JPH11209640A - 摩擦・摩耗特性に優れた合成樹脂成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた摩擦・摩耗特性が要求される摺動部材
に使用される合成樹脂成形品として、固体潤滑材やガラ
ス繊維などを大量に添加することなく摩擦・摩耗特性を
改善し、低コストでリサイクル性に優れた合成樹脂成形
品およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ポリアセタール、ポリアミド、ポリフェ
ニレンサルファイド等の結晶性ポリマーに結晶核材を添
加し、振動エネルギーを付与しながら成形し、成形後の
成形品を結晶性ポリマーのガラス転移体以上融点以下の
温度で熱処理し、成形後の成形品を天然鉱物の存在下で
熱処理し、あるいは成形後の成形品に遠赤外線、赤外線
を照射することで結晶性ポリマーの球晶サイズを小さく
し結晶化度を上げて結晶モルホロジーを制御して摩擦係
数および比摩耗量を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、事務機器、自動
車、一般産業機器などの軸受、摺動部位、歯車など、摩
擦・摩耗を受ける部材（以下、これらを総称して摺動部
材という。）の用途に広く使用される摩擦・摩耗特性に
優れた合成樹脂成形品およびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】上記のような摺動部材に使用される合成
樹脂成形品としては、ポリアセタール、ポリアミド、ポ
リフェニレンサルフェイドなどの結晶性ポリマーに、摩
擦・摩耗特性を付与するために、ポリテトラフルオロエ
チレン、二硫化モリブデン、グラファイトなどの各種固
体潤滑材を添加して成形することで摩擦係数および比摩
耗量を低減させたものが使用されている。しかし、結晶
性ポリマーに前記のような個体潤滑材を添加すると、成
形品の機械的特性が低下する。そこで、これを補うため
に、前記固体潤滑材とともにガラス繊維などの強化繊維
などを添加している。

【０００３】しかしながら、前記のように固体潤滑材を
添加して摩擦係数や比摩耗量を低減するためには、一般
に樹脂に対して数十％の固体潤滑材を添加しなければな
らず、かつ、所望の摩擦・摩耗特性を得るには、複数の
固体潤滑材を併用しなければならない。しかし、この種
の固体潤滑材は、合成樹脂自体に比べて単価が高いた
め、樹脂への添加量が増えると成形品のコストアップの
原因となり、また、成形品の機械的強度を補うための前
記強化繊維の添加量も増大する。しかし、ガラス繊維な
どの強化繊維の添加量が増えると成形時の樹脂組成物の
流動性が悪くなることから、成形圧力を高く設定しなけ
ればならず、設備コストおよび生産コストが上昇する。
さらに、強化繊維を多く添加した樹脂組成物を成形した
成形品の場合には、成形時の繊維の配向により異方性が
出現し、成形品の形状コントロールが極めて困難となる
という問題もある。また、固体潤滑材を多く添加した樹
脂組成物は、強化繊維を添加しても機械的特性、特に靱
性値が低下するため、歯車などの疲労強度を要求される
要素部品には使用できないという問題もある。そのう
え、数種類の原材料、とくにガラス繊維などの強化繊維
が配合されて合成樹脂成形品はリサイクル性の点でも問
題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】摺動部材に使用される
合成樹脂成形品に要求される摩擦・摩耗特性は、その使
用条件（温度、耐久寿命、難燃性）、コストなどの各種
の条件に応じて様々であるが、コストパフォーマンスの
見合ったものとする必要がある。そこで、本発明は上記
の点に鑑み、優れた摩擦・摩耗特性が要求される摺動部
材に使用される合成樹脂成形品として、従来のように各
種固体潤滑材やガラス繊維などを大量に添加することな
く摩擦・摩耗特性を改善し、低コストで、かつリサイク
ル性に優れた合成樹脂成形品およびその製造方法を提供
せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係る合成樹脂成形品は、下記のとおりであ
る。（１）結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制御し
て摩擦係数および比摩耗量を低下させたことを特徴とす
る摩擦・摩耗特性に優れた合成樹脂成形品。（２）結晶
性ポリマーの球晶サイズを小さくするとともに結晶化度
を上げて摩擦係数および比摩耗量を低下させた前記
（１）記載の合成樹脂成形品。（３）結晶性ポリマーが
ポリアセタールである前記（１）または（２）記載の合
成樹脂成形品。（４）球晶サイズが２０μｍ以下で結晶
化度が５０％以上である前記（３）記載の合成樹脂成形
品。（５）結晶性ポリマーがポリアミドである前記
（１）または（２）記載の合成樹脂成形品。（６）球晶
サイズがサブミクロンで結晶化度が２０％以上である前
記（５）記載の合成樹脂成形品。（７）結晶性ポリマー
がポリフェニレンサルファイドである前記（１）または
（２）記載の合成樹脂成形品。（８）球晶サイズがサブ
ミクロンで結晶化度が５０％以上である前記（７）記載
の合成樹脂成形品。

