JP2517604B2 - 摺動材料 - Google Patents

摺動材料

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    • C10M2217/046—Polyamines, i.e. macromoleculars obtained by condensation of more than eleven amine monomers
    • C10M2217/0465—Polyamines, i.e. macromoleculars obtained by condensation of more than eleven amine monomers used as base material

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、摺動材料に関するものであり、さらに詳し
く述べるならばポリイミド、ポリイミド、ポリアミドイ
ミドを結合剤とする樹脂系摺動材料に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来一般的に使用されているカーボン（Cr）系の摺動
材料は、フェノール樹脂を結合剤とし、熱圧縮成形され
ているものが知られているが、フェノール樹脂は耐熱性
が低く、高速条件或いは潤滑条件が非常に厳しいと、発
熱により樹脂が分解してしまう場合がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の摺動材料は境界潤滑および混合潤滑条件の摺動
では耐焼付性、耐摩耗性、低摩擦性などの性能が不充分
であった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、ポリイミドおよびポリアミドイミドの耐
熱性を利用した摺動材料の組成を鋭意研究し、上記ポリ
イミドおよびポリアミドイミドの他に、グラファイト、
クレーからなる摩擦調整剤を含有させることにより、境
界潤滑および混合潤滑条件の摺動では耐焼付性、耐摩耗
性、低摩耗性などの性能を優れたものとすることを見出
した。
すなわち、本願の第１発明は、20ないし90重量％のポ
リイミドおよびポリアミドイミドの少なくとも１種と、
５ないし60重量％のグラファイトと、および0.5ないし2
0重量％のクレーからなる摩擦調整剤とからなることを
特徴とする摺動材料である。
第２発明は、20ないし90重量％のポリイミドおよびポ
リアミドイミドの少なくとも１種と、５ないし60重量％
のグラファイトと、0.5ないし20重量％のクレーからな
る摩擦調整剤と、ならびに、（ｉ）30重量％以下の四弗
化ポリエチレン、MoS2,Pb、およびBNの少なくとも１種
および（ii）10容量％以下のオイルからなる群（ｉ），
（ii）の少なくとも１種の潤滑剤と、からなることを特
徴とする摺動材料である。
バイメタル摺動材料として使用する場合は、裏金は、
優れた強度を利用して耐荷重性を高めまた摺動層を薄く
し、優れた熱伝導率を利用して摺動層の熱を逃がすこと
により耐焼付性を高めるために使用される。
裏金には、通常鋼板が使用されるが、鋼板以外にもア
ルミニウム系合金もしくは銅系合金も使用することがで
きる。
裏金の表面部には樹脂とグラファイトを主成分とする
摺動層の接合強度を高めるための粗面化部を設ける。裏
金の表面に形成される粗面化部は、銅もしくは銅系合金
の粉末焼結層、鉄または鉄系合金の粉末焼結層、金属も
しくはセラミックの溶射層などを裏金表面に設ける方法
によってもよく、またショットブラスト、エッチングな
どにより裏金自体に表面に微細な凹凸を形成する方法に
よってもよい。
バイメタルの場合、裏金上に被着され摺動層となりま
たソリッドの場合直接摺動部材となる摺動材料の組成に
ついて、以下説明する。
まず、ポリイミドおよびポリイミドアミドは、その耐
熱性が優れた樹脂であることを利用して摺動材料に耐焼
付性を付与するために使用される。また、これらの樹脂
は、比較的可とう性がある性質を利用して耐荷重性を高
めるために使用され、さらに、その曲げ加工ができる性
質を利用して、バイメタル材のハウジングへの変形固定
を可能にする。ポリイミドとしては、液状もしくは固体
粉末状のポリエステルイミド、芳香族ポリイミド、ポリ
エーテルイミド、ビスマレインイミドなどを使用するこ
とができる。ポリイミドおよびポリイミドアミドの使用
量は20ないし90％（以下、百分率は特記しない限り、重
量％である）である。この使用量が20％未満では摺動材
料成分の結合力が弱く、摺動材料の摩耗が多くなる。一
方、この使用量が90％を越えると、摺動材料の摩擦係数
が増大しやはり摺動材料の摩耗が多くなる。好ましい使
用量は30ないし60％である。
グラファイトは、ポリイミドもしくはポリアミドイミ
ドにより結合された状態で、主として優れた摩擦特性を
摺動材料に付与するために使用する。グラファイトは人
造もしくは天然グラファイトの何れでもよく、粒形状は
粒状もしくは偏平状の何れでもよい。耐摩耗性の面か
ら、グラファイトの粒径は250μｍ以下が、また結晶性
は、Ｘ線で測定したd(002)面間隔で3.50Å以下が、好ま
しい。かかる面間隔のグラファイトは劈開しやすく、片
状もしくは鱗状粒子の平坦な主面が摺動材料表面に配列
されるので、表面におけるグラファイトの面積が大にな
り、摩擦係数低減に有利である。グラファイトの使用量
は５ないし60％である。この使用量は５％未満では摺動
材料の摩擦係数が大きくなり、そして摩耗量も多くな
り、一方60％を越えると樹脂による結合力および裏金と
摺動層との接合力が弱まり、この結果摩耗量が多くな
る。好ましい使用量は30ないし60％である。
クレーは硬質物であることを利用して、摺動層の耐摩
耗性を向上させるために使用される。クレーとしては粘
度鉱物全般を使用することができるが、特に焼成クレー
が好ましい。焼成クレーはクレーを予め500−600℃以下
の温度で焼成したものである。このクレーの使用量は0.
