JP3961164B2

JP3961164B2 - 滑りキー用樹脂組成物

Info

Publication number: JP3961164B2
Application number: JP24869699A
Authority: JP
Inventors: 芳郎沖; 環水谷
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2001074057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温無潤滑などの特殊環境下で使用するのに適した、金属成形体と樹脂体との複合一体成形品からなる滑りキーを形成するための滑りキー用樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸の軸方向に摺動可能かつ追従回転可能にスライド筒を係合する滑りキーは、主として回り止めあるいは動力伝達用として用いられるとともに、軸方向の往復運動機能が付加機能として要求される。
特に高温無潤滑などの特殊環境下で使用される場合、例えば無段変速機のプーリー構造等に用いられる場合、滑りキーは、機械的強さとともに摺動性が従来の滑りキーよりもより求められる。
従来、滑りキーは、金属類、または摩擦係数の小さい樹脂材料単体で主に形成されている。摩擦係数の小さい材料としては、例えばポリイミド樹脂とポリテトラフルオロエチレン樹脂と黒鉛とを混合した材料、またはポリエーテルエーテルケトン樹脂と炭素繊維と四フッ化エチレン樹脂とを混合した材料等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属製滑りキーは相手溝が金属の場合、金属同士の摺動となり、特に高温、高負荷の使用環境下では金属同士の焼付きあるいは錆によって摩擦抵抗が大きくなり、作動不良や作動不能を生じるという問題がある。金属の代わりにボールスプライン構造などを用いると構造が複雑となり高価となる問題がある。
【０００４】
また、従来の摩擦係数の小さい樹脂材料単体による滑りキーの場合においても、高温、高負荷の使用環境下では溶融、変形、あるいは高摩擦抵抗となり短時間で破壊するという問題がある。
【０００５】
このため、回転軸の溝部に嵌合する部位を金属成形体で、スライド筒の内周溝部と摺動する部位を樹脂体で形成し機械的強さと摺動性に優れた滑りキーとすることが考えられているが、樹脂組成物によっては、金属成形体と樹脂体とを複合一体成形することが困難であり、また滑りキー自体としても作動不良や作動不能を生じることがある。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、高温、高負荷の使用環境下においても作動不良や作動不能を抑えることができ、金属成形体と容易に一体成形できる、滑りキー用樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸の軸方向に摺動可能かつ追従回転可能にスライド筒を係合する金属成形体と樹脂体との複合一体成形型滑りキーにおける滑りキー用樹脂組成物であって、上記複合一体成形型滑りキーが、溝や貫通孔が設けられた金属成形体を用い、一体成形の際に樹脂組成物が溝や貫通孔内に充填されて樹脂体と金属体との複合体となることにより滑りキーとしての作動中に相互に分離できない形状であり、摺接面が樹脂体により、構造体が金属成形体で構成され、上記樹脂組成物が、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂 50〜90体積％と、炭素繊維 5〜 20体積％と、四フッ化エチレン（以下、ＰＴＦＥと略記する）系樹脂 5〜30体積％とを配合してなることを特徴とする。また、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂 50 〜 70 体積％と、炭素繊維 10 〜 20 体積％と、四フッ化エチレン系樹脂 20 〜 30 体積％とを配合してなることを特徴とする。
上記炭素繊維はピッチ系炭素繊維であることを特徴とする。
本発明の滑りキー用樹脂組成物は上記所定の樹脂材料を所定の配合比で形成したので、潤滑性と耐摩耗性および成形性に優れており、特に溝や貫通孔が設けられた金属成形体との一体成形品とした場合に樹脂体が金属成形体に強固に結合できる。
そのため、金属成形体と本発明の樹脂組成物との一体成形品とした滑りキーは、高温、高負荷で摺動する使用環境下においても作動不良や作動不能を抑えることができる。
また、本発明の滑りキー用樹脂組成物は射出成形が可能なので、複雑な形状、構造でも容易に形成することができる。このため、従来のボールスプラインに比べ小型軽量化、低コスト化が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
金属成形体と樹脂体との複合一体成形型滑りキーを構成する金属成形体は、機械加工品、鍛造品、ロストワックス品、焼結金属品、メタルインジェクション品などを用いることができる。これらの中でも強度信頼性、コストの理由で、ロストワックス品が好ましい。また、表面の錆を防ぐためにメッキなどの表面処理をすることが好ましい。
【０００９】
金属成形体の形状は、一体成形した際に樹脂体と金属成形体とが、滑りキーとしての作動中に相互に分離できない形状であることが好ましい。具体的には、溝や貫通孔が設けられた金属成形体を用いる。これらの溝や貫通孔により、一体成形の際に本発明の樹脂組成物が溝や貫通孔内に充填されて樹脂体と金属体との複合体となるので、接着剤などを用いることなく強固な一体成形の滑りキーが得られる。
【００１０】
本発明の樹脂組成物は金属成形体と一体成形でき、射出成形可能で金属成形体が複雑な形状であっても容易に一体成形できる。以下説明する。
芳香族ポリエーテルケトン系樹脂は、下記化１で示される繰り返し単位を有する樹脂、またはこのような繰り返し単位とともに下記化２で示される繰り返し単位をポリエーテルケトン系樹脂本来の特性が失われない程度に共存させている樹脂をいう。
【００１１】
【化１】

