JP2726484B2 - 横軸回転機の軸受給油装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は横軸回転機の軸受給油装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、横軸回転機等の給油方式は、主軸の回転を利用
して潤滑油を軸受部に給油するオイルリング方式，オイ
ルデイスクによるかき上げ方式あるいは粘性ポンプ等の
自己給油形と外部に油圧ポンプや冷却器装置を設置して
潤滑油を強制給油する方式とがある。しかし、オイルリ
ングおよびオイルデイスク方式は給油量が少なく、また
不安定であるため適用範囲が狭く限定されている。一
方、強制給油方式では油圧装置等の設備費がかかり、ポ
ンプおよび電気系統等におけるトラブル等メインテナン
スも必要となる。このため省エネルギー，メインテナン
スフリー化の観点から、低速から高速まで安定した信頼
性の高い自己給油方式の提案が望まれている。

このような背景から給油量の増加が得られる粘性ポン
プによる給油方式としては、特開昭62−41492号公報に
開示されているように、回転主軸を支承する軸受、軸受
の下部に潤滑油を収蔵する軸受ハウジングと、主軸に一
体的に形成されるデイスクと、その外周部に遊嵌装架さ
れ、かつ内周面の片半部または左右対称に下部から上部
に油吸込溝部が設けられ、その下端部に油吸込部および
上端部には油吐出部を設けたオイルリングとで構成され
ているポンプ機構によつて給油がなされる。すなわち回
転デイスクの起動によつて、デイスクに接している潤滑
油は油の粘性摩擦作用によつてポンプ作用を誘発し、下
部の吸込管より順次吸い上げられる。オイルリング内周
部の油吸込溝部を流動した油は、その終端部において昇
圧し、油吐出部から連通する軸受部へ給油されて潤滑お
よび冷却作用を行う。

また、特開昭62−72995号公報は、上記粘性ポンプ装
置がほぼ大気中に配置されるために、オイルリングの中
央部に形成される油吸込溝部の両側部に平行に、かつ円
周方向とほぼ同様の長さに補助溝を加工すると共に、そ
の下端部にのみ油吸込部を設け、デイスクの回転によつ
て両側の補助溝内に導入された油は油吐出部がないた
め、中央の油吸込溝部より高圧の圧力分布が形成され
る。従つて、ポンプ側面からの空気の混入防止と油吸込
溝部の横洩れとを防ぐことによつて、ポンプの性能向上
を図つた構造である。

更に特開昭62−151658号公報には、上記と同様に構成
される粘性ポンプのオイルリングの両端面にサイドカバ
ーを設置して、回転デイスク部の潤滑油に浸漬する部分
を増加し、長年の運転によつて多少油面が低下しても再
起動時安定したポンプ機能が得られ、かつ油面を高くし
たことによるデイスク撹拌ロス防止構造となつているこ
とが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の粘性ポンプは、円環状のオイルリング（以下、
ポンプケースと称する）の片半部だけポンプ作用させ、
他方はポンプ機能を有しない構造となつている。

このため、主軸が起動回転すると共にポンプ側にはポ
ンプ内圧が生じ、油吸込溝部内には圧力分布が形成さ
れ、昇圧した油の大部分は油吐出部から流出するが、回
転デイスク表層に付着した油はポンプケースとの間隙部
を流過して反ポンプ側に流入する。この油は少量であ
り、反ポンプ側の圧力分布は無に等しい。従つて、ポン
プケースには圧力分布差による力がポンプ側に作用する
ため、反ポンプ側の間隙は減少する。更にデイスクの回
転によつてポンプケースには、油の粘性摩擦によるトル
クが作用するが、回り止め装置はポンプ上部に配置され
ているため、ポンプ自重と摩擦トルクとの合力からその
ベクトルはポンプ側の斜下方に作用し、ポンプケースは
ポンプ側に引張られる。

このように従来構造ではポンプケースには油膜圧力と
粘性摩擦トルクによる力が作用し、その力はポンプ側に
集中するため、反ポンプ側の間隙ｇは減少して金属接触
し、摩耗するだけでなくポンプケースの焼損事故にまで
発展する可能性がある。従つて回り止めをポンプケース
上部に配置することは得策でない。

