JP2004113435A

JP2004113435A - ミシン

Info

Publication number: JP2004113435A
Application number: JP2002280416A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kitamura; 北村　哲弥; Hikoharu Aoki; 青木　彦治
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15
Also published as: CN1493728B; CN1493728A

Abstract

【課題】相対運動する第１部材と第２部材の摺動部分の摺動性と耐磨耗性を格段に高めることができるミシンを提供する。
【解決手段】内釜３の摺動レール１９を覆うように摺動部分に相当する樹脂皮膜３７が設けられており、その樹脂皮膜３７は、少なくともカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含有した熱可塑性ポリイミドによって構成されており、そのＣＮＴの直径は、１００ｎｍ以下で、長さは、１μｍ以上のファイバー形状である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はミシンに関し、特に、相対運動する第１部材と第２部材の摺動部分の耐磨耗性を改善したミシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のミシンにおいては、特開平１０−２７２２７４号公報に示すように、外釜に軌溝が形成され、その軌溝には内釜の軌条が入り込んで摺動するようになっている。そして、内釜の軌条には摺動層が形成されており、この摺動層はポリイミド系樹脂に潤滑剤としてシリコーンオイルが含有されてなる高分子組成物により形成されている。また、この高分子組成物にＰＡＮ系炭素繊維（カーボンファイバー）などの繊維強化剤を含有させることが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７２２７４号公報（第４頁、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のミシンにおいて、摺動層を通常の炭素繊維を含有した高分子組成物により形成しただけでは、摺動部分の摺動性と耐磨耗性を十分に高めることができないという問題点がある。
【０００５】
すなわち、通常の炭素繊維はその直径が５μｍ程度であるので、摺動する表面積全体に対して炭素繊維が露出している表面積が比較的小さく、その結果、摺動部分の摺動特性が悪いという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、相対運動する第１部材と第２部材の摺動部分の摺動性と耐磨耗性を格段に高めることができるミシンを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、請求項１記載のミシンは、相対運動する第１部材と第２部材との間に摺動部分を有するミシンにおいて、少なくとも前記第１部材の摺動部分がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混合した樹脂にて形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この構成によれば、ＣＦよりも格段に直径の小さいＣＮＴを混合したため、摺動する表面積全体に対してＣＮＴが露出している表面積が比較的大きくすることができ、その結果、摺動部分の摺動特性を高めることができる。また、ＣＮＴはチューブ形状であるため、第１部材を軽量化することもできる。
【０００９】
請求項２のミシンは、請求項１の発明において、ＣＮＴの直径が、１００ｎｍ以下で、長さが１μｍ以上のファイバー形状であることを特徴とするものである。この構成によれば、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００１０】
請求項３のミシンは、請求項１または２の発明において、樹脂が熱可塑性のポリイミド若しくはポリアミドイミドであること特徴とするものである。この構成によれば、ポリイミド若しくはポリアミドイミドは摩耗しにくいので、その他の樹脂を使用した場合に比べて、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００１１】
請求項４のミシンは、請求項１〜３の何れかの発明において、ＣＮＴの混合量が１％以上であることを特徴とするものである。この構成によれば、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００１２】
請求項５のミシンは、請求項１〜４の何れかの発明において、樹脂には直径１μｍ以上のＣＦが混合されていることを特徴とするものである。この構成によれば、安価なＣＦと混合することにより、安価に作成することができる。
【００１３】