5％より少ないと耐摩耗性が不充分であり、一方20％を
越えると相手材をきずつけ、相手材の耐摩耗性を不充分
にする。クレーの好ましい使用量は５ないし15％であ
る。ところで、特開昭55−106230号公報は、海綿状多孔
金属体の空隙部にポリイミド系樹脂を主成分とし、四弗
化エチレン樹脂粉末、石英粉末MoS2粉末、黒鉛粉末、炭
素短繊維などを副成分として構成した組成物を充填する
ことを特徴とする摺動材料を提案している。この提案よ
り、ポリイミド樹脂の耐熱性不足を解消するための手段
として、この樹脂を充填する多孔金属体に着目し、その
多孔率および孔径を特定している。
この公報による摺動層組成はポリイミドおよびポリア
ミドイミドとグラファイトを主要成分とする点では本発
明のものと共通であるが、本発明が特長とするクレー
（焼成クレー）による耐摩耗性向上については開示がな
い。
上記した組成の摺動層の潤滑性を良好にするために、
四弗化ポリエチレン（PTFE），MoS2,PbおよびBNの少な
くとも１種からなる潤滑剤をさらに含有させることがで
きる。これらの潤滑剤の使用量は30％以下である。この
使用量が30％を越えると、強度の低下、耐熱性不足等の
欠点が現われる。好ましい使用量は２％以上である。よ
り好ましい使用量は５〜20％である。
さらに、シリコン油、機械油、タービン油、鉱物油な
どの少なくとも１種からなるオイルを上記潤滑剤に代え
てあるいはこれとともに使用することができる。オイル
の使用量が10容量％を越えると、強度の低下、耐熱性の
不足等の欠点が現われる。好ましい使用量は0.1容量％
以上である。より好ましい使用量は１〜10容量％であ
る。
以下、本発明に係る摺動材料の製造方法について具体
的に説明する。
まず、バイメタル摺動材料の場合は、裏金の表面の片
面を粗面化する。ここで粗面化方法は特に制限がない
が、裏金と粗面化方法の好ましい組み合わせは次のとお
りである：鋼板−銅系粉末焼結、金属・セラミック溶
射；アルミニウム合金板−エッチング（陽極酸化を含
む）、ショットブラスト；銅合金板−エッチング、ショ
ットブラスト。焼結の場合は、所望の厚さの焼結層が得
られるように粒径が80〜150μｍの粉末を裏金上に散布
積層した後粉末の融点より低温で粉末どうしが結合する
温度に加熱する。ショットブラストの場合は、カットワ
イア、焼成アルミナ、ガラスビーズ等の鋭利な角部を有
する粒を高速で裏金に噴射する。エッチングの場合は、
銅については濃塩酸、アルミニウムについて苛性ソーダ
などの選択エッチングが可能なエッチャントを使用して
裏金に微細な凹凸を形成する。
続いて、摺動層成分を、粗面化された凹凸部に含浸さ
せるとともに凹凸部の上面に摺動層接層として配置す
る。そのためには摺動層成分を適当な分散液、例えばジ
エチルアセトアミドとともに裏金上に塗布するか、ある
いは乾燥状態の摺動層成分をロール等で裏金上に加圧適
用する。なお、この塗布等の段階ではポリイミドおよび
ポリアミドイミド等の樹脂成分は溶剤を含有しているこ
とが多い。この溶剤は分散剤とともに次の乾燥段階で蒸
発せしめられる。乾燥は樹脂の種類により温度が異なる
が、一般に60〜120℃の温度で行なわれる。この段階で
摺動層の厚さは20〜100μｍとなる。続いて、上下のロ
ール間を裏金を通過せしめることにより摺動層成分を裏
金に強固に保持せしめる。さらに高温で焼成を行なって
樹脂を硬化させる。この焼成は樹脂の種類により温度が
異なるが、一般に150〜300℃の温度で行なわれる。次に
摺動層付の裏金を所定形状に成形する。ブシュ等に使用
する場合は摺動層が内側になるように裏金を円形に曲げ
加工し、その後、ハウジングに裏金を圧入して、最後に
内面切削を行ない所定寸法に摺動層を仕上げることが一
般的である。ポリイミドおよびポリアミドイミドは、四
弗化ポリエチレンと異なり厚く塗布できるため、仕上代
をとっても充分な摺動層を残すことができる。摺動層が
100〜300μｍと厚い場合あるいは成形の内径寸法が小さ
い場合は、上記工程の中で焼成と成形の前後を入れ替え
ることにより、乾燥後の柔軟な状態の摺動層付き裏金を
曲げ加工し、その後焼成を行なって摺動層の割れを防止
する必要がある。
ソリッド摺動材料の場合は、摺動材料成分および溶剤
とともに混練、成形し、次に焼成を行う。ソリッド摺動
材料の厚さは通常0.5〜10mmであり、その他の寸法は組
