CN102317662A - 滑动构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有低摩擦系数的滑动构件，所述滑动构件即使通过激光进行凹加工而在所述滑动构件的表面形成微小的凹坑时，也不会产生硬质的突起，而且也不会损伤配合构件。还提供了一种制造具有低摩擦系数的滑动构件的方法，所述滑动构件具有通过激光进行凹加工而在其表面中形成的微小的凹坑，并且除此之外，不具有通过凹加工形成的硬质的突起，而且也不损伤配合构件。所述滑动构件的特征在于包括聚酰胺树脂和具有通过激光进行凹加工而在滑动面形成的微小的凹坑，所述聚酰胺树脂含有10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料。所述制造滑动构件的方法特征在于将10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。

Description

滑动构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种要求低摩擦系数的密封圈那样的滑动构件；具体涉及一种即使通过激光进行凹加工而在滑动构件的表面形成微小的凹坑时，也不会产生硬质的突起，而且不会损伤配合构件的低摩擦系数的滑动构件及其制造方法。
背景技术
近年，热塑性树脂作为高负荷部分中所使用的滑动构件，由于比重小、成型物形状的选择范围广泛、成型性优异，而被使用。
在热塑性树脂之中，聚酰胺树脂是富有自身润滑性的树脂，因此广泛用作滑动构件，为了提高其机械强度和耐热性添加了玻璃纤维(专利文献1、2)。
近年，从环境问题的观点考虑，在密封圈这样的滑动构件的领域也要求能源效率化，需要改善低摩擦系数化这样的滑动特性。
作为改善相关的低摩擦系数化这样的滑动特性的手段，已知有通过激光在滑动面形成微小的凹坑的手段(专利文献3)。
然而，在使用了玻璃纤维强化聚酰胺树脂的滑动构件的情况下，发生了在加工时在激光的热作用下玻璃纤维发生熔化，从而在滑动面产生熔化球，因该熔化球而导致损伤配合构件、摩擦系数变高等问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-28572号公报
专利文献2：日本特开2007-224118号公报
专利文献3：日本特开2007-225105号公报
发明概述
本发明所要解决的技术问题
本发明提供一种低摩擦系数的滑动构件，所述滑动构件即使通过激光进行凹加工而在滑动构件的表面产生微小的凹坑时，也不会产生硬质的突起，而且也不会损伤配合构件。
另外，本发明提供一种低摩擦系数的滑动构件的制造方法，所述滑动构件即使通过激光进行凹加工而在滑动构件的表面产生微小的凹坑，也不会产生硬质的突起，而且也不会损伤配合构件。
本发明的其他技术问题，通过以下的记载而阐明。
用于解决技术问题的方案
所述技术问题，通过以下的各发明来解决。
权利要求1的发明为一种滑动构件，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
权利要求2的发明为一种滑动构件，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自滑石、粘土或碳酸钙的无机类填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
权利要求3的发明为一种滑动构件，其特征在于，所述微小的凹坑的最大深度为5～50μm。
权利要求4的发明为一种滑动构件的制造方法，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
权利要求5的发明为一种滑动构件的制造方法，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自滑石、粘土或碳酸钙的无机类填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
权利要求6的发明为一种滑动构件的制造方法，其特征在于，所述微小的凹坑的最大深度为5～50μm。
发明效果
根据本发明可提供一种低摩擦系数的滑动构件，所述滑动构件即使通过激光进行凹加工而在滑动构件的表面产生微小的凹坑，也不会产生硬质的突起，而且也不会损伤配合构件。
另外，根据本发明可提供一种低摩擦系数的滑动构件的制造方法，所述滑动构件即使通过激光进行凹加工而在滑动构件的表面产生微小的凹坑，也不会产生硬质的突起，而且也不会损伤配合构件。
附图说明
图1所示为滑动构件(试验样品1)的激光加工面的电子显微镜照片
图2所示为滑动构件(试验样品2)的激光加工面的电子显微镜照片
图3所示为滑动构件(试验样品3)的激光加工面的电子显微镜照片
图4所示为滑动构件(试验样品4)的激光加工面的电子显微镜照片
图5所示为滑动构件(对比试验样品1)的激光加工面的电子显微镜照片
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
