JP5964207B2 - 自己潤滑式軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自己潤滑式軸受装置に関する。

横軸回転機械、例えば遠心ポンプの回転主軸を支持するスラスト軸受及びジャーナル軸受を潤滑油で潤滑し、かつ、その潤滑油を自己潤滑させる自己潤滑式軸受装置が種々使用されている。また、潤滑油を自己潤滑させるためにサーキュレータによるポンプ効果を応用するものが、例えば、特許文献１に開示されている。

上記自己潤滑式軸受装置において、サーキュレータには、廻止め突起が形成されており、この廻止め突起が、軸受箱の上部に設けられた凹部内に配置され、サーキュレータは廻止め突起が凹部内を移動できる範囲内で、スラストカラーの周りを回転できるようになっている。

また、サーキュレータには、潤滑油をサーキュレータ内に吸い上げてサーキュレータ内に循環させ、再び油槽に戻すための二つの孔が形成されている。孔は、廻止め突起が軸受箱の凹部に当接することで位置決めされ、孔が軸受箱側に形成された孔と位置合わせされる。
サーキュレータは、回転主軸の回転方向に応じてその回転方向が逆転し、潤滑油を吸い込む孔と、排出する孔とが切り替わる。

特許第３６３７２６９号明細書

ところで、回転主軸が正逆転（左回り、右回り）を繰り返す場合、回転主軸のスラストカラーに取り付けられた静止体であるサーキュレータは、回転主軸の回転と供回りして廻止め突起が軸受箱の凹部と衝突する。その際、凹部における廻止め突起が衝突する面、あるいはサーキュレータの廻止め突起が衝撃を受けることにより、サーキュレータの回転方向の廻り止め位置が変化してしまうことがある。これにより、軸受箱とサーキュレータとの間の潤滑油の通過経路となる孔同士の位置ずれが生じ、潤滑油の通路面積が減少して軸受への潤滑不良となる虞がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、潤滑油の通過経路となる孔同士の位置ずれを抑制し、自己潤滑式軸受装置の潤滑不良の発生を抑制することができる自己潤滑式軸受装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の自己潤滑式軸受装置は、回転主軸と、前記回転主軸に一体に設けられ、前記回転主軸の径方向外側に張り出すスラストカラーと、前記回転主軸の外周面を支持するジャーナル軸受と、前記スラストカラーを外周側から囲むように配置され、外周面に突起が形成されたサーキュレータと、前記サーキュレータの突起が周方向から当接することで、前記サーキュレータの前記周方向の回転を規制するストッパ部とを備え、前記ストッパ部における前記突起が当接する面が、前記周方向に弾性移動可能とされていることを特徴とする。

上記構成によれば、サーキュレータの突起がストッパ部における突起が当接する面に衝突した場合においても、衝撃力が緩和される。これにより、サーキュレータに形成されて該サーキュレータ内に潤滑油を吸い込んだり排出したりする孔と、軸受装置の軸受箱側に形成されて潤滑油の通過経路となる孔との間でずれを抑制することができ、自己潤滑式軸受装置の潤滑不良の発生を抑制することができる。

上記自己潤滑式軸受装置において、前記ストッパ部は、前記突起が当接する面を構成する板形状の止板部と、前記自己潤滑式軸受装置の外郭をなす軸受箱に形成され、前記止板部を収容する凹部と、前記凹部に設けられ、前記止板部の移動を案内するレール部と、前記止板部と前記凹部との間に配置された弾性部材と、を有することが好ましい。

上記自己潤滑式軸受装置において、前記サーキュレータの内周面に形成され、潤滑油を前記サーキュレータの周方向に循環させる循環用溝と、前記循環用溝の軸線方向両側に設けられた一対の突条と、前記突条の内周面の周方向に複数形成され、前記スラストカラーの回転方向に相対する面を有する潤滑油衝突溝が形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、潤滑油が潤滑油衝突溝におけるスラストカラーの回転方向に相対する面に衝突することにより、サーキュレータの回転方向に流体力が発生し、この流体力によりサーキュレータが回転して、突起がストッパ部における突起が当接する面に確実に接触する。これにより、サーキュレータの回転方向の位置決めが確実にでき、自己潤滑式軸受装置の外郭をなす軸受箱とサーキュレータの潤滑油の通過経路となる孔位置のずれの発生をより効果的に抑制することができ、自己潤滑式軸受装置の潤滑不良の発生を抑制することができる。

本発明によれば、サーキュレータの突起がストッパ部における突起が当接する面に衝突した場合においても、衝撃力が緩和される。これにより、サーキュレータに形成され、サーキュレータ内に潤滑油を吸い込んだり排出したりする孔と、軸受装置の軸受箱側に形成され、潤滑油の通過経路となる孔との間でずれを抑制することができ、自己潤滑式軸受装置の潤滑不良の発生を抑制することができる。

