特開 2024-168916 軸受装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168916

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/03 20060101AFI20241128BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20241128BHJP

   F16C 37/00 20060101ALI20241128BHJP

   F01D 25/16 20060101ALN20241128BHJP

   F02C 7/06 20060101ALN20241128BHJP

【ＦＩ】

F16C17/03

F16C33/10 Z

F16C37/00 A

F01D25/16 A

F02C7/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085970

(22)【出願日】2023-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鴫原 拓造

(72)【発明者】

【氏名】亀山 裕樹

【テーマコード（参考）】

3J011

3J117

【Ｆターム（参考）】

3J011AA07

3J011AA09

3J011BA16

3J011CA05

3J011JA02

3J011KA02

3J011LA06

3J011MA12

3J011PA10

3J011QA03

3J011RA03

3J011SB02

3J011SB03

3J011SB05

3J117EA01

3J117FA01

3J117GA02

3J117GA03

(57)【要約】

【課題】軸受パッドの冷却性能の更なる向上を図る。
【解決手段】回転軸を回転支持する摺動面を有する複数の軸受パッドと、複数の軸受パッドを周方向に配列して保持する環状のハウジングと、を備える。複数の軸受パッドの少なくとも１つは、内部に形成された中空部と、中空部に連通する潤滑油供給路と、中空部に連通する排出開口と、を有するパッド本体を含む。中空部は、摺動面側の第１壁面と、摺動面とは反対側の第２壁面とを有し、潤滑油供給路と連通する供給開口が第２壁面に形成され、供給開口の非形成領域において、第１壁面と第２壁面とを接続する支持構造体を有するとともに、供給開口の形成領域において、供給開口から第１壁面まで延ばした直線空間であって、支持構造体が形成されていない空間部を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を回転支持する摺動面を有する複数の軸受パッドと、
複数の軸受パッドを周方向に配列して保持する環状のハウジングと、を備え、
複数の軸受パッドの少なくとも１つは、内部に形成された中空部と、前記中空部に連通する潤滑油供給路と、前記中空部に連通する排出開口と、を有するパッド本体を含み、
前記中空部は、
摺動面側の第１壁面と、前記摺動面とは反対側の第２壁面とを有し、前記潤滑油供給路と連通する供給開口が前記第２壁面に形成され、
前記供給開口の非形成領域において、前記第１壁面と前記第２壁面とを接続する支持構造体を有するとともに、
前記供給開口の形成領域において、前記供給開口から前記第１壁面まで延ばした直線空間であって、前記支持構造体が形成されていない空間部を有する、
軸受装置。

【請求項2】

前記複数の軸受パッドの間に設けられ、前記パッド本体の外部から前記摺動面へ潤滑油を供給するノズルをさらに備え、
前記排出開口は、前記パッド本体のうち、前記摺動面以外の他の外表面に形成されている、
請求項１に記載の軸受装置。

【請求項3】

前記排出開口は、前記パッド本体の幅方向の側面に形成され、
前記中空部は、前記パッド本体の幅方向に延びて前記排出開口に接続し、
前記支持構造体は、前記中空部のうち、前記空間部に隣接する位置から前記排出開口までの前記非形成領域に、設けられている、
請求項２に記載の軸受装置。

【請求項4】

前記支持構造体は、隙間を隔てて配置された、柱状または板状の複数の支持部を含む、
請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。

【請求項5】

前記支持構造体は、前記複数の支持部により構成されたラティス構造体を含む、
請求項４に記載の軸受装置。

【請求項6】

前記パッド本体は、前記摺動面とは反対側の背面に入口開口を有し、
前記潤滑油供給路は、前記入口開口と前記供給開口とを直線状に接続している、
請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。

【請求項7】

前記パッド本体は、前記第２壁面に複数の前記供給開口を有し、
前記支持構造体は、前記中空部のうち、複数の前記供給開口の各々に対応する前記空間部を除く、複数の前記供給開口の間の前記非形成領域に設けられている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。

【請求項8】

前記中空部は、前記パッド本体の周方向のうち、前記パッド本体における前記回転軸の回転方向側に偏った領域に形成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、遠心圧縮機やギヤード圧縮機などの圧縮機、蒸気タービンやガスタービンなどの駆動用タービンなどの各種の回転機械に適用される軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転機械の性能向上のため、高周速、高面圧条件で使用可能な軸受装置が求められている。軸受装置の使用条件が高周速化、高面圧化すると、軸受パッド温度が高温となるため、軸受パッドを効率的に冷却する必要が生じる。軸受装置の軸受パッドを効率的に冷却する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

【0003】

特許文献１では、軸受パッドに、内部チャネル網を形成し、内部チャネル網に冷却用の油を供給する。内部チャネル網は、冷却用開口部に流体連通する少なくとも１つのチャネル節点と、チャネル節点に流体連通する少なくとも２つの通路とを含む分岐流路である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１９－５１９７０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１では、軸受パッドの内部に冷却用の油を流通させることで軸受パッドの冷却を促進するが、軸受パッドの冷却性能の更なる向上が求められる。

【0006】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、軸受パッドの冷却性能の更なる向上を図ることが可能な軸受装置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】

