(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲に配置され、かつ摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受の軸方向上下端を軸受ケースに対して弾性支持する弾性支持機構と、前記パッド型軸受の外周部の軸方向両端部に取付けられたピボットと、前記パッド型軸受の外周面の軸方向および周方向の中央部に装着されたコイルばねと、これらコイルばねとピボットに係合する板ばねと、前記軸受ケースにねじ込まれ前記板ばねを介して前記コイルばねを押圧する調整体とを備え、前記パッド型軸受の潤滑材に河川水が用いられるパッド型セラミック軸受装置において、前記板ばねと前記ピボットの間および前記板ばねと前記調整体との間への異物侵入を防止する異物侵入防止手段を夫々設けたことを特徴とするパッド型セラミック軸受装置。
【請求項２】
前記異物侵入防止手段は、前記ピボットと前記調整体に装着した弾性リングであることを特徴とする請求項１記載のパッド型セラミック軸受装置。
【請求項３】
前記異物侵入防止手段は、前記パッド型軸受の背面と前記調整体とを包む袋であることを特徴とする請求項１記載のパッド型セラミック軸受装置。
【請求項４】
回転軸の周囲に配置され、かつ摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受の軸方向上下端を軸受ケースに対して弾性支持する弾性支持機構と、前記パッド型軸受の外周部の軸方向両端部に取付けられたピボットと、前記パッド型軸受の外周面の軸方向および周方向の中央部に装着されたコイルばねと、これらコイルばねとピボットに係合する板ばねと、前記軸受ケースにねじ込まれ前記板ばねを介して前記コイルばねを押圧する調整体とを備え、前記パッド型軸受の潤滑材に河川水が用いられるパッド型セラミック軸受装置を有し、前記回転軸にランナを固定した水車において、前記板ばねと前記ピボットの間および前記板ばねと前記調整体との間への異物侵入を防止する異物侵入防止手段を夫々設けたことを特徴とするパッド型セラミック軸受装置を備えた水車。
【請求項５】
前記異物侵入防止手段は、前記パッド型軸受の背面と前記調整体とを包む袋であることを特徴とする請求項４記載のパッド型セラミック軸受装置を備えた水車。
【請求項６】
前記異物侵入防止手段は、前記ピボットと前記調整体に装着した弾性リングであることを特徴とする請求項４記載のパッド型セラミック軸受装置を備えた水車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパッド型セラミック軸受装置の改良に係わり、特に河川水を潤滑剤として回転軸を支承するようになしたパッド型セラミック軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、河川水で潤滑して回転軸を支承する軸受装置にあっては、その軸受材料として樹脂，ゴムあるいはカーボンなどを使用しているのが普通であり、この場合、これらの材料は、河川水のように土砂等の硬い粒子を含んだ水で潤滑すると、短時間で摩耗して使用できなくなるため、この軸受部に給水手段を用いて清水を供給し、清水にて潤滑するようにしていた。
【０００３】
ところが、近年では、摺動材料として超硬合金やセラミックスの材料を組み合わせた軸受装置が開発され、一部雨水排水ポンプ等の主軸受に用いられるようになってきている。前述したように、このような軸受装置は河川水を潤滑剤とするものであり、しかも超硬合金やセラミックスでは硬度が土砂よりも高いので、土砂等の硬い粒子を含んだ水で潤滑してもほとんど摩耗しない。このため、樹脂やゴム等を用いた軸受装置に比較し、清水で潤滑することが不要になるばかりでなく、その給水手段も不要になり、さらにセラミックスの場合には、特に主機のメンテナンスやランニングコストなどの点で軸受材料として極めて有効である。
【０００４】
しかし、このセラミック材料は、耐衝撃性が十分でないので、運転中に土砂粒子等を摺動面に噛み込み、衝撃荷重を受けるとセラミック自体に亀裂が入り割損を招く嫌いがあり、また、軸受が拘束され片当たり等が発生すると損傷を引き起こす恐れがある。そのため、軸受摺動面への土砂等の硬い粒子の侵入を防ぎ、かつ軸受の片当たり等を防止できるパッド型セラミック軸受装置が特開平８−３３８−４２８号公報に開示されている。
【０００５】
図７は、この軸受装置の概略を示したもので、スリーブ２は回転軸１の周囲に沿って二分割され、その分割された互いの軸方向の両端部がボルト１３により締結されて、回転軸１の周囲を被っている。なお、このスリーブ２の外周部には超硬合金層部３が設けられている。
【０００６】
