JPS5926620A - 複合摺動部材の製造方法 - 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】 この発明は、繊維強化プラスチックの補強層を有するフ
ッ素樹脂系複合摺動部材に関する。

フッ素樹脂は、そのすぐれた耐熱性、耐薬品性。

とくに、あらゆる固体中でもつとも摩擦係数が小さいと
いう特性に由来して、シャフトの軸受、ピストンのシリ
ンダ等の摺動部材として賞月せられている。

そのような摺動部材は、通常、充填材を配合し、もしく
け配合しないフッ素樹脂モールデングパウダを、目的と
する摺動部材の外形を内面形状とした金型内に入れてプ
レスし、それによっていわゆる予備成形品となし、つい
でこれを炉内で焼結する圧縮成形法によって製造して来
た。しかし、このやり方では、所望寸法精度が出にくい
し、偏肉を生じ易い。どうしても切削のような仕上げ工
程の付加が必要とされる。また、それに使用する芯型は
周知の通り極めて高価であり、樹脂の使用量は頗る大き
い。例えば内径３０′ＭＩＩの管状摺動部材にあっては
、その肉厚は０．５Ｍあれば十分であるとされているに
拘らず、圧縮成形法による限り、寸法精度、偏肉、焼成
前後の形状保持力などの観点から、その数倍もの厚肉の
ものを作らざるを得ないのである。換言すれば、摩耗に
対抗した寿命をはるかに上方る肉厚の成形品を作ってい
るのであって、圧縮成形法よりも薄肉の成形品が製造で
きるとされるペースト押出法を採用したとしても、上記
サイズの摺動部材の製出は困難である。

本発明は如上観点に立って為されたものであって、充填
討入ポリテトラプルオロエチレン（ＰＴＦＥと略ス）フ
ァインパウダの生フィルムを、所定芯型の外表面に被着
させ、その状態のま＼で加熱焼結することにより、摺動
層を形成させ、該層の外表面に繊維強化プラスチツク補
強層を一体的に固着させ、その後、前記芯型を抜去して
成る複合摺動部材である。

と＼にＰＴＦＥファインパウダとは、テトラフルオロエ
チレンを乳化重合して得られるディスパージョンより凝
析分離した基本粒子径０．２〜０．４ミクロン、分子量
少くとも３００万程度の重合体であって、外見上、前記
粒子が多数集合して４５０ミクロン程度の二次粒子を形
成している。

このものは流動パラフィン、ケロセン、ホワイｔオイル
、ソ、ルベントナフサのような石油系助剤と親和性に富
み、その１５〜２５重鷺％を配合したものであるコンパ
ウンドは、常温で塑性変形性にすぐれるので、いわゆる
ペースト押出が適用できる。このコンパウドに対し、も
しくは該コンパウドｆＡ造と同時に、上記特性を失わな
い範囲で、各種充填材を配合することができる。本発明
に使用せられる充填材は、本発明目的物が摺動部材であ
るところから、耐摩耗性の改善に資するような充填材、
具体的にはガラス、コークス、グラファイト、ポリフェ
ニルオキシド樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂（Ｐ
ＰＳ）あるいはポリイミド樹脂などの微粉末であり、そ
の配合量は５〜５０％程度である。

本発明に使用する生フィルムとは、上記充填打入ＰＴＦ
Ｅファインパウダを押出機によって、丸棒状に押出し成
形したものをカレンダロールによって厚さ１００〜１０
００ミクロン程度の薄膜となし、ついで、このものから
、前記助剤をトリクロｏｘ（３） チレン、アセトン、四塩化炭素などの一有機溶剤で抽出
するか、又は加熱することにより除去したものである。

このフィルムはまた、適宜の巾に切断し、テープとして
用いられる。

本発明において、生フィルムが被着さるべき芯型は、目
的とする摺動部材摺動面の大きさおよび形状を外面形状
として具え、かつＰＴＦＥの焼結温度において軟化した
り、変形したりしない材料で製造された型である。その
ような材料としては金属、セラミック′ないしはガラス
などが挙げられる。

