潤滑性構件及其製造方法
2023-10-05 08:26:19 1
專利名稱：潤滑性構件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及耐熱性優異、包含潤滑油的棒狀的潤滑性構件，以及該潤滑性構件的製造方法。
背景技術：
作為現有技術中無油軸承的一個實施例，已知有圖6所示的軸承。如圖6所示，無油軸承21例如是由金屬加工成圓筒狀，並在無油軸承21的壁面22的內側形成有多個孔23 的構件。需要指出的是，孔23是不貫穿壁面22的程度的凹部。並且，孔23中埋設有圓柱狀的固體潤滑劑對。固體潤滑劑M主要由例如人造石墨形成，所述人造石墨是由無定形碳加熱到2500°C 3000°C (石墨化)而得到的。其結果，固體潤滑劑M具有耐熱性高、因受熱引起的膨脹率小、耐熱衝擊性高、耐藥品性高的特性。基於該結構，在無油軸承21的壁面22的內表面和軸(shaft)之間會形成固體潤滑劑(石墨)的覆膜，從而可以省略由軸襯 (bush)等構成的供油機構(例如，參考專利文獻1)。此外，作為現有技術中埋入有固體潤滑劑的模具的一個實施例，已知有圖7所示的模具。如圖7所示，模具31例如是由固定模32、從動模33及移動模34所構成的。並且， 在固定模32和從動模33的滑動接觸部分，例如在固定模32的滑動面形成有多個埋設用固定孔35，在埋設用固定孔35中，埋設有固體潤滑劑36。固體潤滑劑36例如是由以石墨為主成分的粘結材料經燒制而得到的，其上面側在滑動面上露出。並且，在固定模32和從動模33的滑動面上分別形成有固體潤滑劑(石墨)的覆膜。同樣，在從動模33和移動模34 的滑動面也形成有同樣的結構(例如，參考專利文獻2)。此外，作為現有技術中的潤滑性組合物的一個實施例，已知有下述說明的結構。潤滑性組合物是通過在熱固性樹脂的單體或預聚物上聚合潤滑油、或以該潤滑油為基油的潤滑脂(grease)及高供油性高分子，並使所得聚合物熱固化而形成的。另外，還公開了如下內容就潤滑性組合物的配合比例而言，相對於潤滑油或潤滑脂的總量，熱固性樹脂為 10 90wt %，優選為20 50wt %，另一方面，高供油性高分子的配合量越多則潤滑油、潤滑脂的保持量也越多，但在實用上，高供油性高分子的配合量例如約為5 30wt%時是充分的(例如，參考專利文獻3)。現有技術文獻專利文獻1 日本特開平9-574 號公報(第4 6頁，圖1、5 7)專利文獻2 日本特開2001-246625號公報(第2 3頁，圖1 2)專利文獻3 日本特開平7-118684號公報(第3 5頁)
發明內容
發明要解決的問題如前所述，在圖6所示的無油軸承21中，在成為滑動面的壁面22上形成有多個孔 23，該孔23中埋設有固體潤滑劑M。並且，通過由作為固體潤滑劑M的主成分的石墨覆蓋滑動面，來維持滑動構件之間的潤滑性能。此外，在圖7所示的模具31中，同樣通過使用例如由以石墨為主成分的粘結材料經燒制而得到的固體潤滑劑36，使石墨覆蓋滑動面，從而維持滑動構件之間的潤滑性能。但是，在無油軸承21和模具31中，固體潤滑劑M、36內不包含潤滑油，與向滑動面供給潤滑油、潤滑脂的情況相比，存在如下問題固體潤滑劑對、36本身硬，用以形成覆膜的潤滑劑的供給性能低。此外，存在如下問題由於潤滑劑的供給性能低，在滑動面上會產生沒有形成覆膜的區域，而該區域容易成為灼燒區域(焼爸領域)，此灼燒區域有時會產生粘連(C )。