JP2004156650A

JP2004156650A - 複層樹脂軸受

Info

Publication number: JP2004156650A
Application number: JP2002320392A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yoshikawa; 勝吉川
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】自動車のショックアブソーバーのブシュの摺動性能を高める。
【解決手段】金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層の表面に、硬質多孔性炭素材粉末およびふっ素樹脂からなる樹脂組成物を含浸かつ被覆してなる複層樹脂軸受。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、複層樹脂軸受に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層の表面に樹脂系材料を含浸および被覆して摺動層とした複層軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ショックアブソーバーブシュは自動車の乗り心地（操縦安定性，走行安定性）を高めるために、車体に連結されたピストンロッドに対して往復摺動する部品であり、要求される摺動特性は次のとおりである。
（イ）耐摩耗性が必要である。最近はショックアブソーバーの高性能化によりより高度の耐摩耗性が要求されるようになっている。
（イ’）軸とブシュは往復摺動するので片当りし易く、片当り部分で偏摩耗が起こるので、片当り条件の耐摩耗性が必要である。
（ロ）低摩擦性がピストンロッドをスムースに動かすために必要である。
（ハ）摩擦係数の安定性：長期間の走行でも性能が一定していることが必要である。
（ニ）境界潤滑条件での摺動特性：油膜切れが起こった場合は、境界潤滑条件での耐摩耗性が要求される。
（ホ）静摩擦係数と動摩擦係数の差（スパイクピーク）が小さいこと。すなわち、スパイクピークが大きいことが、旋回時におけるショックアブソーバ性能の不安定化の要因の一部となっていることが分かってきた。
【０００３】
ショックアブソーバーブシュの摺動層には古くはＣｕ−Ｐｂ系青銅が使用されていたが、最近では無潤滑下でも使用可能なポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」という）が使用されるようになっている。
【０００４】
続いて、ＰＴＦＥの特性について説明すると、この樹脂材料は低摩擦性に優れているが、耐摩耗性が不足しているので、通常，金属、金属酸化物、ＭｏＳ_２，黒鉛などのトライボ材料を添加することが行われている。例えば、本出願人の特許文献１よると、ＰＴＦＥにＰｂ，Ｚｎ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＴｉＣなどを添加して摩耗を抑えることが提案されている。次に、本出願人の特許文献２にはＰＴＦＥに非晶質シリカおよび／又は亜鉛を添加している。
ＰＴＦＥは摩耗し易いことと関連して、摩擦係数が時間とともに高くなる傾向があるが、前記した添加剤は摩擦係数を安定化する効果がある。
【０００５】
複層樹脂軸受は、例えば特許文献３にて公知であり、裏金に裏打ちされたＣｕ−Ｐｂ青銅多孔質焼結層に含浸・被覆された樹脂系摺動材料は、基材であるＰＴＦＥに芳香族ポリエステル粒子および球状カーボンを分散させることにより耐フレッチング性を高めたものであり、スロットルバルブブシュなどに使用される。この球状カーボンは凝着摩耗傾向を抑制し、ＰＴＦＥの耐フレッチングを改良する。
【０００６】
最近、脱脂糠と熱硬化性樹脂、水などを混合して成形した後焼成することにより得られる「硬質多孔性炭素材料」が開発された（非特許文献１）。この代表的性質（但し、測定条件により多少変動するので、他のトライボ材料と厳密には比較はできない）は、硬さ−平均Ｈｖ４００，密度−１．２５ｋｇ／ｃｍ^３；摩擦係数−０．１３；圧縮強度−７５ＭＰａ，ヤング率−３０００ＭＰａである。硬質多孔性炭素材料は特許文献３の球状カーボンと比較すると、硬度は低く、密度は同等、摩擦係数は低く、圧縮強度は約２倍高く、ヤング率は高く、形状は球形から大きく外れた不定形塊状である。
さらに、硬質多孔性炭素材料は従来の添加剤であるＡｌ_２Ｏ_３などに比べると硬度が約１／２以下である。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６１−３８５７９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特公昭６２−３４２６２号公報
【０００９】
【特許文献１】
特許第３２２９０２０号公報
【００１０】
【非特許文献１】
硬質多孔性炭素材、ＲＢセラミックス（三和油脂株式会社発行カタログ）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＰＴＦＥ系樹脂組成物を金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層に含浸・被覆したショックアブソーバーブシュは、前記（イ）、（ロ）の状況の下で、一層の低摩擦性と耐摩耗性が不十分となった。すなわち、従来特許文献２，３で提案されていた硬質物を添加する手段では摩擦係数が増大し、かつ摩耗も十分に防止することができなくなった。
さらに、従来のＰＴＦＥ系樹脂組成物を金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層に含浸・被覆したショックアブソーバーブシュは、スパイクピーク（前記（ホ））が大きくなった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決する本発明は、金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層と、その表面に含浸および被覆された、硬質多孔性炭素材粉末およびふっ素樹脂からなる樹脂組成物層とからなる複層樹脂軸受を提供するものである。以下、本発明を詳しく説明する。
【００１３】
金属裏金は通常鋼板であるが、支持材となる各種金属材料を使用することができる。金属裏金の厚さは通常１〜２ｍｍである。多孔質焼結層とは、樹脂が含浸するような空孔を有する焼結層であり、裏金に散布された合金粉末を圧粉せずに、そのままあるいは表面の凹凸をならす程度に押して焼結されたものである。通常は粒径が５０〜１５０ μｍの鉛青銅、りん青銅、銅錫などの銅合金粉末を裏金上に散布焼結してなるものである。この焼結層の空孔率は通常１０〜７０容量％であり、厚さは通常０．１〜０．３ｍｍである。
【００１４】
本発明においては、被覆・含浸する樹脂系材料としては、硬質多孔性炭素材粉末およびふっ素樹脂を使用することを特徴とする。
