JPH03121135A - 樹脂摺動部材 - Google Patents

樹脂摺動部材

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JPH03121135A
JPH03121135A JP25909389A JP25909389A JPH03121135A JP H03121135 A JPH03121135 A JP H03121135A JP 25909389 A JP25909389 A JP 25909389A JP 25909389 A JP25909389 A JP 25909389A JP H03121135 A JPH03121135 A JP H03121135A
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JP
Japan
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resin
friction
sliding member
base material
comparative example
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JP25909389A
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Kiyoshi Kato
清 加藤
Yoshio Shimura
好男 志村
Yoshiyuki Mizutani
水谷 嘉之
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Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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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、高負荷条件下、すなわち、PV値(面圧(P
)Xすべり速度(V))が高い条件下で、低摩擦性及び
耐摩耗性が要求される摺動部分に適用可能な樹脂摺動部
材、例えば軸受やメカニカルシール等に利用できる樹脂
摺動部材に関する。
[従来の技術] 従来、樹脂からなる母材と、ふっ素樹脂の粉末若しくは
繊維又は二硫化モリブデン若しくは黒鉛の固体潤滑剤と
、からなる樹脂摺動部材が知られている。この従来の樹
脂摺動部材は、母材である樹脂の摺動特性を向上させる
ため、母材にふっ素樹脂の粉末等を分散、混合し、成形
したものでおる。
[発明が解決しようとする課題] しかし、上記従来の樹脂摺動部材は、高負荷条件下では
、低摩擦性及び耐摩耗性に不十分な点があった。
本発明は、上記従来の不具合に鑑みてなされたものであ
って、高負荷条件下においても低摩擦性及び耐摩耗性に
優れる樹脂摺動部材を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の樹脂摺動部材は、樹脂を含む母材と、該母材の
摺動表面に棒状又は網状に露出して該摺動表面に対して
5〜40%の面積比で埋設されたふっ素樹脂製の埋設材
とからなることを特徴とするものである。
母材は、樹脂のみであってもよく、樹脂にガラス繊維、
炭素繊維、アラミド繊維等の強化材を分散した複合材で
あってもよい。なお、従来にも、高負荷条件下において
機械的強度が低下する傾向を防止するため、ガラス繊維
を樹脂に分散させることが行なわれていた。しかし、ガ
ラス繊維を分散させた従来の樹脂摺動部材は相手材を損
傷しやすいものであった。これに対し、本発明の樹脂摺
動部材はガラス繊維等により機械的強度を向上させても
相手材を損傷しにくいものである。
又、本発明では、母材に熱伝導性を向上させる黒鉛等の
添加剤を分散することもできる。
樹脂としては、エンジニアリングプラスチックスやスー
パーエンジニアリングプラスチックスの熱可塑性樹脂及
び熱硬化性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂
としては、ナイロン6やナイロン66等のポリアミド樹
