(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の摺動部材と、この摺動部材と摺動する相手側摺動部材との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造において、
前記一方の摺動部材の摺動面にカーボン繊維を体積分率で３０％含むポリエーテルエーテルケトンを配置し、
前記相手側摺動部材の摺動面に封孔処理しためっき膜厚が約０．１ｍｍの前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置する
ことを特徴とする油潤滑軸受構造。
【請求項２】
回転軸と、この回転軸に取り付けられたインペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記回転軸を支持するラジアル軸受と、スラスト円板及びスラストパッドからなるスラスト軸受とを備え、これら回転軸と前記ラジアル軸受との摺動面及び前記スラスト円板と前記スラストパッドとの摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造を有するポンプにおいて、
前記ラジアル軸受側の油潤滑軸受構造における、前記回転軸もしくは前記軸受の摺動面にカーボン繊維を含むポリエーテルエーテルケトンを配置すると共に、前記軸受もしくは前記回転軸の摺動面に前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置し、
前記スラスト軸受側の油潤滑軸受構造における、前記スラスト円板もしくは前記スラストパッドの摺動面にカーボン繊維を含むポリエーテルエーテルケトンを配置すると共に、前記スラストパッドもしくは前記スラスト円板の摺動面に前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置し、
前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受とを前記回転軸に並置し、前記ラジアル軸受用の潤滑油溜まりと前記スラスト軸受用の潤滑油溜まりとを仕切る仕切壁をなくして潤滑油をほぼ一箇所に溜め、前記ラジアル軸受用の軸受箱内の潤滑油を冷却水で冷却する
ことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油潤滑軸受構造及びこれを備えるポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のポンプ設備の概略を図１３に示す。
【０００３】
同図に示すように、産業プラントもしくは発電プラントに用いられるポンプ設備１０００は、ポンプ３００、変速機４００、モーター等の回転駆動機５００、機器の軸受等に潤滑油を供給するオイルポンプ６００、潤滑油を溜めるオイルタンク７００及び各機器の軸受等で昇温した潤滑油を冷却するオイルクーラ８００を備え、これら機器は油配管９００で連結されている。
【０００４】
ポンプ３００、変速機４００及び回転駆動機５００において、軸受は下半分に潤滑油を溜めた軸受箱内で回転軸を支持し摺動する油潤滑軸受である。潤滑油は摺動による発熱によって温度が上昇し、粘性が低下する。粘性が低下すると軸受の摺動部分に形成された油膜の膜厚は減少し、回転軸と軸受とが固体接触して軸受損傷を引き起こす。そこで、潤滑油を冷却するために、軸受箱内の潤滑油を循環させて冷却する循環冷却構造が採用されている。
【０００５】
循環冷却構造は、各軸受の下部より潤滑油を取り出してオイルタンク７００に一旦溜め、その後、オイルクーラ８００を通過させて潤滑油を冷却し、油温を下げた後、油配管９００を通して各軸受の軸受箱上部から軸受箱内に戻すものである。この時、意図的に摺動部の上部に潤滑油をかけて油中にない摺動部（軸受上側）に潤滑油をかける。特に、回転開始時は上部に潤滑油が回っておらず、潤滑油をかけることは不可欠である。
【０００６】
