(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向してすべり合う摺動部材と相手部材とから成る二つの部材からなり、その一方の部材または少なくともその部材のすべり面が自己潤滑性を有する合成樹脂から成り、相対する他方の部材のすべり面は、少なくとも、エポキシ樹脂と側鎖にエポキシ基を有するエポキシ当量が１０００以下の反応性シリコーンオイルとから成る組成物の被着膜から成っていて、この反応性シリコーンオイルが組成物中において三次元網状構造を形成していることを特徴とした摺動部材と相手部材との組合わせ構造。
【請求項２】
被着膜の組成物は、エポキシ樹脂１００重量部とエポキシ基を有する反応性シリコーンオイル２〜１００重量部とアミン系または酸無水物系硬化剤０．５〜２５０重量部とからなっている請求項１に記載の摺動部材と相手部材との組合わせ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、摺動部材と相手部材との組合わせに関する。とくに、相対向してすべり合う摺動部材と相手部材とから成る二つの部材のすべり面が、ともに合成樹脂であることを特徴とした摺動部材と相手部材との組合わせに関する。
【０００２】
【従来の技術】
摺動部材とくに合成樹脂から成る摺動部材としては、軸受、カム、歯車、リテイナー、ライナーなど、また構築物に用いられるすべり支承あるいはまた車輛などの乗物に用いられる作動力伝達用途の索導管などがある。
【０００３】
そして、これら摺動部材に対する相手部材としては、一般には鋼などの金属製のものが用いられている。
【０００４】
しかしながら、種々の目的あるいは必要性から合成樹脂摺動部材に相対する相手部材または少くともそのすべり面が合成樹脂であって、樹脂と樹脂との間のすべりを特徴とした摺動部材と相手部材との組合わせ態様のものもある。
【０００５】
たとえば、合成樹脂の被膜を施した鋼製のシャフトと合成樹脂軸受との組合せ、ともに合成樹脂製の歯車の組合わせ、合成樹脂パイプとその中に挿通されて押し引きまたは回転摺動する合成樹脂を被覆したワイヤーロープとの組合わせから成るコントロールケーブルなど様々なものがある。
【０００６】
使用される合成樹脂としては、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレタン、フッ素樹脂、フェノール樹脂などは最も汎用的なものである。
【０００７】
これらの中で、とくにフッ素樹脂、なかでも四フッ化エチレン樹脂は、低摩擦係数を有する材料としてよく知られており、摺動材料として種々の形態で広く使用されている。
【０００８】
一般に低摩擦材料は耐摩耗性に難点があるので、耐摩耗性向上のための種々の手段が講じられている。
【０００９】
四フッ化エチレン樹脂については、他の耐摩耗性にすぐれた合成樹脂とのブレンド、黒鉛やガラス粉末の混入、裏金への薄膜としての被着、そして四フッ化エチレン樹脂の繊維形態のものを他の有機または無機繊維と混織または交織して摺動面を形成するなどの手段が採られている。
【００１０】
これら改質手段の中には、耐摩耗性や機械的強度の向上が得られる反面、四フッ化エチレン樹脂が本来具有する低摩擦特性を若干犠牲にするケースもある。
【００１１】
一方、合成樹脂摺動部材に相対する相手部材についても種々の工夫がなされている。
【００１２】
相手部材が鋼などの金属材料の場合では、その表面粗さを可及的に小さくしたり、硬質クロムメッキを施したり、あるいは窒化、硫化処理などの表面処理を施して摺動時に四フッ化エチレン樹脂の相手材への移着を容易にし、微視的に四フッ化エチレン樹脂と四フッ化エチレン樹脂との樹脂同志のすべりを期待しあるいは具現させ、摩擦係数の低下をはかるなどの手段が採られている。
【００１３】
ところで、種々の目的、必要性すなわち防錆、耐薬品、電気絶縁その他軽量化、消音さらには他の設計上の要請から、相手部材そのものを合成樹脂としたりあるいは少くともそのすべり面を合成樹脂とするなどの手段が採られることがある。
【００１４】
すべり面が合成樹脂と合成樹脂との組合わせからなる場合では、種々の問題もある。
【００１５】
たとえば、低摩擦係数を有していることで知られる四フッ化エチレン樹脂においても、乾燥摩擦条件下でのすべりにおいて、静摩擦係数を０．１以下とすることは困難である。
【００１６】
種々の材料改質を行ない、相手材としての合成樹脂を吟味選択し且つ摩擦条件を低すべり速度領域に限定したとしても、静摩擦係数を０．０８以下とすることはほとんど不可能である。
【００１７】