上記の目的を達成するための本開示の軸受装置は、回転軸を回転支持する摺動面を有する複数の軸受パッドと、複数の軸受パッドを周方向に配列して保持する環状のハウジングと、を備え、複数の軸受パッドの少なくとも１つは、内部に形成された中空部と、前記中空部に連通する潤滑油供給路と、前記中空部に連通する排出開口と、を有するパッド本体を含み、前記中空部は、摺動面側の第１壁面と、前記摺動面とは反対側の第２壁面とを有し、前記潤滑油供給路と連通する供給開口が前記第２壁面に形成され、前記供給開口の非形成領域において、前記第１壁面と前記第２壁面とを接続する支持構造体を有するとともに、前記供給開口の形成領域において、前記供給開口から前記第１壁面まで延ばした直線空間であって、前記支持構造体が形成されていない空間部を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の軸受装置によれば、軸受パッドの冷却性能の更なる向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態の軸受装置を軸方向から見た概略図である。

【図2】図２は、軸受装置の概略断面を表す図１のII－II断面図である。

【図3】図３は、比較例の軸受パッドの周方向に沿った温度分布を示す図である。

【図4】図４は、軸受パッドの概略構造を説明するための模式的な斜視図である。

【図5】図５は、軸受パッドの中空部を説明するための模式的な断面図である。

【図6】図６は、支持構造体の単位構造の第１例を示す説明図である。

【図7】図７は、支持構造体の単位構造の第２例を示す説明図である。

【図8】図８は、支持構造体の単位構造の第３例を示す説明図である。

【図9】図９は、支持構造体の単位構造の第４例を示す説明図である。

【図10】図１０は、支持構造体の単位構造の第５例を示す説明図である。

【図11】図１１は、支持構造体の単位構造の第６例を示す説明図である。

【図12】図１２は、支持構造体の単位構造の第７例を示す説明図である。

【図13】図１３は、支持構造体の単位構造の第８例を示す説明図である。

【図14】図１４は、支持構造体の単位構造の第９例を示す説明図である。

【図15】図１５は、第２実施形態に係る軸受装置の軸受パッドの構造を表す概略図である。

【図16】図１６は、第２実施形態の変形例を示す模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0011】

［第１実施形態］
＜軸受装置の構成＞
図１は、第１実施形態の軸受装置を軸方向から見た概略図、図２は、軸受装置の概略断面を表す図１のII－II断面図である。なお、以下の実施形態の説明にて、軸受装置の軸方向をＤａ方向（図２参照）、軸受装置の径方向をＤｒ方向、軸受装置の周方向をＤｃ方向と称して説明する。

【0012】

軸受装置１０は、回転体を回転自在に支持する。第１実施形態では、回転体は、例えば、回転機械の回転軸１００である。回転機械は、遠心圧縮機やギヤード圧縮機などの圧縮機や、蒸気タービン、ガスタービンなどの駆動用タービンなどである。第１実施形態では、軸受装置１０は、滑り軸受であって、回転軸１００の径方向Ｄｒの荷重（ラジアル荷重）を支持するジャーナル軸受である。軸受装置１０は、Ｄａ方向に延びる円柱形状の回転軸１００を、回転軸１００の軸心を中心に、回転自在に支持する。

【0013】

軸受装置１０は、例えば、ティルティングパッド軸受である。軸受装置１０は、ハウジング２０と、複数（本実施形態では、５個）の軸受パッド３０と、を備える。また、軸受装置１０は、複数（本実施形態では、５個）のノズル１１を備える。なお、軸受パッド３０およびノズル１１は、５個に限らず、４個以下や６個以上であってもよい。

【0014】

ハウジング２０は、円環形状をなす。ハウジング２０は、複数（５個）の軸受パッド３０を周方向Ｄｃに配列して保持する。ハウジング２０は、図２に示すように、ハウジング本体２１と、端面板２２と、を有する。

【0015】

ハウジング本体２１は、円環形状を有する。ハウジング本体２１は、各軸受パッド３０の背面３２を支持している。ハウジング本体２１は、軸方向Ｄａの一方端部に、径方向内向きに突出する環状のフランジ部２４を有する。フランジ部２４は、各軸受パッド３０と軸方向Ｄａに対向する。フランジ部２４の内周側端部は、回転軸１００とわずかな隙間を隔てて径方向Ｄｒに対向する。ハウジング本体２１の軸方向Ｄａの他方端部には、フランジ部２４は設けられておらず、端面板２２が取り付けられている。端面板２２は、フランジ部２４とほぼ同等の形状を有する環状の平板部材である。端面板２２は、各軸受パッド３０と軸方向Ｄａに対向する。端面板２２の内周側端部は、回転軸１００とわずかな隙間を隔てて径方向Ｄｒに対向する。ハウジング２０は、回転軸１００が挿通された状態で、回転軸１００の外周面とハウジング２０の内周面とによって、各軸受パッド３０を収容し、かつ潤滑油を保持する空間を形成する。

【0016】

５個の軸受パッド３０は、図１に示すように、回転軸１００を全周に亘って取り囲むように周方向Ｄｃに配列されている。５個の軸受パッド３０は、それぞれ、回転軸１００と所定間隔を隔てて径方向Ｄｒに対向し、回転軸１００を支持する。

【0017】

軸受パッド３０は、円弧形状をなす。軸受パッド３０は、回転軸１００の外表面と対向し、回転軸１００を回転支持する摺動面３１と、摺動面３１とは反対側の背面３２と、幅方向（軸方向Ｄａ）の一対の側面３３ａ、３３ｂ（図２参照）と、周方向Ｄｃの一対の端面３４ａ、３４ｂと、を有する。なお、図１および図２に示すように、各軸受パッド３０の幅方向は、軸受装置１０（回転軸１００）の軸方向Ｄａに一致し、各軸受パッド３０の厚み方向は、軸受装置１０（回転軸１００）の径方向Ｄｒに一致し、各軸受パッド３０の長さ方向は、軸受装置１０（回転軸１００）の周方向Ｄｃと一致する。

