JP2002174227A

JP2002174227A - 水中軸受材料

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Publication number: JP2002174227A
Application number: JP2000370408A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Saigo; 隆晄西郷; Noritake Miyawaki; 徳岳宮脇
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-21
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: JP4193356B2

Abstract

(57)【要約】【課題】竪型ポンプの軸受などに用いられ、気体中の
ドライ状態下においても優れた摺動特性を有し機械的特
性にも優れた水中軸受材料を提供する。【解決手段】ポリエチレンパルプと他の有機または無
機繊維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して
乾燥させたプリプレグを、ポリエチレンパルプの融点以
下の温度の加熱ロールで加熱しながら円筒状に巻き取り
成形し、その外側に繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグ
を加熱ロールで加熱しながら巻き付けたのち、ポリエチ
レンパルプの融点以上の温度で焼成してなり、軸受内径
側がポリエチレンパルプと他の有機または無機繊維とを
混抄した混抄紙とフェノール樹脂とからなる軸受材料に
て構成され、外径側が繊維補強熱硬化性樹脂材料にて構
成された水中軸受。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転開始時及び終
了時には気体中におかれ、定常運転時には水中にある竪
型軸流ポンプ、竪型傾流ポンプなどに用いられる軸受材
料であって、気体中のドライ状態下においても優れた摺
動特性を有する水中軸受材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記の竪型軸流ポンプや竪型傾流ポンプ
などの竪型ポンプの構造は、例えば図１に示すように、
固定された導水部分１と前記導水部分１内に設けられた
回転体２とからなり、回転体２は導水部分１外部に突出
した上部に取り付けられたモータ３の駆動により回転
し、回転体２を支える軸受５〜８のうち、羽根車４より
上部の軸受５、６、７は、回転体２に取り付けられてい
る図示しないスリーブを介して回転体２のラジアル方向
の荷重を支えている。そして、ポンプの運転開始時また
は終了時には、外水位（Ｗ．Ｌ．）より高い位置の軸受
５、６は接水しておらず気体中におかれており、定常運
転時のみモータ３により回転する羽根車４により揚水さ
れた水中に没している。従って、前記外水位（Ｗ．
Ｌ．）より高い位置の軸受５、６については、定常運転
時には水中にあって取り扱い水自体を潤滑剤として利用
できるが、気体中におかれた運転開始時及び終了時のド
ライ運転中に、いかに安定した摺動特性を付与するかが
課題となっている。特に、近年、この種の竪型ポンプの
揚程が高くなり運転開始時のドライ状態での運転時間が
長くなってきており、前記軸受における気体中での摺動
特性はより重要になってきている。

【０００３】上記のような竪型ポンプなどに用いられる
水中軸受として従来から利用されている摺動材料として
は、ニトリルゴムなどの合成ゴム、黄銅などの金属、フ
ッ素樹脂、フェノール樹脂などの合成樹脂がある。

【０００４】前記合成ゴムは、水中で使用された場合に
は極めて安定した摺動特性を示すが、水が介在しないド
ライ状態下では鳴音が発生し、さらには摺動部から激し
く発熱して短時間のうちに破損してしまい、全く摺動部
材としての機能を果たすことができない。そのため、従
来は、ポンプの水中軸受材料として合成ゴムを使用した
場合には、ポンプの運転開始時及び終了時には、別途設
けられた潤滑剤供給装置からゴム軸受の摺動部に注水し
ていた。しかしながら、大型ポンプの場合には、回転軸
の長さが数１０メートルになる場合もあり、その場合に
は多数の軸受を配設しなければならず、各軸受毎に潤滑
剤供給装置を配置することが必要となり、多大な設備費
の負担が強いられていた。また、黄銅のような金属は、
自己潤滑性が乏しく気体中のドライ状態での摺動には適
さない。

【０００５】合成樹脂では、フッ素樹脂の場合、自己潤
滑性が高く、かつ金属では腐食が問題となる用途、例え
ば酸やアルカリ環境下においても利用できる利点がある
が、その一方で、スラリー中で使用された場合には、該
スラリー中で含まれる粒子によって摩耗されやすい欠点
がある。

