ジャーナル軸受
【課題】簡単な構造で高い安定性を有するジャーナル軸受を提供する。
【解決手段】ジャーナル軸受１０Ａは、回転可能な軸部１１と、潤滑液を供給するための供給溝１２ａを備えて潤滑液を介して軸部１１を支持する軸受部１２と、潤滑液を供給する潤滑液供給部１３と、潤滑液の供給量を調整するための調整弁１６と、調整弁１６を駆動制御する調整弁駆動制御部２０ｂと、軸受部１２内における軸部１１の位置を検出する軸部位置検出部１８と、潤滑液状態判定部２０ａと、を備え、潤滑液状態判定部２０ａは、検出された軸部１１の位置に基づいて軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、調整弁駆動制御部２０ｂは、自励振動の発生を防止するように調整弁１６を駆動制御する。
【解決手段】ジャーナル軸受１０Ａは、回転可能な軸部１１と、潤滑液を供給するための供給溝１２ａを備えて潤滑液を介して軸部１１を支持する軸受部１２と、潤滑液を供給する潤滑液供給部１３と、潤滑液の供給量を調整するための調整弁１６と、調整弁１６を駆動制御する調整弁駆動制御部２０ｂと、軸受部１２内における軸部１１の位置を検出する軸部位置検出部１８と、潤滑液状態判定部２０ａと、を備え、潤滑液状態判定部２０ａは、検出された軸部１１の位置に基づいて軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、調整弁駆動制御部２０ｂは、自励振動の発生を防止するように調整弁１６を駆動制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転機械の支持要素として用いられるジャーナル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャーナル軸受は、タービン、コンプレッサ等の高速回転機械の支持要素として用いられている。
近年の省エネルギー化の流れの中で、ジャーナル軸受の小型化及び高速化が要求されており、ジャーナル軸受の安定性の向上が、これまで以上に重要になっている。
【０００３】
ジャーナル軸受の安定性を阻害する要因の一つとして、高速化に伴って油膜の非線形性に起因して発生する自励振動（オイルホイップともいう）が挙げられる。
従来、自励振動を抑止可能な安定性の高い軸受として、ティルティングパッド軸受が用いられている。このティルティングパッド軸受は、複雑な構造を有するため高コストであり、組み付けに熟練を要する。
【０００４】
従来、真円、楕円、オフセット及び磨耗痕軸受とこれらの特長を組み合わせた軸受に対して軸受設置角度を変数にした最適設計を行い、検討した全ての非真円軸受において軸の偏心方向に関して対称に近い形で油膜圧力を発生させるように軸受を傾けて設置することにより安定性が向上することが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松本孝太郎、橋本巨、「非真円ジャーナル軸受の安定性向上に関する研究（軸受設置角度を変化させた場合の安定性解析）、日本機械学会論文集（Ｃ）、７０、６９２、２００４年、１１９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ティルティングパッド軸受に匹敵する安定性を有するジャーナル軸受は未だに開発されていない。
【０００７】
本発明は、前記した事情を鑑みて創案されたものであり、簡単な構造で高い安定性を有するジャーナル軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転可能な軸部と、潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、を備えたジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振幅を算出し、算出された前記振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によると、自励振動を防止することができるので、軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、回転可能な軸部と、潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、を備えたジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振動数の変化率を算出し、算出された前記振動数の変化率が第二の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によると、自励振動を防止することができるので、軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であるか否かを判定するものであって、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部と前記軸受部との間の隙間の最小値である軸受隙間を算出し、算出された前記軸受隙間が第三の閾値未満である場合に、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、前記軸部及び前記軸受部の焼付きの発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によると、軸部及び軸受部の焼付きの発生を防止することができるので、軸部及び軸受部の故障を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受であって、前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記軸受部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記供給溝は、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によると、真円軸受において、軸部の上部から軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられた供給溝から、スターブ潤滑となるように潤滑液を供給するので、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受であって、前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記軸受部は、楕円形状を呈しており、前記供給溝は、前記軸受部の短軸方向に設けられており、かつ、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によると、楕円軸受において、軸部の上部から軸部の回転方向とは逆方向で９０°に設けられた供給溝から、スターブ潤滑となるように潤滑液を供給するので、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な構造で高い安定性を有するジャーナル軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図２】潤滑液による潤滑状態を模式的に示す図であり、（ａ）はフラッド潤滑状態、（ｂ）は遷移状態、（ｃ）はスターブ潤滑状態を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図４】本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図５】本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図６】本発明の第三の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。
【図７】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図８】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図９】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１０】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１１】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１２】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１３】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１４】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１５】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１６】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１７】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１８】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１９】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２０】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２１】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２２】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２３】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２４】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２５】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２６】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２７】本発明の実施例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。
【図２８】本発明の参考例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。
【図２９】軸受形式、潤滑状態及び設置角度と、安定性、潤滑液の膜厚及び潤滑液の温度上昇の評価との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａは、軸部１１と、軸受部１２と、ＤＣモータ１３と、ロータ１４と、潤滑液供給部１５と、調整弁１６と、調整弁駆動部１７と、軸部位置検出部１８と、ポンプ１９と、制御部２０と、を備えている。
【００２２】
軸部１１は、回転可能であり、軸受部１２は、潤滑液を供給するための供給溝１２ａを備えて潤滑液を介して軸部１１を支持する。ここで、軸部１１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部１２の内側形状は、軸方向から見て真円形状を呈している。供給溝１２ａは、軸部１１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第一の実施形態に係る軸部１１及び軸受部１２は、真円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図１（ａ）では反時計回り）とは逆方向で３０〜６０°の範囲内であることが好ましい。この範囲では、潤滑液の膜厚が最大となり、高い安定性が得られる。
【００２３】
ＤＣモータ１３は、ロータ１４を介して軸部１１を回転させる。
潤滑液供給部１５は、軸受部１２に形成された供給溝１２ａを介して、軸部１１と軸受部１２との間に潤滑液を供給する。
調整弁１６は、潤滑液の供給量を調整するための弁であり、ステッピングモータ１７ａ及び動力伝達機構１７ｂを備えた調整弁駆動部１７により駆動される。
ここで、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑である。「スターブ潤滑」は、潤滑液が適正な量であり、自励振動を発生するおそれがない潤滑状態である。
【００２４】
ここで、潤滑液による潤滑状態について説明する。図２は、潤滑液による潤滑状態を模式的に示す図であり、（ａ）はフラッド潤滑状態、（ｂ）は遷移状態、（ｃ）はスターブ潤滑状態を示す図である。
図２（ａ）に示すように、「フラッド潤滑」は、潤滑液１が過剰な量であり、自励振動を発生するおそれがある潤滑状態である。
図２（ｂ）に示すように、「遷移状態」は、「フラッド潤滑」と後記する「スターブ潤滑」との間の潤滑状態であり、軸受隙間のくさび領域が潤滑油１で十分に満たされていない状態である。この遷移状態では、まだ自励振動を発生するおそれがある。
図２（ｃ）に示すように、「スターブ潤滑」は、軸受隙間のくさび領域が潤滑油１で十分には満たされず、軸受隙間の下側の比較的狭い領域が潤滑液１で満たされた状態である。すなわち、「スターブ潤滑」は、潤滑液１が適正な量であり、自励振動を発生するおそれがない潤滑状態である。
なお、軸部１１の回転方向に対して軸受隙間が先狭まりになる領域のことを「くさび領域」という。ここで、図２（ａ）のフラッド潤滑状態において潤滑液１で満たされた領域がくさび領域に相当する。また、軸部１１の回転方向に対して軸受隙間が先広がりになる領域のことを「逆くさび領域」という。ここで、図２（ａ）のフラッド潤滑状態において潤滑液１が存在しない領域が逆くさび領域に相当する。
【００２５】
図１に示すように、軸部位置検出部１８は、軸受部１２内における軸部１１の位置を検出するものであり、本実施形態では、二つの渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂを備えている。
渦電流近接プローブ１８ａは、軸受部１２の上部から鉛直方向への軸部１１の距離を検出し、渦電流近接プローブ１８ｂは、軸受部１２の右部から水平方向への軸部１１の距離を検出する。後記する潤滑液状態判定部２０ａは、これらの距離と軸部１１の半径とに基づいて、軸部１１の中心の二次元位置（鉛直位置及び水平位置）を算出し、この二次元位置の計時変化から軸部１１の振幅を得ることが可能となる。
ポンプ１９は、軸部１１と軸受部１２との間から排出された潤滑液を、潤滑液供給部１５に戻す。
【００２６】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力回路を備えており、機能部として、潤滑液状態判定部２０ａと、調整弁駆動制御部２０ｂと、を備えている。
潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８によって検出された軸部１１の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する。
潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振幅が第一の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、判定結果が「自励振動が発生するおそれがある」である場合に、自励振動を防止するように調整弁１６を駆動制御する。すなわち、調整弁１６の開量を低減させ、軸部１１と軸受部１２との間の潤滑液量を減らす。
【００２７】
なお、潤滑液状態判定部２０ａによる自励振動の発生のおそれの判定手法は、軸部１１の振幅によるものに限定されない。
例えば、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振動数の変化率を算出し、軸部１１の振動数の変化率が第二の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振動数の変化率が第二の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定することができる。
【００２８】
また、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の軸受隙間（軸部１１と軸受部１２との間の隙間の最小値）を算出し、算出された軸受隙間が第三の閾値未満である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、算出された軸受隙間が第三の閾値以上である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがない状態であると判定する。ここで、第三の閾値は、第一の閾値よりも小さい。
調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、判定結果が「焼付きが発生するおそれがある」である場合に、焼付きを防止するように調整弁１６を駆動制御する。すなわち、調整弁１６の開量を増大させ、軸部１１と軸受部１２との間の潤滑液量を増やす。
【００２９】
続いて、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例について説明する。
まず、ジャーナル軸受１０Ａは、調整弁１６を所定の開量とした状態で、ＤＣモータ１３により軸部１１を回転させる。このとき、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑であり、軸受部１２から排出液は、ポンプ１９により潤滑液供給部１５に戻される。
ここで、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８の検出結果に基づいて軸受部１２内における軸部１１の振幅を算出しており、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定する。
そして、自励振動が発生するおそれがあると判定された場合には、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁１６の開量を低減させ、自励振動の発生を防止する。
また、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８の検出結果に基づいて軸受隙間を算出しており、算出された軸受隙間が第三の閾値未満である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定する。
そして、焼付きが発生するおそれがあると判定された場合には、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁１６の開量を増大させ、焼付きの発生を防止する。
【００３０】
ジャーナル軸受１０Ａは、スターブ潤滑であるので、自励振動の発生を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受１０Ａは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
また、ジャーナル軸受１０Ａは、設置角度γを前記したように設定し、潤滑液による潤滑をスターブ潤滑とすることにより、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受１０Ａは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００３１】
前記した第一の閾値、第二の閾値、第三の閾値及び調整弁１６の開量の調整量は、予め行った実験に基づいて設定可能である。
【００３２】
＜第二の実施形態＞
続いて、第二の実施形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図３は、本発明の第二の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図３に示すように、第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂは、軸部１１及び軸受部１２に代えて、軸部３１及び軸受部３２を備えている。
【００３３】
軸部３１は、回転可能であり、軸受部３２は、潤滑液を供給するための供給溝３２ａを備えて潤滑液を介して軸部３１を支持する。ここで、軸部３１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部３２の内側形状は、軸方向から見て楕円形状を呈している。供給溝３２ａは、軸受部３２の短径方向に設けられており、軸部３１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第二の実施形態に係る軸部３１及び軸受部３２は、楕円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図２（ａ）では反時計回り）とは逆方向で９０°であることが好ましい。この角度では、潤滑液の膜厚が最大となり、高い安定性が得られる。
【００３４】
第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂの動作例は、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例と同様なので、説明を省略する。
【００３５】
ジャーナル軸受１０Ｂは、スターブ潤滑であるので、自励振動の発生を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受１０Ｂは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
また、ジャーナル軸受１０Ｂは、設置角度γを前記したように設定し、潤滑液による潤滑をスターブ潤滑とすることにより、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受１０Ｂは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００３６】
＜第一の参考形態＞
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図４は、本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図４に示すように、本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃは、軸部位置検出部１８及び制御部２０に代えて、回転数検出部２１及び制御部２２を備えている。
【００３７】
第一の参考形態に係る軸部１１及び軸受部１２は、真円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部１１の回転方向（図３（ａ）では反時計回り）とは逆方向で０°である。
【００３８】
回転数検出部２１は、例えばロータ１４の回転数を検出することにより、軸部１１の回転数を検出する。
制御部２２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力回路を備えており、機能部として、調整弁駆動制御部２２ｂを備えている。
調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値未満の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値以上の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。かかる構成により、低速回転領域で不安定なフラッド潤滑の欠点を解消し、全ての回転領域で軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受１０Ｃは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。ここで、所定値は、フラッド潤滑で自励振動が発生するおそれのない、出来るだけ大きい値とすることができ、実験により予め決定することができる。
【００３９】
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃの動作例について説明する。
まず、ジャーナル軸受１０Ｃは、駆動初期の低速回転領域では、調整弁１６を所定の開量とした状態で、ＤＣモータ１３により軸部１１を回転させる。このとき、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑であり、軸受部１２から排出液は、ポンプ１９により潤滑液供給部１５に戻される。
そして、調整弁駆動制御部２２ｂは、回転数検出部２１の検出結果が高速回転領域となったときに、調整弁１６の開量を増加させ、潤滑液による潤滑をフラッド潤滑とする。
【００４０】
＜第二の参考形態＞
続いて、第二の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃとの相違点を中心に説明する。図５は、本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図５に示すように、本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄは、軸部１１及び軸受部１２に代えて、軸部３１及び軸受部３２を備えている。
【００４１】
軸部３１は、回転可能であり、軸受部３２は、潤滑液を供給するための供給溝３２ａを備えて潤滑液を介して軸部３１を支持する。ここで、軸部３１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部３２の内側形状は、軸方向から見て楕円形状を呈している。供給溝３２ａは、軸受部３２の短径方向に設けられており、軸部３１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第二の参考形態に係る軸部３１及び軸受部３２は、楕円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図５（ａ）では反時計回り）とは逆方向で９０°である。
【００４２】
この場合には、調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値未満の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値以上の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。楕円軸受、かつ供給溝３２ａが軸部３１の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられている場合には、フラッド潤滑であっても高速回転領域において回転の安定性が確保される。この場合には、潤滑液による膜厚が大きく、潤滑液の温度上昇が抑制されるというフラッド潤滑の利点が生きる。かかる構成により、全ての回転領域で軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受１０Ｄは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００４３】
第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄの動作例は、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃの動作例と同様なので、説明を省略する。
【００４４】
＜第三の参考形態＞
続いて、第三の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図６は、本発明の第三の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図６に示すように、第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｅは、軸部位置検出部１８に代えて、軸受部１２内の潤滑液を撮像する撮像部１８ｃを備えている。ここで、撮像部１８ｃがビデオカメラであり、透明な軸受部１２を介して潤滑液を撮像する構成であってもよく、撮像部１８ｃがＣＣＤカメラであり、軸受部１２に埋設されて潤滑液を撮像する構成であってもよい。
【００４５】
潤滑液状態判定部２０ａは、撮像部１８ｃによる撮像結果に基づいて、潤滑液におけるキャビテーションの発生の有無を検出し、キャビテーションが発生していない場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、キャビテーションが発生している場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定することができる。
なお、第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂに撮像部１８ｃを適用することも可能である。
【００４６】
第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｅの動作例は、判定手法を除いて第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例とほぼ同様なので、説明を省略する。
【実施例】
【００４７】
続いて、第一ないし第二の実施形態及び第一ないし第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ａ〜１０Ｅによる実施例、参考例及び比較例について説明する。なお、以下の参考例及び比較例には、本発明の実施例と同一の状態が含まれているが、これは、かかる状態を本発明の実施例の範囲から除外することを意図するものではない。表１は、真円軸受及び楕円軸受の諸元を示す表である。
【００４８】
【表１】
【００４９】
楕円軸受、すなわち、軸受部３２の楕円率ｍは、以下の通りである。
ｍ＝（ＣＨ−ＣＶ）／ＣＨ＝０．３４
