WO2012043332A1 - 複合滑り軸受 - Google Patents

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WO2012043332A1
WO2012043332A1 PCT/JP2011/071466 JP2011071466W WO2012043332A1 WO 2012043332 A1 WO2012043332 A1 WO 2012043332A1 JP 2011071466 W JP2011071466 W JP 2011071466W WO 2012043332 A1 WO2012043332 A1 WO 2012043332A1
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resin
resin layer
bearing
sliding bearing
composite
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石井　卓哉
勝史 竹尾
安田　健
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding plain bearing which is used for a sliding bearing with stable lubricity and high rotational accuracy, and in particular, a resin layer made of an aromatic polyether ketone resin (PEK resin) using a sintered metal as a base material.
  • PEK resin aromatic polyether ketone resin
  • a sliding bearing in which porous sintered metal is impregnated with oil is known as a sliding bearing with high rotational accuracy. If this sliding bearing is used by impregnating a sintered metal-based porous material with oil, the oil can be continuously supplied to the sliding interface. Is possible.
  • the material with which such a sliding bearing comes into contact is usually the same metal material as that of such a sliding bearing. Suitable for applications that require rotational accuracy.
  • a solid lubricant such as tetrafluoroethylene resin (PTFE), graphite, molybdenum disulfide, or a lubricating oil or wax is blended in the resin. Things are known.
  • the sliding bearing used by impregnating the porous sintered metal with oil may wear the mating material when the shaft or the mating material to be fixed is a soft material, and the supply of lubricating oil is interrupted. In some cases, metal contact may occur.
  • a metal is used as the outer peripheral portion of the bearing, and a resin layer is formed by insert molding of a resin material on the sliding portion of the outer peripheral portion of the bearing.
  • a fine concave portion is provided on the surface portion of the outer peripheral portion of the bearing, and (the linear expansion coefficient of the resin material) ⁇ (the thickness of the resin layer) in the resin layer is 0.15 or less, and the total apparent area occupied by the concave portion is
  • Patent Document 1 A high-accuracy plain bearing having a surface area of 25 to 95% of the surface portion of the outer periphery of the bearing in contact with the resin layer is known (Patent Document 1).
  • the gate mark at the time of injection molding may adversely affect the bearing performance, and the processing of the gate mark may increase the production process, resulting in poor productivity.
  • Patent Document 2 a high-precision sliding bearing that employs insert molding through a tunnel gate when a resin layer is formed on a sintered metal
  • Such high-precision sliding bearings are used for photosensitive drums, developing units, fixing unit support bearings, or carriage bearings of copying machines and printers.
  • the above-mentioned conventional high-accuracy plain bearings can be used for precise rotation to support the rotating shafts of compressors for room air conditioners and car air conditioners, and to support the rotating shafts of transmissions such as automobiles and construction machinery.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and is to provide a sliding bearing having a synthetic resin bearing layer with a sintered metal as a base material and capable of obtaining a precise and stable rotational torque. It is a high-precision sliding bearing that can be used as a sliding bearing that receives a relatively large radial load or axial load, such as a rotary shaft of an air conditioner compressor or a car air conditioner compressor, a transmission of an automobile or a construction machine. In other words, in order to enable the above-mentioned use, by providing a high-accuracy plain bearing that has improved load resistance, heat resistance, low friction characteristics, and wear resistance characteristics that are lacking in conventional high-precision slide bearings. is there.
  • a resin layer is integrally provided on a sintered metal base material of a sliding bearing, and the resin layer is formed by adding a fibrous filler to an aromatic polyether ketone resin.
  • the fibrous filler is composed of a blended resin composition (PEK resin composition), and the fibrous filler is oriented so that the length direction of the fiber intersects 45 to 90 degrees with respect to the rotation direction of the bearing.
  • PEK resin composition blended resin composition
  • This is a compound plain bearing provided with a layer thickness of 0.1 to 0.7 mm.
  • the composite sliding bearing according to the present invention configured as described above includes a fibrous filler in the aromatic polyether ketone resin forming the resin layer, and the fiber length direction intersects with the rotation direction of the bearing. Is blended in a state of being oriented and dispersed so as to be 45 to 90 degrees, so that the chance of wear damage to the mating material is reduced with both ends of the fiber being an edge, and the friction coefficient during rotation of the bearing is reduced. The torque becomes smaller and the torque fluctuation of the bearing is low and stable. Thus, a composite sliding bearing having a precise and stable bearing torque having a synthetic resin bearing layer using a sintered metal as a base material is obtained.
  • the resin layer is a resin layer integrated by injection molding over the base material. Is preferred.
  • the resin layer has a thickness of 1/8 to 1/2 of the thickness in the axial direction of the substrate.
  • the fibrous filler is a fiber having an average fiber length of 0.02 to 0.2 mm in order to be oriented and dispersed so that the crossing angle is 45 to 90 degrees by injection molding or the like. It is preferable that it is a filler.
  • the substrate in order to achieve adhesion with such a resin layer and to ensure the required thermal conductivity of the substrate, the substrate should be a substrate having a theoretical density ratio of 0.7 to 0.9. preferable.
  • the resin layer By forming a resin layer made of a resin composition of an aromatic polyether ketone resin on the base material by injection molding, particularly by insert molding, the resin layer becomes uneven on the surface of the sintered metal during injection molding. Since the true joint area increases by deeply biting in, the adhesion strength between the resin layer and the bearing base material is improved. Furthermore, since the true bonding area between the resin layer and the bearing base material is increased and there is no gap between the resin layer and the sintered metal, the heat of the resin layer is easily transmitted to the bearing base material.
  • the resin layer is thinly insert-molded on the surface of the sintered alloy having high dimensional accuracy, a bearing with high dimensional accuracy can be obtained.
  • the surface of the sintered metal base material is 0.1. It is possible to smoothly perform a thin insert molding of up to 0.7 mm. When molding, since the sintered metal as the base material is not impregnated with oil, the adhesion strength between the resin layer and the bearing base material is not hindered.
  • Adhesiveness between the resin layer and the bearing substrate can be improved by using a sintered alloy containing iron as a main component and an iron-based sintered alloy having a copper content of 10% or less as the material of the bearing substrate. .
  • the resin layer does not peel from the bearing substrate even when used as a sliding bearing under high PV conditions.
  • the resin composition of the aromatic polyether ketone resin is employed in the resin layer, it is excellent in friction and wear characteristics, seizure resistance, various chemical resistances, and oil resistance.
  • the resin composition is preferably a resin composition comprising carbon fiber 5 to 30% by volume, tetrafluoroethylene resin 1 to 30% by volume as an essential component, and the balance being an aromatic polyetherketone resin.
  • the carbon fiber is preferably a PAN-based carbon fiber.
  • the composite sliding bearing is one in which the resin layer is provided on one or more side surfaces selected from an inner diameter side, an outer diameter side, and an end surface side of a cylindrical or flanged cylindrical bearing base material.
  • the composite sliding bearing of the present invention is a composite sliding bearing in which a 0.1 to 0.7 mm thick resin layer made of a PEK resin composition is formed on a sintered metal substrate, a cylindrical bearing that supports a radial load, a radial bearing Even when a bearing that supports a load and an axial load and a thrust washer that supports an axial load are used, the bearing has high heat dissipation, small deformation and wear, and a low friction coefficient.
  • this composite sliding bearing can be used as a bearing in which hydraulic oil, refrigeration oil, lubricating oil, transmission oil, engine oil, brake oil, or grease, or grease intervenes.
  • a resin layer made of a resin composition in which a fibrous filler is oriented in a predetermined direction on an aromatic polyetherketone resin is provided on a sintered metal base with a predetermined thickness. Therefore, it has excellent load resistance, heat resistance, low friction characteristics and wear resistance characteristics, and the oriented fibers can reduce wear damage of the mating material and stabilize the friction coefficient.
  • a sliding bearing having a synthetic resin bearing layer as a material and capable of obtaining a precise and stable rotational torque can be obtained.
  • the thickness of the resin layer is 1/8 to 1/2 of the thickness of the sintered metal base material or a thin wall of 0.1 to 0.7 mm, the heat due to frictional heat generation is reduced. Almost escape from the friction surface to the bearing base, hardly store heat, has high load resistance, and the amount of change is small even under high surface pressure. As a result, the real contact area on the friction surface is reduced, the frictional force and frictional heat generation are reduced, and there is an advantage that wear is reduced and the increase in the friction surface temperature is suppressed.
