JP2018204610A - Water pump - Google Patents

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和慶 原田
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健 安田
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Abstract

To provide a water pump capable of augmenting water supply to a slide surface of a slide bearing provided in the pump, and improving low frication characteristic and antifriction characteristic of the slide bearing.SOLUTION: A water pump 1 comprises: an impeller 4; a shaft 5 for fixing the impeller 4; a slide bearing 8 for supporting the impeller 4 to the shaft 5 in a rotatable manner; thrust plates 9, 10 configured to slide with each end surface of the slide bearing 8; and a casing 6 and a cover 7 storing the impeller 4 and forming a pump chamber. The water pump is configured to suction/discharge circulation water through the pump chamber with rotation of the impeller 4. The slide bearing 8 comprises a resin composition having polyphenylene sulfide resin as base resin and containing at least carbon fiber.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、自動車のエンジン、インバーター、バッテリー、あるいは燃料電池などの冷却水の循環、給湯機、床暖房機器などの熱水の循環などに用いられるウォータポンプに関する。   The present invention relates to a water pump used for circulating cooling water such as an automobile engine, an inverter, a battery, or a fuel cell, and circulating hot water such as a water heater or a floor heater.

自動車のエンジン、インバーター、バッテリー、あるいは燃料電池の冷却水の循環、給湯機、床暖房機器の熱水の循環などには、ウォータポンプが使用される。従来、このような用途に使用するウォータポンプの代表例として、特許文献1にあるようなマグネットポンプ、または、特許文献2にあるようなDCブラシレスポンプが知られている。従来のウォータポンプについて、図5に基づいて説明する。図5はDCブラシレスポンプの横断面図である。このポンプ21では、モータ32において、コイルを配した巻線22を有することで磁界を発生し、制御部によりその磁界発生が制御される。発生磁界に追従するために、永久磁石23が固定された羽根車24が軸25によって回転自在に支承されている。回転磁界に追従して羽根車24が回転することで循環水が吸排水される。軸25はケーシング26に固定され、カバー27の軸支え27aにより支持されている。羽根車24は、滑り軸受28を介して軸25に対して回転自在に支承されており、軸25と滑り軸受28とが回転摺動する。さらに、滑り軸受28の両端面は、カバー27の軸支え27a、ケーシング26との間にそれぞれ設けたスラスト板29、30とスラスト方向の回転摺動を行なう。滑り軸受28の両端面とスラスト板29、30との間には、それぞれ僅かに空隙を設けている。   Water pumps are used to circulate cooling water for automobile engines, inverters, batteries or fuel cells, hot water circulation for hot water heaters and floor heating equipment. Conventionally, as a typical example of a water pump used for such an application, a magnet pump as disclosed in Patent Document 1 or a DC brushless pump as disclosed in Patent Document 2 is known. A conventional water pump will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the DC brushless pump. In the pump 21, the motor 32 has a winding 22 having a coil disposed therein, thereby generating a magnetic field, and the control unit controls the generation of the magnetic field. In order to follow the generated magnetic field, an impeller 24 to which a permanent magnet 23 is fixed is rotatably supported by a shaft 25. As the impeller 24 rotates following the rotating magnetic field, the circulating water is sucked and discharged. The shaft 25 is fixed to the casing 26 and supported by a shaft support 27 a of the cover 27. The impeller 24 is rotatably supported with respect to the shaft 25 via the slide bearing 28, and the shaft 25 and the slide bearing 28 rotate and slide. Further, both end surfaces of the sliding bearing 28 rotate and slide in the thrust direction with thrust plates 29 and 30 provided between the shaft support 27a of the cover 27 and the casing 26, respectively. A slight gap is provided between both end faces of the slide bearing 28 and the thrust plates 29 and 30.

巻線22より発生した回転磁界に伴い、羽根車24は固定された永久磁石23の吸引反発により追従して回転する。これによりポンプ作用が発生し、矢印X方向から循環水を吸込み、矢印Y方向へ循環水を吐き出す。この時の差圧により羽根車24はカバー27側に押し付けられ、滑り軸受28の端面とスラスト板29とが回転摺動する。滑り軸受28とケーシング26側のスラスト板30との摺動はほとんどなく、起動停止時の一瞬や、循環水がない状態でポンプが運転される空運転などの異常運転時に限る。そのため、ケーシング26側ではスラスト板30は使用せず、直接ケーシング26で滑り軸受28と摺動させる場合もある。   With the rotating magnetic field generated from the winding 22, the impeller 24 rotates following the attraction and repulsion of the fixed permanent magnet 23. As a result, a pumping action is generated, the circulating water is sucked in from the arrow X direction, and the circulating water is discharged in the arrow Y direction. The impeller 24 is pressed against the cover 27 by the differential pressure at this time, and the end surface of the sliding bearing 28 and the thrust plate 29 are rotated and slid. There is almost no sliding between the sliding bearing 28 and the thrust plate 30 on the casing 26 side, and this is limited to a moment when starting and stopping or an abnormal operation such as an idling operation in which the pump is operated without circulating water. Therefore, the thrust plate 30 may not be used on the casing 26 side, and the casing 26 may be directly slid with the sliding bearing 28.

滑り軸受28と軸25、および、滑り軸受28とカバー27側のスラスト板29との間の摺動面には循環水が介在する。しかし、流体潤滑ではなく、2部品間の接触も発生するため、滑り軸受には摺動性が求められる。そのため、滑り軸受には、カーボン軸受、あるいは摺動性を有するポリエーテルケトンケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、フェノール樹脂などの樹脂軸受が使用され、軸、スラスト板にはセラミックス、ステンレス鋼などが使用される(特許文献3参照)。また、摺動面に水膜を形成し易いようにするために、羽根車などにポンプ内の高圧側と低圧側を連通させる穴を設け、差圧を利用して滑り軸受の摺動面に循環水を供給する方法が提案されている(特許文献4参照)。   Circulating water is present on the sliding surfaces between the sliding bearing 28 and the shaft 25 and between the sliding bearing 28 and the thrust plate 29 on the cover 27 side. However, since the contact between two parts also occurs rather than fluid lubrication, the sliding bearing is required to have slidability. Therefore, as the sliding bearing, a carbon bearing or a resin bearing such as slidable polyether ketone ketone (PEEK) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyacetal (POM) resin, phenol resin, etc. is used. Ceramics, stainless steel, etc. are used for a thrust board (refer patent document 3). In addition, in order to make it easier to form a water film on the sliding surface, an impeller or the like is provided with a hole that allows communication between the high pressure side and the low pressure side in the pump, and the differential pressure is used for the sliding surface of the sliding bearing. A method for supplying circulating water has been proposed (see Patent Document 4).

特許第3099434号公報Japanese Patent No. 3099434 特開2006−200427号公報JP 2006-200197 A 特許第4936258号公報Japanese Patent No. 4936258 特許第3780648号公報Japanese Patent No. 3780648

近年、ウォータポンプには省エネルギー化のための高効率化、冷却効果アップのための高出力化が益々求められている。そのため、滑り軸受には低摩擦化が要求されている。また、高出力化により、滑り軸受が受ける荷重が高くなると、水膜を形成し難くなり、摩擦係数が高くなる。また、摺動面の温度が高くなり、耐摩耗性が低下するため、更なる摩擦摩耗特性の向上が求められる。   In recent years, water pumps are increasingly required to have higher efficiency for energy saving and higher output for cooling effect. Therefore, low friction is required for the sliding bearing. Further, when the load applied to the slide bearing increases due to the increase in output, it becomes difficult to form a water film, and the friction coefficient increases. In addition, since the temperature of the sliding surface increases and wear resistance decreases, further improvement in friction and wear characteristics is required.

