JP5270329B2 - Thrust slide bearing and pump equipped with the thrust slide bearing - Google Patents

Thrust slide bearing and pump equipped with the thrust slide bearing Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thrust sliding bearing which improves the contact condition of a slide-contacting surface, and reduces partial wear. <P>SOLUTION: The thrust sliding bearing is equipped with a rotating-side slide-contacting member 30 with a slide-contacting surface, a fixing side slide-contacting member 31 with a slide-contacting surface, a rotating side deforming member 40 contacting an end surface opposite to the slide-contacting surface of the rotating-side slide-contacting member 30, and a fixing side deforming member 41 contacting an end surface opposite to the slide-contacting surface of the fixing side slide-contacting member 31. When a thrust load is applied to the rotating-side slide-contacting member 30 and fixing-side slide-contacting member 31, the rotating-side deforming member 40 and fixing-side deforming member 41 are so deformed as to cause the slide-contacting surfaces to come into surface contact with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受、および該スラスト滑り軸受を備えたポンプに関する。   The present invention relates to a thrust slide bearing that receives an axial load, and a pump including the thrust slide bearing.

ポンプは、羽根車を回転させることにより液体を加圧し、吐出口から液体を吐出する。羽根車は、軸受により回転自在に支持された軸を介してモータなどの駆動源により回転駆動される。ポンプに用いられる軸受には、一般に、ラジアル荷重を支持するラジアル軸受と、スラスト荷重を支持するスラスト軸受とが含まれる。軸受の例としては、羽根車の回転に伴う軸受摺接面の相対的な回転により吸い込まれた液体の動圧を利用した滑り軸受が挙げられる。   The pump pressurizes the liquid by rotating the impeller and discharges the liquid from the discharge port. The impeller is rotationally driven by a driving source such as a motor through a shaft rotatably supported by a bearing. Generally, the bearing used for the pump includes a radial bearing that supports a radial load and a thrust bearing that supports a thrust load. As an example of the bearing, there is a sliding bearing using the dynamic pressure of the liquid sucked by the relative rotation of the bearing sliding contact surface accompanying the rotation of the impeller.

図1は、スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。図1に示すように、スラスト滑り軸受は、回転側摺接部材51と固定側摺接部材52とを有する。固定側摺接部材52は、固定基台55に保持され、一方、回転側摺接部材51は、軸と一体に回転する回転基台56に固定される。図2(a)は固定側摺接部材52を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)のA-A線断面図である。図2(a)に示すように、固定側摺接部材52の摺接面には、液体の動圧を発生させるスパイラル溝57が形成されている。このスパイラル溝57は、潤滑に用いられる液体が摺接面に供給されやすくするためのものであり、10μm程度の深さを有している。このスパイラル溝57は、一般にレーザ加工によって形成される。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a thrust slide bearing. As shown in FIG. 1, the thrust sliding bearing has a rotation side sliding contact member 51 and a fixed side sliding contact member 52. The fixed-side slidable contact member 52 is held by a fixed base 55, while the rotation-side slidable contact member 51 is fixed to a rotating base 56 that rotates integrally with the shaft. 2A is a plan view showing the fixed-side sliding contact member 52, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A. As shown in FIG. 2A, a spiral groove 57 for generating a dynamic pressure of the liquid is formed on the sliding contact surface of the fixed-side sliding contact member 52. The spiral groove 57 is for facilitating the supply of the liquid used for lubrication to the sliding contact surface, and has a depth of about 10 μm. The spiral groove 57 is generally formed by laser processing.

摺接部材51,52は、SiCなどのセラミックで形成されるのが一般的である。ところが、ポンプの取扱液が超純水の場合、摺接部材51,52が腐食してしまい、軸受の寿命が極端に短くなってしまう。そこで、このような取扱液を使用する場合には、摺接部材51,52の摺接面を多結晶ダイヤモンドで被覆することで耐久性を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この多結晶ダイヤモンドの被膜は、膜厚が薄すぎると剥離しやすく、厚すぎると割れやすくなるため、数μm〜10数μmの厚さの膜として形成される。   The sliding members 51 and 52 are generally formed of a ceramic such as SiC. However, when the liquid handled by the pump is ultrapure water, the sliding members 51 and 52 are corroded, and the life of the bearing is extremely shortened. Thus, when such a handling liquid is used, it has been proposed to improve durability by coating the sliding contact surfaces of the sliding contact members 51 and 52 with polycrystalline diamond (for example, Patent Document 1). reference). The polycrystalline diamond film is formed as a film having a thickness of several μm to several tens of μm because it is easily peeled off when the film thickness is too thin and is easily cracked when the film is too thick.

ところで、回転側摺接部材51と固定側摺接部材52にスラスト荷重がかかった場合、これらの摺接部材51,52は最終的に回転基台56と固定基台55の保持面にそれぞれ拘束される。このため、これらの工作精度、組立精度によっては、回転側摺接部材51と固定側摺接部材52の各摺接面が正しく接触せずに、一方の端部が他方の一部に接触するだけとなる。図3は、摺接面が傾いている状態を誇張して表現した図である。   By the way, when a thrust load is applied to the rotation side sliding contact member 51 and the fixed side sliding contact member 52, these sliding contact members 51 and 52 are finally restrained by the holding surfaces of the rotation base 56 and the fixed base 55, respectively. Is done. For this reason, depending on the work accuracy and the assembly accuracy, the sliding contact surfaces of the rotation-side sliding contact member 51 and the fixed-side sliding contact member 52 do not contact each other correctly, and one end portion contacts the other part. It becomes only. FIG. 3 is an exaggerated representation of the state in which the sliding contact surface is tilted.

