JPH02178353A

JPH02178353A - 摺動材料

Info

Publication number: JPH02178353A
Application number: JP33421988A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kawakami; 真也川上; Masaharu Kikuchi; 菊地　正春; Tatsuhiko Fukuoka; 福岡　辰彦
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-11
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2916499B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、摺動材料に関するものであり、さらに詳しく
述べるならば主成分としてグラファイト成分と、ポリイ
ミド、ポリアミドイミドの少なくとも１種の樹脂成分と
を含む樹脂系摺動材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５２−４４８７１号のように、四弗化エチ
レン樹脂と、ポリイミド樹脂の基質結合成分からなるす
へり軸受において、ポリイミド樹脂の一部に副成分とし
て少量のグラファイト等を含有させたものが知られてい
るが、耐摩耗性が不充分であった。

同様に、特開昭５５−１０６２３０号のように。

多孔金属体に含浸するポリイミド系樹脂中に少量のグラ
ファイト等を副成分として添加するものが知られている
が、摩擦係数および耐摩耗性の点で不充分であった。

一方、従来一般的に使用されているカーボン（Ｇｒ）系
の摺動材料は、フェノール樹脂を結合剤とし、熱圧縮成
形されているものが知られているが、フェノール樹脂は
耐熱性が低く、高速条件或いは潤滑条件が非常に厳しい
と、発熱により樹脂が分解してしまう場合がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の、実質的に樹脂を主体とするＴｉＷ　ＩＪＩ材料
は耐摩耗性などの摺動特性が劣っており、使用環境の１
７囲気温度には配慮があるものの、特に、境界潤滑およ
び混合潤滑といった過酷な条件下での使用にはきわめて
不満足であった。

一方、カーボン系の摺動材料も、境界潤滑および混合潤
滑条件の摺動では耐焼付性、耐摩耗性、低摩擦性などの
性能が不充分であった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、ポリイミドおよびポリアミドイミドの耐熱
性を利用した摺動材料の組成を鋭意研究し、主成分とし
て、上記ポリイミド、ポリアミドイミドの少なくとも１
種の樹脂成分の他に、グラファイトを比較的多殖しこ添
加するとともに、副成分として少−ｂｔの四弗化ポリエ
チレン、ＭｏＳ２、およびＢＮの少なくとも一種を固体
潤滑剤として含有させることにより、境界潤滑および混
合潤滑条件の摺動で、耐焼付性、耐摩耗性、低摩耗性な
どの性能をバランスよく優れたものとすることを見出し
た。

すなわち、本願の発明は、第１に、３０重量％を越え６
０重量％以下のグラファイトと、１重量％以」−ないし
３０重片％以下の四弗化ポリエチレン、ＭｏＳ２、およ
びＢＮの少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、残部１
０重片％以上ないし６９重橘％未滴のポリイミドおよび
ポリアミドイミドの少なくとも１種からなることを特徴
とする摺動材料である。

そして、第２に、３０重量％を越え６０重量％以下のグ
ラファイトと、１重量％以上ないし３０重量％以下の四
弗化ポリエチレン、ＭｏＳ２、およびＢＮの少なくとも
１一種からなる固体潤滑剤と、残部１０重重板以上ない
し６９重量％未満のポリイミドおよびポリアミドイミド
の少なくとも］種からなる材料組成物の１００容量％に
対し、オイルの使用量を０．１容量％ないし１０容量％
としたことを特徴とする摺動材料である６本願発明の摺動材料を、バイメタル摺動材料として使用
する場合は、裏金は、優れた強度を利用して耐荷重性を
高めまた摺動層を薄くし、優れた熱伝導率を利用して摺
動ノーの熱を逃すことにより耐焼付性を亮めるために使
用される。

裏金には、通常鋼板が使用されるが、鋼板以外にもアル
ミニウム系合金もしくは銅系合金も使用することができ
る。

裏金の表面部には樹脂とグラファイトを主成分とする摺
動層の接合竹原を高めるための粗面化部を設ける。裏金
の表面しこ形成される粗面化部は、銅もしくは銅系合金
の粉末焼結層、鉄または鉄系合金の粉末焼結層、金属も
しくはセラミックの溶射層などを裏金表面に設ける方法
によってもよく、またショツトブラスト、エツチングな
どにより裏金自体の表面に微細な凹凸を形成する方法に
よってもよい。

