(57)【要約】【課題】回転機械の回転軸に装着される軸スリーブが回転軸に対して相対的に回転することによる回転軸の曲がりを防止し、回転機械の振動を抑制することができる軸スリーブを提供する。【解決手段】回転機械の回転軸１に装着される円筒状の軸スリーブ２であって、外周側軸受と軸受部を構成し、軸方向の少なくとも一方が固定リングによって軸方向に固定される超硬合金製の軸スリーブ２において、固定リング３と接触する合わせ面４の形状は、固定リング側に山形状に突出した２以上の面で構成され、２以上の面は回転軸１の軸心Ｏに対して２回以上の回転対称形状に形成されている。【選択図】図１
2018040437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転軸に装着される円筒状の軸スリーブであって、外周側軸受と軸受部を構成し、軸方向の少なくとも一方が固定リングによって軸方向に固定される超硬合金製の軸スリーブにおいて、
前記固定リングと接触する合わせ面形状は、固定リング側に山形状に突出した２以上の面で構成され、前記２以上の面は前記回転軸の軸心に対して２回以上の回転対称形状に形成されていることを特徴とする軸スリーブ。
【請求項２】
前記２以上の面は、それぞれ平面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の軸スリーブ。
【請求項３】
前記２以上の面のうち、隣接する２つの面が交わってできる交線は、前記回転軸の軸線に直交する平面上にあるか、または前記回転軸の軸線に直交する平面に対して交叉していることを特徴とする請求項１記載の軸スリーブ。
【請求項４】
前記隣接する２つの面は、前記交線を頂線として山形状の傾斜面になっていることを特徴とする請求項３記載の軸スリーブ。
【請求項５】
前記軸スリーブは、前記固定リングと接触する合わせ面の軸方向反対側の端面が前記回転軸の段付き部に接触することによって、位置決めされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の軸スリーブ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の軸スリーブを備えたポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の回転軸に装着される軸スリーブであって、すべり軸受との摺動部に設置される超硬合金製の軸スリーブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ等の回転機械の回転軸を支持するすべり軸受の摺動部には、回転軸側に摺動部材として軸スリーブが用いられる場合が多い。この軸スリーブが脆性の高い材料である超硬合金でできている場合には、軸スリーブを回転軸に固定する際に軸スリーブに止めネジ用のネジ穴やキー溝を設けることが困難であるため、軸スリーブの端面に傾斜面を形成し、軸スリーブの傾斜面に密接するように対応する傾斜面を形成した固定リングを用いて軸スリーブを回転軸に固定することが行われている。
【０００３】
図５は、軸スリーブの端面に傾斜面を形成し、軸スリーブの傾斜面に密接するように対応する傾斜面を形成した固定リングを用いて軸スリーブを回転軸に固定する従来例を示す模式図である。図５に示すように、回転軸１には超硬合金製の軸スリーブ２が嵌合されている。軸スリーブ２の一端部は、回転軸１に形成されている段付き部１ｓに当接して回転軸１に対して位置決めがなされている。軸スリーブ２の他端部は、円筒状の軸スリーブ２の軸線（すなわち、回転軸１の軸線１ａｘ）に直交する断面に対して傾斜した断面（傾斜面）２ａになっている。固定リング３は、軸スリーブ２の傾斜面２ａに密接するように対応する傾斜面を有している。すなわち、固定リング３と接触する軸スリーブ２の合わせ面４は、回転軸１の軸線１ａｘに直交する断面に対して斜めに傾いた一平面で構成されている。軸スリーブ２は、この斜めに傾いた一平面からなる合わせ面４を介して固定リング３によって軸方向に固定されている。固定リング３は止めネジ１０によって回転軸１に固定されている。軸スリーブ２の外周側には、すべり軸受１１が設置されている。
【０００４】
