滑动材料和滑动轴承的制作方法

专利名称：滑动材料和滑动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于形成滑动零部件的滑动材料以及采用该滑动材料的滑动轴承，以及用于形成在清洁气氛、真空等低压气氛下使用的滑动零部件的滑动材料、质地柔软的匹配件或要求高旋转精度的滑动轴承。
背景技术：
润滑性树脂组合物等滑动材料成型而得的滑动零部件所要求的性能变得一年比一年苛刻，对初始状态下的优异的低摩擦、低磨耗以及长期保证该初始滑动性能的需求也很强烈。在上述滑动材料使用配有润滑油的树脂材料的情况下，通过调节用作基体材料的树脂与润滑油之间的亲和性、添配形成润滑油导通路的填料、调节混合条件等达到提高滑动特性的目的。近年，例如有文献(专利文献1)揭示了采用添配了浸渍有润滑油的多孔硅的树脂材料，实现滑动特性进一步提高的技术方案。
另外，用于封闭在半导体制造设备等中的清洁的气氛中，尤其是用于真空等低压清洗气氛中的真空用滑动材料，一旦其中存在着由润滑剂产生的蒸汽、飞散的微粒，就会对精密零部件的性能产生不良影响。因此，除上述需求性能之外，还要求具有较高的低发尘性。在这类滑动材料中，其填料使用低蒸汽压液体润滑剂，聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等固体润滑剂，或金、银、铅等软质金属。
然而，为避免滑动零部件成型过程中润滑油分解，现有的添配有该润滑油的树脂材料需要选择具有能承受树脂成型温度的耐热性的润滑油。因此，存在着不能使用树脂成型温度高的耐热高功能树脂的问题。
另外，当用于真空条件下的用途时，所用润滑油的蒸汽压即使在低达可禁受真空条件的程度的情况下，也存在着当该润滑油分解温度低时不能使用的问题。
在添配纤维增强材料等以提高机械强度的情况下，该纤维与树脂的浸润性非常重要，但由于存在于两者之间的润滑油的影响，难以充分提高强度。且为避免注射成型时树脂与螺杆之间发生打滑，确保稳定的原料供给量，可添配的最大润滑油量也不过10体积％左右，但因使用条件差异，又有可能存在润滑油量不足的情况。
添配有浸渍了润滑油的多孔氧化硅的树脂材料(专利文献1)对此情况做出了改善，润滑油添配量与现有技术相比，能达到大量添配，然而，即使在此情况下，最大润滑油添配量也不过30体积％左右，在苛刻的使用环境下，仍有可能存在润滑油不足的情况。另外，上述树脂与润滑油的选择问题也尚未解决，难以在需要耐热性等的用途中使用。
另外，用于上述半导体制造设备等的清洗气氛、低压气氛等中的固体润滑方式滑动材料在高承载、高速度等苛刻使用条件下，不能说具有足够的滑动性能。例如，聚四氟乙烯在高速条件下因本身滑动发热导致熔融磨耗，因此存在着耐磨性低的问题。另外，尽管涂料主要作为二硫化钼使用，但在高承载条件下，却存在着薄涂膜易剥落的问题。
含油滑动材料的应用例有烧结金属含油轴承、树脂含油轴承等滑动轴承。烧结金属含油轴承具有不会因线膨胀的不同产生抱轴和加工精度高等优点，但也存在着在软金属匹配轴的情况下，有可能给轴带来磨耗的缺点。而树脂含油轴承因润滑油分散在树脂成型体中，因此具备具有自润滑性，即使在匹配件质地柔软的情况下，也不会损伤匹配件等优点，但由于与金属材料相比，采用了线膨胀系数大、吸水率大的树脂材料，因此，在使用温度区域较宽的情况下，低温时会因树脂收缩导致抱轴；而高温时则因轴径外侧受到轴套制约，体积膨胀就会向轴内径侧寻求放泄，使内径尺寸缩小，导致抱轴。
因此，人们一直在进行着可以产生两者的优点，同时又弥补其缺点的滑动轴承的开发。例如，在要求旋转精度的应用领域中，金属材料表面涂敷有膜厚20μm左右的树脂的多层滑动轴承，以及不仅具有精准的尺寸精度等，而且不会对质地柔软的匹配件造成磨耗的滑动轴承等轴承是与轴作相对滑动的滑动面为多孔树脂层，在轴外径侧形成作为润滑油供给层的烧结金属层的滑动轴承等(专利文献2)。
然而，近年来，用于办公机械等的滑动轴承对旋转精度和耐久性的要求一年比一年严格，即使是上述多层滑动轴承，一旦固体润滑剂失效，涂膜就会剥落，进而基底金属材料外露，因此导致耐久性变差等问题。另外，即使在滑动面采用多孔树脂层的情况下，也存在着该多孔树脂层的连通孔率连仅满足上述需求性能的滑动性能都无法达到的可能性。
专利文献1日本特开2002-129183号公报专利文献2日本特开2002-364647号公报发明内容发明要解决的课题本发明目的在于提供一种含有润滑油的滑动材料，它不仅能兼顾高机械强度和添配高含量润滑油，而且还可根据用途或规格任意组合树脂材料和润滑油。
本发明的另一目的在于提供一种具有低发尘性的滑动材料，它即使用于真空条件下，也能避免由润滑油产生气体。
本发明还有一个目的，是提供一种使用上述滑动材料的滑动轴承，尤其是要求匹配件质地柔软或高旋转精度的滑动轴承。
