JPWO2015098896A1 - 軸受装置およびポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、回転軸の周速が高速化した場合であっても、潤滑油を適切な量で軸受へ安定的に供給することができ、かつ従来に比べてコンパクトで、複雑な加工を必要としない軸受装置に関する。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプに関する。軸受装置は、回転軸１の荷重を受ける軸受３２と、軸受３２の下方に配置される潤滑油貯槽１０と、回転軸１に固定されて当該回転軸１と一体に回転することで、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げるオイルディスク１１と、軸受３２まで延びる潤滑油通路１７と、オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油を潤滑油通路１７に導くガイドケーシング１５と、を備える。ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の側面および外周面に対向する内面を有する。

Description

本発明は、横軸ポンプ等に用いられる軸受装置に係り、特に、回転軸が大径化したり、または回転速度が高速化しても、適切に潤滑油を軸受に供給することができる軸受装置に関する。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプに関する。

回転軸が水平に設置された横軸式の回転機械（例えば、横軸ポンプ）には、回転軸を回転自在に支持するために、回転軸の端部近傍に軸受装置が配置される。さらに、軸受を潤滑および冷却するための潤滑油が貯留される潤滑油貯槽が、軸受装置の内部または外部に設けられる。潤滑油貯槽から軸受へ潤滑油を供給する手段としては、外部動力を用いた強制給油装置、または外部動力を用いない自己潤滑装置が挙げられる。強制給油装置は、軸受装置の外部に配置された潤滑油貯槽から外部動力を用いて、軸受装置内部に配置された軸受に潤滑油を供給する。自己潤滑装置では、軸受装置内部で回転軸の下部に配置された潤滑油貯槽から回転軸の回転力を利用して潤滑油をかき上げて潤滑油を軸受へ供給する。

強制給油装置の一例が、図１１乃至図１３に示される。図１１は、強制給油装置を用いる場合における軸受装置を示す断面図である。図１２は、強制給油装置の配管及び計器系統図である。図１３Ａおよび図１３Ｂは、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略側面図および概略平面図である。

図１１に示すように、横軸ポンプ１００の回転軸１は水平に延びており、回転軸１の端部は軸受９Ａ，９Ｂに回転自在に支持される。図１２に示すように、横軸ポンプ１００の外部には強制給油装置２６が配置されている。軸受９Ａ，９Ｂには、強制給油装置２６から潤滑油が強制的に供給される。強制給油装置２６は、潤滑油ポンプ２１、フィルター２４、潤滑油冷却器２３、複数の油圧監視計器２５、および潤滑油タンク２２等の複数の構成機器を備えている。そのため、強制給油装置２６のコストが高くなってしまう。

さらに、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、横軸ポンプ１００やこの横軸ポンプ１００を駆動するための電動機２００の設置スペースに加えて、強制給油装置２６の設置スペースが必要となる。この場合、強制給油装置２６を構成する各構成要素の体積が大きいため、強制給油装置２６用の設置スペースも大きくなる。結果として、ポンプシステム全体で必要とされる設置スペースが大型化し、回転機械としての市場における製品競争力を低下させる原因となりうる。

次に、自己潤滑装置を用いた従来の軸受装置の一例を図１４に示す。図１４に示されるように、回転軸１の端部は軸受９Ａ，９Ｂに回転自在に支持される。潤滑油が貯留される潤滑油貯槽１０は、軸受９Ａ，９Ｂの下方に配置されている。この潤滑油貯槽１０内の潤滑油をかき上げるための自己潤滑装置として、オイルリング２０が設けられている。オイルリング２０は回転軸１の外周面を囲むように配置されており、回転軸１の回転に伴って回転する。そして、回転するオイルリング２０によって潤滑油貯槽１０内の潤滑油をかき上げることで、潤滑油を軸受９Ａ，９Ｂに供給する。このようなオイルリング２０を用いた自己潤滑装置は、オイルリング式自己潤滑装置として従来から知られている。

しかしながら、このような従来のオイルリング式自己潤滑装置では、回転軸１の大径化または回転軸１の高速化などに起因して回転軸１の外周面の周方向速度（以下、単に周速という）が上昇すると、オイルリング２０の回転が回転軸１の回転に追随できなくなる。すなわち、回転軸１に対するオイルリング２０の回転速度が大きく低下し、オイルリング２０は潤滑油を適切にかき上げられなくなる。結果として、所望の潤滑性能や冷却性能が得られなくなってしまう。

