JP2011079921A - 摺動用樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】 摺動の初期において迅速に相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜を形成して摩擦係数が低下する摺動用樹脂組成物を提供する。
【解決手段】 ＰＴＦＥ膜形成助剤４を表面に埋収したＰＴＦＥ３の粒子が合成樹脂２中に分散された状態の樹脂組成物１を用いることにより、樹脂組成物１の摺動面におけるＰＴＦＥ３の粒表面が相手軸の表面に接触するとき、その接触部にはＰＴＦＥ膜形成助剤４も存在している。このため、相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間の短時間化が可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＰＴＦＥ膜形成助剤４を表面に埋収したＰＴＦＥ３の粒子が合成樹脂２中に分散された状態の樹脂組成物１を用いることにより、樹脂組成物１の摺動面におけるＰＴＦＥ３の粒表面が相手軸の表面に接触するとき、その接触部にはＰＴＦＥ膜形成助剤４も存在している。このため、相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間の短時間化が可能となる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、合成樹脂に固体潤滑剤としてＰＴＦＥとＰＴＦＥ膜形成助剤とを含有させた摺動用樹脂組成物に関するものである。
従来、各種合成樹脂に固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称する）を含有させた摺動用樹脂組成物が用いられている。この種の摺動用樹脂組成物においては、各種合成樹脂にＰＴＦＥだけでなく、さらにリン酸塩を含有させたものが提案されている。ＰＴＦＥとリン酸塩とを含有した摺動用樹脂組成物を用いると、摺動時にリン酸塩が相手材の表面へのＰＴＦＥの移着を助長し、相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜が形成され、樹脂摺動部材の無給油潤滑下での摺動特性が向上するものである。
例えば、特許第２７７７７２４号公報（特許文献１）に開示される技術では、ＰＴＦＥ膜形成助剤としてリン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸バリウム、リン酸リチウムを挙げているが、近年、これら以外にも第三リン酸リチウム、第三リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム又は無水物、リン酸水素マグネシウム又は無水物、ピロリン酸リチウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、メタリン酸リチウム、メタリン酸カルシウム、メタリン酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機化合物も同じくＰＴＦＥ膜形成助剤として機能することが知られている。
しかしながら、特許文献１のように合成樹脂にＰＴＦＥとＰＴＦＥ膜形成助剤とを均一に分散させた樹脂組成物を用いても、摺動を開始した初期であって相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜が形成されるまでの間は、摩擦係数が高く、スティックスリップを起こし、摺動部材を用いる装置に振動や摺動音が発生する場合があった。本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、摺動の初期において迅速に相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜を形成して摩擦係数が低下する摺動用樹脂組成物を提供することにある。
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、合成樹脂に固体潤滑剤としてＰＴＦＥとＰＴＦＥ膜形成助剤とを含有させた摺動用樹脂組成物において、合成樹脂には、ＰＴＦＥを粒状で分散させ、ＰＴＦＥの粒表面には、ＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させていることを特徴とする。
