JP7203628B2 - センサ設置構造およびこれを備えた軸受 - Google Patents

Description

本発明は、センサ設置構造およびこれを備えた軸受に関する。

例えば、舶用タービンのロータにはスラストカラーが設けられ、そのスラストカラーをスラストパッドによって軸方向に支持することで、ロータを回転自在にスラスト支持する軸受が知られている。このような軸受には、温度センサによって軸受のメタル温度が測定されていることがある。

例えば、特許文献１には、蒸気タービンに設けられているロータを回転自在に支持する軸受のメタル温度を測定する熱電対に接続されるケーブルを軸受に対して固定する冶具が記載されている。この冶具によれば、ケーブルにもたらされる振動を抑制することでケーブルの破断を抑制できるとされている。

特開２０１６－８０４００号公報

温度を検知するセンサとしては、ケーブルが延出した筒状のケース内に硬化性樹脂を充填することで、ケーブルとケーブルの先端に接続された感温部とケースとを一体化させているものがある。このように構成されたセンサにおいて、ケーブルとケースの境界部分近傍のケーブルに無理な曲げが生じると、ケースに充填された硬化性樹脂のうち境界部分付近の硬化性樹脂が損傷する可能性がある。センサが油雰囲気にある場合、損傷が生じると損傷個所から油がケース内に侵入する可能性がある。ケース内にあるケーブルの先端側は被覆が剥がされているため、被覆の内側を油が通り、ケーブルの他端にあるジャンクションボックスへ流入する可能性がある。また、ケーブルの先端に接続された感温部に油が到達した場合、被覆の内側にある導線内を通ってケーブルの他端にあるジャンクションボックスへ油が流入する可能性がある。ジャンクションボックスへ油が流入してしまうと、油によってジャンクションボックスの内部に設置されたセンサの被覆を劣化させる可能性がある。また、ジャンクションボックスの内部に流入した油がジャンクションボックスの外部へ漏洩することで周囲の機器等を汚損する可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ケーブルの無理な曲げに起因する温度センサの損傷、および温度センサの損傷に起因する油漏れを抑制するセンサ設置構造およびそれを備えた軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のセンサ設置構造およびそれを備えた軸受は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係るセンサ設置構造は、ケーブルと、該ケーブルの一端に接続された感温部と、前記ケーブルの前記一端側および前記感温部を内部に収容するとともに端面から前記ケーブルが中心軸線方向に延出する筒状の感温部ケースと、を有する温度センサと、前記ケーブルが挿通されるとともに端部及び他端部を有する貫通孔が形成されたスペーサとを備え、前記感温部ケースの中心軸線の延長線上に前記貫通孔の中心軸線が位置するとともに前記温度センサ側に位置する前記貫通孔の前記端部と前記感温部ケースの前記端面とが近接するように前記スペーサが設置された状態で前記ケーブルが前記貫通孔に挿通され、前記貫通孔は、前記他端部から前記端部に向かう方向に内径が漸次減少した曲面を有している。
また、本発明の一態様に係るセンサ設置構造は、ケーブルと、該ケーブルの一端に接続された感温部と、前記ケーブルの前記一端側および前記感温部を内部に収容するとともに端面から前記ケーブルが中心軸線方向に延出する筒状の感温部ケースと、を有する温度センサと、前記ケーブルが挿通される貫通孔が形成されるとともに部材に嵌め込まれる嵌め込み部、及び該嵌め込み部から前記貫通孔の半径方向に延出するとともに前記部材と接触する舌部を有するスペーサと、を備え、前記感温部ケースの中心軸線の延長線上に前記貫通孔の中心軸線が位置するとともに前記温度センサ側に位置する前記貫通孔の端部と前記感温部ケースの前記端面とが近接するように前記スペーサが設置された状態で前記ケーブルが前記貫通孔に挿通されている。

