JP2006118552A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、確実に電食を防止することが可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】 回転軸１を周囲より支持するパッド２は、更にその外周面でピボット４によって軸受ハウジング３内に揺動自在に支持されている。パッド２の外周面中央部には、ピボット４に当接して点支持されるライナー５が埋め込まれている。そして、ピボット４或いはライナー５を形成する材料を、絶縁材料としている。この場合、ピボット４及びライナー５のいずれか一方だけを絶縁材料としても良いし、両方とも絶縁材料としても良い。このような構成により、軸受を外部に対して電気的に絶縁することで、回転軸１からパッド２に対して放電することが無くなり、パッド２の電食を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービンや発電機等の大型回転機械の回転軸を支承する軸受装置に関するものである。

従来より、このような大型回転機械の回転軸を支承する軸受装置には主としてジャーナル軸受が用いられており、このようなジャーナル軸受としては、例えばホワイトメタルを摺動材に用いたすべり軸受が多く用いられてきている。ところが、このような大型回転機械のロータには漏電や静電気の蓄積等による帯電を生じやすく、この帯電により回転軸と軸受との間の電位差が大きくなると、回転軸と軸受との間の薄い油膜を通して放電が起こり、摩擦面であるホワイトメタルの表面が局所的に溶融し摩耗するといった、いわゆる電食が生じる。

このような電食が生じると、軸受の摩耗率が増加するのみならず、甚だしい場合には回転軸と軸受との間で焼き付きを引き起こして、軸受機能が損なわれるおそれがある。そこで、このような電食による軸受の損傷を防止するために、従来より、例えば回転軸にブラシを接触させてアースを取り、回転軸における電荷を地面に逃がすといったことが行われている。

その他、コストの上昇を抑制しながらシャフトとの間を電気的に絶縁し、電食を防止することができるとしたジャーナル軸受が、特許文献１に開示されている。これは、ジャーナル軸受を構成する少なくとも２個の分割軸受のうち、シャフトに作用するほぼ一方向のラジアル荷重を受ける分割軸受を、樹脂系摺動材を装着してなる軸受により構成し、残る分割軸受を金属の軸受面に樹脂コーティングを施した軸受から構成したものである。
特開２００１−１７３６４４号公報

しかしながら、上述したような、回転軸にブラシを接触させてアースを取る従来の構成では、軸受で使用される潤滑油の影響により、回転軸とブラシとの間が絶縁されることがあり、こうなると回転軸が確実に接地されなくなるので、帯電の防止ひいては電食の防止を行うことができなくなる。また、従来は軸受から離れた位置で回転軸にブラシを接触させていたので、回転軸の電気抵抗等により、軸受付近の回転軸部分に生じた帯電を十分に取り除くことができなかった。

本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、確実に電食を防止することが可能な軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方を絶縁材料により形成したことを特徴とする。

或いは、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方に、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁コーティングを施したことを特徴とする。

或いは、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方に、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁ケースを填め込んだことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーを、絶縁材料により形成したことを特徴とする。

或いは、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーに、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁コーティングを施したことを特徴とする。

或いは、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーに、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁ケースを填め込んだことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドの摺動材内周面より裏金まで達する導電部材を備えたことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドの摺動材の一部に導電性材料を用いたことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドより前記回転軸側に付勢される導電部材を設けたことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記回転軸に対して下半に位置する前記パッドに樹脂材料を用いた摺動材を設け、前記回転軸に対して上半に位置するパッドに導電性材料を用いた摺動材を設けたことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記パッドの端面より前記回転軸に向かって延びる導電性シートを設けたことを特徴とする。

また、パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、前記回転軸の電位を計測しつつ、常にこれと同じ電位を前記パッドに与えるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、確実に電食を防止することが可能な軸受装置を提供することができる。

具体的には、ライナー或いはピボットに絶縁を施し、軸受外部に対して電気的に絶縁する構成とすることにより、回転軸からパッドに対して放電することが無くなり、パッドの電食を防止することができる。

