JPS63280922A - 摺動部材の製造方法 - 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］ 本発明は摺動部材、特に耐摩耗性に優れた摺動部材の製
造方法に関するものである。

［従来技術］ 従来より、ふっ素樹脂は自己潤滑性に優れ摩擦係数が極
めて低く、更に優れた耐薬品性及び耐熱性等の理由から
、軸受等の摺動部材として広く使用されているものであ
る。

しかしながら一方、このふっ素樹脂のみから成る摺動部
材は耐摩耗性や耐クリープ性の点で劣るため、これらの
欠点を解消する目的でこれまでにも種々の充填剤が提案
されてきた。

例えば、該充填剤として、ポリイミド樹脂（特公昭４７
−３１０９７号公報）、芳香族ポリアミド樹脂粉末（特
開昭６０−２３８３５１号公報）、カーボン微小球（特
公昭６０−４８５４１号公報）及び芳香族ポリエステル
、その他炭素粉末及び炭素繊維等をふっ素樹脂と混合さ
せることが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、上記従来の充填剤を混合したふっ素樹脂摺動
部材も、耐摩耗性において未だ十分に満足し得るもので
はなく、また相手材質によってその摺動特性に大きな差
が生じるという欠点を有しているものである。

本発明は上記の点に鑑み、広範囲に亘る材質を有する相
手材に対して、極めて良好な摺動特性、なかんずく優れ
た耐摩耗性を有する摺動部材を得ることを目的とするも
のである。

本発明は熱処理したフェノール樹脂がふっ素樹脂に対す
る充填剤としての優れた特性を有するという知見に基づ
いてなされたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、ふっ素樹脂粉末９
５〜７０重量％及び予め不活性ガス雰囲気中で３５０〜
５５０℃にて熱処理したフェノール樹脂粉末５〜３０重
量％を含む混合粉末をｉｌｌ製し、該混合粉末を常温成
形して圧粉体を成形し、該圧粉体を常圧下３６０〜４０
０℃にて焼成することより成る摺動部材の製造方法を捉
供するものである。

本発明のフェノール樹脂粉末は、ふっ素樹脂粉末と混合
する前に予め不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気中で
３５０〜５５０℃の温度で熱処理されたものである。こ
の熱処理により、該フェノール樹脂の組成及び硬度がふ
っ素樹脂に対する充填剤として使用するに適当なものに
なる。この熱処理は、本発明のフェノール樹脂粉末が本
発明の摺動部材に優れた耐摩耗性を与え得る為の一つの
重要な要因と考えられるものである。尚、該熱処理によ
ってフェノール樹脂のマイクロビッカース硬度は約４５
〜約１２０の範囲となる。

３５０℃未満での熱処理では、圧粉体焼成時にフェノー
ル樹脂から分解ガスが発生し、これが得られた摺動部材
中にクラック等を引き起こして該部材の強度を著しく弱
める原因となるため、上記熱処理温度は好ましくない。

また、５５０℃より高温域で熱処理した場合には、フェ
ノール樹脂のガラス状カーボン化が進行する結果、該樹
脂の硬度が大きくなりすぎてしまう。

このような高温域で熱処理したフェノール樹脂粉末を充
填剤として用いて摺動部材を製造した場合には、該フェ
ノール樹脂粉末が相手材を傷つけるばかりでなく該摺動
部材中のふっ素樹脂をも削り取ってしまいアグレッシブ
摩耗となる。その結果、摩耗量が極めて多くなるため、
この点から上記熱処理温度は好ましくない。

このような理由から、本発明で用いるフェノール樹脂粉
末は３５０〜５５０℃で熱処理されている。

必要がある。より好ましい該熱処理温度は４５０〜ＳＯ
Ｏ℃である。（実験１参照） 熱処理時間は、処理温度、被処理フェノール樹脂粉末の
種類・母などによって異なるが、通常約１〜２４時間で
ある。

本発明に用いるフェノール樹脂としては、ノボラック樹
脂やレゾール樹脂に加え、例えばフェノールとα、α′
　−ジメトキシパラキシレンから成る縮合物や鐘紡−社
製のベルパール（登録商標）等を挙げることができる。

本発明のふっ素樹脂粉末としては、従来公知の、例えば
ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称す）
、ポリフルオロエチレン又はポリへキサフルオロプロピ
レン等のいずれも使用することができるが、特にＰＴＦ
Ｅ樹脂粉末が好適である。

