JP5116533B2 - 滑り軸受装置およびポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば無注水のドライ状態と水によって潤滑される注水状態との両方の状態で使用される滑り軸受装置、および、この滑り軸受装置を備えたポンプ装置に関する。

従来、例えば、図１３に示すように、ケーシング８２の下端に吸込口８３を有する立軸斜流ポンプ装置８１がある。ケーシング８２内には回転自在な主軸８４が挿通されており、主軸８４の下端に羽根車８５が設けられている。ケーシング８２の上部には、主軸８４を回転駆動させる駆動装置８６（電動機）が設けられている。主軸８４は滑り軸受装置８７によって回転自在に支持されている。

図１４，図１５に示すように、滑り軸受装置８７は、主軸８４の外周面に摺接する軸受体８８と、軸受体８８の周囲に設けられたハウジング８９と、軸受体８８とハウジング８９との間に設けられた円筒形状の緩衝用ゴム９０とを有している。

ハウジング８９は、金属製の円筒形状の部材であり、ケーシング８２内に設けられた固定部材９１に固定されている。ハウジング８９の内周面には、複数本の嵌合凹部９２が形成されている。

軸受体８８は円筒状の軸受シェル９３と摺接部材９４とで構成されている。摺接部材９４は、セラミックスや樹脂等からなり、軸受シェル９３の内側に圧入固定されている。摺接部材９４の内周面とポンプ装置の主軸８４の外周面とが摺接する。上記軸受シェル９３の外周面には、複数本の嵌合凹部９５が形成されている。

緩衝用ゴム９０の内外周面には、上記嵌合凹部９２，９５に嵌合する嵌合凸部９６，９７が形成されている。緩衝用ゴム９０には、軸方向に沿って直線状の貫通孔９８が複数形成されており、これら貫通孔９８によって緩衝用ゴム９０のばね定数が所定の値に調整される。

これによると、主軸８４が所定の回転方向に回転すると、主軸８４の外周面が摺接部材９４の内周面に摺接する。この際、緩衝用ゴム９０の各嵌合凸部９６，９７がハウジング８９の嵌合凹部９２と軸受シェル９３の嵌合凹部９５とに嵌合しているため、軸受体８８は、回り止めされ、主軸８４と共回りすることはない。

上記立軸斜流ポンプ装置８１は先行待機運転を行うものであり、揚水を行う揚水運転と、揚水を行わない待機運転とに切り替え可能である。運転開始時は、待機運転に切り替えた状態で、駆動装置８６を駆動し、主軸８４の回転速度を所定の回転速度まで次第に上昇させる。この際、滑り軸受装置８７は自揚水による潤滑作用が発揮されないドライ状態であるため、滑り軸受装置８７に対する主軸８４の摺動抵抗が増大する。

主軸８４の回転速度が所定の回転速度に達した後、吸水位が上昇して設定水位Ｈに達すると、待機運転から揚水運転に切り替えて、揚水を開始する。この際、主軸８４の回転速度は所定の回転速度に保たれており、また、自揚水によって滑り軸受装置８７が潤滑および冷却されるため、滑り軸受装置８７に対する主軸８４の摺動抵抗が減少する。

その後、吸水位が設定水位Ｈよりも低下し、立軸斜流ポンプ装置８１を引き続き駆動させる必要が無いと判断された場合、駆動装置８６の駆動を停止させて、ケーシング８２内の水を吸込口８３から排出する。この際、主軸８４には駆動装置８６の駆動トルクが作用せず、主軸８４は、自揚水による潤滑作用が発揮されないドライ状態で、惰性で回転しながら所定の回転速度から次第に減速し、最終的に停止する。

また、緩衝用ゴム９０の径方向の荷重の増加分ΔＰに対する径方向の変位の増加分をΔＲとすると、軸受装置８７のばね定数がΔＰ／ΔＲで定義される。緩衝用ゴム９０に形成される貫通孔９８の数を減少させることにより、緩衝用ゴム９０を用いた軸受装置８７のばね定数が増大する。反対に、貫通孔９８の数を増加させることにより、緩衝用ゴム９０を用いた軸受装置８７のばね定数が低下する。

また、図１６は他の従来の滑り軸受装置１００の縦断面図であり、円筒状の軸受体１０２の下部にフランジ部１０３が設けられ、軸受体１０２の回転を阻止するための回り止め部材１０１がフランジ部１０３に設けられて軸方向に挿通されている。
特開２００２−２６６７９２

