耐熱性摺動用部材
【課題】１５０℃以上の高温度条件であっても、力学的特性を損なうことなく、耐摩耗性、耐摩擦性等の摺動特性が良好である耐熱性摺動用部材を提供すること。
【解決手段】フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材である。このような耐熱性摺動用部材は、例えば、フェノール樹脂固形分６０ｗｔ％、カーボンファイバー３０ｗｔ％およびタルク１０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して得ることができる。
【解決手段】フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材である。このような耐熱性摺動用部材は、例えば、フェノール樹脂固形分６０ｗｔ％、カーボンファイバー３０ｗｔ％およびタルク１０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性摺動用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェノール樹脂は、優れた耐熱性を有する樹脂であり、比較的安価に製造可能なため、当該樹脂にガラスファイバー等を添加した樹脂組成物として、耐熱性の要求される自動車や産業機械等の構成部材に幅広く用いられている。近年、このような自動車や産業機械等の分野で用いられる構成部材には、更なる軽量化、高強度化、低摩擦・低摩耗化への要請が強くなってきており、ガラスファイバーに替えてカーボンファイバー（一般に炭素繊維とも称される）を用いた部材が用いられるようになってきている。
【０００３】
しかしながら、１５０℃以上の高温度条件下において使用される摺動用部材においては、単にフェノール樹脂にカーボンファイバーを添加しただけの樹脂組成物から成形された成形品、あるいはフェノール樹脂を含浸させたカーボンファイバーを積層した成形品を用いた場合、これらの成形品は摩擦係数が高く、高摩耗を示し、摺動用部材としての使用に耐えないという問題があった。この問題に対し、フェノール樹脂に替えて、耐熱性、耐摩擦摩耗性の高いポリアミド−イミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル等を用い、更にこれらの樹脂に潤滑性等を更に向上させるために、層状ケイ酸塩、二硫化モリブデン、などの添加剤を添加することが開示されているが（特許文献１〜３）、前記樹脂材料は、高価であるうえ、成形性が悪い等の問題がある。そのため、使用用途は限定されているのが現状である。
【０００４】
一方、フェノール樹脂に、カーボンファイバーと共に特定の気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、またはカーボンナノチューブを添加し、耐熱性、耐摩耗性を向上したフェノール樹脂組成物なども提案されているが（特許文献４、５）、このようにＶＧＣＦやカーボンナノチューブなどのナノカーボンを添加する場合、その使用量を増加させるとフェノール樹脂組成物の粘度が上昇して成形上問題が生ずる場合があるだけでなく、ＶＧＣＦやカーボンナノチューブなどのナノカーボンは高価であるためコスト上の問題がある。また、フェノール樹脂に、層状ケイ酸塩、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を添加剤として使用した樹脂組成物に、更にカーボンファイバーを添加したものを成形する、又は前記樹脂組成物をカーボンファイバーに含浸させ成形する樹脂材料が開示されてはいるが、１５０℃以上の高温度条件下においても使用可能な摺動用部材は示されていない（特許文献５、６）。
【０００５】
また、高温時の摺動特性を向上させるためにＰＴＦＥを代表とする有機系固体潤滑材、層状無機材料である二硫化モリブデンを代表とする無機系固体潤滑材等を添加した場合でも、１５０℃以上の高温度条件下では曲げ強度等の力学的特性が低下する場合があるなどの問題があった。
【特許文献１】特表２００４−５３６９２２号公報
【特許文献２】特表平１１−５１０８３５号公報
【特許文献３】特表２００６−５１５６３８号公報
【特許文献４】特開２００６−２２５６４９号公報
【特許文献５】特開２００３−１２９３９号公報
【特許文献６】特開平１０−３６５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、１５０℃以上の高温度条件下であっても、力学的特性を損なうことなく、耐摩耗性、耐摩擦性等の摺動特性が良好である耐熱性摺動用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明は、フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材である。
【０００８】
（２）本発明は、金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において動摩擦係数が０．３０以下となる（１）記載の耐熱性摺動用部材である。
【０００９】
（３）本発明は、金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において摺動距離２００ｋｍ時点での摩耗高さが１０００μｍより小さい（１）または（２）記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１０】
（４）本発明は、フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まないものと比較して曲げ強度が９０％以上保持される（１）〜（３）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１１】
（５）本発明は、２００℃での曲げ強度が２５℃曲げ強度と比較して７０％以上保持される（１）〜（４）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１２】
（６）本発明は、２００℃での曲げ弾性率が２５℃曲げ弾性率と比較して７０％以上保持される（１）〜（５）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐熱性摺動用部材は、フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含むため、軽量、高強度であるばかりでなく、前記摺動用部材が１５０℃以上の温度条件で使用されても力学的特性が良好であり、かつ１５０℃以上の温度条件下であっても動摩擦係数および摩耗高さの増大とならずに摺動特性が良好である。従って、本発明の耐熱性摺動用部材は、過酷な条件で使用された場合でも、安定して長期間の使用が可能である。また摺動用部材を構成する樹脂として汎用のフェノール樹脂を使用しているため、安価に摺動用部材を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、フェノール樹脂、カーボンファイバー、及び層状ケイ酸塩を必須成分として含む耐熱性摺動用部材（以下、単に摺動用部材と称する場合がある）である。
【００１５】
本発明で使用するフェノール樹脂を構成しているフェノール類は、特に限定されず、アルキルフェノール（クレゾール、キシレノールなど）、多価フェノール類（レゾルシンなど）、フェニルフェノール、アミノフェノールなどが挙げられる。また、アルデヒド類は、特に限定されず、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどが挙げられる。
【００１６】
またフェノール樹脂としては、フェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒下で反応させたレゾール型、酸触媒下で反応させたノボラック型のいずれでもよく、摺動用部材を作製する方法などにより、適宜選択することができる。
【００１７】
本発明では、カーボンファイバー（炭素繊維）は、強化繊維であると同時に耐熱性、耐摩耗性を付与する物質として機能するものである。本発明で使用するカーボンファイバーとしては、特に制限はなく、耐熱性摺動用部材としての機能を妨げない範囲で、ピッチ系、ＰＡＮ系、レーヨン系などのカーボンファイバーを用いることができる。
【００１８】
更に詳述すると、ピッチ系のカーボンファイバーは、石油ピッチを紡糸したものを炭素化することにより得ることができ、その繊維径は、概ね１０〜２０μｍを有するものである。ＰＡＮ系のカーボンファイバーは、ポリアクリロ二トリルを紡糸して炭素化することにより得ることができ、またレーヨン系のカーボンファイバーは、セルロース系繊維を炭素化することにより得ることができる。それらの繊維径は、概ね５〜１０μｍを有するものである。
