JPH026125A - 複層摺動部材ならびにその製造方法 - 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〕 本発明は復層摺動部材ならびにその製造方法に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来より、多孔質焼結金属層を有する鋼裏金に四フッ化
エチレン樹脂（以下ｒ　ＰＴＦＥ　Ｊという）あるいは
ＰＴＦＥを主成分としこれに各種充填材、例えば鉛、酸
化鉛、金属硫化物、ガラス繊維などの無ｉ充填材、四フ
ッ化エチレン・六フッ化プロピレン樹脂などの有機充填
材を配合したＰＴＦＥ組成物を含浸被着させた複層摺動
部材が数多く提案されており、本出願人においても特願
昭５８−１４４４４０号（−特開昭６０−３７４１５号
）、特願昭６２−１３８５８２号を提案している。

上記特願昭５８−１４４４４０号、特願昭６２−１３８
５８２号の技術は、ＰＴＦ！ｌ！を主体としこれに一定
割合のポリイミド樹脂（以下ｒＰＩ樹脂」という）を配
合したＰＴＦＥ組成物を鋼裏金の多孔質焼結金属層に含
浸被着させた複層摺動部材であり、この複層摺動部材は
摩擦摩耗特性に優れ、高温雰囲気下で無潤滑での使用を
可能とするものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した性能を発揮する複層摺動部材に
おいても、使用条件によっては耐久性のにおいて、始動
後一定期間の間は摩擦係数が低く、摩耗量が極めて小さ
いという優れた摩擦摩耗特性を発揮するが、当該期間経
過後、摩擦係数に変動をきたし、摩耗量を増大させると
いう問題である。

本発明者らは、この問題点を解決するべく追求した結果
、上述した問題はＰＴＦＥに一定の割合で配合されるＰ
Ｉ樹脂の粒度に関係するものと考察した。それは、耐久
性に問題を生じた複層摺動部材の摺動面を観察したとこ
ろ、摺動面にかなり大きなＰＩ樹脂が露呈しており、一
定期間経過後はこのＰＩ樹脂との摩擦に移行したためと
推定した。そこで、使用したＰＩ樹脂粉末の粒度分布を
調べたところ、最大１００μｍから最小１μｍとかなり
広い範囲に分布していることを確認した。

このＰＩ樹脂は該ＰＩ樹脂が配合されるＰＴＦＨとは相
溶しないため、主成分をなすＰＴＦＥｉ中に分散含有さ
れて存在することになり、この粒度分布の不均一さが摺
動部材の耐久性に大きな影響を与えているとの結論に達
した。

このＰＩ樹脂の粒度分布を小さな幅の範囲内、例えば３
０〜４０μｍの範囲内のものを使用することにより、上
述した問題は解決されるが、粒度分布が最大１００μｍ
から最小１μＩの範囲のものを３０〜４０μＩの範囲内
に収めるには作業上手間が掛かるばかりでなく材料歩留
まりの点からも得策ではない。

本発明者らは上述した点に鑑み鋭意研究の結果、ＰＴＦ
ＥとＰＩ樹脂に対し、一定の割合でグラファイト（Ｇｒ
）を配合した樹脂組成物を鋼裏金の多孔質焼結金属層に
含浸被着させて形成した複層摺動部材は前述した問題点
を一挙に解決することができるばかりでなく、成形加工
性、切削加工性をも向上させるという副次的効果を生み
出すことを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至
ったものである。

本発明は、粒度分布が広くかつ粒径の不均一なＰＩ樹脂
粉末を使用した場合でも、長期間にわたって常に安定し
た摩擦係数を示すとともに耐摩耗性に優れた複層摺動部
材を得ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した目的を達成するべく本発明は、つぎの技術的手
段、すなわち構成を採る。

すなわち、付加重合型ＰＩ樹脂５〜４０重量％、グラフ
ァイト０．１〜１０重量％、残部ＰＴＦＥからなる樹脂
組成物が鋼裏金上に形成された多孔質焼結金属層に含浸
被着されてなる複層摺動部材ならびにその製造方法であ
る。

上述した構成において、裏金は金属薄板からなり、一般
には構造用圧延鋼板が使用されるが、摺動部材の用途に
よっては他の鋼薄板あるいは鋼板外の金属薄板でもよく
、これらの金属薄板に銅メツキ等を施して耐蝕性を向上
させたものであってもよい。