脂、デルリン(登録商標)ヤジュラコン(登録商標)等
のポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレートや
ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、A
BS(アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン)樹脂
等のエンジニアリングプラスチックス及びポリエチレン
サルファイド、ポリエーテルイミド、ポリオキシベンゾ
イル、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン
等のスーパーエンジニアリングプラスチックスを採用す
ることができる。
熱硬化性樹脂としては、フェノールレジン、フェノール
アラルキルレジン等のフェノール系樹脂やポリイミド系
樹脂等を採用することができる。この樹脂は、表面硬度
がロックウェル硬ざM60以上であることが好ましい。
ロックウェル硬さM60未満の母材では本発明の効果が
少ない。より好ましくは、ロックウェル硬さM80以上
の樹脂がよい。
埋設材は、溶融流動化したPTFE (ポリテトラフル
オロエチレン)等のふっ素樹脂を冷却したバルク状のも
ので、母材の1言動表面に棒状又は網状に露出するよう
に成形されたものである。この埋設材は、金型成形等に
より棒状又は網状に成形してもよく、板状のふっ素樹脂
を切出して棒状に成形してもよい。棒状のものを編みこ
むことにより網状の埋設材を得ることもできる。網の形
状は、任意の間隔をもつ正方形、ひし形、三角形等を採
用することができる。また、埋設材の断面は、円形であ
ってもよく、角形であってもよい。
埋設材は母材の1舌動表面に対して5〜40%の面積比
で埋設される。面積比が5%より小さいと高負荷条件下
で母材に含まれる樹脂が摩耗されやすくなるため樹脂摺
動部材の摩擦係数が大きくなる。面積比が40%より大
きいと高負荷条件下で樹脂1習動部材中の埋設材が摩耗
されやすくなるため埋設材の摩耗が増加し、コストが高
くなる。より好ましくは、性能とコストの面から10〜
30%の面積比がよい。
埋設材の太さは面積比と相手面の面積との関係で決定す
ることができる。ただし、太さ0.1mm未満の埋設材
では繊維に近いため高負荷条件下で樹脂摺動部材の機械
的強度又は低摩擦性が満足できない。また、太さ2mm
を越えた埋設材では樹脂摺動部材中の埋設材が高負荷条
件下で摩耗されやすく、コストが高くなる。より好まし
くは、性能とコストの面から太さ0.5〜1 (mm)
がよい。
埋設材は、母材の樹脂との整合性を向上させるため、予
め通常の液体処理法又はコロナ放電等により表面処理を
施したものであることが好ましい。
本発明の樹脂摺動部材は次のようにして製造することが
できる。熱可塑性樹脂を母材とする場合には、熱可塑性
樹脂の圧粉体又はバルク状の熱可塑性樹脂を所定の温度
で加熱し、これに埋設材を所定の圧力で押込む。また、
熱硬化性樹脂を母材とする場合には、熱硬化性樹脂の圧
粉体又はゲル化した熱硬化性樹脂を所定の温度で加熱し
、これに埋設材を所定の圧力で押込む。
[作用] ふっ素樹脂は折畳み構造の結晶をもち、その優れた潤滑
性は店勅過程で折畳み構造がスライス状に摩耗され、形
成された薄膜が相手面に移着することによるといわれて
いる。本発明の樹脂摺動部材では、ふっ素樹脂が粉末状
又は繊維状で分散されるよりも多くの量でかつ連続的に
摺動表面に存在するため、より薄膜を相手面に移着しや
すいと考えられる。また、本発明の樹脂tg動部材のよ
うに棒状又は網状に露出して埋設されるふっ素樹脂は母
材と一体にされて摺動過程でも母材から離れにくく、粉
末状又は繊維状で分散されたふっ素樹脂は開動過程で母
材から離れやすいと考えられる。
さらに、本発明の樹脂摺動部材では埋設材がバルク状の
ものであるため、粉末状又は繊維状のものと比較して組
織中に安定した結晶を多くもつと考えられる。そして、
本発明の樹脂摺動部材では、ふっ素樹脂が粉末状又は繊
維状で分散されるよりも高負荷条件下における高い血圧
を受けやすく、かつふっ素樹脂のみからなるよりも面圧
