(57)【要約】【課題】高い信頼性を有する軸受装置を提供する。【解決手段】  本開示の軸受装置（１００ａ）は、軸受（２）と、固定部材（３）と、弾性部材（４）とを備えている。軸受（２）は、水平方向に配置された回転軸（１）を半径方向に回転可能に支持する。固定部材（３）は、軸受（２）の外周面（２１）と向かい合って外周面（２１）とともにスクイズフィルムダンパー（５）を形成する内周面（３１）を有する。弾性部材（４）は、外周面（２１）に接触する内周端（４１）及び固定部材（３）の内周面（３１）に接触する外周端（４２）を有する。軸受（２）は、軸受（２）の軸線が水平に延びており、かつ、回転軸（１）が取り付けられていない軸受装置（１００ａ）の軸受（２）の軸線に垂直な断面を軸受（２）の軸線に沿って見たときに、第一間隔（ＣＵ）が第二間隔（ＣＬ）よりも小さくなる高さに配置されている。【選択図】図１Ａ
2017166553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受装置であって、
水平方向に配置された回転軸を半径方向に回転可能に支持する筒状の軸受と、
前記軸受の半径方向において前記軸受の外側に配置された固定部材であって、前記軸受の軸線方向に延びている前記軸受の外周面と向かい合って前記軸受の前記外周面とともにスクイズフィルムダンパーを形成する内周面を有する固定部材と、
前記軸受と前記固定部材との間に配置され、前記軸受の前記外周面に接触する内周端及び前記固定部材の前記内周面に接触する外周端を有する弾性部材と、を備え、
前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記軸受の前記内周面よりも上方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第一間隔が、前記軸受の前記内周面よりも下方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第二間隔よりも小さくなる高さに配置されている、
軸受装置。
【請求項２】
前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記軸受の前記外周面の最も高い位置の高さと前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記軸受の前記外周面の最も低い高さとの中間の高さである第一の高さが、前記弾性部材の前記内周端と接触する前記軸受の前記外周面の最も高い位置の高さと前記弾性部材の前記内周端と接触する前記軸受の前記外周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第二の高さよりも高くなる位置に配置されている、
請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記弾性部材の前記外周端と接触する前記固定部材の前記内周面の最も高い位置の高さと前記弾性部材の前記外周端と接触する前記固定部材の前記内周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第三の高さが、前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記固定部材の前記内周面の最も高い位置の高さと前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記固定部材の前記内周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第四の高さよりも高くなる位置に配置されている、
請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記弾性部材はＯリングである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受装置と、
水平方向に配置された、前記軸受によって支持されている回転軸と、
前記回転軸に固定され、作動流体を圧縮又は膨張させる翼車と、を備えた
ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、軸受装置及びターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速回転する回転軸による振動を減衰させるためにスクイズフィルムダンパーを備えた軸受装置が知られている。このような軸受装置は、例えば、遠心圧縮機に利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図４に示すように、Ｏリングによってスクイズフィルムすきまを保持する軸受装置３００が記載されている。軸受装置３００は、回転シャフト３１１と、軸受３１２と、軸受支持リング３１３と、ダンパ支持リング３１４と、軸受台３１５と、ゴム製のＯリング３１７とを備えている。Ｏリング３１７によって、軸受支持リング３１３とダンパ支持リング３１４との間のスクイズフィルムすきま３１６が保持されている。このスクイズフィルムダンパーは、ゴム製のＯリング３１７にはばね作用と減衰作用があるので、油膜がなくてもある程度の制振効果を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の軸受装置は、信頼性を向上させる余地を有する。そこで、本開示は、高い信頼性を有する軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
軸受装置であって、
水平方向に配置された回転軸を半径方向に回転可能に支持する筒状の軸受と、
前記軸受の半径方向において前記軸受の外側に配置された固定部材であって、前記軸受の軸線方向に延びている前記軸受の外周面と向かい合って前記軸受の前記外周面とともにスクイズフィルムダンパーを形成する内周面を有する固定部材と、
前記軸受と前記固定部材との間に配置され、前記軸受の前記外周面に接触する内周端及び前記固定部材の前記内周面に接触する外周端を有する弾性部材と、を備え、
前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記軸受の前記内周面よりも上方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第一間隔が、前記軸受の前記内周面よりも下方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第二間隔よりも小さくなる高さに配置されている、
軸受装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
上記の軸受装置は、高い信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】回転軸が取り付けられていない、第１実施形態の軸受装置を示す断面図
【図１Ｂ】回転軸が取り付けられた、図１Ａの軸受装置を示す断面図
【図２】第２実施形態の軸受装置を示す断面図
【図３】本開示のターボ機械の一例を示す断面図
【図４】従来の軸受装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
水平に配置されている回転軸を軸受装置３００によって支持する場合、回転軸の重量による鉛直下向きの荷重が軸受装置３００のラジアル方向に掛かる。回転軸の重量が大きい場合、この荷重によりＯリング３１７が大きく変形し、スクイズフィルムすきま３１６のラジアル方向の寸法が周方向において不均一になる。具体的に、下側におけるスクイズフィルムすきま３１６のラジアル方向の寸法が、上側におけるスクイズフィルムすきま３１６のラジアル方向の寸法よりも狭くなる。
【００１０】
スクイズフィルムすきまのラジアル方向の寸法の周方向における均一性は、スクイズフィルムダンパーが回転軸の回転による振動を減衰させる性能に影響を及ぼす。下側におけるスクイズフィルムすきま３１６のラジアル方向の寸法と上側におけるスクイズフィルムすきま３１６のラジアル方向の寸法との差が大きすぎると、スクイズフィルムダンパーが回転軸の回転による上下方向の振動を減衰させる性能が低下する。これにより、回転軸の振動振幅が大きくなってしまう可能性がある。回転軸の重量がより大きいと、スクイズフィルムすきま３１６を保持できず、軸受支持リング３１３とダンパ支持リング３１４とが接触して軸受装置３００が損傷してしまう可能性もある。実際に、特許文献１には、軸受装置３００を大型の機械に使用した場合、荷重によりスクイズフィルムすきまを保持できなくなり、耐久性が劣ると記載されている。このように、特許文献１では、軸受装置３００を大型の機械に使用することは想定されていない。
【００１１】
