JPH09242757A - 滑り部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明の主な目的は、摩擦係数が小さくか
つ高速・高面圧等の過酷な使用条件下で使われても摩耗
量が少なく、しかも所望形状に加工することが容易な滑
り部材を提供することにある。 【解決手段】 滑り部材１０は、平織りの細目金網から
なる金属網状体１１と、この網状体１１の網目間に充填
されかつ網状体１１の表裏両面のうち少なくとも一方の
面を被覆する樹脂部１２とを備えている。樹脂部１２は
重量平均分子量が５０万以上の高分子量ポリエチレンを
主成分とし、必要に応じてカーボン，ガラス繊維，二硫
化モリブデンなどの固形添加剤と、流動パラフィンなど
の液状潤滑剤が添加される。この滑り部材１０はシート
状に形成されたのち、切断あるいは塑性加工等によって
所望の製品形状に成形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば軸受部やジ
ョイント部材等の摺動部に設けられる滑り部材とその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より軸受等の摺動部を滑りやすくす
るために、種々の手段が講じられている。例えば無給油
タイプの摺動材としてフッ素樹脂等の合成樹脂を用いる
ことが知られているが、通常の合成樹脂を無給油で使用
すると耐摩耗性が悪く、特に高面圧下で使用した場合に
は耐久性の低下が著しい。この点を改善するために、特
開昭５９−１７９６５３号公報（刊行物１）に記載され
ているように合成樹脂に液体潤滑剤と炭素繊維やガラス
繊維等の繊維状充填剤を含有させた合成樹脂組成物が提
案されている。

【０００３】また、実公昭４８−４４１１号公報（刊行
物２）や特開昭６４−７９４１７号公報（刊行物３）の
ように、エキスパンドメタルや金網などからなる基材を
フッ素樹脂で被覆した複合材も提案されている。さら
に、フッ素樹脂と比較して耐摩耗性（耐久性）に優れた
樹脂を使用した例として、特公昭４１−２１７８６号公
報（刊行物４），特公平３−６５２７０号公報（刊行物
５）および特開平６−１６６８８８号公報（刊行物６）
に記載されているような分子量１００万以上の超高分子
量ポリエチレンを用いた潤滑組成物も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記刊行物１の合成樹
脂組成物は、高面圧下で使用された場合に樹脂が容易に
変形するため高面圧下での使用が困難であり、しかもシ
ート状に形成された合成樹脂組成物の原反からプレス等
によって所望の製品形状に塑性加工することが困難で、
形状付与後の保形性も悪いという問題があり、実用的で
ない。刊行物２と刊行物３の複合材に使われているフッ
素樹脂は摩擦係数が低いという長所があるが、高面圧下
で使用されたときなどに摩耗量がかなり多く、比較的短
期間のうちにエキスパンドメタル等の基材表面が摺動面
に露出して異音が発生したり、摩擦抵抗が急増する原因
になる。このため、使用条件によっては樹脂層をかなり
厚くする必要があり、複合材の重量が増加したり、厚み
が大になるなどの問題を生じる。

【０００５】刊行物４の軸受材料用組成物は摺動部に加
わる荷重を樹脂（ポリエチレン）のみで受けるため高面
圧下で使用すると樹脂が変形しやすく、面圧の高い軸受
に用いることが困難である。刊行物５の場合、基材とし
てのシート状樹脂の表面に形成される超高分子量ポリエ
チレンの厚みがポリエチレン粒子１個分しかとれない上
に、粒子どうしの密着力が弱いという問題がある。刊行
物６の潤滑組成物は、軸受内に潤滑組成物を充填後、加
熱処理を行う必要があるなど加工性が悪く、シート状の
ものから所望の形状に加工することが困難である。

【０００６】従って本発明の目的は、摩擦係数が小さく
かつ高速・高面圧等の過酷な使用条件下で使われても摩
耗量が少なく、しかもシート状の原反から所望形状に加
工することが容易な滑り部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を果たすため
に開発された本発明の滑り部材は、例えば平織りの細目
金網などからなる金属網状体と、上記網状体の網目間に
充填されかつこの網状体の表裏両面のうち少なくとも一
方の面を被覆する高分子量ポリエチレンを主成分とした
樹脂部とを具備している。