また、パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーに絶縁を施し、軸受外部に対して電気的に絶縁する構成とすることにより、回転軸からパッドに対して放電することが無くなり、パッドの電食を防止することができる。

また、パッドに設けた導電性の部材に回転軸から放電し、或いは回転軸と導通する構成とすることにより、回転軸からパッドへの放電は起きなくなり、従って電食は生じなくなる。

また、回転軸に対して下半に位置するパッドに樹脂材料を用いた摺動材を設け、回転軸に対して上半に位置するパッドに導電性材料を用いた摺動材を設けた構成とすることにより、回転軸に対して上半に位置するパッドの方が、下半に位置するパッドよりも放電が起こりやすく、ひいては電食が生じやすくなる。軸受荷重の殆どは、下半に位置するパッドで受けるので、上半に位置するパッドにのみ電食を生じさせるようにすることで、下半に位置するパッドを保護し、電食が軸受性能に影響することの無いようにすることができる。

また、回転軸の電位を計測しつつ、常にこれと同じ電位をパッドに与える構成とすることにより、回転軸と軸受との間に電位差が生じなくなるため、放電が起こらなくなる。この結果、軸受表面に電食は生じなくなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例においては、主としてティルティングパッド型軸受に本発明を適用した場合を例示している。ティルティングパッド型軸受は、ピボットを中心に傾斜可能な数個のパッドより成り、ロータの回転により楔形油膜を形成するものであり、荷重方向に軸心が偏心するため振動安定性に優れており、高速回転機械で広く用いられているものである。但し、本発明はこのようなティルティングパッド型軸受に適用する場合に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。同図では回転軸下側のパッドの一つについてのみ図示してある。同図に示すように、回転軸１を周囲より支持するパッド２は、更にその外周面でピボット４によって軸受ハウジング３内に揺動自在に支持されている。パッド２の外周面中央部には、ピボット４に当接して点支持されるライナー５が埋め込まれている。

本実施例では、同図（ａ）において、ピボット４或いはライナー５を形成する材料を、絶縁材料としている。この場合、ピボット４及びライナー５のいずれか一方だけを絶縁材料としても良いし、両方とも絶縁材料としても良い。このような構成により、軸受を外部に対して電気的に絶縁することで、回転軸１からパッド２に対して放電することが無くなり、パッド２の電食を防止することができる。絶縁材料としては、例えばセラミックス，絶縁樹脂等が挙げられる。

或いは、同図（ｂ）に示すように、ピボット４において、軸受ハウジング３内周面と接触する面及びその近傍の面に、絶縁コーティング４ａを施すか、或いは、ライナー５において、パッド２と接触する面に、絶縁コーティング５ａを施す構成としても良い。絶縁コーティング４ａ，５ａは、いずれか一方だけ設けても良いし、両方とも設けても良い。このような構成により、ピボット４やライナー５の材質には制約を受けずに、軸受を外部に対して電気的に絶縁することができる。

或いは、同図（ｃ）に示すように、ピボット４において、軸受ハウジング３内周面と接触する面及びその近傍の面に、絶縁ケース４ｂを填め込むか、或いは、ライナー５において、パッド２と接触する面に絶縁ケース５ｂを填め込む構成としても良い。絶縁ケース４ｂ，５ｂは、いずれか一方だけ設けても良いし、両方とも設けても良い。このような構成により、軸受の外部に対する電気的絶縁を、より確実に行うことができ、パッド２の電食をより確実に防止することができる。絶縁コーティングや絶縁ケースに用いられる材料としては、例えばセラミックス，絶縁樹脂，ゴム等が挙げられる。

図２は、本発明の実施例２に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。同図（ａ）は全体構成を示しており、同図（ｂ），（ｃ）は要部を示している。同図（ａ）に示すように、回転軸１を周囲より支持するパッド２は、更にその外周面でピボット４によって軸受ハウジング３内に揺動自在に支持されている。さらに、軸受ハウジング３は、その外周面でキー７によって支持管６内に支持されている。支持管６は、図示しない回転機械の車室ケーシングに連通するものである。

