特許 7581113 摺動部材および摺動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-01

(45)【発行日】2024-11-12

(54)【発明の名称】摺動部材および摺動体

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/20 20060101AFI20241105BHJP

【ＦＩ】

F16C33/20 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021064992

(22)【出願日】2021-04-06

(65)【公開番号】P2022160321

(43)【公開日】2022-10-19

【審査請求日】2023-04-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000207791

【氏名又は名称】大豊工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】所 昌哉

(72)【発明者】

【氏名】川井 トオル

(72)【発明者】

【氏名】堀部 直樹

【審査官】西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－２６１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／００７７４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリテトラフルオロエチレン樹脂をベースに焼成クレーおよび固体潤滑剤が添加されており、
前記固体潤滑剤は、リン酸マグネシウム、硫酸バリウム、二硫化モリブデンであり、
前記リン酸マグネシウムを１２～１６重量％、前記硫酸バリウムを１３～１９重量％、前記二硫化モリブデンを４～６重量％、前記焼成クレーを１～４重量％を添加した、
摺動部材。

【請求項2】

前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂にさらに充填剤が添加され、前記充填剤は球状カーボン、ガラス球、カーボン繊維、グラファイト繊維、ガラス繊維、樹脂粉末、樹脂繊維、金属粉末、及び金属繊維から選択される少なくとも１種であって充填総量で１０重量％以下を含有する請求項１に記載の摺動部材。

【請求項3】

基材上に、請求項１または２に記載の摺動部材を設けた摺動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摺動部材および摺動体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以降「ＰＴＦＥ」と略称する）は、自己潤滑性に優れ、摩擦係数が低く、更には、耐薬品性および耐熱性を有することから、自動車等の車両のステアリング機構における摺動部材等として広く使用されている。そして、最近は、ＰＴＦＥをベースとした摺動部材が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－２０５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、最近はグリス潤滑下及び油中において使用されるＰＴＦＥベースの摺動部材においては、より高い低摩擦性が求められている。

【0005】

本発明は、グリス潤滑下及び油中において、より高い低摩擦性のＰＴＦＥベースの摺動部材およびこれを用いた摺動体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】

【0006】

本発明の摺動部材は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂をベースに焼成クレーおよび固体潤滑剤が添加されており、前記固体潤滑剤は、リン酸マグネシウム、硫酸バリウム、二硫化モリブデンであり、前記リン酸マグネシウムを１２～１６重量％、前記硫酸バリウムを１３～１９重量％、前記二硫化モリブデンを４～６重量％、前記焼成クレーを１～４重量％を添加した、摺動部材であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、グリス潤滑下及び油中において、より高い低摩擦性のＰＴＦＥベースの摺動部材およびこれを用いた摺動体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る摺動体を示す図である。

【図2】図２は、摺動部材の構成を示す図である。

【図3】図３は、摺動部材の実験結果を示すグラフである。

【図4】図４は、摺動部材の実験結果を示すグラフである。

【図5】図５は、第２実施形態に係る摺動部材の構成を示す図である。

【図6】図６は、摩擦試験の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。実施形態は、グリス潤滑下において摺動体を車両に用いた例を説明する。

【0010】

（第１実施形態）
例えば、自動車等の車両において、ステアリング機構の中で用いられる軸受のうち、すべり速度が低くグリス潤滑で使用されるすべり軸受が有る。この軸受は、例えば、ラック＆ピニオン式パワーステアリングに取り付けられたサポートヨーク部分に使用され、低摩擦性が重視される。

【0011】

図１は第１実施形態に係る摺動体１を示す図である。図１に示すように、摺動体１は、基材２と焼結層３と樹脂層４を有する。基材２は、摺動体１に機械的強度を与えるための層である。基材２は、裏金、または、裏金層と称される場合がある。基材２は、例えば、Ｆｅ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの金属板を用いることができる。

【0012】

また、焼結層３は、基材２上に、銅合金、例えば銅錫、銅鉛錫、リン青銅または鉄、銅、錫等の混合粉末を散布して焼結した層である。焼結層３は、多孔質層である。基材２上に焼結層３を備えた構成とすることで、樹脂層４と基材２との密着性向上の向上を図ることができる。

