JP4614213B2 - 摺動部材用樹脂組成物及びこれを使用した摺動部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦摩耗特性に優れた摺動部材用樹脂組成物及びこれを使用した摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、四ふっ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」という）は、自己潤滑性に優れ、摩擦係数が低く、さらには耐薬品性及び耐熱性を具有することから、軸受などの摺動部材に広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、ＰＴＦＥ単独から成る摺動部材は、耐摩耗性及び耐荷重性に劣るため、摺動部材の使用用途に応じ、（ａ）黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤及びまたはガラス繊維、炭素繊維等の補強材をＰＴＦＥに含有したり、（ｂ）鋼裏金に裏打ちされた多孔質金属焼結層の孔隙及び表面にＰＴＦＥを充填被覆したり、（ｃ）金属網状体の網目及び表面にＰＴＦＥを充填被覆したり、して上記欠点を補っている。
【０００４】
上記（ｂ）の態様から成る摺動部材は、所謂複層摺動部材と称されるものであり、例えば、米国特許第２６８９３８０号明細書（１９５４年）、特公昭３１−２４５２号公報、特公昭３９−１６９５０号公報、特公昭４１−１８６８号公報などに開示されている。これら公報には、鋼裏金に裏打ちされた多孔質金属焼結層の孔隙及び表面にＰＴＦＥまたは鉛もしくは鉛酸化物から成る充填材を含有したＰＴＦＥを充填被覆した複層摺動部材が開示されている。
【０００５】
また、上記（ｃ）の態様から成る摺動部材は、例えば特公昭５５−２３７４０号公報などに開示されている。この公報には金属織物、フルオロプラスチックならびに無機繊維の強化材を含む材料から成り、自己潤滑性を有するライニングフォイルが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各種の摺動部材は、多くの異なった使用条件、例えば乾燥摩擦条件又は油中ないし油潤滑条件など、各使用条件に則した充填材が選択されており、すべての使用条件を満足する摺動部材とは言い難いものである。
【０００７】
また、摺動部材用ＰＴＦＥ組成物においては、多くのエンジニアリングプラスチック用充填材として使用されている、例えば黒鉛や二硫化モリブデンもしくは他の金属硫化物、金属酸化物、またはガラス繊維や炭素繊維などの無機繊維を使用する試みが行なわれているが、これらの充填材は樹脂層の耐摩耗性の向上に寄与することはあるが、往々にしてＰＴＦＥ固有の低摩擦性を阻害するという問題を惹起する。とくに、充填材としての鉛は、摺動層の耐摩耗性を向上させるものとして広く使用されているが、近年の環境汚染、公害などという副次的な見地から使用を断念せざるを得ない状況下にある。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件などの多くの異なった使用条件においても、摩擦摩耗特性に優れた摺動部材用樹脂組成物及びこれを使用した摺動部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、鋼裏金上に形成された多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に樹脂組成物を充填被覆してなるか、または金属網状体の網目及び表面を覆って樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材において、樹脂組成物として、ＰＴＦＥに硫酸バリウムと第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩と芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂とを特定量配合したもの、あるいはさらに所定量の黒鉛を配合したものを使用した摺動部材は、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件など多くの異なった使用条件においても、優れた摩擦摩耗特性を発揮し得るとの知見を得た。本発明は斯かる知見に基づき完成されたものであり、各発明の要旨はつぎのとおりである。
【００１０】
本発明の第一の要旨は、硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る摺動部材用樹脂組成物に存する。
【００１１】
そして、本発明の第二の要旨は、鋼裏金上に形成された多孔質金属焼結層の孔隙および表面に樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材、または金属網状体の網目および表面を覆って樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材であって、樹脂組成物が、硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る樹脂組成物である摺動部材に存する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明の摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明において、樹脂組成物の主成分をなすＰＴＦＥとしては、主として、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（商品名）」、同「フルオンＣＤ−１（商品名）」が使用される。
【００１３】
また、上記のファインパウダーにモールディングパウダー、例えば三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン７ＡＪ（商品名）」を樹脂組成物に対して２０重量％以下の割合で配合したものも使用できる。樹脂組成物中のＰＴＦＥの配合量は、樹脂組成物量から充填材の配合量を差し引いた残りの量である。
【００１４】
本発明の樹脂組成物の充填材としての硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）は、上記主成分をなすＰＴＦＥに含有されて、ＰＴＦＥ単独の耐摩耗性および耐荷重性に劣る欠点を解消し、当該耐摩耗性および耐荷重性を大幅に向上させるものである。この硫酸バリウム含有の効果は、とくに摺動部材の低荷重側の使用条件で顕著に現れる。
【００１５】
硫酸バリウムとしては、沈降性または簸性硫酸バリウムの何れでもよい。斯かる硫酸バリウムは、例えば、堺化学工業（株）から市販されており、容易に入手することができる。硫酸バリウムの平均粒径は、通常１０μｍ以下、好ましくは１〜５μｍとされる。そして、硫酸バリウムの配合量は５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％、さらに好ましくは１５〜２５重量％である。
【００１６】
本発明の樹脂組成物の充填材としての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、ＰＴＦＥ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ＰＴＦＥの潤滑被膜の造膜性を助長し、低摩擦性、耐摩耗性等の摺動特性の向上に効果を発揮する。
【００１７】