を母材が拡散しやすいと考えられる。このため、本発明
の樹脂摺動部材は、高負荷条件下で摩耗されにくく、低
摩擦でおると考えられる。
ガラス繊維等の強化材で機械的強度を強化した母材を採
用すれば母材が拡散できる面圧が大きくなると考えられ
る。また黒鉛等の添加で熱伝導性を上げた母材を採用す
れば母材と埋設材との熱膨張率の差が大きくなってより
埋設材が相手材と接触しやすくなると考えられる。この
ため、これらの場合には、より有効に高負荷条件下で使
用可能な樹脂摺動部材が得られると考えられる。
[実施例] 以下、実施例と比較例とを用いて行なった試験を図面及
び表を参照しつつ説明する。なお、母材として用いられ
る樹脂のロックウェル硬さは、Mスケールでおよそ以下
の通りである。ナイロン6:60、ナイロン66 : 
80.ポリオキシメチレン(デルリン)=901ポリオ
キシベンゾイル:70、ポリエーテルエーテルケトン:
100、ポリアミドイミド:130.ポリイミド:90
〜1001フエーノールアラルキルレジン:90〜10
0、ゴム変性フェノールレジン:800(試験1) ここでは、通常の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の表面に
埋設材を埋め込むことによって、PV値の高い条件での
摺動特性がどのようになるかを試験した。なお、第1表
に示す母材としてのナイロンやポリオキシメチレン等は
通常摺動部材とじて用いられることがあるが、他の樹脂
は必ずしも摺動部材として用いられるものではない。
まず、溶融流動化したPTFEを金型成形することによ
り、’l (mm>の太さをもち2〜3(mm)間隔の
四角い網状の埋設材を用意した。この埋設材は母材の摺
動表面に対して約40%の面積比をもつ。そして、この
埋設材に母材樹脂とPTFEとの密着性を良くするため
に表面処理剤を用いた通常の液体処理法により表面処理
を施した。
実施例1として、母材である板状のナイロン66を26
0(’C)に加熱し、これに上記埋設材を200(NL
/crA)で押込んだ。冷却復、表面を研磨して面一と
し、樹脂摺動部材を得た。この樹脂摺動部材は、第1図
に斜視図、第2図に拡大断面図を示すように、ナイロン
66からなる母材1と、この母材1の1占勅表面に網状
に露出して埋設された埋設材2とからなる。
比較例1として、上記埋設材を埋設しないナイロン6−
6からなる樹脂摺動部材を用意した。
実施例2として、ナイロン66が7Qwt%と太ざ10
(μTrt)のガラス繊維が3Qwt%とからなる板状
の母材を用いて、実施例1と同様の方法により樹脂摺動
部材を得た。
比較例2として、上記埋設材を埋設しないナイロン66
及びガラス繊維からなる樹脂1呂勅部材を用意した。
同様に、第1表に示すように、母材を種々変えた実施例
3〜11及び比較例3〜11の樹脂摺動部材を得た。こ
のように、実施例1〜11の樹脂摺動部材と比較例1〜
11の樹脂摺動部材とは、埋設材の有無により区別した
ものであり、他の条件を同一としたものでおる。
また、比較例12.13の樹脂1習動部材として、市販
品A、Bを用意した。比較例12の市販品Aは、ポリア
ミドイミド、黒鉛及びPTFE粉末からなる。比較例1
3の市販品Bは、フェノールアラルキルレジン、炭素繊
維及び黒鉛からなる。
これら実施例1〜11及び比較例1〜13の樹脂摺動部
材を用いて、摩擦係数(μ)及び比摩耗ffi(mq/
Kg・mm)を測定し、摩擦曲線により摩擦係数の安定
性を評価した。試験条件を以下に示す。
摩擦試験に用いた装置・・・機械試験新型(スラスト・
カラー型)摩擦摩耗試験機。
相手材・・・内径20 (mm) 、外径25.6(m
m)の中空円筒の炭素m(345C)。接触端面をエメ
リー紙#500で水仙し、面粗さを約1(mmRz >
としたもの。
試験片・・・上記実施例1〜11及び比較例1〜13の
樹脂摺動部材を10x40x3 (mm)の形状にした
もの。
荷重(Kg)、すべり速度(m/S)、すべり時間(m
in)・・・第1表に示すように種々変化させた。
雰囲気・・・無潤滑(乾燥)、室温、大気中。
上記試験条件の下、試験片を回転させ、相手材を固定し
て試験を行なった。なお、摩擦係数は、すべり時間内の