該裏金上に一体的に形成される多孔質焼結金属層は青銅
、鉛青銅、リン青銅など摩擦摩耗特性に優れた銅合金で
形成されるが、目的、用途に応じて銅合金以外、例えば
アルミニウム合金、鉄などから形成することもできる。

これら合金粉末の粒子形態は塊状もしくは不規則形状の
ものが好ましい。

樹脂組成物の主成分をなすＰＴＦＥとしては、ＰＴＦＥ
ファインパウダー（例えば三井デュポンフロロケミカル
社製の「テフロン６ＣＪ　（商品名）」、タイキン工業
社製の「ポリフロンＦ２０１　（商品名）」、旭硝子社
製の「フルオンＣＤ−０７６、ＣＤ−１２６、ＣＤ−４
（商品名）」が用いられる。

主成分をなすＰＴＦＨに配合される付加重合型のＰＩ樹
脂としては、成形用コンパウンド用生樹脂としてロース
・ブーラン社から「ケルイミド」の商品名で市販されて
いるポリアミノビスマレイミドが好ましいものとして例
示される。このポリアミノビスマレイミド樹脂は、無水
マレイン酸とジアミノジフェニルメタンとの付加重合に
より生成された熱硬化性ポリイミド樹脂で、このＰＩ樹
脂粉末は粒度分布が１μｍ〜１００μｍと広い範囲に分
布している。

このＰＩ樹脂粉末のＰＴＦＩＥに対する配合量は５〜４
０重滑％、好ましくは１５〜２５重量％である。５重量
％未満では耐摩耗性の向上に効果が得られず、また４０
重量％を超えて配合するとＰＩ樹脂の性質が強く現れ、
主成分をなすＰＴＦＨの低摩擦性を損なうばかりでなく
耐摩耗性をかえって低下させるため好ましくない。

上述したＰＴＦＥとＰＩ樹脂に対し配合されるグラファ
イト（Ｇｒ）は、ＰＩ樹脂粉末の幅広い粒度分布、不均
一な粒子径に起因する摺動部材の摩擦係数の変動、耐摩
耗性の低下を補うもので、均一に分散含有されることが
必要とされる。

本発明では、平均粒径５μ以下のものを使用して好結果
を得た。例えば日本黒鉛工業社製の商品名ｒＪＡＣＰＪ
、ｒＣ３ＳＰＪなどは好ましいものとして例示される。

Ｇｒの配合はＰＴＦＥ固有の低摩擦性をかえって損なう
ことになることから、その配合量についてはとくに注意
を必要とする。

本発明ではＰＴＦＥとＰＩ樹脂に対し０．１〜１０重景
％、好ましくは０．５〜５重量％の配合量で好結果を得
た。

０．１重量％未満では配合効果が得られず、１０重量％
を超えて配合すると前述したＰＴＦＥ固有の低摩擦性を
損ない、摩擦係数を上昇させる。

このＧｒの配合による効果は上記ＰＩ樹脂の欠点を補い
、摩擦摩耗特性を向上させるというものであるが、この
効果に加えて複層板から樹脂層を内側にして円筒状に巻
回し、所謂巻ブツシュ軸受を形成したさいの切削加工性
を向上させるという副次的効果を発揮する。すなわち、
２個以上の本発明複層巻ブツシュ軸受を強化プラスチッ
クに埋込み成形して一つの構造部品を作り、これを相手
軸と組み合わせて使用するような場合、ブツシュ孔の中
心間距離やあるいは平行度などの狂いを調整するために
リーマ加工を行うが、Ｇｒの添加により、リーマ加工後
の真円度が向上し、摺動表面も滑らかになる。また、巻
ブツシュ軸受端面の面取り加工のさい、樹脂層の切削粉
は微細な切粉となるため、該切粉がバイトに絡みつくこ
とがなく、切削加工性（作業性）が向上する。

ＰＴＦＥ、　ＰＩ樹脂およびＧｒからなる樹脂組成物に
添加される石油系溶剤は、樹脂組成物１００重量部に対
し１８〜２５重量部の割合で配合される。

この石油系溶剤の配合量が少ないと製造工程における該
組成物の展延性が悪く、多孔質焼結金属層への樹脂組成
物の含浸被着性にむらを生じ易い。また石油系溶剤が多
すぎると、被着作業がやりにくくなるばかりでなく、該
多孔質焼結金属層上に形成される被着膜の均一性が損な
われたり、密着強度が悪（なる。