【0013】

また、樹脂層４は、ＰＴＦＥ５をベース（ＰＴＦＥ５を主たる樹脂成分）とし、ＰＴＦＥ５に焼成クレーを添加した摺動部材である。樹脂層４を構成する摺動部材については、図２で後述する。摺動部材が焼結層３に含浸することで、基材２と摺動部材が強固に密着する。

【0014】

摺動体１は、摺動部材を構成する各原材料の混合物を焼結層３に含浸させた後に、３５０～４２０℃で焼成せしめることにより、基材２上に樹脂層４（摺動部材４１）が形成される。基材２上の樹脂層４の厚さは、８０～４００μｍ、好ましくは１２０～２５０μｍである。また、樹脂層４の表面は多孔質焼結層が露出していないことが好ましいが、露出していてもよい。

【0015】

なお、焼結層３は必須ではなく、例えば基材２上へショットブラスト等の粗面化処理を行い、その粗面化部分へ直接摺動部材を塗布してもよい。塗布法としては、スプレー、タンブリング、ロール転写、印刷等の手段が用いられる。塗布面の厚さは、好ましくは１０～６０μｍ、より好ましくは２０～４０μｍである。また、基材２として鋼板を使用せず、金網を使用してもよい。金網の場合は、基本的に上記多孔質焼結層へ含浸する方法と同様である。

【0016】

次に、摺動部材について説明する。摺動部材４１は、ＰＴＦＥ５に焼成クレー６が添加されている。第１実施形態では焼成クレー６の一例として焼成カオリンを用いた。焼成カオリンは、天然粘土鉱物であるカオリンを高温処理したものである。ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を添加することにより、焼成クレーの吸油効果で油との濡れ性が向上する。油との濡れ性が向上すると、グリス潤滑下及び油中で潤滑油膜が発生し易くなり、低摩擦性が向上する。また低摩擦性が向上することで耐摩耗性も向上する。第１実施形態において、焼成クレー６の添加率は１ｖｏｌ％～１５ｖｏｌ％が望ましい。

【0017】

ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を添加した摺動部材４１を用いて以下の実験を行い、油に対する摺動部材４１の油接触角と、摩擦係数を測定した。摺動部材４１は、ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を含まない摺動部材（０）、ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を５ｖｏｌ％添加した摺動部材（５）、ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を１５ｖｏｌ％添加した摺動部材（１５）の３種類の摺動部材４１を用いて、油接触角の計測実験、摩擦係数の計測実験を行った。

【0018】

実験の環境は次の通りである。油接触角の計測実験は、室温下で油（グリスの主成分であるハイコール）を０．２μＬを摺動部材４１の表面に滴下し、１秒後に接触角計を用いて油接触角測定を５回行った。また、摩擦係数の計測実験は、摺動部材４１の表面をΦ８の鋼球を押し当てて滑らせて行った。押し当てる負荷を４．９Ｎとし、すべり速度３．０ｍｍ／ｓ、すべり距離１０ｍｍとし、室温、グリス潤滑下で行った。その結果を図３および図４に示す。なお、実験結果において、油接触角が小さいほど摺動部材４１と油との濡れ性が向上していることを示している。

【0019】

図３において、横軸が、摺動部材４１におけるＰＴＦＥ５へのクレーの添加量を示し、縦軸が、摺動部材４１上に滴下した油の摺動部材４１に対する油接触角を示す。図３において、クレーの添加量が０％上の点のプロットが摺動部材（０）に対する油接触角を示し、クレーの添加量が５％上の点のプロットが摺動部材（５）に対する油接触角を示し、クレーの添加量が１５％上の点のプロットが摺動部材（１５）に対する油接触角を示す。

【0020】

図３に示すように、摺動部材（０）に対する油接触角より摺動部材（５）に対する油接触角が小さいことが分かる。すなわち、摺動部材（５）の方が摺動部材（０）より油に対する濡れ性が向上している。同様に、摺動部材（０）および摺動部材（５）に対する油接触角より摺動部材（１５）に対する油接触角が小さいことが分かる。すなわち、摺動部材（１５）の方が、摺動部材（０）および摺動部材（５）より油に対する濡れ性が向上している。

