JPH0544690A - 排水ポンプ用軸受構造及びポンプ - Google Patents
排水ポンプ用軸受構造及びポンプInfo
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- JPH0544690A JPH0544690A JP20034391A JP20034391A JPH0544690A JP H0544690 A JPH0544690 A JP H0544690A JP 20034391 A JP20034391 A JP 20034391A JP 20034391 A JP20034391 A JP 20034391A JP H0544690 A JPH0544690 A JP H0544690A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 都市型洪水に対応する先行待機運転型排水機
場用ポンプの３０分のドライ運転を可能とする。 【構成】 一方の摺動面をなす固定側軸受材料として含
油ＳiＣを、他方の摺動面をなす回転側スリーブの材料
としてＳiＯ2粒子を分散した酸化クロム被膜(ＣＤＣ膜)
を摺動面にコーティングしたＳＵＳ４０３をそれぞれ用
いて軸受を構成する。 【効果】 含油ＳiＣとＣＤＣ膜との摩擦係数は低く安
定であり、またＣＤＣ膜とスリーブの熱膨張率がほぼ等
しく、ドライ摺動によって発生する熱応力が極めて小さ
い。そのため、従来できなかった外部からの潤滑剤供給
なしの状態で30分間の先行待機運転が可能となった。
場用ポンプの３０分のドライ運転を可能とする。 【構成】 一方の摺動面をなす固定側軸受材料として含
油ＳiＣを、他方の摺動面をなす回転側スリーブの材料
としてＳiＯ2粒子を分散した酸化クロム被膜(ＣＤＣ膜)
を摺動面にコーティングしたＳＵＳ４０３をそれぞれ用
いて軸受を構成する。 【効果】 含油ＳiＣとＣＤＣ膜との摩擦係数は低く安
定であり、またＣＤＣ膜とスリーブの熱膨張率がほぼ等
しく、ドライ摺動によって発生する熱応力が極めて小さ
い。そのため、従来できなかった外部からの潤滑剤供給
なしの状態で30分間の先行待機運転が可能となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排水機場用排水ポンプ
に係り、特に空転運転を行なう先行待機ポンプに適した
低摩擦係数と耐熱衝撃性とをかね備えた軸受構造及び該
軸受を備えた排水ポンプに関する。
に係り、特に空転運転を行なう先行待機ポンプに適した
低摩擦係数と耐熱衝撃性とをかね備えた軸受構造及び該
軸受を備えた排水ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】排水ポンプシステムには近年の急激な都
市化に伴う都市型洪水の増加、地価高騰による用地取得
難、人材不足、運転維持管理費の増大という問題があ
る。これらの問題に対応すべく、ポンプシステムの高性
能化、小型化、高信頼性化についての研究が進められて
いる。現在、ポンプシステムの高性能化に対応する技術
として、ポンプシステムの先行待機運転技術が注目され
ている。先行待機運転技術とは、排水機場に排水が来る
前にポンプを空転運転しておき、実際の排水開始時に直
ちに十分な排水能力を発揮するものである。なお、先行
待機運転としては、ポンプの容量にもよるが、約30分間
の空転運転が必要である。
市化に伴う都市型洪水の増加、地価高騰による用地取得
難、人材不足、運転維持管理費の増大という問題があ
る。これらの問題に対応すべく、ポンプシステムの高性
能化、小型化、高信頼性化についての研究が進められて
いる。現在、ポンプシステムの高性能化に対応する技術
として、ポンプシステムの先行待機運転技術が注目され
ている。先行待機運転技術とは、排水機場に排水が来る
前にポンプを空転運転しておき、実際の排水開始時に直
ちに十分な排水能力を発揮するものである。なお、先行
待機運転としては、ポンプの容量にもよるが、約30分間
の空転運転が必要である。
【０００３】先行待機運転を可能とするためには、水の
ない状態、すなわちドライ状態で運転可能な軸受の開発
(以後、無給水軸受と称する)が必要である。また無給水
軸受は、先行待機運転ばかりでなく、従来のような軸受
に清浄水を流しておく給水システムを必要としないた
め、ポンプシステムの小型化、維持管理費の低減にも効
果的である。
ない状態、すなわちドライ状態で運転可能な軸受の開発
(以後、無給水軸受と称する)が必要である。また無給水
軸受は、先行待機運転ばかりでなく、従来のような軸受
に清浄水を流しておく給水システムを必要としないた
め、ポンプシステムの小型化、維持管理費の低減にも効
果的である。
【０００４】一般の排水ポンプ用軸受には、耐摩耗性、
耐食性、低摩擦係数が求められる。セラミックスがこれ
らの特性を満足する材料に最も近く、従来の軸受もセラ
ミックスを中心に開発されている。その中で、多孔質の
炭化珪素(以後、ＳiＣと表記)に潤滑油を含漬させた含
油ＳiＣが優れた低摩擦係数を有する。この含油ＳiＣと
タングステンカーバイド(以後、ＷＣと記す)等の超硬材
料とを組合せて軸、軸受を作成したポンプが開発されて
おり、先行待機運転に必要な30分間の空転運転は達成し
てはいないが、約１０分間の空転運転は可能とされい
る。
耐食性、低摩擦係数が求められる。セラミックスがこれ
らの特性を満足する材料に最も近く、従来の軸受もセラ
ミックスを中心に開発されている。その中で、多孔質の
炭化珪素(以後、ＳiＣと表記)に潤滑油を含漬させた含