バイメタルの場合、裏金上に被着され慴動層となりまた
ソリッドの場合直接摺動部材となる摺動材料の組成につ
いて、以下説明する。

グラファイトは、ポリイミドもしくはポリアミドイミド
により結合された状態で、主として優れた摩擦特性を摺
動材料に付与するために使用する。

グラファイトは人造もしくは天然グラファイトの何れで
もよく１粒形状は粒状もしくは偏平状の何れでもよい。

このうち、扁平状の人造グラファイトを採用するのがよ
い、耐摩耗性の面から、グラファイトの粒径は２５０μ
ｍ以下が、また結晶性は、Ｘ線で測定したｄ（。。２）
面間隔で３．５０Å以下が、好ましい。かかる面間隔の
グラファイトはへき開しやすく、片状もしくは鱗状粒子
の平坦な主面が摺動材料表面に配列されるので、表面に
おけるグラファイトの而ｆ６が大になり、摩擦係数低減
に有利である。グラファイトの使用量は３０％を越え６
０％以下（以下、百分率は特記しない限り、重量％であ
る）である。このように、比較的多量に添加することは
、グラファイト自体のへき開性を考慮すると耐摩耗性が
低下すると思われていたが、本願発明の成分組合せと範
囲においては、逆に耐摩耗性の向上を図ることができる
。

これは、摺動表面で発生する摺動熱を内部に放熱するこ
とと、グラファイト自体の低摩擦性が相まって、可及的
に他の成分の摩耗を防止し、これによってグラファイト
の摩耗も防止していると考えられる。このグラファイト
の使用片は３０％以下では、摺動材料の摩耗量が多くな
り、一方６０％を越えると樹脂による結合力あるいは裏
金と摺動層との結合力が弱まり、この結果摩耗敞が多く
なってしまう。より好ましい使用片は、４ｏないし６０
％である。

次に、ポリイミドおよびポリイミドアミドは、その耐熱
性が優れた樹脂であることを利用して摺動材料に耐焼付
性を付与するために使用される。

また、これらの帰脂は、比較的可撓性がある性質を利用
して、耐荷重性を高めるために使用され、さらに、その
０１０ず加工ができる性質を利用して、バイメタル材の
ハウジングへの変形固定を可能にする。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、ビスマレイミ
ドなどを使用することができる。ポリイミドおよびポリ
イミドアミドの使用片は１０％以上ないし６９％未満で
ある。この使用片が１０％未満では摺動材料成分の結合
力が弱く、摺動材料の摩耗が多くなる。

方、この使用量が６９％を越えると、摺動材料の摩擦係
数が増大し、やはり摺動材料の摩耗が多くなる。

さらに、四弗化ポリエチレン（ＰＴＰＥ）、ＭｏＳ２　
およびＢＮの少なくとも１種からなる固体潤滑剤は、」
二記した組成の摺動Ｊ（’７の潤滑性を良好にするため
に副成分として含有させである。この固体潤滑剤の使用
量は１−％以−ヒないし３０％以下である。この使用量
が１％未満では、その効果が不充分であり、３０％を越
えると、強度の低下、耐熱性不足等の欠点が現われる。

好ましい使用量は、２〜２５％である。より好ましい使
用量は５〜２Ｏ％である。

このように、本願発明の副成分は、１％以上ないし３０
％以下の四弗化ポリエチレン、ＭｏＳ２、およびＢＮの
少なくとも１種からなる固体潤滑剤であり、本＊を発明
の主成分は、３０％を越え６０％以下のクラファイト成
分と、１０％以上ないし６９％未満のポリイミドおよび
ポリアミドイミドの少なくとも１種からなる樹脂成分と
からなり、主成分の合計の範囲が７０％から９９％とす
る。

すなわち、上記固体潤滑剤とグラファイトの添加量に対
し、ポリイミドおよびポリアミドイミドの少なくとも１
種からなる樹脂成分を残部となるように配合させればよ
い。

さらに、シリコン油、機械油、タービン油、鉱物油など
の少なくとも１種からなるオイルを上記固体潤滑剤とと
もに使用することができる。オイルの使用量は、グラフ
ァイト−固体潤滑剤−ポリイミドおよびポリアミドイミ
ドの少なくとも１種の前記材料組成物の１００容量％に
対し、０．１容量％ないし１０容承％とする。

このオイルは、所定量をあらかじめグラファイトに吸着
あるいは含有させこれを配合するか、上記材料組成物に
含浸させるようにするとよい。なお、本願の摺動材料で
はグラファイト量が多いので、オイルはその大部分をグ
ラファイトに吸着あるいは含有（以下１代表して含有と
称する）せしめられる。

あるいは、配合させるオイルのうちグラファイトに含有
される量を相対的に少なくし、組成物から滲み出やすい
ようにすると、材料強度や耐摩耗性の点ではグラファイ
トに含有せしめたものに比へ若干低下するものの、潤滑
性を向上することができる。