【0021】

以上の実験により、本出願の出願人は、ＰＴＦＥ５に焼成クレー６を５～１５ｖｏｌ％添加した摺動部材４１は、油に対する濡れ性を向上させることができることを発見した。

【0022】

具体的には、焼成クレーはクレーを高熱処理することにより得られるが、高熱処理により、活性化・多孔質化して吸油性が高くなる。このため、ＰＴＦＥ５に添加することにより、油との濡れ性が向上すると考えられる。油との濡れ性が向上すると、潤滑油膜が発生し易くなり、油潤滑下において、ＰＴＦＥ５の元来の低摩擦性に加え、油潤滑の効果で、更に低摩擦性が向上すると同時に、耐摩耗性も向上する。

【0023】

また図４において、摺動部材（０）、摺動部材（５）、摺動部材（１５）における油接触角を横軸とし、各油接触角に対する摩擦係数を縦軸とした。なお、図４における摺動部材（０）、摺動部材（５）、摺動部材（１５）の各油接触角（図４にプロットした点）は、それぞれにおいて図３でプロットした５回の実験結果の油接触角の平均値である。図４に示すように、摺動部材（０）における摩擦係数は０．０２０～０．０２１間の値である。摺動部材（５）における摩擦係数は０．０１９～０．０２０間であって、０．０２０に近い値である。摺動部材（１５）における摩擦係数は０．０１９～０．０２０間であって、０．０１９に近い値である。

【0024】

このように、摺動部材（５）は、摺動部材（０）よりも濡れ性が向上し、摩擦係数も摺動部材（０）より小さくなる。また、摺動部材（１５）は、摺動部材（０）および摺動部材（５）よりも濡れ性がより向上し摩擦係数も摺動部材（０）および摺動部材（５）より小さくなる。濡れ性が良い方が、油が摩擦面に残り易く、油の摩擦力を下げる効果がより発揮されるためと考えられる。

【0025】

このように、第１実施形態の摺動部材４１は、ＰＴＦＥ５をベースに焼成クレー６が添加された構成を備える。このような第１実施形態の摺動部材４１は、濡れ性を向上させることができるため、油が有る場合は、摺動部材４１の摩擦係数を、焼成クレー６が添加されない場合よりも小さくすることができる。そのため、より高い低摩擦性のＰＴＦＥベースの摺動部材４１を提供することができる。

【0026】

また、基材２上の焼結層３に、第１実施形態の摺動部材４１を含浸させた摺動体１においても、摩擦係数を小さくすることができる。そのため、より高い低摩擦性の摺動体１を提供することができる。

【0027】

また、第１実施形態の摺動部材４１および摺動体１は、焼成クレー６を添加したことにより耐摩耗性も向上する。

【0028】

（第２実施形態）
ここからは、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態において、第１実施形態と同等の構成については第１実施形態と同じ参照符号を付し、説明を簡略化または省略する。第２実施形態における樹脂層４は、摺動部材４２を備える。摺動部材４２は、ＰＴＦＥ５、焼成クレー６に加え、固体潤滑剤７が添加されている。ＰＴＦＥ５は、第１実施形態と同一の構成を有する。固体潤滑剤７は、リン酸マグネシウム、硫酸バリウム、二硫化モリブデン等が好ましい。第２実施形態において固体潤滑剤７を添加するのは、第１実施形態から更に、低摩擦性、耐摩耗性、耐焼付性のバランスを調整するためである。また、第２実施形態の摺動体１は、摺動部材４２を備える。

【0029】

また、摺動部材４２に添加される個体潤滑剤７には、好ましくはリン酸マグネシウム１２～１６重量％、硫酸バリウム１３～１９重量％、二硫化モリブデン４～６重量％の割合で含まれる。