上記の油循環冷却構造を採用する軸受について、ポンプ３００を例に取り説明する。
【０００７】
図１４は、ポンプ３００に用いられているラジアル軸受及びスラスト軸受の縦断面と潤滑油の循環構造とを示す。
【０００８】
同図において、１０２はラジアル軸受箱、１０３はラジアル軸受である。このラジアル軸受１０３は摺動面にＳｎ−Ｐｂ−Ｃｕ合金（以下、ホワイトメタルと称す）を肉盛りした鋼製の円筒で作られ、軸方向上下に２分割できる構造である。また、１０５はスラスト軸受箱、１０６はスラスト円板で、回転軸１０７に取り付けられ回転軸１０７と共に回転する。１０８はスラストパッドで、スラスト円板１０６と摺動し、スラスト力による軸変位を押さえるためのものである。スラストパッド１０８は、摺動面にホワイトメタルを肉盛りした扇状の鋼板で作られ、回転軸１０７を取り囲むように円環状に配列され、このスラストパッド１０８とスラスト円板１０６とでスラスト軸受１０９を構成している。回転軸１０７は、一般に、１３Ｃｒ鋼で製作される。１０９はシールで、軸受箱１０２からの潤滑油漏れを防止するためのものである
油膜の膜厚が減少し、回転軸１０７とラジアル軸受１０３もしくはスラスト軸受１０９とが固体接触をして軸受損傷を引き起こすことを防止するため、下部ポート１１０から潤滑油を取り出して一旦オイルタンク７００に溜め、オイルポンプ６００によりオイルクーラ８００を通過させて潤滑油を冷却し、油温を下げた後、軸受箱上部のポート１１１から、油中にない摺動部にかける。
【０００９】
ホワイトメタルは油中での摩擦係数が低く、優れた摺動特性を示す。しかし、耐熱性が低く、一旦かじり付きを起こすと軸受側のホワイトメタルは溶融し、凝固によって硬い変質相を形成し、著しい焼き付きを引き起こす。そのためホワイトメタルに代わり、より摩擦係数が低く、耐熱性に優れる樹脂材料を摺動部に用いる軸受が開発されている。樹脂材料としては、摩擦係数の小さいフッ素樹脂が用いられ、この樹脂は耐摩耗性は低く焼付きが生じ難い。したがって、摺動開始及び停止時に多少の摩耗が生じてもよい場合、ホワイトメタルに代わって用いられる。また、面圧を増すことができ、その結果、軸受の小型化もできる。
【００１０】
さらに、樹脂材料自体に耐摩耗性が求められる場合、樹脂中にカーボンファイバ（以下、ＣＦと称す）もしくはグラスファイバ（以下、ＧＦと称す）を充填した材料が用いられている。
【００１１】
なお、関連技術として、特開平５−２９６２３５号、特開平６−１２９４３２号、特開平７−７１４４６号、特開平１０−３７９６０号等の各公報があげられる。
【００１２】
特開平５−２９６２３５号公報には台金にフッ素樹脂を貼付したスラストパッドを用いたスラスト軸受、特開平６−１２９４３２号公報には摺動部にフッ素樹脂を用いた油潤滑ラジアル軸受、特開平７−７１４４６号公報には摺動部にグラスファイバを充填したフッ素樹脂を用いた油潤滑ラジアル軸受、特開平１０−３７９６０号公報にはスラストカラ−摺動部にフッ素樹脂で被覆したスラスト軸受が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、循環冷却構造を採用する場合には各機器の軸受を連結する油配管が煩雑となり、またポンプ設備を配置するために多大のスペースが必要となる。また、オイルタンク、オイルクーラ、油配管等が必要となるため、これらに溜まる油量が多くなり、軸受の潤滑に必要とされる以上の油量が必要となる。
【００１４】
ホワイトメタルを用いる軸受では、十分な油膜が形成されるように粘性のある潤滑油が必要であり、そのため循環冷却構造が必須となる。
【００１５】
フッ素樹脂を用いた油潤滑軸受では、摩擦係数が低く耐焼付き性は高いが、フッ素樹脂は耐摩耗性が低く、軸受隙間を精度よく維持することを難しい。
【００１６】
樹脂材料の耐摩耗性を増すため、ＣＦもしくはＧＦを充填するとＣＦもしくはＧＦが摺動相手材を切削し、相手材を摩耗させる。そのため、ＣＦもしくはＧＦ填樹脂材は、鋼を摺動相手材とする軸受隙間の小さい軸受装置に適用するには、特に配慮が必要となる。
