JP2015507724A - エンジンまたはチェーン動力伝達装置に使用する摺動要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、チェーン動力伝達装置で使用するための摺動要素であって、チェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部を含み、摺動接触部が、マトリックスポリマーと、その中に分散された、最大でも２５０ｎｍの厚さのプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料からなる摺動要素に関する。本発明は、第２の要素と摺動接触するよう係合する第１の摺動要素を含むエンジンであって、少なくとも摺動接触部が、そのような薄いグラファイトプレートレットを含むそのようなプラスチック材料で作製されているエンジンに関する。本発明は、さらに、チェーン、ならびに（ｉ）チェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部、および（ｉｉ）摺動接触部を強化し、かつ支持する本体を含む摺動要素を含むチェーン動力伝達装置であって、摺動接触部がそのようなプラスチック材料からなるチェーン動力伝達装置に関する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、摺動システム、より詳しくは、エンジン、動力伝達差動装置および駆動軸システムを含むパワートレイン駆動システムなどのチェーン動力伝達装置に使用する摺動要素に関する。エンジンは、より詳しくは、潤滑チェーン駆動システムを含む内燃機関である。そのようなシステムでは、エンジンの実際の使用時には、摺動要素が潤滑チェーンと摺動接触している。これらの摺動部品は、具体的にはチェーンガイドおよびチェーンテンショナーである。本発明はまた、互いに摺動接触するよう係合している２つの要素を含むエンジンに関する。本明細書では、摺動要素は、例えばギア、およびベアリングの部品であり得る。特に、本発明は、チェーン、および、チェーンと潤滑摺動条件下で摺動接触するよう係合している摺動要素を含むチェーン動力伝達装置に関する。

チェーン摺動システム用の摺動部品は以下の特許または特許出願に記載されている。

米国特許出願公開第２００２／００４４３３Ａ号明細書には、チェーン動力伝達装置に使用されるチェーンガイド部材が記載されている。チェーンガイド部材は、チェーンの走行面に沿って伸び、チェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部と、チェーンの走行面に沿う摺動接触部を補強し支持する補強本体とを有する。摺動接触部と補強本体との結合部分の一部または全部は、溶融によって結合されている。

米国特許第６５２４２０２Ｂ号明細書には、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するテンショナーが記載されている。このテンショナーは、ブレード型テンショナーと呼ばれ、プラスチックシューと機械的に連結したブレードスプリング要素を有する。シューは剛性を有する充填ナイロンからなるものであってよく、チェーンに張力をかける働きをする。スプリング要素は、シューの両端に形成された溝に端部を挿入させることによってプラスチックシューに連結されている。シューは一端に固定された金属のブッシングを有する。シューは、ブッシングを通して挿入された金属ピンに回転可能に取り付けられており、ピンはベースに固定されている。

仏国特許出願公開第２７３６１２３Ａ号明細書には、本体と、摩擦低減用コーティングとからなり、硬化すると一体に固定されるよう、２成分射出法によって一体成型されたガイドレールが記載されている。本体を形成する材料がまず型内に射出され、その後直ちにコーティング材料が射出される。本体を形成する材料は、補強添加剤を加えたプラスチック、例えばガラス繊維強化ポリアミドであり、外側のコーティングは耐摩耗性を有する他のプラスチックである。

今日、自家用車および他の輸送手段のエネルギー消費、特にＣＯ_２放出が大きな関心事となっている。環境保全の観点から、内燃機関の燃料経済性または燃料消費の改善が求められている。ＣＯ_２の放出削減を強要するため、政府は過剰のＣＯ_２放出に対して罰金を科すようになり、またはそうした傾向にある。欧州共同体では、限度は、重量１３００ｋｇの標準車両に対する典型的数値として１３０ｇＣＯ_２／ｋｍと設定されているが、２０１２年以降はさらに低く設定されることになるであろう。したがって、特に環境をより持続的なものにするという理由のために、より高効率の車、ならびにそのような車および他の輸送車両で使用するためのより高効率のエンジンが求められている。

自動車両が多くのエネルギーを消費する主な原因の１つは、摩擦によるエネルギー損失である。摩擦の１つの重要な場所は、チェーン駆動システムを含むエンジンであり、そこでは、エンジンが実際に使用されているとき、摺動要素を含む部品がチェーンと摺動接触している。

