JP4565934B2 - 複層摺動部材 - Google Patents
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Description
本発明は、摺動面にポリアセタール樹脂組成物を備えた複層摺動部材に関する。
ポリアセタール樹脂は、機械的特性及び自己潤滑性に優れていることから軸受などの摺動部材として広く用いられている。ポリアセタール樹脂の摺動部材としては、射出成形、押出成形等で製作されるポリアセタール樹脂単独からなる摺動部材と、裏金と裏金上に形成された多孔質金属焼結層と該焼結層の孔隙及び表面に充填被覆されたポリアセタール樹脂組成物とからなる複層摺動部材に大別される。
後者の複層摺動部材は、ポリアセタール樹脂組成物が多孔質金属焼結層に充填被覆されていることから、前者の摺動部材に対し、良好な自己潤滑性と相俟って寸法安定性、耐荷重性が著しく向上し、さらに熱伝導性が改善され速度特性も極めて優れたものである。
この複層摺動部材にあっては、さらに、摺動面となる多孔質金属焼結層に充填被覆されたポリアセタール樹脂に潤滑油剤を含有して自己潤滑性の向上を図ったもの（特許文献１及び特許文献２参照）と、摺動面となる多孔質金属焼結層に充填被覆されたポリアセタール樹脂の表面に多数のくぼみ（ディンプル）を形成し、該くぼみにグリースなどの潤滑油剤を充填して摺動特性を向上させたもの（特許文献３参照）に大別される。
特許文献１に開示された複層摺動部材は、ポリアセタール樹脂をその軟化点以上の温度で潤滑油剤と混合撹拌したのち、冷却して潤滑油剤を含有したポリアセタール樹脂を沈殿させ、沈殿した含油ポリアセタール樹脂を粉末化し、ついで鋼板の表面に形成された多孔質金属焼結層に、前記粉末化された含油ポリアセタール樹脂を溶融状態で含浸させると共に、多孔質金属焼結層より上面に含油ポリアセタール樹脂を被覆させたものである。
この複層摺動部材にあっては、その製造工程が煩雑であり、また粉末化された含油ポリアセタール樹脂を溶融状態で含浸させる際に、該樹脂に含油された潤滑油剤が流出し、最終の樹脂層への潤滑油剤の含油量が把握し難いという欠点がある。
特許文献２に開示された複層摺動部材は、鋼板の表面に形成された多孔質金属焼結層に、好油性繊維部材と潤滑油剤と固体充填剤と金属セッケンを含有したポリアセタール樹脂を含浸被覆してなるものである。
この複層摺動部材にあっては、多孔質金属焼結層に含浸被覆されたポリアセタール樹脂には潤滑油剤の保持体となる好油性繊維部材が含有されており、この好油性繊維部材は潤滑性に寄与しないことから、摩擦摩耗特性に劣り、また樹脂層の強度低下を来たすという欠点がある。
特許文献３に開示された複層摺動部材は、ポリアセタール樹脂層の多数のくぼみ（ディンプル）に充填された潤滑油剤によって、その摩擦摩耗特性が大きく左右され、とくに潤滑油剤の枯渇により摩擦摩耗特性が著しく低下するという欠点がある。
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、摩擦摩耗特性に優れたポリアセタール樹脂系の複層摺動部材を提供することにある。
本発明の要旨は、鋼板からなる裏金と、該裏金の表面に一体的に形成された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物からなる複層摺動部材であって、合成樹脂組成物は、飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステル０．５〜５重量％とホホバ油０．５〜３重量％と残部ポリアセタール樹脂とからなることを特徴とする複層摺動部材に存する。
本発明によれば、摩擦摩耗特性に優れたポリアセタール樹脂系の複層摺動部材が提供される。
以下、本発明を詳細に説明する。
＜合成樹脂組成物について＞
合成樹脂組成物の主成分をなすポリアセタール樹脂は、オキシメチレン基（−ＣＨ２Ｏ−）を主たる構成単位とする高分子化合物であり、ホルムアルデヒドの単一重合体であるポリオキシメチレンホモポリマー〔デュポン社製の「デルリン（商品名）」〕、あるいは大部分がトリオキサンと僅かな量のエチレンオキサイドとの共重合体であるポリオキシメチレンコポリマー〔ポリプラスチックス社製の「ジュラコン（商品名）」〕がある。本発明ではいずれのポリアセタール樹脂も使用できるが、とくにポリオキシメチレンコポリマーが好ましい。
＜合成樹脂組成物について＞
合成樹脂組成物の主成分をなすポリアセタール樹脂は、オキシメチレン基（−ＣＨ２Ｏ−）を主たる構成単位とする高分子化合物であり、ホルムアルデヒドの単一重合体であるポリオキシメチレンホモポリマー〔デュポン社製の「デルリン（商品名）」〕、あるいは大部分がトリオキサンと僅かな量のエチレンオキサイドとの共重合体であるポリオキシメチレンコポリマー〔ポリプラスチックス社製の「ジュラコン（商品名）」〕がある。本発明ではいずれのポリアセタール樹脂も使用できるが、とくにポリオキシメチレンコポリマーが好ましい。
