JP5139890B2 - Emulsifying and dispersing device - Google Patents
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Description
本発明は、駆動装置を備えた乳化分散装置に関し、特に、金属材料からなり、鉛を含有せず、かつ、高い摺動摩耗特性を有するメタルブッシュを用いた駆動装置を備えた乳化分散装置に関する。 The present invention relates to emulsion dispersion device provided with a driving device, in particular, a metal material, containing no lead, and relates to an emulsion dispersing device having a driving device using a Metarubusshi Interview with high sliding wear properties .
従来、被処理流体を乳化分散する乳化分散装置（食品加工装置の一例）として、例えば、被処理流体を一定圧力に昇圧する３連又は５連式プランジャーポンプ機構と、均質ディスク機構とを備えて構成されるものがある。この乳化分散装置は、例えば、プランジャーポンプ機構で加圧された被処理流体を均質ディスク機構に導入し、当該均質ディスク機構において、粒体分子間にせん断・激突等の相乗作用を瞬間的に発生させ、均質的な乳化状態を作り、液分離（浮遊・沈殿）を防ぐ装置である。均質ディスク機構では、ディスクバルブと、当該ディスクバルブに対向して設けられるシートとを備えて構成され、ディスクバルブとシートとの間で径方向に形成される乳化処理路に、被処理流体を通過させて被処理流体を乳化分散させる。
プランジャーポンプ機構は、例えば、特許文献１に示すように、モータ等に連結されるクランクシャフトを有し、このクランクシャフトに連結された連結棒と、ピストンに設けられたピストンピンとが軸受け部材を介して摺動可能に連結され、クランクシャフトの回転により連結棒及びピストンが往復運動することで、当該ピストンの一端側に設けられたプランジャーがシリンダ内を往復運動して、当該シリンダ内に設けられた吸入圧縮室で被処理流体を吸入又は圧縮し送出する構成とされている。
これにより、プランジャーがシリンダ内をクランクシャフト側に移動することにより、吸入弁を介して吸入口から吸入圧縮室に被処理流体が流入し、続いて、プランジャーがシリンダ内をクランクシャフト側から離間する側に移動することにより、吸入圧縮室から吐出弁を介して昇圧された被処理流体が均質ディスク機構に流入する動作が繰り返され、均質ディスク機構における被処理流体の乳化分散を良好に行うことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an emulsifying dispersion device (an example of a food processing device) for emulsifying and dispersing a fluid to be treated, for example, a triple or quintuple plunger pump mechanism for raising the fluid to be treated to a constant pressure and a homogeneous disk mechanism are provided. There are things that are configured. For example, this emulsifying and dispersing apparatus introduces a fluid to be treated, which is pressurized by a plunger pump mechanism, into a homogeneous disk mechanism, and in the homogeneous disk mechanism, synergistic actions such as shear and collision are instantaneously performed between particle molecules. It is a device that creates a homogeneous emulsified state and prevents liquid separation (floating / sedimentation). The homogeneous disk mechanism is configured to include a disk valve and a seat provided opposite to the disk valve, and the fluid to be processed passes through an emulsification processing path formed in a radial direction between the disk valve and the sheet. Then, the fluid to be treated is emulsified and dispersed.
For example, as shown in Patent Document 1, the plunger pump mechanism has a crankshaft connected to a motor or the like, and a connecting rod connected to the crankshaft and a piston pin provided on the piston serve as a bearing member. The connecting rod and the piston are reciprocated by rotation of the crankshaft, and the plunger provided at one end of the piston is reciprocated in the cylinder to be provided in the cylinder. The fluid to be treated is sucked or compressed in the suction / compression chamber formed and sent out.
As a result, the plunger moves in the cylinder to the crankshaft side, so that the fluid to be processed flows from the suction port to the suction compression chamber via the suction valve, and then the plunger moves from the crankshaft side through the cylinder. The movement of the fluid to be processed, which has been pressurized from the suction compression chamber via the discharge valve, into the homogeneous disk mechanism is repeated by moving to the separating side, and the homogeneous dispersion of the fluid to be processed in the homogeneous disk mechanism is favorably performed. be able to.
上記のような乳化分散装置のプランジャーポンプ機構においては、クランクシャフトに連結された連結棒とピストンに設けられたピストンピンとは軸受け部材を介して摺動可能に連結される。この軸受け部材としてはメタルブッシュが用いられ、連結棒及びピストンピンが行う回転や往復運動による荷重を受けて当該連結棒とピストンピンとを摺動可能に連結するように、一方の部材（例えば、連結棒の開口部）に圧入される部材である。一般的には、連結棒及びピストンピンは炭素鋼であることが多いので、凝着し易い「ともがね」の組み合わせを避けるため、メタルブッシュは黄銅、青銅等の銅合金が用いられ、潤滑剤としてのグリスを封入する等して使用される。
したがって、メタルブッシュは、摺動摩耗特性、特に、耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等が要求されるものであり、これら特性を用途に応じて適切に設定することが必要となる。
ここで、上述のような乳化分散装置のプランジャーポンプ機構において、メタルブッシュに用いられる銅合金としては、強度が高く、耐摩耗性、なじみ性に優れるという観点から、リン青銅鋳物（ＰＢＣ２Ｃ）が用いられることが多い。
しかしながら、近年、被処理流体をより微細化する要請があるなど、従来よりも高圧で被処理流体を処理する場合が増加しており、高圧化によってプランジャーポンプ機構、特にメタルブッシュに負担がかかり、当該メタルブッシュが破損、焼き付き或いは異常摩耗するなどの問題が生じるおそれがある。したがって、従来のリン青銅鋳物（ＰＢＣ２Ｃ）と比較して、より強度が高く、耐摩耗性、なじみ性等が優れる材料があれば、そのような材料をメタルブッシュとして用いることが望ましい。
このような材料としては、耐摩耗性は劣るものの、耐荷重性、なじみ性に優れる鉛青銅鋳物（ＬＢＣ３）やＪＩＳ銅合金鋳物の中で最も高強度で、耐摩耗性、耐荷重性に優れるアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）等を挙げることができるが、これら材料には微量ながら鉛が含まれている。メタルブッシュは、食品に直接接触する部分ではないが、上述の乳化分散装置は食品加工工場に設置される食品加工装置であり、装置内における鉛の使用は当該装置を使用する者にとって懸念事項となる。したがって、当該装置の構成部材として鉛等の有害物質となり得るものが含まれていないことが望ましい。
In the plunger pump mechanism of the emulsifying and dispersing apparatus as described above, the connecting rod connected to the crankshaft and the piston pin provided on the piston are slidably connected via a bearing member. A metal bush is used as the bearing member, and one member (for example, a coupling) is connected so that the coupling rod and the piston pin are slidably coupled by receiving a load caused by rotation or reciprocation performed by the coupling rod and the piston pin. It is a member press-fitted into the opening of the rod. In general, the connecting rods and piston pins are often made of carbon steel. To avoid the “togane” combination that easily adheres, the metal bushing is made of a copper alloy such as brass or bronze, and is lubricated. It is used by enclosing grease as an agent.
Therefore, the metal bush is required to have sliding wear characteristics, particularly load resistance, wear resistance, and conformability, and it is necessary to appropriately set these characteristics according to the application.
Here, in the plunger pump mechanism of the emulsifying and dispersing apparatus as described above, as a copper alloy used for the metal bush, phosphor bronze casting (PBC2C) is used from the viewpoint of high strength, excellent wear resistance, and conformability. Often used.
However, in recent years, there has been an increasing number of cases where the fluid to be processed is processed at a higher pressure than before, for example, there has been a demand for further miniaturization of the fluid to be processed, and the pressure increase places a burden on the plunger pump mechanism, particularly the metal bush. The metal bush may be damaged, seized, or abnormally worn. Therefore, it is desirable to use such a material as a metal bush if there is a material having higher strength and superior wear resistance, conformability and the like as compared with a conventional phosphor bronze casting (PBC2C).
