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WO2024161674A1 - 摺動部材及び軸受 - Google Patents

摺動部材及び軸受 Download PDF

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Publication number
WO2024161674A1
WO2024161674A1 PCT/JP2023/021019 JP2023021019W WO2024161674A1 WO 2024161674 A1 WO2024161674 A1 WO 2024161674A1 JP 2023021019 W JP2023021019 W JP 2023021019W WO 2024161674 A1 WO2024161674 A1 WO 2024161674A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vol
resin composition
fluororesin
sliding member
resin
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/021019
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
秀晃 谷端
公彦 黒崎
Original Assignee
千住金属工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 千住金属工業株式会社 filed Critical 千住金属工業株式会社
Priority to EP23792855.1A priority Critical patent/EP4443015A1/en
Priority to CN202380011642.9A priority patent/CN118829797A/zh
Publication of WO2024161674A1 publication Critical patent/WO2024161674A1/ja

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    • F16C2208/30—Fluoropolymers
    • F16C2208/32—Polytetrafluorethylene [PTFE]

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member that slidably supports a mating material and a bearing that uses this sliding member.
  • the present invention also relates to a method for preventing seizure due to friction in a sliding member formed from a resin composition.
  • fluororesin has better self-lubrication than other resins, and has a low coefficient of friction and heat resistance. Furthermore, the friction characteristics are improved by filling fluororesin with fillers. Although fluororesin exhibits good sliding characteristics, it has the disadvantage that durability such as wear resistance is inferior to other resin systems. Friction materials in which fillers are added to fluororesin also exhibit good sliding characteristics, but durability such as wear resistance is not sufficient compared to other resin systems.
  • the applicant has proposed a sliding member comprising a metal substrate, a porous layer formed on one surface of the metal substrate, and a sliding layer covering the porous layer, the porous layer being formed of a metal element or an alloy composition, the sliding layer being formed of a lead-free resin composition, the resin composition being composed of only one of a combination of a zinc compound and carbon fiber, a combination of a zinc compound and iron oxide, or a combination of a zinc compound, carbon fiber, and iron oxide, the optional additive being only barium sulfate, the total content of the essential additives and the optional additives being 10 vol% to 35 vol% in the resin composition, and the remainder being a fluororesin (Patent Document 1).
  • a zinc compound such as zinc sulfide is added to the resin composition as an essential component in order to improve the elastic modulus and wear resistance.
  • zinc sulfide is a toxic substance, so it is better to refrain from using it in consideration of the environment and to ensure safety during manufacturing.
  • a sliding member formed of a resin composition 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% of at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin;
  • the remainder is fluororesin, and the total content of materials other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • the optional ingredient is Per 100 vol% of the resin composition, Aramid 2.5 to 15 vol%, Polyimide 1 to 15 vol %, Ultra-high molecular weight polyethylene 1 to 15 vol%, Molybdenum disulfide 1 to 10 vol%, Graphite 1 to 10 vol%, 1 to 10 vol% carbon fiber, and Polyether ether ketone (PEEK) resin 1 to 15 vol%
  • PEEK Polyether ether ketone
  • a sliding member formed from the resin composition according to [1], 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 20 vol % of at least one optional component selected from the group consisting of polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin; The remainder is fluororesin, and the total content of materials other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • PEEK polyether ether ketone
  • a sliding member formed from the resin composition according to [1], 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% molybdenum disulfide, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 20 vol % of at least one optional component selected from the group consisting of polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin; The remainder is fluororesin, and the total content of materials other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • PEEK polyether ether ketone
  • the sliding member according to any one of the above items, comprising a metal substrate, a porous layer formed on one surface of the metal substrate, and the resin composition coating the porous layer.
  • a bearing comprising: 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% of at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin; The remainder is fluororesin, and the total amount of additives other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • the optional ingredient is Per 100 vol% of the resin composition, Aramid 2.5 to 15 vol%, Polyimide 1 to 15 vol %, Ultra-high molecular weight polyethylene 1 to 15 vol%, Molybdenum disulfide 1 to 10 vol%, Graphite 1 to 10 vol%, 1 to 10 vol% carbon fiber, and Polyether ether ketone (PEEK) resin 1 to 15 vol%
  • a method for using a resin composition for a sliding member comprising the steps of: 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% of at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin; The remainder is fluororesin, and the total amount of additives other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • the optional ingredient is Per 100 vol% of the resin composition, Aramid 2.5 to 15 vol%, Polyimide 1 to 15 vol %, Ultra-high molecular weight polyethylene 1 to 15 vol%, Molybdenum disulfide 1 to 10 vol%, Graphite 1 to 10 vol%, 1 to 10 vol% carbon fiber, and Polyether ether ketone (PEEK) resin 1 to 15 vol%
  • PEEK Polyether ether ketone
  • a method for producing a sliding member comprising impregnating a porous layer formed on a surface of a metal substrate with a resin composition, and then baking the resin composition, 100 vol% of the resin composition is 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% of at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber,
  • the optional ingredient is Per 100 vol% of the resin composition, Aramid 2.5 to 15 vol%, Polyimide 1 to 15 vol %, Ultra-high molecular weight polyethylene 1 to 15 vol%, Molybdenum disulfide 1 to 10 vol%, Graphite 1 to 10 vol%, 1 to 10 vol% carbon fiber, and Polyether ether ketone (PEEK) resin 1 to 15 vol%
  • PEEK Polyether ether ketone
  • the present invention provides a sliding member and bearing that have improved seizure resistance and wear resistance without using zinc compounds.
  • zinc sulfide is a toxic substance
  • the sliding member of the present invention can be environmentally friendly and ensure safety during manufacturing.
  • the present invention also provides a method for preventing seizure due to friction in a sliding member formed from a resin composition.
  • FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram showing an example of a sliding member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a bearing according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view showing an example of a bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an overview of a seizure resistance test.
  • 1 is a graph showing how the temperature of a test piece changes over time in a seizure resistance test.
  • 1 is a graph showing how torque (force required for rotation) changes over time in a seizure resistance test.
  • FIG. 1 is a diagram showing the element distribution on the surface of a mating material before a sudden drop in the test piece temperature and torque in a seizure resistance test.
  • FIG. 13 is a diagram showing the element distribution on the surface of the counter material after the test piece temperature and torque are suddenly reduced in a seizure resistance test.
  • the formation of the above-mentioned coating also improves abrasion resistance, but it has also been found that by adding at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin to the fluororesin, the seizure resistance and abrasion resistance of the resin composition of the present invention are further improved without the addition of a zinc compound.
  • at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin to the fluororesin, the seizure resistance and abrasion resistance of the resin composition of the present invention are further improved without the addition of a zinc compound.
  • the sliding member of this embodiment is formed of a resin composition that does not contain lead.
  • the sliding member is used in a form in which a porous metal layer provided on the surface of a metal substrate is coated with the resin composition.
  • the composition of the resin composition will be described later.
  • FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram showing an example of a sliding member of this embodiment.
  • the sliding member 1 of this embodiment includes a metal substrate 2, a porous layer 3 formed of a metal element or an alloy composition on one surface of the metal substrate 2, and a sliding layer 5 in which the porous layer 3 is coated with a resin composition 4.
  • the porous layer 3 is formed by sintering metal powder onto the surface of the metal substrate 2.
  • an Fe (iron)-based plate material is used for the metal substrate 2.
  • the metal powder that forms the porous layer 3 is made of Cu alone or an alloy mainly composed of Cu, and in this example, a Cu-Sn alloy powder is used.
  • the porous layer 3 is manufactured by scattering Cu-Sn alloy powder on a steel plate to a specified thickness, and then sintering the steel plate on which the Cu-Sn alloy powder has been scattered in a sintering furnace. This forms a porous layer 3 of Cu-Sn alloy on the steel plate to a specified thickness.
  • the sliding layer 5 is formed by impregnating the porous layer 3 with the resin composition 4 to a predetermined thickness, and then baking the resin composition 4 that has been impregnated into the porous layer 3.
