JP2014046673A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】基材とその表面に密着して設けられたフッ素樹脂層を有する摺動部材であって、前記基材とフッ素樹脂層間の接着性及び耐摩耗性に優れ、製造コスト的にも有利で摺動性の問題もない摺動部材を提供する。
【解決手段】表面粗度の最大高さＲｙが２０μｍ以下である基材と、その表面上に設けられたフッ素樹脂層からなり、前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材、又は基材とその表面上に設けられたフッ素樹脂層からなり、前記基材表面にエッチング処理が施され、かつ前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材。
【選択図】なし

Description

本発明は、基材とその表面上に密着して設けられたフッ素樹脂層からなる摺動部とを有し、前記基材とフッ素樹脂層間の接着性及び耐摩耗性に優れた摺動部材に関する。

産業分野や医療分野等では、金属等からなる基材上に摺動部を形成してなる摺動部材が広く使用されている。摺動部には、低摩擦性（摩擦係数が低いとの性質、摺動性）とともに耐摩耗性や耐熱性、耐薬品性等が求められる。フッ素樹脂は、低摩擦性に優れているとともに化学的に極めて安定であり耐熱性、耐薬品性に優れるので、摺動部を形成する材質としての使用が期待されている。

しかし、フッ素樹脂には耐摩耗性が低いとの問題がある。そこで特許文献１では、フッ素樹脂に電離性放射線を照射することにより耐摩耗性を向上させる方法が提案されており、電離性放射線を照射したフッ素樹脂層を有する摺動部材が開示されている。フッ素樹脂には基材との接着性が低いとの問題もある。そこで特許文献２では、基材の表面をフッ素樹脂で被覆し次いで電離性放射線を照射することによって、フッ素樹脂の架橋反応およびフッ素樹脂と基材表面との化学反応を同時に生じさせて両者の強固な接着を達成する方法が開示されている。

基材に、その表面を粗くする処理であるブラストを行い基材とフッ素樹脂層との接着力を高める方法も広く行われている。しかしブラストを行った基材表面にフッ素樹脂を塗装した場合、ブラストでは凹凸の制御が難しいため、ブラストにより凸となった部分はフッ素樹脂の膜厚が薄くなり極端な場合では基材の凸部が露出する。特にフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の場合は膜厚が厚くなるとクラックが発生するので全体を一定以上厚くできないため、この問題が顕著になる。基材の凸部にある薄いフッ素樹脂層を有する摺動部材では、薄い部分が優先的に摺動相手材と接触するので摺動開始後の早い段階で摺動相手材が基材に達し摺動性が損なわれる。

このような問題を解決するとともに基材とフッ素樹脂との高い接着力及び優れた摺動性を達成するために、特許文献３では、基材の上に、銅メッキ等のブロンズや鉛となじみの良いメッキを施し、その上にブロンズ粉又は鉛粉を敷き詰め半溶融させ、さらにその上にフッ素樹脂を塗布して焼き付けを行う方法が提案されている。この方法による摺動部材ではブロンズや鉛粉により基材との優れた接着性と摺動性の両立が図られている。

特許第３５６６８０５号公報 特開２００２−２２５２０４号公報 特許第３３５７５６１号公報

ブロンズや鉛の動摩擦係数は、基材として一般的なアルミや鉄、ＳＵＳに比べれば低いものの、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂単体からなる膜に比べればはるかに高い。又、ブロンズや鉛は、相手材を傷つけ摩耗させる問題がある。従って特許文献３に開示されている摺動部材は摺動性に問題があった。又特許文献３の方法は、複雑な工程を経て摺動部材を製造するため製造コスト的にも不利である。

本発明は、基材とその表面に密着して設けられたフッ素樹脂層を有する摺動部材であって、前記基材とフッ素樹脂層間の接着性及び耐摩耗性に優れ、製造コスト的にも有利で摺動性の問題もない摺動部材を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、表面粗度の最大高さＲｙを２０μｍ以下とした基材上に、密着して架橋されたフッ素樹脂層を設けることにより、又は、エッチング処理された基材の表面上に、密着して架橋されたフッ素樹脂層を設けることにより、前記基材とフッ素樹脂層間の高い接着性が得られるとともに耐摩耗性にも優れ、さらに容易に製造できて製造コスト的にも有利で摺動性の問題もない摺動部材が得られることを見出し、本発明を完成した。

