JPH11218126A - カートリッジ軸受機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受に対し同芯にしかも片当たりしない状態
で大径の主軸端部を支持し、軸受寿命及び軸受性能を向
上させる。 【解決手段】 主軸１２が嵌合されるスリーブ筒１６と
スリーブ筒１６内に支持され軸方向に３分割されたスリ
ーブ17a,17b,17c とでスリーブアセンブリ１３を構成す
ると共に、軸方向に３分割された軸受21a,21b,21c を取
付筒２２内に備えて軸受アッセンブリ１５を構成し、ハ
ウジング２０と取付筒２２の外周との間に介在してハウ
ジング２０と軸受アッセンブリ１５との同芯を維持する
弾性体２４を備え、３分割されたスリーブ17a,17b,17c
及び３分割された軸受21a,21b,21cを耐摩耗性に優れた
材料で製作すると共に、スリーブ17a,17b,17c と軸受21
a,21b,21c とを同芯状態で組み付け、弾性体２４により
ハウジング２０と軸受アッセンブリ１５との偏心を吸収
し、軸受に対し同芯にしかも片当たりしない状態で大径
の主軸端部を支持し、軸受寿命及び軸受性能を向上させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水車やポンプ等の
水力機械の主軸端部を支持する軸受の機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】異物を含む河川水汲み上げ大容量ポンプ
は、ポンプブレードが嵌装されてモータ等によって駆動
される大径（例えばΦ300)の主軸を備えている。主軸の
端部はポンプケーシング側に軸受を介して荷重が支承さ
れた状態で回転自在に支持されている。図１１に基づい
て従来の軸受機構を説明する。図１１には従来の軸受機
構の要部断面を示してある。

【０００３】図に示すように、大容量ポンプのポンプケ
ーシング１にはボルト２を介してハウジング３が固定さ
れ、ハウジング３には軸受４が取り付けられている。一
方、図示しないポンプブレードが嵌装されてモータ等に
よって駆動される主軸５の端部には、ナット６を介して
スリーブ７が取り付けられている。主軸５はスリーブ７
を介して軸受４に回転自在に嵌合し、スリーブ７の外周
面と軸受４の内周面との間に軸受面８が形成されてい
る。軸受面８により、主軸５にかかる荷重ΔＷが支承さ
れる。

【０００４】主軸５の径Ｄは例えばΦ300 の大径となっ
ており、また、河川水汲み上げ大容量ポンプは、河川水
を潤滑水とするスラリーＲを含むため、スリーブ７はナ
ット６により固定され、スリーブ７は耐スラリー性に優
れた高硬度の表面処理材（またはセラミックスコーティ
ング材）で作製されている。また、スリーブ７が嵌挿さ
れる軸受４も耐スラリー性に優れた高硬度の表面処理材
（またはセラミックスコーティング材）で作製されてい
る。

【０００５】上述した大容量ポンプの大径の主軸５を支
持する軸受構造では、吊り上げ式の主軸５に対し、ハウ
ジング３と軸受４が一体になったアッセンブリをスリー
ブ７に嵌入し、アッセンブリをポンプケーシング１に固
定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の軸受機構で主軸
５とハウジング３と軸受４が一体になったアッセンブリ
を組み付けるに場合、吊り上げ式の主軸５に対してアッ
センブリをスリーブ７に嵌入し、その後アッセンブリを
ポンプケーシング１に固定している。主軸５は大径のた
め、ハウジング３と軸受４が一体になったアッセンブリ
は大型で大重量となる。

【０００７】このため、図１２に示すように、アッセン
ブリが傾き軸受４とスリーブ７が片当たりして軸受４及
びスリーブ７に傷が付いてしまう虞があった。また、軸
受４とスリーブ７とを同芯状態に組み付けることが困難
で、図１３に示すように、軸受面８の軸受隙間ｈが円周
方向で異なってしまい、軸受性能を十分に発揮すること
が困難であった。

