JPH11500771A - 無潤滑軸受材料およびかゝる軸受材料を用いた滑り軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無潤滑軸受材料およびかゝる材料よりなる滑り軸受を提供する。摩擦の無い状態でのこのものの性能は、ｐｖ−値が平均的な負荷−および速度範囲において６ＭＰａ／ｍ／ｓまで達する程に明らかに改善される。無潤滑軸受材料は、ＰｂＯおよび少なくとも１種類の金属弗化物を含むフィラーを含有するＰＴＦＥ含有合成樹脂マトリックスを有している。ＰｂＯの含有量は１５〜５５容量％であり、金属弗化物の含有量は０．１〜１４容量％である。金属弗化物としては好ましくはＣａＦ₂、ＰｂＦ₂およびＭｇＦ₂を用いるのが有利である。他のフィラー、例えば硬質物質、顔料または繊維材料を加えることも可能である。他の添加物の含有量はＰｂＯ／金属弗化物−フィラーの４０容量％までである。

Description

【発明の詳細な説明】 無潤滑軸受材料およびかゝる軸受材料を用いた滑り軸受 本発明は、ＰｂＯおよび金属弗化物を含有するＰＴＦＥ含有合成樹脂マトリッ クスよりなる無潤滑軸受材料並びにかゝる軸受材料を用いた滑り軸受に関する。 合成樹脂をベースとする滑り層を有する軸受材料は一層、二層または三層の複 合材料として知られている。即ち、充実合成樹脂軸受（ｓｏｌｉｄ ｐｌａｓｔ ｉｃ ｂｅａｒｉｎｇ）、外側金属支持材および直接的に施されたまたは接合さ れた合成樹脂を有する軸受、内部金網を有したもの、並びに支持金属、焼結多孔 質層および該多孔質の孔中に形成された被覆層よりなる三層軸受がある。これら の全ての軸受は、殆ど、潤滑剤を使用することができないかまたはそれを使用す ることが望ましくない分野で使用される。それ故に運転状態においてこれら自体 が潤滑剤を提供する。 多層材料は充実合成樹脂物質に比べて、例えば負荷下での冷間流動傾向が無視 できる程度であること、非常に良好な熱伝導性であることおよびこれに関連して 可能なｐｖ−値が明らかに高くできる点で相違している。しかしながら充実合成 樹脂材料は特定の場合には、例えば価格的理由から有利なこともある。三層材料 の内では、弗素系熱可塑性合成樹脂、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をベー スとするライニングを有するものと他の合成樹脂、例えばＰＥＥＫをベースとす るそれと更に区別することができる。最後に挙げた両方のグループはその運転方 法においても区別される。即ち、ＰＴＦＥベースの材料の場合には、青銅中間層 がライニングの“活性”成分であり、かつフィラーの様に作用し、他の合成樹脂 材料はそれを係留手段としてしか利用していない。金属性支持材に対して充分な 親和性がある場合には、これらは真の二層材料を製造することを可能とするが、 これらは接着層によって設けることも可能である。活性の滑り面の上では熱硬化 性−または熱可塑性材料は青銅の支持体の役割を果たす。更に、金属に接合され た、充填された弗素系熱可塑性フィルムの軸受または、同様に金属裏張りの上に 接合することのできる、合成樹脂中に組入れられた金網を有するものも公知であ る。 いずれの種類も欠点および長所を有している。しかしながら弗素系熱可塑性樹 脂、例えばＰＴＦＥをベースとする三層材料は広範囲で使用できるし、容易に製 造することができ、非常に高い能力および耐熱性を示す。この場合には、均一な 混合物を合成樹脂分散物によって製造しそして最終的複合材料を、ＰＴＦＥ／フ ィラー−ペーストを製造した後に、加圧プロセスおよび次のＰＴＦＥの焼結によ って製造する。 かゝる材料のために一般的に使用される多くのフィラーは、殆ど同じ性能をも たらしそして潤滑性を与えながら使用することができる鉛および二硫化モリブデ ンである。多くの場合には、ＰＴＦＥ−ライニングを有するメンテナンス不要の 省スペースの滑り軸受を用いることにより、構造的問題を解決することが望まれ ているが、平均的な負荷−および速度範囲（０．