【０００６】また、本発明に係る合成樹脂成形品の製造
方法は、下記のとおりである。（９）結晶性ポリマーの
結晶モルホロジーを制御することにより摩擦係数および
比摩耗量を低下させることを特徴とする摩擦・摩耗特性
に優れた合成樹脂成形品の製造方法。（１０）結晶核材
を添加して成形することで結晶モルホロジーを制御する
前記（９）記載の合成樹脂成形品の製造方法。（１１）
振動エネルギーを付与しながら成形することで結晶モル
ホロジーを制御する前記（９）または（１０）記載の合
成樹脂成形品の製造方法。（１２）成形後の成形品を結
晶性ポリマーのガラス転移点以上融点以下の温度で熱処
理することで結晶モルホロジーを制御する前記（９）〜
（１１）のいずれかに記載の合成樹脂成形品の製造方
法。（１３）成形後の成形品を天然鉱物の存在下で熱処
理する前記（９）〜（１２）のいずれかに記載の合成樹
脂成形品の製造方法。（１４）成形後の成形品に遠赤外
線、または赤外線を照射して結晶モルホロジーを制御す
る前記（９）〜（１３）のいずれかに記載の合成樹脂成
形品の製造方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る合成樹脂成形品に用
いられる合成樹脂は、ポリアセタール、ポリアミド、ポ
リフェニレンサルファイドなどの結晶性ポリマーであ
る。これらの結晶性ポリマーには、本発明の目的を逸脱
しない範囲で、必要に応じて各種固体潤滑材、強化繊
維、その他の添加剤を添加してもよい。

【０００８】本発明では、上記のような結晶性ポリマー
の成形品における結晶モルホロジーを制御することで、
摩擦係数および比摩耗量を低下させて摩擦・摩耗特性に
優れた合成樹脂成形品としてなる。

【０００９】前記結晶モルホロジーとは、結晶性ポリマ
ーの結晶（球晶）のサイズ、結晶の数、結晶の量（結晶
化度）を総して表したものである。そして、結晶モルホ
ロジーを制御するとは、例えば、結晶性ポリマーから成
形される合成樹脂成形品における前記結晶性ポリマーの
球晶サイズを小さくするとともに結晶化度を上げること
であり、これにより、摩擦係数および比摩耗量を低下さ
せて摩擦・摩耗特性に優れた合成樹脂成形品とすること
ができる。つまり、成形品における結晶性ポリマーの球
晶サイズを小さくするとともに結晶化度を上げること
で、サイズの小さな結晶が増大し、成形品の機械的特性
を低下させることなく摩擦抵抗を低減させるとともに比
摩耗量を通常の場合に比べて１／１０〜１／１００程度
に低減させることができ、摩擦・摩耗特性に優れた成形
品となる。なお、本発明における摩擦係数、および比摩
耗量は、ピニオンディスク型摩擦磨耗試験機で測定され
た値である。また、本発明における前記結晶サイズは光
学偏向顕微鏡により観察し、また結晶化度は、Ｘ線回折
し、ルーランド法により解析して得た値である。

【００１０】前記の場合、結晶性ポリマーにおける球晶
の大きさは、ポリマーの種類によって異なるため一概に
はいえないが、通常の成形品に比べて１／５〜１／１０
０程度になるように制御する。また、結晶化度は、通常
の成形品の場合と同レベルか、あるいはそれ以上になる
ように制御する。このように、球晶の大きさを通常の成
形品に比べて小さくするとともに、結晶化度を通常の成
形品の場合と同レベルか、あるいはそれ以上になるよう
に制御することで、結晶ポリマーにおける結晶の数は増
大する。

【００１１】例えば、結晶性ポリマーがポリアセタール
である場合には、球晶サイズを２０μｍ以下とし結晶化
度を５０％以上とすることが好ましい。また、結晶性ポ
リマーがポリアミドである場合には、球晶サイズをサブ
ミクロンとし結晶化度を２０％以上とすることが好まし
い。更に、結晶性ポリマーがポリフェニレンサルファイ
ドである場合には、球晶サイズをサブミクロンとし結晶
化度を５０％以上とすることが好ましい。球晶サイズお
よび結晶化度を上記のように制御することで、成形品の
機械的特性を低下させることなく、摩擦・摩耗特性を向
上させることができるだけでなく、むしろ衝撃強度、靱
性といった特性を向上させることができる。また、従来
のように複数種の固体潤滑材の大量添加によるコストア
ップという問題もなく、また、機械的特性の低下に対す
る強化繊維の添加による成形時の樹脂の流動性低下に起
因する問題の発生もなく、また、リサイクル性にも優れ
る。

