JPH01216116A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体機械のスラスト軸受に係り、特に、低粘度
の流体で潤滑されるスクリュー圧縮機、水中ポンプ等に
好適なスラスト軸受に関する。

〔従来の技術〕

負荷容量が高くコンパクトでコストの安価ならせん溝付
スライドすベリ軸受が、近年、さかんに使用される。ス
パイラルグループスラスト軸受とは第１図に示すように
、らせん状の溝を回転側、□あるいは、静止側に設け１
機器の回転に伴い、溝に発生する動圧で負荷容量を高め
る。溝の深さ等の諸元は荷重１回転数、軸受の大きさな
どの多くの因子により決まるが、特に、影響の大きいの
が潤滑流体の粘度で、通常、低粘度はど溝の深さが浅い
、− ところで、軸受にとって固形異物は常に悩みの種で、潤
滑流体中には、必ず、多かれ少なかれ、油の変成物、砂
、溶接スパッタ、サビその他の異物が混在しており、そ
の量は機器の使用に従って増加するのが普通である。そ
して、異物が軸受摺動面に入り込むとその引っかき作用
により、わずかずつ摺動面を摩耗させ、摩耗が著しい場
合は、負荷を支持している流体膜の形成が不可能となり
。

焼付きに至ることもある。よって、摺動面に異物を入れ
ないことはもちろん、入った異物は速やかに軸受外部へ
排出することが軸受の信頼性を高めるうえで特に重要で
ある。

ジャーナル軸受では油溝の先端に細い溝を設けたり、特
開昭５９−５８２１９号公報に開示されるように動圧発
生部の始点、あるいは、終点に軸受両端面に連通する溝
を設けて異物を排出する。また、静圧スラスとすベリ軸
受も比較的異物の排出は容易で、ポケットの一部からチ
ャンファを軸受外周側に開放し、そこから潤滑流体とと
もに導出する。

スパイラルグループ型のスラストすベリ軸受では、チャ
ンファ等異物排出用の小さい溝を設けると、動圧発生機
構が損なわれ、著しく負荷容量が低下し、軸受の機能を
果たさなくなる。実開昭６０−３２１７７号公報では静
止軸受部の裏面に凹形状の溝を設けて異物を堆積させ、
そこから、外周側に連通ずる細い孔を通し、外部に排出
する例が示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明では軸受摺動面に異物が浸入する危険性。

確率はかなり高く、浸入した異物の排出作用は期待でき
ない。また、外周側に連通ずる孔から動圧効果で高めら
れた潤滑流体が流出し、内周側の圧力が低下し、負荷容
量を下げてしまうという問題もあった。

本発明の目的はスパイラルグループ型スラストすべり軸
受の負荷容量を損なうことなく、実用上潤滑流体中への
混入が避けられない固形異物による軸受摺動面の摩耗を
低減することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的はスパイラル溝が形成された面の反対側の摺動
面に先端同士が互いに重なり合う溝（たとえば放射溝）
を設けることにより達成される。

〔作用〕

動圧を発生するスパイラル溝と先端が重なる反対面の溝
は間隔をとって設けられる。先端同士が重なり合った場
合のみ内周側から外周側に連通ずる。それによって負荷
容量の低減は極少に抑えられる。そして、内周側から外
周側に連通した瞬間、スパイラル溝の動圧効果は消失し
、高圧の内周側から外周側に連通溝を通して潤滑流体が
高速で流れ、沈滞していた異物を速やかに排出するので
軸受摺動面が過度に摩耗することがない。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図において回転側円板１と静止側円板２は構造が簡
単で安価、コンパクトな平行平板スラスト軸受を構成し
、静止側円板２の摺動面には負荷容量を増すためスパイ
ラル溝３がエツチング法等により形成され、回転側円板
１．静止側円板２の中心部には動圧で生じた高圧の潤滑
流体のたまるポケットｌａ、２ｂが設けられ、静止側円
板２の摺動面には、さらに、摩耗粉等の固形異物５を回
収、貯蔵する円周溝２ａが回転側円板１の放射溝４の内
周側と接続して存在する。放射溝４の先端はスパイラル
溝３の内周側先端と互いに重なり合う。

