特許 6873532 摺動部材用樹脂組成物および滑り軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6873532

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】摺動部材用樹脂組成物および滑り軸受

(51)【国際特許分類】

   C08L 73/00 20060101AFI20210510BHJP

   C08L 23/06 20060101ALI20210510BHJP

   C08K 5/10 20060101ALI20210510BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   C08L73/00

   C08L23/06

   C08K5/10

   F16C33/20 A

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-90841(P2017-90841)

(22)【出願日】2017年4月28日

(65)【公開番号】特開2018-188530(P2018-188530A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2020年1月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000103644

【氏名又は名称】オイレス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104570

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 光弘

(72)【発明者】

【氏名】冨田 博嗣

【審査官】 藤井 明子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１８１０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２３１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０２５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０６６２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３１６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０３８４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５３３３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０８２１７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｌ １／００−１０１／１４

Ｃ０８Ｋ ３／００−１３／０８

Ｆ１６Ｃ ３３／００−３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース樹脂としての脂肪族ポリケトン樹脂と、
添加剤としてのホホバオイルおよびポリエチレンと、を含み、
前記ホホバオイルの配合量は、１〜６質量％であり、
前記ポリエチレンの配合量は、０．５〜１５質量％であり、
前記ホホバオイルおよび前記ポリエチレンの配合比は、前記ポリエチレン１質量部に対して前記ホホバオイル４質量部以内である
ことを特徴とする摺動部材用樹脂組成物。

【請求項2】

請求項１に記載の摺動部材用樹脂組成物で形成されていることを特徴とする滑り軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摺動部材用樹脂組成物に関し、特に滑り軸受に好適な摺動部材用樹脂組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、摺動部材用樹脂組成物が知られている。例えば、特許文献１には、滑り軸受に好適な摺動部材用樹脂組成物として、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリシアノアリールエーテル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびポリイミド樹脂から選択されるベース樹脂に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、炭酸塩、銅粉末、亜鉛粉末、および酸化銅粉末から選択される充填剤を配合することにより形成された摺動部材用樹脂組成物が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１３９９７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、同等の耐熱性を有する他の合成樹脂と比べて原料のモノマーが安価な脂肪族ポリケトン樹脂が注目されている。しかしながら、脂肪族ポリケトン樹脂は、耐熱性および耐薬品性に優れているが、摩擦係数が高く、かつ摩耗量も多いため、脂肪族ポリケトン樹脂単体では摺動部材用樹脂組成物に適していない。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性および耐薬品性に優れ、かつ他の摺動部材用樹脂組成物に比べて安価な脂肪族ポリケトン樹脂を用いた摺動部材用樹脂組成物を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、脂肪族ポリケトン樹脂にホホバオイルをポリエチレンとともに配合することにより、摺動性能を向上させることができることを見出した。
例えば、本発明の摺動部材用樹脂組成物は、
ベース樹脂としての脂肪族ポリケトン樹脂と、
添加剤としてのホホバオイルおよびポリエチレンと、を含み、
前記ホホバオイルの配合量は、１〜６質量％であり、
前記ポリエチレンの配合量は、０．５〜１５質量％であり、
前記ホホバオイルおよび前記ポリエチレンの配合比は、前記ポリエチレン１質量部に対して前記ホホバオイル４質量部以内である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、油性剤をオレフィン系樹脂とともに脂肪族ポリケトン樹脂に配合することにより、油性剤が脂肪族ポリケトン樹脂中に均等に分散し、脂肪族ポリケトン樹脂の摺動性能を向上させることができる。したがって、耐熱性および耐薬品性に優れ、かつ他の摺動部材用樹脂組成物に比べて安価な脂肪族ポリケトン樹脂を用いた摺動部材用樹脂組成物を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る摺動部材用樹脂組成物からなる試験片１の摺動性能試験を説明するための図である。

【図2】図２は、表３に示す条件にて、表１に示す試験片１−１〜１−５および比較例１−７、１−８に対して行った室温環境下での摺動性能試験の測定結果を示す図である。

【図3】図３は、表３に示す条件にて、表１に示す試験片１−１〜１−５に対して行った高温環境下（１２０℃）での摺動性能試験の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の一実施の形態について説明する。

