JPS6210165A - 樹脂軸受材料およびその製法 - Google Patents

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〕 本発明は樹脂軸受材料に関するものであり、さらに詳し
く述べるならば繊維添加樹脂材料、および含油材料、な
らびにその製造に関するものである。

〔従来の技術〕

フェノール樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ふっ素
樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート等の樹脂は低
級の軸受材料として一般に使用されており、またこれら
の樹脂に鉛、黒鉛、ＭｏＳ、、繊維等を混入させ、軸受
特性をある程度向上させたプラスチック軸受材料も同様
に使用されている。

プラスチックに混入される繊維としては炭素繊維、ガラ
ス繊維、綿が用いられていた。

また、含油軸受材料としてはポリアセタールに潤滑油を
混入させたものが知られている。

特公昭４６−５３２１号公報には、含油軸受材料を製造
する際に熱可望性樹脂を軟化点以上に加熱して、潤滑油
と攪拌後冷却することによって潤滑油を均一に分散させ
ることを要旨とする含油軸受材料の製法が記載されてい
る。

さらに、プラスチック材料にポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）を充てんさせることによりすべり特性を
向上させることも知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、プラスチック軸受材料は、金属軸受材料と比較
すると、軽量であり、また無潤滑でも使用できるという
長所がある反面、強度が低くまたＰＶ値が低いために大
きな荷重を受ける軸受には適していないという短所があ
る。よって、プラスチック軸受材料の長所を活かしなが
ら短所を改良することができれば、プラスチック軸受材
料（以下、軸受材料と略称する）の用途が広がり、軸受
装置の性能向上・信頼性増大に寄与するところが大であ
る。

従来の樹脂主体の軸受材料に鉛、Ｍｏ５ｓ、黒鉛等を添
加した軸受材料は、摩擦係数はある程度低くなっている
ものの、鉛等は樹脂の強化にほとんど寄与しないために
これらの添加物はむしろ樹脂の強度を低下せしめ、さら
に高荷重下で摩擦係数が増加し、焼付き易いという弱点
がある。

さらに、従来のガラス繊維、炭素繊維、綿等の１維混入
軸受材料は、材料強化されているものの鋼軸などの相手
材を摩耗させる傾向が顕著であり、さらに軸受材料自身
の摩耗量も多い。上述の繊維の中では綿は軸受材料およ
び相手材の摩耗量が比較的少ないが十分ではない。また
、従来の繊維混入軸受材、料の摩擦係数はスラスト荷重
試験下では高くなる傾向があり、ＰＶ値は下がる傾向に
ある。

さらにまた含油軸受材料は従来の繊維添加軸受材料より
も摩耗係数および摩耗特性の面ですぐれているが、耐荷
重性が不十分であり、高荷重条件下で摩擦係数が増大す
る傾向があり、焼付を起こし易い。なお、含油軸受材料
の耐荷重性および高荷重下の摺動特性は繊維混入軸受材
料よりはすぐれているために、比較的苛酷な摺動条件下
で含油軸受材料は使用可能であるが、さらに苛酷な摺動
条件下での使用を意図しようとすると、従来の含油軸受
材料は摺動特性が不十分となるのである。

また、好油性繊維に含油させた軸受材料も上述の点で摺
動特性上不十分である。

本発明者等は、潤滑油が軸受材料成分として最も効果的
に摺動特性を向上させている技術の水準の延長として、
ポリアセタールに含油させた軸受材料を作製し、その他
の材料と比較実験を行ない、次の結果を得た。

