JP2019189679A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記固体潤滑剤は、粒子状をなし、融点が126.4°C以上、132.0°C以下である超高分子量ポリエチレンであり、
前記無機充填剤は、粒子状をなす酸化チタンであり、
前記酸化チタンは、前記摺動層における全固体成分に対して、1体積%以上、8体積%以下であることを特徴とする。
粒子状の超高分子量ポリエチレンに対して密閉状態で放射線を照射し、前記超高分子量ポリエチレンを架橋する架橋工程と、
前記架橋工程で架橋された前記超高分子量ポリエチレンを含む固体潤滑剤と、バインダ樹脂と、粒子状の酸化チタンである無機充填剤とを含有する摺動層用組成物を調製する組成物調製工程と、
母材上に前記摺動層用組成物を設けて前記相手材と摺動する摺動層を形成し、摺動部材を得る摺動層形成工程とを備えていることを特徴とする。
粒子状の超高分子量ポリエチレンに対して密閉状態で放射線を照射する手段としては、(1)粒子状の超高分子量ポリエチレンを収納した容器内を真空引きし、空気の存在割合を下げる真空法、(2)容器内を不活性ガスや窒素で満たし、空気を排出するガスパージ法等を採用することができる。密閉されていれば、真空法やガスパージ法等を用いずに、多少の酸素を含む雰囲気であってもよい。
(バインダ樹脂)
バインダ樹脂は、固体潤滑剤を脱離し難くする固体潤滑剤の保持性、層状の被膜下で繰り返し作用するせん断力に対する耐久性(土台としての硬さ)、破壊されにくい耐摩耗性、耐熱性等を発揮する。バインダ樹脂としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を採用できる。ポリイミド系樹脂としては、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド等を採用することができる。コスト及び特性を考慮すると、PAIをバインダ樹脂とすることが最適である。
固体潤滑剤は、バインダ樹脂に保持され、最表面で低せん断力及び低摩擦係数を発揮する。固体潤滑剤としては、超高分子量ポリエチレン、フッ素樹脂等を採用可能である。超高分子量ポリエチレン及びフッ素樹脂は、摺動層の摺動面に被膜を形成し、かつ相手材へ移着することで滑り性を向上させる。二酸化モリブデン及びグラファイトは、低せん断力をもつ結晶構造により滑り性を向上させ、かつ高荷重で低摩擦を実現する。発明者らの実験結果によれば、フッ素樹脂は、耐摩耗性、耐焼き付き性等の摺動特性を有しているものの、撥油特性を有しており、潤滑油の接触角が比較的大きい。一方、超高分子量ポリエチレンは、摺動特性ではフッ素樹脂より劣るものの、親油特性を有しており、潤滑油の接触角が比較的小さい。また、固体潤滑剤として、二酸化モリブデン、グラファイト、メラミンシアヌレート(MCA)やフッ化カルシウム、銅及び錫などの軟質金属を採用することができる。特に、適度に架橋された超高分子量ポリエチレンは、高温時に摺動層の表面から溶出し難く、優れた耐焼付き性及び耐摩耗性を向上することができる。
摺動層は、バインダ樹脂及び固体潤滑剤の他、充填剤を有し得る。充填剤としては、酸化チタン、第3リン酸カルシウム、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の硬質粒子のように、摺動層の硬さを向上させるものを採用することができる。コスト及び特性を考慮して、酸化チタンを無機充填剤として採用することが最適である。
摺動層形成工程としては、スプレーコート、ロールコート等の塗装方法の種類により、任意にn−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、キシレン等の溶剤で摺動層用組成物を希釈し、粘度調整及び固形分の濃度調整を行うことが可能である。母材に摺動層用組成物の希釈物をコーティングした後、乾燥、焼成を行い、摺動層を形成することが可能である。
バインダ樹脂:ポリアミドイミド樹脂(PAI)ワニス
固体潤滑剤:粒子状の超高分子量ポリエチレン(UHPE粒子)、粒子状のフッ素化合物(PTFE粒子)
