CN103201531A - 复合滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以烧结金属为基材，具有合成树脂的轴承层，能得到精密的、稳定的旋转扭矩的滑动轴承，是一种可用作例如房间空气调节器用压缩机或汽车空调用压缩机的旋转轴、汽车、建设机械等的变速器等之类的承受较大的径向负荷、轴向负荷的滑动轴承的高精度的滑动轴承。在该复合滑动轴承中，重叠在圆筒状的滑动轴承的烧结金属基材(1)的内径面一侧上一体地设置有树脂层(2)，该树脂层(2)由在芳香族聚醚酮类树脂中添加有纤维状填料的树脂组合物构成，纤维状填充剂(3)被取向并分散在树脂层中，以使其纤维的长度方向与轴承的旋转方向以45～90度交叉，该树脂层(2)的层厚设为0.1～0.7mm。纤维两端的边缘引起的对偶件的磨耗损伤得以减轻，摩擦系数稳定。由此，制成以烧结金属为基材1，具有合成树脂的轴承层2，能得到精密的、稳定的旋转扭矩的复合滑动轴承。

Description

复合滑动轴承
技术领域
本发明涉及可用作使润滑性稳定、旋转精度高的滑动轴承，尤其是以烧结金属为基材、形成有由芳香族聚醚酮类树脂(PEK树脂)构成的树脂层的复合滑动轴承。
背景技术
以往，作为旋转精度高的滑动轴承，已知的有使油浸润多孔烧结金属而得的滑动轴承。该滑动轴承只要使油浸润到烧结金属类的多孔材料中后使用，就可以连续地将油供给到滑动界面上，因而可以稳定地减少摩擦力。
这种滑动轴承所连接的对偶件通常多为与这种轴承相同的金属材料，不存在由线膨胀不同引起的所谓的“夹紧、脱落”等担心，可提高加工精度，适用于对旋转精度有要求的用途。
此外，作为上述以外的具有自润滑性的滑动轴承，已知的有在树脂中掺入四氟乙烯树脂(PTFE)、石墨、二硫化钼等固体润滑剂、或掺入润滑油或蜡而制成的滑动轴承。
但是，使油浸润到多孔烧结金属上而使用的滑动轴承在轴或被固定的对偶件为软质材料时，存在使对偶件磨损之虞，并有在润滑油供给中断等情况下发生金属接触之虞。
尤其是在滑动轴承的材料使用滑动特性更好的树脂材料的情况下，若对偶件为软质材料，则即使不攻击对偶件，也会因树脂的收缩膨胀等而夹紧轴，而且，产生将轴承的间隙设大的必要，这样，就存在旋转精度变差的问题。
因此，已知有这样一种高精度滑动轴承(专利文献1)，其使用金属作为轴承外周部，在该轴承外周部的滑动部上嵌入树脂材料并使之成形，形成树脂层，并在该轴承外周部的表面中的至少与上述树脂层接触的轴承外周部的表面部分设有细小的凹部，使上述树脂层中的(树脂材料的线膨胀系数)×(树脂层的壁厚)在0.15以下，使上述凹部所占表观面积的合计为与上述树脂层接触的轴承外周部的表面部分的面积的25～95％。
此外，这种高精度滑动轴承存在射出成形时的浇口痕迹对轴承性能产生不良影响的情况，而且存在对浇口痕迹的处理会导致生产工序增加、生产效率差的情况。
为了应对这种问题，已知有在烧结金属上形成树脂层时，经过隧道式浇口进行嵌入成形的高精度滑动轴承(专利文献2)。
这种高精度滑动轴承可以用于复印机或印刷机的感光鼓、显影部、定影部的支承轴承或滑架轴承。
专利文献
专利文献1：日本特开2003-239976号公报
专利文献2：日本特开2005-337381号公报
发明内容
但是，上述以往的高精度轴承在树脂层的耐磨损性方面未获得充分的特性，因而存在难以用于高负荷、高旋转部位的问题。
例如，存在难以将上述以往的高精度轴承用作为了支承房间空气调节器、汽车空调等的压缩机的旋转轴或支承汽车、建设机械等的变速器的旋转轴而要求精密的旋转精度且会承受大的径向负荷或轴向负荷的滑动轴承的问题。
本发明提供这样一种滑动轴承，其能够解决上述问题，以烧结金属为基材，具有合成树脂的轴承层，能得到精密的、稳定的旋转扭矩，是一种可用作例如房间空气调节器用压缩机或汽车空调用压缩机的旋转轴、汽车或建设机械等的变速器等那样的承受比较大的径向负荷、轴向负荷的滑动轴承的高精度的滑动轴承。
