JP2012520431A - 熱的に分離された軸受装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、シャフト（３）を支持する軸受装置であって、シャフト（３）とは異なる熱膨張係数を有する材料で作られ、前記シャフト（３）を受け入れ、前記シャフト（３）との間に周状の環状すき間（４）を存在させるブッシュ（２）と、前記ブッシュ（２）の外周（２ｂ）において前記シャフト（３）に対する前記ブッシュ（２）の心出しの支持を提供するために、前記シャフト（３）に接続された保持部材（８；３２、３３、３４）と、回転軸受リング（７）とを備えている接続機構（２１）と、前記ブッシュ（２）の半径方向外側に配置され、前記回転軸受リング（７、７’）とともにアキシャル滑り軸受（１４）を形成する固定軸受リング（６、６’）とを備え、前記接続機構（２１）が、周状の環状バンド部材（９、９’）を備えており、該環状バンド部材（９、９’）が、複合部材（２３）を形成すべく収縮接続によって前記回転軸受リング（７、７’）へと接続されており、該複合部材（２３）が、心出しの止まり嵌めにて前記保持部材（８；３２）の凹所（８ａ；３２ａ）に挿入され、前記環状バンド部材（９、９’）が、前記シャフト（３）の軸方向（Ｘ−Ｘ）において前記保持部材（８；３２）へと接続されることを特徴とする軸受装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シャフトを支持するための軸受装置であって、異なる熱膨張係数を有する構成部品で作られており、熱的な分離を備えている軸受装置に関する。

さまざまな種類の軸受装置が、従来技術から知られている。特に滑り軸受の場合に、滑り軸受の軸受インサートを、摩耗を少なくするために耐摩耗性の材料（例えば、セラミック材料）で製造することが、望まれることが多い。そのような軸受インサートが、例えば鋼鉄材料で作られたシャフトと協働する場合、セラミック材料の熱膨張係数と比べてはるかに高い鋼の熱膨張係数に起因して、問題が生じる可能性がある。これが、軸受装置における損傷につながる可能性がある。

ＥＰ ０ ５６３ ４３７ Ａ２から、セラミック製のブッシュが、対向軸受装置によって、ブッシュの外周においてシャフトに対して心出しされるように支持されている軸受装置が知られている。この軸受装置は、基本的には、有用であることが証明されており、例えば回転ポンプに使用されている。しかしながら、現在では、耐荷重に関する要求が増えており、より大型の設備の需要の増大に起因して、特にシャフトの直径が拡大されている。さらには、速度制御装置がますます使用されるようになり、速度制御に起因して、熱の発生が相違するさまざまな動作点が生じる。したがって、軸受装置をただ１つの動作点に適合することが、不可能である。

欧州特許出願公開第０ ５６３ ４３７号

したがって、本発明の根底にある目的は、シャフトの頻繁な速度変化においても安全な動作を保証する一方で、単純な構造を有しており、容易かつ低コストで製造される軸受装置を提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する軸受装置によって達成される。従属請求項が、本発明の有利なさらなる発展を含んでいる。

請求項１の特徴を有する本発明の軸受装置は、軸受装置の個々の構成部品を異なる熱膨張係数を有する材料で作れるよう、軸受における熱的な分離を可能にするという利点を有している。これにより、個々の構成部品の材料を、それぞれの要求に最適に合わせることができる。本発明によれば、軸受装置の構造を、きわめて単純かつ費用対効果に優れたものにすることができる。本発明によれば、これが、バンド部材と回転軸受リングとの間に収縮接続がもたらされるように、バンド部材を回転軸受リングの外周へと焼き嵌め（ｓｈｒｉｎｋ−ｆｉｔｔｉｎｇ）することによって達成される。これにより、回転軸受リングが焼き嵌めによるバンド部材とともに、心出しの止まり嵌め（ｓｎｕｇ−ｆｉｔ）にて保持リングの凹所へと挿入される複合部材を形成する。本発明によれば、心出しの止まり嵌めは、公差をまったく有さず、あるいはμｍ程度のわずかな公差しか有さない嵌め合いである。これにより、圧入は存在しなくてよい。したがって、複合部材を、手作業により、保持リングの凹所への挿入、取り出しができる。バンド部材が、軸方向の接続によって保持リングへと接続される。ここで、複合部材が、半径方向において保持部材によって少なくとも部分的に囲まれ、複合部材と保持部材との間の熱的な分離が、複合部材が心出しの止まり嵌めにて保持部材へと挿入されることによって可能にされる。固定軸受リングおよび回転軸受リングが、アキシャル滑り軸受を形成する。これにより、本発明によれば、熱的な変化に起因するアキシャル滑り軸受における作動面の位置の望ましくない変化を、補償することができる。これにより、いわゆる端部荷重による作動面の損傷を、防止することができる。

