(57)【要約】      （修正有）【課題】摺動装置に用いられる低摩擦性と耐摩耗性を両立した構造体の提供。【解決手段】１０μｍ未満の樹脂状繊維Ｂ構成物３を樹脂Ａ構成物２に設け、表面に樹脂状繊維３が配置された、両者の曲げ弾性率が１０００ＭＰａ以上異った構造体１。樹脂Ａ２は、低摩擦材料であり曲げ弾性率が比較的小さいポリエチレンが好ましく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン等も用いられ、樹脂状繊維Ｂ３は、曲げ弾性率が高く硬いポリアセタールやポリエチレンテレフタレートが好ましく、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等も用いられれる構造体１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材である樹脂Ａと前記樹脂Ａに含まれる繊維状樹脂Ｂを有する構造体であって、
前記繊維状樹脂Ｂの直径は１０μｍ未満であり、
前記樹脂Ａと前記繊維状樹脂Ｂのそれぞれの曲げ弾性率の差は、同一の大きさと形状において１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記樹脂Ａの前記曲げ弾性率と前記繊維状樹脂Ｂの前記曲げ弾性率は、前記繊維状樹脂Ｂの前記曲げ弾性率の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記繊維状樹脂Ｂは、ポリアセタールであることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項４】
前記樹脂Ａはポリエチレンであることを特徴とする請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記構造体は摺接用部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の前記摺接用部材と前記摺接用部材と接する部材とを有し、前記摺接用部材と前記部材の少なくとも一方が摺動することを特徴とする摺動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗と低摩擦性に優れた構造体およびそれを有する摺動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動する部分を支持する軸受として、転がり軸受およびすべり軸受が知られている。軸受の材料に高いＰＶ値（荷重×速度）が求められている。軽量化のために樹脂材料を用いることが好ましいが、樹脂材料の中で耐摩耗性、低摩擦性が両立するものは無い。
【０００３】
低摩擦材料としてポリエチレンが知られている（特許文献１）。また黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーの少なくとも一つが選択されて配合されたポリアセタール（ＰＯＭ）を摺動部材として用いることが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０６０６０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７７６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポリエチレンは低摩擦材料として知られているが、耐摩耗性に改善の余地がある。
【０００６】
ポリアセタールは耐摩耗性材料として知られているが、低摩擦性に改善の余地がある。
【０００７】
本発明者らは、両者を単純に混合しても、摺動時にポリアセタールが割れてその破片が無視できないことに気付いた。
【０００８】
本発明の目的は、摩擦特性と耐摩耗性に優れた構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
よって本発明は、
基材である樹脂Ａと前記樹脂Ａに含まれる繊維状樹脂Ｂを有する構造体であって、
前記繊維状樹脂Ｂの直径は１０μｍ未満であり、
前記樹脂Ａと前記繊維状樹脂Ｂのそれぞれの曲げ弾性率の差は、同一の大きさと形状において１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
基材に対して曲げ弾性率が１０００Ｍｐａ以上異なるナノファイバである繊維状樹脂により、基材の低摩擦性を損なうことなく耐摩耗性が向上した構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る構造体と摺動相手とを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態に係る構造体は、
基材である樹脂Ａと前記樹脂Ａに含まれる繊維状樹脂Ｂを有する構造体であって、
前記繊維状樹脂Ｂの直径は１０μｍ未満であり、
