JP2002047447A - 潤滑被覆用組成物および該組成物を被覆してなる摺動部材 - Google Patents

潤滑被覆用組成物および該組成物を被覆してなる摺動部材

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JP2002047447A JP2000231180A JP2000231180A JP2002047447A JP 2002047447 A JP2002047447 A JP 2002047447A JP 2000231180 A JP2000231180 A JP 2000231180A JP 2000231180 A JP2000231180 A JP 2000231180A JP 2002047447 A JP2002047447 A JP 2002047447A
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真文 熊谷
Masaaki Kudo
昌章 工藤
Norio Futaesaku
則夫 二重作
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Abstract

(57)【要約】 【課題】摺動部材を、高PV値下で、高温雰囲気下で且
つステンレス鋼、アルミニウム合金の相手材を使用した
場合でも、相手材を損傷させることなく、優れた摩擦摩
耗特性を有する潤滑被覆用組成物および該組成物を被覆
した摺動部材を提供することにある。。 【解決手段】ビスアリルナジイミド構造のモノマー単位
を有するポリイミド樹脂3〜50重量%とポリアミドイ
ミド樹脂50〜97重量%とから成る熱硬化性合成樹脂
成分および固体潤滑成分からなる潤滑被覆用組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、潤滑被覆用組成物
および該組成物を被覆してなる摺動部材に関し、詳しく
は、摩擦摩耗特性に優れた潤滑被覆用組成物および該組
成物を被覆してなる、良好な摩擦摩耗特性を示す摺動部
材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、合成樹脂と固体潤滑剤とから成る
乾性被膜潤滑剤を摺動面に有する摺動部材が、各種機械
装置の摺動部位に使用されている。乾性被膜潤滑剤に使
用される合成樹脂は、基材との結合の役割をする樹脂で
あり、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性合成
樹脂を使用する。これら熱硬化性合成樹脂は、それ自体
では潤滑性を有しないので、摺動面に潤滑性を持たせる
ために固体潤滑剤の配合が不可欠である。しかしなが
ら、固体潤滑剤の配合は、摺動部材の強度および基材と
の結合強度を低下させる一因となる。
【0003】その為、摺動部材の強度および基材への結
合強度の低下を極力抑えて、高い摺動特性を発現するた
めに、熱硬化性合成樹脂と固体潤滑剤との配合等に工夫
がなされている。
【0004】例えば、四フッ化エチレン樹脂20〜65
重量%、ポリイミド樹脂30〜55重量%およびポリア
ミドイミド樹脂5〜25重量%から成り、四フッ化エチ
レン樹脂を粒径50〜200μの焼成粉末として分散さ
せたすべり面材料が知られている(特公昭53ー368
56号公報)。
【0005】より高い性能が要求されている最近の機械
装置において、摺動部材として、より高PV値(PV値
とは、荷重Pと摺動速度Vとの積であり、負荷状態の尺
度となる値である。)下また高温雰囲気下で良好な摺動
特性を有するものが求められている。また、高い耐蝕性
や軽量化の要求により、相手材としてステンレス鋼、ア
ルミニウム合金を使用することが多く、これらの場合に
おいても良好な摺動特性が求められている。
【0006】しかしながら、上述の特公昭53−368
56号公報の摺動材料は、ポリイミド樹脂の配合割合が
大きいことに起因して、すべり面材料の硬度が高く、ス
テンレス鋼、アルミニウム合金の相手材を使用した場合
には、良好な摺動特性が得られず、且つ、相手材を損傷
させてしまうという問題があり、上述の要求を満たして
いる摺動部材とは言難いものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記諸点に鑑
みなされたもので、その目的は、摺動部材を、高PV値
下で、高温雰囲気下で且つステンレス鋼、アルミニウム
合金の相手材を使用した場合でも、相手材を損傷させる
ことなく、優れた摩擦摩耗特性を発現する潤滑被覆用組
成物および該組成物を被覆した摺動部材を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有
するポリイミド樹脂とポリアミドイミド樹脂との混合樹
脂を熱硬化性合成樹脂成分として使用することにより、
上記の目的を容易に達成し得るとの知見を得た。
【0009】本発明は、上記の知見に基づき完成された
ものであり、その第一の要旨は、下記式(1)で表わさ
れるモノマー単位を有するポリイミド樹脂3〜50重量
%とポリアミドイミド樹脂50〜97重量%とから成る
熱硬化性合成樹脂成分および固体潤滑成分からなる潤滑
被覆用組成物に存する。
【0010】
【化3】
【0011】(式中、Rは、C2〜C20のアルキレン
