WO2003037988A1 - Partie coulissante et partie de precision et montre et dispositif electronique utilisant ces parties - Google Patents

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WO2003037988A1
WO2003037988A1 PCT/JP2002/011393 JP0211393W WO03037988A1 WO 2003037988 A1 WO2003037988 A1 WO 2003037988A1 JP 0211393 W JP0211393 W JP 0211393W WO 03037988 A1 WO03037988 A1 WO 03037988A1
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sliding
fibrous filler
carbon fiber
precision
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PCT/JP2002/011393
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Morinobu Endo
Tetsuo Uchiyama
Akio Yamaguchi
Teruaki Yuoka
Hiroshi Aoyama
Kazutoshi Takeda
Yoshifumi Maehara
Masato Takenaka
Koichiro Jujo
Shigeo Suzuki
Takeshi Tokoro
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Kitagawa Industries Co., Ltd.
Seiko Instruments Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to sliding parts, precision parts, and watches and electronic devices using the same. Background art
  • sliding parts such as gears, cams, rollers, bearings and connectors
  • a composite material in which a fibrous filler such as glass fiber or carbon fiber is dispersed in a matrix resin is used.
  • the molding conditions eg, the shape of the molded product, the position and number of gates provided in the mold, the viscosity of the composite material, the fibrous filler, etc.
  • the fibrous filler may be oriented in a specific direction.
  • the anisotropy appears in the mechanical strength of the sliding parts. For example, there may be a problem that a molded product has a direction in which warping is likely to occur, or a broken or cracked or shading direction is formed when an external force is applied.
  • the sliding component of the present invention is a sliding component formed of a composite material obtained by dispersing a fibrous filler in a matrix resin, wherein the degree of orientation of the fibrous filler is greater than that of the interior. In the sliding surface, the fibrous filler is oriented along the sliding surface.
  • the fibrous filler near the sliding surface is not oriented because the fibrous filler is oriented along the sliding surface at the portion forming the insertion surface. Unlike this, the microscopic smoothness of the sliding surface is high, and the friction coefficient of the sliding surface is low. Also, since the degree of orientation of the fibrous filler inside the sliding component is lower than that of the sliding surface, the fibrous filler included in the entire sliding component is oriented to the same extent as the sliding surface. In comparison, the mechanical strength of sliding parts is less likely to exhibit anisotropy.
  • this sliding component although it is formed of a composite material containing a fibrous filler, no anisotropy in mechanical strength appears and the sliding property is excellent. It will be.
  • the fibrous filler existing near the sliding surface is desirable because the higher the degree of orientation, the higher the microscopic smoothness of the sliding surface.
  • the lower the degree of orientation of the fibrous filler present inside the less the anisotropy in the mechanical strength of the sliding component is desirable, which is desirable.
  • the fibrous filler may or may not be oriented on the outer surface of the sliding component other than the sliding surface.
  • the amount of fibrous filler contained in the composite material depends on the physical properties of the fibrous filler and the matrix. It may be adjusted as appropriate depending on the physical properties of the resin, but as a rough guide, an appropriate weight ratio of about 3 to 60% by weight relative to the entire composite material is appropriate. If the amount of the fibrous filler is less than 3% by weight, the effect of adding the fibrous filler is often excessively weakened, and if the amount exceeds 60% by weight, the continuity of the matrix resin is increased. Is often lost and brittleness becomes excessively high.
  • the sliding component having the characteristic structure as described above may be manufactured by any method. However, a specific example can be manufactured by the following method.
  • the fibrous filler tends to be oriented when the fiber length is long, and difficult to be oriented when the fiber length is short.
  • the fibrous fiber is partially formed in the cavity.
  • the fibrous filler can be unoriented in other parts.
  • the portion where the fibrous filler is oriented is a portion where the sliding between the matrix resin and the fibrous filler when the composite material flows in the cavity is relatively large, and the fibrous filler is not oriented.
  • the fibrous filler Since the portion between the matrix resin and the fibrous filler is relatively small, the fibrous filler is easily oriented near the inner wall of the cavity by the amount of the flow resistance of the composite material, and the inner wall of the cavity As the distance increases, the fibrous filler tends to be less easily oriented. Therefore, even if only the fiber length of the fibrous filler is optimized, the degree of orientation along the sliding surface of the fibrous filler is high in the portion forming the sliding surface of the sliding component, and the fiber is formed inside the sliding component. In some cases, it is possible to produce a molded article having a low degree of orientation of the fibrous filler.
  • the composite material to be filled into the cavity is made to flow quickly in a specific direction along the sliding surface in the portion forming the sliding surface in the cavity.
  • Flow direction and flow speed can be optimized. Therefore, this can increase the degree of orientation of the fibrous filler in the filled composite material in the portion forming the sliding surface in the cavity.
  • the first fibrous film which is easily oriented can be used as a manufacturing method other than the above.
  • a first composite material containing a fiber for example, one having a long fiber length
  • a second composite material containing a second fibrous filler for example, one having a short fiber length
  • the first composite material flows into the part forming the sliding surface of the sliding component mainly by injecting it into the mold cavity, and mainly the second composite material.
  • the position of the gate provided in the mold, the injection pressure from the gate, the viscosity of each composite material, and the like may be adjusted so that the material flows into the portion forming the inside of the sliding component.
  • the portion forming the sliding surface of the sliding component is filled with the first composite material containing the first fibrous filler that is easily oriented, and the interior of the sliding component is oriented. Since the second composite material including the second fibrous filler is filled, the degree of orientation along the sliding surface of the fibrous filler is high in the portion forming the insertion surface of the sliding component. In other words, it is possible to manufacture a molded article in which the degree of orientation of the fibrous filler is low inside the sliding component.
  • the degree of orientation of the fibrous filler may be optimized for each step by separately performing the step of molding the portion forming the sliding surface of the sliding component and the step of molding the inside of the sliding component. Good. When these steps are performed separately, either step may be performed first.
  • the method of optimizing the degree of orientation of the fibrous filler in each step is arbitrary for each step, and a composite material having a different fiber length of the fibrous filler for each step may be used.
  • the molding conditions may be set so that the flow rate of the composite material in the cavity changes every time, or these techniques may be used in combination.
  • the degree of orientation along the sliding surface of the fibrous filler is high in the portion forming the sliding surface of the sliding component by these or other manufacturing methods, and in the sliding component,
  • anisotropic mechanical strength does not appear even though the sliding part is formed of a composite material containing a fibrous filler, and the sliding part is formed. It becomes a sliding part with excellent dynamics.
  • the fibrous filler has a diameter of 0.01 ⁇ m to 0.2 m and a fiber length of 1 ⁇ m to 500 xm.
  • Carb on Fiber, VGCF The vapor-grown carbon fiber used as the fibrous filler in the sliding component thus configured is a finer carbon fiber than other carbon fibers (for example, PAN-based, pitch-based, etc.).
  • the fiber length of the vapor-grown carbon fiber is desirably lm to 500 m. If the fiber length exceeds 500 / m, the degree of orientation of the fibrous filler inside the sliding component tends to be too high.
  • the fiber length is less than 1 m, the degree of orientation of the fibrous filler existing near the sliding surface becomes too low, and the smoothness of the sliding surface is impaired.
  • the diameter of the vapor-grown carbon fiber is desirably 0.01 m to 0.2 m. If the diameter exceeds 0.2, the degree of orientation of the fibrous filler inside the sliding component is also high. If the diameter is less than 0.01 m, the degree of orientation of the fibrous filler existing near the sliding surface is too low. Since it is formed of a composite material in which carbon fibers are dispersed, it exhibits excellent slidability as compared with those employing other fibrous fillers.
  • the vapor-grown carbon fiber is extremely fine as a fibrous filler, and the fiber enters fine irregularities of a molded product. Mold cavities-A molded product can be obtained that faithfully reproduces the irregularities on the inner wall, which are of the order of Miku's opening. In addition, the entire molded product, including the mechanical strength of such minute projections, can be obtained. Strength can be increased. Therefore, it is particularly suitable for forming extremely small sliding parts or sliding parts having fine irregularities. Furthermore, since the thermal conductivity is high, it is suitable for use as a sliding component in a place where heat dissipation is required, and since the electrical conductivity is high, static electricity generated by sliding can be released. When such a vapor-grown carbon fiber is used as the fibrous filler, the bulk density of the vapor-grown carbon fiber is desirably 0.05 gZcm 3 to 0.1 g / cm 3 .
  • the vapor-grown carbon fibers As the vapor-grown carbon fibers, than the bulk density of that have adopted what is 0. 05 gZcm 3 ⁇ 0. 1 gZcm 3, moldings The toughness of the sliding parts increases, and sliding parts with excellent mechanical strength can be obtained. . If the bulk density exceeds 0.1 g / cm 3 , the dispersibility in the resin tends to vary. If the bulk density is less than 0.05 g / cm 3 , the brittleness of the molded article tends to increase, and it becomes difficult to obtain a sliding part having excellent mechanical strength. Further, it is also desirable that the vapor grown carbon fiber is one that has been calcined at 2200 ° C. to 3000 ° C.
