JP5683571B2 - 黒鉛添加樹脂系しゅう動材料及びしゅう動部材 - Google Patents
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Description
(イ)黒鉛あるいはグラファイトは(002)面が積層した層状結晶構造をもつ物質であり、その層間がすべり易いという性質を利用して、黒鉛のへき開面をしゅう動方向に配向させている(特許文献1)。
(ロ)黒鉛は黒鉛化度が高く天然黒鉛に近いほど、軟質で潤滑性に富む物質となり、黒鉛化度が低いと、硬質のカーボンとなる。カーボンは耐摩耗性向上や摩擦調整のための硬質粒子として添加されている。特許文献3が提案している真球に近い球状グラファイトはHv800 〜1200と高いために、硬質カーボンであると考えられる。
(ハ)真球に近い黒鉛は特許文献2、3のような樹脂を焼成したものでは得られている。これに対して、従来樹脂系しゅう動材料に使用されていた天然黒鉛や人造黒鉛は球状よりはかなり変形した、粒子比が小さい粒子である。
特許文献2:特許第3226290号
特許文献3:特開平5-331314号公報
本発明者らは、樹脂系しゅう動材料中の黒鉛の配向は図1のように理想的配向になっていないことに着目し、このような配向に起因する問題点を克服して耐焼付性に優れた黒鉛添加樹脂系しゅう動材料を提供することを発明の目的とした。
さらに、鱗片状黒鉛は薄い形状であり、黒鉛そのものが脆い性質をもっているために、機械加工の際に割れて脱落してしまい、しゅう動層の表面が粗くなる結果として、耐焼付性が不良となることが分かった。したがって、本発明は、さらに機械加工による表面粗さを粗さを小さくすることができる黒鉛添加樹脂系しゅう動材料を提供することも目的とする。
本件の黒鉛の形状は球状に近く、市販の鱗片状黒鉛、土状黒鉛、薄片化黒鉛などよりは遥かに存在比率が高くなる。また本件の黒鉛は球状に近いために、ポリイミドなどの樹脂中に均一分散され易く、しかも樹脂中で配向しないために、へき開の起こり易さはしゅう動方向による差がなくなる。配向がなくなる、即ち無配向となるために、本発明のしゅう動材料の摩擦係数が高いことが予測されるが、黒鉛化度を0.6以上にすることで耐焼付性の著しい改良が実現された。また、本件の黒鉛において粒子比が0.5以上の粒子の存在比率は個数割合で50%以上であり、好ましくは存在比率は70%以上である。この存在比率の残部の割合で存在する黒鉛は粒子比が0.5未満の粒子である。
本件の黒鉛の平均粒径が5μm未満であると、黒鉛が凝集してしまい、一方平均粒径が50μmを超えると、分散性が不良となる。
本件の黒鉛は黒鉛化度が0.6以上であり、天然黒鉛に近くあるいは天然黒鉛自体であり、潤滑性が優れているものである。好ましくは、黒鉛化度は0.8以上である。
本件の黒鉛の含有量が5重量%未満であると、低摩擦性が得られず、耐焼付性が劣り、一方本件の黒鉛の含有量が60重量%を超えるとしゅう動材料の強度が低下する。
上記した本件の黒鉛の残部は、ポリイミド(PI)及び/又はポリアミドイミド(PAI)樹脂である。ポリイミドとしては、液状もしくは固体粉末状のポリエステルイミド、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレインイミドなどを使用することができる。
ポリアミドイミド樹脂としては、特許文献2で使用されている芳香族ポリアミドイミド樹脂、を使用することができる。これらの樹脂は何れも耐熱性に優れ、摩擦係数が小さいという特長を有している。
さらに、任意成分として、粒径が10μm未満のクレー、ムライト又は滑石から選択された1種以上の摩擦調整剤を0.5〜20重量%―但し、本件の黒鉛との合計量は5.5〜80重量%である−を含有することができる。
固体潤滑剤の含有量の1重量%未満であると、その効果が少なく、40重量%、あるいは球状黒鉛及び摩擦調整剤との合計で80重量%を超えると、耐熱性や強度の低下などの欠点が現れる。
上記したMoS2及びBNは黒鉛と同様にへき開性を有しているが、形状は球状ではなく扁平板状であるために、しゅう動層中で配向しやすく、へき開特性はしゅう動方向に関してほぼ一定である。
