JP2007177037A - チェーンシステム用摺動部材、チェーンガイド、チェーンテンショナー及びチェーンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チェーンシステムに用いられ、樹脂組成物から成るチェーンシステム用摺動部材。樹脂組成物は、母材樹脂とフッ素樹脂とを含有し、フッ素樹脂の含有量が当該樹脂組成物の全量を基準として5〜40%である。母材樹脂は数平均分子量が20000以上の熱可塑性樹脂であり、フッ素樹脂はその表面エネルギーが200〜400μN/cmであり且つ波長600nmにおける可視光透過率が10%以上である。摺動部材を少なくともシュー材摺動部位に備えたチェーンガイド及びチェーンテンショナー。摺動部材とチェーンとを備え、摺動部材とチェーンとが潤滑剤の存在下で摺動するチェーンシステム。
【選択図】なし
Description
特に、自動車の内燃機関で使用されるギア、プーリー、チェーンガイドのシュー材では、摺動特性に加え、140℃以上の耐熱性や耐油性が要求されるため、上記の部品の樹脂化に当たっては、耐熱性や耐油性、機械的強度、耐摩耗性に優れるポリアミド樹脂が適用される。
しかしながら、ポリアミド樹脂は上記のような材料特性に優れるものの、摺動時の摩擦抵抗が高いという問題がある。
また、上記特許文献2に記載の従来技術においては、繊維系充填材を添加した場合には、摺動時に樹脂組成物中から脱落した繊維系充填材が摺動面に留まって研磨材として作用し、樹脂組成物自体の摩耗が促進されたり、また系内に飛散した繊維系充填材が他の摺動部に留まり、他の部品の摩耗を促進してしまうという問題がある。一方、ゴム等の軟質材料を添加した場合には、摩擦抵抗が上昇し、固体潤滑剤を添加した効果が消失するという問題がある。
かかる樹脂組成物は、母材樹脂とフッ素樹脂とを含有し、該フッ素樹脂の含有量が当該樹脂組成物の全量を基準として5〜40%である。
そして、かかる母材樹脂は、数平均分子量が20000以上の熱可塑性樹脂であり、かかるフッ素樹脂は、その表面エネルギーが200〜400μN/cmであり、且つ波長600nmにおける可視光透過率が10%以上である。
このような構成とすることにより、潤滑油や作動油などの潤滑剤の存在下で優れた摩擦特性、特に低い摩擦係数、及び優れた耐摩耗性を併有し、チェーンシステムに好適に使用できるものとなる。
また、所定のフッ素樹脂を含有させるだけで著しく摩擦特性を向上させることができるため、摺動特性改善に対するコストが小さいという利点もある。
このような熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
このようなフッ素樹脂との密着性向上、フッ素樹脂の分散性向上の観点からは、融点250℃以上の熱可塑性樹脂を用いることが望ましく、更に、耐熱性、耐油性、耐衝撃性、コストなどの観点をも考慮すると、ポリアミド樹脂を用いることが望ましい。
このように、コンパウンド材の衝撃強度を確保するためには母材樹脂の分子量を向上させることが有効であるという観点からは、母材樹脂は数平均分子量は25000以上の熱可塑性樹脂であることが好ましい。
一般的に、潤滑油や作動油などの潤滑剤の表面エネルギーは200〜350μN/cm程度である。一方、フリクション低減のために適用される一般的なフッ素樹脂の表面エネルギーは170〜200μN/cm程度であることから、潤滑条件下で一般的なフッ素樹脂を適用した場合は、油との親和性が悪化するため、フッ素樹脂を含有させても無潤滑条件下のようなフリクション低減効果は得られない。
そこで、本発明においては、含有するフッ素樹脂の表面エネルギーを上記200〜400μN/cmの範囲へと改質することによって、好ましくは表面エネルギーを250〜350μN/cmの範囲へと改質することによって、油膜生成、及び油中添加剤の吸着等が阻害されることがなくなり、油膜と固体潤滑材の相乗効果を発揮することができる。
また、フッ素樹脂としては、低フリクションの観点から、テトラフルオロエチレン樹脂を用いることが好適である。
フッ素樹脂粒子の平均粒径が1μm未満の場合には、母材樹脂中に均一に分散させることが困難となり、一方で、平均粒径が50μmを超える場合には、粗大粒子となるために、母材樹脂の強度、特に衝撃強度及び疲労強度を低下させる可能性がある。
フッ素樹脂の含有量が5%未満の場合には、十分なフリクション低減効果が得られない一方、含有量が40%を越える場合には、これ以上フッ素樹脂を含有させてもフリクション低減効果が飽和するとともに、機械的強度が低いフッ素樹脂の含有量が増えるため、樹脂組成物の機械的特性が大幅に低下してしまう。
このような観点から、フッ素樹脂の含有量が、当該樹脂組成物の全量を基準として10〜20%であることが好ましい。
