JP7313885B2 - スラスト軸受 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の軸方向荷重を支持するスラスト軸受に関し、特にテーパランドスラスト軸受に用いられるスラスト軸受に関する。

回転軸に設けられたスラストディスクと、このスラストディスクに対向する摺動面を有するスラスト軸受からなるテーパランドスラスト軸受が知られている。テーパランドスラスト軸受におけるスラスト軸受の摺動面はテーパ部（傾斜面）とランド部（スラスト面）から形成され、テーパ部のくさび効果にて潤滑油をランド部に供給し、スラストディスクとの潤滑作用を高くしている。

近年、テーパランドスラスト軸受におけるスラスト軸受の摺動面を合成樹脂で形成する試みが活発となっている。これまでに、摺動面をテフロン（登録商標）を主体とする樹脂で形成したスラスト軸受（特許文献１参照）や、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などを主材とする樹脂被膜層が形成されたスラスト軸受（特許文献２参照）、スラスト受面に複数枚の樹脂シートが積層されたスラスト軸受（特許文献３参照）などが技術開発されている。

特開２００６－１８３７０２号公報 特開２０１３－１４８１３６号公報 特開２０１６－１６６６６２号公報

しかし、摺動面が合成樹脂からなる従来のスラスト軸受は、合成樹脂製摺動面の摩耗によってテーパ部の表面積が減少していき、それに伴い平面部の表面積が増大していく。そのため、スラスト軸受の新品時と摩耗が進行した経年時において回転トルクが異なるという問題があった。端的に言うと、使用に伴い、回転トルクが高くなるという問題があった。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、使用によっても回転トルクが増加することを防止できるスラスト軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラスト軸受は、回転体のアキシアル荷重を受けるスラスト軸受であって、上記スラスト軸受は、少なくとも上記アキシアル荷重を受ける一方の軸受面に、摺動面となるスラスト面と、円周方向に等間隔で形成された放射状の複数の潤滑溝とを有し、上記潤滑溝は、上記回転体の回転方向へ向かって溝深さが浅くなる第１の傾斜面を有し、上記第１の傾斜面の回転方向下流側の端部と上記スラスト面との境界部には、上記スラスト面に対して、上記第１の傾斜面よりも大きな傾斜角度をなす第２の傾斜面が形成されていることを特徴とする。

上記潤滑溝の最深部の溝深さが、上記スラスト軸受の厚さの１／３以下であることを特徴とする。

上記スラスト面に対する上記第１の傾斜面の傾斜角度が３～３０度であることを特徴とする。また、上記第２の傾斜面の傾斜角度が２０度～６０度であり、上記第１の傾斜面の傾斜角度に対して１５度以上の角度であることを特徴とする。

上記スラスト面が合成樹脂からなることを特徴とする。

上記スラスト軸受がテーパランドスラスト軸受における回転軸に設けられたスラストディスクと相対回転するスラスト軸受であることを特徴とする。

本発明のスラスト軸受は、少なくともアキシアル荷重を受ける一方の軸受面に、円周方向に等間隔で形成された放射状の複数の潤滑溝を有し、潤滑溝は、回転体の回転方向へ向かって溝深さが浅くなる第１の傾斜面を有し、第１の傾斜面の回転方向下流側の端部とスラスト面との境界部には、スラスト面に対して、第１の傾斜面よりも大きな傾斜角度をなす第２の傾斜面が形成されているので、使用によりスラスト軸受の摺動面（スラスト面）が摩耗した場合であっても、第１の傾斜面の表面積の減少がなく、摺動面の表面積の増加が抑制される。これにより、使用に伴う回転トルクの増加を防止できる。

潤滑溝の最深部の溝深さが、スラスト軸受の厚さの１／３以下であるので、十分な厚さが確保され、スラスト軸受の強度を保持できる。

スラスト面に対する第１の傾斜面の傾斜角度が３～３０度であるので、他部材との相対回転に伴う潤滑油による動圧を発生させることができる。また、第２の傾斜面の傾斜角度が２０度～６０度であり、第１の傾斜面の傾斜角度に対して１５度以上の角度であるので、第２の傾斜面が動圧抑止となることを防止することができる。

スラスト面が合成樹脂から形成されるので、スラスト面が金属製である場合と比べて回転トルクを小さくすることができる。また、スラスト面が合成樹脂の場合、摩耗によるトルク上昇が懸念されるが、所定の潤滑溝構造を有するので、回転トルクの上昇を防止できる。

本発明のスラスト軸受は、テーパランドスラスト軸受に使用され、回転軸に設けられたスラストディスクと相対回転するスラスト軸受であるので、テーパランドスラスト軸受の回転トルクの上昇を長期にわたり防止できる。

