動力伝達ガイド用摺動部材
【課題】
射出成形が容易な熱可塑性樹脂の母材に潤滑性に優れたフッ素樹脂を粒子状態で複合化した複合樹脂組成物を用いて、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いることが可能な動力伝達ガイド用摺動部材を提供する。
【解決手段】
母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％である。フッ素樹脂粒子が一次粒子径が５μｍ以下のＰＴＦＥ粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端にカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有する。
射出成形が容易な熱可塑性樹脂の母材に潤滑性に優れたフッ素樹脂を粒子状態で複合化した複合樹脂組成物を用いて、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いることが可能な動力伝達ガイド用摺動部材を提供する。
【解決手段】
母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％である。フッ素樹脂粒子が一次粒子径が５μｍ以下のＰＴＦＥ粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端にカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達ガイド用摺動部材に係わり、更に詳しくは例えば自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いる動力伝達ガイド用摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のタイミングチェーンの揺動を防止するため、あるいはチェーンにテンションを付与するためにチェーンガイド、あるいはチェーンテンショナーが使用されている。これらの部材は、例えば雰囲気温度が−４０℃〜１７０℃で、油が付着するといった過酷な環境で長時間使用され、しかもチェーンにテンションを付与して摺動するため、機械的強度は勿論のこと、耐熱性、摺動性、耐油性に優れていることが要求される。
【０００３】
従来の内燃機関用チェーンガイドは、アルミダイキャスト製等の金属製支持部材の外面に、合成樹脂製のシューが接合された構造が一般的であったが、支持部材に金属材を用いているため全体として重量増となったり、また材質が樹脂と金属の両方を用いているためにコスト高になっていた。さらに樹脂材と金属との結合部は両者で熱膨張率が異なっているため、使用中に剥離が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、ポリアミド樹脂にガラス繊維もしくはカーボン繊維を１０〜６０重量％含有したポリアミド樹脂組成物を、製品体積の５０〜９８％に用いた構造支持部材と、チェーンガイド面のスライドライニング部材およびチェーンガイド表面部分が非強化ポリアミド樹脂とを、同時成形もしくは段階的成形方法により製作されたエンジン用樹脂製チェーンガイドが提案されている。ところが、ポリアミド樹脂（代表的にはＰＡ６６）は、温度が上昇すると曲げ弾性率が急激に低下し、カーボン繊維を含有したＰＡ６６でも１００℃を超えると常温のときの半分以下になり、機械的強度が不足し、変形が大きくなる。更に、ポリアミド樹脂は、吸水性があり、吸水による物性変化が激しい材料であることが知られており、吸水によっても曲げ弾性率が大きく低下するといった問題を有している。
【０００５】
この改善策として、特許文献１には、チェーンシステムに用いられ、樹脂組成物から成る摺動部材であって、上記樹脂組成物は、母材樹脂とフッ素樹脂とを含有し、該フッ素樹脂の含有量が当該樹脂組成物の全量を基準として５〜４０％であり、上記母材樹脂は、数平均分子量が２００００以上の熱可塑性樹脂であり、上記フッ素樹脂は、該フッ素樹脂の表面エネルギーが２００〜４００μＮ／ｃｍであり、且つ波長６００ｎｍにおける可視光透過率が１０％以上である、ことを特徴とするチェーンシステム用摺動部材が開示されている。具体的には、フッ素樹脂は、平均粒径１〜５０μｍであり、含有量が樹脂組成物の全量を基準として１０〜２０％である。更に、母材樹脂がポリアミド樹脂であり、フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン樹脂である。
【０００６】
一方、特許文献２には、ポリアミド物質とペルフルオロアルキル物質とから成るコンパウンドおよびこのコンパウンドと他のポリマー物質との混合物において、変性されたペルフルオロアルキル物質とポリアミド化合物とを溶融物の形で、反応により均質化させることを特徴とする、ポリアミド物質とペルフルオロアルキル物質とから成るコンパウンドおよびこのコンパウンドと他のポリマー物質との混合物が開示されている。ここで、ペルフルオロアルキル物質として、５０ｋＧｙ以上の放射線線量を用いて、かつ有利には１００ｋＧｙ以上の放射線線量を用いて、放射線化学的に分解されかつ変性されたＰＴＦＥの微粉末を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７７０３７号公報
【特許文献２】特表２００２−５１６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で作製した摺動部材は、表面に１０μｍより大きなＰＴＦＥ粒子がそのまま現れているため、表面粗さが粗くなり、それが摩擦係数の低減に限界を与えている。従来のＰＡ６６を主体とした摺動部材よりも摩擦係数は低く、摩耗も改善されてはいるが、十分ではない。自動車のエンジンでは、燃費向上のために小型軽量化に対する要請は特に強い。そのため、耐衝撃性や機械的強度を維持しつつ摺動特性を改善した射出成形可能な摺動部材用樹脂組成物とそれを用いた樹脂製摺動部材の出現が望まれている。また、特許文献２は、ドライ摺動における優位性のみ言及されており、オイル潤滑下で使用できるかどうかは明らかでない。
