JP7489235B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、軸受構造を備えた回転機械に関する。

従来の軸受構造を備えた回転機械の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の軸受構造では、玉軸受をハウジングに取り付ける場合、外輪が軸方向に位置決めされる。そして、外輪の軸方向の位置決め方法は、外輪の軸方向端面と接する押え板をハウジングにボルトで締結したときに外輪の軸方向に生じる隙間（アキシャル隙間）をシムで調整することで行われている。

特開２００２－３６９４４２号公報

玉軸受の外輪の軌道面形状を損なわないためには、一般に、前蓋（押え板）による外輪の押さえ代を０．０１～０．０２ｍｍ程度に調整する必要があるとされている。しかし、流通している玉軸受の軸方向の製作公差は、押さえ代に比べて１０倍以上大きい。このため、１つのシムだけでアキシャル隙間を調整する場合、価格の高い厚みのあるシムを複数種類用意する必要がある。この場合、作業者が各シムを判別しづらいため作業性が悪く、また、コストも下げることができなかった。
本発明の目的は、回転機械の軸受構造で生じるアキシャル隙間を効率よく埋めることが可能な回転機械を提案することにある。

本願は上記課題を解決する複数の手段を含む。その一例は以下の通りである。
軸と、前記軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記転がり軸受が該転がり軸受の軸方向に嵌め合わされた軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに対して締結されることにより、前記転がり軸受の外輪に向けて前記軸方向に押さえる押さえ部材と、前記押さえ部材と前記外輪との間に配置されたシムと、を備え、前記シムは、板材と、該板材よりも厚さが薄い箔材とを含み、前記押さえ部材は、前記軸受ハウジングに締結された状態で前記外輪に対向する位置に、前記軸方向に突出したリング状の突出部を備え、前記シムは、前記突出部と前記外輪との間に配置されていることを特徴とする回転機械。

本発明によれば、回転機械の軸受構造で生じるアキシャル隙間を効率よく埋めることができる。

本発明の一実施形態に係る回転機械の軸受構造の部分断面図である。 図１Ａの右方向から見た図である。 図１Ａの要部拡大断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る回転機械１００の軸受構造の部分断面図である。図１Ｂは、図１Ａの右方向から見た図である。以下、図１Ａ（横長）における「右」側を「前」側、「左」側を「後」側として説明する場合がある。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施形態の回転機械１００は、軸１、押さえ部材としての前蓋２、押さえ代調整部材としてのシム３、転がり軸受としての玉軸受４、軸受ハウジング５、および前蓋取付ボルト６を備えている。回転機械１００は、本実施形態では、ポンプの場合を一例として挙げている。

ポンプの軸１は、例えば、一端に羽根車が固定され、他端にカップリング等を介して回転駆動源が接続される。玉軸受４は、軸１を回転可能に支持する。軸受ハウジング５には、玉軸受４が該玉軸受４の軸方向（以下、単に「軸方向」ともいう）に嵌め合わされている。前蓋２は、軸受ハウジング５に対して前蓋取付ボルト６で締結されることにより、玉軸受４の外輪４ａに向けてシム３を介して軸方向に押さえる。シム３は、前蓋２と玉軸受４の外輪４ａとの間に配置されている。

前蓋２は、中央に軸１が挿入される軸孔（貫通孔）２１と、軸受ハウジング５の前端面５１に取付けられる後端面２２と、後端面２２から後側に突出する突出部２３とを備えている。本実施形態では、ポンプの軸１が挿入されるため、前蓋２に軸孔２１が設けられているが、他の適用製品によっては、軸孔２１は設けられていなくてもよい。

突出部２３は、リング状を呈しており、前蓋２が軸受ハウジング５に締結された状態で玉軸受４の外輪４ａに対向する位置に、軸方向に突出している。そして、シム３は、前蓋２の突出部２３と玉軸受４の外輪４ａとの間に配置されている。

図２は、図１Ａの要部拡大断面図であり、前蓋２およびシム３のみを示している。
図２に示すように、本実施形態の突出部２３は、第１の突出部２３ａと、外径が第１の突出部２３ａよりも大きい第２の突出部２３ｂとを備えている。第２の突出部２３ｂは、第１の突出部２３ａの前側（外輪４ａとは逆側）に位置している。第１の突出部２３ａは先端側（後側）に位置している。第１の突出部２３ａと第２の突出部２３ｂとの境界には、第１の突出部２３ａと第２の突出部２３ｂとの外径差で生じる段差２４がある。

