(57)【要約】      （修正有）【課題】  潤滑油を摺動面に取り込み良好な油膜を形成し、高速移動時でも振動の少ない長寿命の工作機械用摺動部材を提供する。【解決手段】  工作機械のフレーム１側に設けられた固定の案内面１ａに摺接して移動する案内部２の被案内面４ａに使用される工作機械用摺動部材４であって、該工作機械用摺動部材４は、30％〜90％の表面連通孔率を有する樹脂多孔質体であり、上記樹脂多孔質体は、潤滑油を含浸してなり、上記樹脂多孔質体は、気孔形成材が配合された樹脂を成形して成形体とした後、該気孔形成材を溶解し、かつ上記樹脂を溶解しない溶媒を用いて上記成形体から上記気孔形成材を抽出して得られる連通孔を有する。【選択図】  図１
2006123058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械のフレーム側に設けられた固定の案内面に摺接して移動する案内部の被案内面に使用される工作機械用摺動部材であって、該工作機械用摺動部材は、30％〜90％の表面連通孔率を有する樹脂多孔質体であることを特徴とする工作機械用摺動部材。
【請求項２】
前記樹脂多孔質体は、潤滑油を含浸してなることを特徴とする請求項１記載の工作機械用摺動部材。
【請求項３】
前記樹脂多孔質体は、気孔形成材が配合された樹脂を成形して成形体とした後、該気孔形成材を溶解し、かつ前記樹脂を溶解しない溶媒を用いて前記成形体から前記気孔形成材を抽出して得られる連通孔を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の工作機械用摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸台や刃物台の案内部に使用する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械のフレーム（ベッド）の案内面上を移動する主軸台や刃物台の案内部は、高い剛性と振動減衰能を必要とすることから、上記案内面と、これに摺接する被案内面とを備えた摺動案内構造が採用されている。フレーム側に設けられる固定の案内面は、一般的には鋳物の研磨面で、これに摺接する移動側の被案内面は、従来は砲金やフッ素樹脂などが多用されている。
さらに案内面と被案内面の金属同士が直接接触するのを避けるために、接触面に薄い油膜が常に形成されるようにする必要がある。そこで被案内面の加工においては、表面を機械研削した後、人手によるきさげ加工を行って、高い面精度を得ると共に、被案内面に油溜りとなる数十ミクロン程度の深さの浅い凹部（きさげ加工時の刃物の移動により形成される凹部）を形成していた。
一方、マシニングセンタによる機械加工にて、浅皿状の数十ミクロンの凹みと、これらの凹みを連結するような溝を形成することにより、面精度に対する作業者の熟練度の影響をなくし、かつ作業時間を短縮させた例が知られている（特許文献１）。
また、摺動部材としてポリテトラフルオロエチレン樹脂に金属粉末とポリイミド樹脂粉末とを配合した材料を用いることにより、従来の工作機械用フッ素樹脂材料に対し摩擦摩耗特性と耐クリープ性を向上させた例が知られている（特許文献２）。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の方法は、マシニングセンタによる機械加工であるため高価であり、また砲金などの金属を摺動材料に使用した場合、高速移動時の振動が大きくなるという問題がある。
また、特許文献２の方法は、優れた摺動特性をもつ樹脂材料組成に関するものであるが、潤滑油で潤滑しなければ良好な摺動特性が得られず、油膜を形成させるための油留りを機械加工で形成する必要があるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２１１３３３号公報
【特許文献２】特開平１１−２９３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、機械加工で油留りを形成させなくても、潤滑油を摺動面に取り込み良好な油膜を形成し、高速移動時でも振動の少ない長寿命の工作機械用摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の工作機械用摺動部材は、工作機械のフレーム側に設けられた固定の案内面に摺接して移動する案内部の被案内面に使用される工作機械用摺動部材であって、該工作機械用摺動部材は、30％〜90％の表面連通孔率を有する樹脂多孔質体であることを特徴とする。