  • the method for manufacturing the sliding layer 5 involves supplying a predetermined amount of the resin composition 4 onto the porous layer 3 formed on the surface of the metal substrate 2, and pressing the resin composition 4 against the porous layer 3, thereby impregnating the porous layer 3 with the resin composition 4.
  • the amount of the resin composition 4 supplied onto the porous layer 3 is an amount that covers the porous layer 3 to a thickness that prevents the porous layer 3 from being exposed from the surface of the sliding layer 5 after baking of the resin composition 4, which will be described later.
  • the sliding layer 5 is formed by heating the resin composition 4 at a temperature above the melting point of the resin contained in the resin composition 4 to fuse the resin. Heating the resin composition 4 at a predetermined temperature to form the sliding layer 5 is called baking. For example, the melting point of polytetrafluoroethylene used as the resin is 327°C. In this example, the sliding layer 5 is baked by heating the resin composition 4 at a temperature above the melting point of polytetrafluoroethylene using a baking furnace.
  • metal powders can be used for forming the porous layer 3 of the sliding member 1, all of which have particle sizes in the range of 15 to 180 ⁇ m, preferably about 25 to 150 ⁇ m.
  • the thickness T1 of the porous layer 3 of the sliding member 1, which is formed of metal powders having such particle sizes, can be about 0.03 to 0.45 mm.
  • the thickness of the porous layer 3 is such that at least two or more pieces of metal powder can be sintered together.
  • the thickness T2 of the sliding layer 5 can be set to about 0.05 to 0.50 mm.
  • the thickness T2 of the sliding layer 5 is the thickness from the surface of the metal substrate 2.
  • the thickness of the sliding layer 5 is set to be thicker on average than the thickness of the porous layer 3 so that the porous layer 3 is not exposed.
  • the thickness T2 of the sliding layer 5 is set to 0.3 mm.
  • the base material can be plated with various platings; for example, copper-plated steel sheet can be used.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a bearing according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the example of the bearing according to the present embodiment, showing an example of use of the sliding member 1 according to the present embodiment.
  • the bearing 7 of this embodiment is configured in an annular shape with the sliding layer 5 on the inside of the sliding member 1 described in FIG. 1.
  • the bearing 7 supports the mating member, the shaft 8, with the sliding layer 5 forming the cylindrical inner circumferential surface.
  • the bearing 7 is configured so that the shaft 8 slides by linear motion or rotational motion.
  • the resin composition 4 contains, per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 20 vol% of at least one optional component selected from the group consisting of aramid, polyimide, ultra-high molecular weight polyethylene, molybdenum disulfide, graphite, carbon fiber, and polyether ether ketone (PEEK) resin; The remainder is fluororesin, The total amount of additives other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • the optional components may or may not be added to the resin composition, but by adding them, the seizure resistance and wear resistance of the sliding member and bearing of the present invention are further improved.
  • the amount of the optional components to be blended is preferably, per 100 vol% of the resin composition, Aramid 2.5 to 15 vol%, Polyimide 1 to 15 vol %, Ultra-high molecular weight polyethylene 1 to 15 vol%, Molybdenum disulfide 1 to 10 vol%, Graphite 1 to 10 vol%, Carbon fiber: 1 to 10 vol.%, Polyether ether ketone (PEEK) resin 1 to 15 vol% At least one selected from the group consisting of:
  • the fluororesin that is the base resin of the resin composition 4 is well known as a synthetic resin having excellent sliding properties, and has sufficient heat resistance against heat generation due to sliding friction. Therefore, PTFE (polytetrafluoroethylene) resin, PFA (perfluoroalkoxyalkane), FEP (perfluoroethylenepropene copolymer), and ETFE (ethylene tetrafluoroethylene copolymer) are often used as the base resin of the resin composition of the sliding member.
  • the resin composition preferably contains PTFE as a fluororesin.
  • PTFE is used in combination with other fluororesins
  • the content of the other fluororesins in the resin composition is preferably greater than 0 vol% and less than or equal to 20 vol%.
  • PTFE resin products include Polyflon (registered trademark) D-210C, F-201 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.), Fluon (registered trademark) AD911E (manufactured by AGC), Teflon (registered trademark) 31-JR, 6C-J (manufactured by Mitsui-Chemours Fluoroproducts, Inc.), etc.
  • the content of additives other than fluororesin in resin composition 4 is 45 vol% or less, and preferably 10 vol% or more and 35 vol% or less in the resin composition. If the content of essential additives other than fluororesin exceeds 45 vol%, abrasion resistance tends to decrease.
  • Ferric oxide is an essential additive in the resin composition 4 that forms the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 needs to include ferric oxide in an amount of 1 to 10 vol%, and preferably includes 1.5 to 7.5 vol%.
  • examples of commercially available products include the Morishita Color series by Morishita Bengara Kogyo. Ferric oxide is available in powder form.
  • Barium sulfate is an essential additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 can improve the wear resistance as well as the seizure resistance.
  • the resin composition 4 needs to contain barium sulfate in an amount of 2.5 to 15 vol%, and preferably contains 3.0 to 12.5 vol%. Examples of commercially available products include the BF series and B series of Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
  • the shape of barium sulfate can be powder or plate-like, and the particle size is preferably 20 ⁇ m or less.
  • Aramid is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains aramid at 2.5 to 15 vol%, more preferably 2.5 to 11.0 vol%.
  • the resin composition 4 can have high wear resistance and seizure resistance by adding a predetermined amount of aramid.
  • Commercially available aramid products include Kevlar (registered trademark) manufactured by DuPont-Toray Co., Ltd. and Twaron (registered trademark) manufactured by Teijin Co., Ltd.
  • Aramid is usually available in fiber form or powder form.
  • Polyimide is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 15 vol %, more preferably 2.5 to 10.0 vol % of polyimide.
  • the resin composition 4 can have high abrasion resistance by adding a predetermined amount of polyimide.
  • Commercially available polyimide products include P84 NT manufactured by Polypla Eponic and Auram manufactured by Mitsui Chemicals. Polyimide is available in powder form.
  • Ultra-high molecular weight polyethylene is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains ultra-high molecular weight polyethylene at 1 to 15 vol%, more preferably 2.0 to 8.0 vol%.
  • the resin composition 4 can improve the seizure resistance and slip resistance by adding a predetermined amount of ultra-high molecular weight polyethylene.
  • Commercially available ultra-high molecular weight polyethylene includes Mipelon (registered trademark) (weight average molecular weight 500,000 to 7,000,000) from Mitsui Chemicals, Inc., Dyneema (registered trademark) from Toyobo Co., Ltd., and SPECTRA (registered trademark) from Honeywell, Inc.
  • the ultra-high molecular weight polyethylene is in a powder form, and the particle size is, for example, 30 ⁇ m or less at d50.
  • Molybdenum disulfide is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 10 vol %, more preferably 2.0 to 8.0 vol %, of molybdenum disulfide.
  • the resin composition 4 can reduce frictional resistance by adding a predetermined amount of molybdenum disulfide. Examples of commercially available products include H/GMoS2 manufactured by Taiyo Koko Co., Ltd. and the molybdenum disulfide powder series manufactured by Daizo Co., Ltd. Molybdenum disulfide is available in powder form.
  • Graphite is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 10 vol %, and more preferably 2.0 to 7.5 vol % of graphite.
  • the resin composition 4 can reduce frictional resistance by adding a predetermined amount of graphite. Examples of commercially available products include the GRAPHITE POWDER series from Nippon Graphite Industry Co., Ltd. Graphite is available in powder form.
  • Carbon fibers are used as a functionality imparting material and a reinforcing material in a resin composition 4 that forms a sliding layer 5 that comes into contact with a counter material directly or via a fluid such as oil.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 10 vol % of carbon fibers, and more preferably contains 2.5 to 7.5 vol % of carbon fibers.