本発明において、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およ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、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩が好ましい。金属としては、アルカリ金属およ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。
【００１８】
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）、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）などが例示され、とくにピロリン酸カルシウムは本発明で使用するリン酸塩として最も好ましい。
【００１９】
リン酸塩は、ＰＴＦＥに対して少量、例えば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、３０重量％まで当該効果は維持される。しかしながら、３０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過ぎ、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１〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％、さらに好ましくは１０〜２０重量％とされる。
【００２０】
本発明の樹脂組成物の充填材としてのポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂は耐摩耗性の向上および耐熱性の向上に寄与するもので、耐摩耗性については、とくに摺動部材の高荷重側の使用条件でその効果が顕著に現れる。また、これらの樹脂は前述した硫酸バリウムの高荷重側の使用条件における欠点を補い、前述した硫酸バリウムと共に配合されることにより、摺動部材の広範囲の使用条件での使用を可能とする。
【００２１】
ポリイミド樹脂としては、芳香族ポリイミド樹脂、例えばレンジング社製「Ｐ８４ポリイミド（商品名）」、および熱硬化型ポリイミド樹脂、例えばチバガイギー社製「ビスマレイミド（商品名）」、三井化学社製「テクマイト（商品名）」、日清紡績社製「カルボジイミド（商品名）」が選択されて使用される。
【００２２】
焼成フェノール樹脂とは、粒状のフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を不活性雰囲気で４００℃〜２２００℃の高温焼成によって炭素化させたもので、例えば、鐘紡社製「ベルパールＣ−８００（商品名）」、「ベルパールＣ−２０００（商品名）」が挙げられる。
【００２３】
ポリフェニレンスルホン樹脂とは、下記式（１）で表わされる繰り返し構造単位から主としてなる重合体で、かつ該構造単位中に占める下記式（２）で表わされる構造単位比率が６０％以上の重合体である。
【００２４】
【化１】
【００２５】
式（１）中、Ｘは、０、１または２である。具体的には、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」が例示される。
【００２６】
上記ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂は単独でまたは２種以上を組み合わせて使用され、その配合量は１〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％、さらに好ましくは２〜５重量％とされる。
【００２７】
本発明においては、上述した成分組成からなる樹脂組成物に、さらに耐摩耗性の向上を目的として、黒鉛、二硫化モリブデンから選択される固体潤滑剤を５重量％以下、好ましくは０．５〜３重量％、さらに好ましくは０．５〜２重量％の割合で配合することができる。
【００２８】
つぎに、本発明の摺動部材およびその製造方法について説明する。まず、鋼薄板からなる裏金とこれに裏打ちされた多孔質金属焼結層とからなる基材を使用した複層摺動部材（Ｉ）およびその製造方法について説明する。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等を施して耐蝕性を向上させたものであってもよい。
【００２９】
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、球状また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、合金粉末同志およ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。
【００３０】
樹脂組成物は、ＰＴＦＥと前述した各充填材とを混合した後、得られた混合物を石油系溶剤を加えて攪拌混合する方法により、湿潤性が付与された樹脂組成物が得られる。ＰＴＦＥと充填材との混合は、ＰＴＦＥの室温転移点（１９℃）以下、好ましくは１０〜１８℃の温度で行なわれ、また得られた混合物と石油系溶剤との攪拌混合も上記と同様の温度で行なわれる。斯かる温度条件の採用により、ＰＴＦＥの繊維状化が妨げられ、均一な混合物を得ることができる。
【００３１】
石油系溶剤としては、ナフサ、トルエン、キシレンのほか、脂肪族系溶剤またはナフテン系溶剤との混合溶剤が使用される。石油系溶剤の使用割合は、ＰＴＦＥ粉末と充填材との混合物１００重量部に対し１５〜３０重量部とされる。石油系溶剤の使用割合が１５重量部未満の場合は、後述する多孔質金属焼結層への充填被覆工程において、湿潤性が付与された樹脂組成物の展延性が悪く、その結果、焼結層への充填被覆にムラを生じ易くなる。一方、石油系溶剤の使用割合が３０重量部を超える場合は、充填被覆作業が困難となるばかりでなく、樹脂組成物の被覆厚さの均一性が損なわれたり、樹脂組成物と焼結層との密着強度が悪くなる。
【００３２】
本発明の摺動部材（Ｉ）は、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を経て製造される。
【００３３】
（ａ）鋼薄板からなる裏金上に形成された多孔質金属焼結層上に湿潤性が付与された樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して焼結層に樹脂組成物を充填するとともに焼結層の表面に一様な厚さの樹脂組成物からなる被覆層を形成する。この工程において、被覆層の厚さは、樹脂組成物が最終製品に必要とされる被覆層厚さの２〜２．２倍の厚さとされる。多孔質金属焼結層の孔隙中への樹脂組成物の充填は、当該工程でその大部分が進行する。
【００３４】
（ｂ）上記（ａ）工程で処理された裏金を２００〜２５０℃の温度に加熱された乾燥炉内で数分間保持することにより、石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した樹脂組成物をローラによって所定の厚さになるように３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧下で加圧ローラ処理する。
【００３５】
（ｃ）上記（ｂ）工程で処理された裏金を加熱炉に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分ないし１０数分間加熱して焼成を行なった後、炉から取り出し、再度ローラ処理によって寸法のバラツキを調整する。
【００３６】
（ｄ）上記（ｃ）工程で寸法調整された裏金を冷却（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ない、所望の摺動部材とする。
【００３７】
上記（ａ）〜（ｄ）の工程を経て得られた摺動部材において、多孔質金属焼結層の厚さは０．１０〜０．４０ｍｍ、樹脂組成物から形成された被覆層の厚さは０．０２〜０．１５ｍｍとされる。このようにして得られた摺動部材は、適宜の寸法に切断されて平板状態で滑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。
