(57)【要約】【課題】低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を形成できる摺動部材形成用組成物の提供を目的とする。【解決手段】本発明の摺動部材形成用組成物は、炭素繊維と、銅又は銅合金を主成分とする金属粉末と、未硬化のフェノール樹脂とを含有する。当該摺動部材形成用組成物は、黒鉛をさらに含有するとよく、この黒鉛の含有量としては、１０質量％以上が好ましい。上記金属粉末の炭素繊維に対する質量比としては、２５／７５以上９０／１０以下が好ましい。上記炭素繊維の含有量としては、５質量％以上３５質量％以下が好ましい。また、上記金属粉末の含有量としては、１０質量％以上３５質量％以下が好ましい。さらに、上記未硬化のフェノール樹脂の含有量としては、３０質量％以上８０質量％以下が好ましい。上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きいとよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維と、
銅又は銅合金を主成分とする金属粉末と、
未硬化のフェノール樹脂とを含有する摺動部材形成用組成物。
【請求項２】
黒鉛をさらに含有し、この黒鉛の含有量が１０質量％以上である請求項１に記載の摺動部材形成用組成物。
【請求項３】
上記金属粉末の炭素繊維に対する質量比が２５／７５以上９０／１０以下である請求項１又は請求項２に記載の摺動部材形成用組成物。
【請求項４】
上記炭素繊維の含有量が５質量％以上３５質量％以下、上記金属粉末の含有量が１０質量％以上３５質量％以下、かつ上記未硬化のフェノール樹脂の含有量が３０質量％以上８０質量％以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の摺動部材形成用組成物。
【請求項５】
上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摺動部材形成用組成物。
【請求項６】
上記金属粉末が純銅からなる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の摺動部材形成用組成物。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の摺動部材形成用組成物により形成される摺動部材。
【請求項８】
熱伝導率が１．４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項７に記載の摺動部材。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の摺動部材形成用組成物を成形する工程、及び
上記摺動部材形成用組成物が含有する未硬化のフェノール樹脂を硬化させる工程
を備え、
上記硬化工程を成形工程と同時に又は成形工程後に行う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、摺動部材形成用組成物、摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業機器、事務機器、輸送機器等には金属製の摺動部材が多用されている。しかし、これら機器の小型化、低コスト化、軽量化等の要求に応えるべく、金属製の摺動部材は樹脂を含有する摺動部材へと代替される傾向にある。この樹脂を含有する摺動部材としては、炭素繊維と金属粉末とフッ素樹脂とを含有する組成物により形成される摺動部材が提案されている（特開平５−３２０４５５号公報参照）。また、別の上記摺動部材としては、ビスマス粉及び／又はビスマス合金粉とビスマス以外の金属の粉末と固体潤滑剤と熱硬化性樹脂とを含む組成物により摺動層を設けた摺動部材が提案されている（特開２００４−２７７７８７号公報参照）。
【０００３】
しかし、上記従来の組成物により形成される摺動部材は、例えばコンプレッサー内のスラスト荷重を受ける軸受等における低速（例えば０．５ｍ／ｓ）、高荷重（例えば１５ＭＰａ）かつドライ環境での限界ＰＶ値等の摺動特性が不十分であるという不都合がある。また、上記摺動部材は、比較的熱伝導率が高いため、摺動により発生した摩擦熱の放射により周囲の部品を破損させ易いという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２０４５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を形成できる摺動部材形成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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた発明は、炭素繊維と、銅又は銅合金を主成分とする金属粉末と、未硬化のフェノール樹脂とを含有する摺動部材形成用組成物である。
【０００７】
