JPH11223218A

JPH11223218A - 静圧スラスト軸受装置

Info

Publication number: JPH11223218A
Application number: JP2347398A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mayumi; 聡真弓
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸の一方側の端面と座部の軸受面とを球
面接合することにより、回転軸側と座部との間に形成さ
れる流体膜が、軸回転潤滑機能と自動調芯潤滑機能の両
機能を備えることができ、更に、回転軸側及び座部との
間に別体の中間部材（軸受部材）を減らして構造の簡素
化を図る。【解決手段】回転軸１の一方側の端面と、該端面と対
向して配置される座部１５の軸受面との間で流体膜を形
成し、且つ、回転軸１の一方の端面が座部１５の軸受面
と平行に維持するための調芯機構が設けられた静圧スラ
スト軸受装置であって、前記回転軸１の一方側の端面は
凸状球面１３を有すると共に、前記座部１５の軸受面
は、前記凸状球面と適合する凹状球面１８に形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば核融合炉の
電源の回転軸や押出機のスクリュ軸の駆動部側に連続す
る回転軸等を支承するための静圧スラスト軸受装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば核融合炉の電源の回転軸や押出機
のスクリュ軸の駆動部側に連続する回転軸を支承し、軸
受損失を減少させて駆動動力を小さくする場合等に活用
される静圧スラスト軸受装置として、特開昭５３−７６
２４９号公報に開示されたものがある。

【０００３】同公報に記載の軸受装置は、図３に示す如
く回転軸５０の下端面に接合する軸受部材５１と、ケー
シング５３に取り付けられて前記軸受部材５１の下端面
と係合する座部５４などから構成される。そして、軸受
部材５１の回転軸５０と対向する上面には、ポケット５
５が形成され、潤滑ポンプユニット５６より高圧の潤滑
油がポケット５５に供給され、回転軸５０は軸受部材５
１上を浮遊して支持される。

【０００４】回転軸５０の下端面と軸受部材５１との接
合面（軸受面）の間に油膜を形成しつつ、減圧しながら
軸受外部へ流出する。流出した油は潤滑ポンプユニット
５６に回収され、再び軸受内に供給される。回転軸５０
の下端面と軸受部材５１の軸受面に形成された油膜によ
って回転軸５０の回転摩擦は小さくなり回転軸５０の駆
動力が少なくなる。

【０００５】かかる静圧軸受装置では、軸受機構を正常
に機能するために、回転軸５０の下端面と軸受部材５１
の軸受面とは、作動中は常に平行に維持されることが必
要である。そこで、静圧軸受装置は、回転軸５０に避け
られない微小振動があっても、回転軸５０の下端面と軸
受部材５１の軸受面とが常に平行に維持されるようにし
た自動調芯機能を有する。

【０００６】即ち、軸受部材５１の下面には凸状球面部
５７が形成され、一方、前記座部５４の上面には、凸状
球面部５７に球面接触する凹状球面部５８が形成されて
いる。そして、座部５４の中央には、潤滑ポンプユニッ
ト５６に接続するポケット６１が形成されている。

【０００７】従って、ポケット６１内に供給された高圧
の潤滑油は、軸受部材５１の凸状球面５７と座部５４の
凹状球面５８との間の球面接触部に滲出し、一定厚さの
油膜を形成する。この結果、軸受部材５１と座部５４と
の摩擦が防止され、回転軸５０の傾き（微小振動）が生
じても、軸受部材５１は座部５４に対して相対的に微動
するため、自動調芯機能が発揮される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸受装置の軸受部材５１は、潤滑回転機能を持つ油
膜形成面（軸受面）と、自動調芯機能を持つ球面接合面
（凸状球面）とがそれぞれ別個に設けられている。この
ため、自動調芯機能を十分よ発揮させるためには、球面
接合面を潤滑する必要があり、軸回転潤滑用配管と自動
調芯用配管との２本の管路が必要であり、またそれぞれ
の管路に流量制御弁６３、６４を取り付けなけれなら
ず、静圧軸受装置は複雑な構造になるといった欠点があ
る。