【００１９】
本発明では、前記各種カーボンファイバーを１種のみ使用しても良いし、２種以上を使用しても良い。
【００２０】
尚、本発明においてカーボンファイバー（炭素繊維）と称するものには、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）およびカーボンナノチューブと称される炭素材料は含まれない。ＶＧＣＦは、炭化水素を熱分解して得られる炭素が触媒粒子の粒子を核として成長した単繊維であって、その繊維径は概ね１〜２μｍであり、カーボンナノチューブは、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等の方法により得られるものであって、その直径が０．７〜７０ｎｍで長さが数十μｍ程度の円筒状の炭素の結晶である。これらの炭素材料は、ピッチ系やＰＡＮ系のカーボンファイバーに比べて、かなり微細な炭素材料であり、これらを用いて所定の強度を得るためには、相当量を添加する必要がある。しかし、その相当量を添加すると、粘度が上昇し、成形する際の流動性が悪く、成形には殆ど使用できなくなるという問題が生じる。但し、成形性や、摺動用部材としての機能を妨げない程度の量を添加剤として別途添加することは、許容される。
【００２１】
本発明では、カーボンファイバーを他の充填材とともにフェノール樹脂中に分散させ、カーボンファイバー含有フェノール樹脂組成物を得て、摺動用部材を作製しても良いし、カーボンファイバーをクロス材として使用し、フェノール樹脂組成物を含浸して得られるプリプレグを硬化して摺動用部材を作製してもよい。
【００２２】
その際のカーボンファイバーの含有量は、３０〜８０ｗｔ％であるのが好ましく、４０〜８０ｗｔ％であるのがより好ましく、６０〜８０ｗｔ％であるのが更に好ましい。カーボンファイバーの含有量が３０ｗｔ％より少ない場合は、摺動用部材の低摩擦係数および耐摩耗性を得ることが困難となり、８０ｗｔ％より多い場合は、フェノール樹脂の含有量が少なすぎ、成形が困難となる傾向にある。
【００２３】
本発明では、更に層状ケイ酸塩を必須の充填材として使用する。このような層状ケイ酸塩をカーボンファイバーと併用することにより、摺動用部材が１５０℃以上の温度を有することとなった場合でも、１５０℃よりも低い温度を有する場合に比して摺動用部材の力学的特性、耐摩擦性および耐摩耗性などの摺動特性の低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００２４】
このよう効果が得られる原理は、必ずしも明らかではないが、本発明に係る耐熱性摺動用部材を、金属を摺動相手材として使用すると、金属表面に層状ケイ酸塩を主成分とする移着膜が形成されることにより、当該摺動用部材表面のカーボンファイバーと前記層状ケイ酸塩を主成分とする移着膜との間の摺動となることで、層状ケイ酸塩の各層間の緩やかな結合により滑り性が向上し、高温状態でも摺動性が飛躍的に向上したものと考えられる。また、層状ケイ酸塩が、フェノール樹脂とカーボンファイバーの界面に入り込み、安定化することにより、高温状態での力学的特性の低下を防止しているものと考えられる。
【００２５】
尚、このような作用効果は、後述する実施例等からも明らかなように、強化繊維の中でも特にカーボンファイバーの場合に奏され、ガラスファイバーやアラミドファイバーなどの強化繊維を用いても本発明の効果を奏することはできず、また、層状無機物質の中でも、特に層状ケイ酸塩の場合に奏され、窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等を用いても本発明の効果を奏することはできない。
【００２６】
本発明で使用する層状ケイ酸塩としては、タルク（滑石）、マイカ（雲母）、カオリナイト、ハロイサイト、クロライト（緑泥石）、スメクタイト（モンモリロナイト、ヘクトライトなど）などから選択され、天然物、合成物の何れであっても良い。また、これらの層状ケイ酸塩は一種用いても良いし、二種以上混合して用いてもよい。
【００２７】
また、層状ケイ酸塩は、層間にカルシウムイオンやナトリウムイオンなどの金属性の陽イオンが吸着しており、これらのイオンを有機陽イオンに交換したものを使用してもよい。このような有機陽イオンを層間に有する場合、層状ケイ酸塩をフェノール樹脂中に微分散し易くなる。
【００２８】
層状ケイ酸塩の含有量としては、１〜３０ｗｔ％であるのが好ましく、３〜１５ｗｔ％であるのがより好ましい。層状ケイ酸塩の含有量が１ｗｔ％より少ない場合は、摺動用部材の低摩擦係数および耐摩耗性を得ることが困難となり、３０ｗｔ％より多い場合は、フェノール樹脂の含有量が少なくなるため、成形が困難となる傾向にある。
【００２９】
本発明では、本発明の効果を減殺しない範囲で、添加剤として、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどからなるウィスカー、ガラスビーズ、シリカなどの無機フィラー、酸化鉄、ブロンズ粉、銅粉などの金属微粒子、熱硬化性樹脂を微小球状に硬化あるいはそれを炭素化した微粒子、又は気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのナノカーボン等を添加してもよい。
【００３０】
このような本発明の耐熱性摺動用部材は、上記の構成を有することから、常温時において良好な摺動性を示すとともに、良好な強度を有することに加え、高温度条件下においても、良好な摺動性、強度を保持することができるが、これらの特性を評価するため、本発明では、摺動試験および曲げ試験を用いている。
【００３１】
摺動試験は、本発明の耐熱性摺動用部材の摺動特性を評価するものである。本発明では、動摩擦係数および摺動距離２００ｋｍ時点での摺動用部材の摩耗高さを、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）と１５０℃以上の高温度条件での使用状態における温度（例えば２００℃）において測定し、その測定値を摺動性の指標としている。尚、摺動試験の試験方法は後述する。
【００３２】
また、本発明は、特に１５０℃以上の高温度条件でも使用が可能な摺動用部材であることを特徴とするものであるため、摺動相手材は主として金属であることから、摺動相手材が金属である場合の、動摩擦係数、前記摩耗高さを前記温度条件で測定した値を指標とすることができる。また、温度条件は、摺動相手材が前記温度になる条件であることを意味し、摺動相手材自体が直接加熱される場合のほか、その周辺の雰囲気が高温度環境におかれる場合を含むものである。
また、摺動相手材の金属としては、１５０℃以上の条件で使用可能なものであれば、特に制限はなく、種々のものが使用可能である。
【００３３】
摺動特性としては、通常の使用状態における温度の場合、動摩擦係数は、０．３０以下であることが好ましく、摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さは１０μｍ以下であることが好ましい。また、金属の摺動相手材が１５０℃以上となる温度の場合、動摩擦係数は０．３０以下であることが好ましく、摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さは１０００μｍより小さいことが好ましい。各範囲を外れると、摩擦、磨耗が大きくなり、摺動用部材として長期の使用が困難となる。
【００３４】
曲げ試験は、本発明の摺動用部材の力学的特性である強度を評価するものである。本発明では、ＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて、フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まない摺動用部材（本発明の摺動用部材ではない部材）とフェノール樹脂、カーボンファイバーおよび層状ケイ酸塩を含む摺動用部材（本発明の摺動用部材）の曲げ破壊強さを測定し、層状ケイ酸塩を添加したことによる力学的特性への影響を評価する指標として、前者の曲げ強度に対する後者の曲げ強度の比を保持率（後述の保持率Ａに相当する）として用いることができる。尚、この際の温度条件は、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）である。具体的な試験方法、各保持率の算出方法は、後述する。
この場合の指標としては、保持率Ａは、９０％以上であることが好ましい。保持率（Ａ）が９０％より低いと強度の低下が大きく、摺動用部材として使用することが困難となる。
【００３５】
