JPH08338428A - 水潤滑パッド型セラミック軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水潤滑のパッド型セラミック軸受装置で、軸受
の半径方向の動きを全く阻害することなく軸受を弾性支
持し、軸受の追従性を改善すること。 【構成】回転軸に固定され外周面に超硬合金部を設けた
スリーブと、スリーブの外周位置に配置される軸受ケー
スと、軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って、各
々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けた軸受
と、各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停止
時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金部
に接触させる圧力調整機構と、軸受の移動を阻害しない
ような弾性支持機構とを備え、圧力調整機構が、各軸受
の外周部の中央部に設けられ、かつ軸受を求心方向に付
勢させる弾性手段と、軸受ケースを挿通すると共に、軸
受ケースで各軸受の弾性体と対応する位置に半径方向に
沿って移動可能に取付けられ、先端部が板ばねを介し弾
性手段を押圧し得る調整体とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、河川水を潤滑剤として
回転軸を支承するセラミック軸受装置と、これを利用し
た水車とに係り、特に、パツド型のセラミック軸受を有
するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】河川水で潤滑して回転軸を支承する軸受
装置では、軸受材料として樹脂，ゴム，カーボン等をこ
れまで使用していた。しかし、これらの材料は、河川水
のように土砂等の硬い粒子を含んだ水で潤滑すると、短
時間で摩耗して使用できなくなるため、清水を給水手段
により供給して潤滑する必要があった。

【０００３】ところが、近年、摺動材料として超硬合金
やセラミックスの材料を組み合わせた軸受装置が開発さ
れて実用に供され、雨水排水ポンプ等の主軸受に用いら
れるようになっている。このような軸受装置は河川水を
潤滑剤とするものであり、しかも超硬合金やセラミック
スでは硬度が土砂よりも高いので、土砂等の硬い粒子を
含んだ水で潤滑してもほとんど摩耗しない。そのため、
樹脂やゴム等を用いた軸受装置に比較し、清水で潤滑す
ることが不要になるばかりでなく、その給水手段も不要
になり、しかもセラミックスの場合には特に主機のメン
テナンスやランニングコストの点で軸受材料として極め
て有効である。

【０００４】しかし、セラミック材料は耐衝撃性が十分
でないので、運転中に土砂粒子等を摺動面に噛み込み、
衝撃荷重を受けるとセラミックに亀裂が入り割損を招く
おそれがある。

【０００５】これらの問題を解決する手段として、土砂
等の硬い粒子が入り込むのを防止することができ、衝撃
荷重が作用しても、軸受が損傷するのを軽減できる水潤
滑セラミック軸受装置が提案されている。

【０００６】水潤滑セラミック軸受装置の概略構造を図
６に示す。スリーブ２は回転軸１の周囲に沿って二分割
され、その分割された互いの軸方向の両端部がボルト１
３により締結されて、回転軸１の周囲を被っている。こ
のスリーブ２の外周部における軸受５との摺動面には超
硬合金部３が設けられている。軸受ケース９は筒形をな
しており、その軸方向の両端には図６に示すように、軸
受５の両端面まで張り出す板ばね８ａ，８が取付けられ
ている。軸受５はスリーブ２と軸受ケース９との間に周
囲に沿って複数個配設され、スリーブ２の超硬合金部３
との摺動面にはセラミック部４を設けている。また、各
々の軸受５は回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック
部４をスリーブの超硬合金部３に接触させる圧力調整機
構を有している。

【０００７】圧力調整機構は軸受５の外周面においてそ
の軸方向及び周方向の中央部に互いに対向する対向壁１
４が突設されると共に、その対向壁１４間に適宜の深さ
をなす溝１５が形成され、その溝１５にコイルばね７が
設けられている。

【０００８】更に軸方向の両端部にピボット１１が取付
けられている。

【０００９】一方、軸受ケース９には軸受５のコイルば
ね７と対応する位置に調整体１０が半径方向に沿って移
動可能に取付けられている。調整体１０は、先端が球状
部１０ａをなし、かつ他端部の外周にねじ部１０ｃを刻
設すると共に、その他端面に回転させるための溝１０ｂ
を有するボルトで構成され、軸受ケース９に設けたねじ
穴９ａにねじ込まれることにより、軸受５を挿通し、し
かも半径方向に移動できるようにしている。そして、軸
受ケース９にねじ込まれた調整体１０の球状部１０ａ
が、板ばね６を介しコイルばね７を押圧することによ
り、コイルばね７の弾性力で軸受５のセラミック部４を
スリーブ２に接触させ、これによってスリーブ２に対す
る各軸受５の接触圧力を調整する。この場合、調整体１
０の移動は、調整体１０の溝１０ｂに六角棒等の工具を
差し込んで回すことにより行う。