  • a resin composition comprising a high heat-resistant aromatic polyetherketone resin with a continuous use temperature of 250 ° C. for the resin layer, a composite sliding bearing having excellent frictional wear characteristics and creep resistance characteristics can be obtained.
  • the density of the sintered metal By setting the density of the sintered metal to a theoretical density ratio of 0.7 to 0.9, it is possible to ensure surface irregularities for obtaining adhesion and at the same time have the required denseness.
  • the thermal conductivity of the material can be secured.
  • the resin composition of the aromatic polyether ketone resin has 5 to 30% by volume of carbon fiber and 1 to 30% by volume of PTFE resin as essential components and the balance is an aromatic polyether ketone resin, Even under the conditions, deformation and wear of the resin layer, damage to the counterpart material is small, and resistance to oil and the like is high.
  • melt viscosity at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 of the aromatic polyetherketone resin composition to 50 to 200 Pa ⁇ s, 0.1 to 0 on the surface of the sintered metal substrate. It is possible to smoothly perform .7 mm thin insert molding.
  • the elastic modulus of the resin layer is increased, and deformation and wear of the resin layer are reduced. Furthermore, the true contact area of the friction surface is reduced, and frictional heat generation is reduced.
  • This composite plain bearing has a versatility to withstand one or more of radial load and axial load by providing a resin layer on a predetermined surface, and it can be used as a slide bearing for liquid lubrication lubricated with oil or grease. There is an advantage that it is possible to withstand and secure high-precision rotational stability.
  • a resin layer 2 is integrally provided on the inner surface of a sintered metal base 1 of a cylindrical sliding bearing.
  • the fibrous filler 3 has a mean crossing angle of 90 degrees with respect to the rotational direction of the bearing, that is, an orthogonal state.
  • the resin layer 2 is a composite sliding bearing provided with a layer thickness of 0.1 to 0.7 mm.
  • the second embodiment shown in FIG. 3 can be used as a cylindrical bearing that supports a radial load by forming a resin layer 5 on the outer diameter side of a sintered metal base 4 of the bearing.
  • a resin layer 7 is provided on the inner diameter side of a cylindrical sintered metal base material 6 with a flange of a bearing, and supports a radial load and an axial load at the same time. It is something that can be done.
  • the fourth embodiment shown in FIG. 5 is a composite sliding bearing in which a resin layer 9 is provided on one side of a thrust washer-type sintered metal base material 8 that supports an axial load.
  • the resin melt flow direction is the direction of movement of the sliding bearing. 1 to 4, there is a method of forming a resin by providing a pin gate, a disk gate, a film gate, etc. so that the molten resin flows in one direction from the bearing end surface to the other end surface of FIGS.
  • a disk gate may be provided on the inner diameter side.
  • the composite sliding bearings of these embodiments form a resin layer in which the resin melt flow direction at the time of molding is 45 to 90 degrees with respect to the sliding bearing movement direction on the sintered metal base,
  • the surface and the bearing base material are sintered alloy, a heat radiation effect of frictional heat generation is obtained with high adhesion to the resin layer.
  • the continuous use temperature is 250 ° C., and it becomes a composite plain bearing with excellent heat resistance, oil / chemical resistance, creep resistance and friction and wear characteristics.
  • PEK resin has high toughness, mechanical properties at high temperatures, and excellent fatigue resistance and impact resistance, so there is a risk of peeling from the sintered metal substrate due to friction, shock, vibration, etc. during use. There is no.
  • PEK resin fibrous filler (glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, whisker, etc.), solid lubricant (PTFE, graphite, molybdenum disulfide, etc.), inorganic filler (calcium carbonate, calcium sulfate, mica, talc, etc.) ) Can improve creep resistance, no lubrication, and friction and wear characteristics in oil lubrication.
  • fibrous filler glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, whisker, etc.
  • solid lubricant PTFE, graphite, molybdenum disulfide, etc.
  • inorganic filler calcium carbonate, calcium sulfate, mica, talc, etc.
  • Fibrous fillers, inorganic solid lubricants (graphite, molybdenum disulfide, etc.) and inorganic fillers have the effect of reducing the molding shrinkage of the PEK resin composition. Therefore, there is also an effect of suppressing the internal stress of the resin layer at the time of insert molding with the bearing base material.
  • solid lubricants PTFE, graphite, molybdenum disulfide, etc.
  • PTFE graphite, molybdenum disulfide, etc.
  • the needle-like or fibrous filler glass fiber, carbon fiber, aramid
  • these fillers are oriented at 45 to 90 degrees with respect to the direction of motion of the sliding bearing.
  • Needle-like or fibrous fillers have a sharp edge with an edge of 90 ° or less, so when the filler edge is in the direction of movement of the sliding bearing, it physically wears the mating material in sliding contact. It is easy to damage and the coefficient of friction is difficult to stabilize.
  • the orientation of the fibrous filler is preferably closer to 90 degrees because wear damage due to the edge of the filler is less and the friction coefficient is stable. 80 to 90 degrees is particularly preferable.
  • the thickness of the resin layer of the composite sliding bearing that is, the radial or axial thickness along the direction of receiving a load is 0.1 to 0.7 mm.
  • the thickness of the resin layer is 1/8 to 1/2 of the thickness of the sintered metal substrate.
  • the thickness of the resin layer exceeds 0.7 mm or exceeds 1/2 of the thickness of the sintered metal base material, heat due to friction is difficult to escape from the friction surface to the bearing base material, and the friction surface temperature increases. Further, the amount of deformation due to the load increases, the true contact area on the friction surface also increases, the frictional force and the heat generated by friction increase, and the seizure property also decreases.
  • the resin thickness is less than 0.1 mm or the resin layer thickness is less than 1/8 of the thickness of the sintered metal base material, durability during long-term use, that is, life is shortened.
  • a method in which a material formed by injection molding or extrusion molding of a PEK resin molding is fixed to the sintered metal substrate by heat fusion, adhesion, press fitting, etc., gold There is a method in which a sintered metal substrate is inserted into a mold and a PEK resin composition is injection molded. Further, this can be finished to a required resin thickness by machining.
  • a method of forming a resin layer by insert molding is preferable because it is the cheapest and has relatively high dimensional accuracy.
  • the resin thickness is preferably 0.1 to 0.7 mm in consideration of moldability by injection molding or the like. If the resin thickness is less than 0.1 mm, insert molding is difficult. If the resin thickness exceeds 0.7 mm, sink marks occur and dimensional accuracy decreases. In consideration of heat dissipation of frictional heat to the bearing base material, the resin thickness is preferably 0.2 to 0.5 mm. When high dimensional accuracy is required, a relatively inexpensive bearing can be obtained even if the resin thickness is finished by machining after insert molding.
  • the material of the sintered metal substrate used in the present invention includes iron-based, copper-iron-based, copper-based, and stainless-based materials.
  • the mold temperature is 160 to 200 ° C.
  • the resin temperature is 360 to 410 ° C.
  • the sintered metal has oil adhesion or oil impregnation, the oil residue decomposes and gasifies during the injection molding, and the oil residue is present at the interface, so the adhesion between the resin layer and the sintered metal is reduced. Therefore, these sintered metal substrates must be sintered without impregnation with oil.
  • oil when oil is used in the process of forming or repressing (sizing) a sintered metal, it must be a non-oil-impregnated sintered bearing from which the oil has been removed by solvent washing or the like.
  • the sintered metal base material used in the present invention has a sintered metal density of 0.7 to 0.9 in terms of the theoretical density ratio of the materials.
  • the theoretical density ratio of the material is the ratio of the density of the sintered metal base material when the theoretical density of the material (density when the porosity is 0%) is 1. If the theoretical density ratio is less than 0.7, the strength of the sintered metal is lowered, and the sintered metal is cracked by the injection molding pressure at the time of insert molding. When the theoretical density ratio exceeds 0.9, the unevenness is reduced, so that the surface area and the anchor effect are lowered, and the adhesion with the PEK resin layer is lowered. More preferably, the theoretical density ratio of the materials is 0.72 to 0.84.
  • the sintered metal base material used in the present invention is a sintered metal containing iron as a main component, the adhesion to the PEK resin layer is increased. Since copper is inferior in adhesiveness (adhesiveness) with resin than iron, the copper content is preferably 10% or less. More preferably, the copper content is 5% or less.
  • Sintered metal with iron as its main component is an effect that removes oil and deposits adhering to the sintered surface or penetrating into the sintered body unintentionally during the molding or re-pressing (sizing) process by applying steam treatment Therefore, variation in adhesion with the PEK resin layer is small and stable. Moreover, rust prevention can also be provided to a sintered metal base material.
