(57)【要約】【課題】軸振動を抑制可能なジャーナル軸受装置の軸受パッド、それを備えるジャーナル軸受装置、及びジャーナル軸受装置を備える回転機械を提供する。【解決手段】前記ジャーナル軸受装置の軸方向における前記軸受パッドの中央位置を通る軸方向直交断面において、凹部が形成された上流側領域を含む軸受面を備え、前記上流側領域の前記軸受面によって規定される円弧上に前記軸受面の上流端が位置し、前記軸方向直交断面における前記凹部の上流端は、前記軸受面の周長Ｌを用いて前記軸受面の前記上流端を基準として０≦ｘ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置する。【選択図】図４
2019138424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャーナル軸受装置の軸受パッドであって、
前記ジャーナル軸受装置の軸方向における前記軸受パッドの中央位置を通る軸方向直交断面において、凹部が形成された上流側領域を含む軸受面を備え、
前記上流側領域の前記軸受面によって規定される円弧上に前記軸受面の上流端が位置し、
前記軸方向直交断面における前記凹部の上流端は、前記軸受面の前記上流端から前記凹部の前記上流端までの距離ｘとして、前記軸受面の周長Ｌを用いて前記軸受面の前記上流端を基準として０≦ｘ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置することを特徴とする、ジャーナル軸受装置の軸受パッド。
【請求項２】
前記凹部は、前記軸方向に沿って延在することを特徴とする、請求項１に記載のジャーナル軸受装置の軸受パッド。
【請求項３】
前記凹部は、前記軸方向における前記軸受パッドの両端面に開口するように、前記軸方向に沿って延在することを特徴とする、請求項１又は２に記載のジャーナル軸受装置の軸受パッド。
【請求項４】
前記軸受パッドの前記中央位置における前記凹部の下流端が、前記軸受パッドの軸方向両端部における前記凹部の下流端よりも下流側に位置し、
前記中央位置における前記凹部の前記下流端と前記両端部における前記凹部の前記下流端とを結ぶ線分が前記軸方向の直交方向に沿うようにして、前記凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置の軸受パッド。
【請求項５】
前記軸受パッドの軸方向両端部における前記凹部の下流端が、前記軸受パッドの前記中央位置における前記凹部の下流端よりも下流側に位置し、
前記中央位置における前記凹部の前記下流端と前記両端部における前記凹部の前記下流端とを結ぶ線分が前記軸方向の直交方向に沿うようにして、前記凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置の軸受パッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の少なくとも１つの軸受パッドと、
前記軸受パッドを収納するように設けられる筐体と、を備えることを特徴とする、ジャーナル軸受装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの軸受パッドは、２つの軸受パッドを含むことを特徴とする、請求項６に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの軸受パッドは、複数の軸受パッドを含み、
前記凹部は、最も上流側の軸受パッドに形成されたことを特徴とする、請求項６又は７に記載のジャーナル軸受装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか１項に記載のジャーナル軸受装置を備えることを特徴とする、回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャーナル軸受装置の軸受パッド、それを備えるジャーナル軸受装置、及びジャーナル軸受装置を備える回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、圧縮機等の回転機械には、ジャーナル軸受装置が備えられる。ジャーナル軸受装置により、回転軸が支持される。回転軸の回転中に生じる軸振動の抑制技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、軸受パッドの上流端に凹部が形成された軸受パッドが記載されている。この軸受パッドでは、軸方向における軸受パッドの中央位置を通る軸方向直交断面において、軸受パッドの軸受面によって規定される円弧よりも下方に、軸受面の上流端が位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０４６４０４号公報（特に図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、上記の軸方向直交断面において、軸受パッドの軸受面によって規定される円弧上に軸受面の上流端を位置させることは記載されていない。
