JP7391189B2

JP7391189B2 - ジャーナル軸受およびジャーナル軸受を用いた回転機器

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Publication number: JP7391189B2
Application number: JP2022513726A
Authority: JP
Inventors: 直克 ▲高▼良; 洋介内田; 紗耶岡野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: DE112020007025T5; CN115427695A; JPWO2021205523A1; US20230115499A1; WO2021205523A1; US12123462B2

Description

本願は、ジャーナル軸受およびジャーナル軸受を用いた回転機器に関するものである。

特許文献１には、直接潤滑方式を用いたパッド型ジャーナル軸受が記載されている。このジャーナル軸受は、軸受内輪内に揺動可能に設けられジャーナルを自動調心可能に支持する複数個のパッドと、回転軸の回転方向に対して各パッドの回転上流に設けられ、パッドの内周面と回転軸の外周面との隙間に潤滑油を供給する給油ノズルと、を有している。パッドの前側縁部の少なくとも中央部には、パッドの内周面に向かって傾斜した面取り部が形成されている。特許文献１には、面取り部が設けられることにより油が隙間へ効率よく流入するため、少ない給油量で隙間を油で充足できることが記載されている。

特開２０００－２７４４３２号公報

しかしながら、特許文献１のジャーナル軸受において、回転軸の外周面近傍では、回転軸の回転方向のせん断流れが強く、油中に含まれる空気の気泡が隙間に流入してしまうため、隙間を油で充足できない場合があるという課題があった。
また、回転軸の外周面から少し離れたパッドの面取り部近傍では、回転軸の回転方向のせん断流れを持つ油と気泡がパッドの面取り部に跳ね返されて、回転軸の回転方向とは逆方向の旋回流が発生する。油中に含まれる空気の気泡の密度は油より低く、旋回流による遠心力は気泡の方が油より小さいため、気泡は旋回流の中心に留まりやすい。そのため、旋回流が発生するパッドの面取り部近傍に気泡が集まってより大きな気泡となり、最終的に気泡が隙間に侵入してしまう場合があった。これらの気泡は油より圧縮されやすいため、隙間に気泡が侵入すると、回転軸を支える油膜圧力が低下し、回転軸およびパッドに不安定振動が発生するという問題があった。

本願は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、油中に含まれる気泡を除去し、少ない給油量で効率よく隙間を油で充足できるジャーナル軸受および回転機器を提供することを目的とする。

本願に係わるジャーナル軸受は、回転機器の回転軸を支えるジャーナル軸受であって、前記回転軸の軸方向に延びて潤滑油を供給する油分配部を有する給油ノズルと、前記給油ノズルの前記回転軸の回転方向の後方に設けられ、前記回転軸を回転自在に支えるパッドと、を備え、前記回転軸の外周面に対向する前記パッドの内周面は、前記パッドの前記回転軸の回転方向の前方の前端面から回転方向の後方に向けて、前記内周面と前記回転軸の外周面との径方向の間隔が減少する開口面を有し、前記油分配部と前記パッドとの間に、前記潤滑油の中に混入した気泡を排出する気泡排出路を有しているものである。

本願によれば、前記給油ノズルの後方の前記パッドの内周面に、前記パッドの前記回転軸の回転方向の前方の前端面から回転方向の後方に向けて、前記内周面と前記回転軸の外周面との径方向の間隔が減少する開口面を有している。そのため、前記パッドの内周面と回転軸の外周面との隙間に効率よく給油できる。さらに、前記油分配部と前記パッドとの間に、前記潤滑油の中に混入した気泡を排出する気泡排出路を有しているので、前記パッドの内周面と前記回転軸の外周面との油膜領域に気泡が侵入することがなく、回転軸およびパッドに不安定振動が発生することを防ぐことができる。

以上のように、本願によれば、油中に含まれる気泡を除去し、少ない給油量で効率よく隙間を油で充足できるジャーナル軸受およびジャーナル軸受を用いた回転電機を得ることができる。

