摺動皮膜の形成方法および摺動部材
【課題】 設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を揃えることができる摺動皮膜の形成方法を提供すること。また、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動性を向上させることのできる摺動部材を提供すること。
【解決手段】 カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる円状溝１０が形成された版ロール６上に供給し、インクの供給後、長手方向に交差する方向に配置されたスキージ７を、長手方向に沿って版ロール６に対して相対的に移動させることによって、円状溝１０内にカーボンナノファイバの配向したインクを充填する。そのインクを摺動部材２３の摺動面２４に転写することによって、摺動皮膜のコート層２６を得る。
【解決手段】 カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる円状溝１０が形成された版ロール６上に供給し、インクの供給後、長手方向に交差する方向に配置されたスキージ７を、長手方向に沿って版ロール６に対して相対的に移動させることによって、円状溝１０内にカーボンナノファイバの配向したインクを充填する。そのインクを摺動部材２３の摺動面２４に転写することによって、摺動皮膜のコート層２６を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動皮膜の形成方法およびそれにより得られる摺動皮膜を有する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノカーボン材料は、靭性、低摩擦性などの物性に優れることから、摺動部材の摺動皮膜材料として注目されており、摺動部材の摺動方向にナノカーボン材料を配向させることによって、摺動皮膜の摺動性のさらなる向上が期待されている。
従来、ナノカーボン材料の配向を揃える方法として、摺動皮膜とは異なる工業製品に関する方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、シート状の導電コネクタの製造工程において、成形中のマトリックス成分とカーボンナノチューブとの配合物に均一平行磁場を与えることによって、その平行磁場に沿ってカーボンナノチューブを配向させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、部材表面に熱伝導皮膜を形成する工程において、ナノカーボン材料と樹脂との混合粉末を部材表面に溶射することによって衝突させ、衝突後に部材表面を流れる溶融樹脂の流れを利用して、その流れ方向に沿ってナノカーボン材料を配向させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５６００号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、平行磁場を利用する方法は、磁場を発生させるための装置が必要となるため、設備に制約される。さらに、金属フィラーなどの磁性材料がカーボンナノチューブとともに配合される場合があるため、平行磁場の影響によって磁性材料の磁化現象が生じるおそれがある。そのため、上記方法を利用して摺動皮膜を形成する場合には、皮膜材料にも制約される。
【０００６】
一方、溶融樹脂の流れを利用する方法では、部材表面に衝突した溶融樹脂が、外力を受けずに流れる。そのため、溶射条件が異なる溶融樹脂を、様々な形状の部材表面に規則的に流動させ、ナノカーボン材料の配向を揃えることはやはり困難である。これに対して、ナノカーボン材料の含有量を増加させれば、配向のばらつきが多少生じていても摺動皮膜の摺動性を向上させることができる。しかし、ナノカーボン材料の含有量が多すぎると、コストの増加、機械特性の低下などの不具合が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を揃えることができる摺動皮膜の形成方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動性を向上させることのできる摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の摺動皮膜の形成方法は、カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる溝が形成された基版上に供給する工程と、インクの供給後、前記長手方向に交差する方向に配置されたスキージを、前記長手方向に沿って前記基版に対して相対的に移動させる工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この方法によれば、スキージを、溝の長手方向に沿って基版に対して相対的に移動させることによって、溝の長手方向に沿うインクの流れを発生させることができる。そして、その流れを利用してインクが溝に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを溝の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、その流れを発生させるために磁場の発生が不要なので、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を溝の長手方向に沿って揃えることができる。
【００１０】
また、本発明の摺動皮膜の形成方法では、前記溝の幅が、前記カーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍であることが好適である。
この方法では、溝の幅をカーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍とすることによって、カーボンナノファイバを除くインクの含有成分の収容スペースを溝に十分確保しながら、溝の長手方向に対するカーボンナノファイバの配向度合を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の摺動部材は、相手部材に対して摺動する摺動部材であって、前記摺動部材の摺動面には、上記摺動皮膜の形成方法によって得られる摺動皮膜が形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、摺動皮膜が上記摺動皮膜の形成方法によって得られるので、摺動面には、カーボンナノファイバの配向の揃った摺動皮膜が形成される。そのため、摺動皮膜におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材の摺動性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の摺動皮膜の形成方法によれば、インク中のカーボンナノファイバを溝の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、その流れを発生させるために磁場の発生が不要なので、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を溝の長手方向に沿って揃えることができる。
また、本発明の摺動部材によれば、摺動皮膜におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材の摺動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）版ロールを斜め上方から見た斜視図、（ｂ）ｂ−ｂで示される切断線によって版ロールを切断したときの断面図である。
【図３】版ロールに対するスキージの配置形態を説明するための図である。
【図４】インクを供給する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図５】版ロールへインクを充填する工程における摺動皮膜形成装置の動作図であって、（ａ）全体図（ｂ）版ロールの拡大図である。