此外，還存在如下問題由於缺損的固體潤滑劑M、36的塊體存在於滑動面，導致造成滑動面受損。此外，對於因固體潤滑劑M、36硬而引發的上述問題，也有使用熱固性樹脂來形成潤滑性組合物的情況。通過使用熱固性樹脂，與使用固體潤滑劑M、36的情況相比，滑動面的粘連減少，潤滑油的包含量也增大。但是，與固體潤滑劑對、36相比，使用熱固性樹脂的潤滑性組合物較為柔軟，在如圖6及圖7所示地在滑動面露出的狀態下使用時，存在產生缺損的可能性。在這種情況下，熱固性樹脂的潤滑特性差，其缺損的塊體存在於滑動面上時，可能會引發粘在滑動面上、導致滑動特性劣化的問題。進而，如果該塊體因摩擦熱而在滑動面上發生碳化，還存在會因該碳化層的存在而導致滑動面受損的問題。最後，對於使用含有潤滑油、由樹脂形成、具有耐熱性和耐久性的潤滑性組合物而言，業界存在下述需求將其成型為長的棒狀物，並根據滑動面的孔的深度，一邊對該棒狀物的潤滑性組合物進行切割，一邊向其孔內埋設潤滑性組合物，但現實中卻未能實現滿足高溫環境的商品。例如，使用熱固性樹脂的情況下，存在如下問題成型品變得過于堅硬，加工性差。此外，在加工成為長的棒狀物時，難以使其整體均勻地含有潤滑油，存在潤滑特性因切割面不同而異的問題。此外，還存在如下問題在某些材料配合比例、製造條件下，難以加工成為長的棒狀物。解決問題的方法本發明是鑑於上述背景而完成的，提供一種潤滑性構件，本發明的潤滑性構件通過至少將潤滑油、超高分子量聚乙烯、熔點高於所述超高分子量聚乙烯的熱塑性樹脂混合併成型為軸向比徑向長的棒狀物而得到，其特徵在於，所述熱塑性樹脂在所述棒狀物的徑向周圍形成以緊密狀態結晶的膜，並在所述膜的內側結晶成纖維狀態，在所述纖維狀態的晶體之間形成多個孔，所述多個孔內包含所述潤滑油及保持有所述潤滑油的所述超高分子量聚乙烯的晶體。此外，本發明的潤滑性構件的製造方法包括至少將超高分子量聚乙烯的粒狀材料、熔點高於所述超高分子量聚乙烯的熱塑性樹脂的粒狀材料、及液態的潤滑油混合，並將該混合物填充到模具內，所述模具具有軸向比徑向長的型腔；在對所述型腔的軸向施加壓力的狀態下，對所述模具進行加熱，然後對所述型腔內的所述混合物施加所述熱塑性樹脂的熔點以上的熱，然後將所述模具冷卻，將所述混合物成型為棒狀物；所述熱塑性樹脂在所述棒狀物的徑向周圍形成以緊密狀態結晶的膜，並在所述膜的內側結晶成纖維狀態，在所述纖維狀態的晶體之間形成多個孔，所述多個孔內包含所述潤滑油及保持有所述潤滑油的所述超高分子量聚乙烯的晶體。發明的效果
在本發明中，通過使用包含潤滑油且具有潤滑特性的熱塑性樹脂，實現了在維持潤滑特性的同時，具有優異的耐熱性、耐久性的潤滑性構件。此外，在本發明中，通過使潤滑性構件的外周面被緊密結晶狀態的熱塑性樹脂包覆，實現了容易維持形狀、可在軸向上良好進行潤滑油供給的潤滑性構件。此外，在本發明中，與徑向相比，熱塑性樹脂沿軸向結晶成纖維狀態，並形成多個 ？L，由此，潤滑性構件所包含的潤滑油增多，並能夠更均勻地包含潤滑油。 此外，在本發明中，潤滑性構件含有2 13wt %的超高分子量聚乙烯，由此，在維持潤滑性構件的機械強度的同時，其加工性也得到提高。此外，在本發明中，通過使潤滑性構件成型為圓柱狀，可提高對滑動面的加工性， 也使在滑動面上設置潤滑性構件的操作變得容易。此外，在本發明中，通過在對模具型腔內的混合物從其軸向施加壓力的狀態下對其進行熱處理，可成型得到加工成棒狀物的潤滑性構件。此外，在本發明中，通過將模具的型腔加工成圓筒形，能夠成型出散熱性更均勻、 加工形狀優異的潤滑性構件。此外，在本發明中，通過使用彈性機構，根據型腔內的混合物的狀態來調整模具的開關栓的運動，可成型得到軸向長的潤滑性構件。
