JP2004347133A - Slide bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は樹脂材料を用いたすべり軸受装置に係り、特に、伝熱特性が良好で摺動熱を良好に除去することができる、許容すべり速度、許容面圧が高いすべり軸受装置に関する。 The present invention relates to a sliding bearing device using a resin material, and more particularly to a sliding bearing device having a high allowable sliding speed and a high allowable surface pressure, which has good heat transfer characteristics and can remove sliding heat satisfactorily.
樹脂、或いは比較的短い炭素繊維又はガラス繊維等を封入した繊維強化樹脂製の軸受は、樹脂の有する良好な潤滑性能のため、事務機械、ターボポンプ等の回転機械等にドライ摺動可能なすべり軸受として広く使用されている。これらの樹脂或いは繊維強化樹脂製のすべり軸受は、ふっ素、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン等をベースとなる樹脂として、これに特殊充填材を加え成形したものである。これらの軸受はベースとなる樹脂材料によりそれぞれ特徴があり、例えばふっ素樹脂を用いた軸受は、低摩擦・耐磨耗性、非粘着性、耐熱性、耐薬品性、耐候性に極めて優れているという特徴がある。またポリイミド系の樹脂軸受は、優れた耐熱性、強度特性を有するという特徴がある。 Bearings made of resin or fiber reinforced resin filled with relatively short carbon fiber or glass fiber, etc., can slide dry on office machines, turbo pumps and other rotating machines due to their good lubrication performance. Widely used as bearings. These resin or fiber reinforced resin plain bearings are formed by using a resin as a base of fluorine, polyimide, polyamide, polyethylene or the like and adding a special filler thereto. These bearings are characterized by the resin material used as the base.For example, bearings using fluororesin are extremely excellent in low friction and wear resistance, non-adhesion, heat resistance, chemical resistance, and weather resistance. There is a feature. In addition, polyimide-based resin bearings are characterized by having excellent heat resistance and strength characteristics.
高許容すべり速度、高許容面圧を指向した樹脂軸受としては、樹脂に炭素繊維、ガラス繊維、固体潤滑材などを混合して成形した繊維強化樹脂材が用いられている。これらの軸受の使用限界はポリイミドを基材とした軸受材料でも許容すべり速度3.3m/sec、限界pv値(許容すべり速度と許容面圧との積)3.3MPam/sec、と報告されている。 As a resin bearing oriented to a high allowable sliding speed and a high allowable surface pressure, a fiber reinforced resin material formed by mixing a resin with carbon fiber, glass fiber, a solid lubricant or the like is used. It has been reported that the use limits of these bearings are 3.3 m / sec, the allowable slip speed, and 3.3 MPa / sec, the limit pv value (the product of the allowable slip speed and the allowable surface pressure), even for a bearing material based on polyimide.
しかしながら、上述した軸受を構成する樹脂は潤滑材であるとともに断熱材として働く。このため軸受が接触する軸スリーブ(相手材料)との摺動熱が伝熱せず、樹脂温度が上昇する。樹脂の耐熱性が良好でない場合には、樹脂の溶解あるいは熱劣化が生じ、低い限界pv値となる。また一般に円筒状の軸受の外周が金属シェルで拘束されているので、軸スリーブ(相手材料)との摺動による発熱で軸受の内径が減少し、ステイックが生じるという問題がある。 However, the resin constituting the above-mentioned bearing is a lubricant and also functions as a heat insulator. Therefore, the sliding heat with the shaft sleeve (the mating material) with which the bearing contacts does not transfer, and the resin temperature rises. If the heat resistance of the resin is not good, the resin is dissolved or thermally degraded, resulting in a low limit pv value. In addition, since the outer periphery of the cylindrical bearing is generally constrained by the metal shell, there is a problem that the heat generated by sliding with the shaft sleeve (the mating material) reduces the inner diameter of the bearing and causes sticking.
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、良好な伝熱特性による冷却効果が高く、許容すべり速度、許容面圧が高い樹脂材料からなるすべり軸受を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a sliding bearing made of a resin material having a high cooling effect due to good heat transfer characteristics, a high allowable sliding speed, and a high allowable surface pressure.
本発明のすべり軸受装置は、回転機械に使用するすべり軸受であって、該軸受部分は熱可塑性の樹脂でコーティングした炭素繊維を軸芯に対してコイル状に巻回して、加温加圧加工により成形した炭素繊維強化樹脂材料からなるものであることを特徴とする。
さらに、前記軸受部分の許容すべり速度は3.9m/sを超えることを特徴とする。
本発明の回転機械は、上記すべり軸受装置を用いたことを特徴とする。
The sliding bearing device of the present invention is a sliding bearing used for a rotary machine, and the bearing portion is formed by winding carbon fiber coated with a thermoplastic resin in a coil shape around an axis, and performing heating and press working. It is characterized by being made of a carbon fiber reinforced resin material molded by the method described above.
