KR20140031988A - 수중 슬라이딩 부재, 및 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법, 및 수력 기계 - Google Patents

수중 슬라이딩 부재, 및 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법, 및 수력 기계 Download PDF

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KR20140031988A
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다다시 오구마
야스미 기자키
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

수중 환경에서 장시간 사용했을 경우에도, 기계 특성이 경시적(經時的)으로 열화하는 것을 억제한다. 실시형태의 수중 슬라이딩 부재는, 수중에서 사용되는 수중 슬라이딩 부재로서, 제1 금속 재료로 이루어지는 기재(11)와, 상기 기재(11)에 접합되고, 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층(12)과, 상기 중간층(12)의 다공질 구조의 홀 내에 일부가 용융하여 충전된 부식 방지층(122)과, 상기 부식 방지층(122) 상에 형성되고, 수지 재료로 이루어지는 차단 슬라이딩층(13)을 구비한다.

Description

수중 슬라이딩 부재, 및 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법, 및 수력 기계{UNDERWATER SLIDING MEMBER, METHOD FOR PRODUCING SAME AND HYDRAULIC MACHINE}
본 발명의 실시형태는, 수중 슬라이딩 부재, 및 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법, 및 수력 기계에 관한 것이다.
일반적으로, 수력 발전기의 슬라이딩 부재는 기름으로 윤활되어 있지만, 기름의 유출에 의한 하천 오염의 환경 문제로 수(水)윤활 베어링의 적용이 요구되고 있다.
수윤활 베어링의 슬라이딩 부재는, 금속 재료로 이루어지는 기재와, 이 기재 상에 접합되고, 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층과, 이 중간층 상에 형성된 수지 재료로 이루어지는 슬라이딩층을 갖는 것이 개시되어 있다.
일본국 특개평10-29256호 공보
슬라이딩 부재의 중간층은, 금속 재료로 이루어지는 복수의 구(球) 형상 부재가, 기재의 주면(主面) 상에, 이 주면과 결합하도록 해서 형성되고, 다공질 구조를 구성하고 있다. 복수의 구 형상 부재에 의해 구성되는 다공질 구조의 홀의 형상은, 이방(異方)이다.
슬라이딩층의 수지 재료를 홀 내에 충전시킬 경우, 홀 내의 구석구석까지 충전하는 것은 곤란하며, 홀 내에 수지 재료가 충전되지 않은 부분이 극간(隙間)으로서 잔류할 경우가 있다.
수중 환경에서는, 중간층의 다공질 구조의 홀 내에 수지 재료가 충전되지 않은 부분(극간)이 있으면, 극간에 물이 들어가게 되어, 극간을 기점으로 하여 부식이 생기게 된다(극간 부식). 극간 부식에 의해, 슬라이딩 부재(베어링 부재)를 수중에서 장시간 사용했을 경우에는 기계 특성이 경시적(經時的)으로 열화하는 과제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수중 환경에서 장시간 사용했을 경우에도, 기계 특성이 경시적으로 열화하는 것을 억제할 수 있는 수중 슬라이딩 부재, 및 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법, 및 수력 기계를 제공하는 것이다.
실시형태의 수중 슬라이딩 부재는, 수중에서 사용되는 수중 슬라이딩 부재로서, 제1 금속 재료로 이루어지는 기재와, 상기 기재에 접합되고, 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층과, 상기 중간층의 다공질 구조의 홀 내에 일부가 용융하여 충전된 부식 방지층과, 상기 부식 방지층 상에 형성되고, 수지 재료로 이루어지는 슬라이딩층을 구비한다.
도 1은 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 외관도.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
도 4는 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
도 5는 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
도 6은 제1 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
도 7은 제2 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 8은 제2 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
도 9는 제2 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서의 공정도.
(제1 실시형태)
도 1은 본 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 외관도이며, 도 2는 본 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 수중 슬라이딩 부재(이하, 「슬라이딩 부재」라고 약기할 경우가 있음)(10)는, 제1 금속 재료로 이루어지는 기재(11)와, 이 기재(11) 상에 접합되고, 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층(12)과, 적어도 중간층(12) 상에 형성되고, 전기 절연성을 가지는 부식 방지층(122)(부식 전류 차단층)과, 적어도 부식 방지층(122) 상에 형성되고, 도전성이 있는 충전재를 함유하는 수지 재료로 이루어지고, 중간층의 다공질 구조의 홀 내에 수지 재료의 일부가 충전된 슬라이딩층(13)을 갖고 있다.
