JP2016061430A - 軸受及び軸受パッド - Google Patents

Abstract

【課題】コストを増大させることなく軸受パッドの変形を抑制できるようにした、軸受及び軸受パッドを提供する。
【解決手段】軸受パッド２を介して回転軸１を回転可能に支持し、軸受パッドと回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受であって、軸受パッドには、被支持面１ａに対向する摺動面２ａの高温域２Ｈに設けられた第１の開口３ａより、被支持面１ａから離隔する側に向かって伸びて、第２の開口３ｄに達する貫通流路３が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受パッドを介して回転軸を回転可能に支持し、軸受パッドと回転軸との間に潤滑油が供給される軸受及びその軸受パッドに関する。

独立した複数枚の軸受パッドで軸受面を構成するティルティングパッド軸受やスラストパッド軸受は、回転軸の振動を速やかに吸収する特性がある。蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械において、この特性に着目して、この種の軸受が広く適用されている。近年、こうした回転機械においては、大出力化や低損失化の要求が今まで以上に高まっている。このため、回転機械の回転軸を支承する軸受のサイズを小さくして軸受損失を少なく抑える必要がある。しかし、軸受のサイズを小さくすると、軸受損失を抑制できる反面、軸受の受圧面積が小さくなるので軸受負荷（軸受が単位面積あたりに受ける重量）が高くなって軸受パッドの温度が高温になる。

回転機械の作動時に回転軸とパッドとの間の潤滑油がせん断力を受けて発熱するため、軸受パッドの温度は、例えばジャーナル軸受の場合は回転軸に近い内周側ほど高く、また、回転軸回転方向下流側ほど高くなる。すなわち軸受パッドの内部で温度差が生じ、このためパッドには伸び差（熱膨張差）による変形が生じてしまう。例えばティルティングパッドジャーナル軸受では、ティルティングパッド（軸受パッド）の内部で、回転軸に近い内周側ほど温度が高くなり内周側と外周側との間に温度差が生じると、ティルティングパッドは、回転軸に面する曲率半径が大きくなるような変形を起こす。このため、軸受の負荷能力の低下を招いてしまう。

つまり、ティルティングパッドジャーナル軸受では、ティルティングパッドの内周面（支持面）が回転軸の外周面（被支持面）と対向し、これらの対向面の隙間に潤滑油膜が形成されることで回転軸を円滑に支持する。

熱変形により、ティルティングパッドの曲率半径が大きくなると、入口及び出口側の隙間が必要以上に大きくなり、油膜を保持できなくなる。このため、全体的に油膜厚さが薄くなる状態でバランスする事になるが、油膜厚さが薄くなると、潤滑油の発熱がより大きなものとなってしまう。

この結果、ティルティングパッド全体の温度上昇を招き、ますますティルティングパッドが大きく変形し、最終的には回転軸と軸受が接触してしまう（回転軸を負荷できなくなる）。このため、軸受の負荷能力が低下してしまう。
さらには、ティルティングパッドが変形してしまうとティルティングパッドの動的な安定性にも影響が生じてしまう。つまり減衰係数が低下して、回転軸の振動を速やかに吸収することができなくなってしまう。

このため、軸受パッドの内部に、パッドの前縁端面から後縁端面まで貫通する通路を形成し、この通路に低温新油を流通させて軸受パッドを全体的に冷却しようとする技術が提案されている（特許文献１参照）。
また、軸受パッドの材料に、クロム銅のような熱伝導率の高い材料を使用することで、内部温度差による変形を抑制する技術も提案されている。

特開２００９−０６３０１５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、パッドの前縁端面と後縁端面との間に大きな差圧が立つことはないので、特許文献１には記載されていないが、潤滑油供給用のポンプとは別に、内部通路に低温新油を流通させるためのポンプを設ける必要がある。また、潤滑油とは別に冷却用の低温新油を用意する必要がある。
このため、製作コストやランニングコストの増大を招いてしまうといった課題がある。

また、軸受パッドの材料に熱伝導率の高い材料を使用する技術では、このような熱伝導率の高い材料は極めて高価であり製作コストの増大を招いてしまうといった課題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、コストを増大させることなく軸受パッドの変形を抑制できるようにした、軸受及び軸受パッドを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の軸受は、軸受パッドを介して回転軸を回転可能に支持し、前記軸受パッドと前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受であって、前記軸受パッドには、前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられることを特徴としている。