最終値をとった。また、比摩耗但は、荷重及びすべり距
離光たりの摩耗減量で示した。
試験結果も第1表に示す。ただし、比較例4の樹脂1習
動部材の摩擦係数は大きすぎて測定不能であった。
実施例1〜11の樹脂摺動部材は、同一の母材からなる
比較例1〜11のものより、いづれも摩擦係数が低い値
を示している。また、実施例1〜11の樹脂摺動部材は
摩擦係数が0.17以下であり、比較例12.13の市
販品A、Bと比べても、低摩擦である。これにより本実
施例の樹脂摺動部材は比較例のものと比較して低摩擦で
あることがわかる。
また、特に硬い母材を用いた実施例1.2.5.6.7
.8.10の樹脂摺動部材は、摩擦係数が0.10以下
の低い値を示している。これにより本実施例の樹脂摺動
部材では母材が硬くなるとより低摩擦になることがわか
る。
実施例8及び比較例8の樹脂摺動部材の摩擦曲線を第3
図及び第4図に示す。第1表、第3図及び第4図から、
実施例8の樹脂摺動部材は顕著に安定した摩擦係数を示
しているのに対し、比較例8のものは大きな変動のある
摩擦係数を示していることがわかる。他の実施例の樹脂
摺動部材も安定した摩擦係数を示し、他の比較例のもの
も大きな変動のある摩擦係数を示した。これにより第1
表中に示すP■(Kg・m/cd−5)値においては、
実施例の樹脂摺動部材は比較例のものと比較して高負荷
条件下でも安定した低摩擦性をもつことがわかる。
さらに、実施例8及び比較例8の樹脂摺動部材を例とし
て比摩耗量をみると、第1表に示すように、比較例8の
樹脂摺動部材は10−6のオーダであるのに対し、実施
例8のものは10−8のオーダで比較例8のものより2
桁小さいオーダとなっている。他の実施例の樹脂摺動部
材においても比較例のものと比べて1〜2桁程度低いオ
ーダとなっている。これにより本実施例の樹脂摺動部材
は比較例のものより比摩耗量において優れた結果を示し
ていることがわかる。
加えて、比較例2.6.9.11のガラス繊維で強化し
た樹脂摺動部材が相手材を激しく損傷しだのに対して、
実施例2.6.9.11のガラス繊維で強化したものは
相手材をほとんど損傷することがなかった。これにより
本実施例の樹脂摺動部材は機械的強度を向上させた場合
であっても相手材を損傷しにくいことがわかる。
上記摩擦係数、比摩耗量及び摩擦係数の安定性評価から
、本実施例1〜11における埋設材をもつ樹脂摺動部材
は、比較例1〜13における母材のみの樹脂摺動部材及
び市販品よりも、より高いPV値で低摩擦性及び耐摩耗
性をもつことがわかる。
(試験2) ここでは、PTFEがバルク状で埋設された実施例の樹
脂1と動部材と、PTFEが粉末状の形状で分散された
比較例のものとの摩擦曲線の比較試験を行なった。
実施例12として、上記実施例つと同じ母材に太さ1m
mの棒状で12%の面積比のPTFEからなる埋設材を
埋設し、樹脂!言動部材を得た。
比較例14として、実施例9と同じ母材に粒径1〜10
μ71?、のPTFE粉末を25wt%分散、混合し、
成形することにより、樹脂摺動部材を得た。
上記実施例9、実施例12及び比較例14の摩擦曲線を
測定した。なお、実施例9、実施例12及び比較例14
のPV値は30 <K!j・r’n/cm−5)であり
、他の条件は試験1と同じである。
実施例9.12の樹脂摺動部材の摩擦曲線を第5図、第
6図に示し、比較例14の樹脂摺動部材の摩擦曲線を第
7図に示す。
第5〜7図から、実施例9.12の樹脂摺動部材は顕著
に安定した摩擦係数を示しているのに対し、比較例14
のものは大きな変動のある摩擦係数を示していることが
わかる。これにより本実施例の樹脂摺動部材はPTFE
粉末を分散した従来のものと比較して高負荷条件下でも
安定した低摩擦性をもつことがわかる。
(試験3) ここでは、PTFEがバルク状で埋設された実施例の樹
脂摺動部材と、PTFEが粉末状又は繊維状で分散され
た従来のものとの比較試験を種々の母材樹脂を用いて行
なった。なお、埋設材とするバルク状のP T F E
 ハ太さ0.5〜1(mm>で20%の面積比の棒状の
ものである。一方、粉末状のPTFEは平均粒径10(
μm)のものであり、繊維状のPTFEは艮ざ10(m