【００３８】
つぎに、金属網状体からなる基材を使用した本発明の摺動部材（ＩＩ）およびその製造方法について説明する。基材をなす金属網状体としては、（ｉ）直線状の刃を有する固定下型と、波形状、台形状、三角形状等の刃を有する可動上型との間に金属薄板を固定下型の刃に対し直角方向に、または固定下型の刃に対し斜方向に送入し、可動上型を上下方向に往復させて金属薄板に切り込みを入れると同時に切り込みを拡開して規則正しい網目列を形成したエキスパンドメタル、（ｉｉ）縦糸および横糸として金属細線を織ることにより形成される織組ワイヤーメッシュ、（ｉｉｉ）金属細線を編むことによって形成される編組ワイヤーメッシュ等が使用される。
【００３９】
エキスパンドメタルとしては、厚さ０．３〜２ｍｍの金属薄板にエキスパンド加工を施し、各辺（ストランド）の長さが０．１〜１．５ｍｍ、厚さが０．１〜１．０ｍｍに形成されたものが好適である。織組ワイヤーメッシュまたは編組ワイヤーメッシュとしては、線径が０．１〜０．５ｍｍの金属細線を１０〜１００メッシュの網目に織ったり、編んだりして形成されたものが好適である。
【００４０】
エキスパンドメタル、織組または編組ワイヤーメッシュを形成する金属材料としては、ステンレス鋼、銅、リン青銅、青銅、鉄などの薄板または細線が好適である。
【００４１】
本発明の摺動部材（ＩＩ）は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を経て製造され、樹脂組成物としては、前述の摺動部材（Ｉ）の製造方法において述べた樹脂組成物と同様の樹脂組成物が使用される。
【００４２】
（ａ）エキスパンドメタル、織組または編組ワイヤーメッシュからなる金属網状体上に樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して金属網状体の網目を樹脂組成物で充填するとともに金属網状体の表面に一様な厚さの樹脂組成物からなる被覆層を形成する。この工程において、被覆層の厚さは、樹脂組成物が最終製品に必要とされる被覆厚さの２〜２．５倍とされる。
【００４３】
（ｂ）上記（ａ）工程で処理された金属網状体を２００〜２５０℃の温度に加熱した乾燥炉内に数分間保持することにより、石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した樹脂組成物をローラによって所定の厚さになるように３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧下で加圧ローラ処理する。
【００４４】
（ｃ）上記（ｂ）工程で処理された金属網状体を加熱炉に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分間ないし１０数分間加熱して樹脂組成物の焼成を行なった後、炉から取り出し、再度、ローラ処理によって寸法のバラツキを調整し、所望の摺動部材とする。
【００４５】
上記（ａ）〜（ｃ）の工程を経て得られた摺動部材において、金属網状体の表面に形成された樹脂組成物からなる被覆層の厚さは、通常、０．０５〜１．０ｍｍとされる。このようにして得られた摺動部材は、適宜の寸法に切断されて平板状態で滑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。
【００４６】
以下、本発明を実施例により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、摺動部材（Ｉ）の摺動特性は、つぎの（１）、（２）、（３）および（４）の試験方法により、また、摺動部材（ＩＩ）の摺動特性は、（２）の試験方法により評価した。
【００４７】
スラスト試験（１）：表１に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００４８】
【表１】
滑り速度 ２０ｍ／ｍｉｎ
荷重 ２０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 無潤滑
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００４９】
スラスト試験（２）：表２に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５０】
【表２】
滑り速度 １０ｍ／ｍｉｎ
荷重 １００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 無潤滑
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５１】
往復動摺動試験（３）：表３に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５２】
【表３】
滑り速度 ５ｍ／ｍｉｎ
荷重 ５０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 潤滑油（出光興産社製ＡＴＦ−ＤＩＩ）
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５３】
往復動摺動試験（４）：表４に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５４】
【表４】
滑り速度 ５ｍ／ｍｉｎ
荷重 １００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 潤滑油（出光興産社製ＡＴＦ−ＤＩＩ）
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５５】
実施例１〜２０および比較例１〜３
以下の諸例において、ＰＴＦＥとして、「ポリフロンＦ２０１（商品名）」（ダイキン工業社製）、石油系溶剤として、脂肪族溶剤とナフテン系溶剤との混合溶剤（エクソン化学社製の商品名「エクソール」）を使用した。
【００５６】
まず、ＰＴＦＥと表５〜表１０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攪拌混合し、得られた混合物１００重量部に対し石油系溶剤２０重量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、樹脂組成物を得た。
【００５７】
得られた樹脂組成物を金属薄板からなる鋼裏金（厚さ０．７０ｍｍ）上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、樹脂組成物の厚さが０．２５ｍｍとなるようにローラで圧延して焼結層の孔隙および表面に樹脂組成物を充填被覆した複層板を得た。得られた複層板を２００℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持して溶剤を除去した後、乾燥した樹脂組成物層をローラによって加圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ２にて圧延し、焼結層上に被覆された樹脂組成物層の厚さを０．１０ｍｍとした。
【００５８】
つぎに、加圧処理した複層板を加熱炉で３７０℃、１０分間過熱焼成した後、再度、ローラで加圧処理し、寸法調整およびうねり等の矯正を行な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は鋼裏金、２は鋼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の孔隙および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である
