JP2001304265A

JP2001304265A - 樹脂軸受

Info

Publication number: JP2001304265A
Application number: JP2000123676A
Authority: JP
Inventors: Muneo Mizumoto; 宗男水本; Masaaki Nakano; 正昭仲野; Katsutoshi Arai; 勝敏新居; Koji Aizawa; 宏二会沢; Tomoaki Inoue; 知昭井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の鉄鋼系材料からなる軸受裏金は脱水素ガ
ス処理を事前に行うことによtって、裏金材料に溶存す
る水素ガスに起因したメタルのふくれ現象を防止してい
る。一般に裏金材料の脱水素ガス処理は、６００℃以上
の高温下で２４時間以上熱処理をする必要があり、信頼
性の高い軸受を実現するために製造コストが高くなる問
題が有った。【解決手段】樹脂軸受を形成する裏金とメタルの接合界
面に、溶存水素ガスを放散させるための隙間を形成す
る。【効果】上記隙間を裏金材から発生した水素ガスが透過
するため、裏金とメタル層の間に水素ガスの溜りが生じ
ず、その結果メタルのふくれを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転機械を支える滑
り軸受に係り、特に、軸受メタル材として樹脂を用いた
樹脂軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄鋼系材料は４cm³／１００ｇ
位の水素ガスを含有している。水素ガスを含有した材料
を滑り軸受の裏金に使用すると、含有水素ガスが長期使
用中に軸受表面層に移動し、軸受メタルと裏金間に堆積
し、メタル表面がふくれる問題がある。従って、従来軸
受を製造に、鉄鋼系材料を裏金として使用する場合に
は、事前に脱水素ガス処理を行い、含有水素ガスを０．
５cm³／１００ｇ以下にして使用している。この脱水素
ガス処理は、例えば「ホワイトメタル軸受の改良に関す
る研究」（田口長兵衛氏博士論文：Ｐ84）に記載されて
いるように、６００℃以上で２４時間以上十分焼きなま
しを行うことで達成できる。しかし、このような脱水素
ガス処理はコスト的に問題があり、また従来の経験から
処理条件が決められているだけで、完璧なメタルのふく
れ防止策になっているかいなか、常に不安が付きまとっ
ていた。

【０００３】樹脂を用いた軸受としては、特開平１０−
１４１３７５号公報に開示されているように、裏金鋼板
の表面に焼結金属の軸受メタルを形成し、軸受メタルの
空孔へフェノール樹脂等の潤滑性樹脂を含浸させた構成
のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−１４
１３７５号公報に開示されている軸受においても、裏金
金属と焼結金属の境界部は、裏金の脱水素ガス処理が不
十分であるとメタルのふくれ防止に関しては何等開示が
ない。

【０００５】本発明は、上記のメタルのふくれ現象を完
全に防止する方法を実現することによって、従来のよう
なコスト高の脱水素ガス処理を不用とし、かつ長期にわ
たって信頼性の高い滑り軸受を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】特にメタル材として樹脂
を用いた滑り軸受に関して、上記の水素ガスによるメタ
ルのふくれ現象を完全に防止するために、本発明では、
裏金と樹脂メタル層の間に隙間を形成しすることによっ
て、裏金から樹脂メタル側に移動した水素ガスが界面で
溜まることなく、外部に逃げるようにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の具体的実施例を図
を用いて説明する。

【０００８】図１は、ジャーナルタイプの樹脂軸受の概
観を示したものである。この図では、円筒状に樹脂メタ
ル層２と裏金４を張合わせて軸受を形成しているが、２
つ割れの形状をボルト締結や溶接等によって円筒体に接
合形成してあっても良い。図１中のＩ部を拡大したもの
を図２に示す。樹脂軸受は、中間焼結層３を介して樹脂
メタル層２が裏金４と結合している。中間焼結層３はメ
タルの焼結粒子３ａの空孔部に樹脂が含浸された状態に
なっており、その上に樹脂層が構成されている。また、
上記中間焼結層３と裏金４とはロウ剤等の接着剤５を用
いて接合されている。

