JPS6224261B2

JPS6224261B2 -

Info

Publication number: JPS6224261B2
Application number: JP57135539A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Yamamoto; Masaharu Kawachi
Original assignee: Daikin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1987-05-27
Also published as: JPS5926620A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、繊維強化プラスチツクの補強層を
有するフツ素樹脂系複合摺動部材に関する。フツ素樹脂は、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、シヤフトの軸
受、ピストンのシリンダ等の摺動部材として賞用
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、もしくは配合しないフツ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、それによつてい
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つて製造して来た。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30mmの管状摺
動部材にあつては、その内厚は0.5mm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廻る肉厚の成形品を作つてい
るのであつて、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造は困難であ
る。他の先行技術として、特開昭55−120633が挙げ
られる。この従来技術は、Pbおよび（または）
Znと、Al₂O₃、SiO₂、TiC等の硬質添加材の１種
または２種以上との混合物を含有する四弗化エチ
レン樹脂を、摺動材本体２に塗布して焼成し、そ
の後、この塗布層の表面を切削処理して摺動材料
を得るようにしている。また塗布層を構成する混
合物が、上記各材料に加え、グラフアイト、４弗
化エチレン樹脂の焼成粉末、MoS₂等の固体潤滑
材をさらに含む場合もある。また上記切削工程により、第１図Ａおよび同図
Ｂに示されるように、Pb、Zn粒子３の一部が必
ず摺動面に現われ、これによつて相手材とのなじ
み性を与え、また摺動時に移動して硬質添加材を
覆い、なじみ性をさらに優れたものとすることが
主張されている。ところがこのような先行技術では、前記塗布層
の形成後に前述の切削工程を設ける必要があり、
摺動材料の製造工程が繁雑になるとともに、むや
みに手間を要してしまうという問題点があつた。また、本従来技術は、たとえば機械部品などと
して用いられる摺動材本体２に、硬質添加材など
との混合物を含有する四弗化エチレン樹脂を直接
塗布して、これを焼成して形成している。したが
つて摺動材本体２などの耐熱性などを考慮する必
要があり、その実施範囲が限定されてしまうとい
う問題点があつた。本発明は、上述の各従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであつて、所望の形状および
肉厚を有するように製造できるとともに、その製
造工程が格段に簡略化される複合摺動部材の製造
方法を提供することを目的とする。本発明は、充填剤入ポリテトラフルオロエチレ
ンフアインパウダの生フイルムを、所定の芯型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、該摺動層４の外表
面を脱フツ素処理し、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、前記芯型を抜去するようにしたことを特
徴とする複合摺動部材の製造方法である。さらに本発明は、充填剤入ポリテトラフルオロ
エチレンフアインパウダの生フイルムを、所定の
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、該摺動層４
の外表面をエンボス加工し、ついで該層の外表面
に繊維強度プラスチツク補強材５を一体的に固着
させ、その後、前記芯型を抜去するようにしたこ
とを特徴とする複合摺動部材の製造方法である。さらにまた本発明は、充填剤入ポリテトラフル
オロエチレンフアインパウダの生フイルムと、充
填剤を混入しないポリテトラフルオロエチレンフ
アインパウダの生フイルムとを、所定の芯型１の
外表面に交互に複数層に亘つて被着させ、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、該摺動層４の外表面を脱フツ素処理し、つい
で該層の外表面に繊維強度プラスチツク補強層５
を一体的に固着させ、その後、前記芯型を抜去す
るようにしたことを特徴とする複合摺動部材の製
造方法である。本発明に従えば、充填材入ポリテトラフルオロ
チレンフアインパウダの生フイルムを、所定の芯
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、該摺動層４の
外表面を脱フツ素処理またはエンボス加工し、つ
いで該摺動層４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
を抜去する。また前記摺動層４を形成するに当たり、充填剤
入ポリテトラフルオロエチレンフアインパウダの
生フイルムと、充填剤を混入しないポリテトラフ
ルオロエチレンフアインパウダの生フイルムと
を、所定の芯型１の外表面に交互に複数層に亘つ
て被着させ、以下同様の処理を行なうようにす
る。このようにして所望の形状および肉厚を有す
る複合摺動部材が製造されるとともに、その製造
工程において、従来技術の項で述べた切削工程を
省くことができ、製造工程を格段に簡略化するこ
とができる。こゝにPTFEフアインパウダとは、テトラフル
オロエチレンを乳化重合して得られるデイスパー
ジヨ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つ
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イン、ケロセン、ホワイ
トオイル、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重量％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
ド製造と同時に、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、グラフアイ
ト、ポリフエニルオキシド樹脂、ポリフエニルサ
