多层滑动部件，以及用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中的使用该多层滑动部件的齿条导承的制作方法
【专利说明】多层滑动部件，以及用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中 的使用该多层滑动部件的齿条导承
[0001] 分案申请说明
[0002] 本申请系申请日为2009年8月26日、国际申请号为PCT/JP2009/004149、进入中 国国家阶段后的国家申请号为200980134159. X、题为"多层滑动部件，以及用于汽车的齿 条-齿轮型操控设备中的使用该多层滑动部件的齿条导承"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0003] 本发明涉及多层滑动部件，以及用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中的使用该多 层滑动部件的齿条导承。
【背景技术】
[0004] 多层滑动部件（参见专利文献1、2和3)被广泛用作支承装置，用来以圆筒轴承衬 套的形式（即所谓的卷绕衬套，其通过卷绕成圆筒的形式而形成，将合成树脂层置于内侧 之上）、或者滑动板的形式在各种机械设备中平滑地支承轴，或者作为齿条导承（参见专利 文献4)，作为支承装置，用来在用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中平滑地支承齿条，该多 层滑动部件由以下部分组成：钢板形成的背衬板，整体化地形成在所述背衬板的表面上的 多孔金属烧结层，填充在所述多孔金属烧结层的孔内以及涂覆在所述多孔金属烧结层的 表面上的合成树脂层。
[0005] 在专利文献1-3中所述的多层滑动部件所用的聚四氟乙烯树脂（下文缩写为 PTFE)被广泛用于轴承之类的滑动部件，这是因为此种树脂具有极佳的以下性质：自动润 滑性质，具有低摩擦系数，具有耐化学性和耐热性。但是，由于单单由PTFE组成的滑动部 件的耐磨性和承重能力很差，人们根据所述滑动部件的用途，通过添加各种填料来弥补其 缺点。
[0006] 在专利文献1中，将铅用作PTFE的填料，而在专利文献2中，使用以下的组分： 选自含磷酸盐和硫酸钡的组分，选自硅酸镁和云母的组分，以及选自铅、锡和铅-锡合金的 组分，以及它们的混合物。
[0007] 现有技术的文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献 I :JP-B-31-2452
[0010] 专利文献 2 :JP-A-8-41484
[0011] 专利文献 3 :JP-B-61-52322
[0012] 专利文献 4 :JP-UM-B-1-27495
[0013] 发明概述
[0014] 本发明所要解决的问题
[0015] 在用于各种用途的多层滑动部件中，将铅或铅合金作为填料，广泛用来改进合成 树脂层的耐磨性。但是，近年来，出于环境因素的考虑，人们开发材料的趋势是不要将铅或 铅合金用作填料。因为铅或铅合金会对环境造成危害，从环境污染的角度出发人们不可避 免地不对其进行使用。
[0016] 在专利文献3中，人们使用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂代替铅或铅 合金，作为PTFE的填料，但是只有对于特定的用途才可以这样做，由于其承重能力以及耐 磨性方面的原因，很难应用于上述用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中的齿条导承。
[0017] 鉴于以上描述，提出了本发明，本发明的目的是提供一种多层滑动部件，该滑动 部件不采用铅或铅合金之类的会污染环境的物质作为填料，其耐磨性和承重能力优于包 含铅或铅合金的多层滑动部件，以及用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中的使用所述多层 滑动部件的齿条导承。
[0018] 用来解决问题的方法
[0019] 本发明人通过反复地进行深入的研究，发现通过在PTFE中配混特定量的硫酸钡、 硅酸镁、含磷酸盐和氧化钛，能够提供一种多层滑动部件，其耐磨性和承重能力优于包含铅 或铅合金的多层滑动部件，使用该多层滑动部件的用于汽车的齿条-齿轮型操控设备中的 齿条导承具有极佳的耐磨性和承重能力，因此可以使得齿条平滑地滑动。
