(57)【要約】【課題】軸受本体を高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材としても製造が容易で、且つ軸受ケースを金属製とした水中軸受の該軸受ケースの軸受本体との当接面に隙間腐食が発生することなく、メンテナンス時軸受本体を交換するだけで済む回転機械の水中軸受、及び水中軸受に本発明に係る水中軸受を用いたポンプを提供すること。【解決手段】軸受本体２と該軸受本体２を受容して回転機械ケーシングに固定する軸受ケース１を具備し、回転機械の回転軸３を支持する水中軸受において、軸受本体２は円筒状の金属シェル２−１の内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層２−２を形成した構成であり、軸受ケース１は金属製とし、金属シェル２−１との接触部に軸受層２−２と高分子材料又はセラミック材のコーティング層４を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受本体と該軸受本体を受容して回転機械ケーシングに固定する軸受ケースを具備し、回転機械の回転軸を支持する水中軸受において、
前記軸受本体は円筒状の金属材料からなる金属シェルの内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層を形成した構成であり、
前記軸受ケースはその構成材料を金属材とし、前記軸受本体の金属シェルとの接触部に前記軸受本体の軸受層と同材質又は異なる高分子材料又はセラミック材のコーティング層を形成したことを特徴とする水中軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の水中軸受において、
前記軸受ケースのコーティング層の形成範囲を該軸受ケースの前記軸受本体の金属シェルとの接触部及び該接触部以外の半径方向の所定範囲まで拡大したことを特徴とする水中軸受。
【請求項３】
請求項２に記載の水中軸受において、
前記軸受ケースの前記コーティング層の前記軸受本体の金属シェルとの接触部以外の前記半径方向の所定範囲の幅寸法を該コーティング層の厚さ寸法の１０倍以上としたことを特徴とする水中軸受。
【請求項４】
回転軸を支持する水中軸受に請求項１乃至３のいずれかに記載の水中軸受を用いたことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転機械の回転軸を水中で支持する水中軸受に関し、特にポンプの水中軸受として好適な水中軸受、及び水中軸受に本発明に係る水中軸受を使用するポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のこの種の立軸ポンプにおける水中軸受の構成例を示す断面図である。図において、１は軸受ケースであり、該軸受ケース１はポンプ本体のケーシング（図示せず）の必要箇所に設けられたブラケット５にボルト等で結合されている。水中軸受は該軸受ケース１の内部に軸受本体２を挿入し、回転する回転軸３を該軸受本体２で支持するように構成されている。これらの全ての部品は、常時水中にあるものが多いが、中にはポンプ休止時に空気に曝されるものもある。
【０００３】
上記構成の水中軸受において、軸受ケース１は金属製であり、軸受本体２は硬質ゴムからなる軸受層２−２の外側に金属シェル２−１を配置し嵌合又は接着一体化した構成であり、金属シェル２−１と軸受ケース１の間には廻り止めが設けられている。これらの軸受は清水で潤滑されていた。また、潤滑水が少量の場合には、軸受の焼き付き等の問題を回避するため、軸受層２−２にセラミック或いは油を含浸させた焼結合金などが使用されていた。ところが、最近では高分子樹脂材の研究が進み、軸受層２−２に高分子材料が使用できるようになった。なお、軸受本体２に金属シェル２−１を設ける目的は、軸受のメンテナンス交換時に金属シェル２−１と軸受層２−２が一体となった軸受本体２のみの交換で済むからである。即ち、軸受を軸受ケーシングに直接硬質ゴムからなる軸受層を嵌合又は接着した構成とした場合、メンテナンス時に大型で重量の大きい軸受ケーシングをメーカの工場に運び込み、軸受ケーシングに硬質ゴムからなる軸受層を嵌合又は接着するという施工の困難な工程を経ることが必要となり、コストも高価となる。
【０００４】
上記のように高分子材料からなる軸受層２−２を有する軸受本体２を軸受ケース１に挿入した構成の水中軸受を水中で使用した場合、軸受本体２の金属シェル２−１と軸受ケース１と金属シェル２−１との間に浸み込んだ水のため、金属製の軸受ケース１の軸受本体２との接触部に隙間腐食Ａ、Ｂが発生し、水中軸受の寿命を短くするという欠点があった。特に海水中で水中軸受を使用した場合は顕著であった。