このように摺接面が互いに傾いていると、その接触点(実際には摺接面は相対的に回転するため、一方は軸受の回転中心から接触点までを半径とする円周となる)に荷重が集中し、摺接面が偏摩耗してしまう。ダイヤモンド被膜は薄いため、偏摩耗により、想定よりも早く基材のセラミックが露出することになる。そして、露出した箇所が液体(超純水)と接触して、摺接部材51,52が腐食し、その結果、軸受の寿命が短くなってしまう。なお、このような偏摩耗に起因する問題は、ダイヤモンド被膜に限らず、他の被膜でも同様に起こり得る。さらに、被膜のない軸受においても、軸受寿命の低下に影響する問題である。   When the slidable contact surfaces are inclined with respect to each other in this manner, the contact point (actually, the slidable contact surface rotates relatively, so that one of the circles has a radius from the rotation center of the bearing to the contact point). The load is concentrated on the sliding surface and the sliding contact surface is unevenly worn. Since the diamond coating is thin, the ceramic of the base material is exposed earlier than expected due to uneven wear. And the exposed part contacts liquid (ultra pure water), the sliding contact members 51 and 52 corrode, and as a result, the lifetime of a bearing will become short. Such problems due to uneven wear can occur not only in the diamond coating but also in other coatings. Furthermore, even for a bearing without a coating, it is a problem that affects the reduction of the bearing life.

また、スパイラル溝57(図2(a)参照)が形成されている摺接面にダイヤモンド皮膜を形成すると、ダイヤモンド被膜があるにもかかわらず超純水により摺接面が腐食したり、ダイヤモンド被膜が割れて剥離するといった現象が頻繁に起きてしまう。   In addition, when a diamond film is formed on the sliding contact surface in which the spiral groove 57 (see FIG. 2A) is formed, the sliding contact surface is corroded by ultrapure water despite the presence of the diamond coating. The phenomenon of cracking and peeling frequently occurs.

特開2006−275286号公報JP 2006-275286 A WO2008/133197A1WO2008 / 133197A1

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、摺接面の接触状態を改善し、偏摩耗を低減するスラスト滑り軸受を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、従来の問題点を改善した多結晶材料の被膜をもつスラスト滑り軸受を提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a first object thereof is to provide a thrust sliding bearing that improves the contact state of the sliding contact surface and reduces uneven wear.
It is a second object of the present invention to provide a thrust slide bearing having a polycrystalline material coating which has improved the conventional problems.

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、摺接面を有する回転側摺接部材と、摺接面を有する固定側摺接部材と、前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備え、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面同士の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention is a thrust slide bearing that receives an axial load, and includes a rotation side sliding contact member having a sliding contact surface, and a fixed side sliding contact having a sliding contact surface. A member, a rotation-side deformation member that contacts the end surface of the rotation-side sliding contact member opposite to the sliding contact surface, and a fixed contact of the fixed-side sliding contact member that contacts the end surface opposite to the sliding contact surface. The rotation side deformation member and the fixed side deformation member are made of a material that is plastically deformed by sliding contact between the sliding contact surfaces .

本発明の好ましい態様は、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、潤滑に用いられる液体を前記摺接面に供給するための溝が形成されており、前記溝が形成された摺接面は、結晶性材料で被覆されていることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, a groove for supplying a liquid used for lubrication to the sliding contact surface is provided on at least one of the sliding contact surface of the rotation side sliding contact member and the sliding contact surface of the fixed side sliding contact member. The sliding contact surface on which the groove is formed is covered with a crystalline material .

本発明の好ましい態様は、前は、径方向に延びる断面U字型のラジアル溝であり、
前記ラジアル溝が形成された摺接面は、表面形状変化箇所が曲面または外角が30度以下となるように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材の厚さは0.1mm〜0.5mmの範囲内であることを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention, prior Symbol groove, Ri radial grooves der of U-shaped cross section extending in the radial direction,
The sliding contact surface which radial grooves are formed, characterized in that the front surface shape changing portion is configured curved or external angle is equal to or less than 30 degrees.
In a preferred aspect of the present invention, the thicknesses of the rotating side deformable member and the fixed side deformable member are within a range of 0.1 mm to 0.5 mm.

本発明の好ましい態様は、前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面はSiC(炭化ケイ素)から構成されることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the crystalline material is polycrystalline diamond .
In a preferred aspect of the present invention, the sliding contact surface of the rotation side sliding contact member and the sliding contact surface of the fixed side sliding contact member are made of SiC (silicon carbide).

本発明の好ましい態様は、前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the rotating side deformable member and the fixed side deformable member are made of fluororesin or polyethylene .

本発明の他の態様は、ケーシングと、前記ケーシングに収容される羽根車と、前記羽根車と一体となって回転する軸と、前記軸を回転させるモータと、前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備え、取扱液が超純水であるポンプであって、前記複数の軸受の少なくとも一つは上記スラスト滑り軸受であることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a casing, an impeller housed in the casing, a shaft that rotates integrally with the impeller, a motor that rotates the shaft, and the shaft are rotatably supported. and a plurality of bearings, pumped fluid is a ultra-pure water der Ru pump, at least one of said plurality of bearing is characterized in that a said thrust sliding bearing.

