(57)【要約】ベアリング、プラスチック製ベアリング材料、およびその製造方法について述べる。そのベアリングは多孔質層中に含浸され、次いでバッキング材料上に組み込まれる連続的な焼固したベアリング材料層を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング材料と、
前記バッキング層上の多孔質層と、
多孔質層中に含浸した押出ベアリング材料層を含むベアリングであって、
前記ベアリング材料層が連続的なポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む連続的な焼固した構造であり、前記ベアリング材料層が多孔質層の上の一部分を占めるベアリング。
【請求項２】
前記ベアリング材料層に実質的に膨れが存在しない請求項１に記載のベアリング。
【請求項３】
前記添加粒子が、ポリテトラフルオロエチレンマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分布している請求項１に記載のベアリング。
【請求項４】
前記バッキング材料が金属ストリップである請求項１に記載のベアリング。
【請求項５】
前記多孔質層が金属バッキングに焼結された青銅粒子を含む請求項４に記載のベアリング。
【請求項６】
前記添加材料が無機微粒子フィラーを含む請求項１に記載のベアリング。
【請求項７】
ベアリング材料層が１０〜３０体積％の無機フィラー材料を含む請求項６に記載のベアリング。
【請求項８】
前記無機フィラー材料がフッ化カルシウムを含む請求項６に記載のベアリング。
【請求項９】
前記ベアリング材料層がさらに有機フィラー材料を含む請求項１に記載のベアリング。
【請求項１０】
前記添加材料がポリフェニレンスルフィドを含む請求項１に記載のベアリング。
【請求項１１】
前記ベアリング材料層が３０〜７０体積％のポリフェニレンスルフィドを含む請求項１０に記載のベアリング。
【請求項１２】
前記多孔質層の表面の上の前記ベアリング材料層の部分が２５ミクロンより厚い請求項１に記載のベアリング。
【請求項１３】
前記多孔質層の表面の上の前記ベアリング材料層の部分が３００ミクロンより薄い請求項１に記載のベアリング。
【請求項１４】
バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができる押出非焼結テープもしくはストリップを含むプラスチック製ベアリング材料であって、前記押出非焼結テープがポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含むプラスチック製ベアリング材料。
【請求項１５】
前記添加粒子が、ポリテトラフルオロエチレンマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分布している請求項１４に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項１６】
前記添加材料が無機微粒子フィラーを含む請求項１４に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項１７】
１０〜３０体積％の無機微粒子フィラーを有する請求項１５に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項１８】
前記無機微粒子フィラーがフッ化カルシウムを含む請求項１７に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項１９】
有機フィラー材料をさらに含む請求項１４に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項２０】
前記添加材料がポリフェニレンスルフィドを含む請求項１４に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項２１】
３０〜７０体積％のポリフェニレンスルフィドを有する請求項２０に記載のプラスチック製ベアリング材料。
【請求項２２】
ポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む押出非焼結テープもしくはストリップを準備するステップと、
前記押出非焼結テープを、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸させるステップと、
含浸された非焼結テープを、ポリテトラフルオロエチレンの融点を超える温度で焼結させて連続的な焼固したベアリング材料層を形成させるステップと
を含む製造方法。
【請求項２３】
