(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の固定部に支持される軸受台と、前記軸受台の摺動側表面部に固定された支持受台と、前記支持受台の摺動側に設置されたピボットスプリングと、前記ピボットスプリングの摺動側に設置された軸受パッドとを含む発電機用スラスト軸受装置であって、前記軸受パッドは、台金と、前記台金の摺動側表面部に設けられ回転体に対向する摺動面を有する裏金とを含み、前記台金の固定部側には台金凹部が設けられ、前記ピボットスプリングは、前記支持受台の凹部と接する固定部側ピボット部と、前記台金凹部に接する摺動側ピボット部とを含み、前記支持受台の前記凹部は、前記軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状であって前記軸受台の周方向の断面の形状が直線状であり、前記固定部側ピボット部の先端部は、少なくとも前記軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状であることを特徴とする発電機用スラスト軸受装置。
【請求項２】
前記摺動側ピボット部の先端部は、摺動側に向かって凸の滑らかな曲面状であることを特徴とする請求項１記載の発電機用スラスト軸受装置。
【請求項３】
前記台金凹部は、前記摺動側ピボット部の前記先端部と接する曲面であって摺動側に向かって凸の滑らかな曲面を有することを特徴とする請求項２記載の発電機用スラスト軸受装置。
【請求項４】
１個の前記ピボットスプリングが前記摺動側ピボット部を２個含み、前記台金は、これらの前記摺動側ピボット部に接する２個の前記台金凹部を含み、これらの前記台金凹部は、前記軸受台の半径方向に配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電機用スラスト軸受装置。
【請求項５】
前記ピボットスプリング１個が前記固定部側ピボット部を２個含み、これらの前記固定部側ピボット部は、前記軸受台の周方向に設置された２個の前記支持受台に設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電機用スラスト軸受装置。
【請求項６】
前記摺動側ピボット部の側面部は、前記軸受台の摺動側表面に垂直な平面による断面の形状が滑らかな曲線状である部位を有し、この部位が前記台金凹部に挿入されており、前記部位のうち、前記軸受台の摺動側表面に垂直な平面による断面の、前記軸受台の摺動側表面に平行な方向の寸法が、前記部位の固定部側の端部よりも摺動側で最大となることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電機用スラスト軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機用スラスト軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立軸型の水車発電機のスラスト軸受装置は、水車、発電機等の回転体の自重に加え、水車にかかる水スラスト荷重を支持する。大容量の発電機の場合は、３０００ｔ〜４０００ｔもの荷重を支えなければならない。
【０００３】
上記の荷重を支えるための軸受装置の構造として、特許文献１には、回転軸周りに放射状に配置された軸受パッドの裏側に凹部を設け、その部分を楕円球形状のピボットで一点支持し、径方向及び周方向に傾動可能としたものが開示されている。また、特許文献１においては、軸受パッドが周方向に回転しないようにするため、パッド外周部に穴をあけ、その穴に柱状の部材を差し込むことにより位置決めを行なっている。
【０００４】
