JP6144667B2 - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents
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-
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Description
自動車のエンジンなどの内燃機関の摺動部材としては、固体潤滑域および境界潤滑域で求められる特性と流体潤滑域で求められる特性のいずれの特性をも満足することが求められる。すなわち、固体潤滑域においては前記機器および機器と接する他の部材が衝突して不快音(例えば「ガリガリ」という音)を発するスカッフ現象が起こるのを抑制し、流体潤滑域においては良好な摺動性が求められる。このため、摺動部材としては、皮膜が耐熱性を有し、且つ前記の各域において、特に潤滑の状態の不安定な固体潤滑域および境界潤滑域において、摩擦係数の低減化が求められる。
そして、この要件を満たす摺動部材として、皮膜としてDLCを用いたDLC系摺動部材が提案された。
また、本発明の目的は、低い摩擦係数を有するエポキシ樹脂系の摺動部材の製造方法を提供することである。
金属基材の摺動面上に下塗りプライマー層を形成する工程、
前記下塗りプライマー層上に脂環式2官能エポキシおよび重合開始剤を含有する組成物層を設ける工程、および
前記組成物層を硬化して樹脂層を形成する工程
を含む、前記製造方法に関する。
また、本発明によれば、低い摩擦係数を有するエポキシ樹脂系の摺動部材を容易に得ることができる。
1) 前記脂環式2官能エポキシが、式
3) 前記レベリング剤の割合が、エポキシ100質量部に対して5質量部以下である前記の摺動部材。
4) 前記金属基材が、アルミニウム製又は鉄製である前記の摺動部材。
5) 前記下塗りプライマー層が、0.2〜5μmの厚みを有する前記の摺動部材。
6) 前記重合開始剤が、光酸発生剤である前記の摺動部材。
7) 前記摺動部材が、内燃機関のピストンスカート部、ローラーロッカー部、チェーンダンパー部、カムノーズ部、バルブリフター部又はカム及びベアリング部である前記の摺動部材。
本発明の実施態様の摺動部材1は、図1に示すように、金属基材2の摺動面上に形成された下塗りプライマー層3と、前記下塗りプライマー層上に形成された樹脂層4とを有し、前記樹脂層が2官能型脂環式エポキシおよび重合開始剤を含有する組成物層を硬化して形成されてなる。
すなわち、本発明の実施態様の摺動部材は、後述の実施例の欄に詳述する測定法による測定で、固体潤滑域に相当する4Hzおよび境界潤滑域〜流体潤滑域に相当する16Hzのいずれの潤滑の状態においても、摩擦係数をランク付して、評価ランク:A(摩擦係数が0.1以下)、B(0.1〜0.15)、C(0.15以上)においてランクB以上であり、摺動部材の潤滑の状態の不安定な固体潤滑域および境界潤滑域において低い摩擦係数を示している。
このことは、全く予想外のことであり、本発明の範囲外の多官能アクリレート樹脂系摺動部材の摩擦係数が、4Hzおよび16Hzにおいて摩擦係数がランクCを示すことと比較して顕著な効果である。
本発明の実施態様の摺動部材が低い摩擦係数を有し且つ耐剥離性を有する理論的な解明は十分にはなされていないが、下塗りプライマー層と、脂環式2官能エポキシおよび重合開始剤を含有する組成物、あるいは脂環式2官能エポキシ、重合開始剤およびレベリング剤を含有する組成物層を硬化して形成されてなる樹脂層との組み合わせによる効果と考えられる。
前記金属基材の摺動面の表面は、Raが0.05μm以下、例えば0.03μm以下であることが好ましく、摺動部材の前記の耐剥離性を考慮するとRaが0.01μm以上であることが好適である。
