JP6869641B2 - すべり軸受およびすべり軸受を備えた電動機 - Google Patents

Description

本発明は、すべり軸受の構造に係り、特に、軸受面に外部から加圧された潤滑油を供給し、軸を浮き上がらせる外部加圧軸受に適用して有効な技術に関する。

軸と軸受が相対的に滑り運動をするすべり軸受は、一般的に軸と軸受の間に流体の潤滑膜を形成させ、その潤滑膜によって摩擦抵抗を減少させて荷重を支持する。すべり軸受は、すべり運動によって潤滑膜を生じさせ、その膜圧力により軸を浮かせて支持する動圧軸受と、外部からの流体圧力を用いて潤滑膜を形成する静圧軸受とに大別される。

軸受面に外部から加圧された流体（一般的には潤滑油）を供給し、軸を浮き上がらせる構造の静圧軸受は、外部加圧軸受とも呼ばれ、加圧した潤滑油を送るための油ポンプやオイルタンク等の設備を必要とするが、摩擦損失が小さく、起動・停止時においても軸受面が固体接触しないため摩耗が少なく、電動機などの産業機器に広く用いられている。

本技術分野の背景技術として、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「一対の半円筒状軸受を組み合わせて形成され、軸部材を回転可能に支持する円筒状のすべり軸受であって、下側半円筒状軸受に供給される潤滑油の量を増加させることが可能なすべり軸受」が開示されている。

また、特許文献２には、「支持する軸の外径に拘わらず共通の摺動部材を使用して汎用性を高め得るとともに、使用中に偏荷重等が発生しても破損し難くいすべり軸受構造体」が開示されている。

特開２０１５−１５２１０７号公報 特開２０１３−４４４１７号公報

ところで、静圧軸受タイプのすべり軸受では、軸と軸受の摩擦係数は外部から供給される流体（潤滑油）の油圧と受圧面積に支配されるため、軸受面に潤滑油をまんべんなく十分に行き渡らせることが、安定した軸受性能を維持し、すべり軸受を長寿命化するためには重要な課題である。

例えば、特許文献２の軸受構造に特許文献１のような給油孔や油溝を設けることが考えられる。しかしながら、この方法では、軸受面全体に十分な潤滑膜を形成するのは難しく、また、油が十分に循環されない問題が生じる。

そこで、本発明は、潤滑環境下に求められる混合潤滑や境界潤滑領域での安定した軸受性能を有するとともに、すべり軸受の長寿命化を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、回転軸を回転可能に支持し、軸受面において当該回転軸をすべり運動させるすべり軸受であって、前記すべり軸受は、前記軸受面に、前記回転軸の挿入方向に延在する摺動部材が円周方向に所定間隔で複数設けられ、前記複数の摺動部材の各々の間に、それぞれ給油口が設けられており、前記給油口のうち重力方向に対して最も下側に設けられる高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材の前記高圧油用給油口側かつ前記回転軸側の端部に、前記摺動部材が凹となる面取り部がそれぞれ設けられており、前記高圧油用給油口から前記軸受面に潤滑油を供給することで前記回転軸と前記軸受面の間に潤滑膜を形成する静圧軸受タイプのすべり軸受であることを特徴とする。

また、本発明は、内部にコイルおよびコアが搭載され、誘導電流により回転軸を回転させる電動機であって、前記回転軸は、すべり軸受により回転可能に支持されており、前記すべり軸受は、軸受面に、前記回転軸の挿入方向に延在する摺動部材が円周方向に所定間隔で複数設けられ、前記複数の摺動部材の各々の間に、それぞれ給油口が設けられており、前記給油口のうち重力方向に対して最も下側に設けられる高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材の前記高圧油用給油口側かつ前記回転軸側の端部に、前記摺動部材が凹となる面取り部がそれぞれ設けられており、前記高圧油用給油口から前記軸受面に潤滑油を供給することで前記回転軸と前記軸受面の間に潤滑膜を形成する静圧軸受タイプのすべり軸受であることを特徴とする。

