(57)【要約】【課題】軸受パッドとスラストカラーとの片当たりを防止することができるようにした、水潤滑スラスト軸受、並びに、それを使用した軸受装置及び回転機械を提供する。【解決手段】水を潤滑剤として使用し、回転軸１０５と一体に回転するスラストカラー１０６を回転可能に支持する、水潤滑スラスト軸受１であって、スラストカラー１０６と前記潤滑剤を介して摺接する静止ディスク２と、静止ディスク２の正面に複数並設された軸受パッド３とを備え、軸受パッド３は、ベース部材３３と、ベース部材３３の正面に重ね合わされた第１弾性層３２と、第１弾性層３２の正面に重ね合わされスラストカラー１０６と対面する摺接層３１とを備え、第１弾性層３２は、スラストカラー１０６の回転方向ａで上流側に形成された厚肉部３２ａと、回転方向ａで下流側に形成され厚肉部３２ａよりも薄い薄肉部３２ｂとを備える。【選択図】図２
2017172732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を潤滑剤として使用し、回転軸と一体に回転するスラストカラーを回転可能に支持する、水潤滑スラスト軸受であって、
前記スラストカラーと前記潤滑剤を介して摺接する静止ディスクと、
前記静止ディスクの前記スラストカラー側を向く正面に、周方向に沿って複数並設された軸受パッドとを備え、
前記軸受パッドは、ベース部材と、前記ベース部材の前記スラストカラー側を向く正面に重ね合わされた第１弾性層と、前記第１弾性層の前記スラストカラー側を向く正面に重ね合わされ前記スラストカラーと対面する摺接層とを備え、
前記第１弾性層は、前記スラストカラーの回転方向で上流側に形成された厚肉部と、前記回転方向で下流側に形成され前記厚肉部よりも薄い薄肉部とを備えた
ことを特徴とする、水潤滑スラスト軸受。
【請求項２】
前記厚肉部は、前記上流側になるほど、厚さが前記ベース部材側に漸増する
ことを特徴とする、請求項１に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項３】
前記厚肉部は、前記ベース部材側の背面が円弧形状とされた
ことを特徴とする、請求項２に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項４】
前記厚肉部は、前記上流側になるほど厚さが直線的に漸増するテーパ形状である
ことを特徴とする、請求項２に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項５】
前記厚肉部は、厚さが前記ベース部材側にステップ的に増大するステップ形状である
ことを特徴とする、請求項１に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項６】
前記軸受パッドは、前記ベース部材の前記スラストカラー側とは反対側を向く背面に設けられた第２弾性層をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項７】
前記第２弾性層は、前記ベース部材の前記回転方向における上流端から所定範囲を除いて、設けられたことを特徴とする、請求項６に記載の水潤滑スラスト軸受。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の水潤滑スラスト軸受と、
前記摺接層に設けられた補助潤滑剤供給孔と、
前記ベース部材に設けられた補助潤滑剤注入孔と、
前記補助潤滑剤供給孔と前記補助潤滑剤注入孔とを繋ぐ補助潤滑剤通路と、
前記補助潤滑剤注入孔に前記潤滑剤を供給する補助潤滑剤供給装置と、
前記補助潤滑剤供給装置の作動を制御する供給装置制御手段とを備えた
ことを特徴とする、軸受装置。
【請求項９】
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
前記供給装置制御手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて、前記回転速度が閾値を超えるまでの期間、前記補助潤滑剤供給装置を作動させる
ことを特徴とする、請求項８に記載の軸受装置。
【請求項１０】
前記スラストカラーと前記軸受パッドとの間の摩擦トルクの増加又は前記摩擦トルクの増加に相関するパラメータを検出するトルク増加検出手段を備え、
前記供給装置制御手段は、前記トルク増加検出手段の検出結果に基づいて前記摩擦トルクが異常増加したと判断した場合には前記補助潤滑剤供給装置を作動させる
ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の軸受装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の水潤滑スラスト軸受、又は、請求項８〜請求項１０の何れか一項に記載の軸受装置を備えた
ことを特徴とする、回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水潤滑スラスト軸受、並びに、それを使用した軸受装置及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば海流発電のプロペラ軸の軸受など、水没状態で使用される軸受として、周囲の水（海水を含む。以下、同様。）を軸の回転により引き込んで潤滑剤として使用する水潤滑スラスト軸受がある。潤滑剤である水の粘度が低いことから、特に海流発電のプロペラ軸のように低速（例えば数ｍ／ｓ以下）な回転体の軸受に水潤滑スラスト軸受を使用する場合には、摺接面（以下「軸受面」とも表記する）に潤滑膜としての水膜が形成され難い。水膜が十分に形成されないと、荷重を摺接面の固体接触で支える（プロペラ軸と軸受面とが直接接触する）境界潤滑状態となる。
