JPWO2015016323A1 - 熱硬化性樹脂組成物及び摺動部材、並びに摺動部材の製造方法 - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物及び摺動部材、並びに摺動部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

低摩擦係数、高耐久性、高耐荷重性、高耐熱性、高耐油性を有するとともに、硬化後は研削又は切削によって寸法調整を行うことが可能である自己潤滑性ライナー及び該自己潤滑性ライナーを形成するための樹脂組成物を提供する。

Description

本発明は、無潤滑滑り軸受及びリーマボルトのような摺動部材の自己潤滑性ライナーを形成するための熱硬化性樹脂組成物及び自己潤滑性ライナーを備えた摺動部材、並びにそのような摺動部材の製造方法に関する。
回転運動や並進運動の軸を摺動面にて保持する滑り軸受は広範な用途に使用されており、特に、摺動面に潤滑油を使用しない無潤滑滑り軸受は、低摩擦係数、高耐久性、高耐荷重性、高耐熱性、高耐油性などが要求される船舶や航空機等の用途に使用されている。
このような無潤滑滑り軸受として、特許文献1には、凹状の第1の軸受面を有する外輪部材と、第1の軸受面に対して摺動可能である凸状の第2の軸受面とを有する内輪部材とを備える、高荷重用途のための球面滑り軸受が開示されている。この球面滑り軸受は、外輪部材及び内輪部材の一方の部材がチタン合金製であり、その表面に物理的気相成長法(PVD)により形成された窒化チタンの軸受面を有している。他方の部材の軸受面は、樹脂で形成された潤滑ライナーを有している。潤滑ライナーは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とポリアラミドの繊維からなり且つフェノール樹脂組成で飽和しているファブリックで構成されている。
特許文献2には、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート20重量%以上及びポリテトラフルオロエチレン等の固体潤滑剤10重量%以上を含む熱硬化性アクリル系組成物からなる自己潤滑コーティングが開示されている。この自己潤滑コーティングには、トリエチレングリコールジメタクリレート20重量%以上及びアラミドパルプ1重量%以下を添加してもよいとされている。この文献には、更に、自己潤滑コーティングをライナーとして外輪の内周面に施したスリーブ軸受も開示されている。
本出願人による特許文献3は、航空機等の用途に適した滑り軸受を開示している。この滑り軸受は、摺動面に形成された自己潤滑性ライナーを有し、その自己潤滑性ライナーは、ポリエーテルケトン系樹脂を60〜80重量%、PTFEを10〜30重量%、炭素繊維を5〜15重量%、アラミド繊維を15重量%以下で混合した自己潤滑性樹脂組成物からなり、炭素繊維とアラミド繊維の合計含有量が10〜25重量%であり、自己潤滑性ライナーを形成する金属面は、表面粗度Ra(中心線平均粗さ)4.0μm以上かつRmax(最大高さ)30.0μm以上である。
特開2007−255712号公報 米国特許第6180574号公報 特開2011−247408号公報
特許文献1〜3に開示された無潤滑滑り軸受は、航空機等に組み込まれて使用されるため、前述のように低摩擦係数、高耐荷重性、耐熱性、耐油性などが要求されるが、更に、機体メーカー側からは、スリーブ軸受のような滑り軸受を組み込む工程において、滑り軸受の摺動面を研削又は切削によって寸法調整を行うことにより、軸側の寸法調整を行わずに嵌め合い調整を行いたいという要望がある。
しかしながら、特許文献1の繊維状の潤滑ライナーは、後加工を行うと繊維が切断されてライナーとして機能しなくなってしまうので、研削又は切削によって寸法調整を行うことができない。
また、特許文献2の熱硬化性アクリル樹脂をベースとする自己潤滑コーティングは、高温下における耐摩耗性及び摩擦係数が、航空機等に組み込まれて使用される滑り軸受としては不十分である。高温下における耐摩耗性がより高く、摩擦係数がより低い自己潤滑コーティングが望まれている。また、滑り軸受の摺動面を研削又は切削によって寸法調整を行う場合、寸法調整可能な範囲を大きくとれるように自己潤滑コーティングの膜厚は厚い方が好ましいが、熱硬化時の熱収縮が比較的大きい熱硬化性アクリル樹脂を用いて厚膜の自己潤滑コーティングを形成すると、膜剥がれ、ひび割れ等を起こす虞がある。
特許文献3の自己潤滑性ライナーは、熱可塑性樹脂であるポリエーテルケトン系樹脂をベースとするため、生産性の高い射出成型法を用いて製造することができるが、ライナーの外輪内周面の密着性を向上させるために外輪内周面の表面粗さを粗くするブラスト処理を予め必要とする。更に、ポリエーテルケトン系樹脂のような熱可塑性樹脂に固体潤滑剤であるPTFEを配合する際に、配合量を30重量%未満に制限する必要がある。これは次のような理由による。樹脂混錬時及び射出成形時には、PTFEが高温と高圧に曝されて融点以上に加熱されるため、分解ガスを発生する。このような分解ガスは安全性の見地から回避する必要がある。このためPTFE添加量を抑制している。しかしながら、ライナーの潤滑性を向上させるためには、PTFEの添加量を増やすことが望ましい。
上記のような状況の下、十分なPTFEの添加量を安全に確保でき、且つ、下地面を粗面化する処理を必須としない自己潤滑性ライナー用の樹脂組成物が要望されていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低摩擦係数、高耐久性、高耐荷重性、高耐熱性、高耐油性を有するとともに、硬化後は研削又は切削によって寸法調整を行うことが可能であり、下地面を粗面化する処理を必ずしも必要としない自己潤滑性ライナーを形成するための樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような樹脂組成物よりなる自己潤滑性ライナーを有する摺動部材を提供することをも目的とする。
本発明の第1の態様によれば、熱硬化性樹脂組成物であって、下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、固体潤滑剤とジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有し、前記固体潤滑剤は、前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含まれ、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジイソシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物が提供される。
Figure 2015016323
(化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
本態様において、熱硬化性樹脂組成物が、ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物のうちジイソシアネート化合物のみを含む場合に、即ち、ビスマレイミド化合物を含まない場合には、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジイソシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)0.65〜4.00であってもよい。
また、本態様において、熱硬化性樹脂組成物が、ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物の両方を含む場合に、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であってもよい。
本態様において、前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を含むことが好ましい。また、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、化学式(1)中のX、Y、Z全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物とを含んでいてもよい。
前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンであってもよく、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物であってもよい。また、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンと、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物との両方を含んでもよい。
本態様において、前記ジイソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネート化合物であってもよく、下記化学式(6)で示される化合物であってもよい。また、前記ジイソシアネート化合物は、2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパンであってもよい。
Figure 2015016323

(化学式(6)中、Rは置換または非置換のアルキレン基である。)
前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含有し、前記ジイソシアネート化合物と前記ビスマレイミド化合物が反応して、ビスマレイミドトリアジン樹脂を形成してもよい。前記ビスマレイミド化合物は、芳香族ビスマレイミド化合物であってもよく、4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンであってもよい。
前記熱硬化性樹脂組成物は、更に、熱可塑性樹脂を含んでもよく、前記熱可塑樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであってもよい。
本発明の第2の態様に従えば、摺動部材であって、摺動面を有する本体と、前記摺動面上に形成された、第1の態様の熱硬化性樹脂組成物から形成される自己潤滑性ライナーとを含むことを特徴とする摺動部材が提供される。
前記摺動部材は、滑り軸受であってもよく、前記滑り軸受は、球面滑り軸受であってもよい。また、前記摺動部材が、頭部と軸部とネジ部とを有し、前記自己潤滑性ライナーが前記軸部の外周面に形成されていてもよい。
本発明の第3の態様に従えば、摺動部材の製造方法であって、本体の摺動面に熱硬化性樹脂組成物を塗布するステップと、前記摺動面に塗布した前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、自己潤滑性樹脂層を形成するステップを含み、前記熱硬化性樹脂組成物が、下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、固体潤滑剤と、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有することを特徴とする摺動部材の製造方法が提供される。
Figure 2015016323
(化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
本態様において、熱硬化性樹脂組成物は、たとえばポリテトラフルオロエチレン樹脂を前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含有してもよい。また、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、前記ジイソシアネート化合物(M)の合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)を20〜90重量%としたときに、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00とするのがよい。
本態様の摺動部材の製造方法は、更に、前記自己潤滑性樹脂層を所望の寸法に切削又は研削することを含んでもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、摺動面に塗布し、その後に加熱によって硬化させることができる。硬化の際には熱可塑性樹脂を用いる場合のような高温・高圧条件が不要であるので、たとえばポリテトラフルオロエチレン樹脂を高圧下で融点以上に加熱して分解ガスを発生させるような心配が無く、固体潤滑剤として比較的多量のポリテトラフルオロエチレン樹脂を安全に添加することができる。更に、硬化した樹脂組成物の被塗布面(下地面)への接着が極めて強固であるので、予め被塗布面を粗面化する処理を省略することも可能である。もちろん、より高い接着硬度が求められる場合は、被塗布面を粗面化してから本発明の熱硬化性樹脂組成物を塗布して硬化させてもよい。これらのことにより、作業の安全性及び省電力性を向上させ、設備コストも安価にすることができる。また、硬化した樹脂組成物は容易に切削や研削ができるために、寸法調整などの後加工が可能であるマシナブルライナーを提供することができる。本発明の摺動部材の製造方法によって、摺動面に自己潤滑性ライナーを備えるリーマボルトや滑り軸受などの摺動部材を、容易に、低コストで且つ高精度で製造することが可能となる。
図1(a)は本発明に従うスリーブ軸受の軸方向に沿って切断した縦断面図であり、図1(b)は、軸と直交する方向に切断した横断面図である。 実施例で製造したスリーブ軸受をセットした試験治具の断面構造を示す図である。 本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを有する球面滑り軸受の構造を示す断面図である。 図4(a)〜(c)は、本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを有する球面滑り軸受の製造プロセスを説明する図である。 図5(a)及び(b)は、本発明に従う球面滑り軸受を組み込んだロッドエンド球面滑り軸受の縦断面図及び横断面図である。 本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを軸表面に有するリーマボルトの外観を示す図である。 実施例4及び比較例6で調製した熱硬化性樹脂組成物の硬化物の赤外吸収スペクトルである。
本発明の熱硬化性樹脂組成物及びそれにより形成された自己潤滑性ライナーを有する摺動部材について以下に説明する。
<摺動部材>
最初に、本発明の熱硬化性樹脂組成物により形成された自己潤滑性ライナーを有する摺動部材の例を図1(a)及び(b)を参照しながら説明する。図1(a)及び(b)に示すスリーブ軸受10は、軸受鋼、ステンレス鋼、ジュラルミン材、チタン合金などの金属から形成された円筒状の外輪部材(本体)12と、外輪部材12の内周面(摺動面)に形成された自己潤滑性ライナー層14とを有する。自己潤滑性ライナー層14は自己潤滑性を有する樹脂層であり、以下に記載する本発明の熱硬化性樹脂組成物を外輪部材12の内周面に塗布し、硬化させることで形成される。自己潤滑性ライナーは、切削および/または研削により寸法調整が容易であり、この意味で適宜「マシナブルライナー」(加工可能なライナー)と呼ぶことがある。なお、摺動部材は少なくともその一部に摺動面を有する部材であれば特に限定されない。したがって、回転運動や並進(直動)運動に使用されるスリーブ軸受のみならず、後述するような球面すべり軸受、リーマボルトなどの種々の摺動部材が包含され、これらの摺動部材も本発明の対象である。
<熱硬化性樹脂組成物>
熱硬化性樹脂組成物は、主に樹脂を構成する成分として、下記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を含む(以下、単に、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物という)。
Figure 2015016323
化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、又はX、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物である。
化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物において、X、Y及びZは、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましい。例えば、X、Y及びZは、エポキシ基であってもよく、グリシジル基のようなエポキシ基で置換されたアルキル基であってもよく、エポキシ基で置換されたアリール基であってもよい。また、X、Y、Zは、互いに同一の基であっても、異なる基であってもよい。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、摺動面に塗布できて、硬化後に摩耗の少ない自己潤滑性ライナーを形成できるものが好ましい。このような観点から、エポキシ環を有する基は、グリシジル基であることが好ましい。化学式(1)中、X、Y、Zの全てがグリシジル基であるエポキシ化合物は、下記化学式(2)で表される、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンである(別名:トリスエポキシプロピルイソシアヌレート、Tris(2,3−epoxypropyl)isocyanurate、以下、適宜「TEPIC」(登録商標)と記載する)。
Figure 2015016323
化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物において、エポキシ環を有する基は、上述の化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましく、グリシジル基であることがより好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基としては、置換又は非置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基等が挙げられる。自己潤滑性ライナーを形成する観点からは、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さない基は、非置換のアルキル基が好ましく、また、アクリル酸エステル構造を有するC、H及びOのみからなる基、メタクリル酸エステル構造を有するC、H及びOのみからなる基が好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物としては、下記化学式(3)で表される1−メチル−3,5−ビス−オキシラニルメチル−[1,3,5]トリアジン−2,4,6−トリオン、下記化学式(4)で表されるアクリル酸2−(3,5−ビス−オキシラニルメチル−2,4,6−トリオキソ−[1,3,5]トリアジン−1−イル)エチルエステル、下記化学式(5)で表される2−メチル−アクリル酸2−(3,5−ビス−オキシラニルメチル−2,4,6−トリオキソ−[1,3,5]トリアジン−1−イル)エチルエステルが挙げられる。
Figure 2015016323

化学式(3)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つがメチル基であるエポキシ化合物である。
Figure 2015016323

化学式(4)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つにアクリル酸エステル構造を有するエポキシ化合物である。
Figure 2015016323