請求項１に記載の発明（以後、第１の発明と言うことがある）は、最大高さＲｙが２０μｍ以下である基材と、その表面上に設けられたフッ素樹脂層を有し、前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材である。ここで摺動部材とは、耐摩耗性を有する摺動面を有し摺動部分に用いられる部材を言う。耐摩耗性を有するとは、具体的には、後述のスラスト摩耗試験（リングオンディスク式摩耗評価、ＪＩＳ Ｋ−７２１８に準拠）の結果が０．８ＭＰａ以上であることを言う。なお、０．８ＭＰａは、摺動材として多用されている超高分子量ポリエチレンのシートの耐摩耗性に相当する。

この発明は、基材の表面粗度の最大高さＲｙが２０μｍ以下であることを特徴とする。最大高さＲｙとは、基材の表面の粗さの最大高さを表わす値であり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定される測定値である。最大高さＲｙが２０μｍ以下であるので、基材の表面は平滑でありブラスト等の粗面化処理はされていない。最大高さＲｙは、好ましくは１０μｍ以下である。

又この発明は、金属等からなる基材と密着してフッ素樹脂層が設けられており、かつそのフッ素樹脂層を形成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする。架橋されたフッ素樹脂から形成されるフッ素樹脂層は、基材上にフッ素樹脂を塗布してフッ素樹脂層を形成した後、電離放射線を照射してフッ素樹脂を架橋することにより形成することができる。フッ素樹脂層の形成後に架橋を行うことで基材とフッ素樹脂層間の接着力を確保することができる。

又、フッ素樹脂が架橋されていることにより優れた耐摩耗性が得られる。架橋によりフッ素樹脂の耐磨耗性が向上している点でも摺動部材として好適なものとなる。フッ素樹脂が架橋されていない場合は耐摩耗性が不十分となり摺動部材としての有用性が低くなる。

さらにこの発明の摺動部材は、摺動部がフッ素樹脂により形成されているので摺動性（低い摩擦係数）や耐薬品性に優れる。この発明の摺動部材では、基材及びフッ素樹脂層ともその表面は平滑であるので、前記のブラストをした摺動部材や特許文献３に記載の摺動部材等で生じる問題、すなわち基材の凸部では摺動性が損なわれやすいとの問題は生ぜずに安定的に優れた摺動性を保つことができる。

本発明の摺動部材は、基材の表面上に密着してフッ素樹脂層を形成し電離放射線の照射等によりフッ素樹脂を架橋する方法により製造することができる。特許文献３に記載の方法におけるメッキ工程や半溶融等の他の工程は不要である。従って工程はシンプルで製造は容易であり製造コスト的にも有利である。

請求項２に記載の発明（以後、第２の発明と言うことがある）は、基材とその表面上に設けられたフッ素樹脂層を有し、前記基材表面にエッチング処理が施され、かつ前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材である。

この発明の摺動部材は、基材の表面にエッチング処理が施されていることを特徴とする。エッチング処理とは、化学薬品（腐食液、エッチング液）などの腐食作用を利用した塑形ないし表面加工の方法を意味する。エッチング液として電解液を用い通電しながら表面加工を行う電界エッチングも含まれる。例えば、基材がアルミニウムからなる場合は、特公昭５９−１２７５９号公報に記載されているような電界エッチングにより、基材表面にエッチング処理を施すことができる。

エッチング処理では、基材の表面の不純物を選択的に溶解して、基材の表面に径が数十〜数百μｍ程度の凹形状（微細な凹部）を形成することができる。基材の表面の微細な凹部にフッ素樹脂が入り込むことによりアンカー効果が発生し接着強度を高めることができる。エッチング処理によれば、前記のブラストをした摺動部材や特許文献３に記載の摺動部材等で生じる問題、すなわち基材の凸部では摺動性が損なわれやすいとの問題は生ぜずに安定的に優れた摺動性を保つことができる。

