JP2006152274A - 摺動部材および摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも優れた特性を有する新規な摺動部材、および、その製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の摺動部材は、基材と、該基材の少なくとも摺動面側に形成され、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散した有機化層状粘土鉱物とからなる樹脂組成物と、該樹脂組成物に保持される固体潤滑剤と、からなる摺動層と、を有する。この際、樹脂組成物の１００〜２００℃における平均線膨張率は、５×１０^-5／℃以下であるのが好ましい。
本発明の摺動部材の製造方法は、上記した本発明の摺動部材の製造方法であって、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂を溶解する溶媒とからなる樹脂溶液と、固体潤滑剤粉末と、有機化層状粘土鉱物と、の混合物からなる塗料組成物を基材の少なくとも摺動面側に塗布する塗料組成物塗布工程と、前記塗料組成物の溶媒を除去して摺動層を形成する摺動層形成工程と、からなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種装置の摺動部に用いられる摺動部材およびその製造方法に関するものである。

ポリアミドイミド樹脂は、耐熱性や機械的強度に優れ、自己潤滑性を有する樹脂材料である。そのため、各種装置の摺動部材に用いられることが多い。

摺動部材は、たとえば、特許文献１に開示されているように、基材と、固体潤滑剤とこれを保持するバインダーであるポリアミドイミド樹脂とからなる摺動層と、を有する。このような摺動層は、通常、樹脂ワニスに固体潤滑剤を混合した塗料組成物を基材の摺動面側に塗布することにより得られる。

また、ポリアミドイミド樹脂にポリフェニレンスルフィド樹脂やポリアリーレンスルフィド樹脂を配合した成形材料から射出成形により作製される部材もある。たとえば、特許文献２には、ポリアミドイミド樹脂とポリアリーレンスルフィド樹脂とからなる成形材料に膨潤性層状珪酸塩を有機カチオンで処理した有機粘土複合体を含有させた樹脂組成物からなる摺動用リングが記載されている。ところが、射出成形では、加熱溶融した材料を型に注入して成形するため、形状に対する自由度が無く、また、摺動層が薄い必要がある摺動部品には対応できない、また、部品との接着性を確保するのが困難である。また、上記のようなポリマーブレンド系では、マトリックスとしてのポリアミドイミド樹脂とブレンドするポリマーが異なるためにブレンドしたポリマーの影響で機械的物性低下や耐熱性が劣る。

そして、近年では、これまで以上の信頼性を確保するために、摺動部材の特性のさらなる向上が求められている。
特開平１１−１３６３８号公報 特開２００１−３０２９１４号公報

本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも優れた特性を有する新規な摺動部材、および、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、ポリアミドイミド樹脂に有機化層状粘土鉱物を均一に分散させた樹脂組成物を摺動層に用いることにより、摺動部材の特性をより一層向上させ得ることを見出した。

すなわち、本発明の摺動部材は、基材と、該基材の少なくとも摺動面側に形成され、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散した有機化層状粘土鉱物とからなる樹脂組成物と、該樹脂組成物に保持される固体潤滑剤と、からなる摺動層と、を有することを特徴とする。

ここで、「有機化層状粘土鉱物」とは、層間にインターカレートされた有機物（有機カチオン）を有する層状粘土鉱物である。層状粘土鉱物は、通常、多数のシートが積層した層状構造（層間距離ｄ＝１２ｎｍ）をしているが、有機化層状粘土鉱物は、層間に有機カチオンがインターカレートされることにより層間が膨潤する。この様な有機化層状粘土鉱物は、有機物との相溶性が高いので、ポリアミドイミド樹脂中で各層の層間距離が広がる、場合によってはポリアミドイミド樹脂中で各層が剥離してバラバラになる。その結果、有機化層状粘土鉱物は、ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散することができる。

この際、上記摺動層を構成する樹脂組成物の１００〜２００℃における平均線膨張率は、５×１０^-5／℃以下であるのが好ましい。

そして、本発明の摺動部材の製造方法は、上記した本発明の摺動部材の製造方法であって、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂を溶解する溶媒とからなる樹脂溶液と、固体潤滑剤と、有機化層状粘土鉱物と、の混合物からなる塗料組成物を基材の少なくとも摺動面側に塗布する塗料組成物塗布工程と、前記塗料組成物の溶媒を除去して摺動層を形成する摺動層形成工程と、からなることを特徴とする。