化学式(5)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つにメタクリル酸エステル構造を有するエポキシ化合物である。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物において、エポキシ環を有する基は、上述の化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましく、グリシジル基がより好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物において、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、上述の化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。
本発明のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、上述した化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の3種類を単独で用いてもよいし、2種類又は3種類を任意の比率で混合して用いてもよい。例えば、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物として、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と酸無水物との付加反応物を用いてもよい。エポキシ環と酸無水物とを付加反応させることによりエポキシ環を開環させ、X、Y、Zのうちの1つ、又は2つの基からエポキシ環を消滅させることができる。したがって、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と酸無水物との付加反応物は、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物と、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の混合物である。例えば、上述した化学式(2)で表されるTEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物が挙げられる。更に、本発明のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物として、TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物を用いることもできる。TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物は、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の3種類の化合物の混合物である。TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物において、TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との重量比は、例えば、(TEPIC):(TEPICとプロピオン酸無水物との付加反応生成物)=43:57〜63:37とすることができる。
化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、熱硬化性を有することに加えて耐熱性が非常に優れているため、摺動部材の自己潤滑性ライナーなどに好適となる。特に、航空機に組み込まれる摺動部材として使われるためには、163℃以上の耐熱性が要求されるが、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物はこのような用途にも好適である。また、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、熱硬化時の収縮が小さいため熱硬化時の膜剥れやひび割れが抑制され、厚膜の硬化物を得ることができる。厚膜の硬化物を得られるため、切削、研削によりマシナブルライナーの寸法調整を行う場合、寸法調整可能な範囲を大きくとることができる。
イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の熱硬化性樹脂組成物中の含有量は、5〜60重量%が好ましい。5重量%未満であると樹脂の流動性が不足し、塗布することが困難となる虞があり、ライナー強度も不足する傾向がある。60重量%を超えると後述する固体潤滑剤の含有量が少なくなるために潤滑性が低下する傾向がある。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、更にジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を含有する。ジイソシアネート化合物は、分子内に2個のイソシアネート基を有する化合物であれば特に限定されないが、機械的強度と耐熱性の観点から分子内に芳香環を有する芳香族ジイソシアネート化合物が好ましい。例えば、下記化学式(6)で示される化合物を用いることができる。下記化学式(6)において、Rは、置換または非置換のアルキレン基である。
Figure 2015016323
化学式(6)で示される化合物としては、下記の化学式(7)に示す2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)が挙げられる。
Figure 2015016323
本樹脂組成物を加熱すると、ジイソシアネート化合物は3量化してトリアジン構造(イソシアヌル酸環)を形成してトリアジン樹脂となる。更に、トリアジン樹脂は、上述したイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とも共重合して架橋し、硬化物を形成する。即ち、ジイソシアネート化合物は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を熱硬化させる硬化剤と同様の働きをする。そのため、本発明の樹脂組成物は、エポキシ化合物を有するにもかかわらず、硬化剤を含有する必要がない。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジイソシアネート化合物との硬化物は、耐摩耗性に優れる高架橋密度の硬化物であり、耐熱温度300℃以上の高耐熱性を有する。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、ジイソシアネート化合物に代えて、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を用いてもよい。該混合物に用いるジイソシアネート化合物は、上述のジイソシアネート化合物と同様の物質を用いることができる。ビスマレイミド化合物は、2個のマレイミド構造を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、下記化学式(8)で示される化合物を用いることができる。下記化学式(8)において、Rは、置換若しくは非置換のアルキレン基、又は置換若しくは非置換のアリール基である。
Figure 2015016323
また、ビスマレイミド化合物は、機械的強度と耐熱性の観点から分子内に芳香環を有する芳香族ビスマレイミド化合物が好ましい。例えば、下記化学式(8)において、Rが置換若しくは非置換のアリール基である化合物である。芳香族ビスマレイミド化合物として、例えば、下記の化学式(9)に示す4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンが挙げられる。
Figure 2015016323
ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を含有する樹脂組成物を加熱すると、上述のようにジイソシアネート化合物からトリアジン樹脂が形成される。そして、ビスマレイミド化合物は、トリアジン樹脂のトリアジン環とラダー構造をとる末端不飽和2重結合を有するため、加熱によりトリアジン樹脂と複雑に架橋し合い、分子の絡み合った相互侵入網目構造(IPN:interpenetrating polymer
network)を有するビスマレイミドトリアジン樹脂(以下、適宜「BT樹脂」と記す)を形成する。更に、BT樹脂は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とも共重合して架橋し、硬化物を形成する。このように、BT樹脂も、ジイソシアネート化合物と同様にイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を熱硬化させる硬化剤と同様の働きをする。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とBT樹脂との硬化物は、上述のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とジイソシアネート化合物との硬化物と同様に、耐摩耗性に優れる高架橋密度の硬化物であり、耐熱温度300℃以上の高耐熱性を有する。
ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の熱硬化性樹脂組成物中の含有量は、例えば、10〜50重量%とすることができる。
また、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M:L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N):L)は、65:100〜400:100である。即ち、樹脂組成物中において、イソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00である。前記重量比が0.65未満であると、樹脂の硬化不良が起こり耐熱性と強度が低下し、4.00を超えると硬化速度が著しく低下する。
また、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合において、ジイソシアネート化合物と、ビスマレイミド化合物との重量比は、例えば、(ジイソシアネート化合物(M)):(ビスマレイミド化合物(N))=90:10〜95:5とすることができる。
熱硬化性樹脂組成物中における、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)の合計含有量(L+M)、又はイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20重量%〜90重量%である。20重量%未満であると樹脂の機械的強度が低下し、90重量%を超えると樹脂の耐摩耗性が低下する虞がある。
本発明の樹脂組成物は、固体潤滑剤を含む。固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下、適宜「PTFE」と略する)を樹脂組成物中、10〜70重量%含有することが好ましく、30〜60重量%含有することがより好ましい。PTFEは、粉末状や繊維状など任意の形態のものを単独又は組み合わせて使ってもよい。PTFE粉末の粒子又は繊維は、その表面をナトリウムナフタレンでエッチング後にエポキシ変性アクリレートで被覆する表面処理を施してもよい。このような表面処理を施すことで、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物より生成するエポキシ樹脂との親和性が高まり、エポキシ樹脂との結合がより強固となる。これにより、本発明の樹脂組成物を自己潤滑性ライナーとして用いた時に、摺動時にPTFE粒子及び繊維が自己潤滑性ライナーから脱落するのを抑制することができ、自己潤滑性ライナーの摩耗量を少なくすることができる。
PTFEの平均粒子径又は繊維長は、75μm〜180μmにすることが好ましい。こうすることで、PTFEの添加量を増やしても凝集が起こりにくくなり、硬化後に表面に存在するPTFEの面積率を増やしつつ、均一に分布させることが可能となる。PTFEの平均粒子径や繊維長が75μmより小さいと、粘性を有する樹脂の混錬時にPTFEの凝集が起こり易くなり、硬化後の樹脂表面におけるPTFEの均一に分布し難くなる可能性がある。また、PTFEの平均粒子径又は繊維長が、75μm〜180μmの範囲外であると自己潤滑性ライナーの摩耗量が比較的多くなる。
本発明ではPTFE以外の固体潤滑剤を用いることもできる。たとえば、グラファイトやメラミンシアヌレートを含んでもよい。PTFEと共にメラミンシアヌレートを用いることにより、PTFEを単独で用いたときよりも、樹脂組成物硬化後の摩擦係数を低減させることができる。この場合、メラミンシアヌレートを樹脂組成物中に、30重量%以下で含有させることが望ましい。メラミンシアヌレートの含有量が30重量%を超えると、自己潤滑性ライナーの摩擦係数は下がるが、摩耗量は増える傾向がある。メラミンシアヌレートの構造は6員環構造のメラミン分子とシアヌル酸分子が水素結合で結合して平面状に配列し、その平面が互いに弱い結合で層状に重なり合い、二硫化モリブデン(MoS)やグラファイトのように、へき開のすべり構造となっている。このような構造が固体潤滑性に貢献していると考えられる。
PTFEと共にメラミンシアヌレートを用いることにより、固体潤滑剤としてPTFEを単独で用いたときよりも、得られる自己潤滑性ライナーの摩擦係数を低減させることができる。特に、両者の総含有量を30〜45重量%とすることにより、PTFE単独の場合と比較して自己潤滑性ライナーの摩擦係数を10%程度低下させることができることが分かった。
更に、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、良好な摺動性及び靭性を得る為に固体潤滑剤に加えて、熱可塑性樹脂を含んでもよい。特に粒子状の熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂組成物の硬化物に摺動性を付し、摩擦係数を低下させる効果がある。また、粒子状の熱可塑性樹脂は耐摩耗性も有する。そのため、固体潤滑剤の添加量が多い場合に、固体潤滑剤と粒子状の熱可塑性樹脂とを併用することで、硬化物の機械強度低下を抑制しながら、摺動性を向上させることができる。粒子状の熱可塑性樹脂としては、たとえば、平均粒子径(D50)が20〜50μmのポリエーテルエーテルケトン(以下、適宜「PEEK」と記載する)、平均粒子径(D50)が5〜10μmのナイロン6(PA6)、平均粒子径(D50)が13〜20μmのナイロン12(PA12)等の結晶性樹脂などを用いることができる。特に、PTFEとPEEKとを併用する熱硬化性樹脂組成物は、PTFEのみを含む熱硬化性樹脂組成物と比較して、硬化物の線膨張係数が小さくなる。したがって、PTFEとPEEKとを併用する熱硬化性組成物により、上述した図1に示す外輪部材12の内周面に自己潤滑性ライナー層14を形成した場合、金属製の外輪部材12の熱膨張または熱収縮に伴う自己潤滑性ライナー層14の内部応力が低下し、自己潤滑性ライナー層14の寸法変化量を抑制できる。
熱硬化性樹脂組成物の硬化物の摺動性及び靭性を向上させる観点から、粒子状の熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂組成物中、30重量%以下で含有されることが好ましい。更に、PEEKは、樹脂組成物の硬化物のガラス転移点を上昇させ、耐熱性を向上させる効果を奏する。樹脂組成物の硬化物の耐熱性向上の観点から、PEEKは熱硬化性樹脂組成物中、10重量〜30重量%含有されることが好ましい。
本発明の樹脂組成物には、自己潤滑性ライナーの強度を向上させる目的で、ガラス繊維を添加してもよい。ガラス繊維としては、断面形状が円形の円形断面ガラス繊維を用いてもよいし、断面形状が円形ではない異形断面ガラス繊維を用いてもよい。尚、本発明の樹脂組成物は、ガラス繊維の以外にも、強化繊維として、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカーのような無機系繊維を含有してもよい。
本発明の樹脂組成物は、更にリン酸塩を含んでもよい。リン酸塩は、樹脂組成物を自己潤滑性ライナーとして用いたときに初期馴染み性を向上し、リン酸塩無添加の場合よりも早期に摩擦係数を安定させることができる。リン酸塩は、樹脂組成物中、5重量%以下で含むことが好ましい。リン酸塩としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の第三リン酸塩、第二リン酸塩、ピロリン酸塩、亜リン酸塩又はメタリン酸塩が挙げられる。具体的には、リン酸三リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸水素ナトリウム、ピロリン酸リチウム、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、メタリン酸リチウム、メタリン酸マグネシウム、メタリン酸カルシウムなどが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、ヒュームドシリカを含んでもよい。ヒュームドシリカは、チクソ性を付与するために使用される。樹脂組成物は、チクソ性が不足すると摺動面に塗布した際に液だれしてライナー成形が困難となる。このため、ヒュームドシリカを添加してチクソ性を調整することができる。ヒュームドシリカは、樹脂組成物の5重量%以下で含むことが好ましい。ヒュームドシリカの添加量が5重量%を超えると、ライナーの摩耗量が増えるので好ましくない。
本発明の樹脂組成物は、更に、熱硬化性樹脂組成物を低粘度化して摺動面に塗布し易くするために希釈剤を含んでもよい。希釈剤としては、1,2エポキシ−3−(トリオキシ)プロパン、アルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、n-ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸グリシジルエーテル、スチレンオキサイド、エチルヘキシルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル等の反応性希釈剤が好ましい。本発明の熱硬化性樹脂組成物の特性(摺動性、耐熱性、加工性等)を損なわないために、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対する希釈剤の重量比は、(希釈剤)/(イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物)=0.65以下であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、室温において液状であることが望ましい。これにより、摺動部材の摺動面に容易に塗布することができ、塗布後、加熱することで硬化させることができる。航空機用途の場合は後述するAS81934規格の耐熱性要求を満足する必要があるということと、特許文献3(特開2011−247408号公報)のポリエーテルケトン系樹脂系ライナーと同程度以上の耐熱性を確保したいという2つの理由から本発明の樹脂組成物のガラス転位点Tgは150℃以上であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、液状の熱硬化性樹脂を樹脂のベースとして用いているので、PTFEを含む固体潤滑剤を混合することが容易であり且つ、熱可塑性樹脂をベース樹脂とした場合では配合できなかった10〜70重量%という高配合量でPTFE、又はPTFE及び粒子状の熱可塑性樹脂を添加することができるので、より低摩擦で摩耗の少ない自己潤滑性ライナーを製造することができる。
本発明では、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物とを含む熱硬化性樹脂組成物を前記摺動部材の摺動面に塗布し、加熱して熱硬化性樹脂組成物を硬化させることで自己潤滑性ライナーが形成された摺動部材の製造方法もまた提供される。この自己潤滑性ライナーは、所望の寸法に切削および/または研削により後加工することができるマシナブルライナーとなる。
本発明の摺動部材は、凹状の第1軸受面を有する外輪部材と第1軸受面上を摺動可能な凸状の第2軸受面を有する内輪部材とを備える球面滑り軸受になり得る。このような球面滑り軸受を製造する場合、最初に、本発明に従う熱硬化性樹脂組成物を摺動面としての第1軸受面又は第2軸受面に塗布する。次いで、第1軸受面又は第2軸受面に塗布された熱硬化性樹脂組成物を加熱して一次硬化させる。その後、外輪部材に内輪部材を挿入して、外輪部材をプレスして内輪部材の凸面に沿うように塑性変形させる。次いで、熱硬化性樹脂組成物を加熱により二次硬化させることにより前記自己潤滑性ライナーを形成することができる。
本発明の樹脂組成物及びそれより形成した自己潤滑性ライナーを備える摺動部材を実施例により説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
<熱硬化樹脂組成物の製造>
[実施例1〜16]
表1に示す樹脂組成物組成となるように、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物、固体潤滑剤、更に必要に応じて、希釈剤、熱可塑性樹脂、ガラス繊維、リン酸水素ナトリウム及びヒュームドシリカを均一に混合し、実施例1〜16の液状の樹脂組成物を調製した。尚、表1において、エポキシ化合物は、上記化学式(2)で表される化合物(TEPIC(登録商標))と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物である。また、表1においてジイソシアネート化合物(DI化合物)は、化学式(7)で表される2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)であり、ビスマレイミド化合物(BMI化合物)は、化学式(9)で表される4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンである。
[比較例1〜5]
比較例1〜5は、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を用いた樹脂組成物である。表2に示す樹脂組成物組成となるように、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物、固体潤滑剤、更に必要に応じて、希釈剤、熱可塑性樹脂、ガラス繊維、リン酸水素ナトリウム及びヒュームドシリカを均一に混合し、比較例1〜5の液状の樹脂組成物を調製した。尚、表2において、エポキシ化合物、ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物は、実施例1〜16と同様の化合物を用いた。
[比較例6]
比較例6は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、ビスフェノールA型エポキシ化合物を用いた樹脂組成物である。表3に示す樹脂組成物組成となるように、ビスフェノールA型エポキシ化合物であるビスフェノールAジグリセリド・エーテル(DGEBA)、硬化剤であるメチルテトラヒドロ無水フタル酸(Me−THPA)、硬化促進剤としてテトラフェニルホスホニウムブロマイド(TPP−PB)、ガラス繊維(日東紡績社製、商品名:PF80E−401、平均繊維長80μm×平均径φ11μm)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(喜多村社製、商品名:KT−60)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例6の液状の樹脂組成物を調製した。
[比較例7]
比較例7は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、ウレタンメタクリレートを用いたウレタン樹脂組成物である。表4に示す樹脂組成物組成となるように、ウレタンメタクリレート(LOCTITE社製、商品名:LOCTITE648)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(Dupont社製、商品名:MP−1300−J)、二硫化モリブデン(MoS)(大東潤滑社製、商品名:LM−11 Zパウダー)、ガラス繊維(FIBERTEC社製、商品名:Microglass9110、平均繊維長150μm×平均径φ16μm)、硬化剤(SIGMA−Aldrich社製、ベンゾイルパーオキサイド)、硬化促進剤(SIGMA−Aldrich社製、N,N−ジメチルアニリン)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例7の液状の樹脂組成物を調製した。
[比較例8]
比較例8は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、アクリレートを用いたアクリル樹脂組成物である。表5に示す樹脂組成物組成となるように、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(Sartomer社製、商品名:SR399)、トリエチレングリコールジメタクリレート(Sartomer社製、商品名:SR205)、アラミド繊維(Dupont社製、商品名:Kevlar パルプ DRY 0.8mm)、硬化剤(Norac社製、商品名:BENOX L−40LV)、硬化促進剤(SIGMA−Aldrich社製、4,N,N,−トリメチルアニリン)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例8の液状の樹脂組成物を調製した。
Figure 2015016323
Figure 2015016323
1)1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(TEPIC(登録商標)):43〜63重量%、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物:37〜57重量%(日産化学製、製品名:TEPIC−PAS B26)
2)DI化合物:2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)、90〜95重量%と、BMI化合物:4,4−ビスマレイミドジフェニルメタン、5〜10重量%の混合物(三菱ガス化学社製、製品名:BT2160)
3)DI化合物:2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)(三菱ガス化学社製、製品名:CA200)
4)希釈剤:1,2−エポキシ−3−(トリオキシ)プロパン
5)固体潤滑剤PTFE:ポリテトラフルオロエチレン樹脂(喜多村社製、商品名:KT−60)
固体潤滑剤MC:メラミンシアヌレート樹脂(BASF社製、商品名:MELAPUR
MC25)
6)熱可塑性樹脂PEEK(1):ポリエーテルエーテルケトン(Victrex社製、製品名:PEEK 150XF、平均粒子径:23μm)
熱可塑性樹脂PEEK(2):ポリエーテルエーテルケトン(Victrex社製、製品名:PEEK 150PF、平均粒子径:50μm)
7)ガラス繊維GF(1):円形断面のガラス繊維(日東紡績社製、商品名:PF80E−401、平均繊維長80μm×平均径φ11μm)
ガラス繊維GF(2):異形断面(長円形)のガラス繊維(日東紡績社製、商品名:SSF 05C−404、断面形状:7μm×28μm、繊維長:100μm)
8)ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)
Figure 2015016323
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<自己潤滑性ライナーの製造>
SUS630ステンレス鋼をH1150条件で熱処理した材料を用いて図1に示すような円筒状のスリーブ軸受(幅(軸方向長さ)12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)を作製した。このスリーブ軸受の内周面に実施例1〜16及び比較例1〜8で調製した樹脂組成物を、それぞれ、ディスペンサーを用いて均一に塗布した。次いで、塗布した樹脂組成物を加熱して樹脂組成物を硬化させ、内周面に自己潤滑性樹脂層を形成した。次いで、実施例1〜16及び比較例1〜6の樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性樹脂層ではライナーの厚さが0.25mmになるように、比較例7及び8の樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性樹脂層ではライナーの厚さが0.38mmになるように切削及び研削してマシナブルライナーを完成させた。
しかし、比較例3の樹脂組成物は評価試験を行うに値する膜(ライナー)を形成できなかった。したがって、比較例3を除く、実施例1〜16、比較例1、2及び4〜8で調製した樹脂組成物から形成したマシナブルライナーについて、以下に説明する評価1〜評価5により性能評価を行った。表7及び8に、評価1〜評価5の評価結果及び総合評価を示す。また、併せて、表7及び8に、実施例1、2、4、5、7〜10、12、14〜16、比較例1〜3及び5におけるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対する、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の重量比、(ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物)/(エポキシ化合物)、実施例3、6、11、13、比較例4におけるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対するジイソシアネート化合物の重量比、(ジイソシアネート化合物)/(エポキシ化合物)を示す。更に、表7及び8に、実施例1〜16及び比較例1〜5で調製した熱硬化性樹脂組成物中における、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物との合計含有量(重量%)を示す。
<マシナブルライナーの性能評価>
1.ラジアル静的限界荷重(静荷重試験)(評価1)
この試験におけるAS81934規格要求を下表に示す。AS81934規格では表6の左欄に示すように、スリーブ軸受の材料(アルミ合金とステンレス鋼)及び内径寸法ごとにラジアル静的限界荷重を定めている。実施例1〜16及び比較例1〜8で用いたスリーブ軸受の材料及び寸法からすれば、表6に記載の型式番号M81934/1−16C016に相当するので、最大試験荷重は140kN(31,400lb)とした。
Figure 2015016323
まず、図2に示すようにスリーブ軸受10を試験治具Tにセットする。試験治具Tは、軸部材32を支持する断面H字状の基部40と、軸部材32が挿入されたスリーブ軸受10のラジアル方向に負荷をかけるウエイト41と、基部40の下方に設置されたダイヤルゲージ42を有する。スリーブ軸受10の内周部に、炭素鋼製の軸部材32を嵌合させ、ラジアル方向に荷重を負荷する。荷重はラジアル静的限界荷重値140kN(31,400lb)まで徐々に増加させ、限界荷重値に達したら徐々に除荷させる。試験中はダイヤルゲージ42で変位を測定し、荷重をゼロに戻したときの永久歪量を荷重−変位曲線から読み取る。AS81934規格要求によると、このときの永久歪量(ラジアル静的限界荷重負荷後の最大許容永久歪量)は、0.051mm(0.002in)以下でなければならない。負荷後の永久歪量が0.051mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、永久歪量が0.051mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。
実施例1〜16、比較例1、2、4及び5〜8で調製した樹脂組成物から得られた自己潤滑性ライナーは、負荷後の永久歪量が0.051mm以下となり規格を満たした。
2.ラジアル荷重下での揺動試験(評価2)
揺動試験は、常温と温度163℃(+6℃/−0℃)の高温に対して行われる。この試験におけるAS81934規格要求は、常温揺動試験における許容可能なライナー摩耗量の上限値が、1,000サイクル後0.089mm(0.0035in)、5,000サイクル後0.102mm(0.0040in)、25,000サイクル後0.114mm(0.0045in)である。また、高温揺動試験における25,000サイクル後の摩耗量の上限値は0.152mm(0.0060in)である。
まず、常温揺動試験を以下のようにして行った。図2のようにスリーブ軸受B4を試験治具Tにセットして、表6の右欄に記載のような規格上の要求荷重73.5kN(16,500lb)をラジアル方向に掛けて静的に15分間保持する。15分経過後ダイヤルゲージ42の変位量をゼロにセットして軸32の揺動を開始する。軸部材32は±25°の角度範囲で揺動させる。角度位置0°から+25°まで行って0°へ戻り、次に−25°まで行って再度0°へ戻るまでを1サイクルとし、揺動速度は毎分10サイクル(10CPM)以上とする。今回の試験では毎分20サイクルとした。揺動試験中はダイヤルゲージ42から摩耗量を読み取り、記録する。高温揺動試験は、図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度163℃(+6℃/−0℃)に保つ以外は、常温揺動試験と同様の方法で試験を行った。
常温揺動試験25000サイクル後の摩耗量が0.114mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、摩耗量が0.114mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。また、高温揺動試験25000サイクル後の摩耗量が0.152mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、摩耗量が0.152mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。
常温揺動試験25000サイクル後の摩耗量は、全実施例1〜16及び比較例6〜8が0.114mm以下で規格を満たしたが、比較例1、2、4及び5が0.114mmを超えたために規格を満たさなかった。比較例1は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量に対する、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量の重量比が、(ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物)/(エポキシ化合物)=0.57と低く、一方、比較例2は、該重量比が5.40と高い。比較例1及び2は、エポキシ化合物の含有量に対する、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量の重量比が、0.65〜4.00の範囲外であるため、十分な耐摩耗性を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。比較例4は、PTFEの含有量が過剰であり、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量及びジイソシアネート化合物の含有量が低くなったため、十分な機械的強度を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。比較例5は、PTFEの含有量が低く、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量が高くなったため、十分な潤滑性が得られず耐摩耗性を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。
高温揺動試験25000サイクル後の摩耗量は、全実施例1〜16及び比較例7が0.152mm以下で規格を満たしたが、比較例1、2、4、5、6及び8が0.152mmを越えて規格を満たさなかった。比較例6で調製したビスフェノールA型エポキシ樹脂組成物、及び比較例8で調製したアクリル樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性ライナーは、常温揺動試験では規格を満たしたが、より過酷な試験である高温揺動試験では規格を満たすことができなかった。
3.耐油性確認試験(評価3)