【０００８】一方、軸受４及びスリーブ７は、耐スラリ
ー性に優れた高硬度の表面処理材またはセラミックスコ
ーティング材で作製されるが、図１４に示すように、高
硬度の表面処理材Ａ及びセラミックスコーティング材Ｂ
は要求寿命時間ｔに至る前に許容摩耗量Ｓに到達してし
まう。従って、従来の軸受機構では要求寿命を十分に満
足することが困難であった。

【０００９】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、軸受に対し同芯にしかも片当たりしない状態で大径
の主軸端部を支持することができるカートリッジ軸受機
構を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の構成は、主軸が嵌合されるスリーブ筒と、前記
スリーブ筒内に支持され軸方向に複数分割されたスリー
ブと、前記スリーブの間に介在する合わせ面弾性体とに
よりスリーブアセンブリを構成すると共に、軸方向に複
数分割された軸受を取付筒内に備えて軸受アッセンブリ
を構成し、前記スリーブアセンブリの前記各スリーブ同
士の相対的な回転を阻止するスリーブ回り止め機構と、
前記軸受アッセンブリの前記各軸受同士の相対的な回転
を阻止する軸受回り止め機構と、前記軸受の内周に前記
スリーブの外周を対向させて前記スリーブアセンブリと
前記軸受アッセンブリとが位置決め状態で支持されるハ
ウジングと、前記ハウジングと前記軸受アッセンブリの
前記取付筒の外周との間に介在して前記ハウジングと前
記軸受アッセンブリとの同芯を維持する弾性体とを備え
たことを特徴とする。

【００１１】そして、前記スリーブ回り止め機構は、前
記各スリーブを互いに傾斜面で接触させてなり、前記軸
受回り止め機構は、前記各軸受を互いに傾斜面で接触さ
せてなることを特徴とする。また、前記軸受回り止め機
構は、軸方向に隣接する前記各軸受間に回り止めキーを
介在させてなることを特徴とする。更に、前記軸受アッ
センブリの軸方向に隣接する軸受が互いに異質材料とな
っていることを特徴とする。更に、前記前記スリーブア
センブリの軸方向に隣接するスリーブが互いに異質材料
となっていることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係るカートリッジ軸受機構の断面、図２にはカートリッ
ジ軸受機構を組み付けた状態の断面、図３にはスリーブ
の形状を表す外観、図４には軸受の形状を表す断面を示
してある。

【００１３】図１、図２に示すように、カートリッジ軸
受機構１１は、ポンプブレードが嵌装されてモータ等に
よって駆動される主軸１２側に組付けられるスリーブア
センブリ１３と、ハウジング２０を介してポンプ本体側
のケーシング１４に固定される軸受アセンブリ１５とで
構成されている。

【００１４】スリーブアセンブリ１３は、主軸１２が嵌
合され底部16a を有するスリーブ筒１６を備え、スリー
ブ筒１６の外周には軸方向に３分割されたスリーブ17a,
17b,17c が支持されている。スリーブ17a,17b,17c は下
端がナット１８によりスリーブ筒１６に固定されてい
る。スリーブ17a,17b,17c は、図３に示すように、互い
に傾斜面K1で接触されてスリーブ回り止め機構とされて
いる。また、ナット１８の取付面（上面）も傾斜面K2で
スリーブ17c に接触している。スリーブ17a,17bの間及
びスリーブ17b,17c の間、ナット１８の取付面とスリー
ブ17c の間には、それぞれゴム製の合わせ面弾性体１９
が介在して設けられている。

【００１５】一方、軸受アッセンブリ１５は、軸方向に
３分割した軸受21a,21b,21c を取付筒２２内に備えて構
成されている。軸受21a,21b,21c は取付筒２２の内周に
嵌合され、上端が取付板２３によって取付筒２２内に固
定されている。軸受21a,21b,21c は、図４に示すよう
に、互いに傾斜面K3で接触されて軸受回り止め機構とさ
れている。軸受アッセンブリ１５はハウジング２０の内
周側に配され、ハウジング２０の内周と取付筒２２の外
周とにわたり角リングゴムで作製された複数（図示例で
は４個）の弾性体２４が設けられている。ハウジング２
０の内周と取付筒２２の外周との間に弾性体２４を介在
させることにより、ハウジング２０と軸受アッセンブリ
１５との同芯状態が維持される。

