(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合金属酸化物を０．１〜３重量％、フッ化カルシウムを０．５〜８重量％、二硫化タングステンを０．５〜８重量％含有し、残部がナイロン１１又はナイロン１２であることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物。
【請求項２】
複合金属酸化物に含まれる金属元素が、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂの群から選択される少なくとも２種以上である請求項１に記載の摺動部材用樹脂組成物。
【請求項３】
金属裏金部材の表面に接着層を介して樹脂組成物から成る滑り層を形成して成る摺動部材であって、前記樹脂組成物が、複合金属酸化物を０．１〜３重量％、フッ化カルシウムを０．５〜８重量％、二硫化タングステンを０．５〜８重量％含有し、残部がナイロン１１又はナイロン１２であることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
金属裏金部材が板状体である請求項３に記載の摺動部材。
【請求項５】
金属裏金部材が円筒状体であって、当該円筒状体の内周面に、接着層を介して樹脂組成物から成る滑り層が形成されている請求項３に記載の摺動部材。
【請求項６】
複合金属酸化物に含まれる金属元素が、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂの群から選択される少なくとも２種以上である請求項３乃至５の何れかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部材用樹脂組成物および摺動部材に関するものであり、詳しくは、摩擦摩耗特性、特に低速高荷重条件下における摩擦摩耗特性に優れた摺動部材用樹脂組成物およびこれを使用した摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、合成樹脂より成る摺動部材の耐摩耗性、耐荷重性を改善するため、（ａ）マトリックスを形成する合成樹脂にグラファイト、二硫化モリブデン等の固体潤滑材および／またはガラス繊維、炭素繊維などの補強材を配合したり、（ｂ）鋼裏金上に多孔質焼結金属層を形成し、当該多孔質焼結金属層に合成樹脂を含浸被覆させたり、（ｃ）鋼裏金上に接着層を形成し、当該接着層に合成樹脂を被着させたりしている。
【０００３】
上記（ａ）の態様の摺動部材は、摺動部材自体の強度に限界があり高荷重条件下では使用できない。これに対して、上記（ｂ）、（ｃ）の態様の摺動部材においては、比較的軟質の合成樹脂であっても、それが鋼などの裏金上に薄層として被着されていると、樹脂自体の撓みやヘタリを生じることがないため、結果として、摺動部材としての耐摩耗性や耐荷重性が向上する。また、摺動面において生じた摩擦熱が薄い樹脂層を介して裏金に容易に伝わり、そして摺動部材から放熱されるため、温度上昇を低く抑えることが出来、上述した性能が一層助長される。この他、樹脂の膨張、収縮あるいは経年変化も受け難いため、摺動部材としての寸法安定性が著しく向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（ｂ）、（ｃ）の態様の摺動部材には次の様な問題が残されている。すなわち、（ｂ）の態様の摺動部材の場合、鋼裏金上に合成樹脂を被着させて合成樹脂から成る滑り層を形成するための多孔質焼結金属層を設ける必要があり、製造上手間や時間を要する他、コスト面においても高価となるという欠点がある。また、円筒状の摺動部材を得る場合、平板状の摺動部材に丸曲げ加工を施さなければならないため、裏金の厚さが制限される。その結果、厚い裏金が必要とされる場合には、薄い裏金を使用した摺動部材を円筒状に捲回した後、更に円筒状のハウジングに圧入しなければならないという製造上の煩雑さがある。また、円筒状の摺動部材においては、突き合わせ部が生じるため、すなわち、摺動面に不連続部分が生じるため、この部分に荷重点が作用すると、そこから滑り層にヘタリ等の損傷を生じる恐れがある。
【０００５】
