JP2018194154A - Resin material for slide members and slide member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動部材用樹脂材料及びこれを用いた摺動部材に関する。 The present invention relates to a resin material for a sliding member and a sliding member using the same.
摺動部材に用いる樹脂材料として、バインダー樹脂に黒鉛を添加した樹脂材料が知られている。例えば特許文献1には、球に近い形状を有する黒鉛粒子を含む樹脂材料が記載されている。 As a resin material used for the sliding member, a resin material obtained by adding graphite to a binder resin is known. For example, Patent Document 1 describes a resin material including graphite particles having a shape close to a sphere.
特許文献1に記載の技術においては、樹脂材料の耐疲労性に改善の余地があった。 In the technique described in Patent Document 1, there is room for improvement in the fatigue resistance of the resin material.
これに対し本発明は、耐疲労性を改善した摺動部材用樹脂材料を提供する。 On the other hand, this invention provides the resin material for sliding members which improved fatigue resistance.
本発明は、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂中に分散された添加剤とを有し、所定のフィルム形状における引張強度が112MPa以上である摺動部材用樹脂材料を提供する。 This invention provides the resin material for sliding members which has binder resin and the additive disperse | distributed in the said binder resin, and the tensile strength in a predetermined film shape is 112 Mpa or more.
前記引張強度が、115MPa以上であってもよい。 The tensile strength may be 115 MPa or more.
前記バインダー樹脂が、ポリイミドを含んでもよい。 The binder resin may include polyimide.
前記添加剤が、黒鉛及びクレーを含んでもよい。 The additive may include graphite and clay.
前記バインダー樹脂が、83体積%以上含まれてもよい。 83% by volume or more of the binder resin may be included.
前記添加剤が、MoS2を含まなくてもよい。 The additive may not contain MoS 2 .
また、本発明は、基材と、前記基材上に、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料を用いて形成されたオーバーレイ層とを有する摺動部材を提供する。 Moreover, this invention is a sliding member which has a base material and the overlay layer formed using the resin material for sliding members as described in any one of Claims 1 thru | or 6 on the said base material. provide.
本発明によれば、摺動部材用樹脂材料において耐疲労性を改善することができる。 According to the present invention, fatigue resistance can be improved in the resin material for sliding members.
1.構成
図1は、一実施形態に係る摺動部材1の断面構造を例示する図である。摺動部材1は、例えば燃料噴射ポンプにおけるブシュとして用いられる摺動部材である。摺動部材1は、基材11、焼結層12、及び樹脂層13を有する。基材11は摺動部材1の形状及び機械的強度を与えるための層である。基材11は、例えば鋼で形成される。基材11は、いわゆる裏金である。焼結層12は、樹脂層13と基材11との密着性を向上させるための層であり、金属粉、例えば銅又は銅合金の粉末で形成される。
1. Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a sliding member 1 according to an embodiment. The sliding member 1 is a sliding member used as a bush in a fuel injection pump, for example. The sliding member 1 has a
樹脂層13は、摺動部材用樹脂材料で形成されるオーバーレイ層である。この樹脂材料は、バインダー樹脂131、及びバインダー樹脂131中に分散された添加剤132を含む。バインダー樹脂131としては、例えば熱硬化性樹脂、より具体的には、例えばポリイミド(PI)樹脂及びポリアミドイミド(PAI)樹脂の少なくとも一方が用いられる。なお、耐疲労性を向上させる観点から、PAI樹脂よりもPI樹脂を用いることが好ましく、PI樹脂の中でも高強度のもの(ここで「高強度」とは引張強度が150MPa以上のものをいう)が用いられることが好ましい。耐疲労性を向上させる観点からは、樹脂層13におけるバインダー樹脂の含有量は多い方が好ましく、例えば83体積%以上であることが好ましく、85体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることがさらに好ましい。
The resin layer 13 is an overlay layer formed of a sliding member resin material. This resin material includes a
