プラスチック成形品の改質方法及びプラスチック成形品
【課題】化合物の含浸量や分布を制御可能なプラスチック成形品の改質方法を提供する。また、厳しい使用条件下においても好適に使用可能な優れた性能を有するプラスチック成形品を提供する。
【解決手段】ガラス繊維で強化されたポリアミド６６で構成された冠形保持器１４を、ポリアミド６６のガラス転移点以上の温度下で、超臨界二酸化炭素と潤滑油との相溶化物に浸漬することにより、冠形保持器１４に潤滑油を含浸させる改質処理を施した。そして、この改質処理を施した冠形保持器１４を、深溝玉軸受に組み込んだ。
【解決手段】ガラス繊維で強化されたポリアミド６６で構成された冠形保持器１４を、ポリアミド６６のガラス転移点以上の温度下で、超臨界二酸化炭素と潤滑油との相溶化物に浸漬することにより、冠形保持器１４に潤滑油を含浸させる改質処理を施した。そして、この改質処理を施した冠形保持器１４を、深溝玉軸受に組み込んだ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体を用いたプラスチック成形品の改質方法、及び、改質されたプラスチック成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界二酸化炭素を用いてプラスチック成形品の改質を行う方法としては、例えば、特許文献１に開示のものがある。このプラスチック成形品の改質方法は、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素の中にプラスチック成形品を浸漬してプラスチック成形品中に潤滑油及び二酸化炭素を浸透させる工程と、プラスチック成形品の中に浸透した潤滑油及び二酸化炭素のうち二酸化炭素のみを除去する工程と、を備えるものである。そして、このような潤滑油の含浸によって、プラスチック成形品に潤滑油との親和性が付与される。
【特許文献１】特開２００５−６０４７３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、潤滑油の含浸量や分布（例えば、潤滑油が高濃度に含浸されている部分がどの程度の深さ位置に配されているか）を制御することは容易ではなかった。そのため、含浸量や分布の制御が可能なプラスチック成形品の改質方法が望まれていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、化合物の含浸量や分布を制御可能なプラスチック成形品の改質方法を提供することを課題とする。また、本発明は、厳しい使用条件下においても好適に使用可能な優れた性能を有するプラスチック成形品を提供することを併せて課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のプラスチック成形品の改質方法は、化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上の温度下で、超臨界流体と前記化合物との相溶化物を前記プラスチック成形品に接触させた後に、前記プラスチック成形品に浸透した前記化合物及び超臨界流体のうち超臨界流体のみを前記プラスチック成形品から除去することを特徴とする。
このような方法であれば、化合物の含浸量や分布（例えば、高濃度に含浸されている部分の深さ位置）を制御することができる。
【０００５】
また、本発明に係る請求項２のプラスチック成形品の改質方法は、請求項１に記載のプラスチック成形品の改質方法において、前記超臨界流体を超臨界二酸化炭素としたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３のプラスチック成形品の改質方法は、請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックが結晶性高分子であることを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明に係る請求項４のプラスチック成形品は、請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法により改質されたプラスチック成形品であって、前記化合物の含浸量が全体の０．０５質量％以上２質量％以下であることを特徴とする。
含浸量が０．０５質量％未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがあり、２質量％超過であると、プラスチック成形品の寸法が変化するという不都合が生じるおそれがある。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項５のプラスチック成形品は、請求項４に記載のプラスチック成形品において、表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、前記化合物の濃度が最も高い最濃部が形成されていることを特徴とする。
前記最濃部が１５００μｍよりも深い部分に形成されていると、プラスチック成形品の強度が低下するという不都合が生じるおそれがある。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項６のプラスチック成形品は、請求項５に記載のプラスチック成形品において、前記最濃部における前記化合物の濃度は、中心部における前記化合物の濃度の２倍以上であることを特徴とする。
前記濃度の比率が２倍未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがある。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項７のプラスチック成形品は、請求項４に記載のプラスチック成形品において、表面から中心部までの距離をＸとし、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度が、表面からＸの６６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度の３倍以上であることを特徴とする。
前記濃度の比率が３倍未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがある。
さらに、本発明に係る請求項８のプラスチック成形品は、請求項４〜７のいずれか一項に記載のプラスチック成形品において、結晶性高分子で構成されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る請求項９のプラスチック成形品は、請求項８に記載のプラスチック成形品において、前記結晶性高分子が、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，及びポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項１０のプラスチック成形品は、請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラスチック成形品において、前記化合物が潤滑油であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項１１のプラスチック成形品は、請求項１０に記載のプラスチック成形品において、前記潤滑油が、ポリα−オレフィン，アルキルジフェニルエーテル，ジエステル，及びポリオールエステルのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラスチック成形品の改質方法によれば、化合物の含浸量や分布を制御可能である。また、本発明のプラスチック成形品は、化合物の含浸量や分布が制御されているので、厳しい使用条件下においても好適に使用可能な優れた性能を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施形態のプラスチック成形品の改質方法は、超臨界流体を用いて化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法であり、浸漬処理工程と蒸発除去工程とからなる。以下に、超臨界流体が超臨界二酸化炭素で、化合物が潤滑油である場合を例にして、プラスチック成形品の改質方法を説明する。
浸漬処理工程は、潤滑油と超臨界二酸化炭素との相溶化物の中にプラスチック成形品を浸漬する工程であり、該工程により、潤滑油及び二酸化炭素がプラスチック成形品中に浸透する。なお、超臨界二酸化炭素とは、臨界温度以上の温度を有し且つ臨界圧力以上の圧力を有する領域にある二酸化炭素である。ちなみに、二酸化炭素の臨界温度は３１℃で、臨界圧力は７２．８気圧（７．３８ＭＰａ）である。
【００１４】
浸漬処理工程における浸漬温度は、二酸化炭素の臨界温度以上且つプラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上である。プラスチック材料はガラス転移点を超えると、分子主鎖のミクロブラウン運動が可能になるまで自由体積が増加し、超臨界状態の二酸化炭素はプラスチック内部まで、より浸透しやすくなる。
