(57)【要約】【課題】  アクリル樹脂系分散剤使用のＰＴＦＥ水性ディスパージョンを使用しても、従来のＰＴＦＥ混合物と同等の軸受性能を発揮することができる摺動部材を提供する。【解決手段】  アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンに有機溶剤及び充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を裏金上に焼結された多孔質焼結体に含浸被覆した摺動部材を作成し、その摺動部材におけるアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であるときに、従来のフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤で分散させたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンを使用したポリテトラフルオロエチレン混合物と同等の軸受性能を得ることができた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーフルオロオクタン酸を低減し、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンから得たポリテトラフルオロエチレン樹脂に充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を裏金上に焼結された多孔質焼結体に含浸被覆した摺動部材において、
焼成後のポリテトラフルオロエチレン混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
パーフルオロオクタン酸を低減し、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンから得たポリテトラフルオロエチレン樹脂に充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を金属金網又はエキスパンドメタルの空孔部及び表面に含浸被覆した摺動部材において、
焼成後のポリテトラフルオロエチレン混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂に充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を基材の表面に形成される空孔等に含浸被覆した摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、「ＰＴＦＥ」と略称する場合がある。）と充填剤（例えば、他の耐摩耗性樹脂粉末、硬質物粒子、固体潤滑剤、金属粒子等）とを混合させたＰＴＦＥ混合物からなる摺動部材用樹脂材料として、例えば、特表２００１−５０８５２６や特表２００２−５２２５９３に示されるように、ＰＴＦＥ水性ディスパージョンに充填剤と有機溶剤（例えば、トルエン）とを加えて均一に混合し、凝集剤（例えば、硝酸アルミニウム）を添加することにより得られるＰＴＦＥ混合物を裏金等の基材の表面に形成される空孔に含浸被覆して摺動部材を得ていた。
【０００３】
ところで、上記したＰＴＦＥ水性ディスパージョンには、製造時に助剤としてパーフルオロオクタン酸（「ＰＦＯＡ」と略称される。）が使用される。このため、水中にＰＦＯＡを含んだＰＴＦＥをフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤で分散させたＰＴＦＥ水性ディスパージョンとして市場に提供されている。ところが、近年、ＰＴＦＥ水性ディスパージョンに含まれるＰＦＯＡが環境に影響を及ぼす可能性が報告されてきている。このため、ＰＴＦＥ水性ディスパージョンよりＰＦＯＡ量を９０％以上（２０００年比）削減する製造プロセスで製造されるようになったため、従来使用されていたフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤でＰＴＦＥを分散させたＰＴＦＥ水性ディスパージョンから、電気的に安定で且つ耐熱性の非常に高いアクリル樹脂系分散剤でＰＴＦＥを分散させたＰＴＦＥ水性ディスパージョンとして市場に提供されるようになってきた。
【特許文献１】特表２００１−５０８５２６（第３頁）
