JPH0415228A - 摺動材料 - Google Patents

摺動材料

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JPH0415228A
JPH0415228A JP2119591A JP11959190A JPH0415228A JP H0415228 A JPH0415228 A JP H0415228A JP 2119591 A JP2119591 A JP 2119591A JP 11959190 A JP11959190 A JP 11959190A JP H0415228 A JPH0415228 A JP H0415228A
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隆 中丸
Koichi Tsunoda
耕一 角田
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忠 渡井
Chukichi Umeki
梅木 忠吉
Takayuki Miyaji
隆之 宮治
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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、摺動面にポリテトラフルオロエチレン(以下
r PTFEJという。)樹脂を主成分とする潤滑組成
物を備えた摺動材料に係わり、とくに低速度、高荷重(
高面圧)条件下で使用されて好適な摺動材料に関するも
のである。
[従来の技術] 従来より、PHE樹脂は自己潤滑性に優れ、摩擦係数が
低く、さらには優れた耐薬品性および耐熱性を具有する
ことから、軸受などの摺動部材として広く使用されてい
る。
しかしながら、一方ではこのPTFE樹脂のみからなる
摺動部材は耐摩耗性や耐クリープ性に劣るため、摺動部
材の用途に応じて、例えば■黒鉛、二硫化モリブデン、
ガラス繊維なとの充填材を配合したり、■薄鋼板上に一
体に被着形成された多孔質焼結合金層に含浸被覆したり
、して上記欠点を解決している。
上記■の態様からなる摺動部材は、所謂複層摺動部材と
称されるもので、該部材自体の肉厚が薄く (通常1.
5〜3.0m)、耐荷重性が大幅に向上されることから
、低速度高荷重条件下での使用に適している。
しかしながら、一方で、相手材(軸など)を大きな把持
力(高面圧)をもって抱持し、かつ相手材の回転等を円
滑に摺動支持する用途(換言すれば、相手材との間のク
リアランスがそのままガタとして現れる用途)、例えば
各種ドアのヒンジ部あるいは自動車用ボールジヨイント
の摺動部のような用途で使用する場合には、摺動部材自
体のへタリ等を生じ、側底使用に耐えられないという問
題があった。
上述した問題を解決する摺動材料としては、例えば特公
昭53−35107号公報に開示されている金属網とこ
れに焼結したフルオルポリマとから成る軸受材料、ある
いは本発明者らによって、既に特願昭62−232Hl
f1号(特開昭64−79417号公報)において開示
された、エキスパンドメタルを基材とし該基材の網目お
よび表面にPTFE樹脂を主成分とする潤滑組成物を充
填・被覆した摺動材料(以下、これらを「従来技術」と
いう。)が提案されている。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来技術である摺動材料は、基材として金属網状体
を使用することによりその厚さ方向に生じる可撓性によ
り相手材表面によく馴染み、相手材を大きな把持力をも
って抱持しかつ相手材の回転等を円滑に支持するという
前述した用途において、部材のへタリ等を生じることな
く使用することができるという効果をもたらすものであ
った。
ところで、摺動材料の使用用途、例えばOA機器の摺動
部においては帯電防止効果が要求され、また各種ドアの
ヒンジ部においても、該部位に摺動材料を組込んだ後、