また、浸漬処理工程における圧力は二酸化炭素の臨界圧力以上であり、より高い圧力である方が、二酸化炭素のプラスチックへの浸透度が向上し、改質の効率が向上するため好ましい。ただし、浸漬処理工程に使用する装置（以降は浸漬処理装置と記す）を高圧に耐え得るようにする必要が生じるため、該浸漬処理装置が大掛かりで高額なものになってしまう。したがって、浸漬処理装置の操作性や設備費等を考慮すると、圧力は１００気圧以上３００気圧以下（１０．１３ＭＰａ以上３０．４ＭＰａ以下）の範囲が適当である。
【００１５】
さらに、浸漬処理工程における浸漬時間は特に限定されるものではないが、プラスチック成形品の厚さや大きさ等を考慮して適宜設定される。
さらに、超臨界二酸化炭素中の潤滑油の濃度は特に限定されるものではないが、二酸化炭素の超臨界状態において概ね飽和溶解度となるように調整される。
【００１６】
次に、蒸発除去工程について説明する。蒸発除去工程に使用する装置（以降は蒸発除去装置と記す）内を、二酸化炭素の臨界温度，臨界圧力未満とした後に、二酸化炭素を徐々に排出することにより蒸発除去装置内の圧力をゆっくり下げて、大気圧に戻す。これにより、プラスチック成形品の中に浸透した潤滑油及び二酸化炭素のうち二酸化炭素のみが蒸発して除去され、潤滑油はプラスチック成形品中に残される。
蒸発除去装置内のほぼ全ての二酸化炭素が蒸発すると、蒸発除去装置内には潤滑油のみが残り、プラスチック成形品が潤滑油に浸漬している状態となるので、このプラスチック成形品を潤滑油の中から取り出す。このとき、必要に応じて、プラスチック成形品の表面に付着した潤滑油を洗浄により除去してもよい。
【００１７】
以上のような２つの工程によって、プラスチック成形品の内部に潤滑油の分子が浸透し、プラスチック分子間の自由体積に安定に存在することとなる。このことにより、高温，高圧等の条件下でプラスチック成形品を潤滑油に浸漬する処理、いわゆる単純な含油処理とは異なり、プラスチック成形品の表面近傍に限らず、比較的内部にまで潤滑油が浸透する。元々有していた自由体積に潤滑油が存在することとなるから、潤滑油が外部に滲出することはほとんどなく、改質効果が半永久的に持続すると同時に、機械的強度の低下を引き起こすおそれがほとんどない。
【００１８】
潤滑油の含浸量は、浸漬温度，圧力，浸漬時間，超臨界二酸化炭素中の潤滑油の濃度等の条件により変化するが、プラスチック成形品の質量の０．０５質量％以上２質量％以下であることが好ましい。
また、プラスチック成形品の表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、潤滑油の濃度が最も高い最濃部が形成されていることが好ましい。そして、その最濃部における潤滑油の濃度は、プラスチック成形品の中心部における潤滑油の濃度の２倍以上であることが好ましい。ただし、最濃部は、表面から深さ５００μｍまでの部分に形成されていることがより好ましく、表面から深さ１００μｍまでの部分に形成されていることがさらに好ましい。
【００１９】
あるいは、プラスチック成形品の表面から中心部までの距離をＸとした場合に、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における潤滑油の濃度を、表面からＸの６６％だけ内方の部分における潤滑油の濃度の３倍以上としてもよい。なお、本発明においては、プラスチック成形品の中心部とは、表面から等距離にある部分であって、例えばプラスチック成形品が板状である場合は厚さの中間位置の面状部分を意味し、球状である場合は球の中心を意味する。
【００２０】
このような改質処理により潤滑油が含浸されたプラスチック成形品は、潤滑剤との親和性（濡れ性）が優れているので、高面圧等の厳しい使用条件下においても好適に使用可能であり、耐久性，信頼性等の性能が優れている。また、潤滑油は、主に表面に比較的近い部分に含浸され、中心部等の内側部分には少量しか含浸されていないので、全体に均一に含浸されている場合と比べて、潤滑油を含浸することによるプラスチック成形品への悪影響が少なく、例えば経時的な寸法変化が生じにくい（すなわち、寸法安定性が優れている）。
【００２１】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を用いた例をあげて説明したが、本発明には、他の種類の様々な超臨界流体を用いることができる。例えば、二酸化窒素，アンモニア，エタン，プロパン，エチレン，メタノール，エタノール等があげられる。ただし、二酸化炭素は比較的穏和な条件で超臨界流体となり、しかも毒性がなく不燃性であるため最も好ましい。
また、本実施形態においては、含浸させる化合物として潤滑油を用いた例をあげて説明したが、本発明には、他の種類の様々な化合物を用いることができ、化合物の種類によりプラスチック成形品に様々な性能を付与することができる。例えば、酸化防止剤，帯電防止剤があげられる。
【００２２】
さらに、本発明において使用可能な潤滑油の種類は特に限定されるものではないが、例えば超臨界二酸化炭素の場合には、二酸化炭素への溶解度を考慮すると、炭化水素を基本構造とする鉱油，ポリα−オレフィン，ポリフェニルエーテル（アルキルジフェニルエーテル等），芳香族又は脂肪族カルボン酸系エステル（ジエステル等），ポリオールエステル（ペンタエリスリトールテトラエステル等）が好適である。なお、使用する潤滑油の種類は、プラスチック成形品を使用する際に用いる潤滑剤中の潤滑油の種類に合わせて選択するとよい。そうすれば、プラスチック成形品と潤滑剤との濡れ性が、より良好となる。
【００２３】
さらに、本発明のプラスチック成形品の改質方法を好適に適用可能なプラスチックとしては、蒸発除去工程におけるプラスチック成形品の発泡を防止するために、ガラス転移点（Ｔｇ）が超臨界流体の臨界温度よりも高いものが好ましい。そして、ガラス転移点以上の浸漬温度での処理に対する耐性から、結晶性高分子が好ましい。例えば、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルエーテルケトンがあげられる。結晶性高分子を用いる場合には、浸漬温度は結晶性高分子の融点（Ｔｍ）未満とする必要がある。
【００２４】
なお、ポリアミド系樹脂を本発明の方法により改質すると、吸水による寸法変化を抑制することができる。これは、ポリアミド系樹脂の水が入り込む箇所に、潤滑油等の化合物が存在するためであると考えられる。
これらのプラスチックは、ガラス繊維等の充填材や、熱安定剤等の各種添加剤を含有するものでも差し支えない。ただし、各種添加剤は、改質の処理条件によっては、抽出されることも予想されるので、処理温度や処理圧力には注意を要する。なお、各種添加剤は、あらかじめ潤滑油等の化合物とともに超臨界流体に添加しておいてもよい。
【００２５】
さらに、本発明のプラスチック成形品の改質方法によれば、プラスチック成形品のみならず、ニトリルゴム（ＮＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），フッ素ゴム（ＦＫＭ），水添中高ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等のゴム材料からなる成形品も同様に改質可能である。ゴム材料の場合は、超臨界流体を除去した後の成形品中の潤滑油の含有率は、０．０５質量％以上３質量％以下が好ましく、０．２質量％以上０．８質量％以下がより好ましい。このような改質されたゴム材料からなる成形品は、例えば転がり軸受等のゴムシールとして好適である。
【００２６】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。超高分子量ポリエチレン又はポリアミド６６を押出し成形して、直径３５ｍｍ，厚さ３ｍｍの円板を製造した。そして、前述のような改質処理を施して、潤滑油であるアジピン酸ジエチルヘキシル又はアルキルジフェニルエーテルを含浸させた。潤滑油の含浸量や最濃部の深さ位置の制御は、浸漬温度，圧力，浸漬時間等により行うことができ、特に浸漬温度の影響が大きいが、本実施例においては、浸漬温度を１００℃、圧力を２０ＭＰａとした。
【００２７】
なお、超高分子量ポリエチレンのＴｇは−１２５℃、Ｔｍは１３０℃であり、ポリアミド６６のＴｇは６６℃、Ｔｍは２６２℃である。また、アジピン酸ジエチルヘキシルの４０℃における動粘度は１８．２６ｍｍ2 ／ｓ、分子量は３７０であり、アルキルジフェニルエーテルの４０℃における動粘度は１６．４７ｍｍ2 ／ｓ、分子量は約４４０、官能基であるアルキル基は−Ｃ13Ｈ27である。
【００２８】
このような円板に、図１の（ａ）に示すような浸漬処理装置を用いて改質処理を施した。潤滑油と予め乾燥質量を測定してある円板とを高圧処理容器内に入れ密封し（高圧処理容器を拡大して示した図１の（ｂ）を参照）、高圧処理容器内の雰囲気を二酸化炭素に置換した。そして、０．５〜０．７時間かけて高圧処理容器内の温度を室温から１００℃へ、圧力を大気圧から２０ＭＰａへ上げ、二酸化炭素を超臨界状態にした。この状態で所定の時間処理したら、２．５〜３時間かけて高圧処理容器内の温度を３０℃に下げるとともに圧力を大気圧に下げた。Ｔｇ以上の温度から３０℃程度の室温に下げることにより、潤滑油の濃度の偏りができ、最濃部が形成されると思われる。
