JP4932884B2

JP4932884B2 - 摺動部材用被膜組成物

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Publication number: JP4932884B2
Application number: JP2009222795A
Authority: JP
Inventors: 真牧野; 圭資宮本; 祥子松尾
Original assignee: Akros Co Ltd
Current assignee: Akros Co Ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: EP2426190A4; US20120101011A1; JP2010280879A; EP2426190A1; CN102459544A; WO2010126035A1

Description

本発明は、摩擦係数を低減しつつ、耐摩耗性や耐焼付き性等を向上するための乾性被膜潤滑剤の被膜（被覆層）を形成するための摺動部材用被膜組成物に関する。

自動車における摺動部材としては、エンジン用の軸受け、エンジンのピストン、ピストンリング、斜板式コンプレッサーの斜板などが挙げられる。例えばピストンでは、相手材であるエンジンの燃焼室との間に潤滑油となるエンジンオイルが介在した状態で摺動するが、ピストンスカートとシリンダ間での潤滑性が重要となる。具体的には、内燃機関で熱エネルギーを動力として変換する際に、ピストンスカートとシリンダ間での潤滑性が低いと焼き付き現象を生じて停止してしまう。そのため、シリンダと接触するピストンスカートの表面（摺動面）には、耐久性向上のために被膜（被覆層）を付与することが従来から行われている。上記各種摺動部材の表面に被膜を設けて、摩擦係数の低減、耐摩耗性の向上、耐焼付き性の向上等を図るための摺動部材用被膜組成物は、一般的にバインダー樹脂と、固体潤滑剤と、無機充填材（フィラー）である摩耗抑制材と、必要に応じてその他の添加剤からなる。

本出願人も、この種の摺動部材用被膜組成物として、下記特許文献１を提案している。特許文献１によれば、所定のバインダー樹脂に所定のアスペクト比及び粒径を有する板状の摩耗抑制材（無機充填材）を配合することで、それまでの摺動部材用被膜組成物よりもさらに摩擦係数を低減できると共に、耐摩耗性や耐焼付き性等もさらに向上できた。特許文献１では所定のバインダー樹脂と板状の摩耗抑制材との組み合わせが重要であり、固体潤滑剤に関しては、公知の摺動部材用被膜組成物において一般的に使用されている程度の量配合すればよいとされている。具体的には、バインダー樹脂１００重量部に対して５〜２５０重量部配合してあればよく、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して１０〜１５０重量部とされている（段落００２０）。なお、特許文献１では、摺動部材用被膜組成物による効果（耐久性）確認試験用として、バインダー樹脂１００重量部に対して固体潤滑剤を２０重量部配合した実施例（表１）を使用している。

特開２００６−４５４６３号公報

特許文献１では、所定のバインダー樹脂と所定形状の板状摩耗抑制材との組み合わせにより、球状の摩耗抑制材を使用した摺動部材用被膜組成物よりも摩擦係数の低減、耐摩耗性や耐焼付き性の向上を達成している。しかしながら、板状の摩耗抑制材を使用した場合は、固体潤滑剤が被膜に悪影響を及ぼす場合があることが判明した。具体的には、この種の摺動部材被膜用組成物では、一般的には主として摩擦係数を減少させるために固体潤滑剤が配合されるが、板状の摩耗抑制材を使用した場合、より摩擦係数を低減させようとして固体潤滑剤の配合量を増量させると、被膜の強度が低下してしまうことが判明した。これでは、被膜が相手材との摺動によって破壊されてしまい、結果として摺動部材の作動不良を招いてしまう。例えば、摺動部材用被膜組成物に板状の摩耗抑制材を使用した場合、特許文献１の実施例のように固体潤滑剤を多量に（バインダー樹脂１００重量部に対して２０重量部）配合してあると、例え一般的な摺動部材被膜用組成物と比べたら比較的少量であったとしても、摺動によって被膜の少なくとも一部に剥離が確認された。

