JPH0240881B2 - - Google Patents

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ー等に使用
される動圧効果を利用したスパイラル溝型スラス
ト軸受に関する。 〔従来の技術〕 従来、深井戸用ポンプや多段高圧ポンプ等にお
いては、軸方向に大きな荷重が作用し、これを支
持することが困難になる場合があつた。特に、深
井戸用ポンプでは、井戸の口径が制限されている
ため、軸受の外形寸法も井戸の口径よりは大きく
てできないという制約があつた。さらに、この深
井戸用ポンプでは、ポンプ、モータ及びそれらの
軸受が地表から離れしかも温度の高い地下に置か
れるため軸受の潤滑や冷却が甚だ困難であつた。 このように、格別の潤滑が困難でしかも大きな
推力が作用する場所に置かれる軸受としては、自
液潤滑が可能でしかも負荷容量の大きい軸受が望
ましい。理論的に見れば、格別な潤滑装置を用い
ることなく大きな負荷容量を持つ軸受としては、
平滑な表面に浅い溝を形成してなるスパイラル溝
型軸受がある。このスパイラル溝型軸受は
Muijdermanによつて提案されたものであり、そ
の理論的な試算によれば、例えば、球径100mmの
球面スパイラル溝型軸受をスラスト軸受として
200rpmで回転させると、約100tの荷重を支える
ことができるとされている（日径メカニカル1979
年５月28日号）。 しかしながら、従来のこの種の軸受は、理論的
には優れた性能が示唆されていたにも係わらず、
なかなか実用化されていなかつた。特に、大きな
負荷容量を必要とする軸受部分にたいしてスパイ
ラル溝型軸受を適用した例は皆無であつた。その
大きな理由は、このスパイラル溝型軸受は始動停
止時において軸受面が直接固体接触摺動が生じ軸
受け面を損傷しやすい軸受構造であることと、さ
らに、この種の軸受は高度の精密加工技術によつ
て創製されたきわめて平滑な表面とこの表面に形
成された数ミクロンないし数十ミクロンの深さの
溝とによつて互いに相対運動をする摺動面が潤滑
流体の粘度にもよるが僅か溝深さ内外の流体膜を
形成して荷重を支えるものであるから、その摺動
面の僅かな変形や損傷によつて軸受特性（負荷容
量）が急激に低下するというスパイラル溝型軸受
の基本的な性質に由来しているものと考えられ
る。即ち動的な状態において極めて優れた軸受特
性を持つにも係わらず、その製作が困難であり且
つ、始動停止時のメタルコンタクトによつて簡単
に軸受特性が損なわれてしまうという致命的な欠
点を本質的に有していたためと思われる。 そのため、従来のスパイラル溝型軸受は、上記
の欠点を解消すために様々な提案がなされたき
た。 例えば(イ)特公昭42−6443号公報には、「この種
の軸受性能にとつて重要なことは、軸受面の硬さ
及び円滑度である」、「溝の形成よりも重要なこと
は本発明のセラミツク本体すなわち構成部分の軸
受面の性質である。」との思想に基づいて、むし
ろ、溝の存在よりも軸受表面を構成する材料およ
び表面の平滑さを重視して、互いに平滑な表面を
持つ２個のセラミツク部材によつて構成したセラ
ミツク軸受によるスラスト、ラジアル軸受が記載
されている。 また(ロ)特開昭57−15121号公報には、始動停止
時のメタルコンタクトの問題を解消すると共に理
論計算によく合致した軸受性能を目的として、金
属の表面にセラミツクコーテイングを施し、この
セラミツク層をシヨツトブラストによつて剥離し
てエツジがシヤープな溝を形成した動圧形流体軸
受が記載されており、同様の提案として、(ハ)「機
械設計」第20巻第３号第42−45頁には、フレーム
プレーテイングによつて形成したWC、Cr₂O₃、
Al₂O₃などの超硬材の表面を超音波加工、サンド
ブラスト加工、研硝加工等様々な加工方法で溝を
加工する軸受の加工方法が記載されている。 一方、従来、水中ポンプや水中モータを駆動す
る際、配線ミスのため羽根車軸を逆方向に回転さ
