CN108571520B - 滑动构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在轴承装置的起动时在滑动层表面不易产生裂纹等损伤、且不易发生滑动层和里衬金属层的剪切的轴颈轴承用的部分圆筒形状的滑动构件。本发明的滑动构件在里衬金属层上具有滑动层，滑动层具有分散于合成树脂中的纤维状粒子。纤维状粒子具有滑动层的10～35％的体积比例，平均粒径为5～25μm。在周向截面组织中，纤维状粒子以相对于全部纤维状粒子为10％以上的体积比例包含长轴长度为20μm以上的纤维状粒子。长轴长度为20μm以上的纤维状粒子在从滑动面到滑动层厚度的25％为止的滑动面侧区域中的分散指数为1.1以上6以下，在从与里衬金属层的界面到滑动层厚度的25％为止的界面侧区域中的分散指数为1.1以上6以下，在滑动面侧区域和界面侧区域之间的中间区域中的分散指数为0.1以上且小于1。

Description

滑动构件
技术领域
本发明涉及轴颈轴承用的滑动构件，详细而言，涉及具备里衬金属层、以及由合成树脂和纤维状粒子构成的滑动层的部分圆筒形状的滑动构件。本发明还涉及具备该滑动构件的轴颈轴承。
背景技术
作为乏汽汽轮机或大型发电机等的旋转轴用的轴颈轴承，使用将多个具有圆弧状截面的轴承垫形状的滑动构件相对于旋转轴的周围进行配置而成的向心轴承(例如参照专利文献1)。作为这样的向心轴承的滑动构件，已知在金属制的里衬金属层上覆盖由树脂组合物形成的滑动层而成的滑动构件，作为树脂组合物，专利文献2及专利文献3中记载了使玻璃纤维粒子、碳纤维粒子、金属间化合物纤维粒子等纤维状粒子分散在合成树脂中以提高滑动层的强度的树脂组合物。此外，专利文献4中记载了为了避免纤维强化树脂组合物具有强度的各向异性而在树脂基体中无取向、即各向同性地分散纤维状粒子的内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-156690号公报
专利文献2：日本专利特开平10-204282号公报
专利文献3：日本专利特开2016-079391号公报
专利文献4：日本专利特开2013-194204号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
乏汽汽轮机及大型发电机等在正常运转时，在轴构件的表面和滑动构件的滑动面之间形成油等的流体润滑膜，因此防止轴构件和滑动构件的表面之间直接接触。但是，在其起动时等，因为从停止的状态开始轴的旋转，所以轴构件表面和滑动构件的滑动面发生直接接触状态下的滑动。若在这样的状态下发生滑动，则与轴构件接触的滑动面附近的树脂组合物被轴构件拖走，发生轴构件朝旋转方向的弹性变形。在该情况下，如专利文献4那样，在滑动层中无取向、即各向同性地分散纤维状粒子的情况下，滑动面附近的树脂组合物的变形量变大，在滑动层的表面产生裂纹等损伤的可能性增大。这与使纤维状粒子的长轴方向以朝向与滑动面垂直的方向的比例增大的方式分散的情况同样。
另一方面，在使纤维状粒子以其长轴方向与滑动层大致平行地取向的粒子的比例增大的方式分散于滑动层中的情况下，树脂组合物朝上述的轴构件的旋转方向的弹性变形量变小，尽管如此，也不能完全防止滑动层表面的损伤，并且判明在金属制的里衬金属层和滑动层的界面处还会产生容易发生剪切等其他的问题。
因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，提供在轴承装置的起动时在滑动层的表面不易发生裂纹等的损伤、且不易发生滑动层和里衬金属层的剪切的滑动构件。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明提供由里衬金属层及里衬金属层上的滑动层构成的轴颈轴承用的滑动构件。该滑动构件具有部分圆筒形状。滑动构件的滑动层由合成树脂和分散于合成树脂中的纤维状粒子构成，纤维状粒子具有滑动层的10～35％的体积比例，纤维状粒子的平均粒径为5～25μm，在与滑动构件的周向平行且与滑动层的滑动面垂直的截面(以下称为“周向截面”)处看到的组织(以下称为“周向截面组织”)中，纤维状粒子以相对于全部纤维状粒子为10％以上的体积比例包含长轴长度为20μm以上的纤维状粒子。
此外，在上述周向截面组织中，当将从滑动面朝向与里衬金属层的界面到达滑动层的厚度的25％为止的区域记为滑动面侧区域、将从滑动层的与里衬金属层的界面朝向滑动面侧到达滑动层的厚度的25％为止的区域记为界面侧区域、将滑动面侧区域和界面侧区域之间的区域记为中间区域时，
在滑动面侧区域中分散的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为1.1以上6以下，