（２）前記軸受パッドは、前記回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設けられ、前記高温域は、前記摺動面における前記回転軸の回転方向下流域のパッド後部に位置し、前記第２の開口は、前記第１の開口よりも前記回転方向上流域のパッド前部に位置することが好ましい。

（３）前記高温域は、前記摺動面の前記回転方向上流縁から、前記摺動面の長さの７０％〜１００％の範囲の領域であることが好ましい。
（４）前記第２の開口は、前記摺動面とは反対側の背面に配置されることが好ましい。
（５）前記第２の開口は、前記回転方向上流側に向く前面に配置されることが好ましい。
（６）前記被支持面は、前記回転軸の径方向周面であることが好ましい。
（７）前記回転軸はその径方向外側に張り出すスラストカラーを有し、前記被支持面は、前記スラストカラーの軸方向端面であることが好ましい。

（８）上記の目的を達成するために、本発明の軸受パッドは、回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受パッドであって、前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられることを特徴としている。

本発明によれば、潤滑油は、第１の開口と第２の開口との間に生じる差圧によって第１の開口から第２の開口に向かって貫通流路を流通するようになる。
つまり、回転軸の回転に伴って、回転軸の被支持面と、この被支持面に対向する軸受パッドの摺動面との間で、潤滑油は加圧されながら摺動によるせん断力を受けて発熱する。このため、被支持面に近い軸受パッドの摺動面近傍の潤滑油は高温高圧となる。特に、摺動面と被支持面との間においてより高圧となる領域の近傍が摺動面の高温域となるので、摺動面の高温域に設けられた第１の開口において潤滑油は高温高圧となっている。一方、被支持面から離隔する側に向かって伸びた先の第２の開口では、第１の開口に比べて潤滑油は低温低圧であり、第１の開口と第２の開口との間に差圧が生じる。したがって、潤滑油は差圧によって第１の開口から第２の開口に向かって貫通流路を流通するようになるのである。

そして、この潤滑油の貫通流路の流通により、貫通流路を設けなければ第１の開口の周辺の領域（高温域）に溜まっていた熱が第２の開口側へと移動するようになるので局所的な高温化を抑制して最高温度を低減させつつ軸受パッドの温度を均一化することができる。
潤滑油を差圧を利用して貫通流路を流通させて軸受パッドの温度を均一化するので、潤滑油を貫通流路を流通させるためのポンプが不要であるとともに潤滑油とは別に冷却用の新油を使用することも不要となり、さらに軸受パッドの材料に熱伝導率の高い材料を使用することも不要となる。
したがって、コストを増大させることなく軸受パッドの変形を抑制することができる。

また、軸受パッドを、回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設け、第２の開口を、第１の開口よりも回転方向上流域のパッド前部に位置させる場合には、広い範囲で軸受パッドの温度を均一化できるようになる。
すなわち、軸受パッドは、回転軸の回転中、その回転軸との隙間が、回転軸の回転方向上流域のパッド前部では広く、高温域のある回転方向下流域のパッド後部では狭くなる傾斜姿勢となるため、回転軸と軸受パッドとの間の潤滑油の圧力は回転方向下流側になるほど高圧となり、これに伴って潤滑油の温度も回転方向下流側になるほど高温になる。
したがって、第２の開口を、第１の開口よりも回転方向上流域のパッド前部に配置することは、貫通流路の出口（第２の開口）を軸受パッドのより低温の箇所に設けることになるので、広い範囲で軸受パッドの温度を均一化できる。

第２の開口を、摺動面とは反対側の背面に配置する場合には、貫通流路の出口である第２の開口を出た高温の潤滑油が、反対側の摺動面へ再流入してしまうことが抑制されるので、軸受パッドの高温化を抑制できる。

第２の開口を、回転方向上流側に向く前面に配置する場合には、貫通流路が、軸受パッドの広い範囲に渡って形成されるようになるので、温度が均一化される範囲を広げることができる。

本発明の第１実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受を示す模式図であり、回転軸の軸線に対して垂直に切断した断面図（横断面図）である。 本発明の第１実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受の構成を示すとともに作用・効果について説明するための模式図であり、（ａ）はティルティングパッドの温度分布及び油膜圧力分布を併せて示す横断面図（ティルティングパッドの断面を表す斜線は省略）、（ｂ）はティルティングパッドの温度分布を併せて示す斜視図である。 本発明の第２実施形態のティルティングパッドジャーナル軸受の構成を示すとともに作用・効果について説明するための模式図であり、（ａ）はティルティングパッドの温度分布及び油膜圧力分布を併せて示す横断面図（ティルティングパッドの断面を表す斜線は省略）、（ｂ）はティルティングパッドの温度分布を併せて示す斜視図である。 本発明の第３実施形態のティルティングパッドスラスト軸受の全体構成を示す模式図であり、（ａ）は部分的に破断して示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の第３実施形態のティルティングパッドスラスト軸受の構成を示す模式図であって、（ａ）は図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）はティルティングパッドの斜視図である。 本発明の第４実施形態のティルティングパッドスラスト軸受の模式図であって、（ａ）は図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面に対応する図、（ｂ）はティルティングパッドの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