  • the vapor-grown carbon fiber is calcined at 2200 ° C to 3000 ° C, and the vapor-grown carbon fiber is in a graphitized state.
  • the solid lubricity of the sliding surface increases.
  • the vapor-grown carbon fiber is in a graphitized state, there is a merit that conductivity and thermal conductivity are improved. If the sintering temperature is lower than 2200 ° C, the graphitization tends to be incomplete, and the solid lubrication performance may be reduced. If the firing temperature exceeds 3000 ° C, the vapor grown carbon fiber is decomposed, which is not preferable.
  • the matrix resin is a polytetrafluoroethylene resin (PTFE), a polyacetyl resin (POM), a polyamide resin (PA), a polyethylene terephthalate resin (PET), a polybutylene terephthalate resin ( PBT), polyetheretherketone resin (PEEK), liquid crystal polymer resin (LCP), polyphenylene sulfide resin (PPS), polycarbonate resin (PC), or polyphenylene oxide resin (PPO).
  • PTFE polytetrafluoroethylene resin
  • POM polyacetyl resin
  • PA polyamide resin
  • PET polyethylene terephthalate resin
  • PBT polybutylene terephthalate resin
  • PEEK polyetheretherketone resin
  • LCP liquid crystal polymer resin
  • PPS polyphenylene sulfide resin
  • PC polycarbonate resin
  • PPO polyphenylene oxide resin
  • any one of these resins may be used alone, but if a combination having high compatibility or a combination that can increase the compatibility with an appropriate compatibilizer can be used, a mixture of two or more types may be used. Good.
  • the present invention is a precision part made of a resin to which a carbon compound is thermally decomposed into carbon in a gaseous phase and to which carbon fiber which has been grown directly into a fibrous state simultaneously with the pyrolysis is added.
  • the carbon compound can be applied to hydrocarbon compounds including hydrocarbons.
  • the present invention provides a gas-liquid-solid-solid reaction (hereinafter referred to as “VLS (Vaperphase, LSP)” in which a carbon fiber proceeds with a transition metal as a catalyst and proceeds in a system in which a gas phase, a liquid phase, and a solid phase coexist. This is a precision part that is produced by the “iqu id phase, solid phase reaction”).
  • the present invention is a precision part which is a carbonaceous product obtained by heat-treating carbon fibers at 1300 ° C.
  • the present invention is a precision part which is a graphite product in which carbon fibers are heat treated at 2800.
  • the carbon fiber has a carbon atom distance (C o) of 6.9 A, a fiber diameter of 0.2 m, a fiber length of 10 to 20 m, a bulk density of 0.02 to 0.07 g / cm 3 , and a true density.
  • C o carbon atom distance
  • 1. 9 g / cm 3 a specific surface area of 37 m 2 / g, hygroscopicity 1.3%, volatile matter 0.5 to 1.0%, ash content 1. 5% pH 5, the oxidation start temperature 550 ° C
  • the carbon fiber has a carbon atom distance (Co) of 6.775 A, a fiber diameter of 0.2 am, a fiber length of 10 to 20 m, a bulk density of 0.02 to 0.08 g / cm 3 , and a true density of 2. 1 g / cm 3 , specific surface area 15m 2 Zg, hygroscopicity 2%, volatile matter 0.1 ⁇ 0.2%, ash 0.1%, pH7, oxidation start temperature 650 ° C.
  • Co carbon atom distance
  • the present invention is a precision part in which the resin is at least one of a polyacetal resin, a polyamide resin, a polyphenylene sulfide resin, and a polycarbonate resin.
  • the resin is at least one of a polyacetal resin, a polyamide resin, a polyphenylene sulfide resin, and a polycarbonate resin.
  • the precision parts made of metal materials could be reduced in weight and cost. Furthermore, by applying the present invention to the gear shaft, lubricity is imparted, so that the use of the lubricating oil used for the bearing part and the injection process thereof are eliminated, and so-called lubrication-free lubrication in the watch assembly process. Was realized.
  • the reason that the above advantages are exhibited is that the carbon fiber according to the present invention has the following advantages. (1) Since the van der Waalska (bonding force) between the graphite layers is weak, the carbon fiber has excellent dispersibility when composite with a resin. That (2) Since it has good thermal conductivity, it must have good transferability so that it can be transferred to the damage of the injection mold. (3) Because precision temperature characteristics are excellent, that is, thermal expansion coefficient and thermal contraction coefficient are small, precision parts can be manufactured. (4) The carbon fiber and the resin are entangled and exhibit mechanical strength. Etc. attributed to physical and mechanical properties.
  • the present invention is a timepiece using these precision parts or sliding parts.
  • an electronic apparatus including the above-described sliding component or precision component.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the entire structure of a precision part according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a main part structure of a timepiece according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part structure of a timepiece according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a main structure of a printer as an example of an electronic apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the raw material is injected from the material supply port of the injection molding machine, and plasticized at a cylinder temperature of 2 10 ° C ⁇ 220 ° C ⁇ 230 ° C ⁇ 220 ° C, and melted into a mold having a thin plate-shaped cavity.
  • the material was injected at an injection pressure of 44 MPa and an injection speed of 10 OmmZs.
  • the mold temperature was set at 60 ° C.
  • the mold was opened, ejected from the mold with one pin of the ejector, and received the molded product in the plastic container.
  • the kinetic friction coefficient of the surface corresponding to the sliding surface of the obtained molded product is 0.25, and the specific wear is 3.8 X 10-13 mm 3 / Nkm, and it has excellent performance as a sliding part. It was a thing.
  • the tensile rupture strength was measured in the same direction as the reference direction and in the direction perpendicular to the reference direction, with the orientation direction of the vapor-grown carbon fiber on the sliding surface as the reference direction. Were almost equivalent.
  • the fibrous filler is formed of the composite material containing the fibrous filler and the fibrous filler is oriented on the sliding surface, the mechanical strength is low. No anisotropy appears, and the sliding properties on the sliding surface show extremely excellent values.
  • a polyamide resin PA
  • other various engineering plastics may be used as the matrix resin.
  • Specific examples include polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyacetal resin (POM), and polyethylene terephthalate resin.
  • PET Fatty acid
  • PBT polybutylene terephthalate resin
  • PEEK polyether ether ketone resin
  • LCP liquid crystal polymer resin
  • PPS polyphenylene sulphide resin
  • PC polyphenolate resin
  • PPO polyphenylene oxide resin
  • the vapor-grown carbon fiber having specific physical properties is used as the fibrous filler, but the orientation degree is higher near the sliding surface than inside the sliding component, and Any fibrous filter that is oriented along the sliding surface near the sliding surface can be used arbitrarily.
  • the diameter is 0.1 m to 0.2 jm
  • the fiber length is 1 im to 500 /
  • the bulk density of the vapor-grown carbon fiber is more preferably 0.05 g / cm 3 to 0.1 g / cm 3 , and It is more desirable that the vapor-grown carbon fiber be calcined at 220 to 3000C.
  • the carbon fiber relating to the precision part of the present invention is a carbon fiber obtained by thermally decomposing a carbon compound such as a hydrocarbon into carbon in a gas phase, and simultaneously growing this directly into a fibrous form.
  • This carbon fiber is produced by a VLS reaction that proceeds in a system in which a gas phase, a liquid phase, and a solid phase coexist using a transition metal as a catalyst.
  • This carbon fiber is a carbonaceous product heat-treated at 1300 (referred to as carbon fiber A) or a graphite product heat-treated at 2800 (referred to as carbon fiber B).
  • Carbon fiber A has a carbon atom distance (C o) of 6.9 A, a fiber diameter of 0.2 im, a fiber length of 10 to 20 111, a bulk density of 0.02 to 0.07 g / cm 3 , and a true density of 1. 9 g / cm 3 , specific surface area 37 m 2 Zg, hygroscopicity 1.3%, volatile matter 0.5-1.0%, ash 1.5%, pH5, oxidation start temperature 550.
  • Carbon fiber B is the distance between the carbon atoms (C o) 6. 7 7 5 A, fiber diameter 0.2, fiber length 10 to 20 m, bulk density 0. 0 2 ⁇ 0.
  • the friction coefficient of the resin product without additives is 0.5, but the friction coefficient of the additive is 0.2, which is abrasion resistance. Can be greatly improved.
  • the carbon fiber is not added in an appropriate amount, gas is generated during injection molding, and injection molding cannot be performed.
  • the amount of carbon fiber added to the polyacetal resin be within a range of 20% by weight or less. It is appropriate to add 20% by weight and 40% by weight of carbon fiber to the polyamide resin.
  • the amount of carbon fiber added to the polyphenylene sulfide resin be within the range of 20% by weight.