本発明の摺動部材および摺動部材の製造方法によれば、有機化された層状粘土鉱物は、ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散する。ポリアミドイミド樹脂中に分散した層状粘土鉱物は無機物であるため、上記樹脂組成物は耐摩耗性に優れる。その結果、摺動層の耐摩耗性が向上するため、摺動特性に優れた摺動部材が得られる。

そして、特に、樹脂組成物の１００〜２００℃における平均線膨張率が、５×１０^-5／℃以下であれば、摺動により摺動層の温度が上昇しても摺動層の熱膨張が小さい。したがって、高温下での使用時に発生する摺動層の剥離を防止することができる。

なお、本発明の摺動部材の摺動層は、基板に形成された摺動層であり、ポリアミドイミド樹脂と溶媒とからなる樹脂溶液に固体潤滑剤と有機化層状粘土鉱物とを混合した塗料組成物を基板に塗布することにより形成されるものである。そのため、射出成形により製造される摺動部材とは異なるものであり、特許文献２のように、ポリアミドイミド樹脂にポリフェニレンスルフィド樹脂やポリアリーレンスルフィド樹脂を添加しなくてもよい。また、耐熱性に優れるポリアミドイミド樹脂であっても製造が容易である。

以下に、本発明の摺動部材および摺動部材の製造方法を実施するための最良の形態を説明する。

［摺動部材］
本発明の摺動部材は、主として、基材と摺動層とを有する。

基材は、各種装置の摺動部品であれば形状等に特に限定はないが、金属製であるのが好ましい。たとえば、鉄や鋼、アルミニウムやＭｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含むアルミニウム合金、銅やＺｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｎ等を含む銅合金などが好ましい。そして、基材は、特に、圧縮機の摺動部品であるのが好ましい。すなわち、本発明の摺動部材は、圧縮機の摺動部材とすることができる。たとえば、本発明の摺動部材は、斜板式圧縮機の斜板に用いることができる。また、本発明の摺動部材は、圧縮機のシューに用いることができる。斜板式圧縮機の斜板とシューとは、潤滑油がないドライ状態で相互に摺動する場合がある。このような非常に厳しい無潤滑状態で摺動する場合であっても、焼付きや摩耗などを起こさないことが望まれる。本発明の摺動部材を斜板式圧縮機の斜板やシュー等に用いることで、斜板式圧縮機に要求される条件を十分に満たすことができる。

上記の他、圧縮機の駆動軸を支持する軸受にも用いることができる。また、ピストン式圧縮機の駆動軸に一体的に軸支されると共に駆動軸をピストン式圧縮機のハウジングに回転可能に枢支され駆動軸と同期回転することで圧縮室と吸入圧力領域との間のガス通路を開閉可能とするロータリーバルブや、ピストン式圧縮機のピストンに用いることもできる。

そして、摺動層は、上記基材の少なくとも摺動面側に形成される。

摺動層は、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散した有機化層状粘土鉱物とからなる樹脂組成物と、該樹脂組成物に保持される固体潤滑剤と、からなる。すなわち、樹脂組成物は、固体潤滑剤を保持するバインダーの役割を果たす。

樹脂組成物に用いることができるポリアミドイミド樹脂に特に限定はないが、ジイソシアネート法や酸クロリド法など通常の方法で製造できる。なかでも、重合性やコストの点からジイソシアネート法が好ましい。また、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は、１０，０００以上が好ましく、より好ましくは１２，０００以上、さらに好ましくは１４，０００以上である。数平均分子量が１０，０００未満であると、可撓性および耐熱性が低下する傾向がある。そして、本発明では、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量が高い程、摺動特性は向上するが、３５，０００以下であるのが好ましい。３５，０００より大きくなると、最終的に得られる摺動部材用の塗料組成物の粘度が高くなり塗装時の作業性が劣る。

重合に使用される有機溶剤としては、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、ジメチルスルホオキシド、スルホラン等のイオウ系溶剤、ニトロメタン、ニトロエタン等のニトロ系溶剤、ジグライム、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系溶剤の他、γブチロラクトンやテトラメチルウレア等の比較的誘電率の高い溶剤の単独または混合溶剤として用いることが好ましいが、さらにキシレン、トルエン等の比較的誘電率の低い溶剤を混合して用いても構わない。

反応温度は通常５０〜２００℃が好ましく、反応を促進するために３級アミン類、アルカリ金属、アルカリ土類金属類、コバルト、スズ、亜鉛などの金属、半金属化合物などの存在下で行ってもよい。

