JP7083044B2 - 摺動部材用組成物及び摺動部材 - Google Patents
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Description
本発明に係る摺動部材用組成物は、バインダー樹脂と、固体潤滑剤と、アミノ樹脂ビーズ及びウレタン樹脂ビーズからなる群から選択された少なくとも1種の樹脂を含む樹脂ビーズと、を含有する。以下、摺動部材用組成物の各種構成要素について詳細に説明する。
バインダー樹脂は、固体潤滑剤及び樹脂ビーズを結合させる。バインダー樹脂としては、固体潤滑剤及び樹脂ビーズを結合できるものであれば特に制限はない。これらのバインダー樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
固体潤滑剤は、摺動部材用組成物の被膜に潤滑性を付与する。固体潤滑剤としては、摺動部材用組成物に潤滑性を付与できるものであれば特に制限はない。固体潤滑剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(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-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、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ロライド及びトリクロロトリフルオロエチレンなどからなる群から選ばれたフッ素系ポリマー、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンなどの二硫化金属、グラファイトなどが挙げられる。これらの固体潤滑剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂ビーズとしては、アミノ樹脂ビーズ及びウレタン樹脂ビーズからなる群から選択された少なくとも1種の樹脂ビーズを用いる。この樹脂ビーズとしてアミノ樹脂ビーズを用いることにより、バインダー樹脂と塗布対象となる基材との間の密着力に対して、塗膜内部におけるバインダー樹脂とアミノ樹脂ビーズとの間の密着力が弱くなる。これにより、摺動部材が摺動した場合に、塗膜内部のバインダー樹脂とアミノ樹脂ビーズとの界面で塗膜が破壊され、塗膜と基材との界面での塗膜の破壊を抑制できるので、基材からの塗膜の剥離を抑制することが可能となる。また、樹脂ビーズとしてウレタン樹脂ビーズを用いることにより、バインダー樹脂と塗布対象となる基材との間の密着力に対して、バインダー樹脂とウレタン樹脂ビーズとの間の密着力が弱くなる。これにより、摺動部材が摺動した場合に、塗膜内部のバインダー樹脂とウレタン樹脂ビーズとの界面で塗膜が破壊され、塗膜と基材との界面での塗膜の破壊を抑制できるので、基材からの塗膜の剥離を抑制することが可能となる。しかも、ウレタン樹脂ビーズは、塗膜に柔軟性を付与することもできるので、摺動部材の摺動時に塗膜に印加される面圧を下げることができる。これにより、局所的な応力が塗膜にかかることを防ぐことができるので、塗膜の早期破壊及び摩耗を抑制することも可能となる。
摺動部材用組成物の製造方法は、バインダー、固体潤滑剤、充填材フィラーとしての樹脂ビーズ、必要に応じてその他物質及び溶剤を分散混合できるものであれば特に制限はない。摺動部材用組成物は、例えば、固体潤滑剤、樹脂ビーズ、必要に応じてその他物質及び溶剤を、ディゾルバーなどの撹拌機、ボールミル、サンドミル、アジホモミキサーなどを適宜組み合わせて分散混合することにより製造することができる。
上記実施の形態に係る摺動部材用組成物を、必要に応じて溶剤で希釈して塗布対象物上に塗布した後、乾燥工程及び焼成工程により摺動部材用組成物に含まれる溶剤を蒸発させると共に、樹脂を架橋反応することにより、塗膜(焼成膜)を製造することができる。摺動部材用組成物の塗布対象となる基材としては、例えば、樹脂部材及び金属部材などが挙げられる。乾燥工程における乾燥温度は、摺動部材用組成物に含まれる樹脂により適宜設定される。乾燥工程における乾燥温度は、例えば、60℃以上120℃以下である。ここでは、摺動部材用組成物は、乾燥工程後の膜厚が、例えば、15μm以上100μm以下となるように塗布される。焼成工程における焼成温度は、乾燥工程と同様に、摺動部材用組成物に含まれる樹脂により適宜設定される。焼成工程における焼成温度は、例えば、150℃以上300℃以下である。ここでは、摺動部材用組成物は、焼成工程後の膜厚が、例えば、10μm以上80μm以下となるように塗布される。焼成工程後の摺動部材用組成物の塗膜(焼成膜)は、冷却後、必要に応じて研磨調整されて製品となる。
次に、本実施の形態に係る摺動部材について説明する。本実施の形態に係る摺動部材は、上記実施の形態に係る摺動部材用組成物を含む塗膜を備えるものである。図1は、本実施の形態に係る摺動部材の一例を示す断面模式図である。図1に示すように、摺動部材1は、摺動部材用組成物の塗布対象物である基材11と、基材11上に設けられた塗膜層12とを備える。基材11としては、基材11上に摺動部材用組成物を塗布できるものであれば特に制限はなく、例えば、各種樹脂部材及び各種金属部材などが用いられる。塗膜層12は、上記実施の形態に係る摺動部材用組成物を基材11上に塗布した後、乾燥及び焼成することにより設けられる。
(摺動部材用組成物の調製)