本発明によれば、潤滑環境下に求められる混合潤滑や境界潤滑領域での安定した軸受性能を有するとともに、すべり軸受けを長寿命化することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る電動機の全体概要を示す図である。 本発明の一実施形態に係る軸受メタルの俯瞰図である。 軸受メタルを図１のＡ−Ａ’方向から見た断面図である。 軸受メタルを図３のＣ−Ｃ’方向から見た断面図である。 図４ＡのＤ−Ｄ’部断面を概念的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るすべり軸受における軸受給排油の流路を示す図である。 本発明の一実施形態に係る軸受メタルのオイルリフト部の形状と摺動部材を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明を省略する。

先ず、図１を用いて、本発明を適用する電動機について説明する。図１は電動機の全体概要を示している。本実施例の電動機は、図１に示すように、電動機１の上に冷却装置２が搭載された電動機システムとして構成されている。なお、図１の右側の図は、図１の左側の図をＢ−Ｂ’方向（マイナスＸ方向）からみた図である。

電動機本体（電動機１の中央部分）には、コイル及びコアが搭載されており、誘導電流でシャフト軸１０２が回転する。シャフト軸１０２は、２つのすべり軸受（すべり軸受本体１０１）により支持されている。

冷却装置２には、モータ３、ファン４、冷却水循環タンク５が設置されており、モータ３によりファン４が回転することで電動機１で発生した熱を循環させ、冷却水循環タンク５により熱交換を行うことにより、電動機１を冷却する。

次に、図２を用いて、すべり軸受本体１０１の内部構造について説明する。すべり軸受本体１０１の内部には、図２に示す軸受メタルが組込まれている。図２は軸受メタルの俯瞰図である。なお、軸受メタルは、シャフト軸１０２の軸受として利用される部品である。

図２に示すように、軸受メタルは中空構造を有しており、当該中空領域にシャフト軸１０２が挿入されることにより、軸受として機能する。軸受メタルの内径側面には、摺動部材３１１が紙面の奥から手前方向に向けて設けられている。また、軸受メタルの内径側面には、軸受面に油を導入するための給油口３０４，３０８，３１０が設けられている。なお、摺動部材３１１及び各給油口の詳細な構成については、図３を用いて後述する。

図３は図１のＡ−Ａ’断面図であり、シャフト軸１０２を除いた軸受メタルのみの断面形状を表した図である。本実施例の軸受メタルは、上側メタル３０１と下側メタル３０２を組合せて使用するものである。

上側メタル３０１と下側メタル３０２を合せた軸受メタルの内径円は、シャフト軸１０２の軸径に合った内径円となっており、軸受合金により構成されているすべり軸受である。軸受合金は、一般的にホワイトメタルと呼ばれる、スズ（Ｓｎ），アンチモン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）などを主体とする合金である。

本実施例の軸受メタルは、図２および図３に示すように、摺動部材３１１が下側メタル３０２に組み込まれている。摺動部材３１１によって、使用中にシャフト軸１０２による偏荷重等が発生しても上側メタル３０１や下側メタル３０２の破損を防ぐことが出来る。

摺動部材３１１は、湾曲板状形状をしており、下側メタル３０２には、軸方向（図３の紙面に向かって奥）に溝が加工されており、そこに摺動部材３１１が組み込まれている。摺動部材３１１には、例えば、脱脂した米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料であるＲＢセラミックス（ＲＢ：Rice Bran）製の部材等が使用されるが、耐摩耗性に優れたものであれば他の材質でもよい。

摺動部材３１１は、下側メタル３０２の内径側面に、Ｙ軸に対して左右対称で放射状に配置されており、第１給油口３０３、第２給油口３０４付近に設けられる油溜め部３０５に重ならない位置まで所定の間隔で配置される。油溜め部３０５は、第１給油口３０３および第２給油口３０４から導入された油を溜めておくための窪み（凹部）である。

なお、図２および図３では、上側メタル３０１は軸受合金のみで構成されており、摺動部材３１１は組み込まれていないが、上側メタル３０１にも組み込まれていても良い。

ここで、少なくとも下側メタル３０２に摺動部材３１１を組み込むのは、シャフト軸１０２による偏荷重等が下側メタル３０２により多く付加されるためであり、耐磨耗性を向上させることが出来る。

