JP2008163955A - すべり軸受構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮し得る大型のすべり軸受構造体を簡易に製造できるすべり軸受構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】本方法は、金属製のバックメタル２にリング状の複数の摺動部材３，３を装着してなるすべり軸受構造体１の製造方法であって、ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂とを混合し射出成形して前記複数の摺動部材を得る工程と、その得られた前記複数の摺動部材を、軸方向に接触するように前記バックメタルにエポキシ樹脂系接着剤で接着する工程と、その接着された前記複数の摺動部材の内周面側に予め設けられた削り代を機械切削する工程と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、すべり軸受構造体の製造方法に関し、さらに詳しくは、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮し得る大型のすべり軸受構造体を簡易に製造できるすべり軸受構造体の製造方法に関する。

近年、水力発電機等の大容量化及び高速化に伴って、その発電機で用いられる金属製のすべり軸受の面圧が増大している。そのため、上記金属製のすべり軸受では、その面圧の使用限界に達して、凝着や焼付損傷を起こす恐れがある。また、潤滑油等の管理が煩雑となる。
そこで、上記問題を解決する従来のすべり軸受として、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さなＲＢセラミックス製のスリーブ軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、脱脂ぬかと熱硬化性樹脂との混合物を不活性ガス中で１次焼成した後、その焼成物を粉砕して炭化粉末（ＲＢセラミックス粉末）とし、当該炭化粉末と熱硬化性樹脂との混合物を加圧成形した後、その成形体を不活性ガス中で２次焼成して得られる多孔質材料（ＲＢセラミックス成形体）をスリーブ軸受２とすることが開示されている。また、上記特許文献１には、内径３ｍｍ、外径５ｍｍ、長さ５ｍｍである比較的小型のスリーブ軸受２が開示されている。
しかし、上記特許文献１では、スリーブ軸受が加圧成形（射出成形）を経て形成されているため、上述のように比較的小型なスリーブ軸受しか製作することができず、その従来のスリーブ軸受を、発電機等で使用される大型のすべり軸受として適用することが困難であった。特に、高荷重で且つ低速の条件で用いられる大型のすべり軸受として必要十分な靭性を発揮できるものの出現が望まれている。

特開２００２−１８１０４９号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮し得る大型のすべり軸受構造体を簡易に製造できるすべり軸受構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、射出成形で得られる複数の摺動部材（分割体）を軸方向に密着させて摺動面を構成すれば、摺動面の内径及び軸方向長さを比較的大きな値に設定できること、及び射出成形で得られる２次焼成前のＲＢセラミックス成形体を摺動部材として採用すれば、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮し得ることを知見して、本発明を完成するに到った。
本発明は、以下の通りである。
１．金属製のバックメタルにリング状の複数の摺動部材を装着してなるすべり軸受構造体の製造方法であって、
ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂とを混合し射出成形して複数の前記摺動部材を得る工程と、
その得られた複数の前記摺動部材を、軸方向に接触するように前記バックメタルにエポキシ樹脂系接着剤で接着する工程と、
その接着された複数の前記摺動部材の内周面側に予め設けられた削り代を機械切削する工程と、を備えることを特徴とするすべり軸受構造体の製造方法。
２．前記エポキシ樹脂系接着剤は、二液硬化型である上記１．記載のすべり軸受構造体の製造方法。

本発明のすべり軸受構造体の製造方法によると、１次焼成を経て得られたＲＢセラッミクス粉末とフェノール樹脂とを混合し射出成形して複数の摺動部材が得られ、その得られた２次焼成前の複数の摺動部材が、軸方向に接触するようにバックメタルにエポキシ樹脂系接着剤で接着され、その接着された複数の摺動部材の内周面側に予め設けられた削り代が機械切削される。
このように、射出成形で得られた複数の摺動部材を軸方向に密着させてバックメタルに接着するようにしたので、複数の摺動部材によって摺動面の内径及び軸方向長さを比較的大きな値に設定できる。また、バックメタルに対する接着後に複数の摺動部材の内周面側の削り代を機械切削するようにしたので、フェノール樹脂被膜層を除去して良摩擦特性を発揮し得ると共に、複数の摺動部材の寸法精度を必要十分なものとすることができる。また、複数の摺動部材とバックメタルとをエポキシ樹脂系接着剤で接着するようにしたので、両者の接着強度を必要十分なものとすることができる。さらに、２次焼成前のＲＢセラミックス成形体を摺動部材として採用しているので、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮させることができる。特に、従来のように２次焼成後のＲＢセラミックス成形体を摺動部材として採用するものに比べて、優れた靭性を発揮させることができる。その結果、発電機等で使用される、高荷重で且つ低速で用いられる大型のすべり軸受構造体を簡易に製作することができる。
また、前記エポキシ樹脂系接着剤が二液硬化型である場合は、複数の摺動部材とバックメタルとの接着強度を更に高めることができる。

