JP3072556B2 - フッ素樹脂系リング状摺動部材 - Google Patents

フッ素樹脂系リング状摺動部材

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアルすべり軸
受、スラストすべり軸受、スラストワッシャなどに好適
なフッ素樹脂系リング状摺動部材に係り、さらに詳しく
は、すぐれた機械的特性、摩擦・摩耗特性、熱伝導性お
よび耐熱性などを有するフッ素樹脂系リング状摺動部材
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラジアルすべり軸受、スラストすべり軸
受、スラストワッシャなどに適用されているリング状摺
動部材として、たとえば、粉末または粒状のフッ素系樹
脂（ＰＴＦＥ樹脂）を単体として加圧および焼成して成
形した第１従来例のフッ素樹脂系リング状摺動部材と、
短繊維（アラミドチョップ）または粉体と、ＰＴＦＥ樹
脂とを乾式混合してなる複合体を加圧および焼成して成
形した第２従来例のフッ素樹脂系リング状摺動部材と、
短繊維（たとえば、フィブリル化されたアラミド繊維）
とＰＴＦＥ樹脂とを、たとえばミキサーにより均一に湿
式混合したのち、この湿式混合したものを抄造法により
抄造してシート状素材を製造し、このシート状素材を複
数枚積層して積層体を形成し、該積層体を焼成したのち
機械加工（たとえば、切削）によりリング状に形成した
第３従来例のフッ素樹脂系リング状摺動部材とがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記第１従来
例のフッ素樹脂系リング状摺動部材は、フッ素系樹脂と
相手側部材とが直接すべり合うので、摩擦・摩耗特性は
すぐれているものの、熱伝導性が悪く、すべり面に焼付
きが生じ易いため、安定した摺動特性を長期間維持する
ことができない。
【０００４】一方、前記第２従来例のフッ素樹脂系リン
グ状摺動部材は、短繊維が均一に混合されず、すべり面
に短繊維の高密度部分と低密度部分ができる。このた
め、短繊維の低密度部分では、フッ素系樹脂と相手側部
材とのすべり合い面積が大きくなるので、前記第１従来
例のフッ素樹脂系リング状摺動部材と同様に短繊維の低
密度部分での熱伝導性が悪くなって、すべり面に焼付き
が生じ易く安定した摺動特性を長期間得ることができな
い。また、スラストすべり軸受やスラストワッシャで
は、軸方向に大きい押付荷重が負荷されるので、荷重負
担の大きい軸方向に短繊維を配向して、耐座屈性を高め
ることが望ましく、ラジアルすべり軸受では、半径方向
に大きい押付荷重が負荷されるので、荷重負担の大きい
半径方向に近い円周方向に短繊維を配向して、半径方向
の耐圧性を高めることが望ましい。しかし、短繊維がラ
ンダムに配向しているので、耐座屈性および半径方向の
耐圧性が低く機械的強度に劣る。
【０００５】他方、前記第３従来例のフッ素樹脂系リン
グ状摺動部材は、積層体を焼成したのちリング状に切削
しなければならないので製作が煩雑であるとともに、大
量の切削屑が放棄されるので、材料の無駄が多く製造コ
スト高になる。しかも、抄造法により抄造したシート状
素材の短繊維は殆ど一方向に配向されるので、短繊維の
配向が半径方向および半径方向に平行な方向に特定され
ることになり、荷重負担の大きい軸方向または円周方向
に配向されない。このため、耐座屈性および半径方向の
耐圧性が低く機械的強度に劣る。
【０００６】そこで、本発明は、短繊維を荷重負担の大
きい方向に配向して、耐座屈性および半径方向の耐圧性
を高めて、機械的特性を向上させるとともに、すぐれた
摩擦・摩耗特性および熱伝導性を備えることで、すべり
面の焼付きを回避して安定した摺動特性を長期間維持
し、かつ切削機械加工の省略によって材料の無駄をなく
して、製造コストを抑えることができるフッ素樹脂系リ
ング状摺動部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係るフッ素樹脂系リング状
摺動部材は、フッ素系樹脂と短繊維を主成分とした複合
