JP5267523B2

JP5267523B2 - 摺動用機械部品

Info

Publication number: JP5267523B2
Application number: JP2010182428A
Authority: JP
Inventors: 一夫平井
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2010255005A

Description

本発明は、摺動用機械部品に関する。

従来より、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂などの熱可塑性合成樹脂は、機械的強度、耐摩耗性に優れるため、軸受、歯車などの機械部品の製造に使用されている。しかしながら、これらの樹脂は単独では充分な低摩擦性が得られないために、グラファイト、二硫化モリブデン、四フッ化エチレン樹脂などの固体潤滑材、潤滑油、ロウ等の潤滑油剤またはポリエチレン樹脂などの低摩擦特性を有する樹脂の配合が不可欠である。

例えば、ポリエチレン樹脂を配合した樹脂組成物として、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂７０〜９８重量％と、超高分子量ポリエチレン樹脂粉末３０〜２重量％とを溶融混練して成る熱可塑性樹脂組成物が知られている（特許文献１）。

軽量化や耐蝕性が要求されている機械装置においては、摺動部材の相手材としてアルミニウム合金やＮｉメッキ等のメッキを施した鋼材が使用されており、これらの場合においても、良好な摺動特性および摩擦摩耗特性が求められている。

しかしながら、上述した特許文献１の熱可塑性樹脂組成物から成る摺動部材は、アルミニウム合金などの軟質金属またはＮｉメッキ等のメッキを施した鋼材を相手材とする摺動においては、摩擦係数が高く、摩耗量も大きいという問題があり、上述の要求を満たしている摺動部材とは言難いものである。

特公昭６３−６５２３２号公報

本発明は上記の実情に鑑みなされたもので、その目的は、アルミニウム合金などの軟質金属またはＮｉメッキ等のメッキを施した鋼材を相手材とし、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動用機械部品を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、ポリアミド樹脂にポリエチレン樹脂およびポリアリレート樹脂を特定量配合した樹脂組成物から成る摺動部材が、上記の目的を達成し得るとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その要旨は、摺動部材と当該摺動部材に摺動接触する相手材とから成る摺動用機械部品において、摺動部材は、ポリエチレン樹脂３〜３０重量％、ポリアリレート樹脂５〜３５重量％および残部のポリアミド樹脂から成る樹脂組成物から構成され、前記相手材は、アルミニウム合金から成る軟質金属またはＮｉメッキを施した鋼材にて構成されていることを特徴とする摺動用機械部品に存する。

以上説明した本発明によれば、アルミニウム合金などの軟質金属やＮｉメッキ等のメッキを施した鋼材を相手材とし、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動用機械部品が提供される。

以下、本発明を説明する。先ず、摺動部材を構成する樹脂組成物（摺動部材用樹脂組成物）について説明する。本発明においては、主成分としてポリアミド樹脂を使用し、配合成分としてポリエチレン樹脂およびポリアリレート樹脂を使用する。なお、本発明において、これらの成分の配合順序は任意である。

上記のポリアミド樹脂としては、脂肪族ポリアミドで、具体的には、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン１１、ナイロン１２等が挙げられる。

ポリエチレン樹脂としては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンが挙げられる。また、超高分子量ポリエチレン成分と低分子量ポリエチレン成分とから成る高分子量ポリエチレンも使用できる。しかしながら、超高分子量ポリエチレンの単独での使用は、樹脂組成物の成形性が悪化するので好ましくない。

また、エチレンと少量の他のα−オレフィン、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテン等との共重合体も使用できる。更に、前記エチレン単独重合体または共重合体が、不飽和カルボン酸、その誘導体またはビニル系重合体などにより変性されたポリエチレン樹脂も使用できる。変性ポリエチレン樹脂は、ポリアミド樹脂およびポリアリレート樹脂との親和性を向上する。

