(57)【要約】【課題】摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材を提供すること及び摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材の製造方法を提供すること。【解決手段】ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材であり、また、ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材の製造方法である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％のタルク、クレー又は炭酸カルシウムから選ばれる無機系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
微小な凹部の最大深さが、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を設けることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項５】
ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％のタルク、クレー又は炭酸カルシウムから選ばれる無機系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を設けることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項６】
微小な凹部の最大深さが、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項４又は５記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低摩擦係数の要求されるシールリングのような摺動部材に関し、詳しくは、摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高負荷部分に用いられる摺動部材として、比重が小さく、成形物の形状の選択の幅が広く、成形性に優れているため、熱可塑性樹脂が使用されている。【０００３】
ポリアミド樹脂は、熱可塑性樹脂の中では、自己潤滑性に富む樹脂であるため、摺動材として広く使われているが、その機械的強度と耐熱性を上げるためにガラス繊維を添加することが行なわれてきた（特許文献１、２）。【０００４】
近年、環境問題の点から、シールリングのような摺動部材の分野でも、エネルギー効率化が求められ、低摩擦係数化のような摺動特性を良化することが必要とされている。【０００５】
かかる低摩擦係数化のような摺動特性良化の手段として、レーザーにより摺動面に微小な凹部を設ける手段が知られている（特許文献３）。【０００６】
しかしながら、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂を用いた摺動部材の場合には、加工時にレーザーの熱により、ガラス繊維が溶解することにより、摺動面に溶解球ができ、その溶解球により、相手材を傷つける、摩擦係数が高くなる等の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８５７２号公報
【特許文献２】特開２００７−２２４１１８号公報
【特許文献３】特開２００７−２２５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材を提供することにある。【０００９】
また本発明の他の課題は、摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材の製造方法を提供することにある。【００１０】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。【００１２】
請求項１記載の発明は、ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材である。【００１３】
請求項２記載の発明は、ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％のタルク、クレー又は炭酸カルシウムから選ばれる無機系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を有することを特徴とする摺動部材である。【００１４】
請求項３記載の発明は、微小な凹部の最大深さが、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材である。【００１５】
請求項４記載の発明は、ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％の炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれる繊維系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を設けることを特徴とする摺動部材の製造方法である。【００１６】
