スラスト滑り軸受および該スラスト滑り軸受を備えたポンプ
【課題】摺接面の接触状態を改善し、偏摩耗を低減するスラスト滑り軸受を提供する。
【解決手段】本発明に係るスラスト滑り軸受は、摺接面を有する回転側摺接部材３０と、摺接面を有する固定側摺接部材３１と、回転側摺接部材３０の摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材４０と、固定側摺接部材３１の摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材４１とを備える。回転側摺接部材３０と固定側摺接部材３１にスラスト荷重が加わると、回転側変形部材４０および固定側変形部材４１が変形し、摺接面同士が面接触する。
【解決手段】本発明に係るスラスト滑り軸受は、摺接面を有する回転側摺接部材３０と、摺接面を有する固定側摺接部材３１と、回転側摺接部材３０の摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材４０と、固定側摺接部材３１の摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材４１とを備える。回転側摺接部材３０と固定側摺接部材３１にスラスト荷重が加わると、回転側変形部材４０および固定側変形部材４１が変形し、摺接面同士が面接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受、および該スラスト滑り軸受を備えたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは、羽根車を回転させることにより液体を加圧し、吐出口から液体を吐出する。羽根車は、軸受により回転自在に支持された軸を介してモータなどの駆動源により回転駆動される。ポンプに用いられる軸受には、一般に、ラジアル荷重を支持するラジアル軸受と、スラスト荷重を支持するスラスト軸受とが含まれる。軸受の例としては、羽根車の回転に伴う軸受摺接面の相対的な回転により吸い込まれた液体の動圧を利用した滑り軸受が挙げられる。
【０００３】
図１は、スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。図１に示すように、スラスト滑り軸受は、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２とを有する。固定側摺接部材５２は、固定基台５５に保持され、一方、回転側摺接部材５１は、軸と一体に回転する回転基台５６に固定される。図２（ａ）は固定側摺接部材５２を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ-Ａ線断面図である。図２（ａ）に示すように、固定側摺接部材５２の摺接面には、液体の動圧を発生させるスパイラル溝５７が形成されている。このスパイラル溝５７は、潤滑に用いられる液体が摺接面に供給されやすくするためのものであり、１０μｍ程度の深さを有している。このスパイラル溝５７は、一般にレーザ加工によって形成される。
【０００４】
摺接部材５１，５２は、ＳｉＣなどのセラミックで形成されるのが一般的である。ところが、ポンプの取扱液が超純水の場合、摺接部材５１，５２が腐食してしまい、軸受の寿命が極端に短くなってしまう。そこで、このような取扱液を使用する場合には、摺接部材５１，５２の摺接面を多結晶ダイヤモンドで被覆することで耐久性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この多結晶ダイヤモンドの被膜は、膜厚が薄すぎると剥離しやすく、厚すぎると割れやすくなるため、数μｍ〜１０数μｍの厚さの膜として形成される。
【０００５】
ところで、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２にスラスト荷重がかかった場合、これらの摺接部材５１，５２は最終的に回転基台５６と固定基台５５の保持面にそれぞれ拘束される。このため、これらの工作精度、組立精度によっては、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２の各摺接面が正しく接触せずに、一方の端部が他方の一部に接触するだけとなる。図３は、摺接面が傾いている状態を誇張して表現した図である。
【０００６】
このように摺接面が互いに傾いていると、その接触点（実際には摺接面は相対的に回転するため、一方は軸受の回転中心から接触点までを半径とする円周となる）に荷重が集中し、摺接面が偏摩耗してしまう。ダイヤモンド被膜は薄いため、偏摩耗により、想定よりも早く基材のセラミックが露出することになる。そして、露出した箇所が液体（超純水）と接触して、摺接部材５１，５２が腐食し、その結果、軸受の寿命が短くなってしまう。なお、このような偏摩耗に起因する問題は、ダイヤモンド被膜に限らず、他の被膜でも同様に起こり得る。さらに、被膜のない軸受においても、軸受寿命の低下に影響する問題である。
【０００７】
また、スパイラル溝５７（図２（ａ）参照）が形成されている摺接面にダイヤモンド皮膜を形成すると、ダイヤモンド被膜があるにもかかわらず超純水により摺接面が腐食したり、ダイヤモンド被膜が割れて剥離するといった現象が頻繁に起きてしまう。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７５２８６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／１３３１９７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、摺接面の接触状態を改善し、偏摩耗を低減するスラスト滑り軸受を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、従来の問題点を改善した多結晶材料の被膜をもつスラスト滑り軸受を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材と、前記回転側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、前記固定側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所が曲面で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所の外角は３０度以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記回転側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、前記固定側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様は、ケーシングと、前記ケーシングに収容される羽根車と、前記羽根車と一体となって回転する軸と、前記軸を回転させるモータと、前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備えるポンプであって、前記複数の軸受の少なくとも一つは上記スラスト滑り軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スラスト軸受の組立時に摺接部材の摺接面が傾いても、摺接部材が互いを押圧しながら回転することにより、変形部材が変形して摺接面の傾きが改善される。