JP2645961B2 - 高圧用摺動材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、深井戸用ポ
ンプ、軸流ポンプ、キャンドポンプ、斜軸ポンプ等の水
中軸受部に用いられる高圧用摺動材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例のような軸流ポンプの軸受
には、例えば、合成ゴムや鉛青銅等で形成した摺動材料
が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
摺動材料は、揚水中にスラリーを含む過酷な使用条件に
おいて軸流ポンプを運転した場合、摺動材料の摩耗量が
大きく、耐スラリー性に乏しいという問題点を有してい
る。この問題を解決する方法として、例えば、炭化ケイ
素（ＳｉＣ）や炭化タングステン（ＷＣ）等の硬質材で
形成した摺動材料を使用することで、油や水等を揚水す
る通常の使用条件において必要な耐久性が得られるが、
無揚水状態（ドライ状態）で軸流ポンプを運転すると、
摺動材料の摺動面に生じる焼付きや熱衝撃によって致命
的な破損が起きるという問題点を有している。

【０００４】この発明は、多孔質炭化ケイ素焼結体の孔
部に含浸した吸油性樹脂に潤滑オイルを吸油することに
より、高圧時において漏油が起きるのを防止し、摺動性
および潤滑性を長期間維持することができる高圧用摺動
材料の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、多孔質炭化
ケイ素焼結体に水分を含む吸油性樹脂を含浸後、加熱乾
燥させ、該吸油性樹脂に潤滑オイルを吸油した高圧用摺
動材料であることを特徴とする。

【０００６】

【発明の効果】この発明によれば、高圧用摺動材料を構
成する多孔質炭化ケイ素焼結体に含浸した吸油性樹脂に
潤滑オイル（潤滑剤としてのオイル）を吸油保持させて
いるので、無揚水状態での使用時において、吸油性樹脂
から徐放される潤滑オイルの油膜により摺動材料の摺動
面が常時潤滑され、かつ、吸油性樹脂の油保持力が強い
ため、高圧時において吸油性樹脂に含浸した潤滑オイル
が必要以上に漏油するのを防止でき、摺動性および潤滑
性を長期間維持することができる。しかも、油や水等を
揚水する通常の使用条件および揚水中にスラリーを含む
過酷な使用条件において安定した摺動特性が得られると
共に、無揚水状態での使用条件において致命的な破損が
起きるのを確実に防止でき、耐摩耗性および耐久性の向
上を図ることができる。

【０００７】つまり、この発明によれば、高温高圧の状
態においても母材の多孔質構造（多孔質炭化ケイ素焼結
体）から漏出することがほとんどない吸油性樹脂を、予
め母材に含浸保持させ、その給油性樹脂に潤滑剤として
のオイル（潤滑オイル）を保持させる２重構造を有する
ので、高温高圧の状態にあっても摺動面の温度や圧力の
状況に応じて潤滑剤が徐放されるため、必要以上（潤滑
剤が良好な摺動を維持する量以上の多量）に漏出するこ
とがなく、摺動部分の長寿命化を達成することができる
効果がある。

【０００８】要するに、この発明は、炭化ケイ素の界面
が水分（水酸基）により化学変化しやすいという表面化
学の知見を基にした技術であって、水分を含んだ吸油性
樹脂 を多孔質炭化ケイ素に含浸させた後、加熱乾燥させ
る手段により、炭化ケイ素の界面を樹脂に含まれる水分
（水酸基）との反応により、アモルファスなケイ素酸化
膜やケイ素有機化合物に変化させ、樹脂自体を炭化ケイ
素の界面に固定した後、その樹脂に潤滑油を固定する手
段である。

