JP2004019857A

JP2004019857A - 樹脂軸受および樹脂軸受の製造方法

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Publication number: JP2004019857A
Application number: JP2002178406A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Ueyama; 植山　淑治; Kenichi Koiso; 小磯　健一; Kazuaki Yokoi; 横井　和明; Koji Aizawa; 会沢　宏二; Yuji Nagai; 永井　優治
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】製造コストを低減でき、かつ、摺動部材と裏金との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受及びその製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂軸受３は、強度部材である裏金２と、熱可塑性樹脂系の摺動部材１から構成されている。裏金２は金属材料により構成されている部材であり、摺動部材１と接合する面には複数の溝が設けられている。
溝は摺動方向と直角方向に配置し、摺動方向と同方向にもすべり止めとして１〜２箇所配置する。
あらかじめ溝加工を施した裏金２を樹脂系摺動部材１の融点以上に昇温後、樹脂系摺動部材１を裏金２の溝加工が施された面に積層して、その境界部を溶かし、溶融した樹脂系摺動部材１を、加圧して、溶融した樹脂系摺動部材１の一部が裏金２の溝部に含浸されるまで加圧して接合する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、裏金と裏金の摺動側表面に樹脂系の摺動部材を固着して構成される樹脂軸受及びその製造方法に係り、特に、回転機械等のすべり軸受として好適な樹脂軸受及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転機器のすべり軸受においては、軸受台金の内周部に軟質金属のホワイトメタルを遠心鋳造等により注入密着させて軸受摺動部材を形成する方法が採られている。
近年、低摩擦で高耐熱、高耐摩耗性のエンジニアリングプラスチック材が摺動材として注目され、特に大型回転機の軸受摺動部材として熱可塑性樹脂のポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称す）、ポリエーテルエーテルケトン（以下、「ＰＥＥＫ」と称す）を中心とし、これにガラス繊維、炭素繊維、グラファイトや二硫化モリブデン等を添加し、機械的強度、摺動特性及び耐摩耗性等の改善を図った高分子複合樹脂材料が、水車発電機のスラスト及びジャーナル軸受に採用され始めている。
【０００３】
大型回転機のスラスト及びジャーナル軸受にこのような樹脂系摺動材を採用する場合は、高荷重を負うため、必ず高剛性のスチール製の裏金（強度部材）に樹脂材を一体的に結合して使用している。従って、両者の密着強度が不十分であると、運転時に樹脂摺動部が剥離して致命的な事故を引き起こす要因となるため、樹脂材料と裏金との接合技術が必須の課題となっている。樹脂材料を裏金に結合する方法としては、例えば、特開２０００−２４９１４７号公報に記載されているように、樹脂材料と裏金との間に、接合媒体として略一定の粒径に調整された金属材料の球体粒子から成り、略均一に配列された気孔を有するように板状に成形された金属フィルターを設け、前記金属フィルターに樹脂を含浸してアンカー効果により密着固定するものが知られている。
【０００４】
また、特開平９−２１００５３号公報には、ポリテトラフルオロエチレンを成形してなるシート状の板に台形凸部を形成し、台金に台形凹部を形成して両者を嵌合により接合することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特開２０００−２４９１４７号公報に記載された方法では、台座にロウ付けした金属フィルターに樹脂摺動材を含浸して密着固定しているが、ロウ付け作業において、重力方向の下側にロウが流れやすく上側のロウが少なくなり、金属フィルターと裏金とが部分的に接合されない状況が発生するという問題があることが判明した。また、重力方向で下側部分のロウの量が多くなり金属フィルターの内部に浸透し、樹脂を含浸する面にまで到達し金属フィルターが部分的に目潰し状態にあることも実験で判った。この結果から、金属フィルターへのロウの浸透が接合強度のばらつきに大きく影響し、接合強度が不十分になる場合があるという問題があることが確認された。
【０００６】
