CN112673185A - 多层滑动部件及使用了该多层滑动部件的汽车的齿条齿轮式转向装置 - Google Patents

多层滑动部件及使用了该多层滑动部件的汽车的齿条齿轮式转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多层滑动部件及使用了该多层滑动部件的汽车的齿条齿轮式转向装置。多层滑动部件(1)包含：由钢板构成的里衬金属(2)；在该里衬金属(2)的一个表面(3)上形成的镀铜或镀镍的皮膜(4)；经由皮膜(4)与里衬金属(2)的表面(3)一体地接合的多孔质金属烧结层(5)；以及，由填充该多孔质金属烧结层(5)的孔隙(6)且包覆表面(7)的合成树脂组合物构成的包覆层(8)。合成树脂组合物除了含有作为主成分的PTFE以外，还含有作为添加剂的质量百分比5～30％的热致液晶高分子、质量百分比5～12％的聚芳基酮树脂、质量百分比5～12％的熔融氟树脂和质量百分比1～5％的聚酰亚胺树脂。

Description

多层滑动部件及使用了该多层滑动部件的汽车的齿条齿轮式 转向装置
技术领域
本发明涉及一种摩擦磨损特性优异的多层滑动部件及使用该多层滑动部件的汽车的齿条齿轮式转向装置。
背景技术
由里衬金属、一体地与该里衬金属的一个表面接合的多孔质金属烧结层和填充该多孔质金属烧结层的孔隙且包覆表面的合成树脂组合物的包覆层构成的多层滑动部件(专利文献1至专利文献4所记载)以包覆层向为内侧卷绕成圆筒状的所谓卷绕套筒的形态或者以滑动板的形态被广泛地应用于能够顺畅且滑动自如地支承各种机械装置中的旋转轴或往复移动体的支承机构。
作为填充与里衬金属的一个表面一体地接合的多孔质金属烧结层的孔隙且包覆表面的合成树脂，主要使用聚四氟乙烯树脂或聚缩醛树脂。这些合成树脂在干燥摩擦条件下，另外在润滑脂等润滑油的夹设下发挥优异的低摩擦性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭39-16950号公报
专利文献2：日本特公昭61-52322号公报
专利文献3：日本特开平8-41484号公报
专利文献4：日本特开2006-56205号公报
专利文献5：日本实开昭60-95367号
专利文献6：日本实公平01-27495号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在将这些多层滑动部件应用于往复滑动用途、例如汽车的齿条齿轮式转向装置中的齿条引导件(如专利文献5及专利文献6所记载)的情况下，因转向的切出而使支承于齿条引导件的齿条轴欲开始滑动时的静摩擦所引起的滑动阻力作用于齿条轴，相应地小齿轮的旋转扭矩增大，而另一方面，在齿条轴移动而从静摩擦状态转变为动摩擦状态时，产生滑动扭矩的降低、即扭矩损失。由于在转向开始切换时产生的小齿轮的旋转扭矩的增大以及因扭矩损失引起的滑动扭矩的降低、换言之在齿条轴与支承齿条轴的齿条引导件之间产生的静摩擦系数与动摩擦系数的差的大小被反映到驾驶员的转向操作中，因此会对是否能够确保顺畅的转向操纵感产生影响。
本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于提供一种能够确保具备静摩擦系数与动摩擦系数之差极小的合成树脂组合物的包覆层的多层滑动部件以及能够确保顺畅的转向操纵感的齿条齿轮式转向装置。
用于解决课题的手段
本发明的多层滑动部件包含：里衬金属；一体地与该里衬金属的一方的表面接合的多孔质金属烧结层；以及，包覆层，其由合成树脂组合物构成，填充该多孔质金属烧结层的孔隙且包覆该多孔质金属烧结层的表面，合成树脂组合物除了含有作为主要成分的聚四氟乙烯树脂(以下简称为PTFE)之外，还含有作为添加剂的质量百分比5～30％的热致液晶高分子、质量百分比5～12％的聚芳基酮树脂、质量百分比5～12％的熔融氟树脂和质量百分比1～5％的聚酰亚胺树脂。
根据本发明的多层滑动部件，包覆层具有以主成分的PTFE为基体、并在该基体中分散有作为添加剂的热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂及聚酰亚胺树脂的结构，热致液晶高分子促进基体的低摩擦性，聚芳基酮树脂、熔融氟树脂及聚酰亚胺树脂对基体进行加强从而有助于该基体的耐磨损性的提高，因此发挥稳定的滑动特性。
本发明的齿条齿轮式转向装置具备：齿轮箱；小齿轮，其旋转自如地支承于该齿轮箱；齿条轴，其形成有与该小齿轮啮合的齿条齿；齿条引导件，其将该齿条轴支承为滑动自如；以及，弹性机构，其将该齿条引导件按压向齿条轴，该齿条齿轮式转向装置中的齿条引导件具备：配置于齿轮箱的齿条引导件基体；以及，滑动片，其由多层滑动部件构成，该多层滑动部件在里衬金属侧被固定在该齿条引导件基体上，滑动片在包覆层上具有滑动面，该滑动面由滑动自如地与齿条轴的外周面滑动接触而将齿条轴支承为滑动自如的凹面构成。