【０００３】
特許文献１には、水潤滑スラスト軸受に適用可能な滑り軸受のピローブロック（pillow block）が開示されている。特許文献１に開示されたピローブロックについて図１０を参照して説明する。
図１０はピローブロック０１について説明するための模式図であり、（ａ）はピローブロック０１の縦断面斜視図、（ｂ）はピローブロック０１の縦断面図、（ｃ）はピローブロック０１の設置例を示す平面図である。
ピローブロック０１は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、基体（base body）０２と、基体０２の一方の面（軸受表面側）に重ね合わされた滑りライニング(sliding lining)０３と、基体０２の他方の面（軸受背面側）に重ね合わされた弾性支持体０４(elastic support)とを備える。
基体０２は鋼などから形成され、滑りライニング０３はエラストマなどの高分子材料から形成されている。また、滑りライニング０３の外周側に厚肉部０３ａを形成することで、この外周部を弾性変形して薄肉化しやすくしている。
【０００４】
ピローブロック０１は、例えば、図１０（ｃ）に示すように、静止ディスク０５の軸受面（つまり回転体０６との対向面）に周方向に沿って複数配置される。ピローブロック０１の入口側（回転体０６の回転方向Ｂで上流側）では、回転体０６の回転がピローブロック０１と回転体０６との間に水（潤滑剤）を引き込むように作用する。この作用を受けて滑りライニング０３の外周部は弾性変形にて薄肉化して上流側に向く微小テーパを形成し、回転体０６と滑りライニング０３との間に上流側に向かって拡大する正くさび形状の空間が形成されて、この空間に水が効率的に引き込まれるようなる。この結果、この正くさび形状の空間に水膜が形成されて、ピローブロック０１の入口側では負荷能力が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１/０２４９９２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、上述したように滑りライニング０３の外周部が変形し易い構造となっているため、滑りライニング０３は、入口側のみならず出口側（回転体０６の回転方向Ｂで下流側）も弾性変形にて薄肉変形しやすい。このため、水深の深い場所で使用した場合には、滑りライニング０３は、出口側も水圧により薄肉変形して、入口側とは逆に下流側に向く微小テーパを形成する。この結果、回転体０６と滑りライニング０３との間には、下流側に向かって拡大して回転体０６の回転による圧力が生じない逆くさび形状の空間が形成されて負圧が生じる。
このため、ピローブロック１に作用する面圧が不均一となって、回転体０６とピローブロック１とが片当たりを回避できないおそれがある。
【０００７】
本発明は、軸受パッドとスラストカラーとの片当たりを防止することができるようにした、水潤滑スラスト軸受、並びに、それを使用した軸受装置及び回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記の目的を達成するために、本発明の水潤滑スラスト軸受は、水を潤滑剤として使用し、回転軸と一体に回転するスラストカラーを回転可能に支持する、水潤滑スラスト軸受であって、前記スラストカラーと前記潤滑剤を介して摺接する静止ディスクと、前記静止ディスクの前記スラストカラー側を向く正面に、周方向に沿って複数並設された軸受パッドとを備え、前記軸受パッドは、ベース部材と、前記ベース部材の前記スラストカラー側を向く正面に重ね合わされた第１弾性層と、前記第１弾性層の前記スラストカラー側を向く正面に重ね合わされ前記スラストカラーと対面する摺接層とを備え、前記第１弾性層は、前記スラストカラーの回転方向で上流側に形成された厚肉部と、前記回転方向で下流側に形成され前記厚肉部よりも薄い薄肉部とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
（２）前記厚肉部は、前記上流側になるほど、厚さが前記ベース部材側に漸増することが好ましい。
【００１０】
（３）前記厚肉部は、前記ベース部材側の背面が円弧形状とされることが好ましい。
【００１１】
（４）前記厚肉部は、前記上流側になるほど厚さが直線的に漸増するテーパ形状であることが好ましい。
【００１２】
（５）前記厚肉部は、厚さが前記ベース部材側にステップ的に増大するステップ形状であることが好ましい。
【００１３】
（６）前記軸受パッドは、前記ベース部材の前記スラストカラー側とは反対側を向く背面に設けられた第２弾性層をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
（７）前記第２弾性層は、前記ベース部材の前記回転方向における上流端から所定範囲を除いて、設けられることが好ましい。
【００１５】
（８）上記の目的を達成するために、本発明の軸受装置は、（１）〜（７）の何れかに記載の水潤滑スラスト軸受と、前記摺接層に設けられた補助潤滑剤供給孔と、前記ベース部材に設けられた補助潤滑剤注入孔と、前記補助潤滑剤供給孔と前記補助潤滑剤注入孔とを繋ぐ補助潤滑剤通路と、前記補助潤滑剤注入孔に前記潤滑剤を供給する補助潤滑剤供給装置と、前記補助潤滑剤供給装置の作動を制御する供給装置制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