【0018】

摺動面３１は、軸受パッド３０の内周面であり、曲率半径が回転軸１００の外周面の曲率半径と同様またはわずかに大きい湾曲面である。背面３２は、軸受パッド３０の外周面であり、ハウジング本体２１の内周面に沿った湾曲面である。一方の側面３３ａおよび他方の側面３３ｂは、平面であり、それぞれ、フランジ部２４および端面板２２と、軸方向Ｄａに対向する。周方向Ｄｃの一対の端面３４ａ、３４ｂは、平面である。５個の軸受パッド３０は、実質的に同一形状をなす。

【0019】

軸受パッド３０は、背面３２の中央部において、ピボット２３を支点として、Ｄａ方向に平行な軸周りに揺動自在に設けられている。つまり、軸受パッド３０は、ピボット２３を支点として、回転軸１００の外周面に対して所定角度範囲内で僅かに傾斜することができる。

【0020】

５個のノズル１１は、周方向Ｄｃにおいて、５個の軸受パッド３０の間に１つずつ設けられている。ノズル１１は、ハウジング２０を径方向Ｄｒに貫通している。ノズル１１は、給油装置１１０（図２参照）に給油流路を介して接続されている。ノズル１１は、ハウジング２０内で、径方向Ｄｒの中央（つまり、回転軸１００）に向けて潤滑油を吐出する。これにより、各ノズル１１は、軸受パッド３０（後述するパッド本体４０）の外部から摺動面３１へ潤滑油を供給する。各ノズル１１は、吐出した潤滑油により、各軸受パッド３０の摺動面３１と回転軸１００の外周面との間の隙間に、潤滑油の油膜を形成する。軸受装置１０は、回転軸１００の回転に伴って、回転軸１００の外周面と摺動面３１との間の油膜に流体圧力を生じさせ、この流体圧力によってラジアル荷重の支持力を発生する。

【0021】

＜軸受パッドの加熱現象の説明＞
ここで、軸受パッド３０は、摺動面３１と回転軸１００との間の油膜のせん断発熱により加熱されて、特に摺動面３１が温度上昇する。図３は、比較例の軸受パッドの周方向Ｄｃに沿った温度分布を示す図であって、軸受パッドの断面と対応させたグラフを示している。比較例の軸受パッドは、軸受パッド３０と外形形状が同一であるが、後述する冷却構造を備えていない。

【0022】

図３において、グラフの縦軸は軸受パッドの摺動面温度であり、横軸は軸受パッドの周方向Ｄｃの位置である。端面３４ａから端面３４ｂに向かう方向（反時計方向）が、回転軸１００の回転方向である。回転方向側に向かう（端面３４ｂ側に向かう）に従って、軸受パッドの発熱量が増大して温度が上昇する。温度（発熱量）は、回転方向側の端面３４ｂの直前のピーク位置Ｐｋで、最大となる。

【0023】

油膜のせん断発熱は、回転軸１００の周速が高くなり、摺動面３１に対する面圧が高くなる程大きくなる。そこで、第１実施形態では、複数の軸受パッド３０の少なくとも１つは、以下に説明する冷却構造を有する。なお、第１実施形態では、複数（５つ）の軸受パッド３０の全てが、冷却構造を有している例を説明する。

【0024】

＜軸受パッドの冷却構造＞
図４は、軸受パッドの概略構造を説明するための模式的な斜視図である。図５は、軸受パッドの中空部を説明するための模式的な断面図である。

【0025】

第１実施形態では、軸受パッド３０は、図４および図５に示すように、中空部５０と、潤滑油供給路６０（図５参照）と、を有するパッド本体４０を含む。パッド本体４０は、外表面に、排出開口４１ａ、４１ｂと、入口開口４２とを有する。

【0026】

パッド本体４０は、軸受パッド３０の外形をなす構造部分であり、金属材料（例えばＦｅ材など）により形成されている。パッド本体４０の内周側表面に、摺動材（ホワイトメタルなど）からなる摺動材層４３（図５参照）が設けられている。この摺動材層４３の表面が、摺動面３１を構成する。パッド本体４０の他の外表面が、それぞれ、上述した軸受パッド３０の背面３２、側面３３ａ、３３ｂ、端面３４ａ、３４ｂを構成する。

【0027】

中空部５０は、パッド本体４０の内部に形成された空洞である。中空部５０は、パッド本体４０の上述した外表面（摺動面３１、背面３２、側面３３ａ、３３ｂ、端面３４ａ、３４ｂ）よりも内側に形成された内壁面によって区画されている。

【0028】

具体的には、中空部５０は、少なくとも、摺動面３１側の第１壁面５１と、摺動面３１とは反対側（つまり、背面３２側）の第２壁面５２と、周方向に対向する一対の第３壁面５３ａ、５３ｂと、を有する。第１壁面５１と第２壁面５２とは、パッド本体４０の厚み方向（径方向Ｄｒ）に対向する内表面である。第１壁面５１および第２壁面５２は、平坦面であるが、摺動面３１および背面３２の湾曲に対応して湾曲していてもよい。。第３壁面５３ａは、端面３４ａ側の内表面であり、第３壁面５３ｂは、端面３４ｂ側の内表面である。第３壁面５３ａおよび第３壁面５３ｂは、平坦面である。

