滑动材料及其制造方法以及轴承装置的制作方法

专利名称：滑动材料及其制造方法以及轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于轴承装置的滑动部件的优选的滑动材料及其制造方 法、以及轴承装置。
背景技术：
近年来，随着工业技术的发展，要求各种轴承的高速化、高面压化。 到目前为止，作为构成轴承装置的滑动部件的滑动材料， 一直使用白合金(例如第一种Sn-88 92重量。/。、 Sb5 7重量。/。、 Cu3 5重量。/。)等软 质金属材料，但这些软质金属材料由于熔点较低、高温下的强度大幅降低 及烧伤的问题，所以使用范围受到限制。对此，聚四氟乙烯(PTFE)树脂材料的摩擦系数较低，耐热性良好， 作为轴承装置的滑动材料是适合的。此外，聚醚醚酮(PEEK)树脂材料、 聚酰亚胺(PI)树脂材料与聚四氟乙烯树脂材料相比摩擦系数稍高，但高 温的机械性质良好。在这些树脂材料中添加各种陶瓷纤维或粒子的填充材 料，能够制造兼具机械性质和摩擦、磨损特性的滑动材料。另外，在轴承、特别是支撑高负荷的轴承的情况下，希望利用下述的 滑动材料来构成轴承的滑动部件，所述滑动材料以上述树脂材料作为滑动 面部件，以用来支撑高负荷的金属材料作为基材，并通过将这些材料种类 不同的树脂材料和金属材料接合而制造。但是，在树脂材料与金属材料的接合中，有以下问题用一直适用于 金属材料间的接合的以往的接合方法难以得到充分的接合强度。例如，在 将不同的金属材料通过熔液凝固法接合的情况下，由于是在金属材料之间 进行，因此发生扩散反应等，在机械结合的同时产生物理或化学性的结合， 所以能够得到充分的结合强度。相对于此，在将树脂材料和金属材料通过 熔液凝固法接合的情况下，由于成为单纯的机械结合，所以难以得到充分 的接合强度。此外，在将树脂材料与金属材料在高温高压条件下接合的情 况下，会在树脂材料中产生劣化，或必须在这样的条件下保持长时间，所以有制造成本增大等的问题。此外，在将树脂材料与金属材料接合的情况下，也可考虑使用粘接剂 等来进行接合。但是，在此情况下，对树脂材料及金属材料两者都显示出 良好的粘接性的粘接剂的选择较困难。进而，在树脂类粘接剂的情况下， 由于必定存在树脂与金属的接合界面，所以不能本质地改善金属材料与树 脂材料间的接合强度。作为在将两种部件进行接合时实现接合界面强度提高的方法，例如己 知有通过珩磨或化学腐蚀等来扩大表面积，从而使接合面积增大的方法。 然而，珩磨或化学腐蚀等对于接合面积的扩大是有限度的，而且由于接合 界面对于剪切剥离的抵抗小，所以不能充分提高不同种类材料间的接合强 度。另一方面，作为充分提高树脂材料与金属材料的接合强度的技术，提 出了在金属材料的表面上设置多孔质中间层、将树脂材料填充在该多孔质 中间层内、同时将树脂材料层叠在该金属材料的表面上的技术，例如日本的公开专利公报特开平10-29256号公报(以下称作专利文献1)。根据上述专利文献1所述的技术，需要将多孔质中间层在真空中预先 接合在金属材料上。利用该技术，在构成例如水力发电设备用轴承那样的 支撑高负荷的轴承的情况下，通过以树脂材料为滑动面部件、以金属材料 为基材的滑动材料构成轴承的滑动部件。对于该轴承来说，在滑动部件的 总重量为几百千克到几吨的情况下，将多孔质中间层在真空中接合在作为 金属材料的基材上的工艺规模变得很庞大，制造成本上升，并且在真空设 备能力方面也产生限度。根据这样的情况，在利用将树脂材料与金属材料这样不同种类的材料 接合而成的滑动材料来构成轴承的滑动部件的情况下，希望摩擦、磨损特 性良好，滑动性能优良，并且滑动面部件与基材的接合强度高而可靠性优 良，还有，不依存于设备能力并且能够降低制造成本。发明内容本发明是考虑上述情况而做出的，目的是提供一种滑动性能及可靠性 优良、并且不依存于设备能力并能够降低制造成本的滑动材料及其制造方法、以及轴承装置。本发明的滑动材料的特征在于，其具有滑动面部件；基材，其由与 该滑动面部件不同种类的材料构成；中间部件，其设在上述滑动面部件与 上述基材之间，具有多个空间部；接合部件，其将该中间部件与上述基材 接合；通过使上述滑动面部件的一部分含浸在上述中间部件的上述空间部 的一部分中，将该滑动面部件接合在上述中间部件上；通过使上述接合部 件的一部分含浸在上述中间部件的上述空间部的剩余部分中，经由该接合 部件将上述基材接合在上述中间部件上。此外，本发明的滑动材料的制造方法的特征在于，该制造方法包括 使滑动面部件的一部分含浸在中间部件的空间部的一部分中，从而将这些 滑动面部件与中间部件接合，使接合部件的一部分含浸在所述中间部件的 空间部的剩余部分中，从而通过该接合部件将所述中间部件与所述基材接 合，由此来制造具有滑动面部件和由与该滑动面部件不同种类的材料构成 的基材的滑动材料，其中，所述制造方法具有以下工序来制造所述滑动面 部件与所述中间部件的接合体将所述中间部件设置在模具内的工序；将 所述滑动面部件的粉体插入到所述模具内的工序； 一边使所述滑动面部件 的粉体的一部分含浸在所述中间部件的空间部的一部分中， 一边将所述滑 动面部件层叠在所述中间部件的表面上来成形成形体的工序；将所述成形 体加热烧成的工序。进而，本发明的轴承装置的特征在于，利用本发明的滑动材料来构成 可滑动地支撑旋转轴的轴向的推力负荷的推力轴承装置、或者可滑动地支 撑上述旋转轴的旋转方向的轴振动的导引轴承装置。