JPH07102277A - 乾湿両用摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

乾湿両用摺動部材およびその製造方法

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JPH07102277A
JPH07102277A JP5274802A JP27480293A JPH07102277A JP H07102277 A JPH07102277 A JP H07102277A JP 5274802 A JP5274802 A JP 5274802A JP 27480293 A JP27480293 A JP 27480293A JP H07102277 A JPH07102277 A JP H07102277A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 摺動特性を有する充填材粉末の存在下におい
てオレフィン系モノマーを重合または共重合して得た合
成樹脂被覆充填材粉末組成物を耐水性の合成樹脂よりな
るマトリックス中に均一に分散させることにより、乾燥
状態、湿潤状態は勿論、水中においても変わらない優れ
た摺動特性を発揮する摺動部材を提供する。 【構成】 摺動特性を有する充填材粉末5を高活性触媒
成分にて処理したものを触媒としてオレフィン系モノマ
ーを重合または共重合して合成樹脂被覆充填材粉末組成
物を得る。この粉末組成物に耐水性の合成樹脂よりなる
結合剤に必要に応じて炭素繊維等の補強材を加えて混合
した後、射出成形機によって成形硬化して、耐水性の合
成樹脂マトリックス4中に合成樹脂被覆充填材粉末組成
物2および補強材3が均一に分散した乾湿両用摺動部材
1を得る。得られた摺動部材1は、乾湿両用に使用でき
るが、特に、水中において使用しても、固体潤滑剤の変
質や流失がなく、長期に亘って耐摩耗性や潤滑性を維持
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、乾燥状態、湿潤状態は
勿論水中においても変わらない摺動特性を発揮する、例
えば、チェーン、軸受け、ガイドレール等の摺動部材お
よびその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】多孔質の樹脂に潤滑油を含浸した含油樹
脂製品は摺動部材として古くから用いられている。これ
らの樹脂製品は通常発泡剤を使用して多孔質の樹脂を製
造しているので、孔のサイズが比較的に大きく、含浸さ
れた潤滑剤の保持力が弱く、耐用年数が短く、また、樹
脂製品の耐久力が小さいという欠点がある。その欠点を
改善すべく、フエノール樹脂連続気泡発泡体の粉末を繊
維状物質、固体潤滑剤等と共にフエノール樹脂で結合し
て得た成形品に液体潤滑剤を含浸させたものが提案され
ている(特公昭47−22361号参照)。
【0003】しかし、この方法により得られた摺動部材
は水中で使用すると、液体潤滑油が水によって浮遊流出
するので、潤滑特性が低下するという欠点がある。そこ
で、現在、固体潤滑剤と炭素繊維とをフエノール樹脂に
て結合してなる水潤滑特性に優れた摺動材料が市販され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来公知の固
体潤滑剤と炭素繊維とをフエノール樹脂にて結合してな
る水潤滑特性に優れた摺動材料は、乾燥状態で使用する
と固体潤滑剤と母材との密着性が悪いので、固体潤滑剤
が脱落しやすく、急激に異常摩耗が発生するという欠点
がある。また、湿潤状態または水中で使用した場合、固
体潤滑剤が水と反応し、または水に溶解して潤滑特性が
悪化したり、固体潤滑剤が水中に流出するため潤滑寿命
が短くなるという欠点がある。本発明はこれらの問題を
解決し、乾燥状態での固体潤滑剤の脱落がなく、湿潤状
態または水中で使用しても固体潤滑剤が水と反応せず、
