JPH0488209A

JPH0488209A - 摺動材料

Info

Publication number: JPH0488209A
Application number: JP2201247A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kawakami; 真也川上; Shinichi Mizuguchi; 水口　慎一
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JP3026269B2

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、クーラー用コンプレッサの軸受、ウォー
ターポンプ用軸受、オートマチイックトランスミッショ
ン用ブシュ・ワッシャ、ターボチャージャままたはスー
パーチャジャ用軸受、パワーステアリング用軸受、シー
ル部材等に使用される芳香族ポリアミドイミド系摺動材
料に関するものである。

（従来の技術）芳香族ポリイミドおよびポリアミドイミド樹脂は耐熱性
および機械的性質に優れているために、摺動材料として
広く使用されている。しかしながら、これら樹脂のみで
は摺動特性向上に限界があるために、本出願人は特開平
１−２６１５１４号公報において、グラファイト、二硫
化モリブデン、フッ素樹脂、クレーなどの添加により摩
擦特性を向上する提案をした。

また、摺動特性を向上する提案の一つに特開昭６２−８
４１５号があり、この公報の発明は芳香族ポリアミドイ
ミド樹脂と、ベルバール■（鐘紡社登録商標）などのフ
ェノール樹脂を配合し、加熱溶融することにより潤滑性
、耐摩耗性、耐薬品性などを改良した組成物を提案する
。なお、ベルバール■については「高分子加工」３５巻
１号２４〜２５頁に解説記事がある。

（発明が解決しようとする課題）ポリイミドまたはポリアミアミドイミド樹脂にクレーや
グラファイトを添加した従来の摺動材料では、グラファ
イトが摺動中に砕けることによってなじみ性や摩擦特性
が悪化し、またクレーが摺動中に摺動材料から脱落する
ことにより摺動特性が変動する等の問題があることが分
かった。また、これらの添加剤が軟鋼、アルミニウム合
金、銅合金等の比較的硬さが低い相手材を摩耗するとい
う問題も発生した。

一方、芳香族ポリアミドイミドとフェノール樹脂を加熱
溶融した摺動材料では、加熱溶融による収縮の際に樹脂
組成物中に空孔が発生し易く、これにともない摺動特性
が期待したほどにはならないきらいがあった。

したがって、本発明はポリアミドイミド系摺動材料の樹
脂組成を改良して、上記問題を解消するとともに、従来
公知の添加物を添加することによっても相手材の摩耗な
どを招かず、摺動特性の一層の改良を図ることができる
摺動材料を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、芳香族ポリアミドイミド中に、実質的に単離
した球形状を有し、熱処理されたフェノール樹脂粒子を
分散したことを特徴とする第１の摺動材料、第１の摺動材料に１〜６０％（百分率は特に断らない限
り重量％である）のカーボンを添加した第２の摺動材料
、第１または第２の摺動材料に、０．５〜２０重量％の硬
質添加剤（クレー、アルミナ、シリカ、ムライトなど）
を添加した第３の摺動材料、第１〜第３のいずれかの摺
動材料に０．５〜３０％の固体潤滑材（ＰＴＦＥ、フッ
素樹脂（ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥなど）　、ＭｏＳ、
、ＢＮ、ｐｂ、酸化ｐｂ、硫化ｐｂ等を添加した第４の
摺動材料、第１〜第４のいずれかの摺動材料に０．１〜１０容量％
のオイルを添加した第５の摺動材料を提供する。

以下、本発明の詳細な説明する。

芳香族ポリアミドイミドはポリイミドに比較して耐熱性
が劣るが、引張強度、伸び、曲げ強度、衝撃特性の点で
はポリイミドよりすぐれている。

すなわち、摩耗特性において重要な因子となる多くの機
械特性はポリアミドイミドがポリイミドより優れている
ので、本発明ではポリアミドイミドを樹脂の基本成分と
する。

芳香族ポリアミドイミドは但し、Ｒ，は少なくとも１つのベンゼン環を含む芳香族
基、Ｒ２は水素、メチル基またはフェニル基、Ｒ１は少なくとも１つのベンゼン環を含む芳香族基、で表される構造を有するものである。

芳香族ポリアミドイミドは粉末状あるいは液状のフェス
のいずれでも使用することができる。芳香族ポリアミド
イミドの含有量が２０％未満であると、機械的強度が不
十分であり、一方９５％を超えると、摩擦係数が高くな
りまた耐摩耗性が低くなるので、芳香族ポリアミドイミ
・ドの含有量は２０〜９５％が好ましい、芳香族ポリア
ミドイミドのより好ましい含有量は３５〜７５％である
。

