JP2007263185A - すべり軸受装置およびポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺接部材を保持体に固定するための部品数を減らして構造を簡素にすることが可能なすべり軸受装置を提供する。
【解決手段】回転軸４の外周面に摺接する複数の摺接部材２０が、金属製の筒状の保持体１９の内側に、周方向に所定間隔おきに配置され、保持体１９が筒状のシェル１６の内側に嵌め込まれ、保持体１９の外周部とシェル１６の内周部との間にゴム製の緩衝部材１７が設けられ、保持体１９の内周面に、軸心方向の両端面に貫通する溝２３が周方向に所定間隔おきに複数形成され、各摺接部材２０は各溝２３に嵌め込まれ、保持体１９の両端面に、各摺接部材２０を軸心方向において一括して固定するリング状の固定部材２４，２５が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば無注水のドライ状態と水によって潤滑される注水状態との両方の状態で使用されるすべり軸受装置、および、このすべり軸受装置を備えた立軸ポンプ装置や立軸斜流ポンプ装置或いは横軸斜流ポンプ装置等のポンプ装置に関する。

従来、この種のすべり軸受装置としては、例えば図１１に示すものがある（下記特許文献１参照）。これによると、回転軸８１の外周面に摺接する複数の摺接部材８２が、円筒状の保持体８３の内側に、周方向に所定間隔おきに配置されている。尚、摺接部材８２はセラミックス製であり、保持体８３は金属製である。保持体８３は円筒状のシェル８４の内側に嵌め込まれ、保持体８３の外周面とシェル８４の内周面との間には、ゴム製の緩衝部材８５が設けられている。

上記複数の各摺接部材８２は、個別に、止め具８６によって保持体８３に固定されている。すなわち、個々の摺接部材８２の取付箇所に対応した孔部８７が保持体８３に複数形成されており、各孔部８７は保持体８３の内外周両面に貫通し、各孔部８７に各止め具８６が挿入されている。
特開平１１−１６６５２８

しかしながら上記の従来形式では、止め具８６と孔部８７とはそれぞれ摺接部材８２の個数と少なくとも同じ個数分設けなくてはならない。したがって、摺接部材８２の個数が多い場合、孔部８７や止め具８６を設けるのに手間がかかり、各摺接部材８２を軸心方向において保持体８３に固定するための部品数が増加し構造が複雑になるといった問題がある。

本発明は、摺接部材を保持体に固定するための部品数を減らして構造を簡素にすることが可能なすべり軸受装置およびポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明におけるすべり軸受装置は、回転軸の外周面に摺接する複数の摺接部材が、筒状の保持体の内側に、周方向に所定間隔おきに配置され、
保持体が筒状のシェルの内側に嵌め込まれ、
保持体の外周部とシェルの内周部との間に緩衝部材が設けられ、
保持体の内周面に、軸心方向の両端面に貫通する溝が周方向に所定間隔おきに複数形成され、
各摺接部材は各溝に嵌め込まれ、
保持体の上記両端面に、各摺接部材を軸心方向において一括して固定するリング状の固定部材が設けられているものである。

これによると、回転軸が回転した場合、回転軸の外周面が摺接部材に摺接し、これにより、回転軸がすべり軸受装置によって保持される。この際、回転軸の回転によって発生する振動は緩衝部材によって緩衝される。

また、各摺接部材は、保持体に形成された溝に嵌め込まれ、保持体の両端面に設けられた一対の固定部材によって一括して軸心方向に固定される。したがって、従来のように固定部材を摺接部材の個数と同じ個数分設ける必要はなく、各摺接部材を保持体に固定するための部品数を減らして構造を簡素にすることができる。

本第２発明におけるすべり軸受装置は、各溝は、軸心方向に直交する断面において、径方向の外側が内側よりも幅広となる部分を有しているものである。
これによると、回転軸をすべり軸受装置に挿通する前、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、摺接部材を保持体の溝に接着している場合には、使用中に、万一、摺接部材と溝との接着状態に異常が発生しても、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを防止することができる。