  • the carbon fibers preferably have a fiber diameter of 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, a fiber length of 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, and an aspect ratio of 2 to 20.
  • the PEEK resin is an optional additive in the resin composition 4 forming the sliding layer 5.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 15 vol %, more preferably 2.0 to 7.0 vol %, of the PEEK resin.
  • the resin composition 4 can improve its abrasion resistance by adding a predetermined amount of PEEK resin.
  • An example of a commercially available product is VESTAKEEP manufactured by Polypla Eponic.
  • the PEEK resin is available in powder form with an average particle size of about 20 ⁇ m.
  • the resin composition 4 preferably contains 1 to 10 vol %, more preferably 1.0 to 4.0 vol %, of the other metal oxide.
  • the resin composition 4 can improve the wear resistance by adding a predetermined amount of the other metal oxide. Examples of commercially available products include the SUNSPHERE series manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd. and Morishita Color Fe3O4 manufactured by Morishita Bengara Kogyo Co., Ltd.
  • the other metal oxides are available in powder form, and the average particle size of the SUSPHERE series is 30 ⁇ m or less.
  • the resin composition of the present invention can be changed depending on the application, shape, and use conditions of the sliding member to be used. Specific embodiments of the composition are exemplified below, with the numbers of the example formulations prepared in the examples. The example numbers listed for each embodiment correspond to the example numbers listed in Table 1.
  • a composition (Example 2) that aims to achieve the effects of using a combination of iron oxide and barium sulfate instead of CuS2 in a composition similar to that of existing mass-produced products that use CuS2 (seizure resistance, wear resistance, etc.)
  • Per 100 vol% of the resin composition 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 1 to 10 vol% molybdenum disulfide, Graphite 1 to 10 vol.%, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • compositions aimed at improving seizure resistance and wear resistance (Examples 3, 4, 6, 7, 8, and 16) Per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 10 vol% molybdenum disulfide, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • Example 9 Composition aimed at improving seizure resistance by ultra-high molecular weight polyethylene (Example 9) Per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, Ultra-high molecular weight polyethylene, 1 to 15 vol.%, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • compositions aimed at improving abrasion resistance by adding polyimide (Examples 12 and 18) Per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 15 vol % polyimide, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • Composition for improving wear resistance using PEEK (Example 13) Per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 10 vol% molybdenum disulfide, Polyetheretherketone (PEEK) resin, 1 to 15 vol %, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • PEEK Polyetheretherketone
  • compositions using molybdenum disulfide and polyimide to improve sliding properties and wear resistance (Examples 14, 15, 17, and 19) Per 100 vol% of the resin composition, 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, 2.5 to 15 vol% aramid, 1 to 15 vol % polyimide, 1 to 10 vol% molybdenum disulfide, The remainder is fluororesin, and the total content of components other than the fluororesin is 45 vol % or less.
  • the present invention also relates to a method for preventing seizure caused by friction in a sliding member that slidably supports a counter member and is made of a resin composition.
  • the method is a method for preventing seizure due to friction of a sliding member formed of a resin composition, comprising the steps of: 1 to 10 vol% of ferric oxide, 2.5 to 15 vol% barium sulfate, The method includes forming the sliding member from a resin composition containing 55 vol % or more of a fluororesin.
  • Sliding members made of a resin composition have lower strength and heat resistance than sliding members made of other materials, making the method of the present invention for preventing seizure extremely useful.
  • the method of the present invention is particularly useful in applications where it was previously thought difficult to use sliding members made of a resin composition, such as applications where the temperature rise of the sliding member due to friction exceeds 100°C and applications where the sliding member is subjected to a pressure of 10 MPa or more, particularly bearings.
  • the sliding member is formed from a resin composition. More suitable embodiments of the resin composition include those already described in this specification with respect to the sliding member and bearing of the present invention. According to the method of the present invention, the amount of wear of the sliding member formed from the resin composition can also be reduced by adding any additional component to the resin composition.
  • general molding methods for thermoplastic resins and thermosetting resins can be applied, such as injection molding, extrusion molding, and compression molding.
  • the shape of the sliding member may be any shape used in the industry, such as a plate, a cylinder (outer and inner sides), a curved surface, a spherical shape, etc.
  • vol% indicates the amount ratio when the entire resin composition is taken as 100 vol%.
  • Test specimens were prepared using the resin compositions of existing mass-produced products and Examples 1 to 19 shown in Table 1, and the test specimens were tested for seizure resistance and abrasion resistance in the following manner.
  • a schematic diagram of the test method is shown in Figure 4.
  • a test piece with the following dimensions was fixed to the test table of the following test machine, and a mating cylindrical ring with the following dimensions was pressed from above under the following test conditions while rotating.
  • the pressing load was increased stepwise every 10 minutes, and the load at which the test piece temperature reached 200°C or higher was taken as the seizure load (evaluated as the seizure surface pressure (unit: MPa)).
  • Testing machine High pressure atmosphere friction and wear testing machine (Shinko Engineering Co., Ltd.) Test piece dimensions: 45 mm x 45 mm x 1.0 to 2.5 mm Counterpart cylindrical ring dimensions: outer diameter ⁇ 30 mm x inner diameter ⁇ 24 mm, contact area with test piece (254.5 mm 2 )
  • Substrate Cu-plated cold-rolled steel sheet (SPCC) Porous layer: formed from CuSn powder Sliding layer thickness: 0.3 ⁇ 0.1 mm
  • Mating material cylindrical ring material: carbon steel S45C Test conditions: Speed (0.25m/s) Rotational speed (177 rpm) Load (50 kgf, increased stepwise every 10 minutes) Ambience (Dry)
  • seizure resistance tests for applications requiring durability in high-speed environments, such as sliding components for compressors, it is desirable to achieve a seizure surface pressure of 30 MPa or more.
  • Test piece dimensions 45 mm x 45 mm x 1.0 to 2.5 mm
  • Counterpart cylindrical ring dimensions outer diameter ⁇ 30 mm x inner diameter ⁇ 24 mm, contact area with test piece (254.5 mm 2 )
  • Substrate Cu-plated steel sheet of SPCC
  • Porous layer formed of CuSn powder
  • Sliding layer thickness 0.3 ⁇ 0.1 mm
  • Mating material cylindrical ring material: carbon steel
  • Test conditions Speed (1 m/s) Rotational speed (707 rpm) Test time (10 min) Load (2545N) Ambience (Dry)
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • C stands for graphite
  • CPB graphite
  • CuS2 means copper disulfide, which is included in existing mass-produced products.
  • Fe2O3 means ferric oxide, and the product name used was MR-970D.
  • BaSO4 means barium sulfate, and the product name used was B-55.
  • the aramid used was Twaron Powder, a product name.
  • MoS2 means molybdenum disulfide, and the product name used was Torayca MLD30.
  • the ultra-high molecular weight polyethylene used was product name: Mipelon.
  • PEEK means polyether ether ketone resin, and the product name: VESTAKEEP was used.
  • the polyimide used was Polyimide P84 NT.
  • test pieces made from a resin composition consisting of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), barium sulfate (BaSO 4 ), optional ingredients, and the remainder being a fluororesin (PTFE) had a high surface pressure (seizure surface pressure) of 38.5 MPa to 59.7 MPa when the seizure temperature (200°C) was reached, and a low wear amount of 0.017 mm to 0.040 mm, which is higher than the seizure surface pressure (25.0 MPa) and lower than the wear amount (0.042 mm) of the existing mass-produced product, and the sliding member of the present invention is superior to the existing mass-produced product in terms of seizure resistance and wear resistance.
  • ferric oxide Fe 2 O 3
  • BaSO 4 barium sulfate
  • PTFE fluororesin
  • test pieces made from a resin composition containing only one of ferric oxide (Fe 2 O 3 ) and barium sulfate (BaSO 4 ) contained components such as graphite, aramid, and molybdenum disulfide, but had low seizure pressures of 24.4 MPa and 21.2 MPa, respectively, and high wear amounts of 0.051 mm and 0.071 mm, respectively, which were lower than the seizure pressure (25.0 MPa) and higher than the wear amount (0.042 mm) of the existing mass-produced product. It is therefore clear that the sliding members that do not satisfy the requirements of the present invention are inferior to the existing mass-produced products in terms of seizure resistance and wear resistance.
