JP6941476B2 - Resin material for sliding members and sliding members - Google Patents
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Description
本発明は、摺動部材用樹脂材料及びこれを用いた摺動部材に関する。 The present invention relates to a resin material for a sliding member and a sliding member using the same.
摺動部材に用いる樹脂材料として、バインダー樹脂に黒鉛を添加した樹脂材料が知られている。例えば特許文献1には、球に近い形状を有する黒鉛粒子を含む樹脂材料が記載されている。 As a resin material used for a sliding member, a resin material in which graphite is added to a binder resin is known. For example, Patent Document 1 describes a resin material containing graphite particles having a shape close to a sphere.
特許文献1に記載の技術においては、添加剤のサイズが比較的大きいため、切削加工を行った際に加工面から添加剤が脱落したとき、加工面の表面粗さが粗くなってしまうという問題があった。 In the technique described in Patent Document 1, since the size of the additive is relatively large, there is a problem that the surface roughness of the processed surface becomes rough when the additive falls off from the processed surface during cutting. was there.
これに対し本発明は、切削加工後における表面粗さの粗大化を抑制する技術を提供する。 On the other hand, the present invention provides a technique for suppressing the roughness of the surface roughness after cutting.
本発明は、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂中に含まれる添加剤とを含み、前記添加剤は、固体潤滑剤と、硬質粒子とを含み、前記添加剤の平均粒径がいずれも5μm以下である摺動部材用樹脂材料を提供する。 The present invention contains a binder resin and an additive contained in the binder resin, and the additive contains a solid lubricant and hard particles, and the average particle size of the additive is 5 μm or less. Provided is a resin material for a certain sliding member.
前記添加剤の平均粒径がいずれも3μm以下であってもよい。 The average particle size of each of the additives may be 3 μm or less.
前記バインダー樹脂がポリイミドを含んでもよい。 The binder resin may contain polyimide.
前記固体潤滑剤が黒鉛であり、前記硬質粒子がクレーであってもよい。 The solid lubricant may be graphite and the hard particles may be clay.
前記バインダー樹脂を85体積%以上含んでもよい。 The binder resin may be contained in an amount of 85% by volume or more.
前記添加剤がMoS2を含まなくてもよい。 The additive may not contain MoS 2.
また、本発明は、基材と、前記基材上に上記いずれかの摺動部材用樹脂材料を用いて形成された樹脂被覆層とを有する摺動部材を提供する。 The present invention also provides a sliding member having a base material and a resin coating layer formed on the base material using any of the above resin materials for sliding members.
本発明によれば、切削加工後における表面粗さの粗大化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the roughness of the surface roughness after cutting.
1.構成
図1は、一実施形態に係る摺動部材1の断面構造を例示する図である。摺動部材1は、例えば燃料噴射ポンプにおいて用いられる摺動部材である。摺動部材1は、基材11、焼結層12、及び樹脂被覆層13を有する。基材11は摺動部材1の形状及び機械的強度を与えるための層である。基材11は、例えば鋼で形成される。焼結層12は、樹脂被膜層13と基材11との密着性を向上させるための層であり、金属粉、例えば銅又は銅合金の粉末で形成される。
1. 1. Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a sliding member 1 according to an embodiment. The sliding member 1 is, for example, a sliding member used in a fuel injection pump. The sliding member 1 has a
