JPH10339275A - 軸受装置 - Google Patents

軸受装置

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JPH10339275A
JPH10339275A JP9147610A JP14761097A JPH10339275A JP H10339275 A JPH10339275 A JP H10339275A JP 9147610 A JP9147610 A JP 9147610A JP 14761097 A JP14761097 A JP 14761097A JP H10339275 A JPH10339275 A JP H10339275A
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JP
Japan
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rotating body
casing
contact
rotation
eccentric
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JP9147610A
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Toru Imai
徹 今井
Hiroshi Imai
啓 今井
Yutaka Imai
豊 今井
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • F01C21/02Arrangements of bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体とこれを収容するケーシングとを有す
る駆動機器における構成部品の加工精度の公差を大きく
設定し得るようにすることにある。 【解決手段】 ケーシング10内に回転自在に装着され
た回転体16は、ケーシング10の収容孔11に接触
し、この回転体16には収容室の基準軸O0 に対して所
定の距離Eだけ偏心した位置を回転中心O2 として回転
する回転軸17が取り付けられている。ケーシング10
には、回転中心O2 と基準軸O0 との双方に対して所定
の距離だけ偏心した位置を回動中心O1 とする偏心軸受
25が回動自在に取り付けられ、回転軸17の回転に伴
って偏心軸受25が連れて回動することにより、回転体
16は摺動接触部11aに所定の応力で接触する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はケーシング内に組み
込まれた回転体を回転自在に支持するための回転軸を支
持する軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電動モータの回転運動を油などの非圧縮
性流体の運動エネルギーに変換するために油圧ポンプが
使用され、空気などの圧縮性流体の運動エネルギーに変
換するためにコンプレッサが使用される。
【0003】油圧ポンプとしては、歯車ポンプ、ベーン
ポンプ、ねじポンプ、およびラジアルピストンポンプな
どがある。歯車ポンプは、ギヤポンプとも言われ、歯溝
とケーシングとに囲まれた容積の移動によってポンプ作
用を行うポンプであり、外接形と内接形とがある。ベー
ンポンプは、ロータの溝に挿入された複数のベーン間の
容積変化によってポンプ作用を行うポンプである。ねじ
ポンプは、ねじ面が形成された軸を回転させることによ
って軸方向に流体を押し進めるようにしたポンプであ
り、ねじ軸の本数により1軸式、2軸式や3軸式があ
り、3軸式のねじポンプとしてはIMO式ポンプがあ
る。
【0004】ピストンポンプはピストンの往復動による
容積変化を利用して液体の吸い込みと吐出しを行うタイ
プのポンプであり、アキシャルピストンポンプがシリン
ダブロック軸に平行となってピストンが装着されている
のに対して、ラジアルピストンポンプはシリンダブロッ
ク内に放射状になって装着されている。
【0005】空気などの圧縮性流体を所定値以上の圧力
流体を得るために使用されるコンプレッサには、容積形
のものがあり、このタイプとしては、油圧ポンプと同様
にベーン式やねじ式のようにケーシング内のロータの回
転により吸い込んだ気体を昇圧する回転式と、シリンダ
内を往復動するピストンの働きにより気体を昇圧する往
復式とがある。これらの油圧駆動機器および空気圧駆動
機器については、たとえば、株式会社オーム社、1989年
2月25日発行「新版 油空圧便覧」204頁以降および
446頁以降に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようなポンプやコ
ンプレッサなどの流体圧駆動機器にあっては、モータに
連結された駆動軸により回転駆動されるロータつまり回