本発明は、上述した課題に鑑みて創案されたものである。すなわち本発明は、低摩擦係数、優れた耐摩耗性や耐焼付き性等に加え、さらに良好な被膜強度も有する被膜を形成可能な摺動部材用被膜組成物を提供することを目的とする。

本発明は、摺動部材の表面に被膜を形成するための摺動部材用被膜組成物であって、基本的には、バインダー樹脂と、摩耗抑制材と、固体潤滑剤とを含有する。摩耗抑制材は、平均粒子径／平均粒子厚みで表されるアスペクト比が５〜１００の板状であり、平均粒子径が１５．０μｍ以下で、モース硬度が６以上の無機充填材である。そのうえで、固体潤滑剤の含有量が、バインダー樹脂１００重量部に対して０〜１５重量部であることを特徴とする。なお、固体潤滑剤の含有量が、バインダー樹脂１００重量部に対して０重量部とは、固体潤滑剤が含有されていないことを意味する。すなわち、本発明の摺動部材用被膜組成物にあっては、固体潤滑剤は必ずしも必要ではなく、固体潤滑剤未含有の場合も含まれる。したがって、本発明では、少なくともバインダー樹脂と摩耗抑制材とを含有し、固体潤滑剤は必要に応じて添加すればよい。

摩耗抑制材の含有量は、バインダー樹脂１００重量部に対して１〜１００重量部とすることが好ましい。また、摩耗抑制材は、アルミナ類とすることが好ましい。摺動部材としては、例えば潤滑油の存在下で相手材と摺動する部材が挙げられる。

本発明によれば、板状の摩耗抑制材を含有していることで、特許文献１の効果を踏襲する。すなわち、板状の摩耗抑制材は、真球などの球状粒子や塊状などの粒状粒子に比較し、質量あたりの表面積が大きいため、バインダーとの接着面積が大きく、バインダー樹脂中に強固に接着され配向している。そして、バインダー樹脂中において被膜と基材（摺動部材）との接着面に対して平行に配向されやすく、接着面の接着性に影響を与える接着面との平行方向の内部凝集力の上昇が抑制されるので、従来の球状粒子等よりも接着性が確保される。さらに、平行に配向されやすいため、摩擦係数が上昇しにくい。一方、被膜と基材との接着面に対して垂直方向への内部凝集力は確保されるので、摩擦面にかかる平行方向の摩擦に対し、摩耗抑制材の硬さとも相まって、耐摩耗性が向上する。つまり、摩耗抑制材の形状とモース硬度６以上の硬度によって、摩擦係数を低減でき、被膜の耐摩耗性や、耐焼付き性も向上されている。このように、低摩擦係数で且つ優れた耐摩耗性及び耐焼付き性を有する被膜が形成されることで、摺動による摩擦トルクの低減や摺動部材の摩耗などを軽減できる。

そのうえで、本発明では、板状の摩耗抑制材を使用した場合に適した量の固体潤滑剤を含有していることで、板状の摩耗抑制材によって達成された低摩擦係数や優れた耐摩耗性及び耐焼付き性を維持しながら、良好な被膜強度も確保できる。これは、バインダー樹脂と摩耗抑制材との関係のみに着目した場合、すなわち、上述のように板状の摩耗抑制材が被膜と基材との接着面に対して平行に配向された被膜に特有の内部凝集機構においては、固体潤滑剤は不純物として存在することになるが、当該内部凝集機構を阻害しない範囲で固体潤滑剤が配合されていることで、良好な被膜強度を確保できる。これにより、より厳しい摩擦条件においても的確に被膜が保持され、摺動部材や相手材の破損や作動不良を回避できる。

スラスト試験機の概略図である。ブロックオンリング試験機の概略図である。

以下に、本発明の摺動部材用被膜組成物について、詳しく説明する。本発明の摺動部材用組成物は、摩擦係数を低減しつつ、耐摩耗性や耐焼付き性等を向上するための乾性被膜潤滑剤の被膜（被覆層）を形成するための摺動部材用被膜組成物であって、公知の摺動部材用組成物と同様に、基本的にはバインダー樹脂と、摩耗抑制材としての無機充填材と、適宜固体潤滑剤とを含有する。なお、以下の説明では、便宜上摺動部材用組成物を単に組成物と称すことがある。