この試験におけるAS81934規格要求は、耐油性確認試験後の許容可能なライナー磨耗量上限値が0.152mm(0.0060in)である。上記のようにして作製したマシナブルライナーを有するスリーブ軸受B4を温度71℃±3℃で、下記に示す6種類の油剤a〜fにそれぞれ24時間浸漬させた後、油剤から取り出して30分以内に上記の常温揺動試験を行った。ただし、油剤bについては温度43℃±3℃で、24時間浸漬させた。また、油剤eについては上記の揺動試験の75%の面圧条件とした。
油剤a.Skydrol(商標)500B作動液

油剤b.MIL−DTL−5624タービン燃料油JP4又はJP5

油剤c.MIL−PRF−7808潤滑油

油材d.MIL−PRF−5606油圧作動油
油剤e.AS8243凍結防止剤

油剤f.MIL−PRF−83282作動液
上記試験の結果、油剤に24時間浸漬させた後の揺動試験において、全ての油剤について、全実施例1〜16及び比較例6〜8では25,000サイクル後のライナー摩耗量が0.152mm以下であり規格を満たした。表7及び8において「○」で示す。一方、比較例1、2、4及び5は、全ての油剤についてライナー摩耗量が0.152mmを超えたために規格を満たさなかった。表7及び8において「×」で示す。
比較例1、2、4及び5の耐油性が低かった原因は、上述した(評価2)において比較例1、2、4及び5の耐摩耗性が低かった原因と同様であると推測される。
4.高温下における揺動試験(評価4)
図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度180℃、200℃、300℃の高温とした以外は、AS81934規格に従って行った上述のラジアル荷重下での揺動試験(評価2)と同様の条件で揺動試験を行い、揺動試験25000サイクル後の摩耗量を測定した。尚、本試験(評価4)は、上述の評価1〜3の評価結果が全て「○」であった全実施例1〜16及び比較例7について行った。また、比較例7に関しては、図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度200℃とした条件下でのみ磨耗量を測定した。摩耗量の測定結果を評価4として表7及び8に示す。なお、摩耗量はミリメートル(mm)で示されている。
本揺動試験においては、200℃で25000サイクル後の摩耗量が0.152mm以下であれば、高温下において十分な耐摩耗性を有すると判断した。表7に示すように、全ての実施例の200℃における25000サイクル後の摩耗量は0.152mm以下であり、高温下において十分な耐摩耗性を有することがわかった。一方、表8に示すように、比較例7の200℃における25000サイクル後の摩耗量は、0.152mmを超える0.187mmであり、高温下の耐摩耗性は不十分であった。
更に、本揺動試験においては、300℃で25000サイクル後の摩耗により、下地金属が露出しないライナーの厚さ(0.25mm以下)であれば、300℃において十分な耐摩耗性を有すると判断した。表7に示すように、全ての実施例の300℃における25000サイクル後の摩耗量は0.25mm以下であり、300℃においても十分な耐摩耗性を有することがわかった。
5.摩擦係数の測定(評価5)
図2の試験治具Tにトルク検出器を取り付け、AS81934規格に従って行った上述のラジアル荷重下での揺動試験(評価2)と同様の条件で揺動試験を行い、常温で揺動試験25000サイクル時のトルクを測定した。得られたトルクの値を用いて、下記式に従いライナーの摩擦係数を算出した。
(摩擦係数)=T/(Fxr)
T:トルク(Nm)
F:ラジアル荷重(N)
r:シャフトの半径(m)
尚、本測定(評価5)は、上述の評価1〜3の評価結果が全て「○」であった全実施例1〜16、評価1及び常温条件下の評価2が「○」であった比較例6〜8について行った。結果を表7及び8に示す。
表7及び8に示すように、比較例6〜8の摩擦係数は、0.043〜0.051であった。これに対し、実施例1〜16の摩擦係数の平均値は0.036であり、比較例6〜8と比較して10%以上低い値であった。これは、実施例1〜16の樹脂組成物が、固体潤滑剤であるPTFEを10重量%から最大70重量%含有するためと推測される。例えば、PTFEを多く含有する実施例5(70重量%)、では、摩擦係数が0.018と非常に低かった。
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6.総合評価
評価1〜3において、全てAS81934規格の要求を満たし、且つ評価4において200℃における揺動試験後の摩耗量が0.152mm以下である場合に総合評価を「○」とした。評価1〜3のいずれかにおいて、AS81934規格要求を満たさず、又は、評価4において200℃における揺動試験後の摩耗量が0.152mmを超える場合に総合評価を「×」とした。また、評価試験を行うに値する膜(ライナー)を得られなかった比較例3は、総合評価を「×」とした。結果を表7及び8に示す。全ての実施例1〜16は総合評価が「○」であり、全ての比較例1〜8は総合評価が「×」であった。
尚、比較例3で調製した樹脂組成物から評価試験を行うに値する膜(ライナー)を得られなかった原因は、次のように推測される。比較例3は、PEEKの含有量が過剰であり、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量、ジイソシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量が低くなったため、成膜性が低下したと推測される。
7.下地の面粗さの比較試験
自己潤滑性ライナー(マシナブルライナー)のスリーブ軸受の内周面に対する耐剥離性(付着性)について評価するために以下のように試料を作製した。前述の試験で用いたスリーブ軸受(幅12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)に樹脂組成物を塗布する前に、スリーブ軸受の内周面を、表9に示すような4種類の面粗度になるようにサンドブラスト処理により粗面化した。次いで実施例1で調製した樹脂組成物を塗布し、前述の試験に用いたマシナブルライナー作製時と同様の加熱条件で加熱して自己潤滑性樹脂層を形成した。この自己潤滑性樹脂層の厚さが0.25mmとなるまで切削及び研削して、スリーブ軸受の内径を25.4mmに仕上げた。こうして作製した4種類の面粗度の内周面にマシナブルライナーを備えたスリーブ軸受について以下のようなA〜Dの条件で試験を行い、剥離の有無を目視にて確認した。
A : 摺動面の切削による樹脂の剥離確認:上記マシナブルライナーを0.3mmの切込量で切削する旋盤加工を行い、加工中の剥離の有無を観察した。
B : 液体窒素(−196℃)中に15分間保持後、樹脂の剥離確認:液体窒素から取り出したときの剥離の有無を観察した。
C : 前述のAS81934規格に従って常温にて面圧275MPaで摺動させ、25,000サイクルまでの剥離有無を観測した。
D : 前述のAS81934規格に従って163℃にて面圧275MPa で摺動させ、25,000サイクルまでの剥離有無を観測した。
剥離試験の結果を表9に示す。表9中、○は剥離が無い場合、×は剥離が有った場合をそれぞれ示す。
Figure 2015016323
比較のために樹脂組成物を構成する熱硬化性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物を用いて上記と同様にして4種類の面粗度の内周面にマシナブルライナーを備えたスリーブ軸受を作製した。熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物は、本出願人による特開2011−247408の実施例1に記載の方法に従ってポリエーテルケトン70重量%、PAN系炭素繊維10重量%、PTFE20重量%で混合し、混合物を射出成型によりスリーブ軸受の内周面に形成し、このマシナブルライナーの厚さが0.25mmとなるまで切削及び研削した。このマシナブルライナーについても上記同様に接着性を試験し、その結果を表10に示す。
Figure 2015016323
表9の結果より本発明の樹脂組成物は面粗さがRa0.2〜4.0μmのいずれの場合でも剥離が見られなかった。一方、熱可塑性樹脂を用いた樹脂組成物からマシナブルライナーを構成した場合には、表10の結果より、スリーブ軸受の内周面をRa4.0μm程度の面粗度に処理しなければ、十分な接着力が得られないことが分かる。これらのことより、本発明に従う樹脂組成物からなるマシナブルライナーは、下地面の面粗さに依存せずに、良好な接着力を発揮することでき、本発明に従って自己潤滑ライナーを形成するために、粗面化処理が不要となることが分かった。
8.自己潤滑性ライナーの膜厚についての評価
自己潤滑性ライナーの膜厚について評価するために以下のように試料を作製した。前述の試験で用いたスリーブ軸受(幅12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)の内周面に実施例1、2、3及び比較例7で調製した樹脂組成物をそれぞれ、膜厚0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm及び2.0mmにディスペンサーを用いて塗布した。次いで、塗布した樹脂組成物を前述の試験に用いたマシナブルライナー作製時と同様の加熱条件で加熱して熱硬化させ、内周面に自己潤滑性ライナーを形成した。こうして作製した20種類のライナーを備えたスリーブ軸受について、熱硬化時の熱収縮による樹脂剥離、樹脂割れの有無を目視で評価した。結果を表11に示す。
Figure 2015016323
実施例1、2及び3で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーは、膜厚0.3〜2.0のいずれの場合でも樹脂割れ、剥離が見られなかった。一方、比較例7で調製したウレタン樹脂組成物から形成したライナーは、膜厚1.0mm以上で樹脂剥離、樹脂割れが確認された。この結果から、比較例7のウレタン樹脂組成物と比較して、実施例1、2及び3の樹脂組成物は、熱硬化時の収縮が小さく、樹脂剥離、樹脂割れを抑制して厚膜を形成可能であることがわかった。実施例1、2及び3の樹脂組成物は、厚膜のマシナブルライナーを形成できるため、切削、研削による寸法調整の範囲を広げることができる。
9.粒子状の熱可塑性樹脂(PEEK)の摩擦係数及び磨耗量への影響
粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKを樹脂組成物に含有させた場合の摩擦係数及び磨耗量への影響を評価するために、上述の試験(評価1〜5)で用いた実施例8、9、15及び16で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーについて以下に説明する試験を行った。実施例8は、固体潤滑剤であるPTFEを30重量%、直径23μmのPEEKを10重量%含有する樹脂組成物であり、実施例9は、PTFEを30重量%、直径50μmのPEEKを10重量%含有する樹脂組成物であり、実施例15は、PTFEを30重量%含有し、PEEKを含有しない樹脂組成物であり、実施例16は、PTFEを40重量%含有し、PEEKを含有しない樹脂組成物である。
実施例8、9、15及び16で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーについて、上述した摩擦係数の測定(評価5)と同様の方法を用い、1000、5000、10000、15000、20000及び25000サイクルにおける摩擦係数を得た。結果を表12に示す。また、上述した高温下における揺動試験(評価4)における揺動試験と同様の方法を用い1000、5000、10000、15000、20000及び25000サイクル後の磨耗量を測定した。結果を表13に示す。尚、摩擦係数の測定及び磨耗量の測定において、図2の試験治具Tの軸32とライナーの温度は300℃とした。
Figure 2015016323
Figure 2015016323
表12に示すように、25000サイクルにおいて、PTFEを30重量%含有し、PEEKを含有しない実施例15と比較して、PTFEを30重量%含有し、更にPEEKを10重量%含有する実施例8及び9は摩擦係数が低かった。PTFEを40重量%含有し、PEEKを含有しない実施例16と比較しても、実施例8の摩擦係数は実施例16の摩擦係数と同等であり、実施例9の摩擦係数は実施例16の摩擦係数より低かった。この結果から、粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKは、高温時(300℃)に固体摺動剤と同等の摩擦係数を低下させる効果を奏すると推測される。
表13に示すように、PTFEを含有し、PEEKを含有しない実施例15及び16と比較して、PTFEを含有し、更にPEEKを含有する実施例8及び9は磨耗量が少なかった。また、PTFEの引張強度は、13.7〜34.3MPa(文献値)、PEEKの引張強度は92MPa(文献値)であり、PEEKの方がPTFEより材料強度が高い。これらの結果及び事実から、粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKは、耐磨耗性を向上させる効果を奏すると推測される。
10.赤外吸収スペクトル測定
実施例4と、比較例6で調製した樹脂組成物を上述したマシナブルライナー製造時と同様の条件で熱硬化させた樹脂(硬化物)の赤外吸収スペクトル(FT―IR)を測定した。結果を図7に示す。
実施例4の赤外吸収スペクトルには、図7中に矢印(a)〜(d)で示すBT樹脂由来の吸収ピーク(833cm-1、1015cm-1、1507cm-1、1564cm-1)と(e)で示すイソシアヌル酸環の中のC=O結合による吸収ピーク(1701cm-1)が確認できた。イソシアヌル酸環の中のC=O結合による吸収ピークは1690〜1720cm-1の範囲に現れることが知られている。一方、比較例6のビスフェノールA型エポキシ樹脂の赤外吸収スペクトルには、これらの吸収ピークを全て確認することはできなかった。このように、化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物、ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含む樹脂組成物は、加熱により硬化してBT樹脂を含有する硬化物を形成することがわかった。そして、該硬化物は、833cm-1、1015cm-1、1507cm-1および1564cm-1付近にBT樹脂由来の吸収ピークと、1690〜1720cm-1の範囲にイソシアヌル酸環由来の吸収ピークと、を示すので、赤外吸収スペクトル測定を用いて他の種類のエポキシ樹脂と区別でき、特定することができる。
上記実施例では、本発明の樹脂組成物を図1に示すような形状のスリーブ軸受に適用したが、それに限らず種々の形状及び構造の摺動部材に適用することができる。
<球面滑り軸受>
球面滑り軸受20は、図3に示すように、凹球面状の内周面22aを有する外輪22と凸球面状の外周面26aを有する内輪26と、内周面22aと外周面26aとの間に形成されたマシナブルライナー24を有する。ライナー厚さは、例えば、0.25mm程度とすることができる。
球面滑り軸受20は、例えば、図4(a)〜図4(c)に示すようなスウェジ加工によるプロセスで製造することができる。最初に、外輪(本体)22の内周面(摺動面)22aに実施例2で調製した樹脂組成物24を塗布し、加熱して樹脂組成物を一次硬化させてマシナブルライナー(24)を形成する。その後、外輪22に内輪26を挿入する(図4(a))。次に、スウェジ加工によって外輪22を内輪26の外周面に倣うようにプレスで塑性変形させる(図4(b))。次に、マシナブルライナー24を加熱して二次硬化を行う。次いで、切削加工によって外輪22の外側の仕上げを行い、球面滑り軸受20を完成させることができる(図4(c))。
樹脂組成物の一次硬化後は、スウェジ加工において、外輪の変形に樹脂組成物が追従することにより、球面滑り軸受に均一な厚さのライナーが形成される。
<ロッドエンド球面滑り軸受>
上記球面滑り軸受20をロッドエンドボディ50に組み込んだロッドエンド球面滑り軸受60の例を図5に示す。ロッドエンドボディ50は、球面滑り軸受20を組み込む貫通穴52aを有する頭部52と、メネジ又はオネジ56を設けた軸部54からなる。軸部54は頭部52から貫通穴52aの半径方向に延在する略円筒体である。球面滑り軸受20は貫通穴52aに挿入された後、貫通穴52aの縁に形成されているV溝(不図示)をカシメることによってロッドエンドボディ50に固定される。
<リーマボルト>
図6に示すようなリーマボルト70は、頭部72と、大径の軸部74と、小径のオネジ部76からなる本体部と、軸部74の外周面(摺動面)に設けられたマシナブルライナー74aとを備える。マシナブルライナー74aは、上記のいずれかの実施例の樹脂組成物を実施例に記載したような方法で均一に塗布し、硬化させることで形成される。リーマボルト70の本体部は、例えば、SUS630から形成されている。ライナー74a厚さは0.25〜0.5mm程度とすることができる。
リーマボルト70は、たとえば船舶のプロペラ軸、航空機の可動翼、自動車エンジンのコンロッドなどの高トルクを伝達する重要連結部に用いられる。このような重要連結部に用いられるリーマボルト70はボルト穴との嵌め合いをガタがないような高精度の嵌め合いにする必要がある。従って、リーマボルト70の軸部74は高精度に仕上げられるが、それでも組立時にボルト側で寸法調整ができた方が有利である。本発明に従うリーマボルトはマシナブライナー74aを有するため、樹脂を硬化させた後でもユーザ側で容易に胴部の外径寸法を調整することができる。また、組立時や分解時にボルトを挿入したり、抜いたりしても自己潤滑性であるマシナブルライナー74aを軸部74に有するのでカジリなどが発生せず、長寿命のリーマボルト70がもたらされる。
本発明を実施例により説明してきたが、本発明はそれらに限定されることなく、特許請求の範囲内において種々に形態又は態様で具現化することができる。例えば、前記具体例においては、球面滑り軸受及びロッドエンド球面滑り軸受の外輪の内周面に自己潤滑性ライナーを形成したが、内輪の外周面に自己潤滑性ライナーを形成してもよい。また、摺動部材として、球面滑り軸受、ロッドエンド球面滑り軸受及びリーマボルトを例に挙げて説明したが、本発明はそれらに限らず自己潤滑性ライナーを有する摺動部材であれば任意の摺動部材に適用することができる。特に、上記実施形態では、部材やパーツの回転運動に使用される摺動部材を例に挙げて説明したが、本発明の摺動部材は、回転運動に限らず、部材やパーツの並進(直動)運動、揺動運動、それらの組み合わせ運動など任意の方向の摺動運動に使用される摺動部材も包含している。
以上説明してきたように、本発明の樹脂組成物は、摺動部材の摺動面に塗布して加熱することで自己潤滑性ライナーとして利用することができる。硬化した樹脂組成物の被塗布面(下地面)への接着が極めて強固であるので、被塗布面を粗面化する処理は省略可能となる。それゆえ、作業の安全性を確保しつつ比較的多量のPTFEを含有させることができ、設備コストも安価にすることができる。このように形成した自己潤滑性ライナーは、スリーブ軸受及び球面滑り軸受などの滑り軸受を含む各種の摺動部材に形成することができる。また、本発明の樹脂組成物により形成された自己潤滑性ライナーを摺動部材が備えることによって、ライナー面の切削や研削などが可能となり、エンドユーザ側で軸を組み付ける際に軸受の内径寸法の微調整が可能となる。それゆえ、本発明の樹脂組成物及びそれより形成される自己潤滑性ライナーを備える摺動部材は、船舶、航空機、自動車、電子製品、家電などの広範な分野で極めて有用となる。