【００１７】
本発明の目的は、上記従来技術を鑑みてなされたもので、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高く、また、潤滑油の循環冷却構造を不要とする油潤滑軸受構造及びこれを備えるポンプを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
一方の摺動部材と、この摺動部材と摺動する相手側摺動部材との摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造において、前記一方の摺動部材の摺動面にカーボン繊維を体積分率で３０％含むポリエーテルエーテルケトンを配置し、前記相手側摺動部材の摺動面に封孔処理しためっき膜厚が約０．１ｍｍの前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置するものである。
【００２０】
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明に係るポンプの構成は、回転軸と、この回転軸に取り付けられたインペラと、これらを内蔵するケーシングと、前記回転軸を支持するラジアル軸受と、スラスト円板及びスラストパッドからなるスラスト軸受とを備え、これら回転軸と前記ラジアル軸受との摺動面及び前記スラスト円板と前記スラストパッドとの摺動面を油潤滑する油潤滑軸受構造を有するポンプにおいて、前記ラジアル軸受側の油潤滑軸受構造における、前記回転軸もしくは前記軸受の摺動面にカーボン繊維を含むポリエーテルエーテルケトンを配置すると共に、前記軸受もしくは前記回転軸の摺動面に前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置し、前記スラスト軸受側の油潤滑軸受構造における、前記スラスト円板もしくは前記スラストパッドの摺動面にカーボン繊維を含むポリエーテルエーテルケトンを配置すると共に、前記スラストパッドもしくは前記スラスト円板の摺動面に前記カーボン繊維よりも硬いクロムめっきを配置し、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受とを前記回転軸に並置し、前記ラジアル軸受用の潤滑油溜まりと前記スラスト軸受用の潤滑油溜まりとを仕切る仕切壁をなくして潤滑油をほぼ一箇所に溜め、前記ラジアル軸受用の軸受箱内の潤滑油を冷却水で冷却するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３１】
〔実施例１〕
図１は、本発明に係る油潤滑軸受構造の実施例の縦断面図である。
【００３２】
同図において、２１はラジアル軸受箱であり上下に２分割する構造になっている。２２はラジアル軸受であり、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと称す）に体積分率で３０％のＣＦを充填した材料（以下、Ｃ−ＰＥＥＫと称す）で製作されている。２３はオイルリングで、ラジアル軸受２２内に設けられ、回転軸２４と共に回転するものであり、下半分に溜まった潤滑油をかき揚げ、上部に供給する機能を有する。２５はシールで、オイルの漏出を防止するためのものである。ラジアル軸受２２と摺動する回転軸２４の摺動部は、クロム（Ｃｒ）めっきで被覆されている。めっき膜厚は約０．１ｍｍであり、Ｃｒめっき皮膜特有の微細割れを起点とした腐食を防止するため、封孔処理を施している。
【００３３】