実施の形態１に係わるジャーナル軸受の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の構成を示す、図１のＡ－Ａ断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の構成を示す、図２のＢ－Ｂ断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。実施の形態１に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。実施の形態２に係わるジャーナル軸受の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。実施の形態２に係わるジャーナル軸受の給油量削減効果を示す図である。実施の形態３に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す断面図である。実施の形態４に係わるジャーナル軸受の給油ノズルの周辺の構成を示す断面図である。実施の形態５に係わるジャーナル軸受の構成を示す、要部断面図である。実施の形態６に係わるジャーナル軸受の構成を示す、要部断面図である。実施の形態７に係わるジャーナル軸受の構成を示す、要部断面図である。実施の形態８に係わるジャーナル軸受を用いた回転機器の構成を示す断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係わるジャーナル軸受は、回転軸を回転自在に支持する滑り軸受である。本実施の形態に係わるジャーナル軸受は、回転電機等の種々の回転機器に適用することが可能である。図１は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受１００の構成を示す断面図である。図１では、ジャーナル軸受１００および回転軸９００を回転軸９００の軸心と垂直な平面で切断した断面を示している。図２は、図１のＡ－Ａ断面を示す断面図である。図１中の上下方向は、例えば、鉛直上下方向を表している。図１および後述する図３以降の図では、回転軸９００の回転方向を矢印で示している。また、回転軸９００の回転方向の前方を上流側、回転方向の後方を下流側という。

図１および図２に示すように、ジャーナル軸受１００は、全体として環状の形状を有している。ジャーナル軸受１００には、回転軸９００が挿入されている。ジャーナル軸受１００は、回転軸９００を回転自在に支持するように構成されている。回転軸９００の回転方向は、図１において反時計回り方向である。回転軸９００の軸心は、水平方向に延伸している。以下の説明では、回転軸９００の軸心に平行な方向のことを軸方向という。また、軸心を中心とした径方向のことを単に径方向という。軸心を中心とした周方向のことを単に周方向という。

ジャーナル軸受１００は、回転軸９００の外周側に配置されるキャリアリング１０と、回転軸９００の外周側であってキャリアリング１０の内周側に配置され、回転軸９００の回転方向において下流側に配置した下流パッド２０と、回転軸９００の回転方向において上流側に配置した上流パッド２１と、を有している。下流パッド２０および上流パッド２１は、回転軸９００の外周面のうち下方の半周部分と、キャリアリング１０の内周面のうち下方の半周部分と、の間に設けられている。下流パッド２０および上流パッド２１は、回転軸９００の外周面に沿って、互いに異なる周方向位置に設けられている。上流パッド２１は、回転軸９００の回転方向において、間隔を空けて下流パッド２０の上流側に配置されている。

本実施の形態では、下流パッド２０および上流パッド２１のそれぞれは、回転軸９００の外周面に対して傾くことができるように構成されている。このような下流パッド２０および上流パッド２１を有するジャーナル軸受１００は、ティルティングパッドジャーナル軸受と呼ばれる。

ジャーナル軸受１００は、回転軸９００と下流パッド２０および上流パッド２１のそれぞれとの間に潤滑油８００を供給する給油ノズル３０を有している。給油ノズル３０は、上流パッド２１の上流側に設けられている。給油ノズル３０は、軸方向に油を分配して供給する軸方向に複数配置した給油穴３０１ａを備えた油分配部３０１と、油分配部３０１に給油する給油口３０２とを備えている。回転軸９００が回転すると、給油穴３０１ａから供給された潤滑油８００は、回転軸９００の回転によるせん断力に伴って、回転軸９００の回転方向と同じ方向に流れる。つまり、ジャーナル軸受１００における潤滑油８００の流れ方向は、回転軸９００の回転方向と同方向となる。また、ジャーナル軸受１００の軸方向の両側にはサイドプレート５０が配されており、潤滑油８００はキャリアリング１０とサイドプレート５０と回転軸９００で囲まれた中に供給されている。

