JP2005036692A - ポンプ用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】片当たりしても破損や焼き付きしないポンプ用軸受装置を提供するにある。
【解決手段】回転側の摺動部材９００をスリーブ形状とし、その材料をタングステンカーバイド或いはチタンカーバイド若しくはホウ化物を主成分としたサーメットを主成分としたものとし、固定側の軸受ブシュ１０１をフェノール樹脂組成物が含浸した炭素繊維布の積層体を用いたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ用軸受装置に関する。例えば、河川水、雨水、海水等の排水ポンプの軸受装置に適用されるものである。
【０００２】
【従来技術】
排水ポンプの構造を図４に示す。ケーシング３は据付台４に設置されており、河川水、雨水、海水等の排水液２を排水するものである。回転軸１は上方の図示しないモータ等の駆動機で回転され、ケーシング３とステー８で固定された軸受装置６で中央部および下部を支承されている。回転軸１の下部にはインペラ７が取付けられており、排水液２を流入口５から吸込み矢印で示すように上部に排水するものである。排水液２には、一般に土砂等の異物が含まれている。
【０００３】
従来の軸受装置６の構造を図５に示す。回転軸１にはスリーブ９が嵌入されており回転軸１と共に回転する。スリーブ９と摺動する軸受ブッシュ１０はリテーナ１１に焼ばめ等の手段で固定され軸受ケース１２に固定されている。軸受ケース１２はケーシング３にステー８を介して固定されている。従来、排水液中の異物が軸受ブッシュ１０とスリーブ９の摺動隙間に侵入して軸受ブッシュ１０やスリーブ９を摩耗させるため、軸受ブッシュ１０を炭化ケイ素や窒化ケイ素のセラミックスからなる高硬度材とし、スリーブ９をタングステンカーバイドやチタンカーバイド等のサーメットからなる高硬度材として、摩耗を防止するようにしている。
【特許文献１】特公昭６３−６７０４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受１０とスリーブ９を共に高硬度材とした組合せにおいては、片当りしたときに接触許容変形量が小さく、そのため局部的に高負荷状態となり、その結果焼付きが発生したりセラミックスからなる軸受ブッシュが破損したりする不具合が生じることがあった。本発明は、この不具合を解決することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るポンプ用軸受装置は、ケーシング中に固定された軸受ケースと、該軸受ケースの内周に配された軸受ブッシュと、該軸受ブッシュの内周に配された回転軸とを具備するポンプ用軸受装置において、回転軸の外周に、タングステンカーバイド、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットから成るスリーブを嵌入固定し、軸受ブッシュをフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成したことを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るポンプ用軸受装置は、請求項１に記載のポンプ用軸受装置において、フェノール樹脂組成物は、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含有することを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るポンプ用軸受装置は、請求項１または２に記載のポンプ用軸受装置において、フェノール樹脂組成物は、セラミックス粉末、セラミックス繊維およびセラミックスチップから選択される１種以上のセラミックス充填材を含有することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るポンプ用軸受装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ用軸受装置において、軸受ブッシュは、金属製リテーナを介して軸受ケースに固定されていることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るポンプ用軸受装置は、請求項４に記載のポンプ用軸受装置において、軸受ブッシュには、金属棒が半径方向に複数本挿入され、該金属棒の一端は金属製リテーナに接していることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るポンプ用軸受装置は、請求項４または５に記載のポンプ用軸受装置において、軸受ブッシュには、金属棒が軸方向に複数本挿入されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１実施例に係るポンプ用軸受装置の縦断面図を図１に示す。本実施例に係るポンプ用軸受装置は、例えば、前記した図４に示す排水ポンプに使用され、基本構造は図５に示すポンプ用軸受装置と同様である。