前記樹脂Ａと前記繊維状樹脂Ｂのそれぞれの曲げ弾性率の差は、同一の大きさと形状において１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする構造体である。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係る構造体と摺動相手とを示す模式図である。図１Ａは、繊維状樹脂Ｂが樹脂Ａの表面部に配置されており、その一部が表面から出ている状態を示す模式図である。表面部とは、樹脂Ａの面のうち、摺動相手である後述する対象物と接する側の面のことである。
【００１４】
図中構造体と摺接対象物は説明上離れて示されているが、摺接時に両者は接している。
【００１５】
樹脂Ａは図中符号２で示す。樹脂Ａは低摩擦材料であるポリエチレンである。繊維状樹脂Ｂは図中符号３で示されており、耐摩耗性材料であるポリアセタールである。摺動時の摺接対象物４は円柱形の軸である（あるいは球形でもよい）。樹脂Ａと繊維状樹脂Ｂを有する構造体１と摺接対象物４とが接した状態（不図示）にあって、少なくともいずれか一方が動くことで、両者が摺接し摺動が行われる。
【００１６】
本実施形態において構造体１が動く場合、構造体１は図中左右方向のいずれかに運動、あるいは往復運動する。本実施形態において摺接対象物が動く場合、回転運動する。構造体がこれらのいずれかの運動をしてもあるいは運動せず静止していても摺動に用いられる場合、構造体は摺接用部材と呼ぶことができる。
【００１７】
また本発明は構造体１と摺接対象物４とを有し、例えばこれらのいずれかの運動をする摺動装置を提供することができる。
【００１８】
樹脂Ａと繊維状樹脂Ｂのそれぞれの曲げ弾性率は異なる値である。同条件、即ち同一の大きさと形状の場合にそれぞれの樹脂の曲げ弾性率は１０００ＭＰａ以上異なっている。より好ましくは樹脂Ａの曲げ弾性率と繊維状樹脂Ｂの曲げ弾性率は、繊維状樹脂Ｂの前記曲げ弾性率の方が大きい。
【００１９】
このことと繊維状樹脂Ｂの直径が１０μｍ未満であることにより、構造体は基材の低摩擦性が維持されたままで、耐摩耗性が向上する。ここで維持とは、構造体の摩擦係数が基材の摩擦係数に対して２０％以内増し、より好ましくは１０％以内増しの状態を指す。基材がポリエチレンであり繊維状樹脂がポリアセタールである組合せの構造体では、構造体と基材の摩擦係数はほぼ同じである（下記表１に示すように、摩擦係数はいずれも０．１１である）。
【００２０】
しかも仮に繊維状樹脂Ｂが摺動時に切れて破片となっても、ナノファイバであるため極めて細くしかも基材表面に露出している長さは極めて短いため、摺動部にのこっても摺動に影響しない。即ちこの構造体の低摩擦性も耐摩耗性も損なわれない。しかも破片が極めて細く短いため、たとえ摺動部で挟まれながら動いても基材に傷がつかない。摺動部とは、構造体と摺接対象物とが接している部分のことである。
【００２１】
図１Ａにおいて、繊維状樹脂Ｂはエレクトロスピニング法により得ることができる。
【００２２】
この繊維状樹脂Ｂを樹脂Ａの表面部にホットプレスにより埋め込むことで、図示した構造体を得ることができる。繊維状樹脂Ｂはその一部、より具体的には繊維状樹脂Ｂの途中が樹脂Ａに埋まり一部が浮き出ている（図中実線で示された符号３）。またそれ以外は樹脂Ａに埋設されている（図中破線で示された符号３）。
【００２３】
繊維状樹脂はその途中が基材に埋まっており一部が表面部外に在ることが、一端のみが表面部外に在ってそれ以外は基材に埋まっていることよりも好ましい。
【００２４】
図１Ｂは、繊維状樹脂Ｂが樹脂Ａの厚み方向の奥まで含まれている状態を示す模式図である。これは繊維状樹脂Ｂと樹脂Ａとを条件に合わせて混練することで得ることができる。混練ではなく、もちろんホットプレスにより、その際の押圧を高くすることによっても図１Ｂのように繊維状樹脂Ｂを樹脂Ａの深部に埋めることができる。
【００２５】
図１Ｃは、繊維状樹脂Ｂが樹脂Ａの厚み方向の奥まで含まれて且つ繊維状樹脂の一部が表面に浮き出ていない状態を示す。これも両者を混練することで得ることができる。
【００２６】
本発明に係る構造体はいずれの形態でも耐摩耗性と低摩擦性が両立する。
【００２７】
本実施形態において低摩擦材料であり曲げ弾性率が比較的小さい樹脂Ａとしてポリエチレン以外に、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンなどがあげられる。
【００２８】
このうちポリエチレンは摩擦係数が低く加工性が良いという理由で好ましい。
【００２９】
本実施形態において耐摩耗性材料である繊維状樹脂Ｂはポリアセタール以外に、以下を挙げることができる。
【００３０】
繊維状樹脂の材料としては特に制限はない。たとえば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等を挙げることができる。
【００３１】