構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材であって、２０重
量％以上１００重量％以下の割合で前記短繊維を荷重負
担の大きい方向に配向させていることを特徴としてい
る。
【０００８】請求項２に記載の発明に係るフッ素樹脂系
リング状摺動部材は、前記フッ素系樹脂と短繊維を主成
分とした複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材に、
複数の線条体を縫合してあることを特徴としている。
【０００９】請求項３に記載の発明に係るフッ素樹脂系
リング状摺動部材は、前記フッ素系樹脂と短繊維を主成
分とした複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材の少
なくとも１つの外周面を膨脹黒鉛シ−トで被覆してある
ことを特徴としている。
【００１０】請求項４に記載の発明に係るフッ素樹脂系
リング状摺動部材は、前記フッ素系樹脂と短繊維を主成
分とした複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材に、
潤滑材を含浸させてあることを特徴としている。
【００１１】請求項１に記載の発明によれば、短繊維が
高い割合で荷重負担の大きい方向に配向して、スラスト
荷重に抗する耐座屈性およびラジアル荷重に抗する半径
方向の耐圧性を高めるように作用する。
【００１２】請求項２に記載の発明によれば、前記請求
項１に記載の発明の作用と併せて、線条体の補強作用に
より耐摩耗性を向上させるとともに、機械的強度をより
一層高める。
【００１３】請求項３に記載の発明によれば、前記請求
項１または請求項２に記載の発明の作用と併せて、摺動
面に膨脹黒鉛シ−トを配置した場合、膨脹黒鉛シ−トが
相手側とすべり合うので、膨脹黒鉛シ−ト独自の特性に
より耐熱性を向上させ、摺動面と反対側など摺動面以外
の面に膨脹黒鉛シ−トを配置した場合には、摺動面にお
いて発生した摺動熱は膨脹黒鉛シ−トを介してケーシン
グに放熱されるため、安定した摺動特性を長期間維持す
るように作用する。
【００１４】請求項４に記載の発明によれば、前記請求
項１、請求項２または請求項３に記載の発明の作用と併
せて、潤滑材の潤滑作用によりすぐれた摩擦・摩耗特性
を付与して、摺動特性を向上させる。また、シール機能
を必要とする箇所に使用した場合には、流体の浸透を防
止して、シール性を高めるように作用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１および図２において、フッ
素樹脂系リング状摺動部材１は、短繊維２（たとえばフ
ィブリル化されたアラミド繊維）と、四フッ化エチレン
樹脂３（ＰＴＦＥ樹脂）とを、たとえばミキサーにより
均一に湿式混合したのち、この湿式混合したものを抄造
法により抄造して、図３に示すシート状素材４を製造
し、このシート状素材４から図４に示す所定幅のテープ
状素材５を切取る。テープ状素材５は、図５に示すよう
に、軸形状を有する巻付け部材７（マンドレル）の外周
面に対して渦巻き状に多数回巻付けてリング状の巻重ね
体６を形成したのち、図６に示すように、成形機８の固
定金型８ａの内周とコア８ｂの外周および可動下金型８
ｃによって囲まれる環状空間に装填し、可動下金型８ｃ
と可動上金型８ｄとで軸方向に加圧して、テープ状素材
５を軸方向にうねる断面波形に圧縮変形した状態に成形
する。
【００１６】つぎに、前記成形時または成形後におい
て、四フッ化エチレン樹脂３が溶融する温度（３２７℃
以上）に加熱して焼成することで、四フッ化エチレン樹
脂３を溶融させ、焼成後の冷却硬化時に生じる四フッ化
エチレン樹脂３の結合力により、テープ状素材５の巻重
ね面を一体に結合させる工程によって製造される。この
ように、四フッ化エチレン樹脂３の結合力によりテープ
状素材５の巻重ね面を一体に結合することにより、層間
の結合強度が大きくなって、テープ状素材５の巻重ね面
が強固に固定されるため、層間の剥離に伴うフッ素樹脂
