JP3848990B2 - 積層摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば各種産業機器の軸受またはブッシュとして使用されうる積層摺動材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層摺動材は、例えば、特開昭５２−２４９０７に開示されている様に基本構造として四フッ化エチレン樹脂等の摺動層、青銅層、および台金の３層構造をとる。今日に至るまで摺動層の摩擦摩耗特性を向上させることと、その製造方法を経済的に行うことを中心に技術開発がなされてきた。例えば、特開昭６２−２６６２２３では摺動層を作製するにあたり、溶融押出によりポリエーテルエーテルケトン、四フッ化エチレン樹脂、グラファイト及び青銅からなる高分子テープを作製し、一方、台金上に青銅粉末を焼結して中間層を作り、該中間層上に上記テープをロールミルで接着している。しかしながら、これらの溶融押出によって得られた高分子テープからなる摺動層では、耐熱性が低いために高速、高負荷をとる摺動条件下では使用できないといった問題点を有している。また、特開平６−２００２８０では石油系溶剤を使用して湿潤潤滑組成物を作製し、多孔質焼結金属上に湿潤潤滑組成物を散布し、次に該組成物の溶剤を除去して積層摺動材を得ているが、この方法では溶剤を使用するために作業環境が悪くなることや、溶剤の回収等を行うための大掛かりな設備投資が必要となる。さらに、特公昭５４−２１４９８、特開平６−２２８３２９では芳香族ポリアミド繊維を含む摺動面を有する複層摺動材が開示されているが、芳香族ポリアミド繊維の形態が織物の状態であるために、繊維間への固体潤滑材の含浸が容易に行えないといった問題点を有している。また、芳香族ポリアミド繊維を含む摺動材をエポキシ樹脂等により金属基材に張り合わせているが、これらの接着剤を用いた摺動材では使用環境によって耐久性が大きく低下するといった問題点も有している。以前から、四フッ化エチレン樹脂等を含む摺動層と金属基材との張り合わせのために、金属ナトリウムを用いて、摺動層をエッチング処理する方法が知られている。しかしながら、金属ナトリウムの使用ということで経済性、環境性の面で実用化には問題がある。これらの理由から、経済的な方法で摺動特性の良い積層摺動材を作ることが望まれていた。
【０００３】
本出願人の未公開の特願平８−８７０５５号明細書には、芳香族ポリアミドのパルプとフッ素樹脂からなるシートを積層して作られた摺動材が記載されており、それは良好な摩擦特性を示す。しかし、磨耗量の低減が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、芳香族ポリアミドとフッ素樹脂からなる潤滑層を有する積層摺動部材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は次に記す発明である。
（１）台金、及び該台金に結合された、芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含み、かつ芳香族ポリアミドパルプ以外の繊維を含まない潤滑層を有する積層摺動部材において、該芳香族ポリアミドパルプが３〜２５ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、かつ潤滑層の重量に対して１０〜７０重量％の量で潤滑層に含有されていること、該フッ素樹脂が０．１〜１μｍの平均粒径を有すること、および該潤滑層が芳香族ポリアミドパルプおよびフッ素樹脂を、凝集剤を含む水系分散液から抄造して得られたシートからなることを特徴とする積層摺動部材。
（２）芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含む上記潤滑層において、該フッ素樹脂の分子量が１００万以上であり、該潤滑層が、更にカーボン、二硫化モリブデン、ブロンズ、窒化硼素および分子量が３０万未満のフッ素樹脂から選ばれた一以上を０．５〜２５重量％の割合で含むことを特徴とする上記（１）に記載の積層摺動部材。
（３）下記の（イ）乃至（ハ）の工程を有することを特徴とする、上記（１）の積層摺動部材の製造方法
（イ）芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂粉末が水中に分散した分散液において、該フッ素樹脂粉末を凝集剤により不安定化して、該フッ素樹脂粉末を芳香族ポリアミドパルプに沈着させる工程、
（ロ）フッ素樹脂粉末が沈着した上記芳香族ポリアミドパルプを抄造し、乾燥してシート状物を得る工程、および
（ハ）該シート状物と台金を圧着し、フッ素樹脂の融点以上に加熱する工程。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる芳香族ポリアミドパルプの原料となる芳香族ポリアミド樹脂は、アミド結合の少なくとも８５モル％以上が芳香族ジアミン、芳香族ジカルボン酸成分より得られるものである。
【０００７】
その具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンテレフタルアミド、ポリパラベンズアミド、ポリ-４，４’-ジアミノベンズアニリド、ポリパラフェニレン-２，６-ナフタリックアミド、コポリパラフェニン／４，４’‐（３，３’-ジメチルビフェニレン）-テレフタルアミド、コポリパラフェニレン／２，５-ピリジレンーテレフタルアミド、ポリオルソフェニレンフタルアミド、ポリメタフェニレンフタルアミド、ポリパラフェニレンフタルアミド、ポリオルソフェニレンイソフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラフェニレンイソフタルアミド、ポリオルソフェニレンテレフタルアミド、ポリ-１，５-ナフタレンフタルアミド、ポリ-４，４’-ジフェニレンオルソフタルアミド、ポリ-４，４’-ジフェニレンイソフタルアミド、ポリ-１，４-ナフタレンフタルアミド、ポリ-１，４-ナフタレンイソフタルアミド、ポリ-１，５-ナフタレンイソフタルアミド等、及びこれらの芳香族ジアミンのベンゼン核の一部をピペラジン、１，５-ジメチルピペラジン、２，５-ジエチルピペラジンで置換した化合物等に代表される脂環式アミンを含む芳香族ポリアミド、または芳香族ジアミンが８，３’-オキシジフェニレンジアミン、３，４-オキシジフェニレンジアミン等のエーテル結台、一Ｓ一、一ＳＯ２一、一ＣＯ一、一ＮＨ一、等の基により結合された２個のフェニル基を含む芳香族ポリアミドのコポリマー、例えば、ポリ-８，８’-オキシジフェニレンテレフタルアミド／ポリパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、ポリ-３，４-オキシジフェニレンテレフタルアミド／ポリパラフェレンテレフタルアミド共重合体等を挙げることができる。
【０００８】
本発明に用いられる芳香族ポリアミドパルプとは、上記の芳香族ポリアミド樹脂の繊維を高度にフィブリル化させたものを言う。フィブリル化の指標としてはＢＥＴ比表面積が良く用いられているが、本発明に適したＢＥＴ比表面積の値は３〜２５ｍ2／ｇ、より好ましくは４〜２０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは５〜１６ｍ2／ｇである。パルプのＢＥＴ比表面積の値が３ｍ2／ｇより小さい場合は、繊維同士の絡み合いが充分に得られないため、摺動特性の低下が認められる。また、比表面積の値が２５ｍ2／ｇより大きい場合は必然的に濾水性が悪くなるので、抄造に長時間を要するために経済性が悪くなる。
【０００９】
本発明に用いられるフッ素樹脂としては、例えば四フッ化エチレン樹脂（以下ＰＴＦＥということがある）、パーフルオロ-アルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡということがある）、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合樹脂（以下、ＦＥＰということがある）、四フッ化エチレン-エチレン共重合樹脂（以下、ＥＴＦＥということがある）、フッ化ビニリデン樹脂（以下、ＰＶＤＦということがある）、三フッ化塩化エチレン樹脂（以下、ＰＣＴＦＥということがある）等を挙げらることができるが、中でも耐熱性、摺動特性等の点でＰＴＦＥが特に好ましい。フッ素樹脂の好ましい平均粒径は０.０１〜１０μｍであり、さらに好ましくは０.１〜１μｍである。粒径が０.０１より小さい場合には粒子の繊維表面への沈着が困難となり、１０μｍより大きい場合には安定な分散液を得ることが難しくなる。