  • Examples 3-4 and 6-19 in which aramid was added as an optional component, showed improved wear resistance and a relatively low wear volume of 0.017 mm to 0.039 mm.
  • Examples 9-11 in which aramid and ultra-high molecular weight polyethylene were added as optional components, showed a relatively high seizure surface pressure of 59.7 MPa.
  • Example 12 in which aramid and polyimide were added as optional components, showed improved seizure resistance and wear resistance, a relatively high seizure surface pressure of 50.1 MPa and a relatively low wear volume of 0.026 mm.
  • Molybdenum disulfide has heat resistance and load resistance, and acts as a solid lubricant, in comparison with non-sliding materials such as iron oxide and aramid, and with fluororesin, which has excellent sliding properties but poor heat resistance and load resistance. It has been found that the addition of molybdenum disulfide improves sliding properties.
  • the present inventors have focused on the excellent anti-seizure property of the sliding member of the present invention made of a fluororesin composition containing ferric oxide (Fe 2 O 3 ) and barium sulfate (BaSO 4 ), and have further studied the results of the anti-seizure test in detail. The results are shown in Fig. 5 and Fig. 6.
  • Fig. 5 is a graph showing how the temperature of the test piece changes with the test time in the anti-seizure test
  • Fig. 6 is a graph showing how the torque (force required for rotation) changes with the test time in the anti-seizure test.
  • test piece of the present invention Since the test piece of the present invention has a rapid drop in the test piece temperature and torque around the test time of 6000 seconds, it can be seen that the time until the seizure temperature of 200°C is reached is unexpectedly long by the amount of the drop in the test piece temperature. On the other hand, it can be seen that for both the test piece made from the fluororesin composition containing only either ferric oxide (Fe 2 O 3 ) or barium sulfate (BaSO 4 ) and the existing mass-produced product, the test piece temperature and torque continue to rise as the test time progresses, and the seizure temperature of 200° C. is reached in a relatively short time.
  • ferric oxide Fe 2 O 3
  • BaSO 4 barium sulfate
  • the resin compositions used in the tests shown in FIGS. 5 and 6 have the following compositions: ⁇ No BaSO4: C-4%+Fe2O3-5%+MoS2-7.25% (Example 1 in Table 1) No Fe2O3: BaSO4-10% + aramid-5% + MoS2-5% (Example 5 in Table 1) Fe2O3 ⁇ BaSO4: C-4%+Fe2O3-5%+BaSO4-5%+MoS2-7.25% (Example 2 in Table 1) - Existing mass-produced product: C-4% + CuS2-10.95% + MoS2-7.25% (existing mass-produced product in Table 1)
  • the present inventors investigated the cause of the sudden drop in the test piece temperature and torque at about 6000 seconds of the test time described above, and found that the material constituting the fluororesin composition is transferred to the surface of the mating material at about 6000 seconds of the test time, forming a coating. It was found that when this coating is formed on the surface of the mating material in a certain amount or area, the frictional force acting between the surface of the mating material and the surface of the test piece of the present invention suddenly drops, and the test piece temperature and torque also suddenly drop.
  • the diagram showing the fluorine (F) concentration on the upper right side, and the diagram showing the barium (Ba) concentration in the lower center are all bright, indicating that the concentrations of these elements are high, while the diagram showing the iron element concentration in the middle center is dark, indicating that the concentration of iron element on the surface is low).
  • the fluororesin composition of the sliding member is transferred to the mating material, and the seizure resistance of the sliding member is dramatically improved, which is a finding unexpectedly discovered by the present inventors.
  • the inventors carried out a seizure resistance test in the same manner as above, using a fluororesin composition consisting of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), barium sulfate (BaSO 4 ) and a fluororesin, varying the concentration of ferric oxide (Fe 2 O 3 ).
  • the materials used were the same as those in Table 1, and the fluororesin used was polytetrafluoroethylene (product name: Polyflon D-210C), the ferric oxide used was product name: MR-970D, and the barium sulfate used was product name: B-55.
  • the results are shown in Table 2.
  • the seizure surface pressure is high and seizure resistance is improved when the barium sulfate concentration is 10 vol%, and the seizure surface pressure is even higher when the ferric oxide concentration is 2.5 vol%, the seizure surface pressure is maximum at 5 vol%, and high seizure surface pressure is maintained even at 7.5 vol%.
  • the barium sulfate concentration and the ferric oxide concentration in the fluororesin composition should preferably be present in a ratio of 0.25:1 to 8:1, more preferably 0.5:1 to 4:1, more preferably 1:1 to 3:1, and even more preferably 1:1 to 2.5:1, by vol%.

