JP2003232340A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸の軸心がスラスト軸受の軸心からずれ
ても、スラスト軸受とスラストカラーの間で片当りを生
じさせることなくスラスト荷重を支持可能としたスラス
ト軸受を提供する。 【解決手段】回転軸１に取り付けられたスラストカラー
３を介して回転軸１に働くスラスト荷重を支持するスラ
スト軸受２である。スラスト軸受２には、半径方向に内
周パッド２１と外周パッド２２が配置されており、各パ
ッド２１、２２は円周方向に複数個に分割されている。
外周パッド２２は、そのランド部に前記スラストカラー
３との間のすき間が外周側で広くなるテーパ２３が形成
されている。このスラスト軸受２では、回転軸１の軸心
がずれると、片当りが生ずる側において、外周側で広く
なるテーパ２３が形成されたランド部２２Ｄがスラスト
カラー３と平行になるように近づいて、その片当り側の
外周パッド２２がスラスト荷重を支持する割合が増え、
片当りによる温度上昇や焼付きを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスラスト軸受に関
し、特に、大型過給機やターボ機械等の回転軸に適用し
て好適なスラスト軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型ターボ機械用の回転軸には、大きな
軸方向の推力が発生する。このため軸受支持部に変形や
傾斜を生じる頻度が高い。また、軸受とハウジングは構
造と材質が各軸受部で異なることによって軸受部間に熱
膨張差を生じ、これによって回転軸の軸心に多少の傾き
を生じ、スラスト軸受とスラストカラーの間で片当たり
を生じる。

【０００３】スラスト軸受とスラストカラーの間で片当
たりを生じると、パッドの油膜厚が薄くなり、スラスト
荷重を支持することができずに急激な温度上昇や焼付き
を生ずる危険がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転軸の軸
心がスラスト軸受の軸心からずれても、スラスト軸受と
スラストカラーの間で片当りを生じさせることなくスラ
スト荷重を支持可能としたスラスト軸受を提供すること
を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、回転軸に取り付けられたスラストカラーを
介して回転軸に働くスラスト荷重を支持するスラスト軸
受であって、同スラスト軸受は、円周方向に複数個に分
割されたパッドが半径方向に複数列配置されており、か
つ、半径方向の外周側に配置された前記パッドには、そ
のランド部に前記スラストカラーとの間のすき間が外周
側で広くなるテーパが形成されていることを特徴とする
スラスト軸受を提供する。

【０００６】本発明のスラスト軸受では、円周方向に複
数個に分割されるとともに、半径方向に複数列配置され
たパッドのうち、半径方向外周側に配置されたパッド
に、スラストカラーとのすき間が外周側で広くなるテー
パがそのランド部に形成されているので、回転軸の軸心
がずれると、片当りが生ずる側において、外周側で広く
なるテーパ部が形成されたランド部がスラストカラーと
平行になるように近づいて、その片当り側の外周パッド
がスラスト荷重を支持する割合が増える。

【０００７】こうして、回転軸の軸心がずれたときに片
当りが生ずる側の外周のパッドがスラスト荷重を支える
割合を増やし、片当りによる温度上昇や焼付きを防ぐこ
とができる。本発明のスラスト軸受において、外周側の
パッドに形成する前記テーパとしては、階段状に形成し
たものにして加工を容易にすることができる。

【０００８】また、本発明によるスラスト軸受におい
て、円周方向に複数個に分割されて半径方向に複数列配
置するパッド列におけるランド部を円周方向に互いに重
ならないように位相をずらして配置した構成にすると、
両者の位相が同じ場合に比べて潤滑油の側方漏れが大幅
に減少され、荷重負担能力が大きく向上されたものとな
って好ましい。

【０００９】更に、本発明によるスラスト軸受におい
て、内周側のパッド列の少なくとも１列におけるパッド
及びその保持部材の一方又は両方に、外周側のパッドに
向けて開口する空洞を設けた構造にすると、パッドの弾
性変形が大きくなって回転軸の軸心がずれたときに片当
りする方向のパッドが容易に弾性変形し、スラストカラ
ーとの間に油膜厚さを確保し易くし、片当り側における
パッドのスラスト荷重負担能力を発揮させることができ
るものとなって好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるスラスト軸受
を図示した実施形態に基づいて具体的に説明する。

