JP2660853B2 - 複層摺動部材ならびにその製造方法 - Google Patents

複層摺動部材ならびにその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複層摺動部材ならびにその製造方法に関する
ものである。
〔従来技術〕
従来より、多孔質焼結金属層を有する鋼裏金上に四フ
ッ化エチレン樹脂(以下「PTFE」という)あるいはPTFE
を主成分とし、これに各種充填材、例えば鉛、酸化鉛等
を配合したPTFE組成物を充填被着させた複層摺動部材と
しては、例えば、米国特許第2689380号、特公昭31−245
2号、特公昭39−16950号等がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来の複層摺動部材は、耐摩耗性
等の摺動特性において未だ十分に満足し得るものではな
く、また相手材質によってその摺動特性に大きな差が生
じるという欠点を有している。
本発明は上記欠点に鑑み、広範囲に亘る相手材質に対
して、極めて良好な摺動特性、なかんずく耐摩耗性に優
れた複層摺動部材を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上述した目的を達成するべく本発明は、次の技術的手
段、すなわち構成を採る。
すなわち、本発明は、PTFE粉末50〜95重量%及び90%
以上が粒径30μm以下のフェノール樹脂粉末5〜50重量
%とからなる樹脂組成物が鋼裏金上に形成された多孔質
焼結金属層に含浸被着されかつ焼成されて摺動面層が形
成されており、該摺動面層中のフェノール樹脂は360〜6
00℃の温度に熱処理されていることを特徴とする複層摺
動部材ならびにその製造方法である。
上述した構成において、裏金は金属薄板からなり、一
般には構造用圧延鋼薄板が使用されるが、摺動部材の用
途によっては、他の鋼薄板あるいは鋼以外の金属薄板で
も良く、これらの金属薄板に銅メッキ等を施して耐蝕性
を向上させたものであっても良い。
該裏金上に一体的に形成される多孔質焼結金属層は青
銅、鉛青銅、リン青銅など摩擦摩耗特性に優れた銅合金
で形成されるが、目的、用途に応じて銅合金以外、例え
ばアルミニウム合金、鉄等から形成することもできる。
これら合金粉末の粒子形態は、塊状もしくは不規則形状
のものが好ましい。
樹脂組成物の主成分をなすPTFEとしては、PTFEのファ
インパウダー(例えば三井デュポンフロロケミカル社製
の「テフロン6CJ(商品名)」、ダイキン工業社製の
「ポリフロンF201(商品名)」、旭硝子社製の「フルオ
ンCD−076、CD−126、CD−4(商品名)」)が用いられ
る。
主成分を成すPTFEに配合されるフェノール樹脂粉末は
それ自体耐摩耗性を有するものであるが、これをさらに
所定の温度で熱処理したフェノール樹脂粉末は硬度が高
められ、このフェノール樹脂粉末をPTFEに均一微細に分
散含有させることにより、該PTFEとフェノール樹脂から
なる樹脂組成物の耐摩耗性を大幅に向上させる役割を果
たす。
このフェノール樹脂粉末の熱処理に際しては、主成
分を成すPTFEに分散含有させて樹脂組成物とした後、該
樹脂組成物の焼成と同時にその焼成温度(360〜380℃)
で熱処理する方法、PTFEに分散含有させる前に、予め
所定の温度で熱処理する方法、が採用される。後者の方
法を採用する場合は、該フェノール樹脂粉末の熱処理温
度を600℃以下とすることが好ましい。
フェノール樹脂粉末の熱処理温度を600℃以下とする
理由は、熱処理温度が600℃を超えるとフェノール樹脂
粉末の体積固有抵抗値が急激に低下し、該フェノール樹
脂粉末が無機質化(カーボン化)するため、これをPTFE
に分散含有させた場合、樹脂組成物の見掛け硬度を高め
る反面、相手材との摩擦において、逆にフェノール樹脂
粉末の硬度が高くなりすぎて相手材をかじったり(相手
材に損傷を与える。)、相手材への潤滑被膜の移着性を
低下させるという摩擦摩耗特性の低下を惹起させるから
である。