オイルの使用量が０．１容量％未満では、添加の効果が
不充分であり、１ｏ容址％を越えると、強度の低下、謂
熱性の不足等の欠点が現われる。

好ましい使用量は１〜１０容斌％、より好ましくは２〜
５容敢％である。

配合されるオイルをグラファイトに含有させる割合は、
特に耐摩耗性や材料強度を重視する場合は全オイルの７
０〜１００％、好ましくは９０〜９８％、特に潤滑性を
重視する場合は全オイルの３０〜８０％、好ましくは４
０〜７０％、より好ましくは５０〜６０％とするとよい
。なお、この含有の割合は、オイルの使用量の大小にも
よる。

すなわち、オイルの使用量が、２〜５容斌％では上記割
合が好ましく、５〜ｂせる割合を多くするとよい。

ところで、特開昭５５−１０６２３０号公報は、海綿状
多孔金属体の空隙部にポリイミド系樹脂を主成分とし、
四弗化エチレン樹脂粉末、石芙粉末。

ＭｏＳ２粉末、黒鉛粉末、炭素短繊維などを副成分とし
て構成した組成物を充填することを特徴とする摺動材料
を提案している。この提案より、ポリイミド樹脂の耐熱
性不足を解消するための手段として、この樹脂を充填す
る多孔金属体に着目し。

その多孔率およθ孔径を特定している。

この公報による摺動層組成はポリイミドおよびポリアミ
ドイミドと、グラファイトと、四弗化エチレン樹脂およ
びＭｏＳ２を成分とする点では本発明のものと共通であ
るが、グラファイトは副成分として少賦添加するもので
あり、本発明が特長とするポリイミドおよびポリアミド
イミドとともに主成分としてグラファイトを比較的多量
に添加することにより耐摩耗性等を向上させる点につい
ては開示がない。

以下１本発明に係る摺動材料の製造方法について具体的
に説明する。

まず、バイメタル摺動材料の場合は、裏金の表面の片側
を粗面化する。ここで粗面化方法は特に制限はないが、
裏金と粗面化方法の好ましい組み合せは次のとおりであ
る：鋼板−銅系粉末焼結、金属・セラミック溶射ニアル
ミニウム合金板−エツチング（ｌＩ＆極酸化を含む）、
ショツトブラスト：銅合金択一エツチング、ショツトブ
ラスト。焼結の場合は、所望の厚さの焼結層が得られる
ように粒径が８０〜１５０μｍの粉末を裏金上に散布積
層した後粉末の融点より低温で粉末どうしが結合する温
度に加熱する。ショツトブラストの場合は、カットワイ
ア、焼成アルミナ、ガラスピーズ等の鋭利な角部を有す
る粒を高速で裏金に噴射する。

エツチングの場合は、銅については濃塩酸、アルミニウ
ムについては苛性ソーダなどの選択エツチングが可能な
エッチャントを使用して裏金に微細な凹凸を形成する。

続いて、Ｍ　！ｌ！ＩＪＪｒ、成分を、粗面化された凹
凸部に含浸させるとともに凹凸部の上面に摺動層接層と
して配置する。そのためには摺動層成分を適当な分散液
、例えばジエチルアセトアミドとともに裏金上に塗布す
るか、あるいは乾燥状態の摺動層成分をロール等で裏金
上に加圧適用する２なお、この塗布等の段階ではポリイ
ミドおよびポリアミドイミド等の樹脂成分は溶剤を含有
していることが多い。この溶剤は分散液とともに次の乾
燥段階で蒸発せしめられる。乾燥は樹脂の種類により温
度が異なるが、一般に６０〜１２０℃の温度で行なわれ
る。この段階で摺動層の厚さは２０〜１００μｍとなる
。続いて、上下のロール間を裏金を通過せしめることに
より摺動層成分を裏金に強固に保持せしめる。さらに高
温で焼成を行なって樹脂を硬化させる。この焼成は樹脂
の種類により温度が異なるが、一般に１５０〜３００℃
の温度で行なわれる。次に摺動層付の裏金を所定形状に
成形する。ブシュ等に使用する場合は摺動層が内側にな
るように裏金を円形に曲げ加工し、その後、ハウジング
に裏金を圧入して、最後に内面切削を行ない所定寸法に
摺動層を仕上げることが一般的である。ポリイミドおよ
びポリアミドイミドは、四弗化ポリエチレンと異なり厚
く塗布できるため、仕上代をとっても充分な摺動層を残
すことができる。

