JP2006143964A

JP2006143964A - 摺動部品

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Publication number: JP2006143964A
Application number: JP2004338986A
Authority: JP
Inventors: Mikio Harada; 幹雄原田; Yasuo Imatomi; 康夫今富
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20060111500A1; EP1662081A3; CN1781990A; US7521500B2; TW200632038A; EP1662081A2; CN1781990B

Abstract

【課題】耐摩擦性、耐衝撃性、吸湿時の形状安定性および低コストに優れたポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部品を提供すること。
【解決手段】少なくとも摺動面に、ポリアミド樹脂８５重量部以上９５重量部以下およびワラストナイト５重量部以上１５重量部以下の合計１００重量部に対して、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された変性スチレン系共重合体３重量部以上１０重量部以下と、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された重量平均分子量５万以上４０万以下の変性高密度ポリエチレン０．５重量部以上５重量部以下と、を含有し、前記ポリアミド樹脂には、当該ポリアミド樹脂全体を１００重量部としたときに、ナイロン６樹脂を１０重量部以上５０重量部以下、ナイロン６６樹脂を５０重量部以上９０重量部以下の割合でブレンドしたものを用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐摩擦性および耐衝撃性に優れたポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部品に関し、特に、吸湿時の形状安定性および低コストに優れたポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部品に関する。

ナイロン等のポリアミドは、機械特性、耐摩耗性に優れているため、自動車用ドアチェックレバー、ギア、カム軸受などの摺動部品に広く用いられている。この種の用途に使用されるプラスチック材料については、耐摩耗性、耐衝撃性等の特性を満たすことが必要とされる。ポリアミド自体は上記特性を充分に備えないことから、ポリアミドにワラストナイト、エラストマー、変性高密度ポリエチレン、ケブラー繊維等の添加物を混入したポリアミド樹脂組成物が摺動部品に用いられるようになっている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載のポリアミド樹脂組成物では、（Ａ）ポリアミド樹脂８５〜９５重量部および（Ｂ）ワラストナイト５〜１５重量部の合計１００重量部に対して、（Ｃ）不飽和カルボン酸および／または不飽和ジカルボン酸無水物で変性された変性スチレン系共重合体３〜１０重量部、および（Ｄ）不飽和カルボン酸および／または不飽和ジカルボン酸無水物で変性された重量平均分子量５〜４０万の変性高密度ポリエチレン０．５〜５重量部が含有されている。特許文献２に記載のポリアミド樹脂組成物では、ナイロンにケブラー繊維を添加している。

特許第３４１７６００号公報特開平５−６５３２８号公報

しかしながら、従来のポリアミド樹脂組成物よりなる摺動部品は、吸湿時に材料の撓み量が大きくなり、自動車用ドアチェックレバーに用いた場合には吸湿時の撓み（変形）によりドア開閉の操作力が大きくなってしまい製品機能を満足しない。さらに、従来のケブラー繊維を含むポリアミド樹脂組成物よりなる摺動部品は、ケブラー繊維が高価なため、コスト低減が必要である。

本発明の課題は、耐摩擦性、耐衝撃性、吸湿時の形状安定性および低コストに優れたポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部品を提供することである。

本発明においては、ポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部品において、少なくとも摺動面に、ポリアミド樹脂８５重量部以上９５重量部以下およびワラストナイト５重量部以上１５重量部以下の合計１００重量部に対して、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された変性スチレン系共重合体３重量部以上１０重量部以下と、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された重量平均分子量５万以上４０万以下の変性高密度ポリエチレン０．５重量部以上５重量部以下と、を含有したポリアミド樹脂組成物を用い、前記ポリアミド樹脂には、当該ポリアミド樹脂全体を１００重量部としたときに、ナイロン６樹脂を１０重量部以上５０重量部以下、ナイロン６６樹脂を５０重量部以上９０重量部以下の割合でブレンドしたものを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、吸湿時の形状安定性、耐摩擦性、耐衝撃性、低コストをともに満足することができる。

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。実施形態に係るポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂８５〜９５重量部およびワラストナイト５〜１５重量部の合計１００重量部に対して、変性スチレン系共重合体３〜１０重量部と、および変性高密度ポリエチレン０．５〜５重量部と、を含有する。