本発明の摺動部材中のフェノール樹脂粉末充填量（混合
割合）は５〜３０重最％が好ましく、特に１０〜２０重
旦％が好適である。５重量％未満では十分な充填効果く
耐摩耗性向上）が得られず、３０重Ｍ％より大ぎいと逆
に耐摩耗性が低下するため不適当である。（実験２参照
） 摺動特性（耐摩耗性、耐摩擦性）をさらに向上させる目
的で、グラフフィト又は二硫化モリブデン等の公知の添
加剤、あるいは、リン酸カルシウム、リン酸リチウム及
びビロリン酸銅等のリン酸塩並びに水酸化アパタイト等
を本発明の摺動部材中に添加することもできる。

これらの添加剤はフェノール樹脂粉末及びふっ素樹脂粉
末を混合する際に同時に添加し混合するのが望ましい。

尚、上記添加剤の添加量は、フェノール樹脂充填量との
合計総量が３０重伍％を越えない範囲内で、摺動部材の
１〜１０重憬％が好ましい。１重量％未満では十分な添
加効果が得られず、該添加剤の添加ωが１０重恒％より
大きいと摺動特性をかえって低下させることになるため
好ましくない。

本発明に於いて、ふっ素樹脂粉末との混合に用いるフェ
ノール樹脂粉末はその粒径が１００−以下のものが好ま
しい。粒径がそれより大きいものを使用すると、機械加
工時に該フェノール樹脂粉末が脱落し、機械加工後の本
発明部材の表面に凹所ができ易くなり、その結果、機械
的強度や摺動特性に悪影響を及ぼす恐れがある。

フェノール樹脂の熱処理によって、該樹脂が溶融し塊状
又はブロック状になった場合には、この塊状物を粉砕し
粉末状（好ましくは粒径１１００Ｉ以下）にしてから、
ふっ素樹脂粉末と混合すると良い。

その後該混合粉末を常温成形するわけであるが、所望の
圧粉体形態に応じた従来公知の方法によって該成形加工
を行なうことができる。

成形圧力は３００〜１０００Ｋｇ／ｍの範囲が好ましい
。

（実験３参照） 得られた圧粉体を焼成する工程は、ふっ素樹脂粉末を溶
融し樹脂粉末混合物を互いに融着させるために実施され
るものであり、通常常圧下、３６０〜４００℃で２〜３
０時間の範囲内でふっ素樹脂粉末の種類、量等に応じた
条件下で行なわれる。

尚、機械加工は、焼成して得た成形素材を室温まで冷却
させた侵、従来の方法、例えば超硬工具を用いる旋盤等
で行ない得る。

［実験１］ フェノール樹脂の熱処理温度が本発明の摺動部材の耐摩
耗性に及ぼす影響について以下の実験により評価した。

フェノール樹脂粉末（商品名：ベルパールＲ８００、粒
径１５μｍ以下、鐘紡■社製）を窒素ガス雰囲気中に於
いて、各所定の温度にて２時間熱処理した後、ＰＴＦＥ
樹脂粉末（商品名：テフロン７ＡＪ　、三井・デュポン
７０ロケミ力ル四社５Ａ＞に該フェノール樹脂粉末が２
０重量％となるように混合し、ヘンシェルミギサーによ
り均一に混合し、該混合粉末を金型内に装填し、成形圧
力５００ＫｇＺＣｉ下で常温成形して圧粉体を成形し、
該圧粉体を常圧下３７０℃で５時間焼成して成形素材を
形成し、これを室温に冷却後機械加工して辺３０ｓ＋　
Ｘ　３０Ｍ　Ｘ厚さ５Ｉｎｆｎの板状摺動部材試料片を
得た。

これを下記の条件で中空円筒状の軸材（内径２０５１１
１　Ｘ外径２５．６Ｍ、　０質：５４５Ｇ＞の端面と摺
接させるスラスト試験を行った。

試験条件 速度：　８０　ｍ／ｍｉｎ 荷重：１０に９／ｃｒｉ 時間：３０ｈｒ 潤滑ニドライ 得られた結果を第１図に示す。この図に於いて比摩耗開
はフェノール樹脂の熱処理温度の関数として表わされて
いる。０は２〜３回試験の測定平均値を□は実測値の範
囲を表示している。

この結果から明らかなように、フェノール樹脂を３５０
〜５５０℃の温度範囲で熱処理することにより極めて優
れた耐摩耗性が摺動部材に付与されることが判る。

［実験２］ フェノール樹脂粉末（ベルバールＲ８０（４）の窒素ガ
ス雰囲気中に於ける熱処理温度を５００℃に固定し、フ
ェノール樹脂粉末の混合割合を変化させて、前記実験１
と同様の条件で板状摺動部材試料片を製造した。以下の
条件下で、実験１と同じ軸材を用いたスラスト試験にか
けた。