樹脂成分の残部は、芳香族ポリアミドイミドのなじみ性
、摩擦係数、耐摩耗性、摩擦の安定性を改良するフェノ
ール樹脂等の熱処理粒子である。但し、この粒子は、樹
脂な熱処理した粒子であり、かつ実質的に単離した形状
を有することが必要である０本発明において、フェノー
ル樹脂のほかにメラミン樹脂などの熱硬化性樹脂を好適
な熱処理粒子として使用できる。使用可能な熱硬化樹脂
としては他にフラン樹脂があり、これら樹脂は熱処理等
を施して、実質的に単離した形状を有する粒子とすれば
よい。本発明では実質的に単離されている粒子は樹脂組
成物中で粒子が個々に単独粒子に分離されて分散し、か
つ非分離の凝集した粒子よりも摺動面での露出量が多（
なる結果、フェノール樹脂等の熱処理粒子の摺動特性改
良の効果が十分に発揮される。また、凝集した粒子は摺
動中に単離する結果、相手軸への凝着や摩擦係数の変動
が起き易く、またなじみ性が不良になる。このような傾
向は一次粒子の平均粒径より大きい粒子（−次粒子）が
凝集している場合に顕著になる。従って、本発明におい
ては一次粒子は出来るだけ多くの割合で単離しているこ
とが必要である。単離の程度、即ち凝集が少ない程度は
次式％式％Ｎａ１１次粒子の平均粒径より大きい粉末の個数Ｎｂ：Ｎａ個の粉末中単離している粒子の個数但し、−次粒子の平均粒子径より大きい単離粒子に平均
粒子径より小さい粒子が付着している時は、平均粒子径
が大きい粒子の個数なＮａとして数える。なお、−次粒
子とは粉末製造工程で最初に粉末として生成された粒子
であり、理論的な粉末としての最小構成粒子である。

本発明では、−次粒子の平均粒子径は通常１〜１００μ
ｍのものを利用するとよい。

本発明において、熱処理粒子の単離度Ｐは、０．２以上
、特に０．３以上であることが好ましい。より好ましく
は、単離度Ｐが、０．４〜０゜８５とするとよい、０．
８５を越える単離度Ｐとするには、粒子を得る製造コス
トが非常に大きくなる。なお単離度Ｐは１以下である。

本発明において芳香族ポリアミドイミド中に配合される
粒子が、熱処理されたものである理由を説明する。例え
ば熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂は、樹脂組成物の
配合、成形あるいは熱処理時に該組成物に加えられる温
度と同程度以上の温度で熱処理され、硬化していること
が必要である。このような熱処理の結果、成形等の際に
フェノール樹脂からホルムアルデヒドや水がほとんど生
成しなくなり、結果として気孔が少なく、強度や耐摩耗
性が良好になる。一方、未硬化のフェノール樹脂を使用
すると、フェノール樹脂からホルムアルデヒドと水が発
生し、空孔がフェノール樹脂と芳香族ポリアミドイミド
の界面に形成され易いために、樹脂組成物全体の強度低
下や、フェノール樹脂と芳香族ポリアミドイミドの結合
力が低下する。実質的に単離した球形状を有し、熱処理
されているフェノール樹脂としては、ベルバール■（鐘
紡社登録商標）の中で二次凝集が少ない熱不融性タイプ
（Ｒタイプ）を熱処理したもの、あるいは不溶融性樹脂
を３００〜２０００℃、好ましくは、３００〜１２００
℃で熱処理したもの（Ｈ，Ｃタイプ）を使用することが
できる。

方、溶融→硬化型（Ｓタイプ）は使用することができな
い０本発明で使用可能な樹脂の熱処理粒子としては、他
に、ユニペックス（ユニチカ社登録商標）の中で二次凝
集が少ない熱不融性タイプ（Ｃ，ＣＸタイプ）を熱処理
したもの、あるいは、熱不融性樹脂を３００℃以上で熱
処理したもの（ＧＣＰ−Ｌ、ＣＣＰ−Ｈタイプ）があり
、これらを用いた場合にも、実質的に単離した熱処理粒
子を得やすく、単離度Ｐを０．６〜０．８に容易に制御
することができる。以下、本項の説明では「実質的に単
離している樹脂の熱処理粒子」を単離熱処理粒子と略称
する。

