WO2020059261A1

WO2020059261A1 - 複層摺動部材及びそれを用いた自動車のラックピニオン式舵取装置

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Publication number: WO2020059261A1
Application number: PCT/JP2019/027223
Authority: WO
Inventors: 卓也前田; 剛橋爪
Original assignee: オイレス工業株式会社
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-03-26
Also published as: EP3855034A1; US11878741B2; JP7108507B2; CN112673185B; CN112673185A; JP2020045994A; EP3855034B1; US20210237792A1; EP3855034A4

Abstract

複層摺動部材１は、鋼板からなる裏金２と、該裏金２の一方の表面３に形成された銅メッキ又はニッケルメッキの皮膜４と、皮膜４を介して裏金２の表面３に一体的に接合された多孔質金属焼結層５と、該多孔質金属焼結層５の孔隙６を充填しかつ表面７を被覆した合成樹脂組成物からなる被覆層８とを含んでおり、合成樹脂組成物は、主成分のＰＴＦＥに加えて、添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子５～３０質量％とポリアリールケトン樹脂５～１２質量％と溶融フッ素樹脂５～１２質量％とポリイミド樹脂１～５質量％とを含有している。

Description

複層摺動部材及びそれを用いた自動車のラックピニオン式舵取装置

　本発明は、摩擦摩耗特性に優れた複層摺動部材及びそれを用いた自動車のラックピニオン式舵取装置に関する。

　裏金と、この裏金の一方の表面に一体的に接合された多孔質金属焼結層と、この多孔質金属焼結層の孔隙を充填しかつ表面に被覆された合成樹脂組成物の被覆層とからなる複層摺動部材（特許文献１ないし特許文献４所載）は、被覆層を内側にして円筒状に捲回した所謂巻きブッシュの形態又は摺動板の形態で各種機械装置における回転軸又は往復動体を円滑に摺動自在に支承する支持手段として広く使用されている。

　裏金の一方の表面に一体的に接合された多孔質金属焼結層の孔隙を充填しかつ表面に被覆される合成樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂あるいはポリアセタール樹脂が主として使用されており、これらは、乾燥摩擦条件下において、またグリースなどの潤滑油剤の介在下において優れた低摩擦性を発揮する。

特公昭３９－１６９５０号公報特公昭６１－５２３２２号公報特開平８－４１４８４号公報特開２００６－５６２０５号公報実開昭６０－９５３６７号実公平０１－２７４９５号公報

　しかしながら、これら複層摺動部材を往復摺動用途、例えば、自動車のラックピニオン式舵取装置におけるラックガイド（特許文献５及び特許文献６所載）に適用した場合、ステアリングの切り出しによりラックガイドに支承されたラック軸が摺動を開始しようとしたときの静止摩擦による摺動抵抗がラック軸に作用し、その分ピニオンの回転トルクが増大される一方、ラック軸が移動し出して静止摩擦状態から動摩擦状態に移行した際には摺動トルクの低下、即ち、トルク抜けが発生する。ステアリングの切り始めに発生するピニオンの回転トルクの増大及びトルク抜けによる摺動トルクの低下、換言すれば、ラック軸とラック軸を支承するラックガイドとの間に生じる静止摩擦係数と動摩擦係数との差の大小は、運転者の舵取操作に反映されるため、円滑な操舵感が確保されるか否かに影響を与える。

　本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、静止摩擦係数と動摩擦係数との差が極力小さい合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層摺動部材及び円滑な操舵感を確保できるラックピニオン式舵取装置を提供することにある。

　本発明の複層摺動部材は、裏金と、該裏金の一方の表面に一体的に接合された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層の孔隙に充填されかつその表面を被覆した合成樹脂組成物からなる被覆層とを含んでおり、合成樹脂組成物が主成分の四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略称）に加えて、添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子５～３０質量％とポリアリールケトン樹脂５～１２質量％と溶融フッ素樹脂５～１２質量％とポリイミド樹脂１～５質量％とを含有している。

　本発明の複層摺動部材によれば、被覆層は、主成分のＰＴＦＥをマトリックスとし、このマトリックスに添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂が分散した構造を有し、マトリックスの低摩擦性をサーモトロピック型の液晶高分子が助長し、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂がマトリックスを補強して当該マトリックスの耐摩耗性の向上に寄与するため、安定した摺動特性を発揮する。

　本発明のラックピニオン式舵取装置は、ギアボックスと、このギアボックスに回転自在に支持されたピニオンと、このピニオンに噛み合うラック歯が形成されたラック軸と、このラック軸を摺動自在に支持するラックガイドと、このラックガイドをラック軸に向かって押圧する弾性手段とを具備しており、斯かるラックピニオン式舵取装置におけるラックガイドは、ギアボックスに配されるラックガイド基体と、このラックガイド基体に裏金側で固着された前記複層摺動部材からなる摺動片とを具備しており、摺動片は、ラック軸の外周面に摺動自在に摺接してラック軸を摺動自在に支持する凹面からなる摺動面を被覆層に有している。