【0029】

中空部５０は、パッド本体４０の周方向Ｄｃのうち、パッド本体４０における回転軸１００の回転方向側（つまり、端面３４ｂ側）に偏った領域に形成されている。中空部５０は、周方向Ｄｃにおいて、端面３４ｂから全長の１／２の範囲内に設けられている。また、中空部５０は、周方向Ｄｃにおいて、図３のピーク位置Ｐｋを含む範囲に形成されている。なお、ピーク位置Ｐｋは、中空部５０が形成されていない試験用の軸受パッド（図３参照）を用いて実験的に取得できるほか、シミュレーションによって解析的に決定することができる。

【0030】

中空部５０は、冷却用の潤滑油を流通させるためのパッド本体４０の内部空間である。中空部５０は、図５に示すように、潤滑油供給路６０と連通する供給開口５２ａが第２壁面５２に形成されている。中空部５０は、排出開口４１ａ、４１ｂを介してパッド本体４０の外部と連通している。

【0031】

中空部５０は、パッド本体４０の幅方向（軸方向Ｄａ）に延びる概略直方体状の空間である。第１実施形態では、中空部５０は、パッド本体４０を幅方向に貫通している。つまり、中空部５０は、幅方向の両端が、それぞれパッド本体４０の外表面である側面３３ａおよび３３ｂに達し、側面３３ａおよび３３ｂにおける排出開口４１ａ、４１ｂに直接（他の流路を介さずに）接続している。このように、パッド本体４０は、摺動面３１以外の他の外表面（側面３３ａ、３３ｂ）に開口し、中空部５０に連通する排出開口４１ａ、４１ｂを有する。

【0032】

潤滑油供給路６０は、パッド本体４０の内部に形成された流路であり、中空部５０に連通する。潤滑油供給路６０は、一端が供給開口５２ａと接続し、他端が入口開口４２と接続している。入口開口４２は、パッド本体４０（軸受パッド３０）の背面３２に形成された開口部である。入口開口４２は、図１に示すように、軸受パッド３０に隣接するノズル１１から分岐した支流路１２と接続されている。これにより、パッド本体４０の入口開口４２は、近傍のノズル１１と並列的に、給油装置１１０（図２参照）から供給される潤滑油を受け入れる。そのため、図５に示すように、入口開口４２を通じて潤滑油供給路６０から供給される潤滑油が、供給開口５２ａから中空部５０内に流入し、中空部５０を通過して、排出開口４１ａ、４１ｂからパッド本体４０の外部へ排出される。

【0033】

供給開口５２ａは、パッド本体４０の幅方向（軸方向Ｄａ）において、パッド本体４０の略中央に形成されている。供給開口５２ａは、入口開口４２と、パッド本体４０の厚み方向（径方向Ｄｒ）に沿って直線状に並んでいる。そして、潤滑油供給路６０は、入口開口４２と供給開口５２ａとを直線状に接続している。

【0034】

＜中空部の内部構造＞
中空部５０は、内部に、支持構造体７０と、空間部５５と、を含む。

【0035】

支持構造体７０は、中空部５０の内部において、第１壁面５１と第２壁面５２とを接続する。これにより、支持構造体７０は、中空部５０におけるパッド本体４０の機械的強度を補強する機能を有する。支持構造体７０は、中空部５０内で隙間を隔てて配置された、柱状または板状の複数の支持部７１を含む。このため、支持構造体７０は、複数の支持部７１の隙間により中空部５０内で潤滑油を流通可能としつつ、複数の支持部７１の表面を潤滑油に対する伝熱面として機能させる。すなわち、支持構造体７０は、摺動面３１からの熱を第１壁面５１を介して中空部５０内に伝達し、潤滑油との接触により潤滑油へ放熱する冷却部材としての機能を有する。なお、図５では便宜的に、複数の支持部７１を斜めに交差する格子状に図示しているが、支持構造体７０（支持部７１）の具体的な構造例は、後述する。

【0036】

支持構造体７０は、中空部５０のうち、供給開口５２ａの非形成領域ＮＥに設けられている。図５において、供給開口５２ａの非形成領域ＮＥは、供給開口５２ａの周縁部から、排出開口４１ａ（側面３３ａ）までに亘る領域と、供給開口５２ａの周縁部から、排出開口４１ｂ（側面３３ｂ）までに亘る領域と、が該当する。支持構造体７０は、非形成領域ＮＥの一部のみに設けられていてもよい。図５では、支持構造体７０は、中空部５０のうち、空間部５５に隣接する位置から各排出開口４１ａ、４１ｂまでの各非形成領域ＮＥに亘って、設けられている。

【0037】

空間部５５は、供給開口５２ａの形成領域ＥＡにおいて、供給開口５２ａから第１壁面５１まで延ばした直線空間であって、支持構造体７０が形成されていない空間である。空間部５５は、供給開口５２ａの開口断面形状を、そのまま第１壁面５１まで伸ばした柱状形状の空間として形成されている。つまり、空間部５５は、例えば供給開口５２ａが円形状の場合、円柱状空間である。また、空間部５５は、供給開口５２ａに接続する潤滑油供給路６０の中心軸線（一点鎖線参照）に沿って、第１壁面５１まで直線状に延びる。図５の例では、潤滑油供給路６０の中心軸線は、供給開口５２ａと向かい合う第１壁面５１と略直交する。

