JP2004339259A - 固体潤滑剤および摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高荷重条件下で鉛を含有する固体潤滑剤と同等もしくは同等以上の摺動特性を発揮し得る鉛を含有しない固体潤滑剤を提供する。
【解決手段】摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤であって、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上のワックス類２０〜４０重量％とメラミンシアヌレート２０〜４０重量％と四ふっ化エチレン樹脂２０〜５０重量％とから成ることを特徴とする固体潤滑剤。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、固体潤滑剤および摺動部材に関し、詳しくは、摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤および摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受などの摺動面に埋め込んで使用する固体潤滑剤は、摺動面に薄膜として形成されて摺動効果を発揮する。それ故、その被膜形成の巧拙が摩擦係数および被膜の寿命に大きな影響を及ぼす。この種の固体潤滑剤としては、層状構造を持つもの、特に、黒鉛を主成分とするものが挙げられる。黒鉛は、その層状構造に起因して荷重方向に対しては大きい抵抗力を示すけれども、すべり方向に対しては抵抗力が小さい。しかも、軟質で、常温から高温までの範囲で潤滑性能を保つことが出来るという特性を有する。
【０００３】
しかしながら、黒鉛を主成分とした固体潤滑剤は、被膜の形成能がやや不足すると共に、繰り返し摩擦に対するその被膜の寿命の点でも充分でない。そのため、低速度・高荷重用途には不向きである。
【０００４】
他方、高荷重用途に使用される固体潤滑剤としては、四ふっ化エチレン樹脂にインジウム、鉛、錫などの軟質金属、ワックスを配合した固体潤滑剤が挙げられる。特に、四ふっ化エチレン樹脂に鉛およびワックスを配合した固体潤滑剤が広く使用されている。この固体潤滑剤は、高荷重条件下の摩擦係数が極めて低く、また、被膜の形成能に優れ、該被膜の寿命も長く、更に、被膜の自己補修性にも優れている。
【０００５】
近年、材料開発の動向は、環境問題への配慮から鉛を含有しない方向に進んでいる。この開発動向は上記固体潤滑剤においても例外ではない。しかしながら、固体潤滑剤において、摺動特性を満足させる上で鉛は重要な構成成分である。特に、軸受などの摺動面に形成された孔または溝に埋め込んで高荷重条件下で使用する場合は、被膜形成能の点からも鉛は重要である。
【０００６】
鉛を含有しない摺動部材として、メラミンとイソシアヌル酸との付加物を含有する樹脂を成形して成る摺動部材が例示されている（特許文献１参照）。しかしながら、メラミンとイソシアヌル酸との付加物を含有する樹脂から成る摺動部材組成物を固体潤滑剤として使用した場合は、高荷重条件下における摩擦係数が十分とは言えない。このため、鉛を含有せずに高荷重条件下で充分な摺動特性を発揮する固体潤滑剤の提供が望まれている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５５−１０８４２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高荷重条件下で鉛を含有する固体潤滑剤と同等もしくは同等以上の摺動特性を発揮し得る鉛を含有しない固体潤滑剤を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の要旨は、摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤であって、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上のワックス類２０〜４０重量％とメラミンシアヌレート２０〜４０重量％と四ふっ化エチレン樹脂２０〜５０重量％とから成ることを特徴とする固体潤滑剤に存する。
【００１０】
本発明の第二の要旨は、摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に、上記固体潤滑剤を埋め込んで成る摺動部材に存する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。先ず、固体潤滑剤について述べる。ワックス類は、主として摩擦係数を低減する作用を有する。使用されるワックス類としては、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上である。
【００１２】
炭化水素系ワックスとしては、炭素数２４以上のパラフィン系ワックス、炭素数２６以上のオレフィン系ワックス、炭素数２８以上のアルキルベンゼン、結晶質のマイクロクリスタリンワックスが挙げられる。これら炭化水素系ワックスは、単独または２種以上の混合物として使用し得る。
【００１３】
高級脂肪酸としては、炭素数１２以上の飽和または不飽和脂肪酸が挙げられる。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラウロレイン酸、ミリストレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸等が挙げられる。
【００１４】
