JP2006503238A - スライディングベアリング材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属支持体（１）と、開放構造を有する強化材料（２）少なくとも１つとを含み、スライディングベアリングにおいて使用される複合材料に関する。前記支持体（１）と前記強化材料とは、相互に金属化合物によって、連結されている。ポリエチレン（ＰＥ）系の層であるオーバーレイ（４）が、追加層として前記強化材料（２）上に提供されている。

Description

本発明は、スライディングベアリングに使用されるべき複合材料であって、金属支持体と、開放構造を有する強化材料少なくとも１つとを含む複合材料に関する。前記支持体及び前記強化材料は、金属連結部によって、相互に連結されている。追加層として、前記強化材料上に、オーバーレイが提供されている。

一般的に、金属支持体、強化材料、及びプラスチックオーバーレイを含むスライディングベアリング複合材料は公知である。この場合には、通常、適当な接着剤、例えばペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）を使用するラミネート手段によって、前記金属支持体と前記強化材料とを連結する。

通常、公知のスライディングベアリング複合材料における強化材料は、金属を含み、そして、例えば、ワイヤメッシュ、エキスパンデッドメタル又は多孔板であることができる。

通常、公知のスライディングベアリングにおける前記オーバーレイは、良好なスライディング品質を有すると同時に、高機械的応力に抵抗し、そして特に耐熱性を有するプラスチック、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む。

ラミネートされた前記複合材料とは別に、金属連結部によって、前記金属支持体と前記強化材料とが、相互に連結されているものも公知である。従って、例えば、ＵＳＰ５２２９１９８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で被覆されている金属支持体及びワイヤメッシュを含むスライディングベアリング複合材料（溶接によって前記支持体に連結されている）について記載している。この方法で製造される複合材料は、遊びのないベアリング、及び、ベアリングの改良された負荷容量によって特徴づけられる。更に、ラミネートされた材料と比較すると、前記の複合材料は、より良く形成することができる。

厳しい使用条件に耐え、そして耐熱性の公知のフッ素化プラスチック、例えば、ＰＴＦＥを、スライディングベアリングの前記オーバーレイに使用する場合、製造コストが高いことが不利である。例えば、ＰＴＦＥは、比較的コストのかかる焼結でしか、成形することができない。更に、ＰＴＦＥの代替としての環境適合性のある材料が必要とされている。

本発明の基礎となる目的は、とりわけ、スライディングベアリングにおいて使用されるべき複合材料であって、一方では、経済的に、そして環境保全的に、製造し、そして廃棄することができ、他方では、機械的強度が高く、そして耐熱性の複合材料を創造することである。本発明のその他の目的は、以下の記載及び実施例により明らかになるであろう。

前記オーバーレイがポリエチレン系層であり、スライディングベアリングにおいて使用されるべき本発明による複合材料によって、前記目的及びその他の目的が達成される。

本発明による複合材料、それを製造する相当する方法、及び、それらの特別な使用の有利な実施態様は、前記従属項に記載されている。

驚くべきことに、金属連結部によって、金属支持体と強化材料とが相互に連結されている場合には、ポリエチレン（ＰＥ）系のオーバーレイを有する複合材料は、極めて強く、そして耐熱性に優れていることが分かった。同時に、ポリエチレンは単純に、そして、経済的に製造することができるため、その製造及び廃棄物処理は、環境への負担が少ない。

本発明による前記複合材料の前記オーバーレイに含まれる前記ポリエチレンは熱可塑性材料であって、耐磨耗性が特に高く、そして、スライディング品質に優れている。

オーバーレイとしてのスライディングベアリング用の複合材料の製造において、現在まで使用されている公知のプラスチック（ＰＴＦＥ、ＦＰＥ又はＰＥＥＫ）と比較すると、ポリエチレンが持続的耐熱性を有する温度範囲、つまり、−１５０℃〜最大で＋９０℃、は実質的に狭い。比較すると、ＰＴＦＥは低温耐性が−２００℃にまで下がり、そして、持続的耐熱性は２６０℃までである。この理由から、その他のものと比較しても耐熱性に優れていないため、スライディングベアリングにおけるオーバーレイ用の材料として、ポリエチレンの使用は現在まで考えられていなかった。

しかしながら、支持体が、金属的態様で、強化材料に連結されている場合においては、否定的に考えられていたこれらの特性が、不利ではないということが分かった。前記金属連結部を使用することにより、摩擦によって前記オーバーレイ中に発生される熱を、最適な方法で、前記支持体へ散逸することができる。更に、前記強化材料の前記開放構造によって、それがポリエチレンと組合わされると、前記オーバーレイの強度、及び、従って、最大負荷容量が更に増加するので、オーバーレイ材料としてのポリエチレンの使用が支持される。機械的強度及び耐熱性の観点から、金属連結部を支持体と強化材料との間に使用する場合に、ポリエチレンは、従来使用されているプラスチックと等価な代替物である。