换言之，为了使上述使用成为可能，本发明提供一种提高了在以往的高精度轴承中不足的耐负荷性、耐热性、低摩擦特性、耐磨损特性的高精度滑动轴承。
为了解决上述课题，在本发明中，重叠在滑动轴承的烧结金属制基材上一体地设置有树脂层，该树脂层由在芳香族聚醚酮类树脂中添加有纤维状填料的树脂组合物(PEK树脂组合物)构成，前述纤维状填充剂被取向成使其纤维的长度方向与轴承的旋转方向以45～90度交叉，将前述树脂层设置成层厚0.1～0.7mm，形成复合滑动轴承。
上述那样构成的本发明的复合滑动轴承通过向形成树脂层的芳香族聚醚酮类树脂中添加纤维状填充剂，并使纤维状填充剂取向成使纤维的长度方向与轴承的旋转方向以45～90度交叉，且分散在芳香族聚醚酮类树脂中的状态，由此，纤维的两端在边缘，对偶件发生磨耗损伤的机会减小，轴承旋转时的摩擦系数减少，轴承的扭矩变动小，稳定。由此，形成以烧结金属为基材、具有合成树脂的轴承层和精密的、稳定的轴承扭矩的复合滑动轴承。
此外，为了将上述那样地切实取向的纤维状填充剂分散到树脂层中，优选上述树脂层为通过重叠在基材上射出成形而一体化的树脂层。
此外，为了使纤维状填充剂分散成稳定的、取向的状态，树脂层的厚度优选为基材的轴径方向厚度的1/8～1/2，此外，为了通过射出成形等而进行取向和分散，使其交叉角度为45～90度，纤维状填充剂的平均纤维长优选为0.02～0.2mm。
此外，为了提高基材与树脂层的密着性和确保所需要的导热性，基材的理论密度比优选为0.7～0.9。
由于使用这种烧结金属基材，因而容易使热从树脂层到轴承基材、再从轴承基材到外部放出。此外，由于表面为凹凸形状，因而表面积大，与树脂层的锚固效果高，能提高密着强度。
通过射出成形，尤其是通过嵌入成形而在基材上形成由芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物构成的树脂层，射出成形时树脂层深陷到烧结金属表面的凹凸，真正的结合面积增大，因此，树脂层与轴承基材的密着强度提高。此外，由于树脂层与轴承基材的真正的结合面积增加，树脂层与烧结金属间没有间隙，因此，树脂层的热容易传到轴承基材。
此外，由于在高尺寸精度的烧结合金的表面上通过嵌入成形形成薄的树脂层，因而能制成尺寸精度高的轴承。
通过使芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物中的碳纤维的平均纤维长在0.02～0.2mm，即使在0.1～0.7mm的薄的嵌入成形中，也能确保稳定的熔融流动性。
此外，通过使芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度在50～200Pa·s，能顺利地在烧结金属基材的表面上进行0.1～0.7mm的薄的嵌入成形。
成形时，由于未将油浸润到作为基材的烧结金属上，因而不会妨碍树脂层与轴承基材的密着强度。
通过使轴承基材的材质为以铁为主要成分的烧结金属，尤其是铜的含量在10％以下的铁系烧结金属，能提高树脂层与轴承基材的密着性。
此外，通过使轴承基材与树脂层的剪切强度在2MPa以上，即使在高PV条件下作为滑动轴承使用，也不会出现树脂层从轴承基材上剥离的现象。
在本发明的复合滑动轴承中，由于在树脂层中采用芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物，因而摩擦磨损特性、耐咬粘性、各种耐化学药品性、耐油性优异。
通过对铁系烧结金属基材实施蒸汽处理，能除去烧结成形工序(成形、再压)时的附着物(油等)，因此，树脂层与轴承基材的密着强度稳定。
上述树脂组合物中，优选以碳纤维5～30体积％、四氟乙烯树脂1～30体积％为必须成分，剩余部分为芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物，上述碳纤维优选为PAN类碳纤维。