【０００９】この接着剤５を図４あるいは図５に示すよ
うに、紐状の接着剤５ａを用いて、接着剤５を間隔を空
けて配置（図４では平行に、図５では格子状に配置）
し、裏金４と中間焼結層３の接合面を部分的にロウ材等
の接着剤５で結合している。接着剤５の間隔の開け方
は、裏金４と中間焼結層３の接合強度に係わるものであ
り、十分な接合強度を有する範囲内で間隔を決定する必
要がある。図３は図２中のII部を図示したものであり、
部分的に接着剤５が付着している個所を拡大してある。

【００１０】本構造の樹脂軸受を製造する方法として
は、例えば、（１）裏金４にロウ材５を用いて中間焼結
層３を接合する。（２）次に、裏金４と中間焼結層３を
含浸する樹脂材が溶融する温度まで加熱し、樹脂板を中
間焼結層３に押し付ける。（３）押し付けられた樹脂板
の中間焼結層３に接触した部分が溶融して中間焼結層３
の隙間へ入り込み溶融接合される、という手順が考えら
れている。

【００１１】この場合、樹脂板を中間焼結層３に押し付
ける際に、樹脂と裏金４間に隙間２ａを１００μm以下
に形成するように押し付け条件を決定する。例えば、図
１５のように裏金４に複数個の孔４ａ、４ａ’等を開
け、樹脂２を裏金４に押し付け接合する際に、上記複数
の孔４ａ、４ａ’からガスを図１５中の矢印方向に吹き
付ける。吹き付けられたガスは中間焼結層３中の、樹脂
板２と裏金の間の隙間を通過して外部へ逃げ、その結果
樹脂板２と裏金４の間に隙間２aが形成される。孔４ａ
の直径は数ｍｍ程度で十分であり、この程度の孔が裏金
４に複数個開いていても、軸受全体の性能や信頼性を損
なうことは無い。またガスの流量を調整することによっ
て、隙間２aの大きさを調整することは容易である。さ
らに供給するガスの温度を制御することによって、樹脂
２を裏金４に接合する際の裏金の温度を、樹脂２が溶融
接合される最適な値に設定でき、接合部の高信頼化を実
現できる。

【００１２】あるいは樹脂板２を溶融させながら押し付
ける際に、樹脂２本体からガス化成分が発生し、裏金４
との接合界面を通って外部に逃げるため、樹脂板２と裏
金４の間には上記大きさの隙間２ａが形成されることが
容易に予測できる。この場合は、上記説明のように裏金
４に複数個の孔を開けなくても、信頼性の高い樹脂軸受
を実現できる。

【００１３】また樹脂板を中間焼結層３に押し付けて溶
融する際に、樹脂からガス化成分が発生する。このガス
は、裏金４との接合界面を通って外部に逃げるため、樹
脂板と裏金４の間には上記大きさの隙間２ａが形成され
やすい。

【００１４】以上の構成によって、裏金４を脱水素ガス
処理を施さない鉄鋼系材料で構成しても、裏金４から発
生した水素ガスが外部へ抜ける隙間が軸受メタルと裏金
間に形成されるため、メタルのふくれ現象を生じること
なく、信頼性の高い滑り軸受を実現できる。ところで、
本実施例では使用した樹脂板はＰＥＥＫ（ポリエーテル
・エーテルケトン）系複合材であり、焼結合金は銅系の
焼結合金を用い、裏金には鉄系の合金を用いている。な
お裏金が銅系の合金であれば本発明の課題であるガスの
発生はなく本発明を適用する必要はない。