【図６】ブランケットへインクを受理させる工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図７】摺動部材へインクを転写する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図８】摺動部材を焼成する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図であって（ａ）全体図（ｂ）ＣＮＦの配向状態を示す直線溝の拡大図である。
【図１０】実施例１の摺動皮膜シートの透過顕微鏡写真である。
【図１１】実施例２の摺動皮膜シートの透過顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
１．装置構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図である。図２（ａ）は、版ロールを斜め上方から見た斜視図、（ｂ）は、ｂ−ｂで示される切断線によって版ロールを切断したときの断面図である。図３は、版ロールに対するスキージの配置形態を説明するための図である。
【００１５】
摺動皮膜形成装置１は、上流側から下流側へ摺動部材を移送するためのベルトコンベア２と、ベルトコンベア２の途中に設けられた皮膜形成部３と、ベルトコンベア２の下流端よりも後側に設けられたヒータ４とを備えている。
皮膜形成部３は、例えば、オフセット印刷機構によって摺動部材に皮膜を形成するものであって、インク供給部５と、基版としての版ロール６と、スキージ７と、ブランケット８とを備えている。
【００１６】
インク供給部５には、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ）、熱硬化性樹脂および溶剤を含有するインクが充填される。
カーボンナノファイバとは、例えば、繊維長５μｍ以上、好ましくは、６〜１０μｍのカーボン繊維である。また、繊維径は、例えば、８０ｎｍ以上、好ましくは、１００〜１５０ｎｍである。具体的な市販品としては、例えば、昭和電工株式会社製 ＶＧＣＦ、ＶＧＣＦ−Ｈなどが挙げられる。
【００１７】
熱硬化性樹脂としては、例えば、一般的な熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フルフラール樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。
【００１８】
溶剤としては、使用する熱硬化性樹脂に適したものが用いられ、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの非プロトン性極性溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、イソホロン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）などのケトン類、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチルなどのエステル類、エタノール、メタノール、ブタノールなどのアルコール類が挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。熱硬化性樹脂と溶剤との組み合わせとしては、例えば、ポリアミドイミド樹脂に対してＮＭＰおよび／またはＤＭＦ、エポキシ樹脂に対してブタノールおよび／またはＭＩＢＫなどが挙げられる。
【００１９】
また、インクは、必要により固体潤滑剤などの添加剤を含有することができる。
固体潤滑剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などが挙げられる。
そして、インクを調製するには、例えば、カーボンナノファイバ、熱硬化性樹脂および必要により添加剤（以上、固形分）を、溶剤に投入する。固形分の投入量は、インク全量に対する固形分の重量割合が、例えば、３０〜８０重量％である。また、固形分全量に対する各成分の重量割合は、例えば、カーボンナノファイバが０．１〜２０重量％であり、好ましくは、１〜１０重量％である。また、熱硬化性樹脂が６０〜９９．９重量％である。
【００２０】
上記の方法によって、固形分が分散したインクを得ることができる。得られるインクのＪＩＳ Ｚ８８０３によって測定される粘度ηは、例えば、１〜２０Ｐａ・ｓ、好ましくは、１．５〜１０Ｐａ・ｓである。
版ロール６は、円柱状に形成され、その周面９には、版ロール６を周方向に一周する円状溝１０が版ロール６の軸方向に間隔を隔てて複数形成されている。円状溝１０の数は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。なお、図２では、図解し易くする目的で数本の円状溝１０だけを示している。
【００２１】
各円状溝１０は、１本の稜線１１を形成する２つの合同な傾斜面１２が切り出されることによって、断面Ｖ字状に形成されている。２つの傾斜面１２の挟角α（溝挟角α）は、例えば、９０〜１２０°である。
円状溝１０の幅（溝幅ｗ）は、例えば、インク供給部５に充填されるインクによって異なるが、例えば、カーボンナノファイバの繊維長に対して、２〜３倍である。具体的な幅の一例は、例えば、１０〜３０μｍ、好ましくは、１２〜１８μｍである。溝幅ｗが上記した大きさであれば、カーボンナノファイバの配向性を向上できるとともに、調製するインクの選択肢を増加させることができる。例えば、溝幅ｗが３倍以下のとき、カーボンナノファイバが円状溝１０の長手方向に沿って配列しやすくなるので、配向性を向上させることができる。一方、溝幅ｗが２倍以上のとき、インクが多種類の成分を含有していても、インクを円状溝１０に効率よく送り込むことができる。そのため、インクの含有物に制約が少なく、多種多様のインクを調製して使用することができる。
【００２２】
また、円状溝１０の深さｄ（円状溝１０の稜線１１から版ロール６の周面９までの距離）は、例えば、３〜１５μｍである。
そして、複数の円状溝１０は、版ロール６の軸方向に沿って等しい溝ピッチｐで設けられている。溝ピッチｐ（一の円状溝１０の稜線１１とその円状溝１０に隣接する円状溝１０の稜線１１との距離）は、例えば、１０〜１００μｍである。また、版ロール６の直径Ｄ１は、例えば、１０〜３０ｃｍであり、版ロール６の軸長さＬ１は、例えば、１０〜３０ｃｍである。
【００２３】
上記のような版ロール６は、円柱軸がベルトコンベア２の移送方向と直交するように（円状溝１０の長手方向が移送方向と平行となるように）配置され、円柱軸を回転軸として一方向（例えば、右回り）に回転可能に設けられている。
スキージ７は、長方形平板状に形成され、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの弾性材料、ＳＵＳなどの金属、プラスチック、セラミックスなどを用いて形成されている。これらの材料は、インクの粘度ηなどに合わせて適したものが用いられる。
【００２４】
スキージ７は、その長辺が円状溝１０の長手方向（版ロール６の周方向）に直交するように配置され、円状溝１０全体を横切るように長辺側の縁部１３が版ロール６の周面９に当接した状態で固定されている。周面９におけるスキージ７の当接位置は、例えば、図３に示すように、版ロール６の周面９がその最頂部１４を起点にして周方向に４等分され、各部分が最頂部１４から回転方向に第１部分１５（右上部分）、第２部分１６（右下部分）、第３部分１７（左下部分）および第４部分１８（左上部分）と定められる場合、第１部分１５もしくは第２部分１６であることが好ましい。
【００２５】
また、その当接位置における接線ｌと、スキージ７の上面１９とがなす回転方向上流側の角度β（当接角β）は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。
