JP5806363B2 - 複合滑り軸受の製造方法 - Google Patents
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Description
換言すれば上記の使用を可能とするため、従来の高精度滑り軸受に不足していた耐荷重性、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗特性を向上した高精度な滑り軸受を提供することである。
ましい。
また、このような樹脂層との密着性を図り、かつ基材に所要の熱伝導性を確保するためには基材が、理論密度比0.7〜0.9の基材であることが好ましい。
このような焼結金属基材を用いるため、樹脂層から軸受基材、軸受基材から外部に放熱し易い。また、表面が凹凸形状であるので表面積が大きく、樹脂層とのアンカー効果が高
く、密着強さを高くすることができる。
成形する際には、基材である焼結金属に油含浸をしていないので、樹脂層と軸受基材の密着強さを阻害することがない。
図1、2に示すように、第1実施形態は、円筒状の滑り軸受の焼結金属製の基材1の内径面側に重ねて樹脂層2を一体に設け、この樹脂層2は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなり、繊維状充填剤3は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して平均交差角度が90度、すなわち直交状態になるように配向して樹脂層に分散させ、この樹脂層2は層厚0.1〜0.7mmに設けた複合滑り軸受である。
これらの軸受の焼結金属製の基材1、4、6、8の所定の面に樹脂層2、5、7、9を重ねて成形する際、樹脂の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向と直角とするには、図1〜4の軸受端面から他の端面に向けて溶融樹脂が一方向に流動するようにピンゲート、ディスクゲート、フィルムゲートなどを設けて樹脂を成形する方法がある。
動方向に対して45〜90度であるので、針状または繊維状充填剤(ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ウィスカなど)を配合した場合に、これら充填剤は滑り軸受の運動方向に対して45〜90度に配向する。針状または繊維状充填剤は端部のエッジが90°以下の尖った形状であり、そのため充填剤のエッジが、滑り軸受の運動方向に向かっている場合、摺接する相手材を物理的に摩耗損傷させ易く、摩擦係数も安定し難い。しかし、この発明では、これら充填剤が滑り軸受の運動方向に対して45〜90度となっているので、摺接する相手材を摩耗損傷させ難く、摩擦係数も安定する。なお、繊維状充填剤の配向は、90度により近い方が充填剤のエッジによる摩耗損傷が少なく、摩擦係数も安定するので望ましい。80〜90度であれば特に好ましい。
樹脂層の厚みが0.7mmを超えるかまたは焼結金属基材の厚さの1/2を超えると、
摩擦による熱が摩擦面から軸受基材側に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。また、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、焼付き性も低下する。また樹脂厚みが0.1mm未満または樹脂層
の層厚が、前記焼結金属基材の厚さの1/8未満では、長期使用時の耐久性、すなわち寿命が短くなる。
が困難であり、0.7mmを超えると、ヒケが発生し寸法精度が低下する。また、摩擦発
熱の軸受基材への放熱を考慮すると、樹脂厚みは0.2〜0.5mmが好ましい。
高寸法精度が必要な場合は、インサート成形後に機械加工にて所要の樹脂厚みに仕上げても、比較的安価な軸受を得ることができる。
そのため、これら焼結金属基材には、油を含浸しない焼結を使用しなければならない。また、焼結金属の成形または再圧(サイジング)の工程内にて油を使用する場合は、溶剤洗浄などで油を除去した非含油焼結軸受にしなければならない。
くなり、インサート成形時の射出成形圧力により焼結金属が割れてしまう。理論密度比0.9を超えると、凹凸が小さくなるため、表面積、アンカー効果が低下し、PEK樹脂層
との密着性が低くなる。さらに好ましくは、材質の理論密度比0.72〜0.84である。
PEKとしてはビクトレックス社製PEEK−HTなど、PEKEKKとしてはビクトレックス社製PEEK−HTなどが挙げられる。