本第３発明におけるすべり軸受装置は、各溝は、軸心方向に直交する断面が径方向外側ほど幅広となる蟻溝形状であるものである。
これによると、回転軸をすべり軸受装置に挿通する前、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、摺接部材を保持体の溝に接着している場合には、使用中に、万一、摺接部材と溝との接着状態に異常が発生しても、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを防止することができる。

本第４発明におけるすべり軸受装置は、各摺接部材は、基材部と、基材部に形成された硬化層とで構成され、
基材部が溝に嵌め込まれ、
硬化層が回転軸の外周面に摺接するものである。

これによると、回転軸が回転した場合、回転軸の外周面が摺接部材の硬化層に摺接するため、摺接部材の磨耗を低減することができ、摺接部材の耐久性が向上する。
本第５発明は、上記第１発明から第４発明のいずれか１項に記載のすべり軸受装置を備えたことを特徴とするポンプ装置である。

以上のように本第１発明によると、各摺接部材は、保持体に形成された溝に嵌め込まれ、保持体の両端面に設けられた一対の固定部材によって一括して軸心方向に固定される。したがって、従来のように固定部材を摺接部材の個数と同じ個数分設ける必要はなく、各摺接部材を保持体に固定するための部品数を減らして構造を簡素にすることができる。

本第２および第３発明によると、回転軸をすべり軸受装置に挿通する前、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、摺接部材を保持体の溝に接着している場合には、使用中に、万一、摺接部材と溝との接着状態に異常が発生しても、摺接部材が溝から径方向の内側へ脱落するのを防止することができる。

本第４発明によると、摺接部材の磨耗を低減することができ、摺接部材の耐久性が向上する。

以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、１は先行待機運転が行える立軸斜流ポンプ装置（ポンプ装置の一例）であり、ケーシング２の下端に吸込口３が形成されている。ケーシング２内には主軸である回転軸４が挿通されており、回転軸４の下端に羽根車５が設けられている。上記回転軸４は上下複数のすべり軸受装置１１〜１３によって回転自在に支持されている。これらすべり軸受装置１１〜１３はそれぞれケーシング２内の円筒状の固定部材６に設けられている。また、上記吸込口３に空気を吸気する吸気管１４が設けられ、この吸気管１４は気水切替装置（図示せず）によって開閉されるように構成されている。尚、上記立軸斜流ポンプ１は、羽根車５が回転して水を吸い上げる揚水運転と、羽根車５が回転しているが水を吸い上げないドライ運転の運転パターンが選定できるものである。

図２に示すように、回転軸４は、軸本体４ａと、軸受箇所において軸本体４ａに外嵌された円筒状の軸側スリーブ４ｂと、軸側スリーブ４ｂの外周面に全周にわたって形成された軸側摺接部４ｃとで構成されており、固定部材６を貫通している。

上記すべり軸受装置１１は以下のように構成されている。
図２〜図４に示すように、すべり軸受装置１１は、回転軸４を回転自在に保持する軸受体１５と、軸受体１５の径方向外側に配置された金属製の円筒状のシェル１６とを有している。軸受体１５はシェル１６に嵌め込まれており、軸受体１５とシェル１６との間には、円筒状の緩衝部材１７が設けられている。

上記軸受体１５は、金属製の円筒状の保持体１９と、回転軸４の軸側摺接部４ｃの外周面に摺接する複数の軸受側摺接部材２０（摺接部材）とで構成されている。図５，図６に示すように、保持体１９は、回転軸４の軸心７の方向における両端面１９ａ，１９ｂにそれぞれ、印籠部２１，２２（嵌込部）を備えている。保持体１９の内周面には、上記両端面１９ａ，１９ｂに貫通する溝２３が周方向Ａに所定間隔おきに複数形成されている。図７に示すように、各溝２３は、軸心７の方向に直交する断面が一定の幅を有する凹形状に形成されている。軸受側摺接部材２０は、溝２３に嵌め込まれており、接着剤で溝２３に接着されている。軸受側摺接部材２０の径方向Ｂの内端部が保持体１９の内周面から軸心７に向かって突出している。