根据本发明的滑动材料及其制造方法，使滑动面部件的一部分含浸在 中间部件的空间部的一部分中，从而将该滑动面部件接合在中间部件上， 使接合部件的一部分含浸在中间部件的空间部的剩余部分中，从而经由该 接合部件将基材接合在中间部件上，由此将滑动面部件与基材接合为一体。 因此，对于滑动面部件及接合部件从中间部件上剥离或脱离的方向的力、 即分别与滑动面部件与中间部件的接合界面、以及中间部件与接合部件的 接合界面平行及垂直的方向的力，中间部件具有阻力。结果，滑动面部件 与基材的接合强度提高，能够提高滑动材料的可靠性。进而，通过滑动面部件的摩擦、磨损特性，能够提高滑动材料的滑动性能。此外，在滑动面部件与中间部件的通过含浸进行的接合、以及经由接 合部件进行的基材与中间部件的接合中，不需要真空设备，所以在例如基 材为大重量的情况下，也能够不依存于设备能力并且降低制造成本地来制 造滑动材料。此外，根据本发明的轴承装置，在推力轴承装置或导引轴承装置中使 用的滑动材料的滑动性能及可靠性良好，不依存于设备能力，并且能够降 低制造成本，所以在这些轴承装置中，也能够提高滑动性能及可靠性，不 依存于设备能力并且降低制造成本。


图1是表示具备由本发明的滑动材料的第1实施方式构成的滑动部件 的轴承装置的半剖视图。图2表示图1的推力轴承装置的滑动部件，图2(A)是剖视图，图2 (B)是立体图。图3是表示图1的导引轴承装置的滑动部件的剖视图。图4是表示图1的导引轴承装置的滑动部件的另一例的剖视图。图5是表示构成图2 图4的滑动部件的滑动材料的剖视图。图6表示图5的滑动材料的中间部件，图6 (A)是俯视图，图6 (B)、图6 (C)、图6 (D)、图6 (E)是分别沿着图6 (A)的B-B线、C-C线、D-D线、E-E线的剖视图。图7是表示图5的滑动材料的制造工序的工序图。 图8是表示图5的滑动材料的制造工序的另一例的工序图。 图9是表示图5的滑动材料的制造工序的又另一例的工序图。 图10是表示本发明的滑动材料的第2实施方式的剖视图。 图11表示图10的滑动材料的中间部件，图ll (A)是俯视图，图ll (B)、图11 (C)、图11 (D)是分别沿着图11 (A)的B-B线、C-C线、D-D线的剖视图。图12是表示本发明的滑动材料的第3实施方式的剖视图。 图13表示图12的滑动材料的中间部件，图13 (A)是俯视图，图13(B)、图13 (C)、图13 (D)是分别沿着图13 (A)的B-B线、C-C线、 D-D线的剖视图。图14表示本发明的滑动材料的第4实施方式的中间部件，图14 (A) 是俯视图，图14 (B)、图14 (C)是分别沿着图14 (A)的B-B线、C-C 线的剖视图。图15表示本发明的滑动材料的第5实施方式的中间部件，图15 (A) 是俯视图，图15 (B)、图15 (C)是分别沿着图15 (A)的B-B线、C-C 线的剖视图。图16是表示具备由本发明的滑动材料的第1 第5实施方式构成的滑 动部件的重物支撑构造的剖视图。 符号说明 10轴承装置 11推力轴承装置 12导引轴承装置 13旋转轴14A、 14B滑动部件20滑动材料21滑动面部件22基材23中间部件24接合部件25要素部件26突起部27空间部28开口29、 30接合界面 32粉体 33成形体 34接合体 40滑动材料41中间部件 42突起部 43空间部 44开口 50滑动材料 51中间部件 52突起部 53空间部 54开口 55贯通孔 60滑动材料 61中间部件 70滑动材料 71中间部件 Fx、 Fy平行的力 Fz垂直的力具体实施方式
下面，基于

用来实施本发明的优选的实施方式。 [A]第l实施方式(图1 图9)图1是表示具备由本发明的滑动材料的第1实施方式构成的滑动部件 的轴承装置的半剖视图。图2表示图1的推力轴承装置的滑动部件，图2 (A)是剖视图，图2 (B)是立体图。图3是表示图1的导引轴承装置的 滑动部件的A-A'剖视图。图1所示的轴承装置IO是在例如水车发电机中使用的装置，通过推力 轴承装置11及导引轴承装置(也称作轴颈轴承装置)12来支撑旋转轴13。 推力轴承装置11是在旋转轴13的周围以放射状配置多个滑动部件14A而 构成的。各轴承部件14A如图2 (b)所示，形成为大致扇形状。推力轴承 装置11如图1所示，经由固定在旋转轴13上的推力轴环15及推力滑道16 等通过滑动部件14A滑动地支撑旋转轴13的轴向的推力负荷、例如旋转轴13等的重量和在运转时施加在水车上的水推力的总负荷。此外，导引轴承装置12是将滑动接触在旋转轴13上的多个滑动部件 14B配置为圆筒形状而构成的。该导引轴承装置12通过滑动部件14B可滑 动地支撑旋转轴13的旋转方向的轴振动。该滑动部件14B有如图3所示那 样是将导引轴承装置12分割成2份而得到的段的情况、以及图4所示那样 是将导引轴承装置12例如分割成8份而得到的段的情况等。另外，图1中 的标号17是支撑部件。上述滑动部件14A及14B由图5所示的滑动材料20构成。该滑动材 料20是利用中间部件23及接合部件24将滑动面部件21和由与该滑动面 部件21不同种类的材料构成的基材22接合而构成的。滑动面部件21由聚四氟乙烯(PTFE)树脂材料、聚醚醚酮(PEEK) 树脂材料、聚酰亚胺(PI)树脂材料、或者在这些任一种树脂中添加含有 陶瓷纤维或粒子的填充材料的复合材料构成。