圖1是對本發明的實施方式中的潤滑性構件進行說明的(A)截面圖、(B)照片、(C) 立體示意圖。圖2是對本發明的實施方式中的潤滑性構件的使用情況的一個例子進行說明的 (A)立體圖、(B)立體圖、(C)立體圖、(D)立體圖、(E)立體圖。圖3是對本發明的實施方式中的潤滑性構件的實驗例進行說明的㈧照片、⑶照片、(C)照片。圖4是對本發明的實施方式中的潤滑性構件的實驗例進行說明的㈧照片、⑶照片、(C)照片。圖5是對本發明的實施方式中的潤滑性構件進行說明的截面圖。圖6是對現有技術的實施方式中的無油軸承進行說明的立體圖。圖7是對現有技術的實施方式中的埋入有固體潤滑劑的模具進行說明的截面圖。符號說明1潤滑性構件2 膜3 孔4結晶層5 間隙6 層7結晶層8滑動板10 孔
12 模具13混合物14 型腔15開關栓16推進機構18彈性機構19緊固機構
具體實施例方式以下對本發明的一個實施方式的潤滑性構件進行說明。圖I(A)是對本實施方式的潤滑性構件進行說明的截面圖。圖I(B)是拍攝出本實施方式的潤滑性構件的照片。圖 I(C)是對本實施方式的潤滑性構件進行說明的示意圖。圖2(A) 圖2(E)是對本實施方式的潤滑性構件的使用方法的一個例子進行說明的立體圖。圖3(A) 圖3(C)以及圖4㈧ 圖4(C)是拍攝出潤滑性構件的實驗實施例的結果的照片。如圖1㈧所示，潤滑性構件1成型為軸向(L)比徑向⑶長的棒狀物。在以下的說明中，將潤滑性構件1作為圓柱形構件進行說明，但潤滑性構件1不局限於圓柱形，也可以是徑向截面為三角形、四邊形等多邊形的棒狀物。首先，潤滑性構件1是通過下述方法成型的例如，至少將熱塑性樹脂、超高分子量聚乙烯及潤滑油混合後，將該混合物填充到模具內，在向該混合物施加壓力的狀態下進行加熱，然後進行冷卻。如圖所示，潤滑性構件1的徑向(D)尺寸設計為4. 2mm 12. 2mm 範圍，軸向(L)尺寸設計為30. Omm 200. Omm範圍。需要說明的是，根據使用用途不同，可以對徑向(D)和軸向(L)尺寸進行任意的設計變更。其次，作為熱塑性樹脂，可使用聚醯胺樹脂，例如，可使用尼龍6 (東麗株式會社制)、尼龍66 (宇部興產株式會社制)。就尼龍6微粒而言，其平均粒徑為13 Um(TR-I)、 20 μ m(TR1)，以尖銳的粒度分布呈現特徵性的多孔(多孔性)形狀，具有優異的供油性、 對水的分散性，並具有高耐熱性。另外，聚醯胺樹脂構成潤滑性構件1的骨架，其熔點高達 230°C ^0°C，可以提高潤滑性構件1的耐熱性和耐久性，在滑動面達到200°C左右的高溫狀態時也可以使用。此外，與熱固性樹脂相比，上述聚醯胺樹脂的機械強度不會發生惡化， 具有供油性，並且還能夠作為潤滑劑發揮作用，因此即使在滑動面存在聚醯胺樹脂的缺損塊體的情況下，該缺損塊體也不會貼在滑動面上而導致滑動特性發生劣化。此外，該塊體也不會因滑動中的摩擦熱而發生碳化，因此不會因該碳化層的存在導致滑動面受損。需要說明的是，作為聚醯胺樹脂，還可以使用尼龍12和PET等。其次，作為超高分子量聚乙烯，可使用例如Hi-Zex-Million(三井化學株式會社制)和MIPEL0N (三井化學株式會社制)。Hi-Zex-Million是平均粒徑150 μ m 200 μ m、 平均分子量50萬 600萬的超高分子量聚乙烯，其具有優異的機械特性。