上記ポリセタール樹脂の摺動特性を向上させる目的で配合される多価アルコール脂肪酸エステルは、炭素数２〜１０を有する多価アルコールと炭素数１６〜２２を有する飽和脂肪酸とから誘導される１個以上のエステル基を有する化合物である。
斯かる多価アルコールとしては、グリセリン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチロールメタン、トリエチロールメタンが適当であり、飽和脂肪酸としては、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸等が適当である。
とくに好ましい多価アルコール脂肪酸エステルを例示すると、グリセリンモノステアレート、グリセリンモノベヘネート、グリセリンモノパルミテートなどの高級脂肪酸モノグリセリド、ペンタエリスリトール−モノ又はジ−パルミテート、ペンタエリスリトール−モノ又はジ−ステアレート、ペンタエリスリトール−モノ又はジ−ベヘネートなどのペンタエリスリトールのモノ又はジ高級脂肪酸エステル、ソルビタン−モノ、ジ又はトリ−ステアレート、ソルビタン−モノ、ジ又はトリ−ベヘネートなどのソルビタン−モノ、ジ又はトリ高級脂肪酸エステルなどが挙げられる。
これら多価アルコール脂肪酸エステルの配合量は０．５〜５重量％、好ましくは２〜４重量％の範囲である。配合量が０．５重量％未満では、ポリアセタール樹脂の摺動特性を向上させる効果が発揮されず、また５重量％を超えて配合するとポリアセタール樹脂の摺動特性のさらなる向上は望めず、却ってポリアセタール樹脂の強度など機械的性質を低下させる虞がある。
上記多価アルコール脂肪酸エステルと共にポリアセタール樹脂に配合されるホホバ油は、高級脂肪酸と高級一価アルコールとのエステルであり、上記多価アルコール脂肪酸エステルと相溶してポリアセタール樹脂に均一に分散含有される。このホホバ油の配合量は０．５〜３重量％、好ましくは１〜２重量％の範囲である。配合量が０．５重量％未満では、ポリアセタール樹脂の摺動特性、とくに自己潤滑性の付与に効果が発揮されず、また３重量％を超えて配合すると、成形時に流出する虞があるのとポリアセタール樹脂の機械的性質を損なう虞がある。
本発明では、ポリアセタール樹脂に配合される上記多価アルコール脂肪酸エステル及びホホバ油に加えて、ポリアセタール樹脂の摺動特性、とくに耐摩耗性の向上を目的として、さらにリン酸塩を配合することができる。
リン酸塩はそれ自体、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤のような潤滑性を示す物質ではないが、前記ポリアセタール樹脂、多価アルコール脂肪酸エステル及びホホバ油に配合されることにより、相手材との摺動において、相手材表面（摺動面）への潤滑被膜の造膜性を助長し、とくに耐摩耗性の向上に効果を発揮する。
リン酸塩としては、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩、ピロリン酸金属塩、亜リン酸金属塩、メタリン酸金属塩等及びこれらの混合物を挙げることができる。この中でも、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩及びピロリン酸金属塩が好ましい。金属としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましく、とくにリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）が好ましい。
具体的には、リン酸三リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、リン酸水素リチウム（Ｌｉ２ＨＰＯ３）、ピロリン酸リチウム（Ｌｉ４Ｐ２Ｏ７）、リン酸三カルシウム〔Ｃａ３（ＰＯ４）２〕、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）などが例示され、とくにリン酸三リチウムは本発明で使用するリン酸塩として好ましい。
このリン酸塩は、ポリアセタール樹脂、多価アルコール脂肪酸エステル及びホホバ油に対して少量、例えば０．１重量％配合することにより、前述した潤滑被膜の造膜性を助長する効果が現れ始め、配合量が３重量％まで当該効果は維持される。しかしながら、３重量％を超えて配合すると相手材表面への潤滑被膜の造膜量が多くなりすぎ、却って耐摩耗性を低下させることになる。したがって、リン酸塩の配合量は０．１〜３重量％、好ましくは０．５〜２重量％である。
つぎに、本発明の複層摺動部材及びその製造方法について説明する。