上記の不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、エンドシス−ビシクロ［２，２，１］ヘプト−５−エン−２，３−ジカルボン酸（ナジック酸）等が挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体として、塩化マレニル、マレイミド、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、グリシジルメタクリレート、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエート等が挙げられる。これらの不飽和カルボン酸またはその誘導体は、単独または組合せて使用される。特に、不飽和ジカルボン酸またはその酸無水物が好ましく、マレイン酸、ナジック酸またはこれらの酸無水物がより好ましい。

ポリエチレン樹脂をカルボン酸またはその誘導体で変性する方法として、不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれるグラフトモノマーをポリエチレン樹脂にグラフト重合する方法が挙げられる。グラフト重合する方法としては、従来公知の方法が採用できる。例えば、ポリエチレン樹脂を溶融し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法あるいはポリエチレン樹脂を溶媒に溶解し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法がある。このとき、ラジカル開始剤を併用するのが好ましい。グラフトモノマーの添加割合としては、ポリエチレン樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部が好ましい。

ビニル系重合体としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−スチレン共重合体などが挙げられる。

ポリエチレン樹脂をビニル系重合体で変性する方法としては、ポリエチレン樹脂の懸濁水溶液に、スチレン等のビニル単量体、ベンゾイルペルオキシド等のラジカル重合開始剤およびｔ−ブチルペルオキシメタクリロイロキシエチルカーボネート等の有機過酸化物含有ビニルモノマーから成る溶液を添加して、ラジカル重合開始剤、有機過酸化物含有ビニルモノマー及びビニル単量体をポリエチレン樹脂に含浸させた後、ポリエチレン樹脂中でビニル単量体と有機過酸化物含有ビニルモノマーとを重合して有機ペルオキシド基含有ビニル系重合体を生成し、得られた樹脂組成物を、または、この樹脂組成物にポリエチレン樹脂を加えたものを溶融混練することによって、ビニル系重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂を得る方法が挙げられる。ビニル系重合体で変性されたポリエチレン樹脂中のビニル系重合体の含有割合は、１０〜６０重量％が好ましい。

上記の様なビニル系共重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂の市販品としては、日本油脂社製の「モディパー（商品名）」が挙げられる。

ポリエチレン樹脂の配合により、摺動部材の摩擦係数が低下し、相手材に対するアタック性が緩和し、且つ、初期なじみ性が向上する。ポリエチレン樹脂の配合量は通常３〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％、さらに好ましくは５〜１５重量％である。ポリエチレン樹脂が３重量％未満の場合は、上述の効果が得られず、ポリエチレン樹脂が３０重量％を超える場合は、耐摩耗性が悪化する。

本発明で使用するポリアリレート樹脂は、芳香族二塩基酸またはその誘導体と二価フェノールまたはその誘導体との重縮合樹脂で、特に、テレフタル酸とイソフタル酸の混合酸とビスフェノールＡとの重縮合樹脂で、下記式で表わされる繰り返し単位を有するものが好ましい。

具体的には、ユニチカ社製の「Ｕポリマー（商品名）」が挙げられる。ポリアリレート樹脂の配合により、相手材表面にポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂およびポリアリレート樹脂から成る樹脂組成物の被膜が形成され易くなり、摺動特性が向上する。ポリアリレート樹脂の配合量は、通常５〜３５重量％、好ましくは５〜２５重量％、さらに好ましくは１０〜２０重量％である。ポリアリレート樹脂が５重量％未満の場合は、上述の効果が得られず、ポリアリレート樹脂が３５重量％を超える場合は、良好な樹脂被膜を相手材表面に形成することが出来ず、耐摩耗性が低下する。

低摩擦性の向上を目的として、上述の成分組成の樹脂組成物に対し、四フッ化エチレン樹脂を通常１５重量％以下、好ましくは１〜１５重量％配合してもよい。四フッ化エチレン樹脂としては、潤滑用四フッ化エチレン樹脂粉末が好ましく、具体的には、三井デュポンフロロケミカル社製の「ＴＬＰ−１０（商品名）」、ダイキン工業社製「ルブロンＬ−５（商品名）」、喜多村社製「ＫＴＬ−６１０（商品名）」等が挙げられる。