【0010】

本実施の形態に係る摺動部材用樹脂組成物は、油性剤およびオレフィン系樹脂が配合された脂肪族ポリケトン樹脂により形成されており、例えば滑り軸受に利用される。ここで、摺動部材用樹脂組成物の成形に際して脂肪族ポリケトン樹脂に配合された油性剤が激しく気化し、散逸するのを防止するため、脂肪族ポリケトン樹脂に配合する油性剤は、脂肪族ポリケトン樹脂の成形温度より高い沸点を有するものを用いる。

【0011】

脂肪族ポリケトン樹脂に配合する油性剤としては、高級脂肪酸(ステアリン酸など）、高級脂肪酸エステル(ステアリン酸ブチルなど）、高級アルコール(セチルアルコールなど）、アミン(オクタデシルアミンなど）、金属石けん(ステアリン酸リチウムなど）、リン酸エステル（トリクレジルホスフェートなど）等が好ましく用いられ、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、あるいは高級アルコールを含むものがより好ましく、例えばホホバオイルを用いることができる。また、油性剤の配合量は、１〜６質量％とすることが好ましい。油性剤の配合量が１質量％未満である場合、脂肪族ポリケトン樹脂１００質量％の場合に比べて、摺動性能に有意な差は生じない。一方、油性剤の配合量が大きくなるにつれて、油性剤が脂肪族ポリケトン樹脂中に均等に分散しない場合がある。

【0012】

本発明者は、油性剤と親和性の高いオレフィン系樹脂を油性剤とともに脂肪族ポリケトン樹脂に配合することにより、油性剤をオレフィン系樹脂に保持させて、油性剤を脂肪族ポリケトン樹脂から分離させることなく、脂肪族ポリケトン樹脂内により均等に分散させることができることを見出した。

【0013】

ここで、オレフィン系樹脂はポリエチレンであることが好ましく、さらにポリエチレンは、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、高摺動性特殊ポリエチレンでもよいが、特に高密度ポリエチレンが好ましい。また、ポリエチレンに限らず、炭化水素基が重合した構造を有するオレフィン系樹脂であれば、ポリエチレンと同様に、油性剤の保持剤としての効果が期待できる。また、オレフィン系樹脂の配合量は０．５〜１５質量％とすることが好ましく、１〜１０質量％とすることがより好ましい。また、オレフィン系樹脂１質量部に対して油性剤の配合量は４質量部以内とすることが好ましい。

【0014】

本発明者は、本実施の形態に係る摺動部材用樹脂組成物からなるプレート状の試験片１（寸法：縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）を用いて各種試験を行った。

【0015】

まず、以下の表１に示すように、試験片１として、５種類の配合比の試験片１−１〜１−５を用意するとともに、その比較例として、３種類の比較例１−６〜１−８を用意した。これらの試験片１−１〜１−５および比較例１−６〜１−８は、表１に示す配合比からなるペレットをプレート状に射出成形することにより作製した。具体的には、二軸ベント式押出成形機に材料を投入して溶融混練し、かつ成形して紐状の成形物を作製し、その後、この紐状の成形物を切断して混合ペレットを作製した。それから、この混合ペレットをスクリュー型射出成形機に投入して試験片１を成形した。

【0016】

【表1】

【0017】

なお、試験片１の材料として、脂肪族ポリケトン樹脂に、Ｈｙｏｓｕｎｇ社製「Ｍ３３０Ａ（商品名）」を用い、油性剤に、ミツバ貿易社輸入品のホホバオイル「ホホバゴールデン（商品名）」を用い、オレフィン系樹脂に、プライムポリマー社製高密度ポリエチレン「ハイゼックス（登録商標）２１００ＪＰ（商品名）」を用い、炭素粒子に、エア・ウォーター・ベルパール社製「ベルパール（登録商標）Ｃ２０００（商品名）」を用い、そして、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粉末に、喜多村社製「ＫＴＬ６２０（商品名）」を用いた。