なお、真円軸受（軸部１１及び軸受部１２）及び楕円軸受（軸部３１及び軸受部３２）において、ジャーナル径は２４．６５ｍｍであり、軸受部の幅は１４．５ｍｍである。ＤＣモータ１３の回転数は、０ｒｐｍから１００００ｒｐｍまで連続的に変えることができる。ロータ１４の質量は０．８１２ｋｇであり、軸部１１，３１のバネ定数は５．２×１０４Ｎ／ｍであり、軸部の固有振動数は４０Ｈｚである。軸受部１２，３２は、透明なアクリルから形成されており、キシレンにより青色に着色された潤滑油（潤滑液）を用いることで、キャビテーションの発生領域を可視化することができる。潤滑油の粘度グレードはＶＧ３２であり、供給油温は常温（約２５℃）である。潤滑油の供給量の調節は、軸受部１２，３２の端部から漏れ出す潤滑油の量を体積流量法によって測定し、調整弁１６の開度を手動で変更することにより行われた。二つの渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂは、軸受部１２，３２の設置角度に関わらず、常に鉛直及び水平方向に設置可能となっている。
【００５０】
なお、渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂの校正を、以下のように行った。ターゲットをマイクロメータに固定してプローブから徐々に遠ざけるようにマイクロねじを調整し、マイクロメータの読みとプローブの電圧値との関係を用いて校正曲線を作成した。その結果、プローブの測定結果に関して、十分な線形性が得られ、感度低下も生じていないことが確認された。なお、プローブ１８ａ，１８ｂの直径は、５．０５ｍｍであった。
【００５１】
図７は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図７（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図７（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図７（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図７（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
なお、図７〜図２６の（ｂ）及び図２７〜図２８の（ｃ）において、色が薄い（白い）部分がキャビテーションの発生部位である。
【００５２】
図８は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図８（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図８（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図８（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５３】
図９は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図９（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図９（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図９（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図９（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５４】
図１０は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１０（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１０（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１０（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５５】
図１１は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１１（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１１（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１１（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５６】
図１２は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１２（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１２（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１２（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５７】
図１３は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１３（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１３（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１３（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５８】
図１４は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１４（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１４（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１４（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５９】
図１５は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１５（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１５（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１５（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１５（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６０】
図１６は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１６（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１６（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１６（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６１】
図７〜図１６に示すように、真円軸受、フラッド潤滑の場合には、高速回転時にキャビテーションが消滅し、自励振動が発生した。一方、真円軸受、スターブ潤滑の場合には、いずれの設置角度γでも高い安定性が得られた。特に、−６０°≦γ≦−３０°の場合に、油膜厚さが最大となり、より高い安定性が得られた。
したがって、真円軸受の場合には、スターブ潤滑とすることにより、高い安定性の真円軸受を具現化することが可能であり、特に、−６０°≦γ≦−３０°、スターブ潤滑とすることにより、より高い安定性の真円軸受を具現化することが可能であることがわかった。
【００６２】
図１７は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１７（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１７（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１７（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１７（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６３】
図１８は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１８（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１８（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１８（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６４】
図１９は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１９（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１９（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１９（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１９（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６５】
図２０は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２０（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２０（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２０（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２０（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６６】
図２１は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２１（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２１（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２１（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２１（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６７】
図２２は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２２（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２２（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２２（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２２（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６８】
図２３は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２３（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２３（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２３（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２３（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６９】
図２４は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２４（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２４（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２４（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２４（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７０】
図２５は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２５（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２５（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２５（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２５（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７１】
図２６は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２６（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２６（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２６（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２６（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７２】
図１７〜図２６に示すように、楕円軸受、フラッド潤滑の場合には、γ＝−９０°の場合に高速回転領域で高い安定性が得られた。しかし、低速回転領域では不安定であった。一方、楕円軸受、スターブ潤滑の場合には、いずれの設置角度γでも高い安定性が得られた。特に、γ＝−９０°の場合に、油膜厚さが最大となり、より高い安定性が得られた。
したがって、楕円軸受の場合には、スターブ潤滑とすることにより、高い安定性の楕円軸受を具現化することが可能であり、特に、γ＝−９０°、スターブ潤滑とすることにより、より高い安定性の楕円軸受を具現化することが可能であることがわかった。
【００７３】