  • Table 1 shows that polyamide resin 12 (PA12), polyacetone resin (POM), and polycarbonate resin (10% by weight or 20% by weight of the above-mentioned fibrous filler (carbon fiber)) were added. PC).
  • a non-composite material (resin alone) to which no fibrous filler is added is shown as “BLANK:”.
  • each of the above resins is injection molded under molding conditions as shown in Table 2.
  • the composite material obtained by adding 20% by weight of the fibrous filler to PA 12 has a temperature of the nozzle, the front part (measuring part), the middle part (compression part), the rear part (supply part), and the temperature of the molding die, respectively.
  • For non-composite materials of PA12 190 ° C, 200 ° C, 180, 170 ° C, respectively. ° C, 70.
  • the above temperatures were set to 200, 21 O, 190 ° C, 170 ° C, and 170 ° C, respectively.
  • non-composite materials 180, 185t, 175 ° C, 165 ° C, 60 respectively. C and are doing.
  • the above temperatures were set to 290 ° C, 310 ° C, 290 ° C, 270 ° C, 80 ° C, respectively, and non-composite materials of PC About 28 O :, 290 ° C, 270 ° C, 260 ° C, 80 respectively.
  • the same conditions as for the composite material obtained by adding 10% by weight of the fibrous filler to PA 12 are the same as 20% by weight.
  • the coefficient of kinetic friction, the specific wear (mm 3 ZN ⁇ km), and the limit PV value (kP a -m Zs) were determined by applying a resin piece of a specified shape ( ⁇ 55 mm x thickness 2 mm) to a surface pressure of 5 ON. However, it shows the value when sliding on a copper plate (S45C) at a speed of 0.5 mZsec.
  • the specific gravity is measured in accordance with the method for measuring the density and specific gravity of plastic-non-foamed plastic (JIS 712 standard (Method A)).
  • the tensile strength at break (MPa) refers to the tensile stress at the moment when the specimen breaks.
  • the tensile breakage extension (%) refers to the elongation corresponding to the tensile strength at break.
  • the flexural strength (MPa) and flexural modulus (MPa) were measured using a resin piece of 80mmX10mmX2mm, and this measurement was performed in accordance with the plastic bending property test method (JISK7171 standard). I do. 'In addition, the volume resistivity ( ⁇ ⁇ cm) is measured using a resistivity meter MCP-T600 (Mouthless GP, manufactured by Dia Instruments Co., Ltd.) or MCP-HT450 (High Speed Up, Dai Instruments Co., Ltd.) The measurement is performed on a resin piece of 10 Omm X 8 Omm x 2 mm using the product (Ment).
  • the thermal conductivity (W / m ⁇ K) was measured using a thermal conductivity meter QTM-500 (rapid thermal conductivity meter, manufactured by Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.) on a 10 OmmX 8 OmmX 2 mm resin piece. I have. table 1
  • the coefficient of kinetic friction is a measure of the smoothness and surface properties of the surface of the composite material. For example, by forming a gear using a composite material having a small coefficient of dynamic friction, rotation can be performed smoothly.
  • the average surface roughness is about 18.5 nm for PA12 and 10 wt% and 20 wt% of the fibrous filter are added, the average surface roughness is about 13 nm and about 13 nm, respectively. It is about 36 nm.
  • the measurement was carried out using a desktop miniature probe microscope Nanopics 100 and NPX100 (Nanopics, manufactured by Seiko Instruments Inc.).
  • the range of improvement is extremely large when the fibrous filler is added at 20% by weight compared with the one obtained when 10% by weight is added.
  • the volume resistivity is a measure of the easiness of electrostatic charging, and the smaller the volume resistivity, the less the static electricity is charged, and the harder it is for garbage and litter to adhere. For this reason, by setting the content of the fibrous filler in the composite material to 10% by weight, it is possible to avoid a situation in which dust or the like is interposed between gears or the like made of such a composite material and causes a malfunction in equipment operation. it can. When the content is 20% by weight, it is more effective against static electricity.
  • the time during which the composite material can be removed from the mold depends on the cooling rate of the composite material (in other words, the ease of cooling), so the thermal conductivity of the composite material increases. Thus, it is expected that the production efficiency of composite materials will be improved.
  • the composite material with the fibrous filler added to the POM has a slightly higher kinetic friction coefficient than the non-added material, but all other basic characteristics have been improved. It can be said that it was done.
  • a timepiece wheel was prototyped by injection molding using a resin to which carbon fiber was added.
  • the formed timepiece gear was finished to a size almost the same as the size of the drawing at the beginning, and it was proved that the carbon fiber-added resin of the present invention had excellent transferability.
  • the tip and periphery of the molded watch gear are also filled with carbon fiber uniformly.
  • the composite of resin and carbon fiber in the injection molding machine has no carbon fiber bias and is uniformly dispersed.
  • the resin to which carbon fibers are added also has the advantage that the resin material that has not been used for molding remains in the hopper because the purge is quick when exchanging materials during injection molding.
  • the world's smallest resin gear 10 with a gear part 11 having six teeth and an outer diameter of 0.2 mm was manufactured (see Fig. 1).
  • the resin is PA 12 and the carbon fiber is added at 20% by weight.
  • the function as a gear wheel was surely demonstrated.
  • the present invention has proved that extremely small parts can be formed by resin injection molding, and can contribute to miniaturization of precision products such as watches.
  • the carbon fiber A is described as a carbonaceous product heat-treated at 130 ° C. in the second embodiment, a carbonaceous product heat-treated at 1000 ° C. to 150 ° C.
  • carbon fiber B is described as a graphite article heat-treated at 280 Ot :.
  • carbon fiber B is heat-treated at 220 to 300 ° C. If it is a product, it can be used practically.
  • a watch base plate Using the carbon fiber-added resin according to the present invention, a watch base plate, a train wheel receiver, a fifth wheel, and a rotor were manufactured.
  • FIGS. 2 and 3 are views showing the structure of a main part of the timepiece according to the present embodiment.
  • Each of the wheels 10, 20, 30, the main plate 50, the wheel train receiver, which are precision parts constituting the timepiece 60 is made of the composite material (resin to which the fibrous filler has been added) according to the first or second embodiment, respectively.
  • 4th car 3 0, 5th car 2 0, 6th car 10 is the gear section 1 1 of 6th car 10 10 and gear section 2 of 5th car 20 0, gear section 2 of 5th car 20
  • the gears 31 of the second and fourth wheel 30 are combined with each other to form a wheel train, and the respective wheel shafts 10 0a to 3 of the wheel train receiver 60 of each wheel 10 to 30 are formed.
  • 0a is rotatably supported by bearing portions 10b to 30b of the train wheel bearing 60, respectively.
  • the main plate 5 0 of each car 10 to 30 The respective shaft portions 10c to 30c of the base plate 50 are rotatably supported by bearing portions 10d to 30d of the base plate 50, respectively.
  • this wheel train is rotated by a stepping motor (not shown) that drives the sixth wheel & pinion 10 to rotate the second hand 40 attached to the fourth wheel & pinion 30.
  • the train wheel receiver 60 is attached to the main plate 50 by screw pins 70 and screws 80. Further, a convex portion (not shown) of the dial 90 is press-fitted into a hole (not shown) of the main plate 50 and attached.
  • Gears 100 and 150 and bearings 120 as precision parts or sliding parts are formed from a composite material in which the fibrous filler according to the present invention is added to resin, and the gears are used.
  • the pudding was made as shown in Fig. 4.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a driving mechanism of the printer.
  • the roller 130 has a shaft portion 110 whose frame 210 is formed by a bearing portion 120 made of the composite material (resin to which the fibrous filler is added) according to the first or second embodiment.
  • a gear 100 made of the above-described composite material is provided at a shaft end portion so as to be rotatable.
  • a gear 150 made of the above-described composite material is combined with the gear 100, and the # 1 wheel 150 is driven by a drive motor (not shown), so that the roller 1 30 is to be rotated.
  • gears 100 and 150 and the bearing section 120 made of the above-described composite material are used for the drive mechanism for driving the rollers 130, these gears 100 are used. It is possible to prevent the adhesion of dust and fuzz to the joint portion of 0, 150 and the bearing portion 120, and it is possible to smoothly drive the roller 130 without lubrication.
  • gears have been exemplified as precision parts or sliding parts, but in addition to the above, the above-described composite material may be used for shafts, bearings, guides, hinges, sleeves, and the like. It can also be applied to rotating power transmission mechanism parts such as shafts and bearings, chains, belts, cams, and rollers, and rotating mechanism products such as gear pumps.
  • the fibrous filler present near the sliding surface is not oriented because the fibrous filler is oriented along the sliding surface in the portion forming the sliding surface. Unlike this, the microscopic smoothness of the sliding surface is high, and the friction coefficient of the sliding surface is low. In addition, since the degree of orientation of the fibrous filler inside the sliding component is lower than that of the sliding surface, the fibrous filler included in the entire sliding component is oriented to the same degree as the sliding surface. Anisotropy is less likely to appear in the mechanical strength of sliding parts compared to.