樹脂製の滑り軸受では、摺動性を高めるために、ベース樹脂にPEEK樹脂、PPS樹脂などの高耐熱性を採用し、固体潤滑剤を配合している。しかし、摩擦係数の低減効果は不十分であり、滑り軸受と軸、滑り軸受とスラスト板の2部品間の接触を低減することができないため、摩耗低減効果も不十分である。   In a resin-made sliding bearing, in order to improve slidability, high heat resistance such as PEEK resin or PPS resin is adopted as a base resin, and a solid lubricant is blended. However, the effect of reducing the friction coefficient is insufficient, and the contact between the sliding bearing and the shaft and the sliding bearing and the thrust plate cannot be reduced, so that the wear reducing effect is also insufficient.

また、差圧を利用して滑り軸受の摺動面に循環水を供給しようとする場合でも、閉塞している摺動面に水は入りにくく、抵抗の少ない他の隙間を流路としてしまう。このため、特に高面圧条件では、摺動面への水の供給が不充分であり、摩擦係数の低減効果に乏しい。また、摺動面の冷却も不十分となる。   Moreover, even when it is going to supply circulating water to the sliding surface of a sliding bearing using differential pressure, it is difficult for water to enter into the closed sliding surface, and other gaps with less resistance are used as flow paths. For this reason, the supply of water to the sliding surface is insufficient particularly under high surface pressure conditions, and the effect of reducing the friction coefficient is poor. Further, the sliding surface is not sufficiently cooled.

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、ポンプ内部に設けられた滑り軸受摺動面への水の供給性を高め、該滑り軸受の低摩擦特性および耐摩耗特性を向上させたウォータポンプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to cope with such a problem, and improves the water supply capability to the sliding bearing sliding surface provided in the pump, thereby reducing the low friction characteristics and wear resistance characteristics of the sliding bearing. An object is to provide an improved water pump.

本発明のウォータポンプは、羽根車と、上記羽根車を固定するための軸と、上記軸に対し上記羽根車を回転自在に支承するための上記羽根車に固定された滑り軸受と、上記滑り軸受のそれぞれの端面と摺動するスラスト受部材と、上記羽根車を収納しポンプ室を形成するケーシングおよびカバーとを備えてなり、上記羽根車の回転により上記ポンプ室を介して循環水を吸排出するウォータポンプであって、上記滑り軸受が、PPS樹脂をベース樹脂とし、少なくとも炭素繊維を含む樹脂組成物からなることを特徴とする。   The water pump of the present invention includes an impeller, a shaft for fixing the impeller, a sliding bearing fixed to the impeller for rotatably supporting the impeller with respect to the shaft, and the sliding A thrust receiving member that slides on each end face of the bearing, and a casing and a cover that house the impeller and form a pump chamber, and absorbs circulating water through the pump chamber by the rotation of the impeller. A water pump for discharging, wherein the sliding bearing is made of a resin composition containing PPS resin as a base resin and containing at least carbon fiber.

上記炭素繊維は、1000〜1500℃で焼成された炭化品であることを特徴とする。また、上記炭素繊維は、平均繊維径が5〜15μm、平均繊維長が20〜200μmであることを特徴とする。   The carbon fiber is a carbonized product fired at 1000 to 1500 ° C. The carbon fiber has an average fiber diameter of 5 to 15 μm and an average fiber length of 20 to 200 μm.

上記樹脂組成物が、さらにポリテトラフルオロエチレン樹脂または黒鉛の少なくとも一つを含む樹脂組成物であることを特徴とする。また、上記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂および/または黒鉛の配合割合が3〜30体積%、炭素繊維が5〜30体積%、残部がPPS樹脂であることを特徴とする。   The resin composition is a resin composition further containing at least one of a polytetrafluoroethylene resin or graphite. The resin composition is characterized in that the blending ratio of the polytetrafluoroethylene resin and / or graphite is 3 to 30% by volume, the carbon fiber is 5 to 30% by volume, and the balance is the PPS resin.

また、上記羽根車の回転時における、上記スラスト受部材と上記滑り軸受との相対回転によって、上記循環水を上記滑り軸受の一方の端面側から軸受内径面側に吸引する吸引手段、および、上記循環水を前記滑り軸受の軸受内径面側から他方の端面側に排出する排出手段の両方を有することを特徴とする。なお、「スラスト受部材」とは、滑り軸受のスラスト荷重受けるために設けられた専用のスラスト板のみならず、ケーシングなどの他部材でスラスト荷重を受ける場合には該他部材を含む。   A suction means for sucking the circulating water from one end face side of the sliding bearing to a bearing inner diameter face side by relative rotation of the thrust receiving member and the sliding bearing during rotation of the impeller; and It has both the discharge means which discharges | circulates a circulating water from the bearing inner peripheral surface side of the said slide bearing to the other end surface side, It is characterized by the above-mentioned. The “thrust receiving member” includes not only a dedicated thrust plate provided for receiving the thrust load of the sliding bearing but also other members when the thrust load is received by another member such as a casing.

上記吸引手段が、上記滑り軸受の循環水吸引側の端面および該端面と摺動する上記スラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体吸引用の溝であることを特徴とする。また、上記溝が動圧溝であることを特徴とする。   The suction means is a liquid suction groove formed on at least one thrust sliding surface selected from the end surface of the sliding bearing on the circulating water suction side and the thrust receiving member sliding with the end surface. And The groove is a dynamic pressure groove.

上記排出手段が、上記滑り軸受の循環水排出側の端面および該端面と摺動する上記スラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体排出用の溝であることを特徴とする。また、上記溝が動圧溝であることを特徴とする。   The discharge means is a liquid discharge groove formed on at least one thrust sliding surface selected from the end surface on the circulating water discharge side of the sliding bearing and the thrust receiving member sliding with the end surface. And The groove is a dynamic pressure groove.

上記滑り軸受の循環水吸引側の端面の内径角部に、該端面側に向かって内径を拡径する傾斜面を有することを特徴とする。   The inner diameter corner of the end surface on the circulating water suction side of the sliding bearing has an inclined surface whose diameter increases toward the end surface.

上記滑り軸受の内径面および上記軸の外径面から選ばれる少なくとも一方のラジアル摺動面に動圧溝が形成されていることを特徴とする。   A dynamic pressure groove is formed on at least one radial sliding surface selected from an inner diameter surface of the sliding bearing and an outer diameter surface of the shaft.

上記滑り軸受と上記羽根車とが、上記樹脂組成物を用いて一体に射出成形された一体成形品であることを特徴とする。   The slide bearing and the impeller are integrally molded products that are integrally injection-molded using the resin composition.

本発明のウォータポンプは、羽根車の回転時における、滑り軸受とこれと摺動するスラスト受部材との相対回転によって、循環水を滑り軸受の一方の端面側から軸受内径面側に吸引する吸引手段、および、循環水を滑り軸受の軸受内径面側から他方の端面側に排出する排出手段を有するので、摺動面に多くの水を循環供給することができ、摺動面の冷却効果や潤滑特性が向上し、低摩擦低摩耗な滑り軸受を有するウォータポンプとなる。   The water pump of the present invention sucks circulating water from one end face side of the sliding bearing to the bearing inner diameter face side by relative rotation of the sliding bearing and the thrust receiving member that slides with the sliding bearing during rotation of the impeller. Means and a discharge means for discharging the circulating water from the bearing inner surface side of the sliding bearing to the other end surface side, so that a large amount of water can be circulated and supplied to the sliding surface, The water pump has a sliding bearing with improved lubrication characteristics and low friction and wear.

上記吸引手段が、滑り軸受の循環水吸引側の端面および該端面と摺動するスラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体吸引用の溝であるので、既存のポンプ装置構成を大きく変更することなしに、滑り軸受端面などに溝を形成するのみで、水の供給性(吸引能力)を向上できる。   Since the suction means is a liquid suction groove formed on at least one thrust sliding surface selected from an end surface of the sliding bearing on the circulating water suction side and a thrust receiving member sliding with the end surface, an existing pump Water supply performance (suction capacity) can be improved only by forming a groove on the end face of the slide bearing or the like without greatly changing the device configuration.

