JPH0790533A - スリーブとその製造方法及びそのスリーブを備えた排水ポンプ - Google Patents
スリーブとその製造方法及びそのスリーブを備えた排水ポンプInfo
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- JPH0790533A JPH0790533A JP22844893A JP22844893A JPH0790533A JP H0790533 A JPH0790533 A JP H0790533A JP 22844893 A JP22844893 A JP 22844893A JP 22844893 A JP22844893 A JP 22844893A JP H0790533 A JPH0790533 A JP H0790533A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0466—Nickel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/12—Coating
Abstract
(57)【要約】
【構成】摺動面を含む表面の一部を少なくとも７０％の
ＷＣとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一つを含む皮膜
１で被覆し、皮膜１を除く他の表面をＮｉ，Ｃｒのどち
らか、もしくは両方を含む皮膜２で被覆する。更に、皮
膜１に含まれるＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏと皮膜２が膜形成後、
スリーブ形成時に少なくとも一回溶融させ、皮膜内のボ
イド量が面積率で３％以下とする。 【効果】従来のＷＣ焼結体製のスリーブに比べ、重量が
約１／２であり、かつ下地がねじ穴加工等の可能なＳＵ
Ｓであるため、取扱が容易であり、組立て作業時の作業
員の労働量を大幅に低減することができる。
ＷＣとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一つを含む皮膜
１で被覆し、皮膜１を除く他の表面をＮｉ，Ｃｒのどち
らか、もしくは両方を含む皮膜２で被覆する。更に、皮
膜１に含まれるＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏと皮膜２が膜形成後、
スリーブ形成時に少なくとも一回溶融させ、皮膜内のボ
イド量が面積率で３％以下とする。 【効果】従来のＷＣ焼結体製のスリーブに比べ、重量が
約１／２であり、かつ下地がねじ穴加工等の可能なＳＵ
Ｓであるため、取扱が容易であり、組立て作業時の作業
員の労働量を大幅に低減することができる。
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、軸受部に清浄水を供給することなく運転す
るポンプに適したスリーブとその製造方法、及び排水ポ
ンプに関する。
係り、特に、軸受部に清浄水を供給することなく運転す
るポンプに適したスリーブとその製造方法、及び排水ポ
ンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】排水機場には近年の急激な都市化に伴う
都市型洪水の増加，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，高信頼性化について研究が進められている。現
在、高性能化，高信頼性化に対応する技術として、ポン
プの無給水運転技術と大容量化が検討されている。無給
水運転技術とは、軸受，スリーブ間に清浄水を供給する
ことなく運転するものである。清浄水の供給装置がない
ため清浄水供給装置，清浄水供用センサ等の故障による
誤動作がなく信頼性が高い。しかし、無給水運転技術を
可能とするためには、排水に含まれる土砂が進入しても
摩耗しない軸受，スリーブが必要である。従来の無給水
運転用の軸受装置には、耐摩耗性に優れるタングステン
カーバイド（以後、ＷＣと表記する）焼結体製のスリー
ブと炭化珪素（以後、ＳｉＣと表記する）製の軸受との
組合せが用いられてきた。
都市型洪水の増加，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，高信頼性化について研究が進められている。現
在、高性能化，高信頼性化に対応する技術として、ポン
プの無給水運転技術と大容量化が検討されている。無給
水運転技術とは、軸受，スリーブ間に清浄水を供給する
ことなく運転するものである。清浄水の供給装置がない
ため清浄水供給装置，清浄水供用センサ等の故障による
誤動作がなく信頼性が高い。しかし、無給水運転技術を
可能とするためには、排水に含まれる土砂が進入しても
摩耗しない軸受，スリーブが必要である。従来の無給水
運転用の軸受装置には、耐摩耗性に優れるタングステン
カーバイド（以後、ＷＣと表記する）焼結体製のスリー
ブと炭化珪素（以後、ＳｉＣと表記する）製の軸受との
組合せが用いられてきた。
【０００３】一方、ポンプの大容量化は必然的に軸受の
大径化を必要とする。しかし、従来のＷＣスリーブとＳ
ｉＣ軸受との組合せによる構造のままでは、大径の焼結
体であるＷＣスリーブとＳｉＣ軸受が必要となり、焼結
技術とコストの点で対応できず、更に部品重量が大きく
なり組立て作業が難しくなるという問題がある。そこ
で、セラミックスと同等の硬さを有する膜を被覆する硬
質膜コーティング技術が検討されている。硬質膜には、
土砂摩耗に対する耐摩耗性と耐食性が求められる。耐摩
耗性の点からは、膜の硬さが高く、かつ膜厚が厚いほど
信頼性が高い。
大径化を必要とする。しかし、従来のＷＣスリーブとＳ
