JPS633166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は浮動中間リングを用いた高速用軸受に
関する。

すべり速度の低減をねらい、浮動中間リングを
用いた高速軸受が使用されているが、この場合、
浮動中間リングを駆動する力は油膜の粘性力だけ
であり、中間リングの慣性力、静摩擦力に打ち勝
つて軸回転数の半分に近い回転数で浮動中間リン
グを安定して回転させることは困難であつた。

なんとなれば、浮動中間リングによる摺動速度
の低減は、少くとも静摩擦係数と動摩擦係数が同
じであるときだけ可能であり、実際には静摩擦係
数は動摩擦係数より大きいため静摩擦係数が働い
た側に浮動中間リングは従つてしまう。そして静
摩擦係数が作用しない場合浮動中間リングと対向
摺擦する静止部分、回転軸との間で軸受の面圧、
潤滑条件の相異が生じるため一層浮動中間リング
を安定した速度で回転することは困難であつた。

本発明は、浮動中間リングが回転軸よりも低い
一定速度で確実に回転可能な浮動中間リングのあ
る高速用軸受を提供することを目的とするもので
ある。

本発明は、回転軸と浮動中間リング、および浮
動中間リングを軸承する静止軸受と浮動中間リン
グの向かい合う面に、それぞれ対向するトルク発
生手段を設け、各対のトルク発生手段において発
生する伝達トルクの平衡によつて浮動中間リング
を常に回転軸の回転数よりも低い回転速度で回転
させることを特徴とする高速用軸受である。

以下本発明の実施例を図面に従つて説明する。
第１図はスラスト軸受の軸心を含む縦断面図であ
る。図示されないジヤーナル軸受で担持されるよ
うに支持された回転軸１にはスラストパツド２が
キー３を介して回転軸１の段４に当接するように
回転軸１に嵌入している。回転軸１上で回転可能
な浮動中間リング５（以下中間リングと称す）を
間にしてスラスト軸受６がケーシング７の回転軸
１と同心の円筒穴８にケーシング７の肩部９に当
接するようにして嵌入され、スラスト軸受６とケ
ーシングの肩部９に軸方向に設けられた回り止め
ピン１１により回り止めされている。

スラストパツド２と中間リング５間、中間リン
グ５とスラスト軸受６間の夫々の摺動面１２，１
３よりも大径の部分に隙間をおいて対向面を設
け、スラストパツド２には断面半円形の回転軸１
を中心とする円環状溝１４′を設け、該円環状溝
１４′を仕切つて羽根列１４が設けてあり、円環
状溝１４′に対向して中間リング５には断面半円
形の円環状溝１５′を設け、円環状溝１５′を仕切
つて羽根列１５が設けてある。同様に中間リング
５には断面半円形の回転軸１を中心とする円環状
溝１６′を羽根列１５のある面と反対面に設け、
円環状溝１６′を仕切つて羽根列１６を設け、ス
ラスト軸受６には円環状溝１６′に対向して断面
半円形の円環状溝１７′を設け、円環状溝１７′を
仕切つて羽根列１７を設ける。

第２図は第１図の各羽根列の正面図である。羽
根列１４，１５，１６，１７は夫々同一配列であ
つて各羽根列について同一符号で示される単一の
羽根１８は回転軸１の半径方向に円周を等配して
設けてある。これらによつて羽根列１４，１５、
羽根列１６，１７に流体継手が構成される。

回転軸１とともに、スラストパツド２が回転
し、スラストパツド２に設けた羽根列１４の中の
液体がポンプ作用によつて、図の矢印のように循
環する。スラストパツド２に設けた羽根列１４を
出た液体は、中間リング５に設けた羽根列１５に
入り、中間リング５に回転トルクを与えこれによ
つて中間リング５は回転する。中間リング５の回
転により、中間リング５に設けたもう一方の羽根
列１６も同様にポンプ作用によつて図中の矢印の
ように液体を循環させる。この際スラスト軸受６
に設けた羽根列１７は回転しないため、中間リン
グ５に設けた羽根列１６には、回転方向とは逆方
向に反動トルクが作用する。

潤滑油は図示矢印イからスラスト軸受６と回転
軸１間から入つて分れ一方は摺動面１３に向い他
方は回転軸１と中間リング５間の摺動面を潤滑し
て摺動面１２に向う。摺動面１２，１３を潤滑し
た潤滑油は夫々羽根列１６，１７及び羽根列１
４，１５に作用して中間リング５、スラストパツ
ド２の外周側に出てケーシング７に設けた排油穴
１０から排出される。或はスラスト軸受装置全体
を油中にあるように軸受箱中に設けてもよい。