슬라이딩층(13)의 수지 재료는, 기계 특성 향상의 관점에서 카본 섬유 등의 도전성이 있는 충전재를 함유하고 있다. 한편, 도 1에서, 참조 부호 15로 나타내는 부재는, 슬라이딩 부재(10)가 슬라이딩하는 축의 슬라이딩면을 나타내고, 이에 따라, 본 실시형태에 있어서의 슬라이딩 부재(10)는 베어링으로서 기능한다.
중간층(12)은, 제2 금속 재료로 이루어지는 복수의 구 형상 부재(121)가, 기재(11)의 주면(11A) 상에 있어서, 이 주면(11A)과 결합하도록 해서 형성되어 있다. 중간층(12)은, 복수의 구 형상 부재(121)가 기재(11)의 주면(11A)을 따라 제1 홀(121A)을 개재하여 나열됨으로써, 다공질 구조를 구성하고 있다. 한편, 복수의 구 형상 부재(121)의 기재(11)의 주면(11A)에 대한 결합은, 예를 들면 이하에 설명하는 경납재를 사용하는 방법(브레이징(brazing) 접합법) 혹은 고상(固相) 확산 접합법에 의해 행할 수 있다. 구 형상 부재(121)는, 일부 또는 전부가 섬유 형상 부재여도 된다.
도 1 및 도 2에서 분명한 바와 같이, 복수의 구 형상 부재(121)에 의해 구성되는 다공질 구조에 있어서, 제1 홀(121A)의 형상은, 이방이다. 슬라이딩층(13)의 수지 재료를 제1 홀(121A) 내에 충전시킬 경우, 제1 홀(121A) 내의 구석구석까지 충전하는 것은 곤란하며, 제1 홀(121A) 내에 수지 재료가 충전되지 않은 부분이 극간으로서 잔류할 경우가 있다.
부식 방지층(122)은, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 구 형상 부재(121)의 표면을 덮고 있다. 부식 방지층(122)은, 슬라이딩층(13)의 수지 재료보다 융점이 낮은 재료일 경우에는, 제1 홀(121A) 내에서 슬라이딩층(13)의 수지 재료가 충전되지 않은 부분(극간)에 들어가, 극간을 충전한다.
슬라이딩층(13)은, 부식 방지층(122) 상에 형성되어 있다. 슬라이딩층(13)은, 중간층(12)의 제1 홀(121A)을 부식 방지층(122)으로 피복한 후에 형성되는 제2 홀(122A) 내에, 그 일부가 들어가, 제2 홀(122A)에 충전된다.
본 실시형태의 수중 슬라이딩 부재는, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 구 형상 부재(121)의 표면을 덮도록, 부식 방지층(122)이 형성되어 있다. 이 때문에, 슬라이딩층(13)의 수지 재료가 카본 섬유 등의 도전성이 있는 충전재를 함유할 경우에도, 수중 환경에서 축(15)으로부터 슬라이딩 부재(10)를 통해 베어링 기재에 흐르는 부식 전류를 차단할 수 있어, 축의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 다공질 구조인 중간층(12)이 구비하는 제1 홀(121A) 내에 슬라이딩층(13)의 수지 재료가 충전되지 않은 부분(극간)이 있으면, 수중 환경에서는, 그 극간에 물이 들어간다. 이 때문에, 극간을 기점으로 하여 부식이 생기게 된다(극간 부식).
그러나, 본 실시형태에 있어서는, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 구 형상 부재(121)의 표면을 덮도록, 부식 방지층(122)이 형성되어 있다. 이 때문에 제1 홀(121A) 내에 극간이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이에 따라 극간 부식을 억제할 수 있다. 그 결과, 슬라이딩 부재(10)(베어링 부재)를 수중에서 장시간 사용했을 경우에도, 기계 특성이 경시적으로 열화하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 슬라이딩 부재(10)를 수중에서 장시간 사용했을 경우에도, 축(15)으로부터 슬라이딩 부재(10)를 통해 베어링 기재에 흐르는 부식 전류를 차단함으로써 축의 부식을 방지할 수 있음과 함께, 장기에 걸쳐 높은 기계 특성을 나타낼 수 있다.