せる場合がある。そして立軸型ポンプ等にあつて
は、自重分のスラスト荷重が軸受に負荷されたま
まで回転することがある。このような場合、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
て軸推力を支持するようにした従来公知の動圧型
スラスト軸受（例えば特公昭41−12121号公報参
照）を用いていると、上記のように軸が逆回転し
た場合、動圧効果が全く生せず、材料によつては
焼付く可能性があるなどの欠点があつた。 上記の欠点を除くため、正逆回転時にテーパー
ドランドによつて動圧効果を生じる中間板を、対
向する２個の受板の間に介在させたスラスト軸受
も従来公知である。（実願昭55−59761号（実開昭
56−162320号）の願書に添付した明細書と図面の
内容を撮影したマイクロフイルム参照）。 このものによれば、中間板の表裏両面に形成さ
れたテーパードランドが、勾配の異なる二つの傾
斜面と丸味をもつた頂部とからなり、これらの傾
斜面が、何れも相手軸の正・逆すべり回転に応じ
てくさび形油膜層を形成する軸受面として機能す
るので、スラスト荷重受面が豊富であり、且つ金
属接触の発生が回避でき、焼付発生の恐れも回避
できようになつている。 また上記のような動圧型スラスト軸受の代りに
テイルテイング型スラスト軸受を用いる場合、該
スラスト軸受は、第６図に示すように、回転軸１
と一体に回転する上部支持体２にデイスク３を固
定し、該デイスク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、パツド８を回動
しないように取り付けて構成されており、摺動す
るデイスク３とパツド８の両面間に介在する潤滑
液膜によつてスラスト荷重を支えるようになつて
いる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記した従来のテイルテイング型スラスト軸受
を用いる場合、互いに摺動するデイスク３とパツ
ド８の両面に、使用中摩耗によりまた異物の侵入
等によつて凹凸が生じると、該凹凸に熱が発生
し、この熱による材料の凝着が行われるいわゆる
凝着摩耗が生じ易く、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は潤滑液の劣
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つた。 また、上記した正逆回転時テーパードランドに
よつて動圧効果を生じる中間板を、対向する２個
の受板の間に介在させたスラスト軸受において
は、軸の正回転又は逆回転に応じて一方の受板に
ロツク（固定）される中間板の面に全スラスト荷
重がかかることになるが、該中間板のテーパード
ランドは、主として前記したように勾配の異なる
二つの傾斜面からなつており、受板の当接面と平
行する面を有していないので、該受板との当接面
積は極く限られたものにならざるを得ず、従つて
該当接部には局部的な高圧を生じて傷がつき易
く、変形し易いという問題点があつた。 他方、従来のスパイラル溝型軸受は前記した(イ)
〜(ハ)のように様々な提案がなされているにも係わ
らず、広範囲に利用されることはなかつた。この
スパイラル溝型軸受が比較的多数利用されている
ものとしては、ジヤイロコンパスの軸受、高速ポ
リゴンミラー、レコードのターンテーブル、ビデ
オテープレコーダー等であり、何れも小さな荷重
が作用する軸受部分に用いられているに過ぎな
い。例えば、口径200mm程度の深井戸（地下
250m）の最下部に設置され、100℃近い高温度の
環境で作動し、３トン以上のスラスト荷重が作用
するような深井戸用ポンプの軸受は、通常、油潤
滑のミツチエル型チルチングパツド軸受が用いら
れているが、従来のスパイラル溝型軸受ではこの
ような高荷重が作用し、しかも、潤滑流体が清浄
とはいいがたい使用環境に適用することができな
かつた。 本発明者らは、原理的にはきわめて大きな荷重
