水中滑動構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供使用中作為潤滑旋塞的滑動面的表面不易發(fā)生損傷的水中滑動構(gòu)件。水中滑動構(gòu)件包含具有滑動面的金屬基體和潤滑旋塞，金屬基體形成有開口于滑動面的多個孔或凹部，孔或凹部中埋設(shè)有潤滑旋塞，潤滑旋塞由聚乙烯形成。聚乙烯的分子量較好是在20萬以上。潤滑旋塞還可以以20體積％以下的量包含選自酚醛樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧苯甲酰的一種以上的樹脂，以1體積％以下包含著色劑。
【專利說明】
水中滑動構(gòu)件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及大壩的閘門的滑動部和排水栗等的用途中在水中使用的水中滑動構(gòu) 件，具體涉及在金屬基體中埋設(shè)有潤滑旋塞的水中滑動構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002] 水中滑動構(gòu)件在大壩的閘門的滑動部和排水栗等低速、高負荷的條件下使用，例 如轉(zhuǎn)軸等對應(yīng)構(gòu)件浸漬于水中，水中滑動構(gòu)件被用于支承該轉(zhuǎn)軸等。作為這樣的水中滑動 構(gòu)件，已知在金屬基體上形成多個孔或凹部并在該孔或凹部埋設(shè)有潤滑旋塞的構(gòu)件。
[0003] 作為埋設(shè)于金屬基體使用的潤滑旋塞（球粒）的結(jié)構(gòu)，專利文獻1中記載有在由 石墨形成的球粒母體部設(shè)置凹部并填充石蠟、石墨等固體潤滑劑和聚乙烯的混合物的結(jié) 構(gòu)。石墨被認為對水發(fā)生物理吸附，石墨本身的劈裂強度變?nèi)?，摩擦系?shù)下降。此外，還記 載該水中滑動構(gòu)件如果在使用時因摩擦而滑動面的溫度上升，則構(gòu)成潤滑旋塞的聚乙烯和 石蠟發(fā)生熱膨脹，并且石蠟由固相變?yōu)橐合喽l(fā)生體積膨脹，因而混合物從滑動面突出而 被擠向?qū)?yīng)構(gòu)件的表面，容易向滑動面間供給石墨等固體潤滑劑。
[0004] 此外，專利文獻2中，認為使用含石墨的潤滑旋塞的滑動構(gòu)件在滑動面的被膜形 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、蠟和氰尿酸三聚氰胺形成 的潤滑旋塞。記載了氰尿酸三聚氰胺被認為與石墨等同樣是層狀結(jié)構(gòu)而具有劈裂性，具有 使滑動構(gòu)件的耐磨損性提高的作用。
[0005] 另一方面，雖然并不是用于在水中使用的滑動構(gòu)件的潤滑旋塞，專利文獻3提出 了不含石墨，將潤滑油、超高分子量聚乙烯和熔點比該超高分子量聚乙烯高的熱塑性樹脂 混合，熱塑性樹脂具有多個空孔部，該空孔部中包含潤滑油和含有該潤滑油的高分子量聚 乙烯的潤滑旋塞。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1:日本專利特開昭51-46668號公報
[0009] 專利文獻2:國際公開第2004/046285號
[0010] 專利文獻3:日本專利特開2012-92241號公報
[0011] 發(fā)明的概要
[0012] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0013] 專利文獻1的滑動構(gòu)件存在水中使用時，滑動構(gòu)件的滑動面的潤滑旋塞（即，石 蠟、固體潤滑劑和聚乙烯的混合物）的表面損傷而滑動特性下降的問題。滑動構(gòu)件在使用 前是固體潤滑劑的滑動面與金屬基體的滑動面處于同一面的狀態(tài)，但如果滑動面的溫度因 使用時的摩擦而上升，則潤滑旋塞發(fā)生熱膨脹，埋設(shè)于金屬基體的潤滑旋塞從滑動面突出 而被壓向?qū)?yīng)構(gòu)件的表面。由于對應(yīng)構(gòu)件與潤滑旋塞的滑動，在從金屬基體的表面突出的 部分，其表面承受平行方向的力而發(fā)生變形。由于該變形，首先，存在于潤滑旋塞的內(nèi)部的 石墨粉末（固體潤滑劑）也發(fā)生劈裂（斷裂），而且保持石墨粉末的聚乙烯也發(fā)生斷裂。由 于該斷裂，表面附近的潤滑旋塞缺失?；蛘?，在從金屬基體的表面（滑動面）突出的潤滑旋 塞的部分與被限制在金屬基體的孔部的部分的邊界附近發(fā)生應(yīng)力集中，該邊界附近的石墨 粉末發(fā)生劈裂（斷裂），而且保持石墨粉末的聚乙烯也發(fā)生斷裂，由此發(fā)生潤滑旋塞缺失的 損傷。