また、水中に流出することがなく、潤滑性能に優れ、摩
耗寿命の長い乾湿両用の摺動部材を提供することを目的
としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意研究した結果、潤滑成分として摺動
特性を有する充填材粉末の存在下で、オレフィン系モノ
マーを重合または共重合して得た合成樹脂被覆充填材粉
末組成物を用いることにより、摺動特性を有する充填材
と母材との密着性を高め、特に、水中で使用しても水と
の反応や溶解による固体潤滑剤の脱落や損失をなくすこ
とができる乾湿両用摺動部材を得ることができた。
【0006】すなわち、本発明の乾湿両用摺動部材は、
摺動特性を有する充填材粉末の存在下においてオレフィ
ン系モノマーを重合または共重合して得た合成樹脂被覆
充填材粉末組成物を必要に応じて補強材と共に耐水性の
合成樹脂よりなるマトリックス中に均一に分散させてな
ることを特徴とするものである。
【0007】上記の合成樹脂被覆充填材粉末組成物は、
充填材の表面に化学反応によって形成されたポリエチレ
ン等のオレフィン系重合体または共重合体が強固に結合
されているので、この被覆樹脂が機械的衝撃や化学的反
応等によって充填材表面から容易に剥離されることがな
い。しかも、この被覆樹脂の表面は凹凸に富みまた撥水
性を有するので、この合成樹脂被覆充填材粉末組成物を
合成樹脂のマトリックス中に分散させたときは、マトリ
ックスの合成樹脂と強固に結合して、乾燥状態で使用し
た場合の脱落を防止すると共に、湿式または水中で使用
したときでも、水による侵食や溶失に耐え、摩耗寿命を
増加させることができる。
【0008】このような合成樹脂被覆充填材粉末組成物
の製法およびその性状については、特公平1−1640
2号および特公平1−16403号公報に詳細に記載さ
れているので、製法についての詳細な説明を省略する
が、簡単にその要旨を述べれば、充填材粉末を高活性触
媒成分にて処理したものを触媒とし、必要に応じてこれ
に異種の充填材を混合して、オレフィン系モノマーを重
合または共重合させることにより、充填材表面にオレフ
イン系ポリマーの被覆を形成させるものである。
【0009】したがって、この方法を本発明に適用する
際は、摺動特性を有する充填材粉末を使用し、これを高
活性触媒成分にて処理したものを触媒とし、必要に応じ
てこれに異種の充填材を混合してオレフィン系モノマー
を重合または共重合して合成樹脂被覆充填材粉末体を製
造することになる。また、本発明の乾湿両用摺動部材の
製造方法は、上記方法で製造した合成樹脂被覆充填材粉
末組成物と、耐水性の合成樹脂を主成分とする結合剤に
必要に応じて補強材を加えたものとを混合した後、加圧
成形することを特徴とするものである。
【0010】本発明において使用可能な摺動特性を有す
る充填材としては、固体潤滑剤として常用されている黒
鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、ポリテトラフルオロ
エチレン等の他に、ケイ素樹脂粉末のように耐摩耗性と
滑り潤滑特性を有する有機材料、ガラスビーズ、シリカ
球、ガラス長繊維パウダー、炭素長繊維パウダー、ケイ
素樹脂球、ポリアミド樹脂球等の耐摩耗性と転がりによ
る摺動特性を有する無機または有機材料または銅粉、錫
粉等の良伝熱性と滑り摺動特性を有する軟質金属粉末も
使用することができる。
【0011】しかし、いずれの充填材も高活性触媒成分
によって処理したものを核として、その表面にオレフイ
ン系モノマーの重合物または共重合物を生成させて、合
成樹脂被覆充填材粉末組成物とするためには、そのサイ
ズは自ずから限定されてくる。すなわち、本発明におい
て使用する合成樹脂被覆充填材粉末組成物の粒度は20
μm〜2mmが好ましいので、充填材の粒度はそれより
も若干小さめのものが好ましい。
【0012】合成樹脂被覆充填材粉末組成物中の摺動特
性を有する充填材の含有量は10〜90wt%好ましく