聚四氟乙烯树脂材料的摩擦 系数较低，并且耐热性良好。此外，聚醚醚酮树脂材料及聚酰亚胺树脂材 料与聚四氟乙烯树脂材料相比摩擦系数稍高，但高温的机械特性优良。进 而，上述复合材料的摩擦、磨损特性和机械特性都优良。基材22使用铁类等各种金属材料，特别优选为结构用碳钢(S45C)等 钢材。该基材22为支撑作用在滑动材料20上的高负荷的强度构件。中间部件23配置在滑动面部件21与基材22之间，是由铁类、铜类或 铝类等金属材料构成的板状的要素部件25。该中间部件23在为铁类的情况 下成本低，在为铜类的情况下滑动面部件21及接合部件24的接合性优良。 中间部件23的板厚对应于滑动面部件21的厚度适当地设定，例如在滑动 面部件21的厚度是2 3mm的情况下，设定为1 2mm左右。该中间部件23如图6所示，在要素部件25的表面25A或背面25B的 至少一个上、本实施方式中是在表面25A上具备以凸状隆起的多个突起部 26。在该突起部26的内侧形成有空间部27 (参照图6 (B) 图6 (E))。突起部26在俯视图中以直线状延伸而形成为矩形状，两端与要素部件 25—体地设置。进而，在突起部26的下部，沿正交于该突起部26的延伸 方向的方向，相互对置地形成有使要素部件25的表面25A与背面25B连 通的开口 28。这样的突起部26如图6 (A)所示，在要素部件25的表面25A上沿着 该要素部件25的一边38的方向以直线状、纵横交替地改变朝向并以间距 Pll的间隔规则地排列，它们沿着与一边38正交的要素部件25的另一边 39的方向以间距P12的间隔配置多列。如果着眼于横向或纵向的突起部26， 则横向的突起部26在要素部件25的表面25A上跨越两列以锯齿状排列， 纵向的突起部26也在要素部件25的表面25A上跨越两列以锯齿状排列。
在要素部件25上形成有突起部26及开口 28的中间部件23通过冲压 加工法、压花加工法、去毛刺加工法、百页窗板(louvering)加工法、切 削加工法、或者类似于它们的加工法(例如蚀刻加工法)等加工。此时， 由于要素部件25的板厚薄到几mm，所以能够通过一次加工制造多个中间 部件23，不会因加工机的设备能力而限制制造。
图5所示的接合部件24是将中间部件23与基材22接合的部件，由具 有比滑动面部件21的熔点或熔融温度低的熔点的Sn类金属材料构成。具 体而言，作为Sn金属材料的Sn类合金的熔点是232'C以下，低于构成滑 动面部件21的聚四氟乙烯(PTFE)树脂材料的熔融粘合温度375。C附近、 聚醚醚酮(PEEK)树脂材料的熔点343'C附近、聚酰亚胺(PI)树脂材料 的熔点388'C附近。因此，即使将Sn类合金制的接合部件24在其熔点(232 。C以下)附近熔融加热，在滑动面部件21中也不会发生熔融或劣化。
此外，在构成接合部件24的Sn类金属材料中，含有Pb、 Cu、 Ag、 Bi、 Zn、 Fe、 Co、 Ti、 Ta、 V、 Pd、 Ge中的至少一种元素。为了控制与中 间部件23的铁类或铜类材料、以及与基材22的铁类材料的接合界面的浸 润性，控制由界面反应生成的金属间化合物的大小及分布，提高作为Sn金 属材料的Sn类合金的机械性质、耐疲劳特性及耐氧化性，还有降低表面张 力，接合部件24优选含有上述Pb、 Cu、 Ag、 Bi、 Zn、 Fe、 Co、 Ti、 Ta、 V、 Pd、 Ge中的一种以上的元素。但是，从近年来的环境负荷降低的观点 出发，也可以将Pb除外。这些添加元素的含有量并不需要特别限制，但如 果含有量变得过大，则会形成粗大的金属间化合物而使机械性质降低，所 以一般优选地选择Sn类合金的共晶组成附近。
在滑动部件20中，如图5所示，在滑动面部件21与基材22的接合时， 在中间部件23的空间部27中，含浸滑动面部件21和接合部件24的各自的一部分。即，滑动面部件21的一部分经过开口28含浸在中间部件23的 突起部26的空间部27的一部分(上半部)中，由此，该滑动面部件21被 接合在中间部件23上，层叠在该中间部件23的要素部件25的表面25A上。 进而，接合部件24的一部分含浸在中间部件23的空间部27的剩余部分(下 半部)中，由此，将基材21经由该接合部件24接合在中间部件23上。这 样，利用中间部件23及接合部件24将作为材料种类不同的滑动面部件21 和基材22接合。
通过将滑动面部件21和接合部件24的各自的一部分含浸在中间部件 23的空间部27中，该中间部件23对于滑动面部件21及接合部件24从该 中间部件23上剥离或脱离的方向的力、即对于与滑动面部件21和中间部 件23的接合界面29、以及中间部件23和要素部件25的接合界面30分别 平行的力Fx、 Fy (图6)及垂直的力Fz (图5)，具有基于楔效应的阻力。 通过该阻力，滑动面部件21与基材22的接合强度增大。另外，上述平行 的力Fx及Fy是在平行于接合界面29及30的平面上相互正交的力。
接着，利用图7说明如上述那样构成的滑动材料20的制造工序。
首先，将中间部件23设置在模具31内(图7 (a))。接着，将滑动面 部件21的粉体32插入到模具31内，堆积在中间部件23的表面25A上(图 7 (b))。接着， 一边使滑动面部件21的粉体32的一部分含浸在中间部件 23的空间部27内， 一边将滑动面部件21层叠在中间部件23的表面25A 上来成形成形体33 (图7 (c))。然后，加热烧成该成形体33，制造滑动面 部件21与中间部件23的接合体34 (图7 (d))。