上述の如く、本発明のチェーンガイド及びチェーンテンショナーは、それぞれ上記本発明のチェーンシステム用摺動部材を少なくともチェーンガイド及びチェーンテンショナーのシュー材の摺動部位に備えたものである。
このようなチェーンガイド及びチェーンテンショナーは、潤滑油や作動油などの潤滑剤の存在下で優れた摩擦特性、特に低い摩擦係数、及び優れた耐摩耗性を併有し、チェーンシステムに好適に使用できるものとなる。自動車の内燃機関のチェーンシステムに適用した場合には、摩擦抵抗の低減化によって自動車の燃費を向上させることができる。
このような構成とすることにより、優れた摩擦特性及び耐摩耗性を併有するものとなり、自動車の内燃機関のチェーンシステムに適用した場合には、摩擦抵抗の低減化によって自動車の燃費を向上させることができる。
テトラフルオロエチレンのモールディングパウダー(旭硝子社製、G163)に、酸素分圧133Pa、窒素分圧106657Paの雰囲気、350℃加熱条件のもとで電子線(加圧電圧2MeV)を照射線量100kGyで照射し、テトラフルオロエチレンを改質し、その後、平均粒径が25μmとなるまでジェットミルで粉砕して、テトラフルオロエチレン改質粉末を得た。
2軸押し出し機で造粒したペレットを用いて、シリンダー温度:290℃、金型温度:80℃、射出速度:150mm/秒の条件で、射出成形して、本例の摺動部材(試験片)を得た。
なお、試験片は、図1に示す摩擦試験用の合口20を有するリング試験片10(図中の寸法数値の単位は「mm」である。)及び衝撃試験用の平板試験片(80mm×10mm×4mm)の2つを作製した。
また、得られた摺動部材において、フッ素樹脂の表面エネルギーが280μN/cmであることを純水及びヨウ化メチレンとの接触角測定により確認し、フッ素樹脂の波長600nmにおける可視光透過率が24%であることをJIS K7361に規定する方法により確認した。
数平均分子量が20000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、レオナ(登録商標)1402)80重量部に対し、上記実施例1のテトラフロオロエチレン改質粉末20重量部を混合し、フィードホッパーによって2軸押し出し機に投入した。この際、2軸押し出し機の設定温度は290℃、スクリュー回転数は300rpmとした。
2軸押し出し機でペレットを造粒し、次いで、10Lのエバポレーターに入れ、窒素雰囲気下、200℃で10時間固相重合させ、PA66樹脂の数平均分子量を30000とした。
その後、実施例1と同様の条件で、射出成形して、本例の摺動部材(試験片)を得た。
数平均分子量が20000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、レオナ(登録商標)1402)に替えて、数平均分子量が17000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、1202)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の摺動部材(試験片)を得た。
数平均分子量が20000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、レオナ(登録商標)1402)50重量部に対し、上記のテトラフルオロエチレン改質粉末50重量部を混合した以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の摺動部材(試験片)を得た。
数平均分子量が20000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、レオナ(登録商標)1402)80重量部に対し、平均粒径を25μmにしたテトラフルオロエチレンのモールディングパウダー(旭硝子社製、G163)20重量部を混合した以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の摺動部材(試験片)を得た。
次に、数平均分子量が20000であるPA66樹脂(旭化成ケミカルズ社製、レオナ(登録商標)1402)を用いて、実施例1と同様の条件で、射出成形して、本例の摺動部材(試験片)を得た。
(摩擦試験)
上記各例のリング試験片を用いて、エンジンオイル(日産純正エンジンオイル SLストロングセーブ 5W−30)中で摩擦試験を実施した。摺接させる相手材には、一般的な炭素鋼(S55C調質材、硬度:HRA70)を用いた。試験装置に取り付けるため、上記炭素鋼材の試験片形状は、直径60mm、厚さ10mmのディスク状とし、摺接面の表面粗さは最大粗さ5μmとした。
