(57)【要約】  本発明の課題は、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧などされても、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生せず、該潤滑膜の大きな剥離が抑制され、以って耐摩耗性の向上された潤滑膜を与える摺動部材用組成物を提供することである。本発明は、ベース樹脂と、摺動相手材よりも軟質の金属ナノ粒子とを含有し、該軟質金属ナノ粒子の含有量が５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする摺動部材用組成物である。
2009041653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース樹脂と、摺動相手材よりも軟質の金属ナノ粒子とを含有し、該軟質金属ナノ粒子の含有量が５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする摺動部材用組成物。
【請求項２】
前記軟質金属ナノ粒子が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｕ、及びＳｂの金属単体、酸化物、及び硫化物から選ばれた少なくとも一種（ただし、Ａｌ酸化物およびＢｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎの硫化物を除く）であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材用組成物。
【請求項３】
前記軟質金属ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部材用組成物。
【請求項４】
固体潤滑剤を更に含有し、該固体潤滑剤の含有量が２０〜８０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材用組成物。
【請求項５】
該固体潤滑剤の含有量が２０〜７０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材用組成物。
【請求項６】
該固体潤滑剤の含有量が２０〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材用組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の摺動部材用組成物を基材に被着してなる摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材用組成物に関する。さらに詳しくは、摺動部材表面に適用して、該表面に潤滑膜を形成した時に、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧などされても、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生せず、該潤滑膜の大きな剥離が抑制され、以って耐摩耗性の向上された潤滑膜を与える摺動部材用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体機械等の機械類、例えば斜板式コンプレッサー等の摺動部の潤滑化を図るための摺動部材用組成物が知られている。この摺動部材用組成物は、例えばピストンや軸受等の各摺動部の表面にコーティングされ、摺動部における潤滑膜として機能する。このため、この種の摺動部材用組成物は、低摩擦で、長期間使用しても摩耗しない耐摩耗性に優れ、相手材とのなじみ性の良い潤滑膜であることが要求される。【０００３】
そして、かかる摺動部材用組成物として、従来から、ベース樹脂に、固体潤滑剤を含有させた組成物や、更に粒径サイズがμｍオーダーの硬質微粒子を含有させた組成物などが知られている。
例えば、特許文献１には、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、グラファイト及び炭素繊維から選ばれた固体潤滑剤７０〜９７質量％と、ベース樹脂３〜３０質量％とからなる摺動部材用組成物であって、該ベース樹脂はポリイミド系樹脂，エポキシ樹脂及びフェノール樹脂から選ばれた樹脂と膜形成補助剤とからなる摺動部材用組成物が示されている。また、特許文献２には、ポリアミドイミド、ポリイミド系及びエポキシ系樹脂から選ばれたベース樹脂に、１０〜４０容量％の二硫化モリブデン、１０〜４０容量％の鱗片状黒鉛又は鱗状黒鉛、及び１０〜４０容量％のポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を含有させてなり、該固体潤滑剤の総和が３０〜６０容量％であり、残部が実質的に前記ベース樹脂である摺動部材用組成物、及び、更に粒径サイズが０．０１〜３μｍの硫化亜鉛、アルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化珪素などの硬質微粒子をベース樹脂に含有させた摺動部材用組成物が示されている。【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４７４９３号公報
【特許文献２】特開２００５−８９５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これら従来の摺動部材用組成物では、図１に示すように、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧されると、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生し、固体潤滑剤や硬質物粒子等の添加剤を巻き込んだ剥離が発生することがあった。そしてこれが起点となって、さらなる剥離や摺動面の摩耗が生じることがあった。更には、剥離した大きな破片が相手材に刺さり、相手材表面が粗くなることで二次損傷が起こって、摺動面の摩耗が一層促進されることもあった。【０００６】