高級脂肪酸エステルは、上記高級脂肪酸と一価または多価アルコールとのエステルである。一価アルコールとしては、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等が挙げられ、多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン等が挙げられる。高級脂肪酸エステルの具体例としては、ステアリルステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ステアリン酸モノグリセリド、ベヘン酸モノグリセリド等が挙げられる。
【００１５】
高級脂肪酸アミドは、上記高級脂肪酸と一価または多価アミンとのアミドである。一価または多価アミンとしては、カプリルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。高級脂肪酸アミドの具体例としては、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等が挙げられる。
【００１６】
ワックス類の配合割合は、通常２０〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％である。配合割合が２０重量％未満の場合は、所望の低摩擦特性が得られず、また、４０重量％を超えた場合は、成形性が悪くなると共に、成形体の強度が低下する。
【００１７】
メラミンシアヌレートは、メラミンとシアヌル酸またはイソシアヌル酸との付加化合物であり、６員環構造のメラミン分子とシアヌル酸（イソシアヌル酸）分子が水素結合により平面状に配列し、その平面が弱い結合力で層状に重なり合っており、二硫化モリブデンやグラファイトの様な劈開性を有すると考えられている。このメラミンシアヌレートは、耐摩耗性、耐荷重性を向上させる作用を有し、その配合割合は、通常２０〜４０重量％、好ましくは３０〜４０重量％である。配合割合が２０重量％未満の場合は、所望の耐摩耗性、耐荷重性の向上効果が得られず、４０重量％を超えた場合は、耐摩耗性を低下させる。
【００１８】
四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）は、主として低摩擦性を付与する作用を有する。本発明で使用される四ふっ化エチレン樹脂は、モールディングパウダーまたはファインパウダーとして主に成形用に使用される四ふっ化エチレン樹脂（以下、「高分子量ＰＴＦＥ」と略称する。）と、放射線照射等により高分子量ＰＴＦＥを分解または四ふっ化エチレン樹脂の重合時に分子量を調節して、高分子量ＰＴＦＥに比べて分子量を低下させた、粉砕し易くまたは分散性がよい、主に添加材料として使用される四ふっ化エチレン樹脂（以下、「低分子量ＰＴＦＥ」と略称する。）とに大別される。四ふっ化エチレン樹脂は、高分子量ＰＴＦＥ単独または高分子量ＰＴＦＥと低分子量ＰＴＦＥとの混合物として使用される。混合物としての高分子量ＰＴＦＥと低分子量ＰＴＦＥとの配合割合（重量）は、通常１：１〜３：１である。
【００１９】
モールディグパウダー用高分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン７−Ｊ（商品名）」、「テフロン７Ａ−Ｊ（商品名）」、「テフロン７０−Ｊ（商品名）」等、ダイキン工業社製の「ポリフロンＭ−１２（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＧ１６３（商品名）」、「フルオンＧ１９０（商品名）」等が挙げられる。ファインパウダー用高分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン６ＣＪ（商品名）」等、ダイキン工業社製の「ポリフロンＦ２０１（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＣＤ０７６（商品名）」、「フルオンＣＤ０９０（商品名）」等が挙げられる。低分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「ＴＬＰ−１０Ｆ（商品名）」等、ダイキン工業社製の「ルブロンＬ−５（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＬ１６９Ｊ（商品名）」等、喜多村社製の「ＫＴＬ−８Ｎ（商品名）」等が挙げられる。
【００２０】
ＰＴＦＥの配合割合は、通常２０〜５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％である。配合割合が２０重量％未満の場合は、所望の低摩擦特性が得られず、５０重量％を超えた場合は、耐摩耗性が悪くなると共に、保形性が悪化し、成形体の強度が低下する。
【００２１】
本発明の固体潤滑剤には、追加成分として、金属石鹸および／またはポリエチレン樹脂および／または燐酸塩を加えてもよい。
【００２２】
金属石鹸は、上記高級脂肪酸とアルカリ金属またはアルカリ土類金属との塩である。具体的には、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等が挙げられる。この金属石鹸は、耐摩耗性を向上させ、摩擦係数を低減させると共に熱安定性を向上させる作用を有する。その配合割合は、通常５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％である。配合割合が５重量％未満の場合は、所望の摩擦係数の低減および耐摩耗性と熱安定性の向上に効果が得られないことがあり、配合割合が２０重量％を超えた場合は、成形性を悪化することがある。
【００２３】
ポリエチレン樹脂は、耐摩耗性を向上させると共に、固体潤滑剤を形成する各成分組成の結合力を高める作用を有する。使用されるポリエチレン樹脂としては、高圧法低密度ポリエチレン（ＨＰＬＤ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超高分子量ポリエチレンと低分子量ないし高分子量ポリエチレンとからなる高分子量ポリエチレン（ＨＭＷＰＥ）等が挙げられる。
