JP2018173169A - Slide member for high temperature application - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温流体を扱うボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ等のステム等の各種流体機器の回転軸や往復動軸を軸受するベアリング等として使用することができる高温用摺動部材に関するものである。 The present invention relates to a sliding member for high temperature that can be used as a bearing for bearing a rotating shaft or a reciprocating shaft of various fluid devices such as a stem such as a ball valve, a butterfly valve, a gate valve, and a globe valve that handle a high temperature fluid. It is about.
一般的な摺動部材として、金属、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂やカーボンを単体或いはこれらを組み合わせたものが周知であるが、摺動面を金属で構成したものは摺動抵抗が高く、摺動面をPTFE等の樹脂で構成したものは高温領域では使用できず、摺動面をカーボンで構成したものは高荷重が作用する条件下(例えば、バルブのステムが流体の圧力によって摺動部材に強く押し付けられるような条件下)で破損(割れる)する虞れがある。 As a general sliding member, a metal, a resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or carbon, or a combination thereof, is well known, but a sliding surface made of metal has a sliding resistance. High sliding surfaces made of a resin such as PTFE cannot be used in a high temperature range, and sliding surfaces made of carbon must be used under conditions where a high load is applied (for example, the valve stem is subject to fluid pressure). There is a risk of breakage (breaking) under the condition of being strongly pressed against the sliding member.
そこで、従来からも、このような一般的な摺動部材の問題を解消した高温用摺動部材として、特許文献1の図5又は図6に開示される如く、膨張黒鉛層をパンチングメタル等の金網で補強したもの(図5)や更にこの膨張黒鉛層に接着剤で裏金を固着したもの(図6)が提案されている。このように摺動面を膨張黒鉛で構成した高温用摺動部材は、摺動面を金属で構成したものに比して摺動性能に優れ、摺動面を樹脂で構成したものに比して高温条件下でも好適に使用することができ、金網や裏金で補強されているため高荷重が作用する条件下でも破損することがない。
Therefore, conventionally, as disclosed in FIG. 5 or FIG. 6 of
しかし、特許文献1の図5に開示される高温用摺動部材(以下「第1従来摺動部材」という)では、膨張黒鉛層が金網で補強されているものの、摺動部材としての強度が不足し、高荷重が作用する条件下では耐久性に問題があり 、使用することが困難である。一方
、特許文献1の図6に開示される高温用摺動部材(以下「第2従来摺動部材」という)では、膨張黒鉛層が裏金で補強されていることから、高荷重が作用する条件下でも比較的耐久性に優れるが、膨張黒鉛層に裏金を固着している接着剤が高温条件下(例えば、400℃以上)では溶出するため、このような高温条件下では使用できない。更に、第1及び第2従来摺動部材では、摺動面を構成する膨張黒鉛層の表面の強度が低く、相手部材との摺動により膨張黒鉛層が変形したり剥離する等の問題があり、高荷重が作用する条件下では良好に使用できない。
However, in the sliding member for high temperature disclosed in FIG. 5 of Patent Document 1 (hereinafter referred to as “first conventional sliding member”), the expanded graphite layer is reinforced with a wire mesh, but the strength as the sliding member is high. It is difficult to use because there is a problem in durability under the condition where the load is insufficient and high load is applied. On the other hand, in the high temperature sliding member disclosed in FIG. 6 of Patent Document 1 (hereinafter referred to as “second conventional sliding member”), the expanded graphite layer is reinforced with a back metal, so that a high load is applied. Although it is relatively excellent in durability, the adhesive that fixes the back metal to the expanded graphite layer elutes under high temperature conditions (for example, 400 ° C. or higher), and cannot be used under such high temperature conditions. Furthermore, the first and second conventional sliding members have problems such as the strength of the surface of the expanded graphite layer constituting the sliding surface is low, and the expanded graphite layer is deformed or peeled off by sliding with the counterpart member. It cannot be used satisfactorily under conditions where high loads are applied.
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、400℃以上の高温条件下で且つ高荷重が作用する条件下でも、耐久性に優れ、良好な摺動性能を発揮することができる高温用摺動部材を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such points, and is excellent in durability and can exhibit good sliding performance even under a high temperature condition of 400 ° C. or higher and under a high load. The object is to provide a high-temperature sliding member.
本発明は、上記の目的を達成すべく、膨張黒鉛層を第1金属板と第2金属板との間に第1金属板に形成した複数の孔に当該膨張黒鉛層の表面部分を充填させた状態で挟圧してなることを特徴とする高温用摺動部材を提案する。 In order to achieve the above object, the present invention fills the surface portion of the expanded graphite layer into a plurality of holes formed in the first metal plate between the first metal plate and the second metal plate. A high-temperature sliding member is proposed which is characterized by being pinched in a heated state.