【０００９】更に、軸受部材５１は回転軸５１と座部５
４との間に介在される構成であるため、軸受部材５１が
座部５４から浮き上がらないように工夫が必要となる。
そこで、例えば、皿ばね等によりスラスト方向に予圧を
加えて軸受ユニットを押圧する手段が採用されている
が、この手段は構造が複雑となる欠点がある。

【００１０】そこで本発明は、回転軸の一方側の端面と
座部の軸受面とを球面接合することにより、回転軸側と
座部との間に形成される流体膜が、軸回転潤滑機能と自
動調芯潤滑機能の両機能を備えることができ、更に、回
転軸側及び座部との間に別体の中間部材（軸受部材）を
減らして構造の簡素化を図ることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの静圧トラスト軸受装置は、回転軸の一方側の端面
と、該端面と対向して配置される座部の軸受面との間で
流体膜を形成し、且つ、回転軸の一方の端面が座部の軸
受面と平行に維持するための調芯機構が設けられた静圧
スラスト軸受装置であって、前記回転軸の一方側の端面
は凸状球面を有すると共に、前記座部の軸受面は、前記
凸状球面と適合する凹状球面に形成されていることにあ
る。

【００１２】上記の静圧トラスト軸受装置によれば、回
転軸の一方側の端面と、該端面と対向して配置される座
部の軸受面との間で流体膜が形成されるため、回転軸と
座部との間の摩擦が防止され、回転軸は支持される。

【００１３】しかも、回転軸が回転時に多少撓む場合が
あっても、回転軸の凸状球面は、座部の凹状球面に沿っ
て微動するため、回転軸の凸状球面と座部の凹状球面と
は、常時平行に維持される。この結果、回転軸の自動調
芯機能が発揮され回転軸の回転に支障となることはな
い。

【００１４】また、前記回転軸側の凸状球面の半径の中
心は、前記回転軸の撓みの略中心に設定されているのが
好ましく、かかる場合には、更に回転軸の自動調芯機能
が良好なものとなる。

【００１５】しかも、前記回転軸には、つば部が着脱自
在に設けられ、該つば部に前記凸状球面が形成されてい
るのが好ましく、かかる場合には、回転軸側の凸状球面
の加工及びメンテナンスが容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら説明する。本発明の静圧スラスト軸受
装置は、図２に示す如く押出機１００のスラスト軸受Ａ
として使用される。即ち、押出機１００はシリンダ１０
１内で回転するスクリュ１０２によって、粘状物を押し
出すようにしたもので、スクリュ１０２の回転軸１は、
ラジアル軸受１０４ａ，１０４ｂによって支承され、さ
らにモータ（図示せず）の高速回転をトルク分配するた
めの歯車１０５が取り付けられる。回転軸１の一方側に
は後ろ向きの力を受ける前記スラスト軸受Ａが取り付け
られる。

【００１７】前記回転軸１の一方側の先端には、図１に
示す如く回転軸１と同一直径のつば部２がボルト９によ
り着脱自在に取り付けられている。即ち、回転軸１の中
心部には凹部３が形成され、該凹部３には、前記つば部
２に突設された嵌合凸部５が相対回転不可能に嵌合され
ている。回転軸１に対してつば部２を相対回転不可能と
する手段は、特に限定されるものではないが、例えば、
図１に仮想線で示す如く回転軸１及びつば部２間にピン
６を挿入しても、あるいは、回転軸１の凹部３及びつば
部２の嵌合凸部５を矩形状等の非円形としても良い。

【００１８】しかも、つば部２の中心には座ぐり凹部７
が形成され、前記ボルト９は、座ぐり凹部７に挿通され
ると共に回転軸１に螺合されることにより、つば部２を
締結固定している。尚、つば部２とボルト５との間に
は、油密用のガスケット１０が介在されている。

