JPH0727133A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スラスト軸受において、パッド支持構造を改良
し、パッドの小型化、高面圧化を可能にするとともに、
パッド表面の機械的特性の向上、コストダウン、構造の
簡素化、パッド変形に対する軸受機能を向上させる。 【構成】パッド１１は、その中心に配置した球殻バネ１
３と、その周辺のコイルスプリング１４とによって支持
されている。球殻バネ１３および各スプリング１４は、
それぞれ、スプリング台１５に立設されている。回転体
１０に向かうパッド１１の対向面にはそれぞれ、凹部１
６が形成されており、凹部１６には対応する凸形状の支
持板１７が嵌入されている。支持板１７の下縁部分側面
は、弾性体１８で覆われている。支持板１７はグラスフ
ァイバーを充填したフッ素樹脂材料からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば水車発電機、ター
ビン発電機等における回転機械の回転体の支承に適用さ
れるスラスト軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車発電機、タービン発電機等
における回転体を支持するスラスト軸受は、その軸方向
先端にて軸線回りに配置した複数のパッドにより支承す
る構造とされている。

【０００３】水車発電機におけるスラスト軸受につい
て、従来例を図８および図９に示す。これらの図に示す
ように、回転体１の軸方向端面に、周方向に沿う配置の
複数のパッド２が対向し、各パッド２の間には間隔片３
が介在している。間隔片３はパッド２の位置決めおよび
回り止めとして機能する。各パッド２は、図９に示すよ
うに、パッド本体２ａと、このパッド本体２ａの回転体
１への対向面に接合したホワイトメタル２ｂとにより構
成されている。また、パッド２は回転体１の反対側のス
プリング台４に立設された複数のコイルスプリング５に
よって揺動可能に支持されている。

【０００４】ホワイトメタル２ｂには、その中心にリフ
ターポケット６が設けられ、その径外方向に油導通孔７
が形成されている。回転体１の低速回転時には、図示し
ないオイルリフター装置から高圧化された潤滑油がリフ
ターポケット６および油導通孔７を介してホワイトメタ
ル２ｂに供給され、それにより、回転体１の摩擦トルク
が小さくなるとともにホワイトメタル２ｂの損傷が防止
されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
スラスト軸受においては、流体損失および回転体１の攪
拌損失を低減するため、パッド２を小型化し、パッド２
の高面圧化を図ることが有効とされる。しかし、この場
合には必要な弾性支持力が得られなくなる等の事態が生
じ、パッド２の小型化には限界がある。すなわち、パッ
ド支持用のコイルスプリング５の数が減少するので、ス
プリングの１つ当りの荷重が大きくなる。

【０００６】さらにコイルスプリング５には、荷重の均
等化のために剛性が小さいことが要求される一方で、回
転体１の移動量の制約のためには剛性が大きいことが要
求され、加えて回転体の振動に対する耐久性も必要にな
るが、それらの条件を満たすコイルスプリング５の製造
は、現在知られている材料の機械強度から困難である。

【０００７】また、ホワイトメタル２ｂへの潤滑油供給
において、潤滑油の油膜の厚さが回転体１およびホワイ
トメタル１ａの表面粗さの和になると，油膜は破断する
ことが知られている。その防止のため、回転体１および
ホワイトメタル２ａの表面研磨が特に必要となる。さら
に、オイルリフター装置の構成によるコストアップ、軸
受の複雑化、および保守性低下等の課題もある。

