JPS6198767A - 樹脂軸受材料 - 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） 本発明は樹脂軸受材料に関するものであシ、さらに詳し
く述べるならば繊維添加樹脂材料、および含油材料、に
関するものである。

（従来の技術） フェノール樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ふっ素
樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート等の樹脂は低
級の軸受材料として一般に使用されておシ、またこれら
の樹脂に鉛、黒鉛、ＭｏＳ２、繊維等を混入させ、軸受
特性をある程度向上させたプラスチック軸受材料も同様
に使用されている。

プラスチックに混入される繊維としては炭素繊維、ガラ
ス繊維、綿が用いられていた。　　　゛含有軸受材料と
してはポリアセタールに潤滑油を混入させたものが知ら
れている。

特公昭４６−５３２１号公報には、含油軸受材料を製造
する際に熱可塑性樹脂を軟化点以上に加熱して、潤滑油
と攪拌後冷却することによって潤滑油を均一に分散させ
ることを要旨とする含油軸受材料の製法が２械されてい
る。

さらに、グラスチック材料にポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）を充てんさせることによりすベシ特性を
向上させることも知られている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等はグラスチ、り軸受材料の摺動特性を改良す
べく、従来の軸受材料の特性を詳しく調査した。

一般に、グラスチック軸受材料は、金属軸受材料と比較
すると、軽量であシ、また無潤滑でも使用できるという
長所がある反面、強度が低くまたｐｖ値が低いために大
きな荷重を受ける軸受には適していないという短所があ
る。よって、プラスチック軸受材料の長所を活かしなが
ら短所を改良することができれば、グラスチック軸受材
料（以下、軸受材料と略称する）の用途が広がり、軸受
装置の性能向上・信頼性増大に寄与するところが犬であ
る。

従来の樹脂主体の軸受材料に鉛、ＭｏＳ２、黒鉛等を添
加した軸受材料は、摩擦係数はある程度低くなっている
ものの、鉛等は樹脂の強化にほとんど寄与しないために
これらの添加物はむしろ樹脂の強度を低下せしめ、さら
に高荷重下で摩擦係数が増加し、焼付き易いという弱点
がある。

さらに、従来のガラス繊維、炭素繊維、綿等の繊維混入
軸受材料は、材料強化されるものの鋼軸などの相手材を
摩耗させる傾向が顕著であり、さらに軸受材料自身の摩
耗量も多い。上述の繊維の中では綿は軸受材料および相
手材の摩耗ダニが比較的少ないが十分ではない。また、
従来の繊維混入軸受材料の摩擦係数はクラスト荷重試験
下では高く々る傾向があり、ｐｖ値は下がる傾向にある
。

さらにまた含油軸受材料は従来の繊維添加軸受材料よシ
も摩擦係数および摩耗特性の面ですぐれているが、耐荷
重性が不十分であり、高荷重条件下で摩擦係数が増大す
る傾向があ多、焼付を起こし易い。々お、含油軸受材料
の耐荷重性および高荷重下の摺動特性は繊維混入軸受材
料よりはすぐれているために、比較的苛酷な摺動条件下
で含有軸受材料は使用可能であるが、さらに苛酷な摺動
条件下での使用を意図し、例えば金属軸受材料と競合し
ようとすると、従来の含油軸受材料は摺動特性が不十分
となるのである。

また、好油性繊維に含油させた軸受材料も上述の点で摺
動特性上不十分である。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明者等は、潤滑油が軸受材料成分として最も効果的
に摺動特性を向上させている技術の水準の延長として、
ポリアセタールに含油させた軸受材料を作製し、その他
の材料と比較実験を行ない、次の結果を得た。

第１表 試験条件は次のとおシであった。

スラスト試験 荷重−２９ｋｇ 速度−０，２ｍ／ｓｅｃ 時間−１５ｈｒｓ 本発明者等は、繊維の効果が少ないところから潤滑油混
入方法について種々工夫したが第１表の特性を抜本的に
改善するに至らなかった。そこで、さらに、各種添加成
分について鋭意研究したところ、芳香族？リアミド繊維
を添加したポリアセタールについて、摩擦係数０．３５
、摩耗量４．４■の値を得た。この特性は含油ポリアセ
タールよシ良くないので、本発明者等は芳香族ポリアミ
ド繊維も従来の炭素繊維と類似の作用を有しておシ、芳
香族ポリアミド繊維混入軸受材料は含油軸受材料を凌ぐ
摺動特性をもたないではないかと考えたが、軸受材料の
実用条件に近い条件で各種試験を行なったところ、意外
にも芳香族ポリアミド繊維はきわめて優れた作用をもつ
ことを見出した。