試験条件 速度：　４０　ＩＩ／１ａｉｎ 荷重：　２０Ｋｇ　／　ｃｉ 時間：４８ｈｒ 潤滑ニドライ 得られた結果を第１表にまとめた。

第　　　１　　　　表 充Ｎ４量（重量％）　　摩耗深さ”（ｓ＋＋）３　　　
　　　大きすぎて試験中止 ５　　　　　　　　０、１３５ １０　　　　　　　　０．０８１ １５　　　　　　　　０、０９３ ２０　　　　　　　　０、０８０ ２５　　　　　　　　０．０８０ ３０　　　　　　　　０．１４７ ４０　　　　　　　　０、４９６ 傘２試料の平均値 上記表より、フェノール樹脂充填量が５〜３０重量％の
範囲で、耐摩耗性が極めて向上１−ることが明らかであ
る。

［実験３１ 更に、圧粉体成形時の圧力が及ぼす影響を調べた。

フェノール樹脂粉末（ベルバールＲ８０（４）の熱処理
温度として５００℃、その混合割合として２０重石％と
いう条件を採用し、成形圧力を変化させた他は、実験１
と同様の条件で板状摺動部材試験片を得た。これら試験
片の各種物性値を測定し、また、スラスト試験を以下の
条件で実施した。

試験条件 Ｎｏ、　Ｉ　　　　　　　Ｎｏ、　２ 速度：　８０　ｉ／ｗｉｎ　　　　　　　２０　ｍ／ｎ
＋ｉｎ荷＠：　１５に９　／　ｔｓｉ　　　　　　　４
０Ｋｇ　／　ａｉ時間：　３０　ｈｒ　　　　　　　　
３０　ｈｒ軸材：　５４５Ｃ（内径２０ｍ　Ｘ　　　５
４５Ｃ（内径２０ｍ、Ｘ外径２６．５Ｍ）　　　　　外
径２６．５＃ｌ１１１）潤滑ニドライ　　　　　　　ド
ライ“ 結果を以下の第２表に示す。

尚、囲動部材試験片の硬さの目安としてのジューロメー
タＤ及びロックウェルＲは夫々ＡＳＴＨ−Ｄ　−２２４
０及びＪ　Ｉｓ−に−７２０２に従って測定した。

又、外径変化率、高さ変化率及び重量変化率はそれぞれ
以下のようにして測定した。

圧粉体の成形後および焼成後に夫々、第２図に示すよう
に高さ方向３箇所、径方向５箇所で寸法を測定し、焼成
後の寸法変化率を求めた。また、重量を該成形後および
焼成後に夫々測定し、重囲変化率を求めた。各条件で試
料２ケについて測定を行ない、その平均値を夫々の変化
率とした。

この表から、成形圧力が３００〜１０００Ｋｇ／ｉの範
囲にある場合に、摩耗深さに関してより良い結果が得ら
れていることが判る。

［実施例］ （実茄例１及び２．比較例１） 微粒子状フェノール樹脂粉末（商品名：ベルパールＲ８
００，鐘紡四社製）を窒素ガス雰囲気中４００℃（実施
例１）、５００℃（実施例２　）　、　８５０℃（比較
例１）で夫々２時間熱処理したのち、ＰＴＦＥ樹脂粉末
（商品名：テフロン７ＡＪ　、三井・デュポンフロロケ
ミカル四社製）に各々該フェノール樹脂粉末が２０重伝
％となるように混合し、ヘンシェルミキサーにより均一
に混合し、成形圧力５００に９／ｃｄで常温成形し直径
２０閣長さ１００馴のロッドを成形し、次に常圧下３７
０℃で３時間焼成し、室温に冷却後機械加工（旋盤）し
、外径１４Ｈ１ＩＸ内径１０姻×長さ１２Ｎ１の円筒状
試験片を作製した。

〈実施例３〉 フェノール樹脂（商品名：　ＢＲＰ　６６６１．昭和ユ
ニオン合成−社製）を粉末のまま　１８０℃で１時間加
堕し塊状のブロックとした。そのブロックを粉砕し　１
００メツシユフルイを全通する粉末とし、さらにその粉
末を窒素ガス雰囲気中４５０℃で２時間熱已理し、フル
イでふるって平均粒径４０ミクロンの０末とした。その
粉末２０重重量及び上記ＰＴＦＥ分末８０重量％となる
ように混合し、実施例１及び２と同様の製造方法により
外径１４履×内径１０Ｍ×良さ１２＃Ｉの円筒状試験片
を得た。

