JP2015021551A - すべり軸受装置およびこれを備えたポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
エーテルケトンおよび前記不可避不純物が残りの面積を占める。
図1は、本実施形態に係るすべり軸受装置を備えた、排水機場で用いられるポンプの例である立形斜流ポンプを示す断面図である。
軸25、25´と吐出エルボ30に設けられた孔との間にはフローティングシール34が設けられており、これにより立形斜流ポンプが扱う水が立形斜流ポンプの外部に流出することが防止される。
けられている。スリーブ11の外周には、すべり軸受1が設けられており、スリーブ11の外周面は、すべり軸受1の内周面(すべり面)と摺動するように構成されている。すべり軸受1は、金属から成る軸受ケース12によりつば部12aを介してポンプのケーシング13に固定されている。
スリーブ材11はビッカース硬さが200以上2500以下の金属で形成されており、ステンレス鋼のほか、セラミックス、超硬合金、サーメットのいずれかであることが好ましい。
図示のように、本実施形態に係るすべり軸受装置のすべり軸受1は中空の円筒形状を成している。
これに対して、PEEK樹脂のような芳香族ポリエーテルケトンベースの樹脂材料に対する炭素繊維(カーボン繊維)の混入は、軸受材料の強度を向上させ、線膨張係数を低く抑える効果をもたらす。
ただし、炭素繊維の混入割合が多くなると、軸受材料の強度が上昇して硬くなるので、耐摩耗性が低下するとともに、成形困難となる虞がある。
なお、ここで面積率とは、成形した軸受に平滑表面を設け、その表面における数ヶ所を顕微鏡で撮影し、観察部分を画像解析することにより求めた各構成材料が占める面積の割合の平均値である。
ル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体)等を用いることが好ましい。
また、本発明に係るすべり軸受材料に用いる芳香族ポリエーテルケトンとして、PEEKのほか、PEK(ポリエーテルケトン)、PEKK(ポリエーテルケトンケトン)、PEEKK(ポリエーテルエーテルケトンケトン)等を用いることが好ましい。
本実施例では、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、グラファイトおよび不可避不純物を含む樹脂試験片(成形品)を、表1に示す各構成材料の面積率で複数作成し、評価を行った。ここで、面積率は、成形品に平滑表面を設け、その表面における数ヶ所を顕微鏡で撮影し、観察部分(1.4mm×1.0mm)を画像解析することにより求めた各構成材料が占める面積の割合の平均値である。
なお、表1にはフッ素樹脂、グラファイト、炭素繊維の面積率のみが記載されているが、残部の面積は芳香族ポリエーテルケトン及び不可避不純物が占める。
成形性の評価においては、ペレット状の樹脂原料を型に入れた状態で加熱し焼き固める特殊な方法で成形し気孔が発生しないかを評価した。線膨張係数は成形品を20℃から140℃に温度を上昇させたときの熱膨張量に基づいて算出した。また、摩擦係数の評価においては、20×20×5(mm)の樹脂試験片を、超硬合金から成るφ20の円柱試験片に荷重500gで押しつけ、周速度0.5m/sで30分間、超硬合金に対して摺動させた。
評価として、線膨張係数が40×10−6/℃以下であり、かつ摩擦係数が0.2以下であるものを合格とした。なお、摩擦係数が0.2を超えると軸受温度が100℃を超え、摩擦挙動が不安定になる。
表2は、評価試験に使用した軸受を構成する樹脂材料の各成分の面積率(%)を示す表である。表中の本発明の樹脂材料は、実施例1で説明した合格評価が得られた各成分の面積率に含まれる面積率を有する樹脂材料である。樹脂材料1ないし4は、本発明に係るすべり軸受装置のすべり軸受に用いられる樹脂材料に対する比較例である。
図示のように、樹脂材料1では、摩擦係数は本発明の樹脂材料よりも小さいが、摩耗速度が非常に大きい。
樹脂材料2では、摩耗速度は本発明の樹脂材料と略同等であるが、摩擦係数は本発明の樹脂材料よりも大きい。
樹脂材料3では、本発明の樹脂材料に比べ、摩耗速度と摩擦係数が共に大きい。
樹脂材料4では、試験開始後、間もなく摩擦力が急速に上昇し、試験継続が困難となり、測定不可能であった。