前記添加粒子が、ポリテトラフルオロエチレンマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分布している請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記バッキング材料が金属ストリップである請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記多孔質層が、前記金属バッキングに焼結された青銅粒子を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記添加材料が無機微粒子フィラーを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記押出非焼結テープが１０〜３０体積％の無機フィラー材料を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記押出非焼結テープがさらにポリマー材料を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記押出非焼結テープがポリフェニレンスルフィドを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記押出非焼結テープが３０〜７０体積％のポリフェニレンスルフィドを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記押出非焼結テープがラム押出されたテープである請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記押出非焼結テープ層を、ポリテトラフルオロエチレンの融点未満の温度で含浸させる請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記非焼結テープを前記多孔質層中に含浸させる前に、前記非焼結テープから潤滑性液体を除去するのに十分な温度で前記非焼結テープを乾燥させるステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ステップが連続的なプロセスである請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ベアリング材料層の部分が前記多孔質層の表面の上にある請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ベアリング材料層の表面に実質的に膨れが存在しない請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記多孔質層の表面の上の前記ベアリング材料層の部分が２５ミクロンより厚い請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記多孔質層の表面の上の前記ベアリング材料層の部分が３００ミクロンより薄い請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
請求項２２に記載の方法を含むベアリングの製造方法。
【請求項４０】
請求項２２に記載の方法を含む方法によって製造されたベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の申し立て
本出願は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて２００３年３月３日出願の米国仮出願番号第６０／４５１５００号、発明の名称：「機能強化した金属／ポリマーベアリング構造物（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｍｅｔａｌ／Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）」（その開示全体を参照により本明細書に組み込む）に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、ベアリング、プラスチック製ベアリング材料、およびその製造方法に関する。
【０００３】
（発明の背景）
プラスチックベースのオーバーレイを有するベアリングは、単層、二層もしくは三層複合材料として知られている。単層ベアリング材料には固体プラスチック製ベアリングが含まれる。二層ベアリング材料には、外側の金属性バッキングと直接塗布または接着されたプラスチックとを有するベアリングが含まれる。三層ベアリング材料には、バッキング材料と、多孔質層と、細孔中に形成されたプラスチックベースの被覆層とを含むベアリングが含まれる。これらのベアリングはそれぞれ、外部から潤滑剤を供給して使用することが困難かまたは望ましくない応用分野で有用である。
【０００４】
三層ベアリング材料に関しては、多孔質金属層を有するバッキング材料、例えば鋼鉄が、多くの異なるタイプのプラスチック製ベアリング材料に適用されてきた。多孔質金属層は鋼鉄バッキングに焼結させた青銅もしくは銅の粒子を含むことができる。プラスチック製ベアリング材料はベースポリマーおよびフィラー粒子を含むことができる。有用なプラスチック製ベアリング材料には、ベースポリマーとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。
【０００５】
ＰＴＦＥライニングした複合乾燥ベアリング材料の開発は１９４８年にＧｌａｃｉｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｏ．によって開始され、１９５０年代にそうした材料に対して特許権が許諾されてきた。開発された材料のうちの１つがＤＵ（商標）であった。ＤＵは、商業的に成功をおさめた、ＰＴＦＥの乾燥摩耗特性と従来のベアリング材料の機械的特性を組み合わせたベアリング材料である。