かかる高温用摺動部材にあっては、第1金属板に形成された孔の開口率(第1金属板に対する全孔の面積割合)が10〜50%であることが好ましく、第1金属板に形成された孔が円形孔であり、その孔径が0.2〜2.5mmであることが好ましい。また、第2金属板に複数の孔を形成して、膨張黒鉛層の両表面部分を両金属板の各孔に充填させておくことができる。この場合、第1金属板に形成された孔の大きさ及び/又は開口率を第2金属板に形成された孔の大きさ及び/又は開口率(第2金属板に対する全孔の面積割合)と同一としておくことが好ましい。また、第1金属板に形成された孔の大きさ及び/又は開口率を第2金属板に形成された孔の大きさ及び/又は開口率より大きくしておくこともできる。第2金属板に複数の孔を形成する場合、第1金属板に形成した各孔の面方向位置と第2金属板に形成した各孔の面方向位置とが一致していないことが好ましい。また、第2金属板の表面を摺動面として機能させる場合においては、第2金属板に形成された孔の開口率を10〜50%とすることが好ましく、また第2金属板の各孔が円形孔であり、その孔径を0.2〜2.5mmとすることが好ましい。また、第1金属板に形成した各孔の面方向位置と第2金属板に形成した各孔の面方向位置とが一致していないことが好ましい。また、前記膨張黒鉛層は1枚の膨張黒鉛シートからなるものとしておくことができ、更に当該膨張黒鉛層を複数枚の膨張黒鉛シートを積層してなるものとしておくことができる。これらの高温用摺動部材は、円筒形状に曲げ加工されたラジアルベアリングとして、或いは円環状板形状に打抜き加工されたスラストベアリングとして使用することができる。 In such a high temperature sliding member, the aperture ratio of the holes formed in the first metal plate (the area ratio of all the holes to the first metal plate) is preferably 10 to 50%, and the first metal plate It is preferable that the hole formed in this is a circular hole and the hole diameter is 0.2-2.5 mm. Moreover, a plurality of holes can be formed in the second metal plate, and both surface portions of the expanded graphite layer can be filled in the holes of both metal plates. In this case, the size and / or opening ratio of the holes formed in the first metal plate is the size and / or opening ratio of the holes formed in the second metal plate (area ratio of all holes to the second metal plate). Is preferably the same. In addition, the size and / or aperture ratio of the holes formed in the first metal plate can be made larger than the size and / or aperture ratio of the holes formed in the second metal plate. When a plurality of holes are formed in the second metal plate, it is preferable that the surface position of each hole formed in the first metal plate does not match the surface direction position of each hole formed in the second metal plate. In addition, when the surface of the second metal plate is made to function as a sliding surface, the aperture ratio of the holes formed in the second metal plate is preferably 10 to 50%, and each hole of the second metal plate Is a circular hole, and the hole diameter is preferably 0.2 to 2.5 mm. Moreover, it is preferable that the surface direction position of each hole formed in the 1st metal plate and the surface direction position of each hole formed in the 2nd metal plate do not correspond. The expanded graphite layer can be made of one expanded graphite sheet, and the expanded graphite layer can be made by laminating a plurality of expanded graphite sheets. These high-temperature sliding members can be used as radial bearings bent into a cylindrical shape or as thrust bearings punched into an annular plate shape.
本発明の高温用摺動部材にあっては、摺動面が第1金属板の表面とその表面に露出する複数の膨張黒鉛部分によって構成されているから、400℃以上の高温条件下でも良好な摺動性能を発揮することができる。しかも膨張黒鉛部分が第1金属板の孔に充填されたもので当該孔によって補強されていること及び膨張黒鉛層が第1金属板と第2金属板との間に挟圧されていることから、摺動面及び摺動部材全体の強度が高く、耐久性に優れ、高荷重が作用する条件下でも第1及び第2従来摺動部材のような問題を生じることなく、良好な摺動性能を発揮することができる。特に、膨張黒鉛層を複数枚の膨張黒鉛シートを積層してなるものとした場合には、膨張黒鉛シート同士の接触面で滑りが生じるため、摺動性能が更に向上する。 In the sliding member for high temperature of the present invention, the sliding surface is constituted by the surface of the first metal plate and a plurality of expanded graphite portions exposed on the surface, so it is good even at a high temperature condition of 400 ° C. or higher. Excellent sliding performance. Moreover, the expanded graphite portion is filled in the hole of the first metal plate and is reinforced by the hole, and the expanded graphite layer is sandwiched between the first metal plate and the second metal plate. The sliding surface and the entire sliding member have high strength, excellent durability, and good sliding performance without causing problems as in the first and second conventional sliding members even under conditions where high loads are applied. Can be demonstrated. In particular, when the expanded graphite layer is formed by laminating a plurality of expanded graphite sheets, sliding occurs further at the contact surface between the expanded graphite sheets, and the sliding performance is further improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明に係る高温用摺動部材の一例を示す平面図であり、図2は図1のII−II線に沿う断面図であり、図3は当該高温用摺動部材をラジアルベアリングとして使用する例を示す断面図である。 1 is a plan view showing an example of a high-temperature sliding member according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 shows the high-temperature sliding member as a radial bearing. It is sectional drawing which shows the example used as.
図1及び図2に示す高温用摺動部材(以下「第1摺動部材」という)1Aは、膨張黒鉛層2を第1金属板3と第2金属板4との間に、各金属板3,4に形成した複数の孔(貫通孔)3a,4aに当該膨張黒鉛層2の両表面部分2a,2bを充填させた状態で、挟圧してなり、この例では、膨張黒鉛層2を一枚の膨張黒鉛シート2Aで構成している。
A high-temperature sliding member (hereinafter referred to as “first sliding member”) 1 </ b> A shown in FIGS. 1 and 2 includes an expanded
すなわち、第1摺動部材1Aは、両金属板3,4間に1枚の膨張黒鉛シート2Aからなる膨張黒鉛層2を挟んだ状態で加圧することにより、膨張黒鉛シート2Aの両表面部分2a,2bを各金属板3,4の各孔3a,4aに膨出、充填させることにより得られるものであり、各孔3a,4aに膨出、充填された膨張黒鉛部分2a,2bは、図2に示す如く、各金属板3,4の表面に露出して各金属板3,4の表面を低摩擦の摺動面に構成すると共に膨張黒鉛シート2Aと両金属板3,4との接着強度を投錨効果により十分に確保する。
That is, the first sliding
各金属板3,4の厚みは、第1摺動部材1Aの強度を十分に確保できることを条件として可及的に薄くしておくことが好ましく、この例では、両金属板3,4として同一厚さのステンレス鋼等の金属薄板を使用して、第1摺動部材1Aの曲げ加工等による成形を容易に行いうるように図っている。また、膨張黒鉛シ−ト2Aの厚みは、加圧成形により当該膨張黒鉛シート2Aの両表面部分2a,2bが各孔3a,4aに確実に膨出、充填されるように、両孔3a,4aの深さつまり両金属板3,4の厚みの合計寸法に応じて適宜に設定され、この例では膨張黒鉛シート2Aの厚みを金属板3,4の厚みよりやや厚く設定している。
The thickness of each of the
また、各孔3a,4aの形状、大きさ、配置等は必要とされる強度及び摺動性能等を考慮して適宜に設定することができるが、この例では、図1に示す如く、孔3a,4aを同一数且つ同一径の円形孔として同一ピッチ間隔で均等配置してある。すなわち、第1金属板3に形成された孔3aの大きさ及び開口率(第1金属板3に対する全孔3aの面積割合)と第2金属板4に形成された孔4aの大きさ及び開口率(第2金属板4に対する全孔4aの面積割合)とが同一とされている。また、第1金属板3に形成した各孔3aと第2金属板4に形成した各孔4aとが、金属板3,4の面方向において齟齬するように(各孔3aの面方向位置と各孔4aの面方向位置とが一致しないように)配置されている。すなわち、各孔3aと各孔4aとが、金属板3,4の厚み方向において重ならないように配置されている。なお、第1金属板3の孔3aと第2金属板4の孔4aとは、面方向において、その全てが重ならないことが好ましいが、その一部が重ならないようにすることも可能である。
Further, the shape, size, arrangement, etc. of each
また、図4は本発明に係る高温用摺動部材の変形例を示す平面図であり、図5は図1のV−V線に沿う断面図であり、図6は当該高温用摺動部材をラジアルベアリングとして使用する例を示す断面図である。 4 is a plan view showing a modified example of the high temperature sliding member according to the present invention, FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-V in FIG. 1, and FIG. 6 is the high temperature sliding member. It is sectional drawing which shows the example which uses as a radial bearing.