【００１６】スリーブアセンブリ１３と、ハウジング２
０の内部に配された軸受アッセンブリ１５とは、取付治
具２５を介して組付けられる。即ち、スリーブアセンブ
リ１３のスリーブ筒１６とハウジング２０とにわたり取
付治具２５が固定され、ハウジング２０に対してスリー
ブ筒１６が所定位置に位置決めされる。ハウジング２０
に対してスリーブ筒１６が所定位置に位置決めされるこ
とにより、スリーブ17a,17b,17c の外周と軸受21a,21b,
21c の内周との間で形成される軸受面２６の軸受隙間ｈ
が、円周方向に同一寸法（同芯状態）に保持される。つ
まり、軸受21a,21b,21c の内周にスリーブ17a,17b,17c
の外周を対向させてスリーブアセンブリ１３と軸受アッ
センブリ１５とが位置決めされた状態でハウジング２０
に支持され、図１に示したカートリッジ軸受機構１１と
される。

【００１７】上記構成のカートリッジ軸受機構１１で
は、ハウジング２０内に弾性体２４を介在させて軸受ア
ッセンブリ１５の取付筒２２を配し、軸受21a,21b,21c
の内周にスリーブ17a,17b,17c の外周を対向させて両者
を位置決めした状態でスリーブアセンブリ１３と軸受ア
ッセンブリ１５とを組み付け、取付治具２５によってス
リーブアセンブリ１３とハウジング２０とを所定状態で
支持する。これにより、スリーブ17a,17b,17c と軸受21
a,21b,21c とに傾きが生じることがなく、同芯状態に保
持されて軸受面２６の軸受隙間ｈが円周方向で同一寸法
となる。

【００１８】この状態で、スリーブ筒１６の内周に主軸
１２を嵌入し、ボルト３１によってスリーブ筒１６と主
軸１２を固定する。そして、ハウジング２０をボルト３
２によってポンプ本体側のケーシング１４に固定するこ
とで、主軸１２がカートリッジ軸受機構１１によってポ
ンプ本体側のケーシング１４に支承される。その後、取
付治具２５を取り外す。これにより、円周方向で同一寸
法の軸受隙間ｈが保たれた状態の軸受面２６としたカー
トリッジ軸受機構１１が組付けられる。

【００１９】上述したカートリッジ軸受機構１１は、ス
リーブアセンブリ１３とハウジング２０に支持された軸
受アッセンブリ１５とを、軸受21a,21b,21c とスリーブ
17a,17b,17c を同芯状態に保持できる取付治具２５で固
定し、ハウジング２０をポンプ本体側のケーシング１４
に固定した後に取付治具２５を外すようになっているの
で、軸受面２６の軸受隙間ｈが円周方向で同一寸法に保
持される。このため、同芯で傾きのない状態で大径の軸
受21a,21b,21c を主軸１２に取り付けることができる。

【００２０】また、スリーブ17a,17b,17c 及び軸受21a,
21b,21c をそれぞれ軸方向に３分割したことにより、耐
摩耗性に優れたセラミックスやＷＣ等でスリーブ及び軸
受を製作することができる。このため、図５に示すよう
に、高硬度の表面処理材Ａ及びセラミックスコーティン
グ材Ｂを用いた場合に比べ、要求寿命時間ｔを越えても
許容摩耗量Ｓに到達することがなく、強度を格段に向上
させることができる。

【００２１】また、スリーブ17a,17b,17c 同士及び軸受
21a,21b,21c 同士を互いに傾斜面K1,K3 で接触させたの
で、供回りが防止されて回り止め機能を持たせることが
できる。更に、スリーブ17a,17b の間及びスリーブ17b,
17c の間にそれぞれゴム製の合わせ面弾性体１９を介在
させたので、ナット１８によるスリーブ17a,17b,17cの
締め付け力を強固にすることができる。尚、ゴム製の合
わせ面弾性体１９に代えて液体パッキンを介在させるこ
とも可能である。