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態は、軸振動を抑制可能なジャーナル軸受装置の軸受パッド、それを備えるジャーナル軸受装置、及びジャーナル軸受装置を備える回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るジャーナル軸受装置の軸受パッドは、ジャーナル軸受装置の軸受パッドであって、前記ジャーナル軸受装置の軸方向における前記軸受パッドの中央位置を通る軸方向直交断面において、凹部が形成された上流側領域を含む軸受面を備え、前記上流側領域の前記軸受面によって規定される円弧上に前記軸受面の上流端が位置し、前記軸方向直交断面における前記凹部の上流端は、前記軸受面の前記上流端から前記凹部の前記上流端までの距離ｘとして、前記軸受面の周長Ｌを用いて前記軸受面の前記上流端を基準として０≦ｘ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置することを特徴とする。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、上流側領域の軸受面によって規定される円弧上に軸受面の上流端が位置するため、回転軸の回転に伴って生じる引き込まれる空気を凹部の内部に入り込みにくくすることができる。潤滑油への空気の混入及びボイドの新たな発生を抑制することができる。これにより、油圧圧力分布の変動を抑制し、軸浮上量の変化が小さくなり、軸振動を抑制することができる。特に、凹部では、凹部が形成されていない部分と比較して、油膜の形成及び圧力発生が生じにくい。そのため、凹部に流れ込む潤滑油に含まれるボイドの状態が変化し、凹部の中で油膜形成位置が変動しても、油膜圧力分布の変動が小さい。この結果、軸浮上量の変化が小さくなり、軸振動をより十分に抑制することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記凹部は、前記軸方向に沿って延在することを特徴とする。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、回転軸の回転に伴い、凹部の下流側内壁に潤滑油が衝突すると、衝突した潤滑油を凹部内部で軸方向に向かわせることができる。具体的には、潤滑油は、油膜圧力の小さくなる方向、即ち、中央から軸方向外側に向かう。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記凹部は、前記軸方向における前記軸受パッドの両端面に開口するように、前記軸方向に沿って延在することを特徴とする。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、回転軸の回転に伴い、凹部の下流側内壁に潤滑油が衝突すると、衝突した潤滑油を凹部内部で軸方向に向かわせることができる。具体的には、潤滑油は、油膜圧力の小さくなる方向、即ち、中央から軸方向外側に向かう。そして、軸方向外側に向かった潤滑油を、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制して、軸振動を抑制することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、前記軸受パッドの前記中央位置における前記凹部の下流端が、前記軸受パッドの軸方向両端部における前記凹部の下流端よりも下流側に位置し、前記中央位置における前記凹部の前記下流端と前記両端部における前記凹部の前記下流端とを結ぶ線分が前記軸方向の直交方向に沿うようにして、前記凹部が形成されたことを特徴とする。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、回転軸の回転により凹部の下流側内壁に衝突した潤滑油を、中央位置における凹部の下流端付近に押し込められ易くすることができる。この結果、中央位置における凹部の下流端付近において圧力が発生し、ボイドを多く含む潤滑油を外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、前記軸受パッドの軸方向両端部における前記凹部の下流端が、前記軸受パッドの前記中央位置における前記凹部の下流端よりも下流側に位置し、前記中央位置における前記凹部の前記下流端と前記両端部における前記凹部の前記下流端とを結ぶ線分が前記軸方向の直交方向に沿うようにして、前記凹部が形成されたことを特徴とする。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、回転軸の回転によって凹部の下流側内壁面に衝突した潤滑油を、当該内壁面に沿って外側に流し易くすることができる。