JPS61108651A - 軸受材料 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、軸受材料に関するものであシ、さらに詳しく
述べるならば四弗化エチレン樹脂を主成分とする樹脂軸
受材料に関するものである。樹脂軸受材料は、例えば自
動車用ショックアブソーバ−のガイドブツシュおよびピ
ストンリング等に用いられている。なお、近年のエンジ
ンの出力向上と、自動車の乗心地の一層の重視とくよシ
、ショックアブソーバ−の性能向上が重要な問題とな）
ガイドブツシュ等の摺動性能の一層の向上が望まれてい
る。

（従来の技術） 自動車に使用されるショックアブノーパーのガイドブツ
シュおよびピストン摺動部に樹脂摺動材料を用いる場合
起こフうる材料の摩耗等を図面金参照して説明する。シ
ョックアブノーパーには、ストラクト方式サスペンショ
ン、ダブルライシュボン方式サスペンション等に取付け
られるが、ここではストラクト方式を代表例として第２
図を参照して説明を行なう。

第２図において、１はショックアブソーバ−のシリンダ
（全体の上部のみが図示されている）、２はピストン、
３はピストン２の外周に設けられたシリンダｌと摺動す
るピストンリング部、４はピストン２に同着されたピス
トンロッド、５はピストンロッド４と摺動するガイドブ
ツシュ、６はガイドブツシュ４を内面に接着するロッド
ガイド、７はリングナツト、８はシール部材である。図
示されているように、自動車走行中にはピストンロッド
４がガイドブツシュ５に対して、またピストンリング３
がシリンダ１の内面に対して、片当シになった状態で、
ピストンロッド４が上下動する。

周知のようにショックアブソーバ−は、ナスペンション
のコイルまたはリーフばねの戻り力をやわらげ自動車の
乗心地をよくすることにあるために、その本造とともに
摺動部（１：　３１４　：　ｓ　）の摺動特性を向上す
ることが重大である。これらの摺動部にて起こる問題は
次のとおシである。

（イ）　自動車の走行距離がある程度以上になると、摺
動部の摩擦力が増大して乗心地が悪くなる。

（ロ）相手材であるピストンロッド４およびシリンダｌ
に摩擦疵が発生する結果、摩擦力が増大し乗心地が悪く
なるとともに、相手材（１，４）の摩耗によシショック
アプンーパーの減衰量が低下し、コーナリング時のふん
ばシ、徐動の減衰性が低下する。

自動車用ショックアプンーパー、フォークリフトの昇降
軸受等に、用いられる軸受材料として、特公昭５４−２
６６５５号公報には、Ｃｕ　、　Ｆｅ焼結層による多孔
質部を形成した裏金鋼板上に、四弗化エチレン樹脂、亜
鉛および酸化アルミニウムよシなる混合物を含浸せしめ
た材料が提案されている。

さらに、同様な用途に用いられる複層軸受として、四弗
化エチレン樹脂と、四弗化エチレン−パー７０口アキル
ビニルエーテル共重合ｍ脂ｇ、金に社覆した材料を用い
ることが特開昭５８−２８０１６号公報に提案されてい
る。

いわゆる軸受用樹脂材料の分野では、四弗化エチレン樹
脂（以下、ＰＴＦＥという）はその低摩擦性故に汎用さ
れている。但し、ＰＴＦＥは耐摩耗性にあまシすぐれな
いために、上述の特公昭５４−２６６５５号公報の如く
、添加材を併用して軸受材料として用いられていること
が多い。また、添加材としては、特開昭５８−２８０１
６号公報のように、樹脂材料を用いるものである。さら
に１ＰＴＦＫと混合しであるいは単独で芳香族ポリエス
テル（住友化学商品名エコノール）を軸受材料として、
具体的用途に関してはピストンリング、あるいはタイプ
ライタ−、モーター等の摺動部品に用いることが知られ
ている。

本発明は上述の各種軸受材料の性能を向上させ特にショ
ックアブンーパー用ガイドブツシュ（第２図５）および
ピストンリング（第２図３）として適した材料を提供す
るものである。

（発明が解決しようとする問題点） 従来ショックアブソーバ−用摺動材料として提案されて
いるＡ１２ｏ３含有ＰＴＦＥには次のような問題点があ
る。荷重が高くなると摩擦係数が増加し、耐摩耗性が悪
くなる傾向があるために、苛酷な運転条件下でショック
アブソーバ−の効果が弱められる。次に、試験時間とと
もに摩擦係数が増大する傾向が大であるために、自動車
の走行距離とともに乗心地が悪くなる傾向が強い。さら
に、相手材を疵つける傾向が強い。

一方、芳香族ポリエステル−ＰＴＦＥ混合材料は、上述
のＡＡ’２０．含有ＰＴＦＥＯ問題点を概して緩和して
いるが、近年の乗心地が重要視される自動車のショック
アブソーバ−の性能を十分にみたすには至っていない。

