(57)【要約】【課題】  水処理施設等の様々な機器に用いられる水封をしていない水中軸受けは、縣濁している粒子の影響で急速に摩耗が進み、機器の他の部分が健在でも比較的頻繁に交換の必要があるという問題点があった。これは、水中軸と軸受けの摺動部に水中の濁質粒子が浸入し、粒子が研磨材となって働くので摩耗の進行が早いためである。【解決手段】  水中軸の摺動部をHRC50以上の硬さを有し、かつ粒子径30〜200μmの粒子をエア圧力0.3〜0.5MPaで速度200m/秒程度の高速で吹き付ける方法により加工することにより、表面に微小な略断面弧状の無数の凹凸部形成が形成される。この水中軸と軸受けとを組み合わせることで、凹凸の凸部先端が軸受けと接しているので、軸受け端部から周囲の水が内部に入り込む時全体にスクリーン状となり、水は内部に浸入するが縣濁している粒子の浸入は防ぐ。このことで、縣濁粒子による軸受けと軸の摩耗を防ぐことができる。【選択図】図４
2010210000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に設置する軸受け部内で摺動する回転軸表面に、HRC50以上の硬さを有し、かつ粒子径30〜200μmの粒子をエア圧力0.3〜0.5MPaで速度200m/秒程度の高速で吹き付ける方法。
【請求項２】
請求項１の加工を摺動面に施した水中軸を水中軸受けとの組合せに用いる方法。
【請求項３】
請求項１の加工を摺動面に施した水中軸を水中軸受けとの組合せを用いることにより、加工の結果、軸表面に形成される微細な略断面弧状を成す無数の凹凸部のスクリーンとしての効果により、水中に縣濁している軸と軸受けの摩耗に有害な粒子の摺動部への浸入を防ぐことで、水中軸と軸受けの摩耗を防ぐ方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磨耗減少を図った水中軸と軸受けに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属成品の摺動部の表面に、金属成品の硬度と同等以上の硬度を有しかつ略球状を成す20〜200μのショットを噴射速度50m/秒以上で噴射し、金属表面付近の温度を、鉄系金属成品A3変態点以上に、もしくは非鉄系の金属成品は再結晶温度以上に上昇させると共に、前記金属成品の摺動部の表面に微小な略断面弧状を成す無数の凹部を形成した、金属成品の摺動部の磨耗防止方法（特許文献１）
【０００３】
濁質等を処理する水処理施設等には水中部に回転軸を持ち水槽、水路等に取り付けた軸受けと軸の組合せを構成部品として持つものが多い。これらの水中軸と軸受けには密閉し圧力水を封入して水の浸入を防いだものもあるが、構造と管理が簡単なことから、水封をせず、図１、図２に示すように軸と軸受けを直接水中に設置する場合が多い。このような、水中軸と軸受けの接している水は清水ではなく、汚濁物質として砂、泥等の粒子が縣濁している。
【０００４】
以下縦軸と横軸の軸受けと軸の組合せについて、図１と図２で説明する。両図に示すように軸と軸受けには互いに回転するという性質上、番号２と３の間に隙間が出来る事は避けられず、周辺の水が侵入するが、この際に縣濁している微細な砂・泥等の粒子のこの隙間に浸入する。
【０００５】
水中で用いるという特性及び摺動面に防錆塗装ができないことから、軸の摺動面は防錆のためにステンレス鋼等の不錆鋼、または硬質クローム鍍金を施す事が一般である。また、先述の砂等の汚濁粒子がシリカ（SiO2）であることから、硬度が高く容易に軸と軸受けを削るため、水中軸受けの寿命を長くするための様々な方法が講じられてきた。一つには両端をグランドパッキンで封じて清水の圧力水を封入する方法があり、これは機能が保てればほぼ完全な方法であるが、構造が複雑であり、グランドパッキンの漏れや封入水供給トラブル等問題も多い。そのことから、軸封無しの図１や図２のような摺動部が水中に閉ざされていない方法がむしろ一般的であり、この方法によりできるだけ寿命を高めようとする試みがなされてきた。まず、軸受けの材質を様々に工夫して、軸受けと軸が摩耗しにくいものと試みてきた結果、軸受けの摺動部は潤滑剤を含んだ炭素繊維系の複合材が通常使われるようになっている。一方で、軸についても、より摩耗に強い材質を用いるということで、濁質のシリカと同等の硬度であるセラミックスを溶着する方法も開発され、寿命を伸ばしてきたとされる。