As such a material, although it is inferior in wear resistance, it has the highest strength among lead bronze castings (LBC3) and JIS copper alloy castings, which are excellent in load resistance and conformability, and excellent in wear resistance and load resistance. An aluminum bronze casting (ALBC3) and the like can be mentioned, but these materials contain a small amount of lead. The metal bush is not a part that comes into direct contact with food, but the above emulsifying and dispersing device is a food processing device installed in a food processing factory, and the use of lead in the device is a concern for those who use the device. Become. Therefore, it is desirable that the constituent members of the apparatus do not contain any material that can be a harmful substance such as lead.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、乳化分散装置における駆動装置の軸受け部材であるメタルブッシュを、摺動摩耗特性である耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等に優れ、鉛を発生することがないものとする技術を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to use a metal bush, which is a bearing member of a drive device in an emulsifying and dispersing apparatus , as a sliding wear characteristic, such as load resistance, wear resistance, and conformability. It is the point which provides the technique which is excellent in such as that it does not generate | occur | produce lead.
上記目的を達成するための本発明に係る乳化分散装置の特徴構成は、プランジャーポンプ機構による圧縮により被処理流体を昇圧し、ディスクバルブと当該ディスクバルブに対向して設けられるシートとの間で径方向に形成される乳化処理路に、前記昇圧された被処理流体を通過させて乳化分散する乳化分散装置であって、
前記プランジャーポンプ機構の駆動部が、クランクシャフトに連結された連結棒と、ピストンに設けられたピストンピンとが軸受け部材を介して摺動可能に連結され、前記クランクシャフトの回転により前記連結棒及びピストンが往復運動することで、当該ピストンの一端側に設けられたプランジャーがシリンダ内を往復運動して、当該シリンダ内の吸入圧縮室で被処理流体を吸入又は圧縮し送出する構成の駆動装置で構成され、
前記軸受け部材が、銅を主成分とし、ケイ化マンガンを含む金属材料を、少なくとも摺動面に備え、前記金属材料におけるケイ素とマンガンとの質量比が、６６：３４〜５３：４７の範囲であるメタルブッシュで構成されてなる点にある。
In order to achieve the above object, the emulsifying and dispersing apparatus according to the present invention is characterized in that the fluid to be treated is pressurized by compression by a plunger pump mechanism, and between a disk valve and a seat provided facing the disk valve. An emulsification dispersion apparatus that emulsifies and disperses the pressurized fluid to be processed through an emulsification treatment path formed in a radial direction,
A driving portion of the plunger pump mechanism is connected to a connecting rod connected to a crankshaft and a piston pin provided on the piston through a bearing member so that the connecting rod and the piston are rotated by rotation of the crankshaft. A driving device configured to reciprocate a piston in one end side of the piston so that the piston reciprocates in the cylinder, and sucks or compresses the fluid to be processed in a suction compression chamber in the cylinder. Consists of
The bearing member includes a metal material mainly composed of copper and containing manganese silicide on at least a sliding surface, and a mass ratio of silicon and manganese in the metal material is in a range of 66:34 to 53:47. It consists of a certain metal bush .
上記特徴構成によれば、銅を主成分とし、ケイ化マンガンを含む金属材料を、少なくとも摺動面に備えてなるメタルブッシュであるので、鉛を含有しないメタルブッシュを得ることができ、例えば、食品加工装置の駆動装置におけるメタルブッシュとして用いた場合であっても、このメタルブッシュの摩耗等に起因する鉛が万が一にも食品に混入することが無く、より安全、安心な装置を得ることができる。
また、従来一般的にメタルブッシュとして用いられ優れた摺動摩耗特性を備えるアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）と同等程度、或いはより優れた耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等を備える金属材料を用いたメタルブッシュを得ることができるので、破損の可能性が少なく磨耗の少ない金属材料を用いて、より信頼性が高く、長期間使用することが可能なメタルブッシュを得ることが可能となる。
すなわち、ＥＰＭＡ分析（Ｘ線マイクロアナライザ）により、上記金属材料中に銅、ケイ素、マンガンが全体的に分布していることが判明しており、また、ケイ素、マンガンが多く存在する箇所は硬く（例えば、ビッカース硬さで、５５３ＨＶ）、銅が多く存在する箇所は純銅よりも硬くなっていることから（例えば、２１６ＨＶ、なお純銅の硬さは１０７ＨＶ）、銅の組織内部にケイ素とマンガンが固溶し硬化しているものと考えられるので、上記金属材料は硬く、耐摩耗性が向上することとなっている（例えば、図４に示すマイクロスコープ写真参照）。さらに、上記金属材料の組織全体にケイ化マンガンが晶出されていることが判明しており、低摩擦性を有するケイ化マンガン（摩擦係数０．１７程度）の存在により耐摩耗性が向上することとなっている。加えて、銅を主成分としているので、例えば、メタルブッシュと摺接するピストンピンや連結棒が炭素鋼からなる場合であっても良好ななじみ性を備えている。ここで、本願において、銅を主成分とするとは、金属材料中に銅が６０質量％以上存在することを意味する。なお、ビッカース硬さ（ＨＶ）はマイクロビッカース固さ試験機を使用し、荷重５００ｇｆ、荷重時間１０ｓｅｃで硬さを測定した値である。
よって、メタルブッシュを、摺動摩耗特性である耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等に優れ、鉛を発生することがないものとすることができる。
また、金属材料におけるケイ素とマンガンとの質量比を、６６：３４〜５３：４７の範囲とする。この混合割合にあっては、上記金属材料の鋳造時にケイ化マンガンであるＭｎＳｉ及びＭｎ 11 Ｓｉ 19 を確実に晶出させることが可能となり（図６の斜線の領域）、低摩擦性を有するケイ化マンガンを含む耐摩耗性が向上した金属材料を確実に得ることができる。なお、ケイ素とマンガンとの質量比が６６：３４〜５３：４７の範囲に入らないと（例えば、ケイ素に対するマンガンの質量比が３４よりも低く、或いはマンガンの質量比が４７よりも高いと）、低摩擦性を有するケイ化マンガンであるＭｎＳｉ及びＭｎ 11 Ｓｉ 19 を晶出することができなくなる（図６参照）。ケイ素とマンガンとの質量比が６６：３４〜５３：４７の範囲にある場合には、銅とケイ素、銅とマンガンの金属間では化合物は形成されないことが確認されており、上述のとおり、残りのケイ素及びマンガンは銅に固溶しているものと考えられ、これにより硬さ及び耐摩耗性が向上することともなっている。
更に、上記駆動装置において、連結棒及びピストンピンが行う回転や往復運動による荷重を受けて当該連結棒とピストンピンとを摺動可能に連結するように、一方の部材（例えば、連結棒の開口部）に圧入される部材である軸受け部材が、上記金属材料を摺動面に備えたメタルブッシュからなるので、鉛を含有しないメタルブッシュを軸受け部材に採用することができ、さらに、従来の銅合金（リン青銅鋳物、アルミニウム青銅鋳物等）と比して、より耐荷重性、耐摩耗性等の向上した軸受け部材とすることができる。
よって、構成部材に鉛を使用せず安全、安心な駆動装置を得ることができるとともに、より高圧における運転を行っても軸受け部材の破損の可能性が少なく、また軸受け部材の交換等メンテナンス性の向上した駆動装置を得ることができる。
加えて、上記乳化分散装置のプランジャーポンプ機構において、圧縮により被処理流体を昇圧するための駆動部が、上記軸受け部材が上記金属材料を摺動面に備えたメタルブッシュからなる駆動装置であるので、鉛を含有しないメタルブッシュを軸受け部材に採用することができ、さらに、従来の銅合金（リン青銅鋳物、アルミニウム青銅鋳物等）と比して、より耐荷重性、耐摩耗性等の向上した軸受け部材とすることができる。
よって、構成部材に鉛を使用せず安全、安心な乳化分散装置を得ることができるとともに、より高圧における運転を行っても軸受け部材の破損の可能性が少なく、また軸受け部材の交換等メンテナンス性の向上した駆動装置を備えた乳化分散装置を得ることができる。
According to the above characteristic configuration, since the metal bushing is composed of copper as a main component and includes a metal material containing manganese silicide at least on the sliding surface, a metal bush not containing lead can be obtained, for example, Even when used as a metal bush in a drive device of a food processing device, lead due to wear of the metal bush should not be mixed into food, and a safer and more reliable device can be obtained. it can.