ポリアミド樹脂には、当該ポリアミド樹脂全体を１００重量部としたときに、ナイロン６を１０〜５０重量部、ナイロン６６を５０〜９０重量部の割合で混合したものが用いられる。これにより、吸湿時の形状安定性（操作性）等に寄与する。ナイロン６が１０重量部未満（ナイロン６６が９０重量部より多い）であると耐摩擦性および耐衝撃性が不充分となる。一方、ナイロン６が５０重量部より多い（ナイロン６６が５０重量部未満）と吸湿時の形状安定性が不充分となる。ナイロン６とナイロン６６の混合割合の好ましい範囲はナイロン６が１０〜４０重量部、かつ、ナイロン６６が６０〜９０重量部であり、より好ましくはナイロン６が１０〜３０重量部、かつ、ナイロン６６が７０〜９０重量部である。なお、ナイロン６及びナイロン６６には、例えば、東洋紡社製のナイロン６及びナイロン６６を用いることができる。

ワラストナイトは、無機充填剤であり、一般市販のものを使用することができる。ワラストナイトの使用量は、５〜１５重量部であり、ポリアミド樹脂との合計を１００重量部とする。ワラストナイトが５重量部未満のときは、機械的性質および熱的性質が不充分となる。一方、１５重量部を超えると、表面の良好な成形品が得難く、耐摩耗性が損なわれるおそれがある。ワラストナイトの好ましい使用量は７〜１３重量部であり、より好ましくは８〜１２重量部である。

変性スチレン系共重合体は、スチレン系共重合体を不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性したものである。これは、摩擦特性および疲労限界の向上に寄与する。スチレン系共重合体は、公知のＳ（スチレン）−Ｂ（ブタジエン）−Ｓ型の対称ブロック型構造をしたスチレンブロックコポリマーである。ＳおよびＢはそれぞれ重合体ブロックを示し、中心ブロックＢは、ポリイソプレンでもかまわないが、ポリブタジエンが好ましい。また、水素添加によって、ポリブタジエン中の二重結合の一部を飽和アルキル基（エチレン鎖）にしたもの（ＳＥＢＳ）が推奨される。両末端ブロックＳは、芳香族炭化水素の重合体ブロックを示し、好適にはポリスチレンからなるブロックである。末端ブロックＳの分子量は４０００〜１１５０００、より好ましくは５０００〜１５０００、中心ブロックＢの分子量は２００００〜４５００００、より好ましくは２５０００〜１０００００であることが望ましい。このような水素添加スチレン系ブロック共重合体は、容易に市場で入手でき、例えばシエル化学より「クレイトンＧ１６５０」、「クレイトンＧ１６５１」、「クレイトンＧ１６５７」等の商品名およびグレード名で市販されている。変性スチレン系共重合体は、ポリアミド樹脂とワラストナイトの合計１００重量部に対して、３〜１０重量部配合される。３重量部未満の場合、繰り返し疲労性の改善が見られず、１０重量部より多い場合、ざらつき摩耗量が多くなる。

変性高密度ポリエチレンは、高密度ポリエチレンを不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性したものである。これは、摩擦特性および疲労限界の向上に寄与する。高密度ポリエチレンは、分子量が５〜４０万、密度０．９４ｋｇ／ｃｍ^２以上の高密度ポリエチレンである。変性高密度ポリエチレンの重量平均分子量は、５〜４０万である。分子量が５万未満では、得られる成形品の耐摩耗性が不充分となり、分子量が４０万を超えると成形が困難になるため好ましくない。高密度ポリエチレンには、その性質を損なわない範囲内で他のモノマー、例えば、プロピレン、ブテン−１、ペンテン、４−メチルペンテン−１、ヘキセン、オクテン、デセン等のα−オレフィン類、ブタジエン、イソプレン等のジエン類、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン等のシクロオレフィン類、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアクリレート類が共重合されたものを用いることができる。変性高密度ポリエチレンの配合量は、ポリアミド樹脂とワラストナイトの合計１００重量部に対して０．５〜５重量部配合される。０．５重量部未満の場合は、成形品の耐摩耗性が不充分であり、含有量が５重量部を超えると成形品の剛性等の力学的性質が低下すると共に耐熱性も低下するため好ましくない。なお、変性高密度ポリエチレンには、例えば、三井石油化学社製ハイゼックスを用いることができる。

なお、スチレン系共重合体および高密度ポリエチレンを変性させるための不飽和カルボン酸または不飽和ジカルボン酸無水物としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸等の不飽和カルボン酸や、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸が挙げられ、これらのうち１種以上を用いることができる。特に無水マレイン酸が好ましい。

前記スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンと不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボン酸との変性反応は、ラジカル発生用の過酸化物の存在下に、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンと上記不飽和ジカルボン酸無水物または不飽和カルボン酸とを混合し、押出機、ミキサー等で１００〜２５０℃で１〜１０分混練することによって行なうことができる。不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボン酸の量は、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンに対して、０．１〜５重量部が好ましい。