は20〜80wt%、さらに好ましくは40〜60wt
%である。摺動特性を有する充填材の含有量は10wt
%より少ないと充填材としての作用、すなわち製品の摺
動特性が悪化する。また、充填材が90wt%よりも多
いとき、すなわちは被覆樹脂の量が少な過ぎると、被覆
樹脂による充填材の脱落防止効果や腐食防止効果が不十
分になる。
【0013】このような摺動特性を有する充填材を用い
て製造した合成樹脂被覆充填材粉末組成物の粒度は通常
20μm〜2mmであり、全体の摺動部材に対する組成
割合は5〜30wt%、好ましくは、10〜30wt%
である。合成樹脂被覆充填材粉末組成物が5wt%より
も少ないときは十分な摺動特性が発揮されなくなる。ま
た、合成樹脂被覆充填材粉末組成物が30wt%よりも
多いときは母材の強度を低下させるので好ましくない。
【0014】マトリックスを構成する結合材としての合
成樹脂には、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂等の熱硬化性樹脂あるいは、ポリアセタール樹
脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂のいずれでも使
用できる。全体の摺動部材に対する結合剤の組成割合は
30〜70wt%、好ましくは、40〜60wt%であ
る。結合剤が30wt%より少ないときは製品の強度が
極端に低くなる。また、70wt%よりも多いときはそ
れぞれの結合剤の特性が強くですぎて摺動部材としての
特質が薄れて好ましくない。
【0015】補強材としては炭素繊維、ガラス繊維、木
綿粉、チタン酸カリウイスカ等が用いられる。全体の摺
動部材に対する補強材の組成割合は0〜65wt%、好
ましくは、10〜50wt%である。補強剤が65wt
%よりも多いときは成形不能になる。
【0016】図1に示すように、本発明による摺動部材
1は合成樹脂のマトリックス4の中に合成樹脂被覆充填
材粉末組成物2および炭素繊維等の補強材3が均一に分
散されて構成されている。合成樹脂被覆充填材粉末組成
物2は充填材としての固体潤滑剤5の表面に合成樹脂の
被覆6が強固に結合されている。しかも、この合成樹脂
の被覆6の表面は拡大図に示されるように凹凸に富み、
マトリックス4の合成樹脂と強固に結合しているので、
機械的衝撃等によって容易に脱落することはない。
【0017】一方、図2に示すように、従来の摺動部材
11は合成樹脂のマトリックス14の中に固体潤滑剤1
2および炭素繊維等の補強材13が均一に分散されてい
るが、固体潤滑剤12の表面には樹脂皮膜がないので機
械的衝撃等によって脱落しやすい。
【0018】
【実施例】
(実施例1)固体潤滑剤としてポリエチレン被覆黒鉛
(出光興産株式会社製「ポリエチレン分散フィラー」鱗
状黒鉛含有量60wt%)10wt%、補強材として炭
素繊維(株式会社東レ製「トレカT008」)50wt
%、結合材としてフエノール樹脂(旭有機材工業株式会
社製「AVライトV250NA」)40wt%を攪拌機
で30〜120rpmにて5〜10分間混合した後、ロ
ール練り機に通す。ロール練り機の2つのロールのクリ
アランスを0.1〜2mmに調節し、ロールの回転速度
10〜100rpm、加圧力5〜500kg/平方c
m、温度30〜150℃で2〜3回練り直す。得られた
板状の中間素材をロール破砕機で粉砕して成形材料粉末
とする。
【0019】得られた成形材料粉末を射出成形機によっ
てシリンダ温度85℃、射出圧力1000kg/平方c
m、金型温度180℃、保持時間2分間の成形条件でブ
ロック状に成形する。このようにして得られ摺動部材の
物性は次の通りである。 曲げ強さ:2000kg/平方cm 圧縮強さ:1800kg/平方cm シャルピー衝撃値:4.5kg・cm/平方cm ロックウエル硬さ:M100
【0020】(摩耗試験)実施例1のポリエチレン被覆
黒鉛中の鱗状黒鉛の含有量を20wt%から80wt%