本発明によれば、スラスト軸受の組立時に摺接部材の摺接面が傾いても、摺接部材が互いを押圧しながら回転することにより、変形部材が変形して摺接面の傾きが改善される。また、本発明によれば、摺接面の全体が滑らかな面で構成されるので、ピンホールや露出箇所を形成することなく、結晶性材料(例えばダイヤモンド)の被膜を摺接面にコーティングすることができる。   According to the present invention, even if the sliding contact surface of the sliding contact member is tilted when the thrust bearing is assembled, the sliding member is rotated while pressing each other, whereby the deformable member is deformed and the tilt of the sliding contact surface is improved. Is done. In addition, according to the present invention, since the entire sliding contact surface is formed of a smooth surface, a coating of a crystalline material (for example, diamond) is coated on the sliding contact surface without forming pinholes or exposed portions. be able to.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図4は、本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。図4に示すように、ポンプは、ポンプケーシング10と、このポンプケーシング10に収容されたキャンドモータ11と、このキャンドモータ11によって回転される軸12と、この軸12の端部に固定された羽根車15とを備えている。ポンプケーシング10は、ケーシング外筒10Aと、このケーシング外筒10Aの両端に接続された吸込ケーシング10Bおよび吐出ケーシング10Cとを有している。吸込ケーシング10Bおよび吐出ケーシング10Cは、それぞれ吸込口10aおよび吐出口10bを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an all-around flow type canned motor pump provided with a thrust bearing device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the pump is fixed to a pump casing 10, a canned motor 11 accommodated in the pump casing 10, a shaft 12 rotated by the canned motor 11, and an end portion of the shaft 12. And an impeller 15. The pump casing 10 has a casing outer cylinder 10A, and a suction casing 10B and a discharge casing 10C connected to both ends of the casing outer cylinder 10A. The suction casing 10B and the discharge casing 10C have a suction port 10a and a discharge port 10b, respectively.

キャンドモータ11は、軸12の外周面に固定された回転子11Aと、この回転子11Aを囲むように配置された固定子11Bと、この固定子11Bが固定されるモータ外胴11Cと、モータ外胴11Cの両開放端部を塞ぐモータ側板11Dと、回転子11Aと固定子11Bとの間に配置された円筒状のキャン11Eとを備えている。固定子11Bは、モータ外胴11Cと、キャン11Eと、モータ側板11Dとによって形成された空間内に密封されている。モータ外胴11Cとケーシング外筒10Aとの間には、円筒状の液体の流路17が形成されている。この流路17は吸込口10aおよび吐出口10bに連通している。このような構成において、羽根車15を回転させると、液体は、吸込口10aからポンプケーシング10内に吸い込まれ、回転する羽根車15によって昇圧される。昇圧された液体は、流路17を通って吐出口10bから吐出される。   The canned motor 11 includes a rotor 11A fixed to the outer peripheral surface of the shaft 12, a stator 11B disposed so as to surround the rotor 11A, a motor outer body 11C to which the stator 11B is fixed, a motor A motor side plate 11D that closes both open ends of the outer cylinder 11C, and a cylindrical can 11E disposed between the rotor 11A and the stator 11B are provided. The stator 11B is sealed in a space formed by the motor outer body 11C, the can 11E, and the motor side plate 11D. A cylindrical liquid flow path 17 is formed between the motor outer cylinder 11C and the casing outer cylinder 10A. The flow path 17 communicates with the suction port 10a and the discharge port 10b. In such a configuration, when the impeller 15 is rotated, the liquid is sucked into the pump casing 10 from the suction port 10 a and is pressurized by the rotating impeller 15. The pressurized liquid is discharged from the discharge port 10 b through the flow path 17.

軸12はその両端に配置されたラジアル軸受20,21によって回転自在に支持されるとともに、スラスト軸受22および補助スラスト軸受23によって支持されている。スラスト軸受22、ラジアル軸受20,21、および補助スラスト軸受23は、いずれも滑り軸受である。スラスト軸受22は、ポンプの運転中に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。ポンプの運転中は、羽根車15の回転により液体が加圧されるため、羽根車15の吐出側面が受ける圧力は吸込側面が受ける圧力よりも高くなる。この羽根車15に作用する圧力のアンバランスによりスラスト荷重が発生する。スラスト軸受22は、この吐出口10bから吸込口10aに向かう方向に発生するスラスト荷重を受けるためのものである。一方、補助スラスト軸受23は、ポンプ起動時などにおいて定常運転時とは逆向き(吸込口10aから吐出口10bに向かう方向)のスラスト荷重を受けるためのものである。スラスト軸受22、ラジアル軸受20,21、および補助スラスト軸受23には、ポンプケーシング10内に取り込まれた液体が浸潤し、この液体によって潤滑されている。   The shaft 12 is rotatably supported by radial bearings 20 and 21 disposed at both ends thereof, and is supported by a thrust bearing 22 and an auxiliary thrust bearing 23. The thrust bearing 22, the radial bearings 20, 21 and the auxiliary thrust bearing 23 are all sliding bearings. The thrust bearing 22 is for receiving a thrust load generated during operation of the pump. Since the liquid is pressurized by the rotation of the impeller 15 during the operation of the pump, the pressure received by the discharge side surface of the impeller 15 is higher than the pressure received by the suction side surface. A thrust load is generated by imbalance of pressure acting on the impeller 15. The thrust bearing 22 is for receiving a thrust load generated in a direction from the discharge port 10b toward the suction port 10a. On the other hand, the auxiliary thrust bearing 23 is for receiving a thrust load in the opposite direction (direction from the suction port 10a to the discharge port 10b) at the time of starting the pump or the like. The thrust bearing 22, the radial bearings 20, 21 and the auxiliary thrust bearing 23 are infiltrated with the liquid taken into the pump casing 10, and are lubricated by the liquid.