請求項６のミシンは、請求項１〜５の何れかの発明において、樹脂にはフッ素が混合されていることを特徴とするものである。この構成によれば、更に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施例の工業用ミシンの釜部分の断面図である。まず、図１（ａ）に示す様に、本実施の形態の工業用ミシン（以下単にミシンと称す）は、外釜１と、この外釜１内に回転軸を一致させて収容される内釜３とを備えている。このうち、外釜１は、中央の外釜本体５と、大きな開口部７側に取り付けられるリング状の内釜押え９と、内釜押え９と反対側に設けられたボス部１１とからなる。前記外釜本体５には、外側面１７Ａ及び周側面１７Ｃを有する段部１５が形成されており、この段部１５は、内釜押え９の内側面１７Ｂとによって環状の摺動溝１７を構成している。摺動溝１７は、後述する内釜３の摺動レール１９と嵌合して、内釜２を回動可能に使用する環状の溝であり、外釜１の開口部７の内周面に形成されている。また、前記ボス部１１は、釜駆動軸２１が嵌合される中心孔２３を有している。尚、外釜本体５の周囲には、剣先３１に隣接する部位に、金属板からなる糸さばき板３３が固定されている。
【００１６】
一方、内釜３は、外釜１に嵌合する（一端が閉塞された）円筒部３５を備えており、この円筒部３５の外周に、環状に突出する摺動レール１９が形成されている。つまり、図１（ｂ）に示す様に、この摺動レール１９は、摺動溝１７に嵌合する様に、平行な左右の側面１９Ａ，１９Ｂと、この左右の側面１９Ａ，１９Ｂに直角に外周面１９Ｃとを備えている。従って、内釜３と外釜１とが本願発明の第１部材と第２部材とにそれぞれ相当している。
【００１７】
そして、内釜３の摺動レール１９を覆うように摺動部分に相当する樹脂皮膜３７が設けられている。樹脂皮膜３７は、少なくともＣＮＴを含有した熱可塑性ポリイミドによって構成されている。尚、ＣＮＴの直径は、１００ｎｍ以下で、長さは、１μｍ以上のファイバー形状である。また、必要に応じて更にＣＦを含有させたり、フッ素樹脂を添加するようにしてもよい。
【００１８】
このように、従来の直径５μｍのＣＦから直径１００ｎｍのＣＮＴにすることで、直径が５０分の１となり、その長さも相似的に小さいとすると、同一体積で樹脂マトリクスの表面に出現するカーボン表面積は５０倍となる。ＣＦ及びＣＮＴは樹脂に比べて硬いので表面への出現量が多くなるほど摺動特性は良好となる。従って、同一重量を混合したとき、ＣＦに比べてＣＮＴの方が摺動特性は良好となる。また、より多く混合させることも可能である。また、チューブ形状であるので軽量化にもなる。
【００１９】
次に、本実施の形態を含む本発明のミシンの効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００２０】
図２は、特開平８−１７３６６８号公報に記載の公知のピンオンディスク型試験器を用いて行った実験結果である。
【００２１】
尚、ディスク材質は、ＳＣＭ４１５（クロモリ鋼）浸炭焼き入れであり、ピン形状は、ＳＲ８（球面）であり、スピードは４ｍ／ｓであり、荷重は０．５ｋｇｆであり、これは、実際のミシン実機の摺動条件を想定している。
【００２２】
そして、ピン材質は、カーボンファイバー３０％含有し、フッ素樹脂を添加した熱可塑性ポリイミドにＣＮＴを０，１，３，５％（重量％）混合した４タイプである。
【００２３】
また、摩耗量は４０分後のピンの径から計算し、荷重と走行距離で除することで摩耗率を算出した。
【００２４】
その結果、ＣＮＴを混合しない（０％）タイプは、その摩耗率が０．００５５５ｍｍ^３／ｋｇｆｍであったのに対し、ＣＮＴを１％混合したタイプは、その摩耗率が０．００３ｍｍ^３／ｋｇｆｍであり、ＣＮＴを３％混合したタイプは、その摩耗率が０．００３ｍｍ^３／ｋｇｆｍであり、ＣＮＴを５％混合したタイプは、その摩耗率が０．００２ｍｍ^３／ｋｇｆｍであった。従って、ＣＮＴを１％以上混合すると効果が得られ、望ましくは５％以上混合するとよい。
【００２５】
尚、摩擦係数については大きな変化はなかった。
【００２６】
次に、図３において、ポリイミド＋ＣＦ＋フッ素、ポリイミド＋ＣＦ、ポリイミド＋フッ素、ポリイミドのそれぞれ４種類の素材に対してＣＮＴ混合量を変えて実験した結果を示す。
【００２７】
この実験結果からＣＮＴ混合量を多くすると全ての素材において、摩耗率が低下する傾向が確認された。また、フッ素を入れた場合は、摩擦係数が０．４→０．２へと低下して、すべり性が優れるため、摩耗率が低下した。また、図３には図示していないが、ポリイミド単体にＣＮＴを２０％以上混ぜると、ポリイミド＋ＣＦ＋１０％ＣＮＴと同等の摩耗率が得られることが確認されているが、ＣＮＴは高価であるので、今のところＣＦとの混合タイプでの使用が望ましい。
【００２８】
次に、図４において、ミシン実機の釜にて実験した結果を以下に示す。ミシン主軸４０００ｒｐｍ（釜軸８０００ｒｐｍ）にて５秒間のｏｎ−ｏｆｆを繰り返した結果である。尚、釜の摺動部分が摩耗して、そのガタが０．２ｍｍになった時点が釜のおおよその寿命である。
【００２９】
この結果から、わかるように従来のＣＦを混合した釜では約４００時間の寿命であったが、ＣＮＴを５％以上混合した釜では、倍の８００時間の耐久性が達成された。
