JPH0645058Y2 - 流体軸受装置およびこの流体軸受装置を備えたウォータージェット推進器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は水、油等の流体を潤滑材として用いる流体軸受
装置およびこの流体軸受装置を備えたウォータジェット
推進器に関する。

（従来の技術） 従来、水を潤滑材として使用した水中軸受装置は例えば
第４図に示すようなものがある。この水中軸受装置は軸
受箱４に嵌装した円筒形の軸受台金１の内周面には周方
向に複数個に分割（２分割）され、合成樹脂材料からな
る軸受シュー２が複数個のボルト３にて取付けてある。
この軸受シュー２の内周面には軸方向に沿って給水およ
び摩耗粉の給・排出溝2aが形成されている。また、軸受
シュー２はその内周面で水を介して回転軸５を受け、支
持している。

従来の水中軸受装置においては、回転軸５が回転する
と、回転軸５と軸受シュー２との間に水が供給される。
ここで、回転軸５に負荷される荷重が軽荷重の場合に
は、この供給された水の粘性と回転軸５との回転作用に
より、作用荷重に対抗する水圧分布が発生し水膜を保持
する。この水膜保持状態では回転軸５と軸受シュー２の
固体同士の接触がないことから、回転軸５と軸受シュー
２の摩耗はほとんど生じないようになっている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、従来の水中軸受装置において、回転軸５
に負荷する荷重が高荷重になったり、また異物混入量の
多い水を用いた場合には、上記水膜が破断し回転軸５と
軸受シュー２は固体同士の接触を起こし、回転軸５およ
び軸受シュー２の摩耗は急増する。したがって、このよ
うな固体同士の接触を起こした時には、当然水膜圧力に
よるばね力および減衰力が著しく低下し、回転軸５の制
振効果は無に等しくなる。

以上のように、高荷重下における水中軸受装置の樹脂材
料の軸受シュー２の耐摩耗性および回転軸５の耐振性に
は問題点が多いので、近似耐摩耗性の軸受材料としてセ
ラミックスが、回転軸材料には超硬合金をコーティング
したものが採用されている。

上記軸受材料として採用されているセラミックスは、大
口径用として一体に成形した場合、焼割れや衝撃に脆
く、耐振構造上の問題が未解決のままである。そこで、
周方向に分割した分割型のセラミックス材による軸受が
提案され、この分割型によって成形した場合には、上記
一体に成形した場合の焼割れや衝撃に対し破壊性が大幅
に改善される。

しかし、この場合にあっても流体潤滑中において軸受と
回転軸との間に異物が混入した場合には、水膜を破断さ
せ水膜圧力によるばね力及び減衰力を低下させてしまう
課題は依然として残されている。そして、分割型のセラ
ミックス材軸受では回転軸の振動に伴う衝撃力等の緩和
や制振作用を得ることができなため、高精度に加工、組
立てを行なわなければならないという問題点があった。

また、従来の水中軸受装置をウォータジェット推進器に
適用した場合には、推進効率および耐久性が著しく低下
してしまう問題点があった。

本考案は上記事情を考慮してなされたもので、流体潤滑
中における異物の混入を阻止し、且つ運転時における衝
撃力の緩和や回転軸の制振作用を得ることができ、そし
て加工、組立精度を緩和することの可能な流体軸受装置
およびこの軸受装置を有するウォータジェット推進器を
提供することを目的とする。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 本考案による流体軸受装置は、表面に超硬合金材料をコ
ーティンクした回転軸と、この回転軸の周囲に配設し周
方向に分割したセラミックス材料からなる軸受と、この
軸受を外側から支持し、異物の混入した流体を流体供給
側から流体排出側へ通過させるスリットを形成した軸受
台と、この軸受台を外側から弾性支持する弾性体と、前
記軸受の流体供給側において前記回転軸に上記軸受の近
傍で回転一体に設けた撹拌板とを備え、前記スリットは
軸受台の流体供給側に周溝を有する一方、前記撹拌板に
より流体供給側から流入する流体は粘性遠心作用を受け
て質量の大きな異物が前記スリットの周溝に案内される
ように設定したものである。