第１表 摩擦係数　摩耗量 ポリアセタール　　　０．３５　　　９■含油ポリアセ
タール　　　　　　　　　０．２５　　　　３．３　■
試験条件は次のとおりであった。

スラスト試験 荷重−２０ｋｇ 速度−０，２ｍ／ｓｅｃ 時間−１５ｈｒｓ 本発明者等は、繊維の効果が少ないところから潤滑油混
入方法について種々工夫したが第１表の特性を抜本的に
改善するに至らなかった。そこで、さらに、各種添加成
分について鋭意研究したところ、芳香族ポリアミド繊維
を添加したポリアセタールについて、摩擦係数０．３５
、摩耗量４．４■の値を得た。この特性は含油ポリアセ
タールより良くないので、本発明者等は芳香族ポリアミ
ド繊維も従来の炭素繊維と類似の作用を有しており、芳
香族ポリアミド繊維混入軸受材料は含油軸受材料を凌ぐ
摺動特性をもたないではないかと考えたが、軸受材料の
実用条件に近い条件で各種試験を行なったところ、意外
にも芳香族ポリアミド繊維はきわめて優れた作用をもつ
ことを見出した。

以下、本発明者等の実験結果を第２図−第６図により説
明する。

第２図は、ポリアセタール単体（−〇−）、市販の含油
ポリアセタール（−ム−）、および本発明により芳香族
ポリアミド繊維と少量の潤滑油と黒鉛を混入したポリア
セタール（−・−）の摩擦係数変化を示すグラフである
。摩擦係数測定条件は、速度−Ｑ、’ｌ　ｍ　／　ｓｅ
ｃ　、荷重５ｋｇ／ｈｒの割合で増加、潤滑−ドライの
条件である。

第２図より、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールは荷重が４０ｋｇを越えても摩擦係数が安定し
ており、荷重の増大とともに摩擦係数が低下する傾向す
ら認められる。

第３図は、第２図より速度を増加させて０．６７ｍ／ｓ
ｅｃにし、荷重増加速度を２．５　ｋｇ　／　ｈｒにし
た、第２図と同様の試験結果を示すグラフである。

第３図から、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールは安定した低摩擦係数を示すことが分かる。な
お、このポリアセタールは荷重約２５ｋｇにて焼付現象
を示した。

第４図は上述の三種ポリアセタールの限界ｐｖ値の滑り
速度依存性を示すグラフである。第４図より、本発明の
芳香族ポリアミド繊維混入ポリアセタールは全滑り速度
範囲で市販の含油ポリアセタールの２倍以上の限界ｐｖ
値を有することが分かる。

第５図は、市販の含油ポリアセタール（−ム−）および
本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリアセタール（−
・−）の定荷重スラスト試験下における摩擦係数変化を
示すグラフである。なお、試験条件は、試験機−ボール
盤スラストテスター、速度−０，２ｍ／ｓｅｃ、荷重２
０ｋｇであった。

第５図より、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールの摩擦係数は市販の含油ポリアセタールよりも
安定した低い値を示している。

第６図は、ブシュジャーナル試験における摩擦係数変化
を示す第５図と同様のグラフである。なお、試験条件は
、試験機−重錘式ジャーナル試験機、荷重３．４ｋｇ（
一定）、回転数−３００ｒｐｍ、相手材５ｔｌＳ−３０
４、であった。

第６図より、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールの摩擦係数は市販の含油ポリアセタールよりも
安定して低いことが分かる。

第７図は摩耗量の変化を示すグラフである。試験条件は
第６図と同様であった。

第７図より、本発明の芳香族ポリアミド繊維は初期摩耗
の後、市販の含油ポリアセタールよりも摩耗が少なくな
ることが分かる。

第２図−第７図を参照とした上記説明より、芳香族ポリ
アミド繊維はポリアセタールに、特に高荷重下で、安定
した低摩擦性、高いｐｖ値、および安定した低い摩耗量
を与えるものであることが分かる。特に、芳香族ポリア
ミドは、はとんどすべての特性に関し、潤滑油よりもす
ぐれた特性を付与する点で注目される。さらに、芳香族
ポリアミド繊維のみを混入した材料についても同様の性
質を確認できた。

上述の知見によりポリアセタール等の公知の軸受材料基
材としての熱可塑性樹脂に芳香族ポリアミド繊維を混入
した樹脂軸受材料の発明を特願昭５９−２２０．４００
号により特許比＠（以下、先願という）した。この出願
では芳香族ポリアミド繊維はパルプ、チョップ繊維の何
れか入手形態をそのまま用いるかあるいはチョップを適
当な長さ、例えば３ｍｌ１１以下、に切断して用いた。

