JP2004125105A

JP2004125105A - スラスト軸受

Info

Publication number: JP2004125105A
Application number: JP2002291921A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nishida; 西田　英朗
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】スラスト軸受の性能を上げる。
【解決手段】回転軸に設けられたスラストカラーを介して回転軸に働く荷重を支持するスラスト軸受であって、スラスト軸受本体に円周方向に沿って複数のパッド２を有し、各パッド２は、前記スラストカラーに対面するランド部３と、ランド部３に対し垂直な段差部４と、段差部４につながるテーパ部５とからなる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転機械の回転軸に作用するスラスト方向の力を受ける軸受としてスラスト軸受が使われる。スラスト軸受の一つのタイプとしてテーパランドスラスト軸受が知られている。この軸受の一例を図１０及びその円周方向に沿う断面を図１１に示す。
【０００３】
このスラスト軸受１０１は、回転軸１０２に一体に設けられているスラストカラー１０３と微小隙間をもって対面させてハウジング１０４に設けられる。このスラスト軸受１０１は、環状の板の表面（軸受面）に円周方向に傾斜するテーパ部（傾斜溝）１０５を複数形成して構成される。テーパ部１０５同士の間の板の表面はランド部１０６であり、例えば、テーパ部１０５ランド部１０６とは円周方向に４：１の長さの割合で形成される。各テーパ部１０５の端には給油溝１０７が形成され、給油溝１０７には給油口１０８が開口される。なお、テーパ部１０５とランド部１０６との組み合わせパッドとよばれ、例えば１０〜１２個形成される。
【０００４】
回転軸１０２の回転中、給油口１０８より給油溝１０７に潤滑油が供給される。供給された潤滑油はテーパ部１０４とスラストカラー１０３との間に入り、ここで絞られることにより圧力が上昇し、その圧力によりスラストカラー１０３即ち回転軸１０２が支持される。スラスト軸受の一例は特開２００２−２０６５２２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０６５２２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来のスラスト軸受において、回転軸１０２が高速となり、かつ回転軸１０２からの負荷が大きくなると、油との摩擦等により発熱が大きくなるが、回転軸１０２からの負荷がすべてのパッドに均等にかかっている場合には、各パッドの温度が均等にあがるのでそれほど問題ではない。しかし、回転軸１０２のカラー１０３とスラスト軸受１０１との関係が少しでも傾いていると、一部のパッドが大きな荷重を受けることになり、その部分が大きく温度上昇してしまう。特に、テーパ部とランド部とのつながり部あたりの温度上昇が高くなり、その部分が熱膨張する。テーパ部とランド部とのつながり部が熱膨張により盛り上がってしまうと、その部分に片当たりが生じてしまう。テーパランドスラスト軸受は固定型であるために柔軟性がなく片当たりに弱いので、片当たりを厳に回避したい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明（請求項１）に係る構成は、回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面するランド部と、このランド部につながる段差部と、この段差部につながるテーパ部とを有することを特徴とするスラスト軸受に存する。
上記回転軸の被支持部は回転軸の一部や回転軸上に設けられたスラストカラーである。前記テーパ部は、前記ランド部とのつながり部分から傾斜する傾斜面である。傾斜は、前記ランド部とのつながり部分から離れるに従って被支持部から離れるものである。
【０００８】
このスラスト軸受では、テーパ部に供給される潤滑油は、テーパ部に沿って上向きに流れ、段差部に当たった後ランド部と回転軸の被支持部との隙間に入る。ランド部と被支持部との間の油膜の圧力により回転軸に作用するスラスト力は受けられる。ランド部とテーパ部とのつながり部に段差部を設けたので、この部分の熱膨張を抑えることができる。また、段差部を設けたことによりテーパ部と被支持部との間の空間が大きくなり、この部分に流れる潤滑油量が多くなり、しかも段差部に潤滑油が当たることによりランド部の冷却効果が高まる。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明（請求項２）に係る構成は、回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面する第１のランド部と、この第１のランド部につながる段差部と、この段差部につながる第２のランド部と、この第２のランド部につながるテーパ部とを有することを特徴とするスラスト軸受に存する。
この発明に係るスラスト軸受は、従前のテーパランド型として形成したのち、テーパ部の一部を切除することにより、段差部付きのスラスト軸受とするものである。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明（請求項３）に係る構成は、上記第１又は第２の発明において、前記段差部と前記テーパ部又は前記第２のランド部とを円弧面（Ｒ部）でつないだことを特徴とするスラスト軸受に存する。