【０００８】また、パッド２は厚さ方向の温度勾配およ
び流体圧に依存して熱変形および弾性変形することが知
られている。熱変形に際しては、図１０に示すように、
上方に凸形状となる。同様に弾性変形に際しては、図１
１に示すように、上方に凹形状となる。軸受特性向上の
ためには、前記熱変形および弾性変形を合成し、上方に
凸のパッド形状とすることが望ましい。しかし、弾性変
形については解析可能な一方、熱変形についてはパッド
周辺の熱回路網が複雑なため、正確な把握が困難であ
る。そのため、熱変形が不確定要素となり、軸受特性に
最適なパッド形状を得るには限界があった。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、スラスト軸受において、パッドの小型化、高面圧化
を可能にし、流体損失の低減を実現するとともに、パッ
ド表面の強度の向上、構造の簡素化等を図ることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、回転体に軸方向から複数のパッドを対向
させ、その各パッドをそれぞれ前記回転体の反対側にて
弾性手段により揺動可能に支持したスラスト軸受におい
て、前記各パッドに、それぞれグラスファイバー充填フ
ッ素樹脂材料からなる支持板を設け、この支持板は前記
パッドの前記回転体との対向面に形成した凹部に弾性体
を介して嵌入されてなり、前記各パッドを支持する弾性
手段は、それぞれ前記各パッドの中心部を支持する第１
の弾性手段と、この第１の弾性手段よりも弾性力が小さ
くその周辺に位置する第２の弾性手段とにより構成した
ことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によれば、パッドにグラスファイバー充
填フッ素樹脂材料からなる支持板を設けたことにより、
パッドにおける回転体との対向面に耐摩擦性、低トルク
および熱変形等の点で良好な特性が得られる。従って、
支持板の固体接触による損傷が低減できるとともに、低
速回転時におけるパッドへの潤滑油供給が必要化でき、
リフターポケット、オイルリフター装置等の構成が削減
できる。また、支持板とパッドとの接合を嵌合構造とし
たのでその接合が長期にわたり確実に維持できる。

【００１２】さらに、各パッドは、その中心部に配置し
た相対的に弾性力の大きい第１の弾性手段と、その周辺
部に配置した相対的に弾性力の小さい第２の弾性手段に
よって支持する構造としたので、パッド支持が複合的な
支持構成となって、小型化に適合する支持強度が設定で
きるようになるとともに、パッドの熱変形および弾性変
形を中央側が凸となる形状に設定できる等、パッドを軸
受機能に最適な形状とすることが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１および図２は本実施例の構成を示してい
る。これらの図に示すように、回転体１０の軸方向端面
に、その周方向に配置した複数の鋼製パッド１１が対向
し、各パッド１１の間には間隔片１１ａが介在してい
る。間隔片１１ａはパッド１１の位置決めおよび回り止
めとして機能する。なお、Ａは回転体１０の回転方向を
示す。

【００１４】各パッド１１は、図２に示すように、その
中心部に配置した第１の弾性手段としての球殻バネ１３
と、その周辺の第２の弾性手段としてのコイルスプリン
グ１４とによってスプリング台１５に支持されている。
球殻バネ１３の弾性力（剛性）は、コイルスプリング１
４の弾性力よりも相対的に大きく設定されている。

【００１５】パッド１１における回転体１０との対向面
には、それぞれ凹部１６が形成されており、凹部１６に
は対応する凸形状の支持板１７が嵌入されている。支持
板１７の下縁部分には、波板ばね等の弾性体１８が介在
され、外周側は押さえ板１８ａによって係止されてい
る。この支持板１７は、グラスファイバーを充填したフ
ッ素樹脂材料、例えばテトラフルオルエチレン（以下、
テフロン（商品名）の略称も用いる）からなる。

【００１６】上記構成によると、支持板１７に、固体接
触に対する耐摩擦性および低トルク特性が得られるの
で、回転体１０との固体接触による損傷を抑制できる。
そのため潤滑油膜を考慮する必要がなく、オイルリフタ
ー装置、リフターポケットが不要となる。したがって構
造の簡素化、コストダウンの達成が可能になるととも
に、装置の保守性も向上できる。

【００１７】支持板１７の材料特定についての本実施例
の有効性を確認するため、低速回転時における固体接触
および境界潤滑下での耐摩擦、磨耗特性に関するリング
オンディスク試験機による比較試験を種々の材料につい
て実施した。その実験結果を図３および図４に示す。