（９）前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記供給装置制御手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて、前記回転速度が閾値を超えるまでの期間、前記補助潤滑剤供給装置を作動させることが好ましい。
【００１７】
（１０）前記スラストカラーと前記軸受パッドとの間の摩擦トルクの増加又は前記摩擦トルクの増加に相関するパラメータを検出するトルク増加検出手段を備え、前記供給装置制御手段は、前記トルク増加検出手段の検出結果に基づいて前記摩擦トルクが異常増加したと判断した場合には前記補助潤滑剤供給装置を作動させることが好ましい。
【００１８】
（１１）上記の目的を達成するために、本発明の回転機械は、（１）〜（７）の何れかに記載の水潤滑スラスト軸受、又は、（８）〜（１０）の何れかに記載の軸受装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、軸受パッドの第１弾性層は、スラストカラーの回転方向上流側に厚肉部を備えると共に回転方向下流側に薄肉部を備えるので、軸受パッドの負荷能力を、回転方向上流側から回転方向下流側に亘って良好に保持することができ、軸受パッドとスラストカラーとの片当たりを防止することができる。
さらに、第１弾性層のスラストカラー側には、摺接層が設けられているので、スラストカラーと水潤滑スラスト軸受とが接触しても第１弾性層の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海流発電装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】は、横軸を周方向角度θ、縦軸を厚肉部の薄肉変形量として、軸受パッドの角度位置における薄肉変形量の分布を示す図である。
【図４】は、横軸を周方向角度θ、縦軸を摺動面に形成された水膜厚さとして、軸受パッドの角度位置における水膜厚さの分布を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態としての水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式的断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図である。
【図６】本発明の第３実施形態としての水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式的断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図である。
【図７】本発明の第４実施形態としての軸受装置及び水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式図であって、水潤滑スラスト軸受の模式的断面図と共に制御ブロック図を示す。
【図８】本発明の第５実施形態としての軸受装置及び水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式図であって、水潤滑スラスト軸受の模式的断面図と共に制御ブロック図を示す。
【図９】本発明の変形例としての水潤滑スラスト軸受の要部構成を示す模式的断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図である。
【図１０】特許文献１に開示されたピローブロックについて説明するための模式図であり、（ａ）はピローブロックの縦断面斜視図、（ｂ）はピローブロックの縦断面図、（ｃ）はピローブロックの設置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の各実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
各実施形態では、本発明を、海流発電装置のプロペラ軸に適用した例を説明する。
以下では、特段の説明なく「回転方向」と記載した場合には、プロペラ軸１０５の回転方向ａを意味し、特段の説明なく「上流」，「入口側」と記載した場合には、プロペラ軸１０５の回転方向ａにおける上流を意味するものとし、特段の説明なく「下流」，「出口側」と記載した場合には、プロペラ軸１０５の回転方向ａにおける下流を意味するものとする。
また、特段の説明なく「正面」又は「表面」と記載した場合には、スラストカラー側に向く面を意味するものとし、特段の説明なく「背面」と記載した場合には、スラストカラー側とは反対側に向く面を意味するものとする。
【００２３】
［１．第１実施形態］
［１−１．海流発電装置の構成］
本実施形態に係る海流発電装置１００について図１を参照して説明する。
図１は、本発明の本発明の第１実施形態の海流発電装置（回転機械）１００の構成を示す模式的な側面図である。
この海流発電装置１００は、海底に埋設された複数の係留ブロック１０１に係留索１０２で係留されて海中に保持される流線型のケーシング１０３と、海流の方向に対してケーシング１０３の後部側に軸支されたプロペラ１０４とを備えている。ケーシング１０３の内部にはプロペラ軸１０５（回転軸）が、本実施形態の水潤滑スラスト軸受（以下「軸受」とも表記する）１，１により軸支されており、このプロペラ軸１０５はケーシング１０３の後端部から外部（海水中）に突出し、その突出部にプロペラ１０４が装着されている。プロペラ軸１０５にはプロペラ軸１０５と一体に回転するスラストカラー１０６が取り付けられている。スラストカラー１０６は、径方向に幅を有する円環状の部材であり、プロペラ軸１０５と同軸上にプロペラ軸１０５の外周に突設されている。
