(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
１〜４０体積％の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び／又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂とからなることを特徴とする摺動材料。
【請求項２】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子とからなることを特徴とする摺動材料。
【請求項３】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。
【請求項４】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
１〜４０体積％の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び／又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。
【請求項５】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
１〜４０体積％の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び／又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子とからなることを特徴とする摺動材料。
【請求項６】
鉛を含まない摺動材料であって、
５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、
３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、
１〜４０体積％の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂及び／又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂と、
０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子と、
０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなることを特徴とする摺動材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばすべり軸受材料として使用され、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とし、鉛を含まない摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばすべり軸受材料として、鋼裏金の表面側に多孔質青銅層を有し、その多孔質青銅層に、合成樹脂を主成分とした摺動材料を含浸させたものがある。この種の摺動材料としては、例えば特公昭３９−１６９５０公報に示されるように、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」と略す）に、２０体積％程度の鉛（Ｐｂ）粒子を配合したものが知られている。この摺動材料は、Ｐｂ粒子の配合により、低摩擦係数が得られて摺動特性に優れたものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境問題への配慮から、上記のようなＰＴＦＥを主成分とした摺動材料にあっても、Ｐｂを含有しないものが要望されるようになった。そこで、本出願人は、ＰＴＦＥを主成分とし、従来のＰｂに代えて、ビスマス（Ｂｉ）あるいはビスマス合金粒子を配合した摺動材料を開発し、先に出願している（特願２０００−２６６７１）。
【０００４】
これによれば、Ｐｂの代替品としてＢｉが有効となり、特に、Ｐｂと同様に、相手材の表面にＰＴＦＥのコーティング膜（移着膜）を形成する触媒的作用を呈し、安定した摺動特性を得ることができるのである。ところが、上記したＰＴＦＥにＢｉ又はＢｉ合金を配合した摺動材料では、耐摩耗特性の面で改善の余地が残されており、耐摩耗特性のより一層の向上が望まれるのである。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とし鉛を含まない摺動材料にあって、良好な摺動特性を維持しながらも、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができる摺動材料を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ＰＴＦＥを主成分（５０体積％以上）とし、Ｂｉ合金粒子を配合した摺動材料は、Ｐｂを含まないものであっても、Ｂｉ合金粒子が相手材の表面にＰＴＦＥのコーティング膜（移着膜）を形成する触媒的作用を呈し、安定した摺動特性を得ることができ、環境を配慮した材料とすることができる。この場合、Ｂｉ合金粒子の配合量を３〜４０体積％とすることにより、良好な摺動特性を得ることができ、１０〜３０体積％とすることが、より好ましい。このとき、Ｂｉ合金粒子としては、Ｂｉと銀、スズ、亜鉛、インジウムとの合金を使用することができる。これらの含有量は、０．５〜３０質量％が望ましい。また、Ｂｉ合金の粒径は、１〜５０μｍ程度とすることが望ましい。
【０００７】
