(57)【要約】【課題】外輪の外径面とハウジングの内径面との間のクリープの発生を防止することで、軸受の回転精度を一定に維持することが可能な水中回転装置を提供する。【解決手段】外界から隔離された装置内部において、主軸２とハウジング６ａとの間に設けられた複数の軸受により主軸が回転自在に支持された水中回転装置において、少なくとも１つの軸受４ａは、その外輪１６ａとハウジングとのはめあいがしまりばめであり、その内輪１２ａと主軸とのはめあいがすきまばめに設定されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外界から隔離された装置内部において、主軸とハウジングとの間に設けられた複数の軸受により主軸が回転自在に支持された水中回転装置において、
少なくとも１つの軸受は、その外輪とハウジングとのはめあいがしまりばめであり、その内輪と主軸とのはめあいがすきまばめに設定されていることを特徴とする水中回転装置。
【請求項２】
少なくとも１つの軸受において、装置内部が所定温度に上昇した雰囲気で、その内輪と主軸とのはめあいは、すきまばめを維持し、かつ、その外輪とハウジングとのはめあいは、しまりばめを維持していることを特徴とする請求項１に記載の水中回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水中電動ポンプや曝気・攪拌装置などの水中回転装置のクリープ防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水中電動ポンプや曝気・攪拌装置などの各種の水中回転装置の一例として、例えば図４に示すような水中電動ポンプが知られている(特許文献１参照)。
当該水中電動ポンプは、その主軸２が垂直方向に延出した立軸構造をなしており、主軸２は、２つの軸受4a,4b(上側の軸受４ａと下側の軸受４ｂ)によって回転自在に支持されている。また、主軸２には、その一端部に複数の羽根３４を有する羽根車３２が設けられているとともに、２つの軸受4a,4bの間に電動機３８が配設されている。電動機３８には、主軸２に固定されたロータ３８ａとフレーム４０に固定されたステータ３８ｂとが設けられており、例えば、ステータ３８ｂに電流を供給した際に当該ステータ３８ｂとロータ３８ａとの間の磁気的な相互作用により主軸２を回転させることで、複数の羽根３４によりポンプケーシング３６内の液体を循環させるようになっている。
【０００３】
かかる水中電動ポンプは水中で使用されるため、軸受4a,4b及び電動機３８(ロータ３８ａとステータ３８ｂ)は、フレーム４０により密封された水中電動ポンプ内部に配置されており、外界の液体(例えば、水)から隔離されている。このため、ポンプの運転中、軸受4a,4b及び電動機３８(ロータ３８ａとステータ３８ｂ)が発熱すると、発生した熱がフレーム４０の内部にこもり易く、主軸２が熱膨張してしまう場合がある。この場合、軸受4a,4bには、熱膨張による主軸２の膨張量だけ内部荷重が大きく作用し、各軸受4a,4bの回転精度(例えば、回転安定性)を一定に維持することが困難になってしまう場合がある。
【０００４】
このような不具合を回避するため、例えば図２に示すように、２つの軸受4a,4bのうち、一方の軸受(例えば、上側の軸受)４ａを、軸方向へスライドできるようにハウジング６ａ(図４)にすきまばめで固定する構成が提案されている。このような構成によれば、軸受４ａの外輪１６ａの外径面(以下、軸受外径面８ａという)とハウジング６ａの内径面(以下、ハウジング内径面１０ａという)との間にはすきまＳが存在しているため、主軸２が熱膨張した場合であっても、軸受４ａが主軸２の膨張分だけ例えば軸方向又は径方向にスライドすることで、大きな内部荷重を受けることを回避することができる。なお、軸受４ａの内輪１２ａの内径面(以下、軸受内径面１８ａという)と主軸２の外径面(以下、主軸外径面２０ａという)との間には、すきまは存在していない(例えば、内輪１２ａは主軸２に対してしまりばめ(圧入)されている)。この場合、内輪１２ａは、軸受内径面１８ａが主軸外径面２０ａにすきまなく密着した状態で主軸２に固定されている。また、他方の軸受(例えば、下側の軸受)４ｂは、主軸２及び羽根車３２を安定して支持する必要があるため、ハウジング６ｂ(図４)にしまりばめで固定されている。
【０００５】
ところで、図４に示すように、ポンプケーシング３６内には、液体(例えば、水)が流入するようになっているが、羽根車３２に流入する液体の流れが均一でないと、羽根３４が掻く液体の量も均一ではなくなるため、液体を循環させる際に羽根車３２(羽根３４)にかかる荷重も均一とはならない。この場合、羽根車３２にかかる荷重は主軸２に伝わるが、主軸２に伝わる当該荷重も均一とはならない(主軸２に振れ回り荷重が発生する)。また、羽根車３２に設けられた各羽根３４の大きさや傾斜角度などが均一でない場合(不釣合いな場合)にも、主軸２には振れ回り荷重が発生する。
【０００６】