【００１１】（第１実施形態）まず、図１〜図４に示し
た第１実施形態によるスラスト軸受について説明する。
図１〜図４において、１は回転軸で、回転軸１にはスラ
ストカラー３が取り付けられており、回転軸１に働くス
ラスト荷重はスラストカラー３を介してスラスト軸受２
で支持される。また、スラスト軸受２はハウジング４に
保持されている。スラスト軸受２は、図２、３に示すよ
うに半径方向に複数列（本実施形態では内周パッド２１
と外周パッド２２の２列）の環状パッド群を有してい
る。

【００１２】それらのパッドのうち周縁部に位置する外
周パッド２２におけるスラストカラー３との接触面に
は、図３に見られるように半径に比例した下り勾配とな
るテーパ２３が付されている。つまり外周パッド２２に
はスラストカラー３とのすき間が外周側になるほど広く
なるテーパ２３が形成されている。一方、内周パッド２
１は、テーパ部２１Ｃとランド部２１Ｄを有している。

【００１３】以上のように、スラスト軸受２は内周パッ
ド２１と外周パッド２２の２列のパッド群より構成さ
れ、さらにそれぞれの外周パッド２２は、図２、図４に
示すように給油口２２Ａ、給油溝２２Ｂ、テーパ部２２
Ｃ、ランド部２２Ｄで構成されている。図３に示すよう
に外周パッド２２のランド部２２Ｄは内周側から外周側
に向けて下り勾配となるテーパ２３を有している。図２
の場合、給油溝２２Ｂが内周パッド２１と外周パッド２
２への給油を兼ねた構成としているが、外周パッド２２
の給油溝を全く別系統にしてもよい。

【００１４】また、各列のパッド２１、２２の枚数や１
枚の大きさ、テーパ２３の角度については運転条件など
によって選択する。一例を示すと、外周パッド２２のラ
ンド部におけるテーパ２３の始点はパッド２２の内周側
から２／３の位置で、パッドの直径が２５０ｍｍの場
合、最外周でのすき間が２０μｍ〜３０μｍ程度となる
のが適当である。さらに本実施形態では、パッド群は２
列のものについて説明したが必要に応じて３列、４列の
ものも同様に適用できる。

【００１５】以上の構造を有する第１実施形態によるス
ラスト軸受において、回転軸１の軸心が水平面上で回転
しているときは、外周パッド２２はスラストカラー３と
の間に内周パッド２１に比べて広いすき間を有している
ことと、外周側にすき間が広がるようにテーパ２３が形
成されていることにより潤滑油が外に逃げ易い。このた
め内周パッド２１に比べて外周パッド２２はスラスト荷
重の支持にほとんど寄与しない。

【００１６】しかし、回転軸１の軸心が水平面から上下
にずれる、いわゆる心外れを生じると、スラストカラー
３とスラスト軸受２が平行でなくなり片当たりを生じ
る。外周パッド２２がない場合は、油膜崩壊が起きなけ
れば片当たり方向の油膜が減少して圧力が上昇し、スラ
スト荷重を支持する。

【００１７】本実施形態によるスラスト軸受のように外
周パッド２２にテーパ２３が形成されていると、片当た
り方向で外周パッド２２とスラストカラー３が平行に近
づくため、外周パッド２２がスラスト荷重を支持する割
合が増加する。これにより、片当り側における油膜厚さ
の減少を少なくしてスラスト荷重を支持することが出来
るようになる。したがって、十分な油膜厚さを維持でき
るので急激な温度上昇や、焼付きに至る危険性を低減で
きることとなる。

【００１８】（第２実施形態）次に、図５、図６に示し
た第２実施形態によるスラスト軸受について説明する。
なお、この第２実施形態では、第１実施形態に比べて特
徴的な部分のみを説明し、第１実施形態によるスラスト
軸受と構造が同じ部分には第１実施形態における符号と
同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明
は省略する。

【００１９】図５、６に示すように、この第２実施形態
のスラスト軸受２の外周パッド２２のランド部２２Ｄ
は、内周パッド２１のランド部２１Ｄに比べて半径方向
に階段状に薄くなるように配置する。つまり、図６に示
しているように外周、内周２列の場合は内周パッド２１
のランド部２１Ｄに対して外周パッド２２のランド部２
２Ｄが階段状に一段低くなっており、外周側がスラスト
カラー３とのすき間ａが広くなる。その他の構造は、第
１実施形態によるスラスト軸受の構造と同じであり、そ
の説明を省略する。