［バインダー樹脂］
バインダー樹脂は特に限定されず、従来から摺動部材用組成物のバインダー樹脂として使用されている公知の樹脂を使用できる。後述のように、固体潤滑剤の配合量が抑えられているので、必ずしも特定のバインダー樹脂によって被膜の強度を担保する必要は無いからである。例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルブチラール、塩素化ポリオレフィン樹脂、ナイロン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、熱可塑性ポリイミドなどの熱可塑性樹脂や、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミノアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、全芳香族ポリエステルなどの熱硬化性樹脂を例示できる。熱可塑性樹脂の中では、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエーテルサルホン、熱可塑性ポリイミドが好ましく、熱硬化性樹脂の中では、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミノアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミドが好ましい。これらは取り扱いが容易で、板状摩耗抑制材を良好に分散させながら塗料状態で被膜を形成できるからである。さらには、接着性、耐薬品性、強度などの点から、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルサルホン、熱可塑性ポリイミド、エポキシ樹脂、又はポリイミド樹脂がより好ましい。被膜を形成するに際しての塗装作業性と摩擦による発熱に対する耐熱性の必要性の観点から、ポリアミドイミド樹脂が最も好ましく、次いで、ポリエーテルサルホン、熱可塑性ポリイミドが好ましい。

これらのバインダー樹脂は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合使用してもよい。なお、熱硬化性樹脂を使用する場合は、必要に応じて硬化剤も添加しておく。例えばエポキシ樹脂を使用する場合は、当該エポキシ樹脂とその硬化剤であるポリアミノアミド樹脂、アミノ樹脂、又はフェノール樹脂とを混合使用する。特に、摺動部材がプラスチックの場合は、エポキシ樹脂とポリアミノアミド樹脂を混合使用することが好ましい。一方、ポリエーテルサルホンやポリイミド（熱可塑性ポリイミドを含む）であれば、それ単独で使用できる。

また、ポリアミドイミド樹脂を使用する場合は、接着性や低温硬化性を向上させるために、エポキシ樹脂を混合使用するとよい。この場合、ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対し、エポキシ樹脂の配合量は１〜５０重量部程度が好ましく、５〜３０重量部程度がより好ましい。また、接着性や強靭性を向上させるためには、ポリビニルブチラールを混合使用するとよい。この場合、ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対し、ポリビニルブチラールの配合量は１〜３０重量部程度が好ましく、５〜２０重量部程度がより好ましい。

本発明では、固体潤滑剤の配合量がバインダー樹脂と板状の摩耗抑制材との接着性を阻害しない範囲で少量となっているので、上記特許文献１よりもバインダー樹脂の破断強度や破断伸度は比較的小さくてよい。具体的には、バインダー樹脂の機械的強度は、破断強度８０〜１５０ＭＰａで、且つ破断伸度が１０〜４０％であることが好ましい。バインダー樹脂の破断強度が８０ＭＰａ未満であると、形成される被膜が相手材との摺動によって強度不足により破壊されてしまうことがある。このため、被膜の耐摩耗性を確保しにくい。一方、バインダー樹脂の破断強度が１５０ＭＰａを越えると、バインダー樹脂の分子量が高く粘度が上昇するため、塗装の工数や費用が増大する。また、バインダー樹脂の破断伸度が１０％未満であると、接触応力を分散して摩擦係数を低減する効果が不充分となる。一方、バインダー樹脂の破断伸度が４０％を越えると、被膜の変形量が増大し基材との密着性が低下する。より好ましくは、バインダー樹脂の破断強度は、８５〜１１０ＭＰａがより好ましい。

