JPH11336746A - スラスト軸受及び斜流ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スラスト軸受及び斜流ポンプにおいて、軸受が
冠水した場合、短時間で停止せず、一定時間稼働可能に
すること。 【解決手段】回転軸に取り付けたスラストカラーを該回
転軸の周りに配置した複数の支持板１３２によって受け
るスラスト軸受において、支持板１３２のスラストカラ
ーを受ける側に、合成樹脂材（グラスファイバー入りＰ
ＴＦＥ）１３２ａの面と、炭化タングステンもしくは炭
化クロムを含有する硬質材１３２ｂの面とが形成されて
いる。樹脂材料面１３２ａは硬質材料面１３２ｂより高
くする。通常は樹脂材料面１３２ａが油中で良好な軸受
特性を示し、冠水時、硬質材料面１３２ｂによって河川
水中の土砂進入による樹脂材料面１３２ａの摩耗を硬質
材料面以下になることを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸を支持する
スラスト軸受およびそのスラスト軸受を装備する斜流ポ
ンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】スラスト軸受は回転軸の軸方向荷重を支
持する軸受であり、一般に、回転軸に取り付けられたス
ラストカラーを、回転軸を取り囲むように配置された支
持板によって摺動可能に支持する構造である。

【０００３】通常、スラスト軸受と回転軸との摺動面は
油中に浸漬され、油中で稼働する。スラスト軸受と回転
軸は回転軸の停止時に接触状態であり、軸回転と共に摺
動面に流体潤滑膜（油膜）が形成され、軸方向荷重を支
持する。摺動面の材料は油中での摺動性と耐摩耗性に優
れる材料が用いられる。一般に、スラスト軸受では静止
側にホワイトメタル（Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系）、回転側
（スラストカラー）には焼入れ鋼を用いる。

【０００４】水車やポンプのような大型回転機械の仕事
効率の損失は、スラスト軸受の軸受損失が大半を占める
ため、効率向上のためにはその損失低減が不可欠であ
る。スラスト軸受の損失低減のためには、スラストカラ
ーを支持する支持板を小型化し単位面積当たりの荷重を
大きくすることが有効である。しかしながら、支持板の
小型・高面圧化は、起動，停止時における流体潤滑膜
（油膜）形成が困難となり、境界潤滑、あるいは固体潤
滑となり、摺動面の摩耗、破壊を生じる。この場合、ホ
ワイトメタルでは著しい摩耗・損傷が生じ、スラスト軸
受の焼損事故に至る。

【０００５】スラスト軸受の小型化とそれに伴う焼損事
故防止のため、スラスト軸受材料としてホワイトメタル
に代わり合成樹脂材料が提案され、一部、水車用スラス
ト軸受に実用化されている。例えば、この種の合成樹脂
材料としては、グラスファイバーによって強化されたフ
ッ素樹脂が用いられる。

【０００６】このような樹脂を用いたスラスト軸受は、
油中での摩擦係数が小さく、且つ耐熱性に優れる特性を
有する。そのため軸受面積を小さくでき、ホワイトメタ
ルでは困難であった軸受の小型を達成できる。ティルテ
ィングパッド構造のスラスト軸受において、パッド摺動
面に樹脂材料を配したスラスト軸受が特開平７−２７１
３３号公報に開示されている。

【０００７】さらに、ホワイトメタルと樹脂を併用し、
信頼性を向上させたスラスト軸受が提案されている（例
えば特開平９−４６９５７号公報）。この技術は、ティ
ルティングパッド構造のスラスト軸受において、パッド
の両側端縁部に樹脂材料、残部にホワイトメタルを配
し、摩擦熱によってパッドが変形した場合のかじり付き
を、パッド両側端縁部に設けた合成樹脂材のすべりによ
って防止しようとするものである。

【０００８】ポンプでは構造によって軸受の摺動環境が
異なる。軸流ポンプでは流路中にラジアル軸受を配置す
るため水中で摺動する。したがって、ラジアル軸受には
水中における摺動性、耐摩耗性が求められ、セラミック
ス軸受と炭化タングステンもしくは炭化クロムを含有す
る硬質材料スリーブとの構成が実用化されている。縦軸
の軸流ポンプにおいては、ＳｉＣもしくはＳｉ３Ｎ４か
らなる軸受と炭化タングステンを含有する硬質材料から
なるスリーブを組み合わせたラジアル軸受が特開昭６０
−８１５１７号公報に開示されている。

【０００９】一方、斜流ポンプではラジアル軸受，スラ
スト軸受共に、取り扱い水面よりも高位置に配置され、
軸受は油を溜めた油槽中に配置され、常時油中で摺動す
る。したがって、各軸受材料は油中で摺動性、耐摩耗性
に優れるホワイトメタルが用いられる。具体的には、ス
ラスト軸受では静止側（回転軸を受ける側）にホワイト
メタル、回転側（スラストカラー）に焼入れ鋼、ラジア
ル軸受では軸受側にホワイトメタル、軸側に焼入れ鋼が
用いられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】油中で稼働するスラス
ト軸受及びラジアル軸受を水面より高位置に配置する斜
流ポンプでも、排水ポンプとして使用する場合には、集
中降雨などによって急激に河川水位が上昇して冠水が発
生すると、水面が軸受位置まで達し、軸受が浸水するこ
とがある。この時、軸受は油と水の混合状態であるエマ
ルジョン、若しくは水中で摺動することになる。