ｉＣ軸受との組合せによる構造のままでは、大径の焼結
体であるＷＣスリーブとＳｉＣ軸受が必要となり、焼結
技術とコストの点で対応できず、更に部品重量が大きく
なり組立て作業が難しくなるという問題がある。そこ
で、セラミックスと同等の硬さを有する膜を被覆する硬
質膜コーティング技術が検討されている。硬質膜には、
土砂摩耗に対する耐摩耗性と耐食性が求められる。耐摩
耗性の点からは、膜の硬さが高く、かつ膜厚が厚いほど
信頼性が高い。
【０００４】硬質膜の形成方法は、物理的蒸着法，化学
的蒸着法，メッキ法，溶射法等があるが、物理的蒸着
法、化学的蒸着法、メッキ法等では十分な膜厚が得られ
ないため、溶射法が検討されている。
的蒸着法，メッキ法，溶射法等があるが、物理的蒸着
法、化学的蒸着法、メッキ法等では十分な膜厚が得られ
ないため、溶射法が検討されている。
【０００５】硬質膜に溶射膜を利用した例として、ＷＣ
あるいはクロムカーバイド（以後、Ｃｒ3Ｃ2と表記す
る）溶射膜スリーブと窒化珪素（以後、Ｓｉ3Ｎ4と表記
する）、ＳｉＣ軸受との組合せを用いた無給水排水ポン
プが、「トライボロジスト」、第３６巻、第２号の１４
４項から１４７項に明示されている。
あるいはクロムカーバイド（以後、Ｃｒ3Ｃ2と表記す
る）溶射膜スリーブと窒化珪素（以後、Ｓｉ3Ｎ4と表記
する）、ＳｉＣ軸受との組合せを用いた無給水排水ポン
プが、「トライボロジスト」、第３６巻、第２号の１４
４項から１４７項に明示されている。
【０００６】溶射法で形成した膜は、多孔質となり耐摩
耗性が焼結体に劣るため、膜を緻密化する方法が検討さ
れている。例えば、ＷＣと金属を溶射後加熱して金属部
分を一旦、溶融させ、膜内の孔を封じ耐摩耗性を増す方
法が特開昭49−34435 号，特開昭53−31530 号，特開昭
60−145369号公報に記載されている。
耗性が焼結体に劣るため、膜を緻密化する方法が検討さ
れている。例えば、ＷＣと金属を溶射後加熱して金属部
分を一旦、溶融させ、膜内の孔を封じ耐摩耗性を増す方
法が特開昭49−34435 号，特開昭53−31530 号，特開昭
60−145369号公報に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】無給水軸受の場合は軸
受，スリーブの摺動面を保護する清浄水の供給がないた
め、土砂水に対する耐摩耗性は重要である。土砂水に含
まれる粒子のほとんどが長石と石英であり、最高の硬さ
がビッカース硬度（以後Ｈｖと表記）１０００程度（石
英）であり、軸受，スリーブに必要とされる硬さはＨｖ
１０００以上である。ＷＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4の焼結体
であれば、その硬度はＨｖ１０００以上であり（ＷＣが
Ｈｖ約１４００，ＳｉＣが約２８００、Ｓｉ3Ｎ4が約１
６００）、硬度の点では十分で耐摩耗性も優れている。
しかし、焼結技術，組立て作業性，製造コストを考慮す
ると、スリーブの全体をＷＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4の焼結
体で製作するのには大きさに限界があり上述のように、
焼結体に替わる硬質膜を用いることが検討されている。
受，スリーブの摺動面を保護する清浄水の供給がないた
め、土砂水に対する耐摩耗性は重要である。土砂水に含
まれる粒子のほとんどが長石と石英であり、最高の硬さ
がビッカース硬度（以後Ｈｖと表記）１０００程度（石
英）であり、軸受，スリーブに必要とされる硬さはＨｖ
１０００以上である。ＷＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4の焼結体
であれば、その硬度はＨｖ１０００以上であり（ＷＣが
Ｈｖ約１４００，ＳｉＣが約２８００、Ｓｉ3Ｎ4が約１
６００）、硬度の点では十分で耐摩耗性も優れている。
しかし、焼結技術，組立て作業性，製造コストを考慮す
ると、スリーブの全体をＷＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4の焼結
体で製作するのには大きさに限界があり上述のように、
焼結体に替わる硬質膜を用いることが検討されている。
【０００８】硬質膜として広く用いられている溶射膜は
一般に、焼結体に比べ同組成であっても硬さが低く、耐
摩耗性が劣る。溶射膜の硬さが焼結体よりも低いのは、
ＷＣ粒子をつなぐ結合材に空隙等の欠陥がある、あるい
は結合材とＷＣ粒子との結合力が不十分なため被膜の強
度が低いためである。また、他の膜形成方法に比較し膜
厚を厚く形成出来るとはいえ、ＷＣを主成分にした溶射
膜では、膜形成時のひずみのため０.２〜０.３mmが限界
の膜厚であり、このように信頼性の点からはより厚い膜
厚の被膜が望まれる。
一般に、焼結体に比べ同組成であっても硬さが低く、耐
摩耗性が劣る。溶射膜の硬さが焼結体よりも低いのは、
ＷＣ粒子をつなぐ結合材に空隙等の欠陥がある、あるい
は結合材とＷＣ粒子との結合力が不十分なため被膜の強
度が低いためである。また、他の膜形成方法に比較し膜
厚を厚く形成出来るとはいえ、ＷＣを主成分にした溶射
膜では、膜形成時のひずみのため０.２〜０.３mmが限界
の膜厚であり、このように信頼性の点からはより厚い膜
厚の被膜が望まれる。
【０００９】従来技術、ＷＣ溶射膜とセラミックス軸受
（焼結体）との組合せを用いた無給水排水ポンプ（「ト
ライボロジスト」、第３６巻，第２号）については、Ｗ
Ｃ、あるいはＣｒ3Ｃ2を主成分とする溶射膜の硬度，耐
摩耗性，信頼性、特に１０年，２０年におよぶ長期期間
の摺動摩耗についての検討が加えられていない。