パッド型の軸受５は、前記スリーブ２と軸受ケース９との間に周囲に沿って複数個配設され、スリーブ２の超硬合金部３との摺動面にはセラミック部４が設けられている。軸受ケース９は筒形をなしており、その軸方向の下端部にはコイルばね７ａ、上端部にはプレート８が取付けられている。すなわち、各々の軸受５は片当たりを防止するため、このコイルばね７ａ、プレート８を備えた弾性支持機構を有している。また、各々の軸受５は回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部４をスリーブの超硬合金部３に接触させる圧力調整機構１０ｓを有している。
【０００７】
前記圧力調整機構１０ｓは、軸受５の外周面の軸方向および周方向の中央部に互いに対向する対向壁１４が突設されるとともに、その対向壁１４間に適宜の深さをなす溝１５が形成され、その溝１５に装着したコイルばね７と、対向壁１４間でコイルばね７と調整体の球状部１０ａとの間に介在された板ばね６と、半径方向に沿って移動可能な調整体１０より構成されている。
【０００８】
この構成において、軸受ケース９にねじ込まれた調整体の球状部１０ａが、板ばね６を介しコイルばね７を押圧することにより、コイルばね７の弾性力で軸受５のセラミック部４をスリーブ２に接触させ、これによってスリーブ２に対する各軸受５の接触圧力を調整するようにしている。
【０００９】
調整体１０は、先端が球面部１０ａをなし、かつ他端部の外周にねじ部１０ｃを有し、また、端面に回転させるための溝１０ｂを有するボルトで構成され、この調整体１０を軸受ケース９に設けられたねじ穴９ａにねじ込むことにより、軸受５を半径方向に移動するように形成されている。
【００１０】
この場合、調整体１０の移動は、調整体１０の溝１０ｂに六角棒等の工具を差し込んで回すことにより行なわれる。板ばね６は、各軸受５の外周に形成された対向壁（移動防止用の突起）１４間に装着され、コイルばね７と調整体１０の球面部１０ａとの間に介在されている。また、板ばね６は、各軸受５の外周部の軸方向両端部に取付けられたピボット１１部に係合するように形成されている。
【００１１】
すなわち、調整体１０によって板ばね６が押された時、コイルばね７とともに、各軸受５が半径方向に移動するように形成されている。また、ピボット１１となる部材は、軸受５にねじ込み固定あるいは差し込み固定され、同時に充分な緩み防止が施こされている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように形成されているセラミックス軸受装置は、前述もしたように土砂等を含んだ河川水をそのまま潤滑剤とするので、清水で潤滑するものに比較し、その給水手段も不要であり、またメンテナンスの点でも有利となるが、しかしこの軸受装置においては、永年の運転中には、清水で潤滑する軸受に比し、早期に軸振動が発生し易く、長期間にわたって安定した軸受性能が得られないことがこの度の綿密な実験の結果明らかとなってのである。
【００１３】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、軸振動の発生が充分防止され、長期間にわたって安定した軸受性能が得られるこの種のパッド型セラミック軸受装置を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
まず、実験の結果に基づき振動発生の原因を追及した結果、明らかとなったことから、前述した図７を参照しつつ述べると、このように形成されているパッド型セラミック軸受装置では、停止時においては、ピボット１１と板ばね６との間，または調整体の球面部１０ａと板ばね６との間のいずれかが非接触状態となる。一方、運転時においては、ピボット１１と板ばね６の間，および調整体の球面部１０ａと板ばね６とは接触し、軸受荷重を支持するようになっている。このように、ピボット１１と板ばね６との間，または調整体１０の球面部１０ａと板ばね６とは、接触，非接触を繰り返すことになる。
【００１５】
潤滑剤である河川水には硬質の土砂等の異物が含まれているため、長期間使用すると、ピボット１１と板ばね６との間または調整体１０の球面部１０ａと板ばね６との間に異物を噛み込み、ピボット１１または球面部１０ａが損傷し、その結果、その分軸受隙間が大きくなり、制振効果が低下して振動発生にむすびついていたのである。
【００１６】
本発明はこの制振効果の低下を、軸受構成を大きく変えることなく、みごとに解決したのである。すなわち、本発明は、回転軸の外周に配置され、かつ摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受を支持する荷重支持部材とを備え、前記軸受の潤滑剤に河川水が用いられるパッド型セラミック軸受装置において、前記パッド型軸受若しくはその周囲に、パッド型軸受と軸受荷重支持部材間への異物侵入を防止する異物侵入防止手段を設けるようになし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１７】