本发明中使用的聚酰胺树脂是具有(-CO-NH-)键的聚合物，例如列举出：聚已二酰己二胺(尼龙66)、聚己内酰胺(尼龙6)、聚已二酰丁二胺(尼龙46)、聚癸二酰己二胺(尼龙610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)、聚己二酰十一烷二胺(尼龙116)、聚十一酰胺(尼龙11)、聚十二酰胺(尼龙12)、聚对苯二甲酰三甲基己二胺(尼龙TMDT)、聚间苯二甲酰己二胺(尼龙6I)、聚对苯二甲酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺(尼龙6T/6I)、聚十二烷二酸双(4-氨基环己基)甲烷(尼龙PACM12)、聚十二烷二酸双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷(尼龙二甲基PACM12)、聚己二酰间苯二甲胺(尼龙MXD6)、聚对苯二甲酰壬二胺(尼龙9T)(ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T))、聚对苯二甲酰十一烷二胺(尼龙11T)(ポリウンデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン11T))、聚六氢对苯二甲酰十一烷二胺[尼龙11T(H)](ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド[ナイロン11T(H)])或它们的共聚聚酰胺、混合聚酰胺等，其中优选尼龙66。
聚酰胺树脂可作为市售品而获得，例如，可作为东丽株式会社制“尼龙66”等而获得。
掺入聚酰胺树脂的纤维状填充材料选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须，可使用它们中的一种，也可组合使用。
本发明中所使用的碳纤维优选直径为5μm～20μm的范围及纤维长为20μm～500μm的范围。
碳纤维的原料可以是PAN(聚丙烯腈)类、沥青类等中的任一个，但是在聚酰胺树脂中，在可获得取向方向上大的加强效果的方面，优选采用在1200℃以下烧成的碳纤维。
碳纤维的掺入量相对于聚酰胺树脂为10％～50％的重量百分比范围，优选为12％～35％的重量百分比范围，最佳为14％～30％的重量百分比范围。
如果不足10％重量百分比，由于加强效果缺乏，滑动构件的强度不足，如果超过50％重量百分比，则变脆、容易折断。
芳族聚酰胺纤维优选直径为5μm～20μm的范围及纤维长为20μm～500μm的范围。
芳族聚酰胺纤维的掺入量相对于聚酰胺树脂为10％～50％的重量百分比范围，优选为12％～35％的重量百分比范围，最佳为14％～30％的重量百分比范围。
如果不足10％重量百分比，则无法发挥加强效果，而如果超过50％重量百分比，则变脆、容易折断。
晶须优选直径为0.1μm～1μm的范围及纤维长为5μm～30μm的范围。
晶须的掺入量相对于聚酰胺树脂为10％～50％的重量百分比范围，优选为12％～35％的重量百分比范围，最佳为14％～30％的重量百分比范围。
如果不足10％重量百分比，则无法发挥加强效果，而如果超过50％重量百分比，则变脆、容易折断。
本发明中所使用的晶须为已生成为极其细的须状的完整的单晶，晶格缺陷非常少，其强度接近理论值。另外，不仅仅是单晶、在长度方向具有仅1个螺旋位错(らせん転移)的晶体，也用于本发明中。
作为本发明的晶须，可列举出硼酸铝晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须等；优选为钛酸钾晶须。
就钛酸钾晶须而言，自形晶原来就是纤维状这样的特殊的物质，因此在用于本发明的情况下，在尺寸稳定性和加强性方面也可获得效果。
通过使用纤维状填充材料，可获得磨耗·尺寸稳定性·强度方面优异的滑动构件；在本发明中，特别是通过使用本发明的纤维状填充材料，可获得摩擦·磨耗特性双方面优异的滑动构件。
另外在本发明中，掺入聚酰胺树脂的无机类填充材料可使用选自滑石、碳酸钙或粘土中的1种，也可将它们组合而掺合使用。
滑石的平均粒径优选为0.5～10μm的范围，最佳为2～5μm的范围。平均粒径的测定方法基于粒度分布测定。
无机类填充材料的掺入量相对于聚酰胺树脂为10％～50％的重量百分比范围，优选为20％～40％的重量百分比范围。
如果不足10％重量百分比，则无法发挥加强效果，而如果超过50％重量百分比，则变脆、易于折断。
在制造本发明的滑动构件中，以所述范围掺合聚酰胺树脂和纤维状填充材料或无机类填充材料，通过注射成型机等的成型设备而成型为密封圈等规定的形状，在其表面实施通过激光照射，实施凹加工，从而形成微小的凹坑。通过这样操作可获得在滑动面具有微小的凹坑的滑动构件。
考虑到实现低摩擦化，微小的凹坑的最大深度优选为5～50μm的范围。
另外如果是所述范围，就可良好地保持与缸体内表面等的配合滑动面之间的油膜，不会损伤配合构件。
用于激光照射的激光媒质可以是CO2、YAG等红外发光的物质，ArF、KrF、XeCl等紫外发光的物质中的任一个，激光温度优选为约1000℃左右。
在相关的激光的热作用下，在如以往那样掺入了玻璃纤维的情况下，玻璃纤维(玻璃熔点700℃)变为硬质的突起，损伤配合滑动面，但是在本发明这样的掺合原材料的情况下，不会产生相关的突起，因此不会损伤配合滑动面。
另外，作为凹加工法，已知有例如，在压缩机用往复运动用PTFE制密封圈上，通过热压而形成油槽(凹坑)的模式的技术(日本特许第3114874号公报)，但是如果用模具进行凹加工成型，那么存在有如下问题：由于凹坑的凹陷为微细，包含硬质的填充剂的树脂材料因模具磨耗而品质降低(模具的寿命短)。
另外，已知有在轴承滑动构件上通过喷丸形成凹坑的技术(日本特开2003-184883号公报)；但是如果用弹丸加工凹坑，那么存在有如下问题：单一弹丸可将表面制成凹凸形状，但是单一弹丸无法只形成凹陷形状。