転体を有しており、この回転体はケーシングの内周面な
どの摺動面に接触することになる。ケーシングと回転体
との間に必要以上のクリアランスが発生すると、機器の
性能を確保することができなくなり、回転体がケーシン
グに衝突すると機器は作動しなくなるので、回転体とケ
ーシング内周面との接触圧やクリアランスを最適値に設
定することが重要である。
【0007】したがって、ポンプなどの駆動機器を製造
するには、回転体の外径やケーシングの内周面の寸法が
所定の精度となるように加工しなければならず、ポンプ
などの駆動機器を構成する各部品の精度をいかに高く加
工するかがこれらの駆動機器の性能を確保する上で重要
な課題となっている。そのため、各部品の加工精度の公
差を厳しく管理する必要があり、製造工程が複雑とな
り、製造コストが高くなるという問題点がある。
【0008】本発明の目的は、回転体とこれを収容する
ケーシングとを有する駆動機器における構成部品の加工
精度の公差を大きく設定しても、所望の特性を得ること
ができるようにすることにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0011】すなわち、本発明の軸受装置は、収容室を
有するケーシングと、前記ケーシングに形成された摺動
面に接触する摺動部を有し、前記収容室内に回転自在に
装着される回転体と、前記回転体に取り付けられ、前記
収容室の基準軸に対して所定の距離だけ偏心した位置を
回転中心とする回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持
するとともに、前記ケーシングに回動自在に装着され、
前記回転中心と前記基準軸との双方に対して所定の距離
だけ偏心した位置を回動中心とする偏心軸受とを有し、
前記回転軸の回転に伴って前記偏心軸受が連れられて回
動することにより、前記摺動部材が前記摺動面に所定の
応力で接触するようにしたことを特徴とする。前記回転
体としては、前記収容室内に流入した流体を加圧して吐
出するポンプあるいはコンプレッサを構成するロータと
するようにしても良い。
【0012】本発明にあっては、偏心軸受がこれにより
支持される回転軸の回転によって従動して回動すること
から、回転体の摺動部とケーシングの摺動接触部とを所
定の位置で接触させることになるので、回転体の外径寸
法とこれが接触する収容孔の内面の寸法の公差を大きく
することができる。しかも、この接触位置において、回
転体は最適な応力で接触させることになるので、摺動面
からの流体の洩れを防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の一実施の形態である軸受装
置が組み込まれたポンプを示す縦断面図であり、図2は
図1における2−2線に沿う横断面図であり、図3
(A)は図1における3−3線に沿う横断面図である。
【0015】このポンプは、図1および図2に示される
ように、ポンプ本体を構成する円筒形状のケーシング1
0を有し、このケーシング10は横断面が円形となった
収容孔11を備えた円筒部12と、これの両端部に設け
られた端板部13,14とを有しており、収容孔11内
が収容室15となり、この収容孔11の中心が収容室1
5の基準軸O0 となっている。ケーシング10は、それ
ぞれ別々に製造された円筒部12と端板部13,14を
ねじ結合させたり、ねじ部材などを用いて組み立てるこ
とにより形成される。
【0016】ケーシング10内の収容室15内には、外
周面が円形となった円柱形状のロータつまり回転体16
が回転自在に装着されており、この回転体16の両端部
には回転軸17が取り付けられている。回転軸17の中
心は回転体16の中心と一致した回転中心O2 となって
おり、図2に示されるように、この回転中心O2 は、収
容室15の中心である基準軸O0 に対して所定の距離E
だけ偏心した位置となっている。これにより、回転体1
6の外周面は収容孔11の摺動接触部11aの部分で摺
動接触することになり、回転体16はその長手方向の全
長にわたり、摺動接触部11aの部分で線接触すること
になる。
【0017】回転体16にはスパイラル状つまりヘリカ
ル状となった螺旋溝18が形成されており、この螺旋溝
18には、これに対応して螺旋状となったブレードつま
りシール部材19が径方向に摺動自在に組み付けられて
いる。この螺旋状のシール部材19は、硬質ゴム、プラ
スチック、金属などの弾性変形可能な部材により形成さ
れ、径方向外方に向かう弾性力を有している。
【0018】シール部材19は螺旋溝18の深さDにほ
ぼ対応した径方向の幅寸法を有し、螺旋溝18の幅Wに
ほぼ対応した厚みを有している。図2に示すように、シ
ール部材19の一端面19aは、螺旋溝18に取り付け
られたストッパ20に当接しており、シール部材19の
