JPH06279689A

JPH06279689A - 摺動部材組成物

Info

Publication number: JPH06279689A
Application number: JP17396493A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kubota; 和則久保田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】摺動部材組成物を、摺動時に相手材を損傷す
る傾向が小さく、安定した低摩擦係数の摺動性能を有
し、しかも耐摩耗性の極めて優れた摺動部材組成物とす
る。【構成】ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂
を主成分として、硫酸カルシウムウィスカ、ホウ酸アル
ミニウムウィスカ、硫酸マグネシウムウィスカ、短繊維
状合成ケイ酸カルシウム水和物、チタン酸バリウムウィ
スカからなる群から選ばれる一種以上のウィスカ１〜３
０容量％と、芳香族ポリアミド繊維１〜３０容量％と、
四フッ化エチレン樹脂などの固体潤滑剤３〜３０容量％
とを添加してなる摺動部材組成物とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、滑り軸受や歯車など
の摺動部材の組成物に関し、特に耐摩耗性に優れた摺動
部材組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軸受、歯車のような摺動部材に
合成樹脂を使用して、所要の摺動性能を確保しつつ部材
の軽量化を図ることが行われているが、その場合にマト
リックスとして使用される合成樹脂としてはポリアミド
などの他、耐熱性のポリフェニレンサルファイド、ポリ
アセタールなどが用いられている。そして、このような
主成分に添加される繊維状補強材としては、炭素繊維、
芳香族ポリアミド繊維、チタン酸カリウムウィスカがあ
り、固体潤滑剤としては、四フッ化エチレン樹脂、黒鉛
などが知られている。

【０００３】このような摺動部材組成物は、摺動相手材
となる金属または他の合成樹脂材などに対して低摩擦係
数であることは勿論のこと、相手材を損傷しないことを
前提として耐摩耗性の高い特性も要求される。

【０００４】しかしながら、前記した繊維状補強材のう
ち炭素繊維は、硬質であるから摺動相手材を損傷し易
く、芳香族ポリアミド繊維やチタン酸カリウムウィスカ
は、相手材の損傷度合いは低いが、耐摩耗性の改善効果
が充分ではない。

【０００５】上記欠点の改善を試みた摺動部材組成物と
しては、特開平３−２３９７５６に開示されているよう
に、酸化亜鉛ウィスカ１〜３０容量％、芳香族ポリアミ
ド繊維０〜３０容量％、四フッ化エチレン樹脂などの固
体潤滑剤３〜３０容量％、残部合成樹脂からなるものが
知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した各種
充填材を添加した組成物であっても、耐摩耗性の改善を
充分に図ることはできず、特に、精密な歯車などの摺動
部品を構成する材料としては、未だ充分な耐摩耗性があ
るとはいえない。

【０００７】そこで、この発明は、上記した問題点を解
決し、摺動部材組成物を、摺動時に相手材を損傷する傾
向が小さく、安定した低摩擦係数の摺動性能を有し、し
かも耐摩耗性が極めて優れた摺動部材組成物とすること
を課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、合成樹脂を主成分として、硫
酸カルシウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ、
硫酸マグネシウムウィスカ、短繊維状合成ケイ酸カルシ
ウム水和物、チタン酸バリウムウィスカからなる群から
選ばれる一種以上のウィスカ１〜３０容量％と、芳香族
ポリアミド繊維１〜３０容量％と、固体潤滑剤３〜３０
容量％とを添加する手段を採用したのである。以下に、
その詳細を述べる。

【０００９】まず、この発明において主要成分として使
用される合成樹脂は、特に限定されるものではなく、た
とえばポリアミド、オレフィン系樹脂などであってよい
が、摺動状態または設置される環境に耐熱性の要求され
る場合も多いことから、ポリフェニレンサルファイド
（以下、ＰＰＳと略記する。）、ポリエーテルエーテル
ケトン、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの耐熱性樹脂が
より好ましいものであるといえる。

【００１０】次に、この発明に用いる硫酸カルシウムウ
ィスカは、硫酸カルシウムの無水塩または水和物の柱状
結晶からなるものであれば、天然鉱物または人造のもの
を特に限定することなく使用でき、特に天然に産するも
のではＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏの化学組成の繊維状のもの
（いわゆる繊維セッコウ）を用いることもできる。

【００１１】また、この発明に用いるホウ酸アルミニウ
ムウィスカは、化学式９Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｂ₂Ｏ₃または
２Ａｌ₂Ｏ₃・Ｂ₂Ｏ₃で表わされる白色針状結晶であ
って、平均繊維径０．５〜１μｍ、平均繊維長１０〜３
０μｍのものが好ましい。