【００１０】
摺動特性をさらに向上させるために、第三成分として、カーボン、二硫化モリブデン、ブロンズ、窒化硼素、低分子量のフッ素樹脂を潤滑層中に添加する方法をとることができる。低分子量のフッ素樹脂とは、シートのメインマトリックスであるフッ素樹脂より分子量が低いものを意味する。例えば、シートのメインマトリックスであるフッ素樹脂の分子量が百万以上である場合、第三成分として用いられる低分子量のフッ素樹脂とは、分子量が百万未満のもの特に三十万未満のもを意味する。シート状物中のメインマトリックスであるフッ素樹脂と低分子量のフッ素樹脂は同一の種類である必要はないが、例えば、積層摺動材における潤滑層の耐熱性を向上させるためには、両成分ともＰＴＦＥであることが好ましい。
【００１１】
第三成分が粒子状である場合においての平均粒径は、最終製品となる軸受等の摺動条件に関連するが、好ましくは５０μｍ以下で、より好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは、５μｍ以下である。５０μｍより大きくなると、摺動特性の低下する傾向が見られるだけでなく、抄造して得られたシート状物の強度低下の原因となり、台金との圧着が困難となる。また、第三成分が繊維状の形態である場合には、その径が５０μｍ以下で、繊維長が２０ｍｍ以下であることが好ましい。径が５０μｍより大きく、または、繊維長が２０ｍｍより大きい場合には、均一に水中に分散させることが困難であり均一なシート状物を得らることが困難である。潤滑層中へのこれらの第三成分の添加量は０．５から２５重量％以下で、好ましくは１から１５重量％、さらに好ましくは２から１０重量％である。添加量が０．５重量％より少ない場合は十分に摺動特性を向上させる効果が発現せず、２５重量％より多い場合には、均一に分散した場合でもシート強度の低下の原因となり、台金との圧着が困難となる。
【００１２】
芳香族ポリアミドパルプの配合比率は、潤滑層の重量に対して１０〜７０重量％であり、最終製品に依存して適宜選ばれる。芳香族ポリアミドパルプが１０重量パーセント未満では、耐熱性が低くなるために高速、高負荷をとる摺動条件下では摩耗量の増加が認められる。また、芳香族ポリアミドパルプが７０重量パーセントより多いと台金との接着が不十分となり、積層摺動材を作製することが困難である。フッ素質樹脂の量は好ましくは、潤滑層の重量に対して５〜９０重量％である。
【００１３】
本発明において台金は、通常の軸受、ブッシュ等に用いられている機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、超合金、工具鋼、ばね鋼、快削鋼、クラッド鋼、軸受鋼、鋳鍛造品、銅合金、アルミニウム合金等である。必要に応じ、メッキ処理を施したものを使用することができる。
【００１４】
台金と潤滑層との接着性を向上させるに、台金の表面には凹凸を設けることが好ましい。その方法としては、例えばＪＩＳＨ９３００等に記載されている方法によりブラスト処理して台金の表面を粗くする方法や、台金上に青銅等の銅合金、鉛、錫、亜鉛等を含む合金等を溶射して多孔質金属層を形成する方法等をとることるできるが、本発明はこれらの方法によって限定されるものではない。
【００１５】
本発明に従う積層摺動材の製造方法における工程（イ）における分散液中の芳香族ポリアミドパルプの濃度は自由に選ぶことができるが、分散液の流動性を損なわない範囲で、できるだけ高い濃度を選ぶ方が経済性の点で望ましい。芳香族ポリアミドパルプの分散方法は、木質パルプを抄紙する際に従来から用いられている方法をそのまま適用することができる。例えば、各種の離解機（パルパー）、ナイヤガラビーター等の各種のビーター、あるいはシングルディスクリファイナー等の各種のリファイナー等を用いて分散液を調整することができる。
【００１６】
第三成分をも含む分散液を作る場合には、フッ素樹脂粉末及び第三成分の夫々の水中分散液を作り、それらを芳香族ポリアミドパルプの水中分散物と一緒にすることが好ましい。フッ素樹脂粉末及び第三成分の夫々の分散液（ディスパージョン又はエマルジョン等と呼ばれることがある）は、アニオン系、カチオン系、またはノニオン系の界面活性剤を含む水中にフッ素樹脂粉末又は第三成分を安定に分散させて作製する。フッ素樹脂粉末の分散液は、一般的には、１種類以上の界面活性剤の存在下でフッ素樹脂の原料のモノマーを水系重合させることによって調整することもできる。また、市販されているフッ素樹脂粉末のディスパージョンをそのまま利用することも可能である。そのようなフッ素樹脂粉末の水分散液として、例えば、旭硝子（株）、ダイキン工業（株）等から市販されているフッ素樹脂ディスパージョンを挙げることができる。また、第三成分についても、例えば、日本黒鉛工業（株）等から市販されている水系のカーボン分散液、二硫化モリブデン分散液、窒化硼素分散液等をそのまま使用することができる。
【００１７】
凝集剤は、フッ素樹脂粉末及び第三成分の水中での分散を不安定化させる作用を持ち、フッ素樹脂粉末や第三成分を芳香族ポリアミドパルプの表面に沈着させる役割を果たす。適用する凝集剤の種類、及び添加量は、フッ素樹脂粉末や第三成分を分散させるのに用いている界面活性剤の種類、及び芳香族ポリアミドパルプの比表面積により決定される。
【００１８】
例えば、フッ素樹脂粉末と第三成分がノニオン系の界面活性剤で安定化されている場合は、凝集剤として、強電解質、あるいはポリアクリルアミド系等の高分子凝集剤、さらにはこれらの高分子凝集剤と強電解質とを組合わせて適用することができる。凝集剤として、ポリヒドロキシ芳香族カルボン酸とグルコース類との縮合物及び多価の金属塩を併用することは、使用する界面活性剤の種類に係わらず、特に有効である。縮合物の例としては、タンニン酸、没食子酸等が挙げられる。金属塩の例として、硫酸アルミニウムや塩化カルシウム等が挙げられる。この時、系に水酸化カルシウム、アンモニア、アルミン酸ソーダ等のアルカリ成分を加えて系のｐＨを３.５から６.０の範囲に調整することは、フッ素樹脂粉末や第三成分の実質上総てをパルプに沈着させるので有効である。
【００１９】
本発明においては、芳香族ポリアミドパルプ、フッ素樹脂粉末、第三成分および凝集剤を最適に組み合わせ、フッ素樹脂粉末や第三成分が緻密、且、均一に付着した潤滑層を作製することが重要である。この点から、芳香族ポリアミドパルプとしては、ＢＥＴ比表面積の値が３〜２５ｍ2／ｇ、より好ましくは４〜２０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは５〜１６ｍ2／ｇの範囲にあるものが適当である。
【００２０】
工程（ロ）では、フッ素樹脂粉末や第三成分が沈着した芳香族ポリアミドパルプを常法に従って抄造した後、必要に応じて脱水し、ついで乾燥してシート状物を得る。本発明の方法においては、抄造は一般的に利用されている長網式や丸網式の抄造機をそのまま適用して行うことができる。
【００２１】
台金とシート状物の圧着は、プレスを用いて行うことも可能であるが、生産性を向上させる観点からロールを用いて行うことが好ましい。例えば、抄造したシートと台金とをロールを用いて圧着した後、フッ素樹脂の融点以上に加熱して摺動面となるシート層の焼成を行う。圧着時のロール線圧は、ロールの温度が室温付近である場合には、好ましくは４００から２０００ｋｇｆ／ｃｍである。線圧が４００ｋｇｆ／ｃｍ未満の場合には、台金とシート状物の接着が不十分となり、線圧が２０００ｋｇｆ／ｃｍより大きい場合には、圧着後のシート面にしわが発生する。また、ロールの表面を加熱して圧着を行うことは、圧着に必要となる線圧を減少させるのに有効である。
【００２２】
