(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周部に配置され、裏金の摺動側表面に樹脂系摺動部材を結合してなる軸受の製造方法において、周方向分割構造の略円筒状の前記裏金の内周側に、周方向分割構造の略円筒状で多孔質体であり、前記裏金側を目潰し処理した金属フィルターをろう材を挟んで配置し、それらを冶具により略円筒状に組み立てつつ高周波加熱コイルの内周側に位置させ、前記高周波加熱コイルにより加熱しつつ、前記金属フィルターの内周側に配置した均等加圧装置により径方向に加圧して、前記金属フィルターを前記裏金の内周側に結合する第１結合処理を行った後、前記高周波加熱コイルにより前記樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温した後に、前記金属フィルターの内周側に周方向分割構造の略円筒状の前記樹脂系摺動部材を配置し、前記均等加圧装置により径方向に加圧して前記樹脂系摺動部材を前記金属フィルターの内周側に結合する第２結合処理を行うことを特徴とする軸受の製造方法。
【請求項２】
回転軸の外周部に配置され、裏金の摺動側表面に樹脂系摺動部材が結合されている軸受において、周方向分割構造の略円筒状の裏金の内周側に、周方向分割構造の略円筒状で多孔質体であり、前記裏金側を目潰し処理した金属フィルターをろう材を挟んで配置し、それらを冶具により略円筒状に組み立てつつ高周波加熱コイルの内周側に位置させ、前記高周波加熱コイルにより加熱しつつ、前記金属フィルターの内周側に配置した均等加圧装置により径方向に加圧して、前記金属フィルターを前記裏金の内周側に結合する第１結合処理を行った後、前記高周波加熱コイルにより前記樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温した後に、前記金属フィルターの内周側に周方向分割構造の略円筒状の樹脂系摺動部材を配置し、前記均等加圧装置により径方向に加圧して前記樹脂系摺動部材を前記金属フィルターの内周側に結合する第２結合処理を行うことにより製造されることを特徴とする軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状であって摺動部に樹脂系の摺動部材を用いた軸受の製造方法及び軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、摩擦係数が低く、耐熱性・耐摩耗性の高い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ている。
【０００３】
特に水車発電機などの大型回転機に用いられるスラスト軸受およびジャーナル軸受の軸受摺動部材に、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）を中心として、これらにガラス繊維、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、摺動特性および耐摩耗性等の改善を図った高分子複合樹脂材料が採用され始めている。
【０００４】
大型回転機のスラスト軸受およびジャーナル軸受には高い負荷がかかるため、このような樹脂系摺動材を採用する場合には、必ず剛性の高いスチール製の裏金を強度部材として樹脂材に一体的に結合して使用している。しかしこの結合におい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材が剥離して致命的な事故を引き起こす要因となるため、スチール製強度部材と樹脂材料との結合技術が重要な点となる。
【０００５】
この点に対処するための公知技術として、特開平７−７１４４６号公報には、ジャーナル軸受を支持するティルティングパッドの内周面に、グラスファイバーを充填したＰＴＦＥ材料を摺動部材として強固に結合する技術が開示されている。
【０００６】
