(57)【要約】【課題】軸の回転時に、潤滑油の枯渇による軸とティルティングパッドとの間の焼き付きを抑制可能な軸受装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる軸受装置は、回転する軸１０と、軸１０の外周面を油膜を介して支持する複数のティルティングパッド２０を有する軸受３０と、を備える軸受装置１であって、軸１０の外周面には、らせん状の溝１１が設けられ、ティルティングパッド２０の軸側には、潤滑油を溜め置きつつ、溝１１を含む軸１０の外周面に潤滑油を供給可能なポケット２１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する軸と、前記軸の外周面を油膜を介して支持する複数のティルティングパッドを有する軸受と、を備える軸受装置であって、
前記軸の外周面には、らせん状の溝が設けられ、
前記ティルティングパッドの前記軸側には、潤滑油を溜め置きつつ、前記溝を含む前記軸の外周面に潤滑油を供給可能なポケットが設けられている、
軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受に設けられた複数のティルティングパッドが、回転する軸の外周面を油膜を介して支持する、ティルティングパッドジャーナル軸受が知られている。ティルティングパッドジャーナル軸受は、すべり軸受の一種であり、回転する軸の径方向の荷重（ラジアル荷重）を支える。特許文献１には、ティルティングパッドに潤滑油を溜め置きつつ、軸の外周面に対して当該潤滑油を供給可能なポケットを備える、直接潤滑方式のティルティングパッドジャーナル軸受が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２５２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ティルティングパッドジャーナル軸受を用いる場合、軸とティルティングパッドとの間に介在する潤滑油が枯渇することによって、焼き付きが発生するおそれがあるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、軸の回転時に、潤滑油の枯渇による軸とティルティングパッドとの間の焼き付きを抑制可能な軸受装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る軸受装置は、
回転する軸と、前記軸の外周面を油膜を介して支持する複数のティルティングパッドを有する軸受と、を備える軸受装置であって、
前記軸の外周面には、らせん状の溝が設けられ、
前記ティルティングパッドの前記軸側には、潤滑油を溜め置きつつ、前記溝を含む前記軸の外周面に潤滑油を供給可能なポケットが設けられている。
【０００７】
本発明に係る軸受装置では、軸の外周面には、らせん状の溝が設けられ、ティルティングパッドの軸側には、潤滑油を溜め置きつつ、溝を含む軸の外周面に潤滑油を供給可能なポケットが設けられている。よって、軸の回転時に、潤滑油の枯渇による軸とティルティングパッドとの間の焼き付きを抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、軸の回転時に、潤滑油の枯渇による軸とティルティングパッドとの間の焼き付きを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる軸受装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態にかかる軸の斜視図である。
【図３】図２の透明斜視図である。
【図４】実施の形態にかかるティルティングパッドの透明斜視図である。
【図５】実施の形態にかかる軸受装置に潤滑油が供給される流れを示す側面断面図である。
【図６】図１のＶＩ方向から見た側面図である。
【図７】実施の形態にかかる軸とティルティングパッドの位置関係を示す斜視図である。
【図８】図７の白抜き矢印の方向から見た正面図である。
【図９】図８に示す軸が回転した状態を示す正面図である。
【図１０】本実施の形態にかかる軸受装置の配置例を示すブロック図である。
【図１１】本実施の形態にかかる軸受装置の配置例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図１を用いて実施の形態にかかる軸受装置の概略を説明し、図２〜図４を用いて各構成の詳細を説明し、図５〜９を用いて実施の形態にかかる軸受装置の動作について説明する。
【００１１】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態にかかる軸受装置を示す斜視図である。図１に示すように、軸受装置１は、軸１０、ティルティングパッド２０及び軸受３０を備える。図１では、各構成の位置関係を示すため、ティルティングパッド２０の一部を透明斜視図、軸受３０の一部を部分断面図として示した。
【００１２】
