JP2015083775A - 滑り軸受装置およびポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回止部材に硬度の高い材質を使用した場合であっても、径方向の荷重を十分に受けることが可能な滑り軸受装置を提供する。【解決手段】主軸と摺接する軸受体２０と、軸受体２０を収納するハウジングとを備えた滑り軸受装置であって、軸受体２０が主軸と共回りするのを防止するための回止手段２９が備えられ、回止手段２９は、軸受体２０に設けられた第１回止部３１と、ハウジングに固定された第２回止部３２とを有し、第１回止部３１は、主軸回転方向Ｂにおいて第２回止部３２に受け止められて、軸受体２０の共回りを防止し、第１回止部３１が第２回止部３２に受け止められて第２回止部３２を主軸回転方向Ｂへ押圧した時に第２回止部３２の径方向Ｃにおける変形を許容するための径方向変形許容隙間４５が、第２回止部３２に設けられている。【選択図】図１１

Description

本発明は、水によって潤滑される滑り軸受装置およびこの滑り軸受装置を備えたポンプ装置に関する。

従来、この種の滑り軸受装置としては、例えば図２１，図２２に示すように、ポンプケーシング内で回転する主軸１０１と摺接する軸受体１０２と、軸受体１０２を収納するハウジング１０３と、軸受体１０２の外周部とハウジング１０３の内周部との間に設けられ且つ径方向において軸受体１０２を受ける弾性体１０４と、軸受体１０２が主軸１０１と共回りするのを防止するための回止手段１０５とを備えたものがある。

回止手段１０５は突部１０６と回止部材１０７とを有している。突部１０６は、軸受体１０２に設けられて、軸心方向Ａへ突出している。また、回止部材１０７は、ハウジング１０３の上下一対の端部カバー１０３ａに取り付けられているとともに、弾性材を材質とし、且つ軸心方向Ａに開口する挿入部１０９を有している。突部１０６は軸心方向Ａから挿入部１０９内に挿入されている。

これによると、主軸１０１が所定の回転方向Ｂに回転すると、主軸１０１の外周面が軸受体１０２の内周面に摺接する。この際、突部１０６は、挿入部１０９の主軸回転方向Ｂ側の一側面１１０に当接して、主軸回転方向Ｂ側への移動を阻止される。これにより、軸受体１０２が回り止めされる。

尚、上記のような滑り軸受装置は例えば下記特許文献１に記載されている。

特開２０１０−１６８９３４

しかしながら上記の従来形式では、主軸１０１が所定の回転方向Ｂに回転している際、突部１０６は、単純に主軸回転方向Ｂのみへ移動するのではなく、主軸回転方向Ｂへの移動と径方向Ｃへの移動とが複合した移動（以下、複合移動と記載）を起こすことがある。この複合移動という現象は、主軸１０１が振れ回り運動することによって軸受体１０２を押すときに発生し、特に、軸受体１０２が水によって潤滑されていない所謂ドライ状態で運転しているときに顕著に見られる。

突部１０６が複合移動した場合、突部１０６が挿入部１０９の一側面１１０に当接すると、挿入部１０９の一側面１１０に径方向Ｃの力が作用する。従って、図２２に示すように、主軸回転方向Ｂと径方向Ｃのそれぞれに作用する荷重を考慮して回止部材１０７の材質を選定する必要がある。具体的には、柔らかい材質を使用すると径方向Ｃの荷重を受けるのには適しているが、主軸回転方向Ｂの荷重を受け難くなり、また、逆に、硬度の高い材質（硬い材質）を使用すると、主軸回転方向Ｂの荷重を受けるのには適しているが、径方向Ｃの荷重を受け難くなるため、径方向Ｃと主軸回転方向Ｂとの双方を考慮して材質を選定する必要がある。

この場合、柔らかい材質で主軸回転方向Ｂの荷重を十分に受けようとすると、硬度の高い材質を使用する場合と比較して、回止部材１０７を周方向に大きくする必要があり、このため、軸受装置が大型化する。このようなことから、軸受装置の大型化を避けるには、回止部材１０７の材質として、ある程度硬度の高い材質を選定することが前提となる。

