JPH0826230B2 - 油含有複合加熱体、その製造方法および高速移動体用走路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油含有複合加熱体、その製造方法および高速
移動体用走路に係り、特にフッ素樹脂、無機物質及び耐
熱性樹脂からなる多孔質の複合加熱体の空隙中に油状物
質を初期混合または含浸などの方法で含有させ、アルミ
ニウム、ゴム製品等の難摺動部に対して潤滑性を付与す
ることができる油含有複合加熱体およびその製造方法、
並びにリニアモーターカーや航空機等の高速移動体のゴ
ムタイヤの摩耗を防止する高速移動体用走路に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 従来より、リニアモーターカーや航空機のゴムタイヤ
のように、高速の摩擦現象に対応せねばならないという
本来、ゴム製品に求められる性質を遥かに越えた使用環
境での利用が現実に行われている。

このような使用環境下でのゴム製品のゴムの特性は、
従来のすべり防止という機能と共にゴムの摩耗防止や発
熱に伴うゴムの破壊を防止する目的で摺動性、すなわち
低い摩擦係数を具有する必要がある。このように、従来
の単機能から、複合機能化がゴム製品に要求されてい
る。

一方、リニアモーターカーや航空機のような安全性が
極めて重要視されるケースに関しては、数百回程度の着
陸により、ゴムタイヤを交換しなければならず、経済性
が悪い、という問題がある。

従来の難摺動部に対して潤滑性を付与する方法として
は、四フッ化エチレン樹脂（PTFE）、二硫化モリブデ
ン、カーボン、炭化物等の固体を用いた固体潤滑方法、
潤滑油を用いた液体潤滑方法、ベアリング等の部品を用
いた機械的な方法とさまざまな方法があり、多くの産業
分野に活用されている。従来の潤滑性を付与するための
製品（摺動製品）は金属を相手材として考えられている
ものが多いが、アルミニウムのように軟らかい金属の場
合には、著しく金属側が摩耗することになる。また、相
手材が樹脂の場合は、摺動させたときに樹脂の表面に多
数の傷が発生して摺動製品としての性能を果たすことが
出来なくなる。そして、相手材がゴム製品の場合は、従
来の摺動製品では摩擦係数を十分に低減することは困難
である。また、ボールベアリングは性能面で最も優れて
いる摺動製品であるが、価格の点では他の摺動製品に比
べて高価である。安価な摺動製品では、潤滑油を含有し
た焼結金属等があるが、性能面では前述したように多く
の金属素材に関してはある程度の摺動性能を発揮する
が、軟らかい金属、ゴム等に関しては十分な性能を発揮
していない。このように現在の摺動製品は性能面、価格
面の両方を満足するものがないのが現状である。

本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、難摺動物
と呼ばれる軟質のゴム、プラスチツク、アルミニウムな
どの摺動製品に対して安価でかつ充分な摺動性能を発揮
することができる油含有複合加熱体を提供することを目
的とする。

また、本発明は、油含有複合加熱体の製造方法を提供
することを目的とする。

そして、本発明は、高速移動体のゴムタイヤの著しい
摩耗が発生しないようにすると共に走行路面が保護され
るようにした高速移動体用走路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〕

上記目的を達成するために本発明の油含有複合加熱体
は、網状のフッ素樹脂とフッ素樹脂を除く網状の耐熱性
樹脂とが相互に介入しかつ平均粒径が１〜２μｍで真球
度0.9以上の形状を有する無機物質を含有した相互介入
網目構造から成り、該相互介入網目構造の空隙内に油状
物質を含有させるようにしたものである。

フッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチ
レン−パーフルオロアルキル共重合体、四フッ化エチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体の群から少なく
とも１種選んで使用することができる。

無機物質は金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金
属硫化物、純金属、合金、グラフアイトの群から少なく
とも１種選んで使用することができる。

金属酸化物はアルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニ
ア、カルシア、酸化マグネシウム、酸化モリブデン、酸
化亜鉛の群から少なくとも１種選んで使用することがで
きる。

