专利名称：具有自润滑衬套的无润滑滑动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为滑动部件的一种的无润滑滑动轴承，涉及利用于无润滑滑动轴承的滑动面的润滑性组合物。
背景技术：
以往，在对旋转运动的轴进行保持的轴承中，广泛使用利用由曲面构成的滑动面来保持轴的滑动轴承，特别是，润滑面不使用润滑油等的无润滑滑动轴承，在飞机等的要求低摩擦系数、高耐久性、高载荷性能、高耐热性、高耐油性等的用途使用。作为这样的轴承，公开有图5的剖视图所示的用于高载荷用途的球面滑动轴承 B5，该球面滑动轴承B5具有外圈部件13和内圈部件32，其中，外圈部件13具有凹状的第一轴承面，内圈部件32具有能够相对第一轴承面滑动的凸状的第二轴承面(例如，参照专利文献1)。对于该球面滑动轴承，一方的部件由钛合金制成，且具有通过由物理气相生长法 (PVD)赋予的氮化钛进行表面处理的轴承面。另一方的轴承面具有由树脂构成的润滑衬套(liner)23。润滑衬套23由PTFE(聚四氟乙烯)以及由芳族聚酰胺纤维构成的织物 (fabric)构成，该织物利用苯酚树脂组合而饱和。将这样的织物状润滑衬套粘接到滑动的内周面的无润滑套筒轴承(sleeve bearing)，作为现有技术而众所周知。此外，公开了由包含20重量％以上的双季戊四醇五丙烯酸酯以及10重量％以上的聚四氟乙烯等固体润滑剂的热固化性丙烯酸类组合物构成的自润滑 (self-lubricating)涂层(例如，参照专利文献2)。在专利文献2的自润滑涂层中，还可添加20重量％以上的三乙二醇二甲基丙烯酸酯以及1重量％以下的芳族聚酰胺浆。进而，还公开了如图6所示的将该自润滑涂层作为衬套M而实施到外圈14的滑动的内周面的套筒轴承~。还公开了在将附设于燃料电池的冷却水循环泵的叶轮的旋转轴支承为旋转自如的滑动轴承中，滑动轴承的形成材料为不含金属离子的聚醚酮类树脂等合成树脂的燃料电池的冷却水循环泵用滑动轴承(例如，参照专利文献3)。在专利文献3中，作为不含金属离子的合成树脂之一，举出了聚醚醚酮(PEEK)。为了提高这样的聚醚酮类树脂的机械强度、摩擦磨损特性，优选为配合碳纤维、芳族聚酰胺纤维等纤维状填充材料或氟树脂、石墨等固体润滑剂，并且相对100重量部的聚醚酮类树脂配合3 60重量部。碳纤维的添加量相对100重量部的聚醚酮类树脂为5 40重量部，优选为10 30重量部。作为固体润滑剂，可以例示出PTFE、PFA等氟树脂粉末、石墨等。固体润滑剂的添加量相对100重量部的聚醚酮类树脂为1 40重量部，优选为5 30重量部，更优选为5 20重量部。混合以上所叙述的成形材料，在400 420°C的温度范围内加热塑化之后，填充到模具中，固化以及脱模，从而能够获得由圆筒状的成形体构成的滑动轴承。专利文献1 日本特开2007-255712号公报
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专利文献2 美国专利第6180574号专利文献3 日本特开2006-9819号公报专利文献1以及2所公开的滑动轴承，由于组装到飞机而使用，所以除低摩擦系数的要求之外还存在高载荷性能、高耐热性、高耐油性等要求，但是从机身制造商的立场出发，存在如下要求在组装像套筒轴承这样的滑动轴承的工序中，通过磨削或切削滑动轴承的滑动面来进行尺寸调整，从而不进行轴侧的尺寸调整而进行嵌合调整。然而，专利文献1的纤维状润滑衬套，由于在树脂中包含纤维，所以在进行后加工时造成纤维的切断，因此无法通过磨削或切削来进行尺寸调整。此外，专利文献2的自润滑涂层由于将热固化性丙烯酸树脂作为基础树脂，所以存在生产率恶化这样的问题。进而，专利文献3的滑动轴承由于构成要素全部由树脂制成，所以作为组装于机身的轴承而言存在强度不足的问题。