また、同様にＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて、摺動用部材の曲げ強度および曲げ弾性率を、摺動試験と同様の温度条件にて測定し、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）における測定値に対する１５０℃以上の高温度条件での使用状態における温度（例えば２００℃）における測定値の比を、保持率として指標としている。尚、具体的な試験方法、保持率の算出方法については後述するが、曲げ強度の保持率が後述の保持率Ｂに相当し、曲げ弾性率の保持率が後述の保持率Ｃに相当する。
この場合の指標としては、保持率ＢおよびＣは、それぞれ７０％以上であることが好ましい。各保持率が７０％よりも低いと、高温度条件での強度の低下が著しく、高温度条件での使用が困難となる。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。尚、実施例および比較例の記載に先立ち、実施した耐熱性摺動用部材の評価方法を以下に記載しておく。
【００３７】
（摺動特性）
摺動試験は、Ｐｉｎ ｏｎ ｄｉｓｃ型 摩擦摩耗試験機（スターライト工業（株）製、オートピンディスク ＡＰＤ−１０１）を用いて、動摩擦係数および摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さを測定した。摺動試験の条件は、試料形状がφ５ｍｍ長さ２ｍｍの円柱、面圧が０．５ＭＰａ、摺動速度が１．０ｍ／ｓｅｃ、摺動相手材が機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ、摺動相手材の表面温度が２５℃または２００℃である。
本発明では、
【００３８】
（曲げ特性の保持率）
曲げ試験は、ＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて行い、必要に応じて試験温度を２５℃または２００℃で行なった。２００℃での曲げ試験は、曲げ試験機（（株）島津製作所製、オートグラフ ＡＧＳ−１０００Ｂ）に付属した恒温槽を用いて試験部を２００℃雰囲気に設定して行なった。その際、試料は予め２００℃に設定した恒温槽内に３０分間放置した後に測定した。また、曲げ強度試験は、３点曲げ試験により行った。また、前記曲げ強度とは、ＪＩＳ Ｋ７０７４に定義する曲げ破壊強さを意味する。
【００３９】
以下に、曲げ特性保持率の算出方法を示す。
（１）強化繊維単独使用時に対する曲げ強度の保持率Ａ
Ａ＝（２５℃における強化繊維単独使用時の曲げ強度）／（２５℃における強化繊維と充填材使用時の曲げ強度）×１００［％］
ここで、強化繊維単独使用時とは、フェノール樹脂と下記の強化繊維を主要な構成として用いた部材を意味し、強化繊維と充填材使用時とは、フェノール樹脂と下記強化繊維と下記充填材を主要な構成として用いた部材を意味する。即ち、上記保持率Ａは、下記充填材を添加する場合と添加しない場合との比を求めたものである。
また、強化繊維は、カーボンファイバー、ガラスファイバー、またはアラミドファイバー等であり、充填材は、層状ケイ酸塩、層状ケイ酸塩以外の層状化合物または有機系固体潤滑剤等である。
【００４０】
（２）２５℃曲げ強度に対する２００℃曲げ強度の保持率Ｂ
Ｂ＝（２００℃における曲げ強度）／（２５℃における曲げ強度）×１００［％］
【００４１】
（３）２５℃曲げ弾性率に対する２００℃曲げ弾性率の保持率Ｃ
Ｃ＝（２００℃における曲げ弾性率）／（２５℃における曲げ弾性率）×１００［％］
【００４２】
（実施例１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）６０ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）３０ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）１０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。
【００４３】
（実施例２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が４５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が３０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４４】
（実施例３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が５５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４５】
（実施例４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）を混合したものをカーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が２５ｗｔ％、タルクが１５ｗｔ％、カーボンファイバーが６０ｗｔ％である。
【００４６】
（実施例５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４７】
（実施例６）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２０ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が７５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が５ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４８】
（実施例７）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１９ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８０ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４９】
（実施例８）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、モンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５０】
（実施例９）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５１】
（実施例１０）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が４５ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が３０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５２】
（実施例１１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１９ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８０ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５３】
（比較例１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）を混合したものを、ガラスファイバー（前田ガラス（株）製、ＴＲ９０１１ＦＬ−２−Ｓ、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が２３ｗｔ％、タルクが１２ｗｔ％、ガラスファイバーが６５ｗｔ％である。
【００５４】
（比較例２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２０ｗｔ％、ガラスファイバー（前田ガラス（株）製、ＴＲ９０１１ＦＬ−２−Ｓ、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびモンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１５ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５５】
（比較例３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、アラミドファイバー（帝人（株）製、Ｃ０３９４２Ｓ、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、モンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５６】