圧着された積層材の焼成はフッ素樹脂の融点以上の温度のオーブン中でバッチ式で行なうこともできるが、フッ素樹脂の融点以下の温度で台金に圧着したシートをその後、該フッ素樹脂の融点以上の温度の加熱ロールに台金と共に焼成することもできる。また、乾燥後のシート状物を直接フッ素樹脂の融点以上の温度の加熱ロールに台金と共に通して、圧着と焼成を同時に行なうこともできる。さらに、台金をフッ素樹脂の融点以上の温度に加熱しておき、シート状物を重ねて、ロールを通過させる方法によっても圧着と焼成を行うことができる。
【００２３】
以下に本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
【実施例】
実施例中の摩擦摩耗性能の測定は、以下に述べる測定方法に従って実施した。
「物性評価方法」
１．摩擦磨耗試験
試験機：リングオンディスク縦型摩擦磨耗試験機（高千穂精機社製）
試験片（平板状）：縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ
相手材：炭素鋼Ｓ５５Ｃ、外径２５.６ｍｍ、内径２０.０ｍｍ、高さ１５.０ｍｍ
圧力：５０ｋｇｆ／ｃｍ2、 速度：２４ｍ／分、 ＰＶ＝１２００
試験時間：２４時間
【００２５】
【実施例１】
絶乾重量１２.５ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ（商品名：トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：１２.９ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ））と１９０６ｇの水を家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％））を上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加して、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸３重量％、硫酸アルミ２重量％を含む水溶液３０ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液２０ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥを沈着させた。これを角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上に抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を得た。厚さ３．４ｍｍの炭素鋼（S45C）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝14.4ミクロン、最大高さRmax＝１８８．３ミクロン、十点平均粗さRz＝１４８．１ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１０であり、摩耗量は４０ミクロンで磨耗係数は２．４×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２６】
【実施例２】
実施例１と同様の方法で芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を作製した後、厚さ３．４ｍｍのリン青銅（C５２１２）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝１９．７ミクロン、最大高さRmax＝２４２．５ミクロン、十点平均粗さRz＝１８５．６ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０．０８であり、摩耗量は２３ミクロンで磨耗係数は１．３×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２７】
【実施例３】
絶乾重量１２.５ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ（商品名：トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：１２.９ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ））と１７９１ｇの水を家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。一方、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％））を１２５ｇの水に分散させた後、３．１３gの低分子量のＰＴＦＥ（商品名：フルオンルブリカントＬ１８１Ｊ（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は十万以下、平均粒径２０μｍ））を添加してスターラーにより３０分間攪拌して、高分子量のＰＴＦＥ粉末と低分子量のＰＴＦＥ粉末が均一に分散した分散液を作製した。これを上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加して、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸３重量％、硫酸アルミ２重量％を含む水溶液３０ｇとアンモニア１重量％水溶液７.５ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥと低分子量のＰＴＦＥを沈着させた。これを角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上に抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／高分子量のＰＴＦＥ／低分子量のＰＴＦＥの組成比が３６／５５／９シート状物を得た。厚さ３．４ｍｍの炭素鋼（S45C）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝１４．４ミクロン、最大高さRmax＝188.3ミクロン,十点平均粗さRz＝１４８．１ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.０８であり、摩耗量は３５ミクロンで磨耗係数は２．１×１０-5ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２８】
【比較例１】
オイレス工業製、複層系軸受（商品名；オイレスドライメット（樹脂摺動層−青銅層−スチール層からなる。）について摩擦磨耗試験を行った。この摺動材の動摩擦係数は０．０７であり、磨耗量は１１０ミクロンであった。
【００２９】
【比較例２】
本比較例は、台金が無い場合を示すものであり、しかし、公知技術ではない。
【００３０】
実施例１と同様の方法で芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を所定枚数作製した。該シート状物を３０×３０ｍｍに切断し、１６枚積層し、面圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスを行った後、３８０℃の窒素雰囲気オーブンで１時間焼成して、厚さ４．９ｍｍの摺動材を得た。この摺動材の動摩擦係数は０.０７であり、摩耗量は１３０ミクロンで、磨耗係数は７．５×１０-5ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３１】
【実施例４】
下記の実施例４から７における摩擦摩耗性能の測定は、以下に述べる測定方法に従って実施した。
【００３２】
摩擦磨耗試験
試験機：リングオンディスク縦型摩擦磨耗試験機（高千穂精機社製）
試験片（平板状）：縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ
相手材：炭素鋼Ｓ５５Ｃ、外径２５.６ｍｍ、内径２０.０ｍｍ、高さ１５.０ｍｍ
圧力：５０ｋｇｆ／ｃｍ2、 速度：１０ｍ／分、 ＰＶ＝５００
試験時間：２０時間
【００３３】