石油系溶剤としては、ナフサ、トルエン、キシレン、脂
肪族系溶剤、脂肪族・ナフテン系混合溶剤が挙げられ、
市販品としてはアイソパー（エクソン化学社製）等が例
示される。

つぎに、製造方法について説明する。

上述した組成からなるＰＴＦＥ粉末、ＰＩ樹脂粉末およ
びＧｒ鉛粉末ＰＴＦＥの室温転移点（１９℃）以下で粉
砕しながら混合し、この混合物を１９℃以下の温度に保
持しながら石油系溶剤を加えて攪拌混合して被着用組成
物を調製する。

多孔質焼結金属層へ含浸被着させた樹脂組成物層に十分
な強度と軸受特性を付与するための一つの要因として均
一な樹脂組成物の調製が挙げられる。これは、粉砕混合
や攪拌混合をする際にＦＴＰＨに練りが加わってＰＴＰ
Ｅ粒子の繊維化が進み、湿潤樹脂混合物の造形性が著し
く減少し、被着樹脂としての機能を果たさなくなるのを
防止するためである。

裏金上に形成された多孔質焼結金属層に含浸被着させて
樹脂被着層を形成した複層摺動部材を得るには、まず多
孔質焼結金属層に供給された石油系溶剤を含むＰＴＦＥ
、　ＰＩおよびＧｒからなる樹脂組成物をローラーで圧
延して多孔質焼結金属層に含浸被着させる。

つぎに、該多孔質焼結金属層に石油系溶剤を含む樹脂組
成物が含浸被着された裏金を２００〜２５０℃の温度に
加熱してこの温度に数分間保持することにより石油系溶
剤を飛散除去した後、ローラによって所定の厚さになる
ように加圧する。この時の加圧力は概ね３００〜６００
ｋｇ／　ｃｒｉに達する。

ついで、ローラで加圧した樹脂被着層を備えた裏金全体
を加熱炉内に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分な
いし１０数分間加熱して焼成を進めた後、これを取り出
し、再びローラによって加圧する。

このローラ加圧は１０−３〜１０−”ｍｍの範囲の寸法
のバラ付きを調整するためのものである。

寸法調整後、樹脂層が被着された裏金を冷却し、ついで
必要に応じて裏金のうねりなどを矯正するため矯正ロー
ラを通して所望の複層板とする。

この複層板を適宜の大きさに切断したのち、平板の状態
ですべり板として使用することができ、また丸面げして
円筒状の巻きブツシュとして使用することができる。

図は、本発明の製造方法を示す説明図である。

図において、１は多孔質焼結金属層を一体に備えた鋼薄
板からなる鋼裏金２をコイル状に巻いたフープ材、３．
３は案内ローラ、４はホッパ、５は湿潤樹脂組成物であ
る。

６．６は鋼裏金２の多孔質焼結金属層上に供給された組
成物５を−様な厚さに圧延して被着させる加圧ローラで
、この工程では組成物が最終製品に必要とされる樹脂被
着厚さの２〜２．５倍の厚さに被着される。多孔質焼結
金属層の空隙中への樹脂の含浸はこの工程でその大部分
が進行する。

７は熱風乾燥炉で概ね２００〜２５０℃の雰囲気温度に
調節されている。樹脂被着層を備えた鋼裏金がこの熱風
乾燥炉を通されると、その樹脂組成物中の揮発分は殆ど
除去される。

８．８は寸法出し加圧ローうで鋼裏金２の多孔質焼結金
属層上に乾燥された樹脂被着層を最終製品に必要とされ
る被着厚さに押圧する。この工程では、上述した空隙へ
の樹脂の含浸が補足的に行われ、該多孔質焼結金属層の
空隙中への含浸が完全なものとなる。

９は樹脂の焼成を行う加熱炉で、概ね３６０〜３８０℃
の雰囲気温度に調節されている。加圧ローラ８．８で処
理された樹脂被着層を備えた鋼裏金は、数分ないし十数
分間で炉内を通過し、樹脂組成物の焼成、硬化が完了す
る。

