CN102272469B - 多层轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供多层轴承，其使用不含铅类的树脂组合物，在表面压力超过10MPa的高表面压力条件下，动摩擦系数及耐磨损特性等优异，而且具有稳定的滑动特性；提供多层轴承(1)，其包括金属基材(2)、形成于该金属基材(2)的一个表面的多孔层(3)和浸渍覆盖于该多孔层(3)的树脂组合物(4)，所述树脂组合物(4)为在氟树脂中至少配合热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼而成。

Description

多层轴承

技术领域

本发明涉及包括金属基材、多孔层和树脂层的多层轴承，特别涉及没有配合铅类的多层轴承。

背景技术

将含有聚四氟乙烯(以下记为PTFE)树脂和铅或氧化铅等铅类的树脂组合物浸渍覆盖在被内衬于钢板等金属板的多孔层而成的多层轴承，作为在高表面压力下滑动特性优异的轴承是已知的。铅类具有使作为PTFE树脂的缺点的耐磨损特性提高、而且滑动时促进PTFE树脂向对方材料的转移附着的效果，因此，轴承与对方材料的滑动成为互相以PTFE树脂作为主体的材料彼此之间的滑动，在摩擦系数及耐磨损特性方面，带来优异的效果。

但是，以环境保护为目的的RoHS指令、ELV指令等限制了铅类的使用，并谋求完全不含铅类的多层轴承。例如，作为不含铅类的多层轴承，提出了在PTFE树脂作为主要成分的树脂中配合碳纤维及莫氏硬度4以下的晶须而成的多层轴承(参照专利文献1)。但是，专利文献1中记载的多层轴承存在表面压力变得更高时滑动特性急剧降低的问题。另外，在滑动特性中，存在摩擦系数经时性的离差大的问题。作为解决该专利文献1的上述问题的多层轴承，已知的是在将PTFE树脂作为主要成分的树脂中配合平均粒子直径为1～50μm的粒状无机填充材料而成的多层轴承(参照专利文献2)。

但是，专利文献2中记载的多层轴承存在表面压力超过10MPa的条件下耐磨损性不充分的问题。

现有技术文献

专利文献1：(日本)特开2000-055054号公报

专利文献2：(日本)特开2002-327750号公报

发明内容

为解决这种问题而完成本发明，其目的在于提供多层轴承，其为在金属基材、多孔层及树脂组合物的任何一种中都完全不含铅类的无铅多层轴承，在表面压力超过10MPa的高表面压力条件下，动摩擦系数及耐磨损特性等优异，而且具有稳定的滑动特性。

用于解决问题的手段

本发明的多层轴承是包括金属基材、形成于该金属基材的一个表面的多孔层和浸渍覆盖于该多孔层的树脂组合物的多层轴承，其特征在于，上述树脂组合物为在氟树脂中至少配合热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼而成的氟树脂组合物。本发明的多层轴承，有具有下述更多的特征的实施方式。

其特征在于，上述氟树脂为PTFE树脂。

其特征在于，上述热塑性树脂具有在上述氟树脂的熔点-50℃～+20℃范围的熔点。另外，其特征在于，上述热塑性树脂为选自聚苯硫醚(以下记为PPS)树脂、聚醚醚酮(以下记为PEEK)树脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚树脂(以下记为PFA)中的至少一种。

其特征在于，上述碳纤维的平均纤维长度为100μm以下。另外，其特征在于，上述碳纤维为PAN系碳纤维。

其特征在于，上述氟树脂组合物相对于氟树脂100重量份，至少配合热塑性树脂0.5～13重量份、碳纤维2～20重量份、二硫化钼4～35重量份。另外，其特征在于，上述氟树脂组合物实质上由氟树脂、热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼4种成分组成。实质上由上述4种成分组成是指有意地不配合其它的配合成分。