m)程度で50(μTrL)以下の太さをもつものであ
る。また、母材に分散させた強化材としてのガラス繊維
は、試験1と同じものである。
実施例13として、母材である板状のナイロン66に上
記バルク状のPTFEからなる埋設材を熱圧着により押
込み、樹脂摺動部材を製造した。
比較例15として、母材としての粉末状のナイロン6に
上記繊維状のPTFEを2Qwt%の含有率で分散、混
合して熱圧縮成形し、樹脂摺動部材を製造した。
比較例16として、母材としての粉末状のナイロン6に
上記粉末状のPTFEを25wt%の含有率で分散、混
合して熱圧縮成形し、樹脂摺動部材を製造した。
比較例17として、粉末状のナイロン6のみを熱圧縮成
形し、樹脂摺動部材を製造した。
同様に、第2表に示すように、母材の種類及びPTFE
の形状を種々変えた実施例14〜17及び比較例18〜
28の樹脂tg動部材を製造した。
なお、実施例17の樹脂摺動部材は実施例13のものと
同様に板状の母材に熱圧着で埋設材を埋め込んで得たも
のであり、他の実施例14〜16及び比較例18〜28
の樹脂摺動部材は粉末状の樹脂を用いて熱圧縮成形によ
り得たものである。
これら実施例13〜17及び比較例15〜28の樹脂摺
動部材を用いて、摩擦係数及び比摩耗最を測定し、摩擦
曲線により摩擦係数の安定性を評価した。試験条件は第
2表に示した以外は試験1と同じでおる。
試験結果も第2表に示す。また、実施例13〜16及び
比較例15.16.18.19.21.22.24、−
25の樹脂摺動部材の摩擦曲線を第8〜20図に示す。
なお、一部の図には破線により温度線図も示す。また、
第9図及び第10図は比較例15の樹脂摺動部材に係る
ものであるが、第9図はPV= 26 (K9 ・m/
Cff1 @ S )における図であり、第10図はP
V= 21 <Kl ・m/crtx ・S〉における
図である。以下、母材の樹脂を同一とする実施例及び比
較例ごとに評価する。
1、実施例13及び比較例15〜17の樹脂1冨動部材
の比較(第2表及び第8〜11図参照〉「摩擦係数」バ
ルク状のPTFEを埋設した実施例13の樹脂摺動部材
と、粉末状のPTFEを分散した比較例16のものとは
、はぼ同等で低い摩擦係数を示しているが、前者は後者
と比較してより安定した摩擦係数を示している。繊維状
のPTFEを分散した比較例15の樹脂1習動部材と、
母材のみからなる比較例17のものとは、値が大きく、
かつ変動の大きい摩擦係数を示している。
「比摩耗量」実施例13及び比較例16の樹脂1占勅部
材はほぼ同じオーダの比摩耗量であるが、前者は後者の
約2〜3倍の比摩耗量である。比較例15.17の樹脂
摺動部材は、実施例13及び比較例16のものと比較し
て1〜2桁大きな比摩耗量である。
2、実施例14及び比較例18〜20の樹脂1習動部材
の比較(第2表及び第12〜14図参照)「摩擦係数」
バルク状のPTFEを埋設した実施例14の樹脂摺動部
材は、0.1以下の摩擦係数を示し、比較例18〜20
のものと比較して非常に低い値が得られた。また、実施
例14の樹脂摺動部材は比較例18〜20のものと比較
して非常に安定した摩擦係数を示している。
「比摩耗旦1実施例14の樹脂摺動部材は、粉末状のP
TFEを分散した比較例19のものとほぼ同等の比摩耗
量である。
3、実施例15及び比較例21〜23の樹脂摺動部材の
比較(第2表及び第15〜17図参照)rs擦係数」バ
ルク状のPTFEを埋設した実施例15の樹脂摺動部材
は、母材のみからなる比較例23のものを除いて、やや
高い摩擦係数を示したが、比較例21.22のものと比
較して安定した摩擦係数である。
「比摩耗量」実施例15の樹脂摺動部材は、比較例21
.22のものとほぼ同等の比摩耗量でおるが、相手面の
損傷がこれらより少なかった。
4、実施例16及び比較例24〜26の樹脂摺動部材の
比較(第2表及び第18〜20図参照〉「摩擦係数」バ
ルク状のPTFEを埋設した実施例16の樹脂摺動部材
は、比較例24〜26のものより高いPV値において測
定したにも拘らず、非常に低く、かつ安定した摩擦係数
を示している。
「比摩耗量」実施例16の樹脂摺動部材は、比較例25
のものと同等の比摩耗量である。
