JP2022052709A - Slide bearing device for water pump - Google Patents
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
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の滑り軸受装置に関する。 The present invention relates to a slide bearing device for a water pump used for circulation of cooling water such as an automobile engine, an inverter, a battery, or a fuel cell, and circulation of hot water such as a water heater and a floor heating device.
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12に基づいて説明する。図12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持されている。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持されており、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, and to circulate hot water for water heaters and floor heating equipment. Conventionally, as a typical example of a water pump used for such an application, a magnet pump as described in
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。
Along with the rotating magnetic field generated from the winding 22, the
上記のようなウォータポンプでは、滑り軸受またはスラスト受のどちらかに潤滑溝を設けることによって摩擦係数を低減することができる。ここで、特許文献3は、回転軸に直交する摺動面を有し、回転軸に固定されたカラーと、固定部材に固定され該摺動面に沿って相対的に回転するスラスト軸受とを備えたスラスト支持装置を開示している。このスラスト軸受には、カラーの摺動面と平行なランド部と、上記摺動面に対し傾斜し相対的回転によりカラーとの間の潤滑液に動圧を発生させるテーパ部と、溝とが設けられている。テーパ部によって動圧を発生させることで、摩擦係数の低減を図っている。
In a water pump as described above, the coefficient of friction can be reduced by providing a lubrication groove in either the slide bearing or the thrust receiver. Here,
また、本発明者は、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、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から選ばれる少なくとも一つを有するウォータポンプを提案している(特許文献4)。このウォータポンプでは、摺動面への循環水の供給性(排出能力)を向上させることにより、低摩擦化を図っている。 Further, the present inventor selects from a suction means for sucking circulating water from one end surface side of the slide bearing to the bearing inner diameter surface side and a discharge means for discharging the circulating water from the bearing inner diameter surface side of the slide bearing to the other end surface side. A water pump having at least one bearing has been proposed (Patent Document 4). In this water pump, friction is reduced by improving the supply (discharge capacity) of circulating water to the sliding surface.
近年、ウォータポンプには省エネルギー化のための摩擦係数低減や、静粛性向上のための振動低減が求められている。特許文献3のスラスト軸受には、相対的回転によりカラーとの間の潤滑液に動圧を発生させるテーパ部が設けられているが、テーパ部の角度や長さについて検討はなされていない。また、特許文献3に例示されているスラスト軸受では、テーパ部とランド部との境界がスラスト軸受の径方向に沿って形成されており、動圧効果において更なる改善の余地があると考えられる。
In recent years, water pumps are required to reduce the coefficient of friction for energy saving and the vibration reduction for improving quietness. The thrust bearing of
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、滑り軸受またはスラスト受の端面に設けられた潤滑溝に高い動圧効果を付与し、両者の間の摩擦係数を低減したウォータポンプ用滑り軸受装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to deal with such a problem, and is a waterer which imparts a high dynamic pressure effect to a lubrication groove provided on an end face of a slide bearing or a thrust receiver and reduces a friction coefficient between the two. It is an object of the present invention to provide a slide bearing device for a pump.
本発明のウォータポンプ用滑り軸受装置は、羽根車と、上記羽根車を支持するための軸と、上記軸に対し上記羽根車を回転自在に支持するための上記羽根車に固定された円筒状の滑り軸受と、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、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に用いられるウォータポンプ用滑り軸受装置であって、上記ウォータポンプ用滑り軸受装置は、上記滑り軸受と上記スラスト受からなり、上記滑り軸受の少なくとも一方の端面または上記スラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、内径側から外径側に上記循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、上記潤滑溝は、上記ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、上記潤滑溝が設けられた端面を正面(軸方向)から見たときの投影図において、上記潤滑溝は、上記端面の内径側から外径側に繋がる線分Aおよび線分Bと、内径面に沿った円弧Cと、外径面に沿った円弧Dとによって囲まれる領域からなり、上記円弧Cの長さが、上記円弧Dの長さと等しいか、もしくは長いことを特徴とする。 The slide bearing device for a water pump of the present invention has a cylindrical shape fixed to an impeller, a shaft for supporting the impeller, and the impeller for rotatably supporting the impeller with respect to the shaft. A sliding bearing, a thrust receiver that slides on each end surface of the sliding bearing, and a casing and a cover that accommodate the impeller and form a pump chamber are provided, and the impeller rotates through the pump chamber. A water pump sliding bearing device used for a water pump that sucks and discharges circulating water, wherein the water pump sliding bearing device comprises the sliding bearing and the thrust receiver, and has at least one end surface of the sliding bearing or the above. A land portion serving as a sliding surface and a lubricating groove for discharging the circulating water from the inner diameter side to the outer diameter side are provided on the end surface of at least one member of the thrust receiver, and the lubrication groove is the land portion. In the projection view when the end surface having the inclined surface inclined with respect to the above and the end surface provided with the lubrication groove is viewed from the front (axial direction), the lubrication groove is connected from the inner diameter side to the outer diameter side of the end surface. It consists of a region surrounded by the line A and the line B, the arc C along the inner diameter surface, and the arc D along the outer diameter surface, and is the length of the arc C equal to the length of the arc D? , Or long.
本発明において、「スラスト受」とは、滑り軸受のスラスト荷重を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。専用のスラスト板は、例えば円環状であってもよい。また、「循環水」とは、水だけでなく、不凍液、薬液なども含む。 In the present invention, the "thrust receiver" includes not only a dedicated thrust plate provided for receiving the thrust load of the slide bearing but also the other member when the thrust load is received by another member such as a casing. The dedicated thrust plate may be, for example, an annular shape. Further, "circulating water" includes not only water but also antifreeze solution, chemical solution and the like.
上記線分Aと上記線分Bのなす角度が0°~15°であることを特徴とする。 The angle formed by the line segment A and the line segment B is 0 ° to 15 °.
上記線分Aは、上記線分Bよりも相対回転方向の上流側に位置しており、上記潤滑溝において、上記線分Aに対して直交する任意の切断面による断面形状が、上記傾斜面を斜辺とする略直角三角形であり、上記線分Aと上記切断面との交点を頂点とする内角の角度が3°~30°であることを特徴とする。ここで、「相対回転方向」とは、滑り軸受とスラスト受のうち、いずれか一方の部材が回転する場合において、自身が回転する場合は自身の回転方向をいい、相手材が回転する場合は相手材の回転方向とは逆の方向をいう。 The line segment A is located on the upstream side in the relative rotation direction with respect to the line segment B, and in the lubricating groove, the cross-sectional shape of any cut surface orthogonal to the line segment A is the inclined surface. It is a substantially right-angled triangle having an oblique side, and is characterized in that the angle of the internal angle with the intersection of the line segment A and the cut surface as the apex is 3 ° to 30 °. Here, the "relative rotation direction" refers to the rotation direction of itself when one of the members of the slide bearing and the thrust receiver rotates, and when it rotates, and when the mating material rotates, it means the rotation direction of itself. The direction opposite to the rotation direction of the mating material.
