JP3571623B2 - 摺動材料 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばすべり軸受材料として使用され、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とし、鉛を含まない摺動材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばすべり軸受材料として、鋼裏金の表面側に多孔質青銅層を有し、その多孔質青銅層に、合成樹脂を主成分とした摺動材料を含浸させたものがある。この種の摺動材料としては、例えば特公昭39−16950公報に示されるように、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下「PTFE」と略す)に、20体積%程度の鉛(Pb)粒子を配合したものが知られている。この摺動材料は、Pb粒子の配合により、低摩擦係数が得られて摺動特性に優れたものとなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境問題への配慮から、上記のようなPTFEを主成分とした摺動材料にあっても、Pbを含有しないものが要望されるようになった。そこで、本出願人は、PTFEを主成分とし、従来のPbに代えて、ビスマス(Bi)あるいはビスマス合金粒子を配合した摺動材料を開発し、先に出願している(特願2000−26671)。
【0004】
これによれば、Pbの代替品としてBiが有効となり、特に、Pbと同様に、相手材の表面にPTFEのコーティング膜(移着膜)を形成する触媒的作用を呈し、安定した摺動特性を得ることができるのである。ところが、上記したPTFEにBi又はBi合金を配合した摺動材料では、耐摩耗特性の面で改善の余地が残されており、耐摩耗特性のより一層の向上が望まれるのである。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とし鉛を含まない摺動材料にあって、良好な摺動特性を維持しながらも、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができる摺動材料を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
PTFEを主成分(50体積%以上)とし、Bi合金粒子を配合した摺動材料は、Pbを含まないものであっても、Bi合金粒子が相手材の表面にPTFEのコーティング膜(移着膜)を形成する触媒的作用を呈し、安定した摺動特性を得ることができ、環境を配慮した材料とすることができる。この場合、Bi合金粒子の配合量を3〜40体積%とすることにより、良好な摺動特性を得ることができ、10〜30体積%とすることが、より好ましい。このとき、Bi合金粒子としては、Biと銀、スズ、亜鉛、インジウムとの合金を使用することができる。これらの含有量は、0.5〜30質量%が望ましい。また、Bi合金の粒径は、1〜50μm程度とすることが望ましい。
【0007】
そして、本発明者は、種々の試験,研究を重ねた結果、そのような、PTFEを主成分としBi合金粒子を配合した摺動材料に、更に以下のような成分を配合することにより、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【0008】
即ち、本発明の請求項1の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、1〜40体積%の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(以下「PFA」と略す)及び/又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂(以下「FEP」と略す)とからなるところに特徴を有する。
【0009】
これによれば、PFA及び/又はFEPからなる溶融フッ素樹脂を配合させたことにより、耐摩耗特性を向上させることができ、また摩擦係数を小さくし、さらには材料強度の向上をも図ることができる。この場合、溶融フッ素樹脂の配合量が、1体積%未満では、耐摩耗特性の向上の効果が十分に得られず、40体積%を越えると、摩擦特性が悪化する。より好ましい配合量は、2〜20体積%である。また、ビスマス合金粒子を用いたことにより、ビスマス単体を用いた場合に比べて一層摺動特性を良好とすることができる。
【0010】
本発明の請求項2の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子とからなるところに特徴を有する。
【0011】
これによれば、硬質粒子を配合したことにより、より高い硬度の粒子が摺動面に分散することになるので、耐摩耗特性を大幅に向上させることができる。この場合、硬質粒子の配合量が、0.1体積%未満では、耐摩耗特性の向上の効果が十分に得られず、20体積%を越えると、摩擦特性が悪化する。より好ましい配合量は、0.5〜10体積%である。この硬質粒子としては、W,Ti,Cr等の硬質金属や、Al2O3,Fe3O4,CrO2,SiC,TiO2等のセラミック粒子を採用することができる。また、この硬質粒子は、平均粒径が10μm以下のものを採用することができ、平均粒径が1μm以下のものがより好ましい。
【0012】
本発明の請求項3の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビビスマス合金粒子と、0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【0013】
これによれば、固体潤滑剤の配合により、自己潤滑性を高めることができ、耐摩耗特性及び摩擦特性を向上させることができる。この場合、固体潤滑剤の配合量が、0.1体積%未満では、摩擦特性の向上の効果が十分に得られず、20体積%を越えると、耐摩耗特性が悪化する。より好ましい配合量は、0.5〜10体積%である。この固体潤滑剤としては、グラファイト(以下「Gr」と略す)やMoS2、WS2、BN等を採用することができる。
【0014】
そして、本発明の請求項4の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、1〜40体積%のPFA及び/又はFEPと、0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【0015】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、固体潤滑剤を配合したことにより、摩擦特性及び耐摩耗特性のより一層の向上を図ることができる。
【0016】
本発明の請求項5の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、1〜40体積%のPFA及び/又はFEPと、0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子とからなるところに特徴を有する。
【0017】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、硬質粒子を付加したことにより、耐摩耗特性のより一層の向上を図ることができる。
【0018】
本発明の請求項6の摺動材料は、鉛を含まないものであって、50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、1〜40体積%のPFA及び/又はFEPと、0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子と、0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【0019】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、硬質粒子および固体潤滑剤の双方を配合したことにより、摩擦特性及び耐摩耗特性のさらなる向上を図ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、すべり軸受(ブシュ)の材料に適用した実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、潤滑油を用いない無給油(ドライ環境)で使用されるブシュ1の断面構造を模式的に示している。このブシュ1は、金属鋼板(一般構造用低炭素鋼)からなる裏金層2の表面側(内周側)に、接合性を高めるための銅メッキ層3を介して、銅系合金からなる多孔質焼結金属層4を設け、更にその多孔質焼結金属層4の内部及び表面に、後述するような本実施形態に係る摺動材料5を含浸被覆して構成されている。尚、この図1では、便宜上、摺動材料5についてのハッチングを省略している。また、このブシュ1は、鋼材からなるシャフトを受けるようになっている。