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Abstract

亜鉛化合物を使用せずに耐焼き付き性及び耐摩耗性を向上させた摺動部材及び軸受を提供すること、並びに、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法を提供すること。　樹脂組成物で形成された摺動部材であって、前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、残部のフッ素樹脂、からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材、並びに、金属基材と、前記金属基材上に前記樹脂組成物で形成された摺動層と、を備える軸受、並びに、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法であって、酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、フッ素樹脂を５５ｖｏｌ％以上含む樹脂組成物で前記摺動部材を形成することを含む方法。

Description

摺動部材及び軸受
　本発明は、相手材を摺動可能に支持する摺動部材及びこの摺動部材を使用した軸受に関する。本発明はまた、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法に関する。
　摺動部材には、コンプレッサー用軸受への適用として高速環境下での使用に際して耐久性が求められる。樹脂系の軸受において、フッ素樹脂は他の樹脂に比べて自己潤滑性に優れ、低摩擦係数や耐熱性を保有している。更に、フッ素樹脂にフィラー等を充填することにより、摩擦特性を改質している。フッ素系樹脂は良好な滑り特性を示す反面、耐摩耗性といった耐久性は他の樹脂系と比較して劣るといったデメリットがある。フッ素樹脂中に充填剤を加えた摩擦材料においても、良好な滑り特性を示すが、耐摩耗性といった耐久性に関しては他の樹脂系と比べて十分なものとはならない。
　本出願人は、金属基材と、前記金属基材の一の面に形成される多孔質層と、前記多孔質層を被覆する摺動層を備え、前記多孔質層は、金属単体または合金組成物で形成され、前記摺動層は、鉛を含まない樹脂組成物で形成され、前記樹脂組成物は、必須の添加物が、亜鉛化合物と炭素繊維との組み合わせ、亜鉛化合物と酸化鉄との組み合わせ、または、亜鉛化合物と炭素繊維と酸化鉄との組み合わせの何れかのみからなり、任意の添加物が硫酸バリウムのみからなり、必須の添加物と任意の添加物の合計の含有量が、樹脂組成物中１０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下であり、残部がフッ素樹脂であることを特徴とする摺動部材を提案している（特許文献１）。特許文献１の摺動部材では、弾性率を改善し、かつ、耐摩耗性を改善するために、樹脂組成物に必須成分として硫化亜鉛などの亜鉛化合物を添加している。特に、硫化亜鉛は毒劇物であるため、環境への配慮及び製造時の安全確保より使用を控える方がよい。
特許第６６７７８９６号
　本発明の目的は、亜鉛化合物を使用せずに耐焼き付き性及び耐摩耗性を向上させた摺動部材及び軸受を提供することである。本発明の目的はまた、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法を提供することである。
　本発明は以下のものを提供する。
　［１］
　樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
　［２］
　前記任意成分が、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
からなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１］に記載の摺動部材。
　［３］
　酸化第二鉄の量が５～１０ｖｏｌ％である、［１］に記載の摺動部材。
　［４］
　［１］に記載の樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
　［５］
　［１］に記載の樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～２０ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
　［６］
　［１］～［５］のいずれかに記載の摺動部材であって、金属基材と、前記金属基材の一の面に形成される多孔質層と、前記多孔質層を被覆する前記樹脂組成物で形成される、摺動部材。
　［７］
　金属基材と、
　前記金属基材上に樹脂組成物で形成された摺動層と、
を備える軸受であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、軸受。
　［８］
　前記任意成分が、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
からなる群から選ばれる少なくとも１種である、［７］に記載の軸受。
　［９］
　［７］又は［８］に記載の軸受であって、前記金属基材の一の面に多孔質層が形成されており、前記樹脂組成物が前記多孔質層を被覆して摺動層が形成されている、軸受。
　［１０］
　樹脂組成物を摺動部材に使用する方法であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、方法。
　［１１］
　前記任意成分が、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
からなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１０］に記載の方法。
　［１２］
　金属基材の表面に形成された多孔質層に樹脂組成物を含浸させ、そして、樹脂組成物を焼成することを含む摺動部材の製造方法であって、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、方法。
　［１３］
　前記任意成分が、
　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
からなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１２］に記載の方法。
　［１４］
　樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法であって、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　フッ素樹脂を５５ｖｏｌ％以上
含む樹脂組成物で前記摺動部材を形成することを含む方法。
　本発明によれば、亜鉛化合物を使用せずに耐焼き付き性及び耐摩耗性を向上させた摺動部材及び軸受が提供される。特に、硫化亜鉛は毒劇物であるため、本発明の摺動部材によれば、環境への配慮及び製造時の安全確保が達成できる。本発明によればまた、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法が提供される。
本実施の形態の摺動部材の一例を示す断面組織図である。 本実施の形態の軸受の一例を示す斜視図である。 本実施の形態の軸受の一例を示す断面図である。 耐焼き付き性試験の概要を示す模式図である。 耐焼き付き性試験において試験時間の経過によって試験片温度がどのように変化するかを示すグラフである。 耐焼き付き性試験において試験時間の経過によってトルク（回転に要する力）がどのように変化するかを示すグラフである。 耐焼き付き性試験において試験片温度とトルクが急激に低下する前の相手材の表面の元素分布を示す図である。 耐焼き付き性試験において試験片温度とトルクが急激に低下した後の相手材の表面の元素分布を示す図である。
［作用］
　実施例において後述するように、フッ素樹脂に、亜鉛化合物を添加せずに、Ｆｅ２Ｏ３及びＢａＳＯ４を添加することによって、摺動する相手材表面に潤滑被膜が形成することが予想外に見出された。形成した被膜の効果により、試験時間がかなり経過した時点で摩擦トルクが減少に転じ、発熱が抑制されることで耐焼付性が向上することが見出された。亜鉛化合物を添加せずとも、耐焼付性が予想外に改善することが見出された。特に、硫化亜鉛は毒劇物であるため、本発明の摺動部材によれば、環境への配慮及び製造時の安全確保が達成できる。
　上記被膜の形成により耐摩耗性も向上するが、さらに、フッ素樹脂に、アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を加えることで、亜鉛化合物を添加せずとも本発明の樹脂組成物の耐焼付性及び耐摩耗性がさらに向上することが見出された。
［摺動部材及び軸受］
　以下、図面を参照して、本発明の摺動部材の好適な実施の形態、及び、本発明の摺動部材が適用された軸受の好適な実施の形態について説明する。
＜本実施の形態の摺動部材の構成例＞
　本実施の形態の摺動部材は、鉛を含まない樹脂組成物で形成される。摺動部材は、好適な実施態様においては、金属基材の表面に設けた金属の多孔質層上に樹脂組成物を被覆する形態で使用される。樹脂組成物の組成については後述する。
　図１は、本実施の形態の摺動部材の一例を示す断面組織図である。本実施の形態の摺動部材１は、金属基材２と、金属基材２の一の面である表面に金属単体または合金組成物で形成される多孔質層３と、多孔質層３を樹脂組成物４で被覆した摺動層５を備える。
　多孔質層３は、金属基材２の表面に、金属粉末が焼結されて形成される。金属基材２は、本例ではＦｅ（鉄）系の板材が使用される。多孔質層３を形成する金属粉末は、Ｃｕ単体またはＣｕを主成分とした合金が使用され、本例ではＣｕ－Ｓｎ系合金粉が使用される。
　多孔質層３の製造方法としては、Ｃｕ－Ｓｎ系合金粉が所定の厚さで鋼板上に散布され、Ｃｕ－Ｓｎ系合金粉が散布された鋼板が焼結炉で焼結される。これにより、鋼板上に、所定の厚さでＣｕ－Ｓｎ系合金の多孔質層３が形成される。
　摺動層５は、多孔質層３に樹脂組成物４が所定の厚さで含浸され、多孔質層３に含浸された樹脂組成物４が焼成されて形成される。摺動層５の製造方法としては、金属基材２の表面に形成された多孔質層３上に、所定の量の樹脂組成物４が供給され、樹脂組成物４が多孔質層３に押圧されることで、樹脂組成物４が多孔質層３に含浸される。多孔質層３上に供給される樹脂組成物４の量は、後述する樹脂組成物４の焼成後に、多孔質層３が摺動層５の表面から露出しない厚さで多孔質層３を被覆する量である。
　摺動層５は、樹脂組成物４に含まれる樹脂の融点を超える温度で加熱し、樹脂を融着することで形成される。樹脂組成物４を所定の温度で加熱して摺動層５を形成することを焼成と称す。例えば、樹脂として使用されるポリテトラフルオロエチレンの融点は、３２７℃である。摺動層５は、本例では焼成炉を使用して、ポリテトラフルオロエチレンの融点を超える温度で樹脂組成物４が加熱されることで焼成される。
　摺動部材１において、本例では、多孔質層３を形成する金属粉末の全ての粒径が、１５～１８０μｍ、好ましくは、２５～１５０μｍ程度の範囲にある金属粉末を用いることができる。また、摺動部材１は、このような粒径の金属粉末で形成される多孔質層３の厚さＴ１を、０．０３～０．４５ｍｍ程度とすることができる。多孔質層３の厚さは、金属粉末が少なくとも２個以上重なって焼結され得る厚さである。