本発明の目的は、樹脂系摺動部材と裏金との間に、接合媒体となる金属フィルターを用いないで、樹脂系摺動部材と裏金とを直接接合させることにより、製造コストを低減でき、かつ、樹脂系摺動部材と裏金との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、金属製の裏金と、樹脂系摺動部材との二層で構成された樹脂軸受において、前記金属製裏金に溝加工し、この溝に前記樹脂系摺動部材を樹脂系摺動部材の加温，加圧による含浸によって形成される構造で固着したものである。
【０００８】
かかる構成により、樹脂系摺動部材と裏金との間に、接合媒体となる金属フィルターを用いないので、製造コストを低減でき、かつ、樹脂系摺動部材と裏金との接合強度を高めると共にばらつきを低減した、信頼性の高い樹脂軸受を得られる。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、金属製裏金の溝加工面に樹脂系摺動部材を固着して形成される樹脂軸受の製造方法において、溝加工を施した金属製裏金を、樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温後、上記金属製裏金の溝加工面に上記樹脂系摺動部材を積層し、加圧して、上記樹脂系摺動部材を上記金属製裏金に含浸して結合するようにしたものである。
かかる方法により、樹脂系摺動部材を直接裏金の溝部分に含浸して接合しているので、溝部で強度保持でき、信頼性の高い樹脂軸受の製造方法を得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて、　本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の構成および製造方法について説明する。
初めに、図１を用いて、本実施形態による樹脂軸受の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の全体構成の一部を示す斜視図である。
本実施形態による樹脂軸受３は、円形状の部分を切断して形成するため、扇形形状をしている。
【００１１】
樹脂軸受３は、強度部材である裏金２と、熱可塑性樹脂系の摺動部材１から構成されている。裏金２は、ＳＵＳ３０４等のスチールや、アルミ等の金属材料により構成されている板状部材であり、摺動部材１と接合する面には複数の溝１１が設けられている。よって、摺動面と接合する面は、溝加工面１２となる。
【００１２】
溝は摺動方向と直角方向に配置し、摺動方向と同方向にもすべり止めとして１〜２箇所配置する。直角方向に形成した溝を１１ａとし、摺動方向に形成した溝を１１ｂとして両者を溝１１と総称する。溝形状については図２で後述する。
【００１３】
摺動部材１は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）に、炭素繊維、グラファイト、ガラス繊維などを添加した熱可塑性の組成物である。
【００１４】
裏金２の溝加工面１２に摺動部材１を溶融加圧接合される。溶融加圧接合方法ついては、図４を用いて後述する。
【００１５】
次に、図２を用いて、本実施形態による樹脂軸受の内、裏金の溝形状について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の内、裏金の溝形状の拡大図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
裏金２には摺動部材１を含浸させるために溝１１が設けられている。溝１１は内部で溝幅が広くなる形状を成し、裏金２と含浸した摺動部材１との接合強度を強めている。また、溝の角部１２には丸みが設けられており、摺動部材１の含浸が容易になるよう工夫している。溝１１の加工はワイヤカット等の方法により行う。
【００１６】
次に、図３を用いて、本実施形態による樹脂軸受の内、本発明による効果の一部について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受３において、樹脂系摺動部材１と裏金２との引き剥がし強度を実験で求めたものである。
図に示すＷは溝１１の幅、Ｐは溝のピッチを表す。本図は、溝幅Ｗ＝１ｍｍ、ピッチＰ＝３ｍｍの条件での引き剥がし強度を表す。また、比較として、金属フィルターを接合媒体として用いた樹脂軸受の実験結果を併記する。
【００１７】
樹脂系摺動材１と裏金２との接合強度について、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受３は、金属フィルターを用いた樹脂軸受に対し、３倍以上と高まることが判る。また、強度のばらつきも、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の方が小さく、信頼性の高い樹脂軸受が得られる。
【００１８】
また、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受３は、溝幅やピッチを可変することで、より高い接合強度を得ることが可能である。
【００１９】