【００２４】
ＨＰＬＤは、高圧法により製造されるエチレンの単独重合体で、エチル基などの短鎖分岐の他に長鎖分岐を含み、その密度は通常０．９１０〜０．９４０ｇ／ｃｍ^３である。ＬＬＤＰＥは、中・低圧法により製造されるエチレンとこれ以外のα−オレフィン（プロピレン、ブテン−１、４−メチルペンテン−１、オクテン−１等）との共重合体で、その密度は通常０．９００〜０．９４０ｇ／ｃｍ^３である。このうち、密度が０．９２５〜０．９４０ｇ／ｃｍ^３の共重合体は中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）と称せられる。ＶＬＤＰＥは、ＬＬＤＰＥをさらに低密度化したもので、その密度は０．８８０〜０．９１０ｇ／ｃｍ^３である。ＨＤＰＥは、中・低圧法で製造されるエチレンの単独重合体で、その密度は通常０．９４０〜０．９７０ｇ／ｃｍ^３である。ＵＨＭＷＰＥは、低圧法で製造され分子量が１００万以上のもので、その密度は通常０．９４０ｇ／ｃｍ^３である。
【００２５】
ポリエチレン樹脂の配合割合は、通常５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％である。配合割合が５重量％未満の場合は、結合材としての作用が充分に発揮されないことがあり、また配合割合が２０重量％を超えた場合は、固体潤滑剤を形成する各成分の配合割合が少なくなり、良好な潤滑性能を得ることが困難となる。
【００２６】
燐酸塩としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の第三燐酸塩、第二燐酸塩、ピロ燐酸塩、亜燐酸塩、メタ燐酸塩等が挙げられる。具体的には、燐酸三リチウム、燐酸水素二リチウム、ピロ燐酸リチウム、燐酸三カルシウム、燐酸一水素カルシウム、ピロ燐酸カルシウム、メタ燐酸リチウム、メタ燐酸マグネシウム、メタ燐酸カルシウム等が挙げられる。燐酸塩は、それ自体では潤滑性を示さないが、相手材との摺動において相手材表面への潤滑被膜の形成を助長するという効果を発揮する。これにより、相手材表面に常に良好な潤滑被膜が形成保持され、良好な摺動特性が維持される。
【００２７】
燐酸塩の配合割合は、通常５〜１５重量％、好ましくは１０〜１５重量％である。配合割合が５重量％未満の場合は、相手材表面への潤滑被膜の形成を助長するという効果が発揮されないことがあり、２０重量％を超えた場合は、相手材表面への潤滑被膜の移着量が過多になって、耐摩耗性が低下することがある。
【００２８】
本発明の固体潤滑剤は、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラー等の混合機によって上述の各成分の所定量を混合し、得られた混合物を成形して得られる。成形方法は、特に限定されないが、好ましくは、前記混合物を押出機に供給し、ワックス類が溶融する温度で溶融混練してペレットを作製し、このペレットを射出成形機に供給して成形する方法が採用される。
【００２９】
本発明の摺動部材は、金属材料または合成樹脂等から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔や溝に、上記製造方法によって得られた固体潤滑剤を埋め込んで成る。基材に形成された孔または溝に固体潤滑剤を埋め込む方法としては、圧入固定する方法、固体潤滑剤に接着剤を塗布し、これを孔または溝に固定する方法等が挙げられる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
四ふっ化エチエン樹脂として高分子量ＰＴＦＥ（旭硝子社製の「フルオンＧ１６３（商品名）」）５０重量％とワックス類として炭化水素系ワックスのポリエチレンワックス（クラリアントジャパン社製の「リコワックスＰＥ５２０（商品名）」）１０重量％およびパラフィンワックス（日本精蝋社製の「１５０（商品名）」）１０重量％とメラミンシアヌレート（三菱化学社製の「ＭＣＡ（商品名）」）３０重量％とをヘンシェルミキサーに投入して混合物を作製した。得られた混合物を押出成形機に導入して紐状の成形物を作製したのち、この成形物を細かく切断して該混合物からなるペレットを作製した。ついで、このペレットを射出成形機に供給し、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。
【００３２】
実施例２〜２３、比較例１、３
実施例１において、表２〜表８に示す様に組成を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。成分組成を表２〜表８に示す。
【００３３】
比較例２
ＰＴＦＥ粉末（三井フロロケミカル社製の「テフロン７Ａ−Ｊ（商品名）」）５０体積％と、アトマイズ鉛粉末４０体積％とを混合攪拌して混合物を得た。この混合物をプレス成形機により加圧成形し、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。ついで、この円柱状固体潤滑剤を潤滑油（モービル社製の「ＤＴＥエキストラヘビーオイル（商品名）」）の入った油槽に浸せきし、１０体積％の潤滑油を含浸させた（重量換算でＰＴＦＥ１８．８重量％、鉛７９．６重量％、潤滑油１．６重量％）。
【００３４】
上述した実施例および比較例で得られた固体潤滑剤を銅合金から成る平板状基体の摺動面に形成された孔に埋め込んで摺動部材試験片とし、この摺動部材試験片の摺動性能をスラスト試験により試験した。試験条件を表１に示す。摺動特性を表２〜表８に示す。
【００３５】
【表１】
試験片材質：高力黄銅鋳物４種
相手材材質：ステンレス鋼（ＳＵＳ４０３）
摺動部材試験片の摺動面に占める固体潤滑剤の面積比率：３０％
すべり速度：０．５ｍ／ｍｉｎ
荷重：３００ｋｇｆ／ｃｍ２
潤滑：無潤滑
試験時間：１０時間
【００３６】
【表２】

