JP2017180577A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高い吸水時寸法安定性を有しつつ、優れた耐摩耗性や相手材傷つけ性低減を達成する摺動部材を提供すること。【解決手段】強化繊維と熱可塑性樹脂からなる摺動部材であって、強化繊維が吸水によって収縮する合成繊維であり、熱可塑性樹脂が吸水によって膨張し、強化繊維の収縮率の方が熱可塑性樹脂の膨張率よりも絶対値が大きく、強化繊維／熱可塑性樹脂含有量が５／９５〜３０／７０の範囲である摺動部材。さらには、強化繊維の吸水収縮率が０．００５〜０．１％の範囲であることや、熱可塑性樹脂が吸水によって体積が０．５％以上増加するものであること、吸水時の寸法変化が１％未満であること、無機フィラーを含有し、該無機フィラーのモース硬度が１〜４の範囲であることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、高い吸水時寸法安定性を有しつつ、優れた耐摩耗性や低い相手材傷つけ性を達成する摺動部材に関するものである。

自動車などの摺動部品としては、元々は金属部品が汎用されていた。しかし接触する両方の部品を金属で構成した場合には、歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという問題があった。そのため、用途によっては、摺動部品の全体やあるいは一部に対する、繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）製の部材の採用が進んできている。

そして現在では、このＦＲＴＰからなる摺動部材に対し基本的な強度や耐久性などの要求特性に加えて、耐候性や耐熱性などのさまざまな要求を満たすことが求められるようになった。特に自動車等の移動装置に用いられる部品は、恒常的に小型化や軽量化を要求されているのであるが、例えば部材の耐候性が高い場合には、部材をカバーしたり保護したりするための他の部品を省略することができ、ユニット全体の小型化や軽量化に、大きく寄与するからである。

例えば特許文献１では、ポリアミド樹脂とガラス繊維とからなり、吸水寸法変化の少ない繊維強化樹脂を摺動部材として用いた摺動部品が開示されている。しかしこの摺動部材では、まだ吸水寸法変化の減少は十分では無く、加えてガラス繊維は剛直であるがゆえに、相手材への傷つけ性が高いという問題があった。相手材の硬質化処理等が必要とされ、この部材の適用範囲が制限されるのである。

特開２０１３−１３０２１１号公報

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、高い吸水時寸法安定性を有しつつ、優れた耐摩耗性や相手材傷つけ性低減を達成する摺動部材を提供することにある。

本発明の摺動部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる摺動部材であって、強化繊維が吸水によって収縮する合成繊維であり、熱可塑性樹脂が吸水によって膨張し、強化繊維の収縮率の方が熱可塑性樹脂の膨張率よりも絶対値が大きく、強化繊維／熱可塑性樹脂含有量が５／９５〜３０／７０の範囲であることを特徴とする。
さらには、強化繊維の吸水収縮率が０．００５〜０．１％の範囲であることや、熱可塑性樹脂が吸水によって体積が０．５％以上増加するものであること、吸水時の寸法変化が１％未満であること、無機フィラーを含有し、該無機フィラーのモース硬度が１〜４の範囲であることが好ましい。

本発明によれば、高い吸水時寸法安定性を有しつつ、優れた耐摩耗性や相手材傷つけ性低減を達成する摺動部材が提供される。

本発明の摺動部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂から構成される部材である。但し、本発明の摺動部材は、必要であれば他の成分を含むことを除外するものではない。そして本発明の摺動部材を構成する強化繊維は、吸水によって収縮する合成繊維であり、同じく摺動部材を構成する熱可塑性樹脂が吸水によって膨張し、強化繊維の収縮率の方が熱可塑性樹脂の膨張率よりも絶対値が大きいことを必須とし、強化繊維／熱可塑性樹脂の含有量の比が５／９５〜３０／７０の範囲である部材である。

この本発明で用いられる強化繊維としては、吸水によって収縮する合成繊維で有ることが必要である。ここで吸水によって収縮する繊維とは、絶乾状態からの吸水時に繊維軸方向へ収縮する繊維のことをいう。さらには、室温２５℃における絶乾状態から、平衡吸水率になるまで吸水した時の繊維長が、繊維軸方向へ０．０５〜０．１％収縮する強化繊維であることが好ましい。また室温２５℃における平衡水分率が１ｗｔ％以上であることが好ましく、特には１．５〜３．０ｗｔ％であることが好ましい。また強度としては２０００〜５０００ＭＰａの範囲であることが好ましい。

より具体的には強化繊維としては、芳香族アミド樹脂からなる、いわゆるアラミド繊維であることが好ましい。さらには強力が強く、樹脂の補強効果に優れたパラ系アラミド繊維であることが好ましく個、特には耐薬品性に優れた共重合型アラミド繊維であることが好ましい。より具体的には、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維であることが好ましい。このような吸水時に収縮する強化繊維を用いることにより、本発明の摺動部材は、強力に優れるとともに、高い寸法安定性が達成できるようになった。特に、共重合型アラミド繊維を用いることにより、高い補強効果と、高い耐衝撃性が得られたのである。

