JPH10325411A

JPH10325411A - 推力軸受装置

Info

Publication number: JPH10325411A
Application number: JP9133948A
Authority: JP
Inventors: Teruo Tamaru; 丸照夫田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】静止板と間隔片との接触面におけるフレッテ
ィング現象の発生を抑制する。【解決手段】回転軸に取付けられたスラストカラーの
回転板１３の底部に、環状の回転面２０が形成され、回
転面２０を下方から摺動自在に支持するための複数の静
止板４が設けられている。各静止板４は、コイルばね５
によって、支持板１６上で上下方向に移動自在かつ弾性
的に支持されている。これらの静止板４は、回転面２０
の周方向に一定間隔を置いて設けられている。支持板１
６上において、隣り合う静止板４同士の間にそれぞれ間
隔片６が凸設され、これらの間隔片６によって、各静止
板４の周方向の位置決めがなされている。各静止板４の
うち、回転面２０の回転方向Ａ側において間隔片６と対
向する側面４０に、摺動板７が取り付けられている。こ
の摺動板７の表面層８は、静止板４と間隔片６とを直接
接触させる場合よりも両者の接触面の摩擦を小さくでき
るような材質で作られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水力発電機等の縦
に配置された回転軸の支持に用いられる推力軸受装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増大に伴い、水力発電
設備は、高速大容量化の一途をたどっている。このた
め、水力発電設備において使用される水車、ポンプ水車
等の水力機械及び発電機は、高速・高荷重下での過酷な
運転に晒されると同時に、電力需要の要求に応じた素早
い起動・停止等、種々の負荷条件の下で運転される状況
下にあり、安定した電力供給を確保するために高い信頼
性が要求されている。

【０００３】一般に、立軸回転電機、例えば立形水車発
電機や揚水発電設備等に用いられる発電機の推力軸受装
置は、発電機及び水車の回転部重量のみならず、水車又
はポンプ水車の軸方向推力も支持しており、上述したよ
うな過酷な運転条件に耐えるとともに、保守の容易性も
要求される。

【０００４】ここで、図１０に、本発明が適用される一
般的な推力軸受装置の例が示されている。図１０におい
て、縦に配置された回転軸１の周囲にスラストカラー２
が取り付けられている。このスラストカラー２は、カラ
ー本体１２と、このカラー本体１２の下端部に取付けら
れた回転板１３とを有している。また、スラストカラー
２の回転板１３の底部には、環状の水平な回転面２０が
形成されている。

【０００５】このスラストカラー２の回転面２０の下側
には、回転面２０を下方から摺動自在に支持するための
複数の静止板４が設けられている。これらの静止板４
は、図１０乃至図１２に示すように、多数のコイルばね
５によって、回転面２０に対応する支持板１６上で上下
方向に移動自在かつ弾性的に支持されている。また、図
１１及び図１２に示すように、これらの静止板４は、回
転面２０（及び支持板１６）の周方向に一定間隔を置い
て設けられている。

【０００６】また、支持板１６上において、隣り合う静
止板４同士の間にそれぞれ鉄製の間隔片６が凸設され、
これらの間隔片６によって、回転面２０の周方向におけ
る各静止板４の位置決めがなされている。なお、図１０
に示すように、スラストカラー２のカラー本体１２外周
にはガイド軸受１７が設けられている。また、この推力
軸受装置のうち、ガイド軸受１７から下方の部分は、油
槽１８内において潤滑油１９に浸漬されている。

【０００７】次に、図１３に示すように、静止板４は一
般に、鉄製の台金４ｂと、この台金４ｂの上面側（回転
面２０側）に固着され滑り面１４を形成するホワイトメ
タル層４ａとを有している。