特に、大荷重をかけた場合あるいは小荷重を繰返しかけ
た場合に、芳香族ポリエステル−ＰＴＦＥ混合材料の性
能劣化が著しいために、芳香族ポリエステル−ＰＴＦＥ
を仮にショックアプンーパーに用いることを検討しても
、芳香族ポリエステルがＰＴＦＥよシ現在２倍以上高価
であることを加味するならば、該混合材料を用いる利点
は特にないと言える。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は上述の問題点を解決するために、各種材料
の摺動特性調査予備実験を行なった。

第１図は、ＰＴＦＥ　＋　３チＡ７２０．混合材料（ム
印）およびＰＴＦＥ　＋　３％ＡＪ２０３　＋　２０チ
芳香族ポリエステル（住友化学商品名エコノールＸＯ印
）を下記条件で試験して求めた摩擦係数変化を示す。

試験機ニスラスト試験機 荷重：　１００，２００，３００，４００，５００ｋｌ
ｉ’　＃ｒ増被試験材周速：　０−２ｒｒｖ’Ｓ　（回
転数２００　ｒｐｍ）相手材：　５ＵＪ２（Ｈｖ７００
〜８００　）潤滑゛法：ショックアプソーパオイル３滴
滴下第１図よシ、芳香族ポリエステルは摩擦係数の絶対
値を低くするとともにその耐荷重安定性を高めるのに有
効であることが分かる。

第３図は、第１図と同様の材料の他に、ＰＴＦＥ＋１０
％Ｚｎ　＋　３　％　ＡＪ２０３混合材料（０印）を下
記条件で試験して求めた摩擦係数変化を示す。

試敗機ニスラスト試敗機 荷重：　５００ｋｇ（一定） 被試験材周速：０，００２ｍ／Ｓ 相手材：　５ＵＪ−２（Ｈｖ７００〜８００　）潤滑：
ショックアブソーバオイル−筒部下問、この試験はシ、
ックアプンーバ軸受のような片ｉｂをする状態、すなわ
ち境界潤滑になるようにシーミレートさせて試験を行っ
たものである。

第３図より、芳香族ポリエステルは、摩擦係数の絶対値
を低下させ、試験初期から全試験時間にわたって安定さ
せることが分かる。

上記第３図の場合と同じ条件で、第３図と同様の材料の
他に下記材料についての摩擦係数変化を調査した。

ＰＴＦＥ＋２０％芳香族ポリエステル＋３％ｋ１２０．
＋２チＭｏＳ２−＠印 ＰＴＦＥ＋　２％芳香族ポリエステル−Δ印結果を第４
図に示す。

第４図から分かるように、ＰＴＦＥに芳香族ポリエステ
ルを添加すると（Δ）、摩擦係数が安定化するが、長時
間の摩擦下では芳香族ポリエステル無添加材料（ム９口
）と同等程度まで摩擦係数が徐々に増力口する。一方、
ＰＴＦＥにＡＩ！２０５と芳香族ポリエステルを同時添
加すると、摩擦係数は長時間にわたって低いレベルで安
定化する。

本発明は上述の知見に基づいて完成したものであって、
その要旨とするところは、（イ）ＰＴＦＥ　、←）アル
ミナ（Ａ）２０３）、ＳｉＣ＋　Ｃｒ２Ｏ５＊　ＴｉＮ
の１種以上、および（ハ）芳香族ポリエステルを混合せ
しめたところにある。以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の摺動材料はそれ自体で、つま）単体で使用する
こともできるし、裏金鋼板に接着して使用することもで
きる。裏金鋼板としては、炭素鋼その他任意の材料が使
用でき、その表面に、特公昭５４−２６６５５号公報第
１図の如（ＦｅまたはＣｕｏ焼結多孔質を形成したもの
、機械的または化学的に凹凸を形成したもの、あるいは
焼結粒子を多層に形成したものなどの多孔質部により”
ｔ？ＴＦＥ等を含浸可能にした板体も使用できる。

裏金鋼板上にＣｕの焼結多孔質層を用いた場合は、第５
図に示すように、裏金１１多孔質部２および樹脂層３よ
）力るものである。

本発明の特徴である樹脂層の組成について以下説明する
。

ＰＴＦＥは樹脂層の基本成分であってこれにょシ低摩擦
性を付与する。ＰＴＦＥＯ量は３５チ（百分率はすべて
重量百分率である）を下まわらないことが望ましい。Ｐ
ＴＦＥＯ量が３５チ未満となると摩擦係数が増大する。