１０．１０は寸法調整ローラで、鋼裏金２の多孔質焼結
金属層に含浸被着された樹脂層の厚さの１０−３〜１０
””ｍの範囲の寸法微調整がこのローラで熱時に行われ
る。このローラ内には冷媒を通して温度調節がなされて
いる。

１１は冷水噴霧などによる冷却装置で、この装置内でｆ
ｉｌ裏金をほぼ室温にまで冷却する。

１２は矯正ローラで、この矯正ローラ１２によって鋼裏
金の僅かなうねりなどを矯正する。

１３．１３は案内ローラ、１４はコイラーであって、案
内ローラ１３．１３を通過した複層板がコイラー１４に
よって巻き取られる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

〈実施例〉 ＰＴＦｔ！粉末（商品名：６ＣＪ、三井デュポンフロロ
ケミカル社製）に粒度分布が１〜１００μｍで、平均粒
径が４０μｍのＰＩ粉末（商品名：ケルイミドｌ１１０
００、ローヌプーラン社製）およびＧｒ粉末（商品名：
ｃｓｓｐ、日本黒鉛社製）を下表に示す組成割合で配合
し、ヘンシェルミキサーにより均一に粉砕混合し、該混
合粉末にアイソパー（エクソン化学社製）を加えて被着
用組成物を調整した。

該被着用樹脂組成物を金属薄板からなる鋼裏金上に形成
された多孔質焼結金属層上に供給し、ローラで圧延して
厚さ１．２Ｏｎになるように被着させ複層板とし、該複
層板を２００℃の温度に加温した熱風乾燥炉中に５分間
保持して溶剤を飛散除去した後、樹脂被着層をローラに
よって加圧力４００Ｋｇ／ｃｌＴ＋２にて加圧し厚さ１
．０５ｍｍとした。

つぎに、加圧された該複層板を加熱炉内に導入して３７
０℃の温度で１０分間加熱焼成した後、再びローラによ
って加圧し、寸法調整ならびに板のうねり等の矯正を行
った。

このようにして得た咳複層板を短冊状に切断し、樹脂被
着層を内側にして巻回し、外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍ
、長さ１０ｍｍの円筒状摺動部材を得た。この円筒状摺
動部材を試験片とし、下記の試験条件で摩擦摩耗特性に
ついて試験した。その結果は下表に示すとおりである。

（試験条件） 速度：　３０ｍ／ｗｉｎ　　　荷重：　１　ｋｇ／ｃｏ
？時　間：　３０Ｈｒ　　　　潤　滑：乾燥潤滑（ドラ
イ）相手軸：　５ｔｌＳ３０３、相手材表面粗さ０．８
Ｓ試　験：ジャーナル試験 く比較例〉 （比較例：１） 上記ＰＴＦＥ粉末に上記ＰＩ樹脂粉末を２０重景％配合
し、上記実施例と同様の方法で複層摺動部材を得た。こ
の複層摺動部材を短冊状に切断し、樹脂被着層を内側に
して巻回し、外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ１１０
ｆｆ１の円筒状摺動部材を得た。この円筒状摺動部材を
試験片とし、上記試験方法によって摩擦摩耗特性につい
て試験した。その結果は下表に示すとおりである。

（比較例：２） 上記ＰＴＦＩＥ粉末に上記ＰＩ樹脂粉末２０重量％およ
びＧｒ粉末１５重量％を配合し、上記実施例と同様の方
法で複層摺動部材を得た。この複層摺動部材を短冊状に
切断し、樹脂被着層を内側にして巻回し、外径１２１１
１１１％内径１０ｍｎ＋、長さ１０ｍｍの円筒状摺動部
材を得た。この円筒状摺動部材を試験片とし、上記試験
方法によって摩擦摩耗特性について試験した。その結果
は下表に示すとおりである。

上記試験結果より明らかなように、本発明の摺動部材は
試験時間を通し安定した摩擦係数を示し、摩耗量も極め
て小さかった。

これはＰＴＦＥとＰ■樹脂に対し０．１〜１０重量％の
割合で配合したＧｒがＰＴＦＥ中に分散含有されたＰＩ
樹脂の周辺に存在し、相手材とＰＩ樹脂との直接の摺接
を妨げることにより摺動部材の耐摩耗性を向上させたも
のと推察される。