【００１１】エマルジョン，水ともに油に比較して低粘
度であるため、スラスト軸受がこのような状態で稼動す
ると、充分な負荷容量が得られず、軸受は境界潤滑、あ
るいは固体潤滑状態となる。この状態では、従来のホワ
イトメタルを用いた軸受では、ホワイトメタルの摩耗，
損傷が生じ、極めて短時間の摺動で焼損事故に至りポン
プが停止する。

【００１２】これに対して現在軸受に用いられる樹脂材
料、具体的にはグラスファイバーを補強材として分散し
たフッ素樹脂は、摩擦係数が極めて低く、且つ耐熱性に
優れるため、境界潤滑あるいは固体潤滑状態でも軸受は
ホワイトメタルほど短時間の摺動で焼損事故には至らな
い。しかし、それでも河川水のように土砂粒子を含有す
る場合、硬さの低い樹脂はアブレシブ摩耗によって著し
い摩耗が生じ、焼損事故に至りポンプが停止する。

【００１３】集中降雨などによって急激に河川水位が上
昇するような緊急事態では、河川流域の安全のため排水
機場のポンプは停止することなく稼働し続けることが求
められる。例え十分な状態でなくとも排水を維持するこ
とが必要である。排水機場の場合、河川規模によって異
なるが、おおよそ７２時間（３日間）の運転が必要であ
る。上記に説明したごとく、従来軸受構造（ホワイトメ
タル）のポンプ、若しくは樹脂材料だけを用いた軸受で
は、急激に河川水位が上昇し軸受が冠水した場合、必要
時間ポンプを稼働し続けることは困難である。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、河川水等によりポンプが冠水した場合でも応急的
に摺動性と耐摩耗を維持できるスラスト軸受、及び冠水
時に急停止することなく稼働時間を引き延ばすことので
きる斜流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】本発明は上記目的を達成
するために、基本的には次のように構成する。

【００１６】一つは、回転軸に取り付けたスラストカラ
ーを該回転軸の周りに配置した複数の支持板によって受
けるスラスト軸受において、前記支持板のスラストカラ
ーを受ける側に、合成樹脂材の面と、炭化タングステン
もしくは炭化クロムを含有する硬質材の面とが形成され
ていることを特徴とする。

【００１７】上記合成樹脂材としては、例えば、グラス
ファイバー入りのポリテトラフルオロエチレン、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリアミド等
或いはこれらの樹脂の混合物等があげられる。また、補
強材もグラスファイバーに限定されず、黒鉛粒子、カー
ボンファイバー、二硫化モリブデン粒子でもよい。

【００１８】ここで、スラスト軸受要素となる支持板に
は、前記合成樹脂材の面と前記硬質材の面とを併設する
ほかに、次のようにしてもよい。すなわち、支持板とし
て２種用意して、一つは前記合成樹脂材の面を有する支
持板とし、もう一つは前記硬質材の面を有する支持板と
し、これらの支持板を別々に形成して配列させることで
スラスト軸受を構成する。

【００１９】また、スラスト軸受において、前記合成樹
脂材の面が前記硬質材の面より高くしてある支持板も提
案する。さらに、合成樹脂材の面を有する支持板と硬質
材の面を有する支持板とを別々に成形した場合には、後
者の支持板を支持する弾性体が前者の支持板を支持する
弾性体よりも柔であるスラスト軸受も提案する。

【００２０】もう一つは、排水機場の排水ポンプ等に使
用される斜流ポンプにおいて、スラストカラーを受ける
面に上記のような合成樹脂材と硬質材とを併用したスラ
スト軸受を備えたものを提案する。

【００２１】本発明に係るスラスト軸受を斜流ポンプと
して適用した場合、次のような作用がなされる。

【００２２】スラスト軸受要素となる支持板のスラスト
カラー受け面に前記した合成樹脂材と硬質材を併用した
場合、合成樹脂材は摩擦係数が小さく粘着性が低いの
で、油中は勿論のことスラスト軸受が浸水した場合であ
っても（スラストカラー・その支持板間に潤滑油膜が形
成されない場合であっても）、ポンプ運転の限界トルク
以下の起動トルクを確保することができる。一方、硬質
材そのものは摩擦係数が大きくスラストカラー受け面に
単独使用することは不適である。仮に硬質材を単独使用
すると、軸とスラスト軸受の摺動面同士が硬質材となり
硬質材同士の噛み込みが生じる。この噛み込みは、油中
での摺動であっても軸回転の起動・停止時に生じやす
い。このような硬質材をあえてスラストカラー受け面に
合成樹脂材と併用するのは、硬質材は流入する土砂粒子
によってもアブレシブ摩耗が生じ難いためであり、アブ
レシブ摩耗の生じやすい合成樹脂材が摩耗した場合であ
っても、硬質材のスラストカラー受け面の存在により合
成樹脂材のスラストカラー受け面が上記硬質材の面と同
じレベル以下に摩耗するのを抑制して樹脂材料面の消失
を防止する機能をなすためである。