次に、図４を用いて、本実施形態による樹脂軸受の製造方法について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。なお、図１、図２と同一符号は、同一部分を示している。
図４は平面形状をした樹脂軸受３の製造工程の中で、裏金２に樹脂系摺動部材１を含浸する時の状態を示している。ここでは、樹脂系摺動部材の一部が流動することを似って含浸と称する。
【００２０】
まず、複数個の筒型ヒータ４を内蔵した加熱治具５上に、あらかじめ溝加工を施した裏金２をのせ、周囲を枠６で囲むようにセットしてヒータ４により加熱する。樹脂系摺動部材１の融点以上に昇温後、樹脂系摺動部材１を裏金２の溝加工が施された面に積層して、その接触部を溶かし、溶融した樹脂系摺動部材１を、その上に配置した加圧体７を介し均等圧がかかるように加圧し、溶融した樹脂系摺動部材１の一部が裏金２の溝部に含浸されるまで加圧して接合する。
【００２１】
なお、加熱の際、加圧体７側を熱しても特に弊害はないが、樹脂系摺動部材１の融点を越えると、裏金２の溝部に含浸が不可となるので、極力荷重たわみ温度以下にした方が無難である。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態では、裏金２の溝部分に樹脂系摺動部材１を含浸させることにより、金属フィルターを用いないので、製造コストを低減でき、かつ、樹脂系摺動部材１と裏金２との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受を得られる。
【００２３】
次に、図５〜図８を用いて、　本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の製造方法について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の全体構成を示す斜視図である。図６、図７は、本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の接合端部の形状を変更した説明図である。また、図８は、本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００２４】
本実施形態では、樹脂軸受３ａは、円弧形状をしている。図５に示すように、樹脂軸受３ａは、図１に示した平面形状の樹脂軸受３と同様に、強度部材である裏金２と熱可塑性樹脂系の摺動部材１から構成されている。
裏金２の内周面には複数の溝１１が設けられている。溝１１は摺動方向と直角方向に配置し（溝１１ａ）、摺動方向と同方向にもすべり止めとして１〜２箇所配置する（溝１１ｂ）。
【００２５】
次に、図６、図７を用いて、本実施形態による樹脂軸受の内、接合端部の形状について説明する。
図６、図７は、本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の内、接合端部の形状の拡大図である。接合端部は、図６に示すように裏金２の端面２１において、端面方向にも溝、すなわち端面溝１１ｃを設けることで、樹脂系摺動部材を含浸させ、裏金２と樹脂系摺動部材１との剥離を防止することができる。
また、図７に示すように、裏金２の端面方向に切り込み１１αを入れることでも剥離防止の期待ができる。
【００２６】
次に、図８を用いて、円弧形状の樹脂軸受３ａの製造方法について説明する。円弧形状の樹脂軸受３ａの裏金２と樹脂系摺動部材１とを結合するに際し、裏金２、樹脂系摺動部材１をそれぞれ円弧形状に形成する。裏金２の内周面には複数の溝１１が設けられている。溝１１は摺動方向と直角方向に配置し、摺動方向と同方向にもすべり止めとして１〜２箇所配置する。また、必要に応じて端面方向にも溝加工を行う。
【００２７】
裏金２の外周面に合わせて加熱治具５ａ内周面が形成され、その内周面に沿って複数個のヒータ４が内蔵されている。
裏金２を加熱治具５ａに固定して加熱し、樹脂系摺動材１の融点以上に昇温後、樹脂系摺動部材１を裏金２の溝加工が施された内周面に積層して、その内周面に同等の曲率を有する加圧治具８を直接押し当てて均等に加圧し、溶融した樹脂系摺動材１を裏金２の溝部に含浸し結合する。加圧治具５ａで、均等に加圧できる円弧形状の樹脂軸受３ａの角度αは、α≦１２０°の範囲内であるが、一般的に円弧形状の樹脂軸受の角度は油膜圧力形成の面から９０°程度で使用される。円弧形状の樹脂軸受の製造方法として設備が簡単であり、コスト低減が可能である。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態でも、裏金２の溝部分に樹脂系摺動部材１を含浸させることにより、金属フィルターを用いないので、製造コストを低減でき、かつ、樹脂系摺動部材１と裏金２との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受を得られる。
【００２９】