在本发明中，齿条引导件基体也可以具备由圆弧状凹面构成的支承面且在该圆弧状凹面的底部中央具备嵌合孔，由多层滑动部件构成的滑动片也可以在其包覆层上具备由圆弧状凹面构成的滑动面，在与滑动面相反的面上具备由圆弧状凸面构成的固定面，并且，在圆弧状凹面的底部中央具备从该底部向固定面侧延伸且与固定面一体地形成的有底圆筒状的中空突出部。
在具备这种齿条引导件基体和滑动片的本发明的优选例的齿条引导件中，使有底圆筒状的中空状突出部嵌合到齿条引导件基体的支承面的嵌合孔中而使该中空状突出部落座于由齿条引导件基体的由圆弧状凹面构成的支承面，该滑动片被固定在齿条引导件基体上。其中，该中空状突出部一体地形成于该滑动片的具有与该支承面互补的形状的固定面，该滑动片由具备由圆弧状凹面构成的滑动面的多层滑动部件构成。
在本发明中，齿条引导件基体也可以具备凹面且在该凹面的底部中央具备嵌合孔，该凹面具有：相互对置的一对平坦面；从一对平坦面分别相对地一体地延伸的一对倾斜面；以及，从一对平坦面一体地延伸的底部平坦面。由多层滑动部件构成的滑动片也可以具备：相向的一对倾斜面部；与该一对倾斜面部分别连续的一对平坦面部；与该一对平坦面部分别连续的底面部；以及，从该底面部的中央向里衬金属侧延伸的有底圆筒状的中空突出部。
在具备这种齿条引导件基体和滑动片的本发明的优选例的齿条引导件中，具备相向的一对倾斜面部、从该一对倾斜面部分别连续的一对平坦面部、从该一对平坦面部分别连续的底面部和从该底面部的中央向里衬金属侧延伸的有底圆筒状的中空突出部的多层滑动部件所构成的滑动片通过使有底圆筒状的中空突出部嵌合到齿条引导件基体的凹面的底部中央的嵌合孔而落座于齿条引导件基体的凹面上，该滑动片被固定到齿条引导件基体上。
发明的效果
根据本发明，合成树脂组合物的包覆层的静摩擦系数与动摩擦系数之差极小，因此能够提供一种摩擦磨损特性优异的多层滑动部件以及能够确保顺畅的转向操纵感的齿条齿轮式转向装置。
附图的简单说明
图1是本发明的优选的一例的多层滑动部件的剖面说明图。
图2是表示本发明的多层滑动部件的制造工序的一例的说明图。
图3是表示本发明的优选的齿条齿轮式转向装置的一例的剖面说明图。
图4是组装在图3所示的齿条齿轮式转向装置中的齿条引导件的剖面说明图。
图5是图4所示的齿条引导件的V-V线向视剖面说明图。
图6是图4所示的齿条引导件的俯视说明图。
图7是表示组装在图3所示的齿条齿轮式转向装置中的齿条引导件的另一例的齿条引导件的图8的VII-VII线剖面说明图。
图8是图7所示的齿条引导件的俯视说明图。
具体实施方式
以下，对本发明及其实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明完全不限定于这些实施方式。
如图1所示，本发明优选的一例的多层滑动部件1包含：由钢板构成的里衬金属2；在该里衬金属2的一个表面3上形成的镀铜或镀镍的皮膜4；经由皮膜4与里衬金属2的表面3一体地接合的多孔质金属烧结层5；以及，由填充该多孔质金属烧结层5的孔隙6且包覆表面7的合成树脂组合物构成的包覆层8，合成树脂组合物除了含有作为主成分的PTFE以外，还含有作为添加剂的质量百分比5～30％的热致液晶高分子、质量百分比5～12％的聚芳基酮树脂、质量百分比5～12％的熔融氟树脂和质量百分比1～5％的聚酰亚胺树脂，由这样的合成树脂组合物构成的包覆层8具有以PTFE为基质、在该基质中分散有热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂及聚酰亚胺树脂的结构。
在形成本发明的多层滑动部件1中的包覆层8的合成树脂组合物中，作为构成主成分的PTFE，使用主要用于成形的PTFE作为细粉末。作为细粉的具体例，例如可以举出大金工业公司制的“Polyflon F201(商品名)”、三井·杜邦氟化学公司(Mitsui FluorochemicalsCompany/三井·デュポンフロロケミカル社)制的“Teflon 6CJ(商品名)”、AGC公司制的“Fluon-CD097E(商品名)”等。
作为与PTFE配合的热致液晶高分子，可举出全芳香族聚酯树脂、全芳香族聚酰胺树脂、全芳香族聚酯酰胺树脂等，特别优选全芳香族聚酯树脂。在此，热致液晶高分子是指通过加热熔融而成为液晶(虽然在结晶与液体的中间状态中，在分子方向上保持了某种秩序，但失去了三维位置的秩序的状态)的高分子。全芳香族聚酯树脂可以例示出：对羟基苯甲酸(p-Hydroxybenzoic acid)的单体及对羟基苯甲酸与二醇(二羟基联苯等芳香族二醇、乙二醇等C2-6链烷二醇等)、芳香族二羧酸(对苯二甲酸等)及芳香族羟基羧酸(羟基萘甲酸等)中选出的至少一种单体的共聚物等。
