JP2001355634A - 複層摺動材料 - Google Patents

複層摺動材料

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分と
したものにあって、耐フレッチング性の向上を図る。 【解決手段】 ブシュ４を、鋼板からなる裏金層５の表
面側に、銅メッキ層６を介して銅からなる多孔質焼結金
属層７を設け、更にその多孔質焼結金属層７内及び表面
に摺動材料８を含浸被覆して構成する。摺動材料８を、
ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分（全体の５５
体積％以上）とし、テトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合樹脂を１〜２５体積
％、オキシベンゾイルポリエステル樹脂及び／又はポリ
イミド樹脂を１〜２５体積％、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＣ等の
モース硬度が４以上で平均粒径が５μｍ以下の硬質粒子
を０．１〜１０体積％含んだ成分組成とする。また、グ
ラファイトやＭｏＳ２等の固体潤滑剤を、硬質粒子と併
せた合計で０．５〜２５体積％含有させるようにしても
良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂を主成分とした複層摺動材料に係り、特
に軸受材料として耐フレッチング性の向上を図るように
した複層摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば無潤滑下で使用されるすべり軸受
材料として、金属裏金の表面側に合成樹脂を主成分とし
た摺動材料を配したものがあり、この種の材料（摺動部
材用組成物）としては、本出願人の出願に係る、特開昭
６１−２６６４５１号公報に示されたものが知られてい
る。この発明の材料は、ポリテトラフルオロエチレン樹
脂（以下「ＰＴＦＥ」と略す）を主成分とし、他のフッ
素樹脂、合成樹脂、固体潤滑剤を配合したものであり、
低摩擦性及び耐摩耗性に優れたものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面（摺動
層）を合成樹脂（フッ素樹脂）から構成したすべり軸受
装置の用途として、エンジンのスロットルボディにおけ
るスロットルバルブのシャフトを受ける軸受（ブシュ）
がある。このような用途においては、一般的な摩擦，摩
耗とは異なるフレッチング摩耗（接触ニ面間に、微小な
相対運動が周期的に繰り返される時に生じる表面損傷）
を起こしやすい環境にさらされるものとなる。ところ
が、上記特開昭６１−２６６４５１号公報に示された発
明では、このフレッチング摩耗に関しての考慮はなされ
ておらず、耐フレッチング性に優れた配合を教えるもの
とはなっていなかった。
【０００４】これに対し、例えば特開平５−３３９５９
３号公報には、ＰＴＦＥ系のすべり軸受材料において、
耐フレッチング性を向上させるために、ＰＴＦＥに、芳
香族ポリエステル樹脂及び球状カーボンを配合した技術
が開示されている。しかしながら、この特開平５−３３
９５９３号公報に示されたものでは、球状カーボンの硬
さが十分ではなく、また、球状カーボンの脱落も多くな
るため、必ずしも良好な耐フレッチング性が得られるも
のとはなっていなかった。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主
成分としたものにあって、耐フレッチング性の向上を図
ることができる複層摺動材料を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）
系の摺動材料は、低摩擦で耐食性（耐薬品性）に優れ、
使用温度範囲が広く、無潤滑で用いるに好適である等の
メリットがあるが、従来の組成のものでは、フレッチン
グ摩耗を起こしやすい環境にさらされる場合に、十分な
耐フレッチング性が得られない事情があった。この場
合、耐フレッチング性を高めるには、粘り強くて硬く、
微小相対運動に対する耐摩耗性に優れた組成物を得る必
要がある。本発明者は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）系の摺
