JP5244762B2 - スラスト軸受 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸に固定されたスラストカラーとの間に、スラスト荷重に対する反力を形成するスラスト軸受に係り、特に船などの大型過給機やターボ機械といった回転機械に用いられるスラスト軸受に関する。

回転機械の回転軸に作用する軸方向の荷重（スラスト荷重）を受けるスラスト軸受の一つとして、従来から、スラストカラーに対向するランド面とテーパー面（傾斜面）とを有するテーパランド型スラスト軸受が知られている。

スラスト軸受によれば、スラストカラーとスラスト軸受との相対的な回転により、潤滑油がスラストカラーとスラスト軸受とのあいだの間隙に引き込まれる。そして、潤滑油の流路となる間隙がテーパー面によって狭くなると、間隙内を流れる潤滑油の圧力は上昇し、スラスト荷重に対する反力が形成される。このようにして、スラスト軸受はスラスト荷重を支える。

このようなスラスト軸受は、バイト加工などの機械加工により円板を削ってテーパー面とランド面を形成して製造していたが、コストを低減する観点から、プレス加工を用いて製造されることがある。

例えば、特許文献１には、低炭素鋼材をドーナツ円板状に打ち抜き、これに油溝を加工した後に両面を研磨し、次いでプレススタンピングによりテーパー面およびランド面を加工し、加工した面に軟窒化処理を施して製造したテーパランドスラスト軸受が提案されている。

特許文献２には、ディスク形状の軸受本体が油供給溝とともにプレス加工により一体物として形成されたスラスト軸受が提案されている。

特昭５５−１３２４１５号公報 特開２００６−０３８２２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたテーパランドスラスト軸受は、テーパー面とランド面と油溝が一体物として成型されており、プレス加工用の金型が大きく複雑でコストがかかる。
また、特許文献２に記載されたスラスト軸受においても、軸受本体が潤滑油を供給する溝と一緒にプレス加工を使って一体物として成型されているため、プレス加工用の金型が大きく複雑でコストがかかる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減して成型することができるスラスト軸受を提供することを目的とする。

本発明に係るスラスト軸受は、回転軸に固定されたスラストカラーとの間に、スラスト荷重に対する反力を形成するスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向するランド部と、前記ランド部に連設され、前記スラストカラーから離れる方向に傾斜するテーパー部とを有する軸受板と、
前記軸受板とは別体として設けられ、前記軸受板と前記スラストカラーとの間に潤滑油を供給する給油路を有し、前記軸受板を支持する支持板とを備え、
さらに、前記潤滑油は、前記軸受板の前記ランド部に対向して配置された前記支持板の前記給油路から、前記軸受板の前記テーパー部に対向するように前記支持板に形成された給油溝と、前記軸受板の前記テーパー部側に設けられた貫通孔とを介して、前記軸受板と前記スラストカラーとの間に供給されることを特徴とする。

上記スラスト軸受によれば、ランド部とテーパー部を有する軸受板が支持板と別体であるので、軸受板を製造するためのプレス加工用の金型を簡略且つ小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

また、前記軸受板は、前記回転軸の周方向に沿って、互いに別体として複数配置されており、前記軸受板の前記ランド部は自由端であってもよい。

これにより、軸受板を製造するためのプレス加工用の金型を複数配置される軸受板の大きさに合わせてさらに簡略且つ小さくすることができるので、製造コストをより一層低減することができる。
また、スラストカラーと軸受板とが平行に配置されていない場合は、スラスト荷重に対する反力が減少し、両者が一部接触してしまう場合がある。そこで、軸受板のランド部を自由端にすることで、間隙のオイル圧により軸受板のランド部が支持板側に逃げる（撓む）ので、スラストカラーと軸受板とが直接接触することを防ぐ。よって、スラスト荷重に対する反力の減少を防止して、より大きなスラスト荷重を支持することができる。

また、前記軸受板の前記ランド部と前記支持板との間に配置され、前記軸受板の前記支持板側への変形を規制するスペーサーをさらに備えてもよい。
これにより、軸受板が支持板側に撓みにくくなるので、スラスト軸受はより大きいスラスト荷重を支えることが可能となる。