本発明のポリアミドイミド樹脂を得るには、酸成分モノマーとしてトリメリット酸無水物を用いるが、溶剤に対する溶解性や重合性を付与するためにシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸、イソフタル酸、５−ｔｅｒｔ−ブチル−１，３ベンゼンジカルボン酸、テレフタル酸、ジフェニルメタン４，４’ジカルボン酸、ジフェニルメタン２，４’ジカルボン酸、ジフェニルメタン３，４’ジカルボン酸、ジフェニルメタン３，３’ジカルボン酸、１，２ジフェニルエタン４，４’ジカルボン酸、１，２ジフェニルエタン２，４’ジカルボン酸、１，２ジフェニルエタン３，４’ジカルボン酸、１，２ジフェニルエタン３，３’ジカルボン酸、２，２’ビス（４カルボキシフェニル）プロパン、２−（２カルボキシフェニル）２−（４カルボキシフェニル）プロパン、２−（３カルボキシフェニル）２−（４カルボキシフェニル）プロパン、ジフェニルエーテル４，４’ジカルボン酸、ジフェニルエーテル２，４ジカルボン酸、ジフェニルエーテル３，４ジカルボン酸、ジフェニルエーテル３，３’ジカルボン酸、ジフェニルスルホン４，４’ジカルボン酸、ジフェニルスルホン２，４ジカルボン酸、ジフェニルスルホン３，４ジカルボン酸、ジフェニルスルホン３，３’ジカルボン酸、ベンゾフェノン４，４’ジカルボン酸、ベンゾフェノン２，４ジカルボン酸、ベンゾフェノン３，４ジカルボン酸、ベンゾフェノン３，３’ジカルボン酸、ピリジン２，６ジカルボン酸、ビス［（４カルボキシ）フタルイミド］４，４’ジフェニルエーテル、ビス［（４カルボキシ）フタルイミド］α，α’メタキシレン等の芳香族ジカルボン酸、ブタン１，２，４トリカルボン酸、ナフタレン−１，２，４トリカルボン酸およびこれらの無水物、ブタン１，２，３，４テトラカルボン酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノン３，３’，４，４’テトラカルボン酸、ジフェニルエーテル３，３’，４，４’テトラカルボン酸、ビフェニル３，３’，４，４’テトラカルボン酸、ビフェニル２，２’，３，３’テトラカルボン酸、ナフタレン２，３，６，７テトラカルボン酸、ナフタレン１，２，４，５テトラカルボン酸、ナフタレン１，４，５，８テトラカルボン酸およびこれらの二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、プロピレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ポリエチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ポリプロピレングリコールビスアンヒドロトリメリテート等のアルキレングリコールビスアンヒドロトリメリテート等の一種または二種以上の混合物を共重合することができる。

一方、アミン成分としては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、オキシジアニリン、メチレンジアニリン、ヘキサフルオロイソプロピリデンジアニリン、ジアミノｍ−キシレン、ジアミノｐ−キシレン、１，４ナフタレンジアミン、１，５ナフタレンジアミン、２，６ナフタレンジアミン、２，７ナフタレンジアミン、２，２’ビス（４アミノフェニル）プロパン、２，２’ビス（アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、４，４’ジアミノジフェニルスルホン、４，４’ジアミノジフェニルエーテル、３，３’ジアミノジフェニルスルホン、３，４ジアミノビフェニル、４，４’ジアミノベンゾフェノン、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、イソホロンジアミン、３，４ジアミノジフェニルエーテル、イソプロピリデンジアニリン、３，３’ジアミノベンゾフェノン、ジシクロヘキシル４，４’ジアミン、４，４’ジアミノジフェニルメタン、ｏ−トリジン、２，４トリレンジアミン、１，３−ビス（３アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２−ビス［４−（４アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（４アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、４，４’ビス（４アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス［４−（４アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、４，４’ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’ジアミノジフェニルスルフィドあるいはこれらのジイソシアネートの単独または二種以上の混合物を共重合することができる。これらのイソシアネート成分またはアミン成分の中では反応性、耐摩耗性、溶解性、価格などの点からジフェニルメタンジイソシアネートが最も好ましい。

上記ポリアミドイミド樹脂中に分散する有機化層状粘土鉱物に特に限定はないが、有機オニウムイオンによって有機化された層状粘土鉱物であるのが好ましい。

ここで、層状粘土鉱物は、いわゆる層状フィロ珪酸塩である。たとえば、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バイデライト、スティブンサイト、ノントロナイト等のスメクタイト系の層状粘土鉱物や、バーミキュライト、ハロイサイト、膨潤性マイカ、カオリナイト等がある。これらは、天然のものでも、合成されたものでも良い。したがって、有機化層状粘土鉱物は、有機オニウムイオンによって有機化されたナトリウム型モンモリロナイトやナトリウム型マイカなどであるのが好ましい。ナトリウム型モンモリロナイトは天然に広く存在し、ナトリウム型マイカは合成品として安定に供給されており、入手しやすいので、有機化層状粘土鉱物の原材料として好ましい。

