(57)【要約】【課題】  排水ポンプにおいて、メンテナンスフリーとしつつ、揚水中に混入する硬質粒子に対する耐磨耗性の向上及びアブレシブ摩耗の防止を図ると共に、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避すること。【解決手段】  排水ポンプ１００は、回転軸１に取り付けられた羽根４をポンプケーシング２内に配置して形成したポンプ部３０と、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に回転軸１を軸支する滑り軸受５を有する水中軸受装置とを備える。回転軸１の滑り軸受５で軸支される部分は超硬合金材料で形成されると共に、滑り軸受５の軸支面は硬質粒子の埋没性を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた羽根をポンプケーシング内に配置して形成したポンプ部と、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置と、を備えた排水ポンプにおいて、
超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、
硬質粒子の埋没性を有する熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成した、
ことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項２】
回転軸に取り付けられた羽根をポンプケーシング内に配置して形成したポンプ部と、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置と、を備えた排水ポンプにおいて、
超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、
硬質粒子を複合化した熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成した、
ことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排水ポンプにおいて、前記滑り軸受の軸支面に形成される熱可塑性樹脂材料として繊維を含まない熱可塑性樹脂材料を用いたことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の排水ポンプにおいて、前記滑り軸受の揚水流入側の開口を狭くするリング状部材を設けたことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載の排水ポンプにおいて、前記回転軸及び前記滑り軸受を水平に配置して横軸ポンプ部及び横軸滑り軸受とし、前記滑り軸受と前記回転軸との摺動部隙間を上部が広く且つ下部がそれより狭くなるように前記滑り軸受を設置すると共に、前記リング状部材と前記回転軸との間の開口を上部が狭く且つ下部がそれより広く且つ前記摺動隙間の上部より狭くなるように前記リング状部材を前記回転軸に載置したことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項６】
請求項１または２に記載の排水ポンプにおいて、前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分の表面を超硬合金被膜で形成したことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項７】
請求項１または２に記載の排水ポンプにおいて、前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分に耐食性を有する超硬合金製スリーブを前記回転軸の一側から挿入して設けたことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項８】
請求項１または２に記載の排水ポンプにおいて、少なくとも表面が超硬合金材料で形成された前記超硬合金製スリーブを前記回転軸の一側端部から挿入して設置し、前記超硬合金製スリーブを保持する位置決め部材を前記回転軸の端部に着脱可能に装着したことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項９】
硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置において、
超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、