【００２２】また、取付筒２２とハウジング２０との間
に複数の弾性体２４を設けたことにより、図６に示すよ
うに、取付け時に偏心量αが生じても吸収され、軸受隙
間ｈが円周方向で同一寸法に保持される。また、弾性体
２４によって衝撃力ΔＷが緩和される。

【００２３】図７乃至図１０に基づいて応用例を説明す
る。図７、図８には軸受アセンブリの応用例を表す断
面、図９、図１０にはハウジング２０と軸受アッセンブ
リ１５との同芯を維持する弾性体の応用例を表す断面を
示してある。尚、図１乃至図４に示した部材と同一部材
には同一符号を付してある。

【００２４】図７に示した軸受アセンブリは、上下の軸
受41a,41c が同じ軟質材とし、中央の軸受41b を異なる
材質として３分割された軸受41a,41b,41c を構成したも
のである。これにより、スリーブ17a,17b,17c の片当た
りが軟質材で追従され、焼き付きが生じることがない。
また、図示はしていないが、スリーブアセンブリの３分
割されたスリーブを軸受41a,41b,41c と同様に異質材料
で構成することで、片当たりが追従される。

【００２５】図８に示した軸受アセンブリは、３分割さ
れた軸受51a,51b,51c を平行面Ｈで接触させ、軸受51a,
51b の間及び軸受51b,51c の間に回り止めキー５２を設
けて軸受回り止め機構としたものである。このようにす
ることで、３分割された軸受51a,51b,51c の作製が容易
となる。

【００２６】図９に示したカートリッジ軸受機構は、ハ
ウジング２０と軸受アッセンブリ１５との同芯を維持す
る弾性体として、コイルばね５３を設け、調整ねじ５４
によりコイルばね５３のばね力を調整可能にしたもので
ある。また、図１０に示したカートリッジ軸受機構は、
弾性体として中空リング５５をハウジング２０と軸受ア
ッセンブリ１５との間に介在させたものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明のカートリッジ軸受機構は、主軸
が嵌合されるスリーブ筒と、前記スリーブ筒内に支持さ
れ軸方向に複数分割されたスリーブと、前記スリーブの
間に介在する合わせ面弾性体とによりスリーブアセンブ
リを構成すると共に、軸方向に複数分割された軸受を取
付筒内に備えて軸受アッセンブリを構成し、前記スリー
ブアセンブリの前記各スリーブ同士の相対的な回転を阻
止するスリーブ回り止め機構と、前記軸受アッセンブリ
の前記各軸受同士の相対的な回転を阻止する軸受回り止
め機構と、前記軸受の内周に前記スリーブの外周を対向
させて前記スリーブアセンブリと前記軸受アッセンブリ
とが位置決め状態で支持されるハウジングと、前記ハウ
ジングと前記軸受アッセンブリの前記取付筒の外周との
間に介在して前記ハウジングと前記軸受アッセンブリと
の同芯を維持する弾性体とを備えたので、複数分割され
たスリーブ及び複数分割された軸受を耐摩耗性に優れた
材料で製作することができると共に、スリーブと軸受と
を同芯状態で組み付けることができる。また、弾性体に
よりハウジングと軸受アッセンブリとの偏心が吸収され
ると共に衝撃力が緩和される。

【００２８】この結果、軸受に対し同芯にしかも片当た
りしない状態で大径の主軸端部を支持することができ、
軸受寿命及び軸受性能を向上させることができる。

【００２９】また、本発明のカートリッジ軸受機構は、
前記スリーブ回り止め機構は、前記各スリーブを互いに
傾斜面で接触させてなり、前記軸受回り止め機構は、前
記各軸受を互いに傾斜面で接触させてなるので、特別な
部材を設けることなく供回りを防止することができる。
前記軸受回り止め機構は、軸方向に隣接する前記各軸受
間に回り止めキーを介在させたので、容易に軸受を作製
することができる。