有機オニウムイオンは、炭素数が６以上であることが好ましく、たとえば、アルキルオニウムイオンが代表的である。炭素数が６未満であると、層間にポリアミドイミド樹脂が入り込む（インターカレートする）のが困難で、各層が剥離して分散できない恐れがある。また、有機オニウムイオンは、炭素数が１０以上であることがさらに好ましい。炭素数が１０以上であると、粘土層の親水性を有機オニウムイオンが遮蔽するために、ポリアミドイミド樹脂との相溶性が高まる。また、有機オニウムイオンは、水酸基等の極性基を含有するものがさらに好ましい。水酸基等の極性基を含有する場合には、ポリアミドイミド樹脂のアミド基やイミド基との相互作用が高まり、粘土層の分散やアミド基やイミド基との水素結合により、機械的物性等が向上するためである。

オニウムイオンとしては、１〜４級のアンモニウムイオンで、たとえば、ヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、２−エチルヘキシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、ドデシルトリメチルアンモニウムイオン、ラウリルアンモニウムイオン、オクタデシルアンモニウムイオン、ジオクチルジメチルアンモニウムイオン、トリオクチルアンモニウムイオン、ジオクタデシルジメチルアンモニウムイオン、トリオクチルアンモニウムイオン、ジオクタデシルジメチルアンモニウムイオン（別称：ジステアリルジメチルアンモニウム）、トリオクタデシルアンモニウムイオン、ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウムイオン、メチルオクタデシルビス−２−ヒドロキシルアンモニウムイオン、アンモニウムドデカン酸等を用いることができる。

また、ホスフェニウムイオンを用いてもよい。ホスフェニウムイオンとしては、たとえば、テトラエチルホスフェニウムイオン、トリエチルベンジルホスフェニウムイオン、テトラ−ｎ−ブチルホスフェニウムイオン、トリ−ｎ−ブチルヘキサデシルホスフェニウムイオン、トリ−ｎ−ブチルベンジルホスフェニウムイオン等を用いることができる。

層状粘土鉱物は、各層の層間が十分に広がった状態または各層が分離した状態でポリアミドイミド樹脂中で均一に分散して樹脂組成物を構成するため、層間が大きく膨潤していることが好ましく、層状粘土鉱物の陽イオン交換容量を、５０〜２００ミリ当量／１００ｇ、さらには７０〜１５０ミリ当量／１００ｇとすると好ましい。陽イオン交換容量が上記範囲にあれば、有機オニウムイオンのイオン交換による有機化が十分に成されるため、有機化層状粘土鉱物はポリアミドイミド樹脂中に良好に分散する。

なお、陽イオン交換容量が２００ミリ当量／１００ｇを超えると、粘土層の陰電荷と粘土層間にある陽イオンとの結合数が増えるために、層状粘土鉱物の層間の結合力が強くなり、有機オニウムイオンのイオン交換による層間への介入が困難となって、結果的に層状粘土鉱物の膨潤が不十分となる可能性がある。

樹脂組成物は、摺動層全体を１００重量％としたときに、１０〜７０重量％、さらに好ましくは２０〜６０重量％であるとよい。また、有機化層状粘土鉱物は、樹脂組成物を１００重量％としたときに、少なくとも１重量％以上添加されているのが好ましく、少なくとも３〜２０重量％添加されているとさらに好ましい。１重量％未満だと性能が不十分になり、２０重量％以上だと分散性が悪くなることがある。有機化層状粘土鉱物が上記範囲で添加されていれば、有機化層状粘土鉱物を添加しないポリアミドイミド樹脂よりも熱膨張率が小さく、ヤング率が大きい樹脂組成物となる。

樹脂組成物に保持される固体潤滑剤は、黒鉛やタルクなどの層状構造物、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の軟質金属やその化合物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）等などのフッ素化合物など、固体潤滑剤として通常用いられているものであればよく、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、およびグラファイトのうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。特に、本発明の摺動部材を無潤滑状態で使用する際には、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用いるのが好ましい。また、固体潤滑剤は、粉末状で樹脂組成物中に分散するのがよく、平均一次粒径が０．１〜２０μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍの粉末を用いるのがよい。