【００１２】
【化２】

【００１３】
このようなポリエーテルケトン系樹脂の市販品としては、ビクトレックスＭＣ社製ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ１５０Ｐ、３８０Ｐ、４５０Ｐ）等が挙げられる。
【００１４】
炭素繊維はパン系、ピッチ系のミルドカーボファイバーであればいずれも使用できるが、補強効果が大きく、耐摩耗性および相手材への非攻撃性に優れるピッチ系が好ましい。
ピッチ系炭素繊維としては、呉羽化学工業社製：クレカＭ−１０１Ｓ、同Ｍ−１０７Ｓ、同Ｍ−１０１Ｆ、または大阪ガスケミカル社製：ドナカーボンＳ２４１、同Ｓ２４４などを使用できる。
【００１５】
ＰＴＦＥ系樹脂は、ＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂のいずれも使用することができる。
ＰＴＦＥ樹脂は、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、加熱処理または加圧、加熱処理された粉末を粉砕した粉末、その後γ線または電子線を照射した粉末などの固体潤滑剤用粉末のいずれを採用してもよいが、固体潤滑剤用粉末がより好ましい。また、これらモールディングパウダー、ファインパウダー、固体潤滑剤用粉末を併用してもよい。
そのようなＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ−６１０、ＫＴＬ−３５０、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン７−Ｊ、ＴＬＰ−１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ−１５、ルブロンＬ−５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。
【００１６】
また、変性ＰＴＦＥ樹脂は、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基でＰＴＦＥが変性された変性ＰＴＦＥ樹脂が成形性、摺動性に優れ好適である。
上市されている変性ＰＴＦＥ樹脂を具体的に例示すると、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロンＴＧ７０Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ１１１、Ｍ１１２、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦＭ１６００等を挙げることができる。
【００１７】
上記樹脂組成物における配合割合は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂が 50〜90体積％、炭素繊維が 5〜 20体積％、およびＰＴＦＥ系樹脂が 5〜30体積％である。炭素繊維の配合割合が 20 体積％を越えると、摺接する相手金属を摩耗損傷するおそれが高くなる。また、炭素繊維の配合割合が 5体積％未満では組成物を補強する効果が乏しく、十分な耐摩耗性が得られない。
ＰＴＦＥの配合割合が 30体積％を越えると、耐摩耗性が所要程度より低下する。また、ＰＴＦＥ系樹脂の配合割合が 5体積部未満では組成物に所要の潤滑性の付与効果に乏しく、十分な滑り特性が得られない。
芳香族ポリエーテルケトン系樹脂が 50体積％を越える場合、すなわち炭素繊維およびＰＴＦＥ系樹脂の配合割合の総計が 50体積％を越えると成形性が悪くなり、所要の耐摩耗性が得られず、取り扱いの容易性も著しく低下する。また、 10体積％未満では所要程度の耐摩耗性、滑り特性を付与することができない。
【００１８】
金属成形体と樹脂体との複合一体成形型滑りキーは、金属成形体が内部に配置された金型内に樹脂組成物を射出充填して得られる。金属成形体の形状によってはゲートの数を複数にしてもよい。例えば、金型内に配設された金属成形体によってキャビティ内が分割されている場合は分割数に応じた多点ゲート方式を用いる。また、キャビティ内が分割されていない場合は、 1点ゲート方式を用いることができる。また、滑りキーは、摺接面を樹脂体により、構造体を金属成形体で構成することが好ましい。
【００１９】
樹脂体により形成される摺接面において、炭素繊維が摺接方向に配向するように射出成形することが好ましい。炭素繊維は、樹脂の流れ方向にそって配向する傾向にあるので、金型内に配設される金属成形体の形状を考慮して、摺接面にそって樹脂の流れることができる位置にゲート位置を定める。
【００２０】
滑りキーの使用状態を図１に示す。図１は滑りキーを嵌合させた回転軸を示す図であり、図１（ａ）は回転軸２の斜視図を、図１（ｂ）は滑りキー１を嵌合させたときの断面図をそれぞれ示す。
図１（ａ）において、回転軸２の外周に長手方向に長孔状に凹んで溝部２ａが形成されている。溝部２ａは少なくとも 1箇所、好ましくは円周方向等間隔に数箇所形成することが好ましい。この溝部２ａに滑りキー１が嵌合され、スライド筒部３を摺動可能に係合する（図１（ｂ））。
【００２１】
【実施例】
実施例１〜実施例７および比較例１〜比較例２
実施例および比較例に用いる原材料を一括して以下に示す。
１）芳香族ポリエーテルケトン系樹脂：ビクトレックスＭＣ社製ＰＥＥＫ１５０Ｐ
２）ピッチ系炭素繊維：呉羽化学工業社製クレカＭ−１０１Ｓ
３）パン系炭素繊維：東レ社製トレカＭＬＤ−３００
４）ＰＴＦＥ：喜多村社製ＫＴＬ−６１０
５）変性ＰＴＦＥ：三井・デュポンフロロケミカル社製テフロンＴＧ７０Ｊ
金型のキャビティ内に、機械加工品の表面にメッキ処理した金属成形体を配置して、表１に示す配合の樹脂組成物を射出成形圧力 250MPa、ノズル温度 380℃で射出成形して、金属成形体と樹脂体との複合一体成形品である滑りキーを得た。なお、滑りキーは、 2点ゲート方式を用いる金属成形体、および 1点ゲート方式を用いる金属成形体の二種類を用いて複合一体成形品とした。各実施例は射出成形時に樹脂のみの充填などがみられず、金属成形体と容易に一体成形できた。
【００２２】
【表１】

