(57)【要約】      （修正有）【課題】ジャーナル軸受において、軸受面のクリアランスを通じた流体流れに対する抵抗を減少させることにより、クリアランスを通じた流体の流量を増大させることができ、それにより、流体圧の所要の増大を伴うことなく、冷却を高め、または、軸受寿命を延ばす。【解決手段】ジャーナル軸受４０と共に用いるブシュ４４は、内側軸受面４６を形成する円筒状内面と、長手方向軸４５および内径ＩＤと、長手方向軸に沿う長さＨを有する内側軸受面４６の溝領域と、内側軸受面４６の溝付き領域における溝４８の組であって、Ｎが溝４８の組における溝の数である、溝の組とを含む。各溝は、ブシュ４４の長手方向軸４５から螺旋角度θだけオフセットされて配置される。螺旋角度は、以下の方程式、すなわち、tangent（θ）＝（π×ＩＤ）／（Ｎ×Ｈ）にほぼ等しい。【選択図】図５
2014169792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャーナル軸受と共に用いるブシュにおいて、
内側軸受面を形成する円筒状の内面と、
長手方向軸および内径（ＩＤ）と、
長手方向軸に沿う長さＨを有する内側軸受面の溝付き領域と、
内側軸受面の溝付き領域における溝の組であって、Ｎが溝の組における溝の数である、
溝の組と、
を備え、
各溝は、ブシュの長手方向軸から螺旋角度（θ）だけオフセットされて配置され、
螺旋角度が以下の方程式にほぼ等しい、ブッシュ。
tangent（θ）＝（π×ＩＤ）／（Ｎ×Ｈ）
【請求項２】
溝の組が１から１０個の溝を含む請求項１に記載のブシュ。
【請求項３】
溝の組が１から５個の溝を含む請求項１に記載のブシュ。
【請求項４】
螺旋角度が１／２・θから３／２・θである請求項１に記載のブシュ。
【請求項５】
螺旋角度が０．９×θから１．１×θである請求項１に記載のブシュ。
【請求項６】
ジャーナル軸受と共に用いるブシュであって、
内側軸受面を形成する円筒状の内面と、
円筒状の内面の中心を通って延びる長手方向軸と、
長手方向軸に沿う長さＨを有する内側軸受面の溝付き領域と、
内側軸受面の溝付き領域における螺旋溝の組と、
を備え、
長手方向軸と平行な方向で内側軸受面の溝付き領域に沿って延びる任意の直線が螺旋溝
の組の１つの溝だけと交わる、ブシュ。
【請求項７】
ジャーナル軸受と共に用いるブシュにおいて、
内側軸受面を形成する円筒状の内面であって、外周を有する円筒状の内面と、
内側軸受面の螺旋溝の組であって、螺旋溝の数が値Ｎを規定する螺旋溝の組と、
を備え、
螺旋溝の組における各溝が前記外周の一部の周囲で延び、
内側軸受面における螺旋溝の組の各溝が巻回を有し、１つの溝の巻回が、それぞれの溝
によって延在される外周の割合として規定され、
各溝の巻回が約１／Ｎである、ブシュ。
【請求項８】
各溝の巻回が１／Ｎの５０％から１５０％である請求項７に記載のブシュ。
【請求項９】
各溝の巻回が１／Ｎの９０％から１１０％である請求項７に記載のブシュ。
【請求項１０】
螺旋溝の組における螺旋溝の数が１から１０である請求項７に記載のブシュ。
【請求項１１】
螺旋溝の組における螺旋溝の数が１から５である請求項７に記載のブシュ。
【請求項１２】
回転機器と共に用いる軸受であって、長手方向軸を有する軸受において、
内側軸受面を形成する円筒状の内面を有し、円筒状の内面が第１の直径（Ｄ１）を有す
るブシュと、
回転シャフトに取り付けられ、ブシュ内で回転するように構成されるとともに、外側軸
受面を形成する円筒状の外面を有し、円筒状の外面が第２の直径（Ｄ２）を有するジャー
ナルと、
軸受の長手方向軸に沿う長さＨを有する軸受面の一方の溝付き領域と、
軸受面の溝付き領域における溝の組であって、Ｎが溝の組における溝の数である、溝の
組と、
を備え、