In addition, a metal material having a load resistance, wear resistance, conformability, etc. equivalent to or better than that of an aluminum bronze casting (ALBC3) that has been generally used as a metal bush and has excellent sliding wear characteristics is used. Therefore, it is possible to obtain a metal bush that is more reliable and can be used for a long period of time by using a metal material that is less likely to break and has less wear.
That is, it has been found by EPMA analysis (X-ray microanalyzer) that copper, silicon, and manganese are generally distributed in the metal material, and a portion where a large amount of silicon and manganese is present is hard ( For example, the Vickers hardness is 553 HV), and the portion where a large amount of copper is present is harder than pure copper (for example, 216 HV, and the hardness of pure copper is 107 HV), so that silicon and manganese are solid inside the copper structure. Since the metal material is considered to be melted and hardened, the metal material is hard and wear resistance is improved (for example, see a microscope photograph shown in FIG. 4). Furthermore, it has been found that manganese silicide is crystallized in the entire structure of the metal material, and wear resistance is improved by the presence of manganese silicide having a low friction property (friction coefficient of about 0.17). It is supposed to be. In addition, since copper is the main component, for example, even if the piston pin and the connecting rod that are in sliding contact with the metal bush are made of carbon steel, they have good conformability. Here, in this application, having copper as a main component means that copper is present in the metal material in an amount of 60% by mass or more. The Vickers hardness (HV) is a value obtained by measuring the hardness with a load of 500 gf and a load time of 10 sec using a micro Vickers hardness tester.
Therefore, the metal bush can be excellent in load resistance, wear resistance, and conformability, which are sliding wear characteristics, and does not generate lead.
The mass ratio of silicon and manganese in the metal material is in the range of 66:34 to 53:47. With this mixing ratio, manganese silicide MnSi and Mn 11 Si 19 can be surely crystallized during casting of the metal material (the shaded area in FIG. 6), and the low frictional silicon It is possible to reliably obtain a metal material having improved wear resistance including manganese halide. If the mass ratio of silicon and manganese does not fall within the range of 66:34 to 53:47 (for example, the mass ratio of manganese to silicon is lower than 34 or the mass ratio of manganese is higher than 47). Then, MnSi and Mn 11 Si 19 which are manganese silicides having low friction properties cannot be crystallized (see FIG. 6). When the mass ratio of silicon and manganese is in the range of 66:34 to 53:47, it has been confirmed that no compound is formed between the metals of copper and silicon and copper and manganese. It is considered that silicon and manganese are solid-dissolved in copper, thereby improving hardness and wear resistance.
Further, in the above drive device, one member (for example, the opening of the connecting rod) is configured to slidably connect the connecting rod and the piston pin under the load caused by the rotation and reciprocating motion performed by the connecting rod and the piston pin. The bearing member, which is a member that is press-fitted into the bearing member, is composed of a metal bush provided with the above-mentioned metal material on the sliding surface. Therefore, a metal bush that does not contain lead can be used as the bearing member. Compared with (phosphor bronze casting, aluminum bronze casting, etc.), a bearing member with improved load resistance, wear resistance and the like can be obtained.
Therefore, it is possible to obtain a safe and reliable drive device without using lead as a component member, and there is little possibility of damage to the bearing member even when operating at a higher pressure, and maintenance such as replacement of the bearing member is also possible. An improved driving device can be obtained.
In addition, in the plunger pump mechanism of the emulsifying and dispersing apparatus, the driving unit for pressurizing the fluid to be processed by compression is a driving apparatus in which the bearing member is a metal bush having the metal material on the sliding surface. Therefore, metal bushes that do not contain lead can be used for bearing members. Furthermore, compared to conventional copper alloys (phosphor bronze castings, aluminum bronze castings, etc.), load resistance and wear resistance are improved. The bearing member can be made.
Therefore, it is possible to obtain a safe and secure emulsification dispersion device without using lead as a component, and there is little possibility of damage to the bearing member even when operating at a higher pressure, and maintenance such as replacement of the bearing member is possible. It is possible to obtain an emulsifying and dispersing apparatus equipped with an improved driving device.
本発明に係るメタルブッシュの更なる特徴構成は、前記金属材料が、８８質量％の銅、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンで構成されてなる点にある。 The metal bush according to the present invention is further characterized in that the metal material is composed of 88% by mass of copper, 7% by mass of silicon and 5% by mass of manganese.
本特徴構成によれば、金属材料中の銅、ケイ素及びマンガンの質量比が、当該金属材料の鋳造時にケイ化マンガンを晶出することができる質量比に適切に設定されているので（図６の破線で示す質量比）、低摩擦性を有するケイ化マンガンを含む耐摩耗性が向上した金属材料をより確実に得ることができる。 According to this characteristic configuration, the mass ratio of copper, silicon and manganese in the metal material is appropriately set to a mass ratio at which manganese silicide can be crystallized when the metal material is cast (FIG. 6). ), A metal material with improved wear resistance including manganese silicide having a low friction property can be obtained more reliably.
本発明に係るメタルブッシュの更なる特徴構成は、前記金属材料が、６７質量％の銅、２１質量％のニッケル、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンで構成されてなる点にある。 The metal bush according to the present invention is further characterized in that the metal material is composed of 67 mass% copper, 21 mass% nickel, 7 mass% silicon, and 5 mass% manganese.
本特徴構成によれば、金属材料中の銅、ニッケル、ケイ素及びマンガンの質量比が、当該金属材料の鋳造時にケイ化ニッケル（Ｎｉ2Ｓｉ）及びケイ化マンガンを晶出することができる質量比に適切に設定されているので、良好な耐摩耗性を有するケイ化ニッケルと良好な低摩擦性を有するケイ化マンガンとを含む、耐摩耗性を向上した金属材料を確実に得ることができる。 According to this characteristic configuration, the mass ratio of copper, nickel, silicon and manganese in the metal material is such that the nickel silicide (Ni 2 Si) and manganese silicide can be crystallized when the metal material is cast. Therefore, it is possible to reliably obtain a metal material having improved wear resistance, including nickel silicide having good wear resistance and manganese silicide having good low friction properties.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本願に係る乳化分散装置１００（食品加工装置の一例）の概略構成図、図２は、乳化分散装置１００に備えられる均質ディスク機構１０４の構成を示す概略構成図、図３は乳化分散装置１００に備えられる駆動部としてのプランジャーポンプ機構１０３（駆動装置の一例）の構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、乳化分散装置１００は、被処理流体Ｌを受け入れる入口１０１から、乳化分散処理後の被処理流体Ｌを送出する出口１０２に向けて、プランジャーポンプ機構１０３、均質ディスク機構１０４を、記載順に備えて構成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an emulsification dispersion apparatus 100 (an example of a food processing apparatus) according to the present application, FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a homogeneous disk mechanism 104 provided in the emulsification dispersion apparatus 100, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a plunger pump mechanism 103 (an example of a driving device) as a driving unit provided in the dispersion device 100. FIG.
As shown in FIG. 1, the emulsification dispersion device 100 includes a plunger pump mechanism 103 and a homogeneous disk mechanism from an inlet 101 that receives the fluid L to be processed toward an outlet 102 that delivers the fluid L to be processed after the emulsion dispersion treatment. 104 are arranged in the order of description.