慴動Ｂ’）が１００〜３００μｍと厚い場合あるいは成
形の内径寸法が小さい場合は、上記工程の中で焼成と成
形の前後を入れ替えることにより、乾燥後の柔軟な状態
の摺動層付き裏金を曲げ加工し、その後焼成を行なって
摺動層の割れを防止する必要がある。

ソリッド摺動材料の場合は、摺動材料成分および溶剤と
ともに混錬、成形し、次に焼成を行う。

ソリッド摺動材料の厚さは通常０．５〜１０ｍｍであり
、その他の寸法は組込む機械により決められる。

〔作　用〕

グラファイトを結合するポリイミドおよびポリアミドイ
ミドはそれ自体耐熱性が優れているが、これに！ｐ、擦
特性が優れたグラファイトを比較的多量に混合すること
により、放熱性の改善がなされることとなり、副成分と
して配合される特定の固体潤滑剤との相乗作用により、
耐熱性、摩擦特性、耐摩耗性、耐焼付性などを優れたも
のにすることができる。

ポリイミドおよびポリアミドイミドはそれ自体可どう性
が優れているので、かかる樹脂を結合剤として比較的多
量のグラファイトを結合することにより、耐荷重性が優
れたものとなり、高荷重領域までの使用が可能になった
。

ポリイミドおよびポリアミドイミドは耐熱性が非常に優
れた樹脂であるため、強度が強く高温下で流動を起さな
いという性質を有し、樹脂の中では耐摩耗性に優れてい
るが、摩擦特性に劣っており、このため、特に摺動条件
が過酷な場合には。

摺動表面の局部的な摺動熱で摩耗が進行しやすいが、こ
れと比較的多量のグラファイトを組合せ、主成分とする
と、グラファイトの放熱性に゛より、局部的な摺動熱を
摺動表面下へと伝熱し、グラファイトの比較的良好な摩
擦特性とも複合作用し。

−層優れた耐摩耗性を実現する。

このグラファイトによる放熱等での摩耗防止の作用をよ
り詳しく述入ると、グラファイトの放熱により、添加さ
れている樹脂の高温での強度低下や摺動表面での局部的
な樹脂の熱分解を防止するとともに、補助的にグラファ
イト自体の低摩擦性を有効に引き出し、摺動表面でのグ
ラファイトの面積量とも相まって、摺動熱の発生自体を
抑えることができる。これにより相乗的に他の成分、特
に樹脂成分の摩耗進行を防止し、この樹脂成分で保持さ
れているグラファイト等の成分の脱落摩耗等をも防止で
き、グラファイトの保持力を効果的に維持できるため放
熱効果等も維持できることとなる。しかも、本発明の摺
動材料では、このグラファイトが比較的多量に添加され
ていることにより、使用初期に発生する初期摩耗におい
て、グラファイトのごく一部が相手軸の表面に移着し易
くなり、−旦移着したグラファイトは一種の保護膜とし
て作用することとなり、その後の摺動材料の摩耗が進行
するのを妨げることとなり、−層耐摩耗性の向上に寄与
する。このことは相手軸の摩耗防止をも期待できること
となる。

そして特定の固体潤滑剤の添加によって、境界潤滑およ
び混合潤滑条件下ですぐれた性能を達成する。

さらに、オイルを適正量配合すると、潤滑性等がさらに
向上する。

〔実施例〕以下、さらに実施例により本発明を説明する。

表１に示す組成の摺動層を調製すべく、ポリイミド、ポ
リアミドイミド、グラファイト（面間隔ｄ　（２，、）
＝３．４Ａ、最大粒径７０＃ｍ、粉末粒度−２００メツ
シユ）、および、ＰＴＦＥ、Ｍ。

Ｓ２．ＢＮを予め用意した。さらに、オイル（シリコン
油）も予め用意した。

一方、裏金として１４０ｎｎ＋Ｘ１．５ｍｍの普通鋼板
を、またその上に形成する粗面化部用の青銅粉末（Ｓｎ
１０％含有、＋８０、−１５０メツシユ）を、それぞれ
用意した。裏金を脱脂後、青銅粉末を裏金面積ｄ当り０
．０５〜０．１ｇ裏金上に配置しその後８３０〜８５０
℃で焼成を行なって粗面化部を形成した。粗面化部の厚
さは約１５０４ｍであり、青銅の比重に基づいて計算し
た気孔率は４０〜８０％であった。

