(57)【要約】【課題】現状よりも耐熱性に優れ、熱劣化しにくいため、使用可能温度を拡大して用途を広げることが可能な固体潤滑膜を提供する。【解決手段】膜形成成分としての母材樹脂に、固体潤滑剤としてのセリサイトとともに、カーボンナノチューブを含有させた固体潤滑膜である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材樹脂、セリサイト、およびカーボンナノチューブを含むことを特徴とする固体潤滑膜。
【請求項２】
前記母材樹脂は熱硬化性樹脂の硬化物である請求項１に記載の固体潤滑膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば摺動部材等の表面に形成される固体潤滑膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のエンジン周り等の、高温環境下で用いられる機器類や、あるいは食品、医薬品などの製造工程等に用いられる機器類等の、基本的に潤滑油やグリースの使用が制限される機器類の摺動部材等の、主に金属製の部材（金属部材）の潤滑を確保するために、固体潤滑膜が利用される。
前記自動車のエンジン周り等で用いられる、摺動部材を含む機器類としては、エクスターナルスプライン部とインターナルスプライン部とからなるスプライン摺動部を介して、軸方向に伸縮可能で、かつ軸を中心とする回転方向に一体回転可能に結合された一対の軸部材を備え、ステアリング装置のステアリングシャフトとピニオン軸との間に配設されるインターミディエイトシャフト等が挙げられる。
【０００３】
前記固体潤滑膜としては、例えば母材樹脂中に、二硫化モリブデン、黒鉛、フッ素樹脂、雲母等の固体潤滑剤を分散させて潤滑性を付与したものが一般的に用いられる（例えば特許文献１等参照）。
固体潤滑膜は、前記のように有機物である母材樹脂からなるため、固体潤滑剤を含むことで、ある程度の耐摩耗性を有しているものの、硬度が低くなる傾向がある。
【０００４】
また、耐熱性が低いという問題もある。
すなわち固体潤滑膜には、摺動の相手部材と繰り返し摺動されることによって生じる摩擦熱や、あるいは高温環境からの熱が蓄積されやすく、それによって膜全体が熱劣化して摩耗しやすいという問題がある。
前記硬度については、固体潤滑剤として無機系で母材樹脂等よりも硬いものを用いることで、ある程度は改善することができる。
【０００５】
また耐熱性に関しては、白色系等の赤外反射率の高い色味の固体潤滑剤を使用して、固体潤滑膜の熱吸収を妨げたり、薄片状や粒状等の、比較的粒径の大きな固体潤滑剤を使用することで、固体潤滑膜中に、前記固体潤滑剤を介する熱伝導の経路を構成して放熱性を高めて、吸収した熱を外部に逃がしたりすることが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８-８８４１６号公報
【特許文献２】特開２００９-２４２７００号公報
【特許文献３】特表２００５-５３９０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、現状の材料を組み合わせて使用している以上、前記効果には限界がある。固体潤滑膜の使用可能温度を拡大して用途を広げるためには、耐熱性を現状よりも一層向上することが求められる。
本発明の目的は、現状よりも耐熱性に優れ、熱劣化しにくいため、使用可能温度を拡大して用途を広げることが可能な固体潤滑膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、母材樹脂、セリサイト、およびカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と略記する場合がある）を含むことを特徴とする固体潤滑膜である。