絶乾重量4.69ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：12.9ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）と絶乾重量7.81ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９７（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：5.7ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）を９００ｇの水と一緒に家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％）を上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加した後、水を加えて全体の重量を1143.5ｇとし、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸0.6重量％、硫酸アルミニウム0.4重量％を含む水溶液94ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液12.5ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミニウムの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥを沈着させた。得られた芳香族ポリアミドパルプと高分子量のＰＴＦＥからなるスラリーを２分割し、角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上にそれぞれ抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリア ミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚得た。
【００３４】
厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうちの１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。
【００３５】
該積層摺動材を、室温で６００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧延した後、遠赤外線加熱炉で３８０℃で１０分間加熱した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１１であり、摩耗量は２ミクロンであり、磨耗係数は３．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３６】
【実施例５】
実施例４と同様に芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚作製した。厚さ０．８ｍｍの一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を、遠赤外線加熱炉で３８０℃で２０分間加熱した後、６００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧延した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１１であり、摩耗量は５ミクロンであり、磨耗係数は８．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３７】
【実施例６】
実施例４と同様に芳香族ポリア ミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚作製した。厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を、３５０℃、３００kgf/cm2で１０分間プレス（神藤金属工業製、ホットプレスNSFA-50）し、そのまま室温まで冷却した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１２であり、摩耗量は５ミクロンであり、磨耗係数は８．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３８】
【実施例７】
絶乾重量4.69ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：12.9ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）と絶乾重量7.81ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９７（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：5.7ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）を９００ｇの水と一緒に家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％）と１．５６ｇの膨張化黒鉛（中越黒鉛製、BSP-5A，平均粒径７．８μｍ)を、上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加した後、水を加えて全体の重量を1143.5ｇとし、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸0.6重量％、硫酸アルミニウム0.4重量％を含む水溶液94ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液12.5ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミニウムの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥと膨張化黒鉛を沈着させた。得られた芳香族ポリアミドパルプと高分子量のＰＴＦＥ／膨張化黒鉛からなるスラリーを２分割し、角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上にそれぞれ抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂／黒鉛の組成比が４０／６０／５で２６３g/m2のシート状物を２枚得た。
【００３９】
厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１６ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦磨耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１０であり、摩耗量は８ミクロンであり、磨耗係数は１．３×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、摩擦磨耗性能に優れた潤滑層を有する積層摺動材が提供される。本発明の方法は、従来の一般的な抄造方法を適用して積層摺動材の潤滑層を形成するため、簡便な装置及び操作により積層摺動材を作製することができ、工業的に有用である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば各種産業機器の軸受またはブッシュとして使用されうる積層摺動材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層摺動材は、例えば、特開昭５２−２４９０７に開示されている様に基本構造として四フッ化エチレン樹脂等の摺動層、青銅層、および台金の３層構造をとる。今日に至るまで摺動層の摩擦摩耗特性を向上させることと、その製造方法を経済的に行うことを中心に技術開発がなされてきた。例えば、特開昭６２−２６６２２３では摺動層を作製するにあたり、溶融押出によりポリエーテルエーテルケトン、四フッ化エチレン樹脂、グラファイト及び青銅からなる高分子テープを作製し、一方、台金上に青銅粉末を焼結して中間層を作り、該中間層上に上記テープをロールミルで接着している。しかしながら、これらの溶融押出によって得られた高分子テープからなる摺動層では、耐熱性が低いために高速、高負荷をとる摺動条件下では使用できないといった問題点を有している。また、特開平６−２００２８０では石油系溶剤を使用して湿潤潤滑組成物を作製し、多孔質焼結金属上に湿潤潤滑組成物を散布し、次に該組成物の溶剤を除去して積層摺動材を得ているが、この方法では溶剤を使用するために作業環境が悪くなることや、溶剤の回収等を行うための大掛かりな設備投資が必要となる。さらに、特公昭５４−２１４９８、特開平６−２２８３２９では芳香族ポリアミド繊維を含む摺動面を有する複層摺動材が開示されているが、芳香族ポリアミド繊維の形態が織物の状態であるために、繊維間への固体潤滑材の含浸が容易に行えないといった問題点を有している。また、芳香族ポリアミド繊維を含む摺動材をエポキシ樹脂等により金属基材に張り合わせているが、これらの接着剤を用いた摺動材では使用環境によって耐久性が大きく低下するといった問題点も有している。以前から、四フッ化エチレン樹脂等を含む摺動層と金属基材との張り合わせのために、金属ナトリウムを用いて、摺動層をエッチング処理する方法が知られている。しかしながら、金属ナトリウムの使用ということで経済性、環境性の面で実用化には問題がある。これらの理由から、経済的な方法で摺動特性の良い積層摺動材を作ることが望まれていた。
