(57)【要約】【課題】複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高める。【解決手段】軸受ユニット４は、複数の軸受１１，１２を備える。軸受ユニット４は、極低温の周囲流体が複数の軸受１１，１２の内部を通過することにより当該軸受１１，１２を冷却する。複数の軸受１１，１２は、周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受１１と、この第一軸受１１よりも下流側に配される第二軸受１２とを含む。第二軸受１２は、周囲流体に含まれる気体が当該第二軸受１２の内部を迂回して通過するバイパス流路１９を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸受を備えるとともに、極低温の周囲流体が前記複数の軸受の内部を通過することにより前記軸受を冷却する軸受ユニットにおいて、
前記複数の軸受は、前記周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受と、前記第一軸受よりも下流側に配される第二軸受とを含み、
前記第二軸受は、前記周囲流体に含まれる気体が前記第二軸受の内部を迂回するように通過するバイパス流路を備えることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
前記第一軸受及び前記第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、
前記バイパス流路は、前記第二軸受に係る前記内輪に軸方向に沿って貫通形成される孔を有する請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項３】
前記第一軸受及び前記第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、
前記バイパス流路は、前記第二軸受に係る前記内輪の内周面に軸方向に沿って形成される溝部を有する請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項４】
前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに、前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、
前記バイパス流路は、前記内輪間座に形成されるガイド孔を備え、
前記ガイド孔は、前記周囲流体に含まれる前記気体を前記孔又は前記溝部に案内する請求項２又は３に記載の軸受ユニット。
【請求項５】
前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに、前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、
前記内輪間座は、外周面に羽根部を有する請求項２から４のいずれか一項に記載の軸受ユニット。
【請求項６】
ロケットエンジンのターボポンプに使用される請求項１から５のいずれか一項に記載の軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロケットエンジンのターボポンプに使用される軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンでは、極低温の推進剤（液体水素又は液体酸素）を燃焼室に供給するためにターボポンプが使用される。特許文献１に開示されるように、ターボポンプは、液体を圧送するインペラと、翼列が設けられたタービンディスクとを連結するシャフトを備える。シャフトは、複数の軸受（例えばアンギュラ玉軸受）により支持される。
【０００３】
ロケットエンジンのターボポンプでは、ポンプ入口から吸い込んだ推進剤をインペラによってスクロール流路から燃焼室へと圧送する。この際、ターボポンプは、推進剤の一部を分流して軸受の冷却に使用する。分流された推進剤は、複数の軸受における前列（インペラ寄り）の第一軸受の内部を通過し、その後、後列（タービンディスク寄り）の第二軸受の内部を通過する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来のターボポンプにおける軸受の冷却では、推進剤が第一軸受を通過した後に第二軸受を通過する。この場合、推進剤は、第一軸受を通過することで温度が上昇し、その一部が気化することになる。したがって、この推進剤が第二軸受の内部を通過する場合に、第一軸受の場合と比較して冷却効果が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高めることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、複数の軸受を備えるとともに、極低温の周囲流体が前記複数の軸受の内部を通過することにより前記軸受を冷却する軸受ユニットにおいて、前記複数の軸受は、前記周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受と、前記第一軸受よりも下流側に配される第二軸受とを含み、前記第二軸受は、前記周囲流体に含まれる気体が前記第二軸受の内部を迂回するように通過するバイパス流路を備えることを特徴とする。
