專利名稱：具有自潤滑襯套的無潤滑滑動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為滑動部件的一種的無潤滑滑動軸承，涉及利用于無潤滑滑動軸承的滑動面的潤滑性組合物。
背景技術(shù)：
以往，在對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的軸進(jìn)行保持的軸承中，廣泛使用利用由曲面構(gòu)成的滑動面來保持軸的滑動軸承，特別是，潤滑面不使用潤滑油等的無潤滑滑動軸承，在飛機(jī)等的要求低摩擦系數(shù)、高耐久性、高載荷性能、高耐熱性、高耐油性等的用途使用。作為這樣的軸承，公開有圖5的剖視圖所示的用于高載荷用途的球面滑動軸承 B5，該球面滑動軸承B5具有外圈部件13和內(nèi)圈部件32，其中，外圈部件13具有凹狀的第一軸承面，內(nèi)圈部件32具有能夠相對第一軸承面滑動的凸?fàn)畹牡诙S承面(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。對于該球面滑動軸承，一方的部件由鈦合金制成，且具有通過由物理氣相生長法 (PVD)賦予的氮化鈦進(jìn)行表面處理的軸承面。另一方的軸承面具有由樹脂構(gòu)成的潤滑襯套(liner)23。潤滑襯套23由PTFE(聚四氟乙烯)以及由芳族聚酰胺纖維構(gòu)成的織物 (fabric)構(gòu)成，該織物利用苯酚樹脂組合而飽和。將這樣的織物狀潤滑襯套粘接到滑動的內(nèi)周面的無潤滑套筒軸承(sleeve bearing)，作為現(xiàn)有技術(shù)而眾所周知。此外，公開了由包含20重量％以上的雙季戊四醇五丙烯酸酯以及10重量％以上的聚四氟乙烯等固體潤滑劑的熱固化性丙烯酸類組合物構(gòu)成的自潤滑 (self-lubricating)涂層(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)2的自潤滑涂層中，還可添加20重量％以上的三乙二醇二甲基丙烯酸酯以及1重量％以下的芳族聚酰胺漿。進(jìn)而，還公開了如圖6所示的將該自潤滑涂層作為襯套M而實施到外圈14的滑動的內(nèi)周面的套筒軸承~。還公開了在將附設(shè)于燃料電池的冷卻水循環(huán)泵的葉輪的旋轉(zhuǎn)軸支承為旋轉(zhuǎn)自如的滑動軸承中，滑動軸承的形成材料為不含金屬離子的聚醚酮類樹脂等合成樹脂的燃料電池的冷卻水循環(huán)泵用滑動軸承(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。在專利文獻(xiàn)3中，作為不含金屬離子的合成樹脂之一，舉出了聚醚醚酮(PEEK)。為了提高這樣的聚醚酮類樹脂的機(jī)械強(qiáng)度、摩擦磨損特性，優(yōu)選為配合碳纖維、芳族聚酰胺纖維等纖維狀填充材料或氟樹脂、石墨等固體潤滑劑，并且相對100重量部的聚醚酮類樹脂配合3 60重量部。碳纖維的添加量相對100重量部的聚醚酮類樹脂為5 40重量部，優(yōu)選為10 30重量部。作為固體潤滑劑，可以例示出PTFE、PFA等氟樹脂粉末、石墨等。固體潤滑劑的添加量相對100重量部的聚醚酮類樹脂為1 40重量部，優(yōu)選為5 30重量部，更優(yōu)選為5 20重量部?；旌弦陨纤鶖⑹龅某尚尾牧?，在400 420°C的溫度范圍內(nèi)加熱塑化之后，填充到模具中，固化以及脫模，從而能夠獲得由圓筒狀的成形體構(gòu)成的滑動軸承。專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-255712號公報
