JP2012111815A - 乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温での熱処理を必要とせずに、摺動特性に優れ且つ繰り返し摩擦に対する耐久性や密着性などに優れた乾性潤滑被膜を形成することができる乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物を提供する。
【解決手段】 金属表面への乾性潤滑被膜の形成に用いる樹脂組成物であって、フッ素樹脂のような常温乾燥型の被膜形成用樹脂、パウダー状フィラー、有機溶剤及び添加剤からなり、組成物全量に対して、５〜５０質量％の常温乾燥型樹脂と、０.１〜５質量％の無機系パウダー状フィラーと、０.１〜１質量％の有機系パウダー状フィラーとを含んでいる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、低摩擦摺動に適した乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物に係り、更に詳しくは高温領域での熱処理なしに被膜形成することができ、耐久性に優れ低摩擦摺動に適した乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物に関する。

二つの部材が摺動可能に接しながら相対運動を行う場合、それら部材間には耐摩耗性や低摩擦性等の観点から高い潤滑性が求められる。この潤滑性の程度は、機器の種類、使用環境、摺動部材の表面状態などによって異なり、例えば、機械装置等では摺動部材間の潤滑剤として潤滑油やグリース等が使用されることが多い。しかし、使用環境によっては、潤滑油やグリース等が使用できない場合や、それらだけでは十分な摺動特性が得られない場合がある。

そこで、上記のような使用環境の場合であっても摺動部材間の摺動特性の確保及び向上等を図るために、摺動部材の表面に固体潤滑剤からなる潤滑性被膜を設けることが一般的に広く行われている。しかしながら、固体潤滑剤を単体で部材表面に密着させることは困難である。そのため、通常はバインダー樹脂によって固体潤滑剤を部材表面に密着させることにより潤滑性被膜を形成している。

例えば、電子材料、精密機器、自動車、事務機器等の潤滑性を要求される部品では、その表面に潤滑性塗料を塗布して乾性潤滑被膜を形成することが広く行われている。このような乾性潤滑被膜の形成には、エポキシ樹脂やポリアミドイミド樹脂等の熱硬化性樹脂の溶液中に二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、グラファイト、窒化ホウ素のような固体潤滑剤の微粒子を分散した塗料が使用されている。

具体的には、特許文献１には、バインダー樹脂としてポリアミドイミド及びポリイミドの少なくとも一方を５０〜７３重量％含み、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを３〜１５重量％、二硫化モリブデンを２０〜３０重量％及びグラファイトを２〜８重量％の範囲で合計２７〜５０重量％添加してなる摺動樹脂組成物が記載されている。また、特許文献２には、バインダー樹脂としてエポキシ樹脂４５〜６５重量％と、防錆顔料２〜２０重量％、ＰＴＦＥ２〜２０重量％からなる潤滑性に優れた鉄系製品のコーティング組成物が開示されている。

しかし、上記乾性潤滑被膜形成用の組成物はバインダー樹脂として熱硬化性樹脂を用いていることから、乾性潤滑被膜を形成するには約２００℃以上の高温領域で熱処理しなければならず、そのため高温焼成における部材材質などの硬度低下やコスト上昇等の問題があるため使用が制限される。また、得られる乾性潤滑被膜は、繰り返し摩擦による耐久性が十分でないという問題もあった。

特許第３０１７６２６号公報 特開２００３−１６０７５６号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高温領域での熱処理を必要とせずに乾性潤滑被膜を形成することができ、耐摩耗性及び低摩擦係数等の摺動特性に優れると共に、繰り返し摩擦に対する耐久性や密着性などに優れた乾性潤滑被膜を形成することができる乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物は、金属表面への乾性潤滑被膜の形成に用いる樹脂組成物であって、常温乾燥型の被膜形成用樹脂、パウダー状フィラー、有機溶剤及び添加剤からなり、組成物全量に対して、５〜５０質量％の常温乾燥型樹脂と、０.１〜５質量％の無機系パウダー状フィラーと、０.１〜１質量％の有機系パウダー状フィラーとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、摩擦係数が低く、耐摩耗性等の摺動特性に優れると共に、繰り返し摩擦に対する耐久性や密着性にも優れた乾性潤滑被膜を、高温領域での熱処理を必要とせずに、簡単に形成することができる。また、乾性潤滑被膜の摩擦係数が低減されることによって、各種損失の低減による効率化を図ると共に、発熱による摺動部の昇温及び音鳴り抑制の効果も期待することができる。従って、本発明の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物は、苛酷な摺動条件下で使用される機器の摺動部材用として最適である。