図5は、図4に示すスラスト軸受22およびラジアル軸受21を示す断面図である。図6は図5に示すB-B線断面図である。ラジアル軸受21は、軸12の外周面に固定された回転側ラジアル摺接部材26と、固定基台(固定側軸受ブラケット)27に固定された固定側ラジアル摺接部材28とを有している。スラスト軸受22は、軸12と一体に回転する回転側スラスト摺接部材30と、この回転側スラスト摺接部材30に対向して配置される固定側スラスト摺接部材31とを有している。回転側スラスト摺接部材30と固定側スラスト摺接部材31は、互いに向き合う環状の摺接面をそれぞれ有している。回転側スラスト摺接部材30および固定側スラスト摺接部材31は、SiC(炭化けい素)などのセラミックから構成されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the thrust bearing 22 and the radial bearing 21 shown in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. The radial bearing 21 has a rotation-side radial sliding contact member 26 fixed to the outer peripheral surface of the shaft 12 and a fixed-side radial sliding contact member 28 fixed to a fixed base (fixed-side bearing bracket) 27. . The thrust bearing 22 includes a rotation-side thrust sliding contact member 30 that rotates integrally with the shaft 12, and a fixed-side thrust sliding contact member 31 that is disposed to face the rotation-side thrust sliding contact member 30. The rotation-side thrust sliding contact member 30 and the fixed-side thrust sliding contact member 31 have annular sliding contact surfaces that face each other. The rotation side thrust sliding contact member 30 and the fixed side thrust sliding contact member 31 are made of a ceramic such as SiC (silicon carbide).

回転側スラスト摺接部材30は、軸12に固定された回転基台(回転側軸受ブラケット)33に保持されている。この回転基台33には環状の縁部33aが形成されており、この縁部33aの内側に回転側スラスト摺接部材30が配置されている。縁部33aと回転側スラスト摺接部材30との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング34が配置されており、この軸受押さえリング34により回転側スラスト摺接部材30のラジアル方向の位置が固定されている。   The rotation side thrust sliding contact member 30 is held by a rotation base (rotation side bearing bracket) 33 fixed to the shaft 12. An annular edge 33a is formed on the rotation base 33, and the rotation-side thrust sliding contact member 30 is disposed inside the edge 33a. A bearing pressing ring 34 formed of an elastic material such as rubber is disposed between the edge 33 a and the rotation side thrust sliding contact member 30, and the bearing pressing ring 34 allows the rotation side thrust sliding contact member 30 to move. The radial position is fixed.

固定側スラスト摺接部材31は上記固定基台27に保持されている。この固定基台27の位置は固定されている。この固定基台27には環状の縁部27aが形成されており、この縁部27aの内側に固定側スラスト摺接部材31が配置されている。縁部27aと固定側スラスト摺接部材31との間には、ゴムなどの弾性材から形成された軸受押さえリング36が配置されており、この軸受押さえリング36により固定側スラスト摺接部材31のラジアル方向の位置が固定されている。   The fixed-side thrust sliding contact member 31 is held on the fixed base 27. The position of the fixed base 27 is fixed. An annular edge portion 27a is formed on the fixed base 27, and a fixed-side thrust sliding contact member 31 is disposed inside the edge portion 27a. A bearing pressing ring 36 made of an elastic material such as rubber is disposed between the edge portion 27 a and the fixed-side thrust sliding contact member 31. The radial position is fixed.

回転側スラスト摺接部材30に隣接してシート(回転側変形部材)40が配置されている。このシート40は、回転側スラスト摺接部材30の摺接面とは反対側の端面に接している。シート40は、回転側スラスト摺接部材30と回転基台33とに挟まれており、回転側スラスト摺接部材30と回転基台33との間のスラスト荷重は、シート40を介して伝達される。同様に、固定側スラスト摺接部材31に隣接してシート(固定側変形部材)41が配置されている。このシート41は、固定側スラスト摺接部材31の摺接面とは反対側の端面に接している。シート41は、固定側スラスト摺接部材31と固定基台27とに挟まれており、固定側スラスト摺接部材31と固定基台27との間のスラスト荷重は、シート41を介して伝達される。このように、回転側スラスト摺接部材30および固定側スラスト摺接部材31は、2つのシート40,41によって挟まれている。   A sheet (rotation side deformation member) 40 is disposed adjacent to the rotation side thrust sliding contact member 30. The sheet 40 is in contact with the end surface on the opposite side to the sliding contact surface of the rotation side thrust sliding contact member 30. The sheet 40 is sandwiched between the rotation-side thrust sliding contact member 30 and the rotation base 33, and the thrust load between the rotation-side thrust sliding contact member 30 and the rotation base 33 is transmitted via the sheet 40. The Similarly, a sheet (fixed side deformation member) 41 is disposed adjacent to the fixed side thrust sliding contact member 31. The sheet 41 is in contact with the end surface of the fixed-side thrust sliding contact member 31 opposite to the sliding contact surface. The sheet 41 is sandwiched between the fixed-side thrust sliding contact member 31 and the fixed base 27, and the thrust load between the fixed-side thrust sliding contact member 31 and the fixed base 27 is transmitted via the sheet 41. The Thus, the rotation side thrust sliding contact member 30 and the fixed side thrust sliding contact member 31 are sandwiched between the two sheets 40 and 41.

これらのシート40,41は同一の形状を有し、同一の材料から形成されている。したがって、以下、回転側スラスト摺接部材30に接するシート40について説明する。図7はシート40を示す斜視図である。図7に示すように、シート40は環状の形状を有している。シート40は摺接面の面積よりも大きく、摺接部材の端面(摺接面と反対側の面)の全体を覆う形状を有している。シート40の厚さは、0.1mm〜0.5mmの範囲内であることが好ましい。シート40の材料としては、低荷重で変形するものが好ましく、樹脂材料が適当である。例えば、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレンなど)が好ましく使用される。   These sheets 40 and 41 have the same shape and are formed of the same material. Therefore, hereinafter, the sheet 40 in contact with the rotation side thrust sliding contact member 30 will be described. FIG. 7 is a perspective view showing the seat 40. As shown in FIG. 7, the sheet 40 has an annular shape. The sheet 40 has a shape that is larger than the area of the sliding contact surface and covers the entire end surface (surface opposite to the sliding contact surface) of the sliding contact member. The thickness of the sheet 40 is preferably in the range of 0.1 mm to 0.5 mm. The material of the sheet 40 is preferably a material that can be deformed with a low load, and a resin material is suitable. For example, a fluororesin (such as polytetrafluoroethylene) is preferably used.