기재(11)는, 내식성 및 기계 특성이 우수한, 철 및 크롬으로 이루어지는 스테인리스강, 철, 크롬, 및 니켈로 이루어지는 스테인리스강, 및 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 실리콘, 니오븀 및 티타늄으로 이루어지는 스테인리스강으로 구성할 수 있다.
중간층(12)을 구성하는 구 형상 부재(121)도, 기재(11)와 마찬가지로, 내식성 및 기계 특성이 우수한, 철 및 크롬으로 이루어지는 스테인리스강, 철, 크롬, 및 니켈로 이루어지는 스테인리스강, 및 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 실리콘, 니오븀 및 티타늄으로 이루어지는 스테인리스강으로 구성할 수 있다.
부식 방지층(122)은, 전기적 절연성을 갖고 있으면 어떠한 재료로 구성해도 된다. 단, 이하에 설명하는 제조 방법에 기인하여, 융점이 낮은 불소 수지, 특히, 퍼플루오로에틸렌 수지(융점 300∼310℃), 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로에틸렌 공중합체(융점 260℃)로 부식 방지층(122)을 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 이들 수지 및 공중합체에는, 필요에 따라 수지계, 세라믹스계, 금속계의 충전재, 예를 들면 위스커(whisker)나 섬유, 입자 형상의 충전재를 함유시킬 수 있다.
슬라이딩층(13)은, 소정의 수지 재료로 구성할 수 있다. 예를 들면 사불화에틸렌 수지(융점 327℃), 퍼플루오로에틸렌계 수지(융점 300∼310℃), 헥사플루오로프로필렌 수지(융점 260℃), 폴리에테르에테르케톤 수지(융점 334℃), 폴리페닐렌설파이드 수지(융점 280℃) 등을 사용할 수 있다. 사불화에틸렌 수지 등의 불소계 수지는, 마찰 계수가 낮지만, 기계 특성이 약간 낮다. 한편, 폴리에테르에테르케톤 수지 등의 수지는, 마찰 계수가 높지만, 기계 특성도 높다. 따라서, 슬라이딩층(13), 즉 슬라이딩 부재(10)에 대하여 요구되는 특성을 적정 고려하여, 최적의 재료를 선택할 필요가 있다.
단, 본 실시형태에서 나타내는 바와 같이, 슬라이딩 부재(10)를 베어링 부재로서 사용할 경우에는, 슬라이딩 부재(10)의 기계 특성은, 기재(11)에 의해 어느 정도 담보되고 있다. 이 때문에, 슬라이딩층(13)은, 주로 마찰 계수가 낮고, 슬라이딩 특성이 우수한 것이 바람직하다. 따라서, 상술한 재료 중에서도 불소계 수지, 특히 사불화에틸렌 수지가 바람직하다. 한편, 이들 수지 재료는, 기계 특성 향상의 관점에서 위스커나 섬유, 입자 등의 충전재를 함유시키고 있다.
수지 재료에 함유시키는 충전재는, 탄소 및 그라파이트 중 적어도 한쪽을 함유하는 섬유 및 입자로 이루어지는 충전재, 또한, 티타늄산칼륨, 붕산알루미늄 및 산화아연 중 적어도 1종의 위스커, 섬유 및 입자로 이루어지는 추가적인 충전재를 함유한다. 이들 충전재는, 특히, 슬라이딩하는 상대 부재가 스테인리스강 등으로 이루어질 경우에 있어서, 상대 부재를 마모시키거나, 손상시키거나 하지 않고, 높은 내(耐)마모성을 가질 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 슬라이딩 부재(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 3∼도 6은 슬라이딩 부재(10)의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정도이다. 한편, 도 3∼도 6은 도 2에 나타내는 슬라이딩 부재(10)의 단면도에 관련시켜, 슬라이딩 부재(10)의 제조 과정에 있어서의 각 공정의 상태를 나타낸 것이다.
처음에, 도 3에 나타내는 바와 같이 금형(17)을 준비하고, 이 금형(17) 내에 기재(11)를 배치하고, 기재(11)의 주면(11A) 상에 도시하지 않은 경납재를 도포한다. 이어서, 기재(11)의 주면(11A) 상에, 복수의 구 형상 부재(121)를 소정의 피치로 배치함과 함께, 기재(11) 및 구 형상 부재(121), 및 경납재를 감압 분위기 하, 가열해서 경납재를 용융시킨다. 그 후, 냉각함으로써, 복수의 구 형상 부재(121)를 기재(11)의 주면(11A) 상에 경납재를 통해 결합한다(브레이징 접합법). 이와 같이 하여, 다공질 구조의 중간층(12)이 형성된다.