樹脂被覆層13は、摺動部材用樹脂材料で形成される。この樹脂材料は、バインダー樹脂131、及びバインダー樹脂131中に分散された添加剤132を含む。バインダー樹脂131としては、例えば熱硬化性樹脂、より具体的には、例えばポリイミド(PI)樹脂及びポリアミドイミド(PAI)樹脂の少なくとも一方が用いられる。なお、耐疲労性を向上させる観点から、PAI樹脂よりもPI樹脂を用いることが好ましく、PI樹脂の中でも高強度のもの(ここで「高強度」とは引張強度が150MPa以上のものをいう)が用いられることが好ましい。耐疲労性を向上させる観点からは、樹脂被覆層13におけるバインダー樹脂の含有量は多い方が好ましく、例えば80体積%以上であることが好ましく、83体積%以上であることがより好ましく、85体積%以上であることがさらに好ましく、90体積%以上であることがさらに好ましい。
The
添加剤132とは樹脂被覆層13の特性を改善するための物質であり、例えば、固体潤滑剤1321、硬質粒子1322、及びシランカップリング剤のうち少なくとも1つを含む(シランカップリング剤は図示略)。固体潤滑剤1321は樹脂被覆層13の摩擦係数を低減するための添加物であり、例えば、黒鉛(グラファイト)及びMoS2のうち少なくとも一方を含む。MoS2は樹脂層において凝集しやすい場合があるので、固体潤滑剤1321としては黒鉛を用い、MoS2を用いないことが好ましい。固体潤滑剤1321として黒鉛を用いる場合、摩擦係数を低減する観点からその黒鉛化度は高い方が好ましく、例えば95%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。硬質粒子1322は樹脂被覆層13の耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させるための物質であり、例えば、クレー、ムライト、及びタルクのうち少なくとも1種を含む。シランカップリング剤はバインダー樹脂131と固体潤滑剤1321との結合を強化するための物質である。
The
耐疲労性を向上させる観点から、添加剤の含有量は少ない方が好ましく、例えば合計で20体積%以下であることが好ましく、17体積%以下であることがより好ましく、15体積%以下であることがさらに好ましく、10体積%以下であることがさらに好ましい。摩擦係数を低減する観点からは固体潤滑剤の含有量は多い方が好ましく、例えば9体積%以上であることが好ましい。添加剤の総量を減らす観点から固体潤滑剤の含有量は少ない方が好ましく、例えば18体積%以下であることが好ましい。耐焼付性及び耐摩耗性を向上させる観点からは硬質物(硬質粒子)の含有量は多い方が好ましく、例えば0.5体積%以上であることが好ましい。添加剤の総量を減らす観点から固体潤滑剤の含有量は少ない方が好ましく、例えば3体積%以下であることが好ましい。固体潤滑剤及び硬質物の双方を添加するためには、固体潤滑剤の含有量は9体積%以上17体積%以下であることが好ましく、14体積%以下であることがより好ましい。硬質物の含有量は0.5体積%以上3体積%以下であることが好ましい。シランカップリング剤の含有量は、バインダー樹脂に対して例えば0.1重量%以上であることが好ましく、0.2重量%以上であることがより好ましい。コスト削減の観点から、シランカップリング剤の含有量は、バインダー樹脂に対して例えば5重量%以下であることが好ましく、3重量%以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving fatigue resistance, the content of the additive is preferably small, for example, the total content is preferably 20% by volume or less, more preferably 17% by volume or less, and 15% by volume or less. More preferably, it is more preferably 10% by volume or less. From the viewpoint of reducing the friction coefficient, the content of the solid lubricant is preferably high, for example, 9% by volume or more. From the viewpoint of reducing the total amount of additives, the content of the solid lubricant is preferably small, for example, 18% by volume or less. From the viewpoint of improving seizure resistance and wear resistance, it is preferable that the content of the hard material (hard particles) is large, for example, 0.5% by volume or more. From the viewpoint of reducing the total amount of additives, the content of the solid lubricant is preferably small, for example, 3% by volume or less. In order to add both the solid lubricant and the hard material, the content of the solid lubricant is preferably 9% by volume or more and 17% by volume or less, and more preferably 14% by volume or less. The content of the hard material is preferably 0.5% by volume or more and 3% by volume or less. The content of the silane coupling agent is preferably, for example, 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, based on the binder resin. From the viewpoint of cost reduction, the content of the silane coupling agent is preferably, for example, 5% by weight or less, and more preferably 3% by weight or less, based on the binder resin.
