JPH11351242A

JPH11351242A - 低粘度液潤滑軸受

Info

Publication number: JPH11351242A
Application number: JP15947298A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sugiyama; 憲一杉山; Yoshiichi Kimura; 芳一木村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】滑り軸受の起動停止時に生じる回転側摺動部
と固定側摺動部の間で固体接触状態における摩擦が小さ
く、耐焼付き性能の優れた低粘度液潤滑軸受を提供する
こと。【解決手段】固定側摺動部２及び回転側摺動部１の少
なくとも一方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７
μｍで凹凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施すか
或いは最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチ
が０．１〜５ｍｍのくぼみを施す。また、固定側摺動部
２及び回転側摺動部１の一方の滑り面に最大高さＲｍａ
ｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表
面粗さを施し、他方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．
１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１〜５ｍｍのくぼみを施
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水のような低粘度液
を潤滑液とする低粘度液潤滑軸受に関するもので、特に
固定側摺動部と回転側摺動部の固体接触時に摩擦が少な
く、耐焼付き性能の優れた低粘度液潤滑軸受に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】各種回転機械の軸受には従来から、油潤
滑動圧ジャーナル軸受、油潤滑静圧ジャーナル軸受、油
潤滑動圧スラスト軸受、油潤滑静圧スラスト軸受等が用
いられている。しかしながら、潤滑液に油を用いること
を好まない回転機械や環境汚染等の問題で油汚染を避け
るため、水を潤滑液とする水潤滑軸受が各分野において
利用されている。水のような低粘度液を扱う流体機械に
おいて、滑り軸受部を油潤滑にせずプロセス流体潤滑液
とした場合、オイルレス化、構造の簡素化、低コスト化
等のメリットが得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水のよ
うな低粘度液を潤滑液とする滑り軸受は、潤滑液が低粘
度であるために油と比較して潤滑条件が厳しくなる。そ
こで軸受材料、構造ともに十分に検討する必要がある。
軸受の潤滑状態は通常、起動停止時のような低周速度領
域では境界、混合潤滑となる。また、周速度が十分大き
い定常運転時においては流体潤滑となる。流体潤滑域で
は、軸受荷重を流体膜で支えるため、滑り面の固体接触
は存在しない。しかし境界、混合潤滑域では、軸受荷重
を流体膜と固体接触部とで分担して支えるため厳しい潤
滑条件となり、固体接触が起因となり滑り面が損傷を受
ける危険が高い。

【０００４】境界、混合潤滑域において潤滑液としての
油と水を比較すると、油の場合は含有された添加剤によ
り吸着膜が形成され易くなり、滑り面が保護され耐焼付
き性能が向上する。しかし、水の場合は添加剤を加える
ことができないため、耐焼付き性能を向上させるために
は、軸受材料の選択、微細な形状を表面に加工する
等の対策を検討する必要がある。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、滑り軸受の起動停止時に生じる回転側摺動部と固定
側摺動部の間で固体接触状態における摩擦が小さく、耐
焼付き性能の優れた低粘度液潤滑軸受を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、固定側摺動部と回転側摺動部
を具備し、低粘度液を潤滑液とする低粘度液潤滑軸受に
おいて、固定側摺動部及び回転側摺動部の少なくとも一
方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸
ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施すか或いは最大
高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１〜
５ｍｍのくぼみを施すことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、固定側摺
動部と回転側摺動部を具備し、低粘度液を潤滑液とする
低粘度液潤滑軸受において、固定側摺動部及び回転側摺
動部の一方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μ
ｍで凹凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施し、他
方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸
ピッチが０．１〜５ｍｍのくぼみを施したことを特徴と
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を説
明する。本実施形態例では低粘度液として水を用いる水
潤滑軸受を例に説明する。滑り軸受は、固定側摺動部と
回転側摺動部からなり、本発明の実施の形態例である水
潤滑軸受においては、固定側摺動部又は回転側摺動部の
一方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹
凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施すか或いは最
大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１
〜５ｍｍのくぼみを施し、他方の滑り面に最大高さＲｍ
ａｘが０．１μｍ以下の平坦面とする。