プランジャーポンプ機構１０３は、図１、図３に示す例では、３連式プランジャーポンプ機構とされており、吸入ブロック１から順次、被処理流体Ｌを吸入弁１０５ａを介して吸入圧縮し、高圧状態として送出弁１０５ｂを介して均質ディスク機構１０４に送り出す。
具体的には、図１、図３に示すように、プランジャーポンプ機構１０３は、電気モータ１０の駆動により回転する３つのクランクシャフト１１と、これらクランクシャフト１１にそれぞれ連結される連結棒１２と、ピストン１４に設けられたピストンピン１３と、当該連結棒１２とピストンピン１３とを摺動可能に連結する軸受け部材としてのメタルブッシュ１５とを備える。また、プランジャーポンプ機構１０３は、ピストン１３の一端側（クランクシャフト１１とは反対方向）に設けられたプランジャー１６と、当該プランジャー１６を嵌挿可能に構成されたシリンダ１７とを備え、シリンダ１７内において、プランジャー１６の先端側（クランクシャフト１１とは反対方向）の空間には、被処理流体Ｌを吸入或いは圧縮可能な吸入圧縮室１８が形成される。
これにより、電気モータ１０が駆動してクランクシャフト１１が回転すると、当該クランクシャフト１１の働きにより、３つの連結棒１２が相互に等間隔の時間だけずれて往復運動を行い、当該連結棒１２の往復運動がピストンピン１３、メタルブッシュ１５、ピストン１４を介してプランジャー１６に伝えられ、当該プランジャー１６がシリンダ１７内を往復運動するように構成されている。そして、このプランジャー１６の往復運動、すなわち、プランジャー１６がシリンダ１７内をクランクシャフト１１側に移動することにより、吸入弁１０５ａが開いて入口１０１から吸入圧縮室１８に被処理流体Ｌが吸入され、続いて、プランジャー１６がシリンダ１７内をクランクシャフト１１側から離間する側に移動することにより、吸入圧縮室１８から昇圧された被処理流体Ｌが送出弁１０５ｂを開いて均質ディスク機構１０４に流入させる動作が、各プランジャー１６毎に順次繰り返され、高圧状態（例えば、１５ＭＰａ〜１５０ＭＰａ程度）となった被処理流体Ｌを連続的に均質ディスク機構１０４に送出して、当該均質ディスク機構１０４における被処理流体Ｌの乳化分散を良好に行うことができるように構成されている。なお、吸入弁１０５ａ及び送出弁１０５ｂは、弁体の上部に弾性部材を備えており、プランジャー１６の往復運動に対応して被処理流体Ｌを入口１０１から吸入圧縮室１８に吸入し、高圧状態とした被処理流体Ｌを当該吸入圧縮室１８から均質ディスク機構１０４に送出することができるように開閉可能に構成されている。
In the example shown in FIG. 1 and FIG. 3, the plunger pump mechanism 103 is a triple plunger pump mechanism, and sequentially sucks and compresses the fluid L to be processed from the suction block 1 through the suction valve 105a. The high pressure state is sent to the homogeneous disk mechanism 104 via the delivery valve 105b.
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, the plunger pump mechanism 103 includes three crankshafts 11 that are rotated by driving of the electric motor 10, and connecting rods 12 that are respectively connected to the crankshafts 11. A piston pin 13 provided on the piston 14 and a metal bush 15 as a bearing member for slidably connecting the connecting rod 12 and the piston pin 13 are provided. The plunger pump mechanism 103 includes a plunger 16 provided on one end side of the piston 13 (in the direction opposite to the crankshaft 11), and a cylinder 17 configured so that the plunger 16 can be fitted therein. In the cylinder 17, a suction compression chamber 18 capable of sucking or compressing the fluid L to be processed is formed in the space on the tip end side (the direction opposite to the crankshaft 11) of the plunger 16.
As a result, when the electric motor 10 is driven and the crankshaft 11 rotates, the three connecting rods 12 reciprocate with each other at equal intervals by the action of the crankshaft 11, and the connecting rod 12 The reciprocating motion is transmitted to the plunger 16 via the piston pin 13, the metal bush 15, and the piston 14, and the plunger 16 is configured to reciprocate within the cylinder 17. The reciprocating motion of the plunger 16, that is, the plunger 16 moves in the cylinder 17 toward the crankshaft 11, thereby opening the suction valve 105 a and sucking the fluid L to be treated from the inlet 101 into the suction compression chamber 18. Subsequently, when the plunger 16 moves in the cylinder 17 to the side away from the crankshaft 11 side, the fluid L to be processed which has been pressurized from the suction compression chamber 18 opens the delivery valve 105b and the homogeneous disk mechanism 104. Is continuously repeated for each plunger 16, and the fluid L to be processed in a high-pressure state (for example, about 15 MPa to 150 MPa) is continuously sent to the homogeneous disk mechanism 104, and the homogeneous disk mechanism It is comprised so that the emulsification dispersion | distribution of the to-be-processed fluid L in 104 can be performed favorably. The suction valve 105a and the delivery valve 105b are provided with an elastic member at the upper part of the valve body, and the fluid L to be treated is sucked into the suction compression chamber 18 from the inlet 101 in response to the reciprocating motion of the plunger 16. The fluid L to be processed is configured to be openable and closable so that it can be delivered from the suction compression chamber 18 to the homogeneous disk mechanism 104.
次に、均質ディスク機構１０４は、図１、図２に示す例では、第１均質ディスク部３０及び第２均質ディスク部６０から構成され、第１均質ディスク部３０は、シート３１、ディスクバルブ３２、インパクトリング３３を主要な構成要素として構成されている。
第１均質ディスク部３０は、図１、図２に示すようにプランジャーポンプ機構１０３に接続される導入流路形成部材３４の先端に装着されるシート３１と、このシート３１に対向して設けられるディスクバルブ３２とを備え、シート３１とディスクバルブ３２との間に径方向に延びる狭隘な乳化処理路３５が形成されているとともに、当該乳化処理路３５の出口側（外径側）に設けられるインパクトリング３３を備え、インパクトリング３３とディスクバルブ３２との間にも狭隘路３６が形成されている。さらにその下流側に吐出流路形成部材３７を設けて、径方向に延びる吐出路３８としている。この吐出路３８は、第２均質ディスク部６０への導入路となっている。
シート３１は、導入流路形成部材３４に固定され、導入流路形成部材３４とは反対側の軸方向端面が乳化処理路形成面３１ａとされており、ディスクバルブ３２は、シート３１に対向するシート側の軸方向端面が乳化処理路形成面３２ａとされ、シート３１とは反対側の端面側に位置決め機構３９に保持されている。この位置決め機構３９を調整することで、シート側の乳化処理路形成面３１ａとディスクバルブ側の乳化処理路形成面３２ａとの間の隙間（本願にいう乳化処理路３５の幅）を調整可能に構成されている。この乳化処理路３５は、非常に狭い間隔（例えば、数十μｍ〜数百μｍ程度）に調整される。なお、第２均質ディスク部６０においても、第１均質ディスク部３０と同様に、シート、ディスクバルブ、インパクトリングを主要な構成要素として構成されている。
Next, in the example shown in FIGS. 1 and 2, the homogeneous disk mechanism 104 includes a first homogeneous disk part 30 and a second homogeneous disk part 60, and the first homogeneous disk part 30 includes a seat 31 and a disk valve 32. The impact ring 33 is configured as a main component.
As shown in FIGS. 1 and 2, the first homogeneous disk portion 30 is provided with a sheet 31 attached to the leading end of the introduction flow path forming member 34 connected to the plunger pump mechanism 103, and facing the sheet 31. A narrow emulsification processing path 35 extending in the radial direction is formed between the seat 31 and the disk valve 32, and provided on the outlet side (outer diameter side) of the emulsification processing path 35. A narrow path 36 is also formed between the impact ring 33 and the disk valve 32. Further, a discharge flow path forming member 37 is provided on the downstream side to form a discharge path 38 extending in the radial direction. The discharge path 38 is an introduction path to the second homogeneous disk portion 60.
The seat 31 is fixed to the introduction flow path forming member 34, the axial end surface opposite to the introduction flow path forming member 34 is an emulsification processing path formation surface 31 a, and the disk valve 32 faces the seat 31. The axial end surface on the sheet side is an emulsification processing path forming surface 32 a and is held by the positioning mechanism 39 on the end surface side opposite to the sheet 31. By adjusting the positioning mechanism 39, the gap (the width of the emulsification processing path 35 referred to in the present application) between the emulsification processing path forming surface 31a on the sheet side and the emulsification processing path forming surface 32a on the disk valve side can be adjusted. It is configured. The emulsification processing path 35 is adjusted to a very narrow interval (for example, about several tens of μm to several hundreds of μm). Note that the second homogeneous disk portion 60 is also configured with a seat, a disk valve, and an impact ring as main components, like the first homogeneous disk portion 30.