また、前記軸受板は、前記回転軸の周方向に沿って、前記ランド部と前記テーパー部とが複数組設けられた一体物であってもよい。
これにより、軸受板の製造工程を簡素化し、製造コストを低減することができる。

本発明は、特に、前記潤滑油は、前記軸受板の前記ランド部に対向して配置された前記支持板の前記給油路から、前記軸受板の前記テーパー部に対向するように前記支持板に形成された給油溝と、前記軸受板の前記テーパー部側に設けられた貫通孔とを介して、前記軸受板と前記スラストカラーとの間に供給される。

軸受板のランド部とスラストカラーとの間では潤滑油のせん断発熱が生じており、潤滑油を介してせん断熱が軸受板に伝えられ、軸受板の温度が上昇する。このようにして、軸受板にせん断熱が蓄積され温度が上昇すると、給油路から供給する低温の潤滑油は、軸受板のランド部とスラストカラーとの間で新たに生じるせん断熱を軸受板へ逃がすことが出来ず潤滑油の温度が上昇する。そうすると、軸受板のランド部とスラストカラーとの間にある潤滑油の粘度が低下してしまい、スラスト荷重に対する反力が減少する場合がある。
そこで、軸受板のランド部に対向して配置された支持板の給油路から、軸受板のテーパー部に対向するように支持板に形成された給油溝と、軸受板のテーパー部側に設けられた貫通孔とを介して潤滑油を流す。これにより、給油路から供給する低温の潤滑油は、軸受板と支持板との間を流れて軸受板を冷却し、スラストカラーと軸受板との間の潤滑油の温度上昇を防ぐことができる。よって、スラストカラーと軸受板との間の潤滑油の温度上昇に起因する潤滑油の粘度の低下を抑制し、より大きなスラスト荷重を支持することができる。

また、前記軸受板の前記スラストカラー側の表面には、複数の凹部が形成されていることが好ましい。
これにより、複数の凹部に潤滑油の油溜まりができるので、軸受板のスラストカラー側の表面に油がある状態が維持されて摺動性が向上し、軸受板がスラストカラーと接触する場合であっても、軸受板のスラストカラー側の表面の摩耗や焼付きを防止することができる。なお、軸受板がスラストカラーと接触する場合とは、スラスト軸受が適用される回転機械の起動時や停止時、あるいはスラスト軸受が受けるスラスト荷重が過大なときである。

また、前記軸受板の前記スラストカラー側の表面には、ＤＬＣ薄膜が形成されていてもよい。
これにより、軸受板のスラストカラー側の表面の摺動性が向上するので、軸受板がスラストカラーと接触することによって生じる摩耗や焼き付きをより防止することができる。ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）は、ダイヤモンドとグラファイトを形成する結合が混在しているカーボン膜であり、高硬度で摩擦係数も低く摺動性に優れているため、軸受板の耐摩耗や焼き付き防止を達成できる。

本発明によれば、ランド部とテーパー部を有する軸受板を支持板と別体とすることで、軸受板を製造するためのプレス加工用の金型を簡略且つ小さくすることができ、製造コストを低減することができる。
又本発明によれば軸受板のランド部に対向して配置された支持板の給油路から、軸受板のテーパー部に対向するように支持板に形成された給油溝と、軸受板のテーパー部側に設けられた貫通孔とを介して潤滑油を流すことにより、給油路から供給する低温の潤滑油は、軸受板と支持板との間を流れて軸受板を冷却し、スラストカラーと軸受板との間の潤滑油の温度上昇を防ぐことができる。よって、スラストカラーと軸受板との間の潤滑油の温度上昇に起因する潤滑油の粘度の低下を抑制し、より大きなスラスト荷重を支持することができる。

