多层滑动部件和多层滑动部件的制造方法 |
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申请号 | CN201380048746.3 | 申请日 | 2013-09-27 | 公开(公告)号 | CN104641132B | 公开(公告)日 | 2017-05-03 |
申请人 | 奥依列斯工业株式会社; | 发明人 | 大久保健太郎; | ||||
摘要 | 提供了能够有效地以低成本制造并关于以高荷重使用具有小的尺寸变化的多层滑动部件,及其制造技术。将 粘合剂 (5)涂布在金属板(2)基底材料的表面(21)上。进一步地,在其上叠层 预浸料 (3),其通过在用酚 醛 树脂 浸渍编织布后将其干燥而形成,以及被强迫塑性 变形 的滑动层通 过热 固化 层状体、同时以大于使用期间的最大预期荷重的 力 施加压力而在金属板(2)的表面(21)上形成。 金属粉末 烧结 层(4)也可以在金属板(2)的表面(21)上形成。在此,在粘合剂(5)中使用热固性树脂(诸如低 粘度 酚醛树脂 ,或环 氧 树脂),其具有低粘度并与预浸料(3)中所使用的酚醛树脂具有高亲和力。 | ||||||
权利要求 | 1.多层滑动部件,其滑动层形成于基底材料上,其中: |
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说明书全文 | 多层滑动部件和多层滑动部件的制造方法技术领域背景技术[0003] 在金属板基底材料上形成多孔结构的金属粉末烧结层,并将酚醛树脂粘合剂以规定厚度涂布在金属粉末烧结层上。此外,在其上放置用于形成滑动层的交织布(union cloth),并不加压地进行加热和固化,使得金属粉末烧结层和交织布相粘合。在此,交织布是使用PTFE(聚四氟乙烯)纤维和PA(聚酰胺)纤维通过特殊编织诸如斜纹编织(twill weave)或缎纹编织(sateen weave)生产的,使得PTFE纤维沿滑动方向定位且部分PA纤维暴露和分散在滑动表面中,所述PTFE纤维是润滑树脂纤维,所述PA纤维是与酚醛树脂具有高相容性的树脂纤维,且在强度特性方面是优越的。 [0004] 引用列表 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1:未经审查的日本专利申请公开号2000-154824 [0007] 发明概述 [0008] 技术问题 [0009] 然而,专利文献1中所描述的多层滑动轴承使用PA纤维,它在纤维材料中是相对昂贵的,尽管它与酚醛树脂具有高相容性。进一步地,需要通过特殊编织诸如PTFE纤维和PA纤维的斜纹编织或缎纹编织来生产交织布,使得PTFE纤维沿滑动方向定位以及部分PA纤维暴露成分散在滑动表面中。因此,交织布的材料成本和生产成本高。 [0010] 进一步地,需要将酚醛树脂粘合剂浸渍到置于金属粉末烧结层上的交织布中。为此,需要以酚醛树脂能够保持规定厚度规定时间段的状态将酚醛树脂涂布在金属粉末烧结层上。因此,需要使用高粘度酚醛树脂作为浸渍交织布的酚醛树脂。因此,不可能将酚醛树脂平滑地涂布到金属粉末烧结层上。进一步地,高粘度酚醛树脂倾向于保持气泡等,并且这会影响多层滑动轴承的质量。 [0011] 进一步地,专利文献1中所描述的多层滑动轴承能够实现不润滑而在高荷重下长期使用的低摩擦。然而,由于滑动层是由树脂材料形成的,在高荷重下的长期使用会导致蠕变变形。因此,在高荷重下使用的过程中可能发生滑动层尺寸的大的变化,使得滑动表面和轴的外周面之间的间隙变得比适合的间隙更大,并且滑动性能可能显著降低。 [0012] 本发明是考虑上述情况而完成的。本发明的目的是提供多层滑动部件,它可以在低成本下有效地制造成具有稳定的质量,且在高荷重下使用的尺寸变化小,并提供用于制造多层滑动部件的方法。 [0013] 技术问题的解决手段 [0014] 为解决上述问题,在本发明的多层滑动部件中,滑动部件是通过使用浸渍了酚醛树脂的编织布而在基底材料表面上形成的,所述滑动部件预先通过在滑动层的厚度方向上加压而塑性变形。例如,将粘合剂涂布到基底材料上,并将至少一片预浸料叠层在涂布了粘合剂的基底材料上。在此,预浸料是通过将酚醛树脂浸渍到编织布中以及随后通过干燥浸渍过的编织布而形成的,所述编织布包含PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维作为增强纤维树脂。然后,进行热固化,同时以大于使用时的预计最大荷重的力加压,以形成基底材料上的强迫塑性变形的滑动层。在另一方法中,将粘合剂涂布到基底材料上,并将至少一片预浸料叠层在涂布了粘合剂的基底材料上。在此,预浸料是通过将酚醛树脂浸渍到编织布中以及随后通过干燥浸渍过的编织布而形成的,所述编织布包含PET纤维作为增强纤维树脂。然后,进行热固化,同时加压,以形成基底材料上的滑动层。然后,在基底材料上形成的滑动层以大于使用时的预计最大荷重的力加压,以使得滑动层强迫地塑性变形。 [0015] 在此,作为粘合剂,使用低粘度热固性树脂(低粘度酚醛树脂、环氧树脂等),其与用于预浸料的酚醛树脂具有高相容性。进一步地,作为给予润滑性能的树酯纤维,PTFE纤维可以根据滑动层所需的滑动性能而织入编织布中。进一步地,当将金属板用作基底材料时,可以在金属板表面上形成金属粉末烧结层,使得金属粉末烧结层介于金属板和滑动层之间。 [0016] 例如,本发明提供了多层滑动部件,其滑动层形成于基底材料上,其中: [0017] 滑动层是由浸渍了酚醛树脂的编织布形成的,并已通过在滑动层的厚度方向上加压而塑性变形。 [0018] 在此,多层滑动部件可以是以下多层滑动部件。也就是说,多层滑动部件进一步包括位于基底材料和滑动层之间的粘合剂; [0019] 滑动层是由至少一片预浸料形成的,所述预浸料是通过将酚醛树脂浸渍到编织布中而形成的,所述编织布包括PET纤维作为增强树脂纤维; [0020] 粘合剂是低粘度热固性树脂,其与用于预浸料的酚醛树脂具有高相容性;以及[0021] 预浸料已塑性变形。 [0022] 发明的有益效果 [0023] 本发明使用编织布,其包含相对便宜的PET作为增强纤维树脂且不需要特殊编织。因此,可以降低编织布的材料成本和制造成本。进一步地,将预先用酚醛树脂浸渍的预浸料用作编织布滑动层,因此不必将粘合剂浸渍到置于金属粉末烧结层上的编织布中。因此,不需要保持粘合剂规定厚度规定时间段,并且可以使用低粘度粘合剂。因此,可将粘合剂平滑地涂布到金属粉末烧结层上。这改善了多层滑动部件的制造效率。同时,很难将气泡等带入粘合剂中,因此多层滑动部件的质量进一步改善。进一步地,预浸料滑动层是通过以大于使用时的预计荷重的力加压预先塑性变形的。因此,即使在高荷重条件下长期使用的情况下也可防止滑动层的蠕变变形。这可以减少滑动层的尺寸变化量。因此,能够维持滑动层和轴的外周表面之间的合适间隙,并长期维持良好的滑动特性。 [0025] 图1是显示了根据本发明的一个实施方案的多层滑动部件1的剖面图; [0026] 图2是用于解释根据本发明的一个实施方案的多层滑动部件1的第一制造方法的制造工序的图;以及 [0027] 图3是用于解释根据本发明的一个实施方案的多层滑动部件1的第二制造方法的制造工序的图。 具体实施方式[0028] 在下文中,将参照附图来描述本发明的实施方案。 [0029] 图1是显示了根据本发明的一个实施方案的多层滑动部件1的剖面图。 [0031] 在金属板2的一个表面(与预浸料3相对的表面)21上,形成多孔结构的金属粉末烧结层(例如,通过烧结球形金属粉末颗粒41而获得的球形金属粉末烧结层)4。 [0032] 将粘合剂5涂布到金属板2的一个表面21上的金属粉末烧结层4上,并且其浸渍到金属粉末烧结层4的表面中或者金属粉末烧结层4中。作为粘合剂5,使用与用于预浸料3的下述酚醛树脂具有高相容性并具有比酚醛树脂更低的粘度的热固性树脂。