上記排出手段が、滑り軸受の循環水排出側の端面および該端面と摺動するスラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体排出用の溝であるので、既存のポンプ装置構成を大きく変更することなしに、滑り軸受端面などに溝を形成するのみで、水の供給性(排出能力)を向上できる。   Since the discharge means is a groove for discharging liquid formed on at least one thrust sliding surface selected from the end surface of the sliding bearing on the circulating water discharge side and the thrust receiving member sliding with the end surface, the existing pump The water supply ability (discharge capacity) can be improved only by forming a groove on the end face of the slide bearing or the like without greatly changing the device configuration.

液体吸引用または液体排出用の溝が動圧溝であるので、吸引あるいは排出効果が高まるとともに、発生した動圧による閉塞した摺動面に水を押込む効果も加わり、摺動面の冷却効果や潤滑特性がさらに向上する。また、必要に応じて、滑り軸受の内径面および軸の外径面から選ばれる少なくとも一方のラジアル摺動面に動圧溝が形成されているので、上記同様に閉塞した摺動面に水を押込む効果がある。また、これらの動圧溝による圧力は、滑り軸受が受ける負荷と反対方向であるため、負荷力の低減となり低摩擦係数となる   Since the liquid suction groove or the liquid discharge groove is a dynamic pressure groove, the suction or discharge effect is enhanced, and the effect of pushing water into the sliding surface closed by the generated dynamic pressure is also added, thereby cooling the sliding surface. And lubrication characteristics are further improved. In addition, if necessary, a dynamic pressure groove is formed on at least one radial sliding surface selected from the inner diameter surface of the sliding bearing and the outer diameter surface of the shaft. There is an effect to push. Moreover, since the pressure by these dynamic pressure grooves is in the opposite direction to the load that the sliding bearing receives, the load force is reduced and the coefficient of friction is reduced.

上記滑り軸受の循環水吸引側の端面の内径角部に、該端面側に向かって内径を拡径する傾斜面を有するので、水の吸引効果が向上し、多くの水を摺動面に供給できる。   The inner diameter corner of the end surface on the circulating water suction side of the sliding bearing has an inclined surface that expands the inner diameter toward the end surface, so that the water suction effect is improved and a large amount of water is supplied to the sliding surface. it can.

上記滑り軸受が、PPS樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなるので、高耐熱性であり、冷却水の温度が上昇しても剛性が高い。また、摩擦発熱により摺動面温度が高くなっても、低摩耗で、水切れの異常状態においても焼付き難い利点がある。さらに、低吸水性であるため、使用中に溝、羽根を含めた軸受の寸法変化が非常に小さい。特に、上記樹脂組成物に炭素繊維を含むので、剛性、耐摩耗性、寸法精度が向上する。   Since the slide bearing is made of a resin composition containing PPS resin as a base resin, it has high heat resistance and high rigidity even when the temperature of the cooling water rises. In addition, even if the sliding surface temperature is increased due to frictional heat generation, there is an advantage that low wear and seizure hardly occur even in an abnormal state of running out of water. Furthermore, since the water absorption is low, the dimensional change of the bearing including grooves and blades during use is very small. In particular, since carbon fiber is included in the resin composition, rigidity, wear resistance, and dimensional accuracy are improved.

上記滑り軸受と羽根車とが、射出成形可能な樹脂組成物を用いて一体に射出成形された一体成形品であるので、予め射出成形した滑り軸受を金型にインサートし、羽根車を射出成形するような場合と比較して、高寸法精度の液体吸引用溝、液体排出用溝、あるいは液体吸引用羽根、液体排出用羽根を形成でき、かつ安価にウォータポンプを製造できる。   Since the slide bearing and the impeller are integrally molded products that are integrally injection-molded using a resin composition that can be injection-molded, a slide bearing that has been injection-molded in advance is inserted into a mold, and the impeller is injection-molded. Compared with such a case, it is possible to form a liquid suction groove, a liquid discharge groove, or a liquid suction blade and a liquid discharge blade with high dimensional accuracy, and a water pump can be manufactured at low cost.

本発明のウォータポンプの一例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows an example of the water pump of this invention. 滑り軸受端面に形成された溝を示す図である。It is a figure which shows the groove | channel formed in the sliding bearing end surface. 溝の断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of a groove | channel. 滑り軸受の吸引側端面の内径角部に傾斜面を設けるAn inclined surface is provided on the inner diameter corner of the suction-side end surface of the slide bearing. 従来のウォータポンプを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a conventional water pump.

本発明のウォータポンプの一実施形態を図1に基づき説明する。ウォータポンプ1では、ケーシング6とカバー7とが固定され、羽根車4を収納するポンプ室を形成している。ケーシング6とカバー7とは、パッキン11を介することでシールされ、ポンプ室内の循環水が漏れることを防止している。モータ12が、コイルを配した巻線2を有することで磁界を発生し、制御部によりその磁界発生が制御される。この発生磁界に追従するため、永久磁石3が固定された羽根車4が、ポンプ室内で軸5により回転自在に支承されている。羽根車4が回転磁界に追従してポンプ室内で回転することで、循環水が吸排水される。詳細には、巻線2より発生した回転磁界に伴い、羽根車4が、固定された永久磁石3の吸引反発により追従して回転し、これによりポンプ作用が発生して矢印X方向から循環水を吸込み、矢印Y方向へ循環水を吐き出す。   An embodiment of the water pump of the present invention will be described with reference to FIG. In the water pump 1, the casing 6 and the cover 7 are fixed to form a pump chamber that houses the impeller 4. The casing 6 and the cover 7 are sealed through the packing 11 to prevent the circulating water in the pump chamber from leaking. The motor 12 has a winding 2 provided with a coil to generate a magnetic field, and the control unit controls the generation of the magnetic field. In order to follow this generated magnetic field, the impeller 4 to which the permanent magnet 3 is fixed is rotatably supported by the shaft 5 in the pump chamber. As the impeller 4 follows the rotating magnetic field and rotates in the pump chamber, the circulating water is sucked and discharged. Specifically, with the rotating magnetic field generated from the winding 2, the impeller 4 rotates following the attraction and repulsion of the fixed permanent magnet 3, thereby generating a pumping action and circulating water from the direction of the arrow X. And the circulating water is discharged in the direction of arrow Y.

軸5はケーシング6の略中央に固定され、カバー7の軸支え7aにより支持されている。羽根車4は、その中心に固定された滑り軸受8を介して、軸5に対して回転自在に支承されている。軸5は固定軸(回転しない)であり、軸5の外径面と、滑り軸受8の内径面とが回転摺動する。滑り軸受8の両端面は、カバー7の軸支え7aおよびケーシング6との間にそれぞれ設けたスラスト受部材であるスラスト板9、10と、スラスト方向の回転摺動を行なう。なお、「滑り軸受」とは、内径および端面で荷重を受け、摺動する部品であり、必ずしも1部品に限定されるものではなく、2部品以上に分割され、さらには材質が異なっていてもよい。   The shaft 5 is fixed to the approximate center of the casing 6 and is supported by a shaft support 7 a of the cover 7. The impeller 4 is rotatably supported with respect to the shaft 5 via a sliding bearing 8 fixed at the center thereof. The shaft 5 is a fixed shaft (not rotating), and the outer diameter surface of the shaft 5 and the inner diameter surface of the slide bearing 8 are slid and slid. Both end surfaces of the sliding bearing 8 rotate and slide in the thrust direction with thrust plates 9 and 10 which are thrust receiving members provided between the shaft support 7a of the cover 7 and the casing 6, respectively. A “sliding bearing” is a part that receives and slides on its inner diameter and end face, and is not necessarily limited to one part, but may be divided into two or more parts and even different in material. Good.