実施形態に係るスラスト軸受を具備した回転機械の一例を示す概略図である。 実施形態に係るスラスト軸受の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 実施形態に係るスラスト軸受の別の構成を示す断面図である。 図３の支持板の一例を示す平面図である。 実施形態に係るスラスト軸受の別の構成を示す断面図である。 図５のスペーサーの一例を示す平面図であり、（ａ）は第１のスペーサーの平面図、（ｂ）は別の態様を示す第２のスペーサーの平面図である。 実施形態に係るスラスト軸受の変形例を示す断面図である。 実施形態に係るスラスト軸受の変形例を説明する軸受板の平面図である。 実施形態に係るスラスト軸受の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るスラスト軸受を具備した回転機械の一例を示す概略図である。図２は、実施形態に係るスラスト軸受の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図３は、実施形態に係るスラスト軸受の別の構成を示す断面図である。図４は、図３の支持板の一例を示す平面図である。図５は、実施形態に係るスラスト軸受の別の構成を示す断面図である。図６は、図５のスペーサーの一例を示す平面図であり、（ａ）は第１のスペーサーの平面図、（ｂ）は別の態様を示す第２のスペーサーの平面図である。

本発明の実施形態に係るスラスト軸受１は、図１に示すように、例えば船などの大型過給機やターボ機械といった回転機械５０に用いられ、回転軸５４に固定されたスラストカラー２０との間に、スラスト荷重に対する反力を形成する。

スラスト軸受１には、油流路５７が接続されており、油流路５７を介してスラスト軸受１とスラストカラー２０とを潤滑する潤滑油が供給されるようになっている。スラスト軸受１に供給される潤滑油が油溜め５６に溜まって、ポンプ５８によって再びスラスト軸受１に循環される。

スラスト軸受１は、図２に示すように、軸受板１０と、軸受板１０を支持する支持板１２とを備える。

軸受板１０は、図２に示すように、スラストカラー２０に対向するランド部２と、ランド部２に連設されて支持板１２側へ傾斜するテーパー部４とを有する。テーパー部４側には潤滑油が流通する貫通孔１８が局所的に形成されている。テーパー部４の傾斜高さｈは、スラスト軸受１の大きさによって異なり、例えば数十から数百μｍである。

また、軸受板１０は、図２に示すように、回転軸が挿通される開口部１３の周方向に沿って、互いに別体として複数配置されており、軸受板１０のランド部２は自由端であってもよい。なお、軸受板１０は、スラスト荷重を支持するとともに容易に形成できる形状であれば特に限定されず、例えば、支持板１２の外径よりも小さい外径を有する略扇形形状であってもよい。

支持板１２は、図２に示すように、軸受板１０とは別体として設けられ、給油路１６と、挿通孔１４とを備える。

挿通孔１４は、軸受板１０が挿通される孔であり、回転軸が挿通される開口部１３を中心として放射状に複数形成される。挿通孔１４は軸受板１０のテーパー部４側で軸受板１０を支持する。このようにして、軸受板１０は、挿通孔１４に挿通されて支持板１２に固定される。

給油路１６は、回転軸が挿通される開口部１３を中心として放射状に複数形成される。給油路１６にはポンプ５８により潤滑油が供給されており、潤滑油は給油路１６を介して軸受板１０とスラストカラー２０との間に供給される。

挿通孔１４と給油路１６との間には、図３および図４に示すように、給油溝２６が形成されることが好ましい。例えば、給油溝２６は、図４に示すように、給油路１６と挿通孔１４とを繋ぐように、支持板１２の周方向に複数形成される。

軸受板１０のランド部２とスラストカラー２０との間では潤滑油のせん断発熱が生じており、潤滑油を介してせん断熱が軸受板１０に伝えられ、軸受板１０の温度が上昇する。このようにして、軸受板１０にせん断熱が蓄積され温度が上昇すると、給油路１６から供給する低温の潤滑油は、軸受板１０のランド部２とスラストカラー１０との間で新たに生じるせん断熱を軸受板へ逃がすことが出来ず潤滑油の温度が上昇する。そうすると、軸受板１０のランド部２とスラストカラー２０との間にある潤滑油の粘度が低下してしまい、スラスト荷重に対する反力が減少する場合がある。