他の軸受装置の構造として、非特許文献１には、軸受パッドが内周側及び外周側の２点でピボットスプリングによって支えられたものが開示されている。また、非特許文献１においては、隣接する軸受パッドの内周と外周とを支えるカスケード形式のピボットの配置により、軸受パッドの高さを自動調整する構造となっている。この構造においては、軸受パッドの下に設けられた円形のプレートによって軸受パッド及びピボットスプリングが位置決めされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７０５５０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本トライボロジー学会編：「すべり軸受資料集」養賢堂  ２００５年  Ｐ７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の軸受パッド及びピボットスプリングの位置決めは、軸受パッドとプレート（平板）との接触及びピボットスプリングとプレート（平板）との接触により行われていた。そのため、位置決めをする際、軸受パッドとプレートとの間の接触応力及びピボットスプリングとプレートとの間の接触応力による固渋が生じる懸念があった。
【０００８】
本発明の目的は、軸受パッド及びピボットスプリングを位置決めする際の軸受パッドとプレートとの間の接触応力及びピボットスプリングとプレートとの間の接触応力を低減し、固渋を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発電機用スラスト軸受装置は、発電機の固定部に支持される軸受台と、前記軸受台の摺動側表面部に固定された支持受台と、前記支持受台の摺動側に設置されたピボットスプリングと、前記ピボットスプリングの摺動側に設置された軸受パッドとを含む発電機用スラスト軸受装置であって、前記軸受パッドは、台金と、前記台金の摺動側表面部に設けられ回転体に対向する摺動面を有する裏金とを含み、前記台金の固定部側には台金凹部が設けられ、前記ピボットスプリングは、前記支持受台の凹部と接する固定部側ピボット部と、前記台金凹部に接する摺動側ピボット部とを含み、前記支持受台の前記凹部は、前記軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状であって前記軸受台の周方向の断面の形状が直線状であり、前記固定部側ピボット部の先端部は、少なくとも前記軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸受パッド及びピボットスプリングの位置決め時に生じる接触応力を低減することが可能となり、軸受パッドの固渋を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の発電機用スラスト軸受装置におけるプレートによるピボットスプリングの位置決めを示す部分断面図である。
【図２Ａ】従来の発電機用スラスト軸受装置における軸受パッドの位置決めを示す部分断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおいて軸受パッドがプレートの内壁面に接触した状態を示す部分断面図である。
【図３】実施例１に係る発電機用スラスト軸受装置を示す概略構成図である。
【図４】図３の発電機用スラスト軸受装置を軸受パッドの上方から見た部分投影図である。
【図５Ａ】実施例１に係る発電機用スラスト軸受装置を示す分解斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの軸受パッドを示す断面図である。
【図６Ａ】図５Ａの軸受パッドの中空円筒に摺動側ピボット部を設置した状態を示す部分断面図である。
【図６Ｂ】図５Ａの軸受パッドと摺動側ピボット部との作用を示す部分断面図である。
【図７】ピボットスプリングに設けた固定部側ピボット部と支持受台との関係を示す部分断面図である。
【図８】実施例２に係る発電機用スラスト軸受装置を示す分解斜視図である。
【図９】図８の発電機用スラスト軸受装置を軸受パッドの上方から見た部分投影図である。
【図１０】実施例３に係る発電機用スラスト軸受装置を示す分解斜視図である。
【図１１Ａ】図１０の軸受パッドの中空円筒に摺動側ピボット部を設置した状態を示す部分断面図である。
【図１１Ｂ】図１０の軸受パッドと摺動側ピボット部との接触点が変化した状態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、例えば、立軸型の水車発電機のように、回転軸周りに放射状に配置された扇形の軸受パッドを備えているスラスト軸受装置に関するものである。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る発電機用スラスト軸受装置について説明する。