無機充填剤:酸化チタン
シランカップリング剤
分析装置:DSC Q2000(TA instrument)
昇温速度:5°C/分(210°Cに昇温後、−20°C/分で30°Cまで冷却し、再度の測定を行った。)
雰囲気:N2
試料重量:各々5mg±0.1mg
融点の読み取り条件:再度の測定時における融解のピーク温度
この試験は、各摺動部材の摺動層における一定水準のドライ環境下において、耐摩耗性を評価するものである。すなわち、図1に示すように、S45Cからなる母材10の上面に各摺動部材の摺動層10aが形成されている。摺動層10aの膜厚は約20μmである。この状態において、リング1を各摺動部材の摺動層10aの上面に載置する。S45C製のリング1を面圧5.4MPa、摺動速度0.9m/秒、摺動距離500mの条件下で、回転させる。この間の摺動層10aの比摩耗量(×10-6mm3/N・m)を測定した。この試験を実施例1〜16及び比較例1〜5の摺動部材に対して行った。
この試験は、各摺動部材の摺動層における一定水準の油中環境下において、耐摩耗性を評価するものである。すなわち、図2に示すように、S45Cからなる母材20の上面に各摺動部材の摺動層20aが形成されている。摺動層20aの膜厚は約15μmである。この状態において、ボール3を各摺動部材の摺動層20aの上面に載置する。SUJ2製であり、Φ3/16インチのボール3を荷重20N、摺動速度0.25m/秒の条件で、最大120秒間回転させる。この際、冷凍機油4を摺動層20a上に5mg滴下する。この間の摺動層20aの膜摩滅または膜剥離までの耐久時間を測定した。この試験を実施例1〜16及び比較例1〜5の摺動部材に対して行った。
10、20…母材
10a、20a…摺動層
Claims (8)
- 母材と、前記母材上に形成され、バインダ樹脂と固体潤滑剤と無機充填剤とを含有する摺動層とを備え、前記摺動層が相手材と摺動する摺動部材であって、
前記固体潤滑剤は、粒子状をなし、融点が126.4°C以上、132.0°C以下である超高分子量ポリエチレンであり、
前記無機充填剤は、粒子状をなす酸化チタンであり、
前記酸化チタンは、前記摺動層における全固体成分に対して、1体積%以上、8体積%以下であることを特徴とする摺動部材。 - 前記超高分子量ポリエチレンはゲル分率が26%以上である請求項1記載の摺動部材。
- 前記摺動層は、さらにシランカップリング剤を含有する請求項1又は2記載の摺動部材。
- 前記摺動層は、前記超高分子量ポリエチレンが前記摺動層における全固体成分に対して10体積%以上、35体積%以下である請求項1乃至3のいずれか1項記載の摺動部材。
- 前記摺動層は、シランカップリング剤を含有し、
前記シランカップリング剤が前記摺動層における全固体成分に対して0.2体積%以上、8体積%以下である請求項4記載の摺動部材。 - 前記摺動層は、前記固体潤滑剤が前記バインダ樹脂に対して12.0体積%以上、29.0体積%以下であり、
前記摺動層は、前記シランカップリング剤が前記摺動層における全固体成分に対して1体積%以上、5体積%以下である請求項5記載の摺動部材。 - 相手材と摺動する摺動部材を製造するための摺動部材の製造方法であって、
粒子状の超高分子量ポリエチレンに対して密閉状態で放射線を照射し、前記超高分子量ポリエチレンを架橋する架橋工程と、
前記架橋工程で架橋された前記超高分子量ポリエチレンを含む固体潤滑剤と、バインダ樹脂と、粒子状の酸化チタンである無機充填剤とを含有する摺動層用組成物を調製する組成物調製工程と、
母材上に前記摺動層用組成物を設けて前記相手材と摺動する摺動層を形成し、摺動部材を得る摺動層形成工程とを備えていることを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 前記組成物調整工程は、さらにシランカップリング剤を含有する請求項7記載の摺動部材の製造方法。
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-
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