600℃以下の温度で熱処理したフェノール樹脂粉末
は、有機質部分が多く残っているため、上述した欠点は
現れず、良好な摩擦摩耗特性を示すものである。
また、フェノール樹脂粉末は主成分をなすPTFEに均一
微細に分散含有されて始めて効果が発揮されるもので、
その粒度を細かくし、均一化することは特に重要な要素
となる。
本発明者等の実験によれば、フェノール樹脂粉末の粒
度は、その90%以上が直径30μm以下、さらに好ましく
はその90%以上が直径20μm以下の微粒子が摩擦摩耗特
性、成形加工性などの点で最も良い結果を得た。
そして、本発明において使用するフェノール樹脂粉末
としては、通常のノボラック樹脂、レゾール樹脂、フェ
ノールとα,α′−ジメトキシパラキシレンからなる縮
合フェノール樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド系樹
脂(特開昭57−177011号,特開昭58−111822号)等が挙
げられる。
このフェノール樹脂粉末のPTFEに対する配合量は5〜
50重量%、好ましくは20〜40重量%が好適である。5重
量%未満では十分な充填効果(耐摩耗性向上)が得られ
ず、また50重量%を超えて配合すると、フェノール樹脂
の性質が強く現れ、PTFEの具有する低摩擦性をかえって
損なうことになる。
PTFEおよびフェノール樹脂からなる樹脂組成物に添加
される石油系溶剤は、樹脂組成物100重量部に対し18〜2
5重量部の割合で配合される。
この石油系溶剤の配合量が少ないと製造工程における
該組成物の展延性が悪く、多孔質焼結金属層への樹脂組
成物の含浸被着性にむらを生じ易い。また石油系溶剤が
多すぎると、被着作業がやりにくくなるばかりでなく、
該多孔質焼結金属層上に形成される被着膜の均一性が損
なわれたり、密着強度が悪くなる。
石油系溶剤としては、ナフサ、トルエン、キシレン、
脂肪族系溶剤、脂肪族・ナフテン系混合溶剤が挙げら
れ、市販品としてはアイソパー(エクソン化学社製)等
が例示される。
つぎに、製造方法について説明する。
上述した組成からなるPTFE粉末およびフェノール樹脂
粉末をPTFEの室温転移点(19℃)以下で粉砕しながら混
合し、この混合物を19℃以下の温度に保持しながら石油
系溶剤を加えて撹拌混合して湿潤樹脂混合物を調製す
る。
多孔質焼結金属層へ含浸被着させた樹脂混合物に十分
な強度と軸受特性を付与するための一つの要因として均
一な湿潤樹脂混合物の調製が挙げられる。これは、粉砕
混合や撹拌混合をする際にPTFEに練りが加わってPTFE粒
子の繊維化が進み、湿潤樹脂混合物の造形性が著しく減
少し、被着樹脂としての機能を果たさなくなるのを防止
するためである。
裏金上に形成された多孔質焼結金属層に湿潤樹脂混合
物を含浸被着させて摺動面層を形成した複層摺動部材を
得るには、まず多孔質焼結金属層に供給された石油系溶
剤を含むPTFEおよびフェノール樹脂からなる湿潤樹脂混
合物をローラーで圧延して多孔質焼結金属層に含浸被着
させる。
次に、該多孔質焼結金属層に湿潤樹脂混合物が含浸被
着された裏金を200〜250℃の温度に加温してこの温度に
数分間保持することにより石油系溶剤を飛散除去した
後、乾燥樹脂混合物層をローラによって所定の厚さにな
るように加圧する。この時の加圧力は概ね300〜600kg/c
m2に達する。
ついで、ローラで加圧した乾燥樹脂混合物層を備えた
裏金全体を加熱炉内に導入して360〜380℃の温度で数分
ないし10数分加熱して焼成を進めた後、これを取り出
し、再びローラによって加圧し摺動面層とする。
このローラ加圧は10-3〜10-2mmの範囲の寸法のばらつ
きを調整するためのものである。
寸法調整後、摺動面層が形成された裏金を冷却し、つ
いで必要に応じて裏金のうねりなどを矯正するための矯
正ローラに通して所望の複層板とする。
この複層板を適宜の大きさに切断したのち、平板の状
態ですべり板として使用することができ、また丸曲げし
て円筒状の巻きブッシュとして使用することができる。
図は、本発明の製造方法を示す説明図である。
