JP7549997B2 - 摺動部材 - Google Patents

Description

本開示は、摺動部材に関する。

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。

特開２０１８－１７３１６９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

図１は、摺動部材を例示する斜視図である。 図２は、摺動部材を例示する断面図である。 図３は、摺動部材の内周面を例示する図である。 図４は、図３のIV－IV線における摺動部材の断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 図１１は、図１０のXIで囲んだ箇所を拡大して示す図である。 図１２は、耐久性評価試験の結果を示すグラフである。 図１３は、変形例の摺動部材の要部を示す断面図である。 図１４は、変形例の摺動部材の内周面を示す図である。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

－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。

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。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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^２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。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。