本発明の第一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の概略側面図である。 本発明の第一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置に使用されるサーキュレータの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の要部拡大図である。 本発明の第一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置に使用されるサーキュレータの断面図である。 本発明の第二実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の回転主軸の概略側面図である。 本発明の第二実施形態に係る自己潤滑式軸受装置に使用されるサーキュレータの断面図である。 本発明の第二実施形態に係る自己潤滑式軸受装置に使用されるサーキュレータの要部拡大斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の作用を説明する要部断面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の自己潤滑式軸受装置１は、例えば遠心ポンプのような横軸回転機械に組み込まれたものであり、軸受箱２と、大径部分であるスラストカラー４を有する回転主軸３と、スラストカラー４をスラスト方向に支持するスラスト軸受５と、スラスト軸受５と軸線方向に離間して配置され、回転主軸３を外周面から支持するジャーナル軸受６と、を有している。スラストカラー４は回転主軸３に一体に設けられており、回転主軸３の径方向外側に張り出すように形成されている。

なお、以下の説明においては、回転主軸３の軸線に沿う方向を軸線方向と呼び、図１の右方を軸線方向一方側、図１の左方を軸線方向他方側と呼ぶ。図示しないが、同様のジャーナル軸受６が軸線方向他方側にも設けられており、一対のジャーナル軸受６の間にインペラ（ポンプ羽根車）が取り付けられている。

軸受箱２におけるスラスト軸受５の下方には潤滑油貯留溝８が設けられており、軸受箱２の下方に設けられた油槽（図示せず）から潤滑油が供給されるようになっている。スラストカラー４の周囲には、サーキュレータ９が設けられている。サーキュレータ９はスラストカラー４を外周側から囲むように設けられている。また、サーキュレータ９の一部は潤滑油貯留溝８の潤滑油に浸漬されている。

図２に示すように、サーキュレータ９の内径は、スラストカラー４の外形よりも大きく、サーキュレータ９の内径とスラストカラー４の外径との間の隙間は、下方に向かって大きくなっている。サーキュレータ９の上端には廻止め突起１０が設けられている。

また、サーキュレータ９の下部には、潤滑油用突起１２が設けられている。再び図１を参照して、潤滑油用突起１２は、軸線方向一方側に面する第一平面１３と、軸線方向他方側に面する第二平面１４とを有している。
潤滑油突起には、円周方向に間隔をおいて潤滑油貯留溝８から潤滑油を吸い上げる第一孔１７と、潤滑油貯留溝８に潤滑油を戻す第二孔１８とが設けられている。第一孔１７と第二孔１８とは、第一平面１３から第二平面１４に貫通するように形成されている。

サーキュレータ９の内面には循環用溝１９がサーキュレータ９の略全周に亘って形成されている。循環用溝１９の一端は、第一孔１７と接続されているとともに、循環用溝１９の他端は第二孔１８と接続されている。即ち、第一孔１７から吸い上げられた潤滑油が、サーキュレータ９を略一周して第二孔１８から排出されるように構成されている。

軸受箱２側には、サーキュレータ９の位置に応じて第一孔１７、又は第二孔１８のいずれか一方と周方向の位置が一致するように形成された軸受箱孔（図示せず）が形成されている。軸受箱孔は、通路を介して油槽と接続されている。具体的には、軸受箱孔は、第一孔１７と第二孔１８のうち、鉛直軸線Ｖ上にある孔と連通するように、鉛直軸線Ｖ上に形成されている。即ち、第一孔１７が鉛直軸線Ｖ上にある場合、第一孔１７と油槽とが接続され、潤滑油が第一孔１７を介して循環用溝１９に供給され、第二孔１８が鉛直軸線Ｖ上にある場合、第二孔１８と油槽とが接続され、潤滑油が第二孔１８を介して循環用溝１９に供給される。

自己潤滑式軸受装置１には、サーキュレータ９によって吸い込まれた潤滑油をジャーナル軸受６に下方から供給するための供給管２０が設けられている。ジャーナル軸受６は、回転主軸３を径方向から回転可能に支持するラジアル軸受であって、複数のパッドから構成されており、パッドと回転主軸３との間にノズルなどを用いて潤滑油が供給される構成となっている。

また、軸受箱２の上部には、ストッパ部２２が設けられており、廻止め突起１０は、このストッパ部２２内に配置されている。サーキュレータ９は、廻止め突起１０がストッパ部２２内を移動できる範囲内でスラストカラー４の周りを回転可能とされている。

