JP6712202B2 - 摺動部材 - Google Patents
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Description
ここで、屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子とは、鱗片状黒鉛粒子のうち、長軸方向の長さが5μm以上であり、複数の平板部からなるものであり、複数の平板部のうち、断面組織内で、AB面に平行な方向の長さが最大である主平板部と、主平板部に隣接する少なくとも1つの側平板部とを有し、主平板部と側平板部とのなす屈曲角度の少なくとも1つが20°以上になっているものである。
摺動層3中の鱗片状黒鉛粒子5の全体積に対する屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51の体積割合は20%以上であり、好適には25%以上であり、より好適には30%以上である。
なお、摺動層3と裏金層2との間に多孔質金属層6を設けてもよい。多孔質金属層6を
設けた摺動部材の一例の断面を図6に概略的に示す。
屈曲角度7は以下のとおり定義する。主平板部の表面により形成される平面上に側平板部が位置して、主平板部の延長上に側平板部が一直線上にならぶときを基準として、その基準の平面からの側平板部(側平板部の表面)の傾きを屈曲角度7とする。すなわち、主平板部の延長上に側平板部が一直線上にならぶとき屈曲角度は0°であり、側平板部が主平板部の折り重なると屈曲角度は概ね180°であり、側平板部が側平板部に垂直に屈曲するとき屈曲角度は90°である。なお、主平板部のどちら側に傾くかは問わない。
図2Aの屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51は、主平板部511と、主平板部511の一端(紙面では右端)に隣接する1つの側平板部512とからなり、主平板部511と側平板部512との間に20°以上の屈曲角度7を有している。
図2Bも、主平板部511と1つの側平板部512からなる屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51を示すが、屈曲角度7が90°超である。
図2Cの屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51は、主平板部511と、主平板部511の両端に隣接する2つの側平板部512、513からなり、主平板部511と側平板部512または側平板部513との屈曲角度7の少なくとも一方が20°以上を有している。
図2Dの屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51も、主平板部511と、2つの側平板部512、513からなるが、側平板部512、513の他端に、他の平板部514、515が隣接している。
屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51は、上記の具体例に限定されず、上記要件を満足する限り、様々な形態が可能である。なお、平板部は厳密に平面でなくてもよく、わずかな湾曲があってもよい。
図3Aは、図2Aに示した屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51の長軸長さ8を示している。
主平板部511の一方(紙面左側)の端部と、側平板部512の反対方向(紙面右側)の端部との長軸方向距離が長軸長さ8である。
図3Bは、図2Bに示した屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51の長軸長さ8を示している。
主平板部511の一方(紙面左側)の端部と、主平板部511の反対方向(紙面右側)の端部(すなわち、側平板部512の紙面右側端部)との長軸方向距離が長軸長さ8である。
図3Cは、図2Cに示した屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子51の長軸長さ8を示している。
側平板部513の一方(紙面左側)の端部と、側平板部512の反対方向(紙面右側)の端部との長軸方向距離が長軸長さ8である。