請求項５記載の発明は、ポリアミド樹脂に、１０〜５０重量％のタルク、クレー又は炭酸カルシウムから選ばれる無機系充填材を配合し、レーザーによるディンプル加工により摺動面に微小な凹部を設けることを特徴とする摺動部材の製造方法である。【００１７】
請求項６記載の発明は、微小な凹部の最大深さが、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項４又は５記載の摺動部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材を提供することができる。【００１９】
また本発明によれば、摺動部材の表面に微小な凹部をレーザーによりディンプル加工しても、硬質な突起を生成せず、相手材を傷つけることがない低摩擦係数の摺動部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】摺動部材（試験サンプル１）のレーザー加工面を示す電子顕微鏡写真
【図２】摺動部材（試験サンプル２）のレーザー加工面を示す電子顕微鏡写真
【図３】摺動部材（試験サンプル３）のレーザー加工面を示す電子顕微鏡写真
【図４】摺動部材（試験サンプル４）のレーザー加工面を示す電子顕微鏡写真
【図５】摺動部材（比較試験サンプル１）のレーザー加工面を示す電子顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
本発明で用いるポリアミド樹脂は、（−ＣＯ−ＮＨ−）結合を有するポリマーであり、例えば、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）、ポリカプラミド（ナイロン６）、ポリテトラメチレンアジパミド （ナイロン４６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン ６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ナイロン ６１２）、ポリウンデカメチレンアジパミド（ナイロン １１６）、ポリウンデカミド（ナイロン１１）、ポリドデカミド（ナイロン１２）、ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロンＴＭＤＴ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ナイロン６Ｉ）、ポリヘキサメチレンテレフタル／イソフタルアミド（ナイロン６Ｔ／６Ｉ）、ポリビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンＰＡＣＭ１２）、ポリビス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンジメチルＰＡＣＭ１２）、ポリメタキシリレンアジパミド（ナイロンＭＸＤ６）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ナイロン９Ｔ）、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド（ナイロン １１Ｔ）、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド〔ナイロン１１Ｔ（Ｈ）〕又はこれらの共重合ポリアミド、混合ポリアミド等が挙げられ、なかでもナイロン６６が好ましい。
【００２３】
ポリアミド樹脂は、市販品として入手でき、例えば、東レ社製「ナイロン６６」などとして入手できる。
【００２４】
ポリアミド樹脂に配合される繊維系充填材は、炭素繊維、アラミド繊維又はウイスカから選ばれ、これらの１種を用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。
【００２５】
本発明に用いられる炭素繊維は、直径が５μｍ〜２０μｍの範囲が好ましく、繊維長が２０μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。
【００２６】
炭素繊維の原料は、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、ピッチ系等のいずれでもよいが、ポリアミド樹脂中で、配向方向での大きな補強効果が得られる上では、１２００℃以下で焼成された炭素繊維を採用することが好ましい。
【００２７】
炭素繊維の配合量は、ポリアミド樹脂に対して、１０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは、１２〜３５重量％の範囲であり、更に好ましくは１４〜３０重量％の範囲である。
【００２８】
１０重量％未満では、補強効果に乏しいため、摺動部材の強度が不十分であり、５０重量％を越えると、脆く、折れやすくなる。  
【００２９】
アラミド繊維は、直径が５μｍ〜２０μｍの範囲が好ましく、繊維長が２０μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