（焼結体）との組合せを用いた無給水排水ポンプ（「ト
ライボロジスト」、第３６巻，第２号）については、Ｗ
Ｃ、あるいはＣｒ3Ｃ2を主成分とする溶射膜の硬度，耐
摩耗性，信頼性、特に１０年，２０年におよぶ長期期間
の摺動摩耗についての検討が加えられていない。
【００１０】膜形成後、加熱して、一旦、溶融させ緻密
化する方法（仮に溶融法と称して、以後記述する）で
は、加熱によって下地材料の特性が変質する場合があ
り、利用出来る下地材料や使用環境に限定がある。例え
ば、耐摩耗性に加え耐食性を求められる場合は、通常下
地材料としてステンレス(以後ＳＵＳと表記する)を用い
るが、被膜を一旦溶融させ緻密化する方法を適用する
と、オーステナイト系ＳＵＳ、例えばSUS304の場合な
ど、耐食性が著しく低下するため溶融法は使用出来な
い。また、溶融法では耐食性を考慮し、膜の金属部分に
は通常Ｎｉ，ＣｒもしくはＣｏを用いるが、被膜の端部
で下地材料との間に電気腐食を生じ、膜の剥離，破壊を
生じる可能性があるため、海水中などの腐食環境での適
用は困難である。
化する方法（仮に溶融法と称して、以後記述する）で
は、加熱によって下地材料の特性が変質する場合があ
り、利用出来る下地材料や使用環境に限定がある。例え
ば、耐摩耗性に加え耐食性を求められる場合は、通常下
地材料としてステンレス(以後ＳＵＳと表記する)を用い
るが、被膜を一旦溶融させ緻密化する方法を適用する
と、オーステナイト系ＳＵＳ、例えばSUS304の場合な
ど、耐食性が著しく低下するため溶融法は使用出来な
い。また、溶融法では耐食性を考慮し、膜の金属部分に
は通常Ｎｉ，ＣｒもしくはＣｏを用いるが、被膜の端部
で下地材料との間に電気腐食を生じ、膜の剥離，破壊を
生じる可能性があるため、海水中などの腐食環境での適
用は困難である。
【００１１】従来技術、特開昭49−34435号，特開昭53
−31530号，特開昭60−145369号公報では、加熱による
下地材料の特性変質及び腐食環境での信頼性についての
検討がなされていない。
−31530号，特開昭60−145369号公報では、加熱による
下地材料の特性変質及び腐食環境での信頼性についての
検討がなされていない。
【００１２】本発明の目的は、大径化にも容易に対応で
き、軽量で、摩耗に対する信頼性の高いスリーブを提供
することにある。
き、軽量で、摩耗に対する信頼性の高いスリーブを提供
することにある。
【００１３】本発明の他の目的は、大径化にも容易に対
応でき、軽量で、摩耗に対する信頼性の高いスリーブの
製造方法を提供することにある。
応でき、軽量で、摩耗に対する信頼性の高いスリーブの
製造方法を提供することにある。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、軽量で組立て
性に優れ、摩耗に対する信頼性の高いスリーブを備え
た、長期信頼性の高い排水ポンプを提供することにあ
る。
性に優れ、摩耗に対する信頼性の高いスリーブを備え
た、長期信頼性の高い排水ポンプを提供することにあ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】スリーブの大径化，軽量
化を達成するためにスリーブを金属製とし、摺動部の耐
摩耗性を増すために、摺動部にＷＣを７０重量％以上含
みＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏを結合材とする皮膜１を被覆し、加
熱加圧し皮膜１の結合材を溶融させ緻密化させ、膜の耐
摩耗性，信頼性を増した。
化を達成するためにスリーブを金属製とし、摺動部の耐
摩耗性を増すために、摺動部にＷＣを７０重量％以上含
みＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏを結合材とする皮膜１を被覆し、加
熱加圧し皮膜１の結合材を溶融させ緻密化させ、膜の耐
摩耗性，信頼性を増した。
【００１６】また、加熱加圧し皮膜１の結合材を溶融さ
せる際に、下地金属の耐食性低下を補うため、皮膜１で
被覆されている以外の部分を、耐食性に優れるＮｉもし
くはＣｒからなる皮膜２で被覆した。
せる際に、下地金属の耐食性低下を補うため、皮膜１で
被覆されている以外の部分を、耐食性に優れるＮｉもし
くはＣｒからなる皮膜２で被覆した。
【００１７】また、皮膜１の結合材料Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ
と下地材料との電気腐食を防ぐため、皮膜１で被覆され
ている以外の部分を、導電位のＮｉもしくはＣｒからな
る皮膜２で被覆した。
と下地材料との電気腐食を防ぐため、皮膜１で被覆され
ている以外の部分を、導電位のＮｉもしくはＣｒからな
る皮膜２で被覆した。
【００１８】さらに皮膜２の孔を封じるため、皮膜１の
加熱前に皮膜２を被覆し、皮膜１の加熱時に同時に溶融
させる手順とした。
加熱前に皮膜２を被覆し、皮膜１の加熱時に同時に溶融
させる手順とした。
【００１９】
【作用】一般に土砂水を含む水中での摺動部の耐摩耗性
は、土砂粒子と皮膜との硬さによって決まる。摺動部の
耐摩耗性が硬さに依存するかどうか、さらにどの程度の
硬さであれば、軸受装置の摺動部に適用できるかを確認
するために、以下の摩耗試験を行った。前述のように、
河川水に含まれる土砂は長石と石英がほとんどであり、
最高硬さは石英のＨｖ１０００である。従って、摺動す
る雰囲気は河川水を模擬し、珪砂を９重量％含んだ水道
水中とした。また、摺動する試験片は回転側が外径２５
mm，内径１６mmのリング、固定側は２６×２６mm，厚み
３mmの板材とし、回転側と固定側との面を摺り合わせる
方法で行った。
は、土砂粒子と皮膜との硬さによって決まる。摺動部の