本発明の摺動部材形成用組成物は、摺動材とそのバインダーとを含有し、上記摺動材が炭素繊維と銅又は銅合金を主成分とする金属粉末とを含み、上記バインダーの主成分が硬化したフェノール樹脂である摺動部材を形成できる。この摺動部材は、炭素繊維が強度を向上させつつ相手材への傷の発生を抑制し、金属粉末が固体潤滑剤として相手材への移着等により摩擦係数を低減し、さらにバインダーの主成分が耐熱性及び強度に優れる硬化したフェノール樹脂である。そのため、上記摺動部材は、低速、高荷重かつドライ環境での限界ＰＶ値等の摺動特性に優れる。さらに、上記摺動部材は、銅又は銅合金を主成分とする金属粉末を含有するにも関わらず熱伝導率が比較的低い。上記摺動部材の熱伝導率が金属粉末を含有するにも関わらず比較的低い理由は必ずしも明確ではないが、例えば加熱された上記金属粉末が硬化したフェノール樹脂との間で可逆的な吸熱反応を生じさせるためと推察される。このように、本発明の摺動部材形成用組成物は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を形成できる。
【０００８】
当該摺動部材形成用組成物は、黒鉛をさらに含有し、この黒鉛の含有量が１０質量％以上であるとよい。このように、固体潤滑剤である黒鉛を特定量含有することで、摺動部材の摩擦係数をより低減させ、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性をさらに向上できる。
【０００９】
上記金属粉末の炭素繊維に対する質量比としては、２５／７５以上９０／１０以下が好ましい。このように、金属粉末の炭素繊維に対する質量比を上記範囲とすることで、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性をより向上できる。
【００１０】
上記炭素繊維の含有量としては、５質量％以上３５質量％以下が好ましい。また、上記金属粉末の含有量としては、１０質量％以上３５質量％以下が好ましい。さらに、上記未硬化のフェノール樹脂の含有量としては、３０質量％以上８０質量％以下が好ましい。このように、炭素繊維、金属粉末及び未硬化のフェノール樹脂を特定量含有させることで、成形性を維持しつつ、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性をより向上できる。
【００１１】
上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きいとよい。このように、上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きいことで、摺動部材から露出している金属粉末に炭素繊維が付着した場合においても、この金属粉末の露出面積が減少し難く、その結果、上記金属粉末の固体潤滑剤としての機能を発揮させ易くできる。
【００１２】
上記金属粉末が純銅からなるとよい。このように、金属粉末が軟性に優れる純銅からなることで、摺動部材の摩擦係数をより低減させ、その結果、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性をより向上できる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該摺動部材形成用組成物により形成される摺動部材である。
【００１４】
当該摺動部材は、当該摺動部材形成用組成物により形成されるため、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い。
【００１５】
当該摺動部材の熱伝導率としては、１．４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましい。このように、熱伝導率を上記範囲とする、つまり比較的低くすることで、摺動により発生する摩擦熱の放射による周囲の部品の破損を抑制できる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、当該摺動部材形成用組成物を成形する工程、及び上記摺動部材形成用組成物が含有する未硬化のフェノール樹脂を硬化させる工程を備え、上記硬化工程を成形工程と同時に又は成形工程後に行う摺動部材の製造方法である。
【００１７】
当該摺動部材の製造方法は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を容易かつ確実に提供できる。
【００１８】
ここで、「フェノール樹脂」とは、オリゴマーである未硬化のフェノール樹脂、及びポリマーである硬化したフェノール樹脂を含む。「主成分」とは、最も含有量が多い成分であり、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。「平均粒子径」とは、マイクロトラック粒度分布測定装置（例えば日機装社の「ＭＴ３０００」）を用いて測定した粒子の体積平均径（ＭＶ）をいう。「純銅」とは、銅及び不可避不純物からなるものをいう。「熱伝導率」とは、ＪＩＳ−Ｒ２６１６（２００１）「耐火煉瓦の熱伝導率測定法の改良測定法：非定常熱線法」に準拠して測定した値をいう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の摺動部材形成用組成物及び摺動部材によれば、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を得られる。本発明の摺動部材の製造方法は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を容易かつ確実に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】限界ＰＶ値の測定装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の摺動部材形成用組成物について説明する。