油ＳiＣが優れた低摩擦係数を有する。この含油ＳiＣと
タングステンカーバイド(以後、ＷＣと記す)等の超硬材
料とを組合せて軸、軸受を作成したポンプが開発されて
おり、先行待機運転に必要な30分間の空転運転は達成し
てはいないが、約１０分間の空転運転は可能とされい
る。
【０００５】なお、ＳiＣやＳi3Ｎ4とＷＣを主体とする
超硬材料で摺動部を形成した軸受構造は、特開昭60−88
215号公報と特開昭60−146916号公報に、また含油ＳiＣ
を用いた軸受、摺動部材は、特開昭59−155621号公報に
開示されている。
超硬材料で摺動部を形成した軸受構造は、特開昭60−88
215号公報と特開昭60−146916号公報に、また含油ＳiＣ
を用いた軸受、摺動部材は、特開昭59−155621号公報に
開示されている。
【０００６】軸、軸受に限らず、摺動材料として優れた
特性を有するセラミックスは、各種摺動部に使われてい
るが、摺動部全体をセラミックスで作成すると、セラミ
ックスの加工性の点でコスト高になり、また製作できる
大きさも限られる。そこで、セラミックスと同等の硬さ
を有する材料を被覆する硬質膜コーティング技術が広く
検討されている。
特性を有するセラミックスは、各種摺動部に使われてい
るが、摺動部全体をセラミックスで作成すると、セラミ
ックスの加工性の点でコスト高になり、また製作できる
大きさも限られる。そこで、セラミックスと同等の硬さ
を有する材料を被覆する硬質膜コーティング技術が広く
検討されている。
【０００７】コーティング膜の場合、被覆すべき素材と
の熱膨張率の差が熱応力を生じるため、素材と同じ熱膨
張率の被膜を用いた方が耐熱衝撃性に優れる。構造材料
として広く用いられているステンレス鋼と同じ熱膨張率
を持つ硬質被膜としては、酸化クロム(以後、Ｃr2Ｏ3と
表記)をマトリックスとして、硬質セラッミクス粒子を
分散させた被膜（以後、ＣＤＣ膜と称する、ＣＤＣとは
化学緻密化法、Ｃhemical Ｄensified Ｃoatingの略
である）が知られている。なお、同被膜については、特
公昭49−28011号公報、特公昭55−14833号公報、「実務
表面技術」、32巻2号（1985年）の42項から47項および
「金属」臨時増刊号（1990年9月）に開示されている。
の熱膨張率の差が熱応力を生じるため、素材と同じ熱膨
張率の被膜を用いた方が耐熱衝撃性に優れる。構造材料
として広く用いられているステンレス鋼と同じ熱膨張率
を持つ硬質被膜としては、酸化クロム(以後、Ｃr2Ｏ3と
表記)をマトリックスとして、硬質セラッミクス粒子を
分散させた被膜（以後、ＣＤＣ膜と称する、ＣＤＣとは
化学緻密化法、Ｃhemical Ｄensified Ｃoatingの略
である）が知られている。なお、同被膜については、特
公昭49−28011号公報、特公昭55−14833号公報、「実務
表面技術」、32巻2号（1985年）の42項から47項および
「金属」臨時増刊号（1990年9月）に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】無給水軸受の場合、先
行運転（ドライ状態摺動）によって発熱した時、その熱
によって生じる応力に耐えうるか、また発熱後軸受に排
水がかかった時、その熱衝撃に耐えうるかどうかが、材
料の一つの判定基準である。従って無給水軸受材料（軸
を含めて）としては摩擦係数が低いだけではなく、熱応
力の発生が少なくなる熱膨張係数（軸と軸に嵌装される
スリーブの熱膨張係数が同程度）を有し、更に耐熱衝撃
温度が高いことが必要である。
行運転（ドライ状態摺動）によって発熱した時、その熱
によって生じる応力に耐えうるか、また発熱後軸受に排
水がかかった時、その熱衝撃に耐えうるかどうかが、材
料の一つの判定基準である。従って無給水軸受材料（軸
を含めて）としては摩擦係数が低いだけではなく、熱応
力の発生が少なくなる熱膨張係数（軸と軸に嵌装される
スリーブの熱膨張係数が同程度）を有し、更に耐熱衝撃
温度が高いことが必要である。
【０００９】上記従来技術（特開昭60−88215号公報、
特開昭60−146916号公報、特開昭59−155621号公報）記
載のセラミック軸受には、先行待機運転ポンプ用軸受の
特徴である耐熱衝撃性について、軸受材料及び軸側材料
に関し検討が加えられておらず、先行待機運転を可能と
する無給水軸受としては用いることができない。また、
ポンプ構造材料であるステンレスとの熱膨張率差につい
て検討がなされておらず、熱応力によるＷＣ,ＳiＣ等の
破壊が生じ、先行待機運転を可能とする無給水軸受とし
ては用いることができない。
特開昭60−146916号公報、特開昭59−155621号公報）記
載のセラミック軸受には、先行待機運転ポンプ用軸受の
特徴である耐熱衝撃性について、軸受材料及び軸側材料
に関し検討が加えられておらず、先行待機運転を可能と
する無給水軸受としては用いることができない。また、
ポンプ構造材料であるステンレスとの熱膨張率差につい
て検討がなされておらず、熱応力によるＷＣ,ＳiＣ等の
破壊が生じ、先行待機運転を可能とする無給水軸受とし
ては用いることができない。
【００１０】また、上記従来技術（特公昭49−28011号
公報、特公昭55−14833号公報、「実務表面技術」、32
巻2号（1985年）、「金属」臨時増刊号（1990年9月））
記載のＣＤＣ膜については、摺動相手材料についての十
分な検討がなされていない。先行待機運転ポンプ用軸受
の特徴であるドライ摺動を行った場合、ＣＤＣ膜と金