本実施形態に係るすべり軸受構造体の製造方法は、金属製のバックメタルにリング状の複数の摺動部材を装着してなるすべり軸受構造体の製造方法であって、以下に述べる取得工程、接着工程及び切削工程を備えている。
上記摺動部材は、例えば、その内径が８０〜１２０ｍｍであり、その軸方向長さが２０〜６０ｍｍであることができる。
上記摺動部材の曲げ弾性率は、例えば、１５０００ＭＰａ以下（好ましくは、１２０００ＭＰａ以下）であることができる。
上記摺動部材の曲げ強さは、例えば、６０ＭＰａ以上（好ましくは、８０ＭＰａ以上）であることができる。
なお、上記摺動部材の曲げ弾性率及び曲げ強さは、例えば、常温でＪＩＳ Ｋ７１７１に準じて計測されることができる。

上記「取得工程」は、ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂とを混合し射出成形して複数の摺動部材を得る工程である限り、その成形形態、手順等は特に問わない。
上記「ＲＢセラミックス粉末」とは、米糠や麩などの麩糠類を脱脂したものとフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂とを混合して不活性ガス中で１次焼成した後、その焼成物を粉砕して得られる粉末である。なお、上記「ＲＢセラミックス」とは、ＲＢセラミックスの改良材であり、ＲＢセラミックスに比べて成形収縮比率が小さなＣＲＢセラミックスも含むものとする。
上記ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂との混合割合は、重量比で７０〜８０：３０〜２０であることが好ましい。また、上記ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂との射出成形圧力は、２０〜３０ＭＰａであることが好ましい。また、射出成形時の金型の温度は、１３０〜１７０℃であることが好ましい。

上記「接着工程」は、上記取得工程で得られた複数の摺動部材を、軸方向に接触するようにバックメタルにエポキシ樹脂系接着剤で接着する工程である限り、その接着形態、手順等は特に問わない。
上記エポキシ樹脂系接着剤は、二液硬化型であることが好ましい。この接着剤は、硬化剤とエポキシ樹脂が反応することにより、熱や水分，溶剤などに対しても不溶・不融の３次元不融ポリマー（ネットワークポリマー）を生成し、常安定性樹脂として取り扱い得るためである。
なお、上記接着剤は、円筒状の上記バックメタルの内周面及び／又は上記摺動部材の外周面に塗布される。

上記「切削工程」は、上記接着工程で接着された複数の摺動部材の内周面側に予め設けられた削り代を機械切削する工程である限り、その切削形態、手順等は特に問わない。
上記取得工程において、射出成形の際に、被射出流動物と金型との温度差により、金型の表面にはフェノール樹脂が先に流れ込み固まることとなる。従って、複数の摺動部材の表面側に主にフェノール樹脂のみからなる被膜層３ａ（図４参照）ができており、機械切削によって被膜層が除去されて良摩擦特性を望むことができる。
上記削り代は、１〜５ｍｍであることが好ましい。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本実施例では、本発明に係る「すべり軸受構造体」として、発電機のガイドベーン用のすべり軸受構造体を例示する。

（１）すべり軸受構造体の構成
本実施例に係るすべり軸受構造体１は、図１に示すように、金属製（ＣＡＣ３０４）でリング状のバックメタル２の内周面に、リング状の一対の摺動部材３，３を軸方向に密着させた状態で接着されて構成されている。各摺動部材３，３は、その内径Ｄ１が１００ｍｍとされ、その外径Ｄ２が１１０ｍｍとされ、その軸方向長さＬが３７．５ｍｍとされている。
なお、一対の上記すべり軸受構造体１，１を、軸方向に所定間隔をもって離間させて軸受本体５に装着してすべり軸受６が構成される（図２参照）。

（２）すべり軸受構造体の製造方法
次に、上記すべり軸受構造体１の製造方法について説明する。
先ず、ＣＲＢセラミックス粉末７５重量％とフェノール樹脂２５重量％とを混合した混合物を射出成形機（図示せず）に入れて、金型温度が１５０℃、射出成形圧力が２５ＭＰａの条件で成形して、一対の摺動部材３，３（図３参照）を得る。各摺動部材３は、その内径Ｄ１’が９５ｍｍとされ、その内周面側に２．５ｍｍの削り代Ｓが予め設定さている。この削り代Ｓは、主にフェノール樹脂からなる被膜層３ａを含んでいる（図４参照）。