制造滑动面部件21与中间部件23的接合体34之后，首先将片材状的 接合部件24载置在基材22的表面上(图7 (e))。也可以改变该片材状的 接合部件24的载置，而通过包层压延法、熔融浸渍法、热喷涂法或蒸镀法 在基材22的表面上形成接合部件24，或者也可以通过涂布法或印刷法在基 材22的表面上形成接合部件24的粉体。此时，通过在基材22的表面上预 先形成接合部件24，能够提高接下来的制造工序的作业性而实现效率化。
接着，在载置或形成在基材20的表面上的接合部件24上，载置滑动 面部件21与中间部件23的接合体34,使中间部件23与接合部件24接触 (图7 (f))。然后，加热到接合部件24的熔点， 一边使接合部件24含浸在接合体34的中间部件23的空间部27中， 一边通过该接合部件24将接 合体34的中间部件23与基材22接合，从而制造滑动材料20 (图7 (g))。
在上述制造工序中，也可以将直到制造滑动面部件21与中间部件23 的接合体34为止的工序(图7 (a) 图7 (d))替换为图8所示的工序。
艮P，首先将中间部件23设置在模具31内(图8 (a))。接着，将滑动 面部件21的固形物(例如颗粒)插入到模具31内，堆积在中间部件23的 表面25A上(图8(b))。接着，将滑动面部件21在模具31内熔融加热(图 8 (c))。然后， 一边使熔融加热后的滑动面部件21的一部分含浸在中间部 件23的空间部27中， 一边将滑动面部件21层叠在中间部件23的表面25A 上，通过加压成形法或注射成形法成形，制造滑动面部件21与中间部件23 的接合体34 (图8 (d))。
图7 (a) 图7 (d)的制造工序适合于例如滑动面部件21是聚四氟 乙烯(PTFE)树脂材料的情况，图8 (a) 图8 (d)的制造工序适合于 例如滑动面部件21是聚醚醚酮(PEEK)树脂材料或聚酰亚胺(PI)树脂 材料的情况。
此外，在图7所示的滑动材料20的制造工序中，也可以将从制造滑动 面部件21与中间部件23的接合体34之后到制造滑动材料20的工序(图7 (e) 图7 (g)替换为图9所示的工序。
艮P，首先，在制造滑动面部件21与中间部件23的接合体34之后，将 该接合体34隔着衬垫(spacer,未图示)载置在基材22的表面上(图9(a))。 此时，在接合体34的中间部件23与基材22之间，通过上述衬垫形成有间 隙35。
接着，将载置了该接合体34的基材22浸渍在液槽36内的熔融的接合 部件24的熔融液中(图9(b))。此时，调节接合部件24的液面37以使其 不会达到滑动面部件21。在此状态下，接合部件24的熔融液侵入到接合体 34的中间部件23与基材22的上述间隙35内。
然后，将滑动面部件21与中间部件23的接合体34及基材22从接合 部件24的熔融液中提起(图9 (c))。接着，通过将侵入到接合体34的中 间部件23与基材24的间隙35中的接合部件24冷却，从而在使接合部件 24含浸在中间部件23的空间部27中的状态下，将接合体34的中间部件23与基材22接合，制造滑动材料20。
由于以上那样构成，所以根据本实施方式，起到以下的效果(1) (3)。
(1) 使滑动面部件21的一部分含浸在中间部件23的空间部27的一 部分(上半部)中，从而将该滑动面部件21接合在中间部件23上，使接 合部件24的一部分含浸在该中间部件23的空间部27的剩余部分(下半部) 中，从而经由该接合部件24将基材22接合在中间部件23上，由此将滑动 面部件21与基材22 —体地接合。因此，对于滑动面部件21及接合部件24 从中间部件23上剥离或脱离的方向的力、即对于与滑动面部件21和中间 部件23的接合界面29、及中间部件23和接合部件24的接合界面30分别 平行的力Fx、 Fy及垂直的方向的力Fz，中间部件23具有阻力。结果，作 为材料种类互不相同的滑动面部件21和基材22的接合强度提高，能够提 高滑动材料20的可靠性。进而，由于滑动面部件21的摩擦、磨损特性良 好，所以能够提高滑动部件20的滑动性能。
(2) 此外，在滑动面部件21与中间部件23通过含浸进行的接合、以 及经由接合部件24进行的基材22与中间部件23的接合中，不需要真空设 备，所以即使在例如基材22为大重量的情况下，也能够不依存于设备能力 并且降低制造成本来制造滑动材料20。
(3) 由于在推力轴承装置11或导引轴承装置12中使用的滑动材料20 的滑动性能及可靠性优良，能够不依存于设备能力并且降低制造成本，所 以在具备这些推力轴承装置11及导引轴承装置12的轴承装置10中，也能 够提高滑动性能及可靠性、不依存于设备能力并且降低制造成本。第2实施方式(图IO及图11)
图10是表示本发明的滑动材料的第2实施方式的剖视图。在该第2实 施方式中，对与上述第1实施方式同样的部分赋予相同的标号而将说明简 化或省略。
本实施方式的滑动材料40与上述第1实施方式的滑动材料20不同的 点是中间部件41的突起部的形状及排列。
