JP3927358B2 - 摺動部材用組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦特性に優れた摺動面を形成することが可能な摺動部材用組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摺動部材には、大別して、ブレーキディスク等のように相手材との摩擦力を大きくして相手材の運動エネルギを摩擦熱エネルギに変換し相手材の運動を抑制するものと、ピストン、シリンダ等のように相手材との摩擦力を小さくして相手材の運動エネルギの減少を防ぎ相手材の運動を維持するものの２種類がある。後者に該当する摺動部材の摺動面においては、摩擦係数が小さいこと、耐摩耗性が高いこと、相手攻撃性が小さいこと等、摩擦特性が良いことが要求される。このため、摺動部材の摺動面は、摩擦特性が良好な組成物（以下「摺動部材用組成物」と称す）で形成される場合が多い。
【０００３】
例えば、ピストンのスカート部とシリンダ内壁面とは、通常運転時においては両者の間にオイル膜が介在して摺動するが、エンジン始動時等においては両者がとが直接接触することになるため、フッ素樹脂等の摺動部材用組成物をピストンのスカート部表面にコーティングして摺動面を形成する場合が多い。例えば、特開昭５４−１６２０１４号公報には、フッ素樹脂を基材としこの基材に固体潤滑剤を分散させた摺動部材用組成物でピストンのスカート部表面をコーティングし、スカート部の摩擦特性を向上させる技術が紹介されている。フッ素樹脂は摩擦係数が小さく、また固体潤滑剤は自己摺動性が高いため、この摺動部材用組成物は固体としては摩擦特性が良好である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭５４−１６２０１４号公報で紹介された技術には以下の問題がある。まず、上記公報で紹介された摺動部材用組成物は摩擦特性に優れているが、そのレベルは満足のいくものではない。すなわち、従来から存在する固体潤滑剤を分散させていないフッ素樹脂等の摺動部材用組成物と比較すれば、固体潤滑剤を分散させた効果により摩擦特性は向上しているものの、フッ素樹脂および固体潤滑剤は流体潤滑ほどには摩擦係数が低くないこともあり、スカート部とシリンダとの間に液体であるオイル膜が存在する場合と比べると摩擦特性は劣っている。
【０００５】
また、黒鉛等、一般的に固体潤滑剤を形成する物質の結晶は層状構造を有しており、結合力の弱い層間の結合（例えばファンデルワールス結合）が破壊され層滑りを起こすことで自己摺動性を確保している。このため、固体潤滑剤自体は耐摩耗性が低く、固体潤滑剤の配合割合によっては、スカート部にコーティングされた被膜の耐久性が悪くなるおそれがある。さらに、被膜から脱落した固体潤滑剤はスラッジとなってシリンダ内に存在し、このスラッジはエンジン特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
本発明者は、上記問題点を解決するため鋭意、研究を重ね、液体状の潤滑剤が配合された摺動部材用組成物で摺動面を形成することにより、その摺動面の摩擦特性を向上させることができるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであり、摩擦特性の良好な摺動面を形成することの可能な摺動部材用組成物を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の摺動部材用組成物は、ポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とからなるマイクロカプセルとを含んでおり、ポリアミドイミド樹脂は、引っ張り強度が７８．４〜９８ＭＰａであり、縦弾性係数が１９６０〜２９４０ＭＰａであり、伸び率が１０〜２０％であり、マイクロカプセルを構成する樹脂は、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上からなる混合樹脂であることを特徴とする。つまり、本発明の摺動部材用組成物は、基材（マトリクス）に、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）を用い、このＰＡＩに液体潤滑剤であるオイルまたはグリースを内包するマイクロカプセルを分散させたものである。言い換えれば、オイルまたはグリースを内包するマイクロカプセルをＰＡＩで結着したものである。
【０００８】
本発明の摺動部材用組成物の基材となるＰＡＩは、耐摩耗性に優れた特性を持つ。そして、本発明の摺動部材用組成物では液体潤滑剤をマイクロカプセルに充填しＰＡＩ中に分散させていため、本組成物で摺動面を形成してその面を摺動させた場合、表出したマイクロカプセルが相手材との摩擦により破泡し、オイルまたはグリースが流出して摺動面を覆い、潤滑を確保することになる。本発明の摺動部材用組成物で用いる潤滑剤は、液体状であり、固体潤滑剤と比較して摩擦係数、相手攻撃性が小さく、またスラッジ等が発生するおそれがない。
【０００９】
したがって、本発明の摺動部材用組成物は、基材となるＰＡＩの良好な耐摩耗性と液体潤滑剤の有する小さな摩擦係数および小さな相手攻撃性とが相俟って、摩擦特性の極めて良好な摺動面を形成することが可能な摺動部材用組成物となる。また、本発明の摺動部材用組成物では、摺動面の摩耗が進行するにつれ、新たなマイクロカプセルが表出することで、定常的な液体潤滑剤の摺動面への供給が可能となり、本摺動部材用組成物で形成された摺動面は優れた摩擦特性を安定して維持することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の摺動部材用組成物は、熱硬化性樹脂を基材としており、摺動させられる表面をもつ機械部品等（以下「摺動部材」という）のその摺動させられる表面に塗布して熱硬化させることにより容易に被膜として形成（コーティング）することができる。したがって、各種摺動部材の摩耗特性を向上させることができ、幅広い用途に適用することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の摺動部材用組成物の実施の形態を、組成物の基本的構成、固体潤滑剤を含む態様、製造方法、コーティング被膜としての態様の項目に分けてそれぞれ説明する。
【００１２】
（１）組成物の基本的構成
本発明の摺動部材用組成物の基本的構成は、ポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とからなるマイクロカプセルとを含んでなる（請求項１に対応）。以下、ポリアミドイミド樹脂、マイクロカプセルのそれぞれについて説明する。
【００１３】
（ａ）ポリアミドイミド樹脂
基材となるポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）は、マイクロカプセルを分散、結着する機能に加え、耐摩耗性を担保する機能を果たす。したがって、機械的強度に優れたものであることが必要で、特に引張強度が適度に高いことが要求される。ＰＡＩは、同じ熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等に比較して機械的強度に優れ、この要求を満たしている。
【００１４】
ポリアミドイミド樹脂は、引張強度が７８．４〜９８ＭＰａであり、縦弾性係数が１９６０〜２９４０ＭＰａであり、伸び率が１０〜２０％である。引張強度が７８．４ＭＰａ以上であれば、本組成物を被膜として形成した場合であっても、実用的な範囲において、充分な耐摩耗性が得られ、その被膜が破壊することは少なく、一方、９８ＭＰａを越えてもそれ以上の耐摩耗性向上効果は小さいからである。
【００１５】
縦弾性係数は、本組成物を被膜として摺動部材表面に形成した場合に特に影響する。縦弾性係数が低いと、被膜が変形しやすくなり、相手材との接触応力を分散することができる。すなわち、接触応力を被膜の広範囲の面で分散して受けることができるため単位面積あたりの接触応力（すなわち接触圧力）は小さくなり、摩擦係数も小さくなる。しかし、被膜が変形しすぎると基材である摺動部材との接着性が悪くなるおそれがある。一方、縦弾性係数が高いと、被膜の変形量は小さくなるが、相手材との接触圧力が大きくなるため摩擦係数が大きくなる、焼き付きやすい、摩耗しやすいおそれがある。これらの理由から、ＰＡＩの縦弾性係数は、上記１９６０〜２９４０ＭＰａの範囲である。
【００１６】
伸び率とは、無負荷状態における材料の長さに対する負荷状態の材料の変形量（伸び）の割合を百分率で示したものである。本発明の組成物を摺動部材にコーティングした場合、基材となるＰＡＩの伸び率が大きいと、コーティング被膜が変形しやすくなり、相手材との接触応力を分散することができる。すなわち、接触応力を被膜の広範囲の面で分散して受けることができるため接触圧力は小さくなり、摩擦係数も小さくなる。しかし、被膜が変形しすぎると摺動部材との接着性が悪くなるおそれがある。一方、伸び率が小さいと、被膜の変形量は小さくなるが、相手材との接触圧力が大きくなるため摩擦係数が大きくなる、焼き付きやすい、摩耗しやすいおそれがある。これらの理由から、ＰＡＩの伸び率は、上記１０〜２０％範囲である。
【００１７】
（ｂ）マイクロカプセル
マイクロカプセルは、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とから構成される。そして、基材となるＰＡＩ中において、あたかも、液体状あるいは半液体状の潤滑剤を含んだ泡のような状態で存在し、破泡することで潤滑剤が摺動面を覆うことになり、摺動面の潤滑性を確保する。この機能を果たすものである限り、マイクロカプセルの形状は特に問わない。例えば、球状であっても、円盤状であってもよい。また、膜の一部に孔や溝等があり、潤滑剤が膜により完全に密閉されるものでなくてもよい。
【００１８】
マイクロカプセルを構成する膜は樹脂からなる。この樹脂は、ウレア樹脂、メラミン樹脂及びベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上の樹脂からなる混合樹脂である。実験により明らかになったことであるが、マイクロカプセルの膜を単一の樹脂により形成する場合、膜に溝や孔ができてしまい、潤滑剤であるオイル、グリースを膜内に密閉して内包するのはある程度の困難性を伴う。カプセル膜を混合樹脂により形成すると、その膜に溝や孔ができにくく、このため、オイル、グリースを密閉して内包することが容易に可能で、液密性に優れた膜を形成することができる。膜が液密性に優れていると、組成物内部でカプセル膜からオイル、グリースが漏れることが無く、マイクロカプセルを相手材との摩擦により破泡させることができる。このため、本発明の摺動部材用組成物が有する良好な摩擦特性を、長期間維持することができる。
【００１９】