硬質粒子の埋没性を有する樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成した、
ことを特徴とする水中軸受装置。
【請求項１０】
硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置において、
超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、
硬質粒子を複合化した樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成した、
ことを特徴とする水中軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水ポンプ及び水中軸受装置に係わり、特に硬質粒子が混入する揚水を軸受の潤滑剤として用いる排水ポンプ及び水中軸受装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
横軸排水ポンプの主軸を支える軸受としては、ポンプケーシング外に設けた転がり軸受と、揚水路中（ポンプケーシング中）に設けかつ硬質粒子が混入する揚水を軸受潤滑剤として用いる滑り軸受との組み合わせが広く用いられている。
【０００３】
滑り軸受としては、実開昭６２−１９４９１９号公報（特許文献１）に開示されているように、耐摩耗性に優れているセラミック軸受を用いたものがある。このセラミック軸受は、片当たりに起因する損傷を回避する観点から弾性支持構造が採用されている。この弾性支持構造は、金属シェルにセラミック軸受を焼きばめし、その金属シェルの外周部にゴムを装着して構成されている。セラミック軸受とポンプケーシング外に設けた転がり軸受との軸心を水平に保持するため、高剛性の弾性支持構造が用いられている。組立て初期は硬質ゴムの変形が殆どなく軸心が水平に保持でき、かつ、片当りが回避され安定した摺動特性が得られる。
【０００４】
また、立軸排水ポンプの軸受としては、特開平６−１４７２２８号公報（特許文献２）に開示されているようなセラミック軸受を用いたものがある。このセラミック軸受では、金属ケースに固定したセラミックパッド軸受の片当りを回避するため金属ケース外周側に球面状のピボットが形成され、ピボットの外周側に金属リングが配置され、この金属リングを囲むように硬質ゴムが装着されている。このような構成によって、セラミックパッド軸受は片当りによる損傷が防止できる。
【０００５】
また、横型排水ポンプとしては、特開平６−３４６８８７号公報（特許文献３）に開示されているように、軸受としてホワイトメタルを用いた油潤滑方式の滑り軸受を用いたものがある。この滑り軸受は、セラミック軸受と異なり、弾性支持していないので長期間運転しても軸心を水平に保持でき、片当りによる損傷が回避できる。
【０００６】
一方、ディーゼル機関、タービン等の硬質部材と軟質部材から成る摺動面を有する滑り軸受としては、特開平１０−２５２７５８号公報（特許文献４）に開示されたものがある。この特許文献４では、硬質部材と軟質部材とを交互に配置して成る摺動面を有する滑り軸受において、硬質部材と軟質部材とを摺動方向に対して傾斜をつけて配置したものである。係る構成により、硬質部材の巾を必要な負荷能力を有するように拡げても、摺動方向に沿って移動する潤滑油中の異物は摺動方向に対して傾斜して配置された軟質部材上を必ず通ることとなり、この異物を確実に軟質部材に埋没させることができ、滑り軸受に充分な負荷能力をもたせ、かつ潤滑油中の異物の埋没性を上げ焼損を防ぐことができるようにしている。
【０００７】
また、自動車・船舶・農業機械、建設機械などの内燃機関用軸受として使用される滑り軸受としては、特開２０００−１４７４５９号公報（特許文献５）に開示されたものがある。この滑り軸受は、裏金層と、裏金層上に設けられた軸受合金層と、軸受合金層に積層され表面層となるオーバレイ層とを備え、微細なクレーター状の凹部をオーバレイ層の表面に形成すると共に、硬質粒子をオーバレイ層の表面に吹き付け形成したものである。これによって、油だまり機能を表面に付与し、作動時に発生する油膜を厚くすると共に、安定した摺動特性が得られる。
【０００８】
【特許文献１】実開昭６２−１９４９１９号公報
【０００９】
【特許文献２】特開平６−１４７２２８号公報
【特許文献３】特開平６−３４６８８７号公報
【特許文献４】特開平１０−２５２７５８号公報
