水中滑动构件
阅读：500发布：2024-02-09
专利汇可以提供水中滑动构件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供使用中作为润滑旋塞的滑动面的表面不易发生损伤的 水 中滑动构件。水中滑动构件包含具有滑动面的金属基体和润滑旋塞，金属基体形成有开口于滑动面的多个孔或凹部，孔或凹部中埋设有润滑旋塞，润滑旋塞由聚乙烯形成。聚乙烯的分子量较好是在20万以上。润滑旋塞还可以以20体积％以下的量包含选自酚 醛 树脂 、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚 氧 苯甲酰的一种以上的树脂，以1体积％以下包含 着色剂 。，下面是水中滑动构件专利的具体信息内容。
水中滑动构件
技术领域
背景技术
[0002] 水中滑动构件在大坝的闸门的滑动部和排水泵等低速、高负荷的条件下使用，例如转轴等对应构件浸渍于水中，水中滑动构件被用于支承该转轴等。作为这样的水中滑动构件，已知在金属基体上形成多个孔或凹部并在该孔或凹部埋设有润滑旋塞的构件。
[0003] 作为埋设于金属基体使用的润滑旋塞(球粒)的结构，专利文献1中记载有在由石墨形成的球粒母体部设置凹部并填充石蜡、石墨等固体润滑剂和聚乙烯的混合物的结构。石墨被认为对水发生物理吸附，石墨本身的劈裂强度变弱，摩擦系数下降。此外，还记载该水中滑动构件如果在使用时因摩擦而滑动面的温度上升，则构成润滑旋塞的聚乙烯和石蜡发生热膨胀，并且石蜡由固相变为液相而发生体积膨胀，因而混合物从滑动面突出而被挤向对应构件的表面，容易向滑动面间供给石墨等固体润滑剂。
[0004] 此外，专利文献2中，认为使用含石墨的润滑旋塞的滑动构件在滑动面的被膜形成能力不足，提出了包含氰尿酸三聚氰胺代替石墨的由聚乙烯、蜡和氰尿酸三聚氰胺形成的润滑旋塞。记载了氰尿酸三聚氰胺被认为与石墨等同样是层状结构而具有劈裂性，具有使滑动构件的耐磨损性提高的作用。
[0005] 另一方面，虽然并不是用于在水中使用的滑动构件的润滑旋塞，专利文献3提出了不含石墨，将润滑油、超高分子量聚乙烯和熔点比该超高分子量聚乙烯高的热塑性树脂混合，热塑性树脂具有多个空孔部，该空孔部中包含润滑油和含有该润滑油的高分子量聚乙烯的润滑旋塞。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本专利特开昭51-46668号公报
[0009] 专利文献2:国际公开第2004/046285号
[0010] 专利文献3:日本专利特开2012-92241号公报
[0011] 发明的概要
[0012] 发明所要解决的技术问题
[0013] 专利文献1的滑动构件存在水中使用时，滑动构件的滑动面的润滑旋塞(即，石蜡、固体润滑剂和聚乙烯的混合物)的表面损伤而滑动特性下降的问题。滑动构件在使用前是固体润滑剂的滑动面与金属基体的滑动面处于同一面的状态，但如果滑动面的温度因使用时的摩擦而上升，则润滑旋塞发生热膨胀，埋设于金属基体的润滑旋塞从滑动面突出而被压向对应构件的表面。由于对应构件与润滑旋塞的滑动，在从金属基体的表面突出的部分，其表面承受平行方向的力而发生变形。由于该变形，首先，存在于润滑旋塞的内部的石墨粉末(固体润滑剂)也发生劈裂(断裂)，而且保持石墨粉末的聚乙烯也发生断裂。由于该断裂，表面附近的润滑旋塞缺失。或者，在从金属基体的表面(滑动面)突出的润滑旋塞的部分与被限制在金属基体的孔部的部分的边界附近发生应力集中，该边界附近的石墨粉末发生劈裂(断裂)，而且保持石墨粉末的聚乙烯也发生断裂，由此发生润滑旋塞缺失的损伤。