属、或いは通常のセラミックスとの組合せでは摩擦係数
が高く焼き付きが生じ、先行待機運転を可能とする無給
水軸受としては用いることができない。
公報、特公昭55−14833号公報、「実務表面技術」、32
巻2号（1985年）、「金属」臨時増刊号（1990年9月））
記載のＣＤＣ膜については、摺動相手材料についての十
分な検討がなされていない。先行待機運転ポンプ用軸受
の特徴であるドライ摺動を行った場合、ＣＤＣ膜と金
属、或いは通常のセラミックスとの組合せでは摩擦係数
が高く焼き付きが生じ、先行待機運転を可能とする無給
水軸受としては用いることができない。
【００１１】本発明の課題は、排水ポンプの先行待機運
転として少なくとも３０分のドライ運転を可能とするに
ある。
転として少なくとも３０分のドライ運転を可能とするに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】先行待機運転ポンプ用無
給水軸受の材料として、各種材料の組合せによるドライ
摺動試験を行った結果、ＣＤＣ膜（基板はＳＵＳ４０
３）と含油ＳiＣとの組合せが極めて低く安定した摩擦
係数を有することを見出した。また、ＣＤＣ膜はＳＵＳ
４０３とほぼ等しい熱膨張率を有するため、耐熱衝撃性
が高く、熱応力が極めて小さいことを見出した。
給水軸受の材料として、各種材料の組合せによるドライ
摺動試験を行った結果、ＣＤＣ膜（基板はＳＵＳ４０
３）と含油ＳiＣとの組合せが極めて低く安定した摩擦
係数を有することを見出した。また、ＣＤＣ膜はＳＵＳ
４０３とほぼ等しい熱膨張率を有するため、耐熱衝撃性
が高く、熱応力が極めて小さいことを見出した。
【００１３】この結果をもとに、ＣＤＣ膜と含油ＳiＣ
との組合せを摺動面とする軸、軸受を用いることで、低
摩擦係数、低熱応力、耐摩耗性、耐熱衝撃性を求められ
る無給水運転を可能とした。
との組合せを摺動面とする軸、軸受を用いることで、低
摩擦係数、低熱応力、耐摩耗性、耐熱衝撃性を求められ
る無給水運転を可能とした。
【００１４】
【作用】ＣＤＣ膜とＳiＣとの組合せでドライ摺動を行
うと、摩擦係数が高く短時間で焼き付きを生じるが、Ｃ
ＤＣ膜と含油ＳiＣとの組合せでは安定した低い摩擦係
数が得られる。これは、ドライ摺動によって生じた熱に
より、多孔質ＳiＣ内の微細孔に保持されている油が表
面に出てきて潤滑に寄与するためである。
うと、摩擦係数が高く短時間で焼き付きを生じるが、Ｃ
ＤＣ膜と含油ＳiＣとの組合せでは安定した低い摩擦係
数が得られる。これは、ドライ摺動によって生じた熱に
より、多孔質ＳiＣ内の微細孔に保持されている油が表
面に出てきて潤滑に寄与するためである。
【００１５】また、ＣＤＣ膜の熱膨張率は約１１．６×
（１０のマイナス６乗）であり、ポンプ構造材料である
ＳＵＳ４０３の熱膨張率とほぼ等しい。したがってＳＵ
Ｓ４０３の軸にＣＤＣ膜を被覆してスリーブとすれば、
軸材料とスリーブの熱膨張率が等しくなるため発熱によ
る熱応力は極めて小さく、また熱衝撃にも強い。ＷＣの
熱膨張率は約５．８×（１０のマイナス６乗）であるた
め、スリーブとしてＳＵＳ４０３製軸に取付け摺動部材
とすると、ＳＵＳ４０３との熱膨張率の差から生じる応
力によって破壊してしまう。
（１０のマイナス６乗）であり、ポンプ構造材料である
ＳＵＳ４０３の熱膨張率とほぼ等しい。したがってＳＵ
Ｓ４０３の軸にＣＤＣ膜を被覆してスリーブとすれば、
軸材料とスリーブの熱膨張率が等しくなるため発熱によ
る熱応力は極めて小さく、また熱衝撃にも強い。ＷＣの
熱膨張率は約５．８×（１０のマイナス６乗）であるた
め、スリーブとしてＳＵＳ４０３製軸に取付け摺動部材
とすると、ＳＵＳ４０３との熱膨張率の差から生じる応
力によって破壊してしまう。
【００１６】ＣＤＣ膜は、硬質の酸化クロム中に、Ｓi
Ｏ2、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ等の硬質セラミックス粒子を分散
させた被膜であり、分散させるセラミックス粒子とし
て、ＳiＯ2粒子系、Ａl2Ｏ3粒子系、ＳiＯ2＋ＳＵＳ３
０４粒子系が開発されている。各ＣＤＣ膜について熱膨
張率、硬度を表１に示す。
Ｏ2、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ等の硬質セラミックス粒子を分散
させた被膜であり、分散させるセラミックス粒子とし
て、ＳiＯ2粒子系、Ａl2Ｏ3粒子系、ＳiＯ2＋ＳＵＳ３
０４粒子系が開発されている。各ＣＤＣ膜について熱膨
張率、硬度を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例を図１〜５を用いて説明す
る。
る。
【００１９】図１は本発明の一実施例のポンプ用軸受を
示す概略図である。ＳＵＳ４０３製羽根軸（以下単に軸
という）１には、ＳＵＳ４０３製スリーブ２が嵌装され
ており、該スリーブ２は回り止め４で軸１に固定される
とともに、その表面にはＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜が被覆さ
れている。軸１には図示されていない羽根が固定され、
該羽根の回転によって水が駆動され吐出される。前記ス
リーブ２に対向して摺動する位置に含油ＳiＣからなる
セラミック軸受３が配置され、該セラミック軸受３はセ
ラミック軸用バックメタル６を介して、セラミック軸用
緩衝材５で支持されている。セラミック軸用緩衝材５は
図示されていないポンプケーシングに固定された取付け