シム３は、リング状の金属部材であり、板材３ａと、該板材３ａよりも厚さが薄い箔材３ｂとを備えている。厚い板材３ａの厚さ（軸方向寸法）は、１ｍｍ以上であり、例えば０．１ｍｍ間隔で複数種類用意されるのが好ましい。薄い箔材３ｂの厚さ（軸方向寸法）は、０．１ｍｍ以下であり、例えば０．０３～０．１ｍｍの間で複数種類用意されるのが好ましい。薄い箔材３ｂは、百分の一ミリのオーダーでシム３の厚さを調整するためのものである。ここで、シム３の厚さを調整することは、玉軸受４の外輪４ａを軸方向に押さえる押さえ代を調整することに繋がる。

板材３ａおよび箔材３ｂは、第１の突出部２３ａの外周側に配置されており、第１の突出部２３ａと第２の突出部２３ｂとの外径差で生じる段差２４の位置まで嵌められている。箔材３ｂは、板材３ａの前側（外輪４ａとは逆側）に配置されている。厚い板材３ａだけでシム３の厚さを調整できる場合は、薄い箔材３ｂは使用しなくてもよい。また、箔材３ｂの内周と前蓋２の第１の突出部２３ａの外周との隙間は、板材３ａの内周と前蓋２の第１の突出部２３ａの外周との隙間よりも大きく設定されている。つまり、板材３ａの内周は、箔材３ｂの内周よりも、前蓋２の第１の突出部２３ａの外周とぴったりした嵌め合い構造となるように設定されている。

図１Ａに示すように、玉軸受４は、外周側に位置する外輪４ａ、内周側に位置する内輪４ｂ、および外輪４ａと内輪４ｂとの間に配置される玉４ｃを有している。

軸受ハウジング５は、軸１が挿入される軸孔（貫通孔）５２と、玉軸受４の外輪４ａの後側（図１Ａ中左側）への移動を規制するために軸孔５２の後端（図１Ａ中左端）に配置された突起５３とを備えている。軸孔５２の径方向内側であって、突起５３の前側（図１Ａ中右側）に、押さえ代調整部材としてのシム３および玉軸受４が嵌め込まれる空間（孔）が形成されている。

図１Ｂに示すように、前蓋取付ボルト６は、軸１の中心軸に対して点対称となるように、周方向に複数本配置される。本実施形態の場合、前蓋取付ボルト６は、４対、８本で、軸受ハウジング５と前蓋２とを締結している。なお、前蓋取付ボルト６は、軸１の中心軸に対して、必ずしも点対称でなくてもよく、例えば周方向に等角度間隔に複数本配置されていてもよい。

次に、回転機械１００の軸受構造の製造方法について説明する。
事前に、図１Ａに示すように、玉軸受４のアキシャル（軸）方向の製作寸法Ｌを測定しておく。そして、外輪４ａの押さえ代が例えば０．０１～０．０２ｍｍとなるように、板材３ａと箔材３ｂを選択しておく。つまり、軸受ハウジング５における前端面５１と突起５３の前端面５３ａとの間の軸方向の距離をＡとする。また、前蓋２の後端面２２とシム３の後端面３ｃとの間の軸方向の距離をＢ（図２参照）とする。このとき、Ｌ－（Ａ－Ｂ）が０．０１～０．０２ｍｍとなるようにする。ここでは、板材３ａが１枚選択され、箔材３ｂは必要に応じて選択される。

まず、軸受ハウジング５に対して、前側（図中右側）方向から玉軸受４を嵌め込む。そして、軸１が軸受ハウジング５内に装着された玉軸受４に支持させられる。玉軸受４の内輪４ｂは、ナット７の締結によって軸１に固定される。

次に、図２に示すように、前蓋２の突出部２３に対して、選択しておいたシム３を装着する。シム３は、外輪４ａに対向する位置に軸方向に突出したリング状の突出部２３と、外輪４ａとの間に配置される。これにより、突出部２３は、軸受ハウジング５の軸孔５２に嵌め込むことで前蓋２を径方向の位置決めするインローとして利用できる。また、突出部２３の寸法精度を上げることで、前蓋２による外輪４ａの押さえ代の精度を向上させることができる。