２６はスラスト軸受用軸受箱、２７はスラスト円板で、回転軸２４に固定して取り付けられ回転軸２４とともに回転するものである。このスラスト円板２７の摺動面は、封孔処理を施した膜厚が約０．１ｍｍのＣｒめっきで被覆されている。２８はスラストパッドで、スラスト円板２７と摺動し、スラスト力による軸変位を押さえるためのものであり、Ｃ−ＰＥＥＫを摺動面に貼付した扇状鋼板で製作され、回転軸２４を取り囲むように配列されている。これらスラスト円板２７とスラストパッド２８とでスラスト軸受２９を構成している。ラジアル軸受箱２１内では、ラジアル軸受用の潤滑油溜まりとスラスト軸受用の潤滑油溜まりとを仕切る仕切壁はなく、潤滑油はほぼ一箇所に溜められる。３０ａは冷却水道で、２分割可能のラジアル軸受箱２１のうち、下側軸受箱の内部に設けられ、冷却水の入口３０ｂから冷却水を流入し、出口３０ｃから排出する。冷却水道３０ａによって、ラジアル軸受箱２１の下半分に溜まった潤滑油は冷却される。
【００３４】
ラジアル軸受２２をＣ−ＰＥＥＫで製作し、スラストパッド２８の摺動面にＣ−ＰＥＥＫを貼付し、また、回転軸２４及びスラスト円板２７の摺動面をＣｒめっきで被覆したことによって、以下の作用効果が生じる。
【００３５】
摺動面の摩擦係数は０．０２前後で安定し、かつ摩耗はほとんど生じない。その結果、摩擦によって発生する摩擦熱が減少する。
【００３６】
また、Ｃ−ＰＥＥＫは耐熱性に優れた樹脂材料であるため、摩擦熱による熱軟化が少なく、たとえ熱軟化したとしても摩擦力によって摩擦面が流動するだけであり、焼き付きが生じ難い。その結果、ポンプの始動時すなわち摺動初期の短時間で潤滑油がない状態においても使用が可能となり、ホワイトメタル軸受のようにポンプによる潤滑油かけが不要となる。
【００３７】
さらに、焼き付きが生じ難いため、潤滑油の油温上限が高まり、オイルクーラによる潤滑油の冷却は不要となり、冷却水による間接冷却でも充分である。すなわち、冷却水道３０ａ内に冷却水を流すことで、ラジアル軸受箱２１の下半分に溜まった潤滑油を冷却するだけで充分となる。その結果、たとえば軸両端を支持する場合に必要な２個のラジアル軸受用潤滑油に対しても各々独立して溜めることができので、両軸受間を結ぶオイル用配管が不要となり、潤滑油の総量を大幅に減らすことが可能となる。
【００３８】
なお、皮膜はＣｒめっきに限定されない。樹脂材料の充填材料以上の硬さを有するならば、Ｃｒめっきと同様の効果が得られる。さらに、ＰＥＥＫ材の充填材はＣＦに限らず、ＧＦを充填したＰＥＥＫ（以下、Ｇ−ＰＥＥＫと称す）でも同様の効果がある。さらに、樹脂材料としては、ＰＥＥＫに限らず、四フッ化エチレン（以下、ＰＴＦＥと称す）でも同様の効果が得られる。
【００３９】
次に、上記材料の選定理由を、摩耗試験の結果に基づいて説明する。
【００４０】
表１に摩耗試験の材料の組み合わせを、図２に摩耗試験装置の概略を、図３に摩耗試験片の形状を、それぞれ示す。
【００４１】
図２において、３１は摩耗試験装置の筐体で、この筐体３１の内部には潤滑油に浸って固定側試験片３２、回転側試験片３３が取り付けられ、かつ各試験片３２、３３の面が摺動するようにして取り付けられている。
【００４２】
また、図３において、（ａ）は固定側試験片３２の平面図を、（ｂ）はその断面図を、（ｃ）は回転側試験片３３の平面図を、（ｄ）はその断面図を、それぞれ示す。
【００４３】
固定側試験片３２は、ランド部分（摺動面を形成する部分）と各ランド部分の間にあって高さが低く摺動面を形成しないステップ部分とからなるステップ付平板リング状に形状し、回転側試験片３３は平板リング状に形状した。
【００４４】
また、試験片の材料として、表１に示す固定側試験片３２のＮｏ．１及び２は、１３％Ｃｒ鋼（日本工業規格表示：ＳＵＳ４０３、以下、ＳＵＳ４０３と称す）で製作し、ランド部分にホワイトメタル（日本工業規格表示：ＷＪ−２）を肉盛りしたもの、Ｎｏ．３及び４は、ＳＵＳ４０３で製作した試験片ホルダ（ＴＰホルダ）にＣ−ＰＥＥＫ試験片をネジで固定してランド部分を形成し摺動面としたものである。
【００４５】
また、回転側試験片３３のＮｏ．１及び３は、ＳＵＳ４０３で製作し、所定の焼き入れ及び焼き戻し処理を行ったもの、Ｎｏ．２及び４は、ＳＵＳ４０３でリング状に製作して摺動面をＣｒめっきで被覆し、その後、ＳＵＳ４０３部分と同じ表面粗さに研磨したものである。
【００４６】
【表１】
0003761746.tif 000002