ウレア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上から形成される混合樹脂でマイクロカプセル膜が形成されている。これらの樹脂は熱硬化性を有しておりアミノ樹脂と総称されるものである。ウレア樹脂（ＵＦ）は耐熱性があり、硬度も高い。メラミン樹脂（ＭＦ）は耐衝撃性に優れており、耐熱性もあり、耐炎性にも優れている。また、ベンゾグアナミン樹脂（ＵＢＧＦ）はＭＦの耐クラック性を改善したものである。これらの樹脂の混合樹脂によれば特性のよりよいカプセル膜が容易に形成できる。この場合、混合樹脂におけるＵＦ、ＭＦ、ＵＢＧＦのいずれか２種の配合比（質量比）を３：７〜７：３とすることがより好ましい。配合比をこの範囲内とすることにより、この範囲外のものに比べ、より密閉性に優れた膜を形成することができる。
【００２０】
マイクロカプセルに内包されるオイル、グリースは通常、潤滑剤として用いられているものであり、また、本発明の摺動部材用組成物の使用環境温度に適合するものであり、かつ、液体状あるいは半液体状のものである限り、特にその種類を問わない。摺動面に要求される摩擦特性に応じた粘度等を有するものを適宜選択して用いればよい。
【００２１】
ＰＡＩ中におけるマイクロカプセルの存在割合は、ＰＡＩ１００重量部に対し、マイクロカプセルを１〜６０重量部とすることが望ましい。この好適範囲のものと比較して、マイクロカプセルが１重量部未満では、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が小さく、また、マイクロカプセルが６０重量部を越えると、ＰＡＩ基材の相対量が少なくなるため、組成物自体の強度が低下し、耐摩耗性が低下するからである。
【００２２】
（２）固体潤滑剤を含む態様
本発明の摺動部材用組成物は、基材となるポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され潤滑剤を内包するマイクロカプセルとに加え、ポリアミドイミド樹脂に分散された固体潤滑剤を含んだ態様で実施することができる（請求項２に対応）。固体潤滑剤は自己摺動性を有するため、本態様で実施される摺動部材用組成物は、さらに摩擦係数が小さく、相手攻撃性が低い組成物となる。
【００２３】
固体潤滑剤としては、その種類を特に限定するものではない。例えば、黒鉛、硫化物、フッ素化合物、六方晶型ＢＮ等の一般的な潤滑剤を、得ようとする摩擦特性に応じて適宜選択して使用することができる。ただし、固体潤滑剤を、硫化物、フッ素化合物、黒鉛から選ばれる１種以上とすることが望ましい（請求項３に対応）。摺動部材用組成物は、広い温度条件下で使用される場合が少なくない。例えば、自動車エンジン用ピストンは、エンジン始動時は常温環境下において使用されることになるが、エンジンが昇温すると高温条件下において使用されることになる。このため、本発明の組成物に含有させる固体潤滑剤も広い温度条件下において、安定して高い自己摺動性を維持することが要求される場合がある。固体潤滑剤の中でも、特に硫化物、フッ素化合物、黒鉛は、他の固体潤滑剤と比較して自己摺動性に優れており、またその優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において、安定して維持することができる。
【００２４】
固体潤滑剤として硫化物を用いる場合、その硫化物は、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンの少なくとも１種であることが望ましい。これらは、硫化物の中でも特に自己摺動性に優れ、またこの優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において安定して維持することが可能である。
【００２５】
固体潤滑剤としてフッ素化合物を用いる場合、そのフッ素化合物は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−バ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンから選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。これらの化合物またはこれら化合物の混合物は、フッ素化合物の中でも特に自己摺動性に優れ、またこの優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において安定して維持することが可能である。
【００２６】
固体潤滑剤を含んだ態様で実施する場合、ＰＡＩ中の固体潤滑剤の存在割合は、ＰＡＩ：１００重量部に対し、固体潤滑剤を１〜５００重量部とすることが望ましい。この好適範囲のものと比べ、１重量部未満とすると、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が得られず、５００重量部を越えるとすると、相対的に基材となるＰＡＩの量が減少するため充分な強度が得られず、また、固体潤滑剤脱落によるスラッジが増加するおそれがあるからである。
【００２７】
なお、本発明の摺動部材用組成物は、さらに硬質粒子を含んだ態様で実施することができる。本態様の摺動部材用組成物は、硬質粒子の硬度特性が組成物全体に現れるため、より耐摩耗性の高い摺動部材用組成物となる。ここで、硬質粒子としては立方晶系窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等を使用することができる。
【００２８】
（３）製造方法
本発明の摺動部材用組成物は、その製造方法を特に限定するものではなく、既に実施されている組成物製造に関する技術を駆使して製造すればよい。以下、その一例となる製造方法について説明する。
【００２９】
基材となるポリアミドイミド（ＰＡＩ）は、通常ＰＡＩの生成に用いられる種々の方法により生成することができ、例えば、ジイソシアネートと無水トリメリット酸のようなトリカルボン酸無水物を反応させて生成することができる。また、マイクロカプセルも、通常マイクロカプセルの形成に用いられる種々の方法により形成することができる。例えば、潤滑剤であるオイル、またはグリースを添加、分散した水系混合液に、カプセル膜を形成する樹脂の原料を加え、ｐＨ調整し、縮重合させ生成させることができる。
【００３０】
ＰＡＩにマイクロカプセルを混合分散する際には、ＰＡＩの粘度を調整し混合を容易にするため、適切な有機溶剤を選択して添加することができる。この有機溶剤は、ＰＡＩを溶解することができるものであれば特に限定するものではない。例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を用いることができる。また、ＮＭＰに対して、芳香族系溶剤（キシレン等）又はケトン系溶剤（メチルエチルケトン等）を適量加えた混合溶剤を用いることもできる。粘度調整したＰＡＩに固体潤滑剤（ＭｏＳ2、ＰＴＦＥ等）が入る場合、ＰＡＩと固体潤滑剤をボールミル等で分散させ、その後マイクロカプセルを添加し、プロペラ攪拌機等で攪拌、分散する。マイクロカプセルのみ添加する場合はＰＡＩにマイクロカプセルを加えプロペラ攪拌し、適切な時間混合することにより摺動部材用組成物の前駆体を調製することができる。なお、固体潤滑剤を含む摺動部材用組成物の場合は、マイクロカプセルの混合分散の際、同時に添加して混合分散させればよい。
【００３１】
こうして得られた前駆体を加熱し、基材となるＰＡＩを熱硬化させることにより、ＰＡＩ中にマイクロカプセルおよび必要に応じて固体潤滑剤が分散した本発明の摺動部材用組成物を製造することができる。
【００３２】
（４）コーティング被膜としての態様
本発明の摺動部材用組成物は、その形状を特に限定するものではない。例えば、本組成物を種々の形状に成形して、本組成物のみからなる摺動部材の態様で実施することが可能である。実用的な態様として、例えば金属、セラミック等からなる摺動部材の摺動面となる部分に本発明の組成物をコーティングして形成されたコーティング被膜としての態様で実施することができる（請求項４に対応）。
【００３３】
コーティング被膜として形成する場合のコーティング方法は、特に限定するものではなく、通常の樹脂コーティングに用いられる公知の方法を採用すればよい。例えば、上記のように調製した組成物前駆体をエアースプレーや、刷毛で摺動部材に塗布して摺動部材に付着させた後、電気炉等の加熱機器を用いてＰＡＩを熱硬化させコーティング被膜を形成することができる。
【００３４】
薄い被膜を形成する場合は、ＰＡＩを一気に硬化させるため１８０〜２７０℃の温度に加熱するのが望ましい。また、厚い被膜を形成する場合は、例えば、まず８０℃程度の温度に前駆体を予備加熱して半硬化状態の被膜を形成し、次いでこの被膜の上にさらにエアースプレー等により前駆体を積層させさらに加熱する方法を用いることができる。この方法では、中間層となる被膜を積層させる場合は８０℃程度の温度に加熱し、最上層となる被膜を積層させた後は１８０〜２７０℃の温度に加熱すればよい。積層を適宜繰り返すことにより所望の厚さを有するコーティング被膜を容易に形成することができる。
【００３５】
なお、コーティングの際には、被膜の接着性を良くするため摺動部材の表面を予め洗浄、脱脂等して汚れ、油分等を除去することが好ましい。また、コーティングされた被膜のはじき、垂れを少なくし、均一な被膜を形成するため摺動部材の表面を、例えば５０〜１２０℃の温度に、予めプレヒートしておくのが好ましい。
【００３６】
コーティング被膜としての態様で実施する場合、マイクロカプセルの径は、コーティング被膜の膜厚の１０〜１００％であることが望ましい（請求項５に対応）。この好適範囲のものと比較して、マイクロカプセルの径が被膜の１０％未満では、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が得られなくなるおそれがあり、また、マイクロカプセルの径が被膜の１００％を越えると、摺動面からマイクロカプセルが突出した状態となり、相手材との最初の接触により一度に全てのマイクロカプセルが破泡してしまうからである。例えば、ピストンのスカート部に使用される被膜の厚さは２０μｍ程度に形成されることが多く、この場合にはマイクロカプセルの径は２〜２０μｍとするのがよい。なお、マイクロカプセルを継続的に順次破泡させることを考えると、被膜の厚さに対するマイクロカプセルの径は１０〜６６％であることがより望ましい。なお、マイクロカプセルの径は、実用的には平均粒径によって管理すればよい。
【００３７】
また、固体潤滑剤を含んでコーティング被膜が形成される場合、固体潤滑剤の粒径は被膜の膜厚の２．５〜７５％とすることが望ましい。この好適範囲のものと比較して、２．５％未満の場合は、固体潤滑剤を添加したことによる充分な摩擦係数低減効果、耐焼き付き性向上効果が得られず、また、７５％を越える場合は、相手材との摩擦により固体潤滑剤が被膜から脱落しやすくなるおそれがあるためである。なお、固体潤滑剤の粒径も、同様に実用的には平均粒径によって管理すればよい。
【００３８】
（５）以上、本発明の摺動部材用組成物の実施形態について説明したが、上述した実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の摺動部材用組成物は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
【００３９】
【実施例】
本発明の摺動部材用組成物を摺動部材にコーティングしたサンプル、これらのサンプルのコーティング被膜を形成する組成物の摩擦係数、焼き付き荷重、摩耗量を測定するための実験方法および実験装置、実験結果について、本実施例の項において説明する。