アラミド繊維の配合量は、ポリアミド樹脂に対して、１０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは、１２〜３５重量％の範囲であり、更に好ましくは１４〜３０重量％の範囲である。
【００３１】
１０重量％未満では、補強効果が発揮されず、５０重量％を越えると、脆く、折れやすくなる。
【００３２】
ウイスカは、直径が０．１μｍ〜１μｍの範囲が好ましく、繊維長が５μｍ〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００３３】
ウイスカの配合量は、ポリアミド樹脂に対して、１０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは、１２〜３５重量％の範囲であり、更に好ましくは１４〜３０重量％の範囲である。
【００３４】
１０重量％未満では、補強効果が発揮されず、５０重量％を越えると、脆く、折れやすくなる。
【００３５】
本発明に用いられるウイスカは、きわめて細いひげ状に成長した、完全な単結晶であり、格子欠陥が非常に少なく、その強度は理論値に近いものである。また、単なる単結晶ではなく、長さ方向に１本だけらせん転位をもつものも本発明に用いられる。
【００３６】
本発明のウイスカとしては、ホウ酸アルミニウムウイスカ、酸化亜鉛ウイスカ、チタン酸カリウムウイスカ等があげられ、好ましくは、チタン酸カリウムウイスカである。
【００３７】
チタン酸カリウムウイスカは、結晶の自形がそのまま繊維状であるという特殊な物質であるため、本発明に用いられた場合には、寸法安定性及び補強性の点でも効果が得られる。
【００３８】
繊維系充填材を用いることで、摩耗・寸法安定性・強度に優れた摺動部材を得ることができるが、本発明においては、特に本発明の繊維系充填材を用いることで、摩擦・摩耗特性の両方に優れた摺動部材を得ることができる。
【００３９】
また本発明において、ポリアミド樹脂に配合される無機系充填材は、タルク、炭酸カルシウム又はクレーから選ばれる１種を用いてもよいし、これらを組み合わせて配合してもよい。
【００４０】
タルクの平均粒径は、０．５〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは２〜５μｍの範囲である。平均粒径の測定法は、粒度分布測定による。
【００４１】
無機系充填材の配合量は、ポリアミド樹脂に対して、１０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは２０〜４０重量％の範囲である。
【００４２】
１０重量％未満では、補強効果が発揮されず、５０重量％を越えると、脆く、折れやすくなる。
【００４３】
本発明の摺動部材を製造するには、ポリアミド樹脂と繊維系充填材又は無機系充填材を上記の範囲で配合し、射出成形機などの成形手段によって、シールリングなどの所定の形状に成形し、その表面に、レーザー照射によるディンプル加工を施して、微小な凹部を形成する。このようにして摺動面に微小な凹部を有する摺動部材が得られる。
【００４４】
微小な凹部の最大深さは、５〜５０μｍの範囲であることが低摩擦化を実現する上で好ましい。
【００４５】
また上記範囲であると、シリンダ内面等の相手摺動面との間の油膜を良好に保つことができ、相手材を傷つけることがない。
【００４６】
レーザー照射に用いるレーザー媒質は、ＣＯ2やＹＡＧ等の赤外発光するもの、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等の紫外発光するもののいずれでもよく、レーザー温度は約１０００℃程度が好ましい。
【００４７】
かかるレーザーの熱により、従来のようにガラス繊維を配合した場合には、ガラス繊維（ガラス融点７００℃）が硬質な突起となり、相手摺動面を傷つけるが、本発明のような配合素材の場合には、かかる突起が生じることはなく、従って相手摺動面を傷つけることがない。
【００４８】
また、ディンプル加工法としては、例えば、コンプレッサ用往復動用ＰＴＦＥ製シールリングに、加熱プレスにより油溜め（ディンプル）のパターンを形成する技術（特許第３１１４８７４号公報）が知られているが、ディンプル加工を型で成形すると、ディンプルの凹は微細で、硬質な充填剤を含む樹脂材料では型摩耗により、品質が低下する（型の寿命が短い）という問題がある。
【００４９】
さらに、軸受摺動部材にショットピーニングによりディンプルを形成する技術（特開２００３−１８４８８３号公報）が知られているが、ディンプルをショットで加工すると、ショット単体では表面を凹凸にすることはできるが、ショット単体では凹み形状のみを形成できないという問題がある。
【００５０】
凹み形状のみをショットで形成するためには、ショットと製品の間にマスキングを施す必要があるが、マスキングを施すにはコストがかかりすぎるという問題がある。
【００５１】
本発明においては、ディンプル加工をする際に、レーザーを用いることで、耐摩耗性に優れる凹みのみを形成でき、また型摩耗等による品質低下を起こすことがなく安定した品質の摺動部材を得ることができる。
【００５２】