【0021】
前記摺動材料5は、後の表1に示す実施例5、6に代表される成分組成を備えるものである。PTFEを主成分(残部;50体積%以上)とし、10〜20体積%のBi合金粒子を含むものであり、これに加え、溶融フッ素樹脂としてのPFA、硬質粒子としてのW、Al2O3、さらには固体潤滑剤としてのGrを配合したものである。尚、硬質粒子の平均粒径は1μm、固体潤滑剤の平均粒径は、10μmである。また、比較例1〜4として、10〜20体積%のBi粒子を用いると共に、溶融フッ素樹脂としてのPFA、固体潤滑剤としてのGr、硬質粒子としてのW、Al2O3のいずれかを配合した摺動材料を作製している。更に、先願1〜7は、特願2000−26671に記載されたような、PTFEを主成分とし、5〜38体積%のBi又はBi合金粒子を配合した摺動材料である。
【0022】
ここで、上記ブシュ1の製造方法について簡単に述べる。まず、1.2mmの厚み寸法を有し、表面に銅メッキ層3が施された鋼板(裏金層2)上に、銅合金粉末を厚さ0.3mmで散布し、次いで、還元雰囲気中で750〜900℃の温度に加熱して銅合金粉末を焼結した。これにて、裏金層2(銅メッキ層3)上に多孔質焼結金属層4が得られた。
【0023】
一方、摺動材料5を構成する材料の混合物を得る工程が実行される。この場合、所定量のPTFEに、所定量のBi合金粒子を加えると共に、所定量のPFAパウダー、硬質粒子、微粒子状の固体潤滑剤を加え、均一に混合して混合物を得るようにする。そして、その混合物を、上記裏金層2上の多孔質焼結金属層4に含浸被覆させた後、350〜400℃の温度で焼成を行ない、その後ロール圧延により厚みを均一化させる。
【0024】
これにて、裏金層2上の多孔質焼結金属層4に摺動材料5が含浸被覆された平板な材料が得られた。しかる後、その材料を所要寸法に切断し、曲げ加工(巻き加工)を行なうことにより、円筒状のブシュ1を作製した。このように構成されたブシュ1は、その内周の摺動面(摺動材料5の面)においてシャフトを受けるようになっている。
【0025】
次に、上記摺動材料5の有効性を検証,確認するために、比較例1〜4、実施例5、6の配合の摺動材料、及び、先願1〜7の配合の摺動材料について、摩擦,摩耗試験を行った。この試験は、内径20mm×幅20mm×肉厚1.5mmの供試材を用い、荷重5MPa、速度6m/min 、無潤滑、100時間の条件で行った。この試験結果を表2に示す。
【0026】
【表1】
【表2】
【0027】
この試験結果から明らかなように、実施例5、6の摺動材料は、先願1〜7と比べて、同等あるいはそれ以下の摩擦係数が得られると共に、摩耗量が十分に少なくなった。比較例1〜4と比べても、摩耗量を少なくすることができた。この場合、特に溶融フッ素樹脂としてのPFAに加えて硬質粒子としてのWを配合した実施例6は、摩耗量を著しく少なくすることができた。尚、試験終了後に、相手軸(シャフト)の表面を観察したところ、PTFEのコーティング膜(移着膜)が形成されていた。また、Biと10質量%のSnあるいはAgとの合金を用いた実施例5,6は、摩耗量を少なくすることができた。
【0028】
以上のように、本発明の成分組成を備える摺動材料5によれば、PTFEを主成分とし鉛に代えてBi合金を配合した摺動材料にあって、溶融フッ素樹脂としてのPFA、硬質粒子としてのWやAl2O3、固体潤滑剤としてのGrを配合したことにより、従来のものと異なり、良好な摺動特性を維持しながらも、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができるという優れた効果を得ることができる。
【0029】
尚、上記実施の形態では、本発明の摺動材料をシャフトを受けるブシュ1に適用するようにしたが、様々な用途の摺動部材に使用することが可能であり、その際ブシュ(軸受)に限定されるものでもなく、スラストワッシャやスライドプレート等にも適用することができる。また、無潤滑環境に限らず、潤滑油中や水等の液体中で使用しても差支えない。
【0030】
その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、溶融フッ素樹脂としては、FEP等を採用することもでき、硬質粒子としても、Ti,Cr等の硬質金属やFe3O4,CrO2,SiC,TiO2等の他のセラミック系硬質粒子を採用しても良く、それらを複数種類組合せて使用しても良く、また、同様に固体潤滑剤としても、MoS2、WS2、BN等も採用することができ、さらには、裏金層や多孔質金属層の材質、相手材(シャフト)の材質等についても上記したものに限定されるものではない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すもので、ブシュの構造を概略的に示す拡大縦断面図
【符号の説明】
図面中、1はブシュ(すべり軸受)、2は裏金層、4は多孔質焼結金属層、5は摺動材料を示す。
Claims (6)
- 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
1〜40体積%の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び/又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂とからなることを特徴とする摺動材料。 - 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子とからなることを特徴とする摺動材料。 - 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。 - 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
1〜40体積%の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び/又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。 - 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
1〜40体積%の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び/又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子とからなることを特徴とする摺動材料。 - 鉛を含まない摺動材料であって、
50体積%以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
3〜40体積%の粒径1〜50μmの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの1種又は2種以上を0.5〜30質量%含有するビスマス合金粒子と、
1〜40体積%の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び/又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
0.1〜20体積%の平均粒径10μm以下の硬質粒子と、
0.1〜20体積%の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。
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