【０００９】したがって、摺動時に吸油性樹脂自体が漏
出する技術課題を克服することが可能となり、吸油性樹
脂の潤滑油固定作用を余すことなく発揮することができ
る。

【００１０】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は立軸型軸流ポンプの水中軸受部に用いら
れる高圧用摺動材料を示し、図１において、この高圧用
摺動材料１は、適宜形状に形成された多孔質炭化ケイ素
焼結体２（図２乃至図４参照）に図２に示すように吸油
性樹脂３（日本触媒−商品名オレオソーブ）を含浸した
後、同多孔質炭化ケイ素焼結体２に含浸された吸油性樹
脂３に図４に示すように潤滑オイル４（三菱Ｒ−１５０
タービンオイル）を吸油して後述する軸流ポンプ９の水
中軸受部１２に組付ける。

【００１１】すなわち、多孔質炭化ケイ素焼結体２に吸
油性樹脂３を含浸する場合、図２に示すように、適宜形
状に形成された多孔質炭化ケイ素焼結体２を密閉チャン
バ５内に入れた後、密閉チャンバ５に接続された抜気通
路５ａを介して、多孔質炭化ケイ素焼結体２の気孔およ
び密閉チャンバ５の内部から空気６をコンプレッサ等で
強制的に吸引して真空状態に抜気する。この後、密閉チ
ャンバ５に接続された注入通路５ｂを介して、同密閉チ
ャンバ５内に液状の吸油性樹脂３を注入し、多孔質炭化
ケイ素焼結体２の気孔に吸油性樹脂３を含浸する。

【００１２】次に、吸油性樹脂３に潤滑オイル４を吸油
する場合、まず図３に示すように、樹脂含浸済みの多孔
質炭化ケイ素焼結体２を乾燥炉７内に入れた後、乾燥炉
７内の多孔質炭化ケイ素焼結体２および吸油性樹脂３を
加熱ヒータ７ａ，７ａで１００℃〜１１０℃に加熱し
て、多孔質炭化ケイ素焼結体２および吸油性樹脂３に含
まれる水分を蒸発させる。この後、図４に示すように、
浸漬槽８内に貯液された潤滑オイル４に多孔質炭化ケイ
素焼結体２を浸漬して、多孔質炭化ケイ素焼結体２の気
孔に含浸された吸油性樹脂３に潤滑オイル４を吸油す
る。

【００１３】上述の高圧用摺動材料１を構成する多孔質
炭化ケイ素焼結体２の気孔率は５％〜５０％が適当であ
り、好ましくは１０％〜４０％の気孔率が最適である。
つまり、気孔率が４０％以上であると強度的に弱くな
り、耐摩耗性の点で充分な材料強度が得られない。ま
た、気孔率が５％以下であると潤滑オイル４の含浸が不
充分となり、低ＰＶ値の使用条件でしか使用不可能であ
る。

【００１４】前述の多孔質炭化ケイ素焼結体２に含浸さ
れる吸油性樹脂３の含浸量は、多孔質炭化ケイ素焼結体
２の気孔が占める体積に対して１／４程度の体積と対応
する含浸量が適当である。かつ、吸油性樹脂３に吸油さ
れる潤滑オイル４の含浸量は、多孔質炭化ケイ素焼結体
２の気孔が占める体積から吸油性樹脂３の体積を減算し
た程度の含浸量が適当である。

【００１５】前述の軸流ポンプ９は、図１に示すよう
に、鉛直方向に立設した揚水管１０の中心部長手方向に
回転軸１１を挿通し、同揚水管１０の吸込側内部に配設
した水中軸受部１２で回転軸１１の下端部を軸受して、
減速機付き回転用モータ（図示省略）の駆動力により、
回転軸１１の下端部に突設した４枚の各羽根１３…を揚
水方向に回転させ、同各羽根１３…の回転作用により揚
水管１０の吸込口１０ａから吸込まれる油や水等を揚水
する構造である。

【００１６】上述の水中軸受部１２は、揚水管１０の内
周面とケーシング１４の外周面とを４本の各リブ１４ａ
…で連結固定すると共に、同ケーシング１４の中心部に
垂直固定した円筒形状の高圧用摺動材料１に、回転軸１
１の下端部に嵌着固定した軸受スリーブ１５を挿入し
て、回転軸１１を回転可能に軸受している。