図６は、図５に示す軸スリーブ２の斜視図である。図６に示すように、固定リング３と接触する軸スリーブ２の合わせ面４は、軸スリーブ２の軸心Ｏを通る軸線２ａｘ（すなわち、回転軸１の軸線１ａｘ）に直交する断面に対して傾斜した断面（傾斜面）２ａで構成されている。図５および図６に示すような構造によって、すべり軸受１１との摺動によって軸スリーブ２に回転方向の力（あるいはトルク）が生じても、軸スリーブ２は回転軸１に対して相対的に回転することなく運転される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−１０６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５および図６に示すような従来のすべり軸受装置においては、運転中にすべり軸受１１と軸スリーブ２とが摺動することによって発生する摩擦熱で軸スリーブ２および回転軸１がともに軸方向に延伸する。この場合、軸スリーブ２は線膨張係数が小さい超硬合金（約３〜８×１０−６／℃）から構成されているが、回転軸１はステンレス鋼等の超硬合金より線膨張係数が大きい鋼材（約９〜１８×１０−６／℃）から構成されているため、線膨張係数の差によって、図７に示すように、軸スリーブ２と固定リング３の合わせ面４の隙間が広がり、回転軸１に対して軸スリーブ２が相対的に回転してしまう。固定リング３は止めネジ１０によって回転軸１に固定されているため、軸スリーブ２は固定リング３に対して相対的に回転する。その際、軸スリーブ２と固定リング３はともに傾斜した断面になっているため、軸スリーブ２と固定リング３が周方向の１点のみで接触する。
【０００７】
図８は、図７のＡ矢視図である。図８においては、軸スリーブ２と固定リング３のみを示す。図８に示すように、軸スリーブ２と固定リング３の合わせ面４の隙間が広がり、固定リング３に対して軸スリーブ２が相対的に回転してしまうと、軸スリーブ２と固定リング３が周方向の１点のみで接触するため、この接触点のみに軸方向の圧縮力が作用する。そのため、軸方向の圧縮力に周方向不均一が生じ、図７に示すように、回転軸１に曲げモーメントが発生し、回転軸１がわずかに曲がる。回転軸１が長い場合には、図９に示すように、このわずかな曲がりによって大きな変位が生じてしまい、回転軸１の振れまわりが多くなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、回転機械の回転軸に装着される軸スリーブが回転軸に対して相対的に回転することによる回転軸の曲がりを防止し、回転機械の振動を抑制することができる軸スリーブ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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、回転機械の回転軸に装着される円筒状の軸スリーブであって、外周側軸受と軸受部を構成し、軸方向の少なくとも一方が固定リングによって軸方向に固定される超硬合金製の軸スリーブにおいて、前記固定リングと接触する合わせ面形状は、固定リング側に山形状に突出した２以上の面で構成され、前記２以上の面は前記回転軸の軸心に対して２回以上の回転対称形状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記２以上の面は、それぞれ平面で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２以上の面のうち、隣接する２つの面が交わってできる交線は、前記回転軸の軸線に直交する平面上にあるか、または前記回転軸の軸線に直交する平面に対して交叉していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記隣接する２つの面は、前記交線を頂線として山形状の傾斜面になっていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸スリーブは、前記固定リングと接触する合わせ面の軸方向反対側の端面が前記回転軸の段付き部に接触することによって、位置決めされていることを特徴とする。
本発明の他の様態は、上記軸スリーブを備えたポンプである。
【発明の効果】
【００１２】
超硬合金製の軸スリーブを備えたすべり軸受装置においては、運転中にすべり軸受と軸スリーブとが摺動することによって発生する摩擦熱で軸スリーブおよび回転軸が軸方向に伸びた場合に、軸スリーブと回転軸との線膨張係数の違いにより軸スリーブと固定リングの合わせ面の隙間が広がり、軸スリーブが固定リングに対して相対的に回転してしまう。
本発明によれば、固定リングと接触する軸スリーブの合わせ面形状は、固定リング側に山形状に突出した２以上の面で構成され、前記２以上の面は前記回転軸の軸心に対して２回以上の回転対称形状に形成されているため、軸スリーブと固定リングの合わせ面の隙間が広がり、軸スリーブが固定リングに対して相対的に回転した場合に、軸スリーブと固定リングは周方向の２点以上で接触し、接触点は回転軸の軸心に対して２回以上の回転対称位置になる。したがって、接触点に作用する軸方向の圧縮力がバランスされ、回転軸に曲げモーメントが発生せず、回転軸の曲がりを防止することができる。よって、回転機械の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る軸スリーブを備えたすべり軸受装置を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す軸スリーブの斜視図である。