このような変形可能なシート40,41の上に摺接部材30,31がそれぞれ設置されるので、スラスト軸受22の組立時に摺接部材30,31の摺接面が傾いても、摺接部材30,31が互いを押圧しながら回転することにより、シート40,41が変形して摺接面の傾きが改善される。その結果、摺接部材30,31の摺接面は互いに面接触する。図8(a)は摺接部材30,31が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図8(b)は摺接部材30,31がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。図8(b)から分かるように、シート40,41の変形により摺接部材30,31の摺接面が回転軸12(一点鎖線で示す)に対して垂直な面に修正される。これにより、摺接部材30,31の偏摩耗を抑制することができ、スラスト軸受22の寿命を延ばすことができる。   Since the sliding contact members 30 and 31 are respectively installed on the deformable sheets 40 and 41, even if the sliding contact surfaces of the sliding contact members 30 and 31 are inclined during the assembly of the thrust bearing 22, the sliding contact members are provided. By rotating 30 and 31 while pressing each other, the sheets 40 and 41 are deformed, and the inclination of the sliding contact surface is improved. As a result, the sliding contact surfaces of the sliding contact members 30 and 31 are in surface contact with each other. FIG. 8A is a schematic diagram showing a state in which the sliding contact surfaces 30 and 31 are in contact with each other while the sliding contact members 30 and 31 are inclined, and FIG. It is a schematic diagram which shows the state which has received. As can be seen from FIG. 8B, the sliding surfaces of the sliding members 30 and 31 are corrected to a plane perpendicular to the rotating shaft 12 (indicated by a one-dot chain line) by deformation of the sheets 40 and 41. Thereby, the partial wear of the sliding contact members 30 and 31 can be suppressed, and the life of the thrust bearing 22 can be extended.

シート40,41の材料として、ゴム等のエラストマーを用いることもできる。しかしながら、弾性変形の場合は変形量に応じて摺接部材30,31に荷重がかかるため、摺接面内での接触圧力が不均一となる。したがって、シート40,41の変形は主に塑性変形であることが好ましく、ポンプ運転に伴って発生するスラスト荷重による摺接部材30,31の摺接によって塑性変形する材料を用いてシート40,41を形成することが好ましい。具体的には、圧縮強さ、圧縮降伏応力が小さい材料が好ましく、特に圧縮強さ50MPa以下で、圧縮降伏応力が30MPa以下の材料が好ましい。更に、取扱液に対する安定性が高く、吸水率が小さい材料が好ましい。このような材料としては、フッ素樹脂の他にポリエチレンが挙げられる。   As the material of the sheets 40 and 41, an elastomer such as rubber can be used. However, in the case of elastic deformation, a load is applied to the slidable contact members 30 and 31 according to the amount of deformation, so that the contact pressure in the slidable contact surface becomes nonuniform. Therefore, it is preferable that the deformation of the sheets 40 and 41 is mainly plastic deformation, and the sheets 40 and 41 are made of a material that is plastically deformed by the sliding contact of the sliding members 30 and 31 due to the thrust load generated during the pump operation. Is preferably formed. Specifically, a material having a small compressive strength and compressive yield stress is preferable, and a material having a compressive strength of 50 MPa or less and a compressive yield stress of 30 MPa or less is particularly preferable. Furthermore, a material having high stability with respect to the handling liquid and low water absorption is preferable. Examples of such a material include polyethylene in addition to the fluororesin.

図9(a)は固定側スラスト摺接部材31の平面図であり、図9(b)は固定側スラスト摺接部材31の縦断面図である。固定側スラスト摺接部材31の摺接面31aには、径方向に延びる複数のラジアル溝45が形成されている。このラジアル溝45は、U字型の断面形状を有しており、ラジアル溝45と摺接面31aとは滑らかな曲面でつながっている。ラジアル溝45を含む摺接面31aの全体は、多結晶ダイヤモンドで被覆されている。ダイヤモンドコーティングの方法は特に限定されないが、特許文献1(特開2006−275286号公報)に記載の方法が適用可能である。   FIG. 9A is a plan view of the fixed-side thrust sliding contact member 31, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of the fixed-side thrust sliding contact member 31. A plurality of radial grooves 45 extending in the radial direction are formed on the sliding contact surface 31 a of the fixed-side thrust sliding contact member 31. The radial groove 45 has a U-shaped cross-sectional shape, and the radial groove 45 and the sliding contact surface 31a are connected by a smooth curved surface. The entire sliding contact surface 31a including the radial groove 45 is covered with polycrystalline diamond. The diamond coating method is not particularly limited, but the method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-275286) can be applied.