其特征在于，上述多孔层为非铁金属的烧结层或喷镀层。另外，其特征在于，上述金属基材为钢板，上述多孔层的非铁金属为比上述钢板更软质的金属。另外，其特征在于，上述非铁金属为铜以及铜作为主要成分的铜合金。另外，其特征在于，在上述钢板镀敷有和上述非铁金属 同等的金属。

其特征在于，在上述金属基材另一表面附加有防锈用镀层。另外，其特征在于，上述防锈用镀层为锡镀层。

其特征在于，上述多层轴承为在与对方材料的滑动条件为不使用油脂类的无润滑下使用的干式轴承。其特征特别在于，上述多层轴承在表面压力超过10MPa的条件下使用。

发明效果

本发明的多层轴承由金属基材、形成于该金属基材的一个表面的多孔层和浸渍覆盖于上述多孔层的树脂组合物构成，上述树脂组合物为在氟树脂中至少配合热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼而成的氟树脂组合物，因此，尽管完全没有配合铅化合物，较之于配合有铅化合物的以往的多层轴承，也具有其同等以上的摩擦特性、耐磨损特性。

本发明的一个实施方式的多层轴承由于氟树脂为PTFE树脂，因而能够成为具有高耐热性和优异的滑动特性的多层轴承。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，热塑性树脂为具有在氟树脂熔点-50℃～氟树脂熔点+20℃范围的熔点的热塑性树脂，因而，在将树脂组合物浸渍覆盖于多孔层时，热塑性树脂能够以三维网眼结构来保持氟树脂、碳纤维、二硫化钼。因此，能够提高树脂组合物的耐磨损特性。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，热塑性树脂是选自PPS树脂、PEEK树脂、PFA共聚树脂中的至少一种热塑性树脂，因此，能够提高树脂组合物的摩擦特性和耐磨损特性。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，碳纤维的平均纤维长度为100μm以下，因此，树脂组合物中的碳纤维分散性优异、而且向多孔层的浸渍性优异。因此，能够防止树脂组合物在超过10MPa的高表面压力条件下的剥离。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，碳纤维为PAN系碳纤维，因此，能够期望树脂组合物的强度提高。因此，即使在超过10MPa的高 表面压力条件下，也能够形成耐压缩特性优异的多层轴承。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，氟树脂组合物相对于氟树脂100重量份，至少配合热塑性树脂0.5～13重量份、碳纤维2～20重量份、二硫化钼4～35重量份，因此，从低表面压力条件到高表面压力条件同样地具有低摩擦特性及耐磨损特性。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，氟树脂组合物实质上由氟树脂、热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼4种成分组成，因此，低摩擦特性及耐磨损特性稳定。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，多孔层为非铁金属的烧结层或喷镀层，因此，对作为烧结层或喷镀层的金属基材的粘接强度优异。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，金属基材为钢板，多孔层的非铁金属为比上述钢板软质的金属，因此，即使在弄错多层轴承的条件下使用并产生异常磨损的情况下，也可期待通过由软质金属组成的多孔层对烧着防患于未然。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，多孔层的非铁金属为铜或铜作为主要成分的铜合金，因而可进一步提高发生异常磨损情形下的防烧着效果。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，在钢板镀敷有和多孔层的非铁金属同等的金属，因而可进一步提高钢板和多孔层的粘接强度。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，在金属基材的另一表面附加有防锈用镀层，因此也可以在腐蚀气氛下使用。