10 スリーブ軸受
20 球面滑り軸受、22 外輪、 24 マシナブルライナー
26 内輪
40 基部
50 ロッドエンドボディ
60 ロッドエンド球面滑り軸受
70 リーマボルト、72 頭部、74 大径軸部、76 小径オネジ部、74a マシナブルライナー
T 試験冶具
本発明は、無潤滑滑り軸受及びリーマボルトのような摺動部材の自己潤滑性ライナーを形成するための熱硬化性樹脂組成物及び自己潤滑性ライナーを備えた摺動部材、並びにそのような摺動部材の製造方法に関する。
回転運動や並進運動の軸を摺動面にて保持する滑り軸受は広範な用途に使用されており、特に、摺動面に潤滑油を使用しない無潤滑滑り軸受は、低摩擦係数、高耐久性、高耐荷重性、高耐熱性、高耐油性などが要求される船舶や航空機等の用途に使用されている。
このような無潤滑滑り軸受として、特許文献1には、凹状の第1の軸受面を有する外輪部材と、第1の軸受面に対して摺動可能である凸状の第2の軸受面とを有する内輪部材とを備える、高荷重用途のための球面滑り軸受が開示されている。この球面滑り軸受は、外輪部材及び内輪部材の一方の部材がチタン合金製であり、その表面に物理的気相成長法(PVD)により形成された窒化チタンの軸受面を有している。他方の部材の軸受面は、樹脂で形成された潤滑ライナーを有している。潤滑ライナーは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とポリアラミドの繊維からなり且つフェノール樹脂組成で飽和しているファブリックで構成されている。
特許文献2には、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート20重量%以上及びポリテトラフルオロエチレン等の固体潤滑剤10重量%以上を含む熱硬化性アクリル系組成物からなる自己潤滑コーティングが開示されている。この自己潤滑コーティングには、トリエチレングリコールジメタクリレート20重量%以上及びアラミドパルプ1重量%以下を添加してもよいとされている。この文献には、更に、自己潤滑コーティングをライナーとして外輪の内周面に施したスリーブ軸受も開示されている。
本出願人による特許文献3は、航空機等の用途に適した滑り軸受を開示している。この滑り軸受は、摺動面に形成された自己潤滑性ライナーを有し、その自己潤滑性ライナーは、ポリエーテルケトン系樹脂を60〜80重量%、PTFEを10〜30重量%、炭素繊維を5〜15重量%、アラミド繊維を15重量%以下で混合した自己潤滑性樹脂組成物からなり、炭素繊維とアラミド繊維の合計含有量が10〜25重量%であり、自己潤滑性ライナーを形成する金属面は、表面粗度Ra(中心線平均粗さ)4.0μm以上かつRmax(最大高さ)30.0μm以上である。
特開2007−255712号公報 米国特許第6180574号公報 特開2011−247408号公報
特許文献1〜3に開示された無潤滑滑り軸受は、航空機等に組み込まれて使用されるため、前述のように低摩擦係数、高耐荷重性、耐熱性、耐油性などが要求されるが、更に、機体メーカー側からは、スリーブ軸受のような滑り軸受を組み込む工程において、滑り軸受の摺動面を研削又は切削によって寸法調整を行うことにより、軸側の寸法調整を行わずに嵌め合い調整を行いたいという要望がある。
しかしながら、特許文献1の繊維状の潤滑ライナーは、後加工を行うと繊維が切断されてライナーとして機能しなくなってしまうので、研削又は切削によって寸法調整を行うことができない。
また、特許文献2の熱硬化性アクリル樹脂をベースとする自己潤滑コーティングは、高温下における耐摩耗性及び摩擦係数が、航空機等に組み込まれて使用される滑り軸受としては不十分である。高温下における耐摩耗性がより高く、摩擦係数がより低い自己潤滑コーティングが望まれている。また、滑り軸受の摺動面を研削又は切削によって寸法調整を行う場合、寸法調整可能な範囲を大きくとれるように自己潤滑コーティングの膜厚は厚い方が好ましいが、熱硬化時の熱収縮が比較的大きい熱硬化性アクリル樹脂を用いて厚膜の自己潤滑コーティングを形成すると、膜剥がれ、ひび割れ等を起こす虞がある。
特許文献3の自己潤滑性ライナーは、熱可塑性樹脂であるポリエーテルケトン系樹脂をベースとするため、生産性の高い射出成型法を用いて製造することができるが、ライナーの外輪内周面の密着性を向上させるために外輪内周面の表面粗さを粗くするブラスト処理を予め必要とする。更に、ポリエーテルケトン系樹脂のような熱可塑性樹脂に固体潤滑剤であるPTFEを配合する際に、配合量を30重量%未満に制限する必要がある。これは次のような理由による。樹脂混錬時及び射出成形時には、PTFEが高温と高圧に曝されて融点以上に加熱されるため、分解ガスを発生する。このような分解ガスは安全性の見地から回避する必要がある。このためPTFE添加量を抑制している。しかしながら、ライナーの潤滑性を向上させるためには、PTFEの添加量を増やすことが望ましい。
上記のような状況の下、十分なPTFEの添加量を安全に確保でき、且つ、下地面を粗面化する処理を必須としない自己潤滑性ライナー用の樹脂組成物が要望されていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低摩擦係数、高耐久性、高耐荷重性、高耐熱性、高耐油性を有するとともに、硬化後は研削又は切削によって寸法調整を行うことが可能であり、下地面を粗面化する処理を必ずしも必要としない自己潤滑性ライナーを形成するための樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような樹脂組成物よりなる自己潤滑性ライナーを有する摺動部材を提供することをも目的とする。
本発明の第1の態様によれば、自己潤滑性ライナー用の熱硬化性樹脂組成物であって、下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物と、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレン樹脂とを含有し、前記固体潤滑剤は、前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含まれ、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、下記式(1)中、X、Y及びZのうち、少なくとも2つがエポキシ基を有する基である化合物を含むことを特徴とする熱硬化性樹脂組成物が提供される。
Figure 2015016323
(化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
本態様において、熱硬化性樹脂組成物が、ジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物のうちジシアネート化合物のみを含む場合に、即ち、ビスマレイミド化合物を含まない場合には、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジシアネート化合物(M)の重量比(M/L)0.65〜4.00であってもよい。
また、本態様において、熱硬化性樹脂組成物が、ジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物の両方を含む場合に、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であってもよい。
本態様において、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、化学式(1)中のX、Y、Z全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物とを含んでいてもよい。
前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンであってもよく、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物であってもよい。また、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンと、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物との両方を含んでもよい。
本態様において、前記ジシアネート化合物は、芳香族ジシアネート化合物であってもよく、下記化学式(6)で示される化合物であってもよい。また、前記ジシアネート化合物は、2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパンであってもよい。
Figure 2015016323
(化学式(6)中、Rは置換または非置換のアルキレン基である。)
前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含有し、前記ジシアネート化合物と前記ビスマレイミド化合物が反応して、ビスマレイミドトリアジン樹脂を形成してもよい。前記ビスマレイミド化合物は、芳香族ビスマレイミド化合物であってもよく、4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンであってもよい。
前記熱硬化性樹脂組成物は、更に、熱可塑性樹脂を含んでもよく、前記熱可塑樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであってもよい。
本発明の第2の態様に従えば、摺動部材であって、摺動面を有する本体と、前記摺動面上に形成された熱硬化性樹脂組成物から形成される自己潤滑性ライナーとを含み、前記熱硬化性樹脂組成物は、上記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、固体潤滑剤と、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有し、前記固体潤滑剤は、前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含まれ、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であり、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、下記式(1)中、X、Y及びZのうち、少なくとも2つがエポキシ基を有する基である化合物を含むことを特徴とする摺動部材が提供される。
前記摺動部材は、滑り軸受であってもよく、前記滑り軸受は、球面滑り軸受であってもよい。また、前記摺動部材が、頭部と軸部とネジ部とを有し、前記自己潤滑性ライナーが前記軸部の外周面に形成されていてもよい。
本発明の第3の態様に従えば、摺動部材の製造方法であって、本体の摺動面に熱硬化性樹脂組成物を塗布するステップと、前記摺動面に塗布した前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、自己潤滑性樹脂層を形成するステップを含み、前記熱硬化性樹脂組成物が、下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、固体潤滑剤と、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有し、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、下記式(1)中、X、Y及びZのうち、少なくとも2つがエポキシ基を有する基である化合物を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法が提供される。
Figure 2015016323
(化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
本態様において、熱硬化性樹脂組成物は、たとえばポリテトラフルオロエチレン樹脂を前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含有してもよい。また、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、前記ジシアネート化合物(M)の合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)を20〜90重量%としたときに、前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00とするのがよい。
本態様の摺動部材の製造方法は、更に、前記自己潤滑性樹脂層を所望の寸法に切削又は研削することを含んでもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、摺動面に塗布し、その後に加熱によって硬化させることができる。硬化の際には熱可塑性樹脂を用いる場合のような高温・高圧条件が不要であるので、たとえばポリテトラフルオロエチレン樹脂を高圧下で融点以上に加熱して分解ガスを発生させるような心配が無く、固体潤滑剤として比較的多量のポリテトラフルオロエチレン樹脂を安全に添加することができる。更に、硬化した樹脂組成物の被塗布面(下地面)への接着が極めて強固であるので、予め被塗布面を粗面化する処理を省略することも可能である。もちろん、より高い接着硬度が求められる場合は、被塗布面を粗面化してから本発明の熱硬化性樹脂組成物を塗布して硬化させてもよい。これらのことにより、作業の安全性及び省電力性を向上させ、設備コストも安価にすることができる。また、硬化した樹脂組成物は容易に切削や研削ができるために、寸法調整などの後加工が可能であるマシナブルライナーを提供することができる。本発明の摺動部材の製造方法によって、摺動面に自己潤滑性ライナーを備えるリーマボルトや滑り軸受などの摺動部材を、容易に、低コストで且つ高精度で製造することが可能となる。
図1(a)は本発明に従うスリーブ軸受の軸方向に沿って切断した縦断面図であり、図1(b)は、軸と直交する方向に切断した横断面図である。 実施例で製造したスリーブ軸受をセットした試験治具の断面構造を示す図である。 本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを有する球面滑り軸受の構造を示す断面図である。 図4(a)〜(c)は、本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを有する球面滑り軸受の製造プロセスを説明する図である。 図5(a)及び(b)は、本発明に従う球面滑り軸受を組み込んだロッドエンド球面滑り軸受の縦断面図及び横断面図である。 本発明の樹脂組成物で形成した自己潤滑性ライナーを軸表面に有するリーマボルトの外観を示す図である。 実施例4及び比較例6で調製した熱硬化性樹脂組成物の硬化物の赤外吸収スペクトルである。
本発明の熱硬化性樹脂組成物及びそれにより形成された自己潤滑性ライナーを有する摺動部材について以下に説明する。
<摺動部材>
最初に、本発明の熱硬化性樹脂組成物により形成された自己潤滑性ライナーを有する摺動部材の例を図1(a)及び(b)を参照しながら説明する。図1(a)及び(b)に示すスリーブ軸受10は、軸受鋼、ステンレス鋼、ジュラルミン材、チタン合金などの金属から形成された円筒状の外輪部材(本体)12と、外輪部材12の内周面(摺動面)に形成された自己潤滑性ライナー層14とを有する。自己潤滑性ライナー層14は自己潤滑性を有する樹脂層であり、以下に記載する本発明の熱硬化性樹脂組成物を外輪部材12の内周面に塗布し、硬化させることで形成される。自己潤滑性ライナーは、切削および/または研削により寸法調整が容易であり、この意味で適宜「マシナブルライナー」(加工可能なライナー)と呼ぶことがある。なお、摺動部材は少なくともその一部に摺動面を有する部材であれば特に限定されない。したがって、回転運動や並進(直動)運動に使用されるスリーブ軸受のみならず、後述するような球面すべり軸受、リーマボルトなどの種々の摺動部材が包含され、これらの摺動部材も本発明の対象である。
<熱硬化性樹脂組成物>
熱硬化性樹脂組成物は、主に樹脂を構成する成分として、下記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を含む(以下、単に、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物という)。
Figure 2015016323
化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、又はX、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物である。
化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物において、X、Y及びZは、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましい。例えば、X、Y及びZは、エポキシ基であってもよく、グリシジル基のようなエポキシ基で置換されたアルキル基であってもよく、エポキシ基で置換されたアリール基であってもよい。また、X、Y、Zは、互いに同一の基であっても、異なる基であってもよい。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、摺動面に塗布できて、硬化後に摩耗の少ない自己潤滑性ライナーを形成できるものが好ましい。このような観点から、エポキシ環を有する基は、グリシジル基であることが好ましい。化学式(1)中、X、Y、Zの全てがグリシジル基であるエポキシ化合物は、下記化学式(2)で表される、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンである(別名:トリスエポキシプロピルイソシアヌレート、Tris(2,3−epoxypropyl)isocyanurate、以下、適宜「TEPIC」(登録商標)と記載する)。
Figure 2015016323
化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物において、エポキシ環を有する基は、上述の化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましく、グリシジル基であることがより好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基としては、置換又は非置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基等が挙げられる。自己潤滑性ライナーを形成する観点からは、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さない基は、非置換のアルキル基が好ましく、また、アクリル酸エステル構造を有するC、H及びOのみからなる基、メタクリル酸エステル構造を有するC、H及びOのみからなる基が好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物としては、下記化学式(3)で表される1−メチル−3,5−ビス−オキシラニルメチル−[1,3,5]トリアジン−2,4,6−トリオン、下記化学式(4)で表されるアクリル酸2−(3,5−ビス−オキシラニルメチル−2,4,6−トリオキソ−[1,3,5]トリアジン−1−イル)エチルエステル、下記化学式(5)で表される2−メチル−アクリル酸2−(3,5−ビス−オキシラニルメチル−2,4,6−トリオキソ−[1,3,5]トリアジン−1−イル)エチルエステルが挙げられる。