（比較例４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）を、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が３５ｗｔ％、カーボンファイバーが６５ｗｔ％である。
【００５７】
（比較例５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）５５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）２５ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）２０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。
【００５８】
（比較例６）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）４０ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）３５ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５９】
（比較例7）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１６ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８３ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６０】
（比較例８）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および窒化ホウ素（水島合金鉄（株）製、ＨＰ−４０）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６１】
（比較例９）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびカーボンブラック（デグサヒュルスＡＧ製、スペシャルブラック４）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６２】
（比較例１０）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびグラファイト（日本黒鉛工業（株）製、ＰＧＡ−５）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６３】
（比較例１１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１７ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびフッ化黒鉛（セントラル硝子（株）製、セフボン）の含有率が１８ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６４】
（比較例１２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１４ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および二硫化モリブデン（住鉱潤滑剤（株）製、モリパウダー）の含有率が２１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６５】
（比較例１３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１４ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および二硫化タングスステン（日本潤滑剤（株）製、ＷＳ２Ａ）の含有率が２１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６６】
（比較例１４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および超高分子量ポリエチレン（三井化学（株）製、ミベロンＸＭ２２０）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６７】
（比較例１５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびＰＴＦＥ（（株）喜多村製、ＫＴＬ６２０）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６８】
（評価）
各実施例および各比較例において作製した摺動用部材を、前記の方法で評価した。その結果を表１〜４に示す。尚、表中「保持率Ａ」とは、前記「強化繊維単独使用時に対する曲げ強度の保持率Ａ」を、「保持率Ｂ」とは、前記「２５℃曲げ強度に対する２００℃曲げ強度の保持率Ｂ」を、「保持率Ｃ」とは、前記「２５℃曲げ弾性率に対する２００℃曲げ弾性率の保持率Ｃ」を意味する。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
表１、２に示すように、何れの実施例においても、２００℃における動摩擦係数が０．３０以下で、２００℃における摩耗高さが１０００μｍよりも小さい値となっている。また、保持率Ａは９０％以上であり、保持率ＢおよびＣは７０％より大きい値である。
【００７４】
一方、表３に示すように、カーボンファイバーに替えてガラスファイバーを用いた場合は、２００℃での摩耗高さが１０００μｍ以上で、動摩擦係数が０．３０を超えており、高温時の摺動特性が悪化し、保持率Ａの低下も大きい（比較例１、２）。また、アラミドファイバーを使用した場合は、高温時の摺動特性が悪化し、保持率Ｂ、Ｃの低下が著しい（比較例３）。
【００７５】
また、カーボンファイバーと層状ケイ酸塩の含有率が一定の範囲になければ摺動特性や力学的特性の低下を招くこととなる（比較例４〜７）
【００７６】
更に、表４に示すように、層状ケイ酸塩に替えて、層状の無機物質である、窒化ホウ素、二硫化モリブデン等、あるいはＰＴＦＥ等の有機系固体潤滑材を使用しても、摺動特性や力学的特性が低下することとなる（比較例８〜１５）。
【００７７】
以上のように、本発明の耐熱性摺動部材は、通常の使用温度２５℃での摺動特性が良好であるうえに、１５０℃以上という過酷な温度条件においても良好な摺動性を有し、かつ力学的特性の低下を極力抑制することが可能であり、特に高温度条件においても安定して長期に使用が可能な摺動用部材として好適であることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性摺動用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェノール樹脂は、優れた耐熱性を有する樹脂であり、比較的安価に製造可能なため、当該樹脂にガラスファイバー等を添加した樹脂組成物として、耐熱性の要求される自動車や産業機械等の構成部材に幅広く用いられている。近年、このような自動車や産業機械等の分野で用いられる構成部材には、更なる軽量化、高強度化、低摩擦・低摩耗化への要請が強くなってきており、ガラスファイバーに替えてカーボンファイバー（一般に炭素繊維とも称される）を用いた部材が用いられるようになってきている。
【０００３】
しかしながら、１５０℃以上の高温度条件下において使用される摺動用部材においては、単にフェノール樹脂にカーボンファイバーを添加しただけの樹脂組成物から成形された成形品、あるいはフェノール樹脂を含浸させたカーボンファイバーを積層した成形品を用いた場合、これらの成形品は摩擦係数が高く、高摩耗を示し、摺動用部材としての使用に耐えないという問題があった。この問題に対し、フェノール樹脂に替えて、耐熱性、耐摩擦摩耗性の高いポリアミド−イミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル等を用い、更にこれらの樹脂に潤滑性等を更に向上させるために、層状ケイ酸塩、二硫化モリブデン、などの添加剤を添加することが開示されているが（特許文献１〜３）、前記樹脂材料は、高価であるうえ、成形性が悪い等の問題がある。そのため、使用用途は限定されているのが現状である。
【０００４】