【０００５】
また、特許文献１には、軸受部材に合成ゴム、セラミック材を用い、該軸受部材を受容するＳＵＳ４０４よりなる軸受用外筒材内周面に、（イ）Ｎｉ：８５％、その他の金属酸化物１５％よりなる皮膜を形成する無電解メッキ表面処理、（ロ）フッ素系高分子微粒子をＮｉ皮膜中に均一に共析させた皮膜を形成する表面処理、（ハ）フッ素系高分子微粒子と耐熱変性樹脂バインダーとを溶剤により分散させたものを高硬度電着皮膜（ハードクロム皮膜）に圧入含浸させる表面処理のいずれかを施した構成の耐腐食性軸受が記載されている。この軸受は軸受部材全体が合成ゴム、セラミック材のみで形成されているため、軸受用外筒材の内周面に精度よく嵌合する軸受部材全体を製造することが困難であった。
【特許文献１】実願平０２−１０７５３９号（実開平０４−０６５９９６号）のマイクロフィルム
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、軸受本体の軸受層を高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材とし製造が容易で、且つ軸受ケースを金属製とした水中軸受の該軸受ケースの軸受本体との当接面に隙間腐食が発生することなく、メンテナンス時軸受本体を交換するだけで済む回転機械の水中軸受、及び水中軸受に本発明に係る水中軸受を用いた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】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、軸受本体と該軸受本体を受容して回転機械ケーシングに固定する軸受ケースを具備し、回転機械の軸を支持する水中軸受において、前記軸受本体は円筒状の金属材料からなる金属シェルの内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層を形成した構成であり、前記軸受ケースはその構成材料を金属材とし、前記軸受本体の金属シェルとの接触部に前記軸受本体の軸受層と同材質又は異なる高分子材料又はセラミック材のコーティング層を形成したことを特徴とする。
【０００８】
上記のように軸受ケースの軸受本体の金属シェルとの接触部に高分子材料又はセラミック材のコーティング層を形成したので、軸受ケースの内周面と軸受本体の金属シェルの接触が金属どうしの接触ではなくなり、間隙に水（海水）が存在しても間隙腐食が発生しない。また、軸受本体は金属シェルの内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層を形成した構成であるから、軸受ケースに精度良く嵌合する円筒状の金属シェルを耐腐食性の金属で製作しておき、この内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層を嵌合又は接着することで製造が容易にでき、軸受本体の磨耗等によるメンテナンス時に、この軸受本体を交換するだけで済む。
【０００９】
また、本発明は上記水中軸受において、前記軸受ケースのコーティング層の形成範囲を該軸受ケースの前記軸受本体の金属シェルとの接触部及び該接触部以外の半径方向の所定範囲まで拡大したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は上記水中軸受において、前記軸受ケースの前記コーティング層の前記軸受本体の金属シェルとの接触部以外の半径方向の所定範囲の幅寸法を該コーティング層の厚さ寸法の１０倍以上としたことを特徴とする。
【００１１】
隙間腐食は水の流れがあるところでは発生しにくいから、上記のようにコーティングの範囲を軸受ケースの軸受本体の金属シェルとの接触部以外の半径方向の所定範囲まで拡大したことにより、隙間腐食は更に発生しにくくなる。
【００１２】
また、本発明は、回転軸を支持する水中軸受に上記水中軸受を使用したことを特徴とする。
【００１３】
上記のように、ポンプの水中軸受に本発明に係る水中軸受を用いることにより、水中軸受の寿命が長くなることから、ポンプメンテナンス期間が長くなり、ポンプ自身の寿命も長くなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、軸受本体は円筒状の金属材料からなる金属シェルの内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層を形成した構成であり、軸受ケースはその構成材料を金属材とし、軸受本体の金属シェルとの接触部に高分子材料又はセラミック材のコーティング層を形成したので下記のような効果が得られる。
