(57)【要約】【課題】鉛類を含まない樹脂組成物を用い、高面圧条件において、動摩擦係数や耐摩耗特性などに優れ、さらに安定した摺動特性を有する複層軸受を提供する。【解決手段】金属基材２と、該金属基材２の一方の表面に形成された多孔質層と、該多孔質層に含浸被覆された樹脂組成物４とからなる複層軸受１であって、上記多孔質層は多角形状の軟質金属粉末３（銅−錫合金粉末）の焼結層であり、上記樹脂組成物４は、ＰＴＦＥ樹脂と、炭素繊維４ａと、カルシウム化合物とを含む樹脂組成物４である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、該金属基材の一方の表面に形成された多孔質層と、該多孔質層に含浸被覆された樹脂組成物とからなる複層軸受であって、
前記多孔質層は、多角形状の軟質金属粉末の焼結層であり
前記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と、炭素繊維と、カルシウム化合物とを含む樹脂組成物であることを特徴とする複層軸受。
【請求項２】
前記軟質金属粉末が、平均粒子径１０〜２００μｍの粉末であることを特徴とする請求項１記載の複層軸受。
【請求項３】
前記軟質金属粉末が、銅−錫合金粉末であることを特徴とする請求項２記載の複層軸受。
【請求項４】
前記樹脂組成物全体に対して、前記炭素繊維の配合割合が１５〜２０体積％、前記カルシウム化合物の配合割合が３〜１５体積％であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の複層軸受。
【請求項５】
前記樹脂組成物が、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の複層軸受。
【請求項６】
前記樹脂組成物全体に対して、前記炭素繊維の配合割合が１５〜２０体積％、前記カルシウム化合物の配合割合が３〜１５体積％、前記ポリフェニレンサルファイド樹脂の配合割合が３〜１５体積％であることを特徴とする請求項５記載の複層軸受。
【請求項７】
前記炭素繊維の平均繊維長が、５０〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載の複層軸受。
【請求項８】
前記カルシウム化合物が、平均粒子径５〜５０μｍの粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の複層軸受。
【請求項９】
前記カルシウム化合物が、硫酸カルシウム粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項記載の複層軸受。
【請求項１０】
前記複層軸受は、前記多孔質層の前記樹脂組成物が含浸被覆された側を内側として円筒状に曲げ加工されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項記載の複層軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属基材と多孔質層と樹脂層とからなる複層軸受に関し、特に鉛類を配合しない複層軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板などの金属板に裏打ちされた多孔質層に、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂と、鉛または酸化鉛等の鉛類を含む樹脂組成物を含浸被覆させてなる複層軸受は、高面圧下での摺動特性に優れた軸受として知られている。鉛類はＰＴＦＥ樹脂の欠点である、耐摩耗特性を向上させるとともに、摺動時、相手材へのＰＴＦＥ樹脂の移着を助長する効果を有しているため、軸受と相手材との摺動が、相互にＰＴＦＥ樹脂を主体としたもの同士の摺動となり、摩擦係数及び耐摩耗特性の点で、優れた効果をもたらしている。
【０００３】
しかし、環境保全を目的とする、ＲｏＨＳ指令、ＥＬＶ指令等では鉛類の使用が制限されており、鉛類を全く含まない複層軸受が求められている。例えば、鉛類を含まない複層軸受として、ＰＴＦＥ樹脂を主成分とする樹脂に炭素繊維およびモース硬度４以下のウィスカを配合してなる複層軸受（特許文献１参照）が提案されている。しかし、特許文献１に記載の複層軸受は、面圧がより高くなると摺動特性が急激に低下するという問題がある。また、摺動特性の中で経時的な摩擦係数のばらつきが大きいという問題がある。
【０００４】
この特許文献１の上記問題点を解決する複層軸受として、ＰＴＦＥ樹脂を主成分とする樹脂に平均粒子径１〜５０μｍの粒状無機充填材を配合してなる複層軸受（特許文献２参照）が知られている。これら従来の複層軸受の多孔質層には球状の銅−錫合金粒子が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０５５０５４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の複層軸受は、高面圧下での摺動特性の急激な低下および経時的な摩擦係数のばらつきが改善できた。しかしながら、特許文献２に記載の複層軸受は、面圧が１０ＭＰａをこえる条件では耐摩耗性が十分でないという問題があり、より高面圧領域で摺動特性を安定させた複層軸受が要求されている。