単離熱処理粒子の含有量は５〜８．０％が好ましい、単
離熱処理粒子は含有量が５％未満では摺動特性改良に有
効ではなく、８０％を超えると機械的性質が悪化する。

単離熱処理粒子の好ましい含有量は１５〜５０％である
。

単離熱処理粒子の熱処理温度は一般に３００℃以上であ
ることが好ましい、相手材が軟質である場合は熱処理温
度は３００〜５００℃の比較的低温範囲が好ましく、相
手材による摩耗に対する耐摩耗性が要求される時は熱処
理温度は６００℃以上が好ましい。

続いて、第２〜第５の摺動材料の構成を説明する。

カーボンは耐摩耗性を向上させかつ摩擦係数を低下する
。カーボンとしては、カーボンブラック、コークス粉末
、ガラス状カーボンなどの非晶質カーボンと、人造黒鉛
あるいは天然黒鉛（グラファイト）などの結晶質カーボ
ンのいずれでも使用することができるが、耐摩耗性は非
晶質カーボンが良好であり、摩擦特性は結晶質カーボン
が良好であるので、用途によりこれらを使い分けする。

カーボンの含有量が１％未満であると、耐摩耗性と摩擦
特性向上に効果がなく、一方６０％を超えると、機械的
強度が低下し、またカーボンの脱落による摩擦係数の不
安定化を招き易いのでカーボン含有量は１〜５０％であ
ることが必要である。カーボンの好ましい含有量は５〜
５０％である。カーボンの平均粒径は２５０ｕｍ以下で
あることが好ましい。平均粒径が２５０ｕｍを超える粗
大カーボンは同一含有量で比較すると摺動面での露出面
積が微細カーボンより少な（なり、摺動特性向上に有効
ではない。カーボンの好ましい平均粒径は１０〜４０μ
ｍである。

第３の摺動材料において摩擦調整剤は主として耐摩耗性
を向上させるために添加される。摩擦調整剤としては、
クレー、アルミナ、ムライト、シリカなどの無機化合物
を使用することができる。

摩擦調整剤は含有量が０．５％未満であると耐摩耗性向
上に効果がなく、一方２０％を超えると相手材を摩耗し
易くなりまた機械的強度が低下するので、０．５〜２０
％の含有量範囲が必要である。摩擦調整剤の好ましい含
有量は５〜２０％である。第４の摺動材料において固体
潤滑剤は摩擦係数を低下させるために添加される。固体
潤滑剤としでは、ＰＴＦＥ、フッ素樹脂（ＰＦＡ。

ＦＥＰ、ＥＴＦＥなど）　、ＭｏＳ、、ＢＮ、　Ｐｂ、
酸化ｐｂ、硫化ｐｂ等を使用することができる。

ＰＴＦＥとしては、結晶質ＰＴＦＥ　（例＾ばデュポン
社製テフロン（登録商標）の商品名ＴＦＨなと）や、非
晶質ＰＴＦＥ　（例えばデュポン社製テフロン（登録商
標）の商品名ＡＦなど）を用いることができる。固体潤
滑剤は含有量が０．５％未満であると摩擦係数低下の効
果がなく、一方３０％を超えると機械的強度と耐摩耗性
の低下を招くので、０．５〜３０％の含有量範囲内でな
ければならない、固体潤滑剤の好ましい含有量は５〜２
０％である。

第５の摺動材料においてオイルは摩擦係数を低下させま
た摩擦力を安定化するために添加される。オイルとして
は、シリコン油、機械油、タービン油、鉱物油などを使
用することができる。オイルは（オイル以外の成分を１
００％とする）外掛けで含有量が０．１％容量未満であ
ると摺動特性向上に効果がなく、一方１ｏ容量％を超え
ると強度、耐熱性と耐摩耗性の低下を招くので、０゜１
〜ｌＯ％の含有量範囲内でなければならない。