また、図２１及び図２６に示すように、第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄは、楕円軸受、γ＝−９０°とし、検出された回転数が所定値（ここでは３５００ｒｐｍ）未満の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値（ここでは３５００ｒｐｍ）以上の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。楕円軸受、かつ供給溝３２ａがγ＝−９０°の位置に設けられている場合には、フラッド潤滑であっても回転の安定性が確保される。この場合には、潤滑液による膜厚が大きく、潤滑液の温度上昇が抑制されるというフラッド潤滑の利点が生きる。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ｄは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００７４】
続いて、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａによる実施例について説明する。図２７は、本発明の実施例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。詳しくは、図２７（ａ）は、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ、Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）及びその間の遷移領域（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）並びに本発明の制御を実施した場合における軸部の回転数Ｎと振幅Ａとの関係を示すグラフであり、図２７（ｂ）は、軸部の軸心軌跡を示す図であり、図２７（ｃ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図である。
【００７５】
図２７（ａ）に示すように、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）では、４０００ｒｐｍの回転数で振幅Ａが急激に増加し（０．１５ｍｍを超え）、また、図２７（ｃ）に示すように、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域でキャビテーションが消滅していることから、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域で自励振動が発生していると判断された。これに対し、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ及びＱ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）では、振幅Ａ及び振動数（不図示）の急激な変化は見られず、広範囲の回転数領域で安定であることが分かった。
しかし、図２７（ｂ）に示すように、スターブ潤滑における軸部３２の中心位置は偏心率εが大きく、潤滑油による油膜厚さが薄くなっていることが分かった。
ここで、遷移状態（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で不安定な傾向があり、キャビテーションが消滅していることから、十分な安定性が得られていないと判断された。
【００７６】
一方、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で振幅Ａが若干増加する傾向が現れるものの、全ての回転数領域においてキャビテーションが発生しており、高い安定性が得られていると判断された。また、偏心率εは約０．６であり、十分な油膜厚さが確保されていることが分かった。なお、同じスターブ潤滑であるＱ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓの場合にも、同様の傾向が見られることが分かった。
以上の事項を鑑みて、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振幅が第一の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定する。そして、調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。すなわち、４５００ｒｐｍ未満の低速回転領域では、ジャーナル軸受１０Ａはフラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）である。そして、４５００ｒｐｍで振幅Ａが急激に増加して第一の閾値（ここでは、０．１５ｍｍ）以上となると、潤滑液状態判定部２０ａは、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御し、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）とする。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ａは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００７７】
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃによる参考例について説明する。図２８は、本発明の参考例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。詳しくは、図２８（ａ）は、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ、Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）及びその間の遷移領域（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）並びに本発明の制御を実施した場合における軸部の回転数Ｎと振幅Ａとの関係を示すグラフであり、図２８（ｂ）は、軸部の軸心軌跡を示す図であり、図２８（ｃ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図である。
【００７８】
図２８（ａ）に示すように、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）では、４０００ｒｐｍの回転数で振幅Ａが急激に増加し、また、図２８（ｃ）に示すように、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域でキャビテーションが消滅していることから、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域で自励振動が発生していると判断された。これに対し、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ及びＱ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）では、振幅Ａ及び振動数（不図示）の急激な変化は見られず、広範囲の回転数領域で安定であることが分かった。
しかし、図２７（ｂ）に示すように、スターブ潤滑における軸部３２の中心位置は偏心率εが大きく、潤滑油による油膜厚さが薄くなっていることが分かった。
ここで、遷移状態（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で不安定な傾向があり、キャビテーションが消滅していることから、十分な安定性が得られていないと判断された。
【００７９】
一方、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で振幅Ａが若干増加する傾向が現れるものの、全ての回転数領域においてキャビテーションが発生しており、高い安定性が得られていると判断された。また、偏心率εは約０．６であり、十分な油膜厚さが確保されていることが分かった。なお、同じスターブ潤滑であるＱ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓの場合にも、同様の傾向が見られることが分かった。
以上の事項を鑑みて、調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値（ここでは４４００ｒｐｍ）未満の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値（ここでは４４００ｒｐｍ）以上の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁を駆動制御する。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ｃは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００８０】
図２９は、ジャーナル軸受の軸受形式、潤滑状態及び設置角度と、安定性、潤滑液（潤滑油）の膜厚及び潤滑液の温度上昇の評価との関係を示す図である。
図２９において、評価は４段階であり、「×」は特性が劣ることを表し、「△」は特性がやや劣ることを表し、「○」は特性が優れていることを表し、「◎」は特性が極めて優れていることを表す。
また、安定性（低速）は、４０００ｒｐｍ未満での軸受の回転の安定性の評価であり、安定性（高速）は、４０００ｒｐｍ以上での軸受の回転の安定性の評価である。
また、膜厚は、軸受の水平方向及び垂直方向にそれぞれ設置された非接触式変位計により測定された軸部の中心位置に基づく評価であり、潤滑液の厚み（膜厚）に関する評価である。なお、この結果が、図７〜図２６の（ｃ）において、プロットとして示されている。図７〜図２６の（ｃ）に記載されている数値は、対応するプロットにおける回転数を表す。この膜厚は、軸部の中心位置が軸受の中心位置に近づくほど、すなわち、偏心率εがゼロに近づくほど高評価となる評価である。また、図７〜図２６の（ｃ）及び図２７の（ｂ）に記載されている点線による曲線は、軸受における偏心率εの限界を表している。軸部の中心位置がこの曲線上に位置するということは、軸部と軸受部とが接触することを意味する。なお、「楕円、フラッド潤滑、−９０°」及び「楕円、スターブ潤滑、−９０°」における膜厚の評価は、ともに◎であるが、「楕円、フラッド潤滑、−９０°」における膜厚の方が、「楕円、スターブ潤滑、−９０°」における膜厚よりも好適である。
また、温度上昇は、実施例、参考例及び比較例における実験中において、温度計によって測定された、軸受の脇から漏れる潤滑液の温度に関する評価であり、温度が上昇しないほど高評価となる評価である。
【符号の説明】
【００８１】
１０Ａ，１０Ｂ ジャーナル軸受
１１，３１ 軸部
１２，３２ 軸受部
１２ａ，３２ａ 供給部
１５ 潤滑液供給部
１６ 調整弁
１８ 軸部位置検出部
２０ａ 潤滑液状態判定部
２０ｂ 調整弁駆動制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転機械の支持要素として用いられるジャーナル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャーナル軸受は、タービン、コンプレッサ等の高速回転機械の支持要素として用いられている。
近年の省エネルギー化の流れの中で、ジャーナル軸受の小型化及び高速化が要求されており、ジャーナル軸受の安定性の向上が、これまで以上に重要になっている。
【０００３】
ジャーナル軸受の安定性を阻害する要因の一つとして、高速化に伴って油膜の非線形性に起因して発生する自励振動（オイルホイップともいう）が挙げられる。
従来、自励振動を抑止可能な安定性の高い軸受として、ティルティングパッド軸受が用いられている。このティルティングパッド軸受は、複雑な構造を有するため高コストであり、組み付けに熟練を要する。
【０００４】
従来、真円、楕円、オフセット及び磨耗痕軸受とこれらの特長を組み合わせた軸受に対して軸受設置角度を変数にした最適設計を行い、検討した全ての非真円軸受において軸の偏心方向に関して対称に近い形で油膜圧力を発生させるように軸受を傾けて設置することにより安定性が向上することが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松本孝太郎、橋本巨、「非真円ジャーナル軸受の安定性向上に関する研究（軸受設置角度を変化させた場合の安定性解析）、日本機械学会論文集（Ｃ）、７０、６９２、２００４年、１１９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ティルティングパッド軸受に匹敵する安定性を有するジャーナル軸受は未だに開発されていない。
【０００７】
本発明は、前記した事情を鑑みて創案されたものであり、簡単な構造で高い安定性を有するジャーナル軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転可能な軸部と、潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、を備えたジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振幅を算出し、算出された前記振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によると、自励振動を防止することができるので、軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、回転可能な軸部と、潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、を備えたジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振動数の変化率を算出し、算出された前記振動数の変化率が第二の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によると、自励振動を防止することができるので、軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受であって、前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であるか否かを判定するものであって、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部と前記軸受部との間の隙間の最小値である軸受隙間を算出し、算出された前記軸受隙間が第三の閾値未満である場合に、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、前記軸部及び前記軸受部の焼付きの発生を防止するように前記調整弁を駆動制御することを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によると、軸部及び軸受部の焼付きの発生を防止することができるので、軸部及び軸受部の故障を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受であって、前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記軸受部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記供給溝は、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によると、真円軸受において、軸部の上部から軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられた供給溝から、スターブ潤滑となるように潤滑液を供給するので、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受であって、前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、前記軸受部は、楕円形状を呈しており、前記供給溝は、前記軸受部の短軸方向に設けられており、かつ、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によると、楕円軸受において、軸部の上部から軸部の回転方向とは逆方向で９０°に設けられた供給溝から、スターブ潤滑となるように潤滑液を供給するので、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受は、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な構造で高い安定性を有するジャーナル軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図２】潤滑液による潤滑状態を模式的に示す図であり、（ａ）はフラッド潤滑状態、（ｂ）は遷移状態、（ｃ）はスターブ潤滑状態を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図４】本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図５】本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図である。