基、C5〜C8のシクロアルキレン基、C6〜C12の2価
の芳香族基、―Aa―C64―A’―(但し、aは0ま
たは1で、AおよびA’はそれぞれ独立してC1〜C4
アルキレン基を示す)で表されるアルキレン・フェニレ
ン基、―C64―T―C64―(但し、Tはメチレン
基、エチリデン基、プロピリデン基を示す)で示される
基を表す。)
【0012】本発明の第二の要旨は、摺動基材表面に、
上記潤滑被覆用組成物を被覆してなる摺動部材に存す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を説明する。先ず、
熱硬化性合成樹脂成分の一成分としてのポリアミドイミ
ド樹脂について説明する。
【0014】ポリアミドイミド樹脂としては、特に限定
されるものではなく、公知のものを使用することが出来
る。例えば、トリメリット酸無水物とトルエンジイソシ
アネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシ
アネート等のジイソシアネートとの脱炭酸・縮合反応で
合成されたポリアミドイミド樹脂、トリメリット酸−4
−アシルクロライドと4,4’−ジアミノジフェニルエ
ーテル、4,4’−ジアミノジフェニルチオエーテル、
4,4’−ジアミノジフェニルスルホン等との脱塩酸・
縮合反応で合成されたポリアミドイミド樹脂等が挙げら
れる。
【0015】ポリアミドイミド樹脂の熱硬化性合成樹脂
成分中の割合は、50〜97重量%、好ましくは70〜
96重量%、さらに好ましくは84〜96重量%であ
る。
【0016】本発明で用いるポリアミドイミド樹脂は後
述するポリイミド樹脂とともに、潤滑被覆用組成物の母
材を構成し、且つ、基材との接着性を潤滑被覆用組成物
に付与する結合剤として機能する。
【0017】次に、熱硬化性合成樹脂成分の他の成分と
してのポリイミド樹脂について説明する。ポリイミド樹
脂は、一般式(1)で表わされるビスアリルナジイミド
構造のモノマー単位を有する。
【0018】
【化4】
【0019】一般式(1)中、Rは、脂肪族系または芳
香族系の2価の炭化水素連結基を表し、この様な2価の
炭化水素連結基Rとして、例えば、C2〜C20アルキレ
ン基、C5〜C8シクロアルキレン基、C6〜C12芳香族
基、―Aa―C64―A’―(aは0または1で、Aお
よびA’は、それぞれ独立してC1〜C4のアルキレン基
を示す。)で表されるアルキレン・フェニレン基、―C
64―T―C64―(Tは、メチレン基、エチリデン
基、プロピリデン基を示す。)で表される基等が挙げら
れる。特に、2価の炭化水素連結基Rとして、下記式
(2)、(3)、(4)で表される基が好ましい。
【0020】
【化5】
【0021】本発明で用いるポリイミド樹脂は、硬化す
ると、前述のポリアミドイミド樹脂と相互に侵入して、
分子の絡み合いの生じた相互侵入型の網目構造(Int
erPenetration Network Sys
tem:IPN)を形成する。その結果、摺動被膜の機
械的強度が向上するとともに耐熱性も向上する。
【0022】ポリイミド樹脂の熱硬化性合成樹脂成分中
の割合は、3〜50重量%、好ましくは4〜30重量
%、さらに好ましくは4〜16重量%である。ポリイミ
ド樹脂の割合が、3重量%未満の場合は、得られる摺動
被膜としての機械的強度が不充分であり、且つ、基材と
の接着強度が不充分となる。ポリイミド樹脂の割合が、
50重量%を超えると、摺動被膜の硬度が高くなり過ぎ
て、後述する固体潤滑成分を配合しても、摩擦係数の増
大を抑制し得ず、また相手材を損傷させてしまうことが
ある。
【0023】摺動被膜の摩擦係数の増大を抑制して低い
摩擦係数を維持するために、固体潤滑成分を熱硬化性合
成樹脂成分に配合する。固体潤滑成分としては、公知の
ものを使用することが出来る。例えば、四フッ化エチレ
ン樹脂、グラファイト、ニ硫化モリブデン、窒化ホウ素
等が挙げられる。固体潤滑成分は、摺動部材として使用
される条件によって好ましいものが選択され、単独また
は組合せて使用される。
【0024】固体潤滑成分の割合は、潤滑被覆用組成物
全体に対して、通常25〜70重量%、好ましくは40
〜70重量%、さらに好ましくは40〜60重量%であ
る。固体潤滑成分の割合が25重量%未満の場合は、固
体潤滑成分の添加効果が不充分となることがある。ま
た、固体潤滑成分の割合が70重量%を超えると、摺動
被膜としての強度が不充分となり耐摩耗性が悪くなると
ともに、基材との接着強度の低下することがある。
【0025】次に、摺動部材の製造方法について述べ
る。本発明の摺動基材としては、鋼、ステンレス鋼、銅
合金、アルミニウム合金等から成る基材を使用すること
が出来る。基材の表面には、接着性の向上の為に、必要
に応じて、電解エッチング、化学エッチング、ショット
ブラスト等による粗面化処理、りん酸塩等による化学処
理を施しても良い。また、鋼板などの裏金上に銅または
銅合金の粉末焼結層、鉄または鉄合金の粉末焼結層、金
属またはセラミックスの溶射層などを設けて多孔質粗面
化しても良い。
【0026】次に、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド
樹脂、固体潤滑成分を有機溶剤に溶解または分散させ
て、固形分が20〜30重量%、粘度(25℃)が0.
