JP2018150989A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高める。【解決手段】軸受ユニット４は、複数の軸受１１，１２を備えるとともに、これらの軸受１１，１２の内部に周囲流体を通過させて冷却する。複数の軸受１１，１２は、周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受１１と、第一軸受１１よりも下流側に配される第二軸受１２とを含む。軸受ユニット４は、周囲流体が第一軸受１１の内部と第二軸受１２の内部とを通過する第一流路２１と、周囲流体が第一軸受１１の内部を通過することなく第二軸受１２の内部を通過する第二流路２２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばロケットエンジンのターボポンプに使用される軸受ユニットに関する。

ロケットエンジンでは、極低温の推進剤（液体水素又は液体酸素）を燃焼室に供給するためにターボポンプが使用される。特許文献１に開示されるように、ターボポンプは、液体を圧送するインペラと、翼列が設けられたタービンディスクとを連結するシャフトを備える。シャフトは、複数の軸受（例えばアンギュラ玉軸受）により支持される。

ロケットエンジンのターボポンプでは、ポンプ入口から吸い込んだ推進剤をインペラによってスクロール流路から燃焼室へと圧送する。この際、ターボポンプは、推進剤の一部を分流して軸受の冷却に使用する。分流された推進剤は、複数の軸受における前列（インペラ寄り）の第一軸受の内部を通過し、その後、後列（タービンディスク寄り）の第二軸受の内部を通過する。

特開２０１６−４１９０９号公報

上記のように、従来のターボポンプにおける軸受の冷却では、推進剤が第一軸受を通過した後に第二軸受を通過する。この場合、推進剤は、第一軸受を通過することで温度が上昇し、その一部が気化することになる。したがって、この推進剤を後列の第二軸受に通過させる場合に、第一軸受の場合と比較して冷却効果が低下するという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高めることを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであって、複数の軸受を備えるとともに、周囲流体が前記複数の軸受の内部を通過することにより前記軸受を冷却する軸受ユニットにおいて、前記複数の軸受は、前記周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受と、前記第一軸受よりも下流側に配される第二軸受とを含み、前記周囲流体が前記第一軸受の内部と前記第二軸受の内部とを通過する第一流路と、前記周囲流体が前記第一軸受の内部を通過することなく前記第二軸受の内部を通過する第二流路と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、周囲流体は、第一流路を通じて第一軸受及び第二軸受の内部を冷却するとともに、第二流路を通じて第二軸受の内部を冷却する。第一流路を流れる周囲流体は、第一軸受の内部を通過することによりその温度が上昇するが、第二流路を流れる周囲流体は、第一軸受を迂回して第二軸受に供給されるため、温度上昇がない状態で第二軸受に供給される。このように、温度上昇のない周囲流体を、第二流路を介して第二軸受に直接的に供給することで、当該第二軸受に対する冷却効果を高めることができる。

上記の軸受ユニットにおいて、前記第一軸受及び第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、 前記第二流路は、前記第一軸受における前記内輪の内径側に位置することが望ましい。第一軸受における内輪の内径側に第二流路を形成することにより、周囲流体は、第一軸受の内部を通過することなく第二軸受に直接的に供給される。

上記の軸受ユニットは、前記内輪が固定されるシャフトを備え、前記第二流路は、前記シャフトの外周面に軸方向に沿って形成される溝部を有することが望ましい。シャフトに溝部を形成し、この溝部に沿って周囲流体を流動させることで、当該周囲流体は、第一軸受を迂回して第二軸受へと直接的に供給される。

上記構成の軸受ユニットにおいて、前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、前記第二流路は、前記内輪間座の内径側に位置することが望ましい。このように、内輪間座の内径側に第二流路を配することにより、温度上昇のない周囲流体を、内輪間座の内径側を通じて第二軸受に直接的に供給できる。

さらに、前記内輪間座は、前記第二流路を流動する周囲流体を前記第二軸受に案内するガイド孔を有することが望ましい。これにより、温度上昇のない周囲流体を第二軸受の内部に確実に誘導できる。