本発明の実施態様において、前記金属基材の摺動面に下塗りプライマー層が形成され、この下塗りプライマー層上に前記樹脂層が形成されることによって摺動部材の前記の耐剥離性が改良される。前記金属基材の摺動面に前記下塗りプライマー層が形成されることなく直接前記樹脂層が形成されても、前記の耐剥離性を有する摺動部材は得られない。
下塗りプライマーを金属基材の摺動面に塗布し、加熱して、下塗りプライマー層を形成し得る。
で示されるエポキシが挙げられる。
前記重合開始剤の割合は、重合開始剤の種類によって異なり、エポキシ100質量部に対して、カチオン重合開始剤では0.01〜10質量部の範囲、例えば0.1〜5質量部が好ましく、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤又は過硫酸塩開始剤では0.1〜20質量部の範囲、例えば0.1〜10質量部が好ましい。
前記レベリング剤として、好適にはシリコンレベリング剤が挙げられる。
前記レベリング剤は、脂環式2官能エポキシを含む組成物が下塗りプライマー層上に流延塗布、硬化されて樹脂層が形成される工程において消泡効果を発揮して、硬化後の樹脂層の表面の摩擦係数を低減させる表面調整機能を有すると考えられる。
前記レベリング剤の割合は、エポキシ100質量部に対して0〜5質量部の範囲、例えば0〜3質量部であり得る。前記レベリング剤の量が多すぎると得られる摺動部材の摩擦係数および耐剥離性が悪化する。
また、ビニル系レベリング剤としては、DISPARLON LHP-90、LHP-91(以上、楠本化成株式会社製)などが挙げられる。
前記塗布装置として、均一な流延塗布層を得るために芯金にワイヤーを密に巻回した装置であるワイヤーバーが好適に用いられ得る。
前記の下塗りプライマー層上に前記組成物層を設ける工程において、均一な組成物層を得るためにそれ自体公知の流延塗布法、例えばロール塗布、刷毛塗り、しごき塗布等、ワイヤーバー塗布、および流延塗布装置が適用され得る。前記流延塗布装置として、均一な塗布層を得るための芯金にワイヤーを密に巻回した装置であるワイヤーバーが好適に用いられ得る。
前記の摺動部材は、表面の平滑性が良好で、例えば表面粗さを示すRaが0.05μm以下、特に0.03μm以下であり、低摩擦係数を有し、例えば約5分間の摩擦試験で4Hzおよび16Hzのいずれの場合も、摩擦係数が、評価ランク:A(摩擦係数が0.1以下)、B(0.1〜0.15)、C(0.15以上)において、ランクB以上であり、DLC系摺動部材と比較して同等又はそれに近い低い摩擦係数示し、内燃機関のピストンスカート部、ローラーロッカー部、チェーンダンパー部、カムノーズ部、バルブリフター部又はカム及びベアリング部に好適に適用し得る。
以下に示す例は、本発明の摺動部材について本発明の範囲外の摺動部材と比較するためのものであって、本発明を限定するものではない。
[試験条件]
10Nの荷重、10mmの振幅、4Hz、16Hzおよび20Hzの各往復周波数、潤滑油として5W−30基油を用いて、80℃の油温、および400秒間の試験時間で試験を行った。得られた摩擦係数の経時変化をグラフに示し、平均値を測定試料の摩擦係数として示す。
摩擦係数に基づく評価をランクA:0.1以下、ランクB:0.1〜0.15、ランクC:0.15以上とし、ランクAおよびランクBは合格とした。
また、JISB0681−6に準じた粗さ測定方法により、レーザー顕微鏡(キーエンス VK−X)にて摩擦試験前の試料と摩擦試験後の試料について、9点のポイントにおいてRa、RyおよびRzの測定を行った。摩擦試験前の試料と摩擦試験後の試料を比較し、摺動摩耗面に変化がない(変化値が最大値Ry以下の場合)は「0」と、摺動摩耗面の凹部の深さがRy以上、膜の厚さ以下の場合にはその数値を、摺動摩耗面の凹部の深さが膜厚さよりも大きい場合には「剥離」と、摺動摩耗面が塑性変形を起こし、凸形状が存在する場合には「*」と表記した。