【0018】

［成形性確認試験］
本発明者は、試験片１−１〜１−５および比較例１−６について、スクリュー型射出成形機による成形性の確認試験を、シリンダ温度を２４０度に設定して行った。スクリュー型射出成形機による射出成形において、シリンダ内の溶融樹脂（混合ペレット）を金型に射出充填する射出充填工程後に行われる保圧工程において、金型内圧力を一定に保つことができない場合、金型内に射出充填された溶融樹脂からホホバオイルが分離してシリンダ内に逆流し、溶融樹脂が金型内で所望の形状を維持できていないためと考えられる。そこで、本発明者は、保圧工程での保圧状態を成形回数１０回目までモニタし、成形回数１０回目において、保圧工程での金型内圧力が一定に保たれている場合は、成形性を「成形性良」と判断し、保圧工程での金型内圧力が後半に若干落ち込む場合は、成形性を「成形可能」と判断し、そして、保圧工程での金型内圧力が当初から目標の圧力に達していない場合は、成形性を「成形困難」と判断した。

【0019】

以下の表２は、成形性確認試験の結果を示している。ここで、記号「◎」は「成形性良」を、記号「○」は「成形可能」を、そして、記号「×」は「成形困難」を示している。

【0020】

【表2】

【0021】

表２に示すように、ポリエチレン１質量％および炭素粒子１質量％の場合、ホホバオイル４質量％までは（試験片１−１、１−２）、成形回数１０回目の保圧工程での金型内圧力が一定に保たれ、成形性は「成形性良」であるが、ホホバオイル６質量％では（試験片１−３）、成形回数１０回目の保圧工程での金型内圧力が後半に若干落ち込み、成形性は「成形可能」であった。しかし、ホホバオイル質量６％において、炭素粒子１質量％はそのままにポリエチレン２質量％とすると（試験片１−４）、成形回数１０回目の保圧工程での金型内圧力が一定に保たれ、成形性は「成形性良」であった。また、ホホバオイル３質量％およびポリエチレン１質量％の場合（試験片１−５）、成形回数１０回目の保圧工程での金型内圧力が一定に保たれ、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％および炭素粒子１質量％の場合（試験片１−１）と同様に、成形性は「成形性良」であった。また、ポリエチレンおよび炭素粒子を配合せずに、ホホバオイル３質量％を配合した場合（比較例１−６）、成形回数１０回目の保圧工程での金型内圧力が当初から目標の圧力に達しておらず、成形性は「成形困難」であった。以上の結果、成形性の観点から、ホホバオイルとともにポリエチレンを配合すべきこと、ポリエチレン１質量部に対してホホバオイル４質量部以内とすることが好ましいこと、および、炭素粒子の有無による影響は無視できることが分かった。

【0022】

［摺動性能試験］
本発明者は、試験片１−１〜１−５および比較例１−７、１−８について摺動性能試験を行った。

【0023】

図１は、本実施の形態に係る摺動部材用樹脂組成物からなる試験片１の摺動性能試験を説明するための図である。

【0024】

図示するように、試験片１の摺動面（表面）１０上に筒状の相手材２を載置し、以下の表３に示す条件において、軸心Ｏ方向の荷重Ｎを試験片１の裏面１１に加えて、試験片１の摺動面１０を相手部材２の支持対象面（端面）２０に押し当てながら、軸心Ｏ回りの回転方向Ｒに相手材２を回転させた。そして、そのときの摺動部材２の回転方向Ｒにおけるトルクを、図示していないロードセルで検出し、この検出トルクから、摺動面１０および支持対象面２０間の摩擦係数を測定した。また、摩擦係数の測定後に、摺動面１０の矢印Ａにおける摩耗痕深さ（摩耗痕断面曲線）を測定した。なお、相手材２の支持対象面２０は、研削加工した後、耐水研磨紙＃４００等でハンドラッピングし、さらにアセトンにて洗浄した。

【0025】

【表3】

【0026】

図２は、表３に示す条件にて、試験片１−１〜１−５および比較例１−７、１−８に対して行った室温環境下での摺動性能試験の測定結果を示す図である。

【0027】

ここで、左側の縦軸は摩擦係数を示しており、右側の縦軸は摩耗痕深さ（摺動面１０の矢印Ａにおける摩耗痕深さの平均値）を示している。また、グラフ３−１〜３−５は試験片１−１〜１−５の摩擦係数の測定結果を示しており、グラフ３−７、３−８は比較例１−７、１−８の摩擦係数の測定結果を示しており、グラフ４−１〜４−５は試験片１−１〜１−５の摩耗痕深さの測定結果を示しており、そして、グラフ４−７、４−８は比較例１−７、１−８の摩耗痕深さの測定結果を示している。