図2(a)に示すようなスパイラル溝を含む摺接面にダイヤモンド被膜を形成すると、既に述べたように超純水による腐食や、ダイヤモンド被膜の割れによる剥離という問題が起こる。この原因は以下のようなメカニズムであると考えられる。SiCから形成される摺接部材にレーザ加工によって形成された溝は、幅1mm程度、深さ10μm程度である。図10は、この摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示している。図10に示すように、摺接部材の表面にはレーザ加工により、シャープなエッジ部が形成されている。ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができずに、ピンホールができたり、エッジ部分が被覆されずに残ってしまったりする。取扱液が超純水であると、超純水がピンホールから浸入して摺接部材の表面が腐食されたり、露出したエッジ部が腐食してしまう。   When the diamond film is formed on the sliding contact surface including the spiral groove as shown in FIG. 2A, problems such as corrosion by ultrapure water and peeling due to cracking of the diamond film occur as described above. The cause is thought to be the following mechanism. The groove formed by laser processing on the sliding contact member made of SiC has a width of about 1 mm and a depth of about 10 μm. FIG. 10 shows a state in which this slidable contact member is coated with polycrystalline diamond. As shown in FIG. 10, a sharp edge portion is formed on the surface of the sliding contact member by laser processing. The diamond crystal cannot follow the change in the surface shape of the diamond crystal, so that a pinhole is formed or the edge portion is left uncovered. When the handling liquid is ultrapure water, the ultrapure water enters from the pinhole and the surface of the sliding contact member is corroded or the exposed edge portion is corroded.

また、エッジ部のように表面形状の変化が大きい箇所があると、たとえダイヤモンドでコーティングされていたとしても、摺接部材同士が摺接したときに、その箇所に応力が集中することとなる。ダイヤモンド膜は脆いため、このような応力集中に耐えられず割れてしまい、摺接部材から剥離することになる。   Further, if there is a part having a large change in surface shape such as an edge part, even if the parts are coated with diamond, when the sliding members come into sliding contact with each other, stress concentrates on the part. Since the diamond film is brittle, it cannot withstand such stress concentration and cracks and peels off from the sliding contact member.

一方、図11に示すような、摺接面に急激な形状変化がなく、なだらかな形状であれば、ダイヤモンドの結晶はその表面形状の変化に追従することができ、ピンホールなどを形成することはない。また、応力集中も緩和されるため、ダイヤモンド被膜が剥離するほどの応力集中も起こらない。   On the other hand, as shown in FIG. 11, if the sliding contact surface does not have a sharp shape change and has a gentle shape, the diamond crystal can follow the surface shape change and form a pinhole or the like. There is no. Further, since the stress concentration is relaxed, the stress concentration enough to peel off the diamond film does not occur.

本実施形態では、このような理由に基づき、図2(a)に示すスパイラル溝に比べて、幅が広い断面U字型のラジアル溝45が摺接面31aに形成されている。図12はラジアル溝45の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。このラジアル溝45は、摺接部材31を成形するための型の形状として摺接部材31に転写可能な大きさであり、また、研削により成形可能な大きさである。図12に示すように、ラジアル溝45全体が緩やかな円弧を描くような形状をしており、ラジアル溝45と摺接面31aとの接続部も滑らかな曲面R1として形成されている。   In the present embodiment, based on such reasons, a radial groove 45 having a U-shaped cross section that is wider than the spiral groove shown in FIG. 2A is formed on the sliding contact surface 31a. FIG. 12 is a cross-sectional view along a plane perpendicular to the extending direction of the radial groove 45. The radial groove 45 has a size that can be transferred to the sliding contact member 31 as a shape of a mold for forming the sliding contact member 31 and can be formed by grinding. As shown in FIG. 12, the entire radial groove 45 has a shape that draws a gentle arc, and the connecting portion between the radial groove 45 and the sliding contact surface 31a is also formed as a smooth curved surface R1.

図13は図9(a)に示すC−C線断面図である。図13に示すように、摺接面31aの内周縁部および外周縁部は滑らかな曲面R2で形成されている。なお、回転側スラスト摺接部材30の摺接面の内周縁部および外周縁部も、同様に、滑らかな曲面で形成されている。図13に示す実施形態では、摺接面31aとは反対側の端面の内周縁部および外周縁部も曲面R2として形成されているが、摺接面31aの両周縁部のみを曲面で形成してもよい。   FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. As shown in FIG. 13, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the sliding contact surface 31a are formed with a smooth curved surface R2. Similarly, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the sliding contact surface of the rotation-side thrust sliding contact member 30 are also formed with smooth curved surfaces. In the embodiment shown in FIG. 13, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the end surface opposite to the sliding contact surface 31a are also formed as the curved surface R2, but only both peripheral portions of the sliding contact surface 31a are formed as curved surfaces. May be.

本実施形態では、溝の幅Wは2mm程度、溝の深さDは0.2mm程度である。回転側摺接部材を型により成形する際の精度やその容易性を考慮すると、幅Wは2〜3.5mm、深さDは0.2〜0.25mmの範囲内であることが好ましい。   In the present embodiment, the groove width W is about 2 mm, and the groove depth D is about 0.2 mm. Considering the accuracy and ease of forming the rotation side sliding contact member with a mold, it is preferable that the width W is in the range of 2 to 3.5 mm and the depth D is in the range of 0.2 to 0.25 mm.

このように、ダイヤモンドコーティングされる摺接面の全てを、平坦面を含む滑らかな面で構成したため、表面形状変化の大きな箇所が存在しない。よって、ダイヤモンド被膜にピンホールや露出箇所が形成されるのを抑制でき、また、応力集中を緩和することができる。結果として、超純水による摺接部材の腐食や、ダイヤモンド被膜の剥離が抑制され、スラスト滑り軸受の寿命が延びる。   As described above, since all of the slidable contact surfaces to be diamond-coated are composed of smooth surfaces including a flat surface, there is no portion having a large surface shape change. Therefore, it is possible to suppress the formation of pinholes and exposed portions in the diamond coating, and to reduce stress concentration. As a result, corrosion of the sliding contact member by ultrapure water and peeling of the diamond coating are suppressed, and the life of the thrust sliding bearing is extended.