【００５９】
各複層摺動部材のスラスト試験（１）および（２）の結果を表５〜表１０に示す。なお、表中の配合割合は重量％で示し、硫酸バリウム、リン酸塩、ポリイミド樹脂および固体潤滑剤については、使用した種類を○で示した。また、焼成フェノール樹脂としては「ベルパールＣ−２０００（商品名）」（鐘紡社製）を、ポリフェニレンスルホン樹脂としては「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」（Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）を使用した。
（以下余白）
【００６０】
【表５】
（以下余白）
【００６１】
【表６】
（以下余白）
【００６２】
【表７】
（以下余白）
【００６３】
【表８】
（以下余白）
【００６４】
【表９】
（以下余白）
【００６５】
【表１０】
【００６６】
上述した試験結果から、本発明の実施例の複層摺動部材は、試験時間を通して安定した性能を発揮し、摩耗量は極めて少なく、優れた摺動特性を有しているものであった。一方、比較例の複層摺動部材、とくに比較例２および比較例３の複層摺動部材は、摩擦係数においては実施例の複層摺動部材と大きな差はみられなかったが、摩耗量が多く、摺動特性に劣るものであった。
【００６７】
つぎに、上述した実施例１、２、４、７、８、９、１０、１２、１３、１４、１６、１７、１８、１９および２０と比較例２および３の複層板を切断した後、被覆層を内側にして曲げ加工を施し、半径２０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、肉厚１．０５ｍｍの半円筒状の複層摺動部材試験片を作製した。各複層摺動部材の往復動試験（３）および（４）の結果を表１１〜表１４に示す。
【００６８】
【表１１】
（以下余白）
【００６９】
【表１２】
【００７０】
【表１３】
（以下余白）
【００７１】
【表１４】
【００７２】
上述の試験結果から、本発明の実施例の複層摺動部材は、試験時間を通じて極めて低い摩擦係数を示して安定しており、摩耗量も極めて少ないものであった。
【００７３】
実施例２１〜３３および比較例４〜６
以下の諸例において、ＰＴＦＥとして、「ポリフロンＦ２０１（商品名）」（ダイキン工業社製）、石油系溶剤として、脂肪族溶剤とナフテン系溶剤との混合溶剤（エクソン化学社製の商品名「エクソール」）を使用した。
【００７４】
まず、ＰＴＦＥと表１５〜表１８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攪拌混合し、得られた混合物１００重量部に対し石油系溶剤２０重量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、樹脂組成物を得た。
【００７５】
板厚０．３０ｍｍのリン青銅板にエキスパンド加工を施し、各辺（ストランド）が０．６ｍｍの方形状の規則正しい網目を備えた厚さ０．４３ｍｍのエキスパンドメタルを作製し、これを基材Ａとした。また、横糸および縦糸に線径０．３ｍｍのリン青銅細線を使用して５０メッシュの網目を有する織組ワイヤーメッシュを作製し、これを基材Ｂとした。
【００７６】
上記樹脂組成物をエキスパンドメタルからなる基材および織組ワイヤーメッシュからなる基材上にそれぞれ供給し、ローラで圧延して基材の網目を樹脂組成物で充填するとともに基材の表面に樹脂組成物の被覆層を形成した後、２２０℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持し、樹脂組成物中の溶剤を除去した。ついで、網目および表面が樹脂組成物で充填被覆された基材を加熱炉で３６０℃の温度で１０分間加熱焼成した後、ローラで加圧処理し、寸法調整およびうねり等の矯正を行い、表面に０．１３ｍｍの厚さの被覆層が形成された基材を作製した。矯正の終了した基材を切断し、一辺が３０ｍｍの摺動板試験片を得た。
【００７７】
図２はエキスパンドメタルを示す平面図、図３は図２に示すエキスパンドメタルを基材とした摺動部材を示す断面図であり、図中、符号４はエキスパンドメタル、５は辺（ストランド）、６は網目、７はエキスパンドメタルの網目および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である。また、図４は織組ワイヤーメッシュを基材とした摺動部材を示す断面図であり、図中、符号８は織組ワイヤーメッシュ、９は該メッシュ８の網目および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である。
【００７８】
各摺動部材のスラスト試験（２）の結果を表１５〜表１８に示す。なお、表中の配合割合は重量％で示し、硫酸バリウム、リン酸塩、ポリイミド樹脂および固体潤滑剤については、使用した種類を○で示した。また、焼成フェノール樹脂としては「ベルパールＣ−２０００（商品名）」（鐘紡社製）を、ポリフェニレンスルホン樹脂としては「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」（Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）を使用した。
（以下余白）
【００７９】
【表１５】
（以下余白）
【００８０】
【表１６】
（以下余白）
【００８１】
【表１７】
（以下余白）
【００８２】
【表１８】
【００８３】
上述の試験結果から、本発明の実施例の摺動部材は、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１５μｍ以下と極めて少なく、優れた摺動特性を有しているものであった。一方、比較例の摺動部材は、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。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件などの多くの異なった使用条件において安定した低い摩擦係数を示すとともに摩耗量の極めて少ない優れた摺動特性を発揮する摺動部材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【図２】基材としてのエキスパンドメタルを示す平面図である。
【図３】図２に示すエキスパンドメタルを使用した本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【図４】基材として織組ワイヤーメッシュを使用した本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼裏金
２ 多孔質金属焼結層
３ 被覆層
４ エキスパンドメタル
５ 辺
６ 網目
７ 被覆層
８ 織組ワイヤーメッシュ
９ 被覆層
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦摩耗特性に優れた摺動部材用樹脂組成物及びこれを使用した摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、四ふっ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」という）は、自己潤滑性に優れ、摩擦係数が低く、さらには耐薬品性及び耐熱性を具有することから、軸受などの摺動部材に広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、ＰＴＦＥ単独から成る摺動部材は、耐摩耗性及び耐荷重性に劣るため、摺動部材の使用用途に応じ、（ａ）黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤及びまたはガラス繊維、炭素繊維等の補強材をＰＴＦＥに含有したり、（ｂ）鋼裏金に裏打ちされた多孔質金属焼結層の孔隙及び表面にＰＴＦＥを充填被覆したり、（ｃ）金属網状体の網目及び表面にＰＴＦＥを充填被覆したり、して上記欠点を補っている。