具体而言，可以例示由下述(I)式表示的由多对羟基苯甲酸生成的全芳香族聚酯树脂(聚氧苯甲酰基聚酯)〔例如，住友化学工业公司制的“SUMIKA SUPER E101(商品名)”等〕、以下述(II)式表示的对羟基苯甲酸和4，4′-二羟基联苯和对苯二甲酸作为构成单元的全芳香族聚酯树脂(例如，住友化学工业公司制的“SUMIKA SUPER(商品名)”、JXTG能源公司制的“Xydar(商品名)/ザイダー”等)、以下述(III)式表示的对羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘羧酸和对苯二甲酸作为构成单元的全芳香族聚酯树脂(例如，Polyplastic公司制的“VECTRAN(商品名)”等)、以下述(IV)式表示的以对羟基苯甲酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯为构成单元的全芳香族聚酯树脂(例如UNITIKA公司制的“ロッドラン/Rodrun(商品名)”等)等。
[化学式1]
Figure BDA0002969456530000061
[化学式2]
Figure BDA0002969456530000062
[化学式3]
Figure BDA0002969456530000063
[化学式4]
Figure BDA0002969456530000064
热致液晶高分子与作为主成分的PTFE配合，特别是能够促进PTFE、进而是包覆层的低摩擦性。热致液晶高分子相对于PTFE的配合量为质量百分比5～30％、优选为质量百分比10～20％。若热致液晶高分子相对于PTFE的配合量小于质量百分比5％时，无法充分促进包覆层的低摩擦性，同时，若该配合量超过质量百分比30％，则液晶高分子在包覆层内所占的比例变高，反而有可能损害包覆层的低摩擦性。
聚芳基酮树脂是具有苯环在对位的位置通过刚性的羰基和柔性的醚键连结的聚合物结构的结晶性的芳香族系热塑性树脂，其具有优异的耐热性、耐冲击性、耐磨损/滑动特性等。在作为其代表例，下述(V)式中表示聚醚酮(以下，简称为PEK)树脂的结构；下述(VI)式中表示聚醚醚酮(以下，简称为PEEK)树脂的结构，下述(VII)式中表示聚醚酮酮(以下，简称为PEKK)树脂的结构。
[化学式5]
Figure BDA0002969456530000071
[化学式6]
Figure BDA0002969456530000072
[化学式7]
Figure BDA0002969456530000073
聚芳基酮树脂与作为主成分的PTFE配合，特别是能够提高包覆层的耐磨损性。聚芳基酮树脂相对于PTFE的配合量为质量百分比5～12％、优选为质量百分比5～10％。若聚芳基酮树脂的配合量小于质量百分比5％，则无法改善包覆层的耐磨损性，另外，即使聚芳基酮树脂的配合量超过质量百分比12％，也不会进一步提高包覆层的耐磨损性。作为聚芳基酮树脂，可举出：PEK树脂、PEEK树脂、PEKK树脂等。在优选例中，聚芳基酮树脂是选自PEK树脂、PEEK树脂及PEKK树脂中的至少一种树脂。作为PEK树脂的具体例，可以举出例如威格斯公司(ビクトレックス社)制的“VICTREX-HT(商品名)”等；作为PEEK树脂的具体例，例如可举出威格斯公司制的“PEEK-150PF(商品名)”、“PEEK-450PF(商品名)”、大赛璐-赢创公司(Daicel-Evonik/ダイセル·エボニック社)制的“Vestakeep(商品名)”等；作为PEKK树脂的具体例，可以举出阿科玛(Arkema)公司制的“Kepstan/ケプスタン7002(商品名)”、“Kepstan/ケプスタン8002(商品名)”等。
熔融氟树脂和聚芳基酮树脂一起与作为主成分的PTFE配合，能够有助于包覆层的耐磨损性的提高。作为熔融氟树脂，可举出：四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂(以下简称PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物树脂(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物树脂(ETFE)等，并优选使用与PTFE相容的熔点为300～310℃的PFA。熔融氟树脂相对于PTFE的配合量为质量百分比5～12％、优选为质量百分比5～10％。特别是，通过将该熔融氟树脂的配合量设定为与上述聚芳基酮树脂的配合量相同的量，提高包覆层的耐磨损性。作为PFA的具体例，可举出大金工业公司制的“Neoflon(注册商标)PFA(商品名)”、三井·杜邦氟化学公司(MitsuiFluorochemicals Company/三井·デュポンフロロケミカル社)制的“Teflon(注册商标)PFA(商品名)”、AGC公司制的“Fluon(注册商标)PFA(商品名)”等。
