JP2004115577A

JP2004115577A - 摺動組成物及び摺動部材

Info

Publication number: JP2004115577A
Application number: JP2002277290A
Authority: JP
Inventors: Hideki Iwata; 岩田　英樹; Takahiro Niwa; 丹羽　貴裕; Takeshi Shindo; 新藤　剛; Tsunetaro Kashiyama; 樫山　恒太郎
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15
Also published as: DE10340427B4; DE10340427A1; GB2393963B; US20040058828A1; GB2393963A; GB0317729D0

Abstract

【課題】摺動部材において、環境に配慮するため、ベース樹脂であるポリテトラフルオロエチレンに鉛を添加せず、ビスマスやアルカリ土類金属塩などを添加し耐摩耗性、摩擦特性の向上を図ってきた。しかし、高ＰＶ値下においては、更なる耐摩耗性の向上が望まれていた。
【解決手段】ベース樹脂に熱硬化性樹脂を５０〜８０体積％用いて、そこに分子量３００万以上のＰＴＦＥを１０〜４０体積％と、ビスマス及び／又はビスマス合金を１〜２０体積％とを添加することにより、高ＰＶ値下での使用にも耐摩耗性、摩擦特性に優れた摺動部材となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境への影響を低減するため鉛を含有しない摺動組成物及び摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自己潤滑性に優れるポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと称する）はドライベアリング用の摺動部材に用いられており、さらに鉛などを添加して（例えば、特許文献１参照）耐摩耗性の改善が図られてきた。鉛を添加すると、鉛の移着膜形成効果によってＰＴＦＥが相手軸へ移着し、そのＰＴＦＥが相手軸上に膜を形成する。そのため摺動部材と相手軸との摺動がＰＴＦＥ同士の摺動となり、特に、無潤滑下では摩擦特性に優れているという効果があった。ところが、鉛は環境への影響が大きいため、これに代わりビスマス（例えば、特許文献２参照）や硫酸バリウム（例えば、特許文献３参照）などを添加し、鉛の代替としていた。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭３９−１６９５０号公報（第１−２頁）
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−２２１２３１号公報（第１頁）
【０００５】
【特許文献３】
特開２００２−２０５６８号公報（第１−２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＴＦＥをベース樹脂として、これにビスマス（特開２００１−２２１２３１）、或いは硫酸バリウム（特開２００２−２０５６８）を添加した摺動部材では、摩擦係数や耐摩耗性は向上するものの、高ＰＶ値下においては、更なる耐摩耗性の向上が望まれていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高ＰＶ値下における摺動組成物及び摺動部材の耐摩耗性、摩擦特性をさらに向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、ビスマス及び／又はビスマス合金１〜２０体積％とからなることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、摺動組成物のベース樹脂として機械的強度の高い熱硬化性樹脂を用いることにより摺動部材における耐熱性、耐摩耗性、そして機械的強度の向上を図ることができる。ここで、熱硬化性樹脂の比率が５０体積％未満では十分な機械的強度が得られないため耐摩耗性が期待できず、８０体積％を越えると、後に述べるビスマスやアルカリ土類金属塩、ＰＴＦＥなどを添加する効果が薄れ、目的とする摩擦特性が得られない。熱硬化性樹脂としてはフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等がある。
【００１０】
そして、ＰＴＦＥの分子量を３００万以上とすることによって、摺動組成物の耐摩耗性が向上し、また、相手軸に強固な移着膜を形成できる。さらに、摺動組成物総量に対するＰＴＦＥの比率が１０〜４０体積％の範囲では、相手軸における強固な移着膜の形成が可能となり、摩擦特性が向上する。比率が１０体積％未満では十分な摩擦特性が期待できず、４０体積％を超えると目的とする耐摩耗性が得られない。
【００１１】
また、ビスマスやビスマス合金は相手軸への移着膜形成効果を有し、ビスマスやビスマス合金を摺動組成物の樹脂中に分散して含有させることにより耐摩耗性の向上に寄与する。ビスマス合金は、例えばビスマスに銀、錫、亜鉛、インジウムなどを含有したものである。ビスマス合金を添加した摺動組成物は、純粋なビスマスを添加した摺動組成物よりも硬質なものとなり、更に耐摩耗性が向上する。これらビスマスに添加される金属の含有量は、ビスマスの総量に対し０．５〜３０質量％が好ましい。より好ましくは５〜１５質量％である。そして、摺動組成物総量に対するビスマス及び／又はビスマス合金の比率が１体積％未満では十分な摩擦摩耗特性が期待できず、２０体積％を超えると耐摩耗性が徐々に低下してしまう。
【００１２】
また、本発明は熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、アルカリ土類金属塩１〜２０体積％とからなることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、アルカリ土類金属塩が相手軸への移着膜形成効果を有するので、上述した特長と同様な効果を有する。摺動組成物総量に対するアルカリ土類金属塩の比率が１体積％未満では十分な摩擦摩耗特性が期待できず、２０体積％を超えると耐摩耗性が徐々に低下する。アルカリ土類金属塩は、例えばリン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸バリウム等のリン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩などが挙げられる。なお、本明細書におけるアルカリ土類金属とは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａをいう。
【００１４】