用于解决课题的方法本发明的滑动材料为在具有30％以上的连通孔率的树脂多孔体中浸渍润滑油形成的滑动材料，其特征在于，上述树脂多孔体是在添配有气孔形成材料的树脂成型得到成型体后，使用可将该气孔形成材料溶解，且不溶解树脂的溶剂从成型体中提取气孔形成材料得到的具有连通孔的树脂多孔体。
另外，上述滑动材料的特征在于，气孔形成材料是选自无机盐化合物和有机盐化合物的至少一种化合物，特别优选为碱性物质。
另外，上述滑动材料的特征在于，在用作真空用途的滑动材料的情况下，上述润滑油在40℃下的蒸汽压为1.0×10-5Pa以下。
本发明的滑动轴承特征在于，包括具有相对匹配件滑动的滑动面的滑动件和支持该滑动件的同时供给润滑油的润滑油供给层，上述滑动件由上述本发明的滑动材料形成。另外，本发明的滑动轴承特征在于，上述润滑油供给层由金属烧结体形成。
发明效果由于本发明的滑动材料是将润滑油浸渍在具有30％以上的连通孔率的树脂多孔体中得到，因此，可选择与用途、规格匹配的任意树脂。结果，就能得到兼具有高强度、优异的耐热性、低摩擦系数、耐磨性的滑动材料。
另外，由于上述树脂多孔体具有30％以上的连通孔率，由该滑动材料得到的滑动零部件，经长期使用也能由滑动材料提供润滑油，显示出优异的耐久性。另外，由于旋转所需扭矩小，因此，通过在电动机等驱动装置中使用由本发明滑动材料制得的滑动轴承、滑动片，就能实现该装置的小型化。
另外，由于浸渍在滑动材料中的润滑油选择40℃下的蒸汽压为1.0×10-5Pa以下的润滑油，因此，能得到即使在真空条件下(1.0×10-4Pa)，也能获得上述润滑油的没有蒸发的，具有优异的低发尘性，且其耐久性也十分优异，能够长期使用的滑动材料。
另外，使用本发明滑动材料的滑动轴承能长期、连续地向滑动面供给润滑油。结果就能长期保持低摩擦系数，遏制因与金属接触产生不正常声音的现象。
另外，由于形成滑动面的树脂多孔体层可通过上述滑动材料的成型方法得到，因此可根据匹配轴、使用条件等任意选择树脂、填料等，使产品具有高强度、优异的耐热性、低摩擦系数、耐磨性等。
另外，由于上述润滑油供给层由金属烧结体形成，因此线性膨胀与普通轴套(瓦)或轴的金属材料几乎相同，尺寸精度或旋转精度高，而避免对质地柔软的匹配轴造成磨耗。
具体实施例方式
本发明的滑动材料是通过将添配有气孔形成材料的树脂成型得到成型体后，使用溶解该气孔形成材料，且不溶解上述树脂的溶剂从成型体中提取气孔形成材料，得到具有连通孔的树脂多孔体，并将润滑油浸渍在该树脂多孔体中而得到。
通过选择与用途、规格等匹配的树脂和润滑油，该滑动材料可用作任意滑动零部件的材料。滑动零部件可举出例如滑动轴承、齿轮、滑动片、密封圈、滚子、滚动轴承的保持架、滚动轴承的密封件、直动轴承的密封件、进入滚珠丝杠的滚珠和滚珠之间的间隔件、滚动轴承的垫圈、各种保持架等。
下面，对形成本发明滑动材料的树脂、气孔形成材料、填料、成型方法、提取方法等进行说明。
按照点接触，球体形成最密填充的形态有面心立方点阵、密排六方，其填充率用(球体积÷外接立方体体积)÷(正三角形的高÷底边)÷(正四面体的高÷边长)计算，共74％。定义为(100-填充率)的连通孔率为26％。
上述计算有时考虑的是同样尺寸的球体，在填充多种尺寸的球体的情况下，与密排六方相比，填充率增大，连通孔率减小。
另外，在对粉末状球体树脂颗粒压缩成型之后进行烧结时，不能达到点接触，而是球体树脂颗粒发生变形，形成面接触。因此，与密排六方相比，填充率进一步增加，连通孔率进一步减小。因此，现有的烧结树脂成型体的连通孔率的临界值为20％左右。
本发明的连通孔率与上述连通孔率定义基本相同，且指的是气孔呈连续状态下的连通孔率。即，是指互相连通的气孔总体积在树脂成型体中所占比例。
具体而言，连通孔率按照数学式1内的式(1)所示方法计算而得。
数学式1[洗涤前][洗涤后] 连通孔率(％)＝(1-V3/V)×100-----(1)式中V3＝V2’+V1V2’＝(W3-W1)/ρ2在上述数学式1中，各符号的意义如下所示。
V用加热压缩成型法成型的洗涤前成型体的体积ρ用加热压缩成型法成型的洗涤前成型体的密度W用加热压缩成型法成型的洗涤前成型体的重量V1树脂粉末的体积ρ1树脂粉末的密度W1树脂粉末的重量V2气孔形成材料的体积ρ2气孔形成材料的密度W2气孔形成材料的重量V3洗涤后多孔体的体积W3洗涤后多孔体的重量V2’洗涤后多孔体中残留的气孔形成材料的体积在本发明中，按照下述制造方法，可得到具有30％以上、优选为30～90％、更优选为30～70％的连通孔率的树脂多孔体。
可用于本发明的树脂多孔体是通过添配有气孔形成材料的树脂成型形成成型体后，使用可溶解该气孔形成材料，并不会溶解上述树脂的溶剂，由成型体中提取出气孔形成材料而得到。例如，在成型温度为X℃的树脂A中，添配具有比该X℃更高的熔点Y℃的水溶性粉末B，在X℃下成型，形成成型体后，用水从该成型体中提取水溶性粉末B，得到多孔体。