バインダー樹脂としては、ポリアミドイミド(PAI)樹脂(商品名:「HPC-5012」)、日立化成株式会社製を用いた。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(商品名:「フルオン(登録商標)L173J、AGC株式会社製」)及びグラファイト(商品名:「HOP」、日本黒鉛工業株式会社製)を用い、樹脂ビーズとしては、アミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)を用いた。溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン及びメチルイソブチルケトンの混合溶剤を用いた。
バインダー樹脂としては、ポリアミドイミド(PAI)樹脂(商品名:「HPC-5012」)、日立化成株式会社製を用いた。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(商品名:「フルオン(登録商標)L173J、AGC株式会社製」)及びグラファイト(商品名:「HOP」、日本黒鉛工業株式会社製)を用いた。溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン及びメチルイソブチルケトンの混合溶剤を用いた。
第1塗膜層用組成物の塗料を摺動部材の試験片(材質:ステンレス(SUS430))に、スプレーにより、焼成後膜厚が10μm以上15μm以下となるように塗装し、第1塗膜層12-1を試験片上に設けた。次に、摺動部材用組成物を乾燥させずに、第2塗膜層組成物を焼成後の膜厚が10μm以上15μm以下となるように塗装し、第1塗膜層12-1上に第2塗膜層12-2を設けた。塗装後の試験片を80℃にて30分間乾燥した後、230℃で30分焼成した。ここでの塗装では、焼成後の第1塗膜層12-1及び第2塗膜層12-2の膜厚の合計が20μm以上30μm以下となるように塗装して試験用の摺動部材2を作製した。作製した試験用の摺動部材2は、下記試験方法に従って評価した。その結果、摩耗深さは、1.7μmであり、剥離体積は、0.04mm3であり、試験後外観は良好であった。第1塗膜層12-1及び第2塗膜層12-2の組成、並びに、評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、アミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:3μm、商品名:「エポスター(登録商標)M30」、株式会社日本触媒製)14質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、2.0μmであり、剥離体積は、0.01mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、ポリアミドイミド樹脂を63質量部用いたこと、及びアミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:3μm、商品名:「エポスター(登録商標)M30」、株式会社日本触媒製)7質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、2.2μmであり、剥離体積は、0.02mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、アミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:5μm、商品名:「エポスター(登録商標)M05」、株式会社日本触媒製)14質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、1.3μmであり、剥離体積は、0.11mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、アミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:9μm、商品名:「エポスター(登録商標)L15」、株式会社日本触媒製)14質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、1.7μmであり、剥離体積は、0.10mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、ポリアミドイミド樹脂を63質量部用いたこと、ポリテトラフルオロエチレンを25質量部用いたこと、及びアミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、ウレタン樹脂ビーズ:ウレタン架橋微粒子(平均粒子径:6μm、商品名:「アートパール(登録商標)C800」、根上工業株式会社製)10質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、1.2μmであり、剥離体積は、0.14mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、ポリアミドイミド樹脂を53質量部用いたこと、ポリテトラフルオロエチレンを26質量部用いたこと、及びアミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:5μm、商品名:「エポスター(登録商標)M05」、株式会社日本触媒製)14質量部及びウレタン樹脂ビーズ(ウレタン架橋微粒子、平均粒子径:6μm、商品名:「アートパール(登録商標)C800」、根上工業株式会社製)5質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、0.7μmであり、剥離体積は、0.01mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、ポリアミドイミド樹脂を50質量部用いたこと、ポリテトラフルオロエチレンを25質量部用いたこと、及びアミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部に代えて、アミノ樹脂ビーズ(ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:5μm、商品名:「エポスター(登録商標)M05」、株式会社日本触媒製)13質量部及びウレタン樹脂ビーズ(ウレタン架橋微粒子、平均粒子径:6μm、商品名:「アートパール(登録商標)C800」、根上工業株式会社製)10質量部を用いたこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さは、1.1μmであり、剥離体積は、0.00mm3であり、試験後外観は良好であった。評価結果を下記表1に示す。