このため、ボイドを多く含む潤滑油が入り込んだとしても、速やかに外側に排出することができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００１７】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係るジャーナル軸受装置は、上記（１）〜（５）の何れか１に記載の少なくとも１つの軸受パッドと、前記軸受パッドを収納するように設けられる筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、軸振動を十分に抑制したジャーナル軸受装置を提供することができる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、前記少なくとも１つの軸受パッドは、２つの軸受パッドを含むことを特徴とする。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、上半領域を流れるときに空気を混入し易く、潤滑油にボイドが含まれ易いジャーナル軸受装置においても、軸振動を十分に抑制することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、前記少なくとも１つの軸受パッドは、複数の軸受パッドを含み、前記凹部は、最も上流側の軸受パッドに形成されたことを特徴とする。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、最もボイドが混入し易い最上流の軸受パッドにおいて、回転軸と軸受面との間へのボイドの混入を抑制し、軸振動を十分に抑制することができる。
【００２３】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、上記（６）〜（８）の何れか１に記載のジャーナル軸受装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、軸振動を十分に抑制されたジャーナル軸受装置を備えるため、回転機械の安定性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、軸振動を抑制可能なジャーナル軸受装置の軸受パッド、それを備えるジャーナル軸受装置、及びジャーナル軸受装置を備える回転機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るジャーナル軸受装置の軸方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図であり、ジャーナル軸受装置の軸方向直交断面である。
【図３】本発明の一実施形態に係る軸受パッドの外観斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図であり、ジャーナル軸受装置の軸方向における軸受パッドの中央位置を通る軸方向直交断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る軸受パッドの上面図である。
【図６】回転軸の回転時における潤滑油圧圧力分布を示す図である。
【図７】回転軸の回転時において凹部を潤滑油が流れる様子を示す図である。
【図８】本発明の二実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図９】本発明の二実施形態に係る軸受パッドの側面図である。
【図１０】本発明の三実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図１１】本発明の四実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図１２】本発明の五実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図１３】本発明の六実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図１４】本発明の七実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【図１５】本発明の八実施形態に係る軸受パッドの斜視図である。
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。
また、参照する図面において、図示の便宜上、及び構造の把握のし易さの観点から、部材の一部を適宜拡大又は縮小して図示することがある。また、参照する各図において、一点鎖線は中心線を表す。
【００２８】
さらに、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「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。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係るジャーナル軸受装置１００の軸方向断面図である。図示はしないが、蒸気タービン、圧縮機等の回転機械は、ジャーナル軸受装置１００と、ジャーナル軸受装置１００により支持される回転軸２とを備える。ジャーナル軸受装置１００では、回転軸２の回転時における軸振動が十分に抑制されている。そのため、回転機械の安定性を高めることができる。
【００３０】