を支える可能性が示唆されているスパイラル溝型
軸受について、様々な試験を行い、従来この種の
軸受の持つ問題点を解明した。検討の概要を以下
に述べる。 本発明者らは、本発明に近いとみられる前記し
た(ロ)の提案（従来技術）の方法によつてスパイラ
ル溝型軸受を製作した。 即ち、極めて平滑に形成された平らな円板（ス
ラスト軸受）と円筒棒（ラジアル軸受）とをステ
ンレス鋼によつて製作し、その表面にセラミツク
（アルミナ）を被覆し、次いでこのアルミナ層の
表面を研磨及びラツプによつて平滑に仕上げた。
そして最終仕上げとして、スパイラル状のマスク
をかけてシヨツトプラストによつて溝を形成して
スパイラル溝型軸受を製作した。この製作過程
で、次のようなことが判明した。 (i) 上記のようにシヨツトブラストによつてセラ
ミツクのコーテイング層を剥離して得られた溝
のエツジは、公報記載の通り極めてシヤープな
ものであつた。 (ii) セラミツクをコーテイングする過程において
金属の母材との接合強度を高めるために、金属
表面を適当に荒す必要があつた。ところが、こ
の工程をサンドブラストによつて行なうと、予
め表面の形状について、例えば粗さ、平面度、
平行度をそれぞれ0.1μm（ミクロンメータ）以
下、1.0μm以下、1.0μm以下のように理想的形
状に調整した金属母材が大きく変形した。平ら
な円板の場合変形が特に大きく、サンドブラス
トを施した面とは反対の側に反に返る。この反
りの程度は、板の厚みや、直径等その形状にも
よるが、直径86mm、厚さ４mmのステンレス鋼
（（SUS420 J2）では30μmにも及び、このため
僅かな間隔をおいて相対運転を行なうスパイラ
ル溝型軸受の摺動面を形成する手法としては著
しく適正を欠くものであつた。 (iii) このような手法によつて得られたスパイラル
溝型軸受の負荷容量は、スラスト軸受（水潤
滑）とした場合僅か2.2KN（224Kgｆ）にとどま
り、通常利用されているチルチングパツド軸受
の負荷容量に比べて著しく低いものであつた。 従つて、負荷容量が大きく、しかも板状の形状
となるスラスト軸受には適さないものであつた。 上記のようにスパイラル溝型スラスト軸受は流
体力学モデルの数学的解析によつて、理論計算上
最も負荷容量の大きな動圧軸受として、古くから
提案されていた軸受であるが実際の軸受しては大
きな負荷容量を必要とする用途には適用されてい
なかつた。勿論、そのための研究と提案は多数存
在し、多大な努力は傾注されてはいたが、結局、
この種の軸受のどのような因子をどのようにすれ
ば実際上の軸受として優れたものとなるのか、と
いう指針は全く与えられていなかつた。 本発明は、上記のような状況の下で、スパイラ
ル溝型軸受の摺動面全体の形状を常に理想的な形
状に維持するという理念に基づいて詳細な検討を
行い、従来の何れの型式の動圧軸受よりも大きな
負荷容量を有し、しかも幅広い使用環境において
理論的に示唆される極めて高い軸受性能を持ち、
且つ逆転を可能とする中間板を備えスパイラル溝
型スラスト軸受を提供することを目的としてい
る。 〔問題点を解決するための手段〕 上記した目的を達成するために、本発明は、一
方が回転し、他方が固定された対向する２個の受
板の間に介在された中間板によつて正逆両方向の
回転時においてスラスト荷重を支えるようにした
スラスト軸受において、上記中間板を薄板からな
る硬質のセラミツクス材料で構成し、該中間板の
表面に形成した正転時に動圧効果を生じさせる方
向のスパイラル溝と、該中間板の裏面に形成した
逆転時に動圧効果を生じさせる方向のスパイラル
溝とが、それぞれ平滑な中間板の表面シヨツトブ
ラストによつて溝加工されたものであることを特
徴としている。 上記薄板からなる中間板は、シヨツトブラスト
加工によつて変形するような厚さを有している。 〔作用〕 本発明は、上記のように構成されているので、
回転軸に荷重負荷をかけた状態で正方向に回転さ
せると、中間板の表面のスパイラル溝は、潤滑液
