JPH10325412A - 推力軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速及び高荷重の回転機器に使用させるスラス
ト軸受は、摩擦抵抗等で潤滑油及び軸受の温度が上昇
し、潤滑膜の厚さが薄くなり、ランナーとパッドが接触
し始め、潤滑油が劣化してしまう。 【解決手段】回転軸と共に回転するリング上の推力回転
体を揺動支持し、かつ各々所要空間をもって配された複
数個の分割パッドと、該パッドを各々揺動自在に支持す
る支持装置と、前記パッド及び支持装置を油中に収納す
る油槽と前記隣接するパッド外周側近傍空間に、配さ
れ、かつ内周側から外周側への油を流す油流発生機構と
パッド間の該空間に油流速度制御機構からなり、該油流
発生機構は少なくとも推力回転体の回転方向と対向する
パッド側壁との間に空隙を有する構造を持つ、スラスト
軸受を用いることにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転する回転軸を
有する回転機器において、この回転軸を支持する推力軸
受の温度上昇により、使用している潤滑油の劣化や軸受
の焼き付き等で回転機器が正常に動作しなくなる、推力
軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の推力軸受装置を図１２から図１４
を用いて説明する。一般に推力軸受では、各パッドは半
径方向に沿って配置されているために、潤滑油の外周へ
流れる流速は高々１〜２mm／秒と小さく、このため、パ
ッド間同士の間隔の幅を広げ、潤滑油のい流量を増加
し、冷却能力を向上させている。

【０００３】ところが、スラスト軸受の高速高荷重化に
伴い、パッドの摩擦損失がが増加して、軸受の温度上昇
が増加する。これを解決するために図１２に示す様にパ
ッドのコーナー部分を面取りして、パッド間の入り口及
び出口の流路抵抗を下げて、半径方向に潤滑油が流れ易
くすることや、図１３に示す様にパッド間に油かき板７
を設けて冷却能力を高めることが考えられてきた。これ
らはパッド間の流れを積極的に強めようとするものでは
ないので、その効果にも限度があった。さらに、特開昭
55−24240 号公報では図１４に示す様にパッドを回転下
流方向に傾けて、外周方向の潤滑油の流れを増加させる
ことも考えられてきたが、パッドが非対称になり、パッ
ドの支持機構の位置を設計することが困難になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転機器は、その効率
を向上させるために、現在、高速化や高荷重化等、その
使用条件も厳しくなってきている。これに伴い、回転軸
を支持する軸受に掛かる負担も大きくなり、前述のスラ
スト軸受では、高荷重及び高速回転により、摩擦抵抗等
で潤滑油及び軸受の温度が上昇し、潤滑油が劣化してし
まい、十分な潤滑油がランナーとパッドの間の隙間に供
給されず、軸受の焼き付け等の損傷が発生し、回転機器
が正常に動作しないという課題がある。

【０００５】さらに、パッド間には気泡が発生し停留し
やすく、この停留した気泡が軸受負荷面に浸入すると、
軸受の負荷能力を著しく低下させ、十分な潤滑油がラン
ナーとパッドの間の隙間に供給されず、軸受の焼き付け
等の損傷が発生し、回転機器が正常に動作しないという
課題もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】パッドの外周部のパッド
同士が対向しない側面に、パッド間の内周部から外周部
に潤滑油を流す油流発生機構を設けて、パッド出口から
出る高温の潤滑油と半径方向に流れる温度の低い多量の
潤滑油とを混合攪拌することで、隣接のパッド入り口へ
流れ込む潤滑油の温度を下げる。さらに、パッド間の半
径方向の断面積を一定にする油流速度制御機構を持た
せ、外周部での流速の低下によるパッドの外周部のパッ
ド同士が対向しない側面部の周方向流れのパッド間への
流れ込みを低減させ、パッド間の気泡の停留を防止す
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図３を用いて説明する。図１は推力軸受装置の全体
断面図であり、図２はパッドを外周側から眺めた拡大
図、図３はパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図
である。推力軸受装置は回転軸３とこの回転体と共に回
転するリング状のランナー（推力回転体）２を揺動支持
し、ある空間を有して配された複数個のパッド１と、該
パッド１を各々揺動自在に支持する支持装置４と、該パ
ッド１及び支持装置を油中に収納する油槽と前記隣接す
るパッド外周側近傍空間に配され、かつ内周側から外周
側へ油を流す油流発生機構５とパッド間の空間に配した
油流速度制御機構６から構成される。

