JP2012031979A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑液で潤滑され回転軸のスラスト荷重を支持することができ、遠心力に抗して摺動面に潤滑液を供給することができ、かつ摺動面における負荷容量を高めることができるスラスト軸受を提供する。
【解決手段】スラスト軸受１０が、回転軸１に直交し潤滑液が供給された対向摺動面１１に沿って相対的に回転し、回転軸１のスラスト荷重を支持する。スラスト軸受１０は、対向摺動面１１の相対的な回転方向５に沿って対向摺動面との隙間がテーパ状に狭くなる複数のテーパ部１２と、テーパ部に連結して位置し対向摺動面との隙間が一定の複数の平行部１４と、テーパ部に設けられ半径方向内端から外端まで延びる複数の溝１６とを有する。溝１６の中心線ＤＥ上の任意の２点Ｆ１、Ｆ２を通る半径方向線Ｇ１、Ｇ２と２点Ｆ１、Ｆ２における中心線ＤＥの接線方向線Ｈ１、Ｈ２とのなす角度α１、α２が、外側の角度α１が内側の角度α２より大きいスパイラル形状である。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体で潤滑されるスラスト軸受に関する。

スクリュー圧縮機、水中ポンプなどに、水潤滑軸受が用いられる。従来の水潤滑軸受は、セラミックスやカーボン材料、或いはプラスチックスなどの樹脂材料からなる。また特に、水潤滑スラスト軸受の場合には、その摺動面に潤滑水の通り道となる溝（例えばスパイラル溝）が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開昭６１−９９７１８号公報、「スラスト軸受」

水潤滑スラスト軸受に用いられるセラミックスやカーボン材料は、水中での摺動特性には優れているが、流体潤滑領域での使用状態ではなく、相手材（支持対象面）と直接接触するため、相手材とのなじみや相手材の耐摩耗性の問題点がある。

また、プラスチックスなどの樹脂材料は、低強度、低ヤング率でありかつ膨潤しやすく変形や摩耗が生じやすいため寿命が短い問題点がある。

さらに、摺動面に潤滑水の通り道となる溝を設けていても、摺動面の回転により摺動部の潤滑水が遠心力で外部に排出されてしまうため、焼付が生じる可能性がある。またこの溝がスパイラル溝であっても、スパイラル溝のみでは負荷容量が低い問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、潤滑液で潤滑され回転軸のスラスト荷重を支持することができ、遠心力に抗して摺動面に潤滑液を供給することができ、かつ摺動面における負荷容量を高めることができるスラスト軸受を提供することにある。

本発明によれば、回転軸に直交し潤滑液が供給された対向摺動面に沿って相対的に回転し、該回転軸のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、
前記対向摺動面に対向し、前記対向摺動面の相対的な回転方向に沿って前記対向摺動面との隙間がテーパ状に狭くなる複数のテーパ部と、
該テーパ部に連結して位置し、前記対向摺動面との隙間が一定の複数の平行部と、
前記テーパ部に設けられ、半径方向内端から外端まで延びる複数の溝とを有し、
該溝の中心線上の任意の２点を通る半径方向線と該２点における前記中心線の接線方向線とのなす角度が、外側の角度が内側の角度より大きいスパイラル形状である、ことを特徴とするスラスト軸受が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記対向摺動面は、前記回転軸に固定された円形又は中空円形の回転円板の表面である。

また、本発明の別の実施形態によれば、前記対向摺動面は、固定部材に固定された円形又は中空円形の固定円板の表面である。

上述した本発明の構成によれば、半径方向内端から外端まで延びる複数の溝がテーパ部に設けられており、該溝の中心線上の任意の２点を通る半径方向線と該２点における前記中心線の接線方向線とのなす角度が、外側の角度が内側の角度より大きいスパイラル形状であるので、対向摺動面に供給された潤滑液が排出されにくく、かつ潤滑液を溝により内方に移動し、溝を介してテーパ部全体に潤滑液を供給することができる。

また、複数のテーパ部は対向摺動面の相対的な回転方向に沿って対向摺動面との隙間がテーパ状に狭くなっており、該テーパ部に連結して隙間が一定の複数の平行部が位置しているので、溝を介してテーパ部全体に供給された潤滑液は、テーパ部及び平行部で圧力が上昇し、スラスト荷重を支持する負荷容量を高めることができる。

従って、本発明によれば、対向摺動面に対向する平行部とテーパ部に溝を介して、常に潤滑液を円滑に供給することができる。また潤滑液として低粘度の水を用いても流体潤滑状態を得やすいので、潤滑性能と負荷容量を高めることができ、スラスト軸受の寿命を延ばすことができる。