【０００６】
プラスチック製ベアリング材料を金属バッキングの上の多孔質金属層に含浸させる方法には、多孔質金属層上にペーストもしくは乾燥粉末を塗り、そのペーストもしくは乾燥粉末をローリングによって細孔中に詰めることが含まれる。ペーストもしくは乾燥粉末は、有機潤滑剤（揮発性有機化合物「ＶＯＣ」など）と一緒に、ＰＴＦＥの水性分散液をフィラー材料と混合し、分散液を凝集させていわゆる「マッシュ（ｍｕｓｈ）」を形成させることによって作製することができる。プラスチック製ベアリング材料を多孔質層中に詰めた後、バッキング材料を誘導炉で加熱して、プラスチック製ベアリング材料中の残留水分および潤滑剤をすべて追い出すことができる。バッキング材料を加熱すると、多孔質層および／またはバッキング材料と接触しているＰＴＦＥ粒子を溶融させるかまたは焼結させることもできる。残留水分の追い出しによって、より厚い層を得ようとした場合に起こり得る膨れ（ｂｌｉｓｔｅｒｉｎｇ）に起因して多孔質層上に形成される層（「オーバーレイ」）の厚さを制限することができる。さらに、詰めたプラスチック製ベアリング材料からのＶＯＣの蒸発は、オーバーレイの完全性および多孔度を低下させる可能性がある。オーバーレイが薄すぎると、耐摩耗性に限界をもたらす可能性がある。
【０００７】
凝集させたポリマー分散液を多孔質金属層上に塗る方法の代替法が開発されている。例えば多孔質金属層中に含浸させるためのＰＴＦＥのテープの作製である。ＰＴＦＥは熱可塑性樹脂として分類されるが、しかし、他の典型的な熱可塑性樹脂のように溶融はしない。ＰＴＦＥはその転移温度でゴム状に変化するが、そのことは溶融加工には適していない。
【０００８】
いくつかの方法では、ＰＴＦＥテープを多孔質層中に含浸させる場合、バッキング材料と多孔質層を加熱し、オーバーレイの一部を非焼結の形態のままにしておくことができる。すなわち、ＰＴＦＥは連続的な焼固した形態ではなく、そのため、そうした方法で作製されたベアリングに潜在的に弱い摩耗特性を付与する可能性がある。
【０００９】
焼結ＰＴＦＥテープを作製する方法は、フィラーを混ぜ込むか混ぜ込まないで、ポリマーのシリンダー状の塊を押圧し焼結させ、シリンダーの表面からテープを削りとる方法である。別法では、米国特許第５６６５８２５号に記載のように、ほぼ同じ体積部のポリフェニレンスルフィド（「ＰＰＳ」）とＰＴＦＥを含む溶融押出したテープを、加熱したバッキング材料上に配置した加熱多孔質層中に含浸させることができる。溶融押出法は、ＰＰＳを溶融させるのに十分高く、しかしＰＴＦＥの焼結を回避するのに十分低い温度で実施する。この方法によって、ＰＰＳとＰＴＦＥの相互貫入ネットワークを形成することができる。あるいは、コンベヤーと押圧ローラー装置を使用して、テープのＰＴＦＥベースの薄板を作製する方法が知られている。いくつかの例では、ＰＴＦＥはその転移温度を超えても十分に強度があり、その結果ローリングプロセスでは多孔質金属焼結部が破損することがあるので、ＰＴＦＥテープのこれらの形態は、多孔質金属焼結部にローリングで含浸させるのには適していない。
【００１０】
したがって、耐摩耗性と耐壊食性を改善し、同時に低摩擦を維持することによって、ベアリング寿命を延ばすことができる、より厚いオーバーレイ厚さを有する三層ベアリング材料の必要性がある。より厚いオーバーレイは、続く中ぐり操作を被包されたブッシュ（ｗｒａｐｐｅｄ  ｂｕｓｈ）中で実施できるようにもすることができる。さらに、ＶＯＣの使用の回避によってオーバーレイの完全性と多孔度を改善することができるので、多孔質層に使用されるプラスチック製ベアリング材料中においてＶＯＣの使用を排除する必要がある。
【００１１】
（発明の概要）
本発明は、バッキング材料と、前記バッキング層上の多孔質層と、多孔質層中に含浸した押出ベアリング材料層とを含むベアリングであって、上記ベアリング材料層は連続的なポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む連続的な焼固した構造であり、前記ベアリング材料層は多孔質層の上の一部分を占めるベアリングを提供する。
【００１２】
他の態様では、本発明は、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができる押出非焼結テープもしくはストリップを含むプラスチック製ベアリング材料であって、上記押出非焼結テープがポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含むプラスチック製ベアリング材料を提供する。
【００１３】
他の態様では、本発明は、ポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む押出非焼結テープもしくはストリップを提供するステップと、バッキング材料上に配置された多孔質層中に前記押出非焼結テープを含浸させるステップと、ポリテトラフルオロエチレンの融点を超える温度で、上記含浸された非焼結テープを焼結させて連続的な焼固したベアリング材料層を形成させるステップとを含む製造方法を提供する。
【００１４】