金属窒化物は窒化ケイ素および窒化チタンの少なくと
も一方を使用することができる。

金属炭化物としては炭化ケイ素を使用することができ
る。

純金属は銅、銀、金、白金、バナジウム、モリブデ
ン、ニツケル、タングステンの群から少なくとも１種選
んで使用することができる。

合金はステンレス、真鍮、アルミニウム合金、マグネ
シウム合金の群から少なくとも１種選んで使用すること
ができる。

油状物質はフッ素系オイル、シリコーン系オイル、合
成潤滑油の群から少なくとも１種選んで使用することが
できる。

耐熱性樹脂はポリフエニレンサルフアイド、ポリアミ
ドイミド、ポリイミド、ポリエーテルサルフオン、ポリ
エーテルエーテルケトン、エポキシ樹脂、フエノール樹
脂、エステル樹脂の群から少なくとも１種選んで使用す
ることができる。

油状物質の添加量は体積換算比率で0.5〜20.0％の範
囲にすることができる。

上記の油含有複合加熱体は、フッ素樹脂、無機物質お
よびフッ素樹脂を除く耐熱性樹脂から成る混合物を加熱
して複合加熱体を形成した後、油状物質を含浸させるこ
とで製造することができる。

また、上記の油含有複合加熱体は、フッ素樹脂、無機
物質、フッ素樹脂を除く耐熱性樹脂および油状物質を混
合した後加熱することで製造することができる。

そして、本発明の高速移動体走路は、高速移動体のゴ
ムタイヤとの初期接触部に、上記の油含有複合加熱体を
配置したものである。

〔作用〕

本発明の油含有複合加熱体はフッ素樹脂とフッ素樹脂
を除く耐熱性樹脂とが、成形圧力、焼成等による加熱温
度により流動して網状となり、この網状フッ素樹脂と網
状耐熱性樹脂とが高度にかつ相互に絡み合いかつ無機物
質を含有した相互介入網目構造となっており、この相互
介入網目構造の空孔（空隙）内に油状物質を含浸等の方
法で混入、分散させ潤滑性能を著しく向上させたもので
ある。この相互介入網目構造は、加圧成形時の圧力、焼
成時等の温度、焼成時の雰囲気圧及びプレス圧を適当な
条件に保つことにより形成されるフッ素樹脂とフッ素樹
脂を除く耐熱性樹脂とが加圧流動または熱流動によって
網状に相互に絡み合った三次元網目構造である。第１図
に相互介入網目構造の一例を示す。図中１は無機物質、
２はフッ素樹脂、３はフッ素樹脂を除く耐熱性樹脂、４
は油状物質、５は空隙である。第１図に見られるように
網状のフッ素樹脂２とフッ素樹脂を除く網状の耐熱性樹
脂３とが無機物質を取り込みながら三次元の網目を形成
し、フッ素樹脂２同士の結合による網目とフッ素樹脂を
除く耐熱性樹脂３の網目とが高度にかつ相互に入り組ん
だ相互介入網目構造となっている。そして、フッ素樹脂
の網目と耐熱性樹脂の網目の間に存在する空隙５内に油
状物質４が初期の混合または複合加熱体の形成の後の含
浸等の操作により含有されている。

本発明では、フッ素樹脂と油状物質との潤滑性能の相
乗効果により界面での傷付き、スラツジの発生、界面で
の異常発熱による焼き付き等の問題が解決される。

本発明のフッ素樹脂は四フッ化エチレン樹脂（PTF
E）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキル共重合
体（PEF）、四フッ化エチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体（FEP）、エチレン−塩化三フッ化エチレ
ン共重合体、エチレン四フッ化エチレン共重合体、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリ塩化三フッ化エチレン共重合体
が使用できる。特に四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エ
チレン−パーフルオロアルキル共重合体、四フッ化エチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が適してい
る。

また無機物質としてはアルミナ、ジルコニア、カルシ
ア、チタニア、酸化亜鉛、シリカ、酸化マグネシウム、
酸化モリブデン等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化チタ
ン等の金属窒化物、炭化ケイ素等の金属炭化物、硫化ケ
イ素等の金属硫化物、銅、銀、金、白金、バナジウム、
モリブデン、ニツケル、タングステン等の純金属、ステ
ンレス、真鍮、アルミニウム合金、マグネシウム合金等
の合金、の粉末が使用できる。特に、アルミナ、ジルコ
ニアの粉末が適している。無機物質の粒径は、平均粒径
が１〜20μｍの範囲内であれば相手材への悪影響はほと
んどないが、相手材の摩耗を防止するためには最大粒径
が20μｍ以下であることが必要である。さらに無機物質
の形状については相手材の摩耗防止を最優先する観点か
ら、真球度0.9以上の球形であることが必要である。さ
らに本発明に使用する耐熱性樹脂としては、ポリフエニ
レンサルフアイド（PPS）、ポリアミドイミド、ポリイ
ミド、ポリエーテルサルフオン、ポリエーテルエーテル
ケトン（PEEK）、エポキシ樹脂、フエノール樹脂、エス
テル樹脂が使用可能である。特にポリフエニレンサルフ
アイドとポリアミドイミドを使用したものが優れた物性
を発現する。

