JPH09157532A - 湿式スラスト軸受用摺動部材 - Google Patents
湿式スラスト軸受用摺動部材Info
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- JPH09157532A JPH09157532A JP27161896A JP27161896A JPH09157532A JP H09157532 A JPH09157532 A JP H09157532A JP 27161896 A JP27161896 A JP 27161896A JP 27161896 A JP27161896 A JP 27161896A JP H09157532 A JPH09157532 A JP H09157532A
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Abstract
ト軸受用摺動部材とする。 【解決手段】カーボンファイバ10〜45重量%と、ポ
リテトラフルオロエチレン0.1〜8.5重量%、及び
残部が実質的にポリエーテルエーテルケトン又はポリフ
ェニレンサルファイドとから構成する。これにより、耐
摩耗性に優れた湿式スラスト軸受用摺動部材とすること
ができる。
Description
用摺動部材、特に芳香族ポリエーテルケトン樹脂又はポ
リアリーレンサルファイド樹脂を基材とする湿式スラス
ト軸受用摺動部材に関するものである。
転軸を支承する湿式スラスト軸受では、従来から、その
摺動部材として、ホワイトメタルや、ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)とグラスファイバの複合材料な
どが用いられている。一方、芳香族ポリエーテルケトン
樹脂又はポリアリーレンサルファイド樹脂は優れた耐熱
性、機械的性質、耐摩耗性を有するエンジニアリング樹
脂である。しかし、芳香族ポリエーテルケトン樹脂又は
ポリアリーレンサルファイド樹脂単独では摩擦係数が高
く、軸受を構成する摺動部材への適用が困難なために、
従来から芳香族ポリエーテルケトン樹脂を基材としてフ
ルオロカーボン重合体などの摩擦係数の低い樹脂を加え
ることによって摩擦係数を低くした摺動部材が開発され
ている。しかし反面、フルオロカーボン重合体を含有す
ることによって耐摩耗性や機械的強度の低下がもたらさ
れる。
関係する技術として、特開昭58ー160346号公報
に開示された技術が知られている。この従来技術は、乾
式の摺動部材に関するものであるが、熱可塑性芳香族ポ
リエーテルケトン樹脂を基材とし、フルオロカーボン重
合体としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を
2.5〜60重量%及び炭素繊維を2.5〜60重量%
を含有する樹脂組成物が記載されている。この樹脂組成
物によって高い熱変形温度(HDT)と、高い限界PV
値が得られるとしている。
などに組み込まれる湿式スラスト軸受は、装置が小型化
する傾向に伴って、パッドも小面積化し、パッドに高い
面圧が加わるようになってきている。このような過酷な
条件の下で適用される湿式スラスト軸受用摺動部材に
は、優れた摺動特性に加えて、高い耐摩耗性などの諸性
質が併せて要求されている。例えば起動・停止が繰り返
し行われる湿式スラスト軸受については、起動時に軸受
の摺動面が部分的に固体接触しているために、大きな起
動動力が必要となるばかりか、摺動面が損傷するおそれ
もある。このため、運転時における耐摩耗性に加えて、
起動時の摩擦係数が小さく、起動時の耐摩耗性に優れか
つ機械強度も高いことが要求される。なお、起動時に摺
動面の損傷を回避するために、オイルリフタ装置によっ
て軸から摺動面を離した上で起動することも行われてい
る。
では、起動時に固体接触による損傷を起こしやすく、ま
た、PTFEとグラスファイバの複合材料からなる摺動
部材では、機械的強度が小さく、変形しやすいという課
題を有している。また、上述した従来技術(特開昭58
ー160346号)では、湿式の条件下では、PTFE
の含有量が10重量%を越えると、耐摩耗性や機械的強
度の点で十分といえるものではなかった。また、この従
来技術において、実際に乾式の実施例として確認されて
いる範囲はPTFE10〜40重量%及びカーボンファ