詳しくは、始めにこのＰＴＦＥ材料を平板形状の多孔質体に圧着することで容易かつ強固に結合し、次に多孔質体を外周側にしてこの平板結合体をリング状（円筒状）に曲げ形成する。多孔質体の外周面に低融点の金属箔を巻き付け、さらにその外周面を２分割円筒状の台金（裏金）で挟み込み、全体を回転させながら外周部を電気ヒーターやガスバーナー等の加熱手段で加熱することにより、金属箔を溶かし一体の積層体に結合する。その後この積層体を周方向に複数個分割加工してそれぞれがティルティングパッド軸受として形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００８】
上記特開平７−７１４４６号公報に記載されている従来技術には、始めに板状の多孔質体にＰＴＦＥ材料を圧着結合し、その後リング状に形成して円筒状の台金の内周面に金属箔を介して融着結合することにより積層体を安定的に結合する方法が開示されている。ここで回転軸を備えた回転機械（電動機、ポンプ等）側の仕様・性能に応じて摺動部材用に用いる樹脂材は種々の場合がある。摺動部材にテトラフルオロエチレン材のような弾性の高い樹脂材を用いる場合は上記従来技術のように弾性体であるＰＴＦＥ材を板状からリング状に曲げても安定的な結合を維持できる。しかしながら、ＰＥＥＫのように硬度の高い樹脂材を用いる場合には板状からリング状に曲げるのは容易ではなく、リング状に形成した後にＰＥＥＫの多孔質体に対する結合が不安定となる。この結果、剥離を防止するのが困難となり、信頼性の向上が困難となる。
【０００９】
本発明の目的は、樹脂系摺動部材の高い結合強度を実現し、信頼性を向上できる軸受の製造方法及び軸受を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するために、本発明によれば、回転軸の外周部に配置され、裏金の摺動側表面に樹脂系摺動部材を結合してなる軸受の製造方法において、周方向分割構造の略円筒状の前記裏金の内周側に、周方向分割構造の略円筒状で多孔質体であり、前記裏金側を目潰し処理した金属フィルターをろう材を挟んで配置し、それらを冶具により略円筒状に組み立てつつ高周波加熱コイルの内周側に位置させ、前記高周波加熱コイルにより加熱しつつ、前記金属フィルターの内周側に配置した均等加圧装置により径方向に加圧して、前記金属フィルターを前記裏金の内周側に結合する第１結合処理を行った後、前記高周波加熱コイルにより前記樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温した後に、前記金属フィルターの内周側に周方向分割構造の略円筒状の前記樹脂系摺動部材を配置し、前記均等加圧装置により径方向に加圧して前記樹脂系摺動部材を前記金属フィルターの内周側に結合する第２結合処理を行う。
【００１１】
本発明においては、樹脂系摺動部材と裏金の間に金属フィルターを介在させて結合する。まず裏金の内周側に金属フィルターをろう材を介して配置し、加熱と共に加圧結合する第１結合処理を行う。そして、高温となった金属フィルターの内周面に樹脂系摺動部材を配置して加圧結合する第２結合処理を行う。
【００１２】
このとき、第１結合処理及び第２結合処理での加熱を高周波加熱コイルにより均等に加熱し、加圧を均等加圧装置により周方向に均等な配分で径方向に加圧する。これにより、裏金と金属フィルターの間のろう材、及び金属フィルターとの境界部における樹脂系摺動部材が均等に溶融し、また金属フィルターの気孔部内に樹脂系摺動部材が均等に含浸されるため、裏金と樹脂系摺動部材の結合の信頼性を向上できる。
【００１３】
また上記の均等加熱および均等加圧により金属フィルターと樹脂系摺動部材との含浸を十分に行うことで、金属フィルターの気孔部内に残留していた内部空気や、加熱時に樹脂系摺動部材より発生するガスが、金属フィルターと樹脂系摺動部材との間の境界部に溜まることなく外部に完全に放出され、浮きや剥離の形成を防ぐことができる。
【００１４】
従って本発明によれば樹脂系摺動部材の高い結合強度を実現し、信頼性を向上できる。
【００１７】