以下、本発明者等の実験結果を第１図−第５図によシ説
明する。

第１図は、ポリアセタール単体（−〇−）、市販の含油
ポリアセタール（−ム−）、および本発明により芳香族
ポリアミド繊維と少量の潤滑油と黒鉛を混入したポリア
セタール（−・−）ノ摩擦係数変化を示すグラフである
。摩擦係数測定条件は、速度−０，２ｍ／ｓｅａ、荷重
５）Ｃ９／ｈｒの割合で増加、潤滑−ドライの条件であ
る。

第１図よシ、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールは荷重が４０ゆを越えても摩擦係数が安定して
おシ、荷重の増大とともに摩擦係数が低下する傾向すら
認められる。

第２図は、第１図よシ速度を増加させて０．６７〜へｅ
ｃにし、荷重増加速度を２．５　′Ｋｇ／ｈｒにした、
第１図と同様の試験結果を示すグラフである。

第２図から、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールは安定した低摩擦係数を示すことが分かる。な
お、このポリアセタールは荷重約２５障にて焼付現象を
示した。

第３図は上述の三種ポリアセタールの限界ｐｖ値の滑シ
速度依存性を示すグラフである。第３図よシ、本発明の
芳香族ポリアミドＲ維混入ポリアセタールは全溝シ速度
範囲で市販の含油ポリアセタールの２倍以上の限界ｐｖ
値を有することが分かる。

第４図は、市販の含油ポリアセタール（−ム−）および
本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリアセタール（−
４−）の定荷重スラスト試験下における摩擦係数変化を
示すグラフである。なお、試験条件は、試験機−ぎ−ル
盤ヌラス社テスター、速度−０，２・ｍ／　ｓｅｃ　、
荷重−２０ゆでアラた。

第４図よシ、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セクールの摩擦係数は市販の含油ポリアセタールよシも
安定した低い値を示している。

第５図は、ブシェジャーナル試験における摩擦係数変化
を示す第４図と同様のグラフである。なお、試験条件は
、試験機一つシがね式ジャーナル試躾機、荷重３．４　
ｋｐ　（一定）、回転数−３０Ｏｒｐｍ。

相手材ＳＵＳ　−３０４、であった。

第５図より、本発明の芳香族ポリアミド繊維混入ポリア
セタールの摩擦係数は市販の含有ポリアセタールよシも
安定して低いことが分かる。

第６図は摩耗量の変化を示すグラフである。試験条件は
第５図と同様であった。

泥６図よシ、本発明の芳香族ポリアミド繊維は初期摩耗
の後、市販の含油ポリアセタールよりも摩耗が少なくな
ることが分かる。

第１図−第６図を参照とした上記説明よシ、芳香族ポリ
アミド繊維はポリアセタールに、特に高荷重下で、安定
した低摩擦性、高いｐｖ値、および安定した低い摩耗量
を与えるものであることが分かる。特に、芳香族ポリア
ミドは、はとんどすべての特性に関し、潤滑油よシもす
ぐれた特性を付与する点で注目される。さらに、芳香族
ポリアミド繊維のみを混入した材料についても同様の性
質を確認できた。

本発明は上述の知見によシ完成したものであって、その
要旨はポリアセタール等の公知の軸受材料基材としての
熱可塑性樹脂に芳香族ポリアミド繊維を混入したことを
特徴とする。

以下、本発明に係る軸受材料の成分について詳しく説明
する。

芳香族ポリアミド繊維は「ケプラー」（デュポン社登録
商標）として知られておシ、アラミド繊維として、通称
されている。以下の説明ではこの通称を用いる。アラミ
ド繊維の高強度等のすぐれた性質を活用した各種用途が
提案されているが、摩擦材としての使用、すなわち安定
した高い摩擦係数とすぐれた耐摩耗性および相手材の非
研′磨作用が要求される部位として知られている自動車
のドラムブレーキ、鉄道車両のブレーキシェフとしての
用途が多く提案されている。かかる用途ではアラミド繊
維は単体もしくは適宜結合剤で一体化されて適用される
。これに対して、軸受材料に用いた場合アラミド繊維は
安定した低い摩擦係数、高いｐｖ値、すぐれた耐摩耗性
および相手材の非摩耗性を、ヌラストタイプ、ジャーナ
ルタイプの何れにおいても示す。

また、アラミド繊維はヤーン、パルプ、チ冒ツｆ繊維の
何れかの形態で入手できるが、本発明はパルプをそのま
ま用いるかあるいはチ冒ッグを適当な長さ、例えば３ｍ
以下、Ｋ切断して用いる。

本発明における軸受材料基材としての熱可塑性樹脂は、
ポリアセタール（ＰＯＭ）　、　　ポリアミド樹脂（Ｐ
Ａ）、ポリカーデネー）　（ＰＣ）、　ポリ７エ二レン
スルフイド（ｐｐｓ）、　　ポリブチルテレ７メレー　
）　（ＰＢＴ）および超高分子ポリエチレン（ＵＨＤＰ
Ｅ）からなる群から選択された少なくとも１種のもので
ある。