本実施例では、同図（ａ）において、キー７に用いられる材料を、絶縁材料としている。このような構成により、軸受を外部に対して電気的に絶縁することで、回転軸１からパッド２に対して放電することが無くなり、パッド２の電食を防止することができる。絶縁材料としては、例えばセラミックス，絶縁樹脂等が挙げられる。

或いは、同図（ｂ）に示すように、キー７において、軸受ハウジング３と接触する面に、絶縁コーティング７ａを施す構成としても良い。このような構成により、キー７の材質には制約を受けずに、軸受を外部に対して電気的に絶縁することができる。

或いは、同図（ｃ）に示すように、キー７において、軸受ハウジング３と接触する面に絶縁ケース７ｂを填め込む構成としても良い。このような構成により、軸受の外部に対する電気的絶縁を、より確実に行うことができ、パッド２の電食をより確実に防止することができる。絶縁コーティングや絶縁ケースに用いられる材料としては、例えばセラミックス，絶縁樹脂，ゴム等が挙げられる。

図３は、本発明の実施例３に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。同図では回転軸下側のパッドの一つについてのみ図示してある。本実施例では、同図に示すように、回転軸１の矢印Ａで示す回転方向（即ち潤滑の流れ方向）の下流側で、パッド２のいわゆる出口付近に、導電部材８を設けた構成としている。

具体的には、パッド２において、スチール製の裏金２ａの内周面に樹脂（例えばＰＥＥＫ系材料）或いはホワイトメタルの摺動材２ｂを設けた状態で、その摺動材２ｂ内周面（即ち軸受表面）より裏金２ａまで達するように、棒状の導電部材８を貫通させている。そして、回転軸１から常にこの導電部材８に放電し、その電荷を裏金２ａに逃がすようにして、軸受表面の電食を防止している。導電部材８の材質としては、例えば銅のように導電性が良く比較的軟質の（摩耗しやすい）ものが用いられる。

導電部材８に軟質の材料を用いるのは、回転軸１に対して摺動してもこれを傷つけることの無いようにするためである。また、導電部材８をパッド２の出口付近に設けるのは、潤滑にいわゆるくさび膜作用を用いた軸受の構成上、この部分が回転軸１に対して最も距離が短くなり、放電が起こりやすくなるので、導電部材８に対して効果的に放電が行われるからである。

図４は、本発明の実施例４に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。同図では回転軸下側のパッドの一つについてのみ図示してある。本実施例では、同図に示すように、パッド２の裏金２ａの内周面に設ける摺動材２ｂのうち、回転軸１の矢印Ａで示す回転方向（即ち潤滑の流れ方向）の下流側で、パッド２の出口付近にのみ、導電性の良い材料（導電性材料）を用いた構成としている。

具体的には、摺動材２ｂのうち、パッド２の出口付近のみを導電性の良い材料を用いた摺動材２ｂａとし、残りの部分は樹脂材料を用いた摺動材２ｂｂとしている。そして、回転軸１から常にこの２ｂａに放電し、その電荷を裏金２ａに逃がすようにしている。このように、パッド出口付近に集中して放電を起こすことにより、電食が生じても軸受性能に影響を及ぼさないようにすることができる。パッド２の出口付近で放電が起こりやすくなることについては、実施例３の場合と同様である。摺動材２ｂａの材質としては、導電性の良いものであれば良く、例えば銅やホワイトメタルが適している。

図５は、本発明の実施例５に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。同図では回転軸下側のパッドの一つについてのみ図示してある。本実施例では、同図に示すように、回転軸１の矢印Ａで示す回転方向（即ち潤滑の流れ方向）の下流側で、パッド２の出口付近に、回転軸１側にバネ付勢された導電部材９を設けた構成としている。

具体的には、同図（ａ）に示したパッド２において、その出口付近に、内周面（即ち軸受表面）より外周側に向かって、有底のガイド穴２ｃが開けられており、これに柱状の導電部材９が摺動自在に挿入されている。ガイド穴２ｃの底面と導電部材９の軸受外周側端面との間には、例えば圧縮コイルバネ等であるバネ１０が設けられ、これにより導電部材９が回転軸１側に付勢されている。