治具７に支持されている。なお、セラミック軸受を形成
する含油ＳiＣとは、多孔質のα−ＳiＣにフッソ系のオ
イルを含浸したものである。この軸受を下記条件でドラ
イ運転し、軸受の温度、摺動面の損傷等を調べた。
示す概略図である。ＳＵＳ４０３製羽根軸（以下単に軸
という）１には、ＳＵＳ４０３製スリーブ２が嵌装され
ており、該スリーブ２は回り止め４で軸１に固定される
とともに、その表面にはＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜が被覆さ
れている。軸１には図示されていない羽根が固定され、
該羽根の回転によって水が駆動され吐出される。前記ス
リーブ２に対向して摺動する位置に含油ＳiＣからなる
セラミック軸受３が配置され、該セラミック軸受３はセ
ラミック軸用バックメタル６を介して、セラミック軸用
緩衝材５で支持されている。セラミック軸用緩衝材５は
図示されていないポンプケーシングに固定された取付け
治具７に支持されている。なお、セラミック軸受を形成
する含油ＳiＣとは、多孔質のα−ＳiＣにフッソ系のオ
イルを含浸したものである。この軸受を下記条件でドラ
イ運転し、軸受の温度、摺動面の損傷等を調べた。
【００２０】〈運転条件〉 周速度 ：6m／s、 面圧 ：1kg／cm2、 運転時間 ：30分、その後水冷却 上記条件で空転運転をしたところ、30分後に含油ＳiＣ
軸受内部の摺動面から５mmの位置での測定温度は約９０
℃であった。この温度であれば、ＳiＣの耐熱衝撃温度
以下であり、また発生する熱応力も軽微であるため、冷
却後ＳiＣは破壊しなかった。また、スリーブ側も同様
の温度になるが、軸とスリーブは同質材であるため発生
する熱応力はほとんどなく、冷却後破壊は生じなかっ
た。また、摺動面には、含油ＳiＣ軸受からしみだした
油が付着しており、損傷は認められなかった。さらに、
ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜はＳＵＳ４０３とほぼ同じ熱膨張
率のため、ＣＤＣ膜の剥離は認められなかった。
軸受内部の摺動面から５mmの位置での測定温度は約９０
℃であった。この温度であれば、ＳiＣの耐熱衝撃温度
以下であり、また発生する熱応力も軽微であるため、冷
却後ＳiＣは破壊しなかった。また、スリーブ側も同様
の温度になるが、軸とスリーブは同質材であるため発生
する熱応力はほとんどなく、冷却後破壊は生じなかっ
た。また、摺動面には、含油ＳiＣ軸受からしみだした
油が付着しており、損傷は認められなかった。さらに、
ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜はＳＵＳ４０３とほぼ同じ熱膨張
率のため、ＣＤＣ膜の剥離は認められなかった。
【００２１】上記のごとく、本実施例の軸受構造を用い
ることで、従来のような浄水供給システムを必要とせ
ず、30分間の空転運転が可能となった。
ることで、従来のような浄水供給システムを必要とせ
ず、30分間の空転運転が可能となった。
【００２２】さらに、本発明の摺動部材組合せの効果を
確認するために、各種材料に関してリングと板形状の組
合せによる摺動要素試験を行い、平均摩擦係数とその時
間変化、及び摺動面の損傷を調べた。その結果を表２、
図２、３、４、５に示す。
確認するために、各種材料に関してリングと板形状の組
合せによる摺動要素試験を行い、平均摩擦係数とその時
間変化、及び摺動面の損傷を調べた。その結果を表２、
図２、３、４、５に示す。
【００２３】〈運転条件〉 周速度 ： １m／s、 面圧 ： １kg／cm2、 摺動時間： ３時間
【００２４】
【表２】
【００２５】なお、上記の含油多孔質ＳiＣとは、図１
に示す含油ＳiＣからなるセラミック軸受と同質のもの
である。緻密化ＳiＣとは、密度９８％以上のα−ＳiＣ
であり、油は含んではいない。
に示す含油ＳiＣからなるセラミック軸受と同質のもの
である。緻密化ＳiＣとは、密度９８％以上のα−ＳiＣ
であり、油は含んではいない。
【００２６】上記、表２に示すように、試験片Ｎo．２
の組合せが平均摩擦係数は最も低い。しかしながらＮ
o．２の組合せでは、ＷＣ−１２wt％Ｃoの熱膨張率が軸
材料のＳＵＳ４０３に比べ大幅に低いためにドライ摺動
によって熱応力が発生し、スリーブが軸の膨張による内
圧を受け破壊してしまう。したがって、摩擦係数は低く
とも無給水軸受には用いることはできない。
の組合せが平均摩擦係数は最も低い。しかしながらＮ
o．２の組合せでは、ＷＣ−１２wt％Ｃoの熱膨張率が軸
材料のＳＵＳ４０３に比べ大幅に低いためにドライ摺動
によって熱応力が発生し、スリーブが軸の膨張による内
圧を受け破壊してしまう。したがって、摩擦係数は低く
とも無給水軸受には用いることはできない。
【００２７】本発明の実施例である試験片Ｎo．１の組
合せは、上記Ｎo．２の組合せとほぼ同等の摩擦係数を
有する。しかし、固定側試料である含油多孔質SiＣの熱
膨張率が軸材料のＳＵＳ４０３にほぼ等しいため、Ｎ
o．２の組合せと違って熱応力はほとんど生じず、また
高い熱衝撃性を有する。さらに、摩擦係数の安定性は本
発明の実施例である試験片Ｎo．１の組合せが最も優れ
る(詳細は後述)。３時間の摺動試験後の観察では、その
表面にはほとんど損傷は認められなかった。
合せは、上記Ｎo．２の組合せとほぼ同等の摩擦係数を
有する。しかし、固定側試料である含油多孔質SiＣの熱
膨張率が軸材料のＳＵＳ４０３にほぼ等しいため、Ｎ
o．２の組合せと違って熱応力はほとんど生じず、また