本態様に係るセンサ設置構造は、ケーブルの一端側およびその一端に接続された感温部を内部に収容するとともに端面からケーブルが中心軸線方向に延出する筒状の感温部ケースとを有する温度センサと、ケーブルが挿通される貫通孔が形成されたスペーサとを備えており、感温部ケースの中心軸線の延長線上に貫通孔の中心軸線が位置するとともに温度センサ側に位置する貫通孔の端部と感温部ケースの端面とが近接するようにスペーサが設置され、その状態で感温部ケースの端面から延出したケーブルが貫通孔に挿通されている。これによれば、感温部ケースの端面から延出したケーブルは、延出直後の位置にてスペーサの貫通孔に挿通されるため、感温部ケースの端面とケーブルとの境界部分近傍において、ケーブルはスペーサに形成された貫通孔によって支持された状態となる。このため、感温部ケースの端面に対するケーブルの付け根部分に無理な曲げが生じることを抑制できる。これによって、ケーブルの無理な曲げに起因する温度センサの損傷、および温度センサの損傷に起因する油漏れを抑制することができる。

また、本発明の一態様に係るセンサ設置構造において、前記貫通孔の前記端部と前記感温部ケースの前記端面との間には隙間が設けられている。

本態様に係るセンサ設置構造において、貫通孔の端部と感温部ケースの端面との間には隙間が設けられている。例えば、感温部ケース内に硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂など）を充填することで感温部およびケーブルを感温部ケースに対して一体化させている場合、ケーブルが延出する側の感温部ケースの端面から硬化性樹脂がはみ出す可能性がある。貫通孔の端部と感温部ケースの端面との間にの隙間を設けておけば、そのはみ出た硬化性樹脂とスペーサとの接触を避けることができる。

また、本発明の一態様に係る軸受は、前述のセンサ設置構造と、軸線周りに回転するロータを前記軸線方向に支持するスラストパッドとを備え、前記温度センサは、前記スラストパッドに対して設けられている。

本発明に係るセンサ設置構造およびそれを備えた軸受によれば、ケーブルの無理な曲げに起因する温度センサの損傷、および温度センサの損傷に起因する油漏れを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るセンサ設置構造および軸受の縦断面図である。 図１に示す切断線Ｉ－Ｉにおける縦断面図である。 図１に示すＡ部の部分拡大図である。 温度センサの断面図である。 温度センサが有するケーブルの断面図である。 スペーサの正面図である。 図６Ａに示す切断線ＩＩ－ＩＩにおける縦断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るセンサ設置構造１００について図を用いて説明する。

図１に示すように、センサ設置構造１００は、例えば舶用タービンのロータ３２をスラスト方向に支持する軸受１０に採用されて好適である。

まず、センサ設置構造１００が採用される軸受１０の構造について説明する。
軸受１０は、同図において左右方向を軸線方向とした回転軸線Ｃ３を有するロータ３２を軸線方向（スラスト方向）に支持するものである。軸受１０は、図１および図２に示すように、ロータ３２が収容された軸受箱１１０の内側に設けられる。軸受１０は、軸受キープ１１と、キャリアリング１２と、アジャストプレート１４と、スラストパッド１６とを備える。

軸受キープ１１は、軸受箱１１０に対して固定されている。軸受キープ１１には、回転軸線Ｃ３に沿ってロータ３２が貫通する貫通穴が形成されている。さらに、貫通穴の内径は回転軸線Ｃ３方向の中間部分において拡径されており、キャリアリング１２、アジャストプレート１４、スラストパッド１６、およびロータ３２に設けられたスラストカラー３４が収容される空間を形成している。

キャリアリング１２は、軸受キープ１１に形成された前述の空間に設置され、回転軸線Ｃ３方向から側面視したときに回転軸線Ｃ３を中心とした円環状の部材とされる。キャリアリング１２は対を成し、２つのキャリアリング１２の内側面同士が回転軸線Ｃ３方向において所定の間隔を設けて対向するように設置されている。キャリアリング１２は、その外側面がアジャストプレート１４を介して軸受キープ１１の内側壁に接続されている。このとき、軸受キープ１１、キャリアリング１２、アジャストプレート１４によって形成される空間Ｓは、潤滑油によって満たされている。

スラストパッド１６は、各キャリアリング１２の内側面に対して回転軸線Ｃ３周りに等間隔で複数個ずつ取り付けられている。

一のキャリアリング１２に取り付けられた複数のスラストパッド１６と、他のキャリアリング１２に取り付けられた複数のスラストパッド１６との間には、ロータ３２に設けられたスラストカラー３４が配置される。