本発明ではこのウォータポンプにおいて、羽根車4の回転時における、スラスト受部材(スラスト板9、10)と滑り軸受8との相対回転によって、(1)循環水を滑り軸受8の一方の端面側から軸受内径面側に吸引する吸引手段、および、(2)上記相対回転によって、循環水を滑り軸受8の軸受内径面側から他方の端面側に排出する排出手段、から選ばれる少なくとも一つを有している。(1)(2)のいずれか一方を有することで、水を摺動面に供給する能力を向上できるが、安定して多くの水を吸引・排出して摺動面の水を循環させるため、(1)(2)の両方を有することが好ましい。この水の循環により、軸受内径面(ラジアル摺動面)は勿論、軸受端面(スラスト摺動面)にも多くの水が供給される。   In the present invention, in this water pump, the relative rotation of the thrust receiving members (thrust plates 9 and 10) and the sliding bearing 8 during the rotation of the impeller 4 causes (1) circulating water to be on one end face side of the sliding bearing 8. At least one selected from suction means for sucking from the bearing inner surface to the bearing inner surface, and (2) a discharging means for discharging the circulating water from the bearing inner surface to the other end surface of the slide bearing 8 by the relative rotation. Have. (1) By having either one of (2), the ability to supply water to the sliding surface can be improved, but because the water on the sliding surface is circulated by stably sucking and discharging a large amount of water. , (1) and (2). By the circulation of this water, a large amount of water is supplied not only to the bearing inner surface (radial sliding surface) but also to the bearing end surface (thrust sliding surface).

吸引手段としては、例えば、滑り軸受8の循環水吸引側の端面および該端面と摺動するスラスト受部材(スラスト板9、10)から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体吸引用の溝または羽根が挙げられる。また、排出手段としては、例えば、滑り軸受8の循環水排出側の端面および該端面と摺動するスラスト受部材(スラスト板9、10)から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体排出用の溝または羽根が挙げられる。   As the suction means, for example, the liquid suction formed on at least one thrust sliding surface selected from the end surface of the sliding bearing 8 on the circulating water suction side and the thrust receiving members (thrust plates 9, 10) that slide with the end surface. For example, a groove or a blade. Further, as the discharging means, for example, it is formed on at least one thrust sliding surface selected from the end surface on the circulating water discharge side of the sliding bearing 8 and the thrust receiving member (thrust plate 9, 10) sliding with the end surface. Examples include grooves or blades for discharging liquid.

滑り軸受8において、いずれの端面を循環水吸引側または循環水排出側とするかは適宜決定できるが、水を多く摺動面に供給しやすいことから、ポンプ室内において滑り軸受が配置されている箇所における水の流れに合わせることが好ましい。すなわち、水の流れの上流側に位置する端面を循環水吸引側とし、下流側に位置する端面を循環水排出側とすることが好ましい。   In the slide bearing 8, it can be determined as appropriate which end face is the circulating water suction side or the circulating water discharge side. However, since a large amount of water is easily supplied to the sliding face, the sliding bearing is arranged in the pump chamber. It is preferable to match the flow of water at the location. That is, it is preferable that the end face located on the upstream side of the water flow is the circulating water suction side and the end face located on the downstream side is the circulating water discharge side.

ここで、図1の形態では、回転時において、羽根車4は差圧により、カバー7側に押し付けられ、滑り軸受8の一方の端面がスラスト板9と回転摺動する。滑り軸受8の他方の端面とケーシング6側のスラスト板10との摺動はほとんどない。差圧による水の流れ方向は、スラスト板10側からスラスト板9側である。よって、図1では、滑り軸受8のスラスト板10側の滑り軸受の端面に、吸引手段として液体吸引用の溝を形成し、スラスト板9側の端面に、排出手段として液体排出用の溝を形成している。なお、溝の形状は、後述のスパイラルとしている。   Here, in the form of FIG. 1, during rotation, the impeller 4 is pressed against the cover 7 side by the differential pressure, and one end face of the slide bearing 8 rotates and slides with the thrust plate 9. There is almost no sliding between the other end face of the sliding bearing 8 and the thrust plate 10 on the casing 6 side. The direction of water flow due to the differential pressure is from the thrust plate 10 side to the thrust plate 9 side. Therefore, in FIG. 1, a liquid suction groove is formed as a suction means on the end face of the slide bearing 8 on the thrust plate 10 side, and a liquid discharge groove is provided as a discharge means on the end face on the thrust plate 9 side. Forming. The shape of the groove is a spiral described later.

液体吸引用溝および液体排出用溝は、滑り軸受が回転した際にそれぞれ吸引、排出の作用を発生するものであればよく、形状は特に限定されない。動圧が発生する溝形状(動圧溝)にすると、閉塞した摺動面に水が押込まれ、摺動面の冷却効果も高まるため好ましい。吸引、排出時にそれぞれの軸受端面に動圧を発生するヘリングボーン、スパイラル、あるいは流路を複雑にした動圧溝とし、これらを単独あるいは併用することが、摺動面の冷却効果と合わせて潤滑状態の向上も図れるため好ましい。さらに好ましくは、動圧効果の高いヘリングボーン、スパイラルである。図2に溝の平面形状を示す。図2(a)〜(f)がへリングボーンであり、図2(g)、(h)がスパイラルであり、図2(i)、(j)が流路を複雑にした放射状である。図中の黒塗り部分が液体排出溝である。図2の各図に示す溝は、図中に示す軸受回転方向に回転することで、内径側から外径側に水を送る(排出方向)機能を有する。なお、溝は、滑り軸受端面の内外径を連通している溝(連通溝)、連通していない溝(非連通溝)のいずれであってもよい。非連通溝では、途中で水の流れが阻害されるため、動圧が発生しやすい。一方で、連通溝は摩耗粉などの異物排出、軸の摺動面の冷却の役割があるため、連通溝、非連通溝を併用することが好ましい。   The liquid suction groove and the liquid discharge groove are not particularly limited as long as they generate a suction and discharge action when the sliding bearing rotates. A groove shape (dynamic pressure groove) in which dynamic pressure is generated is preferable because water is pushed into the closed sliding surface and the cooling effect of the sliding surface is enhanced. A herringbone, spiral, or dynamic pressure groove with a complicated flow path that generates dynamic pressure on each bearing end face during suction and discharge, and these can be used alone or in combination to lubricate the cooling effect of the sliding surface. It is preferable because the state can be improved. More preferred is a herringbone or spiral having a high dynamic pressure effect. FIG. 2 shows the planar shape of the groove. FIGS. 2A to 2F are herringbones, FIGS. 2G and 2H are spirals, and FIGS. 2I and 2J are radial shapes with complicated flow paths. Black portions in the figure are liquid discharge grooves. The groove shown in each drawing of FIG. 2 has a function of sending water from the inner diameter side to the outer diameter side (discharge direction) by rotating in the bearing rotation direction shown in the figure. The groove may be either a groove (communication groove) communicating the inner and outer diameters of the sliding bearing end face or a groove (non-communication groove) not communicating. In the non-communication groove, the flow of water is hindered on the way, so that dynamic pressure is likely to occur. On the other hand, since the communication groove has a role of discharging foreign matter such as wear powder and cooling the sliding surface of the shaft, it is preferable to use a communication groove and a non-communication groove in combination.

