JP2018194152A

JP2018194152A - 摺動部材用樹脂材料及び摺動部材

Info

Publication number: JP2018194152A
Application number: JP2017100959A
Authority: JP
Inventors: 祐輔渡部; Yusuke Watabe
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-12-06

Abstract

【課題】切削加工後における表面粗さの粗大化を抑制する。【解決手段】一実施形態に係る摺動部材用樹脂材料は、バインダー樹脂１３１と、バインダー樹脂１３１中に含まれる添加剤１３２とを含み、添加剤１３２は、固体潤滑剤１３２１と、硬質物１３２２とを含み、固体潤滑剤１３２１の平均粒径が、硬質物１３２２の平均粒径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材用樹脂材料及びこれを用いた摺動部材に関する。

摺動部材に用いる樹脂材料として、バインダー樹脂に黒鉛を添加した樹脂材料が知られている。例えば特許文献１には、球に近い形状を有する黒鉛粒子を含む樹脂材料が記載されている。

特許第５６８３５７１号公報

特許文献１に記載の技術においては、樹脂材料の耐疲労性に改善の余地があった。

これに対し本発明は、耐疲労性を改善した摺動部材用樹脂材料を提供する。

本発明は、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂中に含まれる添加剤とを含み、前記添加剤は、固体潤滑剤と、硬質物とを含み、前記固体潤滑剤の平均粒径が、前記硬質物の平均粒径よりも小さい摺動部材用樹脂材料を提供する。

前記バインダー樹脂がポリイミドを含んでもよい。

前記固体潤滑剤が黒鉛であり、前記硬質物がクレーであってもよい。

前記バインダー樹脂を８５体積％以上含んでもよい。

前記添加剤がＭｏＳ₂を含まなくてもよい。

また、本発明は、基材と、前記基材上に上記いずれかの摺動部材用樹脂材料を用いて形成された樹脂被覆層とを有する摺動部材を提供する。

本発明によれば、樹脂材料及びそれを用いた摺動部材の耐疲労性を向上することができる。

一実施形態に係る摺動部材１の断面構造を例示する図。切削加工時の表面形状を示す模式図。

１．構成
図１は、一実施形態に係る摺動部材１の断面構造を例示する図である。摺動部材１は、例えば燃料噴射ポンプにおいて用いられる摺動部材である。摺動部材１は、基材１１、焼結層１２、及び樹脂被覆層１３を有する。基材１１は摺動部材１の形状及び機械的強度を与えるための層である。基材１１は、例えば鋼で形成される。焼結層１２は、樹脂被覆層１３と基材１１との密着性を向上させるための層であり、金属粉、例えば銅又は銅合金の粉末で形成される。

樹脂被覆層１３は、摺動部材用樹脂材料で形成される。この樹脂材料は、バインダー樹脂１３１及び添加剤１３２を含む。バインダー樹脂１３１としては、例えば熱硬化性樹脂、より具体的には、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂の少なくとも一方が用いられる。なお、耐疲労性を向上させる観点から、ＰＡＩ樹脂よりもＰＩ樹脂を用いることが好ましく、ＰＩ樹脂の中でも高強度のもの（ここで「高強度」とは引張強度が１５０ＭＰａ以上のものをいう）が用いられることが好ましい。耐疲労性を向上させる観点からは、樹脂被覆層１３におけるバインダー樹脂の含有量は多い方が好ましく、例えば８３体積％以上であることが好ましく、８５体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましい。

添加剤１３２とは樹脂被覆層１３の特性を改善するための物質であり、例えば、固体潤滑剤１３２１、硬質物１３２２、及びシランカップリング剤のうち少なくとも１つを含む（シランカップリング剤は図示略）。固体潤滑剤１３２１は樹脂被覆層１３の摩擦係数を低減するための添加物であり、例えば、黒鉛（グラファイト）及びＭｏＳ₂のうち少なくとも一方を含む。ＭｏＳ₂は樹脂層において凝集しやすい場合があるので、固体潤滑剤１３２１としては黒鉛を用い、ＭｏＳ₂を用いないことが好ましい。固体潤滑剤１３２１として黒鉛を用いる場合、摩擦係数を低減する観点からその黒鉛化度は高い方が好ましく、例えば９５％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。硬質物１３２２は樹脂被覆層１３の耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させるための物質であり、例えば、クレー、ムライト、及びタルクのうち少なくとも１種を含む。シランカップリング剤はバインダー樹脂１３１と固体潤滑剤１３２１との結合を強化するための物質である。

耐疲労性を向上させる観点から、添加剤の含有量は少ない方が好ましく、例えば合計で１７体積％以下であることが好ましい。摩擦係数を低減する観点からは固体潤滑剤の含有量は多い方が好ましく、例えば９体積％以上であることが好ましい。耐焼付性及び耐摩耗性を向上させる観点からは硬質物の含有量は多い方が好ましく、例えば０．５体積％以上であることが好ましい。固体潤滑剤及び硬質物の双方を添加するためには、固体潤滑剤の含有量は９体積％以上１７体積％以下であることが好ましく、硬質物の含有量は０．５体積％以上２体積％以下であることが好ましい。シランカップリング剤は、バインダー樹脂に対して例えば１重量％以上３重量％以下であることが好ましい。

