JPS5917024A - 低温用回転機の転り軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温用回転機の転シ軸受に係り、特に低温液化
ガス等を循環するポンプ、あるいはモータ等の回転軸の
支持用として好適な低温用回転機の転り軸受に関する。

一般に低温用回転機、例えば立形サプマージドボングの
ように、水や極低温の如く低粘度液体を扱う回転機では
、モータ回転子に嵌合一体に組立てられた主軸の上下に
玉軸受を配置した構造が採用されている。

第１図に低温用回転機の一例として立形サブマージドポ
ンプを示す。

該図において、ｌは外ケーシングで、その上部７ランジ
にはゲージンググレート２が上置され、更にケーシング
プレート２に内ケーシング３を配置している。この内ケ
ーシング３の中に固定子鉄心と固定子巻線から成る固定
子４が固定され、該固定子４と所定間隙をもって回転子
鉄心と回転子巻線から成る回転子５を配置してモータ部
を形成し、このモータ部の下部にインペラ（図示せず）
等のポンプ部材を配置している。そして、モータ部の回
転子５とポンプ部材のインペラは回転軸６に締結され回
転軸６と共に回転するがこの回転軸６は、そのモータ側
を２個の玉軸受７Ａ、７Ｂで支持されている。

即し、回転機には据付精度などによって避けられない回
転体手釣り合いＫよるアンバランス荷重が生じ、モータ
下方にポンプなどを取付けて運転スルとポンプ水力荷重
が発生するため、これを上下２個の玉軸受７Ａ、７Ｂで
支持するようにしている。

ところで、この様な機械は、通常低粘度液、又は低温低
粘度液中で運転されるため、モータ回転子４を支持する
玉軸受７Ａ、７Ｂも当然液中におかれ、使用中液が水よ
りも低粘度、又は低温液体の場合は、一般の鋼製の玉軸
受では腐蝕や低温強度の問題があり硬質処理を実施した
不銹鋼製玉軸受を用いるのが通例とされる。

第２図、及び第３図に低温低粘度液中において使用され
る潤滑用玉軸受の詳細を示す。該図の如く、玉軸受は回
転軸に嵌合する内輪１１の外周転送面１２に周方向に所
定間隔をもって複数個の玉１３が配置され、との玉１３
を外側から包む様に外輪１４が配置され、更に、玉１３
の位置決め用保持器１５が内輪１１と外輪１４間のスペ
ースに置かれて構成される。

しかし、この様な玉１１１＋受が低粘度、低温液中で運
転されると、液体の粘性による＋１．６　ｆＶｔＩ摸形
成効果がほとんど期待できず、ＩＩＱＩ＋受荷重が作用
すると転シ玉軸受は内輪１１．及び外輪１４と玉１３が
金属接触して負荷を支持することになる。更に詳述すれ
ば、ここで、玉１３と内輪１１間に発生する流体膜（ｈ
ｏ　）は下式にょシ試算することができる。即ら、両者
間の最小膜厚１＋　ｏは×ＣπＥ・／２Ｗ、、、　）”
’“ で求められ、通常低温、低粘度液（例えばＬＮ２ＬＮＧ
）の場合”ｏ””Ｉ　Ｏ−”　（７ｏｎ）程度の潤滑膜
しか形成されず、例えばｌ＠４図の如く、内輪１１外輪
１４、及び玉１３の表面形態を誇大して見ると、外輪１
４の表面荒さα１１玉１３の峡部荒さα２、及び内輪１
１の表面荒さα、はほぼ０．１μＩｎＩｔ、、、であり
、潤滑膜ｂ　ｏの約１００倍のオーダにある。従って、
潤滑膜が形成されたとしても内輪１１、外輪１４、及び
玉１３の表面にり、鋭い凹凸が形成されており、潤滑膜
の効果がなく、荷重が負荷されると玉１３と内輪１１、
及び外輪１４の表面は、その表面荒さに基づく微細な突
起部が薄い潤滑膜１１ｏを貝いて第４図の０部の様に互
いに噛み合ったシ、０部の様に突起頂部で干渉を招き、
この頂部に集中荷重が負荷されることになる。

これによって（ＩＯな荒さをもつ内輪讐１、外輪１４、
及び玉１３の表面は集中荷重による突起部の変形、ある
いは過負荷による突起頂部の破壊等によってその表面は
次第手に流損して摩耗が促進され軸受の寿命は著しく短
縮する。また、これと同時に、内、外輪１１，１４、及
び玉１３の表面の微細な突起の噛み合いや突起部の頂部
接触は、硬質金属同志の噛み合いで、しかも、軸受の玉
１３は内輪１１と外輪１４の間を自転１．っつ公転する
ため、微細突部は一種の歯車のような噛み合いとなり、
噛み合い騒音と突起部同志の衝突音が発生する。