［１．第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてのティルティングパッドジャーナル軸受及びジャーナル軸受用の軸受パッドについて、図１〜図３を用いて説明する。

［１−１．ティルティングパッドジャーナル軸受の全体構成］
本発明の第１実施形態としての軸受１００は、図１に示すように、矢印（以下、回転方向ともいう）Ａで示す方向に回転する回転軸１を回転可能に径方向から支持するジャーナル軸受として構成される。
つまり、軸受１００は、回転軸１を鉛直下方より支持する複数（ここでは２個）のティルティングパッド（本発明の第１実施形態としての軸受パッド）２と、回転軸１及びティルティングパッド２の周囲に配置された軸受ハウジング４と、その先端の噴出部６ａから潤滑油を噴射する給油ノズル６とを備えて構成されている。
軸受ハウジング４の内周面には、複数（ここでは２個）のピボット５が取り付けられており、これらのピボット５はそれぞれティルティングパッド２を揺動自在に支持している。
給油ノズル６は、各ティルティングパッド２の前方（つまり回転軸１の回転方向Ａで上流側）及び後方（つまり回転軸１の回転方向Ａで下流側）にそれぞれ設けられており、その噴出部６ａから噴射された潤滑用の新油により、回転軸１の円周面（被支持部、以下、回転軸円周面ともいう）１ａと、この回転軸円周面１ａと対向するティルティングパッド２の摺動面（以下、パッド摺動面ともいう）２ａとの間に油膜が形成される。

［１−２．ジャーナル軸受用のティルティングパッドの構成］
そして、本発明の要部であるが、各ティルティングパッド２には、その摺動面２ａに形成された第１の開口（以下、開口又は入口ともいう）３ａから、背面２ｂ（摺動面２ａと反対側の面であって軸受ハウジング４に対向する面）に形成された第２の開口（以下、開口又は出口ともいう）３ｄに至る貫通流路３が設けられており、ここでは、貫通流路３は、摺動面２ａ側の流路３ｂと、流路３ｂとは異なる角度の流路であって背面２ｂ側の流路３ｃとからなる屈曲構造となっている。
ところで、回転軸１の回転に伴って、回転軸円周面１ａと、この回転軸円周面１ａに対向するパッド摺動面２ａとの間で、潤滑油は加圧されながら摺動によるせん断力を受けて発熱する。このため、回転軸円周面１ａに近いパッド摺動面２ａの近傍の潤滑油は高温高圧となり、特に、摺動面２ａのパッド後部２ｃに位置する領域（以下、高温域ともいう）２Ｈ（図２参照）で潤滑油は後述するように最も高温高圧となり、領域２Ｈの周辺の潤滑油の圧力は軸受の仕様にもよるが例えば20［Mpa］（200気圧）程度になる。

そして、貫通流路３の第１の開口３ａは、この高圧域でもある高温域２Ｈに配置される一方、貫通流路３の第２の開口３ｄはパッド背面２ｂに配置されている。パッド背面２ｂの第２の開口３ｄの周辺の潤滑油は、第１の開口３ａ周辺の潤滑油（回転軸円周面１ａとパッド摺動面２ａとの間で加圧・発熱状態の潤滑油）に比べて低温・低圧となり、圧力は大気圧近くとなる。
このため、摺動面２ａの第１の開口３ａ付近の油圧と、背面２ｂに形成された第２の開口３ｄ付近の油圧との間には大きな差圧が生じ、この差圧により、第１の開口３ａを入口とし第２の開口３ｄを出口として潤滑油が矢印ａで示す方向に貫通流路３を自然と流通するようになる。すなわち貫通流路３は抽油穴として機能する。

