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JP7549997B2 - Sliding member - Google Patents
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JP7549997B2 - Sliding member - Google Patents

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Description

本開示は、摺動部材に関する。 This disclosure relates to a sliding member.

従来から、耐摩耗性などの性能に優れたオイルレスタイプの摺動部材が知られている。例えば、特許文献1には、高温条件下で高荷重が作用する場合でも良好な摺動性能を発揮する高温用の摺動部材が開示されている。この摺動部材は、膨張黒鉛層と、膨張黒鉛層を挟み込んだ第1金属板および第2金属板とを備える。第1金属板には、複数の孔が形成されている。これら各孔には、膨張黒鉛層の表面部分が充填されている。それによって、第1金属板と膨張黒鉛層との接合にアンカー効果を得ている。 Oil-free sliding members with excellent performance such as wear resistance have been known for some time. For example, Patent Document 1 discloses a sliding member for high temperature use that exhibits good sliding performance even when a high load acts under high temperature conditions. This sliding member includes an expanded graphite layer, and a first metal plate and a second metal plate sandwiching the expanded graphite layer. A plurality of holes are formed in the first metal plate. Each of these holes is filled with the surface portion of the expanded graphite layer. This provides an anchor effect for the bond between the first metal plate and the expanded graphite layer.

特開2018-173169号公報JP 2018-173169 A

特許文献1のような摺動部材では、第1金属板の表面を作動軸などの回転体が回転動作に伴って摺動し、回転体の回転力が第1金属板に作用する。このため、摺動部材の使用初期においては、膨張黒鉛層のうち第1金属板の各孔に充填された部分からなる突起に第1金属板から剪断力がかかり、当該突起の基部に応力集中が生じやすい。そうした突起の基部への応力集中により、当該突起が折損すると、第1金属板が膨張黒鉛層から剥離しやすくなり、摺動部材に耐久性を低下させる。 In a sliding member such as that disclosed in Patent Document 1, a rotating body such as an operating shaft slides on the surface of the first metal plate as it rotates, and the rotational force of the rotating body acts on the first metal plate. For this reason, in the initial stage of use of the sliding member, a shear force is applied from the first metal plate to the protrusions consisting of the portions of the expanded graphite layer that fill the holes in the first metal plate, and stress concentration is likely to occur at the base of the protrusions. If the protrusions break due to stress concentration at the base of the protrusions, the first metal plate becomes more likely to peel off from the expanded graphite layer, reducing the durability of the sliding member.

本開示の技術の目的は、摺動部材の耐久性を向上させることである。 The purpose of the technology disclosed herein is to improve the durability of sliding members.

本開示の技術は、複数の孔が形成された第1金属板と、第1金属板が圧着された膨張黒鉛層とを備え、膨張黒鉛層の表面部分が第1金属板の孔に入り込んで第1突起を形成している摺動部材を対象とする。本開示の技術に係る摺動部材において、膨張黒鉛層の第1金属板側の表面には、フッ素樹脂からなる第1樹脂膜が第1突起を覆うように設けられている。 The technology disclosed herein is directed to a sliding member that includes a first metal plate having a plurality of holes formed therein and an expanded graphite layer to which the first metal plate is pressure-bonded, and in which the surface portion of the expanded graphite layer penetrates into the holes of the first metal plate to form first protrusions. In the sliding member according to the technology disclosed herein, a first resin film made of a fluororesin is provided on the surface of the expanded graphite layer facing the first metal plate so as to cover the first protrusions.

この構成によると、第1突起がフッ素樹脂からなる第1樹脂膜により覆われていることにより、第1突起の剛性が補強される。そのことで、第1金属板から第1突起にかかる剪断力が低減され、第1突起の基部に生じる応力が緩和される。これにより、摺動部材の使用初期において、膨張黒鉛層に設けられた第1突起が折損するのを抑制できる。 According to this configuration, the first projections are covered with a first resin film made of a fluororesin, which reinforces the rigidity of the first projections. This reduces the shear force applied to the first projections from the first metal plate, and relieves the stress generated at the base of the first projections. This makes it possible to prevent the first projections provided on the expanded graphite layer from breaking during the initial use of the sliding member.

本開示の技術によれば、摺動部材の耐久性を向上させることができる。 The technology disclosed herein can improve the durability of sliding members.

図1は、摺動部材を例示する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a sliding member. 図2は、摺動部材を例示する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a sliding member. 図3は、摺動部材の内周面を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the inner circumferential surface of the sliding member. 図4は、図3のIV-IV線における摺動部材の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the sliding member taken along line IV-IV in FIG. 図5は、摺動部材の製造に用いられる塗工焼成システムを例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a coating and baking system used in the manufacture of a sliding member. 図6は、摺動部材の使用初期における要部の状態を例示する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state of a main part of the sliding member at the beginning of use. 図7は、摺動部材の摺動面を構成する内側樹脂膜が破れた状態を例示する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which the inner resin film constituting the sliding surface of the sliding member is broken. 図8は、摺動部材の内周面に膨張黒鉛の薄膜が形成された状態を例示する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state in which a thin film of expanded graphite is formed on the inner circumferential surface of a sliding member. 図9は、比較例の摺動部材における要部を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of a sliding member of a comparative example. 図10は、耐久性評価試験で使用した試験装置の概略構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a test device used in the durability evaluation test. 図11は、図10のXIで囲んだ箇所を拡大して示す図である。FIG. 11 is an enlarged view of the area surrounded by XI in FIG. 図12は、耐久性評価試験の結果を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the results of the durability evaluation test. 図13は、変形例の摺動部材の要部を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a main part of a sliding member of a modified example. 図14は、変形例の摺動部材の内周面を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an inner circumferential surface of a sliding member according to a modified example.

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 An exemplary embodiment is described in detail below with reference to the drawings.

-摺動部材の構成-
図1に示す摺動部材1は、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブにおいて、ステムなどの作動軸81を外周側(径方向の外側)で支持するラジアルベアリングとして使用される。摺動部材1は、金属製の保持部材83により所定位置に保持され、保持部材83と作動軸81との間に配置される(図2参照)。摺動部材1は、350℃以上の高温条件下でも良好な摺動性能を発揮するように構成されている。
- Configuration of sliding member -
The sliding member 1 shown in Fig. 1 is used as a radial bearing that supports an operating shaft 81 such as a stem on its outer periphery (outer side in the radial direction) in, for example, a ball valve, a butterfly valve, a gate valve, or a globe valve. The sliding member 1 is held in a predetermined position by a metallic holding member 83, and is disposed between the holding member 83 and the operating shaft 81 (see Fig. 2). The sliding member 1 is configured to exhibit good sliding performance even under high temperature conditions of 350°C or higher.

図2および図4に示すように、摺動部材1は、膨張黒鉛層3と、内側金属板5と、外側金属板7とを備える。摺動部材1は、これら膨張黒鉛層3、内側金属板5および外側金属板7を互いに積層した状態で両端縁が対峙するように曲げ加工して略円筒状に加圧成形された成形品であり、膨張黒鉛層3、内側金属板5および外側金属板7の積層体の両端縁が切れ目9を形成している。摺動部材1は、可撓性を有し、切れ目9を開くように変形させることで作動軸81に取り付けられる。 As shown in Figures 2 and 4, the sliding member 1 comprises an expanded graphite layer 3, an inner metal plate 5, and an outer metal plate 7. The sliding member 1 is a molded product that is formed by bending the expanded graphite layer 3, the inner metal plate 5, and the outer metal plate 7 in a stacked state so that both end edges face each other and pressurizing the stack into a substantially cylindrical shape, and both end edges of the stack of the expanded graphite layer 3, the inner metal plate 5, and the outer metal plate 7 form a slit 9. The sliding member 1 is flexible, and is attached to the operating shaft 81 by deforming it so as to open the slit 9.