ふっ素樹脂は前記摺動特性（ロ）の低摩擦性を付与する成分である。ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ），パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂、四ふっ化・六ふっ化プロピレン共重合樹脂、四ふっ化エチレン・エチレン共重合体樹脂、ビニリデンフルオライド樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、ビニルフルオロライド樹脂、エチレン・クロロトリフルオロエチレン樹脂の中から選択される少なくとも１種類を好ましく使用することができる。
【００１５】
前記硬質多孔性炭素材粉末は、脱脂した米糠にフェノール樹脂を配合し、窒素等の不活性ガス雰囲気中で焼成することにより形成されるものである。すなわち、通常の黒鉛よりは硬度が高く、かつ空孔率が大きい材料が得られ、これを「硬質多孔性」炭素材と言う。
具体的には、硬質多孔性炭素材粉末としては、硬さ−Ｈｖ５０〜１０００，密度− １．０〜１．３ｋｇ／ｃｍ^３；摩擦係数−０．１〜０．２；圧縮強度− １０〜８０ＭＰａ，ヤング率−５００〜４０００ＭＰａのものを好ましく使用することができる。さらに、硬質多孔性炭素材粉末の平均粒径は０．５〜５０μｍであることが好ましく、特に５〜２０μｍがより好ましい。
硬質多孔性炭素材粉末は摺動層中で塊形状を維持して分散しており、前記摺動特性（イ）〜（ヘ）のすべての特性を改良する。硬質多孔性炭素材料の含有量は１．０〜５０容量％、特に３〜３０容量％であることが好ましい。この上限を超えると、硬質多孔性炭素材料の保持力が低下し、脱落が起こり易くなり、耐摩耗性が劣りかつ摩擦の安定化が得られ難くなる。
【００１６】
前記樹脂組成物が、さらに固体潤滑剤、球状カーボン、ガラス球、カーボン繊維、ガラス繊維、樹脂粉末、樹脂繊維、金属粉末、金属酸化物、金属硫化物、金属炭化物、金属硫酸化合物、金属窒化物、金属ふっ化物、およびセラミックスから選択される少なくとも１種を含有することができる。これらの充填剤のほとんどはＰＴＦＥの摺動特性を改良するものとして公知であり、公知の作用を発揮するが、硬質多孔性炭素材粉末ほど抜本的な改善効果はない。但し、これらの充填剤は硬質多孔性炭素材料の作用を損なわないので、本発明では任意成分として添加することができる。以下、これらの任意添加成分を個々に説明する。
【００１７】
固体潤滑剤とはＭｏＳ_２，黒鉛などであり、前記特性（イ）〜（ニ）を改善する。
球状カーボンは特許文献３で公知であり、凝着摩耗傾向を抑制し、耐フレッチング性を改善する。
カーボン繊維、ガラス繊維、樹脂繊維、金属粉末、金属酸化物、金属硫化物（ＭｏＳ_２を除く）、金属炭化物、金属硫酸化合物、金属窒化物、金属ふっ化物、およびセラミックスは前記特性（イ）を改善する。
例を挙げると、樹脂繊維はアラミド繊維であり、金属粉末は、銅、錫、亜鉛、鉛などの粉末である。金属酸化物は特許文献１，２で公知のものであり、金属硫化物は硫化銅、ＷＳ_２，ＺｎＳなどであり、金属炭化物はタングステン、チタン、シリコンなどの炭化物であり、金属硫酸化合物は硫酸銅、硫酸バリウムであり、金属窒化物はＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４などであり、金属ふっ物はＣａＦ_２，であり、セラミックスは前記以外の化合物であるＴｉＮ，ジルコニアなどである。
これらの添加剤の量は０．１〜１５容量％、特に０．５〜５容量％であることが好ましい。この添加剤量の上限を超えると、硬質多孔性炭素材粉末の効果が損なわれるために、上限量以下に限定するべきである。
【００１８】
上記した樹脂組成物層は、厚さ方向で見て、５０〜８０％が多孔質焼結層中に含浸され、残りが多孔質焼結層を被覆している。焼結層上部からの被覆厚さは１０
〜８０ μｍ、好ましくは２０〜５０ μｍである。
【００１９】
【作用】
硬質多孔性炭素材粉末は、内部に微細な空孔を持ち、低弾性率な材料であるため、時に変形を起こし易い。また、微細な空孔が材料表面で油を吸着させることで油の潤滑効果が速やかに得られ、静摩擦係数が小さくなる。すなわち、多孔性硬質炭素材のドライ条件での摩擦係数はＰＴＦＥより大きいが、ＰＴＦＥに添加することにより、全体の樹脂組成の摩擦係数を小さくかつ安定化することができる。この結果上記特性（ロ）、（ハ）が改善される。
また、硬質多孔性炭素材粉末添加による強度向上により耐摩耗性（イ）、（イ’）も改善される。
さらに、境界潤滑下の特性（ハ）も硬質多孔性炭素材粉末の添加により改善される。
【００２０】
さらに、上記した硬質多孔性炭素材粉末の特性は、静摩擦係数と動摩擦係数の差を少なくすることにも寄与し、この結果、摩擦の安定化が達成される。これに対して、従来材は、樹脂膜の変形を起こし難く、油の潤滑効果を得難いため、静摩擦係数と動摩擦係数の差が大きくなる。この結果、摩擦は不安定となる。また、耐摩耗性も劣る。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００２１】
【実施例】
実施例１
脱脂した鋼板上に平均粒径が０．１ｍｍの青銅粉末を厚さが０．２〜０．３ｍｍ程度になるように散布し、９２０〜９７０℃で焼結して多孔質層を形成した。その後摺動材料を構成する各成分を溶剤とともにミキサーで混合した後、混合物を多孔質焼結層に含浸被覆した後、３５０〜４２０℃で焼成を行い、摺動材料を得た。また、焼結層表面からの樹脂膜の厚さは０．０２〜０．０５ｍｍである。
【００２２】
各成分は次のとおりである。
（ａ）ＰＴＦＥ：三井デュポンフロロケミカル社製製品ＰＴＦＥ３１６Ｊ
（ｂ）（硬質）多孔性炭素材（粉末）：三和油脂株式会社製品ＲＢＣ
（平均粒径：１５μｍ）
（ｃ）グラファイト：（平均粒径：１μｍ）
（ｄ）ＭｏＳ_２：（平均粒径：１μｍ）
（ｅ）ＰＦＡ（三井デュポンフロロケミカル社製品ＭＰ−１０）
（ｆ）Ｚｎ：（平均粒径：２０μｍ）
（ｇ）Ａｌ_２Ｏ_３：（平均粒径：０．５μｍ）
（ｈ）ＣａＦ_２：（平均粒径：１μｍ）
【００２３】
耐摩耗試験の試験・測定条件は次のとおりである。
この試験により、摩擦係数及び摩耗量を測定した。
試験機：スラスト試験機
潤滑：ショックアブソーバー油
時間：２０時間
面圧：１０ＭＰａ
速度：０．１５ｍ／ｓ
相手軸：ＳＣＭ４１５（焼入）
試験の結果を次の表に示す。表１より、本発明実施例は比較例より摩耗量が少なく、かつ摩擦係数は比較例以下であることが分かる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例２
実施例１と同じ方法により調製した試料につき動摩擦係数と静摩擦係数を次の方法で測定した。
試験機：往復摺動試験機
潤滑：ショックアブソーバー油
面圧：０．８ＭＰａ
速度：０．３３ｍ／ｓ
相手軸：ＳＵＪ−２
結果を次の表に示す。表２より、本発明実施例は動摩擦係数と静摩擦係数の差が小さいことが分かる。
【００２６】
【表２】