外装部分に塗装が施される場合、当該摺動材料に導電性
が要求される。
しかしながら、前記従来技術である摺動材料ではこれら
の要求に対して十分に対応することができない、という
新たな問題が提起された。
本発明は、従来技術の具備する利点を有効に保持しつつ
、更に、上記問題点を解決するべくなされたもので、帯
電防止効果および導電性を有する摺動材料を得ることを
目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 上述の課題を解決するべく、本発明はつぎの技術的手段
を提供するものである。
すなわち、本発明は、金属製の網状体を基材とし該基材
の網目および表面に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂
を主成分としこれに充填材として炭素繊維5〜30重量
%およびリン酸塩0.1〜15重量%、あるいはこれら
にさらに導電性物貿0.1〜10重量%を含有する潤滑
組成物が充填されかつ被覆されていることを特徴とする
摺動材料を提供するものである。
上述した構成において、基材を構成する網状体としては
、エキスパンドメタルあるいは前記特公昭53−351
07号公報に開示されている金属網のような金属メツシ
ュが使用される。
第1図は基材として使用されるエキスパンドメタルを示
す平面図、第2図は第1図のI−I線断面図である。
両図において、lはエキスパンドメタルであり、2は網
目、3は該網目 2を形成する各辺(ストランド)、4
はこれらのストランド同士の結合部(ボンド部)、tは
エキスパンドメタルの厚さである。
第1図に示したエキスパンドメタル1の網目2の形状は
六角形のものであるが、この網目2の形状は菱形、方形
、その他任意の多角形状の網目とすることができ、これ
らもまた基材として使用することができる。
上述したエキスパンドメタル1としては、各辺の長さが
0.1〜1.5mi、厚さが0.1〜1.Oa+のもの
が好適である。
エキスパンドメタルを構成する金属材料としては、ステ
ンレス鋼、リン青銅合金、青銅合金などが好適である。
また、金属メツシュとしては、線径0.1−0.5閣の
銅もしくは銅合金、鉄もしくは鉄合金の細線を縦糸、横
糸として織ることにより形成される織組ワイヤーメツシ
ュが好ましい。
潤滑組成物の主成分をなすPTFE樹脂は微粉末のもの
が使用され、例えば三井デュポンフロロケミカル社の[
テフロン6CJ 、テフロン6J」、旭硝子社の「フル
オンCD−01、CD−123、CD−076、CD−
126、CD−4J 、ダイキン工業社の「ポリフロン
FI03、FIOI、FIOIE 5F201J  (
以上、いずれも商品名)が好ましいものとして挙げられ
る。
該潤滑組成物の主成分をなす上記PTFE樹脂への充填
材として、本発明では炭素繊維、リン酸塩、場合によっ
て更に導電性物質の粉末が使用される。
炭素繊維は潤滑組成物に導電性を付与する物質としての
役割とPTFE樹脂の耐摩耗性および耐クリープ性に劣
る欠点を補う役割を担うものである。
炭素繊維としては低温(約1000〜1500℃)処理
したピッチ系、PAN (ポリアクリルニトリル)系お
よびフェノール系炭素繊維並びに高温(約2000〜2
500℃)処理したピッチ系、PAN系およびフェノー
ル系炭素繊維が使用されるが、潤滑組成物に高い導電性
を付与する観点からは後者の炭素繊維を使用することが
好ましい。
ピッチ系炭素繊維の具体例としては日東紡績■製の「ザ
イラス(商品名)J、PAN系炭素繊維の具体例として
は三菱レーヨン■製の「パイロフィル(商品名)」、フ
ェノール系炭素繊維の具体例としては日本カイノール■
製の「カイノールCFI6BT (商品名)」を挙げる
ことができる。
炭素繊維の大きさ、すなわち直径と長さについては、直
径が1〜20−1長さは直径が304〜3皿が好ましく
、とくに潤滑組成物の製造上の問題を加味すると直径が
約10虜前後で長さが100m前後のものが好ましい。