1〜0.2Pa・s程度の塗布液を調整する。
【0027】本発明で使用される有機溶剤としては、ポ
リアミドイミド樹脂溶液調製用には、N−メチル−2−
ピロリドン(NMP)、メチルイソピロリドン(MI
P)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセ
トアミド(DMAC)等の非プロトン系極性溶剤類等お
よびトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類との混合
溶剤を挙げることが出来る。ポリイミド樹脂溶液調製用
には、上記の非プロトン系極性溶剤類に加え、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シ
クロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル
等のエステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水
素類、メチルクロロホルム、トリクロロエチレン、トリ
クロロトリフルオロエタン等の有機ハロゲン化合物類を
挙げることが出来る。これらの有機溶剤は、単独あるい
は混合して使用される。ポリアミドイミド樹脂溶液、ポ
リイミド樹脂溶液および固体潤滑成分の混合分散液の希
釈剤としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素
類が挙げられる。
【0028】上記塗布液を、粗面化処理、化学処理、脱
脂処理などを施した摺動基材表面に刷毛塗り、吹き付け
等の手段により塗布して塗膜を形成し、硬化処理をして
摺動被膜を得る。硬化処理条件は、80〜100℃で2
5〜35分間程予備加熱を行ない、次いで、140〜1
60℃で30〜60分間程加熱焼付けを行ない、更に、
260〜280℃で30〜60分間程加熱焼付けを行な
う。
【0029】摺動被膜厚さは、通常5〜100μm、好
ましくは10〜60μm、さらに好ましくは20〜40
μmである。摺動被膜厚さが5μm未満の場合は、摺動
被膜としての均質性が損なわれたり、摺動被膜としての
耐久性が低下することがある。また、摺動被膜厚さが1
00μmを超える場合は、摺動被膜の機械的強度を損な
い、摺動部材としての耐荷重性が低下することがある。
【0030】本発明の摺動部材は、相対的に摺動接触す
る二つの摺動部材のいずれか一方あるいは両方の摺動部
材に使用される。摺動部材を具備した部材としては、具
体的には軸、軸受、カム、ギア、すべり板などが挙げら
れ、形状、寸法を問わず任意の場所の摺動面に使用する
ことが出来る。
【0031】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例
により限定されるものではない。なお、潤滑被覆用組成
物および摺動部材の評価は以下の方法で行った。
【0032】(1)スラスト試験(1):表1に記載の
条件下で摩擦係数および摩耗量を測定した。摩擦係数に
ついては、安定時の摩擦係数を示し、また、摩耗量につ
いては、試験後の摺動部材の寸法変化量で示した。
【0033】
【表1】 すべり速度 25m/min 荷重 60kgf/cm2 潤滑 無潤滑 雰囲気温度 室温 相手材 ステンレス鋼(SUS304) 試験時間 8時間
【0034】本発明の摺動部材のスラスト試験(1)の
摩擦係数としては、0.1以下で、摩耗量としては、7
μm以下が望まれる。
【0035】(2)スラスト試験(2):表2に記載の
条件下で摩擦係数および摩耗量を測定した。摩擦係数に
ついては、安定時の摩擦係数を示し、また、摩耗量につ
いては試験後の摺動部材の寸法変化量で示した。
【0036】
【表2】 すべり速度 10m/min 荷重 60kgf/cm2 潤滑 無潤滑 雰囲気温度 200℃ 相手材 アルミニウム合金(A5052) 試験時間 20時間
【0037】本発明の摺動部材のスラスト試験(2)の
摩擦係数としては、0.1以下で、摩耗量としては、1
8μm以下が望まれる。
【0038】(3)スラスト試験(3):表3に記載の
条件下で摩擦係数および摩耗量を測定した。摩擦係数に
ついては、安定時の摩擦係数を示し、また、摩耗量につ
いては試験後の摺動部材の寸法変化量で示した。
【0039】
【表3】 すべり速度 5m/min 荷重 100kgf/cm2 潤滑 油中(エンジンオイル10W−30) 温度 室温 相手材 ステンレス鋼(SUS304) 試験時間 8時間