特に本発明の摺動部材用樹脂組成物としては、ポリアミド樹脂とポリエチレン樹脂とのポリマーアロイ及びポリアミド樹脂とポリアリレート樹脂とのポリマーアロイから成る樹脂組成物が好ましい。前述の四フッ化エチレン樹脂は、これらのポリマーアロイの少なくとも一方に含有してもよい。

本発明の摺動部材用樹脂組成物は、常法に従い、上述の各成分の所定量をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機によって混合することにより得られる。また、上記のポリマーアロイは各成分を所定の割合で溶融混練して得ることが出来る。

次に、本発明の摺動部材について説明する。本発明の摺動部材は、前述の摺動部材用樹脂組成物を成形して成る。摺動部材用樹脂組成物の成形は、直接に射出成形機または押出成形機により成形する方法、摺動部材用樹脂組成物から得られたペレットを射出成形機または押出成形機により成形する方法の何れであってもよい。

本発明の摺動部材は、アルミニウム合金などの軟質金属またはＮｉメッキ等のメッキを施した鋼材を相手材とし、潤滑特性および摩擦摩耗特性に優れ、事務・情報機器、自動車・電装機器、家電機器などのすべり軸受、すべり軸受装置、シール材などの摺動接触する摺動部材として使用される。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例および比較例で使用したポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアリレート樹脂および四フッ化エチレン樹脂を下記表１に示す。

［表１］
＜ポリアミド樹脂＞
Ａ−１：ナイロン６（東レ社製「アミランＣＭ１０１１（商品名）」）
Ａ−２：ナイロン６６（東レ社製「アミランＣＭ３００１Ｎ（商品名）」）
＜ポリエチレン樹脂＞
Ｂ−１：無水マレイン酸をグラフトさせた変性ポリエチレン樹脂（三井化学社製高分子量ポリエチレン「リュブマーＬ５０００（商品名）」１００重量部、無水マレイン酸１重量部、ベンゾイルペルオキシド０．１重量部を混合し、押出機で溶融混練して得た。）
Ｂ−２：高密度ポリエチレン（三井化学社製「ハイゼックス２１００ＪＰ（商品名）」）
Ｂ−３：低密度ポリエチレンにポリスチレンをグラフトさせた変性ポリエチレン樹脂（低密度ポリエチレン７０重量％／ポリスチレン３０重量％）（日本油脂社製「モディパーＡ１１００（商品名）」）
＜ポリアリレート樹脂＞
Ｃ−１：ポリアリレート樹脂５０重量％とポリアミド樹脂（ナイロン６）５０重量％とから成るポリマーアロイ（ユニチカ社製「ＵポリマーＡＸ−１５００（商品名）」）
＜四フッ化エチレン樹脂＞
Ｄ−１：ダイキン工業社製「ルブロンＬ−５（商品名）」