油状物質としては、フッ素系オイル（パーフルオロア
ルキルオイル）、シリコーン系オイル（ジメチルシリコ
ーンオイル、メチルフエニルシリコーンオイル）、その
他各種機械油（有機酸エステル、炭化水素系の油、ポリ
グリコール、リン酸エステル、有機エーテル）等の潤滑
油全般の使用が可能である。その中でも、フッ素系オイ
ルが含浸性能、耐候性、耐薬品性、耐熱性の点で優れ、
適している。油状物質の含有量は体積換算比率で0.5〜2
0％の範囲内がよい。

油含有複合加熱体の製造方法としては、形成後の複合
加熱体の空隙内に油状物質を含浸する方法と一度に構成
物全部を混合して成形する方法との二通りの方法があ
る。含浸による方法では、含浸前の複合加熱体の空隙率
と空隙の大きさが問題である。油状物質の粘度とSP値に
よって若干、適正値は異なるが、空隙率が15〜30％の範
囲で、空隙の大きさは50〜200μｍ程度が最も好まし
い。空隙率及び空隙の大きさは複合加熱体を構成する成
分の粒径、初期圧力、焼成時圧力によって左右される
が、用途、要求物性に応じて任意に選択、設定すればよ
い。また一度に混合する方法では、上記の後で含浸する
方法に比較して工程数が減少するため、生産性が向上す
る。しかし、使用可能な油状物質には制限があり、フッ
素系オイルまたはシリコーン系オイルの２種類の油状物
質のみが使用可能である。通常の機械油等の油状物質で
は、分解温度が低く、複合加熱体の焼成の時に大多数が
分解してしまうため、油状物質の分解温度以上に加熱す
る場合は使用出来ない。

加工法には、特に制限はなく、ホツトプレス、粉末焼
結、射出成形法などが適用できる。油含有複合加熱体は
複合加熱体のの内部に油状物質の存在が可能な空隙が存
在することが必要であるため、必要以上の加圧圧力を作
用させることは望ましくない。材料の流動性、分散性等
により異なるが、成形に必要な圧力はフッ素樹脂、無機
物質、フッ素樹脂を除く耐熱性樹脂の混合物に対して50
〜800kg/cm²の圧力範囲で特に100〜350kg/cm²の範囲の
圧力が望ましい。その後フッ素樹脂、フッ素樹脂を除く
耐熱性樹脂の流動可能温度範囲で圧力が必要な場合は複
合加熱体のそりを防止する程度の圧力にとどめる方が複
合加熱体の空隙を消滅させないためには好ましい。ま
た、ホツトプレスで加工する場合は、フッ素樹脂を除く
耐熱性樹脂の流動可能温度以上で加圧圧力を30kg/cm²以
下に保つ必要がある。

油状物質の混入方法は、後で含浸する方法は、真空含
浸法、浸漬含浸法等特に制限はない。作業効率を考える
と、真空含浸法が適している。先に混入する場合は、フ
ッ素系オイルの場合には、フロンの中にフッ素系オイル
を10〜80wt％の範囲で混合したものを霧化して原料粉末
に混合する方法が最もよい。シリコーン系オイルについ
ても同様に芳香族有機溶剤（トルエン、キシレン、ケト
ン他）の中にシリコーン系オイルを分散し霧化混合を行
い、混入すれば良い。