また、水力発電機器等は年間で何回か主機停止するこ
とがあり、特に冬期の低温時の再起動の際は潤滑油の粘
度が増加するため、粘性摩擦トルクも増大しポンプケー
スには異状に大きな力が負荷することになる。

このように従来技術は回転デイスクとポンプケースと
の間の力学的な作用についての配慮がなされておらず、
ポンプケースとデイスク部との接触だけでなく、潤滑油
温の異常上昇，摩耗粉の混入、そしてポンプ機能停止等
によつて軸受焼損事故の非常事態にまで発展する懸念が
あつた。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、周囲環
境にかかわらず低温起動から高速域まで効果的なポンプ
性能を発揮し、回転中は潤滑油を軸受に供給し信頼性の
向上を可能とした横軸回転機の軸受給油装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ポンプ装置を、ポンプケースの内周面の
上下部側に夫々設けた突起状のランド、この上下部側の
ランドの左右のポンプケースとデイスクとの間に夫々設
けた油室、この油室の一方側の上端部のポンプケースに
設け、軸受に連通する油吐出部、油室の一方側の下端部
のポンプケースに設け、潤滑油中に開口した油吸込部，
ポンプケースの回り止め手段をポンプケースの下方部に
持つて構成し、油室を確保することにより、達成され
る。

〔作用〕

上記手段を設けたので、潤滑油の粘度変化に対応した
ポンプ性能が得られるようになつて、油室が確保されて
軸受に潤滑油が円滑に供給されるようになり、信頼性の
向上を可能とした軸受給油装置が得られる。

すなわち粘性ポンプ作用によつて油面下に配置される
油吸込部からポンプケースの油室内に導入された潤滑油
は、油室の上部側に設けたランドでせき止められて昇圧
する。この昇圧した潤滑油の大部分は油吐出部から外部
へ流出し、軸受に供給される。また、回転するデイスク
の表層に付着した潤滑油は、上部側に設けたランドとの
間隙部を通つて反ポンプ側の油室に流出する。この油量
は少量であるが途絶えることなく、油室内には潤滑油が
充満流通する。

一方、低温状態における起動の際は潤滑油の粘度が増
加し、粘性摩擦トルクも増加するが、ポンプケースに作
用する摩擦トルクは回り止め手段をポンプケース下部に
配置したので、反ポンプ側に作用する。従つてポンプケ
ースにはポンプ内圧による油膜圧力と粘性摩擦トルクに
よる力とが互に逆方向に作用するため、力のアンバラン
スは軽減される。

このように油室内に潤滑油が充満流通し、力のアンバ
ランスが軽減されるのみならず、ランドに発生する油膜
圧力によつてポンプケースの偏心が防止され、軸受に潤
滑油を供給する油室が確保されるのである。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。
第１図から第７図には本発明の一実施例が示されてい
る。横軸回転機の軸受給油装置は潤滑油１を貯蔵する軸
受ハウジング２内に設けられた軸受フレーム３で支持さ
れ、横軸形の回転主軸４を支持するすべり軸受５に、回
転主軸４に設けられ、かつ主軸４と同心状で軸受ハウジ
ング２内の潤滑油１にその端部を浸している回転自在な
デイスク６、このデイスク６の外周側に遊嵌装架された
円環状のポンプケース７を有するポンプ装置で潤滑油１
を供給する（第１図参照）。このように構成された軸受
給油装置で本実施例ではポンプ装置を、ポンプケース７
の内周面の上下部側に夫夫設けた突起状のランド８、こ
の上下部側のランド８の左右のポンプケース７とデイス
ク６との間に夫々設けた油室９、この油室９の一方側の
上端部のポンプケース７に設け、軸受５に連通する油吐
出部10,油室９の一方側の下端部のポンプケース７に設
け、潤滑油１中に開口した油吸込部11,ポンプケース７
の回り止め手段をポンプケース７の下方部に持つて構成
し、油室９を確保するようにした（第２図参照）。この
ようにすることにより潤滑油１の粘度変化に対応したポ
ンプ性能から得られるようになつて、油室９が確保され
て軸受５に潤滑油１が円滑に供給されるようになり、周
囲環境にかかわらず低温起動から高速域まで効果的なポ
ンプ性能を発揮し、回転中は潤滑油１を軸受５に供給し
信頼性の向上を可能とした横軸回転機の軸受給油装置を
得ることができる。

