JP2000356223A - 油潤滑軸受構造及びこれを備えるポンプ、変速機、回転駆動機、並びにポンプ設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高く、ま
た、潤滑油の循環冷却構造を不要とする油潤滑軸受構造
及びこれを備えるポンプ、変速機、回転駆動機、並びに
ポンプ設備を提供する。 【解決手段】 一方の摺動部材２２、２８と、この摺動
部材２２、２８と摺動する相手側摺動部材２４との摺動
面を油潤滑する油潤滑軸受構造において、前記一方の摺
動部材２２、２８の摺動面にカーボン繊維もしくはガラ
ス繊維を含む樹脂を配置し、前記相手側摺動部材２４の
摺動面に前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬
い部材を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油潤滑軸受構造及
びこれを備えるポンプ、変速機、回転駆動機、並びにポ
ンプ設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のポンプ設備の概略を図１３に示
す。

【０００３】同図に示すように、産業プラントもしくは
発電プラントに用いられるポンプ設備１０００は、ポン
プ３００、変速機４００、モーター等の回転駆動機５０
０、機器の軸受等に潤滑油を供給するオイルポンプ６０
０、潤滑油を溜めるオイルタンク７００及び各機器の軸
受等で昇温した潤滑油を冷却するオイルクーラ８００を
備え、これら機器は油配管９００で連結されている。

【０００４】ポンプ３００、変速機４００及び回転駆動
機５００において、軸受は下半分に潤滑油を溜めた軸受
箱内で回転軸を支持し摺動する油潤滑軸受である。潤滑
油は摺動による発熱によって温度が上昇し、粘性が低下
する。粘性が低下すると軸受の摺動部分に形成された油
膜の膜厚は減少し、回転軸と軸受とが固体接触して軸受
損傷を引き起こす。そこで、潤滑油を冷却するために、
軸受箱内の潤滑油を循環させて冷却する循環冷却構造が
採用されている。

【０００５】循環冷却構造は、各軸受の下部より潤滑油
を取り出してオイルタンク７００に一旦溜め、その後、
オイルクーラ８００を通過させて潤滑油を冷却し、油温
を下げた後、油配管９００を通して各軸受の軸受箱上部
から軸受箱内に戻すものである。この時、意図的に摺動
部の上部に潤滑油をかけて油中にない摺動部（軸受上
側）に潤滑油をかける。特に、回転開始時は上部に潤滑
油が回っておらず、潤滑油をかけることは不可欠であ
る。

【０００６】上記の油循環冷却構造を採用する軸受につ
いて、ポンプ３００を例に取り説明する。

【０００７】図１４は、ポンプ３００に用いられている
ラジアル軸受及びスラスト軸受の縦断面と潤滑油の循環
構造とを示す。

【０００８】同図において、１０２はラジアル軸受箱、
１０３はラジアル軸受である。このラジアル軸受１０３
は摺動面にＳｎ−Ｐｂ−Ｃｕ合金（以下、ホワイトメタ
ルと称す）を肉盛りした鋼製の円筒で作られ、軸方向上
下に２分割できる構造である。また、１０５はスラスト
軸受箱、１０６はスラスト円板で、回転軸１０７に取り
付けられ回転軸１０７と共に回転する。１０８はスラス
トパッドで、スラスト円板１０６と摺動し、スラスト力
による軸変位を押さえるためのものである。スラストパ
ッド１０８は、摺動面にホワイトメタルを肉盛りした扇
状の鋼板で作られ、回転軸１０７を取り囲むように円環
状に配列され、このスラストパッド１０８とスラスト円
板１０６とでスラスト軸受１０９を構成している。回転
軸１０７は、一般に、１３Ｃｒ鋼で製作される。１０９
はシールで、軸受箱１０２からの潤滑油漏れを防止する
ためのものである油膜の膜厚が減少し、回転軸１０７と
ラジアル軸受１０３もしくはスラスト軸受１０９とが固
体接触をして軸受損傷を引き起こすことを防止するた
め、下部ポート１１０から潤滑油を取り出して一旦オイ
ルタンク７００に溜め、オイルポンプ６００によりオイ
ルクーラ８００を通過させて潤滑油を冷却し、油温を下
げた後、軸受箱上部のポート１１１から、油中にない摺
動部にかける。

【０００９】ホワイトメタルは油中での摩擦係数が低
く、優れた摺動特性を示す。しかし、耐熱性が低く、一
旦かじり付きを起こすと軸受側のホワイトメタルは溶融
し、凝固によって硬い変質相を形成し、著しい焼き付き
を引き起こす。そのためホワイトメタルに代わり、より
摩擦係数が低く、耐熱性に優れる樹脂材料を摺動部に用
いる軸受が開発されている。樹脂材料としては、摩擦係
数の小さいフッ素樹脂が用いられ、この樹脂は耐摩耗性
は低く焼付きが生じ難い。したがって、摺動開始及び停
止時に多少の摩耗が生じてもよい場合、ホワイトメタル
に代わって用いられる。また、面圧を増すことができ、
その結果、軸受の小型化もできる。

【００１０】さらに、樹脂材料自体に耐摩耗性が求めら
れる場合、樹脂中にカーボンファイバ（以下、ＣＦと称
す）もしくはグラスファイバ（以下、ＧＦと称す）を充
填した材料が用いられている。