第1塗膜層用組成物において、ポリアミドイミド樹脂を70質量部用いたこと、及びアミノ樹脂ビーズ(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)14質量部を用いなかったこと以外は、実施例1と同様に試験用の摺動部材2を作製して評価した。その結果、摩耗深さ及び剥離体積は測定不能であり、試験後外観も評価できなかった。評価結果を下記表1に示す。
鈴木式摩擦摩耗試験機(型番:「EFM-III-EN」、株式会社オリエンテック製)を用いた摩擦摩耗試験により評価した。相手材としては、外径が5mm、高さ15mmのピン(材質;鉄材(SUJ-2))を用いた。この相手材を表面粗さRz[DIN]=1.0±0.5μmの範囲で収まるように研磨した。
<摩耗量評価>
摩耗深さ1.5μm未満:◎
摩耗深さ2.5μm未満:○
摩耗深さ2.5μm以上又は測定不能:×
<剥離体積評価>
剥離体積0.05mm3未満:◎
剥離体積0.15mm3未満:○
剥離体積0.15mm3以上又は測定不能:×
<外観評価>
試験後外観に擦過痕が認められない:○
試験後外観に擦過痕が認められる又は外観評価不能:×
<総合評価>
上記3つの評価において「◎」が2つ以上:◎
上記3つの評価において「×」がない:〇
上記3つの評価において「×」が1つ以上:×
PAI樹脂:ポリアミドイミド樹脂(商品名:「HPC-5012」、日立化成株式会社製)PTFE:ポリテトラフルオロエチレン(商品名:「フルオン(登録商標)L173J、AGC株式会社製」
グラファイト:グラファイト(商品名:「HOP」、日本黒鉛工業株式会社製)
樹脂ビーズA:メラミン・ホルムアルデヒド縮合物(平均粒子径:0.2μm、商品名:「エポスター(登録商標)S」、株式会社日本触媒製)
樹脂ビーズB:ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物(平均粒子径:3μm、商品名:「エポスター(登録商標)M30」、株式会社日本触媒製)
樹脂ビーズC:ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物(平均粒子径:5μm、商品名:「エポスター(登録商標)M05」、株式会社日本触媒製)
樹脂ビーズD:ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物(平均粒子径:9μm、商品名:「エポスター(登録商標)L15」、株式会社日本触媒製)
樹脂ビーズE:ウレタン架橋微粒子(平均粒子径:6μm、商品名:「アートパール(登録商標)C800」、根上工業株式会社製)
Claims (10)
- 基材と、前記基材上に設けられた第1塗膜層と、前記第1塗膜層上に設けられた第2塗膜層と、を備え、
前記第1塗膜層が、バインダー樹脂と、固体潤滑剤と、アミノ樹脂ビーズ及びウレタン樹脂ビーズからなる群から選択された少なくとも1種の樹脂ビーズと、を含有する摺動部材用組成物を含む塗膜を備え、
前記第2塗膜層が、バインダー樹脂及び固体潤滑剤を含むことを特徴とする摺動部材。 - 前記樹脂ビーズが、前記アミノ樹脂ビーズ及び前記ウレタン樹脂ビーズを含む、請求項1に記載の摺動部材。
- 前記アミノ樹脂ビーズが、尿素樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂及びグアナミン樹脂からなる群から選択された少なくとも1種のアミノ樹脂を含む、請求項1又は請求項2に記載の摺動部材。
- 前記アミノ樹脂が、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物、ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物及びメラミン・ホルムアルデヒド縮合物からなる群から選択された少なくとも1種の縮合物を含む、請求項3に記載の摺動部材。
- 前記樹脂ビーズの平均粒子径が、0.1μm以上20μm以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 前記樹脂ビーズの配合量が、前記摺動部材用組成物の全質量に対して、1質量%以上35質量%以下である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 前記バインダー樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂からなる群から選択された少なくとも1種の樹脂を含む、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 前記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト及び二硫化モリブデンからなる群から選択された少なくとも1種の潤滑剤を含む、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の摺動部材。
- (削除)
- (削除)
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