【００１４】
前記発電機用スラスト軸受装置は、回転軸周りに放射状に配置され、軸方向の荷重を支持する扇形形状の複数の軸受パッドと、パッド内周側および外周側の２点と接するピボットと、２つのピボットを取付けたピボットスプリングと、ピボットスプリングを設置する支持受台と、支持受台を取付ける軸受台とを含み、軸受パッドの、ピボットとの接触部には凹面を設け、ピボットスプリングは長手方向のみに傾動するように支持受台に取り付けられている。
【００１５】
前記発電機用スラスト軸受装置は、発電機の固定部に支持される軸受台と、軸受台の摺動側表面部に固定された支持受台と、支持受台の摺動側に設置されたピボットスプリングと、ピボットスプリングの摺動側に設置された軸受パッドとを含む。そして、軸受パッドは、台金と、台金の摺動側表面部に設けられ回転体に対向する摺動面を有する裏金とを含み、台金の固定部側には台金凹部が設けられ、ピボットスプリングは、支持受台の凹部と接する固定部側ピボット部と、台金凹部に接する摺動側ピボット部とを含み、支持受台の凹部は、軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状であって軸受台の周方向の断面の形状が直線状であり、固定部側ピボット部の先端部は、少なくとも軸受台の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状である。
【００１６】
前記発電機用スラスト軸受装置において、摺動側ピボット部の先端部は、摺動側に向かって凸の滑らかな曲面状である。
【００１７】
前記発電機用スラスト軸受装置において、台金凹部は、摺動側ピボット部の先端部と接する曲面であって摺動側に向かって凸の滑らかな曲面を有する。
【００１８】
前記発電機用スラスト軸受装置においては、１個のピボットスプリングが摺動側ピボット部を２個含み、台金は、これらの摺動側ピボット部に接する２個の台金凹部を含み、これらの台金凹部は、軸受台の半径方向に配列されている。
【００１９】
前記発電機用スラスト軸受装置においては、ピボットスプリング１個が固定部側ピボット部を２個含み、これらの固定部側ピボット部は、軸受台の周方向に設置された２個の支持受台に設置されている。
【００２０】
前記発電機用スラスト軸受装置において、摺動側ピボット部の側面部は、軸受台の摺動側表面に垂直な平面による断面の形状が滑らかな曲線状である部位を有し、この部位が台金凹部に挿入されており、前記部位のうち、軸受台の摺動側表面に垂直な平面による断面の、軸受台の摺動側表面に平行な方向の寸法が、前記部位の固定部側の端部よりも摺動側で最大となる。
【００２１】
以下、図を用いて詳しく説明する。
【００２２】
図１は、従来の発電機用スラスト軸受装置におけるプレートによるピボットスプリングの位置決めを示す部分断面図である。
【００２３】
本図において、ピボットスプリング２０１の固定部側ピボット部２０１ｂは、軸受台２０５の上面に設置された支持受台２０７に支持されている。軸受パッド２０４は、ピボットスプリング２０１の摺動側ピボット部２０１ａによって支持されている。また、軸受パッド２０４及び固定部側ピボット部２０１ｂは、プレート２０６によって水平方向について位置決めされている。
【００２４】
図２Ａは、従来の発電機用スラスト軸受装置における軸受パッドの位置決めを示す部分断面図である。
【００２５】
本図においては、軸受パッド２０４を摺動側ピボット部２０１ａに設置して位置決めした状態を示している。軸受パッド２０４及び摺動側ピボット部２０１ａとプレート２０６の内壁面との間には、隙間１０１が設けてある。
【００２６】
図２Ｂは、図２Ａにおいて軸受パッド２０４がプレート２０６の内壁面に接触した状態を示す部分断面図である。
【００２７】
本図においては、軸受パッド２０４が摺動側ピボット部２０１ａに対して傾いたり、所定の位置からずれたりして軸受パッド２０４の側面がプレート２０６の内壁面に接触した状態を示している。
【００２８】