テーパランドスラスト軸受の一例を示す断面図である。 本発明のスラスト軸受の一例を示す斜視図である。 図２のスラスト軸受の平面図などである。 本発明のスラスト軸受の他の例を示す断面図である。 摺動面の摩耗による変化を示すための図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明のスラスト軸受を備えるテーパランドスラスト軸受の断面図である。図１に示すように、テーパランドスラスト軸受１は、回転軸２と一体に回転するスラストディスク３と、スラストディスク３に対向配置されたスラスト軸受４とを備える。スラストディスク３は、アキシアル方向の荷重を受けながらスラスト軸受４の一方の軸受面に押しつけられる構成である。スラスト軸受４のスラスト面５は、スラストディスク３の端面と平行な平坦面であり、摺動面を構成する。回転軸２が一方向に回転することで、スラスト軸受４が相手摺動部材であるスラストディスク３と相対回転する。

本発明のスラスト軸受の一実施例を図２および図３に基づいて説明する。図２は、スラスト軸受の斜視図であり、図３（ａ）はスラスト軸受の正面図であり、図３（ｂ）はそのＡ－Ａ線拡大断面図である。図２に示すように、スラスト軸受４は、円環平板状（中空円盤状）の部材であり、アキシアル方向の荷重を受ける側の一方の軸受面に、スラスト面５と、外側に向かって径方向に放射状に延びる複数本の油溝６を有する。油溝６は、軸受面において円盤の内周から外周に貫通する凹部として形成される。スラストディスクとの相対回転時には、油溝６が潤滑溝となり、スラスト面５へ潤滑油が供給される。

図３（ａ）に示すように、軸受面においてスラスト面５と油溝６は、円周方向に交互に繰り返し形成される。複数の油溝６は、円周方向に等間隔に設けられている。この間隔は、各油溝の周方向略中央を通る線同士がなす角度の間隔である。図３では油溝６が８本形成されており、隣り合う油溝同士の角度間隔は４５°である。なお、図３中の矢印Ｘは、スラストディスクの回転方向を示す。

図３（ｂ）に示すように、油溝６は、回転方向Ｘへ向かって溝深さが浅くなる第１の傾斜面６ａを有する。つまり、第１の傾斜面６ａは、回転方向Ｘの上流側から下流側に向けて溝深さが浅くなるようにテーパが付けられている。このテーパの角度、つまりスラスト面５に対する第１の傾斜面６ａの傾斜角度αは、３～３０度が好ましい。３度未満であると傾斜面の形成が困難となり、３０度を超えると動圧発生効果が乏しくなるおそれがある。傾斜角度αは、より好ましくは５～２０度であり、より好ましくは５～１５度である。

第１の傾斜面６ａの回転方向Ｘ下流側の端部とスラスト面５との境界部には、第１の傾斜面６ａよりも急勾配の第２の傾斜面６ｂが設けられている。スラスト面５に対する第２の傾斜面６ｂの傾斜角度βは、傾斜角度αよりも大きい角度であればよく、例えば２０～６０度であり、好ましくは３５～６０度であり、さらに好ましくは４０～５５度である。傾斜角度βが２０度よりも緩勾配であると、スラスト面５の摩耗が生じた時に、スラスト面５の面積変化が大きくなり、所望の効果が得られないおそれがある。傾斜角度βが６０度よりも急勾配であると、動圧効果に影響が生じる懸念がある。また、傾斜角度αとの関係で言えば、傾斜角度βが傾斜角度αの２倍以上であることが好ましく、傾斜角度βが傾斜角度αよりも１５度以上大きい角度であることが好ましい。

傾斜角度αおよび傾斜角度βの好ましい形態は、傾斜角度αが５～２０度であり、傾斜角度βが４０～５５度である。なお、図３では、傾斜角度αが７度、傾斜角度βが４５度の場合を示している。

第１の傾斜面６ａの周方向幅と第２の傾斜面６ｂの周方向幅との割合は、５：１～２５：１であることが好ましく、１０：１～２０：１であることがより好ましい。また、本発明のスラスト軸受において、複数の油溝は、そのすべてが円盤の内周から外周へかけて一様に等しい幅、等しい深さ、等しい溝断面形状に形成されることが好ましい。

図３（ｂ）において、油溝６の溝深さＤは、スラスト軸受４の厚さＴの１／１０～１／２の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは１／１０～１／３の範囲である。この溝深さＤは、摺動面（スラスト面５）から溝底部までの深さであり、溝底が傾斜面などである場合には、最深部までの深さである。溝深さＤが厚さＴの１／２よりも大きいと、スラスト軸受の強度低下の懸念がある。一方、溝深さＤが厚さＴの１／１０よりも小さいと、動圧効果に影響が生じる懸念がある。なお、スラスト軸受の厚さＴは、例えば３～２０ｍｍである。