［摩耗抑制材］
摩耗抑制材としては、モース硬度が６以上である種々の板状無機微粒子を用いることができる。例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミナホワイト、シリカアルミナなどのアルミナ類のほか，ジルコニア，炭化タングステン，炭化チタン，炭化ケイ素，二酸化チタン，酸化鉄，長石，軽石，正長石，イリジウム，石英，シリカ，酸化ベリリウム，酸化ジルコニウム，クロム，ボロンカーバイト，タングステンカーバイト，シリコーンカーバイト，ダイヤモンド等が挙げられる。これらの摩耗抑制材は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を混合使用してもよい。また、２種以上が複合化されたものや、何らかの表面処理、表面改質されたものでもよい。モース硬度が６以上であると、被膜に良好な硬度が付与され、耐摩耗性や耐焼付き性等が向上する。中でも、モース硬度が９であるアルミナ類が好ましい。アルミナ類は、例えばエンジンのピストンスカートの摺動面のように、潤滑油の存在下で相手材の金属面と摺動する面に被膜を形成する場合に、特に適している。

摩耗抑制材の形状は、平均粒子径／平均粒子厚みで表されるアスペクト比が５〜１００の扁平板状とする。アスペクト比が５より低い摩耗抑制材では、その形状は球形に近づき、板状の摩耗抑制材に固有の効果が失われてしまう。また、アスペクト比が１００より高い摩耗抑制材では、平均粒子径に対して平均粒子厚みが薄すぎて、塗料分散工程などで摩耗抑制材が欠損するおそれがある。好ましくは、摩耗抑制材のアスペクト比が５〜８０であり、より好ましくはアスペクト比１０〜７０である。この範囲のアスペクト比を有する板状の摩耗抑制材であれば、尖った面が少ないため、硬度が良好に保持されるとともに、相手材への攻撃性も低減する。このため、摩耗抑制材の硬度によって被膜が補強される一方で、その存在に起因する摩擦係数の増大も効果的に抑制される。

また、このようなアスペクト比を有する板状の摩耗抑制材は、被膜内において基材表面に対して平行（被膜の面方向と平行）に配向されるので、被膜と相手材との鋭利な接触が避けられ、摩擦係数の増大が有効に抑制される。また、被膜における面方向の膨張収縮を拘束するので、被膜の内部応力が増加し難く、被膜と基材との接着性が向上する。さらに、仮に被膜の摩耗によって摩耗抑制材が表面に露出しても、被膜の面方向と平行に配向しているため、球状の摩耗抑制材に比して摩擦係数の増大が抑制される。

ここで、アスペクト比は、平均粒子径／平均粒子厚みであり、以下の方法によって求められる値である。粒子の平均の厚み（平均粒子厚み）又は粒子の平均の粒子径（平均粒子径）は、摩耗抑制材を走査型電子顕微鏡観察により任意の１０個の粒子を選定し、その厚み及び長径と短径を測定し、平均粒子厚みはその１０個の算術平均、平均粒子径は（長径＋短径）／２とし、１０個の算術平均とした。

摩耗抑制材の平均粒子径は、１５．０μｍ以下とする。平均粒子径が１５．０μｍを超える大きさの摩耗抑制材では、被膜表面から突出する可能性が高くなり、その場合は摩擦係数の増大や相手材への攻撃性上昇の要因となる。好ましくは、摩耗抑制材の平均粒子径は、０．５〜１０．０μｍ程度である。この範囲であれば、例えば膜厚１０〜１５μｍ程度の被膜を形成した場合を想定すると、被膜の膜厚に対して摩耗抑制材の平均粒子径が約３〜１００％の範囲にあるので、被膜と基材との接着面に対して摩耗抑制材が平行に配向しやすく、板状であることによる特有の作用効果を的確に発揮させることができる。延いては、相手材への攻撃性が低く、且つ摩擦係数の低減の効果が良好に発揮される。