本発明のベアリングとその製造方法の利点は、押出非焼結テープが、テープを焼結させるのに用いられる条件下で、膨れを引き起こし得る量の液体潤滑剤を含まないので、ベアリングに実質的に膨れが存在しないことである。３５ミクロンを超える表面層を得ようとすると、通常の凝集した分散液をベースとした材料は膨れを起こす可能性がある。本発明の方法によれば、改善された摩耗性能を有するベアリングを製造することもできる。本発明は、後続する中ぐり操作を被包されたブッシュ上で実施できる厚さのオーバーレイも提供することができる。
【００１５】
（詳細な説明）
本明細書においては、別段の指定のない限り、本明細書で用いる構成成分、反応条件等の量を表すすべての数は、すべての場合、例えば「約」という言葉で修飾されていると理解されたい。したがって、そうでない指定のない限り、以下の詳述において提示する数値的なパラメータは、本発明が求める所望の特性に応じて変化し得る概数である。特許請求範囲への均等論の適用を制限しようとするものではないが、控えめに言っても、各数値的パラメータは少なくとも、報告された有効数字に照らし、かつ一般的な丸める手法を適用して解釈されるべきである。
【００１６】
本発明の広い範囲を提示する数値的範囲およびパラメータは、概数ではあるが、具体的な実施例で提示される数値はできるだけ正確に報告する。しかし、どの数値も本質的に、そのそれぞれの試験測定にともなう標準偏差から必ず得られるある種のエラーを含む。さらに、本明細書で開示されるすべての範囲は、その中に含まれる任意かつすべての部分範囲と、両端の間のすべての数を包含するものと理解されたい。例えば、「１〜１０」と表現された範囲は、最小値１と最大値１０（これらの数値を含む）との間の任意かつすべての部分範囲を含む；すなわち、最小値１もしくはそれ以上、例えば１〜６．１で始まり、最大値１０もしくはそれ以下、例えば５．５〜１０で終わるすべての部分範囲、ならびに最初と最後の両端内にあるすべての範囲、例えば２〜９、３〜８、３〜９、４〜７、および最終的に範囲内に含まれる各数値１、２、３、４、５、６、７、８、９および１０と理解されたい。さらに、「参照により本明細書に組み込む」その文献も、その開示全体を組み込むものと理解されたい。
【００１７】
本明細書で使用する単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、明示的かつ明白に１つの指示対象に限定していない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
【００１８】
第１の態様では、本発明は、バッキング材料と、前記バッキング層上の多孔質層と、多孔質層中に含浸した押出ベアリング材料層とを含むベアリングであって、上記ベアリング材料層が連続的なポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む連続的な焼固した構造であり、前記ベアリング材料層が、オーバーレイと称される多孔質層の上の一部分を占めるベアリングを提供する。一実施形態では、ベアリング材料層の表面には実質的に膨れが存在しない。他の実施形態では、添加粒子はＰＴＦＥポリマーマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分布している。
【００１９】
バッキング材料は、多孔質層を支持することができる任意の材料を含むことができ、ベアリング材料層を含浸させかつ焼結させるプロセスに耐えることができる。一実施形態では、ベアリングのバッキング材料は金属ストリップを含むことができる。他の実施形態では、バッキング材料は低炭素鋼ストリップを含むことができる。他の実施形態では、多孔質層の接着性を高めるために、バッキング材料はその上にニッケルまたは銅をメッキした金属ストリップを含むことができる。
【００２０】
多孔質材料は、ベアリング材料層をバッキング材料に、固定することができる任意の材料を含むことができる。一実施形態では、ベアリングの多孔質層は金属バッキング材料に焼結された青銅粒子を含むことができる。他の実施形態では、多孔質層は金属バッキング材料に焼結された銅粒子を含むことができる。
【００２１】
添加材料は、テープが、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができ、かつベアリング材料層を焼固させるのに用いられる処理温度に耐えることができるように、押出非焼結テープ中に組み込むのに適した任意の材料を含むことができる。バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができるテープは、多孔質層の細孔に詰めることなく、またはそれを塞ぐことなく含浸させることができるもの、あるいは、多孔質層に適切に付着されるものを含むことができる。連続的な焼固した層を形成させるのに十分なＰＴＦＥが存在する限り、任意の量の添加材料をベアリング材料層中に含めることができる。
【００２２】
