JPS6199717A - 軸受装置 - Google Patents

軸受装置

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JPS6199717A
JPS6199717A JP59218277A JP21827784A JPS6199717A JP S6199717 A JPS6199717 A JP S6199717A JP 59218277 A JP59218277 A JP 59218277A JP 21827784 A JP21827784 A JP 21827784A JP S6199717 A JPS6199717 A JP S6199717A
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fluid chamber
shaft
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庄太郎 溝渕
Yoshiichi Kimura
芳一 木村
Katsumi Sasaki
勝美 佐々木
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Ebara Corp
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/107Grooves for generating pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、水中ポンプや水中モータ、その他一般の推力
軸受に使用される、らせん形溝を備えた動圧型スラスト
軸受に関し、特に軸゛封作用をも行わせるようKした軸
受装置に関する。
(従来の技術) 従来のスパイラル溝付スラスト軸受け、回転軸。
を支持する固定支持面に、一方向のみのスパイラル溝を
切り、相対回転するこれら二面間に流体を介在させ、ス
パイラル溝に軸の回転に伴う動圧を発生させて軸推力を
支持させていた(例えば特公昭41−12121号公報
参照)。ところが、これら従来のスパイラル溝付スラス
ト軸受け、軸封作用を有しないため、回転軸部には別に
密封装fを必畳とした。
一方、従来の回転軸部の密封装置には、グランドパツキ
ンシールが広く一般に用いられているが、この型式のも
のは完全シールが不可能で、軸スリーブの摩耗を大きく
し、信頼性、耐久性がないという欠点があった。
上記のグランドパツキンシールに替わるものとして、相
対回転して対向する両端面によって密封作用を行なう端
面シールがある。この端面シールは、通常、対向する両
端面を接触摺動させる一般のメカニカルシールと称され
ているものであって、第6図に示すように、回転軸IK
固定して設けられた回転リング2と、該回転リング2に
対して摺動する静止部材3との対向する両端面で密封作
用を行なうものである。上記静止部材3は、ケーシング
4に一端を支持されたばね5によって回転リング2の端
面に常時押圧されており、またケーシング4の内側には
、密封流体(密封されるべt!流体)が充満されている
。なお図中、6は静止部材3とケーシング4との摺動面
に設けられた0リングを示す。
上記のような構成により、回転軸1が静止しているとき
は、たとえ、密封流体に圧力が生じていないときでも、
ばね51Cよって静止部材3が回転リング2の端面に押
圧されているので、摺動面外側に充満され九密封流体は
、軸を伝って漏出することはなく、密封作用が行われる
。また回転軸1が回転しているときは、密封流体が加圧
されているので、静止部材3は、ばね5と該密封流体の
圧力とKよって必要な抑圧荷重が与えられ、軸1と共に
回転する回転リング3の端面に向って押圧され、密封作
用が行われる。
(発明が解決しようとする問題点) 上記した従来のスパイラル溝付スラスト軸受け、軸封作
用を有しないので回転軸部に密封装置を別に必要であっ
たし、また、密封装置として従来使用されている端面シ
ールにおいては、対向する両端面の摺動によって形成さ
れる密封面が、油膜の形成が完全に行われないため接触
状態にある場合が多くて損傷を受け易く、非接触シール
に比べて寿命が短く、また漏洩量は他のシールに比べて
比較的少ないが、完全密封は不可能であるという問題点
があった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために
1軸に遊隙をもって貫通されたプレートと対向して、そ
の両側に1軸に一体に取付けられ・た回転円板とケーシ
ングに取付けら九九受け板とをそれぞれ設け、上記プレ
ートと回転円板の対向する面の一方に1軸の回転によっ
て流体を外方から内方に導く向きをした外方スパイラル
溝と、該外方スパイラル溝の半径方向内方に、流体を内
方から外方に導く向きをした内方スパイラル溝を設け、
また、上記プレートと受け板の対向する面の一方に、該
プレートが軸と同方向に回転することによって流体を内
方又は外方へ向って排除する向きをしたスパイラル溝を
、外側又は内側ランド部に接続して設け、前記プレート
の半径方向内側と外側を封入流体室等の低圧流体室又は
密封流体室等の高圧流体室の何れかにそれぞれ連通させ
たことを特徴としている。
(作 用) 本発明は、上記のように構成したことにより、駆動装置