　本発明において、ラックガイド基体は、円弧状凹面からなる支持面を備えていると共に該円弧状凹面の底部中央に嵌合孔を備えていてもよく、複層摺動部材からなる摺動片は、その被覆層に円弧状凹面からなる摺動面を、摺動面の反対の面に円弧状凸面からなる固定面を、そして、円弧状凹面の底部中央に該底部から固定面側に伸びると共に固定面に一体的に形成された有底円筒状の中空突出部を夫々備えていてもよい。

　斯かるラックガイド基体と摺動片とを具備した本発明の好ましい例のラックガイドでは、ラックガイド基体の円弧状凹面からなる支持面に、円弧状凹面からなる摺動面を備えた複層摺動部材からなる摺動片が当該支持面に相補的な形状をもった固定面に一体的に形成された有底円筒状の中空状突出部をラックガイド基体の支持面の嵌合孔に嵌合させて着座せしめられて、当該摺動片がラックガイド基体に固着されている。

　本発明において、ラックガイド基体は、互いに対向する一対の平坦面と一対の平坦面の夫々から相対向して一体的に伸びる一対の傾斜面と一対の平坦面から一体的に伸びる底平坦面とを有した凹面を備えると共に該凹面の底部中央に嵌合孔を備えていてもよく、複層摺動部材からなる摺動片は、相対向する一対の傾斜面部と該傾斜面部の夫々に連続する一対の平坦面部と、該平坦面部の夫々に連続する底面部と、該底面部の中央から裏金側に伸びる有底円筒状の中空突出部とを具備していてもよい。

　斯かるラックガイド基体と摺動片とを具備した本発明の好ましい例のラックガイドでは、ラックガイド基体の凹面には、相対向する一対の傾斜面部と該傾斜面部の夫々に連続する一対の平坦面部と該平坦面部の夫々に連続する底面部と該底面部の中央から裏金側に伸びる有底円筒状の中空突出部とを具備した複層摺動部材からなる摺動片が有底円筒状の中空突出部をラックガイド基体の凹面の底部中央の嵌合孔に嵌合させて着座せしめられて、当該摺動片がラックガイド基体に固着されている。

　本発明によれば、静止摩擦係数と動摩擦係数との差が極力小さい合成樹脂組成物の被覆層を備えているので、摩擦摩耗特性に優れた複層摺動部材及び円滑な操舵感を確保できるラックピニオン式舵取装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい一例の複層摺動部材の断面説明図である。図２は、本発明の複層摺動部材の製造工程の一例を示す説明図である。図３は、本発明の好ましいラックピニオン式舵取装置の一例を示す断面説明図である。図４は、図３に示すラックピニオン式舵取装置に組込まれたラックガイドの断面説明図である。図５は、図４に示すラックガイドのＶ－Ｖ線矢視断面説明図である。図６は、図４に示すラックガイドの平面説明図である。図７は、図３に示すラックピニオン式舵取装置に組込まれたラックガイドの他の例を示すラックガイドの図８のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面説明図である。図８は、図７に示すラックガイドの平面説明図である。

　以下、本発明及びその実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何等限定されないのである。

　本発明の好ましい一例の複層摺動部材１は、図１に示すように、鋼板からなる裏金２と、該裏金２の一方の表面３に形成された銅メッキ又はニッケルメッキの皮膜４と、皮膜４を介して裏金２の表面３に一体的に接合された多孔質金属焼結層５と、該多孔質金属焼結層５の孔隙６を充填しかつ表面７を被覆した合成樹脂組成物からなる被覆層８とを含んでおり、合成樹脂組成物は、主成分のＰＴＦＥに加えて、添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子５～３０質量％とポリアリールケトン樹脂５～１２質量％と溶融フッ素樹脂５～１２質量％とポリイミド樹脂１～５質量％とを含有しており、斯かる合成樹脂組成物からなる被覆層８は、ＰＴＦＥをマトリックスとし、このマトリックスにサーモトロピック型の液晶高分子、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂が分散した構造を有している。

　本発明の複層摺動部材１における被覆層８を形成する合成樹脂組成物において、主成分をなすＰＴＦＥとしては、ファインパウダーとして主に成形用に使用されるＰＴＦＥが使用される。ファインパウダーの具体例としては、例えばダイキン工業社製の「ポリフロンＦ２０１（商品名）」、三井・デュポンフロロケミカル社製の「テフロン６ＣＪ（商品名）」、ＡＧＣ社製の「フルオンＣＤ０９７Ｅ（商品名）」などが挙げられる。

　ＰＴＦＥに配合されるサーモトロピック型の液晶高分子としては、全芳香族ポリエステル樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステルアミド樹脂などが挙げられるが、特に、全芳香族ポリエステル樹脂が好ましい。ここで、サーモトロピック型の液晶高分子とは、加熱溶融することによって、液晶（結晶と液体の中間状態のうち、分子方向に何らかの秩序は保っているものの、三次元的な位置の秩序を失った状態）になる高分子を意味する。全芳香族ポリエステル樹脂は、ｐ－ヒドロキシ安息香酸の単量体及びｐ－ヒドロキシ安息香酸とジオール（ジヒドロキシビフェニルなどの芳香族ジオール、エチレングリコールなどのＣ_２－６アルカンジオールなど）、芳香族ジカルボン酸（テレフタル酸など）及び芳香族ヒドロキシカルボン酸（オキシナフトエ酸など）から選択された少なくとも一種の単量体との共重合体などが例示できる。