以下の説明において、「軸方向」は、ジャーナル軸受装置１００に支持される回転軸２の中心軸線Ｐの方向であり、「径方向」は回転軸２の半径方向であり、「周方向」は回転軸２の周方向である。さらに、本実施形態において「上流側」又は「下流側」とは、回転軸２の回転方向における上流側又は下流側のことをいう。
【００３１】
ジャーナル軸受装置１００は、潤滑方式（給潤滑油方式）として直接潤滑方式を採用している。そして、回転軸２の下半領域には、最上流に配置された軸受パッド３０（第１軸受パッド）、及び、最下流に配置された軸受パッド３２（第２軸受パッド）の２つの軸受パッドが配置されている。従って、ジャーナル軸受装置１００は、直接潤滑式の２パッド軸受である。このように、上半領域を流れるときに空気を混入し易く、潤滑油にボイドが含まれ易いジャーナル軸受装置１００においても、軸振動を十分に抑制することができる。なお、キャリアリング１１の下半領域に３個以上の軸受パッドが取り付けられた構成であってもよい。
【００３２】
ジャーナル軸受装置１００は、キャリアリング１１と、複数の軸受パッド３０，３２（軸受パッド３２については図１では図示しない）と、一対のサイドプレート１７，１８とを備える。複数の軸受パッド３０，３２は、キャリアリング１１の下半領域の内周側に設けられ、回転軸２を下方から支持するように構成されたものである。一対のサイドプレート１７，１８は、回転軸２の軸方向における複数の軸受パッド３０，３２の両側に設けられたものである。従って、軸受パッド３０，３２は、少なくともキャリアリング１１及びサイドプレート１７，１８を含んで構成される筐体に収容されている。
【００３３】
キャリアリング１１は、軸受ケーシング（図示しない）に支持されており、上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３を含んで構成される。上半部キャリアリング１２及び下半部キャリアリング１３は、それぞれ、軸方向に直交する断面が半円弧状となるような内周面及び外周面を有している。これらのうち、下半部キャリアリング１３（キャリアリング１１）には、軸受パッド３０，３２が支持されている。
【００３４】
キャリアリング１１の軸方向の両端側には、回転軸２の外周に沿って、一対のサイドプレート１７，１８が配置されている。サイドプレート１７，１８は、円板状に形成されており、中央に回転軸２が貫通する穴が形成されている。
【００３５】
上半部キャリアリング１２には、主として回転軸２の跳ね上がりを上方から押さえ込むために、内周面にガイドメタル２０，２１が取り付けられている。具体的には、上半部キャリアリング１２（キャリアリング１１の上半領域）の軸方向の両端側で且つサイドプレート１７，１８よりも軸方向において内側に、一対のガイドメタル２０，２１が取り付けられている。また、ガイドメタル２０，２１は、回転軸２の外周面のうち上側領域を覆うように設けられている。ガイドメタル２０，２１は、半円形状に形成されている。
【００３６】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、上記ジャーナル軸受装置１００の軸方向直交断面である。下半部キャリアリング１３の内周面には、軸受パッド３０，３２が下半部キャリアリング１３の内周面に沿って設けられる。そして、回転軸２は、軸受パッド３０，３２により下方から支えられている。軸受パッド３０，３２は、それぞれ、ピボット（図示しない）によって揺動可能に、下半部キャリアリング１３の内周面に支持される。
【００３７】
下半部キャリアリング１３には、３つの給油ユニット２５，２６，２７が設けられている。給油ユニット２５，２６，２７は、軸受パッド３０，３２に給油を行うためのものであり、それぞれ給油ノズル２５ａ，２６ａ，２７ａを備えている。回転軸２が図２において矢印Ｓに示すように時計回りに回転する場合、回転軸２の回転方向において、上流側から、給油ユニット２５、給油ユニット２６及び給油ユニット２７の順でこれらが配置される。なお、最も下流側の軸受パッド３２から排出され、回転軸２の回転に伴って回転軸２の上半領域を流れて軸受パッド３０に到達する潤滑油のことを、キャリーオーバ油という。
【００３８】
図３は、本発明の一実施形態に係る軸受パッド３０（ジャーナル軸受装置１００の軸受パッド３０）の外観斜視図である。以下、軸受パッド３０を主に説明するが、軸受パッド３２は、凹部４２（後記する）を有しないこと以外は軸受パッド３０と同じ構造を有するため、軸受パッド３２の説明は省略する。ただし、下流側の軸受パッド３２においても、凹部４２が形成されていてもよい。
【００３９】
軸受パッド３０は、回転軸２（図３参照）と対向する面に、軸受面４１を有する。そして、軸受面４１には、軸受面４１の上流端４１ａ（後記する図４参照）の近傍に凹部４２が形成される（「近傍」の意味については、図５を参照しながら後記する。）。従って、複数配置された軸受パッド３０，３２のうち、最も上流側に配置された軸受パッド３０に凹部４２が形成されている。これにより、最もボイドが混入し易い最上流の軸受パッド３０において、回転軸２と軸受面４１との間へのボイドの混入を抑制し、軸振動を十分に抑制することができる。なお、凹部４２の内部には、ジャッキングオイルポンプ等に接続される給潤滑油口は形成されておらず、凹部４２は、給潤滑油を行ったり、回転軸２の回転を開始させたりするものではない。
