JP6382679B2

JP6382679B2 - 摺動部材の製造方法

Info

Publication number: JP6382679B2
Application number: JP2014216256A
Authority: JP
Inventors: 章澤本
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP2016083597A

Description

本発明は、黒鉛粒子およびＭｏＳ₂粒子を添加した樹脂を用いた摺動部材、並びにこの摺動部材の製造方法に関する。

樹脂を用いた摺動材料が広く知られている。多くの場合、樹脂単体では要求される特性を満たすことができないため、種々の添加物が添加される。例えば特許文献１は、黒鉛を添加した樹脂系の摺動材料を開示している。

国際公開第ＷＯ２０１１／１２６０７８号

特許文献１に記載の技術においては、樹脂と添加物（例えばＭｏＳ₂）との比重の差により、添加物が沈降してしまい、樹脂中に添加物とが分離してしまうことがあった。この場合において、ＭｏＳ₂をほとんど含まない樹脂のみの層が露出すると、局部的に摺動特性が低下するという問題があった。

これに対し本発明は、樹脂中にＭｏＳ₂粒子を均一に分散させた摺動部材の製造方法を提供する。

本発明は、沈降防止剤とＭｏＳ₂粒子とを混合して第１混合物を生成する工程と、前記第１混合物と樹脂前駆体とを混合して第２混合物を生成する工程と、前記第２混合物と黒鉛粒子とを混合して第３混合物を生成する工程と、前記第３混合物を摺動部材の基材に塗布する工程と、前記塗布された第３混合物を硬化させる工程とを有する摺動部材の製造方法を提供する。

前記第３混合物を生成する工程において、さらに硬質粒子を混合してもよい。

本発明によれば、樹脂中にＭｏＳ₂粒子を均一に分散させた摺動部材を製造することができる。

一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す模式図。一実施形態に係る摺動部材１の製造方法を示すフローチャート。実験例１および実験例２の断面写真を示す。実験例１および実験例３の断面写真を示す。

１．構造
図１は、本発明の一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す模式図である。摺動部材１は、例えば、円筒軸受、いわゆるブシュである。ブシュは、例えば、燃料噴射ポンプ、エンジン、変速機、ショックアブソーバー等においてすべり軸受として用いられる。なお摺動部材１はブシュに限られず、ワッシャ、半割軸受、斜板式コンプレッサの斜板などに用いられてもよい。

摺動部材１は、基材層１１およびコーティング（オーバーレイ）層１２を有する。基材層１１は、摺動部材としての特性、例えば、機械強度、摩擦係数、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等のうち少なくとも１つの特性を与えるための層である。基材層１１は、摺動部材としての形状（例えばブシュであれば円筒形状）を有する。基材層１１は、単層構造を有していてもよいし、多層構造（例えば、裏金およびライニング層の２層構造）を有していてもよい。基材層の材料としては、例えば、鋼、アルミニウム合金、銅合金、またはこれらのうち２つ以上を接合したものが用いられる。また、図示は省略したが、摺動部材１は、基材層１１とコーティング層１２との接合強度を向上させるため、基材層１１の表面部分に多孔質金属焼結層を有してもよい。

コーティング層１２は、摺動部材の特性、例えば、摩擦係数、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、耐腐食性、異物埋収性、および異物ロバスト性のうち少なくとも１つの特性を改善するための層である。コーティング層１２は、バインダー樹脂１２１および添加物１２２を有する。バインダー樹脂１２１は、コーティング層１２に対して２０〜９０質量％含まれることが好ましい。添加物１２２は、コーティング層１２に対して８０〜１０質量％含まれることが好ましい。

バインダー樹脂１２１は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等、公知のものを使用することができる。具体的には、バインダー樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびエポキシ樹脂のうち少なくとも一種を含む。

これらのうち、ＰＩ樹脂およびＰＡＩ樹脂が好ましい。ＰＩ樹脂としては、例えば、室温で液状または固体粉末状のポリエステルイミド、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレインイミドが用いられる。ＰＡＩ樹脂としては、例えば、芳香族ポリアミドイミド樹脂が用いられる。これらの樹脂はいずれも耐熱性に優れ、摩擦係数が小さいという特徴を有している。