摩耗抑制材は、バインダー樹脂１００重量部に対して１〜１００重量部含まれる。この範囲であれば（特に、バインダー樹脂１００重量部に対して１重量部でも）、摩耗抑制材による摩擦係数の低減および耐摩耗性並びに耐焼付き性の向上の効果を良好に発揮させることができる。摩耗抑制材がバインダー樹脂１００重量部に対して１重量部よりも少ないと、摩耗抑制材を添加することによる有意の効果が得られにくい。一方、１００重量部よりも多いと、相対的にバインダー樹脂の含有量が低下するため、基材との接着性が低下し、被膜の剥離が起りやすくなる。摩耗抑制材の含有量は、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して１〜８０重量部程度であり、より好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して３〜４０重量部程度、さらに好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部程度である。板状の摩耗抑制材であれば少量でも充分な潤滑特性を発揮できるので、含有量を抑えることでコスト削減を図れる。なお、摩耗抑制材の含有量の上限が上記特許文献１と比べて多くてもよいのは、後述のように固体潤滑剤の配合量が少ないためである。

［固体潤滑剤］
固体潤滑剤としては特に限定されず、従来から摺動部材用被膜組成物において使用されている公知の固体潤滑剤を使用することができる。例えば、ポリテトラフルオロチエチレン（ＰＴＦＥ），テトラフルオロエチレン-パー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-ヘキサフルオロフロピレン共重合体，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及びポリクロロトリフルオロチレン等のフッ素化合物のほか，二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）及び二硫化タングステン（ＷＳ₂）等の硫化物や，黒鉛（グラファイト），フッ化黒鉛，窒化硼素，マイカ等の層状鱗片状物質や，鉛，亜鉛，銅等の軟質金属や，メラミンシアヌレート等が挙げられる。中でも、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛が特に好ましい。これらは１種のみを単独で使用しても良く、２種以上を混合使用してもよい。

固体潤滑剤は、摩擦係数を低減する効果がある。但し、固体潤滑剤の含有量は、バインダー樹脂１００重量部に対して０〜１５重量部とすることが重要である。本発明においては、固体潤滑剤未配合でもよい。固体潤滑剤が１５重量部よりも多いと、板状の摩耗抑制材を配合したことによる効果を阻害する傾向があり、被膜強度が低下するからである。結果として、相手材との摺動摩擦により、基材表面からの被膜剥離が生じてしまう。固体潤滑剤の含有量は、バインダー樹脂１００重量部に対して０．１〜１２重量部が好ましい。固体潤滑剤を配合することで、これによる相乗効果も得られるからであり、固体潤滑剤の配合量が少ないほど、板状の摩耗抑制剤への悪影響が低減する。

なお、固体潤滑剤の平均粒子径は、１５．０μｍ以下が好ましい。固体潤滑剤の平均粒子径が１５．０μｍを超えると、被膜の膜厚に対して粒径が大き過ぎて固体潤滑剤が被膜から脱落しやすくなる。

本発明の組成物には、バインダー樹脂、板状の摩耗抑制材、及び固体潤滑剤の作用効果を阻害しない範囲で、その他の一般的な添加剤を配合することもできる。添加剤としては、摩耗抑制材や固体潤滑剤の分散を助ける分散剤、接着性や摩耗抑制材への親和性の向上や接着性向上を補助するシランカップリング剤、表面張力をコントロールするレベリング剤や界面活性剤、チクソトロピック特性をコントロールする増粘剤、顔料などが挙げられる。顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化鉄などに代表される着色顔料、錆の発生を抑制する防錆顔料、塗料、被膜の性状をコントロールする体質顔料などが挙げられる。

［塗装方法］
本発明の組成物は、バインダー樹脂を溶剤で溶解するなど低粘度化し、一般的な塗装方法により、公知の塗装方法を採用することができる。先ずバインダー樹脂を有機溶剤により溶解する。有機溶剤は、バインダー樹脂を溶解することができる有機溶媒であれば特に制限なく用いることができる。代表的な樹脂で例示すると、エポキシ樹脂の場合、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、キシレン、トルエン等の芳香族系の溶剤などを用いることができる。ポリアミドイミド樹脂の場合、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を用いることができ、また、ＮＭＰにキシレン等の芳香族系溶剤や、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤を加えた混合溶剤を用いることができる。次に、バインダー樹脂を溶解した溶液に板状アルミナと固体潤滑剤、その他添加剤等を加え、ボールミルなどの分散機で配合される各種粉体を適切な分散状態になるまで分散させて、本実施例の摺動部材用組成物を調整することができる。

