JP2013083304A - 燃料噴射ポンプ用黒鉛添加軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 黒鉛−平均径が5〜50μmであり、黒鉛化度が0.6以上であり、かつ平均径の0.5倍以下である微粒子を除いた粒子の平均形状係数(YAVE)が1〜4であって、かつ形状係数(Y)=1〜1.5の範囲の粒子が個数割合で70%以上存在する黒鉛5〜60重量%と、残部ポリイミド樹脂及び/又はポリアミドイミド樹脂からなる摺動層を裏金上に焼成した軸受。
YAVE=total[{PMi 2/4πAi}]/i
Y=PM2/4πA
ここで、ここで、totalは[ ]内の値のi個についての合計、PMは粒子1個の周囲長さ、Aは粒子1個当りの断面積、iは測定個数である。
【選択図】 図3
Description
本発明者らは、樹脂系摺動材料に添加される球状炭素材料に着目し、例えば特許文献6:特開平5−331314号に提案される真球性が高い黒鉛も検討したが、この硬度はHv800〜1200と高いために、相手軸を摩耗させる問題があると結論した。
したがって、本発明は、燃料噴射ポンプ用軸受として従来の銅合金焼結材料に匹敵する特性を有する黒鉛添加樹脂系摺動材料を開発することを目的とする。
YAVE=total[{PMi 2/4πAi}]/i
Y=PM2/4πA
ここで、ここで、totalは[ ]内の値のi個についての合計、PMは粒子1個の周囲長さ、Aは粒子1個当りの断面積、iは測定個数である。平均形状係数(YAVE)=1〜1.5の範囲の粒子の個数割合を以下の説明では球状化率(Y’)という。以下、本発明を詳しく説明する。
完全黒鉛結晶の黒鉛化度が1とする黒鉛化度で表して、本発明の黒鉛は結晶化度が0.6以上であり、天然黒鉛に近くあるいは天然黒鉛自体であり、潤滑性及びなじみ性が優れているものである。好ましくは、球状黒鉛の黒鉛化度が0.8以上である。なお、黒鉛化度(degree of graphitization)は、非特許文献1:トライボロジストVol.49/No.7/2004「炭素材料の使い方」第561頁に定義されているC.R.Housakaの式のとおりである。
黒鉛粒子の平均粒径が5μm未満であると、黒鉛が凝集してしまい、一方平均粒径が50μmを超えると、分散性が不良となるために、本発明の黒鉛は平均径が5〜50μmの範囲である。さらに、好ましい平均径は5〜20μmである。
また、図6には、同じ面積をもつ球状黒鉛30bとメソフェーズ小球体33を示す。メソフェーズ小球体は周囲長さが大きいために、平均形状係数YAVEの分子が大きくなり、この結果平均形状係数YAVE自体が大きくなる。
平均形状係数YAVEが4を超えると黒鉛粒子の形状異方性が大きく、図4のような配向になるために好ましくない。好ましい平均形状係数YAVEは1〜2.5である。さらに、球状黒鉛30bの割合が大きいことが必要であるので、球状化率(Y’)は70%以上でなければならない。以下、平均形状係数YAVEの測定法を説明する。
MV={total(V*di)}/totalVi=total(di 3)/total(di 2)・・・・・(1)式
ここで、totalは( )内の値又はViの値のi個についての合計、diは黒鉛粒子1個の円相当径、Viは黒鉛粒子1個の体積である。0.5MV以下の粒子は(2)式の平均形状係数測定においては考慮しない。
平均形状係数(YAVE)はi=1....n個の粒子の測定を行い、黒鉛粒子の周囲長さを断面積で割った比率であり、次の式で求められる。
Y=total[{PMi 2/4πAi}/]i ・・・・・・・・・・・・・・・(2)式
ここで、ここで、totalは[ ]内の値のi個についての合計、PMiは粒子1個の周囲長さ、Aiは粒子1個当りの断面積である。
黒鉛粒子の円相当径及び黒鉛粒子の形状係数の測定方法は、すべり軸受を任意の位置で切断し、図7に示すような切断面を倍率200倍、視野範囲0.37mm×0.44mmにて写真撮影し、摺動層を例えば株式会社ニコレ製LUZEX−FSを用いて2値化した画像の計測を行なう。
ポリアミドイミド樹脂としては、芳香族ポリアミドイミド樹脂を使用することができる。これらの樹脂は何れも耐熱性に優れ、摩擦係数が小さいという特長を有している。
上記クレーやムライトは硬質物であることを利用して摺動層の耐摩耗性を向上させるために使用され、またタルクに含まれる滑石は層間が弱いファンデルワールス力で結合されていることから層間ではがれ易く、摺動層に混合することにより摩擦調整作用を得ることができる。
そして、前記摩擦調整剤の含有量は、0.5重量%未満であると、摩擦低減効果が不充分であり、一方20重量%を超えると相手材を傷つけて耐摩耗性を不充分にする。ここで含有量としては5〜15重量%含有することがより好ましい。