具体的には、図１、図２に示すように、乳化処理路３５に面するディスクバルブ３２の表面（乳化処理路形成面３２ａ）が、軸心周りにリング状を成す複数のリング状突起４０を備えた多段リング状に構成されるとともに、乳化処理路３５に面するシート３１の表面（乳化処理路形成面３１ａ）が、ディスクバルブ３２のリング状突起４０に補完的に組み合う複数のスリット４１が設けられた多段リング状に構成されている。図示する例では、乳化処理路３５に面するディスクバルブ３２の表面（乳化処理路形成面３２ａ）に、軸心周りにリング状を成す２つのリング状突起４０を備え、乳化処理路３５に面するシート３１の表面（乳化処理路形成面３１ａ）に、ディスクバルブ３２のリング状突起４０に補完的に組み合う２つのスリット４１が設けられている。さらに、ディスクバルブ３２には、当該ディスクバルブ３２の軸心を中心軸とし、リング状突起４０より被処理流体導入路４２側に伸びる円錐状突起４３（中心突起）が設けられ、シート３１が軸方向に伸びる被処理流体導入路４２内に突出するように配置されている。従って、乳化処理路３５は、ディスクバルブ３２側に設けられる２重のリング状突起４０及び円錐状突起４３と、シート３１側に設けられる２重のスリット４１との間に、径方向で軸方向にジグザグ状となるように形成されている。 Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the surface of the disk valve 32 (emulsification processing path forming surface 32a) facing the emulsification processing path 35 has a plurality of ring-shaped protrusions that form a ring around the axis. A plurality of slits that are configured in a multi-stage ring shape having 40 and the surface of the sheet 31 facing the emulsification processing path 35 (emulsification processing path forming surface 31 a) is complementarily assembled with the ring-shaped protrusion 40 of the disk valve 32. 41 is provided in a multi-stage ring shape. In the illustrated example, the surface of the disc valve 32 facing the emulsification processing path 35 (emulsification processing path forming surface 32a) is provided with two ring-shaped protrusions 40 that form a ring around the axis, and faces the emulsification processing path 35. Two slits 41 that complementarily mate with the ring-shaped protrusions 40 of the disk valve 32 are provided on the surface of the sheet 31 (emulsification processing path forming surface 31a). Further, the disc valve 32 is provided with a conical projection 43 (center projection) having the axis of the disc valve 32 as the central axis and extending from the ring-shaped projection 40 toward the treated fluid introduction path 42, and the seat 31 is pivoted. It arrange | positions so that it may protrude in the to-be-processed fluid introduction path 42 extended in the direction. Therefore, the emulsification processing path 35 is axially arranged in the radial direction between the double ring-shaped protrusion 40 and the conical protrusion 43 provided on the disk valve 32 side and the double slit 41 provided on the seat 31 side. It is formed in a zigzag shape.
したがって、図１、図２にも示すように、この均質ディスク機構１０４に加圧導入される被処理流体Ｌは、水等の流体内に比較的大粒径の粒子（ココアパウダーなどの固体粒子、油・牛乳などの液体で比較的粒径の大きなもの）が不均一に混合した混合流体であり、均質ディスク機構１０４の第１均質ディスク部３０を通過させることで、この被処理流体Ｌを、流体内に粒径が小径化された粒子が含まれる状態とし、処理前の状態よりも均一化する（乳化分散する）ことができる。また、第２均質ディスク部６０は、第１均質ディスク部３０で乳化分散された被処理流体Ｌを、さらに乳化分散する、もしくは、乳化分散状態を調える機能を果たすことができる。
以上の構成を採用することで、ディスクバルブ３２とシート３１間に設けられる乳化処理路３５に、プランジャーポンプ機構１０３から送り出された高圧の被処理流体Ｌを通過させ、被処理流体Ｌを良好に乳化分散することができる。
Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the fluid L to be treated and introduced into the homogeneous disk mechanism 104 is a relatively large particle (solid particle such as cocoa powder) in a fluid such as water. , A liquid having a relatively large particle size, such as oil / milk, is mixed in a non-uniform manner, and the fluid L to be treated is passed through the first homogeneous disk portion 30 of the homogeneous disk mechanism 104. The fluid can be made into a state in which particles having a reduced particle size are included, and can be made more uniform (emulsified and dispersed) than the state before the treatment. Further, the second homogenous disk portion 60 can fulfill the function of further emulsifying and dispersing the fluid L to be processed and emulsified and dispersed in the first homogeneous disk portion 30 or adjusting the emulsified and dispersed state.
By adopting the above configuration, the high-pressure fluid L sent out from the plunger pump mechanism 103 is passed through the emulsification treatment path 35 provided between the disc valve 32 and the seat 31, and the fluid L is excellent. Can be emulsified and dispersed.
以上が乳化分散装置１００の概略構成であるが、以下、本願の特徴構成に関して説明する。
図３（ａ）に示すように、上記乳化分散装置１００のプランジャーポンプ機構１０３において、クランクシャフト１１の回転運動を往復運動に変換する機能の一部を担う連結棒１２とピストンピン１３とは、軸受け部材であるメタルブッシュ１５を介して連結されている。
このメタルブッシュ１５は、図３（ｂ）に示すように、軸方向両端が開口した概略円筒形状に形成されている。また、メタルブッシュ１５の内周面側には、軸方向に複数の油溝１５ａが切ってあり、この油溝１５ａから潤滑油をピストンピン１３に供給可能に構成されている。そして、このメタルブッシュ１５は、連結棒１２に設けられた円形の開口部の内径側に圧入され、ピストンピン１３を中心として連結棒１２がメタルブッシュ１５を介して回転可能に構成されて、ピストンピン１３の外径側とメタルブッシュ１５の内周面とが摺接する。なお、この場合、メタルブッシュ１５の摺動面は、少なくともメタルブッシュ１５の内周面となる。
したがって、このメタルブッシュ１５は、連結棒１２の往復運動をピストン１４に伝えるとともに、連結棒１２がピストンピン１３の周りを摺動可能にする機能を担っており、本願においては、このメタルブッシュ１５を、摺動摩耗特性、特に耐荷重性、耐摩耗性、連結棒１２とピストンピン１４とのなじみ性を向上させた、以下の金属材料で構成する。
The above is the schematic configuration of the emulsification dispersion apparatus 100. Hereinafter, the characteristic configuration of the present application will be described.
As shown in FIG. 3A, in the plunger pump mechanism 103 of the emulsifying and dispersing apparatus 100, the connecting rod 12 and the piston pin 13 that play a part in the function of converting the rotational motion of the crankshaft 11 into reciprocating motion are as follows. These are connected via a metal bush 15 which is a bearing member.
As shown in FIG. 3B, the metal bush 15 is formed in a substantially cylindrical shape with both axial ends open. A plurality of oil grooves 15 a are cut in the axial direction on the inner peripheral surface side of the metal bush 15, and the lubricating oil can be supplied to the piston pins 13 from the oil grooves 15 a. The metal bush 15 is press-fitted into the inner diameter side of the circular opening provided in the connecting rod 12, and the connecting rod 12 is configured to be rotatable about the piston pin 13 via the metal bush 15. The outer diameter side of the pin 13 and the inner peripheral surface of the metal bush 15 are in sliding contact. In this case, the sliding surface of the metal bush 15 is at least the inner peripheral surface of the metal bush 15.
Accordingly, the metal bush 15 transmits the reciprocating motion of the connecting rod 12 to the piston 14 and also has a function of allowing the connecting rod 12 to slide around the piston pin 13. In the present application, the metal bush 15 Is made of the following metal material that has improved sliding wear characteristics, particularly load resistance, wear resistance, and compatibility between the connecting rod 12 and the piston pin 14.
