JP4517639B2

JP4517639B2 - 固体潤滑剤および摺動部材

Info

Publication number: JP4517639B2
Application number: JP2003418073A
Authority: JP
Inventors: 眞佐行六川; 琢哉平山
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005179392A

Description

本発明は、固体潤滑剤および摺動部材に関し、詳しくは、金属から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤および摺動部材に関する。

軸受などの摺動面に埋め込んで使用する固体潤滑剤は、摺動面に薄膜として形成されて摺動効果を発揮する。それ故、その被膜形成の巧拙が摩擦係数および被膜の寿命に大きな影響を及ぼす。この種の固体潤滑剤として、四ふっ化エチレン樹脂に、インジウム、鉛、錫などの軟質金属とワックスとを配合した固体潤滑剤が挙げられる。特に、四ふっ化エチレン樹脂に鉛およびワックスを配合した固体潤滑剤が広く使用されている。この固体潤滑剤は、高荷重条件下の摩擦係数が極めて低く、また、被膜の形成能に優れ、該被膜の寿命も長く、更に、被膜の自己補修性にも優れている。

近年、材料開発の動向は、環境問題への配慮から鉛を含有しない方向に進んでいる。この開発動向は上記固体潤滑剤においても例外ではない。しかしながら、固体潤滑剤において、摺動特性を満足させる上で鉛は重要な構成成分である。特に、軸受などの摺動面に形成された孔または溝に埋め込んで高荷重条件下で使用する場合は、被膜形成能の点からも鉛は重要である。

他方、鉛を含有しない摺動部材として、メラミンとイソシアヌル酸との付加物を含有する樹脂を成形して成る摺動部材が知られている。しかしながら、メラミンとイソシアヌル酸との付加物を含有する樹脂から成る摺動部材組成物を固体潤滑剤として使用した場合は、高荷重条件下における摩擦係数が十分とは言えない。このため、鉛を含有せずに高荷重条件下で充分な摺動特性を発揮する固体潤滑剤の提供が望まれている。
特開昭５５−１０８４２７号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛を含有しない固体潤滑剤であって、高荷重条件下で鉛を含有する固体潤滑剤と同等もしくは同等以上の摺動特性を発揮する固体潤滑剤および摺動部材を提供することにある。

本発明の第一の要旨は、金属材料から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤であって、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上のワックス類１０〜３０重量％と、酸化スズ１０〜４０重量％と、残部の四ふっ化エチレン樹脂とから成ることを特徴とする固体潤滑剤に存する。

本発明の第二の要旨は、金属材料から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に上記固体潤滑剤を埋め込んで成ることを特徴とする摺動部材に存する。

本発明によれば、鉛を含有しない固体潤滑剤であって、高荷重条件下で鉛を含有する固体潤滑剤と同等もしくは同等以上の摺動特性を発揮し、しかも、摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込んで使用されるのに好適である。

以下、本発明を説明する。先ず、固体潤滑剤について述べる。ワックス類は、主として摩擦係数を低減する作用を有する。使用されるワックス類としては、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上である。

炭化水素系ワックスとしては、炭素数２４以上のパラフィン系ワックス、炭素数２６以上のオレフィン系ワックス、炭素数２８以上のアルキルベンゼン、結晶質のマイクロクリスタリンワックスが挙げられる。これら炭化水素系ワックスは、単独または２種以上の混合物として使用し得る。

高級脂肪酸としては、炭素数が１２以上の飽和または不飽和脂肪酸が挙げられる。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラウロレイン酸、ミリストレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸などが挙げられる。

高級脂肪酸エステルは、上記高級脂肪酸と一価または多価アルコールとのエステルである。一価アルコールとしては、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等が挙げられ、多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、ペンタエリスルトール、ソルビタン等が挙げられる。高級脂肪酸エステルの具体例としては、ステアリルステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ステアリン酸モノグリセリド、ベヘン酸モノグリセリド等が挙げられる。

高級脂肪酸アミドは、上記高級脂肪酸と一価または多価アミンとのアミドである。一価または多価アミンとしては、カプリルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。高級脂肪酸アミドの具体例としては、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等が挙げられる。

ワックス類の配合割合は、１０〜３０重量％、好ましくは１０〜２０重量％である。配合割合が１０重量％未満の場合は、所望の低摩擦特性が得られない。また、配合割合が３０重量％を超えた場合は、成形性が悪くなるとともに、成形体（固体潤滑剤）の強度が低下する。

本発明において使用される酸化スズは、主として耐摩耗性を向上させると共に、成形体の強度を向上させる作用を発揮する。酸化スズとしては、酸化第一スズ（ＳｎＯ）または酸化第二スズ（ＳｎＯ_２）が使用される。酸化スズの配合割合は、１０〜４０重量％、好ましくは２０〜４０重量％である。配合割合が１０重量％未満の場合は、耐摩耗性を向上するという効果が発揮されない。また、配合割合が４０重量％を超える場合は、摺動部材の摺動面に露出する酸化スズの量が多くなりすぎて、相手材の摺動面を損傷することがある。