【０００３】
本出願人の未公開の特願平８−８７０５５号明細書には、芳香族ポリアミドのパルプとフッ素樹脂からなるシートを積層して作られた摺動材が記載されており、それは良好な摩擦特性を示す。しかし、磨耗量の低減が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、芳香族ポリアミドとフッ素樹脂からなる潤滑層を有する積層摺動部材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は次に記す発明である。
（１）台金、及び該台金に結合された、芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含み、かつ芳香族ポリアミドパルプ以外の繊維を含まない潤滑層を有する積層摺動部材において、該芳香族ポリアミドパルプが３〜２５ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、かつ潤滑層の重量に対して１０〜７０重量％の量で潤滑層に含有されていること、該フッ素樹脂が０．１〜１μｍの平均粒径を有すること、および該潤滑層が芳香族ポリアミドパルプおよびフッ素樹脂を、凝集剤を含む水系分散液から抄造して得られたシートからなることを特徴とする積層摺動部材。
（２）芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含む上記潤滑層において、該フッ素樹脂の分子量が１００万以上であり、該潤滑層が、更にカーボン、二硫化モリブデン、ブロンズ、窒化硼素および分子量が３０万未満のフッ素樹脂から選ばれた一以上を０．５〜２５重量％の割合で含むことを特徴とする上記（１）に記載の積層摺動部材。
（３）下記の（イ）乃至（ハ）の工程を有することを特徴とする、上記（１）の積層摺動部材の製造方法
（イ）芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂粉末が水中に分散した分散液において、該フッ素樹脂粉末を凝集剤により不安定化して、該フッ素樹脂粉末を芳香族ポリアミドパルプに沈着させる工程、
（ロ）フッ素樹脂粉末が沈着した上記芳香族ポリアミドパルプを抄造し、乾燥してシート状物を得る工程、および
（ハ）該シート状物と台金を圧着し、フッ素樹脂の融点以上に加熱する工程。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる芳香族ポリアミドパルプの原料となる芳香族ポリアミド樹脂は、アミド結合の少なくとも８５モル％以上が芳香族ジアミン、芳香族ジカルボン酸成分より得られるものである。
【０００７】
その具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンテレフタルアミド、ポリパラベンズアミド、ポリ-４，４’-ジアミノベンズアニリド、ポリパラフェニレン-２，６-ナフタリックアミド、コポリパラフェニン／４，４’‐（３，３’-ジメチルビフェニレン）-テレフタルアミド、コポリパラフェニレン／２，５-ピリジレンーテレフタルアミド、ポリオルソフェニレンフタルアミド、ポリメタフェニレンフタルアミド、ポリパラフェニレンフタルアミド、ポリオルソフェニレンイソフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラフェニレンイソフタルアミド、ポリオルソフェニレンテレフタルアミド、ポリ-１，５-ナフタレンフタルアミド、ポリ-４，４’-ジフェニレンオルソフタルアミド、ポリ-４，４’-ジフェニレンイソフタルアミド、ポリ-１，４-ナフタレンフタルアミド、ポリ-１，４-ナフタレンイソフタルアミド、ポリ-１，５-ナフタレンイソフタルアミド等、及びこれらの芳香族ジアミンのベンゼン核の一部をピペラジン、１，５-ジメチルピペラジン、２，５-ジエチルピペラジンで置換した化合物等に代表される脂環式アミンを含む芳香族ポリアミド、または芳香族ジアミンが８，３’-オキシジフェニレンジアミン、３，４-オキシジフェニレンジアミン等のエーテル結台、一Ｓ一、一ＳＯ２一、一ＣＯ一、一ＮＨ一、等の基により結合された２個のフェニル基を含む芳香族ポリアミドのコポリマー、例えば、ポリ-８，８’-オキシジフェニレンテレフタルアミド／ポリパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、ポリ-３，４-オキシジフェニレンテレフタルアミド／ポリパラフェレンテレフタルアミド共重合体等を挙げることができる。
【０００８】
本発明に用いられる芳香族ポリアミドパルプとは、上記の芳香族ポリアミド樹脂の繊維を高度にフィブリル化させたものを言う。フィブリル化の指標としてはＢＥＴ比表面積が良く用いられているが、本発明に適したＢＥＴ比表面積の値は３〜２５ｍ2／ｇ、より好ましくは４〜２０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは５〜１６ｍ2／ｇである。パルプのＢＥＴ比表面積の値が３ｍ2／ｇより小さい場合は、繊維同士の絡み合いが充分に得られないため、摺動特性の低下が認められる。また、比表面積の値が２５ｍ2／ｇより大きい場合は必然的に濾水性が悪くなるので、抄造に長時間を要するために経済性が悪くなる。
【０００９】
本発明に用いられるフッ素樹脂としては、例えば四フッ化エチレン樹脂（以下ＰＴＦＥということがある）、パーフルオロ-アルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡということがある）、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合樹脂（以下、ＦＥＰということがある）、四フッ化エチレン-エチレン共重合樹脂（以下、ＥＴＦＥということがある）、フッ化ビニリデン樹脂（以下、ＰＶＤＦということがある）、三フッ化塩化エチレン樹脂（以下、ＰＣＴＦＥということがある）等を挙げらることができるが、中でも耐熱性、摺動特性等の点でＰＴＦＥが特に好ましい。フッ素樹脂の好ましい平均粒径は０.０１〜１０μｍであり、さらに好ましくは０.１〜１μｍである。粒径が０.０１より小さい場合には粒子の繊維表面への沈着が困難となり、１０μｍより大きい場合には安定な分散液を得ることが難しくなる。
【００１０】
摺動特性をさらに向上させるために、第三成分として、カーボン、二硫化モリブデン、ブロンズ、窒化硼素、低分子量のフッ素樹脂を潤滑層中に添加する方法をとることができる。低分子量のフッ素樹脂とは、シートのメインマトリックスであるフッ素樹脂より分子量が低いものを意味する。例えば、シートのメインマトリックスであるフッ素樹脂の分子量が百万以上である場合、第三成分として用いられる低分子量のフッ素樹脂とは、分子量が百万未満のもの特に三十万未満のもを意味する。シート状物中のメインマトリックスであるフッ素樹脂と低分子量のフッ素樹脂は同一の種類である必要はないが、例えば、積層摺動材における潤滑層の耐熱性を向上させるためには、両成分ともＰＴＦＥであることが好ましい。
