JPS624920A

JPS624920A - スラスト軸受

Info

Publication number: JPS624920A
Application number: JP14400685A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Mizobuchi; 庄太郎溝渕; Yoshiichi Kimura; 芳一木村; Katsumi Sasaki; 勝美佐々木
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1987-01-10

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、ポンプや水中モータ、或いはその他の回転軸
に使用される動圧効果を利用したスラスト軸受に関する
ものである。

〔従来技術〕

従来のこの種のスラスト軸受の例を第６図に示す。第６
図は水中モータのティルティングパソド型スラスト軸受
部であり、回転軸１と一体に回転する上部支持体２にデ
ィスク３を固定し、該ディスク３に対向して、固定軸４
に対して球面５で支持され回転しないようにピン６に係
合された下部支持体７の上部に、パッド８を回転しない
ように取りつけて構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記の如き従来のもの、例えば第６図に示
すものにおいては、互いに摺動するディスク３とパッド
８の両面に、使用中摩耗により、また異物の侵入等によ
って凹凸が生じると、該凹４　　凸部に熱が発生し、こ
の熱による材料の凝着が行われるいわゆる擬着摩耗が生
じ易く、また大きな潤滑効果を発揮させるために粘性の
大きい潤滑液が必要であり、この潤滑液のシールや冷却
方法また潤滑液の劣化などに問題があり、また温泉、地
熱水などの高温液体には使用できない等の欠点があった
。また、スラスト負荷容量を大きくするためには大型の
ものを必要とした。

また、これらの欠点を解消したスラスト軸受としては、
本願発明者が前に提案したセラミックスのスパイラルグ
ループ軸受があるが、軸受部が河川水、海水、地下水、
地熱水、ブラキシュウォーター、腐食液等の液体中に長
期間浸漬される場合にはスパイラル溝を形成したセラミ
ックスの表面と対向する摺動面がＦＣ（鋳鉄）の場合に
は腐食が発生し、或いはオースティト系ステンレス鋼（
ＳＵＳ３０４）では腐食は発生しないがスラスト負荷容
量が小さい等の欠点があった（特願昭５９−２２１０７
８号）。

本発明は、従来のものの上記の問題点を解決し、簡単な
かつ小寸法の構成でスラスト負荷容量が大きく、かつ摩
耗損失が少なく、また、河川水、海水、ブラキシュウオ
ータ、地下水、地熱水、腐食性水溶液等の所謂液体中に
浸漬されても腐食が発生しに＜＜、摩耗事故のおそれな
く、かつ摺動部材であるセラミックスに直接衝撃荷重が
加わらないようにしたスラスト軸受を提供することを目
的とするものであり、さらに、周囲に　液体がなくとも
摺動部に適宜粘性の流体を付着させているだけで、気体
中であっても長時間に亘って良好な摺動特性を維持し得
るスラスト軸受を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の問題点を解決する手段として、表面及び
裏面に、軸方向の投影面上で互いに同じ向きのスパイラ
ル溝を形成したセラミックス製円板（Ｉ）と、該セラミ
ックス製円板（Ｉ）の表面に対向する摺動面を有し、か
つ裏面に前記セラミックス製円板（Ｉ）と軸方向の投影
面で互いに反対向きのスパイラル溝を形成したセラミッ
クス製円板（ＩＩ）とを備え、これらセラミックス製円
板（Ｉ）、　　（Ｉ［）のそれぞれの表面より成る摺動
部に流体を保持せしめた状態で相対的回転運動を行うよ
う支承し、該相対的回転運動によって生ずる動圧により
スラストを支えるように構成したことを特徴とするスラ
スト軸受である。

〔作　用〕

本発明のスラスト軸受においてはスパイラル溝が形成さ
れたセラミックス製円板（Ｉ）の表面とこれと対向する
セラミックス製円板（ｎ）の表面とによって摺動部が形
成されることとなるが、この摺動部が水、水溶液、油、
スラリー或いは腐食性の液体に没している場合には、周
囲の液体が摺動部に入り込み、大きな動圧を発生させる
ことから、極めて大きなスラスト荷重に対しても、小さ
な動力損失で摺動することができる。