【０００８】
例えばロケットエンジンのターボポンプの運転時において、周囲流体（例えば液体水素、液体酸素）は、第一軸受の内部を通過して冷却すると、温度上昇によりその一部が気化する。これにより、第一軸受の内部を通過した周囲流体は、気液混合流体となって第二軸受に送られることになる。この場合、ターボポンプにおけるシャフトの回転により、第一軸受の内部を通過した周囲流体に遠心力が作用し、気体と液体の密度差を利用した気液分離が行われる。すなわち、遠心力の作用により、密度の大きな液体がシャフトの半径方向外方側に、密度の小さな気体が半径方向内方側へと移動する。本発明では、このように分離された周囲流体における気体がバイパス流路を通過し、周囲流体における液体が第二軸受の内部を通過する。このように、周囲流体における気体が第二軸受の内部を通過しないことから、第二軸受の焼付きを防止するとともに効率の良い冷却を実現できる。
【０００９】
上記構成の軸受ユニットでは、前記第一軸受及び前記第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、前記バイパス流路は、前記第二軸受に係る前記内輪に軸方向に沿って貫通形成される孔を有することが望ましい。内輪に形成される孔をバイパス流路とすることで、シャフト寄りに分離される周囲流体の気体を、第二軸受の内部を迂回させて優先的に通過させることができる。
【００１０】
或いは、本発明に係る軸受ユニットでは、前記第一軸受及び前記第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、前記バイパス流路が、前記第二軸受に係る前記内輪の内周面に軸方向に沿って形成される溝部を有する構成であってもよい。
【００１１】
上記構成の軸受ユニットでは、前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに、前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、前記バイパス流路は、前記内輪間座に形成されるガイド孔を備え、前記ガイド孔は、前記周囲流体に含まれる前記気体を前記孔又は前記溝部に案内するように構成されることが望ましい。このように、第二軸受よりも上流側に位置する内輪間座のガイド孔をバイパス流路の一部とすることで、当該バイパス流路の長さや推進剤の流入口の位置を推進剤の流動態様に応じて適宜設定することが可能になる。
【００１２】
また、上記構成の軸受ユニットは、前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに、前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、前記内輪間座は、外周面に羽根部を有することが望ましい。かかる構成によれば、シャフトとともに内輪間座の羽根部を回転させることで、周囲流体をより効果的に気液分離できる。
【００１３】
本発明に係る軸受ユニットは各種の宇宙航空機器に組み込まれるが、特にロケットエンジンのターボポンプに対して好適に使用され得る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態の軸受ユニットを含むターボポンプの断面図である。
【図２】軸受ユニットの断面図である。
【図３】第二軸受に係る内輪の断面斜視図である。
【図４】内輪間座の斜視図である。
【図５】第二実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【図６】第二軸受に係る内輪の断面斜視図である。
【図７】内輪間座の斜視図である。
【図８】第三実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【図９】第四実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【図１０】第五実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明に係る軸受ユニット及びターボポンプの第一実施形態を示す。
【００１７】