　更に、摺動部材１は、摺動層５の厚さＴ２を、０．０５～０．５０ｍｍ程度とすることができる。ここで、摺動層５の厚さＴ２とは、金属基材２の表面からの厚さである。摺動層５の厚さは、多孔質層３が露出しないように、多孔質層３の厚さより平均して厚く設定される。なお、本例では、摺動層５の厚さＴ２は０．３ｍｍとした。
　基材には、様々なメッキを施すことができ、例えば、銅メッキ鋼板を使用することもできる。
＜本実施の形態の軸受の構成例＞
　図２は、本実施の形態の軸受の一例を示す斜視図、図３は、本実施の形態の軸受の一例を示す断面図であり、本実施の形態の摺動部材１の使用例を示す。
　本実施の形態の軸受７は、図１で説明した摺動部材１を、摺動層５を内側として環状に構成される。軸受７は、円筒状の内周面を形成する摺動層５で相手材である軸８を支持する。軸受７は、軸８が直線運動または回転運動により摺動する形態である。
［樹脂組成物］
　以下、樹脂組成物４について詳細に説明する。
　本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である。
　前記任意成分は、樹脂組成物に添加されていても添加されていなくてもよいが、添加することにより、本発明の摺動部材及び軸受の耐焼付性及び耐摩耗性がさらに向上する。前記任意成分の配合量は、好ましくは、前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
からなる群から選ばれる少なくとも１種である。
＜フッ素樹脂＞
　樹脂組成物４のベース樹脂となるフッ素樹脂は、優れた摺動特性を有する合成樹脂として周知であり、摺動摩擦による発熱に対し耐熱性が十分に確保されるため、摺動部材の樹脂組成物のベース樹脂としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー）が多く用いられている。
　樹脂組成物は、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを含むことが好ましい。ＰＴＦＥと他のフッ素樹脂を混合して使用する場合、他のフッ素樹脂の含有量は、樹脂組成物中０ｖｏｌ％を超えて２０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
　ＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、ポリフロン（登録商標）Ｄ－２１０Ｃ、Ｆ－２０１（ダイキン工業社製）、Ｆｌｕｏｎ（登録商標）ＡＤ９１１Ｅ（ＡＧＣ社製）、テフロン（登録商標）３１－ＪＲ、６Ｃ－Ｊ（三井・ケマーズフロロプロダクツ社製）等を挙げることができる。
　樹脂組成物４は、フッ素樹脂を除く添加物の含有量が、４５ｖｏｌ％以下であり、好ましくは樹脂組成物中１０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下である。フッ素樹脂を除く必須の添加物の含有量が４５ｖｏｌ％を超えると、耐摩耗性が低下する傾向がある。
＜酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）＞
　酸化第二鉄は、摺動層５を形成する樹脂組成物４において必須の添加剤である。樹脂組成物４は、所定量の酸化第二鉄を含むことで、耐摩耗性の向上に加え、耐焼き付き性を向上させることができる。樹脂組成物４は、酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％の量で含むことが必要であり、好ましくは、１．５～７．５ｖｏｌ％で含む。なお、市販品としては、森下弁柄工業のモリシタカラーシリーズ等を挙げることができる。酸化第二鉄は粉末形状で入手できる。
＜硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）＞
　硫酸バリウムは、摺動層５を形成する樹脂組成物４において必須の添加剤である。樹脂組成物４は、所定量の硫酸バリウムを含むことで、耐摩耗性の向上に加え、耐焼き付き性を向上させることができる。樹脂組成物４は、硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％の量で含むことが必要であり、好ましくは、３．０～１２．５ｖｏｌ％で含む。なお、市販品としては、堺化学工業のＢＦシリーズ、Ｂシリーズ等を挙げることができる。硫酸バリウムの形状は粉末や板状形状などがあり、粒径は２０μm以下であることが好ましい。
＜アラミド＞
　アラミドは、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．５～１１．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量のアラミドを添加することで、耐摩耗性及び耐焼き付き性を高くすることができる。なお、アラミドの市販品としては、東レ・デュポン社製のケブラー（登録商標）、帝人のトワロン（登録商標）等を挙げることができる。アラミドは、通常、繊維形状または、粉末形状も入手できる。
＜ポリイミド＞
　ポリイミドは、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、ポリイミドを１～１５ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．５～１０．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量のポリイミドを添加することで、耐摩耗性を高くすることができる。なお、ポリイミドの市販品としては、ポリプラ・エポニック製のP84 NT、三井化学製のオーラム等を挙げることができる。ポリイミドは、粉末形状で入手できる。
＜超高分子量ポリエチレン＞
　超高分子量ポリエチレンは、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、超高分子量ポリエチレンを１～１５ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．０～８．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量の超高分子量ポリエチレンを添加することで、耐焼き付き性と耐すべり性を高くすることができる。なお、超高分子量ポリエチレンの市販品としては、三井化学社のミペロン（登録商標）（重量平均分子量５０～７００万）、東洋紡社のダイニーマ（登録商標）、ハネウエル社のＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）等を挙げることができる。超高分子量ポリエチレンは、粉末形状であり、粒径は、例えば、ｄ５０で３０μｍ以下のものを使用できる。
＜二硫化モリブデン＞
　二硫化モリブデンは、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．０～８．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量の二硫化モリブデンを添加することで、摩擦抵抗を低下させることができる。なお、市販品としては、太陽鉱工社製のＨ／ＧＭｏＳ２、ダイゾー社製の二硫化モリブデンパウダーシリーズ等を挙げることができる。二硫化モリブデンは粉末形状のものが入手できる。
＜黒鉛＞
　黒鉛は、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、黒鉛を１～１０ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．０～７．５ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量の黒鉛を添加することで、摩擦抵抗を低下させることができる。なお、市販品としては、日本黒鉛工業のＧＲＡＰＨＩＴＥ ＰＯＷＤＥＲシリーズ等を挙げることができる。黒鉛は粉末形状のものが入手できる。
＜炭素繊維＞
　炭素繊維は、直接または油等の流体を介して相手材と接触する摺動層５を形成する樹脂組成物４に、機能性付与材及び強化材として使用される。樹脂組成物４は、炭素繊維を１～１０ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．５～７．５ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。また、炭素繊維は、繊維径が５μｍ以上２０μｍ以下、繊維長が１０μｍ以上１５０μｍ以下、アスペクト比が２以上２０以下であることが好ましい。
＜ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂＞
　ＰＥＥＫ樹脂は、摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、ＰＥＥＫ樹脂を１～１５ｖｏｌ％で含むことが好ましく、２．０～７．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量のＰＥＥＫ樹脂を添加することで、耐摩耗性を向上させることができる。なお、市販品としては、ポリプラ・エポニック製のＶＥＳＴＡＫＥＥＰ等を挙げることができる。ＰＥＥＫ樹脂は、例えば、粉末形状であり、平均粒径２０μｍ程度のものが入手できる。
＜その他の金属酸化物＞
　酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）以外の、二酸化ケイ素、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）などの金属酸化物も摺動層５を形成する樹脂組成物４において任意の添加剤である。樹脂組成物４は、その他の金属酸化物を１～１０ｖｏｌ％で含むことが好ましく、１．０～４．０ｖｏｌ％で含むことがより好ましい。樹脂組成物４は、所定量のその他の金属酸化物を添加することで、耐摩耗性を向上させることができる。なお、市販品としては、ＡＧＣエスアイテック株式会社製のＳＵＮＳＰＨＥＲＥシリーズや森下弁柄工業製のモリシタカラーＦｅ３Ｏ４等を挙げることができる。その他の金属酸化物は、粉末形状で入手でき、粒径はＳＵＳＰＨＥＲＥシリーズでは平均粒径３０μｍ以下である。
＜樹脂組成物の具体例＞
　本発明の樹脂組成物は、使用される摺動部材の用途、形状、使用条件などにより配合組成を変更できる。実施例で調製した配合例の番号を併記して配合組成の具体的態様を以下に例示する。なお、各態様に併記した例番号は、表１に記載した例番号に対応する。
（１）ＣｕＳ２を使用する既存量産品に近い組成において、ＣｕＳ２に換えて酸化鉄と硫酸バリウムの組み合わせを使用する効果（耐焼付性、耐摩耗性、など）を奏することを目的とした組成物（例２）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％、
　黒鉛を１～１０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（２）耐焼付性及び耐摩耗性の向上を目的とした組成物（例３、例４、例６、例７、例８、例１６）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（３）超高分子量ポリエチレンによる耐焼付性の向上を目的とした組成物（例９）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレンを１～１５ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（４）二硫化モリブデンの使用により超高分子ポリエチレンの少量添加であっても耐焼付性の向上が可能となる組成物（例１０、例１１）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　超高分子量ポリエチレンを１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（５）ポリイミド添加による耐摩耗性の向上を目的とした組成物(例１２、例１８)