【０００８】そして、水車発電機等の主機の始動に伴う
回転軸１の回転で、スラストカラー２の回転板１３底部
の回転面２０が矢印Ａ方向に回転すると、各静止板４は
その滑り面１４に作用する摩擦力によって、予め設けら
れていた間隔片６との間の微少隙間ｇ（図１２参照）を
移動し、その回転面２０の回転方向Ａ側の側面４０が、
これに対向する間隔片６の側面６０に当接し、それ以上
の移動が妨げられるようになっている。

【０００９】また、主機の始動に伴って、回転軸１に下
向きの推力が作用するため、これに対応するコイルばね
５の撓みδ分だけ静止板４が下降する。そして、主機を
停止すると、推力の低下に伴って、静止板４がコイルば
ね５の弾性力で始動前の位置まで上昇する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したような推力軸
受装置には、以下のような問題点がある。すなわち、主
機の始動・停止の繰り返しによって、静止板４の側面４
０が間隔片６の側面６０に強く押し付けられた状態で上
下に移動するため、図１３に示す両者の接触面１２に、
摩擦によるフレッティング現象（fretting）が発生す
る。このため、両者の接触面１２に発生する赤錆（酸化
磨耗粉）によって、静止板４の滑り面１４に傷がついた
り、上記潤滑油１９の劣化が早まったりするという問題
がある。

【００１１】また、静止板４と間隔片６との間の接触面
１２において、このようなフレッティング現象が継続す
ると、いわゆる「かじり」の発生によって静止板４の動
きが拘束され、ひいては静止板４のホワイトメタル層４
ａを損傷する可能性もある。

【００１２】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、静止板と間隔片との接触面におけるフレ
ッティング現象の発生を抑制することのできるような推
力軸受装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、縦に配置
された回転軸の周囲に取り付けられ、下端部に環状の回
転面が形成されたスラストカラーと、このスラストカラ
ーの回転面を下方から摺動自在に支持するための静止板
であって、上下方向に移動自在かつ弾性的に支持される
とともに、前記回転面の周方向に間隔を置いて設けられ
た複数の静止板と、これらの静止板同士の間に設けら
れ、各静止板を前記周方向で位置決めするための複数の
間隔片とを備え、各静止板と間隔片との間の接触面に各
々、両者を直接接触させる場合よりも接触面の摩擦を小
さくできるような摺動板を介在させたことを特徴とする
推力軸受装置である。

【００１４】この第１の手段によれば、静止板と間隔片
との間の接触面に、両者を直接接触させる場合よりも接
触面の摩擦を小さくできるような摺動板を介在させたの
で、この摺動板によって、静止板の上下方向の移動に伴
う間隔片との間の接触面の摩擦の影響を小さくし、フレ
ッティング現象の発生を抑制することができる。

【００１５】第２の手段は、第１の手段において、前記
摺動板は、前記静止板のうち、前記回転軸の回転方向側
において前記間隔片と対向する側面に取り付けられてい
るものである。

【００１６】第３の手段は、第１の手段において、前記
摺動板は、前記間隔片のうち、前記回転軸の回転方向と
反対の側において前記静止板と対向する側面に取り付け
られているものである。

【００１７】第４の手段は、第１の手段において、前記
摺動板は、前記静止板のうち、前記間隔片と対向する両
側面に取り付けられているものである。

【００１８】第５の手段は、第１の手段において、前記
摺動板は、前記間隔片のうち、前記静止板と対向する両
側面に取り付けられているものである。

【００１９】第６の手段は、第１乃至第５の手段のいず
れかにおいて、前記摺動板を、前記静止板と前記間隔片
と間の接触面の面積より小さい面積を有する１又は２以
上の摺動板としたものである。

【００２０】この第６の手段によれば、第１乃至第５の
手段のいずれかにおいて、静止板と間隔片と間の接触面
の面積が、製造可能な摺動板の最大面積より大きい場合
に対応することができる。

【００２１】第７の手段は、第１乃至第６の手段のいず
れかにおいて、前記摺動板は、少なくともその表面が、
合成樹脂又は合成樹脂を含む複合材料で出来ているもの
である。