【０００９】上記のように滑り面に表面粗さを施すこと
により、該表面粗さが有する弾性流体潤滑（マイクロＥ
ＨＬ）効果、保水効果及び冷却効果により耐焼付き性能
が向上する。また、滑り面にくぼみを施すことによる動
圧効果、保水効果及び冷却効果により、摩擦が低減され
る。

【００１０】また、摺動面のなじみにより滑り面の最大
高さＲｍａｘが小さくなると、次第に耐焼付き性能が劣
ってくるため、できるだけ最大高さＲｍａｘを初期値に
近い状態に維持したい。そこで、固定側摺動部及び回転
側摺動部の一方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜
７μｍで凹凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施
し、他方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍ
で凹凸ピッチが０．１〜５ｍｍのくぼみを施す。これに
よりくぼみの低摩擦効果により表面粗さのなじみの進行
を妨げ、最大高さＲｍａｘを初期値に近い状態に長く維
持し、長寿命化が図れる。

【００１１】図１は水潤滑軸受の固定側摺動部の滑り面
と回転側摺動部の滑り面の組合わせ例を示す図である。
図１（ａ）の組合せ１は、回転側摺動部１と固定側摺動
部２の双方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１μｍの
表面粗さを施した場合、図１（ｂ）の組合せ２は回転側
摺動部１の滑り面に最大高さＲｍａｘが１．０〜３．０
μｍの表面粗さを施し、固定側摺動部２の滑り面に最大
高さＲｍａｘが０．１μｍの表面粗さを施した場合を示
す。

【００１２】また、図１（ｃ）の組合せ３は回転側摺動
部１の滑り面に溝深さが１．０〜３．０μｍのくぼみを
施し、固定側摺動部２の滑り面に最大高さＲｍａｘが
０．１μｍの表面粗さを施した場合を示し、図１（ｄ）
の組合せ４は回転側摺動部１の滑り面に溝深さが１．０
〜３．０μｍのくぼみを施し、固定側摺動部２の滑り面
に最大高さＲｍａｘが１．０〜３．０μｍの表面粗さを
施した場合を示し、図１（ｅ）の組合せ５は回転側摺動
部１の滑り面に最大高さＲｍａｘが１．０〜３．０μｍ
の表面粗さを施した場合を示し、固定側摺動部２の滑り
面に最大高さＲｍａｘが１．０〜３．０μｍの表面粗さ
を施した場合を示す。

【００１３】図２は図１（ａ）の組合せ１〜図１（ｅ）
の組合せ５で摩擦係数、限界軸受圧力（ＭＰａ）を求め
る実験装置の構成を示す図である。ステンレス鋼或いは
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖで構成された円板状の回転板３と、
凹部６が形成されたリング状の固定板５とを具備し、回
転板３に回転軸４が固着され、固定板５に加圧軸７が固
着されている。加圧軸７は図示はしない空気圧装置によ
り上方に向けて荷重Ｌを加えるように構成されている。
また、加圧軸７には実験中のトルク変化を検知するトル
クメータ８が取り付けられている。回転板の下面には図
１（ａ）〜（ｅ）の各組合せの滑り面を有する回転側摺
動部１となっており、固定板５の上面は図１（ａ）〜
（ｅ）の各組合せの滑り面を有する固定側摺動部２とな
っている。

【００１４】図３は図２に示す実験装置を用いて、図１
（ａ）〜（ｅ）の組合せ１〜組合せ５で摩擦係数、限界
軸受圧力（ＭＰａ）を求めた結果を示す図である。図２
に示す実験装置はその全体が水槽の中に満たされた蒸留
水中に浸漬して試験されるようになっている。そして、
摺動面の良好な摩擦摩耗特性が必要となるのは、軸受材
料の固体接触が生じる起動・停止時であることを考慮
し、境界或いは混合潤滑下における摩擦摩耗特性を、以
下の実験条件により、比較評価を実施している。即ち、
周速は０．５ｍ／ｓから開始して摺動面が１０００ｍ走
行するごとに加圧軸７に荷重Ｌを加え、軸受圧力を０．
１ＭＰａずつ上昇させる。そして、回転中にトルクが急
激に上昇した時点で実験を中止し、その時の軸受圧力を
限界軸受圧力として評価している。