上記構成に軸受ユニットにおいて、前記第一軸受の前記内輪は、前記第一軸受よりも上流側の前記周囲流体の一部を前記第二流路に案内するガイド部を有することが望ましい。或いは、軸受ユニットは、前記第一軸受の上流側の周囲流体の一部を前記第二流路に案内するガイド部材を別途備えてもよい。これにより、第一軸受の内部を通過する前の周囲流体を、第二流路に好適に誘導できる。

本発明に係る軸受ユニットは各種の宇宙航空機器に組み込まれるが、特にロケットエンジンのターボポンプに対して好適に使用され得る。

本発明によれば、複数の軸受を備える軸受ユニットの冷却効果を高めることができる。

第一実施形態の軸受ユニットを含むターボポンプの断面図である。 軸受ユニットの断面図である。 内輪間座の断面斜視図である。 内輪間座及びシャフトの断面図である。 第二実施形態に係る軸受ユニットの断面図である。 内輪間座の断面斜視図である。 内輪間座及びシャフトの断面図である。 第三実施形態に係る軸受ユニットの断面図である。 第四実施形態に係る軸受ユニットの断面図である。 第五実施形態に係る軸受ユニットの断面図である。 第六実施形態に係る軸受ユニットの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１から図４は、本発明に係る軸受ユニット及びターボポンプの第一実施形態を示す。

本実施形態に係るターボポンプは、極低温の推進剤をロケットエンジンにおける燃焼室に圧送する。推進剤としては、燃料としての液体水素（沸点：−２５３℃）と、酸化剤としての液体酸素（沸点：−１８３℃）とが使用される。ロケットエンジンは、液体水素用と液体酸素用のターボポンプを個別に備える。なお、「極低温」とは、凡そ１Ｋ〜１００Ｋの温度領域をいう。

図１に示すように、ターボポンプ１は、シャフト２と、シャフト２を収容するケーシング３と、シャフト２を支持する軸受ユニット４と、を備える。

シャフト２は、極低温に対する疲労強度の高いニッケル基の超合金、例えばインコネル（登録商標）により構成される。シャフト２は、一端部にインデューサ５及びインペラ６を備え、他端部にタービンディスク７を備える。なお、以下の説明では、各構成要素の位置関係を説明するために、インデューサ５及びインペラ６側を「上流側」といい、タービンディスク７側を「下流側」という。

インデューサ５は、軸流型の羽根車であって、タービンディスク７、インペラ６とともにシャフト２の同軸上で連結される。インデューサ５は、シャフト２とともに回転し、推進剤をインペラ６へと送る。なお、インデューサ５の上流側には、推進剤を貯留するタンク（液体水素用タンク、液体酸素用タンク）が設けられており、推進剤は、タンクからインデューサ５に供給される。

インペラ６は、ケーシング３内での回転により、インデューサ５を介して吸い込んだ推進剤を遠心力で加圧する遠心ポンプである。インペラ６は、インデューサ５から送られる推進剤を加圧してロケットエンジンの燃焼室へと送り、また一部の推進剤を軸受ユニット４へと送る。

タービンディスク７は、ケーシング３内に導入されるガス（水素ガス）によって駆動される。このタービンディスク７によってシャフト２を回転駆動することで、インペラ６は推進剤を燃焼室へと圧送できる。

ケーシング３は、インデューサ５及びインペラ６を収容する第一の空間３ａと、軸受ユニット４を収容する第二の空間３ｂと、タービンディスク７を収容する第三の空間３ｃとを備える。

第一の空間３ａは、推進剤の吸込部８ａと、吐出部８ｂと、推進剤を分流して第二の空間３ｂへと送る供給路９とを備える。推進剤は吸込部８ａから第一の空間３ａ内に導入され、インペラ６によって吐出部８ｂから燃焼室へと送られる。供給路９は、ケーシング３の一部と、インペラ６の下流側シュラウド６ａとの間に形成される。第一の空間３ａは、この供給路９を介して第二の空間３ｂと連通する。

第二の空間３ｂは、第一の空間３ａの下流側に設けられる。第二の空間３ｂは、ケーシング３の一部と、シャフト２の外周面との間に形成される。第三の空間３ｃは、第二の空間３ｂの下流側に設けられる。第三の空間３ｃは、タービンディスク７を収容するとともに、当該タービンディスク７を駆動するガス（水素ガス）を内部に導入及び排出するように、例えばマニホールドケーシングにて構成される。