また、上記実施例１および比較例２に回転数７０Ｑｒｐ
ｍでリーマ加工を施し、真円度ならびに粗さを計測した
ところ、実施例１は、真円度が８．５μｍ、粗さが４．
１μｍであったのに対し、比較例２は、真円度が２８．
７μｍ、粗さが９．８μｍであった。

〔効果〕

本発明の複層摺動部材は以下の特有の効果を有する。

■四フッ化エチレン樹脂および付加重合型ポリイミド樹
脂とからなる樹脂混合物にさらにグラファイトを添加混
合した樹脂組成物を多孔質焼結金属層を有する裏金上に
被着して複層摺動部材としたので、低荷重高速条件で、
粒度分布が広く、粒径が不均一なポリイミド樹脂粉末を
使用した場合でも、常に安定した摩擦係数を示し、耐摩
耗性に優れ、切削加工性に優れる。

■四フッ化エチレン樹脂粉末、付加重合型ポリイミド樹
脂粉末およびグラファイト粉末は、四フッ化エチレン樹
脂の室温転移点以下で粉砕混合されるために、四フン化
エチレン樹脂が剪断力で伸延されることなく粉砕混合さ
れ、両樹脂間の混合が均一に行われる。その結果多孔質
焼結金属層の空隙部への樹脂の含浸度が向上し、樹脂組
成物の裏金に対する機械的接合に加えてポリイミド樹脂
による接着硬化も加わり、密着強度が高くしかも被着樹
脂膜自体の強化が十分に行われるという利点を有する。

■四フッ４ヒエチレン樹脂と付加重合型ポリイミド樹脂
組成物に石油系溶剤を添加し、攪拌混合することにより
樹脂組成物を湿潤させる際にも、四フッ化エチレン樹脂
の室温転移点以下で行われるため、四フッ化エチレン樹
脂に剪断力が作用して四フフ化エチレン樹脂粒子の繊維
化が進行し、樹脂組成物の造形性が阻害されるような現
象を完全に阻止することができるという利点を有する。

０両樹脂の粉砕混合及び粉砕混合された樹脂組成物と溶
剤との攪拌混合は、ともに、四フフ化エチレン樹脂の室
温転移点以下に管理すればよく、工程における管理すべ
き温度範囲も十分広く設定することができ、温度管理が
容易であるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の複層摺動部材の製造方法を示す説明図であ
る。 １：フープ材　　　　２：ｆｉ４裏金 ３：案内ローラ　　　４：ホソパ ５：ｍ潤樹脂組成物　６：加圧ローラ ７：熱風乾燥炉　　　８：加圧ローラ ９：加熱炉　　　　　１０：調整ローラ１１：冷却装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）付加重合型ポリイミド樹脂５〜４０重量％、グラ
   ファイト０．１〜１０重量％および残部四フッ化エチレ
   ン樹脂とからなる樹脂組成物が鋼裏金上に形成された多
   孔質焼結金属層に含浸被着されてなる複層摺動部材。
2. （２）（ａ）付加重合型ポリイミド樹脂粉末５〜４０重
   量％およびグラファイト粉末０．１〜１０重量％ならび
   に残部四フッ化エチレン樹脂粉末を四フッ化エチレン樹
   脂の室温転移点以下の温度で粉砕混合し、粉砕混合物を
   得る工程と、 （ｂ）得られた粉砕混合物１００重量部に対し石油系溶
   剤１８〜２５重量部を添加し、前記室温転移点以下の温
   度で攪拌混合して粉砕混合物を湿潤させ、湿潤樹脂混合
   物を得る工程と、 （ｃ）金属薄板からなる裏金上に金属粉末を焼結して形
   成した多孔質焼結金属層に湿潤樹脂混合物を供給すると
   ともに該湿潤樹脂混合物を該多孔質焼結金属層に含浸被
   着させる工程と、 （ｄ）該多孔質焼結金属層に含浸被着せしめた湿潤樹脂
   混合物を乾燥させて前記溶剤を除去する工程と、 （ｅ）前記樹脂混合物層を所定の被着厚さにまで加圧す
   る工程と、 （ｆ）樹脂混合物層を加熱焼成する工程と、 （ｇ）焼成された樹脂混合物層を熱時に加圧して被着厚
   さの微調整を行う工程と、 以上（ａ）〜（ｇ）の工程からなる複層摺動部材の製造
   方法。