(57)【要約】【課題】オイルリングが該オイルリングの周辺に配置された構造体に接触しても摩耗粉が発生しにくい軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置９は、回転軸１の軸方向荷重および／または半径方向荷重を支持する軸受９Ａ，９Ｂと、軸受９Ａ，９Ｂの下方に配置される潤滑油貯槽１０と、回転軸１に支持され、該回転軸１の回転に伴って潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリング２０と、を備える。オイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂは、親油性材料により構成されている。【選択図】図７
2017036762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸方向荷重および／または半径方向荷重を支持する軸受と、
前記軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、
前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、
前記オイルリングの両側面は、親油性材料により構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記オイルリングの外周面が、親油性材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載の軸受装置と、を備えたことを特徴とする回転機械。
【請求項４】
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記回転軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載の軸受装置と、を備えたことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横軸ポンプなどの回転機械に用いられる軸受装置に関し、特に、回転軸とともに回転するオイルリングにより軸受に潤滑油を供給する軸受装置に関する。また、本発明は、このような軸受装置を備えたポンプなどの回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸が水平に設置された横軸式の回転機械（例えば、横軸ポンプ）は、回転軸を回転自在に支持する軸受装置を備えている。軸受には、通常、すべり軸受および／または転がり軸受が用いられ、このような軸受を潤滑および冷却するための潤滑剤として、潤滑油が用いられている。軸受へ潤滑油を供給する手段としては、外部動力を用いた強制給油装置、または外部動力を用いない自己潤滑装置が挙げられる。
【０００３】
自己潤滑装置では、軸受装置内部で回転軸の下方に配置された潤滑油貯槽から回転軸とともに回転するオイルリングの回転力を利用して潤滑油をかき上げるオイルリング式自己潤滑装置が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。オイルリングによりかき上げられた潤滑油が軸受に供給される。オイルリング式自己潤滑装置は、保守管理および取扱が容易であるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１７８０９３号公報
【特許文献２】特開平３−１８６６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転軸とともに回転するオイルリングが該オイルリングの周辺に配置された構造体に接触することがあり、オイルリングと構造体との接触によって、摩耗粉が発生することがある。発生した摩耗粉は、回転軸の外周面に付着したり、軸受内部に侵入してしまう。特に、すべり軸受に潤滑油を供給するオイルリングは、該すべり軸受の内部を通った状態で回転軸に支持されているため、このオイルリングがすべり軸受と接触することによって発生した摩耗粉は、すべり軸受の軸受面と回転軸の外周面との間に侵入しやすい。そのため、回転軸および軸受の寿命が短くなるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、オイルリングが該オイルリングの周辺に配置された構造体に接触しても摩耗粉が発生しにくい軸受装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような軸受装置を備えたポンプなどの回転機械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】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の一態様は、回転軸の軸方向荷重および／または半径方向荷重を支持する軸受と、前記軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、前記オイルリングの両側面は、親油性材料により構成されていることを特徴とする軸受装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記オイルリングの外周面が、親油性材料により構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する上記軸受装置と、を備えたことを特徴とする回転機械である。
【００１０】
さらに、本発明の他の態様は、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する上記軸受装置と、を備えたことを特徴とするポンプである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、オイルリングの両側面が親油性材料により構成されているので、回転するオイルリングの両側面には常に潤滑油が付着している。その結果、オイルリングの両側面が該オイルリングの周辺に配置されている構造体に接触したときに発生する摩擦力が低減されるので、摩耗粉が発生しにくい軸受装置を提供することができる。また、本発明は、このような軸受装置を備えたポンプなどの回転機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る軸受装置の構造を示した断面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６は、オイルリングの一例を示した斜視図である。
【図７】図７は、図６に示したオイルリングの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。図１に示される回転機械としての横軸単段ポンプ１００は、羽根車２と、この羽根車２が固定される回転軸１とを有している。回転軸１は水平に延びている。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９に回転自在に支持されている。
【００１４】
羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。図１に示すポンプケーシング５はその内部に渦巻き室５ａを有しており、羽根車２は渦巻き室５ａの内部に配置されている。回転軸１の回転とともに羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸い込まれ、羽根車２と渦巻き室５ａの作用により液体の圧力が上昇されて、液体が吐出口４から吐き出される。
【００１５】