又第２の発明は、第１の発明と同様に金属等からなる基材と密着してフッ素樹脂層が設けられること、そのフッ素樹脂層を形成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする。基材の表面にエッチング処理が施されておりかつフッ素樹脂が架橋されておれば基材とフッ素樹脂層間の優れた接着性が得られる。従って、本発明の摺動部材は基材とフッ素樹脂層間の接着性に優れたものであり、フッ素樹脂の架橋による化学的接着とエッチング処理によるアンカー効果（物理的接着）を併用して優れた接着性を得るものである。

請求項３に記載の発明は、負荷長さ率ｔｐが８０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部材である。負荷長さ率ｔｐとは、板（基材等）の平坦部と凹部の比率を示すものであり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠して測定することができる。例えば理論的には、凹部のない平坦な板の場合は、負荷長さ率ｔｐは１００％となり、ブラスト処理をした板のように、表面が曲線状の山谷の繋がりであって平坦部のない板の場合は０％となる。

エッチング処理の程度（エッチングの指標）は、負荷長さ率ｔｐを用いて表すことができる。エッチング処理を施した板の場合、負荷長さ率ｔｐが低くなるほど平坦部が少なく凹部が多くなることから、アンカー効果をより多く得ることができるようになり、接着力を強化することができる。負荷長さ率ｔｐの好ましい範囲は用途により変動するが、負荷長さ率ｔｐが８０％以下の場合接着力を強化するとの効果を発揮できる。６０％以下であればその効果がより明確に発揮されるので好ましい。

第１の発明と同様に第２の発明も、フッ素樹脂が架橋されていることにより耐摩耗性が大幅に向上しておりこの点でも摺動部材として好適なものとなる。又摺動部がフッ素樹脂により形成されているので摺動性（低い摩擦係数）や耐薬品性に優れる摺動部材となる。

本発明の摺動部材は、基材の表面にエッチングを施しその表面上に密着してフッ素樹脂層を形成した後、電離放射線の照射等によりフッ素樹脂を架橋することにより製造することができる。特許文献３に記載の方法におけるメッキ工程や半溶融等の他の工程は不要である。従って、工程もシンプルで製造は容易であり製造コスト的にも有利である。

請求項４に記載の発明は、碁盤目試験による基材とフッ素樹脂層間の接着力が９０／１００以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部材である。

ここで碁盤目試験とは、ＪＩＳ−Ｋ−５４００（１９９８年度版）に記載された試験法であり、具体的には、フッ素樹脂層（表層）に１００個の碁盤目状の傷をつけ、その上にテープを貼り付けた後引き剥がすとの試験を行い、引き剥がされずに残った碁盤目数をカウントする試験法である。９０／１００以上とは、前記の引き剥がしを１００回繰り返した後、１００個の碁盤目中の９０以上が引き剥がされずに残っていることを意味する。

第１の発明も第２の発明も基材とフッ素樹脂層間の接着力に優れた摺動部材であるが、中でも碁盤目試験による接着力が９０／１００以上であるものが好ましい。なおここでいう接着力とは、摺動部材の使用前の初期接着力すなわち使用等による劣化を経ていない場合の接着力である。

請求項５に記載の発明は、前記フッ素樹脂層を形成するフッ素樹脂が、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン系共重合体（ＥＴＦＥ）及びポリビニリデンフロライド（ＰＶｄＦ）から選ばれることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の摺動部材である。

フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン系重合体やその共重合体等を使用でき、より具体的な例としては請求項４中に列挙された上記の樹脂を挙げることができる。又、２種類以上のフッ素樹脂を併用したものや、フッ素樹脂以外の異種成分を添加した樹脂組成からなるものも、本発明の趣旨（接着性、耐摩耗性等）を損ねない範囲で使用することができる。異種成分としては例えばガラス、カーボン、金属、金属酸化物、セラミックス、耐熱性有機材料、鉱物等を挙げることができる。

請求項６に記載の発明は、基材が金属又は放熱体から形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の摺動部材である。