上記の従来形式では、揚水運転中に、径方向の比較的大きな荷重Ｐが軸受体８８に作用し、このような径方向の大きな荷重Ｐを十分に受けるために、緩衝用ゴム９０の貫通孔９８の数を減少させて緩衝用ゴム９０を用いた軸受装置８７のばね定数を増大させている。

しかしながら、上記のように軸受装置８７のばね定数を増大させると、これに応じてポンプ装置８１全体の固有振動数も上昇する。このため、駆動装置８６の駆動が停止して、主軸８４がドライ状態で惰性で回転しながら所定の回転速度から次第に減速していく際、主軸８４の回転速度が十分に低下していない高速の時に、ポンプ装置８１の固有振動数と一致して共振が発生し、主軸８４の後ろ回り振動を誘発するので、主軸８４の回転速度の高さに応じた大きな力（衝撃）が発生するといった問題がある。

また、主軸８４は惰性で回転しているため、共振周波数を通過せしめるだけの充分に強大なトルクすなわち減速力を持たず、共振を回避することができないという問題や、複数存在する全ての固有振動数を充分に高くすることによって共振を回避するのは、非現実的な剛性を要するという問題がある。

反対に、緩衝用ゴム９０の貫通孔９８の数を増加させて緩衝用ゴム９０を用いた軸受装置８７のばね定数を低減させると、これに応じて固有振動数も低下するが、緩衝用ゴム９０が径方向に変位し易くなるため、軸受体８８に作用する径方向の荷重Ｐを十分に受けることができなくなる。したがって、径方向の荷重Ｐに対する軸受体８８の径方向への変位量が増大し、径方向の荷重Ｐに対して主軸８４が径方向へ大きく変位して、羽根車８５がケーシング８２の内周面に接触するといった問題がある。

更に、主軸８４の回転速度が変化しない場合であっても、ドライ状態において軸受体８８の摺動面は異物の混入等に起因して摩擦条件が変化して共振を起こす場合があり、この場合、主軸８４は駆動装置８６の駆動力の供給が継続する、いわゆる強制振動状態に陥る。このような主軸８４の強制振動を外部と遮断するためには、前述のばね定数を十分に低くする必要があるが、上記と同様に羽根車８５とケーシング８２との接触等の問題があるので、振動を遮断することができないという問題がある。

本発明は、共振時に発生する力（衝撃）を低減することができるとともに、軸受体に作用する径方向の荷重を十分に受けることができる滑り軸受装置、および、このような滑り軸受装置を備えたポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、主軸と摺接する軸受体と、軸受体の周囲に設けられたハウジングと、軸受体とハウジングとの間に設けられた弾性体とを備えたポンプ用の滑り軸受装置であって、
軸受体の径方向の荷重の増加分ΔＰに対する軸受体の径方向の変位の増加分をΔＲとすると、軸受装置のばね定数がΔＰ／ΔＲで定義され、
前記ばね定数は、軸受体の径方向への変位が所定値を超えると、径方向への変位が所定値以下のときよりも、大きな値になるように構成されており、
弾性体は第一の弾性部材と第二の弾性部材とを有し、
第二の弾性部材が軸受体の軸方向の両端に位置し、
第一の弾性部材が第二の弾性部材間に位置し、
第一の弾性部材は、径方向の荷重が作用していないときであっても軸受体に接しているか又は近接しており、
第二の弾性部材は、径方向の荷重が作用していないとき軸受体から径方向に所定の間隔をあけて離間しており、
軸受体と第二の弾性部材との径方向の間隔が軸受体と第一の弾性部材との径方向の間隔よりも大きく、
第二の弾性部材は、軸受体の径方向への変位が所定値に達したときに軸受体に接するように構成され、
第一の弾性部材の弾性率が第二の弾性部材の弾性率よりも小さいものである。

これによると、主軸の変位によって軸受体の径方向に荷重が作用した場合、荷重の大きさに応じて弾性体が径方向に変形する。この時、上記径方向の荷重が小さく、軸受体の径方向への変位が所定値以下となる場合、軸受装置のばね定数は上記所定値を超えた場合に比べて小さくなる。