一実施形態では、添加材料は、これらに限定されないが、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化スズを含むイオン性フッ化物；例えば酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛を含む金属酸化物；ならびに水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物などの無機微粒子フィラーを含むことができる。他の実施形態では、添加材料はフッ化カルシウムを含む無機微粒子フィラーを含む。無機微粒子フィラーの粒子径は、キャビテーション壊食に対する耐性および耐摩耗性を改善し、同時に望ましい低摩擦特性を保持することができる大きさに決定することができる。添加材料がフッ化カルシウムを含むベアリングの一実施形態では、フッ化カルシウムは１０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、フッ化カルシウムは２ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、ベアリング材料層中の無機微粒子フィラーの量は１０〜３０体積％である。
【００２３】
他の実施形態では、添加材料はポリフェニレンスルフィド粒子を含むことができる。一実施形態では、ベアリング材料層中のポリフェニレンスルフィドの量は３０〜７０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドの量は５０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは６０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは２０ミクロン以下の平均粒子径を有する。
【００２４】
他の実施形態では、ベアリング材料層は、これらに限定されないが、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレンプロピレンエーテルポリマー、テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレンポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ヘキサフルオロイソブチレンポリマー、ヘキサフルオロイソブチレン−フッ化ビニリデンコポリマーまたはヘキサフルオロプロピレンポリマーなどの有機フィラー材料をさらに含むことができる。押出非焼結テープおよび／またはベアリング材料層中でのＰＴＦＥの結晶化度を改変させるために、上記したものなどの溶融加工可能な有機フィラー材料を含めることができる。
【００２５】
多孔質層の上のベアリング材料層の部分（すなわちオーバーレイ）は様々な要素によって決定することができる。例えば、オーバーレイの厚さの下限は、ベアリング材料の目的とする用途、またはベアリングの性能または耐摩耗性に有意の低下をもたらさず機械加工できる最小厚さによって決定することができる。一実施形態では、オーバーレイの厚さは少なくとも２５ミクロンである。他の実施形態では、オーバーレイの厚さは少なくとも５０ミクロンである。オーバーレイの厚さの上限は、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸させることができるテープ厚さの上限によって決定することができる。オーバーレイの厚さの上限は、乾燥して液体潤滑剤をすべて除去できるテープ厚さの上限によって決定することができる。一実施形態では、オーバーレイの厚さは３００ミクロン未満である。他の実施形態では、オーバーレイの厚さは１５０ミクロン未満である。
【００２６】
他の態様では、本発明は、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸させることができる押出非焼結テープもしくはストリップを含むプラスチック製ベアリング材料であって、上記押出非焼結テープがポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含むプラスチックベアリング材料を提供する。一実施形態では、その添加粒子は、ポリテトラフルオロエチレンマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分布している。プラスチック製ベアリング材料は、多孔質層の表面の上にベアリング材料層の部分を有するベアリングを作製し得ることができる厚さを有する。一実施形態では、プラスチック製ベアリング材料は約６００ミクロンの厚さを有する。
【００２７】
押出非焼結テープは、米国特許第５６９７３９０号（参照により本明細書に組み込む）に記載の方法によって作製することができる。その方法では、ＰＴＦＥ粒子と添加粒子を空気衝突型粉砕機で混合し、次いで押出してテープを形成させている。
【００２８】
添加材料は、テープが、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができるように、押出非焼結テープ中に組み込むのに適した任意の材料を含むことができる。ＰＴＦＥが、連続的な焼固したＰＴＦＥマトリックスを形成させることができる量である限り、プラスチック製ベアリング材料中に任意の量の添加材料を含めることができる。
【００２９】