  • the conditions for the steam treatment are not particularly limited, but a method of spraying steam heated to about 500 ° C. is common.
  • the shear adhesion strength between the sintered metal substrate of the composite sliding bearing and the PEK resin layer is 2 MPa or more (the surface pressure is 10 MPa, and the safety factor is at least twice at a friction coefficient of 0.1).
  • a shear adhesion strength of 2 MPa or more is preferable.
  • 3 Mpa or more is preferable.
  • the sintered metal surface on which the resin layer is formed may be provided with physical stoppers such as irregularities and grooves, and rotation prevention. good.
  • the PEK resin composition used in the present invention preferably contains 5 to 30% by volume of carbon fiber, 1 to 30% by volume of PTFE resin, and the remainder is PEK resin.
  • PEK resin examples include PEEK (polyetheretherketone resin), PEK (polyetherketone resin), PEKKK (polyetherketoneetherketoneketone resin), and the like.
  • PEEK includes PEEK manufactured by Victrex (90P, 150P, 380P, 450P, etc.), KetaSpire manufactured by Solvay Advanced Polymers (KT-820P, KT-880P, etc.), and VESTAKEEEP manufactured by Daicel Dexa (1000G, 2000G, 3000G, 4000G). Etc.).
  • Examples of PEK include PEEK-HT manufactured by Victrex, and examples of PEKEKK include PEEK-HT manufactured by Victrex.
  • a PEK resin having a melt viscosity of 150 Pa ⁇ s or less under the above conditions examples include PEEK 150P, 90P, 150G, and 90G manufactured by Victrex, and KetaSpire KT-880P manufactured by Solvay Advanced Polymers.
  • the melt viscosity of the PEK resin composition at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 should be 50 to 200 Pa ⁇ s. It is preferable for precise molding and orientation of the fibrous filler at a predetermined angle. For this purpose, it is preferable to employ a PEK resin having a melt viscosity of 130 Pa ⁇ s or less under the above conditions, and examples include PEEK 90P and 90G manufactured by Victrex.
  • melt viscosity is a high viscosity less than the above-mentioned predetermined range or a low viscosity exceeding the above-mentioned predetermined range, it is not easy to surely obtain the desired effect on the precise moldability and the orientation of the fibrous filler.
  • the carbon fiber as a representative example of the fibrous filler used in the present invention may be either a pitch-based or PAN-based material classified from raw materials, but a PAN-based carbon fiber having a high elastic modulus is better. preferable.
  • the calcining temperature is not particularly limited, but a carbonized material calcined at about 1000 to 1500 ° C. is higher than that calcined at a high temperature of 2000 ° C. or higher to be converted into graphite. Even under PV, it is preferable because the sliding partner metal is hardly damaged by wear.
  • the average fiber diameter of the carbon fibers is 20 ⁇ m or less, preferably 5 to 15 ⁇ m.
  • the carbon fiber may be a chopped fiber or a milled fiber, but a milled fiber having a fiber length of less than 1 mm is preferred in order to obtain stable thin-wall formability.
  • the average fiber length of carbon fibers is preferably 0.02 to 0.2 mm. If the thickness is less than 0.02 mm, a sufficient reinforcing effect cannot be obtained, so that the creep resistance and wear resistance are poor. When it exceeds 0.2 mm, the ratio of the fiber length to the thickness of the resin layer becomes large, so that the thin formability is inferior. In particular, when insert molding is performed with a resin thickness of 0.2 to 0.7 mm, if the fiber length exceeds 0.2 mm, thin-wall moldability is hindered. In order to further improve the stability of thin-wall molding, an average fiber length of 0.02 to 0.1 mm is preferable.
  • Carbon fiber is preferable because the orientation of the resin in the melt flow direction is strong when the resin layer is formed.
  • the fibrous filler is oriented at a crossing angle as close to a right angle as possible at 45 degrees or more with the movement direction of the sliding bearing, so that the edges at both ends of the fiber are oriented at right angles to the movement direction.
  • a carbon fiber having a small diameter and a relatively short length is selected.
  • the edges of the carbon fiber are along the movement direction of the sliding bearing, for example, if the crossing angle is less than 45 degrees, Damaged significantly.
  • the flow direction of the molten resin is set to a right angle or a near right angle to the movement direction of the sliding bearing, and the length direction of the fiber is set to the bearing direction. Orienting to intersect at 45 to 90 degrees with respect to the rotation direction is extremely advantageous in order to stabilize the durability and bearing torque low.
  • carbon fibers usable in the present invention include pitch-based carbon fibers manufactured by Kureha Co., Ltd .: Kureka M-101S, M-107S, M-101F, M-201S, M-207S, M-2007S, C- 103S, C-106S, C-203S and the like. Further, as a similar PAN-based carbon fiber, manufactured by Toho Tenax Co., Ltd .: Besfight HTA-CMF0160-0H, HTA-CMF0040-0H, HTA-C6, HTA-C6-S, or Toray Industries, Inc .: Torayca MLD-30 , MLD-300, T008, and T010.
  • the PTFE used in this invention may employ any of molding powder by suspension polymerization, fine powder by emulsion polymerization, and regenerated PTFE.
  • regenerated PTFE is a powder that has been irradiated with a heat-treated powder (heated history added), ⁇ -rays or electron beams.
  • a powder obtained by heat-treating molding powder or fine powder a powder obtained by further irradiating this powder with ⁇ -rays or an electron beam, a powder obtained by pulverizing a molding powder or a molded product of fine powder, and then a ⁇ -ray or electron beam.
  • a powder obtained by heat-treating molding powder or fine powder a powder obtained by further irradiating this powder with ⁇ -rays or an electron beam
  • a powder obtained by pulverizing a molding powder or a molded product of fine powder a powder obtained by pulverizing a molding powder or a molded product of fine powder.
  • PTFE that does not aggregate does not fiberize at the melting temperature of the PEK resin, has an internal lubrication effect, and can stably improve the fluidity of the PEK resin composition, It is more preferable to use PTFE irradiated with a line or the like.
  • PTFE Commercial products of PTFE include: Kitamura Co., Ltd .: KTL-610, KTL-450, KTL-350, KTL-8N, KTL-400H, Mitsui DuPont Fluoro Chemical Co., Ltd .: Teflon 7-J, TLP-10, Asahi Glass Co., Ltd. Manufactured: Fullon G163, L150J, L169J, L170J, L172J, L173J, Daikin Industries, Ltd .: Polyflon M-15, Lubron L-5, Hoechst: Hostaflon TF9205, TF9207, and the like. Further, PTFE modified with a side chain group having a perfluoroalkyl ether group, a fluoroalkyl group, or other fluoroalkyl may be used.
  • Kitamura Co., Ltd .: KTL-610, KTL-450, KTL-350, KTL-8N, KTL-8F, Asahi Glass Co., Ltd .: Fullon L169J, L170J, L172J, L173J, etc. are mentioned.
  • the blending ratios of carbon fiber 5 to 30% by volume, PTFE 1 to 30% by volume as essential components, and the balance being PEK resin are as follows.
  • the blending ratio of the carbon fiber exceeds 30% by volume, the melt fluidity is remarkably lowered, making it difficult to form a thin wall, and when the sliding contact material is an aluminum alloy or an unquenched steel material, it is because of wear damage. . Further, if the blending ratio of the carbon fibers is less than 5% by volume, the effect of reinforcing the composition is poor, and sufficient creep resistance and wear resistance cannot be obtained.
  • the blending ratio of PTFE exceeds 30% by volume, the wear resistance and creep resistance are lowered from the required levels. Further, when the blending ratio of PTFE is less than 1 part by volume, the composition does not have sufficient lubricity imparting effect, and sufficient sliding characteristics cannot be obtained.
  • Friction property improver graphite, boron nitride, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, etc.
  • Colorant carbon powder, iron oxide, titanium oxide, etc.
  • Thermal conductivity improver graphite, metal oxide Powder
  • the means for mixing and kneading the above raw materials is not particularly limited, and only the powder raw material is dry-mixed with a Henschel mixer, ball mixer, ribbon blender, ladyge mixer, ultra Henschel mixer, etc. Melting and kneading can be performed with a melt extruder such as an extruder to obtain molding pellets (granules). In addition, a side feed may be used for charging the filler when melt kneading with a twin screw extruder or the like. As a molding method, extrusion molding, injection molding, heat compression molding, or the like can be adopted, but injection molding is particularly preferable in terms of manufacturing efficiency. Moreover, you may employ
  • the composite sliding bearing of the present invention comprises a resin composition having a thickness of 0.1 to 0.7 mm and a sintered metal base material.