他端面も同様となっている。
【0019】したがって、回転体16が回転すると、シ
ール部材19は収容孔11の内面に接触した状態で回転
体16と一体となって回転することになり、シール部材
19のうち摺動接触部11aの位置にまで回転した部分
は、全体が螺旋溝18内に入り込み、その部分よりも1
80度位相がずれた部分が径方向外方に最も迫り出すこ
とになる。
【0020】図1において左側の回転軸17には、電動
モータ21が連結されており、このモータ21によって
回転体16は所定の方向に回転駆動されるようになって
いる。ケーシング10の一端部には流体の流入口22が
形成され、他端部には流体の流出口23が形成されてい
る。
【0021】回転体16をその回転中心O2 を基準軸O
0 に対して偏心させて収容孔11に接触させることによ
り、回転体16の外周面とケーシング10の円筒部12
の内周面との間には、これらの面とシール部材19の軸
方向に隣り合う部分とによって閉じられた複数の加圧室
24a、24b・・・が形成されることになる。それぞ
れの加圧室24a、24b・・・は、摺動接触部11a
の部分で閉じられており、この摺動接触部11aから円
周方向の両方向に向けて徐々に径方向の高さが高くなっ
ている。
【0022】したがって、流入口22から流入して、た
とえば、図1に示される加圧室24a内に入り込んだ流
体は、回転体16が矢印で示す方向に回転すると、この
加圧室24aを区画するシール部材19の螺旋面および
回転体16の回転方向に対して相対的に逆方向にずれる
ことになるので、この位置の流体は右側に移送されるこ
とになり、回転体が1回転すると、加圧室24bの位置
となる。このようにして、順次、それぞれの加圧室内の
流体は流出口23に向けて移送されることになる。
【0023】ケーシング10の両端部に設けられた端板
部13,14には、偏心軸受25が回動自在に装着さ
れ、この偏心軸受25に嵌合された同心軸受26を介し
て回転軸17が端板部13,14に回転自在に支持され
ている。両方の端板部13,14には、それぞれ偏心軸
受25と同心軸受26とが装着されているが、端板部1
4には、この部分のシール性を高めるために回転軸17
は貫通しておらず、モータ21と連結させるために端板
部13側の回転軸17は、端板部13を貫通している。
【0024】図3(A)に示すように、端板部13に
は、収容孔11の中心軸である基準軸O0 に対して偏心
量E1 ずれた位置を中心とする円形の嵌合孔27が形成
され、この嵌合孔27に偏心軸受25が回動自在に装着
されている。したがって、偏心軸受25は、嵌合孔27
の中心を回動中心O1 として回動し得るようになってい
る。
【0025】この偏心軸受25には回動中心O1 に対し
て偏心量E2 ずれた位置を中心とする円形の嵌合孔28
が形成され、この嵌合孔28に回転自在に同心軸受26
が嵌合している。この同心軸受26は嵌合孔28に接触
する外周面と、回転軸17を回転自在に支持する嵌合孔
29とを有し、外周面の中心と嵌合孔29の内周面の中
心とが一致し、これらの中心が回転中心O2 となってい
る。したがって、回動中心O1 は、基準軸O0 と回転中
心O2 との双方に対して所定の距離だけ偏心している。
【0026】図3(B)は基準軸O0 と回動中心O1
回転中心O2 との相互の偏心状態を拡大して示す図であ
り、回転体16と回転軸17の回転中心O2 は収容孔1
1の中心つまり基準軸O0 に対して組合せ偏心量Eだけ
ずれていることになる。回転体16の外周面が収容孔1
1の内周面に接触しないならば、この組合せ偏心量Eの
最大値は、O0 1 +O1 2 となる。また、最小値は
0 1 −O1 2 となり、組合せ偏心量Eは、 O0 1 −O1 2 ≦E≦O0 1 +O1 2 の範囲となる。
【0027】したがって、図3(A)に示すように、回
転体16の外周面が収容孔11に接触している状態か
ら、偏心軸受25を図3において反時計方向に回動させ
ると、図4に示すように、回転体16の外周面が収容孔
11から離れた状態となる。図3(A)に示すように、
回転体16の外周面が収容孔11に接触しているときに
は、組合せ偏心量Eが最大値よりも小さい値となるよう
に設定されている。
【0028】このように、偏心量Eを変化させることが
できるので、回転体16の外径の加工誤差や収容孔11
の加工誤差を大きくしても、これらを常に、所定の接触
圧ないし応力で接触した状態にすることができる。
【0029】図3(A)において矢印で示すように時計
方向に回転軸17を回転駆動した場合には、スリーブ状
の同心軸受26には回転軸17が接触しているので、回
転軸17の回転力が摩擦によって、同心軸受26に同一
方向の回動力として伝達されることになり、同心軸受2
6は、回転軸17に連れ回る方向の回動力を受けること
になる。同様に、この同心軸受26が回動力を受ける