在中间区域中分散的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为0.1以上且小于1，
在界面侧区域中分散的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为1.1以上6以下。
分散指数由各纤维状粒子的比X1/Y1的平均值表示，其中，
X1是周向截面组织中的纤维状粒子在与滑动面平行的方向上的长度，
Y1是周向截面组织中的鳞纤维状粒子在与滑动面垂直的方向上的长度。
根据本发明的一个具体例，在周向截面组织中，长轴长度为20μm以上的纤维状粒子优选具有1.5～10的平均长宽比，更优选具有5～10的平均长宽比。
根据本发明的一个具体例，在周向截面组织中，长轴长度为20μm以上的纤维状粒子相对于全部纤维状粒子的体积比例优选为30％以上。
根据本发明的一个具体例，纤维状粒子优选包含选自玻璃纤维粒子、陶瓷纤维粒子、碳纤维粒子、芳族聚酰胺纤维粒子、丙烯酸纤维粒子和聚乙烯醇纤维粒子的1种以上。
根据本发明的一个具体例，合成树脂优选包含选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚苯硫醚、聚乙烯和聚醚酰亚胺的1种以上。
根据本发明的一个具体例，滑动层优选进一步包含选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮化硼和聚四氟乙烯的1种以上的固体润滑剂。
根据本发明的一个具体例，滑动层优选进一步以1～10体积％包含选自CaF2、CaCo3、滑石、云母、莫来石、氧化铁、磷酸钙、钛酸钾和Mo2C(碳化钼)的1种或2种以上的填充材料。
根据本发明的一个具体例，里衬金属层优选在成为与滑动层的界面的表面具有多孔质金属部。
本发明还提供具备多个上述滑动构件的轴颈轴承。
附图说明
图1是表示本发明的一例的滑动构件的周向截面的图。
图1A是图1的滑动构件的滑动层的滑动面侧区域的放大图。
图1B是图1的滑动构件的滑动层的中央区域的放大图。
图1C是图1的滑动构件的滑动层的界面侧区域的放大图。
图2是说明纤维状粒子的长宽比(A)的图。
图3是说明纤维状粒子的分散指数(S)的图。
图4是表示本发明的另一例的滑动构件的周向截面的图。
图5是说明树脂的流动的图。
图6是本发明的滑动构件的一例的示意图。
符号说明
1：滑动构件、2：里衬金属层、3：滑动层、4：合成树脂、5：纤维状粒子、6：多孔质金属部、30：滑动面、31：滑动面侧区域、32：中间区域、33：界面侧区域。
具体实施方式
图6示意地表示本发明的部分圆筒形状的滑动构件1的一例。该滑动构件1具有由将圆筒形状沿其中心轴线方向(L方向)分割后的一部分构成的形状、即部分圆筒形状，其内面侧在作为轴承使用时形成相对于对象轴构件滑动的滑动面。因此，滑动构件1形成为在外面侧具有里衬金属层2、在里衬金属层2的内面侧形成有滑动层3的结构。由此，滑动层3的内表面即滑动面30形成凹面，滑动面30的曲率以适合应相对的轴构件的曲率的方式进行设计。
将上述圆筒形状的圆周方向、即部分圆筒形状的滑动构件具有最大曲率的方向称为“周向”(C方向)。另一方面，将上述圆筒形状的中心轴线方向、即在部分圆筒形状上能形成直线的方向称为“长轴方向”(L方向)。在作为轴承使用时，轴构件沿着“周向”滑动，所以“周向”是滑动方向。
图1示意地表示本发明的滑动构件1的周向截面。如上所述，周向截面是沿着与滑动层3的滑动面30垂直的方向且沿着滑动层3的周向的方向上的截面。
滑动构件1在里衬金属层2上设置有滑动层3。滑动层3在合成树脂4中分散有10～35体积％的纤维状粒子5。纤维状粒子5的平均粒径为5～25μm，且以相对于全部纤维状粒子为10％以上的体积比例包含在滑动构件1的周向截面组织处观察时长轴长度为20μm以上的纤维状粒子。更优选的体积比例为30％以上。这里，“长轴长度”是指在截面组织中，沿着纤维状粒子的长度为最大的方向的长度。
将滑动构件1的纤维状粒子5的平均粒径设为5～25μm的理由是因为：在平均粒径小于5μm的情况下，提高滑动层3的强度(变形阻力)的效果变小，当超过25μm时，在滑动层3受到来自轴构件的负荷的情况下，纤维状粒子5自身容易发生剪切。
将滑动构件1的滑动层3中的纤维状粒子5的比例设为10～35体积％的理由是因为：若纤维状粒子5的比例小于10％，则滑动层3的强度(变形阻力)变小，相反地，若纤维状粒子5的比例超过35％，则滑动层3变脆，滑动时磨耗量容易增多。