５〜１００ＭＰａおよび０．０ ２〜２ｍ／秒）で約２ＭＰａ ｍ／秒のｐｖ−値である負荷上限のためにこの解 決法は受け入れることができない。 ドイツ特許出願公開（Ａ１）第４，１０５，６５７号明細書からは、一定の孔 を有し、その孔および表面積が含浸剤を含浸し、かつ該含浸被覆剤で被覆されて いる多孔質金属層を有する支持金属を持つ滑り材が公知である。含浸被覆剤は０ ．５〜３０容量% のＰＦＡ、ＥＰＥまたはＦＥＰ、５〜３０容量% の、平均粒度 で比表面積１０００〜８５００ｃｍ²を持つ金属鉛、０．５〜３０容量% の金属 酸化物、金属弗化物、グラファイト等、セラミックス、例えばＳｉＣ、繊維材料 、例えば炭素繊維またはガラス繊維および残量のＰＴＦＥより成る。ＰＴＦＥを 除く全ての成分の合計量は６〜５０容量% である。 ドイツ特許出願公開（Ａ１）第４，１０５，６５７号明細書には、２% のＰｂ Ｆ₂を含むが金属酸化物を含有しない金属弗化物含有含浸剤だけが挙げられてい る。この含浸剤は、金属弗化物を含まない他のものに比較して、耐キャビテーシ ョン（ｃａｂｉｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）または耐摩耗性の改善が 十分でない。 ヨーロッパ特許出願公開（Ａ２）第０，１８３，３７５号明細書には、耐キャ ビテーションの改善のためにライニングが小さい水溶性の弗化物を含有するＰＴ ＦＥより成る特にショックアブソーバー用の軸受が開示されている。この弗化物 、なかでもＣａＦ₂またはＭｇＦ₂の含有量は１〜５０容量% 、好ましくは１０〜 ３０容量% である。特に有利な実施例では２０容量% のＣａＦ₂が挙げられてい る。英国特許第９１２，７９３号明細書には、鉛および／または酸化鉛を含有す るＰＴＦＥより成る標準的軸受材料が開示されており、この場合のフィラーの含 有量は１６〜４４% 、好ましくは１６〜３０% である。 ドイツ特許出願公開（Ａ１）第３，５１６，６４９号明細書から公知の無潤滑 軸受は薄くロール掛けされたフィルム状または薄片状粒子をＰＴＦＥ−マトリッ クス中に有しており、これら粒子が焼結金属層の表面に対して実質的に平行に延 びる間隔を置いて互いに重なり合った沢山の層で構成される縞状物を形成する。 固体潤滑剤として中でも金属酸化物および金属弗化物が挙げられ、例として鉛亜 酸化鉛だけが説明されている。 本発明の課題は、潤滑剤の無い条件のもとでの性能が著しく改善され、６ＭＰ ａ ｍ／秒までのｐｖ−値が平均的な負荷−および速度域において達成される様 な無潤滑軸受材料およびかゝる軸受材料を用いた滑り軸受を提供することである 。 この課題は請求項１に記載の無潤滑軸受剤にて解決される。滑り軸受の対象は 請求項１３である。有利な実施形態は従属形式の各請求項に記載してある。 本発明は、ＰｂＯと金属弗化物を含有する特定のフィラー組合せがＰＴＦＥと 一緒に使用された場合に、潤滑剤なしの条件のもとでの性能が明らかに向上され 得るという知見から出発している。この場合には、ＰｂＯと金属弗化物とより成 る狭い制限範囲のフィラー組合せを守ることが重要である。 ＰＴＦＥ含有材料にとって金属弗化物の場合には０．１〜１４容量% の範囲が 特に優れていることが驚くべきことに判った。これは、従来技術から知られてい なかったことである。ヨーロッパ特許第１８３，３７５号明細書には１〜５０% の金属弗化物含有量が記載されそして２０% の比較的多い含有量が特に有利であ ることが説明されているが、これは公知の滑剤の場合にはＰｂＯが全く存在して おらず、その結果フィラーの不足を多量の金属弗化物で相殺しなければならない ということに起因していることは明らかである。０．１〜１４容量% の金属弗化 物の含有量が特に有利な性質をもたらすという事実は、恐らく、同時に滑り剤中 に１５〜５５容量% の範囲内の量で含まれていなかればならない酸化鉛との相互 作用に原因がある。１４容量% より多い場合には、ＰｂＯに対して金属弗化物含 有量をこの様に増やすことによって何らの改善も得られない。