JPS61223320A - 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、ポンプや氷中モータ等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３図に示す。第３
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ビン６に係
合された下部支持体７の上部に、バッド８を回転しない
ように取りつけて構成されている。

また、他の従来技術として、例えば特公昭４１−１２１
２１号公報に開示されたスパイラルスラスト軸受が挙げ
られる。

〔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においては、例えば
第３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１
、　　　　　　　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、特公昭４１−１２１２１号公報に示されたものに
おいては次の如き問題点がある。即ちポンプや水中モー
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。そして支軸型ポンプ等にあっては
、自重分のスラスト荷重が軸受けに負荷されたままで回
転することがある。

上記軸受においては運転点によっては軸が逆回、転する
と動圧が全く発生せず、材料によっては焼付きλく生じ
る欠点があった。

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等の水中に長期間浸
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ｔ１ｍ　（
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５９−２２１０
７８号）。

本発明は、従来のものの上記の曲照点を解決し、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水中に浸
漬されても腐食が発生しに＜（、摩耗事故のお、それの
ないスラスト軸受を提供することを目的とするものであ
る。

また、本発明は、さら、に軸の正転、逆転に拘らず大き
なスラスト負荷容Ｖを有するスラスト軸受を提供するこ
とを第二の目的としている。

〔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にスパ
イラル溝を形成したセラミ１ソクス、製部材と、該スパ
イラル溝を形成した表面に対向する摺動部を有するマル
テンサイト系ステンレス鋼から成る摺動部材とを備え、
前記スパイラル溝を形成した表面と、前記摺動面とより
成る。摺動部を、水中に没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構成したことを特徴と
するスラスト軸受及び表面及び裏面に、軸方回の投影面
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
ク製円板と、該セラミックス製円板の表面及び裏面にそ
れぞれ対向する摺動面を有する二つのマルテンサイト系
ステンレス鋼から成る摺動部材とを備え、前記セラミッ
クス製円板の表面及び裏面と、これに対向する前記二つ
の摺動面とより成る二つの摺動部を、水中に没せしめた
状態で相対的回転運動を行うよう支承し、該相対的図１
．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を提供する
ものである。

〔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
れたセラミックスの表面とこれと対向する面とによって
摺動部が形成されることとなるが、この摺動部が水中に
没していることから、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、２番目の発明においては、回転軸と固定部材との
間に介在させたセラミックス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
、それぞれの面と対向する面との間で摺動部（但し、軸
の回転方向によって一方は固定部となる）を形成し、回
転軸が正回転及び逆回転のいづれの方向に回転しても、
セラミックスの円板の一方の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、他方の面においてセ
ラミックスの円板が固定される力が生ずるので、正逆い
づれの回転方向に対しても、極めて良好な摺動部が形成
されることとなる。

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　＝　１　、
　６６１ｖａ１１ｇ　　ト表示されるものが好ましいが
、厳密にこれと一敗する必要はない。

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、さらにセラミックス製部材である板１０が固定
されている。セラミックスの仮１０の表面にはスパイラ
ル溝が形成されており、これらが、水への充満する軸受
室１４に収納されている。また、６はピンである。

セラミックスの板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上部受板１２によって水が板１０
の周辺部よりスパイラル１ｓ１１に沿って中心部（図の
黒い部分で、凹部を形成している。）へ誘導され板１０
と上部受板１２と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、板１０を構成するセラミックス材
にはＳ　ｉ　Ｃ，、Ｓ　ｉ　３　Ｎ４が使用され、また
上部受板１２には、マルテンサイト系ステンレス＠　（
Ｊ　Ｉ　Ｓ規格の５ＵＳ４２０Ｊ２）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注加
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
さの常圧焼結型５ｉＣ（炭化珪素）、Ｓ　ｉ　３　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
で回転させると、板１００表面のスパイラル溝１１は、
水を周辺部より中心部へ向かっ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。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。従って板１０をハウジングの受板に接着
しても熱膨張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、これとは反対にセ
ラミックスのｖｉＩＯを回転側に固定してもその効果は
全く同様である。