第３図は回転軸１の回転数n₂を一定にして、中
間リング５の回転数n₁を変えたときの前記中間リ
ング５に与えられる回転トルクと、前記中間リン
グ５に作用する反動トルクの変化を回転比n₁／n₂
に対して示した一例である。

第３図において横軸は回転比n₁／n₂をそして縦
軸には中間リング５に与えられる回転トルクと中
間リング５に作用する反動トルクを示し、回転ト
ルク特性曲線と反動トルク特性曲線が示され、両
曲線は点Ａで交る。中間リング５は、摺動面１
２，１３の摩擦抵抗によるトルクの関係を考慮に
入れないとすれば回転トルクと反動トルクの等し
くなる点Ａの回転比において回転する。点Ａの回
転比n₁／n₂が0.5となるように２対の羽根列を定
めれば、中間リング５は回転軸１の回転速度の半
分の回転速度で回転する。

従つて、摺動面１２，１３のすべり速度は中間
リング５がない場合に比べて二分の一となる。回
転比n₁／n₂は二分の一が好適ではあるがスラスト
パツド２の羽根列１４により中間リング５の羽根
列１５に与える回転トルクとスラスト軸受６の羽
根列１７が中間リング５の羽根列１６に与える反
動トルクとの特性は夫々一組の羽根列１４，１５
及び１６，１７により定まるので回転軸１の回転
数n₂と中間リング５の回転数n₁の比が二分の一に
限られるものではなく、中間リング５の回転数が
回転軸１の回転数よりも低い他の一定値を選定し
てもよい。

次に摺動面１２，１３の摺動抵抗による回転ト
ルク及び反動トルクに対する影響を考えると回回
転軸１の回転数が一定ならば摺動面１２，１３の
すべり速度は低下したとしても変化は大きくない
から摺動面１２，１３のすべり速度はほぼ一定と
して扱うことができる。すべり摩擦の流体潤滑状
態における摺動抵抗は潤滑油の粘度、軸受面積、
すべり速度に比例し油膜の厚さに反比例する。定
常状態の運転時は潤滑油の粘度は一定であり、荷
重の関数である油膜の厚さも荷重も一定とすれば
一定である。従つて摺動抵抗はほぼ一定とみなす
ことができる。摺動抵抗がほぼ一定とすれば摺動
面１２，１３の摺動抵抗による摩擦トルクもほぼ
一定とみなすことができる。

摺動面１２の摺動抵抗は回転トルクの抵抗とな
り回転トルクを低下させ、摺動面１３の摺動抵抗
は反動トルクに加わる。従つて第３図に夫々点線
で示すように回転トルク特性曲線は低下し、反動
トルク特性曲線は上昇し、これらの回転トルク特
性曲線と反動トルク特性曲線の交点はＡがA′と
なり、回転比n₁／n₂は低下するから中間リング５
は回転軸１の二分の一の速度よりも遅い速度で回
転する。中間リング５の回転数は羽根列１４，１
５，１６，１７の形状を変えることにより変え得
ることは勿論であり、摺動面１２，１３の抵抗を
考慮に入れて中間リング５の回転数を回転軸１の
回転数の二分の一にすることができる。

スラストパツド２、中間リング５に設ける羽根
列１４，１６は遠心ポンプの羽根と同様のポンプ
羽根車を形成し、中間リング５、スラスト軸受６
に設ける羽根列１５，１７は該ポンプにより送ら
れる液体により駆動される水車の羽根車であれば
よいので他の実施例を示すと第４図乃至第６図に
正面図で示す如くである。

第４図は羽根１８が回転軸１を中心とする円に
接する方向に羽根１８が半径方向に対して一定の
角度θをもち第４図のＡ―Ａ断面図の第７図のと
おり断面半円径の回転軸１を中心とする円環溝に
設けてある。この実施例では回転方向が一定の場
合に適し、トルクを伝達する際の流体力学的損失
を減少できる。

第５図は第１図の実施例における羽根列と配列
は同じであるが、第５図のＢ―Ｂ断面図の第８図
に示されるように羽根１８は半円よりも小さい円
弧形である。この実施例では回転軸１を中心とす
る同一断面の円環状溝を仕切る羽根であるが第６
図では円周上に等配して丸穴１９を設ける。この
丸穴１９の形状は第６図のＣ―Ｃ断面図の第９図
に示される如く円筒形である。この実施例は機械
加工するに付最も簡単である。この実施例では第
９図において例えばスラストパツド２、中間リン
グ５とし図の下方に回転軸１があるとすると図示
矢印のように液体は流れる。