脂環式2官能エポキシ樹脂として3,4,3’,4’−ジエポキシビシクロヘキシル100質量部、シリコンレベリング剤としてBYK−Silclean3720(固形分:25質量%、ビックケミー・ジャパン株式会社製)0質量部(参考例1)又は5質量部(参考例2)、および重合開始剤としてCPI−210S(光酸発生剤、不揮発分100質量%、サンアプロ株式会社製)3質量部の混合溶液を調製し、ハードコート液(硬化性組成物)とした。
エポキシ樹脂に代えて、2官能アクリレート樹脂IRR−214−K(ダイセル・オルネクス社製)100質量部、シリコンレベリング剤としてEB1360(シリコンアクリレート、ダイセル・オルネクス社製)5質量部(比較参考例1)又は10質量部(比較参考例2)、および重合開始剤としてイルガキュア184(ラジカル開始剤、BASF社製)3質量部の混合溶液を調製し、ハードコート液(硬化性組成物)とした。
アルミニウム板(鏡面)の片面に、レイマジック07(カナエ塗料株式会社製)をワイヤーバー(3番)で流延塗布した後、100℃のオーブン内で1分間放置し、次いで、照射条件:400mJ/cm2にて紫外線照射して厚み約2μmの下塗りプライマー層を形成した。次に、参考例1のハードコート液をプライマー層側にワイヤーバー(30番)を使用して流延塗布した後、100℃のオーブン内で1分間放置し、次いで照射条件:400mJ/cm2にて紫外線照射し、最後に150℃で1時間加熱して熱処理することによってハードコート液の塗工膜を硬化させて、約2μmの下塗りプライマー層と厚み41μmのハードコート層(樹脂層)を有するアルミニウム板を作製した。
得られた試料について表面粗さの測定および摩擦試験を行った。
摩擦係数は、4Hz:0.1(ランクA))、16Hz:0.08(ランクA)、20Hz:0.11(ランクB)であった。
摩擦係数の測定結果を他の結果とまとめて図2〜4に、摩擦試験後の耐剥離性についての評価結果を他の結果とまとめて図5の表に示す。また、摩擦試験前の試料の表面粗さの測定結果を他の結果とまとめて図13の表に示し、摩擦試験後の表面写真の写しを図14に示す。
参考例1のハードコート液に代えて、参考例2のハードコート液を流延塗布した他は実施例1と同様にして、約2μmの下塗りプライマー層と厚み41μmのハードコート層を有するアルミニウム板を作製した。
得られた試料について表面粗さの測定および摩擦試験を行った。
摩擦係数は、4Hz:0.09(ランクB)、16Hz:0.13(ランクB)、20Hz:0.15(ランクC)であった。
摩擦係数の測定結果を他の結果とまとめて図2〜4に、摩擦試験後の耐剥離性についての評価結果を他の結果とまとめて図5の表に示す。また、摩擦試験前の試料の表面粗さの測定結果を他の結果とまとめて図13の表に示し、摩擦試験後の表面写真の写しを図15に示す。
アルミニウム板(鏡面)の片面に、実施例1と同様にして下塗りプライマー層を形成し、次いで、参考例1のハードコート液に代えて比較参考例1のハードコート液を用いた他は実施例1と同様にして、約2μmの下塗りプライマー層と厚み40μmのハードコート層(樹脂層)を有するアルミニウム板を作製した。
得られた試料について表面粗さの測定および摩擦試験を行った。
摩擦係数は、4Hz:0.20(ランクC)、16Hz:0.16(ランクC)、20Hz:0.14(ランクB)であった。
摩擦係数の測定結果を他の結果とまとめて図2〜4に、摩擦試験後の耐剥離性についての評価結果を他の結果とまとめて図5の表に示す。また、摩擦試験前の試料の表面粗さの測定結果を他の結果とまとめて図13の表に示し、摩擦試験後の表面写真の写しを図16に示す。
アルミニウム板(鏡面)の片面に、実施例1と同様にして下塗りプライマー層を形成し、次いで、参考例1のハードコート液に代えて比較参考例2のハードコート液を用いた他は実施例1と同様にして、約2μmの下塗りプライマー層と厚み40μmのハードコート層(樹脂層)を有するアルミニウム板を作製した。