なお、固体潤滑剤は、摺動層全体を１００重量％としたときに、１０〜９０重量％、さらに好ましくは２０〜７０重量％保持されているのがよい。

そして、上記構成を有する本発明の摺動部材において、摺動層を構成する樹脂組成物の１００〜２００℃における平均線膨張率は、有機化層状粘土鉱物を添加しないポリアミドイミド樹脂よりも小さく、５×１０^-5／℃以下であるのが好ましい。樹脂組成物の熱膨張率が上記範囲であれば、摺動部材を高温条件で使用する場合、また、摺動により摺動層の温度が上昇した場合であっても、摺動層の熱膨張による摺動層の剥離を防止することができる。

また、樹脂組成物のヤング率（引張弾性率）が単体のポリアミドイミド樹脂よりも大きく、２５００ＭＰａ以上であるのが好ましい。樹脂組成物のヤング率が低すぎると耐摩耗性は低下する傾向にある。また、高いヤング率を有する樹脂組成物からなる摺動層は、衝撃が加わっても摺動層が変形しやすく、変形することにより衝撃を受ける面積が増加し、面圧を低下させることができる。

なお、本発明の摺動部材は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、他の構成を追加してもよい。たとえば、摺動面側の表面に表面処理が施されている基材や表面に摺動層とは別の中間層を有する基材を用いてもよいし、また、さらに、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化ケイ素、酸化鉄、酸化クロム等の無機粒子、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化銀（Ａｇ₂ Ｓ）等の硫黄含有金属化合物等の極圧剤、染料、顔料などの着色剤、界面活性剤、分散剤、酸化防止剤、難燃剤、帯電防止剤、レべリング剤、消泡剤、シランカップリング剤およびエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、多官能イソシアネート等の架橋剤などのうち何れかまたは全ての添加剤を摺動層が含有するようにしてもよい。

［摺動部材の製造方法］
本発明の摺動部材の製造方法は、上記摺動部材の製造方法であって、塗料組成物塗布工程と摺動層形成工程とからなる。

塗料組成物塗布工程は、塗料組成物を基材の少なくとも摺動面側に塗布する工程である。塗料組成物は、樹脂溶液と、固体潤滑剤と、有機化層状粘土鉱物と、の混合物からなる。樹脂溶液は、ポリアミドイミド樹脂とそのポリアミドイミド樹脂を溶解する溶媒とからなる樹脂溶液であれば特に限定はない。上述のポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）と、このＰＡＩ樹脂を溶解する溶媒と、からなる、いわゆるＰＡＩ樹脂ワニスであるのが望ましい。この際、溶媒としては、使用するポリアミドイミド樹脂、さらには添加する有機化層状粘土鉱物が可溶であるｎ−メチル−２−ピロリドン、キシレン等の極性溶媒であればよい。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、混合溶媒で用いてもよい。

塗料組成物を混合する際には、樹脂溶液に上記の有機化層状粘土鉱物を投入し混合後上記の固体潤滑剤を投入して再び混合してもよいし、あるいは、樹脂溶液に固体潤滑剤および有機化層状粘土鉱物を一度に全部投入して混合してもよい。塗料組成物を混合する際には、一般的なボールミルやミキサーを用いて混合すればよい。少なくとも有機化層状粘土鉱物を樹脂溶液に投入して混合することにより、層状粘土鉱物の有機化された部分がポリアミドイミド樹脂となじむ（相溶する）ことによって有機化層状粘土鉱物の各層の層間距離がよりいっそう広がり、場合によっては各層が剥離してバラバラになり、樹脂溶液中に均一に分散する。その結果、ポリアミドイミド樹脂に有機化層状粘土鉱物が均一に分散した摺動層が得られる。また、固体潤滑剤も樹脂溶液中に均一に分散される。

また、塗料組成物を基材に塗布する方法に特に限定はなく、塗布法、フローコート法、スプレーコート法、スピンコート法、ロールコート法などの通常の塗工法により対象部分に塗料組成物を塗布すればよい。

なお、基材の摺動面側には、メッキ処理、溶射処理、陽極酸化処理、化成処理、又は粗面形成処理などの表面処理を施してもよい。また、基材と摺動層との間に位置する中間層を形成してもよい。

摺動層形成工程は、上記塗料組成物の溶媒を除去して摺動層を形成する工程である。摺動層は、基材に塗布された塗料組成物を乾燥（必要に応じて焼成）し、硬化させることにより得られる。この際、乾燥条件等は、樹脂溶液の溶媒の種類に応じて最適な条件を適宜選択すればよい。