このため、上記所定値以下に変位した場合のばね定数が上記所定値を超えて変位した場合と同じ値を有する大きなばね定数となる弾性体を用いた従来の滑り軸受装置に比べて、変位が上記所定値以下の範囲では、軸受装置の固有振動数が低下する。したがって、駆動装置を停止して、主軸がドライ状態で惰性で回転しながら所定の回転速度から次第に減速していく際、低下させた固有振動数と一致して共振が発生するのは、主軸の回転速度が十分に低下した場合である。この時点では、主軸が有する回転エネルギーは散逸して低下しており、これにより、共振時に発生する力（衝撃）が低減される。

また、主軸を回転駆動して揚水を行っている際、上記径方向の荷重が大きくなれば、軸受体の径方向への変位が所定値を超え、軸受装置のばね定数は上記所定値以下の場合に比べて大きくなる。これにより、上記径方向の荷重を十分に受けることができ、径方向の荷重に対する軸受体の径方向への変位量が低減される。したがって、径方向の荷重に対する主軸の径方向への変位量が低減されるため、羽根車がケーシングの内周面に接触するのを防止することができる。

また、主軸によって軸受体の径方向に荷重が作用した場合、上記径方向の荷重が小さく、軸受体の径方向への変位が所定値以下であれば、第一の弾性部材が軸受体に接し、第二の弾性部材が軸受体から径方向に離間する。これにより、弾性体のばね定数は上記所定値を超えた場合に比べて小さくなる。

また、上記径方向の荷重が大きくなり、軸受体の径方向への変位が所定値を超えれば、第一の弾性部材が軸受体に接した状態で、さらに、第二の弾性部材が軸受体に接する。これにより、弾性体のばね定数は上記所定値以下の場合に比べて大きくなる。
また、ドライ状態（揚水しない軽負荷時）等には、軸受装置の中央部で主軸を保持するので、主軸が傾く方向に変位しても大きな反力が発生せず、このため共振し難くなる。
また、径方向の変位が所定値を超えた際に、軸受装置のばね定数が増大する軸受装置を簡単な構造で実現できる。
本第２発明は、第一の弾性部材は軸受体の軸方向の中央部に接触しているものである。

本第３発明は、第一および第二の弾性部材は保持部材の内側に設けられたゴムであるものである。
これによると、製作および組み立てが容易になる。

本第４発明は、第一の弾性部材の内周面に、周方向において複数の凹凸が形成されているものである。
これによると、径方向の変位が所定値を超えた際に、軸受装置のばね定数が増大する軸受装置を簡単な構造で実現できる。

本第５発明は、軸受体に回り止め部材が設けられ、
回り止め部材は周方向において弾性体に係合しているものである。
これによると、主軸の回転に伴って軸受体が回転してしまうのを防止することができる。そして、従来では、回り止め部材を軸方向に設けるために、軸受体にフランジ部を設けていたが、本第５発明によれば、軸受体にフランジ部を設ける必要は無くなる。これにより、軸受体の軽量化が可能になり、慣性力を減少させることができるため、大きな反力が発生せず、共振し難くなる。

本第６発明は、ハウジングに、軸受体の一端部に対向する緩衝部材が設けられているものである。
これによると、主軸の回転方向および軸方向の荷重が軸受体に作用した場合の反力が減少するので、共振しにくくなる。

本第７発明は、前記第１発明から第６発明のいずれか１項に記載の滑り軸受装置を備えたポンプ装置であって、
揚水を行う揚水運転と揚水を行わない待機運転とに切り替え可能であるものである。

以上のように本発明によると、例えば主軸がドライ状態（揚水しない軽負荷状態）で惰性で回転しながら所定の回転速度から次第に減速していく際、共振するとしても、主軸の回転速度が十分に低下した時に、固有振動数と一致するので、共振時に発生する力（衝撃）が低減される。

また、例えば揚水により負荷が増大したときには、径方向の荷重を十分に受けることができ、径方向の荷重に対する軸受体の径方向への変位量が低減される。したがって、径方向の荷重に対する主軸の径方向への変位量が低減され、羽根車がケーシングの内周面に接触するのを防止することができる。

以下、本発明における第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、１は先行待機運転が行える立軸斜流ポンプ装置（ポンプ装置の一例）である。立軸斜流ポンプ装置１のケーシング２の下端には吸込口３が形成されている。ケーシング２内には主軸４が挿通されており、主軸４の下端に羽根車５が設けられている。ケーシング２の上方には、主軸４を回転駆動させるモータ等の駆動装置６が設けられている。