聚酰亚胺树脂有助于使包覆层的摩擦系数稳定且提高其耐磨损性。作为聚酰亚胺树脂，可以是热固化性聚酰亚胺树脂或热塑性聚酰亚胺树脂中的任一种，但优选通过缩合反应或加成反应而形成三维网状结构而固化的热固化性聚酰亚胺树脂。作为热固化性聚酰亚胺树脂的具体例，可以举出例如宇部兴产公司制的“UIP-R(商品名)”、“UIP-S(商品名)”、Daicel-Evonik公司制的“P84(商品名)”、丸善石油化学公司制的“BAN1-M(商品名)”、“BAN1-X(商品名)”等，另外，作为热塑性聚酰亚胺树脂的具体例，可以举出三井化学公司制的“AURUM(商品名)”等。
聚酰亚胺树脂相对于PTFE的配合量为质量百分比1～5％、优选为质量百分比2～4％。若聚酰亚胺树脂的配合量小于质量百分比1％，则包覆层的加强效果不充分，无法发挥提高耐磨损性的效果。另外，若聚酰亚胺树脂的配合量超过质量百分比5％，则不仅损害PTFE所具有的低摩擦性，而且有可能使耐磨损性降低。
在本发明的多层滑动部件1中，在形成包覆层8的合成树脂组合物中，作为追加成分，也可以以质量百分比0.2～5％的比例含有选自炉黑、槽法炭黑、乙炔黑、热法炭黑中的炭黑、石墨(天然或人造石墨)和二硫化钼中的至少一种合成树脂组合物。上述追加成分主要以包覆层的着色为目的而作为颜料含有于上述合成树脂组合物中。作为炭黑的具体例，例如可以列举出Ketjen Black International公司制的“科琴黑EC(商品名)”及“科琴黑EC-600JD(商品名)”等，作为石墨的具体例，可举出：日本石墨工业公司制的“天然石墨(CB系列)”、“人造石墨(PAG系列)”等。作为二硫化钼的具体例，可以举出大东润滑公司制的“二硫化钼粉末”等。
接着，对本发明的多层滑动部件1的制造方法进行说明。
使用JIS G 3101所规定的一般结构用轧制钢板(SS400等)或JIS G 3141中规定的冷轧钢板(SPCC等)作为里衬金属2的钢板。钢板优选使用连续条片，该连续条片以卷绕成线圈状的环带材料(Hoop Material)的方式被提供。但是，也不一定限于连续条片，也可以使用被切断成适当长度的条片。这些条片也可以根据需要对其施加镀铜或镀镍等皮膜4来提高其耐腐蚀性。
形成与里衬金属2的一个表面3一体地接合的多孔质金属烧结层5的金属粉末可以使用以下材料：其金属本身；摩擦磨损特性优异的青铜；铅青铜或磷青铜等大致通过100网格(1英寸长度的网格数)的铜合金粉末，但根据目的也可以使用铜合金以外的例如铝合金、铁等粉末。该金属粉末的颗粒形态可以采用块状、球状或不规则形状的颗粒形态。该多孔质金属烧结层5的合金粉末彼此且与上述钢板等条片牢固地结合在一起，因此必须具备具有一定厚度的多孔度。推荐该多孔质金属烧结层5的厚度大致为0.15～0.40mm，多孔度大致为10容积％以上。
形成多层滑动部件1的包覆层8的合成树脂组合物通过下述方式制得：除了计量作为主成分的PTFE以外，还计量规定量的作为添加剂的热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂和聚酰亚胺树脂，通过用混合机混合上述这些材料而制作混合物并在制成的混合物中加入石油系溶剂并搅拌混合的方法，得到被赋予了湿润性的合成树脂组合物。PTFE与添加剂的混合在PTFE的室温转变点(19℃)以下的温度下进行，另外，得到的混合物与石油系溶剂的搅拌混合也在与上述温度同样的温度下进行。通过采用这样的温度条件，能够抑制PTFE的纤维状化，从而得到均匀的混合物(合成树脂组合物)。
作为石油系溶剂，除了石脑油、甲苯、二甲苯以外，还可以使用石蜡系、环烷烃系等脂肪族系烃溶剂或它们的混合溶剂。石油系溶剂的使用比例设定为相对于PTFE粉末与填充材料的混合物100质量份是15～30质量份。石油系溶剂的使用比例小于15质量份时，在后述的向多孔质金属烧结层5的孔隙6和表面7填充包覆合成树脂组合物的填充包覆工序中，被赋予了湿润性的合成树脂组合物的延展性差，其结果，有可能在将包覆层8填充到多孔质金属烧结层5时容易产生包覆不匀。另一方面，若石油系溶剂的使用比例超过30质量份时，不仅填充包覆作业变得困难，而且合成树脂组合物的包覆厚度的均匀性受损，由合成树脂组合物构成的包覆层8与多孔质金属烧结层5的密合强度也有可能下降。作为石油系溶剂的具体例，可以举出：作为环烷烃系溶剂的埃克森(Exxon)化学公司制的“Exxsol(商品名)”、作为异构烷烃系溶剂的埃克森化学公司制的“Isopar(商品名)”)等。