近年、特にプラスチック製摺動材料が極めて過酷な環境下、例えばより高い支持圧やより高い温度で使用される場合に、摺動に伴う騒音の低減、軽量化、および摺動部の非潤滑化の観点から、ベアリング、ローラ、ギアなどの摺動部品の特性を改善することに、既に多くの注目が集まっている。

具体的には、自動車両の内燃機関で使用される、チェーンガイドやチェーンテンショナーなどのチェーンテンショナーの摺動要素には、良好な摺動特性、１４０℃以上の温度における良好な耐熱性、ならびに良好な耐油性、良好な疲労性、および良好な衝撃特性を有することが求められている。

ポリアミドポリマーは、耐熱性、耐油性、機械的強度および耐摩耗性において良好な性能を有することから、摺動部品によく用いられており、少なくとも第２の要素と摺動接触するよう係合している摺動部品の部分にはよく用いられている。フッ素樹脂やＰＥＥＫなどの他の高温ポリマーも使用されている。

摺動部のポリマーの摺動時における摩擦抵抗を改善するために、固体潤滑剤がよく添加され、またはある種のポリマーが別のポリマーで改質されている。例えば、特開２００２−５３７６１号公報および米国特許出願公開第２００７／０１４９３２９Ａ１号明細書には、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やその電子線照射改質物によるポリアミドの改質が記載されている。米国特許出願公開第２００７／０１４９３２９Ａ１号明細書の固体潤滑剤の調製は、手間を要し、かつ複雑である。ＰＴＦＥはまた、チェーンガイドおよびテンショナーにとっても重要な剛性およびクリープ性能を低下させる。

また、固体潤滑剤として、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、窒化シランまたはグラファイトなどの化合物を添加することが知られている。グラファイトを固体潤滑剤として記載している論文には、例えばＶａｎ Ｂｅｅｋ，Ａ．，２００９，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ＩＳＢＮ ９７８−９０−８１０４０６−１−７，ＴＵ Ｄｅｌｆｔ，Ｃｈａｐｔｅｒ ８，ｐ．２９７、およびＢｈｕｓｈａｎ，Ｂ．２００２，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，ＩＳＢＮ ９７８−０−４７１−１５８９３−６，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，ｐ．２６７がある。しかしながら、これらの刊行物には、油潤滑条件下における、そのような固体潤滑剤を含む材料の性能データは示されていない。

ポリアミドにそのような固体潤滑剤を加えると、一般に、その材料の強度および耐衝撃性が低下する。チェーンガイド、チェーンテンショナーなどのシューのような部品では、その部品の信頼性の観点から、良好な耐衝撃性および耐疲労特性が重要な主題である。さらに、本発明者らは、これらの固体潤滑剤の添加による摩擦の改善には限度があり、さらなる改善には他の解決策が必要であることを見出した。

上記樹脂組成物の衝撃抵抗を改善するための方法としては、特開２００５−８９６１９号公報に開示されているように、ガラス繊維などの繊維およびフィラー、またはゴムなどの軟質材料を樹脂組成物に添加することが一般的である。しかしながら、摺動時に樹脂組成物から破片として脱落した繊維は、表面に留まり、研磨剤として働く。これは、樹脂組成物自体の摩耗を招く。さらに、システム内に散乱した繊維は他の摺動部に留まり、それにより他の部品の摩耗を促進する。ゴムなどの軟質材料が加えられると、摩擦抵抗が増大し、固体潤滑剤の添加によって得られる効果が消失する。

したがって、本発明の目的は、特に油潤滑摺動システムで使用するための、改善された摺動特性を示す摺動要素を提供することである。さらなる目的は、輸送車両、およびそれに使用できるパワートレイン駆動システムまたはエンジンのエネルギー消費をより効率化させることである。

この目的は、（ａ）マトリックスポリマーと、それに分散された（ｂ）最大でも２５０ｎｍ厚さのプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料で主として作られた摺動接触部からなる、または含む、本発明の摺動要素により達成された。