【００４７】
油潤滑軸受が動圧軸受として使用される場合、軸が回転すると軸と軸受との摺動面に油膜が生じ、軸と軸受とは固体接触しない。しがって、油膜の生じない回転開始時及び回転停止時が最も摩擦の厳しい条件である。そこで、軸回転の起動、停止時を模擬するスタート及びストップ摩耗試験（以下、スタート・ストップ摩耗試験と称す）で各試験片の耐摩耗性及び摺動性を評価した。
【００４８】
また、固定側試験片３２を上方、回転側試験片３３を下方に設置し、固定側試験片側３２から荷重を加え、６０℃の潤滑油（日本工業規格表示：＃３２）中で摺動させた。
【００４９】
さらに、摺動部の近傍で潤滑油の温度を計測し、潤滑油中に挿入した冷却パイプで温度調節を行った。なお、各試験片の焼き付きによる摩耗試験装置の破損を防止するため、所定の摩擦係数を超えると軸の回転が自動停止するようにした。
【００５０】
表２に、試験条件をまとめて示す。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
試験条件は、油潤滑軸受を用いるポンプ、変速機及び回転駆動機を備えるポンプ設備（実施例５で詳述する）の各機器の使用態様を想定して決定した。
【００５３】
ただし、油潤滑軸受がポンプ設備で使用される際、ポンプ設備におけるポンプ、減速機及び回転駆動機等の間で面圧と周速が異なり、また、スラスト軸受とラジアル軸受との間でも面圧と周速が異なるので、周速は最も大きい値を用い、面圧は使用態様よりも大幅に上回る値を用いた。これは、過酷条件によって、材料の特性の良否を明確に比較するためである。
【００５４】
図４は、表２に示した試験条件による摺動速度パターンを示す。
【００５５】
加減速時間（ｍｉｎ）は、ポンプ、変速機もしくは回転駆動機の加減速度よりも小さいが、耐摩耗性、摺動性を評価するにあたっては、加減速度によって大幅な特性変化はないと考えられる。加速、定速、減速、停止は各２分間とし、合計８分間を１サイクルとした。
【００５６】
図５、図６及び図７に、上記摩耗試験で得られた試験結果を示す。
【００５７】
図５に、摩耗試験片のスタート・ストップ回数に対する平均摩擦係数の試験結果を示す。試験片の回転加速時、定速回転時及び減速時の摩擦係数は一定ではなく変動するので、図に示す摩擦係数は、１サイクル（８分間）中、常時測定した値の平均値を示す。
【００５８】
ホワイトメタルは、ＳＵＳ４０３もしくはＣｒめっきのいずれを相手にした場合も、試験初期はいずれも低い摩擦係数を示すが、極めて短時間にして摩擦係数が上昇し、前記の装置安全上の所定値を超えて自動停止に至る。そのスタート・ストップ回数は、１０回に満たない。これは、ホワイトメタルは潤滑油中での摩擦係数が低く、優れた摺動特性を有する反面、耐熱性が低く、一旦かじり付きを起こすと溶融し、凝固によって硬い変質相を形成し、著しい焼き付きを引き起こすことによるものと考えられる。これに対し、Ｃ−ＰＥＥＫは急激な摩擦係数の上昇を生じることはなく、所定試験回数の５０回まで焼き付きなしに試験が可能であった。
【００５９】
特に、Ｃ−ＰＥＥＫとＣｒめっきとの組み合わせは、Ｃ−ＰＥＥＫとＳＵＳ４０３との組み合わせに比較して摩擦係数が低く、約半分まで低下している。さらに、その摩擦係数は極めて安定しており、Ｃ−ＰＥＥＫとＳＵＳ４０３との組合せのような変動は認められなかった。
【００６０】
図６は、上記試験完了後のＣ−ＰＥＥＫ試験片の表面粗さの測定結果を示す。（ａ）はＳＵＳ４０３を相手材とした場合で、５０回のスタート・ストップ摩擦試験後、約０．３ｍｍの深さの摩耗痕が生じている。これに対し、（ｂ）はＣｒめっきを相手材とした場合で、５０回のスタート・ストップ摩擦試験後でも深い摩耗耗はほとんど認められなかった。
【００６１】
図７は、表面荒さと重量減少から求めた摩耗試験片の摩耗率を示す。
【００６２】