本発明者らは、このような課題を解決するために、回転軸の重量が大きい場合でも周方向においてスクイズフィルムダンパーを適切に形成できる解決手段について検討を重ね、本開示の軸受装置を案出した。本開示の軸受装置は、かかる知見を踏まえて案出されたものである。なお、軸受装置２００に関する上記の知見は、本発明者らの考察の結果得られたものであり、上記の知見は先行技術ではない。
【００１２】
本開示の第１態様は、
軸受装置であって、
水平方向に配置された回転軸を半径方向に回転可能に支持する筒状の軸受と、
前記軸受の半径方向において前記軸受の外側に配置された固定部材であって、前記軸受の軸線方向に延びている前記軸受の外周面と向かい合って前記軸受の前記外周面とともにスクイズフィルムダンパーを形成する内周面を有する固定部材と、
前記軸受と前記固定部材との間に配置され、前記軸受の前記外周面に接触する内周端及び前記固定部材の前記内周面に接触する外周端を有する弾性部材と、を備え、
前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記軸受の前記内周面よりも上方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第一間隔が、前記軸受の前記内周面よりも下方で前記スクイズフィルムダンパーを形成する位置における前記軸受の前記外周面と前記固定部材の前記内周面との間隔である第二間隔よりも小さくなる高さに配置されている、
軸受装置を提供する。
【００１３】
第１態様によれば、重量が大きい回転軸が軸受装置に取り付けられた場合、回転軸の重量による弾性部材の変形により、軸受の内周面よりも下方でスクイズフィルムダンパーを形成する位置における軸受の外周面と固定部材の内周面との間隔が減少する。一方、軸受の内周面よりも上方でスクイズフィルムダンパーを形成する位置における軸受の外周面と固定部材の内周面との間隔は増加する。これにより、軸受の周方向においてスクイズフィルムダンパーの寸法が均一になりやすく、軸受の周方向においてスクイズフィルムダンパーが適切に形成されやすい。このため、スクイズフィルムダンパーが回転軸の振動を減衰させる性能を十分に発揮できるので、第１態様の軸受装置は高い信頼性を有する。
【００１４】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記軸受の前記外周面の最も高い位置の高さと前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記軸受の前記外周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第一の高さが、前記弾性部材の前記内周端と接触する前記軸受の前記外周面の最も高い位置の高さと前記弾性部材の前記内周端と接触する前記軸受の前記外周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第二の高さよりも高くなる位置に配置されている、軸受装置を提供する。第２態様によれば、例えば、変形前の弾性部材の断面寸法が周方向に一定であっても、重量が大きい回転軸が軸受装置に取り付けられたときに軸受の周方向においてスクイズフィルムダンパーの寸法が均一になりやすい。
【００１５】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記軸受は、前記軸受の軸線が水平に延びており、かつ、前記回転軸が取り付けられていない当該軸受装置の前記軸受の軸線に垂直な断面を前記軸受の軸線に沿って見たときに、前記弾性部材の前記外周端と接触する前記固定部材の前記内周面の最も高い位置の高さと前記弾性部材の前記外周端と接触する前記固定部材の前記内周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第三の高さが、前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記固定部材の前記内周面の最も高い位置の高さと前記スクイズフィルムダンパーを形成する前記固定部材の前記内周面の最も低い位置の高さとの中間の高さである第四の高さよりも高くなる位置に配置されている、軸受装置を提供する。第３態様によれば、第一の高さが第二の高さよりも高い場合に加え、第一の高さが第二の高さと一致する場合でも、重量が大きい回転軸が軸受装置に取り付けられたときに軸受の周方向においてスクイズフィルムダンパーの寸法が均一になりやすい。