【００２４】
ケーシング１０３の内部には、プロペラ軸１０５によって駆動される発電機１０７等の機器類が内蔵されている。プロペラ１０４が海流を受けて回転すると、プロペラ軸１０５が回転し、発電機１０７が駆動されて発電が行われる。
【００２５】
［１−２．水潤滑スラスト軸受の構成］
以下、図１に加え図２を参照して本実施形態の水潤滑スラスト軸受１について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態としての水潤滑スラスト軸受１の要部構成を示す模式図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（断面を示すハッチは省略）。
【００２６】
［１−２−１．水潤滑スラスト軸受の全体構成］
軸受１は、図１に示すようにスラストカラー１０６の両側に配置された静止ディスク２を備えている。静止ディスク２は、ケーシング１０３の適所に固定支持された静止状態のディスクである。
各静止ディスク２は、図２に示すように、径方向に一定の幅を持った円環状部材であり、各静止ディスク２の正面（すなわちスラストカラー１０６に向く面）２１には周方向に複数並設された軸受パッド３（図１では省略）が設けられている。各軸受パッド３は、潤滑剤として海水（水）を介してスラストカラー１０６と摺接する。
軸受１は水没状態であり、軸受１の周囲の海水が、軸受１とスラストカラー１０６との両摺接面に引き込まれて潤滑剤として使用される。
【００２７】
［１−２−２．軸受パッドの構成］
軸受パッド３は、図２（ｂ）に示すように、ベース部材３３と、ベース部材３３の正面３３１に重ね合わされた第１弾性層３２と、第１弾性層３２の正面に重ね合わされた摺接層３１と、ベース部材３３の背面３３２に重ね合わされた第２弾性層３４とを備える。すなわち、スラストカラー１０６側から、摺接層３１，第１弾性層３２，ベース部材３３，第２弾性層３４の順に積層されて構成される。また、正面視（スラストカラー１０６側から視た場合）では、摺接層３１，第１弾性層３２，ベース部材３３，第２弾性層３４は、円環を周方向に複数に分割したような同一の形状をしている。
摺接層３１，第１弾性層３２，ベース部材３３，第２弾性層３４の相互間は、加硫接着にて接合される。
【００２８】
ベース部材３３は、メタル（金属）製であり、軸受パッド３の強度を確保する強度メンバである。第１弾性層３２及び第２弾性層３４は、ベース部材３３よりも弾性変形し易い素材（例えばゴムや樹脂）により形成された層であり、本実施形態では、第１弾性層３２にゴムを使用し、第２弾性層３４に樹脂を使用している。摺接層３１は、スラストカラー１０６と水膜を介して摺接する層であって、第１弾性層３２よりも摩擦係数の低い素材により形成された層である。摺接層３１は、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成される。
【００２９】
ここで、第１弾性層３２の入口側の４分の１程度の領域３２ａは、その他の領域（領域３２ａよりも出口側の領域）であって厚み一定の領域３２ｂに較べて、背面側（静止ディスク２側）に板厚の厚い厚肉部として形成されている。そこで、以下、領域３２ａを厚肉部３２ａとも表記し、領域３２ｂを薄肉部３２ｂとも表記する。
換言すれば、図１０に示す特許文献１のピローブロック０１の滑りライニング０３では入口側及び出口側の両方に厚肉部０３ａが形成されていたのに対し、軸受パッド３では入口側だけに厚肉部３２ａが形成されている。
この厚肉部３２ａは、詳しくは、入口側になるにしたがって背面側に厚みが漸増し、且つ、背面が円弧形状（以下「Ｒ形状」とも表記する）に形成された厚肉部である。つまり、入口側になるにしたがって厚みが漸増するだけでなく、入口側になるにしたがって厚肉化傾向（一定長さ当たりの厚みの増大量）が増加する形状となっている。
【００３０】
第１弾性層３２の入口側に厚肉部３２ａを形成することで、スラストカラー１０６が回転して圧力が作用した際に、第１弾性層３２の入口側が薄肉変形し易くなる。これにより、スラストカラー１０６の回転時に、図２（ｂ）に破線で示すように、摺接面（摺接層３１の表面）３１１の入口側が、上流側（入口側）に向く微小テーパ面を形成し、この微小テーパ面とスラストカラー１０６との間に、入口側に向かって拡大する正くさび形状の水膜が形成され負荷能力が向上する。
【００３１】
ここで、図２（ａ）に示す平面視において、軸受パッド３の上流縁及び下流縁をそれぞれ延長した直線のなす角度（以下、パッド張り角ともいう）をθ０、厚肉部３２ａの上流縁及び下流縁をそれぞれ延長した直線のなす角度θ１とすると、角度θ１は、角度θ０の１/７〜１/４の範囲にあることが好ましい。角度θ１が１/７未満であると、厚肉部３２ａの効果が十分得られない。角度θ１が１/４を越えると、圧力の立ちやすい回転方向中央側で厚肉部３２ａの薄肉変形が入口側よりも大きくなって、厚肉部３２ａ及び摺接面３１１が出口側に向く微小テーパ面を形成する。これにより、スラストカラー１０６と軸受パッド３との間に、出口側に向かって拡大する逆くさび形状の隙間が形成されてしまい、軸受１の負荷能力が低下してしまう。