【００２２】
＜摺動部材形成用組成物＞
本発明の摺動部材形成用組成物は、炭素繊維と、金属粉末と、未硬化のフェノール樹脂とを含有する。当該摺動部材形成用組成物は、好適な任意成分として黒鉛を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲において他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について説明する。
【００２３】
［炭素繊維］
当該摺動部材形成用組成物に用いる炭素繊維は、摺動部材の強度を向上する。上記炭素繊維としては、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維等が挙げられる。上記ピッチ系炭素繊維の原料としては、石油に由来するピッチでもよく、石炭に由来するピッチでもよい。上記炭素繊維としては、これらの中でＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維は、油分が少ないため、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性を向上し易い。上記炭素繊維は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２４】
上記炭素繊維の熱伝導率の下限としては、１Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、５Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましく、７Ｗ／ｍ・Ｋがさらに好ましい。一方、上記炭素繊維の熱伝導率の上限としては、２００Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、５０Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋがさらに好ましい。
【００２５】
上記炭素繊維の平均繊維長の下限としては、特に限定されないが、０．０１ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍがより好ましく、０．１ｍｍがさらに好ましい。一方、上記炭素繊維の平均繊維長の上限としては、特に限定されないが、１ｍｍが好ましく、０．７５ｍｍがより好ましく、０．５ｍｍがさらに好ましい。上記炭素繊維の平均繊維長が上記下限より小さい場合、摺動部材の強度が不十分となり、摺動特性低下のおそれがある。逆に、上記炭素繊維の平均繊維長が上記上限を超える場合、摺動部材から上記炭素繊維が剥がれ易くなり、その結果、摺動特性が低下するおそれがある。
【００２６】
上記炭素繊維の平均繊維径の下限としては、３μｍが好ましく、５μｍがより好ましく、６μｍがさらに好ましい。一方、上記炭素繊維の平均繊維径の上限としては、１５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、８μｍがさらに好ましい。上記炭素繊維の平均繊維径が上記下限より小さい場合、摺動部材の強度が不十分となり、摺動特性が低下するおそれがある。逆に、上記炭素繊維の平均繊維径が上記上限を超える場合、摺動部材の表面に露出している後述の金属粉末に上記炭素繊維が付着したときにこの金属粉末の露出面積を減少させ易い。その結果、上記金属粉末の固体潤滑剤としての機能が低下し、摺動部材の摩擦係数を増加させるおそれがある。
【００２７】
上記炭素繊維の含有量の下限としては、５質量％が好ましく、８質量％がより好ましく、１５質量％がさらに好ましい。一方、上記炭素繊維の含有量の上限としては、３５質量％が好ましく、３０質量％がより好ましく、２５質量％がさらに好ましい。上記炭素繊維の含有量が上記下限より小さい場合、摺動部材の強度が不十分となるおそれがある。逆に、上記炭素繊維の含有量が上記上限を超える場合、当該摺動部材形成用組成物の摺動部材への成形が困難となるおそれがある。
【００２８】
［金属粉末］
当該摺動部材形成用組成物に用いる金属粉末は、固体潤滑剤として機能し、相手材への移着等により摺動部材の摩擦係数を低下させる。上記金属粉末は、銅又は銅合金を主成分とする。この銅合金としては、例えば銅と錫との合金である青銅、銅と亜鉛との合金である黄銅及び丹銅、銅とニッケルとの合金である洋白及び白銅、銅とアルミニウムとの合金であるアルミニウム青銅、銅とベリリウムとの合金であるベリリウム銅、銅とチタンとの合金であるチタン銅等が挙げられる。上記金属粉末としては、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での限界ＰＶ値等の摺動特性を向上する観点から、黄銅を主成分とするもの及び純銅からなるものが好ましく、純銅からなるものがより好ましい。上記金属粉末は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２９】