耐摩耗性が硬さに依存するかどうか、さらにどの程度の
硬さであれば、軸受装置の摺動部に適用できるかを確認
するために、以下の摩耗試験を行った。前述のように、
河川水に含まれる土砂は長石と石英がほとんどであり、
最高硬さは石英のＨｖ１０００である。従って、摺動す
る雰囲気は河川水を模擬し、珪砂を９重量％含んだ水道
水中とした。また、摺動する試験片は回転側が外径２５
mm，内径１６mmのリング、固定側は２６×２６mm，厚み
３mmの板材とし、回転側と固定側との面を摺り合わせる
方法で行った。
【００２０】各種組成のＷＣ系溶射膜とＷＣ−１２％Ｃ
ｏ焼結体を回転側試験片に用い、固定側に軸受材料であ
るＳｉＣ製試験片を用いた。約１００ｋｍ摺動後の、回
転側試験片の摩耗量を測定し、摩耗率に換算し、皮膜の
硬さとの相関を調べた。その結果を図６と図７にまとめ
る。
ｏ焼結体を回転側試験片に用い、固定側に軸受材料であ
るＳｉＣ製試験片を用いた。約１００ｋｍ摺動後の、回
転側試験片の摩耗量を測定し、摩耗率に換算し、皮膜の
硬さとの相関を調べた。その結果を図６と図７にまとめ
る。
【００２１】図６は各種組成の溶射膜とＷＣ−１２％Ｃ
ｏ焼結体の硬さと摩耗率との相関をまとめた結果である
（図中の△，○，●は溶射膜の種類を示す）。摩耗率は
膜硬さとともに低下し、珪砂硬さであるビッカース硬さ
(以後、Ｈｖ硬さと表記する)約１０００（図中の交点は
Ｈｖ１０４０）を超えると摩耗形態が変化し、低摩耗状
態となる。従って、硬質膜硬さはＨｖ１０００、好まし
くはＨｖ１０４０以上が必要である。図７は溶射膜内の
ボイドの面積率と硬さとの相関をまとめた結果である。
ボイドの面積が少なくなるほど皮膜硬さは増し、先述の
Ｈｖ１０４０に相当するボイド率は約３％である。な
お、結合材料の量を変えるとボイド率と硬さとの相関は
変化する。しかし、結合材料の量を低くすると膜の靱性
が低下し、さらに皮膜の形成が困難となるため、図６に
示した関係が実用的である。従ってスリーブ用の硬質膜
は、膜硬さがＨｖ１０４０以上であり、ボイド率が約３
％以下であることが必要である。
ｏ焼結体の硬さと摩耗率との相関をまとめた結果である
（図中の△，○，●は溶射膜の種類を示す）。摩耗率は
膜硬さとともに低下し、珪砂硬さであるビッカース硬さ
(以後、Ｈｖ硬さと表記する)約１０００（図中の交点は
Ｈｖ１０４０）を超えると摩耗形態が変化し、低摩耗状
態となる。従って、硬質膜硬さはＨｖ１０００、好まし
くはＨｖ１０４０以上が必要である。図７は溶射膜内の
ボイドの面積率と硬さとの相関をまとめた結果である。
ボイドの面積が少なくなるほど皮膜硬さは増し、先述の
Ｈｖ１０４０に相当するボイド率は約３％である。な
お、結合材料の量を変えるとボイド率と硬さとの相関は
変化する。しかし、結合材料の量を低くすると膜の靱性
が低下し、さらに皮膜の形成が困難となるため、図６に
示した関係が実用的である。従ってスリーブ用の硬質膜
は、膜硬さがＨｖ１０４０以上であり、ボイド率が約３
％以下であることが必要である。
【００２２】本発明において、摺動部に形成した７０重
量％以上のＷＣとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一つ
以上を含む皮膜１は、膜の平均硬さがＨｖ１１７８（測
定点数十点、max１２６１，min９６２）であり、十分な
耐摩耗性を発揮する。
量％以上のＷＣとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一つ
以上を含む皮膜１は、膜の平均硬さがＨｖ１１７８（測
定点数十点、max１２６１，min９６２）であり、十分な
耐摩耗性を発揮する。
【００２３】また、本発明において、皮膜１以外の部分
に形成したＮｉ，Ｃｒで形成された皮膜２は、皮膜１以
外の部分の耐食性を補い、さらに皮膜１の結合材Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｏと電位がほぼ同等であるため、皮膜１と下地
材料との間で発生する電気腐食を防止することができ
る。
に形成したＮｉ，Ｃｒで形成された皮膜２は、皮膜１以
外の部分の耐食性を補い、さらに皮膜１の結合材Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｏと電位がほぼ同等であるため、皮膜１と下地
材料との間で発生する電気腐食を防止することができ
る。
【００２４】皮膜２を溶射法で形成するため、蒸着やメ
ッキに比べ厚みのある膜が形成でき、組成を任意に調節
できる。さらに、皮膜１の加熱前に皮膜２を被覆し、皮
膜１の加熱時に同時に溶融させる手順をとることで、皮
膜２も加熱時に溶融し緻密な膜となり、膜内の孔が封じ
られて耐食性が増す。
ッキに比べ厚みのある膜が形成でき、組成を任意に調節
できる。さらに、皮膜１の加熱前に皮膜２を被覆し、皮
膜１の加熱時に同時に溶融させる手順をとることで、皮
膜２も加熱時に溶融し緻密な膜となり、膜内の孔が封じ
られて耐食性が増す。
【００２５】
【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図５を用いて
説明する。図１は本発明の一実施例の排水ポンプの構造
を示す縦断面図である。通常、排水ポンプには、インペ
ラ近くと、上部との二個所に軸受が設けられている。本
発明の軸受構造は、両方の軸受に適用できるものであ
る。
説明する。図１は本発明の一実施例の排水ポンプの構造
を示す縦断面図である。通常、排水ポンプには、インペ
ラ近くと、上部との二個所に軸受が設けられている。本
発明の軸受構造は、両方の軸受に適用できるものであ
る。