第２の傾斜面６ｂの深さＤ_ｂ（第１の傾斜面６ａと第２の傾斜面６ｂとの境界部の摺動面からの深さ）は、油溝６の溝深さＤの１／３０～１／８であることが好ましい。溝深さＤの１／８よりも大きいと動圧効果が低下するおそれがあり、溝深さＤの１／３０より小さいと摺動面の摩耗時に第２の傾斜面６ｂが消失するおそれがある。

図３において、第１の傾斜面６ａは油溝６の溝底部を形成しており、回転方向Ｘに対して直交する面である油溝６の内壁面に直接接続されている。この内壁面は、油溝６において回転方向Ｘの上流側の端部に位置する。図３では、油溝６の最深部は、径方向に沿って線状に形成される。なおこの場合、第１の傾斜面６ａの深さＤ_ａは、溝深さＤと同じ値である。

図４には、本発明のスラスト軸受の別例を示す。図４は、スラスト軸受４’の油溝６’周辺の断面図であり、図３のＡ－Ａ線拡大断面図に相当する図である。図４に示すように、油溝６’は、第１の傾斜面６ａおよび第２の傾斜面６ｂに加えて、断面略矩形の溝底部６ｃを有する。溝底部６ｃは、スラスト面５と平行な平坦面で構成されている。溝底部６ｃと第１の傾斜面６ａとは段差を介して、非連続に接続されている。この構成では、油溝６の容積が大きくなるため、潤滑油の保持性を高めることができる。また、図４では、第１の傾斜面６ａの深さＤ_ａは、溝深さＤよりも小さくなっている。なお、溝底部６ｃの形状は、断面円弧状でもよい。

図５に示すように、本発明のスラスト軸受は、第１の傾斜面６ａとスラスト面５（摺動面）との境界部に、第１の傾斜面６ａよりも急勾配の第２の傾斜面６ｂが設けられているため（図５（ａ））、第２の傾斜面を設けない場合（図５（ｂ））と比較して、摺動面が同程度摩耗した場合でも摺動面の表面積の増加が小さく、トルクの変化が抑えられる。なお、第２の傾斜面として、第１の傾斜面６ａよりも傾斜角度が小さい傾斜面を設けた場合には、トルクの変化が一層大きくなる。

スラスト軸受の材質は鉄系金属であっても、セラミックスや剛性の高い合成樹脂であってもよい。回転トルクを小さくするために、少なくとも摺動面が合成樹脂で形成されていることが好ましい。合成樹脂としては、公知の熱可塑性エンジニアリングプラスチックや、熱硬化性エンジニアリングプラスチックが使用できる。本発明のスラスト軸受は、合成樹脂の成形品や、機械加工品、合成樹脂の塗膜体であってもよい。成形品および機械加工品であればスラスト軸受の油溝などを一体に形成できる。また、塗膜体であれば、金属やセラミックスを基材として油溝などが形成されたスラスト軸受を製造し、摺動面に樹脂塗膜を形成することができる。

本発明のスラスト軸受は、タービンポンプやトランスミッションおよびコンプレッサなどのテーパランドスラスト軸受に適用可能であり、テーパランドスラスト軸受以外にも適用可能である。

本発明のスラスト軸受は、使用によっても回転トルクが増加することを防止できるので、長期間低トルクのスラスト軸受として利用できる。特に、テーパランドスラスト軸受のスラスト軸受として好適である。

１ テーパランドスラスト軸受
２ 回転軸
３ スラストディスク
４、４’ スラスト軸受
５ スラスト面（摺動面）
６、６’ 油溝
６ａ 第１の傾斜面
６ｂ 第２の傾斜面
６ｃ 溝底部

Claims (5)

1. 回転体のアキシアル荷重を受けるスラスト軸受であって、
   前記スラスト軸受は、少なくとも前記アキシアル荷重を受ける一方の軸受面に、摺動面となるスラスト面と、円周方向に等間隔で形成された放射状の複数の潤滑溝とを有し、
   前記スラスト面が合成樹脂からなり、
   前記潤滑溝は、円環の内周から外周に貫通して形成され、
   前記潤滑溝は、前記回転体の回転方向へ向かって溝深さが浅くなる第１の傾斜面を有し、前記第１の傾斜面の回転方向下流側の端部と前記スラスト面との境界部には、前記スラスト面に対して、前記第１の傾斜面よりも大きな傾斜角度をなす第２の傾斜面が形成されており、前記第２の傾斜面の傾斜角度は、前記第１の傾斜面の傾斜角度の２倍以上かつ１５度以上大きいことを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記潤滑溝の最深部の溝深さが、前記スラスト軸受の厚さの１／３以下であることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受。
3. 前記スラスト面に対する前記第１の傾斜面の傾斜角度が３～３０度であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスラスト軸受。
4. 前記第２の傾斜面の傾斜角度が２０度～６０度であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のスラスト軸受。
5. 前記スラスト軸受がテーパランドスラスト軸受における回転軸に設けられたスラストディスクと相対回転するスラスト軸受であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のスラスト軸受。

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