【０００９】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、射出成形が容易な熱可塑性樹脂の母材に潤滑性に優れたフッ素樹脂を粒子状態で複合化した複合樹脂組成物を用いて、オイル潤滑下での摺動特性の問題を解消し、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いることが可能な動力伝達ガイド用摺動部材を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％であることを特徴とする動力伝達ガイド用摺動部材を構成した（請求項１）。
【００１１】
ここで、前記フッ素樹脂粒子の一次粒子径が５μｍ以下であることがより好ましい（請求項２）。
【００１２】
ここで、前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有するものである（請求項３）。
【００１３】
また、前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂であることがより好ましい（請求項４）。
【００１４】
そして、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物のペレットとし、このペレットを用いて成形してなるのである（請求項５）。
【００１５】
このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることが可能である（請求項６）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の動力伝達ガイド用摺動部材は、耐衝撃性や機械的強度を維持しつつ摺動特性が優れているので、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして好適に用いることができる。本発明では、熱可塑性樹脂の母材樹脂と、電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のフッ素樹脂粒子とを、母材樹脂の融点以上の温度で溶融混練すると、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とが直接結合して一体化した複合樹脂組成物が得られ、この複合樹脂組成物を用いて成形すると母材樹脂の機械的性質を損なわずに、平滑性に優れた表面が得られ、そしてフッ素樹脂粒子の含有量を複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％の範囲で調製することにより、所望の摺動特性を備えた摺動部材を得ることができる。
【００１７】
ここで、フッ素樹脂粒子の平均粒子径とは、より小さな一次粒子が凝集した二次粒子の粒径を示している。本発明では、母材樹脂と電子線照射によって変性されたフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子は一次粒子よりも更に微細化され、母材樹脂中に均一に分散することが分かった。それにより、摺動部材の摺動界面に微細化されたフッ素樹脂粒子が均一に露出し、摺動特性、耐衝撃性を格段に向上させるのである。
【００１８】
本発明では、フッ素樹脂粒子の一次粒子径を５μｍ以下としているが、粒径が小さい方が表面粗さをより改善できるので、１μｍ以下とすることがより好ましい。しかし、フッ素樹脂粒子の一次粒子径が必要以上に小さくなると、それにつれて二次粒径も小さくなり、浮遊等の問題で取り扱いが難しくなるとともに、母材樹脂と混練することも難しくなる。
【００１９】
ここで、前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上、より好ましくは５００ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有するものであると、特に摺動特性に優れ、また母材樹脂との分散性、結合性にも優れている。そして、前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂であると、耐熱性、耐油性、機械特性や摺動特性に優れたものとなる。
【００２０】
そして、平均粒子径１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、あるいは一次粒子径を５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下のフッ素樹脂粒子と母材樹脂とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化することができ、この複合樹脂組成物のペレットを用いて摺動部材を成形すれば、成形性に優れ、また表面粗さを改善できるのである。このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることができ、摩擦係数が低く、摩耗量も抑制されて、摺動特性が優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スラスト試験機により摺動特性を調べるための試験体の形状を示す斜視図である。
【図２】成形物の破断面をＳＥＭで観察した結果を示し、（ａ）は本発明品の切断面のＳＥＭ像、（ｂ）は特許文献１の材料の切断面のＳＥＭ像である。