動材料にあって、耐フレッチング性を高めるべく様々な
試験，研究を重ねた結果、本発明を成し遂げたのであ
る。
【０００７】即ち、本発明の複層摺動材料は、ＰＴＦＥ
を主成分とし、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下「ＰＦＡ」と
略す）を１〜２５体積％、オキシベンゾイルポリエステ
ル樹脂（以下「ＰＯＢ」と略す）及び／又はポリイミド
樹脂（以下「ＰＩ」と略す）を１〜２５体積％、硬質粒
子を０．１〜１０体積％含むところに特徴を有する（請
求項１の発明）。
【０００８】ここで、ＰＦＡは、ＰＴＦＥと相溶して単
一物質となり、ＰＴＦＥ単体の場合に比べて組成物の硬
度を高める作用を呈する。この場合、ＰＦＡを選定した
理由は、他のフッ素樹脂（例えばテトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂；以下「ＦＥ
Ｐ」と略す）に比べて硬度が高く、しかも、その融点が
ＰＴＦＥの融点に近く、熱分解安定性に優れるからであ
る。
【０００９】ちなみに、デュロメーター硬度を比較して
見ると、ＰＴＦＥがＤ５５であるのに対し、ＰＦＡがＤ
６０、ＦＥＰがＤ５５となっており、ＰＦＡの相溶によ
って、硬度を上昇させることが可能となる。
【００１０】また、ＰＴＦＥの融点は３２７℃であり、
ＰＦＡの融点が３００〜３１０℃、ＦＥＰの融点は２５
０〜２８０℃となっている。ＰＴＦＥと相溶させるため
には、その融点である３２７℃以上に加熱する必要があ
り、融点の低いＦＥＰでは３２７℃以上で分解等が発生
すると考えられる。これに対し、ＰＦＡの融点はＰＴＦ
Ｅに近く、分解することなくＰＴＦＥと相溶させること
が可能となる。このＰＦＡの配合量は、１〜２５体積％
とする必要があり、５〜２０体積％とすることがより望
ましい。１体積％未満では硬度を高める効果が得られ
ず、２５体積％を越えると摩擦特性が低下するからであ
る。
【００１１】次に、ＰＯＢ／ＰＩからなる有機粉末は、
ＰＴＦＥよりも硬度が高く、またＰＴＦＥの融点以上で
も分解しにくいものであり、摺動層に適量が分散するこ
とにより、フレッチング摩耗に対する耐摩耗性を向上さ
せる作用を呈する。このとき、ＰＦＡとの組合わせによ
り、ＰＴＦＥのＰＯＢ／ＰＩ粉末に対するぬれ性は良好
となり、全体としての剛性を向上させることができる。
このＰＯＢ／ＰＩの配合量は、１〜２５体積％とする必
要があり、５〜２０体積％とすることがより望ましい。
１体積％未満では耐フレッチング性を高める効果が得ら
れず、２５体積％を越えると逆に耐フレッチング性が低
下するからである。
【００１２】そして、硬質粒子の添加により、より高い
硬度の粒子が摺動面に分散することになるので、フレッ
チング摩耗に対する耐摩耗性を向上させる作用を呈す
る。また、摺動する相手材の表面を平滑化して、より低
摩擦とさせる作用も呈する。このとき、ＰＦＡとの組合
わせにより、ＰＴＦＥとのぬれ性が良好となり、硬質粒
子の脱落を効果的に抑えることができるのである。
【００１３】この硬質粒子の配合量は、０．１〜１０体
積％とする必要があり、０．５〜５体積％とすることが
より望ましい。０．１体積％未満では耐フレッチング性
を高める効果が小さく、１０体積％を越えると組織が脆
化し、耐フレッチング性が低下する。
【００１４】尚、本発明の複層摺動材料は、ＰＴＦＥの
配合量を、全体の５５体積％以上とすることが望まし
く、言換えれば、ＰＦＡ＋ＰＯＢ／ＰＩ＋硬質粒子の合
計量を４５体積％以下とすることが望ましい。さらに
は、裏金層の表面側に上記摺動材料層を設けるにあたっ
ては、裏金層の表面に多孔質金属層を設け、溶剤中に上
記配合の材料を混合した混合物を、その多孔質金属層に
含浸被覆させ、ＰＴＦＥの融点以上の高温で焼成させる
といった方法を採用することができる。上記多孔質層の
代わりに、摺動層との接着力がある接着剤が設けられた
裏金層、或いは裏金層の代わりに金網、エキスパンドメ
タルも使用できる。
【００１５】また、上記した配合に加え、固体潤滑剤
を、上記硬質粒子との合計で０．５〜２５体積％含有さ
せるようにしても良い（請求項２の発明）。これによれ
ば、固体潤滑剤の添加により、自己潤滑性を高めること
