JPH11509247A - プレーンベアリング材料及びその使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 課題； 本発明の課題は、鉛又は鉛化合物に手を出すことなしに、熱可塑性合成樹脂含有合成樹脂軸受材料の利点に期待する、フィラー組合せの使用をすることである。解決手段； マトリックス材料と、少なくとも１つの弗素系熱可塑性合成樹脂及びフィラーから成る滑り材料とを備えたプレーンベアリング材料において、滑り材料はフィラーとして５〜４８容量％の窒化硼素と層構造を備えた２〜４５容量％の少なくとも１つの金属化合物とを有し、弗素系熱可塑性合成樹脂の割合は５０〜８５容量％であることを特徴とする前記プレーンベアリング材料。

Description

【発明の詳細な説明】 プレーンベアリング材料及びその使用法 本発明は、マトリックス材料と、弗素系熱可塑性合成樹脂及びフィラーから成 る滑り材料とを備えたプレーンベアリング材料に関する。また本発明はそのよう なプレーンベアリング材料の使用法にも関する。 合成樹脂ベース上に滑り層を備えた軸受材料は、一層、二層又は三層複合材料 として公知である。即ち、完全合成樹脂軸受、外方の金属の支持体及び直接取り つけられ又は接着された合成樹脂を備えた軸受、内方の金属組織を備えた軸受並 びに支持金属、焼結多孔質金属層及びこれらにかつ孔中に形成されたカバー層と から成る三層軸受である。これら全ての軸受は、大抵潤滑剤の使用が不可能か不 所望な領域に使用される。従ってこれらの軸受自体が、運転状態でこれらの潤滑 剤の機能を発揮しなければならない。 多層材料は、完全合成樹脂とは例えば負荷の下に冷間流動の起こり難い傾向、 本質的に良好な熱伝導性従ってこれと関連した明らかに可能な高いｐｖ−値によ って相違する。しかし、特定の場合、例えばコスト上の理由から完全合成樹脂も 有利である。 三層材料の間では、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のような弗素系熱可塑性合成 樹脂ベース上に滑り層を備えたものと、例えばＰＥＥＫのような他の合成樹脂ベ ース上に滑り層を備えたものとは区別され得る。これらの両群は、その機能方法 において相違する筈である。一方、青銅中間層は、ＰＴＦＥ−ベース材料では滑 り層の「アクチブ」な負荷支持構成部材でありかつフィラーのように作用し、他 の合成樹脂材料は青銅中間層を係止部としてのみ利用する。他の合成樹脂材料は 、金属背材に対する充分高い親和性を有する場合耐久性のある二層材料の製造を 可能にする。アクチブ滑り層自体の上で熱硬化性合成樹脂又は熱可塑性合成樹脂 は青銅の支持機能を担う。更に金属上に接着され充填された弗素系熱可塑性合成 樹脂フィルム又は合成樹脂と一体化された金属組織を備えたものが公知であり、 金属組織は金属背材上に接着されることができる。 三層材料は、最高の負荷容量と耐熱性を有するＰＴＦＥのような弗素系熱可塑 性合成樹脂ベース上に普遍的にかつ容易に製造可能である。製造プロセスにおい て合成樹脂拡散を介して均一なＰＴＦＥ／フィラー相が形成されかつ支持材料上 への圧延後ＰＴＦＥの最終的焼結によって最終複合材料が製造される。 そのような材料のために実用的に使用されるフィラーは、鉛及び二硫化モリブ デンであり、その際これらの材料は殆ど同様な性能を有する。これらのフィラー は潤滑剤のある場合にも適用されることができる。 多くの場合構造的問題の解決は、ＰＴＦＥ−滑り層を備えた保守不要のスペー ス節約プレーンベアリングの使用下で望まれる。しかし２ＭＰａｍ／ｓのｐｖ− 値で平均負荷及び速度領域（０．５〜１００ＭＰａ及び０．０２〜２ｍ／ｓ）内 にある負荷上限はこれらのプレーンベアリングの使用を制限することになる。 