系リング状摺動部材１の形崩れが起きるのを防止して、
製造時の形態を長期間維持することができる。
【００１７】また、シート状素材４から切取ったテープ
状素材５を渦巻き状に巻重ねて製造するので、切削など
の機械加工が省略できるため、材料の無駄をなくして製
造コストを抑えることができる。特に、フィブリル化し
た繊維は絡み易い特性を有しているので、抄造後のシー
ト状素材４の強度を高めて、フッ素樹脂系リング状摺動
部材１の機械的強度を向上させるのに寄与する。
【００１８】短繊維２をミキサーにより均一に湿式混合
したのち、この湿式混合したものを抄造法により抄造す
ることにより、図３に示すシート状素材４を製造した場
合、短繊維２は（１００：１２０）〜（１００：２０
０）の割合で図７の矢印Ｘで示すシート状素材４を巻取
る特定方向に配向する特性を示す。このため、短繊維２
の配向を荷重負担の大きい方向に設定したフッ素樹脂系
リング状摺動部材１を製造することができる。
【００１９】シート状素材４から短繊維２の配向（矢印
Ｘ方向）に直交する矢印Ｙ方向に所定幅のテープ状素材
５を切取り、このテープ状素材５を渦巻き状に多数回巻
付けてリング状の巻重ね体６を形成したのち、加圧・焼
成処理を施すことによって、図８に示すように、多くの
短繊維２を軸方向に配向したフッ素樹脂系リング状摺動
部材１を製造することができる。このように、多くの短
繊維２の配向を軸方向に設定することでフッ素樹脂系リ
ング状摺動部材１の耐座屈性が高められるので、軸方向
に大きい押付荷重が負荷されるスラストすべり軸受やス
ラストワッシャなどに適用できる。
【００２０】また、図７のシート状素材４から短繊維２
の配向に沿う矢印Ｘ方向に所定幅のテープ状素材５を切
取り、このテープ状素材５を渦巻き状に多数回巻付けて
リング状の巻重ね体６を形成したのち、加圧・焼成処理
を施すことによって、図９に示すように、多くの短繊維
２を円周方向に配向したフッ素樹脂系リング状摺動部材
１を製造することができる。このように、多くの短繊維
２の配向を円周方向に設定することでフッ素樹脂系リン
グ状摺動部材１の半径方向の耐圧性が高められるので、
半径方向に大きい押付荷重が負荷されるラジアルすべり
軸受に適用できる。
【００２１】荷重負担の大きい軸方向または円周方向に
配向させる短繊維２の割合は、２０重量％以上であれば
よい。軸方向または円周方向への短繊維２の配向割合が
２０重量％未満であると、ランダムな配向が増加して、
耐座屈性および半径方向の耐圧性が低くなる。さらに、
大きい機械的強度を要求されるときには、短繊維２の配
向割合が５０重量％以上が好ましい。
【００２２】さらに、図７のシート状素材４から短繊維
２の配向（矢印Ｘ方向）に斜めに交差する矢印Ｚ方向に
所定幅のテープ状素材５を切取り、このテープ状素材５
を渦巻き状に多数回巻付けてリング状の巻重ね体６を形
成したのち、加圧・焼成処理を施すことによって、図１
０に示すように、耐座屈性および半径方向の耐圧性を兼
ね備えたフッ素樹脂系リング状摺動部材１を提供するこ
とができる。
【００２３】図１１は複数本の線条体９…（たとえば、
長繊維または金属線など）を縫合したテープ状素材５を
巻重ねてなる第２実施例のフッ素樹脂系リング状摺動部
材１０を示し、このフッ素樹脂系リング状摺動部材１０
の製造に際して、前記第１実施例のように抄造されたシ
ート状素材４の平面部に複数本の線条体９…を適当な間
隔を隔てて短繊維２の配向に平行または直交あるいはバ
イアス状に縫合し、このシート状素材４から所定幅のテ
ープ状素材５を切取り、これを渦巻き状に多数回巻付け
てリング状の巻重ね体６を形成したのち、加圧・焼成処
理を施すことによって、フッ素樹脂系リング状摺動部材
１０を製造する。このように、複数本の線条体９…を縫
合したフッ素樹脂系リング状摺動部材１０では、前記第
１実施例の作用と併せて、線条体９…の補強作用により
耐摩耗性が向上するとともに、機械的強度をより一層高
めることができる。
【００２４】複数本の線条体９…として、アラミド繊
維、ガラス繊維、ポリイミド繊維、延伸処理したＰＴＦ
Ｅ繊維などのいずれかを長繊維として使用したり、ステ