本実施形態に係るターボポンプは、極低温の推進剤をロケットエンジンにおける燃焼室に圧送する。推進剤としては、燃料としての液体水素（沸点：−２５３℃）と、酸化剤としての液体酸素（沸点：−１８３℃）とが使用される。ロケットエンジンは、液体水素用と液体酸素用のターボポンプを個別に備える。なお、「極低温」とは、凡そ１Ｋ〜１００Ｋの温度領域をいう。
【００１８】
図１に示すように、ターボポンプ１は、シャフト２と、シャフト２を収容するケーシング３と、シャフト２を支持する軸受ユニット４と、を備える。
【００１９】
シャフト２は、極低温に対する疲労強度の高いニッケル基の超合金、例えばインコネル（登録商標）により構成される。シャフト２は、一端部にインデューサ５及びインペラ６を備え、他端部にタービンディスク７を備える。なお、以下の説明では、各構成要素の位置関係を説明するために、インデューサ５及びインペラ６側を「上流側」といい、タービンディスク７側を「下流側」という。
【００２０】
インデューサ５は、軸流型の羽根車であって、タービンディスク７、インペラ６とともにシャフト２の同軸上で連結される。インデューサ５は、シャフト２とともに回転し、推進剤をインペラ６へと送る。なお、インデューサ５の上流側には、推進剤を貯留するタンク（液体水素用タンク、液体酸素用タンク）が設けられており、推進剤は、タンクからインデューサ５に供給される。
【００２１】
インペラ６は、ケーシング３内での回転により、インデューサ５を介して吸い込んだ推進剤を遠心力で加圧する遠心ポンプである。インペラ６は、インデューサ５から送られる推進剤を加圧してロケットエンジンの燃焼室へと送り、また一部の推進剤を軸受ユニット４へと送る。
【００２２】
タービンディスク７は、ケーシング３内に導入されるガス（水素ガス）によって駆動される。このタービンディスク７によってシャフト２を回転駆動することで、インペラ６は推進剤を燃焼室へと圧送できる。
【００２３】
ケーシング３は、インデューサ５及びインペラ６を収容する第一の空間３ａと、軸受ユニット４を収容する第二の空間３ｂと、タービンディスク７を収容する第三の空間３ｃとを備える。
【００２４】
第一の空間３ａは、推進剤の吸込部８ａと、吐出部８ｂと、推進剤を分流して第二の空間３ｂへと送る供給路９とを備える。推進剤は吸込部８ａから第一の空間３ａ内に導入され、インペラ６によって吐出部８ｂから燃焼室へと送られる。供給路９は、ケーシング３の一部と、インペラ６の下流側シュラウド６ａとの間に形成される。第一の空間３ａは、この供給路９を介して第二の空間３ｂと連通する。
【００２５】
第二の空間３ｂは、第一の空間３ａの下流側に設けられる。第二の空間３ｂは、ケーシング３の一部と、シャフト２の外周面との間に形成される。第三の空間３ｃは、第二の空間３ｂの下流側に設けられる。第三の空間３ｃは、タービンディスク７を収容するとともに、当該タービンディスク７を駆動するガス（水素ガス）を導入及び排出するように、例えばマニホールドケーシングにて構成される。
【００２６】
第二の空間３ｂと第三の空間３ｃとは、メカニカルシール、クリアランスシール等からなるシール部１０により区分される。この構成により、第二の空間３ｂを流動する推進剤が第三の空間３ｃに漏出することが防止される。
【００２７】
軸受ユニット４は、第二の空間３ｂに設けられる。軸受ユニット４は、前列（上流側）の第一軸受１１と、この第一軸受１１から軸方向に離間して下流側に配置される後列の第二軸受１２と、第一軸受１１及び第二軸受１２の位置決めを行う内輪間座１３及び外輪間座１４とを備える。
【００２８】
図１及び図２に示すように、各軸受１１，１２は、例えばアンギュラ玉軸受により構成される。各軸受１１，１２は、シャフト２に固定される内輪１５と、ケーシング３に固定される外輪１６と、内輪１５と外輪１６との間に配される複数の転動体１７と、各転動体１７を周方向に一定の間隔で保持する保持器１８とを備える。各軸受１１，１２では、内輪１５及び外輪１６と、転動体１７とが所定の接触角を有して接触しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができる。
【００２９】
内輪１５及び外輪１６は金属、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）にて環状に形成される。内輪１５は、その外周面に転動体１７が転動する軌道面１５ａを有する。外輪１６は、その内周面に転動体１７が転動する軌道面１６ａを有する。なお、以下では、各内輪１５及び外輪１６の幅方向端部を、推進剤の流動方向に対応させて、上流側端部１５Ａ，１６Ａ、下流側端部１５Ｂ，１６Ｂとして説明する。
【００３０】