スラストカラー３４は、ロータ３２の一部区間が回転軸線Ｃ３周りに拡径した鍔状部である。このスラストカラー３４の回転軸線Ｃ３方向における両側面が、スラストパッド１６の各内側面とそれぞれ対向する。スラストカラー３４の側面とスラストパッド１６の内側面との間には微小な隙間が設けられており、この隙間に潤滑油膜が形成される。この油膜によってスラストカラー３４がスラストパッド１６に対して非接触で支持される。これにより、軸受１０はロータ３２をスラスト方向に支持する。

次に、センサ設置構造１００について詳細に説明する。
センサ設置構造１００は、前述のスラストパッド１６のメタル温度を測定するための温度センサ４０を軸受１０に取り付ける構造であり、図３に示すように、温度センサ４０とスペーサ７０とを備える。

図４に示すように、温度センサ４０は、感温部６０が収容された感温部ケース６１と、感温部６０に一端が接続され感温部ケース６１の端面６３から他端側が延出するケーブル５１とを備えている。

感温部ケース６１は、一端（端面６３）が開口とされ他端が閉塞されるとともに、中心軸線Ｃ１を軸線方向とする筒状部材とされている。
感温部ケース６１は、端面６３側の一部区間が拡径しているとともに、その拡径された区間の外周面に雄ねじ加工（図示せず）が施されている。

感温部６０は、温度を検出可能なセンサであり、感温部ケース６１内の他端側に設置されている。

ケーブル５１は、図５に示すように、感温部６０からの電気信号を伝達可能な複数本の導線５３を被覆５２によって覆い、導線５３と被覆５２との隙間にケーブル用充填材５４（例えば、ガラス繊維）を充填した構造とされフレキシブルに変形する。

図４に示すように、ケーブル５１は、その一端が感温部６０に接続されている。なお、感温部６０が接続されたケーブル５１の一端側は被覆５２が剥がされ内部の導線５３が剥き出された状態とされており、その導線５３が感温部６０に接続されている。

感温部６０およびケーブル５１の一端側は、感温部ケース６１に収容されている。このとき、ケーブル５１は、感温部ケース６１の端面６３から中心軸線Ｃ１方向に延出している。

感温部６０およびケーブル５１の一端側が収容された感温部ケース６１内にはケース用充填材６２（例えば、エポキシ樹脂などの硬化性樹脂）が充填されている。これによって、感温部６０およびケーブル５１の一端側は感温部ケース６１に対して一体化される。なお、ケーブル５１はフレキシブルに変形するので、端面６３から中心軸線Ｃ１方向に延出した後（すなわち、図４で示す境界部５５よりも他端側）のケーブル５１は、必ずしも中心軸線Ｃ１方向に延在するとは限らない。

図３に示すように、キャリアリング１２には温度センサ４０が挿通可能な内径とされた嵌め込み穴１２Ａが形成されている。さらに、スラストパッド１６には、温度センサ４０の感温部ケース６１の雄ねじ部分に対応した雌ねじ（図示せず）が内周面に施されたセンサ設置穴１６Ａが形成されている。このとき。センサ設置穴１６Ａと嵌め込み穴１２Ａとの中心軸線は一致している。

温度センサ４０は、キャリアリング１２に形成された嵌め込み穴１２Ａに挿通された後、スラストパッド１６に形成されたセンサ設置穴１６Ａに螺合される。そして、ロックナット８０を感温部ケース６１の雄ねじ部分に螺合させて、ロックナット８０をスラストパッド１６側に押圧することで、温度センサ４０がスラストパッド１６に固定される。このとき、中心軸線Ｃ１は、センサ設置穴１６Ａおよび嵌め込み穴１２Ａの中心軸線と一致している。
なお、感温部ケース６１の先端（閉塞された側の先端）には、緩衝材６４が設けられている。

スペーサ７０は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、円柱形状の嵌め込み部７３と、嵌め込み部７３と一体に形成された舌部７２とを備える。スペーサ７０の材料としては、例えばＳＳ４００などがある。