作为热固性树脂,有低粘度酚醛树脂、环氧树脂等。例如,能够使用添加有环氧树脂改性剂(例如,由Kaneka Corporation制造的Kane Ace MX 125)的低粘度酚醛树脂(例如,由Gunei Chemical Industry Co.,Ltd.制造的Resitop PL-4222),其粘度比用于预浸料3的酚醛树脂更低。 [0033] 将预浸料3经粘合剂5叠层在金属板2的一个表面21上的金属粉末烧结层4上。预浸料3的制备是通过将树脂浸渍到编织布中,干燥浸渍过的布,并以大于使用时的预计荷重的力对布加压,使得强迫发生塑性变形。对于编织布,将PET纤维用作增强树脂纤维。进一步地,将作为润滑树脂纤维的PTFE纤维以适用于多层滑动部件1所需的滑动性能的比例织入编织布中。作为这样的编织布,使用以作为经纱和纬纱两者的双股纱(例如,通过将PTFE纤维的单捻纱和PET纤维的单捻纱捻在一起而获得)编织的编织布。进一步地,作为浸渍到编织布的树脂,使用酚醛树脂,其与用于编织布的PET纤维具有高相容性且在强度特性方面是优越的。作为酚醛树脂,例如有甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。另外,能够使用添加有润滑树脂粉末诸如PTFE粉末的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。 [0034] 接下来,将描述用于制造上述结构的多层滑动部件1的方法。 [0035] [第一制造方法] [0036] 图2是用于解释根据上述实施方案的多层滑动部件1的第一制造方法的制造工序的图。 [0037] 第一制造方法的制造工序包括:涂布工序S1;挥发和干燥工序S2;以及加压和热固化工序S3。这些工序按顺序进行。 [0038] <涂布工序S1> [0039] 通过使用刷子或刮刀6将粘合剂5涂布在金属板2的一个表面21上的金属粉末烧结层4上。结果,在金属板2的一个表面21上的金属粉末烧结层4浸渍了粘合剂5。在此所使用的粘合剂5与用于预浸料3的酚醛树脂具有高相容性,并且是低粘度热固性树脂。例如,使用添加有Kane Ace MX 125的Resitop PL-4222,Resitop PL-4222是由Gunei Chemical Industry Co.,Ltd.制造的低粘度酚醛树脂,Kane Ace MX 125是由Kaneka Corporation制造的环氧树脂改性剂。 [0040] <挥发和干燥工序S2> [0041] 将具有带有所涂布的粘合剂5的金属粉末烧结层4的金属板2加热以挥发掉粘合剂5中所包含的溶剂(甲醇)。然后,将具有金属粉末烧结层4的金属板2放置在干燥炉中,以进行具有浸渍了所涂布的粘合剂5的金属粉末烧结层4的金属板2的第一次干燥。 [0042] <加压和热固化工序S3> [0043] 将预浸料3叠层在金属板2上的浸渍有粘合剂5的金属粉末烧结层4上。将所得层状体加热,同时以大于使用多层滑动部件1时的预计最大荷重的力(例如,以大于容许应力的压力)通过压实机沿着将预浸料3压在金属板2上的金属粉末烧结层4上的方向加压。结果,在预浸料3中的酚醛树脂和粘合剂5固化。在那时,从金属粉末烧结层4渗出的粘合剂5强粘合到预浸料3上,所述预浸料使用与粘合剂5具有高相容性的酚醛树脂,以及同时,浸渍到金属粉末烧结层4中的粘合剂5强粘合到金属粉末烧结层4和金属板2的表面21上。结果,金属板2和预浸料3通过金属粉末烧结层3和粘合剂5彼此粘合。进一步地,通过以大于在使用多层滑动部件1时的预计最大荷重的力加压,滑动层被强迫塑性变形。在此,当多层滑动部件1用于肘节轴承(toggle bearing)时,容许应力通常为约1吨/cm2。然而,此处施加的压力小于金属板2和滑动层之间的接合强度,使得滑动层不会在加压时与金属板2分开。进一步地,所施加的压力不超过金属粉末烧结层4的抗压强度和金属板2的抗压强度,使得有利地只有滑动层具有塑性变形,而金属粉末烧结层4和金属板2没有塑性变形。