【００２０】以上の構造を有する第２実施形態のスラス
ト軸受において、回転軸１が角度的な心外れを生じたと
きに、片当たり方向の外周パッド２２のランド部２２Ｄ
とスラストカラー３が近づいて、この部分でスラスト荷
重の支持ができるので、スラスト荷重に対する負荷能力
が上昇して内周パッド２１の油膜厚さの減少を抑制でき
る。なお、半径方向に３段以上のパッドを有する軸受に
おいては、外周側に移行するにつれてパッドを順次、階
段状に形成して、スラストカラーとのすき間が広がるよ
うに形成しておくこともできる。この第２実施形態によ
るスラスト軸受は、パッドに形成するテーパを階段状に
してあるので、第１実施形態の場合に比べ、工作が非常
にしやすいというメリットがある。

【００２１】（第３実施形態）次に、図７〜図９に示し
た第３実施形態によるスラスト軸受について説明する。
なお、この第３実施形態では、第１実施形態に比べて特
徴的な部分のみを説明し、第１実施形態によるスラスト
軸受と構造が同じ部分には第１実施形態における符号と
同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明
は省略する。

【００２２】図７〜図９に示すように、この第３実施形
態によるスラスト軸受のパッドは半径方向に２列配置さ
れており、隣り合う列の内周パッド２１と外周パッド２
２のランド部２１Ｄ，２２Ｄが円周方向に重ならないよ
うに位相をずらして配置してある。すなわち、図７に見
られるように、内周パッド２１のランド部２１Ｄと２１
Ｄの間に外周パッド２２のランド部２２Ｄが位置するよ
うに円周方向にパッドの配置をずらして形成している。

【００２３】パッドを複数列配置したものにおいて、内
周パッド２１のランド部２１Ｄと外周パッド２２のラン
ド部２２Ｄが円周方向に位相をずらして配置した場合に
は、１枚のパッドを半径方向に広げたもの、つまり両者
の位相が同じ場合と比較して潤滑油の側方漏れを著しく
減少させることができる。これにより荷重負荷能力の向
上が図られるとともに潤滑油の温度の上昇を防ぎ、冷却
効果を維持することができる。

【００２４】なお、複数パッドのパッドランド部は、第
３実施形態で説明したように半径方向に階段状に形成し
てスラストカラーとの間隔が順次広がるように形成され
ている。また、図７に示すものは内周パッド２１と外周
パッド２２のパッドの数は１２個で同数であるが、パッ
ドの個数を変えることによってパッドのランド部が重な
らないようにしてもよい。この場合は、パッドの配置が
し易いというメリットがある。

【００２５】（第４実施形態）次に、図１０、図１１に
示した第４実施形態によるスラスト軸受について説明す
る。なお、この第４実施形態では、第１実施形態に比べ
て特徴的な部分のみを説明し、第１実施形態によるスラ
スト軸受と構造が同じ部分には第１実施形態における符
号と同じ符号を付してあり、それらについての重複する
説明は省略する。

【００２６】図１０に示すように、この第４実施形態に
よるスラスト軸受では、パッドが半径方向に複数列（図
では２列）配置されている。内周パッド２１の保持部材
５に空洞６を形成してある。空洞６の形状は図１１に示
すようにコ字状のくり抜きでもよいし、点線で示すよう
にくさび状でもよい。いずれにしても空洞６は外周パッ
ド２２の方向に開口を有するように形成するのが効果的
である。

【００２７】また、空洞６は全周空洞である必要はな
い。保持材５の強度にも関係するが、空洞６を間隔をあ
けて形成するか、空洞６内にリブを補強してもよい。そ
して、空洞６を持ったパッド列に隣接するパッド列にテ
ーパ２３を形成する（階段状でもよい）。図１１に示す
ように、内周パッド２１の一部もしくは保持材５の一部
が空洞６となっており、外周パッド２２はスラストカラ
ー３との間のすき間が半径方向に広がるように内周側パ
ッド面とは１段下がった状態で、かつ内周側から外周側
へかけて下り勾配を持つようにテーパ２３が形成されて
いる。

【００２８】以上のように構成した第４実施形態による
スラスト軸受において、パッドもしくはその保持材５の
一部に空洞６を設けることにより、パッドが圧力を受け
たときの弾性変形が大きくなる。回転軸１の軸心が角度
的な心外れを生じたときに、片当たりする方向のパッド
が効率よく弾性変形する（例えば図１１の矢印の方向
に）ことによってスラスト荷重を支持するための油膜厚
さを確保でき、また隣接するパッドが負荷能力を発揮す
るのでパッドの油膜厚さが薄くなりすぎることを防ぐこ
とができる。