本发明的多层滑动部件1经过图2所示的制造工序(a)～(d)而进行制造。
工序(a)：由引导辊10，10将与作为卷绕成线圈状的环带材料9被供给的多孔质金属烧结层5一体地接合而成的里衬金属2向前方输送，对该里衬金属2的多孔质金属烧结层5的表面7散布供给收容于料斗11的被赋予了上述湿润性的合成树脂组合物(混合物)12，接着，利用加压辊13，13进行轧制而向多孔质金属烧结层5的孔隙6填充合成树脂组合物，同时在多孔质金属烧结层5的表面7上形成由均一厚度的合成树脂组合物构成的包覆层8。将合成树脂组合物填充到多孔质金属烧结层5的孔隙6中的填充工序在该工序中进行了大部分。
工序(b)：将在工序(a)中处理后的在多孔质金属烧结层5的表面7上具备合成树脂组合物的包覆层8的里衬金属2在干燥炉14内保持数分钟，由此除去石油系溶剂，然后利用辊15，15对干燥后的合成树脂组合物进行加压辊处理，以达到规定的厚度。
工序(c)：将在工序(b)中处理后的里衬金属2导入加热烧成炉16，进行加热烧成之后，里衬金属2通过加热烧成炉16，完成包覆层8的烧成、固化。接着，里衬金属2通过尺寸调整辊17，17的辊处理来调整尺寸的偏差，并且进行包覆层8厚度的尺寸微调。
工序(d)：通过使在工序(c)中进行了尺寸调整后的里衬金属2通过利用冷水喷雾器等冷却装置18，来将里衬金属2冷却至室温。然后，为了根据需要矫正里衬金属2的起伏等，利用矫正辊装置19进行矫正辊处理，矫正里衬金属2的微小的起伏等。接着，利用引导辊20，20将经矫正的里衬金属2向前方输送，并被卷绕在卷绕机21上。
在经过工序(a)～(d)而制得的多层滑动部件1中，多孔质金属烧结层5的厚度为0.10～0.40mm，由合成树脂组合物形成的包覆层8的厚度为0.02～0.20mm。通过这种方式制得的多层滑动部件1被切断成适当的尺寸而以滑动板的形态进行使用，或者被弯曲成圆形而以圆筒状的卷绕套筒的形态进行使用。
在通过上述制造方法得到的多层滑动部件1中，包覆层8具有以主成分的PTFE为基体并在该基体中分散有作为添加剂的热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂及聚酰亚胺树脂的结构。在包覆层8中，热致液晶高分子促进了基体的PTFE的低摩擦性，静摩擦系数与动摩擦系数之差极小，聚芳基酮树脂、熔融氟树脂及聚酰亚胺树脂加强了基体，从而提高了耐磨损性。
实施例
以下，通过实施例详细地说明本发明，但只要不超出其主旨，本发明并不限定于以下的实施例。需要说明的是，在以下的例子中，多层滑动部件的滑动特性通过以下的往复滑动试验进行评价。
＜往复滑动试验＞
试验方法：在表1中记载的条件下，固定半径为10.0mm、长度为20.0mm、厚度为1.05mm的圆弧状的板状成型物(多层滑动部件)，一边用规定的负荷将构成对象材料的高碳铬轴承钢制的圆柱状的轴按压于该板状成型物的表面，一边使该轴沿着板状成型物的表面往复运动，并测定该板状成型物与圆柱状的轴之间的静摩擦系数、动摩擦系数及磨损量。磨耗量以该板状成型物的包覆层在试验时间(20小时)结束后的尺寸变化量(μm)来表示。
[表1]
滑动速度 3m/min
载荷 200kgf
时间 20小时
行程 150mm
润滑在试验前，在滑动面上涂布锂润滑脂(协同油脂公司制的“マルテンプAC-P/MULTEMP AC-P(商品名)”
对象材料机械构造用碳素钢调质材料(S45C：JIS G 4051)
在下述各例中，PTFE、热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂、聚酰亚胺树脂及炭黑使用以下所示的材料。
＜PTFE＞
(1)PTFE-1大金工业公司制的细粉“Polyflon F201(商品名)”
(2)PTFE-2三井杜邦氟化学公司制的“Teflon 6CJ(商品名)”
＜热致液晶高分子＞
(1)全芳香族聚酯树脂-1住友化学工业公司制的“SUMIKA SUPER E101/スミカーパ一E101(商品名)”
(2)全芳香族聚酯树脂-2Polyplastics公司制的“ベクトラ/VECTRA(商品名)”
(3)全芳香族聚酯树脂-3JXTG能源公司制造的“Xydar(商品名)
(4)全芳香族聚酯树脂-4UNITIKA公司制的“ロッドラン/Rodrun(商品名)”
＜聚芳基酮树脂＞
(1)PEK威格斯公司(ビクトレックス社)制的“VICTREX-HT(商品名)”