【００２３】そして、合成樹脂材のスラストカラー受け
面と硬質材のスラストカラー受け面との面積比をスラス
ト荷重との関係で適宜設定し、また、合成樹脂材及び硬
質材のスラストカラー受け面の合計面積を適宜設定して
おけば、合成樹脂材と硬質材のスラストカラー受け面を
同一高さの下でポンプの起動・停止を行った場合でも、
ポンプ軸とスラスト軸受の硬質材料同士に噛み込みが生
じるのを防止でき、水中に浸水した場合であっても、浸
水時のポンプ運転可能な時間を延ばすことが可能にな
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明する。

【００２５】まず、本発明の第１実施例を図１〜図８に
より説明する。図１は本実施例に係る斜流ポンプを排水
ポンプに用いた排水機場の概略縦断面図、図２はその軸
受部の断面図、図３は本実施例に用いるスラスト軸受の
支持板の一部省略平面図である。

【００２６】図中、１は斜流ポンプ、２は減速機、３は
斜流ポンプの駆動機、４は排水の導入路、５は排水口で
ある。

【００２７】斜流ポンプ１は、減速機２に接続されて回
転する軸１１、軸１１の端部に設けたインペラ１２、軸
１１の軸方向の荷重を支持するスラスト軸受１３、軸垂
直方向の荷重を支持するラジアル軸受１４を備える。

【００２８】スラスト軸受１３、ラジアル軸受１４とも
に、潤滑油１６を満たした油槽１５中にあり、これらの
軸受と軸１１とが油中で相対的に摺動する。

【００２９】本例の排水機場は、大雨時の冠水を防ぐた
めに、比較的小さな河川から大きな河川や海等に排水す
る目的のもので、小河川水の水位が所定レベルを超える
と、斜流ポンプ１が駆動して、小河川水を排水導入路４
から導入して、排水口５を介して大河川に排水する。

【００３０】６は排水機場の建屋の床面であり、軸受の
油槽１５は床下（地下）に設置される。通常の水位Ａで
は、油槽１５に水が浸入することは無いが、集中豪雨な
どによって水位がＢまで達して建屋内が冠水した場合、
油槽１５中に水が浸入してしまう。従来のホワイトメタ
ルを用いたスラスト軸受では、ホワイトメタルに摩耗が
生じて焼損に至り、浸水後早急にポンプが停止する。し
かし、本発明のポンプでは、軸受が冠水してもスラスト
軸受１３、ラジアル軸受１４ともに以下の特徴をなすこ
とで稼働可能であり、従来ポンプのように短時間の稼働
によって急停止することは無い。

【００３１】ここで、本発明の一実施例であるポンプ軸
受部分を図２を用いて説明する。

【００３２】スラスト軸受１３は、軸１１に接続した筒
形のスラストカラー１３１と、油を満たした油槽１５中
で軸１１の周りに放射状に配置された複数の支持板１３
２を備える。支持板１３２は、スラストカラー１３１を
受けるもので、油槽１５の底板に固定された台金１３４
に弾性材１３３を介して固定され、揺動可能である。

【００３３】ラジアル軸受１４は、油槽１５の底板に固
定された台金１４３に弾性材１４２を介して固定された
筒形の軸受部材１４１を備える。軸受部材１４１はスラ
ストカラー１３１の外周面と相対的に摺動し、軸垂直方
向の荷重を支持する。

【００３４】次いで、上記の軸受構造の詳細について図
３から図７を用いて説明する。

【００３５】図３はスラスト軸受１３の支持板１３２を
スラストカラー１３１側からみた一部省略平面図であ
り、軸１１を取り囲むように配置された台金１３４に複
数の支持板１３２が周方向に等間隔で配置される。１３
５は支持板１３２の移動，回転を防止する間隔片であ
り、各支持板１３２の間に配置される。

【００３６】図４は図３におけるＣ１−Ｃ２断面図、図
５は図３のＤ１−Ｄ２断面図である。図４，図５におい
て、１３２ｃは支持板１３２の基材であり、本実施例で
は１３Ｃｒ鋼を用いた。支持板１３２は、スラストカラ
ー１３１を受ける側に、合成樹脂材１３２ａにより形成
した面と、炭化タングステンもしくは炭化クロムを含有
する硬質材１３２ｂにより形成した面とを備えている。

【００３７】合成樹脂材（以下、樹脂材と称する）１３
２ａは、本実施例ではグラスファイバーを補強材として
分散したポリテトラフルオロエチレン（以後、ＰＴＦＥ
と略記する）を用い、基材１３２ｃのスラストカラー受
け面に接着してスラストカラー１３１に対する摺動面を
形成している。ＰＴＦＥは、軸受焼損に至る限界の速度
と面圧との積が高く、且つ補強材を加えることで耐摩耗
性の向上が図れるため、樹脂軸受材料として好適な材料
である。