また、本発明によれば、摺接面の全体が滑らかな面で構成されるので、ピンホールや露出箇所を形成することなく、結晶性材料（例えばダイヤモンド）の被膜を摺接面にコーティングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。図４に示すように、ポンプは、ポンプケーシング１０と、このポンプケーシング１０に収容されたキャンドモータ１１と、このキャンドモータ１１によって回転される軸１２と、この軸１２の端部に固定された羽根車１５とを備えている。ポンプケーシング１０は、ケーシング外筒１０Ａと、このケーシング外筒１０Ａの両端に接続された吸込ケーシング１０Ｂおよび吐出ケーシング１０Ｃとを有している。吸込ケーシング１０Ｂおよび吐出ケーシング１０Ｃは、それぞれ吸込口１０ａおよび吐出口１０ｂを有している。
【００１８】
キャンドモータ１１は、軸１２の外周面に固定された回転子１１Ａと、この回転子１１Ａを囲むように配置された固定子１１Ｂと、この固定子１１Ｂが固定されるモータ外胴１１Ｃと、モータ外胴１１Ｃの両開放端部を塞ぐモータ側板１１Ｄと、回転子１１Ａと固定子１１Ｂとの間に配置された円筒状のキャン１１Ｅとを備えている。固定子１１Ｂは、モータ外胴１１Ｃと、キャン１１Ｅと、モータ側板１１Ｄとによって形成された空間内に密封されている。モータ外胴１１Ｃとケーシング外筒１０Ａとの間には、円筒状の液体の流路１７が形成されている。この流路１７は吸込口１０ａおよび吐出口１０ｂに連通している。このような構成において、羽根車１５を回転させると、液体は、吸込口１０ａからポンプケーシング１０内に吸い込まれ、回転する羽根車１５によって昇圧される。昇圧された液体は、流路１７を通って吐出口１０ｂから吐出される。
【００１９】
軸１２はその両端に配置されたラジアル軸受２０，２１によって回転自在に支持されるとともに、スラスト軸受２２および補助スラスト軸受２３によって支持されている。スラスト軸受２２、ラジアル軸受２０，２１、および補助スラスト軸受２３は、いずれも滑り軸受である。スラスト軸受２２は、ポンプの運転中に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。ポンプの運転中は、羽根車１５の回転により液体が加圧されるため、羽根車１５の吐出側面が受ける圧力は吸込側面が受ける圧力よりも高くなる。この羽根車１５に作用する圧力のアンバランスによりスラスト荷重が発生する。スラスト軸受２２は、この吐出口１０ｂから吸込口１０ａに向かう方向に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。一方、補助スラスト軸受２３は、ポンプ起動時などにおいて定常運転時とは逆向き（吸込口１０ａから吐出口１０ｂに向かう方向）のスラスト荷重を受けるためのものである。スラスト軸受２２、ラジアル軸受２０，２１、および補助スラスト軸受２３には、ポンプケーシング１０内に取り込まれた液体が浸潤し、この液体によって潤滑されている。
【００２０】
図５は、図４に示すスラスト軸受２２およびラジアル軸受２１を示す断面図である。図６は図５に示すＢ-Ｂ線断面図である。ラジアル軸受２１は、軸１２の外周面に固定された回転側ラジアル摺接部材２６と、固定基台（固定側軸受ブラケット）２７に固定された固定側ラジアル摺接部材２８とを有している。スラスト軸受２２は、軸１２と一体に回転する回転側スラスト摺接部材３０と、この回転側スラスト摺接部材３０に対向して配置される固定側スラスト摺接部材３１とを有している。回転側スラスト摺接部材３０と固定側スラスト摺接部材３１は、互いに向き合う環状の摺接面をそれぞれ有している。回転側スラスト摺接部材３０および固定側スラスト摺接部材３１は、ＳｉＣ（炭化けい素）などのセラミックから構成されている。
【００２１】
回転側スラスト摺接部材３０は、軸１２に固定された回転基台（回転側軸受ブラケット）３３に保持されている。この回転基台３３には環状の縁部３３ａが形成されており、この縁部３３ａの内側に回転側スラスト摺接部材３０が配置されている。縁部３３ａと回転側スラスト摺接部材３０との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング３４が配置されており、この軸受押さえリング３４により回転側スラスト摺接部材３０のラジアル方向の位置が固定されている。
【００２２】
固定側スラスト摺接部材３１は上記固定基台２７に保持されている。この固定基台２７の位置は固定されている。この固定基台２７には環状の縁部２７ａが形成されており、この縁部２７ａの内側に固定側スラスト摺接部材３１が配置されている。縁部２７ａと固定側スラスト摺接部材３１との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング３６が配置されており、この軸受押さえリング３６により固定側スラスト摺接部材３１のラジアル方向の位置が固定されている。
【００２３】
回転側スラスト摺接部材３０に隣接してシート（回転側変形部材）４０が配置されている。このシート４０は、回転側スラスト摺接部材３０の摺接面とは反対側の端面に接している。シート４０は、回転側スラスト摺接部材３０と回転基台３３とに挟まれており、回転側スラスト摺接部材３０と回転基台３３との間のスラスト荷重は、シート４０を介して伝達される。同様に、固定側スラスト摺接部材３１に隣接してシート（固定側変形部材）４１が配置されている。このシート４１は、固定側スラスト摺接部材３１の摺接面とは反対側の端面に接している。シート４１は、固定側スラスト摺接部材３１と固定基台２７とに挟まれており、固定側スラスト摺接部材３１と固定基台２７との間のスラスト荷重は、シート４１を介して伝達される。このように、回転側スラスト摺接部材３０および固定側スラスト摺接部材３１は、２つのシート４０，４１によって挟まれている。
【００２４】