【００１５】図３の実験結果の限界軸受圧力は３セット
の実験を行った平均値である。図３に示すように、組合
せ１では摩擦係数が０．１５、限界軸受圧力０．１７Ｍ
Ｐａ、組合せ２では摩擦係数が０．３８、限界軸受圧力
０．３３ＭＰａ、組合せ３では摩擦係数が０．２７、限
界軸受圧力０．１８ＭＰａ、組合せ４では摩擦係数が
０．１１、限界軸受圧力０．５２ＭＰａ、組合せ５では
摩擦係数が０．２６、限界軸受圧力０．８０ＭＰａであ
る。

【００１６】上記回転側摺動部１又は固定側摺動部２の
滑り面に施す表面粗さは、機械加工、ショットブラスト
等によって形成したり、多孔質セラミックやセラミック
スコーティング等の材料の持つ多孔性を微細な凹凸とし
て利用する。また、くぼみは、フォトエッチング、ショ
ットブラスト、放電加工、レーザ加工等の加工により形
成する。

【００１７】図４、図５は本発明の水潤滑動圧ジャーナ
ル軸受の構造例を示す図である。本水潤滑動圧ジャーナ
ル軸受１０は、ハウジングとして機能するキャリアリン
グ１１の内部には、回転側部材である回転軸１７と、固
定側部材である金属性のパッド１３とが収容されてい
る。パッド１３は焼結体セラミックからなるか或いは摺
動面にセラミックスの被膜２０が形成されている。ま
た、回転軸１７は焼結体セラミックの被覆が施されてい
る。なお、図４、図５において、１２はパッドストッ
プ、１４はジョイントピン、１５はストップピン、１６
はジョイントボルトを示している。

【００１８】回転軸１７が回転していない場合には、該
回転軸１７はパッド１３と接触している。一方、回転軸
１７が回転すると、該回転軸１７とパッド１３との間に
潤滑流体として作用する水（水潤滑動圧ジャーナル軸受
１０が流体機械に設けられているのであれば、プロセス
流体）による動圧が発生し、回転軸１７はパット１３と
接触することなく支持される。ここで、回転軸１７と対
向するパッド１３のそれぞれの摺動面には上記表面粗さ
又はくぼみが設けてあり焼付き性能が極めて良好とな
る。なお、表面粗さ又はくぼみは回転軸１７と対向する
パッド１３の摺動面のいずれか一方であってもよい。

【００１９】図６、図７は本発明の水潤滑静圧ジャーナ
ル軸受の構造例を示す図である。本水潤滑静圧ジャーナ
ル軸受２０は、回転側部材である回転軸２５と、固定側
部材（軸受の接触面部材）である金属性のパッド２３及
びランド２１は回転軸２５の回転時に摺動する。パッド
２３及びランド２１の半径方向内周面は、セラミックス
の被膜２７が形成されている。ここで回転軸（図示せ
ず）と対向するパッド２３及びランド２１のそれぞれの
摺動面の少なくとも一方に上記表面粗さ又はくぼみが設
けてあり焼付き性能が極めて良好となる。なお、図６、
図７において、２２はポケット、２４は潤滑液である水
を供給する供給孔である。

【００２０】図８、図９は本発明の水潤滑動圧スラスト
軸受の構造例を示す図である。本水潤滑動圧スラスト軸
受３０は、回転側部材である回転軸（図示せず）が固定
側部材（軸受の接触面部材）であるパッド３２によって
回転可能に支持されている。パット３２は焼結体セラミ
ックスからなるか或いは摺動面にセラミックスの被膜３
９が形成されている。