を周辺部より中心部へ向つて強制移動させるのに
伴い動圧を発生し、対向両面間に所要の厚さの液
膜が形成されて推力荷重を支える。他方、裏面の
スパイラル溝は、回転軸の回転につれて共に回転
しようとするが、その溝の向きが表面とは逆方向
に形成されているので動圧効果が生せず、中心部
より周辺部へ溝内の液が排除されようとして両面
間に吸引力が働くので、該中間板は下部受板に完
全に密着される。 上記中間板が下部受板に密着された状態におい
て、該中間板と下部受板との当接面に全スラスト
荷重が作用するのが、該中間板の下部受板との当
接面部には、互いに隣接する二つのスパイラル溝
の間に面状のランド部が常に形成されているの
で、上記のように受板と密接する中間板の面には
局部的な高圧（局部応力）が発生せず、従つてこ
の面に傷がついたり、塑性変形したりする恐れが
生じない。 また始動時、配線等のミスで逆方向に回転させ
たときは、中間板の表側のスパイラル溝内の潤滑
液が周辺部へ排除されることになつて、上部受板
と中間板間に吸引力が働き、中間板は回転軸と一
体になつて回転するようになる。したがつて、動
圧効果は、該中間板の裏面のスパイラル溝と下部
受板との間に形成されるので、逆回転時にも、正
回転時と同一のスラスト荷重を受けることができ
る。 また、硬質のセラミツクス材からなる中間板の
表裏両面に対してシヨツトブラストによつてスパ
イラル溝を形成しているので、平板の表面にシヨ
ツトブラストを施す際に生じる変形が、両面への
相反する向きの加工によつて互いに相殺されてし
まい、もとのうねりのない平面を保つたままスパ
イラル溝が形成された中間板が得られる。その結
果、極めて大きなスラスト荷重を支えることがで
きる。 さらに、溝が形成されている面及び母材がセラ
ミツクスであるため、耐摩耗性に優れているばか
りでなく、耐食性にも優れ、幅広い使用環境にお
いて効果的に動圧を発生することができる。 〔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、本発明の一実施例を示す縦断面図
で、回転軸１と一体に回転する上部支持体２に、
上部受板１２が充填材を介して固定され、また固
定軸４に球面５で支持された下部支持体７に、下
部受板１３が充填材を介して固定され、これら両
受板１２と１３の間に、表裏両面に逆方向の向き
のスパイラル溝をそれぞれ形成した硬質のセラミ
ツクス材料からなる中間板１０が挿入され、これ
らが、内部に潤滑液の充満する軸受室１４に収納
されている。なお、図中、１５は中間板１０が半
径方向に移動しないための支持体を示す。 上記中間板１０は、第２図にその正面図が示さ
れているように、その表面及び裏面にはスパイラ
ル溝１１（図で黒い部分）が、それぞれ正面から
みて互いに向きを逆にして設けられており、従つ
て、透過してみたときは同一の向きにみえる。こ
のスパイラル溝１１の向きは、該スパイラル溝１
１に接して回転する受板１２によつて流体が中間
板１０の周辺部より溝１１に沿つて中心部（図の
黒い部分で、凹部を形成している。）へ誘導され
両板１０と１２の間で動圧効果を生じるような方
向に形成される。 そして、本実施例では、中間板を構成する硬質
のセラミツクス材料としては、炭化珪素焼結体、
窒化珪素焼結体、アルミナ焼結体、酸化ジルコニ
ウム焼結体等の材料が用いられ、また、両受板１
２，１３には、例えば、超硬合金、高鉛青銅、普
通鋳鉄が使用される。 なお、このセラミツクス材は、耐食性に優れて
いる反面、加工性が悪いため、その表面に３〜
50μm（ミクロンメータ、１／1000mm）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、本発明では、所定形状のセラミツクス製の
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ヨツトブラスト
加工法により、極めて短時間にスパイラル溝を形