一実施形態では、添加材料は、これらに限定されないが、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化スズを含むイオン性フッ化物；例えば酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛を含む金属酸化物；ならびに水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物などを含む無機微粒子フィラーを含むことができる。他の実施形態では、添加材料はフッ化カルシウムを含む無機微粒子フィラーを含む。無機微粒子フィラーの粒子径は、キャビテーション壊食に対する耐性および耐摩耗性を改善し、同時に望ましい低摩擦特性を保持することができる大きさに決定できる。押出非焼結テープがフッ化カルシウムを含む一実施形態では、フッ化カルシウムは１０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、フッ化カルシウムは２ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、押出非焼結テープ中の無機微粒子フィラーの量は１０〜３０体積％である。
【００３０】
他の実施形態では、添加材料はポリフェニレンスルフィドを含むポリマー材料を含むことができる。一実施形態では、押出非焼結テープ中のポリフェニレンスルフィドの量は３０〜７０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドの量は５０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは６０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは約２０ミクロンの平均粒子径を有する。
【００３１】
他の実施形態では、押出非焼結テープは、これらに限定されないが、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレンプロピレンエーテルポリマー、テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレンポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ヘキサフルオロイソブチレンポリマー、ヘキサフルオロイソブチレン−フッ化ビニリデンコポリマーおよびヘキサフルオロプロピレンポリマーなどの有機フィラー材料をさらに含むことができる。
【００３２】
他の態様では、本発明は、ポリテトラフルオロエチレンマトリックスと添加材料の離散した粒子とを含む押出非焼結テープもしくはストリップを提供するステップと、バッキング材料上に配置された多孔質層中に前記押出非焼結テープを含浸させるステップと、ポリテトラフルオロエチレンの融点を超える温度で上記含浸された非焼結テープを焼結させて連続的な焼固したベアリング材料層を形成させるステップとを含む製造方法を提供する。
【００３３】
押出非焼結テープは、米国特許第５６９７３９０号（参照により本明細書に組み込む）に記載の方法によって作製することができる。その方法では、ＰＴＦＥ粒子と添加粒子を空気衝突型粉砕機で混合し、次いで押出してテープを形成させている。当分野の技術者に周知の他の方法を用いて、ＰＴＦＥ粒子と添加粒子を混合し、次いで混合物を押出して、押出非焼結テープを形成させることができる。ベアリング材料層中で使用した場合に、ＰＴＦＥ粒子が連続的な焼固したポリマーマトリックスを形成することができる限り、押出非焼結テープを提供するために使用するＰＴＦＥ粒子の粒子径は任意の大きさでよい。一実施形態では、ＰＴＦＥ粒子の粒子径は５００〜６００ミクロンである。他の実施形態では、添加材料はポリテトラフルオロエチレンマトリックス内で微視的にも巨視的にも均一に分散している。
【００３４】
添加材料は、テープが、バッキング材料上に配置された多孔質層中に含浸することができるように、押出非焼結テープ中に組み込むのに適した任意の材料を含むことができる。ＰＴＦＥが、連続的な焼固したＰＴＦＥマトリックスを形成させるのに十分存在する限り、押出非焼結テープ中に任意の量の添加材料を含めることができる。
【００３５】
一実施形態では、添加材料は、これらに限定されないが、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化スズを含むイオン性フッ化物；例えば酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛を含む金属酸化物；ならびに水酸化アルミニウムを含む金属水酸化物などの無機微粒子フィラーを含むことができる。他の実施形態では、添加材料はフッ化カルシウムを含む無機微粒子フィラーを含む。無機微粒子フィラー材料の粒子径は、キャビテーション壊食に対する耐性および耐摩耗性を改善することができ、かつ同時に望ましい低摩擦特性を保持する大きさによって決定できる。押出非焼結テープがフッ化カルシウムを含む一実施形態では、フッ化カルシウムは１０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、フッ化カルシウムは２ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、押出非焼結テープ中の無機微粒子フィラーの量は１０〜３０体積％である。