(2)PEEK大赛璐-赢创公司制的“Vestakeep(商品名)”
(3)PEKK阿科玛(Arkema)公司制的“Kepstan/ケプスタン8002(商品名)”
＜熔融氟树脂＞
PFA大金工业公司制的“Neoflon(注册商标)ACX-34(商品名)”
＜聚酰亚胺树脂＞
(1)聚酰亚胺树脂-1宇部兴产公司制的“UIP-R(商品名)”
(2)聚酰亚胺树脂-2丸善石油化学公司制的“BAN1-M(商品名)”
(3)聚酰亚胺树脂-3丸善石油化学公司制的“BAN1-X(商品名)”
＜滑动层的着色材料＞
(1)炭黑Ketjen Black International公司制的“科琴黑EC(商品名)”
(2)二硫化钼大东润滑公司制造的“二硫化钼粉末”
＜里衬金属＞
该里衬金属包括里衬金属和多孔质金属烧结层，其中，上述里衬金属由厚度0.70mm的钢板构成，该钢板在其表面具备由镀铜形成的皮膜；上述孔质金属烧结层由在该里衬金属的一方表面上一体地接合的厚度为0.25mm的青铜合金构成。
实施例1～15
将表2至表4所示的主成分的PTF-E、作为添加剂的热致液晶高分子、聚芳基酮树脂、熔融氟树脂和聚酰亚胺树脂、或者还在这些材料中加入了颜料后的材料供给至亨舍尔混合机内进行搅拌混合，相对于得到的混合物100质量份，配合作为石油系溶剂的异构烷烃系溶剂(Exxon化学公司制的“Isopar(商品名)”)20质量份，在PTFE的室温转变点以下的温度(15℃)下混合，得到被赋予了湿润性的合成树脂组合物。
将被赋予了湿润性的合成树脂组合物散布供给到上述里衬金属的多孔质金属烧结层上，利用辊进行轧制来填充多孔质金属烧结层的孔隙，以使合成树脂组合物的厚度成为0.20mm，制得具备表面包覆了合成树脂组合物的包覆层的多层板。接着，将多层板预先保持在热风干燥炉中除去溶剂后，利用辊对具备干燥后的包覆层的复层板进行轧制，使被多孔质金属烧结层的表面包覆的包覆层的厚度为0.10mm。
接着，将进行了加压处理的复层板在加热炉中加热烧成后，再次利用辊进行加压处理，进行尺寸调整以及起伏等的矫正，制成多层滑动部件。将矫正结束后的多层滑动部件切断成条带状，以包覆层为内侧实施弯曲加工，得到半径为10.0mm、长度为20.0mm、厚度为1.05mm的圆弧状的多层滑动部件试验片。
对比例1
将表5所示的PTFE-2(质量百分比80％)和质量百分比20％的铅粉末供给到亨舍尔混合机内进行搅拌混合，相对于上述得到的混合物的100质量份配合20质量份的石油系溶剂(与上述实施例相同)，在PTFE的室温转变点以下的温度(15℃)下混合而得到被赋予了湿润性的合成树脂组合物。以下，利用与上述实施例同样的方法制作多层滑动部件。将该多层滑动部件切断成条带状，以包覆层为内侧实施弯曲加工，制得半径为10.0mm、长度为20.0mm、厚度为1.05mm的圆弧状的多层滑动部件试验片。
对比例2
将表5所示的质量百分比10％的筛选硫酸钡(sieved barium sulfate)、质量百分比20％的铅粉、PTFE-2(质量百分比70％)供给至亨舍尔混合机内进行搅拌混合，并相对于制得的混合物100质量份配合20质量份的石油系溶剂(与上述实施例相同)，在PTFE的室温转变点以下的温度下混合，得到被赋予了湿润性的合成树脂组合物。以下，利用与上述实施例同样的方法制作多层滑动部件。将该多层滑动部件切断成条带状，以包覆层为内侧实施弯曲加工，制得半径为10.0mm、长度为20.0mm、厚度为1.05mm的圆弧状的多层滑动部件试验片。
[表2]
Figure BDA0002969456530000161
[表3]
Figure BDA0002969456530000171
[表4]
Figure BDA0002969456530000181
[表5]
Figure BDA0002969456530000191
由以上的试验结果可知，实施例的多层滑动部件的静摩擦系数与动摩擦系数之差小，磨损量也少，具有稳定的滑动性能。另一方面，根据试验结果可以确认到：比较例的多层滑动部件的静摩擦系数与动摩擦系数之差大，产生了粘滑(附着-滑动/stick-slip)，产生了因粘滑引起的异常摩擦声。
接着，对包括使用了上述多层滑动部件的齿条引导件的齿条齿轮式转向装置进行说明。
在图3至图6中，齿条齿轮式转向装置22具备：小齿轮23，其在R方向上自由旋转；齿条轴25，其具有与小齿轮23啮合的齿条齿24，并且在滑动方向A(图3中与纸面正交的方向)上自由直动；齿轮箱26，其将小齿轮23支承为在R方向上旋转自如；齿条引导件27，其将齿条轴25支承为滑动自如；以及，弹性机构28，其将齿条引导件27按压向小齿轮23。