そして、本発明者は、種々の試験，研究を重ねた結果、そのような、ＰＴＦＥを主成分としＢｉ合金粒子を配合した摺動材料に、更に以下のような成分を配合することにより、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【０００８】
即ち、本発明の請求項１の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、１〜４０体積％の、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下「ＰＦＡ」と略す）及び／又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂（以下「ＦＥＰ」と略す）とからなるところに特徴を有する。
【０００９】
これによれば、ＰＦＡ及び／又はＦＥＰからなる溶融フッ素樹脂を配合させたことにより、耐摩耗特性を向上させることができ、また摩擦係数を小さくし、さらには材料強度の向上をも図ることができる。この場合、溶融フッ素樹脂の配合量が、１体積％未満では、耐摩耗特性の向上の効果が十分に得られず、４０体積％を越えると、摩擦特性が悪化する。より好ましい配合量は、２〜２０体積％である。また、ビスマス合金粒子を用いたことにより、ビスマス単体を用いた場合に比べて一層摺動特性を良好とすることができる。
【００１０】
本発明の請求項２の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子とからなるところに特徴を有する。
【００１１】
これによれば、硬質粒子を配合したことにより、より高い硬度の粒子が摺動面に分散することになるので、耐摩耗特性を大幅に向上させることができる。この場合、硬質粒子の配合量が、０．１体積％未満では、耐摩耗特性の向上の効果が十分に得られず、２０体積％を越えると、摩擦特性が悪化する。より好ましい配合量は、０．５〜１０体積％である。この硬質粒子としては、Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ等の硬質金属や、Ａｌ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４，ＣｒＯ２，ＳｉＣ，ＴｉＯ２等のセラミック粒子を採用することができる。また、この硬質粒子は、平均粒径が１０μｍ以下のものを採用することができ、平均粒径が１μｍ以下のものがより好ましい。
【００１２】
本発明の請求項３の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビビスマス合金粒子と、０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【００１３】
これによれば、固体潤滑剤の配合により、自己潤滑性を高めることができ、耐摩耗特性及び摩擦特性を向上させることができる。この場合、固体潤滑剤の配合量が、０．１体積％未満では、摩擦特性の向上の効果が十分に得られず、２０体積％を越えると、耐摩耗特性が悪化する。より好ましい配合量は、０．５〜１０体積％である。この固体潤滑剤としては、グラファイト（以下「Ｇｒ」と略す）やＭｏＳ２、ＷＳ２、ＢＮ等を採用することができる。
【００１４】
そして、本発明の請求項４の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、１〜４０体積％のＰＦＡ及び／又はＦＥＰと、０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【００１５】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、固体潤滑剤を配合したことにより、摩擦特性及び耐摩耗特性のより一層の向上を図ることができる。
【００１６】
本発明の請求項５の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、１〜４０体積％のＰＦＡ及び／又はＦＥＰと、０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子とからなるところに特徴を有する。
【００１７】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、硬質粒子を付加したことにより、耐摩耗特性のより一層の向上を図ることができる。
【００１８】
本発明の請求項６の摺動材料は、鉛を含まないものであって、５０体積％以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂と、３〜４０体積％の粒径１〜５０μｍの、銀、スズ、亜鉛、インジウムの１種又は２種以上を０．５〜３０質量％含有するビスマス合金粒子と、１〜４０体積％のＰＦＡ及び／又はＦＥＰと、０．１〜２０体積％の平均粒径１０μｍ以下の硬質粒子と、０．１〜２０体積％の固体潤滑剤とからなるところに特徴を有する。
【００１９】
これによれば、溶融フッ素樹脂を配合したことによる、耐摩耗特性の向上、摩擦特性の向上、材料強度の向上に加え、さらに、硬質粒子および固体潤滑剤の双方を配合したことにより、摩擦特性及び耐摩耗特性のさらなる向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、すべり軸受（ブシュ）の材料に適用した実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、潤滑油を用いない無給油（ドライ環境）で使用されるブシュ１の断面構造を模式的に示している。このブシュ１は、金属鋼板（一般構造用低炭素鋼）からなる裏金層２の表面側（内周側）に、接合性を高めるための銅メッキ層３を介して、銅系合金からなる多孔質焼結金属層４を設け、更にその多孔質焼結金属層４の内部及び表面に、後述するような本実施形態に係る摺動材料５を含浸被覆して構成されている。尚、この図１では、便宜上、摺動材料５についてのハッチングを省略している。また、このブシュ１は、鋼材からなるシャフトを受けるようになっている。
