(57)【要約】【課題】アンダーレース潤滑の軸受装置において、簡略化された構造で油漏れを防ぐことができる軸受装置を提供する。【解決手段】この軸受装置は、軸受使用機器のハウジング５に外輪６が支持された転がり軸受２により内輪７に嵌合する軸１が回転自在に支持され、内輪７にアンダーレース潤滑により潤滑油を供給する内輪給油孔１１が設けられている。また転がり軸受２の前記軸受使用機器の軸方向内外をそれぞれ覆う内蓋１７および外蓋１５がハウジング５に設置されている。内蓋１７と軸１との間に、環状のラビリンス隙間を形成するラビリンス隙間形成手段４が設けられ、環状のラビリンス隙間は、転がり軸受２に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受使用機器のハウジングに外輪が支持された転がり軸受により内輪に嵌合する軸が回転自在に支持され、前記内輪にアンダーレース潤滑により潤滑油を供給する給油孔が設けられ、前記転がり軸受の前記軸受使用機器の軸方向内外をそれぞれ覆う内蓋および外蓋が前記ハウジングに設置された軸受装置において、
前記内蓋と前記軸との間に、環状のラビリンス隙間を形成するラビリンス隙間形成手段が設けられ、前記環状のラビリンス隙間は、前記転がり軸受に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されている軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受装置において、前記ラビリンス隙間の径方向寸法は、軸方向の位置によって異なる大きさに形成されている軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軸受装置において、前記ラビリンス隙間形成手段は、前記内蓋の内周面に設けられたラビリンス部品と、前記軸の外周面に設けられた内間座とを有し、前記ラビリンス隙間は、前記ラビリンス部品の内周面と前記内間座の外周面との間に形成されている軸受装置。
【請求項４】
請求項３に記載の軸受装置において、少なくとも前記内間座の外周面に、軸方向幅の全幅にわたり螺旋状の凹みが形成されている軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受装置に関し、例えば、ガスタービン等に用いられるアンダーレース潤滑の軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７（Ａ）および図８に示すように、高速運転で使用されるガスタービン等の軸受装置は、転がり軸受５０への確実な給油のためにアンダーレース潤滑を採用している。高速回転において、オイルシール等の接触シールは発熱が問題になり使用できない。そのため、図７（Ｂ）に示すように、非接触シール５１を採用し、外部と開放された状態になっている。
【０００３】
ガスタービンの軸受の潤滑や潤滑油漏れを防止する技術に関する先行技術文献としては、特許文献１〜４等がある。
（特許文献１，２）ガスタービンの主軸ラビリンス部に潤滑油漏れを防止するために圧縮空気を導入する構成となっている。潤滑油の漏れ防止に関するものであるが、その潤滑油の漏れ防止に用いる高温の圧縮空気を冷却することが目的である。
【０００４】
（特許文献３）
特許文献３は、ガスタービンに使用される軸受の潤滑方法に関するもので、従来適用されていた外輪溝に形成した外輪外径に抜けるオリフィスに対し、軸受の非機能的表面である外輪内径保持器ランド部にスロットを形成した技術である。
【０００５】
（特許文献４）
特許文献４は、ガスタービンエンジンに使用される軸受の潤滑油の給油構造に関するもので、アンダーレース潤滑により給油効率を著しく向上させると共に、供給する潤滑油の一部を軸受の振動減衰に利用するものである。但し、潤滑油の漏れに関する言及はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５５−１４２６３５号公報
【特許文献２】実公昭５９−１０３５３号公報
【特許文献３】特表２０１４−５３０３３３号公報
【特許文献４】実開平２−１２４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２では、排油の漏れに対して圧縮空気を用いていたが、構造が複雑になると共に付帯設備が必要となる。
【０００８】