【図３】図３は、軸スリーブの他の態様を示す斜視図である。
【図４】図４は、線膨張係数の差によって、軸スリーブと固定リングの合わせ面の隙間が広がり、軸スリーブが回転軸に対して相対的に回転した際の軸スリーブと固定リングとの関係を示す模式的斜視図である。
【図５】図５は、従来の軸スリーブを備えたすべり軸受装置を示す縦断面図である。
【図６】図６は、図５に示す軸スリーブの斜視図である。
【図７】図７は、図５に示すすべり軸受装置の運転中における軸スリーブおよび固定リングの動作を示す正面図である。
【図８】図８は、図７のＡ矢視図である。
【図９】図９は、図５に示すすべり軸受装置の運転中における回転軸の状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る軸スリーブの実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１乃至図４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る軸スリーブを備えたすべり軸受装置を示す縦断面図である。図１に示すように、回転軸１には超硬合金製の軸スリーブ２が嵌合されている。回転軸１は軸線１ａｘの回りに回転可能になっている。軸スリーブ２は円筒形状を有し、軸スリーブ２の一端部は、回転軸１に形成されている段付き部１ｓに当接して回転軸１に対して位置決めがなされている。軸スリーブ２の他端部は固定リング３に接触しており、軸スリーブ２は固定リング３によって軸方向に固定されている。固定リング３は止めネジ１０によって回転軸１に固定されている。固定リング３と接触する軸スリーブ２の合わせ面４は、固定リング側に突出した山形状の２面５ａ，５ｂから構成されている。固定リング３は、軸スリーブ２の山形状の２面５ａ，５ｂに密接するように対応する谷形状の２面を有している。すなわち、軸スリーブ２は、山形状の２面５ａ，５ｂからなる合わせ面４を介して固定リング３によって軸方向に固定されている。軸スリーブ２の外周側には、すべり軸受１１が設置されている。
【００１５】
図２は、図１に示す軸スリーブ２の斜視図である。図２に示すように、軸スリーブ２は固定リング３と接触する合わせ面４を有している。この合わせ面４の形状は、固定リング側に山形状に突出した２つの面５ａ，５ｂで構成され、２つの面５ａ，５ｂは軸スリーブ２の軸心Ｏ（すなわち、回転軸１の軸心）に対して２回の回転対称形状に形成されている。前記２つの面５ａ，５ｂは、それぞれ平面で構成されている。隣接する２つの平面５ａ，５ｂが交わってできる交線Ｌｉは、軸スリーブ２の軸線２ａｘ（すなわち、回転軸１の軸線１ａｘ（図１参照））に直交する平面上にある。図２に示すように、軸スリーブ２の軸線２ａｘが垂直方向に延びるように軸スリーブ２が直立して配置されている場合には、交線Ｌｉは水平面上にある。隣接する２つの平面５ａ，５ｂは、前記交線Ｌｉを頂線とした山形状の傾斜面になっている。固定リング３の斜視図は図示しないが、固定リング３は、軸スリーブ２の山形状の２平面５ａ，５ｂに密接するように対応する谷形状の２平面を有している。図１および図２に示すような構造によって、すべり軸受１１との摺動によって軸スリーブ２に回転方向の力（あるいはトルク）が生じても、軸スリーブ２は回転軸１に対して相対的に回転することなく運転される。
【００１６】
図３は、軸スリーブ２の他の態様を示す斜視図である。図３に示す軸スリーブ２においては、合わせ面４の形状は、固定リング側に山形状に突出した３つの面５ａ，５ｂ，５ｃで構成され、３つの面５ａ，５ｂ，５ｃは軸スリーブ２の軸心Ｏ（すなわち、回転軸１の軸心）に対して３回の回転対称形状に形成されている。前記３つの面５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれ平面で構成されている。３つの平面５ａ，５ｂ，５ｃのうち、隣接する２つの平面５ａと５ｂ；５ｂと５ｃ；５ｃと５ａが交わってできる交線Ｌｉは、軸スリーブ２の軸線２ａｘ（すなわち、回転軸１の軸線１ａｘ（図１参照））に直交する平面に対して交叉（傾斜）している。図３に示すように、軸スリーブ２の軸線２ａｘが垂直方向に延びるように軸スリーブ２が直立して配置されている場合には、交線Ｌｉは水平面に対して交叉（傾斜）している。隣接する２つの面５ａと５ｂ；５ｂと５ｃ；５ｃと５ａは、前記交線Ｌｉを頂線とした山形状の傾斜面になっている。固定リング３の斜視図は図示しないが、固定リング３は、軸スリーブ２の山形状の３平面５ａ，５ｂ，５ｃに密接するように対応する谷形状の３平面を有している。