すなわち軸受への給油機構は第２図から第６図にも示
されているように、回転主軸に一体的に形成されるデイ
スク６を軸受近傍に配し、デイスク６の外周部に遊嵌装
架されるポンプケース７と、その両端面に配設されるシ
ール機能を有するサイドカバー12とによつて構成され
る。更に、ポンプケース７の内径円周面上には突起状の
ランド８を上下および水平方向の夫々対称位置に形成す
ると共に、各ランド８間の凹部を油室９とし、ポンプ側
の水平ランド8aの中央に通油溝13を加工して、上下の油
室９に連通させ、かつ反ポンプ側の水平ランド8b入口側
にはステツプ溝14が加工されている。また、油室９の下
端部に油吸込部11を開孔し、常時油面下に設置される吸
込管11aに接続している。その吸込管11aの先端は対向す
るオイルガイド15aに穿孔された貫通孔16を遊嵌し、下
方に延長して設置されるので、吸込管11aはポンプケー
ス７の回り止め装置となつている。そして油室９の上端
部には油吐出部10を開孔して、吐出管10aに接続してい
る（第２図〜第５図参照）。

このポンプケース７の両端面には上述のようにサイド
カバー12が設けられており、その内側のデイスク６側面
の対向面には円周状のシール溝17が加工され、かつその
下部には切欠溝18が設けられて潤滑油１に導通し、油の
吸込みを容易にしている（第３図参照）。

このようにポンプ装置が構成された軸受給油装置で、
回転主軸が起動し回転すると、第２図にも示されている
ように主軸と一体になつているデイスク６も回転する
が、デイスク６の下部は油面下に設定されており、その
表層部には潤滑油１が付着しているので、潤滑油１は図
中矢印表示のようにディスク６の回転方向に流動し、そ
の粘性摩擦作用によつてポンプ作用が誘起される。ポン
プ作用によつて、油面下に設置されている吸込管11aか
らポンプケース７の油室９内に導入された潤滑油１は、
通油溝13（第４図参照）を経て油室９の上部終端部とラ
ンド８との段付部でせき止められて昇圧し、油室９内に
は第６図に示されている油膜圧力P₁のような圧力分布が
形成される。このように昇圧した潤滑油１は吐出管10a
を介して連通する軸受部に供給される。

一方、デイスク６の表層の潤滑油１は、上部のランド
８との間隙g₁を通つて反ポンプ側の油室９に流入する。
この油量は吐出管10aから流出する量に比べて少量であ
るが、途絶えることはない。そしてポンプケース７の両
端面に設置されるサイドカバー12のシール溝17内にも潤
滑油１の粘性作用によつて油膜が形成されているが、こ
のオイルカーテンは空気の混入を防止するので、油室９
内には潤滑油１が充填し、第５図にも示されているよう
にステツプ溝14に導入されて、反ポンプ側の水平ランド
8bには第６図に示されているように油膜圧力P₃が形成さ
れる。

従つて、ポンプ側に発生する油膜圧力P₁によつてF₁な
る力が作用し反ポンプ側の間隙g₂が縮少すると、反ポン
プ側の水平ランド8bには油膜圧力P₃の反力が生じ、ステ
ツプ溝14の効果を発揮し力がバランスするため、摺動部
は接触するようなことがない。

ところで低温状態における起動の際は潤滑油１の粘度
が増加するため粘性摩擦トルクF₂も増大するが、ポンプ
ケース７に作用する粘性摩擦トルクF₂は回り止めをポン
プケース下部の吸込管11aに設定したので、第６図の矢
印のように反ポンプ側に作用する。