このような理由から、オイルリング式の自己潤滑装置が採用された横軸ポンプには、回転軸１の周速の上限が必然的に存在する。そのため、上限を超えた周速がポンプに要求される場合は、強制給油装置の採用を余儀なくされていた。しかしながら、強制給油装置が採用される横軸ポンプは、上述したように、大型の設備となることから、市場における競争力が低下するおそれがある。

さらに、軸受への潤滑油の供給量が過剰であった場合には、軸受部における摩擦損失が増大するため、軸受部温度上昇の一因となる。従来の自己潤滑方式では、オイルリング２０から軸受への潤滑油の供給量を制御することが極めて困難である。このため、過度な量の潤滑油が軸受に供給されると、本来冷却作用を期待している潤滑油が摩擦増大による発熱原因となってしまい、期待した作用とは逆効果が生じてしまう。

特許文献１に開示される自己潤滑式軸受装置では、別置の強制給油装置を設置する必要はない。しかしながら、潤滑油を循環させるための配管を、軸受装置の外部または内部に配置する必要があり、また、起動時の補助給油手段としてオイルリングを必要とする。

特許文献２に開示される軸受装置においては、回転軸に固定されたディスクに対向する樹脂製のオイルケースが設けられる。このオイルケースは樹脂製であるため、当該オイルケースが磨耗してディスクとの隙間が広がった場合に、潤滑油の吸い上げ能力が低下して、軸受への給油量が不足するという問題がある。また、この軸受装置では、ディスクに付着した潤滑油を、ディスクの回転による遠心力でディスク外縁に集め、ディスクの外周円弧面でオイルケースによる回収を行う。しかしながら、潤滑油が外周円弧面からあふれて飛散したり、外周円弧面以外の部分から潤滑油が飛散したりしてしまう。また、潤滑油は、遠心力でディスク外縁に集まる潤滑油の圧力を利用して、可撓性管を介してディスクの外周よりも上方に持ち上げられ、さらに可撓性管よりも外側に設けられた導入孔を通してジャーナル軸受に供給される。そのため、軸受装置全体として径方向に大型であり、導入孔の加工も複雑であり、手間がかかる。

特許文献３には、オイルリングによりかき上げられたオイルを軸受へ導く技術が開示されている。しかしながら、この技術を用いた場合の軸受への潤滑油供給量は運転条件に依存して変化する。また、回転軸の高速回転に伴ってオイルリングが回転軸に追随しなくなる上述の問題に関しては考慮されていない。さらに、オイルリングの回転により油面から飛翔する潤滑油の量は、回転軸の周速の増大と共に増加することが予測される。特許文献３に開示される発明では、回転軸の軸方向への潤滑油の散失に関して何ら考慮されていないため、軸受装置の軸封部等からの油漏れが懸念される。

また、上記したいずれの特許文献に開示された従来の自己潤滑型軸受装置においても、軸受への過度の潤滑油供給が転がり軸受、およびすべり軸受のいずれに対しても及ぼす影響、すなわち回転損失の増大とそれに伴う発熱に対する対策については全く言及されていない。したがって、上述した従来の自己潤滑型軸受装置は、回転速度、回転軸径、使用する潤滑油粘度、および周辺温度や作動時間による油粘度変化等を考慮した適切な自己潤滑技術を提供しているとは言い難い。さらに他の関係文献、先行技術においても、過度な潤滑油供給量を抑制し、潤滑油供給量を好適化することに関する技術は見当たらない。

特許第３６３７２６９号公報 特開２００２−１８８６３７号公報 特開昭５８−６３０５０号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、回転軸の周速が高速化した場合であっても、潤滑油を適切な量で軸受へ安定的に供給することができ、かつ従来に比べてコンパクトで、複雑な加工を必要としない軸受装置を提供することを目的とする。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、回転軸の荷重を受ける軸受と、前記軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、前記回転軸に固定されて当該回転軸と一体に回転することで、前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルディスクと、前記軸受まで延びる潤滑油通路と、前記オイルディスクによってかき上げられた潤滑油を前記潤滑油通路に導くガイドケーシングと、を備え、前記ガイドケーシングは、前記オイルディスクの側面および外周面に対向する内面を有することを特徴とする軸受装置である。