【００２３】
得られた滑りキーの評価を繰り返し剪断疲労試験および摩擦試験による摩擦係数測定、相手材の損傷具合により行なった。
繰り返し剪断疲労試験を図２を用いて説明する。図２は繰り返し剪断疲労試験を示す図である。
軸４に形成された圧入溝に滑りキー１の嵌合部を圧入固定し、相手溝が形成されたハウジング５に滑りキー１の樹脂体を嵌合すると同時に軸４の外周とハウジング５の内周とを嵌合させる。ハウジング５に油圧加振機６および一定荷重に制御するためのロードセル７を取り付け、軸の中心軸４ａを中心に揺動運動させることにより滑りキー１に繰り返し疲労をあたえる。このときの試験条件は雰囲気温度 140℃、加振速度 10Hz、負荷トルク 50N・m で行ない滑りキー１の変形量が 0.1mmになるまでの繰り返し回数を測定した。結果を表２に示す。
【００２４】
摩擦試験を図３を用いて説明する。図３は摩擦試験機を示す。
図示を省略したエアーシリンダによって荷重Ｌを受ける台座８に滑りキー１の樹脂体を下にして固定する。滑りキー１の相手材９には、Ｓ４５Ｃにニッケル−リンメッキ処理した板材を用い、この相手材９を有するテーブル１０に駆動装置１１、および摺動抵抗を測定するロードセル７を取り付け、テーブル１０をストローク 30mm にて往復動Ｓさせる。具体的な試験条件は、雰囲気温度 140℃、負荷荷重 55MPa、往復速度 1.7mm/secである。評価結果を表２に示す。
このときの相手材の損傷具合を、滑り痕の深さが 5μm 未満を○で、滑り痕の深さが 5μm 以上 20μm 未満を△で、滑り痕の深さが 20μm 以上を×で評価した。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表２に示すとおり、実施例１〜実施例７の滑りキー用樹脂組成物を用いて金属成形体との複合一体成形品とした滑りキーは配合比の異なる比較例１および比較例２に比べて、疲労特性が明らかに高く、摩擦特性も安定していた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の滑りキー用樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂と炭素繊維とＰＴＦＥ系樹脂とを所定の配合比としたので、金属成形体と樹脂体との複合一体成形品とする滑りキーに好適な材料となる。また、高温、高負荷の使用環境下において使用されても、焼き付きや破壊を生じることがない。
また、射出成形できるので、複雑な形状の金属成形体と容易に複合一体成形することができる。その結果、機械的特性に優れ、かつ低コストな滑りキーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】滑りキーを嵌合させた回転軸を示す図である。
【図２】繰り返し剪断疲労試験を示す図である。
【図３】摩擦試験を示す図である。
【符号の説明】
１滑りキー
２回転軸
３スライド筒部
４軸
５ハウジング
６油圧加振機
７ロードセル
８台座
９相手材
１０テーブル
１１駆動装置

Claims

回転軸の軸方向に摺動可能かつ追従回転可能にスライド筒を係合する、金属成形体と樹脂体との複合一体成形型滑りキーにおける滑りキー用樹脂組成物であって、
前記複合一体成形型滑りキーは、溝や貫通孔が設けられた金属成形体を用い、一体成形の際に樹脂組成物が溝や貫通孔内に充填されて樹脂体と金属体との複合体となることにより滑りキーとしての作動中に相互に分離できない形状であり、摺接面が樹脂体により、構造体が金属成形体で構成され、
前記樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂 50〜90体積％と、炭素繊維 5〜 20体積％と、四フッ化エチレン系樹脂 5〜30体積％とを配合してなることを特徴とする滑りキー用樹脂組成物。
前記炭素繊維はピッチ系炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の滑りキー用樹脂組成物。
前記樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂 50〜70体積％と、炭素繊維 10〜 20 体積％と、四フッ化エチレン系樹脂 20〜30体積％とを配合してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の滑りキー用樹脂組成物。