本願に係るメタルブッシュ１５の摺動面を構成する金属材料は、銅を主成分とし、ケイ化マンガンを含む金属材料である。
すなわち、上記金属材料として、銅が６０質量％以上存在するとともに、少なくともケイ化マンガンが晶出しており、当該金属材料におけるケイ素とマンガンとの質量比が、６６：３４〜５３：４７の範囲である材料を用いる。
The metal material which comprises the sliding surface of the metal bush 15 which concerns on this application is a metal material which has copper as a main component and contains manganese silicide.
That is, as the metal material, copper is present in an amount of 60% by mass or more, and at least manganese silicide is crystallized, and the mass ratio of silicon and manganese in the metal material is in the range of 66:34 to 53:47. A certain material is used.
このような金属材料は基本的に銅合金鋳物であるといえるので、一般に炭素鋼からなる連結棒１２及びピストンピン１３とは良好ななじみ性を備えている。 Since it can be said that such a metal material is basically a copper alloy casting, generally, the connecting rod 12 and the piston pin 13 made of carbon steel have good conformability.
また、上記金属材料において、ケイ素とマンガンとの質量比が６６：３４〜５３：４７の範囲であるので、図６のケイ素―マンガンの状態図に示すように、当該金属材料の鋳造時にケイ化マンガンであるＭｎＳｉ及びＭｎ11Ｓｉ19を確実に晶出することが可能となり、低摩擦性（摩擦係数０．１７程度）を有するケイ化マンガンを含み、耐摩耗性を向上させることが可能となっている。なお、ケイ素とマンガンとの質量比が６６：３４〜５３：４７の範囲に入らないと（例えば、ケイ素に対するマンガンの質量比が３４よりも低く、或いはマンガンの質量比が４７よりも高いと）、低摩擦性を有するケイ化マンガンであるＭｎＳｉ及びＭｎ11Ｓｉ19を晶出することができなくなる。 In the metal material, the mass ratio of silicon and manganese is in the range of 66:34 to 53:47. Therefore, as shown in the phase diagram of silicon-manganese in FIG. Manganese MnSi and Mn 11 Si 19 can be surely crystallized and contain manganese silicide having low friction (friction coefficient of about 0.17), and can improve wear resistance. ing. If the mass ratio of silicon and manganese does not fall within the range of 66:34 to 53:47 (for example, the mass ratio of manganese to silicon is lower than 34 or the mass ratio of manganese is higher than 47). Further, MnSi and Mn 11 Si 19 which are manganese silicides having low friction properties cannot be crystallized.
ケイ素とマンガンとの質量比が６６：３４〜５３：４７の範囲にある場合には、銅とケイ素、銅とマンガンの金属間では化合物は形成されないことが銅とケイ素、銅とマンガンの状態図（図示せず）から確認されており、残りのケイ素及びマンガンは銅に固溶しているものと考えられ、これにより硬さ及び耐摩耗性が向上することともなっている。
すなわち、上記金属材料のＥＰＭＡ分析（Ｘ線マイクロアナライザ）により、上記金属材料中に銅、ケイ素、マンガンが全体的に分布していることが判明しており、図４に示すように、ケイ素、マンガンが多く存在する箇所は硬く（例えば、５５３ＨＶ）、銅が多く存在する箇所は純銅よりも硬くなっていることから（例えば、２１６ＨＶ、なお純銅の硬さは１０７ＨＶ）、銅の組織内部にケイ素とマンガンが固溶し硬化しているものと考えられ、これにより硬さ及び耐摩耗性が向上することとなっている。なお、図４は、８８質量％の銅、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料の表面のマイクロスコープ（光学顕微鏡）写真（１５００倍）である。
When the mass ratio of silicon and manganese is in the range of 66:34 to 53:47, it is possible that no compound is formed between copper and silicon, and copper and manganese. (Not shown), and the remaining silicon and manganese are considered to be dissolved in copper, thereby improving the hardness and wear resistance.
That is, by EPMA analysis (X-ray microanalyzer) of the metal material, it has been found that copper, silicon, and manganese are generally distributed in the metal material. As shown in FIG. The location where a large amount of manganese is present is hard (for example, 553 HV), and the location where a large amount of copper is present is harder than pure copper (for example, 216 HV, and the hardness of pure copper is 107 HV). And manganese are considered to be solid-solved and hardened, thereby improving hardness and wear resistance. FIG. 4 is a microscope (optical microscope) photograph (1,500 times) of the surface of a metal material composed of 88% by mass of copper, 7% by mass of silicon, and 5% by mass of manganese.
一方で、上記銅が６０質量％以上存在するとともに、少なくともケイ化マンガンが晶出しており、当該金属材料におけるケイ素とマンガンとの質量比が、６６：３４〜５３：４７の範囲である材料において、ケイ化ニッケルを晶出するように構成することもできる。
ケイ素とマンガンとの質量比はそのままで、金属材料中の銅の質量％を減少させた分量だけニッケルを添加することにより、ケイ化マンガンとともにケイ化ニッケルを晶出した金属材料をメタルブッシュ１５に用いることもできる。
すなわち、当該金属材料のＥＰＭＡ分析により、銅の周辺にニッケル、ケイ素及び微量のマンガンの存在が確認され、ニッケル及びケイ素が比較的多く検出されたことにより、当該金属中に耐摩耗性に優れるケイ化ニッケル（Ｎｉ2Ｓｉ）が晶出していると考えられる。また、図５に示すように、ニッケル、ケイ素が多く存在する箇所は硬く（例えば、６１４ＨＶ）、銅が多く検出された箇所は純銅よりも硬くなっていることから（例えば、３１９ＨＶ、なお純銅の硬さは１０７ＨＶ）、銅の組織内部にニッケルとケイ素が固溶し硬化しているものと考えられ、これにより硬さ及び耐摩耗性が向上することとなっている。なお、図５は、６７質量％の銅、２１質量％のニッケル、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料の表面のマイクロスコープ（光学顕微鏡）写真（１５００倍）である。
On the other hand, in the material in which 60 mass% or more of the copper is present and at least manganese silicide is crystallized, and the mass ratio of silicon to manganese in the metal material is in the range of 66:34 to 53:47. It can also be configured to crystallize nickel silicide.
The metal material in which nickel silicide is crystallized together with manganese silicide is added to the metal bush 15 by adding nickel in an amount that reduces the mass% of copper in the metal material while maintaining the mass ratio of silicon and manganese. It can also be used.
That is, the EPMA analysis of the metal material confirmed the presence of nickel, silicon, and a small amount of manganese around copper, and detected relatively high amounts of nickel and silicon. It is considered that nickel fluoride (Ni 2 Si) is crystallized. Further, as shown in FIG. 5, a location where a lot of nickel and silicon are present is hard (for example, 614 HV), and a location where a large amount of copper is detected is harder than pure copper (for example, 319 HV). The hardness is 107 HV), and it is considered that nickel and silicon are solid-solved and hardened inside the copper structure, which improves the hardness and wear resistance. FIG. 5 is a microscope (optical microscope) photograph (1500 times) of the surface of a metal material composed of 67% by mass of copper, 21% by mass of nickel, 7% by mass of silicon, and 5% by mass of manganese.
