。

【００１９】ポリエーテルエーテルケトン樹脂のような
合成樹脂を摺動面部２ｂに用いることで、パッド２の摺
動性が高まる。このことは潤滑油の量が少なくてもよい
ことを意味する。この合成樹脂をパッドの摺動面に用い
ることによる潤滑油量の低減作用は、上記のようなキャ
リーオーバー油の抑制による潤滑油量の低減と組み合わ
さることで、その効果をよりよく発揮させることが可能
となる。すなわち本発明では、パッド２の摺動面を合成
樹脂化することと、導油溝２ｃとせき止めフェンス３ｂ
によるキャリーオーバー油の抑制とが有機的に結びつ
き、これにより必要な潤滑油量の低減、軸受損失の低
減、および軸受負荷容量の増大といったパッド型ジャー
ナル軸受における今日的課題を有効に解決しているもの
である。

【００２０】図４に示すのは、第２の実施形態によるパ
ッド型ジャーナル軸受の図１相当の断面形状である。本
実施形態では、第１の実施形態における各構造に加え
て、給油口５に工夫を施している。具体的には５箇所の
給油口５ａ〜５ｅについて、それぞれの位置に応じてそ
の流路面積を変えている。荷重負荷があまりかからない
上側のパッド２の間に位置する給油口５ｃと５ｄを最も
小さく、負荷の大きい下側のパッド２に給油する給油口
５ａを最も大きく、中間の給油口５ｂと５ｅはそれらの
中間としている。このようにすることで潤滑油の使用効
率を高めることができ、結果として潤滑油量をさらに一
層低減することが可能となる。その他の構成については
第１の実施形態のそれと同様なでので、その説明は省略
する。

【００２１】図５と図６に示すのは、第３の実施形態に
よるパッド型ジャーナル軸受の図２と図３相当の形状で
ある。本実施形態は、第１の実施形態を若干変形したも
のである。具体的には導油溝２ｃの両端を開放し、これ
に応じてもう一方のサイドプレート３についても排油口
３ａとせき止めフェンス３ｂを設けるようしてある。パ
ッド型ジャーナル軸受では潤滑油の排出を片側からだけ
行なうのが通常であるが、両側で排出する場合もある。
このような場合に本実施形態の構成は適している。その
他の構成については第１の実施形態のそれと同様なでの
で、その説明は省略する。

【００２２】以上の説明ではパッド型ジャーナル軸受が
大型の回転機械に用いられることを前提してきたが、本
発明によるパッド型ジャーナル軸受は小型軽量の回転機
械にも必要に応じて適用できることはもちろんで、小型
軽量の回転機械用にあってもそれに応じた潤滑油量の低
減、軸受損失の低減、軸受負荷容量の増大などの効果を
実現することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、潤
滑油量の低減、軸受損失の低減、および軸受負荷容量の
増大といったパッド型ジャーナル軸受における今日的課
題を有効に解決することができ、これに伴って給油装置
などの関連補機の小型化やコストダウンを図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態によるパッド型ジャーナル軸受
の軸芯に対して垂直方向の断面図である。

【図２】第１の実施形態によるパッド型ジャーナル軸受
の軸心方向の断面図である。

【図３】図１中のＢ−Ｂ方向視図（展開平面図）であ
る。

【図４】第２の実施形態によるパッド型ジャーナル軸受
の図１相当の断面図である。

【図５】第３の実施形態によるパッド型ジャーナル軸受
の図２相当の断面図である。

【図６】第３の実施形態によるパッド型ジャーナル軸受
の図３に相当する展開平面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ パッド ２ｂ 摺動面部 ２ｃ 導油溝 ２ｓ 空隙 ３ サイドプレート ３ａ 排油口 ３ｂ せき止めフェンス ５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ 給油

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA07 BA13 BA14 BA15 CA01 CA06 JA02 KA02 LA06 MA02 MA04 MA06 PA02 QA05 SC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を支持するために周方向に所定の
   間隔を空けて設けられた複数のパッド、前記パッド間に
   設けられた給油口、および前記給油口から供給される潤
   滑油を前記パッドの摺動面と前記パッド間の空隙に保持
   させるために、前記各パッドの側面と前記パッド間の空
   隙の側面を覆うように設けられたサイドプレートを備え
   てなるパッド型ジャーナル軸受において、 前記パッドの摺動面に、前記回転軸の回転に伴う潤滑油
   の移動方向について下流側となる後端部で、軸方向に細
   長く且つ少なくとも一端が前記サイドプレートに向けて
   開放された導油溝を設けるとともに、前記導油溝の開放
   端に対応する位置で前記サイドプレートに排油口を開口
   させ、さらに前記パッドと前記サイドプレートとの間の
   隙間に流れる潤滑油の流れに直交する状態で内側へ突出
   するせき止めフェンスを前記排油口に近接させて前記サ
   イドプレートに設けたことを特徴とするパッド型ジャー
   ナル軸受。
2. 【請求項２】 パッドの摺動面を合成樹脂材で形成した
   請求項１記載のパッド型ジャーナル軸受。
3. 【請求項３】 合成樹脂材としてポリエーテルエーテル
   ケトン系樹脂材を用いた請求項２に記載のパッド型ジャ
   ーナル軸受。