成する。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イルムを作成し、これをガ
ラス板上に置き、この上に透明のカバーフイルム
を重ね、感光性の有する液体樹脂を注加する。ま
た、この樹脂の上に、さらに、ベース・フイルム
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
イルムを通して、露光した部分の樹脂は硬化し、
フイ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、２層のベース
フイルムと粘着性を有するスパイラル溝膜様を有
する樹脂、及び保護用紙とからなつている。シヨ
ツト加工するときは保護用紙をとり、被加工材表
面に貼り付け、ベース・フイ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ツクス
板は、２mmの厚さの常圧焼結性SiC（炭化珪素）、
Si₃N₄（窒化珪素）で、両面に10μmの深さのスパ
イラル溝が前記シヨ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
けた状態で正方向に回転させると、中間板１０の
表面のスパイラル溝１１は、潤滑液を周辺部より
中心部へ向つて強制移動されるのに伴い動圧を発
生し、対向両面間に所要の厚さの液膜が形成され
て推力荷重を支える。他方、裏面のスパイラル溝
は、回転軸１の回転につれて共に回転しようとす
るが、その溝の向きが表面とは逆方向に形成され
ているので動圧硬化が生ぜず、中心部より周辺部
へ溝１１内の液が排除されようとして両面間に吸
引力が働くので、該中間板１０は下部受板１３に
完全に密着され、該密着面に推力荷重が作用する
が、該推力荷重は、中間板上で互いに隣接する二
つのスパイラル溝間に常に形成される面状のラン
ド部で支持されるので、局部的な高圧が発生せ
ず、従つて、この面に傷がつく恐れがない。 本発明においては、硬質のセラミツクス材料か
らなる中間板の表裏両面に対してスパイラル溝を
形成する方法として、該表面を平滑な表面とした
上で、シヨツトブラストによつて両面にスパイラ
ル溝を形成するシヨツトブラスト法を採用して中
間板を製作しているので、溝加工に伴う中間板の
変形の度合いが著しく小さなものとなり、その結
果大きなスラスト荷重を支えることが可能とな
る。即ち、セラミツクスの平板に対してシヨツト
ブラストを行なうと、セラミツクスの平板はその
作用で変形を生じるものである。しかしセラミツ
クスの平板の両方の面に対して同じようにシヨツ
トブラストを施すことにより、その変形は互いに
相殺されてしまい、もとのうねりの少ない平面と
なる。このことから、本発明のスラスト軸受は極
めて大きなスラスト荷重を支えることができるも
のである。なお、中間板の変形については後述の
実験で詳述する。したがつて、中間板１０をハウ
ジング側の受板に接着する必要がなくなるので、
接着による熱膨脹差による割れの心配もなく、高
温用軸受としても使用することができる。 また始動時、配線等のミスで逆方向に回転させ
たときは、中間板１０の表側のスパイラル溝内の
潤滑液が周辺部へ排除されることになつて、上部
受板１２と中間板１０間に吸引力が働き、中間板
１０は回転軸１と一体になつて回転するようにな
る。したがつて、動圧効果は、該中間板１０の裏
面のスパイラル溝１１と下部受板１３との間に形
成されるので、逆回転時にも、正回転時と同一の
スラスト荷重を受けることができる。 またこの実施例では、中間板１０を前記のよう
にセラミツクス材で構成しているので、スパイラ
ル溝が３〜50μmの深さの溝で十分な軸受能力を
発揮することから、素材のセラミツクスも経済的
な肉厚、例えばSiCでは１〜２mmの厚みでよく、
しかも前記のように、支持受条に対する吸引作用
によつて金属材料等への接着の必要がないので、
前記のようにコスト的にも安価に製造でき、また