【００４０】
〈サンプルの製造〉
（１）実施例１のサンプル
摺動部材にコーティングする摺動部材用組成物は、ＰＡＩ（日立化成株式会社製、商品名ＨＰＣ４２５０）と、このＰＡＩに分散されたマイクロカプセルからなる。
【００４１】
ＰＡＩの引っ張り強度は８８．２ＭＰａ、縦弾性係数は２００９ＭＰａ、伸び率は１７％とした。またマイクロカプセルは、ベンゾグアナミン樹脂（ＵＢＧＦ）とメラミン樹脂（ＭＦ）との混合樹脂からなる膜にオイル（商品名キャッスルネオＳＪ３０から添加剤を除去したもの）が内包されて形成されているものを使用した。このマイクロカプセルの平均粒径は４μｍとし、マイクロカプセル添加量はＰＡＩを１００重量部として３重量部とした。また、オイルを１００重量部とした場合、膜を５０重量部とし、膜を形成するＵＢＧＦとＭＦとの配合比（質量比）は１：１とした。
【００４２】
この組成物は、ＰＡＩ１００重量部に対し、４００重量部のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加した後、上記マイクロカプセルを投入し、プロペラ攪拌機で８時間攪拌することにより調製した。また調製した組成物を、脱脂後１００℃にプレヒートした板状の摺動部材の摺動面に、エアースプレーで塗布し、電気オーブンを用いて１８０℃〜２００℃で１００分間焼成することによりコーティング被膜を形成した。コーティング被膜の厚さは約１５μｍであった。このようにして作製したサンプルを実施例１のサンプルとした。
【００４３】
（２）実施例２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のものと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に実施例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例２のサンプルとした。
【００４４】
（３）実施例３のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、ＰＡＩ（日立化成株式会社製、商品名ＨＰＣ４２５０）と、このＰＡＩに分散されたマイクロカプセルと、さらにこのＰＡＩに分散された固体潤滑剤とからなる。
【００４５】
ＰＡＩの引っ張り強度は８８．２ＭＰａ、縦弾性係数は２００９ＭＰａ、伸び率は１７％とした。またマイクロカプセルは、ＵＦとＭＦとの混合樹脂からなる膜にオイル（出光石油化学株式会社製、商品名出光ポリブデン１５Ｒ）が内包されて形成されているものを使用した。このマイクロカプセルの平均粒径は１０μｍとし、マイクロカプセル添加量はＰＡＩを１００重量部として２０重量部とした。また、オイルを１００重量部とした場合、膜を１００重量部とし、膜を形成するＵＦとＭＦとの配合比（質量比）は１：２とした。
【００４６】
さらにまた、固体潤滑剤は２硫化モリブデン（ＭｏＳ2）（商品名ウルトラピュア）を使用した。この固体潤滑剤の平均粒径は１μｍとし、添加量は、ＰＡＩを１００重量部として２００重量部とした。すなわち、本実施例のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物は、実施例１のサンプルの組成物に、さらに固体潤滑剤としてＭｏＳ2を分散したものである。
【００４７】
摺動部材用組成物の製造方法は、ＰＡＩ１００重量部に対し、４００重量部のＮＭＰを添加した後、ボールミルで分散させた後、マイクロカプセルを加え、プロペラ攪拌機で５時間攪拌し分散した。
【００４８】
上記摺動部材用組成物を、板状摺動部材の摺動面に実施例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例３のサンプルとした。
【００４９】
（４）実施例４のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のものと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に実施例３のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例４のサンプルとした。
【００５０】
（５）実施例５のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として８重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例５のサンプルとした。
【００５１】
（６）実施例６のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として２０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例６のサンプルとした。
【００５２】
（７）実施例７のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例７のサンプルとした。
【００５３】
（８）実施例８のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として５０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例８のサンプルとした。
【００５４】
（９）実施例９のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物に固体潤滑剤を分散した実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例９のサンプルとした。
【００５５】
（１０）実施例１０のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として５重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１０のサンプルとした。
【００５６】
（１１）実施例１１のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として１０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１１のサンプルとした。
【００５７】
（１２）実施例１２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３５重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１２のサンプルとした。
【００５８】
（１３）比較例１のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３と同様のＰＡＩと、固体潤滑剤（ＭｏＳ2）とからなる。すなわち、実施例３のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物において、マイクロカプセルを添加しないものと同様である。固体潤滑剤の添加量は、ＰＡＩを１００重量部として２３０重量部とした。組成物の調整方法はＰＡＩに固体潤滑剤を入れボールミルで８時間攪拌する方法で製作した。コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを比較例１のサンプルとした。
【００５９】
（１４）比較例２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、比較例１のサンプルと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に比較例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを比較例２のサンプルとした。
【００６０】
（１５）比較例３のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１と同様のＰＡＩのみからなる。すなわち、実施例１のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物において、マイクロカプセルを添加しないものと同様である。組成物の調整方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを比較例３のサンプルとした。
【００６１】
〈実験方法および実験装置〉
（１）実験条件は、摺動部材の表面にコーティングされたコーティング被膜と、相手材との間に何も潤滑剤が無い条件（以下「無潤滑条件」と称す）と、コーティング被膜と相手材との間に潤滑剤であるオイル（商品名キャッスルネオＳＪ３０から添加剤を除去したもの）がある条件（以下「潤滑条件」と称す）の２条件とした。なお、添加剤を除去したのはマイクロカプセルの効果を明確にするためである。
【００６２】
また、測定項目は、摩擦係数、焼き付き荷重、摩耗量の３項目とした。摩擦係数、焼き付き荷重の測定には、スラスト試験機を用いた。図１にスラスト試験機の概要を示す。図１に示すように本試験機は回転する板状サンプル１のコーティング面１０に、固定した鋼製の外周径２５ｍｍφ、内周径２０ｍｍφの中空円柱部材（硬度５００Ｈｖ）２の円形面２０を押しつけることにより、コーティング被膜を形成する摺動部材用組成物の摩擦係数および焼き付き荷重を測定するものである。今回の実験では、押しつけ荷重は、１９６Ｎごとにステップアップしながら徐々に上げていった。また、板状サンプル１の回転数は潤滑条件下で１０００ｒｐｍ、無潤滑条件下で１００ｒｐｍとした。なお、焼き付き荷重の測定に用いたサンプルは、実施例１、実施例３、実施例５〜実施例１２、比較例１、比較例３のサンプルである。また、摩擦係数の測定に用いたサンプルは、実施例１、実施例３、比較例１のサンプルである。
【００６３】
ここで、焼き付きとは、中空円柱部材が回転するコーティング面に押しつけられるとき、摩擦係数が０．３を超えた時を焼き付きと判断した（０．３を超える場合コーティング被膜は急激に摩耗、剥離してしまう状態となっている）。また、摩擦係数は、押しつけ荷重１９６０Ｎにおける値を用いた。
【００６４】
（２）摩耗量の測定には、ブロック−オン−リング試験機、および表面粗度計を用いた。ブロック−オン−リング試験機の概要を図２に示す。図２に示すようにブロック−オン−リング試験機は回転する鋼製の外周径３５ｍｍφのリング部材（硬度５００〜６００Ｈｖ）３の周方向面３０上に固定したブロック状サンプル４のコーティング面４０を押しつけることにより、コーティング被膜を形成する組成物を摺動、摩耗させるものである。
【００６５】
今回の実験では、サンプル４の押しつけ荷重は９８Ｐａ、押しつけ時間は２０分とした。また、リングの回転数は３０ｒｐｍとした。なお、摩耗量の測定に用いたサンプルは、実施例２、実施例４、比較例２のサンプルである。
【００６６】
実験後、コーティング面を表面粗度計で走査し、コーティング面の非摺動部に対する摺動部のコーティング面垂直方向深さを測定し、この値を摩耗量とした。
【００６７】
〈実験結果〉