【０００８】この滑り部材は必要に応じて上記樹脂部に
粉末状，粒状，鱗片状，繊維状，針（ウィスカ）状など
の形状を有した有機物あるいは無機物の中から選択され
た１または２種以上の固形添加剤と、鉱物油，合成油，
動植物油，シリコーン油，潤滑性を有する界面活性剤の
中から選択された１または２種以上の液状潤滑剤などが
添加される。液状潤滑剤を添加した場合、その性質に応
じて滑り部材の樹脂層表面に液状潤滑剤が滲み出してく
るため、高分子量ポリエチレンのもつ優れた耐摩耗性と
低い摩擦抵抗に加えて、境界潤滑によって動摩擦係数が
さらに減少し、きわめて潤滑性に優れた滑り部材とな
る。

【０００９】本発明の滑り部材の製造方法は、例えば平
織りの細目金網からなる金属網状体の表面に重量平均分
子量５０万以上の高分子量ポリエチレン粉末とカーボン
粉末と流動パラフィンおよび／または界面活性剤を混合
したペースト状の樹脂組成物を展延するとともにこの樹
脂組成物を網状体の網目間に充填し、熱風循環炉などを
用いて加熱処理（焼成等）することにより上記網状体と
高分子量ポリエチレンを主体とするシート状物を作製
し、そののち上記シート状物をプレスあるいは切断等に
よって所定形状に成形することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態につ
いて説明する。図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す滑り部材
１０は、その断面の一部を図２に拡大して示すように、
金属網状体１１と、この網状体１１の網目間に充填され
かつ網状体１１の表裏両面のうち少なくとも一方の面を
被覆する高分子量ポリエチレンを主成分とした樹脂部１
２を備えて構成されている。図２に示す例では、網状体
１１の上面側が所定厚さｔの樹脂層１２ａによって完全
に覆われている。

【００１１】金属網状体１１の材質や線径および組織の
態様等は特に限定されないが、好ましい例として、ブロ
ンズ（青銅：Ｃｕ−Ｓｎ系，Ｃｕ−Ａｌ系，Ｃｕ−Ｍｎ
系など）をはじめとする銅合金等のような固体潤滑性を
有する金属からなる平織りの細目金網が推奨される。場
合によっては平織り以外の織り方や金属メッシュ，細目
のエキスパンドメタル等の網状体であってもよい。

【００１２】樹脂部１２は、優れた潤滑性と耐摩耗性を
発揮できる重量平均分子量が５０万以上の高分子量ポリ
エチレンを用いる。この樹脂部１２は高分子量ポリエチ
レン単体であってもよいが、必要に応じて固形添加剤と
液状潤滑剤の双方、またはいずれか一方を添加すれば、
潤滑性と耐摩耗性をさらに高めることができる。

【００１３】上記液状潤滑剤は、例えば石油系潤滑油，
非石油系潤滑油，潤滑性を有する界面活性剤などであ
り、これらの中から選択された１または２種以上の液状
潤滑剤が上記高分子量ポリエチレンに添加される。

【００１４】また固形添加剤は、粉末状，粒状，鱗片
状，繊維状，針（ウィスカ）状などの形状を有した有機
物あるいは無機物の中から選択された１または２種以上
の固形添加剤が上記高分子量ポリエチレンに添加され
る。固形添加剤は、例えばグラファイト，ガラスビー
ズ，カーボン繊維，ガラス繊維，セラミック繊維，チタ
ン酸カリウムウィスカ，二硫化モリブデンなどのよう
に、材質や形状あるいは表面処理および熱処理等の後処
理の有無について特に限定されるものではない。

