(57)【要約】【課題】低摩擦係数で、高い軸受面圧に耐え、耐食性を有するすべり軸受装置及び該すべり軸受装置を用いた無注水型遠心式ポンプを提供すること。【解決手段】固定側部材及び回転側部材で構成されるすべり軸受装置の該固定側部材及び回転側部材の一方又は双方の少なくとも摺動面を、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材１０としてその空間をＡｌ，Ｓｉの１個或いは複数よりなる第１の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成した。【選択図】図３
2008249082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側部材及び回転側部材で構成されるすべり軸受装置の該固定側部材及び回転側部材の一方又は双方の少なくとも摺動面を、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材としてその空間をＡｌ，Ｓｉの１個或いは複数よりなる第１の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成したことを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のすべり軸受装置において、
前記炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物は、容積で３０％以上７０％以下の空間を保有することを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のすべり軸受装置において、
前記充填したセラミックは、前記第１の酸化物に対して容積比で５％以上５０％以下の第２の酸化物を含むことを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載のすべり軸受装置において、
前記第３の酸化物は、容積比で前記第２の酸化物の５％以上１５％以下を含むことを特徴とするすべり軸受装置。
【請求項５】
ガイドケーシング、回転軸に固着された該ガイドケーシング内で回転するインペラを具備する無注水型遠心式ポンプにおいて、
前記回転軸を支持するすべり軸受装置に請求項１乃至４のいずれか１項に記載のすべり軸受装置を用いたことを特徴とする無注水型遠心式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低摩擦係数のすべり軸受装置、特にポンプの無注水軸受として好適なすべり軸受装置及び該すべり軸受装置を用いた無注水型遠心式ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のすべり軸受装置は、その回転側部材と固定側部材に無垢の炭化物・酸化物或いは窒化物セラミックどうし或いは炭化物系のサーメットを組み合わせたものが使用されている。しかしながら、これらのセラミックは、破壊靭性が低く軸受面圧の高い軸受部材としてはその面圧に耐えられないという問題がある。また、これらのセラミック部材からなる軸受は摩擦係数が高く、高面圧では発熱により使用できないという問題もある。また、炭化物系のサーメットでは、バインダーの耐食性が低く腐食環境下で使用する軸受としては使用できなかった。
【特許文献１】特開２００４−００３０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、繰返し荷重に耐えるための高破壊靭性、発熱を防止するための低摩擦係数及び高熱伝導度及び高い面圧に耐える為に高硬度を有し、更に耐食性のあるすべり軸受装置及び該すべり軸受装置を用いた無注水型遠心式ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、固定側部材及び回転側部材で構成されるすべり軸受装置の該固定側部材及び回転側部材の一方又は双方の少なくとも摺動面を、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材としてその空間をＡｌ，Ｓｉの一個或いは複数よりなる第１の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成したことを特徴とするすべり軸受装置にある。
【０００５】
上記のように固定側部材及び回転側部材の一方又は双方の少なくとも摺動面の基材に炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を用いることにより、破壊靭性が向上する。なお、セラミック繊維の編物に炭化物繊維を多く含むことで高い熱伝導度により軸受の温度上昇を抑えることができる。また、充填するセラミックとして、Ａｌ，Ｓｉの１個或いは複数よりなる第１の酸化物は摩擦係数の低下と第２の酸化物と第３の酸化物とセラミック繊維との線膨張係数に近づける為に使用する。Ｍｏ、Ｆｅの１個或いは複数個よりなる第２の酸化物は第１及び第３酸化物による破壊靭性の低下を防止する。Ｙよりなる第３の酸化物を加えることにより摩擦係数が低下する。また、構成材料を炭化物、窒化物、酸化物とすることにより、腐食環境下での耐食性が向上する。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のすべり軸受装置において、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物は、容積で３０％以上７０％以下の空間を保有することを特徴とする。骨材としてのセラミックス繊維は破壊靭性、熱伝導率、線膨張係数を維持しながら低い摩擦係数を保持するところにある。図１に示すように、空隙率が７０％を越えると破壊靭性及び熱伝導率が一般のセラミックス並みに低下する。また、空隙率が３０％を下回ると摩擦係数が大きくなる。なお、図１はＳｉＣ繊維＋３Ａｌ2Ｏ3２ＳｉＯ2の充填材料の物性を示す図である。  