【特許文献２】特表２００２−５２２５９３（第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そして、本出願人は、製造プロセスの変更によって提供されるアクリル樹脂系分散剤使用のＰＴＦＥ水性ディスパージョンを使用して、従来と同じように、ＰＴＦＥ水性ディスパージョンに充填剤と有機溶剤とを加えて均一に混合し、凝集剤を添加してＰＴＦＥ混合物を得、そのＰＴＦＥ混合物を裏金等の基材の表面に形成される空孔に含浸被覆した摺動部材を製造した。しかし、従来と同じ製造条件で製造した摺動部材は、摩耗量等が多く軸受性能が劣る結果しか得られなかった。本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、アクリル樹脂系分散剤使用のＰＴＦＥ水性ディスパージョンを使用しても、従来のＰＴＦＥ混合物と同等の軸受性能を発揮することができる摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、パーフルオロオクタン酸を低減し、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンから得たポリテトラフルオロエチレン樹脂に充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を裏金上に焼結された多孔質焼結体に含浸被覆した摺動部材において、焼成後のポリテトラフルオロエチレン混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【０００６】
また、上記した目的を達成するために、請求項２に係る発明においては、パーフルオロオクタン酸を低減し、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンから得たポリテトラフルオロエチレン樹脂に充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を金属金網又はエキスパンドメタルの空孔部及び表面に含浸被覆した摺動部材において、焼成後のポリテトラフルオロエチレン混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本出願人は、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンに有機溶剤及び充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン混合物を裏金上に焼結された多孔質焼結体に含浸被覆した摺動部材を作成し、試行錯誤の末、アクリル樹脂系分散剤の残存量が、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下であるときに、従来のフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤で分散させたポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンを使用したポリテトラフルオロエチレン混合物と同等の軸受性能を得ることができるという知見を得た。基材として裏金に代えて請求項２に記載される発明のように、金属金網又はエキスパンドメタルを使用しても同じ軸受性能を得ることができた。
【０００８】
アクリル樹脂系分散剤の残存量を、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下とすることにより、軸受性能の向上を図ることができた理由は、次のように考えられる。
【０００９】
アクリル樹脂系分散剤には、カルボキシル基（−Ｏ−Ｃ＝Ｏ）官能基があり、このカルボキシル基は、付着性が高い。カルボキシル基は、その官能基の立体配置が分子鎖から飛び出しているため、分子間結合が容易になり、付着力への寄与が大きいとされている。そして、従来の焼成条件で十分に摺動特性を発揮させることができなかった原因として、以下のように推定できる。
（１）アクリル樹脂系分散剤の分解温度が３２０℃付近であり、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の融点に近いため、従来の焼成条件では、焼成に使うべき熱量が、アクリル樹脂系分散剤の分解にも消費されるため、「ポリテトラフルオロエチレン樹脂の焼成に必要な熱量が不足し、その結果、ポリテトラフルオロエチレン混合物の強度が低下し」、その結果、摩耗量が多くなったと考えられること。
（２）また、アクリル樹脂系分散剤の分解が完全でないため、「ポリテトラフルオロエチレン樹脂の焼成の際に分解できなかったアクリル樹脂系分散剤に含まれるカルボキシル基が、特にドライ条件での摺動において、相手軸に分子間力を働かせ、付着しやすくなり」、その結果、さらに摩耗量が多くなったと考えられること。
【００１０】
したがって、アクリル樹脂系分散剤に含まれるカルボキシル基をできるだけ多く分解すれば、軸受性能の改善を図ることができると推定され、実際に、アクリル樹脂系分散剤の残存量を、ポリテトラフルオロエチレンに対し、０．５ｗｔ％以下とすることにより、軸受性能の向上を図ることができた。
【００１１】