[0014] 此外，專利文獻1的潤滑旋塞如果使用時滑動面的溫度上升，含有的石蠟從固相 變成液相，該石蠟的液相化引發(fā)潤滑旋塞的強度降低也被認為是潤滑旋塞的表面容易發(fā)生 損傷的主要原因之一。潤滑旋塞發(fā)生損傷的情況下，如果裝置的運轉(zhuǎn)停止而滑動構(gòu)件的溫 度下降，潤滑旋塞的表面位于比金屬基體的表面（滑動面）更接近內(nèi)部的位置。這樣的話， 運轉(zhuǎn)重新開始時在金屬基體的表面沒有潤滑旋塞，因此金屬基體的表面與對應(yīng)構(gòu)件的表面 直接接觸而容易發(fā)生燒結(jié)附著。
[0015] 專利文獻2的潤滑旋塞包含氰尿酸三聚氰胺，氰尿酸三聚氰胺與石墨同樣是層狀 結(jié)構(gòu)而具有劈裂性，所以容易斷裂，由于與包含石墨的潤滑旋塞同樣的機理，作為潤滑旋塞 的滑動面的表面容易引發(fā)損傷。
[0016] 專利文獻3的潤滑旋塞無法適用于水中滑動構(gòu)件。即使將該潤滑旋塞適用于水中 滑動構(gòu)件，因為滑動構(gòu)件的滑動面與對應(yīng)構(gòu)件的表面之間存在水，所以潤滑旋塞包含的潤 滑油無法被供給于滑動面。此外，該潤滑旋塞具有用于包含潤滑油的空孔部，所以強度弱， 使用時作為潤滑旋塞的滑動面的表面容易引發(fā)損傷。
[0017] 本發(fā)明的目的在于解決上述的現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供使用中作為潤滑旋塞的滑動 面的表面不易發(fā)生損傷的水中滑動構(gòu)件。
[0018] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0019] 本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件包含具有滑動面的金屬基體和潤滑旋塞。金屬基體形成有 開口于滑動面的多個孔或凹部，該孔或凹部中埋設(shè)有潤滑旋塞。本發(fā)明中，以潤滑旋塞由聚 乙稀形成為特征。
[0020] 該聚乙烯的分子量較好是在20萬以上。
[0021 ] 此外，潤滑旋塞可以以20體積％以下的量包含選自酚醛樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、 聚酰胺酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧苯甲酰的一種以上的樹脂，其余部分為聚乙烯。
[0022] 此外，潤滑旋塞還可包含1體積％以下的著色劑。
[0023] 金屬基體可以是內(nèi)周面為滑動面的圓筒形狀，也可以是平板形狀。
[0024] 本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點由關(guān)于附圖的以下的本發(fā)明實施例的記載可知。
[0025] 附圖的簡單說明
[0026] 圖1是本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件的一具體例子的立體圖。
[0027] 圖2是圖1的水中滑動構(gòu)件的滑動面附近的剖視圖。
[0028] 圖3是本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件的另一具體例子的滑動面附近的剖視圖。
[0029] 符號的說明
[0030] 1水中滑動構(gòu)件
[0031] 2金屬基體
[0032] 3 孔
[0033] 3' 凹部
[0034] 4潤滑旋塞
[0035] 5滑動面
[0036] 實施發(fā)明的方式
[0037] 圖1示出本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件的一具體例子的立體圖。