【０００４】
上記（ｂ）の態様から成る摺動部材は、所謂複層摺動部材と称されるものであり、例えば、米国特許第２６８９３８０号明細書（１９５４年）、特公昭３１−２４５２号公報、特公昭３９−１６９５０号公報、特公昭４１−１８６８号公報などに開示されている。これら公報には、鋼裏金に裏打ちされた多孔質金属焼結層の孔隙及び表面にＰＴＦＥまたは鉛もしくは鉛酸化物から成る充填材を含有したＰＴＦＥを充填被覆した複層摺動部材が開示されている。
【０００５】
また、上記（ｃ）の態様から成る摺動部材は、例えば特公昭５５−２３７４０号公報などに開示されている。この公報には金属織物、フルオロプラスチックならびに無機繊維の強化材を含む材料から成り、自己潤滑性を有するライニングフォイルが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各種の摺動部材は、多くの異なった使用条件、例えば乾燥摩擦条件又は油中ないし油潤滑条件など、各使用条件に則した充填材が選択されており、すべての使用条件を満足する摺動部材とは言い難いものである。
【０００７】
また、摺動部材用ＰＴＦＥ組成物においては、多くのエンジニアリングプラスチック用充填材として使用されている、例えば黒鉛や二硫化モリブデンもしくは他の金属硫化物、金属酸化物、またはガラス繊維や炭素繊維などの無機繊維を使用する試みが行なわれているが、これらの充填材は樹脂層の耐摩耗性の向上に寄与することはあるが、往々にしてＰＴＦＥ固有の低摩擦性を阻害するという問題を惹起する。とくに、充填材としての鉛は、摺動層の耐摩耗性を向上させるものとして広く使用されているが、近年の環境汚染、公害などという副次的な見地から使用を断念せざるを得ない状況下にある。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件などの多くの異なった使用条件においても、摩擦摩耗特性に優れた摺動部材用樹脂組成物及びこれを使用した摺動部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、鋼裏金上に形成された多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に樹脂組成物を充填被覆してなるか、または金属網状体の網目及び表面を覆って樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材において、樹脂組成物として、ＰＴＦＥに硫酸バリウムと第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩と芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂とを特定量配合したもの、あるいはさらに所定量の黒鉛を配合したものを使用した摺動部材は、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件など多くの異なった使用条件においても、優れた摩擦摩耗特性を発揮し得るとの知見を得た。本発明は斯かる知見に基づき完成されたものであり、各発明の要旨はつぎのとおりである。
【００１０】
本発明の第一の要旨は、硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る摺動部材用樹脂組成物に存する。
【００１１】
そして、本発明の第二の要旨は、鋼裏金上に形成された多孔質金属焼結層の孔隙および表面に樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材、または金属網状体の網目および表面を覆って樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材であって、樹脂組成物が、硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、芳香族ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種または２種以上の樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る樹脂組成物である摺動部材に存する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明の摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明において、樹脂組成物の主成分をなすＰＴＦＥとしては、主として、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（商品名）」、同「フルオンＣＤ−１（商品名）」が使用される。
【００１３】
また、上記のファインパウダーにモールディングパウダー、例えば三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン７ＡＪ（商品名）」を樹脂組成物に対して２０重量％以下の割合で配合したものも使用できる。樹脂組成物中のＰＴＦＥの配合量は、樹脂組成物量から充填材の配合量を差し引いた残りの量である。
【００１４】
本発明の樹脂組成物の充填材としての硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）は、上記主成分をなすＰＴＦＥに含有されて、ＰＴＦＥ単独の耐摩耗性および耐荷重性に劣る欠点を解消し、当該耐摩耗性および耐荷重性を大幅に向上させるものである。この硫酸バリウム含有の効果は、とくに摺動部材の低荷重側の使用条件で顕著に現れる。
【００１５】
硫酸バリウムとしては、沈降性または簸性硫酸バリウムの何れでもよい。斯かる硫酸バリウムは、例えば、堺化学工業（株）から市販されており、容易に入手することができる。硫酸バリウムの平均粒径は、通常１０μｍ以下、好ましくは１〜５μｍとされる。そして、硫酸バリウムの配合量は５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％、さらに好ましくは１５〜２５重量％である。
【００１６】
本発明の樹脂組成物の充填材としての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、ＰＴＦＥ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ＰＴＦＥの潤滑被膜の造膜性を助長し、低摩擦性、耐摩耗性等の摺動特性の向上に効果を発揮する。
【００１７】
本発明において、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およ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、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩が好ましい。金属としては、アルカリ金属およ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。
【００１８】
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）、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）などが例示され、とくにピロリン酸カルシウムは本発明で使用するリン酸塩として最も好ましい。
