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JP5635245B2 - 水潤滑用スラスト軸受の構造 - Google Patents

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Description

本発明はスクリュー圧縮機、その他、水中用機械の回転軸のスラスト荷重を受ける水潤滑用スラスト軸受の構造に関する。
一般に、スクリュー圧縮機や水中ポンプなど水中用機械などのスラスト軸受としては、完全オイルフリーの水潤滑用スラスト軸受が用いられている。
この水潤滑用スラスト軸受は、回転軸に設けられた回転ディスクと、その回転ディスクに対向して設けられると共に、固定系に設けられた固定スラスト部材からなり、その固定スラスト部材に潤滑水供給溝が形成され、その潤滑水供給溝から回転ディスクと対向する固定スラスト部材の摺動面に給水することで回転ディスクからのスラスト荷重を水を介して固定スラスト部材が受けるようになっている。
この水潤滑用スラスト軸受の固定スラスト部材は、セラミックスやカーボン材、或いはプラスチックスなどで構成される。
特開昭６１−９９７２１号公報
ところで、上記の如き、従来の水潤滑用スラスト軸受では、固定スラスト部材に潤滑水供給溝を形成する必要があるが、セラミックスやカーボン材は、硬度が高く、割れ易いため、摺動面以外から給水用の穴あけや溝等の加工はなされてない。
またプラスチックス材料は、給水用の穴あけや溝等の加工は容易であるが、低強度、低ヤング率のために変形し易すく、摩耗により、寿命が短く、また水による膨潤などの問題がある。
上記の理由から、水潤滑用スラスト軸受の実用化が進んでいない状況にある。
さらに、回転ディスクと固定スラスト部材とを水中に配置し、摺動面に給水用の溝を形成しても、摺動面は、相手材となる回転ディスクと接触しているため、その遠心力により、回転ディスクと対向する摺動面との間に供給された水が容易に外部へ排出されてしまう。従って単に水中に配置しても、排出された分、水を効率よく供給しなければ焼付につながる恐れがあり、固定スラスト部材に潤滑水供給用溝を設ける必要が不可欠である。
そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、回転ディスクと対向する摺動面をセラミックス等で形成し、しかも摺動面の間に効率よく水を供給することのできる水潤滑用スラスト軸受の構造を提供することにある。
上記目的を達成するため、発明の水潤滑用スラスト軸受の構造は、回転軸に設けられた回転ディスクと、その回転ディスクに対向して設けられて当該回転ディスクと摺動する固定スラスト部材とを備え、前記固定スラスト部材の摺動面と前記回転ディスクとの間に水を供給して、スラスト荷重を受ける水潤滑用スラスト軸受の構造において、前記固定スラスト部材を、セラミックス又はカーボン材の耐摩耗材料で形成されると共に、前記摺動面を有する固定摺動部材と、ステンレス材又はアルミニウムの金属材料で形成されると共に、前記固定摺動部材と分割形成され、前記固定摺動部材の反摺動面側に接合される裏金とで構成し、前記固定摺動部材と前記裏金との接合面のいずれか一方または両方に潤滑水供給溝を形成したことを特徴とする。
また、固定摺動部材の摺動面に、上記潤滑水供給溝から供給された潤滑水を摺動面の径方向外周及び円周方向に供給する保水溝を形成してもよい。
また、固定摺動部材の摺動面に、高さの相違する隣接した面を摺動面の円周方向に形成してもよい。