そこで、潤滑油剤の適用が可能な場合は、合成樹脂と合成樹脂とのすべり面に、鉱油、合成潤滑油あるいはグリスなどの潤滑油剤を介在させることは極めて有効で、静摩擦係数、動摩擦係数をともに低下させることができる。
【００１８】
しかし、すべり面が合成樹脂と合成樹脂との組合わせからなる場合においては、荷重下にあって且つ常時は作動することがないような場合では、両部材の長期間の接触により、すべり面の合成樹脂に微視的なへたりを生じ易く、このことはそこに介在させた潤滑油剤の潤滑膜を破断させたり、あるいは摺動系外に絞り出して了って、所期の目的を達し得ない事態を招来する。
【００１９】
たとえば、とくに荷重が大きい場合、そして常時はすべり作動が行なわれないが、火災などの発生時にセンサの信号によって開閉が行なわれる窓とか防火扉などの支持部や、地震動に応答して構造物の変位をすべりによって逃がす機能を有する支承などの摺動部においては、有事における適確、効果的な低摩擦すべりが得られないことになる。
【００２０】
一般に、すべり面に介在している潤滑油剤の潤滑膜が絞り出されて枯渇していたりあるいは破断した状態であっても、たとえば含油摺動部材を使用している場合などでは、繰り返しこのすべりによって新たに潤滑油がすべり面に供給されたり、潤滑膜破断部が自己補修され、実用上問題を生じない場合もあるが、上述したような用途のように繰り返しこのすべりを持つことができない場合がある。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、合成樹脂と合成樹脂との間のすべりを特徴とする摺動部材と相手部材との組合わせにおいて、すべり面から絞り出されたり、すべり面において、破断することのない潤滑膜を有する部材を提供するものである。そして、すべりを必要とする時に適確、効果的な低摩擦すべりが行なわれる部材を提供するものである。
【００２２】
そして、斯る特性が最もよく発揮される摺動部材と相手部材との組合わせを開示する。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、相対向してすべり合う摺動部材と相手部材とからなる二つの部材のうち、その一方の部材または少なくともその部材のすべり面が自己潤滑性を有する合成樹脂から成るものにおいて、相対する他方の部材の材料組成およびすべり面形成の態様について鋭意研究を行なった結果なされたものであり、その第一の要旨は、相対向してすべり合う摺動部材と相手部材とから成る二つの部材からなり、その一方の部材または少なくともその部材のすべり面が自己潤滑性を有する合成樹脂から成り、相対する他方の部材のすべり面は、少なくとも、エポキシ樹脂と側鎖にエポキシ基を有するエポキシ当量が１０００以下の反応性シリコーンオイルとから成る組成物の被着膜から成っていて、この反応性シリコーンオイルが組成物中において三次元網状構造を形成していることを特徴とした摺動部材と相手部材との組合わせ構造に存する。
【００２４】
そして、本発明の第二の要旨は、相対向してすべり合う摺動部材と相手部材とから成る二つの部材からなり、その一方の部材または少なくともその部材のすべり面が自己潤滑性を有する合成樹脂からなる組合わせを準備するに際し、エポキシ樹脂１００重量部と側鎖にエポキシ基を有するエポキシ当量が１０００以下の反応性シリコーンオイル２〜１００重量部とアミン系または酸無水物系硬化剤０．５〜２５０重量部とを有機溶剤に溶解してなる溶液を、一方の部材のすべり面に相対向する他方の部材の表面に適用して当該表面に塗膜を形成し、この塗膜を加熱硬化させてエポキシ基を有する反応性シリコーンオイルを三次元網状構造にすることを特徴とした摺動部材と相手部材との組合わせ構造を製造する方法に存する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。まず、相対向してすべり合う摺動部材と相手材とから成る二つの部材のうち、一方の部材または少なくともその部材のすべり面を構成する自己潤滑性を有する合成樹脂について説明する。
【００２６】
この自己潤滑性を有する合成樹脂としては、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂等の樹脂単体、またはこれらに潤滑油剤、強化剤を配合したものが使用できる。
潤滑油剤としては、潤滑油、グリース、ワックス、グラファイト、二硫化モリブデン、四フッ化エチレン樹脂等が、また強化剤としてはガラス粉末、ガラス繊維、炭素粉末、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。