【００２１】図示しない回転軸と対向するパッド３２の
それぞれの摺動面の少なくとも一方に上記表面粗さ又は
くぼみが設けてあり焼付き性能が極めて良好となる。な
お、図８、図９において、３１はキャリアリング、３３
はパッドストップ、３４はエンドパッドストップ、３５
はエンドパッドストップ止めネジ、３６はアジャストス
ペーサ、３７はアジャストスペーサ止めネジ、３８はシ
ムである。

【００２２】図１０、図１１は本発明の水潤滑静圧スラ
スト軸受の構造例を示す図である。本水潤滑静圧スラス
ト軸受４０は、回転側部材である回転軸（図示せず）
は、固定側部材（軸受の接触面部材）であるパッド４３
によって回転可能に支持されている。パッド４３及びラ
ンド４１の半径方向内周面はセラミックス、図示しない
回転軸と対向するパッド４３及びランド４１のそれぞれ
の摺動面に上記表面粗さ又はくぼみが設けてあり焼付き
性能が極めて良好となる。図１０、図１１において、４
１はランド、４２はポケット、４４は潤滑液である水を
供給する供給孔である。

【００２３】なお、上記実施の形態例では水を潤滑液と
する水潤滑軸受を例に説明したが、潤滑液は水に限定さ
れるものではなく、例えばＬＮＧ等の低粘度の液体を潤
滑液とする場合にも適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定側摺動部及び回転側摺動部の少なくとも一方の滑り面
に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが
０．１ｍｍ以下の表面粗さを施すか或いは最大高さＲｍ
ａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１〜５ｍｍの
くぼみを施すか、或いは固定側摺動部及び回転側摺動部
の一方の滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで
凹凸ピッチが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施し、他方の
滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッ
チが０．１〜５ｍｍのくぼみを施したので、低粘度液潤
滑軸受の起動停止時における耐久性を向上させることに
より、長寿命化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水潤滑軸受の固定側摺動部の滑り面と回転側摺
動部の滑り面の組合わせ例を示す図である。

【図２】軸受の摩擦係数、限界軸受圧力（ＭＰａ）を求
める実験装置の構成を示す図である。

【図３】図２に示す実験装置を用いて図１の組合せ１〜
組合せ５で摩擦係数、限界軸受圧力（ＭＰａ）を求めた
結果を示す図である。

【図４】本発明の水潤滑動圧ジャーナル軸受の構造例を
示す図である。

【図５】本発明の水潤滑動圧ジャーナル軸受の構造例を
示す図である。

【図６】本発明の水潤滑静圧ジャーナル軸受の構造例を
示す図である。

【図７】本発明の水潤滑静圧ジャーナル軸受の構造例を
示す図である。

【図８】図８のＡ−Ａ断面図である。

【図９】本発明の水潤滑動圧スラスト軸受の構造例を示
す図である。

【図１０】本発明の水潤滑静圧スラスト軸受の構造例を
示す図である。

【図１１】本発明の水潤滑静圧スラスト軸受の構造例を
示す図である。

【符号の説明】

１回転側摺動部２固定側摺動部３回転板４回転軸５固定板６凹部７加圧軸８トルクメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定側摺動部と回転側摺動部を具備し、
低粘度液を潤滑液とする低粘度液潤滑軸受において、前記固定側摺動部及び回転側摺動部の少なくとも一方の
滑り面に最大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッ
チが０．１ｍｍ以下の表面粗さを施すか或いは最大高さ
Ｒｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１〜５ｍ
ｍのくぼみを施すことを特徴とする低粘度液潤滑軸受。
【請求項２】固定側摺動部と回転側摺動部を具備し、
低粘度液を潤滑液とする低粘度液潤滑軸受において、前記固定側摺動部及び回転側摺動部の一方の滑り面に最
大高さＲｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１
ｍｍ以下の表面粗さを施し、他方の滑り面に最大高さＲ
ｍａｘが０．１〜７μｍで凹凸ピッチが０．１〜５ｍｍ
のくぼみを施したことを特徴とする低粘度液潤滑軸受。