【特許文献１】特開平  7-188738号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の水中軸と軸受けの隙間に水中に懸濁している微小な砂粒等が入り込むと、研磨材として働いて軸と軸受けを容易に磨耗させる。磨耗が一定の大きさになると振動が生じ、摩擦抵抗が大きくなるため、機器の他の部分が健全でも、基本的には水槽の水を抜いて軸と軸受けを交換する必要がある。
【０００７】
この交換は軸の回転速度にもよるが、SUS304材の軸と炭素繊維系複合材の軸受けの組合せで、通常3年〜5年に1回程度、軸にセラミックス溶着を施した場合で5年から7年に1回は必要になるため、運転を最低1週間程度停止させる必要があり、また全体としては大きな費用になることがこの種の機種の大きな欠点になっている。一方、このような水中に軸と軸受けを持つ機器の耐用年数は、15年程度といわれていることから、軸受けの耐用年数を15年程度とすれば、機器全体の寿命途中において運転を中断して行う補修が必要なくなり、この種の機器の運用を大きく改善できる。
【０００８】
本発明は、水中に対して密閉されていない水中軸と軸受けにおいて、水中軸と軸受けの摺動部の隙間に水中縣濁粒子の浸入を防止することで、水中軸と軸受けの摩耗を減らそうとするものである。
【０００９】
このようにして、軸と軸受けの磨耗速度を遅らせることで、水中軸受けの交換頻度の大幅に遅らせ、その結果、多大な費用と運転上の不便をきたしている軸と軸受けの頻繁な交換の必要性を無くすことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、水中軸の摺動部に背景技術の０００２の技術を用いて、HRC50以上の硬さを有し、かつ粒子径30〜200μmの粒子をエア圧力0.3〜0.5MPaで速度200m/秒程度の高速で吹き付ける方法により加工し（以下WPC加工と称する）、図３と図４のような水中軸と水中軸受けの組合せとして用いるものである。
【００１１】
上記の、課題解決手段による作用は次のとおりである。すなわち、図５、図６の軸受け表面の断面拡大写真に見られるように、ステンレス鋼をWPC加工した図６では番号７に示す表面の微小な略断面弧状の無数の凹凸部形成が形成されている。また背景技術０００５に述べた炭素繊維系の複合材による軸受けは、水中で膨潤しかつ柔軟性があるので、WPC加工した軸は、凸部の先端部が軸受けと接し、凹部に水が満たされる。このため、面的に軸受けと接する通常の軸に比べ接触面が大幅に小さい事から摩擦係数は小さくなるうえ、凹部に満たされた水が潤滑剤として働くことで摺動性が良くなる。さらに、水中軸受けに水が浸入する時、周辺の水は、軸受けの端部から入り込む事になるが、この際に幅3μm程度の無数の突起のあたかもスクリーン状に立つ間隙から抜けてくるため、軸と軸受けの磨り減りに有害な5μm程度以上の粒子は、突起のスクリーンとしての機能により止められて摺動部内部に入り込まない。このように、摩擦抵抗の減少と、摩耗の原因になる縣濁粒子が摺動部へ浸入しないことで、摩耗を大幅に遅らせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
発明の効果を定量的に示すために水中ジャーナル試験を行った。水中ジャーナル試験とは水中に試験用ダストを50mg/Ｌ混入した水中にて水中軸を1800rpmの回転速度で100時間連続運転して、「摩擦係数」、「軸受け温度」、「軸受け、相手材の寸法変化量測定」、「軸受け、相手材の試験前後の摺動面外観写真」、「軸受け、相手材の試験前後の摺動面表面粗さ」等を測定する試験法である。その結果、当該加工を施した軸と、通常のSUS304材の軸で、図７の摩擦係数において番号８のSUS304材軸使用の場合と、番号９のその表面にWPC加工を施した場合で30%程度の差が生じ、図８の軸受け温度は同2つの場合で１~2℃程度の差が生じるなど有意な差が生じた。さらに、軸受けの磨耗量には図９に示すように番号12のSUS304材の軸で0.064mmの摩耗に対して、番号13のWPC加工を施した軸の場合における0.004mmと16倍もの顕著な差が生じている。