このようにして調整した本実施例の摺動部材用組成物を、摺動部材の摺動面に付与して被膜を形成する。摺動部材は、自動車用の摺動部材，ＯＡ機器用の摺動部材，弱電機器用の摺動部材など公知の摺動部材用組成物によって被膜が施される部材である。特に、潤滑油の存在下で摺動する部材に好適である。また、本実施例の摺動部材用組成物を塗付できる摺動部材又は摺動面の材質は、特に限定されず、アルミニウムや鉄やなどの金属，合金，ゴム，プラスチック，エラストマーなどがある。摺動部材用組成物の塗付には各種の塗装器具を使用できる。塗装器具としては、刷毛，ローラー，ロールコーター，エアースプレー，エアレススプレー，静電塗装機，浸漬塗装機，電着塗装機，スクリーン印刷機，パット印刷機，グラビアコーターなどがある。摺動部材用組成物を塗布後、バインダー樹脂を乾燥、硬化させることができる硬化条件で焼成して被覆層（被膜）を形成する。なお焼成温度は特に限定しないが、一般的には、常温から３５０℃の範囲の焼成温度で５〜１８０分間焼成する。また焼成後の被膜の膜厚は特に限定しないが、一般的には１〜５０μｍであり、好ましくは５〜３０μｍである。

なお、摺動部材の摺動面には、必要に応じて、アルカリ脱脂や溶剤脱脂などの予備処理，ショットブラスト，エッチング，化成処理を施しておいてもよい。また、アンダーコートやプレコートを施した摺動部材の摺動面にも本実施例の摺動部材用組成物を塗付できる。

（評価試験１）
バインダー樹脂としてポリアミドイミド樹脂を、摩耗抑制材として平均粒子径５μｍ、アスペクト比２０〜３０の板状アルミナを、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用い、表１に示す配合とした試験用の組成物１〜３０を調製し、特許文献１より厳しい試験条件下での組成物１〜３０における耐摩耗性、耐焼付き性、被膜強度について評価した。その結果も表１に示す。なお、表１において含有量を示す数値は、重量部である。

（焼付き荷重の測定法及び被膜表面観察）
図１に示すスラスト試験機１（エーアンドデイ社製）を用いて焼付き荷重を測定した。被膜形成対象である摺動部材として、板形状の試験板１６（ｔ３×３０×３０ｍｍ，材質ＡＣ８Ａ，粗さＲｚ＝０．５μｍ）を用いた。図１で見て試験板１６の上面（第一摺動面１４）には、前処理として溶剤脱脂を施した。この第一摺動面１４に、各組成物をスプレーで塗付し、乾燥（１８０℃，９０分）させて被膜を形成した。被膜の膜厚は１０μｍとした。本試験では、試験板１６の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍであり、特許文献１のＲｚ＝１．０μｍに比較し、接着性が確保され難く、被膜の剥離が発生し易く、厳しい条件であると判断できる。