（２）上記目的を達成するために、本発明によれば、回転軸の外周部に配置され、裏金の摺動側表面に樹脂系摺動部材が結合されている軸受において、周方向分割構造の略円筒状の裏金の内周側に、周方向分割構造の略円筒状で多孔質体であり、前記裏金側を目潰し処理した金属フィルターをろう材を挟んで配置し、それらを冶具により略円筒状に組み立てつつ高周波加熱コイルの内周側に位置させ、前記高周波加熱コイルにより加熱しつつ、前記金属フィルターの内周側に配置した均等加圧装置により径方向に加圧して、前記金属フィルターを前記裏金の内周側に結合する第１結合処理を行った後、前記高周波加熱コイルにより前記樹脂系摺動部材の融点以上の温度に昇温した後に、前記金属フィルターの内周側に周方向分割構造の略円筒状の樹脂系摺動部材を配置し、前記均等加圧装置により径方向に加圧して前記樹脂系摺動部材を前記金属フィルターの内周側に結合する第２結合処理を行うことにより製造される。
【００１８】
【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つつ説明する。
以下に、本発明の実施の形態による軸受の製造方法、及びこの方法によって製造されるジャーナル軸受を図１〜図９により説明する。
【００１９】
まず図２は、本発明によるジャーナル軸受を適用したボイラー給水ポンプの軸方向縦断面図であり、１０１はボイラー給水ポンプであって、ボイラー給水ポンプ１０１は、概略的に言うと、給水ポンプ１０１全体を収容するポンプケーシング１０２と、ポンプケーシング１０２内に水を吸い込む吸水部１０３と、吸い込んだ水を昇圧させるインペラ１０４と、インペラ１０４を結合して共に回転する回転主軸１０５と、インペラ１０４の外周部に設けられて吐出された水を次段のインペラ１０４に導くディフューザ１０６と、昇圧された水をポンプケーシング１０２の外に吐出する吐出部１０７とを備えている。
【００２０】
また回転主軸１０５は、その両端をジャーナル軸受１で支持され、さらにインペラ１０４の内圧差により生じるスラスト力を一方の端部に配置されたスラスト軸受１０９で支持している。
【００２１】
図３は、図２中における回転主軸１０５の左端部を支持する油潤滑軸受装置１１０の軸方向縦断面図であり、油潤滑軸受装置１１０は、概略的に言うと、軸受ケーシング１１１と、上下２つの半割形状に分割可能であって軸受ケーシング１１１内で回転主軸１０５を支持するジャーナル軸受１と、軸受ケーシング１１１内部でジャーナル軸受１より下方に潤滑油１１５を貯留できるよう形成された油槽１１２と、油槽１１２内において回転主軸１０５の周囲に設置された自己給油型ポンプ１１３と、油槽１１２内と油潤滑軸受装置１１０の外部との圧力差を封じるラビリンスシール１１４とを備えている。
【００２２】
ジャーナル軸受１は、スチール製の裏金２の内周側にろう材３を介して金属フィルター４及び樹脂系摺動部材５を結合した積層構造の円筒状軸受であり、また自己給油型ポンプ１１３による強制潤滑によって潤滑されている。
【００２３】
図４は、図３中Ｘ−Ｘ面から見た自己給油型ポンプ１１３の矢視断面図であり、自己給油型ポンプ１１３は、回転主軸に同軸的に設置されたディスク１１６と、ディスク１１６の下方側外周部に接触し、コイル又は皿バネ等の弾性体１２４を介して径方向に揺動自在に保持されており高分子樹脂製で略円弧状に形成されたオイルケース１１７と、オイルケース１１７に形成された後述の吸込口１１８に連通するよう油槽１１２の底部に設置されている吸油管１１９と、油槽１１２の上部からジャーナル軸受１の上部へ連通させるよう設けられた（図３参照）導入孔１２０と、オイルケース１１７に形成された後述の吐出口１２１に連通して油槽１１２の上部に設けた導入孔１２０に接続する可撓性管１２２とを備えている。
【００２４】
図５は、オイルケース１１７の全体斜視図であり、オイルケース１１７は、内周面に浅い溝形状の油室１２３が周方向に沿って形成されており、油室１２３の下端には下方に貫通する吸込口１１８が形成され、また油室１２３の上端にはオイルケース１１７の上方端面に開口連通する吐出口１２１が形成されている。
【００２５】