【００４０】
図４は、図３のＢ−Ｂ線断面図であり、ジャーナル軸受装置１００の軸方向における軸受パッド３０の中央位置を通る軸方向直交断面図である。凹部４２は、上記のように軸受面４１に形成される。そして、軸受面４１は、上流端４１ａと下流端４１ｆとの間に形成される円弧である。従って、凹部４２の上流側内壁４２ｃの上端部４２ａ（凹部の上流端）と、凹部４２の下流側内壁４２ｄの上端部４２ｂ（凹部の下流端）とは、いずれも、軸受面４１を構成する同一の円弧上に位置している。
【００４１】
また、軸受パッド３０の軸受面４１を二分し、上流側領域４１ｂと下流側領域４１ｃとに分けたときに、凹部４２は上流側領域４１ｂに形成される。そのため、軸受パッド３０は、図４に示す軸方向直交断面図において、凹部４２が形成された上流側領域４１ｂを含む軸受面４１を備える。そして、軸受面４１の上流端４１ａは、上流側領域４１ｂの軸受面４１によって規定される円弧上に位置している。
【００４２】
このように、上流側領域４１ｂの軸受面４１によって規定される円弧上に軸受面４１の上流端４１ａが位置するため、回転軸２の回転に伴って生じる引き込まれる空気を凹部４２の内部に入り込みにくくすることができる。潤滑油への空気の混入及びボイドの新たな発生を抑制することができる。これにより、油圧圧力分布の変動を抑制し、軸浮上量の変化が小さくなり、軸振動を抑制することができる。特に、凹部４２では、凹部４２が形成されていない部分と比較して、油膜の形成及び圧力発生が生じにくい。そのため、凹部４２に流れ込む潤滑油に含まれるボイドの状態が変化し、凹部４２の中で油膜形成位置が変動しても、油膜圧力分布の変動が小さい。この結果、軸浮上量の変化が小さくなり、軸振動をより十分に抑制することができる。
【００４３】
凹部４２は、図４に示す軸方向直交断面図において、径方向に延在する上流側内壁４２ｃと、同じく径方向に延在する下流側内壁４２ｄとを含んで構成される。そして、凹部４２は、上流側内壁４２ｃと下流側内壁４２ｄとこれらの下端同士を結ぶ線分とで囲まれることで形成される。なお、上流側内壁４２ｃの径方向の長さと、下流側内壁４２ｄの径方向の長さとは、いずれも等しくなっている。上流側内壁４２ｃの径方向の長さ、及び、下流側内壁４２ｄの径方向の長さは、いずれも、凹部４２の深さｄと一致する。
【００４４】
凹部４２の深さｄは、回転軸２の半径Ｄを基準としたときに、例えば０．００３Ｄ≦ｄ≦０．００５Ｄとすることができる。凹部４２の深さｄがこの範囲にあることで、回転軸２の回転時に空気に吹き付けられにくい部分の長さを十分に確保して、潤滑油への空気の混入及びボイドの新たな発生を十分に抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００４５】
図５は、本発明の一実施形態に係る軸受パッド３０の上面図である。図５においては、図示の便宜上、軸受面４１の上流端と下流端との間の距離であって平面状の距離をＬとして表しているが、Ｌは、軸受面４１の上流端４１ａと下流端４１ｆとの間に形成される軸受面４１の周長（円弧の長さ）を表すものである。
【００４６】
凹部４２は、正面−背面の方向（即ち軸方向）に沿って延在している。凹部４２がこのように形成されることで、回転軸２の回転に伴い、凹部４２の下流側内壁４２ｄ（図４参照）に潤滑油が衝突すると、衝突した潤滑油を凹部４２内部で軸方向に向かわせることができる。具体的には、潤滑油は、油膜圧力の小さくなる方向、即ち、中央から軸方向外側に向かう。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。なお、凹部４２は、軸方向と全く同じ方向に延在するほか、多少の角度（９０°未満であり、例えば３０°〜４５°以下程度）を有する方向に延在するようにしてもよい。
【００４７】
また、凹部４２は、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口するように軸方向に沿って延在している。従って、軸受パッド３０を側方（軸方向）から視たときに、凹部４２が視認されるように凹部４２が形成される。
【００４８】
凹部４２が開口して形成されていることにより、回転軸２の回転に伴い、凹部４２の下流側内壁４２ｄ（図４参照）に潤滑油が衝突すると、衝突した潤滑油を凹部４２内部で軸方向に向かわせることができる。具体的には、潤滑油は、油膜圧力の小さくなる方向、即ち、中央から軸方向外側に向かう。そして、軸方向外側に向かった潤滑油を、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドを多く含む潤滑油が回転軸２と軸受面４１との間に入り込むことを抑制し、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制して、軸振動を抑制することができる。
【００４９】