また、摺動部の周囲が気体であっても、予め摺動部に油
のような粘性流体を付着、保持させておけば、極めて良
好に摺動するものである。さらに、正常作動時に摺動し
ないセラミックスの面に対しても油のような粘性流体を
付着させておけば、セ　　・ラミックス製円板（Ｉ）、
　　（ＩＩ）の取付けが容易である。

また、セラミックス製円板（Ｉ）の表面と裏面とに軸方
向の投影面において互いに同じ方向のスパイラル溝を形
成し、該セラミックス製円板（Ｉ）の表面に対向するセ
ラミックス製円板（ＩＩ）の表面との間で摺動部を形成
し、回転軸が回転することによりセラミックス製円板（
Ｉ）、　　（ＩＩ）からなる摺動面において摺動抵抗が
極めて少ない摺動部が形成され、また、セラミックス製
円板（Ｉ）。

（ＩＩ）の他方の面においてセラミックスの円板がそれ
ぞれの支持体に固定される力が生ずる。

なお、本発明においてセラミックスの表面に形成される
スパイラル溝の数は２以上の任意の整数本であるが、高
い動圧を発生するためには１０本以上であることが望ま
しく、そして発生する動圧はスパイラルの溝数が３０本
以上となれば飽和する傾向にある。またこのスパイラル
の溝の形状は極座標表示（ｒ・θ）で　ｒ＝ｒＩ　６（
／１ｕｎａと表示されるものが好ましいが、厳密にこれ
と一致する必要はない。

なお、ここでｒｌ　：内径、 α　：すべり方向と溝の接線方向との角度である。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示す軸受の中央を軸が貫
通しない形式の縦断面図で、回転軸１と一体に回転する
上部支持体２に、セラミックス製円板（ＩＩ）１２が支
持され、また固定軸４に球面５で支持された下部支持体
７に、セラミックス製円板（Ｉ）１３が支持されている
。セラミックス製円板Ｈ）１３の表面にはスパイラル溝
が形成されており、これらが、流体への充満する軸受室
１４に収納されている。また、６はピンである。

セラミックス製円板（Ｉ）１３は、第２図にその平面図
が示されているように、その表面にはスパイラル溝１１
　（図で黒い部分）が設けられており、このスパイラル
溝１１の向きは、該スパイラル溝１１に接して回転する
摺動面を有する摺動部材としてのセラミックス製円板（
ＩＩ）１２によって水が周辺部よりスパイラル溝１１に
沿って中心部（図の黒い部分で、凹部を形成している。

）へ誘導されセラミックス製円板（Ｉ）１３とセラミッ
クス製円板（ＴＩ）１２との間で動圧効果を生じるよう
な方向に形成される。

さらに、セラミックス製円板（Ｉ）１３の裏面には、軸
方向の投影面で前記表面のスパイラル溝１１と同じ向き
のスパイラル溝が形成され、またセラミックス製円板（
ＩＩ）１２の裏面（セラミックス製円板（Ｉ）１３との
摺動面の反対側）にも軸方向の投影面上でセラミックス
製円板（Ｉ）１３のスパイラル溝】１と反対向きのスパ
イラル溝が形成されている。

そして本実施例では、セラミックス製円板（Ｉ）１３、
（■）１２を構成するセラミックス材にはＳ　ｉ　Ｃ％
　Ｓ　１３Ｎａが使用される。

なお、このセラミックス材は、耐蝕性に優れている反面
、加工性が悪いため、その表面に３〜５０μｍの極めて
浅いスパイラル状の溝加工を施すことは容易ではないが
、所定形状のセラミックス製の被加工材の表面を、所定
形状のスパイラル状の樹脂マスクで遮蔽した上、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
を形成することができる。またレーザ加工も可能である
。上記のスパイラル状の樹脂マスクは、ポリエステル系
の液体感光性樹脂を紫外線で露光・硬化させたもので、
製作方法としては、先ず、スパイラル状溝のネガフィル
ムを作成し、これをガラス板上に置き、この上に透明の
カバーフィルムを重ね、感光性の有する液体樹脂を江別
する。また、この樹脂の上に、さらに、ベース・フィル
ムをロールでラミネートする。