可用于本发明的树脂可使用热塑性树脂、热固性树脂、弹性体或橡胶等树脂粉末或颗粒等。树脂粉末、颗粒的粒径、形状等在熔融成型的情况下，因熔融时与气孔形成材料混炼，故没有特别限定。干混直接压缩成型的情况下，平均粒径优选为1～500μm。
热塑性树脂或热固性树脂可举出例如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯树脂，改性聚乙烯树脂、水交联聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、芳香族聚酰胺树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、氯三氟乙烯树脂、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物树脂、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂、偏氟乙烯树脂、乙烯/四氟乙烯共聚物树脂、聚缩醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚苯醚树脂、聚碳酸酯树脂、脂肪聚酮树脂、聚乙烯吡咯烷酮树脂、聚唑啉树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚砜树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等。另外，可举例还有选自上述合成树脂的两种以上材料的混合物，即聚合物合金等。
弹性体或橡胶可举出例如丙烯腈-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、丁腈橡胶、氯丁烯橡胶、丁基橡胶、丙烯酸橡胶、硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、表氯醇橡胶等硫化橡胶类；聚氨酯弹性体、聚酯弹性体、聚酰胺弹性体、聚丁二烯弹性体、软性尼龙系弹性体等热塑性弹性体类。
当在真空条件下使用本发明的滑动材料时，由于在该真空条件下，热传导率与在大气中时相比变得较低，因此在很多情况下，轴承的使用温度会增高。因此，上述所举树脂中，特别优选为聚四氟乙烯树脂、聚醚醚酮树脂、聚酰亚胺树脂等耐热性好的树脂。
气孔形成材料只要是具有高于树脂成型温度的熔点，与该树脂配合形成成型体后，使用不溶解该树脂的溶剂能将其从成型体中溶解提取出的物质即可。
气孔形成材料优选为无机盐化合物、有机盐化合物或它们的混合物，特别优选为易于实施洗涤提取工艺的水溶性物质。另外，碱性物质优选为可用作防锈剂的弱碱性物质。弱碱盐可举出有机碱金属盐、有机碱土金属盐、无机碱金属盐、无机碱土金属盐等。从即使在未提取部分产生了脱落时，也因其质地较柔软、不容易对转动面、滑动面造成损伤考虑，优选使用有机碱金属盐、有机碱土金属盐。另外，既可以单独使用某种金属盐，也可将其中的两种以上混合使用。另外，洗涤用溶剂可使用廉价的水，而由于气孔形成时易于实施废液处理等原因，优选使用水溶性弱碱盐。
另外，为避免成型时气孔形成材料的溶解，气孔形成材料使用熔点比所用树脂的成型温度高的物质。
可适用于本发明的水溶性有机碱金属盐可举出苯甲酸钠(熔点430℃)、乙酸钠(熔点320℃)或癸二酸钠(熔点340℃)、琥珀酸钠、硬脂酸钠等。由于熔点高、可适用于多种树脂、且水溶性高等原因，因此特别优选为苯甲酸钠、乙酸钠或癸二酸钠。
无机碱金属盐可举出例如碳酸钾、钼酸钠、钼酸钾、钨酸钠、三磷酸钠、焦磷酸钠、偏磷酸钠、硝酸钙等。
根据滑动材料的用途管理气孔形成材料的平均粒径。当滑动材料用于滑动轴承时，平均粒径达到1000μm左右也可以使用。
气孔形成材料的用量比例相对于包括树脂粉末、多孔体形成材料、填料等其它材料的总量，为30体积％～90体积％、优选为40体积％～70体积％。当低于30体积％时，多孔体的气孔难以形成连通孔，当高于90体积％时，达不到预期机械强度。
另外，在配合时，还可以添加在用于提取气孔形成材料的溶剂中不溶的填料。
例如，出于改善滑动材料的摩擦、磨耗性能，提高各种机械物性的目的，还可以添配玻璃纤维、沥青系碳纤维、PAN系碳纤维、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、石英须(石英wool)、金属纤维等纤维类或将其编成布状的制品；碳酸钙、磷酸锂、碳酸锂、硫酸钙、硫酸锂、滑石、硅石、粘土、云母等矿物类；氧化钛晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须等无机晶须类；炭黑、石墨、聚酯纤维、聚酰亚胺树脂、聚苯并咪唑树脂等各种热固性树脂等。