【特許文献５】特開２０００−１４７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２には、セラミック軸受の片当たりを防止することに関して記載されているが、潤滑剤として用いる揚水中に混入した硬質粒子による軸受の損傷に関しては開示されていない。特許文献１、２のものにおいて、潤滑剤として揚水を用い、その揚水中に硬質粒子が混入している場合には、その硬質粒子により軸受部が損傷されるおそれがあった。
【００１１】
また、特許文献３〜５に開示されるものは、揚水を軸受潤滑剤として用いている滑り軸受と異なり、油潤滑軸受を用いている。この方式では、軸受外への油の流出を確実に防止するため、高信頼性のシール構造が不可欠となり、軸受装置が高価になるという課題があった。更に、使用油は安定した軸受性能を維持する観点から定期的な油の劣化状況を検査する必要があり、メンテナンスフリーに対して配慮が十分されているとは言えなかった。
【００１２】
本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、滑り軸受の潤滑剤に揚水を用いてメンテナンスフリーとしつつ、揚水中に混入する硬質粒子に対する耐磨耗性の向上及びアブレシブ摩耗の防止を図ることができると共に、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避できる排水ポンプ及び水中軸受装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は、回転軸に取り付けられた羽根をポンプケーシング内に配置して形成したポンプ部と、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置と、を備えた排水ポンプにおいて、超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子の埋没性を有する熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は、回転軸に取り付けられた羽根をポンプケーシング内に配置して形成したポンプ部と、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置と、を備えた排水ポンプにおいて、超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子を複合化した熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記発明において、より好ましくは、次の構成とすることにある。
（１）前記滑り軸受の軸支面に形成される熱可塑性樹脂材料として繊維を含まない熱可塑性樹脂材料を用いて構成したこと。
（２）前記滑り軸受の揚水流入側の開口を狭くするリング状部材を設けたこと。
（３）前記回転軸及び前記滑り軸受を水平に配置して横軸ポンプ部及び横軸滑り軸受とし、前記滑り軸受と前記回転軸との摺動部隙間を上部が広く且つ下部がそれより狭くなるように前記滑り軸受を設置すると共に、前記リング状部材と前記回転軸との間の開口を上部が狭く且つ下部がそれより広く且つ前記摺動隙間の上部より狭くなるように前記リング状部材を前記回転軸に載置して構成したこと。
（４）前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分の表面を超硬合金被膜で形成して構成したこと。
（５）前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分に耐食性を有する超硬合金製スリーブを前記回転軸の一側から挿入して設けて構成したこと。
（６）少なくとも表面が超硬合金材料で形成された前記超硬合金製スリーブを前記回転軸の一側端部から挿入して設置し、前記超硬合金製スリーブを保持する位置決め部材を前記回転軸の端部に着脱可能に装着して構成したこと。
【００１６】