【0030】

摺動部材４２に添加される焼成クレー６は好ましくは１～４重量％の割合で含まれる。

【0031】

また、摺動部材４２には、球状カーボン、ガラス球、カーボン繊維、グラファイト繊維、ガラス繊維、樹脂粉末、樹脂繊維、金属粉末、及び金属繊維から選択される少なくとも１種の充填材が１０ｖｏｌ％以下添加されていてもよい。このような充填材を添加することにより、充填材の種類に応じて、摺動材料の強度、耐摩耗性等が向上する。

【0032】

摺動部材４２中のＰＴＦＥ５の量は、摺動部材４２から固体潤滑剤７と充填材の量（充填材が入っている場合）を差引いた残りの量であり、好ましくは４０～９５重量％、更に好ましくは５６～６６重量％である。

【0033】

第２実施形態の摺動体１は、基材２上に樹脂層４が形成されて製造される。基材２は第１実施形態と同様の素材が使用される。また、樹脂層４の生成方法も第１実施形態と同様である。そして、樹脂層４の厚み、露出程度も第１実施形態と同様である。また、第１実施形態と同様に、鋼板上へショットブラスト等の粗面化処理を行い、その粗面化部分へ直接樹脂層４を塗布してもよい。塗布法および塗布面の厚さは、第１実施形態と同様である。

【0034】

ここからは、第２実施形態における実施例１～実施例５について説明する。各実施例で用いた摺動部材４２に含まれる原材料は次の通りである。ＰＴＦＥ（平均粒径３５０～５５０μｍ）、リン酸マグネシウム（粒径２００メッシュアンダー）、硫酸バリウム（平均粒径８～１２μｍ）、二硫化モリブデン（平均粒径０．５～２．５μｍ）、焼成クレー（粒径３２５メッシュアンダー）。

【0035】

（実施例１）
基材２の表面をサンディング処理した後、脱脂した裏金鋼板上へりん青銅粉末を散布し、その後、９２０～９５０℃で焼結を行い、厚さ０．１～０．２ｍｍの焼結層３を形成した（ここまでは実施例２～実施例５も同様）。一方、摺動部材４２として、ＰＴＦＥ５に、リン酸マグネシウム１５．６重量％、硫酸バリウム１３．０重量％、二硫化モリブデン６．０重量％、焼成クレー３．１重量％を添加した原材料混合物を焼結層３上にロールで含浸被覆し、その後、３５０～４２０℃まで温度を上げて試料を得た。これらの試料の被覆の厚さ（焼結層３より上の部分）は、０．０１～０．０６ｍｍであった。

【0036】

（実施例２）
摺動部材４２として、ＰＴＦＥ５に、リン酸マグネシウム１２．５重量％、硫酸バリウム１６．１重量％、二硫化モリブデン４．１重量％、焼成クレー１．３重量％を添加して、焼結層３上にロールで含浸被覆し、その後、３５０～４２０℃まで温度を上げて試料を得た。これらの試料の被覆の厚さ（焼結層３より上の部分）は、０．０１～０．０６ｍｍであった。

【0037】

（実施例３）
摺動部材４２として、ＰＴＦＥ５に、リン酸マグネシウム１３．３重量％、硫酸バリウム１６．９重量％、二硫化モリブデン４．７重量％、焼成クレー２．１重量％を添加して、焼結層３上にロールで含浸被覆し、その後、３５０～４２０℃まで温度を上げて試料を得た。これらの試料の被覆の厚さ（焼結層３より上の部分）は、０．０１～０．０６ｍｍであった。

【0038】

（実施例４）
摺動部材４２として、ＰＴＦＥ５に、リン酸マグネシウム１４．０重量％、硫酸バリウム１７．７重量％、二硫化モリブデン５．４重量％、焼成クレー２．９重量％を添加して、焼結層３上にロールで含浸被覆し、その後、３５０～４２０℃まで温度を上げて試料を得た。これらの試料の被覆の厚さ（焼結層３より上の部分）は、０．０１～０．０６ｍｍであった。