図において、1は多孔質焼結金属層を一体に備えた鋼
薄板からなる鋼裏金2をコイル状に巻いたフープ材、
3、3は案内ローラ、4はホッパ、5は湿潤樹脂混合物
である。
6、6は、裏金2の多孔質焼結金属層上に供給された
混合物5を一様な厚さに圧延して被着させる加圧ローラ
で、この工程では混合物が最終製品に必要とされる樹脂
被着厚さの2〜2.5倍の厚さに被着される。多孔質焼結
金属層の空隙中への樹脂の充填はこの工程でその大部分
が進行する。
7は熱風乾燥炉で、概ね200〜250℃の雰囲気温度に調
節されている。樹脂混合物層を備えた鋼裏金がこの熱風
乾燥炉を通されると、その樹脂混合物中の揮発分は殆ど
除去される。
8、8は寸法出し加圧ローラで鋼裏金2の多孔質焼結
金属層上に乾燥された樹脂混合物層を最終製品に必要と
される被着厚さに押圧する。この工程では、上述した空
隙への樹脂の充填が補足的に行われ、該多孔質焼結金属
層の空隙中への充填が完全なものとなる。
9は樹脂の焼成を行う加熱炉で、概ね360〜380℃の雰
囲気温度に調節されている。加圧ローラ8、8で処理さ
れた樹脂混合物層を備えた鋼裏金は、数分ないし十数分
間で炉内を通過し、樹脂混合物層は焼成、硬化が完了
し、摺動面層となる。
10、10は寸法調整ローラで、鋼裏金2の多孔質焼結金
属層に含浸被着された摺動面層の厚さの10-3〜10-2mmの
範囲の寸法微調整がこのローラで熱時に行われる。この
ローラ内には冷媒を通して温度調節がなされている。
11は、冷水噴霧などによる冷却装置で、この装置内で
裏金をほぼ室温にまで冷却する。
12は矯正ローラで、この矯正ローラ12によって鋼裏金
の僅かなうねりなどを矯正する。
13、13は案内ローラ、14はコイラーであって、案内ロ
ーラ13、13を通過した複層板がコイラー14によって巻き
取られる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
<実施例1〜5,比較例1> PTFE粉末(商品名:6CJ、三井デュポンフロロケミカル
社製)に98%以上が粒径30μm以下の球状フェノール樹
脂粉末(商品名:ユニベックスCX、ユニチカ社製)をそ
れぞれ5重量%(不活性雰囲気中400℃熱処理品:実施
例1),20重量%(600℃熱処理品:実施例2,未熱処理
品:実施例3),40重量%(400℃熱処理品:実施例
4),50重量%(400℃熱処理品:実施例5),60重量%
(400℃熱処理品:比較例1)の割合で配合し、ヘンシ
ェルミキサーにより均一に粉砕混合し、該混合粉末にア
イソパー(エクソン化学社製)を加えて湿潤樹脂混合物
を調整した。
該湿潤樹脂混合物を金属薄板からなる鋼裏金上に形成
された多孔質焼結金属層上に供給し、ローラで圧延して
厚さ1.20mmになるように被着させ複層板とし、該複層板
を200℃の温度に加温した熱風乾燥炉中に5分間保持し
て溶剤を飛散除去した後、乾燥樹脂混合物層をローラに
よって加圧力400Kg/cm2にて加圧し厚さ1.05mmとした。
次に、加圧された該複層板を加熱炉内に導入して370
℃の温度で10分加熱焼成した後、再びローラによって加
圧し、寸法調整ならびに板のうねり等の矯正を行った後
切断し、辺30mm×30mm×厚さ1.05mmの板状摺動部材試験
片を得た。
(比較例2) 前記PTFE粉末に40%以上が粒径30μm以上の上記球状
フェノール樹脂粉末(400℃熱処理品)を20重量%とな
るように混合し、上記方法で辺30mm×30mm×厚さ1.05mm
の板状摺動部材試験片を得た。(比較例3) 前記PTFE粉末に鉛粉末を55重量%となるように混合
し、上記方法で辺30mm×30mm×厚さ0.80mmの板状摺動部
材試験片を得た。
上記試験片を用いてそれぞれ以下の条件にてスラスト
試験を行い、摩擦係数および摩耗量を測定した。その結
果を次表にまとめた。
試験条件 速度:45m/min 荷重:10Kg/cm2 時間:30hr 潤滑:ドライ 相手材: S45C(機械構造用炭素鋼:JISG4051) A6061T8(アルミニウム:JISH4000) SUS304(ステンレス鋼:JISG4303) 表中、上段は摩耗深さ(μm)、下段は摩擦係数そし