さらには、前記目的を達成するために、本発明は、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置において、超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子の埋没性を有する樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、本発明は、硬質粒子が混入する揚水を潤滑剤として用いると共に前記回転軸を軸支する滑り軸受を有する水中軸受装置において、超硬合金材料で前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子を複合化した樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、硬質粒子が混入する揚水を滑り軸受の潤滑剤として用い、超硬合金材料で回転軸の滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子の埋没性を有する熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したので、滑り軸受についてメンテナンスフリーとしつつ、揚水中に混入する硬質粒子に対する耐磨耗性の向上及びアブレシブ摩耗の防止を図ることができると共に、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避できる排水ポンプ及び水中軸受装置を得ることができる。
【００１９】
すなわち、揚水を滑り軸受の潤滑剤として用いたことにより、従来の油潤滑軸受のように油の劣化状況を検査する必要がなくなり、メンテナンスフリーとすることができる。また、軸受摺動面に容易に硬質粒子が埋没され、埋没した硬質粒子によって摺動面が保護されるので、熱可塑性樹脂材料の耐摩耗性が格段に向上し、長期間安定した摺動特性が得られると共に、浮遊する硬質粒子は硬質粒子が埋没した軸受摺動面上を容易にすべり流過するので、軸受摺動面のアブレシブ摩耗の防止を図ることができる。更に、熱可塑性樹脂材料を用いているので、ポンプ主軸への片当りにより局部的に水膜破断が発生しても、その摺動面が軟化して容易に流動が起こり、平滑化が進んでポンプ主軸になじんだ状態で安定化し、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避できる。
【００２０】
また、本発明によれば、硬質粒子が混入する揚水を滑り軸受の潤滑剤として用い、超硬合金材料で回転軸の滑り軸受で軸支される部分を形成すると共に、硬質粒子を複合化した熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したので、滑り軸受の潤滑剤に揚水を用いてメンテナンスフリーとしつつ、揚水中に混入する硬質粒子に対する耐磨耗性の向上及びアブレシブ摩耗の防止を図ることができる排水ポンプ及び水中軸受装置を得ることができる。
【００２１】
すなわち、揚水を滑り軸受の潤滑剤として用いたことにより、従来の油潤滑軸受のように油の劣化状況を検査する必要がなくなり、滑り軸受についてメンテナンスフリーとすることができる。また、硬質粒子を複合化した熱可塑性樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成したので、複合化された硬質粒子により熱可塑性樹脂材料の耐摩耗性が格段に向上し、長期間安定した摺動特性が得られると共に、浮遊する硬質粒子は複合化された硬質粒子による軸受摺動面上を容易にすべり流過するので、軸受摺動面のアブレシブ摩耗の防止を図ることができる。更に、熱可塑性樹脂材料を用いているので、ポンプ主軸への片当りにより局部的に水膜破断が発生しても、その摺動面が軟化して容易に流動が起こり、平滑化が進んでポンプ主軸になじんだ状態で安定化し、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避できる。
【００２２】
前述した本発明の好ましい構成によれば、滑り軸受の軸支面に形成される熱可塑性樹脂材料として繊維を含まない熱可塑性樹脂材料を用いているので、軸受部に流入する硬質粒子の押し込みに起因する繊維の折損脱落により発生する摩耗粉の切削摩耗が防止できる。ここで、硬質粒子の埋没性を有する樹脂材料で前記滑り軸受の軸支面を形成した場合においては、繊維の折損脱落が発生しないことにより、軸受摺動面に容易に硬質粒子が埋没され、この埋没した硬質粒子により、繊維を含まない熱可塑性樹脂材料の耐摩耗性が格段に向上すると共に、軸受摺動面のアブレシブ摩耗の防止がさらに図られる。
【００２３】
前述した本発明の好ましい構成によれば、前記滑り軸受の揚水流入側の開口を狭くするリング状部材を設けているので、揚水中に含まれる大きな異物の軸受摺動部への進入をリング状部材で阻止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