合成树脂4优选包含选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚苯硫醚、聚乙烯、和聚醚酰亚胺的1种以上。纤维状粒子5优选包含选自玻璃纤维粒子、陶瓷纤维粒子、碳纤维粒子、芳族聚酰胺纤维粒子、丙烯酸纤维粒子、和聚乙烯醇纤维粒子的1种以上。但是，合成树脂4和纤维状粒子5也可以是其他材质。
滑动层3可进一步包含选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮化硼、聚四氟乙烯的1种以上的固体润滑剂。通过含有该固体润滑剂，可以提高滑动层的滑动特性。此外，滑动层3可进一步以1～10体积％包含选自CaF2、CaCo3、滑石、云母、莫来石、氧化铁、磷酸钙、钛酸钾和Mo2C(碳化钼)的1种或2种以上的填充材料。通过含有该填充材料，可以提高滑动层的耐磨损性。
滑动层3的厚度(即，从滑动面30到滑动层3和里衬金属层2的界面7为止之间的、与滑动面30垂直的方向上的距离)优选为0.5～6mm。
将滑动构件1的周向截面组织中的滑动层3的厚度记为T，
当将从滑动层3的滑动面30朝向界面7到达厚度T的25％为止的距离的区域划分为“滑动面侧区域31”、将从界面7朝向滑动面侧到达厚度T的25％为止的距离的区域划分为“界面侧区域33”、将“滑动面侧区域31”和“界面侧区域33”之间的区域划分为“中间区域32”时，
在滑动面侧区域31中分散的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子5”的分散指数S为1.1以上6以下，
在中间区域32中分散的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子5”的分散指数S为0.1以上且小于1、优选0.1以上0.9以下，
在界面侧区域33中分散的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子5”的分散指数S为1.1以上6以下。
分散指数S由各纤维状粒子5的比X1/Y1的平均值表示，
X1是截面组织中的纤维状粒子在与滑动面30平行的方向上的长度，
Y1是截面组织中的鳞纤维状粒子5在与滑动面30垂直的方向上的长度。
图1A～图1C中示意地表示各区域的截面。
本发明的滑动构件1的滑动层3的树脂中分散的纤维状粒子5以相对于全部纤维状粒子为10％以上的体积比例包含长轴长度为20μm以上的纤维状粒子，“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的提高滑动层3的强度、即变形阻力的效果较大。滑动层中，若“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”相对于全部纤维粒子的体积比例为10％以上，则能提高滑动面侧区域31、中间区域32、界面侧区域33中的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的长轴取向的方向上的强度、即变形阻力。
在周向截面组织中，滑动层3的滑动面侧区域31中纤维状粒子5的分散指数S为1.1以上6以下表示以纤维状粒子5的长轴方向朝向与滑动面30平行的方向的纤维状粒子的比例较多的方式分散。因此，滑动面侧区域31的物性具有各向异性，特别是相对于与滑动面31平行的方向上的负荷的强度(变形阻力)变大，相对于与滑动面31垂直的方向上的负荷的强度(变形阻力)变小。
另一方面，在滑动层3的中间区域32中，纤维状粒子5的分散指数S为0.1以上且小于1、优选为0.1以上0.9以下，纤维状粒子5的长轴方向与滑动面30大致垂直地取向的粒子的比例增大。因此，在中间区域32，物性在与滑动面侧区域31不同的方向上具有各向异性。即，在中间区域32，与滑动面侧区域31相比，相对于与滑动面30平行的方向上的负荷的强度(变形阻力)变小，相对于与滑动面30垂直的方向上的负荷的强度(变形阻力)变大。
滑动层3的界面侧区域33中，纤维状粒子5的分散指数S为1.1以上6以下，与滑动面侧区域31同样地，以纤维状粒子5的长轴方向朝向与滑动面30平行的方向的比例增大的方式分散。因此，滑动层3的界面侧区域33相对于与滑动面30平行的方向上的负荷的强度(变形阻力)变大，相对于与滑动面30垂直的方向上的负荷的强度(变形阻力)变小。
若纤维状粒子5具有上述的取向，则滑动层3的滑动面侧区域31相对于与滑动面30平行的方向上的负荷的变形阻力增大、中间区域32的变形阻力小，所以在轴承装置的起动时，即使轴构件的表面和滑动层3的表面30在直接接触的状态下发生滑动，中间区域32也会在与滑动面30平行的方向上发生弹性变形，抑制滑动层3的滑动层侧区域31的滑动面附近的树脂组合物在滑动方向、即周向上过度进行弹性变形，防止在滑动面30产生裂纹。