  • the resin layer is made of a PEK resin composition. Since the PEK resin composition is used as a friction surface, it is excellent in frictional wear characteristics and creep resistance, and since sintered metal is used as a bearing base material, it is excellent in heat dissipation of frictional heat and load resistance. Therefore, for example, it can be used as a sliding bearing for a compressor for a room air conditioner / car air conditioner, a transmission of an automobile, a construction machine, or the like.
  • the composite sliding bearing of the present invention is not particularly limited in shape, and can support one or both of a radial load and an axial load. Further, the position of the resin layer formed on the bearing base material is not particularly limited.
  • Examples 1 to 22, Comparative Examples 1 to 13 The bearing base materials used in the examples and comparative examples are shown together in Table 1, and the raw materials for the resin layers used in the examples and comparative examples are collectively shown below.
  • the melt viscosity of the aromatic polyetherketone resin is a value measured at a Capillograph manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., ⁇ 1 ⁇ 10 mm capillary, resin temperature of 380 ° C., and shear rate of 1000 s ⁇ 1 .
  • the raw materials were dry blended using a Henschel dry mixer at the blending ratio (volume%) shown in Tables 2 and 3, and melt-kneaded using a twin screw extruder to produce pellets.
  • a resin layer having a thickness of 0.2 to 1 mm is formed on the inner diameter of a cylindrical bearing base ( ⁇ 31 ⁇ ⁇ 35 ⁇ 20 (mm)) under conditions of a resin temperature of 380 ° C. to 400 ° C. and a mold temperature of 180 ° C. Was formed by insert molding, and a cylindrical composite slide bearing ( ⁇ 30 ⁇ ⁇ 35 ⁇ 20 (mm)) supporting a radial load as shown in FIG. 1 was produced.
  • nine pin gates were provided on the end face of the bearing and injection molded so that the melt flow direction of the resin layer was perpendicular to the direction of motion of the slide bearing.
  • Shear adhesion strength test Using a cylindrical composite slide bearing in which the resin layer-Example a is insert-molded with a thickness of 0.5 mm on the inner diameter of the bearing substrate shown in Table 1, a shear adhesion strength test was conducted. went. The bearing base was fixed, an axial shearing force was applied to the inner diameter resin layer, and the load at which the resin layer peeled from the bearing base was measured. The value obtained by dividing the load by the apparent bonding area between the resin layer and the bearing base material is defined as shear adhesion strength, and is shown in Table 4.
  • Table 4 shows the presence or absence of bearing base material cracks when 30 composite sliding bearings were produced by insert molding.
  • the seizing time is shown in Tables 6 and 7.
  • the following sliding bearings were added to the comparative examples.
  • a sliding bearing made of a single resin a sliding bearing made of only a resin ( ⁇ 30 ⁇ ⁇ 35 ⁇ 20 mm) obtained by injection molding only the composition a in Table 2 was used.
  • the three-layer composite slide bearing is a three-layer composite slide bearing ( ⁇ 30 ⁇ ⁇ 35 ⁇ 20 mm, resin composition) in which a porous sintered layer with a backing is impregnated with a PTFE resin composition (10% by volume of carbon fiber).
  • the material layer was 0.05 mm).
  • Comparative Example 1 in which the density of the sintered metal was the theoretical density ratio of the material 0.67, the bearing base material cracked during insert molding. In the steel machined product, the shear adhesion strength was very low (Comparative Example 2).
  • Examples 10 to 22 the seizure time was 30 minutes or more, the wear amount was 10 ⁇ m or less, and the seizure resistance and the wear resistance were excellent.
  • Examples 10 to 14, 16 to 20, and 22 having a melt temperature of 200 Pa ⁇ s or less at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 a predetermined resin layer could be formed by insert molding.
  • Comparative Examples 12 and 13 single resin bearings, three-layer composite sliding bearings
  • the seizure time was as short as less than 26 minutes and the wear amount was as large as 20 ⁇ m or more.
  • the composite sliding bearing having a thickness exceeding 0.7 mm had a seizure time of less than 1 minute and a very large wear amount.

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Abstract