Figure 2015016323
化学式(3)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つがメチル基であるエポキシ化合物である。
Figure 2015016323
化学式(4)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つにアクリル酸エステル構造を有するエポキシ化合物である。
Figure 2015016323
化学式(5)で示される化合物は、化学式(1)中のX、Y、Zのうちの2つがグリシジル基であり、残りの1つにメタクリル酸エステル構造を有するエポキシ化合物である。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物において、エポキシ環を有する基は、上述の化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、エポキシ環を有する基であれば特に限定されないが、エポキシ環を有しており、且つH、C及びOのみからなる基が好ましく、グリシジル基がより好ましい。
化学式(1)中、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物において、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、上述の化学式(1)中、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物と同様に、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。
本発明のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、上述した化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の3種類を単独で用いてもよいし、2種類又は3種類を任意の比率で混合して用いてもよい。例えば、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物として、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と酸無水物との付加反応物を用いてもよい。エポキシ環と酸無水物とを付加反応させることによりエポキシ環を開環させ、X、Y、Zのうちの1つ、又は2つの基からエポキシ環を消滅させることができる。したがって、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と酸無水物との付加反応物は、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物と、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の混合物である。例えば、上述した化学式(2)で表されるTEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物が挙げられる。更に、本発明のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物として、TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物を用いることもできる。TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物は、化学式(1)中、X、Y、Zの全てがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基である化合物、X、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基である化合物の3種類の化合物の混合物である。TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物において、TEPIC(登録商標)と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との重量比は、例えば、(TEPIC):(TEPICとプロピオン酸無水物との付加反応生成物)=43:57〜63:37とすることができる。
化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、熱硬化性を有することに加えて耐熱性が非常に優れているため、摺動部材の自己潤滑性ライナーなどに好適となる。特に、航空機に組み込まれる摺動部材として使われるためには、163℃以上の耐熱性が要求されるが、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物はこのような用途にも好適である。また、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、熱硬化時の収縮が小さいため熱硬化時の膜剥れやひび割れが抑制され、厚膜の硬化物を得ることができる。厚膜の硬化物を得られるため、切削、研削によりマシナブルライナーの寸法調整を行う場合、寸法調整可能な範囲を大きくとることができる。
イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の熱硬化性樹脂組成物中の含有量は、5〜60重量%が好ましい。5重量%未満であると樹脂の流動性が不足し、塗布することが困難となる虞があり、ライナー強度も不足する傾向がある。60重量%を超えると後述する固体潤滑剤の含有量が少なくなるために潤滑性が低下する傾向がある。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、更にジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を含有する。ジシアネート化合物は、分子内に2個のシアネート基を有する化合物であれば特に限定されないが、機械的強度と耐熱性の観点から分子内に芳香環を有する芳香族ジシアネート化合物が好ましい。例えば、下記化学式(6)で示される化合物を用いることができる。下記化学式(6)において、Rは、置換または非置換のアルキレン基である。
Figure 2015016323
化学式(6)で示される化合物としては、下記の化学式(7)に示す2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)が挙げられる。
Figure 2015016323
本樹脂組成物を加熱すると、ジシアネート化合物は3量化してトリアジン構造(イソシアヌル酸環)を形成してトリアジン樹脂となる。更に、トリアジン樹脂は、上述したイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とも共重合して架橋し、硬化物を形成する。即ち、ジシアネート化合物は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を熱硬化させる硬化剤と同様の働きをする。そのため、本発明の樹脂組成物は、エポキシ化合物を有するにもかかわらず、硬化剤を含有する必要がない。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジシアネート化合物との硬化物は、耐摩耗性に優れる高架橋密度の硬化物であり、耐熱温度300℃以上の高耐熱性を有する。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、ジシアネート化合物に代えて、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を用いてもよい。該混合物に用いるジシアネート化合物は、上述のジシアネート化合物と同様の物質を用いることができる。ビスマレイミド化合物は、2個のマレイミド構造を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、下記化学式(8)で示される化合物を用いることができる。下記化学式(8)において、Rは、置換若しくは非置換のアルキレン基、又は置換若しくは非置換のアリール基である。
Figure 2015016323
また、ビスマレイミド化合物は、機械的強度と耐熱性の観点から分子内に芳香環を有する芳香族ビスマレイミド化合物が好ましい。例えば、下記化学式(8)において、Rが置換若しくは非置換のアリール基である化合物である。芳香族ビスマレイミド化合物として、例えば、下記の化学式(9)に示す4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンが挙げられる。
Figure 2015016323
ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を含有する樹脂組成物を加熱すると、上述のようにジシアネート化合物からトリアジン樹脂が形成される。そして、ビスマレイミド化合物は、トリアジン樹脂のトリアジン環とラダー構造をとる末端不飽和2重結合を有するため、加熱によりトリアジン樹脂と複雑に架橋し合い、分子の絡み合った相互侵入網目構造(IPN:interpenetrating polymer
network)を有するビスマレイミドトリアジン樹脂(以下、適宜「BT樹脂」と記す)を形成する。更に、BT樹脂は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とも共重合して架橋し、硬化物を形成する。このように、BT樹脂も、ジシアネート化合物と同様にイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物を熱硬化させる硬化剤と同様の働きをする。イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とBT樹脂との硬化物は、上述のイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物とジシアネート化合物との硬化物と同様に、耐摩耗性に優れる高架橋密度の硬化物であり、耐熱温度300℃以上の高耐熱性を有する。
ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の熱硬化性樹脂組成物中の含有量は、例えば、10〜50重量%とすることができる。
また、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)の重量比(M:L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N):L)は、65:100〜400:100である。即ち、樹脂組成物中において、イソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂(L)に対する、ジシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00である。前記重量比が0.65未満であると、樹脂の硬化不良が起こり耐熱性と強度が低下し、4.00を超えると硬化速度が著しく低下する。
また、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合において、ジシアネート化合物と、ビスマレイミド化合物との重量比は、例えば、(ジシアネート化合物(M)):(ビスマレイミド化合物(N))=90:10〜95:5とすることができる。
熱硬化性樹脂組成物中における、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)の合計含有量(L+M)、又はイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20重量%〜90重量%である。20重量%未満であると樹脂の機械的強度が低下し、90重量%を超えると樹脂の耐摩耗性が低下する虞がある。
本発明の樹脂組成物は、固体潤滑剤を含む。固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下、適宜「PTFE」と略する)を樹脂組成物中、10〜70重量%含有することが好ましく、30〜60重量%含有することがより好ましい。PTFEは、粉末状や繊維状など任意の形態のものを単独又は組み合わせて使ってもよい。PTFE粉末の粒子又は繊維は、その表面をナトリウムナフタレンでエッチング後にエポキシ変性アクリレートで被覆する表面処理を施してもよい。このような表面処理を施すことで、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物より生成するエポキシ樹脂との親和性が高まり、エポキシ樹脂との結合がより強固となる。これにより、本発明の樹脂組成物を自己潤滑性ライナーとして用いた時に、摺動時にPTFE粒子及び繊維が自己潤滑性ライナーから脱落するのを抑制することができ、自己潤滑性ライナーの摩耗量を少なくすることができる。
PTFEの平均粒子径又は繊維長は、75μm〜180μmにすることが好ましい。こうすることで、PTFEの添加量を増やしても凝集が起こりにくくなり、硬化後に表面に存在するPTFEの面積率を増やしつつ、均一に分布させることが可能となる。PTFEの平均粒子径や繊維長が75μmより小さいと、粘性を有する樹脂の混錬時にPTFEの凝集が起こり易くなり、硬化後の樹脂表面におけるPTFEの均一に分布し難くなる可能性がある。また、PTFEの平均粒子径又は繊維長が、75μm〜180μmの範囲外であると自己潤滑性ライナーの摩耗量が比較的多くなる。
本発明ではPTFE以外の固体潤滑剤を用いることもできる。たとえば、グラファイトやメラミンシアヌレートを含んでもよい。PTFEと共にメラミンシアヌレートを用いることにより、PTFEを単独で用いたときよりも、樹脂組成物硬化後の摩擦係数を低減させることができる。この場合、メラミンシアヌレートを樹脂組成物中に、30重量%以下で含有させることが望ましい。メラミンシアヌレートの含有量が30重量%を超えると、自己潤滑性ライナーの摩擦係数は下がるが、摩耗量は増える傾向がある。メラミンシアヌレートの構造は6員環構造のメラミン分子とシアヌル酸分子が水素結合で結合して平面状に配列し、その平面が互いに弱い結合で層状に重なり合い、二硫化モリブデン(MoS)やグラファイトのように、へき開のすべり構造となっている。このような構造が固体潤滑性に貢献していると考えられる。
PTFEと共にメラミンシアヌレートを用いることにより、固体潤滑剤としてPTFEを単独で用いたときよりも、得られる自己潤滑性ライナーの摩擦係数を低減させることができる。特に、両者の総含有量を30〜45重量%とすることにより、PTFE単独の場合と比較して自己潤滑性ライナーの摩擦係数を10%程度低下させることができることが分かった。
更に、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、良好な摺動性及び靭性を得る為に固体潤滑剤に加えて、熱可塑性樹脂を含んでもよい。特に粒子状の熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂組成物の硬化物に摺動性を付し、摩擦係数を低下させる効果がある。また、粒子状の熱可塑性樹脂は耐摩耗性も有する。そのため、固体潤滑剤の添加量が多い場合に、固体潤滑剤と粒子状の熱可塑性樹脂とを併用することで、硬化物の機械強度低下を抑制しながら、摺動性を向上させることができる。粒子状の熱可塑性樹脂としては、たとえば、平均粒子径(D50)が20〜50μmのポリエーテルエーテルケトン(以下、適宜「PEEK」と記載する)、平均粒子径(D50)が5〜10μmのナイロン6(PA6)、平均粒子径(D50)が13〜20μmのナイロン12(PA12)等の結晶性樹脂などを用いることができる。特に、PTFEとPEEKとを併用する熱硬化性樹脂組成物は、PTFEのみを含む熱硬化性樹脂組成物と比較して、硬化物の線膨張係数が小さくなる。したがって、PTFEとPEEKとを併用する熱硬化性組成物により、上述した図1に示す外輪部材12の内周面に自己潤滑性ライナー層14を形成した場合、金属製の外輪部材12の熱膨張または熱収縮に伴う自己潤滑性ライナー層14の内部応力が低下し、自己潤滑性ライナー層14の寸法変化量を抑制できる。
熱硬化性樹脂組成物の硬化物の摺動性及び靭性を向上させる観点から、粒子状の熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂組成物中、30重量%以下で含有されることが好ましい。更に、PEEKは、樹脂組成物の硬化物のガラス転移点を上昇させ、耐熱性を向上させる効果を奏する。樹脂組成物の硬化物の耐熱性向上の観点から、PEEKは熱硬化性樹脂組成物中、10重量〜30重量%含有されることが好ましい。
本発明の樹脂組成物には、自己潤滑性ライナーの強度を向上させる目的で、ガラス繊維を添加してもよい。ガラス繊維としては、断面形状が円形の円形断面ガラス繊維を用いてもよいし、断面形状が円形ではない異形断面ガラス繊維を用いてもよい。尚、本発明の樹脂組成物は、ガラス繊維の以外にも、強化繊維として、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカーのような無機系繊維を含有してもよい。
本発明の樹脂組成物は、更にリン酸塩を含んでもよい。リン酸塩は、樹脂組成物を自己潤滑性ライナーとして用いたときに初期馴染み性を向上し、リン酸塩無添加の場合よりも早期に摩擦係数を安定させることができる。リン酸塩は、樹脂組成物中、5重量%以下で含むことが好ましい。リン酸塩としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の第三リン酸塩、第二リン酸塩、ピロリン酸塩、亜リン酸塩又はメタリン酸塩が挙げられる。具体的には、リン酸三リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸水素ナトリウム、ピロリン酸リチウム、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、メタリン酸リチウム、メタリン酸マグネシウム、メタリン酸カルシウムなどが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、ヒュームドシリカを含んでもよい。ヒュームドシリカは、チクソ性を付与するために使用される。樹脂組成物は、チクソ性が不足すると摺動面に塗布した際に液だれしてライナー成形が困難となる。このため、ヒュームドシリカを添加してチクソ性を調整することができる。ヒュームドシリカは、樹脂組成物の5重量%以下で含むことが好ましい。ヒュームドシリカの添加量が5重量%を超えると、ライナーの摩耗量が増えるので好ましくない。