【００１２】このうち、９Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｂ₂Ｏ₃で表
わされるものは、真比重２．９３〜２．９５、融点１４
２０〜１４６０℃であり、アルミニウム水酸化物および
アルミニウム無機塩の少なくとも一種と、ホウ素の酸化
物、酸素酸およびアルカリ金属塩の少なくとも一種を、
アルカリ金属の硫酸塩、塩化物および炭酸塩の少なくと
も一種からなる溶融剤の存在下９００〜１２００℃に加
熱して、反応、育成させることによって製造できる。

【００１３】上記したホウ酸アルミニウムウィスカの補
強効果をさらに向上させるためには、カップリング剤に
よる表面処理によってホウ酸アルミニウムウィスカとマ
トリックスである合成樹脂との濡れ性、結合性を改良す
ることが有効である。このとき使用するカップリング剤
は、シリコン系、チタン系、アルミニウム系、ジルコニ
ウム系、ジルコアルミニウム系、クロム系、ボロン系、
リン系、アミノ酸系などである。市販品としては、９Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２Ｂ₂Ｏ₃で表わされるもので四国化成工業
社製：アルボレックスＧがあり、このものの平均繊維径
は、０．５〜１μｍ、平均繊維長は１０〜３０μｍであ
る。

【００１４】この発明に用いる硫酸マグネシウムウィス
カは、化学式ＭｇＳＯ₄・５ＭｇＯ・８Ｈ₂Ｏで表わさ
れる白色針状結晶繊維で、平均繊維長１０〜１００μm
、平均繊維径１μm 未満のものが好ましい。

【００１５】この発明に用いる短繊維状合成ケイ酸カル
シウム水和物は、化学式６ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・Ｈ₂Ｏ
で表わされる白色針状微粉末であり、そのアスペクト比
は、１５程度のものが好ましい。このような合成ケイ酸
カルシウム水和物は、ケイ酸質原料と石灰質原料を水と
共に混合し、オートクレーブ処理による石灰とケイ酸系
の水熱合成で得られる。結晶相としては、ゾノトライト
（Ｃ₆Ｓ₆Ｈ）を主体とするものが耐熱性に優れている
ので好ましい。

【００１６】また、この発明に用いるチタン酸バリウム
ウィスカは、化学式ＢａＴｉＯ₃で表わされる針状結晶
繊維であって、繊維長１０〜２０μm 、平均繊維径０．
２〜０．５μm のものが好ましい。

【００１７】以上述べた５種類のウィスカの配合量は、
それぞれ単独または併用した場合に全体量の１〜３０容
量％である。なぜなら、１容量％未満では、耐摩耗性の
改善効果がみられず、３０容量％を越える多量では、相
手材の損傷度合いが大きくなり、却って耐摩耗性も低下
するからである。

【００１８】また、この発明に用いる芳香族ポリアミド
繊維は、繊維径５〜２５μｍ、繊維長０．２５〜３ｍｍ
のものが適用でき、市販例としては帝人社製：コーネッ
クスチョップドファイバーを挙げることができる。この
ような芳香族ポリアミド繊維の配合割合は、１〜３０容
量％である。なぜなら、１容量％未満の少量では、組成
物の機械的補強効果が全くなく、３０容量％を越える多
量では、成形時の樹脂溶融粘度が高くなりすぎるので、
成形性が不良となり好ましくないからである。

【００１９】この発明に用いる固体潤滑剤としては、マ
トリックスの合成樹脂によく分散して摺動性を付与する
ものであれば、特に限定されるものでなく、たとえば四
フッ化エチレン樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなど公知
の固体潤滑剤を広く選択使用することができる。

【００２０】このような固体潤滑剤の配合割合は、全体
量の３〜３０容量％である。なぜなら、３容量％未満の
少量では、摺動材として所要の低摩擦係数が得られず、
３０容量％を越える多量を配合すると、機械強度が損な
われ、また温度による寸法変化が大きくなって好ましく
ないからである。そして、これら諸原料を混合し成形す
るに際しては、マトリックスである合成樹脂に適した周
知の成形条件で成形すればよい。

【００２１】

【作用】この発明の摺動部材組成物は、添加された芳香
族ポリアミド繊維が摺動相手材を損傷せず耐摩耗性を高
め、固体潤滑剤で所要の低摩擦係数であり、さらに所定
のウィスカを配合することにより、前記した芳香族ポリ
アミド繊維の耐摩耗性の改善を相乗的に高めることとな
るので、耐摩耗性が著しく改善された摺動部材組成物と
なる。

