JP6786230B2 - ジャーナル軸受 - Google Patents

Description

本発明は、ジャーナル軸受に関する。

例えば、特許文献１に記載のジャーナルパッド軸受装置は、軸受台座の内周面に配置され、かつ内周面に接する背面が円筒面もしくは球面からなる分割された複数のパッドにおいて、パッドの背面曲率を軸受台座の内周面曲率の０．８５倍から０．９倍の曲率にすることが記載されている。

また、例えば、特許文献２に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、軸受ハウジング内に配設された複数個のティルティングパッドで回転軸を支承するジャーナル軸受において、ティルティングパッドの背面の曲率半径を軸受ハウジングの内面の曲率半径よりも小さく形成すると共に、ティルティングパッドの内面の曲率半径を回転軸の曲率半径よりも大きく形成することが記載されている。

実開昭６２−６０７２３号公報 実開平３−６９７１３号公報

ところで、ジャーナル軸受は、軸受内周面と回転軸外周面との間の潤滑油の油膜により回転軸を支持するため、軸受内周面と回転軸外周面との間の軸受隙間と、軸受内周面半径との比（軸受隙間比＝軸受隙間／軸受内周面半径）に関係して、ジャーナル軸受が回転軸を支持する剛性である軸受剛性（Ｋ）と潤滑油に基づき回転軸の挙動を減衰させる軸受減衰（Ｃω）との関係Ｃω／Ｋが変化する。具体的には、軸受隙間比が小さくなると軸受減衰（Ｃω）および軸受剛性（Ｋ）が大きくなり、軸受隙間比が大きくなると軸受減衰（Ｃω）および軸受剛性（Ｋ）が小さくなる。軸受減衰（Ｃω）と軸受剛性（Ｋ）の効き具合によってＣω／Ｋの大小関係は変化し、Ｃω／Ｋが大きくなると回転軸を支持する軸受安定性が高くなって回転軸の振動を抑制する効果が高い傾向となり、Ｃω／Ｋが小さくなると軸受安定性が低くなって回転軸の振動を抑制する効果が低い傾向となる。

そして、試験により回転軸が軸受内周面に近づいて軸受隙間が小さくなるほど、軸受回転軸の振動が増加する事象がある。この事象は、軸受隙間が小さくなるほど潤滑油の油膜の硬さが高くなり軸受に掛かる荷重が大きくなって軸受剛性（Ｋ）が過大となり、Ｃω／Ｋが小さくなって軸受安定性が低くなっているものと考えられる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することのできるジャーナル軸受を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るジャーナル軸受は、回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の曲率と前記軸受内周面の曲率とが異なることが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記回転軸外周面の周方向の曲率ｘａと、前記凹部の周方向の曲率ｘｂと、前記軸受内周面の周方向の曲率ｘｃとが、ｘｃ＜ｘａ、ｘｃ＜ｘｂの関係を満たすことが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部の内面の最大深さｅと前記回転軸の直径ｒとが、０．００３≦ｅ／ｒ≦０．００７の関係を満たすことが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、１つのパッドにおける前記軸受内周面の周方向長さθｗと、１つのパッドにおける前記凹部の周方向長さβとが０．５≦β／θｗ≦０．８の関係を満たすことが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、１つのパッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に一致することが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、１つのパッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線と位置が異なり、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に対して前記回転軸の回転方向の前方にずれて配置されていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部が前記軸受内周面の縁に掛からず設けられていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部が周方向の下半部に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の概略構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の詳細構成図である。 図３は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。 図４は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。 図５は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。 図６は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係るジャーナル軸受の概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の詳細構成図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。

図１に示すように、本実施形態のジャーナル軸受１は、回転軸３を回転可能に支持するため、軸受内周面１ａを回転軸における回転軸外周面３ａに対面させ、その間の軸受隙間Ｂに潤滑油の油膜をなすものである。このため、ジャーナル軸受１は、軸受外周面１ｂが、内輪５の内周面５ａに対して固定されている。また、本実施形態のジャーナル軸受１は、回転軸３の回転方向である周方向で複数（本実施形態では４つ）に分割されたパッドからなる。

本実施形態のジャーナル軸受１は、図２に示すように、軸受内周面１ａの一部に凹部７を有している。凹部７は、軸受内周面１ａから径方向外側（軸受外周面１ｂ側）に凹んだ部分であって軸受外周面１ｂ側に貫通しない。

凹部７を有さないジャーナル軸受では、回転軸３がジャーナル軸受に近づいた場合、回転軸外周面３ａと軸受内周面との間の軸受隙間が小さくなり、潤滑油の油膜の硬さが高くジャーナル軸受に掛かる荷重が大きくなって、ジャーナル軸受が回転軸３を支持する剛性である軸受剛性（Ｋ）が過大となり、潤滑油に基づき回転軸３の挙動を減衰させる軸受減衰（Ｃω）との関係であるＣω／Ｋが小さくなって軸受安定性が低くなる。