と、その回動力は偏心軸受25にも伝達され、偏心軸受
25は組合せ偏心量Eが大きくなる方向に回動すること
になる。これにより、回転軸17が回転すると、回転体
16は収容孔11の内周面の摺動接触部11aに接触す
る方向に回転中心O2 が変位することになる。
【0030】図5は、回転体16の外周面が収容孔11
の内周面の摺動接触部11aを接点P0 として接触した
ときにおける回転軸17と偏心軸受25とケーシング1
0との相互間の接触力の作用状態を示す図である。この
図にあっては、同心軸受26は省略されており、回転体
16の外周面と収容孔11の接点P0 との間の摩擦係数
をμ0 とし、端板部に形成された嵌合孔27と偏心軸受
25との間の摩擦係数をμ1 とし、偏心軸受25の嵌合
孔29と回転軸17との間の摩擦係数をμ2 とする。ま
た、接点P0 において回転体16が収容孔11の内周面
に押し付けられたときの反力をF0Xとし、円周方向の反
力をF0Yとする。
【0031】回転体16の接点P0 での摺動抵抗、つま
り回転抵抗によりP0 を支点としてO2 点に回転方向と
反対方向の力F2Yが生じる。この反力F2Yは、 F2Y=(P0 0 /O0 2 )F0Y=(P0 0 /O0
2 )μ0 0X となる。
【0032】P2 点での摩擦(摩擦係数μ2 )により、
2X=μ2 2Y が偏心軸受25のS2 面に発生する。
このF2XのO1 点回りの力F2X’は、F2X’=F2X cos
αであり、F1X =μ1 1Y=μ1 1Y’ cosαであ
る。
【0033】これらが釣り合うのは、F1X・P1 1
2X’・P2 1 の場合であり、 μ1 1Y’ cosα・P1 1 =F2X・ cosα・P2 1 μ1 1Y’・P1 1 =μ2 ・F2Y・P2 1 =μ2 (P0 0 /O0 2 )μ0 0X・P2 1 1Y’=(μ0 μ2 /μ1 )(P0 0 ・P2 1 /P1 1 ・O0 2 )F
0X となり、FはF1Y’による軸の発生するトグル力で
その倍率をMとすると、F2 =MF1Y’であり、 F2 =M(μ0 μ2 /μ1 )(P0 0 ・P2 1 /P
1 1 ・O0 2 )F0X でバランスすることになる。
【0034】本発明の軸受装置は、図1に示したタイプ
のポンプのみならず、ギヤポンプやベーンポンプなどの
ように回転体を有する種々の機器に適用することがで
き、たとえば、この軸受装置をギヤポンプに適用した場
合には、F0Xは歯面からの反力となる。
【0035】図示する場合には、偏心軸受25および同
心軸受26は、それぞれ軸受メタルにより形成されたす
べり軸受となっているが、同心軸受26してニードルベ
アリングを用いたり、内輪と外輪との間に複数のボール
を環状に配置したボールベアリングを用いるようにして
も良い。また、偏心軸受25と端板部との間にニードル
ベアリングやボールベアリングを組み込むようにしても
良い。さらには、同心軸受26を使用することなく、回
転軸17を偏心軸受25に直接支持させて接触させるよ
うにした内接公転軸形機器(たとえば、内接ギヤポン
プ)のように、偏心方向そのものが回転する場合にも採
用できる。
【0036】図示する場合には、回転体16の外周面が
収容孔11の摺動接触部11aに接触した状態では、∠
0 1 2 が90°よりも大きくなるように設定され
ているが、この角度が90°よりも小さい角度となった
状態で接触するようにしても良い。90°よりも大きい
場合には、偏心量Eの変化率が減少方向なので、トグル
の原理と同様に、摺動接触部11aに対する回転体16
の外周面の密着力が大きくなり、摺動接触部11aにお
ける油潤滑の変動に起因した回転体16のビビリを発生
しにくくすることになる。
【0037】一方、90°よりも小さい場合には、偏心
量Eの変化率が増大するという傾向を持つことから、偏
心した回転体を有する非平衡形の内接ギヤポンプや図1
に示したように螺旋状のシール部材を有するタイプのポ
ンプやコンプレッサなどのように、回転体が偏心回転し
て収容孔の内周面に沿って公転するタイプの機器におけ
る軸受として好適となる。この角度を90°よりも大き
くするか、小さくするか、およびどの程度の角度に設定
するかは、機器の回転体の摺動特性と、駆動トルクの特
性とを勘案して決定される。
【0038】また、偏心量E1 と偏心量E2 の長さの比
を調整することよって、前述した角度による特性を強化
したり緩和することができる。つまり、E2 /E1 の値
を小さくする程、前記角度が90°よりも大きい場合の
特性を強化し、90°よりも小さいときの特性を緩和す
ることになる。逆に、E2 /E1 の値が大きくなる程、
角度が90°よりも大きいときの特性を緩和し、90°
よりも小さいときの特性を強化することになる。
【0039】つまり、回転体の摺動接触部に不安定な要
因があるとき、または前述したように回転体が公転する