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のすべり軸受装置において、充填したセラミックは、前記第１の酸化物に対して容積比で５％以上５０％以下の第２の酸化物を含むことを特徴とする。図２に示すように、第２の酸化物比が５％を下回ると破壊靭性が低下し、５０％を超えると第３の酸化物添加による摩擦係数低下を阻害する。なお、図２は空隙率３０％繊維での第２、第３の酸化物の影響を示す図である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載のすべり軸受装置において、第３の酸化物は、容積比で第２の酸化物の５％以上１５％以下を含むことを特徴とする。図２に示すように、第２の酸化物に第３の酸化物を５％以上含むことにより摩擦係数が低下し１５％を超えると破壊靭性が低下する。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、ガイドケーシング、回転軸に固着された該ガイドケーシング内で回転するインペラを具備する無注水型遠心式ポンプにおいて、回転軸を支持するすべり軸受装置に請求項１乃至４のいずれか１項に記載のすべり軸受装置を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００１１】
請求項１乃至４に記載の発明によれば、すべり軸受装置の固定側部材及び回転側部材の一方又は双方の少なくとも摺動面を、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材としてその空間をＡｌ，Ｓｉの一個或いは複数よりなる第一の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの一個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成したので、摩擦係数が小さく、破壊靭性及び腐食環境下での耐食性が向上したすべり軸受装置を提供できる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によれば、すべり軸受装置に請求項１乃至４のいずれか１項に記載のすべり軸受装置を用いるので、遠心式ポンプの高い軸受面圧に耐え、摩擦係数が小さいことから発熱がなく、腐食環境下でも耐え得るすべり軸受装置を有する無注水型遠心式ポンプが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係るすべり軸受装置の固定側部材及び回転側部材となる基材を示す図である。基材１０はＳｉＣ繊維の織布円筒状積層品である。該基材１０を容積率で１.５％となるイットリア（イットリウム（Ｙ）化合物）及び容積率で１０％となる酸化モリブデンを分散させたコロイダルアルミナとコロイダルシリカを３：２の割合で混合した液中に浸漬、乾燥を繰り返し、乾燥させたものを１４００℃の高温で加熱し、基材１０の空隙にアルミナ、シリカ、酸化モリブデン及びイットリウム酸化物で構成されるセラミックを充填し、すべり軸受装置の固定側部材及び回転側部材とする。
【００１４】
上記のようにして製造された固定側部材及び回転側部材を用いた本発明に係るすべり軸受装置と、従来の無垢のセラミック材からなる固定側部材及び回転側部材を用いた従来のすべり軸受装置とを比較すると、無垢のセラミック材を用いた従来のすべり軸受装置の場合は破壊靭性値４−６ＭＰａｍ1/2であるのに対して、本発明に係るすべり軸受装置の場合は１０ＭＰａｍ1/2となる。固定側部材及び回転側部材の双方に無垢のセラミックを用いた場合又は一方に炭化物サーメットを他方に無垢のセラミックを用いた場合の摩擦係数が０．２であるのに対して、本発明に係るすべり軸受装置の場合は０．０６となり、本発明に係るすべり軸受装置は摩擦係数が大幅に下がる。
【００１５】
なお、上記例では基材１０を炭化物セラミック繊維の一つであるＳｉＣ繊維の織布を使用する例を示したが、炭化物繊維に限定されるものではなく、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の織布を使用してもよい。基材１０をイットリア及び酸化モリブデンを分散させたコロイダルアルミナとコロイダルシリカを混合した液中に浸漬、乾燥を繰り返し、乾燥させたものを高温で過熱し、基材１０の空隙にアルミナ、シリカ、酸化モリブデン及びイットリウム酸化物で構成されるセラミックを充填する場合を示したが、充填するセラミックとしては、Ａｌ，Ｓｉの１個或いは複数よりなる第１の酸化物とＭｏ，Ｆｅの一個或いは複数よりなる第２の酸化物とＹよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックとしてもよい。