この騒音は硬い金属同志の場合、とくに耳ざわシな異常
音が生じ静粛な運転を要求される機器では重要な問題の
一つとされる。

この様に、上記した構成の低粘度液中用転り軸受では、
内・外輪、及び玉に流体膜の形成が成されにくいため寿
命低下や騒音発生など１時有の問題があった。

この内、ｑ；ｉに寿命延長を図ったものとしては、第３
図に示す内輪１１と外輪１４との間に玉１３を等配する
ための保持器１５に、？Ｔ■渭性に優れた四沸化エチレ
ン樹脂とＭ、０８２を混合、ガラス繊維を充てんし成形
加工した特殊樹脂材を適用したものがある。これは保持
器１５に特殊樹脂材を適用すると玉１３と保持器１５が
接触した際、潤滑性の良い保持器材の一部が玉、１３の
表面に移着し、この移着した潤滑材は玉１３の転シによ
って内輪１１に移着し、更に外輪１４にも移着し、回転
中はこの現象が連続的に行われて、低粘度液による内輪
１１、外輪１４、及び玉１３への流体膜形成不足を移着
膜１６１Ｃよって補おうと′ノーる間接潤滑方式である
。

しかし、この潤滑方式は、軸受玉全数が保持器１５に均
等に接触してこすり合った状態で運転された時、転移移
着膜の効果を発揮出来るが、実際は保持器１５の加工精
度によって必ずしも玉全数が保持器１５に接触せず一部
の玉１３ａと保持器１５８間に非接触すきまＧが生じて
いる部分と、玉１３ｂと保持器１５ｂのように接触とす
シ合う部分とが混在一体となって運転されるのが実態で
ある。したがって、保持器１５がらの潤渭移着膜が形成
される玉と移着のない玉が混在し、特に移着のない玉は
従来と同じ様に内輪１１．及び外輪１４と玉１３が潤滑
膜のない金属同志の接触状態で負荷を支持することにな
るため転移膜移着による間接潤滑効果が十分生かされな
いきらがある。

更に、玉１３と保持器１５の接触状態は点接触にあるた
め、この接触部分に沿って移着膜１６が付着するだけで
、玉１３の自転によって四沸化エチレン樹脂が移着する
領域は第５図の様に玉１３の円周上に線状か細い帯状で
全表面に付着する事はあまり得ない。したがって、運転
中転動玉が何らかの原因によってスキュー等が生じると
、玉１３の軌道は細い帯状の転移膜１６の付着領域を外
れて内輪１１、及び外輪１４と玉１３は潤滑膜の無い硬
い金属同志の接触によって荷重を支持する事になシ、上
述した軸受と同様異常音が発生したシ、表面突起部の破
壊、あるいは脱落による表面流損が生じる。更に、この
潤滑方式を流動する液体中で使用すると玉１３が保持器
１５とこすり合う接触界面に液体が入シ込み移着膜が玉
表面に着きにくいばかりでなく、たとえ付着しても流動
流体に洗い流される可能性もあシ転移膜による確実な潤
滑効果が期待できない。

一方、高温真窒中で使用される玉軸受の潤滑改□善を目
的とした一例を第６図に示す。原図の玉軸受は転シ玉軸
受の内輪２１と外輪２２の間に配置され負荷を受ける玉
２４の間にこの玉２４よシも小径の転動体２５を配置し
、この転動体２５の表面にすぐれた潤滑性能を有する金
、銀等の金属メッキ層２６を形成し、これを１個、又は
複数細工２４０間に挿入配置した保持器をもたない総玉
軸受である。この総玉軸受の構成では、内輪２１、及び
外輪２２が相対的に回転する時、その間を転移する玉２
４と転動体２５が互いに接触こすり合うため、玉２４の
表面に金属メッキ層２６の潤滑金属が転移何着し玉２４
の表面にはつねに潤滑金属の補給が行われるものである
。原図の構成でもそれぞれの玉２４と転動体２５の接触
形態を見ると、潤滑金属が補給される金属メッキ層２６
と玉２４とは岳に球面同志の点接触になるため、玉２４
への潤滑金属転移膜は玉２４の円周表面に細いバンド状
で付着する。その付着状態を誇示した例を第７図に示す
。原図の如く、潤滑金属メッキ層２６をもつ転動体２５
は、荷重を支持する玉２４の間にあり、これらが互いに
接触すると玉２４の表面に潤滑金属転移膜５′が形成さ
れるのである、。