接着に伴う熱膨脹差による割れの心配もないの
で、高温用として都合がよい。また、潤滑液とし
て水のような粘性の小さい液を使用できるので、
従来のテイルテイング型スラスト軸受を用いる場
合のような潤滑液のシールや冷却方法に問題がな
く、その劣化が生せず、耐荷重が大で信頼性に富
み、前記同様高温用にも適している。 第３図は、スラスト軸受試験装置の概要図であ
つて、供試軸受２１Ａ，２１Ｂの一方の軸受２１
Ａは、可変速モータ（10〜500rpm）２４よりプ
ーリ２５を経て駆動される回転軸２３の端に取り
付けられ、他方の軸受２１Ｂは、油圧シリンダ
（〜10000Kgｆ）２８、ロードセル３０を経て推力
軸２７の端部に取付けられる。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。 本発明のスラスト軸受を、上記第３図のスラス
ト軸受試験装置で、部材２１Ａ，２１Ｂを両受板
としてその間に中間板を介在させてテストした結
果を例示する。 常温水道水中で、回転数3000rpmの試験環境
で、受板にアルミナ・セラミツクスを用いた場
合、正回転、逆回転ともに、3500Kgｆのスラスト
荷重のとき350w（ワツト）の動力損失のみであつ
た。また、75％プロピレン・グリコール液中で、
受板に普通鋳鉄（FC20）を用いたときの10000Kg
ｆまでの損失動力（図の口印）と、従来、水中モ
ータ等に使われているテイルテイング・パツド軸
受を使用したときの損失動力（図の△印）を第４
図に示す。従来品の軸受は1800Kgｆで焼付き、こ
のときの損失動力は1200wと大きく、本発明品で
は10000Kgｆの高負荷でも焼付かず、損失動力も
280wと極端に少ない。 また何れの試験でも、動圧を生じない側の面間
では中間板は回転していないことが、確認され
た。これは、スパイラル溝で動圧効果を有すると
きの摩擦係数は0.003であるのに対し、このとき
の裏面と対向受板間での摩擦係数は0.3前後であ
り、両面間には回転トルク値として約100倍以上
の差があることによるためである。なお、この推
力軸受は、水中ポンプや水中モータばかりでな
く、一般の推力軸受としても使用できる。 実験１ 金属表面にセラミツクスをコーテイングする場
合の前処理として広く行われているシヨツトブラ
スト（サンドブラスト）によつて金属がどの程度
変形するか実験した。 金属としてはステンレス鋼（SuS420J2）を用
い、直径86mmで厚さ１〜６mmのステンレス鋼の円
板を準備し、両面をラツプ仕上げで平滑にし
（Ra＜0.1μm、全面のうねり＜1μm）、その片面
（表面）にのみ、全面に亘つてシヨツトブラスト
を施した。 シヨツトブラストの条件 噴射圧 ６Kgｆ／cm²（空気） 粒子 アルミナ粒子 平均粒径 100μm シヨツト時間 120秒 各々の板厚におけるシヨツトブラスト加工前後
の裏面の変形の度合を、縦軸に円板の最大変形両
（μm）、横軸に板厚（mm）をとつた第５図の線図
中△印で示した。 いづれの板厚においてもシヨツトブラストによ
つて、シヨツトブラストを受けない裏面の中央を
中心として大幅（数10μ〜百数10μm）に反つてい
た。 実験２ 本発明の中間板の変形について実験した。 硬質のセラミツクス材料として常圧焼結SiCを
用い、直径86mmで厚さ１〜４mmの円板を準備し、
両面をラツプ仕上げで平滑にし、その片面（表
面）にスパイラル形状の樹脂マスクを貼着し、実
験１のシヨツトブラスト条件によつて約10μmの
スパイラル溝を形成した。シヨツトブラスト前後
の裏面の変形（そり）を第５図の線図中○印で示
した。 次に、裏面に反対方向で同一寸法のスパイラル
形状の樹脂マスクを貼着し、同様のシヨツトブラ

【表】 た。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明は、一方が回転し、
他方が固定された対向する２個の受板の間に介在
された中間板によつて正逆両方向の回転時におい