【０００７】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、金属基材、多孔質層および樹脂組成物の何れにも鉛類を全く含まない鉛レス複層軸受であって、高面圧条件において、動摩擦係数や耐摩耗特性などに優れ、さらに安定した摺動特性を有する複層軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複層軸受は、金属基材と、該金属基材の一方の表面に形成された多孔質層と、該多孔質層に含浸被覆された樹脂組成物とからなる複層軸受であって、上記多孔質層は多角形状の軟質金属粉末の焼結層であり上記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂と、炭素繊維と、カルシウム化合物とを含む樹脂組成物であることを特徴とする。なお、本発明において「多角形状」とは、立方体、直方体のほか、表面形状が凹凸を有する立体を含む形状をいう。
【０００９】
上記軟質金属粉末が平均粒子径１０〜２００μｍの粉末であることを特徴とする。また、上記軟質金属粉末が銅−錫合金粉末であることを特徴とする。なお、本発明における「平均粒子径」は、レーザー解析法による測定値である。レーザー解析粒度分布測定装置としては、リーズ・アンド・ノースラップ社製、マイクロトラックＨＲＡがある。
【００１０】
上記樹脂組成物全体に対して、上記炭素繊維の配合割合が１５〜２０体積％、上記カルシウム化合物の配合割合が３〜１５体積％であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記樹脂組成物が、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂を含むことを特徴とする。この場合において、樹脂組成物全体に対して、上記炭素繊維の配合割合が１５〜２０体積％、上記カルシウム化合物の配合割合が３〜１５体積％、上記ＰＰＳ樹脂の配合割合が３〜１５体積％であることを特徴とする。
【００１２】
上記炭素繊維の平均繊維長が、５０〜３００μｍであることを特徴とする。
【００１３】
上記カルシウム化合物が、平均粒子径５〜５０μｍの粉末であることを特徴とする。また、上記カルシウム化合物が硫酸カルシウム粉末であることを特徴とする。
【００１４】
上記複層軸受は、上記多孔質層の上記樹脂組成物が含浸被覆された側を内側として円筒状に曲げ加工されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複層軸受は、金属基材と、該金属基材の一方の表面に形成された多孔質層と、該多孔質層に含浸被覆された樹脂組成物とからなり、上記多孔質層が多角形状の軟質金属粉末の焼結層であり、樹脂組成物がＰＴＦＥ樹脂と、炭素繊維と、カルシウム化合物とを含む樹脂組成物であるので、球状の軟質金属粉末の焼結層を有する複層軸受と比べて多孔質層と含浸被覆された樹脂組成物（以下、含浸被覆樹脂と記す場合もある）との密着性に優れ、無潤滑、油潤滑双方において高面圧下での摺動特性に優れ、さらに耐クリープ特性にも優れる。
【００１６】
本発明の複層軸受は、金属基材、多孔質層および樹脂組成物の何れにも鉛類を全く含まず、上述のように高面圧下での摺動特性、耐クリープ特性に優れるので、樹脂製軸受では割れや欠けが生じやすい分野、あるいは自動車部品、家電部品分野に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】複層軸受の断面を示す写真である。
【図２】スラスト型摩擦摩耗試験機の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の複層軸受の一例を図１に示す。図１は複層軸受の断面を示す写真である。複層軸受１は、金属基材２の表面に多孔質層を形成し、この多孔質層中に樹脂組成物４が含浸被覆された三層構造体となっている。金属基材２、多孔質層および樹脂組成物４の何れにも鉛類を含まない。含浸被覆面が摺動面となり、高面圧下での摺動特性に優れた複層軸受１が得られる。多孔質層は、多角形状の軟質金属粉末３の焼結層である。球状の軟質金属粉末からなる焼結層と比較して含浸被覆された樹脂組成物４のアンカー効果が優れる。このため、多孔質層に対する樹脂組成物４の密着性に優れる。また、摺動する相手材に対する耐摩耗性にも優れる。
【００１９】
優れた摩擦摩耗特性を有する焼結層を得るために、上記軟質金属粉末は、平均粒子径１０〜２００μｍの粉末であることが好ましい。軟質金属粉末の平均粒子径が１０μｍ未満であると樹脂組成物のアンカー効果が低下し、２００μｍをこえると相手材に対する耐摩耗性が低下する。また、上記軟質金属粉末としては、摩擦摩耗特性に優れることから、銅−錫合金粉末を用いることが好ましい。