【０００６】また、フェノール樹脂の場合には、綿帆布
基材フェノール樹脂を加熱し成形したものがあるが、フ
ェノール樹脂そのものでは自己潤滑性及び耐摩耗性に乏
しく、グラファイトや二硫化モリブデンなどの添加剤を
混ぜることにより水中軸受としての摺動特性を付与する
ことが行われている。しかし、このように導電性添加剤
を含む場合には相手スリーブを電蝕させるという問題が
ある。また、フェノール樹脂から摺動材料を製造する方
法として、フェノール樹脂にポリエチレン粉末を添加し
て成形する方法や特開昭５４−２８３７９号公報に開示
されているように、ポリエチレンパルプと他の繊維とを
混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸し、加熱し成形
する方法がある。しかし、ポリエチレン粉末をフェノー
ル樹脂に添加して成形する方法では、ポリエチレン粉末
とフェノール樹脂との比重差によりポリエチレン粉末が
凝集してしまい、フェノール樹脂中に均一に分散させる
ことが困難である。また、ポリエチレンパルプと他の繊
維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸し、加熱
し成形する方法では、成形時にポリエチレンの融点以上
の温度で高圧をかけると不織布からポリエチレンパルプ
が溶出してしまい材料中に均一に分散されず、目的とす
る摺動特性を得ることができない。このため、特開昭５
４−２８３７９号公報に記載されているように、成形時
にはポリエチレンの融点以下の温度で加熱し成形されて
いた。しかしながら、ポリエチレンの融点以下の温度で
成形した場合には、フェノール樹脂の硬化が十分でな
く、竪型ポンプなどの水中軸受材料として要求される摺
動特性及び機械的特性を得ることができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な水中軸受材料の現状に鑑み、例えば竪型ポンプの軸受
などに用いられる水中軸受材料として、気体中のドライ
状態下においても優れた摺動特性を有し、かつ機械的特
性にも優れた軸受材料を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、フェノール樹
脂に導電性添加剤を一切含まず、かつ気体中のドライ状
態でも優れた摺動特性を付与する添加剤としてポリエチ
レンパルプを利用し、予めポリエチレンの融点以下の温
度で加熱し成形することでポリエチレンパルプの均一分
散状態が維持され、しかるのちポリエチレンの融点以上
の温度で焼成することで、優れた摺動特性及び機械的特
性を有し、しかも相手スリーブを電触させることもない
水中軸受材料を得た。さらに、前記固体潤滑剤としてポ
リエチレンパルプを用いた軸受材料に、バッキング材と
して、通常の綿帆布基材フェノール樹脂やガラス繊維基
材エポキシ樹脂などの繊維補強熱硬化性樹脂材料を用い
ることで、竪型ポンプなどに好適に利用できる肉厚な水
中軸受材料を得ることができた。

【０００９】即ち、本発明の水中軸受材料は、ポリエチ
レンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄した混抄
紙にフェノール樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグを
前記ポリエチレンパルプの融点以下の温度で加熱して成
形したのち、前記ポリエチレンパルプの融点以上の温度
で焼成してなるものである。

【００１０】また、本発明の他の水中軸受材料は、ポリ
エチレンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄した
混抄紙とフェノール樹脂とからなる軸受材料と、繊維補
強熱硬化性樹脂材料とからなるものである。前記繊維補
強熱硬化性樹脂としては、綿帆布基材フェノール樹脂ま
たはガラス繊維基材エポキシ樹脂が好ましい。

【００１１】さらに、本発明の水中軸受は、ポリエチレ
ンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄した混抄紙
にフェノール樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグを、
前記ポリエチレンパルプの融点以下の温度の加熱ロール
で加熱しながら所定の寸法の円筒状に巻き取り成形した
のち、前記ポリエチレンパルプの融点以上の温度で焼成
してなり、ポリエチレンパルプと他の有機または無機繊
維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とから構成され
ている。