[0038] 水中滑動構(gòu)件1具有圓筒形狀的金屬基體2、貫穿金屬基體2的內(nèi)周面與外周面之 間的壁厚的多個圓筒形狀的孔3、埋設(shè)于該孔3的圓柱形狀的潤滑旋塞4。金屬基體2的內(nèi) 周面為滑動構(gòu)件的滑動面5。金屬基體2的組成無特別限定，可使用銅合金、鐵合金等各種 合金，可通過燒結(jié)或鑄造來制造。
[0039] 對金屬基體2的尺寸（內(nèi)徑、外徑、寬度）無限定，水中滑動構(gòu)件1可根據(jù)所用的 裝置的滑動部的尺寸設(shè)定?；瑒訕?gòu)件1的滑動面5中的孔3的直徑為3~30_左右即可， 滑動面5中的多個孔3的開口的面積率（潤滑旋塞的面積率）為10%~50%即可，但對該 尺寸和面積率無限定，也可改變。
[0040] 潤滑旋塞4由聚乙烯樹脂形成。潤滑旋塞4可將作為原材料的聚乙烯樹脂粉末注 塑成形為圓柱形狀來制作，潤滑旋塞的制作方法并不僅限于此，也可以是擠出成形、壓縮成 形等其它的方法。
[0041] 潤滑旋塞4的尺寸和形狀以與金屬基體2的孔3的直徑和形狀匹配的條件制作。 潤滑旋塞4被埋設(shè)于金屬基體2的孔3后，對金屬基體2的內(nèi)周面實施切削、研磨等加工， 形成金屬基體3的表面與潤滑旋塞4的表面處于同一面、即無階差的狀態(tài)的滑動面5。也可 不對金屬基體2的內(nèi)周面實施切削、研磨等加工而形成滑動面5。
[0042] 聚乙烯樹脂因為吸水率低，變形能力高，所以作為本發(fā)明的水中用滑動構(gòu)件的潤 滑旋塞使用。如果滑動時滑動構(gòu)件1的滑動面5的溫度上升，則由聚乙烯樹脂形成的潤滑 旋塞4發(fā)生熱膨脹，從滑動構(gòu)件1的滑動面5 (金屬基體2的表面）突出而與對應(yīng)構(gòu)件的表 面接觸。金屬基體2的滑動面5與對應(yīng)構(gòu)件的表面通過在這些面之間形成間隙，該間隙中 形成水膜，金屬基體2與對應(yīng)構(gòu)件的直接接觸得到防止。
[0043] 潤滑旋塞4是由聚乙烯樹脂形成的單相組織，滑動時即使與對應(yīng)構(gòu)件接觸而變 形，也不易發(fā)生斷裂。
[0044] 該潤滑旋塞4不含像現(xiàn)有技術(shù)的潤滑旋塞所含的石墨等那樣具有劈裂性的物質(zhì)， 因此即使從滑動面5突出的潤滑旋塞4因與對應(yīng)構(gòu)件的滑動承受負荷而變形，潤滑旋塞也 不易發(fā)生斷裂。
[0045] 此外，聚乙烯樹脂為單相組織，因此即使?jié)櫥?因與對應(yīng)構(gòu)件的滑動而變形， 也不會在內(nèi)部形成應(yīng)力集中的部位。
[0046] 如果像現(xiàn)有技術(shù)那樣是聚乙烯樹脂中分散有具有與聚乙烯樹脂的變形抗力不同 的物質(zhì)（石墨等）的構(gòu)成，則潤滑旋塞發(fā)生變形的情況下，在具有與聚乙烯樹脂不同的變形 抗力的物質(zhì)相和聚乙烯樹脂相之間產(chǎn)生剪切應(yīng)力，容易發(fā)生斷裂。
[0047] 另外，對于本發(fā)明的潤滑旋塞4,如果水中滑動構(gòu)件1的滑動面5發(fā)生溫度上升，則 潤滑旋塞4發(fā)生熱膨脹，但因為聚乙烯樹脂為單相組織，所以潤滑旋塞4的內(nèi)部不會因熱膨 脹量的差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。如果像現(xiàn)有技術(shù)那樣是聚乙烯樹脂中分散有具有與聚乙烯樹脂 的熱膨脹系數(shù)不同的物質(zhì)（石墨等）的構(gòu)成，則由于滑動構(gòu)件的滑動面的溫度上升，在聚乙 烯樹脂相與熱膨脹系數(shù)不同的物質(zhì)相的界面，因熱膨脹量的差而產(chǎn)生剪切應(yīng)力，所以容易 發(fā)生斷裂。
[0048] 本發(fā)明的潤滑旋塞4中，還可向聚乙烯樹脂中在超過0體積％且20體積％以下的 范圍內(nèi)添加選自酚醛樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧 苯甲酰的一種以上的樹脂，調(diào)整潤滑旋塞4的強度等。尤其，水中滑動構(gòu)件1的使用中潤滑 旋塞4的溫度因與對應(yīng)構(gòu)件的摩擦而上升的情況下，也可保持強度。