[0020] 我们基于上述发现考虑了本发明，根据本发明的多层滑动部件包括：由钢板形 成的背衬板；整体化地形成于背衬板的表面上的多孔金属烧结层；由合成树脂组合物组成 的滑动层，该滑动层填充所述多孔金属烧结层的孔并且涂覆该多孔金属烧结层的表面，所 述合成树脂组合物由以下组分组成：5-30重量％的硫酸钡，1-15重量％的硅酸镁，1-25重 量％的含磷酸盐，〇. 5-3重量％的氧化钛，以及余量的聚四氟乙烯树脂。
[0021 ] 在这些组分中，硫酸钡（BaSO4)能够改进耐磨性和承重能力，而这是以PTFE简单 物质作为主要组分的缺点。因此，所述硫酸钡能够用来显著改进耐磨性和承重能力。对于 硫酸钡，可以使用沉降的或过筛的硫酸钡。这些硫酸钡可以商业购得，例如购自堺化工有限 公司（Sakai Chemical Industry Co. ,Ltd.)，很容易获得。所用的硫酸钡的平均粒度不大 于10微米，优选为1-5微米。配混的硫酸钡的量为5-30重量％，优选为5-20重量％，更 优选为10-15重量％。如果配混量小于5重量％，则难以实现提高PTFE的耐磨性和承重能 力的效果，如果配混量超过30重量％，则耐磨性会变差。
[0022] 因为硅酸镁的晶体结构为层状结构，因此很容易发生剪切，其具有以下的效果： 能够充分地表现出PTFE特有的低磨擦性以及改进耐磨性。对于硅酸镁，优选包含通常不小 于40. 0重量％的二氧化硅（SiO2)以及通常不小于10. 0重量％的氧化镁（MgO),其中二氧 化硅与氧化镁的重量比通常为2.1至5.0,其松密度较小，具有低的比表面积。具体来说， 可以使用例如2Mg0 · 3Si02 · nH20, 2Mg0 · 6Si02 · ηΗ20等。如果二氧化硅与氧化镁的重量比 小于2. 1或超过5. 0,则PTFE的低磨擦性和耐磨性会变差。
[0023] 所述硅酸镁的配混量为1-15重量％，优选3-13重量％，更优选3-10重量％。如 果配混量小于1重量％，则无法充分体现出上述效果，而如果配混量超过15重量％，则 会降低由于上述配混硫酸钡而改进PTFE的耐磨性和承重能力的效果。
[0024] 所述含磷酸盐本身不是像石墨和二硫化钼那样具有润滑性的物质，但是当含磷 酸盐与PTFE配混的时候，在配合部件滑动的时候，所述含磷酸盐（phosphate)能够促进在 配合部件的表面（滑动摩擦表面）上形成PTFE的润滑膜的效果。
[0025] 所述含磷酸盐的例子可以包括以下的酸的金属盐：例如正磷酸，焦磷酸，亚磷酸 和偏磷酸以及它们的混合物。其中，优选的是焦磷酸和偏磷酸的金属盐。对于金属，优选 碱金属和碱土金属，更优选锂（Li)、钙（Ca)和镁（Mg)。具体来说，可以包括例如磷酸三锂 (Li3PO4)，焦磷酸锂（Li4P2O 7)，焦磷酸钙（Ca2P2O7)，焦磷酸镁（Mg 2P2O7)，偏磷酸锂（LiPO3)， 偏磷酸钙（Ca(PO3)2),偏磷酸镁（[Mg(PO3)2] n)等。其中优选偏磷酸镁。
[0026] 对于含磷酸盐，通过将少量（例如1重量％ )含磷酸盐与PTFE配混，开始出现促 进配合部件表面上形成PTFE润滑膜的效果，直到高达25重量％的范围保持该效果。但 是，如果含磷酸盐配混量超过25重量％，则在配合部件的表面上形成的润滑膜的量过多， 造成相反的耐磨性下降效果。因此，配混的含磷酸盐的量为1-25重量％，优选为5-20重 量％，更优选为10-15重量％。
[0027] 氧化钛（TiO2)具有进一步改进PTFE的耐磨性的效果。根据晶型，氧化钛包括三 种，即金红石型和锐钛矿型（此二种均为四方晶系）以及板钛矿型（为斜方晶系），本发明 优选使用四方晶系的锐钛矿型。对于所述锐钛矿型氧化钛，优选其莫氏硬度为5. 5-6. 0,平 均粒度不大于10 μ m,优选不大于5 μ m。配混的氧化钛的量为0. 5-3重量％，优选为0. 5-2 重量％，更优选为1-1. 5重量％。如果氧化钛的配混量小于0.5重量％，则无法体现出改 进PTFE的耐磨性的效果，而如果配混量超过3重量％，则有可能在配合部件滑动的时候 破坏配合部件的表面。
[0028] 对于构成所述多层滑动部件的树脂层的主要组分的PTFE，使用主要以模塑粉 末或细粉末的形式用于模塑的PTFE。模塑粉末可以包括杜邦三井氟化学有限公司（Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co. ,Ltd.)生产的"特氟隆（注册商标）7_J(商品名），'*'特 氟隆（注册商标）70-J(商品名），"等，大金工业有限公司（Daikin Industries, Ltd.)生 产的"P0LYFL0N (注册商标）M-12 (商品名）"等，以及旭硝子玻璃有限公司（Asahi Glass C