ンレス線、アルミニウム線、銅線などのいずれかの金属
線を使用することができる。
【００２５】図１２は第１実施例または第２実施例を構
成するリング状の巻重ね体６の内周面を膨脹黒鉛シート
１１で被覆した第３実施例のフッ素樹脂系リング状摺動
部材１２を示し、このフッ素樹脂系リング状摺動部材１
２の製造に際して、前記第１実施例または第２実施例の
テープ状素材５を巻重ねる時または巻重ねた後に、リン
グ状の巻重ね体６の内周面に膨脹黒鉛シート１１を重合
したまま加圧・焼成して、四フッ化エチレン樹脂３を溶
融させ、四フッ化エチレン樹脂３硬化時の結合力によ
り、フッ素樹脂系リング状摺動部材１２の内周面の全面
を膨脹黒鉛シ−ト１１で被覆してある。このように、フ
ッ素樹脂系リング状摺動部材１２の内周面の全面を膨脹
黒鉛シ−ト１１で被覆してラジアルすべり軸受として使
用すると、膨脹黒鉛シ−ト１１が回転軸とすべり合うこ
とになるので、膨脹黒鉛シ−ト１１独自の特性により、
フッ素樹脂系リング状摺動部材１２の耐熱性を向上させ
て、安定した摺動特性を長期間維持することができる。
【００２６】図１３は第１実施例または第２実施例を構
成するリング状の巻重ね体６の軸方向一端面を膨脹黒鉛
シート１３で被覆した第４実施例のフッ素樹脂系リング
状摺動部材１４を示し、このフッ素樹脂系リング状摺動
部材１４の製造に際して、前記第１実施例または第２実
施例のテープ状素材５を巻重ねる時または巻重ねた後
に、リング状の巻重ね体６の軸方向一端面に膨脹黒鉛シ
ート１３を重合したまま加圧・焼成して、四フッ化エチ
レン樹脂３を溶融させ、四フッ化エチレン樹脂３硬化時
の結合力により、フッ素樹脂系リング状摺動部材１４の
軸方向一端面の全面を膨脹黒鉛シ−ト１３で被覆してあ
る。このように、フッ素樹脂系リング状摺動部材１４の
軸方向一端面の全面を膨脹黒鉛シ−ト１３で被覆してス
ラストすべり軸受やスラストワッシャとして使用する
と、膨脹黒鉛シ−ト１３がスラスト軸とすべり合うこと
になるので、膨脹黒鉛シ−ト１３独自の特性により、フ
ッ素樹脂系リング状摺動部材１４の耐熱性を向上させ
て、安定した摺動特性を長期間維持することができる。
【００２７】第３実施例のフッ素樹脂系リング状摺動部
材１２では、その内周面を膨脹黒鉛シート１１で被覆し
ているが、内外周の両面または摺動面とは異なる１つの
面を膨脹黒鉛シート１１で被覆してもよい。また、第４
実施例のフッ素樹脂系リング状摺動部材１４では、その
軸方向一端面を膨脹黒鉛シート１３で被覆しているが、
軸方向両端面を膨脹黒鉛シート１３で被覆してもよい。
【００２８】図１４は第１実施例のフッ素樹脂系リング
状摺動部材１０に潤滑材１５を含浸させた第５実施例の
フッ素樹脂系リング状摺動部材を示し、潤滑材１５の潤
滑作用によりすぐれた摩擦・摩耗特性を付与して、摺動
特性を向上させることができるとともに、このフッ素樹
脂系リング状摺動部材１０をシール機能の必要な箇所に
使用した場合には、流体の浸透を防止して、シール性を
高めることができる。潤滑材１５として、ワックスやフ
ッ素オイル、シリコンオイルなどの合成油またはパラフ
ィンオイルのような鉱油を適用できる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、軸方向
に大きい押付荷重が負荷されるスラストすべり軸受やス
ラストワッシャとして使用する場合には、２０重量％以
上の短繊維の配向を荷重負担の大きい軸方向に設定し
て、スラスト荷重に抗する耐座屈性を高めて機械的特性
を向上させることができ、半径方向に大きい押付荷重が
負荷されるラジアルすべり軸受として使用する場合に
は、２０重量％以上の短繊維の配向を荷重負担の大きい
円周方向に設定して、ラジアル荷重に抗する半径方向の
耐圧性を高めて機械的特性を向上させることができると
ともに、２０重量％以上の短繊維の配向を軸方向と円周
方向の中間に相当する斜め方向に設定することで、耐座
屈性および半径方向の耐圧性を兼ね備えたスラストすべ
り軸受、スラストワッシャまたはラジアルすべり軸受と