このように羽根列は流体力学的に完全なもので
なくてもよいのであり、駆動側羽根列に生ずる液
の流れが従動側に導かれており、且つ発生する回
転トルク特性曲線と反動トルク特性曲線が交叉す
ればよいのである。

第１０図は本発明のラジアル軸受における実施
例の縦断面図である。図示されない軸受により軸
方向に移動しないように軸承された回転軸１の段
部にはキー３を介して回転リング２２が嵌入し、
軸方向に移動しないように回転軸１にねじ込まれ
たナツト２１により固定されている。

ケーシング７に圧入固定された固定軸受２３と
の間には中間リング５が嵌入している。中間リン
グ５は回転軸１との間に摺動面３２を形成するよ
うに滑入し、固定軸受２３との間に摺動面３３を
形成するように滑入している。中間リング５には
つば部２４が設けられ、つば部２４の両端面は回
転リング２２の端面と固定軸受２３の端面との間
に流体継手を形成するように対設し、夫々対向し
て円周溝１４′，１５′，１６′，１７′が設けら
れ、円周溝１４′，１５′，１６′，１７′，を夫々
仕切つて羽根列１４，１５，１６，１７が設けて
ある。このような流体継手の構成は第一実施例の
スラスト軸受の場合と同様であり、流体継手に関
する詳細な説明は省略される。

第１０図において回転軸１が回転すると回転リ
ング２２は共に回転し、羽根列１４，１５の作用
より中間リング５は附勢されると共に羽根列１
６，１７の作用より抵抗を受けて回転軸１よりも
遅い速度で回転し、摺動面３２，３３ですべり速
度を中間リング５のない軸受よりも遅くしてい
る。軸受への給油は図示矢印イから摺動面３２，
３３間をとおり、夫々羽根列１４，１５及び１
６，１７間に作用して、羽根列１６，１７間に作
用した潤滑油はケーシング７の内周と中間リング
５のつば部２４の外周間をとおり、羽根列１４，
１５間に作用した潤滑油と合流して回転リング２
２の外周とケーシング７の内周との間をとおり、
図示矢印ロのように排出される。

第１１図はスラスト軸受における他の実施例を
示す回転軸を含む縦断面図である。回転軸１には
スラストパツド２が固定され、ケーシング７には
スラスト軸受６が固定され、両者間に中間リング
５が摺動面１２，１３にてスラストパツド２、ス
ラスト軸受６と接しているのは最初の実施例と同
じである。

スラストパツド２、中間リング５、スラスト軸
受６の外径は大きくされて、摺動面１２，１３よ
り外径側は間隙をおいて端面が対向すると共に、
外周はケーシング７の内周に間隙をおいて嵌入し
ている。図示のようにスラストパツド２、中間リ
ング５、スラスト軸受６の外周の角及びケーシン
グ７を通じて断面が一つの円となるようにスラス
トパツド２、中間リング５、スラスト軸受６には
ほぼ断面四分円、ケーシング７にはほぼ断面半円
形の回転軸１を中心とする円環状溝１４′，１
５′，１６′，１７′及び２７′，２８′が設けられ、
該溝１４′，１５′，１６′，１７′を仕切つて四分
円形の羽根列１４，１５，１６，１７及び該溝２
７′，２８′を仕切つて半円形羽根列２７，２８が
設けてある。

第１２図は第１１図のＤ―Ｄ断面図、もしくは
Ｅ―Ｅ断面図である。羽根列１４，１５，１６，
１７及び２７と２８は半径方向の平板状をなして
おり、溝２７′，２８′は円周溝である（羽根列１
５，１６は図示されない）。

第１１図において回転軸１が回転するとスラス
トパツド２は回転し、スラストパツド２に設けた
羽根列１４を出た潤滑油は、ケーシング７に設け
た羽根列２７間を通り、中間リング５に設けた羽
根列１５に導かれトルクを伝達する。羽根列１
６，２８，１７についても同様で図示矢印のよう
に潤滑油は流れ、スラスト軸受６の羽根列１７は
中間リング５の羽根列１６に反動トルクを及ぼ
す。潤滑油は矢印イに示すようにスラスト軸受６
と回転軸１の間から摺動面１２，１３に供給さ
れ、摺動面１２，１３を外周側へ出た潤滑油は
夫々羽根列１４，２７，１５及び１６，２８，１
７に作用し、羽根列１６，２８，１７に作用した
潤滑油は羽根列１４，２７，１５にも作用して矢
印ロの方向に排出される。