本実施例の軸受メタルにおいて、図２および図３の上側メタル３０１に摺動部材３１１を組み込んでいない理由は、主に下側メタル３０２に荷重がかかる為である。摺動部材３１１が無い部分は、軸受合金となっている。

図３において、下側メタル３０２の下側中央にある給油口３０６は、高圧油供給用の給油口であり、シャフト軸１０２を油圧により浮かせるオイルリフトを目的としている。その他の給油口（給油口３０３〜３０４及び第３給油口３０７〜第６給油口３１０）は、低圧油供給用の給油口である。低圧油供給用の給油口３０７〜３１０は、軸受面全体、すなわち下側メタル３０２の内径側面全体に油が行き渡るよう、各摺動部材３１１間に設けられている。

低圧油供給用の給油口３０７〜３１０の配置は、図３のＹ軸に対して左右対称である。また、給油口の位置は、重力の原理上、油は上から下へと流れるため、なるべく上側（プラスＹ方向側）に設けるのが望ましい。

なお、摺動部材３１１のみで、軸受面の潤滑条件を十分満足する場合は、必ずしも、各摺動部材３１１の間に給油口を設ける必要はない。

また、高圧油供給用の給油口３０６付近の軸受メタル部分は湾曲とはなっておらず、長方形に平面で加工されている。この高圧油用給油口３０６付近の軸受メタルの形状については実施例２にて説明する。

図４Ａは図３のＣ−Ｃ’断面図である。摺動部材４０１はＺ方向、すなわちシャフト軸１０２の挿入方向に沿って延在して配置されている。ここで、複数の部材からなる摺動部材４０１は、下側メタル３０２の内径側面に接着剤により取り付けられている。なお、摺動部材４０１は、１つの部材を用いて、必要な箇所に給油口等を加工形成する形態としても良い。

摺動部材４０１は、軸受合金に溝加工を施し、接着剤及び嵌め込みにて、油の吐出圧が加わっても動かないように下側メタル３０２の内径側面に組み込まれている。

なお、高圧油供給用の給油口３０６が設けられているＺ方向の両端にも摺動部材４０１が組み込まれている。この構成の詳細については、実施例２にて説明する。

図５はすべり軸受本体１０１への軸受給排油の流路を示す図である。軸受本体に設けられた給油口５０１から油（潤滑油）を供給することにより、軸受メタル外側油溜め５０２へ油が流れる。

軸受メタルの内側と外側油溜め５０２の圧力差により油が各給油口（図３の給油口３０３〜３０４及び給油口３０７〜３１０）から軸受メタル内部へ流れる。高圧油用給油口３０６への高圧油の供給は、給油系統の一部を分岐し、加圧ポンプで加圧して供給するか、もしくは、他の給油口への給油系統とは別の供給系統を設けて高圧油を供給しても良い。

下側メタル３０２の両端部の軸受合金加工部（図４Ａの４０２及び４０３の点線で示す範囲内）をシャフト軸１０２の径より少し広く加工している事により、油はその隙間より外側へ流れて行き軸受本体のオイルタンク５０４へ排出され、排油口５０５へと流れる。

以上説明したように、本実施例のすべり軸受構造によれば、軸受面に潤滑油をまんべんなく十分に行き渡らせることができ、安定した軸受性能を維持すると共に、すべり軸受の長寿命化が可能となる。

図４Ａ及び図４Ｂを用いて、実施例２のすべり軸受について説明する。図４Ａは図３のＣ−Ｃ’断面図であり、図４Ｂは図４ＡのＤ−Ｄ’断面図である。実施例１の図３で説明したように、高圧油用給油口３０６から軸受面に油を供給する目的はシャフト軸１０２を浮かせることである。仮に図４Ａに示すＺ方向端部に設けられた摺動部材４０４がない状態だと、Ｚ軸方向に油が流れてしまいシャフト軸１０２を浮かせる目的を果たせなくなってしまう。