【００１５】滑り部材１０は、以下に述べる（ａ）〜
（ｃ）の製造方法のうちのいずれかによって製造され
る。 （ａ）樹脂部の材料である高分子量ポリエチレン粉末お
よび固形添加剤からなる粉末状の樹脂組成物を金属網状
体上に散布または静電塗装し、加熱あるいは加圧処理を
行い、樹脂部と網状体を一体化させる。 （ｂ）高分子量ポリエチレン粉末と固形添加剤および液
状潤滑剤からなるペースト状の樹脂組成物を金属網状体
上に展延し、加熱あるいは加圧処理を行い、樹脂部と網
状体を一体化させる。 （ｃ）高分子量ポリエチレン粉末に固形添加剤および／
または液状潤滑剤を添加して作製したシート状もしくは
フィルム状の樹脂組成物を金属網状体上に重ね、ローラ
等によって加圧しかつ加熱することにより、樹脂部と網
状体を一体化させる。

【００１６】上記製造方法によって作製された図１
（Ａ）に示すようなシート状の滑り部材１０の原反は、
適当な大きさと形状に切断されるなどして使用される。
例えば、図１（Ｂ）に示すような軸受用のスリーブ状滑
り部材１０の場合、摺動相手面と接する側に樹脂層１２
ａが位置するように滑り部材１０を円筒状に丸め、端面
側からプレスするなどして、フランジ部１５等を形成す
る。この滑り部材１０は塑性加工に適した金属網状体１
１を内包しており、塑性加工されたときに金属網状体１
１が製品形状に応じて容易に変形するため、成形しやす
いだけでなく、成形後の滑り部材１０の保形性に優れて
いる。このため成形後の製品を相手部材に組込みやす
く、形状精度も維持しやすい。

【００１７】上記滑り部材１０の他の用途として、例え
ば動力伝達用金属チェーンを構成する各リンクの接触面
の摩擦抵抗を低減させかつ作動音を小さくするために用
いる場合、図１（Ｃ）に示すようにチェーンのリンクの
寸法に応じたサイズに滑り部材１０を切断すればよく、
このような機械加工も上記滑り部材１０であれば容易に
行うことができる。

【００１８】上記用途以外にも、例えば軸受部材のライ
ナーや、ドアヒンジの摺動部、自動車のトランクリッド
やフードのヒンジ部、前後方向の位置を調整可能なシー
トスライドの摺動部、コンクリート圧送管の内張りな
ど、各種機器の摺動部に適用でき、特に高速あるいは高
面圧等の過酷な使用条件下において、優れた耐摩耗性と
低い摩擦係数を実現できる。

【００１９】上記滑り部材１０の樹脂部１２は高速・高
面圧下でも摩耗が少ないため、従来の合成樹脂製摺動部
材に比較して同一使用条件であれば樹脂層の肉厚を薄く
することができ、軽量化が図れるとともに、プレス加工
等による形状付与も容易である。また、従来の合成樹脂
製摺動材に比べて樹脂層の摩耗が少ないため、樹脂層の
摩耗による網状体の露出を抑制できる。

【００２０】なお、ポリエチレンは異種材料との接着力
に劣るため、一般的には表面処理を行い極性基をもたせ
ることにより接着力の向上を図っている。これに対し本
発明では、熱風循環炉などを用いて金属網状体と樹脂組
成物を焼成するため、樹脂組成物中の高分子量ポリエチ
レンが若干酸化し、極性基をもつため、金属網状体との
接着性が良好なものとなる。