【００２７】
これら自己潤滑性を有する合成樹脂は、ブロック状あるいはプレート状の成形物を金属などの裏材に穿った凹部にその一部を突出させて埋設して使用したり、裏材表面に接着またはビス止めして使用したり、あるいは裏材表面に薄膜として被着させて使用するなど様々な適用形態が採られる。
【００２８】
この薄膜タイプのものとしては、鋼板上に銅合金の多孔質焼結層を設け、この焼結層上に自己潤滑性を有する合成樹脂を供給して加圧、加熱焼成して樹脂薄膜を被着形成させた複層摺動部材、あるいは鋼などの裏材表面に直接上記合成樹脂の硬化被膜としたもの、たとえばダイキン工業社製の四フッ化エチレン樹脂の溶剤分散タイプ（商品名ポリフロンＴＦＥエナメル）を塗着し、焼付けを行なって硬化被膜を形成させたもの、などがあり、いずれも有効に使用し得るものである。
【００２９】
つぎに、前記の一方の部材に相対向する他方の部材のすべり面の被着膜を構成するエポキシ樹脂とエポキシ基を有する反応性シリコーンオイルとからなる組成物について述べる。
【００３０】
この発明に使用するエポキシ樹脂としては、市販されている公知のものが使用でき、たとえば油化シエルエポキシ社製の液状エポキシ樹脂（商品名エピコート８２８）は、有効に使用されるものの一つである。
【００３１】
エポキシ基を有する反応性シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルのメチル基の一部をエポキシ基を有する有機基で置換したものであって、側鎖にエポキシ基を有し、かつエポキシ当量が１０００以下好ましくは１５０〜１０００のシリコーンオイルが使用される。たとえば、ジメチルシリコーンオイルの側鎖にエポキシ基を導入した、信越化学工業社製のエポキシ変性シリコーンオイル（ＫＦ−１０１（商品名）エポキシ当量３５０）が挙げられる。その配合量はエポキシ樹脂１００重量部に対して２〜１００重量部である。
【００３２】
硬化剤としては、従来よりエポキシ樹脂の硬化剤として用いられているものが使用できるが、アミン系、酸無水物系の硬化剤が好ましく使用される。アミン系の硬化剤としては、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンおよびこれらを変性したものが挙げられる。たとえば油化シエルエポキシ社製の変性脂肪族アミン「エピキュアＴ（商品名）」、変性脂環族アミン「エピキュア１１３（商品名）」、変性芳香族アミン「エピキュアＷ（商品名）」が挙げられる。
酸無水物系の硬化剤としては、脂肪族、脂環族、芳香族、ハロゲン系のものが挙げられる。たとえば油化シエルエポキシ社製の「エピキュア１３４Ａ」などである。硬化剤の配合量はエポキシ樹脂１００重量部に対して０．５〜２５０重量部であるが、その配合量はエポキシ樹脂およびエポキシ変性シリコーンオイルのエポキシ当量によって決まる。
【００３３】
被着膜の形成方法について述べる。
エポキシ樹脂１００重量部、エポキシ基を有する反応性シリコーンオイル２〜１００重量部を有機溶剤に溶かしたのち、硬化剤０．５〜２５０重量部を溶かすか、またはエポキシ樹脂１００重量部を有機溶剤に溶かしたのち、反応性シリコーンオイル２〜１００重量部および硬化剤０．５〜２５０重量部を溶かし、固形分３０重量％の溶液を調製した。
有機溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類およびこれらとアルコール類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤との混合物が好適に用いられる。
【００３４】
これを、ショットブラスト、脱脂など通常一般に行なわれている処理を施した鋼表面に塗着し、自然乾燥または８０℃で３０分間乾燥して溶剤を飛ばし、ついで１８０℃で３０分間焼成を行ない、固化した被着膜を得た。この被着膜の厚さは約３０μｍであった。
【００３５】
このエポキシ基を有する反応性シリコーンオイルは、上述した焼成過程でエポキシ樹脂の硬化に併行してシリコーンオイル中のエポキシ官能基が反応して、組成物中において三次元網状構造を形成する。この三次元網状化はシリコン同志だけでなく、エポキシ樹脂との間にも結合がなされているものと考えられる。
【００３６】
以上述べたように、エポキシ基を有する反応性シリコーンオイルは、ベース樹脂としてのエポキシ樹脂中に三次元網状構造を形成して完全に取込まれ、被着膜に自己潤滑性が付与される。この三次元網状構造化したシリコーンオイルは、もはや油状を呈しない。
【００３７】