また、回転軸の外周に配置され、かつ摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受を支持する荷重支持部材とを備え、前記荷重支持部材の軸受支持側端面が球面に形成され、かつ前記軸受の潤滑剤に河川水が用いられるパッド型セラミック軸受装置において、前記荷重支持部材の球面部の外周近傍と軸受背面との間に、前記パッド型軸受と軸受荷重支持部材との接合部へ潤滑剤中の異物が侵入しないように、リング状の弾性部材を介在させるようにしたものである。
【００１８】
また、回転軸の外周に配置され、かつ摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受を支持する荷重支持部材とを備え、前記荷重支持部材の軸受支持側端面が球面に形成され、かつ前記軸受の潤滑剤に河川水が用いられるパッド型セラミック軸受装置において、前記パッド型軸受の背面部に、軸受背面と前記荷重支持部材の球面部とを覆う袋状の弾性部材を設けるようにしたものである。
【００１９】
また本発明は、河川水が潤滑剤に用いられるパッド型セラミック軸受装置を備え、このパッド型セラミック軸受装置が、摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受と、このパッド型軸受を支持する荷重支持部材とを有する水車において、前記パッド型軸受若しくはその周囲に、パッド型軸受と軸受荷重支持部材間への異物侵入を防止する異物侵入防止手段を設けるようにしたものである。
【００２０】
また、この場合、前記異物侵入防止手段を、前記パッド型軸受の背面部に、軸受背面と前記荷重支持部材の球面部とを覆う袋状の弾性部材にて形成するようにしたものである。また、前記異物侵入防止手段を、前記パッド型軸受と軸受荷重支持部材との接合部に、この接合部を包囲するようにリング状の弾性部材を介在させて形成するようにしたものである。
【００２１】
すなわちこのように形成されたパッド型セラミック軸受装置，またその軸受を備えた水車であると、軸受の荷重支持部に異物侵入防止手段が設けられていることから、荷重支持部に河川水に含まれている土砂等の硬い粒子の噛み込みがなくなり、荷重支持部の損傷が防止され、すなわち、荷重支持部の損傷に基づく軸受間隙が大きくなることはなく、したがって軸振動の発生は充分に防止され、長期間にわたって安定した軸受性能が維持されるのである。また、長期間にわたってメンテナンスを不要とした信頼性の高い水車とすることができるのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはそのパッド型セラミック軸受装置，およびその軸受装置を備えた水車が断面で示されている。図中１が回転軸であり、４１が水車ランナ、４８がガイドベーン、２０がセラミック軸受装置である。なお、４２は固定体、５０はガイドベーン４８を駆動するサーボモータである。
【００２３】
回転軸１は固定体４２を挿通して設けられ、その下部にはランナ４１が固定されている。この回転軸１を回転自在に支承するセラミック軸受装置２０は、固定体４２に支持されている。固定体４２は中空形状をなしており、その天板部４３の部分で軸受２０を支持するとともに、その上カバー４４と回転軸１間には軸封装置４５を備えている。
【００２４】
また、固定体４２の上カバー４４と下カバー４６とでケーシング４７が形成され、このケーシング４７からランナ４１に流入する水の流量が、ガイドベーン４８によって調整される。ガイドベーン４８は天板部４３上に設けられたガイドリング４９と連結され、サーボモータ５０により駆動される。
【００２５】
回転軸に設けられているスリーブ２は、図１および図２に示されているように、回転軸１の周囲に沿って二分割され、その分割された互いの軸方向の両端部がボルト１３により締結されて回転軸１の周囲を被うように形成されている。このスリーブ２の外周部，すなわち軸受５との摺動する面には超硬合金層部３が設けられている。
【００２６】
セラミック軸受装置２０は、主として、軸受ケース９、摺接面にセラミック層を有するパッド型軸受５、軸受荷重支持部材である圧力調整機構１０ｓ、弾性支持機構７ｓとから形成され、その軸受ケース９は、図２に示されているように筒形をなしており、その軸方向の下部には図１に示されているように、コイルばね７ａ、上部には軸受５を囲むようにプレート８が取付けられている。このうち、下部に配置されたコイルばね７ａの数は安定化の点より二本以上設けられている。コイルばね７ａはわずかな力で半径方向に容易に変形できるので、コイルばね７ａの動きは長期間に渡って安定し、かつ回転軸１の動きに十分追従できる。
【００２７】
回転軸に設けられているスリーブ２とセラミック軸受部４は、常に接触された状態に保持されているので、河川水に含まれている土砂等の硬い粒子がこのスリーブ２と各々のセラミック軸受部４との間に入り込むことはない。
【００２８】
圧力調整機構１０ｓは、軸受５の外周面の軸方向および周方向の中央部に互いに対向する対向壁１４が突設されるとともに、その対向壁１４間に適宜の深さをなす溝１５が形成され、その溝１５に装着したコイルばね７と、対向壁１４間でコイルばね７と調整体１０の球面部１０ａとの間に介在された板ばね６と、半径方向に沿って移動可能な調整体１０より構成されている。