上記潤滑溝の最大深さが0.1mm~1.0mmであることを特徴とする。 The maximum depth of the lubricating groove is 0.1 mm to 1.0 mm.
上記潤滑溝が、上記端面に円周方向へ間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする。 A plurality of the lubricating grooves are arranged on the end face at intervals in the circumferential direction.
上記潤滑溝が形成された上記部材は、上記線分Aの延長線上に軸中心を有し、上記複数の潤滑溝は、上記部材の上記線分Aを通る中心線よりも相対回転方向の下流側にオフセットされた位置に設けられていることを特徴とする。 The member in which the lubrication groove is formed has an axial center on an extension line of the line segment A, and the plurality of lubrication grooves are downstream of the center line passing through the line segment A of the member in the relative rotation direction. It is characterized in that it is provided at a position offset to the side.
上記滑り軸受は、樹脂組成物の射出成形体であり、その少なくとも一方の端面に上記潤滑溝を有し、上記滑り軸受の外径面にゲート痕が形成されており、上記滑り軸受において、上記潤滑溝内にウェルド部が形成され、上記ランド部に上記ウェルド部が形成されていないことを特徴とする。 The slide bearing is an injection-molded body of a resin composition, has the lubrication groove on at least one end surface thereof, and has a gate mark formed on the outer diameter surface of the slide bearing. It is characterized in that a weld portion is formed in the lubrication groove and the weld portion is not formed in the land portion.
上記スラスト受において、上記滑り軸受と摺動する面の機械加工による筋目の方向が同心円でないことを特徴とする。 The thrust receiver is characterized in that the directions of the streaks formed by machining the surface sliding with the slide bearing are not concentric circles.
上記筋目の方向がランダムであることを特徴とする。 It is characterized in that the direction of the streaks is random.
本発明の滑り軸受装置は、滑り軸受またはスラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、潤滑溝は、ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、さらに、該潤滑溝が所定の構成を有するので、優れた低摩擦特性を実現できる。優れた低摩擦特性が得られるのは、滑り軸受またはスラスト受の端面に設けられた潤滑溝が、その溝形状によって優れた動圧効果を発揮できるとともに、内径側から外径側へ潤滑溝が連通していることにより、循環水が滑り軸受とスラスト受との摺動面に容易に供給され、潤滑状態が改善されるためである。すなわち、潤滑溝単独で、動圧効果と、摺動面への循環水の供給性を向上させる効果とを併せ持つ。そのため、従来のスラスト軸受のような動圧を発生させるテーパ部と潤滑溝がそれぞれ設けられた構成に比べて、簡易な構成にでき低コスト化にも繋がる。 In the slide bearing device of the present invention, a land portion serving as a sliding surface and a lubricating groove for discharging circulating water are provided on the end surface of at least one member of the sliding bearing or the thrust receiver, and the lubricating groove is a land. Since the lubrication groove has a predetermined structure and has an inclined surface inclined with respect to the portion, excellent low friction characteristics can be realized. Excellent low friction characteristics are obtained because the lubrication groove provided on the end face of the slide bearing or thrust receiver can exert an excellent dynamic pressure effect due to the groove shape, and the lubrication groove is formed from the inner diameter side to the outer diameter side. This is because the circulating water is easily supplied to the sliding surface between the slide bearing and the thrust receiver by the communication, and the lubrication state is improved. That is, the lubricating groove alone has both a dynamic pressure effect and an effect of improving the supply of circulating water to the sliding surface. Therefore, compared to the conventional configuration in which a tapered portion for generating dynamic pressure and a lubricating groove are provided as in the case of a thrust bearing, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
特に、本発明では、潤滑溝において内径面に沿った円弧Cの長さが、外径面に沿った円弧Dの長さと等しいか、もしくは長くなっており、循環水の流れ方向において出口が入口と同じか、入口よりも狭くなっているので、従来のスラスト軸受のように、出口が入口よりも広い構成に比べて、動圧を一層発生させやすくなる。 In particular, in the present invention, the length of the arc C along the inner diameter surface in the lubrication groove is equal to or longer than the length of the arc D along the outer diameter surface, and the outlet is the inlet in the flow direction of the circulating water. Since it is the same as or narrower than the inlet, it is easier to generate dynamic pressure as compared with a configuration in which the outlet is wider than the inlet as in a conventional thrust bearing.
また、滑り軸受は、樹脂組成物の射出成形体であり、その少なくとも一方の端面に潤滑溝を有し、滑り軸受において、潤滑溝内にウェルドラインが形成され、ランド部にウェルドラインが形成されていないので、ランド部の平面度を向上できる。平面度の向上によって、摺動時に発生する振動を低減させることができ、優れた静粛性を実現できる。 Further, the slide bearing is an injection molded body of a resin composition and has a lubrication groove on at least one end surface thereof. In the slide bearing, a weld line is formed in the lubrication groove and a weld line is formed in the land portion. Since it is not, the flatness of the land part can be improved. By improving the flatness, the vibration generated during sliding can be reduced, and excellent quietness can be realized.