本発明に係る乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物は、基本的に、常温乾燥型の被膜形成用樹脂と、無機系パウダー状フィラー及び有機系パウダー状フィラーの２種類のパウダー状フィラーと、有機溶剤及び添加剤とを含んでいる。尚、ここで常温乾燥型の被膜形成用樹脂とは、被膜を形成し該被膜中に各種フィラーを保持する樹脂（バインダー樹脂とも言う）であって、積極的に高温加熱しなくても、常温（一般的に１０〜３５℃程度）で乾燥するだけで固化するものを意味する。

常温乾燥型樹脂は、無機系フィラー及び有機系フィラーを金属部材の表面に保持する被膜の主体となる成分である。常温乾燥型樹脂としては、例えば、フッ素樹脂、アクリルウレタン樹脂、ケトン樹脂、アクリル樹脂、石油樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等が好適に使用できる。特にフッ素樹脂は、溶剤可溶性及びフィラー分散性が良好であり、金属表面との密着性が高く、摺動特性に優れているため特に好ましく、その中でもフルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体のフッソ樹脂を使用することが特に好ましい。

上記常温乾燥型樹脂の配合量は、組成物全量に対して５〜５０質量％とする。常温乾燥型樹脂の配合量が５重量％未満では、パウダー状フィラーの分散安定性が低下する。逆に配合量が５０質量％を超えると、液粘性が高くなるため、塗布時のレベリング性が低下して低摩擦性を阻害する結果となる。

パウダー状フィラーは、摩擦係数の低減と優れた耐摩耗性の発現に寄与するものであり、無機系パウダー状フィラーと有機系パウダー状フィラーの２種類を組み合わせて使用する。パウダー状フィラーは、無機系か有機系か又は製法などによって異なるが、平均粒子径が０.５〜３０μｍの微粒子であることが好ましい。パウダー状フィラーの平均粒子径が０.５μｍ未満では耐摩耗性が悪くなり、逆に３０μｍを超えると塗装面が粗くなり潤滑性を阻害することになりやすいためである。

上記無機系パウダー状フィラーとしては、酸化亜鉛、シリコーン、モリブデン、グラファイト、マイカ、ダイヤモンド、タルク、窒化ホウ素、酸化チタン等を使用することができる。特にシリコーンパウダーは摺動特性の点で優れている。シリコーンパウダーの具体例としては、ポリメチルシルセスキオキサン（ＣＨ_３ＳｉＯ_１５）からなる平均粒子径２μｍの真球状のものがあり、耐摩耗性及び潤滑性に優れている。

また、上記有機系パウダー状フィラーとしては、ナイロン、ＰＴＦＥ、ウレタン、ポリエチレン、アクリル等が挙げられる。その中でも、ナイロンパウダーとポリエチレンパウダーが摺動特性の点から好ましい。ナイロンパウダーの具体例としては平均粒子径が５μｍの真球状のものが、またポリエチレンパウダーの具体例としては平均粒子径が３０μｍで真球状の超高分子量ポリエチレンパウダーがあり、共に耐摩耗性及び潤滑性に優れている。

上記無機系パウダー状フィラーの配合量は、組成物全量に対して０.１〜５質量％とする。無機系パウダー状フィラーの配合量が０.１質量％未満では、乾性潤滑被膜の低摩擦係数化が不十分となり、逆に１質量％を超えて配合すると耐摩耗性が低下する。また、上記有機系パウダー状フィラーの配合量は、組成物全量に対して０.１〜１.０質量％とする。有機系パウダー状フィラーの配合量が０.１質量％未満では乾性潤滑被膜の低摩擦係数化が不十分となり、逆に１.０質量％を超えて配合すると耐摩耗性が低下する。