【０００８】油流発生機構５は、三角柱状形状をしてお
り、パッドの終端外周部の隣接するパッドに対向する面
ではない側面に鋭角を挟む一辺が沿うように配され、さ
らに、隣接するパッドとの間に空隙８を有するように配
される。このように配された油流発生機構５はランナー
２より発生するパット面外部の油の流れ９がパッド１に
対向していない鋭角を挟む他の一辺に沿って流れる。こ
の時、三角柱状形状の油流発生機構５の残った一辺の後
方に負圧ができるので、パッド間の間にある潤滑油を外
周方向に引っ張り出そうとする駆動力が発生する。

【０００９】潤滑油は非圧縮の流体であると考えられる
ので、この流れはパッド間の内周方向にも伝播して、内
周部から外周部へ流れる潤滑油の流れを形成する。この
流れは、パッド間に停留する気泡もいっしょに流すの
で、気泡がランナーとパッド間に浸入して軸受負荷能力
の低下を防ぎ、冷たい潤滑油をパッド間に流し込むの
で、周方向のパッド出口から流出する高温の潤滑油と混
合し、次のパッド入り口へ低温の潤滑油を流し込むこと
が可能になるので、高速回転時や高荷重負荷時の過大な
摩擦損失等による温度上昇を抑えることが可能になる。
さらに、油流速度制御機構６はパッド間にパッドが揺動
自在の隙間を有して、パッド半径方向の長さ以上に配さ
れ、パッド間の半径方向の断面積が一定、または減少す
るような形状を有する。

【００１０】図では一般にパッド間の断面積は外周部に
近づくに連れて大きくなっていくので、油流速度制御機
構６は外周部に近づくに連れてランナーとの隙間を小さ
くするようにした。ただし、その変化率は半径方向の断
面積が一定、または減少するようにしている。これは、
油流発生機構５で発生させた内周部から外周部への潤滑
油の流れと遠心力により円周外向きに流れる流れを合わ
せた流れがパッド間途中で停留しないようにする。ま
た、油流発生機構５は負圧により、渦ができ易くなって
いるので、パッド外周部から内周部への流れができる可
能性もあるが、油流速度制御機構６により、内周部から
外周部へ流れる流速が外周部に発生しているので逆流を
抑える。さらに外周部から内周部へ流れる逆流は、油流
発生機構５と油流速度制御機構６及び隣接するパッドか
ら形成される小さな空隙８を通過しなければならないの
で、パッド間への大量な逆流は抑えられると考えられ
る。

【００１１】以上より、油流発生機構５と油流速度制御
機構６を設けることにより、遠心力のみの潤滑油の外周
部への流れ以上に、パッド間に内周部から外周部への流
れを積極的に形成し、パッド間での冷却効率を向上さ
せ、かつパッド間に停留する気泡をパッド間外に排出す
ることになり、従来のスラスト軸受よりも軸受負荷能力
を向上させ、軸受の信頼性を向上させることができる。

【００１２】以下、本発明の他の実施の形態を図４から
図６を用いて説明する。図４は推力軸受装置の全体断面
図であり、図５はパッドを外周側から眺めた拡大図、図
６はパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図であ
る。推力軸受装置は回転軸３とこの回転体と共に回転す
るリング状のランナー（推力回転体）２を揺動支持し、
ある空間を有して配された複数個のパッド１と、該パッ
ド１を各々揺動自在に支持する支持装置４と、該パッド
１及び支持装置を油中に収納する油槽と前述の実施の形
態の油流速度制御機構６から構成される。この油流速度
制御機構６により、内周部から外周部へ流れる流速が外
周部に発生しているので逆流を抑える。さらに外周部か
ら内周部へ流れる逆流は、油流速度制御機構６及び隣接
するパッドから形成される小さな空隙８を通過しなけれ
ばならないので、パッド間への大量な逆流は抑えられる
と考えられる。