特に好ましくは、固定軸受リングが、シャフトを囲むブッシュと協働してラジアル滑り軸受を形成するために、半径方向内側を向いた摺動面をさらに有している。これにより、ラジアル滑り軸受およびアキシャル滑り軸受を、固定軸受リングにおいて同時にもたらすことができる。この固定軸受リングにおける複数面での支持ゆえに、特に構成部品の数を減らすことができ、コンパクトな軸受装置を提供することができる。

特に好ましくは、バンド部材が、シャフトの中心軸に対して垂直に配置される軸に関して対称に形成される。これにより、バンド部材における温度変化の際に、寸法の一定の変化の発生が保証される。この文脈において、バンド部材は、好ましくは、半径方向外側を向いた２つのエッジ部分が大きく面取りされている。

特に好ましくは、軸受装置が、二連軸受装置として形成され、２つの回転軸受リングおよび２つの固定軸受リングを備えている。これにより、シャフトを、互いに離れた２つの領域において支持することができる。好ましくは、この目的のために、回転軸受リングが、固定軸受リングの軸方向において互いに面する面側に配置される。換言すると、軸方向において、回転軸受リングが、固定軸受リングの間に配置される。代案としては、回転軸受リングが、固定軸受リングの軸方向において互いから離れる方を向いた面側に配置される。換言すると、軸方向において、固定軸受リングが、回転軸受リングの間に配置される。

さらに、本発明は、本発明の軸受装置を備える磁気継手に関する。磁気継手は、好ましくは、速度制御装置において使用され、特にポンプにおいて使用される。

以下で、本発明を、添付の図面に関連して、好ましい実施形態にもとづいて詳しく説明する。

本発明の第１の実施形態による軸受装置の概略の断面図を示している。 図１の接続機構の概略の断面図を示している。 図１による軸受装置を使用する回転ポンプの概略の断面図を示している。 本発明の第２の実施形態による軸受装置の概略の断面図を示している。

以下で、本発明の第１の実施形態による軸受装置１を、図１〜３を参照して詳しく説明する。図１から認識できるとおり、軸受装置１は、シャフト３が配置される円筒形のブッシュ２を備えている。環状のすき間４が、ブッシュ２とシャフト３との間に半径方向の間隔が存在するよう、ブッシュ２とシャフト３との間に設けられている。環状のすき間４の寸法は、シャフト３およびブッシュ２が異なる材料で作られているため、シャフト３の熱膨張挙動が考慮されるように選択される。この実施形態においては、シャフトが鋼鉄材料で作られ、ブッシュがセラミック材料（ＳｉＣ）で作られている。

図示の実施形態の軸受装置１は、シャフト３を同時に軸方向および半径方向について支持するように機能する。この場合、軸受装置１は、互いに離れた２つの領域においてシャフト３を支持するための二連軸受として設けられている。この目的のため、軸受装置は、１対のアキシャル滑り軸受１４、１４’と、１対のラジアル滑り軸受１５、１５’とを備えている。アキシャル滑り軸受１４、１４’はそれぞれ、回転軸受リング７、７’および固定軸受リング６、６’を備えている。ラジアル滑り軸受１５、１５’は、固定軸受リング６、６’とブッシュ２の外側境界２ｂとの間で、シャフトの半径方向に形成されている。図１から認識できるとおり、２つの固定軸受リング６、６’は、ピン１３、１３’によってハウジング部分５へと取り付けられている。