【００２２】

【実施例】実施例および比較例に使用した原材料を一括
して示すと以下の通りである。なお、〔〕内に略称を
示し、配合割合は全て容量％である。

【００２３】（１）ポリフェニレンサルファイド〔ＰＰＳ〕東ソーサスティール社製：＃１６０（２）芳香族ポリアミド繊維〔ＰＡ繊維〕帝人社製：コーネックス（平均繊維長１ｍｍ）（３）硫酸カルシウムウィスカ〔ＣａＳＯ₄ウィスカ〕大日精化社製：フランクリンファイバー（４）ホウ酸アルミニウムウィスカ〔ＡｌＢＯ₃ウィス
カ〕四国化成工業社製：アルボレックス（５）硫酸マグネシウムウィスカ〔ＭｇＳＯ₄ウィス
カ〕宇部興産社製：モスハイジ〔ＭｇＳＯ₄・５ＭｇＯ・８
Ｈ₂Ｏ〕（６）短繊維状合成ケイ酸カルシウム水和物〔ケイ酸カ
ルシウム〕河合石灰工業社製（７）チタン酸バリウムウィスカ〔ＢａＴｉＯ₃ウィス
カ〕大塚化学社製（８）ガラス繊維旭ファイバーグラス社製：チョップドガラス繊維ＣＳ０
３ＤＥ４０４（９）酸化亜鉛ウィスカ〔ＺｎＯウィスカ〕松下電器産業社製：パナテトラ（10）四フッ化エチレン樹脂〔ＰＴＦＥ〕喜多村社製：ＫＴ４００Ｈ〔実施例１〜５および比較例１，２〕以上の原材料を表
１に示した割合で配合しヘンシェルミキサーで混合した
後、混練押出し機により、成形用ペレットを得た。得ら
れたペレットを射出成形機により成形して試験片を形成
し、以下の試験を行なって摩耗性能を調べた。この結果
は、表１中に併記した。

【００２４】摩耗係数の測定摩擦摩耗試験機を用いて、滑り速度６ｍ／分、面圧５kg
ｆ／cm²、温度１２０℃（雰囲気）で、相手材をガラス
繊維強化のポリアミドイミドおよびポリエーテルイミド
の混合物（ＰＡＩ／ＰＥＩ）とし、無潤滑の条件で摩耗
係数（×10^-10cm³/kg-m) を測定した。

【００２５】歯車耐久試験動力吸収型の歯車耐久試験機を用いて、下記の条件で歯
車Ａを実施例または比較例で形成した際の摩耗量（mm³)
を測定した。

【００２６】記歯車Ａ：モジュール（ｍ）＝１、歯数（Ｚ）＝３５、歯
幅（ｂ）＝８歯車Ｂ（ガラス繊維強化ＰＡＩ／ＰＥＩ）：モジュール
（ｍ）＝１、歯数（Ｚ）＝４７、歯幅（ｂ）＝８負荷トルク：５kgf-cm 、回転数３００rpm 、試験時間
１６０時間、

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の試験結果から明らかなように、実施
例１〜５は、摺動時に相手材を全く損傷せず、その摩耗
係数および摩耗量は、従来の酸化亜鉛ウィスカを充填し
た摺動部材組成物からなる比較例１またはガラス繊維を
充填した比較例２に比べて顕著に低い値であり、耐摩耗
性に極めて優れた物性を示した。

【００２９】

【効果】この発明は以上説明したように、合成樹脂に、
摺動相手材を損傷し難い芳香族ポリアミド繊維と、固体
潤滑剤と、硫酸カルシウムウィスカ、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカ、硫酸マグネシウムウィスカ、短繊維状合成
ケイ酸カルシウム水和物、チタン酸バリウムウィスカか
らなる群から選ばれる一種以上のウィスカを所定量配合
した摺動材としたので、摺動時に相手材を損傷する傾向
が小さく、安定した低摩擦係数の摺動性能を有し、しか
も耐摩耗性の極めて優れた摺動部材組成物となる利点が
あり、特に軸受などの摺動部材には最適のものであると
いえる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｃ 33/20 Ａ 6814−3Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂を主成分として、硫酸カルシウ
ムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ、硫酸マグネ
シウムウィスカ、短繊維状合成ケイ酸カルシウム水和
物、チタン酸バリウムウィスカからなる群から選ばれる
一種以上のウィスカ１〜３０容量％と、芳香族ポリアミ
ド繊維１〜３０容量％と、固体潤滑剤３〜３０容量％と
を添加してなる摺動部材組成物。