此外，MIPEL0N是平均粒徑25 μ m 30 μ m、平均分子量150萬 300萬的超高分子量聚乙烯，其具有優異的潤滑性和耐磨耗性。並且，超高分子量聚乙烯的熔點為130°C左右。其次，作為潤滑油，採用聚α-烯烴和酯的混合液。此外，作為潤滑油，也可以使用烴類的α-烯烴低聚物等、酯類的聚苯酯等、酯類的癸二酸乙基己基酯(ethylhexylsebacate)等、矽酮類的聚矽氧烷等、氟類的碳氟化合物等。此外，也可以使用橄欖油等植物油、豬油等動物油作為潤滑油來成型潤滑性構件1，此時，也可以在食品加工機械的滑動面上使用潤滑性構件1。此外，潤滑性構件1也可以含有石墨粉末等固體潤滑劑、石墨、二硫化鉬，通過將這些材料混合在潤滑油中並使其在滑動面上形成覆膜，可進一步提高滑動部件之間的滑動性。如圖1 (B)所示，由於聚醯胺樹脂和超高分子量聚乙烯之間存在熔點差，使得潤滑性構件1的徑向(D)的側面主要被聚醯胺樹脂以緊密狀態結晶得到的膜2所覆蓋。並且， 在潤滑性構件1的膜2的內側，根據冷卻情況，聚醯胺樹脂和超高分子量聚乙烯主要結晶成纖維狀態，在其結晶結構之間形成有多個孔3。在多個孔3中分別包含潤滑油、將潤滑油貯存在其結晶內的超高分子量聚乙烯。如圖1 (C)所示，根據冷卻情況，潤滑性構件1結晶成從圓柱側面的表面側向中央側呈年輪狀疊層為多個層的形式。具體如後所述，根據推測，通過使模具的型腔為圓筒形， 並將模具內的溫度加熱到聚醯胺樹脂的熔點以上後進行冷卻，可根據其冷卻速度而形成上述年輪狀的層。需要說明的是，各層之間通過聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀態的晶體而連接。具體可推測如下在膜2的層中，聚醯胺樹脂以緊密狀態結晶得到的多個板狀結晶層4沿潤滑性構件1的軸向相鄰地發生結晶化。另外，為了便於說明，在圖中放大地示出了結晶層4之間的間隙5，但實際上其間隙5狹窄，推測其間隙5中形成有來自內側的層6 的纖維狀態的晶體和來自鄰近的結晶層4的纖維狀態的晶體。如前所述，由於熔點差的存在，在膜2的層中主要形成有緊密狀態的聚醯胺樹脂的結晶層，成為光滑、柔軟的面，因此起到將徑向(D)上的潤滑油洩漏降低到最小限度、使潤滑性構件1的軸向(L)上的潤滑油供給量增大的作用。另外可以推測，在膜2的層的內側層6中，與膜2的層同樣地，多個板狀結晶層7沿著潤滑性構件1的軸向相鄰地結晶。與結晶層4相比，結晶層7中的結晶狀態成為較稀疏 (粗)的狀態。據推測這是因為溫度的緩慢降低導致在聚醯胺樹脂的結晶化中，單獨的結晶化被超高分子量聚乙烯的鏈所阻礙，從而發生兩種晶體邊相互纏繞邊進行的結晶。其結果， 可以推測抑制了聚醯胺樹脂和超高分子量聚乙烯以塊狀而分別呈緊密狀態結晶，從而實現了在結晶層7內部具有多個孔3的結構。此時，通過在對模具的型腔沿圓筒形的軸向施加壓力的狀態下進行加熱作業及冷卻作業，可使與潤滑性構件1的徑向(D)相比，聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀態的晶體沿潤滑性構件1的軸向(L)延伸(具體如後所述)。根據此結構，在纖維狀態的晶體間形成的孔3也容易沿潤滑性構件1的軸向(L)形成細長的空洞，從而成為容易將孔3中貯存的潤滑油向潤滑性構件1的軸向(L)供給的結構。其次，雖未圖示，但在層6的內側也以年輪狀疊層地形成有多個層，且同樣地，在構成各層的結晶層中，聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀態的晶體沿著潤滑性構件1 的軸向(L)邊纏繞邊延伸，形成多個孔3。在該孔3內，主要貯存有未能完全包含在超高分子量聚乙烯的結晶內的潤滑油。此外，通過使聚醯胺樹脂及超高分子量聚乙烯成為纖維狀態的晶體，多個孔3容易沿徑向(D)連續，潤滑油也容易通過孔3沿徑向(D)移動，從而實6/9頁