そして、主成分をなすPTFE樹脂に対しての炭素繊維
の配合割合は5〜30重量%である。
5重量%以下の配合では潤滑組成物に帯電防止効果およ
び導電性を付与しがたく、また30重量%を超えて配合
しても導電性のそれ以上の向上は期待できず、また摺動
材料としての摩擦摩耗特性を却って低下させる。
リン酸塩はそれ自体、例えば黒鉛、二硫化モリブデンの
ような潤滑性を示す物質ではないが、!’TFε樹脂に
配合されることにより相手材との摺動において、相手材
表面(摺動面)へのPTFE樹脂の潤滑被覆の造膜性を
助長する効果を発揮する。このリン酸塩による効果は、
該PTFε樹脂に配合される硬質の炭素繊維と相手材と
の直接の接触(摺動)を防ぎ、炭素繊維の相手材を損傷
させ摺動材料の耐摩耗性を低下させるという欠点を抑制
するもので、乾燥摩擦潤滑下で使用される摺動材料に必
要とされる重要な要件である。
本発明において使用されるリン酸塩としては、第三リン
酸塩、箪ニリン酸塩、ピロリン酸、亜リン酸、メタリン
酸などの金属塩およびそれらの混合物が挙げられる。
この中でも、第三リン酸塩、第二リン酸塩およびピロリ
ン酸の金属塩が好ましい。
金属としてはアルカリ金属、アルカリ土類金属および遷
移金属が使用され、中でもアルカリ金属およびアルカリ
土類金属が好ましく、とくにリチウム、カルシウム、マ
グネシウムおよびバリウムが好ましい。
具体的には、リン酸リチウム(Lj3Po4)、リン酸
水素リチウム(L12HPO4)、ピロリン酸リチウム
(L14P207)、リン酸三カルシウム(Ca3(P
 04 ) 2 ) 、ピロリン酸カルシウム(Ca2
P207)およびリン酸水素カルシウム(Ca HP 
O4(・2 H20) )がリン酸塩として最も好まし
いものである。
また、Ca 1o (PO4) 6 (OH)2で表さ
れるハイドロキシアパタイトもリン酸塩として使用する
ことができる。
このリン酸塩は上述したPTFE樹脂および炭素繊維と
均一に混合されるもので、その粒度は平均2゜譚以下の
ものが好ましい。
リン酸塩は、PTFE樹脂に対し少量の配合割合、例え
ば、01重量%の配合で前述した潤滑被覆の造膜性を助
長する効果が現れはじめ、15重量%の配合割合まで当
該造膜性の効果は維持される。
しかし、15重量%を超えて配合すると、相手材表面へ
の潤滑被覆の造膜量が多くなりすぎ、却って耐摩耗性を
低下させる。
したがって、リン酸塩の配合割合は0.1〜15重量%
、就中3〜10重量%が好ましい。
上述したPTl”E樹脂、炭素繊維およびリン酸塩から
なる潤滑組成物に対し、さらに摩擦摩耗特性を低下させ
ることなく一定割合の導電性物質の粉末を配合すること
ができ、当該導電性物質の配合により潤滑組成物により
高い導電性を付与することができる。
本発明において使用される導電性物質としては、コーク
ス、無煙炭、カーボンブラック及び木炭などの無定形炭
素粉末、天然黒鉛、人造黒鉛及びキッシュ黒鉛などの黒
鉛質炭素粉末、銅粉末、ニッケル粉末、並びに鉛、錫及
びインジウムなどの軟質金属粉末が挙げられる。
これらの導電性物質はそのほとんどが摩擦摩耗特性の向
上に寄与しない物質であるため、その配合割合について
はとくに注意を要する。
本発明では、上述した潤滑組成物に対し 01〜10重
量%の範囲内であれば、摩擦摩耗特性を低下させること
なく潤滑組成物により高い導電性を付与することができ
ることを確認した。
つぎに、摺動材料の製造方法について説明する。
(潤滑組成物の調製) PTFε樹脂粉末に対し、5〜30重量%の炭素繊維お
よび01〜15重量%のリン酸塩、場合によって0.1
〜10重量%の導電性物質の粉末を配合し、これらをl
’TFE樹脂の室温転移点(19℃)以下の温度で混合
し潤滑組成物を得る。
この混合をPTFE樹脂の室温転移点以下の温度で行う
ことにより、該PTFE樹脂に剪断力が加わることなく
該樹脂の繊維状化が妨げられ、均一な混合物を得ること
ができる。