　具体的には、下記（Ｉ）式で表されるポリｐ－ヒドロキシ安息香酸から生成した全芳香族ポリエステル樹脂（ポリオキシベンゾイルポリエステル）〔例えば、住友化学工業社製の「スミカスーパーＥ１０１（商品名）」など〕、下記（ＩＩ）式で表されるｐ－ヒドロキシ安息香酸と４、４′－ジヒドロキシビフェニルとテレフタル酸を構成単位とする全芳香族ポリエステル樹脂（例えば、住友化学工業社製の「スミカスーパー（商品名）」、ＪＸＴＧエネルギー社製の「ザイダー：Ｘｙｄａｒ（商品名）」など）、下記（ＩＩＩ）式で表されるｐ－ヒドロキシ安息香酸と６－ヒドロキシ２－ナフタレンカルボン酸とテレフタル酸を構成単位とする全芳香族ポリエステル樹脂（例えば、ポリプラスチックス社製の「ベクトラ（商品名）」など）、下記（ＩＶ）式で表されるｐ－ヒドロキシ安息香酸とポリエチレンテレフタレートを構成単位とする全芳香族ポリエステル樹脂（例えば、ユニチカ社製の「ロッドラン（商品名）」など）などを例示できる。

　サーモトロピック型の液晶高分子は、主成分としてのＰＴＦＥに配合されて、特にＰＴＦＥ、ひいては被覆層の低摩擦性を助長する。ＰＴＦＥに対する配合量は、５～３０質量％、好ましくは１０～２０質量％である。配合量が５質量％未満では、被覆層の低摩擦性を十分助長させることができず、また３０質量％を超えて配合すると、被覆層内に占める液晶高分子の割合が高くなり、却って被覆層の低摩擦性を損なう虞がある。

　ポリアリールケトン樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、リジッドなカルボニル基とフレキシブルなエーテル結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の芳香族系熱可塑性樹脂であり、優れた耐熱性、耐衝撃性、耐摩耗・摺動特性等を有する。その代表例である下記（Ｖ）式にポリエーテルケトン（以下、ＰＥＫと略称）樹脂の構造を、下記（ＶＩ）式にポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと略称）樹脂の構造を、下記（ＶＩＩ）式にポリエーテルケトンケトン（以下、ＰＥＫＫと略称）樹脂の構造をそれぞれ示す。

　ポリアリールケトン樹脂は、主成分としてのＰＴＦＥに配合されて、特に被覆層の耐摩耗性を向上させる。ＰＴＦＥに対するポリアリールケトン樹脂の配合量は、５～１２質量％、好ましくは５～１０質量％である。ポリアリールケトン樹脂の配合量が５質量％未満では、被覆層の耐摩耗性を改善することができず、また１２質量％を超えて配合しても被覆層のそれ以上の耐摩耗性の向上に繋がらない。ポリアリールケトン樹脂としては、ＰＥＫ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＫＫ樹脂などを挙げることができ、好ましい例では、ポリアリールケトン樹脂は、ＰＥＫ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂及びＰＥＫＫ樹脂の少なくとも一つから選択され、ＰＥＫ樹脂の具体例としては、例えばビクトレックス社製の「ＶＩＣＴＲＥＸ－ＨＴ（商品名）」などが挙げられ、ＰＥＥＫ樹脂の具体例としては、例えばビクトレックス社製の「ＰＥＥＫ－１５０ＰＦ（商品名）」、「ＰＥＥＫ－４５０ＰＦ（商品名）」、ダイセル・エボニック社製の「ベスタキープ（商品名）」などが挙げられ、ＰＥＫＫ樹脂の具体例としては、アルケマ社製の「ケプスタン７００２（商品名）」、「ケプスタン８００２（商品名）」などが挙げられる。

　溶融フッ素樹脂は、主成分としてのＰＴＦＥにポリアリールケトン樹脂と共に配合されて被覆層の耐摩耗性の向上に寄与する。溶融フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（以下、ＰＦＡと略称）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）などが挙げられるが、ＰＴＦＥと相溶する融点が３００～３１０℃を有するＰＦＡが使用されて好適である。ＰＴＦＥに対する溶融フッ素樹脂の配合量は、５～１２質量％、好ましくは５～１０質量％である。特に、この溶融フッ素樹脂の配合量を前記ポリアリールケトン樹脂の配合量と同量とすることにより被覆層の耐摩耗性を向上させる。ＰＦＡの具体例としては、ダイキン工業社製の「ネオフロン（登録商標）ＰＦＡ（商品名）」、三井・デュポンフロロケミカル社製の「テフロン（登録商標）ＰＦＡ（商品名）」、ＡＧＣ社製の「フルオン（登録商標）ＰＦＡ（商品名）」などが挙げられる。

　ポリイミド樹脂は、被覆層の摩擦係数を安定化させると共に耐摩耗性の向上に寄与する。ポリイミド樹脂としては、熱硬化性ポリイミド樹脂又は熱可塑性ポリイミド樹脂のいずれであってもよいが、縮合反応又は付加反応によって三次元網目構造を形成して硬化する熱硬化性ポリイミド樹脂が好ましい。熱硬化性ポリイミド樹脂の具体例としては、例えば宇部興産社製の「ＵＩＰ－Ｒ（商品名）」、「ＵＩＰ－Ｓ（商品名）」、ダイセル・エボニック社製の「Ｐ８４（商品名）」、丸善石油化学社製の「ＢＡＮ１－Ｍ（商品名）」、「ＢＡＮ１－Ｘ（商品名）」などが挙げられ、また、熱可塑性ポリイミド樹脂の具体例としては、三井化学社製の「オーラム（商品名）」などが挙げられる。