これらのシート４０，４１は同一の形状を有し、同一の材料から形成されている。したがって、以下、回転側スラスト摺接部材３０に接するシート４０について説明する。図７はシート４０を示す斜視図である。図７に示すように、シート４０は環状の形状を有している。シート４０は摺接面の面積よりも大きく、摺接部材の端面（摺接面と反対側の面）の全体を覆う形状を有している。シート４０の厚さは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。シート４０の材料としては、低荷重で変形するものが好ましく、樹脂材料が適当である。例えば、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）が好ましく使用される。
【００２５】
このような変形可能なシート４０，４１の上に摺接部材３０，３１がそれぞれ設置されるので、スラスト軸受２２の組立時に摺接部材３０，３１の摺接面が傾いても、摺接部材３０，３１が互いを押圧しながら回転することにより、シート４０，４１が変形して摺接面の傾きが改善される。その結果、摺接部材３０，３１の摺接面は互いに面接触する。図８（ａ）は摺接部材３０，３１が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は摺接部材３０，３１がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。図８（ｂ）から分かるように、シート４０，４１の変形により摺接部材３０，３１の摺接面が回転軸１２（一点鎖線で示す）に対して垂直な面に修正される。これにより、摺接部材３０，３１の偏摩耗を抑制することができ、スラスト軸受２２の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
シート４０，４１の材料として、ゴム等のエラストマーを用いることもできる。しかしながら、弾性変形の場合は変形量に応じて摺接部材３０，３１に荷重がかかるため、摺接面内での接触圧力が不均一となる。したがって、シート４０，４１の変形は主に塑性変形であることが好ましく、ポンプ運転に伴って発生するスラスト荷重による摺接部材３０，３１の摺接によって塑性変形する材料を用いてシート４０，４１を形成することが好ましい。具体的には、圧縮強さ、圧縮降伏応力が小さい材料が好ましく、特に圧縮強さ５０ＭＰａ以下で、圧縮降伏応力が３０ＭＰａ以下の材料が好ましい。更に、取扱液に対する安定性が高く、吸水率が小さい材料が好ましい。このような材料としては、フッ素樹脂の他にポリエチレンが挙げられる。
【００２７】
図９（ａ）は固定側スラスト摺接部材３１の平面図であり、図９（ｂ）は固定側スラスト摺接部材３１の縦断面図である。固定側スラスト摺接部材３１の摺接面３１ａには、径方向に延びる複数のラジアル溝４５が形成されている。このラジアル溝４５は、Ｕ字型の断面形状を有しており、ラジアル溝４５と摺接面３１ａとは滑らかな曲面でつながっている。ラジアル溝４５を含む摺接面３１ａの全体は、多結晶ダイヤモンドで被覆されている。ダイヤモンドコーティングの方法は特に限定されないが、特許文献１（特開２００６−２７５２８６号公報）に記載の方法が適用可能である。
【００２８】
図２（ａ）に示すようなスパイラル溝を含む摺接面にダイヤモンド被膜を形成すると、既に述べたように超純水による腐食や、ダイヤモンド被膜の割れによる剥離という問題が起こる。この原因は以下のようなメカニズムであると考えられる。ＳｉＣから形成される摺接部材にレーザ加工によって形成された溝は、幅１ｍｍ程度、深さ１０μｍ程度である。図１０は、この摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示している。図１０に示すように、摺接部材の表面にはレーザ加工により、シャープなエッジ部が形成されている。ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができずに、ピンホールができたり、エッジ部分が被覆されずに残ってしまったりする。取扱液が超純水であると、超純水がピンホールから浸入して摺接部材の表面が腐食されたり、露出したエッジ部が腐食してしまう。
【００２９】
また、エッジ部のように表面形状の変化が大きい箇所があると、たとえダイヤモンドでコーティングされていたとしても、摺接部材同士が摺接したときに、その箇所に応力が集中することとなる。ダイヤモンド膜は脆いため、このような応力集中に耐えられず割れてしまい、摺接部材から剥離することになる。
【００３０】
一方、図１１に示すような、摺接面に急激な形状変化がなく、なだらかな形状であれば、ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができ、ピンホールなどを形成することはない。また、応力集中も緩和されるため、ダイヤモンド被膜が剥離するほどの応力集中も起こらない。
【００３１】
本実施形態では、このような理由に基づき、図２（ａ）に示すスパイラル溝に比べて、幅が広い断面Ｕ字型のラジアル溝４５が摺接面３１ａに形成されている。図１２はラジアル溝４５の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。このラジアル溝４５は、摺接部材３１を成形するための型の形状として摺接部材３１に転写可能な大きさであり、また、研削により成形可能な大きさである。図１２に示すように、ラジアル溝４５全体が緩やかな円弧を描くような形状をしており、ラジアル溝４５と摺接面３１ａとの接続部も滑らかな曲面Ｒ１として形成されている。
【００３２】
図１３は図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。図１３に示すように、摺接面３１ａの内周縁部および外周縁部は滑らかな曲面Ｒ２で形成されている。なお、回転側スラスト摺接部材３０の摺接面の内周縁部および外周縁部も、同様に、滑らかな曲面で形成されている。図１３に示す実施形態では、摺接面３１ａとは反対側の端面の内周縁部および外周縁部も曲面Ｒ２として形成されているが、摺接面３１ａの両周縁部のみを曲面で形成してもよい。
【００３３】
本実施形態では、溝の幅Ｗは２ｍｍ程度、溝の深さＤは０．２ｍｍ程度である。回転側摺接部材を型により成形する際の精度やその容易性を考慮すると、幅Ｗは２〜３．５ｍｍ、深さＤは０．２〜０．２５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
このように、ダイヤモンドコーティングされる摺接面の全てを、平坦面を含む滑らかな面で構成したため、表面形状変化の大きな箇所が存在しない。よって、ダイヤモンド被膜にピンホールや露出箇所が形成されるのを抑制でき、また、応力集中を緩和することができる。結果として、超純水による摺接部材の腐食や、ダイヤモンド被膜の剥離が抑制され、スラスト滑り軸受の寿命が延びる。
【００３５】