高圧処理容器から取り出した円板を室温，真空下で１０日間保持して二酸化炭素を完全に除去した後、質量を測定することにより潤滑油の含浸量を求めた。その結果を表１に示す。処理時間とともに含浸量が増加しているが、樹脂の種類によって増加の速度が異なることが分かる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
改質処理を施した円板を切断し、ミクロトームにより厚さ５μｍの断面切片を作製した。そして、その断面を透過型フーリエ変換顕微赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）で分析することにより、円板内に含浸している潤滑油の深さ方向の分布状況を調査した。分析ステップは１０μｍ、波数分解能は４ｃｍ-1であり、アジピン酸ジエチルヘキシルを含浸させた超高分子量ポリエチレンの場合は、アジピン酸ジエチルヘキシルのカルボニル基の特性吸収１７３９．８ｃｍ-1を用いて分析した。アジピン酸ジエチルヘキシルしか有していない官能基を利用して測定を行っているので、この吸光度をアジピン酸ジエチルヘキシルの濃度と見なすことができる。分析結果を図２に示す。
【００３１】
円板の厚さは３ｍｍなので、表面から中心部までの距離Ｘは１５００μｍ、Ｘの６．６％は１００μｍ、Ｘの６６％は１０００μｍである。図２から分かるように、表面から深さ１００μｍまでの部分に、アジピン酸ジエチルヘキシルの濃度が最も高い最濃部が形成されている。また、最濃部における濃度は、中心部における濃度の２倍以上となっている。さらに、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における濃度は、表面からＸの６６％だけ内方の部分における濃度の３倍以上となっている。
【００３２】
次に、前述のような改質処理が施され潤滑油が含浸されたプラスチック成形品を、転がり軸受，リニアガイド装置，電動パワーステアリング装置の部品として使用した例を説明する。
〔使用例１〕
図３の（ａ）は、深溝玉軸受の構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は、この深溝玉軸受に使用されている冠形保持器の斜視図である。
この深溝玉軸受は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に転動自在に配設された複数の玉１３と、内輪１１及び外輪１２の間に複数の玉１３を保持する冠形保持器１４と、シールド板１５，１５と、を備えている。
【００３３】
また、内輪１１と外輪１２とシールド板１５，１５とで囲まれた軸受空間には、図示しないグリース組成物（潤滑剤）が充填されており、シールド板１５によって深溝玉軸受内に密封されている。そして、このグリース組成物により、内輪１１及び外輪１２の軌道面と玉１３との接触面が潤滑されている。
次に、図３の（ｂ）の冠形保持器１４の構造について説明する。冠形保持器１４は、円環状の主部２１と、この主部２１の片面に設けられた複数のポケット２２とを備えていて、各ポケット２２は、互いに間隔をあけ対向して配置された１対の弾性片２３，２３から形成されている。各ポケット２２を構成する１対の弾性片２３，２３の互いに対向する面は、一般的には、同心の球状凹面をなしている。ただし、各面を円筒面としたものもある。
【００３４】
このような冠形保持器１４は、弾性片２３，２３の間隔を弾性的に押し広げつつ、１対の弾性片２３，２３の間に玉１３を押し込むことにより、各ポケット２２内に玉１３を転動自在に保持することができる。
この冠形保持器１４は、ガラス繊維（含有量は３０質量％）で強化されたポリアミド６６（宇部興産株式会社製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後の冠形保持器１４中の潤滑油の含有率は０．１５質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油はアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製モレスコハイルーブＬＢ１００）である。
【００３５】
このような深溝玉軸受においては、冠形保持器１４は前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、グリース組成物との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、冠形保持器１４に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下で深溝玉軸受が使用されても、冠形保持器１４の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、深溝玉軸受が長寿命となる。
【００３６】
〔使用例２〕
図４は、リニアガイド装置の構成を示す斜視図である。
角形の案内レール３１上に、横断面形状がほぼコ字形のスライダ３２が軸方向に相対移動可能に跨架されている。このスライダ３２は、スライダ本体３２Ａの軸方向の両端部にエンドキャップ３２Ｂ，３２Ｂが着脱可能に固着されて構成されている。
また、案内レール３１の上面３１ａと両側面３１ｂ，３１ｂとが交差する稜線部には、断面ほぼ１／４円弧形状の凹溝である転動体転動溝３３Ａ，３３Ａが軸方向に形成されている。さらに、案内レール３１の両側面３１ｂ，３１ｂの中間位置には、断面ほぼ半円形の凹溝である転動体転動溝３３Ｂ，３３Ｂが軸方向に形成されている。なお、転動体転動溝３３Ｂの溝底には、転動体３５の脱落を防ぐ保持器３６のための逃げ溝３３ａが、軸方向に形成されている。
【００３７】
一方、スライダ３２の本体３２Ａの両袖部３４，３４の内側のコーナ部には、案内レール３１の転動体転動溝３３Ａに対向する断面ほぼ半円形の負荷転動体転動溝４１が形成され、両袖部３４，３４の内側面の中央部には案内レール３１の転動体転動溝３３Ｂに対向する断面ほぼ半円形の負荷転動体転動溝４２が形成されている。
そして、上記の案内レール３１の転動体転動溝３３Ａとスライダ３２の負荷転動体転動溝４１とで負荷転動体転動路４３が構成され、案内レール３１の転動体転動溝３３Ｂとスライダ３２の負荷転動体転動溝４２とで負荷転動体転動路４４が構成されている。
【００３８】
また、スライダ本体３２Ａの袖部３４の上部肉厚内に、負荷転動体転動路４３に平行な軸方向に延びる断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路４５が形成され、袖部３４の下部肉厚内に、負荷転動体転動路４４に平行な同様の軸方向に延びる貫通孔からなる転動体戻し路４６が形成されている。
エンドキャップ３２Ｂはプラスチック材料の射出成形品であり、断面ほぼコ字状に形成されている。そして、スライダ本体３２Ａとの接合面（裏面）には、図５に示すように、斜めに傾斜した半円状の上凹部５１と下凹部５２とが、両袖分部３４，３４の上下に対向するように形成されるとともに、半円状の両凹部５１，５２の中心部を横断して半円柱状の凹溝５３が設けてある。
【００３９】
そして、その半円柱状の凹溝５３には、プラスチック材料を射出成形して得た半円筒状のリターンガイド５５（図６を参照）が嵌合される。なお、図７は、リターンガイド５５が装着されたエンドキャップ３２Ｂの斜視図である。このリターンガイド５５の外径面の中央部には、転動体３５の案内面となる断面円弧状の凹溝５６が半円状に形成され、また、リターンガイド５５の内径側の凹部５７は潤滑剤通路であり、その凹部５７から外径側の凹溝５６に抜ける貫通孔５７Ａが給油孔として形成されている。
【００４０】
このようなリターンガイド５５を半円柱状の凹溝５３に組み込むことにより、エンドキャップ３２Ｂの裏面に断面円形の半ドーナツ状の湾曲路５８が上下二段に形成される（図８を参照）。このエンドキャップ３２Ｂをスライダ本体３２Ａに取り付けると、湾曲路５８によって、スライダ本体３２Ａの負荷転動体転動路４４と転動体戻し路４６とが連通される。そして、上段の負荷転動体転動路４３と転動体戻し路４５も同様に連通される。
【００４１】
上記の負荷転動体転動路４３，４４，転動体戻し路４５，４６，湾曲路５８で構成される転動体無限循環経路に、多数の転動体３５が転動自在に装填されている。
案内レール３１上をスライダ３２が移動すると、転動体３５は負荷転動体転動路４３，４４内を転動しつつスライダ３２の移動方向にスライダ３２より遅い速度で移動し、一端側の湾曲路５８でＵターンして転動体戻し路４５，４６を逆方向に転動しつつ移動し、他端側の湾曲路５８で逆Ｕターンして負荷転動体転動路４３，４４内に戻る循環を繰り返す。
【００４２】
なお、エンドキャップ３２Ｂにおいて、転動体３５を案内する湾曲路５８の内側端部には半円状に突出させた転動体掬いあげ突部５９が形成され、その鋭角の先端が案内レール３１の転動体転動溝３３Ａ，３３Ｂの溝底に近接するようにされている。下段の転動体掬いあげ突部５９には、保持器３６の取付溝５９ａと取付穴５９ｂとが設けてある。