另外，出于提高滑动性能的目的，还可添配氨基酸化合物、聚氧苯酰聚酯树脂、聚苯并咪唑树脂、液晶树脂、芳族聚酰胺树脂浆、聚四氟乙烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等。
另外，出于提高滑动材料的导热性的目的，还可添配碳纤维、金属纤维、石墨粉末、氧化锌、氮化铝粉等。也可以将多种上述填料组合使用。
另外，还可以按照无损于本发明效果的添配量，同时使用可广泛适用于普通合成树脂的添加剂。例如，可酌情添加脱模剂、阻燃剂、抗静电剂、耐候性改良剂、抗氧化剂、着色剂、导电性赋予剂等，且对这些添加剂的添加方法也没有特别限定。
对树脂材料和气孔形成材料的混合方法没有特别限定，可采用干混、熔融混炼等常用于树脂混合的混炼方法。
另外，可采用在将气孔形成材料溶于液体溶剂形成透明溶液之后，将树脂粉末分散混合在该溶液中，然后除去该溶剂的方法。
分散混合的方法只要是能在液态下混合的方法即可，除此没有特别限定，可举例有球磨、超声波分散机、匀化器、榨汁搅拌机、亨舍尔混炼机等。另外，为遏制分散液的分离，添加少量表面活性剂也是有效的。另外，在混合时，需确保可通过混合能完全溶解气孔形成材料的溶剂量。
另外，除去溶剂的方法可举出加热蒸发、真空蒸发、用氮气鼓泡、透析、冷冻干燥等方法。由于方法简便、设备便宜，因此优选为通过加热蒸发除去液体溶剂。
在树脂中添配气孔形成材料的混合物成型可采用压缩成型、注射成型、挤出成型、吹塑成型、真空成型、转移成型等任意成型方法。而为在成型前提高可操作性，还可加工成颗粒、预浸料等。成型时，优选为根据最终制品的滑动零部件形状进行成型。另外，在成型后，可利用切削加工等进行形状精加工。
特别是在将滑动材料用于滑动轴承的情况下，只要无损于滑动轴承的润滑性，在中间制品或最终制品的形态下，还可另外通过例如退火等化学或物理处理实施用于改善性质的改性处理。另外，为在成型前提高可操作性，还可加工成颗粒、预浸料等。
从所得成型体提取气孔成型材料可通过用可将上述气孔形成材料溶解、且不溶解上述树脂的溶剂对成型体进行洗涤。
该溶剂可使用例如水、以及可与水互溶的醇系、酯系、酮系等溶剂。其中，可根据树脂和气孔形成材料的种类按照上述条件酌情选择。另外，既可以单独使用其中某种溶剂，也可将其中的两种以上混合使用。另外，从易于实施废液处理、廉价等优点出发，优选使用水。
通过实施该提取处理，将填充了气孔形成材料的部分溶解，得到该溶解部分形成了气孔的树脂制多孔体。
本发明的滑动材料可通过使润滑油浸渍在上述树脂多孔体中得到。
浸渍的润滑油只要是例如锭子润滑油、冷冻机油、涡轮油、机油、电机油、石蜡系矿物油、环烷属烃系矿物油等矿物油；聚丁烯、聚α烯烃、烷基苯、烷基萘、脂环化合物等烃系合成油；或天然油脂、多元醇酯油、磷酸酯、二酯油、聚二醇油、硅油、聚苯醚油、烷基二苯基醚油、氟化油等非烃系合成油等常用润滑油即可，除此无特别限定。
另外，用于真空条件下时的润滑油可使用40℃下蒸汽压为1.0×10-5Pa以下的任意润滑油。润滑油在40℃下的蒸汽压1.0×10-5Pa以下时，可避免润滑油在真空中的挥发，即使在真空条件下，也适合使用。
上述润滑油可举出例如为达到上述低蒸汽压而高度精制的石油系润滑油、烷基化环戊烷系油、全氟聚醚油等。
由于是可充分禁受真空条件下使用的润滑油，耐热性、耐化学品性、耐溶剂性、耐负载性等性能优异，因此，优选使用烷基化环戊烷系油。另外，在滑动面所受承载低的情况下，优选使用全氟聚醚油。
上述烷基化环戊烷系油为下述化学式1所示结构的润滑油。
化学式1 式中，R为直链状或支链状烷基，m为3～4的整数。
上述烷基化环戊烷系油的具体例可举出三(2-辛基月桂基)环戊烷(蒸汽压(40℃)1.0×10-8Pa NYE LUBI CANTS公司制NYE SYNTHETICOIL 2001A)。
全氟聚醚油只要满足上述蒸汽压条件即可，无论是直链状还是支链状均可使用。全氟聚醚油的具体例可举出DEMNUM S-200(蒸汽压(40℃)1.0×10-6Pa Daikin工业株式会社制)、FOMBLIN YHVAC140/13(蒸汽压(40℃)1.0×10-9Pa SOLVAY SOLEXIS公司制)、FOMBLIN Z25(蒸汽压(40℃)1.0×10-9Pa SOLVAY SOLEXIS公司制)、FOMBLIN Z60(蒸汽压(40℃)1.0×10-11Pa SOLVAY SOLEXIS公司制)、KRYTOX143AC(蒸汽压(40℃)1.0×10-5Pa杜邦公司制)、KRYTOX143AD(蒸汽压(40℃)8.0×10-7Pa杜邦公司制)、KRYTOXL220(蒸汽压(40℃)6.0×10-8Pa杜邦公司制)等。
上述润滑油只要满足上述蒸汽压条件，则既可单独使用，也可混合使用。
在无损于本发明目的的范围内，根据需要，上述润滑油中还可添配极压剂、抗氧化剂、防锈剂、流点降低剂、无灰分散剂、金属系清洗剂、表面活性剂、磨耗调节剂等。抗氧化剂可单独或混合使用酚系、胺系、硫系等抗氧化剂。