【００２９】
この構成において、軸受ケース９にねじ込まれた調整体１０の球面部１０ａが、板ばね６を介しコイルばね７を押圧することにより、コイルばね７の弾性力で軸受５のセラミック部４をスリーブ２に接触させ、これによってスリーブ２に対する各軸受５の接触圧力を調整する。
【００３０】
各々の軸受５は片当たりを防止するため、この弾性支持機構７ｓを有している。弾性支持機構７ｓは、主としてコイルばね７ａ、プレート８により構成されている。パッド型軸受５は、このコイルばね７ａ、プレート８により弾性支持されているので、片当たりが防止される。
【００３１】
一方、軸受ケース９には軸受５のコイルばね７と対応する位置に調整体１０が半径方向に沿って移動可能に取付けられている。調整体１０は、概略的にはボルト状に形成されている。すなわち、先端が球面部１０ａに形成され、また他端部の外周にはねじ部１０ｃが刻設されている。また、その他端面には回転させるための溝１０ｂが設けられている。この調整体１０は、軸受ケース９に設けられたねじ穴９ａにねじ込まれることにより、軸受５を半径方向に移動する。この場合、調整体１０の移動は、調整体１０の溝１０ｂに六角棒等の工具を差し込んで回すことにより行なわれる。
【００３２】
板ばね６は、軸受５，軸受ケース９間においては、各軸受５の対向壁１４間でコイルばね７と調整体１０の球面部１０ａとの間に介在され、軸方向においては各軸受５の外周部の両端部に取付けられたピボット１１間に係合している。調整体１０によって押されたとき、対向壁１４間でピボット１１間の中央に位置するコイルばね７とともに、各軸受５を半径方向に移動させるようにしている。
【００３３】
また、ピボット１１を有する部材は軸受５にねじ込み固定、または差し込み固定されているが、緩み防止も同時に行なわれる。ピボット１１の頭部は球面状をなしている。
【００３４】
また、この軸受装置には、軸受の荷重支持部に河川水の異物が侵入しないように、異物侵入防止手段が施されている。すなわち、荷重支持部であるピボット１１と板ばね６との間，または調整体１０の球面部１０ａと板ばね６との間に異物の噛み込みを防止するため、ピボット１１および調整体１０の球面部１０ａ側には弾性リング１６ａ、１６ｃ、１６ｄが装着されている。
【００３５】
このように、ピボット１１および調整体１０の球面部１０ａ側には弾性リング１６ａ、１６ｃ、１６ｄが装着され、ピボット１１と板ばね６隙間および調整体１０と板ばね６との隙間が、この弾性リングで被覆されると、これらの隙間には河川水に含まれている土砂等の硬い粒子が侵入することはなくなり、すなわち硬い粒子による荷重支持部の損傷は防止され、したがって、長期間にわたって安定した軸受性能が得られる。
【００３６】
また、弾性リング１６ａ、１６ｃ、１６ｄで被覆した部分は、河川水が侵入することがないので、耐食性に優れ腐食摩耗等も防止できる効果がある。さらに、水垢等の付着を無くすことができるので、荷重支持部の接触状態が長期間変化無く維持できるので、安定した荷重支持機能が得られる。なお、弾性リング１６ａ、１６ｃ、１６ｄは、その接触面，すなわち、ピボット１１、調整体の球面部１０ａ、および板ばね６の表面に接着剤等を用いて固定するようにしても良い。
【００３７】
このセラミック軸受装置は、上述のように、軸受の荷重支持部に異物侵入防止手段が設けられているので、荷重支持部に河川水に含まれている土砂等の硬い粒子の噛み込みがなくなり、損傷が防止される。また、荷重支持部の水垢等の付着が皆無となる。その結果、長期間にわたって安定した軸受性能が維持される。
【００３８】
また、本発明の水車においては、回転軸１に固定されかつ外周面に超硬合金部３を設け、かつ複数に分割形成されたスリーブ２と、スリーブ２の外周位置に配置される軸受ケース９と、軸受ケース９およびスリーブ２間に周方向に沿って複数配設され、各々がスリーブ２との摺接面にセラミック部４を設けた軸受５と、各々の軸受５を求心方向に付勢させ、回転軸の停止時、各々の軸受のセラミック部４をスリーブ２の超硬合金部３に接触させる圧力調整機構と、軸受の移動を阻害しないような弾性支持機構と、軸受の荷重支持部に異物侵入防止手段とで構成したことを特徴とするパッド型セラミック軸受装置を有しているので、軸受の荷重支持部の損傷が改善され、長期間にわたって安定した軸受性能を示す軸受装置が得られ、この軸受装置を水車に適用することにより、水車として高信頼性を得ることができる。
【００３９】
図３に本発明によるパッド型セラミック軸受装置のもう一つの実施例が示されている。この実施例において、前述実施例と異なる点は、軸受の荷重支持部の異物侵入防止手段が調整体１０の球面部１０ａと対向する板ばね６の面に溝１７を設けて構成した点である。
【００４０】
この実施例であると、基本的には前述した実施例と同様の作用効果を達成することは勿論、さらに、溝１７を設けることにより弾性リング１６ｂの外周部が板ばね６に装着固定されるので、さらに信頼性の向上が図れる。
【００４１】