【００１１】なお、関連技術として、特開平５−２９６
２３５号、特開平６−１２９４３２号、特開平７−７１
４４６号、特開平１０−３７９６０号等の各公報があげ
られる。

【００１２】特開平５−２９６２３５号公報には台金に
フッ素樹脂を貼付したスラストパッドを用いたスラスト
軸受、特開平６−１２９４３２号公報には摺動部にフッ
素樹脂を用いた油潤滑ラジアル軸受、特開平７−７１４
４６号公報には摺動部にグラスファイバを充填したフッ
素樹脂を用いた油潤滑ラジアル軸受、特開平１０−３７
９６０号公報にはスラストカラ−摺動部にフッ素樹脂で
被覆したスラスト軸受が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、循環冷却構造
を採用する場合には各機器の軸受を連結する油配管が煩
雑となり、またポンプ設備を配置するために多大のスペ
ースが必要となる。また、オイルタンク、オイルクー
ラ、油配管等が必要となるため、これらに溜まる油量が
多くなり、軸受の潤滑に必要とされる以上の油量が必要
となる。

【００１４】ホワイトメタルを用いる軸受では、十分な
油膜が形成されるように粘性のある潤滑油が必要であ
り、そのため循環冷却構造が必須となる。

【００１５】フッ素樹脂を用いた油潤滑軸受では、摩擦
係数が低く耐焼付き性は高いが、フッ素樹脂は耐摩耗性
が低く、軸受隙間を精度よく維持することを難しい。

【００１６】樹脂材料の耐摩耗性を増すため、ＣＦもし
くはＧＦを充填するとＣＦもしくはＧＦが摺動相手材を
切削し、相手材を摩耗させる。そのため、ＣＦもしくは
ＧＦ填樹脂材は、鋼を摺動相手材とする軸受隙間の小さ
い軸受装置に適用するには、特に配慮が必要となる。

【００１７】本発明の目的は、上記従来技術を鑑みてな
されたもので、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高
く、また、潤滑油の循環冷却構造を不要とする油潤滑軸
受構造及びこれを備えるポンプ、変速機、回転駆動機、
並びにポンプ設備を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る油潤滑軸受構造の構成は、一方の摺動
部材と、この摺動部材と摺動する相手側摺動部材との摺
動面を油潤滑する油潤滑軸受構造において、前記一方の
摺動部材の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス繊維を
含む樹脂を配置し、前記相手側摺動部材の摺動面に前記
カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬い部材を配置
するものである。

【００１９】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る油潤滑軸受構造の構成は、一方の摺動部材と、こ
の摺動部材と摺動する相手側摺動部材との摺動面を油潤
滑する油潤滑軸受構造において、前記一方の摺動部材の
摺動面にカーボン繊維もしくはガラス繊維を含むポリエ
ーテルエーテルケトン、四フッ化エチレンのいずれかを
配置し、前記相手側摺動部材の摺動面にクロムめっき、
窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化アルミニ
ウム、タングステンカーバイト系超硬合金皮膜のいずれ
かを配置するものである。

【００２０】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係るポンプの構成は、回転軸と、この回転軸に
取り付けられたインペラと、これらを内蔵するケーシン
グと、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら回転
軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポン
プにおいて、前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボ
ン繊維もしくはガラス繊維を含む樹脂を配置し、前記軸
受もしくは回転軸の摺動面に前記カーボン繊維もしくは
ガラス繊維よりも硬い部材を配置するものである。 さ
らにまた、上記目的を達成するために、本発明に係るポ
ンプの構成は、回転軸と、この回転軸に取り付けられた
インペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記回転
軸を支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺
動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポンプにおいて、前
記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくは
ガラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フッ
化エチレンのいずれかを配置し、前記軸受もしくは回転
軸の摺動面にクロムめっき、窒化チタン、炭化チタン、
炭窒化チタン、窒化アルミニウム、タングステンカーバ
イト系超硬合金皮膜のいずれかを配置するものである。

【００２１】より好ましくは、前記油潤滑軸受構造を軸
受箱で収納し、この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともの
潤滑油を冷却水で冷却するものである。

【００２２】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係る変速機の構成は、回転軸と、この回転軸に
取り付けられ増減速するための歯車と、前記回転軸を支
持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を
油潤滑する油潤滑軸受構造の変速機において、前記回転
軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス
繊維を含む樹脂を配置し、前記軸受もしくは回転軸の摺
動面に前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬い
部材を配置するものである。

【００２３】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係る変速機の構成は、回転軸と、この回転軸に
取り付けられ増減速するための歯車と、前記回転軸を支
持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を
油潤滑する油潤滑軸受構造の変速機において、前記回転
軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス
繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フッ化エチ
レンのいずれかを配置し、前記軸受もしくは回転軸の摺
動面にクロムめっき、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化
チタン、窒化アルミニウム、タングステンカーバイト系
超硬合金皮膜のいずれかを配置するものである。

【００２４】より好ましくは、前記油潤滑軸受構造を軸
受箱で収納し、この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともの
潤滑油を冷却水で冷却するものである。

【００２５】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係る回転駆動機の構成は、回転軸と、この回転
軸を回転駆動する電動機と、前記回転軸を支持する軸受
とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する
油潤滑軸受構造の回転駆動機において、前記回転軸もし
くは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス繊維を
含む樹脂を配置し、前記軸受もしくは回転軸の摺動面に
前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬い部材を
配置するものである。