本発明の好ましい態様は、前記ガイドケーシングの内面には、前記潤滑油通路に接続された潤滑油導入溝が形成されており、前記潤滑油導入溝は、前記オイルディスクの側面に隣接していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記潤滑油通路は、前記ガイドケーシングの内面から前記回転軸の軸方向に延び、さらに、前記軸方向に垂直な方向に延びて、前記軸受に達することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルディスクの外周面に環状溝を設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルディスクの外周面に複数の窪みを設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルディスクの側面に複数のラジアル溝を設けたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記回転軸の外周面にはキーが設けられ、前記オイルディスクの中心に形成された貫通孔の内周面にはキー溝が形成されており、前記キーと前記キー溝とが係合した状態で前記オイルディスクは前記回転軸に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受は、前記回転軸上に直列に配置された少なくとも２つの軸受のうちの一つであり、前記少なくとも２つの軸受の間には、環状の間座が配置されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記間座は、その外周面から内周面まで延びる給油孔を有しており、前記給油孔は前記潤滑油通路に接続されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記軸受は、前記回転軸の軸方向荷重を受けるスラスト軸受であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スラスト軸受は、前記回転軸の軸方向荷重および半径方向荷重の両方を受けることができるように構成されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する上記軸受装置とを備えたことを特徴とするポンプである。

オイルディスクは、常に回転軸と同一回転速度で回転するため、回転軸の回転速度が高くなったとしても、従来用いられてきたオイルリングのように滑りが生じて追従性が低下することがない。したがって、本発明によれば、オイルリングなどの従来技術では給油が困難であった回転軸の高周速条件においても、軸受に安定して潤滑油を供給することが可能となる。その結果、強制給油装置が不要となり、ポンプの設置面積が縮小され、かつコストダウンが図られるため、市場における製品競争力を増すことが可能となる。
さらに、オイルディスクが、該オイルディスクに対向しかつ近接して配置されたガイドケーシングによって囲まれているため、オイルディスクによってかき上げられた潤滑油の無駄な飛散を防止することができる。その結果、必要十分以上の潤滑油量を、軸受に通じる潤滑油通路へと導くことができる。潤滑油通路は、回転軸に近い位置で軸方向に延びているので、複雑な加工を必要とせずに、従来に比べてコンパクトな軸受装置を提供することができる。
そして、軸受への潤滑油の供給量は、潤滑油通路口の周方向位置，および通路の形態（断面積，長さ，オイルディスク回転方向に対する通路方向、および表面粗さ等の流動抵抗因子、または通路途上に設けた過剰潤滑油の排出孔等）により好適な量に制限される。したがって、過剰な潤滑油の供給に起因する回転損失の増大とそれに伴う発熱が防止される。

図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図である。 図４Ａは、オイルディスクの縦断面図である。 図４Ｂは、図４Ａに示されるオイルディスクを軸方向から眺めた部分平面図である。 図４Ｃは、図４Ａに示されるオイルディスクの斜視図である。 図５Ａは、他の例のオイルディスクの縦断面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示されるオイルディスクを軸方向から眺めた部分平面図である。 図５Ｃは、図５Ａに示されるオイルディスクの斜視図である。 図６Ａは、さらに他の例のオイルディスクの縦断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示されるオイルディスクを軸方向から眺めた部分平面図である。 図６Ｃは、図６Ａに示されるオイルディスクの斜視図である。 図７は、オイルディスクとガイドケーシングを示す拡大断面図である。 図８は、複数の潤滑油導入溝が設けられたガイドケーシングの内側の側面を示す図である。 図９は、潤滑油導入溝が設けられないガイドディスクの、オイルディスクの側面に対向する内面を示す図である。 図１０Ａは、回転軸の長手方向に沿った軸受装置の一部を示す断面図である。 図１０Ｂは、回転軸の長手方向から見た軸受装置の断面を示す図である。 図１１は、強制給油装置を用いる場合における軸受装置を示す断面図である。 図１２は、強制給油装置の配管及び計器系統図である。 図１３Ａは、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略側面図である。 図１３Ｂは、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略平面図である。 図１４は、自己潤滑装置を用いた従来の軸受装置の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。図１に示される回転機械としての横軸単段ポンプ１００は、羽根車２と、この羽根車２が固定される回転軸１とを有している。回転軸１は水平に延びている。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。図１に示すポンプケーシング５はその内部に渦巻き室５ａを有しており、羽根車２は渦巻き室５ａの内部に配置されている。回転軸１の回転とともに羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸い込まれ、羽根車２と渦巻き室５ａの作用により液体の圧力が上昇されて、液体が吐出口４から吐き出される。