【0028】

図２に示すように、室温環境下において、脂肪族ポリケトン樹脂１００質量％の比較例１−８の摩擦係数は０．５４である（グラフ３−８）。一方、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−１の摩擦係数は０．１１であり（グラフ３−１）、ホホバオイル４質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−２の摩擦係数は０．１０であり（グラフ３−２）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−３の摩擦係数は０．１０であり（グラフ３−３）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン２質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−４の摩擦係数は０．１２であり（グラフ３−４）、そして、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合の試験片１−５の摩擦係数は０．０７である（グラフ３−５）。いずれの試験片１−１〜１−５も、脂肪族ポリケトン樹脂１００のみの比較例１−８に比べて摩擦係数が圧倒的に小さく、ＰＴＦＥ粉末を１５質量％配合した比較例１−７の摩擦係数０．２５（グラフ３−７）と比べても十分に小さい。ここで、試験片１−１と試験片１−５とを比較すると、ともにホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合である点で共通し、試験片１−１は炭素粒子を１質量％配合する一方、試験片１−５は炭素粒子を配合していない点で異なる。両者の摩擦係数に有意な差がなかったことから、炭素粒子の配合は摩擦係数に影響しないことが分かった。

【0029】

また、脂肪族ポリケトン樹脂１００質量％の比較例１−８の摩耗痕深さは２２９．５μｍである（グラフ４−８）。一方、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−１の摩耗痕深さは１．３μｍであり（グラフ４−１）、ホホバオイル４質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−２の摩耗深さは１．６μｍであり（グラフ４−２）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−３の摩耗痕深さは１．８μｍであり（グラフ４−３）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン２質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−４の摩耗痕深さは２．７μｍであり（グラフ４−４）であり、そして、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合の試験片１−５の摩耗痕深さは１．８μｍである（グラフ４−５）。いずれの試験片１−１〜１−５の摩耗痕深さも、脂肪族ポリケトン樹脂１００質量％の比較例１−８の摩耗痕深さに比べて十分に小さく、ＰＴＦＥ粉末を１５質量％配合した比較例１−７の摩耗痕深さ４２．５μｍ（グラフ４−７）と比べても小さい。ここで、試験片１−１と試験片１−５とを比較すると、ともにホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合である点で共通し、試験片１−１は炭素粒子を１質量％配合する一方、試験片１−５は炭素粒子を配合していない点で異なる。両者の摩耗痕深さに有意な差がなかったことから、炭素粒子の配合は摩耗痕深さに影響しないことが分かった。

【0030】

図３は、表３に示す条件にて、試験片１−１〜１−５に対して行った高温環境下（１２０℃）での摺動性能試験の測定結果を示す図である。

【0031】

ここで、図２と同様、左側の縦軸は摩擦係数を示しており、右側の縦軸は摩耗痕深さ（摺動面１０の矢印Ａにおける摩耗痕深さの平均値）を示している。また、グラフ５−１〜５−５は試験片１−１〜１−５の摩擦係数の測定結果を示しており、グラフ６−１〜６−５は試験片１−１〜１−５の摩耗痕深さの測定結果を示している。

【0032】

図３に示すように、高温環境下（１２０℃）において、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−１の摩擦係数は０．０７であり（グラフ５−１）、ホホバオイル４質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−２の摩擦係数は０．０８であり（グラフ５−２）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−３の摩擦係数は０．０７であり（グラフ５−３）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン２質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−４の摩擦係数は０．１０であり（グラフ５−４）であり、そして、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合の試験片１−５の摩擦係数は０．０６である（グラフ５−５）。いずれの試験片１−１〜１−５も、室温環境下での摩擦係数より低く、高温環境下でも良好な摺動特性が得られた。また、炭素粒子を配合する試験片１−１と、炭素粒子を配合しない点を除き試験片１−１と共通する試験片１−５とで、摩擦係数に有意な差がなかったことから、高温環境下でも、炭素粒子の配合は摩擦係数に影響しないことが分かった。