そこで、軸受板１０のランド部２に対向して配置された支持板１２の給油路１６から、軸受板１０のテーパー部４に対向するように支持板１２に形成された給油溝２６と、軸受板１０のテーパー部４側に設けられた貫通孔１８とを介して潤滑油を流す。これにより、給油路１６から供給する低温の潤滑油は、軸受板１０と支持板１２との間を流れて軸受板１０を冷却し、スラストカラー２０と軸受板１０との間の潤滑油の温度上昇を防ぐことができる。
よって、スラストカラー２０と軸受板１０との間の潤滑油の温度上昇に起因する潤滑油の粘度の低下を抑制し、より大きなスラスト荷重を支持することができる。

また、挿通孔１４と給油路１６との間には、図５に示すように、軸受板１０のランド部２と支持板１２との間に配置され、軸受板１０の支持板１２側への変形を規制するスペーサー３０をさらに備えてもよい。これにより、軸受板１０が支持板１２側に撓みにくくなるので、スラスト軸受１はより大きいスラスト荷重を支えることが可能となる。
なお、スペーサー３０は、支持板１２に溶接して固定してもよいし、ボルトで固定してもよい。

上述するスペーサー３０は、軸受板１０が支持板１２側への変形を規制するものであれば、特に限定されない。
例えば、スペーサー３０として、図６（ａ）に示すように、凸部３２と基部３４とで形成される波板部材（第１のスペーサー）を用いてもよい。また、給油路１６から挿通孔１４へ流れる潤滑油の流路として、給油通路３６を支持板１２の周方向に沿って、スペーサー３０に形成してもよい。これにより、軸受板１０が支持板１２側に撓みにくくなるとともに、軸受板１０を冷却し、スラストカラー２０と軸受板１０との間の潤滑油の温度上昇を防ぐことができる。

また、例えばスペーサー３０として、図６（ｂ）に示すように、基部３７にドーム形状の凸部３８を設けた板材（第２のスペーサー）を用いてもよい。これも図６（ａ）と同様に、給油路１６から挿通孔１４へ流れる潤滑油の流路として、基部３７を貫通する給油通路３９をスペーサー３０に形成してもよい。これにより、軸受板１０が支持板１２側に撓みにくくなるとともに、軸受板１０を冷却し、スラストカラー２０と軸受板１０との間の潤滑油の温度上昇を防ぐことができる。

本実施形態のスラスト軸受１は、上述のように、ランド部２とテーパー部４を有する軸受板１０が支持板１２と別体であるので、軸受板１０を製造するためのプレス加工用の金型を簡略且つ小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

また、軸受板１０を製造するためのプレス加工用の金型を複数配置される軸受板１０の大きさに合わせてさらに簡略且つ小さくすることができるので、製造コストをより一層低減することができる。

図２（ｂ）に示すように、スラスト軸受１では、スラストカラー２０が矢印Ｒ方向に回転すると、スラストカラー２０とスラスト軸受１との相対的な回転により、給油路１６から供給される潤滑油が挿通孔１４と貫通孔１８とを介してスラストカラー２０とスラスト軸受１とのあいだの間隙に引き込まれる。そして、潤滑油の流路となる間隙が軸受板１０のテーパー部４によって狭くなると、間隙内を流れる潤滑油の圧力は上昇し、スラスト荷重に対する反力が形成される。このようにして、スラスト軸受１はスラスト荷重を支える。

スラストカラー２０と軸受板１０とが平行に配置されていない場合は、スラスト荷重に対する反力が減少し、両者が一部接触してしまう場合がある。そこで、軸受板１０のランド部２を自由端にすることで、間隙のオイル圧により軸受板１０のランド部２が支持板１２側に逃げる（撓む）ので、スラストカラー２０と軸受板１０とが直接接触することを防ぐ。よって、スラスト荷重に対する反力の減少を防止して、より大きなスラスト荷重を支持することができる。

以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのは言うまでもない。

本実施形態に係るスラスト軸受１は、軸受板１０のスラストカラー２０側に表面処理を施してもよい。表面処理は、軸受板１０がスラストカラー１２と接触した場合に、スラストカラー２０側の軸受板１０の表面について摩耗や焼付きを防止することができれば、特に限定されない。
なお、軸受板１０がスラストカラー２０と接触する場合とは、スラスト軸受１が適用される回転機械５０（図１参照）の起動時や停止時、あるいはスラスト軸受１が受けるスラスト荷重が過大なときである。