また、エンドキャップ３２Ｂの表側の給油ニップル３７から注入された潤滑剤が、エンドキャップ３２Ｂの裏面の給油溝６０を通りリターンガイド５５の内径側の凹部５７から貫通孔５７Ａを経て、湾曲路５８内へ送り込まれるようになっている。さらに、エンドキャップ３２Ｂの裏面の給油溝６０の下方には、保持器６１の取付け穴６１ａが形成してある。
【００４３】
ここで、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５は、ポリアセタール樹脂（ポリプラスチックス株式会社製ジュラコンＭ９０Ｓ）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後のエンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５中の潤滑油の含有率はそれぞれ１．０質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油は鉱油（新日本石油株式会社製ＦＢＫオイル１００）である。
【００４４】
このようなリニアガイド装置においては、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５は前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、潤滑剤との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下でリニアガイド装置が使用されても、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、リニアガイド装置が長寿命となる。
【００４５】
〔使用例３〕
図９は電動パワーステアリング装置の構成を示す図であり、図１０は電動パワーステアリング装置のハウジング部分の断面図である。また、図１１はハウジング内のウォームホイールギア及びウォームギアのみを示した斜視図である。
電動パワーステアリング装置７０のハウジング７１内に備えられているウォームホイールギア８１及びウォームギア８２は、入力軸７２の回転に伴って生じた電動モータ７３の回転駆動力を出力軸７４に伝達する機能を有している。
【００４６】
このウォームホイールギア８１及びウォームギア８２は、ガラス繊維（含有量は３０質量％）で強化されたポリアミド６６（宇部興産株式会社製ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後のウォームホイールギア８１及びウォームギア８２中の潤滑油の含有率はそれぞれ０．２質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油はポリα−オレフィン油（モービル・ケミカル・プロダクツ・インターナショナル・インク製Ｍｏｂｉｌ ＳＨＦ８２）である。
【００４７】
このような電動パワーステアリング装置７０においては、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２が前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２の周辺に配された潤滑剤との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下で電動パワーステアリング装置７０が使用されても、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、電動パワーステアリング装置７０が長寿命となる。
【００４８】
改質したプラスチック成形品の他の使用例としては、直動滑り軸受，ラジアル滑り軸受，ワンウェイクラッチ，針状ころ軸受，ターボチャージャー用軸受，車輪支持用軸受があげられる。針状ころ軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えばポリフェニレンスルフィドやポリアミド４６があげられ、潤滑油の種類としては例えば自動変速機用潤滑油（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）や無段変速機用潤滑油（ＣＶＴＦ：Continuously Variable Transmission Fluid）があげられる。また、ターボチャージャー用軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えば熱可塑性ポリイミドがあげられ、潤滑油の種類としては例えばエンジンオイルがあげられる。さらに、車輪支持用軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えば１０質量％のガラス繊維を含有するポリアミド６６があげられ、潤滑油の種類としては例えば車輪支持用軸受の潤滑に用いられるグリースの基油があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】浸漬処理装置の構成を説明する概念図である。
【図２】ＦＴ−ＩＲの分析結果を示す図である。
【図３】改質されたプラスチック成形品の使用例を説明する深溝玉軸受の縦断面図である。
【図４】改質されたプラスチック成形品の別の使用例を説明するリニアガイド装置の斜視図である。
【図５】リターンガイドを省略してエンドキャップの裏面を示した図である。
【図６】リターンガイドの正面図である。
【図７】リターンガイドを装着した状態のエンドキャップの斜視図である。
【図８】図４のリニアガイド装置のエンドキャップ付近の部分断面図である。
【図９】電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
【図１０】図９の電動パワーステアリング装置のハウジング部分の断面図である。
【図１１】ウォームホイールギア及びウォームギアの斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 玉
１４ 保持器
３１ 案内レール
３２ スライダ
３２Ｂ エンドキャップ
３５ 転動体
５５ リターンガイド
７０ 電動パワーステアリング装置
８１ ウォームホイールギア
８２ ウォームギア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体を用いたプラスチック成形品の改質方法、及び、改質されたプラスチック成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界二酸化炭素を用いてプラスチック成形品の改質を行う方法としては、例えば、特許文献１に開示のものがある。このプラスチック成形品の改質方法は、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素の中にプラスチック成形品を浸漬してプラスチック成形品中に潤滑油及び二酸化炭素を浸透させる工程と、プラスチック成形品の中に浸透した潤滑油及び二酸化炭素のうち二酸化炭素のみを除去する工程と、を備えるものである。そして、このような潤滑油の含浸によって、プラスチック成形品に潤滑油との親和性が付与される。
【特許文献１】特開２００５−６０４７３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、潤滑油の含浸量や分布（例えば、潤滑油が高濃度に含浸されている部分がどの程度の深さ位置に配されているか）を制御することは容易ではなかった。そのため、含浸量や分布の制御が可能なプラスチック成形品の改質方法が望まれていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、化合物の含浸量や分布を制御可能なプラスチック成形品の改質方法を提供することを課題とする。また、本発明は、厳しい使用条件下においても好適に使用可能な優れた性能を有するプラスチック成形品を提供することを併せて課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のプラスチック成形品の改質方法は、化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上の温度下で、超臨界流体と前記化合物との相溶化物を前記プラスチック成形品に接触させた後に、前記プラスチック成形品に浸透した前記化合物及び超臨界流体のうち超臨界流体のみを前記プラスチック成形品から除去することを特徴とする。
このような方法であれば、化合物の含浸量や分布（例えば、高濃度に含浸されている部分の深さ位置）を制御することができる。
【０００５】