第二の空間３ｂと第三の空間３ｃとは、メカニカルシール、クリアランスシール等からなるシール部１０により区分される。この構成により、第二の空間３ｂを流動する推進剤が第三の空間３ｃに漏出することが防止される。

軸受ユニット４は、第二の空間３ｂに設けられる。軸受ユニット４は、前列（上流側）の第一軸受１１と、この第一軸受１１から軸方向に離間して下流側に配置される後列（下流側）の第二軸受１２と、第一軸受１１及び第二軸受１２の位置決めを行う内輪間座１３及び外輪間座１４とを備える。

図１及び図２に示すように、各軸受１１，１２は例えばアンギュラ玉軸受により構成される。各軸受１１，１２は、シャフト２に固定される内輪１５と、ケーシング３に固定される外輪１６と、内輪１５と外輪１６との間に配される複数の転動体１７と、各転動体１７を周方向に一定の間隔で保持する保持器１８とを備える。各軸受１１，１２では、内輪１５及び外輪１６と、転動体１７とが所定の接触角を有して接触しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができる。

内輪１５及び外輪１６は金属、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）にて環状に形成される。内輪１５は、その外周面に転動体１７が転動する軌道面１５ａを有する。外輪１６は、その内周面に転動体１７が転動する軌道面１６ａを有する。なお、以下では、各内輪１５及び外輪１６の幅方向端部を、推進剤の流動方向に対応させて、上流側端部１５Ａ，１６Ａ、下流側端部１５Ｂ，１６Ｂとして説明する。

転動体１７は、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）等の金属や、セラミックス材料により球体（ボール）として構成される。複数の転動体１７は、内輪１５の軌道面１５ａと外輪１６の軌道面１６ａとの間で、周方向に等間隔で配される。

保持器１８は、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間に配される。保持器１８は、樹脂複合材や金属により環状に形成される。保持器１８は、転動体１７を保持する複数のポケット１９を有する。ポケット１９は、保持器１８の円周方向において等間隔に設けられる。転動体１７は、各ポケット１９に一つずつ収容される。

なお、本実施形態に係る軸受ユニット４のように、極低温環境下で使用される第一軸受１１及び第二軸受１２には、通常の流動性潤滑剤（油やグリースなど）を使用することができない。本実施形態では、各軸受１１，１２の焼付き防止及び起動トルクの低減を図るため、内輪１５の軌道面１５ａ、外輪１６の軌道面１６ａ、転動体１７の表面及び保持器１８におけるポケット１９の内面を含む表面全体のうち、いずれか一つ以上、もしくは全てにフッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）等の固体潤滑皮膜によるコーティングが施される。

内輪間座１３は、所定の幅及び厚みを有する環状体により構成される。内輪間座１３は、第一軸受１１の内輪１５と第二軸受１２の内輪１５との間に配される。この内輪間座１３の内周にはシャフト２に挿入される。内輪間座１３は、シャフト２に固定されており、シャフト２とともに回転する。内輪間座１３の上流側端部１３Ａは、第一軸受１１における内輪１５の下流側端部１５Ｂと接触する。内輪間座１３の下流側端部１３Ｂは、第二軸受１２における内輪１５の上流側端部１５Ａに接触する。

図２から図４に示すように、内輪間座１３は、推進剤をその内径側から外径側へと案内する一対のガイド孔２０を有する。一対のガイド孔２０は、所定の位相（例えば１８０°）で内輪間座１３に貫通形成される。ガイド孔２０は、軸方向に対して傾斜するように構成される。具体的には、ガイド孔２０は、内輪間座１３における外周面側の開口部２０ａが、内周面側の開口部２０ｂよりも下流側に位置するように傾斜する（図３参照）。

外輪間座１４は、所定の幅及び厚みを有する環状体により構成される。外輪間座１４は、第一軸受１１の外輪１６と第二軸受１２の外輪１６との間に配される。外輪間座１４の外周面は、第二の空間３ｂにおけるケーシング３の内面に固定される。外輪間座１４の上流側端部１４Ａは、第一軸受１１における外輪１６の下流側端部１６Ｂと接触する。外輪間座１４の下流側端部１４Ｂは、第二軸受１２における外輪１６の上流側端部１６Ａに接触する。