図３に示すように、ストッパ部２２は、軸受箱２に形成された凹部１１と、凹部１１内に固定されたレール部２３と、レール部２３によって案内されることで、レール部２３に対して相対移動可能に設けられた止板部２４と、止板部２４と凹部１１との間に配置された弾性部材２５と、を有している。

凹部１１は、軸受箱２の上部に形成され、サーキュレータ９の廻止め突起１０が挿入される溝である。レール部２３は、凹部１１内に固定されているガイド部材であり、止板部２４の移動を案内する部材である。

止板部２４は、廻止め突起１０が当接する面を構成している板状の部材である。即ち、止板部２４は、サーキュレータ９が回転する際に衝突する廻止め突起１０に対向して設けられている。また、軸線方向他方側の止板部２４は、サーキュレータ９が図２に示す方向に回転し、廻止め突起１０と止板部２４とが当接した際、潤滑油用突起１２の第一孔１７が軸受箱孔に相対する位置に配置されるように位置決めされている。軸線方向一方側の止板部２４は、サーキュレータ９が図４に示す方向に回転し、廻止め突起１０と止板部２４とが当接した際、潤滑油用突起１２の第二孔１８が軸受箱孔に相対する位置に配置されるように位置決めされている。

凹部１１における一対の止板部２４に対向する面には、凹溝２６が形成されている。凹溝２６には、弾性部材２５が凹部１１の面から突出するように取り付けられており、これにより、止板部２４と凹部１１の間に弾性部材２５が配置される。即ち、弾性部材２５は、止板部２４の背面に設置されている。

弾性部材２５は、例えば、合成ゴムによって形成することができる。弾性部材２５としては、止板部２４と凹部１１との間に配置されることで、止板部２４を付勢できる部材であればよく、この他、複数の圧縮コイルばねや、板ばねを採用することもできる。

次に、本実施形態の自己潤滑式軸受装置１の作動を説明する。
図２に示すように、回転主軸３、即ち、スラストカラー４が回転軸線を中心に反時計方向に回転すると、サーキュレータ９下部の循環用溝１９の中にある潤滑油が、潤滑油の粘性のためスラストカラー４に引きずられて移動し、ポンプ効果を発生させる。このポンプ効果は、スラストカラー４の外面とサーキュレータ９の内面の隙間がスラストカラー４の回転方向に沿って狭くなる部分、即ち、図２におけるサーキュレータ９の右半部で生じる。

一方、スラストカラー４が回転すると、サーキュレータ９は、潤滑油の粘性のためスラストカラー４の周りをスラストカラー４と同じ反時計方向に回転し、サーキュレータ９上端の廻止め突起１０が軸受箱２の凹部１１の一方の側面に当接して止まる。このとき、サーキュレータ９下部の第一孔１７が鉛直軸線Ｖ上に、第二孔１８が、鉛直軸線Ｖよりも図２における右方に位置するようになっている。その結果、サーキュレータ９は第一孔１７から潤滑油を吸い上げ、吸い上げられた潤滑油は循環用溝１９の中を移動する。

スラストカラー４が高速回転になればなるほど、ポンプ効果は増大し、吸い上げられた潤滑油のうち循環用溝１９の中を移動できる量を超えた分は、サーキュレータ９とスラストカラー４との間の隙間から回転軸線方向に流出して、スラスト軸受５を潤滑し、潤滑油貯留溝８に戻る。サーキュレータ９の循環用溝１９内を移動した潤滑油は第二孔１８から潤滑油貯留溝８に戻る。
また、潤滑油は、供給管２０を介してジャーナル軸受６に供給され、ジャーナル軸受６と回転主軸３との間を潤滑する。

図４に示すように、スラストカラー４が時計方向に回転するとき、サーキュレータ９は図２の場合と逆方向に回転し、潤滑油は図２と同様の作用によって第二孔１８から吸い上げられ第一孔１７から流出する。即ち、回転主軸３の回転方向を切換えると、サーキュレータ９が回転し、潤滑油を吸込む孔と排出する孔とが切換わる。

ここで、回転主軸３及びスラストカラー４の回転に伴いサーキュレータ９が回転し、サーキュレータ９の廻止め突起１０がストッパ部２２を構成する止板部２４に衝突する際、弾性部材２５が衝撃を吸収する。即ち、弾性部材２５が収縮する方向に弾性変形する。

上記実施形態によれば、廻止め突起１０が、正転及び逆転により、止板部２４に衝突した場合においても、弾性部材２５の弾性力により衝撃力が緩和される。これにより、軸受箱２とサーキュレータ９の潤滑油の通過経路となる孔位置のずれが生じることがなくなり、自己潤滑式軸受装置１の潤滑不良の発生を抑制することができる。