【0040】本発明の摺動部材のスラスト試験(3)の
摩擦係数としては、0.1以下で、摩耗量としては、1
0μm以下が望まれる。
【0041】実施例1〜11、比較例1〜3 固形分濃度が30重量%のポリアミドイミド樹脂ワニ
ス、固形分濃度が50重量%のポリイミド樹脂ワニスお
よび固体潤滑成分を固形分組成が表5〜9に示す組成と
なるように混合し、この混合溶液にトルエン、キシレン
等を加えて固形分濃度が30重量%の塗料液を調製し
た。30mm×30mm×厚さ1mmの鋼板(SPC
C)を基材とし、ショットブラスト、脱脂処理を施した
面に前記塗料液を吹き付け、80℃で30分間予備加熱
した後、160℃で30分間保持し、さらに270℃で
30分間加熱焼付け処理を行ない、その後自然冷却して
被膜厚さ30μmのプレート状摺動部材を得た。
【0042】表中、各成分の配合割合は重量%の値であ
り、PAIはポリアミドイミド樹脂を、PIはポリイミ
ド樹脂を、PI(割合)は熱硬化性合成樹脂成分におけ
るポリイミド樹脂の重量%を、PTFEは四フッ化エチ
レン樹脂を示す。本実施例におけるポリアミドイミド樹
脂としては、日立化成社製のポリアミドイミド樹脂「H
PC−5000−30(商品名)」を使用した。
【0043】ポリイミド樹脂の種類(PI(種類))を
下記表4に示す。
【0044】
【表4】ポリイミド樹脂A:一般式(1)においてRが
式(2)の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂
(丸善石油化学社製のポリイミド樹脂「BANI−M
(商品名)」)。 ポリイミド樹脂B:一般式(1)においてRが式(3)
の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂(丸善石
油化学社製のポリイミド樹脂「BANI−H(商品
名)」)。 ポリイミド樹脂C:一般式(1)においてRが式(4)
の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂(丸善石
油化学社製のポリイミド樹脂「BANI−X(商品
名)」)。 ポリイミド樹脂D:一般式(5)に示すようなポリアミ
ノビスマレイミド樹脂(チバ・スペシャリティケミカル
社製のポリアミノビスマレイミド樹脂「ケルイミド60
1(商品名)」)。
【0045】
【化6】
【0046】ポリアミドイミド樹脂ワニスの有機溶剤と
しては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とキシ
レンの混合溶剤を、ポリイミド樹脂ワニスの有機溶剤と
しては、ポリイミド樹脂A〜Cについては、メチルエチ
ルケトンを使用した。ポリイミド樹脂Dについては、N
−メチル−2−ピロリドン(NMP)を使用した。
【0047】実施例1〜11および比較例1〜3で製造
した摺動部材のスラスト試験(1)の結果を表5〜表9
に示す。
【0048】
【表5】
【0049】
【表6】
【0050】
【表7】
【0051】
【表8】
【0052】
【表9】
【0053】以上の結果から、本発明の潤滑被覆用組成
物から成る摺動部材はいずれも良好な摩擦摩耗特性を示
した。一方、比較例の組成物から成る摺動部材は、摩擦
係数は本発明の摺動部材と同等であったが、摩耗量が多
く、本発明の目的を達成するものではなかった。
【0054】上述した実施例2、4、8、11および比
較例1〜3の摺動部材について、スラスト試験(2)を
行なった。その結果を表10〜11示す。
【0055】
【表10】
【0056】
【表11】
【0057】(注)*は試験終了前に摩擦係数が急激に
上昇したため試験を中止した。
【0058】以上の結果から、本発明の潤滑被覆用組成
物から成る摺動部材はいずれも、試験後の相手材表面に
損傷は認められず良好な摩擦摩耗特性を示した。一方、
比較例1の摺動部材は、初期の摩擦係数は0.1であっ
たが、摩耗が激しく試験開始後12時間で摩擦係数が急
激に上昇したため試験を中止した。比較例2の摺動部材
は、初期から摩擦係数が0.15と高く、試験開始後6
時間で摩擦係数が急激に上昇したため試験を中止した。
また、比較例3の摺動部材は、摩擦係数が高く摩耗量が
多く、試験後の相手材に損傷も見られ、摺動特性に劣る
ものであった。
【0059】実施例12〜17 固形分濃度が30重量%のポリアミドイミド樹脂ワニ
ス、固形分濃度が50重量%のポリイミド樹脂ワニスお
よび固体潤滑成分を固形分組成が表12〜14に示す組