上記樹脂多孔質体は、潤滑油を含浸してなることを特徴とする。
上記樹脂多孔質体は、気孔形成材が配合された樹脂を成形して成形体とした後、該気孔形成材を溶解し、かつ上記樹脂を溶解しない溶媒を用いて上記成形体から上記気孔形成材を抽出して得られる連通孔を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の工作機械用摺動部材は、30％〜90％の表面連通孔を有する樹脂多孔質体であるので、工作機械の案内部のような平面同士の油膜が形成され難い製品形状でも容易に油膜を形成することができ優れた摺動特性を発揮することができる。
また、予め潤滑油を樹脂多孔質体に含浸させておくと、工作機械の初期立ち上げ時や、長期間停止した後の初期立ち上げ時における慣らし運転時間を短縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の工作機械用摺動部材について、図１により説明する。図１は工作機械の摺動案内構造を示す模式図である。工作機械の摺動案内構造は、フレーム１の上部表面の案内面１ａと、案内部２とから構成され、案内部２は案内面１ａに摺接して移動する被案内面４ａと、該被案内面４ａを形成する摺動部材４と、該摺動部材４に固定される案内部本体３とから構成される。主軸台や刃物台を搭載した案内部本体３がフレーム１上を移動しても、案内部本体３は直接案内面１ａとは接触せずに、案内部本体３の下部に設けた摺動部材４の下部表面の被案内面４ａが案内面１ａと摺動する構造である。
本発明の工作機械用摺動部材は、連通孔を有する樹脂多孔質体であり、摺動部材４に用いられる。摺動部材４が下部表面の被案内面４ａで、フレーム１上の案内面１ａに摺動しつつ、主軸台や刃物台を搭載した案内部本体３は任意の位置に移動する。
【０００８】
本発明の工作機械用摺動部材は、連通孔を有する樹脂多孔質体であるので、該樹脂多孔質体が、連通孔を介して潤滑油の含浸と、摺動面への潤滑油の供給とを可能にするため、工作機械用摺動部材表面の摺動特性を長期間保持できる。
潤滑油は、工作機械用摺動部材に練り込まれるのではなく、上記連通孔に含浸されることにより、該連通孔を介して摺動面への該潤滑油の流動性が確保されるため、摺動面で潤滑油が消費されると、含浸された潤滑油が連通孔を経て常に摺動面に供給されるので、含浸されている潤滑油全量の 60％以上が潤滑油として利用可能となる。
なお、潤滑油として利用可能とは、該潤滑油が上記樹脂多孔質体表面に滲み出し可能であり、各用途および使用条件において摺動面へ摺動特性を付与できることをいう。
以下、連通孔率に続いて本発明の工作機械用摺動部材を構成する樹脂、気孔形成材および樹脂多孔質体製造方法などについて説明する。
【０００９】
内部に気孔を有する多孔質体材料の連通孔率について考える場合、多孔質体材料が1個の球体が集まった複数個の球体の集合体と、個々の球体間の間隙に存在する空間である気孔とからなると考えると、球体を点接触により最も密に充填する形態として面心立方格子、六方最密充填があり、それらの充填率は、(球の体積÷外接立方体の体積)÷(正三角形の高さ÷底辺)÷(正四面体の高さ÷一辺)で計算され、共に 74％である。（100−充填率）として定義される連通孔率としては 26％になる。
以上の計算は、同一サイズの球体を考えた場合であるが、複数のサイズの球体を充填した場合は、六方最密充填よりも充填率は大きくなり、連通孔率は小さくなる。
また、粉末状の球体樹脂粒子を圧縮成形した後に焼結する場合、点接触はあり得ず、球体樹脂粒子は変形して面接触する。このため、六方最密充填よりも充填率はより大きくなり、連通孔率はより小さくなる。このため従来の焼結樹脂成形体の連通孔率は 20％程度が限界となっている。
【００１０】
本発明における連通孔率は、樹脂成形体において相互に連続している気孔の総体積が樹脂成形体の体積に占める割合をいう。
具体的には、連通孔率は数１内の式（１）に示す方法で算出した。
【数１】
2006123058.tif 000003
上記、数１において、各符号の意味を以下に示す。