次に、上流パッド２１の構成について説明する。上流パッド２１は、全体として部分円筒状の形状を有している。上流パッド２１は、内周面２１ａおよび外周面２１ｂおよび前端面２１ｃを有している。内周面２１ａは、回転軸９００の外周面と対向して配置される。外周面２１ｂは、キャリアリング１０の内周面と対向して配置される。上流の前端面２１ｃは、内周面２１ａに対して上流側に形成され、内周面２１ａと外周面２１ｂとを接続する端面である。また、内周面２１ａは、部分円筒面２１ａ１と、部分円筒面２１ａ１の上流側に配置され、部分円筒面２１ａ１よりも外径側に位置する開口面２１ａ２と、を有している。

さらに、ジャーナル軸受１００は、油分配部３０１の外壁面のうち、給油穴３０１ａより下流側に位置する外壁面３０１１と、上流パッド２１の前端面２１ｃまたは開口面２１ａ２とで囲む気泡排出路４０、を備えている。図３は、図２のＢ－Ｂ断面を示す断面図、図４は、図３のＣ部詳細を示す図である。ここで、気泡排出路４０は、前端面２１ｃまたは開口面２１ａ２と垂直な面のうち、外壁面３０１１と交わるなかで、回転軸９００の外周面に最も近い面と、最も遠い面とで囲まれている。

本実施の形態における、油と空気の流れを図５、図６、図７を使って説明する。これらの図は、図４と同様に図３のＣ部詳細を示す図である。ジャーナル軸受１００の内部は、鉛直上方が空気層、鉛直下方が油層となっており、空気層と油層の境界面で、回転軸９００の回転によるせん断に伴って空気が油層内に巻き込まれ、気泡８０１となる。図５において潤滑油８００と気泡８０１の流れを太矢印で示している。給油穴３０１ａから供給された潤滑油８００は、周囲の気泡８０１と一体となって下流側に流れるが、潤滑油８００の少なくとも一部は、開口面２１ａ２と回転軸９００の外周面との隙間を通った後、部分円筒面２１ａ１と回転軸９００の外周面との隙間を通る。

部分円筒面２１ａ１と回転軸９００の外周面との隙間（油膜領域と定義する）にある油（油膜と定義する）が回転軸９００の回転によってせん断され、部分円筒面２１ａ１および回転軸９００の外周面に対して垂直な力（油膜圧力と定義する）が発生する。回転軸９００の回転数が高い時には、この油膜圧力が回転軸９００を支持するため、回転軸９００と下流パッド２０および上流パッド２１とが接触することはない。この油膜圧力は、油膜の径方向の寸法が下流側に向かうに従って減少するくさび形状の時にのみ発生し、このくさび形状により油膜圧力を発生させる効果をくさび効果と言う。一般的な軸受において、効率的にくさび効果を得るためには、部分円筒面２１ａ１の曲率半径を回転軸９００の曲率半径より０から１％ほど大きくすると良いとされている。油膜の径方向の寸法は、大型の軸受でも数百μｍ以下と非常に狭いため、給油穴３０１ａから供給した潤滑油８００のうち、回転軸９００の外周面近傍にある極めてわずかな油のみが油膜領域に流入し、その他の油のほとんどは開口面２１ａ２に沿って上流側に逆流し、気泡排出路４０を通って外径側に排出される。回転軸９００の外周面から遠いほど、回転軸９００の回転によるせん断流れの影響が小さくなるため、逆流する油の速度は大きくなる。

次に、本実施の形態における開口面２１ａ２と気泡排出路４０の作用について、比較例と対比しつつ説明する。図６は、大きな気泡８０１の流れを太矢印で示している。気泡８０１に働く力には、乱流に起因して壁面から遠ざける方向に作用する乱流揚力と、気泡８０１と油の相対速度と逆方向に作用する抗力があり、乱流揚力は気泡８０１の体積に比例するのに対し、抗力は気泡８０１の表面積に比例する。大きな気泡８０１は表面積に対して体積が相対的に大きいため、抗力に対して乱流揚力が大きくなり、回転軸９００の外周面から離れやすい。また、回転軸９００の外周面から遠いほど開口面２１ａ２に沿って上流側に逆流する油の速度が大きいため、回転軸９００の外周面近傍にある大きな気泡８０１は乱流揚力によって回転軸９００の外周面から離れた後、逆流する油の流れに乗って効率よく気泡排出路４０まで排出される。