  • this sliding component although it is formed of a composite material containing a fibrous filler, no anisotropy in mechanical strength appears and the sliding property is excellent. It will be.

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Description

摺動部品及び精密部品並びにこれらを使用した時計及び電子機器 技術分野
本発明は、 摺動部品、 精密部品及びこれを使用した時計、 電子機器に関する。 背景技術 明
従来から、 ギヤ、 カム、 ローラー、 軸受、 コネクタなどの摺動部品を形成する 田
際に、 ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状フイラ一をマトリクス樹脂中に分散さ せてなる複合材料が利用されている。
しかし、 上記のような複合材料を利用して摺動部品を製造すると、 成形時の諸 条件 （例えば、 成形品の形状、 金型に設けるゲートの位置や数、 複合材料の粘度 や繊維状フイラ一含有率、 繊維状フイラ一の繊維長など） によっては、 繊維状フ イラ一が特定方向に配向してしまうことがあり、 この場合、 摺動部品の機械的強 度に異方性が現れて、 例えば成形品に反りの発生しやすい方向ができたり、 外力 が加わった時に折れたり割れたりしゃすい方向ができるといった問題を招くこと があった。
一方、 上記成形時の諸条件を調節することにより、 繊維状フイラ一が配向しな いようにすれば、 摺動部品の機械的強度に上記のような異方性が現れるのを防止 することはできるが、 この場合は、 摺動部品の摺動面付近に存在する繊維状フィ ラーの多くが摺動面に交差する方向を向き、 これが原因で摺動面の微視的な平滑 性が損なわれるため、 摺動面の摩擦係数が高くなつて摺動性の低下を招くことが あつに。
また、 従来の精密部品は、 時計に使用される地板、 受、 ロータ、 五番車を樹脂 使用して製造することは知られていた。 例えば、 特許第 2 9 6 2 3 2 0号公報に 記載されている。
しかし、 従来の精密部品は転写性が悪く、 射出成形金型の寸法と射出成形後の 部品の寸法との開きが大きかった。 そのため、 極めて小さな部品では、 高精細な 形状で成形することはできず、 外径の小さな歯車などでは、 先端曲率があまりに も小さくなるため、 樹脂を用いて製造することはできないという問題点があった また、 従来の精密部品は、 樹脂成形品の表面の平滑性、 表面性が不足しており 、 特に、 熱可塑性樹脂の場合、 樹脂成形品の強度が不足してしまうという問題点 あった。 発明の開示
本発明の摺動部品は、 繊維状フイラ一をマトリクス樹脂中に分散させてなる複 合材料によって形成された摺動部品であって、 前記繊維状フイラ一の配向度が、 内部よりも摺動面をなす部分で高くなつていて、 該摺動面においては、 前記繊維 状フィラーが前記摺動面に沿って配向していることを特徵とする。
この摺動部品においては、 插動面をなす部分では、 繊維状フイラ一が摺動面に 沿って配向しているので、 摺動面付近に存在する繊維状フイラ一が配向していな いものとは異なり、 摺動面の微視的な平滑性が高く、 摺動面の摩擦係数が低くな る。 また、 摺動部品の内部では、 繊維状フイラ一の配向度が摺動面よりも低いの で、 摺動部品全体に含まれる繊維状フイラ一が、 摺動面と同程度配向しているも のに比べ、 摺動部品の機械的強度に異方性が現れにくい。
したがって、 この摺動部品によれば、 繊維状フイラ一を含有する複合材料で形 成されているにもかかわらず、 機械的強度に異方性が現れず、 且つ、 摺動性にも 優れたものとなる。
なお、 摺動面付近に存在する繊維状フイラ一は、 配向度が高いほど摺動面の微 視的な平滑性は高くなるので望ましい。 また、 内部に存在する繊維状フイラ一は 、 配向度が低いほど摺動部品の機械的強度に異方性が現れにくいので望ましい。 ちなみに、 この摺動部品の外面の内、 摺動面以外の面では、 繊維状フイラ一が配 向していてもよいし配向していなくてもよい。
複合材料中に含まれる繊維状フィラーの量は、 繊維状フィラーの物性やマトリ クス樹脂の物性によっても変わるので適宜調整すればよいが、 一応の目安として は、 複合材料全体に対する重量比で 3重量％〜6 0重量％程度が適当である。 こ の繊維状フイラ一の量が 3重量％を下回ると、 繊維状フイラ一を加えたことによ る効果が過剰に弱くなる場合が多く、 6 0重量％を上回るとマトリクス樹脂の連 続性が失われて脆性が過剰に高くなる場合が多い。
上記のような特徴的構造を備えた摺動部品は、 どのような方法で製造してもよ いが、 具体的な例を挙げれば、 次のような方法で製造することができる。
例えば、 繊維状フイラ一は、 繊維長が長いと配向しやすく、 繊維長が短いと配 向しにくい傾向があるので、 この繊維長を適宜調節することにより、 キヤビティ 一内の一部では繊維状フイラ一が配向する一方、 他の一部では繊維状フイラ一が 配向していない状態にすることができる。 ここで、 繊維状フイラ一が配向する部 分は、 キヤビティ一内を複合材料が流動する際のマトリクス樹脂一繊維状フイラ 一間の滑りが比較的大きい部分であり、 繊維状フイラ一が配向しない部分は、 上 記マトリクス樹脂一繊維状フィラー間の滑りが比較的小さい部分なので、 キヤビ ティーの内壁近傍では、 複合材料の流動抵抗が大きくなる分だけ繊維状フイラ一 が配向しやすく、 キヤビティーの内壁から離れるほど繊維状フィラーが配向しに くい傾向がある。 そのため、 繊維状フイラ一の繊維長を最適化するだけでも、 摺 動部品の摺動面をなす部分では繊維状フイラ一の揹動面に沿った配向度が高く、 摺動部品の内部では繊維状フィラーの配向度が低い成形品を製造できる場合があ る。
また、 上記のような繊維状フイラ一の繊維長の最適化に加え、 摺動部品の形状 (=金型内のキヤビティーの形状） に応じて、 金型に設けるゲートの位置、 ゲー トの数、 ゲートからの射出圧等を調節すれば、 キヤビティー内に充填される複合 材料がキヤビティー内の摺動面を形成する部分において摺動面に沿って特定方向 へ迅速に流動するように、 複合材料の流動方向および流動速度を最適化できる。 したがって、 これにより、 キヤビティ一内の摺動面を形成する部分について、 充 填された複合材料中の繊維状フイラ一の配向度を高めることができる。
あるいは、 上記以外の製法としては、 例えば、 配向しやすい第 1の繊維状フィ ラ一 （例えば、 繊維長の長いもの） を含有する第 1の複合材料と、 配向しにくい 第 2の繊維状フイラ一 （例えば、 繊維長の短いもの） を含有する第 2の複合材料 とを、 同時またはある程度の時間差をおいて金型のキヤビティ一内に射出するよ うにして、 主に第 1の複合材料が摺動部品の摺動面をなす部分に流れ込み、 主に 第 2の複合材料が摺動部品の内部をなす部分に流れ込むように、 金型に設けるゲ 一卜の位置、 ゲ一卜からの射出圧、 各複合材料の粘度などを調整してもよい。 こ のようにすれば、 摺動部品の摺動面をなす部分には、 配向しやすい第 1の繊維状 フィラーを含む第 1の複合材料が充填され、 摺動部品の内部には、 配向しにくい 第 2の繊維状フイラ一を含む第 2の複合材料が充填されるので、 これにより、 摺 動部品の插動面をなす部分では繊維状フイラ一の摺動面に沿った配向度が高くな り、 摺動部品の内部では繊維状フィラーの配向度が低くなつている成形品を製造 できる。
あるいは、 摺動部品の摺動面をなす部分を成形する工程と、 摺動部品の内部を 成形する工程とを別工程にじて、 各工程毎に繊維状フィラーの配向度を最適化し てもよい。 これらの工程を別工程とする場合は、 どちらの工程が先になつていて もよい。 各工程における繊維状フイラ一の配向度を最適化する方法は、 各工程毎 に任意であり、 各工程毎に繊維状フィラ一の繊維長が異なる複合材料を利用して もよいし、 各工程毎にキヤビティ一内における複合材料の流動速度が変わるよう に成形条件を設定してもよいし、 これらの手法を併用してもよい。
いずれにしても、 これらの製法あるいはその他の製法により、 摺動部品の摺動 面をなす部分では、 繊維状フイラ一の摺動面に沿った配向度が高く、 且つ、 摺動 部品の内部では、 繊維状フイラ一の配向度が低い摺動部品を製造すれば、 繊維状 フィラーを含有する複合材料で形成されているにもかかわらず、 機械的強度に異 方性が現れず、 且つ、 摺動性にも優れた摺動部品となる。