例えば、角度θ０は２０°に設定され、角度θ１は５°に設定されるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
また、ベース部材３３における第１弾性層３２の厚肉部３２ａとの対向面は、厚肉部３２ａの形状に嵌合するように、厚肉部３２ａに沿ったＲ形状断面を有するように形成されている。
【００３３】
第２弾性層３４は、スラストカラー１０６が、軸受２に対して片当たりした時の局所的な荷重を吸収するために設けられる。このため、荷重を吸収する能力が高くなるように第２弾性層３４は厚めのほうが好ましい。これに対して、第１弾性層３４は、厚肉部３２ａを除く薄肉部３２ｂはできるだけ薄いほうが好ましい。これは、薄肉部３２ｂは、後述するように薄肉変形すると、出口側に逆くさび形状の空間が形成されて負荷能力が低下してしまうので、薄肉変形しにくいよう薄いほうが好ましいためである。
【００３４】
［１−３．作用・効果］
海流発電装置１００では一般的にプロペラ軸１０５及びスラストカラー１０６の回転速度が例えば数ｍ／ｓ以下であり他の回転機械に較べて低速であること、また、潤滑剤である海水（水）の粘度が、一般的な潤滑剤に較べて低いこと、から、軸受パッド３とスラストカラー１０６との摺接面に潤滑剤（海水）が入りにくい。
本発明の第１実施形態では、軸受パッド３の第１弾性層３２の入口側に、他の出口側の領域（薄肉部）３２ｂよりも厚い厚肉部３２ａを設けているので、厚肉部３２ａ（つまり第１弾性層３２の入口側）が他の出口側の領域３２ｂに較べて圧力変形し易い。したがって、スラストカラー１０６の回転が、摺接面に海水を引き込むと共に摺接面の圧力を立たせるように作用した際には、スラストカラー１０６の回転速度が低速のためこの作用が弱いものであっても、（水深の深い場所で使用された場合には水圧が高くなるので相乗的に）厚肉部３２ａが容易に薄肉変形する。したがって、厚肉部３２ａが摺接層３１と一体に入口側に向いた微小テーパ形状を形成することで両摺接面の間に形成される正くさび形状の空間をより大きなものとすることでき、当該正くさび形状の空間に水膜を形成して負荷能力を向上することができる。
【００３５】
また、第１弾性層３２の出口側には、薄肉部３２ｂが設けられているので、軸受１が水深の深い場所で使用された場合でも、軸受パッド３の出口側は、薄肉変形（圧力変形）しづらい。したがって、軸受パッド３の摺接面３１１は、出口側においては、出口側に向いた微小テーパ形状を形成しづらく、摺接面３１１とスラストカラー１０６との間に逆くさび形状の空間が形成されることを抑制できる。
つまり、本発明の実施形態によれば、軸受パッド３の第１弾性層３２に対して、入口側を厚肉部３２ａとする一方で出口側を薄肉部３２ｂとしているので（第１弾性層３２の入口側にだけ厚肉部３２ａを設けているので）、軸受パッド３の負荷能力を入口側から出口側に亘って良好に保持することができ、軸受パッド３とスラストカラー１０６との片当たりを防止することができる。
【００３６】
また、厚肉部３２ａが、入口側になるにしたがって厚さが漸増するので、厚肉部３２ａの厚さ設定が、軸受パッド３とスラストカラー１０６との圧力分布に応じたものとなり（すなわち、厚肉部３２ａは入口側ほど厚肉に形成されるので、圧力が立ちにくい入口側端部ほど薄肉変形し易くなり）、軸受パッド３とスラストカラー１０６との間に、効率的に正くさび形状の水膜を形成して負荷能力を向上させることができる。
【００３７】
さらに、厚肉部３２ａに繰り返し変動加重が作用しても、厚肉部３２ａがＲ形状をしているため、変動加重による応力が一部に集中することを抑制することができ、前記変動加重による第１弾性層３２の疲労や、ベース部材３３からのズレや剥離を抑制することができる。
また、厚肉部３２ａをＲ形状としているので、入口側になるにしたがって厚肉化傾向（一定長さ当たりの厚みの増大量）が増大し、圧力が立ちにくい入口側端部が一層効果的に薄肉変形しやすくなり、軸受パッド３とスラストカラー１０６との間に、逆くさび形状の空間を形成してしまうことを抑制でき、確実に正くさび形状の水膜を形成することができる。
【００３８】
また、第１弾性層３２の表面に摺接層３１を設けているので、スラストカラー１０６が軸受１に接触した際には、スラストカラー１０６と第１弾性層３２とが直接接触することを防止でき、負荷能力の向上に大きく寄与する第１弾性層３２の損傷を防止できる。
また、摺接層３１は、第１弾性層３２よりも潤滑性能が高いので、スラストカラー１０６と第１弾性層３２とが接触した場合よりも、接触時の衝撃が緩和され、接触による摺接層３１自体の損傷を防止でき又は損傷の程度を軽減することができる。さらには、摺接層３１が、接触によって摩耗することで、スラストカラー１０６の片当たりに対して、軸受１の摺接面を有する摺接層３１の形状が、負荷能力を得やすい最適な形状とされ、軸受１に負荷が過剰に作用することが抑制され、軸受１の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
また、第２弾性層３４を設けているので、スラストカラー１０６が軸受パッド３に片当たりする場合や、スラストカラー１０６が静止ディスク１２に対して傾斜して、スラストカラー１０６と軸受１とが全体的に片当たりする場合に、片当たりによる軸受パッド３や軸受１に対する局所的な荷重が、第２弾性層３４によって吸収（分散）される。
［１−４．実施例］
下表１の条件に従ってシミュレーション結果を行った結果を、図３，図４に示す。
【表１】
2017172732.tif 000003
