特許 7580298 軸受振動減衰装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】軸受振動減衰装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/02 20060101AFI20241101BHJP

   F16C 35/07 20060101ALI20241101BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

F16C27/02 Z

F16C35/07

F16F15/02 E

F16F15/02 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021027421

(22)【出願日】2021-02-24

(65)【公開番号】P2022128937

(43)【公開日】2022-09-05

【審査請求日】2023-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】中村 慎策

【審査官】小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】特公昭３６－０１８１０３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０２０／０３９６６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０２－２１７６１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ２７／０２

Ｆ１６Ｃ ３５／０７

Ｆ１６Ｆ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を支持する軸受と、
前記軸受のラジアル方向外側に設けられた突起部と、
前記突起部を収容する溝部が設けられた軸受ハウジングと、
前記突起部と前記溝部とのスラスト方向の隙間に配置され、振動摩擦により制振作用を生じる摩擦材と、を備え、
前記突起部若しくは前記摩擦材は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有し、
前記突起部若しくは前記摩擦材は、スラスト方向の両方の側面に、傾斜面を備えている、軸受振動減衰装置。

【請求項2】

前記軸受ハウジングは、前記摩擦材に対してスラスト方向の予荷重を与える予圧部材を備えている、請求項１に記載の軸受振動減衰装置。

【請求項3】

前記予圧部材は、前記溝部のスラスト方向のいずれか一方の側面を形成すると共に前記軸受ハウジングに対し着脱可能な蓋体を、前記軸受ハウジングに対してスラスト方向に締結する締結ボルトである、請求項２に記載の軸受振動減衰装置。

【請求項4】

前記摩擦材は、前記締結ボルトに外嵌する筒状に形成されている、請求項３に記載の軸受振動減衰装置。

【請求項5】

前記摩擦材は、前記締結ボルトが挿通する挿通孔が形成され、前記回転軸を周回する環状に形成されている、請求項３に記載の軸受振動減衰装置。

【請求項6】

回転軸を支持する軸受と、
前記軸受のラジアル方向外側に設けられた突起部と、
前記突起部を収容する溝部が設けられた軸受ハウジングと、
前記突起部と前記溝部とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材と、を備え、
前記突起部若しくは前記摩擦材は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有し、
前記軸受ハウジングは、前記摩擦材に対してスラスト方向の予荷重を与える予圧部材を備え、
前記予圧部材は、前記溝部のスラスト方向のいずれか一方の側面を形成すると共に前記軸受ハウジングに対し着脱可能な蓋体を、前記軸受ハウジングに対してスラスト方向に締結する締結ボルトであり、
前記摩擦材は、前記締結ボルトに外嵌する筒状に形成されている、軸受振動減衰装置。

【請求項7】

回転軸を支持する軸受と、
前記軸受のラジアル方向外側に設けられた突起部と、
前記突起部を収容する溝部が設けられた軸受ハウジングと、
前記突起部と前記溝部とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材と、を備え、
前記突起部若しくは前記摩擦材は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有し、
前記軸受ハウジングは、前記摩擦材に対してスラスト方向の予荷重を与える予圧部材を備え、
前記予圧部材は、前記溝部のスラスト方向のいずれか一方の側面を形成すると共に前記軸受ハウジングに対し着脱可能な蓋体を、前記軸受ハウジングに対してスラスト方向に締結する締結ボルトであり、
前記摩擦材は、前記締結ボルトが挿通する挿通孔が形成され、前記回転軸を周回する環状に形成されている、軸受振動減衰装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受振動減衰装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸を支持する軸受の振動を抑制する軸受の振動減衰装置が開示されている。ロケットエンジンターボポンプなどの高速回転軸では、危険速度での強制振動や自励振動など、軸振動が問題になることが多い。高速回転機の軸振動を抑制するため、潤滑油の粘性を利用したスクイーズフィルムダンパを付加することがある。しかし、オイルレス機器や、極低温下で運転されるロケットエンジンターボポンプなどでは、潤滑油を使用することができないため、スクイーズフィルムダンパを付加することが難しい。このため、特許文献１に記載の軸受の振動減衰装置では、振動摩擦により制振作用を生じる球状粒子（摩擦材）を、軸受と軸受ハウジングとの間に配置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１７３８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のような摩擦材を利用した軸受振動減衰装置においては、軸受の振幅に反比例して減衰定数が低下するという特性があり、軸受の振幅が増加すると摩擦による減衰比が減少し、振動が急増するといった問題がある。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の振幅の増加に伴う摩擦による減衰比の減少を抑制することができる軸受振動減衰装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る軸受振動減衰装置は、回転軸を支持する軸受と、前記軸受のラジアル方向外側に設けられた突起部と、前記突起部を収容する溝部が設けられた軸受ハウジングと、前記突起部と前記溝部とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材と、を備え、前記突起部若しくは前記摩擦材は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有している。