この発明の目的は、アンダーレース潤滑の軸受装置において、簡略化された構造で油漏れを防ぐことができる軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の軸受装置は、軸受使用機器のハウジングに外輪が支持された転がり軸受により内輪に嵌合する軸が回転自在に支持され、前記内輪にアンダーレース潤滑により潤滑油を供給する給油孔が設けられ、前記転がり軸受の前記軸受使用機器の軸方向内外をそれぞれ覆う内蓋および外蓋が前記ハウジングに設置された軸受装置において、
前記内蓋と前記軸との間に、環状のラビリンス隙間を形成するラビリンス隙間形成手段が設けられ、前記環状のラビリンス隙間は、前記転がり軸受に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されている。
【００１０】
この構成によると、内輪の給油孔からアンダーレース潤滑により内輪に潤滑油が供給される。また内蓋と軸との間の環状のラビリンス隙間が、転がり軸受に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されているため、軸受装置の運転により、潤滑油は遠心力でラビリンス隙間内の大径側に順次移動し、最終的に内蓋内に戻る。具体的には以下の作用効果を奏する。
【００１１】
(1).軸受装置の運転時、内蓋内からラビリンス隙間まで漏れ出した潤滑油は、軸の回転により遠心力を受けて外径側に押し上げられる。(2).この遠心力で押し上げられた潤滑油は、内蓋側の部品の内周面に接触する。(3).内蓋側の部品に接触した潤滑油は、跳ね返りで軸側の部品の外周面に再度接触する。(4).この軸側の部品の外周面に接触した潤滑油は、再度遠心力で外径側に押し上げられる。以下、(2)→(3)→(4)の繰り返しで、ラビリンス隙間まで漏れ出した潤滑油は内蓋内に戻る。このように付帯設備等を用いることなく、軸受装置の運転時の遠心力を利用した簡略化された構造で油漏れを防ぐことができる。
【００１２】
前記ラビリンス隙間の径方向寸法は、軸方向の位置によって異なる大きさに形成されていてもよい。環状のラビリンス隙間においては、毛細管現象により潤滑油の移動が生じ得るが、ラビリンス隙間の径方向寸法を軸方向の位置によって異なる大きさとすることで、毛細管現象による潤滑油の移動をより効果的に高めることができる。例えば、転がり軸受に対して遠い軸方向側のラビリンス隙間の径方向寸法が、転がり軸受に近い軸方向側の径方向寸法よりも狭くなっている場合、毛細管現象により潤滑油はラビリンス隙間内の大径側により移動し易くなることで、潤滑油がより漏れにくくなる。
【００１３】
前記ラビリンス隙間形成手段は、前記内蓋の内周面に設けられたラビリンス部品と、前記軸の外周面に設けられた内間座とを有し、前記ラビリンス隙間は、前記ラビリンス部品の内周面と前記内間座の外周面との間に形成されていてもよい。この場合、転がり軸受が剥離し、ラビリンス部品の内周面と内間座の外周面とが接触し摩耗等が生じた場合でも、ラビリンス部品および内間座を交換することで済むため、安価に交換することができる。
【００１４】
少なくとも前記内間座の外周面に、軸方向幅の全幅にわたり螺旋状の凹みが形成されていてもよい。この場合、軸受装置の運転時、潤滑油は、軸の回転により遠心力を受けて外径側に押し上げられると共に、螺旋状の凹みに沿ってラビリンス隙間の小径側から大径側に戻る力が作用する。このように遠心力と螺旋状の凹みに沿った戻り力とを共に使用することで、油漏れをより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の軸受装置は、軸受使用機器のハウジングに外輪が支持された転がり軸受により内輪に嵌合する軸が回転自在に支持され、前記内輪にアンダーレース潤滑により潤滑油を供給する給油孔が設けられ、前記転がり軸受の前記軸受使用機器の軸方向内外をそれぞれ覆う内蓋および外蓋が前記ハウジングに設置された軸受装置において、前記内蓋と前記軸との間に、環状のラビリンス隙間を形成するラビリンス隙間形成手段が設けられ、前記環状のラビリンス隙間は、前記転がり軸受に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されている。このため、アンダーレース潤滑の軸受装置において、簡略化された構造で油漏れを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態に係る軸受装置の断面図である。
【図２】（Ａ）は図１のIIA部の拡大図、（Ｂ）は図１のIIB部の拡大図である。
【図３】同軸受装置の潤滑油の流れを説明する図である。