ドイツ国特許明細書４１０６００１号から、フィラーとしてＰｂＯの使用によ って性能のよい軸受材料が得られることができるが、鉛のような健康に有害なポ テンシャルを有する材料の使用はますます多くなる。更に例えば衝撃減衰ピスト ンロッドのための案内ブッシュとしての使用のための潤滑の不要な使用のために 最適な材料には適しない、そのわけはかかる材料はこれらの条件の下に必要な耐 磨耗性及び耐キャビテーション性を有さず又は摩擦値が不十分だからである。 ＰＴＦＥ及び二硫化モリブデンからのみ成る滑り層を備えた軸受材料はずっと 以前から公知でありかつこれまで最も頻繁に使用された潤滑材の不要な軸受材料 に属する。公知の固体潤滑材として窒化硼素も、たとい潤滑材特性が８００℃の 上方の温度で初めて有効であるとしても、ＰＴＦＥのための可能なフィラーとし て挙げられている。 二硫化モリブデンも窒化硼素も既にドイツ国１１３２７１０中にフィラーとし ての固体潤滑材の例として言及されている。しかしＰＴＦＥにおける二硫化モリ ブデンも窒化硼素もの同時使用は言及されていない。 本発明の課題は、鉛又は鉛化合物に手を出すことなく、熱可塑性合成樹脂含有 合成樹脂軸受材料の利点に期待するフィラー組合せの使用をすることである。 この課題は、フィラーとしての滑り材料は５〜４８容量％の窒化硼素と、層構 造を備えた２〜４５容量％の少なくとも１つの金属化合物とを有し、その際弗素 系熱可塑性合成樹脂の割合は５０〜８５容量％になることによって解決される。 容量割合はマトリックスを除く滑り材料に関するものである。 好ましくは窒化硼素はヘキサゴン変体である窒化硼素と、層構造を有する少な くとも１つの金属化合物とから成るフィラー組合せによって、これらのフィラー の各１つのみを有する軸受材料に対して合成樹脂軸受材料の特性が明らかに改良 されることができる。この特性として特に負荷容量、耐磨耗性及び耐キャビテー ション性が挙げられる。 金属化合物の層構造の下に、外力の作用の際に原子構造物質の僅かな交換作用 によって所定の格子平面の滑りを容易にするという形で結晶構造の異方体が理解 される。金属化合物として例えば二硫化モリブデン及び又は硫化タングステン及 び又は硫化チタン及び又は沃化チタンが挙げられる。 弗素系熱可塑性合成樹脂として、好ましくはＰＴＦＥ又はＥＴＦＥ、ＰＣＴＦ Ｅ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ又はＦＥＰの１つ又は複数の弗素系熱可塑性合成樹脂 の添加されたＰＴＦＥが対象となる。 有利な特性は、特にマトリックス材料が滑り材料が装入されている青銅骨格で あるか又はマトリックス材料が微細の滑り材料の混入された熱可塑性合成樹脂で ある場合に発揮され、その際全プレーンベアリング材料に対する合成樹脂マトリ ックス材料の割合は６０〜９５容量％、好ましくは７０〜９０容量％である。 合成樹脂マトリックス材料は好ましくはＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤＦ、ＰＳＵ、Ｐ ＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ又はＰＩを有する。 ＰＴＦＥ−焼結青銅−ベース上のプレーンベアリング材料では、性能は、潤滑 しない条件の下で平均の負荷及び速度領域で、５ＭＰａｍ／ｓまでのＰＶ値が達 成されることができるように改良される。同時にこれらの材料は改良された耐キ ャビテーション性及び技術水準に匹敵する油潤滑の下での摩擦値とによって特徴 づけられる。ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤＦ、ＰＳＵ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、Ｐ ＡＩ又はＰＩのような他の合成樹脂マトリックスを備えた弗素系熱可塑性合成樹 脂含有材料でも、耐磨耗性は本発明によるフィラー組合せによって、単一成分を 充填された変形に対して明らかに高められている。 好ましくは窒化硼素の割合が６．２５〜３２容量％及び金属化合物５〜３０％ である。これらのフィラーの粒子の大きさは好ましくは４０マイクロｍ、特に２ ０μｍ以下である。 本発明の範囲以外ではＰＴＦＥ及び窒化硼素又はＰＴＦＥ及びＭｏＳ₂の組合 せに対して本質的な改良は達成されない。しかし窒化硼素／硫化金属のフィラー 組合せの４０容量％まで、しかし好ましくは２０容量％よりも多くない組成から 出発して、熱可塑性合成樹脂又は例えばポリイミド又はポリアミドイミドのよう な耐高温性熱可塑性合成樹脂、例えばグラファイトのような繊維物質、例えばコ ークスのような顔料及び例えばグラファイト短繊維又はアラミド繊維のような繊 維物質又は例えば炭化硼素又は窒化珪素のような硬質物質によって置換すること が可能である。 本発明による滑り材料は熱可塑性合成樹脂から成るマトリックス材料と関連し て中実合成樹脂滑り材料として使用されることができる。しかしプレーンベアリ ング材料は多層材料の滑り層としても使用されることができ、その際滑り層は直 接金属背材上に付けられることかできる。焼結青銅マトリックスを有する滑り層 を備えた最後に述べた多層材料は、例えば鋼又は銅合金又はアルミニウム合金の ような焼結金属上に０．０５〜０．５ｍｍ層厚さの青銅が、それが２０〜４５％ の孔容積を有しかつ青銅自体の組成が５〜１５％の錫及び選択的に１５％までの 鉛の組成を有するように焼結される。滑り材料混合物は圧延によって、多孔質下 地上に、孔が完全に充填されかつ使用目的に応じて０〜５０μｍの厚さのカバー 層が得られるように付けられる。次に材料が炉中で熱処理され、その際含まれる ＰＴＦＥは、終了される圧延工程で最終複合材及び必要な最終寸法をつくるため に、３分間３８０°Ｃで焼結される。 本発明の例を次に図面及び表に基づいて詳しく説明する。 図１はフィラーでの窒化硼素含有率に依存する磨耗率を示す図である。 図２〜図４は表に纏められた研究結果のグラフ表示である。 滑り材料混合物の製造は、例１に関して下に記載されるように、ＰＴＦＥ拡散 を介して行われることができ、例１は、ＰＴＦＥ拡散が次に行われる凝固の際均 一に分配されるように混合される。この際ペースト状の材料が生じ、材料は次の 成層プロセスにとって必要な特性を有する。 例１ 水１２Ｌ、硫酸ラウリルナトリウム２５ｇ、窒化硼素３ｋｇ、硫化モリブデン １５．９ｋｇ及び３５％のＰＴＦＥ分散物３４ｋｇが２０分間強力に撹拌される 。それから２０％の硝酸アルミニウム溶液１００ｇが加えられる。続いて行われ る凝固後１Ｌのトルオルが混合物中に混合撹拌され、そこで生じた液体が除去さ れる。 表１〜表４に記載されたＰＴＦＥ／青銅−マトリックス滑り層を備えた三層系 の群から成る例は、全てこの方法で製造される。従って次に合成樹脂混合物の組 成のみを記載する。 記載された方法で製造された材料は本発明による組成で摩擦値に関しても磨耗 強度に関してもＰＴＦＥ／ＭｏＳ₂又はＰＴＦＥ／Ｐｂベースの標準材料より優 れている。 磨耗強度及び摩擦値のような特性を研究するために、ＰＴＦＥ、窒化硼素及び 二硫化モリブデンから成る組成が大きな範囲に亘って変えられかつ１．２５ｍｍ の鋼、０．２３ｍｍの青銅及び０．０２ｍｍの合成樹脂カバー層から成る記載の 三層材料の試料が作られる。この試料の０．７８ｃｍ²の試料片によって、ピン ／ロール−摩擦測定器によって周囲速度０．５２ｍ／ｓ及び負荷１７．５ＭＰａ で磨耗率が測定されかつ標準材料と比較される。標準材料として８０容量％のＰ ＴＦＥと２０容量％のＭｏＳ₂から成る合成樹脂層を備えた記載の種類の複合材 料が使用される。 