各溝は、軸受の長手方向軸から螺旋角度（θ）だけオフセットされて配置され、
螺旋角度が以下の方程式にほぼ等しい、軸受。
tangent（θ）＝（π×（Ｄ１＋Ｄ２））／（２×Ｎ×Ｈ）
【請求項１３】
溝付き領域がブシュの内側軸受面に位置づけられ、
螺旋角度が以下の方程式にほぼ等しい
tangent（θ）＝（π×Ｄ１）／（Ｎ×Ｈ）
請求項１２に記載の軸受。
【請求項１４】
溝付き領域がジャーナルの外側軸受面に位置づけられ、
螺旋角度が以下の方程式にほぼ等しい
tangent（θ）＝（π×Ｄ２）／（Ｎ×Ｈ）
請求項１２に記載の軸受。
【請求項１５】
溝の組が１から１０個の溝を含む請求項１２に記載の軸受。
【請求項１６】
溝の組が１から５個の溝を含む請求項１２に記載の軸受。
【請求項１７】
螺旋角度が１／２・θから３／２・θである請求項１２に記載の軸受。
【請求項１８】
螺旋角度が０．９×θから１．１×θである請求項１２に記載の軸受。
【請求項１９】
回転機器と共に用いる軸受であって、
内側軸受面を形成する円筒状の内面を有するブシュと、
回転シャフトに取り付けられ、ブシュ内で回転するように構成されるとともに、外側軸
受面を形成する円筒状の外面を有するジャーナルと、
ブシュの円筒状の内面の中心を通って延びる長手方向軸と、
長手方向軸に沿う長さＨを有する軸受の軸受面の一方の溝付き領域と、
軸受面の溝付き領域における螺旋溝の組と、
を備え、
長手方向軸と平行な方向で軸受面の溝付き領域に沿って延びる任意の直線が螺旋溝の組
の１つの溝だけと交わる、軸受。
【請求項２０】
回転機器と共に用いる軸受において、
内側軸受面を形成する円筒状の内面を有し、円筒状の内面が第１の外周（Ｃ１）を有す
るブシュと、
回転シャフトに取り付けられ、ブシュ内で回転するように構成されるとともに、第２の
外周（Ｃ２）を有する外側軸受面を形成する円筒状の外面を有するジャーナルと、
軸受面の一方の螺旋溝の組であって、螺旋溝の数が値Ｎを規定する螺旋溝の組と、
を備え、
螺旋溝の組における各溝が軸受面の外周（Ｃ１またはＣ２）の一部の周囲で延び、
内側軸受面における螺旋溝の組の各溝が巻回を有し、１つの溝の巻回が、それぞれの溝
によって延在される外周の割合として規定され、
各溝の巻回が約１／Ｎである、軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、その全体が本願に組み入れられる「JOURNAL BEARING DESIGN」と題される
２００９年１月１２日に出願された米国仮出願第６１／１４４，０５５号の利益を主張す
る。
【０００２】
本開示は、一般に、回転機器と共に使用するための軸受に関する。また、本開示は、ジ
ャーナル軸受のための改良された構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
軸受は、一般に、２つの部品間の相対的な動きを可能にするために回転機器で使用され
る。例えば、転がり軸受またはコロ軸受は、シャフトが固定されたハウジング内で回転で
きるようにするために使用されてもよい。ジャーナル軸受は、回転シャフトと共に用いる
簡単な軸受である。ジャーナル軸受において、「ジャーナル」とはシャフトの一部のこと
であり、「ブシュ」とはジャーナルを取り囲む中空のシリンダのことである。ブシュは、
「ジャーナルボックス」と呼ばれる場合があるハウジングまたは他のケーシング内にセッ
トされる。
【０００４】
一般に、ジャーナルおよびブシュはいずれも滑らかな研磨されたシリンダである。ジャ
ーナルとブシュとの間の隙間は、軸受の「クリアランス」と称される場合がある。ジャー
ナル軸受では、ジャーナルとブシュとの間のクリアランス内に潤滑油が加えられる。潤滑
油は、一般に、回転するジャーナルと固定されたブシュとの間にクッションを与えるのに
