(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂中にフィラーを３０〜７０体積％の比率で含有して成り、かつ内部に多数の気孔を有する樹脂複合体であって、表層部の気孔率が内部の気孔率よりも小さいことを特徴とする樹脂複合体。
【請求項２】
上記表層部が表面から１０〜５０μｍまでの深さ領域であって、該表層部の気孔率が３％未満、内部の気孔率が３〜３０％であることを特徴とする請求項１記載の樹脂複合体。
【請求項３】
熱硬化性樹脂中にフィラーを３０〜７０体積％の比率で含有した原料粉末を、粉末加圧成形によって所定形状に成形した後、加熱硬化させる工程からなり、上記加熱硬化の際に、生成したガスで気孔を形成するともに、表層部の樹脂を軟化させて上記気孔を埋めることによって表層部の気孔率を小さくすることを特徴とする樹脂複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部品や構造部品、機会部品、自動車部品、ＯＡ部品、電子部品等に用いられる樹脂複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、軸受やテープガイド、プリンタの分離爪等の摺動部品には金属材料やセラミックス等が多用されてきたが、軽量化や低コスト化等の要求により樹脂材料への代替えが検討されている。
【０００３】
このような摺動部品を形成する材料に要求される特性としては、耐磨耗性の他に、耐熱性や耐薬品性、寸法安定性などがあり、これらの諸特性を備えたものとして樹脂複合体が注目されている。
【０００４】
この樹脂複合体は、、例えば、フェノール系の熱硬化性樹脂中に、アスベスト繊維やセラミック繊維、金属繊維、有機繊維などの繊維状フィラーを所定の比率で配合して構成されており、樹脂単体に対し、耐磨耗性や耐熱性、強度等の点で優れていることから、摺動部品などに適したものとして脚光を浴びている（特開平４−３５３４７１号公報等参照）。
【０００５】
そして、このような樹脂複合体は、通常、従来周知の射出成形法、即ち、所定形状の金型内に樹脂スラリーを注入し、これを加熱・硬化させることにより製作される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の樹脂複合体を前述の射出成形法によって製作する場合、金型内に注入される樹脂スラリーにはある程度の流動性をもたせておかなければならないことから、その中に添加するフィラーの含有量には所定の制約があり、摺動部品として必要とされる前述の諸特性を満たすようにフィラーを高い比率で配合することは極めて困難であった。
【０００７】
そこで、本発明者等は、前述の課題を解消するために、粉末加圧成形法を採用することによって、フィラーの配合量を３０〜７０体積％にまで高めた新規な樹脂複合体を提案した。かかる樹脂複合体は、樹脂成分やフィラー成分を粉体のまま使用して成形されることから、繊維状フィラーの配合量にかかる制約は比較的緩く、耐磨耗性や耐熱性を大幅に改善することができるようになった。
【０００８】
ところが、樹脂複合体を前述のような粉末加圧成形法により製作した場合、樹脂成分と硬化剤との化学反応によってアンモニアや水蒸気、二酸化炭素等のガスが発生し、樹脂複合体の内部に多数の気孔が残留していた。この結果、樹脂複合体全体がポーラス構造となってその機械的強度が低下するため、これをモーターのワッシャ等を構成する材料として使用する場合にはある程度の機械的強度を保つために厚みを厚くせざるを得ず、部品の大型化を招く欠点を有していた。
【０００９】