ドイツ特許出願公 開第４，１０５，６５７号明細書に従ってＰｂＯと金属弗化物が一緒に存在して いるても、該明細書に記載された滑り剤の改善された性質は実質的に、追加的に 存在する金属鉛および８５００ｃｍ²／ｇまでの特に大きいそれの比表面積に起 因しているので、本発明に従うＰｂＯおよび金属弗化物の含有量は特に有利であ ることは認められていなかった。本発明に従うＰｂＯおよび金属弗化物の含有量 を守れば、追加的な鉛を完全に省いてもよいことが判った。 ＰＴＦＥ−マトリックス材料において、０．１〜１４容量% の含有量の金属弗 化物、弗化カルシウムが特に有利であることが実証されている。しかしながらＰ ｂＦ₂、ＭｇＦ₂または周期律表の第２主族の元素の他の弗化化合物もこの範囲で は滑り剤に明らかな改善を達成できる。 本発明のフィラー組合せ物とＰＴＦＥとの上記の有利な混合物を他の合成樹脂 マトリックス、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリ フェニレンスルホン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオ ライド）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）またはＰ ＥＩ（ポリエーテルイミド）のそれに組み入れる場合にも、改善された結果がＰ ＴＦＥまたはＰＴＦＥとＰｂＯだけを充填する変法に比べて達成される。しかし ながら最良の結果は本発明のフィラー組合せとＰＴＦＥを一緒に用いた場合に達 成される。合成樹脂マトリックスがＰＴＦＥより成る場合には、０．１〜１４容 量% のＣａＦ₂および１５〜５５容量% のＰｂＯの本発明の範囲内において、２ ４〜４０容量% のＰｂＯおよび０．３〜８容量% のＣａＦ₂の範囲が特に有利で ある。 本発明のフィラー組合せにて達成される改善された滑り剤特性は特定の用途の ための別の添加物によっても、その添加物の量がＰｂＯ／金属弗化物−フィラー 組合せ物の最高４０容量% まで、好ましくは２０容量% までである場合には、維 持されるかあるいは更に改善され得る。別の添加物としては硬質物質、顔料、繊 維材料、固体潤滑剤または熱硬化性−または高温熱可塑性樹脂より成る群の１種 類以上を使用することができる。硬質物質としては特にＳｉ₃Ｎ₄であり、特に適 する顔料はＦｅ₂Ｏ₃またはカーボンブラックである。繊維材料としては特にグラ ファイト繊維またはアラミド繊維が適している。特に有利な固体潤滑剤はＭｏＳ₂ および窒化硼素である。熱硬化性樹脂または高温安定性熱可塑性樹脂としては ポリアミドイミドまたはポリイミドが使用できる。 かゝるライニングを持つ滑り軸受は充実合成樹脂軸受としてまたは金属支持材 を用いて構成することができる。このライニングを金属支持材の上に直接的に設 けるかまたは金属支持材の上に多孔質の焼結青銅より成る層を設け、その上にラ イニングを設けてもよい。 三層材料は例えば、支持金属、例えば鋼鉄または銅−またはアルミニウム合金 の上で、２０〜４５% の空隙容積を有しそして青銅の組成が５〜１５% の錫およ び選択的に追加的な５〜１５% の鉛である、０．１５〜０．５ｍｍの厚さの層の 青銅を焼結して製造することができる。次いで合成樹脂混合物を、孔が完全に充 填されそして用途次第で０〜５０μm の厚さの層が生じる様に多孔質の支持材の 上にロール掛けによって設ける。その後にこの物質を炉中で熱処理に付す。その 際に最終的ロール掛け段階において最終的複合体および必要な最終寸法を得るた めに、得られたＰＴＦＥを３８０℃で３分間焼結する。 合成樹脂混合物の製造は、後で行う凝固の際に均一な分散物の状態で混ぜ合わ せられる様にフィラーに添加されるＰＴＦＥ−分散物を用いて行うことができる 。 実施例を図面および表によって以下に説明する。 図１： 有効寿命をＣａＦ₂−の含有量との関係でプロットしたグラフ 図２〜５：種々の組成物についての摩耗速度をプロットしたグラフ 例１： ９Ｌの水、２０ｇのラウリル硫酸ナトリウム、１３．