十分な粘性を有する。
【０００５】
図１は、回転装置１を含む従来技術のシステムの一例を示している。回転装置１は任意
の種類の回転機器（例えば、モータ、ポンプなど）を含んでもよい。回転装置１は、端部
キャップ１２とジャーナルボックス１４とを有する固定ハウジング１０を含む。また、回
転装置１は、回転要素２２とジャーナル軸受２４とを有する回転シャフト２０も含む。回
転要素２２は、回転装置１の任意の構成要素（例えば、ロータ、インペラなど）を含んで
もよい。
【０００６】
図２Ａから２Ｄは従来技術のジャーナル軸受２４の様々な態様を示している。図２Ａは
、ブシュ内面２８を有するブシュ２６の縦断面を示している。ブシュ２６は、ジャーナル
２７を収容するように構成される中空のシリンダである。図２Ｂは、ジャーナル外面２９
を有するジャーナル２７を示している。図２Ｃに示されるように、ジャーナル２７は、軸
受２４を形成するためにブシュ２６の内側に置かれる。
【０００７】
図２Ｄは、図２Ｃに示される線２Ｄ−２Ｄに沿う軸受２４の断面を示しており、この場
合、矢印３０は回転シャフト２０およびジャーナル２７の回転方向を示している。ブシュ
２６とジャーナル２７との間の隙間がクリアランス３４である。クリアランス３４内には
潤滑油３２が導入される。ブシュ２６内でのジャーナル２７の回転は潤滑油３２の「楔」
を形成する。ジャーナル２７は、ブシュ２６と直接に接触することなく潤滑油３２の楔上
に載置する。
【０００８】
幾つかの用途では、潤滑油３２が回転装置１および任意の軸受２４の内部を貫通して循
環され、それにより、熱が除去されるとともに、潤滑がなされる。通常のキャンドモータ
用途では、軸受２４を冷却するのに適した潤滑油３２の量は、モータおよびその構成要素
の少なくとも一方を冷却するために必要とされる潤滑油３２の量よりも少ない。これらの
用途では、潤滑油３２の一部が軸受２４を迂回し、それにより、クリアランス３４の通過
に伴う圧力降下が回避される−多くのジャーナル軸受のクリアランス３４を通じて流れる
ためには高い抵抗が存在する。近接クリアランスジャーナル軸受の構造は、潤滑油の圧力
降下と最小許容流量との間のバランスによってかなり制約される。また、回転装置１の回
転速度が増大するにつれて、クリアランス３４を通じた流れ抵抗も増大する。一部のジャ
ーナル軸受は１つ以上の溝を軸受面に含む−これにより、クリアランスを通じた流れ抵抗
が低下する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、幾つかの実施形態によれば、ジャーナル軸受に関する。一例として、本開示
の教示内容は、ジャーナル軸受で用いるブシュを提供する。ブシュは、内側軸受面を形成
する円筒状の内面と、長手方向軸および内径（ＩＤ）と、長手方向軸に沿う長さＨを有す
る内側軸受面の溝付き領域と、内側軸受面の溝付き領域における溝の組であって、Ｎが溝
の組における溝の数である、溝の組とを含んでもよい。各溝は、ブシュの長手方向軸から
螺旋角度（θ）だけオフセットされて配置されてもよい。螺旋角度は以下の方程式にほぼ
等しくてもよい。
tangent（θ）＝（π×ＩＤ）／（Ｎ×Ｈ）
【００１０】
他の例として、本開示は、ジャーナル軸受で用いるブシュを提供する。ブシュは、内側
軸受面を形成する円筒状の内面と、円筒状の内面の中心を通って延びる長手方向軸と、長
手方向軸に沿う長さＨを有する内側軸受面の溝付き領域と、内側軸受面の溝付き領域にお
ける螺旋溝の組とを含んでもよい。また、長手方向軸と平行な方向で内側軸受面の溝付き
領域に沿って延びる任意の直線が螺旋溝の組の１つの溝だけと交わってもよい。
【００１１】
他の例として、本開示は、回転機器と共に用いる軸受を提供する。軸受は、内側軸受面