また、リニアモーターカーの軌道資材や航空機の着陸
部に対しては、接着、ボルト止め、はめ込み、コンクリ
ートとの一体施工などの方法で油含有複合加熱体によっ
て軌道や滑走路等の走路を構成する。しかし構造体との
密着が充分に図られれば施工法に制限はない。この場
合、油含有複合加熱体は、走路の高速移動体のゴムタイ
ヤとの初期接触部に配置される。これにより、高速移動
体が着地した瞬間にのみゴムタイヤと油含有複合加熱体
とを接触させて著しい摩耗が発生するのを防止し、その
後通常の特性の走路と接触させることができる。またこ
の滑面形成体の強度の向上を図る方法として、ガラス強
化エポキシ板または金属板等の補強板や棒による裏打
ち、繊維強化、エポキシ樹脂等の含浸等の方法がある。

〔発明の効果〕

本発明は、フッ素樹脂の固体潤滑性と油状物質の液体
潤滑性とを具有しているため、両者の相乗効果により、
ゴム、プラスチツク、アルミニウム等の難摺動物に適し
た摺動製品を得ることができる。この油含有複合加熱体
は、製品自体で高い摺動特性を有しており、かつ後加工
で任意の形状に加工する事が可能であるため、ボールベ
アリング並またはそれ以上の摺動特性が得られると共に
低安価であるため製品全体のコストダウンを行うことが
できる、という効果が得られる。

また、本発明の高速移動体用走路では、リニアモータ
ーカーや航空機等の高速移動体に使用されているタイヤ
の著しい摩耗を防止することができると共に衝撃を吸収
して走行路面を保護することができる、という効果が得
られる。

〔実施例〕

実施例１ 一次粒径10μｍのPTFEパウダー、平均粒径2.5μｍの
アルミナ、PPSパウダーを重量比6:10:3で乾式で混合
し、70kg/cm²の圧力でタブレツトを成形した。このタブ
レツトに70kg/cm²の荷重をかけ、350℃の電気炉内で30
分焼成し複合加熱体を得た。この複合加熱体にフッ素系
オイルを真空含浸し、油含有複合加熱体を得た。この油
含有複合加熱体について、SUS304、アルミニウム、ウレ
タンゴム（ゴム硬度90）を相手材として、スラスト摩耗
試験を行った。比較のため、同様の試験を摺動特性が優
れている油含浸焼結金属とフッ素樹脂塗膜とについて行
った。その結果を表１に示す。

上記の表１に示されているようにSUS304のような硬い
素材の場合は油含浸焼結金属またはフッ素樹脂塗膜にお
いても良い摺動結果が得られたが、アルミニウム、ウレ
タンゴムのような難摺動部材の場合には油含浸複合体の
み良い結果が得られた。

実施例２ PTFEパウダー、平均粒径４μｍのアルミナ、ポリアミ
ドイミドパウダー、フッ素系オイルを重量比5:10:4:5で
フロンR113を分散媒体として湿式混合し、常温で200kg/
cm²の圧力でプレスし、金型内で330℃まで昇温し、10分
間保持して焼き固めて油含有複合加熱体を得た。この油
含有複合加熱体をゴムタイヤを相手材として、摩擦摩耗
試験機（特願平１−32251号）を使用して摩耗試験を行
った。なお、比較のため同様の試験をコンクリートにつ
いて行った。その結果を表２に示す。

上記の通り、油含有複合加熱体はコンクリートに比べ
て低摩擦化、ゴムの摩耗防止に著しく効果があり特にタ
イヤ摩耗量は30分の１以下になり摩耗低減効果が大であ
った。

第２図（１）〜（３）に油含有複合加熱体の形状を示
す。第２図（１）は板状油含有複合加熱体10を示すもの
である。第２図（２）は板状油含有複合加熱体10の側面
に凸部10Aと凹部10Bとを形成したものである。隣接する
板状油含有複合加熱体10の凸部10Aと凹部10Bとを嵌合さ
せて板状油含有複合加熱体を配列する。第２図（３）は
板状油含有複合加熱体10の側面に斜面12A、12Bを形成し
たものである。隣接する板状油含有複合加熱体10の斜面
12Aと斜面12Bとを接触させて板状油含有複合加熱体を配
列する。