タイプの機器にあっては、∠O0 1 2 を90°より
も小さく設定するか、E2 /E1 の比を大きく設定す
る。一方、回転体の摺動接触部が安定した構造であっ
て、かつ駆動のための起動トルクに余裕がある場合や、
偏心固定の自転軸型の駆動機器については90°よりも
大きく設定するか、E2 /E1 を小さくする。
【0040】これらの特性を考慮して、油圧機器や空気
圧機器の出力性能に応じて前述したそれぞれの角度や偏
心量を設定することによって、最適な摺動特性と出力特
性とを有する機器を製造することが可能となる。
【0041】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0042】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野であるスパイラル状のシー
ル部材を有するポンプに適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、回転体を収容する
ケーシングないしハウジングに形成された収容室の基準
軸に対して偏心した位置を回転中心とする回転体を有
し、その回転体に取り付けられた回転軸をケーシングで
支持するようにしたタイプの駆動機器であれば、たとえ
ば、歯車ポンプ、ベーンポンプ、ラジアルピストンポン
プなどのように非圧縮性流体を作動流体とするポンプの
みならず、同様の基本構造を有し圧縮性流体を作動流体
とするコンプレッサにも適用できる。
【0043】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0044】(1).回転体がケーシングに形成された収容
孔の内周面に摺動接触するタイプの流体圧駆動機器にお
ける回転体や収容孔の誤差ないし公差を大きく設定する
ことができる。
【0045】(2).これにより、流体圧駆動機器の製造コ
ストを低減することができる。
【0046】(3).回転体とケーシングとの接触部におけ
るこれらの接触応力を所定の値に保持することができ、
接触部におけるシール性や潤滑性を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である軸受装置が組み込
まれたポンプを示す縦断面図である。
【図2】図1における2−2線に沿う断面図である。
【図3】(A)は図1における3−3線に沿う断面図で
あり、(B)は同図(A)における偏心量を拡大して示
す説明図である。
【図4】偏心軸受を回転させることにより、回転体の外
周面がケーシングの収容孔の内周面から離れた状態を示
し、図3(A)と同様の部分を示す断面図である。
【図5】(A)は回転体が収容孔に摺動接触していると
きにおける力のバランス状態を示す説明図であり、
(B)は同図(A)の要部拡大図である。
【符号の説明】
10 ケーシング 11 収容孔 11a 摺動接触部 12 円筒部 13,14 端板部 15 収容室 16 回転体 17 回転軸 18 螺旋溝 19 螺旋状のシール部材 20 ストッパ 21 電動モータ 22 流入口 23 流出口 24a〜24c 加圧室 25 偏心軸受 26 同心軸受 27〜29 嵌合孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 収容室を有するケーシングと、 前記ケーシングに形成された摺動接触部に接触する摺動
    部を有し、前記収容室内に回転自在に装着される回転体
    と、 前記回転体に取り付けられ、前記収容室の基準軸に対し
    て所定の距離だけ偏心した位置を回転中心とする回転軸
    と、 前記回転軸を回転自在に支持するとともに、前記ケーシ
    ングに回動自在に装着され、前記回転中心と前記基準軸
    との双方に対して所定の距離だけ偏心した位置を回動中
    心とする偏心軸受とを有し、 前記回転軸の回転に伴って前記偏心軸受が連れられて回
    動することにより、前記回転体が前記摺動面に所定の応
    力で接触するようにしたことを特徴とする軸受装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の軸受装置であって、前記
    回転体は前記収容室内に流入した流体を加圧して吐出す
    るポンプあるいはコンプレッサを構成するロータである
    ことを特徴とする軸受装置。
JP9147610A 1997-06-05 1997-06-05 軸受装置 Pending JPH10339275A (ja)

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US5984526A (en) 1999-11-16

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