溶融粘度が、上記所定範囲未満の高粘度または上記所定範囲を超える低粘度であっても精密な成形性および繊維状充填剤の配向性について所期した効果を確実に得ることが容易でなくなる。
0℃程度で焼成された炭化品のものが、高PV下でも摺動相手金属を摩耗損傷しにくいので好ましい。
炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、安定した薄肉成形性を得るためには、繊維長が1mm未満のミルドファイバーの方が好ましい。
補強効果が得られないため、耐クリープ性、耐摩耗性に劣る。0.2mmを超える場合は
樹脂層の層厚に対する繊維長の比率が大きくなるため、薄肉成形性に劣る。特に、樹脂厚み0.2〜0.7mmにてインサート成形する場合は、繊維長が0.2mmを超えると薄肉
成形性を阻害する。より薄肉成形の安定性を高めるには、平均繊維長0.02〜0.1mmが好ましい。
繊維状充填材は、滑り軸受の運動方向と45度以上のできるだけ直角に近い交差角度で配向させることで、繊維の両端のエッジは運動方向と直角に向く。これによって、繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷の軽減、摩擦係数の安定化を図れる。
この場合、樹脂層の任意断面において繊維状充填剤の単位面積当たりの繊維の交差角度の50%以上、または平均の交差角度が前記所定の交差角度の範囲内であることが好ましい。
またはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。
前記したように、配合割合を、炭素繊維5〜30体積%、PTFE1〜30体積%を必須成分とし、残部がPEK樹脂とする理由は以下の通りである。
(1)摩擦特性向上剤:黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなど(2)着色剤:炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなど
(3)熱伝導性向上剤:黒鉛、金属酸化物粉末
実施例および比較例に用いた軸受基材を表1にまとめて示し、実施例および比較例に用いる樹脂層の原材料を一括して以下に示した。
芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融粘度は、東洋精機社製キャピラグラフ、φ1×10mm細管、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における測定値である。
ビクトレックス社製:PEEK 90P(溶融粘度 105Pa・s)
(2) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔PEK−2〕
ビクトレックス社製:PEEK 150P(溶融粘度 145Pa・s)
(3) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔PEK−3〕
ビクトレックス社製:PEEK 450P(溶融粘度 420Pa・s)
(4) PAN系炭素繊維〔CF−1〕
東レ社製:トレカ MLD−30(平均繊維長0.03mm、平均繊維径7μm)
(5) PAN系炭素繊維〔CF−2〕
東邦テナックス社製:ベスファイト HTA−CMF0160−0H
(繊維長0.16mm、繊維径7μm)
(6) ピッチ系炭素繊維〔CF−3〕
クレハ社製:クレカ M−101S
(平均繊維長0.1/2mm、平均繊維径14.5μm)
(7) ピッチ系炭素繊維〔CF−4〕
クレハ社製:クレカ M−107S
(平均繊維長0.7mm、平均繊維径14.5μm)
(8) 炭酸カルシウム粉末〔CaCO3〕
日窒工業社製:NA600 (平均粒径3μm)
(9) 黒鉛〔GRP〕
ティムカルジャパン社製:TIMREX KS6(平均粒径6μm)
(10)四フッ化エチレン樹脂〔PTFE〕
喜多村社製:KTL−610(再生PTFE)
(11)青銅粉〔BRO〕
福田金属箔粉工業社製:AT−350(銅錫合金粉末)
サート成形にて形成し、図1のようなラジアル荷重を支持する円筒状の複合滑り軸受(φ30×φ35×20(mm))を作製した。複合滑り軸受を成形する際には、軸受端面に9点のピンゲートを設け射出成形し、樹脂層の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向と直角となるようにした。
表1の軸受基材内径に、樹脂層−実施例aを厚さ0.5mmにてインサート成形した円筒
状の複合滑り軸受を使用し、せん断密着強さ試験を行った。軸受基材を固定し、内径樹脂層に軸方向のせん断力を加え、軸受基材から樹脂層が剥離する荷重を測定した。この荷重を、樹脂層と軸受基材の見かけの接合面積を割った値を、せん断密着強さとし、表4に示した。