本発明の滑り軸受装置を使用したウォータポンプの一例を図1に基づき説明する。図1に示すように、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持されている。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 example of a water pump using the slide bearing device of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in the
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円筒状の滑り軸受8を介して、軸5に対して回転自在に支持されている。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
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(スラスト板9、10)と滑り軸受8との相対回転によって、循環水を滑り軸受8の内径側から外径側に排出する潤滑溝が設けられている。この潤滑溝は、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(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る。
In the present invention, in this water pump, circulating water is discharged from the inner diameter side to the outer diameter side of the
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。図1では、滑り軸受8のスラスト板9と摺動する端面に潤滑溝が形成されており、この端面を正面から見たときの投影図を図2に示す。
In the form of FIG. 1, the
図2の投影図(平面図)に示すように、滑り軸受8は、円環状の軸受端面に、摺動面となるランド部13と、内径面8aと外径面8bとを連通する潤滑溝14とを有する。なお、滑り軸受8は、潤滑溝14以外の部分はランド部13のみであり、軸受端面に他の溝や凹部は形成されていない。また、図2中の矢印Zは、滑り軸受8の回転方向を示している。
As shown in the projection drawing (plan view) of FIG. 2, the
図2に示すように、潤滑溝14は、ランド部13に対して傾斜した溝底面14a(図3参照)を有し、滑り軸受8とスラスト受との相対回転により動圧を発生させる溝である。潤滑溝14は、軸受端面において円周方向に間隔を空けて3本設けられている。複数の潤滑溝14は、円周方向に等間隔に設けられることが好ましく、図2では、隣り合う溝同士の角度間隔は120°である。この間隔は、各潤滑溝14の線分A同士がなす角度の間隔である。なお、潤滑溝14の数は特に限定されない。潤滑溝14の数が多いほど動圧効果が大きくなるが、滑り軸受8とスラスト受との摺動面の面圧が高くなるため、使用条件などを考慮して設定される。
As shown in FIG. 2, the
また、潤滑溝14の線分Aは、その延長線が滑り軸受8の軸中心Oを通っている。この場合、複数の潤滑溝14は、滑り軸受8の線分Aを通る中心線OAよりも回転方向の下流側にオフセットされた位置に設けられている。
Further, the line segment A of the
図2に示すように、各潤滑溝14は、軸受端面の内径側から外径側に繋がる線分Aと、線分Aよりも滑り軸受8の回転方向の下流側に位置し、軸受端面の内径側から外径側に繋がる線分Bと、内径面8aに沿った円弧Cと、外径面8bに沿った円弧Dとによって囲まれる領域から構成される。図2の滑り軸受8では、円弧Cの長さが、円弧Dの長さよりも長いことを特徴としている。滑り軸受8の回転時において、循環水は内径側から外径側に排出され、この流れ方向において潤滑溝14の形状が末狭まり形状になっていることで、動圧効果を高めることができる。また、円弧Cの長さと円弧Dの長さの比は、1/3<(円弧Dの長さ)/(円弧Cの長さ)<1が好ましい。なお、円弧Cの長さを円弧Dの長さと等しくしてもよい。
As shown in FIG. 2, each
また、潤滑溝14において、内径側の開口部の面積は、外径側の開口部の面積と等しいか、もしくは大きいことが好ましい。なお、「内径側の開口部の面積」は、滑り軸受の中心線OAから線分Aに沿って内径側を見たときの矢視図から計算できる。また、「外径側の開口部の面積」は、外径側から線分Aに沿って中心線OAを見たときの矢視図から計算できる。
Further, in the
図2において、角度θ1は、潤滑溝14の線分Aと線分Bのなす角度を示している。より詳細には、線分Aの延長線と、線分Bの延長線とのなす角度のうち、鋭角(0°以上90°以下)を指す。角度θ1が大きいほど動圧効果が向上するが面圧が高くなるため、角度θ1は0°~15°が好ましい。図2では、線分Aおよび線分Bは平行ではなく、角度θ1は0°よりも大きい角度になっている。この形態において、角度θ1は1°~15°が好ましく、5°~15°がより好ましく、10°~15°がさらに好ましい。
In FIG. 2, the angle θ1 indicates the angle formed by the line segment A and the line segment B of the
なお、後述の実施例で示すように、線分Aと線分Bは互いに平行(角度θ1=0°)であってもよい。その場合も、円弧Cの長さが、円弧Dの長さよりも長くなる。 As shown in Examples described later, the line segment A and the line segment B may be parallel to each other (angle θ1 = 0 °). Also in that case, the length of the arc C is longer than the length of the arc D.
続いて、図3には、図2のa-a線断面図を示す。図3は、潤滑溝を線分Aに対して直交する面で切断した断面図である。図3に示すように、潤滑溝14の断面形状は直角三角形である。この直角三角形は、線分Aと切断面との交点v1と、線分Bと切断面との交点v2と、溝底面14aおよび溝側面14bの交点v3をそれぞれ頂点としている。また、直角三角形の斜辺が潤滑溝14の溝底面14aに相当する。溝底面14aは、ランド部13に対して傾斜した傾斜面であり、回転方向Zの上流側に向かって溝深さが浅くなる。滑り軸受8の回転時には、潤滑溝14内に供給された循環水が交点v1に向かって押し込まれるように作用する。そのため、このような潤滑溝14を設けることで、循環水による動圧が発生する。
Subsequently, FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line aa of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the lubricating groove cut along a plane orthogonal to the line segment A. As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the
溝底面14aのランド部13に対する傾斜角度θ2(交点v1を頂点とする内角でもある)は、3°~30°であることが好ましい。角度θ2が3°未満であると、潤滑溝を通過する循環水の流量が低下し、滑り軸受とスラスト受との摺動面への循環水の供給が不十分になるおそれがある。角度θ2が30°を超えると、動圧効果が不十分になるおそれがある。また、角度θ2は、5°~20°であることがより好ましい。なお、角度θ2は、内径側から外径側にかけて一定でもよく、連続的に変化してもよい。角度θ2が変化する場合、任意の断面における各角度θ2が3°~30°の範囲内であることが好ましく、5°~20°の範囲内であることがより好ましい。
The inclination angle θ2 (which is also an internal angle with the intersection v1 as the apex) with respect to the
潤滑溝14において、滑り軸受8の軸方向における最大深さHは、0.1~1.0mmであることが好ましい。最大深さHは、ランド部13から潤滑溝14の最深部までの深さである。最大深さHが0.1mm未満であると、潤滑溝14を通過する循環水の流量が低下し、端面のランド部13とスラスト受との摺動面への循環水の供給が不十分になるおそれがある。また、最大深さHが、1.0mmを超えると、交点v1に向かって循環水が押し込まれることによる動圧効果が不十分になるおそれがある。図3では、潤滑溝14の最深部は、内径側から外径側に向かって線状に形成される。なお、潤滑溝14の溝深さは、内径側から外径側にかけて変化していてもよく、その場合、最大深さHが0.1~1.0mmの範囲に入っていることが好ましい。
In the
例えば、潤滑溝14の最大深さHが内径側から外径側にかけて一定であり、潤滑溝14の断面形状が直角三角形であり、さらに角度θ1(図2参照)が0°でない場合、角度θ2は内径側から外径側にかけて連続的に大きくなる。
For example, if the maximum depth H of the
図3では、潤滑溝14の断面形状が直角三角形の場合を示したが、略三角直角形であってもよい。例えば、溝底面14aを構成する斜辺や、溝側面14bを構成する辺を、本発明の効果を阻害しない範囲で、若干湾曲させてもよい。また、線分Bと切断面との交点v2における内角を70°~90°(好ましくは80°~90°)の角度としてもよい。溝側面14bをランド部13に対して直角に近くすることが好ましい。また、交点v2には面取りやRを設けてもよく、交点v3には隅Rを設けてもよい。交点v2の面取りやRの大きさは限定されないが、面取りの場合は例えばC0.1~0.2程度、Rの場合は例えばR0.1~0.2程度にしてもよい。交点v3の隅Rの大きさは限定されないが、例えばR0.1~0.2程度にしてもよい。
Although FIG. 3 shows a case where the cross-sectional shape of the
本発明における滑り軸受の他の例を図4に示す。図4は、図3と同様、潤滑溝を線分Aに対して直交する面で切断した断面図である。図4に示すように、溝底面16aの回転方向Zの上流側の端部とランド部15との境界部には、溝底面16aよりも急勾配の傾斜面16cが設けられている。この場合、傾斜面16cの回転方向Zの上流側の端部の軌跡が線分Aになる。この例では、ランド部15に対する傾斜面16cの傾斜角度θ3は、角度θ2よりも大きい角度であればよく、例えば20°~90°であり、好ましくは40°~60°である。角度θ3が20度よりも緩勾配であると、ランド部15の摩耗が生じた時に、ランド部15の面積変化が大きくなり、所望の効果が得られないおそれがある。また、傾斜面16cと線分Aの交点v1’にはRを設けてもよい。線分Bと切断面との交点v2’には面取りやRを設けてもよく、溝底面16aおよび溝側面16bの交点v3’、溝底面16aおよび傾斜面16cの交点v4’には隅Rを設けてもよい。交点v1’のRの大きさは限定されないが、例えばR0.1~0.2程度にしてもよい。交点v2’の面取りやRの大きさは限定されないが、面取りの場合は例えばC0.1~0.2程度、Rの場合は例えばR0.1~0.2程度にしてもよい。交点v3’、v4’の隅Rの大きさは限定されないが、例えばR0.1~0.2程度にしてもよい。