このような芯型に前記テープを被着させるには、生フィ
ルムを、その厚さが摺動面の摩損を考慮した必要な寿命
をもつ厚さまで重ねて被覆することである。芯型が丸棒
ないし角棒のような棒材であるときは、テープ状の生フ
ィルムを、その外表面に必要厚さに達するまで巻き重ね
ればよい。それはラッピング電線の製造に際して従来か
ら行われていた４ころと異らない。所望厚さに達するま
でに生フィルムを巻き重ねたら、芯型を抜去することな
く、加熱し焼結に服せしめる。焼結は通常の加（４） 熱炉内で３６０〜４００’Ｃに加熱することによって達
せられる。即ち、該加熱間に残存する石油系助剤は揮散
し、ＰＴＦＥファインパウダ粒子相互は融着して一体化
する。その際生フィルムは若干の体積収縮を起すが、径
方向の収縮は、該芯型によって阻止されるので、芯型の
体線膨張以上には寸法安定性は損われずこ＼に本発明に
係る摺動層が形成される。

本発明にあっては、焼結が完了したら、摺動層の外表面
に冷却後繊維強化プラスチック（ＦＲＰと略す）補強層
を一体的に固着させる。こ−に使用するＦＲＰとは、繊
維状のガラス、石綿などを強化材とし、不飽和ポリエス
テル、エポキシ樹脂、７エ／−ル樹脂などの熱硬化性プ
ラスチックスをマトリックスとした複合材料をい−１そ
れ自体は公知に属し市販もされている。

摺動層の外表面に、ＦＲＰを一体的に固着させて補強層
となすには、摺動層表面に未硬化のＦＲＰを　ゝ捲着し
、ついでそのＦＲＰに特有な硬化処理、例えば所定温度
に加熱すればよい。その場合、摺動層と補強層との一体
的固着を保証するために、摺動層形成の焼結に先立って
、その外表面に、エンボスのような手段により機械的に
アンカ一部を形成させるとか、摺動層外表面を金属ナト
リウム溶液などによる脱フッ素の化学的処理を施こすが
よい。

上記の通りにして、ＦＲＰ補強層が完成したならば、あ
とは芯型を抜去するだけで、目的とする摺動部材が得ら
れる。しかし、目的とする摺動部材の外形が重要である
ような場合には、芯型の抜去に先立って、切削ないし研
磨のような手段によって、所望外形に整形加工する必要
がある。

実施例１ 平均直径約１２μ、平均長約１００μのガラス繊維粉末
３０重量％を充填したＰＴＦＥファインパウダ（ダイキ
ン工業（株）製、商品名「ポリフロン。

ＦＰＧ　−１０６０）の、カレンダ加工によって得られ
た生フィルムのテープ（厚み１５０μ、巾１５ｆｆ）を
、第１図に示した通り、外径２０±０．０１　ｕφ、長
さ３００　ｆｌのステンレス製の丸棒である芯型（１）
の外表面に捲着する。

捲着の仕方は同図（イ）に示したように、生テープ（２
）の側辺が隙間なく接合するように巻きつけて行き、芯
型（１）の表面が−通り被われたら、つぎは（ロ）図に
示したように、第１回目の巻きつけで生じた側辺の接合
線（３）を覆うように、第２回目の巻きつけを行う。巻
きつけが済んだら、加熱炉内に３７０℃で１時間加熱し
た。それによって生テープ内に残存していた助剤は駆出
され、ＰＴＦＥ粒子相互間は焼結して同（ハ）図に符（
４）で示した一体もの＼摺動層となった。

炉から取り出し、室温まで冷却したら、ついで、ガラス
繊維を強化材とし、不飽和ポリエステル樹脂をマトリッ
クスとしたＦＲＰ　（日東紡績■製。プリプレグクロス
ｗｐ　１ｓ−１０３、ＰＮ　−８２）を、外径で２６ｏ
５闘になるまで巻き重ね、ついで１００°Ｃで３０分間
、続いて１５０°Ｃで３０分間加熱することによって硬
化させ、それによって補強層（５）を形成させた。

つぎに、外径精度２６±０．１１に仕上けるため、研磨
を行い、それが済んだのち、芯型（１）を抜去（７） し、と＼に第１図（ニ）に示した通り管状の本発明複合
摺動部材（Ｓ）が得られた。