【００１０】板ばね６は、軸受５，軸受ケース９間にお
いては、各軸受５の対向壁１４間でコイルばね７と調整
体１０の球状部１０ａとの間に介在され、軸方向では各
軸受５の外周部の両端部に取付けられたピボット１１間
に係合しており、調整体１０によって押されたとき、対
向壁１４間でピボット１１と１１との間の中央に位置す
るコイルばね７を押圧することにより、各軸受５に調心
機能をもたせるようにしている。そのため、ピボット１
１と１１とは、互いに各軸受５の外周面において、溝１
５から軸方向に沿って等距離の位置にねじ込んで固定さ
れ、その頭部が球面状をなしている。尚、この種の技術
として実開平3−68612号公報を挙げる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この軸受装置におい
て、長時間使用すると軸受５の両端面と板ばね８ａ，８
とが接触する接触部で摩耗損傷による荒損が発生し、摩
擦力の増大を引き起こし軸受５が半径方向に容易に動か
ない現象が確認された。そのため、軸受の押圧力を大き
くすることが考えられるが、押圧力を大きくしすぎると
起動摩擦力の増大を引き起こす問題がある。また、回転
軸１の停止時、回転軸に固定されたスリーブに各軸受の
セラミック部を接触させているが、回転軸が駆動されて
も軸受５がスリーブの動きに十分に追従できず、スリー
ブ外周面の超硬合金部とセラミック部との間に異物を噛
み込むおそれがある。

【００１２】また、各軸受の動きが悪くなると、軸受が
拘束され片当たり状態になる可能性があるので、端部に
衝撃荷重による亀裂が入り損傷を招くおそれもある。

【００１３】本発明の目的は、軸受の半径方向の動きを
全く阻害することなく、しかも衝撃力が作用しても、軸
受が損傷するのを軽減できる水潤滑パッド型セラミック
軸受装置を提供することにあり、他の目的は、水潤滑パ
ッド型セラミック軸受装置を用い、高信頼性を得ること
ができる水車を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の水潤滑パッド型
セラミック軸受装置では、回転軸に固定されかつ外周面
に超硬合金部を設けたスリーブと、スリーブの外周位置
に配置される軸受ケースと、軸受ケース及びスリーブ間
に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブとの摺
接面にセラミック部を設けた軸受と、各々の軸受を求心
方向に付勢させ、回転軸の停止時、各々の軸受のセラミ
ック部をスリーブの超硬合金部に接触させる圧力調整機
構と、軸受の移動を阻害しないような弾性支持機構とを
備え、圧力調整機構が、各軸受の外周部の中央部に設け
られ、かつ軸受を求心方向に付勢させる弾性手段と、軸
受ケースを挿通すると共に、軸受ケースで各軸受の弾性
体と対応する位置に半径方向に沿って移動可能に取付け
られ、かつ先端部が板ばねを介し弾性手段を押圧し得る
調整体とを有し、軸受ケースにおける調整体の半径方向
の移動により、スリーブに対する各軸受の接触圧力を調
整するように構成したことを特徴とする水潤滑パッド型
セラミック軸受装置。

【００１５】また、本発明の水車では、何れも、回転軸
に固定されかつ外周面に超硬合金部を設けたスリーブ
と、スリーブの外周位置に配置される軸受ケースと、軸
受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設さ
れ、各々がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けた
軸受と、各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停
止時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金
部に接触させる圧力調整機構と、軸受の移動を阻害しな
いような弾性支持機構とを備え、圧力調整機構が、各軸
受の外周部の中央部に設けられ、かつ軸受を求心方向に
付勢させる弾性手段と、軸受ケースを挿通すると共に、
軸受ケースで各軸受の弾性体と対応する位置に半径方向
に沿って移動可能に取付けられ、かつ先端部が板ばねを
介し弾性手段を押圧し得る調整体とを有し、軸受ケース
における調整体の半径方向の移動により、スリーブに対
する各軸受の接触圧力を調整するように構成したことを
特徴とする水潤滑パッド型セラミック軸受装置。