ＳＵＳ４０３試験片、Ｃｒめっき試験片及びホワイトメタル試験片は重量減少と比重とから摩耗深さを算出した。Ｃ−ＰＥＥＫ試験片は、摺動面の樹脂が流動して摺動面が変化しても重量減少に反映されなかったので、表面形状を測定し、摺動面の平均摩耗深さを摩耗量とした。また、各組み合わせの試験において、回転側試験片と固定側試験片との摩耗量を加え、停止に至ったスタートス・トップ回数で除して１回当たりの摩耗率に換算した。
【００６３】
同図に示すように、ホワイトメタルとの組み合わせの場合は、摩耗のほとんどがホワイトメタルであり、相手側の摩耗は認められない。Ｃ−ＰＥＥＫとＳＵＳ４０３との組み合わせでは、双方が摩耗し、その総和は、公知の組み合わせであるホワイトメタルとＣｒめっきとの組み合わせを上回っている。特に、ＳＵＳ４０３側の摩耗も大きくなっている。
【００６４】
これに対し、Ｃ−ＰＥＥＫとＣｒめっきとの組み合わせでは、Ｃ−ＰＥＥＫ及びＣｒめっきの摩耗量は、精密電子天秤による計測によっても測定されず、極めて優れた耐摩耗性を示した。
【００６５】
各試験片の表面形状の観察によれば、ＣＦもしくはＧＦを含む樹脂材料と、Ｃｒ皮膜の被覆材、未被覆材とを組み合わせて試験した場合の摩耗メカニズムは、次のように考えられる。
【００６６】
図８によって、試験片の摩耗メカニズムを説明する。
【００６７】
ＰＥＥＫを例にとって説明する。ＣＦもしくはＧＦを含むＰＥＥＫ材の加工表面には微小なＣＦもしくはＧＦ（以下、ＣＦで代表する）が突出しており、研磨、研削によって摺動面から突出するＣＦを完全に排除することは困難である。すなわち、いずれの試験片にも初期状態では加工表面に硬質のＣＦの突出物が存在する。しかし、ＣＦは硬い反面、脆性があり、これが摺動面で摩耗とともに切断されて摺動面から排出され、本来、小さな摩耗率に収束するはずである。
【００６８】
しかし、ＳＵＳ４０３を相手材とする場合、初期のＣＦによって切削されたＳＵＳ４０３の摺動面に微小な凹凸が形成され、この凹凸が硬質の突起物となり、硬さのより低いＰＥＥＫ材の樹脂部分を切削する。その結果、新たにＣＦ突起物が形成され、ＳＵＳ４０３側の摩耗を促進させる。この繰り返しによって、両者に著しい摩耗が生じる。
【００６９】
Ｃｒめっきのような硬質皮膜を相手材とする場合、ＣＦよりも硬いＣｒめっきは、初期の突出ＣＦによっても切削を受けず、その表面に凹凸が生じない。その結果、摺動と共に摺動面の突出ＣＦは切断、排出され、かつＰＥＥＫ摺動面からの新たなＣＦの突出も生じない。ＣＦ切断、排出後の両面の摩耗は進行せず、良好な摺動状態を保つと考えられる。
【００７０】
ＰＥＥＫ自体の耐摩耗性は低いため、充填材は不可欠である。上記同様の検討を行った結果、ＰＥＥＫ材の充填材はＣＦに限らず、ＧＦでも同様の効果が得られることが判明した。また、樹脂を代えて検討した結果、ＰＥＥＫ以外では前記ＰＴＦＥも同様の効果が得られる。これは、ＰＴＦＥが耐熱性、摺動性及び耐摩耗性の点で、ＰＥＥＫと同様の性能を有するためと考えられる。
【００７１】
さらに、ＣＦもしくはＧＦ充填のＰＥＥＫの良好な摺動相手材は、Ｃｒめっきに限らないことが判明した。この知見に従って、種々の表面処理材による同様の試験を行った結果、ＣＦもしくはＧＦ以上の硬さを有する皮膜、具体的には、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）系超硬合金皮膜ならば、Ｃｒめっきと同様の効果が得られることが判明した。
【００７２】
以上詳述するように、本実施例によれば、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高く、また潤滑油の循環冷却構造を不要とするスラスト軸受及びラジアル軸受用の油潤滑軸受構造を提供することができる。
【００７３】
〔実施例２〕
図９は、本発明の第２の実施例に係る軸受スリーブの一部断面を含む外観図である。
【００７４】
上記実施例では、ラジアル軸受側、スラスト軸受側にＣＦもしくはＧＦを含むＰＥＥＫ、ＰＴＦＥの樹脂材料を用い、回転軸側をＣｒめっきで被覆したが、この配置に限定されるものではなく、回転軸側に樹脂材料を配置し、軸受側をＣｒめっきで被覆してもよい。回転軸への機械的取り付け構造を考慮すると、金属製スリーブの外周摺動面に樹脂材料を接着する構造が適する。