另一方面，滑动层3的界面侧区域33在与滑动面平行的方向上的变形阻力也比中间区域大，所以从轴构件施加至滑动层3的负荷被消耗于引起中间区域的弹性变形，因此不易传递至滑动层3的界面侧区域33和里衬金属层2的界面附近。假如，即使极少的负荷、即应力传递至界面，因为界面侧区域33的与滑动面平行的方向上的强度(变形阻力)大，所以变形量小，不易发生由与里衬金属层2接触的附近的树脂组合物和里衬金属层2的弹性变形量的差引起的剪切。
根据以上的机理，本发明的滑动构件1即使在使用该滑动构件1的装置刚开始起动后的、滑动面30和对象轴表面直接接触的状况下，也能防止在滑动层3的表面产生裂纹等损伤。
另外，在滑动层的滑动面侧区域31、中间区域32和界面侧区域33中，纤维状粒子的含量可大致相同，“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的含量也可大致相同。
此外，在滑动层的滑动面侧区域31、中间区域32和界面侧区域33中分散的“长轴长度小于20μm的纤维状粒子”的分散指数可以是与各区域中分散的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的分散指数大致相同的分散指数。
在与以上的本发明的构成不同的、以在滑动层整体范围内使纤维状粒子无取向地分散、即各向同性地分散的现有的滑动构件中，在轴承装置刚开始运转后，在滑动构件的滑动面和对象轴构件直接接触的状况下，与轴构件接触的滑动层表面附近的树脂组合物被轴构件的表面拖曳，轴构件朝旋转方向的弹性变形量变大，在滑动层的表面发生裂纹等损伤，容易发生磨耗。
此外，在滑动层的整体范围内具有以使纤维状粒子的长轴方向相对于滑动面大致平行地取向的方式分散的滑动层的现有技术的滑动构件中，因为与滑动面平行的方向上的强度在滑动层整体范围内较大，所以轴构件施加于滑动层表面的负荷传递至与里衬金属层的界面。当负荷传递至界面时，由于在金属制的里衬金属层和合成树脂的滑动层之间的弹性变形量的不同而产生剪切力。当产生小的剪切部时，以此为起点剪切扩大，导致剥离。
在本发明的滑动构件1中，周向截面组织的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”优选平均长宽比为1.5～10，更优选5～10，进一步优选7～10。若平均长宽比小于1.5，则提高树脂层的强度(变形阻力)的效果小，所以即使使“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的取向不同，变形阻力的各向异性的差也容易不足够，难以获得上述效果。另一方面，若平均长宽比超过10，则滑动层在受到来自轴构件的负荷时纤维状粒子自身有可能发生剪切。
另外，里衬金属层2在成为与滑动层3的界面的表面上可以具有多孔质金属部6。图4中示意地表示使用具有多孔质金属部6的里衬金属层2的滑动构件1的一例的周向截面。通过在里衬金属层2的表面设置多孔质金属部6，能够提高滑动层和里衬金属层的接合强度。这是因为，通过由在多孔质金属部的空孔部含浸构成滑动层的组合物产生的锚固效果，能实现里衬金属层和滑动层的接合力的强化。
多孔质金属部可以通过将Cu、Cu合金、Fe、Fe合金等金属粉末烧结在金属板或条等的表面上来形成。多孔质金属部的空孔率为20～60％左右即可。多孔质金属部的厚度为50～500μm左右即可。该情况下，在多孔质金属部的表面上覆盖的滑动层的厚度设为0.5～6mm左右即可。其中，这里记载的尺寸是一例，本发明并不限定于该值，可变更为不同的尺寸。
上述滑动构件1可用于例如轴颈轴承(向心轴承)。例如，该轴承具有形成圆柱状的内部空洞的外壳。外壳由一个或多个、通常为两个外壳元件构成。在内部空洞的内周面沿周向配置多个上述滑动构件，以利用这些滑动构件支承作为对象轴的轴构件。上述滑动构件的部分圆筒形状(曲率、尺寸等)以适合于内部空洞和轴构件的方式设计。但是，上述滑动构件可用于其他形态的轴承或其他的滑动用途。
本发明还包含具有这样的多个上述滑动构件的轴颈轴承。
对如上说明的滑动构件，下面按照制造工序进行详细说明。
(1)纤维状粒子原材料的准备
作为纤维状粒子的原材料，可使用例如人工制造的无机纤维粒子(玻璃纤维粒子、陶瓷纤维粒子等)或有机纤维粒子(碳纤维粒子、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维粒子、聚乙烯醇纤维粒子等)。
(2)合成树脂原材料粒的准备
作为合成树脂的原材料，优选使用平均粒径为7～30μm、长宽比为5～100的粒子。作为合成树脂，可使用包含选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚苯硫醚、聚乙烯和聚醚酰亚胺的1种以上的合成树脂。
