JP4524550B2 - 摺動部材用樹脂組成物および摺動部材 - Google Patents

Description

本発明は、摺動部材用樹脂組成物および摺動部材に関し、詳しくは、摺動相手材としてアルミニウム合金などの軟質金属を使用した場合に、特に優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材に関する。

ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性ポリエステル樹脂は、機械的強度、耐摩耗性などを有しており、軸受、歯車などの機械要素の材料として広く使用されている。しかしながら、これら熱可塑性ポリエステル樹脂単独では、充分な摩擦摩耗特性が発揮されない。それ故、黒鉛、二硫化モリブデン、四ふっ化エチレン樹脂などの固体潤滑剤、鉱油やロウなどの潤滑油剤、ポリエチレン樹脂などの低摩擦性を有する他の合成樹脂などを熱可塑性ポリエステル樹脂に添加して、摩擦摩耗特性の向上が図られている。

例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂と特定量のステアリン酸カルシウムとから成る成形性に優れた樹脂組成物が提案されている。
特開昭５１−１１４４５４号公報

ポリエチレンテレフタレート樹脂と中性または一部中和したモンタンワックス塩またはモンタンワックスエステル塩およびガラス繊維とから成る成形性に優れた樹脂組成物が提案されている。
特公昭５８−４６１５０号公報

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の群から選ばれる熱可塑性樹脂と特定の超高分子量ポリエチレン樹脂粉末とを溶融混練してなる耐衝撃性および耐摩耗性に優れた熱可塑性樹脂組成物が提案されている。
特公昭６３−６５２３２号公報

近年、複写機などＯＡ機器の発達に伴い、機械装置、機器類の軽量化が要求されている。このため、摺動部材の相手材としてアルミニウム合金が使用されている。軸受などの摺動部材においては、相手材の材質、表面性状などが、優れた摩擦摩耗特性を得るための重要な要素の１つである。

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された樹脂組成物から成る摺動部材は、アルミニウム合金から成る相手材との摺動において、摩擦係数が高く、摩耗量も大きいという問題があり、また、使用条件によってはアルミニウム合金から成る相手材表面に損傷を与えることもある。このため、アルミニウム合金などの軟質金属から成る摺動相手材に対して、良好な摩擦摩耗特性を示す摺動部材の提供が望まれている。

本発明は上記の実情に鑑みなされたもので、その目的は、相手材としてアルミニウム合金などの軟質金属を使用した場合、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材を提供することにある。

本発明者は、種々検討を重ねた結果、主成分としてのポリブチレンテレフタレート樹脂に特定量の炭化水素系ワックスと、リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩のいずれか一種と、フェノキシ樹脂と、相容化剤を配合した樹脂組成物から成る摺動部材が、優れた摩擦摩耗特性を発揮することを見出した。

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その第一の要旨は、炭化水素系ワックス１〜１０重量％、リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩の群から選択された少なくとも一種０．１〜３重量％、フェノキシ樹脂１〜２０重量％、相容化剤０．１〜５重量％、残部がポリブチレンテレフタレート樹脂から成り、上記の相容化剤が分子内にエポキシ基を有する変性オレフィン樹脂であることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物に存する。

また、第二の要旨は、上記樹脂組成物に、芳香族ポリアミド樹脂または芳香族ポリエステル樹脂を１〜１５重量％配合して成る摺動部材用樹脂組成物に存する。

また、第三の要旨は、上記摺動部材用樹脂組成物を成形して成ることを特徴とする摺動部材に存する。

以下、本発明を説明する。先ず、摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明の摺動部材用樹脂組成物は、炭化水素系ワックスと、リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩の群から選択された少なくとも一種と、フェノキシ樹脂と、相容化剤と、主成分としてのポリブチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＢＴ」と略称する。）とを配合して成り、好適には、更に、耐摩耗充填材としての芳香族ポリアミド樹脂または芳香族ポリエステル樹脂を配合して成る。

使用される炭化水素系ワックスとしては、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスが挙げられる。これらの炭化水素系ワックスは、摩擦係数を低減する作用を有すると共に、相手材の損傷を著しく低減させる。