図１乃至図３に示すように、第二軸受１２の内輪１５には、推進剤の一部を通過させるバイパス流路１９が設けられる。本実施形態におけるバイパス流路１９は、この内輪１５を軸方向に貫通する孔１５ｂにより構成される。図３に示すように、内輪１５には、一対の孔１５ｂが形成されているが、孔１５ｂの数はこれに限定されない。
【００３１】
転動体１７は、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）等の金属や、セラミックス材料により球体（ボール）として構成される。複数の転動体１７は、内輪１５の軌道面１５ａと外輪１６の軌道面１６ａとの間で、周方向に等間隔で配される。
【００３２】
保持器１８は、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間に配される。保持器１８は、樹脂複合材や金属により環状に形成される。保持器１８は、転動体１７を保持する複数のポケット１８ａを有する。複数のポケット１８ａは、保持器１８の円周方向において等間隔に設けられる。転動体１７は、各ポケット１８ａに一つずつ収容される。
【００３３】
本実施形態に係る軸受ユニット４のように、極低温環境下で使用される第一軸受１１及び第二軸受１２には、通常の流動性潤滑剤（油やグリースなど）を使用することができない。本実施形態では、各軸受１１，１２の焼付き防止及び起動トルクの低減を図るため、内輪１５の軌道面１５ａ、外輪１６の軌道面１６ａ、転動体１７の表面及び保持器１８におけるポケット１８ａの内面を含む表面全体のうち、いずれか一つ以上、もしくは全てにフッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）等の固体潤滑皮膜によるコーティングが施される。
【００３４】
図４に示すように、内輪間座１３は、所定の幅及び厚みを有する環状体により構成される。内輪間座１３は、第一軸受１１の内輪１５と第二軸受１２の内輪１５との間に配される。この内輪間座１３の内周にはシャフト２に挿入される。内輪間座１３は、シャフト２に固定されており、シャフト２とともに回転する。内輪間座１３の上流側端部１３Ａは、第一軸受１１における内輪１５の下流側端部１５Ｂに接触する。内輪間座１３の下流側端部１３Ｂは、第二軸受１２における内輪１５の上流側端部１５Ａに接触する。なお、内輪間座１３は、下流側端部１３Ｂが第二軸受１２に係る内輪１５のバイパス流路１９を閉塞しないように、その外周面がバイパス流路１９よりも半径方向内方側に位置するように構成される。
【００３５】
図４に示すように、内輪間座１３は、その外周面に複数（本例ではば四枚）の羽根部２０を有する。羽根部２０は、内輪間座１３の軸方向中途部において外周面から半径方向外方に突出する。羽根部２０は平板状に構成されるが、この形状に限定されない。各羽根部２０は、所定の位相（例えば９０°）で内輪間座１３に設けられる。羽根部２０は、シャフト２の回転に伴う内輪間座１３の回転により、当該内輪間座１３を通過する推進剤を撹拌する。
【００３６】
外輪間座１４は、所定の幅及び厚みを有する環状体により構成される。外輪間座１４は、第一軸受１１の外輪１６と第二軸受１２の外輪１６との間に配される。外輪間座１４の外周面は、第二の空間３ｂにおけるケーシング３の内面に固定される。外輪間座１４の上流側端部１４Ａは、第一軸受１１における外輪１６の下流側端部１６Ｂに接触する。外輪間座１４の下流側端部１４Ｂは、第二軸受１２における外輪１６の上流側端部１６Ａに接触する。
【００３７】
なお、第一軸受１１に係る内輪１５の上流側端部１５Ａ、及び第二軸受１２に係る内輪１５の下流側端部１５Ｂは、シャフト２に設けられる位置決め部、或いはシャフト２に固定される環状の位置決め部材によって適宜位置決めされる。同様に、第一軸受１１に係る外輪１６の上流側端部１６Ａ、及び第二軸受１２に係る外輪１６の下流側端部１６Ｂは、ケーシング３に設けられる位置決め部、或いはケーシング３に固定される環状の位置決め部材によって適宜位置決めされる。
【００３８】
図２に示すように、軸受ユニット４は、周囲流体である推進剤を流動させる流路２１，２２を有する。流路２１，２２は、推進剤が第一軸受１１の内部と第二軸受１２の内部とを通過する第一流路２１と、第二軸受１２の内部を通過した推進剤が第一の空間３ａに還流する第二流路２２とを備える。ここで、「軸受の内部」とは、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間の軸受内部空間をいう。
【００３９】
第一流路２１は、供給路９に連通しており、第一軸受１１の内部と、内輪間座１３の外周面と外輪間座１４の内周面との間に形成される空間と、第二軸受１２の内部とを含む。この構成により、第一流路２１を流動する推進剤は、上流側の第一軸受１１の内部を通過した後に、下流側の第二軸受１２の内部を通過する。
【００４０】