5、実施例17及び比較例27.28の樹脂IL動部材
の比較(第2表参照) 「摩擦係数」バルク状のPTFEを埋設した実施例17
の樹脂l冨動部材は、実施例16のものと同様、比較例
27.28のものより高いPv値において測定したにも
拘らず、低く、かつ安定した摩擦係数を示している。
「比摩耗量」実施例17の樹脂摺動部材は、比較例27
のものの約2倍の比摩耗量でおる。
以上の各評価より、PTFEをバルク状で埋設した本実
施例の樹脂摺動部材は、P T F Eを繊維状又は粉
末状で分散した従来のもの及びPTFEをもたないもの
と比較し、高負荷条件下において安定した低摩擦性及び
耐摩耗性を示し、低摩擦のため発熱も抑えられることが
わかる。
そして、これら試験1〜3から、本実施例の樹脂摺動部
材は、限界PV値が大きく、優れたl晋動性を有する材
料として提供され得るものであることがわかる。
(試験4) ここでは、埋設材が母材の摺動表面に対していかなる面
積比(%)で埋設されれば樹脂摺動部材として有効であ
るか試験した。試験条件を以下にボす。
試験片・・・母材としてのフェノールアラルキルレジン
7Qwt%とガラス繊維3Qwt%(試験1と同じ)と
からなるΦ50x3 (mm>の円板の摺動表面に、直
線状又は放射状に約1 (mm)の太さのPTFEから
なる棒状の埋設材を種々の面積比(%)で埋めこんだも
の。
荷重、すべり速度・・・荷重88(Ng(面圧44KF
iZCIIり)、すべり速度0.6(m/s>、したが
って、Pv=26(Kg・m/cr7t−8)。
他の条件はく試験1)と同じである。
面積比と摩擦係数との関係を第21図、面積比と比摩耗
量との関係を第22図に示す。
第21図及び第22図から、埋設材の面積比がOすなわ
ち母材自体の場合には、摩擦係数が0゜33、比摩耗量
が6.5X10−7  (mci/Ngf・mm)であ
るのに対し、埋設材の面積比が約3%以上で摩擦係数及
び比摩耗量が減少していることがわかる。摩擦係数は、
面積比の増加とともに減少し、約10%以上で摩擦係数
が0.10以下になっている。一方、比摩耗量は、−旦
減少した値が面積比の増加とともに若干増加する傾向を
示している。これにより、埋設材は、母材の摺動表面に
対して5〜40%の面積比で埋設されるべきであること
がわかる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の樹脂摺動部材は、ふっ素
樹脂製の埋設材が母材の摺動表面に5 ・−40%の面
積比で棒状又は網状に露出して埋設されているため、高
負荷条件下においても、低摩擦性及び耐摩耗性に優れる
ものでる。また、この樹脂lと動部材は、機械的強度を
向上させた場合に相手材の損傷を生じにくいものである
。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1の樹脂摺動部材の斜視図、第2図は実
施例1の樹脂!占動部材の拡大断面図である。第3〜7
図は樹脂摺動部材の摩擦曲線を示し、第3図は実施例8
のグラフ、第4図は比較例8のグラフ、第5図は実施例
9のグラフ、第6図は実施例12のグラフ、第7図は比
較例14のグラフである。第8〜20図は樹脂摺動部材
の摩擦曲線を示し、第8図は実施例13のグラフ、第9
図及び第10図は比較例15のグラフ、第11図は比較
例16のグラフ、第12図は実施例14のグラフ、第1
3図は比較例18のグラフ、第14図は比較例19のグ
ラフ、第15図は実施例15のグラフ、第16図は比較
例21のグラフ、第17図は比較例22のグラフ、第1
8図は実施例16のグラフ、第19図は比較例24のグ
ラフ、第20図は比較例25のグラフである。第21図
は面積比と摩擦係数との関係を示すグラフ、第22図は
面積比と比摩耗量との関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)樹脂を含む母材と、 該母材の摺動表面に棒状又は網状に露出して該摺動表面
    に対して5〜40%の面積比で埋設されたふつ素樹脂製
    の埋設材とからなることを特徴とする樹脂摺動部材。
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