一体地设置有小齿轮23的小齿轮轴29以经由滚动轴承30，30在R方向上旋转自如的方式支承于齿轮箱26且通过转向操作在R方向上旋转。
通过小齿轮23在R方向上旋转，经由小齿轮23与齿条齿24的啮合而在滑动方向A上直动的齿条轴25在与设有齿条齿24的面相反的一侧具有由圆弧状凸面构成的滑动面31。
齿条轴25沿滑动方向A贯穿的齿轮箱26具备：齿轮箱主体32，其安装有滚动轴承30，30；圆筒部34，其与齿轮箱主体32一体地形成并具有圆筒状的内周面33；以及，封闭部件36，其经由螺纹部35与圆筒部34的一端部螺合，封闭部件36通过与该封闭部件36螺合的锁紧螺母37固定于圆筒部34。
齿条引导件27具备：圆弧状的滑动片39，其以滑动自如的方式与齿条轴25的滑动面31接触且具有由圆弧状凹面构成的滑动面38；以及，齿条引导件基体42，其具有圆筒状的外周面41，该外周面41在与滑动方向A正交的轴向B的一方的端面40支承滑动片39且与内周面33滑动自如地接触。
由多层滑动部件1构成且以包覆层8侧为内侧弯曲成圆形的圆弧状的滑动片39具备：滑动片主体44，在一方的面上具有由圆弧状凹面构成的滑动面38且在与滑动面38相反的另一方的面上具有由圆弧状凸面构成的固定面43；以及，与该固定面43一体地形成的有底圆筒状的中空突出部47，具备在滑动片主体44的固定面43上一体地形成的圆筒部45以及在圆筒部45的一方的端部一体地形成的底部46。
齿条引导件基体42由铝或铝合金材料、烧结金属材料等形成且配置在齿轮箱26的圆筒部34内，并且，齿条引导件基体42具有圆筒状的外周面41。齿条引导件基体42具备：轴向B的一方的端面40，其具有支承滑动片主体44的由圆弧状凹面构成的支承面48以及与支承面48相连的一对俯视呈新月状的平坦面49；嵌合孔部52，其具备嵌合孔50和一端与嵌合孔50连通且直径比嵌合孔50的直径小的小径孔51，嵌合孔50在支承面48的中央部开口，滑动片39的有底圆筒状的中空突出部47的圆筒部45以具有过盈量的方式与嵌合孔50嵌合；中空圆筒部54，其与小径孔51连通且在齿条引导件基体42的轴向B的另一方的端面53开口；以及，四个突条部55，其在支承面48的滑动方向A的两缘部沿支承面48一体地设置且具有同样的高度。
将有底圆筒状的中空突出部47的圆筒部45压入嵌合于嵌合孔50，使固定面43与支承面48接触且使滑动片主体44的外周缘与突条部55卡合，从而将滑动片39保持固定于支承面48，齿条引导件27具备齿条引导件基体42和嵌合于齿条引导件基体42并受保持的圆弧状的滑动片39，齿条引导件基体42一方面在支承面48开口，另一方面与中空圆筒部54连通且嵌合有滑动片39的有底圆筒状的中空突出部47，在齿条引导件27中，滑动片主体44的滑动面38位于比四个突条部55的上表面56靠齿条轴25的滑动面31侧的位置。
在嵌合于齿条引导件基体42的支承面48而被保持的滑动片39中，底部46起到保持圆筒部45的形状的加强部的作用，因此，中空突出部47长期牢固地被保持于齿条引导件基体42的嵌合孔50，滑动片主体44与齿条引导件基体42的四个突条部55卡合，因此，滑动片主体44在齿条引导件基体42的支承面48无错位地受齿条引导件基体42保持。
弹性机构28具备线圈弹簧58。线圈弹簧58在一方的端部与规定中空圆筒部54的齿条引导件基体42的环状面57接触，并在另一方的端部与封闭部件36接触并被压缩而被配置于齿条引导件基体42与封闭部件36之间。螺旋弹簧58经由齿条引导件基体42而将滑动片39的滑动面38弹性地按压到齿条轴25的滑动面31上。
表示组装于齿条齿轮式转向装置22的齿条引导件27的另一例的图7及图8的齿条引导件27具备：齿条引导件基体42，其由铝或铝合金材料、烧结金属材料等形成且具有圆筒状的外周面41；以及，嵌合保持于齿条引导件基体42的滑动片39。
齿条引导件基体42在轴向B的一方的端部侧具备凹面62，同时还具备圆筒状凹部64和圆筒状的嵌合孔65。其中，凹面62具有：相互对置的一对平坦面59，59；从一对平坦面59，59分别相对地一体地延伸的一对倾斜面60，60；以及，从一对平坦面59，59一体地延伸的底部平坦面61；圆筒状凹部64，在齿条引导件基体42的轴向B的另一方的端部侧，在另一方的端面63开口；以及，嵌合孔65，其在该面62的底部平坦面61的中央向圆筒状凹部64开口。
由多层滑动部件构成的滑动片39具备滑动片主体71和有底圆筒状的中空突出部74。其中，滑动片主体71在具有凹面69的同时还在该凹面69的相反的面具有固定面70。凹面69具有：相互对置的一对倾斜面部66，66；与该倾斜面部66，66分别连续的一对平坦面部67，67；以及，与该平坦面部67，67分别连续的底面部68。固定面70由与该面69互补的形状构成。中空突出部74一体地形成于该固定面70，并具备向里衬金属侧延伸的圆筒部72以及底部73，其中，圆筒部72一体地形成于滑动片主体71的底面部68的中央；底部73一体地形成于圆筒部72的一方的端部。