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミドを１～１５ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（６）ＰＥＥＫによる耐摩耗性の向上を目的とした組成物（例１３）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％、
　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂を１～１５ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
（７）二硫化モリブデン及びポリイミドによる摺動性及び耐摩耗性の向上を目的とした組成物（例１４、例１５、例１７、例１９）
　樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
　ポリイミドを１～１５ｖｏｌ％、
　二硫化モリブデンを１～１０ｖｏｌ％、
　残部のフッ素樹脂、
からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である組成物。
［摺動部材の焼き付き防止方法］
　本発明はまた、相手材を摺動可能に支持する摺動部材について、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法に関する。
　上記方法は、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法であって、
　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
　フッ素樹脂を５５ｖｏｌ％以上
含む樹脂組成物で前記摺動部材を形成することを含む方法である。
　後述する実施例において具体的に説明するように、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）との両方を同時に樹脂組成物に配合することにより、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）又は硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）のいずれかのみを配合するよりも優れた耐焼き付き性及び摩耗量の低減が奏されるという相乗効果が予想外にも見出された。上記方法はこの相乗効果に基づくものである。
　樹脂組成物で形成された摺動部材は、他の材料で形成された摺動部材に比べて、強度、耐熱性が低く、本発明の焼き付きを防止する方法が極めて有用である。本発明の方法は、特に、摩擦による摺動部材の温度上昇が１００℃を超える用途、摺動部材に１０ＭＰａ以上の圧力がかかる用途、など樹脂組成物で形成された摺動部材を適用することが難しいと考えられていた用途、特に軸受に有用である。
　軸受に本発明の方法を採用した場合には、通常の摺動環境下にて高寿命化を図ることができることや、耐久性の向上により、高速運動環境下や負荷荷重の高い過酷な摺動環境下で適用出来るという格別の効果が奏される。
　本発明の焼き付き防止方法において、摺動部材は樹脂組成物から形成される。樹脂組成物のより好適な態様については、本発明の摺動部材及び軸受に関して本明細書において既に説明してきたものが挙げられる。本発明の方法によれば、樹脂組成物に任意の追加成分を加えることにより、樹脂組成物で形成された摺動部材の摩耗量を低減することもできる。摺動部材の形成方法としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の一般的な成形方法が適用でき、例えば、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法などが挙げられる。
　本発明の方法において、摺動部材の形状としては、当業界で採用されているものがいずれも採用でき、例えば、板状、円筒状（外周側・内周側）、曲面状、球状、などが挙げられる。
　以下に実施例の形式で発明を具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の例に限定されるものではない。以下の例において、ｖｏｌ％は、樹脂組成物全体を１００ｖｏｌ％としたときの量比を示す。
　表１に示す既存量産品及び例１～１９の組成の樹脂組成物を使用して試験片を作成し、以下の要領で試験片について耐焼き付き性及び耐摩耗性を試験した。
（１）耐焼き付き性試験
　試験方法の模式図を図４に示す。下記寸法の試験片を下記試験機の試験台に固定し、上部から下記寸法の相手材円筒リングを下記試験条件で押し付けながら回転させた。押し付ける荷重は１０分間ごとに段階的に加増し、試験片温度が２００℃以上となった際の荷重を焼き付き荷重とした（焼付面圧（単位：ＭＰａ）で評価した。）。
試験機：高圧雰囲気摩擦摩耗試験機（神鋼造機株式会社）
試験片寸法：４５ｍｍ×４５ｍｍ×１．０～２．５ｍｍ
相手材円筒リング寸法：外径Φ３０ｍｍ×内径Φ２４ｍｍ、試験片との接触面積（２５４．５ｍｍ２）
基材：冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）のＣｕめっき鋼板
多孔質層：ＣｕＳｎ粉にて形成
摺動層厚さ：０．３±０．１ｍｍ
相手材円筒リング材質：炭素鋼Ｓ４５Ｃ
試験条件：
　速度（０．２５ｍ／ｓ）
　回転数（１７７ｒｐｍ）
　荷重（５０ｋｇｆを１０分間ごとに段階的に加増）
　雰囲気（ドライ）
　耐焼き付き性試験において、コンプレッサー用摺動部材などの高速環境下での使用に際して耐久性が求められる用途については、焼き付き面圧：３０ＭＰａ以上を達成することが望ましい。
（２）耐摩耗性試験
　以下の条件で行い、試験片の厚さの減少量を摩耗量として測定した。
試験機：高圧雰囲気摩擦摩耗試験機（神鋼造機株式会社）
試験片寸法：４５ｍｍ×４５ｍｍ×１．０～２．５ｍｍ
相手材円筒リング寸法：外径Φ３０ｍｍ×内径Φ２４ｍｍ、試験片との接触面積（２５４．５ｍｍ２）
基材：ＳＰＣＣのＣｕめっき鋼板
多孔質層：ＣｕＳｎ粉にて形成
摺動層厚さ：０．３±０．１ｍｍ
相手材円筒リング材質：炭素鋼Ｓ４５Ｃ
試験条件：
　速度（１ｍ／ｓ）
　回転数（７０７ｒｐｍ）
　試験時間（１０ｍｉｎ）
　荷重（２５４５Ｎ）
　雰囲気（ドライ）
　耐摩耗性試験において、コンプレッサー用摺動部材などの高速環境下での使用に際して耐久性が求められる用途については、摩耗量：０．０４０ｍｍ以下を達成することが望ましい。
　試験結果を表１に示す。
表中の略号は以下のとおりである。
　ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレンを示し、製品名：ポリフロン　Ｄ－２１０Ｃを使用した。
　Ｃは、黒鉛を意味し、製品名：ＣＰＢを使用した。
　ＣｕＳ２は、二硫化銅を意味し、既存量産品に含まれるものである。
　Ｆｅ２Ｏ３は、酸化第二鉄を意味し、製品名：ＭＲ－９７０Ｄを使用した。
　ＢａＳＯ４は、硫酸バリウムを意味し、製品名：Ｂ－５５を使用した。
　アラミドは、製品名：Ｔｗａｒｏｎ　Ｐｏｗｄｅｒを使用した。
　ＭｏＳ２は、二硫化モリブデンを意味し、製品名：トレカ　ＭＬＤ３０を使用した。
　超高分子量ポリエチレンは、製品名：ミペロンを使用した。
　ＰＥＥＫは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を意味し、製品名：ＶＥＳＴＡＫＥＥＰを使用した。
　ポリイミドは、製品名：　ポリイミド　Ｐ８４　ＮＴを使用した。
　表１の試験結果から、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）及び任意成分と残部のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）からなる樹脂組成物から作製した試験片（例２～４及び例６～１９）は、焼き付き温度（２００℃）に達したときの面圧（焼付面圧）が３８．５ＭＰａ～５９．７ＭＰａと高く、摩耗量が０．０１７ｍｍ～０．０４０ｍｍと低く、既存量産品の焼付面圧（２５．０ＭＰａ）よりも高く、摩耗量（０．０４２ｍｍ）よりも低く、本発明の摺動部材が、耐焼き付き性及び耐摩耗性において、既存量産品よりも優れていることがわかる。一方、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）の一方しか含まない樹脂組成物から作製した試験片（例１及び例５）は、黒鉛、アラミド、二硫化モリブデン、などの成分を含んでいるにもかかわらず、焼付面圧がそれぞれ２４．４ＭＰａ及び２１．２ＭＰａと低く、摩耗量がそれぞれ０．０５１ｍｍ及び０．０７１ｍｍと高く、既存量産品の焼付面圧（２５．０ＭＰａ）よりも低く、摩耗量（０．０４２ｍｍ）よりも高く、本発明の要件を満たさない摺動部材が、耐焼き付き性及び耐摩耗性において、既存量産品よりも劣ることがわかる。
　アラミドを任意成分として添加した例３～４及び例６～１９は、耐摩耗性が向上し、０．０１７ｍｍ～０．０３９ｍｍの比較的低い摩耗量を示した。アラミド及び超高分子量ポリエチレンを任意成分として添加した例９～１１は、５９．７ＭＰａの比較的高い焼付面圧を示した。アラミド及びポリイミドを任意成分として添加した例１２は、耐焼き付き性及び耐摩耗性が向上し、５０．１ＭＰａの比較的高い焼付面圧と０．０２６ｍｍの比較的低い摩耗量を示した。試験結果から、ポリイミドを添加することにより、耐焼き付き性及び耐摩耗性が向上し、超高分子量ポリエチレンを添加することにより、すべり特性が向上し、摩擦抵抗の削減や温度上昇抑制によって、耐焼き付き性が向上することがわかった。二硫化モリブデンは、非摺動材料である酸化鉄やアラミドと、摺動性に優れるが、耐熱性、耐荷重性の劣るフッ素樹脂による構成に対して、耐熱性、耐荷重性を有し、固体潤滑材として作用する。このような二硫化モリブデンを添加することによって、摺動性が向上することがわかった。
　本発明者らは、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を含むフッ素樹脂組成物から作製した本発明の摺動部材が耐焼き付き性に優れる点に着目し、耐焼き付き性試験の結果をさらに詳細に検討した。その結果を図５及び図６に示す。図５は耐焼き付き性試験において試験時間の経過によって試験片温度がどのように変化するかを示すグラフであり、図６は耐焼き付き性試験において試験時間の経過によってトルク（回転に要する力）がどのように変化するかを示すグラフである。本発明の試験片は、試験時間６０００秒付近で試験片温度とトルクが急激に低下しているので、試験片温度が低下した分２００℃の焼き付き温度に達するまでの時間が予想外に長いことがわかる。一方、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）又は硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）のいずれかのみを含むフッ素樹脂組成物から作製した試験片及び既存量産品のいずれについても試験時間の経過とともに試験片温度とトルクが上昇し続け、比較的短い時間で２００℃の焼付温度に到達することがわかる。このように、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）との両方を同時に使用することにより、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）又は硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）のいずれかのみを使用するよりも優れた耐焼き付き性が奏されるという相乗効果が予想外にも見出された。