　焼結金属を基材として合成樹脂の軸受層を有して精密な安定した回転トルクを得ることが可能な滑り軸受、例えばルームエアコン用コンプレッサやカーエアコン用コンプレッサの回転軸、自動車や建設機械などのトランスミッションなどのように比較的大きなラジアル荷重やアキシャル荷重を受ける滑り軸受として使用可能な高精度の滑り軸受とする。円筒状の滑り軸受の焼結金属製の基材（１）の内径面側に重ねて樹脂層（２）を一体に設け、この樹脂層（２）は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなり、繊維状充填剤（３）は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して４５～９０度に交差するように配向させて樹脂層に分散させ、この樹脂層（２）は層厚０.１～０.７ｍｍに設けた複合滑り軸受とする。繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷が軽減され、摩擦係数が安定する。これにより、焼結金属を基材１として合成樹脂の軸受層２を有して精密な安定した回転トルクを得ることが可能な複合滑り軸受となる。

Description

複合滑り軸受
　この発明は、潤滑性を安定させて回転精度の高い滑り軸受に用いられ、特に焼結金属を基材として芳香族ポリエーテルケトン系樹脂（ＰＥＫ樹脂）からなる樹脂層を形成した複合滑り軸受に関する。
　従来、回転精度の高い滑り軸受として、多孔質の焼結金属に油を含浸させた滑り軸受が知られている。この滑り軸受は、焼結金属系の多孔質材料に油を含浸させて使用すれば、油を継続的に摺動界面に供給することが可能であるため、摩擦力を安定的に低くすることが可能である。
　このような滑り軸受が接する相手材は、通常、このような滑り軸受と同じ金属材料であることが多く、線膨張の相違によるいわゆる「ダキツキ、抜け」等の心配はなく、加工精度を高めて、回転精度が要求される用途に適している。
　また、上記以外の自己潤滑性を有する滑り軸受としては、樹脂に四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）や黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を配合したり、潤滑油やワックスを配合したりしたものが知られている。
　しかし、多孔質の焼結金属に油を含浸させて用いる滑り軸受は、軸または固定される相手材が軟質材料である場合、相手材を摩耗させるおそれがあり、また潤滑油の供給が途切れた場合などに金属接触が生じたりする恐れがある。
　特に、滑り軸受の材料をより摺動特性のよい樹脂材料を用いた場合には、相手材が軟質材であれば、これを攻撃しなくても樹脂の収縮膨張などによって軸へのダキツキが発生し、また、軸受の隙間を大きく設定する必要が生じ、これでは回転精度が悪くなるという問題点がある。
　このため、軸受外周部として金属を用い、この軸受外周部の摺動部に樹脂材料をインサート成形して樹脂層を形成するとともに、この軸受外周部の表面のうち、少なくとも上記樹脂層と接触する軸受外周部の表面部分に細かい凹部を設け、上記樹脂層における（樹脂材料の線膨張係数）×（樹脂層の肉厚）を０．１５以下とし、上記凹部が占める見かけ面積の合計を、上記樹脂層と接触する軸受外周部の表面部分の面積の２５～９５％とした高精度滑り軸受が知られている（特許文献１）。
　また、このような高精度滑り軸受は、射出成形時のゲート痕が軸受性能に悪影響を及ぼす場合があり、またゲート痕の処理をすることにより生産工程が増え、生産性に劣る場合がある。
　そのような問題に対処するため、焼結金属に樹脂層を成形する際に、トンネルゲートを経てインサート成形することを採用した高精度滑り軸受が知られている（特許文献２）。
　このような高精度滑り軸受は、複写機やプリンターの感光ドラム、現像部、定着部の支持軸受、またはキャリッジ軸受に用いられる。
特開２００３－２３９９７６号公報 特開２００５－３３７３８１号公報
　しかし、上記した従来の高精度滑り軸受は、樹脂層の耐摩耗性について充分な特性は得られておらず、そのために高荷重、高回転の部位には使用困難であるという問題点がある。
　例えば、上記した従来の高精度滑り軸受を、ルームエアコン用やカーエアコン用などのコンプレッサの回転軸支持用や、自動車や建設機械などのトランスミッションの回転軸を支持するなどのために、精密な回転精度を要求され、かつ大きなラジアル荷重やアキシャル荷重を受けるための滑り軸受としては使用困難であるという問題点がある。
　この発明は上記したような問題を解決し、焼結金属を基材として合成樹脂の軸受層を有して精密な安定した回転トルクをえることが可能な滑り軸受とすることであり、例えばルームエアコン用コンプレッサやカーエアコン用コンプレッサの回転軸、自動車や建設機械などのトランスミッションなどのように比較的大きなラジアル荷重やアキシャル荷重を受ける滑り軸受として使用可能な高精度な滑り軸受とすることである。
　換言すれば上記の使用を可能とするため、従来の高精度滑り軸受に不足していた耐荷重性、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗特性を向上した高精度な滑り軸受を提供することである。
　上記の課題を解決するために、この発明においては、滑り軸受の焼結金属製基材に重ねて樹脂層を一体に設け、この樹脂層は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物（ＰＥＫ樹脂組成物）からなり、前記繊維状充填剤は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して４５～９０度に交差するように配向させ、前記樹脂層を層厚０.１～０.７ｍｍに設けた複合滑り軸受としたのである。
　上記したように構成されるこの発明の複合滑り軸受は、樹脂層を形成する芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に、繊維状充填剤を、繊維の長さ方向が軸受の回転方向に対して交差角度が４５～９０度になるように配向させて分散させた状態に配合されたことにより、繊維の両端がエッジとなって相手材の摩耗損傷する機会が軽減され、軸受の回転時の摩擦係数が小さくなり軸受のトルク変動は低く安定する。これにより、焼結金属を基材として合成樹脂の軸受層を有して精密な安定した軸受トルクの複合滑り軸受となる。
　また、上記のように確実に配向した繊維状充填剤を樹脂層中に分散させるためには、上記樹脂層が、基材に重ねて射出成形されることにより一体化された樹脂層であることが好ましい。
　さらに、そのような繊維状充填剤を安定して配向させた状態に分散させるためには、樹脂層が、基材の軸径方向の厚さの１／８～１／２の厚さの樹脂層であることが好ましく、また射出成形などにより交差角度が４５～９０度になるように配向させて分散させるためには、繊維状充填剤が、平均繊維長０.０２～０．２ｍｍの繊維状充填剤であることが好ましい。
　また、このような樹脂層との密着性を図り、かつ基材に所要の熱伝導性を確保するためには基材が、理論密度比０.７～０.９の基材であることが好ましい。
　このような焼結金属基材を用いるため、樹脂層から軸受基材、軸受基材から外部に放熱し易い。また、表面が凹凸形状であるので表面積が大きく、樹脂層とのアンカー効果が高く、密着強さを高くすることができる。
　芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物からなる樹脂層を、基材に重ねて射出成形すること、特にインサート成形にて形成することで、射出成形時に樹脂層が焼結金属表面の凹凸に深く食い込んで、真の接合面積が増大するため、樹脂層と軸受基材の密着強さが向上する。さらに、樹脂層と軸受基材の真の接合面積が増え、樹脂層と焼結金属に隙間がないため、樹脂層の熱が軸受基材へ伝わり易くなる。
　また、高寸法精度である焼結合金の表面に樹脂層を薄肉でインサート成形しているので、寸法精度の高い軸受とすることができる。
　芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物における炭素繊維の平均繊維長を０．０２～０．２ｍｍとすることで、０.１～０.７ｍｍの薄肉インサート成形においても、安定した溶融流動性を確保できる。
　また、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を、５０～２００Ｐａ・ｓにすることで、焼結金属基材の表面に０.１～０.７ｍｍの薄肉インサート成形することが円滑に行なえる。
　成形する際には、基材である焼結金属に油含浸をしていないので、樹脂層と軸受基材の密着強さを阻害することがない。
　軸受基材の材質を鉄が主成分の焼結合金、さらには銅の含有量が１０％以下の鉄系焼結合金とすることにより、樹脂層と軸受基材の密着性を高めることができる。
　そして、軸受基材と樹脂層のせん断密着強さを２ＭＰａ以上にすることで、高ＰＶ条件で滑り軸受として使用しても、樹脂層が軸受基材から剥離することはない。
　この発明の複合滑り軸受において、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物を樹脂層に採用しているため、摩擦摩耗特性、耐焼付き性、各種耐化学薬品、耐油性に優れている。
　鉄系焼結金属基材にスチーム処理を施すことで、焼結成形工程（成形、再圧）時の付着物（油など）を除去することができるので、樹脂層と軸受基材の密着強さが安定する。
　上記樹脂組成物は、炭素繊維５～３０体積％、四フッ化エチレン樹脂１～３０体積％を必須成分とし、残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物であることが、好ましく、上記炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維であることが好ましい。
　また、上記複合滑り軸受が、円筒状またはフランジ付き円筒状の軸受基材の内径側、外径側および端面側から選ばれる１以上の側面に前記樹脂層を設けたものであることが好ましい。
　この発明の複合滑り軸受は、焼結金属基材にＰＥＫ樹脂組成物からなる厚み０.１～０.７ｍｍ樹脂層を形成した複合滑り軸受であるため、ラジアル荷重を支持する円筒状軸受、ラジアル荷重とアキシャル荷重を支持する軸受、アキシャル荷重を支持するスラストワッシャとした場合でも、放熱性が高く、変形・摩耗が小さく、低摩擦係数の軸受となる。