【0038】

空間部５５は、支持構造体７０のみならず、支持構造体７０以外の他の構造が形成されていない空間である。つまり、空間部５５には、供給開口５２ａから中空部５０内に流入する潤滑油と接触する構造が実質的に存在しない。そのため、空間部５５は、供給開口５２ａから流入する潤滑油を、そのまま直進させて、供給開口５２ａと向かい合う第１壁面５１の対向箇所に、直接衝突させる。

【0039】

＜支持構造体の構造例＞
図６～図１４は、支持構造体７０の単位構造の例を示す説明図である。中空部５０内に設けられる支持構造体７０は、これらの図６～図１４に示した構造のいずれか、または複数の組み合わせの構造でありうる。

【0040】

支持構造体７０を構成する各支持部７１は、中実構造を有する。つまり、各支持部７１の内側には、潤滑油を流通させる通路が形成されていない。支持構造体７０は、複数の支持部７１の間の隙間に、潤滑油を流通させる。図６～図１０では、支持構造体７０は、複数の支持部７１により構成されたラティス構造体を含む。本明細書において、ラティス構造とは、内部に空間を包含しながら中空部５０内における径方向Ｄｒの荷重を負担することが可能な三次元格子構造である。支持構造体７０は、図６に示すように、複数の支持部７１からなる単位構造を、中空部５０の内壁面に沿って複数配列することで形成されている。

【0041】

図６の例では、、支持構造体７０の単位構造７２Ａは、一端が頂点７３で互いに接続された３つの柱状の支持部７１により構成されている。つまり、単位構造７２Ａは、四面体の辺部のみで構成されている。頂点７３（一端側）が第１壁面５１と接続していてもよいし、他端側が第１壁面５１と接続していてもよい。

【0042】

図７に示す単位構造７２Ｂは、中間部で互いに交差する３つの柱状の支持部７１によって構成されている。支持部７１の各端部は、隣接する他の単位構造７２Ｂの支持部７１の端部と接続されうる。

【0043】

図８に示す単位構造７２Ｃは、アーチ状に湾曲した２つの板状の支持部７１が頂部と底部との間の部位で互いに接続された構造を有する。図９に示す単位構造７２Ｄは、一端が１つの頂点７３で互いに接続された、４つの直線板状の支持部７１を有する。つまり、単位構造７２Ｄは、四角錐の辺部のみで構成されている。図１０に示す単位構造７２Ｅは、多面体の辺部を構成する複数の柱状の支持部７１を有する。単位構造７２Ｅの配列において、互いに隣接する単位構造７２Ｅは、一部の支持部７１を共有しうる。図示しないが、ポーラスラティス構造と呼ばれる三次元構造を用いて支持構造体７０を形成することも可能である。

【0044】

支持構造体７０は、ラティス構造体以外の単位構造により構成されてもよい。図１１の単位構造７２Ｆは、ピン状の支持部７１を複数配列したピン列からなる。図１２の単位構造７２Ｇは、それぞれ面内方向に湾曲しつつ径方向Ｄｒに延びる複数の柱状の支持部７１を有し、全体として樹木状構造（密集した枝のような形状）をなす。

【0045】

図１３の単位構造７２Ｈは、径方向Ｄｒに延びる複数の平板状（フィン状）の支持部７１が、面内方向に中央から放射状に延びるように配列された構造を有する。単位構造７２Ｈの中央部は、上記の空間部５５に相当する。図１４の単位構造７２Ｉは、径方向Ｄｒに延びる複数の平板状の支持部７１が、面内方向に間隔をあけて平行に配列された構造（平行平板構造）を有する。単位構造７２Ｉの支持部７１は、中空部５０に沿ってパッド本体４０の幅方向に延びる。

【0046】

これらの単位構造７２Ａ～７２Ｉなどの配列から構成された支持構造体７０は、中空部５０における構造的強度を向上させつつ、表面積（伝熱面積）を効果的に増大させ、その結果、潤滑油への放熱を促進する。第１実施形態では、パッド本体４０は、中空部５０、潤滑油供給路６０、支持構造体７０を含む全体が、付加製造法（ＡＭ；additive manufacturing）により一体形成された一体造形品である。

【0047】

＜軸受装置の作用＞
第１実施形態に係る軸受装置１０の作用を説明する。図３に示したように、回転軸１００の回転に伴う油膜のせん断発熱によって、軸受パッド３０の発熱量は、回転軸１００の回転方向側（端面３４ｂ側）の後縁部付近のピーク位置Ｐｋで最大になる。つまり、軸受パッド３０は、図５における中空部５０の直上の摺動面３１の位置で、最大の発熱量となる。軸受パッド３０は、潤滑油供給路６０を介して中空部５０内に供給される潤滑油により、摺動面３１側に生じた熱を冷却する。

【0048】

ここで、摺動面３１側に生じた熱は、摺動材層４３を介して、中空部５０の第１壁面５１に伝わる。第１実施形態では、供給開口５２ａから中空部５０内に流入した低温の潤滑油が、空間部５５を直進して、第１壁面５１に直接衝突する。軸受パッド３０は、低温の潤滑油を、摺動面３１の裏面に相当する第１壁面５１に直接衝突させることにより、第１壁面５１（パッド本体４０）から潤滑油へ効果的に放熱させる。