保持体１９の両端面１９ａ，１９ｂには、各軸受側摺接部材２０を軸心７の方向において一括して固定する一対のリング状の固定部材２４，２５が複数本のボルト２６（取付部材）によって取付けられている。図６に示すように、このうち一方の固定部材２４は内周部に一方の嵌合部２８を全周にわたって有しており、他方の固定部材２５は内周部に他方の嵌合部２９を全周にわたって有している。図４に示すように、一方の嵌合部２８は一方の印籠部２１に嵌合して各軸受側摺接部材２０の一端面に当接し、他方の嵌合部２９は他方の印籠部２２に嵌合して各軸受側摺接部材２０の他端面に当接する。これにより、各軸受側摺接部材２０は、軸心７の方向において一括して固定され、保持体１９の内側に、周方向Ａに所定間隔おきに配置される。

図７に示すように、各軸受側摺接部材２０は、基材部３１と、基材部３１の径方向Ｂにおける内端面に形成された硬化層３２とで構成されている。尚、基材部３１は、コバルト系の超硬合金等を材質としており、溝２３に嵌め込まれている。また、硬化層３２は、ダイヤモンドの焼結体等を材質としており、回転軸４の軸側摺接部４ｃの外周面に摺接する。

図４に示すように、緩衝部材１７は、ゴム等の弾性材を材質としており、保持体１９の外周面とシェル１６の内周面との間に挟まれている。図７に示すように、緩衝部材１７の内周面には、軸心７の方向における緩衝部材１７の両端面に貫通する溝部４１が周方向Ａの複数箇所に形成されている。また、図４に示すように、緩衝部材１７の外周面には凹部３３が全周にわたり形成されている。さらに、シェル１６の内周面には、上記凹部３３に嵌入する凸部３４が全周にわたり形成されている。

図２に示すように、シェル１６は、固定部材６の上部に設けられており、固定部材６の軸挿通孔６ａに嵌め込まれる円筒部１６ａと、円筒部１６ａの上端から径方向外側へ張り出したフランジ部１６ｂとで構成されている。フランジ部１６ｂ上には、軸受体１５と緩衝部材１７との上方を覆う円環状のカバー部材３６が嵌め込まれている。シェル１６のフランジ部１６ｂとカバー部材３６とは、複数のボルト３７によって固定部材６の上端部に取付け固定されている。

カバー部材３６には、回り止め用のピン３８が複数設けられ、これらピン３８はそれぞれ、一方の固定部材２４に複数形成された孔部３９に嵌め込まれている。これにより、軸受体１５が回転軸４と共回りするのを防止している。

以上がすべり軸受装置１１の構成であり、他のすべり軸受装置１２，１３も同様に構成されており、このうち、すべり軸受装置１２は上下反対に設けられている。
以下、上記構成における作用を説明する。

回転軸４が回転した場合、回転軸４の軸側摺接部４ｃが軸受側摺接部材２０の硬化層３２に摺接し、これにより、回転軸４が各すべり軸受装置１１〜１３によって保持される。尚、回転軸４の回転によって発生する振動は、緩衝部材１７が弾性変形することによって緩衝される。この際、緩衝部材１７が変形した分を溝部４１（図７参照）に逃がすことができる。

また、図２〜図４に示すように、各軸受側摺接部材２０は、保持体１９に形成された溝２３に嵌め込まれ、一対の固定部材２４，２５とボルト２６とによって一括して軸心７の方向に固定される。したがって、従来のように固定部材を軸受側摺接部材の個数と同じ個数分設ける必要はなく、各軸受側摺接部材２０を保持体１９に固定するための部品数を減らして構造を簡素にすることができる。

また、図７に示すように、上記軸受側摺接部材２０の硬化層３２の材質にダイヤモンドの焼結体等を用いているため、立軸斜流ポンプ１のドライ運転時や或いはスラリー水に晒される運転条件下における軸受側摺接部材２０の磨耗を低減することができ、軸受側摺接部材２０の耐久性が向上する。