(3)树脂组合物片的制造
树脂组合物片通过由上述原材料等并使用熔融混炼机、供给模具、片成形模具和拉出辊进行制作。
“熔融混炼机”
利用熔融混炼机，将合成树脂原材料粒、纤维状粒子原材料及其他任意材料(固体润滑剂、填充材料等)的原材料一边以185℃～370℃的温度进行加热一边混合，制作熔融状态的树脂组合物。该树脂组合物从熔融混炼机中以一定的压力被挤出。
“供给模具”
从熔融混炼机中被挤出的树脂组合物经由供给用模具总是以一定量供给至片成形模具。供给模具具有加热用加热器，将在供给模具内通过的树脂组合物加热至175℃～360℃的温度并维持在熔融状态。
“片成形模具”
树脂组合物利用片成形模具形成为片形状。在片成形模具的模具壁内部，为了冷却片形状的树脂组合物而形成有冷却流体通路。从供给模具被供给至片成形模具的熔融状态的树脂组合物成形为片形状，在片成形模具内一边向出口侧移动一边被冷却，所以粘度逐渐变高且开始固化，在从成形模具内的出口被拉出之前完全形成固体状态的片。作为树脂组合物片的厚度的尺寸的一例，为1～7mm。
“拉出辊(日文：引出ロール)”
树脂组合物片从“片成形模具”中被拉出辊连续地拉出。拉出辊由对树脂组合物片从两侧进行按压并使其移动的至少一对辊构成。拉出辊形成为利用电动马达能控制地旋转驱动。
完成后的树脂组合物片被切割成适合于后述的覆盖工序中使用的里衬金属的尺寸的大小。
(4)里衬金属
作为里衬金属层，可以使用亚共析钢或不锈钢等的Fe合金、Cu、Cu合金等的金属板。在里衬金属层表面、即成为与滑动层的界面的一侧可以形成多孔质金属部，多孔质金属部可具有与里衬金属层相同的组成，也可使用不同的组成或材料。
(5)覆盖和成形工序
将树脂组合物片接合在里衬金属层的一侧表面、或里衬金属的多孔质金属部上。然后，利用加压压力机成形为使用形状、例如部分圆筒形状后，为了使组合物的厚度均匀，对滑动层的表面和里衬金属进行加工或切削。另外，以树脂组合物片的片成形工序中的拉出方向为部分圆筒形状的周向的方式进行成形。
组织控制
接着，对使纤维状粒子取向的组织控制方法进行说明。组织控制通过在上述的树脂组合物片的制造工序中，使利用拉出辊的树脂组合物片的拉出速度周期性变化来进行。该情况下的最小的拉出速度是为了将来自熔融混炼机的熔融状态的树脂组合物以供给压力(挤出压力)填充片成形模具的内部而足够的速度，最大的拉出速度是为了填充片成形模具的内部而熔融状态的树脂组合物的供给稍微不足的速度。例如，在将利用上述供给压力刚好能填充片成形模具的内部的每单位时间的熔融状态的树脂组合物的供给量体积设为100的情况下，最大的拉出速度只要设为从模具拉出的树脂组合物片的体积达到120左右的速度即可。
拉出速度从最小速度到最大速度的周期需要根据片成形模具的内容积(相当于模具内的熔融树脂的体积)而变化，例如在厚度为1～7mm、宽度为150～800mm的树脂组合物片的情况下，周期为5～10秒左右即可。
当拉出速度从小的状态变为大的状态时，在最大的拉出速度附近，树脂组合物片的固化的部分先向片成形模具的出口侧移动，熔融或半熔融状态的树脂组合物部分的拉出滞后，在固化部分与熔融或半熔融部分之间形成极小的空隙。然后，在拉出速度从大的状态变为小的状态的期间，利用来自熔融混炼机的一定的供给压力挤出的熔融或半熔融状态的树脂组合物部分滞后向出口侧流动，追着先移动的树脂组合物的固化的部分，没有空隙。该熔融或半熔融状态的树脂组合物在与固化的树脂组合物部分之间的间隙中流动，通过与固化的树脂组合物部分碰撞而在树脂组合物的流动中产生紊流。
图5示意地表示该情形。树脂组合物片沿着从纸面的右侧朝向左侧的方向被抽出(抽出方向10)。以箭头表示熔融或半熔融状态的树脂组合物11的流动。从供给模具流来的(从纸面的右侧流动的)熔融或半熔融状态的树脂组合物11碰到已固化的树脂组合物12而产生紊流，同时还沿着固化的树脂组合物12朝着树脂组合物片的表面方向流动。在表面附近，熔融或半熔融状态的树脂组合物通过一边与片成形模具13的表面接触、流动一边固化，不易产生紊流。因此，在树脂组合物片的厚度方向的中央部区域，纤维状粒子容易在长轴与树脂组合物片的表面垂直的方向上取向，另一方面，在表面附近，纤维状粒子的长轴容易在与树脂组合物片的表面平行的方向上取向。
现有技术中，将利用拉出辊的树脂组合物片的拉出速度设为一定，在片成形模具内熔融状态的树脂组合物朝向出口侧总是沿一方向流动，所以在树脂组合物片的厚度方向的全部区域内，纤维状粒子的长轴容易在与树脂组合物片的表面平行的方向上取向。