【００１２】
回転軸１００にはスリーブ９００が嵌入されており、該スリーブ９００は、タングステンカーバイド、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットから形成されている。スリーブ９００の材質は、対象とする液質によって適当な材質が選択される。例えば、河川水、下水、雨水等の海水を含まない液体を対象とする場合は、タングステンカーバイドを主成分としたサーメットが適している。しかし、このタングステンカーバイドを主成分としたサーメットは海水中では耐食性に問題があるので、海水を対象とする場合は、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットが適している。
【００１３】
上記スリーブ９００と摺動する軸受ブッシュ１０１は、ステー８００に固定された軸受ケース１２０にリテーナ１１０を介して固定されている。軸受ブッシュ１０１は、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含浸したフェノール樹脂組成物を含有した炭素繊維布の積層体で形成されている。
【００１４】
炭素繊維布としては従来公知の二次元織物を使用することができる。織物の形態としては、平織、斜文織、朱子織、バスケット織などが使用されるが、樹脂含浸性の点で平織、バスケット織が好ましい。
【００１５】
フェノール樹脂としては、レゾール型、ノボラック型いずれであってもよいが、加熱のみによって硬化可能なレゾール型フェノール樹脂がプリプレグ作製時における取扱い性の点から好ましい。
【００１６】
このフェノール樹脂にグラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を配合して、炭素繊維布に含浸させるフェノール樹脂組成物が形成されるが、フェノール樹脂組成物における潤滑性付与剤の配合割合は、５〜４０重量％、好ましくは５〜３０重量％である。そして、フェノール樹脂組成物と炭素繊維布の配合比率は、重量比でフェノール樹脂組成物：炭素繊維布＝８０：２０〜６０：４０であることが好ましい。ここで、炭化フェノール樹脂とは、粒状のフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を不活性雰囲気で４００〜２２００℃の高温焼成によって炭素化したものである。
【００１７】
フェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体からなる軸受ブッシュは、例えば次のような工程を経て得ることができる。すなわち、（イ）グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含有するフェノール樹脂組成物を炭素繊維布に含浸せしめ乾燥して炭素繊維布プリプレグを製造する工程、（ロ）該炭素繊維布プリプレグを芯金に加熱加圧しながら所定の厚みになるまで巻きつけ円筒状積層体を形成する工程（ロールド成形法）、（ハ）該円筒状積層体を芯金とともに加熱硬化処理する工程、を経てフェノール樹脂組成物を含有した炭素繊維布の積層体からなる軸受ブッシュを得ることができる。
【００１８】
本実施例によれば、回転軸１００に嵌入されるスリーブ９００を、タングステンカーバイド、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットからなる高硬度材で構成するとともに、軸受ブッシュも炭素繊維布を用いたことにより充分な表面硬度が得られるので、異物等の侵入に対しても充分な耐摩耗性が得られる。また、軸受ブッシュを、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含有するフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成したので、ある程度弾性変形を許容し、スリーブ９００との片当りや衝撃荷重に対しても破損することはない。また、起動時のドライ運転条件においても良好な摺動特性を示す。
【００１９】
〔実施例２〕
本発明の第２実施例に係るポンプ用軸受装置は、上記本発明の第１実施例に係るポンプ用軸受装置と基本的に同様のものであるが、フェノール樹脂組成物に、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤に加えて、さらに、セラミックス粉末、セラミックス繊維およびセラミックスチップから選択される１種以上のセラミックス充填材が配合されている。
【００２０】