【００１７】上述のように形成された高圧用摺動材料１
の比較例として、例えば、多孔質炭化ケイ素焼結体２に
吸油性樹脂３を介してタービンオイルを含浸した試験片
Ａ（実施例品）と、多孔質炭化ケイ素焼結体２にフッ素
オイルを直接含浸した試験品Ｂ（比較品）とを同一条件
で摺動試験する。すなわち、軸受径をφ５５mmに設定
し、試験圧力Ｐを１kgf/cm² に設定し、試験周速Ｖを
５．５m/s （２１００ｒｐｍ）に設定して、横型軸受試
験機（図示省略）で試験品Ａ，Ｂを摺動試験する。

【００１８】まず、試験品Ａを摺動試験する場合、図５
に示すように、回転軸１６の外周面上に多孔質炭化ケイ
素製のスリーブ１７を嵌着固定し、同スリーブ１７の外
周面と対接する位置に試験品Ａを配設した後、無揚水状
態（ドライ状態）で１０分間だけ運転し、運転停止後、
冷却分解して試験品Ａの表面に付着したオイル膜をアセ
トン等で除去し、再び無揚水状態で１０分間だけ運転す
る動作を１サイクルとして、３０サイクル繰り返して試
験運転する。次に、試験品Ｂを摺動試験する場合、上述
と同様にして、回転軸１６上に嵌着固定したスリーブ１
７と対接する位置に試験品Ｂを配設して摺動試験する。
つまり、無揚水状態（ドライ状態）で試験品Ａ，Ｂを摺
動試験して、試験品Ａ，Ｂおよびスリーブ１７に生じる
摩耗量を測定した。

【００１９】下記の表１は、上記条件で試験片Ａ，Ｂを
摺動試験した結果を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】上記の試験結果からも明らかなように、多
孔質炭化ケイ素焼結体２にフッ素オイルを含浸した試験
品Ｂ（比較品）は、２０サイクル位までフッ素オイルの
析出が良好であり、多孔質炭化ケイ素焼結体２から析出
されるフッ素オイルの油膜で試験品Ｂの摺動面が潤滑さ
れるが、２０サイクル以降からフッ素オイルの析出が徐
々に低下し、４０サイクル以上では欠け等の致命的な破
損が起きることがある。

【００２２】一方、多孔質炭化ケイ素焼結体２に吸油性
樹脂３を含浸した試験品Ａ（実施例品）は、吸油性樹脂
３から徐放されるタービンオイルの油膜で試験品Ａの摺
動面が常時潤滑されており、かつ、吸油性樹脂３の油保
持力が強いため、運転時の圧迫圧力で吸油性樹脂３に含
浸したタービンオイルが必要以上に漏油するのを防止で
き、摺動性および潤滑性を長期間維持する。すなわち、
多孔質炭化ケイ素焼結体２にフッ素オイルを含浸した試
験品Ｂと比べて、多孔質炭化ケイ素焼結体２に吸油性樹
脂３を含浸した試験品Ａの方が極めて少ない摩耗量であ
り、かつ、試験品Ｂよりも試験品Ａの方がスリーブ１７
に与える摩耗量が少なくて済み、本発明の試験品Ａの方
が耐摩耗性に優れていることが証明される。

【００２３】次に、時間当たりの摩耗量を比較した場
合、下記の表２に示すように、多孔質炭化ケイ素焼結体
２に吸油性樹脂３を含浸した試験品Ａ（実施例品）は、
多孔質炭化ケイ素焼結体２にフッ素オイル、パラフィ
ン、タービンオイルを含浸した試験品Ｂ，Ｃ，Ｄ（いず
れも比較品）と比べて時間当たりの摩耗量が少なく、か
つ、スリーブ１７に与える摩耗量を比較した場合、試験
品Ａ，Ｃ，Ｄによる摩耗量には大きな差が認められない
が、試験品Ｂによる摩耗量が極めて大きく、本発明の試
験品Ａの方が耐久性にも優れていることが証明される。