を形成する円筒状の内面を有するとともに、長手方向軸および内径（ＩＤ）を有するブシ
ュと、回転シャフトに取り付けられ、ブシュ内で回転するように構成されるとともに、外
側軸受面を形成する円筒状の外面を有するジャーナルと、ブシュの長手方向軸に沿う長さ
Ｈを有するブシュの内側軸受面の溝付き領域と、ブシュの内側軸受面の溝付き領域におけ
る溝の組であって、Ｎが溝の組における溝の数である、溝の組とを含んでもよい。各溝は
、ブシュの長手方向軸から螺旋角度（θ）だけオフセットされて配置されてもよい。また
、螺旋角度は以下の方程式にほぼ等しい。
tangent（θ）＝（π×ＩＤ）／（Ｎ×Ｈ）
【００１２】
他の例として、本開示は、回転機器と共に用いる軸受を提供する。軸受は、内側軸受面
を形成する円筒状の内面を有するとともに、円筒状の内面の中心を通って延びる長手方向
軸を有するブシュと、回転シャフトに取り付けられ、ブシュ内で回転するように構成され
るとともに、外側軸受面を形成する円筒状の外面を有するジャーナルと、長手方向軸に沿
う長さＨを有する内側軸受面の溝付き領域と、内側軸受面の溝付き領域における螺旋溝の
組とを含んでもよい。長手方向軸と平行な方向で内側軸受面の溝付き領域に沿って延びる
任意の直線が螺旋溝の組の１つの溝だけと交わってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本実施形態のより完全な理解および本実施形態の利点は、添付図面と併せて解釈される
以下の説明を参照することにより得ることができ、図中、同様の参照符号は同様の特徴を
示す。
【図１】回転機器とジャーナル軸受とを含む従来技術のシステムの一例を示している。
【図２】図２Ａから２Ｄは、従来技術のジャーナル軸受の一例の様々な態様を示している。
【図３】本開示の教示内容を組み入れる軸受の一例を示している。
【図４】図３の線４−４に沿う軸受の断面を示している。
【図５】図３の線５−５に沿う軸受の断面を示している。
【図６】本開示の教示内容を組み入れるブシュの一例の選択された態様を示している。
【図７】本開示の教示内容を組み入れるブシュの一例の選択された態様を示している。
【図８】本開示の教示内容を組み入れるブシュの一例の選択された態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の実施形態およびそれらの利点は、同様の参照符号が同様の対応する部分を示す
ために使用される図３から８を参照することにより最も良く理解される。この説明は、キ
ャンドモータポンプと共にジャーナル軸受で用いるブシュにおけるこの教示内容の適用に
焦点を合わせるが、この教示内容は他の回転機器において用途を有してもよい。例えば、
本開示の教示内容は、ジャーナル軸受で用いるジャーナルを改良するために使用されても
よい。他の例として、本開示の態様を具現化するジャーナル軸受は、垂直に、水平に、ま
たは、さもなければ位置合わせされた用途の少なくともいずれかで使用されてもよい。
【００１５】
図３は、本開示の教示内容を組み入れるジャーナル軸受４０の一例を示している。ジャ
ーナル軸受４０はジャーナル４２とブシュ４４とを含んでもよい。ジャーナル４２の外径
とブシュ４４の内径との間の差はクリアランス４１（図４に示される）を形成し得る。ジ
ャーナル４２は、回転シャフト５０に取り付けられるか、または、回転シャフト５０と一
体であるかの、少なくとも一方であってよい。回転シャフト５０およびジャーナル４２は
、矢印５２で示される方向に単一ユニットとして回転する。ブシュ４４は、回転シャフト
５０とほぼ位置合わせされる長手方向軸４５（図５に示される）を有してもよい。ブシュ
４４は、図３に示される長さをＬ１として有してもよい。
【００１６】