図１にはフィラーの窒化硼素含有量に依存した磨耗率が表され、全フィラーは ３０容量％に一定保持された。本発明による細い縞線で表された領域には明確な 磨耗最小値が存在し、磨耗最小値は例えば二硫化モリブデンのみが含まれる場合 よりも何倍も良好な組成であることを証明する。 本発明によって得られることができる改良を明らかにするために表１に記載さ れた摩擦値及び磨耗率と共にピン／ロール−試験を施された組成に更に試験が行 われた。図２中に結果がグラフで対比して表示され、グラフは各場合にフィラー 組合せが両成分の一方の使用の場合よりも際立って良好であることを示す。 表２及び図３に比較して表わされた例組成７〜１１の結果から、本発明による 材料が、積極的な特性を失うことなく他の成分とも組合され得ることが分る。 その上硫化タングステンの有効性が試験された。ピン／ロール−試験の相応し た結果は表３に表されている。本発明による効果の招来のために二硫化モリブデ ンに構造的に類似する材料が好適で有り得る。 例番号１及び３のから直径２２ｍｍのブッシュが製造されかつ回転する試験経 過でその限界負荷が検査された。限界負荷として最も高い負荷１３．５ｋｇが達 成された。障害基準は温度の急激な上昇であり、これは後の研究では９０μｍの 平均の磨耗深さと等価である。試料３の結果は他の評価ではｐｖ−値４．５ＭＰ ａｍ／ｓに相応する。結果は図４中技術水準に対比して表されている。 表４は本発明による材料がその衝撃減衰適用における性能が技術水準に対して 同等であることを示す。耐キャビテーション性も摩擦値も匹敵している。表には 衝撃減衰試験プログラムが極端なキャビテーション応答を基礎としてつくられて いる。摩擦値は１０００Ｎの負荷及び滴下潤滑の下での２０ｍｍ／ｓの滑り速度 ではブッシュで衝撃減衰ピストンロッドに対する寸法で求められた。 本発明を有利に実施する他の可能性は、本発明による滑り材料混合物がＰＴＦ Ｅと共に例えばＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤＥ、ＰＥＳ、ＰＳＵ、ＰＥＥＫ、ＰＩ、Ｐ Ａ又はＰＥＩのような他のポリマーから成る熱可塑性マトリックスに処理しかつ これを任意の方法で滑り要素に処理し、例えば金属背材上に青銅中間層を介して 又は青銅中間層なしに取りつけ又は完全合成樹脂に製造することにある。その際 熱可塑性割合は６０容量％と９５容量％の間、好ましくは７０容量％と９０容量 ％との間で変えられることができる。 本発明による弗素系熱可塑性／窒化硼素／二硫化モリブデン混合物は粉体混合 物としてアルミニウム青銅地上に分散され、溶融されかつ圧延される。例として ＰＥＳ化合物の摩擦工学的特性への影響が使用されるが、他の多くの熱可塑性も マトリックスとして使用可能である。 図５はＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ／ＭｏＳ₂、ＰＴＦＥ／ＢＮ及びＰＴＦＥ／ＢＮ／ ＭｏＳ₂とＰＥＳの化合物の摩擦値及び磨耗率が、本発明による効果を明らかに するために示す。正確な組成及び測定値は表５から分る。最良の値は例１４によ って達成される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １．マトリックス材料と、少なくとも１つの弗素系熱可塑性合成樹脂及びフィラ ーから成る滑り材料とを備えたブレーンベアリング材料において、 マトリックスは、滑り材料が装入されている多孔質青銅骨格であるか、又はマ トリックスは、ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤＡ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ若しくはＰ Ｉから成り、マトリックス中に微細粒度の滑り材料が混入されており、その際全 プレーンベアリング材料に対するマトリックスの割合は６０〜９５容量％であり 、そして滑り材料はフィラーとして５〜４８容量％の窒化硼素と層構造を備えた ２〜４５容量％の少なくとも１つの金属化合物とを有し、弗素系熱可塑性合成樹 脂の割合は５０〜８５容量％であることを特徴とする前記プレーンベアリング材 料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マトリックス材料と、少なくとも１つの弗素系熱可塑性合成樹脂及びフィラ ーから成る滑り材料とを備えたプレーンベアリング材料において、 滑り材料は、フィラーとして５〜４８容量％の窒化硼素と、層構造を備えた２ 〜４５容量％の少なくとも１つの金属化合物とを有し、弗素系熱可塑性合成樹脂 の割合は、５０〜８５容量％であることを特徴とする前記プレーンベアリング材 料。 ２．弗素系熱可塑性合成樹脂では、ＰＴＦＥ又はＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴ ＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ又はＦＥＰの１つ又は複数の弗素系熱可塑性合成樹脂を 添加したＰＴＦＥが対象となる請求の範囲１記載のプレーンベアリング材料。 ３．金属化合物ではＭｏＳ₂、硫化タングステン、硫化チタン又は沃化チタンが 対象となる、請求の範囲１又は２記載のプレーンベアリング材料。 ４．窒化硼素がヘキサゴン変体で存在する、請求の範囲１から３までのうちのい ずれか一記載のプレーンベアリング材料。 ５．窒化硼素の割合が６．２５〜３２容量％及び金属化合物の割合が５〜３０容 量％である、請求の範囲３又は４記載のプレーンベアリング材料。 ６．フィラーが４０μｍ以下の粒度を有する、請求の範囲１から５までのうちの いずれか一記載のプレーンベアリング材料。 ７．フィラーが２０μｍ以下の粒度を有する、請求の範囲６記載のプレーンベア リング材料。 ８．窒化硼素／金属化合物のフィラー組合せの４０容量％までが他の添加物によ って置換されている、請求の範囲１から７までのうちのいずれか一記載のプレー ンベアリング材料。 ９．添加物ではＳｉ₃Ｎ₄又は炭化硼素のような硬質材料の群と、コークスのよう な顔料と、グラファイト−短繊維又はアラミド繊維のような繊維材料と、グラフ ァイトのような固体潤滑剤又はＰＡＩ又はＰＩのような耐高温熱可塑性合成樹脂 のうちの１つ又は複数の群を対象とする請求の範囲８記載のプレーンベアリング 材料。 １０．マトリックスが滑り材料が装入されている多孔質の青銅骨格である、請求 の範囲１から９までのうちのいずれか一記載のプレーンベアリング材料。 １１．マトリックスが熱可塑性合成樹脂であり、熱可塑性合成樹脂には微細な粒 度の滑り材料が混入されており、その際全プレーンベアリング材料に対するマト リックスの割合は６０〜９５容量％である、請求の範囲１から９までのうちのい ずれか一記載のプレーンベアリング材料。 １２．マトリックスが、ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＶＤＦ、ＰＳＵ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、Ｐ ＥＥＫ、ＰＡＩ又はＰＩから成る、請求の範囲１１記載のプレーンベアリング材 料。 １３．請求の範囲１から１２までのうちのいずれか一記載のプレーンベアリング 材料の中実合成樹脂滑り要素としての使用法。 １４．請求の範囲１から１２までのうちのいずれか一記載のプレーンベアリング 材料の金属背板に取りつけられる滑り層としての使用法。