このように、ポンプケース７にはポンプの油膜圧力P₁
による力F₁と粘性摩擦トルクF₂とが互に逆方向に作用す
るので、力のアンバランスは軽減される。

第７図は横軸に油温をとり、縦軸にポンプ水平方向に
作用する力をとつて、油温とポンプケースの水平方向に
作用する力との関係を示したものである。同図から明ら
かなように、低温領域では粘性摩擦トルクF₂が大きくな
るのでポンプ側の間隙g₁（第６図参照）が減少するが、
温度が上昇するにつれてポンプ側の油膜圧力P₁による力
F₁が大きくなる傾向を示している。通常、主機運転時に
おける潤滑油温は50〜70℃の範囲内にあるため、定常運
転時は反ポンプ側に偏心するが、その偏心のアンバラン
ス力は小さく、反ポンプ側に形成される反ポンプ側の水
平ランド8bの油膜によつて十分負担することができる。

また、低温時は吐出管10aにオリフイスを設定し、流
量を制御しポンプ側の油膜圧力P₁を増加させることによ
つても軸偏心のコントロールが可能であり、粘性ポンプ
Ｑ−Ｈ特性の向上が図れる。

このように、本ポンプ装置はデイスク６がポンプケー
ス７のランド８（8a,8b）に発生する油膜圧力を介して
摺動自在に保持されて運転されるので、良好なポンプ性
能を得ることができる。

このように本実施例によれば、ポンプケース内に形成
した複数のランド効果と適正な回り止めによつて、低温
起動から定格運転領域まで効率的なポンプ性能が得られ
る。従つて第１図にも示されているオイルガイド15b,ラ
ビリンスシール19,内壁20,ヒートシンク21,排油室22,吸
油室23,流路24,中継タンク25,導入口26,オイルダム27等
を備えた軸受給油装置からは常に軸受５に冷却された潤
滑油１を供給でき、軸受５の信頼性を向上することがで
きる。

第８図には本発明の他の実施例が示されている。本実
施例はポンプ側の水平ランド8aの周方向長さを大きくし
た場合である。このようにしても前述の場合と同様な作
用効果を奏することができる。

すなわち、ポンプケース７が反ポンプ側に偏心した場
合、ポンプ側の水平ランド8aの負荷面圧を小さくする必
要があり、ランド面積を拡大する場合、上述の第４図に
示すランド幅ａを必要以上に拡大し、通油溝幅l₁が縮少
すると、油室９の下部の圧力が急上昇し、油吸込部11か
らの吸込みを著しく阻害する。このため通油溝幅l₁はポ
ンプ幅ｌとの相対比で決められ限定されるので、ランド
8aを周方向に伸長した方がポンプ性能の面から得策であ
る。

第９図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例はポンプケース７を３個のランド８によつて支
承するもので、ポンプ側および下ランドを夫々偏心させ
て形成し、ポンプロス低減を図り、かつ油吸込部11と下
のランド８との位置を隔離して吸込性の向上を図つたも
のである。この場合も前述の場合と同様な作用効果を奏
することができる。

第10図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例は第８図の実施例と同様、ポンプ側の負荷面圧
の軽減を図つたものであり、ポンプ側の水平ランド8aを
複数個形成した。これによつて水平ランド8aに作用する
力のベクトルが多少ずれても制心効果が期待できる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は周囲環境にかかわらず低温起動
から高速域まで効果的なポンプ性能を発揮し、回転中は
潤滑油を軸受に供給し信頼性が向上できるようになつ
て、周囲環境にかかわらず低温起動から高速域まで効果
的なポンプ性能を発揮し、回転中は潤滑油を軸受に供給
し信頼性の向上を可能とした横軸回転機の軸受給油装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の横軸回転機の軸受給油装置の一実施例
の縦断側面図、第２図は同じく一実施例のポンプ装置の
正面断面図、第３図は同じく一実施例のポンプ装置の縦
断側面図、第４図は同じく一実施例のポンプケースの回
転側の斜視図、第５図は同じく一実施例のポンプケース
の反回転側の斜視図、第６図は同じく一実施例のポンプ
ケース内に発生する油膜圧力分布図、第７図は同じく一
実施例の油温とポンプ水平方向に作用する力との関係を
示す特性図、第８図から第10図は本発明の横軸回転機の
軸受給油装置の夫々異なる実施例を示すポンプ装置の正
面断面図である。 １……潤滑油、２……軸受ハウジング、３……軸受フレ
ーム、４……回転主軸、５……すべり軸受、６……デイ
スク、７……ポンプケース、８……ランド、8a……ポン
プ側の水平ランド、8b……反ポンプ側の水平ランド、９
……油室、10……油吐出部、11……油吸込部、13……通
油溝、14……ステツプ溝。