図４に戻り、給油ポンプ１１３の運転時には回転主軸１０５と共にディスク１１６が回転し、図示しない別室の吸油室から吸油管１１９を通じて油室１２３に給油された潤滑油１１５が、その粘性のためにディスク１１６の外周に沿って油室１２３内を上昇し、それとともに潤滑油１１５には遠心力によって径方向に向かう圧力Ｐが生じる。油室１２３上端の吐出口１２１に到達した潤滑油１１５は、圧力Ｐにより上方に吐出されて可撓性管１２２及び導入孔１２０を通じジャーナル軸受１に給油される。
【００２６】
次に図６は、本発明により裏金２に樹脂系摺動部材５を結合して上記のジャーナル軸受１を製造する方法の工程フローチャートである。
【００２７】
図６において、本発明に係わる軸受の製造方法は概略的に言うと、始めに裏金２の内周面にろう材３を挟んで金属フィルター４を配置し、それらを加熱・加圧操作することによって結合する第１結合処理を行う。次に金属フィルター４の内周面に樹脂系摺動部材５を配置し、それらを加熱・加圧操作することによって結合する第２結合処理を行う。このように２回に渡る結合処理を経て、裏金２に樹脂系摺動部材５を結合させるようになっている。
【００２８】
図７は、本発明に係わる軸受の製造方法を実施するために用いられるジャーナル軸受の製造装置の正面図である。
【００２９】
図７において、６は製造装置であり、製造装置６は、概略的に言うと、製造装置６全体の外郭構造を構成する枠体７と、枠体７の内部で鉛直軸周りに回転可能かつ昇降移動可能に設置されたテーブル８と、テーブル８と同軸的でその外周を囲むように配置された高周波加熱コイル９と、テーブル８上で高周波加熱コイル９の内周に設置される冶具１２と、テーブル８の回転軸の上方延長位置に設置された油圧プレス機１０と、同じ軸上で油圧プレス機１０により上下に移動可能な均等加圧装置１１とを備えている。
【００３０】
図１は、上記製造装置６の主要部にジャーナル軸受１を設置して第２結合処理を行っている状態の斜視図である。なお、図示の煩雑を避けるために高周波加熱コイル９の手前半分を省略している。
【００３１】
図１において、外周側から順に裏金２とろう材３と金属フィルター４と樹脂系摺動部材５を同軸的に配置して構成されるジャーナル軸受１の全体が、周方向に２分割された半割構造となっている。この半割構造は、ジャーナル軸受１が支持する回転主軸１０５をメンテナンス時に容易に取り外し又は組み付けできるようにするためのものである。
【００３２】
また金属フィルター４は、図８に示すように本体が金属製の多孔質体で構成された薄い半円筒状のものであり、その外周面（裏金２に対向する面）４ａには予め目潰し処理が施されていることで表面の気孔部が埋められたほぼ平坦な表面状態となっている。この目潰し処理について詳しくは、金属フィルター４の成型時において、型内部に粒子径の大きい粉末の層と小さい粉末の層を分離して設けて加熱して成形するか、もしくは金属フィルター４を板状に成形後、目潰しする面を研削あるいはフライス加工等機械加工法の手段により目潰し処理を行う。
【００３３】
またろう材３は樹脂系摺動部材５よりも融点が高く、金属との融着性のよいものを使用する。
【００３４】
図１に戻り、テーブル８上には円筒状の冶具１２が同軸的に設置されており、その内部に２分割構造のジャーナル軸受１全体が収容されて固定されている。高周波加熱コイル９はその冶具１２の外周側を同軸的に囲むように配置されている。
【００３５】
また図１において、上方に設置された図示しない油圧プレス機１０より下げられて設置されている均等加圧装置１１が、樹脂系摺動部材５の内周側に位置している。
【００３６】
図９は均等加圧装置１１の主要部の斜視図である。この図において、均等加圧装置１１は、油圧プレス機１０により昇降可能に接続されている主軸１３と、主軸１３の外周に軸止して上下に回動可能な３本のアーム１４と、各アーム１４の先端に取り付けられたカラー１５とを備えている。
【００３７】