ブランケット８は、円柱状に形成され、その周面２０が、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁ゴムからなるシートによって形成されている。
ブランケット８は、その円柱軸が版ロール６の円柱軸と平行な状態で配置され、その周面２０が版ロール６の周面９に対して線接触している。そして、円柱軸を回転軸として他方向（例えば、左回り）に回転可能とされている。そのため、版ロール６の回転数とブランケット８の回転数とを等しく制御することによって、周面９，２０同士を密着させた状態でこれらを同期回転させることができる。
【００２６】
また、版ロール６の周面９におけるブランケット８の接触位置は、スキージ７よりも下流側かつ周面９の最下部２１よりも上流側であることが好ましく、具体的には、版ロール６の周面９の第２部分１６であることが好ましい。これにより、インクが版ロール６の円状溝１０から落下することが少なく、インクを効率よくブランケット８の周面２０で受理することができる。
【００２７】
また、ブランケット８の直径Ｄ２および軸長さＬ２は、例えば、版ロール６と同じ（直径Ｄ２：１０〜３０ｃｍ、軸長さＬ２：１０〜３０ｃｍ）である。
上記のような皮膜形成部３全体としての位置は、例えば、摺動部材２３の大きさ・形状に合わせて、版ロール６、スキージ７およびブランケット８を一体的に移動させることによって、摺動部材２３の摺動面２４（後述）とブランケット８の最下部２２とが接触可能な大きさの空間が設けられるように調節される。
【００２８】
ヒータ４としては、摺動皮膜を乾燥するための公知の加熱炉を適用できる。
２．摺動皮膜の形成方法
次いで、図１に示す摺動皮膜形成装置１によって摺動部材に摺動皮膜を形成する方法を説明する。
まず、図４に示すように、ベルトコンベア２上に摺動部材２３を載置するとともに、インクを供給する。
【００２９】
摺動部材２３としては、各種動力機構において相手部材に対して摺動する部材であって、例えば自動車用としては、ピストン、ピストンリング、カムシャフト、バルブリフター、シリンダライナ、コンロッド、クランクシャフト、ベアリング、軸受けメタル、チェーン、スプロケット、チェーンガイド、ギヤなどが挙げられる。また、摺動部材２３と相手部材との組み合わせとしては、例えば、ピストンとシリンダライナ、軸受けメタルとクランクシャフトなどの組み合わせが挙げられる。
【００３０】
そして、摺動部材２３は、相手部材に対して摺動する方向（摺動方向）がベルトコンベア２の移送方向に平行となるように、かつ、相手部材に対する摺動面２４を上方に向けた姿勢で載置する。
インクは、スキージ７の上面１９に乗るようにインク供給部５から供給され、供給後、スキージ７の傾斜を利用して版ロール６の周面９に達して滞留する。
【００３１】
次いで、図５に示すように、ベルトコンベア２を駆動させるとともに、版ロール６およびブランケット８を回転させる。
ベルトコンベア２の速度（移送速度）は、版ロール６およびブランケット８の回転数によって異なるが、例えば、０．５〜３ｍ／ｓである。
版ロール６およびブランケット８は、例えば、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる回転数によって、互いに密着状態を保持した状態で同期回転する。
【００３２】
版ロール６の右回り回転によって、固定状態のスキージ７が、版ロール６の周方向に沿って、版ロール６に対して相対的に上記回転数で他方向（左回り）に移動するので、版ロール６の周方向一方向（右回り）へ向かうインクの流れが発生する。そのため、周面９付近に滞留するインクは、その一部が流れを利用して円状溝１０に送り込まれ、円状溝１０に入り切らない残りがスキージ７によって摺り切られる。
【００３３】
版ロール６の円状溝１０にインクの流れが生じ、そのインクの流れによってカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が流れ方向と平行に配向するので、スキージ７の下流側では、円状溝１０の長手方向に沿って配向したカーボンナノファイバを含有するインクが、円状溝１０に充填される（図５（ｂ）参照）。
その後、版ロール６の回転とともに充填されたインクが回転し、版ロール６とブランケット８との密着部分に達すると、図６に示すように、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、インクがブランケット８の周面２０に受理される。
【００３４】
インクの受理後、摺動部材２３がブランケット８の下方に達し、摺動面２４とブランケット８の最下部２２とが接触すると、図７に示すように、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、インクがブランケット８から摺動面２４に転写されてインク層２５が形成される。
その後、図８に示すように、摺動部材２３をヒータ４に搬入し、例えば、８０〜１００℃で５〜１５分間仮焼成し、例えば、１８０〜２４０℃で６０〜１２０分間本焼成する。これにより、インク層２５中の溶剤成分が蒸発し、摺動面２４には固形分からなる摺動皮膜のコート層２６が形成される。
【００３５】
以上のように、上記の方法によれば、版ロール６を右回り回転させることによって、固定状態のスキージ７を、版ロール６の周方向に沿って、版ロール６に対して相対的に上記回転数で他方向（左回り）に移動させる。そのため、版ロール６の周方向一方向（右回り）へ向かうインクの流れが発生させることができる。そして、その流れを利用してインクの一部が円状溝１０に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを円状溝１０の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、オフセット印刷機構を利用してその流れを発生できるため、磁場の発生が不要である。その結果、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を円状溝１０の長手方向に沿って揃えることができる。
【００３６】
そして、上記の形成方法によって得られる摺動部材２３の摺動面２４には、カーボンナノファイバの配向の揃った摺動皮膜のコート層２６が形成される。
カーボンナノファイバの配向性は、例えば、コート層２６に含まれる全カーボンナノファイバ中、摺動方向に対する傾斜角度が＋−（プラスマイナス）２０°未満のカーボンナノファイバが占める割合（％）で判断することができ、このコート層２６では、例えば、６０〜９０％である。
【００３７】
このように、摺動皮膜（コート層２６）におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材２３の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材２３の摺動性を向上させることができる。
（第２の実施形態）
１．装置構成
図９は、本発明の第２の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図であって（ａ）全体図（ｂ）ＣＮＦの配向状態を示す直線溝の拡大図である。
【００３８】
摺動皮膜形成装置３１は、皮膜形成部３３を備えている。
皮膜形成部３３は、例えば、オフセット印刷機構によって摺動部材に皮膜を形成するものであって、インク供給部３５と、基版３６と、スキージ３７と、ブランケット３８とを備えている。
インク供給部３５には、第１の実施形態と同様のインクが充填される。
【００３９】
基版３６は、四角平板状に形成され、その上面３９には、一の辺からそれに対向する辺に至るまで直線状に延びる直線溝４０が互いに間隔を隔てて複数形成されている。直線溝４０の数は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。なお、図９では、図解し易くする目的で数本の直線溝４０だけを示している。