によって回転軸が回転され、一方向にスラスト荷重が加
えられたとき、該スラスト荷重は、回転軸に一体く取付
けられた回転円板を介してプレートに加見られる。該プ
レートと回転円板との対向する面の一方には、流体を外
方から内方に導く外方スl−!!イラル溝と、流体を内
方から外方に導く内方スパイラル溝が形成されているの
で、プレートの外側が密封流体に接し、内側が封入流体
に接してhるときけ、回転円板の回転につれて、上記両
対向面間く形成された間隙部には、上記両スパイラル溝
による動圧効果が生じ、外周部から進入した密封流体と
内周部から進入した封入流体とがプレートの半径方向の
中間位置で衝突し合い、圧力的にバランスし九位置で平
衡状態を呈すると共に1回転円板とプレート間の流体摩
擦力等によって該プレート自身も軸と同方向に回転しよ
うとする。
このプレートの回転に伴い、該プレートの裏面と受け板
との間にも相対回転運動を生じるが、このプレートと受
け板との対向面には、プレートの上記のような軸と同方
向の回転により流体を半径方向に排除する向きのスパイ
ラル溝がランド部に接続して形成されているので、これ
らの両対向面には互いに強力な密着作用を生じ、プレー
トは受け板に強く圧着され、固着された状態となる。
従って、該プレートは、回転円板によるスラスト荷重を
支えるスラストカラーとして十分な機能を果す(そのた
め密封面に適宜圧力流体凹所を設けることも可能である
。)と共に、該プレートと回転円板との摺動間隙部には
、前記のように密封流体を含む2種類の流体がそれぞれ
の動圧効果により、圧力的にバランスした位置で平衡状
態を呈するので端面シール作用も完全に行われることに
なる。
(実施例〕 次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第1図は、本発明の軸受装置の第1実施例を示す要部縦
断面図であって、図において、回転軸11に一体に形成
ないし取付けられた回転円板12に対向して、プレート
13が軸11に遊隙をもって貫通して設けられ、該プレ
ート13の裏側は、ケーシング14に固定して取付けら
れた受け板15によって支持され、かつ受け板15の外
周部端縁に形成された突@15aKよってプレート16
が外方へ移動するのを阻止している。
上記プレート13の回転円板12と対向する面(図の左
側の面)Kは、第2図に示すように、その外周部に、破
線矢印で示す方向の回転軸11の回転によって、プレー
ト16の外周に充満された密封流体16を半径方向内方
に導く向きをした外方スパイラル溝17が設けられてお
シ、また軸の貫通孔11aに接する内縁部近傍には環状
凹所18が形成され、該環状凹所18に接してその外側
圧、軸11の破線矢印方向の回転によって、プレート1
3の内周に導入された封入流体19を半径方向外方へ導
く向きをした内方スパイラル溝20が設けられてお〕、
前記外方スパイラル溝17との間には、各スパイラル溝
間の隆起部21と同じ高さのランド22が形成されてい
る。
一方、プレート13の裏面、即ち受け板15と対向して
いる面には、第5図に示すように、軸11の貫通孔11
bIC接する内縁部KJJ状のランド25が設けちれ、
該環状ランド26の外側に、該プレート13が前記軸1
1の破線矢印方向と同方向に回転したとき、該プレート
13と受け板15の両対向面間の間隙部に介在する流体
を半径方向外方へ排除する向きをしたスパイラル溝24
が設けられている。なお図中、25は否封流体室(高圧
流体室)、26はグリース等の封入流体室(低圧流体室
)、27はオイルシールを示す。
上記のように構成されているので、回転軸11が回転さ
れ、駆動側へ向って図示の矢印方向くスラスト荷重が加
えられると、該スラスト荷重は、回転軸11と一体に取
付けられた回転円板12を介してプレート13に加えら
れる。該プレート13と回転円板12との対向面間には
、前記のように流体を外方から内方へ導く外方スパイラ
ル溝17と、流体を内方から外方へ導く内方スパイラル
溝20とが形成されているので、回転円板120回転に
つれて、上記両対向面間く形成された間隙部には、各ス
パイラル溝の半径位置A−DKおける圧力状態を線図で
表わした第4図に示すように、上記両スパイラル溝17
と20による動圧効果が生じ、プレート13の外周部り
から進入した既に密封圧力を有する密封流体と、内周部
人から進入した封入流体とが、プレート13の半径方向
の中間位置で衝突し合い、圧力的にバランスした位置A
−Dで平衡状態を呈すると共に、回転円板12とプレー
ト13間の流体摩擦力等によって該プレート13自身も
軸11と同方向に回転しようとする。
このプレート13の回転に伴い、該プレート13の裏面
と受け板15との間にも相対回転運動を生じるが、この
プレート13と受け板15との対向面には、上記のよう
なプレート13の回転によシ流体を半径方向く排除する
向きのスパイラル溝24が内側ランド18に接続して形
成されているOで、これらの両対向面には互いに強力な
密着作用を生じ、プレート15は受け板15に強く圧着
され、固着された状態となる。
従って、腋プレート13は、回転円板12によるスラス
ト荷重を第4図0A−Dの位置に示す動圧効果によって