艮P，如图11所示，在中间部件41的要素部件25的表面25A上，矩形 状的多个突起部26沿要素部件25的一边38的方向以直线状、纵横交替地改变朝向并以间距P21的间隔排列，它们在要素部件25的另一边39的方 向上以间距P22的间隔配置多列。在该突起部26的内侧设有空间部27。 此外，在各突起部26的下部，相互对置地形成有将要素部件25的表面25A 与背面25B连通的开口 28。
此外，在中间部件41的要素部件25的背面25B上，形成有多个周围 与要素部件25 —体地设置并以凸状隆起的圆形突起部42。这些突起部42 在要素部件25的背面25B上，是与对应于突起部26的位置不同的位置， 在要素部件25的一边38的方向上以直线状以间距P23的间隔排列，它们 在要素部件25的另一边39的方向上以间距P24的间隔配置多列。在该突 起部42的内侧设有空间部43。此外，在各突起部42的最突出的位置上， 形成有将要素部件25的表面25A和背面25B连通的开口 44。
在该滑动部件40中，如图10所示，在滑动面部件21与基材22的接 合时，滑动面部件21和接合部件24的各自的一部分含浸在中间部件41的 空间部27及43中。gp，滑动面部件21的一部分经过开口 28含浸在中间 部件41的突起部26的空间部27的一部分(上半部)中，并且使滑动面部 件21的一部分含浸在突起部42的空间部43的一部分(上半部)中。由此， 该滑动面部件21被接合在中间部件41上，被层叠在该中间部件41的要素 部件25的表面25A上。进而，接合部件24的一部分含浸在中间部件41 的突起部26的空间部27的剩余部分(下半部)中，接合部件24的一部分 经过开口 44含浸在突起部42的空间部43的剩余部分(下半部)中。由此， 经由该接合部件24将基材22接合在中间部件41上。
这里，中间部件41与中间部件23同样，通过冲压加工法等加工。此 外，滑动材料40是使用滑动面部件21、基材22、中间部件41及接合部件 24，通过与滑动材料20同样的工序制造的。进而，利用该滑动材料40制 造推力轴承装置11及导引轴承装置12。
因而，根据本实施方式，除了起到与上述第1实施方式的效果(1) (3)同样的效果以外，还起到以下的效果(4)。
(4)在中间部件41上，在要素部件25的背面25B上设有圆形突起部 42，使滑动面部件21和接合部件24的至少一个含浸在该突起部42的内侧 的空间部43中。因此，由于该空间部43内的滑动面部件21、接合部件24，中间部件41也对于滑动面部件21及接合部件24从中间部件41上剥离或 脱离的方向的力、即对于与滑动面部件21和中间部件41的接合界面29、 以及中间部件41和接合部件24的接合界面30分别平行的力Fx、 Fy (图 11)及垂直的力Fz (图10)具有阻力。S卩，含浸在形成于要素部件25的 表面25A上的突起部26的空间部27中的滑动部件21主要分担要素部件 25和滑动部件的接合强度，而含浸在要素部件25的背面25B的圆形突起 部42的内侧的空间部43中的接合部件24主要分担要素部件25和接合部 件24的接合强度。因而，在本实施方式的滑动材料40中，与滑动面部件 21、接合部件24含浸在仅形成于接合部件25的表面25A上的突起部26 的内侧的空间部27中的第1实施方式的滑动材料20相比，特别是中间部 件41与接合部件24的接合界面30的面积相应于所设置的圆形突起部42 而增大，所以能够更牢固地增大滑动面部件21与基材22的接合强度，能 够进一步提高滑动材料40的可靠性。第4实施方式(图14)
图14表示本发明的滑动材料的第4实施方式的中间部件，图14 (A) 是俯视图，图14 (B)、图14 (C)是分别沿着图14 (A)的B-B线、C-C 线的剖视图。在该第4实施方式中，对与上述第1实施方式同样的部分赋 予相同的标号而将说明简化或省略。
本实施方式的滑动材料60与上述第1实施方式的滑动材料20不同的 点是中间部件61的突起部的排列等。艮P，在中间部件61的要素部件25的表面25A上，矩形状的多个突起 部26沿要素部件25的一边38的方向横向地以直线状以间距P41的间隔排 列，它们在要素部件25的另一边39的方向上以间距P42的间隔配置多列。 在该突起部26的内侧形成有空间部27，在突起部26的下部相互对置地设 有开口 28。另外，这些突起部26也可以在要素部件25的一边38的方向上 不是以直线状、而是以锯齿状排列。
并且，在该滑动材料60中，与第1实施方式的滑动材料20同样，在 滑动面部件21与基材22的接合时，滑动面部件21经过开口 28含浸在中 间部件61的突起部26的空间部27的一部分(上半部)中，接合部件24 含浸在空间部27的剩余部分(下半部)中。
这里，中间部件61与中间部件23同样，通过冲压加工法等加工。此 外，滑动材料60是使用滑动面部件21、基材22、中间部件61及接合部件 24，通过与滑动材料20同样的工序制造的。进而，利用该滑动材料60制 造推力轴承装置11及导引轴承装置12。
因而，在本实施方式中，除了起到与上述第1实施方式的效果(1) (3)同样的效果以外，还起到以下的效果。
艮P,由于突起部26的下部的开口 28朝向一个方向(在图14中是Fx 方向)，所以对于垂直于该方向的方向(在图14中是Fy方向)的负荷，与 来自其他方向的负荷相比强度更高。由此，对于预先负荷方向是已知的设 备是有效的。除此以外，由于是朝向一个方向的单纯的突起部26，所以也 起到能够使加压加工等的加工费用比第1实施方式至第4实施方式便宜地 来制造中间部件61的效果。第5实施方式(图15)