この発明に係るスラスト軸受では、潤滑油は円弧面によってスムーズにランド部と被支持部との間に導かれる。また、テーパ部からランド部へかけての加工も容易となる。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明（請求項４）に係る構成は、前記テーパ部の表面が凹状に形成されていることを特徴とするスラスト軸受に存する。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明（請求項５）に係る構成は、前記凹状が円筒面状又はＶ字状であることを特徴とするスラスト軸受に存する。
【００１３】
第４及び第５の発明に係るスラスト軸受においては、テーパ部の表面が円弧状又はＶ字状に窪んでいるので、潤滑油はこの凹状部分に確保かつ案内されて段差部、ランド部に至る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るスラスト軸受の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には一実施形態に係るスラスト軸受の側断面を示し、図２には平面を示す。図２のＩ−Ｉ矢視断面図が図１である。
【００１５】
スラスト軸受本体１は環状円板となっており、その表面にパッド２が円周方向に複数（この実施形態では１０個）形成されている。パッド２は、回転軸の被支持部、つまり回転軸の一部又は回転軸上に設けられたスラストカラー（図１０参照）に微小な隙間をもって対面するランド部３と、ランド部３に対し垂直な段差部４と、段差部４につながるテーパ部５とからなる。テーパ部５は、回転軸上のスラストカラーから離れる方向に傾斜している。つまり、テーパ部５に対しランド部３が出っ張っている形状となっているのである。軸受の大きさによって異なるが、前記段差部４の高さｈは、例えば数十から数百μｍくらいとされる。
【００１６】
テーパ部５の端には給油溝６が形成され、給油溝６内には給油口７が開口されている。給油口７には、軸受本体１及び軸受本体１を支持するハウジング（図１０参照）に形成された給油路が接続される。給油路は潤滑油溜めにつながり、ポンプにより潤滑油が供給されるようになっている。
【００１７】
上記構成のスラスト軸受において、回転軸の回転中、潤滑油溜めより給油路、給油口７を経て給油溝６に潤滑油が供給される。潤滑油はテーパ部５を登り、段差部４に当たって上方に行き、ランド部３とスラストカラーとの間に入って油膜を形成し、スラストカラーを支持する。潤滑油はテーパ部５を登ることにより絞られるので圧力が上昇し、更に段差部４にせき止められてスラストカラーに当たることにより大きな圧力が生じ、高い負荷能力を発揮する。
【００１８】
従来のテーパランド型スラスト軸受では、テーパ部とランド部とのつながり部分（ランド部の入り口部分）が熱膨張していたが、その部分が段差部４により削り落されているので、熱膨張の影響は抑制される。つまり、熱変形量が小さくなるのである。
【００１９】
更に、スラストカラーとテーパ部５との隙間は、従来のテーパランド型軸受より広くなっているので、十分な潤滑油量が確保でき、ランド部入り口部分の冷却効果が高まり、やはり、熱変形量は抑えられる。
【００２０】
なお、ランド部とスラストカラーとの間に供給され、潤滑及び支持に供された後の潤滑油は排出され、潤滑油溜めに戻される。つまり、潤滑油は循環供給され、繰り返し使用されるのである。
【００２１】
図３、図４には第２の実施の形態を示す。図３には側断面を示し、図４には平面を示す。図４のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図が図３である。
この実施の形態は主に加工のしやすさを考慮したものである。環状の円板であるスラスト軸受本体１に、パッド１０として、先ず従来のテーパランド型スラスト軸受のランド部とテーパ部に相当する第１ランド部１１とテーパ部１２とを機械加工する。ただし、第１ランド部１１は、環状の円板の表面がそのものである。
【００２２】
次いで、テーパ部１２の第１ランド部１１とのつながり部近くを切除する。切除することにより段差部１３と第２ランド部１４とが形成される。第１の実施の形態のように、テーパ部５の端に数十〜数百μｍの段差部４を形成するのに比べて機械加工が容易となる。段差部１３の高さｈは数十〜数百μｍである。つまり、第１のランド部１１は、第２のランド部１４に対し数十〜数百μｍ出っ張った形状となっているのである。その他の構成、つまりテーパ部１２の端に給油溝が設けられ、そこに給油口が開口しているのは第１の実施の形態と同じである。
【００２３】
このスラスト軸受によれば、第１の実施形態と同様の作用により、スラストカラーは支持される。第２ランド部１４に大きな量の潤滑油が入り込むことから、大きな負荷能力、冷却能力が担保される。
【００２４】
図５には第３の実施の形態の、図１と同様の側断面を示す。
この実施の形態は、図１、図２に示した実施の形態とほぼ同様の構成であるが、段差部４とテーパ部５とを湾曲面（Ｒ部）１５によりつないだものである。テーパ部５の端に給油溝が設けられ、そこに給油口が開口しているのは第１の実施の形態と同じである。
このスラスト軸受による作用は、図１、図２に示したものと同じであるが、潤滑油はＲ部１５によりスラストカラーに向かって導かれやすくなる。また、テーパ部５とランド部３とのつながり部分の機械加工もしやすくなる。
【００２５】
図６〜９には第４の実施の形態に係るスラスト軸受を示す。図６は平面を示し、図７はそのＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面であり、図８はＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面、図９はＩＸ−ＩＸ矢視断面である。