特に、前記回転軸及び前記滑り軸受を水平に配置して横軸ポンプ部及び横軸滑り軸受とし、前記滑り軸受と前記回転軸との摺動部隙間を上部が広く且つ下部がそれより狭くなるように前記滑り軸受を設置すると共に、前記リング状部材と前記回転軸との間の開口を上部が狭く且つ下部がそれより広く且つ前記摺動隙間の上部より狭くなるように前記リング状部材を前記回転軸に載置しているので、摺動部隙間より大きな異物の進入を簡単な構造で阻止することができる。
【００２５】
前述した本発明の好ましい構成によれば、前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分の表面を超硬合金被膜で形成するようにしているので、前記滑り軸受に対応する部分を簡単に超硬合金材料で形成することができる。
【００２６】
前述した本発明の好ましい構成によれば、前記回転軸の前記滑り軸受で軸支される部分に耐食性を有する超硬合金製スリーブを設けているので、別に製作した超硬合金製スリーブを前記回転軸に装着するのみで、前記滑り軸受に対応する部分を簡単に超硬合金材料で形成することができる。
【００２７】
前述した本発明の好ましい構成によれば、前記超硬合金製スリーブを前記回転軸の一側端部から挿入して設置し、前記超硬合金製スリーブを保持する位置決め部材を前記回転軸の端部に着脱可能に装着しているので、前記超硬合金製スリーブが万一損傷した場合には、前記位置決め部材を外して前記超硬合金製スリーブを交換することができ、信頼性の高い状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。第２実施例以降の実施例においては第１実施例と共通する構成の重複する説明を省略する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。ここでは軸受部の樹脂材料としてＰＴＦＥ系の熱可塑性樹脂を用いた場合について説明するが、熱可塑性樹脂材料であれば材質は特に限定するものではない。
【００２９】
まず、本発明の第１実施例を、図１から図３を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例に係る横軸排水ポンプの縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。
【００３０】
横軸の排水ポンプ１００は、図１に示すように、ポンプ部３０、水中軸受装置３、ころがり軸受装置２１を備えて構成されている。
【００３１】
ポンプ部３０は、主軸１の一側端部に取り付けられた羽根４をポンプケーシング２内に配置して形成されている。ポンプケーシング２は、一側の下方から揚水を吸込んで、他側の横方向から揚水を送出するように形成されている。この揚水は、地下水などが汲み上げられたものであり、その中に異物である硬質粒子などが混入されている。主軸１は、一側がポンプケーシング２内で水中軸受装置３に軸支され、他側がポンプケーシング２して貫通して外部に延びてポンプケーシング２外でころがり軸受装置２１に軸支されている。主軸１は、カップリング２２を介してモータ（図示せず）に接続され、このモータによって駆動される。
【００３２】
水中軸受装置３は、図２に示すように、排水ポンプ１００の揚水路中に備えられ、かつ硬質粒子が混入する揚水を軸受の潤滑剤として用いている。なお、図２に示す滑り軸受５は、揚水中に混入する硬質粒子５ａが埋没された後の状態を示し、図２に示すように滑り軸受５の表面側から硬質粒子５ａが埋没される。また、図２中の矢印は揚水の流れ方向を示す。
【００３３】
水中軸受装置３は、軸受部に装着した繊維を含まない熱可塑性合成樹脂製滑り軸受５と、この滑り軸受５を圧入固定した裏金６と、この裏金６を装着した軸受ケース７と、この軸受ケース７を固定するサポート９と、このサポート９を支持するサポート支え１０とを備えて構成されている。サポート支え１０は軸受ケーシング１１に固定されている。軸受ケーシング１１はポンプケーシング２にリブ１２を介して固定されている。プレート８は軸受ケース７に装着した裏金６の抜け止め防止のために設置したものである。
【００３４】
主軸１の滑り軸受５で軸支される部分は、超硬合金材料で形成されている。超硬合金材料で形成される部分は、具体的には、主軸１の滑り軸受５で軸支される部分の表面を超硬合金被膜で形成することにより構成されている。
【００３５】
次に、上記構成の排水ポンプ１００及び水中軸受装置３の機能、動作に関して説明する。
【００３６】
排水ポンプ１００は、ポンプケーシング２内に硬質粒子が混入する揚水を充満させた後に、起動して排水運転が開始される。したがって、水中軸受装置３は水中に没した状態で使用され、揚水が潤滑材として用いられる。したがって、水中軸受装置３は、従来の油潤滑軸受のように油の劣化状況を検査する必要がなくなり、メンテナンスフリーとすることができる。