上記主軸４は上下複数の滑り軸受装置１１，１２によって軸心１５を中心に回転自在に支持されている。これら滑り軸受装置１１，１２はそれぞれ、ケーシング２内に設けられた固定部材１６に設けられている。また、ケーシング２には、吸込口３に空気を吸気する吸気管１７が設けられている。この吸気管１７は弁等からなる気水切替装置１８によって開閉されるように構成されている。尚、上記立軸斜流ポンプ１は、羽根車５が回転して水を吸い上げる揚水運転と、羽根車５が回転しているが水を吸い上げない待機運転（気中運転）とに切り替え可能である。

図３に示すように、上記主軸４は、軸本体４ａと、軸受箇所において軸本体４ａに外嵌された円筒状のスリーブ４ｂとで構成されており、固定部材１６を貫通している。
上記滑り軸受装置１１は以下のように構成されている。

図３〜図５に示すように、滑り軸受装置１１は、主軸４を回転自在に保持する円筒状の軸受体２０と、軸受体２０の外側周囲に配置された金属製の円筒状のハウジング２１とを有している。軸受体２０はハウジング２１内に設けられており、軸受体２０とハウジング２１との間には、弾性体２２が設けられている。

軸受体２０は、金属製の円筒状のシェル２３と、シェル２３の内周側に取付けられた円筒状の摺接部材２４とで構成されている。また、摺接部材２４は、例えばセラミック製であり、主軸４に外嵌されており、内周面が主軸４のスリーブ４ｂに摺接自在である。

また、ハウジング２１は、固定部材１６に設けられた円筒状の胴部２１ａと、胴部２１ａの上部に設けられた上部カバー２１ｂと、胴部２１ａの下部に設けられた下部カバー２１ｃとを有している。

弾性体２２は、金属製で円筒状の保持部材２６と、保持部材２６の内周面に取り付けられた第一および第二の弾性部材２７，２８とを有している。保持部材２６は、軸方向において複数個（図３では３個）の保持リング３０に分割されており、ハウジング２１の胴部２１ａ内に嵌め込まれ、複数のねじ２９によって取付け固定されている。尚、保持部材２６は３個の保持リング３０からなるが、３個以外の複数個でもよい。

第一および第二の弾性部材２７，２８は円環状に形成され、第二の弾性部材２８は保持部材２６の軸方向における両端部（上下両端部）に位置し、第一の弾性部材２７は両第二の弾性部材２８間に位置している。このような構成により、第一又は第二の弾性部材２７，２８を備えた複数の保持リング３０を積み重ねることで、弾性体２２を形成することができるため、組み立て性が向上する。尚、保持部材２６は円筒状でなくてもよく、円筒の一部や角筒状であってもよい。

図６に示すように、第一の弾性部材２７の内周面には、周方向において複数の凹部３１と凸部３２とが形成されている。この凹部３１の大きさを変えることで軸受装置１１のばね定数を調整することができる。また、第二の弾性部材２８の内周面には、軸方向の溝３３が周方向において所定間隔毎に複数形成されている。尚、第一の弾性部材２７はシェル２３の軸方向（上下方向）における中央部に接触している。

軸受体２０のシェル２３には、径方向外向きに突出する複数の回り止めねじ３５（回り止め部材の一例）が設けられている。第一および第二の弾性部材２７，２８にはそれぞれ、内外周面に開口する複数の係止孔３６が形成されている。また、ハウジング２１の胴部２１ａと弾性体２２の保持部材２６とには、胴部２１ａの外周面と保持部材２６の内周面とに貫通する複数の貫通孔３７が形成され、これら各貫通孔３７と各係止孔３６とが径方向において連通している。各回り止めねじ３５は各係止孔３６内に挿入され、これによって、各回り止めねじ３５は周方向において各弾性部材２７，２８に係合している。

図３〜図５に示すように、第一の弾性部材２７の内周面は、主軸４が停止しているときであっても、軸受体２０のシェル２３の外周面に接触している。また、第二の弾性部材２８の内周面は、主軸４が停止しているとき、上記シェル２３の外周面から径方向へ所定の間隔Ｓをあけて離間している。