図３は、横軸を周方向角度θ［degree］、縦軸を厚肉部３２ａの薄肉変形量（薄肉側を正とする、圧力による肉厚の変形量）、として、軸受パッド３の角度位置（周方向角度θに対応した軸受パッド３の部位）における薄肉変形量の分布を示す図である。
図４は、横軸を周方向角度θ［degree］、縦軸を摺動面３１１に形成された水膜（潤滑膜）厚さ）［μｍ］として、軸受パッド３の角度位置における水膜厚さの分布を示す図である。
周方向角度θは、軸受パッド３の上流縁を基準〔０（ゼロ）degree〕とする角度である（図２（ａ）参照）。
図３及び図４からも明らかなように、第１弾性層３２に対し、入口部を厚肉部３２ａとすると共に出口部を薄肉部３２ｂとすることで、第１弾性層３２の入口部の薄肉変形量を促進すると共に第１弾性層３２の出口部の薄肉変形量を抑制することができ、軸受パッド３の摺接面３１１の入口側に形成される水膜厚さを、他の軸受パッド３の領域と同等に保持できることが分かった。
【００４０】
［２．第２実施形態］
［２−１．水潤滑スラスト軸受の構成］
以下、図５を参照して本実施形態の水潤滑スラスト軸受１Ａについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態としての水潤滑スラスト軸受１Ａの要部構成を示す模式的断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図である（断面を示すハッチは省略）。
本実施形態の水潤滑スラスト軸受１Ａは、図１に示す第１実施形態の海流発電装置１００において水潤滑スラスト軸受１に替えて使用されるものである。
図５に示すように、水潤滑スラスト軸受１Ａは、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１に対して、軸受パッド３に替えて軸受パッド３Ａを使用したものである。軸受パッド３Ａは、軸受パッド３と入口側の厚肉部の形状が異なる。具体的には、軸受パッド３Ａの入口側の厚肉部３２ａ′は、軸受パッド３の入口側の厚肉部３２ａに対し、入口側になるにしたがって背面側に厚みが漸増する点は同じであるが、背面がフラットな傾斜面に形成されている点で異なる。
この他の構成は、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
［２−２．作用効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
具体的には、第１弾性層３２の入口側に厚肉部３２ａ′が設けられ、また、出口側には薄肉部３２ｂが設けられているので、軸受パッド３Ａの負荷能力を入口側から出口側に亘って良好に保持することができ、軸受パッド３Ａとスラストカラー１０６との片当たりを防止することができる。
また、厚肉部３２ａ′が、入口側になるにしたがって厚さが漸増するので、厚肉部３２ａ′の厚さ設定が、軸受パッド３Ａとスラストカラー１０６との間の圧力分布に応じたものとなり（すなわち圧力が立ちにくい入口側ほど厚く薄肉変形し易くなり）、軸受パッド３Ａとスラストカラー１０６との間に、効率的に正くさび形状の水膜を形成して負荷能力を向上させることができる。
その他、厚肉部３２ａ′の背面はフラットな傾斜形状なので、第１実施形態のＲ形状の厚肉部３２ａに較べて加工が容易になり、第１実施形態に較べて製作コストを削減できる。
【００４２】
［３．第３実施形態］
［３−１．水潤滑スラスト軸受の構成］
以下、図６を参照して本実施形態の水潤滑スラスト軸受１Ｂについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図６は、本発明の第３実施形態としての水潤滑スラスト軸受１Ｂの要部構成を示す模式的断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図である（断面を示すハッチは省略）。
本実施形態の水潤滑スラスト軸受１Ｂは、図１に示す第１実施形態の海流発電装置１００において水潤滑スラスト軸受１に替えて使用されるものである。
水潤滑スラスト軸受１Ｂは、図６に示すように構成され、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１に対して、軸受パッド３に替えて軸受パッド３Ｂを使用したものである。軸受パッド３Ｂは、軸受パッド３と入口側の厚肉部の形状が異なる。具体的には、軸受パッド３Ｂの入口側の厚肉部３２ａ″は、軸受パッド３の入口側の厚肉部３２ａに対し、背面側に厚みが増加する点は同じであるが、ステップ的に厚みが増加するステップ状厚肉部である点で異なる。
この他の構成は、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
［３−２．作用効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
具体的には、第１弾性層３２の入口側に厚肉部３２ａ″が設けられ、また、入口側には薄肉部３２ｂが設けられているので、軸受パッド３Ｂの負荷能力を入口側から出口側に亘って良好に保持することができ、軸受パッド３Ｂとスラストカラー１０６との片当たりを防止することができる。
【００４４】
その他、厚肉部３２ａ″はステップ形状なので、第１実施形態のＲ形状の厚肉部３２ａに較べて加工が容易になり、第１実施形態に較べて製作コストを削減できる。
【００４５】
［４．第４実施形態］
［４−１．軸受装置の構成］