実施例１：
ポリアミド樹脂（Ａ−１）４０重量部、変性ポリエチレン樹脂（Ｂ−１）１０重量部およびポリアリレート樹脂（Ｃ−１）５０重量部を混合した後押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂６５重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリアリレート樹脂２５重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例２：
ポリアミド樹脂（Ａ−１）４５重量部、変性ポリエチレン樹脂（Ｂ−１）２５重量部およびポリアリレート樹脂（Ｃ−１）３０重量部を混合した後押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂６０重量％、ポリエチレン樹脂２５重量％、ポリアリレート樹脂１５重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例３：
ポリアミド樹脂（Ａ−１）８０重量部および変性ポリエチレン樹脂（Ｂ−１）２０重量部を押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂８０重量％、ポリエチレン樹脂２０重量％からなるペレットを作製した（以下「ポリマーアロイＡ」という。）。得られたポリマーアロイＡおよびポリアリレート樹脂（Ｃ−１）を８：２の割合で押出機に供給して溶融混練し、ポリアミド樹脂７４重量％、ポリエチレン樹脂１６重量％、ポリアリレート樹脂１０重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例４：
ポリアミド樹脂（Ａ−２）２４重量部、ポリエチレン樹脂（Ｂ−２）６重量部、ポリアリレート樹脂（Ｃ−１）６６重量部および四フッ化エチレン樹脂（Ｄ−１）４重量部を混合した後、押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂５７重量％、ポリエチレン樹脂６重量％、ポリアリレート樹脂３３重量％、四フッ化エチレン樹脂４重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例５：
ポリアリレート樹脂（Ｃ−１）８０重量部および四フッ化エチレン樹脂（Ｄ−１）２０重量部を混合した後、押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂４０重量％、ポリアリレート樹脂４０重量％、四フッ化エチレン樹脂２０重量％から成るペレットを作製した（以下「ポリマーアロイＢ」という。）。実施例３で得られたポリマーアロイＡとポリマーアロイＢを７：３の割合で混合した後、押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂６８重量％、ポリエチレン樹脂１４重量％、ポリアリレート樹脂１２重量％、四フッ化エチレン樹脂６重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例６〜８：
実施例５において、ポリマーアロイＡとポリマーアロイＢの配合割合を８：２（実施例５）、５：５（実施例６）、３：７（実施例７）に変更して表５〜６に示す様な組成にした以外は、実施例５と同様の方法で内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

実施例９：
ポリアミド樹脂（Ａ−１）４８重量部、ポリエチレン樹脂（Ｂ−３）１２重量部およびポリマーアロイＢ４０重量部を混合した後、押出機で溶融混練して、ポリアミド樹脂６４重量％、ポリエチレン樹脂１２重量％、ポリアリレート樹脂１６重量％、四フッ化エチレン樹脂８重量％から成るペレットを得た。次いで、射出成形機を使用して、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を成形した。

比較例１〜２：
ポリマーアロイＡおよびポリマーアロイＢをそれぞれ成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を得た。

上述した実施例１〜９および比較例１〜２で作製した円筒状試験片について、表２および表３に示す条件でジャーナル試験を行なった。その結果を表４〜７に示す。摩擦係数については、試験初期の摩擦係数および安定時の摩擦係数を示した。摩耗量については、試験終了後の円筒状試験片（摺動部材）の寸法変化量で示した。

［表２］
＜ジャーナル試験（１）＞
すべり速度７ｍ／ｍｉｎ
荷重５ｋｇｆ
相手材アルミニウム合金（Ａ５０５６）
試験時間２４時間
潤滑無潤滑

［表３］
＜ジャーナル試験（２）＞
すべり速度７ｍ／ｍｉｎ
荷重５ｋｇｆ
相手材Ｎｉめっき機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ
試験時間２４時間
潤滑無潤滑

以上の結果から、本発明の樹脂組成物を成形してなる摺動部材はいずれも良好な摩擦摩耗特性を示した。また、試験後の相手材表面に損傷は認められなかった。一方、比較例の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、いずれも初期、安定時ともに摩擦係数が高く摩耗量も多く、摩擦摩耗特性の劣るものであった。また、比較例２の摺動部材においては、相手材がアルミニウム合金の場合、試験後の相手材表面に損傷が認められた。比較例は、いずれも本発明の目的を達成するものではなかった。

Claims

摺動部材と当該摺動部材に摺動接触する相手材とから成る摺動用機械部品において、摺動部材は、ポリエチレン樹脂３〜３０重量％、ポリアリレート樹脂５〜３５重量％および残部のポリアミド樹脂から成る樹脂組成物から構成され、前記相手材は、アルミニウム合金から成る軟質金属またはＮｉメッキを施した鋼材にて構成されていることを特徴とする摺動用機械部品。
摺動部材の構成樹脂組成物が四フッ化エチレン樹脂を１５重量％以下の割合で含有する請求項１記載の摺動用機械部品。
摺動部材の構成樹脂組成物がポリアミド樹脂とポリエチレン樹脂とのポリマーアロイ及びポリアミド樹脂とポリアリレート樹脂とのポリマーアロイから成る請求項１または２記載の摺動用機械部品。