【図６】本発明の第三の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。
【図７】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図８】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図９】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１０】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１１】本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１２】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１３】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１４】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１５】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１６】本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図１７】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１８】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図１９】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２０】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２１】本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。
【図２２】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２３】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２４】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２５】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２６】本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。
【図２７】本発明の実施例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。
【図２８】本発明の参考例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。
【図２９】軸受形式、潤滑状態及び設置角度と、安定性、潤滑液の膜厚及び潤滑液の温度上昇の評価との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａは、軸部１１と、軸受部１２と、ＤＣモータ１３と、ロータ１４と、潤滑液供給部１５と、調整弁１６と、調整弁駆動部１７と、軸部位置検出部１８と、ポンプ１９と、制御部２０と、を備えている。
【００２２】
軸部１１は、回転可能であり、軸受部１２は、潤滑液を供給するための供給溝１２ａを備えて潤滑液を介して軸部１１を支持する。ここで、軸部１１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部１２の内側形状は、軸方向から見て真円形状を呈している。供給溝１２ａは、軸部１１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第一の実施形態に係る軸部１１及び軸受部１２は、真円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図１（ａ）では反時計回り）とは逆方向で３０〜６０°の範囲内であることが好ましい。この範囲では、潤滑液の膜厚が最大となり、高い安定性が得られる。
【００２３】
ＤＣモータ１３は、ロータ１４を介して軸部１１を回転させる。
潤滑液供給部１５は、軸受部１２に形成された供給溝１２ａを介して、軸部１１と軸受部１２との間に潤滑液を供給する。
調整弁１６は、潤滑液の供給量を調整するための弁であり、ステッピングモータ１７ａ及び動力伝達機構１７ｂを備えた調整弁駆動部１７により駆動される。
ここで、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑である。「スターブ潤滑」は、潤滑液が適正な量であり、自励振動を発生するおそれがない潤滑状態である。
【００２４】
ここで、潤滑液による潤滑状態について説明する。図２は、潤滑液による潤滑状態を模式的に示す図であり、（ａ）はフラッド潤滑状態、（ｂ）は遷移状態、（ｃ）はスターブ潤滑状態を示す図である。
図２（ａ）に示すように、「フラッド潤滑」は、潤滑液１が過剰な量であり、自励振動を発生するおそれがある潤滑状態である。
図２（ｂ）に示すように、「遷移状態」は、「フラッド潤滑」と後記する「スターブ潤滑」との間の潤滑状態であり、軸受隙間のくさび領域が潤滑油１で十分に満たされていない状態である。この遷移状態では、まだ自励振動を発生するおそれがある。
図２（ｃ）に示すように、「スターブ潤滑」は、軸受隙間のくさび領域が潤滑油１で十分には満たされず、軸受隙間の下側の比較的狭い領域が潤滑液１で満たされた状態である。すなわち、「スターブ潤滑」は、潤滑液１が適正な量であり、自励振動を発生するおそれがない潤滑状態である。
なお、軸部１１の回転方向に対して軸受隙間が先狭まりになる領域のことを「くさび領域」という。ここで、図２（ａ）のフラッド潤滑状態において潤滑液１で満たされた領域がくさび領域に相当する。また、軸部１１の回転方向に対して軸受隙間が先広がりになる領域のことを「逆くさび領域」という。ここで、図２（ａ）のフラッド潤滑状態において潤滑液１が存在しない領域が逆くさび領域に相当する。
【００２５】
図１に示すように、軸部位置検出部１８は、軸受部１２内における軸部１１の位置を検出するものであり、本実施形態では、二つの渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂを備えている。
渦電流近接プローブ１８ａは、軸受部１２の上部から鉛直方向への軸部１１の距離を検出し、渦電流近接プローブ１８ｂは、軸受部１２の右部から水平方向への軸部１１の距離を検出する。後記する潤滑液状態判定部２０ａは、これらの距離と軸部１１の半径とに基づいて、軸部１１の中心の二次元位置（鉛直位置及び水平位置）を算出し、この二次元位置の計時変化から軸部１１の振幅を得ることが可能となる。
ポンプ１９は、軸部１１と軸受部１２との間から排出された潤滑液を、潤滑液供給部１５に戻す。
【００２６】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力回路を備えており、機能部として、潤滑液状態判定部２０ａと、調整弁駆動制御部２０ｂと、を備えている。
潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８によって検出された軸部１１の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する。
潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振幅が第一の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、判定結果が「自励振動が発生するおそれがある」である場合に、自励振動を防止するように調整弁１６を駆動制御する。すなわち、調整弁１６の開量を低減させ、軸部１１と軸受部１２との間の潤滑液量を減らす。
【００２７】
なお、潤滑液状態判定部２０ａによる自励振動の発生のおそれの判定手法は、軸部１１の振幅によるものに限定されない。
例えば、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振動数の変化率を算出し、軸部１１の振動数の変化率が第二の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振動数の変化率が第二の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定することができる。
【００２８】
また、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の軸受隙間（軸部１１と軸受部１２との間の隙間の最小値）を算出し、算出された軸受隙間が第三の閾値未満である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、算出された軸受隙間が第三の閾値以上である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがない状態であると判定する。ここで、第三の閾値は、第一の閾値よりも小さい。
調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。
調整弁駆動制御部２０ｂは、判定結果が「焼付きが発生するおそれがある」である場合に、焼付きを防止するように調整弁１６を駆動制御する。すなわち、調整弁１６の開量を増大させ、軸部１１と軸受部１２との間の潤滑液量を増やす。
【００２９】
続いて、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例について説明する。
まず、ジャーナル軸受１０Ａは、調整弁１６を所定の開量とした状態で、ＤＣモータ１３により軸部１１を回転させる。このとき、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑であり、軸受部１２から排出液は、ポンプ１９により潤滑液供給部１５に戻される。
ここで、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８の検出結果に基づいて軸受部１２内における軸部１１の振幅を算出しており、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定する。
そして、自励振動が発生するおそれがあると判定された場合には、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁１６の開量を低減させ、自励振動の発生を防止する。
また、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８の検出結果に基づいて軸受隙間を算出しており、算出された軸受隙間が第三の閾値未満である場合には、軸部１１及び軸受部１２の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定する。
そして、焼付きが発生するおそれがあると判定された場合には、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁１６の開量を増大させ、焼付きの発生を防止する。
【００３０】
ジャーナル軸受１０Ａは、スターブ潤滑であるので、自励振動の発生を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受１０Ａは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
また、ジャーナル軸受１０Ａは、設置角度γを前記したように設定し、潤滑液による潤滑をスターブ潤滑とすることにより、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受１０Ａは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００３１】
前記した第一の閾値、第二の閾値、第三の閾値及び調整弁１６の開量の調整量は、予め行った実験に基づいて設定可能である。
【００３２】
＜第二の実施形態＞
続いて、第二の実施形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図３は、本発明の第二の実施形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図３に示すように、第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂは、軸部１１及び軸受部１２に代えて、軸部３１及び軸受部３２を備えている。
【００３３】