本明細書では、摺動接触部とは、チェーンなどの他の要素と摺動接触するよう係合することが意図された、または摺動接触するよう係合する摺動要素の部分である。

少なくとも摺動部が、グラファイトプレートレットを含むプラスチック材料（グラファイトプレートレットは、マトリックスポリマー中に分散された、上記のように厚さの薄いプレートレット粒子を含む）から作られ、または主として作られている本発明の摺動要素の効果は、高温の潤滑条件下で摺動要素について測定された摩擦係数（ＣｏＦ）が、単に低下するだけでなく、薄いグラファイトプレートレットに代えて他の固体潤滑剤を含む対応するシステムより小さいことである。より具体的には、その性能は、例えば硫化モリブデン、通常のグラファイト、および固体潤滑剤として使用されているグレードのＰＴＦＥより良好である。

本明細書では、プレートレットとは、一方の粒子の厚さと、他方の別の２つの寸法（粒子の長さと幅）に大きな差がある粒子と理解される。プレートレットの寸法のこの違いは、粒子の長さ（Ｌ）と粒子の厚さ（Ｔ）の比で定義されるアスペクト比（Ｌ／Ｔ）で示すことができる。ここで使用されるプレートレットのアスペクト比は、少なくとも１０である。

グラファイトプレートレットに含まれる個々のプレートレット粒子の厚さは、広い範囲で変化してよく、１０ｎｍ以下であってもよく、グラファイトプレートレットの大部分が最大でも２５０ｎｍの厚さである限り、２５０ｎｍ以上の厚さのプレートレット粒子があってもよい。組成物中のグラファイトプレートレットは、少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも７５重量％が、最大でも２５０ｎｍ厚さのプレートレット粒子からなることが適切である。ここでは、重量％（ｗｔ．％）はグラファイトプレートレットの全重量に対するものである。

グラファイトプレートレットは、最大でも２００ｎｍ、好ましくは最大でも１５０ｎｍ、または最大でも１００ｎｍの数平均厚さを有するプレートレット粒子からなることが適切であり、約８０ｎｍ以下、または約５０ｎｍ以下でさえも適切である。

厚さ（Ｔ）はプレートレット粒子の３つの寸法の中で最小のものである。他の２つは、長さ（Ｔ）と幅（Ｗ）である。プレートレットの厚さ（Ｔ）、長さ（Ｌ）およびアスペクト比（Ｌ／Ｔ）は、電子顕微鏡により測定することができる。電子顕微鏡で測定されるプレートレット粒子の長さは、本明細書では、電子顕微鏡像で見られるプレートレット粒子の最も離れた２点で計算される距離であると理解される。電子顕微鏡は２次元の像を提供するのみであるから、電子顕微鏡で測定されるプレートレット粒子の長さが、粒子の最大寸法である必要がないことは、明確さの観点から、注意される。さらに、プレートレット粒子が平坦な構造を有する必要がないことも注意される。厚さが非常に薄いために、これらには、曲げ、湾曲もしくは波打ち、またはその他の変形も加えられ得る。

プレートレット粒子はまた、広い範囲で変化する長さ（Ｌ）を有し得る。長さは、例えば、約１μｍ以下から約５０μｍ以上まであり得る。プレートレットは、少なくとも５μｍ、例えば少なくとも１０μｍ、より特には少なくとも２０μｍの数平均長さを有することが好ましい。

グラファイトプレートレットは、厚さが薄く長さが長いため、通常は大きなアスペクト比（Ｌ／Ｔ）を有するであろう。数平均アスペクト比は２５をはるかに超え、例えば少なくとも５０、または少なくとも１００でさえあり得る。

本明細書で報告する値は、材料試料の電子顕微鏡像により測定されたものであり、そこでは、数平均は、その像の代表的部分から選択した２５個の粒子について計算される。数平均アスペクト比は、個々の粒子のアスペクト比の平均から決定される。

厚さが薄いプレートレットからなるグラファイトは、例えば、天然グラファイトに種々の膨張処理を行うことによって得られるグレードのグラファイトであり、したがってこのグレードはよく膨張グラファイトと呼ばれる。

本発明の摺動要素の好ましい実施形態では、プラスチック組成物の調製に使用されるグラファイトは、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に記載の方法により測定されるＢＥＴ比表面積が少なくとも１０ｍ２／ｇで、ＩＳＯ ８４８６（１９９６編）に従って、レーザー回折により測定されるＤ５０（ｖ，０．５）で特徴付けられる粒度分布が少なくとも５０μｍの膨張グラファイトである。