添加剤132とは樹脂層13の特性を改善するための物質であり、例えば、固体潤滑剤1321、硬質物(硬質粒子)1322、及びシランカップリング剤のうち少なくとも1つを含む(シランカップリング剤は図示略)。固体潤滑剤1321は樹脂層13の摩擦係数を低減するための添加物であり、例えば、黒鉛(グラファイト)及びMoS2のうち少なくとも一方を含む。MoS2は樹脂層において凝集しやすい場合があるので、固体潤滑剤1321としては黒鉛を用い、MoS2を用いないことが好ましい。固体潤滑剤1321として黒鉛を用いる場合、摩擦係数を低減する観点からその黒鉛化度は高い方が好ましく、例えば95%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。硬質物1322は樹脂層13の耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させるための物質であり、例えば、クレー、ムライト、及びタルクのうち少なくとも1種を含む。シランカップリング剤はバインダー樹脂131と固体潤滑剤1321との結合を強化するための物質である。
The
耐疲労性を向上させる観点から、添加剤の含有量は少ない方が好ましく、例えば合計で17体積%以下であることが好ましい。摩擦係数を低減する観点からは固体潤滑剤の含有量は多い方が好ましく、例えば9体積%以上であることが好ましい。耐焼付性及び耐摩耗性を向上させる観点からは硬質物の含有量は多い方が好ましく、例えば0.5体積%以上であることが好ましい。固体潤滑剤及び硬質物の双方を添加するためには、固体潤滑剤の含有量は9体積%以上14体積%以下であることが好ましく、硬質物の含有量は0.5体積%以上3体積%以下であることが好ましい。シランカップリング剤は、バインダー樹脂に対して例えば1重量%以上3重量%以下であることが好ましい。 From the viewpoint of improving fatigue resistance, the content of additives is preferably as small as possible. For example, the total content is preferably 17% by volume or less. From the viewpoint of reducing the coefficient of friction, the content of the solid lubricant is preferably as large as possible, for example, 9% by volume or more. From the viewpoint of improving seizure resistance and wear resistance, it is preferable that the content of the hard material is large, for example, 0.5% by volume or more is preferable. In order to add both a solid lubricant and a hard material, the content of the solid lubricant is preferably 9% by volume or more and 14% by volume or less, and the content of the hard material is 0.5% by volume or more and 3% by volume. % Or less is preferable. It is preferable that a silane coupling agent is 1 to 3 weight% with respect to binder resin, for example.
切削加工後における表面粗さを低減する観点から、材料として用いる添加剤132の粒径は小さいことが好ましく、例えば、添加剤132の平均粒径は、焼結層12に用いられる金属粉の平均粒径よりも小さいことが好ましい。さらに、固体潤滑剤1321及び硬質物1322のいずれも、平均粒径が5μm以下又は5μm未満であることが好ましく、3μm以下又は3μm未満であることがより好ましい。
From the viewpoint of reducing the surface roughness after cutting, the
樹脂層13を摺動部材に用いるため、耐疲労強度すなわち疲労面圧は55MPa以上あることが好ましい。なお疲労面圧の測定方法は後述する。樹脂層13の耐疲労性を向上させる観点から、材料として用いる固体潤滑剤1321の平均粒径は小さいことが好ましく、例えば、硬質物1322の平均粒径の2倍以下であることが好ましく、硬質物1322の平均粒径よりも小さいことがより好ましい。
Since the resin layer 13 is used for the sliding member, the fatigue resistance, that is, the fatigue surface pressure, is preferably 55 MPa or more. The method for measuring the fatigue surface pressure will be described later. From the viewpoint of improving the fatigue resistance of the resin layer 13, the average particle size of the
樹脂層13においては、添加剤132の含有量が増えると樹脂層13の耐疲労性が低下すると考えられる。本実施形態においては、添加剤の含有量を17体積%以下に抑えることにより耐疲労性を向上させる。
In the resin layer 13, it is considered that the fatigue resistance of the resin layer 13 decreases as the content of the
2.実施例
本願の発明者らは、種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片について耐疲労性を評価した。
2. Examples The inventors of the present application produced test pieces of sliding members under various conditions, and evaluated fatigue resistance of these test pieces.
