JPWO2012111774A1

JPWO2012111774A1 - 摺動材料組成物及び摺動部材

Info

Publication number: JPWO2012111774A1
Application number: JP2012558023A
Authority: JP
Inventors: 吉川　勝; 勝吉川; 貴志冨川; トオル川井; 輔櫻井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2014-07-07
Also published as: WO2012111774A1; KR20140044778A; EP2677021A1; EP2677021A4; US20130337271A1; CN103415604A

Abstract

本発明は、相手摺動部材がゴム系材料であればなお、起動時及び摺動時において低摩擦性を達成でき、かつ耐摩耗性にも優れる摺動材料組成物及び摺動部材を提供することを目的とする。本発明は、相手摺動部材がゴムである摺動部材に用いられる摺動材料組成物であって、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びポリテトラフルオロエチレンを５〜２０容量％含む摺動材料組成物に係るものである。

Description

本発明は摺動材料組成物及び摺動部材に関し、特に相手摺動材がゴムである摺動部材に好適な摺動材料組成物に関する。

従来から、機械類の摺動部の潤滑化を図るため、各摺動部の表面に摺動材料組成物をコーティングし、摺動部における潤滑膜として機能させることが行われている。このため、この種の摺動材料組成物は、低摩擦で、長期間使用しても摩耗しないよう耐摩耗性に優れ、相手摺動材とのなじみ性の良い潤滑膜であることが要求される。

従来の摺動材料組成物としては、バインダー樹脂、固体潤滑剤及びＮω−モノアシル塩基性アミノ酸を含む摺動材料組成物（特許文献１参照）や、耐熱性樹脂、フッ素樹脂、固体潤滑剤、オルガノポリシロキサン及び有機溶剤を含む摺動材料組成物（特許文献２参照）などが知られている。

日本国特開２００４−１０７０７号公報日本国特開平８−１０９３５２号公報

特許文献１に記載の摺動材料組成物は、無潤滑下、すなわち油やグリースといった流体潤滑がない乾燥状態で摺動する条件下において低摩擦かつ耐摩耗性に優れるものの、混合潤滑下、すなわち流体潤滑（オイルやグリースがある環境下での潤滑）と境界潤滑（オイルやグリースが切れた環境下での潤滑）とがそれぞれ起こりうる条件下において、特に相手摺動部材がゴム系材料の場合に、静摩擦係数が大きいという問題がある。

また、特許文献２に記載の摺動材料組成物は、被膜の密着性や摩擦係数、耐焼付性を低下させないものの、起動時の摩擦係数の低下効果が得られず、また耐摩耗性が十分とはいえなかった。

本発明は相手摺動部材がゴム系材料であればなお一層、起動時及び摺動時において低摩擦性を達成でき、かつ耐摩耗性にも優れる摺動材料組成物及び摺動部材を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題に鑑み、ゴム系材料との摺動において、弾性体であるゴムはヒステリシスが大きく、摺動しはじめの静摩擦係数が大きいため、静摩擦係数を下げることで低フリクション効果が得られること及び耐摩耗性に関する知見を得て、本発明を完成した。すなわち本発明は下記摺動材料組成物及び摺動部材に関する。
〔１〕相手摺動部材がゴムである摺動部材に用いられる摺動材料組成物であって、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を５〜２０容量％含む摺動材料組成物。
〔２〕前記二硫化モリブデンの含有量に対するＰＴＦＥの含有量比が体積基準で０．５〜２．０である上記〔１〕に記載の摺動材料組成物。
〔３〕前記二硫化モリブデンとＰＴＦＥとの合計含有量をＸとし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量をＹとした場合の比率が体積基準で２≦Ｘ／Ｙ≦３の関係を満たす上記〔１〕または〔２〕に記載の摺動材料組成物。
〔４〕グラファイト、二硫化タングステン、雲母、ＰＴＦＥを除くフッ素樹脂、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤をさらに１０容量％以下含む上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１に記載の摺動材料組成物。
〔５〕ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、及びりん酸カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機添加剤をさらに含む上記〔１〕〜〔４〕のいずれか１に記載の摺動材料組成物。
〔６〕前記バインダー樹脂がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂である上記〔１〕〜〔５〕のいずれか１に記載の摺動材料組成物。
〔７〕相手摺動部材がゴムである摺動部材であって、鉄鋼、ステンレス、鋳鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ゴム、プラスチック及びセラミックスからなる群より選ばれる材料からなる基材と、該基材表面に設けられ、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びＰＴＦＥを５〜２０容量％含む被覆層とを有する摺動部材。
〔８〕前記被覆層における二硫化モリブデンの含有量に対するＰＴＦＥの含有量比が体積基準で０．５〜２．０である上記〔７〕に記載の摺動部材。
〔９〕前記被覆層における二硫化モリブデンとＰＴＦＥとの合計含有量をＸとし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量をＹとした場合の比率が体積基準で２≦Ｘ／Ｙ≦３の関係を満たす上記〔７〕または〔８〕に記載の摺動部材。
〔１０〕前記被覆層が、グラファイト、二硫化タングステン、雲母、ＰＴＦＥを除くフッ素樹脂、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤を１０容量％以下含む上記〔７〕〜〔９〕のいずれか１に記載の摺動部材。
〔１１〕前記被覆層が、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、及びりん酸カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機添加剤を含む上記〔７〕〜〔１０〕のいずれか１に記載の摺動部材。
〔１２〕前記バインダー樹脂がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂である上記〔７〕〜〔１１〕のいずれか１に記載の摺動部材。
〔１３〕相手摺動部材が自動車用ハブベアリング部のシール部品である上記〔７〕〜〔１２〕のいずれか１に記載の摺動部材。