高い熱衝撃性を有する。さらに、摩擦係数の安定性は本
発明の実施例である試験片Ｎo．１の組合せが最も優れ
る(詳細は後述)。３時間の摺動試験後の観察では、その
表面にはほとんど損傷は認められなかった。
【００２８】また、比較のために現状の軸受で用いられ
ている緻密化ＳiＣとＷＣ−１２wt％Ｃoとの組合せ、及
び緻密化ＳiＣとＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜との組合せの特
性を表２に示した。試験片Ｎo．３、Ｎo．４の組合せと
もその摩擦係数は試験片Ｎo．１の約３〜４倍であり、
試験後の表面には多数の損傷が認められた。特に、油を
有しない緻密化ＳiＣとＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜との組合
せでは、摩擦係数が高く試験半ばで焼き付きを生じてし
まった。
ている緻密化ＳiＣとＷＣ−１２wt％Ｃoとの組合せ、及
び緻密化ＳiＣとＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜との組合せの特
性を表２に示した。試験片Ｎo．３、Ｎo．４の組合せと
もその摩擦係数は試験片Ｎo．１の約３〜４倍であり、
試験後の表面には多数の損傷が認められた。特に、油を
有しない緻密化ＳiＣとＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜との組合
せでは、摩擦係数が高く試験半ばで焼き付きを生じてし
まった。
【００２９】さらに、上記４種類の試験片の摩擦係数の
時間変化を図２〜５に示す。これらの図に示されている
ように試験片Ｎo．１が最も摩擦係数の安定性が優れ、
信頼性の点でも最も優れている。
時間変化を図２〜５に示す。これらの図に示されている
ように試験片Ｎo．１が最も摩擦係数の安定性が優れ、
信頼性の点でも最も優れている。
【００３０】また、ＣＤＣ膜は本発明に示すように含油
多孔質ＳiＣとの組合せによってはじめてドライ摺動に
おける優れた特性を発揮できる。表２と図５に示すよう
に、ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜と油のない緻密化ＳiＣとの
組み合わせ（Ｎo．４）では、ドライ摺動における優れ
た特性を得ることはできない。しかし、この組合せでも
外部より少量の潤滑油、水を加えると試験片Ｎo．１と
ほぼ同等の特性を示すことが認められた。したがって、
外部より適宜適量の潤滑油、水を加える装置を軸受に付
加することをいとわなければ、含油多孔質ＳiＣを用い
ずとも本発明と同等の効果を得ることができる。
多孔質ＳiＣとの組合せによってはじめてドライ摺動に
おける優れた特性を発揮できる。表２と図５に示すよう
に、ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜と油のない緻密化ＳiＣとの
組み合わせ（Ｎo．４）では、ドライ摺動における優れ
た特性を得ることはできない。しかし、この組合せでも
外部より少量の潤滑油、水を加えると試験片Ｎo．１と
ほぼ同等の特性を示すことが認められた。したがって、
外部より適宜適量の潤滑油、水を加える装置を軸受に付
加することをいとわなければ、含油多孔質ＳiＣを用い
ずとも本発明と同等の効果を得ることができる。
【００３１】以上示すように、本発明の軸受構造を用い
ることで、潤滑油供給システムを必要としないドライ空
転運転が可能な無給水軸受が可能となった。
ることで、潤滑油供給システムを必要としないドライ空
転運転が可能な無給水軸受が可能となった。
【００３２】なお、スリーブ材料としてＳＵＳ４０３，
４３０，４４０等のマルテンサイト、フェライト系ＳＵ
Ｓ（熱膨張率が約１１．３〜１１．８×（１０のマイナ
ス６乗)）を用いるかぎり、ＣＤＣ膜としてより高硬
度、低熱膨張のＡl2Ｏ3粒子系を用いることもでき、上
記組合せと同様の効果が得られる。また、スリーブ材料
としてより熱膨張率の高いＳＵＳ３０４等のオーステナ
イト系ステンレス鋼を用いる場合（ＳＵＳ３０４の熱膨
張率は１８．７×（１０のマイナス６乗））、ＳiＯ2＋
ＳＵＳ３０４粒子系ＣＤＣ膜を用いればよい。ＳiＯ2＋
ＳＵＳ３０４粒子系ＣＤＣ膜は熱膨張率が１１．８×
（１０のマイナス６乗）であり、ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜
と等しいが、延性が増すためより熱膨張率の高いオース
テナイト系ＳＵＳにも被覆することができる。
４３０，４４０等のマルテンサイト、フェライト系ＳＵ
Ｓ（熱膨張率が約１１．３〜１１．８×（１０のマイナ
ス６乗)）を用いるかぎり、ＣＤＣ膜としてより高硬
度、低熱膨張のＡl2Ｏ3粒子系を用いることもでき、上
記組合せと同様の効果が得られる。また、スリーブ材料
としてより熱膨張率の高いＳＵＳ３０４等のオーステナ
イト系ステンレス鋼を用いる場合（ＳＵＳ３０４の熱膨
張率は１８．７×（１０のマイナス６乗））、ＳiＯ2＋
ＳＵＳ３０４粒子系ＣＤＣ膜を用いればよい。ＳiＯ2＋
ＳＵＳ３０４粒子系ＣＤＣ膜は熱膨張率が１１．８×
（１０のマイナス６乗）であり、ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜
と等しいが、延性が増すためより熱膨張率の高いオース
テナイト系ＳＵＳにも被覆することができる。
【００３３】また、含油多孔質ＳiＣはα−ＳiＣ,β−
ＳiＣのどちらでも良く制限はない。さらに油を含んだ