【図３】本発明の成形物の表面をＴＥＭで観察した結果を示し、（ａ）は５０００倍のＴＥＭ像、（ｂ）は１００００倍のＴＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の動力伝達ガイド用摺動部材は、母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％である。ここで、フッ素樹脂粒子の平均粒子径が１０μｍより大きいと、摺動界面の平坦度を改善できない。また、フッ素樹脂粒子の含有量が５重量％より少ないと、十分な摺動特性が得られず、５０重量％より多いと母材樹脂の機械的性質を維持できなくなる。
【００２３】
一般的に、微粒子は、粒径が小さくなると、一次粒子が凝集して二次粒子の状態になり、この二次粒子が原料として取り扱われている。本発明では、平均粒子径１０μｍ以下のフッ素樹脂粒子を用いるが、一次粒子径は５μｍ以下である。
【００２４】
前記フッ素樹脂粒子として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子（以下、「ＰＴＦＥ粒子」と表す）を用いることがより好ましい。そして、本発明のＰＴＦＥ粒子は、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有することが特徴である。更に、ＰＴＦＥ粒子は、電子線照射によって微粉化が容易になる。
【００２５】
一方、前記母材樹脂として、ポリアミド樹脂を用いることが好ましい。特に、母材樹脂として、ＰＡ６６樹脂を用いれば、耐熱性、耐油性、機械特性や摺動特性に優れているのでより好ましい。
【００２６】
その他の熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を使用することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
【００２７】
そして、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、母材樹脂の溶融温度以上で２軸混練押出機を用いて、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物を得ることができる。この複合樹脂組成物のペレットを用いて動力伝達ガイド用摺動部材を成形する。具体的には、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナー（共に図示せず）を成形する。
【００２８】
このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることができる。母材樹脂の中にフッ素樹脂粒子が均一に分散され、互いに強固に結合した組織となっている。後述するように、成形物の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で２０００倍に拡大して観察してもＰＴＦＥ粒子を確認することができないほど、ＰＴＦＥ粒子が微分散化されているのである。
【実施例１】
【００２９】
本発明の摺動部材に用いる複合樹脂組成物は以下のようにして製造する。
（材料作製法）
母材樹脂として、ＰＡ６６（宇部興産製 ＵＢＥ２０２６Ｂ）を用いる。
フッ素樹脂粒子として、ＰＴＦＥ粒子を用いる。ＰＴＦＥ粒子は、一次粒子径が０．２μｍ、平均粒径が３μｍ（二次粒子）、比表面積が９ｍ2／ｇのものを用い、電子線照射量は１０００ｋＧｙである。
ＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子の配合比は、ＰＡ６６が９０重量部、ＰＴＦＥ粒子が１０重量部である。
【００３０】
（混練）
前述のＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子の混合物を２軸混練押出機で溶融混練し反応押出しを行う。ここで用いた押出機は、株式会社プラスチック工学研究所製ＢＴ−３０ （Ｌ／Ｄ：３０）である。混練条件は、シリンダ温度：２８０℃、スクリュ回転数：３００ｒｐｍである。この２軸混練押出機で混合物を押出して複合樹脂組成物のペレットを作製した。
【００３１】
（成形）
次に、前述のペレットを６０トン射出成形機で所定形状に成形する。ここで用いた成形機は、日精樹脂工業株式会社製のＰＳ６０Ｅ５Ｈである。成形条件は、シリンダ温度：２８０℃、金型温度：８０℃であり、金型としてφ２０ブッシュ状テストピース成形型を用いた。この金型で成形した試験体１を図１に示している。この試験体１は、円筒状の部材であり、摺動面２に半径方向の内外に連通した４つの溝３を等角位置に形成したものである。
【００３２】
比較例として、ＰＡ６６非強化材を用いた試験体と、特許文献１の材料を用いた試験体を用意した。
【００３３】
先ず、射出成形物を液体窒素に浸漬して冷却後、破断し、破断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭは、株式会社日立ハイテクノロジーズ製（型番：Ｓ−３４００Ｎ）であり、加速電圧は１０ｋＶである。図２（ａ）は、本発明品の破断面を示し、上段が５００倍、下段が２０００倍である。本発明品の破断面には、明確なＰＴＦＥ粒子は観察されず、切断面も全体が引きちぎられたような細かな凹凸になっている。これは、母材のＰＡ６６樹脂中に、ＰＴＦＥ粒子の最大粒子径が１μｍ以下で均一に分散されていることと、ＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子が強固に結合していることを示す証拠である。それに対して、図２（ｂ）は、特許文献１の材料の破断面を示しているが、切断面は比較的滑らかであり、所々に粒径１０μｍ以上のＰＴＦＥ粒子が明確に分離されて出現している。つまり、これは、母材のＰＡ６６樹脂中に、ＰＴＦＥ粒子が原料の粒子径のままで存在し、しかもＰＡ６６樹脂とＰＴＦＥ粒子の界面で分離していることから結合は非常に弱いと推測できるのである。
【００３４】