図2(a)などのへリングボーンにおける溝の折り返し位置は、適宜設定できる。図2(a)〜(f)に示す形状と軸受回転方向では、折り返し位置が円周外側に行くほど、内径側から外径側に向かう力が大きくなる。また、図2(i)および図2(j)の形状は、内径から外径までの溝流路が、内径と外径とを中心から放射状の直線や曲線で結ぶ場合よりも長くなるように形成している。具体的には、滑り軸受の端面の半径方向略中央位置に該端面中心と同心の円周溝を設けて、内径から円周溝までの内径側溝と、円周溝から外径までの外径側溝とが、円周溝上の重ならない円周位置で該円周溝に連結された形状を有する。さらに、内径側溝と円周溝との連結位置と、外径側溝と円周溝との連結位置とが、円周方向で交互に略等間隔で配された形状となっている。   The return position of the groove in the herring bone as shown in FIG. 2A can be set as appropriate. In the shape and the bearing rotation direction shown in FIGS. 2A to 2F, the force from the inner diameter side toward the outer diameter side increases as the turn-back position goes to the outer circumferential side. 2 (i) and 2 (j) are such that the groove channel from the inner diameter to the outer diameter is longer than the case where the inner diameter and the outer diameter are connected by a radial straight line or curve from the center. Forming. Specifically, a circumferential groove concentric with the center of the end face is provided at a substantially central position in the radial direction of the end face of the slide bearing, an inner diameter side groove from the inner diameter to the circumferential groove, and an outer diameter from the circumferential groove to the outer diameter. The side groove has a shape connected to the circumferential groove at a circumferential position that does not overlap the circumferential groove. Furthermore, the connection position of the inner diameter side groove and the circumferential groove and the connection position of the outer diameter side groove and the circumferential groove are arranged alternately at substantially equal intervals in the circumferential direction.

溝の断面形状は、上記の吸引、排出の作用を発生するものであれば形状は特に限定されず、角溝、R溝、V溝のいずれであってもよい。溝の断面形状を図3に示す。図3(a)、(d)が角溝であり、図3(b)がR溝であり、図3(c)がV溝である。ウォータポンプにおいては、軸受サイズの制約から、スラスト荷重に比べて動圧効果による液膜の負荷容量が小さく、軸受端面とスラスト受部材間を完全に非接触にすることは困難である。したがって、滑り軸受とスラスト受部材とは当接して摺動し、混合潤滑状態となる。このように液膜によって完全に非接触支持できない場合、溝断面形状において楔形状(末狭まり形状)を有するV溝やR溝の方が角溝に比べて楔効果によって動圧を発生させやすい。したがって、角溝よりもV溝、R溝が好ましい。更には、楔形状の空間内に満たされた水は、すきまの小さい部分程圧力が高まるため、断面形状としてすきまの小さい領域を多く有するV溝がR溝よりも好ましい。したがって、角溝よりもR溝が好ましく、R溝よりもV溝が好ましい。V溝の角度は特に限定されないが、対称な溝である必要はなく、図3(f)に示すように、回転により摺動面に液体の流れ込む側の摺動面と溝の角度が鋭角の方が好ましい。R溝についても同様であり、図3(e)に示すように、回転により摺動面に液体の流れ込む側の傾斜が緩い方が好ましい。溝幅、深さは水の流れ方向から入口を広く、出口を狭くすることで動圧を発生させ易くなる。また、溝の本数は多いほど動圧を発生させやすいが、摺動面の面圧が高くなるため、使用条件を考慮し設定すればよい。   The cross-sectional shape of the groove is not particularly limited as long as the above-described suction and discharge functions are generated, and may be any of a square groove, an R groove, and a V groove. The cross-sectional shape of the groove is shown in FIG. 3A and 3D are square grooves, FIG. 3B is an R groove, and FIG. 3C is a V groove. In the water pump, the load capacity of the liquid film due to the dynamic pressure effect is smaller than the thrust load due to the restriction of the bearing size, and it is difficult to completely make no contact between the bearing end surface and the thrust receiving member. Therefore, the sliding bearing and the thrust receiving member come into contact with each other and slide to be in a mixed lubrication state. In this way, when the liquid film cannot be completely contactlessly supported, the V-groove and the R-groove having a wedge shape (a narrowed shape) in the groove cross-sectional shape are more likely to generate dynamic pressure due to the wedge effect than the square groove. Therefore, the V-groove and R-groove are preferable to the square groove. Furthermore, since the pressure of the water filled in the wedge-shaped space increases as the gap becomes smaller, a V-groove having a large area with a small clearance as a cross-sectional shape is preferable to the R-groove. Therefore, the R groove is preferable to the square groove, and the V groove is preferable to the R groove. The angle of the V-groove is not particularly limited, but it is not necessary to be a symmetric groove. As shown in FIG. 3 (f), the angle between the groove on the side where the liquid flows into the sliding surface by rotation and the groove has an acute angle. Is preferred. The same applies to the R groove, and as shown in FIG. 3 (e), it is preferable that the inclination on the side where the liquid flows into the sliding surface by rotation is gentle. The groove width and depth make it easy to generate dynamic pressure by widening the inlet from the direction of water flow and narrowing the outlet. Also, the greater the number of grooves, the easier it is to generate dynamic pressure, but the surface pressure on the sliding surface increases, so it may be set in consideration of usage conditions.

軸受内径における水の流れから、水の流れの上流側の端面は外径から内径に、下流側の端面は内径から外径に水が流れ易い。よって、動圧溝を設ける場合は、水の流れも利用し、上流側の端面は外径から内径に、下流側の端面は内径から外径に水を引き込む方向の溝とし、動圧を発生させることが好ましい。   From the flow of water at the inner diameter of the bearing, the end face on the upstream side of the water flow tends to flow from the outer diameter to the inner diameter, and the end face on the downstream side tends to flow from the inner diameter to the outer diameter. Therefore, when providing a dynamic pressure groove, the flow of water is also used, and the upstream end surface is a groove that draws water from the inner diameter to the inner diameter and the downstream end surface is a groove that draws water from the inner diameter to the outer diameter to generate dynamic pressure. It is preferable to make it.

また、図1において、滑り軸受8のスラスト板10側の滑り軸受の端面に、吸引手段として液体吸引用の羽根を形成し、スラスト板9側の端面に、排出手段として液体排出用の羽根を形成してもよい。ここでの羽根は、主に、滑り軸受端面に形成される羽根形状部分を意味する。溝に替えて、水をより直接的に送ることができる形状の羽根を設けることで、水の供給量を多くできる。液体吸引用羽根および液体排出用羽根は、滑り軸受が回転した際にそれぞれ吸引、排出の作用を発生するものであればよく、形状は特に限定されない。摺動面における面圧が高くなると、摩耗特性が低下するため、図1における滑り軸受8の端面とスラスト板9のように、主に回転摺動する側では羽根よりも溝の方が好ましい。   Further, in FIG. 1, a liquid suction blade is formed as a suction means on the end face of the slide bearing 8 on the thrust plate 10 side, and a liquid discharge blade is provided as a discharge means on the end face on the thrust plate 9 side. It may be formed. A blade | wing here means the blade | wing shaped part mainly formed in a sliding bearing end surface. The supply amount of water can be increased by providing a blade having a shape capable of sending water more directly instead of the groove. The liquid suction blade and the liquid discharge blade are not particularly limited as long as they generate suction and discharge when the sliding bearing rotates. When the surface pressure on the sliding surface is increased, the wear characteristics are deteriorated. Therefore, grooves such as the end face of the sliding bearing 8 and the thrust plate 9 in FIG.

また、図4に示すように、滑り軸受8の循環水吸引側の端面の内径角部に、該端面側に向かって内径を拡径する傾斜面8aを有することが好ましい。循環水吸引側にこのような傾斜面8aを設けることで、水が、軸5の外径面5aと滑り軸受8の内径面8bとの隙間(摺動面)に入り込みやすくなり、より多くの水を摺動面に供給できる。さらに、傾斜面8aに、スパイラルなどの吸引溝または吸引羽根を設けることで、吸引効果がさらに高まる。   Moreover, as shown in FIG. 4, it is preferable to have the inclined surface 8a which expands an internal diameter toward this end surface side in the internal diameter corner | angular part of the end surface by the side of circulating water suction of the sliding bearing 8. As shown in FIG. Providing such an inclined surface 8a on the circulating water suction side makes it easier for water to enter the gap (sliding surface) between the outer diameter surface 5a of the shaft 5 and the inner diameter surface 8b of the slide bearing 8, and more Water can be supplied to the sliding surface. Furthermore, the suction effect is further enhanced by providing a suction groove or suction blade such as a spiral on the inclined surface 8a.