Another example of the slide bearing in the present invention is shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the lubrication groove cut along a plane orthogonal to the line segment A, as in FIG. As shown in FIG. 4, an
続いて、図4の構成による効果を図5に示す。図5(a)に示すように、この滑り軸受は、溝底面16aとランド部15(摺動面)との境界部に、溝底面16aよりも急勾配の傾斜面16cが設けられているため、その傾斜面を設けない場合(図5(b))と比較して、摺動面が同程度摩耗した場合でも摺動面の表面積の増加が小さく、トルクの変化が抑えられる。
Subsequently, the effect of the configuration of FIG. 4 is shown in FIG. As shown in FIG. 5A, this slide bearing is provided with an
本発明において、滑り軸受の材質は、特に限定されず、合成樹脂、カーボン材、金属などを用いることができる。これらの中でも、合成樹脂を用いることが好ましく、成形加工のし易さの点から熱可塑性樹脂を用いることがより好ましい。特に、滑り軸受は、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物の射出成形体であることが好ましい。射出成形時には、滑り軸受の外径面にゲートが少なくとも1ヵ所以上配置され、そのゲートから溶融した樹脂組成物がキャビティ内に流入する。ゲートが多点ゲートの場合、ゲート同士の間隔は周方向に等間隔であることが好ましい。 In the present invention, the material of the slide bearing is not particularly limited, and synthetic resin, carbon material, metal and the like can be used. Among these, it is preferable to use a synthetic resin, and it is more preferable to use a thermoplastic resin from the viewpoint of ease of molding. In particular, the slide bearing is preferably an injection-molded body of a resin composition containing a thermoplastic resin. At the time of injection molding, at least one gate is arranged on the outer diameter surface of the slide bearing, and the molten resin composition flows into the cavity from the gate. When the gate is a multi-point gate, the distance between the gates is preferably equal in the circumferential direction.
ここで、ゲートの位置について、図2を用いて説明する。図2の滑り軸受8は、黒矢印で示す3ヵ所のゲート(3点ゲート)を用いて射出成形された射出成形体であり、外径面にゲート痕を有する。ゲート同士の間隔は円周方向に120°に設定される。ゲートの位置は特に限定されないが、図2に示すように、潤滑溝14内にウェルド部Wが形成され、潤滑溝14を除く部分(ランド部13)にはウェルド部Wが形成されないことが好ましい。ウェルド部Wは隣り合うゲートの中間付近に形成されるため、図2では、3箇所のウェルド部Wが3ヶ所の潤滑溝14内にそれぞれ形成されるようにゲートの位置を調整している。
Here, the position of the gate will be described with reference to FIG. The
ウェルド部は、溶融樹脂が合流した部分に形成され、ウェルド部は、ウェルド部がない部分に比べて、凸となる場合がある。そのため、端面のランド部13にウェルド部を形成しないことによってランド部13の平面度を小さくすることができる。なお、ウェルド部に起因する凸部が、ウェルド部を中心にある程度広い範囲にわたっている場合は、その凸部全体が潤滑溝内に収まっていることは必須ではない。また、ウェルド部の位置は、顕微鏡観察などの既知の方法で確認できる。なお、滑り軸受8において、ゲートの軸方向の位置は限定されるものではないが、滑り軸受8の軸方向の長さの中央付近が好ましい。
The weld portion is formed in the portion where the molten resin is merged, and the weld portion may be convex as compared with the portion without the weld portion. Therefore, the flatness of the
また、ランド部13の平面度は0.08mm以下であることが好ましく、0.05mm以下であることがより好ましい。なお、平面度はJIS B0621-1984の定義による。平面度の測定方法は、ダイヤルゲージなどを用いた接触式の測定、レーザー光を照射するなどして得られた高さ情報を用いる非接触式の測定のいずれであってもよい。滑り軸受8の軸受端面において、潤滑溝14を除く平坦部分(ランド部13)の平面度を向上させることで、摺動時に発生する振動を低減させることができる。
Further, the flatness of the
本発明における滑り軸受には、上述した端面に加えて、滑り軸受の内径面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。また、この溝は、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 the slide bearing in the present invention, it is preferable to form a groove on the radial sliding surface of the inner diameter surface of the slide bearing in addition to the end surface described above. For example, a linear groove or a spiral groove parallel to the axial direction can be formed. Further, it is preferable to make this groove a dynamic pressure groove. By providing the dynamic pressure groove, it is possible to push water into the closed sliding surface and supply a large amount of water, generate a load in the counterload 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, by making the spiral rotation direction the same as the rotation direction of the shaft, dynamic pressure is likely to be generated. Further, it is preferable that the groove is a combination of a communication groove (a groove communicating from one end face of the bearing to the other end face) and a non-communication groove.
以下には、滑り軸受を射出成形体とした場合の樹脂組成物について説明する。樹脂組成物のベース樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂の種類は限定されるものではないが、耐熱性、耐薬品性の点から、エンプラまたはスーパーエンプラであることが好ましい。具体的には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。これらの樹脂の中でも、耐薬品性が特に優れ、吸水率の小さいPPS樹脂、PEEK樹脂が好ましい。経済性の点から、PPS樹脂が特に好ましい。PPS樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物を用いることで、安価な滑り軸受を提供することができる。 The resin composition when the slide bearing is an injection molded body will be described below. The base resin of the resin composition is preferably a thermoplastic resin. The type of thermoplastic resin is not limited, but engineering plastics or super engineering plastics are preferable from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance. Specific examples thereof include polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polyethersulfone resin, polyetherimide resin, polyamide resin, thermoplastic polyimide resin, polyamideimide resin and the like. Among these resins, PPS resin and PEEK resin, which have particularly excellent chemical resistance and low water absorption rate, are preferable. From the economical point of view, PPS resin is particularly preferable. By using a resin composition using a PPS resin as a base resin, an inexpensive slide bearing can be provided.