膨張黒鉛層3は、摺動部材1の摺動面15を構成する摺動材である。膨張黒鉛層3は、例えば一枚の膨張黒鉛シート3sによって構成される。膨張黒鉛シート3sは、膨張黒鉛からなり、柔軟性と共に耐熱性および耐薬品性を有する。膨張黒鉛層3の厚さt1は、膨張黒鉛シートの表面部分が加圧成形により内側金属板5の孔5hと外側金属板7の孔7hとのそれぞれに入り込むように、両孔5h,7hの深さ、つまり内側金属板5の厚さt2と外側金属板7の厚さt3との合計寸法に応じて適宜設定される。本例での加圧成形前の膨張黒鉛層3の厚さt1は、例えば0.7mm以上且つ0.8mm以下であり、加圧成形後の膨張黒鉛層3の厚さt1は、例えば0.3mm以上且つ0.5mm以下である。 The expanded graphite layer 3 is a sliding material that constitutes the sliding surface 15 of the sliding member 1. The expanded graphite layer 3 is, for example, composed of one expanded graphite sheet 3s. The expanded graphite sheet 3s is made of expanded graphite and has flexibility as well as heat resistance and chemical resistance. The thickness t1 of the expanded graphite layer 3 is appropriately set according to the depth of both holes 5h, 7h, that is, the total dimension of the thickness t2 of the inner metal plate 5 and the thickness t3 of the outer metal plate 7, so that the surface portion of the expanded graphite sheet enters each of the holes 5h, 7h of the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 by pressure molding. In this example, the thickness t1 of the expanded graphite layer 3 before pressure molding is, for example, 0.7 mm or more and 0.8 mm or less, and the thickness t1 of the expanded graphite layer 3 after pressure molding is, for example, 0.3 mm or more and 0.5 mm or less.

内側金属板5は、図3に示すようなステンレス鋼などからなるエキスパンドメタルによって構成されている。エキスパンドメタルは、千鳥状に配置された菱形などの網目を有するメッシュ状の金属板である。外側金属板7も、内側金属板5と同様なエキスパンドメタルによって構成されている。内側金属板5は、第1金属板の一例である。外側金属板7は、第2金属板の一例である。 The inner metal plate 5 is made of expanded metal such as stainless steel as shown in FIG. 3. The expanded metal is a mesh-like metal plate with diamond-shaped or other meshes arranged in a staggered pattern. The outer metal plate 7 is also made of expanded metal similar to the inner metal plate 5. The inner metal plate 5 is an example of a first metal plate. The outer metal plate 7 is an example of a second metal plate.

内側金属板5および外側金属板7にはそれぞれ、エキスパンドメタルの網目からなる複数の孔5h,7hが形成されている(図1および図2参照)。本例において、内側金属板5と外側金属板7とは、摺動部材1の厚さ方向(径方向)において、線状部分の交差箇所と孔5h,7hとが互いに対応する位置関係となるように配置されている。内側金属板5と外側金属板7とは、摺動部材1の厚さ方向において、互いの孔5h,7hが対応する位置関係となるように配置されてもよい。 The inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 each have a plurality of holes 5h, 7h formed of an expanded metal mesh (see Figures 1 and 2). In this example, the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 are arranged in the thickness direction (radial direction) of the sliding member 1 such that the intersections of the linear portions and the holes 5h, 7h correspond to each other. The inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 may also be arranged in the thickness direction of the sliding member 1 such that the holes 5h, 7h correspond to each other.

内側金属板5は、接着剤を用いることなく、膨張黒鉛層3の内周側に圧着されている。外側金属板7は、接着剤を用いることなく、膨張黒鉛層3の外周側に圧着されている。これら内側金属板5および外側金属板7はそれぞれ、膨張黒鉛層3の表面部分にめり込んでいる。内側金属板5および外側金属板7の厚さt2,t3はそれぞれ、摺動部材1の強度を確保できることを条件として可及的に薄いことが好ましく、例えば0.2mm以上且つ0.4mm以下である。 The inner metal plate 5 is pressure-bonded to the inner periphery of the expanded graphite layer 3 without the use of adhesive. The outer metal plate 7 is pressure-bonded to the outer periphery of the expanded graphite layer 3 without the use of adhesive. The inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 are each embedded in the surface portion of the expanded graphite layer 3. The thicknesses t2 and t3 of the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 are preferably as thin as possible, provided that the strength of the sliding member 1 can be ensured, and are, for example, 0.2 mm or more and 0.4 mm or less.

図4に示すように、膨張黒鉛層3の内周側の表面部分は、内側金属板5の各孔5hに入り込んでいる。そのことで、膨張黒鉛層3と内側金属板5との接合にはアンカー効果が得られる。膨張黒鉛層3のうち内側金属板5の各孔5hに入り込んだ部分は、内側突起11を形成している。すなわち、膨張黒鉛層3の内周面には、複数の内側突起11が設けられている。複数の内側突起11は、膨張黒鉛層3の内周全体に亘って千鳥状に配置されている。内側突起11は、第1突起の一例である。 As shown in FIG. 4, the surface portion on the inner periphery of the expanded graphite layer 3 penetrates into each hole 5h of the inner metal plate 5. This provides an anchor effect for the joint between the expanded graphite layer 3 and the inner metal plate 5. The portions of the expanded graphite layer 3 that penetrate into each hole 5h of the inner metal plate 5 form inner protrusions 11. That is, multiple inner protrusions 11 are provided on the inner periphery of the expanded graphite layer 3. The multiple inner protrusions 11 are arranged in a staggered pattern around the entire inner periphery of the expanded graphite layer 3. The inner protrusions 11 are an example of first protrusions.

膨張黒鉛層3の内側金属板5側の表面(内周面)には、各内側突起11を覆うように内側樹脂膜13が設けられている。内側樹脂膜13は、複数の内側突起11に対して共通の膜であって、膨張黒鉛層3の内周面を全体に亘り覆っている。内側樹脂膜13は、第1樹脂膜の一例である。内側樹脂膜13は、内側突起11の剛性を補強する補強材として機能する。 An inner resin film 13 is provided on the surface (inner peripheral surface) of the expanded graphite layer 3 facing the inner metal plate 5 so as to cover each inner protrusion 11. The inner resin film 13 is a film common to the multiple inner protrusions 11, and covers the entire inner peripheral surface of the expanded graphite layer 3. The inner resin film 13 is an example of a first resin film. The inner resin film 13 functions as a reinforcing material that reinforces the rigidity of the inner protrusions 11.

内側樹脂膜13は、膨張黒鉛層3と内側金属板5との間に介在している。内側樹脂膜13は、内側金属板5の各孔5hの内周面と内側突起11の外周面との間にも介在している。内側樹脂膜13のうち各内側突起11の端面を覆う部分は、内側金属板5の孔5hから摺動部材1の内周側に露出している。内側金属板5の孔5hから露出した内側樹脂膜13の表面は、作動軸81が摺動する摺動面15を構成する。 The inner resin film 13 is interposed between the expanded graphite layer 3 and the inner metal plate 5. The inner resin film 13 is also interposed between the inner peripheral surface of each hole 5h of the inner metal plate 5 and the outer peripheral surface of the inner protrusion 11. The portion of the inner resin film 13 covering the end face of each inner protrusion 11 is exposed to the inner peripheral side of the sliding member 1 from the hole 5h of the inner metal plate 5. The surface of the inner resin film 13 exposed from the hole 5h of the inner metal plate 5 constitutes the sliding surface 15 on which the operating shaft 81 slides.

内側樹脂膜13の摺動面15は、摺動部材1の厚さ方向において、内側金属板5の孔5h内に収まり、内側金属板5の内周側の表面と略面一となっている。内側樹脂膜13の摺動面15は、内側金属板5の孔5hから樹脂部品1の内周側に突出していてもよい。内側樹脂膜13はフッ素樹脂からなる。具体的には、内側樹脂膜13は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)からなる焼成膜である。当該焼成膜は、耐熱性および耐薬品性と共に滑り性(低摩擦性、自己潤滑性)を有する。 The sliding surface 15 of the inner resin film 13 fits within the hole 5h of the inner metal plate 5 in the thickness direction of the sliding member 1 and is approximately flush with the surface on the inner circumference side of the inner metal plate 5. The sliding surface 15 of the inner resin film 13 may protrude from the hole 5h of the inner metal plate 5 to the inner circumference side of the resin part 1. The inner resin film 13 is made of a fluororesin. Specifically, the inner resin film 13 is a fired film made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The fired film has heat resistance, chemical resistance and slipperiness (low friction, self-lubrication).