【００１６】

【作用】本発明のパッド型セラミック軸受装置では、上
述のように、軸受の半径方向の動きを全く阻害すること
なく軸受を弾性支持しているので、軸受の追従性が改善
され、回転軸に固定されたスリーブに各軸受のセラミッ
ク部を接触させた状態で長時間運転できる。そのため、
河川水に含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブと各
々のセラミック部との間に入り込むことがない。しか
も、接触圧力を低く押えることができるので、起動摩擦
力が小さく、安定した摺動特性が得られる。本発明の水
車では、回転軸に固定されかつ外周面に超硬合金部を設
けたスリーブと、スリーブの外周位置に配置される軸受
ケースと、軸受ケース及びスリーブ間に周方向に沿って
複数配設され、各々がスリーブとの摺接面にセラミック
部を設けた軸受と、各々の軸受を求心方向に付勢させ、
回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部をスリーブ
の超硬合金部に接触させる圧力調整機構と、軸受の移動
を阻害しないような弾性支持機構とを備え、圧力調整機
構が、各軸受の外周部の中央部に設けられ、かつ軸受を
求心方向に付勢させる弾性手段と、軸受ケースを挿通す
ると共に、軸受ケースで各軸受の弾性体と対応する位置
に半径方向に沿って移動可能に取付けられ、かつ先端部
が板ばねを介し弾性手段を押圧し得る調整体とを有し、
軸受ケースにおける調整体の半径方向の移動により、ス
リーブに対する各軸受の接触圧力を調整するように構成
したことを特徴とする水潤滑パッド型セラミック軸受装
置を有しているので、軸受の追従性が改善され、かつ摺
動特性の良好な軸受装置により、水車として高信頼性を
得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に従い本発明の実施例を図１ない
し図６により説明する。図１は本発明による水潤滑パッ
ド型セラミック軸受装置を適用した水車を示す概略図、
図２は本発明による水潤滑パッド型セラミック軸受装置
の第一の実施例を示す縦断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線
に相当する断面図である。

【００１８】図１に示す水車は、回転軸１と、回転軸１
の下部に固定されたランナ４１と、ランナ４１の上部に
配置され、回転軸１を挿通する固定体４２と、固定体４
２に回転軸１を回転自在に支承する本実施例のセラミッ
ク軸受装置２０とを有している。固定体４２は中空形状
をなしており、その天板部４３に軸受２０を介し回転軸
１を支承すると共に、上カバー４４と回転軸１間に軸封
装置４５を設けている。また、固定体４２の上カバー４
４と下カバー４５とでケーシング４６が形成され、ケー
シング４６からランナ４１に流入する水の流量が、ガイ
ドベーン４７によって調整される。ガイドベーン４７は
天板部４３上に設けられたガイドリング４８と連結さ
れ、サーボモータ４９により駆動される。

【００１９】そして、セラミック軸受装置２０は、大別
すると、スリーブ２と、軸受ケース９と、軸受５と、圧
力調整機構と、弾性支持機構とを備えている。スリーブ
２は図２及び図３に示すように、回転軸１の周囲に沿っ
て二分割され、その分割された互いの軸方向の両端部が
ボルト１３により締結されて、回転軸１の周囲を被って
いる。このスリーブ２の外周部における軸受５との摺動
面には超硬合金部３が設けられている。軸受ケース９は
図３に示すように筒形をなしており、その軸方向の両端
（上下）には図２に示すように、軸受５の両端面を囲む
ようにプレート８ｅ，８ｂが取付けられ、プレート８
ｅ，８ｂと軸受５の両端面との間にはコイルばね７ａが
取付けられている。このうち、下部に配置されたコイル
ばね７ａの数は安定化の点より二本以上とする。コイル
ばね７ａはわずかな力で半径方向に容易に変形できるの
で、従来例のような支持部で滑る現象が無い。その結
果、コイルばね７ａの動きは長期間に渡って安定し、か
つ回転軸１の動きに十分追従でき、スリーブ２とセラミ
ック部４は常に接触させた状態が保持されるので河川水
に含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブ２と各々の
セラミック部４との間に入り込むことがない。