の間で変えた7種類の供試品(試料番号A1〜A7)に
ついて摩耗試験を行なった。また本発明の製品と従来の
6種類の製品(試料番号A8〜A13)とを比較するた
めの摩耗試験を行なった。試料番号A8〜A13の従来
製品は、樹脂被覆していない通常の固体潤滑剤を使用
し、実施例1と同じ補強材および結合材を使用し、同じ
条件で成形硬化したものである。
【0021】摩耗試験はジャーナル式摩耗試験機を使用
して、その固定軸に中空円筒状のサンプルをはめ込み、
このサンプルを面圧100kg/平方cm、すべり速度
2m/minで強制的に回転させて相手材のSUS30
4に摺動させ、サンプルの内径の摩耗量(mm)を測定
した。サンプルには本製品および従来製品共に、外径1
4.00mm、内径10.00mm、長さ10.00m
mの中空円筒状の製品を使用した。この摩耗試験は乾式
の場合と1時間に10リットルの割合で水を滴下した場
合について200時間連続テストを行なった。その結果
は表1に示す通りである。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示されるように、本発明の乾湿両用
摺動部材は合成樹脂被覆充填材粉末組成物中における充
填材の混合割合によってその摩耗量が大きく変化する。
図3は、表1における各試料A1〜A7(本発明製品)
について充填材の配合割合をx軸に、摩耗量をy軸に示
したものである。
【0024】乾式状態での試験では曲線dで示されるよ
うにd1からd7まで充填材の配合量の増加にしたがっ
て摩耗量は減少する。湿式状態での試験では曲線wで示
されるようにw1からw4までは充填材の配合量の増加
によって摩耗量は減少するが、w5で反転して充填材の
配合量が70重量%以上になるw6において摩耗量は急
激に増加する。
【0025】図4は、乾式状態の摩耗量と湿式状態の摩
耗量の総合評価を図示したものである。すなわち試料A
1〜A7(本発明製品)および試料A8〜A13(従来
製品)の湿式状態における摩耗量をx軸に、乾式状態に
おける摩耗量をy軸にプロットしたものである。A1〜
A7の表す曲線aは充填材の配合割合が増加するにした
がって基点0方向に接近してくるが、あまり充填材の配
合割合が増加すると反転して基点0から遠ざかる。この
図から分かるように試料A3、A4およびA5が乾湿総
合評価において最も優れたものといえよう。
【0026】一方、比較試験に用いた試料A8〜A13
はいずれも基点0よりはるかに離れた位置にあり、いず
れの従来製品も乾湿両用の摺動部材としての使用には適
さないことを示している。
【0027】(実施例2)固体潤滑剤としてポリエチレ
ン被覆六方晶窒化ホウ素(出光興産株式会社製「ポリエ
チレン分散フィラー」窒化ホウ素含有量60wt%)1
0wt%、補強材として炭素繊維(株式会社東レ製「ト
レカT008」)50wt%、結合材としてフエノール
樹脂(旭有機材工業株式会社製「AVライトV250N
A」)40wt%を実施例1と同様の方法によって混
合、混練、粉砕して成形材料粉末を得る。
【0028】得られた成形材料粉末を射出成形機によっ
てシリンダ温度85℃、射出圧力1000kg/平方c
m、金型温度180℃、保持時間2分間の成形条件でブ
ロック状に成形する。このようにして得られ摺動部材の
物性は次の通りである。 曲げ強さ:1800kg/平方cm 圧縮強さ:1600kg/平方cm シャルピー衝撃値:3.0kg・cm/平方cm ロックウエル硬さ:M90
【0029】(摩耗試験)実施例2のポリエチレン被覆
窒化ホウ素中の六方晶窒化ホウ素の含有量を20wt%
から80wt%の間で変えた7種類の試料(試料番号B
1〜B7)について実施例1と同じ方法によって摩耗試
験を行なった。また、本発明の製品と比較するために、
樹脂被覆していない六方晶窒化ホウ素よりなる固体潤滑
剤(川崎製鉄株式会社製「HP1」)を使用し、実施例
2と同じ補強材および結合材を使用し、同じ条件で成形