次に、本発明における第２の実施の形態を図８に基づいて説明する。
各溝２３は、軸心７の方向に直交する断面が径方向Ｂの外側ほど幅広となる蟻溝形状に形成されている。また、軸受側摺接部材２０は、軸心７の方向に直交する断面形状が台形状に形成されており、溝２３に嵌め込まれて接着剤で接着されている。

これによると、立軸斜流ポンプ装置１の組立時などにおいて、回転軸４をすべり軸受装置１１〜１３に挿通する前、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、使用中に、万一、軸受側摺接部材２０と溝２３との接着状態に異常が発生した場合でも、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを防止することができる。

さらに、本第２の実施の形態では、上記のように軸受側摺接部材２０を接着剤で溝２３に接着しているが、軸受側摺接部材２０と溝２３との嵌合部の加工精度によっては、各軸受側摺接部材２０をそれぞれ接着剤で溝２３に接着する必要はなく、接着剤を各溝２３に塗布する面倒な作業を省略することもできる。

また、上記第２の実施の形態では、溝２３を蟻溝形状に形成しているが、蟻溝形状に限定されるものではなく、例えば、以下の第３および第４の実施の形態に説明するような形状であってもよい。

第３の実施の形態として図９に示すように、溝２３は、軸心７の方向に直交する断面において、Ｔ形状に形成されており、径方向Ｂの外側が内側よりも幅広となる幅広部分２３ａを有している。また、軸受側摺接部材２０は、軸心７の方向に直交する断面形状がＴ形状に形成されており、径方向Ｂの外側が内側よりも幅広となる幅広部分２０ａを有している。尚、軸受側摺接部材２０は溝２３に嵌め込まれて接着剤で接着されている。

これによると、軸受側摺接部材２０を溝２３に嵌め込んだ際、軸受側摺接部材２０の幅広部分２０ａが溝２３の幅広部分２３ａに嵌まり込む。これにより、立軸斜流ポンプ装置１の組立時などにおいて、回転軸４をすべり軸受装置１１〜１３に挿通する前、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、使用中に、万一、軸受側摺接部材２０と溝２３との接着状態に異常が発生した場合でも、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを防止することができる。

さらに、本第３の実施の形態では、上記のように軸受側摺接部材２０を接着剤で溝２３に接着しているが、軸受側摺接部材２０と溝２３との嵌合部の加工精度によっては、各軸受側摺接部材２０をそれぞれ接着剤で各溝２３に接着する必要はなく、接着剤を各溝２３に塗布する面倒な作業を省略することもできる。

第４の実施の形態として図１０に示すように、溝２３は、軸心７の方向に直交する断面において、六角形状に形成されており、径方向Ｂの外側が内側よりも幅広となる幅広部分２３ａを有している。また、軸受側摺接部材２０は、軸心７の方向に直交する断面形状が六角形状に形成されており、径方向Ｂの外側が内側よりも幅広となる幅広部分２０ａを有している。尚、軸受側摺接部材２０は溝２３に嵌め込まれて接着剤で接着されている。

これによると、軸受側摺接部材２０を溝２３に嵌め込んだ際、軸受側摺接部材２０の幅広部分２０ａが溝２３の幅広部分２３ａに嵌まり込む。これにより、立軸斜流ポンプ装置１の組立時などにおいて、回転軸４をすべり軸受装置１１〜１３に挿通する前、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを確実に防止することができる。また、使用中に、万一、軸受側摺接部材２０と溝２３との接着状態に異常が発生した場合でも、軸受側摺接部材２０が溝２３から径方向Ｂの内側へ脱落するのを防止することができる。

さらに、本第４の実施の形態では、上記のように軸受側摺接部材２０を接着剤で溝２３に接着しているが、軸受側摺接部材２０と溝２３との嵌合部の加工精度によっては、各軸受側摺接部材２０をそれぞれ接着剤で各溝２３に接着する必要はなく、接着剤を各溝２３に塗布する面倒な作業を省略することもできる。