ハウジング２１の上部カバー２１ｂの内側と下部カバー２１ｃの内側とには、円環状の上部の緩衝部材３９と下部の緩衝部材４０とが設けられている。上部の緩衝部材３９は軸受体２０のシェル２３の上方に対向し、下部の緩衝部材４０は、軸受体２０のシェル２３の下方に対向して、シェル２３の下端部を下方から支持する。

第一および第二の弾性部材２７，２８と上部および下部の緩衝部材３９，４０との材質はゴムであり、このうち、第一の弾性部材２７と上部および下部の緩衝部材３９，４０とには柔軟なゴムが用いられている。また、第二の弾性部材２８には、第一の弾性部材２７よりも硬いゴムが用いられている。尚、第二の弾性部材２８の弾性係数は第一の弾性部材２７の弾性係数の約２〜３倍に設定されている。

図７に示すように、弾性体２２の径方向の荷重Ｐの増加分ΔＰに対する径方向の変位Ｒの増加分をΔＲとすると、軸受装置１１のばね定数がΔＰ／ΔＲで定義される。また、図８のグラフは、軸受体２０の径方向への変位Ｒと径方向の荷重Ｐとの関係を示すものである。

これによると、ばね定数（実線のグラフ（イ）の傾きに相当）は、軸受体２０の径方向への変位Ｒが所定値Ａを超えると、上記変位Ｒが所定値Ａ以下のときよりも、大きな値になるように構成されている。第二の弾性部材２８の内周面は、軸受体２０の径方向への変位Ｒが所定値Ａに達したときに、所定の間隔Ｓが０になって、軸受体２０のシェル２３の外周面に接触するように構成されている。

ここで、図８のグラフ（イ）において、径方向への変位Ｒが０から所定値Ａまでの範囲のばね定数（グラフ（イ）の傾き）は、第一の弾性部材２７のみが軸受体２０のシェル２３に接触し、第二の弾性部材２８はシェル２３から離間しているため、第一の弾性部材２７のみが関与する第１のばね定数ｋａになる。

また、径方向への変位Ｒが所定値Ａよりも大きい範囲のばね定数は、第一の弾性部材２７と第二の弾性部材２８とが共にシェル２３に接触しているため、第一の弾性部材２７と第二の弾性部材２８とを合わせた第２のばね定数ｋｂになる。この第２のばね定数ｋｂは第１のばね定数ｋａよりも大きな値である。尚、参考として、二点鎖線のグラフ（ロ）は第一の弾性部材２７のみで軸受装置１１を構成したときのばね定数を示し、点線のグラフ（ハ）は第二の弾性部材２８のみで軸受装置１１を構成したときのばね定数を示している。このように弾性率の異なる弾性部材２７，２８を用いることで、所定値Ａの変位量を境にして軸受装置１１のばね定数を大きく変えることができる。

尚、従来の軸受装置であってもゴムの材料特性やその構造から、主軸の径方向の変位が大きくなるとばね定数は徐々に増加するが、本発明で言うばね定数の変化は図８に示すような大きな変化を言う。

尚、図２に示す別の滑り軸受装置１２は、上記滑り軸受装置１１と同じ構造であり、滑り軸受装置１１とは上下反対向きに設けられている。
以下、上記構成における作用を説明する。

上記立軸斜流ポンプ装置１は先行待機運転を行うものであり、図９のグラフに示すように、運転開始時は、気水切替装置１８を開いて待機運転に切り替え、この状態で、駆動装置６を駆動し、主軸４の回転速度を所定の回転速度Ｖまで次第に上昇させる。この際、滑り軸受装置１１，１２は自揚水による潤滑作用が発揮されないドライ状態である。

主軸４の回転速度が所定の回転速度Ｖに達した後、吸水位が上昇して設定水位Ｈに達すると、気水切替装置１８を閉じて待機運転から揚水運転に切り替え、揚水を開始する。この際、主軸４の回転速度（角速度）は所定の回転速度Ｖに保たれており、また、自揚水によって滑り軸受装置１１，１２が潤滑および冷却されるため、滑り軸受装置１１，１２に対する主軸４の摺動抵抗が減少する。

その後、吸水位が設定水位Ｈよりも低下し、立軸斜流ポンプ装置１を引き続き駆動させる必要が無いと判断された場合、気水切替装置１８を開き、駆動装置６の駆動を停止させて、ケーシング２内の水を吸込口３から排出し、運転を停止する。この際、主軸４には駆動装置６の駆動トルクが作用せず、主軸４は、自揚水による潤滑作用が発揮されないドライ状態で、惰性で回転しながら所定の回転速度Ｖから次第に減速し、最終的に停止する。