摺動層成分は溶剤とともに十分に混合した後、粗面化部
への含浸を行ない、１００℃で乾燥し、続いて冷間状態
で圧下して摺動層成分を固め、最後に２５０℃で焼成を
行ない、厚さが約８０ｐｍの摺動／ｌ’ｌを形成して、
バイメタル材試料とした。オイルを配合するものは、所
定８景をグラファイトと混合し、グラファイトにオイル
の少なくとも一部を含有させた後、他の成分と溶剤と混
合を行ったものと、摺動層成分を混合した後に、オイル
を添加混合したものと５オイルの所定屋の一部を、グラ
ファイトと混合・含有し、他の成分と混合した後、オイ
ルの残量を添加混合したものを、それぞれ用意し、グラ
ファイトへのオイルの配合割合を変化させたものを用い
た。

さらに、オイルを含浸させるため、所定材料を混合成形
した後（軸受形状とした後でも可）油中にて、加温また
は減圧下あるいは加温・減圧下で所定時間おき、材料表
面のグラファイトにオイルを吸着させて含油した摺動材
料を製造した。

また、上記摺動材成分と同一のものを成型し、２５０℃
で焼成し、厚さが４ｍのソリッド材試料を調製した。

円筒平板式摩擦摩耗試験機を用い摺動材料供試料の平面
を周速度が５ｍ、／ｓｅｃで回転する５５５Ｃ焼人材製
試験軸にｌｏｋｇの荷重で接触させ、試験軸表面にオイ
ル−面塗布した後６０分間、回転と接触を継続させ摩擦
係数（滑り距離１ｋｍ以上ではほぼ一定になった）と摩
耗量を調べた。

バイメタル材の結果を第１表に示す。

表中、ＰＩはポリイミド、ＦＡＩはポリアミドイミド、
Ｏｒはグラファイトを、それぞれ、意味する。また組成
は、オイルについては、他の材料組成物を１．　ＯＯ容
量％とした時の容量百分率で示しである。

なお、表中、本発明でオイルを配合した摺動材料におけ
るグラファイトへのオイル配合割合は、９５％のものを
記載した。

比較例２１．２２は、グラファイトを少量と。

ＰＴＦＥを３０％以上添加した例であり、耐摩耗性に劣
り、比較例２３．２４は、グラファイトを少量と、ＰＴ
ＦＥおよびＭｏＳ、を少量添加した例であり、摩擦特性
の悪いＰＩ、ＦＡＩが多く、♂動熱によって進行するＰ
ｆ、耗も発生するため、摩擦係数・耐摩耗性ともに劣り
、比較例２５．２６は、フェノール樹脂を使用した例で
あり、ＰＩ。

ＦＡＩと比較して耐熱性が低いために、樹脂分解により
耐摩耗性がかなり劣る。

これに対し、本発明の摺動材料は、耐摩耗性と摩擦係数
がバランスよく優れている。

また、グラファイトに含有されるオイルの割合を１本発
明の材料について変化させ試験すると、表中で用いた材
料より配合割合を多くすると耐摩耗性が向上し、割合を
少なくすると摩擦係数の向上が達成でき、何れの材料も
比較材に対し耐摩耗性と摩擦係数がバランスよく優れて
いていることが判った。

また、本発明でソリッド材の摺動材料を同様に試験する
と、比較材のソリッド材は勿論のこと、比較材のバイメ
タル材に対しても、耐摩耗性と摩擦係数がバランスよく
優れていていた。そして、本発明の同一組成のバイメタ
ル材に対しては、摩擦係数は実質的に同一であり、耐摩
耗性は本発明のバイメタル材のほうがわずかに優れる結
果が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によると耐焼付性、耐摩耗性およびＳ擦特性がバ
ランスよく優れた摺動材料が提供される。

本発明の摺動材料は、特に、クーラー用コンプレッサ、
ミッション、ターボチャージャー、スーパーチャージャ
ー、ウォーターポンプ、エンジン等およびパワーステア
リングの各種軸受、シール部材の境界潤滑条件下あるい
は混合潤滑条件下で優れた性能を特徴する

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３０重量％を越え６０重量％以下のグラファイト
と、１重量％以上ないし３０重量％以下の四弗化ポリエ
チレン、ＭｏＳ＿２、およびＢＮの少なくとも１種から
なる固体潤滑剤と、残部１０重量％以上ないし６９重量
％未満のポリイミドおよびポリアミドイミドの少なくと
も１種からなることを特徴とする摺動材料。
（２）３０重量％を越え６０重量％以下のグラファイト
と、１重量％以上ないし３０重量％以下の四弗化ポリエ
チレン、ＭｏＳ＿２、およびＢＮの少なくとも１種から
なる固体潤滑剤と、残部１０重量％以上ないし６９重量
％未満のポリイミドおよびポリアミドイミドの少なくと
も１種からなる材料組成物の１００容量％に対し、オイ
ルの使用量を０．１容量％ないし１０容量％としたこと
を特徴とする摺動材料。