本発明の軸受材料は上記基本成分の他に、以下の成分の
１種以上を含有することができる。

潤滑油：合成油、鉱油などの潤滑油を軸受材料に混入す
ることによって、さらに低い摩擦係数と高いｐｖ値が得
られる。

ポリテト′ｙフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）　：摩擦係
数と摩耗量を低下させる成分として、 ′　固体潤滑剤ａ　Ｍｏ　８２　、黒鉛、金属セッケン
（例えばステアリン酸亜鉛またはリチウム）などの固体
潤滑剤によシ摩擦係数をさらに低下させることができる
。な訃、黒鉛は、少量の場合は潤滑油保持効果によシ、
多量の場合は潤滑効果が顕著になる。

活性炭：原料混合物の成形性を向上させる成分としてま
た潤滑油保持成分として活性炭を使用する。

以下、各成分の好ましい含有量について説明する。含有
量は重量％であシ、アラミド繊維、ＰＴＦＥおよび固体
潤滑剤を総称して固形分という。

アラミド繊維の含有量は０．０５〜２５チが好ましい。

この含有量が０．０５％未満であると、アラミド繊維の
上述の効果が不十分であり、一方２５チを越えると、ア
ラミド繊維と熱可塑性樹脂の混錬が困難になる。さらに
好ましい含有量は０．１〜１５％、最も好ましい含有量
は０．５〜５％である。

潤滑油の好ましい含有量は最大２５−％である。

この含有量が２５％を越えると、軸受材料の強度が低下
することに伴なって耐荷重性が損われ、本発明材の特長
とする摺動特性が得られなくなる。

さらに、好ましい含有量は０．５〜１５チ、最も好まし
い含有量は２〜１０％でちる。

ＰＴＦＥの好ましい含有量は最大２５％である。

この含有量が２５％を越えると摩耗が増加し、負荷能力
が低下することになる。さらに好ましいＰＴＦＥの含有
量は０．５〜１５チ、最も好ましい含有量は２〜１０％
である。

ＰＴＦＥを除く固体潤滑剤の好ましい含有量は最大１０
％である。この含有量が１０％を越えると軸受材料の強
度が低下する。さらに好ましい含有量は０．１〜５％、
最も好ましい含有量は０．５〜３チである。

活性炭の好ましい含有量は最大１５チである。

この含有量が１５％を越えると、軸受材料の強度が低下
する。

さらに好ましい含有量は０．５〜１０％、最も好ましい
含有量は１〜１５％である。

上記含有量範囲内において固形分が３５％以下であるこ
とが成形体の安定性上好ましい。

固形分の寸法については、その混錬が可能であれば、特
に制限はカいが、通常用いられる固形分の寸法は次のと
お）である：アラミド繊維−長さ３１１１１１以下、径
２０〜３０μ雇；黒鉛および二硫化モリブデン−８０メ
、シェアンダー。

本発明に係る軸受材料の製造方法および用途について述
べる。

所定原料成分を攪拌混錬した後、混合物を押出しによっ
てペレット化した後、所定軸受形状に加工する。加工は
切断、切削、研削等の通常の加工方法にて行う。

本発明に係る軸受材料の用途は、相手材が鋼、非鉄金属
、セラミック等、潤滑条件はドライまたはウェットであ
る従来の軸受材料のあらゆる用途に使用される。従来の
軸受材料と同様にドライ潤滑条件下では含油材料を通常
使用する。また、特に高荷重下で使用する場合は、アラ
ミド繊維の含有量を多くし、ＰＴＦＥを含有させた軸受
材料が望ましい。

以下、各成分の作用、特に相互作用について説明する。

（作用） 熱可塑性樹脂は、それ自身ある程度の摺動特性を有する
とともに、アラミド繊維を保持する基材となって、その
摺動特性を発揮させる。アラミド繊維はそれ自身すぐれ
た耐摩耗性を有しておシ、さらに上記基材中に分散され
た状態で基材をある種の分散強化によル強化して耐荷重
性を高める。

このような分散状態にあるアラミド繊維の先端は軸受成
形体表面からけばだった状態でわずかに突出しているた
めに、摺動初期での摩耗量が試験条件初期では多くなる
こともある。しかし、摺動が進行するとけばが削シ取ら
れ、上述の耐荷重性にすぐれた成形体表面が相手材と接
触するようになる。このような接触状態において摩擦係
数は安定し、高速および／または高荷重摺動下において
も焼付は容易には起こらなくなる。