回転側円板１が矢印の方向に回転すると、静止側円板２
のスパイラル溝３により動圧が生じ、負荷容量が得られ
る。動圧により潤滑流体（例えば油）の膜が回転側円板
１と静止側円板２の摺動面間に形成されるが、油自身の
劣化炭化により生じるスラッジ、あるいは、油槽内（潤
滑系路を含む）の異物、溶接スパッタ、砂、繊維、サビ
等固形異物５が油に混入して摺動面に入り込んでくる。

油膜以上の大きさの固形異物５は回転側円板１．静止側
円板２の摺動面をひつかいて摩耗させ、激しい場合は、
スパイラル溝３を徐々に削り、その高さを減じ、負荷容
量を低下させる。固形異物５が摺動面の外に排出されれ
ばひつかきによる摩耗は問題ない程度に減じることがで
きるが、従来のスパイラル溝付動圧型スラストすベリ軸
受では摺動面から移動できず摩耗が進行していた。

第１図の回転側円板１に設けられた放射溝４は静止側円
板２のスパイラル溝３の先端同士が重なっているため１
回転に伴って間欠的にスパイラル溝３と放射溝４、及び
、円周溝２ａとが連通する。

すると、その瞬間、重なり合ったスパイラル溝を通じて
中心部のポケットｌａ、２ｂの最も高圧の油が急速に外
部に流出し、その流れとともに固形異物５が円形拡大図
のように外部に排出される。

すなわち、摺動面が瞬間的に清掃される。ちょうど部屋
にほこりが次第に堆積し長時間経過すると汚れが目立つ
が、それが−時に清掃される状況と似ている。

このとき、わずかであるが、ポケットｌａ。

２ｂの圧力が低下し、負荷容量の減少が懸念されるが、
放射溝４と重ならないスパイラル溝は多数あり、そのポ
ンプイン作用が強く油を内部へ供給するため、はとんど
、負荷容量は低下しない。

第２図は他の実施例を示す。本実施例ではスパイラル溝
３は回転側円板１に形成され、静止側円板２に放射溝４
が設けられている。ｌｂ、２ａは回転側、及び、静止側
のポケット、１ａは円周溝である。スパイラル溝３は、
第３図で明らかなように、長い溝３ｂと短かい溝３ａと
に分かれ、長い溝３ｂは本実施例では対称に二本を設け
ている。

他の基本的構成は第１図の実施例と同じである。

第２図と第３図で本実施例の動作を説明する。

放射溝の半径ｒＲは長いスパイラル溝３ｂと短かい溝３
ａとの中間の長さとなっており、長いスパイラル溝３ｂ
と重なり合った場合のみ、ポケットｌｂ、２ａから放射
溝４、スパイラル溝３ｂを介して軸受摺動面の外部へ連
通する。そして、先の実施例で詳述したように、放射溝
４とスパイラル溝３ｂを通って流れる瞬間的な高速の油
の流れによって溝の内部の異物はもちろん、その周辺を
も清掃する効果を発揮する。

本実施例ではスパイラル溝３を回転側円板に設け、潤滑
流体（油、水等）のポンプイン作用が強く生じるため、
及び、放射溝４とスパイラル溝３とが連通ずる頻度が少
ないために、高い負荷容量を必要とする場合に好適であ
る。

第４図は本発明によるスラスト軸受のスクリュー圧縮機
への適用例を示す、冷媒を圧縮するスクリュー圧縮機は
雄と雌のロータがかみ合い、ケーシングと二つのロータ
で閉じられる空間を、順次。

減少させてガスを圧縮する。ロータはラジアル軸受、ス
ラスト軸受で回転自在に支持されるが、潤滑油には冷媒
が溶は込み、圧縮により高温となるため、粘度が極めて
低く、軸受の潤滑条件は極めて苛酷である。第４図は雄
ロータの吐出側近傍を示す縦断面図で、６が雄ロータ、
９がケーシングである。ロータはラジアル軸受７（吐出
側）、吸入側ラジアル軸受（図示せず）とスラスト軸受
で回転自在に支持されるスラスト軸受は回転側円板１、
静止側円板２から構成される。潤滑油は給油孔１０を通
って給油端１０ａからラジアル軸受７、スラスト軸受へ
と供給される。油の供給はスクリュー圧縮機内の高圧と
低圧の差圧を利用して圧送され、給油端１０ａでは軸受
外部より５〜２０ｋｇ／−程度高い。