図示した例における羽根車２は、その両側から液体を吸い込む両吸込構造を有している。羽根車２の液体入口には、口金２Ａ，２Ｂがそれぞれ取り付けられている。これら口金２Ａ，２Ｂの直径を互いに異なるように設計することで、圧力差によるスラスト力を回転軸１の一方向に作用させ、回転軸１を安定させた状態で回転させることができる。このスラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット９Ａで支持されるようになっている。このスラスト軸受ユニット９Ａにはスラスト力が負荷として作用するので、適正な量の潤滑油をスラスト軸受ユニット９Ａに供給して、スラスト軸受ユニット９Ａを潤滑しながら冷却する必要がある。

このスラスト軸受ユニット９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂと、１つのスラスト軸受ユニット９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂにはスリーブ型の軸受が用いられており、このスリーブ型のラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂには、オイルリング２０を備えた従来型の自己潤滑給油装置が採用されている。スラスト軸受ユニット９Ａには、後述する本発明の構成が適用される。

図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。図２に示される回転機械としての横軸多段ポンプ１００は、複数の羽根車２と、これら羽根車２が固定される回転軸１を有している。回転軸１は水平に延びている。複数の羽根車２は、回転軸１上に直列に配列されていて、これら羽根車２のそれぞれを囲むように複数のガイドベーン６が配置される。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。回転軸１の回転とともに複数の羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸込まれ、羽根車２とガイドベーン６との作用により、液体の圧力が上昇されて液体が吐出口４から吐き出される。複数の羽根車２は同じ方向を向いて配列されているため、隣り合う羽根車２間の圧力差により生じるスラスト力が羽根車２の枚数分重なりあい、大きなスラスト力が発生する。このスラスト力は、横軸多段ポンプ１００内に設けられたバランス装置７により相殺されるが、過渡運転時などにはある程度のスラスト力が残留する。この残留スラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット９Ａで支持される。このスラスト軸受ユニット９Ａには、残留スラスト力が負荷として作用するので、適正な量の潤滑油をスラスト軸受ユニット９Ａに供給して、スラスト軸受ユニット９Ａを潤滑しながら冷却する必要がある。

このスラスト軸受ユニット９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂと、１つのスラスト軸受ユニット９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂにはスリーブ型の軸受が用いられており、このスリーブ型のラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂには、オイルリング２０を備えた従来型の自己潤滑給油装置が採用されている。スラスト軸受ユニット９Ａには、後述する本発明の構成が適用される。これらの回転軸１の両端部近傍に配置される軸受装置９，９の構成は、図１に示した横軸単段ポンプと同様である。

図１および図２に示した横軸ポンプ１００いずれの場合も、回転軸１はポンプケーシング５を貫通して延びている。回転軸１とポンプケーシング５との間の隙間は、メカニカルシールなどの軸封装置８，８によってシールされている。したがって、羽根車２によって昇圧された液体が軸受装置９，９に浸入することはない。

図３は、本発明の一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図である。図３に示されるように、この軸受装置９は、水平に延びる回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重を受けるスラスト軸受ユニット９Ａと、回転軸１の半径方向荷重を受けるラジアル軸受ユニット９Ｂと、を有する。スラスト軸受ユニット９Ａには複数のアンギュラ玉軸受が使用される。

スラスト軸受ユニット９Ａおよびラジアル軸受ユニット９Ｂの下方には、潤滑油貯槽１０が配置されており、この潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油の油面が、符号１０Ａが付された点線で示されている。なお、潤滑油貯槽１０内の油面１０Ａが一定になるように、潤滑油量は管理されている。潤滑油貯槽１０の下方には冷却ジャケット２７が設けられており、冷却ジャケット２７を流れる冷却液によって潤滑油貯槽１０内の潤滑油が冷却される。冷却ジャケット２７の代わりにフィンつきの空冷構造を採用してもよい。あるいは、潤滑油貯槽１０内に、フィン付冷却液チューブを挿入して潤滑油を直接冷やす構造としてもよい。

軸受装置９は、回転軸１に固定されて当該回転軸１と共に回転することで、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げる潤滑油かき上げ手段１１をさらに有する。潤滑油かき上げ手段１１は、円形のオイルディスクとして構成されている。このオイルディスク１１は、回転軸１と一体に回転するように回転軸１に固定される。具体的には、回転軸１の外周面にはキー１ａが設けられ、オイルディスク１１の中心に形成された貫通孔の内周面にはキー溝１１ａが形成されている。このキー１ａがキー溝１１ａに差し込まれるように、回転軸１がオイルディスク１１の貫通孔に挿入される。これらキー１ａとキー溝１１ａとの係合により、回転軸１のトルクはオイルディスク１１に伝達され、オイルディスク１１は回転軸１と一体に回転する。したがって、オイルディスク１１は回転軸１と常に同じ回転速度で回転する。