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專利文獻(xiàn)2 美國專利第6180574號專利文獻(xiàn)3 日本特開2006-9819號公報專利文獻(xiàn)1以及2所公開的滑動軸承，由于組裝到飛機(jī)而使用，所以除低摩擦系數(shù)的要求之外還存在高載荷性能、高耐熱性、高耐油性等要求，但是從機(jī)身制造商的立場出發(fā)，存在如下要求在組裝像套筒軸承這樣的滑動軸承的工序中，通過磨削或切削滑動軸承的滑動面來進(jìn)行尺寸調(diào)整，從而不進(jìn)行軸側(cè)的尺寸調(diào)整而進(jìn)行嵌合調(diào)整。然而，專利文獻(xiàn)1的纖維狀潤滑襯套，由于在樹脂中包含纖維，所以在進(jìn)行后加工時造成纖維的切斷，因此無法通過磨削或切削來進(jìn)行尺寸調(diào)整。此外，專利文獻(xiàn)2的自潤滑涂層由于將熱固化性丙烯酸樹脂作為基礎(chǔ)樹脂，所以存在生產(chǎn)率惡化這樣的問題。進(jìn)而，專利文獻(xiàn)3的滑動軸承由于構(gòu)成要素全部由樹脂制成，所以作為組裝于機(jī)身的軸承而言存在強(qiáng)度不足的問題。此外，作為將冷卻水循環(huán)泵的葉輪的旋轉(zhuǎn)軸支承為旋轉(zhuǎn)自如的滑動軸承的樹脂材料，由于不含金屬離子所以優(yōu)選，但無法應(yīng)用到存在高載荷性能、高耐熱性、高耐油性等要求的飛機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種具有自潤滑襯套的金屬制無潤滑滑動軸承，其不但具有低摩擦系數(shù)、高耐久性、高載荷性能、高耐熱性、高耐油性，還可通過磨削或切削來進(jìn)行尺寸調(diào)整。此外，由于能夠進(jìn)行尺寸調(diào)整，所以以下有時將自潤滑襯套簡稱為可加工襯套(machinable liner)(能夠加工的襯套)。本發(fā)明的滑動軸承，包括金屬制的外圈和形成于外圈的內(nèi)周面的自潤滑襯套，其特征在于，自潤滑襯套由自潤滑樹脂組合物構(gòu)成，自潤滑樹脂組合物混合有60 80重量％ 的聚醚酮類樹脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％的碳纖維和15重量％以下的芳族聚酰胺纖維，碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為10 25重量％，外圈的內(nèi)周面具有Ra為4. 0 μ m以上且Rmax為30. 0 μ m以上的表面粗糙度，其中，Ra表示中心線平均粗糙度， Rmax表示最大高度，外圈以及自潤滑襯套被一體化。此外，本發(fā)明的滑動軸承的制造方法，其特征在于，對金屬制的外圈的內(nèi)周面進(jìn)行表面處理而使表面粗糙度形成為民為4. 0 μ m以上且Rmax為30. 0 μ m以上，其中，Ra表示中心線平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，對自潤滑樹脂組合物進(jìn)行注塑成型，所述自潤滑樹脂組成物通過將60 80重量％的聚醚酮類樹脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％以下的碳纖維和15重量％以下的芳族聚酰胺纖維混合而成，其中，碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為10 25重量％，將自潤滑襯套與所述外圈的內(nèi)周面一體化。在本發(fā)明中，優(yōu)選為外圈的內(nèi)周面朝內(nèi)側(cè)或外側(cè)彎曲，并且自潤滑襯套的內(nèi)周面不彎曲而呈圓筒狀。