[0049] 這些選擇添加樹脂的熱膨脹系數(shù)與聚乙烯樹脂的熱膨脹系數(shù)的差比石墨等各種 無機化合物與聚乙烯樹脂的熱膨脹系數(shù)的差小，但是即使這樣，在聚乙烯樹脂相與選擇添 加樹脂相在界面上因熱膨脹量的差而產(chǎn)生少量的剪切應(yīng)力。為了減少聚乙烯樹脂與選擇樹 脂的熱膨脹系數(shù)的差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的影響，潤滑旋塞4所含的這些選擇樹脂的量應(yīng)在20 體積％以下，更理想的是應(yīng)在10體積％以下。
[0050] 聚乙烯樹脂可使用通常市售的各種聚乙烯樹脂。另外，聚乙烯樹脂較好是分子量 在20萬以上。其理由是潤滑旋塞的強度提高，滑動時可減少潤滑旋塞表面的磨損量。作為 該分子量在20萬以上的聚乙烯樹脂，例如可使用以下的聚乙烯樹脂：
[0051] 三井化學(xué)株式會社（三井化學(xué)（株））制的商品名HI-ZEX MILLION(注冊商標） (分子量50萬以上）、
[0052] 三井化學(xué)株式會社制的商品名LUBMER(注冊商標）（分子量20萬以上）、
[0053] 旭化成化學(xué)品株式會社（旭化成^ S力;1^文（株））制的商品名SUNFINE(注冊商 標）UH (分子量350萬以上）。
[0054] 潤滑旋塞2也可為了實施任意的著色而使其包含1體積％以下的著色劑。作為著 色劑，用于樹脂著色的通常的著色劑即可，可使用炭黑、氧化鐵、氧化鉻等。但是，著色劑并 不僅限于此，可使用通常市售的各種著色劑。炭黑與石墨不同，不具有劈裂性，因此剪切應(yīng) 力的發(fā)生受到限制。
[0055] 圖3示出本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件的另一具體例子的滑動面附近的剖視圖。
[0056] 該例子中，金屬基體2中形成僅開口于滑動面5而不開口于外周面的凹部3'來代 替通孔，該凹部3'中埋設(shè)潤滑旋塞4'。對于金屬基體2形成凹部3'代替孔以外的構(gòu)成，與 圖1和圖2中記載的具體例子相同，如關(guān)于圖1和圖2的說明所述。
[0057] 本發(fā)明的水中滑動構(gòu)件并不僅限于圖1~圖3所示的構(gòu)成，可進行其它變形。例 如，水中滑動構(gòu)件的金屬基體并不僅限于圓筒形狀，可以是半圓筒形狀和平板形狀以及其 它形狀。金屬基體的孔或凹部并不僅限于圓柱形狀，還可以是橢圓柱和棱柱形狀。當然，潤 滑旋塞采用與金屬基體的孔或凹部匹配的形狀。
[0058] 與本發(fā)明不同的金屬基體2不形成孔3而僅在金屬基體2的平滑的內(nèi)周面整面被 覆聚乙烯樹脂層的水中滑動構(gòu)件存在滑動時在金屬基體2的表面與聚乙烯樹脂層的界面 發(fā)生斷裂的問題。 實施例
[0059] 通過以下的工序制成實施例1~3和比較例1~4的各滑動構(gòu)件。
[0060] 金屬基體的制作
[0061] 實施例和比較例的金屬基體使用相同的金屬基體。該金屬基體如下制成。即，熔 化具有Cu-25質(zhì)量％ Zn-6質(zhì)量％ A1-3質(zhì)量％ Fe-3質(zhì)量％ Μη的組成的銅合金，鑄造成內(nèi) 徑20mm、外徑28mm、寬度20mm的圓筒體。接著，形成貫穿圓筒體的外周面和內(nèi)周面的多個 圓筒形狀的孔?？椎闹睆綖?_，成為金屬基體的滑動面的內(nèi)周面中的多個孔的開口面積率 設(shè)為25%。
[0062] 潤滑旋塞的制作
[0063] 實施例和比較例的潤滑旋塞通過對表1所示的組成的原材料進行注塑成形而獲 得直徑為4mm、長度為4mm的圓柱形狀。聚乙烯樹脂使用三井化學(xué)株式會社制的商品名 LUBMER (注冊商標）（分子量50萬）。
[0064] 實施例3的潤滑旋塞包含1體積％的作為著色劑的炭黑。炭黑使用三菱化學(xué)株式 會社（三菱化學(xué)（株））制的商品名：RCF#44。比較例3的潤滑旋塞的組織由聚乙烯樹脂 相、多孔質(zhì)聚酰胺樹脂相、多孔質(zhì)聚酰胺相的空孔部所含的潤滑油形成。
[0065] [表 1]
[0066]