４ｋｇのＰｂＯ、０．８ ５ｋｇのＣａＦ₂および２１．６ｋｇの４０% 濃度ＰＴＦＥ分散物を２０分間強 力に攪拌する。次いで５００ｇの２０% 濃度硝酸アルミニウム溶液を添加する。 凝固させた後に、この混合物中に１Ｌのトルエンを１０分間に混入攪拌すること によって、加工に必要なコンシステンシーを得る。 本発明の組成物がＰＴＦＥ／ＭｏＳ₂またはＰＴＦＥ／Ｐｂをベースとする標 準材料よりも摩耗量に関しても摩擦係数に関しても明らかに優れていることおよ びこれらの滑り物質よりもＰＴＦＥとＰｂＯより成る改善された組成物はさらに 優れていることが判る。 ＰＴＦＥ、ＰｂＯおよびＣａＦ₂より成る組成物は広い範囲で変更されており 、１．２５ｍｍの鋼鉄、０．２３ｍｍの青銅および０．０２ｍｍの合成樹脂ライ ニング層より成る上記の三層材料の試験体を製造する。この試料からの０．７８ ｃｍ²の試験体を用いてピン／ローラー摩擦測定器によって０．５２ｍ／秒の周 速のもとで１７．５ｍＰａの負荷下に摩耗率を測定しそして標準物質と比較する 。標準物質としては０．８０容量% のＰＴＦＥおよび２０容量% の鉛より成る合 成樹脂層を持つ複合物質を使用する。これを表１においては例番号０として示し そして図１、２および４においては標準あるいは従来技術の物質と称する。 図１において本発明の滑り軸受の有効寿命はフィラーのＣａＦ₂含有量の関数 として示す。その際にフィラー全体は４０容量% で一定とする。斜線域に有効寿 命に関して明らかに際立った極大値があることが判る。これは摩耗量が最小であ ることを意味している。達成される有効寿命値は極大においては合成樹脂マトリ ックス中に酸化鉛だけを含む軸受材料で達成される値の約３倍ほど大きい。本発 明で達成できる改善を明らかにするために、表１にピン／ローラー試験からの摩 擦係数および摩耗量と一緒に記載した材料組成を試験する。図２では、結果をグ ラフにより比較する。ＰｂＯ／ＣａＦ₂のフィラー組み合わせを含有する滑り材 料がＰｂＯだけを含有する滑り材料よりも何れの場合にも明らかに良好である。 表２および第３図で対比する例７〜１１の結果からも、本発明の滑り材料がプ ラスの性質を失うことなしに他の添加物と組み合わせることができることが判る 。一部の場合には、それどころかこれらの添加物によって明らかな改善が達成さ れる。 例１２および１３においては、弗化カルシウムの替わりに、弗化マグネシウム および弗化鉛が使用されている。弗化カルシウムを含有する組成物に比較して匹 敵する結果が表３に掲載されている。本発明の効果を達成するために周期率表第 ２主族の金属を含む他の弗化化合物または弗化鉛も適していることが判っている 。 例５および６の組成物から２２ｍｍの直径のブッシュ（ｂｕｓｈｉｎｇ）を製 造しそして負荷限界を一連の回転試験で試験する。負荷限界とは、０．１２５ｍ ／秒の速度のもとで２２．５ｋｍの回転距離を達成する最高負荷を言う。破損判 定基準は摩擦係数および温度の著しい増加であり、これは以下の実験の場合９０ μm の平均摩耗深さと同義語である。例５の結果は異なる方法で評価すると６Ｍ Ｐａ・ｍ／秒のｐｖ値に相当する。相応する結果を図４にプロットする。 本発明が特に有利であることは、ＰＴＦＥを含有する本発明の混合物を熱可塑 性マトリックス中に混入しそしてこれを任意の方法で滑り要素に加工すること、 例えば青銅中間層を有するかまたは有しない金属支持材の上に設けるかまたは充 実合成樹脂部材を製造できることである。この場合には熱可塑性樹脂の含有量は ６０〜９５容量% 内で変更することができる。例２〜１３も同様に製造する。例 １４〜１６ではマトリックス材料ＰＴＦＥの代わりにＰＥＥＫとＰＴＦＥを使用 し、そして試料を粉末の混合物によって製造する。この混合物は押出成形用コン パウンド化によって製造してもよい。表４および図５では本発明の効果を明らか にするためにＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ／ＰｂＯおよびＰＴＦＥ／ＰｂＯ／ＣａＦ₂を 含有するＰＥＥＫコンパウンドの摩擦係数および摩耗量を示す。