［摺動摩耗試験］
摺動摩耗試験は、試験片に垂直方向の圧縮荷重を負荷し、一定の面圧を与え、水平方向に往復摺動させる独自の摺動摩耗試験機を使用し、室温、大気中、乾式摩擦下で実施した。実験条件は、接触面圧を１０ＭＰａ、摺動速度を９０ｒｐｍ（０．０９ｍ／ｓ）とし、摩耗量の摺動距離に対する変化を調べるために、最大５４ｍまでの摩耗量の継時変化を測定した。摺動距離は、１５０、３００、４５０、６００ｓｅｃ毎に試験機を止め、そのときの往復摺動回数から求めた。なお、異なる密度の材料を比較検討するため、材料の摩耗損傷は重量減少量で比較するのではなく、体積減少量で比較するほうが適当であり、電子天秤により試験前後の試験片から重量減少量を計測し、式１から摩耗体積を算出した。
〔式１〕摩耗体積（ｍｍ3）＝重量減少量（ｇ）／材料の密度（ｋｇ／ｍｍ3）
試験片は、加圧側試験片と摺動側試験片とを対象とし、加圧側試験片として通常のピストンピンの材料である炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）を使用し、摺動側試験片として実施例１、実施例２、比較例１の各金属材料を使用した。また、加圧側試験片は正方形に形成された板状の部材を２段重ねた凸型に形成され、上部は縦１０×横１０×高さ５ｍｍ、下部は縦２０×横２０×高さ５ｍｍとされ、摺動側試験片は長方形の板状の部材に形成され、縦５５×横２５×高さ１０ｍｍとされている。
[Sliding wear test]
The sliding wear test uses a unique sliding wear tester that applies a vertical compressive load to the test piece, applies a constant surface pressure, and reciprocates horizontally, at room temperature, in the air, and dry friction Conducted below. The experimental conditions were a contact surface pressure of 10 MPa, a sliding speed of 90 rpm (0.09 m / s), and in order to examine the change of the wear amount with respect to the sliding distance, the change over time of the wear amount up to 54 m was measured. . The sliding distance was obtained from the number of reciprocating slidings at the time when the test machine was stopped every 150, 300, 450, and 600 seconds. In order to compare materials with different densities, it is more appropriate to compare wear damage of materials not by weight loss, but by volume reduction. The wear volume was calculated from Equation 1.
[Formula 1] Wear volume (mm 3 ) = weight reduction (g) / material density (kg / mm 3 )
The test piece is a pressure side test piece and a sliding side test piece, carbon steel (S50C) which is a material of a normal piston pin is used as the pressure side test piece, and Example 1 is used as the sliding side test piece. Each metal material of Example 2 and Comparative Example 1 was used. In addition, the pressure-side test piece is formed in a convex shape with two plate-shaped members formed in a square shape, the upper part is 10 x 10 x 5 mm in height, and the lower part is 20 x 20 x 20 x 5 mm in height. The sliding side test piece is formed in a rectangular plate-like member, and is 55 × 25 × 10 mm in height.
［実施例１］
摺動側試験片を、８８質量％の銅、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料で構成する。この金属材料は、例えば、まず、鋳造容器中で８８質量％の銅を１２００℃に加熱して１０分間保持することで溶解し、その後、当該鋳造容器中に７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンを投入して１４６０℃に加熱して３０分間保持することにより得られる。そして、溶解した金属材料を金型に注湯し、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ及びＭｎ11Ｓｉ19）を晶出することができる温度（例えば、常温）にまで冷却することにより、摺動側試験片を形成することができる。なお、上記銅、ケイ素及びマンガンを一気に鋳造容器中に投入して１４６０℃程度で溶解して、上記金属材料を得ることも可能である。
[Example 1]
The sliding side test piece is made of a metal material composed of 88% by mass of copper, 7% by mass of silicon and 5% by mass of manganese. This metal material is, for example, first dissolved in 88% by weight of copper in a casting container by heating to 1200 ° C. and holding for 10 minutes, and then 7% by weight of silicon and 5% by weight in the casting container. Of manganese and heated to 1460 ° C. and held for 30 minutes. Then, the molten metal material is poured into a mold, and cooled to a temperature at which manganese silicide (MnSi and Mn 11 Si 19 ) can be crystallized (for example, room temperature), thereby sliding side test pieces. Can be formed. In addition, it is also possible to put the copper, silicon, and manganese into a casting container at a stroke and melt at about 1460 ° C. to obtain the metal material.
［実施例２］
摺動側試験片を、６７質量％の銅、２１質量％のニッケル、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料で構成する。この金属材料は、例えば、まず、鋳造容器中で６７質量％の銅及び２１質量％のニッケルを１２００℃に加熱して１０分間保持することで溶解し、その後、当該鋳造容器中に７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンを投入して１４６０℃に加熱して３０分間保持することにより得られる。そして、溶解した金属材料を金型に注湯し、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ及びＭｎ11Ｓｉ19）及びケイ化ニッケルを晶出することができる温度（例えば、常温）にまで冷却することにより、摺動側試験片を形成することができる。なお、上記銅、ニッケル、ケイ素及びマンガンを一気に鋳造容器中に投入して１４６０℃程度で溶解して、上記金属材料を得ることも可能である。
[Example 2]
The sliding side test piece is composed of a metal material composed of 67% by mass of copper, 21% by mass of nickel, 7% by mass of silicon and 5% by mass of manganese. For example, this metal material is first dissolved in 67% by weight of copper and 21% by weight of nickel in a casting container by heating to 1200 ° C. and holding for 10 minutes, and then 7% by weight in the casting container. Of silicon and 5% by mass of manganese are heated to 1460 ° C. and held for 30 minutes. Then, the molten metal material is poured into a mold and cooled to a temperature at which manganese silicide (MnSi and Mn 11 Si 19 ) and nickel silicide can be crystallized (for example, room temperature). A moving test piece can be formed. It is also possible to obtain the metal material by charging the copper, nickel, silicon and manganese all at once into a casting vessel and melting at about 1460 ° C.
［比較例１］
摺動側試験片を、アルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）で構成する。
[Comparative Example 1]
The sliding side test piece is made of an aluminum bronze casting (ALBC3).
［結果］
これら実施例１、実施例２、比較例１の摺動摩耗試験結果を図７に示す。図７は、摺動距離と摩耗量との関係を示すグラフ図である。
実施例１の８８質量％の銅、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料では、摺動距離が最大の５４ｍとなっても非常に少ない摩耗量となっており、比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）と比べても、より摩耗量が少ないことが判明した。
また、実施例２の６７質量％の銅、２１質量％のニッケル、７質量％のケイ素及び５質量％のマンガンからなる金属材料では、実施例１及び比較例１の金属材料と比して摩耗量が増加することとなっている。
ここで、比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）は、銅合金の中でも硬く、耐摩耗性にも優れている材料であるので、このアルミニウム青銅鋳物と同等、或いはより摩耗量が少ないと非常に優れた摺動摩耗特性を有する金属材料であるといえる。
検討すると、実施例１の金属材料では、比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）よりも摩耗量が少ないので、非常に優れた摺動摩耗特性を備えているといえる。また、実施例２の金属材料では、比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）の３倍程度の摩耗量であるが、この程度の摩耗量であれば十分実用性を有する耐摩耗性を備えているといえる。
したがって、本願に係る実施例１、実施例２の金属材料は、鉛を含有していない材料であるにも関わらず、優れた摺動摩耗特性を有する比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）と同等程度、或いはより優れた摺動摩耗特性を備える材料であるといえる。
[result]
The sliding wear test results of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 are shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sliding distance and the amount of wear.
In the metal material consisting of 88% by mass of copper, 7% by mass of silicon and 5% by mass of manganese in Example 1, the amount of wear is very small even when the sliding distance is 54 m, which is the maximum. Compared with No. 1 aluminum bronze casting (ALBC3), it was found that the amount of wear was smaller.
Further, in the metal material composed of 67% by mass of copper, 21% by mass of nickel, 7% by mass of silicon, and 5% by mass of manganese of Example 2, the wear compared to the metal material of Example 1 and Comparative Example 1. The amount is to increase.
Here, since the aluminum bronze casting (ALBC3) of Comparative Example 1 is a material that is hard and excellent in wear resistance among copper alloys, it is very similar to this aluminum bronze casting or if the wear amount is less. It can be said that the metal material has excellent sliding wear characteristics.
When examined, the metal material of Example 1 has less wear than the aluminum bronze casting of Comparative Example 1 (ALBC3), so it can be said that it has excellent sliding wear characteristics. Further, in the metal material of Example 2, the wear amount is about three times that of the aluminum bronze casting (ALBC3) of Comparative Example 1. However, if the wear amount is this level, the wear resistance has sufficient practicality. It can be said that.
Therefore, although the metal material of Example 1 and Example 2 which concerns on this application is the material which does not contain lead, the aluminum bronze casting (ALBC3) of the comparative example 1 which has the outstanding sliding wear characteristic, and It can be said that the material has the same or better sliding wear characteristics.