ができ、低摩擦性、耐摩耗性をより一層高めることがで
きる。この場合、固体潤滑剤としては、グラファイトや
ＭｏＳ２等を採用することができる。
【００１６】さらに、上記硬質粒子としては、モース硬
度が４以上で、且つ、平均粒径が５μｍ以下のものを採
用することが望ましく（請求項３の発明）、モース硬度
が６以上で、且つ、平均粒径が１μｍ以下のものがより
望ましい。具体的には、この硬質粒子として、モース硬
度が９のＡｌ２Ｏ３や、同じくモース硬度が９のＳｉ
Ｃ、モース硬度が６のＦｅ３Ｏ４といったセラミック系
硬質粒子を採用することができる。
【００１７】そして、本発明の複層摺動材料の用途とし
ては、エンジンのスロットルボディにおけるスロットル
バルブのシャフトを受ける軸受材料に好適となる（請求
項４の発明）。この場合、スロットルバルブのシャフト
を受ける軸受は、微小相対運動を受け、フレッチング摩
耗を起こしやすい環境にさらされる事情があるが、軸受
材料の耐フレッチング性を向上させることができる本発
明の複層摺動材料の使用が極めて効果的となるものであ
る。
【００１８】さらに、本発明の複層摺動材料は、表面に
樹脂コーティングがなされたシャフトと組合わせて用い
ると更に耐フレッチング性が向上する（請求項５の発
明）。尚、この樹脂コーティングとしては、例えばポリ
アミドイミド樹脂（以下「ＰＡＩ」と略す）とＰＴＦＥ
との重量比で８：２の混合物等を採用することができ、
さらには固体潤滑剤を含ませればより効果的となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、自動車用エンジ
ンのスロットルボディにおけるスロットルバルブのシャ
フトを受けるすべり軸受（ブシュ）の材料に適用した実
施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】まず、図２は、自動車用エンジンのスロッ
トルボディ１の要部構成を概略的に示しており、このス
ロットルボディ１は、エンジンに接続される吸気通路１
ａ内に、その吸気通路１ａの開度を調整するスロットル
バルブ（バタフライ弁）２を備えて構成されている。前
記スロットルバルブ２は、その上下にシャフト３を有
し、それらシャフト３が、各々円筒状のブシュ４によっ
てスロットルボディ１に回動可能に支持されている。前
記シャフト３（ひいてはスロットルバルブ２）は、アク
セルペダルによって回動動作するようになっている。
【００２１】このとき、前記ブシュ４は、潤滑油を用い
ない無給油（ドライ環境）で使用されるようになってい
る。また、前記シャフト３は、鋼材（Ｓ５５Ｃ）からな
り、本実施形態においては、その表面に樹脂コーティン
グ（例えばＰＡＩとＰＴＦＥとの重量比で８：２の混合
物に固体潤滑剤を添加したもの）が、例えば２０μｍの
厚みで施されている。
【００２２】図１は、前記ブシュ４の断面構造を模式的
に示している。このブシュ４は、金属鋼板（一般構造用
低炭素鋼）からなる裏金層５の表面側（内周側）に、接
合性を高めるための銅メッキ層６を介して、銅系合金か
らなる多孔質焼結金属層７を設け、更にその多孔質焼結
金属層７の内部及び表面に、後述するような本実施形態
に係る摺動材料（軸受材料）８を含浸被覆して構成され
ている。尚、この図１では、便宜上、摺動材料８につい
てのハッチングを省略している。
【００２３】前記摺動材料８は、ＰＴＦＥ（フッ素樹
脂）を主成分として構成され、後の表２に示す実施例１
〜３の成分組成を備えるものである。このとき、硬質粒
子は、モース硬度が９のＡｌ２Ｏ３あるいはＳｉＣが採
用され、その平均粒径は、１μｍである。さらに、上記
配合に加えて、グラファイト（表２はＧｒと略記）やＭ
ｏＳ２等の固体潤滑剤を添加した。この固体潤滑剤の平
均粒径は、１０μｍである。
【００２４】ここで、上記ブシュ４の製造方法について
簡単に述べる。まず、０．８ｍｍの厚み寸法を有し、表
面に銅メッキ６が施された鋼板（裏金層５）上に、銅合
金粉末を厚さ０．３ｍｍで散布し、次いで、還元雰囲気
中で８００〜８６０℃の温度に加熱して銅合金粉末を焼
結した。これにて、裏金層５（銅メッキ層６）上に多孔
質焼結金属層７が得られた。
【００２５】一方、摺動材料８を構成する材料の液状混