なお、本発明におけるＰＴＦＥの粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤が埋収した状態とは、ＰＴＦＥ膜形成助剤の粒子の全体がＰＴＦＥの粒表面に完全に埋没した状態に限定されず、ＰＴＦＥ膜形成助剤の粒子の一部がＰＴＦＥの粒表面に埋収した状態、いわゆる付着した状態が含まれる。
また、本発明における合成樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾ
イミダゾール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリアミド、ポリアセタール等の一般的な合成樹脂を用いることができる。合成樹脂の種類は、相手材の表面へのＰＴＦＥの移着性には直接は関係しないので任意の合成樹脂を用いることができるが、特に、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール等の合成樹脂は、耐熱性や強度が高く、高負荷条件で使用される摺動用樹脂組成物に好適である。なお、摺動用樹脂組成物に対するＰＴＦＥの含有量は１０〜４０質量％、ＰＴＦＥ膜形成助剤の含有量は５〜１５質量％が望ましいが、摺動条件やＰＴＦＥ膜形成助剤の種類により含有量を調整することができる。
イミダゾール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリアミド、ポリアセタール等の一般的な合成樹脂を用いることができる。合成樹脂の種類は、相手材の表面へのＰＴＦＥの移着性には直接は関係しないので任意の合成樹脂を用いることができるが、特に、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール等の合成樹脂は、耐熱性や強度が高く、高負荷条件で使用される摺動用樹脂組成物に好適である。なお、摺動用樹脂組成物に対するＰＴＦＥの含有量は１０〜４０質量％、ＰＴＦＥ膜形成助剤の含有量は５〜１５質量％が望ましいが、摺動条件やＰＴＦＥ膜形成助剤の種類により含有量を調整することができる。
また、本発明におけるＰＴＦＥとしては、懸濁重合によるモールディングパウダーを用いることが好適である。懸濁重合によるモールディングパウダーを用いると、外力（機械的な力）によりＰＴＦＥ膜形成助剤の粒子をＰＴＦＥの粒表面に押圧して埋収させることができ、且つ、外力によりＰＴＦＥの粒子が変形（燐片状化）することなく、ＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収したＰＴＦＥの粒子のアスペクト比（ＰＴＦＥの粒子の長径長／ＰＴＦＥの粒子の短径長）を１．５未満とすることができる。このため、合成樹脂中にＰＴＦＥの粒子を分散させ易い。
また、本発明におけるＰＴＦＥ膜形成助剤としては、リン酸カルシウム、リン酸バリウム、リン酸マグネシウム、リン酸リチウム、第三リン酸リチウム、第三リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム又は無水物、リン酸水素マグネシウム又は無水物、ピロリン酸リチウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、メタリン酸リチウム、メタリン酸カルシウム、メタリン酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機化合物のうちいずれか一種以上を用いることができる。
また、本発明の摺動用樹脂組成物は、各種金属の基材の表面に層状に被覆した形態の摺動部材に用いてもよいし、各種金属基材に多孔質金属焼結層を形成し、その多孔質金属焼結層に摺動用樹脂組成物を含浸被覆した形態の摺動部材に用いることもできる。
請求項２に係る発明においては、請求項１記載の摺動用樹脂組成物において、ＰＴＦＥの粒表面におけるＰＴＦＥ膜形成助剤の面積率は、５〜３０％の範囲であることを特徴とする。
請求項３に係る発明においては、請求項１又は請求項２記載の摺動用樹脂組成物において、ＰＴＦＥ膜形成助剤の平均粒径は、ＰＴＦＥの平均粒径の１／３以下であることを特徴とする。
請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の摺動用樹脂組成物において、合成樹脂には、さらに固体潤滑剤として二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛のいずれか一種以上を含有させることを特徴とする。