表１および表２に実施例のサンプル、比較例のサンプルのコーティング被膜を形成する摺動部材用組成物の構成、焼き付き荷重、摩擦係数、摩耗量を示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
【表２】
【００７０】
（１）まず、潤滑条件、無潤滑条件における、１）ＰＡＩ＋固体潤滑剤、２）ＰＡＩ＋マイクロカプセル、３）ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤という各々構成の異なる摺動部材用組成物の焼き付き荷重について検討する。実験に用いたサンプルは実施例１（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例３（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例１（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルのコーティング被膜を形成する摺動部材用組成物（以下、単に「サンプル」と称す）についてスラスト試験機により焼き付き荷重を測定した結果を図３に示す。なお、比較例１のサンプルは、無潤滑条件では押しつけ荷重の初期ステップ値である１９６（Ｎ）で焼き付いてしまったため、焼き付き荷重は測定できなかった。
【００７１】
まず、マイクロカプセル添加の有無による焼き付き荷重の差異について検討する。図３より、潤滑条件および無潤滑条件において、マイクロカプセルを添加した実施例１および３のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルよりも焼き付き荷重が高いことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の焼き付き荷重は高いことが判った。なお、焼き付き荷重が高いということは、その荷重まで焼き付きが生じないということであり、摩擦力が小さいことを意味する。
【００７２】
次に、固体潤滑剤添加の有無による焼き付き荷重の差異について検討する。図３において、固体潤滑剤を添加しない実施例１のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例３のサンプルとを比較すると、潤滑条件においては、焼き付き荷重はともに４７０４（Ｎ）であり（表１参照）、差異は見られなかった。一方、無潤滑条件においては、実施例１のサンプルよりも実施例３のサンプルの方が焼き付き荷重が高いことが判った。すなわち、特に無潤滑条件においては、固体潤滑剤を添加した方が、組成物の焼き付き荷重は高いことが判った。
【００７３】
（２）次に、潤滑条件、無潤滑条件における、上記１）、２）、３）という各々構成の異なる組成物の摩擦係数（荷重１９６０Ｎにおける値）について検討する。実験に用いたサンプルは実施例１（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例３（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例１（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルについてスラスト試験機により摩擦係数を測定した結果を図４に示す。なお、比較例１のサンプルの無潤滑条件での摩擦係数は、比較例１のサンプルが１９６（Ｎ）以下の荷重で焼き付いてしまったため測定できなかった。
【００７４】
まず、マイクロカプセル添加の有無による摩擦係数の差異について検討する。図４より、潤滑条件および無潤滑条件において、マイクロカプセルを添加した実施例１および３のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルよりも摩擦係数が小さいことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の摩擦係数は小さいことが判った。
【００７５】
次に、固体潤滑剤添加の有無による摩擦係数の差異について検討する。図４において、固体潤滑剤を添加しない実施例１のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例３のサンプルとを比較すると、潤滑条件においては、実施例１のサンプルの摩擦係数は０．０３３であるのに対し、実施例３のサンプルの摩擦係数は０．０２８であり（表１参照）、実施例３のサンプルの方が若干摩擦係数は小さいことが判った。また、無潤滑条件においても、実施例１のサンプルよりも実施例３のサンプルの方が摩擦係数が小さいことが判った。すなわち、潤滑条件および無潤滑条件双方において、固体潤滑剤を添加した方が、組成物の摩擦係数は小さいことが判った。
【００７６】
（３）次に、潤滑条件における、上記１）、２）、３）という各々構成の異なる組成物の摩耗量について検討する。実験に用いたサンプルは実施例２（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例４（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例２（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルについてブロック−オン−リング試験機、および表面粗度計により摩耗量を測定した結果を図５に示す。
【００７７】
まず、マイクロカプセル添加の有無による摩耗量の差異について検討する。図５より、マイクロカプセルを添加した実施例２および４のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例２のサンプルよりも摩耗量が少ないことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の摩耗量は少なく、耐摩耗性が良いことが判った。
【００７８】
次に、固体潤滑剤添加の有無による摩耗量の差異について検討する。図５において、固体潤滑剤を添加しない実施例２のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例４のサンプルとを比較すると、実施例２のサンプルの方が、実施例４のサンプルよりも摩耗量は少ないことが判った。すなわち、固体潤滑剤を添加しない方が、組成物の耐摩耗性は高いことが判った。
【００７９】
（４）次に、無潤滑条件における、マイクロカプセル添加量（以下単に「添加量」と称す）と、焼き付き荷重との関係について検討する。実験に用いたサンプルは、実施例１（添加量３重量部）、実施例５（添加量８重量部）、実施例６（添加量２０重量部）、実施例７（添加量３０重量部）、実施例８（添加量５０重量部）、比較例３（添加なし）である。なお、これらのサンプルには固体潤滑剤は添加されていない。これらのサンプルについてスラスト試験機により、焼き付き荷重を測定した結果を図６に示す。なお、比較例３のサンプルは、押しつけ荷重の初期ステップ値である１９６（Ｎ）で焼き付いてしまったため、焼き付き荷重は測定できなかった。
【００８０】
図６より、マイクロカプセルを添加した実施例１、５、６、７、８のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例３のサンプルより焼き付き荷重が高いことが判った。また、添加量が比較的少ないサンプル（実施例１）であっても、ある程度の焼き付き抑制効果が得られることが判った。すなわち、無潤滑条件においては、マイクロカプセルを添加すると焼き付きを抑制することができ、またこの効果は添加量が少なくてもある程度得ることができることが判った。
【００８１】
（５）次に、潤滑条件における、添加量と、焼き付き荷重との関係について検討する。実験に用いたサンプルは、実施例９（添加量３重量部）、実施例１０（添加量５重量部）、実施例１１（添加量１０重量部）、実施例３（添加量２０重量部）、実施例１２（添加量３５重量部）、比較例１（無添加）である。なお、これらのサンプルには固体潤滑剤が添加されている。これらのサンプルについてスラスト試験機により、焼き付き荷重を測定した結果を図７に示す。
【００８２】
図７より、マイクロカプセルを添加した実施例９、１０、１１、３、１２のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルより焼き付き荷重が高いことが判った。また、マイクロカプセル添加量が比較的少ないサンプル（実施例９）であっても、充分な焼き付き抑制効果が得られることが判った。すなわち、潤滑条件においても、マイクロカプセルを添加すると焼き付きを抑制することができ、またこの効果は添加量が少なくても得ることができることが判った。
【００８３】
〈まとめ〉
以上の実験から、本発明のマイクロカプセルを添加したＰＡＩからなる組成物によると、従来の固体潤滑剤を添加したＰＡＩからなる組成物と比較して、焼き付き荷重を高くすることができ、摩擦係数を小さくすることができ、摩耗量を少なくすることができることが判った。
【００８４】
また、本発明のマイクロカプセルおよび固体潤滑剤を添加したＰＡＩからなる組成物によると、さらに、焼き付き荷重を高くすることができ、摩擦係数を小さくすることができることが判った。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のマイクロカプセルを添加したＰＡＩからなる摺動部材用組成物によると、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れ、相手攻撃性の低い摺動部材用組成物を提供することができる。また、上述した優れた摩擦特性を安定して、継続維持できる摺動部材用組成物を提供することができる。また、破泡したマイクロカプセルにもオイルが摺動時に入り毛細管現象で保持されるため、長期間作動せずオイルが少なくなった条件においてもカプセル内のオイルが作用し焼き付き、高μ等の問題がおきにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スラスト試験機の概要を示す図である。
【図２】 ブロック−オン−リング試験機の概要を示す図である。
【図３】 潤滑条件、無潤滑条件における焼き付き荷重を示す図である。
【図４】 潤滑条件、無潤滑条件における摩擦係数を示す図である。
【図５】 潤滑条件における摩耗量を示す図である。
【図６】 無潤滑条件におけるマイクロカプセル添加量と焼き付き荷重との関係を示す図である。
【図７】 潤滑条件におけるマイクロカプセル添加量と焼き付き荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：板状サンプル ２：中空円柱部材 ３：リング部材
４：ブロック状サンプル １０：コーティング面 ２０：円形面
３０：周方向面 ４０：コーティング面