てスラスト荷重を支えるようにしたスラスト軸受
において、上記中間板を薄板からなる硬質のセラ
ミツクス材料で構成し、該中間板の表面に形成し
た正転時に動圧効果を生じさせる方向のスパイラ
ル溝と、該中間板の裏面に形成した逆転時に動圧
効果を生じさせる方向のスパイラル溝とが、それ
ぞれ平滑な中間板の表面をシヨツトブラストによ
つて溝加工されたスパイラル溝型スラスト軸受で
あり、従来のこの種の軸受に比べて全く予期でき
ないさまざまな効果を有するものである。 以下、本発明の効果について詳述する。 第１の効果は、本発明のスパイラル溝型スラス
ト軸受はスラスト軸受としての負荷容量が極めて
大きいことである。即ち、例えば一例として従来
の動圧型軸受の一つであるテイルテイングパツド
スラスト軸受を75％プロピレングリコール水溶液
中で作動させた場合の限界（最大）負荷容量が約
1.8トンであるのに対し、同一外径寸法、同一回
転でしかも、より粘性の小さな水を作動流体とし
た本発明軸受は、10トン以上の負荷容量を示し、
通常の試験装置ではその限界負荷容量は測定不能
なほど大きいものとなつている。この負荷容量が
きわめて大きいという本発明の効果は、同じスパ
イラル溝型軸受であつてもジヤーナル軸受（ラジ
アル軸受）においては発現しないものであり、本
発明固有の効果といえる。 第２の効果は、前記第１の効果、即ちスラスト
軸受としての負荷容量が極めて大きいという効果
が幅広い使用環境において永続的に維持されるこ
とである。即ち、本発明の軸受においては耐食性
に優れたセラミツクス材料を中間板として用い、
主としてこの中間板の表裏両面に形成されたスパ
イラル状の溝の作用によつて負荷を支えるもので
あるから腐食性の環境に置かれても中間板が損傷
を受けず、それがためその軸受性能も低下するこ
とがなく、また、低温から高温に至るまでの幅広
い温度領域においてその優れた軸受性能を発現す
ることができ、しかも軸受の摺動面が硬質のセラ
ミツクス材料であるため始動・停止や正転・逆転
を繰り返し行つてもこの軸受特性は低下すること
がなく、さらにまた、中間板の周囲の流体（作動
流体）に固体粒子が含まれていても軸受機能が低
下することはない。 第３の効果は、安価に優れた軸受を提供できる
ことである。即ち、本発明の軸受で最も加工精度
を要求される部分は、主として中間板の表裏両面
の仕上げとこれと対向する受け板の面であるが、
いづれも平滑な平面を創生することで達成され、
そして、溝加工はシヨツトブラストによつて容易
に加工できるものであり、しかもこの容易な加工
手段であるシヨツトブラストを単に表裏両面に施
すだけでシヨツトブラストによる変形が相殺され
て、理想的な平面が再び再現されるものであるか
ら従来この種の軸受に比べて著しく安価な軸受を
提供することができる。 第４の効果は、可逆転が自由自在なことであ
る。即ち、本発明の軸受は回転側の受板が正逆い
づれの方向に回転した場合であつても中間板の表
裏両面に形成した前記スパイラル溝の作用によつ
て、該中間板の回転する側の受板または固定され
る側の受板のいづれか一方に固定され且他方の固
定されない側に置いて良好に動圧を発生してスラ
スト荷重を支えるものであり、この種の軸受にあ
りがちな逆方向の回転が不能という不具合はな
い。 さらに付言すれば、回転中の本発明の軸受の中
間板の動圧を発生しない側の面はスラスト荷重に
よつて受板の対向面に押しつけられているが、こ
の時の接触の形態は基本的には平らな面同士を接
触面と略直角の方向の力で押圧するものであるか
ら、大きなスラスト荷重が作用しても、中間板と
受板とが接している面のいづれの面に対しても悪
影響を与えることがなく、従つて、どのようなタ
イミングで正逆両回転がなされたとしても、常に
良好に動圧を発生し、良好な軸受性能を発揮する
ことができる。 第５図の効果は、一般には、他の部材と接合
（固定）する技術が難しいとされるセラミツクス
材料からなる中間板を格別な機械的締結手段を用