Ｖ；洗浄前成形体の体積
ρ；洗浄前成形体の密度
Ｗ；洗浄前成形体の重量
Ｖ1；樹脂粉末の体積
ρ1；樹脂粉末の密度
Ｗ1；樹脂粉末の重量
Ｖ2；気孔形成材の体積
ρ2；気孔形成材の密度 
Ｗ2；気孔形成材の重量
Ｖ3；洗浄後の樹脂多孔質体の体積
Ｗ3；洗浄後の樹脂多孔質体の重量
Ｖ'2；洗浄後に樹脂多孔質体に残存する気孔形成材の体積
【００１１】
本発明においては、以下に述べる製造方法により、好ましくは 30％〜90％の、より好ましくは 40％〜70％の連通孔率を有する樹脂多孔質体が得られる。30％未満では油潤滑による特徴的な優れた摺動特性を示すことができない。 90 体積％をこえると所望の機械的強度が得られない。
【００１２】
本発明の工作機械用摺動部材に用いる樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマーまたはゴムなどの樹脂粉末やペレットを使用できる。樹脂粉末、ペレットの粒径や形状は、溶融成形する場合には、溶融時に気孔形成材と混練されるので、特に限定されるものではない。ドライブレンドしてそのまま圧縮成形する場合には 1〜500 μｍの粒径が好ましい。
熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどのポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、水架橋ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂肪族ポリケトン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリオキサゾリン樹脂、ポリフェニレンサルフィド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などを例示できる。また、上記合成樹脂から選ばれた２種以上の材料の混合物、すなわちポリマーアロイなどを例示できる。
【００１３】
エラストマーまたはゴムとしては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の加硫ゴム類；ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、軟質ナイロン系エラストマー等の熱可塑性エラストマー類が例示できる。
【００１４】
本発明に使用できる樹脂多孔質体は、気孔形成材が配合された樹脂を成形して成形体とした後、該気孔形成材を溶解し、かつ上記樹脂を溶解しない溶媒を用いて成形体から気孔形成材を抽出して得られる。例えば、成形温度Ｘ℃の樹脂Ａに、このＸ℃より高い融点Ｙ℃を有する水溶性粉末Ｂを配合して、Ｘ℃で成形して成形体とした後、該成形体より水溶性粉末Ｂを水で抽出して多孔質体が得られる。また、樹脂Ａの成形性を向上させる目的で、常温で固体である気孔形成材を樹脂Ａに分散させ、該気孔形成材が溶融する温度で成形して成形体を作製し、該気孔形成材を溶解する溶媒で洗浄することにより気孔を形成して樹脂多孔質体を得ることもできる。
なお、樹脂多孔質体の製造方法は、これに限られるものでなく、30％〜90％の連通孔率となる任意の方法を採用できる。
【００１５】
本発明において気孔形成材は、樹脂の成形温度よりも高い融点の物質を使用するが、これに限定されるものではなく、樹脂の成形温度よりも高い融点の物質と、樹脂の成形温度よりも低い融点の物質とを併用することもできる。
気孔形成材としては、樹脂に配合されて成形体とされた後、その樹脂を溶解しない溶媒を用いて成形体から溶解されて抽出できる物質であれば使用できる。
気孔形成材は、無機塩化合物、有機塩化合物、またはこれらの混合物であることが好ましく、特に洗浄抽出工程が容易となる水溶性物質であることが好ましい。また、アルカリ性物質、好ましくは防錆剤として利用できる弱アルカリ塩を使用できる。弱アルカリ塩としては、有機アルカリ金属塩、有機アルカリ土類金属塩、無機アルカリ金属塩、無機アルカリ土類金属塩などが挙げられる。未抽出分が脱落した時でも、比較的軟らかく、シール面を損傷し難いことから、有機アルカリ金属塩、有機アルカリ土類金属塩を用いることが好ましい。なお、これらの金属塩は１種または２種以上混合して用いてもよい。また、洗浄用溶媒として安価な水を使用することができ、気孔形成時における廃液処理などが容易となることから水溶性の弱アルカリ塩を使用することが好ましい。