次に、紫外線ランプで数秒間露光させ、ネガフィルムを
通して、露光した部分の樹脂は硬化し、フィルムと同一
形状のスパイラル溝形状をした樹脂マスクが出来る。

本軸受に使用した樹脂マスクは、二層のベースフィルム
と粘着性を有するスパイラル溝模様を有する樹脂、及び
保護用紙とからなっている。ショット加工するときには
保護用紙をとり、被加工材表面に貼り付け、ベース・フ
ィルムの一層をはがした後行う。

そしてここで使用されたセラミックス板は、２ｍｍの厚
さの常圧焼結製５ｉＣ（炭化珪素）、Ｓ　ｉ　ｓ　Ｎ４
　　（窒化珪素）で、深さ１０μｍのスパイラル溝が前
記ショツトブラストを用いて加工されている。

この実施例によれば、回転軸１に荷重負荷をかけた状態
で第１図を上から見た状態で時計方向に回転させると、
セラミックス製円板（ＩＩ）１２は後述の如く上部支持
体２に吸着固定されて回転軸ｌと同じ向きに回転するの
で、セラミックス製円板（Ｉ）１３の表面のスパイラル
溝１１に沿って流体が周辺部より中心部へ向かって強制
移動させられ、これに伴い動圧を発生し、対向両面の間
、即ちセラミックス製円板（Ｉ）１３の溝１１を設けた
表面とその表面に対向するセラミックス製円板（ｎ）１
２の摺動面との間に所要の厚さの液膜が形成されて推力
荷重を支える。この時の摺動抵抗は極めて小さいもので
あるから動力損失による発熱量は極めて少なくなってい
る。従って、セラミックス製円板（Ｉ）１３．　　（Ｉ
Ｉ）１２をそれぞれ支持体に接着しても熱膨張差による
割れの心配なく、高温用軸受としても使用することがで
きる。

また、セラミックス製円板（Ｉ）１３．　　（Ｕ）１２
の裏面では、回転軸１が回転しようとすると、スパイラ
ル溝によって内部流体を外部に排除する作用が働き、そ
れぞれの円板は上部支持体２及び下部支持体７に吸着、
固定される。そのため、それぞれの円板を固定するため
に、ピンなどの特別な機械的な固定部材を必要とせず、
起動、停止時の衝撃を防ぐことができる。

またこの実施例では、セラミックス製円板１２゜１３で
、スパイラル溝１１が３〜５０μｍの深さの溝で十分な
軸受能力を発揮することから、素材のセラミックスも経
済的な肉厚、例えばＳｉＣでは１〜２ｍｍの厚みでよく
、前記のようにコスト的にも安価に製造でき、また接着
に伴う熱膨張差による割れの心配もないので、高温用と
しても都合がよい。

第３図は、スラスト軸受試験装置の概要図であって、ス
ラスト軸受２１を形成する供試軸受部材２１Ａ、２１Ｂ
の一方の軸受２１Ａは、可変速モータ（Ｉ０〜５０００
ｒ　ｐ　ｍ）　　２４よりプーリ２５を経て駆動される
回転軸２３の端に取りつけられ、他方の軸受２１Ｂは、
油圧シリンダ（〜１００００　ｋｇ　ｆ　）２８、ロー
ドセル３０を経て推力軸２７の端部に取りつけられる。

図中、２２は軸受、２５はプーリ、２６はトルクメータ
、２９は油圧ポンプを示す。

本実施例のスラスト軸受を、上記第３図のスラスト軸受
試験装置で、軸受部材２１Ａ、２１Ｂを両支持板とし、
セラミックス製円板（Ｉ）、　　（ｎ）を取り付けて水
中でテストした結果を第１表に例示する。

以下余白第　　　１　　　表ここで、限界軸受面圧とは焼付時における荷重を軸受面
積で除したものである。第１表から明らかなようにβ−
３ｉＣとβ−３ｉＣの組合わせがβ−３ｔＣとＦｅ２０
の組合わせに比べて大きい結果となった。かつ前者は水
中においても耐食性に優れていて水中軸受としては望ま
しい。