【００１９】また、つば部２の回転軸１の先端面と反対
側の端面には、外側に凸となる凸状球面１３が形成され
ている。尚、凸状球面１３の曲率半径の中心位置Ｏは、
図２に示した略ラジアル軸受１０４ａ位置に設定されて
いる。凸状球面１３の曲率半径の中心位置Ｏを略ラジア
ル軸受１０４ａ位置に設定した理由は、押出機１００の
稼働中に、回転軸１は略ラジアル軸受１０４ａを中心に
して撓むことを考慮したためである。

【００２０】１５は座部で、前記押出機１００のケーシ
ング１４に形成された取付凹部１６に嵌合固定されてい
る。座部１５をケーシング１４に固定させる手段として
は、キー、ピン等の公知の手段が適宜採用される。座部
１５の外周には、環状座部２１が前記つば部２側に突設
され、環状座部２１の端面は、つば部２の凸状球面１３
と略同じ曲率半径を有し凸状球面１３に適合する凹状球
面１８が形成されている。ここで、座部１５とつば部２
との間には、潤滑油が溜められる空間（リセス部）２３
が形成されている。また、つば部２の凸状球面１３と座
部１５の凹状球面１８との間には、球面接合部としての
ランド部３０が形成されている。

【００２１】前記座部１５の中心には貫通孔３１が穿設
され、該貫通孔３１には前記リセス部２３及びランド部
３０に潤滑油を供給するための給油管２７が、ガスケッ
ト２５を介して連結されている。

【００２２】給油管２７は配管３３を介して潤滑ポンプ
ユニット３４が接続され、また、潤滑ポンプユニット３
４は配管３５を介してランド部３０と接続されている。

【００２３】以上の構成において、押出機１００を稼働
させると、潤滑ポンプユニット３４は潤滑油を加圧し、
配管３３及び供給管２７を介してリセス部２３内に供給
する。リセス部２３内の潤滑油は、ランド部３０に滲出
する。このとき、ランド部３０に一定厚さの油膜を均等
に形成しつつ、次第に圧力をさげながら軸受外部へと流
出する。

【００２４】従って、つば部２と座部１５との間の摩擦
が防止され、回転軸１は円滑に回転する。しかも、押出
機１００の稼働中に、回転軸１はラジアル軸受１０４ａ
を中心にして撓む場合があるが、回転軸１の撓みの中心
からつば部２の凸状球面１３までの長さを、球面半径と
しているので、つば部２はその凸状球面１３が座部１５
の凹状球面１８に沿ってスムースに微動することとな
る。従って、つば部２の凸状球面１３と座部１５の凹状
球面１８とは常時平行な状態が維持され、潤滑油膜が完
全に形成され、軸受機能と共に自動調芯機能も良好に作
用する。

【００２５】そして、リセス部３０から流出した潤滑油
は、配管３５を介して油圧ユニット３４に回収されて、
再び前記のサイクルを繰り返す。

【００２６】上記実施の形態のスラスト軸受Ａでは、リ
セス部３０で焼き付きが生じることがない。また、回転
軸１には、つば部２を着脱自在に設けてユニット化する
ことにより、メンテナンスの際には、つば部２を交換等
するだけで良く、また、つば部２を凸状球面に加工すれ
ば良いので、メンテナンスや加工が容易となる。

【００２７】本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではなく、必要に応じた設計変更が可能である。例え
ば、回転軸１は必ずしも水平である必要はなく、上下方
向であっても良い。かかる場合には、回転軸１の下端面
につば部２が取り付けられ、つば部２の下方に座部１５
が配置されることとなる。

【００２８】また、上記実施の形態では、回転軸１に凸
状球面を有するつば部２を設けたが、凸状球面は回転軸
１の端面に直接設けるようにしても良く、かかる場合に
は、更に部品点数を減らすことが可能である。

【００２９】しかも、流体は、潤滑油の採用が望まれる
が、用途に応じて他の液体や空気や窒素等の気体の使用
も可能である。

【００３０】

【実施例】上記実施の形態の軸受装置は、粘度200 cSt.
程度の潤滑油の使用を前提に設計したものである。潤滑
ポンプユニットの能力としては、流量３Ｌ/min、油圧70
0kgf/cm²であるが、定常運転時は500 kgf/cm²程度で
ある。