上記純銅としては、例えばタフピッチ銅、脱酸銅、無酸素銅等が挙げられる。上記純銅における銅純度の下限としては、例えば９９．０質量％であり、９９．４質量％が好ましく、９９．９質量％がより好ましい。
【００３０】
上記金属粉末の平均粒子径の下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、２５μｍがさらに好ましい。一方、上記金属粉末の平均粒子径の上限としては、１００μｍが好ましく、５０μｍがより好ましく、４０μｍがさらに好ましく、３０μｍが特に好ましい。上記金属粉末の平均粒子径が上記下限より小さい場合、上記金属粒子が凝集し易くなり、摺動部材の摩擦係数が増加するおそれがある。逆に、上記金属粉末の平均粒子径が上記上限を超える場合、当該摺動部材形成用組成物を摺動部材に成形し難くなるおそれがある。
【００３１】
上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きいことが好ましい。このように、上記金属粉末の平均粒子径が上記炭素繊維の平均繊維径よりも大きいことで、摺動部材から露出している上記金属粉末へ炭素繊維が付着した場合においてもこの金属粉末の露出面積が減少し難い。その結果、上記金属粉末の固体潤滑剤としての機能を発揮させ易くできる。
【００３２】
上記金属粉末の平均粒子径の上記炭素繊維の平均繊維径に対する比率の下限としては、２００％が好ましく、３００％がより好ましく、３５０％がさらに好ましい。一方、上記比率の上限としては、６００％が好ましく、５００％がより好ましく、４５０％がさらに好ましい。上記比率が上記下限より小さい場合、上記金属粉末の固体潤滑剤としての機能が不十分となるおそれがある。逆に、上記比率が上記上限を超える場合、上記金属粉末の平均粒子径が増加することによる当該摺動部材形成用組成物の摺動部材への成形性の低下、及び上記炭素繊維の平均繊維径が減少することによる摺動部材の強度の低下のおそれがある。
【００３３】
上記金属粉末の含有量の下限としては、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、１８質量％がさらに好ましい。一方、上記金属粉末の含有量の上限としては、３５質量％が好ましく、２５質量％がさらに好ましく、２０質量％がより好ましい。上記金属粉末の含有量が上記下限より小さい場合、摺動部材の摩擦係数が増加するおそれがある。逆に、上記金属粉末の含有量が上記下限より大きい場合、摺動部材の比重が増加するおそれがある。
【００３４】
上記金属粉末の上記炭素繊維に対する質量比の下限としては、２５／７５が好ましく、３５／６５がより好ましく、４５／５５がさらに好ましい。一方、上記質量比の上限としては、９０／１０が好ましく、８０／２０がより好ましく、６５／３５がさらに好ましく、５５／４５が特に好ましい。上記質量比が上記下限より小さい場合、摺動部材の摩擦係数の低減と、後述する未硬化のフェノール樹脂の含有量の維持との両立が困難となるおそれがある。逆に、上記質量比が上記上限を超える場合、摺動部材の強度の向上と、後述する未硬化のフェノール樹脂の含有量の維持との両立が困難となるおそれがある。
【００３５】
当該摺動部材形成用組成物は、上記炭素繊維及び上記金属粉末が後述の未硬化のフェノール樹脂により形成されるマトリックスに分散しているとよい。
【００３６】
［未硬化のフェノール樹脂］
未硬化のフェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを原料としたオリゴマーであり、通常三次元架橋構造を形成していない。未硬化のフェノール樹脂は、後述する硬化工程により硬化させることで三次元架橋構造を形成し、不溶不融の状態となる。未硬化のフェノール樹脂としては、例えば通常固体である未硬化のノボラック型フェノール樹脂、通常液体である未硬化のレゾール型フェノール樹脂等が挙げられる。未硬化のレゾール型フェノール樹脂としては、例えば未硬化のメチロール型フェノール樹脂、未硬化のジメチレンエーテル型フェノール樹脂等が挙げられ、これらの中で加工時の欠けを発生し難くする観点から、未硬化のジメチレンエーテル型フェノール樹脂が好ましい。未硬化のフェノール樹脂としては、これらの中で摺動部材の摩耗を抑制し易く限界ＰＶ値を向上し易い観点から、未硬化のノボラック型フェノール樹脂が好ましい。未硬化のフェノール樹脂は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３７】
上記フェノール類としては、例えばクレゾール、エチルフェノール、キシレノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、ｐ−フェニルフェノール等のアルキルフェノール、フェノールなどが挙げられ、これらの中でフェノールが好ましい。上記フェノール類は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３８】
上記アルデヒド類としては、例えばホルマリン、パラホルムアルデヒド等が挙げられ、これらの中でパラホルムアルデヒドが好ましい。上記アルデヒド類は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３９】