しかしながら、この様な潤滑方式は、荷重方向が一定で
、かつ転り軸受の玉２４が正規の転シを呈する時は転移
膜による潤滑効果を十分に発揮できるが、一般に総玉軸
受は、玉軸受単体の組立時において内輪２１と外輪２２
間の円周上に玉２４を間断なく配列する事は玉２４、及
び内外輪寸法精度の上から極めて困難であり、通常は玉
２４を片側につめて配列するが、この場合には第８図の
如く、玉１個分位か、又はそれ以下の間隔ｌを設けるの
が普通である。

しかも、ラジアル方向負荷状態にあると、荷重ｗｒに対
し玉軸受は下方が負荷領域となる。一般に玉軸受は、内
輪２１と外輪２２０間に配置される玉２４の間には熱膨
張等を考慮したすきまＣＩＯ数μｍ〜数１０μｍをもっ
て組立てられるため、反負荷側の玉ではすきｔＣの遊び
をもって回転し、かつ、円周上に配列される総玉の間に
はぎのスペースが保有される。このため、各玉と金属メ
ッキ層２６を施した転動体２５はつねに接触してとすシ
合う事なく、断続的なこすシ合いと推される。

したがって、帯状の転移膜５′は玉表面に連続して付着
する可能性も薄く、玉２４が反負荷側から負荷側（下方
）に回転する際、玉２４に不規則な運動が生ずると、帯
状転移膜５／を外れだ所で荷重を分担してしまうため金
屑同志の接触となり当初の転移膜潤滑効果が期待できな
い。また、保持器のない総玉軸受がラジアル負荷で１史
用される場合、周方向スペースｌが設けられるため玉２
４が反負荷側から負荷側へ侵入する際、第８図中の例え
ば転動体２５は回転力と自重落下によって玉２４に衡突
する現象が生ずる。この現象は小径のものではそれ程大
きな問題に発展する事はないが、玉自搗動発生の要因と
なるため、転動体２５表面に施す金属メッキ層２６も負
荷を受ける玉２４に効果的に転移するのが困難となり、
金属接触によ冬寿命低下や騒音発生の源となる。

したがって、従来の保持器に潤滑性に優れた樹脂を用い
て玉に転移付着して潤滑向上をねらった方式および負荷
を受ける玉の間に潤滑金属をメッキした転動体を配置し
た方式は、いずれも転移付着膜が形成されても、玉表面
に帯状付着するのみで全表面に付着する事は望めない。

このため、玉は帯状転移膜を外れ易く、潤滑剤のない金
属面で回転し微細な表面凹凸の噛み合いや突起部の干渉
によって金属音発生の原因となり静粛な運転が行われな
いばかシでなく、摩耗や寿命低下の促進要因となり安定
な運転が期待できなかった。

本発明は一ヒ述の点に鑑み成されたもので、その目的と
するところは、低温、低粘１現故体Ｉｆｆ回転機の主軸
ケ支持するものであっても、潤滑が良好に行なわれ金属
音の発生を防ＩＦすることは勿論、寿命低「を防ぎ安定
な運転が期待できる低温用回転機の伝り軸受ｆｃ促供す
るにある。

本発明は低温液中で運転される回転機の回転軸に嵌合す
る内輪の外周面に沿って周方向に所定間隔をもって配置
され外側から外輪によシ包む様に覆われている複数個の
玉を、その表面に軟質金属を被覆して保持器で支持する
ことによシ所期の目的を達成するように成したものであ
る。