Ａｌ２Ｏ３は樹脂層に主として耐摩耗性を付与するとと
もに、ＰＴＦＥ−芳香族ポリエステル二成分系組成物の
耐荷重性を高め、さらに摩擦係数を長時間にわたって安
定させる成分である。Ａｌ２Ｏ３の他に、ＳＩＣ＋Ｃｒ
２Ｏ３およびＴｉＮも、Ａｌ１２ｏ３と同等の効果を有
するために、本発明ではこれらの１種以上を用いること
ができる。Ａｌ２Ｏ３＋　ＳｉＣ＋　Ｃｒ２０５ＴｉＮ
等の量（二種以よの場合は合計量）が微小量でも耐摩耗
性付与、耐荷重性向上および摩擦係数低下に有効である
が、０．５チ以上、特ｉｃ３％以上で効果が顕著になる
。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３等の量が１０チを越えると
相手材を疵つける傾向が現われるために、軟質相手材に
対しては５チ以下が好ましい。

芳香族ポリエステルは、耐摩耗性を樹脂層に付与すると
ともに、相手材を疵つけ難くする成分である。さらに芳
香族ポリエステルはＰＴＦＥ−Ａ１２０３二成分系組成
物の摩擦特性を経時的にも荷重増大の面でも安定させる
成分である。芳香族ポリエステルの量は若干量でも効果
はあるが、３％以上、特に５％以上で効果が顕著になる
。但し、芳香族ポリエステルの量が６０％を越えると、
摩擦が増大し、安定した特性が得られないため望ましく
ない。芳香族ポリエステルとしては、エコノール（住友
化学商品名）等が知られておシ、本発明においてこれら
の材料を一成分として使用することができる。但し、 ポリエステルが最も好ましい。

本発明によると、上記三成分の他に、黒鉛及びＭｏＳ２
のＩＦ４以上の成分を任意成分として樹脂層に添加する
ことができる。これらの成分は樹脂層の潤滑性を高める
成分であって、軸受材料の潤滑条件が悪い場合には特に
有効である。黒鉛等の量が５俤を越えると耐摩耗性が悪
くなるため３チ以下が好ましい。

上記添加成分は基材（マトリックス）となるＰＴＦＥと
均密に混合せしめられ、ソリ、ドで或いは裏金付きで所
定の形状、例えばリング形状に加工され、そして必要な
らば表面粗せ調整後、各種機器に組み込まれる。上記成
分中固形分の粒度は一般的なものであれば特に制＠がな
いが、Ａノ２０４１、ＳｉＣ，Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＮ　、
黒鉛、Ｍｏ　Ｓ　２はいずれも＝（２００）メツシュが
望ましい。

裏金への多孔質部形成方法および多孔質部へのＰＴＦＥ
等の含浸方法は特公昭５４−２６６５５号公報に記載さ
れた方法を採用することができる（同公報第３＃、第３
０行−第４欄第１５行）。

なお、多層多孔質部が得られるようにしてもよい。

続いて、本発明の樹脂軸受材料の用途と性能について述
べる。

以下余日 本発明に係る軸受材料を第５図に示す如き断面構造であ
って、リング形状に調製し、そしてガイドブツシュ使用
条件を再現する往復摩擦試験および往復摩耗試験に供し
た。

試験条件は次表のとうつであった。

第１表 供試した軸受は次の５種類であった。

摩擦係数の時間変化を第６図に示す。第６図よ、す、本
発明に係る軸受（ＩｆＬ３０印およびＡ４・印）では、
摩擦係数が短時間で低いレベルに安定化しており、芳香
族ポリエステルの効果が著しいことが明らかである。

続いて、第１表の条件でかつ３時間・繰返し回数−５４
Ｘ１０”回、相手材５ＵＪ−２（Ｈｖ７００＝８００）
の条件下で繰返し摩耗試験を行ない、測定した供試軸受
の摩耗深さを第３表に示す。

第３表 この表における摩耗とは、試験当初は平滑であった相手
材表面が軸受の樹脂層により疵つけられ、との結果相手
材表面疵が樹脂層を削り取り摩耗に至らしめたものであ
る。第３表より芳香族ポリエステルは樹脂層をして相手
材を疵つけなくすることが分かる。また、樹脂層の成分
のうち硬質のＡｔ２０３が相手材を最も疵つけ易いため
に、芳香族ポリエステルはこのような硬質物質の相手材
への影響を緩和していることが第３表より分かる。

さらに、ショックアブソーバ−実体試験を行うべく、リ
ング形状軸受をガイドブツシュとしてショックアブソー
バ−に組み込み、そして下記条件により摩擦抵抗および
摩耗深さを測定した。