なお、第一軸受１１に係る内輪１５の上流側端部１５Ａ、及び第二軸受１２に係る内輪の下流側端部１５Ｂは、シャフト２に設けられる位置決め部、或いはシャフト２に固定される環状の位置決め部材によって適宜位置決めされる。同様に、第一軸受１１に係る外輪１６の上流側端部１６Ａ、及び第二軸受１２に係る外輪１６の下流側端部１６Ｂは、ケーシング３に設けられる位置決め部、或いはケーシング３に固定される環状の位置決め部材によって適宜位置決めされる。

図２に示すように、軸受ユニット４は、周囲流体である推進剤を流動させる流路２１〜２３を有する。流路２１〜２３は、推進剤が第一軸受１１の内部と第二軸受１２の内部とを通過する第一流路２１と、推進剤が第一軸受１１の内部を通過することなく第二軸受１２の内部を通過する第二流路２２と、第二軸受１２の内部を通過した推進剤が第一の空間３ａに還流する第三流路２３とを備える。ここで、「軸受の内部」とは、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間の軸受内部空間をいう。

第一流路２１は、第一軸受１１の内部と、第一軸受１１の内輪間座１３の外周面と外輪間座１４の内周面との間に形成される空間と、第二軸受１２の内部とを含む。この構成により、第一流路２１を流動する推進剤は、上流側の第一軸受１１の内部を通過した後に、下流側の第二軸受１２の内部を通過する。

第二流路２２は、シャフト２の外周面に形成される一対の溝部２４と、第一軸受１１における内輪１５の内周面と、内輪間座１３のガイド孔２０と、第二軸受１２の内部とを含む。溝部２４の一部は、第一軸受１１の内輪１５における内周面及び内輪間座１３の内周面に面するように形成される。すなわち、第二流路２２の一部である溝部２４は、第一軸受１１における内輪１５の内径側、及び内輪間座１３の内径側に形成される。

一対の溝部２４は、所定の位相（例えば１８０°）にてシャフト２に形成される。各溝部２４は、シャフト２の軸方向に沿って直線状に形成される。溝部２４の軸方向長さは、第一軸受１１における内輪１５の軸方向寸法（幅）よりも長く設定される。図２に示すように、溝部２４の上流側端部２４Ａは、第一軸受１１における内輪１５の上流側端部１５Ａよりも上流側に位置する。溝部２４の下流側端部２４Ｂは、第一軸受１１の内輪１５よりも下流側であって、第二軸受１２の内輪１５よりも上流側に位置する。

第三流路２３は、シャフト２の内部において、軸方向に沿って形成されるガイド孔２３ａと、第二軸受１２の内部を通過した推進剤をガイド孔２３ａに案内する導入孔２３ｂと、ガイド孔２３ａを通過した推進剤を第一の空間３ａへと戻す排出孔２３ｃとを有する。第二軸受１２の内部を通過した推進剤は、導入孔２３ｂ、ガイド孔２３ａ、排出孔２３ｃの順に流動して、第一の空間３ａにおけるインペラ６へと返送され、当該インペラ６によって再度圧送される。

なお、図２では、第一流路２１の推進剤の流れを符号Ｆ１、第二流路２２の推進剤の流れを符号Ｆ２、そして第三流路２３の推進剤の流れを符号Ｆ３で示す（以下、他の実施形態において同じ）。

以下、上記構成の軸受ユニット４を冷却する方法について説明する。

ロケットエンジンの運転時において、ターボポンプ１は、第三の空間３ｃに導入されるガス（水素ガス）によりタービンディスク７を回転駆動する。推進剤は、ターボポンプ１の冷却の他、ロケットエンジンの燃焼室やノズルを冷却するために使用される。液体としての推進剤（例えば液体水素）は、燃焼室等を冷却することで、その温度上昇により気化する。これによるガス（水素ガス）は、第三の空間３ｃに導入され、その膨張エネルギーによりタービンディスク７を回転させた後、第三の空間３ｃから順次排出される。これにより、シャフト２の回転に伴ってインデューサ５及びインペラ６が回転し、タンクから供給される推進剤（液体水素又は液体酸素）を燃焼室に圧送する。