【００３７】
水中軸受装置３は、軸受部に繊維を含まない熱可塑性樹脂材料であるＰＴＦＥ系の樹脂材料を収納した滑り軸受５を有している。この材料は水潤滑状態で摺動した場合、摩擦係数が０．００４程度と低く、長時間運転しても摩擦係数の変化が殆どなく安定していることが確認されている。
【００３８】
揚水運転が開始されると、硬質粒子が混入する揚水は滑り軸受５の摺動面と主軸１とで構成される摺動部隙間に流入する。主軸１の回転とともに硬質粒子は摺動面の周方向に引き込まれる。滑り軸受５の摺動面と主軸１とで構成される摺動部隙間は回転方向にくさび形状をなしており、このくさび形状部分で軸受荷重に見合った流体圧力が発生する。このため、軸受部に流入した硬質粒子は滑り軸受５の摺動面上をすべりながら流体圧力が発生している領域に到達し、その後硬質粒子が流体圧力による作用力を受け、滑り軸受５の摺動面に埋め込まれる。
【００３９】
滑り軸受５の摺動面は繊維を含まない熱可塑性樹脂材料で構成されているため、硬質粒子の押し込みに起因する繊維の折損脱落により発生する摩耗粉の切削摩耗が防止できる。また、繊維の折損脱落が発生しないので、滑り軸受５の摺動面に容易に硬質粒子が埋没される。埋没した硬質粒子によって滑り軸受５の摺動面が保護されるので、繊維を含まない熱可塑性樹脂材料の耐摩耗性が格段に向上する。滑り軸受５の摺動面が硬質粒子で覆われた後、浮遊する硬質粒子は硬質粒子が埋没した軸受摺動面上を容易にすべり流過するので軸受摺動面のアブレシブ摩耗が防止される。その結果、滑り軸受５の硬質粒子による急激な摩耗進行が防止でき、十分な耐摩耗性を確保することができ、長期間安定した摺動特性が得られる。
【００４０】
また、滑り軸受５は、従来例のようなゴムによる弾性支持構造でなく剛支持構造であるため、軸受部の沈み込みが確実に防止できる。更に、熱可塑性樹脂製滑り軸受５を用いているので、ポンプ主軸１に対し片当たり等の局部接触状態に起因する水膜破断が発生しても、その摺動面が軟化して容易に流動が起こり、平滑化が進んでポンプ主軸１になじんだ状態で安定化し、ヒートショックに起因するクラックの発生や損傷が回避できる。
【００４１】
上述のような排水ポンプ１００及び水中軸受装置３の構成であると、長期間の排水運転に対しても軸受摺動面の硬質粒子による摩耗損傷が防止でき、耐摩耗性が格段に向上するので安定した摺動特性が確保できる。したがって、信頼性の高い排水ポンプ１００及び水中軸受装置３を得ることができる。
【００４２】
滑り軸受５に繊維を含まない熱可塑性樹脂材料５を用いた効果を確認するため、各種樹脂材料に関してリング状回転側資料とリング状固定側資料との組み合わせによる摺動要素試験を行い、摺動面の損傷状況を調べた。運転条件としては、固定側資料に水潤滑のための放射溝を６本形成し、この溝に硬質粒子を混入した潤滑水（珪砂混入濃度：３０００ｐｐｍ、硬質粒子：珪砂）を導入し、摺動面を硬質粒子が混入した水で潤滑しながら、回転側資料を回転させ平均周速度５ｍ／ｓ、平均面圧（試験荷重/摺動面積）1ＭＰａの一定条件にして２時間試験した。
【００４３】
この摺動要素試験の結果を表１に示す。この表１は、材料組み合わせと試験後の摺動面状況を示すものである。
【００４４】
【表１】
2005127226.tif 000003
表１のＮｏ.１で明らかなように、繊維を含まない熱可塑性樹脂材料と超硬合金皮膜との組み合わせは、硬質粒子が混入する水潤滑において、固定側資料の摺動面に摩耗損傷が無く、摺動面に硬質粒子が埋没していることが確認され、耐摩耗性が向上することが判明した。
【００４５】
これに対し、表１のＮｏ.３に示す硬質粒子の埋没性が殆どないカーボン繊維を含有するＰＥＥＫ樹脂では、摺動面に流入した硬質粒子の押し込みに起因する繊維の折損脱落により発生する摩耗粉の切削摩耗が発生し、アブレシブ摩耗の様相を示し、円周方向に条痕が観察された。更に、繊維の折損脱落による摩耗損傷が進行するので軸受摺動面が新生と脱落を繰り返し容易に硬質粒子が埋没されず、試験後の摺動面には硬質粒子の埋没されていないことが分かった。
【００４６】
係る摺動要素試験の結果から、滑り軸受５の摺動面に硬質粒子が埋没して存在すると、硬質粒子が滑り軸受５の摺動面を保護するため、耐摩耗性が格段に向上することが実験により確認された。ここで、回転側資料に用いた超硬合金被膜は耐食性を有するニッケルバインダー系の超硬合金材料であり、超硬合金被膜の摩耗損傷も観察されなかった。
【００４７】