第３図（１）〜（４）に補強された油含有複合加熱体
10を示す。第３図（１）は、金属、FRP等の補強板12を
接着層14によって接着したものであり、（２）は補強板
12と同材質の補強棒16を複数本接着したのである。第３
図（３）はガラスクロス、金網等の補強部材18を油含有
複合加熱体10に埋設したものである。第３図（４）は油
含有複合加熱体10と樹脂含浸層20とで一体に形成したも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の油含有複合加熱体の相互介入網目構造
の模式図、第２図（１）〜（３）は走路に使用される油
含有複合加熱体の斜視図、第３図（１）〜（４）は油含
有複合加熱体の強化法を説明するための斜視図である。 １……無機物質、 ２……フッ素樹脂、 ３……耐熱性樹脂、 ４……油状物質、 ５……空隙、 10……油含有複合加熱体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 武房 埼玉県川越市芳野台１丁目103番37 東京 シリコーン株式会社内 (72)発明者 吉村 孝彦 東京都千代田区神田美土代町１番地 住友 セメント株式会社内 (72)発明者 遠藤 三郎 東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−22862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−17965（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−112834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−129761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−87589（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】網状のフッ素樹脂とフッ素樹脂を除く網状
   の耐熱性樹脂とが相互に介入しかつ平均粒径が１〜２μ
   ｍで真球度0.9以上の形状を有する無機物質を含有した
   相互介入網目構造から成り、該相互介入網目構造の空隙
   内に油状物質を含有する油含有複合加熱体。
2. 【請求項２】前記フッ素樹脂が四フッ化エチレン樹脂、
   四フッ化エチレン−パーフルオロアルキル共重合体、四
   フッ化エチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体の
   群から選ばれた少なくとも１種である請求項（１）記載
   の油含有複合加熱体。
3. 【請求項３】前記無機物質が金属酸化物、金属窒化物、
   金属炭化物、金属硫化物、純金属、合金、グラフアイト
   の群から選ばれた少なくとも１種である請求項（１）記
   載の油含有複合加熱体。
4. 【請求項４】前記金属酸化物がアルミナ、ジルコニア、
   シリカ、チタニア、カルシア、酸化マグネシウム、酸化
   モリブデン、酸化亜鉛の群から選ばれた少なくとも１種
   である請求項（３）記載の油含有複合加熱体。
5. 【請求項５】前記金属窒化物が窒化ケイ素および窒化チ
   タンの少なくとも一方である請求項（３）記載の油含有
   複合加熱体。
6. 【請求項６】前記金属炭化物が炭化ケイ素である請求項
   （３）記載の油含有複合加熱体。
7. 【請求項７】前記純金属が銅、銀、金、白金、バナジウ
   ム、モリブデン、ニツケル、タングステンの群から選ば
   れた少なくとも１種である請求項（３）記載の油含有複
   合加熱体。
8. 【請求項８】前記合金がステンレス、真鍮、アルミニウ
   ム合金、マグネシウム合金の群から選ばれた少なくとも
   １種である請求項（３）記載の油含有複合加熱体。
9. 【請求項９】前記油状物質がフッ素系オイル、シリコー
   ン系オイル、合成潤滑油の群から選ばれた少なくとも１
   種である請求項（１）〜（８）のいずれか１項に記載の
   油含有複合加熱体。
10. 【請求項１０】前記耐熱性樹脂がポリフエニレンサルフ
    アイド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテル
    サルフオン、ポリエーテルエーテルケトン、エポキシ樹
    脂、フエノール樹脂、エステル樹脂の群から選ばれた少
    なくとも１種である請求項（１）〜（９）のいずれか１
    項に記載の油含有複合加熱体。
11. 【請求項１１】前記油状物質の含有量が体積換算比率で
    0.5〜20.0％の範囲にあることを特徴とする請求項
    （１）〜（10）のいずれか１項に記載の油含有複合加熱
    体。
12. 【請求項１２】フッ素樹脂、無機物質およびフッ素樹脂
    を除く耐熱性樹脂から成る混合物を加熱して複合加熱体
    を形成した後、油状物質を含浸させて油含有複合加熱体
    を製造することを特徴とする油含有複合加熱体の製造方
    法。
13. 【請求項１３】フッ素樹脂、無機物質、フッ素樹脂を除
    く耐熱性樹脂および油状物質を混合した後加熱して油含
    有複合加熱体を製造することを特徴とする油含有複合加
    熱体の製造方法。
14. 【請求項１４】高速移動体のゴムタイヤとの初期接触部
    に、請求項（１）〜（11）のいずれか１項に記載の油含
    有複合加熱体を配置した高速移動体用走路。