シャフト３は、接続または心出し機構２１、２１’によって、ブッシュ２の両端部において、ブッシュ２へと接続されている。接続機構２１、２１’は、ブッシュ２をシャフト３に対して同心に位置させるように機能する。接続機構２１、２１’の各々が、ピン１２によってシャフト３へと接続された環状の保持部材８、８’を備えている。さらに、回転軸受リング７、７’も、接続機構２１、２１’の一部である。特に図２から認識できるとおり、接続機構２１、２１’は、さらなる環状のバンド部材９、９’をさらに備えている。環状のバンド部材９、９’は、軸Ａに関して対称に形成されており、ここで軸Ａは、シャフト３の中心軸または回転軸Ｘ−Ｘに垂直である。環状のバンド部材９、９’は、金属材料で作られ、セラミック材料で作られた回転軸受リング７、７’へと、収縮接続２２、２２’によってそれぞれ焼き嵌めされている。これにより、回転軸受リング７、７’および環状のバンド部材９、９’が、複合部材２３（図２）をそれぞれ形成している。環状のバンド部材９、９’が、固定ピン１０、１０’によって軸方向に環状の保持部材８、８’へと接続されている。図２に示されるとおり、環状の保持部材８は、半径方向の外方向において環状のリム部８ｂによって境界付けられる凹所８ａを有している。ここで、回転軸受リング７と環状のバンド部材９とを含む複合部材２３が、心出しの止まり嵌めによって凹所８ａへと挿入され、固定ピン１０によってのみ軸方向に環状の保持部材８へと接続される。これにより、シャフト３の回転は、環状の保持部材８、固定ピン１０、および環状のバンド部材９を介して、回転軸受リング７へと伝えられる。回転軸受リング７は、その内周において、接続２７（特に、心出しの止まり嵌め）によって依然としてブッシュ２へと接続されており、ブッシュ２は、好ましくは、軸方向において保持部材８、８’の間に挟まれている。これにより、ブッシュ２が、シャフト３およびブッシュ２を異なる熱膨張係数を有する材料で問題なく作られるよう、接続機構２１によってシャフト３に中心合わせされる。

環状のバンド部材９は、半径方向外側を向いたエッジ部分に大きな面取り９ａ、９ｂをさらに備えており、これらの面取りも、軸Ａに関して対称に形成されている。複合部材２３を取り付けるために、スナップリング１１が、環状のバンド部材９の面取り９ｂに設けられ、リム部８ｂの凹所に保持されている。

これにより、本発明によれば、異なる熱膨張係数を有する構成部品の間の熱的な分離を達成することができる。シャフト３の他に、環状の保持部材８および環状のバンド部材９も、金属材料で作られる。対照的に、回転軸受リング７およびブッシュ２は、セラミック材料で作られる。結果として、回転軸受７が、従来技術においてアキシャル滑り軸受１４、１４’の軸方向の摺動面７ａ、６ａにおける摩耗の発生につながりかねない傾き（ｔｉｐｐｉｎｇ）を、温度の変化に反応して生じることがない。環状のバンド部材９と回転軸受リング７との間の収縮接続２２における張力のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）の変化を、複合部材２３が心出しの止まり嵌めによって挿入されることによって補償することができる。特に、軸Ａに関して対称である環状のバンド部材９の設計ゆえに、個々の構成部品の熱膨張が異なっても、回転軸受リング７の傾きが生じることがない。

図３が、本発明の軸受装置１のポンプにおける使用を示している。ポンプが、駆動磁石１７および被駆動磁石１８を含む磁気継手１６を備えている。分割カップ１９が、駆動磁石１７と被駆動磁石１８との間に設けられている。被駆動磁石１８が、ここではシャフト３へと接続されている。ポンプホイールが、参照番号２０で指し示されている。本発明の軸受装置１が、シャフト３の軸方向および半径方向の支持を担い、２つの軸受面、すなわち軸方向の１つの軸受面および半径方向の１つの軸受面が、固定軸受リング６、６’に設けられている。