【００２２】第８の手段は、第７の手段において、前記
摺動板の合成樹脂を、ポリテトラフルオロエチレンとし
たものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１乃至図９は本発明によ
る推力軸受装置の実施の形態を示す図である。なお、図
１乃至図９に示す本発明の実施の形態において、図１０
乃至図１３に示す一般的な推力軸受装置と同一の構成部
分には同一符号を付すとともに適宜、図１０及び図１１
を参照して説明する。

【００２４】［第１の実施形態］まず、図１、図２、図
１０及び図１１により本発明の第１の実施形態について
説明する。図１０に示すように、本発明が適用される推
力軸受装置においては、縦に配置された回転軸１の周囲
にスラストカラー２が取り付けられている。このスラス
トカラー２は、カラー本体１２と、このカラー本体１２
の下端部に取付けられた回転板１３とを有している。ま
た、スラストカラー２の回転板１３の底部には、環状の
水平な回転面２０が形成されている。

【００２５】このスラストカラー２の回転面２０の下側
には、回転面２０を下方から摺動自在に支持するための
複数の静止板４が設けられている。これらの静止板４
は、図１０、図１１及び図１に示すように、多数のコイ
ルばね５によって、回転面２０に対応する支持板１６上
で上下方向に移動自在かつ弾性的に支持されている。ま
た、図１１に示すように、これらの静止板４は、回転面
２０（及び支持板１６）の周方向に一定間隔を置いて設
けられている。

【００２６】また、支持板１６上において、隣り合う静
止板４同士の間にそれぞれ鉄製の間隔片６が凸設され、
これらの間隔片６によって、回転面２０の周方向におけ
る各静止板４の位置決めがなされている。なお、図１０
に示すように、スラストカラー２のカラー本体１２外周
にはガイド軸受１７が設けられている。また、この推力
軸受装置のうち、ガイド軸受１７から下方の部分は、油
槽１８内において潤滑油１９に浸漬されている。

【００２７】次に、図１に示すように、静止板４は、鉄
製の台金４ｂと、この台金４ｂの上面側（回転面２０
側）に固着され滑り面１４を形成するホワイトメタル層
４ａとを有している。

【００２８】そして、水車発電機等の主機の始動に伴う
回転軸１の回転で、スラストカラー２の回転板３底部の
回転面２０が矢印Ａ方向に回転すると、各静止板４はそ
の滑り面１４に作用する摩擦力によって移動し、その回
転面２０の回転方向Ａ側の側面４０が、これに対向する
間隔片６の側面６０に当接し、それ以上の移動が妨げら
れるようになっている。

【００２９】また、主機の始動に伴って、回転軸１に下
向きの推力が作用するため、これに対応するコイルばね
５の撓みだけ静止板４が下降する。そして、主機を停止
すると、推力の低下に伴って、静止板４がコイルばね５
の弾性力で始動前の位置まで上昇する。

【００３０】ここで、図１及び図２に示すように、各静
止板４のうち、回転面２０の回転方向（回転軸１の回転
方向）Ａ側において間隔片６（の側面６０）と対向する
側面４０の下部に、摺動板７が取り付けられている。こ
の摺動板７は、静止板４の側面４０と間隔片６の側面６
０との間の接触面１２（図１３参照）の面積に対応した
面積を有している。

【００３１】また、摺動板７は、静止板４の側面４０に
対して固着される中間層９と、この中間層９の表面に積
層された表面層８とからなっている。この摺動板７の表
面層８は、静止板４と間隔片６とを直接接触させる場合
よりも両者の接触面の摩擦を小さくできるような材質で
作られている。

【００３２】このような摺動板７の表面層８の材質とし
ては、摩擦係数（特に静摩擦係数）が低く、耐磨耗性に
優れた合成樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）等や、このＰＴＦＥ等の合成樹脂にカーボ
ン、ガラス又は二硫化モリブデン等を充填した複合材料
等を用いることが好ましい。