内側樹脂膜13は、グラスファイバやグラファイト、二硫化モリブデンなどの充填材を含んでもよい。内側樹脂膜13の厚さt4は、摺動部材1の使用初期に内側金属板5からかかる剪断力に内側突起11と共に耐え得ることを条件として可及的に薄いことが好ましい。内側樹脂膜13の厚さt4は、例えば8μm以上且つ13μm以下である。 The inner resin film 13 may contain a filler such as glass fiber, graphite, or molybdenum disulfide. The thickness t4 of the inner resin film 13 is preferably as thin as possible, provided that the inner resin film 13 and the inner protrusion 11 can withstand the shear force applied from the inner metal plate 5 at the beginning of use of the sliding member 1. The thickness t4 of the inner resin film 13 is, for example, 8 μm or more and 13 μm or less.

膨張黒鉛層3の内周面には、微細な凹凸17が形成されている。本例において、当該凹凸17は、膨張黒鉛層3の内周面の全体に亘って形成されている。膨張黒鉛層3の内周面の表面粗さ(算術平均粗さ)Raは、例えば6.0以上かつ7.5以下である。内側樹脂膜13は、そうした微細な凹凸17に密着している。内側樹脂膜13は、当該凹凸17によりアンカー効果を得て、膨張黒鉛層3の内周面に接合されている。 Fine irregularities 17 are formed on the inner surface of the expanded graphite layer 3. In this example, the irregularities 17 are formed over the entire inner surface of the expanded graphite layer 3. The surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of the inner surface of the expanded graphite layer 3 is, for example, 6.0 or more and 7.5 or less. The inner resin film 13 adheres closely to the fine irregularities 17. The inner resin film 13 is bonded to the inner surface of the expanded graphite layer 3 by the anchor effect of the irregularities 17.

膨張黒鉛層3の外周側の表面部分は、外側金属板7の各孔7hに入り込んでいる。膨張黒鉛層3のうち外側金属板7の各孔7hに入り込んだ部分は、外側突起19を形成している。すなわち、膨張黒鉛層3の外周面には、複数の外側突起19が設けられている。複数の外側突起19は、膨張黒鉛層3の外周全体に亘って千鳥状に配置されている。外側突起19は、第2突起の一例である。 The outer peripheral surface portion of the expanded graphite layer 3 penetrates into each hole 7h of the outer metal plate 7. The portions of the expanded graphite layer 3 that penetrate into each hole 7h of the outer metal plate 7 form outer protrusions 19. That is, multiple outer protrusions 19 are provided on the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3. The multiple outer protrusions 19 are arranged in a staggered pattern around the entire outer periphery of the expanded graphite layer 3. The outer protrusions 19 are an example of second protrusions.

膨張黒鉛層3の外側金属板7側の表面(外周面)には、各外側突起19を覆うように外側樹脂膜21が設けられている。外側樹脂膜21は、複数の外側突起19に対して共通の膜であって、膨張黒鉛層3の外周面を全体に亘り覆っている。外側樹脂膜21は、第2樹脂膜の一例である。外側樹脂膜21は、外側突起19の剛性を補強する補強材として機能する。 An outer resin film 21 is provided on the surface (outer peripheral surface) of the expanded graphite layer 3 facing the outer metal plate 7 so as to cover each outer protrusion 19. The outer resin film 21 is a film common to the multiple outer protrusions 19, and covers the entire outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3. The outer resin film 21 is an example of a second resin film. The outer resin film 21 functions as a reinforcing material that reinforces the rigidity of the outer protrusions 19.

外側樹脂膜21は、膨張黒鉛層3と外側金属板7との間に介在している。外側樹脂膜21は、外側金属板7の各孔5hの内周面と外側突起19の外周面との間にも介在している。外側樹脂膜21のうち各外側突起19の端面を覆う部分は、外側金属板7の孔7hから摺動部材1の外周側に露出している。外側金属板7の孔7hから露出した外側樹脂膜21の表面は、保持部材83と接触する接触面23を構成する。 The outer resin film 21 is interposed between the expanded graphite layer 3 and the outer metal plate 7. The outer resin film 21 is also interposed between the inner peripheral surface of each hole 5h of the outer metal plate 7 and the outer peripheral surface of the outer protrusion 19. The portions of the outer resin film 21 that cover the end faces of each outer protrusion 19 are exposed from the holes 7h of the outer metal plate 7 to the outer peripheral side of the sliding member 1. The surface of the outer resin film 21 exposed from the holes 7h of the outer metal plate 7 constitutes the contact surface 23 that comes into contact with the retaining member 83.

外側樹脂膜21の接触面23は、摺動部材1の厚さ方向において、外側金属板7の孔7h内に収まり、外側金属板7の外周側の表面と略面一となっている。外側樹脂膜21の接触面23は、外側金属板7の孔7hから樹脂部品1の外周側に突出していてもよい。外側樹脂膜21はフッ素樹脂からなる。具体的には、外側樹脂膜21は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)からなる焼成膜である。外側樹脂膜21は、グラスファイバやグラファイト、二硫化モリブデンなどの充填材を含んでもよい。 The contact surface 23 of the outer resin film 21 fits within the hole 7h of the outer metal plate 7 in the thickness direction of the sliding member 1 and is approximately flush with the outer peripheral surface of the outer metal plate 7. The contact surface 23 of the outer resin film 21 may protrude from the hole 7h of the outer metal plate 7 to the outer peripheral side of the resin part 1. The outer resin film 21 is made of a fluororesin. Specifically, the outer resin film 21 is a sintered film made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The outer resin film 21 may contain a filler such as glass fiber, graphite, or molybdenum disulfide.

外側樹脂膜21の厚さt5は、高温条件下での使用により摺動部材1に対する保持部材83の保持力が緩むことなどに起因して摺動部材1が作動軸81と共に回る共回り現象が生じ、摺動部材1が外周面で保持部材83と摺動する場合に、外側金属板7からかかる剪断力に外側突起19と共に耐え得ることを条件として可及的に薄いことが好ましい。外側樹脂膜21の厚さt5は、例えば8μm以上且つ13μm以下である。 The thickness t5 of the outer resin film 21 is preferably as thin as possible, provided that it can withstand the shear force applied from the outer metal plate 7 together with the outer protrusion 19 when the sliding member 1 slides against the retaining member 83 on the outer peripheral surface in a corotation phenomenon in which the sliding member 1 rotates together with the operating shaft 81 due to the loosening of the holding force of the retaining member 83 against the sliding member 1 caused by use under high temperature conditions. The thickness t5 of the outer resin film 21 is, for example, 8 μm or more and 13 μm or less.

膨張黒鉛層3の外周面には、微細な凹凸25が形成されている。本例において、当該凹凸25は、膨張黒鉛層3の外周面の全体に亘って形成されている。膨張黒鉛層3の外周面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば6.0以上かつ7.5以下である。外側樹脂膜21は、そうした微細な凹凸25に密着している。外側樹脂膜21は、当該凹凸25によりアンカー効果を得て、膨張黒鉛層3の外周面に接合されている。 The outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3 is formed with fine irregularities 25. In this example, the irregularities 25 are formed over the entire outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3. The surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3 is, for example, 6.0 or more and 7.5 or less. The outer resin film 21 is in close contact with the fine irregularities 25. The outer resin film 21 is bonded to the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3 by the anchor effect of the irregularities 25.