ターボポンプ１は、供給路９を通じて推進剤の一部を第二の空間３ｂへと供給する。この場合において、推進剤は、第一流路２１と第二流路２２とに分流して下流側に流動する。 具体的には、推進剤は、第一流路２１を通じて上流側の第一軸受１１の内部を通過し、内輪間座１３と外輪間座１４との間の空間を通過した後、下流側の第二軸受１２の内部を通過する。この推進剤は、第一軸受１１を冷却することでその温度が上昇する。これにより、推進剤は、その一部が気化して気液混合状態となり、第二軸受１２に向かって流動する。

推進剤の一部は、第一軸受１１の上流側で分流し、第二流路２２に流れ込む。この推進剤は、第二流路２２を通じ、上流側の第一軸受１１を迂回して下流側の第二軸受１２へと供給される。具体的には、推進剤は、シャフト２における溝部２４の上流側端部２４Ａから当該溝部２４に入り込み、第一軸受１１における内輪１５の内周面側を通過して、内輪間座１３側へと移動する。その後、推進剤は、溝部２４の下流側端部２４Ｂに到達し、内輪間座１３のガイド孔２０から内輪間座１３の外径側（外周面側）に流出する。ガイド孔２０から流出した推進剤は、第一流路２１を流れる推進剤とともに第二軸受１２の内部を通過する。第二軸受１２の内部を通過した推進剤は、第三流路２３を通じてインペラ６へと返送される。

以上説明した本実施形態に係る軸受ユニット４によれば、第二流路２２を流動する推進剤は、第一軸受１１の内部を通過することなく第二軸受１２の内部を通過する。したがって、この推進剤は、第一軸受１１の通過による温度上昇を経ることなく第二軸受１２を冷却できる。これにより、軸受ユニット４は、下流側（後列）の第二軸受１２を従来よりも効率良く冷却できる。

また、内輪間座１３のガイド孔２０を通過する推進剤には、シャフト２の回転に伴う内輪間座１３の回転による遠心力が付与される。したがって、第二流路２２を流れる推進剤は、ガイド孔２０によってその傾斜方向に高速で噴射され、第一流路２１を流れる推進剤の影響を受けることなく第二軸受１２の内部を通過する。

図５から図７は、軸受ユニットの第二実施形態を示す。本実施形態では、軸受ユニット４における第二流路２２の構成が第一実施形態と異なる。第二流路２２は、内輪間座１３の内周面側形成される凹部２５を有する。凹部２５は、一対の側壁部２６と、側壁部２６の間に形成される底面２７とを有する。

側壁部２６は、内輪間座１３の上流側端部１３Ａと、下流側端部１３Ｂとに形成される。側壁部２６は、内輪間座１３の半径方向内方に突出する。内輪間座１３の底面２７には、複数の仕切り壁２８が形成されている。仕切り壁２８は、底面２７から半径方向内方に突出する。図６に示すように、仕切り壁２８は一対の側壁部２６を連結するように構成される。

本実施形態では、内輪間座１３の各ガイド孔２０に対応して一対の仕切り壁２８が設けられる。各ガイド孔２０は、一対の仕切り壁２８の間に形成されている。

内輪間座１３がシャフト２に装着された状態において、側壁部２６の半径方向端面２６ａは、シャフト２の外周面に接触する（図５参照）。また、仕切り壁２８の半径方向端面２８ａは、シャフト２の外周面に接触する（図７参照）。これにより、シャフト２の外周面と内輪間座１３の凹部２５との間に、推進剤の通過空間Ｓが形成される。シャフト２の溝部２４は、一対の仕切り壁２８の間に配され、通過空間Ｓと連通する。

本実施形態において第二流路２２は、シャフト２に形成される溝部２４と、この通過空間Ｓと、ガイド孔２０とにより構成される。本実施形態のように、内輪間座１３の凹部２５を利用して第二流路２２を構成することにより、シャフト２に形成する溝部２４の長さを可及的に短く構成できる。したがって、シャフト２の剛性低下を抑制できる。また、溝部２４の幅よりも、通過空間Ｓの幅（一対の仕切り壁２８の間隔）を大きく確保できるため、溝部２４と通過空間Ｓとの位置合わせ（位相管理）を容易に行うことができる。

