JPH06147228A - セラミック軸受装置 - Google Patents

セラミック軸受装置

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JPH06147228A
JPH06147228A JP30078892A JP30078892A JPH06147228A JP H06147228 A JPH06147228 A JP H06147228A JP 30078892 A JP30078892 A JP 30078892A JP 30078892 A JP30078892 A JP 30078892A JP H06147228 A JPH06147228 A JP H06147228A
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JP
Japan
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bearing
ceramic
case
outer peripheral
metal case
Prior art date
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Pending
Application number
JP30078892A
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English (en)
Inventor
Koji Aizawa
宏二 会沢
Tomoaki Inoue
知昭 井上
Masayuki Yamada
雅之 山田
Tetsuo Fujiwara
哲雄 藤原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】セラミック軸受3を複数個のセラミック材6に
分割し、軸受支持剛性が大きくても調心性が失われるこ
とのないように軸受3に調心性をもつように構成した。
すなわち、軸受ケース8内に摺動面をセラミック材6で
構成し、セラミック材6の端部と外周部を金属ケース7
に固定したセグメント状の軸受を周方向に複数個配置
し、かつ金属ケース7の外周部と軸受ケース8の間に調
心支持手段を構成し、さらに、軸受ケース7の外周側を
ゴム等の弾性物質で軸受ケーシング10に弾性結合して
回転軸4を回転自在に支持する。 【効果】衝撃に強い大径の軸受を製作することが容易と
なり、十分な調心性があり片当りによる損傷は全く無く
軸受としての機能が長期間維持され、高剛性支持でも軸
受の調心性は阻害されず衝撃力を吸収できるので、セラ
ミック材の割れが無い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ,水車等の水力
機械のセラミック軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水力機械の水中軸受として、近年、耐摩
耗性に優れ自液を潤滑水として用いることができるセラ
ミック軸受が広く用いられるようになっている。軸受に
セラミックス使用したセラミック軸受装置は実開昭62−
194919号公報で公開されている。図8はその一例を示
す。この図8で、4は回転機器、例えば、ポンプの回転
軸であり、5はスリーブ、1はポンプのケーシングであ
る。10は軸受ケーシングで、この内面に衝撃緩衝用の
ゴムリング9aを介してセラミックで円筒型に成形され
た軸受6aが固定されている。軸受6aは回転軸4が安
定に回転できるように支持するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
セラミック軸受装置において、円筒型に形成されたセラ
ミック軸受6aは、セラミック成形による製造能力の問
題から、直径が300mm程度の大きさの物しか製作でき
ず、それ以上の大きいセラミック軸受を製作することは
困難であった。そして、径が大きくなるに従って大きい
衝撃荷重を受けるので、損傷を受けやすくなる。また、
従来のセラミック軸受6aは、円筒型に一体に形成され
ているため、分解点検時には回転軸を抜き取らなければ
ならないので、メンテナンスに時間がかかるという難点
があった。そして、円筒型のセラミック軸受6aは軸受
ケーシング10の内面に衝撃緩衝用のゴムリング9aを
介して固定されているので、軸受支持剛性が大きくなる
と調心性が失われ軸受荷重を均等に受けることができ
ず、片当り状態が発生して部分的に割損する恐れがある
ので、長期間の信頼性に欠けるという問題もあった。
【0004】このように、従来のセラミック軸受装置で
はセラミック軸受の大径化に対して製造方法や取付け構
