JP2012077764A - 複合滑り軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒状の滑り軸受の焼結金属製の基材1の内径面側に重ねて樹脂層2を一体に設け、この樹脂層2は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなり、繊維状充填剤3は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して45〜90度に交差するように配向させて樹脂層に分散させ、この樹脂層2は層厚0.1〜0.7mmに設けた複合滑り軸受とする。繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷が軽減され、摩擦係数が安定する。これにより、焼結金属を基材1として合成樹脂の軸受層2を有して精密な安定した回転トルクを得ることが可能な複合滑り軸受となる。
【選択図】図1
Description
換言すれば上記の使用を可能とするため、従来の高精度滑り軸受に不足していた耐荷重性、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗特性を向上した高精度な滑り軸受を提供することである。
また、このような樹脂層との密着性を図り、かつ基材に所要の熱伝導性を確保するためには基材が、理論密度比0.7〜0.9の基材であることが好ましい。
このような焼結金属基材を用いるため、樹脂層から軸受基材、軸受基材から外部に放熱し易い。また、表面が凹凸形状であるので表面積が大きく、樹脂層とのアンカー効果が高く、密着強さを高くすることができる。
成形する際には、基材である焼結金属に油含浸をしていないので、樹脂層と軸受基材の密着強さを阻害することがない。
図1、2に示すように、第1実施形態は、円筒状の滑り軸受の焼結金属製の基材1の内径面側に重ねて樹脂層2を一体に設け、この樹脂層2は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなり、繊維状充填剤3は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して平均交差角度が90度、すなわち直交状態になるように配向して樹脂層に分散させ、この樹脂層2は層厚0.1〜0.7mmに設けた複合滑り軸受である。
これらの軸受の焼結金属製の基材1、4、6、8の所定の面に樹脂層2、5、7、9を重ねて成形する際、樹脂の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向と直角とするには、図1〜4の軸受端面から他の端面に向けて溶融樹脂が一方向に流動するようにピンゲート、ディスクゲート、フィルムゲートなどを設けて樹脂を成形する方法がある。
樹脂層の厚みが0.7mmを超えるかまたは焼結金属基材の厚さの1/2を超えると、摩擦による熱が摩擦面から軸受基材側に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。また、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、焼付き性も低下する。また樹脂厚みが0.1mm未満または樹脂層の層厚が、前記焼結金属基材の厚さの1/8未満では、長期使用時の耐久性、すなわち寿命が短くなる。
高寸法精度が必要な場合は、インサート成形後に機械加工にて所要の樹脂厚みに仕上げても、比較的安価な軸受を得ることができる。
そのため、これら焼結金属基材には、油を含浸しない焼結を使用しなければならない。また、焼結金属の成形または再圧(サイジング)の工程内にて油を使用する場合は、溶剤洗浄などで油を除去した非含油焼結軸受にしなければならない。
PEKとしてはビクトレックス社製PEEK−HTなど、PEKEKKとしてはビクトレックス社製PEEK−HTなどが挙げられる。
溶融粘度が、上記所定範囲未満の高粘度または上記所定範囲を超える低粘度であっても精密な成形性および繊維状充填剤の配向性について所期した効果を確実に得ることが容易でなくなる。
炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、安定した薄肉成形性を得るためには、繊維長が1mm未満のミルドファイバーの方が好ましい。
繊維状充填材は、滑り軸受の運動方向と45度以上のできるだけ直角に近い交差角度で配向させることで、繊維の両端のエッジは運動方向と直角に向く。これによって、繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷の軽減、摩擦係数の安定化を図れる。
この場合、樹脂層の任意断面において繊維状充填剤の単位面積当たりの繊維の交差角度の50%以上、または平均の交差角度が前記所定の交差角度の範囲内であることが好ましい。
前記したように、配合割合を、炭素繊維5〜30体積%、PTFE1〜30体積%を必須成分とし、残部がPEK樹脂とする理由は以下の通りである。
(1)摩擦特性向上剤:黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなど
(2)着色剤:炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなど
(3)熱伝導性向上剤:黒鉛、金属酸化物粉末
実施例および比較例に用いた軸受基材を表1にまとめて示し、実施例および比較例に用いる樹脂層の原材料を一括して以下に示した。
芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融粘度は、東洋精機社製キャピラグラフ、φ1×10mm細管、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における測定値である。