　また、この複合滑り軸受は、作動油、冷凍機油、潤滑油、トランスミッションオイル、エンジンオイル、ブレーキオイルなどの油、またはグリースが介在する軸受として使用することができる。
　この発明の複合滑り軸受は、焼結金属基材に、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を所定方向に配向させた樹脂組成物からなる樹脂層を所定の厚さで設けているため、耐荷重性、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗特性に優れたものになり、配向繊維で相手材の摩耗損傷を軽減、摩擦係数を安定化することができるため、焼結金属を基材として合成樹脂の軸受層を有して精密な安定した回転トルクを得ることが可能な滑り軸受となる利点がある。
　また、樹脂層の層厚が、前記焼結金属基材の厚さの１／８～１／２であること、または０.１～０.７ｍｍの薄肉であることにより、摩擦発熱による熱が摩擦面から軸受基材側に逃げ易く、蓄熱し難く、耐荷重性が高く、高面圧下でも変化量が小さくなる。これにより、摩擦面における真実接触面積も小さくなり、摩擦力、摩擦発熱が低減され、摩耗の軽減、摩擦面温度の上昇を抑えるという利点がある。
　また、樹脂層に連続使用温度が２５０℃と高耐熱性の芳香族ポリエーテルケトン系樹脂からなる樹脂組成物を使用することで、摩擦摩耗特性、耐クリープ特性に優れた複合滑り軸受になる。
　焼結金属の密度を、材質の理論密度比０.７～０.９とすることで、密着性を得るための表面の凹凸を確保すると同時に、所要の緻密性を有しているので、基材の熱伝導性を確保できる。
　さらに、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物が、炭素繊維５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂１～３０体積％を必須成分とし、残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂としているため、高ＰＶ条件においても、樹脂層の変形および摩耗、相手材の損傷が小さく、油などに対する耐性も高い。
　芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を、５０～２００Ｐａ・ｓにすることで、焼結金属基材の表面に０.１～０.７ｍｍの薄肉インサート成形することが円滑に行なえる。
　炭素繊維をＰＡＮ系炭素繊維とすることで、樹脂層の弾性率が高くなり、樹脂層の変形、摩耗が小さくなる。さらには、摩擦面の真実接触面積が小さくなり、摩擦発熱も軽減する。
　この複合滑り軸受は、所定の面に樹脂層を設ける事により、ラジアル荷重とアキシャル荷重の１以上に耐える汎用性があり、また、油またはグリースで潤滑される液体潤滑用滑り軸受として高い荷重に耐えると共に高精度の回転安定性を確保できるものとなる利点がある。
第１実施形態の複合転がり軸受の一部を切り欠いて示す斜視図 第１実施形態の複合転がり軸受の断面図 第２実施形態の複合転がり軸受の断面図 第３実施形態の複合転がり軸受の断面図 第４実施形態の複合転がり軸受の断面図
１、４、６、８　焼結金属製の基材
２、５、７、９　樹脂層
３　繊維状充填剤
　この発明の実施形態を以下に、添付図面を参照しながら説明する。
　図１、２に示すように、第１実施形態は、円筒状の滑り軸受の焼結金属製の基材１の内径面側に重ねて樹脂層２を一体に設け、この樹脂層２は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなり、繊維状充填剤３は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して平均交差角度が９０度、すなわち直交状態になるように配向して樹脂層に分散させ、この樹脂層２は層厚０.１～０.７ｍｍに設けた複合滑り軸受である。
　また、図３に示す第２実施形態は、軸受の焼結金属製の基材４の外径側に樹脂層５を形成し、ラジアル荷重を支持する円筒状軸受として使用できるものである。
　また、図４に示す第３実施形態は、軸受のフランジ付き円筒状の焼結金属製の基材６の内径側に樹脂層７を設けたものであり、ラジアル荷重とアキシャル荷重を同時に支持することができるものである。
　また、図５に示す第４実施形態は、アキシャル荷重を支持するスラストワッシャ型の焼結金属製の基材８の片面に樹脂層９を設けた複合滑り軸受である。
　これらの軸受の焼結金属製の基材１、４、６、８の所定の面に樹脂層２、５、７、９を重ねて成形する際、樹脂の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向と直角とするには、図１～４の軸受端面から他の端面に向けて溶融樹脂が一方向に流動するようにピンゲート、ディスクゲート、フィルムゲートなどを設けて樹脂を成形する方法がある。
　また、図５のスラストワッシャにおいては、内径側にディスクゲートを設ければよい。
　上記した軸受を作動油、冷凍機油、潤滑油、トランスミッションオイル、エンジンオイル、ブレーキオイルなどの油、またはグリースが介在するすべり部の軸受として使用する場合、樹脂層の摩擦面に潤滑溝を形成することで、より安定した低摩擦、低摩耗特性を得ることができる。
　すなわち、これらの実施形態の複合滑り軸受は、焼結金属基材に、成形する際の樹脂の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向に対して４５～９０度である樹脂層を形成し、摩擦面とし、軸受基材を焼結合金とすることで、樹脂層との高い密着性とともに、摩擦発熱の放熱効果を得ている。
　樹脂層にＰＥＫ樹脂組成物を使用することで、連続使用温度が２５０℃と耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ特性、摩擦摩耗特性に優れた複合滑り軸受になる。また、ＰＥＫ樹脂は、靭性、高温時の機械物性が高く、耐疲労特性、耐衝撃性にも優れているため、使用時の摩擦力、衝撃、振動等による焼結金属基材から剥離の心配がない。
　ＰＥＫ樹脂に、繊維状充填剤（ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ウィスカなど）、固体潤滑剤（ＰＴＦＥ、黒鉛、二硫化モリブデンなど）、無機充填剤（炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、マイカ、タルクなど）を配合することで、耐クリープ特性、無潤滑、油潤滑での摩擦摩耗特性を向上することができる。
　繊維状充填剤、無機系の固体潤滑剤（黒鉛、二硫化モリブデンなど）、無機充填剤は、ＰＥＫ樹脂組成物の成形収縮率を小さくする効果がある。そのため、軸受基材とのインサート成形時に、樹脂層の内部応力を抑える効果もある。
　また、固体潤滑剤（ＰＴＦＥ、黒鉛、二硫化モリブデンなど）は、無潤滑、潤滑油が希薄な条件であっても低摩擦となり、焼き付き性を向上させる。
　樹脂層を形成するにあたって、樹脂を成形する際の樹脂の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向に対して４５～９０度であるので、針状または繊維状充填剤（ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ウィスカなど）を配合した場合に、これら充填剤は滑り軸受の運動方向に対して４５～９０度に配向する。針状または繊維状充填剤は端部のエッジが９０°以下の尖った形状であり、そのため充填剤のエッジが、滑り軸受の運動方向に向かっている場合、摺接する相手材を物理的に摩耗損傷させ易く、摩擦係数も安定し難い。しかし、この発明では、これら充填剤が滑り軸受の運動方向に対して４５～９０度となっているので、摺接する相手材を摩耗損傷させ難く、摩擦係数も安定する。なお、繊維状充填剤の配向は、９０度により近い方が充填剤のエッジによる摩耗損傷が少なく、摩擦係数も安定するので望ましい。８０～９０度であれば特に好ましい。
　複合滑り軸受の樹脂層の厚み、すなわち荷重を受ける方向に沿う径方向または軸方向の厚みは、０.１～０.７ｍｍである。または、樹脂層の層厚が、前記焼結金属基材の厚さの１／８～１／２である。
　樹脂層の厚みが０.７ｍｍを超えるかまたは焼結金属基材の厚さの１／２を超えると、摩擦による熱が摩擦面から軸受基材側に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。また、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、焼付き性も低下する。また樹脂厚みが０.１ｍｍ未満または樹脂層の層厚が、前記焼結金属基材の厚さの１／８未満では、長期使用時の耐久性、すなわち寿命が短くなる。
　焼結金属基材に樹脂層を形成するには、ＰＥＫ樹脂成形物を射出成形、押出し成形などで成形した素材を焼結金属基材に熱融着、接着、圧入などで固定する方法、金型内に焼結金属基材をインサートし、ＰＥＫ樹脂組成物を射出成形する方法がある。さらに、これを機械加工にて所要の樹脂厚みに仕上げることもできる。
　インサート成形により樹脂層を形成する方法が、最も安価で、比較的高寸法精度となるため好ましい。インサート成形とする場合、射出成形などによる成形性を考慮すると、樹脂厚みは０.１～０.７ｍｍが好ましい。樹脂厚みが０.１ｍｍ未満では、インサート成形が困難であり、０.７ｍｍを超えると、ヒケが発生し寸法精度が低下する。また、摩擦発熱の軸受基材への放熱を考慮すると、樹脂厚みは０.２～０.５ｍｍが好ましい。
　高寸法精度が必要な場合は、インサート成形後に機械加工にて所要の樹脂厚みに仕上げても、比較的安価な軸受を得ることができる。
　この発明に使用する焼結金属基材の材質としては、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などがある。金型内に焼結金属基材をインサートし、ＰＥＫ樹脂組成物を射出成形する場合、金型温度は１６０～２００℃、樹脂温度は３６０～４１０℃となる。
　焼結金属に油などの付着、含油がある場合、射出成形時に分解、ガス化する、油残分が界面に介在するため、樹脂層と焼結金属の密着性が低下してしまう。
　そのため、これら焼結金属基材には、油を含浸しない焼結を使用しなければならない。また、焼結金属の成形または再圧（サイジング）の工程内にて油を使用する場合は、溶剤洗浄などで油を除去した非含油焼結軸受にしなければならない。