本実施形態では、上記の構成に限らず、例えば仕切り壁２８を形成することなく内輪間座１３を構成し、凹部２５と、シャフト２の外周面とにより推進剤の通過空間Ｓを構成しても良い。また、凹部２５は、内輪間座１３の内周面に形成される溝部であってもよい。

図８は、軸受ユニットの第三実施形態を示す。本実施形態に係る軸受ユニット４は、第一軸受１１の構成が第一実施形態と異なる。第一軸受１１の内輪１５は、推進剤を第二流路２２に案内するガイド部２９を有する。ガイド部２９は、この内輪１５における上流側端部１５Ａに形成される。

ガイド部２９は、第一軸受１１よりも上流側の推進剤を半径方向内方に案内するガイド面２９ａを有する。ガイド面２９ａは、下流側に向かうにつれて半径方向内方に向かって湾曲する曲面として構成される。ガイド面２９ａは、曲面に限らず、下流側に向かうにつれて半径方向内方に傾斜する平坦面により構成してもよい。ガイド面２９ａは、シャフト２における溝部２４の上流側端部２４Ａに軸方向において重なるように配される。

本実施形態に係る軸受ユニット４によれば、インペラ６から供給路９を通じて供給された推進剤は、第一流路２１と第二流路２２とに分かれて流動する。この際、推進剤の一部は、ガイド部２９のガイド面２９ａに接触し、半径方向内方に案内される。案内された推進剤は、シャフト２の溝部２４に流入し、第一軸受１１を迂回して、ガイド孔２０から第二軸受１２に供給される。このように、内輪１５にガイド部２９を形成することにより、軸受ユニット４の部品点数を増加させることなく、推進剤を第二流路２２に好適に導入できる。

図９は、軸受ユニットの第四実施形態を示す。上記の第三実施形態では、第一軸受１１の内輪１５に推進剤を案内するガイド部２９が形成されていたが、本実施形態に係る軸受ユニット４は、内輪１５とは別部材により構成されるガイド部材３０を備える。このガイド部材３０は、第一軸受１１における内輪１５の上流側端部１５Ａに接触する位置決め部材でもある。

ガイド部材３０は、環状に構成されるとともに、第一軸受１１の内輪１５の上流側端部１５Ａに接触するように、シャフト２に固定される。ガイド部材３０は、推進剤を案内するガイド面３０ａを有する。ガイド面３０ａは、第三実施形態と同様に曲面状に構成される。本実施形態では、ガイド部材３０を第一軸受１１の内輪１５とは別部材により構成することで、使用される周囲流体の種別や第一軸受１１の種別、寸法等に応じて最適なガイド部材３０を選択できる。

図１０は、軸受ユニットの第五実施形態を示す。本実施形態では、軸受ユニット４における第二流路２２の構成が第二実施形態と異なる。第二流路２２は、シャフト２の溝部２４及び内輪間座１３の凹部２５の他、第一軸受１１の内輪１５に形成される溝部３１と、この溝部３１に連通するように内輪間座１３に形成される溝部３２とを備える。

第一軸受１１における内輪１５の溝部３１は、当該内輪１５の内周面に、軸方向に沿って形成される。この溝部３１は、内輪１５の上流側端部１５Ａから下流側端部１５Ｂに亘って形成される。内輪１５の溝部３１は、シャフト２の溝部２４と一致するように配置される。内輪間座１３の溝部３２は、当該内輪間座１３の側壁部２６に形成される。この溝部３２は、シャフト２の溝部２４と、内輪１５の溝部３１とに一致するように配置される。

本実施形態に係る軸受ユニット４によれば、シャフト２の溝部２４、内輪間座１３の凹部２５に加え、第一軸受１１における内輪１５の溝部３１、内輪間座１３の溝部３２によって第二流路２２を拡大でき、より多量の推進剤を流動させることができる。