　なお、図５及び図６の試験で使用した樹脂組成物の組成は、以下のとおりである。
・BaSO4無し： C-4%+Fe2O3-5%+MoS2-7.25% (表１の例１)
・Fe2O3無し： BaSO4-10%+アラミド-5%+MoS2-5% (表１の例５)
・Fe2O3×BaSO4：C-4%+Fe2O3-5%+BaSO4-5%+MoS2-7.25%（表１の例２）
・既存量産品：C-4%+CuS2-10.95%+MoS2-7.25%（表１の既存量産品）
　上述した試験時間６０００秒付近で試験片温度とトルクが急激に低下する原因について本発明者が調査したところ、試験時間６０００秒付近で相手材の表面にフッ素樹脂組成物を構成する材料が転移し、被膜が形成されることが分かった。この被膜が一定の量乃至面積で相手材表面に形成されると相手材の表面と本発明の試験片の表面の間に働く摩擦力が急激に低下し、試験片温度とトルクが急激に低下することが分かった。試験片温度とトルクが急激に低下する前の相手材の表面の元素分布を示す図７、試験片温度とトルクが急激に低下した後の相手材の表面の元素分布を示す図８によれば（分析装置：ＪＸＡ－８５３０Ｆ　ＦＥ－ＥＰＭＡ（日本電子株式会社））、トルク急減前の相手材表面には被膜が形成されておらず、鉄（Ｆｅ）元素が広い面積で検出されているが（図７の中段中央の鉄元素の分布を示す図において明るい部分は鉄元素の濃度が高いことを示す。）、トルク急減後の相手材表面では、酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、バリウム（Ｂａ）の濃度が高くなっており、相手材表面の鉄元素がフッ素樹脂組成物から転移した被膜により覆い隠されていることがわかる（図８の上段中央の酸素（Ｏ）濃度を示す図、上段右側のフッ素（Ｆ）濃度を示す図、下段中央のバリウム（Ｂａ）濃度を示す図はいずれも明るくなっており、これら元素の濃度が高いことを示し、一方、中段中央の鉄元素の濃度を示す図は暗くなっており、表面の鉄元素の濃度が低くなっていることを示す。）。このように、摺動部材のフッ素樹脂組成物が相手材に転移し、摺動部材の耐焼き付き性が飛躍的に向上することは、本発明者らにより、予想外に見出された知見である。
　本発明者らは、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）及びフッ素樹脂からなるフッ素樹脂組成物を使用して酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）濃度を変化させて、前記と同様にして耐焼き付き性試験を行った。なお、使用した材料は表１と同じであり、フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（製品名：ポリフロン　Ｄ－２１０Ｃ）を使用し、酸化第二鉄は製品名：ＭＲ－９７０Ｄを使用し、硫酸バリウムは製品名：Ｂ－５５を使用した。
る。その結果を、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２からわかるように、硫酸バリウム濃度１０ｖｏｌ％に対して、酸化第二鉄濃度が１．２５ｖｏｌ％でも焼付面圧が高くなり、耐焼き付き性が向上していることがわかる。酸化第二鉄濃度が２．５ｖｏｌ％ではさらに焼付面圧が高くなり、５ｖｏｌ％の時に焼付面圧が最大となり、７．５ｖｏｌ％でも高い焼付面圧が維持されていることがわかる。更なる検討によれば、硫酸バリウム濃度と、酸化第二鉄濃度とは、ｖｏｌ％で、好ましい範囲では０．２５：１～８：１、より好ましい範囲では０．５：１～４：１の比率で、より好ましい範囲では１：１～３：１の比率で、より好ましい範囲では１：１～２．５：１の比率でフッ素樹脂組成物中に存在させることがよいことが分かった。
　以上説明したように、本発明の方法を採用することにより、樹脂組成物で形成された摺動部材の焼き付きが防止され、さらには摩耗量が減少することが理解できる。
 
 

Claims (14)

  1. 　樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
  2. 　前記任意成分が、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
    　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
    　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
    　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
    　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
    　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
    　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
    からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　酸化第二鉄の量が５～１０ｖｏｌ％である、請求項１に記載の摺動部材。
  4. 　請求項１に記載の樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
  5. 　請求項１に記載の樹脂組成物で形成された摺動部材であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　二硫化モリブデンを１～２０ｖｏｌ％、
    　アラミドを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、摺動部材。
  6. 　請求項１～５のいずれかに記載の摺動部材であって、金属基材と、前記金属基材の一の面に形成される多孔質層と、前記多孔質層を被覆する前記樹脂組成物で形成される、摺動部材。
  7. 　金属基材と、
    　前記金属基材上に樹脂組成物で形成された摺動層と、
    を備える軸受であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、軸受。
  8. 　前記任意成分が、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
    　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
    　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
    　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
    　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
    　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
    　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
    からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項７に記載の軸受。
  9. 　請求項７又は８に記載の軸受であって、前記金属基材の一の面に多孔質層が形成されており、前記樹脂組成物が前記多孔質層を被覆して摺動層が形成されている、軸受。
  10. 　樹脂組成物を摺動部材に使用する方法であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、方法。
  11. 　前記任意成分が、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
    　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
    　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
    　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
    　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
    　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
    　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
    からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１０に記載の方法。
  12. 　金属基材の表面に形成された多孔質層に樹脂組成物を含浸させ、そして、樹脂組成物を焼成することを含む摺動部材の製造方法であって、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％は、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　アラミド、ポリイミド、超高分子量ポリエチレン、二硫化モリブデン、黒鉛、炭素繊維、及び、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の任意成分を１～２０ｖｏｌ％、
    　残部のフッ素樹脂、
    からなり、フッ素樹脂以外の合計添加量が４５ｖｏｌ％以下である、方法。
  13. 　前記任意成分が、
    　前記樹脂組成物１００ｖｏｌ％あたり、
    　アラミド　２．５～１５ｖｏｌ％、
    　ポリイミド　１～１５ｖｏｌ％、
    　超高分子量ポリエチレン　１～１５ｖｏｌ％、
    　二硫化モリブデン　１～１０ｖｏｌ％、
    　黒鉛　１～１０ｖｏｌ％、
    　炭素繊維　１～１０ｖｏｌ％、及び、
    　ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂　１～１５ｖｏｌ％
    からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１２に記載の方法。
  14. 　樹脂組成物で形成された摺動部材の摩擦による焼き付きを防止する方法であって、
    　酸化第二鉄を１～１０ｖｏｌ％、
    　硫酸バリウムを２．５～１５ｖｏｌ％、
    　フッ素樹脂を５５ｖｏｌ％以上
    含む樹脂組成物で前記摺動部材を形成することを含む方法。
     
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