【００３７】
【表３】

【００３８】
【表４】

【００３９】
【表５】

【００４０】
【表６】

【００４１】
【表７】

【００４２】
【表８】

【００４３】
表中、低分子量ＰＴＦＥとしてダイキン工業社の「ルブロンＬ−５（商品名）」を、マイクロクリスタリンワックスとして日本精蝋社製の「Ｈｉ−Ｍｉｃ−１０８０（商品名）」を、ＨＤＰＥとして三井化学社製「ハイゼックス（商品名）」を、ＬＤＰＥとして住友精化社製の「フローセンＧ７０１（商品名）」を、ＨＭＷＰＥとして三井化学社製の「リュブマー（商品名）」を使用した。
【００４４】
以上の試験結果から明らかなように、本発明の固体潤滑剤を摺動面に埋め込んでなる摺動部材は、低速度・高荷重条件下で優れた摺動特性を示し、比較例１及び比較例２に示す従来の鉛を含有する固体潤滑剤を埋め込んだ摺動部材と同等もしくはそれ以上の性能を示す。他方、メラミンシアヌレートを含有しない比較例３の固体潤滑剤を摺動面に埋め込んだ摺動部材は、摩擦係数が高く、摩耗量も多く、摺動特性に劣っていた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込んで使用されて好適な固体潤滑剤であって、高荷重条件下で鉛を含有する固体潤滑剤と同等もしくはそれ以上の摺動特性を発揮する鉛を含有しない固体潤滑剤が提供される。

Claims (5)

1. 摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤であって、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上のワックス類２０〜４０重量％とメラミンシアヌレート２０〜４０重量％と四ふっ化エチレン樹脂２０〜５０重量％とから成ることを特徴とする固体潤滑剤。
2. 金属石鹸を５〜２０重量％含有する請求項１に記載の固体潤滑剤。
3. ポリエチレン樹脂を５〜２０重量％含有する請求項１または２に記載の固体潤滑剤。
4. 燐酸塩を５〜１５重量％含有する請求項１〜３の何れかに記載の固体潤滑剤。
5. 摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に、請求項１〜４の何れかに記載の固体潤滑剤を埋め込んで成る摺動部材。