【図４】同軸受装置の作用効果を説明するラビリンス隙間形成手段等の拡大断面図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る軸受装置のラビリンス隙間付近の拡大断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置のラビリンス隙間付近の拡大断面図である。
【図７】（Ａ）は従来構造の軸受装置の断面図、（Ｂ）は同図７（Ａ）のVII(B)部の拡大図である。
【図８】従来構造の軸受装置の潤滑油の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
この発明の実施形態に係る軸受装置を図１ないし図４と共に説明する。この軸受装置は、例えば、高速運転で使用されるガスタービン等の軸受使用機器の軸受装置として使用される。
図１に示すように、軸受装置は、軸１、転がり軸受２、軸受周辺部材３およびラビリンス隙間形成手段４を備える。この軸受装置は、転がり軸受２への確実な給油のために後述するアンダーレース潤滑を採用している。
【００１８】
＜転がり軸受２＞
軸受使用機器におけるハウジング５に、転がり軸受２の外輪６が支持され、転がり軸受２の内輪７に軸１が回転自在に支持されている。
ハウジング５には、開口端付近から内部に向かうに従って大径となる段付きの内周面が形成されている。ハウジング５のうち、開口端付近における小径の内周面に、外輪外周面が嵌合されている。
【００１９】
図２（Ｂ）に示すように、転がり軸受２は、内輪７と、外輪６と、内外輪７，６間に介在された複数の玉８と、これら玉８を円周方向一定間隔おきに保持する保持器９とを有する。軸１がガスタービンの主軸である場合、転がり軸受２は三点接触玉軸受である。この場合、内輪７は、軸方向に分割された二つの内輪分割体７ａ，７ａを有する。各内輪分割体７ａは、後述するスリーブ１０の外周面に嵌合されている。内輪分割体７ａには、内輪内周面から内輪軌道面に渡って径方向に貫通する給油孔１１が設けられ、この給油孔１１から内輪軌道面にアンダーレース潤滑により潤滑油が供給される。なお転がり軸受２は、三点接触玉軸受に限定されるものではなく、アンギュラ玉軸受，深溝玉軸受または円筒ころ軸受であってもよい。
【００２０】
＜軸受周辺部材３＞
図１に示すように、軸受周辺部材３は、軌道輪押え部材（後述）と、予圧付与手段１２と、ノズル１３とを有する。前記軌道輪押え部材は、転がり軸受２の軌道輪である内外輪７，６を軸方向に押える部材であって、外蓋１５、軸受蓋１６、内蓋１７、外間座１９、スリーブ１０およびナット２０を有する。外蓋１５は、有底の円筒形状であり、転がり軸受２における軸受使用機器の軸方向外側を覆い且つ図１右側の外輪端面を押える。この外蓋１５は、ハウジング５の開口端付近における小径の内周面に印籠嵌合され、複数のボルト２１によりハウジング５に固定されている。
【００２１】
外蓋１５の一側縁部と前記外輪端面との間には、転がり軸受２に定圧の予圧を与える予圧付与手段１２が介在されている。予圧付与手段１２として、例えば、環状の板バネまたは圧縮コイルばね等が適用される。転がり軸受２は、予圧付与手段１２により予圧を与えることで、軸方向のガタを抑え、後述するラビリンス隙間δ（図２（Ａ））を小さくし得る。なお予圧付与手段１２は、転がり軸受２に定位置の予圧を与えるものであってもよい。
【００２２】
ハウジング５における大径の内周面には、内蓋１７が嵌合され、この内蓋１７は、複数のボルト２２によりハウジング５に固定されている。ハウジング５における中径の内周面に、環状の軸受蓋１６が嵌合され、この軸受蓋１６は、内蓋１７の一側縁部と外輪端面との間に介在されている。軸受蓋１６は、ハウジング５における中径の内周面に嵌合される円筒部１６ａと、この円筒部１６ａの軸方向一端部から内径側に延びるフランジ部１６ｂとで断面Ｌ字形状に形成されている。前記フランジ部１６ｂが図１左側の外輪端面を押えるように配設されている。
【００２３】
軸１は、軸方向先端部から順次、小径部１ａと、フランジ部１ｂと、大径部１ｃとを備え、これらは一体に成形されている。大径部１ｃは、小径部１ａよりも大径で且つフランジ部１ｂよりも小径である。フランジ部１ｂは、小径部１ａよりも大径で小径部１ａとの間で段差面を成す。