上述した滑り軸受8の端面に加えて、滑り軸受8の内径面8bおよび軸5の外径面5aから選ばれる少なくとも一方のラジアル摺動面にも溝を形成することが好ましい。例えば、軸方向に平行な直線溝、あるいは螺旋溝を形成できる。また、この溝を動圧溝にすることが好ましい。動圧溝を設けることで、閉塞した摺動面に水を押込み、水を多く供給することが可能となり、反負荷方向の荷重を発生させ、水膜が形成され、低摩擦係数となる。また、水切れの異常状態においても、空冷効果が期待できる。上記螺旋溝において、螺旋回転方向を軸の回転方向と同じにすることで、動圧を発生し易くなる。この溝の断面形状については、上述の滑り軸受端面に形成する場合と同じである。また、転造などによりヘリングボーン、スパイラル溝の形成も可能である。また、この溝は、上述の滑り軸受端面に形成する場合と同様の理由で、連通溝(軸受の一方の端面から、他方の端面へ連通した溝)と非連通溝とを併用することが好ましい。   In addition to the end surface of the sliding bearing 8 described above, it is preferable to form a groove on at least one radial sliding surface selected from the inner diameter surface 8 b of the sliding bearing 8 and the outer diameter surface 5 a of the shaft 5. For example, a linear groove or a spiral groove parallel to the axial direction can be formed. Moreover, it is preferable to make this groove into a dynamic pressure groove. By providing the dynamic pressure groove, it becomes possible to push water into the closed sliding surface and supply a large amount of water, generate a load in the anti-load direction, form a water film, and have a low coefficient of friction. In addition, an air cooling effect can be expected even in an abnormal state of running out of water. In the spiral groove, it is easy to generate dynamic pressure by making the spiral rotation direction the same as the rotation direction of the shaft. About the cross-sectional shape of this groove | channel, it is the same as the case where it forms in the above-mentioned slide bearing end surface. In addition, herringbone and spiral grooves can be formed by rolling or the like. Further, for the same reason as in the case where the groove is formed on the end face of the sliding bearing, it is preferable to use a communication groove (a groove communicating from one end face of the bearing to the other end face) and a non-communication groove in combination. .

滑り軸受の端面の一方もしくは両方、および内径面に溝を設ける場合、溝の位置関係は特に限定しないが、非連通にすることで、途中で水の流れが阻害されるため、動圧が発生し易い。また、溝を介して別の面に供給された潤滑水は、摺動面に突き当たり流れが阻害されることになるため、摺動面に水が入りやすくなり、潤滑状態が良好となる。一方、連通にすることで異物排出溝の効果がより高まるため、連通溝、非連通溝の併用が好ましい。スラスト板面の一方もしくは両方、および軸の外周に溝を設ける場合も同様である。   When grooves are provided on one or both of the end surfaces of the plain bearing and the inner diameter surface, the positional relationship of the grooves is not particularly limited. Easy to do. Further, since the lubricating water supplied to another surface through the groove hits the sliding surface and the flow is hindered, water easily enters the sliding surface and the lubrication state is improved. On the other hand, since the effect of the foreign matter discharge groove is further enhanced by the communication, the combined use of the communication groove and the non-communication groove is preferable. The same applies to the case where a groove is provided on one or both of the thrust plate surfaces and the outer periphery of the shaft.

滑り軸受の材質としては、摺動性を有していればよく、例えば、カーボンや、PEEK樹脂、PPS樹脂、POM樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。複雑な形状の液体吸引用溝、液体排出用溝、あるいは液体吸引用羽根、液体排出用羽根を、精度良く、安価に形成できることから、射出成形可能な樹脂組成物が好ましい。具体的には、PEEK樹脂、PPS樹脂、フェノール樹脂をベース樹脂とするものが好ましい。   As the material of the sliding bearing, it is sufficient if it has sliding properties. For example, carbon, PEEK resin, PPS resin, POM resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, etc., phenol resin, epoxy Examples thereof include thermosetting resins such as resins and polyimide resins. A resin composition that can be injection-molded is preferable because a complex-shaped liquid suction groove, liquid discharge groove, liquid suction blade, and liquid discharge blade can be formed accurately and inexpensively. Specifically, those based on PEEK resin, PPS resin, or phenol resin are preferable.

滑り軸受および羽根車が、射出成形可能な熱可塑性樹脂組成物からなり、射出成形時に滑り軸受および羽根車を同時に形成した一体成形品とすることが好ましい。永久磁石の羽根車への固定方法は特に限定されない。滑り軸受および羽根車を成形する際にインサート成形することで、成形後に圧入や物理的に固定する場合よりも安価となる。予め射出成形した滑り軸受を金型にインサートし、羽根車を射出成形する場合、射出成形圧力により、滑り軸受の内径、溝(動圧溝)、羽根の寸法が変化し得る。これに対して、滑り軸受および羽根車を同時に成形することで、高寸法精度の内径や溝(動圧溝)を形成でき、かつ安価に製造できる。   It is preferable that the slide bearing and the impeller are made of a thermoplastic resin composition that can be injection-molded, and the slide bearing and the impeller are simultaneously formed at the time of injection molding. The method for fixing the permanent magnet to the impeller is not particularly limited. Insert molding when molding the slide bearing and the impeller is less expensive than press-fitting or physical fixing after molding. When a slide bearing that has been injection molded in advance is inserted into a mold and an impeller is injection molded, the inner diameter of the slide bearing, the groove (dynamic pressure groove), and the size of the blade can change depending on the injection molding pressure. On the other hand, by simultaneously forming the sliding bearing and the impeller, it is possible to form an inner diameter and a groove (dynamic pressure groove) with high dimensional accuracy and to manufacture at low cost.

射出成形可能な樹脂組成物としては、上記の中でも、PEEK樹脂、PPS樹脂をベース樹脂とする組成物が好ましい。これらの樹脂は高耐熱性であるため、冷却水の温度が上昇しても剛性が高い。また、摩擦発熱により摺動面温度が高くなっても、低摩耗で、水切れの異常状態においても焼付き難い利点がある。さらに、低吸水性であるため、使用中に溝、羽根を含めた軸受の寸法変化が非常に小さい。そのため、滑り軸受の材質としても、羽根車の材質としても好ましい。なお、安価なウォータポンプとするためには、特にPPS樹脂が好ましい。   Among the above-mentioned resin compositions that can be injection-molded, a composition comprising a PEEK resin or a PPS resin as a base resin is preferable. Since these resins have high heat resistance, the rigidity is high even when the temperature of the cooling water rises. In addition, even if the sliding surface temperature is increased due to frictional heat generation, there is an advantage that low wear and seizure hardly occur even in an abnormal state of running out of water. Furthermore, since the water absorption is low, the dimensional change of the bearing including grooves and blades during use is very small. Therefore, it is preferable as the material of the sliding bearing and the material of the impeller. In order to obtain an inexpensive water pump, PPS resin is particularly preferable.

PPS樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、硫黄結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。PPS樹脂は、融点が約280℃、ガラス転移点が93℃であり、極めて高い剛性と、優れた耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性などを有する。PPS樹脂は、その分子構造により、架橋型、半架橋型、直鎖型、分岐型などのタイプがあるが、本発明ではこれらの分子構造や分子量に限定されることなく使用できる。水膜が形成されない水切れ状態、異物が噛み込んだ状態のようなアブレシブ摩耗形態を考慮した滑り軸受とするためには、靭性のある直鎖型の方が好ましい。   The PPS resin is a crystalline thermoplastic resin having a polymer structure in which a benzene ring is in a para position and connected by a sulfur bond. PPS resin has a melting point of about 280 ° C. and a glass transition point of 93 ° C., and has extremely high rigidity, excellent heat resistance, dimensional stability, wear resistance, and the like. Depending on the molecular structure of the PPS resin, there are types such as a cross-linked type, a semi-cross-linked type, a linear type, and a branched type. In order to obtain a sliding bearing that takes into account the abrasive wear state such as a water out condition where a water film is not formed or a state where foreign matter is bitten, a linear type with toughness is preferred.