運転中、主軸４によって軸受体２０の径方向に荷重Ｐが作用した場合、この荷重Ｐが小さく、軸受体２０の径方向への変位Ｒが所定値Ａ以下であれば、第一の弾性部材２７のみが軸受体２０のシェル２３に接触し、第二の弾性部材２８はシェル２３から離間した状態となる。これにより、弾性体２０のばね定数は第２のばね定数ｋｂよりも小さい第１のばね定数ｋａとなる。

また、上記径方向の荷重Ｐが大きく、軸受体２０の径方向への変位Ｒが所定値Ａを超えれば、第一の弾性部材２７が軸受体２０のシェル２３に接触した状態で、さらに、第二の弾性部材２８もシェル２３に接触する。これにより、軸受装置１１のばね定数は第１のばね定数ｋａよりも大きい第２のばね定数ｋｂとなる。

ここで、図１０のグラフは、主軸４の回転角速度ω（周波数（Ｈｚ））と振動伝達率Ｔｒと回転不釣合い力との関係を示すものである。実線のグラフ（ニ）は従来のポンプ装置における回転角速度ωと振動伝達率Ｔｒとの関係を示しており、大きなばね定数ｋｂを有する滑り軸受装置である。また、点線のグラフ（ホ）は本実施の形態のポンプ装置１における回転角速度ωと振動伝達率Ｔｒとの関係を示しており、大小２種類のばね定数ｋａ，ｋｂを有する滑り軸受装置１１（１２）である。

これによると、本実施の形態では第１のばね定数ｋａが第２のばね定数ｋｂより小さいため、グラフ（ホ）に示すように、本実施の形態のポンプ装置１の固有振動数Ｂ１が従来のポンプ装置の固有振動数Ｂ２よりも低下する。

したがって、図９のグラフに示すように、運転停止時、駆動装置６が停止して、主軸４がドライ状態で惰性で回転しながら所定の回転速度Ｖから次第に減速していく際、すなわち、図１０に示すように主軸４の角速度ωが左へ低下していく際、固有振動数Ｂ２より低くなった固有振動数Ｂ１に達したときに共振が発生するが、この時の主軸４の角速度ω（すなわち回転速度）が十分に低下しているので、共振時に発生する力（衝撃）が低減される。

また、上記図１０の一点鎖線のグラフ（ヘ）は主軸４の回転角速度ωと回転不釣合い力との関係を示すものであり、回転不釣合い力は、図７に示すように、主軸４が所定の方向Ｃに回転しているときの軸受体２０の摺接面（すなわち摺接部材２４の内周面）に対する垂直抗力Ｎと同じになり、下記の式１で示される。

回転不釣合い力＝垂直抗力Ｎ＝Ｍ×ｅ×ω^２ 式１
尚、Ｍは主軸４の質量、ｅは比不釣合量（主軸４の図心と重心との距離）である。
また、主軸４が回転しているときの摩擦力Ｆとその偶力−Ｆとは下記の式２，式３で示される。

Ｆ＝μ×Ｎ＝μ×Ｍ×ｅ×ω^２ 式２
尚、μは摩擦係数である。
−Ｆ＝−μ×Ｍ×ｅ×ω^２ 式３
上記式３に示すように、偶力−Ｆは主軸４の角速度の２乗に比例するため、本実施の形態のポンプ装置１が固有振動数Ｂ１（図１０のグラフ（ホ））で共振しているときの偶力−Ｆ１は、上記角速度ωが低いので、従来のポンプ装置が固有振動数Ｂ２（図１０のグラフ（ニ））で共振しているときの偶力−Ｆ２よりも大幅に小さくなる。これにより、主軸４の重心が主軸４の回転方向Ｃとは反対方向へ移動することによって生じる自励振動（後ろ回り振動）を抑制することができる。