根據(jù)本發(fā)明，由于自潤滑襯套不包含織物，因此為了與所保持的軸對應(yīng)，能夠進(jìn)行以往的包含PTFE的纖維狀襯套所不能實現(xiàn)的對滑動面的磨削、切削等加工。此外，通過將具有耐熱性的熱塑性樹脂亦即聚醚酮類樹脂作為基礎(chǔ)樹脂，能夠獲得比以往的將熱固化性丙烯酸樹脂作為基礎(chǔ)樹脂的自潤滑涂層高的生產(chǎn)率。進(jìn)而，由于將軸承的構(gòu)造體設(shè)為金屬， 并且只將滑動面設(shè)為自潤滑襯套，因此與全體由樹脂構(gòu)成的以往的軸承相比強(qiáng)度顯著提高，并且，通過最優(yōu)化接合面的粗糙度，能夠抑制金屬外圈與襯套的剝離。


圖1表示本發(fā)明的一實施方式涉及的滑動軸承，(a)為剖視圖，(b)為俯視圖。圖2表示本發(fā)明的其他實施方式涉及的滑動軸承，(a)為剖視圖，(b)為俯視圖。圖3表示本發(fā)明的其他實施方式涉及的滑動軸承，(a)為剖視圖，(b)為俯視圖。圖4為表示本發(fā)明的實施例的負(fù)荷試驗的示意剖視圖。圖5為表示專利文獻(xiàn)1的以往的滑動軸承的剖視圖。圖6為表示專利文獻(xiàn)2的以往的滑動軸承的立體圖。圖7為表示本發(fā)明的實施例的滑動軸承的剖視圖。圖8為表示本發(fā)明的實施例的滑動軸承的剖視圖。圖9為表示載荷-位移曲線的典型例的圖。標(biāo)號說明B1 B3、B7、B8...本發(fā)明的軸承;Β4·..實施例、比較例的軸承；Β5 ..以往的軸承；Τ··.試驗夾具；10、11、13 16··.外圈(套筒)；12···兼做外圈(套筒)的底座； 20 洸.· ·自潤滑襯套；30 32...內(nèi)圈(軸)；40. · ·夾具主體；41. · ·測試殼體；42. · ·千分表。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1表示本發(fā)明的一實施方式涉及的滑動軸承。滑動軸承B1具有形成了金屬制外圈10、和設(shè)在該外圈10內(nèi)側(cè)的自潤滑襯套層20的構(gòu)造。金屬制外圈10的內(nèi)周面中的與自潤滑襯套層20的界面，由于如后述那樣表面粗糙度被最佳化，因此兩者成為穩(wěn)固的一體，即使在與軸承所保持的軸(內(nèi)圈)之間產(chǎn)生高的負(fù)荷，也能夠抑制自潤滑襯套層的剝離。此外，軸承構(gòu)造體本身由金屬制成，因此即使作為高負(fù)荷的用途使用時也能抑制變形等不良情況。作為這些的結(jié)果，提高了軸承的長期耐久性。圖1所示的套筒軸承B1,其外圈10的內(nèi)周面呈圓筒形狀，剖視圖(a)中襯套20呈直線，但如圖2所示，本發(fā)明還可以應(yīng)用到剖視圖(a)中襯套21的表面呈曲線且外圈11的內(nèi)周面呈球面形狀的球面滑動軸承B2。在該軸承中，外圈的內(nèi)徑大于內(nèi)圈的外徑。外圈內(nèi)徑中央部稍稍凹陷，以確保襯套厚度。此外，如圖3所示的桿端式球面滑動軸承B3那樣，也可以是外圈12具有用于與使用軸承的裝置主體一體化的螺紋部的構(gòu)造。接下來，對本發(fā)明的各構(gòu)成要素進(jìn)行說明。1.應(yīng)用本發(fā)明的軸承作為本發(fā)明的滑動軸承，舉出套筒的內(nèi)周面為滑動面的套筒軸承，但也可以利用帶凸緣的套筒軸承。在帶凸緣的套筒軸承中，在內(nèi)徑滑動面的基礎(chǔ)上還可將凸緣端面制成滑動面。通過嵌件成形使本發(fā)明的可加工襯套固定于滑動面。此外，舉出球面滑動軸承。 球面滑動軸承通過使內(nèi)圈與外圈而構(gòu)成，其中，外圈具有使可加工襯套固定于凹球面狀的內(nèi)周面的滑動面，內(nèi)圈具有凸球面狀的外周面和供軸插通的中心孔。