支えるスラスドカ・ラーとして1十分な機能を果すと共
に1該プレート13と回転円板12との摺動間PIK:
は、密封流体と封入流体とが前記のように圧力的にバラ
ンスし九位置A−Dで平衡状態を呈するので、端面シー
ル作用も完全に行われる。
なお、プレートにセラミックス材を使用し、また回転円
板と受け板に鋳鉄、超硬合金等を使用すれば、耐摩耗性
が一段と向上する。この場合、セラミックス材へのスパ
イラル状の溝加工は、所定形状のスパイラル状の樹脂マ
スクでセラミックス材の表面を適蔽した上、微粉のアル
ミナ質研削材を上記樹脂マスク上に噴射するショツトブ
ラスト加工法により、極めて短時間にスパイラル溝を形
成する。なお、スパイラル状溝の形成方法については、
先願に係る特願昭58−121567号明細書に記載さ
れている。
第5図は、本発明の第2実施例を示す要部14tfli
fi面図であって、この図に使用された符号のうち、第
1図における符号と同一のものは、同一ないし同様の構
造を示すものとする。この実施例では、回転軸11従っ
てこれと一体の回転円板12に加えられるスラスト荷重
が、第1実施例(第1図)では被動側から駆動側に向っ
てかけられていたのに対し、駆動側(図の右側)から被
動側にかけられている点、及びプレート13の外周部に
封入流体19が、ま趣向周部に密封流体16がそれぞれ
導かれるように構成されている点で、第1実施例と異る
外、その他の点では一致しており、作用の点でも本質的
に異るところはない。
なお、前記実施例において、スパイラル溝をプレートの
両側面に設けた例について説明し九が、これらのスパイ
ラル溝を回転円板側及び受け板側にそれぞれ設けても同
様の作用を行なうことは勿論であり、また、回転円板と
プレートの対向面に形成される外方スパイラル溝と内方
スパイラル溝の間に、ランドを形成した例について説明
したが、このランド部はなくてもよい。
また、プレートの両面を平滑面く形成した例について説
明したが、一方の面を平滑面とし、他方の面、例えば受
け板と対向する面を球面状に形成することも可能で、あ
る。これによシ、回転円板の傾きに順応する働きも生じ
る。
(発明の効果) 以上説明したように1本発明によれば、プレートと受け
板の対向面に設けられた、プレートが軸と共に回転しよ
うとする動きKよってこれらの対向間隙部にある流体を
排除するよう圧したスパイラル溝により、回転軸の回転
につれて自動的にプレートの裏面を受け板に密着固定さ
せることができ、また回転円板とプレートの対向面に設
けられた、流体を外方から内方へ導く外方スパイラル溝
と内方から外方へ導く内方スパイラル溝により、プレー
トと回転円板との摺動間隙部において、密封流体を含む
2ai類の流体がそれぞれの動圧効果により互いに圧力
的にバランスした位置で平衡状態を維持するので、スラ
スト軸受として十分な機能を有すると共に、密封面の損
傷がなく従って長期間の使用に耐え、かつ完全密封の可
能な密封装置としての機能をも有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の軸受装置の第1実施例を示す要部縦断
面図、第2図及び第3図はスパイラル溝を具えたプレー
トの表面及び裏面の平面図、第4図はプレート面におけ
る圧力状態を示す線図、第5図は本発明の第2実施例を
示す要部縦断面図、第6図は従来の端面シール装置の要
部断面図である。 11・・・回転軸、12・・・回転円板。 16・・・プレート、14・・・ケーシング。 15・・・受け板、     17・・・外方スパイラ
ル溝。 20・−内方スパイラル溝、24・・・スパイラル溝。 23・・・ランド、25・・・密封流体室。 26・・・封入流体室。 第1図 II 第2図 第3図 第4図 第5図 ′1PJ6図 手続補正書(自発) 昭和60年1 月28日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、軸に貫通されたプレートと対向して、その両側に、
    軸に一体に取付けられた回転円板と、ケーシングに取付
    けられた受け板とをそれぞれ設け、上記プレートと回転
    円板の対向する面の一方に、軸の回転によつて流体を外
    方から内方に導く向きの外方スパイラル溝と、該外方ス
    パイラル溝の半径方向内方に、流体を内方から外方に導
    く向きの内方スパイラル溝を設け、また、上記プレート
    と受け板の対向する面の一方に、該プレートの軸と同方
    向の回転によつて流体を内方又は外方へ向つて排除する
    向きのスパイラル溝を、外側又は内側ランド部に接続し
    て設け、前記プレートの半径方向内側と外側を封入流体
    室等の低圧流体室又は密封流体室等の高圧流体室の何れ
    かにそれぞれ連通させたことを特徴とする軸受装置。 2、前記プレートの半径方向内側を封入流体室に連通さ
    せ、同じく半径方向外側を密封流体室に連通させた特許
    請求の範囲第1項記載の軸受装置。 3、前記プレートの半径方向内側を密封流体室に連通さ
    せ、同じく半径方向外側を封入流体室に連通させた特許
    請求の範囲第1項記載の軸受装置。
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