【００１５】図６は、中間焼結層３の裏金４に対向する
外表面に、凹凸を形成して裏金４との接合に際して、部
分的に隙間が形成されるようにしたものである。

【００１６】図７は図６のIIIの部位の拡大図である。
凹凸の１例として図７では、中間焼結層３の外表面に軸
方法に平行な溝３ｂを形成したものである。溝の深さδ
としては中間焼結層３の厚みの１／２０以下、具体的に
焼結層の厚みが２ｍｍならば100μｍ以下が、溝による
変形を生じることがなく適当である。溝幅Ｗｇ及びラン
ド幅ＷLとしては数ｍｍ程度にすると良い。このような
凹凸形状は、機械加工でも型成形でも形成可能でる。ロ
ウ材等の接合剤５は溝部以外のランド部にのみ付けるこ
とによって、中間焼結層３と裏金４の間に隙間をより積
極的に形成できる。これによって、裏金４より発生した
水素ガスがこの隙間を通過して外部に逃げるため、樹脂
メタルのふくれ現象は生じず、長期にわたって信頼性の
高い樹脂軸受を実現できる。また脱水素ガス処理が不用
となるため、低コスト化も図れる。凹凸の形状として
は、上記直線溝の他に格子状の他各種形状でも同様な効
果が発揮できる。

【００１７】図８中のIV部を拡大したものを図９に示
す。裏金４の内周に図９に示すように、軸方向の溝４ｂ
を形成して凹凸をつけたものである。溝の寸法は、既に
図７の説明で記載した程度である。また凹凸の形状とし
ては、上記のように直線的溝に限定することなく、種々
の形状であってもよい。さらに裏金４を円筒状に図示し
てあるが、半割れ形状であってもかまわない。このよう
な裏金４の溝部４ｂ以外の内表面にロウ剤等の接合剤を
付け、合い対向する中間焼結層を接合しても、図７記載
の実施例と同様にロウ剤接合部を間隔をおいた状態で裏
金４と中間焼結層３を接合できる。これによっても裏金
４と樹脂メタル層２の間に隙間を形成しやすくでき、脱
水素ガス処理を施さない材料で製作された裏金４から発
生する水素ガスを軸受外部に放散でき、樹脂メタル層の
ふくれを回避して信頼性の高い軸受を実現できるととも
に、脱水素ガス処理が不用となり低コスト化が図れる。

【００１８】図１０はこれまで記載した実施例とは異な
り、厚みの薄い裏金４１を用いた例を示したものであ
る。薄い裏金４１の補強として軸受ケース６を外周に形
成してある。軸受ケース６と薄型裏金４１の接触界面部
は、図１１に示すように表面粗さに起因した隙間が形成
される。薄型裏金４１の厚みｔとしては、軸受内直径Φ
Ｄに対して１／１０程度以下、即ちｔ／Ｄ≦１／１０と
する。これによって、脱水素ガス処理を施さない材料で
製造された裏金４１から発生する水素ガスは、裏金４１
が薄いために樹脂メタル層２と裏金４１の接合界面部に
溜り難く、軸受ケース６と裏金４１の接触界面を経由し
て軸受外部へ放散されやすい。水素ガスは分子径が非常
に小さいため、上記の裏金４１とケース６との接合部に
形成された表面粗さ起因の隙間を容易に通過する。この
実施例によっても樹脂メタル層が水素ガスによってふく
れることが無く、信頼性の高い軸受を実現できると共
に、製造コストを低減できる。

【００１９】図１２から図１４は、上記ジャーナル用樹
脂軸受の実施例をスラスト軸受用に展開したものであ
る。図１２ではスラスト軸受の例として分割型あるいは
ティルティングパッド型の軸受を示したものである。図
１２のVI部の拡大を図１３に示す。図１４にロウ剤５の
配置を示す。図のようにロウ材５を隙間を空けて配置す
ることによって、裏金７と中間焼結層31を部分的にロウ
剤で接合できると共に、上記図１を用いて示したジャー
ナル軸受の際の実施例と同様の方法を用いることによっ
て、裏金７と樹脂メタル層２１間に隙間を形成できる。
これによって、脱水素ガス処理を施さない材料を裏金７
に用いても、裏金７から発生する水素ガスが樹脂メタル
層２１間に溜まる事が無く、樹脂メタルのふくれを防止
できる。