一方、フェノール樹脂に、カーボンファイバーと共に特定の気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、またはカーボンナノチューブを添加し、耐熱性、耐摩耗性を向上したフェノール樹脂組成物なども提案されているが（特許文献４、５）、このようにＶＧＣＦやカーボンナノチューブなどのナノカーボンを添加する場合、その使用量を増加させるとフェノール樹脂組成物の粘度が上昇して成形上問題が生ずる場合があるだけでなく、ＶＧＣＦやカーボンナノチューブなどのナノカーボンは高価であるためコスト上の問題がある。また、フェノール樹脂に、層状ケイ酸塩、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を添加剤として使用した樹脂組成物に、更にカーボンファイバーを添加したものを成形する、又は前記樹脂組成物をカーボンファイバーに含浸させ成形する樹脂材料が開示されてはいるが、１５０℃以上の高温度条件下においても使用可能な摺動用部材は示されていない（特許文献５、６）。
【０００５】
また、高温時の摺動特性を向上させるためにＰＴＦＥを代表とする有機系固体潤滑材、層状無機材料である二硫化モリブデンを代表とする無機系固体潤滑材等を添加した場合でも、１５０℃以上の高温度条件下では曲げ強度等の力学的特性が低下する場合があるなどの問題があった。
【特許文献１】特表２００４−５３６９２２号公報
【特許文献２】特表平１１−５１０８３５号公報
【特許文献３】特表２００６−５１５６３８号公報
【特許文献４】特開２００６−２２５６４９号公報
【特許文献５】特開２００３−１２９３９号公報
【特許文献６】特開平１０−３６５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、１５０℃以上の高温度条件下であっても、力学的特性を損なうことなく、耐摩耗性、耐摩擦性等の摺動特性が良好である耐熱性摺動用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明は、フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材である。
【０００８】
（２）本発明は、金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において動摩擦係数が０．３０以下となる（１）記載の耐熱性摺動用部材である。
【０００９】
（３）本発明は、金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において摺動距離２００ｋｍ時点での摩耗高さが１０００μｍより小さい（１）または（２）記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１０】
（４）本発明は、フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まないものと比較して曲げ強度が９０％以上保持される（１）〜（３）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１１】
（５）本発明は、２００℃での曲げ強度が２５℃曲げ強度と比較して７０％以上保持される（１）〜（４）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【００１２】
（６）本発明は、２００℃での曲げ弾性率が２５℃曲げ弾性率と比較して７０％以上保持される（１）〜（５）の何れかに記載の耐熱性摺動用部材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐熱性摺動用部材は、フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含むため、軽量、高強度であるばかりでなく、前記摺動用部材が１５０℃以上の温度条件で使用されても力学的特性が良好であり、かつ１５０℃以上の温度条件下であっても動摩擦係数および摩耗高さの増大とならずに摺動特性が良好である。従って、本発明の耐熱性摺動用部材は、過酷な条件で使用された場合でも、安定して長期間の使用が可能である。また摺動用部材を構成する樹脂として汎用のフェノール樹脂を使用しているため、安価に摺動用部材を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、フェノール樹脂、カーボンファイバー、及び層状ケイ酸塩を必須成分として含む耐熱性摺動用部材（以下、単に摺動用部材と称する場合がある）である。
【００１５】
本発明で使用するフェノール樹脂を構成しているフェノール類は、特に限定されず、アルキルフェノール（クレゾール、キシレノールなど）、多価フェノール類（レゾルシンなど）、フェニルフェノール、アミノフェノールなどが挙げられる。また、アルデヒド類は、特に限定されず、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどが挙げられる。
【００１６】
またフェノール樹脂としては、フェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒下で反応させたレゾール型、酸触媒下で反応させたノボラック型のいずれでもよく、摺動用部材を作製する方法などにより、適宜選択することができる。
【００１７】
本発明では、カーボンファイバー（炭素繊維）は、強化繊維であると同時に耐熱性、耐摩耗性を付与する物質として機能するものである。本発明で使用するカーボンファイバーとしては、特に制限はなく、耐熱性摺動用部材としての機能を妨げない範囲で、ピッチ系、ＰＡＮ系、レーヨン系などのカーボンファイバーを用いることができる。
【００１８】
更に詳述すると、ピッチ系のカーボンファイバーは、石油ピッチを紡糸したものを炭素化することにより得ることができ、その繊維径は、概ね１０〜２０μｍを有するものである。ＰＡＮ系のカーボンファイバーは、ポリアクリロ二トリルを紡糸して炭素化することにより得ることができ、またレーヨン系のカーボンファイバーは、セルロース系繊維を炭素化することにより得ることができる。それらの繊維径は、概ね５〜１０μｍを有するものである。
【００１９】
本発明では、前記各種カーボンファイバーを１種のみ使用しても良いし、２種以上を使用しても良い。
【００２０】
尚、本発明においてカーボンファイバー（炭素繊維）と称するものには、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）およびカーボンナノチューブと称される炭素材料は含まれない。ＶＧＣＦは、炭化水素を熱分解して得られる炭素が触媒粒子の粒子を核として成長した単繊維であって、その繊維径は概ね１〜２μｍであり、カーボンナノチューブは、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等の方法により得られるものであって、その直径が０．７〜７０ｎｍで長さが数十μｍ程度の円筒状の炭素の結晶である。これらの炭素材料は、ピッチ系やＰＡＮ系のカーボンファイバーに比べて、かなり微細な炭素材料であり、これらを用いて所定の強度を得るためには、相当量を添加する必要がある。しかし、その相当量を添加すると、粘度が上昇し、成形する際の流動性が悪く、成形には殆ど使用できなくなるという問題が生じる。但し、成形性や、摺動用部材としての機能を妨げない程度の量を添加剤として別途添加することは、許容される。
【００２１】
本発明では、カーボンファイバーを他の充填材とともにフェノール樹脂中に分散させ、カーボンファイバー含有フェノール樹脂組成物を得て、摺動用部材を作製しても良いし、カーボンファイバーをクロス材として使用し、フェノール樹脂組成物を含浸して得られるプリプレグを硬化して摺動用部材を作製してもよい。
【００２２】
その際のカーボンファイバーの含有量は、３０〜８０ｗｔ％であるのが好ましく、４０〜８０ｗｔ％であるのがより好ましく、６０〜８０ｗｔ％であるのが更に好ましい。カーボンファイバーの含有量が３０ｗｔ％より少ない場合は、摺動用部材の低摩擦係数および耐摩耗性を得ることが困難となり、８０ｗｔ％より多い場合は、フェノール樹脂の含有量が少なすぎ、成形が困難となる傾向にある。
【００２３】
本発明では、更に層状ケイ酸塩を必須の充填材として使用する。このような層状ケイ酸塩をカーボンファイバーと併用することにより、摺動用部材が１５０℃以上の温度を有することとなった場合でも、１５０℃よりも低い温度を有する場合に比して摺動用部材の力学的特性、耐摩擦性および耐摩耗性などの摺動特性の低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００２４】