また、揚水運転中に径方向の荷重Ｐが増大して、図８に示すように、軸受体２０の径方向への変位Ｒが所定値Ａを超えると、弾性体２２のばね定数が小さな値の第１のばね定数ｋａから大きな値の第２のばね定数ｋｂに変わる。これにより、上記径方向の荷重Ｐを十分に受けることができ、径方向の荷重Ｐに対する軸受体２０の径方向への変位量Ｒが低減される。したがって、径方向の荷重Ｐに対する主軸４の径方向への変位量が低減されるため、羽根車５がケーシング２の内周面に接触するのを防止することができる。

また、図３に示すように、回り止めねじ３５は、各係止孔３６内に挿入され、周方向において各弾性部材２７，２８に係合しているため、主軸４の回転に伴って軸受体２０が回転してしまうのを防止することができる。

このとき、従来では、図１６に示すように、回り止め部材１０１を軸方向に設けるために、軸受体１０２にフランジ部１０３を設けていたが、本実施の形態によれば、図３に示すように、軸受体２０にフランジ部を設ける必要は無くなる。これにより、軸受体２０の軽量化が可能になり、慣性力を減少させることができるため、大きな反力が発生せず、共振し難くなる。

また、軸受体２０のシェル２３は上部の緩衝部材３９と下部の緩衝部材４０との上下間に挟まれているため、軸受体２０が上下方向（軸方向）にずれるのを防止することができるとともに、軸方向の荷重が軸受体２０に作用した場合の反力が減少するので、共振しにくくなる。

また、図８のグラフに示すように、変位Ｒが所定値Ａ以下の領域では、軸受装置１１のばね定数が十分に低くなるため、主軸４の強制振動を外部と遮断することができる。また、変位Ｒが所定値Ａを超えた領域では、軸受装置１１のばね定数が大きな値に切換るため、径方向の荷重Ｐに対する主軸４の径方向への変位量が抑制され、これにより、羽根車５がケーシング２に接触するのを防止できる。

上記第１の実施の形態では、図３に示すように、第一の弾性部材２７の内周面は、主軸４が停止しているときであっても、軸受体２０のシェル２３の外周面に接触しているが、シェル２３の外周面から径方向へ所定の間隔Ｓよりも小さな間隔をあけて離間してもよい。

上記第１の実施の形態では、図６に示すように、第一の弾性部材２７を１個設けているが、複数個設けてもよい。また、第二の弾性部材２８を２個設けているが、１個又は３個以上の複数個設けてもよい。

上記第１の実施の形態では、柔軟な（弾性率が小さく低硬度の）第一の弾性部材２７を１個と硬い（弾性率が大きく高硬度の）第二の弾性部材２８を上下２個設け、第一の弾性部材２７を両第二の弾性部材２８間に配置しているが、第２の実施の形態として、図１１に示すように、第一の弾性部材２７を上下２個と第二の弾性部材２８を１個設け、第二の弾性部材２８を両第一の弾性部材２７間に配置してもよい。

また、上記第１の実施の形態では、第一および第二の弾性部材２７，２８をそれぞれ保持部材２６の内周面に設けたが、第３の実施の形態として、第二の弾性部材２８を保持部材２６の内周面に設け、第二の弾性部材２８の内周面に第一の弾性部材２７を設けてもよい。

上記各実施の形態では、第一の弾性部材２７と緩衝部材３９，４０の弾性率と、第二の弾性部材２８の弾性率とが異なるものを使用しているが、これに限定されるものではなく、同じ弾性率の材料であってもよい。

また、第４の実施の形態として、第一の弾性部材２７の弾性率を第二の弾性部材２８の弾性率より小さくしたものであってもよい。
また、第５の実施の形態として、図１２に示すように、弾性体２２を、保持部材２６と、保持部材２６の内周面に取り付けられた円筒状のゴム製の弾性部材４５とで構成してもよい。弾性部材４５の内周面には径方向内側へ突出する突出部４６が全周にわたり形成されている。

突出部４６は、主軸４が停止しているときであっても、軸受体２０のシェル２３の外周面に接触している。また、弾性部材４５の内周面は、主軸４が停止しているとき、上記シェル２３の外周面から径方向へ所定の間隔Ｓをあけて離間している。

上記各実施の形態では、第一および第二の弾性部材２７，２８としてゴムを用いたが、ゴムの代わりに金属ばねや空気ばね等を用いてもよい。
上記各実施の形態では、図３に示すように、主軸４は軸本体４ａとスリーブ４ｂとで構成されているが、スリーブ４ｂが無く、軸本体４ａのみで構成されているものでもよい。この場合、摺接部材２４が軸本体４ａの外周面に摺接する。