【００１８】図３は各材料の磨耗量についての実験結果
を示している、本実施例におけるグラスファイバー充填
テフロンンは、比較対象としてのホワイトメタル、純テ
フロンン、炭素充填テフロンおよび黒鉛繊維充填テフロ
ンに比べて磨耗量が小さく、支持板部材として適合性に
優れていることが判る。

【００１９】また、図４は各材料の摩擦力、すなわちト
ルク特性についての実験結果を示している。本実施例に
おけるグラスファイバー充填テフロンン材料は、比較対
象としてのホワイトメタル、純テフロンン、炭素充填テ
フロンン、および黒鉛繊維充填テフロンンに比べてトル
クが小さく、グラスファイバー充填テフロンンの有効性
が確認できる。

【００２０】さらに、グラスファイバー充填テフロン材
料は熱伝導率および剛性が低いので、支持板１７の厚さ
方向の温度勾配による熱変形は、図５に示すように流体
圧によってパッド１１側に規制される。このように、支
持板１７の熱変形が力学的に吸収されるので、軸受特性
向上に適した支持板形状が得られ、さらに、支持板１７
における熱伝導率の低さによって、過度の熱変形が抑制
される。

【００２１】一方、パッド１１の弾性変形については、
球殻バネ１３およびコイルスプリング１４により、中央
支持反力が大きく、周辺支持反力が小さくなるので、図
６に流体圧とバネ支持力との分布を示すように、適正な
首振的支持効果および支持強度が得られる。また、本実
施例によると、支持板１７はパッド１１よりも熱膨張率
が大きいので、図７に示すように、支持板１７が流体圧
および熱変形等を受けても、中央および周辺支持反力の
差によって最適な湾曲変形δを得ることができる。この
場合、本実施例では支持板１７の下縁部分を弾性体１８
で支持させたので、支持板１７とパッド１１との熱伸び
差が弾性体１８で吸収され、支持板１７の熱膨張による
磨耗、疲労劣化等が防止でき、さらに長期使用によって
もガタつきが生じることはなく、支持板１７の接合構造
も良好に保持することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、スラス
ト軸受において、パッドの高面圧化に適合するパッドの
支持構造が得られ、もってスラスト軸受の流体損失を低
減することができるとともに、パッドの支持構造を長期
にわたって良好に保持することができる。また、パッド
表面の機械的特性が向上できるとともに、潤滑油供給機
構を削減して、構造の簡素化、コストダウン、保守性向
上等も図れる。さらに、パッドを軸受特性に良好な形状
に維持することができ、スラスト軸受の性能向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す部分平面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。

【図３】同実施例で使用するフッ素樹脂材料の磨耗特性
を示すグラフ。

【図４】同実施例で使用するフッ素樹脂材料の摩擦特性
を示すグラフ。

【図５】同実施例における熱変形吸収機構を示す作用説
明図。

【図６】同実施例における流体圧とバネ支持力との分布
を示す作用説明図。

【図７】同実施例におけるパッドの変形を示す作用説明
図。

【図８】従来例によるスラスト軸受を示す部分平面図。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図。

【図１０】従来例によるパッドの熱変形を示す図。

【図１１】従来例によるパッドの弾性変形を示す図。

【符号の説明】

１０ 回転体 １１ パッド １２ 第１の弾性手段（球殻バネ） １３ 第２の弾性手段（コイルスプリング） １６ 凹部 １７ 支持板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体に軸方向から複数のパッドを対向
   させ、その各パッドをそれぞれ前記回転体の反対側にて
   弾性手段により揺動可能に支持したスラスト軸受におい
   て、前記各パッドに、それぞれグラスファイバー充填フ
   ッ素樹脂材料からなる支持板を設け、この支持板は前記
   パッドの前記回転体との対向面に形成した凹部に弾性体
   を介して嵌入されてなり、前記各パッドを支持する弾性
   手段は、それぞれ前記各パッドの中心部を支持する第１
   の弾性手段と、この第１の弾性手段よりも弾性力が小さ
   くその周辺に位置する第２の弾性手段とにより構成した
   ことを特徴とするスラスト軸受。