前記請求項１の構成によれば、ＣＮＴを含有させることで、固体潤滑膜中に、固体潤滑剤としてのセリサイトとＣＮＴとを介した熱伝導の経路が構成される。しかも前記ＣＮＴは、熱伝導率の理論値がおよそ６０００Ｗ/ｍＫであって、高熱伝導体として一般に知られている銅（約３８０Ｗ/ｍＫ）等に比べても著しく高い熱伝導性を有している。
【０００９】
したがって請求項１の構成によれば、前記固体潤滑膜に、従来にない高い放熱性を付与することができる。
そのため摩擦熱や、あるいは高温環境からの熱を、前記経路を介した熱伝導によって速やかに固体潤滑膜の外部、具体的には当該固体潤滑膜が形成される金属部材等へ逃がすことができ、熱の蓄積を防止して膜全体の耐熱性を向上することができる。
【００１０】
また固体潤滑剤として、無機系で母材樹脂等よりも硬い（モース硬さ：２．５〜３．５程度）上、薄片状で配向性がよく潤滑性に優れたセリサイトを選択的に用いることによって、固体潤滑膜の耐摩耗性、および潤滑性をより一層向上することができる。
また前記セリサイトは融点が高く（１０００℃以上）それ自体の耐熱性が高い上、白色系で赤外反射率が高く、熱吸収を妨げる機能にも優れるため、固体潤滑膜の耐熱性をより一層向上することもできる。
【００１１】
なお特許文献２には、冷間圧延用圧延油に含有させる粉末潤滑剤として、通常の固体潤滑剤とともにＣＮＴが列記されている。しかしＣＮＴは、特許文献２に記載の冷間圧延用圧延油等の液体中で、自由に移動可能な状態で存在しているときにのみ、ごくわずかに潤滑性を発揮しうるに過ぎない。ＣＮＴは、固体潤滑膜に対する固体潤滑剤として機能できるだけの高い潤滑性は有していない。したがってＣＮＴは、一般に固体潤滑膜に対する固体潤滑剤としては認識されていない。
【００１２】
しかも特許文献２には、前記ＣＮＴを、固体潤滑剤とともに固体潤滑膜中に配合することや、それによって固体潤滑膜に良好な熱伝導性、および耐熱性を付与すること等については一切記載されていない。
また特許文献３には、前記ＣＮＴを樹脂等に配合した組成物を用いて、熱伝導媒体を形成することが記載されている。しかし特許文献３には、前記熱伝導媒体に、さらに固体潤滑剤を配合することや、前記熱伝導媒体を膜状に形成して固体潤滑膜として使用すること等については一切記載されていない。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記母材樹脂は熱硬化性樹脂の硬化物である請求項１に記載固体潤滑膜である。
前記請求項３の構成によれば、熱変形等を生じにくく耐熱性に優れた熱硬化性樹脂の硬化物によって母材樹脂を構成しているため、固体潤滑膜の耐熱性をさらに向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、現状よりも耐熱性に優れ、熱劣化しにくいため、使用可能温度を拡大して用途を広げることが可能な固体潤滑膜を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１、比較例１〜３の固体潤滑膜の表面温度の、基板の温度上昇に伴う推移を示すグラフである。
【図２】実施例１、比較例３の固体潤滑膜について鋼球を用いた摩耗試験をした際の、前記固体潤滑膜、および鋼球の比摩耗量を示すグラフである。および前記固体旬滑膜
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の固体潤滑膜は、母材樹脂、固体潤滑剤、およびＣＮＴを含むことを特徴とする。
本発明によれば、固体潤滑膜中に、従来の、固体潤滑剤のみで構成される経路に比べて熱伝導性に優れた、固体潤滑剤とＣＮＴとを介した熱伝導の経路を構成して、当該固体潤滑膜に高い放熱性を付与することができる。
【００１７】
そのため摩擦熱や、あるいは高温環境からの熱を、前記経路を介した熱伝導によって速やかに固体潤滑膜の外部、具体的には当該固体潤滑膜が形成される金属部材等へ逃がすことができ、熱の蓄積を防止して膜全体の耐熱性を向上することができる。