次に、本発明の第２実施例について図３を用いて説明する。図３は本発明の第２実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００４８】
本実施例では、滑り軸受５を炭化珪素粒子５ｂで複合化した繊維を含まない熱可塑性樹脂材料で構成している。炭化珪素粒子５ｂは、高硬度のセラミックスであり、優れた耐摩耗性を示す。そのため、滑り軸受５の摺動面に露出している炭化珪素粒子は排水運転中においても殆ど摩耗が進行しない。その結果、滑り軸受５の摺動面が保護され、長期間安定した摺動特性が得られる。更に、炭化珪素製粒子は水の吸着反応によりゲル状の水和物が摺動面に形成されることが分かっており、潤滑性が向上すると共に高面圧化にも対応できるので、長寿命の樹脂製軸受が達成できる。
【００４９】
また、表１のＮｏ.２で明らかなように、炭化珪素粒子で複合化した熱可塑性樹脂材料と超硬合金皮膜との組み合わせは、硬質粒子が混入する水潤滑において、固定側資料の摺動面に軽微な疵が観察されるが、摩耗損傷は無く耐摩耗性を有することが判明した。
【００５０】
次に、本発明の第３実施例について図４を用いて説明する。図４は本発明の第３実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５１】
この第３実施例では、滑り軸受５の一端近傍にリング状部材１７を設けたものである。水中軸受装置３は軸受部に装着した繊維を含まない熱可塑性滑り軸受５と、滑り軸受５を圧入固定した裏金６と、該裏金６を装着した軸受ケース７をサポート支え１０に固定位置決めするサポート９と前記軸受部の一端近傍に設けたリング状部材１７とで構成されている。
【００５２】
リング状部材１７は金属ケース１３に焼き嵌めにより固定されている。金属ケース１３は、そのの両端面に設けたゴムリング１４ａ、１４ｂにより裏金６と側板１６との間に弾性支持されている。すなわち、ゴムリング１４ａ、１４ｂの軸方向位置は裏金６と側板１６とで位置決めされている。従って、リング状部材１７は金属ケース１３及びゴムリング１４ａ、１４ｂを介して裏金６と側板１６との間に弾性支持されている。金属ケース１３の外周側には回り止めピン１５が設けられてリング状部材１７の回転に伴う連れ回りを防止している。リング状部材１７の材質はセラミックスとするが、セラミックスの中では窒化珪素が好ましい。
【００５３】
リング状部材１７は、滑り軸受５の揚水流入側の開口を狭くするように設けられている。具体的には、リング状部材１７は、金属ケース１３及びゴムリング１４ａ、１４ｂと共に、揚水流入側の開口を狭くするように構成されている。この場合、リング状部材１７と金属ケース１３とを一体に形成してもよい。
【００５４】
また、リング状部材１７は、リング状部材１７と主軸１との間の開口を上部が狭く且つ下部がそれより広くなるように主軸１に載置されている。一方、主軸１は、滑り軸受５と主軸１との摺動部隙間を上部が広く且つ下部がそれより狭くなるように滑り軸受５に載置されている。そして、リング状部材１７による開口隙間の上部は、滑り軸受５による摺動隙間の上部より狭くなるように設定されている。
【００５５】
このような水中軸受装置３の構成であると、硬質粒子が混入する揚水を排水する場合、揚水はリング状部材１７と主軸１との隙間を通過し、その後滑り軸受５の摺動面に流入する。リング状部材１７と主軸１とで構成される反負荷側隙間はリング状部材１７が重力方向に落下しているので、滑り軸受５と主軸１とで構成される反負荷側隙間よりも小さくなり、樹脂製軸受摺動面に浸入する硬質粒子径もリング状部材１７を付設しない場合に比較し小さくできる。
【００５６】
このため、軸受摺動面に噛み込む硬質粒子径の大きさを制限する機能が付加されていない場合よりも、滑り軸受５への硬質粒子の埋没性が容易に行われ、滑り軸受５の摺動面を保護する機能がより向上する。また、軸受摺動面に流入する硬質粒子の大きさが小さくなるので、埋没された硬質粒子上を容易にすべり摩擦損失が低減するので、摩耗が殆ど進行しなくなり長寿命化が図れる。
【００５７】
次に、本発明の第４実施例について図５を用いて説明する。図５は本発明の第４実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。この第４実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５８】