【0007】

上記軸受振動減衰装置においては、前記突起部若しくは前記摩擦材は、スラスト方向のいずれか一方の側面に、傾斜面を備えていてもよい。

【0008】

上記軸受振動減衰装置においては、前記突起部若しくは前記摩擦材は、スラスト方向の両方の側面に、傾斜面を備えていてもよい。

【0009】

上記軸受振動減衰装置においては、前記軸受ハウジングは、前記摩擦材に対してスラスト方向の予荷重を与える予圧部材を備えていてもよい。

【0010】

上記軸受振動減衰装置においては、前記予圧部材は、前記溝部のスラスト方向のいずれか一方の側面を形成すると共に前記軸受ハウジングに対し着脱可能な蓋体を、前記軸受ハウジングに対してスラスト方向に締結する締結ボルトであってもよい。

【0011】

上記軸受振動減衰装置においては、前記摩擦材は、前記締結ボルトに外嵌する筒状に形成されていてもよい。

【0012】

上記軸受振動減衰装置においては、前記摩擦材は、前記締結ボルトが挿通する挿通孔が形成され、前記回転軸を周回する環状に形成されていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

上記本発明の一態様によれば、軸受の振幅の増加に伴う摩擦による減衰比の減少を抑制することができる軸受振動減衰装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る軸受振動減衰装置を示す側断面図である。

【図2】第１実施形態に係る軸受振動減衰装置の摩擦材の配置をスラスト方向から見た正面図である。

【図3】第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置の摩擦材の配置をスラスト方向から見た正面図である。

【図4】第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置を示す側断面図である。

【図5】第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置を示す側断面図である。

【図6】第２実施形態に係る軸受振動減衰装置を示す側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る軸受振動減衰装置１を示す側断面図である。図２は、第１実施形態に係る軸受振動減衰装置１の摩擦材４０の配置をスラスト方向から見た正面図である。なお、図１は、図２に示す矢視Ｉ－Ｉ断面に対応している。
図１に示すように、軸受振動減衰装置１は、回転軸２を支持する軸受１０と、軸受１０のラジアル方向外側に設けられた突起部２０と、突起部２０を収容する溝部３１が設けられた軸受ハウジング３０と、突起部２０と溝部３１とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材４０と、を備えている。

【0017】

なお、周知のように、ラジアル方向とは、回転軸２の中心軸Ｏに対して直角の方向を言う。また、スラスト方向とは、回転軸２の中心軸Ｏに対して平行な方向を言う。

【0018】

軸受１０は、回転軸２からラジアル荷重を受けるラジアル軸受である。軸受１０は、回転軸２の外周に嵌合する内輪１１と、内輪１１のラジアル方向外側に配置された外輪１２と、内輪１１と外輪１２との間に介在する複数の転動体１３（ボール）と、を備えている。なお、本実施形態の軸受１０は、転がり軸受であるが、滑り軸受などであっても構わない。

【0019】

突起部２０は、軸受１０の外輪１２に設けられている。突起部２０は、外輪１２の外周に取り付けられたベース部２１と、ベース部２１からラジアル方向外側に突出した凸部２２と、を備えている。ベース部２１は、スラスト方向に延びる平板形状を有している。凸部２２は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有している。

【0020】

凸部２２は、スラスト方向の両方の側面２３ａ，２３ｂに、傾斜面を備えている。また、凸部２２には、一方の側面２３ａから他方の側面２３ｂまでスラスト方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。凸部２２のラジアル方向の先端は、平坦面となっている。凸部２２は、図１に示す断面視で、等脚台形の楔形状を有している。

【0021】

軸受ハウジング３０は、軸受１０のラジアル方向外側に配置され、軸受１０を覆う円筒状に設けられている。軸受ハウジング３０は、摩擦材４０及び突起部２０を介して軸受１０を支持している。軸受ハウジング３０には、突起部２０の凸部２２がラジアル方向で挿入される溝部３１が形成されている。