【００１１】
第三成分が粒子状である場合においての平均粒径は、最終製品となる軸受等の摺動条件に関連するが、好ましくは５０μｍ以下で、より好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは、５μｍ以下である。５０μｍより大きくなると、摺動特性の低下する傾向が見られるだけでなく、抄造して得られたシート状物の強度低下の原因となり、台金との圧着が困難となる。また、第三成分が繊維状の形態である場合には、その径が５０μｍ以下で、繊維長が２０ｍｍ以下であることが好ましい。径が５０μｍより大きく、または、繊維長が２０ｍｍより大きい場合には、均一に水中に分散させることが困難であり均一なシート状物を得らることが困難である。潤滑層中へのこれらの第三成分の添加量は０．５から２５重量％以下で、好ましくは１から１５重量％、さらに好ましくは２から１０重量％である。添加量が０．５重量％より少ない場合は十分に摺動特性を向上させる効果が発現せず、２５重量％より多い場合には、均一に分散した場合でもシート強度の低下の原因となり、台金との圧着が困難となる。
【００１２】
芳香族ポリアミドパルプの配合比率は、潤滑層の重量に対して１０〜７０重量％であり、最終製品に依存して適宜選ばれる。芳香族ポリアミドパルプが１０重量パーセント未満では、耐熱性が低くなるために高速、高負荷をとる摺動条件下では摩耗量の増加が認められる。また、芳香族ポリアミドパルプが７０重量パーセントより多いと台金との接着が不十分となり、積層摺動材を作製することが困難である。フッ素質樹脂の量は好ましくは、潤滑層の重量に対して５〜９０重量％である。
【００１３】
本発明において台金は、通常の軸受、ブッシュ等に用いられている機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、超合金、工具鋼、ばね鋼、快削鋼、クラッド鋼、軸受鋼、鋳鍛造品、銅合金、アルミニウム合金等である。必要に応じ、メッキ処理を施したものを使用することができる。
【００１４】
台金と潤滑層との接着性を向上させるに、台金の表面には凹凸を設けることが好ましい。その方法としては、例えばＪＩＳＨ９３００等に記載されている方法によりブラスト処理して台金の表面を粗くする方法や、台金上に青銅等の銅合金、鉛、錫、亜鉛等を含む合金等を溶射して多孔質金属層を形成する方法等をとることるできるが、本発明はこれらの方法によって限定されるものではない。
【００１５】
本発明に従う積層摺動材の製造方法における工程（イ）における分散液中の芳香族ポリアミドパルプの濃度は自由に選ぶことができるが、分散液の流動性を損なわない範囲で、できるだけ高い濃度を選ぶ方が経済性の点で望ましい。芳香族ポリアミドパルプの分散方法は、木質パルプを抄紙する際に従来から用いられている方法をそのまま適用することができる。例えば、各種の離解機（パルパー）、ナイヤガラビーター等の各種のビーター、あるいはシングルディスクリファイナー等の各種のリファイナー等を用いて分散液を調整することができる。
【００１６】
第三成分をも含む分散液を作る場合には、フッ素樹脂粉末及び第三成分の夫々の水中分散液を作り、それらを芳香族ポリアミドパルプの水中分散物と一緒にすることが好ましい。フッ素樹脂粉末及び第三成分の夫々の分散液（ディスパージョン又はエマルジョン等と呼ばれることがある）は、アニオン系、カチオン系、またはノニオン系の界面活性剤を含む水中にフッ素樹脂粉末又は第三成分を安定に分散させて作製する。フッ素樹脂粉末の分散液は、一般的には、１種類以上の界面活性剤の存在下でフッ素樹脂の原料のモノマーを水系重合させることによって調整することもできる。また、市販されているフッ素樹脂粉末のディスパージョンをそのまま利用することも可能である。そのようなフッ素樹脂粉末の水分散液として、例えば、旭硝子（株）、ダイキン工業（株）等から市販されているフッ素樹脂ディスパージョンを挙げることができる。また、第三成分についても、例えば、日本黒鉛工業（株）等から市販されている水系のカーボン分散液、二硫化モリブデン分散液、窒化硼素分散液等をそのまま使用することができる。
【００１７】
凝集剤は、フッ素樹脂粉末及び第三成分の水中での分散を不安定化させる作用を持ち、フッ素樹脂粉末や第三成分を芳香族ポリアミドパルプの表面に沈着させる役割を果たす。適用する凝集剤の種類、及び添加量は、フッ素樹脂粉末や第三成分を分散させるのに用いている界面活性剤の種類、及び芳香族ポリアミドパルプの比表面積により決定される。
【００１８】
例えば、フッ素樹脂粉末と第三成分がノニオン系の界面活性剤で安定化されている場合は、凝集剤として、強電解質、あるいはポリアクリルアミド系等の高分子凝集剤、さらにはこれらの高分子凝集剤と強電解質とを組合わせて適用することができる。凝集剤として、ポリヒドロキシ芳香族カルボン酸とグルコース類との縮合物及び多価の金属塩を併用することは、使用する界面活性剤の種類に係わらず、特に有効である。縮合物の例としては、タンニン酸、没食子酸等が挙げられる。金属塩の例として、硫酸アルミニウムや塩化カルシウム等が挙げられる。この時、系に水酸化カルシウム、アンモニア、アルミン酸ソーダ等のアルカリ成分を加えて系のｐＨを３.５から６.０の範囲に調整することは、フッ素樹脂粉末や第三成分の実質上総てをパルプに沈着させるので有効である。
【００１９】
本発明においては、芳香族ポリアミドパルプ、フッ素樹脂粉末、第三成分および凝集剤を最適に組み合わせ、フッ素樹脂粉末や第三成分が緻密、且、均一に付着した潤滑層を作製することが重要である。この点から、芳香族ポリアミドパルプとしては、ＢＥＴ比表面積の値が３〜２５ｍ2／ｇ、より好ましくは４〜２０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは５〜１６ｍ2／ｇの範囲にあるものが適当である。
【００２０】
工程（ロ）では、フッ素樹脂粉末や第三成分が沈着した芳香族ポリアミドパルプを常法に従って抄造した後、必要に応じて脱水し、ついで乾燥してシート状物を得る。本発明の方法においては、抄造は一般的に利用されている長網式や丸網式の抄造機をそのまま適用して行うことができる。
【００２１】
台金とシート状物の圧着は、プレスを用いて行うことも可能であるが、生産性を向上させる観点からロールを用いて行うことが好ましい。例えば、抄造したシートと台金とをロールを用いて圧着した後、フッ素樹脂の融点以上に加熱して摺動面となるシート層の焼成を行う。圧着時のロール線圧は、ロールの温度が室温付近である場合には、好ましくは４００から２０００ｋｇｆ／ｃｍである。線圧が４００ｋｇｆ／ｃｍ未満の場合には、台金とシート状物の接着が不十分となり、線圧が２０００ｋｇｆ／ｃｍより大きい場合には、圧着後のシート面にしわが発生する。また、ロールの表面を加熱して圧着を行うことは、圧着に必要となる線圧を減少させるのに有効である。
【００２２】
圧着された積層材の焼成はフッ素樹脂の融点以上の温度のオーブン中でバッチ式で行なうこともできるが、フッ素樹脂の融点以下の温度で台金に圧着したシートをその後、該フッ素樹脂の融点以上の温度の加熱ロールに台金と共に焼成することもできる。また、乾燥後のシート状物を直接フッ素樹脂の融点以上の温度の加熱ロールに台金と共に通して、圧着と焼成を同時に行なうこともできる。さらに、台金をフッ素樹脂の融点以上の温度に加熱しておき、シート状物を重ねて、ロールを通過させる方法によっても圧着と焼成を行うことができる。
【００２３】
以下に本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
【実施例】
実施例中の摩擦摩耗性能の測定は、以下に述べる測定方法に従って実施した。
「物性評価方法」
１．摩擦磨耗試験
試験機：リングオンディスク縦型摩擦磨耗試験機（高千穂精機社製）
試験片（平板状）：縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ
相手材：炭素鋼Ｓ５５Ｃ、外径２５.６ｍｍ、内径２０.０ｍｍ、高さ１５.０ｍｍ
圧力：５０ｋｇｆ／ｃｍ2、 速度：２４ｍ／分、 ＰＶ＝１２００
試験時間：２４時間
【００２５】
【実施例１】