【００１２】上記のように、本発明に係る合成樹脂成形
品は、結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制御するこ
とにより摩擦係数および比摩耗量を低下させるというも
のであるが、この場合の成形法としては、一般的な射出
成形法だけではなく、トランスファー成形法なども用い
ることができ、一旦、溶融状態を経て固化させる成形法
であれば特に限定されない。

【００１３】上記のように結晶性ポリマーの結晶モルホ
ロジーを制御する方法としては、先ず、結晶核材を添加
して成形する方法が挙げられる。前記結晶核材とは、結
晶性ポリマーの球晶サイズを小さくするとともに結晶化
度を上げる物質であればよく、無機系、有機系を問わず
用いることができる。結晶核材の具体例としては、無機
系のものでは、炭化珪素（ＳｉＯ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、酸
化鉄（ＦｅＯ）などが挙げられる。また、有機系のもの
では、カルボン酸金属塩化合物（例えば、モンタン酸系
でHostomont CaV、Hostomont NaV、いずれもヘキスト
社製）などが挙げられる。結晶性ポリマーへの結晶核材
の添加量は、用いるポリマーや結晶核材の種類、成形品
の用途、使用条件などにより要求される摩擦・摩耗特
性、さらには機械的強度などにより異なるが、一般的に
は、ポリマーに対して０．０００１〜数重量％、好まし
くは０．００１〜１重量％の範囲である。結晶核材の添
加量が０．０００１重量％未満の場合には、結晶性ポリ
マーの結晶モルホロジーを目的とする範囲に制御するこ
とが困難な場合がある。また、結晶核材を過剰に添加す
ると強度の低下を招いたり、相手金属に対する研磨性が
高くなったりする場合が生じる。

【００１４】結晶モルホロジーを制御する他の方法とし
ては、振動エネルギーを付与しながら成形する方法があ
る。具体的には、結晶性ポリマー、あるいは結晶性ポリ
マーに必要に応じて各種固体潤滑材、強化繊維、その他
の添加剤を配合した樹脂組成物を成形する際に、樹脂組
成物に数ヘルツ〜１０００ヘルツ程度の機械的振動を作
用させる。このような振動を作用させることで、冷却固
化中の結晶領域を通過するポリマー中に短い時間内に微
細な結晶を瞬間的に多数発生させることができる。この
場合、振動は成形の開始から終了時まで作用させてもよ
いし、樹脂組成物が溶融状態から固化し脱型する間だけ
作用させてもよい。振動を作用させる時間は、用いるポ
リマー、樹脂組成物の組成、成形品の用途、使用条件な
どにより要求される特性に応じて設定すればよい。ま
た、振動は、連続的に作用させてもよいし、成形サイク
ルごとの成形品脱型時には振動を停止するなど、間欠的
でもよい。振動を付与する具体的手段としては、例え
ば、金型に加振ピンを設けておき、成形中のキャビティ
内にある樹脂組成物に振動を作用させる。前記加振ピン
としては、突き出しピンやスリーブピンを用いてもよい
し、別途設けるようにしてもよい。さらに、上記のよう
にキャビティ内の樹脂組成物に振動を付与しながら成形
した場合には、成形品のひけ、そり等の発生を防止して
極めて精度の高い成形品を得ることができるという利点
もある。

【００１５】結晶モルホロジーを制御するさらに他の方
法としては、成形後の成形品をポリマーのガラス転移点
以上融点以下の温度で熱処理することにより、ポリマー
に熱エネルギーを付与した微細な結晶を発生させる方
法、成形後の成形品を天然鉱物の存在下で熱処理するこ
とで微細な結晶を発生させる方法も挙げられる。前記天
然鉱物の存在下で熱処理するとは、具体的には、成形品
を天然鉱物に埋没させた状態で熱処理するなど、天然鉱
物が加熱されることにより発生する遠赤外線など何らか
の鉱物特有のエネルギーが成形品に作用しうるかぎりど
のような方法でもよい。前記天然鉱物の存在下で熱処理
する場合の温度は、前記ポリマーのガラス転移点以上融
点以下の温度とすることが好ましい。また、前記天然鉱
物の具体例としては、マグネタイト、アルミナ、麦飯
石、珪砂、花崗岩、安山岩、他、多数の火成岩質物質な
どが挙げられる。