図２（ａ），（ｂ）を参照してさらに貫通流路３について説明する。図２（ａ），（ｂ）において、ティルティングパッド２上の複数の線は、それぞれ、貫通流路３を設けなかったと仮定した場合における等温線であり、各線に付されている温度ta〜tkとなる点をそれぞれ連ねた曲線である（図２（ｂ）では摺動面２ａにおける温度taについての等温線と、背面２ｂにおける温度ti，tjについての等温線のみ示す）。温度ta〜温度tkはこの順に温度が高く、温度ta〜温度tjの中で、温度taが最も温度が高く、温度tkが最も温度が低い。すなわち、貫通流路３を設けない場合には、摺動面２ａにおけるパッド後部（回転方向Ａで下流域）２ｃに最高温度を含む高温域（ここでは、温度taの等温線に囲まれた領域であって温度ta以上の領域）２Ｈが位置する。

このように摺動面２ａのパッド後部２ｃに高温域２Ｈが位置するのは次の理由による。
回転軸円周面１ａとティルティングパッド２との間で加圧状態の潤滑油（潤滑油膜）の油圧（以下、油膜圧力ともいう）は上述のとおりパッド背面２ｂ側の油圧よりも大幅に高圧になるが、特にパッド後部２ｃで油膜圧力が高くなる。
つまり、ティルティングパッド２は、図２（ａ）に示すように傾斜した姿勢（すなわち、回転方向Ａで下流域のパッド後部２ｃが回転軸円周面１ａに近接し、回転方向Ａで上流域のパッド前部２ｄが回転軸円周面１ａから離隔した姿勢）でバランスする。図２（ａ）中の一点鎖線は油膜圧力Pを示し、油膜圧力Pは、ティルティングパッド２の入口（前縁）及び出口（後縁）で大気圧程度となって最少となり、回転軸円周面１ａとパッド摺動面２ａとの間隔が狭く油膜厚さの薄いパッド後部２ｃ内で最大となるのである。
そして、油膜圧力Pが高いほど潤滑油膜の発熱量も高くなるから、潤滑油膜の温度ひいてはティルティングパッド２の温度も、貫通流路３を設けない場合には、摺動面２ａにおけるパッド後部２ｃに高温域２Ｈが位置するようになる。

油膜圧力Pの最大値は、摺動面２ａの回転方向Ａの上流縁２ｅから下流縁２ｇまでの長さLt（図２（ｂ）参照）の７０％〜９０％の範囲内に位置することが、実績や実験やシミュレーションにより判明している。摺動面２ａの温度も油膜圧力Pの上昇とともに上昇し、摺動面２ａの最高温度は、摺動面２ａの上流縁２ｅから摺動面２ａの長さLtの７０％〜１００％の範囲内に位置すると予想できる。したがって、高温域２Ｈを摺動面２ａの長さLtの７０％〜１００％の範囲として、この範囲内に入口３ａを設ければ良い。もちろん、実験やシミュレーションにより軸受毎に最高温度を含む可能性の高い領域を予測してこれを高温域２Ｈとしてこの高温域２Ｈに入口３ａを設けるようにしても良いし、或いは、予め実験やシミュレーションにより最高温度となる位置を予測してこの位置を貫通流路３の入口３ａに設定しても良い。

また、貫通流路３は、図２（ｂ）に示すように、ティルティングパッド２の幅方向（以下、パッド幅方向ともいう）に広がる高温域２Ｈの全体をカバーするようにパッド幅方向に沿って複数設けられている。

上述のとおり、貫通流路３は角度の異なる流路３ｂ，３ｃからなり、高温域２Ｈの周辺の上流側の流路３ｂは、ティルティングパッド２の厚み方向（以下、パッド厚み方向ともいう）に略沿った角度で伸び、下流側の流路３ｃはティルティングパッド２の前後方向（以下、パッド前後方向ともいう）に略沿った角度で伸びている。
これは、ティルティングパッド２の温度分布が、高温域２Ｈの周辺ではパッド厚み方向に略沿って温度が低下していく温度分布となり、その他の領域ではパッド前後方向に略沿って温度が低下していく温度分布となり、この温度分布に沿って潤滑油を流すためである。すなわち、高温域２Ｈの周辺では流路３ｂにより、その他の領域では流路３ｃにより、潤滑油ひいては熱量が高温側から低温側に順次移動するようにしてティルティングパッド２の温度を効率的に均一化できるようにしているのである。また、貫通流路３を入口３ａと出口３ｂとを直線で結んで形成すると、高温域Ｈにおいて貫通流路３が摺動面２ａから浅い位置に形成されることになるので、特に強度が必要となる高温側でティルティングパッド２の強度が低下するおそれがあるので、これを防止するためでもある。