各直線溝４０は、例えば、第１の実施形態と同様に断面Ｖ字状に形成されている。また、溝幅ｗ、溝の深さｄ、溝ピッチｐなども第１の実施形態と同様である。また、基版３６は、滑らないように固定されている。
【００４０】
スキージ３７は、三角柱状に形成され、例えば、第１の実施形態と同様の材料を用いて形成されている。スキージ３７は、その長手方向が直線溝４０の長手方向に直交するように配置され、２つの側面４１によって形成される稜線４２が、直線溝４０全体を横切るように基版３６の上面３９に当接している。また、スキージ３７は、基版３６の上面３９と平行な方向にスライド自在とされている。
【００４１】
ブランケット３８は、円柱状に形成され、その周面４３が、例えば、第１の実施形態と同様のシートによって形成されている。
ブランケット３８は、その円柱軸が直線溝４０の長手方向と直交するように配置され、その周面４３が基版３６の上面３９に対して線接触している。そして、円柱軸を回転軸として一方向（例えば、右回り）に回転可能、かつ、基版３６の上面３９と平行な方向にスライド自在とされている。そのため、ブランケット３８を回転させながらスライドさせることによって、ブランケット３８の周面４３を基版３６の上面３９全体に接触させることができる。
２．摺動皮膜の形成方法
次いで、摺動皮膜形成装置３１によって摺動部材に摺動皮膜を形成する方法を説明する。
【００４２】
この摺動皮膜形成装置３１では、基版３６の上面３９におけるスキージ３７の配置位置よりも下流側にインクを供給し、その後、スキージ３７を、直線溝４０の長手方向に沿って、固定状態の基版３６に対して相対的に下流側へスライドさせる。これによって、基版３６の上流側へ向かうインクの流れが発生する。そのため、上面３９に供給されたインクは、その一部が流れを利用して直線溝４０に送り込まれ、直線溝４０に入り切らない残りがスキージ３７によって摺り切られる。
【００４３】
基版３６の直線溝４０にインクの流れが生じ、そのインクの流れによってカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が流れ方向と平行に配向するので、スキージ３７の上流側では、直線溝４０の長手方向に沿って配向したカーボンナノファイバを含有するインクが、直線溝４０に充填される（図９（ｂ）参照）。
次いで、ブランケット３８を回転させながら基版３６の上流側から下流側へスライドさせることによって、直線溝４０に充填されたインクが、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、ブランケット３８の周面４３に受理される。その後は、第１の実施形態の方法にしたがって、ブランケット３８に受理されたインクを、摺動部材２３の摺動面２４に転写し、摺動部材２３をヒータ３４で仮焼成・本焼成することによって、摺動面２４に摺動皮膜のコート層２６（図９では図示を省略）を形成することができる。
【００４４】
この第２の実施形態によれば、スキージ３７のスライド動作によって、基版３６の上流側へ向かうインクの流れを発生させることができる。そして、その流れを利用してインクの一部が直線溝４０に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを直線溝４０の長手方向に沿って配向させることができる（図９（ｂ）参照）。しかも、オフセット印刷機構を利用してその流れを発生させることができるため、磁場の発生が不要である。その結果、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を直線溝４０の長手方向に沿って揃えることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。
例えば、摺動皮膜は、摺動部材２３に直接形成するコート層２６である必要はなく、摺動皮膜形成装置１，３１を利用してガラス板などの基材上に皮膜を形成し、基材から剥離することによって、皮膜シートとして得ることもできる。
【００４６】
また、第１の実施形態において、コート層２６が形成された摺動部材２３をベルトコンベア２の上流端に戻し、皮膜形成部３およびヒータ４を繰返し通過させることによって、複数層の皮膜コート層を形成することができる。
また、第１の実施形態において、版ロール６の周囲長をブランケット８の周囲長の倍数に定め、これらを同期回転させてブランケット８の周面２０に複数のインク層を形成し、そのインクを一度に摺動部材２３に転写することによって、複数層の皮膜コート層を摺動部材２３に形成することもできる。
【００４７】
また、版ロール６に形成される溝は、版ロール６の周面９を一周していなくてもよく、版ロール６の周方向に沿って断続的に形成されていてもよい。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例１
（１）装置構成
図１に示した構成を有するオフセット印刷機（手動）を用いた。ただし、各部の条件を以下のように設計した。
【００４９】
版ロール：直径Ｄ１＝２０ｃｍ 軸長さＬ１＝１５ｃｍ
溝の本数＝約４０００本 溝幅ｗ＝１５μｍ 溝ピッチｐ＝５０μｍ
溝の深さｄ＝４．３μｍ 溝挟角α＝１２０°
スキージ：ＳＵＳ製 当接角β＝８０°
ブランケット：シリコンゴムシートによって周面が形成された汎用ブランケット
直径Ｄ２＝２０ｃｍ 軸長さＬ２＝１５ｃｍ
（２）インクの調製
カーボンナノファイバ（昭和電工株式会社製 ＶＧＣＦ−Ｈ 繊維長６μｍ 繊維径１５０ｎｍ）およびポリアミドイミド樹脂（以上、固形分）を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に投入することによってインクを調製した（粘度η＝１．５Ｐａ・ｓ）。
【００５０】
ただし、インク全量に対する固形分およびＮＭＰの重量割合は、固形分３０重量％、ＮＭＰ７０重量％とした。また、固形分全量に対する各成分の重量割合は、カーボンナノファイバ１０重量％、ポリアミドイミド樹脂９０重量％とした。
（３）摺動皮膜の形成
（２）で調製したインクをスキージ上に供給した。次いで、摺動部材（厚さ２ｍｍ、サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス板）を移送速度１ｍ／ｓで移送するとともに、版ロールおよびブランケットの回転を開始し、９５ｒｐｍの回転数で同期回転させた。これによって、版ロールの円状溝に充填されたインクをブランケットの周面で受理させ、その後、ブランケット周面とガラス板の表面との接触によって、インクをガラス板の表面に転写した。
【００５１】
その後、ガラス板を加熱炉に搬入した。加熱炉では、９０℃で５分間仮焼成した後、２００℃で９０分間本焼成した。
以上の工程を経ることによって、ガラス板の表面にカーボンナノファイバを含有する皮膜シートを形成した。
実施例２
版ロールの溝幅ｗ＝３０μｍに設計したこと以外は、実施例１と同様の装置およびインクを用い、また、同様の工程を実行することによって、ガラス板の表面に皮膜シートを形成した。
配向性評価
実施例１および２で得られた皮膜シートに対して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子線をあて、それによって作り出される像を撮影した。撮影された写真を図１０（実施例１）および図１１（実施例２）に示す。
【００５２】
図１０および図１１によると、実施例１および２のいずれにおいても、多数のカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が摺動方向に沿って配向していることが確認された。とりわけ、実施例１の方が配向性に優れることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
６ 版ロール
７ スキージ
１０ 円状溝
２３ 摺動部材
２４ 摺動面
２５ コート層
３６ 基版
３７ スキージ