具体的には、前蓋２の突出部２３に対して、選択しておいたシム３を箔材３ｂ、板材３ａの順に図２中左側から挿入する。これにより、板材３ａおよび箔材３ｂを、第１の突出部２３ａの外周側に配置し、第１の突出部２３ａと第２の突出部２３ｂとの外径差で生じる段差２４の位置まで嵌めこむ。

このように、シム３の取付けが軸受ハウジング５に対する取付けでなく、前蓋２に対する取付けとなるので、前蓋２の突出部２３を上に向けて平面に置いて作業できる。このため、取付けの難しい箔材３ｂを容易に取り付けることが可能となる。

また、箔材３ｂを取り付けた後に板材３ａを取り付けることで、薄く変形しやすい箔材３ｂが、厚く変形しにくい板材３ａと前蓋２との間で挟まれる配置となる。このため、回転機械１００の製造中、玉軸受４の交換中等において、箔材３ｂが変形しにくい。

また、板材３ａの内周と前蓋２の第１の突出部２３ａの外周とをぴったりしたと嵌め合い構造としたので、前蓋２を軸受ハウジング５に取付ける際もシム３の脱落の心配がなく、箔材３ｂが傷つきにくくなっている。

次に、シム３が取り付けられた前蓋２を、軸受ハウジング５に対して、前蓋取付ボルト６で締結することによって取り付ける。この際、シム３によって、玉軸受４の外輪４ａは後側（図１Ａの左側）へ押されることになる。

玉軸受４の外輪４ａは、軸方向において、一方は前蓋２で押さえられ、他方は軸受ハウジング５の径方向内側に突出した突起５３で押さえられる。これにより、玉軸受４の外輪４ａを、突起５３で規制しつつ前蓋２で確実に押さえることができ、軸方向に固定することができる。

このように本実施形態によれば、回転機械１００の軸受構造で生じるアキシャル隙間を効率よく埋めることができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記した実施形態では、回転機械１００は、ポンプを想定しているが、本発明は、モータ、圧縮機等の他の回転機械にも適用可能である。
また、前記した実施形態では、転がり軸受として玉軸受４が使用される例を挙げているが、例えばころ軸受が使用されてもよい。さらに、転がり軸受は、一つの支持箇所に２個使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば１個であってもよく、３個であってもよい。

１ 軸
２ 前蓋（押さえ部材）
３ シム
３ａ 板材
３ｂ 箔材
４ 玉軸受（軸受）
４ａ 外輪
５ 軸受ハウジング
５３ 突起
６ 前蓋取付ボルト
２３ 突出部
２３ａ 第１の突出部
２３ｂ 第２の突出部
２４ 段差
１００ 回転機械

Claims (4)

1. 軸と、
   前記軸を回転可能に支持する転がり軸受と、
   前記転がり軸受が該転がり軸受の軸方向に嵌め合わされた軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングに対して締結されることにより、前記転がり軸受の外輪に向けて前記軸方向に押さえる押さえ部材と、
   前記押さえ部材と前記外輪との間に配置されたシムと、を備え、
   前記シムは、板材と、該板材よりも厚さが薄い箔材とを含み、
   前記押さえ部材は、前記軸受ハウジングに締結された状態で前記外輪に対向する位置に、前記軸方向に突出したリング状の突出部を備え、
   前記シムは、前記突出部と前記外輪との間に配置されていることを特徴とする回転機械。
2. 請求項１に記載の回転機械において、
   前記突出部は、第１の突出部と、該第１の突出部の前記外輪とは逆側に位置しており外径が該第１の突出部よりも大きい第２の突出部と、を備え、
   前記シムは、前記第１の突出部の外周側に配置されており、前記第１の突出部と前記第２の突出部との外径差で生じる段差の位置まで嵌められていることを特徴とする回転機械。
3. 請求項２に記載の回転機械において、
   前記箔材は、前記板材の前記外輪とは逆側に配置されていることを特徴とする回転機械。
4. 軸と、
   前記軸を回転可能に支持する転がり軸受と、
   前記転がり軸受が該転がり軸受の軸方向に嵌め合わされた軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングに対して締結されることにより、前記転がり軸受の外輪に向けて前記軸方向に押さえる押さえ部材と、
   前記押さえ部材と前記外輪との間に配置されたシムと、を備え、
   前記シムは、板材と、該板材よりも厚さが薄い箔材とを含み、
   前記外輪は、前記軸方向において、
   一方は前記押さえ部材で押さえられ、
   他方は前記軸受ハウジングの径方向内側に突出した突起で押さえられていることを特徴とする回転機械。

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