(57)【要約】【課題】オイルリングと軸受との接触によって発生した摩耗粉に起因する軸受の摩耗を低減することができる軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置９は、回転軸１を支持する軸受９Ｂと、軸受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は、軸受９Ｂに形成された部屋４０を通った状態で、回転軸１に支持されており、部屋４０を形成する壁面４０ａは、耐摩耗性材料で覆われている。【選択図】図７
2017032135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する軸受と、
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、
前記オイルリングは、前記軸受に形成された部屋を通った状態で、前記回転軸に支持されており、
前記部屋を形成する壁面は、耐摩耗性材料で覆われていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記軸受の外面は、耐摩耗性材料で覆わ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】
前記軸受を収容する軸受ハウジングの内面は、耐摩耗性材料で覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項４】
回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する請求項１乃至３のいずれか一項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５】
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乃至３のいずれか一項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。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２００２−３１０３８８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そ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、オイルリングから摩耗粉が発生する。発生した摩耗粉は、潤滑油貯槽に貯留された潤滑油に拡散し、摩耗粉を含んだ潤滑油がオイルリングによってかき上げられることになる。このため、摩耗粉が軸受内部に侵入し、摩耗粉によって軸受が摩耗してしまう。さらに、摩耗粉によって、軸受を収容する軸受ハウジングなどが摩耗することもある。そのため、軸受装置の寿命が短くなるおそれがあった。特に、回転軸の半径方向荷重を支持する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、オイルリングがすべり軸受に接触しやすい。
【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、オイルリングと軸受との接触によって発生した摩耗粉に起因する軸受の摩耗を低減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、前記オイルリングは、前記軸受に形成された部屋を通った状態で、前記回転軸に支持されており、前記部屋を形成する壁面は、耐摩耗性材料で覆わ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、前記軸受の外面は、耐摩耗性材料で覆われていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受を収容する軸受ハウジングの内面は、耐摩耗性材料で覆わ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。
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、オイルリングが通される部屋を構成する壁面は、耐摩耗性材料で覆われているので、この耐摩耗性材料によって壁面を摩耗粉から保護することができる。したがって、摩耗粉に起因する軸受の摩耗を低減することができ、結果として、軸受装置の寿命を伸ばすことができる。
【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のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、オイルリングの一例を示した斜視図である。
【図６】図６は、図５に示したオイルリングの断面図である。
【図７】図７は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【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。
【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、潤滑油路１７を通ってスラスト軸受９Ａに供給される。
【００２３】
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。ラジアル軸受９Ｂには、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。部屋４０は、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３に形成されている。ラジアル軸受９Ｂおよびオイルリング２０は、軸受ハウジング５５に収容されており、軸受ハウジング５５の内部に潤滑油貯槽１０が形成される。
【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、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。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に貯留された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。
【００２５】
図５は、オイルリング２０の一例を示した斜視図である。図６は、図５に示したオイルリング２０の断面図である。図５および図６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。
【００２６】
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、ラジアル軸受９Ｂに供給される。潤滑油はラジアル軸受９Ｂから落下し、潤滑油貯槽１０に戻される。このように、潤滑油は、潤滑油貯槽１０とラジアル軸受９Ｂとの間を循環する。