【0049】

なお、この空間部５５の部分に支持構造体７０のような構造部分が存在する場合、伝熱面積は増大するものの、潤滑油は、第１壁面５１へ衝突する前に、当該構造部分と衝突して流速が低下する。第１実施形態は、空間部５５に構造部分が存在する場合と比較して、低温の潤滑油が高い流速を維持して第１壁面５１へ衝突することにより、摺動面３１のピーク温度の低減効果を向上させる。また、空間部５５における構造部分の存在は流路抵抗の増大をもたらす。そのため、第１実施形態は、空間部５５に構造部分が存在する場合と比較すると、ピーク位置Ｐｋにおける摺動面３１の温度を効果的に低下させつつ中空部５０の圧力損失を低減する効果をもたらす。

【0050】

第１壁面５１に衝突した潤滑油は、中空部５０内を幅方向の一方側と他方側とに分かれて、支持構造体７０が形成された領域を各排出開口４１ａ、４１ｂへ向けて流れる。軸受パッド３０は、第１壁面５１に衝突した後の潤滑油を、中空部５０内の支持構造体７０の外表面と衝突させることによって、第１壁面５１から支持構造体７０に伝達した熱を効率的に放出させる。

【0051】

中空部５０内を通過して温度上昇（吸熱）した潤滑油は、軸受パッド３０の側面３３ａ、３３ｂの各排出開口４１ａ、４１ｂから、軸受パッド３０の外部（つまり、ハウジング２０の内部空間）へ排出される。排出開口４１ａ、４１ｂが、摺動面３１以外の側面３３ａ、３３ｂに形成されているため、温度上昇した潤滑油が回転軸１００と摺動面３１との間の空間に供給されることが抑制される。第１実施形態では、中空部５０内で温度上昇（吸熱）した潤滑油ではなく、ノズル１１からの低温の潤滑油が回転軸１００と摺動面３１との間の空間に積極的に供給されるため、軸受パッド３０の外表面側の冷却性能を確保できる。

【0052】

なお、回転軸１００と摺動面３１との間の空間から排出された潤滑油、および、排出開口４１ａ、４１ｂから排出された潤滑油は、図２に示すように、フランジ部２４と回転軸１００との間の隙間、および、端面板２２と回転軸１００との間の隙間から、軸受装置１０の外部に排出される。

【0053】

［第２実施形態］
図１５は、第２実施形態に係る軸受装置の軸受パッドの構造を表す概略図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0054】

上記第１実施形態では、パッド本体４０の中空部５０に、１つの供給開口５２ａを設けた例を示したが、この第２実施形態による軸受パッド３０Ａのパッド本体４０は、第２壁面５２に複数（３つ）の供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃを有する。なお、供給開口の数は、３つには限られず、２つでもよいし、４つ以上でもよい。

【0055】

供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、第２壁面５２において、パッド本体４０の幅方向（Ｄａ方向）に沿って、間隔をあけて並んでいる。幅方向において、供給開口５２ａおよび供給開口５２ｂの間と、供給開口５２ｂおよび供給開口５２ｃの間とには、それぞれ、供給開口５２ａが形成されていない非形成領域ＮＥ１、ＮＥ２が存在する。

【0056】

各供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、同一の潤滑油供給路６０と接続している。すなわち、潤滑油供給路６０は、入口開口４２に接続する１つの一方端部と、供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃにそれぞれ接続する３つの他方端部と、を有する分岐路である。

【0057】

具体的には、潤滑油供給路６０は、入口開口４２と供給開口５２ｂとの間の分岐点６１から、それぞれ延びた通路６２ａ～６２ｃを含む。なお、入口開口４２は、供給開口５２ｂとパッド本体４０の厚み方向に並んでいる。通路６２ａは、分岐点６１から側面３３ａ側へ幅方向に延びた後、直角に屈曲して供給開口５２ａに接続している。通路６２ｂは、分岐点６１から厚み方向に直進して供給開口５２ｂに接続している。通路６２ｃは、分岐点６１から側面３３ｂ側へ幅方向に延びた後、直角に屈曲して供給開口５２ｃに接続している。各通路６２ａ～６２ｃは、いずれも、第２壁面５２（供給開口５２ａ～５２ｃ）に対して垂直に接続している。

【0058】

第２実施形態では、供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃの各々に、対応する空間部５５ａ、５５ｂおよび５５ｃが設けられている。通路６２ａ～６２ｃの各中心軸線は、軸受パッド３０の厚み方向（径方向Ｄｒ）に沿っているため、空間部５５ａ、５５ｂおよび５５ｃは、対応する供給開口５２ａ、５２ｂおよび５２ｃから、第１壁面５１まで厚み方向に延びる直線空間である。

【0059】

支持構造体７０は、中空部５０のうち、複数の供給開口５２ａ～５２ｃの各々に対応する空間部５５ａ～５５ｃを除く、供給開口５２ａ～５２ｃの間の非形成領域ＮＥ１、ＮＥ２に設けられている。また、第２実施形態では、支持構造体７０は、中空部５０のうち、供給開口５２ａと隣接する位置から排出開口４１ａ（側面３３ａ）までの非形成領域ＮＥ３、および、供給開口５２ｃと隣接する位置から排出開口４１ｂ（側面３３ｂ）までの非形成領域ＮＥ４にも、それぞれ設けられている。