此外，上述复合滑动轴承优选在选自圆筒状或带凸缘的的圆筒状的轴承基材的内径侧、外径侧及端面侧中的一个以上的侧面上设有前述树脂层。
本发明的复合滑动轴承为在烧结金属基材上形成有由PEK树脂组合物构成的厚0.1～0.7mm的树脂层的轴承，因此，即使在用作支承径向负荷的圆筒状轴承、支承径向负荷和轴向负荷的轴承、支承轴向负荷的止推垫圈的情况下，仍为放热性高、变形/磨损小、低摩擦系数的轴承。
此外，该复合滑动轴承可用作有液压油、冷冻机油、润滑油、变速器油、发动机油、制动油等油或润滑脂存在的轴承。
本发明的复合滑动轴承在烧结金属基材上以规定的厚度设有由在芳香族聚醚酮类树脂中使纤维状填料以规定方向取向的树脂组合物构成的树脂层，因此，耐负荷性、耐热性、低摩擦特性、耐磨损特性优异，由于能通过取向纤维减轻磨耗损伤，稳定摩擦系数，因而具有可形成以烧结金属为基材、具有合成树脂的轴承层、能得到精密、稳定的旋转扭矩的滑动轴承的优点。
此外，树脂层的层厚为前述烧结金属基材的厚度的1/8～1/2或为0.1～0.7mm的薄层，由此，摩擦发热产生的热容易从摩擦面逃到轴承基材侧，不易蓄热，耐负荷性高，即使在高面压下变化量仍小。由此，存在摩擦面中的真实接触面积也小，摩擦力、摩擦发热减小，磨损减轻，摩擦面温度上升被抑制的优点。
此外，树脂层中使用由连续使用温度为250℃的高耐热性的芳香族聚醚酮类树脂构成的树脂组合物，这样，就能够形成摩擦磨损特性、耐蠕变特性优异的复合滑动轴承。
通过使烧结金属的密度与材质的理论密度之比为0.7～0.9，在确保用于得到密着性的表面凹凸的同时，还具有所需要的致密性，因而能确保基材的导热性。
此外，由于芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物以碳纤维5～30体积％、PTFE树脂1～30体积％为必须成分，剩余部分为芳香族聚醚酮类树脂，因此，即使在高PV条件下，树脂层的变形及磨损、对偶件的损伤仍小，对油等的耐受性也高。
通过使芳香族聚醚酮类树脂的树脂组合物在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度为50～200Pa·s，能顺利地在烧结金属基材的表面上进行0.1～0.7mm薄的嵌入成形。
由于所用的碳纤维为PAN类碳纤维，因此，树脂层的弹性率高，树脂层的变形、磨损小。此外，摩擦面的真实接触面积小，摩擦发热也减轻。
该复合滑动轴承通过在规定的面上设置树脂层而具有耐受径向负荷和轴向负荷中的一种以上的通用性，此外，作为用油或脂润滑的液体润滑用滑动轴承，具有在耐高负荷的同时能确保高精度的旋转稳定性的优点。
附图说明
图1是第1实施方式的复合滑动轴承的一部分被切去的斜视图。
图2是第1实施方式的复合滑动轴承的截面图。
图3是第2实施方式的复合滑动轴承的截面图。
图4是第3实施方式的复合滑动轴承的截面图。
图5是第4实施方式的复合滑动轴承的截面图。
符号说明
1、4、6、8烧结金属制基材
2、5、7、9树脂层
3纤维状填充剂
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1、图2所示，第1实施方式为这样的复合滑动轴承：重叠在圆筒状的滑动轴承的烧结金属基材1的内径面侧上一体地设置树脂层2，该树脂层2由向芳香族聚醚酮类树脂中添加有纤维状填充剂的树脂组合物构成，纤维状填充剂3以其纤维的长度方向与轴承的旋转方向以平均交叉角度为90度即正交的状态取向，并分散在树脂层中，该树脂层2的层厚设为0.1～0.7mm。
此外，如图3所示，第2实施方式的复合滑动轴承在轴承的烧结金属基材4的外径侧上形成树脂层5，可用作支承径向负荷的圆筒状轴承。
此外，如图4所示，第3实施方式的复合滑动轴承在轴承的带凸缘的圆筒状的烧结金属基材6的内径侧设有树脂层7，能同时支承径向负荷和轴向负荷。
此外，如图5所示，第4实施方式的复合滑动轴承在支承轴承负荷的止推垫圈型的烧结金属基材8的单面上设有树脂层9。