請求項１に係る発明においては、摺動時に摺動面に存在するＰＴＦＥの粒表面と相手材の表面とが接触すると、ＰＴＦＥの粒表面が剪断され、剪断片（摩耗粉）が発生する。このＰＴＦＥの剪断片が相手材の表面に移着してＰＴＦＥの移着膜を形成すると、摩擦係数が低下する。本発明では、ＰＴＦＥの粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤が埋収した状態にあるので、ＰＴＦＥの剪断と同時にＰＴＦＥの移着を助長するＰＴＦＥ膜形成助剤も剪断されるため、迅速に相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜を形成することができる。
一方、従来のようにＰＴＦＥの粒子のみを分散させた樹脂組成物を用いた場合、相手材
の表面にＰＴＦＥが移着し難い。また、先行技術１のように合成樹脂からなるバインダー樹脂中にＰＴＦＥの粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤とを均一に分散させた樹脂組成物を用いた場合、ＰＴＦＥの粒表面の剪断片（摩耗粉）が発生した箇所でＰＴＦＥ膜形成助剤が存在する確率が本発明に比べて低く、ＰＴＦＥの粒表面の剪断片と合成樹脂の表面から剪断されたＰＴＦＥ膜形成助剤とが相互に作用をすることなく、個々に摺動面外へ排出される頻度が高いため、迅速に相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜を形成し難い。
の表面にＰＴＦＥが移着し難い。また、先行技術１のように合成樹脂からなるバインダー樹脂中にＰＴＦＥの粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤とを均一に分散させた樹脂組成物を用いた場合、ＰＴＦＥの粒表面の剪断片（摩耗粉）が発生した箇所でＰＴＦＥ膜形成助剤が存在する確率が本発明に比べて低く、ＰＴＦＥの粒表面の剪断片と合成樹脂の表面から剪断されたＰＴＦＥ膜形成助剤とが相互に作用をすることなく、個々に摺動面外へ排出される頻度が高いため、迅速に相手材の表面にＰＴＦＥの移着膜を形成し難い。
また、請求項２に係る発明のように、ＰＴＦＥの粒表面におけるＰＴＦＥ膜形成助剤の面積率を５〜３０％の範囲とすることが好ましい。ＰＴＦＥ膜形成助剤の面積率が５％未満であると、ＰＴＦＥ膜形成助剤の量が少なすぎるため、相手材の表面へのＰＴＦＥの移着を助長する効果が十分に得られない。一方、ＰＴＦＥ膜形成助剤の面積率が３０％を超えると、ＰＴＦＥの量が少なすぎるため、相手材の表面へのＰＴＦＥの移着を助長する効果が十分に得られない。
また、本発明の摺動用樹脂組成物は、予め、外力（機械的な力）により移着膜形成助剤の粒子をＰＴＦＥの粒表面に押圧して埋収させるものであるが、請求項３に係る発明のように、ＰＴＦＥ膜形成助剤の平均粒径をＰＴＦＥの平均粒径の１／３以下とすることが好ましい。このように、ＰＴＦＥの粒径に比してＰＴＦＥ膜形成助剤の粒径が小さいほど、ＰＴＦＥの粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させ易い。一方、粒径比が１／３を超えると、ＰＴＦＥ膜形成助剤がＰＴＦＥの粒表面に不均一に偏って存在してしまう。
また、請求項４に係る発明のように、合成樹脂にさらに固体潤滑剤として二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛のいずれか一種以上を含有させることにより、樹脂摺動部材の摺動特性を高めることができる。これらの固体潤滑剤は、樹脂摺動部材が用いられる摺動条件により含有量を調整すればよく、具体的には摺動用樹脂組成物に１〜６０質量％含有させればよい。
以下、図１を参照して、合成樹脂２としてポリアミドイミド（以下、ＰＡＩと称する）を使用し、ＰＴＦＥ３の粒子面に埋収されるＰＴＦＥ膜形成助剤４としてリン酸カルシウムを使用した本実施形態に係る樹脂組成物１について説明する。ＰＴＦＥ３は、懸濁重合により製造されたモールディングパウダーであり、三井デュポン社製「テフロン７Ａ−Ｊ（商品名）」「テフロンＭＰ−１３００（商品名）」、旭硝子社製「フルオンＧ１９０（商品名）」等を用いることができる。また、図１に示すように、ＰＴＦＥ３の粒表面には、ＰＴＦＥ膜形成助剤４であるリン酸カルシウムが埋収しており、そのＰＴＦＥ３が合成樹脂２中に分散している。
本実施形態では、一般的なロールミル混練機を用い、予め、平均粒径３０μｍのＰＴＦＥ（三井デュポン社製「テフロン７Ａ−Ｊ（商品名）」）３の粒表面に平均粒径５μｍのＰＴＦＥ膜形成助剤４であるリン酸カルシウムを埋収させた。具体的には、回転方向が異なる２本のロール間をＰＴＦＥ３及びＰＴＦＥ膜形成助剤４の粒子が通過するとき、外力（ロール間の押圧力とロール表面間の剪断力）で、ＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４の粒子を押圧して埋収させるものである。