【００２６】図１において、３は排水を汲みだすインペ
ラであり、４は駆動系から回転を伝達する主軸であり、
５は主軸に取り付けられているスリーブであり、６はス
リーブ４と摺動し、趣軸５を指示するＳｉＣで形成され
ている軸受、これらを内蔵し内部を排水が通るケーシン
グが７である。
ラであり、４は駆動系から回転を伝達する主軸であり、
５は主軸に取り付けられているスリーブであり、６はス
リーブ４と摺動し、趣軸５を指示するＳｉＣで形成され
ている軸受、これらを内蔵し内部を排水が通るケーシン
グが７である。
【００２７】図２は図１に示した排水ポンプの上部に設
置された軸受部分の構造を示す、一部断面を含む斜視図
である。図２において、８はスリーブ５を上下で支持す
るスリーブ支持部材であり、９は軸受５を支持する軸受
支持部材であり、１０は軸受５を軸受支持部材９ととも
に弾性的に支持する弾性体であり、１１は軸受全体をケ
ーシング７に固定する軸受固定部材である。
置された軸受部分の構造を示す、一部断面を含む斜視図
である。図２において、８はスリーブ５を上下で支持す
るスリーブ支持部材であり、９は軸受５を支持する軸受
支持部材であり、１０は軸受５を軸受支持部材９ととも
に弾性的に支持する弾性体であり、１１は軸受全体をケ
ーシング７に固定する軸受固定部材である。
【００２８】図３は図２に示したスリーブを示す、一部
断面を含む斜視図である。なお、断面の詳細構造は図３
では記載しない。図４は図３で示したスリーブ断面の詳
細を示す縦断面図である。図４において、１はＷＣ，Ｎ
ｉ，Ｃｒからなる皮膜であり、以後皮膜１と表記する。
本実施例では皮膜１は、ＷＣ−２０重量％Ｎｉ−５重量
％Ｃｒである（以後、重量％を％と表記する）。２はＮ
ｉ−Ｃｒからなる皮膜であり、以後、皮膜２と表記す
る。本実施例では皮膜２は、Ｎｉ−２０％Ｃｒである。
１２はスリーブ素材である合金鋼であり、本実施例では
ＳＫＤ１を用いた。
断面を含む斜視図である。なお、断面の詳細構造は図３
では記載しない。図４は図３で示したスリーブ断面の詳
細を示す縦断面図である。図４において、１はＷＣ，Ｎ
ｉ，Ｃｒからなる皮膜であり、以後皮膜１と表記する。
本実施例では皮膜１は、ＷＣ−２０重量％Ｎｉ−５重量
％Ｃｒである（以後、重量％を％と表記する）。２はＮ
ｉ−Ｃｒからなる皮膜であり、以後、皮膜２と表記す
る。本実施例では皮膜２は、Ｎｉ−２０％Ｃｒである。
１２はスリーブ素材である合金鋼であり、本実施例では
ＳＫＤ１を用いた。
【００２９】スリーブ１２の製造手順を、図５を用いて
以下説明する。
以下説明する。
【００３０】まずＳＫＤ１でスリーブを製作する。この
際、次に形成する皮膜１，皮膜２が加熱時に生じる熱応
力によって破壊しないように、コーナ部を面取りし応力
の集中を防止する。
際、次に形成する皮膜１，皮膜２が加熱時に生じる熱応
力によって破壊しないように、コーナ部を面取りし応力
の集中を防止する。
【００３１】摺動面となる円筒面を除いた内面，端面に
溶射法でＮｉ−２０％Ｃｒ膜を形成する。溶射法はプラ
ズマ溶射法を用い、膜厚は約０.３mm 以上とする。スリ
ーブ加工完了後の膜厚と耐食性を考慮すると、この工程
における膜厚は約０.３mm 以上を必要とする。
溶射法でＮｉ−２０％Ｃｒ膜を形成する。溶射法はプラ
ズマ溶射法を用い、膜厚は約０.３mm 以上とする。スリ
ーブ加工完了後の膜厚と耐食性を考慮すると、この工程
における膜厚は約０.３mm 以上を必要とする。
【００３２】円筒面にＷＣ細線からなるクロスを貼付
け、その上にさらにＮｉ−Ｃｒからなる臘材クロスを貼
付け、二重構造とする。ＷＣ細線からなるクロスと臘材
クロスとの分量比は、溶融，凝固後にＷＣ−２０％Ｎｉ
−５％Ｃｒとなるようにする。また全量は、溶融，凝固
後の膜厚が約３mmとなるようにする。スリーブ加工完了
後の膜厚と皮膜硬さを考慮すると、長期信頼性を得るた
めには、溶融，凝固後の膜厚が約３mm以上を必要とす
る。
け、その上にさらにＮｉ−Ｃｒからなる臘材クロスを貼
付け、二重構造とする。ＷＣ細線からなるクロスと臘材
クロスとの分量比は、溶融，凝固後にＷＣ−２０％Ｎｉ
−５％Ｃｒとなるようにする。また全量は、溶融，凝固
後の膜厚が約３mmとなるようにする。スリーブ加工完了
後の膜厚と皮膜硬さを考慮すると、長期信頼性を得るた
めには、溶融，凝固後の膜厚が約３mm以上を必要とす
る。
【００３３】なお、ＷＣの分量については、増すほど皮
膜硬さと耐摩耗性が増し皮膜特性は優れる。しかし、Ｗ
Ｃの分量を増すほど熱膨張率が小さくなり、次工程であ
る加圧・加熱処理時に皮膜の破断が生じやすい。さら
に、ＷＣの分量を増しすぎると、皮膜の靱性が低下し、
耐衝撃性が低下する。その結果、軸受との衝突によって
皮膜が破壊する可能性が生じて来る。そこで、ＷＣの分
量については耐摩耗性と皮膜の形成し易さ，耐衝撃性と
を考慮し、両特性のバランスの取れた７０％にした。
膜硬さと耐摩耗性が増し皮膜特性は優れる。しかし、Ｗ
Ｃの分量を増すほど熱膨張率が小さくなり、次工程であ
る加圧・加熱処理時に皮膜の破断が生じやすい。さら
に、ＷＣの分量を増しすぎると、皮膜の靱性が低下し、
耐衝撃性が低下する。その結果、軸受との衝突によって
皮膜が破壊する可能性が生じて来る。そこで、ＷＣの分
量については耐摩耗性と皮膜の形成し易さ，耐衝撃性と
を考慮し、両特性のバランスの取れた７０％にした。
【００３４】スリーブ全体をＳＵＳ薄板１３で覆う。次
に、ＳＵＳ薄板で全面を覆ったスリーブを加圧・加熱処
理(以後ＨＩＰ処理：hot isostatic pressingと表記す
る)をする。約５００〜１０００ｋｇ／cm2 の圧力をか
けながら約１０００〜１１００℃の温度で約２時間保持