齿条引导件27通过下述方式形成：使滑动片39的有底圆筒状的中空突出部74与齿条引导件基体42的凹面62的底部平坦面61的中央的嵌合孔65嵌合，而使滑动片39落座于该齿条引导件基体42的凹面62。齿条引导件27的滑动片39滑动自如地与齿条轴25的外周面、在本例中为具有与凹面69互补的形状的外周面(未图示)接触而将齿条轴25支承为滑动自如。
具备由本发明的多层滑动部件1构成的滑动片39的齿条引导件27与齿条轴25之间产生的滑动摩擦阻力小，且静摩擦系数与动摩擦系数之差小，因此，能够得到不会产生因粘滑等引起的异常摩擦声，从而能够确保顺畅的转向操纵感的齿条齿轮式转向装置。
如上述说明，本发明的多层滑动部件的静摩擦系数与动摩擦系数之差小，摩擦磨损特性优异。并且，在将静摩擦系数与动摩擦系数之差小、摩擦磨损特性优异的多层滑动部件应用于齿条引导件的滑动片的情况下，同样能够获得静摩擦系数与动摩擦系数之差小、显示出优异的摩擦磨损特性从而能够确保顺畅的转向操纵感的齿条齿轮式转向装置。
符号说明
1 多层滑动部件
2 里衬金属
5 多孔质金属烧结层
8 包覆层
22 齿条齿轮式转向装置
23 小齿轮
24 齿条齿
25 齿条轴
26 齿轮箱
27 齿条引导件
28 弹性机构
29 小齿轮轴
39 滑动片
42 齿条引导件基体

Claims (10)

1.一种多层滑动构件，具有：
里衬金属；
多孔质金属烧结层，与该里衬金属的一个表面一体地接合；以及
包覆层，由合成树脂组合物构成，填充该多孔质金属烧结层的孔隙且包覆该多孔质金属烧结层的表面，
该合成树脂组合物除了含有作为主要成分的聚四氟乙烯树脂之外，还含有作为添加剂的质量百分比5～30％的热致液晶高分子、质量百分比5～12％的聚芳基酮树脂、质量百分比5～12％的熔融氟树脂和质量百分比1～5％的聚酰亚胺树脂。
2.根据权利要求1所述的多层滑动构件，其中，
所述合成树脂组合物以质量百分比0.2～5％的比例含有炭黑、石墨和二硫化钼中的至少一种作为追加成分。
3.根据权利要求1或2所述的多层滑动构件，其中，
热致液晶高分子为全芳香族聚酯树脂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层滑动构件，其中，
所述聚芳基酮树脂是选自聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂和聚醚酮酮树脂之中的至少一种树脂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多层滑动构件，其中，
熔融氟树脂为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂。
6.一种齿条齿轮式转向装置，具备：
齿轮箱；
小齿轮，旋转自如地支承于该齿轮箱；
齿条轴，具有与该小齿轮啮合的齿条齿；
齿条引导件，滑动自如地支承该齿条轴；以及
弹性机构，将该齿条引导件按压向齿条轴，
该齿条引导件具备：配置于齿轮箱的齿条引导件基体；以及滑动片，所述滑动片由权利要求1至5中任一项所述的多层滑动部件构成，该多层滑动部件在里衬金属侧被固定于该齿条引导件基体，
所述滑动片在其包覆层具有滑动面，该滑动面由与齿条轴的外周面滑动自如地滑动接触来滑动自如地支承齿条轴的凹面构成。
7.根据权利要求6所述的齿条齿轮式转向装置，其中，
齿条引导件基体具备由圆弧状凹面构成的支承面并且在该支承面的底部中央具备嵌合孔。
8.根据权利要求6或7所述的齿条齿轮式转向装置，其中，
所述滑动片分别在其包覆层具备由圆弧状凹面构成的滑动面，在与滑动面相反的面具备由圆弧状凸面构成的固定面，并且所述滑动片具备与所述固定面一体地形成的有底圆筒状的中空突出部。
9.根据权利要求6所述的齿条齿轮式转向装置，其中，
齿条引导件基体具备凹面且在该凹面的底部平坦面的中央具备嵌合孔，该凹面具有：相互对置的一对平坦面；从该一对平坦面分别相对地延伸的一对倾斜面；以及从该一对平坦面一体地延伸的底部平坦面。
10.根据权利要求6或9所述的齿条齿轮式转向装置，其中，
所述滑动片具备：相对的一对倾斜面部；与该一对倾斜面部分别连续的一对平坦面部；与该一对平坦面部分别连续的底面部；以及从该底面部的中央向所述里衬金属侧延伸的有底圆筒状的中空突出部。
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