　ＰＴＦＥに対するポリイミド樹脂の配合量は、１～５質量％、好ましくは２～４質量％である。ポリイミド樹脂の配合量が１質量％未満では、被覆層の補強効果が不十分で耐摩耗性の向上に効果が発揮されず、またポリイミド樹脂の配合量が５質量％を超えるとＰＴＦＥの具有する低摩擦性を損なうばかりでなく耐摩耗性を低下させる虞がある。

　本発明の複層摺動部材１において、被覆層８を形成する合成樹脂組成物に、追加成分として、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックから選択されるカーボンブラック、グラファイト（天然又は人造黒鉛）及び二硫化モリブデンの少なくとも一つを０．２～５質量％の割合で含有させてもよい。これらは主に被覆層の色付けを目的に顔料として含有されるものである。カーボンブラックの具体例としては、例えば、ケッチェンブラックインターナショナル社製の「ケッチェンブラックＥＣ（商品名）」及び「ケッチェンブラックＥＣ－６００ＪＤ（商品名）」等を、グラファイトの具体例としては日本黒鉛工業社製の「天然黒鉛（ＣＢシリーズ）」、「人造黒鉛（ＰＡＧシリーズ）」等を、二硫化モリブデンの具体例としては大東潤滑社製の「二硫化モリブデンパウダー」等を挙げることができる。

　次に、本発明の複層摺動部材１の製造方法について説明する。

　裏金２としての鋼板は、ＪＩＳＧ３１０１に規定されている一般構造用圧延鋼板（ＳＳ４００等）又はＪＩＳＧ３１４１に規定されている冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ等）が使用される。鋼板は、コイル状に巻いてフープ材として提供される連続条片を使用することが好ましいが、必ずしも連続条片に限らず、適当な長さに切断した条片を使用することもできる。これらの条片は、必要に応じて銅メッキ又はニッケルメッキなどの皮膜４を施して耐食性を向上させたものであってもよい。

　裏金２の一方の表面３に一体的に接合される多孔質金属焼結層５を形成する金属粉末は、その金属自体、摩擦摩耗特性に優れた青銅、鉛青銅あるいはリン青銅などの、概ね１００メッシュを通過する銅合金粉末が用いられるが、目的に応じては銅合金以外の、例えばアルミニウム合金、鉄などの粉末も使用し得る。この金属粉末の粒子形態は、塊状、球状または不規則形状のものを使用し得る。この多孔質金属焼結層５は、合金粉末同士及び前記鋼板等の条片と強固に結合されていて、一定の厚さと必要とする多孔度を備えていなければならない。この多孔質金属焼結層５の厚さは、概ね０．１５～０．４０ｍｍ、多孔度は、概ね１０容積％以上であることが推奨される。

　複層摺動部材１の被覆層８を形成する合成樹脂組成物は、主成分のＰＴＦＥに加えて、添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂を所定量計量し、これらを混合機で混合して混合物を作製し、得られた混合物に石油系溶剤を加えて撹拌混合する方法により、湿潤性が付与された合成樹脂組成物が得られる。ＰＴＦＥと添加剤との混合は、ＰＴＦＥの室温転移点（１９℃）以下の温度で行なわれ、また得られた混合物と石油系溶剤との撹拌混合も上記と同様の温度で行なわれる。斯かる温度条件の採用により、ＰＴＦＥの繊維状化が抑えられ、均一な混合物（合成樹脂組成物）を得ることができる。

　石油系溶剤としては、ナフサ、トルエン、キシレンのほか、パラフィン系、ナフテン系等の脂肪族系炭化水素溶剤又はそれらの混合溶剤が使用される。石油系溶剤の使用割合は、ＰＴＦＥ粉末と充填材との混合物１００質量部に対し１５～３０質量部とされる。石油系溶剤の使用割合が１５質量部未満の場合は、後述する多孔質金属焼結層５の孔隙６及び表面７への充填被覆工程において、湿潤性が付与された合成樹脂組成物の展延性が悪く、その結果、多孔質金属焼結層５への充填被覆層８にムラを生じ易くなる虞がある。一方、石油系溶剤の使用割合が３０質量部を超える場合は、充填被覆作業が困難となるばかりでなく、合成樹脂組成物の被覆厚さの均一性が損なわれ、合成樹脂組成物からなる被覆層８と多孔質金属焼結層５との密着強度が低下する虞がある。石油系溶剤の具体例としては、ナフテン系溶剤であるエクソン化学社製の「エクソール（商品名）」、イソパラフィン系溶剤であるエクソン化学社製の「アイソパー（商品名）」）などが挙げられる。