この第４実施例では、繊維を含まない熱可塑性滑り軸受５の対向面の主軸１側に耐食性を有する超硬合金製のスリーブ１９を装着し、スリーブ１９は右側に装着した位置決めリング１８を介してボルト２０により主軸１に固定されている。超硬合金製のスリーブ１９はＳＵＳ３０４製リングの表面には耐食性の超硬合金被膜を被覆して構成しても良い。なお、耐食性を有する超硬合金の材質はＷＣ−Ｎｉ系超硬合金である。このような構成にしても同等の作用効果を奏することはいうまでもない。また、この第４実施例では次のような特有の効果がある。
【００５９】
万一、スリーブ１９の表面が損傷を受けた場合スリーブ１９のみの交換ですみ、主軸１そのものを交換する場合に比較して交換費用が安くすむ。また、スリーブ１９に耐食性を有する超硬合金を用いているので、摺動面の腐食による面荒れ損傷を受け難く、長期間耐摩耗性が維持できる。また、高硬度であるため水膜圧力に対する表面変形を受け難いので耐荷重性も向上する。更に、超硬合金と硬質粒子の埋没性を有する樹脂を組合わせているのでなじみ性が良好で、スリーブ及び軸受の摺動面の粗さが小さく滑らかになっていく。このため、運転初期から安定した摩擦特性が得られる。
【００６０】
次に、本発明の第５実施例について図６を用いて説明する。図６は本発明の第５実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。この第５実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００６１】
この第５実施例では、繊維を含まない熱可塑性滑り軸受５およびリング状部材１７の対向面の主軸１側に耐食性を有する超硬合金製のスリーブ１９を装着し、スリーブ１９は右側に装着した位置決めリング１８を介してボルト２０により主軸１に固定されている。超硬合金製のスリーブ１９はＳＵＳ３０４製リングの表面には耐食性の超硬合金被膜を被覆して構成しても良い。なお、耐食性を有する超硬合金の材質はＷＣ−Ｎｉ系またはＷＣ−Ｔｉ系超硬合金である。このような構成にしても同等の作用効果を奏することはいうまでもない。また、この第５実施例では次のような特有の効果がある。
【００６２】
万一、スリーブ１９の表面が損傷を受けた場合スリーブ１９のみの交換ですみ、主軸１そのものを交換する場合に比較して交換費用が安くすむ。また、リング状部材１７の対向面は硬質粒子の硬度以上であるため、硬質粒子による損傷を受け難く長期間にわたって摩耗進行に伴う隙間増大が防止でき硬質粒子径を一定値以下に制限できる。その結果、軸受摺動面に流入する硬質粒子の大きさは軸受隙間以下となり、埋没機能が安定している維持されるとともに硬質粒子埋没後はこの粒子上を新たに流入した硬質粒子がすべり排出されるので摩耗損傷が回避できる。
【００６３】
この第５実施例のように、繊維を含まない熱可塑性樹脂製軸受の一端近傍に設置したリング状部材１７により流入する硬質粒子の大きさを初期の軸受直径隙間以下に制限できる構造であると、運転初期に軸受直径隙間がわずか拡大するが、その後噛み込む硬質粒子は軸受摺動面を通過することになり、摩耗が殆ど進行しなくなる。ここでは、樹脂製軸受及びリング状部材の内径寸法を同程度の大きさにしているが、リング状部材の内径寸法を樹脂製軸受の内径よりも小さくすると、運転初期から樹脂製軸受には軸受直径隙間以下の異物粒径のものが侵入することになり、樹脂製軸受の摺動面に硬質粒子が容易に摺動面に埋没し摩耗が殆ど進行しなくなり、長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施例に係る横軸排水ポンプの縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。
【図６】本発明の第５実施例に係る排水ポンプの水中軸受装置の部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…主軸（回転軸）、２…ポンプケーシング、３…水中軸受装置、４…羽根、５…滑り軸受、５ａ…硬質粒子、５ｂ…炭化珪素粒子、６…裏金、７…軸受ケース、８…プレート、９…サポート、１０…サポート支え、１１…軸受ケーシング、１２…リブ、１３…金属ケース、１４ａ、１４ｂ…ゴムリング、１５…回り止めピン、１６…側板、１７…リング状部材、１８…位置決めリング、１９…スリーブ、２０…ボルト、２１…ころがり軸受装置、２２…カップリング。
【図１】
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【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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