关于本发明的一个实施方式的多层轴承，在金属基材的另一表面附加有防锈用镀层，因此，环境负担极小，无论在怎样的用途均可以广泛使用。

本发明的一个实施方式的多层轴承是在与对方材料的滑动条件是不使用油脂类的无润滑下使用的干式轴承，因此不需要进行废油的处理，即可削减成本。

附图说明

图1是多层轴承的剖面图；

图2是往复运动试验机的简略图；

图3是表示磨损量的测定结果的图；

图4是表示摩擦系数的测定结果的图。

具体实施方式

图1中示出本发明的多层轴承的一个实例。图1是多层轴承的剖面图。多层轴承1成为在钢板等金属基材2的表面形成烧结金属等的多孔层3、在该多孔层3中浸渍覆盖有树脂组合物4的三层结构体。浸渍覆盖面成为滑动面，从而获得在高表面压力下滑动特性优异的轴承。该树脂组合物4为在氟树脂中至少配合热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼而成的氟树脂组合物。以下，对树脂组合物4详细地进行说明。

成为树脂组合物4的基底树脂的氟树脂，作为即便在合成树脂中也具有优异的滑动特性的合成树脂是众所周知的，已上市的有PTFE树脂、PFA共聚树脂、四氟乙烯-六氟丙烯(以下记为FEP)共聚物树脂、乙烯-四氟乙烯(以下记为ETFE)共聚物树脂、聚氯三氟乙烯、三氟氯乙烯-乙烯共聚树脂、聚乙烯基丙烯-全氟烯烃(ポリビニリプロピレン一パ一フルオロオレフイン)共聚树脂等。在这些氟树脂中，PTFE树脂、PFA共聚树脂、FEP共聚树脂、ETFE共聚树脂都具有260℃以上的熔点，并且连续使用温度也为150℃以上，因此，可充分确保对于滑动摩擦带来的发热的耐热性，因此，优选作为多层轴承的树脂组合物的基体树脂。

在上述PTFE树脂、PFA共聚树脂、FEP共聚树脂、ETFE共聚树脂中，PTFE树脂具有327℃熔点、260℃以上的连续使用温度的高耐热性，滑动特性最高，价格也比较便宜，因此，优选其作为多层轴承的树脂组合物的基体树脂。

PTFE树脂能够使用由-(CF₂-CF₂)_n-表示的常规PTFE树脂，另外，也可以使用在常规PTFE树脂中引入全氟烷基醚基(-C_pF_2p-O-)(p为1～4的整数)或多氟烷基(H(CF₂)_q-)(q为1-20的整数)等的改性PTFE树脂。上述的改性PTFE树脂的耐压缩特性比常规PTFE树脂优异，因此可优选使 用。又及，也可以并用常规PTFE树脂和改性PTFE树脂。

这些PTFE树脂及改性PTFE树脂可采用获得常规模塑粉末的悬浮聚合法、获得细粉末的乳液聚合法的任何一种，但数均分子量(Mn)优选为从大约50万到1000万，若进一步进行限定，则优选为从50万到300万。作为PTFE树脂的市售品，以特氟隆(注册商标)7J(三井·デユポンフロロケミカル社制)作为改性PTFE树脂的市售品，可以例示特氟隆(注册商标)TG70J(三井·デユポンフロロケミカル社制)、ポリフロンM111、ポリフロンM112(ダイキン工业社工业制)、ホスタフロンTFM1600、ホスタフロンTFM1700(ヘキスト社制)等。

所希望的是，用于树脂组合物4的热塑性树脂是具有氟树脂(其为基体树脂)熔点-50℃～氟树脂熔点+20℃的范围的熔点的热塑性树脂。热塑性树脂可以三维网眼结构来保持缺少粘结作用的氟树脂、没有粘结作用的碳纤维及二硫化钼。因此，配合有热塑性树脂的该树脂组合物4，能够使彼此与和PTFE树脂烧结体同样或超出其牢固地连接在一起。通过以热塑性树脂的三维网眼结构保持氟树脂，能够改善氟树脂的不足点即耐磨损性、耐蠕变特性。热塑性树脂为熔点比氟树脂熔点-50℃低的热塑性树脂的情形，担心在氟树脂组合物的烧成工序中发生热劣化，在具有比氟树脂熔点+20℃高的熔点的热塑性树脂的情况下，有时在氟树脂组合物的烧成工序中不熔融，不能形成热塑性树脂的三维网眼结构。