[0014] 此外，专利文献1的润滑旋塞如果使用时滑动面的温度上升，含有的石蜡从固相变成液相，该石蜡的液相化引发润滑旋塞的强度降低也被认为是润滑旋塞的表面容易发生损伤的主要原因之一。润滑旋塞发生损伤的情况下，如果装置的运转停止而滑动构件的温度下降，润滑旋塞的表面位于比金属基体的表面(滑动面)更接近内部的位置。这样的话，运转重新开始时在金属基体的表面没有润滑旋塞，因此金属基体的表面与对应构件的表面直接接触而容易发生烧结附着。
[0015] 专利文献2的润滑旋塞包含氰尿酸三聚氰胺，氰尿酸三聚氰胺与石墨同样是层状结构而具有劈裂性，所以容易断裂，由于与包含石墨的润滑旋塞同样的机理，作为润滑旋塞的滑动面的表面容易引发损伤。
[0016] 专利文献3的润滑旋塞无法适用于水中滑动构件。即使将该润滑旋塞适用于水中滑动构件，因为滑动构件的滑动面与对应构件的表面之间存在水，所以润滑旋塞包含的润滑油无法被供给于滑动面。此外，该润滑旋塞具有用于包含润滑油的空孔部，所以强度弱，使用时作为润滑旋塞的滑动面的表面容易引发损伤。
[0017] 本发明的目的在于解决上述的现有技术的问题，提供使用中作为润滑旋塞的滑动面的表面不易发生损伤的水中滑动构件。
[0018] 解决技术问题所采用的技术方案
[0019] 本发明的水中滑动构件包含具有滑动面的金属基体和润滑旋塞。金属基体形成有开口于滑动面的多个孔或凹部，该孔或凹部中埋设有润滑旋塞。本发明中，以润滑旋塞由聚乙烯形成为特征。
[0020] 该聚乙烯的分子量较好是在20万以上。
[0022] 此外，润滑旋塞还可包含1体积％以下的着色剂。
[0023] 金属基体可以是内周面为滑动面的圆筒形状，也可以是平板形状。
[0025] 附图的简单说明
[0026] 图1是本发明的水中滑动构件的一具体例子的立体图。
[0027] 图2是图1的水中滑动构件的滑动面附近的剖视图。
[0028] 图3是本发明的水中滑动构件的另一具体例子的滑动面附近的剖视图。
[0029] 符号的说明
[0030] 1 水中滑动构件
[0031] 2 金属基体
[0032] 3 孔
[0033] 3' 凹部
[0034] 4 润滑旋塞
[0035] 5 滑动面
[0036] 实施发明的方式
[0037] 图1示出本发明的水中滑动构件的一具体例子的立体图。
[0038] 水中滑动构件1具有圆筒形状的金属基体2、贯穿金属基体2的内周面与外周面之间的壁厚的多个圆筒形状的孔3、埋设于该孔3的圆柱形状的润滑旋塞4。金属基体2的内周面为滑动构件的滑动面5。金属基体2的组成无特别限定，可使用铜合金、铁合金等各种合金，可通过烧结或铸造来制造。
[0039] 对金属基体2的尺寸(内径、外径、宽度)无限定，水中滑动构件1可根据所用的装置的滑动部的尺寸设定。滑动构件1的滑动面5中的孔3的直径为3～30mm左右即可，滑动面5中的多个孔3的开口的面积率(润滑旋塞的面积率)为10％～50％即可，但对该尺寸和面积率无限定，也可改变。
[0040] 润滑旋塞4由聚乙烯树脂形成。润滑旋塞4可将作为原材料的聚乙烯树脂粉末注塑成形为圆柱形状来制作，润滑旋塞的制作方法并不仅限于此，也可以是挤出成形、压缩成形等其它的方法。
[0041] 润滑旋塞4的尺寸和形状以与金属基体2的孔3的直径和形状匹配的条件制作。润滑旋塞4被埋设于金属基体2的孔3后，对金属基体2的内周面实施切削、研磨等加工，形成金属基体3的表面与润滑旋塞4的表面处于同一面、即无阶差的状态的滑动面5。也可不对金属基体2的内周面实施切削、研磨等加工而形成滑动面5。
[0042] 聚乙烯树脂因为吸水率低，变形能力高，所以作为本发明的水中用滑动构件的润滑旋塞使用。如果滑动时滑动构件1的滑动面5的温度上升，则由聚乙烯树脂形成的润滑旋塞4发生热膨胀，从滑动构件1的滑动面5(金属基体2的表面)突出而与对应构件的表面接触。金属基体2的滑动面5与对应构件的表面通过在这些面之间形成间隙，该间隙中形成水膜，金属基体2与对应构件的直接接触得到防止。