【００１９】
リン酸塩は、ＰＴＦＥに対して少量、例えば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、３０重量％まで当該効果は維持される。しかしながら、３０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過ぎ、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１〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％、さらに好ましくは１０〜２０重量％とされる。
【００２０】
本発明の樹脂組成物の充填材としてのポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂は耐摩耗性の向上および耐熱性の向上に寄与するもので、耐摩耗性については、とくに摺動部材の高荷重側の使用条件でその効果が顕著に現れる。また、これらの樹脂は前述した硫酸バリウムの高荷重側の使用条件における欠点を補い、前述した硫酸バリウムと共に配合されることにより、摺動部材の広範囲の使用条件での使用を可能とする。
【００２１】
ポリイミド樹脂としては、芳香族ポリイミド樹脂、例えばレンジング社製「Ｐ８４ポリイミド（商品名）」、および熱硬化型ポリイミド樹脂、例えばチバガイギー社製「ビスマレイミド（商品名）」、三井化学社製「テクマイト（商品名）」、日清紡績社製「カルボジイミド（商品名）」が選択されて使用される。
【００２２】
焼成フェノール樹脂とは、粒状のフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を不活性雰囲気で４００℃〜２２００℃の高温焼成によって炭素化させたもので、例えば、鐘紡社製「ベルパールＣ−８００（商品名）」、「ベルパールＣ−２０００（商品名）」が挙げられる。
【００２３】
ポリフェニレンスルホン樹脂とは、下記式（１）で表わされる繰り返し構造単位から主としてなる重合体で、かつ該構造単位中に占める下記式（２）で表わされる構造単位比率が６０％以上の重合体である。
【００２４】
【化１】
式（１）中、Ｘは、０、１または２である。具体的には、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」が例示される。
【００２６】
上記ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂およびポリフェニレンスルホン樹脂は単独でまたは２種以上を組み合わせて使用され、その配合量は１〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％、さらに好ましくは２〜５重量％とされる。
【００２７】
本発明においては、上述した成分組成からなる樹脂組成物に、さらに耐摩耗性の向上を目的として、黒鉛、二硫化モリブデンから選択される固体潤滑剤を５重量％以下、好ましくは０．５〜３重量％、さらに好ましくは０．５〜２重量％の割合で配合することができる。
【００２８】
つぎに、本発明の摺動部材およびその製造方法について説明する。まず、鋼薄板からなる裏金とこれに裏打ちされた多孔質金属焼結層とからなる基材を使用した複層摺動部材（Ｉ）およびその製造方法について説明する。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等を施して耐蝕性を向上させたものであってもよい。
【００２９】
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、球状また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、合金粉末同志およ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。
【００３０】
樹脂組成物は、ＰＴＦＥと前述した各充填材とを混合した後、得られた混合物を石油系溶剤を加えて攪拌混合する方法により、湿潤性が付与された樹脂組成物が得られる。ＰＴＦＥと充填材との混合は、ＰＴＦＥの室温転移点（１９℃）以下、好ましくは１０〜１８℃の温度で行なわれ、また得られた混合物と石油系溶剤との攪拌混合も上記と同様の温度で行なわれる。斯かる温度条件の採用により、ＰＴＦＥの繊維状化が妨げられ、均一な混合物を得ることができる。
【００３１】
石油系溶剤としては、ナフサ、トルエン、キシレンのほか、脂肪族系溶剤またはナフテン系溶剤との混合溶剤が使用される。石油系溶剤の使用割合は、ＰＴＦＥ粉末と充填材との混合物１００重量部に対し１５〜３０重量部とされる。石油系溶剤の使用割合が１５重量部未満の場合は、後述する多孔質金属焼結層への充填被覆工程において、湿潤性が付与された樹脂組成物の展延性が悪く、その結果、焼結層への充填被覆にムラを生じ易くなる。一方、石油系溶剤の使用割合が３０重量部を超える場合は、充填被覆作業が困難となるばかりでなく、樹脂組成物の被覆厚さの均一性が損なわれたり、樹脂組成物と焼結層との密着強度が悪くなる。
【００３２】
本発明の摺動部材（Ｉ）は、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を経て製造される。
【００３３】
（ａ）鋼薄板からなる裏金上に形成された多孔質金属焼結層上に湿潤性が付与された樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して焼結層に樹脂組成物を充填するとともに焼結層の表面に一様な厚さの樹脂組成物からなる被覆層を形成する。この工程において、被覆層の厚さは、樹脂組成物が最終製品に必要とされる被覆層厚さの２〜２．２倍の厚さとされる。多孔質金属焼結層の孔隙中への樹脂組成物の充填は、当該工程でその大部分が進行する。
【００３４】
（ｂ）上記（ａ）工程で処理された裏金を２００〜２５０℃の温度に加熱された乾燥炉内で数分間保持することにより、石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した樹脂組成物をローラによって所定の厚さになるように３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧下で加圧ローラ処理する。
【００３５】
（ｃ）上記（ｂ）工程で処理された裏金を加熱炉に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分ないし１０数分間加熱して焼成を行なった後、炉から取り出し、再度ローラ処理によって寸法のバラツキを調整する。
【００３６】
（ｄ）上記（ｃ）工程で寸法調整された裏金を冷却（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ない、所望の摺動部材とする。
【００３７】
上記（ａ）〜（ｄ）の工程を経て得られた摺動部材において、多孔質金属焼結層の厚さは０．１０〜０．４０ｍｍ、樹脂組成物から形成された被覆層の厚さは０．０２〜０．１５ｍｍとされる。このようにして得られた摺動部材は、適宜の寸法に切断されて平板状態で滑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。
【００３８】
つぎに、金属網状体からなる基材を使用した本発明の摺動部材（ＩＩ）およびその製造方法について説明する。基材をなす金属網状体としては、（ｉ）直線状の刃を有する固定下型と、波形状、台形状、三角形状等の刃を有する可動上型との間に金属薄板を固定下型の刃に対し直角方向に、または固定下型の刃に対し斜方向に送入し、可動上型を上下方向に往復させて金属薄板に切り込みを入れると同時に切り込みを拡開して規則正しい網目列を形成したエキスパンドメタル、（ｉｉ）縦糸および横糸として金属細線を織ることにより形成される織組ワイヤーメッシュ、（ｉｉｉ）金属細線を編むことによって形成される編組ワイヤーメッシュ等が使用される。