第二流路２２は、シャフト２の内部において、軸方向に沿って形成されるガイド孔２２ａと、第二軸受１２の内部を通過した推進剤をガイド孔２２ａに案内する導入孔２２ｂと、ガイド孔２２ａを通過した推進剤を第一の空間３ａへと戻す排出孔２２ｃとを有する。第二軸受１２の内部を通過した推進剤は、導入孔２２ｂ、ガイド孔２２ａ、排出孔２２ｃの順に流動して、第一の空間３ａにおけるインペラ６へと返送され、当該インペラ６によって再度圧送される。
【００４１】
以下、上記構成の軸受ユニット４を冷却する方法について説明する。
【００４２】
ロケットエンジンの運転時において、ターボポンプ１は、第三の空間３ｃに導入されるガス（水素ガス）によりタービンディスク７を回転駆動する。推進剤は、軸受ユニット４の冷却の他、ロケットエンジンの燃焼室やノズルを冷却するために使用される。液体としての推進剤（例えば液体水素）は、燃焼室等を冷却することで、その温度上昇により気化する。これによるガス（水素ガス）は、第三の空間３ｃに導入され、その膨張エネルギーによりタービンディスク７を回転させた後、第三の空間３ｃから順次排出される。これにより、シャフト２の回転に伴ってインデューサ５及びインペラ６が回転し、タンクから供給される推進剤（液体水素又は液体酸素）を燃焼室に圧送する。
【００４３】
ターボポンプ１は、供給路９を通じて推進剤の一部を第二の空間３ｂへと供給する。この場合において、推進剤は、第一流路２１に沿って流動し、軸受ユニット４を冷却する。すなわち、供給路９を通過した推進剤は、まず第一軸受１１の内部を通過する。このとき、推進剤は第一軸受１１の冷却によって温度が上昇し、その一部が気化する。これにより、冷却前と比較して、推進剤は、気体（水素ガス又は酸素ガス）を多く含む気液混合流体となる。
【００４４】
その後、推進剤は、内輪間座１３と外輪間座１４との間の空間を通過する。この場合において、シャフト２の回転に伴って内輪間座１３が回転している。内輪間座１３の回転により、羽根部２０が推進剤を撹拌する。この撹拌により、気液混合状態である推進剤に遠心力が付与される。その結果、推進剤は、半径方向外方側（ケーシング３側）の液体（液体水素又は液体酸素）と、半径方向内方側（シャフト２側）の気体（水素ガス又は酸素ガス）とに分離する。
【００４５】
このように、本実施形態では、第一軸受１１を通過した気液混合流体（液体水素と水素ガスの混合流体又は液体酸素と酸素ガスの混合流体）に対し、気体と液体の密度差を利用して羽根部２０が付与する遠心力により気液分離を行う。
【００４６】
ここで、水素ガスの密度は、０．０８９８８ｋｇ／ｍ３（２７３．１５Ｋ、１０１.３２５ｋＰａ）であり、液体水素の密度は、７０．８ｋｇ／ｍ３（２０Ｋ、１０１．３２５ｋＰａ）である。また、酸素ガスの密度は、１．４２９０４ｋｇ／ｍ３（２７３．１５Ｋ、１０１．３２５ｋＰａ）であり、液体酸素の密度は、１１４０ｋｇ／ｍ３（９０Ｋ、１０１．３２５ｋＰａ）である。このような密度差により、気液混合状態の推進剤は、第二軸受１２を冷却する前に、密度の大きな液体と密度の小さな気体とに分離することとなる。
【００４７】
分離された推進剤は、その後、第二軸受１２を通過する。具体的には、分離した推進剤のうち、液体（液体水素又は液体酸素）が第二軸受１２の内部を通過し、気体（水素ガス又は酸素ガス）がバイパス流路１９を通過する。
【００４８】
第二軸受１２の内部を通過した推進剤（液体）と、バイパス流路１９を通過した推進剤（気体）は、当該第二軸受１２の下流側で合流する。その後、推進剤は、第二流路２２を通じて第一の空間３ａに返送され、インペラ６によって再び圧送される。なお、第一の空間３ａに戻った推進剤に含まれる気体は、インペラ６の加圧によって液化する。
【００４９】
以上説明した本実施形態に係る軸受ユニット４によれば、ロケットエンジンのターボポンプ１の運転時において、第一軸受１１の内部を通過した推進剤に遠心力が作用し、気体と液体の密度差に応じた気液分離が行われる。そして、分離された推進剤における気体がバイパス流路１９を通過し、推進剤における液体が第二軸受１２の内部を通過する。これにより、推進剤における気体が第二軸受１２の内部を通過し難くなり、気体を含まない液状の推進剤（より低温の推進剤）が第二軸受１２の内部を優先的に通過することで、当該第二軸受１２の焼付きを防止するとともに効率の良い冷却を実現できる。
【００５０】
図５乃至図７は、軸受ユニットの第二実施形態を示す。本実施形態に係る軸受ユニット４では、バイパス流路１９の構成が第一実施形態と異なる。本実施形態におけるバイパス流路１９は、第二軸受１２の内輪１５の内周面に形成される溝部１５ｃと、内輪間座１３に形成されるとともに推進剤の一部（気体）を溝部１５ｃに案内するガイド孔２３とを有する。
【００５１】