本発明の樹脂組成物は、更に、熱硬化性樹脂組成物を低粘度化して摺動面に塗布し易くするために希釈剤を含んでもよい。希釈剤としては、1,2エポキシ−3−(トリオキシ)プロパン、アルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、n-ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸グリシジルエーテル、スチレンオキサイド、エチルヘキシルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル等の反応性希釈剤が好ましい。本発明の熱硬化性樹脂組成物の特性(摺動性、耐熱性、加工性等)を損なわないために、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対する希釈剤の重量比は、(希釈剤)/(イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物)=0.65以下であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、室温において液状であることが望ましい。これにより、摺動部材の摺動面に容易に塗布することができ、塗布後、加熱することで硬化させることができる。航空機用途の場合は後述するAS81934規格の耐熱性要求を満足する必要があるということと、特許文献3(特開2011−247408号公報)のポリエーテルケトン系樹脂系ライナーと同程度以上の耐熱性を確保したいという2つの理由から本発明の樹脂組成物のガラス転位点Tgは150℃以上であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、液状の熱硬化性樹脂を樹脂のベースとして用いているので、PTFEを含む固体潤滑剤を混合することが容易であり且つ、熱可塑性樹脂をベース樹脂とした場合では配合できなかった10〜70重量%という高配合量でPTFE、又はPTFE及び粒子状の熱可塑性樹脂を添加することができるので、より低摩擦で摩耗の少ない自己潤滑性ライナーを製造することができる。
本発明では、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物とを含む熱硬化性樹脂組成物を前記摺動部材の摺動面に塗布し、加熱して熱硬化性樹脂組成物を硬化させることで自己潤滑性ライナーが形成された摺動部材の製造方法もまた提供される。この自己潤滑性ライナーは、所望の寸法に切削および/または研削により後加工することができるマシナブルライナーとなる。
本発明の摺動部材は、凹状の第1軸受面を有する外輪部材と第1軸受面上を摺動可能な凸状の第2軸受面を有する内輪部材とを備える球面滑り軸受になり得る。このような球面滑り軸受を製造する場合、最初に、本発明に従う熱硬化性樹脂組成物を摺動面としての第1軸受面又は第2軸受面に塗布する。次いで、第1軸受面又は第2軸受面に塗布された熱硬化性樹脂組成物を加熱して一次硬化させる。その後、外輪部材に内輪部材を挿入して、外輪部材をプレスして内輪部材の凸面に沿うように塑性変形させる。次いで、熱硬化性樹脂組成物を加熱により二次硬化させることにより前記自己潤滑性ライナーを形成することができる。
本発明の樹脂組成物及びそれより形成した自己潤滑性ライナーを備える摺動部材を実施例により説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
<熱硬化樹脂組成物の製造>
[実施例1〜16]
表1に示す樹脂組成物組成となるように、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物、固体潤滑剤、更に必要に応じて、希釈剤、熱可塑性樹脂、ガラス繊維、リン酸水素ナトリウム及びヒュームドシリカを均一に混合し、実施例1〜16の液状の樹脂組成物を調製した。尚、表1において、エポキシ化合物は、上記化学式(2)で表される化合物(TEPIC(登録商標))と、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物との混合物である。また、表1においてジシアネート化合物(D化合物)は、化学式(7)で表される2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)であり、ビスマレイミド化合物(BMI化合物)は、化学式(9)で表される4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンである。
[比較例1〜5]
比較例1〜5は、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物を用いた樹脂組成物である。表2に示す樹脂組成物組成となるように、上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物、固体潤滑剤、更に必要に応じて、希釈剤、熱可塑性樹脂、ガラス繊維、リン酸水素ナトリウム及びヒュームドシリカを均一に混合し、比較例1〜5の液状の樹脂組成物を調製した。尚、表2において、エポキシ化合物、ジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物は、実施例1〜16と同様の化合物を用いた。
[比較例6]
比較例6は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、ビスフェノールA型エポキシ化合物を用いた樹脂組成物である。表3に示す樹脂組成物組成となるように、ビスフェノールA型エポキシ化合物であるビスフェノールAジグリセリド・エーテル(DGEBA)、硬化剤であるメチルテトラヒドロ無水フタル酸(Me−THPA)、硬化促進剤としてテトラフェニルホスホニウムブロマイド(TPP−PB)、ガラス繊維(日東紡績社製、商品名:PF80E−401、平均繊維長80μm×平均径φ11μm)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(喜多村社製、商品名:KT−60)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例6の液状の樹脂組成物を調製した。
[比較例7]
比較例7は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、ウレタンメタクリレートを用いたウレタン樹脂組成物である。表4に示す樹脂組成物組成となるように、ウレタンメタクリレート(LOCTITE社製、商品名:LOCTITE648)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(Dupont社製、商品名:MP−1300−J)、二硫化モリブデン(MoS)(大東潤滑社製、商品名:LM−11 Zパウダー)、ガラス繊維(FIBERTEC社製、商品名:Microglass9110、平均繊維長150μm×平均径φ16μm)、硬化剤(SIGMA−Aldrich社製、ベンゾイルパーオキサイド)、硬化促進剤(SIGMA−Aldrich社製、N,N−ジメチルアニリン)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例7の液状の樹脂組成物を調製した。
[比較例8]
比較例8は、実施例1〜16で用いた上記化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ樹脂化合物、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の代わりに、アクリレートを用いたアクリル樹脂組成物である。表5に示す樹脂組成物組成となるように、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(Sartomer社製、商品名:SR399)、トリエチレングリコールジメタクリレート(Sartomer社製、商品名:SR205)、アラミド繊維(Dupont社製、商品名:Kevlar パルプ DRY 0.8mm)、硬化剤(Norac社製、商品名:BENOX L−40LV)、硬化促進剤(SIGMA−Aldrich社製、4,N,N,−トリメチルアニリン)、ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)を均一に混合し、比較例8の液状の樹脂組成物を調製した。
Figure 2015016323
Figure 2015016323
1)1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(TEPIC(登録商標)):43〜63重量%、TEPIC(登録商標)とプロピオン酸無水物との付加反応生成物:37〜57重量%(日産化学製、製品名:TEPIC−PAS B26)
2)D化合物:2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)、90〜95重量%と、BMI化合物:4,4−ビスマレイミドジフェニルメタン、5〜10重量%の混合物(三菱ガス化学社製、製品名:BT2160)
3)D化合物:2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン(別名:ビスフェノールAジシアネート)(三菱ガス化学社製、製品名:CA200)
4)希釈剤:1,2−エポキシ−3−(トリオキシ)プロパン
5)固体潤滑剤PTFE:ポリテトラフルオロエチレン樹脂(喜多村社製、商品名:KT−60)
固体潤滑剤MC:メラミンシアヌレート樹脂(BASF社製、商品名:MELAPUR
MC25)
6)熱可塑性樹脂PEEK(1):ポリエーテルエーテルケトン(Victrex社製、製品名:PEEK 150XF、平均粒子径:23μm)
熱可塑性樹脂PEEK(2):ポリエーテルエーテルケトン(Victrex社製、製品名:PEEK 150PF、平均粒子径:50μm)
7)ガラス繊維GF(1):円形断面のガラス繊維(日東紡績社製、商品名:PF80E−401、平均繊維長80μm×平均径φ11μm)
ガラス繊維GF(2):異形断面(長円形)のガラス繊維(日東紡績社製、商品名:SSF 05C−404、断面形状:7μm×28μm、繊維長:100μm)
8)ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL R805)
Figure 2015016323
Figure 2015016323
Figure 2015016323
<自己潤滑性ライナーの製造>
SUS630ステンレス鋼をH1150条件で熱処理した材料を用いて図1に示すような円筒状のスリーブ軸受(幅(軸方向長さ)12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)を作製した。このスリーブ軸受の内周面に実施例1〜16及び比較例1〜8で調製した樹脂組成物を、それぞれ、ディスペンサーを用いて均一に塗布した。次いで、塗布した樹脂組成物を加熱して樹脂組成物を硬化させ、内周面に自己潤滑性樹脂層を形成した。次いで、実施例1〜16及び比較例1〜6の樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性樹脂層ではライナーの厚さが0.25mmになるように、比較例7及び8の樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性樹脂層ではライナーの厚さが0.38mmになるように切削及び研削してマシナブルライナーを完成させた。
しかし、比較例3の樹脂組成物は評価試験を行うに値する膜(ライナー)を形成できなかった。したがって、比較例3を除く、実施例1〜16、比較例1、2及び4〜8で調製した樹脂組成物から形成したマシナブルライナーについて、以下に説明する評価1〜評価5により性能評価を行った。表7及び8に、評価1〜評価5の評価結果及び総合評価を示す。また、併せて、表7及び8に、実施例1、2、4、5、7〜10、12、14〜16、比較例1〜3及び5におけるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対する、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の重量比、(ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物)/(エポキシ化合物)、実施例3、6、11、13、比較例4におけるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物に対するジシアネート化合物の重量比、(ジシアネート化合物)/(エポキシ化合物)を示す。更に、表7及び8に、実施例1〜16及び比較例1〜5で調製した熱硬化性樹脂組成物中における、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、ジシアネート化合物、又はジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物との合計含有量(重量%)を示す。
<マシナブルライナーの性能評価>
1.ラジアル静的限界荷重(静荷重試験)(評価1)
この試験におけるAS81934規格要求を下表に示す。AS81934規格では表6の左欄に示すように、スリーブ軸受の材料(アルミ合金とステンレス鋼)及び内径寸法ごとにラジアル静的限界荷重を定めている。実施例1〜16及び比較例1〜8で用いたスリーブ軸受の材料及び寸法からすれば、表6に記載の型式番号M81934/1−16C016に相当するので、最大試験荷重は140kN(31,400lb)とした。
Figure 2015016323
まず、図2に示すようにスリーブ軸受10を試験治具Tにセットする。試験治具Tは、軸部材32を支持する断面H字状の基部40と、軸部材32が挿入されたスリーブ軸受10のラジアル方向に負荷をかけるウエイト41と、基部40の下方に設置されたダイヤルゲージ42を有する。スリーブ軸受10の内周部に、炭素鋼製の軸部材32を嵌合させ、ラジアル方向に荷重を負荷する。荷重はラジアル静的限界荷重値140kN(31,400lb)まで徐々に増加させ、限界荷重値に達したら徐々に除荷させる。試験中はダイヤルゲージ42で変位を測定し、荷重をゼロに戻したときの永久歪量を荷重−変位曲線から読み取る。AS81934規格要求によると、このときの永久歪量(ラジアル静的限界荷重負荷後の最大許容永久歪量)は、0.051mm(0.002in)以下でなければならない。負荷後の永久歪量が0.051mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、永久歪量が0.051mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。
実施例1〜16、比較例1、2、4及び5〜8で調製した樹脂組成物から得られた自己潤滑性ライナーは、負荷後の永久歪量が0.051mm以下となり規格を満たした。
2.ラジアル荷重下での揺動試験(評価2)
揺動試験は、常温と温度163℃(+6℃/−0℃)の高温に対して行われる。この試験におけるAS81934規格要求は、常温揺動試験における許容可能なライナー摩耗量の上限値が、1,000サイクル後0.089mm(0.0035in)、5,000サイクル後0.102mm(0.0040in)、25,000サイクル後0.114mm(0.0045in)である。また、高温揺動試験における25,000サイクル後の摩耗量の上限値は0.152mm(0.0060in)である。
まず、常温揺動試験を以下のようにして行った。図2のようにスリーブ軸受B4を試験治具Tにセットして、表6の右欄に記載のような規格上の要求荷重73.5kN(16,500lb)をラジアル方向に掛けて静的に15分間保持する。15分経過後ダイヤルゲージ42の変位量をゼロにセットして軸32の揺動を開始する。軸部材32は±25°の角度範囲で揺動させる。角度位置0°から+25°まで行って0°へ戻り、次に−25°まで行って再度0°へ戻るまでを1サイクルとし、揺動速度は毎分10サイクル(10CPM)以上とする。今回の試験では毎分20サイクルとした。揺動試験中はダイヤルゲージ42から摩耗量を読み取り、記録する。高温揺動試験は、図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度163℃(+6℃/−0℃)に保つ以外は、常温揺動試験と同様の方法で試験を行った。
常温揺動試験25000サイクル後の摩耗量が0.114mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、摩耗量が0.114mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。また、高温揺動試験25000サイクル後の摩耗量が0.152mm以下となりAS81934規格要求を満たす場合を「○」、摩耗量が0.152mmを越え、AS81934規格要求を満たさない場合を「×」として、表7及び8に結果を示す。
常温揺動試験25000サイクル後の摩耗量は、全実施例1〜16及び比較例6〜8が0.114mm以下で規格を満たしたが、比較例1、2、4及び5が0.114mmを超えたために規格を満たさなかった。比較例1は、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量に対する、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量の重量比が、(ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物)/(エポキシ化合物)=0.57と低く、一方、比較例2は、該重量比が5.40と高い。比較例1及び2は、エポキシ化合物の含有量に対する、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量の重量比が、0.65〜4.00の範囲外であるため、十分な耐摩耗性を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。比較例4は、PTFEの含有量が過剰であり、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量及びジシアネート化合物の含有量が低くなったため、十分な機械的強度を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。比較例5は、PTFEの含有量が低く、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量が高くなったため、十分な潤滑性が得られず耐摩耗性を有する硬化物(ライナー)が得られなかったと推測される。
高温揺動試験25000サイクル後の摩耗量は、全実施例1〜16及び比較例7が0.152mm以下で規格を満たしたが、比較例1、2、4、5、6及び8が0.152mmを越えて規格を満たさなかった。比較例6で調製したビスフェノールA型エポキシ樹脂組成物、及び比較例8で調製したアクリル樹脂組成物を用いて形成した自己潤滑性ライナーは、常温揺動試験では規格を満たしたが、より過酷な試験である高温揺動試験では規格を満たすことができなかった。
3.耐油性確認試験(評価3)
この試験におけるAS81934規格要求は、耐油性確認試験後の許容可能なライナー磨耗量上限値が0.152mm(0.0060in)である。上記のようにして作製したマシナブルライナーを有するスリーブ軸受B4を温度71℃±3℃で、下記に示す6種類の油剤a〜fにそれぞれ24時間浸漬させた後、油剤から取り出して30分以内に上記の常温揺動試験を行った。ただし、油剤bについては温度43℃±3℃で、24時間浸漬させた。また、油剤eについては上記の揺動試験の75%の面圧条件とした。