図７は、小さな気泡８０１の流れを太矢印で示している。回転軸９００の外周面から離れている小さな気泡８０１は、逆流する油の流れに乗って効率よく気泡排出路４０まで排出される。開口面２１ａ２は、回転軸９００の外周面との径方向距離の最小値が下流側に向かうに従って減少するように形成されているため、ここでもくさび効果によって油に圧力が発生する。回転軸９００の外周面近傍の小さな気泡８０１は、油膜領域まで流れようとするが、下流側に向かうに従って、開口面２１ａ２と回転軸９００の外周面との径方向距離の最小値が減少し、くさび効果によって油に発生する圧力が上昇する。そのため、圧力が高いほど気体の溶解度が高くなるというヘンリーの法則により、小さな気泡８０１は油膜領域に侵入する前に油に溶解する。

以上のように、図１から７に示す本実施の形態のジャーナル軸受１００には、油分配部３０１および気泡排出路４０を備えている。油分配部３０１は、回転軸９００の回転方向のせん断流れを持つ潤滑油８００と気泡８０１が、前端面２１ｃおよび開口面２１ａ２に跳ね返されて発生する旋回流の中心位置に設けることもでき、気泡８０１を開口面２１ａ２近傍に留める要因となる旋回流を抑制することができる。また、大きな気泡８０１は気泡排出路４０を通って外径側に排出され、浮力によってキャリアリング１０と油分配部３０１との隙間を通って鉛直上方の大気層まで逃がすことができる。回転軸９００近傍に残された小さな気泡８０１は、くさび効果で発生した圧力によって油に溶解するため、油膜領域への気泡８０１の侵入を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係わるジャーナル軸受１００は、回転軸９００の軸方向に延びて潤滑油８００を供給する油分配部３０１を有する給油ノズル３０と、給油ノズル３０の回転軸９００の回転方向の後方に設けられ、回転軸９００を回転自在に支える上流パッド２１と、を備え、回転軸９００の外周面に対向する上流パッド２１の内周面２１ａは、上流パッド２１の回転軸９００の回転方向の前方の前端面２１ｃから回転方向の後方に向けて、内周面２１ａと回転軸９００の外周面との径方向の間隔が減少する開口面２１ａ２を有し、油分配部３０１と上流パッド２１との間に、潤滑油８００の中に混入した気泡８０１を排出する気泡排出路４０を有しているものである。

この構成によれば、油膜領域に気泡８０１が侵入することが抑制されるため、少ない給油量で油膜領域を油で充足でき、不安定振動を防止することができる。

また、給油ノズル３０から供給される油の中にも気泡８０１が含まれている場合があるが、本実施の形態の構成によれば、給油穴３０１ａから噴射した油を油膜領域に供給するためには、周囲の油と同様に開口面２１ａ２と回転軸９００の外周面との隙間を必ず通る必要があるため、給油穴３０１ａから噴射した油中の気泡８０１は、周囲の油中の気泡８０１と同様に、気泡排出路４０へ排出される。そのため、給油穴３０１ａから噴射した油中の気泡８０１についても、油膜領域への侵入が抑制され、少ない給油量で油膜領域を油で充足でき、不安定振動を防止することができる。

回転軸と油との摩擦により発生する摩擦損失は、油膜領域のせん断による摩擦損失である油膜損失と、油膜領域以外の領域に溜まっている油の攪拌による摩擦損失である攪拌損失と、に分けられる。回転軸のエネルギーに対してジャーナル軸受で発生する損失を軸受損失と定義すると、軸受損失は、油膜損失と攪拌損失との和にほぼ等しい。一般に、油膜損失はパッドの内周面の面積に比例し、攪拌損失は給油量に比例する。