【００３３】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について説明する。本実施形態によれば、間隔片
６と接触する各静止板４の側面４０に、両者を直接接触
させる場合よりも接触面の摩擦を小さくできるような材
質の表面層８を有する摺動板７が取り付けられているの
で、この摺動板７によって、静止板４の上下方向の移動
に伴う間隔片６との間の接触面の摩擦の影響を小さく
し、フレッティング現象の発生を抑制することができ
る。

【００３４】なお、本実施形態において、図２に示す摺
動板７に代えて、静止板４と間隔片６との間の上記接触
面の面積より小さい面積を有する１又は２以上の摺動板
を用いても良い。例えば、図３においては、接触面の面
積の三分の一程度の面積を有する一対の摺動板７Ａが、
静止板４の側面４０の両端側に取付けられている。この
ようにすることで、上記接触面の面積が、製造可能な摺
動板の最大面積より大きい場合に対応することが可能と
なる。

【００３５】［第２の実施形態］次に、図４及び図５に
より本発明の第２の実施形態について説明する。本実施
形態は、図４及び図５に示すように、上記摺動板７と同
様の摺動板７Ｂを、静止板４に代えて間隔片６に取付け
た点で上記第１の実施形態と異なり、その他の構成は図
１、図１０及び図１１に示す上記第１の実施形態と同様
である。すなわち、本実施形態においては、図４及び図
５に示すように、間隔片６のうち、回転面２０の回転方
向Ａと反対の側において静止板（の側面４０）と対向す
る側面６０の上部に、摺動板７Ｂが取り付けられてい
る。

【００３６】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について説明する。本実施形態によれば、上記第
１の実施形態と同様、摺動板７Ｂによって、静止板４の
上下方向の移動に伴う間隔片６との間の接触面の摩擦の
影響を小さくし、フレッティング現象の発生を抑制する
ことができる。

【００３７】なお、本実施形態において、図５に示す摺
動板７に代えて、静止板４と間隔片６との間の上記接触
面の面積より小さい面積を有する１又は２以上の摺動板
を用いても良い。例えば、図６においては、接触面の面
積の三分の一程度の面積を有する一対の摺動板７Ｃが、
間隔片６の側面６０の両端側に取付けられている。この
ようにすることで、図３に示す上記第１の実施形態の変
型例と同様、接触面の面積が、製造可能な摺動板の最大
面積より大きい場合に対応することが可能となる。

【００３８】［第３の実施形態］次に、図７により本発
明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、
図７に示すように、上記摺動板７又は７Ａが、静止板４
のうち、その両側の間隔片６（の側面６０，６２）と対
向する両側面４０，４２に取り付けられている点で上記
第１の実施形態と異なり、その他の構成は図１、図１０
及び図１１に示す上記第１の実施形態と同様である。

【００３９】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について説明する。本実施形態によれば、摺動板
７，７Ａによって、上記第１の実施形態と同様の作用の
他、次のような作用を奏することができる。すなわち、
図８に示すように、主機の始動に伴う回転面２０の矢印
Ａ方向の回転で、静止板４の滑り面１４に対する潤滑油
膜の楔作用Ｂが発生する。そして、この楔作用Ｂによっ
て、回転方向Ａに対して静止板４が傾き、静止板４の両
側面４０，４２と、これらに対応する間隔片６の側面６
０，６２との間に上下方向の相対運動が生ずる。この場
合、本実施形態によれば、静止板４の両側面４０，４２
に取付けられた摺動板７，７Ａによって、そのような静
止板４と間隔片６との間の相対運動を滑らかに行わせる
ことができる。

【００４０】［第４の実施形態］次に、図９により本発
明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、
上記摺動板７Ｂ又は７Ｃが、間隔片６のうち、その両側
の静止板４（の側面４０，４２）と対向する両側面６
０，６２に取り付けられている点で上記第１の実施形態
と異なり、その他の構成は図１、図１０及び図１１に示
す上記第１の実施形態と同様である。