次に、上記射出成形で得られた一対の摺動部材３，３を、それらの各軸端面を接触させてバックメタル２に二液硬化型エポキシ樹脂系接着剤で接着する（図５参照）。次いで、その接着された一対の摺動部材３，３の削り代Ｓを機械切削（例えば、旋盤加工等）して、上記すべり軸受構造体１（図１参照）が得られる。

（３）実施例の効果
本実施例のすべり軸受構造体の製造方法によると、射出成形で得られた一対の摺動部材３，３を軸方向に密着させてバックメタル２に接着するようにしたので、一対の摺動部材３，３によって摺動面の内径及び軸方向長さを比較的大きな値に設定できる。また、バックメタル２に対する接着後に一対の摺動部材３，３の内周面側の削り代Ｓを機械切削するようにしたので、フェノール樹脂被膜層３ａを除去して良摩擦特性を発揮し得ると共に、一対の摺動部材３，３の寸法精度を必要十分なものとすることができる。また、一対の摺動部材３，３とバックメタル２とを二液硬化型エポキシ樹脂系接着剤で接着するようにしたので、両者の接着強度を必要十分なものとすることができる。さらに、射出成形で得られる２次焼成前のＲＢセラミックス成形体を摺動部材３として採用しているので、耐摩耗性に優れ且つ摩擦係数が小さく更に十分な靭性を発揮させることができる。特に、従来のように２次焼成後のＲＢセラミックス成形体を摺動部材として採用するものに比べて、優れた靭性を発揮させることができる。その結果、発電機等で使用される、高荷重で且つ低速で用いられる大型のＲＢセラミック製のすべり軸受構造体１を簡易に製作することができる。

次に、図６を用いて、２次焼成前及び２次焼成後のＣＲＢセラミックス成形体の各試験結果について説明する。
先ず、すべり摩擦試験において、２次焼成前の成形体の摩擦係数は０．１４〜０．２５である。また、２次焼成後の成形体の摩擦係数は０．０９〜０．１４である。従って、２次焼成前及び２次焼成後の成形体は摩擦係数が小さなことがわかる。なお、上記すべり摩擦試験は、上記成形体と相手材（Ｓ４５Ｃリング）とを、常温無潤滑状態において圧力が０．９８ＭＰａで且つすべり速度が０．５ｍ／ｓで行ったものである。

また、一般特性において、２次焼成前の成形体では、成形収縮率が０．３３％であり、曲げ強さが８８ＭＰａであり、曲げ弾性率が１００００ＭＰａであり、引張強さが４２ＭＰａであり、シャルピー衝撃強さが１．７ｋＪ／ｍ^２であり、ロックウェル硬さが１１３であり、比重が１．５４である。これに対して、２次焼成後の成形体では、曲げ強さが７４ＭＰａであり、曲げ弾性率が１６８００ＭＰａであり、引張強さが２３ＭＰａであり、シャルピー衝撃強さが０．９ｋＪ／ｍ^２であり、ロックウェル硬さが１０８であり、比重が１．２１である。従って、２次焼成前の成形体は、２次焼成後の成形体に比べて、各機械的強さが高いにもかかわらず弾性変形し易く靭性に優れることがわかる。
なお、上記曲げ強度及び曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準じて、島津製作所社製「ＡＧ５０００」を用いて、常温の雰囲気下で試験片（幅１０ｍｍ、長さ９０ｍｍ、厚さ４ｍｍ）に曲げ試験を施して計測された。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。

ＲＢセラミックス製のすべり軸受構造体を製作する技術として広く利用される。

本実施例に係るすべり軸受構造体の縦断面図である。 本実施例に係るすべり軸受の縦断面図である。 射出成形で得られた摺動部材の縦断面図である。 図３の要部拡大模式図である。 機械切削前のすべり軸受構造体の縦断面図である。 ２次焼成前及び２次焼成後のＣＲＢセラミックス成形体の各試験結果を説明するための説明図である。

符号の説明

１；すべり軸受構造体、２；バックメタル、３；摺動部材。

Claims (2)

1. 金属製のバックメタルにリング状の複数の摺動部材を装着してなるすべり軸受構造体の製造方法であって、
   ＲＢセラミックス粉末とフェノール樹脂とを混合し射出成形して複数の前記摺動部材を得る工程と、
   その得られた複数の前記摺動部材を、軸方向に接触するように前記バックメタルにエポキシ樹脂系接着剤で接着する工程と、
   その接着された複数の前記摺動部材の内周面側に予め設けられた削り代を機械切削する工程と、を備えることを特徴とするすべり軸受構造体の製造方法。
2. 前記エポキシ樹脂系接着剤は、二液硬化型である請求項１記載のすべり軸受構造体の製造方法。

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