此外，在通过现有的通常的注塑成型法制造树脂组合物片的情况下，因为从片成形模具的供给口瞬间填充熔融状态的树脂组合物，所以熔融状态的树脂组合物之间在模具内的各处碰撞或合流。因此，在模具内熔融状态的树脂组合物沿一方向流动的部位与熔融状态的树脂组合物之间碰撞的部位处的纤维状粒子的取向方向不同，当从表面观察时，树脂组合物片中纤维状粒子的长轴朝着与表面平行的方向取向的部位和纤维状粒子的长轴无规取向的部位(熔接部)混合存在。
此外，如现有技术文献4所述，在将由合成树脂中包含交联促进剂和纤维状粒子形成的树脂组合物通过注塑成型法来制造树脂组合物片的情况下，纤维状粒子无取向(各向同性)地分散。
测定方法
关于纤维状粒子的平均粒径，使用电子显微镜对滑动构件的周向截面的多个部位的电子图像以200倍的倍率进行拍摄，测定了纤维状粒子的平均粒径。具体而言，纤维状粒子的平均粒径如下求得：对于所得的电子图像，使用通常的图像分析方法(分析软件：Image-Pro Plus(4.5版本)，普拉奈特龙株式会社((株)プラネトロン)制)测定各纤维状粒子的面积，将其换算成假定为圆时的平均直径。其中，电子图像的拍摄倍率不限定于200倍，也可变更为其他倍率。
接着，对滑动层中所含的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的体积相对于纤维状粒子的总体积的比例的测定方法进行说明。使用通过上述方法得到的电子图像的拍摄图像，并使用通常的图像分析方法(分析软件：Image-Pro Plus(4.5版本)，普拉奈特龙株式会社制)将拍摄图像中的纤维状粒子区分为长轴长度为20μm以上的纤维状粒子和除此以外的纤维状粒子。测定拍摄图像中的全部纤维状粒子的总面积和长轴长度为20μm以上的全部纤维状粒子的总面积，算出长轴长度为20μm以上的纤维状粒子相对于全部纤维状粒子的面积比例。该面积比例相当于体积比例。
接着，对滑动层的滑动面侧区域、中间区域、界面侧区域的区分方法进行说明。使用通过上述的方法得到的电子图像的拍摄图像，求出滑动层的与滑动面垂直的方向上的厚度T。在从滑动面的任意位置朝向里衬金属层侧且到厚度T的25％的长度(1/4×T)的位置处描画与滑动面平行的假想线UL。此外，在从滑动层的作为与里衬金属层的界面的面的位置朝向滑动面侧且到厚度T的25％的长度(1/4×T)的位置处描画与滑动面平行的假想线LL。将从滑动层的滑动面到假想线UL为止的区间记为滑动面侧区域，将滑动层的与里衬金属层的界面到假想线LL为止的区间记为界面侧区域，将假想线UL和假想线LL之间的区间记为中间区域。在图1中以虚线表示假想线UL、LL。
另外，在里衬金属层的表面具有多孔质部的情况下，里衬金属层的表面呈凹凸状。该情况下，滑动层和里衬金属层的界面是在拍摄图像中通过里衬金属层(多孔质部)的表面的位于最接近滑动面侧的凸部的顶部且与滑动面平行的假想线。
平均长宽比A通过使用上述的手法得到的电子图像的拍摄图像，作为长轴长度为20μm以上的各纤维状粒子的长轴长度L和短轴长度S的比(长轴长度L/短轴长度S)的平均值而求出(参照图2)。另外，纤维状粒子的长轴长度L表示上述的电子图像中的纤维状粒子的长度达到最大的位置时的长度，短轴长度S表示在与长轴长度L的方向正交的方向上的长度达到最大的位置时的长度。
纤维状粒子的分散指数S如下求出：使用上述电子图像的拍摄图像，测定长轴长度为20μm以上的各纤维状粒子的与滑动面平行的方向上的长度X1、和与滑动面垂直的方向上的长度Y1，算出这些各长度的比X1/Y1的平均值(参照图3)。另外，纤维状粒子的分散指数S越接近0，则纤维状粒子以长轴方向在与滑动面垂直的方向上取向的方式分散，当分散指数S超过1.1而越大时，以长轴方向在与滑动面平行的方向上取向的方式分散。
实施例
如下所述制造了本发明的具有里衬金属层和滑动层的滑动构件的实施例1～10和比较例11～17。实施例1～10和比较例11～17的滑动构件的滑动层的组成如表1所示。
[表1]
表1中示出的实施例1～10和比较例11～17中的纤维状粒子的原材料使用了平均粒径为7～35μm、平均长宽比(长轴长度/短轴长度)为5～100的粒子。
作为实施例1～10和比较例11～17中的合成树脂的原材料，使用了PEEK(聚醚醚酮)粒子或PF(酚醛树脂)粒子。这些粒子使用平均粒径是作为原材料的纤维状粒子的平均粒径的125％的粒子。
实施例5～9的固体润滑剂(MoS2、Gr)的原材料粒子使用平均粒径是纤维状粒子原材料的平均粒径的30％的粒子，填充材料(CaF2)的原材料粒子使用平均粒径是纤维状粒子的平均粒径的25％的粒子。比较例17的交联促进剂的原材料使用了平均粒径是纤维状粒子的平均粒径的25％的粒子。