造等について製作コスト,信頼性の点で十分な考慮がさ
れていない欠点があった。また、衝撃緩衝用のゴムリン
グを介して固定した場合、軸受支持剛性が大きくすると
調心性が失われ片当りによる損傷で軸受としての機能が
無くなるおそれがある。
【0005】本発明の目的は、軸受に対する製作コスト
を最少限にして構造簡単な高信頼性のセラミック軸受を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック軸受
装置は、上記目的を達成するために、セラミック軸受を
複数個のセラミック材に分割し、軸受支持剛性が大きく
ても調心性が失われることのないように軸受に調心性を
もたせる。
【0007】すなわち、軸受ケース内に摺動面をセラミ
ック材で構成し、このセラミック材の端部と外周部を金
属ケースに固定したセグメント状の軸受を周方向に複数
個配置し、金属ケースの外周部と軸受ケースの間に調心
支持手段を構成し、さらに、軸受ケースの外周側をゴム
等の弾性物質で軸受ケーシングに弾性結合して回転軸を
回転自在に支持するように構成した。
【0008】
【作用】このようにして、セラミック軸受を複数個のセ
ラミック材に分割し、このセラミック材を金属ケースに
固定し補強したので、衝撃に強い大径の軸受を製作する
ことが容易となる。また、金属ケースの外周部と軸受ケ
ースの間に調心支持手段があるので、十分な調心性があ
り片当りによる損傷は全く無く軸受としての機能が長期
間維持される。さらに、軸受ケースの外周側をゴム等の
弾性物質で軸受ケーシングに弾性結合しているので高剛
性支持でも衝撃力を吸収できるので、セラミック材の割
れが無い。分割型なので分解が容易で保守点検のメンテ
ナンスがし易い。周方向に対しも軸受が傾くので、軸受
摺動面にくさび効果による流体膜が形成され、ほぼ流体
潤滑状態になり安定した摺動特性が得られる。
【0009】
【実施例】以下、図面に従い本発明の実施例について説
明する。ここでは、軸受にソリッドのセラミック材を用
いた場合について詳細に説明するが、軸受の材質は特に
限定するものではない。例えば、金属ケースに、直接、
セラミックコーティングしたものでもよい。図1は本発
明によるセラミック軸受装置を用いた大形のポンプの概
略構造を示す。ポンプはポンプケーシング1とポンプケ
ーシング1に取付けられたセラミック軸受装置3および
回転軸4に固定された羽根2で構成されている。羽根2
はセラミック軸受装置3でオーバハング支持されてい
る。図2に本発明によるセラミック軸受装置の一実施例
を示す。セラミック軸受装置3は回転軸4と、回転軸4
に固定された超硬合金製ないしは超硬合金をコーティン
グしたスリーブ5と、このスリーブ5を摺動支持する軸
受ケース8内に摺動面をセラミック材6で構成し、この
セラミック材6の端部と外周部を金属ケース7に固定し
たセグメント状の軸受を周方向に複数個配置し、かつ金
属ケース7の外周部を凸形にして調心性をもたせ、さら
に、軸受ケース8の外周側をゴム等の弾性物質9で軸受
ケーシング10に弾性結合して回転軸を回転自在に支持
するように構成した。ここでは、セラミック軸受を4分
割した場合について説明しているが、分割数は特に限定
しない。セグメント状のセラミック材は図5に示すよう
に金属ケース7と両端に配置したスペーサ(図示なし)
により位置を決めて、セラミック材6と金属ケース7お
よび両端に配置したスペーサとの接合面には充填剤の層
11を設けているので、セラミック材と金属ケースの接
合面に隙間があっても充填剤によってこの隙間が充填剤
で満たされるので密着固定できる。さらに、セラミック
材6はスペーサによって機械的に金属ケース7に固定さ
れるので衝撃荷重が作用しても、セラミック材6が金属
ケース7から脱落することもなくて充填剤の層11で衝
撃荷重をある程度吸収させることもでき、応力集中を回
避することができセラミックスの破損等に対する信頼性
が向上する。金属ケース7に固定されたセラミック材6
は摺動面のみ研削加工をしてセラミック軸受を製作す
る。また、金属ケース7は回り止めピン(図示せず)を
介して軸受ケース8に固定している。
【0010】このように本発明によるセラミック材6の
固定方法によれば、セラミック材6は摺動面を残して寸
法精度を必要としないので焼成後の研削加工が不要とな
り製作コストが安価である。セラミック軸受を複数個の
セラミック材に分割し、このセラミック材6を金属ケー
ス7に固定して補強したので、衝撃に強い大径の軸受を
製作することが容易となる。また、金属ケースの外周部
を凸形にしているので、オーバハング支持されていても
十分な調心性があり片当りによる損傷は全く無く軸受と