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦特性に優れた摺動面を形成することが可能な摺動部材用組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摺動部材には、大別して、ブレーキディスク等のように相手材との摩擦力を大きくして相手材の運動エネルギを摩擦熱エネルギに変換し相手材の運動を抑制するものと、ピストン、シリンダ等のように相手材との摩擦力を小さくして相手材の運動エネルギの減少を防ぎ相手材の運動を維持するものの２種類がある。後者に該当する摺動部材の摺動面においては、摩擦係数が小さいこと、耐摩耗性が高いこと、相手攻撃性が小さいこと等、摩擦特性が良いことが要求される。このため、摺動部材の摺動面は、摩擦特性が良好な組成物（以下「摺動部材用組成物」と称す）で形成される場合が多い。
【０００３】
例えば、ピストンのスカート部とシリンダ内壁面とは、通常運転時においては両者の間にオイル膜が介在して摺動するが、エンジン始動時等においては両者がとが直接接触することになるため、フッ素樹脂等の摺動部材用組成物をピストンのスカート部表面にコーティングして摺動面を形成する場合が多い。例えば、特開昭５４−１６２０１４号公報には、フッ素樹脂を基材としこの基材に固体潤滑剤を分散させた摺動部材用組成物でピストンのスカート部表面をコーティングし、スカート部の摩擦特性を向上させる技術が紹介されている。フッ素樹脂は摩擦係数が小さく、また固体潤滑剤は自己摺動性が高いため、この摺動部材用組成物は固体としては摩擦特性が良好である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭５４−１６２０１４号公報で紹介された技術には以下の問題がある。まず、上記公報で紹介された摺動部材用組成物は摩擦特性に優れているが、そのレベルは満足のいくものではない。すなわち、従来から存在する固体潤滑剤を分散させていないフッ素樹脂等の摺動部材用組成物と比較すれば、固体潤滑剤を分散させた効果により摩擦特性は向上しているものの、フッ素樹脂および固体潤滑剤は流体潤滑ほどには摩擦係数が低くないこともあり、スカート部とシリンダとの間に液体であるオイル膜が存在する場合と比べると摩擦特性は劣っている。
【０００５】
また、黒鉛等、一般的に固体潤滑剤を形成する物質の結晶は層状構造を有しており、結合力の弱い層間の結合（例えばファンデルワールス結合）が破壊され層滑りを起こすことで自己摺動性を確保している。このため、固体潤滑剤自体は耐摩耗性が低く、固体潤滑剤の配合割合によっては、スカート部にコーティングされた被膜の耐久性が悪くなるおそれがある。さらに、被膜から脱落した固体潤滑剤はスラッジとなってシリンダ内に存在し、このスラッジはエンジン特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
本発明者は、上記問題点を解決するため鋭意、研究を重ね、液体状の潤滑剤が配合された摺動部材用組成物で摺動面を形成することにより、その摺動面の摩擦特性を向上させることができるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであり、摩擦特性の良好な摺動面を形成することの可能な摺動部材用組成物を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の摺動部材用組成物は、ポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とからなるマイクロカプセルとを含んでおり、ポリアミドイミド樹脂は、引っ張り強度が７８．４〜９８ＭＰａであり、縦弾性係数が１９６０〜２９４０ＭＰａであり、伸び率が１０〜２０％であり、マイクロカプセルを構成する樹脂は、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上からなる混合樹脂であることを特徴とする。つまり、本発明の摺動部材用組成物は、基材（マトリクス）に、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）を用い、このＰＡＩに液体潤滑剤であるオイルまたはグリースを内包するマイクロカプセルを分散させたものである。言い換えれば、オイルまたはグリースを内包するマイクロカプセルをＰＡＩで結着したものである。
【０００８】
本発明の摺動部材用組成物の基材となるＰＡＩは、耐摩耗性に優れた特性を持つ。そして、本発明の摺動部材用組成物では液体潤滑剤をマイクロカプセルに充填しＰＡＩ中に分散させていため、本組成物で摺動面を形成してその面を摺動させた場合、表出したマイクロカプセルが相手材との摩擦により破泡し、オイルまたはグリースが流出して摺動面を覆い、潤滑を確保することになる。本発明の摺動部材用組成物で用いる潤滑剤は、液体状であり、固体潤滑剤と比較して摩擦係数、相手攻撃性が小さく、またスラッジ等が発生するおそれがない。
【０００９】
したがって、本発明の摺動部材用組成物は、基材となるＰＡＩの良好な耐摩耗性と液体潤滑剤の有する小さな摩擦係数および小さな相手攻撃性とが相俟って、摩擦特性の極めて良好な摺動面を形成することが可能な摺動部材用組成物となる。また、本発明の摺動部材用組成物では、摺動面の摩耗が進行するにつれ、新たなマイクロカプセルが表出することで、定常的な液体潤滑剤の摺動面への供給が可能となり、本摺動部材用組成物で形成された摺動面は優れた摩擦特性を安定して維持することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の摺動部材用組成物は、熱硬化性樹脂を基材としており、摺動させられる表面をもつ機械部品等（以下「摺動部材」という）のその摺動させられる表面に塗布して熱硬化させることにより容易に被膜として形成（コーティング）することができる。したがって、各種摺動部材の摩耗特性を向上させることができ、幅広い用途に適用することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の摺動部材用組成物の実施の形態を、組成物の基本的構成、固体潤滑剤を含む態様、製造方法、コーティング被膜としての態様の項目に分けてそれぞれ説明する。
【００１２】
（１）組成物の基本的構成
本発明の摺動部材用組成物の基本的構成は、ポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とからなるマイクロカプセルとを含んでなる（請求項１に対応）。以下、ポリアミドイミド樹脂、マイクロカプセルのそれぞれについて説明する。
【００１３】
（ａ）ポリアミドイミド樹脂
基材となるポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）は、マイクロカプセルを分散、結着する機能に加え、耐摩耗性を担保する機能を果たす。したがって、機械的強度に優れたものであることが必要で、特に引張強度が適度に高いことが要求される。ＰＡＩは、同じ熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等に比較して機械的強度に優れ、この要求を満たしている。
【００１４】
ポリアミドイミド樹脂は、引張強度が７８．４〜９８ＭＰａであり、縦弾性係数が１９６０〜２９４０ＭＰａであり、伸び率が１０〜２０％である。引張強度が７８．４ＭＰａ以上であれば、本組成物を被膜として形成した場合であっても、実用的な範囲において、充分な耐摩耗性が得られ、その被膜が破壊することは少なく、一方、９８ＭＰａを越えてもそれ以上の耐摩耗性向上効果は小さいからである。
【００１５】
縦弾性係数は、本組成物を被膜として摺動部材表面に形成した場合に特に影響する。縦弾性係数が低いと、被膜が変形しやすくなり、相手材との接触応力を分散することができる。すなわち、接触応力を被膜の広範囲の面で分散して受けることができるため単位面積あたりの接触応力（すなわち接触圧力）は小さくなり、摩擦係数も小さくなる。しかし、被膜が変形しすぎると基材である摺動部材との接着性が悪くなるおそれがある。一方、縦弾性係数が高いと、被膜の変形量は小さくなるが、相手材との接触圧力が大きくなるため摩擦係数が大きくなる、焼き付きやすい、摩耗しやすいおそれがある。これらの理由から、ＰＡＩの縦弾性係数は、上記１９６０〜２９４０ＭＰａの範囲である。
【００１６】
伸び率とは、無負荷状態における材料の長さに対する負荷状態の材料の変形量（伸び）の割合を百分率で示したものである。本発明の組成物を摺動部材にコーティングした場合、基材となるＰＡＩの伸び率が大きいと、コーティング被膜が変形しやすくなり、相手材との接触応力を分散することができる。すなわち、接触応力を被膜の広範囲の面で分散して受けることができるため接触圧力は小さくなり、摩擦係数も小さくなる。しかし、被膜が変形しすぎると摺動部材との接着性が悪くなるおそれがある。一方、伸び率が小さいと、被膜の変形量は小さくなるが、相手材との接触圧力が大きくなるため摩擦係数が大きくなる、焼き付きやすい、摩耗しやすいおそれがある。これらの理由から、ＰＡＩの伸び率は、上記１０〜２０％範囲である。
【００１７】
（ｂ）マイクロカプセル
マイクロカプセルは、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とから構成される。そして、基材となるＰＡＩ中において、あたかも、液体状あるいは半液体状の潤滑剤を含んだ泡のような状態で存在し、破泡することで潤滑剤が摺動面を覆うことになり、摺動面の潤滑性を確保する。この機能を果たすものである限り、マイクロカプセルの形状は特に問わない。例えば、球状であっても、円盤状であってもよい。また、膜の一部に孔や溝等があり、潤滑剤が膜により完全に密閉されるものでなくてもよい。
【００１８】
マイクロカプセルを構成する膜は樹脂からなる。この樹脂は、ウレア樹脂、メラミン樹脂及びベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上の樹脂からなる混合樹脂である。実験により明らかになったことであるが、マイクロカプセルの膜を単一の樹脂により形成する場合、膜に溝や孔ができてしまい、潤滑剤であるオイル、グリースを膜内に密閉して内包するのはある程度の困難性を伴う。カプセル膜を混合樹脂により形成すると、その膜に溝や孔ができにくく、このため、オイル、グリースを密閉して内包することが容易に可能で、液密性に優れた膜を形成することができる。膜が液密性に優れていると、組成物内部でカプセル膜からオイル、グリースが漏れることが無く、マイクロカプセルを相手材との摩擦により破泡させることができる。このため、本発明の摺動部材用組成物が有する良好な摩擦特性を、長期間維持することができる。
【００１９】
ウレア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上から形成される混合樹脂でマイクロカプセル膜が形成されている。これらの樹脂は熱硬化性を有しておりアミノ樹脂と総称されるものである。ウレア樹脂（ＵＦ）は耐熱性があり、硬度も高い。メラミン樹脂（ＭＦ）は耐衝撃性に優れており、耐熱性もあり、耐炎性にも優れている。また、ベンゾグアナミン樹脂（ＵＢＧＦ）はＭＦの耐クラック性を改善したものである。これらの樹脂の混合樹脂によれば特性のよりよいカプセル膜が容易に形成できる。この場合、混合樹脂におけるＵＦ、ＭＦ、ＵＢＧＦのいずれか２種の配合比（質量比）を３：７〜７：３とすることがより好ましい。配合比をこの範囲内とすることにより、この範囲外のものに比べ、より密閉性に優れた膜を形成することができる。