未硬化のフェノール樹脂の数平均分子量（Ｍｎ）の下限としては、４００が好ましく、６００がより好ましい。一方、未硬化のフェノール樹脂の数平均分子量の上限としては、１，２００が好ましく、９００がより好ましい。未硬化のフェノール樹脂の数平均分子量が上記下限より小さい場合、又は上記上限を超える場合、摺動部材の耐ヒートショック性が不十分となるおそれがある。なお、未硬化のフェノール樹脂の数平均分子量、及び後述の重量平均分子量は、ゲル濾過クロマトグラフの面積法による測定値である。
【００４０】
未硬化のフェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）の下限としては、４００が好ましく、１，０００がより好ましい。一方、未硬化のフェノール樹脂の重量平均分子量の上限としては、５，０００が好ましく、３，０００がより好ましく、１，５００がさらに好ましい。未硬化のフェノール樹脂の重量平均分子量が上記下限より小さい場合、又は上記上限を超える場合、当該摺動部材形成用組成物の安定性が低下するおそれ、及び摺動部材への成形が困難となるおそれがある。
【００４１】
未硬化のフェノール樹脂の分散比（Ｍｗ／Ｍｎ）の下限としては、１．２が好ましく、１．４がより好ましい。一方、未硬化のフェノール樹脂の分散比の上限としては、６．０が好ましく、３．０がより好ましく、１．８がさらに好ましい。未硬化のフェノール樹脂の分散比が上記下限より小さい場合、又は上記上限を超える場合、当該摺動部材用成形材料の安定性が低下するおそれ、及び摺動部材への成形が困難となるおそれがある。また、摺動部材の耐熱性及び寸法精度が低下するおそれがある。
【００４２】
未硬化のフェノール樹脂における上記フェノール類のモノマー及びダイマーの合計含有量の上限としては、１０質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。上記フェノール類のモノマー及びダイマーの合計含有量が上記上限を超える場合、摺動部材の摩擦係数の増加、並びに耐熱性、寸法精度及び耐摩耗性の低下のおそれなどがある。また、上記フェノール類のモノマー及びダイマーの合計含有量は０質量％であってもよい。なお、上記フェノール類のモノマー及びダイマーの合計含有量は、ゲル濾過クロマトグラフの面積法による測定値である。
【００４３】
未硬化のフェノール樹脂の含有量の下限としては、３０質量％が好ましく、３５質量％がより好ましい。一方、未硬化のフェノール樹脂の含有量の上限としては、８０質量％が好ましく、６０質量％がより好ましく、４５質量％がさらに好ましい。未硬化のフェノール樹脂の含有量が上記下限より小さい場合、当該摺動部材形成用組成物の成形が困難となるおそれがある。逆に、未硬化のフェノール樹脂の含有量が上記上限を超える場合、上記炭素繊維及び金属粉末の含有量が不十分となり、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性が不十分となるおそれや熱伝導率が高くなるおそれ等がある。
【００４４】
特に、上記炭素繊維の含有量が５質量％以上３５質量％以下、上記金属粉末の含有量が１０質量％以上３５質量％以下、かつ上記未硬化のフェノール樹脂の含有量が３０質量％以上８０質量％以下であるとよい。上記炭素繊維、金属粉末及び未硬化のフェノール樹脂を特定量含有させることで、成形性を維持しつつ、摺動部材の低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性をより向上できる。
【００４５】
〔未硬化のフェノール樹脂の合成方法〕
未硬化のフェノール樹脂の合成方法としては、例えば上記フェノール類、アルデヒド類及び触媒の混合液を調製する工程（調製工程）、上記混合液を還流温度で縮合反応させる工程（縮合反応工程）、縮合反応後の混合液からモノマー等を除去する工程（除去工程）を備える方法等が挙げられる。上記モノマー等を除去する方法としては、例えばメチルイソブチルケトン等の有機溶媒の添加により有機溶媒層（上層）と水溶液層（下層）とに相分離させる工程、上記上層を水洗する工程、及び減圧蒸留等で上層からメチルイソブチルケトンを除去する工程を備える方法、縮合後の混合液の減圧脱水により水及びモノマーを除去する工程を備える方法等が挙げられる。
【００４６】
未硬化のノボラック型フェノール樹脂を合成する場合、上記触媒としては、例えば塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸等の有機酸、酸化亜鉛、塩化亜鉛、酸化マグネシウム、酢酸亜鉛等の酸性物質などの酸触媒などが挙げられ、これらの中で無機酸が好ましく、リン酸がより好ましい。また、上記混合液におけるアルデヒド類（Ｆ）のフェノール類（Ｐ）に対するモル比（Ｆ／Ｐ）の下限としては、例えば０．７５である。一方、上記Ｆ／Ｐの上限としては、例えば０．９５である。
【００４７】
未硬化のレゾール型フェノール樹脂を合成する場合、上記触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物などのアルカリ触媒が挙げられる。上記混合液における上記Ｆ／Ｐの下限としては、例えば１．１である。一方、上記Ｆ／Ｐの上限としては、例えば４．０である。