图15表示本发明的滑动材料的第5实施方式的中间部件，图15 (A) 是俯视图，图15 (B)、图15 (C)是分别沿着图15 (A)的B-B线、C-C 线的剖视图。在该第5实施方式中，对与上述第1及第3实施方式同样的 部分赋予相同的标号而将说明简化或省略。
本实施方式的滑动材料70与上述第3实施方式的滑动材料50不同的 点是中间部件71的结构。艮P，在该中间部件71中，没有在要素部件25上形成贯通孔55，在要 素部件25的表面25A上，半椭圆形状的多个突起部52沿要素部件35的一 边38的方向以直线状以间距P51的间隔排列，它们在要素部件25的另一 边39的方向上以间距P52的间隔配置有多列。在该突起部52的内侧设有 空间部53，并且在突起部52上，相对于要素部件25在相同的方向上形成 有开口 54。另外，这些突起部52也可以在要素部件25的一边38的方向上 不是以直线状、而以锯齿状排列。
并且，在该滑动材料70中，与第3实施方式的滑动材料50同样，在 滑动面部件21与基材22的接合时，滑动面部件21经过开口 54含浸在中 间部件71的突起部52的空间部53的一部分(上半部)中，接合部件24 含浸在空间部53的剩余部分(下半部)中。
这里，中间部件71与中间部件23同样，通过冲压加工法等加工。此 外，滑动材料70是使用滑动面部件21、基材22、中间部件71及接合部件 24,通过与滑动材料20同样的工序制造的。进而，利用该滑动材料70制 造推力轴承装置11及导引轴承装置12。
因而，在本实施方式中，除了起到与上述第1实施方式的效果(1) (3)同样的效果以外，还起到以下的效果。
艮P，由于设在要素部件25上的突起部52的开口 54在相同的方向上形 成，所以对于朝向该开口 54的方向的负荷(图15中的+Fy方向的负荷)， 与对其他方向的负荷相比，中间部件71与滑动面部件21的接合强度变高。 由此，对于预先负荷方向是已知的设备是有效的。此外，接合部件24 (未 图示)与空间部53的接合界面相对于负荷方向(即Fy方向)大致垂直地 形成，所以也有与接合界面形成为锐角的第4实施方式相比，中间部件71 与接合部件24的接合强度变得牢固的效果。
以上，基于上述实施方式说明了本发明，但本发明并不限于此。例如， 在上述第1 第5实施方式中，叙述了滑动材料20、 40、 50、 60、 70应用 在推力轴承装置11及导引轴承装置12的滑动部件14A及14B中的情况， 但也可以应用在图16所示的重物支撑装置80的滑动部件81中。在该重物 支撑装置80中，在作为重物的房物或桥梁等建筑物82和地基83的任一个、 例如在建筑物82上设置滑动部件81，在建筑物82与地基83的另一个、例如在地基83上设置例如钢材制的基台84，这些滑动部件81与基台84可滑 动地接触。建筑物82经由滑动部件81支撑在地基83的基台84上，所以 容许温度变化带来的伸縮等变形。另外，在建筑物82与地基83之间也可 以设置吸收滑动的免震装置85等。
实施例
接着，对本发明的具体的实施例进行说明。 (实施例1)
首先，如图6所示，在厚度t-0.8mm、宽度300mm、长度300mm的 冷轧钢板制的要素部件25的表面25A上，以间距Pll=7.5mm的间隔纵横 交替地以直线状排列宽度w=3mm、整体长度L=6mm、平行部的长度 l=3mm、突出高度h=0.8mm的矩形状的突起部26，并且将它们以P12=7.5mm 的间隔配置，制作成中间部件23。
接着，将该中间部件23设置在模具31 (图7)内，将作为滑动面部件 21的聚四氟乙烯树脂材料的粉末32填充到模具31内。接着，以约 500kg^cm2的加压力， 一边使聚四氟乙烯树脂材料的一部分含浸在中间部 件23的空间部27中， 一边在中间部件23的上部成形厚度约3mm的聚四 氟乙烯树脂材料层。然后，在375。C下加热60分钟进行烧成，将聚四氟乙 烯树脂材料制的滑动面部件21和中间部件23接合，制造出接合体34。
接着，在由厚度70mm、宽度300mm、长度350mm的S45C (结构用 碳钢)构成的基材22的表面上，丝网印刷形成作为接合部件24的厚度为 150U m的Sn-3重量。/。Ag-0.5重量。/。Cu的膏状钎焊层。然后，将接合了上 述滑动面部件21的中间部件23 (接合体34)设置在接合部件24的上部， 在氮气气氛中以250"C加热5分钟,从而将基材22与接合体34的中间部件 23接合，制作成滑动材料20。
接着，如图2所示，由上述滑动材料20构成滑动部件14A，利用10 段该滑动部件14A制作推力轴承装置11，组装到发电机中，验证轴承的性 能和可靠性。在发电机的启动、停止、各种负荷变动、以及高面压、高速 的运转条件下，确认了低摩擦、耐磨损、耐烧伤性。结果，即便在恶劣的 运转条件下的长期可靠性试验中，在滑动面部件21与基材22的接合界面上也看不到剥离及脱离，也没有发生轴承损坏。
(实施例2)