为了用弹丸只形成凹陷形状，需要在弹丸与制品之间实施掩模，但是存在在实施掩模方面过于花费成本的问题。
在本发明中，在进行凹加工时通过使用激光，可仅形成耐磨耗性优异的凹陷，另外不会因模具磨耗等而引起品质降低，可获得稳定品质的滑动构件。
另外根据本发明的制造方法，可仅形成油槽(凹坑)的耐磨耗性优异的凹陷，且可获得稳定的品质的滑动构件。
实施例
以下，通过实施例来例证本发明的效果。
实施例1
1.试验样品的制造
<试验样品1的制造>
掺合85％重量百分比的“尼龙66”(聚酰胺树脂)和15％重量百分比的碳纤维(直径；10μm，纤维长；150μm)，使用注射成型机(东芝IS80-EPN)，形成密封圈用的滑动构件。将其作为试验样品1。
<试验样品2的制造>
掺合85％重量百分比的“尼龙66”(聚酰胺树脂)和15％重量百分比的芳族聚酰胺纤维(直径；10μm，纤维长；150μm)，使用注射成型机(东芝IS80-EPN)，形成密封圈用的滑动构件。将其作为试验样品2。
<试验样品3的制造>
掺合70％重量百分比的“尼龙66”(聚酰胺树脂)和30％重量百分比的钛酸钾晶须(直径；0.5μm，纤维长；20μm)，使用注射成型机(东芝IS80-EPN)，形成密封圈用的滑动构件。将其作为试验样品3。
<试验样品4的制造>
掺合60％重量百分比的“尼龙66”(聚酰胺树脂)和40％重量百分比的滑石(平均粒径；5μm)，使用注射成型机(东芝IS80-EPN)，形成密封圈用的滑动构件。将其作为试验样品4。
<对比试验样品1的制造>
掺合70％重量百分比的东丽株式会社制“尼龙66”(聚酰胺树脂)与30％重量百分比的东丽株式会社制玻璃纤维(直径；15μm，纤维长；150μm)，使用注射成型机(东芝IS80-EPN)，形成密封圈用的滑动构件。将其作为对比试验样品1。
2.评价
关于所述的试验样品以及对比试验样品，通过以下的评价试验对特性进行了评价。
(1)配合损伤性评价后的配合构件粗糙度Ry
<测定方法>
负荷：100kgf，圆周速度：100mm/s，时间：12min.，配合构件：S45C(Ry0.3～0.5)的条件下求出配合构件粗糙度Ry，将其结果显示于表1。另外，Ry为轮廓曲线的最大深度(JIS B0601：1994)。
(2)配合损伤性评价
<评价方法>
用表面粗糙度计测定损伤性评价后的配合构件的粗糙度，观察试验前与试验后之差。
<评价基准>
○：配合构件的粗糙度与评价前同等
×：配合构件的粗糙度比评价前变粗(变为Rz0.6以上)
将评价结果显示于表1。另外，Rz为十点平均粗糙度(JIS B0601：1994)。
(3)激光加工后的滑动构件的表面状态
通过电子显微镜照片调查了表面状态。图1～5表示其电子显微镜照片。其结果可知，在试验样品1～4中没有产生突起那样的物质。图5的对比试验样品在激光的热作用下玻璃纤维熔化，产生有玻璃球、隆起。
另外，所使用的激光媒质为CO2，温度为1000℃。
(4)摩擦磨耗特性
在表面压力：0.5MPa，圆周速度：0.2m/s，时间：24hr，配合构件：S45C(Rz1.5)的条件下，求出摩擦系数[-]和磨耗系数[10-5cm·s/(MPa·m·h)]，将其结果显示于表1。
(5)摩擦磨耗特性的定性评价
<评价基准>
○：与对比构件同等的水平以上
×：磨耗系数比对比构件高
将评价结果显示于表1。
(6)机械特性
依照ASTM D790，求出弯曲强度[MPa]、弯曲弹性模量[GPa]，将其结果显示于表1。
[表1]
Figure BDA0000082320410000091
根据表1可知：在试验样品1～4中，摩擦系数低，并且在配合损伤性评价中配合构件的粗糙度与评价前同等，配合损伤性评价后的配合构件粗糙度低。
另外可知：在试验样品1～3中，摩擦磨耗特性的定性评价为对比构件同等水平以上，具有磨耗系数低，摩擦磨耗低双方面特性。
可知：在对比试验样品1中，由于未使用本发明的掺合原材料，因此配合损伤性评价差，配合损伤性评价后的配合构件粗糙度变得非常大。

Claims (6)

1.一种滑动构件，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
2.一种滑动构件，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自滑石、粘土或碳酸钙的无机类填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其特征在于，所述微小的凹坑的最大深度为5～50μm。
4.一种滑动构件的制造方法，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自碳纤维、芳族聚酰胺纤维或晶须的纤维状填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
5.一种滑动构件的制造方法，其特征在于，将10％～50％重量百分比的选自滑石、粘土或碳酸钙的无机类填充材料掺入聚酰胺树脂中，和通过激光进行凹加工而在滑动面中形成微小的凹坑。
6.根据权利要求4或5所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，所述微小的凹坑的最大深度为5～50μm。
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