なお、本実施形態では、摺接面内の全ての表面形状変化箇所を曲面で構成したが、表面形状変化箇所が大きな鈍角であれば、これを曲面により構成しなくともよい。例えば、図14に示すように、表面形状変化箇所(角部)の外角が30度以下であれば、ピンホール形成の抑制および応力集中の緩和が可能である。しかしながら、表面形状変化箇所を曲面で形成すること、特に断面が円弧形状となるように表面形状変化箇所を形成することが最も好ましい。なお、本実施形態では、ラジアル溝を固定側スラスト摺接部材に形成したが、回転側スラスト摺接部材にラジアル溝を形成してもよく、または両方の摺接部材にラジアル溝を形成してもよい。ただし、ラジアル溝は固定側スラスト摺接部材または回転側スラスト摺接部材のどちらか一方のみに設けるのがより好ましい。また、ラジアル溝は半径方向と平行でなく、半径方向に対して傾きを持った形状でも構わなく、ラジアル溝の断面全体が緩やかに変化する形状をしており、ラジアル溝と摺接面との接続部も緩やかに変化する形状として形成されていればよい。   In the present embodiment, all the surface shape change portions in the sliding contact surface are configured by curved surfaces. However, if the surface shape change locations are large obtuse angles, they may not be configured by a curved surface. For example, as shown in FIG. 14, if the outer angle of the surface shape change portion (corner portion) is 30 degrees or less, pinhole formation can be suppressed and stress concentration can be reduced. However, it is most preferable to form the surface shape change portion with a curved surface, and particularly to form the surface shape change portion so that the cross section has an arc shape. In this embodiment, the radial groove is formed on the fixed-side thrust sliding contact member. However, the radial groove may be formed on the rotation-side thrust sliding contact member, or the radial groove may be formed on both sliding contact members. Also good. However, it is more preferable that the radial groove is provided only in one of the fixed side thrust sliding contact member and the rotation side thrust sliding contact member. In addition, the radial groove may not be parallel to the radial direction but may have a shape inclined with respect to the radial direction, and the entire cross section of the radial groove changes gently, and the radial groove and the slidable contact surface The connection part should just be formed in the shape which changes gently.

このような、改善された表面形状を持つ摺接部材を被覆する材料としては、多結晶ダイヤモンドに限るものではなく、結晶体、特に多結晶体であって、硬くて脆い材質の被膜であれば同じような効果を発揮することが可能である。多結晶ダイヤモンドは特にそのような性質(多結晶で硬くて脆い)が顕著であるため特に効果が大きい。   The material for covering such a sliding member having an improved surface shape is not limited to polycrystalline diamond, but may be a crystalline material, particularly a polycrystalline material that is a hard and brittle material film. It is possible to exert the same effect. Polycrystalline diamond is particularly effective because of its remarkable properties (polycrystalline, hard and brittle).

本実施形態では、軸受自体の片あたりの改善、および軸受の摺接面内の表面形状の改善の相乗効果により、スラスト滑り軸受の寿命を飛躍的に延ばすことができる。また、摺接面の表面形状が滑らかであるので、摺接面同士の接触圧力にも急激な変化がおきにくく、偏摩耗をより抑制することができる。   In the present embodiment, the life of the thrust sliding bearing can be greatly extended by the synergistic effect of the improvement of the bearing per piece and the improvement of the surface shape in the sliding contact surface of the bearing. Further, since the surface shape of the slidable contact surfaces is smooth, the contact pressure between the slidable contact surfaces is hardly changed, and uneven wear can be further suppressed.

上述の2つの改善(変形部材および被膜)はそれぞれを単独に用いても十分に効果のあるものである。例えば、変形部材(シート40,41)は、被膜のないスラスト滑り軸受にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。また、ダイヤモンド以外の材料による被膜を施したスラスト滑り軸受にも、変形部材を適用することができる。変形部材は、ダイヤモンドコーティングのように薄くて破損しやすい被膜の場合には、特に効果的である。なお、補助スラスト軸受23の摺接面についても、同様の形態でダイヤモンド被膜をコーティングしても良いし、変形部材を適用しても良い。   The above two improvements (deformation member and coating) are sufficiently effective even when each of them is used alone. For example, the deformable members (sheets 40 and 41) can be applied to a thrust sliding bearing without a coating, and the same effect can be obtained. Further, the deformable member can also be applied to a thrust slide bearing that is coated with a material other than diamond. The deformable member is particularly effective in the case of a thin and easily damaged film such as a diamond coating. The sliding surface of the auxiliary thrust bearing 23 may be coated with a diamond coating in the same manner, or a deformable member may be applied.

本実施形態のスラスト滑り軸受は、図4に示すポンプのみならず、スラスト荷重を発生する他の回転機械にも適用することが可能である。   The thrust sliding bearing of the present embodiment can be applied not only to the pump shown in FIG. 4 but also to other rotating machines that generate a thrust load.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。   The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

