JPH01150013A - スラスト軸受 - Google Patents

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〕 本発明はスラスト軸受に係り、特に、高い面圧を受けた
り、低粘度の液体で潤滑され軸受面上の液膜の形成が難
しい機器、たとえば、スクリュー圧縮機、水中ポンプ等
に好適な軸受装置に関する。

〔従来の技術〕

軸方向荷重を支持するスラスト軸受には、すべり軸受と
ころがり軸受とがあり、すべり軸受はコンパクト、長寿
命、安価等の特徴がある。なかでも、二つの円形平行平
板で構成したスラストすべり軸受は極めて安価、構造が
簡単等の利点をもち、広く用いられている。しかし、大
きな荷重を支持し、面圧が高い場合、あるいは、高油温
、水、冷媒混合油等、潤滑液体の粘度が低い場合には、
すべり軸受面に形成される油膜（水膜）の厚さが十分で
なく、静止体と回転体とが直接接触し、焼付きに至り易
い。こういう使用条件に対し、例えば、一方の円板にら
せん状の浅い溝（スパイラル・グループ）を加工し、軸
の回転に伴う動圧を潤滑液に発生させてスラスト力を支
持する試みが低粘度液潤滑機器、例えば、水中ポンプ（
特開昭６０−２６８１４号公報）等に見られる。動圧効
果は顕著で、安価で構造簡単という大きな利点をもつ円
形平行平板タイプのスラストすベリ軸受の焼付き限界を
飛躍的に高めることができる。

しかし、焼付き限界をより高めるには、すベリ軸受面の
精度、すなわち、表面あらさ、うねり等を小さくし、片
当りを極力防止することが特に重要となる６片当りして
いる部分は局部的に面圧が高く、摺動面の温度が高くな
り、固体接触から焼付きの前提となる面荒れへと進展す
る。これを防止するため、一方の平板に調心機構を持た
せ、軸と回転側平板（ランナ）との直角度の誤差による
片当りを防止したり（例えば特開昭６０−２６８１４号
公報）、円板の内周側に潤滑液を供給する孔を設けて温
度を下げる方法（実開昭６２−８４１６号公報）が開示
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術ではスラスト軸受の内周側の片当りを防止
することは不可能で、苛酷な運転条件では焼付きになり
易かった。すなわち、調心機構では回転側平板（ランナ
）と静止側平板（メタル）の直角度の誤差は解消できる
が、ランナの反りに起因する片当りは解消できない。

ランナは荷重を支持すると第６図に示すようにわずかに
凸状に変形する。すると、荷重支持能力の低い内径側が
主としてメタルと摺動し易く、内径側はど温度が高い。

第５図は実験結果の一例で。

この内径側の温度が高くなる現象は起動時に顕著である
。実開昭６２−８４１６号公報は内周側に潤滑液を供給
して温度を低減することを意図しているが。

この供給孔を通して動圧作用で高められた高圧の潤滑液
が抜けて、軸受の負荷能力が低減し、より焼き付き易く
なる問題があった。

本発明の目的は回転側円板（ランナ）の反りに起因する
片当りを解消し、スラスト軸受の負荷能力を向上するこ
とにある。

〔問題点を解決するた、めの手段〕

上記目的は回転側平板を静止側平板の内径より外周側で
背面からナツトで回転軸に固定、支持することにより達
成される。

〔作用〕

回転側平板（ランナ）は静止側平板（メタル）の内径よ
り外周側で背面からナツトで回転軸に固定されると、ナ
ツトの締付はトルクによりネジ力（ナツトによる軸方向
力）が生じ、ランナはごくわずかに凹面状に変形する。

それによって、従来の内径側の片当りが防止、あるいは
、緩和され、回転に伴う動圧作用により生じる高圧の潤
滑液が軸受摺動面から逃げ難くなるため負荷能力が向上
する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。回転
側円板（ランナ）１には回転により外周から内周へ向か
って潤滑流体が押し込められるラセン溝（スパイラルグ
ループ）が形成されナツト２で回転軸３の取付は段付き
部３ａに固定され、スラストメタル４に対向して配置さ
れている。ナツト２はメタル４の内径より大きい径の最
外周でのみランナ１を押し付けるようにランナ１との対
向面の内径側は最外周より段差を設けて低くしである。

そのため、ランナ１はナツト２のネジ力により凹面状に
ミクロン単位で弾性変形する。第１図の実施例はスクリ
ュー圧縮機のスラスト軸受４に適用したもので、ランナ
径が８０＋ｎｍ、厚み１０ｍｍでナツト２の締付はトル
クを６００ｋｇｆ−ｍとすると、ランナの最外周で水平
面より約６μｍ上方に反る。２ａは逃げ。

第２図は本発明の効果を実証するために行ったスクリュ
ー圧縮機試験結果の一例で、油温１４０℃、粘度１ｃｐ
の極めて潤滑能力の乏しい油のもと、面圧２０ｋｇ／ｃ
Ｊ以上の負荷容量を示した。試験後の表面をＩ察すると
、中央から外周側は正規の当たりの痕跡を残していたが
、従来焼付き易かった内周側は軽い当たりしか認められ
なかった。

従来の構造で同様の試験を行うと面圧１０ｋｇ／ａ＃で
も起動時に内径側の温度が高く、焼付きの兆候が見られ
た（第３図）。分解して摺動面をａｌｌ察すると内径側
はど当たりが強く、最内周部はメタルがフローして鏡面
を呈し焼付き寸前であった。また、起動時に焼付きの兆
候が現われなかった試験では面圧１５ｋｇ／ａ＃、油温
１２０℃まで運転可能であったが、油温１２５℃で内径
側から焼付きが生じ、摺動面が激しく面荒れした。１２
０℃では油の粘度が低下し、潤滑性能が著しく劣化した
ためで、潤滑性能が劣悪な流体、たとえば、水、高温油
等ではスラスト軸受としての負荷容量が不足し、焼付き
易い。