絶乾重量１２.５ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ（商品名：トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：１２.９ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ））と１９０６ｇの水を家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％））を上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加して、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸３重量％、硫酸アルミ２重量％を含む水溶液３０ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液２０ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥを沈着させた。これを角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上に抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を得た。厚さ３．４ｍｍの炭素鋼（S45C）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝14.4ミクロン、最大高さRmax＝１８８．３ミクロン、十点平均粗さRz＝１４８．１ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１０であり、摩耗量は４０ミクロンで磨耗係数は２．４×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２６】
【実施例２】
実施例１と同様の方法で芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を作製した後、厚さ３．４ｍｍのリン青銅（C５２１２）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝１９．７ミクロン、最大高さRmax＝２４２．５ミクロン、十点平均粗さRz＝１８５．６ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０．０８であり、摩耗量は２３ミクロンで磨耗係数は１．３×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２７】
【実施例３】
絶乾重量１２.５ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ（商品名：トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：１２.９ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ））と１７９１ｇの水を家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。一方、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％））を１２５ｇの水に分散させた後、３．１３gの低分子量のＰＴＦＥ（商品名：フルオンルブリカントＬ１８１Ｊ（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は十万以下、平均粒径２０μｍ））を添加してスターラーにより３０分間攪拌して、高分子量のＰＴＦＥ粉末と低分子量のＰＴＦＥ粉末が均一に分散した分散液を作製した。これを上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加して、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸３重量％、硫酸アルミ２重量％を含む水溶液３０ｇとアンモニア１重量％水溶液７.５ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥと低分子量のＰＴＦＥを沈着させた。これを角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上に抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／高分子量のＰＴＦＥ／低分子量のＰＴＦＥの組成比が３６／５５／９シート状物を得た。厚さ３．４ｍｍの炭素鋼（S45C）板（＃２４０のスチールグリッドを用いてブラスト処理を行ったもの。中心線平均粗さRa＝１４．４ミクロン、最大高さRmax＝188.3ミクロン,十点平均粗さRz＝１４８．１ミクロン）を台金として用意した。上記シート状物と台金を重ね、室温で９００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．３ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦摩耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.０８であり、摩耗量は３５ミクロンで磨耗係数は２．１×１０-5ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００２８】
【比較例１】
オイレス工業製、複層系軸受（商品名；オイレスドライメット（樹脂摺動層−青銅層−スチール層からなる。）について摩擦磨耗試験を行った。この摺動材の動摩擦係数は０．０７であり、磨耗量は１１０ミクロンであった。
【００２９】
【比較例２】
本比較例は、台金が無い場合を示すものであり、しかし、公知技術ではない。
【００３０】
実施例１と同様の方法で芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０のシート状物を所定枚数作製した。該シート状物を３０×３０ｍｍに切断し、１６枚積層し、面圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスを行った後、３８０℃の窒素雰囲気オーブンで１時間焼成して、厚さ４．９ｍｍの摺動材を得た。この摺動材の動摩擦係数は０.０７であり、摩耗量は１３０ミクロンで、磨耗係数は７．５×１０-5ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３１】
【実施例４】
下記の実施例４から７における摩擦摩耗性能の測定は、以下に述べる測定方法に従って実施した。
【００３２】
摩擦磨耗試験
試験機：リングオンディスク縦型摩擦磨耗試験機（高千穂精機社製）
試験片（平板状）：縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ
相手材：炭素鋼Ｓ５５Ｃ、外径２５.６ｍｍ、内径２０.０ｍｍ、高さ１５.０ｍｍ
圧力：５０ｋｇｆ／ｃｍ2、 速度：１０ｍ／分、 ＰＶ＝５００
試験時間：２０時間
【００３３】
絶乾重量4.69ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：12.9ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）と絶乾重量7.81ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９７（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：5.7ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）を９００ｇの水と一緒に家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％）を上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加した後、水を加えて全体の重量を1143.5ｇとし、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸0.6重量％、硫酸アルミニウム0.4重量％を含む水溶液94ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液12.5ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミニウムの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥを沈着させた。得られた芳香族ポリアミドパルプと高分子量のＰＴＦＥからなるスラリーを２分割し、角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上にそれぞれ抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリア ミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚得た。