スラスト滑り軸受を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows a thrust sliding bearing typically. 図2(a)は固定側摺接部材を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)のA-A線断面図である。FIG. 2A is a plan view showing the fixed sliding member, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 摺接面が傾いている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the sliding contact surface inclines. 本発明の一実施形態に係るスラスト軸受装置を備えた全周流型キャンドモータポンプの断面図である。1 is a cross-sectional view of an all-around-flow canned motor pump including a thrust bearing device according to an embodiment of the present invention. 図4に示すスラスト軸受およびラジアル軸受を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thrust bearing and radial bearing which are shown in FIG. 図5に示すB-B線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B shown in FIG. 5. シートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a sheet | seat. 図8(a)は摺接部材が傾いた状態で摺接面同士が接触している状態を示す模式図であり、図8(b)は摺接部材がスラスト荷重を受けている状態を示す模式図である。FIG. 8A is a schematic view showing a state in which the sliding contact surfaces are in contact with each other while the sliding contact member is tilted, and FIG. 8B shows a state in which the sliding contact member receives a thrust load. It is a schematic diagram. 図9(a)は固定側スラスト摺接部材の平面図であり、図9(b)は固定側スラスト摺接部材の縦断面図である。9A is a plan view of the fixed-side thrust sliding contact member, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of the fixed-side thrust sliding contact member. 従来の摺接部材に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the polycrystalline diamond coating was made | formed by the conventional sliding contact member. 滑らかな摺接面に多結晶ダイヤモンドコーティングがなされた状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the polycrystalline diamond coating was made | formed on the smooth sliding contact surface. ラジアル溝の延びる方向に対して垂直な面に沿った断面図である。It is sectional drawing along the surface perpendicular | vertical with respect to the direction where a radial groove is extended. 図9(a)に示すC−C線断面図である。It is CC sectional view taken on the line shown to Fig.9 (a). 外角が30度以下の表面形状変化箇所(角部)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the surface shape change location (corner part) whose outside angle is 30 degrees or less.

符号の説明Explanation of symbols

10 ポンプケーシング
11 キャンドモータ
12 軸
15 羽根車
20,21 ラジアル軸受
22 スラスト軸受
23 補助スラスト軸受
26 回転側ラジアル摺接部材
27 固定基台
28 固定側ラジアル摺接部材
30 回転側スラスト摺接部材
31 固定側スラスト摺接部材
33 回転基台
34,36 軸押さえリング
40,41 シート(変形部材)
45 ラジアル溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pump casing 11 Canned motor 12 Shaft 15 Impeller 20, 21 Radial bearing 22 Thrust bearing 23 Auxiliary thrust bearing 26 Rotation side radial sliding contact member 27 Fixed base 28 Fixed side radial sliding contact member 30 Rotation side thrust sliding contact member 31 Fixed Side thrust sliding contact member 33 Rotating base 34, 36 Shaft pressing ring 40, 41 Sheet (deformable member)
45 Radial groove

Claims (8)

軸方向の荷重を受けるスラスト滑り軸受であって、
摺接面を有する回転側摺接部材と、
摺接面を有する固定側摺接部材と、
前記回転側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する回転側変形部材と、
前記固定側摺接部材の、前記摺接面とは反対側の端面に接する固定側変形部材とを備え
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、前記摺接面同士の摺接により塑性変形する材料から構成されていることを特徴とするスラスト滑り軸受。
A thrust slide bearing that receives an axial load,
A rotation side sliding contact member having a sliding contact surface;
A fixed sliding contact member having a sliding contact surface;
A rotation-side deformation member in contact with an end surface of the rotation-side sliding contact member opposite to the sliding contact surface;
A fixed-side deformation member in contact with an end surface of the fixed-side sliding contact member opposite to the sliding contact surface ;
The thrust sliding bearing, wherein the rotation side deformation member and the fixed side deformation member are made of a material that is plastically deformed by sliding contact between the sliding contact surfaces .
前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面の少なくとも一方には、潤滑に用いられる液体を前記摺接面に供給するための溝が形成されており、A groove for supplying a liquid used for lubrication to the sliding contact surface is formed on at least one of the sliding contact surface of the rotating side sliding contact member and the sliding contact surface of the fixed side sliding contact member,
前記溝が形成された摺接面は、結晶性材料で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載のスラスト滑り軸受。  The thrust sliding bearing according to claim 1, wherein the sliding contact surface in which the groove is formed is covered with a crystalline material.
は、径方向に延びる断面U字型のラジアル溝であり、
前記ラジアル溝が形成された摺接面は、表面形状変化箇所が曲面または外角が30度以下となるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のスラスト滑り軸受。
Before SL groove, Ri radial grooves der of U-shaped cross section extending in the radial direction,
The sliding contact surface which radial grooves are formed, the thrust sliding bearing according to claim 2, characterized in that the table surface shape changing portion is configured curved or external angle is equal to or less than 30 degrees.
前記回転側変形部材および前記固定側変形部材の厚さは0.1mm〜0.5mmの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のスラスト軸受。4. The thrust bearing according to claim 1, wherein thicknesses of the rotation-side deformation member and the fixed-side deformation member are in a range of 0.1 mm to 0.5 mm. 5. 前記結晶性材料が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項2または3に記載のスラスト滑り軸受。 4. The thrust slide bearing according to claim 2, wherein the crystalline material is polycrystalline diamond. 前記回転側摺接部材の摺接面および前記固定側摺接部材の摺接面は炭化ケイ素から構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のスラスト滑り軸受。The thrust sliding bearing according to any one of claims 1 to 5, wherein the sliding contact surface of the rotation side sliding contact member and the sliding contact surface of the fixed side sliding contact member are made of silicon carbide. 前記回転側変形部材および前記固定側変形部材は、フッ素樹脂またはポリエチレンから構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のスラスト滑り軸受。 The thrust sliding bearing according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotating side deforming member and the fixed side deforming member are made of fluororesin or polyethylene. ケーシングと、
前記ケーシングに収容される羽根車と、
前記羽根車と一体となって回転する軸と、
前記軸を回転させるモータと、
前記軸を回転自在に支持する複数の軸受とを備え、取扱液が超純水であるポンプであって、
前記複数の軸受の少なくとも一つは請求項1乃至7のいずれか一項に記載のスラスト滑り軸受であることを特徴とするポンプ。
A casing,
An impeller housed in the casing;
A shaft that rotates integrally with the impeller;
A motor for rotating the shaft;
And a plurality of bearings for rotatably supporting the shaft, the pumped fluid is a ultra-pure water der Ru pump,
The pump according to claim 1, wherein at least one of the plurality of bearings is a thrust sliding bearing according to claim 1.
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