ところで、 以上説明した摺動部品においては、 前記繊維状フイラ一が、 直径 0 . 01 ^m〜0. 2 m、 繊維長 1 ^m〜 500 xmの気相成長炭素繊維 （V a p e r G r own C a r b on F i b e r, VGCF) であると望ましい このように構成される摺動部品において、 繊維状フィラーとして採用している 気相成長炭素繊維は、 他の炭素繊維 （例えば PAN系、 ピッチ系など） よりも微 細な炭素繊維である。 この気相成長炭素繊維の繊維長については、 l m〜50 0 mにすると望ましく、 この繊維長が 500 /mを上回ると摺動部品内部の繊 維状フイラ一の配向度が高くなり過ぎる傾向があり、 繊維長が 1 mを下回ると 摺動面付近に存在する繊維状フィラーの配向度が低くなり過ぎ、 摺動面の平滑性 が損なわれる。 また、 気相成長炭素繊維の直径については、 0. 0 1 m〜0. 2 mにすると望ましく、 この直径が 0. 2 を上回るとやはり摺動部品内部 における繊維状フイラ一の配向度が高くなりすぎる傾向があり、 直径が 0. 01 mを下回ると摺動面付近に存在する繊維状フィラーの配向度が低くなり過ぎる このように構成された摺動部品は、 上記のような気相成長炭素繊維を分散させ た複合材料によって形成されているので、 他の繊維状フィラ一を採用したものに 比べ、 優れた摺動性を発揮するものとなる。 また、 上記気相成長炭素繊維は、 繊 維状フイラ一としてはきわめて微細なものであり、 繊維が成形品の微細な凹凸に も入り込むため、 他の繊維状フイラ一を採用したものに比べ、 金型のキヤビティ —内壁に形成されたミク口ンオーダ一の凹凸を忠実に再現した成形品を得ること ができ、 しかも、 そのような微細な凸部の機械的強度も含め、 成形品全体にわた つて強度を高くすることができる。 したがって、 きわめて小さな摺動部品や微細 な凹凸のある摺動部品を成形する場合には特に好適なものとなる。 さらに、 熱伝 導率が高いので、 放熱が必要な箇所の摺動部品として利用するのに好適であり、 電気伝導率も高いので、 摺動に伴って発生する静電気を逃がすこともできる。 また、 このような気相成長炭素を繊維状フイラ一として採用する場合、 前記気 相成長炭素繊維の嵩密度が、 0. 05 gZcm3〜0. l g/cm3であると望ま しい。
このように構成された摺動部品においては、 上記気相成長炭素繊維として、 そ の嵩密度が、 0. 05 gZcm3〜0. 1 gZcm3であるものを採用しているの で、 成形品の靱性が高くなり、 機械的強度に優れた摺動部品を得ることができる 。 なお、 この嵩密度が 0. 1 g/cm3を上回ると樹脂中への分散性にばらつき が出やすくなる。 嵩密度が 0. 05 g/cm3を下回ると、 成形品の脆性が高く なる傾向があるため、 機械的強度に優れた摺動部品を得ることが難しくなる。 また、 前記気相成長炭素繊維が、 2200 °C〜 3000°Cで焼成処理されたも のであるものも望ましい。
このように構成された摺動部品においては、 気相成長炭素繊維が 2200°C〜 3000°Cで焼成処理されて、 気相成長炭素繊維が黒鉛化した状態になっている ので、 これにより、 摺動面の固体潤滑性が高くなる。 また、 気相成長炭素繊維が 黒鉛化した状態になっていると、 導電性や熱伝導性も向上するといつたメリット もある。 なお、 この焼成処理温度が 2200°Cを下回ると、 完全に黒鉛化が進ん でいない状態になりやすいので固体潤滑性能が低下する恐れがある。 また焼成処 理温度が 3000°Cを上回ると気相成長炭素繊維が分解してしまうので好ましく ない。
更に、 マトリクス樹脂に関しては、 前記マトリクス樹脂が、 ポリテトラフルォ 口エチレン樹脂 （PTFE)、 ポリアセ夕一ル樹脂 （POM)、 ポリアミド樹脂 ( PA)、 ポリエチレンテレフタレート樹脂 （PET)、 ポリブチレンテレフタレ一 ト樹脂 （PBT)、 ポリエーテルエーテルケトン樹脂 （PEEK)、 液晶ポリマー 樹脂 （LCP)、 ポリフエ二レンサルファイド樹脂 （PPS)、 ポリカーボネート 樹脂 （PC)、 またはポリフエ二レンォキシド樹脂 （PPO) のいずれかであると よい。
これらの樹脂は、 いずれかを単独で使用すればよいが、 相溶性の高い組み合わ せか適当な相溶化剤によって相溶性を高くできる組み合わせであれば、 2種以上 を混合して使用してもよい。
このように構成された摺動部品であれば、 摺動部品に要求される摺動性および 機械的強度を十分に満足させることができる成形品を得ることができる。
また、 本発明は、 炭素化合物を気相で炭素に熱分解させ、 この熱分解と同時に 直接繊維状に成長させた炭素繊維を添加した樹脂からなる精密部品である。 なお 、 炭素化合物は、 炭化水素をはじめとする炭化化合物に適用できる。 本発明は、 炭素繊維が遷移金属を触媒として、 気相、 液相、 固相の 3相が共存 する系で進行する気相一液相一固相系反応 （以下 「VLS (Va p e r p h a s e , L i qu i d ph a s e, S o l i d ph a s e) 反応」 という。） に より生成された精密部品である。
本発明は、 炭素繊維が 1300°Cで熱処理されたカーボン質品である精密部品 である。 ' 本発明は、 炭素繊維が 2800でで熱処理されたグラフアイト質品である精密 部品である。
本発明は、 炭素繊維が炭素原子間距離 （C o) 6. 9A、 繊維径 0. 2 m、 繊維長 1 0〜20 m、 嵩密度 0. 02〜0. 07 g/cm3、 真密度 1. 9 g/ cm3、 比表面積 37 m2/ g、 吸湿性 1. 3 %、 揮発分 0. 5〜1. 0 %、 灰分 1. 5 %、 pH 5、 酸化開始温度 550°Cである精密部品である。
本発明は、 炭素繊維が炭素原子間距離 （Co) 6. 775 A, 繊維径 0. 2 a m、 繊維長 10〜20 m、 嵩密度 0. 02〜0. 08 g/ c m3、 真密度 2. 1 g/cm3, 比表面積 15m2Zg、 吸湿性 2%、 揮発分 0. 1〜0. 2 %、 灰分 0. 1 %、 pH7、 酸化開始温度 650°Cである精密部品である。
本発明は、 前記樹脂が、 ポリアセタール樹脂、 ポリアミド樹脂、 ポリフエニレ ンサルフアイド樹脂及びポリカーボネート樹脂のうち、 少なくともいずれか 1つ である精密部品である。 このような樹脂を使用することで、 射出成形において、 成形された歯車の外径が 0. 2 mmのように非常に小型の部品や非常に曲率が小 さな部分を有する部品、 例えば歯車などに使用することができる。
このように構成された本発明では、樹脂精密部品においては、 （1)高精細形状 ができた。 （2) 歯車の先端曲率を小さくできた。 （3) 熱可塑性樹脂の場合、 樹 脂成形品の強度が向上した。 （4) 耐摩耗性が向上した。 （5) 射出成形金型の寸 法と射出成形樹脂品の寸法との開きが小さくなり、転写性が向上した。 （6)樹脂 成形品の表面の平滑性、 表面性が向上した。 （7) 熱伝導性が良い。 （8) ごみ、 ケバが付着しない。 （9)薄い個所を有する射出成形品ができた。等の利点が得ら れた。 また、 外径が 0. 2mmという世界一小さい樹脂歯車を射出成形にて提供 することができた。 さらに、 時計においては、 これら利点を活かすことにより、 金属材料で形成されていた精密部品の軽量化、 コストダウンが実現できた。 さら に、 歯車の軸に本発明を適用することにより、 潤滑性が付与されるので、 軸受け 部に使用していた潤滑油の使用とその注入工程が削除され、 いわゆる時計組み立 て工程における無注油化が実現できた。 このような上記の利点が発現する理由は 、 本発明に係わる炭素繊維は、 （1 ) 黒鉛層間のファン ·デル ·ヮ一ルスカ （結合 力）が弱いので樹脂とコンポジットした場合の分散性が優れていること。 （2 )熱 伝導性が良いので、 射出成形金型の傷まで転写されるくらいに転写性がすぐれて いること。 （3 )温度特性特性が優れているので、すなわち熱膨張係数と熱収縮係 数が小さいので、精密部品が製造できること。 （4 )炭素繊維と樹脂とがからまり 機械的な強度が発現すること。 等の物理的 ·機械的な特性に起因する。