【００３４】
厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうちの１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。
【００３５】
該積層摺動材を、室温で６００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧延した後、遠赤外線加熱炉で３８０℃で１０分間加熱した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１１であり、摩耗量は２ミクロンであり、磨耗係数は３．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３６】
【実施例５】
実施例４と同様に芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚作製した。厚さ０．８ｍｍの一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を、遠赤外線加熱炉で３８０℃で２０分間加熱した後、６００ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧延した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１１であり、摩耗量は５ミクロンであり、磨耗係数は８．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３７】
【実施例６】
実施例４と同様に芳香族ポリア ミドパルプ／フッ素樹脂の組成比が４０／６０で２５０g/m2のシート状物を２枚作製した。厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１５ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を、３５０℃、３００kgf/cm2で１０分間プレス（神藤金属工業製、ホットプレスNSFA-50）し、そのまま室温まで冷却した。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１２であり、摩耗量は５ミクロンであり、磨耗係数は８．３×１０−６ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００３８】
【実施例７】
絶乾重量4.69ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９４（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：12.9ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）と絶乾重量7.81ｇのパラ系芳香族ポリアミドパルプ、商品名、トワロン１０９７（日本アラミド（有）製、ＢＥＴ比表面積：5.7ｍ2／ｇ、重量平均繊維長１.５ｍｍ）を９００ｇの水と一緒に家庭用のミキサーにかけてパルプを水中に均一に分散させた。さらに、３１．２５ｇのＰＴＦＥの分散液（商品名：フルオンディスパージョンＡＤ１（旭硝子（株）製、ＰＴＦＥの分子量は百万以上、平均粒径０.２５μｍ、固形分濃度６０％）と１．５６ｇの膨張化黒鉛（中越黒鉛製、BSP-5A，平均粒径７．８μｍ)を、上記のパラ系芳香族ポリアミドパルプが分散した液に添加した後、水を加えて全体の重量を1143.5ｇとし、十分に攪拌を行った。そこにタンニン酸0.6重量％、硫酸アルミニウム0.4重量％を含む水溶液94ｇとアルミン酸ソーダ１重量％水溶液12.5ｇを加えて、系内のタンニン酸の濃度を４５０ｐｐｍ、硫酸アルミニウムの濃度を３００ｐｐｍとした。そのまま１０分間攪拌して、芳香族ポリアミドパルプの表面に高分子量のＰＴＦＥと膨張化黒鉛を沈着させた。得られた芳香族ポリアミドパルプと高分子量のＰＴＦＥ／膨張化黒鉛からなるスラリーを２分割し、角型シートマシン（熊谷理機（株）製）を用いて２５０ｍｍ角の金網上にそれぞれ抄造し、脱水乾燥して芳香族ポリアミドパルプ／フッ素樹脂／黒鉛の組成比が４０／６０／５で２６３g/m2のシート状物を２枚得た。
【００３９】
厚さ０．８ｍｍの 一般構造用圧延鋼材（SS400）に #110のアルミナ粉でブラスト処理を行い、中心線平均粗さRa＝2.2ミクロン、最大高さRmax＝25ミクロン、十点平均粗さRz＝19ミクロンの鋼材を台金として用意した。上記シート状物のうち１枚と台金を重ね、室温で６５０ｋｇｆ／ｃｍの線圧を掛けてロール圧着した後、３８０℃の窒素雰囲気で１時間焼成して、潤滑層の厚さが約０．１６ｍｍの積層摺動材を得た。該積層摺動材を再度ロールで矯正してそりをなくした後、摩擦磨耗試験を行った。この積層摺動材の動摩擦係数は０.１０であり、摩耗量は８ミクロンであり、磨耗係数は１．３×１０−５ｍｍ／ｋｇｆ/ｃｍ2・ｋｍであった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、摩擦磨耗性能に優れた潤滑層を有する積層摺動材が提供される。本発明の方法は、従来の一般的な抄造方法を適用して積層摺動材の潤滑層を形成するため、簡便な装置及び操作により積層摺動材を作製することができ、工業的に有用である。
Claims (3)
- 台金、及び該台金に結合された、芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含み、かつ芳香族ポリアミドパルプ以外の繊維を含まない潤滑層を有する積層摺動部材において、該芳香族ポリアミドパルプが３〜２５ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、かつ潤滑層の重量に対して１０〜７０重量％の量で潤滑層に含有されていること、該フッ素樹脂が０．１〜１μｍの平均粒径を有すること、および該潤滑層が芳香族ポリアミドパルプおよびフッ素樹脂を、凝集剤を含む水系分散液から抄造して得られたシートからなることを特徴とする積層摺動部材。
- 芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂を含む上記潤滑層において、該フッ素樹脂の分子量が１００万以上であり、該潤滑層が、更にカーボン、二硫化モリブデン、ブロンズ、窒化硼素および分子量が３０万未満のフッ素樹脂から選ばれた一以上を０．５〜２５重量％の割合で含むことを特徴とする請求項１記載の積層摺動部材。
- 下記の（イ）乃至（ハ）の工程を有することを特徴とする、請求項１の積層摺動部材の製造方法
（イ）芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂粉末が水中に分散した分散液において、該フッ素樹脂粉末を凝集剤により不安定化して、該フッ素樹脂粉末を芳香族ポリアミドパルプに沈着させる工程、
（ロ）フッ素樹脂粉末が沈着した上記芳香族ポリアミドパルプを抄造し、乾燥してシート状物を得る工程、および
（ハ）該シート状物と台金を圧着し、フッ素樹脂の融点以上に加熱する工程。
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