オイルディスク１１の下部は、潤滑油貯槽１０内の潤滑油に浸漬されており、回転するオイルディスク１１が、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げるようになっている。オイルディスク１１がかき上げる潤滑油量を増加させるために、オイルディスク１１の周縁部には、様々な起伏形状を設けてもよい。

図４Ａ乃至図４Ｃは、オイルディスク１１の外周面に、環状溝１２が設けられた例を示す図である。図４Ａ乃至図４Ｃに示されるように、オイルディスク１１の外周面には、その周方向に延びる環状溝１２が設けられている。オイルディスク１１の外周面の一部は常に潤滑油貯槽１０内の潤滑油に浸漬されている。オイルディスク１１が回転すると、その外周面に形成された環状溝１２に潤滑油が保持されるので、オイルディスク１１がかき上げる潤滑油量を増加させることができる。

図５Ａ乃至図５Ｃは、オイルディスク１１の外周面に複数の窪み１３が設けられた例を示す図である。図５Ａ乃至図５Ｃに示されるように、オイルディスク１１の外周面には、複数の窪み１３が設けられている。これら窪み１３は、オイルディスク１１の周方向に沿って等間隔に配列されている。オイルディスク１１が回転すると、その外周面に形成された複数の窪み１３に潤滑油が保持されるので、オイルディスク１１がかき上げる潤滑油量を増加させることができる。本実施形態の窪み１３は円錐状であるが、円柱状など他の形状を有してもよい。

図６Ａ乃至図６Ｃは、オイルディスク１１の両側面に複数のラジアル溝１４が設けられた例を示す図である。図６Ａ乃至図６Ｃに示されるように、オイルディスク１１の両側面には、当該オイルディスク１１の半径方向に延びる複数のラジアル溝１４が設けられる。複数のラジアル溝１４は、オイルディスク１１の中心周りに等間隔で配列されている。これらラジアル溝１４はオイルディスク１１の外周面まで延びており、各ラジアル溝１４の外側端部はオイルディスク１１の外周面上にある。オイルディスク１１が回転すると、その両側面に形成されたラジアル溝１４に潤滑油が保持されるので、オイルディスク１１がかき上げる潤滑油量を増加させることができる。なお、図示した実施形態のラジアル溝１４はオイルディスク１１の半径方向に延びているが、ラジアル溝１４を半径方向から傾けてもよい。この場合のラジアル溝もオイルディスク１１の外周面まで延びている。ラジアル溝は、オイルディスク１１の回転方向に向かって傾けられていてもよいし、回転方向とは逆の方向に向かって傾けられていてもよい。ラジアル溝の傾き方向および傾き角度により、オイルディスク１１がかき上げる潤滑油の量を調整することができる。

図３に示すように、軸受装置９は、オイルディスク１１によりかき上げられた潤滑油が周囲に飛散することを防止するため、および潤滑油がオイルディスク１１の両側から落下することを防止するためのガイドケーシング１５を有する。図７は、オイルディスク１１とガイドケーシング１５を示す拡大断面図である。図７に示されるように、ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１に近接して配置される。ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の両側面（軸方向に沿って並ぶ２つの側面）に対向して配置された２つの環状のガイドディスク１５Ａ，１５Ｂにより構成されている。図７に示した例では、ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の両側面を挟み込むように配置された２つのガイドディスク１５Ａ，１５Ｂにより構成されている。さらに、ガイドケーシング１５は、オイルディスク１１の外周面に近接して配置されている。オイルディスク１１の外周面は、オイルディスク１１の両側面の間に位置する最外周面である。

ガイドケーシング１５の内面は、オイルディスク１１の両側面および外周面に近接して配置され、これらオイルディスク１１の両側面および外周面に対向している。より具体的には、図７に示した例では、オイルディスク１１の両側面に対向するように、環状のガイドディスク１５Ａ，１５Ｂが配置され、オイルディスク１１の外周面もガイドケーシング１５に囲まれている。オイルディスク１１とガイドケーシング１５との間には軸方向の隙間Ｗ１と半径方向の隙間Ｗ２が形成されている。軸方向の隙間Ｗ１は、オイルディスク１１の側面とガイドケーシング１５との間の隙間であり、半径方向の隙間Ｗ２は、オイルディスク１１の外周面とガイドケーシング１５との間の隙間である。