【００３８】硬質材１３２ｂは炭化タングステン（以後
ＷＣと略記する）を含有する硬質材料であり、本実施例
では、ＷＣを重量％（以後ｗｔ％と略記する）で６０〜
８０ｗｔ％含み、ＮｉＣｒを４０〜２０ｗｔ％含むサー
メットであり、皮膜硬さはビッカース硬さ表示（以後、
Ｈｖと略記する）でＨｖ１０００に達する。本実施例で
は、溶射法によって基材１３２ｃ上に硬質材料皮膜を形
成し、研磨によって平均粗さＲａ０．２以下に仕上げ
た。

【００３９】支持板１３２は弾性体１３３を介して台金
１３４に接続されており、揺動可能である。樹脂材１３
２ａにより形成した面（以下、樹脂材料面１３２ａと称
することもある）は、硬質材１３２ｂにより形成した面
（以下、硬質材料面１３２ｂと称することもある）に比
して若干高くしてある。

【００４０】したがって、軸１１の停止時（ポンプ停止
時）には、スラストカラー１３１と樹脂材料面１３２ａ
が接し、硬質材料面１３２ｂは接触しない。その結果、
軸回転時のスラストカラー１３１と支持板１３２間の摺
動面のすき間は、樹脂材料面１３２ａよりも硬質材料面
１３２ｂの方が若干大きい。本実施例では硬質材料面１
３２ｂは、樹脂材料面１３２ａより外周側に配置した。

【００４１】図５に示す１３２ｄは、樹脂材１３２ａと
基材１３２ｃとを接続する嵌合溝である。ＰＴＦＥは粘
着性が低いため摺動材としては優れるが、反面、基材１
３２ｃへの接着固定が困難である。そこで基材１３２ｃ
に台形の溝１３２ｄを形成し、この溝へ加熱したＰＴＦ
Ｅを圧入させて固定した。その後、樹脂面を切削加工に
よって、所定形状、面粗さに仕上げ、樹脂材料面１３２
ａを完成させた。

【００４２】図６はスラストカラー１３１の縦断面図で
ある。本実施例ではスラストカラー１３１は、下端面で
スラスト軸受と摺動し、外周面でラジアル軸受と摺動す
る。両摺動面には、符号１３１ａに示すように、ＷＣを
６０〜８０ｗｔ％含み、ＮｉＣｒを４０〜２０ｗｔ％含
む溶射皮膜を被覆してある。表面粗さは平均粗さＲａ
０．２以下に仕上げた。

【００４３】本実施例では、樹脂材料面１３２ａを硬質
材料面１３２ｂより若干高くしてあるので、通常のポン
プ停止時には樹脂材料１３２ａとスラストカラー１３１
が接し、運転中はスラスト軸受（樹脂材料面１３２ａ及
び硬質材料面１３２ｂ）とスラストカラー１３１の間に
油膜が形成されて良好な軸受状態となる。

【００４４】以下、河川水浸水時の本スラスト軸受の性
能について説明する。河川水の急激な水位上昇によって
排水機場が冠水し油槽１５中に河川水が浸入した場合、
粘性の小さい水では十分な負荷容量が得られず固体潤滑
状態となり、すき間の小さい樹脂材料面１３２ａとスラ
ストカラー１３１摺動面とが接触摺動状態となる。それ
でも、樹脂材料面１３２ａは摩擦係数が小さく、かつ粘
着性の低いＰＴＦＥで形成しているため、容易に焼損に
は至らない。

【００４５】しかしながら、河川水に含まれる土砂粒子
が流入すると、樹脂材料面１３２ａにアブレシブ摩耗が
生じる。アブレシブ摩耗によって樹脂材料面１３２ａ高
さが減少すると、硬質材料面１３２ｂの高さに近づき、
同時に硬質材料面１３２ｂとスラストカラー１３１とが
接近する。その結果、硬質材料面１３２ｂにもスラスト
軸受作用が生じ、樹脂材料面１３２ａの摩耗進行後も、
軸受機能を維持し続ける。なお、硬質材１３２ｂそのも
のは摩擦係数が大きくスラストカラー受け面に単独使用
することは不適であることは既述した通りである。仮に
硬質材１３２ｂを単独使用すると、軸１１とスラスト軸
受１３の摺動面同士が硬質材となり硬質材同士の噛み込
みが生じ、この噛み込みは、油中での摺動であっても軸
回転の起動・停止時に生じやすい。本実施例では、以上
を配慮して、樹脂材料面１３２ａを硬質材料面１３２ｂ
より若干高くして、油中の摺動であっても硬質材料面１
３２ｂの影響を避けるため樹脂材料面１３２ａの軸受作
用を優先させている。すなわち、スラストカラー１３１
と硬質材料面１３２ｂは、通常すき間が広く、軸停止中
でも接することがない。このような硬質材料面１３２ｂ
をあえてスラストカラー受け面に樹脂材料面１３２ａと
併用するのは、硬質材料面１３２ｂは流入する土砂粒子
によってもアブレシブ摩耗が生じ難いためであり、アブ
レシブ摩耗の生じやすい樹脂材料面１３２ａが摩耗した
場合であっても、硬質材料面１３２ｂの存在により樹脂
材料面１３２ａが上記硬質材の面と同じレベル以下に摩
耗するのを抑制して樹脂材料面１３２ａの消失を防止す
る機能をなすためである。