イバ10〜40重量%であり、またさらに従来技術の比
較例3には、PTFEを2重量%、18重量%、PEE
K80重量%の摺動部材を示しており、潤滑性に乏しく
摩擦係数が高くなるため非常に低い限界PV値しか得ら
れなかったとしている。
た結果、高い面圧を受ける湿式スラスト軸受の摺動部材
として、芳香族ポリエーテルケトン樹脂又はポリアリー
レンサルファイド樹脂にカーボンファイバを添加し、さ
らにこれにフルオロカーボン重合体を添加すると耐摩耗
性が向上することを見出した。そして、フルオロカーボ
ン重合体の含有量が約2重量%のときに最高の値とな
り、さらに、それ以上添加するに従って耐摩耗性が、か
えって低下して、10重量%を越えるとほとんど変わら
ないことを見出した。
ルケトン樹脂又はポリアリーレンサルファイド樹脂を基
材として、高い荷重の下でも適用できる湿式スラスト軸
受用摺動部材を提供することを目的としている。
ーボンファイバ10〜45重量%と、フルオロカーボン
重合体0.1〜8.5重量%、及び残部が実質的にフル
オロカーボン重合体以外の熱可塑性樹脂としている。
ルケトン樹脂、又はポリアリーレンサルファイド樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂等が挙げられる。
芳香族ポリエーテルケトン樹脂は式1の構成単位を単独
で、または式1で表される構成単位と式2、式3、式4
で表される構成単位を含む結晶性の熱可塑性芳香族樹脂
である。
しては、ポリエーテルエーテルケトン(以下、PEEK
という。)を使用することができ、特に機械的強度、耐
熱性の点からPEEKが望ましい。PEEKは、例えば
特開昭54ー90296号公報に記載される方法によっ
て製造でき、又、ASTM D1238に準じて360
°C、2.16Kgの荷重の下で測定したメルトフロー
インデックスが1〜5g/10minの範囲であること
が望ましい。
は、ポリフェニレンサルファイド(以下、PPSとい
う。)を使用することができる。PPSとしては、主要
構造単位が一般式、式5で示される繰り返し単位からな
るポリマーを使用し得る。このPPSには、架橋型、直
鎖型又は半架橋型のポリマーが含まれる。
トラフルオロエチレン(PTFE)、ポリテトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体(FE
P)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTF
E)、テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体(PFA)などを使用すること
ができ、特にPTFEが低摩擦の点から望ましい。フル
オロカーボン重合体の含有量が0.1重量%未満では、
含有した効果が十分に発揮されず、耐摩耗性が低くな
る。一方、8.5重量%を越えると再び耐摩耗性が低く
なるため、0.1〜8.5重量%とする。好ましくは、
0.1〜5重量%の含有量の場合に、耐摩耗性が特に優
れており望ましい。さらに好ましくは、0.5〜2.3
重量%である。
ルロース系、ポリアクリロニトリル系などのカーボンフ
ァイバのいずれも使用することができ、特にポリアクリ
ロニトリル系が摩擦摩耗の点から望ましい。繊維長とし
ては、0.1〜10mmのものが好ましく、通常は平均
長6mm程度のものが使用される。カーボンファイバの
含有量が10重量%未満では所望の機械的強度が得られ
ない。一方45重量%を越えると、組成物の成形加工が
困難になる。このためカーボンファイバの含有量は10
〜45重量%とするが、特に25〜35重量%の含有量
のものが成形加工性が良好であり機械的強度も高いため
に望ましい。
カーボン重合体及びカーボンファイバの各構成成分は、
均一に分散していることが望ましく、予め混合機により
所定の含有比率になるように混合して溶融押出機に供給
するなど適宜の方法により混合する。
の摺動部材として適用する他、裏金付き多孔質焼結層に
含浸被覆した複層摺動部材とすることもできる。
カーボンファイバ10〜45重量%と、フルオロカーボ
ン重合体0.1〜8.5重量%、及び残部が実質的に芳
香族ポリエーテルケトン樹脂又はポリアリーレンサルフ
ァイド樹脂としたことによって、耐摩耗性に優れた湿式