此外，作为将冷却水循环泵的叶轮的旋转轴支承为旋转自如的滑动轴承的树脂材料，由于不含金属离子所以优选，但无法应用到存在高载荷性能、高耐热性、高耐油性等要求的飞机。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种具有自润滑衬套的金属制无润滑滑动轴承，其不但具有低摩擦系数、高耐久性、高载荷性能、高耐热性、高耐油性，还可通过磨削或切削来进行尺寸调整。此外，由于能够进行尺寸调整，所以以下有时将自润滑衬套简称为可加工衬套(machinable liner)(能够加工的衬套)。本发明的滑动轴承，包括金属制的外圈和形成于外圈的内周面的自润滑衬套，其特征在于，自润滑衬套由自润滑树脂组合物构成，自润滑树脂组合物混合有60 80重量％ 的聚醚酮类树脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％的碳纤维和15重量％以下的芳族聚酰胺纤维，碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为10 25重量％，外圈的内周面具有Ra为4. 0 μ m以上且Rmax为30. 0 μ m以上的表面粗糙度，其中，Ra表示中心线平均粗糙度， Rmax表示最大高度，外圈以及自润滑衬套被一体化。此外，本发明的滑动轴承的制造方法，其特征在于，对金属制的外圈的内周面进行表面处理而使表面粗糙度形成为民为4. 0 μ m以上且Rmax为30. 0 μ m以上，其中，Ra表示中心线平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，对自润滑树脂组合物进行注塑成型，所述自润滑树脂组成物通过将60 80重量％的聚醚酮类树脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％以下的碳纤维和15重量％以下的芳族聚酰胺纤维混合而成，其中，碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为10 25重量％，将自润滑衬套与所述外圈的内周面一体化。在本发明中，优选为外圈的内周面朝内侧或外侧弯曲，并且自润滑衬套的内周面不弯曲而呈圆筒状。根据本发明，由于自润滑衬套不包含织物，因此为了与所保持的轴对应，能够进行以往的包含PTFE的纤维状衬套所不能实现的对滑动面的磨削、切削等加工。此外，通过将具有耐热性的热塑性树脂亦即聚醚酮类树脂作为基础树脂，能够获得比以往的将热固化性丙烯酸树脂作为基础树脂的自润滑涂层高的生产率。进而，由于将轴承的构造体设为金属， 并且只将滑动面设为自润滑衬套，因此与全体由树脂构成的以往的轴承相比强度显著提高，并且，通过最优化接合面的粗糙度，能够抑制金属外圈与衬套的剥离。
图1表示本发明的一实施方式涉及的滑动轴承，(a)为剖视图，(b)为俯视图。图2表示本发明的其他实施方式涉及的滑动轴承，(a)为剖视图，(b)为俯视图。图3表示本发明的其他实施方式涉及的滑动轴承，(a)为剖视图，(b)为俯视图。图4为表示本发明的实施例的负荷试验的示意剖视图。图5为表示专利文献1的以往的滑动轴承的剖视图。图6为表示专利文献2的以往的滑动轴承的立体图。图7为表示本发明的实施例的滑动轴承的剖视图。图8为表示本发明的实施例的滑动轴承的剖视图。图9为表示载荷-位移曲线的典型例的图。标号说明B1 B3、B7、B8...本发明的轴承;Β4·..实施例、比较例的轴承；Β5 ..以往的轴承；Τ··.试验夹具；10、11、13 16··.外圈(套筒)；12···兼做外圈(套筒)的底座； 20 洸.· ·自润滑衬套；30 32...内圈(轴)；40. · ·夹具主体；41. · ·测试壳体；42. · ·千分表。