しかしながら、ポリエチレンを使用する場合の決定的な利点は、経済的に製造することができ、そして環境適合性に優れていることである。スライディングベアリングは使用頻度が高く、そして、一般的な製品であるため、特に、環境保護の観点は重要である。ここで、ポリエチレン廃棄物は、環境に影響を与えることなく、焼却処理することができる。それは、二酸化炭素、一酸化炭素、水、及び一酸化窒素しか放出されないからである。従って、ポリエチレンは、製造に関して、毒性学及び環境への影響の観点から、焼却処理及び廃棄物処理が、例えば、ＰＴＦＥよりも、実質的に問題が少ないプラスチックである。

本発明の意味でのポリエチレンは、最大限に多くの種類の密度、硬度、及び組成を有する全ての種類のポリエチレンを意味するものと理解されたい。前記オーバーレイが、高分子ポリエチレン（ＨＭＷ ＰＥ）系、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷ ＰＥ）系、又はポリエチレン化合物系の層である場合に、特に有利である。

ＨＭＷ ＰＥ及び／又はＵＨＭＷ ＰＥは、高分子量及び/又は超高分子量２００，０００〜５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ及び/又は３，０００，０００〜６，０００，０００ｇ／ｍｏｌによって区別される。これは、特に、良好なスライディング性及び耐摩耗性を有する、剛性で硬質のポリエチレンの場合である。

本発明の好ましい実施態様によると、前記オーバーレイを構成しているプラスチックは、５〜１００重量％、特に５０〜１００重量％、より好ましくは、８０〜１００重量％、及び、最も好ましくは９０〜１００重量％の割合でポリエチレンを含む。

更に、前記オーバーレイは、通常の添加剤、例えば充填剤（例えば、グラスファイバー、石炭、グラファイト及び/又は芳香性ポリエステル）を含むことができる。更に、ポリエチレンの他に、充填剤、例えばグラスファイバー、石炭、グラファイト及び/又は芳香性ポリエステルを含む、ポリエチレン系のプラスチック組成物も、ここで言うポリエチレン化合物（ＰＥ化合物）である。

前記のポリエチレン配合物、及び/又はポリエチレンとその他のポリマー、特にフッ素化ポリマー（例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＥ、ＭＦＡ及び/又はＦＥＰ）との配合物も、オーバーレイのプラスチック組成物とすることができる。ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）との配合物も含まれる。特に、ポリエチレン１０〜９９，９重量％、特に４０〜９９．９重量％、及び特に好ましくは８０〜９９．９重量％と、フッ素化ポリマー又はポリエーテルケトン、場合により、通常の添加剤、混合剤及び充填剤（例えばグラスファイバー、石炭、グラファイト及び/又は芳香性ポリエステル）からの残量との配合物も含まれる。

更に、前記オーバーレイ用のプラスチック組成物として、ポリエチレンを含むポリマー合金も含まれる。

更に、前記オーバーレイの前記材料が、前記強化材料の前記開口部を少なくとも部分的に充填している場合は特に有利である。この場合、前記オーバーレイは、強度及び引裂抵抗がより優れている。前記強化材料上で測定される前記オーバーレイの厚さは、１μｍ〜１．５ｍｍ、特に５〜２５０μｍである。焼結、溶接、はんだ付け及び/又はガルバナイジング（Ｇａｌｖａｎｉｓｉｅｒｅｎ）によって、金属支持体と強化材料とが、相互に連結されている場合には、優れた強度、及び、同時に、最適な熱伝達性質が達成される。前記連結部を、はんだ付けにより製造することが好ましい。

前記金属支持体は、任意の金属、特に、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、青銅、黄銅、チタン及び/又は銅、あるいは、それらの合金を含むことができ、そして、任意の厚さ、特に厚さ０．０５〜１０ｍｍであることができる。厚さが、０．２〜３ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

開放構造を有する前記強化材料は、ファブリックであることが好ましく、特に、ワイヤメッシュ、エキスパンデッドメタル、フリース、特に、金属フリース、金属フォーム及び/又は多孔板であることが好ましい。金属ファブリックを使用することが好ましい。前記強化材料は、金属、特に、青銅、銅、銀、クロム、ニッケル、亜鉛、亜鉛鉄合金、亜鉛ニッケル合金及び/又はアルミニウム、あるいは、それらの合金を含むことができる。青銅ファブリックを使用することが好ましい。異なる金属から製造する混合ファブリック、特に前記の金属を混合したファブリックも含まれる。前記強化材料の厚さは、０．１〜６ｍｍ、特に０．１〜２ｍｍの範囲内であることが好ましい。

１層又は数層の中間層、特に金属中間層を、金属支持体と強化材料との間に配置することができる。前記の金属中間層は、開放構造を有する金属強化材料と同じ材料を含むことが好ましい。前記中間層に特に適している材料は、銅及び/又は青銅である。ガルバナイジング及び/又はめっきによって、前記金属中間層を、前記支持体又は前記強化材料上へ付与することができる。前記中間層は、厚さ１〜１００μｍを有することができる。

本発明による複合材料は、スライディングベアリング、特にメンテナンスフリースライディングベアリングの支持材料として使用されることが好ましい。従って、本発明は、本発明の複合材料を含むスライディングベアリングにも関する。