する。このＨＩＰ処理によって、皮膜１と皮膜２とを一
旦溶融させ緻密化を図り、下地材料と反応させて強固な
密着力を得る。約２ｈの保持後、熱膨張率差によって生
じる熱応力による皮膜１の破壊を防ぐため、炉内で徐々
に冷却する。
に、ＳＵＳ薄板で全面を覆ったスリーブを加圧・加熱処
理(以後ＨＩＰ処理：hot isostatic pressingと表記す
る)をする。約５００〜１０００ｋｇ／cm2 の圧力をか
けながら約１０００〜１１００℃の温度で約２時間保持
する。このＨＩＰ処理によって、皮膜１と皮膜２とを一
旦溶融させ緻密化を図り、下地材料と反応させて強固な
密着力を得る。約２ｈの保持後、熱膨張率差によって生
じる熱応力による皮膜１の破壊を防ぐため、炉内で徐々
に冷却する。
【００３５】冷却後のスリーブ全面を覆うＳＵＳ薄板部
分を切削する。その後、内面，端面は切削によって、円
筒面は研磨によって所定の寸法，面粗さに仕上げる。
分を切削する。その後、内面，端面は切削によって、円
筒面は研磨によって所定の寸法，面粗さに仕上げる。
【００３６】本実施例では素材加工工程においてＳＫＤ
１を用いているが、素材としてSKD1に限定されるもので
はない。ただ、ＷＣからなる皮膜１の熱膨張率が低いた
め、熱膨張率差の小さい材料が望ましい。また、皮膜１
との界面は金属結合するため、炭素が黒鉛状態で析出し
ている組織は望ましくない。従ってＳＫＤ１に加え、Ｓ
ＫＤ１１，ＳＫＤ１２，ＳＵＳ４０３等であっても使用
できる。
１を用いているが、素材としてSKD1に限定されるもので
はない。ただ、ＷＣからなる皮膜１の熱膨張率が低いた
め、熱膨張率差の小さい材料が望ましい。また、皮膜１
との界面は金属結合するため、炭素が黒鉛状態で析出し
ている組織は望ましくない。従ってＳＫＤ１に加え、Ｓ
ＫＤ１１，ＳＫＤ１２，ＳＵＳ４０３等であっても使用
できる。
【００３７】皮膜２の被覆工程においてプラズマ溶射法
を用いているが、プラズマ溶射法に限定されるものでは
ない。０.３mm 以上の膜厚が形成できる方法であれば、
爆発溶射法，高速フレーム溶射法を用いてもよい。
を用いているが、プラズマ溶射法に限定されるものでは
ない。０.３mm 以上の膜厚が形成できる方法であれば、
爆発溶射法，高速フレーム溶射法を用いてもよい。
【００３８】皮膜１の被覆工程において、ＷＣ細線から
なるクロスとＮｉ−Ｃｒからなる臘材クロスを二層に貼
付ける方法を用いたが、本発明は同方法に限定されるも
のではない。例えば、最終組成のＷＣ−ＮｉＣｒ膜を１
回の溶射法で形成してもよい。あるいは、最終組成に比
較しＷＣを多く含むＷＣ−ＮｉＣｒ膜を溶射法で形成
後、その上にＮｉＣｒ膜を溶射法で形成してもよい。ま
たは、ＷＣ細線からなるクロスを貼付けた後、その上に
ＮｉＣｒ膜を溶射法で形成してもよい。臘材としてＣｏ
を用いてもほぼ同等の効果が得られる。
なるクロスとＮｉ−Ｃｒからなる臘材クロスを二層に貼
付ける方法を用いたが、本発明は同方法に限定されるも
のではない。例えば、最終組成のＷＣ−ＮｉＣｒ膜を１
回の溶射法で形成してもよい。あるいは、最終組成に比
較しＷＣを多く含むＷＣ−ＮｉＣｒ膜を溶射法で形成
後、その上にＮｉＣｒ膜を溶射法で形成してもよい。ま
たは、ＷＣ細線からなるクロスを貼付けた後、その上に
ＮｉＣｒ膜を溶射法で形成してもよい。臘材としてＣｏ
を用いてもほぼ同等の効果が得られる。
【００３９】ＨＩＰ処理工程において、加熱温度を約１
０００〜１１００℃、圧力を約500〜１０００kg／cm
2 、保持時間を約２時間としたが、処理する部品大き
さ，材料によってこれらの条件は変動するものであり、
本発明は上記条件に限定されるものではない。
０００〜１１００℃、圧力を約500〜１０００kg／cm
2 、保持時間を約２時間としたが、処理する部品大き
さ，材料によってこれらの条件は変動するものであり、
本発明は上記条件に限定されるものではない。
【００４０】加工完了後のスリーブは図４に示す断面構
造となり、摺動面の皮膜の硬さは膜断面での測定で平均
Ｈｖ１１７８（１０点測定，最高１２６１、最低９６
２）である。皮膜硬さと摩耗率との相関は図６に示すよ
うに、土砂粒子の硬さを超えるＨｖ１０００〜１０５０
以上で低摩耗状態となり、ＷＣ焼結体とほぼ同等の耐摩
耗性となる。
造となり、摺動面の皮膜の硬さは膜断面での測定で平均
Ｈｖ１１７８（１０点測定，最高１２６１、最低９６
２）である。皮膜硬さと摩耗率との相関は図６に示すよ
うに、土砂粒子の硬さを超えるＨｖ１０００〜１０５０
以上で低摩耗状態となり、ＷＣ焼結体とほぼ同等の耐摩
耗性となる。
【００４１】
【発明の効果】本発明のスリーブは、従来のＷＣ焼結体
製のスリーブに比べ、重量が約半分であり、かつ下地が
ねじ穴加工等の可能なＳＵＳであるため、取扱が容易で
あり、組立て作業時の作業員の労働量を大幅に低減する
ことができる。
製のスリーブに比べ、重量が約半分であり、かつ下地が
ねじ穴加工等の可能なＳＵＳであるため、取扱が容易で
あり、組立て作業時の作業員の労働量を大幅に低減する
ことができる。
【００４２】さらに本発明のスリーブは、摺動面の皮膜
が一旦溶融するため、内部のボイド量が著しく少なく、
長期摺動に対する皮膜の信頼性が高い。
が一旦溶融するため、内部のボイド量が著しく少なく、
長期摺動に対する皮膜の信頼性が高い。
【００４３】また本発明のスリーブは、摺動面以外が耐
食性に優れるＮｉ−Ｃｒ皮膜で被覆されているため耐食
性が極めて高く、さらに摺動面の皮膜１に含まれる金属
元素とほぼ同一電位であるため電位差による電気腐食が
生じず、腐食に対する信頼性が高い。
食性に優れるＮｉ−Ｃｒ皮膜で被覆されているため耐食
性が極めて高く、さらに摺動面の皮膜１に含まれる金属