【0033】

また、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−１の摩耗痕深さは２．５μｍであり（グラフ６−１）、ホホバオイル４質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−２の摩耗深さは２．８μｍであり（グラフ６−２）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン１質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−３の摩耗痕深さは４．３μｍであり（グラフ６−３）、ホホバオイル６質量％、ポリエチレン２質量％、炭素粒子１質量％配合の試験片１−４の摩耗痕深さは３．５μｍであり（グラフ６−４）であり、そして、ホホバオイル３質量％、ポリエチレン１質量％配合の試験片１−５の摩耗痕深さは３．２μｍである（グラフ６−５）。いずれの試験片１−１〜１−５の摩耗痕深さも、室温環境下よりも高温環境下（１２０℃）の方が大きいが、高温環境下においても、十分な耐摩耗性が得られることが分かった。

【0034】

上述の摺動性能試験結果から、脂肪族ポリケトン樹脂にホホバオイルおよびポリエチレンを配合することにより、室温環境下および高温環境下の両方において、脂肪族ポリケトン樹脂単体に対して摺動性能を飛躍的に向上させることができ、これにより、滑り軸受に利用できることが分かった。また、上述の成形性確認試験から、脂肪族ポリケトン樹脂にホホバオイルをポリエチレンとともに配合することにより、ポリエチレンを配合しない場合に比べて、成形性に優れ、射出成形による量産に適した摺動部材用樹脂組成物を実現できることが分かった。

【0035】

これは以下の理由によると考えられる。すなわち、脂肪族ポリケトン樹脂は、ケトンが多数連結されたものであり、以下の化１に示すように、主鎖にカルボニル基が配置されている。

【0036】

【化1】

【0037】

ここで、カルボニル基は、以下の化２に示すように、炭素Ｃおよび酸素Ｏがそれぞれ＋、−に帯電して分極している。

【0038】

【化2】

【0039】

このように、脂肪族ポリケトン樹脂は極性を持った樹脂と考えられ、脂肪族ポリケトン樹脂の表面は他の物質と結合しやすい活性な状態にあるものと考えられる。

【0040】

ホホバオイルは、以下の化３に示す脂肪酸エステルを有する。化３のＲ_１、Ｒ_２は、長鎖の炭化水素基であることを示す。

【0041】

【化3】

【0042】

高級脂肪酸エステルも炭素−酸素の結合を持ち、極性を有していると考えられる。このため、高級脂肪酸エステルを含むホホバオイルは、極性が高い脂肪族ポリケトン樹脂の表面に保持されて油性剤としての潤滑効果を発揮すると考えられる。また、同様に極性を有していると考えられる高級脂肪酸、高級アルコール等でも、同様の潤滑効果が期待できる。

【0043】

ポリエチレンは、以下の化４に示すように、炭化水素基が重合した構造を有する高分子であり、脂肪酸エステルと類似の化学的構造を有する。

【0044】

【化4】

【0045】

このため、脂肪族ポリケトン樹脂に高級脂肪酸エステルをポリエチレンとともに配合することにより、ポリエチレンが高級脂肪酸エステルと結合して、脂肪酸エステルの保持剤として機能し、これにより、より多くの脂肪酸エステルを脂肪族ポリケトン樹脂から分離させることなく脂肪族ポリケトン樹脂に配合することができたものと考えられる。

【0046】

以上説明したように、本実施の形態によれば、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸、あるいは高級アルコールを含む油性剤と、油性剤の保持剤として機能するオレフィン系樹脂と、を配合した脂肪族ポリケトン樹脂を用いることにより、摺動性能を向上させることがきるので、耐熱性および耐薬品性に優れ、かつ同等の耐熱性を有する他の摺動部材用樹脂組成物に比べて安価な脂肪族ポリケトン樹脂を用いた摺動部材用樹脂組成物を提供できる。

【0047】

本発明の摺動部材用樹脂組成物は、様々な摺動部材に用いることができる。特に、滑り軸受に好適である。

【符号の説明】

【0048】

１：摺動部材用樹脂組成物からなるプレート状の試験片、 ２：相手材、１０：試験片１の摺動面（表面）、 １１：摺動部材用樹脂組成物１の裏面、 ２０：相手材２の支持対象面（端面）

【図1】

【図2】

【図3】