また、上記摺動摩耗試験の後、実施例１、実施例２、比較例１の金属材料の摩耗表面を観察するとともに、上記摺動摩耗試験の前後のビッカース硬さを測定した。
この結果、実施例１、実施例２の金属材料は共に、摩耗表面において組織の流動が少なく、耐摩耗性に優れていることが判明した。また、実施例１の金属材料では試験（加工）後の硬さが２１７ＨＶから３１１ＨＶに向上し、同様に、実施例２の金属材料では３３５ＨＶから４７９ＨＶに向上し、比較例１の金属材料では２６３ＨＶから４１８ＨＶに向上していることが判明した。加工後の硬さの程度により耐摩耗性の向上の程度が決定されるものではないが、加工後の硬さが向上していることにより、耐摩耗性は確実に向上しているものと考えられる。
Further, after the sliding wear test, the wear surfaces of the metal materials of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 were observed, and the Vickers hardness before and after the sliding wear test was measured.
As a result, it was found that both the metal materials of Example 1 and Example 2 were excellent in wear resistance because of little tissue flow on the worn surface. Moreover, the hardness after a test (working) is improved from 217 HV to 311 HV in the metal material of Example 1, and similarly from 335 HV to 479 HV in the metal material of Example 2, and 263 HV in the metal material of Comparative Example 1. It has been found that the pressure is improved to 418 HV. Although the degree of improvement in wear resistance is not determined by the degree of hardness after processing, it is considered that the wear resistance is definitely improved by improving the hardness after processing. It is done.
［乳化分散装置１００における摺動摩耗試験］
上記実施例１、比較例１の金属材料を用いて上記メタルブッシュ１５を形成し、実際に乳化分散装置１００のプランジャーポンプ機構１０３に装着して運転した場合における、当該メタルブッシュ１５の摩耗量を計測した。
プランジャーポンプ機構１０３による被処理流体Ｌの昇圧は１０ＭＰａとし、メタルブッシュ１５は径方向断面視で半分程度潤滑オイルに浸かった状態で、６２時間運転した後の摩耗量を計測した。なお、摺動距離は２．８ｋｍであった。
[Sliding Wear Test in Emulsification Dispersion Device 100]
The amount of wear of the metal bush 15 when the metal bush 15 is formed using the metal material of Example 1 and Comparative Example 1 and is actually mounted on the plunger pump mechanism 103 of the emulsification dispersion device 100 and operated. Was measured.
The pressure increase of the fluid L to be treated by the plunger pump mechanism 103 was 10 MPa, and the wear amount after 62 hours of operation was measured in a state where the metal bush 15 was immersed in about half of the lubricating oil in a radial sectional view. The sliding distance was 2.8 km.
結果、実施例１の金属材料からなるメタルブッシュ１５の摩耗量は、１１．２ｍｍ3であるのに対し、比較例１のアルミニウム青銅鋳物（ＡＬＢＣ３）からなるメタルブッシュの摩耗量は、２２．０ｍｍ3であった。
検討すると、実施例１のメタルブッシュ１５の摩耗量は、比較例１のメタルブッシュの摩耗量の半分程度であり、実際に乳化分散装置１００のプランジャーポンプ機構１０３に用いても、従来用いられている比較例１のメタルブッシュよりも非常に優れた摺動摩耗性能を発揮できることが確認された。
As a result, the wear amount of the metal bush 15 made of the metal material of Example 1 is 11.2 mm 3 , whereas the wear amount of the metal bush made of the aluminum bronze casting (ALBC3) of Comparative Example 1 is 22.0 mm. It was 3 .
When examined, the wear amount of the metal bush 15 of Example 1 is about half of the wear amount of the metal bush of Comparative Example 1, and even if it is actually used for the plunger pump mechanism 103 of the emulsification dispersion device 100, it is conventionally used. It was confirmed that the sliding wear performance which is much superior to the metal bush of Comparative Example 1 can be exhibited.
したがって、メタルブッシュ１５によれば、非常に優れた摺動摩耗特性である耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等を有するとともに、鉛を発生しない金属材料により構成すること可能となった。
よって、当該メタルブッシュ１５を軸受け部材とするプランジャーポンプ機構１０３（駆動装置の一例）、及び当該プランジャーポンプ機構１０３を備えた乳化分散装置１００（食品加工装置の一例）において、構成部材に鉛を使用せず安全、安心な装置とすることができるとともに、より高圧における運転を行っても軸受け部材の破損の可能性が少なく、また軸受け部材の交換等メンテナンス性の向上した装置を得ることができる。
Therefore, according to the main barrel bushing 15, a very good sliding and wear characteristics load carrying capacity, wear resistance, and has a conformability, etc., it has become possible to a metal material which does not generate lead.
Therefore, in a plunger pump mechanism 103 (an example of a driving device) using the metal bush 15 as a bearing member, and an emulsifying dispersion device 100 (an example of a food processing device) provided with the plunger pump mechanism 103, lead is used as a constituent member. It is possible to obtain a device with improved maintainability such as replacement of a bearing member with less possibility of damage to the bearing member even when operated at a higher pressure. it can.
本発明は、乳化分散装置における駆動装置の軸受け部材であるメタルブッシュを、摺動摩耗特性である耐荷重性、耐摩耗性、なじみ性等に優れ、鉛を発生することがないものとする技術として有用に用いることができる。 The present invention provides a metal bush, which is a bearing member of a drive device in an emulsifying dispersion device , having excellent sliding resistance, such as load resistance, wear resistance, and conformability, and does not generate lead. As useful.
１１：クランクシャフト
１２：連結棒
１３：ピストンピン
１４：ピストン
１５：メタルブッシュ
１６：プランジャー
１７：シリンダ
１８：吸入圧縮室
３１：シート
３２：ディスクバルブ
３５：乳化処理路
１００：乳化分散装置（食品加工装置）
１０３：プランジャーポンプ機構（駆動装置）
Ｌ：被処理流体
11: Crankshaft 12: Connecting rod 13: Piston pin 14: Piston 15: Metal bush 16: Plunger 17: Cylinder 18: Suction compression chamber 31: Seat 32: Disc valve 35: Emulsification processing path 100: Emulsification dispersion device (food Processing equipment)
103: Plunger pump mechanism (drive device)
L: Fluid to be processed
Claims (3)
前記プランジャーポンプ機構の駆動部が、クランクシャフトに連結された連結棒と、ピストンに設けられたピストンピンとが軸受け部材を介して摺動可能に連結され、前記クランクシャフトの回転により前記連結棒及びピストンが往復運動することで、当該ピストンの一端側に設けられたプランジャーがシリンダ内を往復運動して、当該シリンダ内の吸入圧縮室で被処理流体を吸入又は圧縮し送出する構成の駆動装置で構成され、
前記軸受け部材が、銅を主成分とし、ケイ化マンガンを含む金属材料を、少なくとも摺動面に備え、前記金属材料におけるケイ素とマンガンとの質量比が、６６：３４〜５３：４７の範囲であるメタルブッシュで構成されてなる乳化分散装置。 The fluid to be treated is pressurized by compression by a plunger pump mechanism, and the pressurized fluid to be treated is introduced into an emulsification treatment path formed in a radial direction between a disk valve and a sheet provided opposite to the disk valve. An emulsifying and dispersing apparatus for passing and emulsifying and dispersing,
A driving portion of the plunger pump mechanism is connected to a connecting rod connected to a crankshaft and a piston pin provided on the piston through a bearing member so that the connecting rod and the piston are rotated by rotation of the crankshaft. A driving device configured to reciprocate a piston in one end side of the piston so that the piston reciprocates in the cylinder, and sucks or compresses the fluid to be processed in a suction compression chamber in the cylinder. Consisting of
The bearing member includes a metal material mainly composed of copper and containing manganese silicide on at least a sliding surface, and a mass ratio of silicon and manganese in the metal material is in a range of 66:34 to 53:47. An emulsifying dispersion device composed of a metal bush .
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