これら隙間Ｗ１，Ｗ２は、用いられる潤滑油の粘度や回転軸１の回転速度などのポンプ運転条件に基づいて、オイルディスク１１にかき上げられる潤滑油が飛散または落下しないように、適正な値に設定されている。例えば、軸方向の隙間Ｗ１は２ｍｍ〜４ｍｍであり、半径方向の隙間Ｗ２は、３ｍｍ〜６ｍｍである。また、これら隙間Ｗ１，Ｗ２を適正な値に設定することで、オイルディスク１１を囲むガイドケーシング１５が該オイルディスク１１に対して好適な距離で近接して配置される。したがって、オイルディスク１１にかき上げられた潤滑油がオイルディスク１１から飛散しようとしても、該潤滑油は、オイルディスク１１の回転の作用により回転方向に随伴し、オイルディスク１１とガイドケーシング１５との間の隙間Ｗ１，Ｗ２に保持される。したがって、隙間Ｗ１，Ｗ２に保持される潤滑油量は、オイルディスク１１とガイドケーシング１５との間の隙間Ｗ１，Ｗ２の寸法により適切に調整される。その結果、オイルディスク１１がかき上げた潤滑油は、後述する潤滑油通路１７、およびスラスト軸受ユニット９Ａを構成する軸受３２に直接連通し軸方向に延びる連通路２８へ潤沢に導かれ、潤滑油通路１７および連通路２８の寸法を好適に設計することにより、潤滑油の供給量を調整できる。したがって、スラスト軸受ユニット９Ａに供給される潤滑油の量が適切に維持される。さらに、ガイドケーシング１５によってオイルディスク１１からかき上げられる潤滑油の飛散範囲が限定されるため、軸封装置８からの潤滑油漏洩を防止することもできる。

また、軸方向の隙間Ｗ１および半径方向の隙間Ｗ２を適正に設定することにより、潤滑油の摩擦と攪拌とによる発熱を抑制することが可能である。例えば、図２に示す多段ポンプの運転条件下では、軸方向の隙間Ｗ１は４ｍｍであり、半径方向の隙間Ｗ２は５ｍｍである。このように、軸方向の隙間Ｗ１および半径方向の隙間Ｗ２は、ポンプのタイプおよび／またはポンプの運転条件（例えば、潤滑油の粘度や回転軸１の回転速度）に従って適正に設定される。

ガイドケーシング１５の、オイルディスク１１の側面に対向する内面（内側の側面）には、複数の潤滑油導入溝１６が設けられている。より具体的には、図７に示されるように、ガイドディスク１５Ｂよりもスラスト軸受ユニット９Ａの近くに配置されているガイドディスク１５Ａの内面に、複数の潤滑油導入溝１６が設けられている。これら潤滑油導入溝１６は、オイルディスク１１の側面に近接して配置され、回転軸１の近傍からオイルディスク１１の半径方向外方向に延びる溝である。潤滑油導入溝１６の外側端部は、スラスト軸受ユニット９Ａに潤滑油を送る潤滑油通路１７の入口１７ａに接続される。

図８は、複数の潤滑油導入溝１６が設けられたガイドケーシング１５の内側の側面を示す図である。図示した例では、３つの潤滑油導入溝１６が設けられており、これらの潤滑油導入溝１６はガイドケーシング１５の上側半分に位置している。潤滑油導入溝１６は、オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油をスラスト軸受ユニット９Ａに供給するための潤滑油通路１７に接続されている。オイルディスク１１がかき上げた潤滑油が無駄に飛散しないように、ガイドケーシング１５がオイルディスク１１を限られた隙間Ｗ１，Ｗ２で囲んでいるので、オイルディスク１１にかき上げられ、ガイドケーシング１５とオイルディスク１１の間の隙間Ｗ１，Ｗ２で回転方向に随伴する潤滑油は、潤滑油導入溝１６に沿って流動し、潤滑油通路１７の入口１７ａへ導かれる。潤滑油導入溝１６は、潤滑油を、ガイドケーシング１５とオイルディスク１１の間の隙間Ｗ１，Ｗ２から潤滑油通路１７に導くために設けられている。よって、潤滑油通路１７は、スラスト軸受ユニット９Ａおよびラジアル軸受ユニット９Ｂを収容する軸受ケーシング３５内に形成されている。上述した冷却ジャケット２７も軸受ケーシング３５内に形成されている。