図5に従来の摺動部材の平板形状の鱗片状黒鉛粒子53が摺動層の摺動面に露出した図を示す。相手軸との回転あるいは往復摺動が起きる状況では、摺動部材の摺動層の表面付近には、摺動層の表面に対して略平行な方向の外力9が作用する。このような外力を受けると、合成樹脂4及び黒鉛粒子53は、摺動層の表面に対して略平行に弾性変形するが、黒鉛粒子の弾性変形量に対して合成樹脂の弾性変形量が大きい。鱗片状黒鉛粒子の長軸方向の長さが大きく(長軸方向の長さが5μm以上)、且つ平板形状の鱗片状黒鉛粒子の平板表面が摺動面に対して略平行に配向すると、特に界面付近での黒鉛粒子と合成樹脂の弾性変形量の差が大きくなり、せん断が起こる。外力方向が平板表面に略平行となるので、せん断は鱗片状黒鉛粒子の平板表面と合成樹脂との界面付近で起こり易くなり、摺動時に鱗片状黒鉛粒子が摺動面から脱落し易くなる。
(1)原材料黒鉛粒子の準備
鱗片状黒鉛粒子の原材料としては、予め屈曲部を有する鱗片状黒鉛粒子を準備する。この鱗片状黒鉛粒子は、平板形状の鱗片状黒鉛粒子に小さな衝撃負荷を加える処理を施すことで、平板形状であった鱗片状黒鉛粒子に屈曲部が形成される。本製造方法は、集電体用の球状化黒鉛粒子の製造技術(国際公開第2012/137770号参照)を応用し製造されたものである。従来技術では、鱗片状黒鉛粒子にジェットミル、ピンミルなどで小さな衝撃負荷を加えながら粉砕する処理を複数回施すことで球状化した黒鉛粒子を製造する。本発明の原材料として用いる屈曲部を有する鱗片状黒鉛粒子は、球状化に至る前に、小さな衝撃負荷を加える処理を完了させる。屈曲化処理に使用する平板形状の鱗片状黒鉛粒子は、天然鱗片状黒鉛粒子および人造鱗片状黒鉛粒子のいずれを用いてもよい。尚、過度な粉砕処理を行うと、屈曲角度が150°以上となり、鱗片状黒鉛粒子内にクラックが発生し易くなる。また、平板形状の鱗片状黒鉛粒子に、小さな衝撃負荷を加える処理によって、局部的せん断による小さな平板形状の鱗片状黒鉛粒子や、処理が十分に行われず屈曲部が全く形成されない、あるいは平板面が多少湾曲している平板形状の鱗片状黒鉛粒子も発生する。本発明では、鱗片状黒鉛粒子として、このような平板形状の鱗片状黒鉛粒子を含むことができるので、安価な摺動部材を提供できる。しかし、摺動部材の価格は高くなるが、上記の製造方法により得られた鱗片状黒鉛粒子から、平板形状の鱗片状黒鉛粒子を除去することもできる。鱗片状黒鉛粒子は、レーザー回折式粒度測定装置により測定される長軸方向の平均粒径が5〜30μmであり、また、粒子の平板部の平均厚さが0.2〜3.5μmであるものを用いることが好ましい。
原材料である合成樹脂粒子は、鱗片状黒鉛粒子の平均粒径の50〜150%の平均粒径を有するものを用いることが好ましい。合成樹脂としては、PAI、PI、PBI、PA、フェノール、エポキシ、POM、PEEK、PE、PPSおよびPEIのうちから選ばれる1種または2種以上からなるものを用いることができる。
鱗片状黒鉛粒子の体積割合が5〜50体積%となるように、準備した鱗片状黒鉛粒子と合成樹脂粒子との割合を調整する。この鱗片状黒鉛粒子および合成樹脂粒子を有機溶剤で希釈しロールミルを用いて混合して組成物を作製する。
裏金層としては、Fe合金、Cu、Cu合金等の金属板を用いることができる。裏金層表面、すなわち摺動層との界面となる側に多孔質金属層を形成してもよい。多孔質金属層は裏金層と同じ組成を有することも、異なる組成または材料を用いることも可能である。
混合後の組成物は、裏金層の一方の表面、あるいは裏金層上の多孔質金属層に塗布され、組成物を塗布した裏金は、組成物の厚さを均一とするため、所定の一定の間隙を有するロール間に通される。
組成物を被覆した裏金層(あるいは、裏金層および多孔質多孔質金属層)は、厚さを均一とするため所定の一定間隙を有するロール間に通される。
圧延工程を終えた後、組成物中に残存する有機溶剤の乾燥および合成樹脂の焼成のための加熱を施して、摺動部材が得られる。
鱗片状黒鉛粒子の平均粒径の測定は、摺動部材の摺動面に垂直方向の断面を電子顕微鏡を用いて電子像を1000倍で撮影して行なう。具体的には、鱗片状黒鉛粒子の平均粒径は、得られた電子像を一般的な画像解析手法(例えば、解析ソフト:Image−Pro Plus(Version4.5);(株)プラネトロン製)を用いて面積を測定し、それを円と想定した場合の平均直径に換算して求める。ただし、電子像の撮影倍率は1000倍に限定されず、他の倍率に変更することができる。
また、屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子は、断面組織が、各平板部の黒鉛結晶のAB面が各平板部の厚さ方向(C軸方向)に複数積層している組織となっていることが、上記観察方法によって確認できる。