本発明の任意成分は、それぞれが有する作用を、上述の
熱硬化性樹脂とアラミド繊維の作用に附加するものであ
る。よって、多くの成分を含有させた軸受材料はさらに
改良された摺動特性を有する。

特に、潤滑油、ＰＴＦｇ、固体潤滑剤を含有させた軸受
材料は、上述の最も好ましい含有量範囲で、含有鉄系焼
結材料の長所を有し、さらに従来の（グラスチック）軸
受材料の長所を上まわる程度のきわめてすぐれた特性を
有する。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 熱可塑性樹脂（ＰＯＭ）とアラミド繊維よシなる樹脂軸
受材料の性能を第２銑によシ説明する。

以下余白 第２表 表中扁１は比較例、ｌ６２−１６は本発明の例である。

第２表よシ明らかなように、アラミド繊維の添加量が多
くなると、性能はいずれも向上していく。

特に耐摩耗性、負荷能力の向上が著しい。しかし、添加
量が多量に添加すると、負荷能力の低下傾向が見られる
。

これは材料の強度低下に起因すると思われる。

この点から２５％以下好ましくは１５チ以下のアラミド
繊維添加量が望ましい。

実施例２ 熱可塑性樹脂（ＰＯＭン、アラミド繊維および潤滑油（
オイル）よシなる軸受材料の性能を第３表に第３表 第３表よシ、潤滑油はアラミド繊維との協同効果で三性
能を著しく向上させることが分かる。

但し多量添加は摩耗、負荷能力の性能低下傾向がある。

この点かち１０チ以下の潤滑油添加が好ましい。

実施例３ 熱可塑性樹脂（ＰＯＭ）、アラミド繊維、ＰＴＦＥから
なる樹脂軸受材料、さらにこれに潤滑油（オイル）を添
加した材料の性・能を第４表によシ説明す°　　　　　
　　　　ユＴよ。

第　　４　　表 第４表より、ＰＴＦＥと潤滑油が共存した場合に特に負
荷能力が高まることが分かる。

実施例４ 熱可塑性樹脂として各種材料を使用した場合−性能を第
５表によシ説明する。

以下余白 第５表 表中屋７〜１０は比較例である。

第５表よシ、ＰＯＭ以外の熱可塑性樹脂として、ｐｐｓ
％ＰＣ，ＵＨＤＰＥ％ＰＡ、　ＰＢＴを用いた場合比較
例よシすぐれた性能が得られることが分かる。

実施例５ 熱可塑性樹脂、アラミド繊維、潤滑油およびその他の添
加物（固体潤滑剤）よシなる樹脂軸受材料の性能を第６
表によ）説明する。なお、黒鉛および２硫化モリブデン
は一２５０メツシュであった。

以下余白 第　　６　　表 第６表よシ、少量の黒鉛はオイルとの協同効果で負荷能
力を向上することが分かる。特にオイルを多量に添加し
た場合にその向上効果が著しい。

なお黒鉛を表中の値より多量に入れると通常の固体潤滑
剤としての作用が現われることが分かった。

（発明の効果）。

従来、含油（グラスチック）軸受材料を上まわる特性の
（グラスチック）軸受材料が出現することが、当業界で
切望されてきたが、含油軸受材料の特性はそれなりにす
ぐれたものであるため、これを上まわる材料は提供され
なかった。本発明はこのような要望に応えるものであり
、かかる材料を提供したことの工業的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩擦係数の荷重変化を示すグラフ、第２図は第
１図と同様のグラフ、 第３図は限界ＣＶ値の速度依存性を示すグラフ、第４図
は摩擦係数の時間変化を示すグラフ、第５図は第４図と
同様のグラフ、 第６図は摩耗量の時間変化を示すグラフである。 第１図 荷重（ｋｇ） 第３図 滑り速度（ｍ／５ｅｃ） 亭４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂を含む樹脂軸受材料において、前記熱
   可塑性樹脂としてポリアセタール、ポリアミド、ポリカ
   ーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチルテ
   レフタレートおよび超高分子ポリエチレンからなる群か
   ら選択された少なくとも１種、および芳香族ポリアミド
   繊維からなることを特徴とする樹脂軸受材料。 ２、熱可塑性樹脂を含む樹脂軸受材料において、前記熱
   可塑性樹脂としてポリアセタール、ポリアミド、ポリカ
   ーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチルテ
   レフタレートおよび超高分子ポリエチレンからなる群か
   ら選択された少なくとも１種、および芳香族ポリアミド
   繊維、および潤滑油からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の樹脂軸受材料。 ３、固体潤滑剤を添加してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の樹脂軸受材料。 ４、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン、二
   硫化モリブデン、金属セッケンの少なくともいずれか１
   つを添加してなることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項に記載の樹脂軸受材料。 ５、黒鉛または活性炭を添加してなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に
   記載の樹脂軸受材料。