本发明滑动材料的浸渍方法只要是能浸入树脂多孔体内部的方法即可。优选为在注满润滑油的浸渍槽中浸渍树脂多孔体之后减压浸渍的减压浸渍法。另外，在使用高粘度硅油等的情况下，可采用加压浸渍。还可以采用加压、减压组合的加压减压浸渍。
如上所述，由于本发明的滑动材料在其成型时不含润滑油，因此，不仅可在成型温度从200℃以下的聚乙烯树脂、聚缩醛树脂等直到超过300℃的聚四氟乙烯树脂、聚醚醚酮树脂等的广泛范围内自由选择树脂材料，而且添配时，填料对润滑油也无不良影响。例如，只要树脂多孔体经过纤维强化，就能形成高强度滑动材料，而使用耐热性高的树脂和润滑油，就能得到耐热性滑动材料。
下面，对身为本发明滑动轴承的支承体，且用作润滑油供给层的金属烧结体进行说明。
设置在树脂多孔体层反滑动面的润滑油供给层只要是能保持润滑油向滑动面供给润滑油的结构、材质即可使用。适用的润滑油供给层可举出金属烧结体。金属烧结体保持着精确的尺寸精度，能供给润滑油。另外，为维持尺寸精度，金属烧结体的层厚要厚于树脂多孔体层的层厚。在本发明的滑动轴承的情况下，形成滑动轴承的材料的大部分采用金属烧结体。
金属烧结体可举出Fe系烧结金属、Cu系烧结金属、Fe-Cu系烧结金属等，其成分中还可含有C、Zn、Sn等。另外，为提高成型性、脱模性等，还可添加少量粘合剂。另外，在铝系中添配Cu、Mg、Si等的材料，或在金属-合成树脂中使用铁粉与环氧系合成树脂结合的材料也可以。另外，为提高与树脂多孔体层的密合性，只要在不妨碍成型的程度下，既可进行表面处理，也可使用粘合剂等。
在取得不仅具有高尺寸精度和旋转精度，而且还具有高机械强度和良好耐久性的滑动轴承的情况下，优选为Fe系烧结金属。在本发明中，“Fe系”意为以重量比计，Fe的含量为90％以上。只要满足该条件，还可含有Cu、Sn、Zn、C等其它成分。另外，“Fe”还包括不锈钢。
可通过例如将配有上述含量的Fe的原料金属粉末(为提高成型性、脱模性，还可添加少量粘合剂)成型为预定形状、脱脂、烧结而得到的烧结体根据需要实施整形等后处理，形成Fe系烧结金属。烧结金属内部具有由多孔组织形成的大量内部小孔，且其表面具有通过内部小孔向外部开口而形成的大量表面开孔。
在本发明中，树脂多孔体层的层厚在保证尺寸精度方面具有重要作用。表1中，详细说明了树脂多孔体层和润滑油供给层的层厚关系。表1为以树脂多孔体层2(内径D1、外径D2)为内层，以金属烧结体层3(内径D2、外径D3)为外层形成的滑动轴承1随着温度的变化而变化的与轴4的间隙的研究结果表。轴4使用直径(D4)φ7.97mm的铝合金(A5056)，20℃下，轴与滑动轴承内层之间的间隙设定为30μm。在该状态下，当整体上升到60℃时，树脂多孔体层2的体积膨胀部分因受到金属烧结体层3的限制，向内径侧寻求释放，因此上述间隙减小。另外，形成树脂多孔体层2和金属烧结体层3之间无间隙密合的制品，所研究的材料的线性膨胀系数(/K)分别如下所示。
作为轴材料的铝合金(A5056)0.000023形成轴承外层的金属烧结体0.00002形成轴承内层的聚乙烯(PE)树脂0.00013形成轴承内层的聚苯硫醚(PPS)树脂0.00006表1


如表1所示，在使用线性膨胀系数大的树脂，并增加树脂多孔体层2的层厚(T1)的情况下，将增加间隙的变化，导致旋转不平稳，因此不可取。所以，为减小间隙变化，需要摊薄树脂多孔体层2的层厚。根据树脂多孔体层2的线性膨胀系数值，优选范围为树脂多孔体层2的层厚为1000μm以下，更优选为500μm以下。
金属烧结体与具有连通孔的树脂多孔体层的接合只要是能互相固定，则可以使用任何方法。例如，压入、止销、涂敷、物理的防止脱落方法等。
浸渍在烧结金属或树脂多孔体层中的油可举出用于上述滑动件的油。另外，在无损于本发明目的的范围内，可根据需要在上述润滑油中添配极压剂、抗氧化剂、防锈剂、流动点降低剂、无灰分散剂、金属系清洗剂、表面活性剂、磨耗调节剂等。抗氧化剂可单独或混合使用酚系、胺系、硫系等抗氧化剂。
浸渍方法只要是能浸入烧结金属和树脂多孔体层内部的方法即可。优选为在注满润滑油的浸渍槽中浸渍树脂多孔体层等之后减压并浸渍的减压浸渍。另外，在使用高粘度的硅油等的情况下，可采用加压浸渍。还可以采用加压、减压组合的加压减压浸渍。
本发明的滑动材料所用滑动轴承根据图1～图5进行说明。图1～图5分别为滑动轴承的剖面图。
滑动轴承1分别形成用作滑动面的多孔体层2，在树脂多孔体层2的背面形成用作反滑动面的作为润滑油供给层的金属烧结体层3。
滑动轴承1的形状有带法兰的衬套型滑动轴承(图1)、止推型滑动轴承(图2)、径向型滑动轴承(图3)、止推型和径向型的混合型滑动轴承(图4、图5)等，可根据滑动部的形状选择最匹配的轴承形状。另外，还可以采用滑动面设有沟槽的形状。