【００７５】
同図において、４０は金属製円筒で形成される軸受スリーブ、４１はスリーブ基材であるＳＵＳ４０３、４２はＣ−ＰＥＥＫである。この場合、長繊維のカーボンファイバを表面に微細な凹凸を形成したスリーブ基材４１に巻き付け、その表面にＰＥＥＫを含浸させて基材表面の微細凹凸に接着されるようにして取り付ける。Ｃ−ＰＥＥＫ接着後、外周を加工して摺動面を作る。回転軸への取り付けは、たとえばスリーブ基材内周面にキー溝を形成し、スリーブ基材４１の端部でねじ止めする構造がある。
【００７６】
本実施例によれば、実施例１と同様の作用効果を有する油潤滑軸受構造を提供することができる。
【００７７】
〔実施例３〕
図１０は、本発明の第３の実施例に係る回転駆動機の縦断面図で、図１で示す油潤滑軸受構造を備えるものである。
【００７８】
同図において、５０はラジアル軸受であり、Ｃ−ＰＥＥＫで製作されている。５１はオイルリングで、ラジアル軸受５０内に設けられている。５３はラジアル軸受用軸受箱で、前記ラジアル軸受５０が取り付けられている。５４は回転軸で、固定子５５ａ及び回転子５５ｂとからなる電動機５５により回転駆動される。ラジアル軸受５０と摺動する部分はＣｒめっきで被覆されている。５６は水冷ジャケットで、内部には冷却水道５７が設けられている。
【００７９】
本実施例によれば、実施例１と同様の作用効果があり、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性の高い油潤滑軸受構造を備える回転駆動機を提供することができる。
【００８０】
また、水冷ジャケット５６を付設することで、次の作用効果も生じる。
【００８１】
既設の機器では、軸受を公知のホワイトメタルからＣ−ＰＥＥＫに取り替えることは容易でも、軸受箱全体を取り替えることは時間及び費用を要する。しかし、本実施例のごとく従来の軸受箱の下半分に水冷ジャケト５６を付設し、間接冷却によって冷却すれば、従来の軸受箱が利用可能である。
【００８２】
さらに、軸受用の強制潤滑ポンプ、クーラ、オイルバス、油配管等が不要となる。
【００８３】
〔実施例４〕
図１１は、本発明の第４の実施例に係るボイラ給水ポンプの縦断面図で、図１１で示す油潤滑軸受構造を備えるものである。
【００８４】
同図において、ボイラ給水ポンプ６０は、ケーシング６１の吸込口６１ａより吸い込んだ水を、回転軸６２に固定されて回転するインペラ６３によって昇圧し、インペラ６３の外周に設けたデイフューザ６４へ吐出し、このデイフューザ６４で外向きの流れを内向きに変え、次段のインペラ６３に導く昇圧行程を繰返し、吐出口６１ｂから吐出する高圧多段横軸型のボイラ給水ポンプである。回転軸６２は、その両端をラジアル軸受６５ａと６５ｂとによって支持され、さらにポンプ運転時の吸い込み側と吐出側との内圧差によって生じるスラスト力をスラスト軸受６６で受けている。
【００８５】
回転軸６２の摺動面はＣｒめっきで被覆され、ラジアル軸受６５ａ、６５ｂ及びスラスト軸受６６はＣ−ＰＥＥＫで製作されており、実施例１と同様の作用がある。
【００８６】
本実施例によれば、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性の高い油潤滑軸受構造を備えるボイラ給水ポンプを提供することができる。
【００８７】
〔実施例５〕
図１２は、本発明の第５の実施例に係るポンプ設備の系統図である。
【００８８】
同図において、ボイラ給水ポンプ６０と回転駆動機５５とは、上記図１０及び図１１に示したものと同様の構造のものである。
【００８９】