なお、本発明における「充填剤」としては、他の耐摩耗性樹脂粉末、硬質物粒子、固体潤滑剤、金属粒子等がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。実施形態に係る摺動部材は、金属鋼板（一般構造用低炭素鋼）からなる裏金層の表面側に、銅系合金からなる多孔質焼結金属層を設け、更にその多孔質焼結金属層の内部及び表面に、後述するようなポリテトラフルオロエチレン混合物（以下、「ＰＴＦＥ混合物」という。）を含浸被覆して構成されている。この摺動部材は、シャフトを受ける軸受として使用される。
【００１３】
上記摺動部材の製造方法について簡単に述べる。まず、１．２ｍｍの厚み寸法を有する鋼板（裏金）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、裏金層上に多孔質焼結金属層が得られた。
【００１４】
一方、ＰＴＦＥ混合物を得る工程が実行される。この場合、パーフルオロオクタン酸（以下、「ＰＦＯＡ」という。）を低減し、アクリル樹脂系分散剤で乳化されたＰＴＦＥ水性ディスパージョンから得たＰＴＦＥ樹脂に所定量の充填材を均一に混合させたＰＴＦＥ混合物を得た。その後、裏金層上に形成された多孔質焼結金属層にＰＴＦＥ混合物を含浸被覆し、表１に示す熱処理温度及び熱処理時間の製造条件でＰＴＦＥ混合物を焼成した。これにて、裏金層上の多孔質焼結金属層に摺動材料が含浸被覆された平板な材料が得られた。さらにこの平板材料を円筒型に加工して比較例２，３，４と実施例１，２の摺動部材（軸受）を製造した。また、ＰＦＯＡを含んだＰＴＦＥをフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤で分散させたＰＴＦＥ水性ディスパージョンから得たＰＴＦＥ樹脂に所定量の充填材を均一に混合させたＰＴＦＥ混合物を裏金層上に形成された多孔質焼結金属層に含浸被覆して製造した従来の摺動部材（軸受）を比較例１とした。
【００１５】
【表１】
2008069196.tif 000002
【００１６】
一般的に、ＰＴＦＥ樹脂は、融点（３４０℃）以上、分解温度（４５０℃）よりも低い温度で焼成される。裏金層上の多孔質焼結金属層にＰＴＦＥ樹脂系の摺動材料が含浸被覆された場合おいては、ＰＴＦＥ樹脂を焼成するのは当然であるが、ＰＴＦＥ混合物中の充填剤や裏金へは極力、ダメージを少なくしたい。例えば、ＰＴＦＥ混合物中に鉛や錫の低融点金属や熱可塑性樹脂が含まれている場合、この温度範囲域で長時間焼成すると、それらが溶融し・分解し、本来の摺動特性が得られなくなるおそれがある。また、裏金にも、変色や硬度が変化し、軸受加工時や組付時の嵌合に影響することが懸念される。そのため、裏金層上の多孔質焼結金属層に含浸被覆されたＰＴＦＥ混合物を焼成する場合の焼成時間は極力短い（例えば、１０分以内）方が望ましい。しかし、摺動部材中に残存すると摺動特性に悪影響を与えるアクリル樹脂分散剤は、ＰＴＦＥ混合物の焼成温度範囲域では完全な分解に数時間〜数十時間を要するので、上記した摺動部材特有の理由により実施できない。
【００１７】
上記のような観点から、表１において、比較例１の従来品では、ＰＴＦＥ混合物中のアクリル樹脂系分散剤を分解させる必要がないため、充填剤や裏金への悪影響を及ぼさない３８０℃の焼成温度（実際には、３８０℃±１０℃で管理）で２分の焼成時間という条件（従来の製造条件と同等）で製造した。この比較例１が基準となる摺動部材（軸受）である。また、比較例２，３及び実施例１は、アクリル樹脂系分散剤を含むＰＴＦＥ混合物を含浸被覆した摺動部材であり、比較例１の従来の製造条件と同じ焼成温度（３８０℃）で異なる焼成時間（それぞれ、２分、５分、１０分）で製造した。また、実施例２及び比較例４は、アクリル樹脂系分散剤を含むＰＴＦＥ混合物を含浸被覆した摺動部材であり、従来の製造条件よりも高い焼成温度（４３０℃；４３０℃±１０℃で管理）で異なる焼成時間（それぞれ、２分、５分）で製造したものである。
【００１８】
しかして、上記した各条件で製造した比較例２，３，４と実施例１，２に係る摺動部材（軸受）を基準となる従来品の比較例１と対比した場合、まず、裏金への影響として、従来品と変わらず影響がほとんどないものは、比較例２と実施例２であり、焼成温度が従来と同じであるが焼成時間がやや長いため裏金が変色する程度の低い影響のあるものとして比較例３と実施例１があり、極めて大きな影響のあるものとして比較例４がある。比較例４の場合には、高温での焼成時間が長いため裏金への影響が極めて多い（変色、硬度変化）。そして、ＰＴＦＥ混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量は、比較例２（１．７ｗｔ％）と比較例３（０．９ｗｔ％）が本発明の範囲外となり、実施例１（０．５ｗｔ％）と実施例２（０．３ｗｔ％）と比較例４（０．２ｗｔ％）が本発明の範囲内となっていることが確認された。ただし、比較例４においては、アクリル樹脂系分散剤の残存量が本発明の範囲内であっても、裏金への影響が大きいため、次に説明する性能試験を行わなかった。なお、アクリル樹脂分散剤の残存量は、一般的なガスクロマトグラフィーのような分析方法で求めることができる。