不管是哪一種情況， 在注塑成型之前，都通過氧化鋁噴鍍或者將氧化鋁或二氧化硅、氧化鋯作為介質(zhì)的噴丸處理，對使可加工襯套固定的金屬面進(jìn)行基底處理，從而將面粗糙度制成民4.(^!11以上以及 Rmax30.0ym以上。在具有外圈和內(nèi)圈的球面滑動軸承的情況下，在使外圈和內(nèi)圈組合之后， 在兩者之間流入熔融狀態(tài)的可加工襯套，使該可加工襯套固化而與外圈一體化。內(nèi)圈的外周面的面粗糙度設(shè)置得小，以防止襯套固定于該內(nèi)圈的外周面。此外，本發(fā)明的滑動軸承由于使用于飛機(jī)而需要高的強(qiáng)度，所以必須由金屬制成。2.由固定于內(nèi)周面的可加工襯套構(gòu)成的滑動面本發(fā)明的無潤滑滑動軸承的可加工襯套的成分比，其特征在于，聚醚酮類樹脂 (PEEK,PEK)為60 80重量％，PTFE粉末(固體潤滑劑)為10 30重量％，碳纖維為5 15重量％以及芳族聚酰胺纖維為15重量％以下并且碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為
10 25重量％。3.聚醚酮類樹脂(熱塑性樹脂)本發(fā)明具有將在熱塑性樹脂中滑動特性以及耐熱、耐藥品特性優(yōu)異的結(jié)晶性樹脂聚醚酮類樹脂作為基礎(chǔ)聚合物使用的可加工襯套。作為現(xiàn)有技術(shù)，已知有將熱固化性樹脂 (丙烯酸類樹脂)作為基礎(chǔ)聚合物使用的可加工襯套，但由于其是熱固化性樹脂，所以在本發(fā)明中使用生產(chǎn)率、回收性高的熱塑性樹脂。由于聚醚酮類樹脂是熱塑性樹脂，因此可實施注塑成型，便于批量生產(chǎn)。按照后述的SAE規(guī)格AS81934的要求，飛機(jī)用滑動軸承所使用的襯套耐熱性和耐油性優(yōu)異，但除聚醚酮類樹脂以外的熱塑性樹脂，無法獲得足夠的結(jié)果。4.高分子量類型的PTFE (固體潤滑劑)通過混合聚醚酮類樹脂和PTFE，能夠提高可加工襯套的滑動性。本發(fā)明使用高分子量類型的PTFE。為了與聚醚酮類樹脂混合，需要將溫度提高到熔點340°C以上。因而，為了在340°C以上的溫度下使PTFE也難以分解，需要使用完全被燒制且很難產(chǎn)生分解氣體的高分子量類型(分子量約100萬以上)的Ρ Ε。滿足要求滑動特性的PTFE添加率為10 30重量％。當(dāng)添加率不足10重量％時，雖然滿足SAE規(guī)格AS81934的有關(guān)載荷性能的常溫下的要求，但無法滿足高溫 (121°C F)，163°C (325° F))下的要求。此外，超過30%的添加量，在與樹脂混合時以及進(jìn)行注塑成型時造成由PTFE的分解氣體引起的負(fù)面影響顯著。注塑成型時由成形品的空穴的產(chǎn)生引起的成形不良以及由所產(chǎn)生的分解氣體(HF)引起的模具腐蝕變得顯著。 因此，PTFE的適合添加率為10 30%。5. PAN類的碳纖維(CF)作為CF，將PAN類的通用類型(強(qiáng)度4000MPa，彈性模量MOGPa)作為強(qiáng)化纖維，特別是用于對高溫時(121°C以及163°C )伴隨樹脂的軟化而引起的材料強(qiáng)度降低進(jìn)行彌補(bǔ)的加強(qiáng)材料使用。滿足其要求特性的添加率為5 15重量％。若添加率為15重量％以上， 則滑動時磨損粉的產(chǎn)生較多，引起磨料的磨損，影響耐久壽命。此外，如后述的比較例所示， 利用浙青類CF無法滿足要求特性。6.芳族聚酰胺纖維(AF)作為AF，混合短切纖維(chopped fiber)或者研磨纖維(milled fiber)而使用。 