ポリアミド樹脂組成物においては、摺動部品に成形した場合の摺動特性、すなわち摩擦・摩耗特性のより一層の改良のために、コストが抑えられる範囲内において、ポリアミド樹脂、ワラストナイト、変性スチレン系共重合体、および変性高密度ポリエチレンの他に炭素繊維、フッ素樹脂粉末、二硫化モリブデン、ガラスビーズ等の添加剤を添加することができる。また、摺動部品の力学的性質、電気的性質等の改良のために、炭素カルシウム、硫酸バリウム等の充填材、チタン酸カリウム等のウイスカー、カーボンブラック、金属粉末等の導電性改良充填材を樹脂成形品の摺動特性を損なわない範囲内において添加することができる。さらに、酸素、熱、紫外線等に対する劣化防止剤や、安定剤、滑剤、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、離型剤等を樹脂成形品の摺動特性を損なわない範囲内において添加してもよい。

ポリアミド樹脂組成物は、各成分を単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、二軸ロール等の装置を用いて混練することにより製造される。混練機の種類や混練条件についての制限は特にない。

このようにして得られたポリアミド樹脂組成物は、射出成形機を用いて摺動部品に形成される。摺動部品は、少なくとも摺動面にポリアミド樹脂組成物を用いたものであり、全体がポリアミド樹脂組成物よりなるものや、ポリアミド樹脂組成物でインサート材（例えば、鉄）の全体又は一部を被覆したものでもよい。摺動部品として、例えば、自動車用ドアチェックレバー、ギア、カム軸受などが挙げられる。

次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係るポリアミド樹脂組成物を用いたドアチェックレバーを含むドアチェック装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。図２は、本発明の一実施例に係るポリアミド樹脂組成物を用いたドアチェックレバーを含むドアチェック装置の主要部を模式的に示した部分断面図である。図３は、本発明の一実施例に係るドアチェックレバーを含むドアチェック装置の主要部を模式的に示した部分斜視図である。なお、図中矢印ＦＲは車体前方方向を、矢印ＵＰは車体上方方向を、矢印ＩＮは車幅方向内側を示す。

図１を参照すると、ドアチェック装置１０のチェックレバー１１は、金属製の長板状のインサート１２と、このインサート１２の長手方向中間部に上記実施形態で示したポリアミド樹脂組成物を用いた摺動部１４を一体成形したものである。インサート１２の一方に端部１２Ａは、ピン１５によって、車体のピラー（図示せず）に揺動可能に支持されている。また、インサート１２の他方の端部１２Ｂは、金属製のブラケット１６と、このブラケット１６に固定されたラバー１８と、を貫通しており、ブラケット１６のラバー１８と反対側のインサート１２の先端には抜け止め防止用のピン２０が設けられている。

チェックレバー１１の摺動部１４には、インサート１２の端部１２Ａ側から、長手方向に沿って２か所の厚肉の山部１４Ａ、１４Ｂが形成されている。これらの山部１４Ａと山部１４Ｂとの間には、薄肉の第１の谷部１４Ｃが形成され、山部１４Ｂのラバー１８側には、薄肉の第２の谷部１４Ｄが形成されており、ドアの開放角度に節度を与えるようになっている。

一方、ドアのインナパネル（図示せず）には、ケース２６が、ケース２６の上フランジ２６Ａと下フランジ２６Ｂとに溶着されたウエルドボルト２８と、ナット（図示せず）とによって固定されている。

ケース２６の上下方向中央部は、矩形箱状の収容部２６Ｃとなっている。この収容部２６Ｃの底部中央には、矩形状の貫通孔２９が穿設されており、チェックレバー１１が挿通している。また、収容部２６Ｃ内には、チェックレバー１１の摺動部１４を挟む一対の摺動子としてのシュー３０と、これらのシュー３０を挟む一対の付勢手段としてのゴムダンパ３２が収容されており、一対のシュー３０は、それぞれゴムダンパ３２の付勢力によって、チェックレバー１１の摺動部１４側に押圧されている。

また、ケース２６の収容部２６Ｃは、ケースカバー３４で閉塞されており、シュー３０とゴムダンパ３２とが飛び出さないようになっている。なお、このケースカバー３４には、貫通孔２９と対向する部位に、チェックレバー１１が挿通する矩形状の貫通孔３６が穿設されており、上端部近傍３４Ａと下端部近傍３４Ｂには、それぞれ、ケース２６のウエルドボルト２８が挿通する貫通孔３８が穿設されている。