2−1.耐疲労性評価
2−1−1.試験片作製
基材としては、厚さ1.5mmの鋼板(SPCC(JIS))を用いた。基材の上に銅合金粉(平均粒径100μm)を厚さ100μmで散布した後、圧下せず、還元雰囲気で930℃に加熱して焼結した。表1の組成の樹脂層を形成するための前駆体溶液を調整し、この前駆体溶液を、焼結層の上にナイフコート法により塗布した。塗布後、室温〜約200℃の範囲で60〜90分程度、乾燥した。その後、約300℃まで昇温し、30〜90分程度焼成した。
2-1. Fatigue resistance evaluation 2-1-1. Test piece preparation As a base material, a steel plate (SPCC (JIS)) having a thickness of 1.5 mm was used. After sprinkling copper alloy powder (
実験例1においては黒鉛として、平均粒径(体積基準によるd50)が1.5μmであり、黒鉛化度が99%のものを用いた。また、高強度PI樹脂として、引張強度が195MPa、伸びが90%、弾性率が3.8GPa、ガラス転移温度Tgが285℃のものを用いた。実験例2においては黒鉛として、平均粒径が12.5μmであり、黒鉛化度が90%のものを用いた。MoS2としては平均粒径が1.5μmのものを用いた。さらに、PI樹脂としては、引張強度が119MPa、伸びが47%、ガラス転移温度Tgが360℃のものを、PAI樹脂として、引張強度が112MPa、伸びが17%、弾性率が2.7GPa、ガラス転移温度Tgが288℃のものを用いた。実験例1において、シランカップリング剤としては、化学式が3(H3CO)SiC3H6−NH−C3H6Si(OCH3)3のものを用いた。なお表1において、シランカップリング剤の含有量は、高強度PI樹脂に対する重量比で示されている。実験例1及び2において、クレーとしては、構造式がAl2O3・2SiO2であり、平均粒径が3μmのものを用いた。 In Experimental Example 1, graphite having an average particle size (d50 based on volume) of 1.5 μm and a graphitization degree of 99% was used. Further, a high-strength PI resin having a tensile strength of 195 MPa, an elongation of 90%, an elastic modulus of 3.8 GPa, and a glass transition temperature Tg of 285 ° C. was used. In Experimental Example 2, graphite having an average particle diameter of 12.5 μm and a degree of graphitization of 90% was used. MoS 2 having an average particle size of 1.5 μm was used. Further, the PI resin has a tensile strength of 119 MPa, the elongation is 47%, and the glass transition temperature Tg is 360 ° C. The PAI resin has a tensile strength of 112 MPa, an elongation of 17%, an elastic modulus of 2.7 GPa, glass A transition temperature Tg of 288 ° C. was used. In Experimental Example 1, a silane coupling agent having a chemical formula of 3 (H 3 CO) SiC 3 H 6 —NH—C 3 H 6 Si (OCH 3 ) 3 was used. In Table 1, the content of the silane coupling agent is shown as a weight ratio with respect to the high-strength PI resin. In Experimental Examples 1 and 2, a clay having a structural formula of Al 2 O 3 · 2SiO 2 and an average particle diameter of 3 μm was used.
実験例1において、固体潤滑剤としては黒鉛のみを用いた(すなわちMoS2は含まない)。添加剤は全て、平均粒径が3μm以下であった。 In Experimental Example 1, only graphite was used as the solid lubricant (that is, MoS 2 was not included). All of the additives had an average particle size of 3 μm or less.
2−1−2.
実験例1及び実験例2の試験片に対し、以下の条件で耐疲労性試験を行った。
・試験機:往復動荷重試験機
・回転速度:3000rpm
・試験温度(軸受背面温度):100℃
・相手材:S45C
・潤滑油:パラフィン油
2-1-2.
The test pieces of Experimental Example 1 and Experimental Example 2 were subjected to fatigue resistance tests under the following conditions.
・ Tester: Reciprocating load tester ・ Rotation speed: 3000rpm
Test temperature (bearing back surface temperature): 100 ° C
-Partner material: S45C
・ Lubricant: Paraffin oil
表1は、実験例1及び2の組成及び疲労試験の結果を示す。
実験例1の耐疲労面圧は90MPaであったのに対し、実験例2の耐疲労面圧は20MPaであった。実験例2と比較すると、実験例1は耐疲労性が改善した。 The fatigue resistance surface pressure of Experimental Example 1 was 90 MPa, whereas the fatigue resistance surface pressure of Experimental Example 2 was 20 MPa. Compared with Experimental Example 2, the fatigue resistance of Experimental Example 1 was improved.