【0039】

（実施例５）
摺動部材４２として、ＰＴＦＥ５に、リン酸マグネシウム１４．８重量％、硫酸バリウム１８．５重量％、二硫化モリブデン６．０重量％、焼成クレー３．６重量％を添加して、焼結層３上にロールで含浸被覆し、その後、３５０～４２０℃まで温度を上げて試料を得た。これらの試料の被覆の厚さ（焼結層３より上の部分）は、０．０１～０．０６ｍｍであった。

【0040】

これらの実施例１～実施例５で作製した摺動部材４２について下記の摩耗試験を行った。
（１）摩耗試験の摩耗量および（２）摩耗試験時の摩擦係数
図６は、摩擦試験の状態を示す図である。図６（ａ）は、試験の様子を軸Ｊの軸方向から見た図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）をＡ－Ａ断面した側面図である。図６（ｃ）は、サンプルの形状を示す図であり、図６（ｄ）は、図６（Ｃ）をＢ－Ｂ断面した図である。図６に示すように、台座Ｄに、摺動体１を円弧板形状にしたサンプルＳ（半径：Ｒ１３ｍｍ、高さ：９．５ｍｍ、円弧方向の長さ：３０ｍｍ、軸方向の長さ：３２ｍｍ）を取り付けて、台座Ｄに荷重を与えることで当該サンプルを軸径Φ２６ｍｍの軸Ｊの周縁部に押し当てて、軸方向（図６（ｂ）における左右方向）に往復動を行う摺動試験を行った。試験は、往復動のストローク：２０ｍｍ、すべり速度：５５ｍｍ／ｓ、評価時間：３Ｈｒ、荷重：３５００Ｎ、荷重形態：静荷重、油温：常温、給油方法：グリス塗布、油種：共同油脂製モリホワイトＬＳＧ、軸材質：Ｓ４５Ｃ、軸硬さ：ＨＲＣ２４～３０、軸粗さ：Ｒａ０．０５～０．１の条件で行った。その結果を表１にまとめた。

【0041】

【表1】

【0042】

すなわち、実施例１では、摩耗量５μｍ、摩擦係数０．０９、実施例２では、摩耗量９μｍ、摩擦係数０．０７、実施例３では、摩耗量７μｍ、摩擦係数０．０７、実施例４では、摩耗量９μｍ、摩擦係数０．０６、実施例５では、摩耗量８μｍ、摩擦係数０．０６という結果であった。

【0043】

このように、第２実施形態の摺動部材４２は、ＰＴＦＥ５をベースに焼成クレー６および固体潤滑剤７が添加された構成を備える。このような第２実施形態の摺動部材４２は、焼成クレー６が添加されているため、グリス潤滑下において濡れ性を向上させることができ、摺動部材４２の摩擦係数を小さくすることができる。そのため、より高い低摩擦性のＰＴＦＥベースの摺動部材４２を提供することができる。

【0044】

また、第２実施形態では、ＰＴＦＥ５に、固体潤滑剤７として、リン酸マグネシウムを１２～１６重量％、硫酸バリウムを１３～１９重量％、二流加モリブデンを４～６重量％を添加し、焼成クレーを１～４重量％を添加した。そのため、油の濡れ性を向上させることができ、摺動部材４２のグリス潤滑下及び油中での摩擦係数を小さくすることができる。そのため、より高い低摩擦性のＰＴＦＥベースの摺動部材４２を提供することができる。

【0045】

また、基材２上の焼結層３に、第２実施形態の摺動部材４２を含浸させた摺動体１においても、グリス潤滑下及び油中での摩擦係数を小さくすることができる。そのため、より高い低摩擦性の摺動体１を提供することができる。

【0046】

また、第２実施形態の摺動部材４２および摺動体１は、焼成クレー６を添加したことにより耐摩耗性が向上する。

【0047】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態および変形例は例示であり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態および変形例、およびこれらの変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１ 摺動体
２ 基材
３ 焼結層
４ 樹脂層
５ ＰＴＦＥ
６ 焼成クレー
７ 固体潤滑剤
４１ 摺動部材
４２ 摺動部材
Ｄ 台座
Ｓ サンプル
Ｊ 軸受け

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】