上記無機系パウダー状フィラーと有機系パウダー状フィラーを組み合わせることで両者の特徴を生かすことができるうえ、両者の配合量を変えることによって目的に沿った要求性能の樹脂組成物を得ることができる。例えば、無機系パウダー状フィラーの配合量を増やせば潤滑性が向上する傾向となりやすく、逆に有機系パウダー状フィラーの配合量を増やせば耐摩耗性が向上する傾向が得られる。従って、両者の配合量を調整することで、目的に沿った要求性能の組成物を得ることができる。

尚、本発明の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物は、上記した各成分以外に、被膜形成用樹脂を溶解するための有機溶剤と、当該分野で通常使用されている各種添加剤を含んでいる。有機溶剤としては、炭酸ジメチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等を好適に使用することができる。また、添加剤としては、分散性や塗装性、膜質改善などの目的に応じて、界面活性剤、再凝集防止剤、湿潤分散剤、レベリング剤、沈降防止剤等を使用することができる。特に界面活性剤又は再凝集防止剤を添加する場合には、いずれも組成物全量に対して０.１〜５質量％の範囲で配合することが好ましい。

本発明の樹脂組成物による乾性潤滑被膜は、通常の潤滑性塗料と同様の方法で形成することが可能である。即ち、基材となる金属材料の表面に、材質や目的に合わせた公知の方法で前処理を実施した後、スプレー、刷け塗り、浸漬、タンブリング等の方法で樹脂組成物を塗布した後、常温で１０分以上乾燥させることにより乾性潤滑被膜を得ることができる。塗布した樹脂組成物の乾燥の際には、積極的に加熱する必要はないが、乾燥時間を短縮する場合には５０℃程度までの加熱雰囲気中で乾燥することが好ましい。

［実施例１］
常温乾燥型の被膜形成用樹脂としてフッ素樹脂（フルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体）１０質量％と、無機系パウダー状フィラーとして微粒子シリコーンパウダー２質量％と、有機系パウダー状フィラーとして微粒子ナイロンパウダー０.３質量％に、添加剤として湿潤分散剤、レベリング剤、沈降防止剤を各２.５質量％添加し、更に溶剤として炭酸ジメチル８０.２質量％を加え、各成分を十分に撹拌分散させて実施例１の樹脂組成物を作製した。

得られた実施例１の樹脂組成物について、表面性試験装置を使用して潤滑性能を評価した。表面性試験は、ボールと板状試験片で点接触における摩擦特性を評価する試験方法であり、材質がＳＵＪ−２で直径が１０ｍｍのボールと、材質がＳＰＣＣ−Ｂで寸法が縦１５０×横７０×厚さ０.８ｍｍの板状試験片を使用した。表面性試験の設定条件は、摺動速度１２００ｍｍ／分、摺動距離１００ｍｍ、荷重１ｋｇｆとし、移動方式は単動にて、静摩擦係数と平均動摩擦係数を測定した。

具体的には、上記実施例１の樹脂組成物を板状試験片に室温でエアスプレーによりコーティングし、室温で約１５分乾燥して乾性潤滑被膜を形成した。得られたテストピースの乾性潤滑被膜について、上記表面性試験装置で潤滑性能を評価した結果、静摩擦係数は０.０８及び平均動摩擦係数は０.０６であった。

［実施例２］
常温乾燥型の被膜形成用樹脂としてフッ素樹脂（フルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体）１０質量％と、無機系パウダー状フィラーとして微粒子シリコーンパウダー２質量％と、有機系パウダー状フィラーとして超高分子量ポリエチレンパウダー０.３質量％に、添加剤として湿潤分散剤、レベリング剤、沈降防止剤を各２.５質量％添加し、更に溶剤として炭酸ジメチル８０.２質量％を加え、各成分を十分に分散させて実施例２の樹脂組成物を作製した。

得られた実施例２の樹脂組成物を板状試験片に室温でエアスプレーによりコーティングし、室温で約１５分乾燥して乾性潤滑被膜を形成した。得られたテストピースの乾性潤滑被膜について、上記実施例１と同様に表面性試験装置により潤滑性能を評価した結果、静摩擦係数は０.０９及び平均動摩擦係数は０.０７であった。