−先願の出願後本発明者は芳香族ポリアミド繊維が樹脂
軸受性能に及ぼす影響をさらに研究した結果、芳香族ポ
リアミド繊維パルプを混入した樹脂軸受材料は繊維単体
の形態からすると密着強度は強く、すべり性等の軸受特
性はよいと考えていたが、予想される特性を有していな
いことを見出した。この原因は、芳香族ポリアミド繊維
パルプが熱可塑性樹脂内に団子状にからみあって存在し
、応力を加えた摩擦試験を行った場合、団子状にからみ
あった箇所から界面破断などによって芳香族ポリアミド
繊維パルプが樹脂基材より大量に抜は落ちることにある
と考えられる。そこで、芳香族ポリアミド繊維パルプと
熱可塑性樹脂との団子状のからみをとるためには、適当
な分散剤を用いることも検討したが、分散状態が思わし
くなく、団子状にからみあっている部分が残る。そこで
、本発明者は分散剤を用いる手段にはよらないで、軸受
材料の強度を高める方法を研究した。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、芳香族ポリアミド繊維パルプをからみをとる
ように切断して熱可塑性樹脂を混合することにより、樹
脂軸受の性能が高めるとの知見に基づいて完成されたも
のである。

本発明に係る樹脂軸受材料は、ポリアセタール、ポリア
ミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、
ポリブチルテレフタレートおよび超高分子ポリエチレン
からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂に、芳
香族ポリアミド繊維パルプのからみをとるように切断し
て混合したことを特徴とする。

本発明に係る樹脂軸受材料の製法は、熱可塑性樹脂と芳
香族ポリアミド繊維パルプを混錬押出後切断し、その後
所定の形状に成形することを特徴とする。

〔作　用〕

第１図（Ｏおよび（０）はそれぞれ本発明および先願の
樹脂軸受材料の一試片の組織を顕微鏡で観察し、模写し
た図面である。先願の材料においてはパルプ１が熱可塑
性樹脂内に団子状にからみあって存在している部分（１
ａ）があるが、本発明の材料においてはパルプ１は団子
状のからみがなくかつ切断された短繊維形態で分散され
ている。これらの材料の軸受特性を比較したところ本発
明材料の方がすぐれた軸受特性が得られた。以下、本発
明者の実験に基づいて軸受特性を説明する。

第８図は下記条件による摩耗量を示すグラフである。

■ 試験機−スラスト摩擦摩耗試験機 荷重−３０ｋｇｆ 時間−″１００時間 摩擦速度−０，２ｍ／ｓｅｅ 供試料１１ｋＬ１〜ｌ１ｈ５は以下のとうりである。

試且 磁１−ポリアセタール単体 −２−ポリアセタール＋４ｗｔ％含油 磁３一本発明（ポリアセタール＋４ｗｔ％含油＋２−ｔ
％％香族ポリアミド繊維） ！１ｈ４−ポリアセタール＋４ｗｔ％含油＋２切ｔ％芳
香族ポリアミド繊維チップ（平均長２ｍｍ）随５−先願
（ポリアセタール＋４ｗｔ％含油士長パルプ状芳香族ポ
リアミド繊維） 第８図により芳香族ポリアミド繊維パルプの団子状のか
らみをとるように切断したものを混合する（Ｎａ３）こ
とによって、摩耗量およびそのばらつきが先願のものよ
り少なくなることが分かる。

また、含油により摩耗量は減少するが、芳香族ポリアミ
ド繊維混合材の三種は何れも摩耗量はさらに減少する。

また、摩耗量が多い先願の材料を調べたところ、パルプ
のからみ部にて極所破壊が起こって、そこから摩耗が進
行していることが認められた。

第９図は下記試験条件による耐荷重性を示すグラフであ
る。

条−止 試験機スラスト試験機 荷重増加法−５ｋｇ／ｈｒ増加 スラスト速度−０，２ｍ　／　ｓｅｃ 第９図より、芳香族ポリアミド繊維パルプのからみをと
るように切断すると、限界荷重値が高くなりかつそのば
らつきが少なくなることが分かる。