＜複層板について＞
基材をなす裏金としては、一般構造用圧延鋼板が使用される。鋼板は、コイル状に巻いてフープ材として提供される連続条片を使用することが好ましいが、必ずしも連続条片に限られず、適当な長さに切断した条片を使用することもできる。これらの条片は、必要に応じて銅メッキあるいは錫メッキを施して耐蝕性を向上させたものであってもよい。
＜複層板について＞
基材をなす裏金としては、一般構造用圧延鋼板が使用される。鋼板は、コイル状に巻いてフープ材として提供される連続条片を使用することが好ましいが、必ずしも連続条片に限られず、適当な長さに切断した条片を使用することもできる。これらの条片は、必要に応じて銅メッキあるいは錫メッキを施して耐蝕性を向上させたものであってもよい。
多孔質金属焼結層を形成する金属粉末は、その金属自体、摩擦摩耗特性に優れた青銅、鉛青銅あるいはリン青銅などの、概ね１００メッシュを通過する銅合金粉末が用いられるが、目的に応じては銅合金以外の、例えばアルミニウム合金、鉄などの粉末も使用し得る。この金属粉末の粒子形態は、塊状、球状又は不規則形状のものを使用し得る。この多孔質金属焼結層は、合金同志及び前記鋼板等の条片と強固に結合されていて、一定の厚さと必要とする多孔度を備えていなければならない。この多孔質金属焼結層の厚さは、概ね０．１５〜０．４０ｍｍ、就中０．２〜０．３ｍｍであることが好ましく、多孔度は、概ね１０容積％以上、就中１５〜４０容積％であることが推奨される。
＜製造方法について＞
本発明の複層摺動部材は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を経て製造される。
（ａ）鋼板からなる裏金の表面に一体的に形成された多孔質金属焼結層上に、飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステルとホホバ油とポリアセタール樹脂とからなる合成樹脂あるいはこれにさらにリン酸塩を加えた合成樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して焼結層に合成樹脂組成物を充填すると共にレベラーにて合成樹脂組成物の厚さを一様な厚さに調整する。
本発明の複層摺動部材は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を経て製造される。
（ａ）鋼板からなる裏金の表面に一体的に形成された多孔質金属焼結層上に、飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステルとホホバ油とポリアセタール樹脂とからなる合成樹脂あるいはこれにさらにリン酸塩を加えた合成樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して焼結層に合成樹脂組成物を充填すると共にレベラーにて合成樹脂組成物の厚さを一様な厚さに調整する。
（ｂ）上記（ａ）工程で処理された裏金を１７０〜２００℃の温度に加熱された加熱炉内に数分ないし１０数分間保持して合成樹脂組成物を溶融し、ついで加熱炉から取り出したのち、一対のヒートローラ間に通して溶融した合成樹脂組成物を多孔質金属焼結層の孔隙に充填すると共に該焼結層上に合成樹脂組成物の樹脂層を形成し、複層材を形成する。
（ｃ）上記（ｂ）工程で得た複層材を冷却（空冷ないし自然冷却）し、その後、必要に応じて裏金のうねりなどを矯正するため、矯正ローラ処理を行い、所望の複層摺動部材とする。
上記（ａ）〜（ｃ）の工程を経て得られた複層摺動部材において、多孔質金属焼結層の厚さは０．１５〜０．４ｍｍ、合成樹脂組成物から形成された樹脂層の厚さは０．２〜０．４ｍｍとされる。このようにして得られた複層摺動部材は、適宜の寸法に切断されて平板状態ですべり板として使用され、また丸曲げされて円筒状の巻きブッシュとして使用される。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の例において、複層摺動部材の摺動特性は、つぎの（１）及び（２）の試験方法により評価した。
スラスト試験（１）：表１に記載の条件下で摩擦係数及び摩耗量を測定した。そして、摩擦係数については、試験を開始してから１時間経過以降、試験終了までの安定時の摩擦係数を示し、摩耗量については、試験時間２４時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
スラスト試験（２）：表２に記載の条件下で摩擦係数及び摩耗量を測定した。そして、摩擦係数については、試験を開始してから１時間経過以降、試験終了までの安定時の摩擦係数を示し、摩耗量については、試験時間２４時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