図示した例における羽根車２は、その両側から液体を吸い込む両吸込構造を有している。羽根車２の液体入口には、口金２Ａ，２Ｂがそれぞれ取り付けられている。これら口金２Ａ，２Ｂの直径を互いに異なるように設計することで、圧力差によるスラスト力を回転軸１の一方向に作用させ、回転軸１を安定させた状態で回転させることができる。このスラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受９Ａで支持されるようになっている。スラスト軸受９Ａは、回転軸１の両方向に作用するスラスト力を受けることができる複列転がり軸受である。このスラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するために、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、オイルリング２０が配置されている。
【００１６】
このスラスト軸受９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受９Ｂと、１つのスラスト軸受９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。このスリーブ型のラジアル軸受９Ｂには、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。図２に示される回転機械としての横軸多段ポンプ１００は、複数の羽根車２と、これら羽根車２が固定される回転軸１を有している。回転軸１は水平に延びている。複数の羽根車２は、回転軸１上に直列に配列されていて、これら羽根車２のそれぞれを囲むように複数のディフューザ６が配置される。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９に回転自在に支持されている。
【００１８】
羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。回転軸１の回転とともに複数の羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸込まれ、羽根車２とディフューザ６との作用により、液体の圧力が上昇されて液体が吐出口４から吐き出される。複数の羽根車２は同じ方向を向いて配列されているため、隣り合う羽根車２間の圧力差により生じるスラスト力が羽根車２の枚数分重なりあい、大きなスラスト力が発生する。このスラスト力は、横軸多段ポンプ１００内に設けられたバランス装置７により相殺されるが、過渡運転時などにはある程度のスラスト力が残留する。この残留スラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受９Ａで支持される。スラスト軸受９Ａは、回転軸１の両方向に作用するスラスト力を受けることができる複列転がり軸受である。このスラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するために、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、オイルリング２０が配置されている。
【００１９】
このスラスト軸受９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には、回転軸１の半径方向荷重を支持する２つのラジアル軸受９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受９Ｂと、１つのスラスト軸受９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。このスリーブ型のラジアル軸受９Ｂには、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。これらの回転軸１の両端部近傍に配置される軸受装置９の構成は、図１に示した横軸単段ポンプと同様である。
【００２０】
図１および図２に示した横軸ポンプ１００いずれの場合も、回転軸１はポンプケーシング５を貫通して延びている。回転軸１とポンプケーシング５との間の隙間は、メカニカルシールなどの軸封装置８によってシールされている。したがって、羽根車２によって昇圧された液体が軸受装置９に浸入することはない。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態に係る軸受装置の構造を示した断面図である。図３に示されるように、この軸受装置９は、水平に延びる回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重を支持するスラスト軸受９Ａと、回転軸１の半径方向荷重を支持するラジアル軸受９Ｂと、を有する。本実施形態のスラスト軸受９Ａには、２つのアンギュラ玉軸受３１，３２により構成された複列転がり軸受が使用され、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。
【００２２】
スラスト軸受９Ａおよびラジアル軸受９Ｂの下方には、潤滑油貯槽１０が配置されており、この潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油の油面が、符号１０Ａが付された点線で示されている。なお、潤滑油貯槽１０内の油面１０Ａが一定になるように、潤滑油量は管理されている。潤滑油貯槽１０の下方には冷却ジャケット２７が設けられており、冷却ジャケット２７を流れる冷却液によって潤滑油貯槽１０内の潤滑油が冷却される。冷却ジャケット２７の代わりにフィンつきの空冷構造を採用してもよい。あるいは、潤滑油貯槽１０内に、冷却液チューブを挿入して潤滑油を直接冷やす構造としてもよい。
【００２３】
図３に示されるように、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、該スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するためのオイルリング２０が配置されている。ラジアル軸受９Ｂには、該ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。スリーブ型のラジアル軸受９Ｂは、円筒状の軸受本体４３を有し、軸受本体４３の内周面が回転軸１を支持する軸受面を構成する。軸受本体４３には、オイルリングが通る部屋４０が形成されており、オイルリング２０は、この部屋４０を通って、回転軸１に支持される。
【００２４】
図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図４に示されるように、スラスト軸受９Ａに隣接して配置されたオイルリング２０は、アンギュラ玉軸受３１，３２の外輪を固定する固定部材１６に形成された隙間１６Ａを通された状態で、回転軸１に支持される。したがって、固定部材１６は、オイルリング２０の周辺に配置された構造体である。オイルリング２０は、潤滑油貯槽１０（図３参照）に貯留される潤滑油にその下部を浸した状態で、回転軸１に支持されている。オイルリング２０は、回転軸１の回転に伴って回転し、これにより、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げる。オイルリング２０によってかき上げられた潤滑油は、回転軸１を介してスラスト軸受９Ａに供給される。
【００２５】