本発明の目的は、上記従来の状況に鑑み、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧などされても、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生せず、該潤滑膜の大きな剥離が抑制され、以って耐摩耗性の向上された潤滑膜を与える摺動部材用組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、摺動部材用組成物のベース樹脂に相手材よりも軟質の金属ナノ粒子を含有させることで、亀裂をナノ粒子の周囲に誘導でき、これにより、形成された潤滑膜中に加圧などされても大きな亀裂が発生することなく、潤滑膜の大きな剥離が抑制されることを見出して、本発明を完成した。【０００８】
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、次の摺動部材用組成物を提供し、更にはその摺動部材用組成物を被着した摺動部材を提供する。
（１）ベース樹脂と、摺動相手材よりも軟質の金属ナノ粒子とを含有し、該軟質金属ナノ粒子の含有量が５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする摺動部材用組成物。
（２）前記軟質金属ナノ粒子が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｕ、及びＳｂの金属単体、酸化物、及び硫化物から選ばれた少なくとも一種（ただし、Ａｌ酸化物およびＢｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎの硫化物を除く）であることを特徴とする上記（１）に記載の摺動部材用組成物。
（３）前記軟質金属ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１００ｎｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の摺動部材用組成物。
（４）固体潤滑剤を更に含有し、該固体潤滑剤の含有量が２０〜８０ｖｏｌ％であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の摺動部材用組成物。
（５）該固体潤滑剤の含有量が２０〜７０ｖｏｌ％であることを特徴とする上記（４）に記載の摺動部材用組成物。
（６）該固体潤滑剤の含有量が２０〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする上記（５）に記載の摺動部材用組成物。
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の摺動部材用組成物を基材に被着してなる摺動部材。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の摺動部材用組成物では、摺動部材表面に適用して、該表面に潤滑膜を形成した時に、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧などされても、含有されている軟質金属ナノ粒子の作用により、亀裂をナノ粒子の周囲に誘導できるため、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生せず、該潤滑膜の大きな剥離が抑制され、以って耐摩耗性の向上された潤滑膜を与えることができる。図２に示すように、本発明の摺動部材用組成物で形成された潤滑膜では、剥離が起こるとしても、それは、含有されている軟質金属ナノ粒子の作用により、微細なものであり、上記のように大きな剥離が抑制されるから、剥離した大きな破片が相手材に刺さるなどの二次損傷が起こることもない。
また、図３に示すように、本発明の摺動部材用組成物で形成された潤滑膜では、含有されている軟質金属ナノ粒子が表面に露出すると、相手材との摺動によって軟質金属ナノ粒子がつぶされ、引きのばされて相手材へ移着し、薄い被膜を形成すると考えられる。この被膜は摺動特性に優れているのでより一層摺動性が向上されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の摺動部材用組成物で形成された潤滑膜の剥離、摩耗機構を示す模式図である。
【図２】本発明の摺動部材用組成物で形成された潤滑膜の剥離、摩耗機構を示す模式図である。
【図３】本発明の摺動部材用組成物で形成された潤滑膜から軟質金属ナノ粒子が相手材へ移着する機構を示す模式図である。
【図４】実施例で用いた回転振動試験装置を示す模式図である。
【図５】実施例で用いた回転振動試験装置の斜板のＲｒ面を正面とした正面図である。
【符号の説明】
【００１１】
１      回転振動試験装置
２      モーター
３      ピストン
４      シュー
５      シリンダー
６      斜板
７      オイルミスト噴射ノズル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の摺動部材用組成物に用いるベース樹脂としては、従来から摺動部材用組成物のベース樹脂として用いられている各種樹脂を適宜用いることができるが、ポリアミドイミドやポリイミドなどのポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を好ましく用いることができる。特に、引張強度が１５０ＭＰａ以上で、かつ伸びが４０％以上の樹脂が好ましい。【００１３】