　本発明の複層摺動部材１は、図２に示す製造工程（ａ）～（ｄ）を経て製造される。　　

　（ａ）工程　コイル状に巻いたフープ材９として供給される多孔質金属焼結層５を一体的に接合した裏金２は、案内ローラ１０及び１０によって前方に送られ、該裏金２の多孔質金属焼結層５の表面７上にホッパ１１に収容された前記湿潤性が付与された合成樹脂組成物（混合物）１２を散布供給し、ついで加圧ローラ１３及び１３で圧延して多孔質金属焼結層５の孔隙６に合成樹脂組成物を充填すると共に多孔質金属焼結層５の表面７に一様な厚さの合成樹脂組成物からなる被覆層８を形成する。多孔質金属焼結層５の孔隙６中への合成樹脂組成物の充填は、当該工程でその大部分が進行する。

　（ｂ）工程　（ａ）工程で処理された多孔質金属焼結層５の表面７に合成樹脂組成物の被覆層８を備えた裏金２を乾燥炉１４内で数分間保持することにより、石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した合成樹脂組成物をローラ１５及び１５によって所定の厚さになるように加圧ローラ処理する。

　（ｃ）工程　（ｂ）工程で処理された裏金２を加熱焼成炉１６に導入し、加熱して焼成を行なった後、裏金２は、加熱焼成炉１６を通過し、被覆層８の焼成、硬化が完了する。ついで、裏金２は、寸法調整ローラ１７及び１７によるローラ処理によって寸法のバラツキが調整されると共に被覆層８の厚さの寸法微調整が行われる。

　（ｄ）工程　（ｃ）工程で寸法調整された裏金２を冷水噴霧などによる冷却装置１８を通過させることにより、裏金２を室温にまで冷却する。その後、必要に応じて裏金２のうねりなどを矯正するため、矯正ローラ装置１９によって矯正ローラ処理を行ない、裏金２の僅かなうねりなどを矯正する。ついで、矯正された裏金２は、案内ローラ２０及び２０によって前方に送られ、コイラー２１に巻き取られる。

　（ａ）～（ｄ）の工程を経て得られた複層摺動部材１において、多孔質金属焼結層５の厚さは０．１０～０．４０ｍｍ、合成樹脂組成物から形成された被覆層８の厚さは０．０２～０．２０ｍｍとされる。このようにして得られた複層摺動部材１は、適宜の寸法に切断されて摺動板の形態として使用され、又は丸曲げされて円筒状の巻きブッシュの形態として使用される。

　上記製造方法によって得られた複層摺動部材１において、被覆層８は、主成分のＰＴＦＥをマトリックスとし、このマトリックスに添加剤としてのサーモトロピック型の液晶高分子、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂が分散した構造を有しており、被覆層８は、マトリックスのＰＴＦＥの低摩擦性をサーモトロピック型の液晶高分子が助長し、静止摩擦係数と動摩擦係数との差が極力小さく、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂及びポリイミド樹脂がマトリックスを補強して耐摩耗性を向上させる。

　以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の例において、複層摺動部材の摺動特性は、次の往復動摺動試験により評価した。

　＜往復動摺動試験＞
　試験方法：表１に記載の条件で、半径１０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、厚さ１．０５ｍｍの円弧状の板状成形物（複層摺動部材）を固定し、相手材になる高炭素クロム軸受鋼製の円柱状の軸を該板状成形物の表面に所定の荷重で押し付けながら、該軸を板状成形物の表面に沿って往復動させ、該板状成形物と円柱状の軸の間の静止摩擦係数、動摩擦係数及び摩耗量を測定した。摩耗量については、試験時間（２０時間）終了後の該板状成形物の被覆層の寸法変化量（μｍ）で示した。

　［表１］
　すべり速度　　３ｍ／ｍｉｎ
　荷重　　　　　２００ｋｇｆ
　時間　　　　　２０時間
　ストローク　　１５０ｍｍ
　潤滑　　　　　試験前に摺動面にリチウムグリース（協同油脂社製の「マルテンプＡＣ－Ｐ（商品名）」）塗布
　相手材　　　　機械構造用炭素鋼調質材（Ｓ４５Ｃ：ＪＩＳＧ４０５１）