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式进行详细说明。图1表示本发明的一实施方式涉及的滑动轴承。滑动轴承B1具有形成了金属制外圈10、和设在该外圈10内侧的自润滑衬套层20的构造。金属制外圈10的内周面中的与自润滑衬套层20的界面，由于如后述那样表面粗糙度被最佳化，因此两者成为稳固的一体，即使在与轴承所保持的轴(内圈)之间产生高的负荷，也能够抑制自润滑衬套层的剥离。此外，轴承构造体本身由金属制成，因此即使作为高负荷的用途使用时也能抑制变形等不良情况。作为这些的结果，提高了轴承的长期耐久性。图1所示的套筒轴承B1,其外圈10的内周面呈圆筒形状，剖视图(a)中衬套20呈直线，但如图2所示，本发明还可以应用到剖视图(a)中衬套21的表面呈曲线且外圈11的内周面呈球面形状的球面滑动轴承B2。在该轴承中，外圈的内径大于内圈的外径。外圈内径中央部稍稍凹陷，以确保衬套厚度。此外，如图3所示的杆端式球面滑动轴承B3那样，也可以是外圈12具有用于与使用轴承的装置主体一体化的螺纹部的构造。接下来，对本发明的各构成要素进行说明。1.应用本发明的轴承作为本发明的滑动轴承，举出套筒的内周面为滑动面的套筒轴承，但也可以利用带凸缘的套筒轴承。在带凸缘的套筒轴承中，在内径滑动面的基础上还可将凸缘端面制成滑动面。通过嵌件成形使本发明的可加工衬套固定于滑动面。此外，举出球面滑动轴承。 球面滑动轴承通过使内圈与外圈而构成，其中，外圈具有使可加工衬套固定于凹球面状的内周面的滑动面，内圈具有凸球面状的外周面和供轴插通的中心孔。不管是哪一种情况， 在注塑成型之前，都通过氧化铝喷镀或者将氧化铝或二氧化硅、氧化锆作为介质的喷丸处理，对使可加工衬套固定的金属面进行基底处理，从而将面粗糙度制成民4.(^!11以上以及 Rmax30.0ym以上。在具有外圈和内圈的球面滑动轴承的情况下，在使外圈和内圈组合之后， 在两者之间流入熔融状态的可加工衬套，使该可加工衬套固化而与外圈一体化。内圈的外周面的面粗糙度设置得小，以防止衬套固定于该内圈的外周面。此外，本发明的滑动轴承由于使用于飞机而需要高的强度，所以必须由金属制成。2.由固定于内周面的可加工衬套构成的滑动面本发明的无润滑滑动轴承的可加工衬套的成分比，其特征在于，聚醚酮类树脂 (PEEK,PEK)为60 80重量％，PTFE粉末(固体润滑剂)为10 30重量％，碳纤维为5 15重量％以及芳族聚酰胺纤维为15重量％以下并且碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为
10 25重量％。3.聚醚酮类树脂(热塑性树脂)本发明具有将在热塑性树脂中滑动特性以及耐热、耐药品特性优异的结晶性树脂聚醚酮类树脂作为基础聚合物使用的可加工衬套。作为现有技术，已知有将热固化性树脂 (丙烯酸类树脂)作为基础聚合物使用的可加工衬套，但由于其是热固化性树脂，所以在本发明中使用生产率、回收性高的热塑性树脂。由于聚醚酮类树脂是热塑性树脂，因此可实施注塑成型，便于批量生产。按照后述的SAE规格AS81934的要求，飞机用滑动轴承所使用的衬套耐热性和耐油性优异，但除聚醚酮类树脂以外的热塑性树脂，无法获得足够的结果。4.高分子量类型的PTFE (固体润滑剂)通过混合聚醚酮类树脂和PTFE，能够提高可加工衬套的滑动性。本发明使用高分子量类型的PTFE。为了与聚醚酮类树脂混合，需要将温度提高到熔点340°C以上。因而，为了在340°C以上的温度下使PTFE也难以分解，需要使用完全被烧制且很难产生分解气体的高分子量类型(分子量约100万以上)的Ρ Ε。满足要求滑动特性的PTFE添加率为10 30重量％。