また、本発明の摺動部材用組成物は、軟質金属ナノ粒子を含有する。ここで、軟質金属とは、摺動相手材よりも軟質の金属を意味する。軟質金属ナノ粒子としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ａｕ等の軟質金属の金属単体、酸化物（ただし、Ａｌ酸化物を除く）、あるいは硫化物（ただし、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎの硫化物を除く）のナノ粒子を用いることができる。軟質金属ナノ粒子は、１種用いることも２種以上を併用することもできる。用いる軟質金属ナノ粒子の形状は、球状、塊状、扁平状など限定されないが、摺動特性（特に相手材攻撃性）の観点から球状であることが好ましく、また、その平均粒径が０．１〜１００ｎｍであることが好ましく、０．１〜４０ｎｍであることが更に好ましい。平均粒径が０．１〜１００ｎｍであれば、潤滑膜の耐剥離性や金属ナノ粒子の移着性の点で好ましい。【００１４】
好ましく用いられる軟質金属ナノ粒子として、ＣｕＯ、Ａｇ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ａｕ，Ｉｎ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、（以上、ＣＩ化成社製「Ｎａｎｏ Ｔｅｃｋ Ｐｏｗｄｅｒ」）等が挙げられる。これらのナノ粒子を得るには、例えば、原料金属に熱エネルギーを付与することで金属原子をガス化し、そこに反応ガス（酸素など）を接触させて金属酸化物の分子およびクラスターを得、これを瞬時に冷却する方法（ＰＶＳ法）等が挙げられる。
本発明の摺動部材用組成物における軟質金属ナノ粒子の含有量は、５ｖｏｌ％以下（ただし０ｖｏｌ％を除く）であり、好ましくは１ｖｏｌ％以下である。５ｖｏｌ％を超えると、金属ナノ粒子が凝集してしまい、金属ナノ粒子特有の摺動特性が損なわれるおそれがある。【００１５】
本発明の摺動部材用組成物においては、必要に応じて、従来の摺動部材用組成物で用いられているのと同様の、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、グラファイト、炭素繊維等の固体潤滑剤をベース樹脂に含有させることができる。含有させる固体潤滑剤は、１種用いることも２種以上を併用することもできる。固体潤滑剤の平均粒径は、一般に、０．５〜３０μｍが好ましい。固体潤滑剤を含有させることにより、摺動性能が向上する利点がある。固体潤滑剤を含有させる場合、固体潤滑剤の含有量は、好ましくは２０〜８０ｖｏｌ％、より好ましくは２０〜７０ｖｏｌ％、更に好ましくは２０〜５０ｖｏｌ％である。８０ｖｏｌ％を超える含有量では、潤滑膜の形成が困難である。また、２０ｖｏｌ％未満の含有量では、摺動特性が若干低下する。【００１６】
本発明の摺動部材用組成物の調製は、常法により行うことができる。一般に、ベース樹脂、軟質金属ナノ粒子、必要に応じて固体潤滑剤などの組成物成分の所定量と有機溶媒を、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー、ビーズミル、混練機等の混合機によって混合して調製することができる。この際、有機溶媒としては、ベース樹脂を溶解できるものを適宜用いることができ、ベース樹脂の種類にもよるが、ＮＭＰ、キシレン、アルコール等が挙げられる。また、有機溶媒の使用量は、得られる摺動部材用組成物の所望の粘度に応じて適宜設定することができる。【００１７】
また、摺動部材表面への本発明の摺動部材用組成物の潤滑膜の形成も、常法により行うことができる。一般に、摺動部材表面に摺動部材用組成物をスプレー法、ロールコート法、ディッピング法、スクリーン印刷、パッド印刷等で塗布し、その後塗布層を加熱硬化させて潤滑膜を形成することができる。この際、塗布層の加熱硬化条件は、ベース樹脂の種類にもよるが、使用する材料に応じた一般的な加熱条件でよい。
摺動部材表面に形成する潤滑膜の厚さは、必要に応じて適宜設定することができるが、一般に、５〜５０μｍが好ましい。【００１８】
本発明の摺動部材用組成物は、流体機械等の機械類の摺動部に広く好適に適用することができ、斜板式コンプレッサーの斜板や、半割り軸受、ブシュおよびワッシャー等のすべり軸受の摺動部に特に好適に適用できる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例及び比較例により更に具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００２０】
＜実施例１−１〜１−２、比較例１−１〜１−４＞
次の摺動部材用組成物の調製用原料を準備した。
〔ベース樹脂〕
・ポリイミド樹脂（ＰＩ）：「ＨＣＩ−１２００Ｍ」日立化成社製
〔固体潤滑剤〕
・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）：喜多村社製（平均粒径３μｍ）
・グラファイト（Ｇｒ）：日本黒鉛社製（平均粒径１μｍ）
〔軟質金属ナノ粒子〕
・酸化銅（ＣｕＯ）：「ＮａｎｏＴｅｃｋＰｏｗｄｅｒ」ＣＩ化成社製（平均粒径３０ｎｍ、球状）
・酸化亜鉛（ＺｎＯ）：「ＮａｎｏＴｅｃｋＰｏｗｄｅｒ」ＣＩ化成社製（平均粒径３０ｎｍ、多面体）
〔従来の摺動部材用組成物に用いられている硬質微粒子〕
・酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：「Ｎａｎｏ Ｔｅｃｋ Ｐｏｗｄｅｒ」ＣＩ化成社製（平均粒径３０μｍ、球状）
・酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：「アドマファイン」アドマテックス社製（平均粒径１μｍ、球状）
・酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：「Ａｌ２Ｏ３試薬」ＭＥＲＣＫ社製（平均粒径１μｍ、塊状）
また、上記原料を混合するに次の有機溶媒を用いた。
・有機溶媒：ＮＭＰ【００２１】
上記各原料のうち、有機溶媒にポリイミド樹脂５４．９ｖｏｌ％、ＰＴＦＥ２２．５ｖｏｌ％、グラファイト２２．５ｖｏｌ％を混合したものをベース塗料とし、ここへ、表１に示す各粒子を０．１ｖｏｌ％加え、ビーズミルで混合して液状摺動部材用組成物を得た。
得られた液状摺動部材用組成物を鉄系基材のロールコートにて塗布し、その塗膜を３００℃で１時間加熱硬化させ、膜厚１５μｍの潤滑膜を形成した。
この形成された潤滑膜について焼付面圧を測定し、また、測定後の摺動面外観を観察した。試験結果を表１に示した。【００２２】
＜焼付面圧試験＞
試験機：３ピン／ディスクタイプ焼付試験機
回転数：４０００rpm
潤滑条件：ミスト潤滑
相手軸：SUJ2（シュー形状）
負荷条件：予荷重１ＭＰａより、３ＭＰａ／１５分  漸増【００２３】
【表１】
2009041653.tif 000003
【００２４】
表１の結果より、ナノ粒子入りは焼付面圧が高く、軟質かつ球状のものが、摺動表面の損傷が少ないことが分かる。【００２５】
＜実施例２−１、２−２、比較例２−１〜２−３＞
次の摺動部材用組成物の調製用原料を準備した。
〔ベース樹脂〕
・ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）：「ＨＰＣ−６０００」日立化成社製
・ポリイミド樹脂（ＰＩ）：「ＨＣＩ−１２００Ｍ」日立化成社製
〔固体潤滑剤〕
・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）：喜多村社製（平均粒径３μｍ）
・グラファイト（Ｇｒ）：日本黒鉛社製（平均粒径１μｍ）
〔軟質金属ナノ粒子〕
・酸化銅（ＣｕＯ）：「Ｎａｎｏ Ｔｅｃｋ Ｐｏｗｄｅｒ」ＣＩ化成社製（平均粒径３０ｎｍ）
〔従来の摺動部材用組成物に用いられている硬質微粒子〕
・二酸化チタン（ＴｉＯ２）：「Ｎａｎｏ Ｔｅｃｋ Ｐｏｗｄｅｒ」ＣＩ化成社製（平均粒径３０ｎｍ）
また、上記原料を混合するに次の有機溶媒を用いた。
・有機溶媒：ＮＭＰ【００２６】
上記各原料を表２に示した割合で、ビーズミルで混合して液状摺動部材用組成物を得た。
得られた液状摺動部材用組成物を鉄系基材にロールコートにて塗布し、その塗膜をＰＴＦＥの分解温度を超えない条件（３２０℃以下）で加熱硬化させ、膜厚１５μｍの潤滑膜を形成した。
この形成された潤滑膜について下記の回転振動試験と回転荷重試験を行った。この回転振動試験と回転荷重試験の試験結果を表２に示した。【００２７】
〔回転振動試験〕
図４に示す回転振動試験装置１を用い、下記条件により回転振動試験を行った。この試験装置では、モーター２側をＦｒ面、シリンダー５側をＲｒ面となるように、かつ５°傾斜させてモーター軸に設置した斜板６を回転させることにより、ピストン３が左右に揺動（振動）する仕組みとなっている。
試験条件：１０００ｒｐｍより、１０００ｒｐｍ／ｍｉｎ漸増で最大回転数７０００ｒｐｍまでとし、以降７０００ｒｐｍで保持した。荷重は２１５ｇとした。なお、試験時間は回転数漸増時間を含めて３６分間とした。
潤滑条件：パラフィン油を、斜板のＦｒ面に１．１ｇ／ｍｉｎ、Ｒｒ面に０．６ｇ／ｍｉｎとなるように、オイルミスト状に噴出した。
〔回転荷重試験〕
試験条件：回転数を９５００ｒｐｍ一定とした。荷重は３．８ＭＰａより、１．６ＭＰａ／３ｍｉｎ漸増で最大１２．６ＭＰａまでとし、以降１２．６ＭＰａで保持した。試験時間は荷重漸増時間を含めて７８分間とした。
潤滑条件：冷媒と冷凍機油の混合物をミスト状に供給した。
〔上記両試験の試験結果の評価基準〕
回転振動：回転数漸増時間を含み、７０００ｒｐｍ３６分完走で合格（クリア）
回転荷重：荷重漸増時間を含み、９５００ｒｐｍ、１２．６ＭＰａ、７８分完走で合格（クリア）【００２８】
【表２】
2009041653.tif 000004
【００２９】
表２の結果より、本発明の摺動部材用組成物は優れた耐摩耗性を示すことが明らかとなった。【００３０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２００７年９月２７日出願の日本特許出願（特願２００７−２５２６１０）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の摺動部材用組成物では、摺動部材表面に適用して、該表面に潤滑膜を形成した時に、形成された潤滑膜が摺動時等に加圧などされても、含有されている軟質金属ナノ粒子の作用により、亀裂をナノ粒子の周囲に誘導できるため、該潤滑膜中に大きな亀裂が発生せず、該潤滑膜の大きな剥離が抑制され、以って耐摩耗性の向上された潤滑膜を与えることができる。
【図１】
2009041653.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009041653.tif 000009
【国際調査報告】
2009041653.tif 000010
2009041653.tif 000011
2009041653.tif 000012
2009041653.tif 000013