【議題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明の樹脂複合体は、熱硬化性樹脂中にフィラーを３０〜７０体積％の比率で含有して成り、かつ内部に多数の気孔を有する樹脂複合体であって、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の樹脂複合体は、上記表層部が表面から１０〜５０μｍまでの深さ領域であって、該表層部の気孔率が３％未満、内部の気孔率が３〜３０％であることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに本発明は、熱硬化性樹脂中にフィラーを３０〜７０体積％の比率で含有した原料粉末を、粉末加圧成形によって所定形状に成形した後、加熱硬化させる工程からなり、上記加熱硬化の際に、生成したガスで気孔を形成するともに、表層部の樹脂を軟化させて上記気孔を埋めることによって表層部の気孔率を小さくする樹脂複合体の製造方法を特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の樹脂複合体は、熱硬化性樹脂中に、フィラーを３０〜７０体積％の比率で配合し、かつ内部に多数の独立気孔を有するものである。
【００１４】
ここで、フィラーの配合量を３０〜７０体積％としたのは、３０体積％未満では寸法安定性が低下し、加熱硬化時の変形が大きく、高い寸法精度が得られなくなるとともに、加重たわみ温度が低くなり、耐熱氏が低下するためである。逆にフィラーが７０体積％を越えると、粉末加圧成形した後の形状を保持することが困難となる上、成形体の強度が低下するためである。
【００１５】
このような樹脂複合体を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ系、フェノール系、メラミン系等の樹脂を使用することができ、これらの中でも耐熱性、寸法安定性、耐薬品性等の点からフェノール系樹脂が好適である。
【００１６】
また、フィラーとしては、無機材質又は有機材質の粉末または金属の酸化物、炭化物、窒化物、水酸化物、炭酸化物あるいはこれらの複合化合物を用いる。例えば、金属単体としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等を用い、金属化合物としては、Ａｌ２  Ｏ３  、ＡＬ（ＯＨ）３  、ＳｉＯ２  、ＣａＣＯ３  、ＭｇＯ、ガラス、フェライト、マイカ等を用いる。有機材質としては、熱可塑性樹脂粉末、木炭、セルロース等が用いられる。
【００１７】
これらのフィラーを粉末状で含有する場合は、平均粒径４０μｍ以下とすることが好ましい。なお、フィラーの平均粒径は、樹脂複合体の任意の表面または断面を画像解析装置で分析し、この面に存在するフィラー粒子の円相当径の平均値を算出することによって測定することができる。
【００１８】
あるいは、繊維状のフィラーを用いることもできる。例えば、セラミック繊維や炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等を使用することができる。特に炭素繊維は自己潤滑性を有することから、この樹脂複合体を摺動部材として用いた際の摺動特性をより優れたものとすることができる。なお前記有機繊維としては、芳香族ＰＡやアラミド繊維、セルロース繊維等を用いることができる。
【００１９】
また繊維状フィラーの最大糸長は２００μｍ以下とすることが好ましい。これは、２００μｍよりも長くなると、樹脂との混合時における分散性が悪いために、樹脂複合体の内部や表層部において繊維状フィラーの疎密な部分が発生し、耐熱性、耐磨耗性を十分に高めることができず、また後述する粉末加圧成形後の離型時に賭が発生しやすくなるからである。ただし糸長が５μｍよりも短くなると補強作用が得にくくなるため、繊維状フィラーの最大糸長は５〜２００μｍ、好ましくは５〜１５０μｍとするのが良い。
【００２０】
なお、繊維状フィラーの糸長とは、前後、左右、上下の寸法を測定した時に最も長い部分の長さのことである。実際には図１に示すように繊維状フィラーは樹脂複合体中においてランダムな方向を向いているため、繊維状フィラーの最大糸長を測定する場合は、便宜的に、樹脂複合体の任意の表面又は断面の５箇所を、金属顕微鏡又は電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大して画像解析装置により分析した繊維状フィラーの中で最も長い繊維樹フィラーの長さを最大糸長とする。
【００２１】