【００４８】
上記混合液における上記触媒の含有量の下限としては、上記フェノール類１００質量部に対して、例えば０．０５質量部であり、１質量部が好ましく、５質量部がより好ましく、２０質量部がさらに好ましく、５０質量部が特に好ましい。一方、上記触媒の含有量の上限としては、上記フェノール類１００質量部に対して、例えば７０質量部である。
【００４９】
上記混合液には、さらにエチレングリコール等の添加剤を加えてもよい。上記混合液における上記添加剤の含有量の下限としては、上記フェノール類１００質量部に対して、例えば４０質量部である。一方、上記添加剤の含有量の上限としては、上記フェノール類１００質量部に対して、例えば６０質量部である。
【００５０】
上記縮合反応における反応時間の下限としては、例えば２時間である。一方、上記縮合反応における反応時間の上限としては、例えば１２時間である。
【００５１】
［黒鉛］
当該摺動部材形成用組成物に用いられる黒鉛は、摺動部材の摩擦係数を低減する固体潤滑剤として機能する。上記黒鉛としては、例えば鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土壌黒鉛等の天然黒鉛でもよく、人造黒鉛でもよい。上記黒鉛は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５２】
当該摺動部材形成用組成物が上記黒鉛を含有する場合、上記黒鉛の含有量の下限としては、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、１８質量％がさらに好ましい。一方、上記黒鉛の含有量の上限としては、３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましく、２０質量％がさらに好ましい。上記黒鉛の含有量が上記下限より小さい場合、摺動部材の摩擦係数が増加するおそれがある。逆に、上記黒鉛の含有量が上記上限を超える場合、摺動部材の強度が低下するおそれや摩耗し易くなるおそれがある。
【００５３】
［その他の任意成分］
当該摺動部材形成用組成物に用いてもよいその他の任意成分としては、例えば硬化剤、充填材、離型剤、硬化促進剤、カップリング剤、溶媒等が挙げられる。
【００５４】
硬化剤は、未硬化のフェノール樹脂の硬化反応を促進する。当該摺動部材形成用組成物は、未硬化のフェノール樹脂がノボラック型フェノール樹脂である場合、通常硬化剤を含有する。硬化剤としては、例えばヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。当該摺動部材形成用組成物が硬化剤を含有する場合、硬化剤の含有量の下限としては、未硬化のフェノール樹脂１００質量部に対して、例えば５質量部である。一方、硬化剤の含有量の上限としては、未硬化のフェノール樹脂１００質量部に対して、例えば２０質量部である。
【００５５】
充填材は、摺動部材の強度、耐久性等を向上する。充填材としては、例えば上記炭素繊維及び黒鉛以外の炭素材、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、アルミナ、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。
【００５６】
離型剤は、摺動部材の離型性を向上する。離型剤としては、例えばステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が挙げられる。
【００５７】
硬化促進剤は、未硬化のフェノール樹脂の硬化反応をより促進する。硬化促進剤としては、例えば酸化マグネシウム、消石灰等が挙げられる。
【００５８】
＜摺動部材＞
本発明の摺動部材は、当該摺動部材形成用組成物により形成される。当該摺動部材の形状としては、特に限定されないが、例えば円板状、角板状、円柱状、角柱状、リング状等が挙げられる。また、当該摺動部材の用途としては、特に限定されないが、例えば軸受、ベアリング等に好適に用いることができる。さらに、当該摺動部材は、コンプレッサー内のスラスト荷重を受ける軸受等の低速、高荷重かつドライ環境での用途に好適に用いることができる。
【００５９】
［比重］
当該摺動部材の比重の下限としては、１．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、１．６ｇ／ｃｍ３がより好ましく、１．７ｇ／ｃｍ３がさらに好ましい。一方、当該摺動部材の比重の上限としては、２．２ｇ／ｃｍ３が好ましく、１．９５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、１．８ｇ／ｃｍ３がさらに好ましい。当該摺動部材の比重が上記下限より小さい場合、強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該摺動部材の比重が上記上限を超える場合、使用する機器の重量を増加させるおそれがある。
【００６０】
［熱伝導率］