このよう効果が得られる原理は、必ずしも明らかではないが、本発明に係る耐熱性摺動用部材を、金属を摺動相手材として使用すると、金属表面に層状ケイ酸塩を主成分とする移着膜が形成されることにより、当該摺動用部材表面のカーボンファイバーと前記層状ケイ酸塩を主成分とする移着膜との間の摺動となることで、層状ケイ酸塩の各層間の緩やかな結合により滑り性が向上し、高温状態でも摺動性が飛躍的に向上したものと考えられる。また、層状ケイ酸塩が、フェノール樹脂とカーボンファイバーの界面に入り込み、安定化することにより、高温状態での力学的特性の低下を防止しているものと考えられる。
【００２５】
尚、このような作用効果は、後述する実施例等からも明らかなように、強化繊維の中でも特にカーボンファイバーの場合に奏され、ガラスファイバーやアラミドファイバーなどの強化繊維を用いても本発明の効果を奏することはできず、また、層状無機物質の中でも、特に層状ケイ酸塩の場合に奏され、窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等を用いても本発明の効果を奏することはできない。
【００２６】
本発明で使用する層状ケイ酸塩としては、タルク（滑石）、マイカ（雲母）、カオリナイト、ハロイサイト、クロライト（緑泥石）、スメクタイト（モンモリロナイト、ヘクトライトなど）などから選択され、天然物、合成物の何れであっても良い。また、これらの層状ケイ酸塩は一種用いても良いし、二種以上混合して用いてもよい。
【００２７】
また、層状ケイ酸塩は、層間にカルシウムイオンやナトリウムイオンなどの金属性の陽イオンが吸着しており、これらのイオンを有機陽イオンに交換したものを使用してもよい。このような有機陽イオンを層間に有する場合、層状ケイ酸塩をフェノール樹脂中に微分散し易くなる。
【００２８】
層状ケイ酸塩の含有量としては、１〜３０ｗｔ％であるのが好ましく、３〜１５ｗｔ％であるのがより好ましい。層状ケイ酸塩の含有量が１ｗｔ％より少ない場合は、摺動用部材の低摩擦係数および耐摩耗性を得ることが困難となり、３０ｗｔ％より多い場合は、フェノール樹脂の含有量が少なくなるため、成形が困難となる傾向にある。
【００２９】
本発明では、本発明の効果を減殺しない範囲で、添加剤として、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどからなるウィスカー、ガラスビーズ、シリカなどの無機フィラー、酸化鉄、ブロンズ粉、銅粉などの金属微粒子、熱硬化性樹脂を微小球状に硬化あるいはそれを炭素化した微粒子、又は気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのナノカーボン等を添加してもよい。
【００３０】
このような本発明の耐熱性摺動用部材は、上記の構成を有することから、常温時において良好な摺動性を示すとともに、良好な強度を有することに加え、高温度条件下においても、良好な摺動性、強度を保持することができるが、これらの特性を評価するため、本発明では、摺動試験および曲げ試験を用いている。
【００３１】
摺動試験は、本発明の耐熱性摺動用部材の摺動特性を評価するものである。本発明では、動摩擦係数および摺動距離２００ｋｍ時点での摺動用部材の摩耗高さを、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）と１５０℃以上の高温度条件での使用状態における温度（例えば２００℃）において測定し、その測定値を摺動性の指標としている。尚、摺動試験の試験方法は後述する。
【００３２】
また、本発明は、特に１５０℃以上の高温度条件でも使用が可能な摺動用部材であることを特徴とするものであるため、摺動相手材は主として金属であることから、摺動相手材が金属である場合の、動摩擦係数、前記摩耗高さを前記温度条件で測定した値を指標とすることができる。また、温度条件は、摺動相手材が前記温度になる条件であることを意味し、摺動相手材自体が直接加熱される場合のほか、その周辺の雰囲気が高温度環境におかれる場合を含むものである。
また、摺動相手材の金属としては、１５０℃以上の条件で使用可能なものであれば、特に制限はなく、種々のものが使用可能である。
【００３３】
摺動特性としては、通常の使用状態における温度の場合、動摩擦係数は、０．３０以下であることが好ましく、摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さは１０μｍ以下であることが好ましい。また、金属の摺動相手材が１５０℃以上となる温度の場合、動摩擦係数は０．３０以下であることが好ましく、摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さは１０００μｍより小さいことが好ましい。各範囲を外れると、摩擦、磨耗が大きくなり、摺動用部材として長期の使用が困難となる。
【００３４】
曲げ試験は、本発明の摺動用部材の力学的特性である強度を評価するものである。本発明では、ＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて、フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まない摺動用部材（本発明の摺動用部材ではない部材）とフェノール樹脂、カーボンファイバーおよび層状ケイ酸塩を含む摺動用部材（本発明の摺動用部材）の曲げ破壊強さを測定し、層状ケイ酸塩を添加したことによる力学的特性への影響を評価する指標として、前者の曲げ強度に対する後者の曲げ強度の比を保持率（後述の保持率Ａに相当する）として用いることができる。尚、この際の温度条件は、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）である。具体的な試験方法、各保持率の算出方法は、後述する。
この場合の指標としては、保持率Ａは、９０％以上であることが好ましい。保持率（Ａ）が９０％より低いと強度の低下が大きく、摺動用部材として使用することが困難となる。
【００３５】
また、同様にＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて、摺動用部材の曲げ強度および曲げ弾性率を、摺動試験と同様の温度条件にて測定し、通常の使用状態における温度（例えば２５℃）における測定値に対する１５０℃以上の高温度条件での使用状態における温度（例えば２００℃）における測定値の比を、保持率として指標としている。尚、具体的な試験方法、保持率の算出方法については後述するが、曲げ強度の保持率が後述の保持率Ｂに相当し、曲げ弾性率の保持率が後述の保持率Ｃに相当する。
この場合の指標としては、保持率ＢおよびＣは、それぞれ７０％以上であることが好ましい。各保持率が７０％よりも低いと、高温度条件での強度の低下が著しく、高温度条件での使用が困難となる。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。尚、実施例および比較例の記載に先立ち、実施した耐熱性摺動用部材の評価方法を以下に記載しておく。
【００３７】
（摺動特性）
摺動試験は、Ｐｉｎ ｏｎ ｄｉｓｃ型 摩擦摩耗試験機（スターライト工業（株）製、オートピンディスク ＡＰＤ−１０１）を用いて、動摩擦係数および摺動距離２００ｋｍ時点での試料の摩耗高さを測定した。摺動試験の条件は、試料形状がφ５ｍｍ長さ２ｍｍの円柱、面圧が０．５ＭＰａ、摺動速度が１．０ｍ／ｓｅｃ、摺動相手材が機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ、摺動相手材の表面温度が２５℃または２００℃である。
本発明では、
【００３８】
（曲げ特性の保持率）
曲げ試験は、ＪＩＳ Ｋ７０７４に準じて行い、必要に応じて試験温度を２５℃または２００℃で行なった。２００℃での曲げ試験は、曲げ試験機（（株）島津製作所製、オートグラフ ＡＧＳ−１０００Ｂ）に付属した恒温槽を用いて試験部を２００℃雰囲気に設定して行なった。その際、試料は予め２００℃に設定した恒温槽内に３０分間放置した後に測定した。また、曲げ強度試験は、３点曲げ試験により行った。また、前記曲げ強度とは、ＪＩＳ Ｋ７０７４に定義する曲げ破壊強さを意味する。
【００３９】
以下に、曲げ特性保持率の算出方法を示す。
（１）強化繊維単独使用時に対する曲げ強度の保持率Ａ
Ａ＝（２５℃における強化繊維単独使用時の曲げ強度）／（２５℃における強化繊維と充填材使用時の曲げ強度）×１００［％］
ここで、強化繊維単独使用時とは、フェノール樹脂と下記の強化繊維を主要な構成として用いた部材を意味し、強化繊維と充填材使用時とは、フェノール樹脂と下記強化繊維と下記充填材を主要な構成として用いた部材を意味する。即ち、上記保持率Ａは、下記充填材を添加する場合と添加しない場合との比を求めたものである。