【0022】

溝部３１は、凸部２２とスラスト方向で対向する側面３１ａ，３１ｂと、凸部２２とラジアル方向で対向する底面３１ｃと、を有している。溝部３１の一方の側面３１ａは、軸受ハウジング３０に対し着脱可能な蓋体３２によって形成されている。蓋体３２は、締結ボルト５０によって、軸受ハウジング３０に対してスラスト方向に締結されている。

【0023】

蓋体３２には、スラスト方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。締結ボルト５０は、蓋体３２の貫通孔３２ａ、凸部２２の貫通孔２４を挿通し、軸受ハウジング３０の他方の側面３１ｂに形成されたねじ孔３１ｄに螺合している。締結ボルト５０は、突起部２０と溝部３１とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材４０に対してスラスト方向の予荷重を与える予圧部材である。なお、予荷重に関しては、板ばね等を挟むことで調節してもよい。

【0024】

締結ボルト５０には、一種のバネとしての役割を持たせており、締結ボルト５０と凸部２２の貫通孔２４との間には隙間は持たせていない。つまり、軸受１０（回転軸２）は、突起部２０を介して締結ボルト５０で弾性支持されており、ラジアル方向への変位は、締結ボルト５０が弾性変形することで可能となっている。なお、凸部２２の先端と溝部３１の底面３１ｃとの間には、ラジアル方向に隙間が形成されている。

【0025】

摩擦材４０は、締結ボルト５０に外嵌する筒状に形成されている。摩擦材４０は、凸部２２の一方の側面２３ａと溝部３１の一方の側面３１ａとのスラスト方向の隙間、及び、凸部２２の他方の側面２３ｂと溝部３１の他方の側面３１ｂとのスラスト方向の隙間に配置されている。摩擦材４０としては、ワイヤメッシュ、球状粒子（ネットや袋詰めのものが好ましい）、積層板、ブレーキ材（レジンモールド材、焼結材）などを使用することができる。

【0026】

摩擦材４０は、凸部２２の側面２３ａ，２３ｂに対向する対向面４２ａが、側面２３ａ，２３ｂと傾斜面同士で接触可能とされている。また、摩擦材４０は、溝部３１の側面３１ａ，３１ｂに対向する対向面４２ｂが、側面３１ａ，３１ｂと同様に、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対して傾いておらず、両者が平面同士で接触可能とされている。

【0027】

図２に示すように、締結ボルト５０は、軸受ハウジング３０の周方向に間隔をあけて複数設けられ、環状の蓋体３２（図２において不図示）を複数個所で軸受ハウジング３０に締結している。複数の締結ボルト５０のそれぞれには、筒状の摩擦材４０が外嵌している。なお、突起部２０は、軸受１０の外輪１２に環状に設けられているが、外輪１２に複数の突起片として設けられていても構わない。

【0028】

上記構成の軸受振動減衰装置１によれば、図１に示すように、回転軸２を支持する軸受１０と、軸受１０のラジアル方向外側に設けられた突起部２０と、突起部２０を収容する溝部３１が設けられた軸受ハウジング３０と、突起部２０と溝部３１とのスラスト方向の隙間に配置された摩擦材４０と、を備え、突起部２０は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有している。この構成によれば、軸受１０が回転軸２からラジアル荷重を受け、突起部２０のラジアル方向の振幅が増加すると、楔形状の凸部２２が摩擦材４０に対し食い込むように変位し、摩擦材４０にかかる面圧が増加する。このため、軸受１０の振幅の増加に伴う、軸受振動減衰装置１の減衰比の減少を抑制することができる。

【0029】

また、上記軸受振動減衰装置１においては、突起部２０は、スラスト方向の両方の側面２３ａ，２３ｂに、傾斜面を備えている。この構成によれば、突起部２０のスラスト方向の両側に配置された摩擦材４０にかかる面圧を増加させることができる。

【0030】

また、上記軸受振動減衰装置１においては、軸受ハウジング３０は、摩擦材４０に対してスラスト方向の予荷重を与える締結ボルト５０を備えている。この構成によれば、軸受振動減衰装置１の減衰比を調節することができる。

【0031】

また、上記軸受振動減衰装置１においては、締結ボルト５０は、溝部３１のスラスト方向のいずれか一方の側面を形成すると共に軸受ハウジング３０に対し着脱可能な蓋体３２を、軸受ハウジング３０に対してスラスト方向に締結している。この構成によれば、蓋体３２を軸受ハウジング３０に締結する締結ボルト５０を利用して、摩擦材４０に対する予荷重を調節することができる。