【００２０】また図１０記載の薄型裏金41の考えはスラ
スト軸受にも同じ効果を発揮できるものである。即ち、
スラスト軸受用裏金を薄くし、その裏側に別体板部材を
取り付けても、未脱水素ガス処理材の裏金より発生した
水素ガスは裏金と上記別体板部材との接合界面の隙間を
通過して外部へ放散される。これによって、メタルのふ
くれ現象を防止して、信頼性の高いかつ低コストの軸受
を実現できる。

【００２１】以上に示した軸受を各種回転機械、例えば
発電機の回転子を支持するような、メンテナンスが容易
にできず長期間連続で使用するような回転機械装置に適
用すれば、水素ガスに起因したメタルふくれを防止で
き、信頼性の高い安定した軸受特性を実現できる。

【００２２】

【発明の効果】以上の本発明では、滑り軸受の裏金材と
して脱水素ガス処理を施さない材料を使用しても、水素
ガスが裏金とメタル層の界面に溜まることがなく、従っ
てメタルのふくれを防止でき、信頼性が高くかつ製造コ
ストを低減できる軸受が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸受概観図である。

【図２】図１中Ｉ部の拡大図である。

【図３】図１中のII部の拡大図

【図４】ロウ剤の配置例を示した図である。

【図５】ロウ剤の配置例を示した図である。

【図６】中間焼結層の概観例を示した図である。

【図７】図６中のIII部の拡大図である。

【図８】裏金の概観図である。

【図９】図８中のIVの拡大図である。

【図１０】薄型裏金を使用したジャーナル軸受例であ
る。

【図１１】図１０中のＶ部の拡大図

【図１２】スラスト軸受の概観図である。

【図１３】図１２中のVI部の拡大図である。

【図１４】スラスト軸受の場合のロウ剤配置例である。

【図１５】孔開き裏金の実施例を示したものである。

【符号の説明】

１…ジャーナル軸受、２…樹脂メタル層、２１…樹脂メ
タル、２a…隙間、２１a…隙間、３…中間焼結層、３１
…中間焼結層、３a…焼結粒子、３１a…焼結粒子、３b
…溝、４…裏金、４１…薄型裏金、４ｂ…裏金の溝部、
５…接着剤、５a…紐状接着剤、５ｃ…ランド部、６…
軸受ケース、７…スラスト軸受用裏金、７１…薄型裏
金、８…スラスト軸受用台金。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新居勝敏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者会沢宏二茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者井上知昭茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 3J011 DA02 KA02 KA03 LA01 QA05 SB19 SC20 4K018 FA47 HA03 JA22 JA34 JA38 KA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中間焼結層を介して樹脂と裏金を接合する
樹脂軸受において、前記中間焼結層と前記裏金との間に
隙間を形成したことを特徴とする樹脂軸受。
【請求項２】請求項１記載の樹脂軸受において、前記中
間焼結層と裏金を接合する接合剤を中間焼結層と裏金の
接合面の一部に用いたことを特徴とする樹脂軸受。
【請求項３】請求項２記載の樹脂軸受において、前記中
間焼結層と裏金を接合する接合剤として、紐状のロウ材
を間隔を空けて用いたことを特徴とする樹脂軸受。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹
脂軸受において、前記中間焼結層の裏金と対向する表面
に凹凸を形成したことを特徴とする樹脂軸受。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹
脂軸受において、前記裏金の中間焼結層と対向する表面
に凹凸を形成したことを特徴とする樹脂軸受。
【請求項６】中間焼結層を介して樹脂と裏金を接合する
ジャーナル用樹脂軸受に於いて、裏金材としてスケール
１２０以下のパイプ材を用いたことを特徴とするジャー
ナル用樹脂軸受。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の樹
脂軸受によって回転部を支えた回転機械装置。