また、本考案は上記流体軸受装置をウォータジェット推
進器に設けたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成を有する本考案においては、軸受を周方向に
分割したセラミックス材料で構成したことで、焼割れや
衝撃に対する脆性破壊が防止される。また、軸受の流体
供給側において、軸受近傍の回転軸に撹拌板を回転一体
に設けたから、軸受の供給側より流入してくる流体は撹
拌板によって粘性遠心作用を受けることにより、流体中
に含まれる質量の大きい異物は軸受に入り込むことな
く、軸受台に形成したスリットに案内され、このスリッ
トを通過していくことになるので、水膜は破断すること
がない。さらに、軸受台を弾性体にて弾性支持すること
により、外力により瞬時の衝撃荷重が生じた場合でも、
弾性体はこの外力を吸収しつつ変形する。

また、このような流体軸受装置をウォータジェット推進
器に適用すれば、推進効率及び耐久性が向上する。

（実施例） 以下、本考案を図示する実施例に基いて説明する。

第１図および第２図は本考案に係る流体軸受装置の一実
施例を示しており、この実施例では本考案を水中軸受装
置に適用した例を示している。尚、従来の構成と同一又
は対応する部分には第４図と同一の符号を用いて説明す
る。

第１図において、回転軸５の表面には超硬合金６がコー
ティングされ、この周囲には分割型（本実施例では周方
向に４分割）のセラミックス材料からなる軸受（以下セ
ラミックスパッドと言う）７が配設されている。このセ
ラミックスパッド７は軸受台としての軸受台金１に支持
される。軸受台金１の外周部分には４箇所排出溝1aが軸
方向に形成され、かつ軸受台金１の軸受給水側の外周部
分には、第２図に示すように周方向に円周溝1bが形成さ
れ、これら排出溝1aおよび円周溝1bにより、給水側と排
水側とを連通させるスリットを形成している。また、上
記スリットが設けられていない軸受台金１の外周部分の
突部1cと軸受箱４との間にはゴム等の弾性体８が配設さ
れ、軸受台金１が軸受箱４に弾性支持されている。

さらに、第２図に示すように回転軸５の軸受給水側の上
流側には、撹拌板としての回転円板９がボルトにて固定
されている。

次に、上記の構成において本実施例の作用を説明する。

軸受給水側より流入してくる流体中には、これを濾過す
るストレーナのメッシュよりも小さいスラリー（異物）
が含まれ、回転軸５の回転に伴い撹拌されながら軸受部
分に供給されるのであるが、ここで回転軸５に取付けら
れた回転円板９により回転軸５近傍を流れてくる流体は
粘性遠心作用を受け軸受箱４側に方向が変えられる。こ
の時、流体には遠心力Ｆ＝mrω^２が作用する。この式
中、ｍは質量、ｒは半径、ωは角速度である。

したがって、スラリーの中でも質量の大きいものは、特
に遠心力効果があり、軸受箱４側へ流れていく。そし
て、軸受給水側より流入してくる流体は連続して流れて
いるため、回転円板９により軸受箱４側へと移動したス
ラリーは、そのまま軸受台金１の外周部の排出溝1aに流
入し排出側へ流れることになる。

また、軸受箱４に支持されている弾性体８およびこの弾
性体８と接触している軸受台金１近傍のスラリーは、円
周溝1bを経て排出溝1aへと案内され、この排出溝1aを通
過して排出側に流れていく。

このようにして、ほとんどのスラリーは排出溝1aを通過
し、回転軸５の超硬合金６とセラミックスパッド７との
隙間には流入せず、またこの隙間に流入してくるスラリ
ーは水膜厚さより極めて小さいものであって水膜を破断
させることがないから流体潤滑に影響を与えない。