第１０図は下記試験条件により摩擦係数を測定した結果
を示すグラフである。

条−且 荷重−３０ｋｇｆ 速度−０，２ｍ／ｓｅｃ 時間−１００時間 第１０図より摩擦係数のばらつきは棋試材により大きな
差はないが、本発明材（隘３）は低い摩擦係数を可能に
することが分かる。

第８図−第１０図を参照として説明したように、本発明
によると荷重（耐荷重性）、摩擦係数、摩耗量（耐摩耗
性）の何れにおいてもすぐれた性能が得られる。以下さ
らに具体的に本発明を説明する。

〔実施例〕

以下、本発明に係る軸受材料の成分について詳しく説明
する。

芳香族ポリアミド繊維は「ケブラー」　（デュポン社登
録商標）、「コーネックス」　（帝人株式会社登録商標
）等として知られており、アラミド繊維として、通称さ
れている。以下の説明ではこの通称を用いる。アラミド
繊維の高強度等のすぐれた性質を活用した各種用途が提
案されているが、摩擦材としての使用、すなわち安定し
た高い摩擦係数とすぐれた耐摩耗性および相手材の非研
磨作用が要求される部位として知られている自動車のド
ラムブレーキ、鉄道車両のブレーキシューとしての用途
が多く提案されている。かかる用途ではアラミド繊維は
単体もしくは適宜結合剤で一体化されて適用される。こ
れに対して、軸受材料に用いた場合アラミド繊維は、安
定した低い摩擦係数、高いｐｖ値、すぐれた耐摩耗性お
よび相手材の非摩耗性を、スラストタイプ、ジャーナル
タイプの何れの軸受においても示す。

本発明における軸受材料基材としての熱可塑性樹脂は、
ポリアセタール（ＰＯＭ）　、ポリアミド樹脂（ＰＡ）
、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィ
ド（ＰＰＳ）　、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）
および超高分子ポリエチレン（υＨＤＰＥ）からなる群
から選択された少な（とも１種のものである。

本発明の軸受材料は上記基本成分の他に、以下の成分の
１種以上を含有することができる。

潤滑油：合成油、鉱油などの潤滑油を軸受材料に混入す
ることによって、さらに低い摩擦係数と高いｐｖ値が得
られる。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）　：摩擦係数
と摩耗量を低下させる成分として使用される。固体潤滑
剤：　Ｈｏ５ｔ、黒鉛、金属セッケン（例えばステアリ
ン酸亜鉛またはリチウム）などの固体潤滑剤により摩擦
係数をさらに低下させることができる。なお、黒鉛は、
少量の場合は潤滑油保持効果により、多量の場合は潤滑
効果が顕著になる。

活性炭：原料混合物の成形性を向上させる成分としてま
た潤滑油保持成分として活性炭を使用する。

以下、各成分の好ましい含有量について説明する。含有
量は重量％であり、アラミド繊維、ＰＴＦＥおよび固体
潤滑剤を総称して固形分という。

アラミド繊維の含有量は０．０５〜２５％が好ましい。

この含有量が０．０５％未満であると、アラミド繊維の
上述の効果が不十分であり、一方２５％を超えると、ア
ラミド繊維と熱可塑性樹脂の混錬が困難になる。さらに
好ましい含有量は０．１〜１５％、最も好ましい含有量
は０．５〜５％である。

潤滑油の好ましい含有量は最大２５％である。

この含有量が２５％を超えると、軸受材料の強度が低下
することに伴なって耐荷重性が損われ、本発明材の特長
とする摺動特性が得られなくなる。

さらに、好ましい含有量は０．５〜１５％、最も好まし
い含有量は２〜１０％である。

ＰＴＦＥの好ましい含有量は最大２５％である。この含
有量が２５％を超えると摩耗が増加し、負荷能力が低下
することになる。さらに好ましいＰＴＦＨの含有量は０
．５〜１５％、最も好ましい含有量は２〜１０％である
。