図4及び図5に示す高温用摺動部材(以下「第2摺動部材」という)1Bは、第1摺動部材1Aと同様に、第1金属板3と第2金属板4との間に膨張黒鉛層2を挟圧してなるものであるが、膨張黒鉛層2として複数枚の膨張黒鉛シート2B,2Cを積層したものを使用しており、この例では膨張黒鉛層2を2枚の膨張黒鉛シート2B,2Cで構成してある。
The high temperature sliding member (hereinafter referred to as “second sliding member”) 1B shown in FIGS. 4 and 5 is located between the
第2摺動部材1Bは、図5に示す如く、膨張黒鉛層2を、その両表面部分つまり第1金属板3側の膨張黒鉛シート2Bの表面部分2a及び第2金属板4側の膨張黒鉛シート2Cの表面部分2bを夫々第1金属板3の各孔3a及び第2金属板4の各孔4aに充填させた状態で、両金属板3,4間に挟圧してなる。
As shown in FIG. 5, the second sliding
すなわち、第2摺動部材1Bは、第1金属板3と第2金属板4との間に2枚の膨張黒鉛シート2B,2Cを積層してなる膨張黒鉛層2を挟んだ状態で加圧することにより、各膨張黒鉛シート2B,2Cの表面部分2a,2bを各金属板3,4の各孔3a,4aに膨出、充填させることにより得られるものであり、各孔3a,4aに膨出、充填された膨張黒鉛部分2a,2bは、図5に示す如く、各金属板3,4の表面に露出して各金属板3,4の表面を低摩擦の摺動面に構成すると共に各膨張黒鉛シート2B,2Cと各金属板3,4との接着強度を投錨効果により十分に確保する。
That is, the second sliding
各金属板3,4の厚みは、第2摺動部材1Bの強度を十分に確保できることを条件として可及的に薄くしておくことが好ましく、この例では、第1摺動部材1Aと同様に、両金属板3,4として同一厚さのステンレス鋼等の金属薄鈑を使用して、第2摺動部材1Bの曲げ加工等による成形を容易に行いうるように図っている。また、各膨張黒鉛シート2B,2Cの厚みは、加圧成形により当該膨張黒鉛シート2B,2Cの表面部分2a,2bが各孔3a,4aに確実に膨出、充填されるように、各孔3a,4aの深さつまり各金属板3,4の厚みに応じて適宜に設定され、この例では各膨張黒鉛シート2B,2Cの厚みを金属板3,4の厚みよりやや厚く設定している。
The thicknesses of the
また、各孔3a,4aの形状、大きさ、配置等は必要とされる摺動性能等を考慮して適宜に設定することができるが、この例では、第1摺動部材1Aと同様に、図4に示す如く、孔3a,4aを同一数且つ同一径の円形孔として同一ピッチ間隔で均等配置してある。すなわち、第1摺動部材1Aと同様に、第1金属板3に形成された孔3aの大きさ及び開口率(第1金属板3に対する全孔3aの面積割合)と第2金属板4に形成された孔4aの大きさ及び開口率(第2金属板4に対する全孔4aの面積割合)とが同一とされている。さらに、第1摺動部材1Aと同様に、第1金属板3に形成した各孔3aと第2金属板4に形成した各孔4aとが、金属板3,4の面方向において面方向に齟齬するように(各孔3aの面方向位置と各孔4aの面方向位置とが一致しないように)配置されている。すなわち、各孔3aと各孔4aとが、金属板3,4の厚み方向において重ならないように配置されている。なお、第1金属板3の孔3aと第2金属板4の孔4aとは、面方向において、その全てが重ならないことが好ましいが、その一部が重ならないようにすることも可能である。
Further, the shape, size, arrangement, etc. of the
而して、第1及び第2摺動部材1A,1Bは、例えば、図3及び図6に示す如く、円筒形状に曲げ加工されて、ボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブのステム等の回転軸又は往復動軸(以下、総称して「作動軸」という)を軸に垂直な方向(径方向)で支持するラジアルベアリング5A,5Bとして使用される。
Thus, the first and second sliding
すなわち、第1摺動部材1Aで構成されるラジアルベアリング(以下「第1ラジアルベアリング」という)5A及び第2摺動部材1Bで構成されるラジアルベアリング(以下「第2ラジアルベアリング」という)5Bは、図3及び図6に示す如く、当該摺動部材1A,1Bを、第1金属板3が内周となり且つ第2金属板4が外周となる円筒形状に曲げ加工してなるもので、上記バルブのステム等の作動軸とこれを支持するバルブケース等の機器ハウジングとの間に形成された円筒状の軸受空間に第1金属板3が作動軸を接触保持する状態で装填される。
That is, a radial bearing (hereinafter referred to as “first radial bearing”) 5A configured by the first sliding
各ラジアルベアリング5A,5Bによれば、第1金属板3の各孔3aに充填されて第1金属板3の表面に露出した膨張黒鉛部分2aが摺動特性に優れたものであるから、この膨張黒鉛部分2aが作動軸の外周面に接触することにより、作動軸との接触抵抗(摩擦抵抗)つまり作動軸の摺動抵抗(回転軸における摺動トルク)を大幅に減じることができ、回転軸の回転又は往復動軸の往復動を円滑に行うことができる。
According to each of the
また、各ラジアルベアリング5A,5Bは、これを構成する摺動部材1A,1Bが耐熱性に優れた膨張黒鉛層2を金属板3,4で挟圧してなるものであるから、樹脂製摺動材を使用したものや接着剤を使用したものでは適用できないような高温条件下(例えば400℃以上)においても好適に使用することができる。
