(57)【要約】【課題】潤滑油を適切な流量で軸受に供給することができる軸受装置を提供する。【解決手段】本発明の軸受装置９は、回転軸１の荷重を支持する軸受９Ａと、軸受９Ａの下方に配置される潤滑油貯槽１０と、回転軸１に固定され、該回転軸１と一体に回転することにより潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げるオイルディスク１１と、オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油を軸受９Ａに導く潤滑油通路１７と、を備える。潤滑油通路１７の壁面１７Ｂは、親油性材料により構成されている。【選択図】図４
2017032113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の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、
前記回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転することにより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ディスクと、
前記オイルディスクによってかき上げられた潤滑油を前記軸受に導く潤滑油通路と、を備え、
前記潤滑油通路の壁面は、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】
回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する請求項１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３】
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係り、特に、潤滑油を適切な流量で軸受に供給することができ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ディスクの回転力を利用して潤滑油をかき上げるオイルディスク式自己潤滑装置が知られている。オイルディスクは回転軸に固定されており、回転軸と常に同じ回転速度で回転することができる。オイルディスクによりかき上げられた潤滑油は、潤滑油通路を通って軸受に供給される。潤滑油通路の断面積、長さ、および断面形状などの形態は、軸受の潤滑および冷却に必要な潤滑油量に基づいて設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８８６３７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、潤滑油通路内を流れる潤滑油量には、該潤滑油通路の壁面の状態（例えば、表面粗さなど）の違いによってばらつきが生じていた。すなわち、潤滑油通路の壁面の状態に依存して、潤滑油通路内における潤滑油の流れが変わり、結果として、軸受に供給される潤滑油の流量が、意図した流量（すなわち、軸受の潤滑に適した流量）よりも少なくなることがあった。
【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、潤滑油を適切な流量で軸受に供給することができる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、前記回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転することにより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ディスクと、前記オイルディスクによってかき上げられた潤滑油を前記軸受に導く潤滑油通路と、を備え、前記潤滑油通路の壁面は、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。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、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】
【００１０】
本発明によれば、潤滑油通路の壁面が親油性材料により構成されているので、潤滑油通路内を流れる潤滑油に作用する抵抗を大幅に減少させることができる。したがって、潤滑油の流量のばらつきを低減させ、適切な流量で潤滑油を軸受に供給することができる。また、親油性材料からなる壁面は、潤滑油が付着した状態、すなわち潤滑油で濡れた状態に維持されるので、回転機械の始動直後であっても適切な流量の潤滑油を速やかに軸受に供給することができる。特に、回転機械が長期間にわたって使用されなかった結果、潤滑油通路の壁面が乾いてしまった場合でも、潤滑油通路に供給された潤滑油は、直ちに潤滑油通路の壁面全体に付着し、潤滑油通路の壁面を潤滑油で濡らすことができる。したがって、潤滑油は、少ない抵抗で潤滑油通路内を流れ、意図した流量で軸受に供給される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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、図１および図２に示す軸受装置の構造を示した断面図である。
【図４】図４は、図３に示されるスラスト軸受の上半分を模式的に示した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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のオイルディスク１１が、回転軸１に固定されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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のオイルディスク１１が、回転軸１に固定されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
図３は、図１および図２に示す軸受装置９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は、２つのアンギュラ玉軸受３１，３２と、これらのアンギュラ玉軸受３１，３２の間に配置された環状の間座（スペーサ）１９とから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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