図９は、本発明の第３の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態は、ジャーナル軸受パッドの裏金２と樹脂系摺動部材１とを結合するものである。裏金２、樹脂系摺動部材１をそれぞれ半円状に形成する。裏金２の内周面には複数の溝１１が設けられている。溝は摺動方向と直角方向に配置し、摺動方向と同方向にもすべり止めとして１〜２箇所配置する。また、必要に応じて端面方向にも溝加工を行う。
【００３０】
半円状のものを２つ合わせて、円形状に配置する。加熱治具５ｂは、図８に示した円弧形状の加熱治具５ａを２個組合せ、ボルト９で締結して、円形状に構成したものである。
【００３１】
裏金２を加熱治具５ｂに固定して加熱し、樹脂系摺動部材１の融点以上に昇温後、樹脂系摺動部材１を裏金２の溝加工が施された内周面に積層して、その内周面にテーパ部１４を有する加圧ピン１０を挿入貫通させ、テーパ部１４でテーパ雇い１５（テーパ治具）を徐々に水平方向に加圧して、溶融した樹脂を裏金２の溝部に含浸して結合すると共に、樹脂系摺動部材１の内径を所定の寸法に仕上げる。本実施形態によれば、２分割円筒状のジャーナル軸受の接合が可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態でも、裏金２の溝部分に樹脂系摺動部材１を含浸させることにより、金属フィルターを用いないので、製造コストを低減でき、かつ、樹脂系摺動部材１と裏金２との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受を得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂系摺動部材と裏金との接合を直接行うことが可能で、製造コストを低減でき、かつ、裏金と樹脂系摺動部材との接合強度を高めると共にばらつきを低減して、信頼性の高い樹脂軸受及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の内、裏金の溝形状の拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の強度評価のグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の全体構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の内、接合端部の形状の拡大図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の内、接合端部の形状の拡大図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による樹脂軸受の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１…樹脂系摺動部材、２…裏金、３，３ａ…樹脂軸受、４…ヒータ、５，５ａ…加熱治具、６…枠、７…加圧体、８…加圧治具、９…ボルト、１０…加圧ピン、１１，１１ａ，１１ｂ…溝、１２…溝加工面、１４…テーパ部、１５…テーパ雇い（テーパ治具）。

Claims

金属製の裏金と樹脂系摺動部材との二層で構成された樹脂軸受において、前記金属製裏金は樹脂系摺動部材側の内周面に加工された溝を有し、かつ該溝に前記樹脂系摺動部材の加温，加圧による含浸によって形成される構造で固着したことを特徴とする樹脂軸受。
請求項１に記載の樹脂軸受において、金属製裏金に加工された溝は、溝の内部で溝幅が広くなる形状としたことを特徴とする樹脂軸受。
請求項２に記載の樹脂軸受において、金属製裏金に施された溝の角部に丸みを設けたことを特徴とする樹脂軸受。
請求項１に記載の樹脂軸受において、金属製裏金は半円状をなし、溝は摺動方向に対し実質的に直角方向に内周面に形成されることを特徴とする樹脂軸受。
請求項４に記載の樹脂軸受において、金属製裏金は半円状をなし、溝は摺動方向に内周面に形成され、かつ端面にも端面溝が形成され、該端面溝に樹脂系摺動部材を固着したことを特徴とする樹脂軸受。
金属製裏金の溝に形成した樹脂系摺動部材を固着して形成される樹脂軸受の製造方法において、金属製裏金を、樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温後、上記金属製裏金の溝加工面に上記樹脂系摺動部材を積層し、加圧して、上記樹脂系摺動部材を上記金属製裏金の溝に含浸して結合することを特徴とする樹脂軸受の製造方法。
請求項６に記載の樹脂軸受の製造方法において、内周面に溝加工を施した半円状の金属製裏金を、樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温後、上記金属製裏金の内周面に上記樹脂系摺動部材を積層し、上記樹脂系摺動部材内径と実質的に同等の曲率を有する加圧治具を介して、境界部の溶融した上記樹脂摺動部材を加圧し、上記金属製裏金の溝に含浸して結合することを特徴とする樹脂軸受の製造方法。