切削加工後における表面粗さを低減する観点から、材料として用いる添加剤132の粒径は小さいことが好ましく、例えば、添加剤132の平均粒径は、焼結層12に用いられる金属粉の平均粒径よりも小さいことが好ましい。さらに、固体潤滑剤1321及び硬質粒子1322のいずれも、平均粒径が5μm以下又は5μm未満であることが好ましく、3μm以下又は3μm未満であることがより好ましい。
From the viewpoint of reducing the surface roughness after cutting, the particle size of the
樹脂被覆層13の耐疲労性を向上させる観点から、材料として用いる固体潤滑剤1321の平均粒径は小さいことが好ましく、例えば、硬質粒子1322の平均粒径の2倍以下であることが好ましく、硬質粒子1322の平均粒径よりも小さいことがより好ましい。
From the viewpoint of improving the fatigue resistance of the
図2は、切削加工時の表面形状を示す模式図である。図2(A)は従来技術に係る樹脂材料を用いた例を、図2(B)は本実施形態に係る樹脂材料を用いた例を示す。図2は、摺動面に垂直な断面を模式的に示す。図2(A)の例において、添加剤である固体潤滑剤は10μm程度と比較的大きい。このため、切削加工時に表面から固体潤滑剤が脱落すると、加工後の表面には10μm程度の大きさの凹凸が生じる。これに対し本実施形態に係る図2(B)の例において、添加剤132である固体潤滑剤1321は3μm以下であり小さい。そのため、切削加工時に表面から固体潤滑剤1321が脱落しても、加工後の表面に生じる凹凸は3μm程度の大きさである。
FIG. 2 is a schematic view showing the surface shape at the time of cutting. FIG. 2A shows an example using the resin material according to the prior art, and FIG. 2B shows an example using the resin material according to the present embodiment. FIG. 2 schematically shows a cross section perpendicular to the sliding surface. In the example of FIG. 2A, the solid lubricant as an additive is relatively large, about 10 μm. Therefore, if the solid lubricant falls off from the surface during cutting, the surface after processing has irregularities having a size of about 10 μm. On the other hand, in the example of FIG. 2B according to the present embodiment, the
2.実施例
本願の発明者らは、種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片について切削加工後の表面粗さを評価した。
2. Examples The inventors of the present application prepared test pieces of a sliding member under various conditions, and evaluated the surface roughness of these test pieces after cutting.
2−1.試験片作製
基材としては、厚さ1.5mmの鋼板(SPCC(JIS))を用いた。基材の上に銅合金粉(平均粒径100μm)を厚さ100μmで散布した後、圧下せず、還元雰囲気で930℃に加熱して焼結した。表1の組成の樹脂層を形成するための前駆体溶液を調整し、この前駆体溶液を、焼結層の上にナイフコート法により塗布した。塗布後、室温〜約200℃の範囲で60〜90分程度、乾燥した。その後、約300℃まで昇温し、30〜90分程度焼成した。
2-1. Preparation of test piece As a base material, a steel plate (SPCC (JIS)) having a thickness of 1.5 mm was used. Copper alloy powder (average particle size 100 μm) was sprayed on the base material to a thickness of 100 μm, and then sintered by heating to 930 ° C. in a reducing atmosphere without reduction. A precursor solution for forming a resin layer having the composition shown in Table 1 was prepared, and this precursor solution was applied onto the sintered layer by a knife coating method. After coating, it was dried in the range of room temperature to about 200 ° C. for about 60 to 90 minutes. Then, the temperature was raised to about 300 ° C. and firing was performed for about 30 to 90 minutes.
実験例1においては黒鉛として、平均粒径(体積基準によるd50)が1.5μmであり、黒鉛化度が99%のものを用いた。また、高強度PI樹脂として、引張強度が195MPa、伸びが90%、弾性率が3.8GPa、ガラス転移温度Tgが285℃のものを用いた。実験例2においては黒鉛として、平均粒径が12.5μmであり、黒鉛化度が90%のものを用いた。MoS2としては平均粒径が1.5μmのものを用いた。さらに、PI樹脂としては、引張強度が119MPa、伸びが47%、ガラス転移温度Tgが360℃のものを、PAI樹脂として、引張強度が112MPa、伸びが17%、弾性率が2.7GPa、ガラス転移温度Tgが288℃のものを用いた。実験例1において、シランカップリング剤としては、化学式が3(H3CO)SiC3H6−NH−C3H6Si(OCH3)3のものを用いた。なお表1において、シランカップリング剤の含有量は、高強度PI樹脂に対する重量比で示されている。実験例1及び2において、クレーとしては、構造式がAl2O3・2SiO2であり、平均粒径が3μmのものを用いた。 In Experimental Example 1, graphite having an average particle size (d50 based on volume) of 1.5 μm and a degree of graphitization of 99% was used. Further, as the high-strength PI resin, a resin having a tensile strength of 195 MPa, an elongation of 90%, an elastic modulus of 3.8 GPa, and a glass transition temperature of 285 ° C. was used. In Experimental Example 2, graphite having an average particle size of 12.5 μm and a graphitization degree of 90% was used. As MoS 2 , an average particle size of 1.5 μm was used. Further, the PI resin has a tensile strength of 119 MPa, an elongation of 47%, and a glass transition temperature of 360 ° C., and the PAI resin has a tensile strength of 112 MPa, an elongation of 17%, an elastic modulus of 2.7 GPa, and glass. The one having a transition temperature Tg of 288 ° C. was used. In Experimental Example 1, a silane coupling agent having a chemical formula of 3 (H 3 CO) SiC 3 H 6 −NH−C 3 H 6 Si (OCH 3 ) 3 was used. In Table 1, the content of the silane coupling agent is shown as a weight ratio with respect to the high-strength PI resin. In Experimental Examples 1 and 2, the clay, the structure formula of Al 2 O 3 · 2SiO 2, average particle size was used in 3 [mu] m.