【００２７】
図７は、図４のＢ−Ｂ線断面図であり、ラジアル軸受９Ｂの縦断面図に相当する。図７に示されるように、部屋４０を形成する壁面４０ａは、オイルリング２０の外面を囲んでいる。壁面４０ａとオイルリング２０の外面との間には、隙間が形成されているが、オイルリング２０の位置は固定されていないため、回転するオイルリング２０が壁面４０ａに接触し、オイルリング２０から摩耗粉が発生する。この摩耗粉は、潤滑油とともに潤滑油貯槽１０内に落下し、潤滑油中に拡散する。摩耗粉を含んだ潤滑油は、オイルリング２０によってかき上げられ、壁面４０ａが摩耗粉によって傷つけられ、摩耗するおそれがある。
【００２８】
そこで、壁面４０ａを摩耗粉から保護するために、壁面４０ａは、耐摩耗性材料で覆われている。より具体的には、部屋４０を形成する壁面４０ａは、耐摩耗性材料からなる膜５０によって覆われている。本実施形態では、壁面４０ａの全体が膜５０によって覆われている。なお、図７に示す膜５０の厚さは誇張して描かれている。
【００２９】
耐摩耗性材料からなる膜５０は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の被膜である。ダイヤモンドライクカーボンからなる膜５０を、化学気相成長（ＣＶＤ）法または物理気相成長（ＰＶＤ）法により形成することができる。ＣＶＤ法には、熱ＣＶＤおよびプラズマＣＶＤが含まれる。ＰＶＤ法には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、レーザーアブレーション、イオンビームデポジション、およびイオンインプランテーションが含まれる。
【００３０】
耐摩耗性材料からなる膜５０を、溶射法によって形成してもよい。溶射法には、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）法、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）法、サーメット溶射法が含まれる。高速フレーム溶射法によって、ＷＣ／ＣｏＣｒ、ＷＣ／Ｃｒ３Ｃ２／Ｎｉ、ハステロイ（登録商標）Ｃ２７６などからなる膜５０を形成することができる。大気プラズマ溶射法によって、アルミナ、グレーアルミナ、アルミナ−チタニア、ムライト、ジルコニア、ジルコン、クロミア（酸化クロム）、ＴｉＮ、Ｂ４Ｃ、ＭｏＢ２、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２などからなる膜５０を形成することができる。サーメット溶射法によって、ＷＣ−１２Ｃｏ、ＷＣ−１７Ｃｏ、ＷＣ−２７Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｒ３Ｃ２−２５ＮｉＣなどからなる膜５０を形成することができる。溶射法によれば、壁面４０ａに熱歪みをほとんど発生させずに、膜５０を形成することができる。さらに、部屋４０内にのみ膜５０を形成することができるので、コスト面で有利である。
【００３１】
耐摩耗性材料からなる膜５０を形成するために、ガスフレーム溶射法および自溶合金溶射法を用いてもよい。自溶合金溶射法によって、Ｎｉ基自溶合金（例えば、日本工業規格Ｈ８３０３に規定されているＳＦＮｉ４）、Ｃｏ基自溶合金（例えば、日本工業規格Ｈ８３０３に規定されているＳＦＣｏ１およびＳＦＣｏ２）、および日本工業規格Ｈ８３０３に規定されているＳＦＷＣ１〜４などの自溶合金からなる膜５０を形成することができる。
【００３２】
耐摩耗性材料として、硬質クロムを用いてもよい。例えば、硬質クロムからなる膜５０を、電気めっき（サージェント浴）法によって形成することができる。
【００３３】
オイルリング２０の材料には、焼きつき防止のため、柔らかい材料、例えば、砲金が使用される。
【００３４】
本実施形態によれば、オイルリング２０が通されるラジアル軸受９Ｂの部屋４０の壁面４０ａが耐摩耗性材料からなる膜５０で覆われているので、部屋４０の壁面４０ａを、潤滑油に含まれる摩耗粉から保護することができる。したがって、摩耗粉に起因するラジアル軸受９Ｂの摩耗を低減することができ、結果として、ラジアル軸受９Ｂの寿命を伸ばすことができる。
【００３５】
ラジアル軸受９Ｂの摩耗防止を確実にするために、ラジアル軸受９Ｂの外面４３ａも上述した耐摩耗性材料で覆ってもよい。具体的には、図７に示すように、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体４３の外面４３ａを、上述した耐摩耗性材料からなる膜５１で覆ってもよい。なお、図７に示す膜５１の厚さは誇張して描かれている。本実施形態では、軸受本体４３の外面４３ａの全体が膜５１によって覆われている。膜５１は、上述したＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶射法、または電気めっき法により形成することができる。耐摩耗性材料からなる膜５１は、潤滑油に含まれる摩耗粉からラジアル軸受９Ｂの外面４３ａを保護することができる。
【００３６】
さらに、軸受ハウジング５５の内面５５ａも、上述した耐摩耗性材料で覆ってもよい。より具体的には、図７に示すように、内面５５ａを、耐摩耗性材料からなる膜５２で覆ってもよい。なお、図７に示す膜５２の厚さは誇張して描かれている。本実施形態では、軸受ハウジング５５の内面５５ａの全体が膜５２によって覆われている。膜５２は、上述したＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶射法、または電気めっき法により形成することができる。耐摩耗性材料からなる膜５２は、潤滑油に含まれる摩耗粉から軸受ハウジング５５の内面５５ａを保護することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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】
【００３９】
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
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
４０    部屋
４０ａ  壁面
４３    軸受本体
５０，５１，５２    膜
５５    軸受ハウジング
１００    横軸ポンプ
【図１】
2017032135.tif 000003
【図２】
2017032135.tif 000004
【図３】
2017032135.tif 000005
【図４】
2017032135.tif 000006
【図５】
2017032135.tif 000007
【図６】
2017032135.tif 000008
【図７】
2017032135.tif 000009