四ふっ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」と略称する。）は、主として低摩擦性を付与する作用を発揮する。本発明で使用されるＰＴＦＥは、モールディングパウダーまたはファインパウダーとして主に成形用に使用されるＰＴＦＥ（以下、「高分子量ＰＴＦＥ」と略称する。）と、放射線照射などにより高分子量ＰＴＦＥを分解またはＰＴＦＥの重合時に分子量を調節して、高分子量ＰＴＦＥに比べて分子量を低下させた、粉砕し易くまた分散性がよい、主に添加材料として使用されるＰＴＦＥ（以下、「低分子量ＰＴＦＥ」という。）とに大別される。ＰＴＦＥとしては、高分子量ＰＴＦＥ単独または高分子量ＰＴＦＥと低分子量ＰＴＦＥとの混合物が使用できる。混合物としての高分子量ＰＴＦＥと低分子量ＰＴＦＥとの配合割合（重量）は、通常１：１〜３：１である。

モールディングパウダー用高分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン（登録商標）７−Ｊ」、「テフロン（登録商標）７Ａ−Ｊ」、「テフロン（登録商標）７０−Ｊ」等、ダイキン工業社製の「ポリフロンＭ−１２（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＧ１６３（商品名）」、「フルオンＧ１９０（商品名）」等が挙げられる。ファインパウダー用高分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン（登録商標）６ＣＪ」等、ダイキン工業社製の「ポリフロンＦ２０１（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＣＤ０７６（商品名）」、「フルオンＣＤ０９０（商品名）」等が挙げられる。

また、高分子量ＰＴＦＥとしては、上記高分子量ＰＴＦＥ以外に、高分子量ＰＴＦＥをスチレン系、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系、アクリロニトリル系重合体などで変性したものも使用でき、具体的には、三菱レイヨン社製の「メタブレンＡ−３０００」等が挙げられる。低分子量ＰＴＦＥとしては、三井デュポンフロロケミカル社製の「ＴＬＰ−１０Ｆ（商品名）」等、ダイキン工業社製の「ルブロンＬ−５（商品名）」等、旭硝子社製の「フルオンＬ１６９Ｊ（商品名）」等、喜多村社製の「ＫＴＬ−８Ｎ（商品名）」等が挙げられる。

ＰＴＦＥの配合割合は、樹脂組成物全体量から充填材の配合量を差引いた残りの量であり、好ましくは２０〜６０重量％、より好ましくは２０〜５０重量％である。配合割合が２０重量％未満の場合は、所望の低摩擦性が得られないことがある。また、配合割合が６０重量％を超えた場合は、耐摩耗性が悪くなるとともに、成形体としての保形性が悪化し、成形体の強度低下を来すことがある。

本発明の固体潤滑剤には、追加成分として、金属石けん及び／又はメラミンシアヌレートを加えてもよい。

金属石けんは、上記高級脂肪酸とアルカリ金属またはアルカリ土類金属との塩である。具体的には、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等が挙げられる。この金属石けんは、耐摩耗性を向上させ、摩擦係数を低減させるとともに熱安定性を向上させる作用を有する。そして、その配合割合は、通常５〜１５重量％、好ましくは５〜１０重量％である。配合割合が５重量％未満の場合は、所望の摩擦係数の低減および耐摩耗性と熱安定性の向上に効果が得られないことがある。また、配合割合が１５重量％を超えた場合は、成形性を悪化させるとともに成形体の強度低下を来すことがある。

メラミンシアヌレートは、メラミンとシアヌル酸またはイソシアヌル酸との付加化合物であり、６員環構造のメラミン分子とシアヌル酸（イソシアヌル酸）分子が水素結合により平面状に配列し、その平面が弱い結合力で層状に重なり合っており、二硫化モリブデンやグラファイトのような劈開性を有するものである。このメラミンシアヌレートは、固体潤滑剤の低摩擦性を向上させる作用を有する。その配合割合は、通常１０〜３０重量％、好ましくは１０〜２０重量％である。配合割合が１０重量％未満では、低摩擦性を向上させる作用が充分発揮されないことがある。また、配合割合が３０重量％を超える場合は、耐摩耗性を低下させることがある。

本発明の固体潤滑剤は、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラー等の混合機によって上述の各成分の所定量を混合し、得られた混合物を成形して得られる。成形方法は、特に限定されないが、好ましくは、前記混合物を押出機に供給し、ワックス類が溶融する温度で溶融混練してペレットを作製し、このペレットを射出成形機に供給して成形する方法が採用される。

本発明の摺動部材は、金属材料から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に、上記製造方法によって得られた固体潤滑剤を埋め込んで成る。基材に形成された孔または溝に固体潤滑剤を埋め込む方法としては、圧入固定する方法、固体潤滑剤に接着剤を塗布し、これを孔または溝に固定する方法などが挙げられる。

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。なお、摺動部材の摺動特性は、次の試験方法により評価した。

スラスト試験：表１に記載の条件下で摩擦係数および摩耗量を測定した。そして、摩擦係数については、試験開始時から試験終了時における摩擦係数の変動値を示し、摩耗量は試験終了後の摺動部材試験片の寸法変化量で示した。