なお、本発明者が確認したところ、ＰＴＦＥ３の粒表面に各種ＰＴＦＥ膜形成助剤４の粒子を埋収させ、且つ、ＰＴＦＥ３の粒子の燐片状化をも防ぐことが可能であったのは、ＰＴＦＥ３として懸濁重合により製造されたモールディングパウダーを用い、且つ、ロールミル混練機のような回転するロール間に試料を通すタイプの混合、混練方法の組合せによってのみであった。この組合せで得られる表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収したＰＴＦＥ３の粒子は、アスペクト比が１．５未満であり、合成樹脂２中に均一に分散させることができた。
一方、ＰＴＦＥとして懸濁重合により製造されたモールディングパウダー（三井デュポン社製「テフロン７Ａ−Ｊ（商品名）」、平均粒径３０μｍ）を用い、且つ、他の一般的な混合、混練方法として攪拌回転羽根によるミキサータイプや、高速で試料粉同士を衝突させるジェットミルタイプを組合せた場合、ＰＴＦＥの粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させることができなかった。また、ボールミルタイプの混合、混練方法を組合せた場合、ＰＴＦＥの粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤が埋収はするが、ＰＴＦＥの粒子同士が結着し造粒され粗大化してしまい、後工程で合成樹脂中に分散させることが困難であった。
また、ＰＴＦＥとして乳化重合により製造されたファインパウダー（三井デュポン社製「ＭＰ１５００−Ｊ（商品名）」、平均粒径２０μｍ）を用い、且つ、ロールミル混練機のような回転するロール間に試料を通すタイプの混合、混練方法を組合せた場合、ＰＴＦＥの粒表面が柔らかく、ＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させることは容易であるが、混合、混練の外力によりＰＴＦＥが繊維化しやすく、ＰＴＦＥの粒子が燐片状になり易い。そして、合成樹脂中に燐片状のＰＴＦＥの粒子が分散した樹脂組成物であると、その樹脂組成物を金属基材に被覆して摺動部材を作成したときに、燐片状のＰＴＦＥの粒子が被覆面（摺動面）に対して平行に配置するようになるため、摺動部材の強度が大きく低下してしまう。また、金属基材の表面に多孔質金属焼結層を形成し、この多孔質金属焼結層に樹脂組成物を含浸させる場合には、多孔質金属焼結層の中に燐片状のＰＴＦＥの粒子が侵入し難く、樹脂組成物の含浸、被覆が困難となる。
また、ＰＴＦＥの粒子に熱処理をした焼成ＰＴＦＥ（喜多村社製「ＫＴ−４００Ｍ（商品名）」、平均粒径３３μｍ）を用いた場合、ＰＴＦＥの粒表面が硬く、ＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させ難い。
上記のように予めＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させたＰＴＦＥ３の粒子と、ＰＡＩと、を有機溶剤で希釈し、その塗料状態の樹脂組成物１を金属基材の表面に被覆した後、溶剤の乾燥加熱、樹脂組成物１の焼成加熱を施すことで、樹脂摺動部材を得ることができる。なお、本実施形態では、予めＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させる方法を示したが、これに限定されない。例えば、合成樹脂２とＰＴＦＥ３とＰＴＦＥ膜形成助剤４とを有機溶剤で希釈した塗料をロール混合、混練機で処理して、ＰＴＦＥ３の粒表面へのＰＴＦＥ膜形成助剤４の埋収と、合成樹脂２とＰＴＦＥ３の粒子との混合と、を同時に行なってもよい。
ＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させたＰＴＦＥ３の粒子は、ＰＴＦＥ３の粒表面におけるＰＴＦＥ膜形成助剤４の面積率が５％以上から３０％以下の範囲であることが好ましい。ＰＴＦＥ膜形成助剤４の面積率が５％未満であると、ＰＴＦＥ膜形成助剤４の量が少なすぎるため、相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着を助長する効果が十分に得られない。一方、ＰＴＦＥ膜形成助剤４の面積率が３０％を超えると、ＰＴＦＥ３の量が少なすぎるため、相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着を助長する効果が十分に得られない。