また、複層摺動部材の製造工程において、合成樹脂組成物からなる樹脂層からの潤滑油剤の遊離の発生の有無について目視にて観察し、遊離の発生が認められないものを○で、遊離が認められるものを×で表示した。
実施例１〜１５ 及び比較例１〜３
以下の諸例において、ポリアセタール樹脂として、ポリプラスチックス社製の「ジュラコン（商品名）」を、ホホバ油として、繁和産業社製の「ＰＵＲＯＢＡ（商品名）」を使用した。
以下の諸例において、ポリアセタール樹脂として、ポリプラスチックス社製の「ジュラコン（商品名）」を、ホホバ油として、繁和産業社製の「ＰＵＲＯＢＡ（商品名）」を使用した。
まず、ポリアセタール樹脂粉末と表３〜表８に示される充填材とをヘンシェルミキサー内に供給して撹拌混合し、合成樹脂組成物を得た。
得られた合成樹脂組成物を鋼板からなる裏金（厚さ０．５ｍｍ）の表面に一体的に形成された多孔質金属（青銅）焼結層（厚さ０．２５ｍｍ）上に散布供給し、レベラーにて合成樹脂組成物を一様な厚さに調整した。これを１８０℃の温度に加熱した加熱炉に供給し、該炉内に６分間保持して合成樹脂組成物を溶融させ、ついで加熱炉から取り出したのち、一対のヒートローラ間に通して溶融した合成樹脂組成物を多孔質金属焼結層の孔隙に充填すると共に該焼結層上に合成樹脂組成物の樹脂層を形成した複層材を得た。
該複層材を冷却（自然冷却）し、その後、矯正ローラにて裏金のうねりなどの矯正を行って複層摺動部材を作製した。矯正の終了した複層摺動部材を切断し、一辺が３０ｍｍの方形状の複層摺動部材試験片を得た。図１は、このようにして得られた複層摺動部材を示す断面図であり、図中、符号１は鋼板からなる裏金、２は裏金に裏打ちされた多孔質金属焼結層、３は多孔質金属焼結層２の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物からなる樹脂層（摺動層）である。
各複層摺動部材試験片のスラスト試験（１）及び（２）の試験結果ならびに潤滑油剤の遊離の有無について表３〜表８に示す。
上述の試験結果から、本発明の実施例からなる複層摺動部材は、スラスト試験（１）、（２）両方において、低い摩擦係数で試験時間を通して安定した性能を発揮し、摩耗量も低い値を示し、優れた摺動特性を有しているものであった。一方、比較例からなる複層摺動部材は、摩擦係数が高く、摩耗量も多く、摺動特性に劣るものであった。また、実施例と比較例１との対比において、比較例１は潤滑油剤の遊離が認められたのに対し、全ての実施例において潤滑油剤の遊離は認められなかった。これは、実施例においては、潤滑油剤としてホホバ油と多価アルコール脂肪酸エステルとが共存して含有されていることによるものと考えられる。
以上説明したように、本発明によれば、安定した低い摩擦係数を示すと共に摩耗量の極めて少ない優れた摺動特性を発揮する複層摺動部材が提供される。
１ 裏金
２ 多孔質金属焼結層
３ 樹脂層
２ 多孔質金属焼結層
３ 樹脂層
Claims (5)
- 鋼板からなる裏金と、該裏金の表面に一体的に形成された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物からなる複層摺動部材であって、合成樹脂組成物は、飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステル０．５〜５重量％とホホバ油０．５〜３重量％と残部ポリアセタール樹脂とからなることを特徴とする複層摺動部材。
- 多価アルコール脂肪酸エステルは、炭素数２〜１０を有する多価アルコールと炭素数１６〜２２を有する飽和脂肪酸とから誘導される１個以上のエステル基を有する化合物である請求項１に記載の複層摺動部材。
- 多価アルコール脂肪酸エステルが、下記に示す多価アルコールと飽和脂肪酸とから誘導される１個以上のエステル基を有する化合物である請求項１又は２に記載の複層摺動部材。
飽和脂肪酸：パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸
多価アルコール：グリセリン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチロールメタン、トリエチロールメタン - ポリアセタール樹脂は、トリオキサンとエチレンオキサイドとのコポリマーである請求項１から３のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
- 合成樹脂組成物は、さらに、リン酸塩を０．１〜３重量％含有する請求項１から４のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
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