当添加率不足10重量％时，虽然满足SAE规格AS81934的有关载荷性能的常温下的要求，但无法满足高温 (121°C F)，163°C (325° F))下的要求。此外，超过30%的添加量，在与树脂混合时以及进行注塑成型时造成由PTFE的分解气体引起的负面影响显著。注塑成型时由成形品的空穴的产生引起的成形不良以及由所产生的分解气体(HF)引起的模具腐蚀变得显著。 因此，PTFE的适合添加率为10 30%。5. PAN类的碳纤维(CF)作为CF，将PAN类的通用类型(强度4000MPa，弹性模量MOGPa)作为强化纤维，特别是用于对高温时(121°C以及163°C )伴随树脂的软化而引起的材料强度降低进行弥补的加强材料使用。满足其要求特性的添加率为5 15重量％。若添加率为15重量％以上， 则滑动时磨损粉的产生较多，引起磨料的磨损，影响耐久寿命。此外，如后述的比较例所示， 利用浙青类CF无法满足要求特性。6.芳族聚酰胺纤维(AF)作为AF，混合短切纤维(chopped fiber)或者研磨纤维(milled fiber)而使用。 AF与CF相比强度以及弹性模量差，但AF的断裂伸长率大于CF的断裂伸长率(AF约5%， CF约2% )，所以通过混合CF短切纤维或研磨纤维，增加可加工衬套的韧性，提高滑动轴承摇动时的耐磨损性，从而能够抑制磨损粉的产生。将AF (短切纤维，研磨纤维)作为强化纤维添加20 30重量％，并且作为固体润滑剂添加PTFElO 15重量％，从而以使填充物总量成为30 40重量％的方式与聚醚酮类树脂混合的自润滑树脂组合物，在嵌件成形时与金属面的粘接性显著下降，由滑动面的磨削、切削时的切削阻力引起树脂部的剥离，由剥离引起的粘接不良率达到约50%。因此，在将AF的添加量设为15重量％以下时，粘接不良率减少为1/10 (10个加工中有一个剥离不良)。进而，通过添加5重量％以上的PAN类CF，显著改善粘接强度，未发现粘接不良率。因而，AF的添加量优选为15重量％以下，若一同添加PAN类CF则更好。此外，若纤维的合计量过少则强度不足，过多则滑动时磨损粉的产生较多，影响耐久寿命，因此CF与AF的合计量优选为10 25重量％。7.基于将氧化铝喷镀皮膜或氧化铝作为介质的喷丸处理的基底处理在本发明中与自润滑衬套成为一体的金属制外圈的内周面，需要同时满足 Ra4.0ym以上以及Rmax30.0ym以上的面粗糙度。从而，防止衬套的粘接不良。若面粗糙度小于上述面粗糙度则产生由剥离引起的粘接不良。在本发明中，在自润滑衬套的注塑成型之前，通过将氧化铝喷镀皮膜或氧化铝或二氧化硅、氧化锆作为介质的喷丸处理进行基底处理，从将金属面制成同时满足上述范围的面粗糙度。8.自润滑衬套与外圈的一体化在本发明中，通过注塑成型(嵌件成形)使以上说明的自润滑树脂组合物(可加工衬套)与金属外圈的内周面形成一体化，从而构成滑动面。通过这样的构成，能够为了使滑动面与所保持的轴匹配而进行由以往的包含PTFE的纤维状衬套所无法实现的对该滑动面的磨削、切削等加工，因此就算在用户侧进行组装，也能加工内径来对所嵌合的尺寸进行微调。此外，通过将具有耐热性的热塑性树脂亦即聚醚酮类树脂作为基础树脂，获得了比将以往的热固化性丙烯酸树脂作为基础树脂的自润滑涂层高的生产率。本发明并不是单纯地将专利文献1或专利文献2的润滑衬套置换为专利文献3的合成树脂的方案。若只将专利文献3的合成树脂单纯地与专利文献1或专利文献2组合， 则粘接强度不足，无法获得与本发明相同的效果，无法作为飞机用途等高负荷用途使用，但在本发明中，为了消除粘接强度不足，在注塑成型之前通过氧化铝喷镀或喷丸处理的基底处理来最优化金属面的面粗糙度，从而能够作为飞机用途使用。实施例1 10以及比较例1 10接下来，使用实施例以及比较例，对本发明进行更为详细的说明。