主軸２に発生する振れ回り荷重が大きくなると、軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの間でクリープと呼ばれる低速すべりが発生する場合がある。
ここで、クリープの発生について説明する。上述した主軸２の振れ回り荷重は、図２に示すように、主軸２から軸受４ａの内輪１２ａ、転動体１４をそれぞれ経由して外輪１６ａに伝わるが、軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの間にはすきまＳが存在しているため、外輪１６ａはハウジング内径面１０ａ方向に位置ずれする。このとき、主軸２は外輪１６ａをハウジング６ａに押し付けながら回転するため、外輪１６ａがハウジング内径面１０ａを転がるように滑り回転することでクリープが発生する。
【０００７】
このようなクリープが発生すると、軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの摺接が繰り返され、その結果例えば、ハウジング内径面１０ａが摩耗し、軸受４ａを安定して保持することができなくなってしまう(軸受４ａがガタついてしまう)場合がある。
この場合、当該軸受４ａは主軸２を安定して支持することができず、主軸２が軸ぶれ(偏心)を起こすとともに、電動機３８のロータ３８ａも軸ぶれ(偏心)してしまう。ロータ３８ａが軸ぶれ(偏心)したまま回転し、当該ロータ３８ａとステータ３８ｂとが接触すると、主軸２(ロータ３８ａ)は安定して滑らかに回転することができなくなってしまう(例えば、回転速度にムラが生じる)虞がある。
このような不具合を解消する方策として、例えば図３に示すようなゴム製のＯリング４２を軸受外径面８ａに設け(軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａ(図２)との間に挿入し)、クリープの発生を防ぐことが考えられる。しかしながら、当該方策を施しても、クリープの発生を完全に抑制するのは困難である。
【特許文献１】特開２００１−１４０９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、外輪の外径面とハウジングの内径面との間のクリープの発生を防止することで、軸受の回転精度を一定に維持することが可能な水中回転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明に係る水中回転装置は、外界から隔離された装置内部において、主軸とハウジングとの間に設けられた複数の軸受により主軸が回転自在に支持されている。このような構成において、少なくとも１つの軸受は、その外輪とハウジングとのはめあいがしまりばめであり、その内輪と主軸とのはめあいがすきまばめに設定されている。
この場合、少なくとも１つの軸受において、装置内部が所定温度に上昇した雰囲気で、その内輪と主軸とのはめあいは、すきまばめを維持し、かつ、その外輪とハウジングとのはめあいは、しまりばめを維持している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水中回転装置によれば、外輪の外径面とハウジングの内径面との間のクリープの発生を防止することができ、軸受の回転精度を一定に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る水中回転装置について、添付図面を参照して説明する。
本実施形態の水中回転装置は、上述した水中電動ポンプ(図２及び図４)の改良であるため、以下では、改良部分の説明に止める。なお、図２及び図４の水中電動ポンプと同一の構成には図面上で同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の水中電動ポンプは、主軸が２つの軸受4a,4b(図４参照)によって回転自在に支持されており、各軸受4a,4bは、それぞれ相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪(内輪１２ａと外輪１６ａ)と、内輪１２ａと外輪１６ａの対向面にそれぞれ形成された軌道溝間に転動自在に組み込まれた複数の転動体１４とを備えている。なお、一方の軸受４ａは、ハウジング６ａと主軸２との間に介在され、他方の軸受４ｂは、ハウジング６ｂと主軸２との間に介在されている。
【００１３】
本実施形態において、一方の軸受４ａの外輪１６ａは、ハウジング６ａに対してしまりばめで固定(圧入固定)されている。このため、当該軸受４ａの外輪１６ａの外径面(軸受外径面８ａ)と当該ハウジング６ａの内径面(ハウジング内径面１０ａ)との間には、すきまが存在しない状態となっている。すなわち、外輪１６ａは、その軸受外径面８ａがハウジング内径面１０ａにすきまなく密着した状態でハウジング６ａに固定されている。