以下、図７を参照して本実施形態の軸受装置について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図７は、本発明の第４実施形態の軸受装置５及び水潤滑スラスト軸受１Ｃの要部構成を示す模式図であって、水潤滑スラスト軸受１Ｃの模式的断面図〔図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図。断面を示すハッチは省略。〕と共に制御ブロック図を示す。
【００４６】
水潤滑スラスト軸受（以下「軸受」とも表記する）１Ｃは、図７に示すように構成され、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１に対して、軸受パッド３に替えて、潤滑剤供給通路（補助潤滑剤通路）３５を穿設された軸受パッド３Ｃを使用したものである。潤滑剤供給通路３５は、ベース部材３３の円弧状外周面から、ベース部材３３，第１弾性層３２及び摺接層３１をこの順に貫通して、摺動面１１まで至っており、一端が、ベース部材３３の円弧状外周面に開口する潤滑剤注入孔（補助潤滑剤注入孔）３５ｂを構成し、他端が、摺接層３１の表面３１１に開口する潤滑剤供給孔（補助潤滑剤供給孔）３５ａを構成する。
水潤滑スラスト軸受１Ｃのこの他の構成は、第１実施形態の水潤滑スラスト軸受１と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
軸受装置５は、軸受１Ｃと、カートリッジ式グリース供給ポンプ（補助潤滑剤供給装置、以下「グリース供給ポンプ」と表記する）４と、グリース供給ポンプ４と軸受１Ｃとを接続する潤滑剤通路４ａと、プロペラ軸１０５（図１参照）の回転速度を検出するエンコーダ（回転速度検出手段）１１と、海流発電装置１００（図１参照）の制御装置１０内に機能構成されたポンプ制御部（供給装置制御手段）１０ａとを備えて構成される（図１では制御装置１０は省略）。
グリース供給ポンプ４は、潤滑剤としてのグリースが入ったカートリッジを備えており、このグリースを軸受１Ｃへと供給する。
ポンプ制御部１０ａには、エンコーダ１１からプロペラ軸１０５の回転速度情報が入力されると共に、制御装置１０の内部信号である海流発電装置１００の作動開始指令が入力される。ポンプ制御部１０ａは、海流発電装置１００の作動開始指令を取得すると、プロペラ１０４の作動（回転）が開始されるよりも前に、グリース供給ポンプ４を作動させて、潤滑剤通路４ａを介して潤滑剤注入孔３５ｂから潤滑剤供給通路３５内にグリースを供給する。これにより、潤滑剤供給孔３５ａからグリースが摺動面３１１に供給される。ポンプ制御部１０ａは、プロペラ１０４の回転開始後も、エンコーダ１１から取得した回転速度情報に基づいて、プロペラ軸１０５の回転速度が所定の回転速度（閾値）を越えたと判断するまで、グリース供給ポンプ４を動作させる。
【００４８】
［４−２．作用効果］
本実施形態では、プロペラ軸１０５の回転開始前に、グリース供給ポンプ４を作動させて、潤滑性能の高いグリースを摺動面３１１に供給し、このグリースの供給をプロペラ軸１０５の回転速度が所定の回転速度を越えるまで続ける。
【００４９】
水潤滑スラスト軸受１Ｃは、プロペラ軸１０５のスラストカラー１０６が回転することによって潤滑剤としての水が摺動面３１１に引き込まれる。このため、プロペラ軸１０５の回転開始前には、潤滑剤（水）が摺動面３１１に十分に行き渡っていないので、プロペラ軸１０５の回転開始時の起動トルクが大きなものとなる。
本発明の第４実施形態によれば、プロペラ軸１０５の回転開始前にグリース供給ポンプ４により摺動面３１１にグリースが供給されるので、このプロペラ軸１０５の起動トルクをグリースによって低減させることができる。
なお、プロペラ１０４が回転を開始して水が摺動面３１１に引き込まれると、この水に弾かれるようにして、摺動面３１１に形成されたグリースの油膜（潤滑膜）は摺動面３１１から分離され、摺動面３１１には水膜が速やかに形成される。すなわち、摺動面３１１に形成される潤滑膜が、油膜から水膜にスムーズに移行する。
【００５０】
［５．第５実施形態］
［５−１．軸受装置の構成］
以下、図８を参照して本実施形態の軸受装置について説明する。なお、上記第４実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図８は、本発明の第５実施形態の軸受装置５Ａの要部構成を示す模式図であって、水潤滑スラスト軸受１Ｃの模式的断面図〔図２（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する図。断面を示すハッチは省略。〕と共に制御ブロック図を示す。
【００５１】
本実施形態の軸受装置５Ａは、前記第４実施形態の軸受装置５に対し、さらに、水潤滑スラスト軸受１Ｃの振動（スラストカラー１０６と軸受パッド３Ｃとの間の摩擦トルクの増加に相関するパラメータ）を検出する振動センサ（トルク増加検出手段）１２を備える。振動センサ１２は、水潤滑スラスト軸受１Ｃに取り付けられ、例えば静止ディスク２に固定されている。また、振動センサ１２により検出された振動情報は、ポンプ制御部１０ａに入力される。
ポンプ制御部１０ａは、振動センサ１２により検出された振動情報に基づいて、静止ディスク２の振動が大きい場合、つまり振動の振幅が所定の振幅を越えている場合には、この振動が所定の振幅以下に収まるまで、軸受１Ｃが摩耗粉等の異物を噛み込んで摩擦トルクが突発的に増加しているとして、グリース供給ポンプ４を作動させる。
【００５２】
［５−２．作用効果］