また、本発明に係る請求項２のプラスチック成形品の改質方法は、請求項１に記載のプラスチック成形品の改質方法において、前記超臨界流体を超臨界二酸化炭素としたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３のプラスチック成形品の改質方法は、請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックが結晶性高分子であることを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明に係る請求項４のプラスチック成形品は、請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法により改質されたプラスチック成形品であって、前記化合物の含浸量が全体の０．０５質量％以上２質量％以下であることを特徴とする。
含浸量が０．０５質量％未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがあり、２質量％超過であると、プラスチック成形品の寸法が変化するという不都合が生じるおそれがある。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項５のプラスチック成形品は、請求項４に記載のプラスチック成形品において、表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、前記化合物の濃度が最も高い最濃部が形成されていることを特徴とする。
前記最濃部が１５００μｍよりも深い部分に形成されていると、プラスチック成形品の強度が低下するという不都合が生じるおそれがある。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項６のプラスチック成形品は、請求項５に記載のプラスチック成形品において、前記最濃部における前記化合物の濃度は、中心部における前記化合物の濃度の２倍以上であることを特徴とする。
前記濃度の比率が２倍未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがある。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項７のプラスチック成形品は、請求項４に記載のプラスチック成形品において、表面から中心部までの距離をＸとし、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度が、表面からＸの６６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度の３倍以上であることを特徴とする。
前記濃度の比率が３倍未満であると、改質により付加したい性能が十分に得られないという不都合が生じるおそれがある。
さらに、本発明に係る請求項８のプラスチック成形品は、請求項４〜７のいずれか一項に記載のプラスチック成形品において、結晶性高分子で構成されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る請求項９のプラスチック成形品は、請求項８に記載のプラスチック成形品において、前記結晶性高分子が、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，及びポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項１０のプラスチック成形品は、請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラスチック成形品において、前記化合物が潤滑油であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項１１のプラスチック成形品は、請求項１０に記載のプラスチック成形品において、前記潤滑油が、ポリα−オレフィン，アルキルジフェニルエーテル，ジエステル，及びポリオールエステルのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラスチック成形品の改質方法によれば、化合物の含浸量や分布を制御可能である。また、本発明のプラスチック成形品は、化合物の含浸量や分布が制御されているので、厳しい使用条件下においても好適に使用可能な優れた性能を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施形態のプラスチック成形品の改質方法は、超臨界流体を用いて化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法であり、浸漬処理工程と蒸発除去工程とからなる。以下に、超臨界流体が超臨界二酸化炭素で、化合物が潤滑油である場合を例にして、プラスチック成形品の改質方法を説明する。
浸漬処理工程は、潤滑油と超臨界二酸化炭素との相溶化物の中にプラスチック成形品を浸漬する工程であり、該工程により、潤滑油及び二酸化炭素がプラスチック成形品中に浸透する。なお、超臨界二酸化炭素とは、臨界温度以上の温度を有し且つ臨界圧力以上の圧力を有する領域にある二酸化炭素である。ちなみに、二酸化炭素の臨界温度は３１℃で、臨界圧力は７２．８気圧（７．３８ＭＰａ）である。
【００１４】
浸漬処理工程における浸漬温度は、二酸化炭素の臨界温度以上且つプラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上である。プラスチック材料はガラス転移点を超えると、分子主鎖のミクロブラウン運動が可能になるまで自由体積が増加し、超臨界状態の二酸化炭素はプラスチック内部まで、より浸透しやすくなる。
また、浸漬処理工程における圧力は二酸化炭素の臨界圧力以上であり、より高い圧力である方が、二酸化炭素のプラスチックへの浸透度が向上し、改質の効率が向上するため好ましい。ただし、浸漬処理工程に使用する装置（以降は浸漬処理装置と記す）を高圧に耐え得るようにする必要が生じるため、該浸漬処理装置が大掛かりで高額なものになってしまう。したがって、浸漬処理装置の操作性や設備費等を考慮すると、圧力は１００気圧以上３００気圧以下（１０．１３ＭＰａ以上３０．４ＭＰａ以下）の範囲が適当である。
【００１５】
さらに、浸漬処理工程における浸漬時間は特に限定されるものではないが、プラスチック成形品の厚さや大きさ等を考慮して適宜設定される。
さらに、超臨界二酸化炭素中の潤滑油の濃度は特に限定されるものではないが、二酸化炭素の超臨界状態において概ね飽和溶解度となるように調整される。
【００１６】
次に、蒸発除去工程について説明する。蒸発除去工程に使用する装置（以降は蒸発除去装置と記す）内を、二酸化炭素の臨界温度，臨界圧力未満とした後に、二酸化炭素を徐々に排出することにより蒸発除去装置内の圧力をゆっくり下げて、大気圧に戻す。これにより、プラスチック成形品の中に浸透した潤滑油及び二酸化炭素のうち二酸化炭素のみが蒸発して除去され、潤滑油はプラスチック成形品中に残される。
蒸発除去装置内のほぼ全ての二酸化炭素が蒸発すると、蒸発除去装置内には潤滑油のみが残り、プラスチック成形品が潤滑油に浸漬している状態となるので、このプラスチック成形品を潤滑油の中から取り出す。このとき、必要に応じて、プラスチック成形品の表面に付着した潤滑油を洗浄により除去してもよい。
【００１７】
以上のような２つの工程によって、プラスチック成形品の内部に潤滑油の分子が浸透し、プラスチック分子間の自由体積に安定に存在することとなる。このことにより、高温，高圧等の条件下でプラスチック成形品を潤滑油に浸漬する処理、いわゆる単純な含油処理とは異なり、プラスチック成形品の表面近傍に限らず、比較的内部にまで潤滑油が浸透する。元々有していた自由体積に潤滑油が存在することとなるから、潤滑油が外部に滲出することはほとんどなく、改質効果が半永久的に持続すると同時に、機械的強度の低下を引き起こすおそれがほとんどない。
【００１８】
潤滑油の含浸量は、浸漬温度，圧力，浸漬時間，超臨界二酸化炭素中の潤滑油の濃度等の条件により変化するが、プラスチック成形品の質量の０．０５質量％以上２質量％以下であることが好ましい。
また、プラスチック成形品の表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、潤滑油の濃度が最も高い最濃部が形成されていることが好ましい。そして、その最濃部における潤滑油の濃度は、プラスチック成形品の中心部における潤滑油の濃度の２倍以上であることが好ましい。ただし、最濃部は、表面から深さ５００μｍまでの部分に形成されていることがより好ましく、表面から深さ１００μｍまでの部分に形成されていることがさらに好ましい。
【００１９】
あるいは、プラスチック成形品の表面から中心部までの距離をＸとした場合に、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における潤滑油の濃度を、表面からＸの６６％だけ内方の部分における潤滑油の濃度の３倍以上としてもよい。なお、本発明においては、プラスチック成形品の中心部とは、表面から等距離にある部分であって、例えばプラスチック成形品が板状である場合は厚さの中間位置の面状部分を意味し、球状である場合は球の中心を意味する。
【００２０】