次に、本発明品の射出成形物の表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果を図３に示している。図３（ａ）は５０００倍、図３（ｂ）は１００００倍のＴＥＭ像であり、ＰＴＦＥ粒子の最大粒子径は高々５００ｎｍとなっていることが分かる。実際には、本発明品の成形物の表面に現れているＰＴＦＥ粒子の粒子径は、数十ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、非常に緻密で平坦性に優れた摺動面となっている。
【００３５】
次に、図１に形状の各試験体の摺動特性を試験した。スラスト試験機は、高千穂精機株式会社製（型式：ＴＲＩ−Ｓ−５００Ｎ）である。試験条件は、表１に示している。
【００３６】
【表１】
【００３７】
試験体の摺動特性の試験結果を表２、表３に示している。表２は、摩擦係数の結果であり、表３は、摩耗長さの結果である。摩耗長さとは、試験体と相手材質（Ｓ４５Ｃ）の摩耗厚さの和である。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
以上の結果より、特許文献１の材料は、ＰＡ６６非強化材よりも摩擦係数と摩耗長さが改善されているが、本発明品は特許文献１の材料よりも更に摩擦係数と摩耗長さが改善されていることが確認できた。更に、本発明品は摩擦係数及び摩耗共に速度依存性が小さく安定していることが確認できた。
【符号の説明】
【００４１】
１ 試験体
２ 摺動面
３ 溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達ガイド用摺動部材に係わり、更に詳しくは例えば自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いる動力伝達ガイド用摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のタイミングチェーンの揺動を防止するため、あるいはチェーンにテンションを付与するためにチェーンガイド、あるいはチェーンテンショナーが使用されている。これらの部材は、例えば雰囲気温度が−４０℃〜１７０℃で、油が付着するといった過酷な環境で長時間使用され、しかもチェーンにテンションを付与して摺動するため、機械的強度は勿論のこと、耐熱性、摺動性、耐油性に優れていることが要求される。
【０００３】
従来の内燃機関用チェーンガイドは、アルミダイキャスト製等の金属製支持部材の外面に、合成樹脂製のシューが接合された構造が一般的であったが、支持部材に金属材を用いているため全体として重量増となったり、また材質が樹脂と金属の両方を用いているためにコスト高になっていた。さらに樹脂材と金属との結合部は両者で熱膨張率が異なっているため、使用中に剥離が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、ポリアミド樹脂にガラス繊維もしくはカーボン繊維を１０〜６０重量％含有したポリアミド樹脂組成物を、製品体積の５０〜９８％に用いた構造支持部材と、チェーンガイド面のスライドライニング部材およびチェーンガイド表面部分が非強化ポリアミド樹脂とを、同時成形もしくは段階的成形方法により製作されたエンジン用樹脂製チェーンガイドが提案されている。ところが、ポリアミド樹脂（代表的にはＰＡ６６）は、温度が上昇すると曲げ弾性率が急激に低下し、カーボン繊維を含有したＰＡ６６でも１００℃を超えると常温のときの半分以下になり、機械的強度が不足し、変形が大きくなる。更に、ポリアミド樹脂は、吸水性があり、吸水による物性変化が激しい材料であることが知られており、吸水によっても曲げ弾性率が大きく低下するといった問題を有している。
【０００５】
この改善策として、特許文献１には、チェーンシステムに用いられ、樹脂組成物から成る摺動部材であって、上記樹脂組成物は、母材樹脂とフッ素樹脂とを含有し、該フッ素樹脂の含有量が当該樹脂組成物の全量を基準として５〜４０％であり、上記母材樹脂は、数平均分子量が２００００以上の熱可塑性樹脂であり、上記フッ素樹脂は、該フッ素樹脂の表面エネルギーが２００〜４００μＮ／ｃｍであり、且つ波長６００ｎｍにおける可視光透過率が１０％以上である、ことを特徴とするチェーンシステム用摺動部材が開示されている。具体的には、フッ素樹脂は、平均粒径１〜５０μｍであり、含有量が樹脂組成物の全量を基準として１０〜２０％である。更に、母材樹脂がポリアミド樹脂であり、フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン樹脂である。
【０００６】
一方、特許文献２には、ポリアミド物質とペルフルオロアルキル物質とから成るコンパウンドおよびこのコンパウンドと他のポリマー物質との混合物において、変性されたペルフルオロアルキル物質とポリアミド化合物とを溶融物の形で、反応により均質化させることを特徴とする、ポリアミド物質とペルフルオロアルキル物質とから成るコンパウンドおよびこのコンパウンドと他のポリマー物質との混合物が開示されている。ここで、ペルフルオロアルキル物質として、５０ｋＧｙ以上の放射線線量を用いて、かつ有利には１００ｋＧｙ以上の放射線線量を用いて、放射線化学的に分解されかつ変性されたＰＴＦＥの微粉末を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７７０３７号公報
【特許文献２】特表２００２−５１６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で作製した摺動部材は、表面に１０μｍより大きなＰＴＦＥ粒子がそのまま現れているため、表面粗さが粗くなり、それが摩擦係数の低減に限界を与えている。従来のＰＡ６６を主体とした摺動部材よりも摩擦係数は低く、摩耗も改善されてはいるが、十分ではない。自動車のエンジンでは、燃費向上のために小型軽量化に対する要請は特に強い。そのため、耐衝撃性や機械的強度を維持しつつ摺動特性を改善した射出成形可能な摺動部材用樹脂組成物とそれを用いた樹脂製摺動部材の出現が望まれている。また、特許文献２は、ドライ摺動における優位性のみ言及されており、オイル潤滑下で使用できるかどうかは明らかでない。