氟树脂中使用PTFE树脂(熔点327℃)的情形下，作为热塑性树脂，可使用PPS树脂(熔点288℃)、PEEK树脂(熔点334℃)、PFA共聚树脂(熔点310℃)。PPS树脂对PTFE树脂的耐磨损性、耐蠕变特性的改善效果高，并且便宜，因此最适合使用。

优选热塑性树脂的配合量相对于氟树脂100重量份为0.5～13重量份。热塑性树脂的配合量不足0.5重量份时，难以形成三维网眼结构，不能获得氟树脂的耐磨损性、耐蠕变特性的改善效果。当热塑性树脂的配合量超过13重量份时，就会阻碍氟树脂的低摩擦特性。

用于树脂组合物4的碳纤维为将碳纤维粉碎处理而进行了短纤维化的短切纤维，平均纤维长度在100μm以内的短纤维在树脂组合物中的 分散性优异、向多孔层的浸渍性高，因此是所希望的。另外，不需要特别设置纤维长度的下限值，但纤维形状保持20μm程度是适合的。平均纤维长度为100μm以下的碳纤维可使用沥青系碳纤维或PAN系碳纤维中的任何一种，PAN系碳纤维模量高且增强效果高，因此优选。又及，纱线种类没有特别限定，但与在2000℃烧成、或在其以上的温度下的处理品(石墨化物)相比，优选1000℃的烧成品(碳化物)。另外，关于烧成温度，也可使用以低弹性为目标的低温烧成品或者以高弹性为目标的高温烧制品。

优选碳纤维的配合量为相对于氟树脂100重量份为2～20重量份。碳纤维的配合量如不到2重量份，则树脂组合物的耐磨损性提高的效果缺乏。碳纤维的配合量超过20重量份时，混合的均一分散性和在向多孔层的浸渍工序中的浸渍性变差，担心会产生未浸渍部分，因此不优选。又及，进一步优选的是，相对于氟树脂100重量份，碳纤维为5～16重量份。

作为碳纤维的市售产品，能够列举出トレカMLD30(东丽公司制、PAN系、平均纤维长度30μm、平均纤维直径7μm)、ベスフアイトHTA-CMF0040-0H(东邦テナツクス社制、PAN系、平均纤维长度40μm、平均纤维直径7μm)、ザイラスGM100J(大阪ガス社制、沥青系、平均纤维长度100μm、平均纤维直径12μm)等。

公知的是，用于树脂组合物4的二硫化钼作为树脂滑动轴承及润滑脂等固体润滑剂被广泛使用，作为该润滑机理，具有层状格形结构，通过滑动运动能够容易地剪断为薄层状，降低摩擦阻力。

二硫化钼的配合量优选为相对于氟树脂100重量份为4～35重量份。二硫化钼的配合量在不到4重量份下，不能获得摩擦系数的降低、耐磨损性的提高。当二硫化钼的配合量超过20重量份时，由于混合的均一分散性和向多孔层的浸渍性在浸渍工序中变差，因此，担心产生未浸渍部分而不优选，进而，担心树脂组合物的机械强度下降。作为市售品，可列举出モリコ一トマイクロサイズ(ダウコ一ニング社制)、モリパウダ一PA(住矿润滑剂公司制)等。

又及，关于氟树脂组合物，实质上除了氟树脂、热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼之外，只要在不显著降低耐磨损性、低摩擦特性、耐压缩蠕变特性等必要特性的范围，也可以配合其它添加材料，但低摩擦特性及耐磨损特性稳定最显著的是仅由氟树脂、热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼的4种成分组成的树脂组合物。

使上述的各原材料溶解或分散于溶剂中制成分散液等，通过搅拌该分散液等形成糊状后，使其向多孔层3浸渍，通过除去溶剂，获得用于本发明的多层轴承的氟树脂组合物(树脂组合物4)。作为市售的PTFE树脂分散，可例示PTFE分散液31-JR(三井·デユポンフロロケミカル社制)。