本発明は、回止部材に硬度の高い材質を使用した場合であっても、径方向の荷重を十分に受けることが可能である滑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発明は、ポンプケーシング内で回転する主軸と摺接する軸受体と、軸受体を収納するハウジングとを備えた滑り軸受装置であって、
軸受体が主軸と共回りするのを防止するための回止手段が備えられ、
回止手段は、軸受体に設けられた第１回止部と、ハウジングに固定された第２回止部とを有し、
第１回止部は、主軸回転方向において第２回止部に受け止められて、軸受体の共回りを防止し、
第１回止部が第２回止部に受け止められて第２回止部を主軸回転方向へ押圧した時に第２回止部の径方向における変形を許容するための径方向変形許容隙間が設けられているものである。

これによると、主軸が所定の回転方向に回転すると、主軸の外周面が軸受体の内周面に摺接する。この際、第１回止部が主軸回転方向において第２回止部に受け止められることにより、軸受体が主軸と共回りするのを防止することができる。

この際、第１回止部は、単純に主軸回転方向へ移動するのではなく、主軸回転方向への移動と径方向への移動とが複合した移動（以下、複合移動と記載）を起こすことがある。このように第１回止部が複合移動した場合、第２回止部の径方向における変形が径方向変形許容隙間によって許容されるため、第２回止部が径方向に変形し易くなる。これにより、第１回止部が第２回止部に受け止められた際、第２回止部が径方向に変形して、第２回止部に作用する径方向の力を十分に逃すことができ、第１回止部が第２回止部に当接する当接箇所における第２回止部の局所歪みが抑制される。これにより、第２回止部に硬度の高い材質を使用した場合であっても、径方向の荷重を十分に受けることができる。

本第２発明における滑り軸受装置は、第１回止部が第２回止部に受け止められて第２回止部を主軸回転方向へ押圧した時に第２回止部の軸心方向における変形を許容するための軸心方向変形許容隙間が設けられているものである。

これによると、第１回止部が複合移動した場合、第２回止部の径方向における変形が径方向変形許容隙間によって許容されるとともに、第２回止部の軸心方向における変形が軸心方向変形許容隙間によって許容されるため、第２回止部が径方向と軸心方向とに変形し易くなる。これにより、第１回止部が第２回止部に受け止められた際、第２回止部が径方向と軸心方向とに変形して、第２回止部に作用する径方向の力と軸心方向の力とを十分に逃すことができ、第１回止部が第２回止部に当接する当接箇所における第２回止部の局所歪みがさらに抑制される。

本第３発明における滑り軸受装置は、径方向変形許容隙間は第２回止部に形成された切欠部からなり、
径方向変形許容隙間は、第１回止部が主軸回転方向において第２回止部に受け止められるときの第１回止部と第２回止部との当接箇所よりも、径方向外側に位置しているものである。

本第４発明における滑り軸受装置は、第１回止部は軸受体に一体に設けられているものである。
これによると、軸受体に対する第１回止部の取付強度が向上し、第１回止部が軸受体から脱落するのを防止することができる。

本第５発明における滑り軸受装置は、第１回止部は軸受体から軸心方向へ突出した突部であるものである。
本第６発明における滑り軸受装置は、第１回止部は軸受体から径方向外側へ突出した突部であるものである。

本第７発明は、第１発明から第６発明のいずれか１項に記載の滑り軸受装置を備えたポンプ装置であって、揚水を行なう揚水運転と揚水を行なわない待機運転とに切り替え可能であるものである。

以上のように本発明によると、第１回止部が第２回止部に受け止められた際、第２回止部が径方向に変形して、第２回止部に作用する径方向の力を十分に逃すことができ、第１回止部が第２回止部に当接する当接箇所における第２回止部の局所歪みが抑制される。これにより、第２回止部の損傷を防止することができ、第２回止部に硬度の高い材質を使用した場合であっても、径方向の荷重を十分に受けることができる。