実施例１：
ワックス類としてポリエチレンワックス〔クラリアントジャパン社製の「リコワックスＰＥ５２０（商品名）」〕１０重量％、パラフィンワックス〔日本精蝋社製の「１５０（商品名）」〕１０重量％及びステアリン酸１０重量％と、酸化第一スズ１０重量％と、ＰＴＦＥとして高分子量ＰＴＦＥ〔旭硝子社製の「フルオンＧ１６３（商品名）」〕３０重量％および低分子量ＰＴＦＥ〔旭硝子社製の「フルオンＬ１６９Ｊ（商品名）」〕３０重量％とをヘンシェルミキサーに投入して混合物を作製した。得られた混合物を押出成形機に導入して紐状の成形物を作製したのち、この成形物を細かく切断して該混合物からなるペレットを作製した。ついで、このペレットを射出成形機に供給し、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。成分組成を表２に示す。

実施例２〜８：
実施例１において、表２〜表３に示す様に組成を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。成分組成を表２〜表３に示す。

比較例１：
アトマイズ鉛粉末８５重量％と、ＰＴＦＥとして低分子量ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業社製の「ルブロンＬ−５（商品名）」）１０．５重量％と、低分子量ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）粉末（製鉄化学社製の「フローセンＧ７０１（商品名）」）１．５重量％と、パラフィンワックス２重量部に対してステアリン酸リチウム１重量部の混合ワックス３重量％とをヘンシェルミキサーに投入し、混合して混合物を作製した。以下、前記製造方法と同様にして直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。成分組成を表４に示す。

比較例２：
ＰＴＦＥとして高分子量ＰＴＦＥ粉末（三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン（登録商標）７Ａ−Ｊ」）５０体積％と、アトマイズ鉛粉末４０体積％とを混合攪拌し、混合物を得た。この混合物をプレス成形機により加圧成形し、直径６ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状固体潤滑剤を作製した。ついで、この円柱状固体潤滑剤を潤滑油（モービル社製の「ＤＴＥエキストラヘビーオイル（商品名）」）の入った油槽に浸せきし、１０体積％の潤滑油を含浸させた（重量換算でＰＴＦＥ１８．８重量％、鉛７９．６重量％、潤滑油１．６重量％）。成分組成を表４に示す。

上述した実施例および比較例で得られた固体潤滑剤を銅合金から成る平板状基体の摺動面に形成された孔に埋め込んで摺動部材試験片とし、この摺動部材試験片の摺動性能をスラスト試験により試験した。摺動特性の試験結果を表２〜表４に示す。

表中、高分子量ＰＴＦＥとして旭硝子社製の「フルオンＧ１６３（商品名）」を、高分子量ＰＴＦＥ（１）として三井デュポンフロロケミカル社製の「テフロン（登録商標）７Ａ−Ｊ」を、低分子量ＰＴＦＥとして旭硝子社製の「フルオンＬ１６９Ｊ（商品名）」を、低分子量ＰＴＦＥ（1）としてダイキン工業社製の「ルブロンＬ−５（商品名）」を、ポリエチレンワックスとしてクラリアントジャパン社製の「リコワックスＰＥ５２０（商品名）」を、パラフィンワックスとして日本精蝋社製の「１５０（商品名）」を、メラミンシアヌレートとして三菱化学社製の「ＭＣＡ（商品名）」を、潤滑油としてモービル社製の「ＤＴＥエキストラヘビーオイル（商品名）」を使用した。

以上の試験結果から明らかなように、本発明の固体潤滑剤を摺動面に埋め込んでなる摺動部材は、低速度・高荷重条件下で優れた摺動特性を示し、比較例１および比較例２に示す従来の鉛を含有する固体潤滑剤を埋め込んで成る摺動部材と同等もしくはそれ以上の性能を示す。

Claims

金属材料から成る摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に埋め込まれる固体潤滑剤であって、炭化水素系ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステルおよび高級脂肪酸アミドから選択される１種または２種以上のワックス類１０〜３０重量％と、酸化スズ１０〜４０重量％と、残部の四ふっ化エチレン樹脂とから成ることを特徴とする固体潤滑剤。
酸化スズが、酸化第一スズまたは酸化第二スズである請求項１に記載の固体潤滑剤。
追加成分として、金属石けんを５〜１５重量％含有する請求項１又は２に記載の固体潤滑剤。
追加成分として、メラミンシアヌレートを１０〜３０重量％含有する請求項１〜３の何れかに記載の固体潤滑剤。
四ふっ化エチレン樹脂が、高分子量四ふっ化エチレン樹脂である請求項１〜４の何れかに記載の固体潤滑剤。
四ふっ化エチレン樹脂が、高分子量四ふっ化エチレン樹脂と低分子量四ふっ化エチレン樹脂の混合物である請求項１〜４の何れかに記載の固体潤滑剤。
高分子量四ふっ化エチレン樹脂と低分子量四ふっ化エチレン樹脂との混合割合が、１：１〜３：１である請求項６に記載の固体潤滑剤。
摺動部材基体の摺動面に形成された孔または溝に請求項１〜７の何れかに記載の固体潤滑剤を埋め込んで成ることを特徴とする摺動部材。