８０は変速機で、ラジアル軸受の軸受構造は上記軸受構造と同様の構造をしているのでその詳細説明は省略するが、ラジアル軸受８４にＣ−ＰＥＥＫを用い、回転軸８５はＣｒめっきで被覆している。また、変速機８０の場合、潤滑油中にない歯車上部に潤滑油をかけるため、変速機８０の下部より上部に潤滑油を供給する油配管８１と油循環ポンプ８２とを設けてある。しかし、軸受８４をＣ−ＰＥＥＫで構成しているので、従来の図１３に示すポンプ設備と異なりクーラの必要はない。また、潤滑油の使用量も従来のポンプ設備に比較して大幅に減らすことができる。
【００９０】
本実施例によれば、上記耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性の高い油潤滑軸受構造を備えるポンプ、変速機及び回転駆動機で構成されるポンプ設備を提供することができる。
【００９１】
また、各機器を接続する油配管が不要となり、かつ、個々の機器の軸受潤滑油が連続しないため、全体の潤滑油使用量を大幅に減らすことができる。
【００９２】
さらに、ポンプ設備用の強制潤滑ポンプ、クーラ、オイルバス等が不要となるため、設備の設置面積を縮小することができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、耐摩耗性、耐熱性を有して信頼性が高く、その結果、強制潤滑用のポンプ、クーラ、オイルバス、これらを連結する配管等を不要とする油潤滑軸受構造を提供することができる。
【００９４】
そのため、油潤滑軸受構造そのものも小形化することが可能となる。
【００９５】
また、この油潤滑軸受構造を用いることで、強制潤滑用ポンプ、クーラ、オイルバス、これら機器を連結する配管等を不要とするポンプを提供することができる。
【００９６】
そのため、ポンプ設備の設置面積を縮小することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例の油潤滑軸受の実施例の縦断面図である。
【図２】摩耗試験装置の概略図である。
【図３】摩耗試験片の形状を示す図である。
【図４】表２に示した試験条件による摺動速度パターンを示す図である。
【図５】スタート・ストップ回数と平均摩擦係数との関係の試験結果を示す図である。
【図６】試験完了後の摩耗試験片の表面粗さの測定結果を示す図である。
【図７】摩耗試験片の摩耗率を示す図である。
【図８】摩耗試験片の摩耗メカニズムを説明するための図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る軸受スリーブの一部断面を含む外観図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る回転駆動機の縦断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係るボイラ給水ポンプの縦断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施例に係るポンプ設備の系統図である。
【図１３】従来のポンプ設備の系統図である。
【図１４】従来のラジアル軸受及びスラスト軸受構造の縦断面図である。
【符号の説明】
２１…ラジアル軸受箱
２２、５１、６５ａ、６５ｂ…ラジアル軸受
２３、５２…オイルリング
２４、５４、６２、８５…回転軸
２５…シール
２６、５３…スラスト軸受用軸受箱
２７…スラスト円板
２８…スラストパッド
２９、５７…冷却水道
３０、６６…スラスト軸受
３１…筐体
３２…固定側試験片
３３…回転側試験片
４０…金属製円筒
４１…スリーブ基材
４２…Ｃ−ＰＥＥＫ
５０、５００…回転駆動機
５５…電動機
５６…水冷ジャケット
６０、３００…ボイラ給水ポンプ
６１…ケーシング
６１ａ…吸込口
６１ｂ…吐出口
６３…インペラ
６４…ディフューザ
７０…ポンプ設備
８０、４００…変速機
８２…油循環ポンプ
６００…オイルポンプ
７００…オイルタンク
８００…オイルクーラ
９００…油配管
１０００…ポンプ設備
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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