いることなく回転側又は固定側の受板に容易に固
定することができることである。そして、本発明
の中間板の固定形態は中間板に対して大きな変形
を与えやすい半径方向の力によるものではなく、
中間板に最も変形を与えにくい方向（軸方向）の
力によつてなされるものであり、これがため固定
に伴う中間板の変形がなく予めシヨツトブラスト
によつて良好に創生された中間板の形状が常に保
持されるものであり、さらに回転中の摩擦によつ
て発熱が生じたとしてもこの中間板は他の部材
（受板）と機械的手段によつて締結されているも
のではないのでこの時の熱応力が中間板に変形を
及ぼすように作用することがなく、これらの結果
からも本発明の軸受は大きな負荷容量を持つこと
が裏付けられる。 第６の効果は、本発明の軸受が適用可能な受板
の回転速度が極めて幅広く、しかも、高速回転に
たいしても適用できることである。 即ち、本発明のスパイラル溝型スラスト軸受は
上述のように中間板が極めて理想的な形態で保持
されているものであるから小さな回転速度におい
ても効果的に動圧を発生することができ、さら
に、中間板が回転側の受板に固定された状態で回
転する場合で、必ずしも理想的な軸中心に中間板
が位置していないときにおいても、中間板は比較
的比重の小さな材料であるセラミツクス材料であ
りしかも、中間板の厚みは薄いので慣性モーメン
トは小さくて済み、これがため、たとえ、中間板
が軸中心に一致していなくてもより大きな回転速
度において十分に機能するものである。 第７の効果は、本発明の軸受の損失動力が極め
て小さいことである。即ち、本発明の軸受は流体
膜によつてスラスト荷重を支えるものであり、し
かも粘性の小さな流体をその作動流体として用い
ても効果的に動圧を発生し、大きなスラスト荷重
を支えることができるものであるから、他の従来
のスラスト軸受（例えばテイルテイングパツド軸
受）の作動流体よりもより粘性の小さな流体を作
動流体として用いることが可能となり、その結
果、軸受の損失動力を大幅に低減することができ
る。 さらに付言すれば、水や空気などをそのまま軸
受の作動流体にできる場合には格別な潤滑剤を必
要とせず簡単な構造の各種回転機械を構築するこ
とができる。 以上述べた第１ないし第７の効果は必ずしもそ
れぞれが完全に独立しているものではなく、相互
に関連している部分もあるが、しかし、これらの
効果は先に示した本発明の必須の構成要件が一体
不可分となつて初めて奏することができる一連の
効果である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の推力軸受の縦断面図、第２図
は本発明の推力軸力の一部を構成する中間板の平
面図、第３図はスラスト軸受試験装置の概要図、
第４図はスラスト荷重に対する損失動力の関係
を、本発明品と従来品とで比較、図示したもの、
第５図は実験１及び２の結果を示す比較線図、第
６図は従来のテイルテイングパツド型軸受の縦断
面図である。 １…回転軸、１０…中間板、１１…スパイラル
溝、１２，１３…受板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方が回転し、他方が固定された対向する２
   個の受板の間に介在された中間板によつて正逆両
   方向の回転時においてスラスト荷重を支えるよう
   にしたスラスト軸受において、上記中間板を薄板
   からなる硬質のセラミツクス材料で構成し、該中
   間板の表面に形成した正転時に動圧効果を生じさ
   せる方向のスパイラル溝と、該中間板の裏面に形
   成した逆転時に動圧効果を生じさせる方向のスパ
   イラル溝とが、それぞれ平滑な中間板の表面をシ
   ヨツトブラストによつて溝加工されたものである
   ことを特徴とするスパイラル溝型スラスト軸受。 ２ 上記薄板からなる中間板は、シヨツトブラス
   ト加工によつて変形するような厚さを有している
   特許請求の範囲第１項記載のスパイラル溝型スラ
   スト軸受。