図２を参照すると、シュー３０は、潤滑性を有する高分子ポリマーを混合させたポリアセタール樹脂で形成されている。

次に、本実施例の作用について説明する。図２及び図３を参照すると、ドアチェック装置１０では、ドア開閉に伴い、チェックレバー１１の摺動部１４とシュー３０とが摺動する。この時、一対のシュー３０は一対のゴムダンパ３２の付勢力（図２の矢印Ｆ）によって、摺動部１４に押圧されている。従って、チェックレバー１１の摺動部１４とシュー３０とが摺動すると、シュー３０を構成する潤滑性を有する高分子ポリマーがチェックレバー１１の摺動部１４とシュー３０との摺動面にしみだして潤滑材として作用する。

次に、本発明の実施例に係るポリアミド樹脂組成物を用いたチェックレバーの特性について、比較例と対比しながら説明する。各種ポリアミド樹脂組成物（表１参照）を用いてチェックレバー（図１の１１参照）を製造し、チェックレバーの摺動部（図１の１４参照）に係るポリアミド樹脂組成物の耐摩耗性、吸湿時の操作力、及び耐衝撃性を測定した。測定結果を表２に示す。

ここで、表１における「ナイロン６」及び「ナイロン６６」の欄は、ナイロン６及びナイロン６６の一方又は両方よりなるポリアミド樹脂全体を１００重量部としたときのナイロン６の重量部、およびナイロン６６の重量部を示している。表１における「ワラストナイト等」の欄は、ワラストナイト、変性スチレン系共重合体および変性高密度ポリエチレンの有無を示している。「ワラストナイト等」が有りの場合、（ａ）ワラストナイトはポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部のうち１０重量部含有し、（ｂ）変性スチレン系共重合体はポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部に対して５重量部含有し、（ｃ）変性高密度ポリエチレンはポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部に対して２．５重量部含有するものである。「ワラストナイト等」が無しの場合、ワラストナイト、変性スチレン系共重合体および変性高密度ポリエチレンのいずれも含有しないものである。

また、チェックレバーは、表１のポリアミド樹脂組成物のペレットを用い下記の条件で射出インサート形成して製造した。
成形機：１００ｔ熱可塑性射出成形機
シリンダ温度：２７０〜３００℃
金型温度：７０〜９０℃
射出圧力：３０〜６０ＭＰａ
射出時間：１５秒
冷却時間：１５秒
インサート：鉄製１．６ｍｍ厚板板

（耐摩耗性試験）
耐摩耗性試験では、製造したチェックレバー（図１の１１）をドアチェック装置（図１の１０参照）に装着し、ドアの開閉を３万回繰り返した後のドアの操作力変化率を測定した。操作力変化率が−３０％以内であれば製品要求特性を満足する（合格）と判定する。

（吸湿時の操作力試験）
製造したチェックレバー（図１の１１）を８０℃の熱水中に２４時間浸漬して、摺動部（図１の１４参照）に係るポリアミド樹脂組成物に吸水させた後のドアの操作力を測定した。ドアの操作力が１０Ｎ・ｍ以下であれば製品要求特性を満足する（合格）と判定する。

（耐衝撃性試験）
−３０℃の雰囲気下で、図４のように、固定台上に配置されたチェックレバーの摺動部上に先端のとがった治具を（先端部を摺動部に当接させて）配置し、当該治具の上面から一定の高さから一定の重りを落下させたときに、チェックレバーの摺動部に割れが生ずるか否かを測定した。割れがなければ製品要求特性を満足する（合格）と判定する。

表２のコストについては、ケブラー繊維を含む比較例３のコストを１００とした場合の指数である。

測定結果について検証する。表１及び表２を参照すると、ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂がナイロン６のみの比較例２は、耐摩耗性や耐衝撃性に優れているものの、摺動部の吸水量が多くなるため（撓み量が大きくなるため）、吸湿時の操作力が大きくなってしまう。ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂がナイロン６６のみの比較例１は摺動部の吸水量が少ないため、吸湿時の操作力が小さく良好であるが、耐摩耗性や耐衝撃性が低下してしまう。ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂がナイロン６６のみであってもケブラー繊維を含む比較例３の場合は耐摩耗性、吸湿時の操作力、及び耐衝撃性のいずれの特性においても製品要求特性を満足するものの、コストが高くなってしまうといったデメリットがある。一方、ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂がナイロン６とナイロン６６がブレンドされた実施例１〜３については、耐摩耗性、吸湿時の操作力、耐衝撃性及びコストのいずれにおいても満足するものであった。