たとえば、上述したエポキシ変性シリコーンオイルＫＦ−１０１（商品名）は、２５℃で２，０００センチストークスの粘度を有する粘稠な油状物であるが、これに硬化剤を加えて加熱するとほとんど粘りのないゼリー状の半固形物となることからも理解できる。このものはオイル状ではないが、依然として潤滑性を保有している。
【００３８】
以上の事例においては、エポキシ樹脂にエポキシ基を有する反応性シリコーンオイルを混ぜた組成物についてのみ述べたが、この二者の混合攪拌時に、強化充填材などの第三の物質をさらに添加してもよい。ただし、吹着けなどの塗膜形成工程において、作業性に支障を来たすことのない物質および添加量であることが必要である。
【００３９】
この発明において、エポキシ樹脂にエポキシ基を有する反応性シリコーンオイルを混ぜてなる組成物は、溶剤稀釈の状態で吹着けなどの手段によって金属などの表面に塗着されるが、このシリコーンオイルが塗膜形成に悪影響を与えるのではないか、硬化被膜の下地との接着強度を低下させるのではないかということが懸念された。
【００４０】
しかしながら、種々実験の結果エポキシ基を有する反応性シリコーンオイルの混入量が２〜１００重量部の範囲においては、硬化後の被膜の接着強度（下地金属は機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ、圧縮剪断強さｋｇｆ／ｃｍ２で評価した）は、８０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、通常この種の摺動を目的とした用途において、上述の接着強度は２０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば問題ないといわれている範囲を上回るものであった。
【００４１】
これは、この発明による組成物が溶剤稀釈の状態で下地表面に塗着された段階、そしてそれに続く加熱硬化の過程で組成物中のエポキシ樹脂が他の成分に優先して下地界面に移行し、したがって表面側すなわちすべり面側はシリコーンリッチとなり、このような態様で接着層が形成されるためと考えられる。
【００４２】
なお、この塗膜形成に先立って、通常行なわれるプライマー処理は、この発明の塗膜形成に際しても有効なものである。
【００４３】
この発明においては、硬化被膜厚さは３０μｍ前後とすることが好ましい。あまり薄いと、たとえば５μｍ以下では被膜の均質性が損なわれたり、すべり面としての耐久性に影響が出て来る。
【００４４】
また、あまり厚過ぎると被膜の機械的強度を反って損なうことになり、また摺動材料としての耐荷重性にもよい影響を与えない。
【００４５】
したがって被膜厚さは、５〜１００μｍ、とくに１０〜５０μｍ、もっとも好ましくは２０〜４０μｍである。
【００４６】
【実施例】
１．摺動部材
（Ａ）ガラス繊維粉末として、直径１０μｍ、平均長さ６３μｍの旭ファイバグラス社製「ＭＦ０６ＪＢ１−２０（商品名）」１５重量％、ポリイミド樹脂粉末として、Ｌｅｎｚｉｎｇ社製「Ｐ８４（商品名）」２重量％、残部三井デュポンフロロケミカル社製四フッ化エチレン樹脂「テフロン７ＡＪ（商品名）」からなる樹脂組成物の成形物。直径１０ｍｍ、高さ１４ｍｍのロッド状のものの端面をすべり面とした。
（Ｂ）上記ポリイミド樹脂粉末２０重量％、残部上記四フッ化エチレン樹脂からなる樹脂組成物の成形物。直径１０ｍｍ、高さ１４ｍｍのロッド状のものの端面をすべり面とした。
（Ｃ）  三井デュポンフロロケミカル社製四フッ化エチレン樹脂「テフロン７ＡＪ（商品名）」１５重量％、ダイキン工業社製四フッ化エチレン樹脂「ルブロンＬ−５（商品名）」２５重量％、残部トープレン社製ポリフェニレンサルファイド「トープレンＰＰＳＴ−４（商品名）」からなる樹脂組成物の成形物。直径１０ｍｍ、高さ１４ｍｍのロッド状のものの端面をすべり面とした。
（Ｄ）鉱油５重量％、残部ポリプラスチックス社製ポリアセタール「ジュラコンＭ９０（商品名）」からなる樹脂組成物の成形物。直径１０ｍｍ、高さ１４ｍｍのロッド状のものの端面をすべり面とした。
【００４７】
２．相手部材