【００１２】また、本発明の他の水中軸受は、ポリエチ
レンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄した混抄
紙にフェノール樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグ
を、前記ポリエチレンパルプの融点以下の温度の加熱ロ
ールで加熱しながら所定の寸法の円筒状に巻き取り成形
し、さらに前記フェノール樹脂の外側に繊維補強熱硬化
性樹脂のプリプレグを加熱ロールで加熱しながら所定の
寸法に巻き付けたのち、前記ポリエチレンパルプの融点
以上の温度で焼成してなり、軸受内径側が前記ポリエチ
レンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄した混抄
紙とフェノール樹脂とから構成される軸受材料により構
成され、外径側が繊維補強熱硬化性樹脂材料にて構成さ
れている。前記繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグとし
ては、綿帆布にフェノール樹脂を含浸して乾燥したプリ
プレグまたはガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸して乾燥
させたプリプレグが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記のように、本発明の水中軸受
材料は、潤滑剤となるポリエチレンパルプと他の有機ま
たは無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とか
ら構成されるものであり、また本発明の水中軸受は、少
なくとも摺動面が前記ポリエチレンパルプと他の有機ま
たは無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とか
ら構成される。前記ポリエチレンパルプとしては、それ
の短繊維、例えば繊維長が１〜４ｍｍのものを使用する
が、さらに長いものであっても、他の有機または無機繊
維との混抄が可能であれば、繊維長については特に限定
されない。また、前記ポリエチレンパルプと混抄する他
の有機または無機繊維としては、木材パルプなどの有機
繊維やガラス繊維などの無機繊維を挙げることができる
が、これらに限定されない。ただし、例えば、カーボン
繊維などのように導電性を有するものは、相手スリーブ
を電蝕させるという問題があるので好ましくはない。こ
れらの繊維は、主として軸受の強度を向上させる目的で
使用されるものであり、ポリエチレンパルプに対する混
合比は、その繊維の種類、形状などにより異なるが、ポ
リエチレンパルプに対して重量比で１：１〜３程度が適
当である。

【００１４】また、前記の混抄紙に含浸させるフェノー
ル樹脂は特に限定されるものではなく、例えば通常の含
浸用アルコール可溶性フェノール樹脂などを使用するこ
とができる。

【００１５】前記ポリエチレンパルプと他の有機または
無機の繊維およびフェノール樹脂のそれぞれの量的関係
は、ポリエチレンパルプ１０〜３０重量％、その他の繊
維３０〜５０重量％、フェノール樹脂３０〜５０重量％
が適当である。ポリエチレンパルプが１０重量％未満で
は、ポリエチレンの摺動特性を十分に発揮し難く、ま
た、３０重量％を越えると材料強度が低下し、耐荷重性
が低下してかえって摩耗量が増大する。

【００１６】前記のような本発明に係る軸受材料は、ポ
リエチレンパルプと他の有機または無機繊維とを混抄し
た混抄紙にフェノール樹脂を含浸して乾燥させたプリプ
レグを、前記ポリエチレンパルプの融点以下の温度で加
熱して成形したのち、前記ポリエチレンパルプの融点以
上の温度で焼成される。前記成形時の温度はポリエチレ
ンの融点以下であればよく、通常は１２０〜１３０℃程
度であり、また成形圧力は、通常は３〜４．５ＭＰａ程
度である。さらに、焼成時の温度は、通常は１４０〜１
５０℃程度である。焼成時間は温度にもよるが、通常は
６〜１０時間程度である。前記軸受材料からなる水中軸
受は、ポリエチレンパルプと他の有機または無機繊維と
を混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して乾燥させ
たプリプレグを、ポリエチレンパルプの融点以下の温度
の加熱ローラで加熱、加圧しながら金属製の中芯ロール
などに所定の肉厚になるまで巻き取り、この巻き取った
プリプレグを、中芯ロールに巻き付けたままで、ポリエ
チレンパルプの融点以上の温度で焼成することで、目的
とする軸受を得ることができる。

【００１７】また、上記のようにポリエチレンパルプと
他の有機または無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノー
ル樹脂とから構成される軸受材料の場合には、通常の綿
帆布を基材としたフェノール樹脂に較べて機械的強度が
低く、また成形上、肉厚品が得られ難い場合がある。そ
こで、これらの点を補うために、ポリエチレンパルプと
他の有機または無機繊維とを混抄した混抄紙にフェノー
ル樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグに、綿帆布にフ
ェノール樹脂を含浸して乾燥したプリプレグまたはガラ
ス繊維にエポキシ樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグ
などの繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグを積層し、二
層同時成形を行うことで、ポリエチレンパルプと他の有
機または無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂
とからなる軸受材料と、前記繊維補強熱硬化性樹脂材料
とから構成することが好ましい。この材料を用いた水中
軸受は、軸受内径側が前記ポリエチレンパルプと他の有
機または無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂
とから構成される軸受材料より構成され、外径側が綿帆
布基材フェノール樹脂またはガラス繊維基材エポキシ樹
脂などの繊維補強熱硬化性樹脂材料にて構成される。

【００１８】前記綿帆布基材フェノール樹脂は、綿帆布
にフェノール樹脂を含浸して乾燥させたプリプレグを加
熱成形させて得られるものであり、フェノール樹脂とし
ては特に限定されるものではなく、例えば通常の含浸用
アルコール可溶性フェノール樹脂などを使用することが
できる。