なお、摩擦調整剤の粒径が10μmを超えると相手材への攻撃性が高くなり、さらに球状黒鉛との合計量が5.5重量%未満であると摺動層の摩耗量が増大し、80重量%を超えると耐熱性や強度不足などの問題が発生する。
裏金として140mm×1.5mmの普通鋼板を、またその上に形成する粗面化部用の青銅粉末(Sn10%含有、+80、−150メッシュ)を、それぞれ用意した。裏金を脱脂後、青銅粉末を裏金上に単位面積(cm2)当り0.05〜0.1g配置し、その後830〜850℃で焼成を行なって粗面化部を形成した。粗面化部の厚さは約150μmであり、青銅の比重に基づいて計算した気孔率は40〜80%であった。 表1に組成を示す摺動層成分は溶剤とともに十分に混合した後、粗面化部への含浸を行ない、100℃で乾燥し、続いて冷間状態で圧下して摺動層成分を固め、最後に250℃で焼成を行ない、厚さが約80μmの摺動層を形成してバイメタル材試料とし、さらにブシュに加工した。表12において、「黒鉛」は日本黒鉛工業株式会社が生産している球状化粉砕黒鉛(製品名CGB10)である。黒鉛の平均形状係数(YAVE)及び球状化率(Y’)は表2に示したとおりである。
ポリイミド樹脂:東レ社製品
ポリアミドイミド樹脂:日立化成工業社製品
クレー:白石カルシウム社製品;平均粒径1μm
ムライト:共立マテリアル社製品;平均粒径0.8μm
PTFE:旭硝子社製品;平均粒径9μm
MoS2:住鉱潤滑剤社製品;平均粒径1.4μm
試験方法は次のとおりである。
回転数:0⇔1000rpm
荷重:490N
油温:室温
油種:灯油
試験機:静荷重ブシュジャーナル試験機
油種:灯油
潤滑法:油浴50℃
荷重:漸増
回転数:4500rpm
軸材質:SCM415
軸粗さ:0.4μm Rzjis
試験結果を表2に示す。
また、本発明のすべり軸受は銅合金焼結軸受に比べて次のような利点がある。
(イ)ビスマスのような資源供給の面で問題がある成分を使用しない。
(ロ)黒鉛添加樹脂系摺動材料は燃料による腐食が起こり難い。
22 摺動層
30 黒鉛
32 樹脂
Claims (6)
- 燃料噴射ポンプのカム軸の周りを公転するカムリング本体内側に固接され、前記カム軸を軸支する樹脂系軸受において、前記樹脂系軸受が、平均径が5〜50μmであり、黒鉛化度が0.6以上であり、かつ平均径の0.5倍以下である微粒子を除いた粒子の下記定義による平均形状係数(YAVE)が1〜4の範囲内であって、かつ形状係数(Y)=1〜1.5の範囲の粒子が個数割合で70%以上存在する黒鉛5〜60重量%と、残部ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂の少なくとも1種とからなる摺動層を裏金上に焼成してなることを特徴とする燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
YAVE=total[{PMi 2/4πAi}]/i
Y=PM2/4πA
ここで、ここで、totalは[ ]内の値のi個についての合計、PMは粒子1個の周囲長さ、Aは粒子1個当りの断面積、iは測定個数である。 - 前記黒鉛が実質的に球状化粉砕黒鉛からなることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
- 前記摺動層が、粒径が10μm未満のクレー、ムライト及びタルクの少なくとも1種以上からなる摩擦調整剤を0.5〜20重量%さらに含有し、かつ前記摩擦調整剤と前記黒鉛との合計量を5.5〜80重量%の範囲としたことを特徴とする請求項1又は2記載の燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
- 前記摺動層が、PTFE、MoS2、BNの少なくとも1種以上からなる固体潤滑剤を1〜40重量%さらに含有し、かつ前記固体潤滑剤、黒鉛及び摩擦調整剤との合計含有量を6.5〜80重量%の範囲としたことを特徴とする請求項1から3までの何れか1項記載の燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
- 前記摺動層が、10容量%以下のシリコン油、機械油、タービン油、鉱物油の少なくとも1種以上のオイルをさらに含むことを特徴とする請求項3又は4記載の燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
- 前記摺動層の表面が、研磨、研削及び切削加工の何れか加工を施されていることを特徴とする請求項1から5までの何れか1項記載の燃料噴射ポンプ用黒鉛添加樹脂系軸受。
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