ルフアイド樹脂（PPS）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イルムとは、上記充填材
入PTFEフアインパウダを押出機によつて、丸棒
状に押出し成形したものをカレンダロールによつ
て厚さ100〜1000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ロエチ
レン、アセトン、四塩化炭素などの有機溶剤で抽
出するか、又は加熱することにより除去したもの
である。このフイルムはまた、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、生フイ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、セラミツ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、生フイルムを、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、テープ状の生フイルムを、その外
表面に必要厚さに達するまで巻き重ねればよい。
それはラツピング電線の製造に際して従来から行
われていたところと異らない。所望厚さに達する
までに生フイ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
常の加熱炉内で360〜400℃に加熱することによつ
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フアインパウダ粒子相互は
融着して一体化する。その際生フイルムは若干の
体積収縮を起すが、径方向の収縮は、該芯型によ
つて阻止されるので、芯型の体積膨張以上には寸
法安定性は損われずこゝに本発明に係る摺動層が
形成される。本発明にあつては、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ツク（FRP
と略す）補強層を一体的に固着させる。こゝに使
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、フエノール樹脂などの熱硬化性プラスチツク
をマトリツクスとした複合材料をいゝ、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つて、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
ー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ツ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
去に先立つて、切削ないし研磨のような手段によ
つて、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フアインパウダ
（ダイキン工業(株)製・商品名「ポリフロン、FPG
−1060）の、カレンダ加工によつて得られた生フ
イルムのテープ（厚み150μ、巾15mm）を、第１
図に示した通り、外径20±0.01mmφ、長さ300mm
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の表面が一通り被われたら、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。それによつて生テープ内に
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で示した一体ものゝ摺動
層となつた。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
ル樹脂をマトリツクスとしたFRP（日東紡績K.
K.製・プリプレグクロスWP18−103、PN−82）
を、外径で26.5mmになるまで巻き重ね、ついで
100℃で30分間、続いて150℃で30分間加熱するこ
とによつて硬化させ、それによつて補強層５を形
成させた。つぎに、外径精度26±0.1mmに仕上げるため、
研麿を行い、それが済んだのち、芯型１を抜去
し、こゝに第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K.K.）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
シヤフト６外周面に、管状の相手材７を嵌め込み
ピン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、
かつ前記シヤフト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は荷重シヤフト１２にピ
ン１３で固定され、前記シヤフトを介して、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
ドブツシユである。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13mm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、外径19.5
mm、表面アラサHmax5μのSUS304管体を用い
た。試験条件は、投影面積圧４Kg／cm²、周速度15
ｍ／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５×10^-10cm³／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つた。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つた軸受テスト
では、ハクリの発生を見なかつた。しかし、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、両層にはがることができた。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、金属ナトリウム
溶液からなる処理液（川研フアインケミカルK.
K.製・商品名SD−ナフタレン）に１分間浸漬し
たのち、水洗することによつて脱フツ素処理し、
ついで実施例１の場合と全く同様にして本発明摺
動部材を製造した。こゝ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
験を行つたところ、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への硬化ポリエステル
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テープであつて、前者
の厚さは150μ、後者の厚さは300μである。両テ
ープ共巾は10mmであり、両テープの重なり長さｌ
を10mmとし、その部分に、第１表所載のＡ、Ｂ二
通りの接着手段をとつた。これら、Ａ、Ｂ両試験片の両端を指先に摘持し
て、長手方向に引張つた結果は、第１表に示した
通りである。