したがって、固体潤滑膜の使用可能温度を拡大して用途を広げることが可能となる。すなわち、より高温環境下で使用される用途に固体潤滑膜を適用したり、潤滑性メッキなどを置換したりすること等が可能となる。
【００１８】
〈ＣＮＴ〉
ＣＮＴとしては、例えばグラファイトを１層、筒状に丸めた形状を有し、かつグラファイトのらせんの状態に応じてアームチェア型、ジグザグ型、カイラル型などに分類される種々の単層ＣＮＴ（以下「ＳＷＣＮＴ」とする）や、当該ＳＷＣＮＴを複数層、同芯筒状に重ねた形状を有する多層ＣＮＴ（以下「ＭＷＣＮＴ」とする）等の１種または２種以上を使用することができる。
【００１９】
前記ＣＮＴの含有割合は、固体潤滑膜の総量の０．５質量％以上であるのが好ましく、５質量％以下であるのが好ましい。
含有割合が前記範囲未満では、当該ＣＮＴを含有させることによる、先に説明した、固体潤滑剤とともに熱伝導の経路を構成して高い放熱性を付与する効果が不十分になって、固体潤滑膜の耐熱性が低下するおそれがある。
【００２０】
また、先に説明したようにＣＮＴは、固体潤滑剤等と同等程度の高い潤滑性を有しないため、前記範囲を超えてＣＮＴを含有させても、固体潤滑膜の潤滑性や耐摩耗性を向上する効果は得られない。
のみならず、相対的に、膜形成成分としての母材樹脂の割合が少なくなったり、膜の潤滑を担う固体潤滑剤の割合が少なくなったりして、固体潤滑膜の耐摩耗性や潤滑性が低下するおそれもある。
【００２１】
〈固体潤滑剤〉
固体潤滑剤としては、雲母の１種である絹雲母の精製物であるセリサイトが用いられる。前記セリサイトは、無機系で母材樹脂やＰＴＦＥ等の有機系のものに比べて硬い上、薄片状で配向性がよく潤滑性に優れるため、固体潤滑膜の耐摩耗性、および潤滑性をより一層向上することができる。
【００２２】
また前記セリサイトは融点が高くそれ自体の耐熱性が高い上、白色系で赤外反射率が高く、熱吸収を妨げる機能にも優れるため、固体潤滑膜の耐熱性をより一層向上することもできる。
前記セリサイトは、固体潤滑膜中への分散性を向上すること等を考慮すると、平均粒径が０．５μｍ以上、８μｍ以下程度であるのが好ましい。またモース硬さは５以下であるのが好ましい。
【００２３】
セリサイトの含有割合は、固体潤滑膜の総量の０．１質量％以上であるのが好ましく、５質量％以下であるのが好ましい。
含有割合が前記範囲未満では、当該固体潤滑剤による潤滑性が得られないため、固体潤滑膜の潤滑性や耐摩耗性が低下するおそれがある。
一方、前記範囲を超える場合には、相対的に、膜形成成分としての母材樹脂の割合が少なくなったり、膜の熱伝導を担うＣＮＴの割合が少なくなったりして、固体潤滑膜の耐摩耗性や耐熱性が低下するおそれもある。
【００２４】
〈母材樹脂〉
母材樹脂としては、前記ＣＮＴ、および固体潤滑剤を含む連続した膜を金属部材等の表面に形成するための膜形成成分として機能しうる、種々の樹脂がいずれも使用可能である。
特に熱硬化性樹脂の硬化物が好ましい。熱変形等を生じにくく耐熱性に優れた熱硬化性樹脂の硬化物によって母材樹脂を構成することで、固体潤滑膜の耐熱性をさらに向上できる。
【００２５】
前記硬化物のもとになる熱硬化性樹脂としては、例えばアルキド樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。
特に、前記耐熱性に優れる上、金属部材等の表面に対する密着性、良好な柔軟性、耐摩耗性等にも優れた固体潤滑膜を形成することを考慮すると、熱硬化性樹脂としてはアルキド樹脂が好ましい。
【００２６】
前記アルキド樹脂としては、例えば無水フタル酸等の多塩基酸と、グリセリン、ペンタエリスリット等の多価アルコールとの縮合物であるアルキド樹脂（純粋アルキド樹脂、線状アルキドである不飽和ポリエステル樹脂をも包含する）が挙げられる他、アルキド樹脂を、乾性油、不乾性油等で変性した油変性アルキド樹脂や、ロジン、フェノール樹脂、スチレン、アクリル、ウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、イソシアネート等で変性したり、マレイン化、もしくは無水物の付加等によって変性したりした、各種の変性アルキド樹脂等も使用可能である。