【００１３】以上より、推力軸受装置に油流速度制御機
構６を設けることにより、遠心力のみの潤滑油の外周部
への流れ以上に、パッド間に内周部から外周部への流れ
を積極的に形成し、パッド間での冷却効率を向上させ、
かつパッド間に停留する気泡をパッド間外に排出するこ
とになり、従来のスラスト軸受よりも軸受負荷能力を向
上させ、軸受の信頼性を向上させることができる。

【００１４】以下、本発明の他の実施の形態を図７から
図９を用いて説明する。図７は推力軸受装置の全体断面
図であり、図８はパッドを外周側から眺めた拡大図、図
９はパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図であ
る。推力軸受装置は回転軸３とこの回転体と共に回転す
るリング状のランナー（推力回転体）２を揺動支持し、
ある空間を有して配された複数個のパッド１と、該パッ
ド１を各々揺動自在に支持する支持装置４と、該パッド
１及び支持装置を油中に収納する油槽と前記隣接するパ
ッド外周側近傍空間に配され、かつ内周側から外周側へ
油を流す前述の実施の形態の油流発生機構５から構成さ
れる。この油流発生機構５はランナー２より発生するパ
ッド面外部の油の流れ９がパッド１に対向していない鋭
角を挟む他の一辺に沿って流れる。

【００１５】この時、三角柱状形状の油流発生機構５の
残った一辺の後方に負圧ができるので、パッド間の間に
ある潤滑油を外周方向に引っ張り出そうとする駆動力が
発生する。潤滑油は非圧縮の流体であると考えられるの
で、この流れはパッド間の内周方向にも伝播して、内周
部から外周部へ流れる潤滑油の流れを形成する。この流
れは、パッド間に停留する気泡もいっしょに流すので、
気泡がランナーとパッド間に浸入して軸受負荷能力の低
下を防ぎ、冷たい潤滑油をパッド間に流し込むので、周
方向のパッド出口から流出する高温の潤滑油と混合し、
次のパッド入り口へ低温の潤滑油を流し込むことが可能
になるので、高速回転時や高荷重負荷時の過大な摩擦損
失等による温度上昇を抑えることが可能になる。

【００１６】以上より、推力軸受装置に油流発生機構５
を設けることにより、遠心力のみの潤滑油の外周部への
流れ以上に、パッド間に内周部から外周部への流れを積
極的に形成し、パッド間での冷却効率を向上させ、かつ
パッド間に停留する気泡をパッド間外に排出することに
なり、従来のスラスト軸受よりも軸受負荷能力を向上さ
せ、軸受の信頼性を向上させることができる。

【００１７】以下、本発明の他の実施の形態を図１０を
用いて説明する。図１０はパッド部をランナーを透過し
て眺めた拡大図である。本実施の形態は、前述の実施の
形態において、ある空間を有して配された複数個のパッ
ド１の隣接するパッド外周側近傍空間に配され、かつ内
周側から外周側へ油を流す油流発生機構５を油流発生機
構５１に置き換えたものである。この油流発生機構５２
は、板を成形し、Ｌ字断面を有する構造物であり、パッ
ドの終端外周部の隣接するパッドに対向する面ではない
側面にＬ字断面の長い辺を有する端の一辺を配し、他の
一端をパッド外径上に配し、さらに、隣接するパッドと
の間に空隙をもたせる。このように配された油流発生機
構５１は前述の実施の形態の油流発生機構５と同様に作
用し、内周部から外周部へ流れる潤滑油の流れを形成す
る。この流れは、パッド間に停留する気泡もいっしょに
流すので、気泡がランナーとパッド間に浸入しての軸受
負荷能力の低下を防ぎ、冷たい潤滑油をパッド間に流し
込むので、周方向のパッド出口から流出する高温の潤滑
油と混合し、次のパッド入り口へ低温の潤滑油を流し込
むことが可能になるので、高速回転時や高荷重負荷時の
過大な摩擦損失等による温度上昇を抑えることが可能に
なる。

【００１８】この油流発生機構５１は板を成形したのみ
であり、前述の油流発生機構５より構造が単純であるの
で、製作コストを下げ、かつ油流を発生させる負圧も十
分に出せる利点がある。以上より、推力軸受装置に油流
発生機構５を設けることにより、遠心力のみの潤滑油の
外周部への流れ以上に、パッド間に内周部から外周部へ
の流れを積極的に形成し、パッド間での冷却効率を向上
させ、かつパッド間に停留する気泡をパッド間外に排出
することになり、従来のスラスト軸受よりも軸受負荷能
力を向上させ、軸受の信頼性を向上させることができ
る。