(摺動材料の製造) (1)  上述した方法で調製された潤滑組成物100
重量部に対し、石油系溶剤15〜20重量部配合置部攪
拌混合して潤滑組成物に湿潤性を与える。
ここで、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使用
され、市販品としては脂肪族・ナフテン系混合溶剤であ
るエクソン化学社製の「エクソノール」 (商品名)が
挙げられる。
潤滑組成物に石油系溶剤を配合し、攪拌混合して該潤滑
組成物に湿潤性を与えるに際しても、該攪拌混合はPT
FE樹脂の室温転移点以下の温度で行われる。これは溶
剤を加えて攪拌混合するにさいし、PTFε樹脂に練り
が加わってPTFε樹脂粉末の繊維状化が進み、該潤滑
組成物の造形性を著しく減少させることを防止するため
である。
そして、潤滑組成物への石油系溶剤の配合割合が15重
量部以下では後述する網状体からなる基材への充填・被
覆工程における該潤滑組成物の展延性が悪く、基材の網
目への充填にムラを生じやすくなる。また、25重量部
を超える配合では充填・被覆作業がやりにくくなるばか
りでなく、被覆厚さの均一性が損なわれたり、潤滑組成
物と基材との密着強度が悪くなる。
(b)  湿潤性が与えられた潤滑組成物を網状体から
なる基材上に散布供給し、ローラ掛けして該基材の網目
を該潤滑組成物で充填するとともに該基材の表面に−様
な潤滑組成物の被覆層を形成したのち、200〜250
℃の温度に加熱された乾燥炉内に数分間保持することに
より、石油系溶剤を逸散除去する。
(cl  ついで、網目および表面が潤滑組成物で充填
被覆された基材を加熱炉に導入し、360〜380℃の
温度で数分ないし10数分間加熱して該潤滑組成物の焼
成を行った後、これを炉から取り出し、ローラを通して
寸法のバラツキを調整し、摺動材料とする。
このようにして得た摺動材料を第3図に示す。
図において、5が網状体(エキスパンドメタル)からな
る基材lの網目2を充填しかつ表面に被覆層として形成
された潤滑組成物である。tIは該被覆層の厚さを示し
、その範囲は用途にもよるが、通常005閤〜1.Om
が好ましい。
[実施例] 以下、本発明をその実施例に基づき詳細に説明する。
〈実施例:工〉 (基材) 板厚053IIIIのリン青銅合金板にエキスバンド加
工を施し、各辺(ストランド)L6++mの六角形の規
則正しい網目を備えた厚さ043■のエキスパンドメタ
ルを形成し、これを基材とした。
(第1図中、符号3の長さが06閣、符号tの厚さが0
.431) (WIi滑組成物) PTFE樹脂粉末として平均粒径8θミクロン以下の三
井デュポンフロロケミカル社の「テフロン6CI Jを
使用し、このPTFE樹脂粉末に対し、直径10−1長
さ 10G、cawの炭素繊維(日東紡績−の「ザイラ
スGPMF100JL J )  5〜30重量%およ
びリン酸塩として350メツシユを通過するピクリン酸
カルシウム(c a’2 P 207:関東化学■製)
5重量%をヘンシェルミキサー内に投入し、該PTFE
樹脂の室温転移点以下の温度で混合して潤滑組成物を得
た。
(製造工程) (1)   この潤滑組成物 1(10重量部に対し、
石油系溶剤として脂肪族・ナフテン系混合溶剤(エクソ
ン化学社の「エフソール」)20重量部を配合し、該P
TFE樹脂の室温転移点以下の温度で混合して該潤滑組
成物に湿潤性を与えた。
(b)  湿潤性が与えられた潤滑組成物を前記エキス
パンドメタルからなる基材上に散布・供給し、ローラ掛
けして該基材の網目を該潤滑組成物で充填するとともに
該基材の表面に−様な潤滑組成物の被覆層を形成したの
ち、220℃の温度に加熱した乾燥炉内に5分間保持し
、潤滑組成物中の石油系溶剤を逸散除去した。
(cl  ついで、網目および表面が潤滑組成物で充填
被覆された基材を加熱炉内に導入し、360℃の温度で
10分間加熱して該潤滑組成物の焼成を行ったのち、こ
れを炉から取り出し、摺動材料とした。
このようにして得た摺動材料の潤滑組成物の表面被覆層