-摺動部材の製造方法-
上記構成の摺動部材1は、膨張黒鉛層3を構成する膨張黒鉛シート3sに内側樹脂膜13および外側樹脂膜21となる樹脂膜31を形成した後、その膨張黒鉛シート3sからなる膨張黒鉛層3を内側金属板5と外側金属板7との間に挟み込んだ状態で加圧し、膨張黒鉛シート3sの両側の表面部分を樹脂膜31ともども内側金属板5の各孔5hと外側金属板7の各孔7hとに入り込ませることにより製造される。
- Manufacturing method of slide member -
The slide member 1 having the above-mentioned configuration is manufactured by forming the resin films 31 that become the inner resin film 13 and the outer resin film 21 on the expanded graphite sheet 3s that constitutes the expanded graphite layer 3, and then pressing the expanded graphite layer 3 made of the expanded graphite sheet 3s while it is sandwiched between the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7, so that the surface portions on both sides of the expanded graphite sheet 3s together with the resin films 31 enter each of the holes 5h of the inner metal plate 5 and each of the holes 7h of the outer metal plate 7.

膨張黒鉛シート3sの両面に樹脂膜31を形成する工程では、例えば、図5に示すような塗工焼成システム51が使用される。塗工焼成システム51は、長尺の膨張黒鉛シート3sをロールトゥロール方式で搬送しながら、搬送中の膨張黒鉛シート3sの両面にディスパージョンDをディップコーティング方式で塗工した後に乾燥および焼成する一連の処理を連続実行するシステムである。 In the process of forming the resin film 31 on both sides of the expanded graphite sheet 3s, for example, a coating and baking system 51 as shown in FIG. 5 is used. The coating and baking system 51 is a system that continuously performs a series of processes, in which a long expanded graphite sheet 3s is transported by a roll-to-roll method, and dispersion D is applied to both sides of the expanded graphite sheet 3s during transportation by a dip coating method, followed by drying and baking.

塗工焼成システム51は、巻出し装置53と、巻取り装置55と、複数のガイドローラ57と、表面処理装置59と、液槽61と、乾燥焼成機63と、コントローラ65とを備える。巻出し装置53、巻取り装置55、複数のガイドローラ57、表面処理装置59および乾燥焼成機63の動作は、コントローラ65によって制御される。 The coating and baking system 51 includes an unwinding device 53, a winding device 55, multiple guide rollers 57, a surface treatment device 59, a liquid tank 61, a drying and baking machine 63, and a controller 65. The operations of the unwinding device 53, the winding device 55, the multiple guide rollers 57, the surface treatment device 59, and the drying and baking machine 63 are controlled by the controller 65.

塗工焼成システム51において、膨張黒鉛シート3sは、芯材にロール状に巻かれた状態でセットされる。巻出し装置53は、ロール状の膨張黒鉛シート3sを支持し、膨張黒鉛シート3sを一定の速度で送り出す。巻出し装置53から送り出された膨張黒鉛シート3sは、複数のガイドローラ57に支持されながら搬送され、表面処理ゾーンZ1、塗工ゾーンZ2および乾燥焼成ゾーンZ3を順に経て、巻取り装置55に巻き取られる。 In the coating and baking system 51, the expanded graphite sheet 3s is set in a rolled state wound around a core material. The unwinding device 53 supports the rolled expanded graphite sheet 3s and delivers the expanded graphite sheet 3s at a constant speed. The expanded graphite sheet 3s delivered from the unwinding device 53 is transported while supported by multiple guide rollers 57, and passes through the surface treatment zone Z1, coating zone Z2, and drying and baking zone Z3 in that order before being wound up by the winding device 55.

表面処理ゾーンZ1には、表面処理装置59が配置される。表面処理装置59は、表面処理ゾーンZ1に搬送された膨張黒鉛シート3sを挟み込む一対のプレスローラ69を有する。各プレスローラ69の外周面には、粗目または中目の研磨紙に相当する粒度の凸部71が全周に亘って多数設けられている。一対のプレスローラ69は、互いに逆方向に回転することにより、膨張黒鉛シート3sを挟み込んで送り出す。このとき、膨張黒鉛シート3sが一対のプレスローラ69に加圧されることにより、膨張黒鉛シート3sの両面にプレスローラ69の表面形状が転写されて微細な凹凸17,25が形成される。 In the surface treatment zone Z1, a surface treatment device 59 is arranged. The surface treatment device 59 has a pair of press rollers 69 that sandwich the expanded graphite sheet 3s transported to the surface treatment zone Z1. The outer peripheral surface of each press roller 69 is provided with a large number of convex portions 71 of a grain size equivalent to coarse or medium-grain abrasive paper, which are provided all around the circumference. The pair of press rollers 69 rotate in opposite directions to each other, sandwiching and sending out the expanded graphite sheet 3s. At this time, the expanded graphite sheet 3s is pressed by the pair of press rollers 69, so that the surface shape of the press rollers 69 is transferred to both sides of the expanded graphite sheet 3s, forming fine irregularities 17, 25.

塗工ゾーンZ2には、液槽61が配置される。液槽61には、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)の微粒子を水に分散させたディスパージョンDが貯留されている。ガイドローラ57は、液槽61内にもディスパージョンDに浸かるように配置されている。塗工ゾーンZ2において、膨張黒鉛シート3sは、液槽61内に入り、液槽61内のガイドローラ57の下側を潜った後に、液槽61外に出るように搬送される。このとき、膨張黒鉛シート3sがディスパージョンDに浸漬されて、膨張黒鉛シート3sの両面にディスパージョンDが塗工される。図示しないが、塗工後の膨張黒鉛シート3sが搬送される箇所には、ブレードやエアナイフといった掻き取り装置が配置される。膨張黒鉛シート3sに塗工された余分なディスパージョンDは、掻き取り装置により掻き取られる。 A liquid tank 61 is disposed in the coating zone Z2. The liquid tank 61 stores a dispersion D in which polytetrafluoroethylene resin (PTFE) particles are dispersed in water. The guide roller 57 is disposed in the liquid tank 61 so as to be immersed in the dispersion D. In the coating zone Z2, the expanded graphite sheet 3s enters the liquid tank 61, passes under the guide roller 57 in the liquid tank 61, and is transported to the outside of the liquid tank 61. At this time, the expanded graphite sheet 3s is immersed in the dispersion D, and the dispersion D is coated on both sides of the expanded graphite sheet 3s. Although not shown, a scraping device such as a blade or an air knife is disposed at the location where the expanded graphite sheet 3s after coating is transported. The excess dispersion D coated on the expanded graphite sheet 3s is scraped off by the scraping device.

乾燥焼成ゾーンZ3には、乾燥焼成機63が配置される。乾燥焼成ゾーンZ3に搬送された膨張黒鉛シート3sは、乾燥焼成機63に搬入され、乾燥焼成機63の内部を上下方向に搬送される。乾燥焼成機63の内部には、膨張黒鉛シート3sを両側から加熱するヒータ73が設けられている。乾燥焼成機63は、ディスパージョンDが塗工された膨張黒鉛シート3sをヒータ73による加熱で乾燥させた後に焼成する。このときの焼成温度は、例えば、350℃以上且つ400℃以下の温度である。そうして、膨張黒鉛シート3sの両面に樹脂膜31が形成される。 A dryer/sintering machine 63 is disposed in the dryer/sintering zone Z3. The expanded graphite sheet 3s transported to the dryer/sintering zone Z3 is carried into the dryer/sintering machine 63 and transported vertically inside the dryer/sintering machine 63. Inside the dryer/sintering machine 63, a heater 73 is provided for heating the expanded graphite sheet 3s from both sides. The dryer/sintering machine 63 dries the expanded graphite sheet 3s coated with the dispersion D by heating with the heater 73 and then sinters it. The sintering temperature at this time is, for example, 350°C or higher and 400°C or lower. Thus, a resin film 31 is formed on both sides of the expanded graphite sheet 3s.

乾燥焼成機63から搬出された膨張黒鉛シート3sは、ガイドローラ57により巻取り装置55へと案内される。このようにして得られた長尺の膨張黒鉛シート3sは、所定の長さにカットして膨張黒鉛層3として摺動部材1に用いられる。 The expanded graphite sheet 3s discharged from the drying and baking machine 63 is guided to the winding device 55 by the guide roller 57. The long expanded graphite sheet 3s thus obtained is cut to a predetermined length and used as the expanded graphite layer 3 for the sliding member 1.