【００３０】また、本発明のカートリッジ軸受機構は、
前記軸受アッセンブリの軸方向に隣接する軸受が互いに
異質材料となっていると共に、前記前記スリーブアセン
ブリの軸方向に隣接するスリーブが互いに異質材料とな
っているので、スリーブと軸受に片当たりが生じてもな
じみやすく焼き付きが防止される。また、複数分割され
た軸受もしくはスリーブが互いに異質材料となっている
ので、定常運転時の軸受作用と異常運転時の軸受作用を
分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係るカートリッジ軸受
機構の断面図。

【図２】カートリッジ軸受機構を組み付けた状態の断面
図。

【図３】スリーブの形状を表す外観図。

【図４】軸受の形状を表す断面図。

【図５】摩耗量と時間との関係を表すグラフ。

【図６】偏心状態が生じた場合の断面図。

【図７】応用例を適用した軸受の形状を表す断面図。

【図８】応用例を適用した軸受の形状を表す断面図。

【図９】応用例を適用したカートリッジ軸受機構を組み
付けた状態の断面図。

【図１０】応用例を適用したカートリッジ軸受機構を組
み付けた状態の断面図。

【図１１】従来の軸受機構の断面図。

【図１２】従来の作用説明図。

【図１３】従来の作用説明図。

【図１４】摩耗量と時間との関係を表すグラフ。

【符号の説明】

１１ カートリッジ軸受機構 １２ 主軸 １３ スリーブアセンブリ １４ ケーシング １５ 軸受アセンブリ １６ スリーブ筒 17a,17b,17c スリーブ １８ ナット １９ 合わせ面弾性体 ２０ ハウジング 21a,21b,21c,41a,41b,41c,51a,51b,51c 軸受 ２２ 取付筒 ２３ 取付板 ２４ 弾性体 ２５ 取付治具 ２６ 軸受面 ５２ 回り止めキー ５３ コイルばね ５４ 調整ねじ ５５ 中空リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神宮寺 保秀 千葉県野田市宮崎134 建設省 関東地方 建設局 江戸川工事事務所内 (72)発明者 米井 陽 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 中村 浩晃 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 石橋 進 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 篠原 種宏 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸が嵌合されるスリーブ筒と、前記ス
   リーブ筒内に支持され軸方向に複数分割されたスリーブ
   と、前記スリーブの間に介在する合わせ面弾性体とによ
   りスリーブアセンブリを構成すると共に、軸方向に複数
   分割された軸受を取付筒内に備えて軸受アッセンブリを
   構成し、 前記スリーブアセンブリの前記各スリーブ同士の相対的
   な回転を阻止するスリーブ回り止め機構と、前記軸受ア
   ッセンブリの前記各軸受同士の相対的な回転を阻止する
   軸受回り止め機構と、前記軸受の内周に前記スリーブの
   外周を対向させて前記スリーブアセンブリと前記軸受ア
   ッセンブリとが位置決め状態で支持されるハウジング
   と、前記ハウジングと前記軸受アッセンブリの前記取付
   筒の外周との間に介在して前記ハウジングと前記軸受ア
   ッセンブリとの同芯を維持する弾性体とを備えたことを
   特徴とするカートリッジ軸受機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記スリーブ回り止
   め機構は、前記各スリーブを互いに傾斜面で接触させて
   なり、前記軸受回り止め機構は、前記各軸受を互いに傾
   斜面で接触させてなることを特徴とするカートリッジ軸
   受機構。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記軸受回り止め機
   構は、軸方向に隣接する前記各軸受間に回り止めキーを
   介在させてなることを特徴とするカートリッジ軸受機
   構。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
   おいて、前記軸受アッセンブリの軸方向に隣接する軸受
   が互いに異質材料となっていることを特徴とするカート
   リッジ軸受機構。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
   おいて、前記前記スリーブアセンブリの軸方向に隣接す
   るスリーブが互いに異質材料となっていることを特徴と
   するカートリッジ軸受機構。