【００４６】そして、樹脂材料面１３２ａと硬質材料面
１３２ｂとの面積比をスラスト荷重との関係で適宜設定
し、また、樹脂材料面１３２ａ及び硬質材料面１３２ｂ
の合計面積を適宜設定しておけば、樹脂材料面１３２ａ
と硬質材料面１３２ｂを同一高さの下でポンプの起動・
停止を行った場合でも、樹脂材料面１３２ａの軸受作用
が完全ではないにせよ働くことで軸１１とスラスト軸受
１３の硬質材料同士に噛み込みが生じるのを防止でき
る。その結果、ポンプが水中に冠水した場合であって
も、浸水時のポンプ運転可能な時間を延ばすことが可能
になる。その原理図を図８に示す。

【００４７】図８はスラスト軸受における上記した硬質
材料及び樹脂材料の面圧−摩擦トルク特性を示す。硬質
材は樹脂材に比較し，より低い面圧Ｐ１で摩擦係数が上
昇し限界トルクに達する。樹脂材料面１３２ａと硬質材
料面１３２ｂとを併用する場合、樹脂材料面１３２ａと
硬質材料面１３２ｂとをあわせた面積で算出した面圧を
Ｐ１以下に設定しておけば、樹脂材料面１３２ａと硬質
材料面１３２ｂとが同一高さで起動・停止を行った場合
でもスラストカラー１３１・硬質材料１３２ｂ間に噛み
込みが生じない。ただし、この場合、樹脂材１３２ａの
限界面圧Ｐ２に比較して大面積の軸受となる。

【００４８】本実施例では、樹脂材１３２ａとしてグラ
スファイバー入りのＰＴＦＥを用いたがこれに限定され
るものではなく、他の樹脂材料、例えばポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリアセタール、ポリアミドでもよく、
あるいはこれら樹脂の混合物でもよい。また補強材もグ
ラスファイバーに限定されず、黒鉛粒子、カーボンファ
イバー、二硫化モリブデン粒子でもよい。

【００４９】図７に本実施例に用いるラジアル軸受１４
の一部を拡大した縦断面図を示す。図中、１４１ａは周
方向に複数に分割して構成される円筒状セラミックス軸
受、１４１ｂはセラミックス軸受を保持するバックメタ
ルであり複数に分割した金属円筒である。１４２はセラ
ミックス軸受１４１ａとバックメタル１４１ｂを支持す
る弾性体である。

【００５０】本実施例では、セラミックス軸受１４１ａ
としてＳｉＣを用い、弾性体１４２として厚肉ゴムシー
トを用いた。ＳｉＣは油中、水中であっても摩擦係数が
極めて低く良好な摺動性を有する。さらに硬さが高く、
土砂粒子を噛み込んでも摩耗することはない。一般にセ
ラミックスは脆性材料であり割れやすいが、本実施例で
はセラミックス軸受１４１ａを弾性体１４２を介して保
持しているため、微動可能であり軸振れに応答でき、割
れ発生は生じがたい。

【００５１】本例のラジアル軸受も、油中で良好な摺動
性と耐摩耗性を有し、且つ河川水中でも十分な摺動性と
耐摩耗性を有する。

【００５２】なお、本実施例ではラジアル軸受にＳｉＣ
を用いたが、ＳｉＣに限定されることはなく、そのほ
か、例えば耐摩耗性と水中、油中での摺動性に優れるＳ
ｉ３Ｎ４でもよい。

【００５３】次に本発明の第２実施例を図９〜図１１に
より説明する。

【００５４】図９は第２実施例の斜流ポンプに用いるス
ラスト軸受の支持板の一部をスラストカラー側から見た
平面図、図１０は図９のＥ１−Ｅ２断面図、図１１は図
９のＦ１−Ｆ２断面図である。

【００５５】図中、１３６，１３７は第１実施例の支持
板１３２に相当するもので、支持板１３６のスラストカ
ラー受け面を樹脂材１３６ａで形成し（このスラストカ
ラー受け面を樹脂材料面１３６ａと称することもあ
る）、支持板１３７のスラストカラー受け面をＷＣを含
有する硬質材１３７ａで形成した（このスラストカラー
受け面を硬質材料面１３７ａと称することもある）。支
持板１３６，１３７の両者は別々に成形された支持板で
あり、台金１３４上には、内周側に支持板１３６が、外
周側に支持板１３７が配列されている。

【００５６】樹脂材料面１３６ａは、第１実施例の樹脂
材料面１３２ａと同様にグラスファイバー入りのＰＴＦ
Ｅで形成している。硬質材料面１３７ａは、第１実施例
の硬質材料面１３２ｂと同様にＷＣを６０〜８０ｗｔ％
含み、ＮｉＣｒを４０〜２０ｗｔ％含み、表面粗さも同
様に平均粗さＲａ0.2以下に仕上げた溶射皮膜を被覆し
てある。