The
また、第1又は第2ラジアルベアリング5A,5Bには、上記バルブのステム等の作動軸が内周面(第1金属板3の表面)を押圧する軸荷重(ラジアル荷重)が作用する(流体圧力等によっては大きな軸荷重が作用することがある)が、各ラジアルベアリング5A,5Bは、これを構成する摺動部材1A,1Bが膨張黒鉛シート2A又は膨張黒鉛シート群2B,2Cの両面を金属板3,4で挟む複数層構造をなすものであることから、かかる軸荷重に対する耐力が大きく、つまりラジアルベアリング5A,5Bの耐荷重が大きい。しかも、軸荷重によりラジアルベアリング5A,5Bにその径方向(金属板3,4の厚み方向)の圧縮力が作用した場合には、膨張黒鉛部分2aが第1金属板3の孔3aから飛び出す方向に膨出して作動軸により強く接触することなることから、作動軸に軸荷重が作用した場合にも、作動軸の摺動抵抗を軽減することができる。したがって、作動軸に大きな軸荷重が作用するような高荷重条件下においても、ラジアルベアリング5A,5Bによる軸受機能を良好に発揮させることができる。特に、第1金属板3に形成した各孔3aと第2金属板4に形成した各孔4aとが、金属板3,4の面方向において齟齬するように配置しておくと、第1金属板3の各孔3aに充填された膨張黒鉛部分3aについては第2金属板4が、また第2金属板4の各孔4aに充填された膨張黒鉛部分4aについては第1金属板3が、夫々軸荷重によりラジアルベアリング5A,5Bの径方向に作用する圧縮力を受け止めることになり、相手部材(作動軸及び機器ハウジング)と膨張黒鉛部分2a,2bとの接触を良好に行うことができ、軸受機能の更なる向上を図ることができる。
Further, the first or second
ところで、作動軸がこれに作用する軸荷重によりラジアルベアリング5A,5Bの内周面の全周に均等に接触せずその一部に強く接触するような状態(片当り状態)となることがあるが、かかる場合、作動軸とラジアルベアリング5A,5Bの内周部である第1金属板3との滑りが円滑に行われず、作動軸の摺動抵抗が大きくなる等、作動軸の軸受機能が低下する虞れがある。しかし、このような場合にも、ラジアルベアリング5A,5Bを構成する摺動部材1A,1Bを、図2又は図5に示す如く、第2金属板4の各孔4aにも膨張黒鉛部分2bが充填されたものとして、当該摺動部材1A,1Bの裏面つまりラジアルベアリング5A,5Bの外周面も内周面と同様に膨張黒鉛部分2bにより摺動性に優れた摺動面として機能するように構成されているから、第2金属板4の各孔4aに充填された膨張黒鉛部分2bにより、ラジアルベアリング5A,5Bの外周部である第2金属板4と機器ハウジングとの接触面においても滑りが生じることになり、作動軸の摺動抵抗の増大を回避して、ラジアルベアリング5A,5Bによる軸受機能を良好に発揮させることができる。なお、第1及び第2摺動部材1A,1Bは、上記した如く、金属板3,4に同一径の孔3a,4aを同一数形成して、その両面の摺動特性が同一となるものであるから、ラジアルベアリング5A,5Bを構成する場合において、上記とは逆に、第2金属板4が内周となり且つ第1金属板3が外周となる円筒形状に曲げ加工してもよい。
By the way, there is a case where the operating shaft does not uniformly contact the entire inner peripheral surface of the
また、各膨張黒鉛部分2a,2bは金属板3,4の各孔3a,4aに充填されていて金属板3,4に強固に保持されているから、各膨張黒鉛部分2a,2bが相手部材との接触(摺動)によって膨張黒鉛シート2A,2B,2Cから容易に剥がれたりすることがない。したがって、膨張黒鉛層が相手部材(作動軸又は機器ハウジング)に全面的に接触する第1又は第2従来摺動部材のように、相手部材との摺動により膨張黒鉛層の表面(接触面)が剥がれたりするようなことがなく、摺動部材1A,1Bの耐久性や軸受性能の寿命が大幅に向上する。
Further, since the expanded
さらに、第2ラジアルベアリング5Bにおいては、図6に示す如く、金属板3,4間に複数枚(上記の例では2枚)の膨張黒鉛シート2B,2Cが積層されていて、膨張黒鉛シート2B,2C同士の接触面(重ね合わせ面)においても滑りを生じるが、この滑りによる摺動性能は、相手部材との接触面(作動軸と第1金属板3との接触面及び機器ハウジングと第2金属板4との接触面)の一部を膨張黒鉛部分2a,2bとするラジアルベアリング5A,5Bの内外周面における摺動性能より優れている。したがって、第2ラジアルベアリング5Bによれば、第1ラジアルベアリング5Aより優れた摺動性能を発揮することができ、摺動抵抗の更なる軽減を図ることができる。
Further, in the second
また、図7は本発明に係る高温用摺動部材の他の変形例を示す平面図であり、図8は図7のVIII−VIII線に沿う断面図であり、図9は当該高温用摺動部材をラジアルベアリングとして使用する例を示す断面図である。 7 is a plan view showing another modified example of the high temperature sliding member according to the present invention, FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7, and FIG. It is sectional drawing which shows the example which uses a moving member as a radial bearing.