实施例下面，列举本发明滑动材料的实施例。
实施例1按照体积比50∶50的比例，将超高分子量聚乙烯粉末(三井化学株式会社制XM220)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(200℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。在60℃下，使硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000(动粘度6000mm2/s(25℃))真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例2按照体积比50∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。在60℃下，使硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000(动粘度6000mm2/s(25℃))真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例3按照体积比40∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。在60℃下，使硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000(动粘度6000mm2/s(25℃))真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例4按照体积比4 0∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与三磷酸钠粉末(太平化学产业株式会社制三聚磷酸钠)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使三磷酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。在60℃下，使硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000(动粘度6000mm2/s(25℃))真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例5按照体积比40∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与硝酸钙粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使硝酸钙粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。在6℃下，使硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000(动粘度6000mm2/s(25℃))真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
比较例1按照体积比90∶10的比例，在混合机中将超高分子量聚乙烯粉末(三井化学株式会社制XM220)与硅油(信越化学株式会社制KF96H-6000)混合5分钟，然后加热压缩成型(200℃×30分钟)后，利用切削加工，得到预定的试片(φ3mm×13mm)。
使按照实施例1～实施例5以及比较例1制作的试片的φ3mm面与旋转的匹配盘相接触，对试片进行销对盘(pin on disk)试验。试验条件如下所示。
试片φ3mm×13mm，轨道直径23mm匹配件φ33mm×6mm，铝合金A5056(表面粗糙度Ra＝0.5μm)承载3MPa圆周速度4.2m/分温度常温(25℃)
时间20小时评价方法采用由试验前的销钉长度和试验后的销钉长度之差计算磨耗量的方案。与动摩擦系数的结果一起示于表2中。
表2

如表2所示，由本发明滑动材料制成的实施例1～实施例5的试片的比磨耗量均在50×10-8mm3/(N·m)以下，耐磨性好。另外，动摩擦系数也显示出低达0.05的值。
下面，例举用于真空条件下的滑动材料的实施例。