そのような特性を有する適切な膨張グラファイトは、例えば、スイス（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、ＴＩＭＣＡＬ Ｇｒａｐｈｉｔｅ ＆ ＣａｒｂｏｎのＴｉｍｒｅｘ ＢＮＢ ９０、およびドイツ（Ｇｅｒｍａｎｙ）、ＳＧＬ Ｃａｒｂｏｎ ＧｍｂＨのＥｃｏｐｈｉｔ ３５０および１２００である。

本発明の摺動要素では、グラファイトプレートレット（成分（ｂ））の含有量は広い範囲にわたって変化し得るが、ＣｏＦは依然向上する。グラファイトプレートレットは、０．１〜２０重量％の量で含まれることが適切である。グラファイトプレートレットは、プラスチック材料の全重量に対して、０．５〜１５重量％の量で含まれることが好ましい。適切な量の例としては、約１重量％、約２重量％、約４重量％、約６重量％、約８重量％および約１０重量％が挙げられる。ここでは、重量パーセント（ｗｔ．％）はプラスチック材料の全重量に対するものである。

本発明の摺動要素に使用されるマトリックスポリマー（成分（ａ））には、原理上は、摺動要素での使用に適した任意のポリマーを使用することができる。例えば、マトリックスポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、ポリアリーレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリーレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ならびにこれらの任意のコポリマーからなるポリマーの群から選択される熱可塑性ポリマーを含み得る。ポリアミドイミド（ＰＡＩ）は、そのようなコポリマーの例である。マトリックスポリマーは、適切には、２種以上の前記ポリマーの混合物を含み得る。マトリックスポリマーは、ポリアミドおよび／またはＰＥＥＫを含むことが好ましく、ポリアミドを含むことがより好ましい。適切な熱可塑性ポリアミドの例としては、ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド４，１０、ポリアミド４，８およびポリアミド４，６のような半結晶質ポリアミド、ならびにこれらのコポリアミドがある。

あるいは、マトリックスポリマーは、熱硬化性ポリマーを含み得る。例えば、熱硬化性ポリマーは、熱硬化性ポリエステル樹脂もしくは熱硬化性エポキシ樹脂、またはこれらの組み合わせとすることができる。熱硬化性ポリエステル樹脂は、例えば、熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂から作ることができる。

上述したこれらの熱可塑性ポリマーおよび熱硬化性ポリマーの組み合わせにおいて、マトリックスポリマーは、上記ポリマーにブレンドまたは分散させることができる他のポリマー成分を含み得る。そのような追加のポリマー成分の例としては、フッ素樹脂だけでなく、ゴムおよびエラストマーが挙げられる。ゴムおよびエラストマーは、例えば、衝撃特性を改善するために使用することができる。フッ素樹脂は、例えば、追加の固体潤滑剤として使用し得る。そのような追加のポリマー成分は、これらの熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーにブレンドまたは分散させることができるものであるが、通常、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーのモジュラス、とりわけ高温モジュラスが影響されないか、またはほんの僅かな影響の程度で済むよう、限られた量で使用される。量は、例えば０．０１〜２０重量％の範囲に限定することが適切である。使用するならば、実際には、その量は１〜１５重量％の範囲、またはさらに２〜１０重量％の範囲に限定される。特定の実施形態では、フッ素樹脂としてＰＴＦＥが使用され、これは、例えば、１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％の量で含まれることができる。ここでは、他のポリマー成分の重量％は、プラスチック材料に含まれるあらゆる熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性ポリマー、および追加のポリマー成分を含むマトリックスポリマーの全重量に対するものである。

本発明の好ましい実施形態では、マトリックスポリマーは８０〜１００重量％の熱可塑性ポリアミドおよび／またはポリエーテルエーテルケトンと、０〜２０重量％の他のポリマーからなる（ただし、重量％はマトリックスポリマーの全重量に対するものである）。

本発明の摺動要素の摺動接触部が主として作製され、かつ好ましくは構成されるプラスチック材料は、マトリックスポリマーおよびグラファイトプレートレットの他に他の成分を含み得る。

プラスチック材料は、無機充填剤、繊維強化剤および他の添加物から選択される少なくとも１種の他の成分を含むことが適切である。

無機充填剤および／または繊維強化剤には、引張強さおよびモジュラスなどの機械的特性を改善する任意の無機材料を使用し得る。これらの材料の多くは、プラスチック材料の摩耗特性に悪影響を及ぼし得るため、使用するとすれば、その量は好ましくは限定的なものに維持すべきである。繊維強化剤の例としては、ガラス繊維および炭素繊維が挙げられる。これらの中で、炭素繊維が、低摩擦特性を改善することもあるので、好ましい。