【００２６】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係る回転駆動機の構成は、回転軸と、この回転
軸を回転駆動する電動機と、前記回転軸を支持する軸受
とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する
油潤滑軸受構造の回転駆動機において、前記回転軸もし
くは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス繊維を
含むポリエーテルエーテルケトン、四フッ化エチレンの
いずれかを配置し、前記軸受もしくは回転軸の摺動面に
クロムめっき、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタ
ン、窒化アルミニウム、タングステンカーバイト系超硬
合金皮膜のいずれかを配置するものである。

【００２７】より好ましくは、前記油潤滑軸受構造を軸
受箱で収納し、この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともの
潤滑油を冷却水で冷却するものである。

【００２８】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係る回転駆動機の構成は、回転軸と、この回転
軸を回転駆動する電動機と、前記回転軸を支持する軸受
とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する
油潤滑軸受構造の回転駆動機と、回転軸と、この回転軸
に取り付けられ増減速するための歯車と、前記回転軸を
支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面
を油潤滑する油潤滑軸受構造の変速機と、回転軸と、こ
の回転軸に取り付けられたインペラと、これらを内蔵す
るケーシングと、前記回転軸を支持する軸受とを備え、
これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受
構造のポンプとを有するポンプ設備において、前記回転
軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガラス
繊維を含む樹脂を配置し、前記軸受もしくは回転軸の摺
動面に前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬い
部材を配置するものである。

【００２９】さらにまた、上記目的を達成するために、
本発明に係るポンプ設備の構成は、回転軸と、この回転
軸を回転駆動する電動機と、前記回転軸を支持する軸受
とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する
油潤滑軸受構造の回転駆動機回転駆動機、回転軸と、こ
の回転軸に取り付けられ増減速するための歯車と、前記
回転軸を支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受と
の摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造の変速機、回転軸
と、この回転軸に取り付けられたインペラと、これらを
内蔵するケーシングと、前記回転軸を支持する軸受とを
備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤
滑軸受構造のポンプを有するポンプ設備において、前記
回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしくはガ
ラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フッ化
エチレンのいずれかを配置し、前記軸受もしくは回転軸
の摺動面にクロムめっき、窒化チタン、炭化チタン、炭
窒化チタン、窒化アルミニウム、タングステンカーバイ
ト系超硬合金皮膜のいずれかを配置するものである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００３１】〔実施例１〕図１は、本発明に係る油潤滑
軸受構造の実施例の縦断面図である。

【００３２】同図において、２１はラジアル軸受箱であ
り上下に２分割する構造になっている。２２はラジアル
軸受であり、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥ
ＥＫと称す）に体積分率で３０％のＣＦを充填した材料
（以下、Ｃ−ＰＥＥＫと称す）で製作されている。２３
はオイルリングで、ラジアル軸受２２内に設けられ、回
転軸２４と共に回転するものであり、下半分に溜まった
潤滑油をかき揚げ、上部に供給する機能を有する。２５
はシールで、オイルの漏出を防止するためのものであ
る。ラジアル軸受２２と摺動する回転軸２４の摺動部
は、クロム（Ｃｒ）めっきで被覆されている。めっき膜
厚は約０．１ｍｍであり、Ｃｒめっき皮膜特有の微細割
れを起点とした腐食を防止するため、封孔処理を施して
いる。

【００３３】２６はスラスト軸受用軸受箱、２７はスラ
スト円板で、回転軸２４に固定して取り付けられ回転軸
２４とともに回転するものである。このスラスト円板２
７の摺動面は、封孔処理を施した膜厚が約０．１ｍｍの
Ｃｒめっきで被覆されている。２８はスラストパッド
で、スラスト円板２７と摺動し、スラスト力による軸変
位を押さえるためのものであり、Ｃ−ＰＥＥＫを摺動面
に貼付した扇状鋼板で製作され、回転軸２４を取り囲む
ように配列されている。これらスラスト円板２７とスラ
ストパッド２８とでスラスト軸受２９を構成している。
ラジアル軸受箱２１内では、ラジアル軸受用の潤滑油溜
まりとスラスト軸受用の潤滑油溜まりとを仕切る仕切壁
はなく、潤滑油はほぼ一箇所に溜められる。３０ａは冷
却水道で、２分割可能のラジアル軸受箱２１のうち、下
側軸受箱の内部に設けられ、冷却水の入口３０ｂから冷
却水を流入し、出口３０ｃから排出する。冷却水道３０
ａによって、ラジアル軸受箱２１の下半分に溜まった潤
滑油は冷却される。

【００３４】ラジアル軸受２２をＣ−ＰＥＥＫで製作
し、スラストパッド２８の摺動面にＣ−ＰＥＥＫを貼付
し、また、回転軸２４及びスラスト円板２７の摺動面を
Ｃｒめっきで被覆したことによって、以下の作用効果が
生じる。

【００３５】摺動面の摩擦係数は０．０２前後で安定
し、かつ摩耗はほとんど生じない。その結果、摩擦によ
って発生する摩擦熱が減少する。

【００３６】また、Ｃ−ＰＥＥＫは耐熱性に優れた樹脂
材料であるため、摩擦熱による熱軟化が少なく、たとえ
熱軟化したとしても摩擦力によって摩擦面が流動するだ
けであり、焼き付きが生じ難い。その結果、ポンプの始
動時すなわち摺動初期の短時間で潤滑油がない状態にお
いても使用が可能となり、ホワイトメタル軸受のように
ポンプによる潤滑油かけが不要となる。