の暑さは、0.l3mmであった(第3図中、符号t1
の厚さ)。
この〈実施例、■〉からなる摺動材を構成する潤滑組成
物の成分組成を表に示す。
〈実施例:■〉 (基材) 基材として、上記〈実施例:工〉と同じエキスパンドメ
タルを使用した。
(潤滑組成物) PTFE樹脂粉末として平均粒径80ミクロン以下の三
片デュポンフロロケミカル社の「テフロン6CjJを使
用し、このPTFE樹脂粉末に対し、直径10t11a
1長さ 100mの炭素繊維(日東紡績■の「ザイラス
GPMF1001LJ ) l[1〜20重量%および
リン酸塩として350メツシユを通過するピロリン酸リ
チウム(Li4P207 :関東化学■製)5重量%を
ヘンシェルミキサー内に投入し、該PTF[樹脂の室温
転移点以下の温度で混合して潤滑組成物を得た。
以下、製造工程(i)   (b)   (cl は前
記〈実施例・I〉と同じにして製造し、摺動材料を得た
この〈実施例:■〉からなる摺動材料を構成する潤滑組
成物の成分組成を表に示す。
〈実施例:■〉 (基材) 基材として、上記〈実施例:I〉と同じエキスパンドメ
タルを使用した。
(II滑組成物) PTFE樹脂粉末として平均粒径8Gミクロン以下の三
片デュポンフロロケミカル社の「テフロン6CJ Jを
使用し、このPTFE樹脂粉末に対し、直径10虜、長
さ 1ooIJ11の炭素繊維(日東紡績−の「ザイラ
スGPMF100ILJ ’)  5〜20重量%およ
びリン酸塩として350メツシユを通過するピロリン酸
カルシウム(関東化学■製)5重量%および導電性物質
としてカーボンブラック(三菱化成工業■製: CB5
750)3重量%をヘンシェルミキサー内に投入し、該
PTFE樹脂の室温転移点以下の温度で混合して潤滑組
成物を得た。
以下、製造工程(a)   (b)   (c)は前記
〈実施例4I〉と同じにして製造し、摺動材料を得た。
この〈実施例:■〉からなる摺動材料を構成する潤滑組
成物の成分組成を表に示す。
〈比較例〉 (基材) 基材として、上記〈実施例:I〉と同じエキスパントメ
タルを使用した。
(潤滑組成物) PTFE樹脂粉末として平均粒径80ミクロン以下の三
片デュポンフロロケミカル社の「テフロン6CI Jを
使用し、このPTFE樹脂粉末に対し、■直径10tx
a、長さ 1007ffiの炭素繊維30重量%、■直
径10−1長さ !00ffiの炭素繊維40重量%お
よびピロリン酸カルシウム5重量%、■直径lO虜、長
さ lO[1mの炭素繊維40重量%、ピロリン酸カル
シウム5重量%および導電性物質としてカーボンブラッ
ク 3重量%、をヘンシェルミキサー内に投入し、該P
TFE樹脂の室温転移点以下の温度で混合して潤滑組成
物を得た。
以下、製造工程(1)   (bl   (c)は前記
〈実施例:I〉と同じにして製造し、摺動材料を得た。
このく比較例〉からなる摺動材料を構成する潤滑組成物
の成分組成を表に示す。
つぎに、上述した実施例および比較例で得た摺動材料の
摩擦摩耗特性および体積抵抗率(Ω・cm、)について
試験した結果を述べる。
〈摩擦摩耗特性〉 摩擦摩耗特性については、下記に示す摺動条件で行った
(摺動条件) すべり速度   5m/m i n 荷     重    100kgf/cm2試験時間
  8時間 潤   滑   無潤滑 相 手 材   機械構造用炭素鋼(S45C)摩擦係
数については試験開始から試験終了までの摩擦係数の変
動値を示し、また摩耗量については試験時間8時間後の
摩耗量を測定した。
〈体積抵抗率〉 体積抵抗率については、各摺動材料表面に垂直な方向の
体積抵抗率を四探針抵抗率測定法により三菱油化■の抵
抗率針(Lolesjer AP Mcp−T4[10
)を用いて測定した。
各摺動材料の摩擦摩耗特性および体積抵抗率を表に示す
試験結果から、実施例:I乃至実施例■からなる摺動材
料は試験時間を通して低い摩擦係数で安定した性能を示
し、試験後の摺動材料の摩耗量も極めて小さいものであ