-摺動部材の使用時の挙動-
上記構成の摺動部材1を使用すると、使用初期においては、図6に示すように、作動軸81が内側金属板5を摺動し、作動軸81の回転力が内側金属板5に作用する。そのため、膨張黒鉛層3の内周面に設けられた内側突起11に内側金属板3から剪断力がかかる。このとき、内側突起11は、四フッ化エチレン樹脂の焼成膜からなる内側樹脂膜13によって覆われることにより補強されている。よって、内側樹脂膜13に覆われた内側突起11は、内側金属板5からかかる剪断力に耐えることができる。
- Behavior of sliding components during use -
When the sliding member 1 having the above configuration is used, in the early stages of use, as shown in Fig. 6, the operating shaft 81 slides on the inner metal plate 5, and the rotational force of the operating shaft 81 acts on the inner metal plate 5. Therefore, a shear force is applied from the inner metal plate 3 to the inner protrusions 11 provided on the inner circumferential surface of the expanded graphite layer 3. At this time, the inner protrusions 11 are reinforced by being covered with the inner resin film 13 made of a sintered film of polytetrafluoroethylene resin. Therefore, the inner protrusions 11 covered with the inner resin film 13 can withstand the shear force applied from the inner metal plate 5.

摺動部材1には、その使用時にラジアル荷重がかかるため、膨張黒鉛層3が内側金属板5と外側金属板7とに押圧される。このため、内側突起11は、内側金属板5の孔5hから摺動部材1の内周側に膨出するように変形する。それにより、内側突起11を覆う内側樹脂膜13が作動軸81に押し付けられ、作動軸81が内側樹脂膜13を摺動する。摺動部材1の使用を続けると、図7に示すように、内側樹脂膜13が作動軸81の摺動によって摩耗したり引き延ばされたりして破れ、内側金属板5の孔5hから内側突起11の端面が露出する。 When the sliding member 1 is in use, a radial load is applied, and the expanded graphite layer 3 is pressed against the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7. As a result, the inner protrusion 11 deforms so as to bulge out from the hole 5h of the inner metal plate 5 toward the inner circumference of the sliding member 1. This causes the inner resin film 13 covering the inner protrusion 11 to be pressed against the operating shaft 81, which slides on the inner resin film 13. As the sliding member 1 continues to be used, the inner resin film 13 is worn and stretched by the sliding of the operating shaft 81, and is torn, as shown in FIG. 7, and the end face of the inner protrusion 11 is exposed from the hole 5h of the inner metal plate 5.

内側金属板5の孔5hから露出した内側突起11の端面は、内側樹脂膜13に代わり作動軸81に押し付けられる。そして、作動軸81が内側突起11の端面と摺動すると、内側突起11をなす膨張黒鉛が摺動部材1の内周側に進出し、作動軸81の回転動作に伴って内側金属板5と作動軸81との間で引き延ばされて広がる。これにより、図8に示すように、膨張黒鉛の薄膜4が内側金属板5を覆うように形成される。膨張黒鉛の薄膜4が形成されると、作動軸81の回転力が内側金属板5に作用し難くなり、内側金属板3から内側突起11にかかる剪断力が低減される。そして、摺動部材1が安定した摺動特性を発揮できるようになる。 The end face of the inner protrusion 11 exposed from the hole 5h of the inner metal plate 5 is pressed against the operating shaft 81 instead of the inner resin film 13. When the operating shaft 81 slides against the end face of the inner protrusion 11, the expanded graphite forming the inner protrusion 11 advances to the inner periphery of the sliding member 1 and is stretched and spread between the inner metal plate 5 and the operating shaft 81 as the operating shaft 81 rotates. As a result, as shown in FIG. 8, a thin film 4 of expanded graphite is formed so as to cover the inner metal plate 5. When the thin film 4 of expanded graphite is formed, the rotational force of the operating shaft 81 is less likely to act on the inner metal plate 5, and the shear force applied from the inner metal plate 3 to the inner protrusion 11 is reduced. This allows the sliding member 1 to exhibit stable sliding characteristics.

-実施形態の特徴-
この実施形態の摺動部材1によると、内側突起11がフッ素樹脂からなる内側樹脂膜13によって覆われていることにより、内側突起11の剛性が補強される。そのことで、内側金属板5から内側突起11にかかる剪断力が低減され、内側突起11の基部に生じる応力が緩和される。これにより、摺動部材1の使用初期において、膨張黒鉛層3に設けられた内側突起11が折損するのを抑制できる。その結果、内側金属板5が膨張黒鉛層3から剥離し難くなり、摺動部材1の耐久性が向上する。
-Features of the embodiment-
In the slide member 1 of this embodiment, the inner projections 11 are covered with the inner resin film 13 made of a fluororesin, thereby reinforcing the rigidity of the inner projections 11. This reduces the shear force applied to the inner projections 11 from the inner metal plate 5, and relieves the stress generated at the base of the inner projections 11. This makes it possible to suppress breakage of the inner projections 11 provided on the expanded graphite layer 3 in the initial period of use of the slide member 1. As a result, the inner metal plate 5 becomes less likely to peel off from the expanded graphite layer 3, and the durability of the slide member 1 is improved.

この実施形態の摺動部材1によると、内側樹脂膜13が膨張黒鉛層3の内周面に形成された微細な凹凸17に密着した状態で設けられている。そのことで、膨張黒鉛層3に対する内側樹脂膜13の接合力が当該凹凸17によるアンカー効果で高められる。これにより、内側樹脂膜13が膨張黒鉛層3から剥離するのを抑制できる。このことは、摺動部材1の耐久性を向上させるのに有利である。 In the sliding member 1 of this embodiment, the inner resin film 13 is provided in a state of being in close contact with the fine irregularities 17 formed on the inner peripheral surface of the expanded graphite layer 3. This increases the bonding strength of the inner resin film 13 to the expanded graphite layer 3 due to the anchor effect of the irregularities 17. This makes it possible to prevent the inner resin film 13 from peeling off from the expanded graphite layer 3. This is advantageous for improving the durability of the sliding member 1.

この実施形態の摺動部材1によると、外側突起19がフッ素樹脂からなる外側樹脂膜21によって覆われている。そのことで、外側突起19の剛性が補強される。摺動部材1が共回り現象の発生により外周面で保持部材83と摺動する事態となった場合には、外側金属板7から外側突起19に剪断力がかかる。この場合、外側金属板7から外側突起19にかかる剪断力が低減され、外側突起19の基部に生じる応力が緩和される。これにより、膨張黒鉛層3に設けられた外側突起19が折損するのを抑制できる。その結果、外側金属板7が膨張黒鉛層3から剥離し難くなり、摺動部材1の耐久性が向上する。 In the sliding member 1 of this embodiment, the outer protrusions 19 are covered with an outer resin film 21 made of fluororesin. This reinforces the rigidity of the outer protrusions 19. When the sliding member 1 slides against the retaining member 83 on the outer peripheral surface due to the occurrence of a corotation phenomenon, a shear force is applied to the outer protrusions 19 from the outer metal plate 7. In this case, the shear force applied to the outer protrusions 19 from the outer metal plate 7 is reduced, and the stress generated at the base of the outer protrusions 19 is alleviated. This makes it possible to prevent the outer protrusions 19 provided on the expanded graphite layer 3 from breaking. As a result, the outer metal plate 7 is less likely to peel off from the expanded graphite layer 3, and the durability of the sliding member 1 is improved.