【００１６】
上記のようにＡｌ，Ｓｉの一個或いは複数よりなる第１の酸化物にＭｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物とＹよりなる第３の酸化物を加えることにより、破壊靭性が向上する。また、親水性の高いＭｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物（金属酸化物）を加えることにより、すべり軸受装置を水中で使用した場合、水中の水分を吸収し、潤滑性が付与され摩擦係数が下がる。また、すべり軸受装置を構成する部材の材料が炭化物、窒化物及び酸化物とすることで、腐食環境下で耐食性が向上する。
【００１７】
図４は本発明に係るすべり軸受装置を用いた無注水型遠心式ポンプの構成例を示す図であり、図５はそのすべり軸受装置の詳細を示す図である。図４において、２１はガイドケーシングであり、該ガイドケーシング２１の先端（図では下端）に吸込ケーシング２２が後端（図では上端）に中間ケーシング２３がそれぞれ接続されている。ガイドケーシング２１内には回転軸２４の下端に固着されたインペラ２５が配置されている。
【００１８】
すべり軸受装置２６は、後に詳述するように回転軸２４に固着され該回転軸２４と共に回転する回転側部材と、軸受ケース２７を介してガイドケーシング２１に固定される固定側部材とからなり、回転軸２４はすべり軸受装置２６により回転自在に支持されている。回転軸２４は中間ケーシング２３を通って上方に延び、その外周は保護管２８で覆われている。
【００１９】
上記構成の無注水型遠心式ポンプにおいて、回転軸２４が図示しないモータ等の駆動手段により回転するとインペラ２５が回転し、吸込ケーシング２２の吸込口２２ａから吸込まれた揚水は矢印に示すように、吸込ケーシング２２、ガイドケーシング２１、中間ケーシング２３を通って汲み上げられる。
【００２０】
すべり軸受装置２６は図５に示すように、固定側部材（軸受）３０と回転側部材（軸受スリーブ）３１を具備し、固定側部材３０はバックシェル３２に固定され、バックシェル３２は緩衝材３３を介して軸受ケース２７に固定され、軸受ケース２７はガイドケーシング２１の軸受取付部２９に固定されている。また、回転側部材３１は固定スリーブ３４を介して回転軸２４に固定される。
【００２１】
上記固定側部材３０及び回転側部材３１は、それぞれ炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材とし、その空隙をＡｌ，Ｓｉの１個或いは複数よりなる第１の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成されている。このため、すべり軸受装置２６は破壊靭性が向上し、固定側部材３０及び回転側部材３１は水中の水分を吸収し潤滑性が付与され、摩擦係数の小さいものとなる。また、固定側部材３０及び回転側部材３１を構成する材料が炭化物、窒化物、酸化物であるから、耐食性も向上する。
【００２２】
なお、上記例では、固定側部材３０及び回転側部材３１のそれぞれを全体を、炭化物、酸化物或いは窒化物セラミック繊維の編物を基材とし、その空間をＡｌ，Ｓｉの一個或いは複数よりなる第１の酸化物と、Ｍｏ，Ｆｅの１個或いは複数よりなる第２の酸化物と、Ｙよりなる第３の酸化物で構成されたセラミックを充填した材料で構成した例を示したが、固定側部材及び回転側部材の全体をこの材料で構成することなく、双方の摺動面のみをこの材料で構成してもよい。また、何れか一方の少なくとも摺動面をこの材料で構成してもよい。
【００２３】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＳｉＣ繊維＋３Ａｌ2Ｏ3２ＳｉＯ2充填材料の物性を示す図である。
【図２】空隙率３０％繊維での第２、第３の酸化物の影響を示す図である。
【図３】本発明に係るすべり軸受装置の固定側部材及び回転側部材となる基材を示す図である。
【図４】本発明に係るすべり軸受装置を用いた無注水型遠心式ポンプの構成例を示す図である。
【図５】図４の無注水型遠心式ポンプのすべり軸受装置の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    基材
２１    ガイドケーシング
２２    吸込ケーシング
２３    中間ケーシング
２４    回転軸
２５    インペラ
２６    すべり軸受装置
２７    軸受ケース
２８    保護管
２９    軸受取付部
３０    固定側部材（軸受）
３１    回転側部材（軸受スリーブ）
３２    バックシェル
３３    緩衝材
３４    固定スリーブ
【図１】
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【図２】
2008249082.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008249082.tif 000006
【図５】
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