スラスト軸受用摺動部材とすることができる。なお、本
発明の摺動部材が組み込まれた発電機やポンプなどで
は、起動時に部分的に固体接触している摺動面が損傷す
ることが防止されるために、従来必要とされていたオイ
ルリフタ装置を必ずしも使用しなくてもよくなり、装置
の構造を簡単なものとすることができる。
〜6とともに説明する。まず、表1に示す各組成からな
る均一配合のペレット状の樹脂を、射出成形機によって
5mmの厚さの樹脂板を形成した。
PEEK、ポリアリーレンサルファイド樹脂はPPSに
ついて実施した。PEEKは、英国ICI社製PEEK
450G(商品名)、メルトフローインデックス3.1
g/10min.を使用した。また、PPSは、フィリ
ップ社製ライトンPー4(商品名)を使用した。フルオ
ロカーボン重合体として、三井デュポンフロロケミカル
株式会社製のTLP−10(商品名)のPTFEを用い
た。
す。)としては、東レ社製トレカMDL(商品名)を使
用した。
て、引張り試験を行い、この結果を表1に示す。また、
この得られたカーボンファイバ(CF)30重量%にお
ける引張り強度に対するPTFEの含有量の影響をグラ
フにしたものが図1であって、これにより、PTFEの
含有量が増加するに従って引張り強度は低下し、PTF
Eの含有量は低いほど望ましいことが判明した。
上に銅粉末を0.5mmの厚さに散布して焼結し、多孔
質焼結層を形成した。この多孔質焼結層を350〜40
0゜Cに加熱した状態で、上述した樹脂板を重ね合わせ
てプレスで圧接し、含浸被覆した。続いて外径27.2
mm、内径22mmのワッシャー形状に加工して比較例
及び実施例の試験試料を得た。
て、鈴木式摩擦摩耗試験機により表2に示す試験条件の
下で、摩擦摩耗試験を行った。試験はオイルバス中にて
軸を30秒回転して300秒休止するサイクルを15回
繰り返し、最後の5回について、起動時の摩擦係数を測
定し、この平均値を起動時の摩擦係数とした。また、摩
耗量については、試験前と試験後の試験試料の厚さの変
化によって求めた。
の表1に示される試験結果からカーボンファイバ30重
量%の場合に起動時の摩擦係数、摩耗量に及ぼすPTF
Eの含有量の影響をまとめたのが図2および図3であ
る。
の含有量が30重量%の実施例1〜4及び比較例1〜3
について、起動時の摩擦係数は、PTFEが含まれない
比較例1においては0.13と高く、含有量が多くなる
に従って徐々に0.08まで低くなり、8重量%以上
で、ほぼ一定の値となった。これにより、起動時の摩擦
係数に関しては、摺動部材として十分に良好である結果
が得られた。また、カーボンファイバの含有量による起
動時の摩擦係数への影響はほとんどなかった。
影響を示している。カーボンファイバ(CF)の含有量
が30重量%の実施例1〜4及び比較例1〜3につい
て、摩耗量はPTFEを含まない比較例1の7.2μm
からPTFEを含有するに従って急速に減少し、実施例
2の2重量%で最低値を示している。そして8.5重量
%(実施例4)まで緩やかに増加し、8.5重量%から
10重量%(比較例2)の間で急速に増加している。そ
して10重量%以上では、ほぼ一定の摩耗量を示すよう
になる。
ら、カーボンファイバの含有量が増加するのに従って摩
耗量が減少する傾向が見られた。
すグラフ。
響を示すグラフ。
ラフ。
Claims (4)
- 【請求項1】 カーボンファイバ10〜45重量%と、
フルオロカーボン重合体0.1〜8.5重量%、及び残
部が実質的にフルオロカーボン重合体以外の熱可塑性樹
脂とした湿式スラスト軸受用摺動部材。 - 【請求項2】 カーボンファイバ10〜45重量%と、
ポリテトラフルオロエチレン0.1〜8.5重量%、及
び残部が実質的に芳香族ポリエーテルケトン樹脂とから
なる湿式スラスト軸受用摺動部材。 - 【請求項3】 カーボンファイバ10〜45重量%と、
ポリテトラフルオロエチレン0.1〜8.5重量%、及
び残部が実質的にポリアリーレンサルファイド樹脂とか
らなる湿式スラスト軸受用摺動部材。 - 【請求項4】 裏金付多孔質焼結層に請求項1〜3記載
のいずれかの組成物を含浸被覆したことを特徴とする湿
式スラスト軸受用摺動部材。
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