[0043] 润滑旋塞4是由聚乙烯树脂形成的单相组织，滑动时即使与对应构件接触而变形，也不易发生断裂。
[0044] 该润滑旋塞4不含像现有技术的润滑旋塞所含的石墨等那样具有劈裂性的物质，因此即使从滑动面5突出的润滑旋塞4因与对应构件的滑动承受负荷而变形，润滑旋塞也不易发生断裂。
[0045] 此外，聚乙烯树脂为单相组织，因此即使润滑旋塞4因与对应构件的滑动而变形，也不会在内部形成应力集中的部位。
[0046] 如果像现有技术那样是聚乙烯树脂中分散有具有与聚乙烯树脂的变形抗力不同的物质(石墨等)的构成，则润滑旋塞发生变形的情况下，在具有与聚乙烯树脂不同的变形抗力的物质相和聚乙烯树脂相之间产生剪切应力，容易发生断裂。
[0047] 另外，对于本发明的润滑旋塞4，如果水中滑动构件1的滑动面5发生温度上升，则润滑旋塞4发生热膨胀，但因为聚乙烯树脂为单相组织，所以润滑旋塞4的内部不会因热膨胀量的差产生的剪切应力。如果像现有技术那样是聚乙烯树脂中分散有具有与聚乙烯树脂的热膨胀系数不同的物质(石墨等)的构成，则由于滑动构件的滑动面的温度上升，在聚乙烯树脂相与热膨胀系数不同的物质相的界面，因热膨胀量的差而产生剪切应力，所以容易发生断裂。
[0048] 本发明的润滑旋塞4中，还可向聚乙烯树脂中在超过0体积％且20体积％以下的范围内添加选自酚醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧苯甲酰的一种以上的树脂，调整润滑旋塞4的强度等。尤其，水中滑动构件1的使用中润滑旋塞4的温度因与对应构件的摩擦而上升的情况下，也可保持强度。
[0049] 这些选择添加树脂的热膨胀系数与聚乙烯树脂的热膨胀系数的差比石墨等各种无机化合物与聚乙烯树脂的热膨胀系数的差小，但是即使这样，在聚乙烯树脂相与选择添加树脂相在界面上因热膨胀量的差而产生少量的剪切应力。为了减少聚乙烯树脂与选择树脂的热膨胀系数的差产生的剪切应力的影响，润滑旋塞4所含的这些选择树脂的量应在20体积％以下，更理想的是应在10体积％以下。
[0050] 聚乙烯树脂可使用通常市售的各种聚乙烯树脂。另外，聚乙烯树脂较好是分子量在20万以上。其理由是润滑旋塞的强度提高，滑动时可减少润滑旋塞表面的磨损量。作为该分子量在20万以上的聚乙烯树脂，例如可使用以下的聚乙烯树脂：
[0051] 三井化学株式会社(三井化学(株))制的商品名HI-ZEX MILLION(注册商标)(分子量50万以上)、
[0052] 三井化学株式会社制的商品名LUBMER(注册商标)(分子量20万以上)、[0053] 旭化成化学品株式会社(旭化成ケミカルズ(株))制的商品名SUNFINE(注册商标)UH(分子量350万以上)。
[0054] 润滑旋塞2也可为了实施任意的着色而使其包含1体积％以下的着色剂。作为着色剂，用于树脂着色的通常的着色剂即可，可使用炭黑、氧化铁、氧化铬等。但是，着色剂并不仅限于此，可使用通常市售的各种着色剂。炭黑与石墨不同，不具有劈裂性，因此剪切应力的发生受到限制。
[0055] 图3示出本发明的水中滑动构件的另一具体例子的滑动面附近的剖视图。
[0056] 该例子中，金属基体2中形成仅开口于滑动面5而不开口于外周面的凹部3'来代替通孔，该凹部3'中埋设润滑旋塞4'。对于金属基体2形成凹部3'代替孔以外的构成，与图1和图2中记载的具体例子相同，如关于图1和图2的说明所述。
[0057] 本发明的水中滑动构件并不仅限于图1～图3所示的构成，可进行其它变形。例如，水中滑动构件的金属基体并不仅限于圆筒形状，可以是半圆筒形状和平板形状以及其它形状。金属基体的孔或凹部并不仅限于圆柱形状，还可以是椭圆柱和棱柱形状。当然，润滑旋塞采用与金属基体的孔或凹部匹配的形状。