以下に、本発明の摺動部材および摺動部材の製造方法の実施例を比較例とともに説明する。

［有機化クレイ（有機化層状粘土鉱物）の作製］
層状粘土鉱物としてナトリウム型モンモリロナイト（クニミネ工業製クニピアＦ（Ｎｏ．８のみSouthern Clay Products社製有機化クレイ Cloisite30B））、ナトリウム型マイカ（コープケミカル製ＭＥ１００）を、また、有機オニウム塩として表１に記載の有機カチオンを準備した。それらを水中で攪拌・混合し、陽イオン交換容量が１１０ミリ当量／１００ｇとなるようにして、層状粘土鉱物のナトリウムイオンを有機オニウムイオンでイオン交換し、Ｎｏ．１〜１０の有機化クレイを作製した。なお、表１において、Ｎｏ．１１は、有機化されていないナトリウム型モンモリロナイトである。

［摺動部材の作製］
ＰＡＩ樹脂ワニスとして日立化成工業株式会社製ＨＰＣ−５０００（ＰＡＩ樹脂の数平均分子量：１９０００、固形分濃度：３７ｗｔ％、溶媒：ｎ−メチル−２−ピロリドンおよびキシレン）を用いた。このＰＡＩ樹脂ワニスに有機化クレイを投入し、ミキサー（シンキー製、自転公転方式スーパーミキサーあわとり練太郎）により、３分間攪拌後３０秒間脱泡して混合物を得た。得られた混合物に固体潤滑剤粉末を投入し、ボールミルを用いて３時間混合して塗料組成物を得た。

塗料組成物をアルミニウム合金（Ａ３９０）からなる円板状の基材（φ９０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の摺動面に塗布し、８０℃で３０分乾燥後２００℃で１時間焼成して、表２に示す組成（溶媒除去後の割合）を有する摺動層をもつ摺動部材Ａ〜Ｌを得た。また、有機化されていないナトリウム型モンモリロナイト（Ｎｏ．１１）を用いた他は同様にして、摺動部材Ｘ４を作製した。

また、用いるＰＡＩ樹脂の数平均分子量を１２０００または８０００とした他は、上記手順と同様にして摺動部材Ｍ、ＮおよびＸ５を得た。

なお、表２において、摺動部材Ｘ１〜Ｘ３は、有機化クレイを含有していない比較例であり、ＰＡＩ樹脂ワニスに固体潤滑剤粉末を投入し、ボールミルを用いて３時間混合して得られた塗料組成物を用いた他は、摺動部材Ａ〜Ｌと同様にして作製した。この際、摺動部材Ｘ２では、ＰＡＩ樹脂ワニスとして日立化成工業株式会社製ＨＰＣ−４２５０（ＰＡＩ樹脂の数平均分子量：１８０００、固形分濃度：３７ｗｔ％、溶媒：ｎ−メチル−２−ピロリドンおよびキシレン）を用いた。

また、摺動部材Ａ〜Ｎ，Ｘ１〜Ｘ５において、摺動面に形成された摺動層の膜厚は１５μｍであった。

［フィルム試験片の作製］
上記ＰＡＩ樹脂ワニス（ＰＡＩ樹脂はＨＰＣ−５０００（数平均分子量：１９０００）またはＨＰＣ−４２５０（数平均分子量：１８０００））と有機化クレイとを、溶媒除去後の組成が表３に記載の割合となるように調製し、同様な方法で上記ミキサーにより混練し、混合物を得た。得られた混合物をバーコーターで塗布し、８０℃で３０分乾燥後２００℃で１時間焼成してフィルム試験片ａ〜ｇを得た。これらのうち、フィルム試験片ａ〜ｄは透明であり、有機化クレイがＰＡＩ樹脂中に均一に分散していることを目視で確認することができた。フィルム試験片ｇは表面にブツ（凝集物）があり、均一に分散できていないことが確認できた。

なお、フィルム試験片ａ〜ｇは、摺動層の固体潤滑剤粉末を保持するバインダー樹脂（樹脂組成物）である。

［評価］
（Ｘ線回折測定）
ＰＡＩ樹脂中での有機化クレイの分散状態を確認するために、フィルム試験片ａおよびｇに対してＸ線回折測定を行った。このときの回折チャートを図１に示す。なお、測定には、理学電気株式会社製ＲＡＤ−Ｂを使用し、ＣｕＫα Ｘ線を用い、管電圧：３０kV、管電流：３０mA、スリット幅：DS:0.17mm RS:0.15mm SS:0.17mm、とし、２θ−θ法により行った。