【００２０】
金属基材２としては、鋼（ＳＰＣＣ等の構造用圧延鋼等）あるいは鋼以外の金属、例えばステンレス鋼または青銅などの銅系合金等を使用できる。また、金属基材２の表面には、多孔質層との密着性強化のため、多孔質層と同等のメッキを施すことが好ましい。運転時に異常摩耗が発生した場合でも、焼き付きを未然に防止するため、金属基材２を鋼板とし、多孔質層の軟質金属粉末を上記鋼板よりも軟質の軟質金属（例えば、銅−錫合金粉末）とすることが好ましい。
【００２１】
樹脂組成物４は、少なくとも、ＰＴＦＥ樹脂と、炭素繊維と、カルシウム化合物とを含む。以下、樹脂組成物４について詳細に説明する。
【００２２】
樹脂組成物４のベース樹脂となるＰＴＦＥ樹脂は、−（ＣＦ2−ＣＦ2）ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（−ＣｐＦ2ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ2）ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。上記の変性ＰＴＦＥ樹脂は、耐圧縮特性が一般のＰＴＦＥ樹脂より優れているため、好適に使用できる。なお、一般のＰＴＦＥ樹脂と変性ＰＴＦＥ樹脂を併用してもよい。
【００２３】
これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用してもよいが、数平均分子量（Ｍｎ）は約５０万から１０００万が好ましく、さらに限定すれば５０万から３００万が好ましい。ＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、テフロン（登録商標）７Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル社製）を、変性ＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、テフロン（登録商標）ＴＧ７０Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル社製）、ポリフロンＭ１１１、ポリフロンＭ１１２（ダイキン工業社製）、ホスタフロンＴＦＭ１６００、ホスタフロンＴＦＭ１７００（ヘキスト社製）等を例示できる。
【００２４】
樹脂組成物４に用いる炭素繊維４ａは、該樹脂組成物を補強できるものであればよく、ピッチ系あるいはＰＡＮ系のいずれでも用いることができる。炭素繊維の繊維長は１０〜１０００μｍの短繊維であることが好ましく、さらに好ましくは平均繊維長として５０〜３００μｍである。繊維径はφ２０μｍ以下、好ましくは、φ７〜φ１５μｍであり、アスペクト比は５〜８０、好ましくは２０〜５０である。この特性を有する炭素繊維であると、含浸被覆樹脂への補強効果に優れ、耐摩耗特性、耐クリープ特性に優れる。また、糸種は特に限定しないが、２０００℃焼成、あるいはそれ以上の温度での処理品（黒鉛化品）より１０００℃焼成品（炭化品）の方が好ましい。なお、焼成温度については低弾性を狙った低温焼成品あるいは高弾性を狙った高温焼成品も使用できる。
【００２５】
炭素繊維の市販品としては、ピッチ系として、クレハ社製：クレカミルドＭ１０１Ｓ、Ｍ１０１Ｆ、Ｍ１０１Ｔ、Ｍ１０７Ｓ、Ｍ１００７Ｓ、Ｍ２０１Ｓ、Ｍ２０７Ｓ、大阪ガスケミカル社製：ドナカーボ・ミルドＳ２４１、Ｓ２４４、ＳＧ２４１、ＳＧ２４４を、ＰＡＮ系として、東邦テナックス社製：テナックスＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ、ＣＭＦ００７０−０Ｈが挙げられる。
【００２６】
炭素繊維の配合割合は、樹脂組成物全体に対して１５〜２０体積％であることが好ましい。炭素繊維の配合量が２０体積％をこえると成形性に問題が生じる場合がある。炭素繊維の配合量が１５体積％未満であると補強効果に乏しく、十分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られないおそれがある。
【００２７】
樹脂組成物４に用いるカルシウム化合物は、ケイ酸カルシウム（ウォラストナイト）、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム等が例示でき、針状、粉末状（球形、楕円形、立方形等の粒状）、板状、のいずれでも使用できる。これらの中で、耐摩耗性効果が高い、平均粒子径５〜５０μｍの硫酸カルシウム粉末が好ましい。
【００２８】
カルシウム化合物の配合割合は、樹脂組成物全体に対して３〜１５体積％であることが好ましい。カルシウム化合物が１５体積％をこえると相手材がアルミニウム合金等の軟質材の場合に相手部材を摩耗損傷するおそれがあり、３体積％未満であると耐摩耗性効果が十分に発現しない。
【００２９】