重叠在这些轴承的烧结金属基材1、4、6、8的规定的面上使树脂层2、5、7、9成形时，为使树脂的熔融流动方向与滑动轴承的运动方向呈直角，有一种设置使熔融树脂从图1～4的轴承端面向另一端面单向流动的针点浇口、盘形浇口、薄膜浇口等、使树脂成形的方法并。
此外，在图5的止推垫圈中，可在内径侧设置盘形浇口。
将上述轴承用作有液压油、冷冻机油、润滑油、变速器油、发动机油、制动油等油或润滑脂存在的滑动部轴承时，可通过在树脂层的摩擦面上形成润滑沟而得到更稳定的低摩擦、低磨损特性。
即，这些实施方式的复合滑动轴承通过在烧结金属基材上形成成形时的树脂的熔融流动方向与滑动轴承的运动方向成45～90度的树脂层，作为摩擦面，并使轴承基材为烧结金属而使基材具有与树脂层的高密着性并得到摩擦发热的放热效果。
由于在树脂层中使用PEK树脂组合物，从而能够得到连续使用温度为250℃，耐热性、耐油耐化学药品性、耐蠕变特性、耐摩擦磨损特性优异的复合滑动轴承。此外，PEK树脂的韧性、高温时的机械物性高，耐疲劳特性、耐冲击性也优异，因而不用担心因使用时的摩擦力、冲击、振动等而导致从烧结金属基材上剥离。
通过向PEK树脂中添加纤维状填充剂(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、晶须等)、固体润滑剂(PTFE、石墨、二硫化钼等)、无机填充剂(碳酸钙、硫酸钙、云母、滑石等)，能提高耐蠕变特性以及无润滑、油润滑条件下的摩擦磨损特性。
纤维状填充剂、无机类的固体润滑剂(石墨、二硫化钼等)、无机填充剂具有减小PEK树脂组合物的成形收缩率的效果。因此，在与轴承基材进行嵌入成形时，还具有抑制树脂层内部应力的效果。
此外，固体润滑剂(PTFE、石墨、二硫化钼)即使在无润滑、润滑油稀薄的条件下也是低摩擦的，能够提高咬粘性。
形成树脂层时，由于对树脂进行成形时的树脂的熔融流动方向相对于滑动轴承的运动方向为45～90度，因此，在添加有针状或纤维状填充剂(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、晶须等)的情况下，这些填充剂相对于滑动轴承的运动方向以45～90度取向。针状或纤维状填充剂的端部边缘为90°以下的尖的形状，因此，填充剂的边缘朝向滑动轴承的运动方向时，容易使滑动连接的对偶件受到物理性磨耗损伤，摩擦系数也不易稳定。但是，在本发明中，由于这些填充剂相对于滑动轴承的运动方向为45～90度，因此不易使滑动连接的对偶件磨耗损伤，摩擦系数也稳定。纤维状填充剂的取向越接近90度，填充剂边缘引起的磨耗损伤就越少，摩擦系数也越稳定，因而优选。若为80～90度则更佳。
复合滑动轴承的树脂层的厚度、即沿承受负荷的方向的径向或轴向厚度为0.1～0.7mm。此外，树脂层的层厚为前述烧结金属基材厚度的1/8～1/2。
若树脂层的厚度超过0.7mm或超过烧结金属基材厚度的1/2，则摩擦产生的热难以从摩擦面逃到轴承基材侧，摩擦面温度高。此外，随着负荷引起的变形量变大，摩擦面中的真实接触面积也大，摩擦力、摩擦发热高，咬粘性也降低。而在树脂厚度不足0.1mm或树脂层的层厚不足前述烧结金属基材厚度的1/8的情况下，长期使用时的耐久性即寿命短。
要在烧结金属基材上形成树脂层，有如下方法：将通过射出成形、挤出成形等成形的PEK树脂成形物素材通过热熔融粘合、粘合、压入等固定在烧结金属基材上的方法；将烧结金属基材嵌入成形在金属模具内，对PEK树脂组合物进行射出成形的方法。还可通过机械加工将树脂层形成为所需的树脂厚度。
用嵌入成形形成树脂层的方法最廉价，尺寸精度较高，因而优选。嵌入成形时，考虑到射出成形等的成形性，优选树脂厚度为0.1～0.7mm。若树脂厚度不足0.1mm，不易进行嵌入成形，而若超过0.7mm，则会产生缩孔，尺寸精度下降。此外，若考虑到摩擦发热向轴承基材的放热，则树脂厚度优选为0.2～0.5mm.