【００３６】
他の実施形態では、添加材料はポリフェニレンスルフィドを含むことができる。一実施形態では、押出非焼結テープ中のポリフェニレンスルフィドの量は３０〜７０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドの量は５０体積％である。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは６０ミクロン以下の平均粒子径を有する。他の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドは約２０ミクロンの平均粒子径を有する。
【００３７】
他の実施形態では、押出非焼結テープは、これらに限定されないが、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレンプロピレンエーテルポリマー、テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレンポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン−エチレンコポリマー、ヘキサフルオロイソブチレンポリマー、ヘキサフルオロイソブチレン−フッ化ビニリデンコポリマーおよびヘキサフルオロプロピレンポリマーなどの有機フィラー材料をさらに含むことができる。
【００３８】
米国特許第５６９７３９０号に記載のように、ラム押出用の混合された粒子混合物を混合および／または押出して、押出非焼結テープを形成させる場合、液体潤滑剤を使用することができる。潤滑剤は、非焼結テープの押出しが確実に施されるように機能することができる。多孔質層中にテープが含浸させないようにすることなく、押出非焼結テープから潤滑剤を除去できる限り、当分野の技術者に周知の任意の液体潤滑剤を使用することができる。
【００３９】
押出プロセスは混合した粒子混合物内でどのポリマー材料も溶融させない条件および温度のもとで実施する。一実施形態では、ＰＴＦＥ粒子と添加粒子の混合した粒子混合物は、混合した粒子混合物内でどのポリマー材料も溶融させない条件下でラム押出しする。得られるテープは柔らかくて加工し易く、かつ、熱および／または超過圧力を用いることなく、多孔質層中に含浸するようにできる。一実施形態では、押出非焼結テープ中の離散した添加材料粒子は、テープ全体にわたって均一に分布しており、かつ連続的なＰＴＦＥマトリックスを保持している。
【００４０】
押出非焼結テープを含浸させる前に、特にＰＴＦＥ粒子と添加材料の混合した粒子混合物が液体潤滑剤を含んでいる場合、テープを乾燥させることができる。押出非焼結テープを乾燥できる条件および温度は、テープ内でポリテトラフルオロエチレンまたはポリフェニレンスルフィド粒子などのどのポリマー材料も焼結または溶融させるようには作用しない。乾燥させるステップは、液体潤滑剤を十分除去して、さらなる加工の際の膨れを避けることができる。一実施形態では、押出非焼結テープには液体潤滑剤が実質的に存在していない。押出非焼結テープは米国特許第５６９７３９０号に記載の方法を用いて乾燥させることができる。
【００４１】
押出非焼結テープを、例えばロールミルを用いて多孔質層中に含浸させることができる。含浸させるステップは、テープを焼結させないか、またはテープ中でどのポリマー材料も溶融させない条件および温度のもとで実施する。
【００４２】
その中にテープを含浸させる多孔質層は、当技術分野で知られているような、例えば鋼鉄などの金属バッキングに焼結された青銅粒子であってよい。この方法では、ストリップ状のベアリング材料を形成させことができる、これから例えばシリンダー状もしくは半シリンダー状ベアリングを既知の方法によって作製することができる。
【００４３】
押出非焼結テープを多孔質層中に含浸してベアリング材料層を形成させた後、ベアリング材料層を焼結して、連続的な焼固したベアリング材料層を含む三層複合材料を作製する。一実施形態では、ベアリング材料層中のＰＴＦＥのすべてが焼結される。
【００４４】
本明細書では、テープまたはベアリング材料層を焼結、または焼固させるということは、ＰＴＦＥをその融点以上に加熱することを指す。ＰＴＦＥがその融点を超えて加熱された場合（３５０〜４２５℃でよい）、ＰＴＦＥは焼固し高密度化する。融点を超えて加熱する前は、ＰＴＦＥは比較的柔らかく、最少の力でかつ熱を加えずに、多孔質層などの構造物中に組み込む（ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ）ことができる。
【００４５】
一実施形態では、その製造方法によって、ベアリング材料層に実質的に膨れが存在しない三層材料または複合材を作製することができる。他の実施形態では、その製造方法は、多孔質層の表面の上にベアリング材料層の部分を有する三層材料を作製することができる。多孔質層の表面の上のベアリング材料層の部分（すなわちオーバーレイ）の厚さは少なくとも２５ミクロンでよい。他の実施形態では、オーバーレイは少なくとも５０ミクロンでよい。他の実施形態では、オーバーレイの厚さは３００ミクロン未満でよい。他の実施形態では、オーバーレイの厚さは１５０ミクロン未満でよい。一定したオーバーレイ厚さを有する三層材料を精密に作製するために、形成された三層材料を、最終サイズローリング処理にかけることができる。本発明の方法の各ステップは、連続的なプロセスの一部として実施することができる。