図４は、図３の線４−４に沿うジャーナル軸受４０の断面を示している。図４に示され
るように、ブシュ４４はジャーナル４２を取り囲んでもよい。ジャーナル４２とブシュ４
４との間の空間がクリアランス４１を形成し得る。ジャーナル軸受４０は、軸受面のうち
の１つに一組の溝４８を含んでもよい。例えば、図４に示されるように、ジャーナル軸受
４０は、ブシュ４４の内側軸受面４６に一組の溝４８を含んでもよい。他の例として、ジ
ャーナル軸受４０は、ジャーナル４２の外側軸受面４３に一組の溝４８を含んでもよい。
ジャーナル軸受において溝が軸受面４３、４６のうちの一方に加えられる場合には、クリ
アランス４１を通じた流体流れに対する抵抗を減少させることができる。クリアランス４
１を通じた流体流れに対する抵抗を減少させると、クリアランス４１を通じた流体の流量
を増大させることができ、それにより、流体圧の所要の増大を伴うことなく、少なくとも
、冷却を高めることができるか、または、軸受寿命を延ばすことができる。
【００１７】
図５は、図３の線５−５に沿うブシュ４４の断面を示している。図５に示されるように
、ブシュ４４は、内側軸受面４６を形成する円筒状の内面を含んでもよい。円筒状の内面
は長手方向軸４５を規定し得る。内側軸受面４６は、ブシュ４４の円筒状の内面を裏打ち
する柔軟材料を含んでもよい。ブシュ４４の円筒状の内面を裏打ちするための材料の一例
は、「バビット」として一般に公知である。バビットは、スズ系および鉛系の少なくとも
一方の合金を含んでもよい。バビットおよび他の適した材料の少なくとも一方から成るラ
イニングは、ジャーナル４２がブシュ４４と接触する場合には、回転シャフト５０または
ジャーナル４２を損傷（例えば、固着や削れ、またはその両方）から保護することができ
る。また、バビットのライニングは、潤滑油５３で発生する任意の汚染物質がジャーナル
４２を損傷させることなくライニング中に入り込むことができるようにしてもよい。
【００１８】
ブシュ４４は、内側軸受面４６に１つ以上の溝４８を含んでもよい。溝４８を含むブシ
ュ４４の部分は溝付き領域と称されてもよい。幾つかの実施形態では、溝付き領域は、溝
４８を含むように長手方向軸４５の方向に延びる領域である。例えば、図５に示される実
施形態において、溝付き領域は、長手方向軸４５に対して垂直に延びる仮想線４９によっ
て境界付けられる内側軸受面４６の領域である。図５に示されるように、溝付き領域は長
さＬ２を有してもよい。他の実施形態において、溝付き領域の長さ（Ｌ２）はＬ１にほぼ
等しくてもよい。
【００１９】
図４および図５は、一例として、内側軸受面４６に４つの溝４８を伴う溝付き領域を示
している。溝付き領域は、所定の数の溝４８を有するものとされ、その数がＮとして規定
される。個々の溝は、溝付き領域に、任意の単一の連続した溝４８を含む。
【００２０】
ブシュ４４は、溝付き領域に、単一の溝４８またはＮ個の溝４８の組を含んでもよい。
図４に関して説明したように、ジャーナル軸受４０の軸受面４３、４６に対する溝４８の
付加は、クリアランス４１を通じた流体流れに対する抵抗を減少させることができる。し
かしながら、ジャーナル軸受４０の軸受面４３、４６に対する溝４８の付加は、ジャーナ
ル軸受４０の負荷支持能力を低下させる場合もある。溝４８の特定の構造および形状は、
クリアランス４１を通じた流体流れに対する抵抗およびジャーナル軸受４０の負荷支持能
力の両方に影響を及ぼし得る。
【００２１】
ジャーナル軸受の負荷支持能力は、軸受面の有効流体力学的表面積に関係している。一
般に、溝付きの表面は、滑らかな表面よりも小さい全流体力学的表面積を与える。ジャー
ナル軸受の軸受面４３、４６のために一組の溝４８を設計する１つの挑戦的な態様は、ジ