巾４０ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのプレート状の機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃを裏材とし、ショットブラスト、脱脂処理を施した面に表１に示す（ａ）〜（ｇ）の成分からなる組成物のメチルイソブチルケトンとトルエンとの混合溶剤稀釈液（固形分３０重量％）を吹着け、８０℃で３０分予備乾燥ののち１８０℃で３０分間加熱焼付けを行ない被膜厚さ３０μｍとした。表中、エポキシ樹脂は、油化シエルエポキシ社製「エピコート８２８（商品名）、エポキシ当量：１９０」を、シリコーンオイルＡ、Ｂは、それぞれ側鎖にエポキシ基を有する信越化学工業社製「ＫＦ−１０１（商品名）、エポキシ当量３５０」「Ｘ−２２−２０００（商品名）、エポキシ当量６５０」を、硬化剤は油化シエルエポキシ社製の変性脂環族アミン「エピキュア１１３（商品名）」を使用した。使用成分は重量部で示した。
（以下余白）
【００４８】
【表１】
0004123585.tif 000002
【００４９】
３．試験機エアシリンダーによって上下方向に負荷をかけることができる加圧部と、サーボモーターによって所定のモードの水平方向の押し引きができる可動水平支持台とが組合わされていて、上下方向に所定の負荷をかけながら水平方向の押し引きによってすべりを行なわせる往復動試験機。
・上下方向最大負荷        ５００ｋｇｆ
・水平方向最大ストローク  ３０ｃｍ
・水平方向最大速度        ８０ｃｍ／ｓｅｃ
【００５０】
４．試験方法
直径１０ｍｍ、高さ１４ｍｍの摺動部材を直径方向に１０ｍｍ長さにわたって把持し、その４ｍｍを下方に突出させて試験機の加圧部に取付けた。
一方、水平支持台に相手部材を締具によって取付け固定した。試験条件は以下のとおりであり、図１に試験速度波形のモデルを示す。
（試験条件）
・速度                １ｃｍ／ｓｅｃ〜５０ｃｍ／ｓｅｃ
・荷重                １００ｋｇｆ／ｃｍ２〜４００ｋｇｆ／ｃｍ２
・試験ストローク      ２２０ｍｍ
・試験速度波形        台形波
【００５１】
５．試験結果
表２及び表３は、摺動部材と相手部材との各組合わせについて、すべり速度を１ｃｍ／ｓｅｃと一定とし、負荷を１００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で変えた場合の動摩擦係数について示したものである。エポキシ基を有する反応性シリコーンオイルの配合量が２重量部を超えると摩擦係数に及ぼす効果は顕著であることが分る。
（以下余白）
【００５２】
【表２】
0004123585.tif 000003
（以下余白）
【００５３】
【表３】
0004123585.tif 000004
【００５４】
表４は、摺動部材と相手部材との各組合わせについて、負荷を２００ｋｇｆ／ｃｍ２と一定とし、すべり速度を１０〜５０ｃｍ／ｓｅｃの範囲で変えた場合の動摩擦係数について示したものである。
（以下余白)
【００５５】
【表４】
0004123585.tif 000005
【００５６】
速度の増加にともなって、動摩擦係数は右肩上りの上昇を示す。これは、本発明例と比較例とともに認められるが、本発明例のものはその傾向は僅かであった。そして、動摩擦係数の値が極めて小さいという特徴がある。
【００５７】
図２は、本発明例Ａ−ｂの組合わせのものと、比較例Ａ−ｇの組合わせのものについて、負荷を３００ｋｇｆ／ｃｍ２、すべり速度は１ｃｍ／ｓｅｃの条件で、その負荷保持時間が動摩擦係数（μｋ）、静摩擦係数（μｓ）に及ぼす影響についてプロットしたものである。図の横軸は対数目盛で表わしてある。
【００５８】
図からも分かるように、本発明例のものはμｓ、μｋともにその値が小さく、しかも両者が接近しておりかつ保持時間による変化が極めて僅かであった。
【００５９】
比較例のものについては、保持時間１０時間後のμｓの値が異常に低下しているが、この理由については詳かでない。しかし、全体的にμｓの値は０．１以上と大きく、しかもμｓ、μｋの差も大きい。このことは、比較例のものにおいてはすべり時にスティックスリップを生じ易く、音の発生の原因ともなる。本発明例の組合わせにおいては、このようなことは全く生じない。
【００６０】
なお、以上の試験結果については、摩耗に関しては触れなかったが、本発明例の摺動部材の摩耗量（ｍｇ）は比較例の摺動部材の摩耗量（ｍｇ）の数十分の一から百分の一と極めて小さかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の試験に使用した往復動試験機の試験速度波形のモデルの説明図である。
【図２】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
μｓ  静摩擦係数
μｋ  動摩擦係数
【図１】
0004123585.tif 000006
【図２】
0004123585.tif 000007