本発明の摺動部材を構成するこの強化繊維の形態は、カットファイバー（短繊維）であることが好ましい。繊維の長さとしては、１〜７ｍｍの範囲であることが好ましく、特には１．５〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。このような長さの強化繊維を用いることにより、より容易に高い剛性を保持することが可能となる。また、繊維長が短すぎると力学特性向上効果が小さくなる。逆に長すぎると、樹脂と複合した時に、樹脂中に均一に繊維を分散させることが困難となり補強効果が減少する傾向にある。そのような長い繊維を用いた場合には、例えば繊維と樹脂からなる混合物を押出成形した時に、吐出部で繊維が滞留し、工程通過性が悪くなり、分散性が低下するからである。

さらに強化繊維が短繊維であって、後に述べるマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂内部において、ランダムに配置されていることが好ましい。マトリックス樹脂中に短繊維をランダムに配置することで、強化繊維の吸水収縮方向をより等方的にできるようになる。
強化繊維の繊維径としては２〜３０μｍの範囲であることが好ましい。特には５〜１５μｍの範囲であることが好ましい。繊維径が細すぎる場合は、製糸技術上困難な点が多く、断糸や毛羽が発生して、繊維による補強効果が低下する傾向にある。一方繊維径が大きすぎると、繊維の機械的物性が低下し補強効果が低下する傾向にある。また樹脂と複合した時に、樹脂中に均一に繊維を分散させることが困難となり補強効果が減少する傾向にある。

本発明の摺動部材において上記の強化繊維と共に用いられる熱可塑性樹脂としては、吸水によって膨張するものであることが必要であるが、さらには樹脂の膨張率は１．０〜５．０％の範囲であることが好ましい。さらには親水性の高い樹脂であることが好ましい。そして、標準状態である２５℃、相対湿度６０％条件下での平衡吸水率が３ｗｔ％以上の熱可塑性樹脂であることが好ましく、さらには３．５〜７．０ｗｔ％の範囲であることが好ましい。

より具体的には熱可塑性樹脂としては、親水性の高いポリアミド樹脂であることや、特には吸水性が高いナイロン６樹脂を用いることが最適である。
そして本発明の摺動部材は、上記のような、吸水によって収縮する強化繊維と、吸水によって膨張する熱可塑性樹脂から構成されるものであって、強化繊維の収縮率の方が熱可塑性樹脂の膨張率よりも絶対値が大きいものであり、かつ強化繊維／熱可塑性樹脂含有量の比が５／９５〜３０／７０の範囲のものである。さらには強化繊維／熱可塑性樹脂含有量の比が１０／９０〜２０／８０の範囲であることが好ましい。

さらに本発明においては、摺動部材の剛性向上を目的として、上述した強化繊維に加えて、それ以外の無機フィラーを添加しても良い。具体例としては、タルク、マイカ、チタン酸カリウム、ウォラストナイトなどが挙げられる。特に、相手材に対する傷つけ性を低減するためには、無機フィラーのモース硬度が１〜４の範囲であることが好ましい。

このような本発明の摺動部材は、例えば下記のような製造方法にて得ることができる。
すなわち適切な長さにカットした強化繊維と、熱可塑性樹脂を、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱しながら混練して混合し、そのまま押出成形して冷却し一旦コンパウンドペレットを得る。そして得られたコンパウンドペレットを型の中に投入して加熱し、圧縮成型をおこなって摺動部材とする製造方法である。そして得られた摺動部材はそのまま、あるいは金属部品等の他の部材と結合して、ギアなどの摺動部品となる。

そして本発明の摺動部材は、吸水時に繊維方向へ収縮する繊維を強化繊維として使用することで、摺動部材全体の吸水時寸法変化を抑制している。例えば摺動部材を構成する熱可塑性樹脂として、ナイロン６などの吸水時の体積増加が大きい樹脂を使用していても、高い寸法安定性の摺動材となる。マトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂の選択の幅を大きくすることが可能となるのである。特に、強化繊維として共重合の芳香族ポリアミド繊維であるコポリパラフェニレン−３，４‘オキシジフェニレンテレフタルアラミド繊維を用いることで、上記の寸法安定性に加え、相手材傷つけ性の低減、耐衝撃性のより高いレベルでの両立、向上が可能となる。また、短繊維状態の強化繊維をマトリックス内部にランダムに配置することで、強化繊維の吸水収縮方向を等方的にできる。さらに、タルクなどモース硬度が１〜４の無機フィラーを複合的に使用することで、相手材傷つけ性を抑制しつつ高温時の剛性を向上させることも可能である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