ャーナル軸受４０の負荷支持能力を著しく低下させることなくクリアランス４１を通じた
流体流れの速度を高めることである。
【００２２】
図６は、ジャーナル軸受４０の軸受面４３，４６で用いる溝４８に関する構造例を示し
ている。図６は、単に説明の目的で、あたかも平らな面であるかのように展開された軸受
面４３、４６を示している。図６に示される溝４８に関する構造は、図５に示されるよう
なブシュ４４の軸受面４６か、または、ジャーナル４２の軸受面４３の少なくとも一方に
対して実施されてもよい。図６に示されるように、仮想線４９は、軸受面４３、４６の溝
付き領域を境界付けてもよい。軸受面４３、４６の溝付き領域は、図５に関して前述した
ように長さＬ２を有してもよい。
【００２３】
図６に示される構造は、長手方向軸４５に対して角度θで延びる４つの溝４８（Ｎ＝４
）を含む。図６に示される例は４つの溝を含むが、当業者は、任意の数の溝を伴って本開
示の教示内容を実施してもよい。溝のθは以下の方程式によって規定されてもよい。
tangent（θ）＝（π×Ｄ）／（Ｎ×Ｈ）  （方程式１）
【００２４】
ここで、θは溝４８と長手方向軸４５との間の螺旋角度であり、Ｄは円筒軸受面の直径
であり、Ｎは溝の数であり、また、Ｈは軸受面の溝付き領域の長さである。（π×Ｄ）は
円筒状の軸受面の外周であるため、（π×Ｄ）／Ｎは各溝４８によって覆われる周長であ
る。当業者は、方程式１によって規定される値にわたってθを変えることができてもよい
。例えば、θを増大させると、軸受面の溝付き領域の両側で溝４８を重ね合わせることが
できる。他の例として、θを減少させると、軸受面の溝付き領域の両端で溝４８の端部間
に隙間を設けることができる。一例として、螺旋角度は０．５×θと１．５×θとの間で
選択されてもよい。他の例として、螺旋角度は０．９×θと１．１×θとの間で選択され
てもよい。
【００２５】
軸受４０では、溝付き領域が軸受面の一方または両方（例えば、ブシュ４４の内側軸受
面４６およびジャーナル４２の外側軸受面４３の少なくとも一方）にあってもよい。溝４
８における螺旋角度θを決定するときには、ジャーナルおよびブシュの平均直径（例えば
、ジャーナル外径＋ブシュ内径、全て２で割る）を使用してもよい。多くのジャーナル軸
受において、ジャーナルと軸受との間のクリアランスは、ジャーナルの直径およびブシュ
の直径の少なくとも一方と比べると比較的小さい。本開示の教示内容を組み入れる軸受の
例では、溝４８の構造は、以下の式を使用して螺旋角度θを設定することを含んでもよい
。
tangent（θ）＝（π×（Ｄ１＋Ｄ２））／（２×Ｎ×Ｈ）  （方程式２）
【００２６】
ここで、θは溝４８と長手方向軸４５との間の螺旋角度であり、Ｄ１はブシュの内側軸
受面の直径であり、Ｄ２はジャーナルの外側軸受面の直径であり、Ｎは溝の数であり、ま
た、Ｈは軸受面の溝付き領域の長さである。これらの実施形態において、（Ｄ１＋Ｄ２）
／２は２つの直径の平均を与える。（π×（Ｄ１＋Ｄ２））／２は平均直径の外周である
ため、（π×（Ｄ１＋Ｄ２））／２×Ｎは各溝４８によって覆われる周長である。当業者
は、方程式２によって規定される値にわたってθを変えることができてもよい。例えば、
θを増大させると、軸受面の溝付き領域の両側で溝４８を重ね合わせることができる。他
の例として、θを減少させると、軸受面の溝付き領域の両端で溝４８の端部間に隙間を設
けることができる。一例として、螺旋角度は０．５×θと１．５×θとの間で選択されて
もよい。他の例として、螺旋角度は０．９×θと１．１×θとの間で選択されてもよい。
【００２７】
他の例として、各溝４８は、その巻回状態によって表わされてもよい。各溝４８の巻回
部分は、溝４８が覆う外周の部分である。例えば、軸受面４３、４６の外周の周りで１回