本実施の形態では、少ない給油量で油膜領域を油で充足できるため、油膜領域以外の領域に溜まっている油を削減することができる。したがって、本実施の形態によれば、攪拌損失を低減することができ、それによりジャーナル軸受１００の軸受損失を低減することができる。

また、図１および図３から図７に示した構成のように、開口面２１ａ２を、開口面２１ａ２の接線と、この接線の接点に対して径方向に対向する位置における回転軸９００の外周面の接線、とがなす角度が下流側に向かうに従って減少する曲面形状とする。そうすることで、開口面２１ａ２に沿って逆流する気泡８０１の径方向の速度ベクトルが大きくなるため、油分配部３０１に遮られることなく気泡排出路４０を通って外径側に効率的よく排出することができる。また、開口面２１ａ２と回転軸９００との隙間を下流側に向かうに従って２次関数的に狭くすることで、隙間内の油の圧力をより効率的に上昇させることができるため、小さな気泡８０１をより効率的に溶解でき、油膜領域への小さな気泡８０１の侵入を抑制できる。

実施の形態２．
実施の形態２に係わるジャーナル軸受１００について説明する。図８は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受１００の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図８に示すように、開口面２１ａ２の、回転軸９００の周方向における角度の最大値αは、内周面２１ａの周方向における角度の最大値βに対して８から１６％の範囲にある。図９は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受の給油量削減効果を示す図である。横軸の開口率は、角度βに対する角度αの割合（１００α／β）と定義し、縦軸の給油量削減効果は、上流パッド２１に開口面２１ａ２を備えていない場合に対して、開口面２１ａ２を備えることで不安定振動を抑制することで削減できた給油量の割合と定義する。

開口面２１ａ２と回転軸９００との隙間で発生するくさび効果による油の圧力は、開口率が大きいほど２次関数的に上昇する。開口率が６％以上になると、圧力上昇で小さな気泡８０１の一部が油に溶解し始め、開口率が８％を超えると、小さな気泡８０１のほとんどが油に溶解する。また、開口率が大きいほど部分円筒面２１ａ１の面積が減少するため、回転軸９００を支えられるだけの油膜圧力を得るために、回転軸９００が部分円筒面２１ａ１に接近する。それと共に、上流パッド２１の支持位置でのモーメントのつり合いで、回転軸９００の回転方向とは逆方向に上流パッド２１が回転するため、油膜の上流側の厚みが減少する。油膜の上流側の厚みが減少するほど、少ない給油量で油膜領域を油で充足しやすくなるため、気泡除去による給油量削減効果とは別に、開口率に比例した給油量削減効果を得られる。

しかし、開口率が１６％を超えると、油膜の厚みが極端に減少し、回転軸９００と部分円筒面２１ａ１とが接触してしまう場合、または油膜のせん断が上昇することで油膜の温度が極端に上昇してしまう場合があり、最終的に部分円筒面２１ａ１の焼付きまたは異常摩耗に繋がってしまう場合がある。その場合には、あらゆる給油量の条件下で運転できなくなるため、給油量削減効果はない。

つまり、図１１に示すように、小さな気泡８０１の溶解による効果と油膜厚さ減少による効果を足し合わせると、開口率を６から１６％の範囲にすることで突出した給油量削減効果を得ることができ、さらに、開口率を８から１６％の範囲に限定することで、さらに安定的に突出した給油量削減効果を得ることができる。

この構成によれば、開口率おいて、すなわち、上流パッド２１の内周面２１ａの周方向の寸法に対する開口面２１ａ２の周方向の寸法を、回転軸９００の周方向における角度において、６から１６％の範囲にすることで、突出した給油量削減効果を得ることができ、少ない給油量で油膜領域を油で充足でき、より効率的に不安定振動を抑制することができる。さらに、開口率を８から１６％の範囲に限定することで、さらに安定的に突出した給油量削減効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係わるジャーナル軸受について説明する。図１０は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受１００の給油ノズル３０の周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。実施の形態１による上流パッド２１の開口面２１ａ２の形状を変化させたものであり、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。図１０に示すように、前端面２１ｃと開口面２１ａ２とが接続される位置における、開口面２１ａ２の接線２１ａ２０が気泡排出路４０（境界面も含む）を通るように傾斜面を設けたものである。