【００２１】なお、ポリエチレンの分子量と砂摩耗指数
との関係を示すと図３に示すようになり、重量平均分子
量が５０万から１００万付近を越えるあたりから砂摩耗
指数が極端に小さくなる。重量平均分子量５０万以上の
高分子量ポリエチレンであれば、既存のフッ素樹脂系摺
動材（砂摩耗指数５〜６）やナイロン系摺動材（砂摩耗
指数４〜５）よりも砂摩耗指数を低くすることができる
ので、本発明では高分子量ポリエチレンの重量平均分子
量の下限を５０万とする。 ［実施例１］樹脂部１２の材料として、重量平均分子量
が２００万である高分子量ポリエチレン粉末（三井石油
化学社製・ミペロンＸＭ-221Ｕ）を使用し、この高分子
量ポリエチレン粉末を５０重量％、分散媒として非イオ
ン性界面活性剤であるオクタポール100 の１重量％水溶
液を５０重量％混合し、撹拌することによりペースト状
の樹脂組成物を得た。また、金属網状体（強化材）１１
として線径 0.233mm，線番50の平織りブロンズ金網（太
陽金網社）を用いた。上記のようにして得たペースト状
の樹脂組成物を網状体１１の網目間に完全に充填しかつ
網状体１１の表裏両面のうち片面が樹脂層１２ａによっ
て完全に被覆されるように網状体１１上に展延したの
ち、熱風循環炉を用いて１９０℃，２０min.の条件で処
理することにより滑り部材を得た。 ［実施例２］樹脂部１２の材料として実施例１と同じ高
分子量ポリエチレン粉末を使用し、この高分子量ポリエ
チレン粉末を４０重量％、固形添加剤として粒径が約５
μｍのカーボン粉末（高純度化学社）を１０重量％、液
状潤滑材として流動パラフィン（和光純薬工業社）を５
０重量％混合し撹拌することにより、ペースト状の樹脂
組成物を得た。金属網状体（強化材）１１は実施例１と
同じものを用いた。

【００２２】上記のようにして得たペースト状の樹脂組
成物を網状体１１の網目間に完全に充填しかつ網状体１
１の表裏両面のうち片面が樹脂層１２ａによって完全に
被覆されるように網状体１１上に展延したのち、実施例
１と同じ加熱条件で処理することにより滑り部材を得
た。この滑り部材は、主として高分子量ポリエチレンと
流動パラフィンおよびカーボン粉末からなり、表面に流
動パラフィンが滲み出してくる特徴を有していた。

【００２３】上記実施例１および実施例２で得られた各
滑り部材と、市販されているフッ素樹脂製の金網入り摺
動材（比較例）について、摩耗試験と摩擦試験を行った
ところ、以下に述べるような結果が得られた。 ［摩耗試験］図４に模式的に示す摩耗試験機２０を用い
て各試料（実施例１，実施例２，比較例）の摩耗量を測
定した。試験条件は下記の通りである。 相手材：アルミニウム合金（Ａ5056の中実材） 回転数：５６０rpm 押付け荷重：１５ｋｇｆ／ｃｍ² （一定荷重） 接触形態：面接触 潤滑剤：なし 図５は、各試料の摩耗試験開始後６分経過したときの摩
耗量を示している。この試験結果から、実施例１と実施
例２は比較例と比べて摩耗量が格段に小さく、耐摩耗性
に優れていることが確認された。なお、実施例１に比べ
て実施例２は摩耗量が大きくなっているが、その理由
は、実施例２の滑り部材はその表面に滲み出た流動パラ
フィンが相手材に付着して重量が減ったことが主な原因
であり、滑り部材表面の摩耗は実施例１と同程度である
と考えられる。

【００２４】上記摩耗試験において、比較例は試料のエ
ッジ部分の摩耗が激しく、試験開始後６分経過したとこ
ろで異音が発生し始めたため、その時点で試験を一旦中
止した。これに対し実施例１と実施例２はいずれも、６
分経過後も試料のエッジ部分の摩耗は認められなかっ
た。この摩耗試験において６分経過後にさらに試験を継
続すると、比較例は約５０００回の摺動で金網が露出し
たのに対し、実施例１は１００万回の摺動を行っても金
網の露出は見られなかった。 ［摩擦試験］図６に模式的に示す摩擦試験機３０を用い
て各試料（実施例１，実施例２，比較例）の動摩擦係数
の変化を測定した。試験条件は下記の通りである。 相手材：機械構造用炭素鋼（Ｓ45Ｃの中空材） 回転数：８３rpm 押付け荷重：５０ｋｇｆ／ｃｍ² （一定荷重） 接触形態：面接触 潤滑剤：なし 図７は、各試料の動摩擦係数と試験時間との関係を示し
ている。図７中の円内は各試料の動摩擦係数の変動を拡
大して示したものである。この試験結果から、実施例１
の動摩擦係数は試験時間が経過するに従って減少し、試
験時間が１５分経過すると比較例よりも低い値を示すよ
うになる。一方、実施例２は、試験時間全体を通じて低
い動摩擦係数を示しており、動摩擦係数の変動に関して
も安定しており、きわめて潤滑性に富んでいることがわ
かる。これにより、高分子量ポリエチレンと金属網状体
からなる本発明品は動摩擦係数に関しても実用上十分な
特性を有し、特に流動パラフィン等の液状潤滑剤を添加
した場合はきわめて優れた滑り部材であることが確認さ
れた。