需要高尺寸精度时，在嵌入成形后通过机械加工形成所需的树脂厚度，也能获得比较廉价的轴承。
作为本发明中使用的烧结金属基材的材质，有铁系、铜铁系、铜系、不锈钢系等。在金属模具内嵌入烧结金属基材、对PEK树脂组合物进行射出成形时，金属模具温度为160～200℃，树脂温度为360～410℃。
烧结金属上附着、含有油等时，在射出成形时会发生分解、气化，油的残留成分会存在于界面上，因此，树脂层与烧结金属的密着性降低。
因此，必须对这些烧结金属基材使用不浸润油的烧结，此外，在烧结金属的成形或再压(sizing，即精压加工)工序内使用油时，必须制成通过溶剂清洗等除去油的非含油烧结轴承。
本发明中使用的烧结金属基材的烧结金属的材质理论密度比为0.7～0.9。材质理论密度比为以材质的理论密度(气孔率0％时的密度)为1时的烧结金属基材的密度的比。理论密度比不足0.7时，烧结金属的强度低，由于嵌入成形时的射出成形压力，烧结金属会出现破裂。若理论密度比超过0.9，则凹凸小，因此，表面积、锚定效果降低，与PEK树脂层的密着性降低。更优选地，材质的理论密度比为0.72～0.84。
本发明中使用的烧结金属基材是以铁为主要成分的烧结金属，因此，与PEK树脂层的密着性高。与铁相比，铜与树脂的密着性(粘合性)差，因此，优选铜的含量在10％以下。更优选铜的含量在5％以下。
以铁为主要成分的烧结金属通过实施蒸汽处理，在成形或再压(精压加工)工序时意外地具有除去附着在烧结表面或渗透到内部的油分、附着物等的效果，因此，与PEK树脂层的密着性的偏差小，稳定。此外，也可赋予烧结金属基材以防锈效果。对蒸汽处理的条件无特殊限制，常见的为吹入加热至500℃左右的蒸汽的方法。
在本发明中，复合滑动轴承的烧结金属基材与PEK树脂层的剪切密着强度在2MPa以上(在面压10MPa、摩擦系数0.1条件下的安全率在2倍以上)。相对于使用中的摩擦力，为了得到充分的密着强度，优选剪切密着强度在2MPa以上。为了进一步提高安全率，优选在3MPa以上。
此外，要进一步提高烧结金属基材与PEK树脂层的剪切密着强度，可在形成树脂层的烧结金属面上施加凹凸、沟槽等物理性的防脱落部件、抑制转动部件。
本发明中使用的PEK树脂组合物优选以碳纤维5～30体积％、PTFE树脂1～30体积％为必须成分，其余部分为PEK树脂。
作为PEK树脂，有PEEK(聚醚醚酮树脂)、PEK(聚醚酮树脂)、PEKEKK(聚醚酮醚酮酮树脂)等。作为PEEK，可以是威格斯公司产品PEEK(90P、150P、380P、450P等)、苏威高性能聚合物公司产品Ketaspire(KT-820P、KT-880P等)、大赛璐德固赛公司产品VESTAKEEP(1000G、2000G、3000G、4000G等)等。
作为PEK，可以是威格斯公司产品PEEK-HT等，作为PEKEKK，可以是威格斯公司产品PEEK-HT等。
为了使PEK树脂组合物在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度为50～200Pa·s，优选采用在上述条件下的熔融粘度在150Pa·s以下的PEK树脂，可以列举威格斯公司产品PEEK150P、90P、150G、90G、苏威高性能聚合物公司产品Ketaspire KT-880P等。
此外，要通过嵌入成形得到0.2～0.5mm的树脂厚度，优选使PEK树脂组合物在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度为50～200Pa·s，这样，能够就进行精密的成形和使纤维状填充物以规定角度取向。因此，优选在上述条件下的熔融粘度在130Pa·s以下的PEK树脂，可列举威格斯公司产品PEEK90P、90G等。
即使熔融粘度为低于上述规定范围的高粘度或超过上述规定范围的低粘度，要在精密的成形性及纤维状填充剂的取向性方面切实地得到所期望的效果就会变得不容易。
作为本发明中使用的纤维状填充物的代表例的碳纤维可以是按原材料进行分类的沥青类或PAN类中的任一种，但优选具有高弹性率的PAN类。对碳纤维的烧结温度无特殊限制，但与在2000℃或2000℃以上的温度下烧结、石墨(graphite)化而成的碳化物相比，在1000～1500℃左右下烧结的碳化物即使在高PV下也不易使滑动对偶件金属受到磨耗损伤，因而优选。
碳纤维的平均纤维径在20μm以下，优选为5～15μm。超过前述范围的粗的碳纤维会出现极压，因此，缺乏提高耐负荷性的效果，滑动连接的对偶件为铝合金、未淬火的钢材时，对偶件的磨耗损伤大，因而不可取。
碳纤维可以是短切纤维、研磨纤维中的任一种，但为了得到稳定的薄成形性，优选纤维长不足1mm的研磨纤维。