この構成によれば、開口面２１ａ２の接線２１ａ２０が通る気泡排出路４０を確保できるので、油分配部３０１によって遮られることなく、開口面２１ａ２に沿って上流側に逆流する気泡８０１を効率よく気泡排出路４０まで誘導することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係わるジャーナル軸受について説明する。図１１は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受１００の給油ノズル３０の周辺の構成を示す、図３のＣ部詳細断面図である。なお、実施の形態１による上流パッド２１の開口面２１ａ２の形状を変化させたものであり、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１１に示すように、開口面２１ａ２は、複数の傾斜面または曲面で構成され、傾斜面または曲面のうち、部分円筒面２１ａ１となす角度が最も小さくなる開口面２１ａ２３は、複数の傾斜面または曲面の中で最も前記下流側に位置している。すなわち、傾斜面または曲面の接線と、この接線の接点に対して径方向に対向する位置における回転軸９００の外周面の接線、とがなす角度が、開口面２１ａ２の回転軸９００の回転方向の最も後方で最小となる。

この構成によれば、開口面２１ａ２３に沿って上流側に逆流する気泡８０１を、上流側の開口面２１ａ２２および開口面２１ａ２１に遮られることなく気泡排出路４０を通って外径側に効率的よく排出することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係わるジャーナル軸受について説明する。図１２は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受の構成を示す、図２の要部断面図である。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１２に示すように、給油ノズル３０のうち、給油口３０２の軸方向の最小外形寸法ａを、油分配部３０１の軸方向の最大外形寸法ｂの半分以下にしている。すなわち、ａ＜ｂ／２の関係となる。

この構成によれば、キャリアリング１０と油分配部３０１との間に十分な流路が確保されるため、気泡排出路４０を通った気泡８０１が、浮力によってキャリアリング１０と油分配部３０１との間にある流路を通って鉛直上方の大気層までより効率的に排出することができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係わるジャーナル軸受について説明する。図１３は、本実施の形態に係わるジャーナル軸受の構成を示す、図２の要部断面図である。実施の形態１の給油ノズル３０の形状を変化させたものであり、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１３に示すように、給油ノズル３０のうち、油分配部３０１とキャリアリング１０とが接続する給油口３０２を、油分配部３０１の軸方向中央の外側、例えば軸方向両端部に配置している。

この構成によれば、油分配部３０１の軸方向中心位置において、油分配部３０１とキャリアリング１０との間に流路が確保されるため、気泡排出路４０を通った気泡８０１が、浮力によってキャリアリング１０と油分配部３０１との間にある流路を通って鉛直上方の大気層までより効率的に排出することができる。回転軸９００を支える油膜圧力は、部分円筒面２１ａ１の軸方向中心位置で最も高くなるため、軸方向中心位置での気泡８０１の侵入を重点的に抑制することで、より効率的に不安定振動を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、油分配部３０１の内部の油の流れは、軸方向両端の給油口３０２から軸方向中心に向かう方向になるため、給油穴３０１ａを通って供給される油の流れも軸方向両端から軸方向中心に向かう方向の速度ベクトルを含む。そのため、軸方向中心位置での油の供給量を相対的に多くすることができ、少ない給油量で、油膜圧力が高い軸方向中心位置の油膜領域を油で充足でき、より効率的に不安定振動を抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、給油口３０２を油分配部３０１の軸方向両端部に配置しているが、どちらか片方のみにすると油分配部３０１とキャリアリング１０との間の流路がさらに広く確保されるため、気泡８０１をより効率的に大気層まで排出することができる。つまり、より効率的に気泡８０１の侵入を抑制でき、不安定振動を抑制することができる。