なお、摺動用樹脂組成物１において、含有するＰＴＦＥ膜形成助剤４の全てがＰＴＦＥ
３の粒表面に埋収されている必要はなく、一部は単独で合成樹脂２中に分散していてもよい。また、摺動用樹脂組成物１において、全てのＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されている状態が最も望ましく、ＰＴＦＥ３の粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤４の混合、混練する時間を長くすれば成しえるが、生産性が低くなる。ＰＴＦＥ３の粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤４の混合、混練する時間を短時間にして生産性を高める場合には、一部のＰＴＦＥ３の粒子には表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されていなくてもよい。具体的には、樹脂組成物１に含有するＰＴＦＥ３のうち、少なくとも５０％を超えるＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されていれば、相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着を助長する効果があることを本発明者は確認している。
３の粒表面に埋収されている必要はなく、一部は単独で合成樹脂２中に分散していてもよい。また、摺動用樹脂組成物１において、全てのＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されている状態が最も望ましく、ＰＴＦＥ３の粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤４の混合、混練する時間を長くすれば成しえるが、生産性が低くなる。ＰＴＦＥ３の粒子とＰＴＦＥ膜形成助剤４の混合、混練する時間を短時間にして生産性を高める場合には、一部のＰＴＦＥ３の粒子には表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されていなくてもよい。具体的には、樹脂組成物１に含有するＰＴＦＥ３のうち、少なくとも５０％を超えるＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４が埋収されていれば、相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着を助長する効果があることを本発明者は確認している。
ＰＴＦＥ膜形成助剤４の平均粒径は、ＰＴＦＥ３の平均粒径の１／３以下であることが好ましい。このように、ＰＴＦＥ３の粒径に比してＰＴＦＥ膜形成助剤４の粒径が小さいほど、ＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させ易い。一方、粒径比が１／３を超えると、ＰＴＦＥ膜形成助剤４がＰＴＦＥ３の粒表面に不均一に偏って存在してしまう。
なお、合成樹脂２としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリアミド、ポリアセタール等の一般的な合成樹脂２を用いることができる。合成樹脂２の種類は、相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着性には直接は関係しないので任意の合成樹脂２を用いることができるが、特に、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール等の合成樹脂２は、耐熱性や強度が高く、高負荷条件で使用される樹脂組成物１に好適である。また、樹脂組成物１に対するＰＴＦＥ３の含有量は１０〜４０質量％、ＰＴＦＥ膜形成助剤４の含有量は５〜１５質量％が望ましいが、摺動条件やＰＴＦＥ膜形成助剤４の種類により含有量を調整することができる。