転を成す単一の溝４８は、１巻回を成すと表わされてもよい。それぞれが軸受面４３、４
６の外周の１／４を覆う図６に示される４つの溝４８の組は、１／４巻回または０．２５
巻回を成すと表わされてもよい。本開示の教示内容を組み入れるジャーナル軸受４０の実
施形態において、各溝４８は、溝の数にわたってほぼ１に等しい巻回を有してもよい。
溝巻回＝１／Ｎ  （方程式３）
【００２８】
本開示の教示内容を組み入れるジャーナル軸受の幾つかの利点は、クリアランス４１を
通じた流体（例えば潤滑油）流れに対する抵抗の減少を含むことができる。抵抗の減少に
より、一定の圧力において流量を増大させることができる。クリアランス４１を通じた流
量の増大により、少なくとも、ジャーナル軸受４０の温度制御を向上させることができる
か、または、ジャーナル軸受４０の耐用年数を延ばすことができる。また、軸受の寿命が
延びることにより、ジャーナル軸受４０を組み込む回転機器の部品の信頼性を高めること
ができる。一組の溝４８を含むジャーナル軸受４０の実施形態において、クリアランス４
１を通じた流路長を減少させる溝構造は、軸受面の面積の損失も減らすことができる。方
程式３によって規定される巻回にほぼ等しい巻回を伴う溝の選択は、軸受寿命を延ばすこ
ともできる。例えば、１つの軸受構造は、方程式３によって規定される巻回の５０％から
１５０％の巻回を伴う溝を含んでもよい。他の例として、１つの軸受構造は、方程式３に
よって規定される巻回の９０％から１１０％の巻回を伴う溝を含んでもよい。
【００２９】
溝の組における溝４８の数Ｎの選択は、複数の変数および検討事項の少なくとも一方に
依存してもよい。例えば、軸受４０を含む機器の動作は、軸受４０にわたる圧力降下、ジ
ャーナル４２の期待回転速度、または、軸受４０で使用される流体の粘度の少なくとも１
つを許容できる範囲で与えることができる。幾つかのケースでは、当業者は、軸受の形状
および動作によって与えられる流れ角に類似する螺旋角度θを与えるようにＮを選択して
もよい。一例として、１つの構造が１から１０個の溝を含んでもよい。他の例として、１
つの構造が１から５個の溝を含んでもよい。
【００３０】
一組の溝における溝４８の数Ｎを変えることに伴って、当業者は、１つ以上の溝４８の
巻回または螺旋角度を変えることを選択してもよい。流路長を減らすことができる１つの
構造は、長手方向軸４５と平行な軸方向溝（すなわち、θ＝０）を含む。軸方向溝は、滑
らかなジャーナル軸受面と比べてジャーナル軸受４０を通じた流れを向上させるが、軸受
面の面積の比較的大きな減少を被り、したがって、負荷支持能力が比較的大きく低下する
。また、軸方向溝は径方向に対称ではなく、そのため、軸方向溝を含むジャーナル軸受の
負荷支持能力は、溝付きの表面の方向性に大きく依存する。
【００３１】
一方、方程式１に準じたθにほぼ等しい螺旋角度を有する一組の溝４８は、ジャーナル
軸受４０の負荷支持能力を著しく低下させることなく、クリアランス４１を通じた流体流
れに対する抵抗を減少させることができる。この開示の教示内容に係る（図６、図７、ま
たは、図８に係る）一組の溝４８は、径方向に対称な軸受−長手方向軸４５と平行な任意
の径方向線がちょうど１つの溝４８と交差する−を提供できる。
【００３２】
計算流体力学（ＣＦＤ）を使用する図６に示されるジャーナル軸受に類似するジャーナ
ル軸受４０ａの一例のモデリングは、他のジャーナル軸受構造と比べたときに、クリアラ
ンス４１を通じた流体流れに対する抵抗の驚くべき予期しない大きさの減少を実証する。
ジャーナル軸受４０ａの例は、ブシュ４４ａの軸受面４６ａに４つの溝４８ａを含んでい
た。溝４８ａは、３ｍｍの半径を有する４つの半円溝を含んでいた。各溝４８ａは約５２