本発明によれば、相手摺動部材がゴム系材料であればなお一層、起動時及び摺動時の低摩擦性を達成でき、耐摩耗性にも優れる摺動材料組成物及び摺動部材を提供できる。

図１は、実施例で使用した往復摺動試験機の概略図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例で使用した摩擦トルク試験機の概略図であり、図２（ａ）は試験機の上面概略図、図２（ｂ）は試験に用いたベアリングの断面概略図である。図３は、摩擦トルク試験の結果を示すグラフである。

本発明の摺動材料組成物（以下「本発明の組成物」とも記載する。）は、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を５〜２０容量％含む。

バインダー樹脂は本発明の組成物を取りまとめる材料であり、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。この中でも、耐摩耗性の観点からポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂が好ましく用いられる。

本発明の組成物は、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸、二硫化モリブデン及びＰＴＦＥの３種類の固体潤滑剤を特定量含む。
相手材が弾性体であるゴムとの摺動においては、１箇所が動きはじめれば静摩擦係数から動摩擦係数に移行するため、配合される固体潤滑剤のうち摩擦係数の低いものの影響を受けやすい。対して相手材が剛体の場合は全体が動き始めなければ動摩擦係数に移行しないため、配合される固体潤滑剤のうち摩擦係数の高いものの影響を受けやすい。これに鑑み本発明の組成物は３種類の固体潤滑剤を含む。第一に起動時の静摩擦係数を下げるもの、第二に動摩擦係数を下げ且つ耐摩耗性が得られるもの、第三にグリースがなくなった場合すなわち無潤滑下となった場合に動摩擦係数を下げるものである。本発明では１つ目の固体潤滑剤としてアミノ酸系固体潤滑剤であるＮω−モノアシル塩基性アミノ酸、２つ目として二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、３つ目としてＰＴＦＥを採用した。

Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の具体例としてＮε−ラウロイル−Ｌ−リジンが挙げられる。Ｎε−ラウロイル−Ｌ−リジンは低摩擦性に特長があるので、これをバインダー樹脂で結着することにより、低摩擦性被覆組成物が得られる。Ｎε−ラウロイル−Ｌ−リジンはＰＴＦＥなどより低強度であるので、ＰＴＦＥなどの固体潤滑剤が共存していると耐摩耗性の低下を抑えることができる。また、摺動中において相手軸と摺動面間にＮε−ラウロイル−Ｌ−リジンと固体潤滑剤との複合層が形成され、低摩擦になる。低摩擦化に伴い摺動面の発熱温度が抑えられ、惹いては樹脂組成物、移着層の損傷も抑えられ、結果として優れた耐摩耗性が得られる。