高温側におけるティルティングパッド２の強度を確保できるのであれば、貫通流路３を入口３ａと出口３ｂとを直線で結んで形成しても良い。貫通流路３を屈曲構造とする場合には、入口３ａ側からの穴開け加工と出口３ｂ側からの穴開け加工との２工程が必要となるが、この場合には入口３ａ側及び出口３ｂ側の何れか一方からの穴開け加工の１工程だけで済む。
また、流路３ｂ，３ｃを図２（ａ）中に二点鎖線で示すようにその接続部近辺を湾曲させて接続するようにしても良い。この場合も、湾曲可能な穴開け用の棒電極を使用すれば入口３ａ側及び出口３ｂ側の何れか一方からの穴開け加工だけで済む。

なお、貫通流路３の径は大きすぎると、パッド摺動面２ａと回転軸円周面１０ａとの間の油膜圧力の形成に影響を与えかねないので、貫通流路３の径は、パッド幅寸法の5%以内であることが好ましい。

［１−３．作用・効果］
以下、本発明の第１実施形態としてのジャーナル軸受及びティルティングパッドの作用・効果を説明する。
貫通流通路３は、その入口３ａが高圧域でもある高温域２Ｈに配置されるとともに、その出口３ｄが大気圧と略等しい低圧域でもある低温域のパッド背面２ｂに開口しているので、入口３ａと出口３ｄとの間に大きな差圧が立って、潤滑油が貫通流路３を矢印ａで示す方向に自然と流通し、その際に、この潤滑油の流通により高温域２Ｈの熱が低温側へ移動する。
したがって、貫通流路３を設けない場合に較べ、ティルティングパッド２の高温域２Ｈを含むパッド後部２ｃの温度が低下するとともにパッド後部２ｃに比べて低温のパッド前部２ｄの温度が上昇してティルティングパッド２の温度が均一化され、この結果、局所的な高温化を抑制して最高温度を低減できるとともに、熱膨張差に伴う熱変形を抑制することができる。そして、差圧を利用して貫通流路３に潤滑油を流通させてティルティングパッド２の温度を均一化しているので、貫通流路３に潤滑油を流通させるためのポンプが不要であるとともに、軸受パッドの材料に熱伝導率の高い材料を使用することも不要となる。
さらに、貫通流路３に潤滑油を流通させることで局所的な高温化を抑制して最高温度を低下させているので、潤滑油とは別に冷却用の低温の新油を使用する必要もない。
したがって、コストを増大させることなく軸受パッドの変形を抑制することができる。
また、ティルティングパッドに貫通流路を設けるだけなので製作が容易である。

また、回転軸１０に振動した場合、ティルティングパッドのばね定数が大きいほど、回転軸１０の跳ね返しが大きくなって振動が収まりづらくなる一方、ティルティングパッドの減衰係数が大きいほど、回転軸１０の振動を吸収して速やかに振動を収めることができる。ティルティングパッド２の変形を抑制することで、従来の変形が抑制されないティルティングパッドに対し、そのばね定数を同等としつつも、その減衰係数をより高い値に保持できる。

また、貫通流通路３がパッド幅方向に沿って複数設けられているので、ティルティングパッド２の全体に渡って温度を均一化できる利点がある。

また、貫通流路３の出口３ｄがパッド背面２ｂに設けられているので、回転軸周面１０ａとパッド摺動面２ａとの間で摺動損失により発熱した高温の潤滑油が、出口３ｄを通過した後、パッド摺動面２ａに再流入することがなく、しかも再流入することがないので、給油ノズル６から供給される温度の低い潤滑油（新油）のパッド摺動面２ａへの流入が阻害されることがない。したがって、回転軸１０やティルティングパッド２の高温化を防止できる利点がある。