本発明によるスラスト軸受の第１実施形態図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 図２における溝１６のスパイラル形状の説明図である。 本発明によるスラスト軸受の第２実施形態図である。 図５のＡ−Ａ矢視図である。 図５のＢ−Ｂ矢視図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるスラスト軸受の第１実施形態図である。この図において、本発明のスラスト軸受１０は、回転軸１に直交し潤滑液が供給された対向摺動面１１に沿って相対的に回転し、回転軸１のスラスト荷重２を支持するスラスト軸受である。
潤滑液は、好ましくは潤滑水であるが、その他の液体（エマルジョン液、潤滑油）でもよい。また、スラスト軸受１０を潤滑液中で使用するのが好ましいが、対向摺動面１１に向けて潤滑液を連続的又は断続的に供給してもよい。

この例において、スラスト軸受１０は、固定部材４に固定されており、対向摺動面１１は、回転軸１に固定された中空円形の回転円板３の表面（図で右側面）である。なお対向摺動面１１は、スラスト軸受１０の摺動面１０ａと潤滑液を介して近接するが、この図ではその間の隙間を大きく表示している。

図２は、図１のＡ−Ａ矢視図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
図２及び図３に示すように、本発明のスラスト軸受１０は、対向摺動面１１に対向する面１０ａに、複数のテーパ部１２、複数の平行部１４及び複数の溝１６を有する。
なお対向摺動面１１は、スラスト軸受１０の摺動面１０ａと潤滑液を介して近接するが、この図ではその間の隙間を大きく表示している。

この例でスラスト軸受１０は、固定部材４（図１参照）に固定された中空円板（中空円形の固定円板）であり、中央に回転軸１（図１参照）が貫通する貫通孔を有する。しかしスラスト軸受１０は、固定部材４に固定された円形の固定円板であってもよい。
スラスト軸受１０は、好ましくはセラミックス、カーボン材、或いは耐腐食性を有する金属からなる。

この例において、テーパ部１２、平行部１４及び溝１６の順で、周方向に等間隔（６０°毎）に６つずつ６組設けられている。しかし、本発明は等間隔に限定されず、不等間隔でもよい。また、テーパ部１２、平行部１４及び溝１６は２組以上であればよい。

複数（この例で６）のテーパ部１２は、対向摺動面１１に対向し、対向摺動面１１の相対的な回転方向５（この例で回転軸１の回転方向）に沿って対向摺動面１１との隙間がテーパ状に狭くなっている。この例でテーパ部１２の周方向角度は約４０°（図中θ１）である。またテーパ部１２の軸方向距離（図中のＣ）は、約０．０２ｍｍである。なおテーパ部１２の角度と長さは、任意であり、対向摺動面１１との間に流体潤滑状態が得られるように設定するのがよい。

複数（この例で６）の平行部１４は、各テーパ部１２に連結して位置し、対向摺動面１１との隙間が一定になっている。この例で平行部１４の周方向角度は約２０°（図中θ２）である。なお平行部１４の大きさは、任意であり、対向摺動面１１との間に発生する液圧によりスラスト荷重を支持する所望の負荷容量が得られるように設定するのがよい。

複数（この例で６）の溝１６は、テーパ部１２に設けられ、半径方向内端から外端まで延びる。
また、溝１６は、対向摺動面１１の相対的な回転方向５（この例で回転軸１の回転方向）の上流側への傾き、すなわち半径方向に対する溝の傾きが、外側が大きく内側が小さいスパイラル形状になっている。
溝１６の断面形状とスパイラル形状は、対向摺動面１１に供給された潤滑液が排出されにくく、かつ潤滑液を溝１６により内方に移動し、溝１６を介してテーパ部全体に潤滑液を供給できるように設定するのがよい。

図４は、図２における溝１６のスパイラル形状の説明図である。この図において、溝１６の周方向幅の中心線をＤＥとする。
上述した「半径方向に対する溝の傾き」とは、中心線ＤＥ上の任意の点Ｆを通る半径方向線Ｇと任意の点Ｆにおける溝１６の接線方向線Ｈとのなす角度αを意味する。
従って、「この傾きが、外側が大きく内側が小さい」とは、中心線ＤＥ上の任意の２点Ｆ１、Ｆ２を通る半径方向線Ｇ１、Ｇ２と任意の２点Ｆ１、Ｆ２における中心線ＤＥの接線方向線Ｈ１、Ｈ２とのなす角度α１、α２が、外側の角度α１が内側の角度α２より大きいことを意味する。

図５は、本発明によるスラスト軸受の第２実施形態図である。この図において、本発明のスラスト軸受１０は、回転軸１に直交し潤滑液が供給された対向摺動面１１に沿って相対的に回転し、回転軸１のスラスト荷重２を支持するスラスト軸受である。