【００２０】
マイクロカプセルに内包されるオイル、グリースは通常、潤滑剤として用いられているものであり、また、本発明の摺動部材用組成物の使用環境温度に適合するものであり、かつ、液体状あるいは半液体状のものである限り、特にその種類を問わない。摺動面に要求される摩擦特性に応じた粘度等を有するものを適宜選択して用いればよい。
【００２１】
ＰＡＩ中におけるマイクロカプセルの存在割合は、ＰＡＩ１００重量部に対し、マイクロカプセルを１〜６０重量部とすることが望ましい。この好適範囲のものと比較して、マイクロカプセルが１重量部未満では、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が小さく、また、マイクロカプセルが６０重量部を越えると、ＰＡＩ基材の相対量が少なくなるため、組成物自体の強度が低下し、耐摩耗性が低下するからである。
【００２２】
（２）固体潤滑剤を含む態様
本発明の摺動部材用組成物は、基材となるポリアミドイミド樹脂と、該ポリアミドイミド樹脂に分散され潤滑剤を内包するマイクロカプセルとに加え、ポリアミドイミド樹脂に分散された固体潤滑剤を含んだ態様で実施することができる（請求項２に対応）。固体潤滑剤は自己摺動性を有するため、本態様で実施される摺動部材用組成物は、さらに摩擦係数が小さく、相手攻撃性が低い組成物となる。
【００２３】
固体潤滑剤としては、その種類を特に限定するものではない。例えば、黒鉛、硫化物、フッ素化合物、六方晶型ＢＮ等の一般的な潤滑剤を、得ようとする摩擦特性に応じて適宜選択して使用することができる。ただし、固体潤滑剤を、硫化物、フッ素化合物、黒鉛から選ばれる１種以上とすることが望ましい（請求項３に対応）。摺動部材用組成物は、広い温度条件下で使用される場合が少なくない。例えば、自動車エンジン用ピストンは、エンジン始動時は常温環境下において使用されることになるが、エンジンが昇温すると高温条件下において使用されることになる。このため、本発明の組成物に含有させる固体潤滑剤も広い温度条件下において、安定して高い自己摺動性を維持することが要求される場合がある。固体潤滑剤の中でも、特に硫化物、フッ素化合物、黒鉛は、他の固体潤滑剤と比較して自己摺動性に優れており、またその優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において、安定して維持することができる。
【００２４】
固体潤滑剤として硫化物を用いる場合、その硫化物は、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンの少なくとも１種であることが望ましい。これらは、硫化物の中でも特に自己摺動性に優れ、またこの優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において安定して維持することが可能である。
【００２５】
固体潤滑剤としてフッ素化合物を用いる場合、そのフッ素化合物は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−バ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンから選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。これらの化合物またはこれら化合物の混合物は、フッ素化合物の中でも特に自己摺動性に優れ、またこの優れた自己摺動性を比較的広範囲の温度条件下において安定して維持することが可能である。
【００２６】
固体潤滑剤を含んだ態様で実施する場合、ＰＡＩ中の固体潤滑剤の存在割合は、ＰＡＩ：１００重量部に対し、固体潤滑剤を１〜５００重量部とすることが望ましい。この好適範囲のものと比べ、１重量部未満とすると、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が得られず、５００重量部を越えるとすると、相対的に基材となるＰＡＩの量が減少するため充分な強度が得られず、また、固体潤滑剤脱落によるスラッジが増加するおそれがあるからである。
【００２７】
なお、本発明の摺動部材用組成物は、さらに硬質粒子を含んだ態様で実施することができる。本態様の摺動部材用組成物は、硬質粒子の硬度特性が組成物全体に現れるため、より耐摩耗性の高い摺動部材用組成物となる。ここで、硬質粒子としては立方晶系窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等を使用することができる。
【００２８】
（３）製造方法
本発明の摺動部材用組成物は、その製造方法を特に限定するものではなく、既に実施されている組成物製造に関する技術を駆使して製造すればよい。以下、その一例となる製造方法について説明する。
【００２９】
基材となるポリアミドイミド（ＰＡＩ）は、通常ＰＡＩの生成に用いられる種々の方法により生成することができ、例えば、ジイソシアネートと無水トリメリット酸のようなトリカルボン酸無水物を反応させて生成することができる。また、マイクロカプセルも、通常マイクロカプセルの形成に用いられる種々の方法により形成することができる。例えば、潤滑剤であるオイル、またはグリースを添加、分散した水系混合液に、カプセル膜を形成する樹脂の原料を加え、ｐＨ調整し、縮重合させ生成させることができる。
【００３０】
ＰＡＩにマイクロカプセルを混合分散する際には、ＰＡＩの粘度を調整し混合を容易にするため、適切な有機溶剤を選択して添加することができる。この有機溶剤は、ＰＡＩを溶解することができるものであれば特に限定するものではない。例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を用いることができる。また、ＮＭＰに対して、芳香族系溶剤（キシレン等）又はケトン系溶剤（メチルエチルケトン等）を適量加えた混合溶剤を用いることもできる。粘度調整したＰＡＩに固体潤滑剤（ＭｏＳ2、ＰＴＦＥ等）が入る場合、ＰＡＩと固体潤滑剤をボールミル等で分散させ、その後マイクロカプセルを添加し、プロペラ攪拌機等で攪拌、分散する。マイクロカプセルのみ添加する場合はＰＡＩにマイクロカプセルを加えプロペラ攪拌し、適切な時間混合することにより摺動部材用組成物の前駆体を調製することができる。なお、固体潤滑剤を含む摺動部材用組成物の場合は、マイクロカプセルの混合分散の際、同時に添加して混合分散させればよい。
【００３１】
こうして得られた前駆体を加熱し、基材となるＰＡＩを熱硬化させることにより、ＰＡＩ中にマイクロカプセルおよび必要に応じて固体潤滑剤が分散した本発明の摺動部材用組成物を製造することができる。
【００３２】
（４）コーティング被膜としての態様
本発明の摺動部材用組成物は、その形状を特に限定するものではない。例えば、本組成物を種々の形状に成形して、本組成物のみからなる摺動部材の態様で実施することが可能である。実用的な態様として、例えば金属、セラミック等からなる摺動部材の摺動面となる部分に本発明の組成物をコーティングして形成されたコーティング被膜としての態様で実施することができる（請求項４に対応）。
【００３３】
コーティング被膜として形成する場合のコーティング方法は、特に限定するものではなく、通常の樹脂コーティングに用いられる公知の方法を採用すればよい。例えば、上記のように調製した組成物前駆体をエアースプレーや、刷毛で摺動部材に塗布して摺動部材に付着させた後、電気炉等の加熱機器を用いてＰＡＩを熱硬化させコーティング被膜を形成することができる。
【００３４】
薄い被膜を形成する場合は、ＰＡＩを一気に硬化させるため１８０〜２７０℃の温度に加熱するのが望ましい。また、厚い被膜を形成する場合は、例えば、まず８０℃程度の温度に前駆体を予備加熱して半硬化状態の被膜を形成し、次いでこの被膜の上にさらにエアースプレー等により前駆体を積層させさらに加熱する方法を用いることができる。この方法では、中間層となる被膜を積層させる場合は８０℃程度の温度に加熱し、最上層となる被膜を積層させた後は１８０〜２７０℃の温度に加熱すればよい。積層を適宜繰り返すことにより所望の厚さを有するコーティング被膜を容易に形成することができる。
【００３５】
なお、コーティングの際には、被膜の接着性を良くするため摺動部材の表面を予め洗浄、脱脂等して汚れ、油分等を除去することが好ましい。また、コーティングされた被膜のはじき、垂れを少なくし、均一な被膜を形成するため摺動部材の表面を、例えば５０〜１２０℃の温度に、予めプレヒートしておくのが好ましい。
【００３６】
コーティング被膜としての態様で実施する場合、マイクロカプセルの径は、コーティング被膜の膜厚の１０〜１００％であることが望ましい（請求項５に対応）。この好適範囲のものと比較して、マイクロカプセルの径が被膜の１０％未満では、充分な摩擦係数軽減効果、耐焼き付き性向上効果が得られなくなるおそれがあり、また、マイクロカプセルの径が被膜の１００％を越えると、摺動面からマイクロカプセルが突出した状態となり、相手材との最初の接触により一度に全てのマイクロカプセルが破泡してしまうからである。例えば、ピストンのスカート部に使用される被膜の厚さは２０μｍ程度に形成されることが多く、この場合にはマイクロカプセルの径は２〜２０μｍとするのがよい。なお、マイクロカプセルを継続的に順次破泡させることを考えると、被膜の厚さに対するマイクロカプセルの径は１０〜６６％であることがより望ましい。なお、マイクロカプセルの径は、実用的には平均粒径によって管理すればよい。
【００３７】
また、固体潤滑剤を含んでコーティング被膜が形成される場合、固体潤滑剤の粒径は被膜の膜厚の２．５〜７５％とすることが望ましい。この好適範囲のものと比較して、２．５％未満の場合は、固体潤滑剤を添加したことによる充分な摩擦係数低減効果、耐焼き付き性向上効果が得られず、また、７５％を越える場合は、相手材との摩擦により固体潤滑剤が被膜から脱落しやすくなるおそれがあるためである。なお、固体潤滑剤の粒径も、同様に実用的には平均粒径によって管理すればよい。
【００３８】
（５）以上、本発明の摺動部材用組成物の実施形態について説明したが、上述した実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の摺動部材用組成物は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
【００３９】
【実施例】
本発明の摺動部材用組成物を摺動部材にコーティングしたサンプル、これらのサンプルのコーティング被膜を形成する組成物の摩擦係数、焼き付き荷重、摩耗量を測定するための実験方法および実験装置、実験結果について、本実施例の項において説明する。
【００４０】
〈サンプルの製造〉
（１）実施例１のサンプル
摺動部材にコーティングする摺動部材用組成物は、ＰＡＩ（日立化成株式会社製、商品名ＨＰＣ４２５０）と、このＰＡＩに分散されたマイクロカプセルからなる。
【００４１】
ＰＡＩの引っ張り強度は８８．２ＭＰａ、縦弾性係数は２００９ＭＰａ、伸び率は１７％とした。またマイクロカプセルは、ベンゾグアナミン樹脂（ＵＢＧＦ）とメラミン樹脂（ＭＦ）との混合樹脂からなる膜にオイル（商品名キャッスルネオＳＪ３０から添加剤を除去したもの）が内包されて形成されているものを使用した。このマイクロカプセルの平均粒径は４μｍとし、マイクロカプセル添加量はＰＡＩを１００重量部として３重量部とした。また、オイルを１００重量部とした場合、膜を５０重量部とし、膜を形成するＵＢＧＦとＭＦとの配合比（質量比）は１：１とした。