［２．第２実施形態］
本発明の第２実施形態として軸受及び軸受パッドについて、図３を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［２−１．ティルティングパッドジャーナル軸受及びジャーナル軸受用のティルティングパッドの構成］
本発明の第２実施形態としての軸受装置は、図１に示す第１実施形態の軸受１０に対し、ティルティングパッド２に代えて図３に示すティルティングパッド（本発明の第２実施形態としての軸受パッド）２Ａを使用するものである。
第１実施形態のティルティングパッド２は、その貫通流路３の出口３ｄがパッド背面２ｂに配置されていたのに対し、本実施形態のティルティングパッド２Ａは、その貫通流路３Ａの出口３ｄがティルティングパッド２Ａの回転方向Ａの上流側を向く前面（以下、パッド前面ともいう）２ｇに配置されている点で、第１実施形態のティルティングパッド２と相違する。
貫通流路３Ａについてさらに説明すると、第１実施形態の貫通流路３に対し、入口３ａ側（パッド摺動面２ａ側）の流路３ｂは同じであるが、出口３ｄ側の流路３ｃが、第１実施形態の流路３ｃよりも寝ており（パッド前後方向に一層沿った向きとなっており）、この結果、上述のとおり流路３ｃの末端の出口３ｄはパッド背面２ｂではなくパッド前面２ｇに位置している。
貫通流路３Ａは、第１実施形態の貫通流路３と同様に、構造の強度上可能であれば、入口３ａと出口３ｄとを直線で結んだ形状としても良いし、図３（ａ）中に二点鎖線で示すように流路３ｂと流路３ｃとの接続部近辺を湾曲させて接続するようにしても良い。

［２−２．作用・効果］
本発明の第２実施形態としてのジャーナル軸受及びティルティングパッド２Ａは、貫通流路３Ａの出口３ｄが、油圧が大気圧程度となるパッド前面２ｇに設けられているので、高温高圧側の入口３ａから高温の潤滑油が低温低圧の出口３ｄに向かって自然と流れるようになるので、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、貫通流路３Ａの出口３ｄがパッド前面２ｇに設けられているので、出口３ｄをパッド背面２ｂに設けるよりも貫通流路の通過する範囲を広げることができる。したがって、ティルティングパッド２Ａの温度をより広い範囲で均一化できる。

［３．第３実施形態］
本発明の第３実施形態として軸受及び軸受パッドについて、図４及び図５を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
［３−１．ティルティングパッドスラスト軸受の全体構成］
本発明の第３実施形態としての軸受２００は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、矢印（以下、回転方向ともいう）Ａで示す方向に回転する回転軸２１を軸方向から支持するスラスト軸受として構成される。
つまり、軸受２００は、回転軸２１にフランジ状に一体に設けられたスラストカラー（被支持部）２１ａを軸方向より回転可能に支持する（すなわちスラストカラーの軸方向端面を回転可能に支持する）ティルティングパッド（本発明の第３実施形態としての軸受パッド）２２と、回転軸２１及びティルティングパッド２２の周囲に配置された軸受ハウジング２４と、その先端の噴出部２６ａから潤滑油を噴射する給油ノズル２６とを備えて構成されている。

ティルティングパッド２２は、スラストカラー２１ａを軸方向両側に設けられ、且つ、各側には複数（ここでは１２個）のティルティングパッド２２がスラストカラー（被支持部）２１ａの全周に渡って設けられている。また、各ティルティングパッド２２の背面（以下、パッド背面ともいう）２２ｂには、ティルティングパッド２が揺動自在となるようにピボット２５が取り付けられている。
給油ノズル２６は、複数の各ティルティングパッド２６の各相互間にそれぞれ設けられており、その噴出部２６ａから噴射された潤滑油（新油）により、被支持部であるスラストカラー２１ａと、スラストカラー２１ａと対向するティルティングパッド２２の摺動面（以下、パッド摺動面ともいう）２２ａとの間に油膜が形成される。

なお、回転軸２１は、スラスト軸受２００に加えてジャーナル軸受３００によっても支持されている。
また、軸受ハウジング２４には図示しない排出口が設けられており、給油ノズル２６からの供給される新油と入れ替わりに、この排出口から古い潤滑油が順次排出されていく。

［３−２．スラスト軸受用のティルティングパッド構成］
各ティルティングパッド２２には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、その摺動面２２ａに形成された第１の開口（以下、開口又は入口ともいう）２３ａから、背面２２ｂに形成された第２の開口（以下、開口又は出口ともいう）２３ｂに至る貫通流路２３が設けられており、ここでは、貫通流路２３は、入口２３ａと出口２３ｂとを結ぶ直線状に形成されている。
入口２３ａは、パッド摺動面２２ａのパッド後部（回転方向Ａで下流域の部位）２２ｃ内に位置する高温域２３Ｈに設けられ、出口２３ｂは、パッド前部（回転方向Ａで上流域の部位）２２ｄ内に設けられる。
高温域２２Ｈは、上記第１実施形態と同じ理由により、摺動面２２ａの上流縁から摺動面２２ａの長さLtの７０％〜１００％の範囲であるので、この範囲内に入口３ａを設ければ良い。
また、貫通流路２３は、図５（ｂ）に示すように、最高温度を含む高温域２２Ｈはパッド幅方向に広がっているので、これにあわせて貫通流路２３もパッド幅方向に沿って間隔を空けて複数設けられている。