基材を形成する材料としては、アルミニウム、鉄、銅、ＳＵＳ等の金属、ガラス、樹脂等を挙げることができ、摺動部材の用途に応じて最適なものが選択される。基材として熱伝導率が高く放熱性に優れるものを用いることにより、摺動部材の使用中に発生する摩擦熱を放熱体に効果的に伝導させて除去し、温度上昇を抑制することができる。その結果、耐摩耗性を向上できるので好ましい。

本発明の摺動部材は、半導体製造装置用の摺動部材、医療機器用の摺動部材、産業用機械や民生用の製品等に使用される摺動部材として好適に用いられる。

半導体製造装置用の摺動部材では、耐薬品性やイオン溶出を防ぐとの観点から、フッ素樹脂としてＰＴＦＥやＰＦＡが多用されているが、ウエハートレー等の場合、摺動する部分の磨耗粉の発生が問題となっている。しかし、本発明の摺動部材は耐摩耗性が高いので磨耗粉の発生を大幅に抑えることができる。又本発明の摺動部材は、基材とフッ素樹脂層が優れた接着性でダイレクトに接着しておりプライマー等を使用していない。従って従来の半導体製造装置で問題となっていたプライマー中に含まれる様々な接着成分からのイオン等の溶出がないので好ましい。

医療機器用の摺動部材としては、カテーテルの配管等を挙げることができる。医療機器用の摺動部材を構成するフッ素樹脂としてはＰＴＦＥが、身体親和性がよいので多用されている。医療機器用の摺動部材にも、半導体装置用の場合と同様、摺動部で磨耗粉が発生しないことやＳＵＳ等の金属からなる基材との接着部からの異物の溶出がないことが求められる。しかし本発明の摺動部材は、フッ素樹脂がＰＴＦＥの場合でも耐摩耗性が高いので磨耗粉の発生を大幅に抑えることができ、又基材との接着はダイレクトでプライマー等を使用していないので異物の溶出の問題もない。従って本発明の摺動部材は、医療機器用の摺動部材としても好ましく用いられる。

本発明の摺動部材は、フッ素樹脂からなる従来の摺動部材と同様の低い摩擦係数を有するとともに、従来の摺動部材よりもさらに優れた耐摩耗性を有するので、産業用機械や民生用の製品等に使用される無潤滑軸受等、高い耐摩耗性が求められる用途に好適に用いられる。産業用機械や民生用の製品等に使用される摺動部材としては、巻き軸受やブッシュ等の各種滑り軸受、スライダー等を挙げることができる。又、自動車等で使用されるピストンリングやピストンスカート、サスペンション部品等の様にリング状に摺動する部分にも本発明の摺動部材を使用できる。

さらにパッキン、糸、電線、ワイヤー等の金属線、チェーン等の線状のものが通る各種ガイド、リール、ローラー、トレー等にも本発明の摺動部材を使用できる。紡績工場等で用いられる高速で流れる糸を受けるガイドに本発明の摺動部材を使用すると、糸の傷つきが防止できるとともにガイドのヘタリを抑制できるので好ましい。

本発明の摺動部材は、さらに又、ベアリングリテーナー、ギヤ、コンプレッサーのスクロール部品等の異形物に用いることもできる。これらの場合はオイルレス化などの効果が期待できるので好ましい。

本発明の摺動部材は、基材とフッ素樹脂層間の接着性及び耐摩耗性に優れ、製造コスト的にも有利で摺動性の問題もない。従って、半導体製造装置や医療機器用の摺動部材として又産業分野で使用される摺動部材として好適に用いられる。

実施例、比較例で行ったスラスト摩耗試験（リングオンディスク式摩耗評価）を概念的に示す斜視図である。

次に、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく本発明の趣旨を損なわない限り他の形態へ変更することができる。

本発明の摺動部材は、例えば次のようにして製造することができる。先ず、所定の形状を有する基材が形成され、必要に応じてエッチング等の表面処理を行う。その後、その表面すなわち摺動部となる部分にフッ素樹脂を被覆してフッ素樹脂層を形成する。フッ素樹脂の被覆を施す方法としては、フッ素樹脂のフィルムを被せる方法、粉体塗装する方法、フッ素樹脂ディスパージョン（フッ素樹脂の粉体を分散媒中に均一に分散した液体）を塗布して分散媒を乾燥して除去する方法等を挙げることができる。粉体塗装する方法としては、例えばフッ素樹脂粉末を静電塗装する方法やフッ素樹脂粉末をスプレーする方法を挙げることができる。