最後に、本発明は、前記の特性の１つ又は数種を有する複合材料を製造する相当する方法を含む。この方法で、焼結、溶接、はんだ付け及び/又はガルバナイジングにより、支持体と強化材料との間の前記金属連結部を製造する。めっき及び/又はガルバナイジングによって、前記中間層を付与することができる。有利なことに、カレンダリング、ペインティング及び/又はラミネーティングによって、前記オーバーレイを前記強化材料に導入することができる。

図１に示される実施態様に基づいて、本発明を以下に詳細に説明する。

図１は、金属支持体１、金属中間層３，強化材料２としてのワイヤメッシュ及び最後にオーバーレイ４を含む、本発明による複合材料を示す。前記金属支持体１は鋼を含むことが好ましい。ガルバナイジング又はめっきによって、前記金属中間層３（好ましくは銅又は青銅を含む）は、例えば、前記支持体１上に付与されている。強化材料２として機能するワイヤメッシュは、銅又は青銅を含み、そして焼結によって付与される。例えば、ポリエチレン製で、前記強化材料２の開口部を充填するオーバーレイは、カレンダリング又はラミネーティングによって、前記強化材料２の上に付与される。相当する成形の後で、前記の複合材料は、スライディングベアリングにおける支持体材料としての用途に非常に適している。

焼結によって、前記強化材料２を、その下にある金属層１，３へ連結すると、ベアリングの良好な負荷容量が達成される。以下の表は、バッチプレス（圧力４．１Ｍｐａ，３８０℃，滞留時間２分間，４０℃まで冷却）を行った焼結青銅（ＣｕＳｎ６）ファブリックに関して、いくつかの圧縮試験を再現したものである。試験３．３では、極細ファブリック（幅０．１１２ｍｍ，ワイヤー直径０．０８ｍｍ）を使用し、そして、試験３．４では、粗ファブリック（幅０．４ｍｍ，ワイヤー直径０．２５ｍｍ）を使用した。

前記の実施態様は、単に説明のためのものであり、本発明は、実施例として記載した実施態様に限定されるわけではない。むしろ、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲及びそれらの適法な均等物により、規定されるものである。

符号の説明

１・・・金属支持体；２・・・強化材料；３・・・金属中間層；
４・・・オーバーレイ。

Claims (19)

1. 金属支持体（１）と、開放構造を有する強化材料（２）少なくとも１つとを含み、前記支持体（１）と前記強化材料（２）とが金属連結部によって相互に連結されており、そして前記強化材料（２）上にオーバーレイ（４）が追加層として提供されており、スライディングベアリングに使用される複合材料であって、前記オーバーレイ（４）がポリエチレン（ＰＥ）を含むことを特徴とする、前記複合材料。
2. 前記オーバーレイ（４）が、高分子ポリエチレン、超高分子ポリエチレン及び／又はポリエチレン化合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合材料。
3. 前記オーバーレイ（４）の前記材料が、前記強化材料（２）の開口部を、少なくとも部分的に充填することを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合材料。
4. 前記強化材料（２）上で測定される前記オーバーレイ（４）の厚さが、５μｍ〜１．５ｍｍ、特に１００μｍ〜３００μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合材料。
5. 前記支持体（１）と前記強化材料（２）とが、焼結、溶接、はんだ付け及び／又はガルバナイジングによって、相互に連結されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
6. 前記支持体（１）が、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、青銅、黄銅、チタン及び/又は銅、あるいは、それらの合金からできている支持体であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合材料。
7. 前記支持体（１）の厚さが、０．０５〜１０ｍｍ、特に０．２〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合材料。
8. 開放構造を有する前記強化材料（２）が、ファブリック、特にワイヤメッシュ、エキスパンデッドメタル、及びフリース、特に金属フリース、金属フォーム及び／又は多孔板であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合材料。
9. 前記強化材料（２）が、金属、特に、青銅、銅、クロム、ニッケル、亜鉛、亜鉛鉄合金、亜鉛ニッケル合金及び/又はアルミニウム、あるいは、それらの合金を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合材料。
10. 前記強化材料（２）の厚さが、０．１〜６ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料。
11. 追加層として、金属中間層（３）が、支持体（１）と強化材料（２）との間に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合材料。
12. ガルバナイジング及び/又はめっきによって、前記中間層（３）が、前記支持体（１）又は前記強化材料（２）上に付与されることを特徴とする、請求項１１に記載の複合材料。
13. 前記中間層（３）が、請求項９に記載の前記材料少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の複合材料。
14. 前記中間層（３）の厚さが、１〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の複合材料。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合材料を含むスライディングベアリングブッシュ。
16. スライディングベアリングに使用されるべき、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合材料の使用。
17. 焼結、溶接、はんだ付け及び/又はガルバナイジングによって、支持体（１）と強化材料（２）との間に金属連結部を製造する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合材料の製造方法。
18. めっき及び/又はガルバナイジングによって、中間層（３）が付与される、請求項１７に記載の方法。
19. カレンダリング、ペインティング及び/又はラミネーティングによって、オーバーレイ（４）を前記強化材料（２）に導入する、請求項１７又は１８に記載の方法。

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