한편, 경납재를 사용하는 대신에, 고상 확산 접합법에 의해, 복수의 구 형상 부재(121)를 기재(11)의 주면(11A)에 대하여 직접 결합시킴으로써, 다공질 구조의 중간층(12)을 형성할 수도 있다.
이어서, 불소 수지 등의 원료 분말을 미리 유기 용매 중에 용해 혹은 분산시켜 용액 혹은 분산액을 준비한다. 그리고, 이 용액 혹은 분산액에, 복수의 구 형상 부재(121)를 결합한 기재(11)를 함침시킴으로써, 용액 혹은 분산액을 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 구 형상 부재(121)의 표면에 도포한 후에, 건조한다. 이와 같이 하여, 상기의 원료 분말을 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 구 형상 부재(121) 상에 부착시킨다. 그 후, 상기 원료 분말을 가열하여 용융 처리시킴으로써, 부식 방지층(122)을 형성한다.
한편, 원료 분말의 가열 용융 처리는, 이하에 설명하는 슬라이딩층(13)을 형성할 때의 소성(燒成)의 공정에서 동시에 행할 수 있다. 이 경우, 부식 방지층(122)을 형성할 경우의 공정을 별도 마련할 필요가 없으므로, 슬라이딩 부재(10)의 제조 공정을 간략화할 수 있다.
이어서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 슬라이딩층(13)의 원료 분말인 사불화에틸렌 수지 등의 원료 분말(13X)을, 복수의 구 형상 부재(121)를 내포한 부식 방지층(122) 상에 분산 배치시킨다. 그리고, 그 분산 배치한 원료 분말(13X) 상에 부직포(16) 및 압력 전달 매체(18)를 배치한다. 한편, 부직포(16) 및 압력 전달 매체(18)는, 후에 상(上) 펀치를 이용하여 압축 성형했을 때에, 당해 상 펀치의 이형성(離型性)을 향상시키기 위한 것이다. 이 때문에, 압력 전달 매체(18)로서는, 마찰 계수가 낮은 불소계 수지, 특히는 사불화에틸렌 수지의 분말로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 이 공정에서, 원료 분말(13X)의 일부는, 부식 방지층(122)으로 피복된 후에 형성된 제2 홀(122A)에 충전된다.
이어서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 부직포(16) 및 압력 전달 매체(18)를 개재하여, 상 펀치(19)를 이용하여 원료 분말(13X)을 압축 성형함과 함께, 소정의 온도에서 가열하여 원료 분말(13X)을 소성시켜, 슬라이딩층(13)을 형성한다. 한편, 상술한 바와 같이, 도 5에 나타내는 공정에서, 원료 분말(X)을 소성할 때에 아울러 부식 방지층(122)의 원료 분말을 가열 용융 처리시켜, 당해 부식 방지층(122)을 형성할 수도 있다.
상기 가열 온도는, 원료 분말(13X)을 사불화에틸렌 수지 등과 같이 저융점의 불소계 수지로 구성할 경우에는, 400℃ 이하의 온도로 설정한다. 또한, 도 5에 나타내는 공정에서, 부식 방지층(122)의 원료 분말을 상술한 바와 같이 퍼플루오로에틸렌 수지 등으로 하고, 상기한 바와 마찬가지로 400℃ 이하의 온도에서 가열해도 된다. 이와 같이 함으로써, 원료 분말(13X)의 소성과 동시에 가열 용융 처리할 수 있고, 목적으로 하는 부식 방지층(122)을 형성할 수 있다.
한편, 이 공정에서, 원료 분말(13X)은, 중간층(12)의 다공질 구조의 제2 홀(122A) 내에 충분히 충전된다. 이때, 제2 홀(122A) 내에, 극간이 생겼다고 해도, 상술한 바와 같이, 부식 방지층(122)에 의해, 제1 홀(121A)의 극간이 생기는 개소에는 미리 부식 방지층(122)이 형성되어, 당해 극간을 매설(埋設)하고 있다. 이 때문에, 극간 부식의 원인이 되는, 극간의 생성을 억제할 수 있다.