【００５７】いずれの支持板１３６，１３７も独立に弾
性体１３３ａと１３３ｂを介して台金１３４に接続され
る。

【００５８】本実施例における樹脂材１３６ａの金属基
材への取付け構造を説明する。前記のごとく、樹脂材１
３６ａであるＰＴＦＥは粘着性が低いため金属基材への
接着固定が困難である。さらに容易に変形するため、ね
じ締結も長期的信頼性に乏しい。そこで、本実施例で
は、次のようにして樹脂材１３６ａを取り付ける。

【００５９】まず、符号の１３６ｂ，１３６ｃ，１３６
ｅに示すように金属基材（金属板）を上層，中層，下層
の複数層に分割する。このうち、上層の金属基材（以
下、基材と称する）１３６ｂには、穴径が途中で変化す
る丸穴１５０（この丸穴１５０は、上部穴径が下部穴径
より小さく絞ってある）を複数形成する。中層の基材１
３６ｃは上層の基材１３６ｂと同一外形を呈し、また、
基材１３６ｂの穴中心とほぼ同位置に、丸穴１５０より
も小さい穴１５１を複数形成する。これらの基材１３６
ｂと基材１３６ｃとを溶接によって一体化し、一体化し
た基材１３６ｂ，１３６ｃに樹脂材１３６ａを張り付け
面側から加熱，圧入する。このようにして樹脂材１３６
ａは一部が穴１５０，１５１に充填される。冷却後、穴
１５０，１５１に充填された樹脂材１３６ａはアンカー
効果によって基材１３６ｂ，１３６ｃに強固に取り付け
られる。樹脂材１３６ａを取り付けた基材１３６ｂ及び
基材１３６ｃは、ボルト１３６ｆによって下層の基材１
３６ｅに締結されることで、支持板１３６を形成する。

【００６０】本実施例では、支持板１３６の樹脂材料面
１３６ａの高さは、支持板１３７の硬質材料面１３７ａ
の高さと同一であり、この点は第１実施例と異なる。ま
た、支持板１３６を支持する弾性体１３３ａのばね定数
は、支持板１３７を支持する弾性体１３３ｂのばね定数
よりも剛としてある。

【００６１】このようなばね定数を設定することで、樹
脂材料面１３６ａと硬質材料面１３７ａを同一高さにし
ても、ポンプ停止時の面圧は支持板１３６の方が支持板
１３７の方がより高くなる。

【００６２】本実施例によれば、通常の起動時には、ス
ラスト軸受としての機能は主に面圧の高い樹脂材料面１
３６ａ側の支持板１３６により行われ、硬質材料面１３
７ａ側の支持板１３７は面圧が低いため、硬質材料同士
（ラストカラー１３１・硬質材料面１３７ａ同士）の摺
動でも噛み込みが生じることがない。

【００６３】また、排水ポンプが浸水して土砂水流入に
よって、支持板１３６の樹脂材料面１３６ａが摩耗して
高さが減少すると、硬質材料面１３７ａ側の支持板１３
７にもスラスト軸受作用を生じる。硬質材料面１３７ａ
の軸受作用により樹脂材料面１３６ａの摩耗進行を抑制
し、樹脂材料面１３６ａの軸受作用をかろうじて確保す
ることでスラスト軸受機能を維持し続ける。この機能は
第１実施例と同様である。

【００６４】次の図１２により本発明の第３実施例を説
明する。

【００６５】図１２は、第３実施例である斜流ポンプの
スラスト軸受の支持板１３８の縦断面図を示す。本実施
例ではスラスト軸受だけが変更しており、他の構造は第
１，第２実施例と同様である。

【００６６】本実施例における支持板１３８は第２実施
例の支持板１３６に相当するものであり、その製造方法
を以下に説明する。

【００６７】本例では、上層の基材１３８ｂに直径が変
化する傘状丸穴１６０を複数形成する。次いで、基材１
３８ｂと同一外形を呈する中層の基材１３８ｃに、基材
１３８ｂの穴１６０中心とほぼ同位置に、より小さい穴
１６１を形成する。次いで、基材１３８ｂと基材１３８
ｃとをねじ締結によって一体化する。

【００６８】一体化した基材１３８ｂ，１３８ｃに樹脂
材１３８ａ（グラスファイバーを分散補強したＰＴＦ
Ｅ）を張り付け面側から加熱，圧入して、基材に形成さ
れた穴１６０，１６１に充填する。冷却後、穴１６０，
１６１に充填された樹脂はアンカー効果によって、基材
１３８ｂ，１３８ｃに強固に取り付けられる。さらに樹
脂材１３８ａを取り付けた基材１３８ｂ及び基材１３８
ｃは、ボルト１３８ｆによって基材１３８ｅに締結さ
れ、支持板１３８を形成する。本実施例によれば、第２
実施例と同様の作用，効果を期待できるほかに傘状丸穴
１６０は同系状のドリルによって容易に形成でき、基材
１３８ｂの加工時の労力を低減することができる利点が
ある。