元素とほぼ同一電位であるため電位差による電気腐食が
生じず、腐食に対する信頼性が高い。
【００４４】また本発明のスリーブ製造方法によれば、
従来の焼結法では製造が困難だった大径のスリーブを製
造することができる。また、製造工程の中で摺動面の皮
膜を一旦、溶融するほどに加熱しても、スリーブ全面が
Ｎｉ−Ｃｒ皮膜で被覆されているため、熱影響による素
材の耐食性変化が問題とならず、腐食環境でも使用でき
るスリーブを製造することができる。
従来の焼結法では製造が困難だった大径のスリーブを製
造することができる。また、製造工程の中で摺動面の皮
膜を一旦、溶融するほどに加熱しても、スリーブ全面が
Ｎｉ−Ｃｒ皮膜で被覆されているため、熱影響による素
材の耐食性変化が問題とならず、腐食環境でも使用でき
るスリーブを製造することができる。
【図１】本発明のスリーブを適用した排水ポンプの縦断
面図。
面図。
【図２】本発明のスリーブを適用した排水ポンプの軸受
部の一部断面を含む斜視図。
部の一部断面を含む斜視図。
【図３】本発明のスリーブの一部断面を含む斜視図。
【図４】本発明のスリーブの断面構造を示す断面図。
【図５】本発明のスリーブの製造方法を示す製造フロー
チャート。
チャート。
【図６】皮膜硬さと耐摩耗性との関係を示す要素試験結
果の説明図。
果の説明図。
【図７】溶射膜内のボイド率と皮膜硬さとの関係を示す
要素試験結果の説明図。
要素試験結果の説明図。
１…７０％のＷＣとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一
つを含む皮膜、２…Ｎｉ，Ｃｒのどちらか、もしくは両
方を含む皮膜、３…インペラ、４…軸、５…スリーブ、
６…ＳｉＣで形成されている軸受、７…ケーシング、１
２…ＳＫＤ１で加工したスリーブ、１３…ＳＵＳ薄板。
つを含む皮膜、２…Ｎｉ，Ｃｒのどちらか、もしくは両
方を含む皮膜、３…インペラ、４…軸、５…スリーブ、
６…ＳｉＣで形成されている軸受、７…ケーシング、１
２…ＳＫＤ１で加工したスリーブ、１３…ＳＵＳ薄板。
Claims (3)
- 【請求項１】軸受装置に用いるスリーブにおいて、前記
スリーブは金属で形成されており、さらに摺動面を含む
表面の一部を少なくとも７０重量％のＷＣとＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｏの内少なくとも一つ以上を含む第一の皮膜で被
覆され、前記皮膜を除く他の表面をＮｉ，Ｃｒのどちら
か、もしくは両方を含む第二の皮膜で被覆しており、前
記第一の皮膜に含まれるＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏと前記第二の
皮膜が膜形成後、スリーブ形成時に少なくとも一回溶融
し、皮膜内のボイド量が面積率で３％以下であることを
特徴とするスリーブ。 - 【請求項２】軸受装置に用いるスリーブの製造過程で、
摺動面となる部分にＷＣからなる皮膜を被覆し、ＷＣ膜
の上にさらにＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの内少なくとも一つ以上
を含む臘材膜を被覆し、その後、前記スリーブの全体を
金属薄板で覆い、高圧中で加熱して前記臘材膜を溶解し
てＷＣ膜と混合し、前記スリーブに臘材とＷＣからなる
第一の皮膜を被覆する製造方法において、前記スリーブ
を前記金属薄板で覆う前に、前記ＷＣ膜と臘材膜とを被
覆しない他の部分に、Ｎｉ，Ｃｒのどちらか、もしくは
両方を含む皮膜を溶射法で形成し、その後、前記スリー
ブ全体を高圧中で加熱して前記臘材膜を溶解する際に、
前記溶射法で形成した皮膜を溶解して、部材に緻密なＮ
ｉ，Ｃｒのどちらか、もしくは両方を含む緻密な第二の
皮膜を形成することを特徴とするスリーブの製造方法。 - 【請求項３】請求項１において、軸受，スリーブからな
る軸受装置と、水を排するインペラと、前記インペラを
回転させる駆動系と、前記駆動系から前記インペラへ回
転を伝達する軸と、これらを内蔵するケーシングとを備
えた排水ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22844893A JPH0790533A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | スリーブとその製造方法及びそのスリーブを備えた排水ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22844893A JPH0790533A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | スリーブとその製造方法及びそのスリーブを備えた排水ポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790533A true JPH0790533A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=16876655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22844893A Pending JPH0790533A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | スリーブとその製造方法及びそのスリーブを備えた排水ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790533A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09303245A (ja) * | 1996-03-13 | 1997-11-25 | Hitachi Ltd | 水力機械用ランナ及びその製造方法 |