図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。図５に示されるように、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３には、オイルリング２０を通す部屋４０が設けられており、オイルリング２０は、該部屋４０を通った状態で、回転軸１に支持される。したがって、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３は、オイルリング２０の周辺に配置された構造体である。オイルリング２０は、回転軸１の回転に伴って回転し、これにより潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げる。オイルリング２０によってかき上げられた潤滑油は、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に供給される。
【００２６】
図６は、オイルリング２０の一例を示した斜視図である。図７は、図６に示したオイルリング２０の断面図である。図６および図７に示されるオイルリング２０は、図３に示されるように、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側と、スリーブ型のラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３を通って配置される。図６および図７に示されるように、オイルリング２０の内周面には、２本の溝２８が形成されている。溝２８は、オイルリング２０の周方向に沿って、該オイルリング２０の内周面の全周にわたって延びている。溝２８の数は、１本でもよいし、３本以上であってもよい。
【００２７】
オイルリング２０が回転軸１とともに回転して、該オイルリング２０が潤滑油貯槽１０の液面１０Ａから離れるとき、オイルリング２０の内周面に形成された溝２８に、潤滑油を溜めることができる。溝２８に溜められた潤滑油は、回転するオイルリング２０により、回転軸１の上部まで運ばれる。溝２８に溜められた潤滑油が回転軸１の上部に接触することにより、潤滑油が溝２８から回転軸１上に流出し、その後、軸受９Ａ，９Ｂに供給される。
【００２８】
図示はしないが、溝２８の代わりに、オイルリング２０の内周面に、該オイルリング２０の周方向に沿って配列された複数の凹部を設けてもよい。回転するオイルリング２０は、凹部に溜められた潤滑油を回転軸１の上部まで運ぶことができる。凹部に溜められた潤滑油が回転軸１の上部に接触することにより、潤滑油が凹部から回転軸１上に流出し、その後、軸受９Ａ，９Ｂに供給される。
【００２９】
図７に示されるように、オイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂは、親油性材料から構成されている。より具体的には、オイルリング２０の一方の側面２０Ａは、親油性材料からなる膜３６から構成され、他方の側面２０Ｂは、親油性材料の膜３７から構成されている。親油性材料は、潤滑油に対して親和性がある材料の総称であり、例えば、シリコーンオイルまたはワックスなどの油成分を分散した高分子材料である。オイルリング２０に親油性材料を塗布することにより、膜３６，３７を形成することができる。親油性材料からなるシートをオイルリング２０に貼り付けることにより、膜３６，３７を形成してもよい。
【００３０】
図３に示されるように、オイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂは、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３に形成された部屋４０の側壁面に近接している。したがって、回転するオイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂは、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３と接触しやすい。
【００３１】
本実施形態によれば、オイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂが親油性材料からなる膜３６，３７から構成されているので、回転するオイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂには常に潤滑油が付着している。その結果、オイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂとラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３とが接触したときに発生する摩擦力を低減することができるので、摩耗粉が発生しにくい軸受装置９を提供することができる。
【００３２】
図７に示す構造を有するオイルリング２０は、スラスト軸受９Ａにも使用されている。したがって、スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するオイルリング２０の両側面２０Ａ，２０Ｂが固定部材１６に接触しても、摩耗粉の発生を低減することができる。
【００３３】
図７に示されるように、オイルリング２０の外周面２０Ｃが親油性材料から構成されていてもよい。より具体的には、オイルリング２０の外周面２０Ｃは、親油性材料からなる膜３８から構成されてもよい。図７に示されるオイルリング２０の外周面２０Ｃは、左側傾斜部Ｐ、右側傾斜部Ｑ、および左側傾斜部Ｐと右側傾斜部Ｑとを接続する平坦部Ｒから構成されるオイルリング２０の最外周面である。オイルリング２０の外周面２０Ｃの形状は、図７に示す実施形態に限られず、外周面２０Ｃの断面は、湾曲形状であってもよい。オイルリング２０に親油性材料を塗布することにより、膜３８を形成することができる。親油性材料からなるシートをオイルリング２０に貼り付けることにより、膜３８を形成してもよい。図７に示される外周面２０Ｃを構成する膜３８と、両側面２０Ａ，２０Ｂを構成する膜３６，３７とを一体に構成してもよい。
【００３４】
このように、オイルリング２０の外周面２０Ｃが親油性材料の膜３８から構成されているので、オイルリング２０の外周面２０Ｃには、常に潤滑油が付着している。その結果、オイルリング２０の外周面２０Ｃが、オイルリング２０の周辺に配置された構造体（例えば、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３または固定部材１６）に接触したときに発生する摩擦力を低減することができるので、摩耗粉の発生をより低減することができる。
【００３５】
これまで、横軸ポンプの軸受装置を例として、本発明の実施形態に係る軸受装置９を説明してきた。しかしながら、この軸受装置９は、横軸ポンプ以外の回転機械にも適用することができる。例えば、本発明の軸受装置９は、コンプレッサーやブロワーなどの回転機械にも適用することができる。
【００３６】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    回転軸
２    羽根車
３    吸込口
４    吐出口
５    ポンプケーシング
６    ディフューザ
７    バランス装置
８    軸封装置（メカニカルシール）
９    軸受装置
９Ａ    スラスト軸受
９Ｂ    ラジアル軸受
１０    潤滑油貯槽
１０Ａ  潤滑油面
１６    固定部材
２０    オイルリング
２７    冷却ジャケット
３１，３２    アンギュラ玉軸受
３６，３７，３８    膜
４０    部屋
４３    軸受本体
１００    横軸ポンプ
【図１】
2017036762.tif 000003
【図２】
2017036762.tif 000004
【図３】
2017036762.tif 000005
【図４】
2017036762.tif 000006
【図５】
2017036762.tif 000007
【図６】
2017036762.tif 000008
【図７】
2017036762.tif 000009