また、上記フィラーの配合量の測定方法としては、樹脂複合体の任意の表面又は断面を金属顕微鏡又は電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大して画像解析装置により樹脂部分とフィラー部分を区別し、測定した全面積における樹脂部分の面積の割合を樹脂の体積比、フィラー部分の面積の割合をフィラーの体積比とする。
【００２２】
また、このような樹脂複合体には、さらに補強材として、例えばクレーやタルク、マイカ、カオリン、珪砂、炭酸カルシウム、アルミナ、シリカ、グラファイト等を加えてもよく、これらを加えることによって樹脂複合体の強度をさらに高めることができる。
【００２３】
さらに、フィラーの表面状態や形状、性状によっては、樹脂との混合時に分散性が悪くなる恐れがあるが、この場合はフィラーを成す粉末の表面にカップリング剤をコートしておけば良い。
【００２４】
また、必要に応じて、公知の硬化剤、硬化助剤、滑剤、可塑剤、分散剤、着色剤、離型剤等その他公知の添加剤を、実用上問題ない程度に少量添加してもなんら差し支えない。
【００２５】
さらに、本発明の樹脂複合体には、不可避不純物として、Ｃｌ，    Ｐ，    Ｎａ，    Ａｌ，  Ｓｉ，    Ｓｒ，  Ｍｇ，  Ｚｒ，  Ｆｅ，  Ｃｏ，  Ｃｕ，  Ｔａ  等が含まれることもあり、また、これらが全量中０．１  重量％程度混入しても特性上問題ない。また、製造工程上の都合で他の金属元素等が極微量混入する場合もある。
【００２６】
また、本発明の樹脂複合体においては、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくなすこと、より具体的には、表層部を表面から１０〜５０μｍまでの深さ領域とし、この領域の気孔率を３％未満、内部の気孔率を３〜３０％とすること重要である。
【００２７】
即ち、本発明の樹脂複合体によれば、粉末加圧成形によって製作される樹脂複合体中の気孔を、図１（ａ）に示すように、その表層部に少量あるいはほとんど存在させないようにし、逆に図２（ｂ）に示すように内部には比較的多く存在させることによって、全体を軽量に維持した上に、表面を緻密化し、樹脂複合体の機械的強度を大幅に向上させることができる。
【００２８】
ここで、気孔率が３％未満となる範囲を樹脂複合体の表面から深さ１０〜５０μｍまでとしたのは、表層部を１０μよりも薄くすると、樹脂複合体の機械的強度を十分に高くすることができなくなるからであり、逆に表層部の厚みが５０μを越えると、比重が大きくなってしまい、軽量化を図ることが困難になるからである。
【００２９】
なお、気孔率の測定方法としては、樹脂複合体の表面とほぼ平行な表層部の断面や内部の断面を金属顕微鏡で拡大してその画像を画像解析し、気孔の占有面積率を算出することによって行われる。
【００３０】
また、本発明において、各種原料を配合する方法は特に制限はなく、公知の方法を採用することができる。例えば、熱硬化性樹脂にフィラー等の配合物をミキサーで混合し、ブラベンダーで混練した後、粉砕する方法、あるいは、配合物を加熱ロールで溶融混練後、粉砕する方法等があげられる。また、必要に応じて、所定の粒度になるように造粒し、成型に用いても良い。
【００３１】
次に、それぞれの割合で均一に配合した原料を金型に充填し、常温にて１〜３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で粉末加圧成形したあと、成形体を金型から離型し、しかる後、該成形体を研磨等によって所定形状に加工し、これを熱硬化性樹脂の性状、フィラーの配合量、製品の寸法等に合わせて、８０〜２５０℃の範囲の温度で加熱硬化させる。この時、成形体中に任意で添加した硬化剤が存在すると、成形体中の硬化剤は分解され、熱硬化性樹脂と反応して樹脂が硬化するとともに、硬化剤の分解に伴って生成されたガスが樹脂複合体の内部から抜け、樹脂複合体の内外に多数の気孔を形成するとともに、表面から深さ１０〜５０μｍでの表層部では、樹脂の軟化に伴い気孔が埋められて表層部には気孔がほとんどなくなり、内部には気孔が均一に存在した本発明の樹脂複合体が得られる。
【００３２】