本発明の第１の実施の形態における滑り軸受装置を備えたポンプの縦断面図である。 同、ポンプの羽根車の部分の縦断面図である。 同、滑り軸受装置の縦断面図である。 同、滑り軸受装置の軸受体の平面図である。 同、滑り軸受装置の軸受体の縦断面図である。 同、滑り軸受装置の突部の拡大平面図である。 同、滑り軸受装置の受け部材の図である。 同、滑り軸受装置の受け部材を備えたハウジングの上方の端部カバーの図である。 図８におけるＸ−Ｘ矢視図である。 図３におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、滑り軸受装置の回止手段の一部拡大斜視図である。 同、滑り軸受装置の回止手段を径方向内側から見た図であり、突部が受止面から離間した状態を示す。 同、滑り軸受装置の回止手段を径方向内側から見た図であり、突部が受止面に当接した状態を示す。 図１２におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、滑り軸受装置の受け部材を備えたハウジングの下方の端部カバーの図である。 図１５におけるＸ−Ｘ矢視図である。 図３におけるＹ−Ｙ矢視図である。 本発明の第２の実施の形態における滑り軸受装置の縦断面図である。 同、滑り軸受装置の軸受体の平面図である。 同、滑り軸受装置の回止手段の一部拡大斜視図である。 従来の滑り軸受装置の縦断面図である。 同、滑り軸受装置の回止手段の拡大斜視図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１，図２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）である。立軸斜流ポンプ装置１のポンプケーシング２の下端には吸込口３が形成されている。ポンプケーシング２内には主軸４が挿通されており、主軸４の下端に羽根車５が設けられている。ポンプケーシング２の上方には、主軸４を回転駆動させるモータ等の駆動装置６が設けられている。

上記主軸４は複数の滑り軸受装置１１によって軸心１５を中心に回転自在に支持されている。各滑り軸受装置１１はポンプケーシング２内に設けられた固定部材１６に設けられている。また、ポンプケーシング２には、吸込口３に空気を吸気する吸気管１７が設けられている。この吸気管１７は弁等からなる気水切替装置１８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待機運転（気中運転）とに切り替え可能である。

図３に示すように、上記主軸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スリーブ４ｂとで構成されている。
上記滑り軸受装置１１は以下のように構成されている。

図３に示すように、滑り軸受装置１１は、主軸４を回転自在に保持する円筒状の軸受体２０と、軸受体２０を収納する金属製のハウジング２１と、軸受体２０の外周部とハウジング２１の内周部との間に設けられ且つ径方向において軸受体２０を受ける弾性体２２とを有している。

軸受体２０は、金属製の円筒状のシェル２３と、シェル２３の内周側に取付けられた円筒状の摺接部材２４とで構成されている。摺接部材２４は、例えばセラミック製であり、主軸４に外嵌されており、内周面が主軸４のスリーブ４ｂに摺接自在である。

また、ハウジング２１は、固定部材１６に設けられ且つ軸受体２０の外周を囲む円筒状の胴部２１ａと、軸心方向Ａ（上下方向）における胴部２１ａの両端部に設けられた上方および下方の端部カバー２１ｂ，２１ｃとを有している。

弾性体２２は、金属製で円筒状の保持部材２６と、保持部材２６の内周面に取り付けられた弾性部材２７とを有している。保持部材２６は、ハウジング２１の胴部２１ａ内に嵌め込まれ、胴部２１ａに取付け固定されている。弾性部材２７の材質には、例えばゴム等が使用されている。

軸受装置１１には、軸受体２０が主軸４と共回りするのを防止するための回止手段２９が設けられている。回止手段２９は、金属製の上部および下部の突部３１（第１回止部の一例）と、ゴム等の弾性材を材質とする上部および下部の受け部材３２（第２回止部の一例）とを有している。突部３１は、主軸回転方向Ｂにおいて受け部材３２に受け止められて、軸受体２０の共回りを防止する。