2−2.切削加工後の表面粗さ評価
実験例1及び実験例2の試験片の表面を旋盤で切削した後、小坂研究所社製粗さ計(Surfcorder SE−3400)で表面粗さ(十点平均粗さRzJIS及び最大高さRmax)を計測した。実験例1(実施例)については8個の試験片、実験例2(比較例)については10個の試験片について表面粗さを計測し、平均値を求めた。表面粗さの計測結果を表2に示す。表2から分かるように、実験例1の方が表面粗さが改善された。
2-2. Evaluation of Surface Roughness After Cutting After cutting the surface of the test pieces of Experimental Example 1 and Experimental Example 2 with a lathe, the surface roughness (10-point average roughness) was used with a roughness meter (Surfcorder SE-3400) manufactured by Kosaka Research Institute. RzJIS and maximum height Rmax) were measured. The surface roughness was measured for 8 test pieces for Experimental Example 1 (Example) and 10 test pieces for Experimental Example 2 (Comparative Example), and the average value was calculated. Table 2 shows the measurement results of the surface roughness. As can be seen from Table 2, the surface roughness of Experimental Example 1 was improved.
なお、上述の実施例において使用した各種の材料及びその組成はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。また、摺動部材の具体的構造は図1で例示したものに限定されない。例えば、焼結層12は省略され、基材11の上に直接、樹脂被覆層13が形成されてもよい。また、摺動部材1の用途は燃料噴射ポンプにおいて用いられるものに限定されず、各種の軸受、又はコンプレッサー等に用いられてもよい。
The various materials used in the above-mentioned examples and their compositions are merely examples, and the present invention is not limited thereto. Further, the specific structure of the sliding member is not limited to that illustrated in FIG. For example, the
1…摺動部材
11…基材
12…焼結層
13…樹脂被覆層
131…バインダー樹脂
132…添加剤
1 ... Sliding
Claims (6)
前記バインダー樹脂中に含まれる添加剤と
を含み、
前記添加剤は、
黒鉛と、
有機化されていないクレー、ムライト、タルクのうち少なくとも一種と
を含み、
前記添加剤の平均粒径がいずれも5μm以下である
摺動部材用樹脂材料。 A binder resin containing at least one of thermosetting polyimide and thermosetting polyamide-imide,
Containing with the additive contained in the binder resin,
The additive is
With graphite
Includes at least one of non- organized clay, mullite, talc,
A resin material for sliding members in which the average particle size of all of the additives is 5 μm or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to claim 1, wherein the average particle diameter of each of the additives is 3 μm or less.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to claim 1 or 2, wherein the binder resin is contained in an amount of 85% by volume or more.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料。 The resin material for a sliding member according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin material does not contain MoS 2.
前記基材上に形成された焼結層と、
前記焼結層上に、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料を用いて形成された樹脂被覆層と
を有する摺動部材。 With the base material
The sintered layer formed on the base material and
A sliding member having a resin coating layer formed on the sintered layer using the resin material for the sliding member according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂材料を用いて、前記基材に直接形成された樹脂被覆層と
を有する摺動部材。 With the base material
A sliding member having a resin coating layer directly formed on the base material using the resin material for the sliding member according to any one of claims 1 to 4.
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