組成物中の無機充填剤および繊維強化剤の全量は、例えば０．０１〜２０重量％の範囲とすることが適切である。量は、好ましくは１〜１５重量％の範囲であり、より特には２〜１０重量％の範囲である。ここでは、重量％はポリマー組成物の全重量に対するものである。

好ましい実施形態では、無機充填剤は顆粒状または粒子状の固体無機潤滑剤である。固体無機潤滑剤は、二硫化モリブデン、天然または合成グラファイト、窒化ホウ素および窒化シラン、ならびにこれらの任意の混合物からなる群から選択される材料を含むことが適切である。本明細書では、天然または合成グラファイトという用語により、このグラファイトは、本発明において主たる固体潤滑剤として使用されるグラファイトプレートレットとは異なるものであると理解される。天然または合成グラファイトは、球形（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ）、半球形もしくは球形（ｇｌｏｂｕｌａｒ）の粒子、またはアスペクト比（Ｌ／Ｔ）が１０未満の薄片状粒子を有することが適切である。そのような天然または合成グラファイトは、比較的小さい粒子を含み、通常１０よりはるかに小さいアスペクト比（Ｌ／Ｔ）を有し得るが、その厚さは一般に２５０ｎｍをはるかに超える。固体無機潤滑剤粒子は、より多くの量も使用し得るが、例えば、０．０１〜１０重量％の範囲の量で含まれることができる。そのような固体潤滑剤を使用する場合、その量は、０．１〜７．５重量％の範囲、または１〜５重量％の範囲にまでも制限することが好ましい。

組成物はまた他の添加剤を含んでもよい。これらの添加剤は、摺動要素のプラスチック材料として一般に使用される補助添加剤から選択し得る。そのような他の添加剤は、通常、限られた量で、例えば０．０１〜１０重量％の範囲で使用される。使用するならば、その量を０．１〜７．５重量％、または１〜５重量％の範囲にまでも制限することが適切である。

なお、無機充填剤、繊維強化剤および他の添加剤に対し、上で言及した重量パーセント（ｗｔ．％）は、特に断らない限り、全てプラスチック材料の全重量に対するものである。

好ましい実施形態では、プラスチック材料は、（ａ）マトリックスポリマー、（ａ）０．１〜２０重量％のグラファイトプレートレット、（ｃ）０〜２０重量％の無機充填剤および／もしくは補強繊維、ならびに／または（ｄ）０〜１０重量％の他の添加剤からなる（ただし、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の重量％は、プラスチック材料の全重量に対するものである）。

本発明の摺動要素の摺動接触部は、チェーン、または摺動要素に対して摺動運動で運動できる他の第２の要素と摺動接触するよう係合する、または摺動接触するよう係合することが意図された摺動要素の部分であり、そのため摺動接触部は低摩擦特性を有していなければならない。

摺動要素は、通常、摺動接触部を支持し、かつ任意選択により摺動接触部を補強し、摺動要素全体に剛性と堅さを付与するための本体を有する。本体はまた、一般に、本体をベースに固定できる部分を有するであろう。前記固定部は、例えば、ブッシングを含み得る。それにより、本体は、ベースに固定され、ブッシングを通して挿入された金属ピンに回転可能に取り付けることができる。

摺動接触部と本体は、１種の同じ材料で作製し得るが、摺動接触部が低摩擦特性を主たる要件として有する一方、本体は、１つの特性を他の特性のために損なわずに組み合わせることが困難な特性である、機械的強度、剛性および堅さを備えなければならないため、摺動接触部と本体は異なる材料で作製することが適切である。

摺動接触部と本体は異なる材料で作製することが適切である。例えば、本体は、プラスチック材料または金属で、好ましくはプラスチック材料で、より好ましくは繊維強化プラスチック材料で作製される。