また、ＰＴＦＥ膜形成助剤４としては、本実施形態に示したリン酸カルシウムに限定されず、リン酸バリウム、リン酸マグネシウム、リン酸リチウム、第三リン酸リチウム、第三リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム又は無水物、リン酸水素マグネシウム又は無水物、ピロリン酸リチウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、メタリン酸リチウム、メタリン酸カルシウム、メタリン酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機化合物のうちいずれか一種以上を用いることができる。これらの無機化合物は、その機構メカニズムは未だ明らかなっていないが、ＰＴＦＥ３と共に樹脂組成物１に含有させると、摺動時に相手材の表面へのＰＴＦＥ３の移着を助長する機能を有することが公知となっている。また、本実施形態に示したリン酸カルシウムと同じく、これらのＰＴＦＥ膜形成助剤４も、ロール混合、混練機を用いて懸濁重合により製造されたモールディングパウダーのＰＴＦＥ３の粒表面への埋収が可能であることを本発明者は確認している。
また、樹脂組成物１には、さらに固体潤滑剤として二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛のいずれか一種以上を含有させてもよい。これらの固体潤滑剤の粒子を合成樹脂２中に分散させることで、樹脂組成物１の摺動特性を高めることができる。なお、これらの固体潤滑剤は、樹脂組成物１が用いられる摺動条件により含有量を調整すればよく、具体的には樹脂組成物１に１〜６０質量％含有させればよい。
次に、本実施形態に係る樹脂組成物１を用いた実施例１，２と比較例１について、摺動試験を行った。実施例１，２及び比較例１の樹脂組成物１の組成を表１に示す。実施例１，２及び比較例１において、合成樹脂２にはＰＡＩ、ＰＴＦＥ３には懸濁重合により製造された平均粒径が３０μｍのモールディングパウダー、ＰＴＦＥ膜形成助剤４には平均粒
径が５μｍのリン酸カルシウムを用いた。また、実施例２の固体潤滑剤には、二硫化モリブデンを用いた。
径が５μｍのリン酸カルシウムを用いた。また、実施例２の固体潤滑剤には、二硫化モリブデンを用いた。
実施例１，２では、予め、ロール混練機によりリン酸カルシウムの粒子を全てのＰＴＦＥ３の粒表面に埋収させ、ＰＴＦＥ３の粒表面におけるリン酸カルシウムの面積率が平均で２５％となるようにした。なお、ＰＴＦＥ３の粒表面におけるＰＴＦＥ膜形成助剤４であるリン酸カルシウムの面積率は、ＥＰＭＡ装置により倍率２０００倍の組成像を撮影し、その撮影画像を一般的な画像解析システムを用いた処理をしてＰＴＦＥ３とリン酸カルシウムの面積の比を算出させることにより測定することができる。
また、実施例１，２では、表１に示す組成の樹脂組成物１を有機溶剤で希釈し、一般的な撹拌混合機（ミキサータイプ）で混合した塗料状態にし、それを金属基材の表面に被覆した後、有機溶剤の乾燥加熱、樹脂組成物１の焼成加熱を施した。なお、金属基材には、予め別に準備した、鋼裏金層と多孔質金属層とからなる金属基材を用い、樹脂組成物１を多孔質金属層側に含浸、被覆した。そして、樹脂組成物１が内径側となるように円筒形状にして摺動試験用の試料を作成した。
比較例１では、実施例１と同一の組成とし、合成樹脂２、ＰＴＦＥ３、ＰＴＦＥ膜形成助剤４も実施例１と同一のものを用いたが、ＰＴＦＥ３の粒表面にリン酸カルシウムを埋収させていない点が実施例１と異なっている。すなわち、比較例１では、予めＰＴＦＥ３の粒表面にリン酸カルシウムの粒子を埋収させることなく、表１に示す組成の樹脂組成物１を有機溶剤で希釈し、一般的な撹拌混合機（ミキサータイプ）で混合した塗料状態とした。摺動試験用の試料の形態、作成方法は、実施例１，２と同じである。
摺動試験の試験条件を表２に示す。摺動試験を開始した直後は、樹脂組成物１と相手軸の表面との摩擦係数が大きな値を示すが、時間の経過とともに摩擦係数が低下し、最終的には摩擦係数が変化しない平衡状態となる。このため、摺動試験は、試験を開始してから摩擦係数が低下し、摩擦係数の変化が平衡状態になるまでの間の時間の長さで評価した。その結果を表１および図３に示す。
図３に示すように、実施例１及び比較例１のいずれも、摺動試験を開始した直後の摩擦係数がほぼ同じ値を示す。摺動試験を開始した直後には、実施例１及び比較例１のいずれも、相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が起きていないためである。
そして、実施例１及び比較例１は、時間の経過とともに相手軸の表面にＰＴＦＥ３が移着し始めるために摩擦係数が低下し、相手軸の表面に十分にＰＴＦＥ３の移着膜が形成されると、摩擦係数の変化が平衡状態となる。実施例１及び比較例１では、樹脂組成物１の組成が同一であるので、摺動試験を開始した直後だけでなく、変化が平衡状態となったときの摩擦係数もほぼ同じ値を示す。しかし、摩擦係数の変化が平衡状態に達するまでの時間は、比較例１では２０分を要したのに対し、実施例１では７分と短時間であった。これは、実施例１の樹脂組成物１が、図１に示すように、リン酸カルシウム（ＰＴＦＥ膜形成助剤４）を表面に埋収したＰＴＦＥ３の粒子がＰＡＩ（合成樹脂２）中に分散された状態にあり、樹脂組成物１の摺動面におけるＰＴＦＥ３の粒表面が相手軸の表面に接触するとき、その接触部にはＰＴＦＥ膜形成助剤４も存在している。このため、相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間を短くすることができた。