以表1示出的组成比率称量上述的原材料，将该组合物预先颗粒化。将该颗粒投入熔融混炼机，依此通过供给模具、片成形模具、拉出辊，制作了树脂组合物片。另外，在实施例1～9和比较例11～16中，将熔融混炼机的加热温度设定为350～390℃，在实施例10中将加热温度设定为230～250℃。此外，使利用拉出辊的树脂组合物片的拉出速度在实施例1～10和比较例11～14、16中周期性(5～10秒)地变化，在比较例15中设为一定。此外，比较例17中，根据现有技术文献4、通过注塑成形制作了树脂组合物片。
接着，在使树脂组合物片覆盖在Fe合金制的里衬金属层的一侧表面上之后，加工成部分圆筒形状，接着以使里衬金属层上的组合物达到规定的厚度的条件进行了切削加工。另外，实施例1～9和比较例11～17的里衬金属层使用了Fe合金，实施例10中使用了在Fe合金的表面具有Cu合金的多孔质烧结部的材料。此外，实施例1～10和比较例11～16的滑动构件以树脂组合物片的成形工序中的拉出辊处的拉出方向与部分圆筒形状的周向平行的方式制作。
制作的实施例1～10和比较例11～17的滑动构件的滑动层的厚度为3mm，里衬金属层的厚度为10mm。
对于制作的实施例和比较例的滑动构件，根据上述说明的测定方法，进行分散于滑动层中的纤维状粒子的平均粒径的测定，将其结果示于表1的“平均粒径”栏中。此外，进行上述说明的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的平均长宽比(A)的测定，将其结果示于表1的“平均长宽比(A)”栏中。此外，根据上述说明的测定方法，进行在滑动层中的滑动面侧区域、中间区域和界面侧区域中分散的“长轴长度为20μm以上的纤维状粒子”的分散指数(S)的测定，将其结果示于表1的“分散指数(S)”栏中。此外，进行上述说明的在滑动层分散的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的体积相对于纤维状粒子的总体积的比例的测定，将其结果示于“体积比率”栏中。
将多个成形为部分圆筒形状的滑动构件组合而制成圆筒形状，在表2示出的条件下进行了滑动试验。将各实施例和各比较例的滑动试验后的滑动层的磨耗量示于表1的“磨耗量(μm)”栏中。此外，各实施例和各比较例中，对于滑动试验后的滑动层的表面的多个部位，使用粗糙度测定器评价了有无损伤的产生。在表1的“有无裂纹的产生”栏中，在滑动层的表面测得深度为5μm以上的损伤的情况下表示为“有”，未测得的情况下表示为“无”。此外，将滑动试验后的试验片沿着与滑动构件的周向平行、且与滑动面垂直的方向切断，用光学显微镜确认在滑动层和里衬金属的界面有无发生“剪切”。在表1的“有无界面的剪切”栏中，将确认到界面的“剪切”的情况表示为“有”，将没有确认到的情况表示为“无”。
[表2]
根据表1示出的结果可知，实施例1～10与比较例11～17相比，滑动试验后的滑动层的磨耗量减少。此外，实施例4～9中，纤维状粒子5的平均长宽比(A)为5～10，磨耗量特别少。“长轴长度为20μm以上”的纤维状粒子5的平均长宽比为1.5～10的粒子的体积比例为30％以上的实施例4～9与体积比例小于30％的实施例1～3相比，结果是磨耗量少，认为其原因是如上说明的滑动层的强度(变形阻力)提高了。
此外，在实施例中，在滑动试验后的滑动层的表面没有产生裂纹和发生界面的剪切，其原因也如上说明，认为由于滑动层中所含的纤维状粒子的滑动面侧区域、中间区域、界面侧区域的各区域中的纤维状粒子的分散指数不同，从而防止在滑动面产生裂纹。
与此相对，如比较例15那样，滑动层中所含的纤维状粒子在滑动面侧区域、中间区域、界面侧区域的各区域中取向相同(在与滑动面平行的方向上取向)的情况下，在滑动面的表面产生裂纹，且在滑动层和里衬金属的界面处容易发生剪切，结果容易发生滑动层的磨耗，磨耗量变多。
比较例11中，因为滑动层中所含的纤维状粒子的平均粒径小于5μm，所以提高滑动层的强度(变形阻力)的效果小，因此认为在滑动层的表面产生裂纹且磨耗量变多。
比较例12中，因为滑动层中所含的纤维状粒子的平均粒径较大、为30μm，所以认为在对滑动层施加来自轴构件的负荷的情况下，纤维状粒子自身容易发生剪切，滑动面产生裂纹、磨耗量变多，而且在滑动层和里衬金属的界面发生了剪切。
比较例13中，因为滑动层中所含的纤维状粒子的体积小于10％，所以认为滑动层的强度(变形阻力)小，滑动面产生裂纹、磨耗量变多，而且在滑动层和里衬金属的界面发生了剪切。
比较例14中，因为滑动层中所含的纤维状粒子的体积超过35％，所以认为滑动层变脆，滑动面产生裂纹、磨耗量变多，而且，在滑动层和里衬金属的界面发生了剪切。