【００２５】

【発明の効果】前述した高分子量ポリエチレンからなる
樹脂部と金属網状体を主体とする本発明の滑り部材は、
きわめて優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を有しており、
高速摺動および高面圧等の使用環境下においても使用可
能である。特に流動パラフィン等の液状潤滑剤が添加さ
れたものはさらに優れた潤滑性を示すとともに、潤滑油
を補給する必要がないからメンテナンスフリー化を実現
できる。また、強化材としての金属網状体が高分子量ポ
リエチレンに埋設されているため、高面圧下での摺動に
対しても上記効果を安定して発揮できる。

【００２６】本発明の滑り部材はプレス加工や切断等に
よって所望の製品形状に成形することが容易であり、形
状付与後の保形性にも優れているから、取付相手材の形
状に適した形状を得やすい。また樹脂部の耐摩耗性が高
いため薄肉化が可能であり、軽量化やコンパクト化ある
いは形状付与のしやすさの点でも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を示す滑り部材の斜視図。

【図２】 図１に示された滑り部材の一部の断面図。

【図３】 ポリエチレン分子量と砂摩耗指数との関係を
示す図。

【図４】 摩耗試験機を模式的に示す斜視図。

【図５】 実施例と比較例の摩耗試験結果を示す図。

【図６】 摩擦試験機を模式的に示す斜視図。

【図７】 実施例と比較例の摩擦試験結果を示す図。

【符号の説明】

１０…滑り部材 １１…金属網状体 １２…樹脂部 １２ａ…樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹下 彰 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 (72)発明者 横尾 毅 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属網状体と、 上記網状体の網目間に充填されかつこの網状体の表裏両
   面のうち少なくとも一方の面を被覆する高分子量ポリエ
   チレンを主成分とした樹脂部と、 を具備したことを特徴とする滑り部材。
2. 【請求項２】上記樹脂部の主成分が重量平均分子量５０
   万以上の高分子量ポリエチレンであることを特徴とする
   請求項１記載の滑り部材。
3. 【請求項３】上記樹脂部に粉末状，粒状，鱗片状，繊維
   状等の形状を有した有機物または無機物の中から選択さ
   れた１または２種以上の固形添加剤が添加されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の滑り部材。
4. 【請求項４】上記樹脂部に石油系潤滑油，非石油系潤滑
   油，潤滑性を有する界面活性剤の中から選択された１ま
   たは２種以上の液状潤滑剤が添加されていることを特徴
   とする請求項１記載の滑り部材。
5. 【請求項５】上記樹脂部に粉末状，粒状，鱗片状，繊維
   状等の形状を有した有機物または無機物の中から選択さ
   れた１または２種以上の固形添加剤と、石油系潤滑油，
   非石油系潤滑油，潤滑性を有する界面活性剤の中から選
   択された１または２種以上の液状潤滑剤が添加されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の滑り部材。
6. 【請求項６】金網からなる金属網状体の表面に重量平均
   分子量５０万以上の高分子量ポリエチレン粉末とカーボ
   ン粉末と流動パラフィンおよび／または界面活性剤を混
   合したペースト状の樹脂組成物を展延するとともにこの
   樹脂組成物を網状体の網目間に充填し、加熱処理するこ
   とにより上記網状体と高分子量ポリエチレンを主体とす
   るシート状物を作製し、そののち上記シート状物を所定
   形状に成形することを特徴とする滑り部材の製造方法。