また、強化繊維は、カーボンファイバー、ガラスファイバー、またはアラミドファイバー等であり、充填材は、層状ケイ酸塩、層状ケイ酸塩以外の層状化合物または有機系固体潤滑剤等である。
【００４０】
（２）２５℃曲げ強度に対する２００℃曲げ強度の保持率Ｂ
Ｂ＝（２００℃における曲げ強度）／（２５℃における曲げ強度）×１００［％］
【００４１】
（３）２５℃曲げ弾性率に対する２００℃曲げ弾性率の保持率Ｃ
Ｃ＝（２００℃における曲げ弾性率）／（２５℃における曲げ弾性率）×１００［％］
【００４２】
（実施例１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）６０ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）３０ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）１０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。
【００４３】
（実施例２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が４５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が３０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４４】
（実施例３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が５５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４５】
（実施例４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）を混合したものをカーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が２５ｗｔ％、タルクが１５ｗｔ％、カーボンファイバーが６０ｗｔ％である。
【００４６】
（実施例５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４７】
（実施例６）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２０ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が７５ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が５ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４８】
（実施例７）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１９ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８０ｗｔ％、タルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００４９】
（実施例８）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、モンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５０】
（実施例９）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５１】
（実施例１０）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）の含有率が４５ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が３０ｗｔ％であることを除いて、実施例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５２】
（実施例１１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１９ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８０ｗｔ％、マイカ（（株）神坂鉱業製、セリサイトＳＰ）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、実施例４と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５３】
（比較例１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）を混合したものを、ガラスファイバー（前田ガラス（株）製、ＴＲ９０１１ＦＬ−２−Ｓ、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が２３ｗｔ％、タルクが１２ｗｔ％、ガラスファイバーが６５ｗｔ％である。
【００５４】
（比較例２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２０ｗｔ％、ガラスファイバー（前田ガラス（株）製、ＴＲ９０１１ＦＬ−２−Ｓ、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびモンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１５ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５５】
（比較例３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２５ｗｔ％、アラミドファイバー（帝人（株）製、Ｃ０３９４２Ｓ、クロス）の含有率が６５ｗｔ％、モンモリロナイト（（株）ホージュン製、ベンゲルＡ）の含有率が１０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５６】
（比較例４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）を、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）に含浸し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを積層し、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。この際の各含有率は、フェノール樹脂固形分が３５ｗｔ％、カーボンファイバーが６５ｗｔ％である。
【００５７】
（比較例５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）５５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）２５ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）２０ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを圧縮成形（面盤温度１８０℃、面圧５ＭＰａ、３０分間）して板状の摺動用部材を得た。
【００５８】
（比較例６）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）２５ｗｔ％、カーボンファイバー（東邦テナックス（株）製、ＨＴＡ−Ｃ６−ＳＲ、短繊維）４０ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）３５ｗｔ％を混合し、１００℃に設定した乾燥炉中で６０分間フェノール樹脂の硬化を進行させたものを、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００５９】
（比較例7）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１６ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が８３ｗｔ％およびタルク（日本タルク（株）製、Ｐ−４）の含有率が１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６０】
（比較例８）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および窒化ホウ素（水島合金鉄（株）製、ＨＰ−４０）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６１】