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。 The PPS resin is a crystalline thermoplastic resin having a polymer structure in which the benzene ring is connected by a sulfur bond at the para position. The 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, and wear resistance. The PPS resin has types such as crosslinked type, semi-crosslinked type, linear type, and branched type depending on its molecular structure, but in the present invention, it can be used without being limited to these molecular structures and molecular weights.
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 connected to a carbonyl group by an ether bond at the para position. 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., PEEK resin has excellent moldability. Has.
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、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂を配合することが好ましい。また、循環水中での摩擦特性を付与するために、グラファイト(黒鉛)を配合することが好ましい。さらに、グラファイトは、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。グラファイトを配合することにより、ランド部の平面度も低減できる。 In the above resin composition, it is preferable to add a polytetrafluoroethylene (PTFE) resin in order to impart frictional properties in a drained state in which a water film is not formed. Further, in order to impart frictional properties in circulating water, it is preferable to add graphite. Furthermore, graphite also has the effect of improving the dimensional accuracy of the slide bearing during injection molding. By blending graphite, the flatness of the land portion can also be reduced.
PTFE樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生PTFEのいずれを採用してもよい。樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生PTFEを採用することが好ましい。再生PTFEとは、熱処理(熱履歴が加わったもの)粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。 As the PTFE resin, any of a molding powder by a suspension polymerization method, a fine powder by an emulsion polymerization method, and a regenerated PTFE may be adopted. In order to stabilize the fluidity of the resin composition, it is preferable to use regenerated PTFE, which is difficult to be fibrous due to shearing during molding and is difficult to increase the melt viscosity. Regenerated PTFE is a heat-treated (heat-history-added) powder, a powder irradiated with γ-rays, electron beams, or the like. For example, a powder obtained by heat-treating molding powder or fine powder, a powder obtained by further irradiating this powder with γ-ray or electron beam, a powder obtained by crushing a molded product of molding powder or fine powder, and then γ-ray or electron beam. There are types such as irradiated powder, molding powder or fine powder irradiated with γ-ray or electron-beam.
本発明に使用できる市販品のPTFE樹脂としては、喜多村社製:KTL-610、KTL-450、KTL-350、KTL-8N、KTL-400H、三井・ケマーズ・フロロプロダクツ社製:テフロン(登録商標)7-J、TLP-10、AGC社製:フルオンG163、L150J、L169J、L170J、L172J、L173J、ダイキン工業社製:ポリフロンM-15、ルブロンL-5、スリーエムジャパン社製:ダイニオンTF9205、TF9207などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたPTFE樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したPTFE樹脂としては、喜多村社製:KTL-610、KTL-450、KTL-350、KTL-8N、KTL-8F、AGC社製:フルオンL169J、L170J、L172J、L173Jなどが挙げられる。 As commercially available PTFE resins that can be used in the present invention, Kitamura Co., Ltd .: KTL-610, KTL-450, KTL-350, KTL-8N, KTL-400H, Mitsui Chemours Fluoro Products Co., Ltd .: Teflon (registered trademark) ) 7-J, TLP-10, AGC: Full-on G163, L150J, L169J, L170J, L172J, L173J, Daikin Industries: Polyflon M-15, Lubron L-5, 3M Japan: Dynion TF9205, TF9207 And so on. Further, it may be a PTFE resin modified with a perfluoroalkyl ether group, a fluoralkyl group, or another side chain group having a fluoroalkyl group. Among the above, as the PTFE resin irradiated with γ-rays or electron beams, Kitamura Co., Ltd .: KTL-610, KTL-450, KTL-350, KTL-8N, KTL-8F, AGC Co., Ltd .: Full-on L169J, L170J , L172J, L173J and the like.
グラファイト(黒鉛)は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いてもよい。粒子の形状は、鱗片状、球状などがあるが、鱗片状が摺動時の脱落が少ないため、より好ましい。天然黒鉛としては、日本黒鉛工業社製:ACP、人造黒鉛としてはイメリス・ジーシー・ジャパン社製:KS-6、KS-25、KS-44などが挙げられる。 As the graphite (graphite), either natural graphite or artificial graphite may be used. The shape of the particles may be scaly or spherical, but the scaly shape is more preferable because it is less likely to fall off during sliding. Examples of natural graphite include ACP manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd., and examples of artificial graphite include KS-6, KS-25, and KS-44 manufactured by Imerys GC Japan.
上記樹脂組成物において、滑り軸受としての剛性、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。炭素繊維の平均繊維径は20μm以下、好ましくは5μm~15μmである。上記範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生しやすく、耐荷重性の向上効果が乏しく、回転軸またはスラスト受などの相手材がステンレス鋼の場合、その相手材の摩耗損傷が大きくなるおそれがある。 In the above resin composition, it is preferable to add carbon fiber in order to improve the rigidity, wear resistance and dimensional accuracy of the slide bearing. The carbon fiber may be either pitch-based or PAN-based, which is classified from the raw materials. The average fiber diameter of the carbon fibers is 20 μm or less, preferably 5 μm to 15 μm. With thick carbon fiber exceeding the above range, extreme pressure is likely to occur, the effect of improving load bearing capacity is poor, and if the mating material such as the rotating shaft or thrust receiver is stainless steel, the wear damage of the mating material may increase. There is.
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20μm~200μmである。20μm未満では充分な剛性、補強効果が得られにくく、耐摩耗性に劣るおそれがある。200μmをこえる場合は、極圧が発生しやすく、回転軸またはスラスト受などの相手材がステンレス鋼の場合、相手材の摩耗損傷が大きくなるおそれがある。平均繊維径は、本分野において通常使用される電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などにより測定できる。また、平均繊維径は、上記測定に基づき数平均繊維径として算出できる。 The carbon fiber may be either chopped fiber or milled fiber, but milled fiber having a fiber length of less than 1 mm is preferable, and more preferably, the average fiber length is 20 μm to 200 μm. If it is less than 20 μm, it is difficult to obtain sufficient rigidity and reinforcing effect, and the wear resistance may be inferior. If it exceeds 200 μm, extreme pressure is likely to occur, and if the mating material such as the rotating shaft or the thrust receiver is stainless steel, the wear and damage of the mating material may increase. The average fiber diameter can be measured by an electron microscope or an atomic force microscope usually used in this field. Further, the average fiber diameter can be calculated as a number average fiber diameter based on the above measurement.