【００１６】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様にいずれか１つの態様に加えて、弾性部材はＯリングである、軸受装置を提供する。第４態様によれば、固定部材の内部に弾性部材とともに軸受を嵌め込むときに固定部材の内周面と弾性部材との摩擦力を低減できる。
【００１７】
本開示の第５態様は、
第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様の軸受装置と、
水平方向に配置された、前記軸受によって支持されている回転軸と、
前記回転軸に固定され、作動流体を圧縮又は膨張させる翼車と、を備えた
ターボ機械を提供する。
【００１８】
第５態様によれば、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様の軸受装置を備えているので、高い信頼性を有するターボ機械を提供できる。
【００１９】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
＜軸受装置＞
（第１実施形態）
図１Ａに示すように、第１実施形態に係る軸受装置１００ａは、筒状の軸受２と、固定部材３と、弾性部材４と、を備えている。軸受２は、水平方向に配置された回転軸１を半径方向に回転可能に支持する。軸受２は、軸受２の軸線方向に延びている外周面２１を有する。固定部材３は、内周面３１を有する。内周面３１は、軸受２の外周面２１と向かい合って軸受２の外周面２１とともに隙間５を形成する。本明細書において、当該隙間５を、スクイズフィルムダンパー５と呼ぶ。弾性部材４は、軸受２と固定部材３との間に配置され、軸受２の外周面２１に接触する内周端４１及び固定部材３の内周面３１に接触する外周端４２を有する。軸受２は、軸受２の軸線が水平に延びており、かつ、回転軸１が取り付けられていない軸受装置１００ａの軸受２の軸線に垂直な断面を軸受２の軸線に沿って見たときに、所定の高さに配置されている。その所定の高さとは、第一間隔ＣＵが第二間隔ＣＬよりも小さくなる高さである。第一間隔ＣＵは、軸受２の内周面２２よりも上方でスクイズフィルムダンパー５を形成する位置における軸受２の外周面２１と固定部材３の内周面３１との間隔である。第二間隔ＣＬは、軸受２の内周面２２よりも下方でスクイズフィルムダンパー５を形成する位置における軸受２の外周面２１と固定部材３の内周面３１との間隔である。第一間隔ＣＵ及び第二間隔ＣＬは、それぞれ、軸受２の半径方向に定義される。また、内周面２２よりも上方とは、内周面２２の上端より上方を意味し、内周面２２よりも下方とは、内周面２２の下端より下方を意味する。
【００２１】
スクイズフィルムダンパー５には、例えば、潤滑油などの粘性液体が存在している。回転軸１の回転に伴い軸受２が固定部材３に対して所定の速度で移動すると、スクイズフィルムダンパー５の中を粘性液体が移動するときに生じる粘性力によって軸受２の移動速度が減少する。このため、スクイズフィルムダンパー５は、回転軸１の回転によって発生する軸受２の振動を減衰させる。スクイズフィルムダンパー５が軸受２の振動を減衰させる性能は、スクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法が小さいほど高くなる。
【００２２】
水平方向に配置された回転軸１によって生じる半径方向の荷重には、力の作用方向が回転軸１の回転とともに回転軸１の周方向に移動する不釣合い荷重と回転軸１の重量により鉛直下向きに作用する静荷重とがある。スクイズフィルムダンパー５は、不釣合い荷重による振動を減衰させることができる。回転軸１が回転するときに、不釣合い荷重による弾性部材４の変形により、不釣合い荷重により発生する力が作用する方向の変化に伴って軸受２が旋回する。このため、回転軸１が１回転する期間において、不釣合い荷重によるスクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法変化の時間平均は、軸受２の周方向において均一になる。一方、軸受２は、回転軸１の静荷重による弾性部材４の変形により鉛直下向きに移動する。回転軸１が１回転する期間において、静荷重によるスクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法変化の時間平均は、軸受２の周方向において不均一となる。具体的に、内周面２２よりも下方においてスクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法が最も小さくなりやすい。回転軸の重量が小さい小型の回転機械では、不釣合い荷重に対して静荷重は十分に小さいので静荷重を無視でき、回転軸の重量による弾性部材の変形を考慮しなくても、スクイズフィルムダンパーが適切に機能する。しかし、回転軸１の重量が大きい（例えば、１０ｋｇ以上）大型の回転機械では、静荷重による弾性部材４の変形を無視できない。