【００２４】下記の表２は、同一条件で試験品Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの時間当たりの摩耗量を測定した結果を示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】以上の試験結果が示すように、高圧用摺動
材料１を構成する多孔質炭化ケイ素焼結体２に含浸した
吸油性樹脂３に潤滑オイル４を吸油しているので、無揚
水状態での使用時において、吸油性樹脂３から徐放され
る潤滑オイル４の油膜により高圧用摺動材料１の摺動面
が常時潤滑され、かつ、吸油性樹脂３の油保持力が強い
ため、高圧時において吸油性樹脂３に含浸した潤滑オイ
ル４が必要以上に漏油するのを防止でき、摺動性および
潤滑性を長期間維持することができる。しかも、油や水
等を揚水する通常の使用条件と、揚水中にスラリーを含
む過酷な使用条件とにおいて安定した摺動特性が得られ
ると共に、無揚水状態での使用条件において高圧用摺動
材料１に致命的な破損が起きるのを確実に防止でき、耐
摩耗性および耐久性の向上を図ることができる。

【００２７】つまり、この発明によれば、高温高圧の状
態においても母材の多孔質構造（多孔質炭化ケイ素焼結
体）から漏出することがほとんどない吸油性樹脂を、予
め母材に含浸保持させ、その給油性樹脂に潤滑剤として
のオイル（潤滑オイル）を保持させる２重構造を有する
ので、高温高圧の状態にあっても摺動面の温度や圧力の
状況に応じて潤滑剤が徐放されるため、必要以上（潤滑
剤が良好な摺動を維持する量以上の多量）に漏出するこ
とがなく、摺動部分の長寿命化を達成することができる
効果がある。

【００２８】要するに、この発明は、炭化ケイ素の界面
が水分（水酸基）により化学変化しやすいという表面化
学の知見を基にした技術であって、水分を含んだ吸油性
樹脂を多孔質炭化ケイ素に含浸させた後、加熱乾燥させ
る手段により、炭化ケイ素の界面を樹脂に含まれる水分
（水酸基）との反応により、アモルファスなケイ素酸化
膜やケイ素有機化合物に変化させ、樹脂自体を炭化ケイ
素の界面に固定した後、その樹脂に潤滑油を固定する手
段である。

【００２９】したがって、摺動時に吸油性樹脂自体が漏
出する技術課題を克服することが可能となり、吸油性樹
脂の潤滑油固定作用を余すことなく発揮することができ
る。

【００３０】この発明は、上述の実施例の構成のみに限
定されるものではない。

【００３１】上述の実施例では円筒形状に形成した高圧
用摺動材料１を立軸型軸流ポンプ９の水中軸受部１２に
用いているが、例えば、横軸型軸流ポンプや深井戸用ポ
ンプ、キャンドポンプ、斜軸ポンプ等の水中軸受部にも
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧用摺動材料の使用例を示す軸流ポ
ンプの縦断側面図。

【図２】多孔質炭化ケイ素焼結体の樹脂含浸方法を示す
密閉チャンバの構成図。

【図３】多孔質炭化ケイ素焼結体の乾燥方法を示す乾燥
炉の構成図。

【図４】多孔質炭化ケイ素焼結体のオイル含浸方法を示
す浸漬槽の構成図。

【図５】試験品の摺動試験方法を示す構成図。

【符号の説明】

１…高圧用摺動材料 ２…多孔質炭化ケイ素焼結体 ３…吸油性樹脂 ４…潤滑オイル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多孔質炭化ケイ素焼結体に水分を含む吸油
   性樹脂を含浸後、加熱乾燥させ、該吸油性樹脂に潤滑オ
   イルを吸油したことを特徴とする高圧用摺動材料。