実施の形態７．
実施の形態７に係るジャーナル軸受について説明する。図１４は、本実施の形態に係るジャーナル軸受の構成を示す、図２の要部断面図である。実施の形態１の給油ノズル３０の形状を変化させたものであり、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１４に示すように、油分配部３０１は、下流パッド２０および上流パッド２１を軸方向に囲う２つのサイドプレート５０と、給油口３０２を設けずに直接に接続されている。

この構成によれば、油分配部３０１の全ての軸方向位置において、油分配部３０１とキャリアリング１０との間に流路が確保されるため、気泡８０１をより効率的に大気層まで排出することができる。つまり、より効率的に気泡８０１の侵入を抑制でき、不安定振動を抑制することができる。

また、本実施の形態では、油分配部３０１は２つのサイドプレート５０と接続しているが、１つのサイドプレート５０とだけ接続するように構成していても同様な効果を生むことが可能である。

実施の形態８．
実施の形態８に係る回転機器について説明する。図１５は、本実施の形態に係る回転機器１０００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。図１５中の上下方向は、例えば、鉛直上下方向を表している。図１５に示すように、回転機器１０００は、水平に設置された回転軸９００と、回転軸９００の両端部を回転自在に支持する一対のジャーナル軸受１００と、回転軸９００の外周側に設置された固定子９０１と、を備えている。一対のジャーナル軸受１００のうちの少なくとも一方は、実施の形態１から７のいずれかに係るジャーナル軸受である。

ジャーナル軸受１００のそれぞれは、回転軸９００の端部の外周側に設置されている。ジャーナル軸受１００のそれぞれは、回転軸９００の自重を含む回転軸９００の径方向荷重を支持している。回転軸９００は、磁極が形成された回転子９００ａを有している。本実施の形態では、回転機器１０００として、固定子９０１に交流電圧を誘導させて発電を行う回転電機を例示している。

本実施の形態によれば、回転軸９００のエネルギーに対してジャーナル軸受１００で発生する軸受損失を低減することができるため、回転電機の発電効率を向上させることができる。また、ジャーナル軸受１００に供給される給油量を削減することができるため、給油ポンプ９０２などの給油設備を小型化することができる。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、給油ノズルの数は２つ以上であってもよい。また、パッドおよび給油ノズルのそれぞれの配置位置についても、図２に示した配置位置には限定されない。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、給油口３０２へ油を供給するための流路の形状および配置は限定されない。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、開口面２１ａ２は、下流パッド２０に設けてもよく、油分配部３０１および給油穴３０１ａおよび気泡排出路４０は、下流パッド２０の上流側に備えていてもよい。これにより、回転軸９００の軸心の位置が左右対称の位置として、油膜の厚みを大きくすることも可能である。また、上流パッド２１の内周面２１ａと回転軸９００の外周面との隙間にあった油が、回転方向に隙間から抜け出すと、急激な圧力低下により、キャビテーション（気体の発砲）が発生するが、キャビテーションにより発生した気体が、回転軸９００の回転に沿って下流パッド２０の内周面と回転軸９００の外周面との隙間に流入することを抑制することも可能である。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、下流パッド２０および上流パッド２１は、単一の材料により形成された単層構造を有していてもよいし、複数の材料により形成された多層構造を有していてもよい。下流パッド２０および上流パッド２１の形成材料には、金属、樹脂などの種々の材料を用いることができる。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、下流パッド２０および上流パッド２１は、周方向の全体にわたって一定の軸方向幅を有していてもよいし、周方向の位置によって異なる軸方向幅を有していてもよい。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００は、ジャーナル軸受１００の内部に潤滑油８００が供給されていない状態も含まれる。

上記実施の形態１から８のいずれかに係るジャーナル軸受１００において、給油ノズル３０の油分配部３０１の形状は、円筒形に限定されず、断面形状が楕円または多角形など、潤滑油８００の流れによって気泡排出路４０が形成できる形状であれば、他の形状でも同様な効果が得られる。