【００４２】
この組成物は、ＰＡＩ１００重量部に対し、４００重量部のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加した後、上記マイクロカプセルを投入し、プロペラ攪拌機で８時間攪拌することにより調製した。また調製した組成物を、脱脂後１００℃にプレヒートした板状の摺動部材の摺動面に、エアースプレーで塗布し、電気オーブンを用いて１８０℃〜２００℃で１００分間焼成することによりコーティング被膜を形成した。コーティング被膜の厚さは約１５μｍであった。このようにして作製したサンプルを実施例１のサンプルとした。
【００４３】
（２）実施例２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のものと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に実施例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例２のサンプルとした。
【００４４】
（３）実施例３のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、ＰＡＩ（日立化成株式会社製、商品名ＨＰＣ４２５０）と、このＰＡＩに分散されたマイクロカプセルと、さらにこのＰＡＩに分散された固体潤滑剤とからなる。
【００４５】
ＰＡＩの引っ張り強度は８８．２ＭＰａ、縦弾性係数は２００９ＭＰａ、伸び率は１７％とした。またマイクロカプセルは、ＵＦとＭＦとの混合樹脂からなる膜にオイル（出光石油化学株式会社製、商品名出光ポリブデン１５Ｒ）が内包されて形成されているものを使用した。このマイクロカプセルの平均粒径は１０μｍとし、マイクロカプセル添加量はＰＡＩを１００重量部として２０重量部とした。また、オイルを１００重量部とした場合、膜を１００重量部とし、膜を形成するＵＦとＭＦとの配合比（質量比）は１：２とした。
【００４６】
さらにまた、固体潤滑剤は２硫化モリブデン（ＭｏＳ2）（商品名ウルトラピュア）を使用した。この固体潤滑剤の平均粒径は１μｍとし、添加量は、ＰＡＩを１００重量部として２００重量部とした。すなわち、本実施例のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物は、実施例１のサンプルの組成物に、さらに固体潤滑剤としてＭｏＳ2を分散したものである。
【００４７】
摺動部材用組成物の製造方法は、ＰＡＩ１００重量部に対し、４００重量部のＮＭＰを添加した後、ボールミルで分散させた後、マイクロカプセルを加え、プロペラ攪拌機で５時間攪拌し分散した。
【００４８】
上記摺動部材用組成物を、板状摺動部材の摺動面に実施例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例３のサンプルとした。
【００４９】
（４）実施例４のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のものと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に実施例３のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを実施例４のサンプルとした。
【００５０】
（５）実施例５のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として８重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例５のサンプルとした。
【００５１】
（６）実施例６のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として２０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例６のサンプルとした。
【００５２】
（７）実施例７のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例７のサンプルとした。
【００５３】
（８）実施例８のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として５０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例８のサンプルとした。
【００５４】
（９）実施例９のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１のサンプルの組成物に固体潤滑剤を分散した実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセルの材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例９のサンプルとした。
【００５５】
（１０）実施例１０のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として５重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１０のサンプルとした。
【００５６】
（１１）実施例１１のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として１０重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１１のサンプルとした。
【００５７】
（１２）実施例１２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３のサンプルの組成物において、マイクロカプセル添加量を、ＰＡＩ１００重量部として３５重量部としたものである。使用したＰＡＩ、マイクロカプセル、固体潤滑剤の材質、組成物の調製方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを実施例１２のサンプルとした。
【００５８】
（１３）比較例１のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例３と同様のＰＡＩと、固体潤滑剤（ＭｏＳ2）とからなる。すなわち、実施例３のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物において、マイクロカプセルを添加しないものと同様である。固体潤滑剤の添加量は、ＰＡＩを１００重量部として２３０重量部とした。組成物の調整方法はＰＡＩに固体潤滑剤を入れボールミルで８時間攪拌する方法で製作した。コーティング被膜の形成方法等は実施例３のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを比較例１のサンプルとした。
【００５９】
（１４）比較例２のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、比較例１のサンプルと同様とした。この摺動部材用組成物を、ブロック状摺動部材の摺動面に比較例１のサンプルを作製した場合と同様の方法によりスプレーし、コーティング被膜を形成した。このようにして作製したサンプルを比較例２のサンプルとした。
【００６０】
（１５）比較例３のサンプル
摺動部材にコーティングする組成物は、実施例１と同様のＰＡＩのみからなる。すなわち、実施例１のサンプルのコーティング被膜を形成する組成物において、マイクロカプセルを添加しないものと同様である。組成物の調整方法、コーティング被膜の形成方法等は実施例１のサンプルを作製した場合と同様である。このようにして作製したサンプルを比較例３のサンプルとした。
【００６１】
〈実験方法および実験装置〉
（１）実験条件は、摺動部材の表面にコーティングされたコーティング被膜と、相手材との間に何も潤滑剤が無い条件（以下「無潤滑条件」と称す）と、コーティング被膜と相手材との間に潤滑剤であるオイル（商品名キャッスルネオＳＪ３０から添加剤を除去したもの）がある条件（以下「潤滑条件」と称す）の２条件とした。なお、添加剤を除去したのはマイクロカプセルの効果を明確にするためである。
【００６２】
また、測定項目は、摩擦係数、焼き付き荷重、摩耗量の３項目とした。摩擦係数、焼き付き荷重の測定には、スラスト試験機を用いた。図１にスラスト試験機の概要を示す。図１に示すように本試験機は回転する板状サンプル１のコーティング面１０に、固定した鋼製の外周径２５ｍｍφ、内周径２０ｍｍφの中空円柱部材（硬度５００Ｈｖ）２の円形面２０を押しつけることにより、コーティング被膜を形成する摺動部材用組成物の摩擦係数および焼き付き荷重を測定するものである。今回の実験では、押しつけ荷重は、１９６Ｎごとにステップアップしながら徐々に上げていった。また、板状サンプル１の回転数は潤滑条件下で１０００ｒｐｍ、無潤滑条件下で１００ｒｐｍとした。なお、焼き付き荷重の測定に用いたサンプルは、実施例１、実施例３、実施例５〜実施例１２、比較例１、比較例３のサンプルである。また、摩擦係数の測定に用いたサンプルは、実施例１、実施例３、比較例１のサンプルである。
【００６３】
ここで、焼き付きとは、中空円柱部材が回転するコーティング面に押しつけられるとき、摩擦係数が０．３を超えた時を焼き付きと判断した（０．３を超える場合コーティング被膜は急激に摩耗、剥離してしまう状態となっている）。また、摩擦係数は、押しつけ荷重１９６０Ｎにおける値を用いた。
【００６４】
（２）摩耗量の測定には、ブロック−オン−リング試験機、および表面粗度計を用いた。ブロック−オン−リング試験機の概要を図２に示す。図２に示すようにブロック−オン−リング試験機は回転する鋼製の外周径３５ｍｍφのリング部材（硬度５００〜６００Ｈｖ）３の周方向面３０上に固定したブロック状サンプル４のコーティング面４０を押しつけることにより、コーティング被膜を形成する組成物を摺動、摩耗させるものである。
【００６５】
今回の実験では、サンプル４の押しつけ荷重は９８Ｐａ、押しつけ時間は２０分とした。また、リングの回転数は３０ｒｐｍとした。なお、摩耗量の測定に用いたサンプルは、実施例２、実施例４、比較例２のサンプルである。
【００６６】
実験後、コーティング面を表面粗度計で走査し、コーティング面の非摺動部に対する摺動部のコーティング面垂直方向深さを測定し、この値を摩耗量とした。
【００６７】
〈実験結果〉
表１および表２に実施例のサンプル、比較例のサンプルのコーティング被膜を形成する摺動部材用組成物の構成、焼き付き荷重、摩擦係数、摩耗量を示す。
【００６８】
【表１】
【表２】