【００２９】以上、本発明を実施の形態により具体的に
説明したが、本発明がこれら実施形態に限定されるもの
ではなく、本出願の特許で請求の範囲に示す本発明の範
囲内において種々の変更、変形を加えてよいことはいう
までもない。例えば、図示した実施形態では、半径方向
に内周パッドと外周パッドの２列の系統としたものを示
したが、３列以上でもよいし、また、円周方向にパッド
を分割する数も図示した以外、適宜の数であってよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転軸
に取り付けられたスラストカラーを介して回転軸に働く
スラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、同スラ
スト軸受は、円周方向に複数個に分割されたパッドが半
径方向に複数列配置されており、かつ、半径方向の外周
側に配置された前記パッドには、そのランド部に前記ス
ラストカラーとの間のすき間が外周側で広くなるテーパ
が形成されている構造のスラスト軸受を提供する。

【００３１】本発明のスラスト軸受では、円周方向に複
数個に分割されるとともに、半径方向に複数列配置され
たパッドのうち、半径方向外周側に配置されたパッドに
は、スラストカラーとのすき間が外周側で広くなるテー
パがそのランド部に形成されている。したがって、回転
軸の軸心がずれると、片当りが生ずる側において、外周
側で広くなるテーパ部が形成されたランド部がスラスト
カラーと平行になるように近づいて、その片当り側の外
周パッドがスラスト荷重を支持する割合が増え、片当り
による温度上昇や焼付きを防ぐことができる。

【００３２】本発明のスラスト軸受において、外周側の
パッドに形成する前記テーパを階段状に形成したもので
は、加工が容易である。また、本発明によるスラスト軸
受において、円周方向に複数個に分割されて半径方向に
複数列配置するパッド列におけるランド部を円周方向に
互いに重ならないように位相をずらして配置した構成に
したものでは、両者の位相が同じ場合に比べて潤滑油の
側方漏れが大きく減少され、荷重負担能力が大きく向上
される。

【００３３】更に、本発明によるスラスト軸受におい
て、内周側のパッド列の少なくとも１列におけるパッド
及びその保持部材の一方又は両方に、外周側のパッドに
向けて開口する空洞を設けた構造にしたものでは、パッ
ドの弾性変形が大きくなって回転軸の軸心がずれたとき
に片当りする方向のパッドが容易に弾性変形し、スラス
トカラーとの間に油膜厚さを確保し易くし、片当り側に
おけるパッドのスラスト荷重負担能力を発揮させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるスラスト軸受の
構成を示す全体側面図。

【図２】 図１のII−II線に沿う正面図。

【図３】 図２のIII−III線に沿う正面図。

【図４】 図２のIV−IV線に沿う正面図。

【図５】 本発明の第２実施形態によるスラスト軸受の
構成を示す全体側面図。

【図６】 図５のVI−VI線に沿う正面図。

【図７】 本発明の第３実施形態によるスラスト軸受の
構成を示す全体側面図。

【図８】 図７のVIII−VIII線に沿う正面図。

【図９】 図７のIX−IX線に沿う正面図。

【図１０】 本発明の第４実施形態によるスラスト軸受
の図２に対応する正面図。

【図１１】 図１０のXI−XI線に沿う正面図。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ スラスト軸受 ３ スラストカラー ４ ハウジング ５ 保持部材 ６ 空洞 ２１ 内周パッド ２１Ｃ テーパ部 ２１Ｄ ランド部 ２２ 外内周パッド ２２Ａ 給油口 ２２Ｂ 給油溝 ２２Ｃ テーパ部 ２２Ｄ ランド部 ２３ テーパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA30 FA31 GB39 GB59 GB71 3J011 AA01 AA20 BA15 BA17 BA18 CA01 CA04 JA02 KA03 MA02 MA21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に取り付けられたスラストカラーを
   介して回転軸に働くスラスト荷重を支持するスラスト軸
   受であって、同スラスト軸受は、円周方向に複数個に分
   割されたパッドが半径方向に複数列配置されており、か
   つ、半径方向の外周側に配置された前記パッドには、そ
   のランド部に前記スラストカラーとの間のすき間が外周
   側で広くなるテーパが形成されていることを特徴とする
   スラスト軸受。
2. 【請求項２】前記テーパを階段状に形成したことを特徴
   とする請求項１に記載のスラスト軸。
3. 【請求項３】半径方向に隣り合う前記パッド列における
   ランド部が円周方向に互いに重ならないように位相がず
   らされて配設されていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のスラスト軸受。
4. 【請求項４】内周側のパッド列の少なくとも１列におけ
   るパッド及びその保持部材の一方又は両方に、外周側の
   パッドに向けて開口する空洞を有することを特徴とする
   請求項１又は２に記載のスラスト軸受。