油剤a.Skydrol(商標)500B作動液
油剤b.MIL−DTL−5624タービン燃料油JP4又はJP5
油剤c.MIL−PRF−7808潤滑油
油材d.MIL−PRF−5606油圧作動油
油剤e.AS8243凍結防止剤
油剤f.MIL−PRF−83282作動液
上記試験の結果、油剤に24時間浸漬させた後の揺動試験において、全ての油剤について、全実施例1〜16及び比較例6〜8では25,000サイクル後のライナー摩耗量が0.152mm以下であり規格を満たした。表7及び8において「○」で示す。一方、比較例1、2、4及び5は、全ての油剤についてライナー摩耗量が0.152mmを超えたために規格を満たさなかった。表7及び8において「×」で示す。
比較例1、2、4及び5の耐油性が低かった原因は、上述した(評価2)において比較例1、2、4及び5の耐摩耗性が低かった原因と同様であると推測される。
4.高温下における揺動試験(評価4)
図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度180℃、200℃、300℃の高温とした以外は、AS81934規格に従って行った上述のラジアル荷重下での揺動試験(評価2)と同様の条件で揺動試験を行い、揺動試験25000サイクル後の摩耗量を測定した。尚、本試験(評価4)は、上述の評価1〜3の評価結果が全て「○」であった全実施例1〜16及び比較例7について行った。また、比較例7に関しては、図2の試験治具Tにおいて軸32とライナーを温度200℃とした条件下でのみ磨耗量を測定した。摩耗量の測定結果を評価4として表7及び8に示す。なお、摩耗量はミリメートル(mm)で示されている。
本揺動試験においては、200℃で25000サイクル後の摩耗量が0.152mm以下であれば、高温下において十分な耐摩耗性を有すると判断した。表7に示すように、全ての実施例の200℃における25000サイクル後の摩耗量は0.152mm以下であり、高温下において十分な耐摩耗性を有することがわかった。一方、表8に示すように、比較例7の200℃における25000サイクル後の摩耗量は、0.152mmを超える0.187mmであり、高温下の耐摩耗性は不十分であった。
更に、本揺動試験においては、300℃で25000サイクル後の摩耗により、下地金属が露出しないライナーの厚さ(0.25mm以下)であれば、300℃において十分な耐摩耗性を有すると判断した。表7に示すように、全ての実施例の300℃における25000サイクル後の摩耗量は0.25mm以下であり、300℃においても十分な耐摩耗性を有することがわかった。
5.摩擦係数の測定(評価5)
図2の試験治具Tにトルク検出器を取り付け、AS81934規格に従って行った上述のラジアル荷重下での揺動試験(評価2)と同様の条件で揺動試験を行い、常温で揺動試験25000サイクル時のトルクを測定した。得られたトルクの値を用いて、下記式に従いライナーの摩擦係数を算出した。
(摩擦係数)=T/(Fxr)
T:トルク(Nm)
F:ラジアル荷重(N)
r:シャフトの半径(m)
尚、本測定(評価5)は、上述の評価1〜3の評価結果が全て「○」であった全実施例1〜16、評価1及び常温条件下の評価2が「○」であった比較例6〜8について行った。結果を表7及び8に示す。
表7及び8に示すように、比較例6〜8の摩擦係数は、0.043〜0.051であった。これに対し、実施例1〜16の摩擦係数の平均値は0.036であり、比較例6〜8と比較して10%以上低い値であった。これは、実施例1〜16の樹脂組成物が、固体潤滑剤であるPTFEを10重量%から最大70重量%含有するためと推測される。例えば、PTFEを多く含有する実施例5(70重量%)、では、摩擦係数が0.018と非常に低かった。
Figure 2015016323
Figure 2015016323
6.総合評価
評価1〜3において、全てAS81934規格の要求を満たし、且つ評価4において200℃における揺動試験後の摩耗量が0.152mm以下である場合に総合評価を「○」とした。評価1〜3のいずれかにおいて、AS81934規格要求を満たさず、又は、評価4において200℃における揺動試験後の摩耗量が0.152mmを超える場合に総合評価を「×」とした。また、評価試験を行うに値する膜(ライナー)を得られなかった比較例3は、総合評価を「×」とした。結果を表7及び8に示す。全ての実施例1〜16は総合評価が「○」であり、全ての比較例1〜8は総合評価が「×」であった。
尚、比較例3で調製した樹脂組成物から評価試験を行うに値する膜(ライナー)を得られなかった原因は、次のように推測される。比較例3は、PEEKの含有量が過剰であり、その分、イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物の含有量、ジシアネート化合物とビスマレイミド化合物との混合物の含有量が低くなったため、成膜性が低下したと推測される。
7.下地の面粗さの比較試験
自己潤滑性ライナー(マシナブルライナー)のスリーブ軸受の内周面に対する耐剥離性(付着性)について評価するために以下のように試料を作製した。前述の試験で用いたスリーブ軸受(幅12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)に樹脂組成物を塗布する前に、スリーブ軸受の内周面を、表9に示すような4種類の面粗度になるようにサンドブラスト処理により粗面化した。次いで実施例1で調製した樹脂組成物を塗布し、前述の試験に用いたマシナブルライナー作製時と同様の加熱条件で加熱して自己潤滑性樹脂層を形成した。この自己潤滑性樹脂層の厚さが0.25mmとなるまで切削及び研削して、スリーブ軸受の内径を25.4mmに仕上げた。こうして作製した4種類の面粗度の内周面にマシナブルライナーを備えたスリーブ軸受について以下のようなA〜Dの条件で試験を行い、剥離の有無を目視にて確認した。
A : 摺動面の切削による樹脂の剥離確認:上記マシナブルライナーを0.3mmの切込量で切削する旋盤加工を行い、加工中の剥離の有無を観察した。
B : 液体窒素(−196℃)中に15分間保持後、樹脂の剥離確認:液体窒素から取り出したときの剥離の有無を観察した。
C : 前述のAS81934規格に従って常温にて面圧275MPaで摺動させ、25,000サイクルまでの剥離有無を観測した。
D : 前述のAS81934規格に従って163℃にて面圧275MPa で摺動させ、25,000サイクルまでの剥離有無を観測した。
剥離試験の結果を表9に示す。表9中、○は剥離が無い場合、×は剥離が有った場合をそれぞれ示す。
Figure 2015016323
比較のために樹脂組成物を構成する熱硬化性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物を用いて上記と同様にして4種類の面粗度の内周面にマシナブルライナーを備えたスリーブ軸受を作製した。熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物は、本出願人による特開2011−247408の実施例1に記載の方法に従ってポリエーテルケトン70重量%、PAN系炭素繊維10重量%、PTFE20重量%で混合し、混合物を射出成型によりスリーブ軸受の内周面に形成し、このマシナブルライナーの厚さが0.25mmとなるまで切削及び研削した。このマシナブルライナーについても上記同様に接着性を試験し、その結果を表10に示す。
Figure 2015016323
表9の結果より本発明の樹脂組成物は面粗さがRa0.2〜4.0μmのいずれの場合でも剥離が見られなかった。一方、熱可塑性樹脂を用いた樹脂組成物からマシナブルライナーを構成した場合には、表10の結果より、スリーブ軸受の内周面をRa4.0μm程度の面粗度に処理しなければ、十分な接着力が得られないことが分かる。これらのことより、本発明に従う樹脂組成物からなるマシナブルライナーは、下地面の面粗さに依存せずに、良好な接着力を発揮することでき、本発明に従って自己潤滑ライナーを形成するために、粗面化処理が不要となることが分かった。
8.自己潤滑性ライナーの膜厚についての評価
自己潤滑性ライナーの膜厚について評価するために以下のように試料を作製した。前述の試験で用いたスリーブ軸受(幅12.7mm、外径30.2mm、内径24.9mm)の内周面に実施例1、2、3及び比較例7で調製した樹脂組成物をそれぞれ、膜厚0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm及び2.0mmにディスペンサーを用いて塗布した。次いで、塗布した樹脂組成物を前述の試験に用いたマシナブルライナー作製時と同様の加熱条件で加熱して熱硬化させ、内周面に自己潤滑性ライナーを形成した。こうして作製した20種類のライナーを備えたスリーブ軸受について、熱硬化時の熱収縮による樹脂剥離、樹脂割れの有無を目視で評価した。結果を表11に示す。
Figure 2015016323
実施例1、2及び3で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーは、膜厚0.3〜2.0のいずれの場合でも樹脂割れ、剥離が見られなかった。一方、比較例7で調製したウレタン樹脂組成物から形成したライナーは、膜厚1.0mm以上で樹脂剥離、樹脂割れが確認された。この結果から、比較例7のウレタン樹脂組成物と比較して、実施例1、2及び3の樹脂組成物は、熱硬化時の収縮が小さく、樹脂剥離、樹脂割れを抑制して厚膜を形成可能であることがわかった。実施例1、2及び3の樹脂組成物は、厚膜のマシナブルライナーを形成できるため、切削、研削による寸法調整の範囲を広げることができる。
9.粒子状の熱可塑性樹脂(PEEK)の摩擦係数及び磨耗量への影響
粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKを樹脂組成物に含有させた場合の摩擦係数及び磨耗量への影響を評価するために、上述の試験(評価1〜5)で用いた実施例8、9、15及び16で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーについて以下に説明する試験を行った。実施例8は、固体潤滑剤であるPTFEを30重量%、直径23μmのPEEKを10重量%含有する樹脂組成物であり、実施例9は、PTFEを30重量%、直径50μmのPEEKを10重量%含有する樹脂組成物であり、実施例15は、PTFEを30重量%含有し、PEEKを含有しない樹脂組成物であり、実施例16は、PTFEを40重量%含有し、PEEKを含有しない樹脂組成物である。
実施例8、9、15及び16で調製した樹脂組成物から形成した自己潤滑性ライナーについて、上述した摩擦係数の測定(評価5)と同様の方法を用い、1000、5000、10000、15000、20000及び25000サイクルにおける摩擦係数を得た。結果を表12に示す。また、上述した高温下における揺動試験(評価4)における揺動試験と同様の方法を用い1000、5000、10000、15000、20000及び25000サイクル後の磨耗量を測定した。結果を表13に示す。尚、摩擦係数の測定及び磨耗量の測定において、図2の試験治具Tの軸32とライナーの温度は300℃とした。
Figure 2015016323
Figure 2015016323
表12に示すように、25000サイクルにおいて、PTFEを30重量%含有し、PEEKを含有しない実施例15と比較して、PTFEを30重量%含有し、更にPEEKを10重量%含有する実施例8及び9は摩擦係数が低かった。PTFEを40重量%含有し、PEEKを含有しない実施例16と比較しても、実施例8の摩擦係数は実施例16の摩擦係数と同等であり、実施例9の摩擦係数は実施例16の摩擦係数より低かった。この結果から、粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKは、高温時(300℃)に固体摺動剤と同等の摩擦係数を低下させる効果を奏すると推測される。
表13に示すように、PTFEを含有し、PEEKを含有しない実施例15及び16と比較して、PTFEを含有し、更にPEEKを含有する実施例8及び9は磨耗量が少なかった。また、PTFEの引張強度は、13.7〜34.3MPa(文献値)、PEEKの引張強度は92MPa(文献値)であり、PEEKの方がPTFEより材料強度が高い。これらの結果及び事実から、粒子状の熱可塑性樹脂であるPEEKは、耐磨耗性を向上させる効果を奏すると推測される。
10.赤外吸収スペクトル測定
実施例4と、比較例6で調製した樹脂組成物を上述したマシナブルライナー製造時と同様の条件で熱硬化させた樹脂(硬化物)の赤外吸収スペクトル(FT―IR)を測定した。結果を図7に示す。
実施例4の赤外吸収スペクトルには、図7中に矢印(a)〜(d)で示すBT樹脂由来の吸収ピーク(833cm-1、1015cm-1、1507cm-1、1564cm-1)と(e)で示すイソシアヌル酸環の中のC=O結合による吸収ピーク(1701cm-1)が確認できた。イソシアヌル酸環の中のC=O結合による吸収ピークは1690〜1720cm-1の範囲に現れることが知られている。一方、比較例6のビスフェノールA型エポキシ樹脂の赤外吸収スペクトルには、これらの吸収ピークを全て確認することはできなかった。このように、化学式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物、ジシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含む樹脂組成物は、加熱により硬化してBT樹脂を含有する硬化物を形成することがわかった。そして、該硬化物は、833cm-1、1015cm-1、1507cm-1および1564cm-1付近にBT樹脂由来の吸収ピークと、1690〜1720cm-1の範囲にイソシアヌル酸環由来の吸収ピークと、を示すので、赤外吸収スペクトル測定を用いて他の種類のエポキシ樹脂と区別でき、特定することができる。
上記実施例では、本発明の樹脂組成物を図1に示すような形状のスリーブ軸受に適用したが、それに限らず種々の形状及び構造の摺動部材に適用することができる。
<球面滑り軸受>
球面滑り軸受20は、図3に示すように、凹球面状の内周面22aを有する外輪22と凸球面状の外周面26aを有する内輪26と、内周面22aと外周面26aとの間に形成されたマシナブルライナー24を有する。ライナー厚さは、例えば、0.25mm程度とすることができる。
球面滑り軸受20は、例えば、図4(a)〜図4(c)に示すようなスウェジ加工によるプロセスで製造することができる。最初に、外輪(本体)22の内周面(摺動面)22aに実施例2で調製した樹脂組成物24を塗布し、加熱して樹脂組成物を一次硬化させてマシナブルライナー(24)を形成する。その後、外輪22に内輪26を挿入する(図4(a))。次に、スウェジ加工によって外輪22を内輪26の外周面に倣うようにプレスで塑性変形させる(図4(b))。次に、マシナブルライナー24を加熱して二次硬化を行う。次いで、切削加工によって外輪22の外側の仕上げを行い、球面滑り軸受20を完成させることができる(図4(c))。
樹脂組成物の一次硬化後は、スウェジ加工において、外輪の変形に樹脂組成物が追従することにより、球面滑り軸受に均一な厚さのライナーが形成される。
<ロッドエンド球面滑り軸受>
上記球面滑り軸受20をロッドエンドボディ50に組み込んだロッドエンド球面滑り軸受60の例を図5に示す。ロッドエンドボディ50は、球面滑り軸受20を組み込む貫通穴52aを有する頭部52と、メネジ又はオネジ56を設けた軸部54からなる。軸部54は頭部52から貫通穴52aの半径方向に延在する略円筒体である。球面滑り軸受20は貫通穴52aに挿入された後、貫通穴52aの縁に形成されているV溝(不図示)をカシメることによってロッドエンドボディ50に固定される。
<リーマボルト>
図6に示すようなリーマボルト70は、頭部72と、大径の軸部74と、小径のオネジ部76からなる本体部と、軸部74の外周面(摺動面)に設けられたマシナブルライナー74aとを備える。マシナブルライナー74aは、上記のいずれかの実施例の樹脂組成物を実施例に記載したような方法で均一に塗布し、硬化させることで形成される。リーマボルト70の本体部は、例えば、SUS630から形成されている。ライナー74a厚さは0.25〜0.5mm程度とすることができる。
リーマボルト70は、たとえば船舶のプロペラ軸、航空機の可動翼、自動車エンジンのコンロッドなどの高トルクを伝達する重要連結部に用いられる。このような重要連結部に用いられるリーマボルト70はボルト穴との嵌め合いをガタがないような高精度の嵌め合いにする必要がある。従って、リーマボルト70の軸部74は高精度に仕上げられるが、それでも組立時にボルト側で寸法調整ができた方が有利である。本発明に従うリーマボルトはマシナブライナー74aを有するため、樹脂を硬化させた後でもユーザ側で容易に胴部の外径寸法を調整することができる。また、組立時や分解時にボルトを挿入したり、抜いたりしても自己潤滑性であるマシナブルライナー74aを軸部74に有するのでカジリなどが発生せず、長寿命のリーマボルト70がもたらされる。
本発明を実施例により説明してきたが、本発明はそれらに限定されることなく、特許請求の範囲内において種々に形態又は態様で具現化することができる。例えば、前記具体例においては、球面滑り軸受及びロッドエンド球面滑り軸受の外輪の内周面に自己潤滑性ライナーを形成したが、内輪の外周面に自己潤滑性ライナーを形成してもよい。また、摺動部材として、球面滑り軸受、ロッドエンド球面滑り軸受及びリーマボルトを例に挙げて説明したが、本発明はそれらに限らず自己潤滑性ライナーを有する摺動部材であれば任意の摺動部材に適用することができる。特に、上記実施形態では、部材やパーツの回転運動に使用される摺動部材を例に挙げて説明したが、本発明の摺動部材は、回転運動に限らず、部材やパーツの並進(直動)運動、揺動運動、それらの組み合わせ運動など任意の方向の摺動運動に使用される摺動部材も包含している。
以上説明してきたように、本発明の樹脂組成物は、摺動部材の摺動面に塗布して加熱することで自己潤滑性ライナーとして利用することができる。硬化した樹脂組成物の被塗布面(下地面)への接着が極めて強固であるので、被塗布面を粗面化する処理は省略可能となる。それゆえ、作業の安全性を確保しつつ比較的多量のPTFEを含有させることができ、設備コストも安価にすることができる。このように形成した自己潤滑性ライナーは、スリーブ軸受及び球面滑り軸受などの滑り軸受を含む各種の摺動部材に形成することができる。また、本発明の樹脂組成物により形成された自己潤滑性ライナーを摺動部材が備えることによって、ライナー面の切削や研削などが可能となり、エンドユーザ側で軸を組み付ける際に軸受の内径寸法の微調整が可能となる。それゆえ、本発明の樹脂組成物及びそれより形成される自己潤滑性ライナーを備える摺動部材は、船舶、航空機、自動車、電子製品、家電などの広範な分野で極めて有用となる。
10 スリーブ軸受
20 球面滑り軸受、22 外輪、 24 マシナブルライナー
26 内輪
40 基部
50 ロッドエンドボディ
60 ロッドエンド球面滑り軸受
70 リーマボルト、72 頭部、74 大径軸部、76 小径オネジ部、74a マシナブルライナー
T 試験冶具