て、−−印は、異常摩耗のため試験を途中でストップさ
せたものを示す。
上記試験結果より明らかなように、本発明の摺動部材
は試験した相手軸材の材質を問わず、小さい摩耗量およ
び安定した摩擦係数を示し、特に相手軸がアルミニウム
の場合に特に優れた摺動特性を示した。
〔効果〕
本発明で得られる摺動部材は以下の優れた効果を有す
るものである。
どのような材質の相手材(軸材)に対しても、該相手
材を損傷することなく、優れた摺動特性、特に耐摩耗性
を示すものである。
相手材がアルミニウムの場合は、従来の摺動部材に較
べて特に優れた耐摩耗性を示すものである。
四フッ化エチレン樹脂粉末およびフェノール樹脂粉末
は、四フッ化エチレン樹脂の室温転移点以下で粉砕混合
されるために、四フッ化エチレン樹脂が剪断力で伸延さ
れることなく粉砕混合され、両樹脂間の混合が均一に行
われる。その結果フェノール樹脂粉末が四フッ化エチレ
ン樹脂粉末内に均一に分散し、摺動特性が向上するとと
もに多孔質焼結金属層の空隙部への樹脂の含浸度が向上
し、樹脂組成物の裏金に対する機械的接合に加えてフェ
ノール樹脂による接着硬化も加わり、密着強度が高くし
かも被着樹脂膜自体の強化が十分に行われるという利点
を有する。
四フッ化エチレン樹脂とフェノール樹脂に石油系溶剤
を添加し、撹拌混合することにより樹脂組成物を湿潤さ
せる際にも、四フッ化エチレン樹脂の室温転移点以下で
行われるため、四フッ化エチレン樹脂に剪断力が作用し
て四フッ化エチレン樹脂粒子の繊維化が進行し、樹脂組
成物の造形性が阻害されるような現象を完全に阻止する
ことができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の複層摺動部材の製造方法を示す説明図であ
る。 1:フープ材、2:鋼裏金 3:案内ローラ、4:ホッパ 5:湿潤樹脂組成物、6:加圧ローラ 7:熱風乾燥炉、8:加圧ローラ 9:加熱炉、10:調整ローラ 11:冷却装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−280922(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】四ふっ化エチレン樹脂粉末50〜95重量%及
    び90%以上が粒径30μm以下のフェノール樹脂粉末5〜
    50重量%とからなる樹脂組成物が鋼裏金上に形成された
    多孔質焼結金属層に含浸被着されかつ焼成されて摺動面
    層が形成されており、該摺動面層中のフェノール樹脂は
    360〜600℃の温度に熱処理されていることを特徴とする
    複層摺動部材。
  2. 【請求項2】(イ)四ふっ化エチレン樹脂粉末50〜95重
    量%及び90%以上が粒径30μm以下のフェノール樹脂粉
    末5〜50重量%とを四フッ化エチレン樹脂の室温転移点
    以下の温度で粉砕混合する工程と、 (ロ)得られた粉砕混合物100重量部に対し石油系溶剤1
    8〜25重量部を添加し、前記室温転移点以下の温度で撹
    拌混合して粉砕混合物を湿潤させる工程と、 (ハ)金属薄板上に塊状または不規則形状の金属粉末を
    焼結して得られた多孔質焼結金属層上に湿潤工程で得ら
    れた湿潤樹脂混合物を供給する工程と、 (ニ)金属薄板の多孔質焼結金属層の空隙に、前記湿潤
    樹脂混合物を充填するとともに多孔質焼結金属層上に被
    着させる工程と、 (ホ)多孔質焼結金属層に充填され且つ被着された湿潤
    樹脂混合物層を乾燥させて前記溶剤を除去する工程と、 (ヘ)前記樹脂混合物層を所定の被着厚さにまで加圧す
    る工程と、 (ト)樹脂混合物層を加熱焼成し、摺動面層とする工程
    と、 からなる複層摺動部材の製造方法。
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