本発明に使用できる市販品のミルドファイバーとしては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製:クレカ M-101S、M-101F、M-201S、三菱ケミカル社製:ダイアリードK223HM-200μm、ダイアリードK223HM-50μm、日本グラファイトファイバー社製:HC-600-15Mなどである。また、同様のPAN系炭素繊維として、東邦テナックス社製:ベスファイト HT M100 160MU、HT M100 40MU、または、東レ社製:トレカ MLD-30、MLD-300などが挙げられる。チョップドファイバーとしては、ピッチ系炭素繊維として、三菱樹脂社製:ダイアリード K223HE、PAN系炭素繊維として、東レ社製:トレカ T010-003などが挙げられる。 Commercially available milled fibers that can be used in the present invention include pitch-based carbon fibers manufactured by Kureha Corporation: Kureha M-101S, M-101F, M-201S, and Mitsubishi Chemical Corporation: Dialead K223HM-200 μm, Dialead K223HM. -50 μm, manufactured by Nippon Graphite Fiber Corporation: HC-600-15M, etc. Examples of similar PAN-based carbon fibers include Toho Tenax Co., Ltd .: Vesfite HT M100 160MU, HT M100 40MU, and Toray Industries, Inc .: Trading Card MLD-30, MLD-300 and the like. Examples of the chopped fiber include pitch-based carbon fiber manufactured by Mitsubishi Resin Co., Ltd .: Dialead K223HE, and PAN-based carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc .: Treca T010-003.
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。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が挙げられる。 A well-known resin additive may be added to the resin composition to the extent that the effect of the present invention is not impaired. Examples of the additive include friction property improving agents such as boron nitride, molybdenum disulfide and tungsten disulfide, and colorants such as carbon powder, iron oxide and titanium oxide.
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/またはグラファイトの配合割合が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%、残部がベース樹脂であることが好ましい。さらに、PTFE樹脂、グラファイトは併用する方が好ましい。 As for the compounding ratio in the above resin composition, at least the compounding ratio of 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 is% and the balance is the base resin. Further, it is preferable to use PTFE resin and graphite together.
上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、添加剤の投入は、二軸混練押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形により滑り軸受を成形する。 Each material constituting the above resin composition is mixed by a Henschel mixer, a ball mixer, a ribbon blender or the like, if necessary, and then melt-kneaded by a melt extruder such as a twin-screw kneading extruder to pellet for molding. Can be obtained. The additive may be added by using a side feed when melt-kneading with a twin-screw kneading extruder or the like. A slide bearing is molded by injection molding using these molding pellets.
本発明の滑り軸受装置において、スラスト受の材質は、特に限定されないが、金属を用いることが好ましく、ステンレス鋼を用いることがより好ましい。また、スラスト受の表面にDLC(Diamond-Like-Carbon)によるコーティング、樹脂コーティングなどの既知のコーティングを施してもよい。 In the slide bearing device of the present invention, the material of the thrust receiver is not particularly limited, but it is preferable to use metal, and it is more preferable to use stainless steel. Further, the surface of the thrust receiver may be coated with a known coating such as a DLC (Diamond-Like-Carbon) coating or a resin coating.
スラスト受において、滑り軸受と摺動する面の機械加工による筋目の方向が同心円でないことが好ましい。そのためには、この面が旋削加工以外の加工方法で形成されていることが好ましい。この面が旋削加工で形成されていると、筋目に沿った方向(円周方向)と、滑り軸受の潤滑溝が直角になるため、滑り軸受とスラスト受が摺動する際に、摩耗粉が滑り軸受の外径側に排出されにくくなる。その結果、摺動面への摩耗粉の噛み込みが発生し、摩擦係数の変動が大きくなるおそれがある。 In the thrust receiver, it is preferable that the directions of the streaks formed by machining the surface sliding with the slide bearing are not concentric circles. For that purpose, it is preferable that this surface is formed by a processing method other than turning. When this surface is formed by turning, the lubrication groove of the slide bearing is at right angles to the direction along the streaks (circumferential direction), so that when the slide bearing and the thrust receiver slide, wear debris is generated. It becomes difficult to discharge to the outer diameter side of the slide bearing. As a result, wear debris may be caught in the sliding surface, and the coefficient of friction may fluctuate greatly.
旋削加工以外の具体的な加工方法としては、金属鋼板のプレス加工によりスラスト受を製造する方法が挙げられる。このプレス加工によれば、筋目の方向がランダムとなるため、特に好ましい。ここで、筋目の方向がランダムとは、筋目が概ね一方向に揃った状態ではなく、筋目がバラバラな方向に向いた状態をいう。また、その他の加工方法として、平面研磨加工など、筋目が一方向になる加工方法を用いても、上記のような摺動面への摩耗粉の噛み込みが発生しにくく好ましい。 Specific processing methods other than turning include a method of manufacturing a lathe receiver by pressing a metal steel sheet. This press working is particularly preferable because the directions of the streaks are random. Here, the random direction of the streaks means a state in which the streaks are oriented in different directions, not a state in which the streaks are generally aligned in one direction. Further, as another processing method, even if a processing method such as surface polishing processing in which the streaks are unidirectional is used, it is preferable that the wear powder is less likely to be caught in the sliding surface as described above.
なお、上記図1~図5では、滑り軸受の軸受端面に、液体排出用でかつ動圧を発生させる潤滑溝を設けたが、この構成に代えてまたは加えて、スラスト受の摺動面に同様の潤滑溝を設けてもよい。また、ウォータポンプにおける循環水は、水だけに限らず、不凍液や薬液などであっても好適に利用できる。 In addition, in FIGS. 1 to 5 above, the bearing end surface of the slide bearing is provided with a lubrication groove for discharging liquid and generating dynamic pressure, but instead of or in addition to this configuration, the sliding surface of the thrust receiver is provided. Similar lubrication grooves may be provided. Further, the circulating water in the water pump is not limited to water, but antifreeze solution, chemical solution, or the like can be suitably used.