軸受基材−実施例Eの内径に、表2または表3の樹脂層を形成した複合滑り軸受(φ30×φ35×20(mm))について、油中ラジアル型試験機を用い、耐焼付き性試験を実施した。表5の油供給条件で30分慣らし運転後、油供給を停止・油排出し焼付くまでの時間を測定した。焼付きは、軸受外径部温度が20℃上昇またはトルクが2倍に上昇するまでの時間とした。
樹脂単体の滑り軸受は、表2の組成aのみを射出成形した樹脂単体の滑り軸受(φ30×φ35×20mm)を用いた。
また、3層型の複合滑り軸受は、裏金付多孔質焼結層にPTFE樹脂組成物(炭素繊維10体積%入り)を含浸した3層型の複合滑り軸受(φ30×φ35×20mm、樹脂組成物層が0.05mm)とした。なお、インサート成形で表6に記載の所定の樹脂層厚み
を形成不可能な場合は、厚肉品を射出成形し、機械加工にて所定厚みに仕上げた。
耐焼付き性試験と同じ複合滑り軸受(φ30×φ35×20(mm))について、油中ラジアル型試験機を用い、表5の油供給条件で30時間運転した後の摩耗量を測定した。
東洋精機社製キャピラグラフ、φ1×10(mm)細管、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における溶融粘度を測定し、表6および表7中に示した。
MPa以上のせん断密着強さであった。特に焼結金属の密度が、材質の理論密度比0.7
〜0.9である実施例1〜7は、せん断密着強さが2MPa以上となった。
成形時に軸受基材の割れが発生した。鋼材の機械加工品では、せん断密着強さが非常に低い値であった(比較例2)。
複合滑り軸受ではあるが、樹脂層の組成が請求の範囲外である比較例3〜10は、焼付き時間が26分未満と短く、摩耗量も20μm以上と大きかった。
また、樹脂層の組成が請求範囲内であるが、厚みが0.7mmを超える複合滑り軸受で
は、焼付き時間が1分未満で、摩耗量も非常に大きかった。
2、5、7、9 樹脂層
3 繊維状充填剤
Claims (8)
- 円筒状の滑り軸受の焼結金属製基材に重ねて樹脂層を射出成形により一体に設ける複合滑り軸受の製造方法において、
前記樹脂層は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填剤を分散状態に配合して樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における溶融粘度が50〜200Pa・sの樹脂組成物で形成し、前記円筒状の滑り軸受端面から他の端面に向けて溶融樹脂が一方向に流動するようにゲートを設けて樹脂を射出成形することによって、前記繊維状充填剤を繊維の長さ方向が軸受の回転方向に対して45〜90度に交差するように配向させて、前記樹脂層を層厚0.1〜0.7mmに設けることを特徴とする複合滑り軸受の製造方法。 - 上記樹脂層が、基材の軸径方向の厚さの1/8〜1/2の厚さの樹脂層である請求項1に記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記繊維状充填剤が、平均繊維長0.02〜0.2mmの繊維状充填剤である請求項1に記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記基材が、理論密度比0.7〜0.9の基材である請求項1に記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記樹脂組成物が、炭素繊維5〜30体積%、四フッ化エチレン樹脂1〜30体積%を必須成分とし、残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物である請求項1に記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記炭素繊維が、PAN系炭素繊維である請求項5に記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記複合滑り軸受が、円筒状またはフランジ付き円筒状の軸受基材の内径側、外径側および端面側から選ばれる1以上の側面に前記樹脂層を設けた請求項1〜6のいずれかに記載の複合滑り軸受の製造方法。
- 上記複合滑り軸受が、油またはグリースで潤滑される液体潤滑用滑り軸受である請求項7に記載の複合滑り軸受の製造方法。
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