【００２３】
回転軸１の重量が大きいときに、仮に第一間隔ＣＵと第二間隔ＣＬとが実質的に同一であると、スクイズフィルムダンパー５が回転軸１の回転に伴う振動を減衰させる性能が軸受２の周方向でばらつく。このため、上下方向の振動に対してスクイズフィルムダンパー５が発揮する減衰性能が低下し、回転軸１及び軸受２の上下方向の振動の振幅が増大し、軸受装置の信頼性が低下する。しかし、実際には、軸受装置１００ａでは、第一間隔ＣＵが第二間隔ＣＬよりも小さい。軸受装置１００ａに水平方向に配置された回転軸１が取り付けられると、図１Ｂに示すように、回転軸１の重量により軸受２が下方に移動する。このため、内周面２２よりも下方では弾性部材４が収縮し、内周面２２よりも上方では弾性部材４が膨張する。その結果、スクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法は軸受２の周方向に均一になりやすい。これにより、回転軸１の回転に伴う振動に対してスクイズフィルムダンパー５が発揮する減衰性能が軸受２の周方向でばらつきにくく、スクイズフィルムダンパー５は回転軸１及び軸受２の上下方向の振動を適切に減衰できる。
【００２４】
固定部材３の内径は、特に制限されないが、例えば軸受２の外径の約１０３％である。これにより、スクイズフィルムダンパー５が適切に形成されやすい。例えば、弾性部材４は環状であり、変形前の弾性部材４の外径は固定部材３の内径よりもわずかに大きい。これにより、弾性部材４は、固定部材３の内部では常に半径方向内側に変形している。図１Ａに示すように、弾性部材４は、軸受２の軸線方向において互いに異なる２以上の位置に配置されている。スクイズフィルムダンパー５は、例えば、軸受２の軸線方向において弾性部材４同士の間に形成されている。
【００２５】
回転軸１が軸受装置１００ａに取り付けられていないときの弾性部材４の下端における弾性部材４の内周端４１と外周端４２との半径方向の距離ｒ１と定義する。また、回転軸１が軸受装置１００ａに取り付けられたときの弾性部材４の下端における弾性部材４の内周端４１と外周端４２との半径方向の距離をｒ２と定義する。さらに、Δｒ＝ｒ１−ｒ２と定義する。第一の間隔ＣＵ及び第二の間隔ＣＬは、例えばＣＬ−ＣＵ＝２Δｒの関係を満たすように定められている。これにより、回転軸１が軸受装置１００ａに取り付けられたときに、より確実に、スクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法が軸受２の周方向に均一になりやすい。
【００２６】
図１Ａに示すように、軸受２は、軸受２の軸線が水平に延びており、かつ、回転軸１が取り付けられていない軸受装置１００ａの軸受２の軸線に垂直な断面を軸受２の軸線に沿って見たときに、所定の位置に配置されている。その所定の位置とは、第一の高さＨ１が第二の高さＨ２よりも高くなる位置である。第一の高さＨ１は、スクイズフィルムダンパー５を形成する軸受２の外周面２１の最も高い位置の高さとスクイズフィルムダンパー５を形成する軸受２の外周面２１の最も低い位置の高さとの中間の高さである。第二の高さＨ２は、弾性部材４の内周端４１と接触する軸受２の外周面２１の最も高い位置の高さと弾性部材４の内周端４１と接触する軸受２の外周面２１の最も低い位置の高さとの中間の高さである。この場合、変形前の弾性部材４の断面寸法が周方向に一定であっても、第１の間隔ＣＵを第２の間隔ＣＬよりも小さくできる。これにより、回転軸１が軸受装置１００ａに取り付けられたときに軸受２の周方向においてスクイズフィルムダンパー５の寸法が均一になりやすい。
【００２７】
軸受２は例えば流体軸受であり、回転軸１の外周面と軸受２の内周面２２との間には、潤滑のための流体が存在している。
【００２８】