込む機械により決められる。
〔作用〕
グラファイトを結合するポリイミドおよびポリアミド
イミドはそれ自体耐熱性が優れているが、これに摩擦特
性が優れたグラファイトおよび耐摩耗性が優れたクレー
を混合することにより、耐熱性、摩擦特性、耐磨耗性耐
焼付性などを優れたものにすることができる。
ポリイミドおよびポリアミドイミドはそれ自体可とう
性が優れているので、かかる樹脂を結合剤としてグラフ
ァイトを結合することにより、耐荷重性が優れたものと
なり、高荷重領域までの使用が可能になった。
ポリイミドおよびポリアミドイミドは耐熱性が非常に
優れた樹脂であるため、強度が強く高温下で流動を起さ
ないという性質を有し、樹脂の中では耐摩耗性に優れて
いるが、これと耐摩耗性に優れているクレーを共用する
ことにより一層優れた耐摩耗性を実現する。
さらに潤滑剤の添加によって、境界潤滑および混合潤
滑条件下ですぐれた性能を達成する。
〔実施例〕
以下、さらに実施例により本発明を説明する。
第１表に示す組成の摺動層を調製すべく、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、グラファイト（面間隔d(200)＝
3.40Å、最大粒径70μｍ、粉末粒度−200メッシュ）、
クレー（カオリン粘土）、およびオイル（シリコン油）
を予め用意した。さらに、PTFE,MoS2,Pb（−200メッシ
ュ）およびBNも予め用意した。
一方、裏金として140mm×1.5mmの普通鋼板を、またそ
の上に形成する粗面化部用の青銅粉末（Sn10％含有、＋
80,−150メッシュ）を、それぞれ用意した。裏金を脱脂
後、青銅粉末を裏金面積cm2当り0.05〜0.1g裏金上に配
置し、その後830〜850℃で焼成を行なって粗面化部を形
成した。粗面化部の厚さは約150μｍであり、青銅の比
重に基づいて計算した気孔率は40〜80％であった。
摺動層成分は溶剤とともに十分に混合した後、粗面化
部への含浸を行ない、100℃で乾燥し、続いて冷間状態
で圧下して摺動層成分を固め、最後に250℃で焼成を行
ない、厚さが約80μｍの摺動層を形成して、バイメタル
材試料とした。さらに、上記摺動材成分と同一のものを
成型し、250℃で焼成し、厚さが4mmのソリッド材試料を
調製した。
円筒平板式摩擦摩耗試験機を用い摺動材料供試材の平
面を周速度が5m/secで回転するS55C焼入材製試験軸に10
kgの荷重で接触させ、試験軸表面にオイル一滴塗布した
後60分間、回転と接触を継続させ摩擦係数（滑り距離1k
m以上ではほぼ一定になった）と摩耗量を調べた。結果
を第１表に示す。
表中PIはポリイミド、PAIはポリアミドイミド、Grは
黒鉛を、それぞれ、意味する。また組成はオイルについ
ては容量百分率で示す。
比較例15,16はフェノール樹脂を使用した例であり、P
I,PAIと比較して耐熱性が低いために、樹脂分解により
耐摩耗性が劣る。
〔発明の効果〕 本発明によると耐焼付性、耐摩耗性および摩擦特性が
優れた摺動材料が提供される。本発明の摺動材料は、特
に、クーラー用コンプレッサ、ミッション、ターボチャ
ージャー、スーパーチャージャー、ウォーターポンプ、
エンジン等およびパワーステアリングの各種軸受、シー
ル部材の境界潤滑条件下あるいは混合潤滑条件下で優れ
た性能を発揮する。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】20ないし90重量％のポリイミドおよびポリ
    アミドイミドの少なくとも１種と、５ないし60重量％の
    グラファイトと、および0.5ないし20重量％のクレーか
    らなる摩擦調整剤とからなることを特徴とする摺動材
    料。
  2. 【請求項２】20ないし90重量％のポリイミドおよびポリ
    アミドイミドの少なくとも１種と、５ないし60重量％の
    グラファイトと、0.5ないし20重量％のクレーからなる
    摩擦調整剤と、ならびに、（ｉ）30重量％以下の四弗化
    ポリエチレン、MoS2,Pb、およびBNの少なくとも１種お
    よび（ii）10容量％以下のオイルからなる群（ｉ），
    （ii）の少なくとも１種の潤滑剤とからなることを特徴
    とする摺動材料。
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