【0060】

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0061】

＜第２実施形態の作用＞
第２実施形態では、中空部５０に複数（３つ）の供給開口５２ａ～５２ｃが形成され、それに対応して複数（３つ）の空間部５５ａ～５５ｃが設けられているので、各供給開口５２ａ～５２ｃから中空部５０内に流入した潤滑油が、それぞれ対向する第１壁面５１に直接衝突する。第１壁面５１において、低温の潤滑油が直接衝突する領域の面積が増大するので、低温の潤滑油を第１壁面５１に衝突させることによる摺動面３１のピーク温度の低減効果が向上する。そして、潤滑油が各供給開口５２ａ～５２ｃの間を通過する際には、支持構造体７０との熱交換により軸受パッド３０Ａが冷却される。

【0062】

＜第２実施形態の変形例＞
図１５では、潤滑油供給路６０の各通路６２ａ～６２ｃが、いずれも、第２壁面５２（供給開口５２ａ～５２ｃ）に対して垂直に接続する例を示したが、これに限られない。図１６は、第２実施形態の変形例を示す模式的な断面図である。図１６に示す変形例による軸受パッド３０Ｂでは、通路６２ａおよび通路６２ｃが、それぞれ、第２壁面５２（供給開口５２ａ、５２ｃ）に対して、斜めに傾斜して接続している。

【0063】

このように、潤滑油供給路６０が第２壁面５２（供給開口５２ａ）に対して斜めに接続する場合、空間部５５ａ、５５ｃも、斜めに傾斜した直線空間として設けられる。つまり、空間部５５ａは、供給開口５２ａから、通路６２ａの中心軸線Ａｘ１に沿って、第１壁面５１まで延びる直線状空間として形成される。空間部５５ｃは、供給開口５２ｃから、通路６２ｃの中心軸線Ａｘ３に沿って、第１壁面５１まで延びる直線空間として形成される。そのため、供給開口５２ａおよび供給開口５２ｃから中空部５０内に流入する潤滑油は、空間部５５ａ、５５ｃを直進して、そのまま第１壁面５１の対応箇所に衝突する。このように、潤滑油が第１壁面５１に対して斜めに衝突する場合でも、衝突による冷却効果は十分に得ることができる。なお、通路６２ｂの中心軸線Ａｘ２は、第２壁面５２（供給開口５２ｂ）に対して垂直である。上記第１実施形態の潤滑油供給路６０（図５参照）についても、斜めに傾斜していてもよい。この他、第１壁面５１と第２壁面５２とが非平行であってもよい。

【0064】

［作用効果］
第１の態様に係る軸受装置は、回転軸１００を回転支持する摺動面３１を有する複数の軸受パッド３０と、複数の軸受パッド３０を周方向Ｄｃに配列して保持する環状のハウジング２０と、を備え、複数の軸受パッド３０の少なくとも１つは、内部に形成された中空部５０と、中空部５０に連通する潤滑油供給路６０と、中空部５０に連通する排出開口４１ａ、４１ｂと、を有するパッド本体４０を含み、中空部５０は、摺動面３１側の第１壁面５１と、摺動面３１とは反対側の第２壁面５２とを有し、潤滑油供給路６０と連通する供給開口５２ａが第２壁面５２に形成され、供給開口５２ａの非形成領域ＮＥにおいて、第１壁面５１と第２壁面５２とを接続する支持構造体７０を有するとともに、供給開口５２ａの形成領域ＥＡにおいて、供給開口５２ａから第１壁面５１まで延ばした直線空間であって、支持構造体７０が形成されていない空間部５５を有する。

【0065】

第１の態様に係る軸受装置は、潤滑油供給路６０を介して供給開口５２ａから中空部５０内に流入した低温の潤滑油を、空間部５５により、第１壁面５１に直接衝突させることができる。これにより、摺動面３１の熱を、摺動面３１の裏面に相当する中空部５０の第１壁面５１から、低温の潤滑油へ効果的に放出することができる。また、第１壁面５１に衝突した潤滑油が排出開口４１ａ、４１ｂへ流れる間に、潤滑油を支持構造体７０の外表面と衝突させることによって、第１壁面５１から支持構造体７０に伝導した熱を効率よく放出させることができる。そのため、たとえば単に軸受パッド３０の内部に潤滑油を流通させる構造と比べて、軸受パッド３０の冷却性能の更なる向上を図ることができる。その結果、軸受装置１０を高周速、高面圧条件で使用する場合でも、摺動面３１の温度が過度に上昇することを抑制できる（つまり、軸受装置１０を使用可能な周速、面圧条件の上限を引き上げることができる）。

【0066】

第２の態様に係る軸受装置は、複数の軸受パッド３０の間に設けられ、パッド本体４０の外部から摺動面３１へ潤滑油を供給するノズル１１をさらに備え、排出開口４１ａ、４１ｂは、パッド本体４０のうち、摺動面３１以外の他の外表面に形成されている。これにより、中空部５０内を通過して熱を吸収した高温の潤滑油を摺動面３１以外の外表面から排出しつつ、摺動面３１（摺動面３１と回転軸１００との間の空間）には、ノズル１１から低温の潤滑油を供給することで、摺動面３１の発熱を外表面側から吸収できる。そのため、摺動面３１の温度上昇を効果的に抑制できる。

【0067】

第３の態様に係る軸受装置では、排出開口４１ａ、４１ｂは、パッド本体４０の幅方向の側面３３ａ、３３ｂに形成され、中空部５０は、パッド本体４０の幅方向に延びて排出開口４１ａ、４１ｂに接続し、支持構造体７０は、中空部５０のうち、空間部５５に隣接する位置から排出開口４１ａ、４１ｂまでの非形成領域ＮＥに、設けられている。これにより、パッド本体４０の全幅に亘る範囲を、中空部５０内を通過する潤滑油によって効果的に冷却できる。また、中空部５０がそのまま排出開口４１ａ、４１ｂに接続するので、中空部５０と排出開口４１ａ、４１ｂとを細い流路で接続する場合と比べて、流路抵抗（すなわち、圧力損失）を低減することができる。