碳纤维的平均纤维长优选为0.02～0.2mm。不足0.02mm时，不能得到充分的强化效果，因而耐蠕变性、耐摩擦性差。超过0.2mm时，纤维长对树脂层层厚的比率大，因而薄成形性差。尤其是在树脂厚度为0.2～0.7mm的条件下进行嵌入成形时，若纤维长超过0.2mm，会阻碍薄成形性。为了进一步提高薄成形的稳定性，优选平均纤维长为0.02～0.1mm。
碳纤维在成形树脂层时对树脂熔融流动方向的取向性强，因而优选。
通过使纤维状填充物以与滑动轴承的运动方向呈45度以上的尽可能接近直角的交叉角度取向，纤维两端的边缘与运动方向趋向直角。因此，能使纤维两端的边缘造成的对偶件的磨耗损伤减轻、摩擦系数稳定。
此时，优选在树脂层的任意截面中，纤维状填充剂的单位面积的纤维的交叉角度在50％以上，或者平均的交叉角度在前述规定的交叉角度的范围内。
尤其是，选择直径细、较短的碳纤维时，碳纤维两端的边缘会沿着滑动轴承的运动方向，例如，交叉角度不足45度，从而会严重损伤对偶件。因此，在采用细、短的碳纤维的情况下，在对树脂进行熔融成形时，使熔融树脂的流动方向与滑动轴承的运动方向呈直角或接近直角的角度，使纤维取向，使其长度方向与旋转方向以45～90度交叉，这样可以获得良好的耐久性和减小轴承扭矩并使其稳定，因而非常有利。
可以在本发明中使用的市售的碳纤维中，作为沥青类碳纤维，有吴羽公司产品酷热克(kreca)M-101S、M-107S、M-101F、M-201S、M-207S、M-2007S、C-103S、C-106S、C-203S等。此外，作为同样的PAN类碳纤维，有东邦特耐科斯(Toho Tenax)公司产品BESFIGHT HTA-CMF0160-0H、HTA-CMF0040-0H、HTA-C6、HTA-C6-S或者东丽公司产品TORAYCAMLD-30、MLD-300、T008、T010等。
本发明中使用的PTFE可以使用悬浮聚合法生成的压塑粉、乳化聚合法生成的细粉、再生PTFE中的任一种，但为了稳定PEK组合物的流动性，优选采用不易由于成形时的剪切而纤维化、不易使熔融粘度增加的再生PTFE。再生PTFE是指热处理(有热经历)粉末、照射过γ射线或电子射线等的粉末。例如有对压塑粉或细粉进行热处理后而得的粉末、又进一步对这些粉末照射γ射线或电子射线后而得的粉末、将压塑粉或细粉的成形体粉碎后而得的粉末、然后再照射过γ射线或电子射线的粉末、对压塑粉或细粉照射γ射线或电子射线后而得的粉末等类型。
进一步地，作为不凝集、在PEK树脂的熔融温度下完全不发生纤维化、有内部润滑效果、能稳定地提高PEK树脂组合物的流动性的PTFE，更优选采用照射过γ射线或电子射线等的PTFE。
作为PTFE的市售品，可以是喜多村公司产品KTL-610、KTL-450、KTL-350、KTL-8N、KTL-400H、三井杜邦氟化物公司产品Teflon7-J、TLP-10、旭硝子公司产品Fluon G163、L150J、L169J、L170J、L172J、L173J、大金工业公司产品Polyflon M-15、LubronL-5、Hoechest公司产品Hostaflon TF9205、TF9207等。此外，也可以是用全氟烷醚基、氟烷基或其他具有氟烷基的侧链基团改性过的PTFE。
上述中，作为照射过γ射线或电子射线的PTFE，可以是喜多村公司产品KTL-610、KTL-450、KTL-350、KTL-8N、KTL-8F、旭硝子公司产品Fluon L169J、L170J、L172J、L173J等。
如前所示，将添加比例设为：以碳纤维5～30体积％、PTFE1～30体积％为必须成分，剩余部分为PEK树脂，其理由如下。
原因在于，若碳纤维的添加比例超过30体积％，则熔融流动性显著降低，薄成形困难，同时，滑动连接的对偶件为铝合金、未淬火的钢材时，会有磨耗损伤。而在碳纤维的添加比例不足5体积％的情况下，对组合物进行强化的效果缺乏，不能得到充分的耐蠕变性、耐磨损性。
若PTFE的添加比例超过30体积％，则耐磨损性、耐蠕变性较所需的程度降低。而在PTFE的添加比例不足1体积份的情况下，对组合物赋予所需的润滑性的效果不足，不能得到充分的滑动特性。
此外，在不妨碍本发明的效果的情况下，也可以添加如下所列举的周知的树脂用添加剂。
(1)摩擦特性改进剂：石墨、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等
(2)着色剂：碳粉末、氧化铁、氧化钛等
(3)导热性改进剂：石墨、金属氧化物粉末
对混合、混炼上述各原材料的手段无特殊限制，可以仅将粉末原料用亨舍尔混合器、球磨机、螺带式混合机、罗迪格混合器、ultrahenschel混合器等进行干式混合，进一步用双螺杆挤出机等熔融挤出机进行熔融混炼，得到成型用小丸(颗粒)。此外，填料的投入也可以在通过双螺杆挤出机等进行熔融混炼时采用侧面给料。作为成形方法，可以采用挤出成形、射出成形、加热压缩成形等，但从制造效率等角度考虑，尤其优选射出成形。此外，为了对成形品进行物性改善，可以采用退火处理等处理。