当該摺動部材の熱伝導率の下限としては、１．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）が好ましく、１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）がより好ましく、１．２５（Ｗ／ｍ・Ｋ）がさらに好ましい。一方、当該摺動部材の熱伝導率の上限としては、１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）が好ましく、１．３６（Ｗ／ｍ・Ｋ）がより好ましく、１．３２（Ｗ／ｍ・Ｋ）がさらに好ましい。当該摺動部材の熱伝導率が上記下限より小さい場合、使用時に発生する摩擦熱を周囲に逃がし難くなることにより、耐久性が低下するおそれがある。逆に、当該摺動部材の熱伝導率が上記上限を超える場合、使用時に発生する摩擦熱を放射し易くなることにより、周囲の部品を破損させ易くなるおそれがある。
【００６１】
＜摺動部材の製造方法＞
本発明の摺動部材の製造方法は、当該摺動部材形成用組成物を成形する工程（成形工程）、及び当該摺動部材形成用組成物が含有する未硬化のフェノール樹脂を硬化させる工程（硬化工程）を備え、上記硬化工程を成形工程と同時に又は成形工程後に行う。当該摺動部材の製造方法は、成形工程の前に、当該摺動部材形成用組成物を溶融混練する工程（溶融混練工程）をさらに備えてもよい。
【００６２】
［溶融混練工程］
本工程は、当該摺動部材形成用組成物を溶融混練する。当該摺動部材形成用組成物を溶融混練する方法としては、例えばミキシングロールにより混練する方法等が挙げられる。得られた混練物は、後述する成形工程で直接成形してもよく、一旦別の形状に成形した後に成形工程で成形してもよい。上記混練物を一旦別の形状に成形する場合、例えば上記混練物をシート状に加工し、冷却した後に上記シート状の混練物をパワーミル等で粉砕してグラニュール状に加工するとよい。
【００６３】
［成形工程］
本工程は、当該摺動部材形成用組成物を成形する。当該摺動部材形成用組成物を成形する方法としては、特に限定されないが、例えば射出成形、移送成形、圧縮成形等が挙げられ、これらの中で射出成形が好ましい。射出成形により成形する場合、シリンダー前部の温度の下限としては、例えば７０℃である。一方、上記シリンダー前部の温度の上限としては、例えば１２０℃である。また、射出成形により成形する場合、シリンダー後部の温度の下限としては、例えば３０℃である。一方、上記シリンダー後部の温度の上限としては、例えば６０℃である。
【００６４】
［硬化工程］
本工程は、当該摺動部材形成用組成物が含有する未硬化のフェノール樹脂を硬化させる。未硬化のフェノール樹脂を硬化させる方法としては、通常フェノール樹脂を加熱する。上記加熱温度の下限としては、例えば１５０℃である。一方、上記加熱温度の上限としては、例えば２００℃である。また、上記加熱時間の下限としては、例えば３０秒である。一方、上記加熱時間の上限としては、例えば９０秒である。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、実施例記載の「部」及び「％」は、特に断らない限り「質量部」及び「質量％」を示す。また、本明細書において質量部を用いて配合量を説明する場合、特に断らない限りフェノール樹脂１００質量部に対する質量部として記載する。
【００６６】
（未硬化のノボラック型フェノール樹脂の製造）
温度計、攪拌装置及びコンデンサーを備えた反応容器内にフェノール（Ｐ）１９３質量部、９２％パラホルムアルデヒド（Ｆ）５７質量部（Ｆ／Ｐ（モル比）＝０．８５）、酸触媒としての８９％リン酸１１６質量部（Ｐ１００質量部に対して６０質量部）、及び添加剤としてのエチレングリコール９６．５質量部（Ｐ１００質量部に対して５０質量部）をそれぞれ仕込んだ後、攪拌混合を行った。次いで、攪拌混合により形成された白濁状態（二相混合物）の下で、徐々に還流温度まで昇温し、さらに同温度で１０時間縮合反応を行った。反応停止後、攪拌混合しながらメチルイソブチルケトンを反応混合物に添加して縮合生成物を溶解させた。その後、攪拌混合を停止した後、内容物を分液フラスコ内に移して静置し、メチルイソブチルケトン溶液層（上層）とリン酸水溶液層（下層）とに相分離させた。次いで、リン酸水溶液層を除去した後、メチルイソブチルケトン溶液を数回水洗してリン酸を除いた。その後、再び内容物を反応容器内に戻した後、減圧蒸留によりメチルイソブチルケトンを完全に除去することで２１３．５質量部の未硬化のノボラック型フェノール樹脂を得た。この未硬化のノボラック型フェノール樹脂は、数平均分子量が７５５、重量平均分子量が１，２２７、分散比が１．６３であった。
【００６７】
なお、未硬化のノボラック型フェノール樹脂の数平均分子量及び重量平均分子量は、東ソー株式会社のゲル濾過クロマトグラフＳＣ−８０２０シリーズビルドアップシステム（カラム：Ｇ２０００Ｈｘｌ＋Ｇ４０００Ｈｘｌ、検出器：ＵＶ２５４ｎｍ、キャリヤー：テトラヒドロフラン１ｍＬ／分、カラム温度：３８℃）を用いて標準ポリスチレン換算で測定した。
【００６８】
＜実施例１＞
［摺動部材形成用組成物の製造］