第４表 供試軸受は第２表のＡｌ（ム印）、Ａ３（Ｏ印）煮４（
・印）、Ａ５（Δ印）である。

摩擦係数測定結果を第７図に示す。第７図より、芳香族
ポリエステルは、繰返し摩擦に伴なう摩擦抵抗の増加を
抑制していることが分かる。

次に、摩耗深さを次表に示す。

第５表 第５表より、再現実験の場合と同様に、ショックアプン
ーパー実体試敗でも、芳香族ポリエステルにより摩耗深
さ低下が達成されていることが分かる。また、ショック
アブソーパーのガイドブツシュは相手材であるシャフト
に対して片当つ状態となるため摩耗し易いが、第５表の
結果は片当り状態においても芳香族ポリエステルは摩耗
深さ低下に有効であることを示している。さらに、本発
明の供試軸受Ａ３，４では多孔質焼結層が露出せず樹脂
層によりカバーされており、シャフトの疵も少なかった
。

本発明の軸受材料の上述の丁ぐれた性質は、ショックア
ブソーバ−用ガイドブ、シュのみならず、ピ；ストンリ
ング等の摺動部に対する要求にも応えるものであり、さ
らに産業機械等の往復動を主とした軸受およびスライド
部、特に耐摩耗性を必要とする軸受等の要求にも応える
ものである。さらに、産業機械等の回転軸受の要求性能
も本発明の軸受材ｔ＋ｖ満たしている。

（作用〕 ＰＴＦＥに添加される酸化アルミニウム等は耐摩耗性を
向上させる利点と相手材を疵つける欠点があり（特公昭
５４−２６６５５号つ、一方ＰＴＦＥに添加される芳香
族ポリエステルは耐摩耗性、耐熱性を向上させるといわ
れている。本発明によりＰＴＦＥに同時添加された酸化
アルミニウム等および芳香族Ｉリエステルは上記の利点
を保ちながら、後者が前者（酸化アルミニウム等）の欠
点を解消する。

以下、実施例により本発明をさらに説明する。

実施例 ＰＴＦＥ　、芳香族ポリエステル（住友化学商品名エコ
ノール）　、　Ａｔ２０３．　ＳｉＣ、０ｒ２０３．　
ＴｉＮ　。

黒鉛（Ｇｒ　）　、　ＭＯ８２、およびＺｎはいずれも
（粒度（２００）メツシュアンダー）のものを使用し、
第６表に示す割合（重量百分率）で混合して試料を調製
し、これらの試料の摩擦係数および摩耗蓋（μｍ）を第
１表に示す条件で測定した。

以下余白 表中Ａ　３６−３　’ｆは比較例である。第６表より次
の事が分かる。

０）　芳香族ポリエステル（表中「ポリエステル」と記
されている）の最適量は約１５−約２５−の範囲にある
。

←）Ａｔ２０３等の最適量は約３−６％の範囲にある。

（ハ）黒鉛等の最適量は約１−２％の範囲にある。

に）本発明の試料はＰＴＦＥ　−芳香族ポリエステル試
料（Ａ３６）と比較して、約２倍以上の耐摩耗性と約１
０％以上の低摩擦性を示し、さらにＡｔ２０３添加ＰＴ
ＦＥ（Ａ３７，３８）と比較して約３倍以上の耐摩耗性
と約２０チ以上の低摩擦性ビ示す。

（ホ）　３９．３７，３６．１０を比較することにより
、ポリエステルとＡｔ２０．が性能向上に相乗的に作用
していることが分かる。

（効果） 本発明の樹脂軸受材料は、低摩擦性、摩擦係数の安定性
、相手材を疵つけず自身の摩耗量が少ないなどのすぐれ
た性質を有しているために、各種機器の摺動部性能向上
に寄与する。

本発明の一笑施態様において、その軸受材料を片当りす
るような状態、すなわち境界潤滑になるような状態で使
用しても偏摩耗が少なく長期にわたりてすぐれた摺動特
性が実現される。

上記実施態様の一実施例として本発明の軸受材料を自動
車用シヨ、クアプンーパーの摺動部に用いる場合は、良
好な乗心地が長期にわたって維持されることになる。自
動車用シヨ、クアプソーバーの摺動部の軸受材料として
は従来ＰＴＦＥを主体とするかなりの種類の材料が提案
されているが、これらの性能を格段に上まわる材料を提
供したことの意義は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重と摩擦係数の関係を示すグラフ、第２図は
ショックアブンーパーの部分断面図、第３図および第４
図は摩擦係数の時間変化を示すグラフ、 第５図は軸受材料の断面拡大図、 第６図は摩擦係数の時間変化を示すグラフ、第７図は繰
返し摺動に伴う摩擦抵抗変化を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（イ）四弗化エチレン樹脂、（ロ）Ａｌ＿２Ｏ＿３
   、ＳｉＣ、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、ＴｉＮの１種以上、および
   （ハ）芳香族ポリエステルを混合せしめたことを特徴と
   する軸受材料。 ２、前記混合物が、黒鉛およびＭｏＳ＿２の１種以上を
   さらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の軸受材料。