図５及び図６に示すように、溝部１５ｃは、内輪１５の上流側端部１５Ａから下流側端部１５Ｂに亘って直線的に形成される。溝部１５ｃは、シャフト２の外周面と対向することで、バイパス通路１９の一部を構成する。本実施形態において、第二軸受１２の内輪１５には一対の溝部１５ｃが形成されるが、その数はこれに限定されない。一対の溝部１５ｃは、所定の位相（例えば１８０°）で内輪１５に形成される。
【００５２】
図５及び図７に示すように、内輪間座１３のガイド孔２３は、当該内輪間座１３の下流側端部１３Ｂ側の位置に形成される。ガイド孔２３は、軸方向に対して傾斜しており、内輪間座１３を厚さ方向に貫通する。内輪間座１３は、ガイド孔２３が溝部１５ｃと一致するようにシャフト２に固定される。本実施形態において、気液分離された推進剤における気体（水素ガス又は酸素ガス）は、ガイド孔２３及び溝部１５ｃを通過することで、第二軸受１２の内部を迂回する。
【００５３】
図８は、軸受ユニットの第三実施形態を示す。本実施形態に係る軸受ユニット４では、バイパス流路１９は、第二軸受１２の内輪１５に軸方向に沿って貫通形成された孔１５ｂの他、内輪間座１３に形成されるガイド孔２３を備える。内輪間座１３は、ガイド孔２３が、内輪１５の孔１５ｂと一致するようにシャフト２に固定される。気液分離された推進剤における気体は、バイパス流路１９のガイド孔２３と内輪の孔１５ｂとを通過することにより第二軸受１２の内部を迂回する。
【００５４】
図９は、軸受ユニットの第四実施形態を示す。本実施形態に係る軸受ユニット４では、バイパス流路１９は、内輪間座１３に形成されるガイド孔２３と、シャフト２の外周面に形成される溝部２４とを有する。溝部２４は、シャフト２の軸方向に沿って直線状に形成される。溝部２４の長さは、第二軸受１２における内輪１５の幅（軸方向寸法）よりも長く設定される。
【００５５】
溝部２４の上流側端部２４Ａは、第二軸受１２に係る内輪１５の上流側端部１５Ａよりも上流端側に位置する。溝部２４の下流側端部２４Ｂは、この内輪１５の下流側端部１５Ｂよりも下流側に位置する。内輪間座１３は、ガイド孔２３が溝部２４と一致するようにシャフト２に固定される。気液分離された推進剤における気体は、ガイド孔２３と溝部２４とを通過することにより第二軸受１２の内部を迂回する。
【００５６】
図１０は、軸受ユニットの第五実施形態を示す。本実施形態に係る軸受ユニット４では、内輪間座１３の構成が第一実施形態と異なる。第一実施形態では、内輪間座１３の外周面に羽根部２０が形成されていたが、本実施形態では、内輪間座１３に羽根部２０が形成されていない。ロケットエンジンに使用されるターボポンプ１では、例えば液体酸素圧縮用のもので、回転数が最大で約１８０００ｒｐｍとなり、液体水素圧縮用のものでは、回転数が最大で約５２０００ｒｐｍに達する。本実施形態では、シャフト２とともに内輪間座１３が回転することで、その遠心力により、第二軸受１２を冷却する前の推進剤を気液分離できる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５８】
上記の実施形態では、ロケットエンジン用ターボポンプ１に使用される軸受ユニット４を例示したが、これに限定されず、他の用途に適用することも可能である。例えば、人工衛星などの宇宙用機器のように、極低温の環境下で使用される機器に軸受ユニットを組み込むことができる。
【００５９】
上記の実施形態では、軸受ユニット４の各軸受１１，１２として単列のアンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、組合せアンギュラ玉軸受、複列アンギュラ玉軸受を用いてもよい。また、本発明はアンギュラ玉軸受に限らず、他の玉軸受や円筒ころ軸受その他の転がり軸受に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１          ターボポンプ
４          軸受ユニット
１１          第一軸受
１２          第二軸受
１３          内輪間座
１５          内輪
１５ｂ        内輪の孔
１５ｃ        内輪の溝部
１６          外輪
１７          転動体
１８          保持器
１９          バイパス流路
２０          羽根部
２３          溝部
２４          ガイド孔
【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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【図１０】
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