　以下の諸例において、ＰＴＦＥ、サーモトロピック型の液晶高分子、ポリアリールケトン樹脂、溶融フッ素樹脂、ポリイミド樹脂及びカーボンブラックは、以下に示す材料を使用した。
　＜ＰＴＦＥ＞
　（１）ＰＴＦＥ－１　ダイキン工業社製のファインパウダー「ポリフロンＦ２０１（商品名）」
　（２）ＰＴＦＥ－２　三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン６ＣＪ（商品名）」
　＜サーモトロピック型の液晶高分子＞
　（１）全芳香族ポリエステル樹脂－１　住友化学工業社製の「スミカスーパーＥ１０１（商品名）」
　（２）芳香族ポリエステル樹脂－２　ポリプラスチックス社製の「ベクトラ（商品名）」
　（３）全芳香族ポリエステル樹脂－３　ＪＸＴＧエネルギー社製の「ザイダー：Ｘｙｄａｒ（商品名）」
　（４）全芳香族ポリエステル樹脂－４　ユニチカ社製の「ロッドラン（商品名）」
　＜ポリアリールケトン樹脂＞
　（１）ＰＥＫ　ビクトレックス社製の「ＶＩＣＴＲＥＸ－ＨＴ（商品名）」
　（２）ＰＥＥＫ　ダイセル・エボニック社製の「ベスタキープ（商品名）」
　（３）ＰＥＫＫ　アルケマ社製の「ケプスタン８００２（商品名）」
　＜溶融フッ素樹脂＞
　ＰＦＡ　ダイキン工業社製の「ネオフロン（登録商標）ＡＣＸ－３４（商品名）」
　＜ポリイミド樹脂＞　
　（１）ポリイミド樹脂－１　宇部興産社製の「ＵＩＰ－Ｒ（商品名）」
　（２）ポリイミド樹脂－２　丸善石油化学社製の「ＢＡＮ１－Ｍ（商品名）」
　（３）ポリイミド樹脂－３　丸善石油化学社製の「ＢＡＮ１－Ｘ（商品名）」
　＜摺動層の色付け材＞
　（１）カーボンブラック　ケッチェンブラックインターナショナル社製の「ケッチェンブラックＥＣ（商品名）」
　（２）二硫化モリブデン　大東潤滑社製の「二硫化モリブデンパウダー」
　＜裏金＞
　表面に銅メッキによる皮膜を備えた厚さ０．７０ｍｍの鋼板からなる裏金と、該裏金の一方の表面に一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍの青銅合金からなる多孔質金属焼結層とを含む裏金。

　実施例１～１５
　表２から表４に示される主成分のＰＴＦＥと、添加剤としてのサーモトロピック型の液晶高分子と、ポリアリールケトン樹脂と、溶融フッ素樹脂とポリイミド樹脂とを、あるいはこれらに顔料を加えてヘンシェルミキサー内に供給して攪拌混合し、得られた混合物１００質量部に対して、石油系溶剤としてイソパラフィン系溶剤（エクソン化学社製の「アイソパー（商品名）」）２０質量部を配合してＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、湿潤性を付与した合成樹脂組成物を得た。

　湿潤性が付与された合成樹脂組成物を前記裏金の多孔質金属焼結層上に散布供給し、合成樹脂組成物の厚さが０．２０ｍｍとなるようにローラで圧延して多孔質金属焼結層の孔隙を充填しかつ表面に被覆された合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層板を得た。ついで、複層板を予め熱風乾燥炉中に保持して溶剤を除去した後、乾燥した被覆層を備えた複層板をローラによって圧延し、多孔質金属焼結層の表面に被覆された被覆層の厚さを０．１０ｍｍとした。

　次に、加圧処理した複層板を加熱炉で加熱焼成した後、再度、ローラで加圧処理し、寸法調整及びうねり等の矯正を行なって複層摺動部材を作製した。矯正の終了した複層摺動部材を短冊状に切断し、被覆層を内側にして曲げ加工を施して、半径１０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、厚さ１．０５ｍｍの円弧状の複層摺動部材試験片を得た。

　比較例１
　表５に示されるＰＴＦＥ－２（８０質量％）と鉛粉末２０質量％とをヘンシェルミキサー内に供給して攪拌混合し、得られた混合物１００質量部に対し石油系溶剤（前記実施例と同じ）２０質量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、湿潤性を付与した合成樹脂組成物を得た。以下、前記実施例と同様の方法で複層摺動部材を作製した。この複層摺動部材を短冊状に切断し、被覆層を内側にして曲げ加工を施して、半径１０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、厚さ１．０５ｍｍの円弧状の複層摺動部材試験片を得た。

　比較例２
　表５に示される簸性硫酸バリウム１０質量％と、鉛粉末２０質量％と、ＰＴＦＥ－２（７０質量％）をヘンシェルミキサー内に供給して攪拌混合し、得られた混合物１００質量部に対して、石油系溶剤（前記実施例と同じ）２０質量部を配合してＰＴＦＥの室温転移点以下の温度で混合し、湿潤性を付与した合成樹脂組成物を得た。以下、前記実施例と同様の方法で複層摺動部材を作製した。この複層摺動部材を短冊状に切断し、被覆層を内側にして曲げ加工を施して、半径１０．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、厚さ１．０５ｍｍの円弧状の複層摺動部材試験片を得た。

　以上の試験結果から、実施例の複層摺動部材は、静摩擦係数と動摩擦係数との差が小さく、摩耗量も少なく、安定した摺動性能を有していることが分かる。一方、比較例の複層摺動部材は、静摩擦係数と動摩擦係数との差が大きく、スティックスリップ（付着－滑り）を生じ、スティックスリップに起因する異常摩擦音の発生を確認した。

　次に、上記した複層摺動部材を用いたラックガイドを含むラックピニオン式舵取装置について説明する。

　図３から図６において、ラックピニオン式舵取装置２２は、Ｒ方向に回転自在なピニオン２３と、ピニオン２３と噛合するラック歯２４を有すると共に摺動方向Ａ（図３において紙面に直交する方向）に直動自在なラック軸２５と、ピニオン２３をＲ方向に回転自在に支承するギアボックス２６と、ラック軸２５を摺動自在に支承するラックガイド２７と、ラックガイド２７をピニオン２３に向かって押圧する弾性手段２８とを具備している。　　