この実施形態の摺動部材1によると、外側樹脂膜21が膨張黒鉛層3の外周面に形成された微細な凹凸25に密着した状態で設けられている。そのことで、膨張黒鉛層3に対する外側樹脂膜21の接合力が当該凹凸25によるアンカー効果で高められる。これによれば、共回り現象が生じて摺動部材1が外周面で保持部材83と摺動する場合に、外側樹脂膜21が膨張黒鉛層3から剥離するのを抑制できる。このことは、摺動部材1の耐久性を向上させるのに有利である。 In the sliding member 1 of this embodiment, the outer resin film 21 is provided in a state of being in close contact with the fine irregularities 25 formed on the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3. This increases the bonding strength of the outer resin film 21 to the expanded graphite layer 3 by the anchor effect of the irregularities 25. This makes it possible to suppress peeling of the outer resin film 21 from the expanded graphite layer 3 when a co-rotation phenomenon occurs and the sliding member 1 slides on the outer peripheral surface against the retaining member 83. This is advantageous for improving the durability of the sliding member 1.

この実施形態の摺動部材1によると、内側樹脂膜13および外側樹脂膜21がそれぞれ四フッ化エチレン樹脂からなる焼成膜である。そのことで、内側樹脂膜13および外側樹脂膜21において、良好な耐熱性および滑り性を得られる。このことは、摺動部材1を高温条件下で使用する場合に信頼性を確保するのに有利である。四フッ化エチレン樹脂は、水に分散させたディスパージョンDの態様で使用できるので、ウェットコーティング技術を利用して膨張黒鉛層3の表面に内側樹脂膜13を形成し易く、量産に向いている。 In the sliding member 1 of this embodiment, the inner resin film 13 and the outer resin film 21 are each a fired film made of tetrafluoroethylene resin. This provides good heat resistance and slipperiness in the inner resin film 13 and the outer resin film 21. This is advantageous in ensuring reliability when the sliding member 1 is used under high temperature conditions. Since tetrafluoroethylene resin can be used in the form of dispersion D dispersed in water, it is easy to form the inner resin film 13 on the surface of the expanded graphite layer 3 using wet coating technology, and is suitable for mass production.

-耐久性評価試験-
以下に示す実施例の摺動部材1と比較例の摺動部材とを製造し、それら実施例の摺動部材1および比較例の摺動部材について耐久性を評価する試験を実施した。なお、ここでは、便宜上、比較例の摺動部材についても、上記実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付して説明する。
-Durability evaluation test-
The slide members 1 of the examples and the slide members of the comparative examples shown below were manufactured, and tests were carried out to evaluate the durability of the slide members 1 of the examples and the slide members of the comparative examples. For convenience, the slide members of the comparative examples will be described below by using the same reference numerals to designate the same components as those in the above embodiment.

実施例の摺動部材1と比較例の摺動部材とはいずれも、各々エキスパンドメタルからなる内側金属板5と外側金属板7との間に膨張黒鉛層3を挟み込んで、膨張黒鉛層3、内側金属板5および外側金属板7を圧着成形して製造した。実施例の摺動部材1の寸法は、内径35mm、外径37mm、長さ16mmである。比較例の摺動部材の寸法は、実施例の摺動部材1の寸法と同じである。 Both the sliding member 1 of the example and the sliding member of the comparative example were manufactured by sandwiching an expanded graphite layer 3 between an inner metal plate 5 and an outer metal plate 7, each made of expanded metal, and then pressure-molding the expanded graphite layer 3, the inner metal plate 5, and the outer metal plate 7. The dimensions of the sliding member 1 of the example are an inner diameter of 35 mm, an outer diameter of 37 mm, and a length of 16 mm. The dimensions of the sliding member of the comparative example are the same as those of the sliding member 1 of the example.

図4に示すように、実施例の摺動部材1において、膨張黒鉛層3の内周面には、微細な凹凸17が形成され、且つ内側樹脂膜13が凹凸17に密着した状態で各内側突起11を覆うように設けられている。また、膨張黒鉛層3の外周面には、微細な凹凸25が形成され、且つ外側樹脂膜21が凹凸25に密着した状態で各外側突起19を覆うように設けられている。内側樹脂膜13および外側樹脂膜21はそれぞれ、四フッ化エチレン樹脂からなる焼成膜である。 As shown in FIG. 4, in the sliding member 1 of the embodiment, fine irregularities 17 are formed on the inner peripheral surface of the expanded graphite layer 3, and the inner resin film 13 is provided so as to cover each inner protrusion 11 while being in close contact with the irregularities 17. In addition, fine irregularities 25 are formed on the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3, and the outer resin film 21 is provided so as to cover each outer protrusion 19 while being in close contact with the irregularities 25. The inner resin film 13 and the outer resin film 21 are each a sintered film made of polytetrafluoroethylene resin.

これに対し、図9に示すように、比較例の摺動部材においては、膨張黒鉛層3の内周面および外周面のいずれにも、微細な凹凸が形成されておらず、樹脂膜も設けられていない。その他の構成について、比較例の摺動部材は、実施例の摺動部材1と同じである。 In contrast, as shown in FIG. 9, in the sliding member of the comparative example, no fine irregularities are formed on either the inner or outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3, and no resin film is provided. In other respects, the sliding member of the comparative example is the same as the sliding member 1 of the example.

実施例の摺動部材1と比較例の摺動部材との耐久性の評価試験には、図10および図11に示す試験装置101を使用した。試験装置101は、ベアリングボックス103と、ステム105と、トルク変換器107と、電気モーター109と、上側ステージ111と、下側ステージ113と、シリンダ115と、面圧測定器117とを含んで構成されている。 A test device 101 shown in Figs. 10 and 11 was used to evaluate the durability of the sliding member 1 of the embodiment and the sliding member of the comparative example. The test device 101 includes a bearing box 103, a stem 105, a torque converter 107, an electric motor 109, an upper stage 111, a lower stage 113, a cylinder 115, and a surface pressure measuring device 117.

ベアリングボックス103は、ベアリングの摺動部を模擬した保持部材である。ベアリングボックス103は、ステム105が挿通される挿通孔119と、摺動部材が組み付けられる収容部121とを有する。収容部121は、挿通孔119の外周に設けられている。ステム105は、SUS403からなる。ステム105の外周面における表面粗さ(最大高さ)Rzは1.6μmである。ステム105は、ギヤカップリング123を介してトルク変換器107に連結される。 The bearing box 103 is a retaining member that simulates the sliding part of a bearing. The bearing box 103 has an insertion hole 119 through which the stem 105 is inserted, and a housing part 121 in which the sliding member is assembled. The housing part 121 is provided on the outer periphery of the insertion hole 119. The stem 105 is made of SUS403. The surface roughness (maximum height) Rz of the outer periphery of the stem 105 is 1.6 μm. The stem 105 is connected to the torque converter 107 via a gear coupling 123.

トルク変換器107は、電気モーター109とギヤカップリング125を介して連結される。トルク変換器107は、電気モーター109からステム105に伝達されるトルクを測定する変換器である。電気モーター109は、トルク変換器107を介してステム105にトルクを伝達し、ステム105を回転させる。ステム105の回転方向は、電気モーター109により90°回転させるごとに反対方向へと切り換えられる。 The torque converter 107 is connected to the electric motor 109 via a gear coupling 125. The torque converter 107 is a converter that measures the torque transmitted from the electric motor 109 to the stem 105. The electric motor 109 transmits torque to the stem 105 via the torque converter 107, causing the stem 105 to rotate. The direction of rotation of the stem 105 is switched to the opposite direction every time the electric motor 109 rotates the stem 105 by 90°.

上側ステージ111は、ベアリングボックス103を支持するステージである。上側ステージ111には、ベアリングボックス103の下面を下方に露出させる貫通孔127が形成されている。貫通孔127には、プレスロッド129が下方から挿入される。プレスロッド129は、下側ステージ113に支持される。下側ステージ113は、シリンダ115の上端部に固定されている。 The upper stage 111 is a stage that supports the bearing box 103. A through hole 127 is formed in the upper stage 111 to expose the lower surface of the bearing box 103 downward. A press rod 129 is inserted into the through hole 127 from below. The press rod 129 is supported by the lower stage 113. The lower stage 113 is fixed to the upper end of the cylinder 115.