軸１０は外周面にらせん状の溝１１を備える。図１に示すように、軸１０が回転可能である一方で、軸受３０は固定されている。軸１０の外周面は、軸受３０が備える複数のティルティングパッド２０によって油膜を介して支持されている。複数のティルティングパッド２０は、軸１０を安定して保持するため、軸１０の周囲に等間隔に配置されることが好ましい。軸１０とティルティングパッド２０との間には、軸受３０から潤滑油が供給される。すなわち、本実施の形態にかかる複数のティルティングパッド２０を備える軸受３０は、直接潤滑方式である。潤滑油が供給される流れは、図５を用いて後述する。
【００１３】
軸受装置１は、軸と軸受（ティルティングパッド）のすべり運動により油膜を形成し軸を浮かせた状態で支持する動圧型の軸受の機能と、圧力を用いて油膜を形成し軸を浮かせた状態で支持する静圧型の軸受の機能とを兼ね備えた装置である。一般に静圧型は加圧された流体を外部から導入することで油膜を形成し軸を支持するが、本実施の形態では、主に軸受装置１の内部で発生した内部圧力を用いる。詳細は図６を用いて後述する。軸受装置１は、例えば、自動車に搭載されるトランスミッションを評価する装置のギヤボックスとして用いることができる。
【００１４】
以下、図２〜図４を用いて、軸とティルティングパッドの詳細について説明する。
図２は、実施の形態にかかる軸の斜視図である。図３は、図２の透明斜視図である。図２及び図３に示すように、軸１０は、上述の通り外周面にらせん状の溝１１を備える。らせん状の溝１１は、軸受３０からティルティングパッド２０を介して溝１１に潤滑油が供給された際に、当該潤滑油が溝１１上を伝うことができる程度の間隔と深さで配設することができる。例えば、軸１０の最低回転数に応じて、当該最低回転数のときに、潤滑油が溝１１上を伝うことができる程度の間隔と深さで配設することが好ましい。
【００１５】
軸１０は、正回転及び逆回転が可能である。軸１０の回転速度や、軸１０に入力されるトルクは任意に設定可能である。例えば、軸１０の回転には、定常回転と、０回転を含む加減速回転との両方を含む。
【００１６】
図４は、実施の形態にかかるティルティングパッドの透明斜視図である。図４に示すように、ティルティングパッド２０は、ポケット２１及びノズル２２を備える。図４に示すように、ティルティングパッド２０の、軸１０に接する面の角部２３は、面取りされていてもよい。ポケット２１は、軸１０の外周面側であって、軸１０の回転方向に沿うように開口して配設されている。ポケット２１は、潤滑油を溜め置きつつ、軸１０の外周面に潤滑油を供給可能である。ポケット２１には、軸受３０から接続されたノズル２２より、潤滑油が供給される。ポケット２１及びノズル２２は、一つのティルティングパッドに対して１以上配設することができる。
【００１７】
次に、図５〜９を用いて、実施の形態にかかる軸受装置の動作について説明する。
図５は、実施の形態にかかる軸受装置に潤滑油が供給される流れを示す側面断面図である。図５では、潤滑油が供給される流れを黒矢印で示す。図５に示すように、軸受３０から供給された潤滑油は、各ティルティングパッド２０のノズル２２及びポケット２１から、軸１０の外周面に供給される。また、潤滑油は、隣り合うティルティングパッド２０同士の間からも、軸１０の外周面に対して供給される。
【００１８】
図６は、図１のＶＩ方向から見た側面図である。図６では、一例として、正回転する（黒矢印で示す）軸１０を、５個のティルティングパッド２０ａ〜２０ｅが支持している。ティルティングパッドの数は、軸１０を安定して支持可能な個数とすることが好ましい。なお、図６では各ティルティングパッドに格子柄のハッチングが施してあるが、これは説明の便宜上施したものであって、断面図を示すものではない。
【００１９】
図６に示すように、軸１０の外周面は、油膜を介してティルティングパッド２０によって支持されている。ティルティングパッド２０の外周面は、軸受３０の内周面に支持されている。軸１０が正回転すると、ティルティングパッド２０ａ〜２０ｅは、ピボットＰを支点として、軸１０の回転方向に対してわずかに傾いた状態で、軸１０の荷重を支える。ティルティングパッド２０ａ〜２０ｅが傾くことによって、ティルティングパッド２０ａ〜２０ｅと軸１０との間に、軸１０の回転方向の入口側から潤滑油が引き込まれ、軸１０の表面に油膜が形成される。軸１０は当該油膜によって浮いた状態で、ティルティングパッド２０ａ〜２０ｅに支持される。さらに、ポケット２１ａ〜２１ｅから流入した潤滑油によっても、油膜が形成され、軸１０は当該油膜によって浮いた状態で、ティルティングパッド２０ａ〜２０ｅに支持される。
【００２０】
図６を用いて、一例として、軸受装置１をギヤボックスとして用いる場合について、軸１０とティルティングパッド２０の動きを説明する。軸受装置１をギヤボックスとして用いる場合、軸１０の、ティルティングパッド２０及び軸受３０によって支持されていない部分の外周面の一部には、歯車（不図示）が配設されている。軸受装置１に配設された歯車と、同様の構成を有する別体の軸受装置（不図示）に配置された歯車とが互いに噛み合い、軸１０は回転する。
【００２１】