【００１６】また、成形後の成形品に遠赤外線、または
赤外線を照射することで、ポリマーに熱エネルギーを付
与して微細な結晶を発生させることもできる。この場合
は、前記成形後の成形品をポリマーのガラス転移点以上
融点以下の温度で熱処理する際に、同時に遠赤外線、ま
たは赤外線を照射したりしてもよい。

【００１７】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものでは
ない。

【００１８】なお、実施例の記載に先立ち、成形品の特
性の評価方法を以下に示す。 ［摩擦係数および比摩耗量］以下の試験条件により、ピ
ニオンディスク型摩擦摩耗試験機を用い摩擦係数および
比摩耗量を測定した。 試験機：ピニオンディスク型摩擦摩耗試験機（オートピ
ンディスク；スターライト工業株式会社製） 試験条件：試験片の形状＝φ５×１０ｍｍ、相手面ディ
スク＝ＳＵＳ３０３、Ｒａ＝０．４５μｍ、０．５ｍ／
ｓｅｃ、無潤滑、雰囲気温＝常温 ［機械的特性］以下の試験機および試験条件により、Ｊ
ＩＳ Ｋ７１１３に準拠して引張降伏強さ、引張弾性率
を測定した。 試験機：オートグラフ（オートグラフAGS1000B；島津製
作所製） 試験条件：クロクヘッドスピード＝１ｍｍ／ｍｉｎ、雰
囲気温度＝常温 ［衝撃強度］以下の試験機により、ＪＩＳ Ｋ７１１０
に準拠して衝撃強度を測定した。 試験機：Ｉｚｏｔ衝撃試験機（東京衝機製造所製） ［球晶サイズ］光学偏向顕微鏡により観察した。 ［結晶化度］Ｘ線回折し、ルーランド法で解析した。

【００１９】（実施例１〜５および比較例１〜４）ポリ
アセタール（F10-01；三菱化学製）に、表１、２に示す
種類および量の添加剤を配合したのち均一分散させた樹
脂組成物から、２軸混練押出機を用いて射出成形用ペレ
ットを得た。この成形用ペレットから成形機（日精樹脂
工業製PS60E デジタルサーボ射出成形機）を用いて各種
試験片を成形し、成形品の特性を評価した。結果を表
１、２に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】（実施例６〜７、比較例５）ポリアセター
ル（F10-01；三菱化学製）８０ｖｏｌ％とポリテトラフ
ルオロエチレン（TF9205；ヘキスト社製）２０ｖｏｌ％
からなる樹脂組成物に表３に示す種類および量の添加剤
を配合したのち均一分散させた樹脂組成物を用い、実施
例１〜５と同様にして各種試験片を成形し、成形品の特
性を評価した。結果を表３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】（実施例８、比較例６）ポリフェニレンサ
ルファイド（トープレンT4；トープレン社製）に表４に
示す種類および量の添加剤を配合したのち均一分散させ
た樹脂組成物を用い、実施例１〜５と同様にして各種試
験片を成形し、成形品の特性を評価した。結果を表４に
示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】（実施例９〜１１、比較例７〜９）ポリフ
ェニレンサルファイド（トープレンT4；トープレン社
製）８０ｖｏｌ％とポリテトラフルオロエチレン（TF92
05；ヘキスト社製）２０ｖｏｌ％からなる樹脂組成物に
表５に示す種類および量の添加剤を配合したのち均一分
散させた樹脂組成物を用い、実施例１〜５と同様にして
各種試験片を成形し、成形品の特性を評価した。結果を
表５に示す。

【００２７】

【表５】

【００２８】（実施例１２、比較例１０）ポリアミド６
６（2020B ；宇部興産製）に表６に示す種類および量の
添加剤を配合したのち均一分散させた樹脂組成物を用
い、実施例１〜５と同様にして各種試験片を成形し、成
形品の特性を評価した。結果を表６に示す。

【００２９】

【表６】

【００３０】（実施例１３）ポリアセタール（F10-01；
三菱化学製）を用いて成形機（日精樹脂工業製PS60E デ
ジタルサーボ射出成形機）で、成形中、成形金型に設け
た加振ピンにより振動数３０ヘルツ、振幅±１ｍｍの振
動を与えて各種試験片を成形し、成形品の特性を評価し
た。結果を表７に示す。

【００３１】

【表７】

【００３２】（実施例１４）ポリアミド６６（2020B ；
宇部興産製）を用いて成形機（日精樹脂工業製PS60E デ
ジタルサーボ射出成形機）で、成形中、成形金型に設け
た加振ピンにより振動数３０ヘルツ、振幅±１ｍｍの振
動を与えて各種試験片を成形し、成形品の特性を評価し
た。結果を表８に示す。