AF與CF相比強(qiáng)度以及彈性模量差，但AF的斷裂伸長率大于CF的斷裂伸長率(AF約5%， CF約2% )，所以通過混合CF短切纖維或研磨纖維，增加可加工襯套的韌性，提高滑動軸承搖動時的耐磨損性，從而能夠抑制磨損粉的產(chǎn)生。將AF (短切纖維，研磨纖維)作為強(qiáng)化纖維添加20 30重量％，并且作為固體潤滑劑添加PTFElO 15重量％，從而以使填充物總量成為30 40重量％的方式與聚醚酮類樹脂混合的自潤滑樹脂組合物，在嵌件成形時與金屬面的粘接性顯著下降，由滑動面的磨削、切削時的切削阻力引起樹脂部的剝離，由剝離引起的粘接不良率達(dá)到約50%。因此，在將AF的添加量設(shè)為15重量％以下時，粘接不良率減少為1/10 (10個加工中有一個剝離不良)。進(jìn)而，通過添加5重量％以上的PAN類CF，顯著改善粘接強(qiáng)度，未發(fā)現(xiàn)粘接不良率。因而，AF的添加量優(yōu)選為15重量％以下，若一同添加PAN類CF則更好。此外，若纖維的合計量過少則強(qiáng)度不足，過多則滑動時磨損粉的產(chǎn)生較多，影響耐久壽命，因此CF與AF的合計量優(yōu)選為10 25重量％。7.基于將氧化鋁噴鍍皮膜或氧化鋁作為介質(zhì)的噴丸處理的基底處理在本發(fā)明中與自潤滑襯套成為一體的金屬制外圈的內(nèi)周面，需要同時滿足 Ra4.0ym以上以及Rmax30.0ym以上的面粗糙度。從而，防止襯套的粘接不良。若面粗糙度小于上述面粗糙度則產(chǎn)生由剝離引起的粘接不良。在本發(fā)明中，在自潤滑襯套的注塑成型之前，通過將氧化鋁噴鍍皮膜或氧化鋁或二氧化硅、氧化鋯作為介質(zhì)的噴丸處理進(jìn)行基底處理，從將金屬面制成同時滿足上述范圍的面粗糙度。8.自潤滑襯套與外圈的一體化在本發(fā)明中，通過注塑成型(嵌件成形)使以上說明的自潤滑樹脂組合物(可加工襯套)與金屬外圈的內(nèi)周面形成一體化，從而構(gòu)成滑動面。通過這樣的構(gòu)成，能夠為了使滑動面與所保持的軸匹配而進(jìn)行由以往的包含PTFE的纖維狀襯套所無法實現(xiàn)的對該滑動面的磨削、切削等加工，因此就算在用戶側(cè)進(jìn)行組裝，也能加工內(nèi)徑來對所嵌合的尺寸進(jìn)行微調(diào)。此外，通過將具有耐熱性的熱塑性樹脂亦即聚醚酮類樹脂作為基礎(chǔ)樹脂，獲得了比將以往的熱固化性丙烯酸樹脂作為基礎(chǔ)樹脂的自潤滑涂層高的生產(chǎn)率。本發(fā)明并不是單純地將專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2的潤滑襯套置換為專利文獻(xiàn)3的合成樹脂的方案。若只將專利文獻(xiàn)3的合成樹脂單純地與專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2組合， 則粘接強(qiáng)度不足，無法獲得與本發(fā)明相同的效果，無法作為飛機(jī)用途等高負(fù)荷用途使用，但在本發(fā)明中，為了消除粘接強(qiáng)度不足，在注塑成型之前通過氧化鋁噴鍍或噴丸處理的基底處理來最優(yōu)化金屬面的面粗糙度，從而能夠作為飛機(jī)用途使用。實施例1 10以及比較例1 10接下來，使用實施例以及比較例，對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。制作圖1所示的實施例以及比較例的套筒軸承。所有金屬套筒都是將SUS630不銹鋼在H1150條件下進(jìn)行熱處理的材料，內(nèi)徑制成Φ 25. 4mm、外徑制成Φ 30. 2mm、寬度制成12. 7mm。這相當(dāng)于 AS81934規(guī)格所記載的型式編號M81934/1-16C016。通過氧化鋁噴鍍處理，將套筒內(nèi)周面制成Ra4. 0 μ m以上且Rmax30. 0 μ m以上。對于軸承的自潤滑襯套，將下述表1的配合的組合物分別通過注塑成型固定到金屬套筒的內(nèi)徑。此時，襯套厚度作成能夠在后工序進(jìn)行內(nèi)徑切削以及精研磨的厚度。精加工后的襯套厚度統(tǒng)一作成0. 5mm。