（１）まず、潤滑条件、無潤滑条件における、１）ＰＡＩ＋固体潤滑剤、２）ＰＡＩ＋マイクロカプセル、３）ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤という各々構成の異なる摺動部材用組成物の焼き付き荷重について検討する。実験に用いたサンプルは実施例１（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例３（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例１（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルのコーティング被膜を形成する摺動部材用組成物（以下、単に「サンプル」と称す）についてスラスト試験機により焼き付き荷重を測定した結果を図３に示す。なお、比較例１のサンプルは、無潤滑条件では押しつけ荷重の初期ステップ値である１９６（Ｎ）で焼き付いてしまったため、焼き付き荷重は測定できなかった。
【００７１】
まず、マイクロカプセル添加の有無による焼き付き荷重の差異について検討する。図３より、潤滑条件および無潤滑条件において、マイクロカプセルを添加した実施例１および３のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルよりも焼き付き荷重が高いことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の焼き付き荷重は高いことが判った。なお、焼き付き荷重が高いということは、その荷重まで焼き付きが生じないということであり、摩擦力が小さいことを意味する。
【００７２】
次に、固体潤滑剤添加の有無による焼き付き荷重の差異について検討する。図３において、固体潤滑剤を添加しない実施例１のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例３のサンプルとを比較すると、潤滑条件においては、焼き付き荷重はともに４７０４（Ｎ）であり（表１参照）、差異は見られなかった。一方、無潤滑条件においては、実施例１のサンプルよりも実施例３のサンプルの方が焼き付き荷重が高いことが判った。すなわち、特に無潤滑条件においては、固体潤滑剤を添加した方が、組成物の焼き付き荷重は高いことが判った。
【００７３】
（２）次に、潤滑条件、無潤滑条件における、上記１）、２）、３）という各々構成の異なる組成物の摩擦係数（荷重１９６０Ｎにおける値）について検討する。実験に用いたサンプルは実施例１（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例３（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例１（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルについてスラスト試験機により摩擦係数を測定した結果を図４に示す。なお、比較例１のサンプルの無潤滑条件での摩擦係数は、比較例１のサンプルが１９６（Ｎ）以下の荷重で焼き付いてしまったため測定できなかった。
【００７４】
まず、マイクロカプセル添加の有無による摩擦係数の差異について検討する。図４より、潤滑条件および無潤滑条件において、マイクロカプセルを添加した実施例１および３のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルよりも摩擦係数が小さいことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の摩擦係数は小さいことが判った。
【００７５】
次に、固体潤滑剤添加の有無による摩擦係数の差異について検討する。図４において、固体潤滑剤を添加しない実施例１のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例３のサンプルとを比較すると、潤滑条件においては、実施例１のサンプルの摩擦係数は０．０３３であるのに対し、実施例３のサンプルの摩擦係数は０．０２８であり（表１参照）、実施例３のサンプルの方が若干摩擦係数は小さいことが判った。また、無潤滑条件においても、実施例１のサンプルよりも実施例３のサンプルの方が摩擦係数が小さいことが判った。すなわち、潤滑条件および無潤滑条件双方において、固体潤滑剤を添加した方が、組成物の摩擦係数は小さいことが判った。
【００７６】
（３）次に、潤滑条件における、上記１）、２）、３）という各々構成の異なる組成物の摩耗量について検討する。実験に用いたサンプルは実施例２（ＰＡＩ＋マイクロカプセル）、実施例４（ＰＡＩ＋マイクロカプセル＋固体潤滑剤）、比較例２（ＰＡＩ＋固体潤滑剤）である。これらのサンプルについてブロック−オン−リング試験機、および表面粗度計により摩耗量を測定した結果を図５に示す。
【００７７】
まず、マイクロカプセル添加の有無による摩耗量の差異について検討する。図５より、マイクロカプセルを添加した実施例２および４のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例２のサンプルよりも摩耗量が少ないことが判った。すなわち、マイクロカプセルを添加した方が、組成物の摩耗量は少なく、耐摩耗性が良いことが判った。
【００７８】
次に、固体潤滑剤添加の有無による摩耗量の差異について検討する。図５において、固体潤滑剤を添加しない実施例２のサンプルと、固体潤滑剤を添加した実施例４のサンプルとを比較すると、実施例２のサンプルの方が、実施例４のサンプルよりも摩耗量は少ないことが判った。すなわち、固体潤滑剤を添加しない方が、組成物の耐摩耗性は高いことが判った。
【００７９】
（４）次に、無潤滑条件における、マイクロカプセル添加量（以下単に「添加量」と称す）と、焼き付き荷重との関係について検討する。実験に用いたサンプルは、実施例１（添加量３重量部）、実施例５（添加量８重量部）、実施例６（添加量２０重量部）、実施例７（添加量３０重量部）、実施例８（添加量５０重量部）、比較例３（添加なし）である。なお、これらのサンプルには固体潤滑剤は添加されていない。これらのサンプルについてスラスト試験機により、焼き付き荷重を測定した結果を図６に示す。なお、比較例３のサンプルは、押しつけ荷重の初期ステップ値である１９６（Ｎ）で焼き付いてしまったため、焼き付き荷重は測定できなかった。
【００８０】
図６より、マイクロカプセルを添加した実施例１、５、６、７、８のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例３のサンプルより焼き付き荷重が高いことが判った。また、添加量が比較的少ないサンプル（実施例１）であっても、ある程度の焼き付き抑制効果が得られることが判った。すなわち、無潤滑条件においては、マイクロカプセルを添加すると焼き付きを抑制することができ、またこの効果は添加量が少なくてもある程度得ることができることが判った。
【００８１】
（５）次に、潤滑条件における、添加量と、焼き付き荷重との関係について検討する。実験に用いたサンプルは、実施例９（添加量３重量部）、実施例１０（添加量５重量部）、実施例１１（添加量１０重量部）、実施例３（添加量２０重量部）、実施例１２（添加量３５重量部）、比較例１（無添加）である。なお、これらのサンプルには固体潤滑剤が添加されている。これらのサンプルについてスラスト試験機により、焼き付き荷重を測定した結果を図７に示す。
【００８２】
図７より、マイクロカプセルを添加した実施例９、１０、１１、３、１２のサンプルの方が、マイクロカプセルを添加しない比較例１のサンプルより焼き付き荷重が高いことが判った。また、マイクロカプセル添加量が比較的少ないサンプル（実施例９）であっても、充分な焼き付き抑制効果が得られることが判った。すなわち、潤滑条件においても、マイクロカプセルを添加すると焼き付きを抑制することができ、またこの効果は添加量が少なくても得ることができることが判った。
【００８３】
〈まとめ〉
以上の実験から、本発明のマイクロカプセルを添加したＰＡＩからなる組成物によると、従来の固体潤滑剤を添加したＰＡＩからなる組成物と比較して、焼き付き荷重を高くすることができ、摩擦係数を小さくすることができ、摩耗量を少なくすることができることが判った。
【００８４】
また、本発明のマイクロカプセルおよび固体潤滑剤を添加したＰＡＩからなる組成物によると、さらに、焼き付き荷重を高くすることができ、摩擦係数を小さくすることができることが判った。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のマイクロカプセルを添加したＰＡＩからなる摺動部材用組成物によると、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れ、相手攻撃性の低い摺動部材用組成物を提供することができる。また、上述した優れた摩擦特性を安定して、継続維持できる摺動部材用組成物を提供することができる。また、破泡したマイクロカプセルにもオイルが摺動時に入り毛細管現象で保持されるため、長期間作動せずオイルが少なくなった条件においてもカプセル内のオイルが作用し焼き付き、高μ等の問題がおきにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スラスト試験機の概要を示す図である。
【図２】 ブロック−オン−リング試験機の概要を示す図である。
【図３】 潤滑条件、無潤滑条件における焼き付き荷重を示す図である。
【図４】 潤滑条件、無潤滑条件における摩擦係数を示す図である。
【図５】 潤滑条件における摩耗量を示す図である。
【図６】 無潤滑条件におけるマイクロカプセル添加量と焼き付き荷重との関係を示す図である。
【図７】 潤滑条件におけるマイクロカプセル添加量と焼き付き荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：板状サンプル ２：中空円柱部材 ３：リング部材
４：ブロック状サンプル １０：コーティング面 ２０：円形面
３０：周方向面 ４０：コーティング面
Claims (5)
- ポリアミドイミド樹脂と、
該ポリアミドイミド樹脂に分散され、樹脂からなる膜と該膜に包まれるオイルまたはグリースからなる潤滑剤とからなるマイクロカプセルと、
を含んでおり、
前記ポリアミドイミド樹脂は、引っ張り強度が７８．４〜９８ＭＰａであり、縦弾性係数が１９６０〜２９４０ＭＰａであり、伸び率が１０〜２０％であり、
前記マイクロカプセルを構成する前記樹脂は、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂のいずれか２種類以上からなる混合樹脂であることを特徴とする摺動部材用組成物。 - さらに前記ポリアミドイミド樹脂に分散された固体潤滑剤を含む請求項１に記載の摺動部材用組成物。
- 前記固体潤滑剤は、硫化物、フッ素化合物、黒鉛から選ばれる１種以上である請求項２に記載の摺動部材用組成物。
- 摺動部材にコーティングされたコーティング被膜として形成される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の摺動部材用組成物。
- 前記マイクロカプセルの径は、前記コーティング被膜の膜厚の１０〜１００％である請求項４に記載の摺動部材用組成物。
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