なお、本実施例における本発明の樹脂材料において添加した炭素繊維の直径は5μm以上15μm以下、フッ素樹脂の直径は2μm以上30μm以下である。ここで、フッ素樹脂の直径とは、フッ素樹脂の粒子の直径をいう。
上述したように、土砂の主成分であるSiO2は硬度が高く、ポンプのすべり軸受に樹脂材料が用いられる場合には、軸受すべり面に侵入した土砂によって軸受は切削・摩耗される。
即ち、すべり軸受が、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、グラファイトおよび不可避不純物を含み、すべり軸受のすべり面の硬さが、タイプDデュロメータ硬さで63以上86以下であるときに、異物を含む水中における運転中であっても、すべり軸受の耐摩耗性が良好であることを見出した。
本実施例では、本発明に係るすべり軸受装置のすべり軸受を、異物、すなわち土砂の主成分であるSiO2が混入した水中で摺動させたときの摩耗速度に関する評価試験を行った。
摩耗試験は、軸受内径65mm、軸受幅20mmの軸受を、異物濃度が3000mg/Lの水中に投入し、軸受面圧を0.12MPa、すべり速度を5.0m/secとして、8時間運転した。水中に含まれる異物には、平均粒径約5μmのケイ砂(主成分:Si02)と平均粒径約30μmのケイ砂とが1:1の割合で含まれている。
図5に示すように、異物混入水中での軸受の耐摩耗性は、材料の硬度(タイプDデュロメータ硬さ)と相関があることがわかる。即ち、タイプDデュロメータ硬さが86より大きくなると摩耗速度は急激に大きくなるが、86以下であれば摩耗速度は非常に小さく、タイプDデュロメータ硬さが63以上86以下の範囲ではその値が小さいほど摩耗速度が小さい。
図1
Claims (11)
- すべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、
前記すべり軸受は、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、グラファイトおよび不可避不純物を含み、
前記すべり軸受のすべり面において、前記フッ素樹脂は2%以上10%以下の面積率を有し、前記炭素繊維は4%以上17%以下の面積率を有し、前記グラファイトは5%以上15%以下の面積率を有し、前記芳香族ポリエーテルケトンおよび前記不可避不純物は残りの面積を占める、すべり軸受装置。 - 前記すべり軸受は、線膨張係数が40×10−6/℃以下である、請求項1に記載されたすべり軸受装置。
- 前記すべり軸受のすべり面が大気と接触した状態で運転可能に構成されている、請求項1又は2に記載されたすべり軸受装置。
- 前記フッ素樹脂はPTFE、PFAまたはFEPである、請求項1ないし3のいずれか一項に記載されたすべり軸受装置。
- 前記芳香族ポリエーテルケトンは、PEK、PEEK、PEKKまたはPEEKKである、請求項1ないし4のいずれか一項に記載されたすべり軸受装置。
- 前記炭素繊維は、直径が5μm以上15μm以下である、請求項1ないし5のいずれか一項に記載されたすべり軸受装置。
- 前記フッ素樹脂は直径が2μm以上30μm以下である、請求項1ないし6のいずれか一項に記載されたすべり軸受装置。
- すべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、
前記すべり軸受は、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、グラファイトおよび不可避不純物を含み、
前記すべり軸受のすべり面の硬さが、タイプDデュロメータ硬さで63以上86以下である、すべり軸受装置。 - 前記すべり軸受のすべり面が、土砂が混入した水と接触した状態で運転可能に構成されている、請求項8に記載されたすべり軸受装置。
- 前記すべり軸受のすべり面において、前記フッ素樹脂は2%以上10%以下の面積率を有し、前記炭素繊維は4%以上17%以下の面積率を有し、前記グラファイトは5%以上15%以下の面積率を有し、前記芳香族ポリエーテルケトンおよび前記不可避不純物は残りの面積を占める、請求項8又は9に記載されたすべり軸受装置。
- 請求項1ないし10のいずれか一項に記載されたすべり軸受装置を備えたポンプ。
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