これに対して、凹部７を有する本実施形態のジャーナル軸受１によれば、凹部７を有することでジャーナル軸受１の負荷能力が低下することで軸受内周面１ａ側への回転軸３の沈み込み効果が生じるため、凹部７を有さないジャーナル軸受と同等の荷重状態であっても軸受内周面１ａにおける軸受隙間比がより小さくなる。そして、凹部７の部分では、潤滑油が回転軸外周面３ａによって押し出されるのに抵抗する圧力が生じるため（スクイズ効果という）、この発生圧力で軸受減衰（Ｃω）が大きくなる一方で、凹部７を有さないジャーナル軸受と同等の荷重状態であるため軸受剛性（Ｋ）の増加が小さい。すなわち、本実施形態のジャーナル軸受１は、凹部７を有さないジャーナル軸受と同等の運転条件であれば、Ｃω／Ｋが大きくなることから軸受安定性が高くなる。この結果、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することができる。

なお、凹部７は、回転軸３の回転方向である周方向の両側が、図２に示すように、傾斜により徐々に軸受内周面１ａに近づいて繋がるように形成されていることがスクイズ効果を顕著に得るうえで好ましい。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、図２に示すように、軸受内周面１ａが中心Ｏａとして周方向の曲率を一定に形成され、かつ凹部７の内面が中心Ｏｂとして周方向の曲率を一定に形成されており、凹部７の内面の曲率と軸受内周面１ａの曲率とが異なることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、軸受内周面１ａの周方向の曲率を一定に形成し、かつ凹部７の内面の周方向の曲率を一定に形成することで、十分にスクイズ効果を得て軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができるため、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、回転軸外周面３ａの周方向の曲率ｘａと、凹部７の周方向の曲率ｘｂと、軸受内周面１ａの周方向の曲率ｘｃとが、ｘｃ＜ｘａ、ｘｃ＜ｘｂの関係を満たすことが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、ｘｃ＜ｘａ、ｘｃ＜ｘｂの曲率の関係を満たすことで、回転軸３の回転中に潤滑油が凹部７に入り込み易くなり、十分にスクイズ効果を得て軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができるため、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、凹部７の内面の最大深さｅと回転軸３の直径ｒとが、０．００３≦ｅ／ｒ≦０．００７の関係を満たすことが好ましい。回転軸３の直径ｒを３００ｍｍとした場合、凹部７の内面の最大深さｅは１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度となる。

このジャーナル軸受１によれば、ｅ／ｒを０．００３以上とすることで、回転軸３の回転中に潤滑油が凹部７に入り込み易くなり、０．００７以下とすることで十分にスクイズ効果を得ることができる。この結果、軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができ、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、周方向に分割された複数のパッドからなり、図２に示すように、１つのパッドにおける軸受内周面１ａの周方向長さ（弧長）θｗと、１つのパッドにおける凹部７の周方向長さ（弧長）βとが０．５≦β／θｗ≦０．８の関係を満たすことが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、凹部７の範囲と軸受内周面１ａの範囲とを上記のごとく規定することで、軸受内周面１ａによるジャーナル軸受１の通常の軸受機能と、凹部７による回転軸３が近づいて回転軸外周面３ａと軸受内周面１ａとの間の軸受隙間Ｂが小さくなった場合の軸受安定性の低下を抑える機能とを両立することができる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、図１に示すように、周方向に分割された複数のパッドからなり、１つのパッドにおける軸受内周面１ａが周方向の曲率を一定に形成され、凹部７の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、図２に示すように、凹部７の内面の弧長の中心線ＣＬ２が軸受内周面１ａの弧長の中心線ＣＬ１に一致することが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、軸受内周面１ａの弧長の中心線ＣＬ１と、凹部７の内面の弧長の中心線ＣＬ２とを一致させることで、１つのパッドにおいて中心線ＣＬ１，ＣＬ２を境として平均的に軸受内周面１ａによるジャーナル軸受１の通常の軸受機能と、凹部７による回転軸３が近づいて回転軸外周面３ａと軸受内周面１ａとの間の軸受隙間Ｂが小さくなった場合の軸受安定性の低下を抑える機能とを両立することができる。

図３および図４は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。

本実施形態のジャーナル軸受１では、図１に示すように、周方向に分割された複数のパッドからなり、１つのパッドにおける軸受内周面１ａが周方向の曲率を一定に形成され、かつ凹部７の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、図３および図４に示すように、凹部７の内面の弧長の中心線ＣＬ２が軸受内周面１ａの弧長の中心線ＣＬ１と位置が異なってもよい。この場合、図３に示すように、凹部７の内面の弧長の中心線ＣＬ２が軸受内周面１ａの弧長の中心線ＣＬ１に対して回転軸３の回転方向Ｒの前方にずれて配置されていることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３の回転において、軸受内周面１ａにおける凹部７の後方（上流側）で潤滑油による油膜の圧が比較的高く、軸受内周面１ａにおける凹部７の前方（下流側）で潤滑油による油膜の圧が比較的低い。従って、凹部７の内面の弧長の中心線ＣＬ２が軸受内周面１ａの弧長の中心線ＣＬ１に対して回転軸３の回転方向Ｒの前方にずれて配置されていると、凹部７の後方（上流側）で潤滑油による油膜の圧が比較的高い軸受内周面１ａの面積が広くなるため、軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができ、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。しかも、凹部７の後方（上流側）で潤滑油による油膜の圧が比較的高い軸受内周面１ａの面積を広くすることで、剛性向上によりジャーナル軸受１の負荷能力を維持することができる。