多孔質セラミックスであれば、耐摩耗性のあるＳi
3Ｎ4，Ａl2Ｏ3であってもよくＳiＣに制限されることは
ない。多孔質ＳiＣに含浸させる油に関しては特別な制
限はないが、粘性、潤滑性の点からフッソ系オイルが望
ましい。
ＳiＣのどちらでも良く制限はない。さらに油を含んだ
多孔質セラミックスであれば、耐摩耗性のあるＳi
3Ｎ4，Ａl2Ｏ3であってもよくＳiＣに制限されることは
ない。多孔質ＳiＣに含浸させる油に関しては特別な制
限はないが、粘性、潤滑性の点からフッソ系オイルが望
ましい。
【００３４】図６，７は、軸側軸受け部にＳＵＳ４０３
のスリーブが嵌装され、該スリーブの摺動面にＣＤＣ膜
が形成されているとともに、該スリーブに対向して摺動
する位置に油を含む多孔質ＳiＣからなる軸受を備えた
排水ポンプ１００を示している。図示の排水ポンプ１０
０は、ケーシング１０と、該ケーシング１０内に固定さ
れた軸受１２と、軸心を鉛直にして該軸受１２に支持さ
れて回転する軸１と、該軸１の下端に固定された羽根１
１とを含んで構成されている。ケーシング１０の下部は
ラッパ状に広がったベルマウスを形成してポンプ吸い込
み口をなし、該ベルマウスの下端部は土台１３の上面か
ら所定の寸法離して配置されている。ケーシング１０の
上部はポンプの吐出口となっている。
のスリーブが嵌装され、該スリーブの摺動面にＣＤＣ膜
が形成されているとともに、該スリーブに対向して摺動
する位置に油を含む多孔質ＳiＣからなる軸受を備えた
排水ポンプ１００を示している。図示の排水ポンプ１０
０は、ケーシング１０と、該ケーシング１０内に固定さ
れた軸受１２と、軸心を鉛直にして該軸受１２に支持さ
れて回転する軸１と、該軸１の下端に固定された羽根１
１とを含んで構成されている。ケーシング１０の下部は
ラッパ状に広がったベルマウスを形成してポンプ吸い込
み口をなし、該ベルマウスの下端部は土台１３の上面か
ら所定の寸法離して配置されている。ケーシング１０の
上部はポンプの吐出口となっている。
【００３５】図７はポンプ１００が排水運転を行ってい
る状態を示し、水は羽根１１に駆動されてベルマウスか
ら吸い込まれ、軸受１２の部分を通過して上方に吐き出
される。軸受１２は通過する水によって冷却、潤滑され
る。図６はポンプ１００が先行待機運転を行っている状
態を示し、水面はベルマウスより低く、軸受１２は水に
よる冷却、潤滑を受けていないが、軸受１２の温度上昇
に伴って多孔質ＳiＣから出て来る潤滑油で潤滑され
る。また、軸１に嵌装されているスリーブと、該スリー
ブ表面に形成されているＣＤＣ膜の熱膨張率が同じであ
るので、温度上昇に伴う熱応力が小さく、該熱応力によ
るＣＤＣ膜破損のおそれがなく、潤滑性能が低下するこ
とがない。さらに、軸１もＳＵＳ４０３からなっている
ので、軸１とスリーブの間でも大きい熱応力が発生する
ことはない。
る状態を示し、水は羽根１１に駆動されてベルマウスか
ら吸い込まれ、軸受１２の部分を通過して上方に吐き出
される。軸受１２は通過する水によって冷却、潤滑され
る。図６はポンプ１００が先行待機運転を行っている状
態を示し、水面はベルマウスより低く、軸受１２は水に
よる冷却、潤滑を受けていないが、軸受１２の温度上昇
に伴って多孔質ＳiＣから出て来る潤滑油で潤滑され
る。また、軸１に嵌装されているスリーブと、該スリー
ブ表面に形成されているＣＤＣ膜の熱膨張率が同じであ
るので、温度上昇に伴う熱応力が小さく、該熱応力によ
るＣＤＣ膜破損のおそれがなく、潤滑性能が低下するこ
とがない。さらに、軸１もＳＵＳ４０３からなっている
ので、軸１とスリーブの間でも大きい熱応力が発生する
ことはない。
【００３６】上記各実施例によれば、排水ポンプの軸受
摺動面が、Ｃr酸化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3等の硬質セラ
ミック粒子を含む被膜と、油を含む多孔質ＳiＣとの組
合せで形成されたので、熱膨張差による過大な応力の発
生や油ぎれによる摺動面の破損が避けられ、従来運転で
きなかったドライ条件でも排水ポンプの運転が可能とな
り、都市型洪水に要求される先行待機運転が可能となっ
た。
摺動面が、Ｃr酸化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3等の硬質セラ
ミック粒子を含む被膜と、油を含む多孔質ＳiＣとの組
合せで形成されたので、熱膨張差による過大な応力の発
生や油ぎれによる摺動面の破損が避けられ、従来運転で
きなかったドライ条件でも排水ポンプの運転が可能とな
り、都市型洪水に要求される先行待機運転が可能となっ
た。
【００３７】また、完全無給水運転が可能であるため、
従来のような浄水供給装置が不要となり、排水ポンプ製
造コストの削減、運転維持管理費の削減、排水ポンプの
小型化が可能となった。さらに、加工性が良く軽量なス
テンレス鋼でスリーブが作成されるため、スリーブの加
工費、材料費の削減が図られる。
従来のような浄水供給装置が不要となり、排水ポンプ製
造コストの削減、運転維持管理費の削減、排水ポンプの
小型化が可能となった。さらに、加工性が良く軽量なス
テンレス鋼でスリーブが作成されるため、スリーブの加
工費、材料費の削減が図られる。
【００３８】さらに、軸に嵌装されるスリーブがステン
レス鋼で作成されるため、従来のＷＣに比べ加工費、材
料費が大幅に安くなり、この点でも製造コストの削減が
可能である。また、ＷＣに比べステンレスは延性が有る
ため信頼性の点でも効果がある。
レス鋼で作成されるため、従来のＷＣに比べ加工費、材