（比較例２．３） 上記ＰＴＦＥ樹脂粉末に、無定形炭素粉末（商２名：Ｃ
Ｐ−４０．住友アルミニウム精練（ｖ４社製）（比較例
２）及び窮状天然黒鉛粉末（商品名：　ｃｐ。

日本黒鉛商事−社製）（比較例３）を各々２０重陽Ｘと
なるように混合し、上記方法で外径１４ｓ＋Ｘ内径１０
ａＩ×長さ１２Ｉ！１Ｉ１１の円筒状試験片を得た。

（比較例４） 炭素繊維１０重量％入りＰＴＦＥ樹脂粉末混合物を上記
方法で成形し、外径１４＃ＩＩＸ内径１０＃１ｌＩＸ長
ざ１２ａｍの試験片を得た。

（比較例５） ＰＴＦＥにポリイミド樹脂を混合した成形品（市販品）
を試験片として用いた。

上記試験片を用いてそれぞれ以下の条件にてジャーナル
試論を行い、ｒ！Ｊ擦係数および摩耗量を測定した。そ
の結果を第３表にまとめた。

試験条件 速度：　２０　ｓ／ｓｉｎ 荷重：３０Ｋｇ／ｃＩｊ 時間：　８６　ｈｒ 潤滑ニドライ 上記試験結果より明らかなように、本発明方法で得られ
た摺動部材は試験した相手軸材の材質を問わず、小さい
摩耗量および安定した摩擦係数を示し、特に相手軸がア
ルミニウムの場合に優れた摺動特性を示した。

一方、比較例１〜４は、はとんどが、異常摩耗（極度に
摩耗粉が発生し、摩擦係数が大きく変動）を示したため
、試験を途中で停止せざるを得ず、また、最後まで試験
し得たものであっても、いずれも摩耗量が大きく、相手
軸材に多数の線状のキズが見られた。

比較例５では、８４５Ｇ（炭素鋼）およびハードクロム
メッキに対しては、本発明方法で得られた摺動部材を用
いた場合とほぼ同等の摩耗ωを示したが、アルミニウム
の場合にはより大ぎな摩耗量を示し、また、摩擦係数の
変動も大きかった。

第３表　上段　摩耗量（−）、下段　摩擦係数（μ）［
効　果］ 本発明で得られる摺動部材は以下に列記する効果を有す
るものである。

即ち、 １）どのような材質の相手材（軸材）に対しても、該相
手材を損傷することなく、優れた摺動特性、特に耐摩耗
性を示すものである。

２）相手材がアルミニウムの場合は、従来の摺動部材に
較べて特に優れた耐摩耗性を示すものである。

３）安価なフェノール樹脂を用い簡易な方法で製造する
ことができるため、経済性、作業性に大変優れたもので
ある。

尚、アルミニウムの持つ優れた特性（軽量、耐腐蝕性及
び非磁性等）故に、０．Ａ１機器等の分野に於いて、ア
ルミニウムの軸材としての用途が近年益々増加している
ことを考えれば、本発明方法で得られる摺動部材は、ア
ルミニウム軸材に対して特に優れた摺動特性を有してい
る為、大いに注目されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フェノール樹脂の熱処理温度とそれから得ら
れる居動部材の耐摩耗性の関係を示すグラフである。 第２図は、高さ方向及び径方向の寸法測定箇所を得られ
た成形素材について示したものである。 第２図 課とえ伯

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ふっ素樹脂粉末９５〜７０重量％及び予め不活性
   ガス雰囲気中で３５０〜５５０℃にて熱処理したフェノ
   ール樹脂粉末５〜３０重量％を含む混合粉末を調製し、
   該混合粉末を常温成形して圧粉体を成形し、該圧粉体を
   常圧下３６０〜４００℃にて焼成することより成る摺動
   部材の製造方法。
2. （２）前記ふっ素樹脂粉末がＰＴＦＥ樹脂粉末であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）前記フェノール樹脂粉末の粒径が１００μｍ以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項のいずれかに記載の方法。
4. （４）金型内に於いて３００〜１０００ｋｇ／ｃｍ＾２
   の圧力下で前記混合粉末を常温成形することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の方法。