またこの実施例では、セラミックスの板１０で、スパイ
ラル溝１１が３〜５０ＩＩｍ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、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４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２ｊＡ、２１Ｂ
の一方の軸受２１Ａは、可変速モータ（１０〜５０００
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（〜１００００ｋ１００Ｏ０、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はトルクメ了夕、２
９は油圧ポンプを示す。

本実施例のスラスト軸受を、上記第４図のスラスト軸受
試験装置で、軸受部材２１Ａ、２１Ｂを両受板とし、軸
受部材２１Ｂにセラミックス板を固定して水中でテスト
した結果を第１表に例示する。

第−表 ここで、限界軸受面圧とは焼付時４こおける荷重を軸受
面積で除したものである。第１表から明らかなよ？にβ
−３ｉＣと５ＵＳ４２ＱＪ２の組合わせがβ−８ｉＣと
Ｆｅ１２の耕合わせに比べて大きい結果となった。かつ
前者は氷中モセリでも耐食性に優れて（１て水中勧学と
じ工は望ましい。

な粁第１表中、セラミックス甲板の外径は８６ｍｍであ
り、回転速度Ｌｊ　２．、　Ｑ、　０（ｌ　ｒ　ｐ　ｍ
　Ｔ：ある。

また、スパイラル溝呵１さ、６〜８μｍ７表興粗さはラ
ップ仕上げによって０．３μｍ以下と、なしたものであ
る。

また本発明の２番目の発明に対応する実施例として、第
５図に示すものモつシ１て同様の試験を行った。

即ち、第５図は第１図に示した実施例のセラミックスの
板１０を固定側の下部受板１３に固定せず、しかも、下
部受板１３に面するセラミックスの板１０の表面に対し
てもスパイラルの導音形成した今のであって、従って女
ラミ、ソクスの板１．０の表面と裏面とはそれぞ１れ不
パイ？ル溝力１形成されること生なり、しかも、そのス
パイラルの方向は軸方向の投影面において互いに同じ方
向となっている。　　、　。

また１５は回転軸の回転方向が逆方向になった時に練１
０力５受板１２．．．１３の間から飛び出ないようにす
るために設けられた突起である。

この場合嶋セいても、回転軸がどちらの方向に回転して
も前と同様な摺動特性を示した。

〔卑明の効果〕

、い本発明では、河川水、海水、ブラキシュウォータ、
地下水、地熱水〈腐食性水溶液等の所謂水中に榎漬され
た状ｓ７作動するスパイラルグループ型のスラスト軸受
に対し、スパイラル溝を形成したセラミックス板を１用
い、このスパイラル溝と対向して摺動す、る摺動面を構
成する材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼を用い
てスラスト軸受を構成したので１、ニスラスト軸受部の
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。従う）で本発明、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。

また、セラミックス円板の両面に軸方向投影面で互いに
同し向きのスパイラル溝を設け、それぞれ摺動面を形成
−已しめることにより、軸が正転、逆転しても何れの場
合でも大きなスラスト容量を有し優れた摺動特性を示す
ことができる。

【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のスパイラル板を示す平
面図であり、第３図は従来のティルティングパソド型ス
ラスト軸受の断面図を示し、第４図は本発明に関する試
験装置を示す概略図であり、第５図は別の実施例の断面
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−ピン、７−下部支持体、８−ハソ
ド、】〇−板、１１−スパイラル溝、１２−に１部受板
、１３−下部受板、１４−軸受室、１５−＝−突起、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−ｌ−ルクメ一タ、２７−推力軸、２８
−油圧シリンダ、２９−油圧ポンプ、３０−ロー１−″
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　部ぐ） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面にスパイラル溝を形成したセラミックス製部材
   と、該スパイラル溝を形成した表面に対向する摺動面を
   有するマルテンサイト系ステンレス鋼から成る摺動部材
   とを備え、前記スパイラル溝を形成した表面と、前記摺
   動面とより成る摺動部を、水中に没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構成したこと
   を特徴とするスラスト軸受。 ２、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製円板と、該セ
   ラミックス製円板の表面及び裏面にそれぞれ対向する摺
   動面を有する二つの摺動部材とを備え、前記セラミック
   ス製円板の表面及び裏面と、これに対向する前記二つの
   摺動面とより成る二つの摺動部を、水中に没せしめた状
   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。