以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳にｉｌｌに説
明する。

第９図に本発明の一実施例を示す。

原図の本実施例での玉軸受も内輪３１と外輪３２これら
間に配置される複数個の玉３４、及び該玉３４を保持す
る保持器３５よシ構成され、そして、本実施例では同一
寸法の玉３４の全数の表面に均一厚さで、かつ、玉３４
、内輪３１、及び外輪３２の表面荒々以上の厚みに軟質
金属３！３を被覆し、これらを保持器３５によって等間
１ｍに配置保持するようにして、この軟質金属３６を被
覆した玉３４自体で負荷を分担するようにしたものであ
る。即ら、第１０図に軟質金属３６を被覆した玉３４の
接触状態を拡大して示すように、軟質金属３６膜は玉３
４と内輪３１、及び外輪３２のそれぞれ表面荒さα１．
α２．α３よりも厚くしておシ、軟質金属３６の被覆厚
さβは玉３４と内輪３１ではβ−ｔＹ２＋α３、玉３４
と外輪３２ではβ−Φ−トα１トナッている。従って、
本実施例では玉３４の表面に被覆した軟質金属３６は玉
３４の表面の微細な凹凸を包含し、内輪３１．又は外輪
３２とは軟質金属３６を介して玉３４と接触することに
なシ、玉３４及び内外輪３１、外輪３２表面の微細な凹
凸は被覆膜厚さβの中に吸収されて、玉３４や内、外輪
３１．３２のように硬い金属同志の直接の接融かなくな
シ金屈音が防止され騒音低下が図れると共に、軟質金Ｐ
Ａ３６を被覆した玉３４は、位置決め用の保持器３５に
よって内輪３１と外輪３２の間に配列されているため、
従来の総玉軸受の様に玉同志の衝突がなく静粛な運転が
期待できる。

また、従来のように保持器と接触による四沸化エヂレン
樹脂の転移膜効果、あるいは負荷を分担しない玉よシも
小径の玉に潤滑金属をメッキした転動体を玉の間に配置
して潤滑金属を補給する方式のように細い帯状の転移膜
によって潤滑を期待することなしに、玉全数の全表面に
被覆した軟質金属、即ち、玉自体によって潤滑でき従来
の問題は解決されると共に、保持器と玉の接触面の潤滑
も玉表面の軟質金属で潤滑されるため、保持器材を特殊
な潤滑樹脂材で製作する必要もなく、安価な樹脂材で目
的が達成できる。

尚、上述した軟質金属としては主としてホワイトメタル
（Ａｇ、Ｓ　ｎ、ｐｂ、８ｂ）等の純金属、及びこれら
の合金材が用いられる。

以上説明した本発明の低温用回転機の転り軸受によれば
、低温液中で運転される回転機の回転軸に嵌合する内輪
の外周面に沿って周方向に所定間隔をもって配置され外
側から外輪によシ包む様に覆われている複数個の玉を、
その表面に軟質金属を被覆して保持器で支持したもので
あるから、玉と内輪、及び外輪とが接触しても、表面の
微細な凹凸は軟質金属によって吸収されるし、また、玉
同志の接触がないため騒音の発生が抑制されることは勿
論、玉表面の軟質金属で潤滑されるため寿命の低下が防
がれ安定な運転が期待でき、比種転シ軸受に採用する場
合には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は低温用回転機の一例である立形モータポンプの
概略を示す断面図、第２図はそれに採用される従来の玉
軸受の一例を示す断面図、第３図は第２図Ａ−Ａ断面を
部分拡大した横断面図、第４図は内外輪、及び玉の表面
を拡大して示す断面図、第５図は従来の保持器と玉の接
触状態を示す第２図のＢ矢視図、第６図は従来の玉軸受
の一例である潤滑金属をメッキした玉を負荷用土の間に
配置した総玉軸受方式を示す第３図（相当する図、第７
図はその接触部における玉の転移膜付着形態を示す図、
第８図は第６図に示す総玉軸受にラジアル荷重が作用し
た場合の形態を示す断面図、第９図は本発明の一実施例
を示す玉軸受の断面図、第１０図は本発明による軟質金
属を被覆した玉と内外輪、及び保持器との接触状態を拡
大して示す断面図である。 １１．２１，３１・・・内輪、１４，２２．３２・・・
外輪、１３，２４．３４・・・玉、１５．３５・・・保
持器、３６・・・軟質金属。 第　１　　口 第　２　図 ｌ 第　３　図 ／６ 第　４　図　　　　第　５　図 ／／ ｂ　代　　　　　　　　　　　　　　　／ｂ第　　　　
乙　　　　Ｄコ 第　７　図 第９図 ＄　／θ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低温液中で運転される回転機の回転軸に嵌合する内
   輪と、該内輪の外周面に沿って周方向に所定間隔をもっ
   て複数個配置される玉と、該玉を外側から包む様に配置
   された外輪と、該外輪と内輪間に前記玉を収納案内する
   ために配置される保持器とを備えた低温用回転機の転り
   軸受において、前記各玉は、その表面に軟質金属を被覆
   して形成され前記保持器に支持されていることを特徴と
   する低温用回転機の転υ軸受。 ２、前記玉の表面に被覆された軟質金属膜の厚さは、少
   なくとも該玉の表面荒さ以上であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の低温用回転機の転ｐ軸受。