従来のスラスト軸受では、ランナは第４図のように弾性
変形し、荷重が高いほど変形量は大きくなり、内周側の
当たりが強まる。その結果、内周側はランナとメタル間
で固体接触を生じ易く、負荷容量が小さい。回転により
外周側から内周側へ潤滑流体を押し込むタイプ（インフ
ロー型）のスパイラル溝付動圧軸受の負荷容量は高いが
、第４図のように変形すると外周側のランナとメタル間
に隙間が拡がり潤滑流体の十分な押込み効果、すなわち
、動圧が得られず設計どおりの負荷容量は得られない。

スパイラル溝の深さはミクロン単位で管理する必要があ
り、上記の変形によるランナ・メタル間の隙間は１０ミ
クロンを越えることもあるため所望の動圧が発生しない
。

変形対策としてランナを第５図のような形状とし、剛性
を高めることにより対処する方法もあるが、高荷重域で
の焼付きを防止するほど剛性を高めるにはランナの厚さ
を従来の二倍以上に厚くする必要があり、重量増加及び
取付はスペースの拡大等コスト高の要因となる。

本発明ではランナはあらかじめ凹面状に弾性変形される
。その変形量はランナの厚さ、ナツトの締付はトルクの
増減により自由に変更できる。前述の実施例では、最外
周で６μｍである。この状態で荷重を受けてメタルと接
触すると負荷量に応じて外周側から逆に弾性変形し、接
触部は平行となる。潤滑流体には、回転による遠心力で
、内周側から外周側へと強い流れが生じ、本発明では内
周側より外周側が閉じられる傾向にあるため、遠心力で
流れる流体により効果的に潤滑される。荷重が高まるに
従い、ランナの逆の変形は大きくなり、平行接触部の面
積は増加し、スラスト軸受としての負荷容量は荷重に追
従して大きくなる。

インフロ型のスパイラル溝付き動圧軸受の場合、内周側
より外周側のランナとメタルの間のすきまが小さいと、
スパイラル溝により押し込められた潤滑流体はランナと
メタル間から外部へ逃げ難く、流体膜の形成がより一層
助長され、その結果、耐焼付き性を飛躍的に向上できる
。本実施例ではランナに形成されたスパイラル溝の終端
部でナツトがランナを背後から軸に固定している。その
ため、ランナは数ミクロンだけ凹状に変形し、最内周部
ではランナとメタルは外周より遅れて接触する。

すなわち、スラスト荷重の増加とともに外周側のみの接
触部が次第に内周側へ拡がってくる。スパイラル溝で生
じた動圧は、容易には摺動面から逃げ難く、スラスト荷
重の増加に対応して有効に油膜が形成される。全面で接
触し摺動するまで荷重が増加すると、ナツトがランナを
固定する位置はスパイラル溝の終端部であるため動圧が
最も高く。

ランナとメタルの直接接触は防止でき、軸受設計どおり
の高負荷容量が得られる。

スラスト軸受は運転中の摩擦熱により熱変形し、そのた
め、片当たりを誘発して負荷容量を低下する傾向にある
。すなわち、ランナとメタル間の摺動面で発熱・膨張し
、ランナメタル共に凸状に熱変形する。すると内周側が
前述の従来例で詳述したように固体接触から焼付きに至
り易くなり負荷容量が低下する。

本発明ではランナをあらかじめ凹状に変形させであるた
め、ランナメタルの凸状の熱変形はキャンセルでき、負
荷容量が低下することはない。

ランナ１を固定するナツト２のランナ１との接触面に逃
げ２ａを設けであると、逃げによる空間は密閉され、潤
滑流体が外部と出入りすることはない。潤滑流体は金属
より熱伝導率は小さく、たとえば、スピンドル油の場合
、鋼の熱伝導率の約２％である。そのため、ナツトの逃
げによる空間はあたかも断熱部となリランナのナツトと
の接触部までは摺動面と裏面との温度差は従来より小さ
くでき、そのため、熱変形を小さくできる効果もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば内径側の片当たりが防止されるとともに
、スラスト荷重に対する負荷容量を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
効果を確認した実験結果の説明図、第３図は従来の実験
結果の説明図、第４図及び第５図は従来のスラスト軸受
の断面図である。 １・・・回転側円板、２・・・ナツト、３・・・回転軸
、４・・・スラストメタル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対向する二平板で構成されたスラスト軸受におい
   て、 回転側平板は静止側平板の内径より外周側で背面から回
   転軸に固定されて支持されることを特徴とするスラスト
   軸受。 ２、特許請求の範囲第１項記載のスラスト軸受において
   、 前記平板の一方の面にラセン状の溝を形成して動圧効果
   を持たせたことを特徴とするスラスト軸受。 ３、特許請求の範囲第１項記載のスラスト軸受において
   、 前記回転側平板を固定するナットと前記回転側平板との
   接触面間に最外周で閉じられた空間を設けたことを特徴
   とするスラスト軸受。 ４、特許請求の範囲第１項記載のスラスト軸受において
   、 前記平板の一方の面に形成されたラセン状溝の終端部近
   傍で前記回転側平板を固定、支持することを特徴とする
   スラスト軸受。