また、潤滑水供給溝は、固定摺動部材と裏金の接合面に外周側から中心の回転軸を挿通する挿通穴に向かうように形成され、その固定摺動部材の挿通穴に潤滑水供給溝からの潤滑水を摺動面に流す潤滑水導入溝が形成され、摺動面に潤滑水導入溝からの潤滑水を径方向外方に流す保水溝が形成されると共に、その保水溝の外周側に保水溝の潤滑水を摺動面に流すための堰を設け、前記固定摺動部材及び前記裏金がボルト締結により固定されてもよい。
本発明によれば、固定摺動部材にセラミックス及びカーボン材の何れかを適用しても、スラスト軸受の内側から回転ディスクと摺動面の間に水を供給することができ、低粘度の水を潤滑に用いても流体潤滑状態になりやすく、寿命延伸が可能となる。また水潤滑用スラスト軸受の性能が向上し、実用化が加速する可能性がある。
本発明の一実施の形態の水潤滑用スラスト軸受の摺動面を示す平面図である。 （ａ）は本発明の一実施の形態の水潤滑用スラスト軸受の概略全体構成断面図、（ｂ）は、（ａ）で丸で囲った要部拡大断面図である。 本発明の一実施形態の水潤滑用スラスト軸受の概略全体構成図である。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１〜図３において、１０は回転軸１１に取り付けられた回転ディスクで、その回転ディスク１０に対向するように、固定スラスト部材１２が設けられてスラスト軸受が構成される。
固定スラスト部材１２は、回転ディスク１０と対向する摺動面１３を有する固定摺動部材１４とその固定摺動部材１４の裏面に設けられるＳＵＳ（ステンレス）やアルミニウムで形成された裏金１５とで構成される。
固定摺動部材１４は、セラミックス、カーボン材など耐摩耗性のある材料で形成され、その形状は、回転軸１１を挿通する挿通穴１６を有した円環状に形成される。固定摺動部材１４の回転ディスク１０と対向する摺動面１３には、挿通穴１６から外周側に延びる保水溝１７が形成される。保水溝１７に位置した挿通穴１６には、円弧状の潤滑水導入溝１８が形成され、その保水溝１７の外周側には、摺動面１３よりやや低くされた堰１９が形成される。
保水溝１７は、図１、図３に示すように、例えば６本形成され、そのうちの３本の保水溝１７の外周側にボルト挿入穴２０が設けられ、また裏金１５には、ボルト挿入穴２０に対向してネジ穴２１が形成される。
摺動面１３は、保水溝１７を境に、高さの相違する面１３ａ、１３ｂが形成され、保水溝１７に対して時計回り方向の面１３ａが反時計回り方向の面１３ｂより高く形成され、またその面１３ａ、１３ｂが保水溝１７ごとに円周方向に形成され、隣接する面１３ａ、１３ｂ間に段差２２が形成される。
さて、本発明においては、固定摺動部材１４と裏金１５の接合面２５のいずれか一方または両方に、本実施の形態では固定摺動部材１４の裏面に潤滑水供給溝２４が、外周側から挿入穴１６に向かうように形成される。
この固定摺動部材１４に形成する潤滑水供給溝２４は、断面が円弧状の溝であり、固定摺動部材１４をセラミックスやカーボン材で形成しても、穴加工でないため、摺動面１３の保水溝１７や高さの相違する面１３ａ、１３ｂと同様に容易に切削加工でも或いは一体成形により形成することができる。
また固定摺動部材１４を形成後、固定摺動部材１４に裏金１５を合わせ、ボルト挿入穴２０からボルト（図示せず）を挿入して裏金１５のネジ穴２１にボルトを締め込むことで、固定摺動部材１４と裏金１５とを一体にして固定スラスト部材１２とすることができる。
尚、ボルトで固定摺動部材１４と裏金１５を結合する代わりにエポキシ系接着剤を用いて結合するようにしてもよい。
次に本実施の形態の作用を説明する。
先ず、固定スラスト部材１２の裏金１５は固定系に固定され、固定摺動部材１４の摺動面１３は回転ディスク１０と対向するように設けられてスラスト軸受が構成される。