【００３７】さらに、焼き付きが生じ難いため、潤滑油
の油温上限が高まり、オイルクーラによる潤滑油の冷却
は不要となり、冷却水による間接冷却でも充分である。
すなわち、冷却水道３０ａ内に冷却水を流すことで、ラ
ジアル軸受箱２１の下半分に溜まった潤滑油を冷却する
だけで充分となる。その結果、たとえば軸両端を支持す
る場合に必要な２個のラジアル軸受用潤滑油に対しても
各々独立して溜めることができので、両軸受間を結ぶオ
イル用配管が不要となり、潤滑油の総量を大幅に減らす
ことが可能となる。

【００３８】なお、皮膜はＣｒめっきに限定されない。
樹脂材料の充填材料以上の硬さを有するならば、Ｃｒめ
っきと同様の効果が得られる。さらに、ＰＥＥＫ材の充
填材はＣＦに限らず、ＧＦを充填したＰＥＥＫ（以下、
Ｇ−ＰＥＥＫと称す）でも同様の効果がある。さらに、
樹脂材料としては、ＰＥＥＫに限らず、四フッ化エチレ
ン（以下、ＰＴＦＥと称す）でも同様の効果が得られ
る。

【００３９】次に、上記材料の選定理由を、摩耗試験の
結果に基づいて説明する。

【００４０】表１に摩耗試験の材料の組み合わせを、図
２に摩耗試験装置の概略を、図３に摩耗試験片の形状
を、それぞれ示す。

【００４１】図２において、３１は摩耗試験装置の筐体
で、この筐体３１の内部には潤滑油に浸って固定側試験
片３２、回転側試験片３３が取り付けられ、かつ各試験
片３２、３３の面が摺動するようにして取り付けられて
いる。

【００４２】また、図３において、（ａ）は固定側試験
片３２の平面図を、（ｂ）はその断面図を、（ｃ）は回
転側試験片３３の平面図を、（ｄ）はその断面図を、そ
れぞれ示す。

【００４３】固定側試験片３２は、ランド部分（摺動面
を形成する部分）と各ランド部分の間にあって高さが低
く摺動面を形成しないステップ部分とからなるステップ
付平板リング状に形状し、回転側試験片３３は平板リン
グ状に形状した。

【００４４】また、試験片の材料として、表１に示す固
定側試験片３２のＮｏ．１及び２は、１３％Ｃｒ鋼（日
本工業規格表示：ＳＵＳ４０３、以下、ＳＵＳ４０３と
称す）で製作し、ランド部分にホワイトメタル（日本工
業規格表示：ＷＪ−２）を肉盛りしたもの、Ｎｏ．３及
び４は、ＳＵＳ４０３で製作した試験片ホルダ（ＴＰホ
ルダ）にＣ−ＰＥＥＫ試験片をネジで固定してランド部
分を形成し摺動面としたものである。

【００４５】また、回転側試験片３３のＮｏ．１及び３
は、ＳＵＳ４０３で製作し、所定の焼き入れ及び焼き戻
し処理を行ったもの、Ｎｏ．２及び４は、ＳＵＳ４０３
でリング状に製作して摺動面をＣｒめっきで被覆し、そ
の後、ＳＵＳ４０３部分と同じ表面粗さに研磨したもの
である。

【００４６】

【表１】

【００４７】油潤滑軸受が動圧軸受として使用される場
合、軸が回転すると軸と軸受との摺動面に油膜が生じ、
軸と軸受とは固体接触しない。しがって、油膜の生じな
い回転開始時及び回転停止時が最も摩擦の厳しい条件で
ある。そこで、軸回転の起動、停止時を模擬するスター
ト及びストップ摩耗試験（以下、スタート・ストップ摩
耗試験と称す）で各試験片の耐摩耗性及び摺動性を評価
した。

【００４８】また、固定側試験片３２を上方、回転側試
験片３３を下方に設置し、固定側試験片側３２から荷重
を加え、６０℃の潤滑油（日本工業規格表示：＃３２）
中で摺動させた。

【００４９】さらに、摺動部の近傍で潤滑油の温度を計
測し、潤滑油中に挿入した冷却パイプで温度調節を行っ
た。なお、各試験片の焼き付きによる摩耗試験装置の破
損を防止するため、所定の摩擦係数を超えると軸の回転
が自動停止するようにした。

【００５０】表２に、試験条件をまとめて示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】試験条件は、油潤滑軸受を用いるポンプ、
変速機及び回転駆動機を備えるポンプ設備（実施例５で
詳述する）の各機器の使用態様を想定して決定した。

【００５３】ただし、油潤滑軸受がポンプ設備で使用さ
れる際、ポンプ設備におけるポンプ、減速機及び回転駆
動機等の間で面圧と周速が異なり、また、スラスト軸受
とラジアル軸受との間でも面圧と周速が異なるので、周
速は最も大きい値を用い、面圧は使用態様よりも大幅に
上回る値を用いた。これは、過酷条件によって、材料の
特性の良否を明確に比較するためである。