得られた未硬化のノボラック型フェノール樹脂４０質量部、炭素繊維（東レ株式会社の「ＴＡ００８Ａ」；平均繊維径７μｍ）２０質量部、金属粉末（和光純薬工業株式会社の「銅粉末（和光一級）」；数平均粒子径２８μｍ；銅純度９９．５質量％）２０質量部、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社の「青Ｐ」）２０質量部、及び硬化剤としてのヘキサメチレンテトラミン６．４質量部を配合し、均一に混合することで摺動部材形成用組成物を得た。その後、得られた摺動部材形成用組成物をミキシングロールにて均一に溶融混練してシート状にし、冷却後、パワーミルで粉砕してグラニュール状の混練物を得た。
【００６９】
［試験片の製造］
得られた上記摺動部材形成用組成物の混練物を以下の条件で金型へ充填することにより射出成形し、一片の平均長さが３０ｍｍ×３０ｍｍ、平均厚さが３ｍｍの角板を得た。この角板を比重及び限界ＰＶ値測定用の試験片とした。また、上記混練物を同様に射出成形し、一片の長さが１００ｍｍ×１００ｍｍ、平均厚さが２０ｍｍの角板を得た。この角板を熱伝導率測定用の試験片とした。
シリンダー温度：前部９０℃、後部４０℃
金型温度：１７０℃
硬化時間：６０秒
【００７０】
＜実施例２、並びに比較例１及び２＞
各成分の種類及び含有量を下記表１に示すように変更した以外は実施例１と同様に操作し、実施例２、並びに比較例１及び２の摺動部材形成用組成物と２種の試験片とを製造した。
【００７１】
＜評価＞
各試験片の熱伝導率、比重及び限界ＰＶ値を以下に示す方法によって測定した。下記表１に、摺動部材形成用組成物の各成分の種類及び含有量と評価結果とを合わせて示す。
【００７２】
［試験片の熱伝導率］
試験片の熱伝導率は、迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社の「ｋｅｍｔｈｅｒｍＱＴＭ−３Ｄ」）により測定した。試験片の熱伝導率は、数値が小さいほど熱伝導率が低くてよいことを示し、１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の場合を良好、１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）を超える場合を不十分と評価できる。
【００７３】
［試験片の比重］
試験片の比重は、電子比重計（東京硝子器械株式会社の「ＭＤ−２００Ｓ」）を用いて測定した。
【００７４】
［試験片の限界ＰＶ値］
限界ＰＶ値は、図１に示す限界ＰＶ値測定装置Ｘ１により測定した。限界ＰＶ値測定装置Ｘ１は、上述の試験片Ｘ２と、この試験片Ｘ２の上面に配設される相手材Ｘ３とを備える。相手材Ｘ３は、形状が外径２６．６ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ１５ｍｍの中空円筒で、材質がＳ４５Ｃの炭素鋼である。試験片Ｘ２と相手材Ｘ３との間は無潤滑（ドライ環境）とした。相手材Ｘ３は、上部から試験面圧Ａを受けつつ試験速度Ｂで回転させた。試験面圧Ａは、試験開始時には０．５ＭＰａとし、１０分毎に０．５ＭＰａずつ段階的に上昇させた。試験速度Ｂは、０．５ｍ／秒で一定とした。試験面圧Ａの上昇後、摩擦熱による樹脂の溶融の発生、焼き付きによる臭気発生、異常摩耗による摩耗粉の発生、及び／又は２倍以上の摩擦係数増加が観察されたときの試験面圧Ａ×試験速度Ｂを算出し、この値を限界ＰＶ値（ＭＰａ・ｍ／ｓ）とした。限界ＰＶ値（ＭＰａ・ｍ／ｓ）は、数値が大きいほど摺動特性に優れることを示し、８（ＭＰａ・ｍ／ｓ）以上の場合を良好、８（ＭＰａ・ｍ／ｓ）未満の場合を不十分と評価できる。
【００７５】
【表１】
2016156413.tif 000002
【００７６】
上記表１に示すように、実施例１及び２の摺動部材形成用組成物は、形成される試験片の比重が小さく、かつ熱伝導率及び限界ＰＶ値が良好であった。従って、実施例１及び２の摺動部材形成用組成物は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を形成できると判断される。一方、比較例１の摺動部材形成用組成物は、形成される試験片の比重が小さいが、熱伝導率及び限界ＰＶ値が不十分であった。また、比較例２の摺動部材形成用組成物は、形成される試験片の熱伝導率が良好であったが、比重が大きく、かつ限界ＰＶ値が不十分であった。ここで、純銅は熱伝導率が比較的高いにも関わらず、純銅からなる金属粉末の含有量を増加させるに伴って摺動部材形成用組成物の熱伝導率が低下した。そのため、実施例１及び２に示すように、フェノール樹脂と銅粉末とを含有する摺動部材は、熱伝導率を低減しつつ限界ＰＶ値を向上できると判断される。なお、フェノール樹脂と銅粉末とを含有する摺動部材は先行文献２に開示されているが、本願実施例１及び２と比較例１とを比較すれば分かるように、フェノール樹脂及び銅粉末に加え、炭素繊維をさらに含有させることにより、限界ＰＶ値を２割以上向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の摺動部材形成用組成物及び摺動部材によれば、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を得られる。本発明の摺動部材の製造方法は、低速、高荷重かつドライ環境での摺動特性に優れ、かつ熱伝導率が低い摺動部材を容易かつ確実に提供できる。
【符号の説明】
【００７８】
Ｘ１  限界ＰＶ値測定装置
Ｘ２  試験片
Ｘ３  相手材
【図１】
2016156413.tif 000003