【００３９】
エキスパンドメタルとしては、厚さ０．３〜２ｍｍの金属薄板にエキスパンド加工を施し、各辺（ストランド）の長さが０．１〜１．５ｍｍ、厚さが０．１〜１．０ｍｍに形成されたものが好適である。織組ワイヤーメッシュまたは編組ワイヤーメッシュとしては、線径が０．１〜０．５ｍｍの金属細線を１０〜１００メッシュの網目に織ったり、編んだりして形成されたものが好適である。
【００４０】
エキスパンドメタル、織組または編組ワイヤーメッシュを形成する金属材料としては、ステンレス鋼、銅、リン青銅、青銅、鉄などの薄板または細線が好適である。
【００４１】
本発明の摺動部材（ＩＩ）は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を経て製造され、樹脂組成物としては、前述の摺動部材（Ｉ）の製造方法において述べた樹脂組成物と同様の樹脂組成物が使用される。
【００４２】
（ａ）エキスパンドメタル、織組または編組ワイヤーメッシュからなる金属網状体上に樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して金属網状体の網目を樹脂組成物で充填するとともに金属網状体の表面に一様な厚さの樹脂組成物からなる被覆層を形成する。この工程において、被覆層の厚さは、樹脂組成物が最終製品に必要とされる被覆厚さの２〜２．５倍とされる。
【００４３】
（ｂ）上記（ａ）工程で処理された金属網状体を２００〜２５０℃の温度に加熱した乾燥炉内に数分間保持することにより、石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した樹脂組成物をローラによって所定の厚さになるように３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧下で加圧ローラ処理する。
【００４４】
（ｃ）上記（ｂ）工程で処理された金属網状体を加熱炉に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分間ないし１０数分間加熱して樹脂組成物の焼成を行なった後、炉から取り出し、再度、ローラ処理によって寸法のバラツキを調整し、所望の摺動部材とする。
【００４５】
上記（ａ）〜（ｃ）の工程を経て得られた摺動部材において、金属網状体の表面に形成された樹脂組成物からなる被覆層の厚さは、通常、０．０５〜１．０ｍｍとされる。このようにして得られた摺動部材は、適宜の寸法に切断されて平板状態で滑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。
【００４６】
以下、本発明を実施例により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、摺動部材（Ｉ）の摺動特性は、つぎの（１）、（２）、（３）および（４）の試験方法により、また、摺動部材（ＩＩ）の摺動特性は、（２）の試験方法により評価した。
【００４７】
スラスト試験（１）：表１に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００４８】
【表１】
滑り速度 ２０ｍ／ｍｉｎ
荷重 ２０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 無潤滑
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００４９】
スラスト試験（２）：表２に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５０】
【表２】
滑り速度 １０ｍ／ｍｉｎ
荷重 １００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 無潤滑
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５１】
往復動摺動試験（３）：表３に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５２】
【表３】
滑り速度 ５ｍ／ｍｉｎ
荷重 ５０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 潤滑油（出光興産社製ＡＴＦ−ＤＩＩ）
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５３】
往復動摺動試験（４）：表４に記載の条件下で摩擦係数およ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、また、摩耗量については、試験時間８時間後の摺動面の寸法変化量で示した。
【００５４】
【表４】
滑り速度 ５ｍ／ｍｉｎ
荷重 １００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
潤滑 潤滑油（出光興産社製ＡＴＦ−ＤＩＩ）
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
【００５５】
実施例１〜２０および比較例１〜３
以下の諸例において、ＰＴＦＥとして、「ポリフロンＦ２０１（商品名）」（ダイキン工業社製）、石油系溶剤として、脂肪族溶剤とナフテン系溶剤との混合溶剤（エクソン化学社製の商品名「エクソール」）を使用した。
【００５６】
まず、ＰＴＦＥと表５〜表１０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攪拌混合し、得られた混合物１００重量部に対し石油系溶剤２０重量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、樹脂組成物を得た。
【００５７】
得られた樹脂組成物を金属薄板からなる鋼裏金（厚さ０．７０ｍｍ）上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、樹脂組成物の厚さが０．２５ｍｍとなるようにローラで圧延して焼結層の孔隙および表面に樹脂組成物を充填被覆した複層板を得た。得られた複層板を２００℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持して溶剤を除去した後、乾燥した樹脂組成物層をローラによって加圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ２にて圧延し、焼結層上に被覆された樹脂組成物層の厚さを０．１０ｍｍとした。
【００５８】
つぎに、加圧処理した複層板を加熱炉で３７０℃、１０分間過熱焼成した後、再度、ローラで加圧処理し、寸法調整およびうねり等の矯正を行な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は鋼裏金、２は鋼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の孔隙および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である
【００５９】
各複層摺動部材のスラスト試験（１）および（２）の結果を表５〜表１０に示す。なお、表中の配合割合は重量％で示し、硫酸バリウム、リン酸塩、ポリイミド樹脂および固体潤滑剤については、使用した種類を○で示した。また、焼成フェノール樹脂としては「ベルパールＣ−２０００（商品名）」（鐘紡社製）を、ポリフェニレンスルホン樹脂としては「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」（Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）を使用した。