小径部１ａの外周面にはスリーブ１０が嵌合され、スリーブ１０は、図１左側の内輪端面および後述する内間座２３の一端面を押える。スリーブ１０は、内輪内周面が嵌合される中径の円筒部と、前記内輪端面を押える大径の円筒部と、前記内間座２３の一端面を押える小径の円筒部とを有する。但し、中径の円筒部の軸方向寸法は、内輪幅よりも若干小さく設定されている。外間座１９は、小径部１ａの外周面に嵌合され、図１右側の内輪端面を押える。小径部１ａの端部には雄ねじ部が形成され、この雄ねじ部に螺合させたナット２０により外間座１９が締め付けられている。
【００２４】
ノズル１３は、潤滑油を転がり軸受２に供給するノズルであって、外蓋１５における底部の中央部から軸方向内側に突出する。このノズル１３は、外蓋１５の外部に設けられた潤滑油供給源（図示せず）に配管接続されている。軸１の端部には、軸方向に所定距離延びる中空部が形成される。ノズル１３は、軸１の回転軸心Ｌに同軸に設けられている。
【００２５】
スリーブ１０、軸１には、内輪７の給油孔１１に連通する径方向の油路２４，２５が形成されている。
外蓋１５、内蓋１７における下部には、転がり軸受２の潤滑に供された潤滑油を排出する排油孔２６，２７が形成されている。
【００２６】
＜ラビリンス隙間形成手段４＞
図１および図２（Ａ）に示すように、ラビリンス隙間形成手段４は、内蓋１７と軸１との間に、環状のラビリンス隙間δを形成する手段である。環状のラビリンス隙間δは、転がり軸受２に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されている。この例のラビリンス隙間δは、軸方向に沿って一定の大きさに設定されている。この大きさは、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。ラビリンス隙間形成手段４は、内蓋１７の内周面に設けられた固定側のラビリンス部品１８と、軸１の小径部１ａの外周面に設けられた回転側の内間座２３とを有する。これらラビリンス部品１８の内周面と内間座２３の外周面との間に、前記ラビリンス隙間δが形成されている。
【００２７】
内蓋１７は、軸方向一方側の内周面が大径部１７ａ、他方側（転がり軸受側）の内周面が小径部１７ｂに形成され、小径部１７ｂと大径部１７ａとを繋ぐ環状の段差１７ｃが設けられている。ラビリンス部品１８は、内蓋１７の小径部１７ｂ，大径部１７ａにそれぞれ嵌合固定される小径部１８ａ，大径部１８ｂを有し、これら小径部１８ａ，大径部１８ｂを繋ぐ環状の段差１８ｃが内蓋１７の段差１７ｃに当接するように形成されている。このラビリンス部品１８の内周面１８ｄは、軸方向一方側から他方側に向かうに従って大径となるように傾斜している。
【００２８】
内間座２３は、小径部１ａの外周面に嵌合され、フランジ部１ｂとスリーブ１０との間で軸方向に位置決めされる。内間座２３は、ラビリンス部品１８の幅と同一幅に設けられている。この内間座２３の外周面２３ａは、ラビリンス部品１８の内周面１８ｄに所定間隔を隔てて平行に対向するように形成されている。つまりラビリンス部品１８の内周面１８ｄと内間座２３の外周面２３ａとの間に、ラビリンス隙間δが形成されている。
【００２９】
＜潤滑油の流れについて＞
図３に示すように、潤滑油は、潤滑油供給源から順次、ノズル、油路２５，２４を経由して内輪給油孔１１に供給され、内外輪７，６の軌道面、玉８および保持器９の潤滑に供される。転がり軸受２の潤滑に供された潤滑油は、重力により内蓋１７内および外蓋１５内の下方に移動した後、各排油孔２６，２７からハウジング５の外部にポンプ等により排出され回収される。回収された潤滑油は再利用される。
【００３０】
＜作用効果＞
図４に示すように、内蓋１７と軸１との間の環状のラビリンス隙間δが、転がり軸受２（図１）に対して遠い側の端部から近い側の端部に近づくに従って大径となるように傾斜するテーパ形状に形成されているため、軸受装置の運転により、潤滑油は遠心力でラビリンス隙間δ内の大径側に順次移動し、最終的に内蓋内に戻る。具体的には以下の作用効果を奏する。
(1).軸受装置の運転時、内蓋１７内からラビリンス隙間δまで漏れ出した潤滑油は、軸１の回転により遠心力を受けて外径側に押し上げられる。(2).この遠心力で押し上げられた潤滑油は、ラビリンス部品１８の内周面に接触する。(3).ラビリンス部品１８に接触した潤滑油は、跳ね返りで内間座２３の外周面における内蓋内側（漏洩方向とは逆側）に再度接触する。(4).この内間座２３の外周面に接触した潤滑油は、再度遠心力で外径側に押し上げられる。以下、(2)→(3)→(4)の繰り返しで、ラビリンス隙間δまで漏れ出した潤滑油は内蓋内に戻る。このように付帯設備等を用いることなく、軸受装置の運転時の遠心力を利用した簡略化された構造で油漏れを防ぐことができる。