［３−３．作用・効果］
本発明の第３実施形態としてのティルティングパッドスラスト軸受は上述のように構成されているので第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。

［４．第４実施形態］
本発明の第４実施形態としてティルティングパッドスラスト軸受及びティルティングパッドスラスト軸受用のティルティングパッドについて、図４，６を用いて説明する。なお、上記第３実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
［４−１．構成］
本発明の第４実施形態としての軸受は、第３実施形態と同様に、図４（ａ）に示すようなスラスト軸受として構成されており、第３実施形態と異なる点は、ティルティングパッド（本発明の第４実施形態として軸受パッド）２２Ａの構成だけである。
以下、ティルティングパッド２２Ａの構成について図６を参照して説明すると、第３実施形態のティルティングパッド２２では貫通流路２３の出口２３ｂがパッド背面２２ｂに配置されていたのに対し、本実施形態のティルティングパッド２２Ａは、貫通流路２３Ａの出口２３ｂがティルティングパッド２２Ａの前面２２ｅに設けられており、貫通流路２３Ａは、入口２３ａと出口２３ｂとを結ぶ直線状と流路として形成されている。

［４−２．作用・効果］
本発明の第４実施形態としてのティルティングパッドスラスト軸受は上述のように構成されているので第２実施形態と同様の作用・効果が得られる。

［５．その他］
上記の第１及び第２実施形態では、回転軸１の下方側にのみティルティングパッド２，２Ａを配置したが、回転軸１の上側も含む全周にティルティングパッド２,２Ａを配置しても良い。回転軸１の全周にティルティングパッド２,２Ａを含む場合は、必ずしも全てのティルティングパッド２,２Ａに貫通流路３，３Ａを設ける必要はなく、少なくとも負荷の高い下側のティルティングパッド２,２Ａについて貫通流路３，３Ａを設ければよい。

上記の第３及び第４実施形態では、貫通流路２３，２３Ａを直線形状としたが、上記の第１及び第２実施形態のようにティルティングパッドの内部温度分布に応じて屈曲形状又は湾曲形状としても良い。

上記の各実施形態では、パッド摺動面における前縁から長さLtの７０％〜１００％の範囲を高温域としたが、高温域の範囲はこれに限定されず、パッド摺動面の回転軸回転方向下流域（つまりパッド摺動面前縁から長さLtの５０％以上の範囲内）でもよい。また、貫通流路の出口（第２の開口）を入口（第１の開口）よりも回転軸の回転方向で上流側に配置したがこれに限定されず、貫通流路の出口を、回転軸の回転方向に対し入口と同じ位置としても良い。
要するに、本発明の軸受は、軸受パッドの高温域及び高温域よりも温度の低い領域を通る貫通流路を設けることで、貫通流路がなければ上記高温域に溜まっていた熱を他の領域に移動させることで軸受パッドの最高温度を低下するとともに温度を均一化するものであるから、高温域は、差圧により潤滑油が流通する位置であることを前提として、貫通流路が通過する他の部位よりも相対的に高温である領域であればよい。

１，２１ 回転軸
１ａ 円周面（被支持面）
２，２Ａ，２２，２２Ａ ティルティングパッド（軸受パッド）
２ａ，２２ａ 摺動面
２ｂ，２２ｂ 背面
２ｃ，２２ｃ パッド後部
２ｄ，２２ｄ パッド前部
２ｇ，２２ｅ パッド前面
２Ｈ，２２Ｈ 高温域
３，３Ａ，２３，２３Ａ 貫通流路
３ａ，２３ａ 入口（第１の開口）
３ｄ，２３ｂ 出口（第２の開口）
２１ａ スラストカラー（被支持面）
１００ ジャーナル軸受
２００ スラスト軸受
Lt 摺動面の長さ

（１）上記の目的を達成するために、本発明の軸受は、軸受パッドを介して回転軸を回転可能に支持し、前記軸受パッドと前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受であって、前記軸受パッドには、前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられ、前記軸受パッドは、前記回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設けられ、前記高温域は、前記摺動面における前記回転軸の回転方向下流域のパッド後部に位置し、前記第２の開口は、前記第１の開口よりも前記回転方向上流域のパッド前部に位置し、前記貫通流路は、前記第１の開口を入口とし前記第２の開口を出口として、差圧により前記潤滑油が流通する流路であることを特徴としている。