図7及び図8に示す高温用摺動部材(以下「第3摺動部材」という)1Cは、第1金属板3の孔3aの大きさ(孔径)及び開口率を第2金属板4の孔4aの大きさ(孔径)及び開口率より大きくした点を除いて、第1摺動部材1Aと同一構造をなすものであり、孔3aから露出する膨張黒鉛部分2aの面積量が多い第1金属板3の表面を摺動面として機能させるが、孔4aから露出する膨張黒鉛部分2bの面積量が少ない第2金属板3の表面には第1金属板3の表面と同程度の摺動特性をもたせる必要がない用途或いは第2金属板3の表面を摺動面として機能させる必要のない用途に使用されるものである。
A sliding member for high temperature (hereinafter referred to as “third sliding member”) 1C shown in FIGS. 7 and 8 has the size (hole diameter) and opening ratio of the
また、図10は本発明に係る高温用摺動部材の更に他の変形例を示す平面図であり、図11は図10のXI−XI線に沿う断面図であり、図12は当該高温用摺動部材をラジアルベアリングとして使用する例を示す断面図である。 10 is a plan view showing still another modified example of the high temperature sliding member according to the present invention, FIG. 11 is a sectional view taken along the line XI-XI in FIG. 10, and FIG. It is sectional drawing which shows the example which uses a sliding member as a radial bearing.
図10及び図11に示す高温用摺動部材(以下「第4摺動部材」という)1Dは、第1金属板3に形成された孔3aの大きさ(孔径)及び開口率を第2金属板4に形成された孔4aの大きさ(孔径)及び開口率より大きくした点を除いて、第2摺動部材1Bと同一構造をなすものであり、第3摺動部材1Cと同様に、第1金属板3の表面を摺動面として機能させるが、第2金属板3の表面には第1金属板3の表面と同程度の摺動特性をもたせる必要がない用途或いは第2金属板3の表面を摺動面として機能させる必要のない用途に使用されるものである。
The high temperature sliding member (hereinafter referred to as “fourth sliding member”) 1D shown in FIGS. 10 and 11 has the size (hole diameter) and the opening ratio of the
第3及び第4摺動部材1C,1Dは、例えば、第1ラジアルベアリング5A又は第2ラジアルベアリング5Bと同様に、円筒形状に曲げ加工されて、ボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブのステム等の作動軸を軸に垂直な方向(径方向)で支持するラジアルベアリング5C,5Dとして使用される。
The third and fourth sliding
すなわち、第3摺動部材1Cで構成されるラジアルベアリング(以下「第3ラジアルベアリング」という)5C及び第4摺動部材1Dで構成されるラジアルベアリング(以下「第4ラジアルベアリング」という)5Dは、図9及び図12に示す如く、当該摺動部材1C,1Dを、第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bと同様に、第1金属板3が内周となり且つ第2金属板4が外周となる円筒形状に曲げ加工してなるもので、上記バルブのステム等の作動軸とこれを支持するバルブケース等の機器ハウジングとの間に形成された円筒状の軸受空間に第1金属板3が作動軸を接触保持する状態で装填される。
That is, a radial bearing (hereinafter referred to as “third radial bearing”) 5C configured by the third sliding
なお、各摺動部材1C,1D及び各ラジアルベアリング5C,5Dの各構成部材及び構成部分については、上記した孔3a,4aの大小関係を除いて、前記各摺動部材1A,1B及び各ラジアルベアリング5A,5Bと同一であるから、図7〜図12において図1〜図6と同一の符合を使用することによって、その詳細な説明は省略する。
The sliding
而して、第3及び第4ラジアルベアリング5C,5Dにあっては、第1金属板3の各孔3aが第2金属板4の各孔4aより大きく、第1金属板3の表面における膨張黒鉛部分2aの露出量(露出面積)が第2金属板4の表面における膨張黒鉛部分2bの露出量(露出面積)よりも多くなっていることから、作動軸に接触する第1金属板3の表面(ラジアルベアリング5C,5Dの内周面)の摺動特性が作動軸に接触しない第2金属板4の表面(ラジアルベアリング5C,5Dの外周面)の摺動特性より優れたものとなっている。したがって、当該各ラジアルベアリング5C,5Dによれば、その内周面が作動軸の外周面に接触することにより、作動軸との接触抵抗(摩擦抵抗)つまり作動軸の摺動抵抗(回転軸における摺動トルク)を大幅に減じることができ、回転軸の回転又は往復動軸の往復動を円滑に行うことができる。
Thus, in the third and fourth
また、第3及び第4ラジアルベアリング5C,5Dは、樹脂製摺動材を使用したものや接着剤を使用したものでは適用できないような高温条件下(例えば400℃以上)においても好適に使用することができる等、上記した第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bの作用効果と同様の作用効果を奏しうるものであり、更に次のような作用効果を奏しうるものである。
The third and fourth