Further, the allowable sliding speed of the bearing portion is more than 3.9 m / s.
A rotating machine according to the present invention is characterized by using the above-mentioned plain bearing device.
熱伝導率の高い長尺の炭素繊維がコイル状に巻回されているので、軸スリーブ(相手材料)との摺動熱を速やかに除去することができる。また、炭素繊維は、樹脂材料と比較して線膨張係数が極めて低い。このため、円筒状の軸受の外周が金属セルで拘束されていても、摺動による発熱で内径が減少し、ステイックが生じるという問題が防止され、軸受の高許容すべり速度、高許容面圧が達成される。 Since the long carbon fiber having a high thermal conductivity is wound in a coil shape, sliding heat with the shaft sleeve (counterpart material) can be quickly removed. Further, the carbon fiber has an extremely low linear expansion coefficient as compared with a resin material. For this reason, even if the outer periphery of the cylindrical bearing is constrained by the metal cells, the problem that the inner diameter is reduced due to heat generated by sliding and stick is prevented is prevented, and the high allowable sliding speed and high allowable surface pressure of the bearing are reduced. Achieved.
本発明のすべり軸受は、連続した炭素繊維をコイル状に巻回し、その間を熱可塑性樹脂で埋めたものであるので、高伝熱性が得られ、高い冷却効果が得られる。それとともに、PEEK或いはPI等の樹脂の有する低摩擦・耐磨耗性、非粘着性、耐熱性、耐薬品性等の優れた特徴をそのまま発揮することができる。これにより、従来の樹脂軸受或いは繊維強化樹脂軸受に見られる軸スリーブとの摩擦熱による内径が減少し、スティックが生じる等の問題点が解決され、高い許容すべり速度、許容面圧が得られる。 The sliding bearing of the present invention is obtained by winding continuous carbon fibers into a coil shape and filling the gap with a thermoplastic resin, so that high heat conductivity is obtained and a high cooling effect is obtained. At the same time, excellent characteristics such as low friction and abrasion resistance, non-adhesion, heat resistance, and chemical resistance of a resin such as PEEK or PI can be exhibited as they are. As a result, problems such as a decrease in the inner diameter due to frictional heat with the shaft sleeve, which is observed in conventional resin bearings or fiber-reinforced resin bearings, and the occurrence of sticks, are solved, and a high allowable sliding speed and allowable surface pressure are obtained.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)は、本発明の一実施例のすべり軸受装置を示す。この実施例の軸受の外形は、通常の樹脂軸受と同様である。この実施例の場合は、内径が75mmФ、外径が90mmФ、長さ32mm程度のものである。この軸受1は、樹脂コーティングした炭素繊維を軸芯に対してコイル状に巻回して形成されたものであり、炭素繊維強化樹脂材料の一種である。 FIG. 1A shows a slide bearing device according to one embodiment of the present invention. The outer shape of the bearing of this embodiment is the same as that of a normal resin bearing. In the case of this embodiment, the inner diameter is about 75 mm, the outer diameter is about 90 mm, and the length is about 32 mm. The bearing 1 is formed by winding a resin-coated carbon fiber in a coil shape around a shaft core, and is a kind of carbon fiber reinforced resin material.
図1(B)は、軸芯に平行な断面での軸受内部の部分拡大断面図である。図1(B)に示すように、太さ数μm程度の極細の炭素繊維を縒り合せたストランド状の炭素繊維2が、樹脂3中に埋込まれて成形されている。この樹脂3は、炭素繊維の回りにコーティングされた熱可塑性樹脂、例えばPEEK(ポリ・エーテル・エーテル・テトン)又はPI(ポリイミド)等が、加温と加圧により塑性変形して融合した後に、固化して形成されたものである。即ち、熱伝導率が大きく、線膨張係数が小さい、長尺の炭素繊維が耐熱性、潤滑性の高い熱可塑性樹脂中に埋められた構造となっている。
FIG. 1B is a partially enlarged sectional view of the inside of the bearing in a section parallel to the axis. As shown in FIG. 1B, a strand-
本発明の炭素繊維強化樹脂は、長尺の連続性のある繊維であるので、軸受の軸スリーブとの摩擦により摺動熱が生じた場合に、急速な熱伝導が生じ、熱を速やかに逃がすことができる。これは、従来技術の比較的短い炭素繊維又はガラス繊維を、熱可塑性樹脂に混入した場合と異なり、強化繊維が分散していることによる異材間の伝熱による熱伝達率の低下を生じることなく、速やかな軸受の冷却を行うことができる。また、炭素繊維の線膨張係数が小さいことから、発熱時の円周方向の伸びを抑えることができ、軸受の外側が金属シェルで拘束されていても、軸スリーブとの摺動による発熱で内径が減少し、スティックが生じるという問題が防止される。 Since the carbon fiber reinforced resin of the present invention is a long continuous fiber, when sliding heat is generated due to friction with the shaft sleeve of the bearing, rapid heat conduction occurs and heat is quickly released. be able to. This is different from the case where the relatively short carbon fiber or glass fiber of the prior art is mixed into the thermoplastic resin, without causing a decrease in the heat transfer coefficient due to heat transfer between different materials due to the dispersion of the reinforcing fibers. The bearing can be cooled quickly. In addition, since the linear expansion coefficient of carbon fiber is small, circumferential elongation at the time of heat generation can be suppressed. Even if the outside of the bearing is constrained by the metal shell, the inner diameter is generated by the heat generated by sliding with the shaft sleeve. And the problem of sticking is prevented.