これらセラミックス充填材としては、モース硬度が７以上のものが好適に使用される。具体的には、ホウ酸アルミニウム（モース硬度７〜７．５）、酸化チタン（モース硬度７〜７．５）、窒化ケイ素（モース硬度９）、炭化ケイ素（モース硬度９）、アルミナ（モース硬度９）が挙げられる。セラミックス粉末としては、平均粒径が１０μｍ以下、就中５μｍ以下のものが好ましく使用される。セラミックス繊維としては、平均繊維径が０．１から１０μｍ、平均繊維長が５〜５００μｍ、就中平均繊維径が０．１〜５μｍ、平均繊維長が５〜１００μｍの所謂ウィスカあるいは短繊維と呼ばれるものが好適に使用される。
【００２１】
フェノール樹脂組成物における上記セラミックス充填材の配合割合は、５〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％である。このとき、潤滑性付与剤との合計が４０重量％以下となるように配合することが好ましい。
【００２２】
本実施例によれば、さらにセラミックス充填材を配合したことにより、軸受ブッシュの摺動面の表面硬度が向上するので、異物濃度の高い水中においても充分な耐摩耗性を発揮する。
【００２３】
〔実施例３〕
本発明の第３実施例に係るポンプ用軸受装置の軸受ブッシュ部分の縦断面図を図２に示す。軸受ブッシュ１０１は先に述べた実施例２の軸受ブッシュと同じフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成されており、金属製リテーナ１１０に固定されている。加えて、軸受ブッシュ１０１には、その軸方向に金属棒１３１が、半径方向に金属棒１３２が、軸受ブッシュ１０１の内周面に露出しない状態で挿入されている。さらに、金属棒１３２は金属リテーナ１１０を貫通して取付けられている。これらの金属棒１３１および１３２は軸受ブッシュ１０１の円周方向に複数個配されている。軸受ブッシュ１０１を金属リテーナ１１０に嵌入固定した後、機械加工により形成した挿入孔に金属棒１３１および１３２を挿入することにより、本実施例の軸受ブッシュ構造を得ることができる。
【００２４】
本実施例によれば、先に実施例２で述べた効果に加えて次のような効果が発揮される。すなわち、軸受ブッシュ１０１に挿入されている金属棒１３１および１３２は熱伝導率が軸受ブッシュ１０１を構成するフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布に比べ約１０倍以上あるため、軸受ブッシュ１０１とスリーブ９００の摺動で発生した軸受ブッシュ１０１内周面の熱を、金属棒１３１が速やかに軸受ブッシュ１０１の軸方向に伝導し均一化するとともに、金属棒１３２が速やかに軸受ブッシュ１０１の半径方向に伝導する。金属棒１３２は金属リテーナ１１０に接しているため金属リテーナ１１０にも熱が伝導され、金属リテーナ１１０は図示しない軸受ケース１２０と接しているため、熱は速やかに軸受ケース１２０全体に放熱されることとなる。したがって、軸受ブッシュ１０１の内周面に発生した摺動熱が放熱され、焼付きや軸受ブッシュ１０１の摺動面の損傷が防止される。
【００２５】
〔実施例４〕
本発明の第４実施例に係るポンプ用軸受装置の軸受ブッシュ部分の縦断面図を図３に示す。軸受ブッシュ１０１は先に述べた実施例２の軸受ブッシュと同じフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成されており、金属製リテーナ１１０に固定されている。前述の実施例３と同様、軸受ブッシュ１０１の半径方向に金属棒１３０が挿入されているが、金属棒１３０はその材質として銅系金属を用いており、金属棒１３０の一端は軸受ブッシュ１０１の内周面に露出しており、他端は金属リテーナ１１０に接するように配されている。
【００２６】
したがって、本実施例によれば前述の実施例３と同様の効果が発揮される。それに加えて、軸受ブッシュ１０１に挿入されている銅系金属棒１３０は熱伝導率が軸受ブッシュ１０１を構成するフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布に比べ約１０〜２０倍以上あるため、軸受ブッシュ１０１とスリーブ９００の摺動で発生した軸受ブッシュ内周面の熱を銅系金属棒１３０が速やかに軸受ブッシュ１０１の半径方向に伝導する。銅系金属棒１３０の他端は金属リテーナ１１０に接しているため金属リテーナ１１０にも熱が伝導されて放熱される。
【００２７】
銅系金属は一般に水中軸受として用いられており、水中摺動性も良好であることから、銅系金属棒１３０の一端は軸受ブッシュ１０１の内周面に露出するように配されている。このため、スリーブ９００との摺動熱が直接銅系金属棒１３０に伝導されるため、放熱効果はさらに高くなる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明した通り、本発明の請求項１に係るポンプ用軸受装置は、ケーシング中に固定された軸受ケースと、該軸受ケースの内周に配された軸受ブッシュと、該軸受ブッシュの内周に配された回転軸とを具備するポンプ用軸受装置において、回転軸の外周に、タングステンカーバイド、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットから成るスリーブを嵌入固定し、軸受ブッシュをフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成したため、充分な表面硬度が得られるので、異物等の侵入に対しても充分な耐摩耗性が得られる。