이어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상 펀치(19)를 개방한 후, 부직포(16) 및 압력 전달 매체(18)를 제거함으로써, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 목적으로 하는 슬라이딩 부재(10)를 얻을 수 있다.
상기 예에서는, 금형(17) 내에서 기재(11) 상에 중간층(12)을 형성했지만, 이에 한하지 않는다. 금형(17) 외에서, 기재(11) 상에 중간층(12)을 미리 형성한 후에, 도 4에서 설명하는, 슬라이딩층(13)을 형성하는 단계에서, 기재(11) 및 중간층(12)을 포함하는 어셈블리를 금형(17) 내에 배치할 수도 있다.
한편, 본 실시형태의 슬라이딩 부재(10)(베어링 부재)는, 예를 들면, 수차, 수차 발전기, 펌프 등의 수력 기계에 있어서의 슬라이딩 부재(베어링 부재)로서 바람직하게 사용할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 7은 본 실시형태에 있어서의 수중 슬라이딩 부재의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 한편, 본 실시형태의 수중 슬라이딩 부재의 외관도는, 제1 실시형태에 있어서의 도 1에 나타내는 형태와 마찬가지이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 수중 슬라이딩 부재(이하, 「슬라이딩 부재」라고 약기할 경우가 있음)(20)는, 중간층(22)의 구성이, 도 2에 나타내는 제1 실시형태에 있어서의 중간층(12)의 구성과 상이하고, 그 밖의 구성에 대해서는 마찬가지이다. 이 때문에, 중간층(22)의 구조를 중심으로 설명한다. 한편, 도 1 및 도 2에 나타내는 구성 요소와 동일 혹은 유사한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 사용하고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 슬라이딩 부재(20)는, 제1 금속 재료로 이루어지는 기재(11)와, 이 기재(11)에 접합되고, 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층(22)과, 적어도 중간층(22) 상에 형성되고, 전기 절연성을 가지는 부식 방지층(122)과, 적어도 부식 방지층(122) 상에 형성되고, 도전성이 있는 충전재를 함유하는 수지 재료로 이루어지고, 중간층(22)의 다공질 구조의 홀 내에 수지 재료의 일부가 충전된 슬라이딩층(13)을 갖고 있다. 이 수지 재료는, 기계 특성 향상의 관점에서 카본 섬유 등의 도전성이 있는 충전재를 함유하고 있다. 한편, 본 실시형태에 있어서의 슬라이딩 부재(20)도, 제1 실시형태에 있어서의 슬라이딩 부재(10)와 마찬가지로, 베어링으로서 기능시킬 수 있다.
중간층(22)은, 제2 금속 재료로 이루어지고, 다공질 구조를 구성하고 있다. 본 실시형태에서는, 중간층(22)은, 두께 방향을 따른 단면이, 예를 들면 T자형인 쐐기형 부재(221)가, 기재(11)의 주면(11A) 상에 복수 형성되어 있고, 그 복수의 쐐기형 부재(221)가 주면(11A)과 결합하여 다공질 구조를 구성하고 있다. 중간층(22)은, 예를 들면, 펀칭 플레이트의 펀치 구멍 중 적어도 일부가 연통(連通)하도록 적층시킴으로써 형성된다. 부식 방지층(122)은, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 쐐기형 부재(121)의 표면을 덮도록 형성되어 있다.
본 실시형태의 수중 슬라이딩 부재는, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 쐐기형 부재(221)의 표면을 덮도록, 부식 방지층(122)이 형성되어 있다. 이 때문에, 슬라이딩층(13)의 수지 재료가 카본 섬유 등의 도전성이 있는 충전재를 함유할 경우에도, 수중 환경에서 축(15)으로부터 슬라이딩 부재(10)를 통해 베어링 기재에 흐르는 부식 전류를 차단할 수 있어, 축의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 다공질 구조인 중간층(22)이 구비하는 제1 홀(221A) 내에 수지 재료가 충전되지 않은 부분(극간)이 있으면, 수중 환경에서는, 극간에 물이 들어간다. 이 때문에, 극간을 기점으로 하여 부식이 생기게 된다(극간 부식).