また、実施例7は、実施例4〜6よりも摩耗量が少なくなる結果となったが、これは屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子の体積割合が最も多く、且つ屈曲角度が30°以上の体積割合が25%以上であるために、さらに鱗片状黒鉛粒子が合成樹脂に強固に保持されることによると考えられる。
鱗片状黒鉛粒子の長軸長さが1.5μm以上であり、且つ、屈曲部を有し、屈曲角度が20°以上である鱗片状黒鉛粒子の体積割合を示す。
比較例11は、摺動層の表面に黒鉛粒子の脱落部は観察されなかったが、これは、鱗片状黒鉛粒子の平均粒径が小さいために、摺動時に摺動面からの鱗片状黒鉛粒子の脱落が起き難く、且つ、脱落が起こったとしても粒径が小さいと摺動層の摺動面に損傷が起き難いからである。しかし、比較例11は、実施例1〜7に対して摺動層中に分散する鱗片状黒鉛粒子の平均粒径が小さいため摺動層の摩耗量が多くなった。
2:裏金層
3:摺動層
4:合成樹脂
5:鱗片状黒鉛粒子
51:屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子
511:主平板部
512、513:側平板部
52:非屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子
6:多孔質金属層
7:屈曲角度
8:長軸方向の長さ
9:外力
Claims (7)
- 裏金層と、該裏金層上に設けられた摺動層とを備える摺動部材であって、
前記摺動層は、合成樹脂と、該合成樹脂中に分散された鱗片状黒鉛粒子とからなり、
前記鱗片状黒鉛粒子の体積の合計は、前記摺動層の体積の5〜50体積%を占め、
前記鱗片状黒鉛粒子は平板部を有し、前記鱗片状黒鉛粒子の断面組織は、炭素原子が網目構造を形成して平面状に広がる黒鉛結晶のAB面が前記平板部の厚さ方向に複数積層しており、
前記鱗片状黒鉛粒子の平均粒径は5〜25μmであり、
前記鱗片状黒鉛粒子は、屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子を含み、前記摺動層中の前記鱗片状黒鉛粒子の全体積に対する前記屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子の体積割合が20%以上であり、
前記屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子は、
長軸方向の長さが5μm以上であり、
複数の平板部からなり、該複数の平板部のうち、断面組織内で、前記AB面に平行な方向の長さが最大である主平板部と、該主平板部に隣接する少なくとも1つの側平板部とが、前記主平板部と前記側平板部とのなす屈曲角度の少なくとも1つが20°以上になっている、摺動部材。 - 前記摺動層中の前記鱗片状黒鉛粒子の全体積に対する前記屈曲部含有鱗片状黒鉛粒子の体積割合が25%以上である、請求項1に記載された摺動部材。
- 前記主平板部と前記側平板部とのなす屈曲角度の少なくとも1つが25°以上である、請求項1または請求項2に記載された摺動部材。
- 前記合成樹脂が、PAI、PI、PBI、PA、フェノール、エポキシ、POM、PEEK、PE、PPS、及びPEIから選ばれる1種または2種以上からなる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された摺動部材。
- 前記摺動層が、球状黒鉛、MoS2、WS2、h−BN、及びPTFEから選ばれる1種または2種以上の固体潤滑剤を1〜20体積%をさらに含む、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された摺動部材。
- 前記摺動層が、CaF2、CaCo3、タルク、マイカ、ムライト、酸化鉄、リン酸カルシウム、及びMo2Cから選ばれる1種または2種以上の充填材を1〜10体積%さらに含む、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された摺動部材。
- 前記裏金層と前記摺動層との間に、多孔質金属層をさらに有する、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された摺動部材。
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