合物を得る工程が実行される。この場合、所定量のＰＴ
ＦＥディスパージョンに、やはり所定量のＰＦＡパウダ
ー、ＰＯＢもしくはＰＩ粉末、硬質粒子、微粒子状の固
体潤滑剤を加え、均一に混合して混合物を得るようにす
る。そして、その混合物を、上記裏金層５上の多孔質焼
結金属層７に含浸被覆させた後、３８０℃の温度で焼成
を行ない、その後ロール圧延により厚みを均一化させ
る。これにて、裏金層５上の多孔質焼結金属層７に摺動
材料８が含浸被覆された平板な材料が得られた。しかる
後、その材料を所要寸法に切断し、曲げ加工（巻き加
工）を行なうことにより、円筒状のブシュ４を作製し
た。
【００２６】このように構成されたブシュ４は、上述し
たように、スロットルボディ１に組込まれ、その内周の
摺動面（摺動材料８の面）においてシャフト３を受ける
ようになっている。
【００２７】次に、上記摺動材料８の有効性を検証，確
認するために、実施例１〜３の配合の摺動材料、及び、
比較例１〜５の配合の摺動材料について、フレッチング
試験を行ない、耐フレッチング性を調べた。フレッチン
グ試験は、表１に示す条件で行なった。軸については、
樹脂コーティングのあるものと、樹脂コーティングのな
いもの（表面粗さや硬度等は表に示す通り）との２種類
について夫々試験を行なった。このフレッチング試験の
結果を、成分組成と合せて表２に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】このフレッチング試験結果によれば、実施
例１〜３の全てについては、比較例１〜５と比べて、内
径変化量（摩耗量）が顕著に小さく、耐フレッチング性
の高いものが得られた。この場合、相手軸（シャフト）
に樹脂コーティングを施したものは、樹脂コーティング
のない場合に比べて摩耗量が少ない。このことから、本
発明の摺動材料を、表面に樹脂コーティングがなされた
シャフトを受ける軸受材料として用いることがより好ま
しいといえる。
【００３１】この場合、ＰＦＡを含まないあるいはＰＦ
Ａに代えてＦＥＰを採用した比較例２〜４については、
いずれも実施例のものと比べて耐フレッチング性に劣っ
ている。これは、適量のＰＦＡがＰＴＦＥに相溶して組
成物の剛性及び硬度を高める作用を呈するためである。
【００３２】また、ＰＯＢ，ＰＩを含まない比較例５で
は、実施例のものと比べて耐フレッチング性に劣ってい
る。これは、ＰＴＦＥよりも硬度の高いＰＯＢ及び／又
はＰＩを摺動面に適量分散させることが、全体としての
剛性を向上させてフレッチング摩耗に対する耐摩耗性を
向上させるのに寄与しているためである。このとき、Ｐ
ＦＡとの組合わせにより、ＰＴＦＥのＰＯＢ／ＰＩ粉末
に対するぬれ性は良好となる。ところが、ＰＯＢの含有
量が過多となった比較例４では、逆に耐フレッチング性
が低下している。
【００３３】そして、硬質粒子を含まない比較例１で
は、硬質粒子を含んだ実施例のものと比べて耐フレッチ
ング性に劣っている。これは、硬質粒子の適量の添加に
より、より高い硬度の粒子が摺動面に分散することによ
って、フレッチング摩耗に対する耐摩耗性を向上させる
作用を呈するためである。
【００３４】このとき、表２には示されていないが、比
較例２及び３については硬質粒子の脱落が多いものとな
っていたが、各実施例のものでは、硬質粒子の脱落は極
く少ないものであった。これは、ＰＦＡとの組合わせに
より、ＰＴＦＥに対する硬質粒子のぬれ性が良好とな
り、硬質粒子の脱落を効果的に抑えることができるため
である。
【００３５】さらには、実施例のなかを見てみると、適
量の固体潤滑剤を添加した実施例２及び３の方が、固体
潤滑剤を添加しなかった実施例１よりも、より一層良好
な結果が得られた。これは、固体潤滑剤の添加により、
自己潤滑性が高められ、低摩擦性、耐摩耗性がより一層
向上したことがわかる。
【００３６】以上のように、本発明の成分組成を備える
摺動材料８によれば、ＰＴＦＥを主成分としたものにあ
って、従来にない優れた耐フレッチング性を得ることが
でき、スロットルボディ１のスロットルバルブ２を受け
るブシュ４のようなフレッチング摩耗を起こしやすい環
境に使用するに好適となるものである。
【００３７】尚、上記実施の形態では、本発明をスロッ
トルバルブ２のシャフト３を受けるブシュ４に適用する