上記構成の均等加圧装置１１はトグル機構によって作動するものである。すなわち図示しているように各カラー１５と各アーム１４の接続点１６が主軸１３と各アーム１４の接続点１７より低い配置にあって、さらに各カラー１５の外周面が同一の円筒内周面（図示省略）に確実に（滑ることなく）接触させておき、この状態において主軸１３に軸方向下方へ荷重を加えると各アーム１４の回動を介して各カラー１５により径方向の荷重に変換することができ、各カラー１５は接触している内周面を周方向に対し均等な配分で径方向加圧するよう動作する。また、大きさの異なるジャーナル軸受１を結合させるためには、アーム１４の長さや本数を適宜変更した均等加圧装置を用いればよい。
【００３８】
以上の構成の軸受製造装置を用いて、図６に示す軸受の製造方法の工程を説明する。
【００３９】
まず裏金２と金属フィルター４を結合する第１結合処理について説明する。円筒状の冶具１２の内周に裏金を配置し、その内周面に順にろう材３、及び金属フィルター４を密着させて配置する。これらジャーナル軸受１を構成する部材はそれぞれ半割構造であり、それぞれ合わせ目を一致させて配置する。続いて最も内周側の金属フィルター４の内周側に均等加圧装置１１を位置させ、各カラー１５を金属フィルター４の内周面に当接させる。
【００４０】
この状態から高周波加熱コイル９を作動させて加熱を始める。この際、テーブル８を回転させたり、繰り返し昇降移動させることで、ジャーナル軸受１全体を均等に加熱することができる。この加熱により溶融したろう材３は、金属フィルター４に対しては目潰し処理された面４ａと接触することにより、金属フィルター４本体の気孔部内には侵入することなくその表面に融着する。
【００４１】
またこの加熱と共に、油圧プレス機１０により均等加圧装置１１の主軸に下方への荷重を付加することで金属フィルター４の内周面を均等加圧する。このような周方向に均等な加圧を行うことにより、裏金２の内周面と金属フィルター４の外周面４ａとの間に浮きや剥離による空洞を形成させることなく均等に密着結合することができる。ここで加圧力が大きすぎると、溶融したろう材３が裏金２と金属フィルター４の間から押し出されて下部に流れ落ちてしまい結合力が損なわれるため、加圧力すなわち油圧プレス機１０により付加される荷重の大きさは適切に調整する必要がある。
【００４２】
次に、金属フィルター４と樹脂系摺動部材５を結合する第２結合処理について説明する。まず第１結合処理により裏金２と金属フィルター４の結合体の表面温度が樹脂系摺動部材５の融点以上に昇温したことを確認した後、半割構造の樹脂系摺動部材５を金属フィルター４の内周面に合わせ目を一致させて配置し、第１結合処理と同様に樹脂系摺動部材５の内周側に均等加圧装置１１を設置する（図１参照）。
【００４３】
このとき金属フィルター４の表面温度が樹脂系摺動部材５の融点を超えているため、金属フィルター４の内周面と接触する樹脂系摺動部材５の外周面が溶融する。この状態から、油圧プレス機１０により均等加圧装置１１に高荷重を付加し、樹脂系摺動部材５の内周面を均等加圧することにより、金属フィルター４との接触境界部における樹脂系摺動部材５の溶融部分が金属フィルター４の気孔部に含浸させられる。この含浸加圧は、金属フィルター４に含浸した樹脂系摺動部材５の一部が外部に押し出されるまで十分に行われる。
【００４４】
このような含浸による金属フィルター４と樹脂系摺動部材５の結合強度およびその信頼性は、金属フィルター４の気孔部に含浸させた樹脂のアンカー効果、すなわち樹脂が気孔部内に食い込んで内部で広がる形態の固定作用に支配されている。
【００４５】
また含浸加圧を行う時点で、高周波加熱コイル９でさらに加熱することにより樹脂系摺動部材５の溶融を促進させることもでき、またその際にもテーブル８ごとジャーナル軸受１を回転させたり昇降移動させることで、ジャーナル軸受１全体を均等に加熱して加熱むらをなくし、金属フィルター４と樹脂系摺動部材５の結合の信頼性を向上できる。
【００４６】
したがって第２結合処理において、均等加熱および均等加圧により金属フィルター４と樹脂系摺動部材５との含浸を十分に行うことから、上記アンカー効果による高い結合強度が得られるだけでなく、さらに金属フィルター４の気孔部内に残留していた内部空気や、加熱時に樹脂系摺動部材５より発生するガスが、金属フィルター４と樹脂系摺動部材５との間の境界部に溜まることなく外部に完全に放出されるため、浮きや剥離の形成を防ぐことができる。