摺動接触部と本体が異なる材料で作製される場合、摺動接触部と本体は、知られた手段により一体の摺動要素に結合することができる。

例えば、摺動接触部は本体の表面層を構成する。摺動要素は、本体上にオーバーモールドすることができ、本体と機械的に連結される。

本体が第２のプラスチック材料で作製されるなら、摺動接触部と強化用本体との間の接合部の一部または全部を、溶融、例えば振動溶接により接合することができる。他の代替法では、摺動接触部用のプラスチック材料と第２のプラスチック材料を、それらが一旦硬化すれば一体に固定されるように、２Ｋ成型または２成分成型としても知られている２成分射出法により一体成型する。本体を形成する材料をまず型内に射出し、その後直ちにコーティングまたは表面層を形成するプラスチック材料を射出する。

本体を第２のプラスチック材料で作製する場合、摺動接触部は本体と一体に成型することが好ましい。

チェーンガイドおよびチェーンテンショナーに使用できる代替の実施形態では、摺動接触部は、本体と機械的に連結された摺動ブレードに含まれ得る。本体との連結は、例えば、本体の対向する端部に形成された溝に摺動ブレードの端部を挿入させることによりなし得る。摺動ブレードは、全体が、摺動接触部を作っているプラスチック材料で構成されていてもよく、あるいは、摺動接触部がベース部分の表面層を構成するのであれば、摺動ブレードは、プラスチック材料と異なる第２の材料で作られたベース部分を含んでもよい。摺動接触部とベース部分が異なる材料で作られる場合、摺動接触部とベース部分とは、摺動接触部と本体について上述したのと同一の方法により、一体化した摺動ブレードに結合することができる。

ベース部分は、異なる材料で作製されるなら、プラスチック材料で作製されることが好ましく、繊維強化プラスチック材料で作製されることがより好ましい。ベース部分が第２のプラスチック材料で作製される場合、摺動接触部はベース部分と一体成型されることが好ましい。

本発明の摺動要素は、チェーンガイドまたはチェーンテンショナーであることが適切である。本発明の摺動要素はまた、ギアまたはベアリング部品であり得る。

本発明はまた、第２の要素と摺動接触するよう係合する部分を含む第１の要素を含むエンジンに関する。第２の要素と摺動接触するよう係合する部分は、本明細書では、摺動接触部と称する。本明細書では、第１の要素は、少なくとも摺動接触部が、マトリックスポリマーと、前記マトリックスポリマー中に分散された、最大でも２５０ｎｍの厚さのプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料、または本明細書で先に記載した、その好ましい実施形態で作製されるか、または少なくとも主として作製された摺動要素である。第１の要素、すなわち摺動要素は、ギアまたはベアリング部品であることが適切である。

本発明はまた、チェーン、およびチェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部を含む摺動要素を含むチェーン動力伝達装置であって、摺動接触部が、マトリックスポリマーと、前記マトリックスポリマー中に分散された、層の厚さが最大でも２５０ｎｍのプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料、または本明細書で先に記載した、任意の好ましい実施形態で作製されるか、または少なくとも主として作製されているチェーン動力伝達装置に関する。チェーン動力伝達装置の摺動要素は、チェーンガイドまたはチェーンテンショナーであることが適切である。チェーン動力伝達装置は、チェーン駆動タイミングシステムであることが適切である。好ましい実施形態では、チェーン動力伝達装置は油潤滑摺動システムである。

エンジンおよびチェーン動力伝達装置の前記摺動要素に含まれるプラスチック材料は、前記マトリックスポリマー中に分散されたグラファイトプレートレットを含む前記プラスチック材料の任意のもの、および本明細書で先に記載した、任意の好ましい実施形態のものが適切である。摺動要素はまた、本発明の摺動要素、および本明細書で先に記載した、その好ましい、または代替の実施形態のものが適切である。例えば、摺動要素は、異なる材料で作製された、摺動接触部を強化し、かつ支持する本体を含むことが適切である。