なお、本実施形態では、摺接面内の全ての表面形状変化箇所を曲面で構成したが、表面形状変化箇所が大きな鈍角であれば、これを曲面により構成しなくともよい。例えば、図１４に示すように、表面形状変化箇所（角部）の外角が３０度以下であれば、ピンホール形成の抑制および応力集中の緩和が可能である。しかしながら、表面形状変化箇所を曲面で形成すること、特に断面が円弧形状となるように表面形状変化箇所を形成することが最も好ましい。なお、本実施形態では、ラジアル溝を固定側スラスト摺接部材に形成したが、回転側スラスト摺接部材にラジアル溝を形成してもよく、または両方の摺接部材にラジアル溝を形成してもよい。ただし、ラジアル溝は固定側スラスト摺接部材または回転側スラスト摺接部材のどちらか一方のみに設けるのがより好ましい。また、ラジアル溝は半径方向と平行でなく、半径方向に対して傾きを持った形状でも構わなく、ラジアル溝の断面全体が緩やかに変化する形状をしており、ラジアル溝と摺接面との接続部も緩やかに変化する形状として形成されていればよい。
【００３６】
このような、改善された表面形状を持つ摺接部材を被覆する材料としては、多結晶ダイヤモンドに限るものではなく、結晶体、特に多結晶体であって、硬くて脆い材質の被膜であれば同じような効果を発揮することが可能である。多結晶ダイヤモンドは特にそのような性質（多結晶で硬くて脆い）が顕著であるため特に効果が大きい。
【００３７】
本実施形態では、軸受自体の片あたりの改善、および軸受の摺接面内の表面形状の改善の相乗効果により、スラスト滑り軸受の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、摺接面の表面形状が滑らかであるので、摺接面同士の接触圧力にも急激な変化がおきにくく、偏摩耗をより抑制することができる。
【００３８】
上述の２つの改善（変形部材および被膜）はそれぞれを単独に用いても十分に効果のあるものである。例えば、変形部材（シート４０，４１）は、被膜のないスラスト滑り軸受にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。また、ダイヤモンド以外の材料による被膜を施したスラスト滑り軸受にも、変形部材を適用することができる。変形部材は、ダイヤモンドコーティングのように薄くて破損しやすい被膜の場合には、特に効果的である。なお、補助スラスト軸受２３の摺接面についても、同様の形態でダイヤモンド被膜をコーティングしても良いし、変形部材を適用しても良い。
【００３９】
本実施形態のスラスト滑り軸受は、図４に示すポンプのみならず、スラスト荷重を発生する他の回転機械にも適用することが可能である。
【００４０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は固定側摺接部材を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ-Ａ線断面図である。
【図３】摺接面が傾いている状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。
【図５】図４に示すスラスト軸受およびラジアル軸受を示す断面図である。
【図６】図５に示すＢ-Ｂ線断面図である。
【図７】シートを示す斜視図である。
【図８】図８（ａ）は摺接部材が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は摺接部材がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は固定側スラスト摺接部材の平面図であり、図９（ｂ）は固定側スラスト摺接部材の縦断面図である。
【図１０】従来の摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。
【図１１】滑らかな摺接面に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。
【図１２】ラジアル溝の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。
【図１３】図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】外角が３０度以下の表面形状変化箇所（角部）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ポンプケーシング
１１ キャンドモータ
１２ 軸
１５ 羽根車
２０，２１ ラジアル軸受
２２ スラスト軸受
２３ 補助スラスト軸受
２６ 回転側ラジアル摺接部材
２７ 固定基台
２８ 固定側ラジアル摺接部材
３０ 回転側スラスト摺接部材
３１ 固定側スラスト摺接部材
３３ 回転基台
３４，３６ 軸押さえリング
４０，４１ シート（変形部材）
４５ ラジアル溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受、および該スラスト滑り軸受を備えたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは、羽根車を回転させることにより液体を加圧し、吐出口から液体を吐出する。羽根車は、軸受により回転自在に支持された軸を介してモータなどの駆動源により回転駆動される。ポンプに用いられる軸受には、一般に、ラジアル荷重を支持するラジアル軸受と、スラスト荷重を支持するスラスト軸受とが含まれる。軸受の例としては、羽根車の回転に伴う軸受摺接面の相対的な回転により吸い込まれた液体の動圧を利用した滑り軸受が挙げられる。
【０００３】
図１は、スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。図１に示すように、スラスト滑り軸受は、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２とを有する。固定側摺接部材５２は、固定基台５５に保持され、一方、回転側摺接部材５１は、軸と一体に回転する回転基台５６に固定される。図２（ａ）は固定側摺接部材５２を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ-Ａ線断面図である。図２（ａ）に示すように、固定側摺接部材５２の摺接面には、液体の動圧を発生させるスパイラル溝５７が形成されている。このスパイラル溝５７は、潤滑に用いられる液体が摺接面に供給されやすくするためのものであり、１０μｍ程度の深さを有している。このスパイラル溝５７は、一般にレーザ加工によって形成される。
【０００４】
摺接部材５１，５２は、ＳｉＣなどのセラミックで形成されるのが一般的である。ところが、ポンプの取扱液が超純水の場合、摺接部材５１，５２が腐食してしまい、軸受の寿命が極端に短くなってしまう。そこで、このような取扱液を使用する場合には、摺接部材５１，５２の摺接面を多結晶ダイヤモンドで被覆することで耐久性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この多結晶ダイヤモンドの被膜は、膜厚が薄すぎると剥離しやすく、厚すぎると割れやすくなるため、数μｍ〜１０数μｍの厚さの膜として形成される。