このため、軸受パッド２０４及び固定部側ピボット部２０１ｂは、プレート２０６の内壁面に接触して固渋が生じる懸念があった。
【００２９】
以下、実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図３は、実施例に係る発電機用スラスト軸受装置の概略構成図である。
【００３１】
本図において、発電機用スラスト軸受装置は、発電機の固定部に支持された環状の軸受台５と、軸受台５の上面部に固定された支持受台７と、支持受台７の上部に設置されたピボットスプリング１と、ピボットスプリング１の上部に設置された軸受パッド４と含む構成である。
【００３２】
軸受パッド４は、複数個であり、回転軸２の周りに放射状に配置され、回転軸２、回転軸２に固定されたスラストランナ３などで構成された回転体等の自重と、水車に加わる水スラスト荷重とを合わせた総荷重を支持している。ここで、「回転軸２の周りに放射状に配置」とは、回転軸２の中心からほぼ同じ距離に回転軸２の周方向に並べて配置されている状態をいう。
【００３３】
発電機用スラスト軸受装置は、油で満たされており、回転軸２及びスラストランナ３が回転すると、スラストランナ３と軸受パッド４との間に油膜が形成されるようになっている。発電機用スラスト軸受装置は、油膜圧力により効果的にスラスト荷重を支持することができるようにするため、状況に応じて、径方向及び周方向に適切に傾動可能な構造を有している。
【００３４】
しかし、スラストランナ３の回転に伴う油膜のせん断応力により、軸受パッド４を周方向へ回転させる力が発生する。この力による軸受パッド４の移動を制限するため、軸受パッド４及び軸受パッド４を支持するピボットスプリング１の位置決めをする必要がある。
【００３５】
本実施例においては、ピボットスプリング１の上面部に摺動側ピボット部１ａ（凸部）を設け、軸受パッド４の下面部に設けた中空円筒４ｃの凹部（台金凹部）に挿入する構成とすることにより位置決めをしている。
【００３６】
図４は、図３の発電機用スラスト軸受装置を軸受パッド４の上方から見た部分投影図である。
【００３７】
本図において、軸受台５の上方に周方向に設置された軸受パッド４は、上面部の形状が略台形状であり、軸受台５の半径方向に外側の部分が幅広になっている。また、軸受パッド４は、それぞれ２個の中空円筒４ｃを有し、中空円筒４ｃの凹部にピボットスプリング１に設けた２個の摺動側ピボット部１ａを挿入することにより位置決めをされている。
【００３８】
図５Ａは、実施例に係る発電機用スラスト軸受装置を示す分解斜視図である。
【００３９】
本図においては、軸受パッド４の下面の内周側及び外周側に凹球面を有する中空円筒４ｃが設けてあり、円筒状の穴（凹部）が設けてある。この穴に、ピボットスプリング１に設けた凸球面を有する摺動側ピボット部１ａを挿入することにより、軸受パッド４を２点で支持するようになっている。摺動側ピボット部１ａの先端部は、凸球面に限定されるものではなく、摺動側に向かって凸の滑らかな曲面状であればよい。
【００４０】
また、軸受台５に設けた半円筒形状の凹部を有する支持受台７に、ピボットスプリング１に設けた凸部である固定部側ピボット部１ｂが設置されている。固定部側ピボット部１ｂの先端部は、半円筒形状であることが望ましい。また、固定部側ピボット部１ｂの先端部は、半球面形状であってもよい。すなわち、固定部側ピボット部１ｂの先端部は、少なくとも軸受台５の半径方向の断面の形状が固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状である。
【００４１】
支持受台７の半円筒形状の凹部は、軸受台５の半径方向の断面の形状が半円形状、円弧状などの下方に向かって凸の滑らかな曲線状（固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状）になっている。そして、支持受台７の半円筒形状の凹部は、軸受台５の周方向の断面の形状が直線状となっていることが望ましい。
【００４２】
これにより、ピボットスプリング１は、軸受台５の半径方向にのみ傾動可能とすることができる。
【００４３】
図５Ｂは、図５Ａの軸受パッド４を示す断面図である。