して使用することができる。また、荷重負担の大きい方
向に配向を設定した２０重量％以上の短繊維が相手側部
材とすべり合うことにより、摩擦・摩耗特性および熱伝
導性が向上するので、安定した摺動特性を長期間維持す
ることができる。しかも、切削機械加工を省略できるの
で、材料の無駄をなくして製造コストを抑えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の部分的な拡大斜視図である。
【図３】抄造されたシート状素材を示す斜視図である。
【図４】テープ状素材の切取り状態を示す斜視図であ
る。
【図５】テープ状素材の巻重ね動作を示す側面図であ
る。
【図６】巻重ねられたテープ状素材の加圧動作を示す断
面図である。
【図７】抄造されたシート状素の短繊維の配向を模式的
に示す平面図である。
【図８】スラストすべり軸受やスラストワッシャに適応
する短繊維の配向を示す斜視図である。
【図９】ラジアルすべり軸受に適応する短繊維の配向を
示す斜視図である。
【図１０】耐座屈性と半径方向の耐圧性を兼ね備えた短
繊維の配向を示す斜視図である。
【図１１】第２実施例の部分的な拡大斜視図である。
【図１２】第３実施例の部分的な拡大斜視図である。
【図１３】第４実施例の部分的な拡大斜視図である。
【図１４】第５実施例の部分的な拡大斜視図である。
【符号の説明】 １ フッ素樹脂系リング状摺動部材 ２ 短繊維 ３ 四フッ化エチレン樹脂（フッ素系樹脂） ９ 線条体 １０ フッ素樹脂系リング状摺動部材 １１ 膨脹黒鉛シート １２ フッ素樹脂系リング状摺動部材 １３ 膨脹黒鉛シート １４ フッ素樹脂系リング状摺動部材 １５ 潤滑材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−17678（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−194228（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−238933（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−219286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 5/14 C08J 5/04 F16C 17/10 F16C 33/16 F16C 33/20 C08L 27/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フッ素系樹脂と短繊維を主成分とした複
    合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材であって、２０
    重量％以上１００重量％以下の割合で前記短繊維を荷重
    負担の大きい方向に配向させていることを特徴とするフ
    ッ素樹脂系リング状摺動部材。
  2. 【請求項２】 前記フッ素系樹脂と短繊維を主成分とし
    た複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材に、複数の
    線条体を縫合してあることを特徴とする請求項１に記載
    のフッ素樹脂系リング状摺動部材。
  3. 【請求項３】 前記フッ素系樹脂と短繊維を主成分とし
    た複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材の少なくと
    も１つの外周面を膨脹黒鉛シ−トで被覆してあることを
    特徴とする請求項１または請求項２に記載のフッ素樹脂
    系リング状摺動部材。
  4. 【請求項４】 前記フッ素系樹脂と短繊維を主成分とし
    た複合構造のフッ素樹脂系リング状摺動部材に、潤滑材
    を含浸させてあることを特徴とする請求項１、請求項２
    または請求項３に記載のフッ素樹脂系リング状摺動部
    材。
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