ビクトレックス社製:PEEK 90P(溶融粘度 105Pa・s)
(2) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔PEK−2〕
ビクトレックス社製:PEEK 150P(溶融粘度 145Pa・s)
(3) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔PEK−3〕
ビクトレックス社製:PEEK 450P(溶融粘度 420Pa・s)
(4) PAN系炭素繊維〔CF−1〕
東レ社製:トレカ MLD−30(平均繊維長0.03mm、平均繊維径7μm)
(5) PAN系炭素繊維〔CF−2〕
東邦テナックス社製:ベスファイト HTA−CMF0160−0H
(繊維長0.16mm、繊維径7μm)
(6) ピッチ系炭素繊維〔CF−3〕
クレハ社製:クレカ M−101S
(平均繊維長0.1/2mm、平均繊維径14.5μm)
(7) ピッチ系炭素繊維〔CF−4〕
クレハ社製:クレカ M−107S
(平均繊維長0.7mm、平均繊維径14.5μm)
(8) 炭酸カルシウム粉末〔CaCO3〕
日窒工業社製:NA600 (平均粒径3μm)
(9) 黒鉛〔GRP〕
ティムカルジャパン社製:TIMREX KS6(平均粒径6μm)
(10)四フッ化エチレン樹脂〔PTFE〕
喜多村社製:KTL−610(再生PTFE)
(11)青銅粉〔BRO〕
福田金属箔粉工業社製:AT−350(銅錫合金粉末)
表1の軸受基材内径に、樹脂層−実施例aを厚さ0.5mmにてインサート成形した円筒状の複合滑り軸受を使用し、せん断密着強さ試験を行った。軸受基材を固定し、内径樹脂層に軸方向のせん断力を加え、軸受基材から樹脂層が剥離する荷重を測定した。この荷重を、樹脂層と軸受基材の見かけの接合面積を割った値を、せん断密着強さとし、表4に示した。
軸受基材−実施例Eの内径に、表2または表3の樹脂層を形成した複合滑り軸受(φ30×φ35×20(mm))について、油中ラジアル型試験機を用い、耐焼付き性試験を実施した。表5の油供給条件で30分慣らし運転後、油供給を停止・油排出し焼付くまでの時間を測定した。焼付きは、軸受外径部温度が20℃上昇またはトルクが2倍に上昇するまでの時間とした。
樹脂単体の滑り軸受は、表2の組成aのみを射出成形した樹脂単体の滑り軸受(φ30×φ35×20mm)を用いた。
また、3層型の複合滑り軸受は、裏金付多孔質焼結層にPTFE樹脂組成物(炭素繊維10体積%入り)を含浸した3層型の複合滑り軸受(φ30×φ35×20mm、樹脂組成物層が0.05mm)とした。なお、インサート成形で表6に記載の所定の樹脂層厚みを形成不可能な場合は、厚肉品を射出成形し、機械加工にて所定厚みに仕上げた。
耐焼付き性試験と同じ複合滑り軸受(φ30×φ35×20(mm))について、油中ラジアル型試験機を用い、表5の油供給条件で30時間運転した後の摩耗量を測定した。
東洋精機社製キャピラグラフ、φ1×10(mm)細管、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における溶融粘度を測定し、表6および表7中に示した。
複合滑り軸受ではあるが、樹脂層の組成が請求の範囲外である比較例3〜10は、焼付き時間が26分未満と短く、摩耗量も20μm以上と大きかった。
また、樹脂層の組成が請求範囲内であるが、厚みが0.7mmを超える複合滑り軸受では、焼付き時間が1分未満で、摩耗量も非常に大きかった。
2、5、7、9 樹脂層
3 繊維状充填剤
Claims (10)
- 滑り軸受の焼結金属製基材に重ねて樹脂層を一体に設け、この樹脂層は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を分散状態に配合した樹脂組成物からなり、前記繊維状充填剤は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して45〜90度に交差するように配向させ、前記樹脂層を層厚0.1〜0.7mmに設けたことを特徴とする複合滑り軸受。
- 上記樹脂層が、基材に重ねて射出成形された樹脂層である請求項1に記載の複合滑り軸受。
- 上記樹脂層が、基材の軸径方向の厚さの1/8〜1/2の厚さの樹脂層である請求項1または2に記載の複合滑り軸受。
- 上記繊維状充填剤が、平均繊維長0.02〜0.2mmの繊維状充填剤である請求項1に記載の複合滑り軸受。
- 上記基材が、理論密度比0.7〜0.9の基材である請求項1に記載の複合滑り軸受。
- 上記樹脂組成物が、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における溶融粘度50〜200Pa・sの樹脂組成物である請求項1に記載の複合滑り軸受。
- 上記樹脂組成物が、炭素繊維5〜30体積%、四フッ化エチレン樹脂1〜30体積%を必須成分とし、残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物である請求項1または6に記載の複合滑り軸受。
- 上記炭素繊維が、PAN系炭素繊維である請求項7に記載の複合滑り軸受。
- 上記複合滑り軸受が、円筒状またはフランジ付き円筒状の軸受基材の内径側、外径側および端面側から選ばれる1以上の側面に前記樹脂層を設けた請求項1〜8のいずれかに記載の複合滑り軸受。
- 上記複合滑り軸受が、油またはグリースで潤滑される液体潤滑用滑り軸受である請求項9に記載の複合滑り軸受。
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