しての機能が長期間維持される。さらに、軸受ケースの
外周側をゴム等の弾性物質9で軸受ケーシング10に弾
性結合しているので高剛性支持でも衝撃力を吸収でき、
セラミック材の割れが無い。分割型なので分解が容易で
保守点検のメンテナンスがし易い。周方向に対しも軸受
が傾けるので、軸受摺動面にくさび効果による流体膜が
形成され、ほぼ流体潤滑状態になり安定した摺動特性が
得られる。また、分割構造にして金属ケースの外周側お
よび端部に隙間ができて水と直接接触するので従来例の
ようにゴムが貼付けてある場合に比較して放熱性が改善
される。このため、摺動面で発生する摩擦熱が効率よく
取り除かれるので摺動面に形成される水膜の粘度低下が
なく大幅な耐荷重性の向上が図れる。軸受ケース8及び
軸受ケーシング10は2分割構造にしているが軸受装置
の大きさによってきまり特に分割数は限定しない。本発
明では、セグメント状のセラミック材として高さ方向に
分割されていないが、セラミック材の大きさにより決ま
るので特に高さ方向や周方向については規定しない。ま
た、充填剤は充填後硬化するものでエポキシ系接着剤,
セラミックス系接着剤が好ましい。図3に示す実施例は
構造的には図2とほぼ同じであるが、本実施例では軸受
ケース8aの内周側を凸形にし、調心性をもたせた。図
4に示す実施例は構造的には図2とほぼ同じであるが、
本実施例では軸受ケース8の外周側に装着した弾性体9
aを波形板ばねにしている。このようにすると、ゴム等
の弾性体よりもさらに高剛性支持ができる。更に、軸受
が水自蔵式で動作することを考えると軸受ケースの外周
側が水に接するため放熱性が良くなり耐荷重性向上が期
待できる。図6に示す実施例は構造的には図3とほぼ同
じであるが、本実施例では金属ケースの端部と外周部に
弾性部片を部分的に介在させて構成した。更に、本実施
例では金属ケースの端部と外周部に弾性部片を部分的に
介在させて調心性を阻害しない程度にガイドしているの
で、軸受の摺動面の摩擦力が変動しても回転軸と衝突す
ることがさけられるので衝突による損傷が防止できる。
図7に示す実施例は構造的には図3とほぼ同じである
が、本実施例では調心支持手段を金属ケースの外周部を
円筒面にし、かつ円筒面に周方向に溝を設け、溝に断面
が円形のリングを固定し構成した。更に、金属ケースの
外周面あるいは軸受の内周面に凸形面を加工することよ
りも溝加工のみで済むので加工費用が少なくてすむので
さらに安価な軸受が提供できる。
【0011】セグメント状のセラミック材の固定作業方
法については、上記の方法に限定するものではない。
【0012】
【発明の効果】本発明によるセラミック軸受装置によれ
ば、衝撃に強い大径の軸受を製作することが容易とな
る。また、十分な調心性があり片当りによる損傷は全く
無く軸受としての機能が長期間維持される。さらに、高
剛性支持でも軸受の調心性は阻害されず衝撃力を吸収で
き、セラミック材の割れが無い。分割型なので分解が容
易で保守点検のメンテナンスがし易い。周方向に対して
も軸受が傾けるので、軸受摺動面にくさび効果による流
体膜が形成され、ほぼ流体潤滑状態になり安定した摺動
特性が得られる。また、セラミック材は摺動面を残して
寸法精度を必要としないので製作コストが安価である。
衝撃荷重が作用した場合でも充填剤の層で均一に荷重を
受けるので応力集中はなく、セラミックスの破損が防止
される。分割構造にして金属ケースの外周側および端部
に隙間ができて水と直接接触するので従来例のようにゴ
ムが貼付けてある場合に比較して放熱性が改善される。
このため、摺動面で発生する摩擦熱が効率よく取り除か
れるので摺動面に形成される水膜の粘度低下がなく耐荷
重性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック軸受装置及びこの軸受装置
を用いたポンプの一実施例の断面図。
【図2】本発明の第二実施例のセラミック軸受装置の断
面図。
【図3】本発明の第三実施例のセラミック軸受装置の断
面図。
【図4】本発明の第四実施例のセラミック軸受装置の断
面図。
【図5】本発明のセラミック軸受装置の摺動面の斜視
図。
【図6】本発明の第六実施例のセラミック軸受装置の断
面図。
【図7】本発明の第七実施例のセラミック軸受装置の断
面図。
【図8】従来のセラミック軸受構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
3…セラミック軸受装置、4…回転軸、5…スリーブ、
6…セラミック材、7…金属ケース、8…軸受ケース、