（２）前記高温域は、前記摺動面の前記回転方向上流縁から、前記摺動面の長さの７０％〜１００％の範囲の領域であることが好ましい。
（３）前記第２の開口は、前記摺動面とは反対側の背面に配置されることが好ましい。
（４）前記第２の開口は、前記回転方向上流側に向く前面に配置されることが好ましい。
（５）前記被支持面は、前記回転軸の径方向周面であることが好ましい。
（６）前記回転軸はその径方向外側に張り出すスラストカラーを有し、前記被支持面は、前記スラストカラーの軸方向端面であることが好ましい。

（７）上記の目的を達成するために、本発明の軸受パッドは、回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給され、前記回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設けられた、軸受パッドであって、前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられ、前記高温域は、前記摺動面における前記回転軸の回転方向下流域のパッド後部に位置し、前記第２の開口は、前記第１の開口よりも前記回転方向上流域のパッド前部に位置し、前記貫通流路は、前記第１の開口を入口とし前記第２の開口を出口として、差圧により前記潤滑油が流通する流路であることを特徴としている。

本発明によれば、第１の開口と第２の開口との間に生じる差圧によって、第１の開口から第２の開口に向かって、すなわち第１の開口を入口とし第２の開口を出口として、潤滑油が貫通流路を流通するようになる。
つまり、回転軸の回転に伴って、回転軸の被支持面と、この被支持面に対向する軸受パッドの摺動面との間で、潤滑油は加圧されながら摺動によるせん断力を受けて発熱する。このため、被支持面に近い軸受パッドの摺動面近傍の潤滑油は高温高圧となる。特に、摺動面と被支持面との間において潤滑油が高圧となる領域の近傍が、摺動面の高温域となるので、摺動面の高温域に設けられた第１の開口において潤滑油は高温高圧となっている。一方、被支持面から離隔する側に向かって伸びた先の第２の開口では、第１の開口に比べて潤滑油は低温低圧であり、第１の開口と第２の開口との間に差圧が生じる。したがって、潤滑油は差圧によって第１の開口から第２の開口に向かって貫通流路を流通するようになるのである。

また、軸受パッドを、回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設け、第２の開口を、第１の開口よりも回転方向上流域のパッド前部に位置させるので、広い範囲で軸受パッドの温度を均一化できるようになる。
すなわち、軸受パッドは、回転軸の回転中、その回転軸との隙間が、回転軸の回転方向上流域のパッド前部では広く、高温域のある回転方向下流域のパッド後部では狭くなる傾斜姿勢となるため、回転軸と軸受パッドとの間の潤滑油の圧力は回転方向下流側になるほど高圧となり、これに伴って潤滑油の温度も回転方向下流側になるほど高温になる。
したがって、第２の開口を、第１の開口よりも回転方向上流域のパッド前部に配置することは、貫通流路の出口（第２の開口）を軸受パッドのより低温の箇所に設けることになるので、広い範囲で軸受パッドの温度を均一化できる。

Claims (8)

1. 軸受パッドを介して回転軸を回転可能に支持し、前記軸受パッドと前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受であって、
   前記軸受パッドには、前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられる
   ことを特徴とする、軸受。
2. 前記軸受パッドは、前記回転軸の回転方向に対して傾斜自在に設けられ、
   前記高温域は、前記摺動面における前記回転軸の回転方向下流域のパッド後部に位置し、前記第２の開口は、前記第１の開口よりも前記回転方向上流域のパッド前部に位置する
   ことを特徴とする、請求項１記載の軸受。
3. 前記高温域は、前記摺動面の前記回転方向上流縁から、前記摺動面の長さの７０％〜１００％の範囲の領域である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の軸受。
4. 前記第２の開口は、前記摺動面とは反対側の背面に配置される
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸受。
5. 前記第２の開口は、前記回転方向上流側に向く前面に配置される
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸受。
6. 前記被支持面は、前記回転軸の径方向周面である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の軸受。
7. 前記回転軸はその径方向外側に張り出すスラストカラーを有し、
   前記被支持面は、前記スラストカラーの軸方向端面である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の軸受。
8. 回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸の被支持面との間に潤滑油が供給される軸受パッドであって、
   前記被支持面に対向する摺動面の高温域に設けられた第１の開口より、前記被支持面から離隔する側に向かって伸びて、第２の開口に達する貫通流路が設けられる
   ことを特徴とする、軸受パッド。

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