（比較例９）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびカーボンブラック（デグサヒュルスＡＧ製、スペシャルブラック４）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６２】
（比較例１０）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が２３ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびグラファイト（日本黒鉛工業（株）製、ＰＧＡ−５）の含有率が１２ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６３】
（比較例１１）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１７ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびフッ化黒鉛（セントラル硝子（株）製、セフボン）の含有率が１８ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６４】
（比較例１２）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１４ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および二硫化モリブデン（住鉱潤滑剤（株）製、モリパウダー）の含有率が２１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６５】
（比較例１３）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１４ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および二硫化タングスステン（日本潤滑剤（株）製、ＷＳ２Ａ）の含有率が２１ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６６】
（比較例１４）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％および超高分子量ポリエチレン（三井化学（株）製、ミベロンＸＭ２２０）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６７】
（比較例１５）
フェノール樹脂固形分（住友ベークライト（株）製、ＰＲ５０７８１）の含有率が１５ｗｔ％、カーボンファイバー（（株）クレハ製、Ｐ−２００、クロス）の含有率が６５ｗｔ％およびＰＴＦＥ（（株）喜多村製、ＫＴＬ６２０）の含有率が２０ｗｔ％であることを除いて、比較例１と同様にして板状の摺動用部材を得た。
【００６８】
（評価）
各実施例および各比較例において作製した摺動用部材を、前記の方法で評価した。その結果を表１〜４に示す。尚、表中「保持率Ａ」とは、前記「強化繊維単独使用時に対する曲げ強度の保持率Ａ」を、「保持率Ｂ」とは、前記「２５℃曲げ強度に対する２００℃曲げ強度の保持率Ｂ」を、「保持率Ｃ」とは、前記「２５℃曲げ弾性率に対する２００℃曲げ弾性率の保持率Ｃ」を意味する。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
表１、２に示すように、何れの実施例においても、２００℃における動摩擦係数が０．３０以下で、２００℃における摩耗高さが１０００μｍよりも小さい値となっている。また、保持率Ａは９０％以上であり、保持率ＢおよびＣは７０％より大きい値である。
【００７４】
一方、表３に示すように、カーボンファイバーに替えてガラスファイバーを用いた場合は、２００℃での摩耗高さが１０００μｍ以上で、動摩擦係数が０．３０を超えており、高温時の摺動特性が悪化し、保持率Ａの低下も大きい（比較例１、２）。また、アラミドファイバーを使用した場合は、高温時の摺動特性が悪化し、保持率Ｂ、Ｃの低下が著しい（比較例３）。
【００７５】
また、カーボンファイバーと層状ケイ酸塩の含有率が一定の範囲になければ摺動特性や力学的特性の低下を招くこととなる（比較例４〜７）
【００７６】
更に、表４に示すように、層状ケイ酸塩に替えて、層状の無機物質である、窒化ホウ素、二硫化モリブデン等、あるいはＰＴＦＥ等の有機系固体潤滑材を使用しても、摺動特性や力学的特性が低下することとなる（比較例８〜１５）。
【００７７】
以上のように、本発明の耐熱性摺動部材は、通常の使用温度２５℃での摺動特性が良好であるうえに、１５０℃以上という過酷な温度条件においても良好な摺動性を有し、かつ力学的特性の低下を極力抑制することが可能であり、特に高温度条件においても安定して長期に使用が可能な摺動用部材として好適であることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材。
【請求項２】
金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において動摩擦係数が０．３０以下となる請求項１に記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項３】
金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において摺動距離２００ｋｍ時点での摩耗高さが１０００μｍより小さい請求項１又は２に記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項４】
フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まないものと比較して曲げ強度が９０％以上保持される請求項１〜３の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項５】
２００℃での曲げ強度が２５℃曲げ強度と比較して７０％以上保持される請求項１〜４の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項６】
２００℃での曲げ弾性率が２５℃曲げ弾性率と比較して７０％以上保持される請求項１〜５の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項１】
フェノール樹脂、カーボンファイバー３０〜８０重量％、及び層状ケイ酸塩１〜３０重量％を含む耐熱性摺動用部材。
【請求項２】
金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において動摩擦係数が０．３０以下となる請求項１に記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項３】
金属である摺動相手材の温度が１５０℃以上となる条件において摺動距離２００ｋｍ時点での摩耗高さが１０００μｍより小さい請求項１又は２に記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項４】
フェノール樹脂とカーボンファイバーを含み層状ケイ酸塩を含まないものと比較して曲げ強度が９０％以上保持される請求項１〜３の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項５】
２００℃での曲げ強度が２５℃曲げ強度と比較して７０％以上保持される請求項１〜４の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【請求項６】
２００℃での曲げ弾性率が２５℃曲げ弾性率と比較して７０％以上保持される請求項１〜５の何れかに記載の耐熱性摺動用部材。
【公開番号】特開２０１０−３７３５１（Ｐ２０１０−３７３５１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９７９４０（Ｐ２００８−１９７９４０）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【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２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【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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