樹脂組成物４には、ＰＰＳ樹脂を配合することが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂にＰＰＳ樹脂を配合することによって、ＰＴＦＥ樹脂の欠点であった耐摩耗性、耐クリープ特性が改善できる。この場合のＰＰＳ樹脂の配合割合は、樹脂組成物全体に対して３〜１５体積％であることが好ましい。ＰＰＳ樹脂が１５体積％をこえると高荷重下で摩擦係数が上昇し、初期トルクの増大および摩擦による発熱量の増大等の不具合が生じるおそれがある。３体積％未満であると上記改善効果が十分に発揮できない。
【００３０】
樹脂組成物４のベース樹脂となるＰＴＦＥ樹脂の配合割合は、上記各配合物の配合量の残部である。上述の各原材料を溶媒に溶解あるいは分散させてディスパージョン液等とし、このディスパージョン液等を撹拌することによりペースト状にした後、多孔質層に含浸させて、溶媒を除去することにより、含浸被覆樹脂４が得られる。市販のＰＴＦＥ樹脂ディスパージョンとして、ＰＴＦＥディスパージョン３１−ＪＲ（三井・デュポンフロロケミカル社製）が例示できる。
【００３１】
本発明の複層軸受は、上記構成とすることで、金属基材、多孔質層および樹脂組成物の何れにも鉛類を全く含まずに、高面圧下での摺動特性に優れる。
【実施例】
【００３２】
各実施例および各比較例に用いた焼結粉末および樹脂組成物の配合材料を以下に示す。なお、平均粒子径はレーザー解析法による測定値である。
銅−錫合金粉末：多角形状品および球状品（両者とも平均粒子径３０〜８０μｍ）
樹脂組成物の配合材料
（１）ＰＴＦＥ樹脂：三井・デュポンフロロケミカル社製ＰＴＦＥ−３１ＪＲ
（２）ＰＰＳ樹脂：東ソー社製Ｂ１６０
（３）炭素繊維 １：クレハ社製クレカミルドＭ１０１Ｓ（繊維長１００μｍ、繊維径１４．５μｍ）
（４）炭素繊維 ２：東邦テナックス社製テナックスＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ（繊維長１６０μｍ、繊維径７μｍ）
（５）硫酸カルシウム粉末：ノリタケ社製Ｄ−１０１Ａ（平均粒子径２４μｍ）
（６）ホウ酸アルミニウム粉末：四国化成工業社製アルボライトＰＣ０８（平均粒子径８μｍ）
（７）硫酸カルシウムウィスカ：大日精化工業社製（平均繊維長５０〜６０μｍ）
【００３３】
実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例３
ＳＰＣＣ鋼板を脱脂した後、銅メッキを行ない、この鋼板の表面に多角状または球状の銅−錫合金粉末（＃１００メッシュをパスし、＃２００メッシュでオンするもの）を散布した。銅−錫合金粉末が一様に散布された鋼板を加熱・加圧することにより均一な層厚の多孔質層を形成した。この多孔質層上に、表１に示す配合割合（単位は体積％）に調整したＰＴＦＥ樹脂組成物のディスパージョンを塗布し、乾燥炉中で溶媒を蒸発させ、加熱・加圧により樹脂組成物成分を多孔質層に含浸被覆した複層軸受の板材試験片を得た。
【００３４】
このようにして得られた複層軸受の板材試験片を以下に示すスラスト型摩擦摩耗試験に供し、動摩擦係数、摩耗量を測定した。測定結果を表１に併記する。
【００３５】
＜スラスト型摩擦摩耗試験＞
スラスト型摩擦摩耗試験に用いるスラスト型摩擦摩耗試験機の概要を図２に示す。スラスト型摩擦摩耗試験機は、荷重８による押圧力が印加され相手材５（ＳＵＪ２製  Φ１３シュー）に対して板材試験片６を所定の条件で回転させ動摩擦係数、摩耗量を測定する試験装置である。試験条件は、無潤滑条件においては速度１００ｍ／ｍｉｎ、面圧２．０ＭＰａ、試験時間１時間、油中条件においては速度１００ｍ／ｍｉｎ、面圧６．０ＭＰａ、試験時間１時間にて供試し、試験終了直前の動摩擦係数、摩耗量を測定した。油中条件では油槽７にＰＡＧオイルを油温度１００℃で満たした。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１の結果から明らかなとおり、本発明の複層軸受（実施例）は、高面圧下で、無潤滑、油潤滑のいずれの条件においても、低摩擦性を維持しつつ、耐摩耗性にも優れていた。これに対して、球状の銅−錫合金粉末を用いた比較例１、２では、耐摩耗性に劣っていた。また、カルシウム化合物を含まない比較例３は、耐摩耗性に劣り、無潤滑条件では摩擦特性も劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の複層軸受は、球状の軟質金属粉末の焼結層を有する複層軸受と比べて多孔質層と含浸被覆樹脂との密着性を向上させ、無潤滑、油潤滑双方において高面圧下で摺動特性に優れ、さらに耐クリープ特性が向上する。このため、樹脂製軸受では割れや欠けが生じやすい分野、あるいは自動車部品、家電部品分野に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１    複層軸受
２    金属基材
３    軟質金属粉末
４    樹脂組成物
４ａ  炭素繊維
５    相手材
６    複層軸受試験片
７    油槽
８    荷重
【図２】
2011137528.tif 000004
【図１】
2011137528.tif 000005