フッ素樹脂ディスパージョンを塗布する方法は、均一な厚みのフッ素樹脂層を容易に形成できる点で好ましい方法である。フッ素樹脂がＰＴＦＥの場合では、フッ素樹脂ディスパージョンを塗布する方法が通常採用される。溶剤に可溶なフッ素樹脂の場合は、フッ素樹脂溶液を塗布して溶剤を乾燥して除去する方法も採用できるが、ＰＴＦＥは溶剤に不溶なためこの方法を適用できない。

フッ素樹脂ディスパージョンを塗布する方法による場合、分散媒としては水と乳化剤、水とアルコール、水とアセトン、または水とアルコールとアセトンの混合溶媒などが用いられる。フッ素樹脂ディスパージョンを塗布した後は、風乾あるいは熱風乾燥することにより分散媒を乾燥して除去する。分散媒の乾燥、除去によりフッ素樹脂粉末からなる塗布膜が形成される。

粉体塗装、静電塗装、フッ素樹脂ディスパージョンの塗布等によりフッ素樹脂粉末からなる塗布膜が形成された後、フッ素樹脂の融点以上に加熱する焼成が行われ、フッ素樹脂粉末間が融着しフッ素樹脂層が形成される。焼成は、好ましくは３５０〜４００℃の温度範囲で行われる。乾燥工程を特に設けず焼成の工程で分散媒の除去を行うことも可能である。

フッ素樹脂層の厚みは、通常１μｍ〜数百μｍである。工業製品には必ず製造公差があるので、製造公差以上の厚みがない場合は片あたりにより基材と摺動相手材の接触が生じる。この問題を防ぐためには、摺動部材のフッ素樹脂層は厚い方が好ましい場合が多い。ただし、フッ素樹脂がＰＴＦＥの場合、ディスパージョンの塗布によりフッ素樹脂層が形成されるので、その厚みは通常１０μｍ程度が限界であり、厚い塗布を可能にする特殊なディスパージョンを使用する場合でも３０μｍが限界である。従って、フッ素樹脂がＰＴＦＥの場合は、フッ素樹脂層の厚みは１〜３０μｍであり、好ましくは１〜１０μｍである。

フッ素樹脂の架橋の方法としては電離性放射線を照射する方法を挙げることができる。前記のようにして形成されたフッ素樹脂層の表面に電離性放射線を照射してフッ素樹脂の架橋が行われる。フッ素樹脂と基材の組合せとして適当なものを選定すると、この架橋の際にフッ素樹脂層と基材間の密着性も向上する。

電離性放射線の照射により架橋を施す際には、無酸素雰囲気下、具体的には酸素濃度１００ｐｐｍ以下好ましくは５ｐｐｍ以下の雰囲気にフッ素樹脂層を置き、フッ素樹脂の結晶融点〜４００℃程度の温度範囲、好ましくは結晶融点より０〜３０℃高い温度範囲に保ちながらフッ素樹脂層の表面に電離性放射線を照射することが好ましい。雰囲気の温度が低すぎるとフッ素樹脂の架橋反応は起こりにくく、雰囲気温度が高すぎる場合、特に４００℃を越えるとフッ素樹脂の熱分解が促進されて材料特性が低下するため好ましくない。

照射線量の範囲は、通常１ｋＧｙ〜１５００ｋＧｙ、好ましくは１００ｋＧｙ〜１０００ｋＧｙである。照射線量が１ｋＧｙ未満であると架橋反応が不十分で特性の向上が期待できず１５００ｋＧｙを越えるとフッ素樹脂の分解が生じやすくなり好ましくない。フッ素樹脂層の形成と電離放射線照射を同時に実施してもよい。

フッ素樹脂の架橋に用いられる電離性放射線としては、電子線、高エネルギーイオン線等の荷電粒子線、ガンマ線、Ｘ線等の高エネルギー電磁波、中性子線等が挙げられる。電子線発生装置は比較的安価で又大出力の電子線が得られるとともに架橋度の制御が容易である。従って、電離性放射線としては電子線が好ましい。