さらに、本発明は熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、ビスマス及び／又はビスマス合金並びにアルカリ土類金属塩を総量で１〜２０体積％とからなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、上述の効果同様、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、摩擦特性、そして強度に優れた摺動部材となる。また、無潤滑下に限らず、潤滑下での使用においても摩擦摩耗特性が向上し、上記効果と合わせた優れた摺動が可能となる。ビスマス及び／又はビスマス合金とアルカリ土類金属塩との添加量は、摺動組成物総量に対して１〜２０体積％とすることが望ましい。
【００１６】
そして、本発明は上記した摺動組成物の各々に、更に固体潤滑剤１〜３０体積％を添加したことを特徴とする。
この構成によれば、摺動組成物において無潤滑下、又は潤滑下のどちらの使用でも、更に優れた摩擦特性、及び耐摩耗性が得られる。摺動組成物総量に対する固定潤滑剤の比率は１〜３０体積％が望ましい。固体潤滑剤としてはグラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素などが挙げられる。
【００１７】
以上のような摺動組成物は、基材に被覆し摺動部材として構成することができる。より好ましくは、基材上に多孔質層を設け、その多孔質層に上記摺動組成物を含浸被覆し構成する摺動部材である。この構成によれば、摺動組成物と基材との接着が強固となり、摺動部材として強度あるものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説明する。
図１には摺動部材１の断面が示されている。同図のように、摺動部材１は、基材上、即ち表面に銅メッキ２が施された金属鋼板（一般構造用低炭素鋼）からなる裏金層３上に、銅系合金粉末からなる多孔質焼結金属層４を介し、摺動組成物５を含浸被覆し構成されている。多孔質焼結金属層４は銅メッキ上に粉末状態で接合されているため、層内部、及び表面部に無数の空洞を有する。
【００１９】
次に、図１に示す摺動部材１の製造方法について説明する。
まず、銅メッキが施された厚み１．２ｍｍの金属鋼板（一般構造用低炭素鋼）からなる裏金層３上に、銅系合金粉末を厚さ０．３ｍｍとなるよう散布する。そして、それらを還元雰囲気中で７５０〜９００℃の温度に加熱して銅系合金粉末を焼結し、裏金層３上に多孔質層である多孔質焼結金属層４を得る。
【００２０】
一方、表１の組成比率にて各種を添加し、混合して、ワニス状の摺動組成物５を得る。そして、このワニス状の摺動組成物５を、上記裏金層３上の多孔質燃焼金属層４に含浸被覆させた後、１５０〜２５０℃の温度で硬化させる。
【００２１】
本発明の効果を検証するため、スラスト試験機を用いて試験を行なった。検証試験は、発明品及び比較品の摩擦係数、摩耗量を測定するものであり、実施した試験結果は表１に示した。
【００２２】
この試験条件を表２に示す。この試験の焼付判定基準としては、トルクが５Ｋｇｆ・ｍを超えた場合、又は摩耗量が５０μｍを超えた場合のどちらかとした。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
試験結果を検討する。発明品▲１▼〜▲５▼は、条件１、又は２の双方で焼付（トルクオーバー、又は摩耗量５０μｍを超える）を起こすことなく、良好な摺動特性を示している。
【００２６】
これに対し、比較品▲１▼はＰＦ樹脂（フェノール系樹脂）のみのため条件１、又は２の双方で焼付を起こし、比較品▲２▼〜▲５▼は、ベース樹脂に熱硬化性樹脂を用いたが、条件２では焼付を起こした。また、比較品▲６▼〜▲９▼はベース樹脂がＰＴＦＥであるため、条件２では焼付を起こし、また、摩耗量も多くなった。
なお、実験に使用したＰＦ樹脂は三井化学社製の「ミレックスＸＬ−３２５」、ＰＴＦＥ粉末は２種類、ＰＴＦＥ（１）：三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロンファインパウダー６−Ｊ（分子量３００万以上・平均粒子径４７０μｍ）」と、ＰＴＦＥ（２）：ダイキン工業社製の「ルブロンＬ−２（分子量６０万以下、平均粒子径２μｍ）」であり、硫酸バリウムは堺化学社製の「ＢＭＨ−１００」である。
【００２７】
ＰＴＦＥ粒子としては、平均粒子径が３００〜６００μｍが望ましい。平均粒子径が３００〜６００μｍと大きいと、熱硬化性樹脂などとの混合時に繊維化され、その比表面積も大きなものとなる。よって摺動組成物５は、その表面において、ＰＴＦＥ粒子が広範囲に、且つ高密度に分布することとなり、その優れた自己潤滑性により耐薬品性、耐熱性、そして優れた摩擦特性を有する。
【００２８】
そして、以上のように裏金層２上の多孔質焼結金属層４に摺動組成物５が含浸被覆された本発明の摺動部材１は、半円筒状、又は円筒状に加工されてベアリングとして製造される。
【００２９】
そして、本発明の摺動部材１は無潤滑下に限らず、潤滑下の使用も可能であり、高速化、又は低速下のどちらにおいても優れた効果を発揮することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す摺動部材の断面図
【符号の説明】
図中、１は摺動部材、２は銅メッキ、３は裏金層、４は多孔質焼結金属層、５は摺動組成物である。

Claims

熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、ビスマス及び／又はビスマス合金１〜２０体積％とからなることを特徴とする摺動組成物。
熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、アルカリ土類金属塩１〜２０体積％とからなることを特徴とする摺動組成物。
熱硬化性樹脂５０〜８０体積％と、分子量３００万以上のポリテトラフルオロエチレン１０〜４０体積％と、ビスマス及び／又はビスマス合金、並びにアルカリ土類金属塩を総量で１〜２０体積％とからなることを特徴とする摺動組成物。
更に、固体潤滑剤１〜３０体積％を添加した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摺動組成物。
基材に、請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動組成物を被覆してなることを特徴とする摺動部材。
基材上に設けられた多孔質層に、請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動組成物を含浸被覆してなることを特徴とする請求項５記載の摺動部材。