料費が大幅に安くなり、この点でも製造コストの削減が
可能である。また、ＷＣに比べステンレスは延性が有る
ため信頼性の点でも効果がある。
【００３９】また、ＷＣ製スリーブに比べ本発明のスリ
ーブは軽量となるため、組立て時の作業性が良くなり、
排水機場全体のコスト低減にも効果がある。
ーブは軽量となるため、組立て時の作業性が良くなり、
排水機場全体のコスト低減にも効果がある。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、排水ポンプの軸受摺動
面が、Ｃr酸化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3等の硬質セラミッ
ク粒子を含む被膜と、油を含む多孔質ＳiＣとの組合せ
で形成されるので、熱膨張差による過大な応力の発生や
油ぎれによる摺動面の破損が避けられ、従来運転できな
かったドライ条件でも排水ポンプの少なくとも３０分の
運転が可能となり、都市型洪水に要求される先行待機運
転が可能となった。 また、３０分の先行待機運転の
間、完全無給水運転が可能であるため、従来のような浄
水供給装置が不要となり、排水ポンプ製造コストの削
減、運転維持管理費の削減、排水ポンプの小型化が可能
である。
面が、Ｃr酸化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3等の硬質セラミッ
ク粒子を含む被膜と、油を含む多孔質ＳiＣとの組合せ
で形成されるので、熱膨張差による過大な応力の発生や
油ぎれによる摺動面の破損が避けられ、従来運転できな
かったドライ条件でも排水ポンプの少なくとも３０分の
運転が可能となり、都市型洪水に要求される先行待機運
転が可能となった。 また、３０分の先行待機運転の
間、完全無給水運転が可能であるため、従来のような浄
水供給装置が不要となり、排水ポンプ製造コストの削
減、運転維持管理費の削減、排水ポンプの小型化が可能
である。
【図１】 本発明の実施例である排水ポンプ用軸受の断
面を示す断面斜視図である。
面を示す断面斜視図である。
【図２】 ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜と含油多孔質ＳiＣと
を組合せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフで
ある。
を組合せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフで
ある。
【図３】 ＷＣ-12wt％Ｃoと含油多孔質ＳiＣとを組合
せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【図４】 ＷＣ-12wt％Ｃoと緻密化ＳiＣとの組合せた
摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【図５】 ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜と緻密化ＳiＣとを組
合せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフであ
る。
合せた摺動部の摩擦係数の時間変化を示すグラフであ
る。
【図６】 先行待機運転状態の排水ポンプを示す断面図
である。
である。
【図７】 通常運転状態の排水ポンプを示す断面図であ
る。
る。
１ ＳＵＳ４０３製軸 ２ ＳiＯ2粒子系ＣＤＣ膜被覆のＳＵＳ４０３製スリー
ブ ３ 含油ＳiＣ製セラミック軸受 ４ スリーブの回り止め ５ セラミック軸用緩衝材 ６ セラミック軸用バックメタル ７ 取付け治具 １０ ケーシング １１ 羽根 １２ 軸受 １００ 排水ポンプ
ブ ３ 含油ＳiＣ製セラミック軸受 ４ スリーブの回り止め ５ セラミック軸用緩衝材 ６ セラミック軸用バックメタル ７ 取付け治具 １０ ケーシング １１ 羽根 １２ 軸受 １００ 排水ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 倭一 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 山田 雅之 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内
Claims (6)
- 【請求項１】 排水開始以前に、事前に排水開始水位よ
り低い水位状態で空転運転をすることを特徴とする排水
機場用排水ポンプの羽根軸の軸受構造において、Ｃr酸
化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ等の硬質セラミック粒
子のうちのすくなくとも１種類を含む被膜と、油を含む
多孔質ＳiＣとの組合せを摺動面とすることを特徴とす
る排水ポンプ用軸受構造。 - 【請求項２】 排水開始以前に、事前に排水開始水位よ
り低い水位状態で空転運転をすることを特徴とする排水
機場用排水ポンプの羽根軸の軸受構造において、前記羽
根軸の軸受部にＳＵＳ４０３のスリーブが嵌装され該ス
リーブの摺動面にＣr酸化物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3、Ｓi
Ｃ等の硬質セラミック粒子のうちのすくなくとも１種類
を含む被膜が形成されていることと、前記スリーブを支
持する軸受が油を含む多孔質ＳiＣをその摺動面とする
ものであることを特徴とする排水ポンプ用軸受構造。 - 【請求項３】 羽根軸がＳＵＳ４０３からなることを特