如图ll所示，在厚度t0.8mm、宽度300mm、长度500mm的冷轧钢 板制的要素部件25的表面25A上，以间距P21=7.5mm的间隔以直线状、 纵横改变朝向地交替排列宽度w=3mm、整体长度L-6mm、平行部的长度 l=3mm、突出高度h=0.8mm的矩形状的突起部26，并且将它们以P22=7.5mm 的间隔配置，进而，在要素部件25的背面25B上，以间距P23-7.5mm的 间隔以直线状排列直径R-6mm、开口径为3mm、突出高度h=0.6mm的圆 形突起部42，并且将它们以P24-7.5mm的间隔配置，制作成中间部件41。
接着，将该中间部件41设置在模具31 (图7)内，将作为滑动面部件 21的聚四氟乙烯树脂的粉末32填充到模具31内。接着，以约500kg化m2 的加压力， 一边使聚四氟乙烯树脂材料的一部分含浸在中间部件41的突起 部26的空间部27及突起部42的空间部43中， 一边在中间部件41的上部 成形厚度约3mm的聚四氟乙烯树脂材料层。然后，在375。C下加热60分 钟进行烧成，将作为滑动面部件21的聚四氟乙烯树脂材料和中间部件41 接合，制造出接合体34。
接着，将接合了滑动面部件21的中间部件41 (接合体34)以滑动面 部件21为内侧进行弯曲加工，成形该接合体34，以成为滑动面部件21的 内周径约为300mm、宽度为300mm的半圆筒形。
接着，如图7及图3所示，在由宽度300mm、内径300mm、外径450mm 的S45C (结构用碳钢)构成的半圆筒形的基材22的内周面上，插置作为 接合部件24的厚度为500um的Sn-0.75重量o/。Cu的钎焊片。然后，将弯 曲加工为半圆筒形的接合体34 (接合了滑动面部件21的中间部件41)设 置在接合部件24上，在氮气气氛中以25(TC加热5分钟，从而将上述基材 22与上述接合体34的中间部件41接合，制作成滑动材料40。
接着，如图3所示，由上述滑动材料40构成滑动部件14B，利用2段 该滑动材料14B制作两分割圆筒形导引轴承装置12，与实施例1同样，组 装到发电机中，验证轴承的性能和可靠性。在发电机的启动、停止、各种 负荷变动、以及高面压、高速的运转条件下，确认了低摩擦、耐磨损、耐 烧伤性。结果，即便在恶劣的运转条件下的长期可靠性试验中，在滑动面部件21与基材22的接合界面上也看不到剥离及脱离，也没有发生轴承损 坏。
(实施例3)
如图13所示，在厚度t-0.8mm、宽度300mm、长度375mm的冷轧钢 板制的要素部件25的表面25A上，以间距P31=7.5mm的间隔以直线状排 列宽度^3mm、长度I^6mm、突出高度h=0.6mm的椭圆形突起部52，并 且将它们以P32=7.5mm的间隔配置，进而，以间距P33=7.5mm的间隔以 直线状排列直径3mm的贯通孔55，将它们以间距P34=7.5mm的间隔配置， 制作成中间部件51。
接着，将该中间部件51设置在模具31 (图7)内，将作为滑动面部件 21的聚四氟乙烯树脂的粉末32填充到模具31内。接着，以约500kgf/cm2 的加压力， 一边使聚四氟乙烯树脂材料的一部分含浸在中间部件51的空间 部53及贯通孔55中， 一边在该中间部件51的上部成形厚度约3mm的聚 四氟乙烯树脂材料层。然后，在375X:下加热60分钟进行烧成，将作为滑 动面部件21的聚四氟乙烯树脂和中间部件51接合，制造出接合体34。
接着，将接合了滑动面部件21的中间部件51 (接合体34)以滑动面 部件21为内侧进行弯曲加工，成形该接合体34，以成为滑动面部件21的 内周面的曲率半径约为500mm、宽度为300mm的曲面形状。
接着，如图7及图4所示，在由宽度为300mm、内周面的曲率半径为 500mm、内周面的周围方向的长度为350mm、外周面的曲率半径为570mm 的S45C (结构用碳钢)构成的基材22的内周面上，插置作为接合部件24 的厚度为500u m的Sn-0.75重量。/。Cu的钎焊片。然后，将弯曲加工后的接 合体34 (接合了滑动面部件21的中间部件51)设置在接合部件24上，在 氮气气氛中以250'C加热5分钟,从而将上述基材22与上述接合体34的中 间部件51接合，制作成滑动材料50。
接着，如图4所示，由上述滑动材料50构成滑动部件14B，利用8段 该滑动部件14B制作8分割圆筒形导引轴承装置12，与实施例l同样，组 装到发电机中，验证轴承的性能和可靠性。在发电机的启动、停止、各种 负荷变动、以及高面压、高速的运转条件下，确认了低摩擦、耐磨损、耐 烧伤性。结果，即便在恶劣的运转条件下的长期可靠性试验中，在滑动面部件21与基材22的接合界面上也看不到剥离及脱离，也没有发生轴承损 坏。
权利要求
1、 一种滑动材料，其特征在于， 所述滑动材料具有滑动面部件；基材，其由与所述滑动面部件不同种类的材料构成；中间部件，其设在所述滑动面部件与所述基材之间，具有多个空间部;接合部件，其将所述中间部件与所述基材接合；通过使所述滑动面部件的一部分含浸在所述中间部件的所述空间部的 一部分中，将所述滑动面部件接合在所述中间部件上；通过使所述接合部件的一部分含浸在所述中间部件的所述空间部的剩 余部分中，经由所述接合部件将所述基材接合在所述中间部件上。
2、 如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述中间部件是由金 属材料构成的板状的要素部件，在其表面或背面的至少一个上，设有多个 以凸状隆起而在内侧形成空间部的突起部，并且在这些突起部上设有使所 述要素部件的表面与背面连通的开口。