如果金属粉末烧结层4或金属板2具有塑性变形,则可能产生裂纹并可能影响多层滑动部件1的滑动性能、耐久性等。 [0044] 根据上述工序,通过在金属板2基底材料上的金属粉末烧结层4上形成预浸料3的滑动层来完成多层滑动部件1,并且在此预浸料3通过以大于使用时的预计荷重的力加压而强迫塑性变形。 [0045] [第二制造方法] [0046] 图3是用于解释根据上述实施方案的多层滑动部件1的第二制造方法的制造工序的图。 [0047] 第二制造方法的制造工序包括:涂布工序S1;挥发和干燥工序S2;加压和热固化工序S3';以及加压工序(后工序)S4。这些工序按顺序进行。在此,涂布工序S1以及挥发和干燥工序S2与第一制造方法的制造工序的涂布工序S1以及挥发和干燥工序S2类似,省略它们的描述。 [0048] <加压和热固化工序S3'> [0049] 将预浸料3叠层在金属板2上的浸渍有粘合剂5的金属粉末烧结层4上。将所得层状体加热,同时通过压实机沿着将预浸料3压在金属板2上的方向加压。结果,预浸料3的酚醛树脂和粘合剂5固化。在那时,从金属粉末烧结层4渗出的粘合剂5强粘合到预浸料3上,所述预浸料使用与粘合剂5具有高相容性的酚醛树脂,以及同时,浸渍到金属粉末烧结层4中的粘合剂5强粘合到金属粉末烧结层4和金属板2的表面21上。结果,金属板2和预浸料3通过金属粉末烧结层4和粘合剂5彼此粘合。 [0050] <加压工序(后工序)> [0051] 当预浸料3的滑动层在金属板2基底材料的金属粉末烧结层4上形成时,通过压实机以大于在使用多层滑动部件1时的预计最大荷重的力(例如,以大于容许应力的压力)进行加压,使得滑动层强迫塑性变形。然而,如关于第一制造方法的加压和热固化工序S3所进行的描述,在本加压工序中所施加的压力小于金属板2和滑动层之间的接合强度,使得滑动层不会在加压时与金属板2分开。进一步地,所施加的压力不超过金属粉末烧结层4的抗压强度和金属板2的抗压强度,使得有利地只有滑动层具有塑性变形,而金属粉末烧结层4和金属板2没有塑性变形。当加压其上形成滑动层的金属板2时,可以在考虑了使用多层滑动部件1的环境温度的温度下进行加热。通过在考虑了使用时的温度的温度下加压金属板2以使滑动层塑性变形,能够进一步降低使用多层滑动部件1期间滑动层经历蠕变变形的可能性。 [0052] 根据上述工序,通过在金属板2基底材料上的金属粉末烧结层4上形成预浸料3的滑动层并且进一步通过以大于使用时的预计荷重的力加压滑动层以使滑动层强迫塑性变形来完成多层滑动部件1。 [0053] 在上文中,已经描述了本发明的实施方案。 [0054] 在上述实施方案中,使用了相对便宜的PET纤维作为预浸料3的编织布的增强树脂纤维。因此,降低了编织布的材料成本,并因此可以降低多层滑动部件1的成本。进一步地,使用了如下的预浸料3,即其编织布浸渍了与粘合剂5具有高相容性的酚醛树脂,所述粘合剂5被涂布在金属板2的表面21上的金属粉末烧结层4上。因此,预浸料3的编织布不需要将与粘合剂5具有高相容性的部分纤维分散在编织布表面中的特殊编织。这也降低了编织布的制造成本,并可进一步降低多层滑动部件1的成本。 [0055] 进一步地,预浸料3的编织布预先浸渍了与PET纤维具有高相容性的酚醛树脂,所述PET纤维是预浸料3的编织布的增强树脂纤维。因此,不必用涂布在金属板2的一个表面21上的金属粉末烧结层4上的粘合剂5浸渍编织布。因此,由于不需要以规定厚度将粘合剂5保持在金属粉末烧结层4上规定时间段,故可以使用低粘度粘合剂,并由此可将粘合剂5平滑地涂布在金属粉末烧结层4上。这提高了制造多层滑动部件1的效率。 [0056] 进一步地,由于上述实施方案使用低粘度粘合剂5,故很难将气泡等带入粘合剂5中。这可以减少对多层滑动部件1质量的影响。 [0057] 进一步地,在上述实施方案中,用作预浸料3的编织布的增强树脂纤维的PET纤维是弹性的。