　ピニオン２３が一体的に設けられたピニオン軸２９は、ころがり軸受３０及び３０を介してギアボックス２６にＲ方向に回転自在に支承されていると共に舵取操作によりＲ方向に回転されるようになっている。

　ピニオン２３のＲ方向の回転によりピニオン２３とラック歯２４との噛合を介して摺動方向Ａに直動されるラック軸２５は、ラック歯２４が設けられた面と反対の側に円弧状凸面からなる摺動面３１を有している。

　ラック軸２５が摺動方向Ａに貫通しているギアボックス２６は、ころがり軸受３０及び３０が取付けられたギアボックス本体３２と、ギアボックス本体３２に一体的に形成されていると共に円筒状の内周面３３を有した円筒部３４と、円筒部３４の一端部にねじ部３５を介して螺着された閉塞部材３６とを具備しており、閉塞部材３６は、当該閉塞部材３６に螺着されたロックナット３７により円筒部３４に固定されている。

　ラックガイド２７は、ラック軸２５の摺動面３１に摺動自在に接触すると共に円弧状凹面からなる摺動面３８を有する円弧状の摺動片３９と、摺動片３９を摺動方向Ａに対して直交する軸方向Ｂの一方の端面４０で支持すると共に内周面３３に摺動自在に接触する円筒状の外周面４１を有したラックガイド基体４２とを具備している。

　複層摺動部材１からなると共に被覆層８側を内側に丸曲げされた円弧状の摺動片３９は、一方の面に円弧状凹面からなる摺動面３８を有すると共に摺動面３８の反対の他方の面に円弧状凸面からなる固定面４３を有する摺動片本体４４と、摺動片本体４４の固定面４３に一体的に形成された円筒部４５及び円筒部４５の一方の端部に一体的に形成された底部４６を備えて当該固定面４３に一体的に形成された有底円筒状の中空突出部４７とを備えている。

　ギアボックス２６の円筒部３４に配されていると共にアルミニウム又はアルミニウム合金材、焼結金属材等から形成されてなると共に円筒状の外周面４１を有したラックガイド基体４２は、摺動片本体４４を支持する円弧状凹面からなる支持面４８及び支持面４８に連なっている一対の平面視三日月状の平坦面４９を有した軸方向Ｂの一方の端面４０と、支持面４８の中央部で開口すると共に摺動片３９の有底円筒状の中空突出部４７の円筒部４５が締め代をもって嵌合される嵌合孔５０及び一端で嵌合孔５０に連通すると共に嵌合孔５０よりも小さい径を有した小径孔５１を具備した嵌合孔部５２と、小径孔５１に連通すると共にラックガイド基体４２の軸方向Ｂの他方の端面５３で開口した中空円筒部５４と、支持面４８の摺動方向Ａの両縁部に支持面４８に沿って一体的に設けられていると共に一様な高さをもった四個の突条部５５とを備えている。

　摺動片３９は、有底円筒状の中空突出部４７の円筒部４５を嵌合孔５０に圧入嵌合せしめ、固定面４３を支持面４８に接触させると共に摺動片本体４４の外周縁を突条部５５に係合させて支持面４８に保持固定されており、一方では、支持面４８で開口し、他方では、中空円筒部５４に連通していると共に摺動片３９の有底円筒状の中空突出部４７が嵌合されている嵌合孔部５２を具備したラックガイド基体４２とラックガイド基体４２に嵌合保持された円弧状の摺動片３９とを具備したラックガイド２７において、摺動片本体４４の摺動面３８は、四個の突条部５５の上面５６よりもラック軸２５の摺動面３１側に位置している。

　ラックガイド基体４２の支持面４８に嵌合保持された摺動片３９では、底部４６が円筒部４５の形状を保持する補強部の役割を果たしているので、中空突出部４７は、ラックガイド基体４２の嵌合孔５０に長期にわたってしっかりと保持され、摺動片本体４４は、ラックガイド基体４２の四個の突条部５５に係合しているので、ラックガイド基体４２の支持面４８に位置ずれなしにラックガイド基体４２に保持されている。

　弾性手段２８は、一方の端部では中空円筒部５４を規定するラックガイド基体４２の環状面５７に接触する一方、他方の端部では閉塞部材３６に接触し圧縮されてラックガイド基体４２と閉塞部材３６との間に配されたコイルばね５８を具備しており、コイルばね５８は、ラックガイド基体４２を介して摺動片３９の摺動面３８をラック軸２５の摺動面３１に弾性的に押圧させている。

　ラックピニオン式舵取装置２２に組み込まれるラックガイド２７の他の例を示す図７及び図８のラックガイド２７は、アルミニウム又はアルミニウム合金材、焼結金属材等から形成されてなると共に円筒状の外周面４１を有したラックガイド基体４２と、ラックガイド基体４２に嵌合保持された摺動片３９とを具備している。

　ラックガイド基体４２は、軸方向Ｂの一方の端部側に、互いに対向する一対の平坦面５９及び５９と一対の平坦面５９及び５９の夫々から相対向して一体的に伸びる一対の傾斜面６０及び６０と一対の平坦面５９及び５９から一体的に伸びる底平坦面６１とを有した凹面６２を備えると共に、軸方向Ｂの他方の端部側に他方の端面６３で開口した円筒状凹所６４と該凹面６２の底平坦面６１の中央に円筒状凹所６４に開口する円筒状の嵌合孔６５を有している。