【００４４】
本図において、軸受パッド４は、台金４ａの上面に裏金４ｂを固定し、台金４ａの下面に凹部４ｄ（台金凹部）を有する中空円筒４ｃを固定した構造を有している。裏金４ｂの上面は、回転体との摺動面となっている。凹部４ｄの上面部は、凹球面（上に凹である滑らかな曲面であれば、必ずしも曲率が一定でなくてもよい。）となっている。
【００４５】
図５Ａの中空円筒４ｃの配置で示すように、台金凹部（凹部４ｄ）は、軸受台５の半径方向に配列されている。
【００４６】
本実施例において、凹部及び凸部の形状は、必ずしも曲率が一定でなくてもよい。
【００４７】
図６Ａは、図５Ａの軸受パッド４の中空円筒４ｃに摺動側ピボット部１ａを設置した状態を示す部分断面図である。
【００４８】
図６Ｂは、図５Ａの軸受パッドの中空円筒４ｃと摺動側ピボット部１ａとの作用を示す部分断面図である。
【００４９】
図６Ａにおいては、摺動側ピボット部１ａの最上部（頂点）が中空円筒４ｃの最上面部に接触して支持されている。
【００５０】
これに対して、図６Ｂにおいては、摺動側ピボット部１ａと中空円筒４ｃとは、図中右寄りで摺動側ピボット部１ａの凸球面と中空円筒４ｃの凹球面とが接している。ここで、上記の凸球面と凹球面とが接している点を接触点と呼ぶ。
【００５１】
これにより、スラスト方向の荷重Ｆ１に加え、周方向の荷重Ｆ２がかかった場合においても、軸受パッド４の摺動側ピボット部１ａとの接触点が移行する際の反力Ｆ３が作用し、軸受パッド４は位置決めされる。このため、図１、２Ａ及び２Ｂに示す従来のプレート６は不必要となる。また、周方向の荷重Ｆ２が変化することによって接触点が移動するため、軸受パッド４の固渋を防止することができる。
【００５２】
次に、ピボットスプリング１の位置決めについて説明する。
【００５３】
図７は、ピボットスプリングに設けた固定部側ピボット部と支持受台との関係を示す部分断面図である。
【００５４】
本図において、ピボットスプリング１の下面には、半円筒形状の凸部である固定部側ピボット部１ｂが設けてある。この固定部側ピボット部１ｂが軸受台５に取付けられた支持受台７の半円筒形状の凹部に設置されている。支持受台７の凹部により、ピボットスプリング１の周方向への移動及び回転が抑制され、ピボットスプリング１は、支持受台７の上でピボットスプリング１の長手方向（軸受台５の半径方向）のみ傾動可能となるように位置決めをされた状態となる。これにより、従来のプレート６は不必要となり、プレート６とピボットスプリング１との間の接触がなくなり、固渋を防止することが可能となる。
【００５５】
本実施例において、軸受パッド４の上面部の形状は略台形状としてあるが、これに限定されるものではなく、略長方形状、三角形状などであってもよい。
【００５６】
また、本実施例においては、軸受パッド４は、台金４ａの下面に、凹部４ｄ（台金凹部）を有する中空円筒４ｃを固定した構成としてあるが、台金凹部を設けるために必ずしも中空円筒４ｃを設ける必要はなく、台金４ａの下面に、直接、凹部４ｄを設けた構成とし、中空円筒４ｃを設けない構成としてもよい。
【実施例２】
【００５７】
実施例１においては、軸受パッド４に周方向の大きな力が急激にかかった際、軸受パッド４に回転力が作用し、これに伴い、ピボットスプリング１も回転しようとする。このような場合、支持受台７に設けた半円筒形状の凹部の側面部とピボットスプリング１の下面に設けた半円筒形状の凸部である固定部側ピボット部１ｂの側面部とが接触してこれらの間に大きな接触応力が発生してしまう可能性がある。
【００５８】
図８は、実施例２に係る発電機用スラスト軸受装置の分解斜視図である。
【００５９】
図９は、実施例２に係る発電機用スラスト軸受装置の軸受パッド４の上方から見た発電機用スラスト軸受装置の投影図である。
【００６０】
これらの図においては、ピボットスプリング１の長手方向に対して垂直方向（軸受台５の周方向）の２か所に半円筒形状の凸部である固定部側ピボット部１ｂを設けてあり、これらの固定部側ピボット部１ｂは、軸受台５に取付けられた２つの支持受台７で支持されるようになっている。これにより、ピボットスプリング１が位置決めをされるため、ピボットスプリング１と支持受台７との間の損傷を抑制することができる。