【００１９】
上記のように製造した比較例１〜３と実施例１，２の摺動部材（軸受）を使用して限界ＰＶ試験と５００ｈ耐久試験とを行った結果をそれぞれ表２、表３に示す。表２の試験条件は、ドライ状態で周速が３ｍ／ｍｉｎと周速が６ｍ／ｍｉｎとの場合における平均的な面圧を測定し、１００ｈ到達時の摩耗量が５０μｍ以下又は摩擦係数が０．３以下のときにクリアー条件を満たした（ＯＫ）ものとし、表３の５００ｈ耐久試験の試験条件は、面圧が５ＭＰａ、周速が６ｍ／ｍｉｎ、軸粗さが最大山高さ３μｍの条件で行い、５００ｈ到達時の摩耗量が５０μｍ以下又は摩擦係数が０．３以下のときにクリアー条件を満たした（ＯＫ）ものとした。
【００２０】
【表２】
2008069196.tif 000003
【００２１】
【表３】
2008069196.tif 000004
【００２２】
まず、表２について説明すると、基準となる従来品の比較例１の場合、周速が３ｍ／ｍｉｎのとき２０ＭＰａであり、周速が６ｍ／ｍｉｎのとき１０ＭＰａであった。比較例２の場合には、周速が３ｍ／ｍｉｎのとき１２．５ＭＰａであり、周速が６ｍ／ｍｉｎのとき５ＭＰａであり、比較例３の場合には、周速が３ｍ／ｍｉｎのとき１５ＭＰａであり、周速が６ｍ／ｍｉｎのとき７．５ＭＰａであった。比較例２，３の場合には、ＰＴＦＥ混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が多いため、前述したように、アクリル樹脂系分散剤に含まれるカルボキシル基が、特にドライ条件での摺動において、相手軸に分子間力を働かせ、付着しやすくなり、その結果、基準となる従来品の比較例１に対して低い限界面圧で焼付が発生し摺動特性が悪くなったと考えられる。実施例１の場合には、周速が３ｍ／ｍｉｎのとき１７．５ＭＰａ〜２０ＭＰａであり、周速が６ｍ／ｍｉｎのとき７．５ＭＰａ〜１０ＭＰａであった。この実施例１の場合、表２において平均の限界面圧を表記しなかったが、複数のテストピースで試験した結果、基準となる従来品の比較例１とほぼ同じ限界面圧を示すテストピースも存在したものである。しかして、実施例１の場合には、基準となる従来品の比較例とほぼ同じ限界面圧からそれよりもやや低い限界面圧（低くても全体的に比較例２，３よりも高い）の範囲に収まる。ウエット環境では、潤滑油によってアクリル樹脂分散剤に含まれるカルボキシル基のシャフトへの付着力が緩和されるためウエット環境での使用は差支えがないと考えられる。実施例２の場合には、周速が３ｍ／ｍｉｎのとき２０ＭＰａであり、周速が６ｍ／ｍｉｎのとき１０ＭＰａであり、これらの限界面圧は、基準となる従来品の比較例１と全く同じであった。
【００２３】
次に、表３について説明すると、基準となる従来品の比較例１の場合、５００ｈ経過した時点での摩耗量は５０μｍ未満であり、耐久試験をクリアーしている。これに対し、比較例２の場合、１５０ｈが経過した時点で摩耗量が５０μｍ以上になると共に摩擦係数も０．３を超え、比較例３の場合も、２５０ｈが経過した時点で摩擦係数が０．３を超えた。これに対し、実施例１及び実施例２の場合、基準となる従来品の比較例１の場合と同様に、５００ｈ経過した時点での摩耗量は５０μｍ未満であり且つ摩擦係数も０．３以下であった。
【００２４】
上記の表２及び表３に示す試験結果から、従来品であるフェニルエーテル系のノニオン系界面活性剤で分散させたＰＴＦＥ水性ディスパージョンを使用したＰＴＦＥ混合物を裏金上に焼結された多孔質焼結体に含浸被覆した摺動部材（軸受）とほぼ同等の軸受性能を奏するためには、焼成後のＰＴＦＥ混合物中のアクリル樹脂系分散剤の残存量が、ＰＴＦＥに対し、０．５ｗｔ％以下であることが必要であり、望ましくは、０．３ｗｔ％以下であれば、従来品に比べても全く遜色がない。特に、アクリル樹脂系分散剤の残存量が０．５ｗｔ％の実施例１の場合には、表１からも明らかなように、裏金等への影響がほとんどないものの、焼成時間が従来品に比べて著しく長くなるために、生産性の点で問題もあるが、アクリル樹脂系分散剤の残存量が０．３ｗｔ％の実施例２の場合には、裏金等への影響がほとんどないことに加えて、焼成時間も従来品に比べてほぼ同じであり、生産性の点でも遜色がなく、極めて好ましい製造品である。しかし、軸受性能だけから判断すれば、実施例１についても、従来品に対して遜色のないものであるとも言える。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、上記した実施形態においては、ＰＴＦＥ混合物が含浸被覆される基材として、多孔質焼結体が形成された裏金を示したが、裏金に代えて、金属金網又はエキスパンドメタルを使用しても同じ軸受性能を得ることができたことを出願人は確認している。