第５図は第４図のスクリュー圧縮機に適用した回転側円
板１と静止側円板２の摺動面を示す。回転側円板１にス
パイラル溝３、円周溝１ａが形成され、静止側円板２に
幅、深さとも十分に小さい放射溝４が外周に開放して設
けられている。なお、中心部のポケットは無い。潤滑油
は給油端１０ａから静止側円板２の内周側を通り、円周
溝１ａに供給され、摺動面で油膜を形成し、荷重を支持
する。油膜の圧力は第５図（Ｑ）に示すように、円周溝
の位ｔｏでは潤滑油供給圧力Ｐｔ、同円板の外部の位［
ｒＯでは雰囲気圧力Ｐａとなり、スパイラル溝の動圧に
よりスパイラル溝の終端ｒ’ｂで最高圧力Ｐδを得る。

放射溝４とスパイラル溝３が重なると放射溝を通って外
部へ油が流れるため、圧力が逃げＰ４に低下する。しか
し、放射溝４以外の位置では連続的にポンプイン作用に
より動圧が発生し、Ｐδに近い圧力が得られ、負荷容量
の低下は極少に抑えられる。

各々のスパイラル溝は一回転に放射溝の数だけ異物が外
部に排出されて清掃される。放射溝４の幅、深さを小さ
くすればするほど、そこを流れる油の量は減り、異物排
出速度は低下するが、逆に、負荷容量は放射溝の無い場
合に近づく、単位時間あたりに摺動面で発生したり、あ
るいは、浸入してくる異物の量は少なく、わずかづつで
も外部へ排出されれば摺動面から溝へ逃げ、摺動面で回
転側円板１と静止側円板２を摩耗させることはなくなる
０円周溝１ａから供給される潤滑油中に混在する固形異
物は同円板の平坦部を通ってスパイラル溝に到達し、上
述の作用により、外部へ排出される。

本実施例ではスパイラル溝全面が繰り返し、まんべんな
く清掃されるので、潤滑油中の固形異物量が多い場合、
スパイラル溝が形成されている円板の摺動面の平滑化が
要求される場合に適する。

なお、スパイラル溝を設ける円板は回転側、静止側のど
ちらでも良く、スパイラル溝の形状も図示例にこだわら
ず、他の型式であるアウトフロ型。

ヘリングボン型でも良く、それぞれに適する放射溝を設
けることができる。また、放射溝の角度を傾け、それに
ポンプイン効果を持たせたり、スパイラル状の溝として
も良い。　゛ 〔発明の効果〕 本発明によれば、負荷容量を低下させることなく、固形
異物によるスラストすベリ軸受摺動面の摩耗を抑止でき
、軸受の初期性能を長時間にわたって維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図（ａ）、（ｄ
）と平面図（ｂ）、（ｃ）、第２図は本発明の他の実施
例の縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）、（ｃ）、第３図は
第２図の部分拡大図、第４図は本発明によるスラスト軸
受を適用したスクリュー圧縮機の部分縦断面図、第５図
は第４図に適用した本発明の一実施例を示す説明図であ
る。 １・・・回転側円板、２・・・静止側円板、３・・・ス
パイラル溝、４・・・放射溝。 代理人　弁理士　小川勝男　１７．−′に 雫ｔｖ！Ｊ ｔＸ２ｒ１１ｉ 第３図 第４図 八

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに対面する平行円板からなるスラスト軸受にお
   いて、 摺動面の一方に外周側から内周に向かうらせん溝を設け
   、他方の面に内周側から外周側に向かう溝を設け、それ
   らの先端が一つ以上重なり合うように構成したことを特
   徴とするスラスト軸受。 ２、前記らせん溝は長さが異なり、長いものと反対面の
   溝の先端とが互いに重なり合うことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のスラスト軸受。