ようにしたが、フレッチング摩耗を受けやすい環境の様
々な用途の摺動部材に使用することが可能であり、その
際ブシュ（軸受）に限定されるものでもなく、スラスト
ワッシャやスライドプレート等にも適用することができ
る。また、無潤滑環境に限らず、潤滑油中や水等の液体
中で使用しても差支えない。
【００３８】その他、本発明は上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば硬質粒子としては、Ｃｒ２Ｏ
３やＳｉＯ２など他のセラミック系硬質粒子を採用して
も良く、それらを複数種類組合せて使用しても良く、ま
た、同様に固体潤滑剤としても、ＢＮやＷＳ２等も採用
することができ、さらには、裏金層や多孔質金属層の材
質、相手材（シャフト）の材質、樹脂コーティングの材
質等についても上記したものに限定されるものではない
等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得る
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すもので、ブシュの構
造を概略的に示す拡大縦断面図
【図２】スロットルボディの構成を示す縦断面図
【符号の説明】
図面中、１はスロットルボディ、２はスロットルバル
ブ、３はシャフト、４はブシュ（すべり軸受）、５は裏
金層、７は多孔質焼結金属層、８は摺動材料（軸受材
料）を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｆ１６Ｃ 33/12 Ａ Ｆ１６Ｋ 1/32 Ｆ１６Ｋ 1/32 Ｂ //(Ｃ０８Ｌ 27/18 (Ｃ０８Ｌ 27/18 67:00） 67:00） (Ｃ０８Ｌ 27/18 (Ｃ０８Ｌ 27/18 79:08） 79:08） (72)発明者 平松 伸隆 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 (72)発明者 柴山 隆之 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G065 CA27 HA12 HA15 HA18 3H052 AA02 BA23 EA01 EA16 3J011 LA01 QA03 QA04 QA05 SB19 SC01 SC05 SD01 SD02 SD04 SE02 SE04 SE06 4J002 BD151 BD152 BE042 CF183 CM043 DA027 DE116 DE146 DG027 FD176 FD177 GM00 GM05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 裏金層と、裏金層の表面側に配された摺
    動層から構成される摺動材料において、 前記摺動層が、 テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニル
    エーテル共重合樹脂１〜２５体積％、オキシベンゾイル
    ポリエステル樹脂及び／又はポリイミド樹脂１〜２５体
    積％、硬質粒子０．１〜１０体積％並びに残部がポリテ
    トラフルオロエチレン樹脂からなることを特徴とする複
    層摺動材料。
  2. 【請求項２】 固体潤滑剤を前記硬質粒子との合計で
    ０．５〜２５体積％含むことを特徴とする請求項１記載
    の複層摺動材料。
  3. 【請求項３】 前記硬質粒子は、モース硬度が４以上、
    平均粒径が５μｍ以下とされていることを特徴とする請
    求項１又は２記載の複層摺動材料。
  4. 【請求項４】 エンジンのスロットルボディにおけるス
    ロットルバルブのシャフトを受ける軸受材料として用い
    られることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
    記載の複層摺動材料。
  5. 【請求項５】 表面に樹脂コーティングがなされたシャ
    フトを受ける軸受材料として用いられることを特徴とす
    る請求項１ないし４のいずれかに記載の複層摺動材料。
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