なお、第１表中、セラミックス円板の外径は８６酊であ
り、回転速度は２００Ｏｒｐｍである。

また、スパイラル溝深さ６〜８μｍで表面粗さはランプ
仕上げによって０．３μｍ以下となしたものである。

さらに、本発明の他の実施例として、軸受の中央を軸が
貫通した形式を第４図に、その場合のセラミックス製円
板（Ｉ）１３の表面に設けたスパイラル溝を第５図に示
したが、その作用については前述の実施例と同様である
。

また、第１図及び第２図に示した実施例においては、摺
動部の周囲が気体であっても、予め油のような粘性流体
を付着させておけば良好に摺動させることができ、同様
に大きなスラストに耐えることができるものである。

〔発明の効果〕

本発明では、河川水、海水、プラキシュウオータ、地下
水、地熱水、腐食性水溶液等の所謂液体中に浸漬された
状態で作動するスパイラルグループ型のスラスト軸受に
対し、表面及び裏面に、軸方向の投影面上で互いに同じ
向きのスパイラル溝を形成したセラミックス製円板（Ｉ
）を用い、このスパイラル溝と対向して摺動する摺動面
を存し、かつ裏面にセラミックス製円板ＣＩ）と軸方向
の投影面上で互いに反対向きのスパイラル溝を形成した
セラミックス製円板（ＩＩ）を備えてスラスト軸受を構
成したので、セラミックス製円板に特別な回り止めを必
要とせず、かつ回り止めを設けた場合に加わる可能性の
ある衝撃荷重が直接加わらない効果をもたらし、スラス
ト軸受部の耐食性が向上し、しかも、その摺動特性（限
界負荷面圧）が向上した。従って本発明のスラスト軸受
を水中モータやポンプに適用した場合には構造が簡単か
つ小型となり、実用上極めて有用といえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図であり、第２図は
それに用いられるセラミックス製円板の平面図、第３図
は本発明に関する試験装置を示す概略図、第４図は本発
明の他の実施例の断面図、第５図はそのセラミックス製
円板の平面図、第６図は従来のティルティングバソド型
スラスト軸受の断面図である。１・・・回転軸、２・・・上部支持体、３・・・ディス
ク、４・・・固定軸、５・・・球面、６・・・ビン、７
・・・下部支持体、８・・・パッド、１１・・・スパイ
ラル溝、１２・・・セラミックス製円板（ｎ）、１３・
・・セラミックス製円板（Ｉ）、１４・・・軸受室、２
１・・・スラスト軸受、２１Ａ、２１Ｂ・・・軸受部材
、２２・・・軸受、２３・・・回転軸、２４・・・可変
速モータ、２５・・・プーリ、２６・・・トルクメータ
、２７・・・推力軸、２８・・・油圧シリンダ、２９・
・・油圧ポンプ、３０・・・ロードセル。特許出願人　　　株式会社荏原総合研究所特許出願人　
　株式会社荏原製作所代理人弁理士　　高　　木　　正　　　行代理人弁理士
　　薬　　師　　　　　　稔代理人弁理士　　依　　１
）　孝　次　部手続補正書昭和６０年８月２０日特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿１、事件の表示　　昭和６０年　特　許　願　第１４４
００６号２、発明の名称　　スラスト軸受３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名　称　　　　株式会社　荏原総合研究所名称（０２３
）株式会社荏原製作所４、代理人５、補正命令の日付　　自　発１Ｑ−

Claims

【特許請求の範囲】

１、表面及び裏面に、軸方向の投影面上で互いに同じ向
きのスパイラル溝を形成したセラミックス製円板（ I
）と、該セラミックス製円板（ I ）の表面に対向する
摺動面を有し、かつ裏面に前記セラミックス製円板（
I ）と軸方向の投影面で互いに反対向きのスパイラル溝
を形成したセラミックス製円板（II）とを備え、これら
セラミックス製円板（ I ）（II）のそれぞれの表面よ
り成る摺動部に流体を保持せしめた状態で相対的回転運
動を行うよう支承し、該相対的回転運動によって生ずる
動圧によりスラストを支えるように構成したことを特徴
とするスラスト軸受。