以下の実施例および比較実験により本発明をさらに詳しく説明する。

［材料］
以下の材料を使用した。
ＰＡ４６ ポリアミド４６ポリマー（例えば、オランダ（Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）のＤＳＭ）：Ｍｗ＝４８０００、粘度数（ギ酸中１重量％、２３℃）＝２１５；Ｔｍｅｌｔ＝２９５℃。
ＥＧ−１ Ｄ５０が３１５〜３８５μｍの膨張グラファイト、Ｅｃｏｐｈｉｔ ＧＦＧ ３５０（例えば、ドイツのＳＧＬ Ｃａｒｂｏｎ ＧｍｂＨ）。
ＥＧ−２ Ｄ５０が１０００〜１４００μｍ、ＢＥＴが約２５ｍ２／ｇの膨張グラファイト、Ｅｃｏｐｈｉｔ ＧＦＧ １２００（例えば、ドイツのＳＧＬ Ｃａｒｂｏｎ ＧｍｂＨ）。
グラファイト スイス、Ｔｉｍｃａｌ Ｇｒａｐｈｉｔｅ ＆ Ｃａｒｂｏｎの普通グラファイト、ＴＩＭＲＥＸ ＳＦＧ１５０。
ＭｏＳ２ ＰＡ６中、７０重量％のＲＭ７０Ｅ ＭｏＳ２マスターバッチ；製造者：Ｐｏｌｙｖｅｌ Ｉｎｃ．
ＰＴＦＥ 平均粒径８μｍのＰＴＦＥ、Ｄｙｎｅｏｎ ＰＡ５９５３（例えば、ドイツのＤｙｎｅｏｎ ＧｍｂＨ）。

［方法］
［コンパウンディング］
Ｂｅｒｓｔｏｆｆ ＺＥ２５−４８Ｄ同方向回転２軸スクリュー押出機により、ポリアミド−４６および各種フィラーからプラスチック組成物を調製した。押出機出口の溶融温度が通常３２０℃となるように、押出機の温度を設定した。組成物を表１に示す。

［射出成型］
射出成型試験部品を作製するために使用した、本明細書で後述するポリアミド組成物を、次の条件を適用して、使用前に予備乾燥した。組成物を０．０２ＭＰａの真空下、８０℃に加熱し、窒素流れを通しながら、この温度および真空を２４時間保持した。摩擦試験で使用するカップ用のキャビティを有する型を使用して、射出成型機により予備乾燥した材料を射出成型した。シリンダー壁の温度を、３１５℃、すなわちポリアミドの融点より３０℃高く設定し、型の温度を１４０℃に設定した。そのようにして得たカップを冷却し、摩擦試験で使用するまで、乾燥条件下、室温で保管した。

［摩擦試験で使用するプラスチックカップ］
図１に示すような円筒対称のプラスチックカップを用い、図２に示す装置により、摩擦試験を行った。

摩擦試験で使用する円筒対称プラスチックカップの断面図。 摩擦試験装置の概略図。

図１は、摩擦試験で使用する円筒対称プラスチックカップ（１）の中心軸を通る断面を示す。カップは、図１に示すように、内径２４ｍｍ、外径２７．５ｍｍ、高さ５ｍｍである。カップは、（２７．５＋２４）／４＝１２．８７５ｍｍの平均半径を有する。

摩擦試験で使用するカップを、上述のように、それぞれのプラスチック材料から射出成型した。

［摩擦試験］
摩擦試験装置を図２に示す。プラスチックカップ（１）を試験機（図示せず）の上部試料ホルダー（２）に取り付ける。スチール製の対向面として使用するＳＫＦ ＷＳ ８１１０４シャフトワッシャー（３）を下部試料ホルダー（４）に載置する。ワッシャーは内径２０ｍｍ、外径３５ｍｍ、高さ２．７５ｍｍである。その硬さはロックウエルＣスケールで６０（６０ＨＲｃ）であり、平均表面粗さ（Ｒａ）は２μｍである。接触面の０．５ｍｍ下方に、温度記録用熱電対を載置するための穴（５）が、機械加工により開けられている。加熱油（Ｓｈｅｌｌ Ｈｅｌｉｘ Ｓｕｐｅｒ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒ Ｏｉｌ １５Ｗ−４０；を、流路（６）を通して循環させる。ワッシャーの、ワッシャーとカップの間の接触面の下方０．５ｍｍの位置に熱電対を設置した。油（６）は、熱電対で測定される接触温度を１４０℃に維持するために使用する。ワッシャーとカップの下部を、試験用オイル（７）、Ｃａｓｔｒｏｌ Ｍａｇｎａｔｅｃ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ａ１ ５Ｗ−３０に浸漬する）。