　複層摺動部材からなる摺動片３９は、相対向する一対の傾斜面部６６及び６６と該傾斜面部６６及び６６の夫々に連続する一対の平坦面部６７及び６７と該平坦面部６７及び６７の夫々に連続する底面部６８とを有した凹面６９を備えると共に該凹面６９の反対の面に該凹面６９に相補的な形状からなる固定面７０を有する摺動片本体７１と、摺動片本体７１の底面部６８の中央に一体的に形成された裏金側に伸びる円筒部７２及び円筒部７２の一方の端部に一体的に形成された底部７３を備えて当該固定面７０に一体的に形成された有底円筒状の中空突出部７４を具備している。

　ラックガイド２７は、摺動片３９の有底円筒状の中空突出部７４をラックガイド基体４２の凹面６２の底平坦面６１の中央の嵌合孔６５に嵌合させて該ラックガイド基体４２の凹面６２に着座させて形成され、ラックガイド２７の摺動片３９は、ラック軸２５の外周面、本例では凹面６９に相補的な形状の外周面（図示せず）に摺動自在に接触してラック軸２５を摺動自在に支承する。

　本発明の複層摺動部材１からなる摺動片３９を備えたラックガイド２７は、ラック軸２５との間に生じる摺動摩擦抵抗が小さく、かつ静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さいので、スティックスリップ等に起因する異常摩擦音を生じることなく円滑な操舵感を確保できるラックピニオン式舵取装置を得ることができる。

　以上説明したように、本発明の複層摺動部材は、静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さく、摩擦摩耗特性に優れている。そして、静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さく、摩擦摩耗特性に優れた複層摺動部材をラックガイドの摺動片に適用した場合、同様に静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さく、優れた摩擦摩耗特性を示し、円滑な操舵感を確保できるラックピニオン式舵取装置を得ることができる。

　１　複層摺動部材
　２　裏金
　５　多孔質金属焼結層
　８　被覆層
　２２　ラックピニオン式舵取装置
　２３　ピニオン
　２４　ラック歯
　２５　ラック軸
　２６　ギアボックス
　２７　ラックガイド
　２８　弾性手段
　２９　ピニオン軸
　３９　摺動片
　４２　ラックガイド基体
　

Claims

　裏金と、該裏金の一方の表面に一体的に接合された多孔質金属焼結層と、該多孔質金属焼結層の孔隙に充填されかつその表面を被覆した合成樹脂組成物からなる被覆層とを有しており、該合成樹脂組成物が主成分の四フッ化エチレン樹脂に加えて、添加剤としてサーモトロピック型の液晶高分子５～３０質量％とポリアリールケトン樹脂５～１２質量％と溶融フッ素樹脂５～１２質量％とポリイミド樹脂１～５質量％とを含有する複層摺動部材。
　合成樹脂組成物は、追加成分として、カーボンブラック、グラファイト及び二硫化モリブデンの少なくとも一つを０．２～５質量％の割合で含有する請求項１に記載の複層摺動部材。
　サーモトロピック型の液晶高分子は、全芳香族ポリエステル樹脂である請求項１又は２に記載の複層摺動部材。
　ポリアリールケトン樹脂は、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリエーテルケトンケトン樹脂の少なくとも一つから選択される請求項１から３のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
　溶融フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂である請求項１から４のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
　ギアボックスと、このギアボックスに回転自在に支持されたピニオンと、このピニオンに噛み合うラック歯を備えたラック軸と、このラック軸を摺動自在に支持するラックガイドと、このラックガイドをラック軸に向かって押圧する弾性手段とを具備したラックピニオン式舵取装置におけるラックガイドであって、当該ラックガイドは、ギアボックスに配されるラックガイド基体と、ラックガイド基体に裏金側で固着された請求項１から５のいずれか一項に記載の複層摺動部材からなる摺動片とを具備しており、摺動片は、ラック軸の外周面に摺動自在に摺接してラック軸を摺動自在に支持する凹面からなる摺動面をその被覆層に有しているラックピニオン式舵取装置におけるラックガイド。
　ラックガイド基体は、円弧状凹面からなる支持面を備えていると共に該支持面の底部中央に嵌合孔を備えている請求項６に記載のラックピニオン式舵取装置。
　摺動片は、その被覆層に円弧状凹面からなる摺動面を、摺動面の反対の面に円弧状凸面からなる固定面を夫々有していると共に固定面に一体的に形成された有底円筒状の中空突出部を備えている請求項６又は７に記載のラックピニオン式舵取装置におけるラックガイド。
　ラックガイド基体は、互いに対向する一対の平坦面と一対の平坦面の夫々から相対向して伸びる一対の傾斜面と一対の平坦面から一体的に伸びる底平坦面とを有した凹面を備えると共に該凹面の底平坦面の中央に嵌合孔を備えている請求項６に記載のラックピニオン式舵取装置。
　摺動片は、相対向する一対の傾斜面部と、該傾斜面部の夫々に連続する一対の平坦面部と、該平坦面部の夫々に連続する底面部と、該底面部の中央から裏金側に伸びる有底円筒状の中空突出部とを備えている請求項６又は９に記載のラックピニオン式舵取装置。