そして、 本発明は、 これらの精密部品又は摺動部品を使用した時計である。 また、 本発明は、 上述の摺動部品又は精密部品を備えた電子機器である。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 3実施形態に係る精密部品の全体構造を示す斜視図である。 図 2は本発明の第 4実施形態に係る時計の要部構造を示す斜視図である。 図 3は本発明の第 4実施形態に係る時計の要部構造を示す断面図である。 図 4は本発明の第 5実施形態に係る電子機器の一例としてのプリンタの要部構 造を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[第 1実施形態]
次に、 本発明の摺動部品の実施形態について一例を挙げて説明する。
分子量 1 4 0 0 0、 溶融粘度 8 0 0ボイズのポリアミド樹脂 1 2を 8 0重量％ 、 平均繊維径 0 . 2 / m、 平均繊維長 2 0 x m、 嵩密度 0 . 0 7 g / c m 3で、 事前に 2 8 0 0 で焼成処理された気相成長炭素繊維 2 0重量％を、 それぞれ秤 量して、 二軸押出機にて 2 3 0 °C下、 φ 3 mmのストランド状に混練押出したも のをペレタイジングし原材料とした。
その原材料を射出成形機の材料供給口から投入し、 シリンダ一温度 2 10°C→ 220°C→230°C→220°Cにて可塑化し、 薄板形状のキヤビティーを有する 金型に、 前記溶融材料を射出圧 44MP a、 射出速度 10 OmmZsにて射出し た。 金型の温度は 60°Cに設定した。
適当な冷却時間の経過後、 金型を開いてェジェクタ一ピンにて金型から突き出 し、 プラスチックコンテナ一にて成形品を受けた。
得られた成形品の摺動面に相当する表面の動摩擦係数は 0. 25、 比摩耗量は 3. 8 X 10-13mm3/N · kmであり、 摺動部品として優れた性能を有するも のであった。
また、 得られた成形品の摺動面に相当する表面を、 走査電子顕微鏡で観察した ところ、 摺動面に相当する表面では、 気相成長炭素繊維が摺動面と平行に一軸配 向していた。 また、 法線方向が互いに異なる複数の断面を、 走査電子顕微鏡で観 察したところ、 成形品の内部においては、 摺動面に比べて、 気相成長炭素繊維の 配向度が低く、 気相成長炭素繊維がランダムな方向を向いていた。
上記摺動面における気相成長炭素繊維の配向方向を基準方向として、 基準方向 と同一方向、 および基準方向に直交する方向について、 引張破壌強さを測定した ところ、 両者の引張破壌強さはほぼ同等であった。
このように、 上記成形品によれば、 繊維状フイラ一を含有する複合材料で形成 されていて、 摺動面で繊維状フイラ一が配向しているにもかかわらず、 機械的強 度には異方性が現れておらず、 しかも、 摺動面における摺動性はきわめて優れた 値を示す。
以上、 本発明の摺動部品の実施形態について説明したが、 本発明は上記の具体 的な一実施形態に限定されず、 この他にも種々の形態で実施することができる。 例えば、 上記実施形態では、 マトリクス樹脂としてポリアミド樹脂 （PA) を 用いていたが、 これ以外の各種エンジニアリングプラスチックをマトリクス樹脂 として用いてもよい。 具体例としては、 例えば、 ポリテトラフルォロエチレン樹 脂 （PTFE)、 ポリアセタール樹脂 （POM)、 ポリエチレンテレフタレート樹 脂 （P ET)、 ポリブチレンテレフタレート樹脂 （PBT)、 ポリエーテルエーテ ルケトン樹脂 （PEEK)、 液晶ポリマ一樹脂 （LCP：)、 ポリフエ二レンサルフ アイド樹脂 （P P S；)、 ポリ力一ポネート樹脂 （PC)、 またはポリフエ二レンォ キシド樹脂 （PPO) などを用いることができる。
また、 上記実施形態では、 繊維状フイラ一として、 特定の物性を有する気相成 長炭素繊維を用いていたが、 摺動部品の内部よりも摺動面付近に,おける配向度が 高く、 且つ、 摺動面付近においては摺動面に沿って配向する状態になる繊維状フ イラ一であれば、 任意に利用することができる。 伹し、 摺動部品に微細な凹凸が ある場合には、 微細な繊維状フイラ一を用いる方がよく、 その点では、 直径 0 1 m〜0. 2 j m、 繊維長 1 im〜5 00 /imの気相成長炭素繊維は望まし レ また、 この場合、 気相成長炭素繊維の嵩密度は、 0. 0 5 g/cm3〜0. 1 g/cm3であるとより望ましく、 また、 気相成長炭素繊維が、 2 20 0 〜 300 0°Cで焼成処理されているとより望ましい。
[第 2実施形態]
次に、 本発明の精密部品の実施形態について説明する。
本発明の精密部品に係わる炭素繊維は、 炭化水素をはじめとする炭素化合物を 気相で炭素に熱分解させ、 この熱分解と同時に直接繊維状に成長させた炭素繊維 である。 この炭素繊維は、 遷移金属を触媒として、 気相、 液相、 固相の 3相が共 存する系で進行する VL S反応により生成する。 この炭素繊維は、 1 30 0でで 熱処理されたカーボン質品（炭素繊維. Aという）、 もしくは 28 00 で熱処理さ れたグラフアイト質品 （炭素繊維 Bという） である。 炭素繊維 Aは、 炭素原子間 距離 （C o) 6. 9A、 繊維径 0. 2 im、 繊維長1 0〜20 111、 嵩密度 0. 02〜0. 0 7 g/cm3、 真密度 1. 9 g/cm3、 比表面積 3 7m2Zg、 吸湿 性 1. 3 %、 揮発分 0. 5〜1. 0%、 灰分 1. 5 %、 pH5、 酸化開始温度 5 50 である。 炭素繊維 Bは、 炭素原子間距離 （C o) 6. 7 7 5 A, 繊維径 0 . 2 , 繊維長 10〜20 m、 嵩密度 0. 0 2〜0. 08 g/cm3、 真密度 2. 1 g/cm3, 比表面積 1 5m2Zg、 吸湿性 2 %、 揮発分 0. 1〜0. 2%、 灰分 0. 1 %、 pH7、 酸化開始温度 6 50 である。 次に、 この炭素繊維を各樹脂に添加した場合について説明する。 使用した樹脂 は、 ポリアセタ一ル樹脂、 ポリアミド樹脂、 ポリフエ二レンサルファイド樹脂、 ポリ力一ポネート樹脂である。 これらの樹脂に炭素繊維を添加すると、 射出成形 時の流動性が向上し、 成形精密部品のヒケの発生が減少することができる。 例え ば、 ポリアミド樹脂に炭素繊維を 20重量％および 40重量％添加すると、 無添 加の樹脂品では、 摩擦係数が 0. 5であるが、 添加品の摩擦係数は 0. 2となり 耐摩耗性が大幅に向上することができる。 しかし、 炭素繊維の添加が適量でない と、 射出成形時にガスが発生し、 射出成形することができなくなる。 例えば、 ポ リアセタール樹脂に炭素繊維を添加したところ、 2 0重量％以上の添加は射出成 形時にガスが発生する。 よって、 ポリアセタール樹脂に対する炭素繊維の添加量 は 20重量％以内の範囲で行うことが望ましい。 ポリアミド樹脂に炭素繊維を 2 0重量％および 40重量％添加が適量である。 ポリフエ二レンサルフアイド樹脂 に炭素繊維を添加したところ、 20重量％以上の添加により、 射出成形時の樹脂 の流動性が悪化した。 よって、 ポリフエ二レンサルファイド樹脂に対する炭素繊 維の添加量は 20重量％以内の範囲で行うことが望ましい。
表 1は、 上述の繊維状フイラ一 （炭素繊維） を 1 0'重量％又は 2 0重量％添加 したポリアミド樹脂 1 2 (P A 1 2), ポリアセ夕一ル樹脂 （POM), ポリカー ポネート樹脂 （P C) の基本特性を示している。 なお、 比較のために、 繊維状フ イラ一を添加しない非複合材料 （樹脂単体） を 「BLANK：」 として示している 。
上記の各樹脂は表 2に示すような成形条件により射出成形している。 すなわち 、 PA 1 2に繊維状フイラ一を 20重量％添加した複合材料は、 ノズル， 前部 （ 計量部）， 中部 （圧縮部）， 後部 （供給部）， 成形用金型の温度をそれぞれ 220°C ， 230°C, 2 2 0°C, 2 1 O :, 70°Cとし、 P A 1 2の非複合材料について は、 それぞれ 1 90°C， 200°C, 1 80で， 1 7 0°C, 70 としている。 ま た、 POMに繊維状フイラ一を 20重量％添加した複合材料は、 上記各温度をそ れぞれ 2 0 0 ， 2 1 O , 1 90°C, 1 70°C, 60Τ とし、 POMの非複合 材料については、 それぞれ 1 80 ， 1 8 5t , 1 7 5°C, 1 65°C, 6 0。Cと している。 さらに、 PCに繊維状フイラ一を 20重量％添加した複合材料は、 上 記各温度をそれぞれ 290°C, 310°C, 290°C, 270°C, 80°Cとし、 P Cの非複合材料については、 それぞれ 28 O :, 290°C, 270°C, 260 °C ， 80でとしている。 なお、 P A 12に繊維状フイラ一を 1 0重量％添加した複 合材料については、 20重量％と同じ条件である。