上記各実施の形態において、軸受側摺接部材２０の硬化層３２の回転軸４に対する摺接面は、回転軸４の外周面に沿った凹状の円弧形にＲ加工し、その表面粗さをＲｍａｘ≦０．１にすることが望ましい。これにより、回転軸４の回転が安定するとともに摩擦係数を低減することができる。

さらに、上記硬化層３２の回転軸４と対向する摺接面の周縁部の四辺を、円弧状に加工（Ｒ加工）したり（例えば図４の矢印イ参照）、或いは面取り加工（Ｃ加工）する（例えば図８の矢印ロ参照）のが望ましい。これにより、硬化層３２と回転軸４との接触が滑らかになり、回転軸４の回転が安定するとともに摩擦係数を低減することができる。

上記各実施の形態では、保持体１９を金属製にしているが、金属製に限定されるものではなく、例えば、所定強度を有する樹脂製等であってもよい。
上記各実施の形態では、図１に示すように、ポンプ装置の一例として立軸斜流ポンプ装置１を挙げたが、他の形式のポンプ装置であってもよい。

上記各実施の形態では、図２に示すように、回転軸４を軸本体４ａと軸側スリーブ４ｂと軸側摺接部４ｃとで構成しているが、軸本体４ａに軸側スリーブ４ｂと軸側摺接部４ｃとを設けず、回転軸４を軸本体４ａのみで構成し、軸本体４ａを直接軸受側摺接部材２０に摺接させてもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるすべり軸受装置を備えたポンプ装置の縦断面図である。 同、すべり軸受装置の縦断面図である。 同、すべり軸受装置の一部切欠き平面図である。 同、すべり軸受装置の拡大縦断面図である。 同、すべり軸受装置の保持体の平面図である。 同、すべり軸受装置の保持体と固定部材との縦断面図である。 同、すべり軸受装置の軸受側摺接部材と保持体と緩衝部材との拡大平面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるすべり軸受装置の軸受側摺接部材と保持体と緩衝部材との拡大平面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるすべり軸受装置の軸受側摺接部材と保持体と緩衝部材との拡大平面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるすべり軸受装置の軸受側摺接部材と保持体と緩衝部材との拡大平面図である。 従来のすべり軸受装置の一部切欠き平面図である。

符号の説明

１ 立軸斜流ポンプ装置（ポンプ装置）
４ 回転軸
７ 軸心
１１〜１３ すべり軸受装置
１６ シェル
１７ 緩衝部材
１９ 保持体
１９ａ，１９ｂ 端面
２０ 軸受側摺接部材
２３ 溝
２３ａ 幅広部分
２４，２５ 固定部材
３１ 基材部
３２ 硬化層
Ａ 周方向
Ｂ 径方向

Claims (5)

1. 回転軸の外周面に摺接する複数の摺接部材が、筒状の保持体の内側に、周方向に所定間隔おきに配置され、
   保持体が筒状のシェルの内側に嵌め込まれ、
   保持体の外周部とシェルの内周部との間に緩衝部材が設けられ、
   保持体の内周面に、軸心方向の両端面に貫通する溝が周方向に所定間隔おきに複数形成され、
   各摺接部材は各溝に嵌め込まれ、
   保持体の上記両端面に、各摺接部材を軸心方向において一括して固定するリング状の固定部材が設けられていることを特徴とするすべり軸受装置。
2. 各溝は、軸心方向に直交する断面において、径方向の外側が内側よりも幅広となる部分を有していることを特徴とする請求項１記載のすべり軸受装置。
3. 各溝は、軸心方向に直交する断面が径方向外側ほど幅広となる蟻溝形状であることを特徴とする請求項２記載のすべり軸受装置。
4. 各摺接部材は、基材部と、基材部に形成された硬化層とで構成され、
   基材部が溝に嵌め込まれ、
   硬化層が回転軸の外周面に摺接することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のすべり軸受装置。
5. 上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のすべり軸受装置を備えたことを特徴とするポンプ装置。

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