【００５４】図４は、表２に示した試験条件による摺動
速度パターンを示す。

【００５５】加減速時間（ｍｉｎ）は、ポンプ、変速機
もしくは回転駆動機の加減速度よりも小さいが、耐摩耗
性、摺動性を評価するにあたっては、加減速度によって
大幅な特性変化はないと考えられる。加速、定速、減
速、停止は各２分間とし、合計８分間を１サイクルとし
た。

【００５６】図５、図６及び図７に、上記摩耗試験で得
られた試験結果を示す。

【００５７】図５に、摩耗試験片のスタート・ストップ
回数に対する平均摩擦係数の試験結果を示す。試験片の
回転加速時、定速回転時及び減速時の摩擦係数は一定で
はなく変動するので、図に示す摩擦係数は、１サイクル
（８分間）中、常時測定した値の平均値を示す。

【００５８】ホワイトメタルは、ＳＵＳ４０３もしくは
Ｃｒめっきのいずれを相手にした場合も、試験初期はい
ずれも低い摩擦係数を示すが、極めて短時間にして摩擦
係数が上昇し、前記の装置安全上の所定値を超えて自動
停止に至る。そのスタート・ストップ回数は、１０回に
満たない。これは、ホワイトメタルは潤滑油中での摩擦
係数が低く、優れた摺動特性を有する反面、耐熱性が低
く、一旦かじり付きを起こすと溶融し、凝固によって硬
い変質相を形成し、著しい焼き付きを引き起こすことに
よるものと考えられる。これに対し、Ｃ−ＰＥＥＫは急
激な摩擦係数の上昇を生じることはなく、所定試験回数
の５０回まで焼き付きなしに試験が可能であった。

【００５９】特に、Ｃ−ＰＥＥＫとＣｒめっきとの組み
合わせは、Ｃ−ＰＥＥＫとＳＵＳ４０３との組み合わせ
に比較して摩擦係数が低く、約半分まで低下している。
さらに、その摩擦係数は極めて安定しており、Ｃ−ＰＥ
ＥＫとＳＵＳ４０３との組合せのような変動は認められ
なかった。

【００６０】図６は、上記試験完了後のＣ−ＰＥＥＫ試
験片の表面粗さの測定結果を示す。（ａ）はＳＵＳ４０
３を相手材とした場合で、５０回のスタート・ストップ
摩擦試験後、約０．３ｍｍの深さの摩耗痕が生じてい
る。これに対し、（ｂ）はＣｒめっきを相手材とした場
合で、５０回のスタート・ストップ摩擦試験後でも深い
摩耗耗はほとんど認められなかった。

【００６１】図７は、表面荒さと重量減少から求めた摩
耗試験片の摩耗率を示す。

【００６２】ＳＵＳ４０３試験片、Ｃｒめっき試験片及
びホワイトメタル試験片は重量減少と比重とから摩耗深
さを算出した。Ｃ−ＰＥＥＫ試験片は、摺動面の樹脂が
流動して摺動面が変化しても重量減少に反映されなかっ
たので、表面形状を測定し、摺動面の平均摩耗深さを摩
耗量とした。また、各組み合わせの試験において、回転
側試験片と固定側試験片との摩耗量を加え、停止に至っ
たスタートス・トップ回数で除して１回当たりの摩耗率
に換算した。

【００６３】同図に示すように、ホワイトメタルとの組
み合わせの場合は、摩耗のほとんどがホワイトメタルで
あり、相手側の摩耗は認められない。Ｃ−ＰＥＥＫとＳ
ＵＳ４０３との組み合わせでは、双方が摩耗し、その総
和は、公知の組み合わせであるホワイトメタルとＣｒめ
っきとの組み合わせを上回っている。特に、ＳＵＳ４０
３側の摩耗も大きくなっている。

【００６４】これに対し、Ｃ−ＰＥＥＫとＣｒめっきと
の組み合わせでは、Ｃ−ＰＥＥＫ及びＣｒめっきの摩耗
量は、精密電子天秤による計測によっても測定されず、
極めて優れた耐摩耗性を示した。

【００６５】各試験片の表面形状の観察によれば、ＣＦ
もしくはＧＦを含む樹脂材料と、Ｃｒ皮膜の被覆材、未
被覆材とを組み合わせて試験した場合の摩耗メカニズム
は、次のように考えられる。

【００６６】図８によって、試験片の摩耗メカニズムを
説明する。

【００６７】ＰＥＥＫを例にとって説明する。ＣＦもし
くはＧＦを含むＰＥＥＫ材の加工表面には微小なＣＦも
しくはＧＦ（以下、ＣＦで代表する）が突出しており、
研磨、研削によって摺動面から突出するＣＦを完全に排
除することは困難である。すなわち、いずれの試験片に
も初期状態では加工表面に硬質のＣＦの突出物が存在す
る。しかし、ＣＦは硬い反面、脆性があり、これが摺動
面で摩耗とともに切断されて摺動面から排出され、本
来、小さな摩耗率に収束するはずである。

【００６８】しかし、ＳＵＳ４０３を相手材とする場
合、初期のＣＦによって切削されたＳＵＳ４０３の摺動
面に微小な凹凸が形成され、この凹凸が硬質の突起物と
なり、硬さのより低いＰＥＥＫ材の樹脂部分を切削す
る。その結果、新たにＣＦ突起物が形成され、ＳＵＳ４
０３側の摩耗を促進させる。この繰り返しによって、両
者に著しい摩耗が生じる。