【００４６】
本発明のベアリングとその作製方法の利点は、押出非焼結テープが、テープを焼結または焼固させるのに用いる条件下で膨れを引き起こす可能性のある量の液体潤滑剤を含まないので、ベアリングに実質的に膨れが存在しないようにできることである。様々な従来技術では、含浸させた後に水および／またはＶＯＣなどの液体潤滑剤を除去するが、これは増大した多孔度と膨れの形成を引き起こす可能性がある。さらに、従来の凝集した分散液をベースとした材料は、３５ミクロンを超える表面層を得ようとすると膨れが起こることがある。本発明の方法は、中ぐりが可能であり、機械加工で精密な寸法取りを可能にするベアリングを作製することもできる。
【００４７】
本明細書で述べた製造方法で作製した材料についての試験結果によって、被包されたブッシュ上で引き続き中ぐり操作を実施できるより厚いオーバーレイが得られることが判明した。さらに、その材料および加工技術によって、許容される摩擦レベルを維持しつつ、乾燥摩耗性能の改善がもたらされ、改善された耐壊食性を実現することができる。
【００４８】
（実施例）
（実施例１）
約８０体積％のＰＴＦＥと約２０体積％のＣａＦ２を含む顆粒状の粉末混合物をラム押出機に加えた。ＰＴＦＥは５００〜６００ミクロンの粒子径を有していた。フッ化カルシウムは約２ミクロンの平均粒子径を有していた。顆粒状の粉末混合物に液体潤滑剤も含めた。通常の混合技術を用いて顆粒状の粉末混合物を混合した。
【００４９】
ラム押出機の金型を通して顆粒状の粉末混合物を送って、押出非焼結テープのストリップまたはテープを作製した。テープは約３００ミクロンの厚さを有していた。押出に続いて、押出とカレンダリングのプロセスでテープを乾燥させた。
【００５０】
テープを、鋼鉄バッキング材料上に配置された多孔質青銅金属層中にＰＴＦＥの融点未満の温度で含浸させて、ベアリング材料層を形成させた。テープとバッキング材料を、ベアリング材料層を多孔質層の細孔中に含浸させるロールミルに通すことによって、押出非焼結テープを含浸させた。含浸させるステップでもベアリング材料層の部分は青銅多孔質層の表面の上にとどまる。
【００５１】
次いで含浸させた押出非焼結テープを約４００℃の温度で連続的な焼結オーブンに通した。滞留時間はこの温度で約３０秒間であった。この滞留時間は、含浸された押出テープを焼結させて、連続的な焼固したベアリング材料層を形成することができる期間であった。次いで、複合ストリップを第２のロールミルに通し、ストリップにサイズローリング操作を施して正確な全体的厚さが得られた。最終の複合材料は約６５ミクロンのオーバーレイ厚さを有していた。
【００５２】
（実施例２）
約５０体積％のＰＴＦＥと約５０体積％のＰＰＳを含む押出非焼結テープを、以下の点を除いて、上記のようにして作製した。ＰＴＦＥとＰＰＳは空気衝突型粉砕機を用いて混合し、オーブン温度は約３６５℃であった。最終の複合材料は約６５ミクロンのオーバーレイ厚さを有していた。
【００５３】
実施例２によって作製した複合材料のストリップをベアリングブッシュ中に形成させ、図２に示したのと類似の装置と、関連文献；「滑りベアリング用の材料（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｐｌａｉｎ  Ｂｅａｒｉｎｇｓ）」：Ｒｅｖｉｅｗ  １７４、Ｉｎｔ．Ｍｅｌｌａｌｕｒｇｉｃａｌ  Ｒｅｖ．、第１８巻（１９７３年）を用いて乾燥摩耗を試験した。市販されているベアリング材料のＤＵ（商標）（ＰＴＦＥおよびＰｂマッシュ）およびＤＰ４（商標）（ＰＴＦＥおよびＰＰＳ溶融押出テープ、米国特許第５９１１５１４号を参照）も試験した。表１の試験結果のまとめを参照されたい。
【００５４】
乾燥滑り試験条件は：負荷：１１５ｐｓｉ（７．９３バール）；シャフト速度：１７５フィート（５３．３ｍ）／分；２０，０００ｐｓｉ（１３７９バール）−ｆｐｍ；０．７ＭＰａ−ｍ／ｓであった。
【表１】
2006520455.tif 000002
【００５５】
従って、この結果から、本発明の材料と方法は、従来技術で知られている材料を凌ぐ著しい乾燥摩耗性能の改善をもたらしていることがわかる。
【００５６】
まとめると、本発明の概念を用いることによって得られる多くの利点を説明した。例証と説明のために、本発明の実施形態の上記の説明を示した。また、本発明を網羅しようとしたものではなく、厳密に開示した形態に限定しようとするものでもない。上記教示に照らして明らかに修正または変更が可能である。本発明の原理とその実際的な用途を最もよく説明し、それによって当分野の技術者が、様々な実施形態において本発明を最大限利用でき、考慮している個々の使用に適する様々な修正形態を利用できるように実施形態を選択し説明した。上記に添付する特許請求の範囲によって本発明の範囲を定義するものである。
【国際調査報告】
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