【０００５】
ところで、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２にスラスト荷重がかかった場合、これらの摺接部材５１，５２は最終的に回転基台５６と固定基台５５の保持面にそれぞれ拘束される。このため、これらの工作精度、組立精度によっては、回転側摺接部材５１と固定側摺接部材５２の各摺接面が正しく接触せずに、一方の端部が他方の一部に接触するだけとなる。図３は、摺接面が傾いている状態を誇張して表現した図である。
【０００６】
このように摺接面が互いに傾いていると、その接触点（実際には摺接面は相対的に回転するため、一方は軸受の回転中心から接触点までを半径とする円周となる）に荷重が集中し、摺接面が偏摩耗してしまう。ダイヤモンド被膜は薄いため、偏摩耗により、想定よりも早く基材のセラミックが露出することになる。そして、露出した箇所が液体（超純水）と接触して、摺接部材５１，５２が腐食し、その結果、軸受の寿命が短くなってしまう。なお、このような偏摩耗に起因する問題は、ダイヤモンド被膜に限らず、他の被膜でも同様に起こり得る。さらに、被膜のない軸受においても、軸受寿命の低下に影響する問題である。
【０００７】
また、スパイラル溝５７（図２（ａ）参照）が形成されている摺接面にダイヤモンド皮膜を形成すると、ダイヤモンド被膜があるにもかかわらず超純水により摺接面が腐食したり、ダイヤモンド被膜が割れて剥離するといった現象が頻繁に起きてしまう。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７５２８６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／１３３１９７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、摺接面の接触状態を改善し、偏摩耗を低減するスラスト滑り軸受を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、従来の問題点を改善した多結晶材料の被膜をもつスラスト滑り軸受を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材と、前記回転側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、前記固定側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所が曲面で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所の外角は３０度以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記回転側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、前記固定側摺接部材の、摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様は、ケーシングと、前記ケーシングに収容される羽根車と、前記羽根車と一体となって回転する軸と、前記軸を回転させるモータと、前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備えるポンプであって、前記複数の軸受の少なくとも一つは上記スラスト滑り軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スラスト軸受の組立時に摺接部材の摺接面が傾いても、摺接部材が互いを押圧しながら回転することにより、変形部材が変形して摺接面の傾きが改善される。また、本発明によれば、摺接面の全体が滑らかな面で構成されるので、ピンホールや露出箇所を形成することなく、結晶性材料（例えばダイヤモンド）の被膜を摺接面にコーティングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。図４に示すように、ポンプは、ポンプケーシング１０と、このポンプケーシング１０に収容されたキャンドモータ１１と、このキャンドモータ１１によって回転される軸１２と、この軸１２の端部に固定された羽根車１５とを備えている。ポンプケーシング１０は、ケーシング外筒１０Ａと、このケーシング外筒１０Ａの両端に接続された吸込ケーシング１０Ｂおよび吐出ケーシング１０Ｃとを有している。吸込ケーシング１０Ｂおよび吐出ケーシング１０Ｃは、それぞれ吸込口１０ａおよび吐出口１０ｂを有している。
【００１８】
キャンドモータ１１は、軸１２の外周面に固定された回転子１１Ａと、この回転子１１Ａを囲むように配置された固定子１１Ｂと、この固定子１１Ｂが固定されるモータ外胴１１Ｃと、モータ外胴１１Ｃの両開放端部を塞ぐモータ側板１１Ｄと、回転子１１Ａと固定子１１Ｂとの間に配置された円筒状のキャン１１Ｅとを備えている。固定子１１Ｂは、モータ外胴１１Ｃと、キャン１１Ｅと、モータ側板１１Ｄとによって形成された空間内に密封されている。モータ外胴１１Ｃとケーシング外筒１０Ａとの間には、円筒状の液体の流路１７が形成されている。この流路１７は吸込口１０ａおよび吐出口１０ｂに連通している。このような構成において、羽根車１５を回転させると、液体は、吸込口１０ａからポンプケーシング１０内に吸い込まれ、回転する羽根車１５によって昇圧される。昇圧された液体は、流路１７を通って吐出口１０ｂから吐出される。
【００１９】
軸１２はその両端に配置されたラジアル軸受２０，２１によって回転自在に支持されるとともに、スラスト軸受２２および補助スラスト軸受２３によって支持されている。スラスト軸受２２、ラジアル軸受２０，２１、および補助スラスト軸受２３は、いずれも滑り軸受である。スラスト軸受２２は、ポンプの運転中に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。ポンプの運転中は、羽根車１５の回転により液体が加圧されるため、羽根車１５の吐出側面が受ける圧力は吸込側面が受ける圧力よりも高くなる。この羽根車１５に作用する圧力のアンバランスによりスラスト荷重が発生する。スラスト軸受２２は、この吐出口１０ｂから吸込口１０ａに向かう方向に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。一方、補助スラスト軸受２３は、ポンプ起動時などにおいて定常運転時とは逆向き（吸込口１０ａから吐出口１０ｂに向かう方向）のスラスト荷重を受けるためのものである。スラスト軸受２２、ラジアル軸受２０，２１、および補助スラスト軸受２３には、ポンプケーシング１０内に取り込まれた液体が浸潤し、この液体によって潤滑されている。
【００２０】