徴とする請求項２に記載の排水ポンプ用軸受構造。 - 【請求項４】 ケーシングと、該ケーシング内に固定さ
れた軸受と、軸心を鉛直にして該軸受に支持されて回転
する軸と、該軸に固定されて水を駆動する羽根とを含ん
で構成されている排水ポンプにおいて、前記軸受と該軸
受に支持されて回転する軸の摺動面は、一方がＣr酸化
物中にＳiＯ2、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ等の硬質セラミック粒子
のうちのすくなくとも１種類を含む被膜であり、他方が
油を含む多孔質ＳiＣであることを特徴とする排水ポン
プ。 - 【請求項５】 軸受け部の軸にＳＵＳ４０３製のスリー
ブが嵌装され、該スリーブの表面にＣr酸化物中にＳiＯ
2、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ等の硬質セラミック粒子のうちのす
くなくとも１種類を含む被膜が形成されて摺動面をな
し、該摺動面と摺動する軸受が油を含む多孔質ＳiＣで
あることを特徴とする請求項４に記載の排水ポンプ。 - 【請求項６】 軸がＳＵＳ４０３からなることを特徴と
する請求項５に記載の排水ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20034391A JP2899641B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 排水ポンプ用軸受構造及びポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20034391A JP2899641B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 排水ポンプ用軸受構造及びポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0544690A true JPH0544690A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2899641B2 JP2899641B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=16422714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20034391A Expired - Fee Related JP2899641B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 排水ポンプ用軸受構造及びポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899641B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09144689A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-06-03 | Hitachi Ltd | ポンプ及びその製造方法 |
| JP2009204034A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Ishigaki Co Ltd | 滑り軸受ユニット及びこの滑り軸受ユニットを用いた先行待機型ポンプ |
| CN104373371A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-25 | 上海电气凯士比核电泵阀有限公司 | 一种陶瓷轴承及配置有陶瓷轴承的核电泵 |
| JP2017072192A (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | 株式会社荏原製作所 | すべり軸受装置 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP20034391A patent/JP2899641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09144689A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-06-03 | Hitachi Ltd | ポンプ及びその製造方法 |
| JP2009204034A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Ishigaki Co Ltd | 滑り軸受ユニット及びこの滑り軸受ユニットを用いた先行待機型ポンプ |
| CN104373371A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-25 | 上海电气凯士比核电泵阀有限公司 | 一种陶瓷轴承及配置有陶瓷轴承的核电泵 |
| JP2017072192A (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | 株式会社荏原製作所 | すべり軸受装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2899641B2 (ja) | 1999-06-02 |
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