一方、試験機の下部には、回転軸27に結合されたディスクホルダー26を有し、ディスク25をディスクホルダー26にボルトで固定すると、ディスク25はリング試験片10に対し回転自在となる。次に、リングホルダー21を下降させることにより、リング試験片10とディスク25を摺動関係とさせ、更にリングホルダー21の軸線方向から圧力Pを加えることにより、リング試験片10とディスク25を圧接させる。なお、この際、リング試験片10とディスク25の摺接部はエンジンオイル(日産純正エンジンオイル SLストロングセーブ 5W−30)28中に浸漬されている。
また、比較例3のフリクションが比較例4と同等であるのは、通常のフッ素樹脂は表面エネルギーが低いため潤滑油との濡れ性を阻害してしまうこと、及び結晶サイズが大きいことに起因して相手材であるS55C製ディスク表面に形成されるフッ素樹脂の移着膜の耐摩耗性が低く、移着膜が摩滅してしまうことが原因と推定される。
特に、PA66樹脂の分子量を高分子量化した実施例2及びフッ素樹脂の添加量を増大させた比較例2ではリング試験片摩耗深さは10μm以下となり、耐摩耗性向上効果が顕著となる。
一方、上記各例の試験片を用いて、耐衝撃性を比較するため、衝撃試験を実施した。アイゾット衝撃試験は、試験温度:−30℃、試験片:ノッチなしの条件で実施した。アイゾット衝撃試験の結果を表1に併記する。なお、表中の「NB」は破損なしであることを示す。
衝撃入力が作用する自動車用内燃機関の部品においては、一般的に部品の信頼性確保の観点から、初期アイゾット衝撃値(ノッチなし)は50kJ/m2以上確保したいため、耐衝撃性の観点から比較例1及び2の採用は困難であることが分かる。
以上の摩擦試験と衝撃試験の結果より、摩擦特性、特に低い摩擦係数と実使用上問題ない優れた耐衝撃性を両立可能なのは実施例1及び2のみであることが分かる。
20 合口
21 リングホルダー
22 スナップリング
23 トルク検出器
24 ロードセル
25 ディスク
26 ディスクホルダー
27 回転軸
28 エンジンオイル(日産純正エンジンオイル SLストロングセーブ5W−30)
Claims (10)
- チェーンシステムに用いられ、樹脂組成物から成る摺動部材であって、
上記樹脂組成物は、母材樹脂とフッ素樹脂とを含有し、該フッ素樹脂の含有量が当該樹脂組成物の全量を基準として5〜40%であり、
上記母材樹脂は、数平均分子量が20000以上の熱可塑性樹脂であり、
上記フッ素樹脂は、該フッ素樹脂の表面エネルギーが200〜400μN/cmであり、且つ波長600nmにおける可視光透過率が10%以上である、
ことを特徴とするチェーンシステム用摺動部材。 - 上記母材樹脂が、数平均分子量が25000以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のチェーンシステム用摺動部材。
- 上記フッ素樹脂の含有量が、上記樹脂組成物の全量を基準として10〜20%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のチェーンシステム用摺動部材。
- 上記フッ素樹脂が、平均粒径1〜50μmのフッ素樹脂粒子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のチェーンシステム用摺動部材。
- 上記フッ素樹脂が、平均粒径1〜30μmのフッ素樹脂粒子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のチェーンシステム用摺動部材。
- 上記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、且つ上記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載のチェーンシステム用摺動部材。
- 請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の摺動部材を少なくともシュー材摺動部位に備えたことを特徴とするチェーンガイド。
- 請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の摺動部材を少なくともシュー材摺動部位に備えたことを特徴とするチェーンテンショナー。
- 請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の摺動部材と、チェーンと、を備えたチェーンシステムであって、
上記摺動部材と上記チェーンとが潤滑剤の存在下で摺動することを特徴とするチェーンシステム。 - 上記チェーンの摺動面の表面粗さが最大粗さ5μm以下であることを特徴とする請求項9に記載のチェーンシステム。
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