これに対し、比較例１の樹脂組成物１は、図２に示すように、ポリアミドイミド（合成樹脂２）中にＰＴＦＥ３の粒子とリン酸カルシウム（ＰＴＦＥ膜形成助剤４）とが独立して分散した状態にあり、樹脂組成物１の摺動面におけるＰＴＦＥ３の粒表面が相手軸の表面に接触するとき、その接触部にはＰＴＦＥ膜形成助剤４が同時に存在する確率が実施例１に比べて低いので、それらが相互に作用することなく、各々の剪断片（摩耗粉）として摺動面外へ排出されるものも多い。このため、相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が起き難く、摩擦係数が低下するまでに長い時間を要した。
また、実施例２の樹脂組成物１は、実施例１の組成に、さらに固体潤滑剤として二硫化モリブデンを含有させたものである。図３に示すように、固体潤滑剤を含有させた場合であっても、実施例１と同じく相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間が短くなるという効果を有する。
なお、本実施形態では、一例として表１に示す組成の樹脂組成物１を用い、摺動試験の評価によりその効果を示したが、本発明の樹脂組成物１の組成はこれに限定されない。すなわち、樹脂組成部材が用いられる摺動部の使用環境、摺動条件に合わせて適宜、樹脂組
成物１の組成を調整することができる。本発明者は、樹脂組成物１中におけるＰＴＦＥ３の粒子の含有量を１０〜４０質量％、ＰＴＦＥ膜形成助剤４の含有量を５〜１５質量％の範囲で組成することにより、樹脂組成物１が同一の組成であれば、ＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させた場合には、埋収させてない場合と比べて相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間が短くなることを確認している。また、本発明者は、樹脂組成物１を構成する合成樹脂２が本実施形態で用いたＰＡＩに限定されず、他の種類の合成樹脂２を用いても、本発明の効果が得られることを確認している。
成物１の組成を調整することができる。本発明者は、樹脂組成物１中におけるＰＴＦＥ３の粒子の含有量を１０〜４０質量％、ＰＴＦＥ膜形成助剤４の含有量を５〜１５質量％の範囲で組成することにより、樹脂組成物１が同一の組成であれば、ＰＴＦＥ３の粒表面にＰＴＦＥ膜形成助剤４を埋収させた場合には、埋収させてない場合と比べて相手軸の表面へのＰＴＦＥ３の移着が促進され、摩擦係数が低下する時間が短くなることを確認している。また、本発明者は、樹脂組成物１を構成する合成樹脂２が本実施形態で用いたＰＡＩに限定されず、他の種類の合成樹脂２を用いても、本発明の効果が得られることを確認している。
１ 樹脂組成物
２ 合成樹脂
３ ＰＴＦＥ
４ ＰＴＦＥ膜形成助剤
２ 合成樹脂
３ ＰＴＦＥ
４ ＰＴＦＥ膜形成助剤
Claims (4)
- 合成樹脂に固体潤滑剤としてＰＴＦＥとＰＴＦＥ膜形成助剤とを含有させた摺動用樹脂組成物において、
前記合成樹脂には、前記ＰＴＦＥを粒状で分散させ、
前記ＰＴＦＥの粒表面には、前記ＰＴＦＥ膜形成助剤を埋収させていることを特徴とする摺動用樹脂組成物。 - 前記ＰＴＦＥの粒表面における前記ＰＴＦＥ膜形成助剤の面積率は、５〜３０％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の摺動用樹脂組成物。
- 前記ＰＴＦＥ膜形成助剤の平均粒径は、前記ＰＴＦＥの平均粒径の１／３以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摺動用樹脂組成物。
- 前記合成樹脂には、さらに前記固体潤滑剤として二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛のいずれか一種以上を含有させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の摺動用樹脂組成物。
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