図６に示すように、軸１０が正回転する場合、歯車反力によって、ティルティングパッド２０ａ及び２０ｂにラジアル（半径）方向の荷重（白抜き矢印で示す）が作用する。すなわち、軸１０は、歯車反力によって、ティルティングパッド２０ａ及び２０ｂに押し付けられた状態となる。ここで、ティルティングパッド２０ａを例として説明する。ティルティングパッド２０ａが備えるポケット２１ａには、流体である潤滑油が供給され充填されているため、歯車反力による荷重がティルティングパッド２０ａにかかると、ポケット２１ａ内の圧力が高まる。ティルティングパッド２０ａに押し付けられた軸１０は、当該ポケット２１ａ内の圧力によって、白抜き矢印とは反対方向に押し返される。すなわち、動圧型の軸受としての機能に加え、内部圧力を用いることによって、静圧型の軸受としても機能する。ティルティングパッド２０ａが軸１０を押し返すと、ポケット２１ａと軸１０との間には隙間が生じるため、ポケット２１ａからは潤滑油が滲み出るようにして軸１０の外周面に供給される。ティルティングパッド２０ｂについても同様である。なお、歯車反力によってティルティングパッドにラジアル方向の荷重がかかる位置は、歯車の形状（歯車緒言）によって変化する。
なお、図６では軸１０が正回転する場合について説明したが、軸１０が逆回転する場合も同様である。
【００２２】
一方、上記のように、軸１０が歯車反力によってティルティングパッド２０ａ及び２０ｂに押し付けられた場合、ティルティングパッド２０ｃ〜２０ｅのポケット２１ｃ〜２１ｅと、軸１０との間には、隙間が生じる。すなわち、歯車反力による荷重がかかっていない、ポケット２１ｃ〜２１ｅからは、軸１０の外周面に対して潤滑油が供給される。
【００２３】
次に、図７〜９を用いて、軸の回転時における、軸表面の溝とティルティングパッドの位置関係について説明する。
図７は、実施の形態にかかる軸とティルティングパッドの位置関係を示す斜視図である。図８は、図７の白抜き矢印の方向から見た正面図である。図９は、図８に示す軸が回転した状態を示す正面図である。
【００２４】
図７及び図８は、ティルティングパッド２０のポケット２１が、軸１０に油膜を介して接触している状態を示している。図６を用いて説明したように、歯車反力を受けたティルティングパッドの場合は、軸１０がティルティングパッド２０に押し付けられることによって、ポケット２１内の圧力が高まる。一方、図８に示すように、歯車反力がかかっていないポケット２１では、軸１０の外周面に対して潤滑油Ｌがにじみ出るようにして供給される。なお、図８では、潤滑油Ｌがにじみ出る様子を示すために、一部の潤滑油Ｌを省略しているが、実際は、潤滑油Ｌは軸１０及び溝１１に広がった状態である。
【００２５】
図９は、ティルティングパッド２０のポケット２１が軸１０の溝１１に開口している状態、すなわちポケット２１から溝１１へ潤滑油Ｌを供給している状態を示している。軸１０が回転して、軸１０の溝１１とポケット２１との位置が合うと、ポケット２１から溝１１に潤滑油が供給される。図９では、潤滑油Ｌが溝１１へ供給されている様子を示すため、図７及び図８で説明した、溝１１以外の軸１０に供給された潤滑油Ｌは省略している。実際は、潤滑油Ｌは軸１０にも広がった状態である。
【００２６】
図１０及び図１１は、本実施の形態にかかる軸受装置の配置例を示すブロック図である。図１０ａは、従来のエンジンベンチを示すブロック図であり、図１０ｂは、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックスを配置した車載モータベンチを示すブロック図である。
【００２７】
図１０ａに示すように、一例として、回転数８０００ｒｐｍの設備モータ４１を用いて、回転数８０００ｒｐｍのエンジン４２の評価を行うことができる。ここで、図１０ｂに示すように、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックス１０１を、設備モータ４１と車載モータ５２との間に介在させるように配置する。ギヤボックス１０１を配置することにより、図１０ａと同じ、回転数８０００ｒｐｍの従来の設備モータ４１を用いて、従来のエンジン４２と比較して高速回転である車載モータ（モータジェネレータ、ＭＧ）の評価を行うことができる。
【００２８】
図１１ａは、従来の駆動ベンチのブロック図を示すブロック図であり、図１１ｂは、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックスを配置した駆動ベンチを示すブロック図である。従来の駆動ベンチは、例えば、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、無段変速機（ＣＶＴ）、ハイブリッド（ＨＶ）用の駆動ベンチである。本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックスを配置した駆動ベンチは、例えば、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）用の駆動ベンチである。
【００２９】
