JP3490978B2 - クラスタダイヤモンド複合材料及びその製造方法 - Google Patents
クラスタダイヤモンド複合材料及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に摺動部品、摺
動部材等に使用されるクラスタダイヤモンド複合材料及
びその製造方法に関する。
動部材等に使用されるクラスタダイヤモンド複合材料及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、省エネルギー、省資源の重要性が
増す中で機械ロスを減少させる低摩擦係数と長寿命のた
めの高耐摩耗性を兼備し、かつ相手材を傷つけにくい固
体潤滑材料が強く求められている。ところで、この要求
を満たすには、少なくとも摩擦係数が０．１以下で、材
料自身及び相手材の比摩耗量が共に１０−６ｍｍ３／Ｎ
ｍ台以下の固体潤滑材料が必要であると言われている。
増す中で機械ロスを減少させる低摩擦係数と長寿命のた
めの高耐摩耗性を兼備し、かつ相手材を傷つけにくい固
体潤滑材料が強く求められている。ところで、この要求
を満たすには、少なくとも摩擦係数が０．１以下で、材
料自身及び相手材の比摩耗量が共に１０−６ｍｍ３／Ｎ
ｍ台以下の固体潤滑材料が必要であると言われている。
【０００３】クラスタダイヤモンド（ＣＤ）やグラファ
イトダイヤモンド（ＧＣＤ）は、低摩擦係数かつ高耐摩
耗性材料として期待されているが、その特性を十分に発
揮させるにはダイヤモンドを強固に保持できる適切なマ
トリックスの開発が極めて重要である。
イトダイヤモンド（ＧＣＤ）は、低摩擦係数かつ高耐摩
耗性材料として期待されているが、その特性を十分に発
揮させるにはダイヤモンドを強固に保持できる適切なマ
トリックスの開発が極めて重要である。
【０００４】このマトリックスに関しては、先に研究さ
れた技術文献１（「クラスターダイヤモンド／ガラス状
炭素複合材料の摩擦特性」、ｐ．２３７−２３８、
（社）日本トライポロジー学会トライポロジー会議予稿
集、２０００年４月２０日発行、発行所：日本トライポ
ロジー学会）が知られている。この技術文献１には、
０．１以下の摩擦係数が得られることが記載されている
が、摩耗については記載されていない。また、同技術文
献１には、成形温度が１４００℃と極めて高温（大エネ
ルギーを使用)であることが記載されている。
れた技術文献１（「クラスターダイヤモンド／ガラス状
炭素複合材料の摩擦特性」、ｐ．２３７−２３８、
（社）日本トライポロジー学会トライポロジー会議予稿
集、２０００年４月２０日発行、発行所：日本トライポ
ロジー学会）が知られている。この技術文献１には、
０．１以下の摩擦係数が得られることが記載されている
が、摩耗については記載されていない。また、同技術文
献１には、成形温度が１４００℃と極めて高温（大エネ
ルギーを使用)であることが記載されている。
【０００５】また、上記文献とは別に、技術文献２
（「クラスターダイヤモンドを利用した固体潤滑複合材
料の開発：成果報告書」、ｐ．１８−２０、平成１１年
３月発行、発行所：新エネルギー・産業開発機構 産業
研究開発部）が知られている。技術文献２には、銅合
金、鋳鉄、銀等の金属マトリックスでは、摩擦係数が
０．２以上、比摩耗量が１０−５ｍｍ３／Ｎｍであるこ
とが記載されている。また、技術文献２には、ポリイミ
ドマトリックスでは耐摩耗性は良好であるが、摩擦係数
が０．２以上と高いことが記載されている。更に、技術
文献２には、ＰＴＦＥマトリックスでは摩擦係数は０．
１以下が得られるが、比摩耗量が１０−５ｍｍ３／Ｎｍ
台以上で耐摩耗性が不十分であることが記載されてい
る。
（「クラスターダイヤモンドを利用した固体潤滑複合材
料の開発：成果報告書」、ｐ．１８−２０、平成１１年
３月発行、発行所：新エネルギー・産業開発機構 産業
研究開発部）が知られている。技術文献２には、銅合
金、鋳鉄、銀等の金属マトリックスでは、摩擦係数が
０．２以上、比摩耗量が１０−５ｍｍ３／Ｎｍであるこ
とが記載されている。また、技術文献２には、ポリイミ
ドマトリックスでは耐摩耗性は良好であるが、摩擦係数
が０．２以上と高いことが記載されている。更に、技術
文献２には、ＰＴＦＥマトリックスでは摩擦係数は０．
１以下が得られるが、比摩耗量が１０−５ｍｍ３／Ｎｍ
台以上で耐摩耗性が不十分であることが記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
を考慮してなされたもので、体積比で９９〜５０％のポ
リイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂から
なるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラスタダ
イヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンドの少
なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してなる構
成とすることにより、相手材に対し、極めて低い摩擦係