本発明の第５実施形態によれば、静止ディスク２の振動が所定の閾値を越えている場合には、グリース供給ポンプ４が作動して摺接面３１１にグリースを供給するので、突発的な摩擦トルクの増加を低減することできる。
【００５３】
［５−３．変形例］
上記第５実施形態では、本発明の「スラストカラーと軸受パッドとの間の摩擦トルクの増加又は摩擦トルクの増加に相関するパラメータを検出するトルク増加検出手段」を振動センサ１２により構成したが、トルク増加検出手段は振動センサに限定されない。
例えば、海流発電装置が、プロペラを２基有する２翼式であって、各プロペラの回転軸（プロペラ軸）がそれぞれ水潤滑スラスト軸受１Ｃにより支持される場合には、各プロペラ軸に、プロペラ軸の回転速度を検出するエンコーダを設けると共に、制御装置１０に、これらのエンコーダの検出結果から各プロペラ軸の回転速度偏差を算出してポンプ制御部１０ａへ出力する回転速度偏差算出手段を設けて、前記エンコーダ及び前記回転速度偏差算出手段から、トルク増加検出手段を構成してもよい。
これにより、トルク増加検出手段により算出されたプロペラ軸の回転速度偏差が所定の閾値を越えている間は、プロペラ軸の回転速度が遅い方のプロペラ軸に取り付けられた軸受１Ｃに、突発的な摩擦トルクの増加が発生しているとして、ポンプ制御部１０ａがグリース供給ポンプ４を作動させて、プロペラ軸の回転速度の遅い軸受１Ｃの摺動面３１１にグリースが供給されるようになる。
【００５４】
［６．その他］
（１）上記各実施形態の水潤滑スラスト軸受１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、第２弾性層３４をベース部材３３の背面全面を覆うように設置したが、例えば水潤滑スラスト軸受１に対し、図９に示すように第２弾性層３４′を、ベース部材３３の入口側（回転方向ａにおける上流端から所定範囲）を除いた範囲に設けてもよい。この範囲は、第１弾性層３２の厚肉部３２ａの設置範囲と同じ範囲とすることが好ましい。このような構成とすることにより、第１弾性層３２の薄肉変形に加えて、軸受パッド３の入口側全体が、図９に破線で示すように背面側に傾斜変形するので、摺接面３１１のテーパの傾斜が大きなものとなって負荷容量が一層向上する。もちろん、水潤滑スラスト軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃに関しても、同様に、第２弾性層３４′を、ベース部材３３の入口側を除いた範囲に設けるようにしてもよい。
【００５５】
（２）上記第４実施形態及び第５実施形態では、起動時又は摩擦トルクの異常増加時に、水潤滑スラスト軸受１Ｃの摺動面に供給する補助潤滑剤にグリースを使用したが、水（海水）を使用してもよい。
【００５６】
（３）上記各実施形態では、ベース部材３３の背面３３２に第２弾性層３４を設けたが、第１弾性層３２の入口側に厚肉部３２ａ，３２ａ′，３２ａ″を設けるだけでも厚肉部３２ａ，３２ａ′，３２ａ″の薄肉変形により入口側の水膜を確保することができるので、第２弾性層３４を省略してもよい。
【００５７】
（４）軸受パッドの上記各実施形態の形状に限定されない。例えば、図１０に示す特許文献１に開示されたピローブロック０１のように平面視で円形でもよいし、平面視で四角形など多角形でもよく、種々の形状が選択可能である。
【００５８】
（５）上記各実施形態では、本発明を海流発電装置に適用した例を説明したが、本発明は、水没状態で使用される回転機械であれば適用できるものであり、例えば水力発電装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ，１Ｂ，1Ｃ  水潤滑スラスト軸受
２  静止ディスク
２１  静止ディスクの正面２１
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  軸受パッド
３１  摺接層
３１１  表面（摺動面）
３２  第１弾性層
３２ａ，３２ａ′，３２ａ″  厚肉部
３２ｂ  薄肉部
３３  ベース部材
３３１  正面
３３２  背面
３４  第２弾性層
３５  潤滑剤供給通路
３５ａ  潤滑剤供給孔（補助潤滑剤供給孔）
３５ｂ  潤滑剤注入孔（補助潤滑剤注入孔）
４  カートリッジ式グリース供給ポンプ（補助潤滑剤供給装置）
４ａ  潤滑剤通路
５，５Ａ  軸受装置
１０  制御装置
１０ａ  ポンプ制御部（供給装置制御手段）
１１  プロペラ軸１０５のエンコーダ（回転速度検出手段）
１２  振動センサ（トルク増加検出手段）
１００  海流発電装置
１０１  係留ブロック
１０２  係留索
１０３  ケーシング
１０４  プロペラ
１０５  プロペラ軸
１０６  スラストカラー
１０７  発電機
ａ  プロペラ軸１０５の回転方向
θ０  第１弾性層３２の角度、パッド張り角
θ１  厚肉部３２ａの角度
【図１】
2017172732.tif 000004
【図２】
2017172732.tif 000005
【図３】
2017172732.tif 000006
【図４】
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【図５】
2017172732.tif 000008
【図６】
2017172732.tif 000009
【図７】
2017172732.tif 000010
【図８】
2017172732.tif 000011
【図９】
2017172732.tif 000012
【図１０】
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