活性炭および／または黒鉛は原料の混合物の成形性の改
善と負荷能力を改善する成分である。特に潤滑油が４％
以上でこれらの効果は著しい。黒鉛および活性炭の量は
潤滑油１０部に対して、重量比で、黒鉛１〜５部、好ま
しくは３．５〜４．０部、活性炭１〜４部、好ましくは
２．５〜３．５部とするのがよい。

上記含有量範囲内において固形分が３５％以下であるこ
とが成形体の安定性上好ましい。

固形分の寸法については、その混錬が可能であれば、特
に制限はないが、通常用いられる固形分の寸法は次のと
おりである：アラミド繊維−平均長さ０．５龍以下、径
３０μｍ以下；黒鉛および二硫化モリブデン−８０メツ
シユアンダー。

さらに、本発明に係る軸受材料の製造法の例について述
べる。

２０メツシユ以下のポリアセタールと平均長２籠程度の
パルプを所定量湿式混合し、混合物を１００〜１１０℃
で数時間、好ましくは１０時間以上乾燥し、二輪スクリ
ュー型混錬機で温度１７０〜１９０℃（ポリアセタール
の融点以上）で混錬した後適当な径例えば２〜３鶴程度
に連続押出しを行ない水等で冷却する。続いて冷却部を
切断機に給送し、好ましくはＱ、　５　ｓ＋ｉ以下の長
さに切断することによって平均長０．５　＊ｘ以下のパ
ルプを得る。このパルプの平均長は好ましくは０．３　
龍以下、より好ましくは０．２龍以下である。パルプの
からみがとれる理由としては、樹脂の流れに沿ってパル
プが紀行するように連続押出しした後、押出し方向と直
角に切断することによってからみ箇所も短かく切断され
る。従って、団子状のからみ部分がなくなる。

さらに、必要であれば潤滑油、黒鉛等を添加混錬してさ
らに押出しを行なう。これらの潤滑油、黒鉛等の添加混
錬は最初の混錬時に行なってもよい。

但し、混錬押出時の温度を上記１７０〜１９０℃より約
１０℃以上低い温度で行なうことが望ましいために、２
回目の混錬直前に潤滑油等を添加することが好ましい。

２回目の押出材を射出成形することによって軸受製造用
素材を得る。

上記素材を所定軸受形状に加工する。加工は射出成形で
行うか、射出成形したものを切断、切削、研削等の通常
の加工方法にて行う。

本発明に係る軸受材料の用途は、相手材が鋼、非鉄金属
、セラミック等、潤滑条件はドライまたはウェットであ
る従来の軸受材料のあらゆる用途に使用される。従来の
軸受材料と同様にドライ潤滑条件下では含油材料を通常
使用する。また、特に高荷重下で使用する場合は、アラ
ミド繊維の含有量を多くし、ＰＴＦＥを含有させた軸受
材料が望ましい。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 熱可望性樹脂として、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリ
カーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィド（Ｐ
ＰＳ）　、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）　、お
よび超高分子ポリエチレン（ｔｌｌｌＤＰｕ）を用い、
アラミド繊維（特記しない限り、パルプのからみをとっ
たもの）を用い、その他の任意成分を加えた例を以下説
明する。

なお、試験条件は、摩擦係数および摩耗量については、
試験機−ボール盤スラストテスタ、速度−０，２ｍ　／
ｓｅｃ　、荷重３０ｋｇであり、また負荷能力は第９図
のデータの測定条件と同じであった。

以下余白 第２表〜第５表により次の点が明らかになる。

（イ）　アラミド繊維の量は０．０５％以上でも耐摩耗
性の向上がみられるが、１％以上に耐摩耗性が顕著に向
上しさらに負荷能力も向上する（試料Ｎａｌ〜４．１１
ｈ１６）。