すなわち、第3又は第4ラジアルベアリング5C,5Dには、上記したように、バルブのステム等の作動軸が内周面(第1金属板3の表面)を押圧する軸荷重(ラジアル荷重)が作用する(流体圧力等によっては大きな軸荷重が作用することがある)が、第3及び第4ラジアルベアリング5C,5Dは、第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bと同様に、摺動部材1C,1Dが膨張黒鉛シート2A又は膨張黒鉛シート群2B,2Cの両面を金属板3,4で挟む複数層構造をなすものであることに加えて、第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bと異なって、上記した軸荷重(作動軸が第1金属板3の表面を押圧するラジアル荷重)を膨張黒鉛層2を介して受け止める第2金属板4の孔4aが第1金属板3の孔3aより小さく、当該第2金属板4の強度が第1金属板3の強度より高くなっていることから、両金属板3,4に同一孔径の孔3a,4aを形成した第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bに比して、ラジアルベアリング全体の強度が増し、軸荷重に対する耐力(耐荷重)が大きくなる。したがって、第3及び第4ラジアルベアリング5C,5Dによれば、第1及び第2ラジアルベアリング5A,5Bと同様に、軸荷重により当該ラジアルベアリング5C,5Dにその径方向(金属板3,4の厚み方向)の圧縮力が作用した場合には膨張黒鉛部分2aが第1金属板3の孔3aから飛び出す方向に膨出して作動軸により強く接触することになり、軸荷重が作用した作動軸に対する摺動抵抗を軽減することができることとも相俟って、作動軸に大きな軸荷重が作用するような高荷重条件下においても極めて優れた軸受機能を発揮することができる。
That is, as described above, the third or fourth
ところで、第1〜第4ラジアルベアリング5A,5B,5C,5Dにおける摺動トルク(摺動抵抗)及び耐荷重(軸荷重に対する耐力)は各孔3a,4aの大きさ(孔径)及び金属板3,4における開口率(各金属板3,4に対する全孔3a,4aの面積割合)によって変化することから、次のような第1〜第4の実験により、回転軸における摺動トルク及び耐荷重を測定し、好ましい孔径及び開口率を究明した。
By the way, the sliding torque (sliding resistance) and the load resistance (proof strength against the axial load) in the first to fourth
第1の実験においては、表1に示す如く、第1及び第2金属板3,4の孔3a,4aの孔径、ピッチ、開口率を夫々同一とする7種の第1ラジアルベアリング5Aであって、孔径、ピッチ、開口率を夫々異にする第1ラジルアルベアリングNo.1〜No.7と、第1金属板3の孔3aの孔径、ピッチ、開口率を前記第1ラジアルベアリングNo.1、No.2と夫々同一とする2種の第1ラジアルベアリング5Aであって、第2金属板4の孔4aの孔径を0.5mm、ピッチを1.0mm、開口率を23%とした第1ラジアルベアリングNo.8、No.9とを製作し、これらの第1ラジアルベアリングNo.1〜No.9の内周面(第1金属板3の表面)で軸受した回転軸を500℃の温度条件下で1万回回転させて、摺動トルク及び耐荷重を測定した。その結果は、表1に示す通りであった。
In the first experiment, as shown in Table 1, there were seven types of first
また、第2の実験においては、金属板3,4で2枚の膨張黒鉛シート2B,2Cを挟圧した構造をなす9種の第2ラジアルベアリング5Bであって、表2に示す如く、第1及び第2金属板3,4の孔3a,4aの孔径、ピッチ、開口率を夫々前記第1ラジアルベアリングNo.1〜No.9と同一とした第2ラジルアルベアリングNo.10〜No.18を製作し、これらの第2ラジアルベアリングNo.10〜No.18の内周面(第1金属板3の表面)で軸受した回転軸を500℃の温度条件下で1万回回転動作させて、摺動トルク及び耐荷重を測定した。その結果は、表2に示す通りであった。
Further, in the second experiment, nine kinds of second
また、第3の実験においては、表3に示す如く、第1金属板3の孔3aの孔径、ピッチ、開口率を前記第1ラジアルベアリングNo.4〜No.7と夫々同一とする4種の第3ラジアルベアリング5Cであって、第2金属板4の孔4aの孔径を0.5mm、ピッチを1.0mm、開口率を23%とした第1ラジアルベアリングNo.19〜No.22を製作し、これらの第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22の内周面(第1金属板3の表面)で軸受した回転軸を500℃の温度条件下で1万回回転させて、摺動トルク及び耐荷重を測定した。その結果は、表3に示す通りであった。
In the third experiment, as shown in Table 3, the hole diameter, pitch, and opening ratio of the
また、第4の実験においては、金属板3,4で2枚の膨張黒鉛シート2B,2Cを挟圧した構造をなす4種の第4ラジアルベアリング5Dであって、表4に示す如く、第1及び第2金属板3,4の孔3a,4aの孔径、ピッチ、開口率を夫々前記第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22と同一とした第4ラジルアルベアリングNo.23〜No.26を製作し、これらの第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26の内周面(第1金属板3の表面)で軸受した回転軸を500℃の温度条件下で1万回回転動作させて、摺動トルク及び耐荷重を測定した。その結果は、表4に示す通りであった。
Further, in the fourth experiment, four types of fourth
なお、第1〜第4の実験における摺動トルクの測定は、回転軸に10MPaGの軸荷重を付与した状態で行った。 In addition, the measurement of the sliding torque in the 1st-4th experiment was performed in the state which provided the axial load of 10 MPaG to the rotating shaft.