数と高い耐摩耗性を示すとともに、相手材の摩耗も極め
て少ないクラスタダイヤモンド複合材料を提供すること
を目的とする。
を考慮してなされたもので、体積比で９９〜５０％のポ
リイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂から
なるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラスタダ
イヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンドの少
なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してなる構
成とすることにより、相手材に対し、極めて低い摩擦係
数と高い耐摩耗性を示すとともに、相手材の摩耗も極め
て少ないクラスタダイヤモンド複合材料を提供すること
を目的とする。
【０００７】また、本発明は、体積比で９９〜５０％の
ポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂か
らなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラスタ
ダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンドの
少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してなる
クラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であり、原料
混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃の条件で
加圧して固化することにより成形することにより、相手
材に対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性を示すと
ともに、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタダイヤモ
ンド複合材料を製造する方法を提供することを目的とす
る。
ポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂か
らなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラスタ
ダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンドの
少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してなる
クラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であり、原料
混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃の条件で
加圧して固化することにより成形することにより、相手
材に対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性を示すと
ともに、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタダイヤモ
ンド複合材料を製造する方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、先行研究
の結果を分析してポリイミドの耐摩耗性とＰＴＦＥの摩
擦係数に着目し、これらを適宜混合することによって両
者の長所を備えたマトリックスの開発を研究した。その
結果、ポリイミドにＰＴＦＥを適宜添加することによっ
て、摩擦係数がＰＴＦＥと同等以下で耐摩耗性がポリイ
ミドより１桁優れたマトリックスを得た。
の結果を分析してポリイミドの耐摩耗性とＰＴＦＥの摩
擦係数に着目し、これらを適宜混合することによって両
者の長所を備えたマトリックスの開発を研究した。その
結果、ポリイミドにＰＴＦＥを適宜添加することによっ
て、摩擦係数がＰＴＦＥと同等以下で耐摩耗性がポリイ
ミドより１桁優れたマトリックスを得た。
【０００９】即ち、硬質のポリイミドに軟質のＰＴＦＥ
を添加すると、摩擦によって自身と相手材の表面にＰＴ
ＦＥの被膜が容易に形成されて摩擦係数がＰＴＦＥ単味
と同レベルに低下する。摩擦係数の減少によってポリイ
ミドの摩耗も減少し、ポリイミドの保護によってＰＴＦ
Ｅの摩耗も減少する。
を添加すると、摩擦によって自身と相手材の表面にＰＴ
ＦＥの被膜が容易に形成されて摩擦係数がＰＴＦＥ単味
と同レベルに低下する。摩擦係数の減少によってポリイ
ミドの摩耗も減少し、ポリイミドの保護によってＰＴＦ
Ｅの摩耗も減少する。
【００１０】本願第１の発明は、体積比で９９〜５０％
のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂
からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラス
タダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンド
の少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してな
ることを特徴とするクラスタダイヤモンド複合材料であ
る。
のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂
からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラス
タダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンド
の少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してな
ることを特徴とするクラスタダイヤモンド複合材料であ
る。
【００１１】本願第２の発明は、体積比で９９〜５０％
のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂
からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラス
タダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンド
の少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してな
るクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であり、原
料混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃の条件
で加圧して固化することにより成形することを特徴とす
るクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法である。
のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂
からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のクラス
タダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモンド
の少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化してな
るクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であり、原
料混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃の条件
で加圧して固化することにより成形することを特徴とす
るクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。
説明する。
【００１３】本発明において、ポリイミド樹脂の体積比
を９９〜５０％とし、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）樹脂の体積比を１〜５０％としたが、好ましく
はポリイミド樹脂の体積比：９５〜８０％、ＰＴＦＥ樹
脂の体積比：５〜２０％である。こうした範囲にした理
由は、ＰＴＦＥ樹脂の体積比が１％未満の場合は摩擦係
数が大きくなり、ＰＴＦＥ樹脂の体積比が５０％を超え
ると比摩耗量が増大するためである。
を９９〜５０％とし、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）樹脂の体積比を１〜５０％としたが、好ましく
はポリイミド樹脂の体積比：９５〜８０％、ＰＴＦＥ樹
脂の体積比：５〜２０％である。こうした範囲にした理
由は、ＰＴＦＥ樹脂の体積比が１％未満の場合は摩擦係
数が大きくなり、ＰＴＦＥ樹脂の体積比が５０％を超え
ると比摩耗量が増大するためである。
【００１４】本発明において、クラスタダイヤモンド
（ＣＤ）又はグラファイトトクラスタダイヤモンド（Ｇ
ＣＤ）の少なくともいずれか一方の量を１〜３０％とし
たが、好ましくは１〜１０％である。この理由は、ＣＤ
及び／又はＧＣＤが１％未満の場合は摩擦係数、比摩耗
量が増大し、３０％を超えるとＣＤやＧＣＤの粒子が凝
集して互いに固まりあって大きな粒をつくりやすく、比
摩耗量が増大するからである。
（ＣＤ）又はグラファイトトクラスタダイヤモンド（Ｇ
ＣＤ）の少なくともいずれか一方の量を１〜３０％とし
たが、好ましくは１〜１０％である。この理由は、ＣＤ
及び／又はＧＣＤが１％未満の場合は摩擦係数、比摩耗
量が増大し、３０％を超えるとＣＤやＧＣＤの粒子が凝
集して互いに固まりあって大きな粒をつくりやすく、比
摩耗量が増大するからである。
【００１５】本発明において、クラスタダイヤモンド複
合材料からなる複合層と、この複合層と一体的に積層さ
れる補強板とを具備した構成にすることが好ましい。こ
こで、補強板は、クラスタダイヤモンド複合材料のみで
は材料となるＣＤやＧＣＤのコストが大きくなるととも