9…弾性体、10…軸受ケーシング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 哲雄 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸と、前記回転軸を摺動支持する軸受
    と、前記軸受が装着されている軸受ケースと、前記軸受
    ケースを支持している軸受ケーシングとを備えた軸受装
    置において、前記軸受ケース内に摺動面をセラミック材
    で構成し、前記セラミック材の端部と外周部を金属ケー
    スに固定したセグメント状の軸受を周方向に複数個配置
    し、前記金属ケースの外周部と前記軸受ケースの間に調
    心支持手段を構成し、前記軸受ケースの外周側をゴム等
    の弾性物質で前記軸受ケーシングに弾性結合して前記回
    転軸を回転自在に支持するように構成したことを特徴と
    するセラミック軸受装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記調心支持手段を前
    記金属ケースの外周部又は前記軸受ケースの内周側のど
    ちらか一方を凸形にし、これと対向するいずれかの面を
    円筒面にして構成したセラミック軸受装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記調心支持手段を前
    記金属ケースの外周部を円筒面にし、前記円筒面に周方
    向に溝を設け、前記溝に断面が円形のリングを固定し、
    さらに、前記軸受ケースの内周側を円筒面にして構成し
    たセラミック軸受装置。
  4. 【請求項4】回転軸と、前記回転軸を摺動支持する軸受
    と、前記軸受が装着されている軸受ケースと、前記軸受
    ケースを支持している軸受ケーシングとを備えた軸受装
    置において、前記軸受ケース内に摺動面をセラミック材
    で構成し、前記セラミック材の端部と外周部を前記金属
    ケースに固定したセグメント状の軸受を周方向に複数個
    配置し、前記金属ケースの外周部と前記軸受ケースの間
    に調心支持手段を構成し、さらに、前記金属ケースの端
    部と外周部に弾性部片を部分的に介在させ、前記軸受ケ
    ースの外周側をゴム等の弾性物質で前記軸受ケーシング
    に弾性結合して前記回転軸を回転自在に支持するように
    構成したことを特徴とするセラミック軸受装置。
  5. 【請求項5】請求項1または請求項4の前記セラミック
    軸受装置を搭載した排水ポンプ。
  6. 【請求項6】請求項1または請求項4のセラミック軸受
    装置を搭載した水車。
  7. 【請求項7】請求項1または請求項4の前記セラミック
    材はソリッド材又は前記金属ケースに直接セラミックコ
    ーティングしたセラミックコーティング材で構成したセ
    ラミック軸受装置。
JP30078892A 1992-11-11 1992-11-11 セラミック軸受装置 Pending JPH06147228A (ja)

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JP30078892A JPH06147228A (ja) 1992-11-11 1992-11-11 セラミック軸受装置

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JPH06147228A true JPH06147228A (ja) 1994-05-27

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6467966B1 (en) 1998-05-29 2002-10-22 Ksb Aktiengesellschaft Radial bearing with a sliding bearing-type construction
US7128523B2 (en) 2003-10-24 2006-10-31 Hitachi Industries Co., Ltd. Drainage pump and underwater bearing unit
JP2008309244A (ja) * 2007-06-14 2008-12-25 Ebara Corp 水中軸受、及びポンプ
WO2009124120A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 The Pullman Company Curled bushing with torsional slip

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