現潤滑油相對於潤滑性構件1的均勻化。此外，對於含有未圖示的區域、在膜2的層的內側形成的結晶層4、7而言，也存在下述情況與潤滑性構件1的徑向(D)相比，多個纖維狀態的晶體連接成為褶皺狀態的晶體沿潤滑性構件1的軸向(L)延伸，並在其晶體之間形成多個孔3。此外，根據冷卻速度不同， 形成各層的結晶層的大小和徑向(D)的厚度在各層中不同。以下，結合圖2(A) 圖2(E)對潤滑性構件1的使用例進行說明。如圖2(A)所示，使用鑽頭9等在滑動板8的滑動面上形成圓柱狀的孔10。此外， 也可以使用鑽頭9等在加工機械的滑動面上直接形成孔10。接下來，如圖2(B)所示，用切刀11等將潤滑性構件1沿徑向(D)切割，使得潤滑性構件1的長度大於孔10的深度。此時，使用的潤滑性構件1的直徑與孔10的直徑基本相同或比孔10的直徑略大。接下來，如圖2(C)所示，將切割出的潤滑性構件1A、1B埋入滑動板8的孔10中。接下來，如圖2(D) 所示，沿著滑動板8的滑動面切割從孔10露出的潤滑性構件ΙΑ、1B,並如圖2 (E)所示地，使潤滑性構件1A、1B的露出面實質上與滑動面成為同一面。如前所述，潤滑性構件1的膜2可維持機械強度，同時，其由薄膜形成，且聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀態的晶體沿潤滑性構件1的軸向(L)延伸，由此也可以容易地對潤滑性構件1沿徑向(D)進行切割。並且，切割出的潤滑性構件1A、1B的徑向(D)上的切割面相對於滑動面露出，通過將包含有潤滑油的孔配置在滑動板8的孔10的深度方向上，可以將潤滑油逐漸供給到滑動面，從而實現使用期間的長期化。並且，通過使聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀態的晶體沿潤滑性構件1 的軸向(L)延伸，在潤滑性構件1A、1B的露出面上，各個纖維狀或褶皺狀晶體的寬度變窄。 其結果，由於在潤滑性構件1A、1B的露出面上露出多個纖維狀或褶皺狀的晶體，因此可減小與滑動構件的接觸面積，柔和地應對滑動構件的動作，大幅降低從滑動構件所受到的機械應力。此外，通過使潤滑性構件1為圓柱狀，能夠利用鑽頭9等在滑動板8的滑動面上形成孔10，從而容易地加工該孔10的形狀，也能夠容易地將潤滑性構件1安裝至該孔10。此外，通過抑制從潤滑性構件1的側面發生潤滑油的洩漏，可實現潤滑性構件1難以從孔10中脫落的結構。[表 1]
尼龍6(wt% )高分子聚乙烯(Wt % )加工性耐熱性圖像實施例140. 00X圖 3(A)實施例239. 01. 0X實施例338. 51. 5Δ◎圖 3(B)實施例438. 02. 0〇◎實施例537. 51. 5〇◎
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權利要求