（ロ）　アラミド繊維パルプをそのまま使用すると摩耗
量および負荷能力のばらつきが大であり（試料１１ｈ１
７）、一方アラミド繊維チョップは特に特性向上に有効
ではない（試料Ｎ１１８）（／９　アラミド繊維の量が
２ないし２０％であると、摩擦係数、耐摩耗性および負
荷能力が著しく良好となりかつこれらがバランスした特
性が得られる（試料１１ｈ７〜１４）。

（勾　上記（イ）〜＆鳩は任意添加成分を含む組成およ
びＰＯＭ以外の樹脂組成についても概して当てはまる。

但し以下の点について任意添加成分の影響がみられる。

体）潤滑油（オイル）は三特性を格段と向上せしめると
ともにアラミド繊維の好適範囲を拡大せしめる（試料１
１ｈ２１〜３５）。潤滑油の特性向上の効果は比較例（
患３６〜４０）よりも本発明例（阻２１〜３５）におい
て、特に耐摩耗性向上に関して、著大である。

〔発明の効果〕

従来、含油（プラスチック）軸受材料を上まわる特性の
（プラスチック）軸受材料が出現することが、当業界で
切望されていたが、含油軸受材料の特性はそれなりにす
ぐれたものであるため、これを上まわる材料は提供され
なかった。本発明はこのような要望に応えるものであり
、かかる材料を提供するとともにすぐれた摺動特性を与
える芳香族ポリアミド繊維の構造を見出したことの工業
的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）および（ｏ）はそれぞれ本発明と先願の芳
香族ポリアミド繊維の構造を示す図面、第２図は摩擦係
数の荷重変化を示すグラフ、第３図は第１図と同様のグ
ラフ、 第４図は限界ＣＶ値の速度依存性を示すグラフ、第５図
は摩擦係数の時間変化を示すグラフ、第６図は第４図と
同様のグラフ、 第７図は摩耗量の時間変化を示すグラフで、第８図、第
９図および第１０図は、負荷能力を示す荷重、摩擦係数
および摩耗量を、磁１　（ポリアセタール単体）、Ｉ’
に２（含油ポリアセタール）、１ｌｋＬ３（本発明）、
Ｎ！Ｌ４（含油ポリアセタール＋芳香族ポリアミド繊維
チップ）、ｌ１ｈ５（先願−含油ポリアセタール＋長パ
ルプ芳香族ポリアミド繊維チップ）について示すグラフ
である。 １−パルプ、　　　　ｌａ−からみ。 第　　１　　図（イ） 荷　　重　（ｋｇ） ＄２図 第３図 滑り速度　（ｍ／５ｅｃ） 第５図 試験時間　（ｈｒ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂を含む樹脂軸受材料において、前記熱
   可塑性樹脂としてポリアセタール、ポリアミド、ポリカ
   ーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチルテ
   レフタレートおよび超高分子ポリエチレンからなる群か
   ら選択された少なくとも１種、および芳香族ポリアミド
   繊維パルプのからみをとるように切断した該繊維からな
   ることを特徴とする樹脂軸受材料。 ２、潤滑油を添加してなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の樹脂軸受材料。 ３、固体潤滑剤を添加してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の樹脂軸受材料。 ４、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン、二
   硫化モリブデン、金属セッケンの少なくとも１種を添加
   してなることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の樹脂軸受。 ５、黒鉛または活性炭を添加してなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に
   記載の樹脂軸受材料。 ６、熱可塑性樹脂を含む樹脂軸受材料を製造する方法に
   おいて、前記熱可塑性樹脂としてのポリアセタール、ポ
   リアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィ
   ド、ポリブチルテレフタレートおよび超高分子ポリエチ
   レンからなる群から選択された少なくとも１種、および
   芳香族ポリアミド繊維パルプを混錬押し出した後切断し
   、その後所定の形状に成形することを特徴とする樹脂軸
   受材料の製造方法。