このような改質処理により潤滑油が含浸されたプラスチック成形品は、潤滑剤との親和性（濡れ性）が優れているので、高面圧等の厳しい使用条件下においても好適に使用可能であり、耐久性，信頼性等の性能が優れている。また、潤滑油は、主に表面に比較的近い部分に含浸され、中心部等の内側部分には少量しか含浸されていないので、全体に均一に含浸されている場合と比べて、潤滑油を含浸することによるプラスチック成形品への悪影響が少なく、例えば経時的な寸法変化が生じにくい（すなわち、寸法安定性が優れている）。
【００２１】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を用いた例をあげて説明したが、本発明には、他の種類の様々な超臨界流体を用いることができる。例えば、二酸化窒素，アンモニア，エタン，プロパン，エチレン，メタノール，エタノール等があげられる。ただし、二酸化炭素は比較的穏和な条件で超臨界流体となり、しかも毒性がなく不燃性であるため最も好ましい。
また、本実施形態においては、含浸させる化合物として潤滑油を用いた例をあげて説明したが、本発明には、他の種類の様々な化合物を用いることができ、化合物の種類によりプラスチック成形品に様々な性能を付与することができる。例えば、酸化防止剤，帯電防止剤があげられる。
【００２２】
さらに、本発明において使用可能な潤滑油の種類は特に限定されるものではないが、例えば超臨界二酸化炭素の場合には、二酸化炭素への溶解度を考慮すると、炭化水素を基本構造とする鉱油，ポリα−オレフィン，ポリフェニルエーテル（アルキルジフェニルエーテル等），芳香族又は脂肪族カルボン酸系エステル（ジエステル等），ポリオールエステル（ペンタエリスリトールテトラエステル等）が好適である。なお、使用する潤滑油の種類は、プラスチック成形品を使用する際に用いる潤滑剤中の潤滑油の種類に合わせて選択するとよい。そうすれば、プラスチック成形品と潤滑剤との濡れ性が、より良好となる。
【００２３】
さらに、本発明のプラスチック成形品の改質方法を好適に適用可能なプラスチックとしては、蒸発除去工程におけるプラスチック成形品の発泡を防止するために、ガラス転移点（Ｔｇ）が超臨界流体の臨界温度よりも高いものが好ましい。そして、ガラス転移点以上の浸漬温度での処理に対する耐性から、結晶性高分子が好ましい。例えば、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルエーテルケトンがあげられる。結晶性高分子を用いる場合には、浸漬温度は結晶性高分子の融点（Ｔｍ）未満とする必要がある。
【００２４】
なお、ポリアミド系樹脂を本発明の方法により改質すると、吸水による寸法変化を抑制することができる。これは、ポリアミド系樹脂の水が入り込む箇所に、潤滑油等の化合物が存在するためであると考えられる。
これらのプラスチックは、ガラス繊維等の充填材や、熱安定剤等の各種添加剤を含有するものでも差し支えない。ただし、各種添加剤は、改質の処理条件によっては、抽出されることも予想されるので、処理温度や処理圧力には注意を要する。なお、各種添加剤は、あらかじめ潤滑油等の化合物とともに超臨界流体に添加しておいてもよい。
【００２５】
さらに、本発明のプラスチック成形品の改質方法によれば、プラスチック成形品のみならず、ニトリルゴム（ＮＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），フッ素ゴム（ＦＫＭ），水添中高ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等のゴム材料からなる成形品も同様に改質可能である。ゴム材料の場合は、超臨界流体を除去した後の成形品中の潤滑油の含有率は、０．０５質量％以上３質量％以下が好ましく、０．２質量％以上０．８質量％以下がより好ましい。このような改質されたゴム材料からなる成形品は、例えば転がり軸受等のゴムシールとして好適である。
【００２６】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。超高分子量ポリエチレン又はポリアミド６６を押出し成形して、直径３５ｍｍ，厚さ３ｍｍの円板を製造した。そして、前述のような改質処理を施して、潤滑油であるアジピン酸ジエチルヘキシル又はアルキルジフェニルエーテルを含浸させた。潤滑油の含浸量や最濃部の深さ位置の制御は、浸漬温度，圧力，浸漬時間等により行うことができ、特に浸漬温度の影響が大きいが、本実施例においては、浸漬温度を１００℃、圧力を２０ＭＰａとした。
【００２７】
なお、超高分子量ポリエチレンのＴｇは−１２５℃、Ｔｍは１３０℃であり、ポリアミド６６のＴｇは６６℃、Ｔｍは２６２℃である。また、アジピン酸ジエチルヘキシルの４０℃における動粘度は１８．２６ｍｍ2 ／ｓ、分子量は３７０であり、アルキルジフェニルエーテルの４０℃における動粘度は１６．４７ｍｍ2 ／ｓ、分子量は約４４０、官能基であるアルキル基は−Ｃ13Ｈ27である。
【００２８】
このような円板に、図１の（ａ）に示すような浸漬処理装置を用いて改質処理を施した。潤滑油と予め乾燥質量を測定してある円板とを高圧処理容器内に入れ密封し（高圧処理容器を拡大して示した図１の（ｂ）を参照）、高圧処理容器内の雰囲気を二酸化炭素に置換した。そして、０．５〜０．７時間かけて高圧処理容器内の温度を室温から１００℃へ、圧力を大気圧から２０ＭＰａへ上げ、二酸化炭素を超臨界状態にした。この状態で所定の時間処理したら、２．５〜３時間かけて高圧処理容器内の温度を３０℃に下げるとともに圧力を大気圧に下げた。Ｔｇ以上の温度から３０℃程度の室温に下げることにより、潤滑油の濃度の偏りができ、最濃部が形成されると思われる。
高圧処理容器から取り出した円板を室温，真空下で１０日間保持して二酸化炭素を完全に除去した後、質量を測定することにより潤滑油の含浸量を求めた。その結果を表１に示す。処理時間とともに含浸量が増加しているが、樹脂の種類によって増加の速度が異なることが分かる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
改質処理を施した円板を切断し、ミクロトームにより厚さ５μｍの断面切片を作製した。そして、その断面を透過型フーリエ変換顕微赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）で分析することにより、円板内に含浸している潤滑油の深さ方向の分布状況を調査した。分析ステップは１０μｍ、波数分解能は４ｃｍ-1であり、アジピン酸ジエチルヘキシルを含浸させた超高分子量ポリエチレンの場合は、アジピン酸ジエチルヘキシルのカルボニル基の特性吸収１７３９．８ｃｍ-1を用いて分析した。アジピン酸ジエチルヘキシルしか有していない官能基を利用して測定を行っているので、この吸光度をアジピン酸ジエチルヘキシルの濃度と見なすことができる。分析結果を図２に示す。
【００３１】
円板の厚さは３ｍｍなので、表面から中心部までの距離Ｘは１５００μｍ、Ｘの６．６％は１００μｍ、Ｘの６６％は１０００μｍである。図２から分かるように、表面から深さ１００μｍまでの部分に、アジピン酸ジエチルヘキシルの濃度が最も高い最濃部が形成されている。また、最濃部における濃度は、中心部における濃度の２倍以上となっている。さらに、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における濃度は、表面からＸの６６％だけ内方の部分における濃度の３倍以上となっている。
【００３２】
次に、前述のような改質処理が施され潤滑油が含浸されたプラスチック成形品を、転がり軸受，リニアガイド装置，電動パワーステアリング装置の部品として使用した例を説明する。
〔使用例１〕
図３の（ａ）は、深溝玉軸受の構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は、この深溝玉軸受に使用されている冠形保持器の斜視図である。
この深溝玉軸受は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に転動自在に配設された複数の玉１３と、内輪１１及び外輪１２の間に複数の玉１３を保持する冠形保持器１４と、シールド板１５，１５と、を備えている。
【００３３】
また、内輪１１と外輪１２とシールド板１５，１５とで囲まれた軸受空間には、図示しないグリース組成物（潤滑剤）が充填されており、シールド板１５によって深溝玉軸受内に密封されている。そして、このグリース組成物により、内輪１１及び外輪１２の軌道面と玉１３との接触面が潤滑されている。
次に、図３の（ｂ）の冠形保持器１４の構造について説明する。冠形保持器１４は、円環状の主部２１と、この主部２１の片面に設けられた複数のポケット２２とを備えていて、各ポケット２２は、互いに間隔をあけ対向して配置された１対の弾性片２３，２３から形成されている。各ポケット２２を構成する１対の弾性片２３，２３の互いに対向する面は、一般的には、同心の球状凹面をなしている。ただし、各面を円筒面としたものもある。
【００３４】
このような冠形保持器１４は、弾性片２３，２３の間隔を弾性的に押し広げつつ、１対の弾性片２３，２３の間に玉１３を押し込むことにより、各ポケット２２内に玉１３を転動自在に保持することができる。