該摺動部材（Ｓ）について第２図示のラジアル摩耗試験
機（大昭化学機械工業■製）を用い、軸受としての耐摩
耗性を試験した。即ち、該機の回転シャ７　）　（６）
外周面に、管状の相手材（７）を嵌め込みビン（８）で
固定させる。また試験用テストピース（９）を、前記相
手材（７）の外周上に嵌着させ、これを試験機のケーシ
ング（１０）に、止め輪（１１）で固定し、かつ前記シ
ャ７　）　（６）には、ナツトをかけて、相手材（７）
の固定をより堅確ならしめる。

他方、ケーシング（１０）は荷重シャ７　）　（１２）
にビン（１３）で固定され、前記シャフトを介して、相
手材（７）とテストピース（９）との間に所定面積圧が
加重される。なお、（１４）は加重を負荷するに必要な
スプリング、（１５）はその調整に必要とされるスライ
ドブツシュである。

このような試験機を用い、上述した実施例１の摺動部材
を巾１３ｆｆに輪切とし、これをテストピース（９）と
して用いた。相手材（７）としては、外（８） 径１９．５１１！、表面アラサＨｍａｘ　５　μのＳＵ
Ｓ　３０４管体を用いた。

試験条件は、投影面積圧４１ｇ／Ｃｒｘ、周速度１５ｍ
／分とし、室温で１００時間の連続軸受テストを行う。

その結果、摩耗係数は５　Ｘ　１Ｏ−１０ａｔ３／ｋｇ
−ｍという好成績であり、また摺動層と補強層との剥離
は全く生じなかった。

実施例２ 実施例１の摺動部材製造に当り、芯型を抜去する際、お
よび製品を輪切りして行った軸受テストでは、へクリの
発生を見なかった。しかし１輪切りしたテストピースを
第３図に示したように軸方向に切断し、摺動層（４）と
補強層（５）との境界面において、同図中矢符で示した
ように、指先の力で強く剥ぐと、両層にはがすことがで
きた。

そこで実施例１において、生テープ捲着層を焼成して得
た摺動層（４）の外表面を、金属す）　ＩＪウム溶液か
らなる処理液（用研ファインケミカル■製、商品名ＳＤ
−す７タレン）に１分間浸漬したのち、水洗することに
よって脱フツ素処理し、っいで実施例１の場合と全く同
様にして本発明摺動部材を製造した。

と−に得られた摺動部材について、上に記載したと同じ
く輪切りにし、軸方向に切断して剥離試験を行ったとこ
ろ、密着強度は大巾に増大していた。また、剥離面の状
態を視察すると、実施例１の部材に較べて、摺動層（３
）への硬化ボリエスル樹脂の付着が大きく、つまり剥離
による破壊が補強層（５）内で行われていると認められ
た。

念のために、実施例１記載の材料により、第４図に示し
た接着試験片（２０）を作製した。同図中、符（２１）
は摺動層に相当するＰＴＦＥ焼結テープ、（２２）は補
強層に相当するＦＲＰテープであって、前者の厚さは１
５０μ、後者の厚さけ３００μである。両テープ共巾は
１０ｆｆであり、両テープの重なり長窟ｌを１０ｆｆと
し、その部分に、第１表所載のＡ。

Ｂ二連りの接着手段をとった。

これら、Ａ、Ｂ両試験片の両端を指先に摘持して、長手
方向に引張った結果は、第１表に示した通りである。

第　　　　１　　　　表 実施例３ 平均粒径５μのグラファイト粉末５０重量％を充填した
ＰＴＦＥファインパウダをカレンダ加工によりフィルム
化し、助剤を抽出乾燥した厚さ１００μ、巾１５ｍ１１
１のテープ状生フィルムを、実施例１記載の芯型に３回
巻き重ね、同側と全く同じにして摺動部材を作製した。

この部材の摺動層と補強層との剥離強度は十分に高いこ
とが確認できた。そこで実施例２記載の接着強度試験を
行ったところ、とくに金属Ｎα溶液による脱フツ素処理
を施こさなくても、テープの破断強度以上の接着性が認
められた。