【００６９】次に本発明の第４実施例を図１３により説
明する。

【００７０】図１３は、第４実施例である斜流ポンプの
ラジアル軸受の縦断面図を示す。

【００７１】本実施例ではスラスト軸受，スラストカラ
ー等は既述した第１〜３実施例のいずれかと同様の構造
であり、ラジアル軸受だけが変更している。

【００７２】図中、１４５は軸受部材を周方向に複数に
分割して構成したラジアル軸受であり、本実施例の場合
１３Ｃｒ鋼で製作した。軸１１の外周と相対的に摺動す
る摺動面には、炭化クロム（以後、Ｃｒ３Ｃ２と略記す
る）を含有する硬質材皮膜１４５ａが被覆されている。
本実施例では、硬質材皮膜１４５ａは、Ｃｒ３Ｃ２を６
０〜８０ｗｔ％含み、ＮｉＣｒを４０〜２０ｗｔ％含む
溶射法により形成し、その表面粗さは平均粗さＲａ0.2
以下に仕上げた。

【００７３】本実施例のように軸受に溶射皮膜（硬質材
１４５ａ）を用いることで以下の効果がある。軸受自体
は１３Ｃｒ鋼で製作するため、セラミックス軸受に比較
して加工性が容易であり、製作に要する労力を減する事
ができる。さらに軸受基材が金属のため、ボルト孔の加
工が容易であり、組み立て時の取り扱いが容易である。

【００７４】さらにＣｒ３Ｃ２とＮｉＣｒを含む溶射皮
膜１４５ａは、土砂粒子に対して十分な耐摩耗性を有す
るものの、スラストカラー摺動面に被覆したＷＣとＮｉ
Ｃｒを含む溶射皮膜よりも硬さが低いため、摩耗が生じ
る場合、軸受側が摩耗する。したがって、摩耗による取
り替える場合は軸受側であり、軸に比較して取り扱いが
容易である。

【００７５】次に図１４により本発明の第５実施例を説
明する。図１４は、第５実施例に係る斜流ポンプの軸受
部を示す概略縦断面図である。

【００７６】本実施例ではスラスト軸受を、符号１３−
１，１３−２に示すように２台配置した。２台のスラス
ト軸受１３−１，１３−２は軸方向に上，下２段構造で
配置される。

【００７７】下段のスラスト軸受１３−１の支持板１３
６０は、既述した各実施例同様の樹脂材（例えばグラス
ファイバー入りＰＴＦＥ）でスラストカラー受け面を形
成しており、その構造は図１０に示す支持板１３６と同
様である。

【００７８】上段のスラスト軸受１３−２の支持板１３
７０は、ＷＣを含有する硬質材でスラストカラー受け面
を形成しており、その構造は図１０に示す支持板１３７
と同様である。

【００７９】支持板１３６０、１３７０ともに、各々油
１６を満たした油槽１５１と１５２中に弾性体１３３
ａ，１３３ｂを介して台金に接続され、スラストカラー
１３１，１３１０と相対的に摺動する。

【００８０】支持板１３７０とスラストカラー１３１０
とのギャップは、支持板１３６０とスラストカラー１３
１とのギャップと等しく、軸１１が停止時には支持板１
３６０、１３７０共に、各々スラストカラー１３１、１
３１０に接触する。但し、各々を支持する弾性体のばね
定数が異なる。支持板１３６０を支持する弾性体１３３
ａのばね定数は、支持板１３７０を支持する弾性体のば
ね定数よりも剛であり、停止時のスラストカラーによる
面圧は支持板１３６０の方が支持板１３７０より高い。
起動時、支持板１３７０の面圧が低いために、スラスト
カラー１３１０・支持板１３７０同士（硬質材料同士）
の摺動でも噛み込みが生じない効果は、第２実施例と同
一である。

【００８１】本実施例によれば、以下の効果がある。浸
水による水面が急上昇すると、まず支持板１３６０を内
蔵する下段スラスト軸受１３−１の油槽１５１中に水が
流入する。その結果、支持板１３６０とスラストカラー
１３１が固体摺動するが、支持板１３６０のスラストカ
ラー受け面が樹脂材料のため焼損には至らない。しか
し、土砂が流入すると樹脂の摩耗が進行し、軸１１の位
置が若干低下する。それに伴い第２のスラスト軸受１３
−２の支持板１３７０の面圧が増し、スラスト軸受１３
−２の軸受負担が増してくる。ただし支持板１３６０よ
り支持板１３７０の方が高い位置に設置されるため、軸
受冠水までに時間差が生じ、その間支持板１３７０によ
る軸受効果は油中で発揮される。さらに、水面が上昇
し、油槽１５２に達しても、支持板１３７０は摩耗が進
行し難いため、それにより支持板１３６０の樹脂材料面
の摩耗が抑制されることで前述の各実施例同様に樹脂材
料面による軸受作用が応急的に維持される。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば斜流ポンプ
において軸受が冠水した場合でも、摺動性と耐摩耗を応
急的に維持できるスラスト軸受を実現させることが可能
となり、冠水時の斜流ポンプの稼働時間の引き延ばしに
貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る斜流ポンプを排水ポ
ンプに用いた排水機場の概略縦断面図。