図４，図５に示すように、上部の突部３１は、軸受体２０のシェル２３の上端の周方向Ｄにおける複数箇所に、シェル２３と一体に設けられており、上方（軸心方向Ａの一方）へ突出している。図６に示すように、各突部３１の周方向Ｄにおける両端面はそれぞれ、突部３１の径方向Ｃにおける幅Ｗよりも大きな半径Ｒを有する円弧形状に形成されている。また、突部３１の内周面と両端面との隅角部および突部３１の外周面と両端面との隅角部とはそれぞれ、上記突部３１の幅Ｗよりも小さな半径ｒを有する円弧形状に形成されている。

図７〜図１０に示すように、上部の受け部材３２は、円環状の部材であり、ハウジング２１の上方の端部カバー２１ｂ内に固定されている。すなわち、上方の端部カバー２１ｂの内周部には、径方向内側に突出する複数の止め部材３５が設けられている。これら止め部材３５は上部の受け部材３２内に埋め込まれており、これにより、上部の受け部材３２が上方の端部カバー２１ｂ内に固定されている。また、上部の受け部材３２の外周面は上方の端部カバー２１ｂの内周面に加硫接着されている。

上部の受け部材３２には、上下両端面（軸心方向Ａの両端面）と内周面とに開口する凹形状の挿入部３６が複数形成されている。これら挿入部３６は上部の受け部材３２の周方向において所定角度おきに形成されており、図１１に示すように、各上部の突部３１は下方から各挿入部３６に挿入されている。また、上部の受け部材３２は、挿入部３６の主軸回転方向Ｂ側に形成された受止部３７と、挿入部３６および受止部３７の径方向外側に形成された外周壁部３８とを有している。

上部の受け部材３２の受止部３７の上端面（軸心方向Ａにおける一端面）とこの上端面に対向する上方の端部カバー２１ｂの内側下面との間には、挿入部３６の上部に連通する第１の軸心方向変形許容隙間４１が形成されている。また、上部の受け部材３２の下端面と軸受体２０のシェル２３の上端面との間には、第２の軸心方向変形許容隙間４２が形成されている。これら第１および第２の軸心方向変形許容隙間４１，４２は、図１３で示すように、上部の突部３１が受止部３７に受け止められて受止部３７を主軸回転方向Ｂへ押圧した時に受止部３７の軸心方向Ａにおける変形を許容するための隙間である。

図１１に示すように、受止部３７の周方向における一端部には、主軸回転方向Ｂに移動しようとする上部の突部３１を受け止める受止面４３が形成されている。受止面４３と外周壁部３８とが交差する隅部には、径方向変形許容隙間４５が形成されている。径方向変形許容隙間４５は、上部の突部３１が受止部３７に受け止められて受止部３７を主軸回転方向Ｂへ押圧した時に受止部３７の径方向Ｃにおける変形を許容するための隙間であり、受止面４３から主軸回転方向Ｂに切込まれた切欠部からなる。

尚、径方向変形許容隙間４５は、上部の突部３１が受止部３７の受止面４３に受け止められるときの上部の突部３１と受止面４３との当接箇所Ｐよりも、径方向外側に位置している。また、径方向変形許容隙間４５は、軸心方向Ａにおいて、受止部３７の上下両面に貫通している。

また、下部の突部３１および下部の受け部材３２は、上述した上部の突部３１および上部の受け部材３２と同じ材質および形状の部材である。すなわち、図３，図５，図１５〜図１７に示すように、下部の突部３１は、シェル２３の下端に一体に設けられており、下方（軸心方向Ａの他方の一例）へ突出している。また、下部の受け部材３２は、下方の端部カバー２１ｃ内に固定されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
図１，図３に示すように、駆動装置６により主軸４が主軸回転方向Ｂ（所定の回転方向）に回転すると、羽根車５が回転し、この際、主軸４のスリーブ４ｂの外周面が軸受体２０の摺接部材２４の内周面に摺接する。このとき、図１１および図１３で示すように、上部および下部の突部３１はそれぞれ、上部および下部の受け部材３２の受止部３７の受止面４３に当接して受け止められ、主軸回転方向Ｂへの移動を阻止される。このため、軸受体２０が回り止めされ、軸受体２０が主軸４と共回りするのを防止することができる。