この構成により、導電部材９の軸受内周側端面が回転軸１の外周面に常に接触した状態となるので、回転軸１と導電部材９とが導通する。さらには、導電部材９外周面とガイド穴２ｃ内周面とが接触しているので、導電部材９とパッド２が導通し、回転軸１とパッド２との間には電位差が生じなくなる。このため、回転軸１からパッド２への放電は起きず、従って電食は生じなくなる。導電部材９の材質としては、例えば銅のように導電性が良く比較的軟質の（摩耗しやすい）ものが用いられる。或いはホワイトメタルでも良い。

導電部材９に軟質の材料を用いるのは、回転軸１に対して摺動してもこれを傷つけることの無いようにするためである。また、導電部材９をパッド２の出口付近に設けるのは、潤滑にいわゆるくさび膜作用を用いた軸受の構成上、この部分が回転軸１に対して最も距離が短くなるので、導電部材９を回転軸１の外周面に対し安定して接触させることができるためである。なお、導電部材９とバネ１０を用いた構成の代わりに、例えばパッド２より回転軸１へと延びる導電性のブラシを用いた構成としても良い。

また、同図（ｂ）に示すように、ガイド穴２ｃの入口付近にてその内周面より内側へ向かって突設するストッパー２ｃａを設け、一方、導電部材９の軸受内周側端面より回転軸１へ向かって突設する突起９ａを設けた構成としても良い。ここでは、導電部材９がバネ１０により付勢されストッパー２ｃａに当接した状態で、突起９ａはパッド２内周面より少し突出するようにしている。これにより、回転軸１の回転中は、導電部材９は回転軸１に接触しないが、突起９ａの先端が回転軸１に対して最も距離が短くなり、この部分に放電が起こる。このため、軸受表面には電食は生じなくなる。この場合、導電部材９は回転軸１に対して摺動しないため、磨耗せず有利である。

図６は、本発明の実施例６に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図である。本実施例では、同図において、パッド２の裏金２ａの内周面に設ける摺動材２ｂとして、回転軸１に対して下半に位置するパッド２においては、樹脂材料（例えばＰＥＥＫ系材料）を用いた摺動材２ｂｂを設け、回転軸１に対して上半に位置するパッド２においては、比較的導電性の良い材料（例えば従来よりのホワイトメタル）を用いた摺動材２ｂａを設けている。

これにより、回転軸１に対して上半に位置するパッド２の方が、下半に位置するパッド２よりも放電が起こりやすく、ひいては電食が生じやすくなる。軸受荷重の殆どは、下半に位置するパッドで受けるので、本実施例では、上半に位置するパッドにのみ電食を生じさせるようにすることで、下半に位置するパッドを保護し、電食が軸受性能に影響することの無いようにしている。

図７は、本発明の実施例７に係る軸受装置を示す図であり、主軸の軸線に沿った断面で見た場合の模式図である。本実施例では、同図に示すように、パッド２の軸方向一端面（或いは両端面）で裏金２ａより延びる導電性の支持部材１１の先端に、回転軸１に向かって延びる導電性シート１２を設けた構成としている。ここでは、回転軸１の停止時は導電性シート１２がこれに接触しているが、回転軸１が回転して潤滑油の働きでパッド２より浮き上がると、導電性シート１２も回転軸１から離れるようにしている。

この場合、導電性シート１２が回転軸１に対して非接触となっても、パッド２よりも回転軸１に対して近接する位置関係としてあるので、回転軸１から導電性シート１２に対して放電することとなる。このため、パッド２の軸受表面には電食が生じない。また、回転軸１の回転時には導電性シート１２は非接触であるので、摩耗せず有利である。