図５は、図４に示すスラスト軸受２２およびラジアル軸受２１を示す断面図である。図６は図５に示すＢ-Ｂ線断面図である。ラジアル軸受２１は、軸１２の外周面に固定された回転側ラジアル摺接部材２６と、固定基台（固定側軸受ブラケット）２７に固定された固定側ラジアル摺接部材２８とを有している。スラスト軸受２２は、軸１２と一体に回転する回転側スラスト摺接部材３０と、この回転側スラスト摺接部材３０に対向して配置される固定側スラスト摺接部材３１とを有している。回転側スラスト摺接部材３０と固定側スラスト摺接部材３１は、互いに向き合う環状の摺接面をそれぞれ有している。回転側スラスト摺接部材３０および固定側スラスト摺接部材３１は、ＳｉＣ（炭化けい素）などのセラミックから構成されている。
【００２１】
回転側スラスト摺接部材３０は、軸１２に固定された回転基台（回転側軸受ブラケット）３３に保持されている。この回転基台３３には環状の縁部３３ａが形成されており、この縁部３３ａの内側に回転側スラスト摺接部材３０が配置されている。縁部３３ａと回転側スラスト摺接部材３０との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング３４が配置されており、この軸受押さえリング３４により回転側スラスト摺接部材３０のラジアル方向の位置が固定されている。
【００２２】
固定側スラスト摺接部材３１は上記固定基台２７に保持されている。この固定基台２７の位置は固定されている。この固定基台２７には環状の縁部２７ａが形成されており、この縁部２７ａの内側に固定側スラスト摺接部材３１が配置されている。縁部２７ａと固定側スラスト摺接部材３１との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング３６が配置されており、この軸受押さえリング３６により固定側スラスト摺接部材３１のラジアル方向の位置が固定されている。
【００２３】
回転側スラスト摺接部材３０に隣接してシート（回転側変形部材）４０が配置されている。このシート４０は、回転側スラスト摺接部材３０の摺接面とは反対側の端面に接している。シート４０は、回転側スラスト摺接部材３０と回転基台３３とに挟まれており、回転側スラスト摺接部材３０と回転基台３３との間のスラスト荷重は、シート４０を介して伝達される。同様に、固定側スラスト摺接部材３１に隣接してシート（固定側変形部材）４１が配置されている。このシート４１は、固定側スラスト摺接部材３１の摺接面とは反対側の端面に接している。シート４１は、固定側スラスト摺接部材３１と固定基台２７とに挟まれており、固定側スラスト摺接部材３１と固定基台２７との間のスラスト荷重は、シート４１を介して伝達される。このように、回転側スラスト摺接部材３０および固定側スラスト摺接部材３１は、２つのシート４０，４１によって挟まれている。
【００２４】
これらのシート４０，４１は同一の形状を有し、同一の材料から形成されている。したがって、以下、回転側スラスト摺接部材３０に接するシート４０について説明する。図７はシート４０を示す斜視図である。図７に示すように、シート４０は環状の形状を有している。シート４０は摺接面の面積よりも大きく、摺接部材の端面（摺接面と反対側の面）の全体を覆う形状を有している。シート４０の厚さは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。シート４０の材料としては、低荷重で変形するものが好ましく、樹脂材料が適当である。例えば、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）が好ましく使用される。
【００２５】
このような変形可能なシート４０，４１の上に摺接部材３０，３１がそれぞれ設置されるので、スラスト軸受２２の組立時に摺接部材３０，３１の摺接面が傾いても、摺接部材３０，３１が互いを押圧しながら回転することにより、シート４０，４１が変形して摺接面の傾きが改善される。その結果、摺接部材３０，３１の摺接面は互いに面接触する。図８（ａ）は摺接部材３０，３１が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は摺接部材３０，３１がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。図８（ｂ）から分かるように、シート４０，４１の変形により摺接部材３０，３１の摺接面が回転軸１２（一点鎖線で示す）に対して垂直な面に修正される。これにより、摺接部材３０，３１の偏摩耗を抑制することができ、スラスト軸受２２の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
シート４０，４１の材料として、ゴム等のエラストマーを用いることもできる。しかしながら、弾性変形の場合は変形量に応じて摺接部材３０，３１に荷重がかかるため、摺接面内での接触圧力が不均一となる。したがって、シート４０，４１の変形は主に塑性変形であることが好ましく、ポンプ運転に伴って発生するスラスト荷重による摺接部材３０，３１の摺接によって塑性変形する材料を用いてシート４０，４１を形成することが好ましい。具体的には、圧縮強さ、圧縮降伏応力が小さい材料が好ましく、特に圧縮強さ５０ＭＰａ以下で、圧縮降伏応力が３０ＭＰａ以下の材料が好ましい。更に、取扱液に対する安定性が高く、吸水率が小さい材料が好ましい。このような材料としては、フッ素樹脂の他にポリエチレンが挙げられる。
【００２７】
図９（ａ）は固定側スラスト摺接部材３１の平面図であり、図９（ｂ）は固定側スラスト摺接部材３１の縦断面図である。固定側スラスト摺接部材３１の摺接面３１ａには、径方向に延びる複数のラジアル溝４５が形成されている。このラジアル溝４５は、Ｕ字型の断面形状を有しており、ラジアル溝４５と摺接面３１ａとは滑らかな曲面でつながっている。ラジアル溝４５を含む摺接面３１ａの全体は、多結晶ダイヤモンドで被覆されている。ダイヤモンドコーティングの方法は特に限定されないが、特許文献１（特開２００６−２７５２８６号公報）に記載の方法が適用可能である。
【００２８】
図２（ａ）に示すようなスパイラル溝を含む摺接面にダイヤモンド被膜を形成すると、既に述べたように超純水による腐食や、ダイヤモンド被膜の割れによる剥離という問題が起こる。この原因は以下のようなメカニズムであると考えられる。ＳｉＣから形成される摺接部材にレーザ加工によって形成された溝は、幅１ｍｍ程度、深さ１０μｍ程度である。図１０は、この摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示している。図１０に示すように、摺接部材の表面にはレーザ加工により、シャープなエッジ部が形成されている。ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができずに、ピンホールができたり、エッジ部分が被覆されずに残ってしまったりする。取扱液が超純水であると、超純水がピンホールから浸入して摺接部材の表面が腐食されたり、露出したエッジ部が腐食してしまう。