權(quán)利要求
1.一種滑動軸承，包括金屬制的外圈和形成于所述外圈的內(nèi)周面的自潤滑襯套，其特征在于，所述自潤滑襯套由自潤滑樹脂組合物構(gòu)成，所述自潤滑樹脂組合物混合有60 80重量％的聚醚酮類樹脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％的碳纖維和15重量％ 以下的芳族聚酰胺纖維，碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為10 25重量％，所述外圈的內(nèi)周面具有Ra為4. 0 μ m以上且Rmax為30. 0 μ m以上的表面粗糙度，其中， Ra表示中心線平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，所述外圈以及所述自潤滑襯套被一體化。
2.一種滑動軸承的制造方法，其特征在于，對金屬制的外圈的內(nèi)周面進(jìn)行表面處理而使表面粗糙度形成為Ra為4. Oym以上且 Rmax為30. 0 μ m以上，其中，Ra表示中心線平均粗糙度，Rfflax表示最大高度，對自潤滑樹脂組合物進(jìn)行注塑成型，所述自潤滑樹脂組成物通過將60 80重量％的聚醚酮類樹脂、10 30重量％的聚四氟乙烯、5 15重量％以下的碳纖維和15重量％以下的芳族聚酰胺纖維混合而成，其中，碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為10 25重量％，將自潤滑襯套與所述外圈的內(nèi)周面一體化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承，其特征在于，所述外圈的內(nèi)周面朝內(nèi)側(cè)彎曲，并且所述自潤滑襯套的內(nèi)周面不彎曲而呈圓筒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承，其特征在于，所述外圈的內(nèi)周面朝外側(cè)彎曲，并且所述自潤滑襯套的內(nèi)周面不彎曲而呈圓筒狀。
全文摘要
本發(fā)明提供具有自潤滑襯套的無潤滑滑動軸承，其由金屬制成，不但具有低摩擦系數(shù)、高耐久性、高負(fù)荷性能、高耐熱性、高耐油性，還可通過磨削或切削進(jìn)行尺寸調(diào)整?；瑒虞S承包括金屬制外圈和形成于外圈的內(nèi)周面的自潤滑襯套，其中，自潤滑襯套由混合有60～80重量％的聚醚酮類樹脂、10～30重量％的聚四氟乙烯、5～15重量％的碳纖維和15重量％以下的芳族聚酰胺纖維的自潤滑樹脂組合物構(gòu)成，碳纖維與芳族聚酰胺纖維的合計量為10～25重量％，對于外圈的內(nèi)周面，表面粗糙度Ra(中心線平均粗糙度)為4.0μm以上且Rmax(最大高度)為30.0μm以上，外圈以及自潤滑襯套被一體化。此外，提供該滑動軸承的制造方法。
文檔編號F16C33/20GK102235425SQ20111011156
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者唐木忠彥, 松本邦裕, 石川兼太朗, 秋山元治 申請人:美蓓亞株式會社