図４に本発明によるパッド型セラミック軸受装置の第三の実施例が示されている。この実施例において、前述の実施例と異なるのは前記軸受の荷重支持部の異物侵入防止手段が荷重支持部および板ばね６をゴムモールド１８等で被覆して構成した点である。
【００４２】
この実施例によれば、基本的には前述した実施例と同様の作用効果を得ることができる他、板ばね６側にゴムブッシュ１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されているので、組立時の装着固定が確実で容易にできる。また、ゴムブッシュ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの内径は装着する相手側の外径よりも多少小さくしているので、確実に相手側と密着固定される。さらに、板ばね６がゴムモールド１８されているため、板ばね６の耐食性が向上する。
【００４３】
図５に本発明によるパッド型セラミック軸受装置の第四の実施例が示されている。この実施例において、前記実施例と異なるのは、軸受の荷重支持部の異物侵入防止手段が軸受外周面および調整体の軸受ケースの内周側に突出した部分を包むように袋１９を取り付けて構成している点である。袋１９の材質としてはゴムまたはビニール等が良い。また、この実施例では、コイルばね７ａの装着場所に異物落下用の孔２１を設けている。そのため、異物の堆積が防止され、コイルばね７ａの固着がなくなり長期間安定した性能が得られる。
【００４４】
この実施例によれば、基本的には前述した第一の実施例と同様の作用効果を得ることができる他、コイルばね７への河川水の侵入が防止できるので、接触圧力が一定に保持できる。さらに、ピボット１１、板ばね６調整体等の耐食性が向上する。
【００４５】
図６に本発明によるパッド型セラミック軸受装置の第五の実施例が示されている。この実施例において、前記第一の実施例と異なるのは前記軸受の荷重支持部の異物侵入防止手段が軸受外周面および調整体の球面部１０ａを包むように袋１９ａを取り付けて構成している点である。この実施例であっても、基本的には前述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
以上説明してきたようにこのように形成されたッド型セラミック軸受装置であると、軸受の荷重支持部に異物侵入防止手段が設けられていることから、荷重支持部に河川水に含まれている土砂等の硬い粒子の噛み込みがなくなり、荷重支持部の損傷が防止され、すなわち、荷重支持部の損傷に基づく軸受間隙が大きくなることはなく、したがって軸振動の発生は充分に防止され、長期間にわたって安定した軸受性能が維持されるのである。
【００４７】
また、この軸受装置を水車に適用することにより長期間にわたってメンテナンスを不要とした信頼性の高い水車とすることができるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、軸振動の発生が充分防止され、長期間にわたって安定した軸受性能が得られるこの種のパッド型セラミック軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパッド型セラミック軸受装置を備えた水車の一実施例を示す縦断側面図およびパッド型セラミック軸受装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明のパッド型セラミック軸受装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】本発明のパッド型セラミック軸受装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明のパッド型セラミック軸受装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図６】本発明のパッド型セラミック軸受装置の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図７】従来のパッド型セラミック軸受装置を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…回転軸、２…分割スリーブ、３…超硬合金部、４…セラミック部、５…パッド型軸受、６…板ばね、７，７ａ…コイルばね、８…プレート、９…軸受ケース、１０…調整体、１０ａ…球面部、１０ｓ…圧力調整機構（軸受荷重支持部）、１１…ピボット、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…弾性リング、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…ゴムブッシュ、１９，１９ａ…袋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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