[0067] 將準備的潤滑旋塞埋設(shè)于金屬基體的孔中，對成為金屬基體的內(nèi)周面的滑動面的 內(nèi)周面?zhèn)葘嵤┭心ゼ庸ぃ菇饘倩牡膬?nèi)周面與潤滑旋塞的表面處于同一面，獲得實施例 1~3和比較例1~4的滑動構(gòu)件。
[0068] 評價
[0069] 對于實施例1~3和比較例1~4的滑動構(gòu)件，進行表2所示的條件的滑動試驗， 對滑動面的潤滑旋塞的表面是否有損傷進行了評價。
[0070] 關(guān)于具體的評價方法，對以表2所示的條件進行了試驗的實施例、比較例的滑動 構(gòu)件的滑動面，使用形狀測定器（粗糙度測定器），在金屬基體的滑動面與潤滑旋塞的表面 之間確認0. 1_以上的階差（滑動構(gòu)件的徑向階差）的情況下，判斷為潤滑旋塞2的表面 損傷。其結(jié)果示于表1的"損傷的有無"欄。
[0071] [表 2]
[0072]

[0073] 實施例1~3的滑動構(gòu)件在潤滑旋塞的表面與金屬基體的滑動面之間均幾乎未形 成階差。潤滑旋塞的表面可確認與對應(yīng)構(gòu)件的摩擦痕跡，但維持平滑的面。
[0074] 比較例1~4的滑動構(gòu)件均確認在潤滑旋塞的表面發(fā)生損傷，它們的表面形成不 規(guī)則的凹凸面，呈從潤滑旋塞的表面附近的內(nèi)部斷裂的形態(tài)。
[0075] 比較例1的潤滑旋塞包含具有劈裂性的石墨，比較例2的潤滑旋塞包含具有劈裂 性的氰尿酸三聚氰胺。比較例3的潤滑旋塞包含潤滑油，還包含用于含有潤滑油的空孔部。 因此，如上述中作為現(xiàn)有技術(shù)的問題說明的那樣，認為滑動時在比較例1~3的潤滑旋塞的 表面附近的內(nèi)部發(fā)生斷裂。
[0076] 實施例2和比較例4的潤滑旋塞由聚乙烯樹脂和酚醛樹脂形成，組織由聚乙烯相、 酚醛樹脂相和混合組織形成。
[0077] 如果潤滑旋塞的溫度上升，則在酚醛樹脂相和聚乙烯相的界面，因熱膨脹量的差 而產(chǎn)生少量的剪切應(yīng)力。如比較例4所示，認為如果增加酚醛樹脂的含量，則潤滑旋塞的內(nèi) 部的剪切應(yīng)力過高，由于因與對應(yīng)軸的滑動施加的外力而發(fā)生潤滑旋塞的損傷。
[0078] 為了減少由聚乙烯樹脂與酚醛樹脂的熱膨脹系數(shù)的差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的影響，如 實施例4所示，潤滑旋塞所含的酚醛樹脂的量應(yīng)在20體積％以下。
[0079] 實施例4中，示出了向聚乙烯樹脂中作為選擇成分添加了酚醛樹脂的例子，但作 為除酚醛樹脂以外的選擇成分添加選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚四氟乙烯、聚 苯硫醚、聚氧苯甲酰的一種以上的情況下，如果使選擇成分的添加量在20體積％以下，則 可確認與比較例4同樣在滑動試驗中潤滑旋塞的表面沒有損傷。
【主權(quán)項】
1. 水中滑動構(gòu)件，其為具備具有滑動面的金屬基體和潤滑旋塞的水中滑動構(gòu)件，其特 征在于， 所述金屬基體形成有開口于所述滑動面的多個孔或凹部，該孔或凹部中埋設(shè)有所述潤 滑旋塞， 所述潤滑旋塞由聚乙烯形成。2. 如權(quán)利要求1所述的水中滑動構(gòu)件，其特征在于，所述聚乙烯的分子量在20萬以上。3. 如權(quán)利要求1所述的水中滑動構(gòu)件，其特征在于，所述潤滑旋塞還以20體積％以下 包含選自酚醛樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚氧苯甲酰 的一種以上的樹脂。4. 如權(quán)利要求1~3中的任一項所述的水中滑動構(gòu)件，其特征在于，所述潤滑旋塞還包 含1體積％以下的著色劑。5. 如權(quán)利要求1所述的水中滑動構(gòu)件，其特征在于，所述基體具有內(nèi)周面為所述滑動 面的圓筒形狀。6. 如權(quán)利要求1所述的水中滑動構(gòu)件，其特征在于，所述基體呈平板形狀。
【文檔編號】F16C33/10GK105864295SQ201510033955
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月23日
【發(fā)明人】丹羽貴裕
【申請人】大同金屬工業(yè)株式會社