【００３０】
次に、本発明の変形の形態について説明する。
【００３１】
本実施の形態においては、摺動レール１９を樹脂被膜３７で覆うようにしているが、摺動レール１９そのものを、ＣＮＴを含有した樹脂にて形成したり、内釜全体をＣＮＴを含有した樹脂にて形成したりしてもよい。更に、外釜１の段部１５、若しくは外釜全体をＣＮＴを含有した樹脂にて形成してもよい。外釜と内釜との摺動部分に限定されることなく、例えば、針棒と針棒支持部材との摺動部分、天秤軸と滑り子との摺動部分、クランクレバーとクランク軸との摺動部分等にも利用可能である。
【００３２】
また、本実施の形態においては、射出成形可能なように、ベースレジンとして熱可塑性ポリイミドを用いた例を示したが、他の樹脂を用いることも可能である。熱可塑性といえども上記ポリイミド樹脂は溶融温度が４００℃であり、成形の際には金型などを４００度以上に加熱する必要があり、非常に高温であり、取り扱いが非常に困難である。ポリアミドイミド樹脂はポリイミドと同等レベルの摺動特性が得られることが実験で確認されていて、溶融温度が３００℃近辺であるのでこれを使用することも可能である。ポリイミドは摺動材料として用いられる樹脂の中でも最も硬くて摩耗しにくい材料ではあるが、コスト・成形性から他の樹脂に変更することも可能である。ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等比較的多く摺動材料として使われる樹脂にしてもＣＮＴ添加により耐摩耗性は各段に向上できることは可能である。
【００３３】
また、今回は完全無潤滑（無給油）での例を示したが、グリース、油潤滑、微量給油条件下でも、この構成の材料は摺動特性が最も優れており、これらと併用することで高寿命を達成することが出来る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１記載のミシンは、少なくとも第１部材の摺動部分がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混合した樹脂にて形成されており、ＣＦよりも格段に直径の小さいＣＮＴを混合したため、摺動する表面積全体に対してＣＮＴが露出している表面積が比較的大きくすることができ、その結果、摺動部分の摺動特性を高めることができる。また、ＣＮＴはチューブ形状であるため、第１部材を軽量化することもできる。
【００３５】
請求項２のミシンは、ＣＮＴの直径が、１００ｎｍ以下で、長さが１μｍ以上のファイバー形状であるため、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００３６】
請求項３のミシンは、樹脂が熱可塑性のポリイミド若しくはポリアミドイミドであるため、ポリイミド若しくはポリアミドイミドは摩耗しにくいので、その他の樹脂を使用した場合に比べて、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００３７】
請求項４のミシンは、ＣＮＴの混合量が１％以上であるため、格段に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【００３８】
請求項５のミシンは、樹脂には直径１μｍ以上のＣＦが混合されているため、安価なＣＦと混合することにより、安価に作成することができる。
【００３９】
請求項６のミシンは、樹脂にはフッ素が混合されているため、更に摺動部分の摺動特性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る釜構造を示し、（ａ）はその外釜及び内釜の断面図であり、（ｂ）はその摺動部分を拡大して示す断面図である。
【図２】実験結果のデータを示すグラフである。
【図３】実験結果のデータを示す別のグラフである。
【図４】実験結果のデータを示す別のグラフである。
【符号の説明】
１　　　　外釜
３　　　　内釜
１７　　　摺動溝
１９　　　摺動レール
３７　　　樹脂皮膜

Claims

相対運動する第１部材と第２部材との間に摺動部分を有するミシンにおいて、
少なくとも前記第１部材の摺動部分がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混合した樹脂にて形成されていることを特徴とするミシン。
前記ＣＮＴの直径が、１００ナノメートル（ｎｍ）以下で、長さが１マイクロメートル（μｍ）以上のファイバー形状であることを特徴とする請求項１記載のミシン。
前記樹脂が熱可塑性のポリイミド若しくはポリアミドイミドであること特徴とする請求項１または２に記載のミシン。
前記ＣＮＴの混合量が１％以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のミシン。
前記樹脂には直径１μｍ以上のカーボンファイバー（ＣＦ）が混合されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のミシン。
前記樹脂にはフッ素が混合されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のミシン。