例えば、軸受２の外周面２１には環状溝２１ａが形成されている。弾性部材４は環状溝２１ａに嵌められている。典型的には、弾性部材４の内周端４１が環状溝２１ａの底面に接触している。環状溝２１ａは、軸受２の軸線に沿って軸線２の軸線に垂直な軸受２の断面をみたときに、例えば、環状溝２１ａの底面によって形成される輪郭が円であるように形成されている。弾性部材４の断面寸法は環状溝２１ａの深さよりも大きく、弾性部材４の一部は、環状溝２１ａから半径方向外側に突出している。例えば、軸受２の下端における環状溝２１ａの深さは、軸受２の上端における環状溝２１ａの深さよりも小さい。固定部材３の内周面３１は、例えば、固定部材３の軸線方向にストレートに延びている円柱面として形成されている。例えば、このようにして、第一の高さＨ１を第二の高さＨ２よりも高くできる。環状溝２１ａは、軸受２の軸線に沿って軸線２の軸線に垂直な軸受２の断面をみたときに、環状溝２１ａの底面によって形成される輪郭が楕円であるように形成されていてもよい。
【００２９】
環状溝２１ａを形成せずに、第一の高さＨ１を第二の高さＨ２よりも高くしてもよい。例えば、軸受２の外周面２１のスクイズフィルムダンパー５を形成する部分が弾性部材４の内周端４１に接触する軸受２の外周面２１の部分より半径方向外側に位置するように軸受２の外周面２１が形成されていてもよい。
【００３０】
弾性部材４は、特に制限されないが、例えばＯリングである。この場合、固定部材３の内部に、弾性部材４とともに軸受２を嵌め込むときに固定部材３の内周面３１と弾性部材４との摩擦力を低減できる。また、弾性部材４とともに軸受２を固定部材３１の内部に嵌め込むときに弾性部材４の異常な変形を防止できる。これにより、固定部材３１の内周面３１に弾性部材４を収容するための溝を形成しにくい場合でも、軸受２の周方向においてスクイズフィルムダンパー５の寸法が均一になりやすい。その結果、スクイズフィルムダンパー５が回転軸１の回転による振動を適切に減衰できる。
【００３１】
弾性部材４は、例えば、角リング、周方向に複数のコイルばねが配置された部材、気体が充填されている環状の内部空間を有する弾性材料できたリング、及び弾性変形可能なフォイルが周方向に配置された部材のいずれかであってもよい。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る軸受装置１００ｂは、特に説明する場合を除き、軸受装置１００ａと同様に構成される。軸受装置１００ａの構成要素と同一又は対応する軸受装置１００ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。軸受装置１００ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、軸受装置１００ｂにもあてはまる。
【００３３】
図２に示す通り、軸受装置１００ｂの軸受２は、軸受２の軸線が水平に延びており、かつ、回転軸１が取り付けられていない軸受装置１００ｂの軸受２の軸線に垂直な断面を軸受２の軸線に沿って見たときに、所定の位置に配置されている。その所定の位置とは、第三の高さＨ３が第四の高さＨ４よりも高くなる位置である。第三の高さＨ３は、弾性部材４の外周端４２と接触する固定部材３の内周面３１の最も高い位置の高さと弾性部材４の外周端４２と接触する固定部材３の内周面３１の最も低い位置の高さとの中間の高さである。第四の高さＨ４は、スクイズフィルムダンパー５を形成する固定部材３の内周面３１の最も高い位置の高さとスクイズフィルムダンパー５を形成する固定部材３の内周面３１の最も低い位置の高さとの中間の高さである。この場合、第一の高さＨ１が第二の高さＨ２よりも高い場合に加え、第一の高さＨ１が第二の高さＨ２と一致する場合でも、第１の間隔ＣＵを第２の間隔ＣＬよりも小さくできる。このため、回転軸１が軸受装置１００ｂに取り付けられたときに軸受２の周方向においてスクイズフィルムダンパー５の寸法が均一になりやすい。
【００３４】