【００３１】軸受外形寸法はφ７３、ランド径φ６２と
して窒化材を用いた。スラスト荷重を３０トンかけて軸
回転数を数回転〜数百回転まで変化させて評価試験を行
った結果、軸受剛性、軸受損失、寿命等の評価項目を満
足し、更に軸たわみ角度を±１°与えても特に問題は生
じなかった。このときランド部には常に厚さ数１０μｍ
の油膜が形成されており、軸たわみによって油膜厚の大
きな変動は見られなかったことから自動調芯機能が十分
であると判断できる。

【００３２】軸受部材の材質には、停電などでポンプが
停止してランド部の油膜切れを考慮して、ＳＣＭ（クロ
ムモリブデン鋼鋼材）やＳＡＣＭ（アルミニウムクロム
モリブデン鋼鋼材）などを使用して、窒化処理などによ
り表面仕上げをしておくことが望ましい。また、油圧ユ
ニットや軸受装置の保護からも適宜箇所にフィルタを設
置しておくのが望ましい。実施例の静圧軸受装置では、
従来技術と比較して、部品点数が減り、構造の簡素化が
可能になったことが材料費、制作費ともに削減すること
が可能であり、装置への組み込みも容易にできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、回転軸の一方側の端面と、該
端面と対向して配置される座部の軸受面との間で流体膜
を形成し、且つ、回転軸の一方の端面が座部の軸受面と
平行に維持するための調芯機構が設けられた静圧スラス
ト軸受装置であって、前記回転軸の一方側の端面は凸状
球面を有すると共に、前記座部の軸受面は、前記凸状球
面と適合する凹状球面に形成されているので、部品点数
が減り構造が簡素化できるため、自動調芯機能を持つ静
圧軸受装置であっても、潤滑自動ユニットを含め、調芯
機能のない静圧軸受装置と同程度の設計工数、製作、組
立費用で製作できる。

【００３４】また、回転軸側の端面と座部の軸受面との
間で、軸回転潤滑と自動調芯潤滑の両機能を発揮するの
で、前記軸回転潤滑構造と自動調芯潤滑構造とをそれぞ
れ別途設けた従来の静圧軸受装置に比し、潤滑部分への
異物の噛み込みや焼き付け防止が容易になる。

【００３５】しかも、前記回転軸側の凸状球面の半径の
中心は、前記回転軸の撓みの略中心に設定されている場
合には、更に回転軸の自動調芯機能を良好なものとする
ことができる。

【００３６】更に、前記回転軸には、つば部が着脱自在
に設けられ、該つば部に前記凸状球面が形成されている
場合には、回転軸側の凸状球面の加工及びメンテナンス
が容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静圧スラスト軸受装置の断面図で
ある。

【図２】静圧スラスト軸受装置を使用する押出機の概略
平面図である。

【図３】従来の静圧スラスト軸受装置の断面図である。

【符号の説明】

１回転軸２つば部１５座部１３凸状球面１８凹状球面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の一方側の端面と、該端面と対向
して配置される座部の軸受面との間で流体膜を形成し、
且つ、回転軸の一方の端面が座部の軸受面と平行に維持
するための調芯機構が設けられた静圧スラスト軸受装置
であって、前記回転軸の一方側の端面は凸状球面を有す
ると共に、前記座部の軸受面は、前記凸状球面と適合す
る凹状球面に形成されていることを特徴とする静圧スラ
スト軸受装置。
【請求項２】前記回転軸側の凸状球面の半径の中心
は、前記回転軸の撓みの略中心に設定されている請求項
１に記載の静圧スラスト軸受装置。
【請求項３】前記回転軸には、つば部が着脱自在に設
けられ、該つば部に前記凸状球面が形成されている請求
項１または２に記載の静圧スラスト軸受装置。