硬化した試料(試料番号B8)を用いて摩耗試験を行な
った。得られた結果は表2の通りである。
【0030】
【表2】
【0031】また、試料B1〜B8について乾式摩耗試
験と湿式摩耗試験の総合評価を行なうために図5を作成
した。エチレン被覆窒化ホウ素についても、実施例1の
ポリエチレン被覆黒鉛の場合とほぼ同様に、ポリエチレ
ン被覆窒化ホウ素中の六方晶窒化ホウ素の含有量が20
wt%(試料B1)から増加するに従って基点0に近付
き、50wt%(試料B4)から反転して次第に遠ざか
り、全体としてbで示すようなU字形をした曲線を示し
ている。すなわち、本発明製品である試料B2〜B6が
乾湿両用の摺動部材として最も優れた特性を備えている
ことが分かる。一方、従来製品である試料8は、基点0
からはるかに離れた点にあり、乾湿両用の摺動部材とし
は不適格であることが示されている。
【0032】(実施例3)固体潤滑剤としてポリエチレ
ン被覆ケイ素樹脂粉末(出光興産株式会社製「ポリエチ
レン分散フィラー」)を使用し、固体潤滑剤中のケイ素
樹脂球(東芝シリコーン株式会社製「トスパール12
0」)の含有量を20wt%から80wt%まで変え
て、実施例1と同様な製法で試料C1からC7までの7
種類の摺動部材を製造した。 (摩耗試験)また、試料C1からC7について実施例1
と同様な方法で摩耗試験を行なった。さらに、この摩耗
試験の結果を、樹脂被覆していないケイ素樹脂球よりな
る固体潤滑剤(東芝シリコーン株式会社製「トスパール
120」)を用いて作成した試料C8についての摩耗試
験結果とを比較した。得られた結果を表3に示す。
【0033】
【表3】
【0034】また、試料C1〜C8について乾式摩耗試
験と湿式摩耗試験の総合評価を行なうために図6を作成
した。ポリエチレン被覆ケイ素樹脂についても、実施例
1のポリエチレン被覆黒鉛の場合とほぼ同様に、ポリエ
チレン被覆ケイ素樹脂粉末組成物中のケイ素樹脂球の含
有量が20wt%(試料C1)から増加するに従って基
点0に近付き、50wt%(試料C4)で反転して次第
に遠ざかり、全体としてcで示すようなU字形の曲線を
示している。すなわち、本発明製品である試料C2〜C
6が乾湿両用の摺動部材として最も優れた特性を備えて
いることが分かる。一方、従来製品である試料8は、基
点0からはるかに離れた点にあり、乾湿両用の摺動部材
としは不適格であることが示されている。
【0035】
【発明の効果】本発明の乾湿両用摺動部材は、摺動特性
を有する充填材粉末の存在下においてオレフィン系モノ
マーを重合または共重合して得た合成樹脂被覆充填材粉
末組成物を耐水性の合成樹脂よりなるマトリックス中に
分散させて構成しているので、水中で使用しても水によ
る固体潤滑剤の流失を防止でき、長期にわたって優れた
耐摩耗性を維持することができ、潤滑寿命を向上させる
ことができる。また、充填材である固体潤滑剤の微粒子
は撥水処理されているので固体潤滑剤自体は直接水と接
触せず、水との反応が抑えられるので、固体潤滑剤の変
質や流出が少なくなり、潤滑寿命を向上させることがで
きる。
【0036】また、固体潤滑剤等の充填材粉末の表面に
合成樹脂の被覆が形成されているので、湿潤状態や水中
での使用に際し、固体潤滑剤等と水とが直接接触しない
ので固体潤滑剤の損傷や変質が少なく、自己潤滑性能を
長期にわたって維持することができる。また、この摺動
部材の製造段階において、混練作業等によりる機械的衝
撃や摩擦力を受けても、固体潤滑剤等の充填材粉末は樹
脂被覆されているので、損傷や熱酸化の影響を受けにく
く、自己潤滑性能を低下させることがない。
【0037】本発明の摺動部材は、上記のような特性を
有しているので、乾燥状態、湿潤状態はもとより、水中
においても使用可能であり、チェーン、軸受け、ガイド
レール等の摺動部材としては最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の摺動部材の断面図である。