1.一種潤滑性構件，其通過至少將潤滑油、超高分子量聚乙烯、熔點高於所述超高分子量聚乙烯的熱塑性樹脂混合併成型為軸向比徑向長的棒狀物而得到，其中，所述熱塑性樹脂在所述棒狀物的徑向周圍形成以緊密狀態結晶的膜，並在所述膜的內側結晶成纖維狀態，在所述纖維狀態的晶體之間形成多個孔，所述多個孔內包含所述潤滑油及保持有所述潤滑油的所述超高分子量聚乙烯的晶體。
2.根據權利要求1所述的潤滑性構件，其中，所述熱塑性樹脂從所述徑向周圍向著中心形成多個層，在所述多個層內，與所述棒狀物的徑向相比，所述纖維狀態的晶體沿所述棒狀物的軸向延伸，所述層間也通過所述纖維狀態的晶體連接。
3.根據權利要求2所述的潤滑性構件，其中，所述棒狀物為圓柱，所述多個層沿著所述圓柱的側面配置成圓形。
4.根據權利要求2或3所述的潤滑性構件，其中，在所述棒狀物內含有2 13重量％的所述超高分子量聚乙烯。
5.根據權利要求4所述的潤滑性構件，其中，所述棒狀物內包含的所述潤滑油多於所述熱塑性樹脂和所述超高分子量聚乙烯。
6.根據權利要求2 5中任一項所述的潤滑性構件，其中，所述熱塑性樹脂為聚醯胺樹脂。
7.一種潤滑性構件的製造方法，其包括至少將超高分子量聚乙烯的粒狀材料、熔點高於所述超高分子量聚乙烯的熱塑性樹脂的粒狀材料、及液態的潤滑油混合，並將該混合物填充到模具內，所述模具具有軸向比徑向長的型腔；在沿所述型腔的軸向施加壓力的狀態下，對所述模具進行加熱，然後對所述型腔內的所述混合物加熱，使所述混合物的溫度達到熱塑性樹脂的熔點以上，然後將所述模具冷卻， 將所述混合物成型為棒狀物；所述熱塑性樹脂在所述棒狀物的徑向周圍形成以緊密狀態結晶的膜，並在所述膜的內側結晶成纖維狀態，在所述纖維狀態的晶體之間形成多個孔，所述多個孔內包含所述潤滑油及保持有所述潤滑油的所述超高分子量聚乙烯的晶體。
8.根據權利要求7所述的潤滑性構件的製造方法，其中，所述型腔為圓筒狀的空間，在對所述型腔內填充的所述混合物施加所述壓力的狀態下將所述模具冷卻，所述混合物從所述型腔的徑向外側向中心冷卻。
9.根據權利要求8所述的潤滑性構件的製造方法，其中，在所述型腔的軸向的端部設置所述模具的向型腔內注入的注入部，在所述注入部的開關栓上配置向所述型腔內施加壓力的擠壓機構及追隨所述開關栓的運動的彈性機構；在所述加熱時，所述混合物膨脹，所述開關栓在來自於所述混合物的壓力作用下向所述型腔外側移動，在所述冷卻時，所述混合物收縮，所述開關栓在所述彈性機構的壓力作用下向所述型腔內側移動。
全文摘要
本發明涉及一種潤滑性構件及其製造方法，目的在於解決現有的使用固體潤滑劑的滑動構件存在的下述問題潤滑特性差、容易因固體潤滑劑的硬度引起在滑動面上產生粘連等損傷。本發明的潤滑性構件(1)通過至少將熱塑性樹脂的聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯、潤滑油混合併成型為軸向(L)比徑向(D)長的棒狀物而得到。並且，在潤滑性構件(1)的外周面上，形成有主要由聚醯胺樹脂構成的膜(2)，在膜(2)的內側，聚醯胺樹脂、超高分子量聚乙烯的纖維狀晶體沿潤滑性構件(1)的軸向(L)延伸，形成多個孔。通過該結構，可實現在維持機械強度和潤滑特性的同時，具有良好加工性的潤滑性構件(1)。
文檔編號B29C51/00GK102563326SQ20111033244
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者宮澤良雄, 根岸和夫, 高野英治 申請人:高野股份有限公司