【００２９】
また、本発明の請求項２に係るポンプ用軸受装置は、請求項１記載のポンプ用軸受装置において、フェノール樹脂組成物は、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含有するため、請求項１と同様な効果を奏する他、ある程度弾性変形を許容し、スリーブとの片当りや衝撃荷重に対しても破損することはない。また、起動時のドライ運転条件においても良好な摺動特性を示す。
【００３０】
また、本発明の請求項３に係るポンプ用軸受装置は、請求項１または２記載のポンプ用軸受装置において、フェノール樹脂組成物は、セラミックス粉末、セラミックス繊維およびセラミックスチップから選択される１種以上のセラミックス充填材を含有するため、請求項１または２と同様な効果を奏する他、更に軸受ブッシュの摺動面の表面硬度が向上するので、異物濃度の高い水中においても充分な耐摩耗性を発揮する。
【００３１】
また、本発明の請求項４に係るポンプ用軸受装置は、請求項１、２または３において、軸受ブッシュは、金属製リテーナを介して軸受ケースに固定されているため、請求項１、２または３と同様な効果を奏する他、軸受ブッシュとスリーブの摺動で発生した軸受ブッシュ内周面の熱が金属リテーナを通じて伝導されて放熱される。
【００３２】
また、本発明の請求項５に係るポンプ用軸受装置は、請求項４記載のポンプ用軸受装置において、軸受ブッシュには、金属棒が半径方向に複数本挿入され、該金属棒の一端は金属製リテーナに接しているため、請求項４と同様な効果を奏する他、軸受ブッシュとスリーブの摺動で発生した軸受ブッシュ内周面の熱を、金属棒が速やかに軸受ブッシュの半径方向に伝導し、更に、金属リテーナにも熱が伝導され、速やかに軸受ケース全体に放熱されることとなる。
【００３３】
また、本発明の請求項６に係るポンプ用軸受装置は、請求項４又は５記載のポンプ用軸受装置において前記軸受には、軸受ブッシュには、金属棒が軸方向に複数本挿入されているため、請求項４又は５と同様な効果を奏する他、軸受ブッシュとスリーブの摺動で発生した軸受ブッシュ内周面の熱を、金属棒が速やかに軸受ブッシュの軸方向に伝導し均一化するとともに、金属棒が速やかに軸受ブッシュの半径方向に伝導し、更に、金属リテーナにも熱が伝導され、熱は速やかに軸受ケース全体に放熱されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る軸受装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第３実施例に係る軸受の縦断面図である。
【図３】本発明の第４実施例に係る軸受の縦断面図である。
【図４】排水ポンプの構造を示す縦断面図である。
【図５】従来の軸受装置構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１００ 回転軸
２ 排水液
３ ケーシング
４ 据付台
５ 流入口
６ 軸受装置
７ インペラ
８，８００ ステー
９，９００ スリーブ
１０，１０１ 軸受ブシュ
１１，１１０ リテーナ
１２，１２０ 軸受ケース
１３０ 銅系金属棒
１３１ 金属棒
１３２ 金属棒

Claims (6)

1. ケーシング中に固定された軸受ケースと、該軸受ケースの内周に配された軸受ブッシュと、該軸受ブッシュの内周に配された回転軸とを具備するポンプ用軸受装置において、回転軸の外周に、タングステンカーバイド、チタンカーバイドまたはホウ化物を主成分としたサーメットから成るスリーブを嵌入固定し、軸受ブッシュをフェノール樹脂組成物を含浸した炭素繊維布の積層体で形成したことを特徴とするポンプ用軸受装置。
2. フェノール樹脂組成物は、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および炭化フェノール樹脂から選択される１種以上の潤滑性付与剤を含有する請求項１に記載のポンプ用軸受装置。
3. フェノール樹脂組成物は、セラミックス粉末、セラミックス繊維およびセラミックスチップから選択される１種以上のセラミックス充填材を含有する請求項１または２に記載のポンプ用軸受装置。
4. 軸受ブッシュは、金属製リテーナを介して軸受ケースに固定されている請求項１、２または３のいずれか一項に記載のポンプ用軸受装置。
5. 軸受ブッシュには、金属棒が半径方向に複数本挿入され、該金属棒の一端は金属製リテーナに接している請求項４に記載のポンプ用軸受装置。
6. 軸受ブッシュには、金属棒が軸方向に複数本挿入されている請求項４または５に記載のポンプ用軸受装置。

Images