従って、凹部４２が、正面−背面の方向（即ち軸方向）に沿って延在し、かつ、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口していることで、ボイドを多く含む潤滑油が回転軸２と軸受面４１との間に入り込むことを抑制することができる。また、仮に回転軸２と軸受面４１との間にボイドを多く含む潤滑油が入り込んだとしても、回転軸２の両端部から外側に排出され易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を十分に抑制して、軸振動を十分に抑制することができる。
【００５０】
凹部４２の幅Ｌ１は、軸方向の全域において同じ幅Ｌ１になっている。幅Ｌ１の長さは特に制限されるものではない。ただし、軸方向直交断面（図４をあわせて参照）における凹部４２の上端部４２ａは、軸受面４１の上流端４１ａから凹部４２の上端部４２ａまでの距離ｘとして、軸受面４１の周長Ｌを用いて軸受面４１の上流端４１ａを基準として、０≦ｘ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置するようになっている。
【００５１】
このように、凹部４２の上端部４２ａが軸受面４１の上流端４１ａを基準として０≦ｘ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置、即ち、凹部４２が軸受面４１の上流端４１ａの近傍に位置することで、凹部４２からみた下流側領域を十分に確保することができる。これにより、油膜圧力が発生する当該下流側領域が十分に確保され、軸受性能を高めることができる。
【００５２】
また、軸受パッド３０では、凹部４２の上端部４２ｂも、軸受面４１の上流端４１ａから凹部４２の上端部４２ｂまでの距離ｚとして、０≦ｚ≦０．３Ｌの周方向範囲に位置している。このようにすることで、油膜圧力が発生する上記下流側領域が十分に確保され、軸受性能を高めることができる。ただし、凹部４２の上端部４２ｂは、０≦ｚ≦０．３Ｌの周方向範囲から外れてもよい。即ち、軸受面４１の上流側領域４１ｂに凹部４２が形成されていればよいため（即ち、ｚ≦０．５Ｌ）、凹部４２の上端部４２ｂが０．３Ｌ＜ｚ≦０．５Ｌの周方向範囲に位置するようにしてもよい。
【００５３】
図６は、回転軸２の回転時における油圧圧力分布を示す図である。なお、図６には、回転軸２と軸受面４１との間に位置する油膜５１と、ボイドを多く含む潤滑油５２と、油膜５１と潤滑油５２との境界面５３を図示している。しかし、油膜５１と潤滑油５２との境界面は、図６に示すように境界面５３として明確に存在しないことがある。しかし、図６では、図示の簡略化のために境界面５３を明示している。
【００５４】
回転軸２が図６に示す方向に回転中、回転軸２と軸受面４１との間には油膜５１が形成される。そして、回転軸２の径方向に油膜圧力が生じることから、回転軸２が回転しながら軸受面４１に支持される。そして、回転中、潤滑油に含まれるボイドの混入状態（含有量等）が変化することがある。しかし、凹部４２の部分では、回転軸２から凹部４２の底面までの距離が長い。そのため、凹部４２の内部へのボイドの混入状態が変化したとしても、凹部４２の空間の大きさによって、凹部４２よりもずっと小さなボイドによる影響が緩和される。このため、凹部４２の部分では境界面５３の位置が変動しにくい。これにより、油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００５５】
また、凹部４２の部分では、回転軸２から凹部４２の底面までの距離が長い。そのため、凹部４２の部分では、凹部４２が形成されていない部分と比較して、油膜の形成及び油膜圧力が生じにくくなっている。そのため、ボイドを多く含む潤滑油５２が凹部４２の内部に入り込み、境界面５３が仮に大きく変動しても、油膜圧力分布の変動は小さい。これにより、より十分に軸振動を抑制することができる。
【００５６】
図７は、回転軸２の回転時において凹部４２を潤滑油が流れる様子を示す図である。上記のように、回転軸２の回転に伴って上流側から潤滑油が流れてくると、潤滑油は、凹部４２の下流側内壁４２ｄ（図４参照）に衝突する。そうすると、軸受面４１において、中央の部分で圧力が高く、両端部で圧力が低いことから、図７において二重線矢印で示すように、潤滑油が凹部４２の内部を流れる。これにより、ボイドを多く含む潤滑油の外側への排出を促すことができる。この結果、回転軸２と軸受面４１との間へのボイドの混入を抑制して油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００５７】
図８は、本発明の二実施形態に係る軸受パッド３０Ａの斜視図である。図８に示す軸受パッド３０Ａは、上記の凹部４２とは異なる形状の凹部４２Ａを備えること以外は上記の軸受パッド３０と同じ構成を有する。
【００５８】