シリンダ115は、上下方向に伸縮可能に設けられている。下側ステージ113は、シリンダ115が上方に伸張することにより、プレスロッド129を押し上げて、ベアリングボックス103の収容部121に組み付けられた摺動部材をステム105に押し付ける方向に加圧する(図11の白抜き矢印参照)。面圧測定器117は、プレスロッド129の押し上げにより摺動部材に負荷される面圧を測定する。 The cylinder 115 is provided so as to be extendable and contractible in the vertical direction. As the cylinder 115 extends upward, the lower stage 113 pushes up the press rod 129, applying pressure in a direction that presses the sliding member assembled in the housing portion 121 of the bearing box 103 against the stem 105 (see the white arrow in FIG. 11). The surface pressure gauge 117 measures the surface pressure applied to the sliding member by pushing up the press rod 129.

耐久性の評価試験では、まず、ベアリングボックス103の収容部121に摺動部材を組み付け、そのベアリングボックス103を上側ステージ111に設置する。次いで、ステム105をベアリングボックス103の挿通孔119に挿通させ、ギヤカップリング123を介してトルク変換器107に接続する。続いて、シリンダ115を動作させ、下側ステージ113を上昇させることにより、摺動部材とステム105との接触部分に所定の面圧を負荷する。本試験での当該面圧は、10N/mmに設定した。そして、電気モーター109を駆動してステム105を回転させた。本試験でのステム105の回転数は、30回/秒に設定した。当該ステム105の回転速度は、0.05m/秒である。ここで、ステム105の回転数のカウントは、ステム105が所定位置から一方向へ90°回転した後に、他方向へ90°回転を行い所定位置に戻った時点(90°の往復運動)を1カウントとした。本試験は、室温(約25℃)の条件で実施した。 In the durability evaluation test, first, the sliding member is assembled in the housing portion 121 of the bearing box 103, and the bearing box 103 is placed on the upper stage 111. Next, the stem 105 is inserted into the insertion hole 119 of the bearing box 103 and connected to the torque converter 107 via the gear coupling 123. Next, the cylinder 115 is operated to raise the lower stage 113, thereby applying a predetermined surface pressure to the contact portion between the sliding member and the stem 105. The surface pressure in this test was set to 10 N/ mm2 . Then, the electric motor 109 was driven to rotate the stem 105. The number of rotations of the stem 105 in this test was set to 30 times/second. The rotation speed of the stem 105 was 0.05 m/second. Here, the number of rotations of the stem 105 was counted as one count when the stem 105 rotated 90° in one direction from a predetermined position, then rotated 90° in the other direction and returned to the predetermined position (a reciprocating motion of 90°). This test was carried out at room temperature (about 25° C.).

図12に示すように、本試験において、比較例の摺動部材(図9参照)は、ステム105を275回回転(往復)させた時点で、内側金属板5および外側金属板7が膨張黒鉛層3から剥離した状態となり、破損に至った。これに対して、実施例の摺動部材1は、ステム105を15000回回転させても、内側金属板5および外側金属板7が膨張黒鉛層3に接合された状態を維持し、破損しなかった。このことから、膨張黒鉛層3の内周面に内側樹脂膜13が各内側突起11を覆うように設けられ、膨張黒鉛層3の外周面に外側樹脂膜21が各外側突起19を覆うように設けられていることで、摺動部材1の耐久性が向上することを確認できた。 As shown in FIG. 12, in this test, the sliding member of the comparative example (see FIG. 9) was broken when the stem 105 was rotated (reciprocated) 275 times, with the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 peeling off from the expanded graphite layer 3. In contrast, the sliding member 1 of the example maintained a state in which the inner metal plate 5 and the outer metal plate 7 were bonded to the expanded graphite layer 3, even after the stem 105 was rotated 15,000 times, and was not broken. From this, it was confirmed that the durability of the sliding member 1 was improved by providing the inner resin film 13 on the inner peripheral surface of the expanded graphite layer 3 so as to cover each inner protrusion 11, and providing the outer resin film 21 on the outer peripheral surface of the expanded graphite layer 3 so as to cover each outer protrusion 19.

-変形例-
図13に示すように、摺動部材1では、膨張黒鉛層3の内周面に内側樹脂膜13が設けられているが、膨張黒鉛層3の外周面に外側樹脂膜21が設けられていなくてもよい。本例の摺動部材1において、膨張黒鉛層3の外周面には、微細な凹凸25が形成されていない。すなわち、膨張黒鉛層3の外周面の表面粗さは、膨張黒鉛層3の内周面の表面粗さよりも滑らかである。このような膨張黒鉛層3をなす膨張黒鉛シート3sは、上述した塗工焼成システム51において、表面処理装置59の一方のプレスローラ69を凸部71のないローラとすることで作製できる。
--Modifications--
13 , in the slide member 1, the inner resin film 13 is provided on the inner circumferential surface of the expanded graphite layer 3, but the outer resin film 21 may not be provided on the outer circumferential surface of the expanded graphite layer 3. In the slide member 1 of this example, the outer circumferential surface of the expanded graphite layer 3 is not formed with fine irregularities 25. That is, the surface roughness of the outer circumferential surface of the expanded graphite layer 3 is smoother than the surface roughness of the inner circumferential surface of the expanded graphite layer 3. The expanded graphite sheet 3s forming such an expanded graphite layer 3 can be produced by using a roller without protrusions 71 as one press roller 69 of the surface treatment device 59 in the above-mentioned coating and baking system 51.

図14に示すように、摺動部材1では、内側金属板5がステンレス鋼などからなるパンチングメタルによって構成されていてもよい。パンチングメタルは、千鳥状に配置された円形などの多数の孔5hを有する多孔板である。さらに、外側金属板7も、内側金属板5と同様なパンチングメタルによって構成されていてもよい。また、内側金属板5はエキスパンドメタルによって構成され、外側金属板7はパンチングメタルによって構成されてもよい。 As shown in FIG. 14, in the sliding member 1, the inner metal plate 5 may be made of a punched metal made of stainless steel or the like. The punched metal is a porous plate having a large number of holes 5h, such as circular holes, arranged in a staggered pattern. Furthermore, the outer metal plate 7 may also be made of a punched metal similar to the inner metal plate 5. Alternatively, the inner metal plate 5 may be made of expanded metal, and the outer metal plate 7 may be made of punched metal.

以上のように、本開示の技術の例示として、好ましい実施形態について説明した。しかし、本開示の技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As described above, a preferred embodiment has been described as an example of the technology of the present disclosure. However, the technology of the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which modifications, substitutions, additions, omissions, etc. are made as appropriate. Furthermore, some of the components described in the attached drawings and detailed description may not be essential for solving the problem. Therefore, just because these non-essential components are described in the attached drawings or detailed description, it should not be immediately assumed that these non-essential components are essential.

例えば、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 For example, the above embodiment may be configured as follows:

膨張黒鉛層3は、複数の膨張黒鉛シート3sが互いに積層されたシート積層物によって構成されてもよい。シート積層物を構成する膨張黒鉛シート3sの枚数は、2枚であってもよく、3枚以上であってもよい。 The expanded graphite layer 3 may be formed of a sheet stack in which multiple expanded graphite sheets 3s are stacked on top of each other. The number of expanded graphite sheets 3s that make up the sheet stack may be two or three or more.

内側金属板5は、複数の孔5hを有するものであれば、エキスパンドメタルやパンチングメタル以外の金属板であってもよい。このことは、外側金属板7においても同じである。外側金属板7は、摺動部材1の強度を確保できるのであればなくてもよい。この場合、摺動部材1は、外側金属板7に代えて別の補強材を備えてもよい。 The inner metal plate 5 may be a metal plate other than expanded metal or punched metal, so long as it has a plurality of holes 5h. The same applies to the outer metal plate 7. The outer metal plate 7 may not be necessary as long as the strength of the sliding member 1 can be ensured. In this case, the sliding member 1 may be provided with another reinforcing material in place of the outer metal plate 7.