実施例1~実施例13および比較例1~比較例2に用いた円筒状試験片(内径10mm、外径17mm、高さ13mm)は、PPS樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物を用いて射出成形により作製した。該樹脂組成物は、PTFE樹脂を5体積%、グラファイトを15体積%、炭素繊維を10体積%配合し、残部をPPS樹脂とした組成である。各材料の詳細は以下のとおりである。
〔PPS樹脂〕
東ソー社製:B-042
〔PTFE樹脂〕
喜多村社製:KTL-610(再生PTFE)
〔炭素繊維〕
クレハ社製:クレカ M107T(平均繊維長0.4mm、平均繊維径18μm)
〔グラファイト〕
イメリス・ジーシー・ジャパン社製:KS-25(人造黒鉛、鱗片状)
The cylindrical test pieces (
[PPS resin]
Made by Tosoh: B-042
[PTFE resin]
Made by Kitamura: KTL-610 (regenerated PTFE)
〔Carbon fiber〕
Made by Kureha: Kureka M107T (average fiber length 0.4 mm,
[Graphite]
Made by Imerys GC Japan: KS-25 (artificial graphite, scaly)
実施例1~4に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図6に示す。図6の円筒状試験片17では、潤滑溝を線分Aに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Cの長さが、円弧Dの長さよりも長くなっている。実施例1~4では角度θ1が0°でないため、外径側に近づくに伴って潤滑溝の溝幅が狭くなり、角度θ2(図3参照)は内径側から外径側に向けて徐々に大きくなる。なお、実施例1~4では、線分Aの内径側端部と線分Bの内径側端部の間の線分Aの垂直方向の長さLを1.70mmに固定した。
FIG. 6 shows a projection drawing of the end faces of the cylindrical test pieces used in Examples 1 to 4 as viewed from the front. In the
実施例5~13に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図7に示す。図7の円筒状試験片18では、潤滑溝を線分Aに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Cの長さが、円弧Dの長さよりも長くなっている。実施例5~13では線分Aと線分Bは平行であり(角度θ1=0°)、角度θ2は内径側から外径側にかけて一定である。また、実施例5~13では長さLを変化させた。
FIG. 7 shows a projection drawing of the end faces of the cylindrical test pieces used in Examples 5 to 13 as viewed from the front. In the
比較例1に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図8に示す。図8の円筒状試験片19では、潤滑溝を線分Aに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Cの長さが、円弧Dの長さより短くなっている。そのため、外径側に近づくに伴って潤滑溝の溝幅は広くなり、角度θ2は徐々に小さくなる。
FIG. 8 shows a projection drawing of the end face of the cylindrical test piece used in Comparative Example 1 as viewed from the front. In the
比較例2に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図9に示す。図9の円筒状試験片20は端面に潤滑溝が設けられていない。
FIG. 9 shows a projection drawing of the end face of the cylindrical test piece used in Comparative Example 2 as viewed from the front. The
作製した各円筒状試験片のランド部の平面度(JIS B0621-1984に準拠)をダイヤルゲージによって測定した。また、ランド部におけるウェルドの有無を光学顕微鏡によって観察した。 The flatness of the land portion of each of the prepared cylindrical test pieces (according to JIS B0621-1984) was measured with a dial gauge. In addition, the presence or absence of weld in the land portion was observed with an optical microscope.
作製した円筒状試験片および円板状相手材(SUS304)を用いて、リングオンディスク型試験機により不凍液中(エチレングリコール50%:水50%)の動摩擦係数を測定した。実施例1~実施例11および比較例1~比較例2では、試験条件を、速度125m/min、荷重38N、温度30℃とし、円板状相手材は円筒状試験片と摺動する面の仕上げを平面研磨加工とした。各円筒状試験片の寸法および試験結果を表1および表2に示す。なお、表1に示す円筒状試験片は、角度θ2が径方向に連続的に変化するため最小値と最大値を示す。 Using the prepared cylindrical test piece and disk-shaped mating material (SUS304), the coefficient of dynamic friction in the antifreeze liquid (ethylene glycol 50%: water 50%) was measured by a ring-on-disk type tester. In Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 2, the test conditions are a speed of 125 m / min, a load of 38 N, and a temperature of 30 ° C., and the disc-shaped mating material has a surface that slides on the cylindrical test piece. The finish was surface polishing. The dimensions and test results of each cylindrical test piece are shown in Tables 1 and 2. The cylindrical test piece shown in Table 1 shows a minimum value and a maximum value because the angle θ2 changes continuously in the radial direction.
表1に示すように、実施例1(θ2=10~16°)、実施例2(θ2=10~23°)、および実施例4(θ2=10~43°)は、いずれも角度θ2の最小値が10°、最大深さが0.3mmであり、角度θ1の設定が異なる。実施例1(θ1=10°)および実施例2(θ1=15°)は、実施例4(θ1=20°)よりも低摩擦であった。また、実施例3(θ2=16~36°、最大深さ=0.5mm)は、実施例1および実施例2よりもθ2が大きく、動摩擦係数が高い値であった。これはθ2が大きくなることで、動圧発生効果が低下したためと考えられる。一方、比較例1(θ2=7~10°)はθ2が小さいものの、円弧Cの長さが円弧Dの長さより短く(C<D)、外径側に向けて溝幅が広がることで動圧発生効果が低下した。その結果、比較例1の動摩擦係数は、実施例1~2および実施例5~11よりも高い値であった。 As shown in Table 1, Example 1 (θ2 = 10 to 16 °), Example 2 (θ2 = 10 to 23 °), and Example 4 (θ2 = 10 to 43 °) all have an angle of θ2. The minimum value is 10 °, the maximum depth is 0.3 mm, and the setting of the angle θ1 is different. Example 1 (θ1 = 10 °) and Example 2 (θ1 = 15 °) had lower friction than Example 4 (θ1 = 20 °). Further, in Example 3 (θ2 = 16 to 36 °, maximum depth = 0.5 mm), θ2 was larger than that of Examples 1 and 2, and the coefficient of dynamic friction was high. It is considered that this is because the effect of generating dynamic pressure is reduced by increasing θ2. On the other hand, in Comparative Example 1 (θ2 = 7 to 10 °), although θ2 is small, the length of the arc C is shorter than the length of the arc D (C <D), and the groove width expands toward the outer diameter side. The pressure generation effect decreased. As a result, the coefficient of dynamic friction of Comparative Example 1 was higher than that of Examples 1 and 2 and Examples 5 to 11.
また、表2に示すように、実施例5~11は、いずれも線分Aと線分Bが平行であり、角度θ2および最大深さが異なる。θ2が5~30°で、且つ、最大深さが0.1~0.6mmである実施例5~6および実施例8~11は、動摩擦係数0.031~0.043であり、低摩擦であった。一方、平面度が0.09mmの実施例7の動摩擦係数は0.051であり、若干高い値を示した。また、比較例2は端面に潤滑溝がないものであり、動摩擦係数は0.066と、いずれの実施例よりも高い値であった。また、実施例5および実施例8~実施例11は、隣り合うゲートの中間付近に潤滑溝があり、潤滑溝内にウェルドラインが形成された。一方、実施例6および実施例7は、隣り合うゲート中間付近から離れた位置に潤滑溝があり、ランド部にウェルドラインが形成された。 Further, as shown in Table 2, in Examples 5 to 11, the line segment A and the line segment B are parallel to each other, and the angle θ2 and the maximum depth are different. Examples 5 to 6 and Examples 8 to 11 in which θ2 is 5 to 30 ° and the maximum depth is 0.1 to 0.6 mm have a dynamic friction coefficient of 0.031 to 0.043 and low friction. Met. On the other hand, the dynamic friction coefficient of Example 7 having a flatness of 0.09 mm was 0.051, which was a slightly higher value. Further, Comparative Example 2 had no lubricating groove on the end face, and the dynamic friction coefficient was 0.066, which was higher than that of any of the Examples. Further, in Example 5 and Examples 8 to 11, there was a lubrication groove near the middle of the adjacent gates, and a weld line was formed in the lubrication groove. On the other hand, in Examples 6 and 7, there was a lubrication groove at a position away from the vicinity of the middle of the adjacent gates, and a weld line was formed in the land portion.