また本発明の製造方法によると、油溜まり（ディンプル)の耐摩耗性に優れる凹みのみを形成でき、かつ安定した品質の摺動部材を得ることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例により本発明の効果を例証する。【００５４】
実施例１
１．試験サンプルの製造
＜試験サンプル１の製造＞
「ナイロン６６」（ポリアミド樹脂）８５重量％と、炭素繊維（直径；１０μｍ、繊維長；１５０μｍ）１５重量％を配合し、射出成形機（東芝  ＩＳ８０−ＥＰＮ）を用いて、シールリング用の摺動部材を形成した。これを試験サンプル１とする。【００５５】
＜試験サンプル２の製造＞
「ナイロン６６」（ポリアミド樹脂）８５重量％と、アラミド繊維（直径；１０μｍ、繊維長；１５０μｍ）１５重量％を配合し、射出成形機（東芝  ＩＳ８０−ＥＰＮ）を用いて、シールリング用の摺動部材を形成した。これを試験サンプル２とする。【００５６】
＜試験サンプル３の製造＞
「ナイロン６６」（ポリアミド樹脂）７０重量％と、チタン酸カリウムウイスカ（直径；０．５μｍ、繊維長；２０μｍ）３０重量％を配合し、射出成形機（東芝  ＩＳ８０−ＥＰＮ）を用いて、シールリング用の摺動部材を形成した。これを試験サンプル３とする。【００５７】
＜試験サンプル４の製造＞
「ナイロン６６」（ポリアミド樹脂）６０重量％と、タルク（平均粒径；５μｍ）４０重量％を配合し、射出成形機（東芝  ＩＳ８０−ＥＰＮ）を用いて、シールリング用の摺動部材を形成した。これを試験サンプル４とする。【００５８】
＜比較試験サンプル１の製造＞
東レ社製「ナイロン６６」（ポリアミド樹脂）７０重量％と、東レ社製ガラス繊維（直径；１５μｍ、繊維長；１５０μｍ）３０重量％を配合し、射出成形機（東芝  ＩＳ８０−ＥＰＮ）を用いて、シールリング用の摺動部材を形成した。これを比較試験サンプル１とする。【００５９】
２．評価
上記の試験サンプル及び比較試験サンプルについて、以下の評価試験により、特性を評価した。【００６０】
（１）相手傷つき性評価後の相手材粗さＲｙ
＜測定方法＞
荷重：１００ｋｇｆ、周速：１００ｍｍ／ｓ、時間：１２ｍｉｎ．、相手材：Ｓ４５Ｃ（Ｒｙ０．３〜０．５）の条件下で相手材粗さＲｙを求め、その結果を表１に示す。なお、Ｒｙは、輪郭曲線の最大深さ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：１９９４）である。【００６１】
（２）相手傷つき性評価
＜評価方法＞
傷つき性評価後の相手材の粗さを表面粗さ計で測定し、試験前と試験後の差をみる。【００６２】
＜評価基準＞
○：相手材の粗さが評価前と同等
×：相手材の粗さが評価前より粗くなっている（Ｒｚ０．６以上になっている）
評価結果を表１に示す。なお、Ｒｚは、十点平均粗さ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：１９９４）である。【００６３】
（３）レーザー加工後の摺動部材の表面状態
電子顕微鏡写真によって表面状態を調べた。図１〜５に、その電子顕微鏡写真を示す。その結果、試験サンプル１〜４では突起のようなものが生じていないことがわかった。図５の比較試験サンプルでは、レーザーの熱によりガラス繊維が溶けて、ガラス球や盛り上がりが生じている。【００６４】
なお、使用したレーザー媒質はＣＯ2であり、温度は１０００℃とした。【００６５】
（４）摩擦摩耗特性
面圧：０．５ＭＰａ、周速：０．２ｍ／ｓ、時間：２４ｈｒ、相手材：Ｓ４５Ｃ（Ｒｚ１．５）の条件下で、摩擦係数[-]と摩耗係数[１０−5ｃｍ・ｓ／（ＭＰａ・ｍ・ｈ）]を求め、その結果を表１に示す。【００６６】
（５）摩擦摩耗特性の定性的評価
＜評価基準＞
○：比較材と同等レベル以上
×：比較材より摩耗係数が高い
評価結果を表１に示す。【００６７】
（６）機械的特性
ＡＳＴＭ  Ｄ７９０に準拠し、曲げ強さ[ＭＰａ]、曲げ弾性率[ＧＰａ]を求め、その結果を表１に示す。【００６８】
【表１】
2010092921.tif 000002
【００６９】
表１より、試験サンプル１〜４では、摩擦係数が低く、さらに相手傷つき性評価において相手材の粗さが評価前と同等であり、相手傷つき性評価後の相手材粗さが低いことがわかる。【００７０】
さらに試験サンプル１〜３においては、摩擦摩耗特性の定性的評価が比較材と同等レベル以上であり、摩耗係数が低く、低摩擦摩耗特性の両方を有していることがわかる。【００７１】
比較試験サンプル１では、本発明の配合素材を用いていないため、相手傷つき性評価が悪く、相手傷つき性評価後の相手材粗さが非常に大きくなっていることがわかる。
【図１】
2010092921.tif 000003
【図２】
2010092921.tif 000004
【図３】
2010092921.tif 000005
【図４】
2010092921.tif 000006
【図５】
2010092921.tif 000007
【国際調査報告】
2010092921.tif 000008
2010092921.tif 000009
2010092921.tif 000010
2010092921.tif 000011