った。
実施例:工−6からなる摺動材料は炭素繊維を30重量
%含有しているにもかかわらず、試験後の相手材表面は
何らの損傷も認められなかった。
また、体積抵抗率は108〜l0−3の値を示した。
一般に、OA機器の摺動部に要求される帯電防止効果が
体積抵抗率l−以下であること、またドアヒンジに摺動
材料を組込んだ後、塗装ラインで行われる外装塗装工程
で要求される導電性が体積抵抗率10”以下であること
、を考えると十分満足のいく性能である。
一方、比較例からなる摺動材料は、帯電防止効果および
導電性の観点からは非常に優れた材料であるが、摩擦摩
耗特性については摩擦係数が高く、摩耗量にいたっては
基材にまでおよび、また相手材表面に細い筋状の損傷が
多数認められた。
以上、実施例においては、網状体からなる基材としてエ
キスパンドメタルを使用した例について説明したが、基
材として金属細線を縦横にして織ることにより形成され
る金属メツシュを使用しても同様の効果が得られる。
[効果] 本発明は上述した構成からなるもので、以下の特有の効
果を有する。
■網状体からなる基材の網目および表面に充填被覆され
た潤滑組成物は、相手材との摺動において相手材を何ら
損傷させることなく低い摩擦係数で安定した性能を発揮
し、基材の厚さ方向に生じる可撓性により相手材表面に
良く馴染み、相手材を大きな抱持力をもって把持しかつ
相手材の回転等を円滑に支持する摺動用途において、材
料のへタリを生ずることなく使用することができる。
■基材の網目および表面に充填被覆された潤滑組成物は
帯電防止効果および導電性を有するため、各種OA機器
の摺動部、摺動材料を組込んだ後に行われる塗装工程に
おいても別途導電性を与えるための手段を必要とせず、
使用用途範囲が大幅に拡大される。
【図面の簡単な説明】
第1図は基材を構成する網状体(エキスパンドメタル)
を示す平面図、第2図は第1図のI−I線断面図、第3
図は摺動材料を示す断面図である。 1・・・・・・網状体(エキスパンドメタル)、2・・
・・・・網目、  3・・・・・・辺(ストランド)、
4・・・・・・結合部(ボンド部)、 5・・・・・・潤滑組成物。 第3図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属製の網状体を基材とし該基材の網目および表
    面に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分としこ
    れに充填材として炭素繊維5〜30重量%およびリン酸
    塩0.1〜15重量%を含有する潤滑組成物が充填され
    かつ被覆されていることを特徴とする摺動材料。
  2. (2)潤滑組成物が更に導電性物質を0.1〜10重量
    %含有する請求項1記載の摺動材料。
  3. (3)導電性物質は、無定形炭素粉末、黒鉛質炭素粉末
    、銅粉末、ニッケル粉末及び軟質金属粉末の1種又は2
    種以上から選択される請求項1又は2記載の摺動材料。
  4. (4)基材を構成する網状体は、規則正しい網目を備え
    たエキスパンドメタル又は金属メッシュである請求項1
    乃至3のいずれか一項に記載の摺動材料。
  5. (5)リン酸塩は、第三リン酸、第二リン酸、ピロリン
    酸、亜リン酸及びメタリン酸の1種又は2種以上から選
    択される金属塩である請求項1乃至4のいずれか一項に
    記載の摺動材料。
  6. (6)リン酸塩は、リン酸リチウム、リン酸水素リチウ
    ム、ピロリン酸リチウム、リン酸三カルシウム、ピロリ
    ン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム及びハイドロキ
    シアパタイトの1種又は2種以上から選択される請求項
    1乃至5のいずれか一項に記載の摺動材料。
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