この冠形保持器１４は、ガラス繊維（含有量は３０質量％）で強化されたポリアミド６６（宇部興産株式会社製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後の冠形保持器１４中の潤滑油の含有率は０．１５質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油はアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製モレスコハイルーブＬＢ１００）である。
【００３５】
このような深溝玉軸受においては、冠形保持器１４は前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、グリース組成物との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、冠形保持器１４に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下で深溝玉軸受が使用されても、冠形保持器１４の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、深溝玉軸受が長寿命となる。
【００３６】
〔使用例２〕
図４は、リニアガイド装置の構成を示す斜視図である。
角形の案内レール３１上に、横断面形状がほぼコ字形のスライダ３２が軸方向に相対移動可能に跨架されている。このスライダ３２は、スライダ本体３２Ａの軸方向の両端部にエンドキャップ３２Ｂ，３２Ｂが着脱可能に固着されて構成されている。
また、案内レール３１の上面３１ａと両側面３１ｂ，３１ｂとが交差する稜線部には、断面ほぼ１／４円弧形状の凹溝である転動体転動溝３３Ａ，３３Ａが軸方向に形成されている。さらに、案内レール３１の両側面３１ｂ，３１ｂの中間位置には、断面ほぼ半円形の凹溝である転動体転動溝３３Ｂ，３３Ｂが軸方向に形成されている。なお、転動体転動溝３３Ｂの溝底には、転動体３５の脱落を防ぐ保持器３６のための逃げ溝３３ａが、軸方向に形成されている。
【００３７】
一方、スライダ３２の本体３２Ａの両袖部３４，３４の内側のコーナ部には、案内レール３１の転動体転動溝３３Ａに対向する断面ほぼ半円形の負荷転動体転動溝４１が形成され、両袖部３４，３４の内側面の中央部には案内レール３１の転動体転動溝３３Ｂに対向する断面ほぼ半円形の負荷転動体転動溝４２が形成されている。
そして、上記の案内レール３１の転動体転動溝３３Ａとスライダ３２の負荷転動体転動溝４１とで負荷転動体転動路４３が構成され、案内レール３１の転動体転動溝３３Ｂとスライダ３２の負荷転動体転動溝４２とで負荷転動体転動路４４が構成されている。
【００３８】
また、スライダ本体３２Ａの袖部３４の上部肉厚内に、負荷転動体転動路４３に平行な軸方向に延びる断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路４５が形成され、袖部３４の下部肉厚内に、負荷転動体転動路４４に平行な同様の軸方向に延びる貫通孔からなる転動体戻し路４６が形成されている。
エンドキャップ３２Ｂはプラスチック材料の射出成形品であり、断面ほぼコ字状に形成されている。そして、スライダ本体３２Ａとの接合面（裏面）には、図５に示すように、斜めに傾斜した半円状の上凹部５１と下凹部５２とが、両袖分部３４，３４の上下に対向するように形成されるとともに、半円状の両凹部５１，５２の中心部を横断して半円柱状の凹溝５３が設けてある。
【００３９】
そして、その半円柱状の凹溝５３には、プラスチック材料を射出成形して得た半円筒状のリターンガイド５５（図６を参照）が嵌合される。なお、図７は、リターンガイド５５が装着されたエンドキャップ３２Ｂの斜視図である。このリターンガイド５５の外径面の中央部には、転動体３５の案内面となる断面円弧状の凹溝５６が半円状に形成され、また、リターンガイド５５の内径側の凹部５７は潤滑剤通路であり、その凹部５７から外径側の凹溝５６に抜ける貫通孔５７Ａが給油孔として形成されている。
【００４０】
このようなリターンガイド５５を半円柱状の凹溝５３に組み込むことにより、エンドキャップ３２Ｂの裏面に断面円形の半ドーナツ状の湾曲路５８が上下二段に形成される（図８を参照）。このエンドキャップ３２Ｂをスライダ本体３２Ａに取り付けると、湾曲路５８によって、スライダ本体３２Ａの負荷転動体転動路４４と転動体戻し路４６とが連通される。そして、上段の負荷転動体転動路４３と転動体戻し路４５も同様に連通される。
【００４１】
上記の負荷転動体転動路４３，４４，転動体戻し路４５，４６，湾曲路５８で構成される転動体無限循環経路に、多数の転動体３５が転動自在に装填されている。
案内レール３１上をスライダ３２が移動すると、転動体３５は負荷転動体転動路４３，４４内を転動しつつスライダ３２の移動方向にスライダ３２より遅い速度で移動し、一端側の湾曲路５８でＵターンして転動体戻し路４５，４６を逆方向に転動しつつ移動し、他端側の湾曲路５８で逆Ｕターンして負荷転動体転動路４３，４４内に戻る循環を繰り返す。
【００４２】
なお、エンドキャップ３２Ｂにおいて、転動体３５を案内する湾曲路５８の内側端部には半円状に突出させた転動体掬いあげ突部５９が形成され、その鋭角の先端が案内レール３１の転動体転動溝３３Ａ，３３Ｂの溝底に近接するようにされている。下段の転動体掬いあげ突部５９には、保持器３６の取付溝５９ａと取付穴５９ｂとが設けてある。
また、エンドキャップ３２Ｂの表側の給油ニップル３７から注入された潤滑剤が、エンドキャップ３２Ｂの裏面の給油溝６０を通りリターンガイド５５の内径側の凹部５７から貫通孔５７Ａを経て、湾曲路５８内へ送り込まれるようになっている。さらに、エンドキャップ３２Ｂの裏面の給油溝６０の下方には、保持器６１の取付け穴６１ａが形成してある。
【００４３】
ここで、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５は、ポリアセタール樹脂（ポリプラスチックス株式会社製ジュラコンＭ９０Ｓ）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後のエンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５中の潤滑油の含有率はそれぞれ１．０質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油は鉱油（新日本石油株式会社製ＦＢＫオイル１００）である。
【００４４】
このようなリニアガイド装置においては、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５は前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、潤滑剤との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下でリニアガイド装置が使用されても、エンドキャップ３２Ｂ及びリターンガイド５５の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、リニアガイド装置が長寿命となる。
【００４５】
〔使用例３〕
図９は電動パワーステアリング装置の構成を示す図であり、図１０は電動パワーステアリング装置のハウジング部分の断面図である。また、図１１はハウジング内のウォームホイールギア及びウォームギアのみを示した斜視図である。
電動パワーステアリング装置７０のハウジング７１内に備えられているウォームホイールギア８１及びウォームギア８２は、入力軸７２の回転に伴って生じた電動モータ７３の回転駆動力を出力軸７４に伝達する機能を有している。
【００４６】
このウォームホイールギア８１及びウォームギア８２は、ガラス繊維（含有量は３０質量％）で強化されたポリアミド６６（宇部興産株式会社製ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６）で構成されており、潤滑油を含有する超臨界二酸化炭素を用いた前述のような改質処理が施され、その表面には潤滑油が浸透している（超臨界二酸化炭素を除去した後のウォームホイールギア８１及びウォームギア８２中の潤滑油の含有率はそれぞれ０．２質量％である）。超臨界二酸化炭素に浸漬する処理の条件は、温度１００℃、圧力２０ＭＰａ、処理時間１時間であり、使用した潤滑油はポリα−オレフィン油（モービル・ケミカル・プロダクツ・インターナショナル・インク製Ｍｏｂｉｌ ＳＨＦ８２）である。
【００４７】
このような電動パワーステアリング装置７０においては、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２が前述のように改質されたプラスチック成形品で構成されているので、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２の周辺に配された潤滑剤との親和性が優れており濡れ性が高い。よって、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２に高面圧が負荷されるような厳しい使用条件下で電動パワーステアリング装置７０が使用されても、ウォームホイールギア８１及びウォームギア８２の耐久性，信頼性等の性能が優れており、その結果、電動パワーステアリング装置７０が長寿命となる。