４０ 直線溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動皮膜の形成方法およびそれにより得られる摺動皮膜を有する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノカーボン材料は、靭性、低摩擦性などの物性に優れることから、摺動部材の摺動皮膜材料として注目されており、摺動部材の摺動方向にナノカーボン材料を配向させることによって、摺動皮膜の摺動性のさらなる向上が期待されている。
従来、ナノカーボン材料の配向を揃える方法として、摺動皮膜とは異なる工業製品に関する方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、シート状の導電コネクタの製造工程において、成形中のマトリックス成分とカーボンナノチューブとの配合物に均一平行磁場を与えることによって、その平行磁場に沿ってカーボンナノチューブを配向させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、部材表面に熱伝導皮膜を形成する工程において、ナノカーボン材料と樹脂との混合粉末を部材表面に溶射することによって衝突させ、衝突後に部材表面を流れる溶融樹脂の流れを利用して、その流れ方向に沿ってナノカーボン材料を配向させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５６００号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、平行磁場を利用する方法は、磁場を発生させるための装置が必要となるため、設備に制約される。さらに、金属フィラーなどの磁性材料がカーボンナノチューブとともに配合される場合があるため、平行磁場の影響によって磁性材料の磁化現象が生じるおそれがある。そのため、上記方法を利用して摺動皮膜を形成する場合には、皮膜材料にも制約される。
【０００６】
一方、溶融樹脂の流れを利用する方法では、部材表面に衝突した溶融樹脂が、外力を受けずに流れる。そのため、溶射条件が異なる溶融樹脂を、様々な形状の部材表面に規則的に流動させ、ナノカーボン材料の配向を揃えることはやはり困難である。これに対して、ナノカーボン材料の含有量を増加させれば、配向のばらつきが多少生じていても摺動皮膜の摺動性を向上させることができる。しかし、ナノカーボン材料の含有量が多すぎると、コストの増加、機械特性の低下などの不具合が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を揃えることができる摺動皮膜の形成方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動性を向上させることのできる摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の摺動皮膜の形成方法は、カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる溝が形成された基版上に供給する工程と、インクの供給後、前記長手方向に交差する方向に配置されたスキージを、前記長手方向に沿って前記基版に対して相対的に移動させる工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この方法によれば、スキージを、溝の長手方向に沿って基版に対して相対的に移動させることによって、溝の長手方向に沿うインクの流れを発生させることができる。そして、その流れを利用してインクが溝に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを溝の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、その流れを発生させるために磁場の発生が不要なので、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を溝の長手方向に沿って揃えることができる。
【００１０】
また、本発明の摺動皮膜の形成方法では、前記溝の幅が、前記カーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍であることが好適である。
この方法では、溝の幅をカーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍とすることによって、カーボンナノファイバを除くインクの含有成分の収容スペースを溝に十分確保しながら、溝の長手方向に対するカーボンナノファイバの配向度合を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の摺動部材は、相手部材に対して摺動する摺動部材であって、前記摺動部材の摺動面には、上記摺動皮膜の形成方法によって得られる摺動皮膜が形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、摺動皮膜が上記摺動皮膜の形成方法によって得られるので、摺動面には、カーボンナノファイバの配向の揃った摺動皮膜が形成される。そのため、摺動皮膜におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材の摺動性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の摺動皮膜の形成方法によれば、インク中のカーボンナノファイバを溝の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、その流れを発生させるために磁場の発生が不要なので、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を溝の長手方向に沿って揃えることができる。
また、本発明の摺動部材によれば、摺動皮膜におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材の摺動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）版ロールを斜め上方から見た斜視図、（ｂ）ｂ−ｂで示される切断線によって版ロールを切断したときの断面図である。
【図３】版ロールに対するスキージの配置形態を説明するための図である。
【図４】インクを供給する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図５】版ロールへインクを充填する工程における摺動皮膜形成装置の動作図であって、（ａ）全体図（ｂ）版ロールの拡大図である。
【図６】ブランケットへインクを受理させる工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図７】摺動部材へインクを転写する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図８】摺動部材を焼成する工程における摺動皮膜形成装置の動作図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図であって（ａ）全体図（ｂ）ＣＮＦの配向状態を示す直線溝の拡大図である。
【図１０】実施例１の摺動皮膜シートの透過顕微鏡写真である。
【図１１】実施例２の摺動皮膜シートの透過顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
１．装置構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図である。図２（ａ）は、版ロールを斜め上方から見た斜視図、（ｂ）は、ｂ−ｂで示される切断線によって版ロールを切断したときの断面図である。図３は、版ロールに対するスキージの配置形態を説明するための図である。
【００１５】
摺動皮膜形成装置１は、上流側から下流側へ摺動部材を移送するためのベルトコンベア２と、ベルトコンベア２の途中に設けられた皮膜形成部３と、ベルトコンベア２の下流端よりも後側に設けられたヒータ４とを備えている。