ただし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸のみではグリース中の油の保持が十分ではないため、油保持性の良い二硫化モリブデンを併用することにより低摩擦効果が発揮でき、耐摩耗性も向上する。また、ＰＴＦＥを配合することで、油が切れた場合に潤滑成分が補完されるため、低摩擦の効果が期待できる。グリース潤滑下では、摺動等により油が補填されたり切れたりする為、二硫化モリブデンとＰＴＦＥの両方を添加することで、油の有無に関わらず、低摩擦で耐摩耗性に優れた効果を発揮する。

本発明において、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸は、ω塩基性アミノ酸に疎水性のアシル基を導入することによって容易に得られる。本発明で用いられるＮω−モノアシル塩基性アミノ酸を構成する塩基性アミノ酸としてはリジン、オルニチン等が挙げられ、これらは光学活性体であってもラセミ体であってもよい。またアシル基としては炭素数８〜２２の、飽和又は不飽和の脂肪族アシル基が好ましい。Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の好ましい具体例としてはＮε−ラウロイル−Ｌ−リジンが挙げられる。

組成物におけるＮω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量は５〜２５容量％であり、好ましくは５〜１５容量％である。Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量が上記範囲内であることにより初期低摩擦効果が良好である。

本発明の組成物における二硫化モリブデンの含有量は、５〜２５容量％であり、好ましくは５〜１５容量％である。二硫化モリブデンの含有量が上記範囲内であることにより耐摩耗性が良好となる。
なお、二硫化モリブデンは平均粒径が０．５〜２０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍがより好ましい。

本発明の組成物におけるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の含有量は、５〜２０容量％であり、好ましくは５〜１５容量％である。ＰＴＦＥの含有量が上記範囲内であることにより低摩擦効果が良好である。
なお、ＰＴＦＥは平均粒径が０．５〜２０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１０μｍがより好ましい。

また、二硫化モリブデンの含有量に対するＰＴＦＥの含有量比が体積基準で０．５〜２．０であることが好ましい。上記比率が０．５以上であることによりグリース中の油が十分保持され、摩擦を低下でき、耐摩耗性に優れるため好ましい。また２．０以下であることによりグリースの油が切れた場合でも摩擦係数が大きくなりにくいため好ましい。

さらに、二硫化モリブデンとＰＴＦＥとの合計含有量をＸとし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量をＹとした場合の比率が体積基準で２≦Ｘ／Ｙ≦３の関係を満たすことが好ましい。Ｘ／Ｙが２以上であることにより、グリース中の油の保持が十分となり、摩擦係数を小さくすることができるため好ましい。また、Ｘ／Ｙが３以下であることにより、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の低摩擦効果が十分となり、摩擦係数を小さくすることができるため好ましい。

本発明の組成物は、低摩擦性付与の観点から上記以外の固体潤滑剤や、耐摩耗性付与の観点から無機添加剤を含んでもよい。
上記以外の固体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化タングステン、雲母、ＰＴＦＥ以外のフッ素樹脂、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また、低摩擦性の観点から、これら固体潤滑剤の組成物における含有量は１０容量％以下が好ましい。

無機添加剤としては、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、及びりん酸カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また、耐摩耗性の観点から、組成物における含有量は１〜５容量％が好ましい。

本発明に係る摺動材料組成物は、摺動部材の基材表面の被覆層として用いることができる。特に、相手摺動部材がゴムである場合の摺動面への被覆に好適である。相手摺動部材としては具体的には自動車用ハブベアリング部のシール部品が挙げられる。

本発明に係る摺動部材の基材の材質は特に制限されないが、鉄鋼、ステンレス、鋳鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ゴム、プラスチック及びセラミックスからなる群より選ばれる材料であることが好ましい。また、基材の形状は特に制限されず、板状でも管状でもよい。

被覆層の形成方法は、例えば、本発明の組成物を樹脂の溶剤とともに混合し、エアスプレー塗装等の公知の方法で成膜した後、樹脂の焼成温度で焼成する方法が適用できる。また、被覆を強固にするために、基材表面を被覆する前に粗面化処理をしたり、基材と被覆層との間に接着層を設けてもよい。被覆層の厚さは５〜３０μｍであることが好ましい。被覆層の表面粗さは特に制約はないが、０．３〜３μｍＲａが好ましい。