オイルの好ましい含有量は１〜５％である。

上記以外の添加成分の他に、強化材料としてカーボン繊
維、芳香族ポリアミド繊維、ＳｉＣウィスカ、チタン酸
カリウム繊維などを必要に応じて添加してもよい。

本発明の摺動材料を裏金付き軸受に製造するには、上記
した溶剤を含んだ液状の芳香族ポリアミドイミドとフェ
ノール樹脂等の熱処理粒子を混合し、必要により添加剤
を樹脂に加えて十分に混合する。得られた混合物を青銅
粉末などを焼付けた裏金等の表面に含浸させて摺動層と
し、乾燥を行い続いて摺動層を圧下し固め、最後に２５
０℃程度で焼成を行う、また、本発明の摺動材料をソリ
ッド軸受にするには、粉末状の芳香族ポリアミドイミド
樹脂とフェノール樹脂等の熱処理粒子を混合し、加熱し
ながら混練し、その後粉砕して作成した成形用樹脂組成
物粉末（ペレット状など）を圧縮成形あるいは射出成形
により加工し、必要に応じさらに熱処理を加える。

（作用）ポリアミドイミドに添加する樹脂の構成を種々変えて摺
動特性を測定した結果を表１に示す０表中、「単離、熱
処理Ｊのフェノール樹脂はベルバール■（鐘紡社登録商
標）のＨ−３００（不活性ガス中３００℃で熱処理した
もの）である。単離度Ｐは０．４５、平均粒径は１９．
３μｍである。第１図は本発明の摺動材料に含有される
フェノール樹脂の粒子の構造を示しく倍率５００倍）、
第２図に摺動材料に添加される前の粒子の構造を示す。

また、「凝集、未熱処理」のフェノール樹脂はベルバー
ル■のＲ−９００である。単離度Ｐは０．１、平均粒径
は凝集が生じているためにＨ３Ｏ０より大きくなってお
り４２μｍである。

このフェノール樹脂粒子の粒子構造は一次粒子が多数凝
集したものとなっている。一方、「凝集、熱処理」のフ
ェノール樹脂はベルバール■のＲ−９００を不活性ガス
中３００℃で熱処理したものである。単離度Ｐは０．１
、平均粒径は４２μｍである。この「凝集、熱処理」の
フェノール樹脂粒子の粒子構造は、第３図に示す如くか
なり複雑な凹凸をもつ凝集して一部が結合した粒子とな
っており、これを芳香族ポリアミドイミドに混合して摺
動材料の形態にした場合においても、第４図に示す如く
混合前の粒子と同様な凝集した粒子構造となっている。

ここで、ポリアミドイミドは、日立化成社製ＨＩ４００
　（液状）である。摩耗量および摩擦係数測定方法およ
び条件は実施例のものと同じである。

（以下余白）表１より、フェノール樹脂の単離が凝集と比べて、また
熱処理が未熱処理と比べて耐摩耗性および摩擦特性に関
しそれぞれ優れた効果をもつことが明らかである。

このように摺動特性が改良されるので、グラファイト、
クレーなどの添加剤を使用しなくとも十分な摺動特性が
得られ、また相手材がアルミニウム合金等の軟質材料で
ある時は添加剤を使用しないことにより相手材の摩耗を
避けることも可能になった。

また、本発明においては、芳香族ポリアミドイミドとフ
ェノ−、ル樹脂から構成される樹脂マトリックスは空孔
なとがなく十分に強化されている。この結果、グラファ
イト、クレー等の添加剤が樹脂マトリックスに強固に保
持され、摺動中に脱落して相手材を摩耗させることが少
ない。したがって、耐摩耗性、低摩擦性などが特に要求
される時は、相手材の摩耗について従来はどの懸念を抱
かずに、添加剤を使用することができる。

以下実施例により本発明の詳細な説明する。

（実施例）表２〜７の摺動層を調製すべく、芳香族ポリアミドイミ
ド（日立化成社製ＨＩ４００）、フェノール樹脂、ＰＴ
ＦＥ　（ゲル化パウダー）、カーボン（人造黒鉛）、ク
レー（カオリン粘土）、シリカ（無定形シリカ、粉末粒
度−３２５メツシユ）　アルミナ（粉末粒度−３２５メ
ツシユ）、オイル（シリコンオイル）　、Ｍｏ５２（粉
末の平均粒径２　ｇｍ）　、　ＷＳ＊　　（粉末粒度−
３２５メツシユ）　、ＢＮ　（粉末粒度−３２５メツシ
ユ）　、　ｐｂ（粉末粒度−２００メツシユ）を用意し
た。

フェノール樹脂は特に断らない限り、ベルバール■のＨ
３Ｏ０（３００℃熱処理品）を使用した。

一方、裏金として１４０ｍｍＸ１．５ｍｍの普通鋼板を
、またその上に形成する粗面化部用青銅粉末（Ｓｎ１０
％含有、＋８０メツシユ、−１５０メツシユ）をそれぞ
れ用意した。裏金を脱脂した後青銅粉末を裏金面積ｃｍ
”当たり０，０５〜Ｉｇ裏金に配置し、その後８３０〜
８５０℃で焼成を行って粗面化部を形成した。粗面化部
の厚さは約１５０μｍ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。