基材として用いられる熱伝導率が高く放熱性に優れる材料としては、鉄（熱伝導率：０．１８Ｃａｌ／℃・ｃｍ・秒）、ＳＵＳ、アルミニウム（熱伝導率：０．５３Ｃａｌ／℃・ｃｍ・秒）等が好ましい材料として挙げることができる。又熱伝導率：０．０７Ｃａｌ／℃・ｃｍ・秒のセラミック（煉瓦）等も使用できる。さらに、フッ素樹脂の焼成（３８０℃、数十分）に耐え得る耐熱性を有するポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン等の耐熱性プラスチックに熱伝導率を向上させるためのフィラーを添加して熱伝導率を高めたものも使用できる。

（１）サンプル作製
基材として、韓国ＤＡＥＨＯ社製３００３アルミ板（厚み１ｍｍ）を用い、次に示す表面処理のいずれかを行った。
・脱脂のみ（表１中では基材処理「なし」と示す。）
・ブラスト：サンドブラスト加工（アルミナＮｏ．８０を使用し、エア圧０．５ＭＰａで行った。表１中では「ブラスト」と示す。）
・エッチング：電解エッチング加工（塩化アンモニウムの電解液を使用し、電気量は２３Ｃ／ｃｍ^２で行った。表１中では「エッチング」と示す。）

上記のようにして準備した基材の表面上に、ダイキン社製フッ素樹脂ディスパージョンＰＴＦＥ（ＥＫ−３７００）を塗布し、乾燥後３８０℃で焼成することにより厚さ３０μｍのＰＴＦＥ膜を得た。

このようにして得られたＰＴＦＥ膜に以下に示す条件で電子線照射を行ってフッ素樹脂を架橋しサンプルを作製した。得られたサンプルについて下記の方法で、初期接着力、老化後接着力、基材表面粗度Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ及び負荷長さ率ｔｐの測定を行った。これらの結果を表１に示す。
［電子線照射の条件］
使用機器：日新電機社製サガトロン（加速電圧１．１３ＭｅＶ）
酸素濃度：５ＰＰＭ、雰囲気温度：３４０℃

［初期接着力の測定］
ＪＩＳ−Ｋ５４００（１９９８年度版）に規定された碁盤目試験にて接着力（耐剥離性）を評価した。具体的にはフッ素樹脂層上に１００個の碁盤目状の傷をつけ、その上にテープを貼り付けた後引き剥がすこと（テープ剥離）を１００回繰り返して行い、引き剥がされずに残った碁盤目数をカウントした。例えば、５０／１００という表記であれば、テープ剥離１００回繰り返した後１００個の碁盤目のうち５０個が残ったことを意味する。

［老化後接着力の測定］
サンプルを７０℃以上のヱスビー社製おでんの素の液に１０００時間浸漬した後、上記の初期接着力の評価と同様にして接着力を測定した。

［基材表面粗度Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ、及び負荷長さ率ｔｐ］
東京精密社製サーフコムを使用し、測定距離８ｍｍで、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定される表面粗度［Ｒａ：算術平均粗さ、Ｒｙ：最大高さ、Ｒｚ：１０点平均粗さ］を測定し、Ｒａ、Ｒｙ及びＲｚを得た。又、キーエンス社製レーザ顕微鏡ＶＫ−９５１０を使用し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠して、負荷長さ率ｔｐ（％）を測定した。

表１の結果が示すように、ブラスト処理を行っても電子線照射を施さない場合（サンプルＮｏ．３）は、基材とフッ素樹脂層間の接着力は、老化前の段階（初期接着力）から低い。一方、電子線照射を施した場合（サンプルＮｏ．１、２、４）や電子線照射を施さなくてもエッチング処理を施した場合（サンプルＮｏ．５）は、老化前の段階（初期接着力）では優れた接着特性を示している。