皮膜形成部３は、例えば、オフセット印刷機構によって摺動部材に皮膜を形成するものであって、インク供給部５と、基版としての版ロール６と、スキージ７と、ブランケット８とを備えている。
【００１６】
インク供給部５には、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ）、熱硬化性樹脂および溶剤を含有するインクが充填される。
カーボンナノファイバとは、例えば、繊維長５μｍ以上、好ましくは、６〜１０μｍのカーボン繊維である。また、繊維径は、例えば、８０ｎｍ以上、好ましくは、１００〜１５０ｎｍである。具体的な市販品としては、例えば、昭和電工株式会社製 ＶＧＣＦ、ＶＧＣＦ−Ｈなどが挙げられる。
【００１７】
熱硬化性樹脂としては、例えば、一般的な熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フルフラール樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、キシレン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。
【００１８】
溶剤としては、使用する熱硬化性樹脂に適したものが用いられ、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの非プロトン性極性溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、イソホロン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）などのケトン類、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチルなどのエステル類、エタノール、メタノール、ブタノールなどのアルコール類が挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。熱硬化性樹脂と溶剤との組み合わせとしては、例えば、ポリアミドイミド樹脂に対してＮＭＰおよび／またはＤＭＦ、エポキシ樹脂に対してブタノールおよび／またはＭＩＢＫなどが挙げられる。
【００１９】
また、インクは、必要により固体潤滑剤などの添加剤を含有することができる。
固体潤滑剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などが挙げられる。
そして、インクを調製するには、例えば、カーボンナノファイバ、熱硬化性樹脂および必要により添加剤（以上、固形分）を、溶剤に投入する。固形分の投入量は、インク全量に対する固形分の重量割合が、例えば、３０〜８０重量％である。また、固形分全量に対する各成分の重量割合は、例えば、カーボンナノファイバが０．１〜２０重量％であり、好ましくは、１〜１０重量％である。また、熱硬化性樹脂が６０〜９９．９重量％である。
【００２０】
上記の方法によって、固形分が分散したインクを得ることができる。得られるインクのＪＩＳ Ｚ８８０３によって測定される粘度ηは、例えば、１〜２０Ｐａ・ｓ、好ましくは、１．５〜１０Ｐａ・ｓである。
版ロール６は、円柱状に形成され、その周面９には、版ロール６を周方向に一周する円状溝１０が版ロール６の軸方向に間隔を隔てて複数形成されている。円状溝１０の数は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。なお、図２では、図解し易くする目的で数本の円状溝１０だけを示している。
【００２１】
各円状溝１０は、１本の稜線１１を形成する２つの合同な傾斜面１２が切り出されることによって、断面Ｖ字状に形成されている。２つの傾斜面１２の挟角α（溝挟角α）は、例えば、９０〜１２０°である。
円状溝１０の幅（溝幅ｗ）は、例えば、インク供給部５に充填されるインクによって異なるが、例えば、カーボンナノファイバの繊維長に対して、２〜３倍である。具体的な幅の一例は、例えば、１０〜３０μｍ、好ましくは、１２〜１８μｍである。溝幅ｗが上記した大きさであれば、カーボンナノファイバの配向性を向上できるとともに、調製するインクの選択肢を増加させることができる。例えば、溝幅ｗが３倍以下のとき、カーボンナノファイバが円状溝１０の長手方向に沿って配列しやすくなるので、配向性を向上させることができる。一方、溝幅ｗが２倍以上のとき、インクが多種類の成分を含有していても、インクを円状溝１０に効率よく送り込むことができる。そのため、インクの含有物に制約が少なく、多種多様のインクを調製して使用することができる。
【００２２】
また、円状溝１０の深さｄ（円状溝１０の稜線１１から版ロール６の周面９までの距離）は、例えば、３〜１５μｍである。
そして、複数の円状溝１０は、版ロール６の軸方向に沿って等しい溝ピッチｐで設けられている。溝ピッチｐ（一の円状溝１０の稜線１１とその円状溝１０に隣接する円状溝１０の稜線１１との距離）は、例えば、１０〜１００μｍである。また、版ロール６の直径Ｄ１は、例えば、１０〜３０ｃｍであり、版ロール６の軸長さＬ１は、例えば、１０〜３０ｃｍである。
【００２３】
上記のような版ロール６は、円柱軸がベルトコンベア２の移送方向と直交するように（円状溝１０の長手方向が移送方向と平行となるように）配置され、円柱軸を回転軸として一方向（例えば、右回り）に回転可能に設けられている。
スキージ７は、長方形平板状に形成され、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの弾性材料、ＳＵＳなどの金属、プラスチック、セラミックスなどを用いて形成されている。これらの材料は、インクの粘度ηなどに合わせて適したものが用いられる。
【００２４】
スキージ７は、その長辺が円状溝１０の長手方向（版ロール６の周方向）に直交するように配置され、円状溝１０全体を横切るように長辺側の縁部１３が版ロール６の周面９に当接した状態で固定されている。周面９におけるスキージ７の当接位置は、例えば、図３に示すように、版ロール６の周面９がその最頂部１４を起点にして周方向に４等分され、各部分が最頂部１４から回転方向に第１部分１５（右上部分）、第２部分１６（右下部分）、第３部分１７（左下部分）および第４部分１８（左上部分）と定められる場合、第１部分１５もしくは第２部分１６であることが好ましい。
【００２５】
また、その当接位置における接線ｌと、スキージ７の上面１９とがなす回転方向上流側の角度β（当接角β）は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。
ブランケット８は、円柱状に形成され、その周面２０が、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁ゴムからなるシートによって形成されている。
ブランケット８は、その円柱軸が版ロール６の円柱軸と平行な状態で配置され、その周面２０が版ロール６の周面９に対して線接触している。そして、円柱軸を回転軸として他方向（例えば、左回り）に回転可能とされている。そのため、版ロール６の回転数とブランケット８の回転数とを等しく制御することによって、周面９，２０同士を密着させた状態でこれらを同期回転させることができる。
【００２６】
また、版ロール６の周面９におけるブランケット８の接触位置は、スキージ７よりも下流側かつ周面９の最下部２１よりも上流側であることが好ましく、具体的には、版ロール６の周面９の第２部分１６であることが好ましい。これにより、インクが版ロール６の円状溝１０から落下することが少なく、インクを効率よくブランケット８の周面２０で受理することができる。
【００２７】
また、ブランケット８の直径Ｄ２および軸長さＬ２は、例えば、版ロール６と同じ（直径Ｄ２：１０〜３０ｃｍ、軸長さＬ２：１０〜３０ｃｍ）である。
上記のような皮膜形成部３全体としての位置は、例えば、摺動部材２３の大きさ・形状に合わせて、版ロール６、スキージ７およびブランケット８を一体的に移動させることによって、摺動部材２３の摺動面２４（後述）とブランケット８の最下部２２とが接触可能な大きさの空間が設けられるように調節される。