そして、上記加熱硬化時の昇温速度、再考温度でのキープ時間、冷却速度等を適宜制御して樹脂複合体の表層部の気孔率を３％未満に、また内部の気孔率を３〜３０％、気孔の平均径を１０〜８０μｍとする。なお、加熱硬化時の温度を８０〜２５０℃とするのは、８０℃未満であると樹脂の硬化が不十分となるからであり、逆に２５０℃より高くなると樹脂が炭化されるからである。
【００３３】
このような樹脂複合体の製法によれば、粉末加圧成形法を採用することで、フィラーの配合量を、射出成形法では困難であったレベルまで、具体的には７０体積％まで高めることができ、これによって樹脂複合体の耐熱性や耐磨耗性を向上させることが可能になるとともに、加重たわみ温度が２００〜３００℃と優れた耐熱性を有する安価な樹脂複合体を得ることができる。
【００３４】
そのため、本発明の樹脂複合体は、軸受、テープガイド、プリンタの分離爪、モータのワッシャ、基板の位置決めのためのチェックピン、サーモスタット用ケース、温度ヒューズケース、コネクタ、スイッチ類、サーマルヘッドの支持部品、ＯＡ機器のハウジング、あるいは種種の摺動部材、構造部品、機械部品、自動車部品、ＯＡ部品、電子部品等を形成する材料として好適に使用することができる。
【００３５】
【実施例】
実施例１
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３６】
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用い、フィラーとして平均粒径１８μｍのアルミナ粉末（住友化学製スミコランダム）を用いた。フェノール樹脂が４０体積％、アルミナが６０体積％となるように原料を調合した。各原料を用いて、常温で加圧成形した後、離型し、８０〜２５０  ℃で加熱硬化し、このときの条件を変化させて、表１に示す種々の気孔率を有する試験片を作製した。
【００３７】
得られた試験片について比重、強度を測定した結果を表１に示す。この結果より、通常のフェノール樹脂の抗折強度は７０〜２５０ＭＰａであるが、内部の気孔率が３０％を越えると強度が５０ＭＰａ以下と著しく低下する。また、通常のフェノール樹脂の比重は１．３〜２．０ｇ／ｃｍ３  程度であるが、内部の気孔率が３％未満であると比重が２．０ｇ／ｃｍ３  以上と大きくなってしまう。
【００３８】
したがって、本発明の範囲内とすれば、低比重で強度を高くできることがわかる。
【００３９】
【表１】
0003580701.tif 000002
【００４０】
次に、上記樹脂とフィラーの配合量を変化させて、内部気孔率が２０％，表層部気孔率が１％の試験片を作成し、耐トラッキング性、強度、加重たわみ温度を測定した。
【００４１】
結果を表２に示す。この結果より、通常のフェノール樹脂の耐トラッキング性は１５０〜２００Ｖ程度であるが、本発明の範囲内の樹脂複合体は、耐トラッキング性、加重たわみ温度ともに向上できることがわかる。
【００４２】
【表２】
0003580701.tif 000003
【００４３】
実施例２
次に、フェノールノボラック樹脂にフィラーとしてガラス繊維を配合したもの（表３）、エポキシ樹脂にアルミナ繊維を配合したもの（表４）について、それぞれ試験片を作製し、緻密な表層部の存在する深さ、内部の平均気孔径、気孔率、強度、比重を測定した。
【００４４】
結果を表３、４に示すように、本発明の範囲内の樹脂複合体は、低比重で強度を向上できることがわかる。
【００４５】
【表３】
0003580701.tif 000004
【００４６】
【表４】
0003580701.tif 000005
【００４７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、熱硬化性樹脂中にフィラーを３０〜７０体積％の比率で含有して成り、かつ内部に多数の気孔を有する樹脂複合体であって、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくしたことによって、全体を軽量に維持した上、表面を緻密化して機械的強度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の樹脂複合体の表層部の断面を模式的に示す図、（ｂ）は本発明の樹脂複合体の内部の断面を模式的に示す図である。
【図１】
0003580701.tif 000006