【0068】

第４の態様に係る軸受装置では、支持構造体７０は、隙間を隔てて配置された、柱状または板状の複数の支持部７１を含む。これにより、中空部５０における構造的強度を向上させつつ、支持構造体７０の表面積（伝熱面積）を効果的に増大させ、それにより潤滑油への放熱を促進することができる。

【0069】

第５の態様に係る軸受装置では、支持構造体７０は、複数の支持部７１により構成されたラティス構造体を含む。これにより、より小さい体積（重量と言い換えてもよい）で、高い構造的強度と大きな表面積（伝熱面積）とを有する支持構造体７０を得ることができる。

【0070】

第６の態様に係る軸受装置は、パッド本体４０は、摺動面３１とは反対側の背面３２に入口開口４２を有し、潤滑油供給路６０は、入口開口４２と供給開口５２ａとを直線状に接続している。これにより、入口開口４２から、潤滑油供給路６０、供給開口５２ａおよび空間部５５を通って、第１壁面５１に至る経路を、直線状に形成できる。そのため、容易に、高い流速で潤滑油を第１壁面５１に衝突させることができるので、軸受パッド３０の冷却性能を効果的に向上させることができる。

【0071】

第７の態様に係る軸受装置では、パッド本体４０は、第２壁面５２に複数の供給開口５２ａ～５２ｃを有し、支持構造体７０は、中空部５０のうち、複数の供給開口５２ａ～５２ｃの各々に対応する空間部５５ａ～５５ｃを除く、複数の供給開口５２ａ～５２ｃの間の非形成領域ＮＥ１、ＮＥ２に設けられている。第１壁面５１において、低温の潤滑油が直接衝突する領域の面積を増大させることができるので、低温の潤滑油を第１壁面５１に衝突させることによる冷却効果をさらに向上させることができる。そして、潤滑油が各供給開口５２ａ～５２ｃの間を通過する際には、支持構造体７０との熱交換による冷却効果が得られる。

【0072】

第８の態様に係る軸受装置では、中空部５０は、パッド本体４０の周方向Ｄｃのうち、パッド本体４０における回転軸１００の回転方向側に偏った領域に形成されている。これにより、中空部５０を、摺動面３１のうちで特に発熱が大きくなる箇所（図３のピーク位置Ｐｋ参照）の直下に配置することができる。つまり、ピーク位置Ｐｋの摺動面３１を、その裏側に相当する箇所への低温の潤滑油の衝突によって直接冷却できる。その結果、稼働時の摺動面３１の温度ピークを効果的に低減することができる。言い換えると、摺動面３１の許容上限温度に到達しにくくなるので、その分、軸受装置の使用条件をさらに緩和（高周速化、高面圧化）できる。

【0073】

［変形例］
なお、上述した第１および第２実施形態では、２つの排出開口４１ａ、４１ｂが、パッド本体４０の各側面３３ａ、３３ｂに形成された例を示したが、これに限られない。パッド本体４０の側面３３ａ、３３ｂの一方のみに、排出開口が形成されていてもよい。また、排出開口は、側面３３ａ、３３ｂ以外の、摺動面３１、背面３２、端面３４ａまたは３４ｂに形成されていてもよい。排出開口が３か所以上に形成されていてもよい。

【0074】

また、第１および第２実施形態では、入口開口４２が、パッド本体４０の背面３２に形成された例を示したが、これに限られない。入口開口４２は、パッド本体４０の背面３２以外の、側面３３ａまたは３３ｂに形成されてもよい。入口開口４２が複数個所に形成されていてもよい。

【0075】

また、第１および第２実施形態では、中空部５０が、パッド本体４０を幅方向に貫通して、排出開口４１ａ、４１ｂに直接接続する例を示したが、これに限られない。中空部５０は、幅方向の両端が一対の第４壁面（図示せず）によって区画された空間であってもよい。この場合、第４壁面の一部に形成された開口と排出開口４１ａ、４１ｂを、排出用の流路で接続してもよい。

【0076】

また、第１および第２実施形態では、軸受装置１０が、ジャーナル軸受である例を示したが、軸受装置は、スラスト軸受であってもよい。この場合、各軸受パッド３０は、摺動面３１が回転軸の対向面（スラストカラー）と軸方向Ｄａに対向する向きで、周方向Ｄｃに沿って配列される。また、第１および第２実施形態では、軸受装置１０が、ティルティングパッド軸受である例を示したが、軸受装置は、軸受パッド３０が固定された固定パッド軸受でもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０ 軸受装置
１１ ノズル
２０ ハウジング
３０、３０Ａ 軸受パッド
３１ 摺動面
３２ 背面
３３ａ、３３ｂ 側面
４０ パッド本体
４１ａ、４１ｂ 排出開口
４２ 入口開口
５０ 中空部
５１ 第１壁面
５２ 第２壁面
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 供給開口
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ 空間部
６０ 潤滑油供給路
７０ 支持構造体
７１ 支持部
１００ 回転軸
ＥＡ 形成領域
ＮＥ、ＮＥ１、ＮＥ２、ＮＥ３、ＮＥ４ 非形成領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】