ＣａＦ₂が酸化 鉛の摩耗低下作用をここでも助けていることが判る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年３月１９日 【補正内容】 １３．合成樹脂マトリックスがＰＴＦＥを含有しており、その合成樹脂マトリッ クス中にＰｂＯおよび少なくとも１種類の金属弗化物を含有する無潤滑性合成樹 脂滑り層を持つ滑り軸受において、ＰｂＯの含有量が１５〜５５容量% でありそ して金属弗化物の含有量が０．１〜１４容量% であることを特徴とする、上記滑 り軸受。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホーデス・エーリッヒ ドイツ連邦共和国、Ｄ−61191 ロスバッ ハ、ヘルゲボルンストラーセ、52

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ＰｂＯおよび少なくとも１種類の金属弗化物を含むフィラーを含有するＰ ＴＦＥ含有合成樹脂マトリックスよりなる無潤滑軸受材料において、ＰｂＯの含 有量が１５〜５５容量% でそして金属弗化物の含有量が０．１〜１４容量% であ ることを特徴とする、上記軸受材料。 ２． 合成樹脂マトリックスがＰＴＦＥの他にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤ Ｆ、ＰＳＵ、ＰＥＳまたはＰＥＩを単独でまたは相互に組み合わせて含有する請 求項１に記載の軸受材料。 ３． 金属弗化物がＣａＦ₂、ＰｂＦ₂、ＭｇＦ₂または周期律表の第２主族の元 素の弗素化化合物である請求項１または２に記載の軸受材料。 ４． 合成樹脂マトリックスがＰＴＦＥよりなりそしてフィラーが１５〜５５容 量% のＰｂＯと０．１〜１４容量% のＣａＦ₂より成る請求項１に記載の軸受材 料。 ５． 合成樹脂マトリックスがＰＴＦＥよりなりそしてフィラーが２０〜４０容 量% のＰｂＯと０．３〜８容量% のＣａＦ₂より成る請求項４に記載の軸受材料 。 ６． ＰｂＯ／金属弗化物−フィラーの４０容量% までが硬質物質、顔料、繊維 材料、固体潤滑剤または熱硬化性−または高温熱可塑性樹脂より成る群の１種類 以上で置き換えられている請求項１〜３のいずれか一つに記載の軸受材料。 ７． ＰｂＯ／金属弗化物−フィラーの２０容量% までが硬質物質、顔料、繊維 材料、固体潤滑剤または熱硬化性−または高温熱可塑性樹脂より成る群の１種類 以上で置き換えたれている交換されている請求項６に記載の軸受材料。 ８． 硬質物質がＳｉ₃Ｎ₄である請求項６または７に記載の軸受材料。 ９． 顔料がＦｅ₂Ｏ₃またはカーボンブラックである請求項６〜８のいずれか一 つに記載の軸受材料。 １０．繊維材料がグラファイト繊維またはアラミド繊維である請求項６〜９のい ずれか一つに記載の軸受材料。 １１．固体潤滑剤がＭｏＳ₂または窒化硼素である請求項６〜１０のいずれか一 つに記載の軸受材料。 １２．熱硬化性樹脂または高温安定性熱可塑性樹脂がポリアミドイミドまたはポ リイミドである請求項６〜１１のいずれか一つに記載の軸受材料。 １３．無潤滑性合成樹脂滑り層を持つ滑り軸受において、合成樹脂滑り層がフィ ラーとして１５〜５５容量% のＰｂＯおよび０．１〜１４容量% の金属弗化物を 含有することを特徴とする、上記滑り軸受。 １４．滑り層が金属支持材の上に直接的に設けられている請求項１３に記載の滑 り軸受。 １５．滑り層が多孔質の焼結青銅よりなる層を持つ金属支持材の上に設けられて いる請求項１３に記載の滑り軸受。 １６．焼結青銅が２０〜４５% の空隙率を有する請求項１５に記載の滑り軸受。 １７．焼結青銅が５〜１５% の錫を含有する請求項１５または１６に記載の滑り 軸受。 １８．焼結青銅が５〜１５% の錫および５〜１５% の鉛を含有する請求項１５〜 １７のいずれか一つに記載の滑り軸受。 １９．充実合成樹脂滑り要素より成る請求項１３に記載の滑り軸受。