【００４１】本実施形態によれば、摺動板７Ｂ，７Ｃに
よって、上記第１の実施形態と同様の作用の他、上記第
３の実施形態と同様の作用を奏することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、摺動板によって、静止
板の上下方向の移動に伴う間隔片との間の接触面の摩擦
の影響を小さくし、フレッティング現象の発生を抑制す
ることができる。このため、フレッティング現象による
酸化磨耗粉の発生や、静止板と間隔片との間の「かじ
り」を防止し、推力軸受装置の信頼性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による推力軸受装置の第１の実施形態の
要部断面図。

【図２】図１に示す推力軸受装置の静止板と摺動板との
関係を示す斜視図。

【図３】図１に示す推力軸受装置の変型例における、静
止板と摺動板との関係を示す斜視図。

【図４】本発明による推力軸受装置の第２の実施形態の
要部断面図。

【図５】図４に示す推力軸受装置の静止板と摺動板との
関係を示す斜視図。

【図６】図４に示す推力軸受装置の変型例における、静
止板と摺動板との関係を示す斜視図。

【図７】本発明による推力軸受装置の第３の実施形態の
要部断面図。

【図８】図７に示す推力軸受装置を一部省略して、その
作用を示す図。

【図９】本発明による推力軸受装置の第４の実施形態の
要部断面図。

【図１０】本発明の適用される推力軸受装置の一般的な
構成を示す部分縦断面図。

【図１１】図１０の XI-XI線断面図。

【図１２】図１１の XII-XII線断面図。

【図１３】図１２のXIII部分拡大図。

【符号の説明】

１回転軸２スラストカラー４静止板５コイルばね６間隔片７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ摺動板８摺動板の表面層１２スラストカラーのカラー本体１３スラストカラーの回転板１４滑り面１６支持板２０回転面４０静止板の、回転面の回転方向（回転軸の回転方
向）側の側面４２静止板の、回転面の回転方向と反対の側の側面６０間隔片の、回転面の回転方向と反対の側の側面６２間隔片の、回転面の回転方向側の側面Ａ回転面の回転方向（回転軸の回転方向）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦に配置された回転軸の周囲に取り付けら
れ、下端部に環状の回転面が形成されたスラストカラー
と、このスラストカラーの回転面を下方から摺動自在に支持
するための静止板であって、上下方向に移動自在かつ弾
性的に支持されるとともに、前記回転面の周方向に間隔
を置いて設けられた複数の静止板と、これらの静止板同士の間に設けられ、各静止板を前記周
方向で位置決めするための複数の間隔片とを備え、各静止板と間隔片との間の接触面に各々、両者を直接接
触させる場合よりも接触面の摩擦を小さくできるような
摺動板を介在させたことを特徴とする推力軸受装置。
【請求項２】前記摺動板は、前記静止板のうち、前記回
転軸の回転方向側において前記間隔片と対向する側面に
取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の推
力軸受装置。
【請求項３】前記摺動板は、前記間隔片のうち、前記回
転軸の回転方向と反対の側において前記静止板と対向す
る側面に取り付けられていることを特徴とする請求項１
記載の推力軸受装置。
【請求項４】前記摺動板は、前記静止板のうち、前記間
隔片と対向する両側面に取り付けられていることを特徴
とする請求項１記載の推力軸受装置。
【請求項５】前記摺動板は、前記間隔片のうち、前記静
止板と対向する両側面に取り付けられていることを特徴
とする請求項１記載の推力軸受装置。
【請求項６】前記摺動板は、前記静止板と前記間隔片と
間の接触面の面積より小さい面積を有する１又は２以上
の摺動板であることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の推力軸受装置。
【請求項７】前記摺動板は、少なくともその表面が、合
成樹脂又は合成樹脂を含む複合材料で出来ていることを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の推力軸受
装置。
【請求項８】前記摺動板の合成樹脂は、ポリテトラフル
オロエチレンであることを特徴とする請求項７記載の推
力軸受装置。