【００６９】Ｃｒめっきのような硬質皮膜を相手材とす
る場合、ＣＦよりも硬いＣｒめっきは、初期の突出ＣＦ
によっても切削を受けず、その表面に凹凸が生じない。
その結果、摺動と共に摺動面の突出ＣＦは切断、排出さ
れ、かつＰＥＥＫ摺動面からの新たなＣＦの突出も生じ
ない。ＣＦ切断、排出後の両面の摩耗は進行せず、良好
な摺動状態を保つと考えられる。

【００７０】ＰＥＥＫ自体の耐摩耗性は低いため、充填
材は不可欠である。上記同様の検討を行った結果、ＰＥ
ＥＫ材の充填材はＣＦに限らず、ＧＦでも同様の効果が
得られることが判明した。また、樹脂を代えて検討した
結果、ＰＥＥＫ以外では前記ＰＴＦＥも同様の効果が得
られる。これは、ＰＴＦＥが耐熱性、摺動性及び耐摩耗
性の点で、ＰＥＥＫと同様の性能を有するためと考えら
れる。

【００７１】さらに、ＣＦもしくはＧＦ充填のＰＥＥＫ
の良好な摺動相手材は、Ｃｒめっきに限らないことが判
明した。この知見に従って、種々の表面処理材による同
様の試験を行った結果、ＣＦもしくはＧＦ以上の硬さを
有する皮膜、具体的には、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化
チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）、タングステンカーバイト（Ｗ
Ｃ）系超硬合金皮膜ならば、Ｃｒめっきと同様の効果が
得られることが判明した。

【００７２】以上詳述するように、本実施例によれば、
耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高く、また潤滑油の
循環冷却構造を不要とするスラスト軸受及びラジアル軸
受用の油潤滑軸受構造を提供することができる。

【００７３】〔実施例２〕図９は、本発明の第２の実施
例に係る軸受スリーブの一部断面を含む外観図である。

【００７４】上記実施例では、ラジアル軸受側、スラス
ト軸受側にＣＦもしくはＧＦを含むＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ
の樹脂材料を用い、回転軸側をＣｒめっきで被覆した
が、この配置に限定されるものではなく、回転軸側に樹
脂材料を配置し、軸受側をＣｒめっきで被覆してもよ
い。回転軸への機械的取り付け構造を考慮すると、金属
製スリーブの外周摺動面に樹脂材料を接着する構造が適
する。

【００７５】同図において、４０は金属製円筒で形成さ
れる軸受スリーブ、４１はスリーブ基材であるＳＵＳ４
０３、４２はＣ−ＰＥＥＫである。この場合、長繊維の
カーボンファイバを表面に微細な凹凸を形成したスリー
ブ基材４１に巻き付け、その表面にＰＥＥＫを含浸させ
て基材表面の微細凹凸に接着されるようにして取り付け
る。Ｃ−ＰＥＥＫ接着後、外周を加工して摺動面を作
る。回転軸への取り付けは、たとえばスリーブ基材内周
面にキー溝を形成し、スリーブ基材４１の端部でねじ止
めする構造がある。

【００７６】本実施例によれば、実施例１と同様の作用
効果を有する油潤滑軸受構造を提供することができる。

【００７７】〔実施例３〕図１０は、本発明の第３の実
施例に係る回転駆動機の縦断面図で、図１で示す油潤滑
軸受構造を備えるものである。

【００７８】同図において、５０はラジアル軸受であ
り、Ｃ−ＰＥＥＫで製作されている。５１はオイルリン
グで、ラジアル軸受５０内に設けられている。５３はラ
ジアル軸受用軸受箱で、前記ラジアル軸受５０が取り付
けられている。５４は回転軸で、固定子５５ａ及び回転
子５５ｂとからなる電動機５５により回転駆動される。
ラジアル軸受５０と摺動する部分はＣｒめっきで被覆さ
れている。５６は水冷ジャケットで、内部には冷却水道
５７が設けられている。

【００７９】本実施例によれば、実施例１と同様の作用
効果があり、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性の高い油
潤滑軸受構造を備える回転駆動機を提供することができ
る。

【００８０】また、水冷ジャケット５６を付設すること
で、次の作用効果も生じる。

【００８１】既設の機器では、軸受を公知のホワイトメ
タルからＣ−ＰＥＥＫに取り替えることは容易でも、軸
受箱全体を取り替えることは時間及び費用を要する。し
かし、本実施例のごとく従来の軸受箱の下半分に水冷ジ
ャケト５６を付設し、間接冷却によって冷却すれば、従
来の軸受箱が利用可能である。

【００８２】さらに、軸受用の強制潤滑ポンプ、クー
ラ、オイルバス、油配管等が不要となる。

【００８３】〔実施例４〕図１１は、本発明の第４の実
施例に係るボイラ給水ポンプの縦断面図で、図１１で示
す油潤滑軸受構造を備えるものである。

【００８４】同図において、ボイラ給水ポンプ６０は、
ケーシング６１の吸込口６１ａより吸い込んだ水を、回
転軸６２に固定されて回転するインペラ６３によって昇
圧し、インペラ６３の外周に設けたデイフューザ６４へ
吐出し、このデイフューザ６４で外向きの流れを内向き
に変え、次段のインペラ６３に導く昇圧行程を繰返し、
吐出口６１ｂから吐出する高圧多段横軸型のボイラ給水
ポンプである。回転軸６２は、その両端をラジアル軸受
６５ａと６５ｂとによって支持され、さらにポンプ運転
時の吸い込み側と吐出側との内圧差によって生じるスラ
スト力をスラスト軸受６６で受けている。