嵌め込み部７３は、その外径がキャリアリング１２に形成された嵌め込み穴１２Ａ（図３参照）の内径と略同径とされる。また、嵌め込み部７３には、その外径の中心軸線に一致する中心軸線Ｃ２を有する貫通孔７１が形成されている。すなわち、貫通孔７１の中心軸線Ｃ２は、円柱形状とされた嵌め込み部７３の中心軸線と一致している。

貫通孔７１は、中心軸線Ｃ２方向に沿って内径が滑らかに変化する部分と内径が一定とされた部分とを有する。図６Ｂの場合、貫通孔７１は、中心軸線Ｃ２方向に沿って左側面から右側面に向かって内径が漸次減少して、およそ中間部分から内径が一定とされる。また、内径が一定とされた側の貫通孔７１の端部（同図において右端であって符号７１Ａで示された部分）は、嵌め込み部７３の側面（同図において右側面）にその位置が一致している。

舌部７２は、嵌め込み部７３の一端側から中心軸線Ｃ２の半径方向に延出するように形成されている。図６Ｂの場合、貫通孔７１の内径が大径とされた側の嵌め込み部７３の側面（同図において左側面）に舌部７２が形成されている。

スペーサ７０は、図３に示すように、嵌め込み部７３がキャリアリング１２に形成された嵌め込み穴１２Ａに嵌め込まれ、貫通孔７１の中心軸線Ｃ２が感温部ケース６１の中心軸線Ｃ１の延長線上に位置するように設置される。このとき、同図で示す左側から右側に向かうスペーサ７０の移動は、舌部７２とキャリアリング１２との接触によって規制される。さらに、スペーサ７０は、アジャストプレート１４によってキャリアリング１２側に拘束される。これによって、同図で示す右側から左側に向かう移動が規制される。つまり、スペーサ７０は、アジャストプレート１４、舌部７２、キャリアリング１２によって、中心軸線Ｃ１（中心軸線Ｃ２）方向の移動が規制される。

嵌め込み穴１２Ａにスペーサ７０が嵌め込まれ固定された状態において、感温部ケース６１の端面６３と貫通孔７１の端部７１Ａとが対向する。このとき、端面６３と端部７１Ａとが近接するように各部品の寸法（例えば、嵌め込み部７３の中心軸線Ｃ２方向に沿った厚さや感温部ケース６１の中心軸線Ｃ１方向に沿った長手寸法）が設計される。ここで言う「近接」とは、５ｍｍ以下の隙間（好ましくは２ｍｍ程度の隙間）が設けられた状態を言う。
この隙間は次の理由によって設けられる。すなわち、感温部ケース６１内には硬化性樹脂が充填されるが、必ずしも端面６３と面一になるとは限らず、端面６３から硬化性樹脂がはみ出す可能性がある。そのはみ出した硬化性樹脂とスペーサ７０との接触を避けるために前述の隙間が設けられる。仮に、はみ出した硬化性樹脂とスペーサ７０とが接触した場合、スペーサ７０によって硬化性樹脂に無理な力が作用して、硬化性樹脂が割れる可能性かある。
なお、端面６３から硬化性樹脂がはみ出さないのであれば隙間を設けなくてもよい。

前述のように設置されたスペーサ７０の貫通孔７１に、温度センサ４０が有する感温部ケース６１の端面６３から延出したケーブル５１が挿通される。このとき、感温部ケース６１の端面６３と貫通孔７１の端部７１Ａとは近接しているので、延出直後のケーブル５１は境界部５５の近傍において貫通孔７１に支持された状態となる。その後、ケーブル５１は貫通孔７１の滑らかな曲面に沿って変形してスペーサ７０の外部に延出し、空間Ｓ、軸受キープ１１、軸受箱１１０を通過した後に図示しないジャンクションボックスへ導かれる（図２参照）。

本実施形態においては、以下の効果を奏する。
感温部ケース６１の端面６３から延出したケーブル５１は、延出直後の位置にてスペーサ７０の貫通孔７１に挿通されるため、感温部ケース６１の端面６３とケーブル５１との境界部５５近傍において、ケーブル５１はスペーサ７０に形成された貫通孔７１によって支持された状態となる。このため、端面６３から延出した直後のケーブル５１（境界部５５近傍のケーブル５１）に無理な曲げが生じることを抑制できる。