潤滑油通路１７の入口１７ａから潤滑油導入溝１６が延びる方向は、オイルディスク１１の半径方向に対して、オイルディスク１１の回転方向の上流側に向かって傾いている。このように潤滑油導入溝１６がオイルディスク１１の回転方向の上流側に向かって傾いているので、回転するオイルディスク１１がかき上げた潤滑油は、潤滑油導入溝１６に進入しやすくなる。オイルディスク１１の半径方向に対する潤滑油導入溝１６の角度は、例えば、３０度〜６０度の範囲である。潤滑油導入溝１６の傾き角度は、回転軸１の回転速度などの運転条件、潤滑油の粘度などの物性値、およびスラスト軸受ユニット９Ａに必要な潤滑油供給量などを考慮して適宜設定される。潤滑油導入溝１６を、運転条件、潤滑油の物性値などの諸元に応じた適切な曲率半径を有する円弧状の溝としてもよい。例えば、潤滑油導入溝１６を螺旋溝としてもよい。

図９は、ガイドディスク１５Ｂの、オイルディスク１１に対向する内面を示す図である。図９に示されるように、ガイドディスク１５Ｂの内面には、潤滑油導入溝１６は設けられない。

図３に示されるように、潤滑油導入溝１６に進入した潤滑油は、この潤滑油導入溝１６に連通する潤滑油通路１７に導かれる。潤滑油通路１７は、スラスト軸受ユニット９Ａにまで延びている。より具体的には、潤滑油通路１７は、ガイドケーシング１５の内面から回転軸１の軸方向に延び、さらに、回転軸１の軸方向に垂直な方向に延びて、スラスト軸受ユニット９Ａに達している。潤滑油は、潤滑油通路１７を通じてスラスト軸受ユニット９Ａに供給される。潤滑油通路１７の周方向位置、および潤滑油通路１７の形態（例えば、断面積，長さ，オイルディスク回転方向に対する通路方向、および表面粗さ等の流動抵抗因子、または通路途上に設けた過剰潤滑油の排出孔等）を適切に設計することにより、スラスト軸受ユニット９Ａへの潤滑油供給量を、好適な量に制限することができる。潤滑油通路１７は、オイルディスク１１の外径程度以下の、回転軸１に近い位置に配置されてもよい。

図３に示されるように、この実施形態のスラスト軸受ユニット９Ａは、回転軸１上に直列に配置された２つの軸受３１，３２と、これらの軸受３１，３２の間に配置された環状の間座（スペーサ）１９とを有している。軸受３１，３２としては、回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重の両方を受けることができるアンギュラ玉軸受が使用される。このアンギュラ玉軸受は、ラジアル軸受およびスラスト軸受として機能する。間座１９は、軸受３１，３２へ潤滑油を均等に供給するための潤滑油ガイドとしても機能する。３つ以上の軸受を設けてもよい。この場合も、隣接する２つの軸受の間に間座１９が配置される。

図１０Ａは回転軸１の長手方向に沿った軸受装置の一部を示す断面図であり、図１０Ｂは回転軸１の長手方向から見た軸受装置の断面を示す図である。間座１９の外周部には、潤滑油通路１７から供給された潤滑油を軸受３１，３２へ効率的に分配するための複数の給油孔１８が設けられている。各給油孔１８は、間座１９の外周面から内周面まで延びている。給油孔１８の径や個数は、回転軸１の回転速度などの運転条件、潤滑油の粘度などの物性値、およびスラスト軸受ユニット９Ａに必要な潤滑油供給量などを考慮して、適宜設定される。

以上説明した構成によれば、オイルディスク１１の回転によってかき上げられた潤滑油は適正にスラスト軸受ユニット９Ａに供給されるので、高周速でも信頼性の高い自己潤滑軸受装置を構成することが可能となる。具体的には、従来は周速１４ｍ／ｓ程度が自己潤滑方式の軸受装置の限界とされていたが、本発明によれば、自己潤滑適用可能周速限界を１６〜１８ｍ／ｓ、あるいはそれ以上の周速まで上げることが可能となる。