成となるように混合し、この混合溶液にトルエン、キシ
レン等を加えて固形分濃度が30重量%の塗料液を調整
した。30mm×30mm×厚さ1mmの鋼板(SPC
C)を基材とし、ショットブラスト、脱脂処理を施した
面に前記塗料液を吹き付け、80℃で30分間予備加熱
した後、160℃で30分間保持し、さらに270℃で
30分間加熱焼付け処理を行ない、その後自然冷却して
被膜厚さ30μmのプレート状摺動部材を得た。
【0060】表中、各成分の配合割合は重量%の値であ
り、PAIはポリアミドイミド樹脂を、PIはポリイミ
ド樹脂を、PI(割合)は熱硬化性合成樹脂成分におけ
るポリイミド樹脂の重量%を、PTFEは四フッ化エチ
レン樹脂を示す。本実施例におけるポリアミドイミド樹
脂としては、日立化成社製のポリアミドイミド樹脂「H
PC−5000−30(商品名)」を使用した。ポリイ
ミド樹脂としては、前述のポリイミド樹脂Aを使用し
た。
【0061】実施例12〜17、実施例2、10および
比較例1〜2の摺動部材について、スラスト試験(3)
を行なった。その結果を表12〜15に示す。
【0062】
【表12】
【0063】
【表13】
【0064】
【表14】
【0065】
【表15】
【0066】以上の結果から、本発明の潤滑被覆用組成
物から成る摺動部材はいずれも良好な摩擦摩耗特性を示
した。一方、比較例の組成物からなる摺動被膜を有する
摺動部材は、摩擦係数は本発明の摺動部材とほぼ同等で
あったが、摩耗量が多く、本発明の目的を達成するもの
ではなかった。
【0067】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、高PV値
下で、高温雰囲気下で且つステンレス鋼、アルミニウム
合金の相手材を使用した場合でも、相手材を損傷させる
ことなく、優れた摩擦摩耗特性を発現する潤滑被覆用組
成物および該組成物を被覆した摺動部材が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 義昭 神奈川県藤沢市桐原町8番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者 熊谷 真文 神奈川県藤沢市桐原町8番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者 工藤 昌章 千葉県市原市八幡1496−8 (72)発明者 二重作 則夫 千葉県市原市姉ケ崎3221−1 Fターム(参考) 4J038 CD122 CK021 CK022 DJ051 DJ052 HA036 HA316 HA356 KA06 KA07 MA02 MA06 MA10 NA11 PB06 PC02 4J100 AS13P BC43P BC45P BC66P CA01 DA47 JA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1)で表わされるモノマー単位
    を有するポリイミド樹脂3〜50重量%とポリアミドイ
    ミド樹脂50〜97重量%とから成る熱硬化性合成樹脂
    成分と固体潤滑成分から成る潤滑被覆用組成物。 【化1】 (式中、Rは、C2〜C20のアルキレン基、C5〜C8
    シクロアルキレン基、C6〜C12の2価の芳香族基、―
    a―C64―A’―(但し、aは0または1、Aおよ
    びA’はそれぞれ独立してC1〜C4のアルキレン基を示
    す)で表されるアルキレン・フェニレン基、―C64
    T―C64―(但し、Tはメチレン基、エチリデン基、
    プロピリデン基を示す)で示される基を表す。)
  2. 【請求項2】 式(1)中のRが、下記式(2)、
    (3)または(4)で表される基である請求項1に記載
    の潤滑被覆用組成物。 【化2】
  3. 【請求項3】 固体潤滑成分が四ふっ化エチレン樹脂、
    グラファイト、二硫化モリブデンおよび窒化ホウ素から
    選択される1種または2種以上である請求項1または2
    に記載の潤滑被覆用組成物。
  4. 【請求項4】 固体潤滑成分の量が、潤滑被覆用組成物
    全体量に対して25〜70重量%である請求項1〜3の
    何れかに記載の潤滑被覆用組成物。
  5. 【請求項5】 摺動基材表面に、請求項1〜4の何れか
    に記載の潤滑被覆用組成物を被覆して成る摺動部材。
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