例えば、表面処理として、図７に示すように、軸受板１０のスラストカラー２０側の表面には、ＤＬＣ薄膜（ダイアモンドライクカーボン薄膜）４２が形成されていてもよい。ＤＬＣ薄膜４２は、ダイヤモンドとグラファイトを形成する結合が混在しているカーボン膜であり、高硬度で摩擦係数も低く摺動性に優れている。これにより、軸受板１０のスラストカラー２０側の表面の摺動性が向上するので、軸受板１０がスラストカラー２０と接触することによって生じる摩耗や焼き付きをより防止することができる。

さらに、図８に示すように、軸受板１０のスラストカラー２０側の表面に複数の凹部４４を形成してもよい。凹部４４は、ショットピーニングやレーザーテクスチャなどを用いて形成することが好ましい。これにより、複数の凹部４４に潤滑油の油溜まりができるので、軸受板１０のスラストカラー２０側の表面に油がある状態が維持されて摺動性が向上し、軸受板１０のスラストカラー２０側の表面の摩耗や焼付きを防止することができる。

また、上述の実施形態では、軸受板１０が回転軸５４の周方向に沿って互いに別体として複数配置されるパッド６によって形成されるスラスト軸受１の例について説明したが、軸受板１０は、ランド部２とテーパー部４とが複数組設けられた一体物であってもよい。

図９は、上述する実施形態に係るスラスト軸受の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。

図９に示すスラスト軸受１は、軸受板１０が一体物である点を除けば、図２で説明したスラスト軸受１と同一の構成であるので、軸受板１０以外のその他の構成については詳細な説明を省略する。

軸受板１０は、図９に示すように、回転軸が挿通される開口部１３の周方向に沿って、ランド部２とテーパー部４とが複数組設けられた一体物であってもよい。これにより、軸受板１０の製造工程を簡素化し、製造コストを低減することができる。

また、軸受板１０は、図９（ａ）に示すように、外周側にフランジ２２を有しており、このフランジ２２をボルト２４で支持板１２に留めることにより、支持板１２に固定されて支持される。

図９に示すスラスト軸受１においても、図２のスラスト軸受１と同様に、ランド部２とテーパー部４を有する軸受板１０が支持板１２と別体であるので、軸受板１０を製造するためのプレス加工用の金型を簡略且つ小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

１ スラスト軸受
２ ランド部
４ テーパー部
１０ 軸受板
１２ 支持板
１３ 開口部
１４ 挿通孔
１６ 給油路
１８ 貫通孔
２０ スラストカラー
２６ 給油溝
３０ スペーサー
４２ ＤＬＣ薄膜
４４ 凹部
５０ 回転機械
５４ 回転軸

Claims (6)

1. 回転軸に固定されたスラストカラーとの間に、スラスト荷重に対する反力を形成するスラスト軸受であって、
   前記スラストカラーに対向するランド部と、前記ランド部に連設され、前記スラストカラーから離れる方向に傾斜するテーパー部とを有する軸受板と、
   前記軸受板とは別体として設けられ、前記軸受板と前記スラストカラーとの間に潤滑油を供給する給油路を有し、前記軸受板を支持する支持板とを備え、
   さらに、前記潤滑油は、前記軸受板の前記ランド部に対向して配置された前記支持板の前記給油路から、前記軸受板の前記テーパー部に対向するように前記支持板に形成された給油溝と、前記軸受板の前記テーパー部側に設けられた貫通孔とを介して、前記軸受板と前記スラストカラーとの間に供給されることを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記軸受板は、前記回転軸の周方向に沿って、互いに別体として複数配置されており、前記軸受板の前記ランド部は自由端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. 前記軸受板の前記ランド部と前記支持板との間に配置され、前記軸受板の前記支持板側への変形を規制するスペーサーをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のスラスト軸受。
4. 前記軸受板は、前記回転軸の周方向に沿って、前記ランド部と前記テーパー部とが複数組設けられた一体物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。
5. 前記軸受板の前記スラストカラー側の表面には、複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
6. 前記軸受板の前記スラストカラー側の表面には、ＤＬＣ薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスラスト軸受。

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