【００１９】以下、本発明の他の実施の形態を図１１を
用いて説明する。図１１はパッド部をランナーを透過し
て眺めた拡大図である。本実施の形態は、前述の実施の
形態において、ある空間を有して配された複数個のパッ
ド１の隣接するパッド外周側近傍空間に配され、かつ内
周側から外周側へ油を流す油流発生機構５を油流発生機
構５２に置き換えたものである。この油流発生機構５２
は、板であり、パッドの終端外周部の隣接するパッドに
対向する面ではない側面に板の一辺を配し、対向する他
の一辺をパッドに対向する面ではない側面と為す角度が
垂直以下になるように配し、さらに、隣接するパッドと
の間に空隙をもたせる。このように配された油流発生機
構５２は前述の実施の形態の油流発生機構５と同様に作
用し、内周部から外周部へ流れる潤滑油の流れを形成す
る。

【００２０】この流れは、パッド間に停留する気泡もい
っしょに流すので、気泡がランナーとパッド間に浸入し
て軸受負荷能力の低下を防ぎ、冷たい潤滑油をパッド間
に流し込むので、周方向のパッド出口から流出する高温
の潤滑油と混合し、次のパッド入り口へ低温の潤滑油を
流し込むことが可能になるので、高速回転時や高荷重負
荷時の過大な摩擦損失等による温度上昇を抑えることが
可能になる。この油流発生機構５２は板のみであり、前
述の油流発生機構５より構造が単純であるので、製作コ
ストを下げる利点がある。

【００２１】以上より、推力軸受装置に油流発生機構５
を設けることにより、遠心力のみの潤滑油の外周部への
流れ以上に、パッド間に内周部から外周部への流れを積
極的に形成し、パッド間での冷却効率を向上させ、かつ
パッド間に停留する気泡をパッド間外に排出することに
なり、従来のスラスト軸受よりも軸受負荷能力を向上さ
せ、軸受の信頼性を向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、回転する回転軸を有する回転
機器において、この回転軸を支持するスラスト軸受のパ
ッド間の多量の潤滑油を流す機構及び流速を制御する機
構を設けることにより、スラスト軸受の温度上昇を抑え
る効果及びパッド間に停留する気泡を低減する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態である推力軸受装置の全
体断面図。

【図２】本発明の１実施の形態である推力軸受装置のパ
ッド部をパッド外周側から眺めた拡大図。

【図３】本発明の１実施の形態である推力軸受装置のパ
ッド部をランナーを透過して眺めた拡大図。

【図４】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
の全体断面図。

【図５】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
のパッド部をパッド外周側から眺めた拡大図。

【図６】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
のパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図。

【図７】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
の全体図。

【図８】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
のパッド部をパッド外周側から眺めた拡大図。

【図９】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装置
のパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図。

【図１０】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装
置のパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図。

【図１１】本発明の他の１実施の形態である推力軸受装
置のパッド部をランナーを透過して眺めた拡大図。

【図１２】従来の推力軸受装置。

【図１３】従来の推力軸受装置。

【図１４】従来の推力軸受装置。

【符号の説明】

１…パッド、２…ランナー、３…回転軸、４…支持装
置、５，５１，５２…油流発生機構、６…油流速度制御
機構、７…油かき板、８…空隙、９…周方向流れ、１０
…ランナーパッド間流れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 正典 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸と共に回転するリング状の推力回転
   体を揺動支持し、かつ各々所要空間をもって配された複
   数個の分割パッドと、該パッドを各々揺動自在に支持す
   る支持装置と、前記パッド及び支持装置を油中に収納す
   る油槽において、前記隣接するパッド外周側近傍空間に
   配された、かつ内周側から外周側への油を流す油流発生
   機構とパッド間の該空間に配された油流速度制御機構か
   ら構成され、該油流発生機構は少なくとも推力回転体の
   回転方向と対向するパッド側壁との間に空隙を有する事
   を特徴とする推力軸受装置。