図2は、本発明の一実施例のすべり軸受の使用状態を示す図である。回転軸10には、その外周に軸受の相手材料であるステンレス鋼等の金属製のスリーブ11が嵌着されている。スリーブ11の外周面は、上述したすべり軸受1の内周面と摺動する。すべり軸受1は、その外周が金属の軸受ケース12によりつば部13を介して回転機械のケーシングに固定されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a use state of the plain bearing according to one embodiment of the present invention. A metal sleeve 11 such as stainless steel, which is a mating material of a bearing, is fitted around the outer periphery of the rotating
乾燥摺動試験の結果では、上述した実施例のすべり軸受(種類D)は、オーステナイト系ステンレス綱を摺動の相手材料として、次に示すような良好な摺動特性が得られている。 According to the results of the dry sliding test, the sliding bearing (type D) of the above-described embodiment has obtained the following good sliding characteristics using austenitic stainless steel as a sliding partner material.
即ち、軸受種類AはPI(ポリイミド樹脂)からなる軸受で、比較的低い軸受すべり速度(3.9m/s)で120秒後にトルク大で停止している。軸受種類BはPEEK(ポリ・エーテル・エーテル・テトン)からなる軸受で、比較的低い軸受すべり速度(3.9m/s)で起動直後にトルク大で停止している。軸受種類Cは比較的短いガラス繊維を混入した繊維強化樹脂軸受で、比較的低い軸受すべり速度(3.9m/s)で摺動面の溶融が生じている。 That is, the bearing type A is a bearing made of PI (polyimide resin), and stops at a relatively low bearing sliding speed (3.9 m / s) with a large torque after 120 seconds. The bearing type B is a bearing made of PEEK (poly ether ether tetone), and stops at a relatively low bearing slip speed (3.9 m / s) immediately after starting due to a large torque. The bearing type C is a fiber reinforced resin bearing mixed with a relatively short glass fiber, and the sliding surface is melted at a relatively low bearing slip speed (3.9 m / s).
軸受種類Dは、上記実施例の軸受であり、従来の使用限界を超えて、すべり速度13m/sec.以上、軸受面圧0.30MPa、限界PV値3.9MPa/sを超える良好な特性が得られている。 The bearing type D is the bearing of the above embodiment, and has good characteristics exceeding the conventional usage limit, a slip speed of 13 m / sec or more, a bearing surface pressure of 0.30 MPa, and a limit PV value of 3.9 MPa / s. Have been obtained.
図3は、上述したすべり軸受の製造工程を示す図である。長尺の炭素繊維をPEEKでコーティングした極細線をより合わせたストランド状の細線2をボビン20に温度と圧力をローラ21で加えながら巻き付ける。ローラ21の加温と加圧により、炭素繊維をコーティングしている樹脂(PEEK)が熱可塑性を有するため、軟化して相隣接する細線2の樹脂と融和する。そして、ローラ21による加温加圧部分を過ぎると、冷却されるので、樹脂が固化する。そして、図1(B)の拡大断面図に示すような連続した長尺の炭素繊維1を樹脂2で包み込んだ繊維強化樹脂が成形される。そして、ボビン20を引き抜き、必要な寸法に切削加工することにより、軸受1が製造される。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the above-described plain bearing. A strand-shaped
1 すべり軸受
2 炭素繊維
3 熱可塑性樹脂
10 回転軸
11 スリーブ
12 軸受ケース
20 ボビン
21 ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
A rotary machine using the slide bearing device according to claim 1.
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