【００６１】
支持受台７の半円筒形状の凹部は、軸受台５の半径方向の断面の形状が半円形状、円弧状などの下方に向かって凸の滑らかな曲線状（固定部側に向かって凸の滑らかな曲線状）になっている。そして、支持受台７の半円筒形状の凹部は、軸受台５の周方向の断面の形状が直線状となっていることが望ましい。
【００６２】
これにより、ピボットスプリング１は、軸受台５の半径方向にのみ傾動可能とすることができる。
【００６３】
また、固定部側ピボット部１ｂの形状を半円筒凸形状でなく凸球面形状とし、さらに、支持受台の凹部の形状を凹球面形状にすることにより、位置決めをする際の固渋の防止を更に確実にすることができる。
【実施例３】
【００６４】
図１０は、実施例３に係る発電機用スラスト軸受装置を示す分解斜視図である。
【００６５】
本図において、摺動側ピボット部１ａは、摺動側ピボット部１ａの支持部３０１ａよりも直径を大きくしてあり、摺動側ピボット部１ａの側面部は、鉛直方向に曲率を有している。
【００６６】
図１１Ａは、図１０の軸受パッドの中空円筒にピボットを設置した状態を示す部分断面図である。図１１Ｂは、図１０の軸受パッドとピボットとの接触点が変化した状態を示す部分断面図である。
【００６７】
これらの図は、摺動側ピボット部１ａの側面部が鉛直方向に曲率を有する場合を示すものである。すなわち、摺動側ピボット部１ａのうち、台金凹部（中空円筒４ｃの凹部）に挿入された部位の下端部より上部（摺動側）に直径（太さ）が最大となる部分を有している。
【００６８】
実施例１及び実施例２においては、軸受パッド４の位置決めがされているものの、急激な周方向の力が生じた場合に、軸受パッド４の下面に設けた中空円筒４ｃの凹部の側面部と摺動側ピボット部１ａの側面部とが接触する可能性がある。
【００６９】
そこで、本実施例においては、摺動側ピボット部１ａの側面部に曲率を設けることにより、急激な周方向の力が生じた場合であっても、その曲率を設けた側面部のみで接触する。この場合において、中空円筒４ｃの凹部の側面部と摺動側ピボット部１ａとの接触点は、上記の周方向の力や接触点の変化の速度などによって変化する。このため、接触点が定まらず、摺動側ピボット部１ａ全体の損傷を抑制することができる。
【００７０】
なお、本明細書において記載した「上面」、「下面」、「上面部」、「下面部」、「上部」、「下部」などの用語は、重力が働く方向を下方として表したものである。発電機用スラスト軸受装置の軸受パッドの上面部は回転体と対向して摺動する面であり、発電機用スラスト軸受装置の下部に位置する軸受台は発電機の固定部に支持されるものであるため、それぞれ、「上面」を「摺動側表面」、「下面」を「固定部側表面」、「上面部」を「摺動側表面部」、「下面部」を「固定部側表面部」、「上部」を「摺動側」、「下部」を「固定部側」と呼んでもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１：ピボットスプリング、１ａ：摺動側ピボット部、１ｂ：固定部側ピボット部、２：回転軸、３：スラストランナ、４：軸受パッド、４ａ：台金、４ｂ：裏金、４ｃ：中空円筒、４ｄ：凹部、５：軸受台、６：プレート、７：支持受台。
【図１】
0005337763.tif 000002
【図２Ａ】
0005337763.tif 000003
【図２Ｂ】
0005337763.tif 000004
【図３】
0005337763.tif 000005
【図４】
0005337763.tif 000006
【図５Ａ】
0005337763.tif 000007
【図５Ｂ】
0005337763.tif 000008
【図６Ａ】
0005337763.tif 000009
【図６Ｂ】
0005337763.tif 000010
【図７】
0005337763.tif 000011
【図８】
0005337763.tif 000012
【図９】
0005337763.tif 000013
【図１０】
0005337763.tif 000014
【図１１Ａ】
0005337763.tif 000015
【図１１Ｂ】
0005337763.tif 000016