在本发明的多层轴承中，为了确保相对于金属基材2的优异的粘接强度，优选多孔层3作为非铁金属的烧结层或喷镀层而形成。作为非铁金属，铜或铜作为主要成分的铜合金摩擦磨损特性优异因而是优选的。例如，在钢板上散布厚度为0.3mm的铜合金粉末，接着，在还原气氛中加热到750～900℃温度来对铜合金粉末进行烧结，由此获得非铁金属(铜合金)的烧结层。

另外，为了进一步提高多孔层3相对于金属基材2的粘合强度，优选的是，在金属基材2的形成多孔层3的表面镀敷与该多孔层3的非铁金属同等的金属。

在本发明的多层轴承中，作为金属基材2，除钢(SPCC等结构用压延钢等)或钢之外的金属，例如可使用不锈钢或青铜等铜类合金等。即使在运转时产生异常磨损的情况下，为了对烧着防患于未然，优选的是，将金属基材设定为钢板，使多孔层的非铁金属为比上述钢板软质的金属。另外，通过使多孔层的非铁金属为上述的铜或以铜作为主要成分的铜合金，能够进一步提高防烧着效果。

关于本发明的多层轴承，为了能够在和酸性物质及腐蚀性物质接触的腐蚀气氛中使用，优选的是，在金属基材2的另一表面(形成多孔层3的面的相反面)附加有防锈用镀层。另外，为了极度减小环境负荷并且无论怎样的用途均可广泛使用，优选的是，使该防锈用镀层为锡镀层。

关于本发明的多层轴承作为在与对方材料的滑动条件是不使用油脂类的无润滑下使用的干式轴承使用，由此，不需要进行废油的处理，能够削减成本。

实施例

以下示出用于各实施例及各比较例的树脂组合物的配合材料。

(1)PTFE树脂：三井·デユポンフロロケミカル社；特氟隆(注册商标)7J

(2)PPS树脂：东ソ一社制；B160(熔点288℃)

(3)PEEK树脂：ビクトレツクス·エムシ一社制；PEEK450P(熔点334℃)

(4)聚酰亚胺树脂：宇部兴产社制；UIP-R(熔点400℃)

(5)PAN系碳纤维：东丽公司制；トレカMLD30(纤维长度30μm、纤维直径7μm)

(6)沥青系碳纤维1：大阪ガス社制；ザイラスGM-100J(纤维长度100μm、纤维直径12μm)

(7)沥青系碳纤维2：吴羽化学公司制；クレカミルド M101S(纤维长度130μm、纤维直径14.5μm)

(8)二硫化钼：ダウコ一ニング社制；モリコ一トZパウダ一

(9)四氧化三铅：铅市化学工业社制；铅丹1号

(10)硫酸钙：大日精化工业社制；硫酸钙

实施例1～实施例6及比较例1～比较例4

在两面附加有铜镀层的SPCC钢板(日新制钢社制；カツパ一タイト)的一个表面散布青铜粉末(通过#100目、留在#200目)，通过加热、加压在钢板上形成均一层厚的多孔性层(烧结金属层)。在该多孔层上，涂布以表1中所示的配合比例进行了调整的PTFE树脂组合物的分散体，在干燥炉中使溶剂蒸发，通过加热、加压使固形成分浸渍覆盖于多孔层。将这样获得的多层轴承的板材加工成宽度25mm×长度50mm×厚度1mm的形状，获得多层轴承试验片。将得到的多层轴承试验片提供给以下所示的往复运动试验，测定了摩擦系数及磨损量。对于结果，分别在图3中示出磨损量，在图4中示出摩擦系数。