【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明はショックアブソーバー、コンプレッサーおよびエンジン補機などの摺動部材としての性能を著しく改善するものであるから、自動車部品工業に寄与するところが大きい。

Claims

金属裏金に裏打ちされた多孔質焼結層の表面に、硬質多孔性炭素材粉末およびふっ素樹脂からなる樹脂組成物を含浸かつ被覆してなることを特徴とする複層樹脂軸受。
前記多孔性炭素材粉末が前記樹脂組成物中に１．０容量％から５０容量％含まれる請求項１記載の複層樹脂軸受。
前記硬質多孔性炭素材粉末の平均粒径が０．５μｍから５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の複層樹脂軸受。
前記ふっ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂、四ふっ化・六ふっ化プロピレン共重合樹脂、四ふっ化エチレン・エチレン共重合体樹脂、ビニリデンフルオライド樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、ビニルフルオロライド樹脂、エチレン・クロロトリフルオロエチレン樹脂の中から選択される少なくとも１種類である請求項１から３のいずれかに記載の複層樹脂軸受。
前記樹脂組成物が、さらに固体潤滑剤、球状カーボン、ガラス球、カーボン繊維、ガラス繊維、樹脂粉末、樹脂繊維、金属粉末、金属酸化物、金属硫化物、金属炭化物、金属硫酸化合物、金属窒化物、金属ふっ化物、およびセラミックスから選択される少なくとも１種類の充填剤を含有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の複層樹脂軸受。
前記充填剤の前記樹脂組成物中の含有量が０．１〜１５容量％である請求項５記載の複層樹脂軸受。