上記の凹部４２は、軸方向全域において同じ幅Ｌ１を有しており、上面視で矩形状になっていた（図５参照）。しかし、図８に示す凹部４２Ａでは、軸方向中心から両端部に向かって、幅Ｌ１が徐々に短くなっている。即ち、軸受パッド３０Ａの中央位置における凹部４２Ａの上端部４８（凹部の下流端）が、軸受パッド３０Ａの軸方向両端部における凹部４２Ａの上端部４９（凹部の下流端）よりも下流側に位置している。そして、凹部４２Ａは、中央位置における凹部４２Ａの上端部４８と両端部における凹部４２Ａの上端部４９，４９とを結ぶ線分が軸方向の直交方向に沿うようにして形成されている。従って、凹部４２は、斜視図（及び図示しない上面視）において、「くさび」のような形状を有している。なお、ここでいう「軸方向の直交方向に沿う」とは、軸方向の直交方向と同じ方向という意味のほか、軸方向の直交方向に対して９０°未満の角度を有した方向をも含む概念である。
【００５９】
図９は、本発明の二実施形態に係る軸受パッド３０Ａの側面図である。凹部４２Ａでは、軸受面４１を形成する円弧上に、上端部４２Ａａ（凹部の上流端）及び上端部４８，４９，４９が位置している。ただし、上記のように、中央位置の上端部４８は、両端部の上端部４９，４９よりも回転方向で下流側に位置する。また、図示はしていないが、中央の上端部４８（上記の軸受パッド３０における上端部４２ｂに相当）は、上端部４２Ａａ（上記の軸受パッド３０における上端部４２ａに相当）が含まれる範囲である０≦ｚ≦０．３Ｌの周方向範囲に含まれず、０．３Ｌ＜ｚ≦０．５Ｌの周方向範囲に位置している。
【００６０】
図８及び図９に示すように、中央位置の上端部４８は、両端部の上端部４９，４９よりも回転方向で下流側に位置している。このため、回転軸２の回転により凹部４２Ａの下流側内壁に衝突した潤滑油を、中央位置における凹部４２Ａの下流端付近に押し込められ易くすることができる。この結果、中央位置における凹部４２Ａの下流端付近において圧力が発生し、ボイドを多く含む潤滑油を外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００６１】
また、凹部４２Ａが、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口していることで、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を十分に抑制して、軸振動を十分に抑制することができる。
【００６２】
図１０は、本発明の三実施形態に係る軸受パッド３０Ｂの斜視図である。図１０に示す軸受パッド３０Ｂは、上記の軸受パッド３０Ａと同じく、中央位置の上端部４８は、両端部の上端部４９，４９よりも回転方向で下流側に位置する。しかし、上記の軸受パッド３０Ａの凹部４２Ａは平面のみで構成されていたのに対し、図１０に示す軸受パッド３０Ｂの凹部４２Ｂは曲面を含んで構成されている。具体的には、凹部４２Ｂにおいて、上端部４８，４９，４９を含んで構成される下流側内壁は、２つの平面で構成された凹部４２Ａとは異なり、１つの曲面で構成される。
【００６３】
このような構造を有する凹部４２Ｂにおいても、回転軸２の回転により凹部４２Ｂの下流側内壁に衝突した潤滑油を、中央位置における凹部４２Ｂの下流端付近に押し込められ易くすることができる。この結果、中央位置における凹部４２Ｂの下流端付近において圧力が発生し、ボイドを多く含む潤滑油を外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００６４】
また、凹部４２Ｂが、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口していることで、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を十分に抑制して、軸振動を十分に抑制することができる。
【００６５】
図１１は、本発明の四実施形態に係る軸受パッド３０Ｃの斜視図である。図１１に示す軸受パッド３０Ｃでは、凹部４２Ｃは、上記の凹部４２Ａ，４２Ｂとは異なり、両端部が開口していない。即ち、凹部４２Ｃは、回転軸２（図１１では図示しない）と対向する部分が開口しているが、それ以外の部分は閉じられることで形成されている。
【００６６】
凹部４２Ｃがこのように形成されても、凹部４２Ｃの内部で潤滑油の両端方向への流れを生じさせることができる。そのため、ボイドを多く含む潤滑油が回転軸２と軸受面４１との間に入り込んだとしても、両端部に流れたボイドを多く含む潤滑油は、回転軸２の両端部から速やかに外側に排出される。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００６７】
図１２は、本発明の五実施形態に係る軸受パッド３０Ｄの斜視図である。図１２に示す軸受パッド３０Ｄでは、軸受面４１の上流端４１ａと、凹部４２Ｄの上端部４２ａとが一致している。この場合においても、軸受面４１を構成する円弧上には、凹部４２Ｄの上端部４２ａが位置している。そして、凹部４２Ｄの内壁は、上流側を曲面で構成されている。
【００６８】
凹部４２Ｄがこのように形成されても、凹部４２Ｄの内部で潤滑油の両端方向への流れを生じさせることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制して、軸振動を抑制することができる。また、凹部４２Ｄが、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口していることで、ボイドを多く含む潤滑油が凹部４２Ｄに入り込んだとしても、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を十分に抑制して、軸振動を十分に抑制することができる。