仮に、境界部５５近傍のケーブル５１に無理な曲げが生じてしまった場合、感温部ケース６１に充填された硬化性樹脂のうち、境界部５５近傍（図４参照）のケース用充填材６２が損傷する可能性がある。温度センサ４０が設置されている位置は潤滑油で満たされた空間Ｓに隣接しているので、ケース用充填材に損傷が生じると損傷個所から潤滑油が感温部ケース６１内に侵入する可能性がある。感温部ケース６１内にあるケーブル５１の先端側は被覆５２が剥がされているため、被覆５２の内側（ケーブル用充填材５４）を介してケーブル５１の他端にあるジャンクションボックスへ潤滑油が流入する可能性がある。また、ケーブル５１の先端に接続された感温部６０に潤滑油が到達した場合、被覆５２の内側にある導線５３を介してケーブル５１の他端にあるジャンクションボックスへ潤滑油が流入する可能性がある。

本実施形態においては、前述のように、境界部５５近傍のケーブル５１に無理な曲げが生じることを抑制できるので、ケーブル５１の無理な曲げに起因する温度センサ４０の損傷、および温度センサ４０の損傷に起因する油漏れを抑制することができる。

なお、本実施形態のセンサ設置構造１００は、舶用タービンのロータに使用されるスラスト軸受に限らず、同様の構成を有する他のスラスト軸受にも採用できることは言うまでもない。

１０ 軸受
１１ 軸受キープ
１２ キャリアリング
１２Ａ 嵌め込み穴
１４ アジャストプレート
１６ スラストパッド
１６Ａ センサ設置穴
３２ ロータ
３４ スラストカラー
４０ 温度センサ
５１ ケーブル
５２ 被覆
５３ 導線
５４ ケーブル用充填材
５５ 境界部
６０ 感温部
６１ 感温部ケース
６２ ケース用充填材
６３ 端面
７０ スペーサ
７１ 貫通孔
７１Ａ 端部
７２ 舌部
７３ 嵌め込み部
１００ センサ設置構造
１１０ 軸受箱
Ｃ１ 中心軸線
Ｃ２ 中心軸線
Ｃ３ 回転軸線
Ｓ 空間

Claims (4)

1. ケーブルと、該ケーブルの一端に接続された感温部と、前記ケーブルの前記一端側および前記感温部を内部に収容するとともに端面から前記ケーブルが中心軸線方向に延出する筒状の感温部ケースと、を有する温度センサと、
   前記ケーブルが挿通されるとともに端部及び他端部を有する貫通孔が形成されたスペーサと、
   を備え、
   前記感温部ケースの中心軸線の延長線上に前記貫通孔の中心軸線が位置するとともに前記温度センサ側に位置する前記貫通孔の前記端部と前記感温部ケースの前記端面とが近接するように前記スペーサが設置された状態で前記ケーブルが前記貫通孔に挿通され、
   前記貫通孔は、前記他端部から前記端部に向かう方向に内径が漸次減少した曲面を有し
   ているセンサ設置構造。
2. ケーブルと、該ケーブルの一端に接続された感温部と、前記ケーブルの前記一端側および前記感温部を内部に収容するとともに端面から前記ケーブルが中心軸線方向に延出する筒状の感温部ケースと、を有する温度センサと、
   前記ケーブルが挿通される貫通孔が形成されるとともに部材に嵌め込まれる嵌め込み部、及び該嵌め込み部から前記貫通孔の半径方向に延出するとともに前記部材と接触する舌部を有するスペーサと、
   を備え、
   前記感温部ケースの中心軸線の延長線上に前記貫通孔の中心軸線が位置するとともに前記温度センサ側に位置する前記貫通孔の端部と前記感温部ケースの前記端面とが近接するように前記スペーサが設置された状態で前記ケーブルが前記貫通孔に挿通されているセンサ設置構造。
3. 前記貫通孔の前記端部と前記感温部ケースの前記端面との間には隙間が設けられている請求項１又は２に記載のセンサ設置構造。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のセンサ設置構造と、
   軸線周りに回転するロータを前記軸線方向に支持するスラストパッドと、
   を備え、
   前記温度センサは、前記スラストパッドに対して設けられている軸受。

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