2−2.引張強度評価
本願の発明者らは、樹脂層の耐疲労性と引張強度との間に相関があるのではないかという着想を得た。そこで、以下のように本実施形態に係る樹脂材料をフィルム状に成形し、引張試験を行った。
2-2. Evaluation of Tensile Strength The inventors of the present application have come up with the idea that there is a correlation between the fatigue resistance of the resin layer and the tensile strength. Therefore, the resin material according to the present embodiment was formed into a film shape as described below, and a tensile test was performed.
2−2−1.試験片作製(フィルム)
摺動部材用樹脂材料として、下記の表2の組成の樹脂材料を調整した。これらの樹脂材料を、厚さ50μm×幅5mm×長さ60mmのフィルム状(所定のフィルム形状の一例)に成形し、試験片とした。
2-2-1. Test piece production (film)
A resin material having the composition shown in Table 2 below was prepared as the resin material for the sliding member. These resin materials were formed into a film having a thickness of 50 μm, a width of 5 mm, and a length of 60 mm (an example of a predetermined film shape) to obtain a test piece.
2−2−2.引張試験
上記のとおり作製した実験例1及び3の試験片に対し、以下の条件で引張試験を行った。
・試験機:島津製作所社製AGS−J
・試験条件:引張速度2mm/min
2-2-2. Tensile Test A tensile test was performed on the test pieces of Experimental Examples 1 and 3 manufactured as described above under the following conditions.
・ Testing machine: AGS-J manufactured by Shimadzu Corporation
Test condition: Tensile speed 2 mm / min
図2は引張強度と疲労面圧との関係を例示する図である。この例においては、実験例1及び実験例3の結果が示されている。図2から、引張強度と疲労面圧との間に相関があると考えられる。ある種の軸受においては、疲労面圧が55MPa以上であることが求められる。これはすなわち、引張強度が112MPa以上であることに相当する。すなわち、摺動部材に用いる樹脂層の引張強度は、112MPa以上であることが好ましい。 FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between tensile strength and fatigue surface pressure. In this example, the results of Experimental Example 1 and Experimental Example 3 are shown. From FIG. 2, it is considered that there is a correlation between the tensile strength and the fatigue surface pressure. Some types of bearings are required to have a fatigue surface pressure of 55 MPa or more. This corresponds to a tensile strength of 112 MPa or more. That is, the tensile strength of the resin layer used for the sliding member is preferably 112 MPa or more.
なお、上述の実施例において使用した各種の材料及びその組成はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る樹脂材料は不可避不純物を含んでもよい。また、摺動部材の具体的構造は図1で例示したものに限定されない。例えば、焼結層12は省略され、基材11の上に直接、樹脂層13が形成されてもよい。また、摺動部材1の用途は燃料噴射ポンプにおけるブシュとして用いられるものに限定されず、各種の軸受、又はコンプレッサー等に用いられてもよい。
In addition, the various materials used in the above-mentioned Example and its composition are illustrations to the last, and this invention is not limited to this. The resin material according to the present invention may contain inevitable impurities. Further, the specific structure of the sliding member is not limited to that illustrated in FIG. For example, the
1…摺動部材
11…基材
12…焼結層
13…樹脂層
131…バインダー樹脂
132…添加剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sliding
Claims (7)
前記バインダー樹脂中に分散された添加剤と
を有し、
所定のフィルム形状における引張強度が112MPa以上である
摺動部材用樹脂材料。 A binder resin,
An additive dispersed in the binder resin,
A sliding member resin material having a tensile strength of 112 MPa or more in a predetermined film shape.
請求項1に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to claim 1, wherein the tensile strength is 115 MPa or more.
請求項1又は2に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for sliding members according to claim 1, wherein the binder resin contains polyimide.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to any one of claims 1 to 3, wherein the additive includes graphite and clay.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the binder resin is contained in an amount of 83% by volume or more.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。 Said additive, a sliding member for a resin material according to any one of claims 1 to 5 do not contain MoS 2.
前記基材上に、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料を用いて形成されたオーバーレイ層と
を有する摺動部材。 A substrate;
A sliding member having an overlay layer formed on the base material using the resin material for a sliding member according to any one of claims 1 to 6.
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JP2517604B2 (en) * | 1987-07-13 | 1996-07-24 | 大豊工業株式会社 | Sliding material |
JPH11106779A (en) * | 1997-10-03 | 1999-04-20 | Taiho Kogyo Co Ltd | Solid lubricating film composition and plain bearing material using the same |
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