【０００９】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、射出成形が容易な熱可塑性樹脂の母材に潤滑性に優れたフッ素樹脂を粒子状態で複合化した複合樹脂組成物を用いて、オイル潤滑下での摺動特性の問題を解消し、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして用いることが可能な動力伝達ガイド用摺動部材を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％であることを特徴とする動力伝達ガイド用摺動部材を構成した（請求項１）。
【００１１】
ここで、前記フッ素樹脂粒子の一次粒子径が５μｍ以下であることがより好ましい（請求項２）。
【００１２】
ここで、前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有するものである（請求項３）。
【００１３】
また、前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂であることがより好ましい（請求項４）。
【００１４】
そして、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物のペレットとし、このペレットを用いて成形してなるのである（請求項５）。
【００１５】
このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることが可能である（請求項６）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の動力伝達ガイド用摺動部材は、耐衝撃性や機械的強度を維持しつつ摺動特性が優れているので、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナーとして好適に用いることができる。本発明では、熱可塑性樹脂の母材樹脂と、電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のフッ素樹脂粒子とを、母材樹脂の融点以上の温度で溶融混練すると、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とが直接結合して一体化した複合樹脂組成物が得られ、この複合樹脂組成物を用いて成形すると母材樹脂の機械的性質を損なわずに、平滑性に優れた表面が得られ、そしてフッ素樹脂粒子の含有量を複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％の範囲で調製することにより、所望の摺動特性を備えた摺動部材を得ることができる。
【００１７】
ここで、フッ素樹脂粒子の平均粒子径とは、より小さな一次粒子が凝集した二次粒子の粒径を示している。本発明では、母材樹脂と電子線照射によって変性されたフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子は一次粒子よりも更に微細化され、母材樹脂中に均一に分散することが分かった。それにより、摺動部材の摺動界面に微細化されたフッ素樹脂粒子が均一に露出し、摺動特性、耐衝撃性を格段に向上させるのである。
【００１８】
本発明では、フッ素樹脂粒子の一次粒子径を５μｍ以下としているが、粒径が小さい方が表面粗さをより改善できるので、１μｍ以下とすることがより好ましい。しかし、フッ素樹脂粒子の一次粒子径が必要以上に小さくなると、それにつれて二次粒径も小さくなり、浮遊等の問題で取り扱いが難しくなるとともに、母材樹脂と混練することも難しくなる。
【００１９】
ここで、前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上、より好ましくは５００ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有するものであると、特に摺動特性に優れ、また母材樹脂との分散性、結合性にも優れている。そして、前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂であると、耐熱性、耐油性、機械特性や摺動特性に優れたものとなる。
【００２０】
そして、平均粒子径１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、あるいは一次粒子径を５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下のフッ素樹脂粒子と母材樹脂とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化することができ、この複合樹脂組成物のペレットを用いて摺動部材を成形すれば、成形性に優れ、また表面粗さを改善できるのである。このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることができ、摩擦係数が低く、摩耗量も抑制されて、摺動特性が優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スラスト試験機により摺動特性を調べるための試験体の形状を示す斜視図である。
【図２】成形物の破断面をＳＥＭで観察した結果を示し、（ａ）は本発明品の切断面のＳＥＭ像、（ｂ）は特許文献１の材料の切断面のＳＥＭ像である。