| JP2013503306A (ja) * | 2009-08-28 | 2013-01-31 | サン−ゴバン パフォーマンス プラスチックス パンプス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 耐食性ブッシング |
| JP2015038376A (ja) * | 2009-12-31 | 2015-02-26 | サン−ゴバン パフォーマンス プラスチックス パンプス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | エネルギー変換構造と軸受部品とを含む再生可能エネルギー源 |
| US9004802B2 (en) | 2003-04-17 | 2015-04-14 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Tolerance ring assembly |
| JP2019104194A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社極東精機 | 成型用金型の製造方法 |
| US10371213B2 (en) | 2009-09-25 | 2019-08-06 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | System, method and apparatus for tolerance ring control of slip interface sliding forces |
| US11005334B2 (en) | 2017-12-15 | 2021-05-11 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Annular member, method, and assembly for component displacement control |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP22844893A patent/JPH0790533A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09303245A (ja) * | 1996-03-13 | 1997-11-25 | Hitachi Ltd | 水力機械用ランナ及びその製造方法 |
| US9004802B2 (en) | 2003-04-17 | 2015-04-14 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Tolerance ring assembly |
| US9206853B2 (en) | 2003-04-17 | 2015-12-08 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Tolerance ring assembly |
| US10203004B2 (en) | 2003-04-17 | 2019-02-12 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Method of using a tolerance ring |
| JP2013503306A (ja) * | 2009-08-28 | 2013-01-31 | サン−ゴバン パフォーマンス プラスチックス パンプス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 耐食性ブッシング |
| US8944690B2 (en) | 2009-08-28 | 2015-02-03 | Saint-Gobain Performance Plastics Pampus Gmbh | Corrosion resistant bushing |
| US10371213B2 (en) | 2009-09-25 | 2019-08-06 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | System, method and apparatus for tolerance ring control of slip interface sliding forces |
| JP2015038376A (ja) * | 2009-12-31 | 2015-02-26 | サン−ゴバン パフォーマンス プラスチックス パンプス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | エネルギー変換構造と軸受部品とを含む再生可能エネルギー源 |
| JP2019104194A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社極東精機 | 成型用金型の製造方法 |
| US11005334B2 (en) | 2017-12-15 | 2021-05-11 | Saint-Gobain Performance Plastics Rencol Limited | Annular member, method, and assembly for component displacement control |
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