に、補強の点で十分でないので、これを補うために補強
板と前記複合層を一体化させるものである。なお、複合
層を補強板と積層して使用する場合、複合層中にはＣＤ
やＧＣＤをあまり多く混入させないようにする。その理
由は、ＣＤやＧＣＤの量があまり多いと、複合層と補強
板との熱膨張率の差によって前記複合層が補強板から剥
離し易くなるからである。
合材料からなる複合層と、この複合層と一体的に積層さ
れる補強板とを具備した構成にすることが好ましい。こ
こで、補強板は、クラスタダイヤモンド複合材料のみで
は材料となるＣＤやＧＣＤのコストが大きくなるととも
に、補強の点で十分でないので、これを補うために補強
板と前記複合層を一体化させるものである。なお、複合
層を補強板と積層して使用する場合、複合層中にはＣＤ
やＧＣＤをあまり多く混入させないようにする。その理
由は、ＣＤやＧＣＤの量があまり多いと、複合層と補強
板との熱膨張率の差によって前記複合層が補強板から剥
離し易くなるからである。
【００１６】前記補強板はポリイミドとＰＴＦＥ樹脂か
らなるマトリックスに低膨張率のセラミックスを添加し
た構成であり、かつ補強板の熱膨張率はクラストダイヤ
モンド複合材料の熱膨張率と同じあるいは近い値（実質
的に同じ値）であることが好ましい。この理由は、補強
板の熱膨張率を複合材料の熱膨張率と実質的に同じにし
た方が一体化、成形が容易であるからである。ここで、
前記セラミックスとしては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＣが
挙げられる。但し、前記補強層の材料としては、上記の
材料以外に、気密でしかも複合層に強固に一体化され、
かつ加工時の温度、圧力に耐えうる材料であればいずれ
でも使用でき、例えば前記複合層の材料であるポリイミ
ド樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、あるいはこの混合、更には他の
合成樹脂が挙げられる。
らなるマトリックスに低膨張率のセラミックスを添加し
た構成であり、かつ補強板の熱膨張率はクラストダイヤ
モンド複合材料の熱膨張率と同じあるいは近い値（実質
的に同じ値）であることが好ましい。この理由は、補強
板の熱膨張率を複合材料の熱膨張率と実質的に同じにし
た方が一体化、成形が容易であるからである。ここで、
前記セラミックスとしては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＣが
挙げられる。但し、前記補強層の材料としては、上記の
材料以外に、気密でしかも複合層に強固に一体化され、
かつ加工時の温度、圧力に耐えうる材料であればいずれ
でも使用でき、例えば前記複合層の材料であるポリイミ
ド樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、あるいはこの混合、更には他の
合成樹脂が挙げられる。
【００１７】本発明において、原料混合粉末を型に充填
した後、１５０〜２５０℃の条件で加圧して固化するこ
とにより成形することが好ましい。この理由は、１５０
℃未満では原料混合粉末が固まらず、２５０℃を超える
と原料混合粉末が溶けるからである。
した後、１５０〜２５０℃の条件で加圧して固化するこ
とにより成形することが好ましい。この理由は、１５０
℃未満では原料混合粉末が固まらず、２５０℃を超える
と原料混合粉末が溶けるからである。
【００１８】本発明において、加熱加圧成形は放電プラ
ズマ焼結法（ＳＰＳ：ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａ Ｓｉｎ
ｔｅｒｅｄ）により行うことが好ましい。この方法を用
いれば、短時間のホットプレスが可能となる。
ズマ焼結法（ＳＰＳ：ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａ Ｓｉｎ
ｔｅｒｅｄ）により行うことが好ましい。この方法を用
いれば、短時間のホットプレスが可能となる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１を参照
して製造方法を併記しながら説明する。なお、下記に示
す部材の材料や数値等は一例を示すもので、これらによ
り本発明の権利範囲が特定されるものではない。
して製造方法を併記しながら説明する。なお、下記に示
す部材の材料や数値等は一例を示すもので、これらによ
り本発明の権利範囲が特定されるものではない。
【００２０】まず、クラスタダイヤモンド複合材料から
なる複合層１として、所定の割合で秤量したポリイミド
樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＣＤ／ＧＣＤの粉末をビーカーに
入れ、エタノールを加えてプロペラ式攪拌機で、１５０
０ｒｐｍ、１０ｍｉｎ混合した後、ろ過、乾燥を行っ
た、また、補強板２として、前記複合層と同比率のポリ
イミドとＰＴＦＥの混合粉末を同様に準備した。
なる複合層１として、所定の割合で秤量したポリイミド
樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＣＤ／ＧＣＤの粉末をビーカーに
入れ、エタノールを加えてプロペラ式攪拌機で、１５０
０ｒｐｍ、１０ｍｉｎ混合した後、ろ過、乾燥を行っ
た、また、補強板２として、前記複合層と同比率のポリ
イミドとＰＴＦＥの混合粉末を同様に準備した。
【００２１】次に、直径２０ｍｍの黒鉛型に２．２ｇの
補強板用粉末を均一に充填しその上に０．５ｇの複合層
用粉末を均一に充填した。つづいて、これをＳＰＳ（放
電プラズマ焼結）装置で圧力５０ＭＰａ、温度２００
℃、保持時間５ｍｉｎで固化して、直径２０ｍｍ、補強
板厚み５ｍｍ、複合層厚み１ｍｍの成形体（クラスタダ
イヤモンド複合材料）３を得た。
補強板用粉末を均一に充填しその上に０．５ｇの複合層
用粉末を均一に充填した。つづいて、これをＳＰＳ（放
電プラズマ焼結）装置で圧力５０ＭＰａ、温度２００
℃、保持時間５ｍｉｎで固化して、直径２０ｍｍ、補強
板厚み５ｍｍ、複合層厚み１ｍｍの成形体（クラスタダ
イヤモンド複合材料）３を得た。
【００２２】このように、本実施例に係るクラスタダイ
ヤモンド複合材料３は、ポリイミド樹脂、ＰＴＦＥ樹
脂、ＣＤ及びＧＣＤからなる複合層１と、この複合層１
と一体化された，前記複合層１と同比率のポリイミドと
ＰＴＦＥからなる補強板２とから構成されている。
ヤモンド複合材料３は、ポリイミド樹脂、ＰＴＦＥ樹
脂、ＣＤ及びＧＣＤからなる複合層１と、この複合層１
と一体化された，前記複合層１と同比率のポリイミドと
ＰＴＦＥからなる補強板２とから構成されている。
【００２３】上記のようにして得られた成形体３につい
て、摩擦特性をピンオンブロック式往復摩擦試験機で測
定した。これは、例えば図２に示すように往復動するブ
ロック（試料）４に固定した（回転しない）ボール（相
手材）５を押し付けることにより行う試験方法である。
前記ピン４としてはＳＵＳ３０４を用いたが、比較とし
てＳＵＪ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ
４も用いた。また、ブロックは前記成形体である。更
に、摩擦条件は、荷重１〜２５Ｎ、摩擦速度１〜１００
ｍｍ／ｓ、摩擦時間６０〜１２０ｍｉｎ、摩擦量４３２
〜９０００Ｎｍで変化させて摩擦係数と比摩耗量を測定
した。ここで、摩擦量は荷重と摩擦距離の積を示す。
て、摩擦特性をピンオンブロック式往復摩擦試験機で測
定した。これは、例えば図２に示すように往復動するブ
ロック（試料）４に固定した（回転しない）ボール（相
手材）５を押し付けることにより行う試験方法である。
前記ピン４としてはＳＵＳ３０４を用いたが、比較とし
てＳＵＪ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ
４も用いた。また、ブロックは前記成形体である。更
に、摩擦条件は、荷重１〜２５Ｎ、摩擦速度１〜１００
ｍｍ／ｓ、摩擦時間６０〜１２０ｍｉｎ、摩擦量４３２
〜９０００Ｎｍで変化させて摩擦係数と比摩耗量を測定
した。ここで、摩擦量は荷重と摩擦距離の積を示す。
【００２４】なお、以下に記載した組成はすべて体積比
である。下記表1は、摩擦条件：２５（荷重Ｐ）Ｎ−２
０（こする時の速さＶ）ｍｉｎ／ｓ−２４０（時間Ｔ）
ｍｉｎ（摩擦量Ｆ：７２００Ｎｍ）、相手材：１０ｍｍ
ステンレスボールの場合の成形体材料、体積比（ｖｏｌ
％）、摩擦係数、比摩耗量（１０−７ｍｍ３／Ｎｍ）を
示す。ここで、表1は往復運動する試料と固定した相手
材との摩擦の例であるが、逆に試料を固定し相手材を往
復運動させてもよい。
である。下記表1は、摩擦条件：２５（荷重Ｐ）Ｎ−２
０（こする時の速さＶ）ｍｉｎ／ｓ−２４０（時間Ｔ）
ｍｉｎ（摩擦量Ｆ：７２００Ｎｍ）、相手材：１０ｍｍ
ステンレスボールの場合の成形体材料、体積比（ｖｏｌ
％）、摩擦係数、比摩耗量（１０−７ｍｍ３／Ｎｍ）を
示す。ここで、表1は往復運動する試料と固定した相手
材との摩擦の例であるが、逆に試料を固定し相手材を往
復運動させてもよい。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１より、体積比１〜２０％ＣＤ／ＧＣＤ
では、摩擦係数が０．１以下でマトリックスの摩擦係数
より低いことが明らかである。また、比摩耗量は１０
−６ｍｍ３／Ｎｍ台以下で、体積比１〜１０％ＣＤ／Ｇ
ＣＤでは１０−７ｍｍ２／Ｎｍ台であり、マトリックス
より極めて小さいことが明らかである。即ち、ＣＤ／Ｇ
ＣＤの添加で摩擦摩耗特性が著しく向上していることが
分かる。相手材の摩耗量は試料より更に小さく、本発明
品が相手材を傷つけにくいことを示している。しかし、
高ＣＤ／ＧＣＤでは、ダイヤモンド粒子が脱落し易くな
って摩擦係数、比摩耗量とも大きくなり、基板との接合
力も低下して剥離し易くなる。この結果からより好まし
いＣＤ／ＧＣＤ量は１〜１０％であると言える。
では、摩擦係数が０．１以下でマトリックスの摩擦係数
より低いことが明らかである。また、比摩耗量は１０
−６ｍｍ３／Ｎｍ台以下で、体積比１〜１０％ＣＤ／Ｇ
ＣＤでは１０−７ｍｍ２／Ｎｍ台であり、マトリックス