【００３１】
ラビリンス隙間形成手段４は、内蓋１７の内周面に設けられたラビリンス部品１８と、軸１の外周面に設けられた内間座２３とを有し、ラビリンス隙間δは、ラビリンス部品１８の内周面と内間座２３の外周面との間に形成されているため、転がり軸受２が剥離し、ラビリンス部品１８の内周面と内間座２３の外周面とが接触し摩耗等が生じた場合でも、ラビリンス部品１８および内間座２３を交換することで済むため、安価に交換することができる。従来構造では、転がり軸受が剥離することにより、内蓋の内周面と軸の外周面とが接触し摩耗等が生じた場合、軸と内蓋を交換する必要があり、費用が嵩む。
【００３２】
転がり軸受２には、予圧付与手段１２により予圧が与えられているため、軸方向のガタを抑え、ラビリンス隙間δを小さく設定することができる。例えば、呼び寸法でラビリンス隙間δの軸方向長さが１ｍｍで使用される転がり軸受（軸受呼び番号「６９０５」相当）のアキシアル隙間が０．０４ｍｍ〜０．１２ｍｍで、内間座２３とラビリンス部品１８の軸方向すきまの製造公差が±０．１ｍｍの場合、予圧を与えない場合のラビリンス隙間δの軸方向長さは０．７６ｍｍ〜１．２４ｍｍになるが、転がり軸受２に予圧を与えるとラビリンス隙間δの軸方向長さは０．８ｍｍ〜１．２ｍｍに抑えることができる。よって、安定して潤滑油の漏れを抑制することができる。
【００３３】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００３４】
前述の実施形態では、ラビリンス隙間δが軸方向に沿って一定の大きさに設定されていたが、この例に限定されるものではない。
図５に示すように、ラビリンス隙間δの径方向寸法は、軸方向の位置によって異なる大きさに形成されていてもよい。環状のラビリンス隙間δにおいては、毛細管現象により潤滑油の移動が生じ得るが、ラビリンス隙間δの径方向寸法を軸方向の位置によって異なる大きさとすることで、毛細管現象による潤滑油の移動をより効果的に高めることができる。具体的には、ラビリンス隙間δは、軸方向一方側（転がり軸受に対して遠い側）の端部が最小の大きさｅで、軸方向他方側（転がり軸受に近い側）の端部に近づくに従って大きくなり、この軸方向他方側の端部で最大の大きさｆになるように形成されている。この場合、毛細管現象により潤滑油はラビリンス隙間δ内の大径側により移動し易くなることで、潤滑油がより漏れにくくなる。
【００３５】
ラビリンス隙間δは、軸方向一方側よりも他方側が大きい部分が軸方向の一部にあればよい。この場合にも毛細管現象により潤滑油がより漏れにくくなる。図５では、ラビリンス部品１８の内周面１８ｄは、軸方向に対して一定の傾斜角度を成しているが、例えば、異なる傾斜角度から成るものであってもよく、軸方向に平行な平坦部と傾斜部とが繋がるものであってもよい。内間座２３の外周面２３ａについても同様である。
【００３６】
図６に示すように、内間座２３の外周面に、軸方向幅の全幅にわたり螺旋状の凹み２９が形成されていてもよい。螺旋状の凹み２９は、内間座２３の外周面に雄ねじを形成することで螺旋状の凹み２９が設けられる。この場合、軸受装置の運転時、潤滑油は、軸の回転により遠心力を受けて外径側に押し上げられると共に、螺旋状の凹み２９に沿ってラビリンス隙間δの小径側から大径側に戻る力が作用する。このように遠心力と螺旋状の凹み２９に沿った戻り力とを共に使用することで、油漏れをより確実に防ぐことができる。
【００３７】
図示しないが、内間座の外周面に螺旋状の凹みが形成されると共に、ラビリンス部品の内周面に螺旋状の凹みが形成されてもよい。ラビリンス部品の内周面のみに螺旋状の凹みが形成されてもよい。
軸受装置は、ガスタービン以外の各種機器に適用可能である。この場合にも潤滑油の漏れを抑制することができる。
【００３８】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３９】
２…転がり軸受、４…ラビリンス隙間形成手段、５…ハウジング、６…外輪、７…内輪、１１…内輪給油孔、１５…外蓋、１７…内蓋、１８…ラビリンス部品、２３…内間座、凹み２９、δ…ラビリンス隙間
【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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【図８】
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