また、第一相手材１２として、中空円筒形状の部材（外径φ２５．６ｍｍ，内径φ２０ｍｍ，材質ＦＣ２５０，粗さＲｚ＝１μｍ）を用いた。この第一相手材１２を、被膜が塗付された第一摺動面１４上に配置した。この状態で、図１の矢印１８方向に試験板１６を回転（回転数１０００ｒｐｍ）させた。そして、馴らし回転（２４５Ｎの押付け荷重を１０分間かける）の後、図１の矢印１０方向から押付け荷重を第一相手材１２にかけて、一定の周期（２４５Ｎ／２ｍｉｎ）で押し付け荷重を４９００Ｎまで上昇させていった。なお、上記試験は、潤滑油（鉱油；５Ｗ−３０）の潤滑下で行い、潤滑油の油温は常温から開始し、以後成り行きとした。第一摺動面１４の第一相手材１２に対する摩擦係数が０．１０を超えたときを「焼付きが発生した時」として、そのときの荷重を焼付き荷重として測定した。なお、本試験で測定可能な限界焼付き荷重は４９００Ｎであり、表１における「＞４９００」とは、焼付き荷重が４９００Ｎを超えており、本試験では焼付きが生じなかったことを意味している。試験後は試験面の表面観察を目視にて行い、次の基準で被膜状態を評価した。
◎：被膜が残存しており、基材が全く露出していない
○：被膜は殆ど残存しており、基材の露出は殆ど無い
△：被膜の一部が剥離している
×：焼き付いて被膜が全く残存していない

（耐摩耗性試験方法）
図２に示すブロックオンリング試験機２（ＦＡＬＥＸＬＦＷ−１，ＦＡＬＥＸＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製）を用いて、被膜の耐摩耗性を評価した。被膜形成対象である摺動部材として、ブロック状の試験材２２（６×１６×１０ｍｍ，材質ＡＣ８Ａ，表面粗さＲｚ＝１μｍ）を用いた。図２で見て試験材２２の下面（第二摺動面２４）には、前処理として溶剤脱脂を施した。この第二摺動面２４に、各試験用組成物をスプレーで塗付したのち、乾燥（１８０℃，９０分）させて被膜を形成した。被膜の膜厚は１０μｍとした。

また、第二相手材２６として、リング形状の部材（外径φ３５ｍｍ，厚み８ｍｍ，材質ＦＣ２５０（ねずみ鋳鉄），表面粗さＲｚ＝１μｍ）を用いた。この第二相手材２６を第二摺動面２４に当接させた。この状態で、図２の矢印２８方向に第二相手材２６を回転（回転速度５００ｒｐｍ）させていき、図２の矢印２０方向から押付け荷重（２４５Ｎ）を試験材２２にかけ、試験開始から４時間経過した時の被膜の摩耗量（μｍ）を測定した。なお、上記試験は、潤滑油（鉱油；５Ｗ−３０）の潤滑下で行った。潤滑油の油温は８０℃とした。表１における評価基準は次の通りである。本試験では押付け荷重が２４５Ｎであり、且つ、試験時間が４時間である。特許文献１は押付け荷重が５５Ｎ、試験時間が５分であり、荷重、摺動時間共に本試験条件がより過酷であると判断できる。
◎：被膜の摩耗量が５μｍ未満
○：被膜が残存している
×：被膜の残存が認められない

組成物１，８，１５，２２の結果から、板状の摩耗抑制材を使用していれば、固体潤滑剤を配合していなくてもより厳しい摩擦条件に耐えられ、良好な潤滑性を発現することがわかる。特に、組成物１のように、例えバインダー樹脂１００重量部に対して板状の摩耗抑制材の含有量が１重量部でも、より厳しい摩擦条件に耐えられ、良好な潤滑性を発現することがわかる。また、組成物２７の結果から、固体潤滑剤の含有量がバインダー樹脂１００重量部に対して１５重量部以下であれば、バインダー樹脂１００重量部に対して板状の摩耗抑制材の含有量が１００重量部であったとしても、より厳しい摩擦条件に耐えられ、良好な潤滑性を発現することがわかる。一方、組成物２１は、上記特許文献１の実施例と同じ組成となっているが、より厳しい摩擦条件では、被膜の一部が剥離してしまうことがわかった。