【００８５】回転軸６２の摺動面はＣｒめっきで被覆さ
れ、ラジアル軸受６５ａ、６５ｂ及びスラスト軸受６６
はＣ−ＰＥＥＫで製作されており、実施例１と同様の作
用がある。

【００８６】本実施例によれば、耐摩耗性、耐熱性を有
して信頼性の高い油潤滑軸受構造を備えるボイラ給水ポ
ンプを提供することができる。

【００８７】〔実施例５〕図１２は、本発明の第５の実
施例に係るポンプ設備の系統図である。

【００８８】同図において、ボイラ給水ポンプ６０と回
転駆動機５５とは、上記図１０及び図１１に示したもの
と同様の構造のものである。

【００８９】８０は変速機で、ラジアル軸受の軸受構造
は上記軸受構造と同様の構造をしているのでその詳細説
明は省略するが、ラジアル軸受８４にＣ−ＰＥＥＫを用
い、回転軸８５はＣｒめっきで被覆している。また、変
速機８０の場合、潤滑油中にない歯車上部に潤滑油をか
けるため、変速機８０の下部より上部に潤滑油を供給す
る油配管８１と油循環ポンプ８２とを設けてある。しか
し、軸受８４をＣ−ＰＥＥＫで構成しているので、従来
の図１３に示すポンプ設備と異なりクーラの必要はな
い。また、潤滑油の使用量も従来のポンプ設備に比較し
て大幅に減らすことができる。

【００９０】本実施例によれば、上記耐摩耗性、耐熱性
を有して信頼性の高い油潤滑軸受構造を備えるポンプ、
変速機及び回転駆動機で構成されるポンプ設備を提供す
ることができる。

【００９１】また、各機器を接続する油配管が不要とな
り、かつ、個々の機器の軸受潤滑油が連続しないため、
全体の潤滑油使用量を大幅に減らすことができる。

【００９２】さらに、ポンプ設備用の強制潤滑ポンプ、
クーラ、オイルバス等が不要となるため、設備の設置面
積を縮小することができる。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、耐摩耗性、耐熱性を有
して信頼性が高く、その結果、強制潤滑用のポンプ、ク
ーラ、オイルバス、これらを連結する配管等を不要とす
る油潤滑軸受構造を提供することができる。

【００９４】そのため、油潤滑軸受構造そのものも小形
化することが可能となる。

【００９５】また、この油潤滑軸受構造を用いること
で、強制潤滑用ポンプ、クーラ、オイルバス、これら機
器を連結する結ぶ配管等を不要とするポンプ、変速機、
回転駆動機、並びにポンプ設備を提供することができ
る。

【００９６】そのため、ポンプ設備の設置面積を縮小す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の油潤滑軸受の実施
例の縦断面図である。

【図２】摩耗試験装置の概略図である。

【図３】摩耗試験片の形状を示す図である。

【図４】表２に示した試験条件による摺動速度パターン
を示す図である。

【図５】スタート・ストップ回数と平均摩擦係数との関
係の試験結果を示す図である。

【図６】試験完了後の摩耗試験片の表面粗さの測定結果
を示す図である。

【図７】摩耗試験片の摩耗率を示す図である。

【図８】摩耗試験片の摩耗メカニズムを説明するための
図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る軸受スリーブの一
部断面を含む外観図である。

【図１０】本発明の第３の実施例に係る回転駆動機の縦
断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施例に係るボイラ給水ポン
プの縦断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施例に係るポンプ設備の系
統図である。

【図１３】従来のポンプ設備の系統図である。

【図１４】従来のラジアル軸受及びスラスト軸受構造の
縦断面図である。

【符号の説明】

２１…ラジアル軸受箱 ２２、５１、６５ａ、６５ｂ…ラジアル軸受 ２３、５２…オイルリング ２４、５４、６２、８５…回転軸 ２５…シール ２６、５３…スラスト軸受用軸受箱 ２７…スラスト円板 ２８…スラストパッド ２９、５７…冷却水道 ３０、６６…スラスト軸受 ３１…筐体 ３２…固定側試験片 ３３…回転側試験片 ４０…金属製円筒 ４１…スリーブ基材 ４２…Ｃ−ＰＥＥＫ ５０、５００…回転駆動機 ５５…電動機 ５６…水冷ジャケット ６０、３００…ボイラ給水ポンプ ６１…ケーシング ６１ａ…吸込口 ６１ｂ…吐出口 ６３…インペラ ６４…ディフューザ ７０…ポンプ設備 ８０、４００…変速機 ８２…油循環ポンプ ６００…オイルポンプ ７００…オイルタンク ８００…オイルクーラ ９００…油配管 １０００…ポンプ設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 優治 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA09 JA02 KA02 KA03 LA06 QA03 QA17 RA03 SA05 SA06 SB04 SB13 SB20 SC20 SD01 3J028 EA13 FA13 FB05 FC32 5H619 AA11 BB01 PP10 PP22 PP31