老化後の段階（老化後接着力）でも、電子線照射と基材へのエッチング処理を共に施した場合（サンプルＮｏ．４）は、はがれゼロと優れた特性を示している。しかし、電子線照射を施したが基材の表面処理を施さなかった場合（サンプルＮｏ．１）、電子線照射とブラスト処理を共に施した場合（サンプルＮｏ．２）、エッチング処理を施したが電子線照射を施さなかった場合（サンプルＮｏ．５）では、老化により接着力が低下しており、特にサンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．５の低下が大きい。すなわち、電子線照射と基材へのエッチング処理を共に施すことにより、優れた接着力が得られ、老化によっても低下しないことが示されている。

煮炊き用に用いる炊飯器内釜、酸性もしくはアルカリ溶液中で使用する半導体ウエハートレー、ピストンリングやピストンスカートへのコーティング等に用いられる摺動部材には、老化後も接着力が優れていることが望まれる。従って、電子線照射と基材へのエッチング処理を共に施すことが好ましい。一方、摺動部材の用途によっては、老化後の接着力が特に必要ない場合がある。例えば、ドライ状態で用いる糸や電線等のガイドやリール、ローラーで等の用途である。従ってこれらの用途には、上記のサンプルＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５も使用が可能である。

［耐磨耗性の評価］
ＪＩＳ Ｋ−７２１８に準拠して、スラスト摩耗試験（リングオンディスク式摩耗評価）によりフッ素樹脂コーティングの耐摩耗性を評価した。スラスト摩耗試験とは、図１に示すように、試験サンプル上に金属の円筒（相手軸）を載せ、所定の荷重（圧力：Ｐ）を加えた状態で、試験サンプルを所定の速度（回転速度：Ｖ）で回転させ、試験サンプルの摩耗状態を測定する試験である。ここでは、相手軸として外径／内径＝１１．５／７．４のＳ４５Ｃ円筒を用い、ドライ（グリースレス）の潤滑条件で摩耗を測定し、回転速度（Ｖ）１，８００ｒｐｍの条件で圧力（Ｐ）を変化させて急激な摩耗が発生する圧力（ＭＰａ）を求めた。その結果を表２に示す。なお、比較例として、一般的に摺動材として多用されている材料であるポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子量ポリエチレン（超高分子量ＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のシートも準備し、同じ条件でスラスト摩耗試験を行い急激な摩耗が発生する圧力（ＭＰａ）を求めた。その結果を表３に示す。

表２、表３の結果が示すように、エッチング処理を施したが電子線照射を施さなかった場合（サンプルＮｏ．５）は、耐摩耗性が、摺動材として多用されている材料であるＰＯＭ、超高分子量ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫよりもはるかに低く摺動部材としては好ましくない。フッ素樹脂が架橋されていないためである。電子線照射を施し基材の表面処理を施さない場合（サンプルＮｏ．１）及び電子線照射と基材へのエッチング処理を共に施した場合（サンプルＮｏ．４）では、優れた耐摩耗性が得られている。一方、電子線照射と基材へのブラスト処理を共に施した場合（サンプルＮｏ．２）の耐摩耗性は、サンプルＮｏ．１、Ｎｏ．４より劣る。ブラスト処理を行っているので基材の凹凸により、摺動時に摺動相手材と基材がすぐに接触してしまうためである。表１及び表２の結果から、老化試験後の接着力と耐摩耗性の両特性を満足するのは、サンプルＮｏ．４のみであることが示されている。Ｎｏ．４は、エッチングと電子線照射の併用により接着力が大幅に強化され、凸部がないため耐摩耗性を低下させる弊害もほとんど出ていない。

Claims (6)

1. 最大高さＲｙが２０μｍ以下である基材とその表面上に設けられたフッ素樹脂層を有し、前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材。
2. 基材とその表面上に設けられたフッ素樹脂層を有し、前記基材表面にエッチング処理が施され、かつ前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂が架橋されていることを特徴とする摺動部材。
3. 負荷長さ率ｔｐが８０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
4. 碁盤目試験による基材とフッ素樹脂層間の接着力が９０／１００以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部材。
5. 前記フッ素樹脂層を形成するフッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン系共重合体及びポリビニリデンフロライドから選ばれることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の摺動部材。
6. 基材が金属又は放熱体から形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の摺動部材。

Images