表1〜表4の実験結果から理解されるように、第1金属板3の孔3aの孔径が0.2〜2.5mm、開口率が10〜50%である第1ラジアルベアリングNo.2〜No.6、No.9、第2ラジアルベアリングNo.11〜No.15、No.18、第3ラジアルベアリングNo.19〜No.21及び第4ラジアルベアリングNo.23〜No.25は摺動トルク及び耐荷重の何れにおいてもラジアルベアリングとして満足できるものであった。一方、第1金属板3の孔3aの孔径が0.2mm未満であり、開口率が10%未満である第1ラジアルベアリングNo.1、No.8及び第2ラジアルベアリングNo.10、No.17は耐荷重については満足できるものの、摺動トルクについてはラジアルベアリングとして満足できるものではなかった。また、第1金属板3の孔3aの孔径が2.5mmを超え、開口率が50%を超える第1ラジアルベアリングNo.7、第2ラジアルベアリング16、第3ラジアルベアリングNo.22及び第4ラジアルベアリング26は摺動トルクについては満足できるものの、耐荷重についてはラジアルベアリングとして満足できるものではなかった。
As understood from the experimental results in Tables 1 to 4, the first radial bearing No. 1 having a hole diameter of 0.2 to 2.5 mm and an aperture ratio of 10 to 50% of the
以上の点から、摺動トルク及び耐荷重の何れをも満足するためには、摺動面を構成する第1金属板3に孔径0.2〜2.5mm、開口率10〜50%の孔3aを形成しておくことが好ましいと考えられる。なお、このことは第2金属板4をも摺動面として機能させる場合にも同様であり、かかる場合には第2金属板4に孔径0.2〜2.5mm、開口率10〜50%の孔4aを形成しておくことが好ましいと考えられる。また、第1ラジアルベアリングNo.1〜No.9及び第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22と第2ラジアルベアリングNo.10〜No.18及び第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26とを比較した場合、第1金属板3の孔3aの孔径及び開口率が同一であるときは、第2及び第4ラジアルベアリングNo.10〜No.18、No.23〜No.26の摺動トルクが第1及び第3ラジアルベアリングNo.1〜No.9、No.19〜No.22の摺動トルクより顕著に低くなっている。これは、第2及び第4ラジアルベアリングNo.10〜No.18、No.23〜No.26では膨張黒鉛シート2B,2C同士の接触面で滑りを生じることによるものと考えられる。
From the above points, in order to satisfy both the sliding torque and the load resistance, the
また、表3及び表4の実験結果を表1及び表2の実験結果と比較すれば理解されるように、耐荷重については第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22及び第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26の何れもが、第1金属板3の孔3aの孔径、開口率が同一である第1ラジアルベアリングNo.4〜No.7及び第2第4ラジアルベアリングNo.13〜No.16より優れている。これは、各第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22及び第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26における第2金属板4の孔4aの孔径、開口率が、これと第1金属板3の孔3aの孔径、開口率を同一とする各第1ラジアルベアリングNo.4〜No.7及び第2ラジアルベアリングNo.13〜No.16における第2金属板4の孔4aの孔径、開口率より小さいため、第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22及び第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26における第2金属板4の強度が第1ラジアルベアリングNo.4〜No.7及び第2ラジアルベアリングNo.13〜No.16における第2金属板4の強度より高くなっていることによるものと考えられる。
Further, as can be understood by comparing the experimental results in Tables 3 and 4 with the experimental results in Tables 1 and 2, the third radial bearing no. 19-No. 22 and 4th radial bearing no. 23-No. 26, the first radial bearing No. 26 has the same hole diameter and aperture ratio of the
ところで、第2金属板4の孔4aの孔径を0.1mmとした点を除いて前記第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22と同一形状、構造の第3ラジアルベアリングNo.19a、No.20a、No.21a、No.22aを使用した第3実験と同一の第5実験及び第2金属板4の孔4aの孔径を0.1mmとした点を除いて前記第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26と同一形状、構造の第4ラジアルベアリングNo.23a、No.24a、No.25a、No.26aを使用した第4実験と同一の第6実験を行い、また第2金属板4の孔4aの孔径を0.2mmとした点を除いて前記第3ラジアルベアリングNo.19〜No.22と同一形状、構造の第3ラジアルベアリングNo.19b、No.20b、No.21b、No.22bを使用した第3実験と同一の第7実験及び第2金属板4の孔4aの孔径を0.2mmとした点を除いて前記第4ラジアルベアリングNo.23〜No.26と同一形状、構造の第4ラジアルベアリングNo.23b、No.24b、No.25b、No.26bを使用した第4実験と同一の第8実験を行った。そして、これらの実験の終了後、第1及び第2金属板3,4と膨張黒鉛層2との接着状態を確認したところ、第2金属板4の孔4aの孔径を0.1mmとした第3ラジアルベアリングNo.19a〜No.22a及び第4ラジアルベアリングNo.23a〜No.26aの何れにおいても第2金属板4と膨張黒鉛層2との間に剥離が生じていた。これは、第2金属板4の孔4aが小さいため、当該孔4aによる膨張黒鉛層2の投錨効果が不十分で、第2金属板4と膨張黒鉛層2との接着強度が不足していることが原因と考えられる。一方、第2金属板4の孔4aの孔径を0.2mmとした第3ラジアルベアリングNo.19b〜No.22b及び第4ラジアルベアリングNo.23b〜No.26bについては、その何れにおいても、第2金属板4と膨張黒鉛層2との間に剥離は生じていなかった。したがって、第3及び第4ラジアルベアリング5C,5Dにおける第2金属板4の孔4aについては、第1金属板3の孔3aより小さいことを条件として、孔径を0.2mm以上としておくことが好ましいと考えられる。