【００２８】
ヒータ４としては、摺動皮膜を乾燥するための公知の加熱炉を適用できる。
２．摺動皮膜の形成方法
次いで、図１に示す摺動皮膜形成装置１によって摺動部材に摺動皮膜を形成する方法を説明する。
まず、図４に示すように、ベルトコンベア２上に摺動部材２３を載置するとともに、インクを供給する。
【００２９】
摺動部材２３としては、各種動力機構において相手部材に対して摺動する部材であって、例えば自動車用としては、ピストン、ピストンリング、カムシャフト、バルブリフター、シリンダライナ、コンロッド、クランクシャフト、ベアリング、軸受けメタル、チェーン、スプロケット、チェーンガイド、ギヤなどが挙げられる。また、摺動部材２３と相手部材との組み合わせとしては、例えば、ピストンとシリンダライナ、軸受けメタルとクランクシャフトなどの組み合わせが挙げられる。
【００３０】
そして、摺動部材２３は、相手部材に対して摺動する方向（摺動方向）がベルトコンベア２の移送方向に平行となるように、かつ、相手部材に対する摺動面２４を上方に向けた姿勢で載置する。
インクは、スキージ７の上面１９に乗るようにインク供給部５から供給され、供給後、スキージ７の傾斜を利用して版ロール６の周面９に達して滞留する。
【００３１】
次いで、図５に示すように、ベルトコンベア２を駆動させるとともに、版ロール６およびブランケット８を回転させる。
ベルトコンベア２の速度（移送速度）は、版ロール６およびブランケット８の回転数によって異なるが、例えば、０．５〜３ｍ／ｓである。
版ロール６およびブランケット８は、例えば、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる回転数によって、互いに密着状態を保持した状態で同期回転する。
【００３２】
版ロール６の右回り回転によって、固定状態のスキージ７が、版ロール６の周方向に沿って、版ロール６に対して相対的に上記回転数で他方向（左回り）に移動するので、版ロール６の周方向一方向（右回り）へ向かうインクの流れが発生する。そのため、周面９付近に滞留するインクは、その一部が流れを利用して円状溝１０に送り込まれ、円状溝１０に入り切らない残りがスキージ７によって摺り切られる。
【００３３】
版ロール６の円状溝１０にインクの流れが生じ、そのインクの流れによってカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が流れ方向と平行に配向するので、スキージ７の下流側では、円状溝１０の長手方向に沿って配向したカーボンナノファイバを含有するインクが、円状溝１０に充填される（図５（ｂ）参照）。
その後、版ロール６の回転とともに充填されたインクが回転し、版ロール６とブランケット８との密着部分に達すると、図６に示すように、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、インクがブランケット８の周面２０に受理される。
【００３４】
インクの受理後、摺動部材２３がブランケット８の下方に達し、摺動面２４とブランケット８の最下部２２とが接触すると、図７に示すように、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、インクがブランケット８から摺動面２４に転写されてインク層２５が形成される。
その後、図８に示すように、摺動部材２３をヒータ４に搬入し、例えば、８０〜１００℃で５〜１５分間仮焼成し、例えば、１８０〜２４０℃で６０〜１２０分間本焼成する。これにより、インク層２５中の溶剤成分が蒸発し、摺動面２４には固形分からなる摺動皮膜のコート層２６が形成される。
【００３５】
以上のように、上記の方法によれば、版ロール６を右回り回転させることによって、固定状態のスキージ７を、版ロール６の周方向に沿って、版ロール６に対して相対的に上記回転数で他方向（左回り）に移動させる。そのため、版ロール６の周方向一方向（右回り）へ向かうインクの流れが発生させることができる。そして、その流れを利用してインクの一部が円状溝１０に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを円状溝１０の長手方向に沿って配向させることができる。しかも、オフセット印刷機構を利用してその流れを発生できるため、磁場の発生が不要である。その結果、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を円状溝１０の長手方向に沿って揃えることができる。
【００３６】
そして、上記の形成方法によって得られる摺動部材２３の摺動面２４には、カーボンナノファイバの配向の揃った摺動皮膜のコート層２６が形成される。
カーボンナノファイバの配向性は、例えば、コート層２６に含まれる全カーボンナノファイバ中、摺動方向に対する傾斜角度が＋−（プラスマイナス）２０°未満のカーボンナノファイバが占める割合（％）で判断することができ、このコート層２６では、例えば、６０〜９０％である。
【００３７】
このように、摺動皮膜（コート層２６）におけるカーボンナノファイバの含有量を増加させなくても、カーボンナノファイバの配向と摺動部材２３の摺動方向とを一致させることによって、コストの増加および機械的物性の低下を抑制することができながら、摺動部材２３の摺動性を向上させることができる。
（第２の実施形態）
１．装置構成
図９は、本発明の第２の実施形態に係る方法に使用される摺動皮膜形成装置の概略構成図であって（ａ）全体図（ｂ）ＣＮＦの配向状態を示す直線溝の拡大図である。
【００３８】
摺動皮膜形成装置３１は、皮膜形成部３３を備えている。
皮膜形成部３３は、例えば、オフセット印刷機構によって摺動部材に皮膜を形成するものであって、インク供給部３５と、基版３６と、スキージ３７と、ブランケット３８とを備えている。
インク供給部３５には、第１の実施形態と同様のインクが充填される。
【００３９】
基版３６は、四角平板状に形成され、その上面３９には、一の辺からそれに対向する辺に至るまで直線状に延びる直線溝４０が互いに間隔を隔てて複数形成されている。直線溝４０の数は、摺動部材の用途などに応じて適宜定められる。なお、図９では、図解し易くする目的で数本の直線溝４０だけを示している。
各直線溝４０は、例えば、第１の実施形態と同様に断面Ｖ字状に形成されている。また、溝幅ｗ、溝の深さｄ、溝ピッチｐなども第１の実施形態と同様である。また、基版３６は、滑らないように固定されている。
【００４０】
スキージ３７は、三角柱状に形成され、例えば、第１の実施形態と同様の材料を用いて形成されている。スキージ３７は、その長手方向が直線溝４０の長手方向に直交するように配置され、２つの側面４１によって形成される稜線４２が、直線溝４０全体を横切るように基版３６の上面３９に当接している。また、スキージ３７は、基版３６の上面３９と平行な方向にスライド自在とされている。
【００４１】
ブランケット３８は、円柱状に形成され、その周面４３が、例えば、第１の実施形態と同様のシートによって形成されている。
ブランケット３８は、その円柱軸が直線溝４０の長手方向と直交するように配置され、その周面４３が基版３６の上面３９に対して線接触している。そして、円柱軸を回転軸として一方向（例えば、右回り）に回転可能、かつ、基版３６の上面３９と平行な方向にスライド自在とされている。そのため、ブランケット３８を回転させながらスライドさせることによって、ブランケット３８の周面４３を基版３６の上面３９全体に接触させることができる。
２．摺動皮膜の形成方法
次いで、摺動皮膜形成装置３１によって摺動部材に摺動皮膜を形成する方法を説明する。
【００４２】
この摺動皮膜形成装置３１では、基版３６の上面３９におけるスキージ３７の配置位置よりも下流側にインクを供給し、その後、スキージ３７を、直線溝４０の長手方向に沿って、固定状態の基版３６に対して相対的に下流側へスライドさせる。これによって、基版３６の上流側へ向かうインクの流れが発生する。そのため、上面３９に供給されたインクは、その一部が流れを利用して直線溝４０に送り込まれ、直線溝４０に入り切らない残りがスキージ３７によって摺り切られる。