【００４８】
改質したプラスチック成形品の他の使用例としては、直動滑り軸受，ラジアル滑り軸受，ワンウェイクラッチ，針状ころ軸受，ターボチャージャー用軸受，車輪支持用軸受があげられる。針状ころ軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えばポリフェニレンスルフィドやポリアミド４６があげられ、潤滑油の種類としては例えば自動変速機用潤滑油（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）や無段変速機用潤滑油（ＣＶＴＦ：Continuously Variable Transmission Fluid）があげられる。また、ターボチャージャー用軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えば熱可塑性ポリイミドがあげられ、潤滑油の種類としては例えばエンジンオイルがあげられる。さらに、車輪支持用軸受の部品として使用する場合に好適なプラスチックの種類としては、例えば１０質量％のガラス繊維を含有するポリアミド６６があげられ、潤滑油の種類としては例えば車輪支持用軸受の潤滑に用いられるグリースの基油があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】浸漬処理装置の構成を説明する概念図である。
【図２】ＦＴ−ＩＲの分析結果を示す図である。
【図３】改質されたプラスチック成形品の使用例を説明する深溝玉軸受の縦断面図である。
【図４】改質されたプラスチック成形品の別の使用例を説明するリニアガイド装置の斜視図である。
【図５】リターンガイドを省略してエンドキャップの裏面を示した図である。
【図６】リターンガイドの正面図である。
【図７】リターンガイドを装着した状態のエンドキャップの斜視図である。
【図８】図４のリニアガイド装置のエンドキャップ付近の部分断面図である。
【図９】電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
【図１０】図９の電動パワーステアリング装置のハウジング部分の断面図である。
【図１１】ウォームホイールギア及びウォームギアの斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 玉
１４ 保持器
３１ 案内レール
３２ スライダ
３２Ｂ エンドキャップ
３５ 転動体
５５ リターンガイド
７０ 電動パワーステアリング装置
８１ ウォームホイールギア
８２ ウォームギア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上の温度下で、超臨界流体と前記化合物との相溶化物を前記プラスチック成形品に接触させた後に、前記プラスチック成形品に浸透した前記化合物及び超臨界流体のうち超臨界流体のみを前記プラスチック成形品から除去することを特徴とするプラスチック成形品の改質方法。
【請求項２】
前記超臨界流体を超臨界二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック成形品の改質方法。
【請求項３】
前記プラスチック成形品を構成するプラスチックが結晶性高分子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法により改質されたプラスチック成形品であって、前記化合物の含浸量が全体の０．０５質量％以上２質量％以下であることを特徴とするプラスチック成形品。
【請求項５】
表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、前記化合物の濃度が最も高い最濃部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のプラスチック成形品。
【請求項６】
前記最濃部における前記化合物の濃度は、中心部における前記化合物の濃度の２倍以上であることを特徴とする請求項５に記載のプラスチック成形品。
【請求項７】
表面から中心部までの距離をＸとし、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度が、表面からＸの６６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度の３倍以上であることを特徴とする請求項４に記載のプラスチック成形品。
【請求項８】
結晶性高分子で構成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のプラスチック成形品。
【請求項９】
前記結晶性高分子が、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，及びポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項８に記載のプラスチック成形品。
【請求項１０】
前記化合物が潤滑油であることを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラスチック成形品。
【請求項１１】
前記潤滑油が、ポリα−オレフィン，アルキルジフェニルエーテル，ジエステル，及びポリオールエステルのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０に記載のプラスチック成形品。
【請求項１】
化合物を含浸させることによりプラスチック成形品を改質する方法において、前記プラスチック成形品を構成するプラスチックのガラス転移点以上の温度下で、超臨界流体と前記化合物との相溶化物を前記プラスチック成形品に接触させた後に、前記プラスチック成形品に浸透した前記化合物及び超臨界流体のうち超臨界流体のみを前記プラスチック成形品から除去することを特徴とするプラスチック成形品の改質方法。
【請求項２】
前記超臨界流体を超臨界二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック成形品の改質方法。
【請求項３】
前記プラスチック成形品を構成するプラスチックが結晶性高分子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のプラスチック成形品の改質方法により改質されたプラスチック成形品であって、前記化合物の含浸量が全体の０．０５質量％以上２質量％以下であることを特徴とするプラスチック成形品。
【請求項５】
表面から深さ１５００μｍまでの部分の少なくとも一部に、前記化合物の濃度が最も高い最濃部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のプラスチック成形品。
【請求項６】
前記最濃部における前記化合物の濃度は、中心部における前記化合物の濃度の２倍以上であることを特徴とする請求項５に記載のプラスチック成形品。
【請求項７】
表面から中心部までの距離をＸとし、表面からＸの６．６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度が、表面からＸの６６％だけ内方の部分における前記化合物の濃度の３倍以上であることを特徴とする請求項４に記載のプラスチック成形品。
【請求項８】
結晶性高分子で構成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のプラスチック成形品。
【請求項９】
前記結晶性高分子が、ポリエチレン，ポリオキシメチレン，ポリフッ化ビニリデン，ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリフェニレンサルファイド，及びポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項８に記載のプラスチック成形品。
【請求項１０】
前記化合物が潤滑油であることを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラスチック成形品。
【請求項１１】
前記潤滑油が、ポリα−オレフィン，アルキルジフェニルエーテル，ジエステル，及びポリオールエステルのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０に記載のプラスチック成形品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２８４４９４（Ｐ２００７−２８４４９４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１０９５４（Ｐ２００６−１１０９５４）
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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