より極めて小さいことが明らかである。即ち、ＣＤ／Ｇ
ＣＤの添加で摩擦摩耗特性が著しく向上していることが
分かる。相手材の摩耗量は試料より更に小さく、本発明
品が相手材を傷つけにくいことを示している。しかし、
高ＣＤ／ＧＣＤでは、ダイヤモンド粒子が脱落し易くな
って摩擦係数、比摩耗量とも大きくなり、基板との接合
力も低下して剥離し易くなる。この結果からより好まし
いＣＤ／ＧＣＤ量は１〜１０％であると言える。
【００２７】下記表２は、ポリイミド樹脂−（１〜５０
％）ＰＴＦＥ樹脂に５％ＧＣＤを添加した試料の摩擦・
摩耗特性を示す。摩擦条件は、２５Ｎ−２０ｍｉｎ／ｓ
−２４０ｍｉｎ（７２００Ｎｍ）、相手材：１０ｍｍス
テンレスボールの場合の成形体材料を示す。
％）ＰＴＦＥ樹脂に５％ＧＣＤを添加した試料の摩擦・
摩耗特性を示す。摩擦条件は、２５Ｎ−２０ｍｉｎ／ｓ
−２４０ｍｉｎ（７２００Ｎｍ）、相手材：１０ｍｍス
テンレスボールの場合の成形体材料を示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】表２より、５〜４０％ＰＴＦＥで摩擦係数
０．１以下、比摩耗量１０−６ｍｍ ３／Ｎｍ台以下であ
るが、３０％ＰＴＦＥ以上で摩耗が増大するので、より
好ましいＰＴＦＥ量は５〜２０％である。
０．１以下、比摩耗量１０−６ｍｍ ３／Ｎｍ台以下であ
るが、３０％ＰＴＦＥ以上で摩耗が増大するので、より
好ましいＰＴＦＥ量は５〜２０％である。
【００３０】下記表３は、荷重と摩擦速度を変化させた
摩擦試験の結果を示す。ここでは、ポリイミド樹脂−２
０％ＰＴＦＥ、３％ＧＣＤ、相手材：１０ｍｍのステン
レスボールを用いた。但し、摩擦条件は、荷重（Ｐ），
こする速度（Ｖ），時間（Ｔ），摩擦量（Ｆ）の順（Ｐ
−Ｖ−Ｔ−Ｆ）に数値を記載した。
摩擦試験の結果を示す。ここでは、ポリイミド樹脂−２
０％ＰＴＦＥ、３％ＧＣＤ、相手材：１０ｍｍのステン
レスボールを用いた。但し、摩擦条件は、荷重（Ｐ），
こする速度（Ｖ），時間（Ｔ），摩擦量（Ｆ）の順（Ｐ
−Ｖ−Ｔ−Ｆ）に数値を記載した。
【００３１】
【表３】
【００３２】表３から明らかのように、本発明品は広い
荷重、摩擦則その範囲で優れた摩擦係数と耐摩耗性を示
し、相手材の摩耗も極めて小さい。なお、摩擦量が少な
いときの比摩耗量が大きいのは初期摩耗が強く影響して
いるためで、本質的な差ではない。３Ｎ−２ｍｍ／ｓの
摩擦でも摩擦量を他の試験並に大きくすれば、１０− ７
ｍｍ３／Ｎｍ台の比摩耗量になると予測される。
荷重、摩擦則その範囲で優れた摩擦係数と耐摩耗性を示
し、相手材の摩耗も極めて小さい。なお、摩擦量が少な
いときの比摩耗量が大きいのは初期摩耗が強く影響して
いるためで、本質的な差ではない。３Ｎ−２ｍｍ／ｓの
摩擦でも摩擦量を他の試験並に大きくすれば、１０− ７
ｍｍ３／Ｎｍ台の比摩耗量になると予測される。
【００３３】表４は、各種の相手材に対する摩擦・摩耗
特性を示す。ここでは、ポリイミド樹脂−２０％ＰＴＦ
Ｅ、３％ＧＣＤ、摩擦条件は、２５Ｎ−２０ｍ／ｓ−２
４０ｍｉｎ（７２００Ｎｍ）とした。
特性を示す。ここでは、ポリイミド樹脂−２０％ＰＴＦ
Ｅ、３％ＧＣＤ、摩擦条件は、２５Ｎ−２０ｍ／ｓ−２
４０ｍｉｎ（７２００Ｎｍ）とした。
【００３４】
【表４】
【００３５】なお、使用する装置や条件は上述したもの
に限定されず、均一で緻密な成形体が得られるものであ
ればよい。例えば、圧力は１００〜７００ＭＰａ、温度
は１５０〜２５０℃、保持時間は３〜１５ｍｉｎ等の範
囲で適宜変化させても同様の成形体が得られる。また、
型は適当な金型、焼結装置は通常の外熱式ホットプレス
等を使用することができる。更に、複合層と補強板の厚
さは任意に変えることができる。更には、上記実施例で
は複合層にＣＤ及びＧＣＤの両方が含まれている場合に
ついて述べたが、これに限らず、ＣＤ、ＧＣＤのいずれ
か一方のみが含まれている場合でもよい。
に限定されず、均一で緻密な成形体が得られるものであ
ればよい。例えば、圧力は１００〜７００ＭＰａ、温度
は１５０〜２５０℃、保持時間は３〜１５ｍｉｎ等の範
囲で適宜変化させても同様の成形体が得られる。また、
型は適当な金型、焼結装置は通常の外熱式ホットプレス
等を使用することができる。更に、複合層と補強板の厚
さは任意に変えることができる。更には、上記実施例で
は複合層にＣＤ及びＧＣＤの両方が含まれている場合に
ついて述べたが、これに限らず、ＣＤ、ＧＣＤのいずれ
か一方のみが含まれている場合でもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、体
積比で９９〜５０％のポリイミド樹脂と体積比で１〜５
０％のＰＴＦＥ樹脂からなるマトリックス中に体積比で
１〜３０％のクラスタダイヤモンド又はグラファイトク
ラスタダイヤモンドの少なくともいずれか一方を分散さ
せ、成形固化してなる構成とすることにより、相手材に
対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性を示すととも
に、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタダイヤモンド
複合材料を提供できる。
積比で９９〜５０％のポリイミド樹脂と体積比で１〜５
０％のＰＴＦＥ樹脂からなるマトリックス中に体積比で
１〜３０％のクラスタダイヤモンド又はグラファイトク
ラスタダイヤモンドの少なくともいずれか一方を分散さ
せ、成形固化してなる構成とすることにより、相手材に
対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性を示すととも
に、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタダイヤモンド
複合材料を提供できる。
【００３７】また、本発明によれば、体積比で９９〜５
０％のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ
樹脂からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のク
ラスタダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモ
ンドの少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化し
てなるクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であ
り、原料混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃
の条件で加圧して固化することにより成形することによ
り、相手材に対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性
を示すとともに、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタ
ダイヤモンド複合材料を製造する方法を提供できる。
０％のポリイミド樹脂と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ
樹脂からなるマトリックス中に体積比で１〜３０％のク
ラスタダイヤモンド又はグラファイトクラスタダイヤモ
ンドの少なくともいずれか一方を分散させ、成形固化し
てなるクラスタダイヤモンド複合材料の製造方法であ
り、原料混合粉末を型に充填した後、１５０〜２５０℃
の条件で加圧して固化することにより成形することによ
り、相手材に対し、極めて低い摩擦係数と高い耐摩耗性
を示すとともに、相手材の摩耗も極めて少ないクラスタ
ダイヤモンド複合材料を製造する方法を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係るクラスタダイヤモンド
複合材料の説明図。
複合材料の説明図。
【図２】本発明に係るピンオンブロック式往復試験の説
明図。
明図。
１…複合層、
２…補強板、
３…成形体（クラスタダイヤモンド複合材料）、
４…ピン（相手材）、
５…ブロック（試料）。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ３２Ｂ 27/34 Ｂ３２Ｂ 27/34
Ｃ０８Ｊ 5/16 ＣＦＧ Ｃ０８Ｊ 5/16 ＣＦＧ
Ｃ０８Ｋ 3/04 Ｃ０８Ｋ 3/04
//(Ｃ０８Ｌ 79/08 Ｃ０８Ｌ 27:18
27:18） Ｂ２９Ｋ 27:18
Ｂ２９Ｋ 27:18 79:00
79:00 105:16
105:16 507:04
507:04 Ｂ２９Ｌ 31:00
Ｂ２９Ｌ 31:00
(72)発明者 佐野 利男
茨城県つくば市並木一丁目２番地 経済
産業省産業技術総合研究所機械技術研究
所内
(72)発明者 高津 宗吉
東京都目黒区中根２丁目３番５号 株式
会社東京ダイヤモンド工具製作所内
(56)参考文献 特開 平６−240138（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−511020（ＪＰ，Ａ)
新エネルギー・産業開発機構産業研究
開発部，クラスターダイヤモンドを利用
した固体潤滑複合材料の開発：成果報告
書，日本，1999年 ３月
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C08L 79/00 - 79/08
C08L 27/00 - 27/24
C08K 3/00 - 13/08
Claims (5)
- 【請求項１】 体積比で９９〜５０％のポリイミド樹脂
と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂からなるマトリッ
クス中に体積比で１〜３０％のクラスタダイヤモンド又
はグラファイトクラスタダイヤモンドの少なくともいず
れか一方を分散させ、成形固化してなることを特徴とす
るクラスタダイヤモンド複合材料。 - 【請求項２】 請求項１記載のクラスタダイヤモンド複
合材料からなる複合層と、この複合層と一体的に積層さ
れる補強板とを具備することを特徴とするクラストダイ
ヤモンド複合材料。 - 【請求項３】 前記補強板はポリイミド樹脂とＰＴＦＥ