例えば、軸受３の内周面３１には環状溝３１ａが形成されている。弾性部材４は環状溝３１ａに嵌まっている。典型的には、弾性部材４の外周端４２が環状溝３１ａの底面に接触している。環状溝３１ａは、固定部材３の軸線に沿って固定部材３の軸線に垂直な固定部材３の断面をみたときに、例えば、環状溝３１ａの底面によって形成される輪郭が円であるように形成されている。弾性部材４の断面寸法は環状溝３１ａの深さよりも大きく、弾性部材４の一部は、環状溝３１ａから半径方向内側に突出している。例えば、固定部材３の内周面３１の下端における環状溝３１ａの深さは、固定部材３の内周面３１の上端における環状溝３１ａの深さよりも小さい。軸受２の外周面２１は、例えば、軸受２の軸線方向にストレートに延びている円柱面として形成されている。例えば、このようにして、第三の高さＨ３を第四の高さＨ４よりも高くできる。この場合、軸受２は軸対称な形状を有するので、軸受２が弾性部材４との接触面で滑って周方向に移動した場合でも、第三の高さＨ３が第四の高さＨ４よりも高いという関係が保たれる。回転軸１の回転が開始されるとき、又は、回転軸１の回転が停止されるときには、回転軸１が軸受２の内周面２２に接触したまま回転することがある。この場合、軸受２が回転軸１から受ける摩擦トルクによって軸受２が固定部材３に対して回転する可能性がある。このような場合でも、第三の高さＨ３が第四の高さＨ４より高いという関係が保たれ、第１の間隔ＣＵを第２の間隔ＣＬよりも小さくできる。このため、回転軸１が軸受装置１００ｂに取り付けられたときに軸受２の周方向においてスクイズフィルムダンパー５の寸法が均一になりやすい。その結果、スクイズフィルムダンパー５が回転軸１の回転による振動を適切に減衰できる。
【００３５】
環状溝３１ａは、固定部材３の軸線に沿って固定部材３の軸線に垂直な固定部材３の断面をみたときに、環状溝３１ａの底面によって形成される輪郭が楕円であるように形成されていてもよい。
【００３６】
＜ターボ機械＞
図３に示すように、ターボ機械２００は、軸受装置１００ａと、回転軸１と、翼車１１とを備えている。回転軸１は、水平に配置されており、軸受装置１００ａの軸受１２によって回転軸１の半径方向に回転可能に支持されている。翼車１１は、回転軸１に固定されている。翼車１１は、作動流体を圧縮又は膨張させる。なお、ターボ機械２００は、軸受装置１００ａの代わりに、軸受装置１００ｂを備えていてもよい。
【００３７】
ターボ機械２００は、例えば、冷凍サイクルに利用されるターボ圧縮機である。この場合、翼車１１が回転軸１とともに回転することによって作動流体である冷媒を圧縮する。すなわち、冷媒は、翼車１１を通過することによって圧縮される。ターボ機械２００がターボ圧縮機である場合、高い圧力比を得るためには、回転軸１及び翼車１１を例えば１万回転〜１０万回転という高速で回転させる必要がある。このような高速で回転軸１を回転させる必要がある場合、回転軸１の残留不釣合いにより回転軸１の回転と同期して発生する加振力が引き起こす回転軸１の強制振動を抑制することがターボ機械２００の信頼性上軸受装置１００ａに求められる。また、軸受装置１００ａの軸受２が流体軸受である場合、軸受２の内周面２２と回転軸１の外周面との間に存在する液膜の自励振動を抑制することもターボ機械２００の信頼性上の課題となる。
【００３８】
これらの課題に対する解決手段として、スクイズフィルムダンパーの減衰作用を利用することが考えられる。実際に、軸受装置１００ａは、軸受２をＯリングなどの弾性部材４で支持して軸受２と固定部材３との間にスクイズフィルムダンパー５を形成する。一方、ターボ機械２００が冷凍サイクルのターボ圧縮機であり、ターボ機械２００を通過する冷媒の流量を増加させる必要がある場合、翼車１１の羽根高さ及び翼車１１の直径を大きくする必要がある。これにより、翼車１１が大型化し、大型な翼車１１を回転させるための回転軸１も大型になる。その結果、回転軸１の重量（例えば、１０ｋｇ以上）が大きくなってしまう。この場合、回転軸１の重量による静荷重に伴う弾性部材４の変形量を無視できない。仮に、回転軸の重量による静荷重に伴う弾性部材の変形量が考慮されずに軸受装置が設計されていると、回転軸が１回転する期間においてスクイズフィルムダンパーが発揮する減衰性能が周方向にばらつく可能性がある。その結果、上下方向の振動に対してスクイズフィルムダンパーが適切な減衰性能を発揮できない可能性がある。しかし、軸受装置１００ａでは、上記の通り、回転軸１の重量による静荷重に伴う弾性部材４の変形量が考慮されている。このため、軸受装置１００ａは、ターボ機械２００を通過する冷媒の流量が大きい場合（例えば、１ｍ3／ｓ以上）でも、回転軸１の強制振動及び軸受２の自励振動を適切に抑制でき、ターボ機械２００の信頼性を有利に高めることができる。
【００３９】