この際、上部の突部３１が複合移動した場合、図１１に示すように、上部の受け部材３２の受止部３７の径方向Ｃにおける変形が径方向変形許容隙間４５によって許容されるとともに、図１３で示すように、受止部３７の軸心方向Ａ（上下方向）における変形が第１および第２の軸心方向変形許容隙間４１，４２によって許容されるため、上部の受け部材３２の受止部３７が径方向Ｃと軸心方向Ａとに変形し易くなる。これにより、上部の突部３１が上部の受け部材３２の受止部３７に受け止められて複合移動しても、図１３に示される上部の突部３１の主軸回転方向Ｂへの動きについては、主に第１および第２の軸心方向変形許容隙間４１，４２が変形することにより、また、図１１に示される上部の突部３１の径方向Ｃへの動きについては、主に径方向変形許容隙間４５が変形することにより、受止部３７の当接箇所Ｐおよびその付近の局所歪みが十分に抑制される。

また、下部の突部３１が複合移動した場合も同様に、下部の受け部材３２の受止部３７の径方向Ｃにおける変形が径方向変形許容隙間４５によって許容されるとともに、図１３で示すように、受止部３７の軸心方向Ａ（上下方向）における変形が第１および第２の軸心方向変形許容隙間４１，４２によって許容されるため、下部の受け部材３２の受止部３７が径方向Ｃと軸心方向Ａとに変形し易くなる。これにより、下部の突部３１が下部の受け部材３２の受止部３７に受け止められて複合移動しても、図１３に示される下部の突部３１の主軸回転方向Ｂへの動きについては、主に第１および第２の軸心方向変形許容隙間４１，４２が変形することにより、また、図１１に示される下部の突部３１の径方向Ｃへの動きについては、主に径方向変形許容隙間４５が変形することにより、受止部３７の当接箇所Ｐおよびその付近の局所歪みが十分に抑制される。

これにより、突部３１が受止面４３に当接し受け止められて複合移動しても、受止面４３の当接箇所Ｐに亀裂が発生する等の受止部３７の損傷を防止することができ、受け部材３２に硬度の高い材質を使用した場合であっても、径方向Ｃの荷重を十分に受けることができる。

尚、突部３１が受止面４３に当接して複合移動すると、受止面４３のみでなく、受け部材３２の外周面を加硫接着された上方の端部カバー２１ｂの内周面から引き剥がそうとする変形が生じる。ここで、径方向変形許容隙間４５を設けることにより、径方向変形許容隙間４５がない場合と比べて、受け部材３２の外周面と上方の端部カバー２１ｂの内周面に生じる歪みが抑制され、剥離を防止することができる。

また、図５に示すように、上部および下部の各突部３１は軸受体２０のシェル２３に一体に設けられている。ここで、一体に設けられているとはシェル２３と突部３１との間に分割面がなく連続に形成されていることであり、より具体的には、ボルトやねじ等を用いて各突部３１をシェル２３に連結するような別体構造ではないことである。ボルトやねじ等を用いて各突部３１をシェル２３に連結する態様ではボルトやねじの緩みなどによる脱落等の不具合が想定されるが、一体に設けられていれば軸受体２０に対する各突部３１の取付強度が向上する。

また、図６に示すように、各突部３１の両端面は突部３１の幅Ｗよりも大きな半径Ｒを有する円弧形状に形成されているため、図１１に示すように、突部３１の一端面が受止面４３に当接した際、受止面４３は突部３１の一端面の形状に沿うように変形し、これにより、半径Ｒと半径ｒとが上記と異なる(例えば半径Ｒが幅Ｗよりも小さい)場合と比べて、局所的な変形を抑制することができる。