【００２９】
また、エッジ部のように表面形状の変化が大きい箇所があると、たとえダイヤモンドでコーティングされていたとしても、摺接部材同士が摺接したときに、その箇所に応力が集中することとなる。ダイヤモンド膜は脆いため、このような応力集中に耐えられず割れてしまい、摺接部材から剥離することになる。
【００３０】
一方、図１１に示すような、摺接面に急激な形状変化がなく、なだらかな形状であれば、ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができ、ピンホールなどを形成することはない。また、応力集中も緩和されるため、ダイヤモンド被膜が剥離するほどの応力集中も起こらない。
【００３１】
本実施形態では、このような理由に基づき、図２（ａ）に示すスパイラル溝に比べて、幅が広い断面Ｕ字型のラジアル溝４５が摺接面３１ａに形成されている。図１２はラジアル溝４５の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。このラジアル溝４５は、摺接部材３１を成形するための型の形状として摺接部材３１に転写可能な大きさであり、また、研削により成形可能な大きさである。図１２に示すように、ラジアル溝４５全体が緩やかな円弧を描くような形状をしており、ラジアル溝４５と摺接面３１ａとの接続部も滑らかな曲面Ｒ１として形成されている。
【００３２】
図１３は図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。図１３に示すように、摺接面３１ａの内周縁部および外周縁部は滑らかな曲面Ｒ２で形成されている。なお、回転側スラスト摺接部材３０の摺接面の内周縁部および外周縁部も、同様に、滑らかな曲面で形成されている。図１３に示す実施形態では、摺接面３１ａとは反対側の端面の内周縁部および外周縁部も曲面Ｒ２として形成されているが、摺接面３１ａの両周縁部のみを曲面で形成してもよい。
【００３３】
本実施形態では、溝の幅Ｗは２ｍｍ程度、溝の深さＤは０．２ｍｍ程度である。回転側摺接部材を型により成形する際の精度やその容易性を考慮すると、幅Ｗは２〜３．５ｍｍ、深さＤは０．２〜０．２５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
このように、ダイヤモンドコーティングされる摺接面の全てを、平坦面を含む滑らかな面で構成したため、表面形状変化の大きな箇所が存在しない。よって、ダイヤモンド被膜にピンホールや露出箇所が形成されるのを抑制でき、また、応力集中を緩和することができる。結果として、超純水による摺接部材の腐食や、ダイヤモンド被膜の剥離が抑制され、スラスト滑り軸受の寿命が延びる。
【００３５】
なお、本実施形態では、摺接面内の全ての表面形状変化箇所を曲面で構成したが、表面形状変化箇所が大きな鈍角であれば、これを曲面により構成しなくともよい。例えば、図１４に示すように、表面形状変化箇所（角部）の外角が３０度以下であれば、ピンホール形成の抑制および応力集中の緩和が可能である。しかしながら、表面形状変化箇所を曲面で形成すること、特に断面が円弧形状となるように表面形状変化箇所を形成することが最も好ましい。なお、本実施形態では、ラジアル溝を固定側スラスト摺接部材に形成したが、回転側スラスト摺接部材にラジアル溝を形成してもよく、または両方の摺接部材にラジアル溝を形成してもよい。ただし、ラジアル溝は固定側スラスト摺接部材または回転側スラスト摺接部材のどちらか一方のみに設けるのがより好ましい。また、ラジアル溝は半径方向と平行でなく、半径方向に対して傾きを持った形状でも構わなく、ラジアル溝の断面全体が緩やかに変化する形状をしており、ラジアル溝と摺接面との接続部も緩やかに変化する形状として形成されていればよい。
【００３６】
このような、改善された表面形状を持つ摺接部材を被覆する材料としては、多結晶ダイヤモンドに限るものではなく、結晶体、特に多結晶体であって、硬くて脆い材質の被膜であれば同じような効果を発揮することが可能である。多結晶ダイヤモンドは特にそのような性質（多結晶で硬くて脆い）が顕著であるため特に効果が大きい。
【００３７】
本実施形態では、軸受自体の片あたりの改善、および軸受の摺接面内の表面形状の改善の相乗効果により、スラスト滑り軸受の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、摺接面の表面形状が滑らかであるので、摺接面同士の接触圧力にも急激な変化がおきにくく、偏摩耗をより抑制することができる。
【００３８】
上述の２つの改善（変形部材および被膜）はそれぞれを単独に用いても十分に効果のあるものである。例えば、変形部材（シート４０，４１）は、被膜のないスラスト滑り軸受にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。また、ダイヤモンド以外の材料による被膜を施したスラスト滑り軸受にも、変形部材を適用することができる。変形部材は、ダイヤモンドコーティングのように薄くて破損しやすい被膜の場合には、特に効果的である。なお、補助スラスト軸受２３の摺接面についても、同様の形態でダイヤモンド被膜をコーティングしても良いし、変形部材を適用しても良い。
【００３９】
本実施形態のスラスト滑り軸受は、図４に示すポンプのみならず、スラスト荷重を発生する他の回転機械にも適用することが可能である。
【００４０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は固定側摺接部材を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ-Ａ線断面図である。
【図３】摺接面が傾いている状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。
【図５】図４に示すスラスト軸受およびラジアル軸受を示す断面図である。
【図６】図５に示すＢ-Ｂ線断面図である。
【図７】シートを示す斜視図である。
【図８】図８（ａ）は摺接部材が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は摺接部材がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は固定側スラスト摺接部材の平面図であり、図９（ｂ）は固定側スラスト摺接部材の縦断面図である。
【図１０】従来の摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。
【図１１】滑らかな摺接面に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。