炭化水素系ワックスの配合量は、通常１〜１０重量％、好ましくは３〜７重量％、更に好ましくは５〜７重量％である。炭化水素系ワックスの配合量が、１重量％未満の場合は、低摩擦性に充分寄与せず、かつ、所望の低摩擦特性が得られない。また、配合量が１０重量％を超えた場合は成形性が悪くなると共に、得られた摺動部材の強度が低下する。

使用されるリン酸塩、硫酸塩および炭酸塩は、それ自体では潤滑性を示さないが、ＰＢＴと炭化水素系ワックスとの混合物に配合されることにより、相手材との摺動において、ＰＢＴおよび炭化水素系ワックスから成る混合被膜の相手材表面への形成を助長し、相手材表面への保持性を高め、かつ、耐久性を高める効果を発揮する。

リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩の群から選択された少なくとも一種の配合量は、通常０．１〜３重量％、好ましくは０．５〜２重量％である。配合量が０．１重量％未満の場合は、ＰＢＴおよび炭化水素系ワックスから成る混合被膜の相手材表面への造膜性、相手材表面での保持性、および、耐久性の効果が発揮されない。また、３重量％を超えた場合は、混合被膜の相手材表面への造膜性に問題を生じ、相手材表面に良好な混合被膜の形成が困難となり、その結果、摩擦摩耗特性が悪化することがある。

リン酸塩としては、リン酸三リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三カルシウム、リン酸一水素カルシウム等が挙げられ、リン酸三リチウムが好適である。硫酸塩としては、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等が挙げられ、硫酸バリウムが好適である。炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム等が挙げられ、炭酸リチウムおよび炭酸カルシウムが好適である。

使用されるフェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの縮合によって得られる線状ポリマーで、下記式で示される熱可塑性合成樹脂である。フェノキシ樹脂の具体例としては、東都化成社製の「フェノトート（商品名）」を挙げることができる。

フェノキシ樹脂は、上記炭化水素系ワックスと、リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩の群から選択された少なくとも一種と、ＰＢＴとの混合物に、所定の割合で配合されることにより、後述する相容化剤と共にＰＢＴと相容し、摺動部材の耐摩耗性を向上させると共にＰＢＴの溶融粘度を高める効果を有し、成形時における組成物の成形性を向上させる。

フェノキシ樹脂の配合量は、通常１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％、更に好ましくは１０〜１５重量％である。フェノキシ樹脂の配合量が１重量％未満の場合は、摺動部材の耐摩耗性の向上に充分な効果が得られない。また、配合量が２０重量％を超える場合は、相手材との摺動において相手材表面を損傷させる虞があると共に、得られた摺動部材の機械的強度が低下する。

使用される相容化剤としては、分子内にエポキシ基を有する変性オレフィン樹脂が使用される。具体的には、エチレンとグリシジルメタクリレートとの共重合体および当該共重合体に更に第三成分として酢酸ビニルまたはメチルアクリレートが共重合した住友化学工業社製の「ボンドファースト（商品名）」、エチレンとグリシジルメタクリレートとの共重合体にポリスチレン、ポリメチルメタクリレートまたはアクリロニトリル−スチレン共重合体がグラフトした日本油脂社製の「モディパーＡ４０００シリーズ（商品名）」が挙げられる。変性オレフィン樹脂におけるエポキシ基を有する共重合体成分（例えば、グルシジルメタクリレート）の含有量としては、通常１〜２０重量％、好ましくは３〜１５重量％、更に好ましくは６〜１２重量％である。

相容化剤は、主成分をなすＰＢＴ及び同時に配合される前記フェノキシ樹脂と相容して、前記フェノキシ樹脂の耐摩耗性の向上効果を発現させる。更に、エチレン成分の存在により前記の炭化水素系ワックスと相容して炭化水素系ワックスの分散性を改良し、炭化水素系ワックスの配合に起因する成形物の剥離を防止する効果を発揮する。相容化剤の配合量は、通常０．１〜５重量％、好ましくは１〜３重量％である。配合量が０．１重量％未満の場合は、上記の耐摩耗性および成形性の向上に効果が発揮されず、また５重量％を超える場合は、成形性に対する効果は向上される反面、却って耐摩耗性に悪影響を与える。