本発明によれば、オイルリングなどの従来技術では給油が困難であった回転軸１の高周速条件においても、スラスト軸受ユニット９Ａに安定して潤滑油を供給することが可能となる。その結果、強制給油装置が不要となり、ポンプの設置面積が縮小され、かつコストダウンが図られるため、市場における製品競争力を増すことが可能となる。さらに、オイルディスク１１が、該オイルディスク１１に対向かつ近接して配置されたガイドケーシング１５によって囲まれているため、オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油の無駄な飛散を防止することができる。その結果、必要十分以上の潤滑油量を、軸受３１，３２に通じる潤滑油通路１７へと導くことができる。潤滑油通路１７は、オイルディスク１５の内面から軸方向に延びているので、複雑な加工を必要とせずに、従来に比べてコンパクトな軸受装置を提供することができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、潤滑油導入溝１６を潤滑油通路１７からオイルディスク１１の回転方向の下流側に向かって延ばすことにより、容易に潤滑油供給量の抑制が可能となり、過度な潤滑油供給による不要な発熱を防止することが可能となる。また、上述した実施形態では、スラスト軸受ユニット９Ａに潤滑油を供給するためにオイルディスク１１やガイドケーシング１５が設けられているが、ラジアル軸受ユニット９Ｂに潤滑油を供給するためのオイルディスクおよびガイドケーシングを設けてもよい。

さらに、ポンプの運転条件、潤滑油粘度等の物性値などの各種条件に応じて、オイルディスク１１の直径や表面形状、潤滑油貯槽１０の油面高さ、ガイドケーシング１５とオイルディスク１１との間の軸方向の隙間Ｗ１や半径方向の隙間Ｗ２、潤滑油導入溝１６の周方向位置や傾き、潤滑油通路１７の断面積、軸受間に配置される間座１９の形状などを適宜設計および選択することにより、様々なタイプのポンプに本発明を適用することが可能となる。

本発明は、横軸ポンプ等に用いられる軸受装置に係り、特に、回転軸が大径化したり、または回転速度が高速化しても、適切に潤滑油を軸受に供給することができる軸受装置に利用可能である。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプに利用可能である。

１ 回転軸
１ａ キー
２ 羽根車
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ポンプケーシング
６ ガイドベーン
７ バランス装置
８ 軸封装置（メカニカルシール）
９ 軸受装置
９Ａ スラスト軸受ユニット
９Ｂ ラジアル軸受ユニット
１０ 潤滑油貯槽
１０Ａ 潤滑油面
１１ オイルディスク
１１ａ キー溝
１２ 環状溝
１３ 窪み
１４ ラジアル溝
１５ ガイドケーシング
１６ 潤滑油導入溝
１７ 潤滑油通路
１７ａ 入口
１８ 給油孔
１９ 間座
２０ オイルリング
２１ 油ポンプ
２２ 油タンク
２３ 油冷却器
２４ フィルター
２５ 監視計器
２６ 強制給油装置
２７ 冷却ジャケット
２８ 連通路
３１，３２ 軸受
３５ 軸受ケーシング
１００ 横軸ポンプ（回転機械）
２００ 電動機

Claims (12)

1. 回転軸の荷重を受ける軸受と、
   前記軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、
   前記回転軸に固定されて当該回転軸と一体に回転することで、前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルディスクと、
   前記軸受まで延びる潤滑油通路と、
   前記オイルディスクによってかき上げられた潤滑油を前記潤滑油通路に導くガイドケーシングと、を備え、
   前記ガイドケーシングは、前記オイルディスクの側面および外周面に対向する内面を有することを特徴とする軸受装置。
2. 前記ガイドケーシングの内面には、前記潤滑油通路に接続された潤滑油導入溝が形成されており、前記潤滑油導入溝は、前記オイルディスクの側面に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記潤滑油通路は、前記ガイドケーシングの内面から前記回転軸の軸方向に延び、さらに、前記軸方向に垂直な方向に延びて、前記軸受に達することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
4. 前記オイルディスクの外周面に環状溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
5. 前記オイルディスクの外周面に複数の窪みを設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
6. 前記オイルディスクの側面に複数のラジアル溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
7. 前記回転軸の外周面にはキーが設けられ、前記オイルディスクの中心に形成された貫通孔の内周面にはキー溝が形成されており、前記キーと前記キー溝とが係合した状態で前記オイルディスクは前記回転軸に固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の軸受装置。
8. 前記軸受は、前記回転軸上に直列に配置された少なくとも２つの軸受のうちの一つであり、前記少なくとも２つの軸受の間には、環状の間座が配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の軸受装置。
9. 前記間座は、その外周面から内周面まで延びる給油孔を有しており、前記給油孔は前記潤滑油通路に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の軸受装置。
10. 前記軸受は、前記回転軸の軸方向荷重を受けるスラスト軸受であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の軸受装置。
11. 前記スラスト軸受は、前記回転軸の軸方向荷重および半径方向荷重の両方を受けることができるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の軸受装置。
12. 回転軸と、
    前記回転軸に固定された羽根車と、
    前記回転軸を回転自在に支持する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の軸受装置とを備えたことを特徴とするポンプ。

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