図１からわかるように、層状粘土鉱物が無処理（Ｎｏ．１１）であるフィルム試験片ｇでは、ナトリウム型モンモリロナイトの（００１）面に起因する回折線（２θ＝６．７）が観察される。しかし、フィルム試験片ａの場合では、（００１）面に起因する回折線は見られなかった。このことから、有機化クレイＮｏ．８は、層間が開き、もはや層状構造をとっておらず、ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散していると考えられる。

（粘弾性測定）
機械的特性を評価するために、フィルム試験片ａおよびｅに対して粘弾性測定を行った。測定結果を図２に示す。なお、測定には、セイコーインスツルメンツ社製ＤＭＳを用い、チャック間距離：２０ｍｍ、測定周波数：１Ｈｚ、引張荷重：５０ｍＮとし、室温（２５℃）から２８０℃まで３℃／分で昇温させた。また、試料（フィルム試験片）の幅は４ｍｍ、厚さは５０μｍであった。

フィルム試験片ａとフィルム試験片ｅとの違いは、有機化クレイの添加の有無である。図２より、ＰＡＩ樹脂に有機化クレイを添加することにより、室温から２２０℃付近の範囲で、弾性率が１．５倍程度向上することがわかる。

［摺動部材の評価］
本発明の摺動部材を評価するために、摺動部材Ａ〜Ｎ，Ｘ１〜Ｘ５について、摺動特性を評価した。

（無潤滑焼き付き試験）
各摺動部材に対して無潤滑焼き付き試験を行った。具体的には、図３に示す試験装置を用い、台座部７に固定された軸受鋼（ＳＵＪ２）からなるシュー６の上面で回転軸５を基材１側から固定した各摺動部材を軸回りに回転させて、摺動層２とシュー６の上面とを摺接させた。そして、滑り速度１０ｍ／ｓ、荷重２０００Ｎとし、荷重２０００Ｎに到達してから焼き付きが発生するまでの時間を測定した。結果を表２および図４に示す。

ＰＡＩ樹脂の数平均分子量が１９０００の本実施例の摺動部材Ａ〜Ｌは、試験時間が１５０秒以上となっても焼き付きが発生しなかった。したがって、摺動部材Ａ〜Ｌの摺動層は耐焼付き性に優れ、摺動部材Ａ〜Ｌは、有機化クレイが添加されていない摺動部材Ｘ１およびＸ２よりも摺動特性に優れる。また、摺動部材Ｍと摺動部材Ｘ３の摺動層では、固体潤滑剤粉末の使用量は同じであるが、低分子量（８０００）のＰＡＩ樹脂を用いた。摺動部材Ｍと摺動部材Ｘ３との焼き付き試験結果より、有機化クレイの添加により、耐焼き付き性が向上することが分かった。

すなわち、有機化クレイの添加により、用いる樹脂の分子量にかかわらず、耐焼き付き性は向上した。そして、その効果は、樹脂の分子量が大きい（１００００以上）と、より顕著であった。

また、摺動部材Ｘ４およびＸ５のように、有機化されていないナトリウム型モンモリロナイト（Ｎｏ．１１）を添加しても、耐焼き付き性を向上させる効果は見られなかった。

なお、固体潤滑剤粉末としては、摺動特性への影響が特に大きいＰＴＦＥを、各摺動部材において同じ割合となるように用いた（表２）。そのため、各摺動部材において、固体潤滑剤粉末の配合量による摺動特性の差は、ほとんどない。

（オイル潤滑試験）
摺動部材Ｈおよび摺動部材Ｘ１に対して、オイル潤滑試験を行った。図３に示す試験装置を用い、滑り速度１０ｍ／ｓ、荷重５０００Ｎ（３０００秒で到達）とし、冷凍機油潤滑下で摩擦係数を測定した。測定結果を図５に示す。なお、荷重が５０００Ｎに到達後の摩擦係数は、摺動部材Ｈは０．０６〜０．０８、摺動部材Ｘ１は０．１３〜０．１５であった。

本実施例の摺動部材Ｈでは、試験時間が１００００秒を超えても焼き付きが発生しなかったが、摺動部材Ｘ１では、６０００秒を超えたところで焼き付きが発生した。また、本実施例の摺動部材Ｈは、摺動部材Ｘ１よりも摩擦係数が小さく、摺動性に優れる。