PEEK樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、カルボニル基とエーテル結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。PEEK樹脂は、融点が約340℃、ガラス転移点が143℃であり、優れた耐熱性、耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、摺動特性、疲労特性などに加え、優れた成形性を有する。   The PEEK resin is a crystalline thermoplastic resin having a polymer structure in which a benzene ring is in a para position and is connected to a carbonyl group by an ether bond. PEEK resin has a melting point of about 340 ° C and a glass transition point of 143 ° C. In addition to excellent heat resistance, creep resistance, load resistance, wear resistance, sliding characteristics, fatigue characteristics, etc., excellent moldability Have

上記樹脂組成物において、水膜が形成されない水切れ状態の摩擦特性を付与するために、PTFE樹脂を配合することが好ましい。また、冷却水中での摩擦特性を付与するために、黒鉛を配合することが好ましい。さらに、黒鉛は摩耗特性、弾性率の向上とともに、射出成形時の滑り軸受の寸法精度を向上させる効果もある。   In the above resin composition, it is preferable to blend PTFE resin in order to give a frictional property in a water draining state where a water film is not formed. Moreover, in order to provide the friction characteristic in cooling water, it is preferable to mix | blend graphite. Furthermore, graphite has the effect of improving the wear characteristics and elastic modulus, and improving the dimensional accuracy of the sliding bearing during injection molding.

上記樹脂組成物において、滑り軸受あるいは羽根車としての剛性、耐摩耗性、寸法精度の向上のため、炭素繊維を配合することが好ましい。炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはPAN系のいずれのものであってもよい。その焼成温度は特に限定されないが、2000℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛(グラファイト)化されたものよりも、1000〜1500℃程度で焼成された炭化品の方が吸水性が高いため、低摩擦化に寄与するとともに、相手材を摩耗損傷しにくいので好ましい。炭素繊維の平均繊維径は20μm以下、好ましくは5〜15μmである。上記範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生するため、耐荷重性の向上効果が乏しく、相手材である軸などがステンレス鋼の場合、相手材の摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。   In the resin composition, it is preferable to blend carbon fiber in order to improve rigidity, wear resistance, and dimensional accuracy as a sliding bearing or an impeller. The carbon fibers may be either pitch-based or PAN-based classified from raw materials. The firing temperature is not particularly limited, but the carbonized product fired at about 1000 to 1500 ° C. has higher water absorption than the one fired at a high temperature of 2000 ° C. or higher and converted into graphite. It is preferable because it contributes to lower friction and is less susceptible to wear damage to the mating material. The average fiber diameter of the carbon fibers is 20 μm or less, preferably 5 to 15 μm. A thick carbon fiber exceeding the above range is not preferable because extreme pressure is generated, so that the effect of improving load resistance is poor, and when the shaft or the like which is the counterpart material is stainless steel, the wear damage of the counterpart material becomes large.

炭素繊維はチョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、繊維長が1mm未満のミルドファイバーの方が好ましく、より好ましくは、平均繊維長は20〜200μmである。20μm未満では充分な剛性、補強効果が得られず、耐摩耗性に劣るおそれがある。200μmをこえる場合は、極圧が発生するため相手材である軸などがステンレス鋼の場合、相手材の摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。   The carbon fiber may be a chopped fiber or a milled fiber, but a milled fiber having a fiber length of less than 1 mm is preferable, and an average fiber length is more preferably 20 to 200 μm. If it is less than 20 μm, sufficient rigidity and reinforcing effect cannot be obtained, and the wear resistance may be inferior. When exceeding 200 μm, an extreme pressure is generated, and therefore, when the shaft or the like which is the counterpart material is stainless steel, the wear damage of the counterpart material becomes large, which is not preferable.

上記樹脂組成物において、弾性率を向上させることは、摺動面の真実接触面積を下げて低摩擦化となるため、これを向上させ得るマイカ、タルクなどの燐片状充填剤を配合することも有効である。   In the above resin composition, improving the elastic modulus lowers the real contact area of the sliding surface and lowers friction, and therefore blends flake fillers such as mica and talc that can improve this. Is also effective.

上記樹脂組成物における配合割合は、少なくともPTFE樹脂および/または黒鉛の配合割合が3〜30体積%、より好ましくは5〜20体積%、炭素繊維が5〜30体積%、より好ましくは10〜20体積%、残部が合成樹脂(ベース樹脂)であることが好ましい。さらに、PTFE樹脂、黒鉛は併用する方が好ましい。   The blending ratio in the resin composition is such that the blending ratio of at least PTFE resin and / or graphite is 3 to 30% by volume, more preferably 5 to 20% by volume, and carbon fiber is 5 to 30% by volume, more preferably 10 to 20%. It is preferable that the volume% and the balance be synthetic resin (base resin). Furthermore, it is preferable to use PTFE resin and graphite together.

なお、この発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。この添加剤としては、例えば、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤、金属酸化物粉末などの熱伝導性向上剤が挙げられる。   In addition, you may mix | blend a well-known resin additive with respect to a resin composition to such an extent that the effect of this invention is not inhibited. Examples of the additives include friction property improvers such as boron nitride, molybdenum disulfide, and tungsten disulfide, colorants such as carbon powder, iron oxide, and titanium oxide, and thermal conductivity improvers such as metal oxide powder. Can be mentioned.

本発明のウォータポンプにおいて、滑り軸受と摺動する軸、スラスト板の材質としては、防錆に優れるアルミナなどのセラミックス、ステンレス鋼などが挙げられる。セラミックスは高硬度で耐摩耗性に優れるため好ましい。スラスト板に液体吸引用溝、液体排出用溝、あるいは液体吸引用羽根、液体排出用羽根を施す場合、セラミックスへの形成は容易でないため、機械加工、転造などにより形成可能なステンレス鋼が好ましい。セラミックスやステンレス鋼のスラスト板に上記溝や羽根を設けると、溝エッジ部で滑り軸受を摩耗させるおそれがあるため、この場合は、滑り軸受側に該溝を形成することが好ましい。また、滑り軸受を射出成形可能な熱可塑性樹脂で形成する場合は、金型転写で溝などを形成でき安価となるため、滑り軸受側に該溝を形成することが好ましい。   In the water pump of the present invention, examples of the material of the shaft and the thrust plate that slide with the sliding bearing include ceramics such as alumina excellent in rust prevention, stainless steel, and the like. Ceramics are preferred because of their high hardness and excellent wear resistance. When a thrust plate is provided with a liquid suction groove, a liquid discharge groove, or a liquid suction blade or a liquid discharge blade, it is not easy to form into ceramics, so stainless steel that can be formed by machining, rolling, etc. is preferable. . If the groove or blade is provided on a ceramic or stainless steel thrust plate, the slide bearing may be worn at the groove edge portion. In this case, the groove is preferably formed on the slide bearing side. Further, when the sliding bearing is formed of a thermoplastic resin that can be injection-molded, it is preferable to form the groove on the sliding bearing side because a groove or the like can be formed by mold transfer and the cost becomes low.

軸、滑り軸受端面と摺動する相手面に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などの潤滑性被膜を形成する表面処理を施してもよい。DLCは水中での摩擦特性に優れるため、動圧溝への水を供給下にて、滑り軸受と接触する微小部における摩擦係数を低減できる。また、硬質被膜であるため、ステンレス鋼の摩耗を防止できる。また、軸、滑り軸受端面と摺動する相手面に、ディンプルなどの表面の凹凸を形成してもよい。動圧効果があるとともに、接触面積が低下するので、低摩擦となる。ディンプルはショットブラストなどで形成することができ、微小凹凸の方が有効である。   A surface treatment for forming a lubricating coating such as diamond-like carbon (DLC) may be applied to the mating surface that slides with the shaft and the sliding bearing end surface. Since DLC has excellent friction characteristics in water, it is possible to reduce the coefficient of friction at a minute portion that comes into contact with the sliding bearing while water is supplied to the dynamic pressure grooves. Moreover, since it is a hard film, abrasion of stainless steel can be prevented. Further, surface irregularities such as dimples may be formed on the mating surface that slides with the shaft and the sliding bearing end surface. Since there is a dynamic pressure effect and the contact area is reduced, the friction is reduced. The dimples can be formed by shot blasting or the like, and fine irregularities are more effective.