また、成形時における気孔形成材の溶解を防止するため、気孔形成材は使用する樹脂の成形温度よりも高い融点の物質を使用する。
本発明に好適に用いることができる水溶性有機アルカリ金属塩としては、安息香酸ナトリウム（融点 430℃）、酢酸ナトリウム（融点 320℃）またはセバシン酸ナトリウム（融点 340℃）、コハク酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウムなどが挙げられる。融点が高く、多種の樹脂に対応でき、かつ水溶性が高いという理由から、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウムまたはセバシン酸ナトリウムが特に好ましい。
無機アルカリ金属塩としては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、タングステン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００１６】
気孔形成材の割合は、樹脂粉末、気孔形成材および充填材などの他の材料を含めた全量に対して、30 体積％〜90 体積％、好ましくは 40 体積％〜70 体積％とする。30 体積％以下では多孔質体の気孔が連続孔になり難く、90 体積％以上では所望の機械的強度が得られない。
また配合時において、気孔形成材の抽出に使用する溶媒に不溶な充填材を配合してもよい。例えば、該溶媒が水である場合には、樹脂多孔質体の機械的強度を向上させるなどの目的で、ガラス繊維、炭素繊維などを配合してもよい。
【００１７】
樹脂材料と気孔形成材の混合法は特に限定されるものではなくドライブレンド、溶融混練など樹脂の混合に一般に使用する混練法が適用できる。
また、気孔形成材を液体溶媒中に溶解させて透明溶液とした後、この溶液に樹脂粉末を分散混合させて、その後、この溶媒を除去する方法を用いることができる。
分散混合させる方法としては、液中混合できる方法であれば特に限定されるものではなく、ボールミル、超音波分散機、ホモジナイザー、ジューサーミキサー、ヘンシェルミキサーなどが例示できる。また、分散液の分離を抑えるために少量の界面活性剤を添加することも有効である。なお、混合時においては、混合により気孔形成材が完全に溶解するよう溶媒量を確保する。
また、溶媒を除去する方法としては、加熱蒸発、真空蒸発、窒素ガスによるバブリング、透析、凍結乾燥などの方法を用いることができる。手法が容易で、設備が安価であることから加熱蒸発により液体溶媒の除去を行なうことが好ましい。
樹脂に気孔成形材を配合した混合物の成形に関しては、圧縮成形、射出成形、押し出し成形、ブロー成形、真空成形、トランスファ成形などの任意の成形方法を採用できる。また成形前に作業性を向上させるため、ペレットやプリプレグなどに加工してもよい。
【００１８】
得られた成形体からの気孔形成材の抽出は、上記気孔形成材を溶解し、かつ上記樹脂を溶解しない溶媒で成形体を洗浄することにより行なう。
該溶媒としては、例えば、水、および水と相溶しうる溶媒としてアルコール系、エステル系、ケトン系溶媒などを用いることができる。これらの中で、樹脂および気孔形成材の種類によって上記条件に従い適宜選択される。また、これらの溶媒は１種または２種以上を混合し使用してもよい。廃液処理などが容易、安価などの利点から水を用いることが好ましい。
該抽出処理を行なうことにより、気孔形成材が充填されていた部分が溶解され、該溶解部分に気孔が形成された樹脂多孔質体が得られる。
【００１９】
本発明の工作機械用摺動部材は、工作機械のフレーム上を移動する主軸台や刃物台の案内部に使用される摺動部材において、機械加工で油溜りを形成させなくても、潤滑油を摺動面に取り込み、良好な油膜を形成し、高速移動時や強加工時でも振動が少なく優れた耐久性を発揮することができる。
また、近年の工作機械のフレーム上を移動する主軸台や刃物台の案内部は、高速化に伴なって従来の滑り方式から転がり方式に変遷してきている。しかし、転がり方式では振動減衰能力が低いことから、摺接する樹脂パッドを併設することにより高速移動時の振動を抑制させることがある（特開2003-260623 号公報）。このような樹脂パッドをさらに長寿命化するためにも、本発明の工作機械用摺動部材を好適に採用することができる。