　この発明に使用する焼結金属基材は、焼結金属の密度が、材質の理論密度比０.７～０.９である。材質の理論密度比とは、材質の理論密度（気孔率０％の場合の密度）を１としたときの焼結金属基材の密度の比である。理論密度比０.７未満では焼結金属の強度が低くなり、インサート成形時の射出成形圧力により焼結金属が割れてしまう。理論密度比０.９を超えると、凹凸が小さくなるため、表面積、アンカー効果が低下し、ＰＥＫ樹脂層との密着性が低くなる。さらに好ましくは、材質の理論密度比０.７２～０.８４である。
　この発明に使用する焼結金属基材は、鉄を主成分とする焼結金属であるため、ＰＥＫ樹脂層との密着性が高くなる。銅は鉄よりも樹脂との密着性（接着性）に劣るため、銅の含有量は１０％以下が好ましい。さらに好ましくは、銅の含有量は５％以下である。
　鉄を主成分とする焼結金属は、スチーム処理を施すことで、成形または再圧（サイジング）工程時に意図せず焼結表面に付着、または内部に浸透した油分、付着物などを除去する効果があるため、ＰＥＫ樹脂層との密着性のばらつきが小さく、安定する。また、焼結金属基材に防錆も付与することができる。スチーム処理の条件は特に限定するものではないが、５００℃程度に加熱したスチームを吹きかける方法が一般的である。
　この発明において、複合滑り軸受の焼結金属基材とＰＥＫ樹脂層のせん断密着強さは２ＭＰａ以上（面圧１０ＭＰａ、摩擦係数０．１における安全率が２倍以上）である。使用中の摩擦力に対して、充分な密着強さを得るためには、せん断密着強さ２ＭＰａ以上が好ましい。更に安全率を高めるためには、３ＭＰａ以上が好ましい。
　また、焼結金属基材とＰＥＫ樹脂層のせん断密着強さを更に高めるために、樹脂層を形成する焼結金属面に、凹凸、溝などの物理的な抜け止め、周り止めを施しても良い。
　この発明に使用するＰＥＫ樹脂組成物は、炭素繊維５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂１～３０体積％を必須成分とし、残部がＰＥＫ樹脂であることが好ましい。
　ＰＥＫ樹脂としては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン樹脂）、ＰＥＫＥＫＫ（ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂）などがある。ＰＥＥＫとしては、ビクトレックス社製ＰＥＥＫ（９０Ｐ、１５０Ｐ、３８０Ｐ、４５０Ｐなど）、ソルベイアドバンストポリマーズ社製キータスパイア（ＫＴ－８２０Ｐ、ＫＴ－８８０Ｐなど）、ダイセルデグザ社製ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ（１０００Ｇ、２０００Ｇ、３０００Ｇ、４０００Ｇなど）等が挙げられる。
　ＰＥＫとしてはビクトレックス社製ＰＥＥＫ－ＨＴなど、ＰＥＫＥＫＫとしてはビクトレックス社製ＰＥＥＫ－ＨＴなどが挙げられる。
　ＰＥＫ樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を５０～２００Ｐａ・ｓにするためには、上記条件における溶融粘度が１５０Ｐａ・ｓ以下のＰＥＫ樹脂を採用することが好ましく、ビクトレックス社製ＰＥＥＫ　１５０Ｐ、９０Ｐ、１５０Ｇ、９０Ｇ、ソルベイアドバンストポリマーズ社製キータスパイアＫＴ－８８０Ｐなどが例示できる。
　また、インサート成形にて、樹脂厚み０.２～０.５ｍｍを得るためには、ＰＥＫ樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を５０～２００Ｐａ・ｓにすることが、精密な成形と繊維状充填剤の所定角度での配向をさせるために好ましい。そのためには、上記条件における溶融粘度が１３０Ｐａ・ｓ以下のＰＥＫ樹脂を採用することが好ましく、ビクトレックス社製ＰＥＥＫ　９０Ｐ、９０Ｇなどが例示できる。
　溶融粘度が、上記所定範囲未満の高粘度または上記所定範囲を超える低粘度であっても精密な成形性および繊維状充填剤の配向性について所期した効果を確実に得ることが容易でなくなる。
　この発明に用いる繊維状充填材の代表例としての炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよいが、高弾性率を有するＰＡＮ系炭素繊維の方が好ましい。その焼成温度は特に限定するものではないが、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛（グラファイト）化されたものよりも、１０００～１５００℃程度で焼成された炭化品のものが、高ＰＶ下でも摺動相手金属を摩耗損傷しにくいので好ましい。
　炭素繊維の平均繊維径は２０μｍ以下、好ましくは５～１５μｍである。前記した範囲を超える太い炭素繊維では、極圧が発生するため、耐荷重性の向上効果が乏しく、摺接相手材がアルミニウム合金、焼入れなしの鋼材の場合、相手材の摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。
　炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、安定した薄肉成形性を得るためには、繊維長が１ｍｍ未満のミルドファイバーの方が好ましい。
　炭素繊維の平均繊維長は０.０２～０.２ｍｍが好ましい。０.０２ｍｍ未満では充分な補強効果が得られないため、耐クリープ性、耐摩耗性に劣る。０.２ｍｍを超える場合は樹脂層の層厚に対する繊維長の比率が大きくなるため、薄肉成形性に劣る。特に、樹脂厚み０.２～０.７ｍｍにてインサート成形する場合は、繊維長が０.２ｍｍを超えると薄肉成形性を阻害する。より薄肉成形の安定性を高めるには、平均繊維長０.０２～０.１ｍｍが好ましい。
　炭素繊維は、樹脂層を成形する際に樹脂の溶融流動方向への配向性が強いために好ましいものである。
　繊維状充填材は、滑り軸受の運動方向と４５度以上のできるだけ直角に近い交差角度で配向させることで、繊維の両端のエッジは運動方向と直角に向く。これによって、繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷の軽減、摩擦係数の安定化を図れる。
　この場合、樹脂層の任意断面において繊維状充填剤の単位面積当たりの繊維の交差角度の５０％以上、または平均の交差角度が前記所定の交差角度の範囲内であることが好ましい。
　特に、直径が細く、比較的短い炭素繊維を選択し、その場合に、炭素繊維の両端のエッジが滑り軸受の運動方向に沿っており、例えば交差角度が４５度未満であると、相手材を著しく損傷する。そのため、細く、短い炭素繊維を採用した場合には、樹脂を溶融成形する際に、溶融樹脂の流動方向を滑り軸受の運動方向と直角または直角に近い角度とし、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対する４５～９０度に交差するように配向させることが耐久性および軸受トルクを低く安定させるために極めて有利である。
　この発明に使用可能な市販の炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製：クレカ　Ｍ－１０１Ｓ、Ｍ－１０７Ｓ、Ｍ－１０１Ｆ、Ｍ－２０１Ｓ、Ｍ－２０７Ｓ、Ｍ－２００７Ｓ、Ｃ－１０３Ｓ、Ｃ－１０６Ｓ、Ｃ－２０３Ｓなどがある。また、同様のＰＡＮ系炭素繊維として、東邦テナックス社製：ベスファイト　ＨＴＡ－ＣＭＦ０１６０－０Ｈ、同ＨＴＡ－ＣＭＦ００４０－０Ｈ、同ＨＴＡ－Ｃ６、同ＨＴＡ－Ｃ６－Ｓまたは東レ社製：トレカ　ＭＬＤ－３０、同ＭＬＤ－３００、同Ｔ００８、同Ｔ０１０などがある。
　この発明に用いるＰＴＦＥは、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよいが、ＰＥＫ組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。
　さらには、凝集せず、ＰＥＫ樹脂の溶融温度おいて、全く繊維化せず、内部潤滑効果があり、ＰＥＫ樹脂組成物の流動性を安定し向上させることが可能なＰＴＦＥとして、γ線または電子線などを照射したＰＴＦＥを採用することがより好ましい。
　ＰＴＦＥの市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－４００Ｈ、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ－１５、ルブロンＬ－５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥであってもよい。
　上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥとしては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、旭硝子社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊなどが挙げられる。
　前記したように、配合割合を、炭素繊維５～３０体積％、ＰＴＦＥ１～３０体積％を必須成分とし、残部がＰＥＫ樹脂とする理由は以下の通りである。
　炭素繊維の配合割合が３０体積％を超えると、溶融流動性が著しく低下し、薄肉成形が困難になるとともに、摺接相手材がアルミニウム合金、焼入れなしの鋼材の場合、摩耗損傷するためである。また、炭素繊維の配合割合が５体積％未満では組成物を補強する効果が乏しく、充分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない。
　ＰＴＦＥの配合割合が３０体積％を超えると、耐摩耗性、耐クリープ性が所要の程度より低下する。また、ＰＴＦＥの配合割合が１体積部未満では組成物に所要の潤滑性の付与効果に乏しく、充分な摺動特性が得られない。
　なお、この発明の効果を阻害しない程度に、潤滑性樹脂組成物に対して以下に列挙するような周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。
（１）摩擦特性向上剤：黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなど
（２）着色剤：炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなど
（３）熱伝導性向上剤：黒鉛、金属酸化物粉末