【００１９】また、前記ガラス繊維基材エポキシ樹脂
は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸して乾燥させた
プリプレグを加熱成形して得られるものであり、エポキ
シ樹脂としては特に限定されるものではなく、例えば汎
用ビスフェノールＡ型などを使用することができる。

【００２０】前記ポリエチレンパルプと他の有機または
無機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とから構
成される軸受材料により軸受内径側を構成し、外径側を
綿帆布基材フェノール樹脂またはガラス繊維基材エポキ
シ樹脂などの繊維補強熱硬化性樹脂材料にて構成した水
中軸受は、ポリエチレンパルプと他の有機または無機繊
維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して乾燥
させたプリプレグを、前記ポリエチレンパルプの融点以
下の温度の加熱ロールで加熱、加圧しながら金属製の中
芯ロールなどに巻き付け必要寸法、即ち所定の厚さにな
るまで巻き取り、前記フェノール樹脂の外側に綿帆布に
フェノール樹脂を含浸して乾燥したプリプレグまたはガ
ラス繊維にエポキシ樹脂を含浸して乾燥させたプリプレ
グなどの繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグを、同様に
加熱ロールで加熱、加圧しながら巻き付け必要寸法、即
ち所定の外径寸法になるまで巻き取り、巻き取ったプリ
プレグを、中芯ロールに巻き付けたまま、前記ポリエチ
レンパルプの融点以上の温度で焼成することで得ること
ができる。前記ポリエチレンパルプを含む混抄紙を基材
とするフェノール樹脂のプリプレグの巻き取り成形時の
加熱ロールの温度はポリエチレンの融点以下であればよ
く、通常は１２０〜１３０℃程度であり、またロール圧
力は、通常は１００〜１５０Ｎ／ｃｍ（ニップ圧）程度
である。また、前記綿帆布基材フェノール樹脂またはガ
ラス繊維基材エポキシ樹脂などの繊維補強熱硬化性樹脂
のプリプレグの巻き取り成形時の加熱ロールの温度は、
フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の種
類にもよるが、通常は１２５〜１３５℃程度である。さ
らに、焼成時の温度は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂
の種類にもよるが、通常は１４０〜１６０℃程度であ
る。また、焼成時間は温度にもよるが、通常は６〜１０
時間程度である。

【００２１】

【実施例】次に実施例をあげるが、本発明はこの実施例
によりなんら制限されるものではない。なお、以下の記
載中、特にことわらない限り、「部」は「重量部」を、
「％」は「重量％」を表す。

【００２２】（実施例１）ポリエチレンパルプ２０部と
木材パルプ４０部とを混抄した混抄紙に、アルコール可
溶性フェノール樹脂（固形分５０％）を含浸させ、１０
０℃で１０分間乾燥し、フェノール樹脂固形分として４
０部となるように調整したプリプレグを、１２５℃の加
熱ロールで加熱、加圧（１００Ｎ／ｃｍ）しながら外径
７０ｍｍの金属製の中芯ロールに巻き付け、外径が８０
ｍｍとなるまで巻き取った。巻き取ったプリプレグを中
芯に巻き付けたままで１４０℃で１０時間焼成し、内径
７０ｍｍ、外径８０ｍｍの軸受材料を作製した。

【００２３】（比較例）１１号綿帆布に、グラファイト
とカーボンを添加したアルコール可溶性フェノール樹脂
を含浸し、１２０℃で１０分間乾燥し、帆布５０部、フ
ェノール樹脂固形分として３４部、グラファイト１５
部、カーボン１部となるように調整したプリプレグを、
１３０℃の加熱ロールで加熱、加圧（１５０Ｎ／ｃｍ）
しながら外径７０ｍｍの金属製の中芯ロールに巻き付
け、外径８０ｍｍとなるまで巻き取った。巻き取ったプ
リプレグを中芯に巻き付けたままで１６０℃で６時間焼
成し、内径７０ｍｍ、外径８０ｍｍの軸受材料を作製し
た。