本発明の黒鉛添加樹脂系しゅう動材料(以下「しゅう動材料」という)は、それ自体をしゅう動部材とするモノリシック(monolithic)材又はソリッド材、裏金上に焼成したしゅう動部材として使用することができる。さらに裏金としゅう動層の間に接着層を介在させることもできる。また、しゅう動材料の製造方法は、特許文献1の第3頁第5欄第9行〜第6欄第4行に説明されているとおりである。
本発明のしゅう動部材においては、しゅう動材料の表面を切削、研磨、研削などの機械加工により粗さを調節することができる。この場合、本件の黒鉛は表面から脱落し難いために、表面粗さを小さくし、結果として耐焼付性をさらに向上することができる。
(2)本件の黒鉛は分散性にすぐれているために、樹脂中に均一に分散することができる。
(3)鱗片状黒鉛は薄いために、表面に露出している黒鉛は機械加工の際に欠けて、脱落し易い。これに対して本件の黒鉛は薄い部分がない粒子が多いから、露出部全体が除去され、局部的に欠けない。したがって、表面粗さを小さくすることができるために耐焼付性が優れている(請求項5)。
(4)従来真球に近い黒鉛粒子を樹脂中に分散させたしゅう動材料で使用された黒鉛は樹脂を焼成したものであった。本件の黒鉛は、黒鉛結晶構造をもち、その黒鉛化度が高く天然黒鉛に近いために潤滑性にすぐれている。
(5)へき開性を有する固体潤滑剤を使用することにより耐焼付性を向上することができる(請求項3)。
以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
2 黒鉛粒子
以下、実施例及び比較例の製造方法を説明する。
厚さ1.5mmの脱脂した普通鋼板上に銅合金粉末を散布し、粗面化部を形成する。銅合金粉末の種類は問わないが、Cu−Sn粉末、Cu−Sn−Bi粉末などが良い。粉末は最大粒径75〜180μmの粉末を使用するが、粗面化部の上のしゅう動層と鋼板部との密着を確保するため、106〜150μmの粉末を使用するのが望ましい。また、鋼板上の粉末が0.05〜0.1g/cm2になるよう散布する。焼結温度は粉末の種類により異なるが、800〜1000℃で行う。粗面化部の厚さは150μmとし、計算による気孔率は40〜80%である。表1に組成を示すしゅう動層成分は溶剤とともに十分混合したあと、粗面化部に含浸を行い、十分溶剤を除去する。乾燥は100℃から200℃で行い、十分に溶剤を除去する。最後に300〜400℃で焼成を行い、厚さが100〜150μmのしゅう動層を形成した。製造したバイメタル材は、切断、曲げ加工により、ブシュ形状にし、その後しゅう動層に切削加工を施し、摩耗試験と焼付試験を実施した。 なお、実施例のNo.1〜6は黒鉛化度が0.8未満の参考例である。
試験機:プレートオンリング試験機
潤滑:流動パラフィン
荷重:507kgf(一定)
速度:5m/s
試験時間60分
評価方法:試験後の摩耗深さ
試験機:スラスト試験機
潤滑:流動パラフィン
荷重:荷重漸増
速度:10m/s
試験時間60分
評価方法:焼付きが発生したときの面圧で評価する。
試験結果を表1に示す。
Claims (5)
- 平均粒径が5〜50μmであり、黒鉛結晶構造をもち、その黒鉛化度が0.8以上の黒鉛5〜60重量%と、残部ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂の1種又は2種とからなることを特徴とする黒鉛添加樹脂系しゅう動材料。但し、前記黒鉛は、該黒鉛添加樹脂系しゅう動材料の任意の断面写真において観察した黒鉛粒子の最小径/最大径の比率(以下「粒子比」という)が0.5以上の黒鉛粒子が全黒鉛粒子個数の50%以上存在するものである。
- 粒径が10μm未満のクレー、ムライト及び滑石から選択された1種以上の摩擦調整剤を0.5〜20重量%―但し、前記黒鉛との合計量は5.5〜80重量%である−を含有することを特徴とする請求項1記載の黒鉛添加樹脂系しゅう動材料。
- PTFE、MoS2及びBNの1種以上の固体潤滑剤を1〜40重量%―但し、前黒鉛及び摩擦調整剤との合計含有量が6.5〜80重量%である−をさらに含有することを特徴とする請求項1又は2記載の黒鉛添加樹脂系しゅう動材料。
- 請求項1から3までの何れか1項記載の黒鉛添加樹脂系しゅう動材料を裏金上に形成したことを特徴とするしゅう動部材。
- 前記黒鉛添加樹脂系しゅう動材料の表面が機械加工されていることを特徴とする請求項4記載のしゅう動部材。
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