摺動材料成分は溶剤とともに十分混合した後、粗面化部
へ含浸し、１００℃で乾燥し、続いて冷間状態で圧下し
、最後に２５０℃で焼成し、厚みが約８０μｍの摺動層
を形成した。

得られたバイメタル状試験片を以下のように試験した。

パラフィンオイル洛中に半分まで浸漬した軸（Ｓ　４５
　Ｃ焼入れ材）を０．２ｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、
試験片を軸の円筒面に１０ｋｇの荷重で押し付け、この
状態を３時間継続した後、試験片の全摩耗量、平均の摩
擦係数、試験期間中の最大摩擦力と最小摩擦力の差（す
なわち、摩擦力変動）を求めた。

摩擦力変動は主として添加剤粒子やフェノール樹脂粒子
が摺動面で試験片から脱落することにより、摩擦係数が
変動することに起因する。摩擦力変動が起こると、これ
と同時に焼付き、相手材の異常摩耗などが起こり易いの
で、これらの不良に対する摺動材料の抵抗性を評価する
指標として、摩擦力変動を求めた。

表２〜５に各組成の試験結果を示す。

表２は第１の摺動材料（Ｎｏ、１〜１３）、第２の摺動
材料（Ｎｏ、１４〜３０）のそれぞれ実施例、表３はベ
ース樹脂および・またはフェノール樹脂を本発明のもの
と変えた比較例、表４、表５は第２〜第５の摺動材料の実施例、表６は第
１、第２、第３の摺動材料について単離度（Ｐ）を変化
させた実施例および比較例である。

各試料より本発明実施例では特に下記比較例と比較する
ことにより摺動特性が優れていることが明らかである。

試料３１〜３３−フェノール樹脂の構造が本発明のもの
に特定されていないと、耐摩耗性が不良である。

試料３４−ビスマレイドポリイミドと未熟処理のフェノ
ール樹脂を使用すると、耐摩耗性が極めて悪い。

試料３５−芳香族ポリイミドと未熱処理のフェノール樹
脂を使用すると、耐摩耗性が著しく悪い。

試料３６−ポリアミドとポリアミドイミドを併用し、添
加物を使用すると、摩擦力の変動が大きく、また耐摩耗
性が悪い。

試料１０６〜１０７−フェノール樹脂が凝集していると
、耐摩耗性、摩擦係数および摩擦の安定性が不良である
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の摺動材料は芳香族ポリア
ミドイミドと特定溝道のフェノール樹脂を基本成分とし
て構成した。この摺動材料は、従来の同種材料と比較し
て、耐摩耗性、低摩擦係数、摩擦の安定性、なじみ性等
の総合性能が優れており、境界潤滑条件下において使用
される摺動部材に使用され、優れた特性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の摺動材料に含有されるフェノール樹脂
、の粒子の構造を示す写真（倍率５００倍）、第２図は第１図のフェノール樹脂が摺動材料に添加され
る前の粒子の構造を示す写真、第３図は。凝集し、熱処理されたフェノール樹脂が芳香族ポリアミドイミドと混合される前の粒子構造
を示す写真、第４図は第３図のフェノール樹脂が混合された後の粒子
構造を示す写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１、芳香族ポリアミドイミド中に、実質的に単離してい
る樹脂の熱処理粒子５〜８０重量％を分散したことを特
徴とする摺動材料。２、１〜６０重量％のカーボンをさらに含有し、かつ芳
香族ポリアミドイミドが２０重量％以上となるように前
記熱処理粒子を分散させたことを特徴とする請求項１記
載の摺動材料。３、０．５〜２０重量の摩擦調整剤をさらに含有し、か
つ芳香族ポリアミドイミドが２０重量％以上となるよう
に前記熱処理粒子を分散させたことを特徴とする請求項
１または２記載の摺動材料。４、０．５〜３０重量％の固体潤滑剤をさらに含有し、
かつ芳香族ポリアミドイミドが２０重量％以上となるよ
うに前記熱処理粒子を分散させたことを特徴とする請求
項１から３までのいずれか１項記載の摺動材料。５、外掛けで０．１〜１０容量％のオイルをさらに含有
させたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか
１項記載の摺動材料。