［比較例１］
常温乾燥型の被膜形成用樹脂としてフッ素樹脂（フルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体）１０質量％と、無機系パウダー状フィラーとして微粒子シリコーンパウダー８質量％と、有機系パウダー状フィラーとしてナイロンパウダー２質量％に、添加剤として湿潤分散剤、レベリング剤、沈降防止剤を各５質量％添加し、更に溶剤として炭酸ジメチル６５質量％を加え、各成分を十分に分散させて比較例１の樹脂組成物を作製した。

得られた比較例１の樹脂組成物を板状試験片に室温でエアスプレーによりコーティングし、室温で約１５分乾燥して乾性潤滑被膜を形成した。得られたテストピースの乾性潤滑被膜について、上記実施例１と同様に表面性試験装置により潤滑性能を評価した結果、静摩擦係数は０.１４及び平均動摩擦係数は０.０９であった。

［比較例２］
乾性潤滑被膜形成用の樹脂組成物として、市販品の東レ・ダウコーニング（株）製のモリコートＤ３２１Ｒ（商品名）を使用した。この樹脂組成物は、構成成分が樹脂としてチタネート樹脂及び固体潤滑剤として二硫化モリブデンとグラファイトを含み、噴射剤にＤＭＥガスを配合したエアゾール製品である。

この樹脂組成物を板状試験片に室温でスプレーコーティングし、室温で約１５分乾燥して乾性潤滑被膜を形成した。得られたテストピースの乾性潤滑被膜について、上記実施例１と同様に表面性試験装置により潤滑性能を評価した結果、静摩擦係数は０.２８及び平均動摩擦係数は０.２０であった。

［比較例３］
乾性潤滑被膜形成用の樹脂組成物として、市販品のファインケミカルジャパン（株）製のニューＴＦＥコートスプレー（商品名）を使用した。この樹脂組成物は、構成成分が樹脂としてセルロース系樹脂、固体潤滑剤としてＰＴＦＥ、溶剤としてトルエンとＩＰＡ等を含み、噴射剤にＤＭＥガスを配合したエアゾール製品である。

この樹脂組成物を板状試験片に室温でスプレーコーティングし、室温で約１５分乾燥して乾性潤滑被膜を形成した。得られたテストピースの乾性潤滑被膜について、上記実施例１と同様に表面性試験装置により潤滑性能を評価した結果、静摩擦係数は０.１１及び平均動摩擦係数は０.０９であった。

上記した実施例及び比較例の潤滑性能の評価結果から分るように、実施例１及び２の樹脂組成物による乾性潤滑被膜の静摩擦係数及び平均摩擦係数は各比較例よりも低い値を示し、特に実施例１の樹脂組成物は静摩擦係数及び平均摩擦係数ともに最も小さい値を示している。従って、本発明の樹脂組成物を用いることによって、繰り返し摩擦に対する耐久性及び密着性に優れ、低摩擦摺動に適した乾性潤滑被膜を常温で簡単に形成することができている。

Claims (5)

1. 金属表面への乾性潤滑被膜の形成に用いる樹脂組成物であって、常温乾燥型の被膜形成用樹脂、パウダー状フィラー、有機溶剤及び添加剤からなり、組成物全量に対して、５〜５０質量％の常温乾燥型樹脂と、０.１〜５質量％の無機系パウダー状フィラーと、０.１〜１質量％の有機系パウダー状フィラーとを含むことを特徴とする乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物。
2. 前記常温乾燥型の被膜形成用樹脂が、フッ素樹脂、アクリルウレタン樹脂、ケトン樹脂、アクリル樹脂、石油樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物。
3. 前記無機系パウダー状フィラーが、酸化亜鉛、シリコーン、モリブデン、グラファイト、マイカ、ダイヤモンド、タルク、窒化ホウ素、酸化チタンから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物。
4. 前記有機系パウダー状フィラーが、ナイロン、ＰＴＦＥ、ウレタン、ポリエチレン、アクリルから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物。
5. 前記パウダー状フィラーの平均粒子径が０.５〜３０μｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の乾性潤滑被膜形成用樹脂組成物。