本发明的复合滑动轴承由厚0.1～0.7mm的树脂组合物和烧结金属基材构成。此外，由PEK树脂组合物构成树脂层。由于以PEK树脂组合物作为摩擦面，因而摩擦磨损特性、耐蠕变性优异，由于以烧结金属作为轴承基材，因而摩擦发热的放热、耐负荷性优异。因此，例如可以将本发明的复合滑动轴承用作房间空调用/汽车空调用压缩机、汽车、建设机械等的变速器等的滑动轴承。
本发明的滑动轴承对形状无特殊限制，能支承径向负荷、轴向负荷中的任一方或两方的负荷。此外，对形成在轴承基材上的树脂层的位置也无特殊限制。
实施例
[实施例1～22、比较例1～13]
将实施例及比较例中使用的轴承基材一并示于表1，实施例及比较例中使用的树脂层的原材料归纳如下。
芳香族聚醚酮类树脂的熔融粘度为用东洋精机公司生产的流动特性试验机在
Figure BDA00002980470400111
的细管、树脂温度380℃、剪切速度1000s-1的条件下的测定值。
(1)芳香族聚醚酮类树脂[PEK-1]
威格斯公司产品：PEEK90P(熔融粘度105Pa·s)
(2)芳香族聚醚酮类树脂[PEK-2]
威格斯公司产品：PEEK150P(熔融粘度145Pa·s)
(3)芳香族聚醚酮类树脂[PEK-3]
威格斯公司产品：PEEK450P(熔融粘度420Pa·s)
(4)PAN类碳纤维[CF-1]
东丽公司产品：TORAYCA MLD-30(平均纤维长0.03mm、平均纤维径7μm)
(5)PAN类碳纤维[CF-2]
东邦特耐克丝公司产品：BESFIGHT HTA-CMF0160-0H
(纤维长0.16mm、纤维径7μm)
(6)沥青类碳纤维[CF-3]
吴羽公司产品：酷热克(kreca)M-101S
(平均纤维长0.1/2mm、平均纤维径14.5μm)
(7)沥青类碳纤维[CF-4]
吴羽公司产品：酷热克(Kreca)M-107S
(平均纤维长0.7mm，平均纤维径14.5μm)
(8)碳酸钙粉末[CaCO3]
日窒工业公司产品：NA600(平均粒径3μm)
(9)石墨[GRP]
特密高日本公司产品：TIMREX KS6(平均粒径6μm)
(10)四氟乙烯树脂[PTFE]
喜多村公司产品：KTL-610(再生PTFE)
(11)青铜粉[BRO]
福田金属箔粉工业公司产品：AT-350(铜锡合金粉末)
表1
Figure BDA00002980470400121
※由圆钢切削加工而得的产品
将原材料按表2及表3所示的配比(体积％)用亨舍尔干式混合机进行干混合，用双螺杆挤出机进行熔融混炼，制成小丸。
用该小丸在树脂温度380℃～400℃、金属模具温度180℃的条件下在圆筒状轴承基材
Figure BDA00002980470400122
的内径中通过嵌入成形形成厚0.2～1mm的树脂层，制成图1所示的支承径向负荷的圆筒状复合滑动轴承
Figure BDA00002980470400123
在成形复合滑动轴承时，在轴承端面上设置9个针点浇口，进行射出成形，使树脂层的熔融流动方向与滑动轴承的运动方向为直角。
表2
Figure BDA00002980470400124
表3
Figure BDA00002980470400131
(1)剪切密着强度试验
使用在表1的轴承基材内径嵌入成形有0.5mm的实施例a的树脂层的圆筒状复合滑动轴承，进行剪切密着强度试验。固定轴承基材，对内径树脂层施加轴方向的剪切力，测定树脂层从轴承基材上发生剥离的负荷。将该负荷除以树脂层与轴承基材的表观结合面积而得的值作为剪切密着强度，示于表4。
此外，将用嵌入成形制作30个复合滑动轴承时轴承基材有无破裂的情况一并示于表4。
表4
Figure BDA00002980470400132
成形时的轴承基材破裂无：○，有(1个以上)：×
(2)耐咬粘性试验
对在实验例E的轴承基材的内径上形成有表2或表3的树脂层的复合滑动轴承用油中径向型试验机实施了耐咬粘性试验。在表5的油供给条件下试运转30分钟后，停止供给油并排出油，测定到出现咬粘之间的时间。咬粘是到出现轴承外径部温度上升20℃或扭矩上升至2倍之间的时间。
咬粘时间示于表6及表7。此外，将下面的滑动轴承增加到比较例中。
所用的树脂单体的滑动轴承为仅将表2的组成物a进行射出成形而得的树脂单体的滑动轴承
Figure BDA00002980470400141
此外，所用的3层型的复合滑动轴承为带背面金属的多孔烧结层上浸润有PTFE树脂组合物(掺有碳纤维10体积％)的3层型复合滑动轴承
Figure BDA00002980470400142
树脂组合物层为0.05mm)。在不能通过嵌入成形仅形成表6所示的规定的树脂层厚度的情况下，通过射出成形形成厚的树脂层，再通过机械加工做成规定的厚度。
(3)磨损试验
对与耐咬粘性试验中相同的复合滑动轴承
Figure BDA00002980470400143