【００１５】
（ａ）軸受ケースの内周面と軸受本体の金属シェルとの接触が金属どうしの接触ではなくなり、軸受ケースと金属シェルの間に隙間があり、該隙間に水（海水）が存在しても間隙腐食が発生しにくい。
（ｂ）軸受本体の製造が容易で、軸受本体が磨耗したら、軸受ケースに腐食がないからこの軸受本体のを交換するだけで済み、メンテナンスが容易で且つコストが安価となる。
【００１６】
また、軸受ケースのコーティングの範囲を軸受ケースの軸受本体の金属シェルとの接触部以外の半径方向の所定範囲まで拡大したことにより、隙間腐食は更に発生しにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。なお、本実施形態例では立軸ポンプのポンプ軸を支持する水中軸受を例に説明するが、本発明に係る水中軸受はこれに限定されるものではなく、回転機械の回転軸を支持する水中軸受として広く利用が可能である。図２は本発明に係る水中軸受の構成例を示す図で、図２（ａ）縦断面、図２（ｂ）は横断面図である。なお、図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図２に示すように、軸受ケース１はポンプ本体のケーシング（図示せず）の必要箇所に設けられたブラケット５にボルト等で結合され、該軸受ケース１の内部に軸受本体２を挿入し固定している。ポンプの回転軸３は該軸受ケース１内に挿入固定された軸受本体２に支持されている。軸受本体２は金属材料からなる円筒状の金属シェル２−１を備え、該金属シェル２−１の内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層２−２を形成（接着）した構成である。軸受層２−２が高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料からなる場合は、その内周面にはスラリー等を逃がすために、軸方向に複数本（図では８本）の通水溝２−２ａが円周方向に等間隔で設けている。なお、上記例では、軸受層２−２の内周面に通水溝２−２ａを設けているが、通水溝２−２ａは設けない場合もある。
【００１９】
上記構成の水中軸受において、軸受本体２の金属シェル２−１の内周面に形成された軸受層２−２は、セラミック又は電気不導体の高分子材料に炭素を含浸させた材料で構成されている。軸受ケース１は金属製であり、内壁面の軸受本体２の金属シェル２−１との接触部及び該接触部以外の半径方向の所定範囲１ａまでコーティング材をコーティングしたコーティング層４を形成している。該コーティング層４のコーティング材は軸受本体２の軸受層２−２と同質材（セラミック又は電気不導体の高分子材料又は該高分子材料に炭素を含浸させた材料）又は該軸受層２−２とは異なる電気不導体の高分子材料又はセラミック材からなる。
【００２０】
上記のように、軸受ケース１の軸受本体２の金属シェル２−１との接触部を軸受層２−２と同質材又は該軸受層２−２と異なる電気不導体の高分子材料又はセラミック材のコーティング層４を形成することにより、軸受本体２の金属シェル２−１と軸受ケース１のコーティング層４の接触は金属と金属の接触ではなく、この間に隙間があっても隙間腐食が発生しにくい。これに対して金属製の軸受ケース１の金属シェル２−１の接触部に電気不導体の高分子材料又はセラミック材のコーティング層４を形成しない場合は、金属と金属の接触となり隙間腐食が発生しやすい。
【００２１】
また、隙間腐食は水の流れがあるところでは、発生しにくいため、軸受ケース１のコーティング層４によるコーティング範囲を図示するように、軸受本体２の金属シェル２−１との接触部以外の半径方向の所定範囲１ａまで拡大している。この所定範囲１ａの幅寸法はコーティング層４の厚さ寸法をｄとした場合、少なくともＤ＝１０ｄとするのがよい。
【００２２】
水中軸受を上記構成とすることにより、軸受ケース１と軸受本体２の間に隙間腐食が発生しにくいから、磨耗等により水中軸受のメンテナンス交換時、金属シェル２−１と軸受層２−２からなる軸受本体２を交換するのみであるから、安価となる（軸受ケース１は大きく高価）。また、金属へ高分子材料又はセラミック材を接着する場合は、メーカの工場で行なうため、軸受ケース１に高分子材料又はセラミック材を嵌合又は接着することは、軸受ケース１自体が大型で重量が重いから高分子材料又はセラミック材を接着することが容易でなく、取扱い、接着施工が困難となる。また、コストも高価なものとなる。