（ｃ）の態様の摺動部材は、例えば特開昭５５−１３９４２９号公報などにおいて公知である。この公報には、鋼板上に接着層を形成し、当該接着層にポリアセタール、ポリアミド等の合成樹脂、熱硬化性ポリイミド、四フッ化エチレン樹脂および潤滑油剤から成る組成物を被着させた摺動部材が開示されている。当該摺動部材は、（ｂ）の態様の摺動部材の様に多孔質焼結金属層を形成する必要がなく製造を簡略化できるが、苛酷な摩擦条件下では樹脂層が摺動面において溶融流動したり、裏金から剥離するという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、裏金との充分な結合力を得ることが出来、苛酷な摩擦条件下でも溶融流動したり、裏金から剥離したりすることがなく、摺動部材の製造が簡略化できる、摺動部材用樹脂組成物およびこれを使用した摺動部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ベース樹脂としてナイロン１１又はナイロン１２を使用し、これに複合金属酸化物、フッ化カルシウム及び二硫化タングステンを添加した樹脂組成物は、粉末塗装性に優れ、そして、この樹脂組成物を裏金部材の表面に接着層を介して被着させた摺動部材は、低速高荷重条件下において優れた摩擦摩耗特性を発揮し得るとの知見を得た。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づき完成されたものであり、その第１の要旨は、複合金属酸化物を０．１〜３重量％、フッ化カルシウムを０．５〜８重量％、二硫化タングステンを０．５〜８重量％含有し、残部がナイロン１１又はナイロン１２であることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物に存する。
【０００９】
そして、本発明の第２の要旨は、金属裏金部材の表面に接着層を介して樹脂組成物から成る滑り層を形成して成る摺動部材であって、前記樹脂組成物が、複合金属酸化物を０．１〜３重量％、フッ化カルシウムを０．５〜８重量％、二硫化タングステンを０．５〜８重量％含有し、残部がナイロン１１又はナイロン１２であることを特徴とする摺動部材に存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明において、樹脂組成物の主成分をなす樹脂としては、ナイロン１１又はナイロン１２が使用される。これらの樹脂は、他のポリアミド樹脂に比べ吸水率が小さく、粉末塗装性に優れるという特徴を有する。具体的には、日本リルサン社製ナイロン１１「リルサン（商品名）」、ダイセル・ヒュルス社製ナイロン１２「ダイアミド（商品名）」等が挙げられる。
【００１１】
本発明においては、ナイロン１１又はナイロン１２（ベース樹脂）に複合金属酸化物を配合するが、当該複合金属酸化物に含まれる金属元素としては、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂの群から選択される少なくとも２種以上の金属元素が好ましい。
【００１２】
上記の複合金属酸化物の具体例としては、ＴｉＯ2 −ＢａＯ−ＮｉＯ、ＴｉＯ2 −ＮｉＯ−Ｓｂ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 −Ｓｂ2 Ｏ3 −Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｎＯ−Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−Ｆｅ2 Ｏ3 、ＮｉＯ−Ｆｅ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 −ＮｉＯ−ＺｎＯ−ＣｏＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＣｏＯ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣｏＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 −ＣｕＯ、Ｆｅ2 Ｏ3 −ＣｕＯ−Ｍｎ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 −Ｆｅ2 Ｏ3 −ＣｏＯ、ＴｉＯ2 −ＮｉＯ−ＺｎＯ−ＣｏＯ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 −ＣｏＯ−ＣａＯ、ＴｉＯ2 −ＮｉＯ−ＣｏＯ−Ｌｉ2 Ｏ、ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 、ＢａＯ−ＺｒＯ2 、ＣａＯ−ＺｒＯ2 、ＢａＯ−ＳｎＯ2 、ＣａＯ−ＳｎＯ2 、ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ−ＴｉＯ2 等が挙げられる。
【００１３】
複合金属酸化物は、ベース樹脂であるナイロン樹脂の耐摩耗性を向上させる作用を有する。その配合割合は、通常０．１〜３重量％、好ましくは０．２〜２重量％、更に好ましくは０．３〜１重量％である。配合割合が０．１重量％未満の場合は耐摩耗性の向上の効果が現われず、また、３重量％を超える場合は却って耐摩耗性を低下させることになる。なお、複合金属酸化物は２種以上を混合して使用してもよい。
【００１４】
本発明においては、前記複合金属酸化物に加えて、ベース樹脂にフッ化カルシウム及び二硫化タングステンを配合するが、これらは、従来使用されているものを使用できる。
【００１５】