用油中径向型试验机测定了在表5的油供给条件下运行30小时后的磨损量。
表5
转数 3000rpm
荷重 10kN
油 出光Daphne Hermetic 0i1 PS
油温 100℃(循环式)
对偶材料 FCD600
(4)熔融粘度
用东洋精机公司生产的流动特性试验机测定在
Figure BDA00002980470400144
细管、树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度，结果示于表6及表7。
如表4所示，在实施例1～9中，嵌入成形时轴承基材无破裂，剪切密着强度为1.5MPa以上。尤其是烧结金属的密度为材质理论密度比0.7～0.9的实施例1～7中，剪切密着强度在2MPa以上。
另一方面，在烧结金属的密度为材质理论密度比0.67的比较例1中，嵌入成形时轴承基材出现了破裂。在钢材的机械加工品中，剪切密着强度的值非常低(比较例2)。表6
Figure BDA00002980470400151
树脂层的形成方法嵌入成形：INJ，嵌入成形后的机械加工：MAC可否形成树脂层 ○：可以，×：不可以
表7
Figure BDA00002980470400152
树脂层的形成方法嵌入成形：INJ，嵌入成形后的机械加工：MAC可否形成树脂层 ○：可以，×：不可以
对于不能通过嵌入成形形成表7所示的规定的树脂层厚度的树脂层，可通过射出成形形成厚的树脂层后再通过机械加工做成规定的厚度。比较例10、12中，在30分钟内发生异常磨损，因而未能实施耐咬粘性试验。
如表6所示，在实施例10～22中，烧粘时间(咬粘时间)在30分钟以上，磨损量在10μm以下，耐咬粘性、耐磨损性优异。在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1下的熔融粘度在200Pa·s以下的实施例10～14、16～20、22中，能通过嵌入成形形成规定的树脂层。
此外，如表7所示，比较例12、比较例13的以往的轴承(树脂单体轴承、3层型复合滑动轴承)在烧粘时间(咬粘时间)不足1分钟的情况下即出现咬粘，磨损量大。
在虽为复合滑动轴承、但树脂层的组成在前述技术方案的范围之外的比较例3～10中，咬粘时间短，不足26分钟，磨损量也大，在20μm以上。
此外，就虽然树脂层的组成在前述技术方案的范围之内、但厚度超过0.7mm的复合滑动轴承而言，咬粘时间不足一分钟，磨损量非常大。

Claims (10)

1.复合滑动轴承，其特征在于，重叠在滑动轴承的烧结金属基材上一体地设置有树脂层，所述树脂层由在芳香族聚醚酮类树脂中以分散状态添加有纤维状填料的树脂组合物构成，所述纤维状填充剂被取向成使其纤维的长度方向与轴承的旋转方向以45～90度交叉，所述树脂层厚0.1～0.7mm。
2.根据权利要求1所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述树脂层重叠在基材上，通过射出成形而形成。
3.根据权利要求1或2所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述树脂层的厚度是基材轴径方向的厚度的1/8～1/2。
4.根据权利要求1所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述纤维状填充剂的平均纤维长为0.02～0.2mm。
5.根据权利要求1所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述基材的理论密度比为0.7～0.9。
6.根据权利要求1所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述树脂组合物在树脂温度380℃、剪切速度1000s-1条件下的熔融粘度为50～200Pa·s。
7.根据权利要求1或6所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述树脂组合物以碳纤维5～30体积％、四氟乙烯树脂1～30体积％为必须成分，剩余部分为芳香族聚醚酮类树脂。
8.根据权利要求7所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述碳纤维为PAN类碳纤维。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述复合滑动轴承在选自圆筒状或带凸缘的圆筒状的轴承基材的内径侧、外径侧及端面侧的一个以上的侧面上设有所述树脂层。
10.根据权利要求9所述的复合滑动轴承，其特征在于，所述复合轴承为用油或脂润滑的液体润滑用滑动轴承。
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