そこで、高圧油用給油口３０６から軸受面に供給された油に対して油溜めが作れるように摺動部材４０１にて堰き止めをしている。また、オイルリフト装置によるシャフト軸１０２の浮上りを可能とする規定の吐出圧を確保出来るように堰き止め部（油止め４０４）を配置している。そのため、図４Ａに示すように、互いに隣接する２つの摺動部材４０１と２つの堰き止め部（油止め４０４）に囲まれた領域は、矩形形状になっている。

また、高圧油用給油口３０６の付近の軸受メタル部分は、湾曲とはなっておらず、長方形（矩形）に平面で加工されている。長方形（矩形）に平面加工された軸受メタル部分のみでも油溜めの機能を有するが、Ｚ軸方向端部に設けられた摺動部材４０４を更に設けると効率的な油溜めが可能となり、シャフト軸１０２の浮上りをより効果的に実現することが出来る。

図４Ａの４０２〜４０３の範囲内の軸受合金の部分は、図４Ｂに示すように、シャフト軸１０２の径よりも少し大きく加工されている。これにより油の排油量を制限している。堰き止めの様に油の流れを止める機能ではなく、制限する機能となる。つまり、油の排油量を制限する為に下側メタル３０２のシャフト軸方向両端部をシャフト軸１０２の外径より少し大きく加工してシャフト軸と軸受内径の間に隙間がある構造となっている。

なお、シャフト軸１０２の径に合った内径円にすると排油がされにくくなってしまい、排油される箇所が他に無いため、堰き止めの様な構造にはしていない。また、シャフト軸１０２の径より大きい内径円にしてしまうと、図４ＡのＺ方向へ油が逃げてしまい全ての摺動部材４０１（ＲＢセラミックス材）へ油が行き渡らない可能性もあるため、ある程度の油溜めの機能も含まれている。

本実施例のすべり軸受構造によれば、実施例１と同様に、軸受面に潤滑油をまんべんなく十分に行き渡らせることができ、安定した軸受性能を維持すると共に、すべり軸受の長寿命化が可能となる。

図６を用いて、実施例３のすべり軸受について説明する。図６は高圧油用給油口６０３付近の摺動部材６０２の形状を示したものである。高圧油用給油口６０３に隣接する２つの摺動部材６０２の高圧油用給油口６０３側かつシャフト軸１０２（回転軸）側の端部には、摺動部材６０２が凹となる面取り加工がそれぞれ施されており（面取り部６０１）、シャフト軸１０２の浮上りを可能とする規定の吐出圧を確保出来るように面積を広くしている。これは、摺動部材６０２による摺動面積は可能な限り維持しつつ、油が行き渡る領域をできるだけ増やしたいためである。なお、高圧油用給油口６０３に隣接する摺動部材６０２以外の摺動部材６０２に対しても面取り加工が施されていてもよい。

本実施例のすべり軸受構造によれば、実施例１及び実施例２と同様に、軸受面に潤滑油をまんべんなく十分に行き渡らせることができ、安定した軸受性能を維持すると共に、すべり軸受の長寿命化が可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…電動機、２…冷却装置、３…モータ、４…ファン、５…冷却水循環タンク、１０１…すべり軸受本体、１０２…シャフト軸、３０１…上側メタル、３０２…下側メタル、３０３…第１給油口、３０４…第２給油口、３０５…油溜め部、３０６，６０３…高圧油用給油口、３０７…第３給油口、３０８，６０４…第４給油口、３０９，６０５…第５給油口、３１０，６０６…第６給油口、３１１，４０１，６０２…摺動部材、４０２，４０３…軸受合金加工部、４０４…摺動部材（油止め）、４０５…油（潤滑油）、５０１…給油口、５０２…軸受メタル外側油溜め部、５０３…軸受本体メタル受け部、５０４…オイルタンク、５０５…排油口、５０６…油面、６０１…面取り部。

Claims (10)