【００４３】
基版３６の直線溝４０にインクの流れが生じ、そのインクの流れによってカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が流れ方向と平行に配向するので、スキージ３７の上流側では、直線溝４０の長手方向に沿って配向したカーボンナノファイバを含有するインクが、直線溝４０に充填される（図９（ｂ）参照）。
次いで、ブランケット３８を回転させながら基版３６の上流側から下流側へスライドさせることによって、直線溝４０に充填されたインクが、カーボンナノファイバの配向状態を維持したまま、ブランケット３８の周面４３に受理される。その後は、第１の実施形態の方法にしたがって、ブランケット３８に受理されたインクを、摺動部材２３の摺動面２４に転写し、摺動部材２３をヒータ３４で仮焼成・本焼成することによって、摺動面２４に摺動皮膜のコート層２６（図９では図示を省略）を形成することができる。
【００４４】
この第２の実施形態によれば、スキージ３７のスライド動作によって、基版３６の上流側へ向かうインクの流れを発生させることができる。そして、その流れを利用してインクの一部が直線溝４０に送り込まれるので、インク中のカーボンナノファイバを直線溝４０の長手方向に沿って配向させることができる（図９（ｂ）参照）。しかも、オフセット印刷機構を利用してその流れを発生させることができるため、磁場の発生が不要である。その結果、設備や材料の制約が少なく、カーボンナノファイバの配向を直線溝４０の長手方向に沿って揃えることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。
例えば、摺動皮膜は、摺動部材２３に直接形成するコート層２６である必要はなく、摺動皮膜形成装置１，３１を利用してガラス板などの基材上に皮膜を形成し、基材から剥離することによって、皮膜シートとして得ることもできる。
【００４６】
また、第１の実施形態において、コート層２６が形成された摺動部材２３をベルトコンベア２の上流端に戻し、皮膜形成部３およびヒータ４を繰返し通過させることによって、複数層の皮膜コート層を形成することができる。
また、第１の実施形態において、版ロール６の周囲長をブランケット８の周囲長の倍数に定め、これらを同期回転させてブランケット８の周面２０に複数のインク層を形成し、そのインクを一度に摺動部材２３に転写することによって、複数層の皮膜コート層を摺動部材２３に形成することもできる。
【００４７】
また、版ロール６に形成される溝は、版ロール６の周面９を一周していなくてもよく、版ロール６の周方向に沿って断続的に形成されていてもよい。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例１
（１）装置構成
図１に示した構成を有するオフセット印刷機（手動）を用いた。ただし、各部の条件を以下のように設計した。
【００４９】
版ロール：直径Ｄ１＝２０ｃｍ 軸長さＬ１＝１５ｃｍ
溝の本数＝約４０００本 溝幅ｗ＝１５μｍ 溝ピッチｐ＝５０μｍ
溝の深さｄ＝４．３μｍ 溝挟角α＝１２０°
スキージ：ＳＵＳ製 当接角β＝８０°
ブランケット：シリコンゴムシートによって周面が形成された汎用ブランケット
直径Ｄ２＝２０ｃｍ 軸長さＬ２＝１５ｃｍ
（２）インクの調製
カーボンナノファイバ（昭和電工株式会社製 ＶＧＣＦ−Ｈ 繊維長６μｍ 繊維径１５０ｎｍ）およびポリアミドイミド樹脂（以上、固形分）を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に投入することによってインクを調製した（粘度η＝１．５Ｐａ・ｓ）。
【００５０】
ただし、インク全量に対する固形分およびＮＭＰの重量割合は、固形分３０重量％、ＮＭＰ７０重量％とした。また、固形分全量に対する各成分の重量割合は、カーボンナノファイバ１０重量％、ポリアミドイミド樹脂９０重量％とした。
（３）摺動皮膜の形成
（２）で調製したインクをスキージ上に供給した。次いで、摺動部材（厚さ２ｍｍ、サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス板）を移送速度１ｍ／ｓで移送するとともに、版ロールおよびブランケットの回転を開始し、９５ｒｐｍの回転数で同期回転させた。これによって、版ロールの円状溝に充填されたインクをブランケットの周面で受理させ、その後、ブランケット周面とガラス板の表面との接触によって、インクをガラス板の表面に転写した。
【００５１】
その後、ガラス板を加熱炉に搬入した。加熱炉では、９０℃で５分間仮焼成した後、２００℃で９０分間本焼成した。
以上の工程を経ることによって、ガラス板の表面にカーボンナノファイバを含有する皮膜シートを形成した。
実施例２
版ロールの溝幅ｗ＝３０μｍに設計したこと以外は、実施例１と同様の装置およびインクを用い、また、同様の工程を実行することによって、ガラス板の表面に皮膜シートを形成した。
配向性評価
実施例１および２で得られた皮膜シートに対して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子線をあて、それによって作り出される像を撮影した。撮影された写真を図１０（実施例１）および図１１（実施例２）に示す。
【００５２】
図１０および図１１によると、実施例１および２のいずれにおいても、多数のカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）が摺動方向に沿って配向していることが確認された。とりわけ、実施例１の方が配向性に優れることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
６ 版ロール
７ スキージ
１０ 円状溝
２３ 摺動部材
２４ 摺動面
２５ コート層
３６ 基版
３７ スキージ
４０ 直線溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる溝が形成された基版上に供給する工程と、
インクの供給後、前記長手方向に交差する方向に配置されたスキージを、前記長手方向に沿って前記基版に対して相対的に移動させる工程とを備えることを特徴とする摺動皮膜の形成方法。
【請求項２】
前記溝の幅が、前記カーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍であることを特徴とする、請求項１に記載の摺動皮膜の形成方法。
【請求項３】
相手部材に対して摺動する摺動部材であって、
前記摺動部材の摺動面には、請求項１および２に記載の摺動皮膜の形成方法によって得られる摺動皮膜が形成されていることを特徴とする、摺動部材。
【請求項１】
カーボンナノファイバおよび熱硬化性樹脂を含有するインクを、長手方向に延びる溝が形成された基版上に供給する工程と、
インクの供給後、前記長手方向に交差する方向に配置されたスキージを、前記長手方向に沿って前記基版に対して相対的に移動させる工程とを備えることを特徴とする摺動皮膜の形成方法。
【請求項２】
前記溝の幅が、前記カーボンナノファイバの繊維長に対して２〜３倍であることを特徴とする、請求項１に記載の摺動皮膜の形成方法。
【請求項３】
相手部材に対して摺動する摺動部材であって、
前記摺動部材の摺動面には、請求項１および２に記載の摺動皮膜の形成方法によって得られる摺動皮膜が形成されていることを特徴とする、摺動部材。
【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２０１０−１９４４６６（Ｐ２０１０−１９４４６６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２８２５（Ｐ２００９−４２８２５）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]