図５は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は縦断面図である。

本実施形態のジャーナル軸受１では、図５に示すように、凹部７が軸受内周面１ａの縁１ｃに掛からず設けられていることが好ましい。縁１ｃは、軸受内周面１ａにおける回転軸３が延在する軸方向（スラスト方向）の端である。すなわち、凹部７の全周囲に軸受内周面１ａが存在することが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、凹部７の全周囲に軸受内周面１ａが存在することで、凹部７の全周囲でスクイズ効果を得て軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができるため、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

図６は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は平面図である。

図６に示すように、本実施形態のジャーナル軸受１では、凹部７の周方向長さ（弧長）βが軸受内周面１ａの周方向長さ（弧長）θωの範囲に設けられていてもよい。この構成であっても、スクイズ効果を得て軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができ、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

また、本実施形態のジャーナル軸受１では、図１に示すように、凹部７が周方向の下半部（水平線Ｈの下側）に設けられていることが好ましい。

このジャーナル軸受１によれば、回転軸３は重力によりジャーナル軸受１の下半部の軸受内周面１ａに近づくため、この下半部に凹部７を設けることで、スクイズ効果を得て軸受減衰（Ｃω）を大きくすることができるため、Ｃω／Ｋを大きくして軸受安定性を高くすることができる。

ところで、図には明示しないが、ジャーナル軸受１は、複数のパッドからなる構成に限らず、周方向に連続してリング状に形成されていてもよい。この場合、凹部７は、周方向に連続してリング状に形成されていても、周方向で部分的に形成されていてもよい。

１ ジャーナル軸受
１ａ 軸受内周面
１ｂ 軸受外周面
３ 回転軸
３ａ 回転軸外周面
５ 内輪
５ａ 内周面
７ 凹部
Ｂ 軸受隙間
ＣＬ１，ＣＬ２ 中心線
Ｈ 水平線
Ｏａ，Ｏｂ 中心
Ｒ 回転方向
ｒ 直径
ｘａ，ｘｂ，ｘｃ 曲率
β，θω 周方向長さ

Claims (9)

1. 回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有しており、
   前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の曲率と前記軸受内周面の曲率とが異なり、
   前記回転軸外周面の周方向の曲率ｘａと、前記凹部の周方向の曲率ｘｂと、前記軸受内周面の周方向の曲率ｘｃとが、ｘｃ＜ｘａ、ｘｃ＜ｘｂの関係を満たし、
   前記凹部の内面の最大深さｅと前記回転軸の直径ｒとが、０．００３≦ｅ／ｒ≦０．００７の関係を満たす、ジャーナル軸受。
2. 回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有しており、
   前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の曲率と前記軸受内周面の曲率とが異なり、
   前記回転軸外周面の周方向の曲率ｘａと、前記凹部の周方向の曲率ｘｂと、前記軸受内周面の周方向の曲率ｘｃとが、ｘｃ＜ｘａ、ｘｃ＜ｘｂの関係を満たし、
   かつ、回転軸の周方向で分割された複数のパッドからなり、前記パッドは回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に前記凹部を有し、１つの前記パッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線と位置が異なり、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に対して前記回転軸の回転方向の前方にずれて配置されている、ジャーナル軸受。
3. 前記凹部は周方向の一定の曲率で軸方向に連続して形成されている、請求項１または２に記載のジャーナル軸受。
4. 回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有しており、
   前記凹部の内面の最大深さｅと前記回転軸の直径ｒとが、０．００３≦ｅ／ｒ≦０．００７の関係を満たす、ジャーナル軸受。
5. 回転軸の周方向で分割された複数のパッドからなり、前記パッドは回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に前記凹部を有し、１つの前記パッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に一致する、請求項１、３、４のいずれか１つに記載のジャーナル軸受。
6. 回転軸の周方向で分割された複数のパッドからなり、前記パッドは回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に前記凹部を有し、１つの前記パッドにおける前記軸受内周面の周方向長さθｗと、１つのパッドにおける前記凹部の周方向長さβとが０．５≦β／θｗ≦０．８の関係を満たす、請求項１から５のいずれか１つに記載のジャーナル軸受。
7. 回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有しており、
   回転軸の周方向で分割された複数のパッドからなり、前記パッドは回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に前記凹部を有し、１つの前記パッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線と位置が異なり、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に対して前記回転軸の回転方向の前方にずれて配置されている、ジャーナル軸受。
8. 前記凹部が前記軸受内周面の縁に掛からず設けられている、請求項１から７のいずれか１つに記載のジャーナル軸受。
9. 回転軸が横置きに配置された場合、前記凹部が前記回転軸外周面の下半部に対面する前記軸受内周面に設けられている、請求項１から８のいずれか１つに記載のジャーナル軸受。

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