使用されるＰＢＴは、テレフタル酸またはジメチルテレフタレートとブタンジオールとの重縮合によって得られる熱可塑性樹脂であり、以下の特長を有する。（１）摩擦係数が小さく、かつ、耐摩耗性に優れる。（２）高い融点（２２５℃）を有する。（３）耐薬品性に優れる。（４）吸水率が０．１％以下である。ＰＢＴの配合量は、樹脂組成物量からＰＢＴ以外の配合成分の量を差引いた残りの量であり、好ましくは６０〜９０重量％、更に好ましくは６５〜８０重量％である。

使用される芳香族ポリアミド樹脂としては、メタ型のポリメタフェニレンイソフタルアミド樹脂、パラ型のポリパラフェニレンテレフタルアミド樹脂およびコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド樹脂が挙げられる。メタ型のポリメタフェニレンイソフタルアミド樹脂の具体例としては、帝人社製の「コーネックス（商品名）」、デュポン社製の「ノーメックス（商品名）」が挙げられる。パラ型のポリパラフェニレンテレフタルアミド樹脂の具体例としては、デュポン社製の「ケブラー（商品名）」、テイジン・トワロン社製の「トワロン（商品名）」が挙げられる。コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド樹脂の具体例としては、帝人社製の「テクノーラ（商品名）」が挙げられる。これらの芳香族ポリアミド樹脂は、粉末、カット・ファイバー、パルプなどの形態で使用される。

使用される芳香族ポリエステル樹脂としては、下記式で示される繰り返し単位を有するオキシベンゾイルポリエステルで、パラヒドロキシ安息香酸の単独重合体（ホモポリマー）およびパラヒドロキシ安息香酸と芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとの共重合体（コポリマー）が使用される。特に、パラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーが好適である。これら樹脂の結晶構造は、板状結晶構造を呈し、自己潤滑性に優れている。芳香族ポリエステル樹脂の具体例としては、住友化学工業社製の「スミカスーパーＬＣＰ（商品名）」が挙げられる。この芳香族ポリエステル樹脂は、粉末の形態で使用される。

芳香族ポリアミド樹脂または芳香族ポリエステル樹脂は、摺動部材の耐摩耗性を向上させる効果を発揮する。芳香族ポリアミド樹脂または芳香族ポリエステル樹脂の配合量は、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは５〜１５重量％である。配合量が１重量％未満の場合は、耐摩耗性の向上に効果が認められず、また、１５重量％を超えた場合は、成形性に悪影響を及ぼすばかりでなく成形品の強度低下を招く虞がある。

本発明では低摩擦性の更なる向上を目的として、上述の成分組成の樹脂組成物に対し、固体潤滑剤や潤滑油、高級脂肪酸などの潤滑油剤を配合してもよい。固体潤滑剤としては、黒鉛、窒化ホウ素、四ふっ化エチレン樹脂、ポリエチレン樹脂などが挙げられる。潤滑油としては、エンジン油、マシン油などの鉱油、ヒマシ油などの植物油、エステル油、シリコーン油などの合成油などが挙げられる。高級脂肪酸としては、炭素数が１４以上の飽和脂肪酸、例えば、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸、モンタン酸など、炭素数が１８以上の不飽和脂肪酸、例えば、オレイン酸、エルカ酸などが挙げられる。これら固体潤滑剤または潤滑油剤の配合量としては、１〜５重量％が好適である。

摺動部材用樹脂組成物は、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、上述の各成分の所定量を混合して得られる。

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得られる。摺動部材用樹脂組成物の成形は、射出成形機または押出成形機により直接成形する方法、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いずれであってもよい。後者の方法を具体的に説明すると、摺動部材用樹脂組成物をシリンダー温度２００〜２５０℃、ダイス温度２３０〜２５０℃、スクリュー回転数１５０〜３００ｒｐｍの押出成形機に投入して紐状の成形物を作製し、この紐状の成形物を切断してペレットを作製する。このペレットを成形原料として、該成形原料をシリンダー温度２００〜２６０℃、金型温度６０〜８０℃、ノズル温度２２０〜２５０℃、射出圧力５００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ^２に調整した射出成形機に投入して所望の形状の成形物を得る。