本実施例においては、ケーシング７の円周面に
設けた羽根列２７，２８の羽根数、羽根角度を変
えることで伝達トルク量を調節でき、また、この
羽根列の反動トルクにより中間リング５に過大な
トルクが作用することを防止できる。

本発明は中間リングのあるスラスト軸受または
ジヤーナル軸受において、回転軸と一体的に回転
するスラストパツド又は回転リングと中間リン
グ、および中間リングと固定側のスラスト軸受又
は固定軸受にそれぞれ対向する羽根列を設け、こ
の２対の羽根列において発生する回転トルクと反
動トルクの平衡によつて、中間リングを回転せし
めるようにしたことによつて以下の効果を生じ
た。

対向する羽根列によつて伝達されるトルク
は、第３図に示したようになるので、例えば、
中間リングの回転数が交点Ａの回転数より大き
くなつた場合、反動トルクが回転トルクより大
きくなり中間リングの回転数を減少させる力が
働く。同様に中間リングの回転数が交点Ａの回
転数より小さくなつた場合、中間リングの回転
数を増加させる力が働く。すなわち、中間リン
グが交点Ａによつて定まる回転数で安定して回
転するような力が常に作用し、交点Ａの回転比
が0.5となるようにすれば、中間リングは回転
軸の半分の回転速度で安定して回転する。かく
して軸受のすべり速度が低減し、すべり面の発
生熱、損失の低減が可能となり、回転軸の高速
化が可能となる。

前記の効果は、２対の羽根車がトルク伝達能
力のある媒体で満たされているだけで得ること
ができ、潤滑油などの流れは直接的には必要と
しないので、強制潤滑を行なわない潤滑油槽中
に配した軸受にも広く応用できる。

以上の実施例は中間リングが単数の場合をのべ
た。中間リングが複数重ねた場合において夫々の
中間リング間に摺動面を設けると共に隙間をおい
た対向面を作つて羽根列を構成すればよい。この
場合一対の対向する羽根車間のトルク伝達特性曲
線が次段の反動トルク特性曲線との交点でその中
間リングは回転しようとするから、中間リングは
総て安定した速度で回転し、摺動面の対の数だけ
に割振つて該面の摺動速度を低下させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスラスト軸受における実施例
の縦断面図、第２図は第１図の一部平面図、第３
図は第１図の実施例のトルク伝達特性を示す線
図、第４図乃至第６図は夫々が第１図における羽
根列の実施例を示す平面図、第７図は第４図のＡ
―Ａ断面図、第８図は第５図のＢ―Ｂ断面図、第
９図は第６図のＣ―Ｃ断面図、第１０図は本発明
のラジアル軸受における実施例の縦断面図、第１
１図は本発明のスラスト軸受における他の実施例
の縦断面図、第１２図は第１１図のＤ―Ｄもしく
はＥ―Ｅ断面図である。 １……回転軸、２……スラストパツド、３……
キー、４……段、５……中間リング、６……スラ
スト軸受、７……ケーシング、８……円周穴、９
……肩部、１０……排油穴、１１……回り止めピ
ン、１２，１３……摺動面、１４，１５，１６，
１７……羽根列、１４′，１５′，１６′，１７′…
…円環状溝、１８……羽根、１９……丸穴、２１
……ナツト、２２……回転リング、２３……固定
軸受、２４……つば部、２７，２８……羽根列、
２７′，２８′……円環状溝、３２，３３……摺動
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 浮動中間リングのあるスラスト軸受または、
   ジヤーナル軸受において、回転軸または回転軸と
   ともに回転する回転部材等の回転部と、浮動中間
   リング、および浮動中間リングとケーシングまた
   はケーシングに固定せしめられている静止部材等
   の静止部にそれぞれ向い合う円環状の羽根列を設
   けてなり、回転部が回転することによつて回転部
   に設けた羽根列に生ずる液体の流れを中間リング
   に設けた羽根列に導き、かつ静止部に設けた羽根
   列に対向する中間リングに設けた羽根列に生ずる
   液体の流れを静止部の羽根列に導き、それぞれの
   羽根列で生じるトルクが、中間リングが回転軸の
   回転数よりも低い回転数で回転するときに等しく
   なるようにして、中間リングが回転軸の回転数よ
   りも低い回転数において安定して回転するように
   したことを特徴とする高速用軸受。 ２ 中間リングを複数とし対向する中間リングの
   面に羽根列を設けてなる特許請求の範囲第１項記
   載の高速用軸受。