【００３３】

【表８】

【００３４】（実施例１５）ポリフェニレンサルファイ
ド（トープレンT4；トープレン社製）を用いて成形機
（日精樹脂工業製PS60E デジタルサーボ射出成形機）で
各種試験片を成形し、成形後の成形品をマグネタイト中
に埋没させた状態で２２０℃、１２０分の熱処理を行っ
た。得られた成形品の特性を評価した。結果を表９に示
す。

【００３５】

【表９】

【００３６】（実施例１６）ポリフェニレンサルファイ
ド（トープレンT4；トープレン社製）８０ｖｏｌ％とポ
リテトラフルオロエチレン（TF9205；ヘキスト社製）２
０ｖｏｌ％からなる樹脂組成物から２軸混練押出機を用
いて射出成形用ペレットを得た。この成形用ペレットか
ら成形機（日精樹脂工業製PS60E デジタルサーボ射出成
形機）を用い、各種試験片を成形し、成形後の成形品を
マグネタイト中に埋没させた状態で２２０℃、１２０分
の熱処理を行った。得られた成形品の特性を評価した。
結果を表１０に示す。

【００３７】

【表１０】

【００３８】（実施例１７）ポリアミド６６（2020B ；
宇部興産製）を用いて成形機（日精樹脂工業製PS60E デ
ジタルサーボ射出成形機）で各種試験片を成形し、成形
後の成形品を麦飯石中に埋没させた状態で２２０℃、１
２０分の熱処理を行った。得られた成形品の特性を評価
した。結果を表１１に示す。

【００３９】

【表１１】

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶性
ポリマーの結晶モルホロジーを制御することにより、従
来のように各種固体潤滑材やガラス繊維などを大量に添
加することなく摩擦・摩耗特性を改善し、低コストで、
かつリサイクル性に優れた合成樹脂成形品を提供するこ
とができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 81/02 Ｃ０８Ｌ 81/02 (72)発明者 黒川 正也 大阪府大阪市鶴見区徳庵１丁目１番71号 スターライト工業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制
   御して摩擦係数および比摩耗量を低下させたことを特徴
   とする摩擦・摩耗特性に優れた合成樹脂成形品。
2. 【請求項２】 結晶性ポリマーの球晶サイズを小さくす
   るとともに結晶化度を上げて摩擦係数および比摩耗量を
   低下させた請求項１記載の合成樹脂成形品。
3. 【請求項３】 結晶性ポリマーがポリアセタールである
   請求項１または２記載の合成樹脂成形品。
4. 【請求項４】 球晶サイズが２０μｍ以下で結晶化度が
   ５０％以上である請求項３記載の合成樹脂成形品。
5. 【請求項５】 結晶性ポリマーがポリアミドである請求
   項１または２記載の合成樹脂成形品。
6. 【請求項６】 球晶サイズがサブミクロンで結晶化度が
   ２０％以上である請求項５記載の合成樹脂成形品。
7. 【請求項７】 結晶性ポリマーがポリフェニレンサルフ
   ァイドである請求項１または２記載の合成樹脂成形品。
8. 【請求項８】 球晶サイズがサブミクロンで結晶化度が
   ５０％以上である請求項７記載の合成樹脂成形品。
9. 【請求項９】 結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制
   御することにより摩擦係数および比摩耗量を低下させる
   ことを特徴とする摩擦・摩耗特性に優れた合成樹脂成形
   品の製造方法。
10. 【請求項１０】 結晶核材を添加して成形することで結
    晶モルホロジーを制御する請求項９記載の合成樹脂成形
    品の製造方法。
11. 【請求項１１】 振動エネルギーを付与しながら成形す
    ることで結晶モルホロジーを制御する請求項９または１
    ０記載の合成樹脂成形品の製造方法。
12. 【請求項１２】 成形後の成形品を結晶性ポリマーのガ
    ラス転移点以上融点以下の温度で熱処理することで結晶
    モルホロジーを制御する請求項９〜１１のいずれかに記
    載の合成樹脂成形品の製造方法。
13. 【請求項１３】 成形後の成形品を天然鉱物の存在下で
    熱処理することで結晶モルホロジーを制御する請求項９
    〜１２のいずれかに記載の合成樹脂成形品の製造方法。
14. 【請求項１４】 成形後の成形品に遠赤外線、または赤
    外線を照射することで結晶モルホロジーを制御する請求
    項９〜１３のいずれかに記載の合成樹脂成形品の製造方
    法。