図３に示されるように、スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するためのオイルディスク１１がスラスト軸受９Ａに隣接して配置されている。オイルディスク１１は、回転軸１に固定されている。オイルディスク１１は、回転軸１とともに回転し、潤滑油貯槽１０に貯留された潤滑油をかき上げる。オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油は、潤滑油通路１７を通ってスラスト軸受９Ａに供給される。
【００２３】
スラスト軸受９Ａは、その内部に潤滑油貯槽１０を有する軸受ハウジング５６内に収容されており、オイルディスク１１の下部は、潤滑油貯槽１０内の潤滑油に浸漬されている。軸受装置９は、オイルディスク１１によりかき上げられた潤滑油が周囲に飛散することを防止するため、および潤滑油がオイルディスク１１の両側から落下することを防止するためのガイドケーシング１５を有する。
【００２４】
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。オイルリング２０の下部は、潤滑油貯槽１０内の潤滑油に浸漬されており、回転するオイルリング２０によってかき上げられた潤滑油がラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に供給される。
【００２５】
図４は、図３に示されるスラスト軸受９Ａの上半分を模式的に示した拡大断面図である。図４に示されるように、ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の両側面および外周面に対向して配置された２つの環状のガイドディスク１５Ａ，１５Ｂを備えている。本実施形態のガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の周縁部（外周面を含む領域）を挟み込むように構成された２つのガイドディスク１５Ａ，１５Ｂにより構成されているが、オイルディスク１１の周縁部を包み込むような１つの構成部材により構成されていてもよい。
【００２６】
ガイドケーシング１５の、オイルディスク１１の側面に対向する内面（内側の側面）には、潤滑油導入溝１６が設けられている。より具体的には、ガイドディスク１５Ｂよりもスラスト軸受９Ａの近くに配置されているガイドディスク１５Ａの内面に潤滑油導入溝１６が設けられている。この潤滑油導入溝１６はオイルディスク１１の側面に近接している。
【００２７】
潤滑油導入溝１６は、オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油をスラスト軸受９Ａに供給するための潤滑油通路１７の入口１７Ａに接続されている。潤滑油導入溝１６は、潤滑油をガイドケーシング１５から潤滑油通路１７に導くために設けられる。潤滑油通路１７は、スラスト軸受９Ａを収容する軸受ハウジング５６、およびスラスト軸受９Ａを保持する軸受ホルダ５７に形成されている。軸受ホルダ５７は軸受ハウジング５６の内部に配置されており、軸受ホルダ５７は軸受ハウジング５６に接している。
【００２８】
本実施形態の潤滑油通路１７は、ガイドケーシング１５に形成された入口１７Ａから回転軸１の軸方向と平行に延び、さらに、回転軸１の軸方向に垂直な方向に延びてスラスト軸受９Ａに達している。一実施形態では、潤滑油通路１７は、ガイドケーシング１５に形成された入口１７Ａから回転軸１に向かって傾斜して延びて、さらに、回転軸１の軸方向に垂直な方向に延びてスラスト軸受９Ａに達してもよい。あるいは、潤滑油通路１７は、ガイドケーシング１５に形成された入口１７Ａから回転軸１に向かって傾斜して延びて、さらに、回転軸１の軸方向に垂直な方向から傾斜して延びてスラスト軸受９Ａに達してもよい。
【００２９】
図４に示されるように、この実施形態のスラスト軸受９Ａは、回転軸１上に直列に配置された２つのアンギュラ玉軸受３１，３２と、これらの軸受３１，３２の間に配置された環状の間座（スペーサ）１９とを有している。間座１９には、間座１９の外周面から内周面まで延びる給油孔１８が設けられている。潤滑油通路１７を流れた潤滑油は、給油孔１８を通って、アンギュラ玉軸受３１，３２へ効率的に分配される。したがって、間座１９は、アンギュラ玉軸受３１，３２へ潤滑油を均等に供給するための潤滑油ガイドとしても機能する。
【００３０】
潤滑油通路１７の壁面１７Ｂは、親油性材料から構成されている。より具体的には、図４に示されるように、潤滑油通路１７の壁面１７Ｂは、親油性材料からなる膜３９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。潤滑油通路１７に親油性材料を塗布することにより、膜３９を形成してもよいし、または、親油性材料からなるシートを潤滑油通路１７に貼り付けることにより、膜３９を形成してもよい。
【００３１】
本実施形態によれば、潤滑油通路１７の壁面１７Ｂが親油性材料からなる膜３９により構成されているので、潤滑油通路１７内を流れる潤滑油に作用する抵抗を大幅に減少させることができる。したがって、潤滑油の流量のばらつきを低減させ、適切な流量で潤滑油をスラスト軸受９Ａに供給することができる。また、親油性材料からなる壁面１７Ｂは、潤滑油が付着した状態、すなわち潤滑油で濡れた状態に維持されるので、ポンプの始動直後であっても適切な流量の潤滑油を速やかにスラスト軸受９Ａに供給することができる。
【００３２】
横軸ポンプ１００が長期間にわたって使用されなかった場合、軸受装置９に設けられた潤滑油通路１７の壁面１７Ｂが乾いてしまうことがある。このような場合でも、潤滑油通路１７に供給された潤滑油は、直ちに潤滑油通路１７の壁面１７Ｂ全体に付着し、潤滑油通路１７の壁面１７Ｂを潤滑油で濡らすことができる。したがって、潤滑油は、少ない抵抗で潤滑油通路１７内を流れ、意図した流量でスラスト軸受９Ａに供給される。
【００３３】
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、コンプレッサやブロワーなどの回転機械にも適用することができる。
【００３４】
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】
【００３５】
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
１１    オイルディスク
１５    ガイドケーシング
１７    潤滑油通路
１８    給油孔
１９    間座
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
３９    膜
４３    軸受本体
５６    軸受ハウジング
５７    軸受ホルダ
１００    横軸ポンプ
【図１】
2017032113.tif 000003
【図２】
2017032113.tif 000004
【図３】
2017032113.tif 000005
【図４】
2017032113.tif 000006