本発明のウォータポンプにおいて、ケーシング、カバーの材質は、特に限定されず、射出成形可能な樹脂組成物などが使用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、PPS樹脂、POM樹脂、ポリアミド(PA)樹脂(PA66樹脂、変性PA樹脂など)などをベース樹脂とする組成物が挙げられる。また、これらの組成物の強度、弾性率を向上するために、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状充填剤を配合することが好ましい。   In the water pump of the present invention, the material of the casing and the cover is not particularly limited, and an injection moldable resin composition or the like can be used. For example, a composition having a base resin such as polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, PPS resin, POM resin, polyamide (PA) resin (PA66 resin, modified PA resin, etc.) can be used. Moreover, in order to improve the intensity | strength and elastic modulus of these compositions, it is preferable to mix | blend fibrous fillers, such as glass fiber and carbon fiber.

本発明のウォータポンプは、ポンプ内部に設けられた滑り軸受摺動面への水の供給性に優れ、該滑り軸受の低摩擦特性および耐摩耗特性に優れるので、自動車のエンジン、インバーター、バッテリー、あるいは燃料電池などの冷却水の循環、給湯機、床暖房機器などの熱水の循環を行なうためのポンプとして好適に利用できる。なお、本発明のウォータポンプは水の循環だけに限定するものではなく、水を移動供給するポンプとしても有用である。また、媒体が水以外の薬液、溶剤、オイル、飲料などの液体を循環、移動供給するポンプであっても同様の効果が期待できる。   The water pump of the present invention is excellent in the ability to supply water to the sliding bearing sliding surface provided inside the pump, and is excellent in the low friction characteristics and wear resistance characteristics of the sliding bearing. Or it can utilize suitably as a pump for circulating the cooling water, such as a fuel cell, and the circulating hot water, such as a water heater and a floor heating apparatus. The water pump of the present invention is not limited to water circulation, but is useful as a pump for moving and supplying water. The same effect can be expected even if the medium is a pump that circulates and moves liquids such as chemicals other than water, solvents, oils, and beverages.

1 ウォータポンプ
2 巻線
3 永久磁石
4 羽根車
5 軸
6 ケーシング
7 カバー
8 滑り軸受
9 スラスト板
10 スラスト板
11 パッキン
12 モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water pump 2 Winding 3 Permanent magnet 4 Impeller 5 Shaft 6 Casing 7 Cover 8 Slide bearing 9 Thrust plate 10 Thrust plate 11 Packing 12 Motor

Claims (12)

羽根車と、前記羽根車を固定するための軸と、前記軸に対し前記羽根車を回転自在に支承するための前記羽根車に固定された滑り軸受と、前記滑り軸受のそれぞれの端面と摺動するスラスト受部材と、前記羽根車を収納しポンプ室を形成するケーシングおよびカバーとを備えてなり、前記羽根車の回転により前記ポンプ室を介して循環水を吸排出するウォータポンプであって、
前記滑り軸受が、ポリフェニレンサルファイド樹脂をベース樹脂とし、少なくとも炭素繊維を含む樹脂組成物からなることを特徴とするウォータポンプ。
An impeller, a shaft for fixing the impeller, a sliding bearing fixed to the impeller for rotatably supporting the impeller with respect to the shaft, and a sliding surface of each end surface of the sliding bearing A water pump that includes a moving thrust receiving member, a casing that houses the impeller and forms a pump chamber, and a cover that sucks and discharges circulating water through the pump chamber by rotation of the impeller. ,
The water pump according to claim 1, wherein the sliding bearing is made of a resin composition containing polyphenylene sulfide resin as a base resin and containing at least carbon fiber.
前記炭素繊維は、1000〜1500℃で焼成された炭化品であることを特徴とする請求項1記載のウォータポンプ。   The water pump according to claim 1, wherein the carbon fiber is a carbonized product fired at 1000 to 1500 ° C. 前記炭素繊維は、平均繊維径が5〜15μm、平均繊維長が20〜200μmであることを特徴とする請求項1または請求項2記載のウォータポンプ。   The water pump according to claim 1 or 2, wherein the carbon fiber has an average fiber diameter of 5 to 15 µm and an average fiber length of 20 to 200 µm. 前記樹脂組成物が、さらにポリテトラフルオロエチレン樹脂または黒鉛の少なくとも一つを含む樹脂組成物であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項記載のウォータポンプ。   The water pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin composition is a resin composition further containing at least one of polytetrafluoroethylene resin or graphite. 前記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂および/または黒鉛の配合割合が3〜30体積%、炭素繊維が5〜30体積%、残部がポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項4記載のウォータポンプ。   5. The resin composition according to claim 4, wherein the blending ratio of polytetrafluoroethylene resin and / or graphite is 3 to 30% by volume, carbon fiber is 5 to 30% by volume, and the balance is polyphenylene sulfide resin. Water pump. 前記羽根車の回転時における、前記スラスト受部材と前記滑り軸受との相対回転によって、前記循環水を前記滑り軸受の一方の端面側から軸受内径面側に吸引する吸引手段、および、前記循環水を前記滑り軸受の軸受内径面側から他方の端面側に排出する排出手段の両方を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項記載のウォータポンプ。   A suction means for sucking the circulating water from one end face side of the sliding bearing to a bearing inner diameter face side by relative rotation of the thrust receiving member and the sliding bearing during rotation of the impeller; and the circulating water; The water pump according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a discharging unit that discharges the sliding bearing from the bearing inner diameter surface side to the other end surface side. 前記吸引手段が、前記滑り軸受の循環水吸引側の端面および該端面と摺動する前記スラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体吸引用の溝であることを特徴とする請求項6記載のウォータポンプ。   The suction means is a liquid suction groove formed on at least one thrust sliding surface selected from an end surface of the sliding bearing on the circulating water suction side and the thrust receiving member sliding with the end surface. The water pump according to claim 6. 前記排出手段が、前記滑り軸受の循環水排出側の端面および該端面と摺動する前記スラスト受部材から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成された液体排出用の溝であることを特徴とする請求項6または請求項7記載のウォータポンプ。   The discharge means is a liquid discharge groove formed on at least one thrust sliding surface selected from an end surface of the sliding bearing on the circulating water discharge side and the thrust receiving member sliding with the end surface. The water pump according to claim 6 or 7. 前記溝が動圧溝であることを特徴とする請求項7または請求項8記載のウォータポンプ。   The water pump according to claim 7 or 8, wherein the groove is a dynamic pressure groove. 前記滑り軸受の循環水吸引側の端面の内径角部に、該端面側に向かって内径を拡径する傾斜面を有することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項記載のウォータポンプ。   10. The inclined surface according to claim 6, further comprising an inclined surface whose diameter increases toward the end surface at an inner diameter corner portion of the end surface of the sliding bearing on the circulating water suction side. Water pump. 前記滑り軸受の内径面および前記軸の外径面から選ばれる少なくとも一方のラジアル摺動面に動圧溝が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項記載のウォータポンプ。   The dynamic pressure groove is formed in at least one radial sliding surface selected from the inner diameter surface of the sliding bearing and the outer diameter surface of the shaft. Water pump. 前記滑り軸受と前記羽根車とが、前記樹脂組成物を用いて一体に射出成形された一体成形品であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項記載のウォータポンプ。   The water pump according to any one of claims 1 to 11, wherein the sliding bearing and the impeller are an integrally molded product integrally injection-molded using the resin composition.
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