【００２６】
このスラスト軸受における、スラスト軸受本体１に形成されるパッド２１は、ランド部２２と、このランド部２２につながるテーパ部２３とからなり、このテーパ部２３の表面は当該スラスト軸受の円周方向に沿って凹状の湾曲面（円筒面）２４とされている。つまり、樋状となっているのである。湾局面２４は、その中央部では例えば数μｍ〜数百μｍ窪んでいる。テーパ部２３の表面が凹状となっているので、図９に示すように、ランド部２２との接続部である段差部２５は、その底部が弓状となる。
【００２７】
このスラスト軸受では、テーパ部２３に供給された潤滑油は湾曲面２４を登り、段差部２５に当たってスラストカラーに向かって流れる。潤滑油は樋で案内されるように流れるので油量が確保され、負荷能力が上がる。つまり、潤滑油は遠心力により半径方向外側に流れようとするが、テーパ部２３の表面が樋状となっていることから、半径方向外側に流れようとする潤滑油は、テーパ部２３のエッジ部２３ａで遮られ、十分な油量が段差部２５、ランド部２２に供給されることになる。
【００２８】
また、テーパ部２３はその中央部が最も熱の影響を受け、その部分に多くの潤滑油が流れるので、テーパ部２３の熱による変形も抑えられる。
【００２９】
この実施の形態では、テーパ部２３の表面を円筒状に凹状としているが、Ｖ字状に凹状としてもよい。その他の形状も可能である。
【００３０】
本発明に係るスラスト軸受は、回転機械全般に適用されるが、特に大型過給機やターボ機械に適用される。
【００３１】
【発明の効果】
第１の発明に係るスラスト軸受によれば、回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面するランド部と、このランド部につながる段差部と、この段差部につながるテーパ部とを有するものとなっているので、テーパ部とランド部とのつながり部の熱膨張を抑えることができ、また、段差部を設けたことによりテーパ部と被支持部との間の空間が大きくなり、この部分に流れ込む潤滑油量が多くなって負荷能力が高くなり、更に段差部に潤滑油が当たることによりランド部の冷却効果が高まる。よって、特に高面圧時、高速時に軸受が安全に支持できる荷重が大きくなる。
【００３２】
第２の発明（請求項２）に係るスラスト軸受によれば、回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面する第１のランド部と、この第１のランド部につながる段差部と、この段差部につながる第２のランド部と、この第２のランド部につながるテーパ部とを有するものとしたので、第１の発明に係るスラスト軸受の効果に加え、加工しやすくなるという効果を奏する。
【００３３】
第３の発明（請求項３）に係るスラスト軸受によれば、上記第１又は第２の発明において、前記段差部と前記テーパ部又は第２のランド部とを円弧面でつなぐようにしたので、潤滑油は、円弧面によってよりスムーズにランド部と被支持との間に導かれるようになる。また、ランド部とテーパ部とを段差部を介してつなぐ機械加工も容易となる。
【００３４】
第４及びの発明（請求項４）及び第５の発明（請求項５）に係るスラスト軸受によれば、前記テーパ部の表面が凹状（円弧状又はＶ字）に形成されているので、この部分により油量が確保され、負荷能力が向上すると共に、テーパ部の熱変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラスト軸受の第１の実施形態の側断面図であり、図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】第１の実施の形態の平面図である。
【図３】第２の実施の形態に係るスラスト軸受の側断面図であり、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】第２の実施の形態の平面図である。
【図５】第３の実施の形態の側断面図である。
【図６】第４の実施の形態に係るスラスト軸受の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。
【図１０】スラスト軸受の一例の概略図である。
【図１１】図１０に示したスラスト軸受の円周方向に沿う一部の断面図である。
【符号の説明】
１　スラスト軸受本体
２　パッド
３　ランド部
４　段差部
５　テーパ部
６　給油溝
７　給油口
１０　パッド
１１　第１ランド部
１２　テーパ部
１３　段差部
１４　第２ランド部
１５　Ｒ部
２１　パッド
２２　ランド部
２３　テーパ部
２４　湾曲面
２５　段差部

Claims

回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面するランド部と、このランド部につながる段差部と、この段差部につながるテーパ部とを有することを特徴とするスラスト軸受。
回転軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受であって、前記回転軸の被支持部に対面する第１のランド部と、この第１のランド部につながる段差部と、この段差部につながる第２のランド部と、この第２のランド部につながるテーパ部とを有することを特徴とするスラスト軸受。
前記段差部と前記テーパ部又は前記第２のランド部とを円弧面でつないだことを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受。
前記テーパ部の表面が凹状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスラスト軸受。
前記凹状が円筒面状又はＶ字状であることを特徴とする請求項４に記載のスラスト軸受。