（圧縮歪量試験）
次に、ポリアミド樹脂中のナイロン６とナイロン６６の比率を変えてみたときのポリアミド樹脂組成物の圧縮歪量を検証する。ナイロン６とナイロン６６比率を変更したテストピースを作成し、（１）テストピースを８０℃の熱水中で２４時間浸漬して吸水させたもの（吸湿時）、（２）テストピースを絶乾したもの（絶乾時）、それぞれの圧縮歪量を測定した。圧縮歪量の測定方法は、図５のように固定台と圧縮部の間にテストピース（幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍ）と円柱（φ６ｍｍ）を配置し、テストピースを圧縮（負荷８００Ｎ、負荷速度１ｍｍ／ｍｉｎ）して圧縮歪量を測定した。その測定結果を図６に示す。

なお、ポリアミド樹脂組成物において、（ａ）ワラストナイトはポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部のうち１０重量部含有し、（ｂ）変性スチレン系共重合体はポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部に対して５重量部含有し、（ｃ）変性高密度ポリエチレンはポリアミド樹脂およびワラストナイトの合計１００重量部に対して２．５重量部含有するものである。

その結果、テストピースを絶乾したものは、ナイロン６とナイロン６６の比率にかかわらず、ポリアミド樹脂組成物の圧縮歪量に変化がみられなかった。テストピースを吸水させたものについては、ナイロン６が０重量部（ナイロン６６が１００重量部）に近づくにつれ、テストピースへの吸水量が少なくなるため、吸湿時の圧縮歪量が小さくなるが、耐摩耗性や耐衝撃性が低下してしまう。一方、ナイロン６が１００重量部（ナイロン６６が０重量部）に近づくにつれ、テストピースへの吸水量が多くなるため、吸湿時の圧縮歪量が大きくなる。このことから、ポリアミド樹脂として、ナイロン６を１０〜５０重量部、ナイロン６６を５０〜９０重量部の割合で混合したものを用いることにより、吸湿時の圧縮歪量、耐摩耗性、耐衝撃性のバランスが取れる。ナイロン６とナイロン６６の混合割合の好ましい範囲はナイロン６が１０〜４０重量部、かつ、ナイロン６６が６０〜９０重量部であり、より好ましくはナイロン６が１０〜３０重量部、かつ、ナイロン６６が７０〜９０重量部であるといえる。

本発明の一実施例に係るドアチェックレバーを含むドアチェック装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。本発明の一実施例に係るドアチェックレバーを含むドアチェック装置の主要部を模式的に示した部分断面図である。本発明の一実施例に係るドアチェックレバーを含むドアチェック装置の主要部を模式的に示した部分斜視図である。耐衝撃性試験の内容を説明するための模式図である。圧縮歪量の測定方法を説明するための模式図である。ポリアミド樹脂中のナイロン６とナイロン６６の比率を変えてみたときのポリアミド樹脂組成物の圧縮歪量の測定結果を示したグラフである。

符号の説明

１０ドアチェック装置
１１チェックレバー
１２インサート
１２Ａ、１２Ｂ端部
１４摺動部
１４Ａ、１４Ｂ山部
１４Ｃ第１の谷部
１４Ｄ第２の谷部
１５ピン
１６ブラケット
１８ラバー
２０ピン
２６ケース
２６Ａ上フランジ
２６Ｂ下フランジ
２６Ｃ収容部
２８ウエルドボルト
２９貫通孔
３０シュー
３２ゴムダンパ
３４ケースカバー
３４Ａ上端部近傍
３４Ｂ下端部近傍
３６貫通孔
３８貫通孔

Claims

少なくとも摺動面に、ポリアミド樹脂８５重量部以上９５重量部以下およびワラストナイト５重量部以上１５重量部以下の合計１００重量部に対して、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された変性スチレン系共重合体３重量部以上１０重量部以下と、不飽和カルボン酸および不飽和ジカルボン酸無水物の一方又は両方で変性された重量平均分子量５万以上４０万以下の変性高密度ポリエチレン０．５重量部以上５重量部以下と、を含有したポリアミド樹脂組成物を用い、
前記ポリアミド樹脂には、当該ポリアミド樹脂全体を１００重量部としたときに、ナイロン６樹脂を１０重量部以上５０重量部以下、ナイロン６６樹脂を５０重量部以上９０重量部以下の割合でブレンドしたものを用いたことを特徴とするの摺動部品。