【図３】本発明の成形物の表面をＴＥＭで観察した結果を示し、（ａ）は５０００倍のＴＥＭ像、（ｂ）は１００００倍のＴＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の動力伝達ガイド用摺動部材は、母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％である。ここで、フッ素樹脂粒子の平均粒子径が１０μｍより大きいと、摺動界面の平坦度を改善できない。また、フッ素樹脂粒子の含有量が５重量％より少ないと、十分な摺動特性が得られず、５０重量％より多いと母材樹脂の機械的性質を維持できなくなる。
【００２３】
一般的に、微粒子は、粒径が小さくなると、一次粒子が凝集して二次粒子の状態になり、この二次粒子が原料として取り扱われている。本発明では、平均粒子径１０μｍ以下のフッ素樹脂粒子を用いるが、一次粒子径は５μｍ以下である。
【００２４】
前記フッ素樹脂粒子として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子（以下、「ＰＴＦＥ粒子」と表す）を用いることがより好ましい。そして、本発明のＰＴＦＥ粒子は、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有することが特徴である。更に、ＰＴＦＥ粒子は、電子線照射によって微粉化が容易になる。
【００２５】
一方、前記母材樹脂として、ポリアミド樹脂を用いることが好ましい。特に、母材樹脂として、ＰＡ６６樹脂を用いれば、耐熱性、耐油性、機械特性や摺動特性に優れているのでより好ましい。
【００２６】
その他の熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を使用することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
【００２７】
そして、母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、母材樹脂の溶融温度以上で２軸混練押出機を用いて、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物を得ることができる。この複合樹脂組成物のペレットを用いて動力伝達ガイド用摺動部材を成形する。具体的には、自動車エンジンのタイミングチェーンに使用するチェーンガイドやチェーンテンショナー（共に図示せず）を成形する。
【００２８】
このような複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材は、表面粗さを算術平均粗さ０．１μｍ以下にすることができる。母材樹脂の中にフッ素樹脂粒子が均一に分散され、互いに強固に結合した組織となっている。後述するように、成形物の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で２０００倍に拡大して観察してもＰＴＦＥ粒子を確認することができないほど、ＰＴＦＥ粒子が微分散化されているのである。
【実施例１】
【００２９】
本発明の摺動部材に用いる複合樹脂組成物は以下のようにして製造する。
（材料作製法）
母材樹脂として、ＰＡ６６（宇部興産製 ＵＢＥ２０２６Ｂ）を用いる。
フッ素樹脂粒子として、ＰＴＦＥ粒子を用いる。ＰＴＦＥ粒子は、一次粒子径が０．２μｍ、平均粒径が３μｍ（二次粒子）、比表面積が９ｍ2／ｇのものを用い、電子線照射量は１０００ｋＧｙである。
ＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子の配合比は、ＰＡ６６が９０重量部、ＰＴＦＥ粒子が１０重量部である。
【００３０】
（混練）
前述のＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子の混合物を２軸混練押出機で溶融混練し反応押出しを行う。ここで用いた押出機は、株式会社プラスチック工学研究所製ＢＴ−３０ （Ｌ／Ｄ：３０）である。混練条件は、シリンダ温度：２８０℃、スクリュ回転数：３００ｒｐｍである。この２軸混練押出機で混合物を押出して複合樹脂組成物のペレットを作製した。
【００３１】
（成形）
次に、前述のペレットを６０トン射出成形機で所定形状に成形する。ここで用いた成形機は、日精樹脂工業株式会社製のＰＳ６０Ｅ５Ｈである。成形条件は、シリンダ温度：２８０℃、金型温度：８０℃であり、金型としてφ２０ブッシュ状テストピース成形型を用いた。この金型で成形した試験体１を図１に示している。この試験体１は、円筒状の部材であり、摺動面２に半径方向の内外に連通した４つの溝３を等角位置に形成したものである。
【００３２】
比較例として、ＰＡ６６非強化材を用いた試験体と、特許文献１の材料を用いた試験体を用意した。
【００３３】
先ず、射出成形物を液体窒素に浸漬して冷却後、破断し、破断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭは、株式会社日立ハイテクノロジーズ製（型番：Ｓ−３４００Ｎ）であり、加速電圧は１０ｋＶである。図２（ａ）は、本発明品の破断面を示し、上段が５００倍、下段が２０００倍である。本発明品の破断面には、明確なＰＴＦＥ粒子は観察されず、切断面も全体が引きちぎられたような細かな凹凸になっている。これは、母材のＰＡ６６樹脂中に、ＰＴＦＥ粒子の最大粒子径が１μｍ以下で均一に分散されていることと、ＰＡ６６とＰＴＦＥ粒子が強固に結合していることを示す証拠である。それに対して、図２（ｂ）は、特許文献１の材料の破断面を示しているが、切断面は比較的滑らかであり、所々に粒径１０μｍ以上のＰＴＦＥ粒子が明確に分離されて出現している。つまり、これは、母材のＰＡ６６樹脂中に、ＰＴＦＥ粒子が原料の粒子径のままで存在し、しかもＰＡ６６樹脂とＰＴＦＥ粒子の界面で分離していることから結合は非常に弱いと推測できるのである。
【００３４】