【００２７】
固体潤滑膜を形成する部材が、先に説明した摺動部材等の金属部材である場合には、前記アルキド樹脂等の母材樹脂の中から、後述する電着塗装が可能なグレードのものを採用して電着塗装をすることにより、前記金属部材の表面に、その立体形状にかかわらず厚みが均一な固体潤滑膜を形成することができる。
〈その他の成分〉
固体潤滑膜には、前記各成分に加えて、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ｈＢＮ、ナノ金属（Ａｕ、Ａｇ）粒子、ＭＣＡ、ＭｏＳ２等を含有させてもよい。
【００２８】
〈固体潤滑膜の形成〉
前記固体潤滑膜を、金属部材の表面に、電着塗装によって形成する場合は、まず母材樹脂、固体潤滑剤、およびＣＮＴを含む水性の電着塗料を調製する。
例えば母材樹脂が熱硬化性樹脂の硬化物からなる固体潤滑膜を形成する場合は、前記硬化物のもとになる熱硬化性樹脂、またはその前駆体であって、なおかつ電着塗装が可能なグレードのものの水溶液に、固体潤滑剤、ＣＮＴ、および前記各種添加剤等と、さらに必要に応じて前記熱硬化性樹脂の硬化剤等とを配合して水性の電着塗料を調製する。
【００２９】
この際、例えば固体潤滑剤としてセリサイトを使用する場合は、前記セリサイトとして、あらかじめ水性の電着塗料に対する分散性を向上する表面処理をしたものを用いるのが、当該セリサイトの凝集等のない電着塗料を効率的に調製する上で好ましい。
またＣＮＴとしては、水に分散した分散液の状態で供給されているものを用いるのが、やはりＣＮＴの凝集等のない電着塗料を効率的に調製する上で好ましい。
【００３０】
次いで前記電着塗料中に、金属部材と、対極となる電極とを浸漬して、この両者間に、一方を陽極、他方を陰極に設定した所定の直流電圧を加えることによって、電気泳動、電気凝集、電気浸透、ならびに電気分解により、前記金属部材の表面に、厚みが均一で水に不溶の塗膜を形成する。
金属部材と対極の極性は、使用する電着塗料の組成等に応じて任意に設定できるが、母材樹脂としてアルキド樹脂を使用するとともに固体潤滑剤としてセリサイトを使用し、なおかつＣＮＴを配合した電着塗料の場合は、金属部材を陽極、対極を陰極とするアニオン電着塗装をするのが好ましい。
【００３１】
また前記金属部材の、固体潤滑膜を形成する表面は、あらかじめ脱脂処理、化学処理、ブラスト処理等をしておくのが好ましい。これにより固体潤滑膜の、金属部材に対する密着性を向上することができる。
対極としては、例えばステンレス鋼等の、耐蝕性を有する金属からなる電極を用いる。金属部材の特定の表面にのみ固体潤滑膜を形成する場合は、前記特定の表面のみを、電着塗料に浸漬して電着塗装したり、前記特定の表面のみ露出させ、それ以外の表面をマスキングした状態で電着塗装したりすればよい。
【００３２】
電着処理の条件、すなわち電着塗料のｐＨ、処理電圧、処理時間、処理温度等は、形成する固体潤滑膜の膜厚、金属部材の形状や大きさ等に講じて任意に設定できる。
次いで、部材を電着塗料中から引き上げて、必要に応じて乾燥させたのち、熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で焼き付けて熱硬化性樹脂を硬化反応させることによって、固体潤滑膜が形成される。乾燥と焼き付けを同時に実施してもよい。
【００３３】
なお本発明の固体潤滑膜は、前記電着塗装以外の塗装方法によって形成することもできる。