フロントページの続き (72)発明者 井上 知昭 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 山本 祐司 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 今井 宏人 茨城県日立市会瀬町２丁目９番１号 日 立サービスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 実開 昭62−73196（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−198798（ＪＰ，Ｕ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潤滑油を貯蔵する軸受ハウジング内に設け
   られた軸受フレームで支持され、横軸形の回転主軸を支
   持するすべり軸受に、前記回転主軸に設けられ、かつ主
   軸を同心状で前記軸受ハウジング内の潤滑油にその端部
   を浸している回転自在なデイスク、このデイスクの外周
   側に遊嵌装架された円環状のポンプケースを有するポン
   プ装置で潤滑油を供給する横軸回転機の軸受給油装置に
   おいて、前記ポンプ装置が、前記ポンプケースの内周面
   の上下部側に夫々設けられた突起状のランド、この上下
   部側のランドの左右のポンプケースとデイスクとの間に
   夫々設けた油室、この油室の一方側の上端部のポンプケ
   ースに設けられ、前記軸受に連通する油吐出部、前記油
   室の一方側の下端部のポンプケースに設けられ、前記潤
   滑油中に開口した油吸込部、前記ポンプケースの回り止
   め手段をポンプケースの下方部に持つて構成され、前記
   油室を確保するようにしたことを特徴とする横軸回転機
   の軸受給油装置。
2. 【請求項２】前記ポンプケースの回り止め手段が、前記
   ポンプ装置のポンプ機能によつて発生する油膜圧力と粘
   性摩擦トルクによる力とが互いに逆向きに作用するよう
   に、前記ポンプケースの下方部に配置されたものである
   特許請求の範囲第１項記載の横軸回転機の軸受給油装
   置。
3. 【請求項３】前記ポンプケースの内周面の水平上左右面
   の所定位置に設けられたポンプ側、反ポンプ側の水平ラ
   ンドが、前記ポンプ側の水平ランドの中央部に通油溝が
   設けられ、対向する反ポンプ側の水平ランドの入口側に
   ステツプ溝が設けられたものである特許請求の範囲第１
   項記載の横軸回転機の軸受給油装置。
4. 【請求項４】前記ポンプケースの内周面に設けられたラ
   ンドが、垂直および水平方向に夫々対称に形成されたも
   のである特許請求の範囲第１項記載の横軸回転機の軸受
   給油装置。
5. 【請求項５】前記ポンプ装置の油吐出部が、その出口端
   部に吐出絞りが設けられたものである特許請求の範囲第
   １項記載の横軸回転機の軸受給油装置。
6. 【請求項６】前記ポンプ装置の油吐出部が、その出口端
   部に前記潤滑油の温度変化によつて流路面積が変化する
   ようなバイメタルあるいは形状記憶合金製の制御弁が設
   けられたものである特許請求の範囲第１項記載の横軸回
   転機の軸受給油装置。
7. 【請求項７】前記ポンプケースの内周面の左右の所定位
   置に設けられたポンプ側，反ポンプ側の水平ランドが、
   前記ポンプ側の水平ランドの周方向長さが対向する反ポ
   ンプ側の水平ランドのそれより大きく形成されたもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の横軸回転機の軸受給油
   装置。
8. 【請求項８】前記ポンプ側の水平ランドが、複数個形成
   されたものである特許請求の範囲第１項記載の横軸回転
   機の軸受給油装置。