【００２１】
前記摺動材料５は、後の表１に示す実施例５、６に代表される成分組成を備えるものである。ＰＴＦＥを主成分（残部；５０体積％以上）とし、１０〜２０体積％のＢｉ合金粒子を含むものであり、これに加え、溶融フッ素樹脂としてのＰＦＡ、硬質粒子としてのＷ、Ａｌ２Ｏ３、さらには固体潤滑剤としてのＧｒを配合したものである。尚、硬質粒子の平均粒径は１μｍ、固体潤滑剤の平均粒径は、１０μｍである。また、比較例１〜４として、１０〜２０体積％のＢｉ粒子を用いると共に、溶融フッ素樹脂としてのＰＦＡ、固体潤滑剤としてのＧｒ、硬質粒子としてのＷ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかを配合した摺動材料を作製している。更に、先願１〜７は、特願２０００−２６６７１に記載されたような、ＰＴＦＥを主成分とし、５〜３８体積％のＢｉ又はＢｉ合金粒子を配合した摺動材料である。
【００２２】
ここで、上記ブシュ１の製造方法について簡単に述べる。まず、１．２ｍｍの厚み寸法を有し、表面に銅メッキ層３が施された鋼板（裏金層２）上に、銅合金粉末を厚さ０．３ｍｍで散布し、次いで、還元雰囲気中で７５０〜９００℃の温度に加熱して銅合金粉末を焼結した。これにて、裏金層２（銅メッキ層３）上に多孔質焼結金属層４が得られた。
【００２３】
一方、摺動材料５を構成する材料の混合物を得る工程が実行される。この場合、所定量のＰＴＦＥに、所定量のＢｉ合金粒子を加えると共に、所定量のＰＦＡパウダー、硬質粒子、微粒子状の固体潤滑剤を加え、均一に混合して混合物を得るようにする。そして、その混合物を、上記裏金層２上の多孔質焼結金属層４に含浸被覆させた後、３５０〜４００℃の温度で焼成を行ない、その後ロール圧延により厚みを均一化させる。
【００２４】
これにて、裏金層２上の多孔質焼結金属層４に摺動材料５が含浸被覆された平板な材料が得られた。しかる後、その材料を所要寸法に切断し、曲げ加工（巻き加工）を行なうことにより、円筒状のブシュ１を作製した。このように構成されたブシュ１は、その内周の摺動面（摺動材料５の面）においてシャフトを受けるようになっている。
【００２５】
次に、上記摺動材料５の有効性を検証，確認するために、比較例１〜４、実施例５、６の配合の摺動材料、及び、先願１〜７の配合の摺動材料について、摩擦，摩耗試験を行った。この試験は、内径２０mm×幅２０mm×肉厚１．５mmの供試材を用い、荷重５ＭＰａ、速度６ｍ／min 、無潤滑、１００時間の条件で行った。この試験結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】
0003571623.tif 000002
【表２】
0003571623.tif 000003
【００２７】
この試験結果から明らかなように、実施例５、６の摺動材料は、先願１〜７と比べて、同等あるいはそれ以下の摩擦係数が得られると共に、摩耗量が十分に少なくなった。比較例１〜４と比べても、摩耗量を少なくすることができた。この場合、特に溶融フッ素樹脂としてのＰＦＡに加えて硬質粒子としてのＷを配合した実施例６は、摩耗量を著しく少なくすることができた。尚、試験終了後に、相手軸（シャフト）の表面を観察したところ、ＰＴＦＥのコーティング膜（移着膜）が形成されていた。また、Ｂｉと１０質量％のＳｎあるいはＡｇとの合金を用いた実施例５，６は、摩耗量を少なくすることができた。
【００２８】
以上のように、本発明の成分組成を備える摺動材料５によれば、ＰＴＦＥを主成分とし鉛に代えてＢｉ合金を配合した摺動材料にあって、溶融フッ素樹脂としてのＰＦＡ、硬質粒子としてのＷやＡｌ２Ｏ３、固体潤滑剤としてのＧｒを配合したことにより、従来のものと異なり、良好な摺動特性を維持しながらも、耐摩耗特性の一層の向上を図ることができるという優れた効果を得ることができる。
【００２９】
尚、上記実施の形態では、本発明の摺動材料をシャフトを受けるブシュ１に適用するようにしたが、様々な用途の摺動部材に使用することが可能であり、その際ブシュ（軸受）に限定されるものでもなく、スラストワッシャやスライドプレート等にも適用することができる。また、無潤滑環境に限らず、潤滑油中や水等の液体中で使用しても差支えない。
【００３０】
その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、溶融フッ素樹脂としては、ＦＥＰ等を採用することもでき、硬質粒子としても、Ｔｉ，Ｃｒ等の硬質金属やＦｅ３Ｏ４，ＣｒＯ２，ＳｉＣ，ＴｉＯ２等の他のセラミック系硬質粒子を採用しても良く、それらを複数種類組合せて使用しても良く、また、同様に固体潤滑剤としても、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＢＮ等も採用することができ、さらには、裏金層や多孔質金属層の材質、相手材（シャフト）の材質等についても上記したものに限定されるものではない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すもので、ブシュの構造を概略的に示す拡大縦断面図
【符号の説明】
図面中、１はブシュ（すべり軸受）、２は裏金層、４は多孔質焼結金属層、５は摺動材料を示す。
【図１】
0003571623.tif 000004