この例において、対向摺動面１１は、固定部材４に固定された中空円形の固定円板６の表面（図で左側面）である。なお、固定円板６は固定部材４と一体であってもよい。

図６は、図５のＡ−Ａ矢視図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ矢視図である。
図６及び図７に示すように、本発明のスラスト軸受１０は、対向摺動面１１に対向する面１０ａに、複数のテーパ部１２、複数の平行部１４及び複数の溝１６を有する。

この例でスラスト軸受１０は、回転軸１に固定された中空円板（中空円形の固定円板）であり、中央に回転軸１が貫通する貫通孔を有する。しかしスラスト軸受１０は、回転軸１に固定された円形の回転円板であってもよい。

この例において、テーパ部１２は、対向摺動面１１に対向し、対向摺動面１１の相対的な回転方向５（この例で回転軸１の反回転方向）に沿って対向摺動面１１との隙間がテーパ状に狭くなっている。
また溝１６は、対向摺動面１１の相対的な回転方向５（この例で回転軸１の反回転方向）の上流側への傾き、すなわち半径方向に対する溝の傾きが、外側が大きく内側が小さいスパイラル形状になっている。

すなわち図４に示したように、溝１６の中心線ＤＥ上の任意の２点Ｆ１、Ｆ２を通る半径方向線Ｇ１、Ｇ２とその２点Ｆ１、Ｆ２における中心線ＤＥの接線方向線Ｈ１、Ｈ２とのなす角度α１、α２が、外側の角度α１が内側の角度α２より大きいスパイラル形状になっている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述したように、本発明のスラスト軸受１０は、セラミックス、カーボン材、又は耐腐食性を有する金属からなり、対向摺動面１１に対向する面をテーパ部１２と平行部１４からなるすべり軸受特有のダム付テーパランド型とし、さらに直線状の溝ではなく、曲率を持たせた溝１６を形成することで外部から潤滑水を取り入れるようになっている。
溝の形状は、半円状やＶ型、凹型などである。この構成により、回転によって外部から内部へ潤滑液を引き込む作用がある。

上述したように本発明の構成によれば、半径方向内端から外端まで延びる複数の溝１６がテーパ部１２に設けられており、溝１６の中心線ＤＥ上の任意の２点Ｆ１、Ｆ２を通る半径方向線Ｇ１、Ｇ２と２点Ｆ１、Ｆ２における中心線ＤＥの接線方向線Ｈ１、Ｈ２とのなす角度α１、α２が、外側の角度α１が内側の角度α２より大きいスパイラル形状であるので、対向摺動面１１に供給された潤滑液が排出されにくく、かつ潤滑液を溝１６により内方に移動し、溝１６を介してテーパ部１２の全体に潤滑液を供給することができる。

また、複数のテーパ部１２は対向摺動面１１の相対的な回転方向５に沿って対向摺動面１１との隙間がテーパ状に狭くなっており、テーパ部１２に連結して隙間が一定の複数の平行部１４が位置しているので、溝１６を介してテーパ部１２の全体に供給された潤滑液は、テーパ部１２及び平行部１４で圧力が上昇し、スラスト荷重を支持する負荷容量を高めることができる。

従って、本発明によれな、対向摺動面１１に対向する平行部１４とテーパ部１２に溝１６を介して、常に潤滑液を円滑に供給することができる。また潤滑液として低粘度の水を用いても流体潤滑状態を得やすいので、潤滑性能と負荷容量を高めることができ、スラスト軸受の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 回転軸、２ スラスト荷重、３ 回転円板、
４ 固定部材、５ 相対的な回転方向、６ 固定円板、
１０ スラスト軸受、１０ａ 摺動面、１１ 対向摺動面、
１２ テーパ部、１４ 平行部、１６ 溝

Claims (3)

1. 回転軸に直交し潤滑液が供給された対向摺動面に沿って相対的に回転し、該回転軸のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、
   前記対向摺動面に対向し、前記対向摺動面の相対的な回転方向に沿って前記対向摺動面との隙間がテーパ状に狭くなる複数のテーパ部と、
   該テーパ部に連結して位置し、前記対向摺動面との隙間が一定の複数の平行部と、
   前記テーパ部に設けられ、半径方向内端から外端まで延びる複数の溝とを有し、
   該溝の中心線上の任意の２点を通る半径方向線と該２点における前記中心線の接線方向線とのなす角度が、外側の角度が内側の角度より大きいスパイラル形状である、ことを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記対向摺動面は、前記回転軸に固定された円形又は中空円形の回転円板の表面である、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。
3. 前記対向摺動面は、固定部材に固定された円形又は中空円形の固定円板の表面である、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。