【００２３】
本実施形態例では軸受ケース１に精度良く嵌合する小型で重量の軽い円筒状の金属シェル２−１を製造しておき、該金属シェル２−１に高分子材料又はセラミック材からなる軸受層２−２を嵌合又は接着して軸受本体２を製造するので、嵌合又は接着施工が容易で、コストも安価となる。また、軸受本体２の金属シェル２−１と軸受ケース１の隙間も小さくなる。なお、上記構成の水中軸受において、軸受本体２の金属シェル２−１と軸受ケース１の間では廻り止めが施され、軸受本体２は軸受ケース１に固定されている。
【００２４】
図３は水中軸受に本発明に係る水中軸受を用いた立軸ポンプの構成例を示す図である。本立軸ポンプ１０は、図示するようにポンプ設置床１１にポンプ吊下げケーシング１２を介して設置されている。立軸ポンプ１０は該ポンプ吊下げケーシング１２に固定された吐出側ケーシング１５、該吐出側ケーシング１５の下端に固定されたポンプ部ケーシング１４及び該ポンプ部ケーシング１４に固定された吸込ベルマウス１３を有している。ポンプ部ケーシング１４内にはポンプ羽根車１８が配置され、該ポンプ羽根車１８はポンプ立軸１７の先端に固定されている。このポンプ立軸１７は軸継手１６−１、１６−２、１６−３及び１６−４を介して立軸部材７−１、１７−２、１７−３及び１７−４を一体的に連結した構成である。機器設置床１９に設置された駆動機２０より、ポンプ立軸１７を回転することにより、ポンプ羽根車１８は回転するようになっている。
【００２５】
立軸ポンプ１０は吸込水槽２１内に設置され、吸込ベルマウス１３は水中に開口している。駆動機２０によりポンプ羽根車１８を回転すると、吸込ベルマウス１３を通して吸込まれた水はポンプ部ケーシング１４内及び吐出側ケーシング１５を通って揚水される。
【００２６】
上記構成の立軸ポンプ１０において、水中に位置する立軸部材１７−３及び立軸部材１７−４を回転自在に支持するため、水中軸受２２、２２がブラケット２３、２３を介して吐出側ケーシング１５内に取付けられている。ここではこの水中軸受２２、２２に図２に示す構成の水中軸受を使用している。
【００２７】
上記のように水中軸受２２、２２に図２に示す構成の水中軸受を使用することにより、上記のように軸受ケース１のコーティング層４と軸受本体２の金属シェル２−１の接触は金属と金属の接触ではないから、その接触部の隙間に発生する隙間腐食を防止でき、それにより立軸ポンプ１０の寿命も長くなる。また、メンテナンス交換時には、メーカで製造した円筒状の金属シェル２−１の内周面に高分子材料又は同材料に炭素を含浸させた材料又はセラミック材からなる軸受層２−２を形成した構成の軸受本体２を交換するだけで済むから、施工が容易で、コストが安価となる。
【００２８】
なお、上記例では立軸ポンプの水中軸受に本発明に係る水中軸受を使用する例を説明したが、本発明に係る水中軸受は、水中でポンプ回転軸を支持する水中軸受を使用するポンプの水中軸受として広く採用することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態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】
【００３０】
【図１】従来の水中軸受の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る水中軸受の構成例を示す断面図である。
【図３】水中軸受に本発明に係る水中軸受を用いた立軸ポンプの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    軸受ケース
２    軸受本体
２−１    金属シェル
２−２    軸受層
３    回転軸
４    コーティング層
５    ブラケット
１０    立軸ポンプ
１１    ポンプ設置床
１２    ポンプ吊下げケーシング
１３    吸込ベルマウス
１４    ポンプ部ケーシング
１５    吐出側ケーシング
１６−１    軸継手
１６−２    軸継手
１６−３    軸継手
１６−４    軸継手
１７    ポンプ立軸
１７−１    立軸部材
１７−２    立軸部材
１７−３    立軸部材
１７−４    立軸部材
１８    ポンプ羽根車
１９    機器設置床
２０    駆動機
２１    吸込水槽
２２    水中軸受
２３    ブラケット
【図１】
2008309244.tif 000003
【図２】
2008309244.tif 000004
【図３】
2008309244.tif 000005