[0058] 与本发明不同的金属基体2不形成孔3而仅在金属基体2的平滑的内周面整面被覆聚乙烯树脂层的水中滑动构件存在滑动时在金属基体2的表面与聚乙烯树脂层的界面发生断裂的问题。实施例
[0059] 通过以下的工序制成实施例1～3和比较例1～4的各滑动构件。
[0060] 金属基体的制作
[0061] 实施例和比较例的金属基体使用相同的金属基体。该金属基体如下制成。即，熔化具有Cu-25质量％Zn-6质量％Al-3质量％Fe-3质量％Mn的组成的铜合金，铸造成内径20mm、外径28mm、宽度20mm的圆筒体。接着，形成贯穿圆筒体的外周面和内周面的多个圆筒形状的孔。孔的直径为4mm，成为金属基体的滑动面的内周面中的多个孔的开口面积率设为25％。
[0062] 润滑旋塞的制作
[0063] 实施例和比较例的润滑旋塞通过对表1所示的组成的原材料进行注塑成形而获得直径为4mm、长度为4mm的圆柱形状。聚乙烯树脂使用三井化学株式会社制的商品名LUBMER(注册商标)(分子量50万)。
[0064] 实施例3的润滑旋塞包含1体积％的作为着色剂的炭黑。炭黑使用三菱化学株式会社(三菱化学(株))制的商品名:RCF#44。比较例3的润滑旋塞的组织由聚乙烯树脂相、多孔质聚酰胺树脂相、多孔质聚酰胺相的空孔部所含的润滑油形成。
[0065] [表1]
[0066]
[0067] 将准备的润滑旋塞埋设于金属基体的孔中，对成为金属基体的内周面的滑动面的内周面侧实施研磨加工，使金属基材的内周面与润滑旋塞的表面处于同一面，获得实施例1～3和比较例1～4的滑动构件。
[0068] 评价
[0069] 对于实施例1～3和比较例1～4的滑动构件，进行表2所示的条件的滑动试验，对滑动面的润滑旋塞的表面是否有损伤进行了评价。
[0070] 关于具体的评价方法，对以表2所示的条件进行了试验的实施例、比较例的滑动构件的滑动面，使用形状测定器(粗糙度测定器)，在金属基体的滑动面与润滑旋塞的表面之间确认0.1mm以上的阶差(滑动构件的径向阶差)的情况下，判断为润滑旋塞2的表面损伤。其结果示于表1的“损伤的有无”栏。
[0071] [表2]
[0073] 实施例1～3的滑动构件在润滑旋塞的表面与金属基体的滑动面之间均几乎未形成阶差。润滑旋塞的表面可确认与对应构件的摩擦痕迹，但维持平滑的面。
[0074] 比较例1～4的滑动构件均确认在润滑旋塞的表面发生损伤，它们的表面形成不规则的凹凸面，呈从润滑旋塞的表面附近的内部断裂的形态。
[0075] 比较例1的润滑旋塞包含具有劈裂性的石墨，比较例2的润滑旋塞包含具有劈裂性的氰尿酸三聚氰胺。比较例3的润滑旋塞包含润滑油，还包含用于含有润滑油的空孔部。因此，如上述中作为现有技术的问题说明的那样，认为滑动时在比较例1～3的润滑旋塞的表面附近的内部发生断裂。
[0076] 实施例2和比较例4的润滑旋塞由聚乙烯树脂和酚醛树脂形成，组织由聚乙烯相、酚醛树脂相和混合组织形成。
[0077] 如果润滑旋塞的温度上升，则在酚醛树脂相和聚乙烯相的界面，因热膨胀量的差而产生少量的剪切应力。如比较例4所示，认为如果增加酚醛树脂的含量，则润滑旋塞的内部的剪切应力过高，由于因与对应轴的滑动施加的外力而发生润滑旋塞的损伤。
[0078] 为了减少由聚乙烯树脂与酚醛树脂的热膨胀系数的差产生的剪切应力的影响，如实施例4所示，润滑旋塞所含的酚醛树脂的量应在20体积％以下。
[0079] 实施例4中，示出了向聚乙烯树脂中作为选择成分添加了酚醛树脂的例子，但作为除酚醛树脂以外的选择成分添加选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧苯甲酰的一种以上的情况下，如果使选择成分的添加量在20体积％以下，则可确认与比较例4同样在滑动试验中润滑旋塞的表面没有损伤。
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