ここで、 動摩擦係数， 比摩耗量 （mm3ZN · km), 限界 PV値 （kP a - m Zs) は、 所定形状 （Φ 55mmX厚さ 2mm) の樹脂片を、 5 ONの面圧力を 加えながら 0. 5mZs e cの速度で銅板 （S 45 C) 上を滑らせたときの値を 示している。
なお、 これらの測定方法は、プラスチックの滑り摩耗試験方法（ J I S K 7 2 18規格） に従っている （J I S : J a p an e s e I n du s t r i a l S t and a r d)。
比重の測定は、 プラスチック一非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法 ( J I S K 7 1 12規格 （A法)） に従って行なっている。
また、 引張破壊強さ （MP a) は試験片が破壊した瞬間における引張応力をい レ 引張破壌のび （％) は引張破壊強さに対応する伸びをいう。
引張破壊強さ， 引張破壊のびは、 J I S 1号試験片を用いて、 プラスチックの 引張試験方法 （J I S K 7 1 13規格） に従って行なっている。
また、 曲げ強さ （MP a) や曲げ弾性率 （MP a) は 80mmX 10mmX2 mmの樹脂片を用いて測定しており、 この測定はプラスチック一曲げ特性の試験 方法 （J I S K 7 17 1規格） に従って行なっている。 ' さらに、 体積抵抗率 （Ω · cm) は抵抗率計 MCP— T 600 (口レス夕 GP 、 株式会社ダイァインスツルメンッ製） 又は MCP— HT450 (ハイス夕 UP 、 株式会社ダイァインスツルメンッ製） を用いて、 10 OmmX 8 Ommx 2m mの樹脂片について測定している。
熱伝導率 （W/m · K) は熱伝導率計 QTM— 500 (迅速熱伝導率計、 京都 電子工業株式会社製） を用いて、 10 OmmX 8 OmmX 2 mmの樹脂片につい て測定している。 表 1
PA12 POM PC 項目 単位 VGCF VGCF VGCF
BLANK BLANK BLANK
1 UWT% 20 t% 20wt%
0.18
聽擦霞 U. ZD 0.56 0.46 0.33 0.51
※脆い
比摩耗量 m UUmIl / / I\l · W r\miii 0· OX I U 5.2x10- 11 3·3χ10—9 1.3x10~9 3.3x10~8 8.1x10—8
765 1056 765 1056 765 限界 PV値 KPa · m/s 1547
(溶融） .
3¾！耐日 I n fmill 35.9 131.9 184.6
1.13 1.07 1.02 1.51 1.41 1.30 1.20 iviro 56.5 49.0 41.4 60 69
300
51張姬壊のひ To 16 40 115 以上
曲げ強さ pa 71.9 54.9 90 93 曲げ弾性率 Mpa 3090 1400 2580 2350 体積抵抗率 Ω · cm 3.3x103 1.4x1013 1.2xlO 2.4x10° 1x1014 1.48x10s 埶伝導率 W/m-k 1.49 0.82 0.30
表 2
PA12 POM PC
VGCF BLANK VGCF BLANK VGCF BLANK
ノズル 220°C 190°C 200°C 180°C 290°C 280°C 前部 230°C 200°C 210°C 185°C 310°C 290°C 中部 220°C 180°C 190°C 175°C 290°C 270。C 後部 210°C 170°C 170°C 165°C 270°C 260°C 金型温度 70°C 70°C 60°C 60°C 80°C 80°C
表 1に示すように、 P A 1 2， P Cでは、 繊維状フイラ一を添加した複合材料 は無添加の非複合材料に比べて基本特性がいずれも改善されており、 引張破壌強 さ， 体積抵抗率， 熱伝導率に関しては、 その改善幅は繊維状フイラ一の添加量が 多い程大きいことがわかる。
ここで、 動摩擦係数は、 上記複合材料の表面の平滑性や表面性の目安となり、 例えば動摩擦係数の小さい複合材料により歯車を構成することで、 回転を潤滑に 行なうことができる。 平均面粗さは P A 1 2が約 1 8 5 n mに対して、 繊維状フ イラ一を 1 0重量％及び 2 0重量％を添加すると、 平均面粗さはそれぞれ、 約 1 3 2 n m及び約 3 6 n mとなる。 測定は、 卓上小型プローブ顕微鏡 N a n o p i c s 1 0 0 0及び N P X 1 0 0 (N a n o p i c s、 セイコーィンスツルメンッ 株式会社製） で行なった。
また、 体積抵抗に関しては、 繊維状フイラ一を 1 0重量％添加したものに比べ て 2 0重量％添加したものではその改善幅が極めて大きくなる。 体積抵抗率は静 電気の帯電し易さの目安となり、 体積抵抗率が小さい程、 静電気が帯電しにくく 、 ごみやけばが付着しづらくなる。 このため、 複合材料中の繊維状フイラ一の含 有量を 1 0重量％とすることで、 このような複合材料からなる歯車等にごみ等が 挟まって機器の動作に不具合をきたす事態を回避できる。 また、 2 0重量％を入 れると、 静電気に対してより効果がある。 さらに、 複合材料を射出成形により形 成する場合、 金型から複合材料を取り出し可能な時間は複合材料の冷却速度 （即 ち、 冷えやすさ） に依存するため、 複合材料の熱伝導率が高まることで、 複合材 料の製造効率の向上が期待できる。
なお、 P O Mに繊維状フイラ一を添加した複合材料では、 無添加のものに比べ て動摩擦係数が若干上昇するが、 他の基本特性はいずれも改善されており、 総合 的に見て特性は改善されたといえる。
本実施例では、 炭素繊維の添加された樹脂を用いて、 射出成形により時計用歯 車を試作した。 成形された時計用歯車は、 当初図面の寸法とほぼ同じレベルの寸 法に仕上り、 本発明の炭素繊維添加樹脂の転写性が優れていることが証明された 。 また、 成形時計用歯車の先端部、 周辺部にも炭素繊維が均一に充填されており 、 射出成形機内での樹脂と炭素繊維のコンポジットに炭素繊維の偏りがなく、 均 一に分散していることが理解される。 また、 炭素繊維を添加した樹脂は、 射出成 形時の材料交換時のパージが早く、 ホッパー内に成形に使用されなかった樹脂材 料が残らないという利点をも有する。
[第 3実施形態]
次に、 本発明の精密部品の実施形態について説明する。
射出成形により、 歯数 6個を有する歯車部 1 1の外径が 0 . 2 mmの世界最小 の樹脂歯車 1 0を製作した （図 1参照）。樹脂は P A 1 2で、 炭素繊維は 2 0重量 %添加されている。 本歯車 1 0を時計に組み込み、 作動させたところ、 確実に歯 車としての機能が発揮された。 本発明は、 樹脂の射出成形手段にて極微小部品の できることを証明したことになり、 時計等精密製品のより極小化に貢献できる。 なお、 炭素繊維 Aは第 2実施形態では 1 3 0 0 °Cで熱処理されたカーボン質品と して説明したが、 1 0 0 0 T〜 1 5 0 0 °Cで熱処理されたカーボン質品、 また炭 素繊維 Bは第 2実施形態では 2 8 0 O t:で熱処理されたグラフアイト質品として 説明したが、 2 2 0 0で〜 3 0 0 0 °Cで熱処理されたグラフアイト質品であれば 、 実用上使用が可能である。
[第 4実施形態]
次に、 本発明の精密部品の実施形態について説明する。
本発明に係わる炭素繊維添加の樹脂を用いて、 時計用の地板、 輪列受け、 5番 車、 ロータを制作した。
図 2， 図 3は、 本実施形態の時計の要部構造を示す図であり、 この時計を構成 する精密部品である各番車 1 0 , 2 0 , 3 0， 地板 5 0 , 輪列受け 6 0はそれぞ れ上記第.1実施形態又は第 2実施形態に係る複合材料 （繊維状フィラーを添加さ れた樹脂） からなつている。 4番車 3 0， 5番車 2 0 , 6番車 1 0は、 6番車 1 0の歯車部 1 1と 5番車 2 0の歯車部 2 1、 5番車 2 0の歯車部 2 2と 4番車 3 0の歯車部 3 1とが互いに嚙合して輪列を構成しており、 各番車 1 0〜3 0の輪 列受け 6 0側の各軸部 1 0 a〜 3 0 aがそれぞれ輪列受け 6 0の軸受け部 1 0 b 〜3 0 bにより回転可能に支持されている。 また、 各番車 1 0 ~ 3 0の地板 5 0 側の各軸部 1 0 c〜 3 0 cがそれぞれ地板 5 0の軸受け部 1 0 d〜3 0 dに回転 可能に支持されている。 そして、 6番車 1 0を駆動するステッピングモータ （図 示略） により、 この輪列が回転され、 4番車 3 0に取り付けられた秒針 4 0を回 転させるようになつている。 なお、 輪列受け 6 0はねじピン 7 0及びねじ 8 0に より地板 5 0に取り付けられている。 さらに、 文字板 9 0の凸部 （図示せず） が 地板 5 0の穴部 （図示せず） に圧入されて取り付けられている。