次に、軸受台金１と軸受箱４との間に配設した弾性体８
は、外力による瞬時の衝撃荷重が生じた場合に、この外
力を吸収しながら変形するため、セラミックスパッド７
で外力の衝撃荷重を直接的に受けることなく、緩和荷重
として受けることになる。これにより、セラミックス材
料の衝撃による脆性破壊を防止することができる。

また、弾性体８は軸受部分に自由度を与えるので、組立
時における回転軸側と軸受側の軸心の精度及び加工精度
をさほど高くしなくてもよくなる。

本考案に係る流体軸受装置は上記実施例に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施例では流体として
水を用いたが、油、気体等であってもよい。また、セラ
ミックスパッド７を周方向に４分割して形成したが、他
の複数に分割してもよい。そして、排出溝1aも４箇所に
限らず、他の数であってもよい。さらに、撹拌板として
回転円板９を設けたが、流体に粘性遠心作用を付与する
ものであれば回転円板に限定されず、如何なる形状であ
ってもよい。

次に、第３図は上記の構成及び作用を有する水中軸受装
置を設けたウォータジェット推進器を示しており、この
ウォータジェット推進器10は高速船艇に装備され、同図
に示すように船底11から吸込んだ水をエンジンに連結さ
れた駆動軸（回転軸）５によって回転駆動されるポンプ
羽根車13によって加圧し、一端をニードル16の外周に、
他端をディフューザ14の内周面に固着した案内羽根15で
整流した後、ノズル17から高速のジェット流として船尾
から噴射して推力を得ている。そして、上記水中軸受装
置はニードル16内に設けられていることにより、異物の
混入によって推進効率を低下させることなく、外力によ
る衝撃荷重が生じても緩和荷重に変えるので、耐久性を
向上させることができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案に係る流体軸受装置によれ
ば、軸受の流体供給側において、回転軸に軸受の近傍で
撹拌板を回転一体に設けたから、流体供給側から流入さ
れる流体は撹拌板により粘性遠心作用を受けて質量の大
きな異物が軸受台の流体供給側に形成されるスリットの
周溝に案内され、そのスリットの周溝から流体排出側に
案内されるので軸受の軸受面に案内される流体に粒径の
大きな異物が混入するのを未然にかつ有効的に防止で
き、流体の潤滑膜（水膜）を充分に保持できる一方、軸
受台を外側から弾性体で支持したから、軸受部の組立精
度を緩和すると共に、軸受部に外力による衝撃荷重が生
じた場合でも緩和荷重に変えることができるので、セラ
ミックス材料で特に問題とされる大型一体成形の焼割れ
や衝撃に対しての破壊性を大幅に改善でき、高性能で高
信頼性の軸受装置を提供することができる。

また、上記流体軸受装置をウォータジェット推進器に設
けたので、推進効率および耐久性を大幅に向上させるこ
とが可能であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による水中軸受装置を示す縦
断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第
１図の水中軸受装置を適用したウォータジェット推進器
を示す断面図、第４図は従来の水中軸受装置を示す縦断
面図である。 １…軸受台金（軸受台）、1a…排出溝（スリット）、1b
…円周溝（スリット）、４…軸受箱、５…回転軸、６…
超硬合金、７…セラミックスパッド（軸受）、８…弾性
体、９…回転円板（撹拌板）、10…ウォータジェット推
進器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に超硬合金材料をコーティンクした回
   転軸と，この回転軸の周囲に配設し、周方向に分割した
   セラミックス材料からなる軸受と，この軸受を外側から
   支持し、異物の混入した流体を流体供給側から流体排出
   側へ通過させるスリットを形成した軸受台と，この軸受
   台を外側から弾性支持する弾性体と，前記軸受の流体供
   給側において前記回転軸に上記軸受の近傍で回転一体に
   設けた撹拌板とを備え、前記スリットは軸受台の流体供
   給側に周溝を有する一方、前記撹拌板により流体供給側
   から流入する流体は粘性遠心作用を受けて質量の大きな
   異物が前記スリットの周溝に案内されるように設定した
   ことを特徴とする流体軸受装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の流体軸受装置を備えたウォ
   ータジェット推進器。