그러나, 본 실시형태에 있어서는, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 쐐기형 부재(221)의 표면을 덮도록, 부식 방지층(222)이 형성되어 있다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 제1 극간을 억제할 수 있고, 이에 따라 극간 부식을 억제하고, 슬라이딩 부재(20)(베어링 부재)를 수중에서 장시간 사용했을 경우에도, 기계 특성이 경시적으로 열화하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 슬라이딩 부재(20)를 수중에서 장시간 사용했을 경우에도, 축(15)으로부터 슬라이딩 부재(20)를 통해 베어링 기재에 흐르는 부식 전류를 차단함으로써 축의 부식을 방지할 수 있음과 함께, 장기에 걸쳐 높은 기계 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 그 밖의 특징, 예를 들면, 중간층(22)의 쐐기형 부재(221)의 구성 재료 등은, 제1 실시형태에 있어서의 슬라이딩 부재(10)의 구 형상 부재(121)와 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시형태의 슬라이딩 부재(20)의 제조 방법은, 중간층(22)의 다공질 구조가 복수의 구 형상 부재(121)로 구성되는 대신에, 복수의 쐐기형 부재(221)로 구성되는 점 이외는, 기본적으로는, 도 3∼도 6에 나타내는 경우와 마찬가지이다.
한편, 복수의 쐐기형 부재(221)의 형성은, 미리 단면 형상이 T자형의 복수의 쐐기형 부재(221)를 준비하고, 이들을 복수의 구 형상 부재(121) 대신에 사용하여 행할 수도 있다. 그 밖에, 예를 들면 크기가 상이한 복수의 펀치 구멍이 형성된 2매의 판 형상 부재를, 당해 펀치 구멍이 겹치도록 해서 적층함으로써, 복수의 쐐기형 부재(221)를 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는, 펀치 구멍이 형성된 2매의 판 형상 부재를 사용하여 복수의 쐐기형 부재(221)를 형성할 경우의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(11)의 주면(11A) 상에, 펀치 구멍(221-2A)이 형성된 하(下) 판 형상 부재(221-2X)를 브레이징 등에 의해 결합 배치한다. 이어서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 펀치 구멍(221-1A)이 형성된 상 판 형상 부재(221-2X)를, 펀치 구멍(221-1A)과 펀치 구멍(221-2A)이 일치하도록 하여, 브레이징 등에 의해 하 판 형상 부재(221-1X)에 대하여 결합 배치한다. 이 결과, 도 7에 나타내는 바와 같은 쐐기형 부재(221)를 형성할 수 있다.
한편, 그 밖의 부식 방지층(122)이나 슬라이딩층(13) 등을 형성하는 공정은, 도 3∼도 6에 나타내는 공정과 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시형태의 슬라이딩 부재(20)(베어링 부재)는, 예를 들면, 수차, 수차 발전기, 펌프 등의 수력 기계에 있어서의 슬라이딩 부재(베어링 부재)로서 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서는, 중간층(12 및 22)의 다공질 구조를 구성하는 부재를 구 형상 및 쐐기형으로 했지만, 중간층(12 및 22)의 다공질 구조가 슬라이딩층(13)에 대한 앵커 효과를 나타낸다는 요건을 만족하면, 상기 부재의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 중간층(12 및 22)의 다공질 구조의 홀은 관통하고 있지 않아도 된다.
[실시예]
(실시예 1)
우선, 원통 형상을 가지는 SUS316 스테인리스로 이루어지는 기재(11)의 주면(11A)에 Ag-56질량％ Cu 경납재를 도포했다. 그리고, 직경 3㎜의 SUS316 스테인리스로 이루어지는 복수의 강구(鋼球)(121)를 그 위에 산포했다. 그 후, 1050℃, 10-3Torr의 진공 중에서 가열 처리를 행하고, 복수의 강구(121)를 기재(11)의 주면(11A)에 결합시켰다. 이와 같이 하여, 다공질 구조의 중간층(12)을 형성했다.
이어서, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 강구(121)의 표면에, 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체의 수지 분말(부식 방지층(122)의 원재료)을 용매에 분산하여 이루어지는 분산액을 도포하고, 건조시키는 공정을, 최종적인 두께가 0.5㎜가 될 때까지 반복했다. 이와 같이, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 강구(121)의 표면에 상기 수지 분말을 부착시켰다.