この例で、添加物１２２は、黒鉛（グラファイト）粒子１２２１およびＭｏＳ₂粒子１２２２を含む。また、図示はしていないが、添加物１２２は、クレー粒子および沈降防止剤を含む。黒鉛粒子１２２１およびＭｏＳ₂粒子１２２２は、固体潤滑剤の一例である。黒鉛粒子１２２１は、コーティング層１２に対して５〜６０質量％含まれることが好ましい。ＭｏＳ₂粒子１２２２は、コーティング層１２に対して１〜４０質量％含まれることが好ましい。なお、黒鉛およびＭｏＳ₂に加えて、またはこれらの少なくとも一方に代えて、他の固体潤滑剤、例えば、ＷＳ₂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ｈ−ＢＮ、およびＳＢ₂Ｏ₃のうち少なくとも一種が用いられてもよい。

一般に黒鉛は、（００２）面が積層した層状結晶構造をもつ物質であり、その層間がすべりやすいという性質を有する。この性質により、黒鉛のへき開面が摺動方向に配向すると摩擦係数が低減する。したがって、固体潤滑剤として黒鉛を用いることによって摩擦係数を低減することができる。また、黒鉛は、エンジン油との親和性が高いという特徴を有している。例えば摺動部材１をエンジンの軸受に用いた場合、エンジン油の保持性が高められ、エンジン油の漏れを防ぐことができる。さらに、黒鉛は濡れ性を向上させ、初期なじみ性を向上させる。初期なじみ性とは、摺動開始後に相手材と摺接する際、摺動面が摩耗して平滑になり、摺動性を向上させる性質である。初期なじみ性の発現により摺動性が向上すると、摺動層全体としての摩耗量が低減される。

この例で、黒鉛粒子１２２１の形状は球に近く、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、または薄片化黒鉛などと比較すると等方性が高い（すなわち異方性が低い）。黒鉛粒子１２２１は等方性の高い形状を有しているため、バインダー樹脂１２１中に均一に分散されやすいという利点を有する。ただし、形状の異方性が低くなるため、へき開面が摺動方向に配向することがなくなり、鱗片状黒鉛を用いた場合より摩擦係数が高くなってしまう可能性がある。しかし、黒鉛化度の高い（例えば０．６以上。より好ましくは０．８以上）黒鉛を用いることにより、耐焼付性を改善することができる。

黒鉛粒子１２２１の平均粒径（ｄ５０）は、１０〜１５μｍであることが好ましい。平均粒径が小さくなると黒鉛粒子は凝集しやすくなる。また、平均粒径が大きくなるとバインダー樹脂中で分散しにくくなる。

一般にＭｏＳ₂は、六方晶型の層状結晶構造を有する。各層は、モリブデンの層の両面を硫黄で挟んだ構造を有している。モリブデンと硫黄は強固な共有結合で結ばれているのに対し、２つの層間の硫黄同士は弱いファンデルワールス力により結ばれている。そのため、せん断力が加わると容易に層間がすべる。このため摩擦係数が低くなり、潤滑性を発揮する。また、ＭｏＳ₂は、下地（この例では基材層１１）との密着性（接着性）が高いという特徴を有する。

ＭｏＳ₂粒子１２２２の平均粒径（ｄ５０）は、黒鉛粒子１２２１の平均粒径よりも小さいことが好ましい。例えば、ＭｏＳ₂粒子１２２２の平均粒径は、０．５〜２．５μｍであることが好ましい。

図１においては、黒鉛粒子１２２１の周りをＭｏＳ₂粒子１２２２が取り囲むように配置されている。なお、ここでは、１つの黒鉛粒子１２２１の周りにＭｏＳ₂の膜が形成されているような、すなわち黒鉛粒子１２２１がＭｏＳ₂でコーティングされているような図を示しているが、実際には、１つの黒鉛粒子１２２１の周りを複数の小さなＭｏＳ₂粒子１２２２が取り囲んでいる。ここではＭｏＳ₂粒子を１つ１つ図示することが困難であるため、模式的に、複数のＭｏＳ₂粒子が１つの膜（層）を形成しているかのように図示している。

このように、本実施形態によれば、ＭｏＳ₂粒子が下部に沈降してしまい摺動表面において局所的にＭｏＳ₂粒子が欠乏することが少なくなる。これにより、局部的な摺動特性の劣化を抑制することができる。

クレー粒子は、硬質物の一例である。硬質物は、耐摩耗性を向上させるために添加される。硬質物としては、クレーに加えて、または代えて、ムライトおよびタルクの少なくとも一種が用いられてもよい。あるいは、硬質物は添加されなくてもよい。