【００１７】
図２および図３においては、軸スリーブ２における合わせ面４の形状を２つの面および３つの面で構成した例を図示したが、合わせ面４の形状を４以上の面で構成してもよい。合わせ面４の形状を４以上の面で構成した場合には、前記４以上の面は軸スリーブ２の軸心（すなわち、回転軸１の軸心）に対して４回以上の回転対称形状に形成される。
【００１８】
次に、図１および図２に示すように構成されたすべり軸受装置の運転中の作用を図４を参照して説明する。
図１および図２に示すようなすべり軸受装置においては、運転中にすべり軸受１１と軸スリーブ２とが摺動することによって発生する摩擦熱で軸スリーブ２および回転軸１がともに軸方向に延伸する。この場合、軸スリーブ２は線膨張係数が小さい超硬合金（約３〜８×１０−６／℃）から構成されているが、回転軸１はステンレス鋼等の超硬合金より線膨張係数が大きい鋼材（約９〜１８×１０−６／℃）から構成されているため、線膨張係数の差によって、軸スリーブ２と固定リング３の合わせ面４の隙間が広がり、回転軸１に対して軸スリーブ２が相対的に回転してしまう。すなわち、軸スリーブ２が固定リング３に対して相対的に回転してしまう。
【００１９】
図４は、線膨張係数の差によって、軸スリーブ２と固定リング３の合わせ面４の隙間が広がり、軸スリーブ２が固定リング３に対して相対的に回転した際の軸スリーブ２と固定リング３との関係を示す模式的斜視図である。図４に示すように、軸スリーブ２が固定リング３に対して相対的に回転した場合、軸スリーブ２と固定リング３とは、回転軸１の軸心に対して点対称の２点で接触する。すなわち、軸スリーブ２と固定リング３が周方向に１８０°ずれた２点で接触する。このため、接触点に作用する軸方向の圧縮力がバランスされ、回転軸１に曲げモーメントが発生せず、回転軸１の曲がりを防止することができる。
【００２０】
図３に示すように、軸スリーブ２における合わせ面４の形状が３つの面５ａ，５ｂ，５ｃで構成されている場合には、軸スリーブ２が回転軸１に対して相対的に回転すると、軸スリーブ２と固定リング３が周方向に１２０°の等角度間隔の３点で接触する。このため、接触点に作用する軸方向の圧縮力がバランスされ、回転軸１に曲げモーメントが発生せず、回転軸１の曲がりを防止することができる。また、軸スリーブ２における合わせ面４の形状を４以上の面で構成した場合には、周方向に９０°以下の等角度間隔の４以上の点で接触する。
【００２１】
次に、図２および図３に示すように、軸スリーブ２における合わせ面４の形状が固定リング側に山形状に突出した２以上の面で構成され、これら２以上の面が回転軸の軸心に対して２回以上の回転対称形状に形成されている軸スリーブ２について、強度上の観点から説明する。
一般的にスリーブを形成する超硬合金は脆性の高い材料であり、切欠きやへこみがあると非常に破損しやすい。軸スリーブは運転中の様々な荷重に対して十分な強度を持つ必要があるため、この超硬合金製の軸スリーブは切欠きやへこみのない形状、つまり壊れにくい形状であることが望ましい。
ところで、本発明の原理によると超硬合金製の軸スリーブと固定リングが接触する面は、複数の面から構成されているが、超硬合金製の軸スリーブの接触面の形状が谷形、すなわち切欠きを持つ構造になっていると、前述の理由により著しく強度が低下する。そのため、超硬合金製の軸スリーブの接触面の形状は、谷形の面ではなく山形の面である必要がある。
【００２２】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００２３】
１      回転軸
１ａｘ  回転軸の軸線
１ｓ    段付き部
２      軸スリーブ
２ａ    傾斜面
２ａｘ  軸スリーブの軸線
３      固定リング
４      合わせ面
５ａ，５ｂ，５ｃ  面（平面）
１０    止めネジ
１１    すべり軸受
Ｌｉ    交線
Ｏ      軸心
【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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【図９】
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