フッ化カルシウムは、複合金属酸化物と同様に耐摩耗性を向上させる効果を有する。また、フッ化カルシウムは、吸湿性がないため、湿度による摺動特性への悪影響を防止する働きも有する。フッ化カルシウムの配合割合は、通常０．５〜８重量％、好ましくは０．５〜５重量％、更に好ましくは１〜３重量％である。配合割合が０．５重量％未満の場合は耐摩耗性の向上に効果が認められず、８重量％を超えるとフッ化カルシウムの偏在が多くなり、滑り層の機械的強度が損なわれる。
【００１６】
二硫化タングステンも、耐摩耗性を向上させる効果を有する。しかも、二硫化タングステンは、樹脂中での分散性が良好であるため、前記フッ化カルシウムと同時に使用することにより、分散性の余り良くないフッ化カルシウムの分散性を改善し、フッ化カルシウムの効果を充分に発揮させる働きを有する。また、複合金属酸化物およびフッ化カルシウムを配合すると、前記の様に耐摩耗性を向上させるが、低摩擦性が若干損なわれる。しかしながら、二硫化タングステンを配合することによりナイロン樹脂が本来有する低摩擦特性が維持される。
【００１７】
二硫化タングステンの配合割合は、通常０．５〜８重量％、好ましくは０．５〜５重量％、更に好ましくは１〜３重量％である。配合割合が０．５重量％未満の場合は二硫化タングステンの前記の効果が充分発揮されず、また、８重量％を超える場合は、金属裏金部材の表面に形成された接着層との結合力が不充分となる。
【００１８】
ベース樹脂に配合される上記の各充填材の配合量の合計が１０重量％を超えると接着層との結合力に悪影響を及ぼす傾向があるため、前記３種類の充填材の配合量の合計は、通常１０重量％以下、好ましくは２〜８重量％とされる。
【００１９】
本発明においては、上記の樹脂組成物に対し、ナイロン樹脂の補強を目的として、カーボンブラック、炭素繊維、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ、アラミド繊維などの補強材を５重量％以下の割合で配合してもよい。
【００２０】
次に、本発明の摺動部材およびその製造方法について説明する。金属裏金部材としては、一般構造用圧延鋼材の鋼板・鋼帯、機械構造用炭素鋼鋼材の鋼板・鋼帯、冷間圧延鋼板・鋼帯、一般構造用炭素鋼鋼管、機械構造用炭素鋼鋼管などが好適であるが、目的、用途によっては、アルミニウム合金、銅合金などの板、管（継目無管など）も使用することが出来る。また、金属板を丸曲げ加工した円筒体であって、その接合部を強固に噛み合わせたものも使用することが出来る。
【００２１】
接着層を形成するプライマーとしては、フェノール変性アルキッド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などを使用することが出来る。
【００２２】
本発明の板状の摺動部材は次の様にして製造される。先ず、所定寸法の板状の金属裏金部材を用意する。当該金属裏金部材を溶剤洗浄、アルカリ洗浄等により脱脂処理した後、酸処理、ブラスト処理などにより、金属裏金部材表面の金属酸化物などを除去すると共に粗面化処理をする。
【００２３】
次に、金属裏金部材の表面にスプレー塗布または浸漬法によりプライマー皮膜を形成し、当該プライマー皮膜に含まれる溶剤を充分に蒸発させる。
【００２４】
次に、金属裏金部材を３００〜４００℃に設定された加熱炉に入れ、表面温度が２５０〜３００℃になるまで加熱処理し（数分〜数十分）、裏金部材の表面に厚さ５〜３０μｍのプライマーから成る接着層を形成する。
【００２５】
次に、表面温度が２５０〜３００℃に保持されている金属裏金部材の表面に前記の樹脂組成物の粉末を散布すると共に樹脂組成物を溶融付着させる。その後、冷却し、機械加工を施し、厚さが０．３〜０．５ｍｍの滑り層を有する板状の摺動部材を得る。
【００２６】
本発明の円筒状の摺動部材は次の様にして製造される。先ず、所定寸法の円筒状の金属裏金部材を用意し、上記と同様にして金属裏金部材表面の金属酸化物などを除去すると共に粗面化処理をする。次に、金属裏金部材の内周面に上記と同様にしてプライマー皮膜を形成した後、裏金部材の内周面に厚さ５〜３０μｍのプライマーから成る接着層を形成する。
【００２７】
次に、表面温度が２５０〜３００℃に保持されている裏金部材を軸中心に回転させながら、接着層が形成された裏金部材の内周面に樹脂組成物の粉末を散布すると共に樹脂組成物を溶融付着させる。その後、冷却し、機械加工を施し、厚さが０．３〜０．５ｍｍの滑り層を有する円筒状の摺動部材を得る。
【００２８】
以上説明した製造方法においては粉末散布による方法を示したが、流動浸漬法または静電塗装法により樹脂組成物の粉末を溶融付着させてもよい。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実施例１〜５及び比較例１〜２
金属裏金部材として、厚さ８ｍｍの一般構造用圧延鋼鋼板を使用した。脱脂洗浄した金属裏金部材の表面にブラスト処理を施し、エアブローにより処理表面を清浄にした。このときの処理表面の平均粗さは１９μｍであった。