本発明に係る摺動部材の潤滑条件は特に限定されず、オイル潤滑、グリース潤滑、無潤滑のいずれにも使用することができる。

＜実施例１〜９、比較例１〜７＞
ＳＵＳ基材（厚さ約０．８ｍｍ）をショットブラスト処理後、表１に示す組成物を約１５μｍの厚さでスプレーコートした。なお、Ｎε−ラウロイル−Ｌ−リジンは味の素株式会社のアミホープＬＬ（登録商標）を使用し、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂は日立化成ＨＰＣ−５３００を使用した。グラファイトの平均粒径は１μｍであり、二硫化モリブデンの平均粒径は１．０μｍであった。スプレーコートによる成膜後２００℃で焼成し、供試材を作製した。
各実施例及び比較例の供試材について往復摺動試験を行い、摩擦係数及び摩耗量を測定した。また、実施例５の供試材に関し摩擦トルク試験を行った。往復摺動試験の結果を表１に、摩擦トルク試験の結果を図３に示す。

＜往復摺動試験＞
試験機：往復摺動試験機（図１）
荷重：９．８Ｎ
ストローク：５ｍｍ
周波数：５Ｈｚ
往復回数：２００回
温度：室温
潤滑：グリース塗布
速度：５０ｍ／ｓ
相手摺動部材材質：ゴム（ＮＢＲ）
試験の結果を表１に示す。

実施例の組成物を用いた場合はいずれも、起動時及び摺動時の摩擦係数が低く、かつ耐摩耗性にも優れることが分かる。

＜摩擦トルク試験＞
図２（ａ）および図２（ｂ）に示す試験機を用い、ベアリング回転数を１００〜８００ｒｐｍの範囲で変化させ、実施例５の摺動材組成物を用いた場合と、摺動材組成物を用いない場合（すなわちＳＵＳのみ）について、グリース潤滑下でのトルクの低減効果を比較した。
試験の結果を図３に示す。

実施例５の摺動材組成物を用いた場合は、４００ｒｐｍ時に最大４．５％の摩擦トルク低減効果を示した。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。本出願は２０１１年２月１８日出願の日本特許出願（特願２０１１−０３２８１１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

相手摺動部材がゴムである摺動部材に用いられる摺動材料組成物であって、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びポリテトラフルオロエチレンを５〜２０容量％含む摺動材料組成物。
前記二硫化モリブデンの含有量に対するポリテトラフルオロエチレンの含有量比が体積基準で０．５〜２．０である請求項１に記載の摺動材料組成物。
前記二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレンとの合計含有量をＸとし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量をＹとした場合の比率が体積基準で２≦Ｘ／Ｙ≦３の関係を満たす請求項１または２に記載の摺動材料組成物。
グラファイト、二硫化タングステン、雲母、ポリテトラフルオロエチレンを除くフッ素樹脂、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤をさらに１０容量％以下含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動材料組成物。
ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、及びりん酸カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機添加剤をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の摺動材料組成物。
前記バインダー樹脂がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の摺動材料組成物。
相手摺動部材がゴムである摺動部材であって、鉄鋼、ステンレス、鋳鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ゴム、プラスチック及びセラミックスからなる群より選ばれる材料からなる基材と、該基材表面に設けられ、バインダー樹脂、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸を５〜２５容量％、二硫化モリブデンを５〜２５容量％、及びポリテトラフルオロエチレンを５〜２０容量％含む被覆層とを有する摺動部材。
前記被覆層における二硫化モリブデンの含有量に対するポリテトラフルオロエチレンの含有量比が体積基準で０．５〜２．０である請求項７に記載の摺動部材。
前記被覆層における二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレンとの合計含有量をＸとし、Ｎω−モノアシル塩基性アミノ酸の含有量をＹとした場合の比率が体積基準で２≦Ｘ／Ｙ≦３の関係を満たす請求項７または８に記載の摺動部材。
前記被覆層が、グラファイト、二硫化タングステン、雲母、ポリテトラフルオロエチレンを除くフッ素樹脂、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤を１０容量％以下含む請求項７〜９のいずれか１項に記載の摺動部材。
前記被覆層が、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、及びりん酸カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機添加剤を含む請求項７〜１０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、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂である請求項７〜１１のいずれか１項に記載の摺動部材。
相手摺動部材が自動車用ハブベアリング部のシール部品である請求項７〜１２のいずれか１項に記載の摺動部材。