また、一方の軸受４ａの内輪１２ａは、主軸２に対してすきまばめで固定されている。この場合、軸受４ａの内輪１２ａの内径面(軸受内径面１８ａ)と主軸２の外径面(主軸外径面２０ａ)との間には、すきまＳが存在する状態となっており、これにより、軸受４ａ(内輪１２ａ)は、例えば軸方向又は径方向へスライド可能に位置付けられている。
【００１４】
このような状態において、ポンプの運転中、軸受4a,4b及び電動機３８(ロータ３８ａとステータ３８ｂ)が発熱し、例えば主軸２が熱膨張した場合でも、軸受内径面１８ａと主軸外径面２０ａとの間にはすきまＳが存在しているため、軸受４ａが主軸２の膨張分だけ例えば軸方向又は径方向にスライドすることで、大きな内部荷重を受けることを回避することができる。なお、他方の軸受４ｂは、主軸２及び羽根車３２を安定して支持する必要があるため、内輪１２ａが主軸２に圧入固定されているとともに、外輪１６ａがハウジング６ｂに圧入固定されている。
【００１５】
このような構成において、主軸２に振れ回り荷重が発生した場合、当該振れ回り荷重は、主軸２から軸受４ａの内輪１２ａに伝わる。本実施形態においては、軸受４ａの内輪１２ａは、主軸２に対してすきまばめされている(軸受内径面１８ａと主軸２との間にはすきまＳが存在している)が、内輪１２ａは、軸受内径面１８ａの同一部分(例えば、図１中のＣの部分)を常に主軸２と当接させながら、主軸２とともに回転する。別の捉え方をすると、主軸２は、常に軸受内径面１８ａの同一部分を一点で押圧しながら内輪１２ａとともに回転する。この場合、当該振れ回り荷重(主軸２が内輪１２ａを押す力)は、内輪１２ａに対して静止荷重として働くことになる。この結果、軸受内径面１８ａと主軸外径面２０ａとの間でクリープは発生しない。
【００１６】
また、内輪１２ａに伝わった振れ回り荷重は、さらに転動体１４を経由して外輪１６ａにも伝わる。本実施形態においては、軸受４ａの外輪１６ａは、ハウジング６ａに対してしまりばめ固定(圧入固定)されている(軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの間にすきまが存在しない)。この場合、当該振れ回り荷重(主軸２が外輪１６ａをハウジング６ａに押し付ける力)は、外輪１６ａに対しては、転動体１４を介して主軸２が一回転する毎に外輪１６ａの軌道面を一周する回転荷重となる。しかしながら、外輪１６ａは、軸受外径面８ａがハウジング内径面１０ａにすきまなく密着した状態でハウジング６ａに固定されているため、軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの間でもクリープは発生しない。
また、このような状態(クリープが発生しない状態)は、水中電動ポンプの装置内が高い温度に上昇しても(当該装置内部が所定温度に上昇した雰囲気においても)維持されている。なお、所定温度とは、本実施形態の軸受構成を適用した水中電動ポンプの動作中に想定される最高温度であり、かかる最高温度は水中電動ポンプの種類や大きさ等により上下するため、ここでは特に限定しない。
【００１７】
以上、本実施形態によれば、主軸２に対する各軸受4a,4bの回転精度を長期に亘って一定に維持することができるため、主軸２を常に安定して回転させ続けることができる。この結果、水中電動ポンプ装置を長期間に亘って良好に運転させ続けることができる。
【００１８】
なお、本実施形態においては、軸受外径面８ａとハウジング内径面１０ａとの間にすきまが存在しないように、外輪１６ａをハウジング６ａにしまりばめ固定(圧入固定)したが、これに代えて、例えば、接着剤による固着やねじ止め、Ｏリング止めであってもよく、あるいは、外輪１６ａとハウジング６ａを一体構成としてもよいが、コストや熱伝導を考慮すれば、しまりばめ固定(圧入固定)が好ましい。
また、本実施形態においては、軸受４ａを軸方向又は径方向へスライド可能に位置付けたが、軸受４ｂをスライド可能に位置付けてもよく、軸受4a,4bの双方をスライド可能に位置付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る水中回転装置の主要部分の構成例を示す断面図。
【図２】従来の水中回転装置の主要部分の構成例を示す断面図。
【図３】水中回転装置の軸受にＯリングを設けた従来の構成例を示す断面図。
【図４】本発明及び従来の水中回転装置の全体構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２０】
２  主軸
４ａ，４ｂ  軸受
６ａ，６ｂ  ハウジング
８ａ  軸受外径面
１０ａ  ハウジング内径面
１２ａ  内輪
１４  転動体
１６ａ  外輪
１８ａ  軸受内径面
２０ａ  主軸外径面
３２  羽根車
３４  羽根
３８  電動機
３８ａ  電動機ロータ
３８ｂ  電動機ステータ
Ｓ  すきま
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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