次に、本発明品の射出成形物の表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果を図３に示している。図３（ａ）は５０００倍、図３（ｂ）は１００００倍のＴＥＭ像であり、ＰＴＦＥ粒子の最大粒子径は高々５００ｎｍとなっていることが分かる。実際には、本発明品の成形物の表面に現れているＰＴＦＥ粒子の粒子径は、数十ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、非常に緻密で平坦性に優れた摺動面となっている。
【００３５】
次に、図１に形状の各試験体の摺動特性を試験した。スラスト試験機は、高千穂精機株式会社製（型式：ＴＲＩ−Ｓ−５００Ｎ）である。試験条件は、表１に示している。
【００３６】
【表１】
【００３７】
試験体の摺動特性の試験結果を表２、表３に示している。表２は、摩擦係数の結果であり、表３は、摩耗長さの結果である。摩耗長さとは、試験体と相手材質（Ｓ４５Ｃ）の摩耗厚さの和である。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
以上の結果より、特許文献１の材料は、ＰＡ６６非強化材よりも摩擦係数と摩耗長さが改善されているが、本発明品は特許文献１の材料よりも更に摩擦係数と摩耗長さが改善されていることが確認できた。更に、本発明品は摩擦係数及び摩耗共に速度依存性が小さく安定していることが確認できた。
【符号の説明】
【００４１】
１ 試験体
２ 摺動面
３ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％であることを特徴とする動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項２】
前記フッ素樹脂粒子の一次粒子径が５μｍ以下である請求項１記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項３】
前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有する請求項１又は２記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項４】
前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂である請求項1〜３何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項５】
母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物のペレットとし、このペレットを用いて成形してなる請求項１〜４何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項６】
表面粗さが算術平均粗さ０．１μｍ以下である請求項１〜５何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項１】
母材樹脂にフッ素樹脂粒子を配合した複合樹脂組成物を用いて成形した動力伝達ガイド用摺動部材であって、前記母材樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記フッ素樹脂粒子は電子線照射によって変性され平均粒子径１０μｍ以下のものであり、該フッ素樹脂粒子の含有量が前記複合樹脂組成物の全量を基準として５〜５０重量％であることを特徴とする動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項２】
前記フッ素樹脂粒子の一次粒子径が５μｍ以下である請求項１記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項３】
前記フッ素樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子であり、５０ｋＧｙ以上の放射線量の電子線照射によって末端に少なくともカルボキシル基及び／又はハロゲン化カルボン酸基を官能基として有する請求項１又は２記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項４】
前記母材樹脂がポリアミド樹脂であり、好ましくはＰＡ６６樹脂である請求項1〜３何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項５】
母材樹脂とフッ素樹脂粒子とからなる混合物を、溶融混練を行い反応押出しを行うことによって、フッ素樹脂粒子の最大粒子径を５μｍ以下に微細化した複合樹脂組成物のペレットとし、このペレットを用いて成形してなる請求項１〜４何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【請求項６】
表面粗さが算術平均粗さ０．１μｍ以下である請求項１〜５何れかに記載の動力伝達ガイド用摺動部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−８４６７９（Ｐ２０１１−８４６７９Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３９８８８（Ｐ２００９−２３９８８８）
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（０００１０７６１９）スターライト工業株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（０００１０７６１９）スターライト工業株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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