By the way, except for the point that the hole diameter of the
また、第1〜第4摺動部材1A,1B,1C,1Dは、上記したラジアルベアリング5A,5B,5C,5Dとして使用される他、例えば図13又は図14に示す如く、作動軸を軸方向で支持するスラストベアリング6A,6Bとしても使用することができる。
The first to fourth sliding
すなわち、図13に示すスラストベアリング6Aは第1摺動部材1A(又は第3摺動部材1C)を円環状板形状に打抜き加工してなるものであり、図14に示すスラストベアリング6Bは第2摺動部材1B(又は第4摺動部材1D)を円環状板形状に打抜き加工してなるものである。
That is, the
各スラストベアリング6A,6Bは、上記バルブのステム等の作動軸とこれを支持するバルブケース等の機器ハウジングとの間に形成された円環状の軸受空間に第1金属板3が作動軸に接触すると共に第2金属板4が機器ハウジングに保持される状態で装填される。
In each thrust bearing 6A, 6B, the
かかるスラストベアリング6A,6Bによれば、第1金属板3の各孔3aに充填されて当該金属板3の表面に露出した膨張黒鉛部分2aが摺動特性に優れたものであるから、作動軸に接触しているスラストベアリング6A,6Bの表面(第1金属板3の表面)が摺動抵抗の小さな摺動面として機能し、作動軸の回転を円滑に行うことができる。また、スラストベアリング6A,6Bには、作動軸が端面(第1金属板3の表面)を押圧する軸荷重(スラスト荷重)が作用するが、各スラストベアリング6A,6Bは、これを構成する摺動部材1A,1B,1C,1Dが膨張黒鉛シート2A又は膨張黒鉛シート群2B,2Cの両面を金属板3,4で挟む複数層構造をなすものであることから、かかる軸荷重に対する耐力が大きく、つまりスラストベアリング6A,6Bの耐荷重が大きい。特に、孔4aが孔3aより小さく第2金属板4の強度が第1金属板3の強度より優れる第3及び第4摺動部材1C,1Dで構成されるスラストベアリング6A,6Bは、両孔3a,4aを同一の大きさとする第1及び第2摺動部材1A,1Bで構成されるスラストベアリング6A,6Bに比して軸荷重に対する耐力が大きくなる。よって、スラストベアリング6A,6Bは、スラスト荷重を機器ハウジングとの間で円滑且つ良好に受け止めることができるものであり、第1〜第4ラジアルベアリング5A,5B,5C,5Dと同様に、高温条件下(例えば400℃以上)においても良好な軸受機能を発揮することができる。特に、第2摺動部材1B又は第4摺動部材1Dで構成されるスラストベアリング6Bにあっては、膨張黒鉛シート2B,2C同士の接触面で滑りを生じることから、より良好な軸受機能を発揮することができる。
According to the
なお、本発明の高温用摺動部材は、上記した第1〜第4摺動部材1A,1B,1C,1Dの構成に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に変更、改良することができる。
In addition, the high temperature sliding member of the present invention is not limited to the configuration of the first to fourth sliding
例えば、各金属板3,4に形成する孔3a,4aの形状は、上記した円形孔に限定されず、任意である。例えば、正円形状のほかに、楕円形状又はひし形状であってもよい。また、孔3a,4aの間隔(ピッチ)は上記した如く一定でなくともよく、第1〜第4摺動部材1A,1B,1C,1Dの使用形態に応じて任意に決定することができる。
For example, the shapes of the
また、第2摺動部材1B及び第4摺動部材1Dにあっては、上記した例では、金属板3,4間に2枚膨張黒鉛シート2B,2Cを積層したが、積層する膨張黒鉛シートは3枚以上とすることも可能である。
Further, in the second sliding
また、第1〜第4摺動部材1A,1B,1C,1Dにあっては、両金属板3,4に孔3a,4aを形成して、これらの孔3a,4aに膨張黒鉛部分2a,2bを充填するように構成したが、一方の面(第1金属板3の表面)のみを摺動面として機能されればよい用途の場合には、例えば、図15(A)に示す高温用摺動部材1E又は同図(B)に示す高温摺動部材1Fのように、第1金属板3にのみ孔3aを設け、第2金属板4には孔を設けなくてもよい。すなわち、高温用摺動部材1Eは、図15(A)に示す如く、複数の孔3aを形成した第1金属板3と孔を形成しない第2金属板4との間に1枚の膨張黒鉛シート2Aからなる膨張黒鉛層2を挟んだ状態で加圧してなるものであり、高温用摺動部材1Fは、同図(B)に示す如く、複数の孔3aを形成した第1金属板3と孔を形成しない第2金属板4との間に2枚の膨張黒鉛シート2B,2Cを積層してなる膨張黒鉛層2を挟んだ状態で加圧してなるものである。この場合において、各高温用摺動部材1E,1Fにあっては、第2金属板3の裏面(膨張黒鉛シート2A,2Cとの接触面)を、図15(A)又は同図(B)に示す如く、粗面ないし凹凸面4cに形成して、第2金属板4と膨張黒鉛シート2A,2Cとの接着強度を確保するように構成することもできる。なお、図15(B)に示す高温用摺動部材1Fにあっては、膨張黒鉛シート2B,2C同士の接触面に滑りを生じることから、第1金属板3のみが摺動面として機能する同図(A)に示す高温用摺動部材1Fより摺動性能に優れる。
Also, in the first to fourth sliding
また、本発明の高温用摺動部材は、上記したラジアルベアリング5A,5B,5C,5Dやスラストベアリング6A,6B以外のベアリングや各種摺動部品の構成材として使用することが可能であり、その使用形態ないし加工形態に応じて金属板3,4の厚みや形状も任意に変更することができる。
Further, the high temperature sliding member of the present invention can be used as a constituent material for bearings other than the
1A 第1摺動部材(高温用摺動部材)
1B 第2摺動部材(高温用摺動部材)
1C 第3摺動部材(高温用摺動部材)
1D 第4摺動部材(高温用摺動部材)
2 膨張黒鉛層
2A 膨張黒鉛シート
2B 膨張黒鉛シート
2C 膨張黒鉛シート
2a 膨張黒鉛部分
2b 膨張黒鉛部分
3 第1金属板
3a 孔
4 第2金属板
4a 孔
5A ラジアルベアリング
5B ラジアルベアリング
5C ラジアルベアリング
5D ラジアルベアリング
6A スラストベアリング
6B スラストベアリング
1A First sliding member (high temperature sliding member)
1B Second sliding member (high temperature sliding member)
1C 3rd sliding member (sliding member for high temperature)
1D 4th sliding member (sliding member for high temperature)
2 expanded
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