このうちポリアセタールやポリエチレンテレフタレートが曲げ弾性率が高い硬い樹脂という理由で好ましい。ポリアセタールは低摩擦係数であるのでより好ましい。
【００３２】
構造体は、樹脂Ａと繊維状樹脂Ｂを有する以外に以下の材料の少なくともいずれか１種を有してもよい：
Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ及びＺｎの酸化物。
【００３３】
より具体的には以下の金属酸化物が挙げられる：シリカ（ＳｉＯ２）、酸化チタン、酸化アルミニウム、アルミナゾル、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化クロム等。また基材は上記の材料以外に、モントモリロナイト（ＭＮ）の様な粘土鉱物を有してもよい。
【００３４】
繊維状樹脂Ｂの径（直径）は１０μｍ未満であるが、より好ましくは平均直径が５０ｎｍ以上３０００ｎｍ未満であることが好ましく、さらに上限はより好ましくは１０００ｎｍ未満である。
【００３５】
レーザー顕微鏡によって構造体の表面部を観察する場合、繊維状樹脂Ｂが占める割合は、倍率５０倍以上の観察において面積率が５０％以下であることが低摩擦性と耐摩耗性の両立から好ましい。面積率はＩｍａｇｅＪなどの画像処理ソフトを用いて、観察画像の繊維部分を二値化することによって算出される。
【００３６】
曲げ弾性率の比較は同一の大きさ且つ同一の形状のサンプルによって行うことを上述したが、ＩＳＯ１７８に準拠した試験により測定すればよい。具体的には以下のように行う。
【００３７】
３点曲げ試験（両端自由支持の試験片の中央に力を加える）により、試験片の中央に荷重をかけて、荷重と中央のたわみ変位から曲げ弾性率を求める。
【００３８】
本実施形態において構造体は直方体であり、その形状を図中では、矩形、言い換えれば長方形で示したが、本発明において構造体はシート状あるいは軸状、円柱状、筒状、円筒状などでもよい。
【００３９】
本実施形態において繊維状樹脂Ｂは同一直径であるが、本発明は、繊維状樹脂Ｂが同一材料で異なる直径の集合体であってもよく、もしくは異なる材料で同一の直径の集合体であっても、異なる材料で異なる直径の集合体であってもよい。
【実施例】
【００４０】
（繊維状樹脂Ｂの作成）
旭化成ケミカルズ社製  ポリアセタール（曲げ弾性率２６００  ＭＰａ）をキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）に溶解させ、１６．９ｗｔ％の溶液を調整した。エレクトロスピニング装置を用い、前記溶液を２５ｋＶの電圧を印加し紡糸することで、ナノファイバシートを作成した。その際のポリマーファイバの繊維径（直径）は約８００ｎｍであった。
【００４１】
（樹脂Ａと繊維状樹脂Ｂの混合）
次にポリアセタールのナノファイバでできたシートを、ポリエチレン（曲げ弾性率１５３０ＭＰａ）の基材（三井化学製）へホットプレスで１６０℃の温度をかけて埋め込んだ。ポリアセタールの融点が１７５℃、ポリエチレンの融点が１３０℃であるため、１６０℃でのホットプレスにより繊維状を維持したままポリエチレンの表面に埋め込むことができた。
【００４２】
レーザー顕微鏡で占有率（面積率）を観察したところ、２１％であった。
【００４３】
（摩擦係数測定）
摩擦試験は、新東科学の表面性測定機ＴＹＰＥ：３８を使用して、５０ｇ荷重、１００ｍｍ／ｍｉｎ速度、摺接相手材はＳＵＳ３０４球で摩擦させた。
【００４４】
（摩耗性判定）
キーエンス社製レーザー顕微鏡ＶＫ−Ｘ１００  対物顕微鏡１０倍で観察した。レーザー顕微鏡の観察画像より摺動方向に沿った傷が確認された場合を摩耗ありの「×」、摺動方向に沿った傷が確認されなかった場合を摩耗なしの「○」と判定する。
【００４５】
（比較例１）
比較例１では、繊維状樹脂Ｂを有さない樹脂Ａを準備した。繊維上樹脂ＰＯＭナノファイバを埋め込んでいない樹脂Ａであるポリエチレンを準備した。それ以外は実施例と同じである。
【００４６】
（比較例２）
比較例２では、直径が２０μｍである実施例よりも太い繊維状樹脂ＢであるＰＯＭを樹脂Ａに混合した。それ以外は実施例と同じである。
【００４７】
（結果と考察）
低摩擦性と耐摩耗性の結果を以下の表に示す。
【００４８】
実施例１の摩擦係数はポリエチレンのみ（比較例１）の摩擦係数と同程度の値を示した。それに加え、耐摩耗性が向上しており摩耗が確認されなかった。
【００４９】
繊維径が大きいと（比較例２）、摩擦係数は上昇し、ポリアセタール（ポリアセタールの摩擦係数０．１５）の摩擦係数に近い値を示した。摺接面をポリアセタールが過剰に覆ってしまい摩擦係数の影響がポリアセタールの影響を受けたためと考えられる。
【００５０】
【表１】
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【符号の説明】
【００５１】
１  構造体
２  基材である樹脂Ａ
３  繊維状樹脂Ｂ
４  摺接対象物
【図１】
2016222789.tif 000004