实施例6按照体积比50∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。使烷基化环戊烷油(NYE LUBICANTS公司制NYESYNTHETIC OIL 2001A)真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例7按照体积比50∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。使全氟聚醚油(SOLVAY SOLEXIS公司制FOMBLIN Z60)真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例8按照体积比40∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。使烷基化环戊烷油(NYE LUBICANTS公司制NYESYNTHETIC OIL 2001A)真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例9按照体积比40∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与三磷酸钠粉末(太平化学产业株式会社制三聚磷酸钠)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使三磷酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。使烷基化环戊烷油(NYE LUBICANTS公司制NYESYNTHETIC OIL 2001A)真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
实施例10按照体积比40∶10∶50的比例，将聚醚醚酮树脂粉末(VICTREX公司制 150PF)、碳纤维(东丽株式会社制MLD100)与硝酸钙粉末(和光纯药株式会社制试剂)在混合机中混合5分钟，得到混合粉末。将该混合粉末加热压缩成型(360℃×30分钟)后，利用切削加工，形成预定的成型体(φ3mm×13mm的试片)。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使硝酸钙粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率48％的多孔体。使烷基化环戊烷油(NYE LUBICANTS公司制NYESYNTHETIC OIL 2001A)真空浸渍于该多孔体中，得到试片。含油率为相对于多孔体总体积的45％。
比较例2按照体积比95∶5的比例，在混合机中将聚苯硫醚树脂(大日本油墨株式会社制T4AG)与烷基化环戊烷油(NYE LUBICANTS公司制NYESYNTHETIC OIL 2001A)混合5分钟，然后加热压缩成型(330℃×30分钟)后，利用切削加工，得到预定的试片(φ3mm×13mm)。
使按照实施例6～实施例10以及比较例2制作的试片的φ3mm面与旋转的匹配盘相接触，对试片进行真空销对盘试验。试验条件如下所示。
试片φ3mm×13mm，轨道直径23mm匹配件φ33mm×6mm，SUS440C(硬度HRC60，表面粗糙度Ra＝0.5μm)承载1MPa真空度1～10×10-5Pa圆周速度4.2m/分温度常温(25℃)时间20小时评价方法采用由试验前的销钉长度和试验后的销钉长度之差计算磨耗量的方案。与动摩擦系数的结果一起示于表3中。
表3

如表3所示，由本发明滑动材料制成的实施例6～实施例10的试片的比磨耗量均小于比较例2，耐磨耗性优良。另外，动摩擦系数也显示出低达0.05的值。
下面，举出滑动轴承的实施例。
实施例11按照体积比50∶50的比例，用混合机将聚酰胺(尼龙6)树脂粉末和苯甲酸钠粉末(和光纯药株式会社制试剂)混合5分钟，得到混合粉末。使用该混合粉末成型为内径φ8mm×外径φ8.7mm×高t3mm的树脂圆筒。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率49％的树脂多孔体圆筒。另外，准备内径φ8.5mm×外径φ16mm×高t3mm的烧结金属制圆筒(连通孔率30％，Cu-Sn系)。再将上述树脂多孔体圆筒压入该烧结金属制圆筒内部，对内径面进行加工，得到内径φ8mm×外径φ16mm×高t3mm的滑动轴承。将该滑动轴承浸入酯油(日本油脂株式会社制H481R)，实施真空浸渍处理，将油封入气孔部分中。
使用该滑动轴承，按照下述条件实施径向型滑动轴承试验。结果如表4所示。
摩擦、磨耗条件如下所示(1)匹配轴A5056(铝合金Ra＝0.8μm)，φ7.97mm(2)负载24.5N(3)圆周速度3m/分(4)温度50℃(5)时间120小时另外，轴与滑动轴承的间隙为30μm(25℃下测量)。另外，将轴承浸渍在水中(温度25℃)中150小时，测量尺寸变化(外径部分)。尺寸变化30μm以下时判定为○，大于30μm时判定为×。实施的测量项目为(a)滑动轴承有无磨耗、(b)轴有无磨耗、(c)试验完毕时的动摩擦系数、(d)轴的抱轴度、(e)吸水时尺寸变化(○、×的判定)。