比较例15中，因为将树脂组合物片的制作中的拉出工序时的拉出速度设为一定，所以滑动层中所含的纤维状粒子在滑动面侧区域、中间区域、界面侧区域的整体中沿着与滑动层的滑动面大致平行的方向取向(分散指数大)，所以滑动面产生裂纹、磨耗量变多，而且在滑动层和里衬金属的界面发生了剪切。
比较例16中，滑动层的滑动面侧区域和界面侧区域中所含的纤维状粒子的分散指数超过6，中间区域的分散指数也超过2。因此，认为在从轴构件施加了负荷的情况下，施加于中间区域的滑动面的负荷缓和的效果降低，滑动面产生裂纹、磨耗量变多，而且在滑动层和里衬金属的界面发生了剪切。
比较例17中，虽然通过注塑成形制作了树脂组合物片，但滑动层中所含的纤维状粒子的分散指数在滑动层的整体范围内为无取向，因此认为在从轴构件施加了负荷的情况下，滑动面产生裂纹、磨耗量变多。

Claims (10)

1.一种滑动构件，其为由里衬金属层和在该里衬金属层上的滑动层构成的轴颈轴承用的滑动构件，其特征在于，所述滑动构件具有部分圆筒形状，
所述滑动层由合成树脂和分散于该合成树脂中的纤维状粒子构成，该纤维状粒子具有所述滑动层的10～35％的体积比例，所述纤维状粒子的平均粒径为5～25μm，
在与所述滑动构件的周向平行且与所述滑动层的滑动面垂直的周向截面组织中，所述纤维状粒子以相对于全部纤维状粒子为10％以上的体积比例包含长轴长度为20μm以上的纤维状粒子，
在所述周向截面组织中，当将从所述滑动面朝向与所述里衬金属层的界面到达所述滑动层的厚度的25％为止的区域记为滑动面侧区域、将从所述界面朝向所述滑动面到达所述滑动层的厚度的25％为止的区域记为界面侧区域、将所述滑动面侧区域和所述界面侧区域之间的区域记为中间区域时，
在所述滑动面侧区域中分散的所述长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为1.1以上6以下，
在所述中间区域中分散的所述长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为0.1以上且小于1，
在所述界面侧区域中分散的长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的分散指数为1.1以上6以下，
其中，分散指数由各纤维状粒子的比X1/Y1的平均值表示，X1是所述周向截面组织中的所述纤维状粒子在与所述滑动面平行的方向上的长度，Y1是所述截面组织中的所述纤维状粒子在与所述滑动面垂直的方向上的长度。
2.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，在所述周向截面组织中，所述长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的平均长宽比为1.5～10。
3.如权利要求2所述的滑动构件，其特征在于，在所述周向截面组织中，所述长轴长度为20μm以上的纤维状粒子的平均长宽比为5～10。
4.如权利要求1～3中任一项所述的滑动构件，其特征在于，在所述周向截面组织中，所述长轴长度为20μm以上的纤维状粒子相对于全部纤维状粒子的体积比例为30％以上。
5.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述纤维状粒子包含选自玻璃纤维粒子、陶瓷纤维粒子、碳纤维粒子、芳族聚酰胺纤维粒子、丙烯酸纤维粒子和聚乙烯醇纤维粒子的1种以上。
6.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述合成树脂包含选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚苯硫醚、聚乙烯和聚醚酰亚胺的1种以上。
7.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述滑动层进一步包含选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮化硼和聚四氟乙烯的1种以上的固体润滑剂。
8.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述滑动层进一步以1～10体积％包含选自CaF2、CaCo3、滑石、云母、莫来石、氧化铁、磷酸钙、钛酸钾和Mo2C的1种以上的填充材料。
9.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述里衬金属层在成为与所述滑动层的界面的表面上具有多孔质金属部。
10.一种轴颈轴承，其特征在于，具备多个权利要求1～9中任一项所述的滑动构件。
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