制作图1所示的实施例以及比较例的套筒轴承。所有金属套筒都是将SUS630不锈钢在H1150条件下进行热处理的材料，内径制成Φ 25. 4mm、外径制成Φ 30. 2mm、宽度制成12. 7mm。这相当于 AS81934规格所记载的型式编号M81934/1-16C016。通过氧化铝喷镀处理，将套筒内周面制成Ra4. 0 μ m以上且Rmax30. 0 μ m以上。对于轴承的自润滑衬套，将下述表1的配合的组合物分别通过注塑成型固定到金属套筒的内径。此时，衬套厚度作成能够在后工序进行内径切削以及精研磨的厚度。精加工后的衬套厚度统一作成0. 5mm。
权利要求
1.一种滑动轴承，包括金属制的外圈和形成于所述外圈的内周面的自润滑衬套，其特征在于，所述自润滑衬套由自润滑树脂组合物构成，所述自润滑树脂组合物混合有60 80重量％的聚醚酮类树脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％的碳纤维和15重量％ 以下的芳族聚酰胺纤维，碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为10 25重量％，所述外圈的内周面具有Ra为4. 0 μ m以上且Rmax为30. 0 μ m以上的表面粗糙度，其中， Ra表示中心线平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，所述外圈以及所述自润滑衬套被一体化。
2.一种滑动轴承的制造方法，其特征在于，对金属制的外圈的内周面进行表面处理而使表面粗糙度形成为Ra为4. Oym以上且 Rmax为30. 0 μ m以上，其中，Ra表示中心线平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，对自润滑树脂组合物进行注塑成型，所述自润滑树脂组成物通过将60 80重量％的聚醚酮类树脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％以下的碳纤维和15重量％以下的芳族聚酰胺纤维混合而成，其中，碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为10 25重量％，将自润滑衬套与所述外圈的内周面一体化。
3.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述外圈的内周面朝内侧弯曲，并且所述自润滑衬套的内周面不弯曲而呈圆筒状。
4.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述外圈的内周面朝外侧弯曲，并且所述自润滑衬套的内周面不弯曲而呈圆筒状。
全文摘要
本发明提供具有自润滑衬套的无润滑滑动轴承，其由金属制成，不但具有低摩擦系数、高耐久性、高负荷性能、高耐热性、高耐油性，还可通过磨削或切削进行尺寸调整。滑动轴承包括金属制外圈和形成于外圈的内周面的自润滑衬套，其中，自润滑衬套由混合有60～80重量％的聚醚酮类树脂、10～30重量％的聚四氟乙烯、5～15重量％的碳纤维和15重量％以下的芳族聚酰胺纤维的自润滑树脂组合物构成，碳纤维与芳族聚酰胺纤维的合计量为10～25重量％，对于外圈的内周面，表面粗糙度Ra(中心线平均粗糙度)为4.0μm以上且Rmax(最大高度)为30.0μm以上，外圈以及自润滑衬套被一体化。此外，提供该滑动轴承的制造方法。
文档编号F16C33/20GK102235425SQ20111011156
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者唐木忠彦, 松本邦裕, 石川兼太朗, 秋山元治 申请人:美蓓亚株式会社