Claims (21)

  1. 熱硬化性樹脂組成物であって、
    下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、
    固体潤滑剤と、
    ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有し、
    前記固体潤滑剤は、前記熱硬化性樹脂組成物中に10〜70重量%含まれ、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と前記ジイソシアネート化合物(M)との合計含有量(L+M)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)、又は前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、0.65〜4.00であることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
    Figure 2015016323

    (化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
  2. 前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  3. 前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジイソシアネート化合物を含み、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、前記ジイソシアネート化合物(M)の合計含有量(L+M)は、20〜90重量%であり、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)の重量比(M/L)は、(M/L)=0.65〜4.00であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  4. 前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含み、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)と、前記ジイソシアネート化合物(M)と、ビスマレイミド化合物(N)との合計含有量(L+M+N)は、20〜90重量%であり、
    前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物(L)に対する、前記ジイソシアネート化合物(M)及びビスマレイミド化合物(N)の合計の重量比((M+N)/L)は、((M+N)/L)=0.65〜4.00であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  5. 前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、化学式(1)中のX、Y、Z全てがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち2つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物と、化学式(1)中のX、Y、Zのうち1つがエポキシ環を有する基であるエポキシ化合物とを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  6. 前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオ、及び1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物のいずれか一方又は両方を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  7. 前記イソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物は、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンと、1,3,5−トリス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンとプロピオン酸無水物との付加反応生成物とを含むことを特徴とする請求項5に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  8. 前記ジイソシアネート化合物は、芳香族ジイソシアネート化合物であることを特徴する請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  9. 前記ジイソシアネート化合物は、下記化学式(6)で示される化合物であることを特徴とする請求項8に記載の熱硬化性樹脂組成物。
    Figure 2015016323
    (化学式(6)中、Rは置換または非置換のアルキレン基である。)
  10. 前記ジイソシアネート化合物は、2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパンであることを特徴とする請求項9に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  11. 前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含有し、
    前記ジイソシアネート化合物と前記ビスマレイミド化合物が反応して、ビスマレイミドトリアジン樹脂を形成することを特徴とする請求項4〜10のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  12. 前記熱硬化性樹脂組成物は、前記ジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物を含有し、
    前記ビスマレイミド化合物は、芳香族ビスマレイミド化合物であることを特徴する請求項4〜11のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  13. 前記ビスマレイミド化合物は、4,4−ビスマレイミドジフェニルメタンであることを特徴する請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  14. 更に、熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  15. 前記熱可塑樹脂は、ポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項14に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  16. 摺動部材であって、
    摺動面を有する本体と、
    前記摺動面上に形成された請求項1〜15のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂組成物から形成される自己潤滑性ライナーとを含むことを特徴とする摺動部材。
  17. 前記摺動部材が、滑り軸受であることを特徴とする請求項16に記載の摺動部材。
  18. 前記滑り軸受が、球面滑り軸受であることを特徴とする請求項17に記載の摺動部材。
  19. 前記摺動部材が、
    頭部と、
    軸部と、
    ネジ部とを有し、
    前記自己潤滑性ライナーが前記軸部の外周面に形成されていることを特徴とする請求項16の摺動部材。
  20. 摺動部材の製造方法であって、
    本体の摺動面に熱硬化性樹脂組成物を塗布するステップと、
    前記摺動面に塗布した前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、自己潤滑性樹脂層を形成するステップを含み、
    前記熱硬化性樹脂組成物が、
    下記式(1)で表されるイソシアヌル酸環を有するエポキシ化合物と、
    固体潤滑剤と、
    ジイソシアネート化合物、又はジイソシアネート化合物及びビスマレイミド化合物とを含有することを特徴とする摺動部材の製造方法。
    Figure 2015016323
    (化学式(1)中、X、Y、Zのうち少なくとも1つはエポキシ環を有する基であり、X、Y、Zのうちエポキシ環を有さないものは、C及びHのみからなる基、C、H及びOのみからなる基、又はHである。)
  21. 更に、前記自己潤滑性樹脂層を所望の寸法に切削又は研削するステップを含むことを特徴とする請求項20に記載の摺動部材の製造方法。
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