【００２０】軸受５はスリーブ２と軸受ケース９との間
に周囲に沿って複数個配設され、本例では４個からなっ
ている。さらに詳細に述べると、スリーブ２の超硬合金
部３との摺接面にはセラミック部４を設けている。軸受
５とセラミック部４との固定に際しては、両者の接合面
に接着剤を塗布し、互いに密着固定される。この場合、
接着剤は塗布後に硬化し、しかも金属体５とセラミック
部４との材質の違いに拘らず接着させるため、例えば、
エポキシ系接着剤，セラミックス系接着剤が好ましい。
また、各々の軸受５は回転軸の停止時、各々の軸受のセ
ラミック部４をスリーブの超硬合金部３に接触させる圧
力調整機構を有している。

【００２１】圧力調整機構は軸受５の外周面でその軸方
向及び周方向の中央部に互いに対向する対向壁１４が突
設され、対向壁１４間に適宜の深さをなす溝１５が形成
され、その溝１５にコイルばね７が設けられている。

【００２２】更に軸方向の両端部にピボット１１が取付
けられている。

【００２３】一方、軸受ケース９には軸受５のコイルば
ね７と対応する位置に調整体１０が半径方向に沿って移
動可能に取付けられている。調整体１０は、先端が球状
部１０ａをなし、かつ他端部の外周にねじ部１０ｃを刻
設すると共に、その他端面に回転させるための溝１０ｂ
を有するボルトで構成され、軸受ケース９に設けたねじ
穴９ａにねじ込まれることにより、軸受５を挿通し、し
かも半径方向に移動できるようにしている。そして、軸
受ケース９にねじ込まれた調整体１０の球状部１０ａ
が、板ばね６を介しコイルばね７を押圧することによ
り、コイルばね７の弾性力で軸受５のセラミック部４を
スリーブ２に接触させ、これによってスリーブ２に対す
る各軸受５の接触圧力を調整する。この場合、調整体１
０の移動は、調整体１０の溝１０ｂに六角棒等の工具を
差し込んで回すことにより行う。

【００２４】板ばね６は、軸受５，軸受ケース９間で
は、各軸受５の対向壁１４間でコイルばね７と調整体１
０の球状部１０ａとの間に介在され、軸方向では各軸受
５の外周部の両端部に取付けられたピボット１１間に係
合しており、調整体１０によって押されたとき、対向壁
１４間でピボット１１と１１との間の中央に位置するコ
イルばね７を押圧することにより、各軸受５に調心機能
をもたせるようにしている。そのため、ピボット１１と
１１とは、互いに各軸受５の外周面で、溝１５から軸方
向に沿って等距離の位置にねじ込んで固定され、その頭
部が球面状をなしている。

【００２５】実施例のセラミック軸受装置は、上述のよ
うに、軸受の半径方向の動きを全く阻害することなく軸
受を弾性支持しているので、軸受の追従性が改善され、
回転軸に固定されたスリーブに各軸受のセラミック部を
接触させた状態で長時間運転できる。そのため、河川水
に含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブと各々のセ
ラミック部との間に入り込むことがない。しかも、接触
圧力を低く押えることができるので、起動摩擦力が小さ
く、安定した摺動特性が得られる。

【００２６】図４に本発明によるセラミック軸受装置の
第二の実施例を示す。

【００２７】この実施例で、第一の実施例と異なるのは
軸受ケース９の上部のプレート８ｃの軸受５と接する面
に潤滑性に優れた部材１７を設けた点にある。この部材
１７は潤滑性を有するため、軸受５の半径方向の動きは
全く拘束することがない。部材１７はテフロン系の樹脂
が好ましい。

【００２８】図５に本発明によるセラミック軸受装置の
第三の実施例を示す。

【００２９】この実施例で、第一の実施例と異なるのは
軸受ケース９の上部のプレート８ｄにコイルばね７ｂが
装着され、吊りボルト１６により軸受５を支持している
点である。

【００３０】この実施例によれば、基本的には前述した
第一の実施例と同様の作用効果を得ることができる他、
コイルばね７ｂで軸受５を吊り下げている状態なので、
更に半径方向の動きが改善される。