また図８は、本実施例の変形例に係る軸受装置を示す図である。同図（ａ）は主軸の軸線に対して垂直を成す断面で見た場合の模式図であり、同図（ｂ）は給油ノズルの正面図である。本例では、同図（ａ）に示すように、パッド２に対して回転軸１の矢印Ａで示す回転方向の下流側（上流側でも良い）に位置する給油ノズル１３において、その先端の潤滑油噴出部１３ａより回転軸１に向かって延びる導電性シート１２を設けた構成としている。

具体的には、同図（ｂ）に示すように、回転軸方向にロッド状に延在する潤滑油噴出部１３ａ上で、その長手方向に配列された噴出孔ａ同士の間に、導電性シート１２を配置して、給油の妨げにならないようにしている。なお、ｐは給油ノズル１３の先端の潤滑油噴出部１３ａに潤滑油を供給する柱状部である。ここでの導電性シート１２の働きは、上記図７で説明したものと同様である。

図９は、本発明の実施例８に係る軸受装置を示すブロック図である。本実施例では、回転軸の電位と同じ電位をパッドに与えることにより、放電を防止する構成としている。具体的には、同図に示すように、まず、回転軸１に電位センサー１４を設け、ここで得られた信号により電位計測装置１５で回転軸１の電位を計測する。そして、この計測値に基づき、制御装置１６により電位印加装置１７を制御し、回転軸１の電位とパッド２の電位とが同じになるように、パッド２に電位が印加されるようにする。

このように、回転軸の電位を計測しつつ、常にこれと同じ電位をパッドに与えることにより、回転軸と軸受との間に電位差が生じなくなるため、放電が起こらなくなる。この結果、軸受表面に電食は生じなくなる。なお、電位センサー１４の種類としては、接触型として、例えば導電性のブラシを回転軸１に押し当てて摺動させる構造のものや、スリップリング等の回転体を回転軸１に押し当てて転がす構造のもの等が挙げられる。或いは、非接触型として、テレメータ等を用いても良い。

本発明の実施例１に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例２に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例３に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例４に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例５に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例６に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例７に係る軸受装置を示す図。 実施例７の変形例に係る軸受装置を示す図。 本発明の実施例８に係る軸受装置を示す図。

符号の説明

１ 回転軸
２ パッド
３ 軸受ハウジング
４ ピボット
５ ライナー５が埋め込まれている。
６ 支持管
７ キー
８，９ 導電部材
１０ バネ
１１ 支持部材
１２ 導電性シート
１３ 給油ノズル
１４ 電位センサー
１５ 電位計測装置
１６ 制御装置
１７ 電位印加装置

Claims (12)

1. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方を絶縁材料により形成したことを特徴とする軸受装置。
2. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方に、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁コーティングを施したことを特徴とする軸受装置。
3. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドに設けられたライナーと、該ライナーを点支持することにより前記パッドを揺動自在に支持するピボットとの、いずれか一方或いは両方に、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁ケースを填め込んだことを特徴とする軸受装置。
4. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーを、絶縁材料により形成したことを特徴とする軸受装置。
5. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーに、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁コーティングを施したことを特徴とする軸受装置。
6. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドを支持しつつ収容する軸受ハウジングを更に支持管内に支持するキーに、軸受外部に対して電気的に絶縁する絶縁ケースを填め込んだことを特徴とする軸受装置。
7. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドの摺動材内周面より裏金まで達する導電部材を備えたことを特徴とする軸受装置。
8. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドの摺動材の一部に導電性材料を用いたことを特徴とする軸受装置。
9. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
   前記パッドより前記回転軸側に付勢される導電部材を設けたことを特徴とする軸受装置。
10. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
    前記回転軸に対して下半に位置する前記パッドに樹脂材料を用いた摺動材を設け、前記回転軸に対して上半に位置するパッドに導電性材料を用いた摺動材を設けたことを特徴とする軸受装置。
11. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
    前記パッドの端面より前記回転軸に向かって延びる導電性シートを設けたことを特徴とする軸受装置。
12. パッドを介して回転軸を支持する軸受装置において、
    前記回転軸の電位を計測しつつ、常にこれと同じ電位を前記パッドに与えるようにしたことを特徴とする軸受装置。

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