樹脂からなるマトリックスに低膨張率のセラミックスを
添加した構成であり、かつ補強板の熱膨張率はクラスト
ダイヤモンド複合材料の熱膨張率と同じあるいは近い値
であることを特徴とする請求項２記載のクラストダイヤ
モンド複合材料。 - 【請求項４】 体積比で９９〜５０％のポリイミド樹脂
と体積比で１〜５０％のＰＴＦＥ樹脂からなるマトリッ
クス中に体積比で１〜３０％のクラスタダイヤモンド又
はグラファイトクラスタダイヤモンドの少なくともいず
れか一方を分散させ、成形固化してなるクラスタダイヤ
モンド複合材料の製造方法であり、原料混合粉末を型に
充填した後、１５０〜２５０℃の条件で加圧して固化す
ることにより成形することを特徴とするクラスタダイヤ
モンド複合材料の製造方法。 - 【請求項５】 加熱加圧成形を放電プラズマ焼結法によ
り行うことを特徴とする請求項４記載のクラスタダイヤ
モンド複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091222A JP3490978B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | クラスタダイヤモンド複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091222A JP3490978B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | クラスタダイヤモンド複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002284995A JP2002284995A (ja) | 2002-10-03 |
| JP3490978B2 true JP3490978B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=18945886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001091222A Expired - Fee Related JP3490978B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | クラスタダイヤモンド複合材料及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3490978B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4572362B2 (ja) * | 2004-04-15 | 2010-11-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 摩擦材料用炭素材料含有ポリイミド複合材料とその製造方法 |
| RU2495886C2 (ru) * | 2011-08-24 | 2013-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство образования и науки РФ (Минобрнауки РФ) | Способ получения полимерного композита антифрикционного назначения на основе политетрафторэтилена |
| JP5918054B2 (ja) * | 2012-07-03 | 2016-05-18 | ビジョン開発株式会社 | ケイ素及び／又はフッ素を有するダイヤモンド微粒子を含む離型性に優れた摺動性樹脂部材。 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179153A (en) * | 1991-09-09 | 1993-01-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Wear resistant polyimide composition |
| JPH06240138A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-08-30 | Ntn Corp | 摺動材用ポリイミド系樹脂組成物 |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001091222A patent/JP3490978B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 新エネルギー・産業開発機構産業研究開発部，クラスターダイヤモンドを利用した固体潤滑複合材料の開発：成果報告書，日本，１９９９年 ３月 |
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|---|---|
| JP2002284995A (ja) | 2002-10-03 |
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