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の摺動部材と、この摺動部材と摺動
   する相手側摺動部材との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受
   構造において、 前記一方の摺動部材の摺動面にカーボン繊維もしくはガ
   ラス繊維を含む樹脂を配置し、前記相手側摺動部材の摺
   動面に前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よりも硬い
   部材を配置することを特徴とする油潤滑軸受構造。
2. 【請求項２】 一方の摺動部材と、この摺動部材と摺動
   する相手側摺動部材との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受
   構造において、 前記一方の摺動部材の摺動面にカーボン繊維もしくはガ
   ラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フッ化
   エチレンのいずれかを配置し、 前記相手側摺動部材の摺動面にクロムめっき、窒化チタ
   ン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化アルミニウム、タ
   ングステンカーバイト系超硬合金皮膜のいずれかを配置
   することを特徴とする油潤滑軸受構造。
3. 【請求項３】 回転軸と、この回転軸に取り付けられた
   インペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記回転
   軸を支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺
   動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポンプにおいて、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
   はガラス繊維を含む樹脂を配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面に前記カーボン繊維も
   しくはガラス繊維よりも硬い部材を配置することを特徴
   とするポンプ。
4. 【請求項４】 回転軸と、この回転軸に取り付けられた
   インペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記回転
   軸を支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺
   動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポンプにおいて、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
   はガラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フ
   ッ化エチレンのいずれかを配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面にクロムめっき、窒化
   チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化アルミニウ
   ム、タングステンカーバイト系超硬合金皮膜のいずれか
   を配置することを特徴とするポンプ。
5. 【請求項５】 前記油潤滑軸受構造を軸受箱で収納し、
   この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともに潤滑油を冷却水
   で冷却することを特徴とする請求項３もしくは４記載の
   いずれかのポンプ。
6. 【請求項６】 回転軸と、この回転軸に取り付けられ増
   減速するための歯車と、前記回転軸を支持する軸受とを
   備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤
   滑軸受構造の変速機において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
   はガラス繊維を含む樹脂を配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面に前記カーボン繊維も
   しくはガラス繊維よりも硬い部材を配置することを特徴
   とする変速機。
7. 【請求項７】 回転軸と、この回転軸に取り付けられ増
   減速するための歯車と、前記回転軸を支持する軸受とを
   備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤
   滑軸受構造の変速機において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
   はガラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フ
   ッ化エチレンのいずれかを配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面にクロムめっき、窒化
   チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化アルミニウ
   ム、タングステンカーバイト系超硬合金皮膜のいずれか
   を配置することを特徴とする変速機。
8. 【請求項８】 前記油潤滑軸受構造を軸受箱で収納し、
   この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともに潤滑油を冷却水
   で冷却することを特徴とする請求項６もしくは７記載の
   いずれかの変速機。
9. 【請求項９】 回転軸と、この回転軸を回転駆動する電
   動機と、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら回
   転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造の回
   転駆動機において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
   はガラス繊維を含む樹脂を配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面に前記カーボン繊維も
   しくはガラス繊維よりも硬い部材を配置することを特徴
   とする回転駆動機。
10. 【請求項１０】 回転軸と、この回転軸を回転駆動する
    電動機と、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら
    回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造の
    回転駆動機において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
    はガラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フ
    ッ化エチレンのいずれかを配置し、 前記軸受もしくは回転軸の摺動面にクロムめっき、窒化
    チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化アルミニウ
    ム、タングステンカーバイト系超硬合金皮膜のいずれか
    を配置することを特徴とする変速機。
11. 【請求項１１】 前記油潤滑軸受構造を軸受箱で収納
    し、この軸受箱内に潤滑油を溜めるとともに潤滑油を冷
    却水で冷却することを特徴とする請求項９もしくは１０
    記載のいずれかの回転駆動機。
12. 【請求項１２】 回転軸と、この回転軸を回転駆動する
    電動機と、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら
    回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造の
    回転駆動機、回転軸と、この回転軸に取り付けられ増減
    速するための歯車と、前記回転軸を支持する軸受とを備
    え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑
    軸受構造の変速機、回転軸と、この回転軸に取り付けら
    れたインペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記
    回転軸を支持する軸受とを備え、これら回転軸と軸受と
    の摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポンプを有する
    ポンプ設備において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
    はガラス繊維を含む樹脂を配置し、前記軸受もしくは回
    転軸の摺動面に前記カーボン繊維もしくはガラス繊維よ
    りも硬い部材を配置することを特徴とするポンプ設備。
13. 【請求項１３】 回転軸と、この回転軸を回転駆動する
    電動機と、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら
    回転軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造の
    回転駆動機回転駆動機、回転軸と、この回転軸に取り付
    けられ増減速するための歯車と、前記回転軸を支持する
    軸受とを備え、これら回転軸と軸受との摺動面を油潤滑
    する油潤滑軸受構造の変速機、回転軸と、この回転軸に
    取り付けられたインペラと、これらを内蔵するケーシン
    グと、前記回転軸を支持する軸受とを備え、これら回転
    軸と軸受との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造のポン
    プを有するポンプ設備において、 前記回転軸もしくは軸受の摺動面にカーボン繊維もしく
    はガラス繊維を含むポリエーテルエーテルケトン、四フ
    ッ化エチレンのいずれかを配置し、前記軸受もしくは回
    転軸の摺動面にクロムめっき、窒化チタン、炭化チタ
    ン、炭窒化チタン、窒化アルミニウム、タングステンカ
    ーバイト系超硬合金皮膜のいずれかを配置することを特
    徴とするポンプ設備。