軸部３１は、回転可能であり、軸受部３２は、潤滑液を供給するための供給溝３２ａを備えて潤滑液を介して軸部３１を支持する。ここで、軸部３１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部３２の内側形状は、軸方向から見て楕円形状を呈している。供給溝３２ａは、軸受部３２の短径方向に設けられており、軸部３１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第二の実施形態に係る軸部３１及び軸受部３２は、楕円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図２（ａ）では反時計回り）とは逆方向で９０°であることが好ましい。この角度では、潤滑液の膜厚が最大となり、高い安定性が得られる。
【００３４】
第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂの動作例は、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例と同様なので、説明を省略する。
【００３５】
ジャーナル軸受１０Ｂは、スターブ潤滑であるので、自励振動の発生を防止することができる。したがって、ジャーナル軸受１０Ｂは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
また、ジャーナル軸受１０Ｂは、設置角度γを前記したように設定し、潤滑液による潤滑をスターブ潤滑とすることにより、軸部の振動が安定化するとともに、潤滑液による膜厚が最大となる。したがって、ジャーナル軸受１０Ｂは、ティルティングパッド軸受と比べて簡単な構造を有し、かつ、ティルティングパッド軸受に匹敵する高い安定性を有することができる。
【００３６】
＜第一の参考形態＞
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図４は、本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図４に示すように、本発明の第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃは、軸部位置検出部１８及び制御部２０に代えて、回転数検出部２１及び制御部２２を備えている。
【００３７】
第一の参考形態に係る軸部１１及び軸受部１２は、真円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部１１の回転方向（図３（ａ）では反時計回り）とは逆方向で０°である。
【００３８】
回転数検出部２１は、例えばロータ１４の回転数を検出することにより、軸部１１の回転数を検出する。
制御部２２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力回路を備えており、機能部として、調整弁駆動制御部２２ｂを備えている。
調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値未満の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値以上の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。かかる構成により、低速回転領域で不安定なフラッド潤滑の欠点を解消し、全ての回転領域で軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受１０Ｃは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。ここで、所定値は、フラッド潤滑で自励振動が発生するおそれのない、出来るだけ大きい値とすることができ、実験により予め決定することができる。
【００３９】
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃの動作例について説明する。
まず、ジャーナル軸受１０Ｃは、駆動初期の低速回転領域では、調整弁１６を所定の開量とした状態で、ＤＣモータ１３により軸部１１を回転させる。このとき、潤滑液による潤滑はスターブ潤滑であり、軸受部１２から排出液は、ポンプ１９により潤滑液供給部１５に戻される。
そして、調整弁駆動制御部２２ｂは、回転数検出部２１の検出結果が高速回転領域となったときに、調整弁１６の開量を増加させ、潤滑液による潤滑をフラッド潤滑とする。
【００４０】
＜第二の参考形態＞
続いて、第二の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃとの相違点を中心に説明する。図５は、本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図５に示すように、本発明の第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄは、軸部１１及び軸受部１２に代えて、軸部３１及び軸受部３２を備えている。
【００４１】
軸部３１は、回転可能であり、軸受部３２は、潤滑液を供給するための供給溝３２ａを備えて潤滑液を介して軸部３１を支持する。ここで、軸部３１の外側形状は、軸方向から見て真円形状を呈しており、軸受部３２の内側形状は、軸方向から見て楕円形状を呈している。供給溝３２ａは、軸受部３２の短径方向に設けられており、軸部３１の上部から設置角度γの位置に設けられている。
すなわち、第二の参考形態に係る軸部３１及び軸受部３２は、楕円軸受であり、設置角度γは、軸部３１の上部から軸部３１の回転方向（図５（ａ）では反時計回り）とは逆方向で９０°である。
【００４２】
この場合には、調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値未満の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値以上の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。楕円軸受、かつ供給溝３２ａが軸部３１の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられている場合には、フラッド潤滑であっても高速回転領域において回転の安定性が確保される。この場合には、潤滑液による膜厚が大きく、潤滑液の温度上昇が抑制されるというフラッド潤滑の利点が生きる。かかる構成により、全ての回転領域で軸部の振動が安定化する。したがって、ジャーナル軸受１０Ｄは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００４３】
第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄの動作例は、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃの動作例と同様なので、説明を省略する。
【００４４】
＜第三の参考形態＞
続いて、第三の参考形態に係るジャーナル軸受について、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａとの相違点を中心に説明する。図６は、本発明の第三の参考形態に係るジャーナル軸受を示す図であり、（ａ）は軸部及び軸受部を示す断面図、（ｂ）は全体を示す模式図である。図６に示すように、第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｅは、軸部位置検出部１８に代えて、軸受部１２内の潤滑液を撮像する撮像部１８ｃを備えている。ここで、撮像部１８ｃがビデオカメラであり、透明な軸受部１２を介して潤滑液を撮像する構成であってもよく、撮像部１８ｃがＣＣＤカメラであり、軸受部１２に埋設されて潤滑液を撮像する構成であってもよい。
【００４５】
潤滑液状態判定部２０ａは、撮像部１８ｃによる撮像結果に基づいて、潤滑液におけるキャビテーションの発生の有無を検出し、キャビテーションが発生していない場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、キャビテーションが発生している場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定することができる。
なお、第二の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ｂに撮像部１８ｃを適用することも可能である。
【００４６】
第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｅの動作例は、判定手法を除いて第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａの動作例とほぼ同様なので、説明を省略する。
【実施例】
【００４７】
続いて、第一ないし第二の実施形態及び第一ないし第三の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ａ〜１０Ｅによる実施例、参考例及び比較例について説明する。なお、以下の参考例及び比較例には、本発明の実施例と同一の状態が含まれているが、これは、かかる状態を本発明の実施例の範囲から除外することを意図するものではない。表１は、真円軸受及び楕円軸受の諸元を示す表である。
【００４８】
【表１】
【００４９】
楕円軸受、すなわち、軸受部３２の楕円率ｍは、以下の通りである。
ｍ＝（ＣＨ−ＣＶ）／ＣＨ＝０．３４
なお、真円軸受（軸部１１及び軸受部１２）及び楕円軸受（軸部３１及び軸受部３２）において、ジャーナル径は２４．６５ｍｍであり、軸受部の幅は１４．５ｍｍである。ＤＣモータ１３の回転数は、０ｒｐｍから１００００ｒｐｍまで連続的に変えることができる。ロータ１４の質量は０．８１２ｋｇであり、軸部１１，３１のバネ定数は５．２×１０４Ｎ／ｍであり、軸部の固有振動数は４０Ｈｚである。軸受部１２，３２は、透明なアクリルから形成されており、キシレンにより青色に着色された潤滑油（潤滑液）を用いることで、キャビテーションの発生領域を可視化することができる。潤滑油の粘度グレードはＶＧ３２であり、供給油温は常温（約２５℃）である。潤滑油の供給量の調節は、軸受部１２，３２の端部から漏れ出す潤滑油の量を体積流量法によって測定し、調整弁１６の開度を手動で変更することにより行われた。二つの渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂは、軸受部１２，３２の設置角度に関わらず、常に鉛直及び水平方向に設置可能となっている。
【００５０】
なお、渦電流近接プローブ１８ａ，１８ｂの校正を、以下のように行った。ターゲットをマイクロメータに固定してプローブから徐々に遠ざけるようにマイクロねじを調整し、マイクロメータの読みとプローブの電圧値との関係を用いて校正曲線を作成した。その結果、プローブの測定結果に関して、十分な線形性が得られ、感度低下も生じていないことが確認された。なお、プローブ１８ａ，１８ｂの直径は、５．０５ｍｍであった。
【００５１】
図７は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図７（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図７（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図７（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図７（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
なお、図７〜図２６の（ｂ）及び図２７〜図２８の（ｃ）において、色が薄い（白い）部分がキャビテーションの発生部位である。
【００５２】
図８は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図８（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図８（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図８（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５３】
図９は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図９（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図９（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図９（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図９（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５４】
図１０は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１０（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１０（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１０（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５５】
図１１は、本発明の比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１１（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１１（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１１（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５６】
図１２は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１２（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１２（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１２（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５７】
図１３は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１３（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１３（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１３（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５８】
図１４は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１４（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１４（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１４（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００５９】