図１１ａに示すように、一例として、回転数２０００ｒｐｍの設備モータ６１及び６２と、回転数８０００ｒｐｍの設備モータ６３を用いて、回転数８０００ｒｐｍのトランスアクスル７１の評価を行うことができる。ここで、図１１ｂに示すように、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックス２０１を、トランスアクスル７２と設備モータ６３との間に介在させるように配置する。ギヤボックス２０１を配置することにより、図１１ａと同じ回転数の従来の設備モータ６１〜６３を用いて、従来のトランスアクスルと比較して高速回転であるトランスアクスルの評価を行うことができる。
【００３０】
このように、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックスを介在させるように配置することで、車載モータやトランスアクスルの回転数を増速でき、また、高トルクにおいて車載モータやトランスアクスルの評価を行うことができる。
【００３１】
従来、ティルティングパッドジャーナル軸受を用いる場合、軸とティルティングパッドとの間に介在する潤滑油が枯渇することによって、焼き付きが発生するおそれがあるという問題があった。
【００３２】
これに対し、本実施の形態にかかる軸受装置は、軸の外周面に、らせん状の溝が設けられている。また、ティルティングパッドの軸側に、潤滑油を溜め置きつつ、溝を含む軸の外周面に潤滑油を供給可能なポケットが設けられている。軸の外周面には、隣り合うティルティングパッド同士の間から潤滑油が供給されることに加え、ティルティングパッドのポケットから軸の溝を含む外周面に対して潤滑油が供給される。したがって、軸の外周面における潤滑油の枯渇を抑制することができる。よって、軸の回転時に、潤滑油の枯渇による焼き付きの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、発明者は、低速回転の場合に回転数が少なくなることによって、軸の外周面に供給される潤滑油の量が減り、動圧型としての機能が十分に発揮することができなくなり、軸の外周面において潤滑油が枯渇するおそれがあるという問題を見出した。本実施の形態にかかる軸受装置は、歯車反力によって、ティルティングパッドにはラジアル方向の荷重がかかる。すなわち、軸がティルティングパッドに押し付けられるため、潤滑油が充填された状態のポケット内の圧力は高まる。当該内部圧力によって、軸は押し返される。軸がポケット内の圧力によって押し返される際に、ポケットに充填されている潤滑油が軸の外周面に供給される。上述の通り、ポケットから供給される潤滑油は、軸の溝を含む外周面に供給されるため、軸が低速回転の場合であっても、潤滑油の枯渇を抑制することができる。よって、軸が低速回転の場合であっても、潤滑油の枯渇による焼き付きの発生を抑制することができる。
【００３４】
また、例えば、従来の軸受装置を、回転速度が一定では無く高速や低速に変化してトルクの変動があり、正回転及び逆回転するようなギヤボックスなどに用いる場合に、動圧型と静圧型の軸受をそれぞれ別体として配置し、高速回転の場合は動圧型、低速回転の場合は静圧型と切り替えて用いる場合が考えられる。一般的な静圧型の軸受では、加圧された流体を外部から導入することで油膜を形成するが、本実施の形態にかかる軸受装置では、ポケット内にかかった内部圧力を利用している。したがって、本実施の形態にかかる軸受装置は、一つの装置で、動圧型の軸受としての機能に加え、静圧型の軸受としても機能することができる。したがって、動圧型と静圧型の複合軸受の設置に伴う高コスト化を抑制することもできる。なお、低速回転で用いる場合において、供給する潤滑油に多少の加圧を伴ってもよいが、当該加圧の程度は、静圧型の軸受のみを用いる場合と比較して低い。
【００３５】
また、本実施の形態にかかるティルティングパッドが軸に接する面の角部が面取りされることによって、例えば軸の回転方向が逆になった場合に、トルクゼロクロスによる歯車バックラッシによって発生する非線形のトルク入力に起因するティルティングパッド角部と軸との接触を抑制することができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態にかかる軸受装置を備えるギヤボックスを従来の設備モータに接続することで、従来の設備モータを流用して高速回転である車載モータやトランスアクスルの評価を行うことができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  軸受装置
１０  軸
１１  溝
２０、２０ａ〜２０ｅ  ティルティングパッド
２１、２１ａ〜２１ｅ  ポケット
２２  ノズル
２３  角部
３０  軸受
４１、６１〜６３  設備モータ
５２  車載モータ
７１、７２  トランスアクスル
１０１、２０１  ギヤボックス
Ｌ  潤滑油
Ｐ  ピボット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020169659.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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