上記各実施の形態では、軸受体２０はシェル２３と摺接部材２４とで構成されているが、シェル２３が無く、摺接部材２４のみで構成されているものでもよい。この場合、第一および第二の弾性部材２７，２８の内周面が摺接部材２４の外周面に接触する。

上記各実施の形態では、弾性体２２は保持部材２６と第一および第二の弾性部材２７，２８とで構成されているが、保持部材２６が無く、第一および第二の弾性部材２７，２８のみで構成されているものでもよい。この場合、第一および第二の弾性部材２７，２８はハウジング２１の胴部２１ａの内周面に取り付けられる。

上記各実施の形態では、ポンプ装置の一例として立軸斜流ポンプ装置１を挙げたが、立軸軸流ポンプ装置や横軸ポンプ装置等、その他の形式のポンプ装置であってもよい。また、気水切替型の先行待機運転ポンプを例に説明したが、気水混合型の先行待機運転ポンプであってもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるポンプ装置の縦断面図である。 同、ポンプ装置の羽根車の部分の縦断面図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。 図３におけるＸ１−Ｘ１矢視図である。 図３におけるＸ２−Ｘ２矢視図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の第一および第二の弾性部材の斜視図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の第一の弾性部材の平面図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の軸受体の径方向への変位と径方向の荷重との関係を示すグラフである。 同、ポンプ装置の運転パターンと主軸の回転速度との関係を示すグラフである。 同、ポンプ装置の主軸の角速度と振動伝達率との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態におけるポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。 本発明の第５の実施の形態におけるポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。 従来のポンプ装置の縦断面図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。 同、ポンプ装置の滑り軸受装置の一部分の平面図である。 他の従来のポンプ装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 立軸斜流ポンプ装置（ポンプ装置）
４ 主軸
１１，１２ 滑り軸受装置
２０ 軸受体
２１ ハウジング
２２ 弾性体
２６ 保持部材
２７ 第一の弾性部材
２８ 第二の弾性部材
３１ 凹部
３２ 凸部
３５ 回り止めねじ（回り止め部材）
４０ 緩衝部材
Ａ 所定値
Ｐ 径方向の荷重
Ｒ 径方向の変位
Ｓ 所定の間隔

Claims (7)

1. 主軸と摺接する軸受体と、軸受体の周囲に設けられたハウジングと、軸受体とハウジングとの間に設けられた弾性体とを備えたポンプ用の滑り軸受装置であって、
   軸受体の径方向の荷重の増加分ΔＰに対する軸受体の径方向の変位の増加分をΔＲとすると、軸受装置のばね定数がΔＰ／ΔＲで定義され、
   前記ばね定数は、軸受体の径方向への変位が所定値を超えると、径方向への変位が所定値以下のときよりも、大きな値になるように構成されており、
   弾性体は第一の弾性部材と第二の弾性部材とを有し、
   第二の弾性部材が軸受体の軸方向の両端に位置し、
   第一の弾性部材が第二の弾性部材間に位置し、
   第一の弾性部材は、径方向の荷重が作用していないときであっても軸受体に接しているか又は近接しており、
   第二の弾性部材は、径方向の荷重が作用していないとき軸受体から径方向に所定の間隔をあけて離間しており、
   軸受体と第二の弾性部材との径方向の間隔が軸受体と第一の弾性部材との径方向の間隔よりも大きく、
   第二の弾性部材は、軸受体の径方向への変位が所定値に達したときに軸受体に接するように構成され、
   第一の弾性部材の弾性率が第二の弾性部材の弾性率よりも小さいことを特徴とする滑り軸受装置。
2. 第一の弾性部材は軸受体の軸方向の中央部に接触していることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受装置。
3. 第一および第二の弾性部材は保持部材の内側に設けられたゴムであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の滑り軸受装置。
4. 弾性体の内周面に、周方向において複数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の滑り軸受装置。
5. 軸受体に回り止め部材が設けられ、
   回り止め部材は周方向において弾性体に係合していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の滑り軸受装置。
6. ハウジングに、軸受体の一端部に対向する緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の滑り軸受装置。
7. 前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の滑り軸受装置を備えたポンプ装置であって、
   揚水を行う揚水運転と揚水を行わない待機運転とに切り替え可能であることを特徴とするポンプ装置。

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