表1

表2

<摩擦磨损试验>

使用图2中所示的往复运动试验机，对得到的多层轴承试验片6实施摩擦磨损试验。如图2所示，往复运动试验机5具备：固定多层轴 承试验片6的固定夹具7、保持对方材料8且经由滚针10在固定台11上进行往复运动的对方材料支架9、经由联结器12向对方材料支架9施加往复运动的液压伺服机构13、检测摩擦力的负载传感器14。将获得的多层轴承试验片6安装于固定夹具7，施加负荷15并在表2中所示的表面压力条件下压在对方材料8，从而通过负载传感器14测定在使方材料8往复运动时两者的滑动面产生的摩擦系数。在摩擦磨损试验结束后取出试验片，测定磨损量。对于表2中所示的作为低表面压力条件的往复运动试验A以及作为高表面压力条件的往复运动试验B两种，实施摩擦磨损试验。

关于往复运动试验的结果，本发明的实施例1～实施6的多层轴承，正如图3及图4所示的试验结果，不论在低表面压力条件还是在高表面压力条件下，都具有低的摩擦系数，并且耐磨损特性优异。显然，各比较例的情况的耐磨损性比各实施例差。另外，结果是，即使是配合有铅化合物的比较例1，就耐磨损性而言也比实施例差。较之于配合有铅化合物的以往的多层轴承，本发明的多层轴承为耐磨损性优异且不会给地球环境带来负担的多层轴承。

工业上的可利用性

本发明的多层轴承，尽管完全没有混合铅化合物，但是高表面压力下的滑动特性优异，且与配合铅化合物的以往的多层轴承相比，具有同等以上的摩擦特性、耐磨损特性。因此，树脂制轴承可适合应用于易产生裂缝或缺口的领域，或汽车部件、家电部件领域。

附图标记

1多层轴承

2金属基材

3多孔层

4树脂组合物

5往复运动试验机

6多层轴承试验片

7固定夹具

8对方材料

9对方材料支架

10滚针

11固定台

12联结器

13液压伺服机构

14负载传感器

15负荷

Claims (9)

1.多层轴承，其包括：

由钢板构成的金属基材，

形成于该金属基材的一个表面的多孔层，该多孔层是由比所述钢板软质的非铁金属构成的烧结层或喷镀层，和

浸渍覆盖于该多孔层的树脂组合物；

所述多层轴承特征在于，

所述树脂组合物为在聚四氟乙烯树脂中配合热塑性树脂、碳纤维、二硫化钼而成并且实质上由4种成分组成的氟树脂组合物，不包含钠米碳化硅、钠米氮化硅、纳米二氧化硅、铜粉末、或铜合金粉末，所述热塑性树脂选自具有在所述聚四氟乙烯树脂熔点-50℃～所述聚四氟乙烯树脂熔点+20℃范围的熔点的聚苯硫醚树脂和聚醚醚酮树脂中的至少一种，相对于所述聚四氟乙烯树脂100重量份，配合所述热塑性树脂0.5～13重量份、所述碳纤维2～20重量份、所述二硫化钼4～35重量份而成所述树脂组合物，所述热塑性树脂以三维网眼结构而保持所述聚四氟乙烯树脂、所述碳纤维和所述二硫化钼。

2.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，所述碳纤维的平均纤维长度为100μm以下。

3.如权利要求2所述的多层轴承，其特征在于，所述碳纤维为PAN系碳纤维。

4.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，所述非铁金属为铜或铜作为主要成分的铜合金。

5.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，在所述钢板镀敷有和所述非铁金属同等的金属。

6.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，在所述金属基材的另一表面附加有防锈用镀层。

7.如权利要求6所述的多层轴承，其特征在于，所述防锈用镀层为锡镀层。

8.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，所述多层轴承为在与对方材料的滑动条件是不使用油脂类的无润滑下使用的干式轴承。

9.如权利要求1所述的多层轴承，其特征在于，所述多层轴承在表面压力超过10MPa的条件下使用。