【図１２】ラジアル溝の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。
【図１３】図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】外角が３０度以下の表面形状変化箇所（角部）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ポンプケーシング
１１ キャンドモータ
１２ 軸
１５ 羽根車
２０，２１ ラジアル軸受
２２ スラスト軸受
２３ 補助スラスト軸受
２６ 回転側ラジアル摺接部材
２７ 固定基台
２８ 固定側ラジアル摺接部材
３０ 回転側スラスト摺接部材
３１ 固定側スラスト摺接部材
３３ 回転基台
３４，３６ 軸押さえリング
４０，４１ シート（変形部材）
４５ ラジアル溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材と、
前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、
前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備えたことを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項２】
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項３】
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項４】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、
前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所が曲面で構成されていることを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項５】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、
前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所の外角は３０度以下であることを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項６】
前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、
前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とをさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項７】
前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項８】
ケーシングと、
前記ケーシングに収容される羽根車と、
前記羽根車と一体となって回転する軸と、
前記軸を回転させるモータと、
前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備えるポンプであって、
前記複数の軸受の少なくとも一つは請求項１乃至７いずれか一項に記載のスラスト滑り軸受であることを特徴とするポンプ。
【請求項１】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材と、
前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、
前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備えたことを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項２】
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項３】
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項４】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、
前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所が曲面で構成されていることを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項５】
軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材とを備え、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、径方向に延びるラジアル溝が形成されており、
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は、結晶性材料で被覆されており、
前記回転側摺接部材および前記固定側摺接部材の摺接面内の表面形状変化箇所の外角は３０度以下であることを特徴とするスラスト滑り軸受。
【請求項６】
前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、
前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とをさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項７】
前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のスラスト滑り軸受。
【請求項８】
ケーシングと、
前記ケーシングに収容される羽根車と、
前記羽根車と一体となって回転する軸と、
前記軸を回転させるモータと、
前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備えるポンプであって、
前記複数の軸受の少なくとも一つは請求項１乃至７いずれか一項に記載のスラスト滑り軸受であることを特徴とするポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１５１２０７（Ｐ２０１０−１５１２０７Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２９０９３（Ｐ２００８−３２９０９３）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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