図１１は、軸受ユニットの第六実施形態を示す。本実施形態では、軸受ユニット４における第二流路２２の構成が第一実施形態と異なる。本実施形態において、軸受ユニット４は、第一軸受１１における内輪１５の内径側に形成される第二流路２２ａの他、第一軸受１１における外輪１６の外径側に追加的に形成される第二流路２２ｂを有する。追加の第二流路２２ｂは、ケーシング３に形成される溝部３３と、外輪間座１４に形成されるガイド孔３４とを有する。なお、外輪間座１４は、図１１に示す構成に限らず、第二実施形態の内輪間座１３と同様に、外周面側に凹部を有したものでもよい。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の第五実施形態では、シャフト２、第一軸受１１の内輪１５及び内輪間座１３に溝部２４，３１，３２を形成した例を示したが、これに限定されず、例えばシャフト２に形成される溝部２４を省略してもよい。

上記の第六実施形態では、第一軸受１１における内輪１５の内径側（内周面側）に形成される第二流路２２ａと、外輪１６の外径側（外周面側）に形成される追加の第二流路２２ｂを備えた軸受ユニット４を例示したが、この構成に限定されない。第六実施形態において、第一軸受１１における内輪１５の内径側の第二流路２２ａを省略し、外輪１６の外径側の第二流路２２ｂのみで軸受ユニット４を構成してもよい。

上記の実施形態では、ロケットエンジン用ターボポンプ１に使用される軸受ユニット４を例示したが、これに限定されず、他の用途に適用することも可能である。例えば、人工衛星などの宇宙用機器のように、極低温の環境下で使用される機器に軸受ユニットを組み込むことができる。

上記の実施形態では、軸受ユニット４の各軸受１１，１２として単列のアンギュラ玉軸受を例示したが、組合せアンギュラ玉軸受、複列アンギュラ玉軸受を使用できる。また、本発明はアンギュラ玉軸受に限らず、他の玉軸受や円筒ころ軸受その他の転がり軸受に適用される。

上記の実施形態において、シャフト２に二本の溝部２４を形成した例を示したが、これに限らず、一本、又は三本以上の溝部２４をシャフト２に形成してもよい。同様に、内輪間座１３のガイド孔２０を溝部２４に対応するように、一個、又は三個以上の複数にしてもよい。

１ ターボポンプ
２ シャフト
４ 軸受ユニット
１１ 第一軸受
１２ 第二軸受
１３ 内輪間座
１５ 内輪
１６ 外輪
１７ 転動体
１８ 保持器
２０ ガイド孔
２１ 第一流路
２２ 第二流路
２２ａ 第二流路
２２ｂ 第二流路
２４ シャフトの溝部
２９ ガイド部
３０ ガイド部材

Claims (8)

1. 複数の軸受を備えるとともに、周囲流体が前記複数の軸受の内部を通過することにより前記軸受を冷却する軸受ユニットにおいて、
   前記複数の軸受は、前記周囲流体の流動方向における上流側に配される第一軸受と、前記第一軸受よりも下流側に配される第二軸受とを含み、
   前記周囲流体が前記第一軸受の内部と前記第二軸受の内部とを通過する第一流路と、前記周囲流体が前記第一軸受の内部を通過することなく前記第二軸受の内部を通過する第二流路と、を備えることを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記第一軸受及び前記第二軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、
   前記第二流路は、前記第一軸受における前記内輪の内径側に位置する請求項１に記載の軸受ユニット。
3. 前記内輪が固定されるシャフトを備え、
   前記第二流路は、前記シャフトの外周面に軸方向に沿って形成される溝部を有する請求項２に記載の軸受ユニット。
4. 前記第一軸受の前記内輪と前記第二軸受の前記内輪との間に配されるとともに前記両内輪の位置決めを行う内輪間座を備え、
   前記第二流路は、前記内輪間座の内径側に位置する請求項３に記載の軸受ユニット。
5. 前記内輪間座は、前記第二流路を流動する前記周囲流体を前記第二軸受に案内するガイド孔を有する請求項４に記載の軸受ユニット。
6. 前記第一軸受の前記内輪は、前記第一軸受よりも上流側の前記周囲流体の一部を前記第二流路に案内するガイド部を有する請求項２から５のいずれか一項に記載の軸受ユニット。
7. 前記第一軸受よりも上流側の前記周囲流体の一部を前記第二流路に案内するガイド部材を備える請求項２から５のいずれか一項に記載の軸受ユニット。
8. ロケットエンジンのターボポンプに使用される請求項１から７のいずれか一項に記載の軸受ユニット。
   
   

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