因此,例如,在通过将多层滑动部件1弯曲成圆柱形而形成滑动轴承的情况下,金属板2和预浸料3之间通过弯曲作业而产生的应力由PET纤维的伸缩所吸收。这防止了预浸料3与金属板2上的金属粉末烧结层4分开。 [0058] 进一步地,在上述实施方案中,滑动层在制造时通过加压强迫塑性变形,所述加压是以大于使用多层滑动部件1时的预计最大荷重进行的。由此,能够降低在高荷重下长期使用多层滑动部件1过程中滑动层经历蠕变变形的可能性。因此,甚至在高荷重下长期使用的过程中,也能够抑制的尺寸变化量。因此,能够实现甚至在这样恶劣条件下也可以保持良好滑动性能的多层滑动部件1。 [0059] 进一步地,在上述实施方案中,将PTFE纤维作为润滑树脂纤维以适用于多层滑动部件1所需的滑动性能的比例织入预浸料3的编织布中。因此,能够实现具有适于其用途的希望的滑动性能的多层滑动部件1。 [0060] 进一步地,在上述实施方案中,金属粉末烧结层4形成在金属板2的表面21上。因此,例如,在将多层滑动部件1弯曲成圆柱形而形成滑动轴承的情况下,金属板2和预浸料3之间通过弯曲作业而产生的应力可以由金属粉末烧结层4的金属粉末颗粒41之间的空隙的适度坍塌所吸收。这可以更有效防止预浸料3与金属板2分开。 [0061] 进一步地,在上述实施方案中,将润滑树脂粉末诸如PTFE粉末添加并分散到用于预浸料3的酚醛树脂中。因此,能够减少用于预浸料3的编织布的昂贵润滑树脂纤维诸如PTFE纤维等的量。结果,可以进一步降低编织布的成本,并且多层滑动部件1作为整体的成本可以进一步降低。进一步地,根据所需的滑动性能,润滑树脂纤维诸如PTFE纤维可以从编织布中完全省略掉,并且这可以实现更便宜的多层滑动部件1。 [0062] 进一步地,在上述实施方案中,挥发和干燥工序S2是在加压和热固化工序S3之前进行的,以将包含在粘合剂5中的溶剂挥发掉,所述粘合剂5涂布到金属板2上的金属粉末烧结层4上。因此,能够进一步降低加压和热固化工序S3中在粘合剂5中形成气泡等的可能性。因此,能够进一步降低粘合剂5对多层滑动部件1质量的影响。 [0063] 本发明并不限于上述实施方案,并且可以在本发明范围内进行各种改变。 [0064] 例如,在上述实施方案中,形成在金属板2的表面21上的金属粉末烧结层4可被省略,以及预浸料3可以制成用粘合剂5直接粘着到金属板2的表面21上。在通过将如此制造的多层滑动部件1弯曲成圆柱形而形成滑动轴承的情况下,金属板2和预浸料3之间通过弯曲作业而产生的应力由PET纤维的伸缩所吸收,所述PET纤维用作预浸料3的编织布的增强树酯纤维。因此,能够防止预浸料3与金属板2分开。进一步地,通过省略金属粉末烧结层4,就没有必要考虑金属粉末烧结层4由于加压和热固化工序S3中的加压所导致的蠕变。 [0065] 进一步地,在上述实施方案中,一片预浸料3形成滑动层。然而,滑动层可以由多片预浸料3所形成。也就是说,在加压和热固化工序S3中,将多片预浸料3叠层在已涂布粘合剂5的金属板2的一个表面21上或者金属粉末烧结层4上。将所得层状体加热以固化每层预浸料3中的酚醛树脂和粘合剂5,同时通过压实机沿着将预浸料3压在金属板2上的方向加压。 这使得能够在金属板2上形成厚的滑动层。因此,例如,在通过切割滑动表面而调节圆柱形滑动轴承的内直径方面的自由度增加了,并且尺寸精度提高了。 [0066] 进一步地,在上述实施方案中,后加工容易的金属板2用作基底材料。然而,可以使用其他材料作为基底材料,取决于多层滑动部件1的用途。 [0067] 在上面的描述中,提到了用于圆柱形滑动轴承的材料作为实施方案的多层滑动部件1的用途。然而,实施方案的多层滑动部件1的层结构可应用于需要滑动性能的各种零件中。 [0068] 工业实用性 [0069] 本发明可广泛应用于需要滑动性能的各种零件中。 [0070] 附图标记列表 [0071] 1:多层滑动部件;2:金属板(基底材料);3:预浸料(滑动层);4:金属粉末烧结层;5:粘合剂;6:刮刀;21:金属板2的表面;41:金属粉末颗粒。 |