比较例3将内径φ8mm×外径φ16mm×高t3mm的烧结金属制圆筒(连通孔率30％，Cu-Sn系)用作滑动轴承。将该烧结金属轴承浸入酯油(日本油脂株式会社制H481R)，实施真空浸渍处理，将油封入气孔部分中。使用该滑动轴承按照与实施例11相同的条件进行摩擦、磨耗试验和测量放置在水中导致的尺寸变化。结果如表4所示。
比较例4按照体积比70∶30的比例，用混合机将聚酰胺(尼龙6)树脂粉末和苯甲酸钠粉末(日本和光纯药株式会社制试剂)混合5分钟，得到混合粉末。使用该混合粉末成型为内径φ8mm×外径φ16mm×高t3mm的树脂圆筒。用80℃的热水在超声波清洗器中对该成型体进行10小时的清洗，使苯甲酸钠粉末溶出。然后，在100℃下经8小时干燥，得到连通孔率29％的树脂多孔体圆筒。将该树脂多孔体圆筒浸入酯油(日本油脂制H481R)，实施真空浸渍处理，将油封入气孔部分中。将该树脂多孔体圆筒用作滑动轴承，按照与实施例11相同的条件进行摩擦、磨耗试验和测量放置在水中导致的尺寸变化。结果如表4所示。
表4

如表4所示，同时使用金属烧结体和树脂多孔体层的实施例11的轴承和匹配轴没有磨耗，且动摩擦系数也显示出低达约0.05的非常低的值。另外，因吸水导致的尺寸变化也小。
另一方面，仅用金属烧结体形成滑动轴承的比较例3会产生轴承、轴的磨耗，且摩擦系数显示出高达0.35的值。而仅用树脂多孔体形成滑动轴承的比较例4尽管轴承、轴未发生磨耗，但因吸水导致的尺寸变化大，轴产生抱轴。
产业实用性由于本发明的滑动材料兼具有优异的耐热性、低摩擦系数、耐磨性等，因此可适于用作滑动轴承、齿轮、滑动片、密封圈、滚子、滚动轴承的保持架、滚动轴承的密封件、直动轴承的密封件、进入滚珠丝杠的滚珠和滚珠之间的间隔件、滚动轴承的垫圈、各种保持架等滑动部件的材料。
另外，由于即使在真空条件下也不会产生来自润滑油的气体而呈低发尘性，且能长期使用，因此，可适用于作为真空条件下所用的装置、用于洁净室内所用的装置等的基础零部件材料。


图1为带法兰的衬套型滑动轴承的剖视图。
图2为止推型滑动轴承的剖视图。
图3为径向型滑动轴承的剖视图。
图4为止推型和径向型的混合型滑动轴承剖视图。
图5为止推型和径向型的混合型滑动轴承剖视图。
符号说明1滑动轴承；2树脂多孔体层；3金属烧结体层
权利要求
1.滑动材料，在具有30％以上的连通孔率的树脂多孔体中浸渍润滑油形成，其特征在于，所述树脂多孔体是在添配有气孔形成材料的树脂成型得到成型体后，使用溶解该气孔形成材料、且不溶解所述树脂的溶剂从所述成型体中提取所述气孔形成材料得到的具有连通孔的树脂多孔体。
2.如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述连通孔率为30～90％。
3.如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述气孔形成材料选自无机盐化合物和有机盐化合物的至少一种化合物。
4.如权利要求3所述的滑动材料，其特征在于，所述气孔形成材料为具有高于所述树脂成型温度的熔点的物质。
5.如权利要求3所述的滑动材料，其特征在于，所述气孔形成材料为水溶性物质。
6.如权利要求5所述的滑动材料，其特征在于，所述水溶性物质为碱性物质。
7.如权利要求6所述的滑动材料，其特征在于，所述碱性物质选自碱金属盐和碱土金属盐的至少一种金属盐。
8.如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述润滑油在40℃下的蒸汽压为1.0×10-5Pa以下。
9.如权利要求8所述的滑动材料，其特征在于，所述润滑油为烷基化环戊烷系油。
10.如权利要求8所述的滑动材料，其特征在于，所述润滑油为全氟聚醚油。
11.滑动轴承，其特征在于，包括具有相对匹配件滑动的滑动面的滑动件，和支持该滑动件的同时供给所述润滑油的润滑油供给层，所述滑动件由权利要求1所述的滑动材料形成。
12.如权利要求11所述的滑动轴承，其特征在于，所述润滑油供给层由金属烧结体形成。
13.如权利要求12所述的滑动轴承，其特征在于，所述金属烧结体为铁系金属的烧结体。
全文摘要
本发明涉及一种滑动材料，它通过在具有30％以上的连通孔率的树脂多孔体中浸渍润滑油形成，该树脂多孔体是在添配有气孔形成材料的树脂成型得到成型体后，使用溶解该气孔形成材料，且不溶解所述树脂的溶剂从上述成型体中提取上述气孔形成材料得到的具有连通孔的树脂多孔体。使用该滑动材料的滑动轴承，具有相对匹配件滑动的滑动面的滑动件使用上述滑动材料，具有支持上述滑动件的同时供给润滑油的金属烧结体的润滑油供给层。
文档编号C08J9/26GK1973023SQ20058001884
公开日2007年5月30日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年6月10日
发明者筒井英之, 平田正和, 江上正树 申请人:Ntn株式会社