膨張黒鉛層3の内周面および外周面の微細な凹凸17,25は、粒子状の研磨材を投射して膨張黒鉛シート3sの表面に祖面化を施すブラスト加工など、プレスローラ69による表面形状の転写以外の物理的な表面加工技術によって形成されてもよい。 The fine irregularities 17, 25 on the inner and outer peripheral surfaces of the expanded graphite layer 3 may be formed by a physical surface processing technique other than the transfer of the surface shape by the press roller 69, such as a blasting process in which particulate abrasive is projected onto the surface of the expanded graphite sheet 3s to roughen it.

膨張黒鉛シート3sに樹脂膜31を形成するときには、液槽61内のディスパージョンDをロールが回転動作で掻き揚げて膨張黒鉛シート3sに転移させるリバース方式や、ダイヘッドがディスパージョンDを押し出しながら膨張黒鉛シート3sに塗布するスロットダイ方式など、ディップコーティング方式以外のコーティング方式を利用して、ディスパージョンDが膨張黒鉛シート3sの表面に塗工されてもよい。 When forming the resin film 31 on the expanded graphite sheet 3s, the dispersion D may be applied to the surface of the expanded graphite sheet 3s using a coating method other than the dip coating method, such as a reverse method in which a roll scoops up the dispersion D in the liquid tank 61 by rotating and transfers it to the expanded graphite sheet 3s, or a slot die method in which a die head applies the dispersion D to the expanded graphite sheet 3s while pushing it out.

内側樹脂膜13を構成する焼成膜は、四フッ化エチレンパーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂(PFA)や四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など、四フッ化エチレン樹脂以外のフッ素樹脂を含んでいてもよい。内側樹脂膜13は、内側突起11の剛性を補強可能であれば、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)以外のフッ素樹脂(PFA、FEP、ETFE、PVDFなど)によって形成されてよい。内側樹脂膜13は、内側突起13の補強機能および耐熱性などの観点から焼成膜であることが好ましい。これらのことは、外側樹脂膜21においても同じである。 The fired film constituting the inner resin film 13 may contain fluororesins other than tetrafluoroethylene resin, such as tetrafluoroethylene perfluoroalkoxyethylene copolymer resin (PFA), tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. The inner resin film 13 may be formed of fluororesins (PFA, FEP, ETFE, PVDF, etc.) other than tetrafluoroethylene resin (PTFE) as long as it can reinforce the rigidity of the inner protrusion 11. It is preferable that the inner resin film 13 is a fired film from the viewpoint of the reinforcing function and heat resistance of the inner protrusion 13. The same applies to the outer resin film 21.

摺動部材1は、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブにおいて、ステムなどの作動軸を軸方向で支持するスラストベアリングとして使用されてもよい。当該摺動部材1は、内側金属板5と外側金属板7との間に樹脂膜31が設けられた膨張黒鉛層3を挟み込んで積層体を加圧成形し、その積層体を円環形板状に打抜き加工して製造される。 The sliding member 1 may be used as a thrust bearing that axially supports an operating shaft such as a stem in, for example, a ball valve, a butterfly valve, a gate valve, or a globe valve. The sliding member 1 is manufactured by sandwiching an expanded graphite layer 3 provided with a resin film 31 between an inner metal plate 5 and an outer metal plate 7, pressure-molding the laminate, and punching the laminate into a circular plate shape.

摺動部材1は、ラジアルベアリングやスラストベアリング以外のベアリングや各種の摺動部品の構成材として使用することが可能であり、その使用形態に応じて膨張黒鉛層3、内側金属板5、外側金属板7、内側樹脂膜13および外側樹脂膜21の厚さt1,t2,t3,t4,t5や形状を任意に変更できる。 The sliding member 1 can be used as a component of bearings other than radial bearings and thrust bearings, and various sliding parts, and the thicknesses t1, t2, t3, t4, t5 and shapes of the expanded graphite layer 3, inner metal plate 5, outer metal plate 7, inner resin film 13 and outer resin film 21 can be changed as desired depending on the mode of use.

以上説明したように、本発明は、摺動部材について有用である。 As explained above, the present invention is useful for sliding members.

1 摺動部材
3 膨張黒鉛層
5 内側金属板(第1金属板)
5h 孔
7 外側金属板(第2金属板)
7h 孔
11 内側突起(第1突起)
13 内側樹脂膜(第1樹脂膜)
17 凹凸
19 外側突起(第2突起)
21 外側樹脂膜(第2樹脂膜)
25 凹凸
1 Sliding member 3 Expanded graphite layer 5 Inner metal plate (first metal plate)
5h Hole 7 Outer metal plate (second metal plate)
7h hole 11 inner protrusion (first protrusion)
13 Inner resin film (first resin film)
17 Unevenness 19 Outer protrusion (second protrusion)
21 Outer resin film (second resin film)
25 Unevenness

Claims (7)

複数の孔が形成された第1金属板と、
前記第1金属板が圧着された膨張黒鉛層とを備え、
前記膨張黒鉛層の表面部分が前記第1金属板の前記孔に入り込んで第1突起を形成している摺動部材であって、
前記膨張黒鉛層は、厚さ方向に貫通する孔が形成されない層であり、
前記膨張黒鉛層の前記第1金属板側の表面には、微細な凹凸が形成され、且つ、フッ素樹脂からなる第1樹脂膜が、前記凹凸に密着した状態で前記第1突起を覆うように設けられ
前記第1金属板の一方側の面全体が前記第1樹脂膜と共に摺動面を構成する摺動部材。
a first metal plate having a plurality of holes formed therein;
an expanded graphite layer to which the first metal plate is pressed;
a surface portion of the expanded graphite layer enters the hole of the first metal plate to form a first protrusion,
The expanded graphite layer is a layer in which no pores are formed penetrating in the thickness direction,
a first resin film made of a fluororesin is provided on a surface of the expanded graphite layer facing the first metal plate so as to cover the first projections while being in close contact with the first resin film ,
A sliding member in which the entire surface of one side of the first metal plate constitutes a sliding surface together with the first resin film .
請求項1に記載された摺動部材において、
前記第1金属板は、エキスパンドメタルからなる摺動部材。
2. The sliding member according to claim 1,
The first metal plate is a sliding member made of expanded metal.
請求項1または2に記載された摺動部材において、
前記第1樹脂膜は、四フッ化エチレン樹脂を含む焼成膜である摺動部材。
The sliding member according to claim 1 or 2,
The first resin film is a sintered film containing polytetrafluoroethylene resin.
請求項1~3のいずれか1項に記載された摺動部材において、
前記膨張黒鉛層を介して前記第1金属板と対向する第2金属板をさらに備え、
前記第2金属板には、複数の孔が形成され、
前記膨張黒鉛層の表面部分は、前記第2金属板の前記孔に入り込んで第2突起を形成している摺動部材。
The sliding member according to any one of claims 1 to 3,
A second metal plate facing the first metal plate via the expanded graphite layer is further provided.
The second metal plate has a plurality of holes formed therein,
A sliding member, wherein a surface portion of the expanded graphite layer penetrates into the hole of the second metal plate to form a second projection.
請求項4に記載された摺動部材において、
前記第2金属板は、前記第1金属板とは別体の部材である摺動部材。
5. The sliding member according to claim 4,
The second metal plate is a sliding member that is a separate member from the first metal plate.
請求項4または5に記載された摺動部材において、
前記第2金属板は、エキスパンドメタルからなる摺動部材。
The sliding member according to claim 4 or 5,
The second metal plate is a sliding member made of expanded metal.
請求項4~6のいずれか1項に記載された摺動部材において、
前記膨張黒鉛層の前記第2金属板側の表面には、微細な凹凸が形成され、且つフッ素樹脂からなる第2樹脂膜が前記凹凸に密着した状態で前記第2突起を覆うように設けられている摺動部材。
The sliding member according to any one of claims 4 to 6,
A sliding member, wherein fine irregularities are formed on a surface of the expanded graphite layer facing the second metal plate, and a second resin film made of a fluororesin is provided to cover the second protrusions while being in close contact with the irregularities.
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