【００６９】
図１３は、本発明の六実施形態に係る軸受パッド３０Ｅの斜視図である。図１３に示す軸受パッド３０Ｅでは、凹部４２Ｅの内壁は、下流側を曲面で構成されている。
【００７０】
回転軸２の回転に伴い、潤滑油が凹部４２Ｅの内部に入り込むと、遠心力により、潤滑油は曲面で構成された下流側の内壁に衝突する。これにより、上記の軸受パッド３０の凹部４２を構成する下流側内壁４２ｄに衝突する場合と同様、潤滑油の両端方向への流れを生じさせることができる。この結果、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制して、軸振動を抑制することができる。
【００７１】
また、凹部４２Ｅが、軸方向における軸受パッド３０の両端面に開口していることで、開口を通じて外側に排出し易くすることができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を十分に抑制して、軸振動を十分に抑制することができる。
【００７２】
図１４は、本発明の七実施形態に係る軸受パッド３０Ｆの斜視図である。上記の図８に示した軸受パッド３０Ａでは、軸受パッド３０Ａの中央位置における凹部４２Ａの上端部４８が、軸受パッド３０Ａの軸方向両端部における凹部４２Ａの上端部４９よりも、下流側に位置している。しかし、この図１４に示す軸受パッド３０Ｆでは、軸受パッド３０Ｆの軸方向両端部における凹部４２Ｆの上端部４９が、軸受パッド３０Ｆの中央位置における凹部４２Ｆの上端部４８よりも、下流側に位置している。
【００７３】
凹部４２Ｆをこのように形成することで、回転軸２の回転によって凹部４２Ｆの下流側内壁面（図示しない）に衝突した潤滑油を、当該内壁面に沿って外側に流し易くすることができる。このため、ボイドを多く含む潤滑油が入り込んだとしても、速やかに外側に排出することができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【００７４】
図１５は、本発明の八実施形態に係る軸受パッド３０Ｇの斜視図である。上記の図１０に示した軸受パッド３０Ｂでは、軸受パッド３０Ｂの中央位置における凹部４２Ｂの上端部４８が、軸受パッド３０Ｂの軸方向両端部における凹部４２Ｂの上端部４９よりも、下流側に位置している。しかし、この図１５に示す軸受パッド３０Ｇでは、軸受パッド３０Ｇの軸方向両端部における凹部４２Ｇの上端部４９が、軸受パッド３０Ｇの中央位置における凹部４２Ｇの上端部４８よりも、下流側に位置している。
【００７５】
凹部４２Ｇをこのように形成することで、回転軸２の回転によって凹部４２Ｇの下流側内壁面（図示しない）に衝突した潤滑油を、当該内壁面に沿って外側に流し易くすることができる。このため、ボイドを多く含む潤滑油が入り込んだとしても、速やかに外側に排出することができる。これにより、ボイドに起因する油膜圧力分布の変動を抑制し、軸振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
２  回転軸
１１  キャリアリング
１２  上半部キャリアリング
１３  下半部キャリアリング
１３  半部キャリアリング
１７，１８  サイドプレート
２０，２１  ガイドメタル
２５，２６，２７  給油ユニット
２５ａ，２６ａ，２７ａ  給油ノズル
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３２  軸受パッド
３９，４１ｆ，４８，４９  下流端
４１  軸受面
４１ａ  上流端
４１ｂ  上流側領域
４１ｃ  下流側領域
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ  凹部
４２ａ  上端部（凹部の上流端）
４２ｂ  上端部（凹部の下流端）
４２Ａａ  上端部（凹部の上流端）
４２ｃ  上流側内壁
４２ｄ  下流側内壁
４８  上端部（凹部の下流端）
４９  上端部（凹部の下流端）
５１  油膜
５２  潤滑油
５３  境界面
１００  ジャーナル軸受装置
【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】
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【図１０】
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【図１１】
2019138424.tif 000013
【図１２】
2019138424.tif 000014
【図１３】
2019138424.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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