【００１３】
なお、本試験においては、水中軸受けは図３の形状であり、摺動部長さは12cmであったが、図１０のSUS304材軸の場合には軸受けの全幅に渡って大きな凹凸が見られたのに対し、図１１に見られるようにWPC加工を施した軸を使用した場合には濁質の浸入の結果である大きな凹凸は両端約２cmであり、その内部の約８cmは図９の番号13の摩耗量に示すとおり、ほとんど健全であった。このことは、WPC加工により形成された凹凸部が濁質の浸入を防ぐスクリーンとしての効果が現れたものである。
【００１４】
さらに、実機の運転において、図１０、図１１に示す中・大規模浄水場で用いられている横軸フロキュレータ（回転数6．4rpm）のSUS304材にWPC加工を行った軸との軸と炭素繊維系複合材の軸受けの組合せを用いたものは、通常のSUS304材軸と同じ軸受けを用いたものに比べ、3年間の運転の後、軸受けの磨耗量は1/3以下であり、その磨耗の程度から判断してフロキュレータの機械上の寿命である15年間程度の運転が可能であるものであった。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
上述したように、WPC加工を施した水中軸と軸受けの組合せは、通常のSUS304材軸の場合に比べ3倍程度以上の高寿命を達成できる。このことで、水処理設備等に数多く使われている、水中軸受けを持つ機器の軸と軸受けの交換のための運転中断とその経費を省く事が出来、わが国の産業の発展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】通常の縦軸水中軸と軸受け図
【図２】通常の横軸水中軸と軸受け図
【図３】WPC加工を施した縦軸水中軸と軸受け図
【図４】WPC加工を施した横軸水中軸と軸受け図
【図５】通常のSUS304材の軸表層部断面拡大図
【図６】SUS304材に本発明の加工済みの軸表層部断面拡大写真
【図７】水中ジャーナル試験により、通常のSUS304材の水中軸と、本発明加工済みの水中軸を用いた軸受けの摩擦係数の比較図
【図８】水中ジャーナル試験により通常のSUS304材の水中軸と、本発明加工済みの水中軸を用いた場合の軸受けの温度の比較図
【図９】水中ジャーナル試験により通常のSUS304材の水中軸と、本発明加工済みの水中軸を用いた場合の軸受けの摩耗量比較図
【図１０】水中ジャーナル試験に通常のSUS304材の水中軸を用いた場合の、試験後の軸受けの凹凸
【図１１】水中ジャーナル試験に本発明加工済みの水中軸を用いた場合の、試験後の軸受けの凹凸
【図１２】横軸フロキュレータ側面図
【図１３】横軸フロキュレータ断面図
【符号の説明】
【００１７】
１  水中軸受け
２  水中軸受け摺動面
３  水中軸摺動面
４  水中回転軸
５  WPC加工後の水中軸摺動面
６  普通のSUS304材の軸表層断面（400倍）
７  WPC加工後のSUS304材の軸表層断面（400倍）
８  SUS304材軸使用の場合の軸受けの摩擦係数
９  WPC加工後のSUS304材軸使用の場合の軸受けの摩擦係数
１０  SUS304材軸使用の場合の軸受けの温度
１１  WPC加工後のSUS304材軸使用の場合の軸受けの温度
１２  SUS304材軸使用の場合の軸受けの摩擦量
１３  WPC加工後のSUS304材軸使用の場合の軸受けの摩擦量
１４  SUS304材軸使用の場合の軸受け表面の凹凸
１５  WPC加工後のSUS304材軸使用の場合の軸受け表面の凹凸
１６  横軸フロキュレータ水中軸
１７  横軸フロキュレータ水中軸受け
１８  攪拌羽根
【図１２】
2010210000.tif 000003
【図１３】
2010210000.tif 000004
【図１】
2010210000.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010210000.tif 000011
【図８】
2010210000.tif 000012
【図９】
2010210000.tif 000013
【図１０】
2010210000.tif 000014
【図１１】
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