【実施例】
【００２０】
実施例１：
体積比 50 ： 20 ： 30 で成形用ＰＴＦＥ樹脂粉末（三井デュポンフロロケミカル（株）製７Ｊ）、ブロンズ粉末（福田金属箔粉工業(株)製Ｂｒｏ−Ａｔ１００）と気孔形成材である安息香酸ナトリウム粉末（和光純薬（株）製試薬）とをミキサーにて 5 分間混合した後、加熱圧縮成形し、350℃で焼成し、切削加工にて所定の試験片とした。その後試験片を 80℃の温水で超音波洗浄器にて洗浄し、気孔形成材を溶出させ、乾燥し、連通孔率 28％の樹脂多孔質体試験片を得た。
【００２１】
実施例２：
体積比 60 ： 40 でＰＥＥＫ樹脂粉末（ビクトレックス社製１５０ＰＦ）、気孔形成材である安息香酸ナトリウム粉末（和光純薬（株）製試薬）をミキサーにて 5 分間混合した後、加熱圧縮成形（ 360℃×30 分）し、切削加工にて所定の試験片を得た。その後試験片を 80℃の温水で超音波洗浄器にて洗浄し、気孔形成材を溶出させ、乾燥し、連通孔率 38％の樹脂多孔質体試験片を得た。
【００２２】
実施例３：
体積比 50 ： 10 ： 40 でＰＥＥＫ樹脂粉末（ビクトレックス社製１５０ＰＦ）、炭素繊維（東レ（株）製ＭＬＤ１００）、気孔形成材である安息香酸ナトリウム粉末（和光純薬（株）製試薬）をミキサーにて 5 分間混合した後、加熱圧縮成形（ 360℃×30 分）し、切削加工にて所定の試験片を得た。その後試験片を 80℃の温水で超音波洗浄器にて洗浄し、気孔形成材を溶出させ、乾燥し、連通孔率 38％の樹脂多孔質体試験片を得た。
【００２３】
比較例１：
体積比 60 ： 20 ： 20 で成形用ＰＴＦＥ樹脂粉末（三井デュポンフロロケミカル（株）製７Ｊ）、潤滑用ＰＴＦＥ樹脂粉末（喜多村(株)製ＫＴ３００Ｍ）、ブロンズ粉末（福田金属箔粉工業(株)製Ｂｒｏ−Ａｔ１００）をミキサーにて 5 分間混合した後、圧縮成形し、350℃で焼成し、切削加工にて所定の形状の試験片を得た。
【００２４】
比較例２：
砲金を切削加工にて所定の形状の試験片を得た。
【００２５】
摺動試験：
実施例１〜実施例３で得た樹脂多孔質体試験片および比較例１、比較例２で得た試験片について、摩擦摩耗特性を調べるために、以下の試験条件にて油中往復動試験を行ない、摺動特性を評価した。結果を表１に示す。
面圧：0.5 MPa、速度：30 m/分、ストローク±100 mm、時間：100 時間
潤滑油:タービン油（ＩＳＯ ＶＧ１０）
試験片：30 mm×30 mm×厚さ2 mm
相手材：30 mm×厚さ300 mm、ＦＣ３５(表面粗さRa 0.1 μm)
測定項目：比摩耗量（×10-8 mm3/(N・m)）、摩擦係数、振動の有無
【００２６】
【表１】
2006123058.tif 000004
本試験は、摺動面に潤滑油が介在し難い試験形態であり、実際の工作機械では強加工時や大重量ワークの加工時のような過酷な摺動形態を想定している。
表１において、比較例１および比較例２は摺動面に十分な潤滑油が存在できないため摩擦係数が高く耐摩耗性も悪い。また比較例２は金属であるために振動減衰効果が少なく試験中の振動も大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の工作機械用摺動部材は、30％〜90％の連通孔率を有する樹脂多孔質体に潤滑油を含浸させた工作機械用摺動部材であるので、潤滑油が存在しない環境や案内部の移動速度が速い工作機械にも、優れた摺動特性を発揮して、高速回転で使用される工作機械の摺動部材として好適に利用できる。
また、工作機械の主軸台や刃物台の案内部がフレーム上を移動する速度の高速化に対応して、滑り方式から転がり方式への変更に伴なう振動減衰能力の低下を補うための防振部材として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】工作機械の摺動案内構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  フレーム
１ａ  案内面
２  案内部
３  案内部本体
４  摺動部材
４ａ  被案内面
【図１】
2006123058.tif 000005