　以上の諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料のみをヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレット（顆粒）を得ることができる。また、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用しても良い。そして、成形方法としては、押出し成形、射出成形、加熱圧縮成形などを採用することができるが、製造効率などの点で射出成形が特に好ましい。また、成形品に対して物性改善のためにアニール処理等の処理を採用してもよい。
　この発明の複合滑り軸受は、肉厚が０.１～０.７ｍｍの樹脂組成物と焼結金属基材からなる。また、樹脂層をＰＥＫ樹脂組成物からなる。ＰＥＫ樹脂組成物を摩擦面としているため、摩擦摩耗特性、耐クリープ性に優れ、焼結金属を軸受基材としているため、摩擦発熱の放熱、耐荷重性に優れる。そのため、例えばルームエアコン用・カーエアコン用コンプレッサ、自動車や建設機械などのトランスミッション等の滑り軸受として使用できる。
　この発明の複合滑り軸受は、特に形状を制限するものではなく、ラジアル荷重、アキシャル荷重のいずれか一方、または両方の荷重を支持することができる。また、軸受基材に形成する樹脂層の位置も特に限定するものではない。
［実施例１～２２、比較例１～１３］
　実施例および比較例に用いた軸受基材を表１にまとめて示し、実施例および比較例に用いる樹脂層の原材料を一括して以下に示した。
　芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融粘度は、東洋精機社製キャピラグラフ、φ１×１０ｍｍ細管、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における測定値である。
(1) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔ＰＥＫ－１〕
　  ビクトレックス社製：ＰＥＥＫ　９０Ｐ（溶融粘度　１０５Ｐａ・ｓ）
(2) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔ＰＥＫ－２〕
　  ビクトレックス社製：ＰＥＥＫ　１５０Ｐ（溶融粘度　１４５Ｐａ・ｓ）
(3) 芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔ＰＥＫ－３〕
　  ビクトレックス社製：ＰＥＥＫ　４５０Ｐ（溶融粘度　４２０Ｐａ・ｓ）
(4) ＰＡＮ系炭素繊維〔ＣＦ－１〕
　  東レ社製：トレカ　ＭＬＤ－３０（平均繊維長０.０３ｍｍ、平均繊維径７μｍ）
(5) ＰＡＮ系炭素繊維〔ＣＦ－２〕
　　東邦テナックス社製：ベスファイト　ＨＴＡ－ＣＭＦ０１６０－０Ｈ
　　　　　　　　　　　（繊維長０．１６ｍｍ、繊維径７μｍ）
(6) ピッチ系炭素繊維〔ＣＦ－３〕
　  クレハ社製：クレカ　Ｍ－１０１Ｓ
（平均繊維長０.１／２ｍｍ、平均繊維径１４.５μｍ）
(7) ピッチ系炭素繊維〔ＣＦ－４〕
　　クレハ社製：クレカ　Ｍ－１０７Ｓ
（平均繊維長０.７ｍｍ、平均繊維径１４.５μｍ）
(8) 炭酸カルシウム粉末〔ＣａＣＯ３〕
　　日窒工業社製：ＮＡ６００　（平均粒径３μｍ）
(9) 黒鉛〔ＧＲＰ〕
　　ティムカルジャパン社製：ＴＩＭＲＥＸ　ＫＳ６（平均粒径６μｍ）
(10)四フッ化エチレン樹脂〔ＰＴＦＥ〕
　　喜多村社製：ＫＴＬ－６１０（再生ＰＴＦＥ）
(11)青銅粉〔ＢＲＯ〕
　　福田金属箔粉工業社製：ＡＴ－３５０（銅錫合金粉末）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　原材料を表２および表３に示す配合割合（体積％）でヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンドし、二軸押出し機を用いて溶融混練しペレットを作製した。
　このペレットにて、樹脂温度３８０℃～４００℃、金型温度１８０℃の条件で、円筒状軸受基材（φ３１×φ３５×２０（ｍｍ））の内径に厚さ０.２～１ｍｍの樹脂層をインサート成形にて形成し、図１のようなラジアル荷重を支持する円筒状の複合滑り軸受（φ３０×φ３５×２０（ｍｍ））を作製した。複合滑り軸受を成形する際には、軸受端面に９点のピンゲートを設け射出成形し、樹脂層の溶融流動方向が滑り軸受の運動方向と直角となるようにした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（１）せん断密着強さ試験
表１の軸受基材内径に、樹脂層－実施例ａを厚さ０.５ｍｍにてインサート成形した円筒状の複合滑り軸受を使用し、せん断密着強さ試験を行った。軸受基材を固定し、内径樹脂層に軸方向のせん断力を加え、軸受基材から樹脂層が剥離する荷重を測定した。この荷重を、樹脂層と軸受基材の見かけの接合面積を割った値を、せん断密着強さとし、表４に示した。
　また、複合滑り軸受を３０個インサート成形にて作製時の軸受基材割れの有無を表４に併記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
（２）耐焼付き性試験
　軸受基材－実施例Ｅの内径に、表２または表３の樹脂層を形成した複合滑り軸受（φ３０×φ３５×２０（ｍｍ））について、油中ラジアル型試験機を用い、耐焼付き性試験を実施した。表５の油供給条件で３０分慣らし運転後、油供給を停止・油排出し焼付くまでの時間を測定した。焼付きは、軸受外径部温度が２０℃上昇またはトルクが２倍に上昇するまでの時間とした。
　焼付き時間を表６および表７に示した。なお、以下の滑り軸受を比較例に加えた。
　樹脂単体の滑り軸受は、表２の組成ａのみを射出成形した樹脂単体の滑り軸受（φ３０×φ３５×２０ｍｍ）を用いた。
　また、３層型の複合滑り軸受は、裏金付多孔質焼結層にＰＴＦＥ樹脂組成物（炭素繊維１０体積％入り）を含浸した３層型の複合滑り軸受（φ３０×φ３５×２０ｍｍ、樹脂組成物層が０.０５ｍｍ）とした。なお、インサート成形で表６に記載の所定の樹脂層厚みを形成不可能な場合は、厚肉品を射出成形し、機械加工にて所定厚みに仕上げた。
（３）摩耗試験
耐焼付き性試験と同じ複合滑り軸受（φ３０×φ３５×２０（ｍｍ））について、油中ラジアル型試験機を用い、表５の油供給条件で３０時間運転した後の摩耗量を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
（４）溶融粘度
　東洋精機社製キャピラグラフ、φ１×１０（ｍｍ）細管、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を測定し、表６および表７中に示した。
　表４に示すように、実施例１～９はインサート成形時に軸受基材の割れはなく、１.５ＭＰａ以上のせん断密着強さであった。特に焼結金属の密度が、材質の理論密度比０.７～０.９である実施例１～７は、せん断密着強さが２ＭＰａ以上となった。
　一方、焼結金属の密度が、材質の理論密度比０.６７である比較例１では、インサート成形時に軸受基材の割れが発生した。鋼材の機械加工品では、せん断密着強さが非常に低い値であった（比較例２）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　なお、表７に記載の所定の樹脂層厚みを、インサート成形で形成不可能なものは、厚肉品を射出成形し、機械加工にて所定厚みに仕上げた。比較例１０、１２は３０分以内で異常摩耗したため、耐焼付き性試験は実施できなかった。
　表６に示したように、実施例１０～２２は焼付き時間が３０分以上、摩耗量が１０μｍ以下で、耐焼付き性、耐摩耗性に優れていた。樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度が２００Ｐａ・ｓ以下の実施例１０～１４、１６～２０、２２は、インサート成形で所定の樹脂層を形成することができた。
　また、表７に示したように、比較例１２、比較例１３の従来軸受（樹脂単体軸受、３層型の複合滑り軸受）は、焼付き時間が１分未満ですぐに焼付き、摩耗量も大きかった。
　複合滑り軸受ではあるが、樹脂層の組成が請求の範囲外である比較例３～１０は、焼付き時間が２６分未満と短く、摩耗量も２０μｍ以上と大きかった。
　また、樹脂層の組成が請求範囲内であるが、厚みが０.７ｍｍを超える複合滑り軸受では、焼付き時間が１分未満で、摩耗量も非常に大きかった。

Claims (10)

  1. 　滑り軸受の焼結金属製基材に重ねて樹脂層を一体に設け、この樹脂層は芳香族ポリエーテルケトン系樹脂に繊維状充填材を分散状態に配合した樹脂組成物からなり、前記繊維状充填剤は、繊維の長さ方向を軸受の回転方向に対して４５～９０度に交差するように配向させ、前記樹脂層を層厚０.１～０.７ｍｍに設けたことを特徴とする複合滑り軸受。
  2. 　上記樹脂層が、基材に重ねて射出成形された樹脂層である請求項１に記載の複合滑り軸受。
  3. 　上記樹脂層が、基材の軸径方向の厚さの１／８～１／２の厚さの樹脂層である請求項１または２に記載の複合滑り軸受。
  4. 　上記繊維状充填剤が、平均繊維長０.０２～０．２ｍｍの繊維状充填剤である請求項１に記載の複合滑り軸受。
  5. 　上記基材が、理論密度比０.７～０.９の基材である請求項１に記載の複合滑り軸受。
  6. 　上記樹脂組成物が、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度５０～２００Ｐａ・ｓの樹脂組成物である請求項１に記載の複合滑り軸受。
  7. 　上記樹脂組成物が、炭素繊維５～３０体積％、四フッ化エチレン樹脂１～３０体積％を必須成分とし、残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の樹脂組成物である請求項１または６に記載の複合滑り軸受。
  8. 　上記炭素繊維が、ＰＡＮ系炭素繊維である請求項７に記載の複合滑り軸受。
  9. 　上記複合滑り軸受が、円筒状またはフランジ付き円筒状の軸受基材の内径側、外径側および端面側から選ばれる１以上の側面に前記樹脂層を設けた請求項１～８のいずれかに記載の複合滑り軸受。
  10. 　上記複合滑り軸受が、油またはグリースで潤滑される液体潤滑用滑り軸受である請求項９に記載の複合滑り軸受。
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