スクイズフィルムダンパー中には、典型的には粘性液体が存在している。スクイズフィルムダンパー中に存在している粘性液体は、スクイズフィルムダンパーが減衰作用を発揮することにより散逸した熱エネルギーにより発熱する。スクイズフィルムダンパー中の粘性液体の温度が過度に上昇すると、キャビテーションが発生して、スクイズフィルムダンパーが発揮すべき減衰性能が低下する可能性がある。これを避けるために、例えば、スクイズフィルムダンパーに存在する粘性流体を時間の経過とともに置換してリフレッシュさせ、スクイズフィルムダンパーに存在する粘性流体の過度な温度上昇を抑制することが考えられる。例えば、スクイズフィルムダンパーが冷凍サイクルのターボ圧縮機に用いられている場合、スクイズフィルムダンパー中の粘性液体をスクイズフィルムダンパーから排出又は漏出させることが考えられる。この場合、例えば、冷凍サイクルにおいて作動流体である冷媒が存在する空間に連通している流路若しくは隙間又は軸受に形成されている液膜を経由してスクイズフィルムダンパーから粘性液体を冷媒空間へ排出させる。冷媒と相溶性を有する潤滑油などの粘性液体をスクイズフィルムダンパーに存在させる粘性液体として用いることができればよいが、適切な粘性流体が存在しない場合もある。そこで、スクイズフィルムダンパーに存在させる粘性液体として冷凍サイクルの冷媒を利用することが考えられる。しかし、冷凍サイクルの冷媒の粘度は、熱交換器を通過するときの圧力損失を低減する観点から、低いことが多い（例えば、２０℃における粘度が０．００１〜０．０１Ｐａ・ｓ）。そこで、スクイズフィルムダンパーに存在させる粘性液体として冷媒を利用する場合、スクイズフィルムダンパーが適切な減衰性能を発揮するために、スクイズフィルムダンパーの寸法をかなり小さくする必要がある。この場合、スクイズフィルムダンパーの半径方向の寸法の周方向にばらついていると、スクイズフィルムダンパーが発揮する減衰性能が著しく低下する。
【００４０】
軸受装置１００ａでは、上記のように、回転軸１の重量による静荷重に伴う弾性部材４の変形量が考慮されている。このため、軸受装置１００ａにおいて形成されるスクイズフィルムダンパー５に存在させる粘性液体が冷凍サイクルの冷媒である場合でも、スクイズフィルムダンパー５の半径方向の寸法が周方向において均一になりやすい。このため、スクイズフィルムダンパー５が適切な減衰性能を発揮できる。このように、軸受装置１００ａは、冷凍サイクル装置の冷媒をスクイズフィルムダンパー５に供給するターボ圧縮機の軸受装置として有利に利用可能である。これにより、軸受装置１００ａは、回転軸１の強制振動及び軸受２の自励振動を抑制でき、ターボ圧縮機であるターボ機械２００の信頼性を有利に高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本開示の軸受装置は、ターボ冷凍機又は業務用空調機器などの空調機器に用いられる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１                          回転軸
２                          軸受
３                          固定部材
４                          弾性部材
５                          スクイズフィルムダンパー
１１                        翼車
２１                        軸受の外周面
３１                        固定部材の内周面
４１                        弾性部材の内周端
４２                        弾性部材の外周端
１００ａ、１００ｂ          軸受装置
２００                      ターボ機械
ＣＵ                        第一間隔
ＣＬ                        第二間隔
Ｈ１                        第一の高さ
Ｈ２                        第二の高さ
Ｈ３                        第三の高さ
Ｈ４                        第四の高さ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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