【００３１】
次に、金属裏金部材の表面にエポキシ樹脂プライマーをスプレー塗布し、４００℃に設定された加熱炉で１２分間処理し（表面温度２７０〜２９０℃）、厚さ０．０２ｍｍの接着層を形成した。
【００３２】
次に、金属裏金部材を加熱炉から取り出し、接着層が形成された表面に表２〜３に示す組成より成る樹脂組成物の粉末を散布して溶融付着させた。そして、冷却後、機械加工を施し、接着層表面に０．４ｍｍの厚さの滑り層を有する板状の摺動部材を得た。
【００３３】
上述した実施例および比較例で得た板状の摺動部材の摺動特性について下記表１に示すスラスト試験により耐荷重性を評価した。
【００３４】
【表１】
0003725942.tif 000002
【００３５】
試験結果は表２〜３の通りである。なお、表中の複合金属酸化物の種類は複合金属酸化物に含まれる金属元素で表示し、配合割合は重量％で示す。
【００３６】
【表２】
0003725942.tif 000003
【００３７】
【表３】
0003725942.tif 000004
【００３８】
以上の試験結果から明らかな様に、実施例１〜５の摺動部材は、スラスト試験において、累積荷重７００ｋｇｆ／ｃｍ2 という荷重条件においても低い摩擦係数で安定した性能を発揮し、累積荷重７００ｋｇｆ／ｃｍ2 時の摩耗量は８０μｍ以下と極めて低い値をした。これに対し、比較例１の摺動部材は、低い摩擦係数を示すものの摩耗量が多かった。また、比較例２の摺動部材は、累積荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ2 の時点で滑り層と裏金との間に剥離を生じたため、試験を中止した。比較例２における摩擦係数は累積荷重１００〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2 時点での値を示し、また、摩耗量は測定出来なかった。
【００３９】
実施例６〜３０及び比較例３〜９
金属裏金部材として、内径が６０ｍｍ、外径が７５ｍｍ、長さが５０ｍｍの機械構造用炭素鋼鋼管を使用した。脱脂洗浄した円筒状金属裏金部材の内周面にブラスト処理により粗面化処理を施し、エアブローにより処理表面を清浄にした。このときの処理表面の平均粗さは１９μｍであった。
【００４０】
次に、円筒状金属裏金部材の内周面にエポキシ樹脂プライマーをスプレー塗布し、４００℃に設定された加熱炉で１２分処理し（表面温度２７０〜２９０℃）、厚さ０．０２ｍｍの接着層を形成した。
【００４１】
次に、円筒状金属裏金部材を加熱炉から取り出し、軸中心に回転させながら、接着層を形成した内周面上に表５〜１０に示す組成より成る樹脂組成物の粉末を散布して溶融付着させた。そして、冷却した後、内周面に機械加工を施し、接着層の表面に０．４ｍｍの厚さの滑り層を有する円筒状摺動部材を得た。
【００４２】
上述した実施例および比較例で得た円筒状摺動部材の摺動特性について行なった試験およびその結果について述べる。摺動特性については、表４に示すジャーナル揺動試験によって耐久性を評価した。
【００４３】
【表４】
0003725942.tif 000005
【００４４】
上記試験条件により行なった試験結果は表５〜１０の通りである。なお、表中の配合割合は重量％で示す。
【００４５】
【表５】
0003725942.tif 000006
【００４６】
【表６】
0003725942.tif 000007
【００４７】
【表７】
0003725942.tif 000008
【００４８】
【表８】
0003725942.tif 000009
【００４９】
【表９】
0003725942.tif 000010
【００５０】
【表１０】
0003725942.tif 000011
【００５１】
以上の試験結果から明らかな様に、実施例６〜３０の摺動部材は、ジャーナル揺動試験において、面圧５００ｋｇｆ／ｃｍ2 という極めて厳しい荷重条件下においても低い摩擦係数で安定した性能を発揮し、摩耗量においても６５μｍ以下と極めて低い値を示した。これに対し、比較例４〜６の摺動部材は、試験途中で滑り層と裏金との間に剥離を生じたため試験を中止した。比較例４、５および６における摩擦係数は剥離前の安定しているときの摩擦係数を示し、摩耗量は測定出来なかった。また、比較例３及び７〜９の摺動部材は、摩擦係数は低いものの摩耗量が多かった。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述した様に、本発明の樹脂組成物によれば、裏金との充分な結合力を得ることが出来、過酷な摩擦条件下でも溶融流動したり裏金から剥離したりすることがなく、更に、粉末塗装性にも優れるために過酷な摩擦条件下においても優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材が提供される。