続いて、実施例12~実施例13では、表3に示す同一形状の円筒状試験片を用い、円板状相手材の加工方法の違いによる動摩擦係数の変動を測定した。実施例12では、円板状相手材について、円筒状試験片と摺動する面の仕上げを平面研磨加工とした。この加工後の表面の筋目は概ね一方向に揃った状態であった。実施例13では、円板状相手材について、円筒状試験片と摺動する面の仕上げを旋削加工とした。この加工後の表面の筋目は同心円状に形成されていた。なお、試験条件は、実施例1~実施例11および比較例1~比較例2の場合と同様とし、600秒間の動摩擦係数の変動をそれぞれ図10(実施例12)、図11(実施例13)に示す。 Subsequently, in Examples 12 to 13, fluctuations in the dynamic friction coefficient due to differences in the processing method of the disc-shaped mating material were measured using cylindrical test pieces having the same shape shown in Table 3. In Example 12, the surface of the disc-shaped mating material that slides on the cylindrical test piece was finished by surface polishing. The streaks on the surface after this processing were almost aligned in one direction. In Example 13, the surface of the disc-shaped mating material that slides on the cylindrical test piece is finished by turning. The streaks on the surface after this processing were formed concentrically. The test conditions were the same as in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 2, and the fluctuations in the dynamic friction coefficient for 600 seconds were shown in FIGS. 10 (12) and 11 (13), respectively. ).
図10および図11を比較すると、円板状相手材が平面研磨加工である図10(実施例12)では動摩擦係数の変動が小さいのに対して、円板状相手材が旋削加工である図11(実施例13)では、160秒付近に摩耗粉の噛み込みに起因する動摩擦係数の上昇がみられた。なお、いずれの場合も動摩擦係数の値は低い値を示した。 Comparing FIGS. 10 and 11, in FIG. 10 (Example 12) in which the disc-shaped mating material is flat-polished, the fluctuation of the dynamic friction coefficient is small, whereas the disc-shaped mating material is turned. In No. 11 (Example 13), an increase in the dynamic friction coefficient due to the biting of wear debris was observed around 160 seconds. In each case, the value of the dynamic friction coefficient was low.
本発明の滑り軸受装置は、低摩擦特性および静粛性に優れるので、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ウォータポンプの滑り軸受装置として好適に利用できる。なお、本発明の滑り軸受装置は水を循環させるウォータポンプ用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。 Since the sliding bearing device of the present invention has excellent low friction characteristics and quietness, it circulates cooling water for automobile engines, inverters, batteries, fuel cells, etc., and circulates hot water for water heaters, floor heating equipment, etc. It can be suitably used as a sliding bearing device for a water pump. The slide bearing device of the present invention is not limited to a water pump that circulates water, but is also useful as a pump that transfers and supplies water. Further, the same effect can be expected even if the medium is a pump that circulates and moves and supplies a chemical solution other than water, a solvent, an oil, a liquid such as a beverage, and the like.
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、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
13 ランド部
14 潤滑溝
15 ランド部
16 潤滑溝
17 円筒状試験片
18 円筒状試験片
W ウェルド部
1 Water pump 2
Claims (9)
前記ウォータポンプ用滑り軸受装置は、前記滑り軸受と前記スラスト受からなり、前記滑り軸受の少なくとも一方の端面または前記スラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、内径側から外径側に前記循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、
前記潤滑溝は、前記ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、
前記潤滑溝が設けられた端面を正面から見たときの投影図において、前記潤滑溝は、前記端面の内径側から外径側に繋がる線分Aおよび線分Bと、内径面に沿った円弧Cと、外径面に沿った円弧Dとによって囲まれる領域からなり、前記円弧Cの長さが、前記円弧Dの長さと等しいか、もしくは長いことを特徴とするウォータポンプ用滑り軸受装置。 Each of the impeller, the shaft for supporting the impeller, the cylindrical plain bearing fixed to the impeller for rotatably supporting the impeller with respect to the shaft, and the plain bearing. It is used for a water pump that includes a thrust receiver that slides on the end face, a casing that houses the impeller and forms a pump chamber, and a cover, and that sucks and discharges circulating water through the pump chamber by rotating the impeller. A plain bearing device for water pumps
The slide bearing device for a water pump comprises the slide bearing and the thrust receiver, and has a land portion serving as a sliding surface and an inner diameter on at least one end surface of the slide bearing or at least one member of the thrust receiver. A lubricating groove for discharging the circulating water is provided from the side to the outer diameter side.
The lubrication groove has an inclined surface inclined with respect to the land portion, and has an inclined surface.
In the projection view when the end surface provided with the lubrication groove is viewed from the front, the lubrication groove has a line segment A and a line segment B connecting from the inner diameter side to the outer diameter side of the end face, and an arc along the inner diameter surface. A slide bearing device for a water pump, comprising a region surrounded by C and an arc D along an outer diameter surface, wherein the length of the arc C is equal to or longer than the length of the arc D.
前記潤滑溝において、前記線分Aに対して直交する任意の切断面による断面形状が、前記傾斜面を斜辺とする略直角三角形であり、前記線分Aと前記切断面との交点を頂点とする内角の角度が3°~30°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用滑り軸受装置。 The line segment A is located on the upstream side in the relative rotation direction with respect to the line segment B.
In the lubricating groove, the cross-sectional shape of an arbitrary cut surface orthogonal to the line segment A is a substantially right-angled triangle having the inclined surface as a hypotenuse, and the intersection of the line segment A and the cut surface is a vertex. The sliding bearing device for a water pump according to claim 1 or 2, wherein the angle of the internal angle is 3 ° to 30 °.
前記滑り軸受の外径面にゲート痕が形成されており、前記滑り軸受において、前記潤滑溝内にウェルド部が形成され、前記ランド部に前記ウェルド部が形成されていないことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。 The slide bearing is an injection molded body of a resin composition, and has the lubrication groove on at least one end face thereof.
A claim characterized in that a gate mark is formed on the outer diameter surface of the slide bearing, a weld portion is formed in the lubrication groove in the slide bearing, and the weld portion is not formed in the land portion. The plain bearing device for a water pump according to any one of items 1 to 6.
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JP2021090706A Pending JP2022052709A (en) | 2020-09-23 | 2021-05-28 | Slide bearing device for water pump |
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2021
- 2021-05-28 JP JP2021090706A patent/JP2022052709A/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240430 |