本発明の摺動部材は、アルミニウム合金などの軟質金属を摺動相手材とした場合、特に摩擦摩耗特性に優れており、例えば、ジャーナル試験において、摩擦係数（安定時）が通常０．１８以下、好ましくは０．１６以下であり、摩耗量が１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。そして、事務・情報機器、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好適である。

本発明によれば、アルミニウム合金などの軟質金属を相手材とした場合に、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材が提供され、本発明の工業的価値は顕著である。

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１〜２６として、表２〜８に示す配合処方で各成分をヘンシェルミキサーで混合して混合物を得た。この混合物をシリンダー温度２００〜２５０℃、ダイス温度２４０℃、スクリュー回転数２００ｒｐｍの押出成形機に投入して紐状の成形物を作製したのち、この紐状の成形物を切断してペレットを作製した。ついで、このペレットをシリンダー温度２００〜２５０℃、金型温度７０℃、ノズル温度２４０℃、射出圧力６００ｋｇｆ／ｃｍ^２に調整した射出成形機のホッパーに投入して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。

（比較例１〜４）
比較例１〜４として、表９に示す配合処方で各成分をヘンシェルミキサーで混合して混合物を得た。得られた混合物を使用して実施例１と同様の方法により、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。

上述した実施例１〜２６及び比較例１〜４で作製した円筒状試験片について、摺動性能をジャーナル試験により試験した。試験条件を表１に示す。摺動特性を表２〜表９に示す。なお、摩擦係数については、試験開始から安定時に移行した段階での摩擦係数を示し、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。また、試験後の相手材の表面状態の評価を、損傷が認められないものを○、損傷が認められるものを×にて表示した。

表中、ＰＢＴとして東洋紡績社製の「ペルプレンＮ−１０４０（商品名）」を、フェノキシ樹脂として東都化成社製の「フェノトートＹＰ５０−Ｐ（商品名）」を、相容化剤としてエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体（グリシジルメタクリレート成分１２重量％）住友化学工業社製の「ボンドファーストＥ（商品名）」を、パラフェニレンテレフタルアミド樹脂としてテイジン・トワロン社製の「トワロン５０１１（商品名）」を、パラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーとして住友化学工業社製の「スミカスーパーＬＣＰ−Ｅ１０１Ｍ（商品名）」を使用した。

以上の結果から、本発明の摺動部材は、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は何らの損傷も認められなかった。他方、比較例１および２の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、摩擦係数が高く、摩耗量も多く、摩擦摩耗特性に劣っていた。また、比較例３および４の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、試験開始直後に摩擦係数が急激に上昇し、相手材表面に引掻き傷のような損傷が認められたので試験を中止した。

Claims (8)

1. 炭化水素系ワックス１〜１０重量％、リン酸塩、硫酸塩および炭酸塩の群から選択された少なくとも一種０．１〜３重量％、フェノキシ樹脂１〜２０重量％、相容化剤０．１〜５重量％、残部がポリブチレンテレフタレート樹脂から成り、上記の相容化剤が分子内にエポキシ基を有する変性オレフィン樹脂であることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物。
2. 芳香族ポリアミド樹脂または芳香族ポリエステル樹脂を１〜１５重量％含有する請求項１記載の摺動部材用樹脂組成物。
3. 炭化水素系ワックスが、パラフィンワックス、ポリエチレンワックスまたはマイクロクリスタリンワックスである請求項１または２記載の摺動部材用樹脂組成物。
4. リン酸塩がリン酸三リチウムで、硫酸塩が硫酸バリウムで、炭酸塩が炭酸リチウムまたは炭酸カルシウムである請求項１〜３の何れかに記載の摺動部材用樹脂組成物。
5. 変性オレフィン樹脂が、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体である請求項１〜４の何れかに記載の摺動部材用樹脂組成物。
6. 芳香族ポリアミド樹脂が、ポリメタフェニレンイソフタルアミド樹脂、ポリパラフェニレンテレフタルアミド樹脂またはコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド樹脂である請求項２〜５の何れかに記載の摺動部材用樹脂組成物。
7. 芳香族ポリエステル樹脂が、パラヒドロキシ安息香酸の単独重合体である請求項２〜５の何れかに記載の摺動部材用樹脂組成物。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の摺動部材用樹脂組成物を成形して成ることを特徴とする摺動部材。