組成物１よりも組成物２の結果の方が良好であったことから、固体潤滑剤未配合よりは、僅かでも固体潤滑剤を配合しておくことが好ましいことがわかる。組成物７，１４，２１，２８の結果から、固体潤滑剤の配合量が多い（バインダー樹脂１００重量部に対して２０重量部）と、被膜強度が低下し、より厳しい摩擦条件には耐えられないことがわかる。但し、板状摩耗抑制材の含有量がバインダー樹脂１００重量部に対して５重量部である組成物１４では、被膜剥離の程度が軽かった。これに対し、組成物６，１３，２０，２７のように、バインダー樹脂１００重量部に対して固体潤滑剤の含有量が１５重量部程度であれば、被膜強度や潤滑特性への悪影響は小さいことがわかる。また、組成物６，１３，２０，２７よりも組成物５，１２，１９，２６の方が良好な結果であったことから、固体潤滑剤の含有量は、できるだけ少ない（例えばバインダー樹脂１００重量部に対して１０重量部以下）方が好ましいことがわかる。摩耗抑制材の含有量が１重量部の組成物１〜７や、摩耗抑制材の含有量が１００重量部の組成物２２〜２８よりも、摩耗抑制材の含有量が５重量部の組成物８〜１４や、摩耗抑制材の含有量が３０重量部の組成物１５〜２１の方が、全体的に結果がよかった。特に、組成物１４の結果から、摩耗抑制剤の含有量が５重量部の組成物が最も良い傾向にあることが確認された。

組成物３０の結果から、固体潤滑剤の含有量が少なくても、バインダー樹脂１００重量部に対して板状摩耗抑制材が１５０重量部も配合されていると、摩擦特性及び被膜強度ともに低下することがわかる。組成物２９の結果から、固体潤滑剤は配合されているが、摩耗抑制材が配合されていないと、良好な摩擦特性及び被膜強度が得られないことがわかる。

（評価試験２）
固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用いた評価試験１に続いて、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を用いた組成物３１〜５５を調製し、評価試験１と同じ条件・同じ評価項目で評価試験２を行った。評価試験２で使用した組成物３１〜５５の組成とその試験結果を表２に示す。なお、表２においても、含有量を示す数値は重量部である。

表２の結果から、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを使用しても、ＰＴＦＥを使用した場合とほぼ同じ結果（傾向）となることが確認できた。したがって、固体潤滑剤の種類の相違によって大差は無く、一般的な固体潤滑剤を広く使用できることが確認できた。但し、厳密に見れば、組成物３６，４８，５４の結果は、ＰＴＦＥを使用した同じ組成の組成物７，２１，２８の結果よりも若干良好であったことから、ＰＴＦＥよりも二硫化モリブデンの方が許容配合量の幅（特に上限）が大きい傾向が確認される。

以上の結果を総合的に纏めると、潤滑油の存在下で相手材と摺動する摺動部材に対する摺動部材用被膜に板状の摩耗抑制材を使用する場合、摩耗抑制材の含有量は、少なくともバインダー樹脂１００重量部に対して１〜１００重量部とし、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して１〜８０重量部程度、より好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して３〜４０重量部程度、さらに好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部程度であることが導き出せた。また、固体潤滑剤は必ずしも添加する必要は無く、固体潤滑剤を添加する場合は、その上限をバインダー樹脂１００重量部に対して１５重量部とし、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して０．１〜１２重量部程度であることが導き出せた。

１スラスト試験機
２ブロックオンリング試験機
１２第一相手材
１４第一摺動面
１６試験板
２２試験材
２４第二摺動面
２６第二相手材

Claims

摺動部材の表面に被膜を形成するための摺動部材用被膜組成物であって、
バインダー樹脂と、
平均粒子径／平均粒子厚みで表されるアスペクト比が５〜１００の板状であり、平均粒子径が１５．０μｍ以下で、モース硬度が６以上である摩耗抑制材と、を含有し、
前記摩耗抑制材の含有量が、前記バインダー樹脂１００重量部に対して１〜１００重量部であり、
前記バインダー樹脂１００重量部に対して、固体潤滑剤を０〜１５重量部含有することを特徴とする、摺動部材用被膜組成物。
請求項１に記載の摺動部材用組成物であって、
前記摩耗抑制材はアルミナ類である、摺動部材用被膜組成物。
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であって、
前記摺動部材が、潤滑油の存在下で相手材と摺動する摺動部材である、摺動部材用被膜組成物。