沈降防止剤は、コーティング層１２を形成する際の前駆体溶液においてＭｏＳ₂粒子の沈降を防止するため、すなわちバインダー樹脂１２１におけるＭｏＳ₂粒子の分散を均一化させるために添加される。沈降防止剤は、例えば、コーティング層１２に対し０．５〜５質量％含まれることが好ましい。

２．製造方法
図２は、一実施形態に係る摺動部材１の製造方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、沈降防止剤およびＭｏＳ₂粒子が混合される。混合は、例えば、混練機を用い、せん断速度０．１〜２ｍ／ｓの条件で行われる。ＭｏＳ₂の均一な分散のため、希釈剤を用いることが好ましい。希釈剤としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）またはキシレンが用いられる。また、希釈剤の配合比率は、例えばバインダー樹脂の前駆体溶液に対して５〜２０質量％である。

ステップＳ２において、バインダー樹脂の前駆体溶液に、ステップＳ１の混合物が混合（混練）される。なお、バインダー樹脂として２種以上の樹脂を混合して用いる場合、ステップＳ２の事前に、これら２種以上の樹脂の前駆体溶液を混合しておく。

ステップＳ３において、黒鉛粒子およびその他の添加物が、ステップＳ２の混合物に混合される。

ステップＳ４において、前駆体溶液が基材に塗布される。前駆体溶液を塗布する方法としては、例えば、パッド印刷、スクリーン印刷、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装、タンブリング、スクイズ法、ロール法等が用いられる。また、膜厚が不足する場合には、希釈剤中の前駆体の濃度を高くするのではなく、複数回に渡って重ね塗りをしてもよい。

ステップＳ５において、前駆体が乾燥および焼成され（すなわち塗布された組成物が硬化し）、樹脂層が形成される。乾燥は、例えば大気下で１００〜２００℃で５分〜１時間、行われる。乾燥時間は、５〜３０分であることがより好ましい。焼成は、例えば、昇温速度５〜１５℃／分で徐々に焼成温度まで昇温し、窒素雰囲気中で２００〜３００℃、０．２〜１．５時間、行われる。

３．実験例
まず、沈降防止剤の効果を確認するため、下記の組成で試料（実験例１および実験例２）を作成した。実験例１については、図２のフローに従って試料を作成した。これらの試料について、断面を光学顕微鏡で観察することにより、樹脂中にＭｏＳ₂粒子が均一に分散しているか評価した。

表１は、実験例１および実験例２の試料のコーティング層の組成を示す。
実験例１は、表１に組成物の全量に対し２質量％の沈降防止剤を含む。実験例２は、沈降防止剤を含んでいない。なお、沈降防止剤としては、脂肪酸アマイドワックス（楠本化成株式会社製ディスパロン（登録商標）６９００−２０Ｘ）を用いた。

図３は、実験例１および実験例２の光学顕微鏡による断面写真を示す。両者を対比すると、実験例１においてはＭｏＳ₂粒子がより均一に分散しており、実験例２においてはＭｏＳ₂粒子がより凝集していることがわかる。

次に、製造工程の差による効果を確認するため、実験例３の試料を作成した。実験例３は、以下の製造方法で製造された。まず、バインダー樹脂の前駆体溶液に沈降防止剤が混合される。次に、その混合物に、黒鉛粒子およびＭｏＳ₂粒子が混合される。

図４は、実験例１および実験例３の電子顕微鏡による断面写真を示す。両者を対比すると、実験例１においてはＭｏＳ₂粒子が黒鉛粒子の周囲をコーティングした状態で分散しており、実験例３においてはＭｏＳ₂粒子が黒鉛粒子の周囲をコーティングしている様子は見られない。

１…摺動部材
１１…基材層
１２…コーティング層
１２１…バインダー樹脂
１２２…添加物
１２２１…黒鉛
１２２２…ＭｏＳ₂粒子

Claims

沈降防止剤とＭｏＳ₂粒子とを混合して第１混合物を生成する工程と、
前記第１混合物と樹脂前駆体とを混合して第２混合物を生成する工程と、
前記第２混合物と黒鉛粒子とを混合して第３混合物を生成する工程と、
前記第３混合物を摺動部材の基材に塗布する工程と、
前記塗布された第３混合物を硬化させる工程と
を有する摺動部材の製造方法。
前記第３混合物を生成する工程において、さらにクレー、ムライト、及びタルクの少なくとも１種を混合する
ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。