（１）繊維長、繊度
ＪＩＳ Ｌ１０１５に準拠して測定した。

（２）繊維軸寸法変化測定
水分平衡の繊維に初荷重１ｍＮ／ｔｅｘをかけ、２点間距離が５００ｍｍとなるよう繊維に印をつけた。荷重を除した後に繊維を絶乾し、再度１ｍＮ／ｔｅｘの荷重をかけて絶乾直後の２点間距離：Ｌ（ｍｍ）を計測した。
尚、吸水による繊維軸の寸法変化率は（（５００−Ｌ）／Ｌ）・１００（％）により算出した。

（３）部材の吸水時寸法変化
縦・横・高さについて一定の長さのマーキングを施した繊維強化熱可塑性樹脂の板状試験片（長さ１５０ｍｍ、幅９８ｍｍ、厚さ６ｍｍ）を室温水に４８時間浸漬した。４８時間後の試験片マーキング部分を計測し、吸水前後の寸法変化を算出した。

（４）部材の曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠し、長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を用いて、支点間距離８０ｍｍでの３点曲げにて測定した。

（５）部材の衝撃強度
ＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠し、長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を用いて測定した。

（６）部材の耐摩耗性
スラストシリンダー式摩耗試験法を実施した。
以下の試験条件で実施し、サンプルの摩耗溝深さ（μｍ）により耐摩耗性を評価した。
・試験環境：室温、無潤滑状態
・相手筒：アルミ製
・接触面圧：９．８ＭＰａ
・滑り速度：０．３５ｍ／ｓ
・試験時間：１０ｍｉｎ
耐摩耗性は、一定条件下の摩耗試験後の摩耗溝深さより判定した。
〇：摩耗溝深さが１０μｍ未満
×：摩耗溝深さが１０μｍ以上

（７）相手材傷つけ性
上記（６）の耐摩耗試験後の相手材の表面粗さをレーザー顕微鏡にて計測した。
○：表面粗さが１０μｍＲａ未満
×：表面粗さが１０μｍＲａ以上

（参考例）
実施例１等で用いたアラミド繊維（「テクノーラ」（商標））、ナイロン６樹脂（ＰＡ６樹脂）、及び比較例２で用いたガラス繊維の平衡水分率と吸水時の寸法変化（繊維の場合は、繊維軸方向の変化率）を、表１に示した。

［実施例１］
強化繊維として繊維径１２μｍのアラミド繊維（コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維）（帝人株式会社製「テクノーラ」（商標）、引張強度３４００ＭＰａ）を３ｍｍにカットした繊維を用い、熱可塑性樹脂として、ＰＡ６（ナイロン６樹脂、メルトボリュームフローレイト７０ｃｍ^３／１０分間）を用いた。２９０℃下でＰＡ６：強化繊維を重量比９５：５にて混練しながら押出成形し、コンパウンドペレットを得た。得られたコンパウンドペレットで繊維強化樹脂からなる試験片を作製し、摺動部材としての評価を行った。得られた部材の評価結果を表２に示した。

［実施例２、３］
ＰＡ６：強化繊維の重量比を、９０：１０（実施例２）、８０：２０（実施例３）の組成に変更した以外は、実施例１と同様にして作製・評価し、表２に併せて示した。

［実施例４］
タルクを追加し、ＰＡ６：強化繊維：タルクを重量比６０：３０：１０の組成とした以外は、実施例１と同様にして作製・評価し、表２に併せて示した。

［比較例１］
強化繊維を使用せずＰＡ６ニートポリマーを使用した以外は、実施例１と同様にして作製・評価し、表２に併せて示した。

［比較例２］
強化繊維としてアラミド繊維に代えてガラス繊維を使用した以外は、実施例１と同様にして作製・評価し、表２に併せて示した。

本発明は、高い吸水時寸法安定性を有しつつ、優れた耐摩耗性や低い相手材傷つけ性を達成する摺動部材に関するものであり、特には自動車用の該摺動部材に好適に用いることができる。

Claims (5)

1. 強化繊維と熱可塑性樹脂からなる摺動部材であって、強化繊維が吸水によって収縮する合成繊維であり、熱可塑性樹脂が吸水によって膨張し、強化繊維の収縮率の方が熱可塑性樹脂の膨張率よりも絶対値が大きく、強化繊維／熱可塑性樹脂含有量が５／９５〜３０／７０の範囲であることを特徴とする摺動部材。
2. 強化繊維の吸水収縮率が０．００５〜０．１％の範囲である請求項１記載の摺動部材。
3. 熱可塑性樹脂が、吸水によって体積が０．５％以上増加するものである請求項１または２記載の摺動部材。
4. 吸水時の寸法変化が１％未満である請求項１〜３のいずれか１項記載の摺動部材。
5. 無機フィラーを含有し、該無機フィラーのモース硬度が１〜４の範囲である請求項１〜４のいずれか１項記載の摺動部材。