図１５は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１５（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１５（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１５（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１５（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６０】
図１６は、本発明の参考例を示す図であり、真円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１６（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１６（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１６（ｂ）における角度は、軸受部１２の上面を０°、軸部１１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６１】
図７〜図１６に示すように、真円軸受、フラッド潤滑の場合には、高速回転時にキャビテーションが消滅し、自励振動が発生した。一方、真円軸受、スターブ潤滑の場合には、いずれの設置角度γでも高い安定性が得られた。特に、−６０°≦γ≦−３０°の場合に、油膜厚さが最大となり、より高い安定性が得られた。
したがって、真円軸受の場合には、スターブ潤滑とすることにより、高い安定性の真円軸受を具現化することが可能であり、特に、−６０°≦γ≦−３０°、スターブ潤滑とすることにより、より高い安定性の真円軸受を具現化することが可能であることがわかった。
【００６２】
図１７は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１７（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１７（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１７（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１７（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６３】
図１８は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１８（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１８（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１８（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６４】
図１９は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図１９（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図１９（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図１９（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図１９（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６５】
図２０は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２０（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２０（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２０（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２０（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６６】
図２１は、本発明の比較例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、フラッド潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２１（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２１（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２１（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２１（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６７】
図２２は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２２（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２２（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２２（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２２（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６８】
図２３は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２３（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２３（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２３（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２３（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００６９】
図２４は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−３０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２４（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２４（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２４（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２４（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７０】
図２５は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−６０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２５（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２５（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２５（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２５（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７１】
図２６は、本発明の参考例を示す図であり、楕円軸受、γ＝−９０°、スターブ潤滑の場合を示す図である。詳しくは、図２６（ａ）は、軸部の回転数Ｎと振幅Ａ及び振動数Ｆとの関係を示すグラフであり、図２６（ｂ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図であり、図２６（ｃ）は、軸部の軸心軌跡を示す図である。
図２６（ｂ）における角度は、軸受部３２の上面を０°、軸部３１の回転方向を正、と定義されたものである。潤滑油の供給量Ｑは、Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓとした。
【００７２】
図１７〜図２６に示すように、楕円軸受、フラッド潤滑の場合には、γ＝−９０°の場合に高速回転領域で高い安定性が得られた。しかし、低速回転領域では不安定であった。一方、楕円軸受、スターブ潤滑の場合には、いずれの設置角度γでも高い安定性が得られた。特に、γ＝−９０°の場合に、油膜厚さが最大となり、より高い安定性が得られた。
したがって、楕円軸受の場合には、スターブ潤滑とすることにより、高い安定性の楕円軸受を具現化することが可能であり、特に、γ＝−９０°、スターブ潤滑とすることにより、より高い安定性の楕円軸受を具現化することが可能であることがわかった。
【００７３】
また、図２１及び図２６に示すように、第二の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｄは、楕円軸受、γ＝−９０°とし、検出された回転数が所定値（ここでは３５００ｒｐｍ）未満の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値（ここでは３５００ｒｐｍ）以上の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御する。楕円軸受、かつ供給溝３２ａがγ＝−９０°の位置に設けられている場合には、フラッド潤滑であっても回転の安定性が確保される。この場合には、潤滑液による膜厚が大きく、潤滑液の温度上昇が抑制されるというフラッド潤滑の利点が生きる。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ｄは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００７４】
続いて、第一の実施形態に係るジャーナル軸受１０Ａによる実施例について説明する。図２７は、本発明の実施例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。詳しくは、図２７（ａ）は、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ、Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）及びその間の遷移領域（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）並びに本発明の制御を実施した場合における軸部の回転数Ｎと振幅Ａとの関係を示すグラフであり、図２７（ｂ）は、軸部の軸心軌跡を示す図であり、図２７（ｃ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図である。
【００７５】
図２７（ａ）に示すように、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）では、４０００ｒｐｍの回転数で振幅Ａが急激に増加し（０．１５ｍｍを超え）、また、図２７（ｃ）に示すように、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域でキャビテーションが消滅していることから、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域で自励振動が発生していると判断された。これに対し、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ及びＱ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）では、振幅Ａ及び振動数（不図示）の急激な変化は見られず、広範囲の回転数領域で安定であることが分かった。
しかし、図２７（ｂ）に示すように、スターブ潤滑における軸部３２の中心位置は偏心率εが大きく、潤滑油による油膜厚さが薄くなっていることが分かった。
ここで、遷移状態（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で不安定な傾向があり、キャビテーションが消滅していることから、十分な安定性が得られていないと判断された。
【００７６】
一方、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で振幅Ａが若干増加する傾向が現れるものの、全ての回転数領域においてキャビテーションが発生しており、高い安定性が得られていると判断された。また、偏心率εは約０．６であり、十分な油膜厚さが確保されていることが分かった。なお、同じスターブ潤滑であるＱ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓの場合にも、同様の傾向が見られることが分かった。
以上の事項を鑑みて、潤滑液状態判定部２０ａは、軸部位置検出部１８による検出結果に基づいて、軸部１１の振幅を算出し、算出された振幅が第一の閾値以上である場合には、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、算出された振幅が第一の閾値未満である場合には、自励振動が発生するおそれがない状態であると判定する。そして、調整弁駆動制御部２０ｂは、潤滑液状態判定部２０ａの判定結果に基づいて、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御する。すなわち、４５００ｒｐｍ未満の低速回転領域では、ジャーナル軸受１０Ａはフラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）である。そして、４５００ｒｐｍで振幅Ａが急激に増加して第一の閾値（ここでは、０．１５ｍｍ）以上となると、潤滑液状態判定部２０ａは、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、調整弁駆動制御部２０ｂは、調整弁駆動部１７を介して調整弁１６を駆動制御し、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）とする。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ａは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００７７】