【図２】第１実施例に係る斜流ポンプの軸受部分の概略
縦断面図。

【図３】第１実施例に用いるスラスト軸受の一部をスラ
ストカラー側から見た平面図。

【図４】図３におけるＣ１−Ｃ２断面図。

【図５】図３におけるＤ１−Ｄ２断面図。

【図６】第１実施例に用いるスラストカラーの縦断面
図。

【図７】第１実施例に用いるラジアル軸受の縦断面図。

【図８】スラスト軸受の支持板におけるスラストカラー
受け面に硬質材料及び樹脂材料を用いた場合の面圧−摩
擦トルク特性図。

【図９】本発明の第２実施例である斜流ポンプのスラス
ト軸受の一部をスラストカラー側から見た平面図。

【図１０】図９におけるＥ１−Ｅ２断面図。

【図１１】図９におけるＦ１−Ｆ２断面図。

【図１２】本発明の第３実施例である斜流ポンプのスラ
スト軸受支持板の縦断面図。

【図１３】本発明の第４実施例である斜流ポンプのラジ
アル軸受の縦断面図。

【図１４】本発明の第５実施例に係る斜流ポンプの軸受
部の概略縦断面図。

【符号の説明】

１…斜流ポンプ、１１…軸（回転軸）、１２…インペ
ラ、１３…スラスト軸受、１３−１…下段のスラスト軸
受、１３−２…上段のスラスト軸受、１４…ラジアル軸
受、１５…油槽、１６…油、１３１…スラストカラー、
１３２…支持板、１３２ａ…樹脂材（樹脂材料面）、１
３２ｂ…硬質材（硬質材料面）、１３３…弾性体、１３
４…台金、１３５…間隔片、１３６…樹脂材料面を有す
る支持板、１３７…硬質材料面を有する支持板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｚ 33/20 33/20 Ｚ Ｈ０２Ｋ 5/167 Ｈ０２Ｋ 5/167 Ｂ (72)発明者 秋庭 秀樹 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に取り付けたスラストカラーを該
   回転軸の周りに配置した複数の支持板によって受けるス
   ラスト軸受において、 前記支持板のスラストカラーを受ける側に、合成樹脂材
   の面と、炭化タングステンもしくは炭化クロムを含有す
   る硬質材の面とが形成されていることを特徴とするスラ
   スト軸受。
2. 【請求項２】 前記合成樹脂材の面が前記硬質材の面よ
   り高くしてある請求項１記載のスラスト軸受。
3. 【請求項３】 前記合成樹脂材の面と前記硬質材の面と
   が各支持板に併設されるか、或いは前記合成樹脂材の面
   を有する支持板と前記硬質材の面を有する支持板とが別
   々に成形されて配列されている請求項１又は請求項２記
   載のスラスト軸受。
4. 【請求項４】 前記硬質材の面を有する支持板を支持す
   る弾性体が、前記合成樹脂材の面を有する支持板を支持
   する弾性体よりも柔である請求項３記載のスラスト軸
   受。
5. 【請求項５】 前記スラストカラーのうち前記支持板に
   摺動する面の少なくとも一部が炭化タングステンもしく
   は炭化クロムを含有する硬質材料で形成されている請求
   項１ないし請求項４のいずれか１項記載のスラスト軸
   受。
6. 【請求項６】 駆動機に減速機を介して接続されて回転
   する軸、該軸に設けたインペラ、該軸を支持するラジア
   ル軸受及びスラスト軸受を備える斜流ポンプにおいて、 前記スラスト軸受は請求項１から５記載のいずれか一つ
   のスラスト軸受であることを特徴とする斜流ポンプ。
7. 【請求項７】 駆動機に減速機を介して接続されて回転
   する軸、該軸に設けたインペラ、該軸を支持するラジア
   ル軸受及びスラスト軸受を備える斜流ポンプにおいて、 前記スラスト軸受は請求項１から５記載のいずれか一つ
   のスラスト軸受であり、さらに、前記軸と前記ラジアル
   軸受との相対的な摺動面のうち少なくとも一方は炭化タ
   ングステンもしくは炭化クロムを含有する硬質材料で形
   成されていることを特徴とする斜流ポンプ。
8. 【請求項８】 駆動機に減速機を介して接続されて回転
   する軸、該軸に設けたインペラ、該軸を支持するラジア
   ル軸受及びスラスト軸受を備える斜流ポンプにおいて、 前記スラスト軸受は、前記軸の周りに配置されて前記軸
   に設けたスラストカラーを受ける複数の支持板を有し、
   このスラスト軸受が軸方向に上，下２段に配置され、上
   段のスラスト軸受の支持板は、スラストカラーを受ける
   側に炭化タングステンもしくは炭化クロムを含有する硬
   質材の面が形成され、下段のスラスト軸受の支持板は、
   スラストカラーを受ける側に合成樹脂材の面が形成され
   ていることを特徴とする斜流ポンプ。