これら精密部品の寸法は、 ほぼ図面寸法と同じレベルに仕上がっていた。 また 、 炭素繊維を樹脂に加えた部品には、 ごみゃケパ等が付着することがなく、 正常 に機能することがわかった。 また、 耐久性も、 これら部品を時計に組み込んだと ころ、 5番車 2 0とロータは無注油であるにもかかわらず回転動作を行うことが できた。更に、 1 0万回転させた場合でも、摩耗すること無く動作が可能であった 。 従って、 炭素繊維を樹脂に加えた部品を使用すると、 無注油にて時計を製造で きることができる。 これにより、 製造における注油工程を不要とすることができ 、 メンテナンス時にも同様に注油工程を不要とすることができる。 また、 注油ェ 程が不要なので、 潤滑油の使用も廃止でき、 製造コストを低減する長所を有する 。 さらに、 ごみゃケパ等により、 時計が止まってしまうこともなくなる利点があ る。
[第 5実施形態]
次に、 本発明の精密部品又は摺動部品の実施形態について説明する。
本発明に係わる繊維状フイラ一を榭脂中に添加した複合材料により精密部品或 いは摺動部品としての歯車 1 0 0， 1 5 0及び軸受け 1 2 0を作成し、 この歯車 を用いて図 4に示すようなプリン夕を製作した。
図 4は、 プリンタの駆動機構を拡大して示す図である。 ローラ 1 3 0は、 その 軸部 1 1 0が、 前記第 1実施形態又は第 2実施形態に係る複合材料 （繊維状フィ ラーが添加された樹脂） からなる軸受け部 1 2 0によりフレーム 2 0 0に回転可 能に取り付けられ、 その軸端部に、 上述の複合材料からなる歯車 1 0 0が設けら れている。 この歯車 1 0 0には、 上述の複合材料からなる歯車 1 5 0が嚙合して おり、 この #車 1 5 0を駆動モ一夕 （図示略） により駆動することで、 ローラ 1 3 0が回転されるようになっている。
本実施形態のプリン夕は、 ローラ 1 3 0を駆動する駆動機構に上述の複合材料 からなる歯車 1 0 0， 1 5 0及び軸受け部 1 2 0を用いているため、 これらの歯 車 1 0 0 , 1 5 0の嚙合部、 軸受け部 1 2 0へのごみやけば等の付着を防止する ことができ、 さらに無潤滑でローラ 1 3 0の回転駆動をスムーズに行なうことが できる。
なお、 本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、 本発明の趣旨を逸 脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、.上記第 2実施形態〜第 5実施形態では、 精密部品或いは摺動部品とし て歯車を例示したが、 これ以外に、 上述の複合材料をシャフト、 ベアリング、 ガ イド、 ヒンジ、 スリーブ等の軸および軸受け、 チェーン、 ベルト、 カム、 ローラ 等の回転動力伝達機構部品、 ギアポンプ等の回転機構製品に適用することも可能 である。 産業上の利用可能性
本発明の摺動部品においては、 摺動面をなす部分では、 繊維状フイラ一が摺動 面に沿って配向しているので、 摺動面付近に存在する繊維状フィラーが配向して いないものとは異なり、 摺動面の微視的な平滑性が高く、 摺動面の摩擦係数が低 くなる。 また、 摺動部品の内部では、 繊維状フイラ一の配向度が摺動面よりも低 いので、 摺動部品全体に含まれる繊維状フイラ一が、 摺動面と同程度配向してい るものに比べ、 摺動部品の機械的強度に異方性が現れにくい。
したがって、 この摺動部品によれば、 繊維状フイラ一を含有する複合材料で形 成されているにもかかわらず、 機械的強度に異方性が現れず、 且つ、 摺動性にも 優れたものとなる。
また、 以上説明したように、 本発明によれば、 樹脂精密部品においては、 （1 ) 高精細形状ができた。 （2 ) 歯車の先端曲率を小さくできた。 （3 ) 熱可塑性樹脂 の場合、 樹脂成形品の強度が向上した。 （4 ) 耐摩耗性が向上した。 （5 ) 射出成 形金型の寸法と射出成形樹脂品の寸法との開きが小さくなり、 転写性が向上した 。 （6 ) 樹脂成形品の表面の平滑性、 表面性が向上した。 （7 ) 熱伝導性が良い。
( 8 ) ごみ、 ケバが付着しない。 （9 ) 薄い個所を有する射出成形品ができた。 等 の利点が得られた。 また、 歯数 6枚の歯車部の外径が 0 . 2 mmという世界一小 さい樹脂歯車を射出成形にて提供することができた。 さらに、 時計においては、 これら利点を活かすことにより、 金属材料で形成されていた精密部品の軽量化、 コストダウンが実現できた。 さらに、 歯車の軸に本発明を適用することにより、 潤滑性が付与されるので、 軸受け部に使用していた潤滑油の使用とその注入工程 が削除され、 いわゆる時計組み立て工程における無注油化が実現できた。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 繊維状フィラーをマトリクス樹脂中に分散させてなる複合材料によって形成 された摺動部品であって、 前記繊維状フイラ一の配向度が、 内部よりも摺動面を なす部分で高くなつていて、 該摺動面においては、 前記繊維状フイラ一が前記摺 動面に沿って配向していることを特徴とする摺動部品。
2. 前記繊維状フイラ一が、 直径 0 1
Figure imgf000022_0001
〜 5 00 mの気相成長炭素繊維であることを特徴とする請求項 1に記載の摺動部品 。
3. 前記気相成長炭素繊維の嵩密度が、 0. 05 g/cm3〜0. l g/cm3で あることを特徴とする請求項 2に記載の摺動部品。
4. 前記気相成長炭素繊維が、 2200 ：〜 300 O で焼成処理されたもので あることを特徴とする請求項 2または請求項 3に記載の摺動部品。
5. 前記マトリクス樹脂が、 ポリテトラフルォロエチレン樹脂、 ポリアセタール 樹脂、 ポリアミド樹脂、 ポリエチレンテレフタレート樹脂、 ポリブチレンテレフ 夕レート樹脂、 ポリエーテルエーテルケトン樹脂、 液晶ポリマ一樹脂、 ポリフエ 二レンサルファイド樹脂、 ポリカーボネート樹脂、 またはポリフエ二レンォキシ ド樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項 1〜請求項 4のいずれかに記載 の摺動部品。
6. 炭素化合物を気相で炭素に熱分解させ、 この熱分解と同時に直接繊維状に成 長させた炭素繊維を添加した樹脂からなることを特徴とする精密部品。
7. 前記炭素繊維が遷移金属を触媒として、 気相、 液相及び固相の 3相が共存す る系で進行する気相一液相一固相系反応により生成されたことを特徵とする請求 項 6記載の精密部品。
8 . 前記炭素繊維が 1 3 0 で熱処理されたカーボン質品であることを特徴と する請求項 6又は 7記載の精密部品。
9 . 前記炭素繊維が 2 8 0 0 で熱処理されたグラフアイト質品であることを特 徵とする請求項 6又は 7記載の精密部品。
1 0 . 前記炭素繊維は、 繊維長が 1 0乃至 2 0 であることを特徴とする請求 項 6乃至 9のいずれかに記載の精密部品。
1 1 . 前記樹脂は、 ポリアセタール樹脂、 ポリアミド樹脂、 ポリフエ二レンサル フアイド樹脂及びポリカーボネート樹脂のうち、 少なくともいずれか 1つである 請求項 6乃至 1 0のいずれかに記載の精密部品。
1 2 . 請求項 6から 1 1記載の精密部品を使用したことを特徴とする時計。
1 3 . 請求項 1から 5のいずれかの項に記載の摺動部品を備えたことを特徴とす る時計。
1 4 . 請求項 1から 5のいずれかの項に記載の摺動部品を備えたことを特徴とす る電子機器。
1 5 . 請求項 6から 1 1のいずれかの項に記載の精密部品を備えたことを特徴と する電子機器。
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