【００２４】実施例１及び比較例で作製した軸受材料の
物性は表１、表２に示すとおりであった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】（実施例２）実施例１と同じポリエチレン
パルプと木材パルプとを混抄した混抄紙に、アルコール
可溶性フェノール樹脂を含浸、乾燥したプリプレグを、
１２５℃の加熱ロールで加熱、加圧（１００Ｎ／ｃｍ）
しながら外径７０ｍｍの金属製の中芯ロールに巻き付
け、厚さ５ｍｍとなるまで巻き取った。巻き取ったフェ
ノール樹脂のプリプレグのうえから、１１号綿帆布にア
ルコール可溶性フェノール樹脂を含浸し、１２０℃で１
０分間乾燥し、帆布５０部、フェノール樹脂固形分とし
て５０部となるように調整したプリプレグを、１３０℃
の加熱ロールで加熱、加圧（１００Ｎ／ｃｍ）しながら
巻き付け、外径が８０ｍｍとなるまで巻き取った。巻き
取ったプリプレグを中芯に巻き付けたままで１４０℃で
１０時間焼成し、内径７０ｍｍ、外径８０ｍｍの軸受材
料を作製した。

【００２８】実施例２及び比較例で作製した軸受材料を
長さ９０ｍｍに切断して軸受を得、これを図１に示すよ
うな竪型ポンプの軸受６の位置に装着して３６ヶ月使用
し、軸受材料の摩耗状況について調べた。

【００２９】使用した竪型ポンプの仕様は以下のとおり
である。ポンプ形式：竪型タービンポンプ液質：海水軸回転速度：１５００ｒｐｍ（５．５ｍ／ｓｅｃ）軸径：φ７０ｈ７軸受寸法：φ７０×φ８０×９０（ｍｍ）運転状況：間歇運転（１日４回稼働、１回の運転時間は
５時間、合計稼働時間を１９００時間とした。）

【００３０】結果を表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の水中軸受材料
は、フェノール樹脂に優れた摺動特性を付与する添加剤
としてポリエチレンパルプを利用し、予めポリエチレン
の融点以下の温度で加熱し成形することで材料中におけ
るポリエチレンパルプの均一分散状態を維持し、この状
態でポリエチレンの融点以上の温度で焼成することでフ
ェノール樹脂を充分に硬化させてなるものであることか
ら、得られた軸受材料は、気体中のドライ状態でも優れ
た摺動特性及び機械的特性を有し、しかも導電性添加剤
を一切含まず相手スリーブを電触させることもない。さ
らに、前記のように固体潤滑剤としてポリエチレンパル
プを用いた軸受材料に、綿帆布基材フェノール樹脂やガ
ラス繊維基材エポキシ樹脂などの繊維補強熱硬化性樹脂
材料を併用した複合材料とすることで、竪型ポンプなど
に好適に利用できる肉厚な水中軸受材料を容易に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】竪型ポンプの１例を示す模式図。

【符号の説明】

１：導水部分、２：回転体、３：モータ、４：羽根車、
５〜８：軸受。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリエチレンパルプと他の有機または無
機繊維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して
乾燥させたプリプレグを、前記ポリエチレンパルプの融
点以下の温度で加熱して成形したのち、前記ポリエチレ
ンパルプの融点以上の温度で焼成してなる水中軸受材
料。
【請求項２】ポリエチレンパルプと他の有機または無
機繊維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して
乾燥させたプリプレグを、前記ポリエチレンパルプの融
点以下の温度の加熱ロールで加熱しながら所定の寸法の
円筒状に巻き取り成形したのち、前記ポリエチレンパル
プの融点以上の温度で焼成してなる水中軸受。
【請求項３】ポリエチレンパルプと他の有機または無
機繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とからなる
軸受材料と、繊維補強熱硬化性樹脂材料とからなる水中
軸受材料。
【請求項４】前記繊維補強熱硬化性樹脂が、綿帆布基
材フェノール樹脂またはガラス繊維基材エポキシ樹脂で
ある請求項３記載の水中軸受材料。
【請求項５】ポリエチレンパルプと他の有機または無
機繊維とを混抄した混抄紙にフェノール樹脂を含浸して
乾燥させたプリプレグを、前記ポリエチレンパルプの融
点以下の温度の加熱ロールで加熱しながら所定の寸法の
円筒状に巻き取り成形し、さらに前記フェノール樹脂の
外側に繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグを加熱ロール
で加熱しながら所定の寸法に巻き付けたのち、前記ポリ
エチレンパルプの融点以上の温度で焼成してなり、軸受
内径側が前記ポリエチレンパルプと他の有機または無機
繊維とを混抄した混抄紙とフェノール樹脂とから構成さ
れる軸受材料により構成され、外径側が繊維補強熱硬化
性樹脂材料にて構成された水中軸受。
【請求項６】前記繊維補強熱硬化性樹脂のプリプレグ
が、綿帆布にフェノール樹脂を含浸して乾燥したプリプ
レグまたはガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸して乾燥さ
せたプリプレグである請求項５記載の水中軸受。