．６°の螺旋角度θを有していた。ブシュ４４ａの内径は８０．１８８ｍｍであった。溝
付き領域の長さＬ２は８２．５ｍｍであった。ジャーナル軸受４０ａの例は０．１５２５
ｍｍのクリアランス４１ａを含んでいた。ジャーナル軸受４４ａの例は、溝４８を伴わな
い同様のジャーナル軸受と比較された。
【００３３】
ジャーナル軸受に関する４つの構造は、同等の状況（例えば、同じ長さ、ジャーナル直
径、ブシュ直径、クリアランス、軸受にわたる圧力降下、ジャーナル回転速度、流体特性
など）を伴ってモデリングされた。溝を伴わない滑らかなジャーナル軸受（軸受Ａ）は、
３３８ポンド／時の流体が軸受を通過できるようにした。約９度（９°）の螺旋角度を有
する２つの螺旋溝を伴うジャーナル軸受（軸受Ｂ）は、１５５４ポンド／時の流体が軸受
を通過できるようにした。３つの等しく離間された軸方向溝を有するジャーナル軸受（軸
受Ｃ）は、１６４７ポンド／時の流体が軸受を通過できるようにした。ジャーナル軸受４
０ａ（例えば、方程式１にしたがって決定される螺旋角度θを有する４つの溝）は、２８
６９ポンド／時の流体が軸受を通過できるようにした−検査された他の全ての構造を上回
って著しく向上された。
【００３４】
ＣＦＤを使用して、同じ４つの構造の負荷支持能力をモデリングすると、他の溝付き構
造と比べたときに、ジャーナル軸受４０ａの例に関して負荷支持能力の向上が実証される
。軸受Ａ（滑らかな軸受面）と比べると、軸受Ｂは負荷支持能力が３４％だけ減少され、
軸受Ｃは、径方向負荷の方向に応じて、負荷支持能力が４０％から５１％だけ減少された
。ジャーナル軸受４０ａ（例えば、方程式１にしたがって決定される螺旋角度θを有する
４つの溝）は、軸受Ａと比べたときに、負荷支持能力の２９．８％の減少を示した。
【００３５】
ジャーナル軸受４０ａ（例えば、方程式１にしたがって決定される螺旋角度θを有する
４つの溝）は、そのクリアランスを通じた流体流れに対する抵抗の減少が最も大きく、負
荷支持能力の低下が最も小さいことを実証した。この性能の向上は、溝４８の組の構造に
よって影響される場合がある。本開示の教示内容を組み入れるジャーナル軸受４０は、軸
受の流体力学的な膜または楔のたった１つの中断が軸受面の軸方向長さに沿う状態で径方
向の対称性を与えることができる。
【００３６】
図７および図８は、本開示の教示内容に係るジャーナル軸受４０の軸受面上の溝４８の
配置例を示している。各溝４８は、長手方向軸４５と平行に延びる仮想線５４が１つの溝
４８だけと交わるように位置づけられてもよい。図７および図８に示されるように、仮想
線５４ａから５４ｈはそれぞれ１つの溝だけと交差する。各溝４８の長さおよび数は、方
程式１に準じたθにほぼ等しい螺旋角度を維持しつつ変えてもよい。
【００３７】
本明細書中に開示される図面および実施形態をジャーナル軸受に関して説明してきたが
、ここで、以下の請求項によって示される開示の思想および範囲から逸脱することなく、
様々な変更、置き換え、および、代替をなすことができることは言うまでもない。例えば
、当業者は、方程式１によって規定される値にわたって溝の螺旋角度θを変えることを選
択してもよい。他の例として、当業者は、方程式２によって規定される値にわたって１つ
以上の溝の巻回を変えることを選択してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
４０  ジャーナル軸受
４２  ジャーナル
４４  ブシュ
４１  クリアランス
５０  回転シャフト
４５  長手方向軸
【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】
2014169792.tif 000010
【外国語明細書】
2014169792000001.pdf