이어서, 기재(11) 및 복수의 강구(121)를 내포하고, 부식 방지층(122)을 포함하는 중간층(12)으로 이루어지는 어셈블리를, 금형(17) 내에 배치했다. 그리고, 이 어셈블리 상에 30질량％ 탄소 섬유를 함유한 사불화에틸렌 수지의 원료 분말을 충전했다. 탄소 섬유는, 직경 7∼10㎛, 길이 3㎜의 단섬유를 사용했다.
이어서, 원료 분말상에 두께 0.3mm의 부직포(16) 및 PTFE로 이루어지는 압력 전달 매체(분말)(18)를 배치하고, 평면 형상을 갖는 성형 펀치(19)에 의해, 압력 50㎫로 1방향으로 압축 성형했다.
이어서, 부직포(16) 및 압력 전달 매체(18)를 제거한 후, 상기 원료 분말의 성형체를 370℃, 2시간 가열했다. 이에 따라, 성형체를 가열 용융하여 슬라이딩층(13)을 형성함과 함께, 기재(11)의 주면(11A) 및 복수의 강구(121)의 표면에 부착된 수지 분말을 가열 용융하여, 당해 표면에 부식 방지층(122)을 형성했다.
이와 같이 하여 얻은 슬라이딩 부재의 부식 전류의 흐름 상태를 조사한 바, 부식 전류는 차단되어, 극간 부식이 생기지 않음을 확인했다.
이상 설명한 적어도 하나의 실시형태에 의하면, 수중 환경에서 장시간 사용했을 경우에도, 기계 특성이 경시적으로 열화하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 몇 가지의 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 게시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
10: 수중 슬라이딩 부재(베어링 부재)
11: 기재
11A: 기재의 주면
12, 22: 중간층
121: 구 형상 부재
121A, 221A: 제1 홀
122: 부식 방지층
122A, 222A: 제2 홀
13: 슬라이딩층
15: 축
20: 수중 슬라이딩 부재(베어링 부재)
221: 쐐기형 부재

Claims (12)

  1. 수중에서 사용되는 수중 슬라이딩 부재로서,
    제1 금속 재료로 이루어지는 기재와,
    상기 기재에 접합되고, 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층과,
    상기 중간층의 다공질 구조의 홀 내에 일부가 용융하여 충전된 부식 방지층과,
    상기 부식 방지층 상에 형성되고, 수지 재료로 이루어지는 슬라이딩층을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재의 상기 제1 금속 재료는, 철 및 크롬으로 이루어지는 스테인리스강, 철, 크롬, 및 니켈로 이루어지는 스테인리스강, 및 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 실리콘, 니오븀 및 티타늄으로 이루어지는 스테인리스강 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간층의 상기 제2 금속 재료는, 철 및 크롬으로 이루어지는 스테인리스강, 철, 크롬, 및 니켈로 이루어지는 스테인리스강, 및 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 실리콘, 니오븀 및 티타늄으로 이루어지는 스테인리스강 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부식 방지층은, 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩층을 구성하는 상기 수지 재료는, 사불화에틸렌 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬라이딩층은, 탄소 및 그라파이트 중 적어도 한쪽을 함유하는 섬유 및 입자로 이루어지는 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 슬라이딩층은, 티타늄산칼륨, 붕산알루미늄 및 산화아연 중 적어도 1종의 위스커(whisker), 섬유 및 입자로 이루어지는 추가적인 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재.
  8. 수중에서 사용되는 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법으로서,
    제1 금속 재료로 이루어지는 기재에 제2 금속 재료로 이루어지는 다공질 구조의 중간층을 결합시키는 공정과,
    상기 중간층의 다공질 구조의 홀 내에 일부가 용융하여 충전된 부식 방지층을 형성하는 공정과,
    상기 부식 방지층 상에 수지 재료로 이루어지는 슬라이딩층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부식 방지층은, 원료 분말을 적어도 상기 중간층 상에 미리 분산시킨 혼합 분말을 함침시키면서 성형한 후, 가열해서 용융 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩층은, 상기 수지 재료의 분말을 상기 부식 방지층 상에 분산 배치시킨 후, 압축 성형 및 소성(燒成)시킴으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 수중 슬라이딩 부재의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 수중 슬라이딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 베어링 부재.
  12. 제11항에 기재된 수중 슬라이딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수력 기계.
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