続いて、第一の参考形態に係るジャーナル軸受１０Ｃによる参考例について説明する。図２８は、本発明の参考例及び比較例を示す図であり、真円軸受、γ＝０°の場合を示す図である。詳しくは、図２８（ａ）は、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ、Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）及びその間の遷移領域（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）並びに本発明の制御を実施した場合における軸部の回転数Ｎと振幅Ａとの関係を示すグラフであり、図２８（ｂ）は、軸部の軸心軌跡を示す図であり、図２８（ｃ）は、軸部の回転数Ｎとキャビテーションの発生状態とを示す図である。
【００７８】
図２８（ａ）に示すように、フラッド潤滑（Ｑ＝２．５×１０−６ｍ３／ｓ）では、４０００ｒｐｍの回転数で振幅Ａが急激に増加し、また、図２８（ｃ）に示すように、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域でキャビテーションが消滅していることから、４５００ｒｐｍ以上の回転数領域で自励振動が発生していると判断された。これに対し、スターブ潤滑（Ｑ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓ及びＱ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）では、振幅Ａ及び振動数（不図示）の急激な変化は見られず、広範囲の回転数領域で安定であることが分かった。
しかし、図２７（ｂ）に示すように、スターブ潤滑における軸部３２の中心位置は偏心率εが大きく、潤滑油による油膜厚さが薄くなっていることが分かった。
ここで、遷移状態（Ｑ＝１．８×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で不安定な傾向があり、キャビテーションが消滅していることから、十分な安定性が得られていないと判断された。
【００７９】
一方、スターブ潤滑（Ｑ＝１．６×１０−６ｍ３／ｓ）の場合には、４５００ｒｐｍ付近の回転数領域で振幅Ａが若干増加する傾向が現れるものの、全ての回転数領域においてキャビテーションが発生しており、高い安定性が得られていると判断された。また、偏心率εは約０．６であり、十分な油膜厚さが確保されていることが分かった。なお、同じスターブ潤滑であるＱ＝０．５×１０−６ｍ３／ｓの場合にも、同様の傾向が見られることが分かった。
以上の事項を鑑みて、調整弁駆動制御部２２ｂは、検出された回転数が所定値（ここでは４４００ｒｐｍ）未満の場合には、潤滑液による潤滑がフラッド潤滑となるように調整弁１６を駆動制御し、検出された回転数が所定値（ここでは４４００ｒｐｍ）以上の場合には、潤滑液による潤滑がスターブ潤滑となるように調整弁を駆動制御する。かかる構成により、ジャーナル軸受１０Ｃは、簡単な構造で高い安定性を有することができる。
【００８０】
図２９は、ジャーナル軸受の軸受形式、潤滑状態及び設置角度と、安定性、潤滑液（潤滑油）の膜厚及び潤滑液の温度上昇の評価との関係を示す図である。
図２９において、評価は４段階であり、「×」は特性が劣ることを表し、「△」は特性がやや劣ることを表し、「○」は特性が優れていることを表し、「◎」は特性が極めて優れていることを表す。
また、安定性（低速）は、４０００ｒｐｍ未満での軸受の回転の安定性の評価であり、安定性（高速）は、４０００ｒｐｍ以上での軸受の回転の安定性の評価である。
また、膜厚は、軸受の水平方向及び垂直方向にそれぞれ設置された非接触式変位計により測定された軸部の中心位置に基づく評価であり、潤滑液の厚み（膜厚）に関する評価である。なお、この結果が、図７〜図２６の（ｃ）において、プロットとして示されている。図７〜図２６の（ｃ）に記載されている数値は、対応するプロットにおける回転数を表す。この膜厚は、軸部の中心位置が軸受の中心位置に近づくほど、すなわち、偏心率εがゼロに近づくほど高評価となる評価である。また、図７〜図２６の（ｃ）及び図２７の（ｂ）に記載されている点線による曲線は、軸受における偏心率εの限界を表している。軸部の中心位置がこの曲線上に位置するということは、軸部と軸受部とが接触することを意味する。なお、「楕円、フラッド潤滑、−９０°」及び「楕円、スターブ潤滑、−９０°」における膜厚の評価は、ともに◎であるが、「楕円、フラッド潤滑、−９０°」における膜厚の方が、「楕円、スターブ潤滑、−９０°」における膜厚よりも好適である。
また、温度上昇は、実施例、参考例及び比較例における実験中において、温度計によって測定された、軸受の脇から漏れる潤滑液の温度に関する評価であり、温度が上昇しないほど高評価となる評価である。
【符号の説明】
【００８１】
１０Ａ，１０Ｂ ジャーナル軸受
１１，３１ 軸部
１２，３２ 軸受部
１２ａ，３２ａ 供給部
１５ 潤滑液供給部
１６ 調整弁
１８ 軸部位置検出部
２０ａ 潤滑液状態判定部
２０ｂ 調整弁駆動制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な軸部と、
潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、
前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、
前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、
前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、
検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、
を備えたジャーナル軸受であって、
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振幅を算出し、算出された前記振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、
自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とするジャーナル軸受。
【請求項２】
回転可能な軸部と、
潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、
前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、
前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、
前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、
検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、
を備えたジャーナル軸受であって、
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振動数の変化率を算出し、算出された前記振動数の変化率が第二の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、
自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とするジャーナル軸受。
【請求項３】
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であるか否かを判定するものであって、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部と前記軸受部との間の隙間の最小値である軸受隙間を算出し、算出された前記軸受隙間が第三の閾値未満である場合に、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、
前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、前記軸部及び前記軸受部の焼付きの発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受。
【請求項４】
前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記軸受部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記供給溝は、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受。
【請求項５】
前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記軸受部は、楕円形状を呈しており、
前記供給溝は、前記軸受部の短軸方向に設けられており、かつ、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受。
【請求項１】
回転可能な軸部と、
潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、
前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、
前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、
前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、
検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、
を備えたジャーナル軸受であって、
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振幅を算出し、算出された前記振幅が第一の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、
自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とするジャーナル軸受。
【請求項２】
回転可能な軸部と、
潤滑液を供給するための供給溝を備えて前記潤滑液を介して前記軸部を支持する軸受部と、
前記潤滑液を供給する潤滑液供給部と、
前記潤滑液の供給量を調整するための調整弁と、前記調整弁を駆動制御する調整弁駆動制御部と、
前記軸受部内における前記軸部の位置を検出する軸部位置検出部と、
検出された前記軸部の位置に基づいて、自励振動が発生するおそれがある状態であるか否かを判定する潤滑液状態判定部と、
を備えたジャーナル軸受であって、
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて前記軸部の振動数の変化率を算出し、算出された前記振動数の変化率が第二の閾値以上である場合に、自励振動が発生するおそれがある状態であると判定し、
自励振動が発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、自励振動の発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とするジャーナル軸受。
【請求項３】
前記潤滑液状態判定部は、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であるか否かを判定するものであって、検出された前記軸部の位置に基づいて、前記軸部と前記軸受部との間の隙間の最小値である軸受隙間を算出し、算出された前記軸受隙間が第三の閾値未満である場合に、前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定し、
前記軸部及び前記軸受部の焼付きが発生するおそれがある状態であると判定された場合に、前記調整弁駆動制御部は、前記軸部及び前記軸受部の焼付きの発生を防止するように前記調整弁を駆動制御する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のジャーナル軸受。
【請求項４】
前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記軸受部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記供給溝は、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で３０〜６０°の範囲内に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受。
【請求項５】
前記軸部は、軸方向から見て真円形状を呈しており、
前記軸受部は、楕円形状を呈しており、
前記供給溝は、前記軸受部の短軸方向に設けられており、かつ、前記軸部の上部から前記軸部の回転方向とは逆方向で９０°の位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャーナル軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２９】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２９】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１２７７６７（Ｐ２０１１−１２７７６７Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８７９９（Ｐ２０１１−２８７９９）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【分割の表示】特願２００７−２６７２５２（Ｐ２００７−２６７２５２）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本トライボロジー学会、「トライボロジスト」、第５２巻、第４号、２００７年４月１５日に掲載 社団法人日本トライボロジー学会、 「トライボロジー会議予稿集 東京 ２００７−５」、２００７年４月２６日に掲載 「トライボロジー会議」、社団法人日本トライボロジー学会、２００７年５月２８日〜３０日において文書をもって発表
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【分割の表示】特願２００７−２６７２５２（Ｐ２００７−２６７２５２）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本トライボロジー学会、「トライボロジスト」、第５２巻、第４号、２００７年４月１５日に掲載 社団法人日本トライボロジー学会、 「トライボロジー会議予稿集 東京 ２００７−５」、２００７年４月２６日に掲載 「トライボロジー会議」、社団法人日本トライボロジー学会、２００７年５月２８日〜３０日において文書をもって発表
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
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