ところが、３重に巻き重ねたテープ相互間の焼結による
融着は不十分で、爪先の力で容易に剥れ（ｎ） た。

実施例４ 実施例３の場合テープ相互間の焼結による融着強度は不
充分であった。そこで２重目の生テープとして充填材の
入らないＰＴＦＥ未焼結テープ（ネジシール用テープ、
厚さ９０μ）を用いて見た。

その他の点は実施例３と同じである。かくして得た摺動
部材にあっては、テープ相互間の融着性がすぐれている
ばかりでなく、摺動および補強両層の接着性も、またす
ぐれていた。

実施例５ 実施例１の充填材ガラス粉末に代えて、平均粒径５μの
コークス粉２５重量％を充填した厚さ１００μのテープ
状生フィルムを用いたこと、その重ね巻き回数は５重巻
きであること以外製造法は実施例１の記載と異らない。

かくして得られた摺動部材を、実施例２に記載したよう
に輪切りにして第３図について説明した剥離試験を行っ
た。この場合、摺動層と補強層との剥ｍけ容易であった
が、摺動層内におけるフィルム相互間の焼結によ（１２
） る融着は不十分であった。

実施例６ 実施例５において、テープ状のＰＴＦＥ生フィルムを５
回捲き重ね、芯型に付したま一炉内に装入し、焼結を行
って摺動層（４）を形成せしめたのち、その外表面に第
５図に示した通りのローレット目を （１６）エンボスし、ついで実施例１記載と同様にし八 て補強層（５）を一体重に固着させて本発明摺動部材を
製出した。

？：、−にローレット目というのはピッチ１．５寵で格
子状に直交する溝模様を指し、その溝は、深さ０．２ｆ
ｉで外表面に対し６０°の角度に開かれている。

上述した本発明摺動部材を用い、これを輪切すにして、
第３図で説明した通りの剥離試験を行った。剥離した補
強層（５）の面には、摺動層（４）外表面上に刻まれた
ローレットの複写模様が、ポリエステル樹脂の硬化模様
として転写されてψた。

この摺動部材から、実施例１記載の軸受テスト用のサン
プルを作り、同側所載の軸受はテストを行ったところ、
摺動層（４）の脱輪はなく、該層と補強層（５）とは、
いわゆる地獄げめとなっていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明摺動部材の製造順序を示す一部断面説
明図、第２図はラジアル磨耗試験機の要部説明図、第３
図は実施例２の前半に記載した剥離試験用テストピース
の説明用断面図、第４図（イ）は同じ〈実施例２の後半
に記載した接着試験用テストピースの左側面図、同（ロ
）はその正面図、第５図は実施例５のローレット目の説
明図である。 １は芯型、２＃′ｉ生テープ、３は接合線、４は摺動層
、５は補強層、６は回転シャフト、７は相手材、８はビ
ン、９はテストピース、１０はケーシング、１１は止め
輪、１２け荷重シャフト、１３はビン、１４はスプリン
グ、１５はスライドブツシュ、１６はローレット目 出願人　ダイキン工業株式会社 代理人　弁理土石間壬生弥 （ほか１名） 第１図 ｕｂノ 第３図 第４図 とイ）　　　　　　　　　　閑） 第５図 手続−？由正書（自発） 昭和５８年９　月　２日 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１３５５３９号 ２、発明の名称 複合摺動部材 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 大阪市北区梅田１丁目１２番３９号 新阪急ピル （２８５）ダイキン工業株式会社 自発 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第３頁第６行「製出」とあるを１製造」と
訂正する。 （２）明細書第９頁第４行の「（大昭化学機械工業ＫＫ
製）」の「製」を削除する。 以」ニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）充填討入ポリテトラフルオロエチレンファインパウ
   ダの生フィルムを、所定芯型（１）の外表面に被着させ
   、芯型を付した状態下に加熱焼結して摺動層（４）を形
   成させ、ついで該層の外表面に繊維強化プラスチツク補
   強層（５）を一体的に固着させ、その後、前記芯型を抜
   去して成る複合摺動部材 ２）充填材は、ガラス粉末である特許請求の範囲１）記
   載の摺動部材 ３）補強層の一体的な固着は、摺動層（４）外表面の脱
   フッ素ないしエンボスによるものである特許請求の範囲
   １）および２）記載の摺動部材