【００３１】

【発明の効果】本発明のパッド型セラミック軸受装置で
は、軸受の半径方向の動きを全く阻害することなく軸受
を弾性支持しているので、軸受の追従性が改善され、回
転軸に固定されたスリーブに各軸受のセラミック部を接
触させた状態で長時間運転できる。そのため、河川水に
含まれている土砂等の硬い粒子がスリーブと各々のセラ
ミック部との間に入り込むことがない。しかも、接触圧
力を低く押えることができるので、起動摩擦力が小さ
く、安定した摺動特性が得られる。

【００３２】軸受の追従性が改善され、かつ摺動特性の
良好な軸受装置により、水車として高信頼性を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水潤滑パッド型セラミック軸受装置を
水車に適用した状態を示す説明図。

【図２】本発明の水潤滑パッド型セラミック軸受装置の
第一の実施例を示す要部の断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線に相当する断面図。

【図４】本発明の水潤滑パッド型セラミック軸受装置の
他の実施例を示す断面図。

【図５】本発明の水潤滑パッド型セラミック軸受装置の
他の実施例を示す断面図。

【図６】従来例を示すセラミック軸受装置の断面図。

【符号の説明】

１…回転軸、２…分割スリーブ、３…超硬合金部、４…
セラミック部、５…軸受、６…板ばね、７，７ａ，７ｂ
…コイルばね、８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ…プレート、９
…軸受ケース、１０…調整体、１１…ピボット、１２…
ナット。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に固定され外周面に超硬合金部を設
   けたスリーブと、前記スリーブの外周位置に配置される
   軸受ケースと、前記軸受ケース及び前記スリーブ間に周
   方向に沿って複数配設され、各々が前記スリーブとの摺
   接面にセラミック部を設けた軸受と、前記各々の軸受を
   求心方向に付勢させ、前記回転軸の停止時、各々の軸受
   の前記セラミック部を前記スリーブの超硬合金部に接触
   させる圧力調整機構と、軸受の移動を阻害しないような
   弾性支持機構とを備え、前記圧力調整機構が、各軸受の
   外周部の中央部に設けられ、かつ軸受を求心方向に付勢
   させる弾性手段と、軸受ケースを挿通すると共に、前記
   軸受ケースで各軸受の弾性体と対応する位置に半径方向
   に沿って移動可能に取付けられ、かつ先端部が板ばねを
   介し弾性手段を押圧し得る調整体とを有し、前記軸受ケ
   ースにおける調整体の半径方向の移動により、スリーブ
   に対する各軸受の接触圧力を調整するように構成したこ
   とを特徴とする水潤滑パッド型セラミック軸受装置。
2. 【請求項２】回転軸に固定され外周面に超硬合金部を設
   け、かつ複数に分割形成されたスリーブと、前記スリー
   ブの外周位置に配置される軸受ケースと、前記軸受ケー
   ス及びスリーブ間に周方向に沿って複数配設され、各々
   がスリーブとの摺接面にセラミック部を設けた軸受と、
   前記各々の軸受を求心方向に付勢させ、回転軸の停止
   時、各々の軸受のセラミック部をスリーブの超硬合金部
   に接触させる圧力調整機構と、軸受の移動を阻害しない
   ような弾性支持機構とを備え、前記圧力調整機構が、各
   軸受の外周部の中央部に設けられ、かつ軸受を求心方向
   に付勢させる弾性手段と、軸受ケースを挿通すると共
   に、前記軸受ケースにおいて各軸受の弾性体と対応する
   位置に半径方向に沿って移動可能に取付けられ、かつ先
   端部が板ばねを介し弾性手段を押圧し得る調整体とを有
   し、前記軸受ケースにおける調整体の半径方向の移動に
   より、スリーブに対する各軸受の接触圧力を調整するよ
   うに構成したことを特徴とする水潤滑パッド型セラミッ
   ク軸受装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記軸受の移
   動を阻害しないような弾性支持機構が軸受の上下部に複
   数配置した圧縮コイルばねとした水潤滑パッド型セラミ
   ック軸受装置。
4. 【請求項４】請求項１または２の前記パッド型セラミッ
   ク軸受装置を搭載した水車。