1. 回転軸を回転可能に支持し、軸受面において当該回転軸をすべり運動させるすべり軸受であって、
   前記すべり軸受は、前記軸受面に、前記回転軸の挿入方向に延在する摺動部材が円周方向に所定間隔で複数設けられ、
   前記複数の摺動部材の各々の間に、それぞれ給油口が設けられており、
   前記給油口のうち重力方向に対して最も下側に設けられる高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材の前記高圧油用給油口側かつ前記回転軸側の端部に、前記摺動部材が凹となる面取り部がそれぞれ設けられており、
   前記高圧油用給油口から前記軸受面に潤滑油を供給することで前記回転軸と前記軸受面の間に潤滑膜を形成する静圧軸受タイプのすべり軸受であることを特徴とするすべり軸受。
2. 請求項１に記載のすべり軸受であって、
   前記高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材に挟まれた領域に、前記回転軸の挿入方向への潤滑油の流れを制限する堰き止め部が設けられていることを特徴とするすべり軸受。
3. 請求項１に記載のすべり軸受であって、
   前記すべり軸受に前記回転軸を挿入した際、前記回転軸方向の前記軸受面の両端部における前記軸受面と前記回転軸との隙間が、前記軸受面の他の部分における前記軸受面と前記回転軸の隙間より狭く形成されていることを特徴とするすべり軸受。
4. 請求項２に記載のすべり軸受であって、
   前記堰き止め部は、前記高圧油用給油口からの潤滑油の吐出圧が前記回転軸の浮上りを可能にする吐出圧となるように配置されており、
   前記２つの摺動部材と前記堰き止め部に囲まれた領域は、矩形形状であることを特徴とするすべり軸受。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のすべり軸受であって、
   前記すべり軸受は、上下に分割可能な２つの半円筒状の軸受部材からなり、
   前記摺動部材および前記給油口は、前記２つの軸受部材のうち、下側の軸受部材の軸受面に設けられることを特徴とするすべり軸受。
6. 内部にコイルおよびコアが搭載され、誘導電流により回転軸を回転させる電動機であって、
   前記回転軸は、すべり軸受により回転可能に支持されており、
   前記すべり軸受は、軸受面に、前記回転軸の挿入方向に延在する摺動部材が円周方向に所定間隔で複数設けられ、
   前記複数の摺動部材の各々の間に、それぞれ給油口が設けられており、
   前記給油口のうち重力方向に対して最も下側に設けられる高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材の前記高圧油用給油口側かつ前記回転軸側の端部に、前記摺動部材が凹となる面取り部がそれぞれ設けられており、
   前記高圧油用給油口から前記軸受面に潤滑油を供給することで前記回転軸と前記軸受面の間に潤滑膜を形成する静圧軸受タイプのすべり軸受であることを特徴とするすべり軸受を備えた電動機。
7. 請求項６に記載の電動機であって、
   前記高圧油用給油口に隣接する２つの摺動部材に挟まれた領域に、前記回転軸の挿入方向への潤滑油の流れを制限する堰き止め部が設けられていることを特徴とするすべり軸受を備えた電動機。
8. 請求項６に記載の電動機であって、
   前記すべり軸受に前記回転軸を挿入した際、前記回転軸方向の前記軸受面の両端部における前記軸受面と前記回転軸との隙間が、前記軸受面の他の部分における前記軸受面と前記回転軸の隙間より狭く形成されていることを特徴とするすべり軸受を備えた電動機。
9. 請求項７に記載の電動機であって、
   前記堰き止め部は、前記高圧油用給油口からの潤滑油の吐出圧が前記回転軸の浮上りを可能にする吐出圧となるように配置されており、
   前記２つの摺動部材と前記堰き止め部に囲まれた領域は、矩形形状であることを特徴とするすべり軸受を備えた電動機。
10. 請求項６から９のいずれか１項に記載の電動機であって、
    前記すべり軸受は、上下に分割可能な２つの半円筒状の軸受部材からなり、
    前記摺動部材および前記給油口は、前記２つの軸受部材のうち、下側の軸受部材の軸受面に設けられることを特徴とするすべり軸受を備えた電動機。

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