本願明細書において、「軸方向」、「径方向」、「周方向」、「回転方向」、「垂直」等の方向を表す表現は、厳密にそのような方向を含むだけでなく、実質的に同じ機能が得られる方向をも含む。

本願明細書において、「下流側に向かうに従って減少する」等の長さ又は数の変化を表す表現は、単調に減少する状態には限定されず、ある一部の範囲でのみ減少する状態、範囲毎に減少率が異なる状態、および段階的に減少する状態を含む。「下流側に向かうに従って上昇する」等の表現も同様である。

本願明細書において、「備える」、「設ける」、「含む」および「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０キャリアリング、２０下流パッド、２１上流パッド、２１ａ内周面、２１ａ１部分円筒面、２１ａ２開口面、２１ａ２０接線、２１ａ２１開口面、２１ａ２２開口面、２１ａ２３開口面、２１ｂ外周面、２１ｃ前端面、３０給油ノズル、３０１油分配部、３０１ａ給油穴、３０２給油口、３０１１外壁面、４０気泡排出路、５０サイドプレート、１００ジャーナル軸受、８００潤滑油、８０１気泡、９００回転軸、９００ａ回転子、９０１固定子、９０２給油ポンプ、１０００回転機器。

Claims

回転機器の回転軸を支えるジャーナル軸受であって、
前記回転軸の軸方向に延びて潤滑油を供給する油分配部を有する給油ノズルと、
前記給油ノズルの前記回転軸の回転方向の後方に設けられ、前記回転軸を回転自在に支えるパッドと、を備え、
前記回転軸の外周面に対向する前記パッドの内周面は、
前記パッドの前記回転軸の回転方向の前方の前端面から回転方向の後方に向けて、前記内周面と前記回転軸の外周面との径方向の間隔が減少する開口面を有し、
前記油分配部と前記パッドとの間に、前記潤滑油の中に混入した気泡を排出する気泡排出路を有していることを特徴とするジャーナル軸受。
前記パッドの前記内周面の周方向の寸法に対する前記開口面の周方向の寸法は、前記回転軸の周方向における角度において６から１６％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル軸受。
前記パッドの前記開口面は、前記前端面と接する位置での接線が前記気泡排出路の中を通るように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のジャーナル軸受。
前記パッドの前記開口面は、前記開口面の接線と、前記接線の接点に対して径方向に対向する位置における前記回転軸の前記外周面の接線との角度が、前記パッドの前記回転軸の回転方向の前方の前記前端面から後方に向けて、減少する曲面形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジャーナル軸受。
前記パッドの前記開口面は、複数の傾斜面または曲面を有し、前記傾斜面または前記曲面の接線と、前記接線の接点に対して径方向に対向する位置における前記回転軸の前記外周面の接線との角度が、前記開口面の前記回転軸の回転方向の最も後方で最小となることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジャーナル軸受。
前記給油ノズルの前記油分配部に前記潤滑油を給油する給油口の軸方向の最小外形寸法は、前記油分配部の軸方向の最大外形寸法の半分以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジャーナル軸受。
前記給油ノズルの前記油分配部に前記潤滑油を給油する給油口は、前記油分配部の軸方向中央より外側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載のジャーナル軸受。
前記給油ノズルは、給油口を設けず直接に前記油分配部に前記潤滑油を給油するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジャーナル軸受。
ジャーナル軸受により回転軸を支えられている回転機器であって、
前記回転軸の軸方向に延びて潤滑油を供給する油分配部を有する給油ノズルと、
前記給油ノズルの前記回転軸の回転方向の後方に設けられ、前記回転軸を回転自在に支えるパッドと、を備え、
前記回転軸の外周面に対向する前記パッドの内周面は、
前記パッドの前記回転軸の回転方向の前方の前端面から回転方向の後方に向けて、前記内周面と前記回転軸の外周面との径方向の間隔が減少する開口面を有し、
前記油分配部と前記パッドとの間に、前記潤滑油の中に混入した気泡を排出する気泡排出路を有していることを特徴とするジャーナル軸受を用いた回転機器。