【表】実施例３平均粒径５μのグラフアイト粉末50重量％を充
填したPTFEフアインパウダをカレンダ加工によ
りフイルム化し、助剤を抽出乾燥した厚さ100
μ、巾15mmのテープ状生フイルムを、実施例１記
載の芯型に３回巻き重ね、同例と全く同じにして
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
接着強度試験を行つたところ、とくに金属Na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
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
強度は不充分であつた。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
摺動部材にあつては、テープ相互間の融着性がす
ぐれているばかりでなく、摺動および捕強両層の
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100
μのテープ状生フイルムを用いたこと、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つた。この場
合、摺動層と補強層との剥離は容易であつたが、
摺動層内におけるフイルム相互間の焼結による融
着は不十分であつた。実施例６実施例５において、テープ状のPTFE生フイル
ムを５回捲き重ね、芯型に付したまゝ炉内に装入
し、焼結を行つて摺動層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ツト目
１６をエンボスし、ついで実施例１記載と同様に
して補強層５を一体的に固着させて本発明摺動部
材を製出した。こゝにローレツト目というのはピツチ1.5mmで
格子状に直交する溝模様を指し、その溝は、深さ
0.2mm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、これを輪切り
にして、第３図で説明した通りの剥離試験を行つ
た。剥離した補強層５の面には、摺動層４の外表
面上に刻まれたローレツトの複写模様が、ポリエ
ステル樹脂の硬化模様として転写されていた。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、同例所載の軸受けテストを
行つたところ、摺動層４の脱輪はなく、該層と補
強層５とは、いわゆる地獄ばめとなつていた。以上のように本発明に従えば、複合摺動部材を
製造するに当たつて生テープを用いることによ
り、用いられる材料を格段に少量化することがで
きるとともに、この複合摺動部材の寸法精度など
の品質を格段に向上でき、所望の形状および肉厚
の複合摺動部材を得ることができる。また得られ
た摺動層の外表面に繊維強化プラスチツク補強層
を設けることにより、複合摺動部材の品質をさら
に向上できる。また、本発明の複合摺動部材は、第２の従来技
術で項で述べたように、たとえば機械部品などと
して用いられる摺動材本体２に直接塗布して、こ
れを焼成して形成する必要はなく、別個の製品と
して製造される。すなわち本発明の複合摺動部材
が用いられる機械部品などの耐熱性などを考慮す
る必要がなく、複合摺動部材の実施範囲が格段に
拡大される。また上述したように切削工程を省く
ことができ、製造工程を格段に簡略化することが
できる。

【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
は同じく実施例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のローレツト目の説明図である。１は芯型、２は生テープ、３は接合線、４は摺
動層、５は補強層、６は回転シヤフト、７は相手
材、８はピン、９はテストピース、１０はケーシ
ング、１１は止め輪、１２は荷重シヤフト、１３
はピン、１４はスプリング、１５はスライドブツ
シユ、１６はローレツト目。

Claims

【特許請求の範囲】１充填材入ポリテトラフルオロエチレンフアイ
ンパウダの生フイルムを、所定の芯型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、該摺動層４の外表面を脱フ
ツ素処理し、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、
前記芯型を抜去するようにしたことを特徴とする
複合摺動部材の製造方法。２充填剤入ポリテトラフルオロエチレンフアイ
ンパウダの生フイルムを、所定の芯型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、該摺動層４の外表面をエン
ボス加工し、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、
前記芯型を抜去するようにしたことを特徴とする
複合摺動部材の製造方法。３充填剤入ポリテトラフルオロエチレンフアイ
ンパウダの生フイルムと、充填剤を混入しないポ
リテトラフルオロエチレンフアインパウダの生フ
イルムとを、所定の芯型１の外表面に交互に被着
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、該摺動層４の外表面を脱フツ素処
理し、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
型を抜去するようにしたことを特徴とする複合摺
動部材の製造方法。