得られた試料について表面粗さの測定および摩擦試験を行った。
摩擦係数は、4Hz:0.18(ランクC)、16Hz:0.16(ランクC)、20Hz:0.15(ランクC)であった。
摩擦係数の測定結果を他の結果とまとめて図2〜4に、摩擦試験後の耐剥離性についての評価結果を他の結果とまとめて図5の表に示す。また、摩擦試験前の試料の表面粗さの測定結果を他の結果とまとめて図13の表に示し、摩擦試験後の表面写真の写しを図17に示す。
金属基材としてAlを用いて脱脂→エアロラップ→洗浄→DLC処理を行って作製したAl−DLC系摺動部材(比較例3)、その金属基材としてのAl鏡面(比較例4)、金属基材をFeに変えて脱脂→ガラスビーズショット→エアロラップ→洗浄→DLC処理を行って作製したFe−DLC系摺動部材(比較例5)およびその金属基材としてのFe基材(比較例6)について摩擦係数および摩擦試験後の耐剥離性を評価した。
前記のDLC処理は、UBMS法(アンバランスド・マグネトロンスパッタリング法)で行い、成膜原料として固体カーボンを用い、スパッタリングする前に下地として、Cr、W、Siを含むカーボンをスパッタリングして行った。
また、前記の鏡面の鏡面処理材については、グラインダー研磨処理で作成した。
摩擦係数の測定結果を他の結果とまとめて図2〜4に、摩擦試験後の耐剥離性についての評価結果を他の結果とまとめて図5の表に示す。また、摩擦試験前の試料の表面粗さの測定結果を他の結果とまとめて図13の表に示し、摩擦試験後の表面写真の写しを各々図18(比較例3)、図19(比較例4)、図20(比較例5)および図21(比較例6)に示す。
また、図5から明らかなように、実施例1および実施例2で得られた摺動部材は、比較例1および比較例2で得られた摺動部材と異なり、摩擦試験後に樹脂層の剥離が認められなかった。
また、図13の表から明らかなように、実施例1および実施例2で得られた摺動部材は表面の平滑性が良好である。
2 金属基材
3 下塗りプライマー層
4 樹脂層
Claims (6)
- 金属基材の摺動面上に形成された下塗りプライマー層と、前記下塗りプライマー層上に形成された樹脂層とを有し、前記樹脂層が下記式で示される3,4,3’,4’−ジエポキシビシクロヘキシルである脂環式2官能エポキシおよび重合開始剤を含有する組成物層を硬化して形成されてなり、前記樹脂層におけるレベリング剤の割合が、前記脂環式2官能エポキシ100質量部に対して3質量部以下である摺動部材。
- 前記金属基材が、アルミニウム製又は鉄製である請求項1に記載の摺動部材。
- 前記下塗りプライマー層が、0.2〜5μmの厚みを有する請求項1又は2に記載の摺動部材。
- 前記重合開始剤が、光酸発生剤である請求項1〜3のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 前記摺動部材が、内燃機関のピストンスカート部、ローラーロッカー部、チェーンダンパー部、カムノーズ部、バルブリフター部又はカム及びベアリング部である請求項1〜4のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 金属基材の摺動面上に下塗りプライマー層を形成する工程、
前記下塗りプライマー層上に、下記式で示される3,4,3’,4’−ジエポキシビシクロヘキシルである脂環式2官能エポキシおよび重合開始剤を含有する組成物層を設ける工程、および
前記組成物層を硬化して樹脂層を形成する工程
を含み、
前記樹脂層におけるレベリング剤の割合が、前記脂環式2官能エポキシ100質量部に対して3質量部以下である、摺動部材の製造方法。
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