【００４７】
以上説明したように本発明に係わる軸受の製造方法によれば、第１結合処理および第２結合処理を行うことにより樹脂系摺動部材の高い結合強度を実現し、信頼性を向上できる。
【００４８】
なお、本発明により製造されたジャーナル軸受１を適用できる回転機械は、上記の横軸型のボイラー給水ポンプに限られず、例えば縦軸ポンプ、電動機、増速機等にも適用できる。
【００４９】
また、本発明により製造されるジャーナル軸受１において、ジャーナル軸受１の摺動面を形成する樹脂系摺動部材５の材料としては、炭素繊維、グラファイト、青銅、ガラス繊維やフッ素化合物が目的に応じて適宜添加された熱可塑性の組成物を使用するのが好ましく、これらはホワイトメタルに比べて耐摩耗性に優れ摩耗係数も小さいので、高い面圧条件の下でも安定な流体潤滑作用が得られる。また、ホワイトメタルの融点が２４０℃前後であるのに対して、上記の樹脂材料の場合はそれよりも約１００℃高い材料もあり、高温疲労強度に優れていることから起動・停止時の運転状態における摺動面に油膜が十分に形成されない状態で長時間運転されても摺動面が損傷しないといった利点がある。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、裏金の内周側にろう材を介して金属フィルターを加熱・加圧結合する第１結合処理と、裏金・金属フィルター結合体の内周側に樹脂系摺動部材を加熱・加圧結合する第２結合処理を行う際に、軸受全体を回転させながら高周波加熱コイルにより均等に加熱し、均等加圧装置により周方向に均等な配分で径方向に加圧する。これにより、裏金と金属フィルターとの間のろう材、及び金属フィルターとの境界部における樹脂系摺動部材が均等に溶融し、また金属フィルターの気孔部内に樹脂系摺動部材が均等に含浸されるため、樹脂系摺動部材の高い結合強度を実現し、信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ジャーナル軸受を設置して第２結合処理を行っている状態の製造装置主要部の斜視図である。
【図２】本発明に係わるジャーナル軸受を適用したボイラー給水ポンプの軸方向縦断面図である。
【図３】回転主軸の左端部を支持する油潤滑軸受装置の軸方向縦断面図である。
【図４】図３中Ｘ−Ｘ面から見た自己給油型ポンプの矢視断面図である。
【図５】オイルケースの全体斜視図である。
【図６】本発明により裏金に樹脂系摺動部材を結合してジャーナル軸受を製造する方法の工程フローチャートである。
【図７】本発明に係わる軸受の製造方法を実施するために用いられるジャーナル軸受の製造装置の正面図である。
【図８】金属フィルターの斜視図である。
【図９】均等加圧装置の主要部の斜視図である。
【符号の説明】
１        ジャーナル軸受（軸受）
２        裏金
３        ろう材
４        金属フィルター
４ａ      目潰し処理された面
５        樹脂系摺動部材
６        製造装置
８        テーブル
９        高周波加熱コイル
１０      油圧プレス機
１１      均等加圧装置
１２      冶具
１３      主軸
１４      アーム
１５      カラー
１０５    回転主軸（回転軸）
【図１】
0003952707.tif 000002
【図２】
0003952707.tif 000003
【図３】
0003952707.tif 000004
【図４】
0003952707.tif 000005
【図５】
0003952707.tif 000006
【図６】
0003952707.tif 000007
【図７】
0003952707.tif 000008
【図８】
0003952707.tif 000009
【図９】
0003952707.tif 000010