（以下余白）
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
【表７】
【００６３】
【表８】
【００６４】
【表９】
【００６５】
【表１０】
上述した試験結果から、本発明の実施例の複層摺動部材は、試験時間を通して安定した性能を発揮し、摩耗量は極めて少なく、優れた摺動特性を有しているものであった。一方、比較例の複層摺動部材、とくに比較例２および比較例３の複層摺動部材は、摩擦係数においては実施例の複層摺動部材と大きな差はみられなかったが、摩耗量が多く、摺動特性に劣るものであった。
【００６７】
つぎに、上述した実施例１、２、４、７、８、９、１０、１２、１３、１４、１６、１７、１８、１９および２０と比較例２および３の複層板を切断した後、被覆層を内側にして曲げ加工を施し、半径２０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、肉厚１．０５ｍｍの半円筒状の複層摺動部材試験片を作製した。各複層摺動部材の往復動試験（３）および（４）の結果を表１１〜表１４に示す。
【００６８】
【表１１】
【００６９】
【表１２】
【表１３】
【００７１】
【表１４】
上述の試験結果から、本発明の実施例の複層摺動部材は、試験時間を通じて極めて低い摩擦係数を示して安定しており、摩耗量も極めて少ないものであった。
【００７３】
実施例２１〜３３および比較例４〜６
以下の諸例において、ＰＴＦＥとして、「ポリフロンＦ２０１（商品名）」（ダイキン工業社製）、石油系溶剤として、脂肪族溶剤とナフテン系溶剤との混合溶剤（エクソン化学社製の商品名「エクソール」）を使用した。
【００７４】
まず、ＰＴＦＥと表１５〜表１８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攪拌混合し、得られた混合物１００重量部に対し石油系溶剤２０重量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、樹脂組成物を得た。
【００７５】
板厚０．３０ｍｍのリン青銅板にエキスパンド加工を施し、各辺（ストランド）が０．６ｍｍの方形状の規則正しい網目を備えた厚さ０．４３ｍｍのエキスパンドメタルを作製し、これを基材Ａとした。また、横糸および縦糸に線径０．３ｍｍのリン青銅細線を使用して５０メッシュの網目を有する織組ワイヤーメッシュを作製し、これを基材Ｂとした。
【００７６】
上記樹脂組成物をエキスパンドメタルからなる基材および織組ワイヤーメッシュからなる基材上にそれぞれ供給し、ローラで圧延して基材の網目を樹脂組成物で充填するとともに基材の表面に樹脂組成物の被覆層を形成した後、２２０℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持し、樹脂組成物中の溶剤を除去した。ついで、網目および表面が樹脂組成物で充填被覆された基材を加熱炉で３６０℃の温度で１０分間加熱焼成した後、ローラで加圧処理し、寸法調整およびうねり等の矯正を行い、表面に０．１３ｍｍの厚さの被覆層が形成された基材を作製した。矯正の終了した基材を切断し、一辺が３０ｍｍの摺動板試験片を得た。
【００７７】
図２はエキスパンドメタルを示す平面図、図３は図２に示すエキスパンドメタルを基材とした摺動部材を示す断面図であり、図中、符号４はエキスパンドメタル、５は辺（ストランド）、６は網目、７はエキスパンドメタルの網目および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である。また、図４は織組ワイヤーメッシュを基材とした摺動部材を示す断面図であり、図中、符号８は織組ワイヤーメッシュ、９は該メッシュ８の網目および表面に充填被覆された樹脂組成物からなる被覆層（摺動層）である。
【００７８】
各摺動部材のスラスト試験（２）の結果を表１５〜表１８に示す。なお、表中の配合割合は重量％で示し、硫酸バリウム、リン酸塩、ポリイミド樹脂および固体潤滑剤については、使用した種類を○で示した。また、焼成フェノール樹脂としては「ベルパールＣ−２０００（商品名）」（鐘紡社製）を、ポリフェニレンスルホン樹脂としては「Ｃｅｒａｍｅｒ（商品名）」（Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）を使用した。
（以下余白）
【００７９】
【表１５】
【００８０】
【表１６】
【００８１】
【表１７】
【００８２】
【表１８】
上述の試験結果から、本発明の実施例の摺動部材は、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１５μｍ以下と極めて少なく、優れた摺動特性を有しているものであった。一方、比較例の摺動部材は、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。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、乾燥摩擦条件または油中ないし油潤滑条件などの多くの異なった使用条件において安定した低い摩擦係数を示すとともに摩耗量の極めて少ない優れた摺動特性を発揮する摺動部材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【図２】基材としてのエキスパンドメタルを示す平面図である。
【図３】図２に示すエキスパンドメタルを使用した本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【図４】基材として織組ワイヤーメッシュを使用した本発明の摺動部材の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼裏金
２ 多孔質金属焼結層
３ 被覆層
４ エキスパンドメタル
５ 辺
６ 網目
７ 被覆層
８ 織組ワイヤーメッシュ
９ 被覆層
Claims (6)
- 硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、焼成フェノール樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る摺動部材用樹脂組成物。
- リン酸塩は、リン酸三リチウム、リン酸水素リチウム、ピロリン酸リチウム、リン酸三カルシウム、リン酸水素カルシウムおよびピロリン酸カルシウムから選択される請求項１に記載の摺動部材用樹脂組成物。
- さらに、黒鉛または二硫化モリブデンを５重量％以下の割合で含有する請求項１又は２に記載の摺動部材用樹脂組成物。
- 鋼裏金上に形成された多孔質金属焼結層の孔隙および表面に樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材、または金属網状体の網目および表面を覆って樹脂組成物を充填被覆してなる摺動部材であって、樹脂組成物が、硫酸バリウム５〜４０重量％、第二リン酸金属塩、第三リン酸金属塩およびピロリン酸金属塩から選択されるリン酸塩１〜３０重量％、焼成フェノール樹脂１〜１０重量％および残部四ふっ化エチレン樹脂から成る樹脂組成物であることを特徴とする摺動部材。
- リン酸塩は、リン酸三リチウム、リン酸水素リチウム、ピロリン酸リチウム、リン酸三カルシウム、リン酸水素カルシウムおよびピロリン酸カルシウムから選択される請求項４に記載の摺動部材。
- 樹脂組成物は、さらに黒鉛または二硫化モリブデンを５重量％以下の割合で含有する請求項４又は５に記載の摺動部材。
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