3、 如权利要求2所述的滑动材料，其特征在于，所述突起部的两端与 要素部件一体地设置并且形成为直线状，在与所述直线正交的方向的所述 突起部的下部，相互对置地设有使所述要素部件的表面与背面连通的开口 。
4、 如权利要求2所述的滑动材料，其特征在于，所述突起部的周围与 要素部件一体地设置并且形成为圆形状，在所述突起部的最突出的位置上， 设有使所述要素部件的表面与背面连通的开口。
5、 如权利要求2所述的滑动材料，其特征在于，所述突起部的一端侧 与要素部件一体地设置，并且在另一端侧，相对于所述要素部件在相同的 方向上设有使所述要素部件的表面与背面连通的开口。
6、 如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述中间部件是在要素部件的表面和背面的至少一个上以直线状或锯齿状配置相同或不同形状 的多个突起部而构成的。
7、 如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述滑动面部件由聚 四氟乙烯(PTFE)树脂材料、聚醚醚酮(PEEK)树脂材料、聚酰亚胺(PI) 树脂材料、或者具备含有陶瓷纤维或粒子的填充材料的所述树脂材料的复 合材料之中的任一种构成。
8、 如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述接合部件由具有 比所述滑动面部件的熔点或熔融温度低的熔点的Sn类金属材料构成。
9、 一种滑动材料的制造方法，其特征在于，该制造方法包括使滑动 面部件的一部分含浸在中间部件的空间部的一部分中，从而将这些滑动面 部件与中间部件接合，使接合部件的一部分含浸在所述中间部件的空间部 的剩余部分中，从而通过所述接合部件将所述中间部件与所述基材接合， 由此来制造具有滑动面部件和由与所述滑动面部件不同种类的材料构成的 基材的滑动材料，其中，所述制造方法具有以下工序来制造所述滑动面部件与所述中间部件的接合体将所述中间部件设置在模具内的工序；将所述滑动面部件的粉体插入到所述模具内的工序；一边使所述滑动面部件的粉体的一部分含浸在所述中间部件的空间部的一部分中， 一边将所述滑动面部件层叠在所述中间部件的表面上来成形成形体的工序；将所述成形体加热烧成的工序。
10、 一种滑动材料的制造方法，其特征在于，该制造方法包括使滑 动面部件的一部分含浸在中间部件的空间部的一部分中，从而将这些滑动 面部件与中间部件接合，使接合部件的一部分含浸在所述中间部件的空间 部的剩余部分中，从而通过所述接合部件将所述中间部件与所述基材接合，由此来制造具有滑动面部件和由与所述滑动面部件不同种类的材料构成的 基材的滑动材料，其中，所述制造方法具有以下工序来制造所述滑动面部件与所述中间 部件的接合体-将所述中间部件设置在模具内的工序； 将所述滑动面部件的固形物插入到所述模具内的工序； 在所述模具内将所述滑动面部件进行熔融加热的工序； 一边使所述熔融加热的所述滑动面部件的一部分含浸在所述中间部件的空间部的一部分中， 一边将所述滑动面部件层叠在所述中间部件的表面上来成形的工序；
11、 如权利要求9或10所述的滑动材料的制造方法，其特征在于，该 制造方法具有以下工序将片材状的接合部件载置在所述基材的表面上的工序； 将滑动面部件与中间部件的接合体载置在所述接合部件上的工序； 加热到所述接合部件的熔点，从而通过所述接合部件将所述基材与所 述接合体接合的工序。
12、 如权利要求9或10所述的滑动材料的制造方法，其特征在于，该 制造方法具有以下工序-在所述基材的表面通过包层压延法、熔融浸渍法、热喷涂法或蒸镀法 形成接合部件、或者在所述基材的表面通过涂布法或印刷法形成所述接合 部件的粉体的工序；将滑动面部件与中间部件的接合体载置在所述接合部件上的工序； 加热到所述接合部件的熔点，从而通过所述接合部件将所述基材与所 述接合体接合的工序。
13、 如权利要求9或10所述的滑动材料的制造方法，其特征在于，该 制造方法具有以下工序-将滑动面部件与中间部件的接合体载置在所述基材的表面上的工序；将载置有所述接合体的所述基材浸渍在熔融的接合部件的熔融液中的工序；将所述接合体及所述基材从所述接合部件的熔融液中提起的工序。
14、 一种轴承装置，其特征在于，利用权利要求1所述的滑动材料来 构成可滑动地支撑旋转轴的轴向的推力负荷的推力轴承装置、或者可滑动 地支撑所述旋转轴的旋转方向的轴振动的导引轴承装置。
全文摘要
本发明的滑动材料具有滑动面部件(21)；基材(22)，其由与该滑动面部件不同种类的材料构成；中间部件(23)，其设在滑动面部件与基材之间，具有多个空间部(27)；接合部件(24)，其将中间部件与基材接合；通过使滑动面部件(21)的一部分含浸在中间部件(23)的空间部(27)的一部分中，将滑动面部件(21)接合在中间部件(23)上；通过使接合部件(24)的一部分含浸在中间部件(23)的空间部(27)的剩余部分中，经由该接合部件(24)将基材(22)接合在上述中间部件(23)上。
文档编号F16C33/04GK101311566SQ20081009905
公开日2008年11月26日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月25日
发明者南波聪, 向井一马, 安信行, 龙坦桐 申请人:株式会社东芝