図４が、本発明の第２の実施形態による軸受装置１を示しており、第１の実施形態と同一または機能的に同一の構成部品は、同じ参照番号を有している。第２の実施形態の軸受装置１は、第１の実施形態の軸受装置１に実質的に相当するが、回転軸受リング７、７’に対する固定軸受リング６、６’の配置が、第１の実施形態と比べて逆にされている。第２の実施形態においては、回転軸受リング７、７’が、固定軸受リング６、６’の軸方向において互いから離れる方を向いた面側に配置されている。さらに、第２の実施形態においては、連続的なブッシュが設けられるのではなく、２つの別々のブッシュ３０、３１が設けられている。２つのブッシュ３０、３１が、中間部材３２を介して互いに接続されている。さらに、第１のブッシュ３０が、保持部材３３を介してシャフト３へと接続され、第２のブッシュ３１が、保持部材３４を介してシャフト３へと接続されている。環状のバンド部材９、９’が、やはり回転軸受リング７、７’へと焼き嵌めされ、固定ピン１０、１０’によって軸方向において中間部材３２へと固定に接続されている。回転軸受リング７、７’および２つのブッシュ３０、３１が、やはりセラミック材料で作られ、中間部材３２および２つの保持部材３３、３４ならびにシャフト３が、金属材料で作られ、したがってこれらの構成部品が、やはり異なる熱膨張係数を有している。この実施形態においても、回転軸受リング７、７’および環状のバンド部材９、９’が、やはり収縮接続によって複合部材２３を形成し、この複合部材が、心出しの止まり嵌めにて中間部材３２へと挿入されている。トルクを伝達するための軸方向の複合部材２３の固定は、固定ピン１０、１０’によってのみ行われる。これ以外では、この実施形態は、先の実施形態に一致し、したがって先の実施形態において提示した説明を参照することができる。

Claims (8)

1. シャフト（３）を支持するための軸受装置であって、
   前記シャフト（３）とは異なる熱膨張係数を有する材料で作られ、前記シャフト（３）を受け入れ、前記シャフト（３）との間に周状の環状すき間（４）を存在させるブッシュ（２）と、
   前記ブッシュ（２）の外周（２ｂ）において前記シャフト（３）に対する前記ブッシュ（２）の心出しの支持を提供するために、前記シャフト（３）に接続された保持部材（８；３２、３３、３４）と、回転軸受リング（７）とを備えている接続機構（２１）と、
   前記ブッシュ（２）の半径方向外側に配置され、前記回転軸受リング（７、７’）とともにアキシャル滑り軸受（１４）を形成する固定軸受リング（６、６’）とを備え、
   前記接続機構（２１）が、周状の環状バンド部材（９、９’）を備えており、該環状バンド部材（９、９’）が、複合部材（２３）を形成すべく収縮接続（２２）によって前記回転軸受リング（７、７’）へと接続されており、該複合部材（２３）が、心出しの止まり嵌めにて前記保持部材（８；３２）の凹所（８ａ；３２ａ）に挿入され、前記環状バンド部材（９、９’）が、前記シャフト（３）の軸方向（Ｘ−Ｘ）において前記保持部材（８；３２）へと接続されることを特徴とする軸受装置。
2. 前記環状バンド部材（９、９’）が、前記シャフト（３）の軸方向（Ｘ−Ｘ）に対して垂直に配置される軸（Ａ）に関して対称であることを特徴とする、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記ブッシュ（２）、前記回転軸受リング（７、７’）、および前記固定軸受リング（６、６’）が、同じまたは類似の熱膨張係数を有する材料で作られ、特にＳｉＣで作られ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。
4. 前記保持部材（９；３２）、前記シャフト（３）、および前記環状バンド部材（９、９’）が、同じまたは類似の熱膨張係数を有する材料で作られ、特に鋼で作られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 前記固定軸受リング（６、６’）が、半径方向の摺動面（６ｂ）を有し、前記ブッシュ（２）の半径方向の摺動面（２ｂ）とともにラジアル滑り軸受（１５）を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 二連軸受装置を形成するための２つの固定軸受リング（６、６’）および２つの回転軸受リング（７、７’）を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受装置。
7. 前記回転軸受リング（７、７’）が、固定軸受リング（６、６’）の軸方向（Ｘ−Ｘ）において互いに面する面側に配置され、あるいは前記回転軸受リング（７、７’）が、固定軸受リング（６、６’）の軸方向（Ｘ−Ｘ）において互いから離れる方を向いた面側に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の軸受装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の軸受装置を備えている磁気継手。

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