切削加工後における表面粗さを低減する観点から、材料として用いる添加剤１３２の粒径は小さいことが好ましく、例えば、添加剤１３２の平均粒径は、焼結層１２に用いられる金属粉の平均粒径よりも小さいことが好ましい。さらに、固体潤滑剤１３２１及び硬質物１３２２のいずれも、平均粒径が５μｍ以下又は５μｍ未満であることが好ましく、３μｍ以下又は３μｍ未満であることがより好ましい。

樹脂被覆層１３の耐疲労性を向上させる観点から、材料として用いる固体潤滑剤１３２１の平均粒径は小さいことが好ましく、例えば、硬質物１３２２の平均粒径よりも小さいことがより好ましい。

図２は、切削加工時の表面形状を示す模式図である。図２（Ａ）は従来技術に係る樹脂材料を用いた例を、図２（Ｂ）は本実施形態に係る樹脂材料を用いた例を示す。図２は、摺動面に垂直な断面を模式的に示す。図２（Ａ）の例において、添加剤である固体潤滑剤は１０μｍ程度と比較的大きい。このため、切削加工時に表面から固体潤滑剤が脱落すると、加工後の表面には１０μｍ程度の大きさの凹凸が生じる。これに対し本実施形態に係る図２（Ｂ）の例において、添加剤１３２である固体潤滑剤１３２１は３μｍ以下であり小さい。そのため、切削加工時に表面から固体潤滑剤１３２１が脱落しても、加工後の表面に生じる凹凸は３μｍ程度の大きさである。

２．実施例
本願の発明者らは、種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片について耐疲労性を評価した。

２−１．試験片作製
基材としては、厚さ１．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ（ＪＩＳ））を用いた。基材の上に銅合金粉（平均粒径１００μｍ）を厚さ１００μｍで散布した後、圧下せず、還元雰囲気で９３０℃に加熱して焼結した。表１の組成の樹脂層を形成するための前駆体溶液を調整し、この前駆体溶液を、焼結層の上にナイフコート法により塗布した。塗布後、室温〜約２００℃の範囲で６０〜９０分程度、乾燥した。その後、約３００℃まで昇温し、３０〜９０分程度焼成した。

実験例１（実施例）において、固体潤滑剤としては黒鉛のみを用いた（すなわちＭｏＳ₂は含まない）。実験例１においては黒鉛として、平均粒径（体積基準によるｄ５０）が１．５μｍであり、黒鉛化度が９９％のものを用いた。また、高強度ＰＩ樹脂として、引張強度が１９５ＭＰａ、伸びが９０％、弾性率が３．８ＧＰａ、ガラス転移温度Ｔｇが２８５℃のものを用いた。実験例２においては黒鉛として、平均粒径が１２．５μｍであり、黒鉛化度が９０％のものを用いた。ＭｏＳ₂としては平均粒径が１．５μｍのものを用いた。さらに、ＰＩ樹脂としては、引張強度が１１９ＭＰａ、伸びが４７％、ガラス転移温度Ｔｇが３６０℃のものを、ＰＡＩ樹脂として、引張強度が１１２ＭＰａ、伸びが１７％、弾性率が２．７ＧＰａ、ガラス転移温度Ｔｇが２８８℃のものを用いた。実験例１において、シランカップリング剤としては、化学式が3(H₃CO)SiC₃H₆−NH−C₃H₆Si(OCH₃)₃のものを用いた。なお表１において、シランカップリング剤の含有量は、高強度ＰＩ樹脂に対する重量比で示されている。実験例１及び２において、クレーとしては、構造式がAl₂O₃・2SiO₂であり、平均粒径が３μｍのものを用いた。

２−２．切削加工後の表面粗さ評価
実験例１及び実験例２の試験片に対し、以下の条件で耐疲労性試験を行った。
・試験機：往復動荷重試験機
・回転速度：３０００ｒｐｍ
・試験温度（軸受背面温度）：１００℃
・相手材：Ｓ４５Ｃ
・潤滑油：パラフィン油
実験例１の耐疲労面圧は９０ＭＰａであったのに対し、実験例２の耐疲労面圧は２０ＭＰａであった。このように、本実施形態に係る樹脂材料によれば比較例に係る樹脂材料よりも耐疲労性が向上することが分かった。

なお、上述の実施例において使用した各種の材料及びその組成はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。また、摺動部材の具体的構造は図１で例示したものに限定されない。例えば、焼結層１２は省略され、基材１１の上に直接、樹脂被覆層１３が形成されてもよい。また、摺動部材１の用途は燃料噴射ポンプにおいて用いられるものに限定されず、各種の軸受、又はコンプレッサー等に用いられてもよい。

１…摺動部材
１１…基材
１２…焼結層
１３…樹脂被覆層
１３１…バインダー樹脂
１３２…添加剤

Claims

バインダー樹脂と、
前記バインダー樹脂中に含まれる添加剤と
を含み、
前記添加剤は、
固体潤滑剤と、
硬質物と
を含み、
前記固体潤滑剤の平均粒径が、前記硬質物の平均粒径よりも小さい
ことを特徴とする摺動部材用樹脂材料。
前記バインダー樹脂がポリイミドを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材用樹脂材料。
前記固体潤滑剤が黒鉛であり、
前記硬質物がクレーである
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。
前記バインダー樹脂を８５体積％以上含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。
前記添加剤がＭｏＳ₂を含まない
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。
基材と、
前記基材上に、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料を用いて形成された樹脂被覆層と
を有する摺動部材。