このような軸受装置１１を用いるポンプの一例として、図１に示すように、先行待機運転を行う立軸斜流ポンプ装置１があり、運転開始時は、気水切替装置１８を開いて待機運転に切り替え、この状態で、駆動装置６を駆動し、主軸４の回転速度を所定の回転速度Ｖまで次第に上昇させる。この際、滑り軸受装置１１は自揚水による潤滑作用が発揮されないドライ状態である。

主軸４の回転速度が所定の回転速度Ｖに達した後、吸水位が上昇して設定水位Ｈに達すると、気水切替装置１８を閉じて待機運転から揚水運転に切り替え、揚水を開始する。この際、自揚水によって滑り軸受装置１１が潤滑および冷却されるため、滑り軸受装置１１に対する主軸４の摺動抵抗が減少する。

その後、吸水位が設定水位Ｈよりも低下し、立軸斜流ポンプ装置１を引き続き駆動させる必要が無いと判断された場合、気水切替装置１８を開き、駆動装置６の駆動を停止させて、ケーシング２内の水を吸込口３から排出し、運転を停止する。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、図３，図５に示すように、突部３１を軸受体２０のシェル２３から軸心方向Ａ（上下方向）に突出させたが、第２の実施の形態として、図１８〜図２０に示すように、突部３１をシェル２３から径方向外側に突出させてもよい。

この場合においても、上記第１の実施の形態に記載した作用・効果と同様の作用・効果が得られる。
上記各実施の形態では、図３に示すように、回止手段２９として、上部および下部の突部３１と上部および下部の受け部材３２とを設けたが、突部３１と受け部材３２とを上部および下部のいずれか片方のみ設けてもよい。

上記各実施の形態では、図３に示すように、主軸４を軸本体４ａとスリーブ４ｂとで構成したが、スリーブ４ｂを設けず、軸本体４ａのみで構成してもよい。

１ ポンプ装置
２ ポンプケーシング
４ 主軸
１１ 滑り軸受装置
２０ 軸受体
２１ ハウジング
２９ 回止手段
３１ 突部（第１回止部）
３２ 受け部材（第２回止部）
４１，４２ 軸心方向変形許容隙間
４５ 径方向変形許容隙間
Ａ 軸心方向
Ｂ 主軸回転方向
Ｃ 径方向
Ｐ 当接箇所

Claims (7)

1. ポンプケーシング内で回転する主軸と摺接する軸受体と、軸受体を収納するハウジングとを備えた滑り軸受装置であって、
   軸受体が主軸と共回りするのを防止するための回止手段が備えられ、
   回止手段は、軸受体に設けられた第１回止部と、ハウジングに固定された第２回止部とを有し、
   第１回止部は、主軸回転方向において第２回止部に受け止められて、軸受体の共回りを防止し、
   第１回止部が第２回止部に受け止められて第２回止部を主軸回転方向へ押圧した時に第２回止部の径方向における変形を許容するための径方向変形許容隙間が設けられていることを特徴とする滑り軸受装置。
2. 第１回止部が第２回止部に受け止められて第２回止部を主軸回転方向へ押圧した時に第２回止部の軸心方向における変形を許容するための軸心方向変形許容隙間が設けられていることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受装置。
3. 径方向変形許容隙間は第２回止部に形成された切欠部からなり、
   径方向変形許容隙間は、第１回止部が主軸回転方向において第２回止部に受け止められるときの第１回止部と第２回止部との当接箇所よりも、径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の滑り軸受装置。
4. 第１回止部は軸受体に一体に設けられてい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項に記載の滑り軸受装置。
5. 第１回止部は軸受体から軸心方向へ突出した突部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の滑り軸受装置。
6. 第１回止部は軸受体から径方向外側へ突出した突部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の滑り軸受装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の滑り軸受装置を備えたポンプ装置であって、揚水を行なう揚水運転と揚水を行なわない待機運転とに切り替え可能であることを特徴とするポンプ装置。

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