（第二実施形態）
以下、本発明に係る自己潤滑式軸受装置１の第二実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

本実施形態は、第一実施形態のストッパ部２２の構成に加え、サーキュレータ９の内周面に、サーキュレータ９をその回転方向に回す作用を発生させる潤滑油衝突溝２８が形成されていることを特徴としている。

図５、図６、及び図７に示すように、複数の潤滑油衝突溝２８は、は、サーキュレータ９の循環用溝１９の軸線方向両側に形成された一対の突条１９ａの内周面に形成されている凹形状の溝である。
潤滑油衝突溝２８は、突条１９ａの軸線方向を向く一面から他面に亘って形成されている。また、潤滑油衝突溝２８は、サーキュレータ９の周方向に沿って等間隔に複数設けられている。さらに、各々の潤滑油衝突溝２８は、スラストカラー４の回転方向に相対する衝突面２９を有している。スラストカラー４は、正転及び逆転するため、衝突面２９は二面設けられており、潤滑油衝突溝２８は、この一対の衝突面２９を底面３０で接続する形態である。

次に、本実施形態の作用について説明する。
スラストカラー４の回転により、複数の潤滑油衝突溝２８には、スラストカラー４の軸線方向両端部から漏れようとする潤滑油が、回転方向に連れまわる。この際、連れまわる潤滑油の一部は、図８の矢印に示すように、潤滑油衝突溝２８の衝突面２９に衝突し、サーキュレータ９を回転方向に回す力が作用する。

上記実施形態によれば、潤滑油が潤滑油衝突溝２８の衝突面２９に衝突することにより、サーキュレータ９の回転方向に流体力が発生し、この流体力によりサーキュレータ９が回転して、廻止め突起１０が軸受箱２の止板部２４に確実に接触する。これにより、サーキュレータ９の回転方向の位置決めが確実にでき、軸受箱２とサーキュレータ９の潤滑油の通過経路となる孔位置のずれが生じることがなくなり、自己潤滑式軸受装置１の潤滑不良の発生を抑制することができる。

なお、潤滑油衝突溝２８はサーキュレータ９の周方向に等間隔に形成することが好ましいが、サーキュレータ９に流体力を作用させることができれば、等間隔にしなくてもよい。

なお、本発明の技術範囲は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態のジャーナル軸受６は、ジャーナル軸受６を構成するパッドに供給管２０に接続されたノズルなどを用いて潤滑油を供給する構成としたがこれに限ることはない。例えば、ジャーナル軸受６の回転軸線方向中央部にオイルリング用開口部を設けるとともに、このオイルリング用開口部に、下部が油槽内に浸漬されるオイルリングを配置する構成としてもよい。

１ 自己潤滑式軸受装置
２ 軸受箱
３ 回転主軸
４ スラストカラー
５ スラスト軸受
６ ジャーナル軸受
８ 潤滑油貯留溝
９ サーキュレータ
１０ 廻止め突起（突起）
１１ 凹部
１２ 潤滑油用突起
１３ 第一平面
１４ 第二平面
１５ 弧状面
１７ 第一孔
１８ 第二孔
１９ 循環用溝
１９ａ 突条
２０ 供給管
２２ ストッパ部
２３ レール部
２４ 止板部（面）
２５ 弾性部材
２６ 凹溝
２８ 潤滑油衝突溝
２９ 衝突面
３０ 底面

Claims (3)

1. 回転主軸と、
   前記回転主軸に一体に設けられ、前記回転主軸の径方向外側に張り出すスラストカラーと、
   前記回転主軸の外周面を支持するジャーナル軸受と、
   前記スラストカラーを外周側から囲むように配置され、外周面に突起が形成されたサーキュレータと、
   前記サーキュレータの突起が周方向から当接することで、前記サーキュレータの前記周方向の回転を規制するストッパ部とを備え、
   前記ストッパ部における前記突起が当接する面が、前記周方向に弾性移動可能とされていることを特徴とする自己潤滑式軸受装置。
2. 前記ストッパ部は、
   前記突起が当接する面を構成する板形状の止板部と、
   前記自己潤滑式軸受装置の外郭をなす軸受箱に形成され、前記止板部を収容する凹部と、
   前記凹部に設けられ、前記止板部の移動を案内するレール部と、
   前記止板部と前記凹部との間に配置された弾性部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の自己潤滑式軸受装置。
3. 前記サーキュレータの内周面に形成され、潤滑油を前記サーキュレータの周方向に循環させる循環用溝と、
   前記循環用溝の軸線方向両側に設けられた一対の突条と、
   前記突条の内周面の周方向に複数形成され、前記スラストカラーの回転方向に相対する面を有する潤滑油衝突溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自己潤滑式軸受装置。

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