【図2】従来製品の断面図である。
【図3】実施例1の本発明製品の摩耗試験の結果を示す
面図である。
【図4】実施例1の本発明製品と従来製品との比較試験
(乾湿総合評価)を示す面図である。
【図5】実施例2の本発明製品と従来製品との比較試験
(乾湿総合評価)を示す面図である。
【図6】実施例3の本発明製品と従来製品との比較試験
(乾湿総合評価)を示す面図である。
【符号の説明】
1 摺動部材(本発明製品) 2 合成樹脂被覆粉末組成物 3 補強材 4 合成樹脂のマトリックス 5 固体潤滑剤 6 樹脂被覆 11 摺動部材(従来製品) 12 固体潤滑剤 13 補強材 14 合成樹脂のマトリックス
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年3月11日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】また、試料B1〜B8について乾式摩耗試
験と湿式摩耗試験の総合評価を行なうために図5を作成
した。ポリエチレン被覆窒化ホウ素についても、実施例
1のポリエチレン被覆黒鉛の場合とほぼ同様に、ポリエ
チレン被覆窒化ホウ素中の六方晶窒化ホウ素の含有量が
20wt%(試料B1)から増加するに従って基点0に
近付き、50wt%(試料B4)から反転して次第に遠
ざかり、全体としてbで示すようなU字形をした曲線を
示している。すなわち、本発明製品である試料B2〜B
6が乾湿両用の摺動部材として最も優れた特性を備えて
いることが分かる。一方、従来製品である試料8は、基
点0からはるかに離れた点にあり、乾湿両用の摺動部材
としは不適格であることが示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10M 125:22 125:26 125:28 147:02 155:02 149:18) C10N 10:12 20:06 40:02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 摺動特性を有する充填材の存在下におい
    てオレフィン系モノマーを重合または共重合して得た合
    成樹脂被覆充填材粉末組成物を必要に応じて補強材と共
    に耐水性の合成樹脂よりなるマトリックス中に均一に分
    散させてなる乾湿両用摺動部材。
  2. 【請求項2】 上記摺動特性を有する充填材として、黒
    鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、ガラスビーズ、シリ
    カ球、ガラス長繊維パウダー、炭素長繊維パウダー等の
    無機系固体潤滑剤、ポリテトラフルオロエチレン、ケイ
    素樹脂粉末、ケイ素樹脂球、ポリアミド樹脂球等の有機
    系固体潤滑剤または銅粉、錫粉等の軟質金属系固体潤滑
    剤を用いることを特徴とする請求項1記載の乾湿両用摺
    動部材。
  3. 【請求項3】 上記摺動特性を有する充填材が上記合成
    樹脂被覆充填材粉末組成物中に20重量%〜80重量%
    含有されていることを特徴とする請求項1または2記載
    の乾湿両用摺動部材。
  4. 【請求項4】 摺動特性を有する充填材を高活性触媒成
    分にて処理したものを触媒とし、必要に応じてこれに異
    種の充填材を混合してオレフィン系モノマーを重合また
    は共重合して得た合成樹脂被覆充填材粉末組成物5重量
    %〜30重量%に炭素繊維、ガラス繊維、木綿粉、チタ
    ン酸カリウイスカ等の補強材0〜65重量%および耐水
    性の合成樹脂を主成分とする結合剤30重量%〜70重
    量%を混合した後、加圧成形することを特徴とする乾湿
    両用摺動部材の製造方法。
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