固体潤滑膜の厚みは、その用途等に応じて任意に設定できる。例えば前述したスプライン摺動部の潤滑用として用いる固体潤滑膜の厚みは、前記スプライン摺動部を構成するエクスターナルスプライン部とインターナルスプライン部との間のクリアランスに合わせて、前記クリアランスを超えず、かつ形を生じない範囲に設定すればよい。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
母材樹脂としてのアルキド樹脂、固体潤滑剤としてのセリサイト、ＣＮＴの４％水分散液、および超純水を配合して電着塗料を調製した。
前記各成分のうちセリサイト、およびＣＮＴの配合割合は、固体潤滑膜を形成する固形分の総量（＝アルキド樹脂の硬化物量＋セリサイト量＋ＣＮＴ量）に対してセリサイトが１質量％、ＣＮＴが１質量％となるように設定した。
【００３５】
次に、金属部材のモデルとしての、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み６ｍｍの矩形状の一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）製の基板の表面を溶剤脱脂処理したのち、対極としてのステンレス鋼板とともに前記電着塗料中に浸漬して、処理電圧：４０〜１８０（Ｖ）、処理時間：６０〜３００秒間、処理温度：２０〜３０℃の条件で、定電圧制御により電着塗装した後、電着塗料から引き上げ、水洗後、乾燥させて塗膜を形成した。そして塗膜を形成したＳＳ４００板を、予熱した電気炉中に入れ、大気中で温度２３０℃、処理時間２０分の条件で焼成して固体潤滑膜を形成した。
【００３６】
〈比較例１〉
ＣＮＴを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして電着塗料を調製し、固体潤滑膜を形成した。セリサイトの配合割合は、固体潤滑膜を形成する固形分の総量（＝アルキド樹脂の硬化物量＋セリサイト量）に対して１質量％となるように設定した。
〈比較例２〉
セリサイトを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして電着塗料を調製し、固体潤滑膜を形成した。ＣＮＴの配合割合は、固体潤滑膜を形成する固形分の総量（＝アルキド樹脂の硬化物量＋ＣＮＴ量）に対して１質量％となるように設定した。
【００３７】
〈比較例３〉
セリサイト、およびＣＮＴに代えてＰＴＦＥ粉末を配合したこと以外は実施例１と同様にして電着塗料を調製し、固体潤滑膜を形成した。ＰＴＦＥ粉末の配合割合は、固体潤滑膜を形成する固形分の総量（＝アルキド樹脂の硬化物量＋ＰＴＦＥ粉末量）に対して１０質量％となるように設定した。
【００３８】
〈熱伝導性評価〉
前記実施例１、および比較例１〜３の固体潤滑膜を形成した基板を、室温から７００秒間かけて１５０℃まで加熱した際に、固体潤滑膜の表面温度の変化を測定した。結果を図１に示す。
図１より、表面温度の上昇率が高いことから、実施例１の固体潤滑膜は、比較例１〜３のものに比べて高い熱伝導性、すなわち放熱性を有しており、耐熱性に優れることが判った。
【００３９】
〈耐摩耗性試験〉
前記実施例１、および比較例３の固体潤滑膜の表面に、無潤滑環境下、３／１６インチの鋼球（ＳＵＪ２製）を、５Ｎの荷重をかけて圧接させた状態で、前記表面上を転動させずに１Ｈｚの速度で１０分間連続的に往復動させた。
そして試験前後の、固体潤滑膜、および鋼球の質量の変化から求めたそれぞれの摩耗量Ｖ（ｍｍ３）から、下記式(１)：
【００４０】
【数１】
2014084399.tif 000002
【００４１】
〔式中Ｐは試験荷重（Ｎ）、Ｌは滑り距離（ｍ）を示す。〕
により、比摩耗量Ｖｓ（ｍｍ３/Ｎｍ）を求めた。また、両固体潤滑膜の表面を観察して摩耗痕の有無を確認した。結果を図２に示す。
図２より、実施例１の固体潤滑膜は、比較例３のものに比べて高い耐摩耗性を有していることも判った。
【図１】
2014084399.tif 000003
【図２】
2014084399.tif 000004