【0032】

上記軸受振動減衰装置１においては、摩擦材４０は、締結ボルト５０に外嵌する筒状に形成されている。この構成によれば、締結ボルト５０を利用して容易に摩擦材４０を配置できる。

【0033】

なお、上述した第１実施形態は、以下のような変形例を採用することができる。

【0034】

図３は、第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置１の摩擦材４０の配置をスラスト方向から見た正面図である。
図３に示す軸受振動減衰装置１においては、摩擦材４０は、締結ボルト５０が挿通する挿通孔４１が形成され、回転軸２を周回する環状に形成されている。この構成によれば、摩擦材４０の部品点数が減少するため、軸受振動減衰装置１を組み立てやすくなる。

【0035】

図４は、第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置１を示す側断面図である。
図４に示す軸受振動減衰装置１においては、突起部２０は、スラスト方向のいずれか一方の側面（図４では側面２３ｂのみ）に、傾斜面を備えている。突起部２０のもう一つの側面２３ａは、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対し傾いていない。この構成においても、軸受１０の振幅が増加すると、楔状の突起部２０の側面２３ｂが摩擦材４０に押し付けられて面圧が増加するため、減衰比の低下を抑制できる。

【0036】

図５は、第１実施形態の一変形例に係る軸受振動減衰装置１を示す側断面図である。
図５に示す軸受振動減衰装置１においては、突起部２０は、スラスト方向のいずれか一方の側面（図４では側面２３ａのみ）に、傾斜面を備えている。突起部２０のもう一つの側面２３ｂは、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対し傾いていない。この構成においても、軸受１０の振幅が増加すると、楔状の突起部２０の側面２３ａが摩擦材４０に押し付けられて面圧が増加するため、減衰比の低下を抑制できる。

【0037】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0038】

図６は、第２実施形態に係る軸受振動減衰装置１を示す側断面図である。
図６に示すように、第２実施形態の軸受振動減衰装置１は、ラジアル方向外側に向かうに従ってスラスト方向の寸法が小さくなる楔形状を有した摩擦材４０を備えている。

【0039】

摩擦材４０は、溝部３１の側面３１ａ，３１ｂに対向する対向面４２ｂが、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対して傾いている。溝部３１の側面３１ａ，３１ｂも、摩擦材４０の対向面４２ｂに応じて傾いている。

【0040】

一方、摩擦材４０は、突起部２０の凸部２２の側面２３ａ，２３ｂに対向する対向面４２ａが、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対して傾いていない。凸部２２の側面２３ａ，２３ｂも、回転軸２の中心軸Ｏと直交する平面に対して傾いていない。

【0041】

摩擦材４０のラジアル方向内側の基端は、突起部２０のベース部２１に接触している。摩擦材４０のラジアル方向外側の先端は、溝部３１の底面３１ｃに接触している。なお、摩擦材４０が球状粒子などでない成形体である場合には、摩擦材４０のラジアル方向外側の先端と溝部３１の底面３１ｃとの間に、ラジアル方向の隙間が形成されていても構わない。

【0042】

上記構成によれば、軸受１０が回転軸２からラジアル荷重を受け、突起部２０のラジアル方向の振幅が増加すると、ベース部２１によって摩擦材４０がラジアル方向に圧縮され、摩擦材４０がスラスト方向に膨張しようとすることで、突起部２０と摩擦材４０との間にかかる面圧が増加する。なお、摩擦材４０が球状粒子などでない成形体である場合には、突起部２０のラジアル方向の振幅が増加すると、楔形状の摩擦材４０が凸部２２と溝部３１の隙間に対し食い込むように変位し、摩擦材４０にかかる面圧が増加する。このため、軸受１０の振幅の増加に伴う、軸受振動減衰装置１の減衰比の減少を抑制することができる。

【0043】

なお、摩擦材４０のスラスト方向の両方の対向面４２ａ，４２ｂが、傾斜面となっていても同様の作用効果が得られる。

【0044】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0045】

１ 軸受振動減衰装置
２ 回転軸
１０ 軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 転動体
２０ 突起部
２１ ベース部
２２ 凸部
２３ａ 側面
２３ｂ 側面
２４ 貫通孔
３０ 軸受ハウジング
３１ 溝部
３１ａ 側面
３１ｂ 側面
３１ｃ 底面
３１ｄ ねじ孔
３２ 蓋体
３２ａ 貫通孔
４０ 摩擦材
４１ 挿通孔
５０ 締結ボルト（予圧部材）
Ｏ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】