このスラスト軸受は、図示していないが水中に浸るように設けられ、潤滑水供給溝２４には、その外径側から中心側に向けて潤滑水が供給される。潤滑水供給溝２４に供給された潤滑水は、回転軸１１から円弧状の潤滑水導入溝１８を介して保水溝１７に流れ、その保水溝１７を径方向外方に流れると共に堰１９で堰き止められて、保水溝１７から円周方向の摺動面１３に流れる。この摺動面１３は、保水溝１７の周方向で高さの相違する面１３ａ、１３ｂで形成され、低い側の面１３ｂで主に潤滑水を保水すると共に、高い側の面１３ａに潤滑水を供給し、その高い側の面１３ａと回転ディスク１０間の潤滑水でスラスト荷重を受けることとなる。このように潤滑水は、保水溝１７を流れ、摺動面１３に中心側から外側にかけ、かつ円周方向にかけて効率よく供給することで水潤滑によりスラスト荷重を受けることができる。摺動面１３ａと１３ｂに段差を設けているが、負荷容量が比較的小さい場合、摺動面１３ａと１３ｂは、同一平面としてもスラスト荷重を受けることができる。
本発明においては、上述したように、固定スラスト部材１２が、固定摺動部材１４と裏金１５とで分割形成し、摺動面１３を有する固定摺動部材１４をセラミックスやカーボン材など耐摩耗性のある材料で形成し、裏金１５をＳＵＳやアルミニウム等の耐食性のある金属材料で形成することで、摺動面１３をセラミックス等で形成しても、潤滑水供給溝２４を簡単に加工することが可能となる。
また潤滑水供給溝２４を形成する際に、スラスト軸受の形状や支持強度は裏金１５で保持するため、固定摺動部材１４は２分割しても厚くしても支障がなく、保水溝１７や潤滑水供給溝２４の加工がより簡単にできる。
１０ 回転ディスク
１１ 回転軸
１２ 固定スラスト部材
１３ 摺動面
１４ 固定摺動部材
１５ 裏金
１６ 挿通穴
１７ 保水溝
１８ 潤滑水導入溝
１９ 堰
２４ 潤滑水供給溝
２５ 接合面

Claims (5)

  1. 回転軸に設けられた回転ディスクと、その回転ディスクに対向して設けられて当該回転ディスクと摺動する固定スラスト部材とを備え、前記固定スラスト部材の摺動面と前記回転ディスクとの間に水を供給して、スラスト荷重を受ける水潤滑用スラスト軸受の構造において、
    前記固定スラスト部材を、セラミックス又はカーボン材の耐摩耗材料で形成されると共に、前記摺動面を有する固定摺動部材と、ステンレス材又はアルミニウムの金属材料で形成されると共に、前記固定摺動部材と分割形成され、前記固定摺動部材の反摺動面側に接合される裏金とで構成し、前記固定摺動部材の前記裏金との接合面に断面円弧状の潤滑水供給溝を形成したことを特徴とする水潤滑用スラスト軸受の構造。
  2. 固定摺動部材の摺動面に、上記潤滑水供給溝から供給された潤滑水を摺動面の径方向外周及び円周方向に供給する保水溝を形成した請求項１に記載の水潤滑用スラスト軸受の構造。
  3. 固定摺動部材の摺動面に、高さの相違する隣接した面を摺動面の円周方向に形成した請求項１又は２に記載の水潤滑用スラスト軸受の構造。
  4. 潤滑水供給溝は、固定摺動部材の裏金との接合面に、外周側から中心の回転軸を挿通する挿通穴に向かうように形成され、その固定摺動部材の挿通穴に潤滑水供給溝からの潤滑水を摺動面に流す潤滑水導入溝が形成され、摺動面に潤滑水導入溝からの潤滑水を径方向外方に流す保水溝が形成されると共に、その保水溝の外周側に保水溝の潤滑水を摺動面に流すための堰を設け、前記固定摺動部材及び前記裏金がボルト締結又はエポキシ系接着剤により固定される請求項１から３のいずれか一項に記載の水潤滑用スラスト軸受の構造。
  5. 前記堰を前記摺動面よりも低く形成した請求項４に記載の水潤滑用スラスト軸受の構造。
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