下部試料ホルダー（４）への力Ｆにより、公称接触圧を加える。公称接触圧は１ＭＰａであった。上部試料ホルダー（２）を、接触面で１ｍ／ｓの摺動速度に対応する角速度７４２ｒｐｍで回転させる。摺動速度は、カップの壁の中央に対して計算した摺動速度であり、これはまた、壁の厚さの全体にわたって計算した平均摺動速度に対応する。ロードセル（８）により、摩擦トルクＴを測定する。比Ｔ／（Ｒ^＊Ｆ）から摩擦係数を計算した（ここで、Ｔは摩擦によりもたらされる偶力の測定値、Ｆはカップに加えられる垂直方向の力、そしてＲはカップの平均半径である）。試験結果を表１に示す。

これらの結果からわかるように、本発明の実施例は、充填剤を含まない材料と比べ、摩擦係数の顕著な低下を示している。これは、類似の濃度で使用した他の固体潤滑剤（これらは全て、充填剤を含まない材料と同等の摩擦係数値を与えた）とは対照的である。

Claims (14)

1. チェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部を含むチェーン動力伝達装置に使用する摺動要素であって、前記摺動接触部が、（ａ）マトリックスポリマーと、その中に分散された（ｂ）厚さが最大でも２５０ｎｍのプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料で主として作製されている摺動要素。
2. 前記グラファイトプレートレットが、最大でも２００ｎｍの数平均厚さ、および／または少なくとも５μｍの数平均長さを有するプレートレット粒子からなる請求項１に記載の摺動要素。
3. 前記プラスチック組成物の調製に、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に記載の方法により測定されるＢＥＴ比表面積が少なくとも１０ｍ２／ｇで、かつレーザー回折により測定されるＤ５０（ｖ，０．５）で特徴付けられる粒度分布が少なくとも５０μｍの膨張グラファイトが使用された請求項１または２に記載の摺動要素。
4. 前記グラファイトプレートレット（ｂ）が、前記プラスチック材料の全重量に対して、総量で０．１０〜２０重量％、好ましくは０．５〜１５重量％含まれる請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動要素。
5. 前記マトリックスポリマーが、ポリアミド、ポリエステル、ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンオキサイド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシメチレンおよびポリエーテルイミド、ならびにこれらの任意のコポリマーからなるポリマーの群から選択される熱可塑性ポリマーを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動要素。
6. 前記プラスチック材料が、前記マトリックスポリマー（ａ）および前記グラファイトプレートレット（ｂ）の他に、（ｃ）０〜２０重量％の無機充填剤および／もしくは補強繊維、ならびに／または（ｄ）０〜１０重量％の他の添加剤を含み、（ｃ）および（ｄ）の重量％は、プラスチック材料の全重量に対するものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺動要素。
7. 前記摺動接触部を支持し、かつ前記プラスチック材料と異なる第２の材料で作製された本体を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の摺動要素。
8. 前記摺動接触部が、前記本体の表面層、または前記本体と機械的に連結された摺動ブレードのベース部分の表面層を構成する請求項７に記載の摺動要素。
9. 前記摺動要素がチェーンガイドおよびチェーンテンショナーである請求項１〜８のいずれか一項に記載の摺動要素。
10. 第２の要素と摺動接触するよう係合する摺動接触部を含む第１の要素を含むエンジンであって、少なくとも前記摺動接触部が、（ａ）マトリックスポリマーと、（ｂ）前記マトリックスポリマー中に分散された、最大でも２５０ｎｍの厚さを有するプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料で作製されているエンジン。
11. 前記プラスチック材料が、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラスチック材料である請求項１０に記載のエンジン。
12. 前記第１の要素が、チェーンガイド、チェーンテンショナー、ギアまたはベアリング部品である請求項１０または１１に記載のエンジン。
13. チェーンおよび摺動要素を含むチェーン動力伝達装置であって、前記摺動要素が
    （ｉ）前記チェーンと摺動接触するよう係合する摺動接触部と、
    （ｉｉ）前記摺動接触部を強化し、かつ支持する本体と
    を含み、
    前記摺動接触部が、（ａ）マトリックスポリマーと、前記マトリックスポリマー中に分散された、（ｂ）最大でも２５０ｎｍの層厚を有するプレートレット粒子を含むグラファイトプレートレットとを含むプラスチック材料からなるチェーン動力伝達装置。
14. 前記摺動要素が、請求項１〜９のいずれか一項に記載の摺動要素であり、かつ前記チェーン動力伝達装置が油潤滑摺動システムである請求項１３に記載のチェーン動力伝達装置。

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