［バインダー樹脂の評価］
本発明の摺動部材において、摺動層を構成するバインダー樹脂を評価するために、フィルム試験片ａ〜ｆについて、機械的特性を評価した。

（引張試験）
フィルム試験片ａ、ｃ、ｅ、ｆに対して、引張試験を行った。各フィルム試験片は、幅４ｍｍ、厚さ５０μｍとし、チャック間距離：２０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分として測定を行った。なお、測定温度は室温（２５℃）とした。測定結果を、図６（引張強度）、図７（引張弾性率）、および表４に示す。

図６より、各フィルム試験片の引張強度に大きな差はなかったが、図７に示すように、ＰＡＩ樹脂に分散した有機化クレイの添加量によって引張弾性率（縦弾性係数）に変化が生じた。ＰＡＩ樹脂に有機化クレイを分散させたことにより、引張弾性率は２５００ＭＰａ以上となる（フィルム試験片ａおよびｃ）。

（線膨張率測定）
フィルム試験片ａ〜ｆに対して、１００〜２００℃における平均線膨張率を測定した。各フィルム試験片は、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍとし、熱機械分析装置（ＴＭＡ）により、チャック間距離：１０ｍｍ、引張荷重：１００ｍＮ、昇温速度：１０℃／分として測定を行った。測定結果を図８および表４に示す。

図８では、横軸がａ、ｂ…ｅの順で有機化クレイの添加量が減少する（ｅは添加無し）。すなわち、有機化クレイの添加により１００〜２００℃における平均線膨張率は５×１０^-5／℃以下となり、ＰＡＩ樹脂に分散している有機化クレイの量が多い程、熱膨張率は小さくなる。

（塗膜評価）
フィルム試験片Ｉ〜VIに対して、塗装被膜外観を観察した。Ｉ〜VIの各フィルム試験片
は、ＰＡＩ樹脂の数平均分子量の異なるＰＡＩ樹脂ワニスに有機化クレイＮｏ．８を投入し、ミキサー（シンキー製、自転公転方式スーパーミキサーあわとり練太郎）により、３分間攪拌後３０秒間脱泡して混合物を得た。得られた混合物に固体潤滑剤粉末を投入し、ボールミルを用いて３時間混合して塗料組成物を得た。塗料組成は、ＰＡＩ樹脂：１３ｗｔ％、有機化クレイ：１ｗｔ％、硫化モリブデン：１０ｗｔ％、グラファイト：７ｗｔ％、ＰＴＦＥ：３ｗｔ％、ｎ−メチル−２−ピロリドン：５７ｗｔ％である。得られた塗料組成物を相対湿度４０％、温度２５℃の環境下でバーコーターでＰＥＴフィルムに塗布し、３０分後の塗装皮膜外観を観察した。結果を表５に示す。

数平均分子量が３６０００になると、外観が悪くなり、塗料安定性や塗装作業性が劣ると考えられる。

摺動部材の作製に用いたＰＡＩ樹脂および有機化クレイからなるフィルム試験片ａおよびｇのＸ線回折測定結果である。 摺動部材の作製に用いたＰＡＩ樹脂および有機化クレイからなるフィルム試験片ａおよびｅの粘弾性測定結果を示すグラフである。 摺動部材の摺動特性の評価に用いた試験装置を説明する模式図である。 摺動部材Ａ〜Ｎ，Ｘ１〜Ｘ５について、無潤滑焼き付き試験の結果を示すグラフである。 摺動部材Ｘ１および摺動部材Ｈについて、オイル潤滑試験の結果を示すグラフである。 フィルム試験片ａ，ｃおよびｅ，ｆについて、バインダー樹脂の引張強度を示すグラフである。 フィルム試験片ａ，ｃおよびｅ，ｆについて、バインダー樹脂の引張弾性率を示すグラフである。 フィルム試験片ａ〜ｅについて、バインダー樹脂の熱膨張率を示すグラフである。

符号の説明

１：基材
２：摺動層

Claims (19)

1. 基材と、
   該基材の少なくとも摺動面側に形成され、ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂中に均一に分散した有機化層状粘土鉱物とからなる樹脂組成物と、該樹脂組成物に保持される固体潤滑剤と、からなる摺動層と、
   を有することを特徴とする摺動部材。
2. 前記樹脂組成物の１００〜２００℃における平均線膨張率は、５×１０^-5／℃以下である請求項１記載の摺動部材。
3. 前記固体潤滑剤は、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、およびグラファイトのうちの少なくとも１種を含む請求項１記載の摺動部材。
4. 前記固体潤滑剤は、少なくともポリテトラフルオロエチレンを含む請求項１記載の摺動部材。
5. 前記ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は、１０，０００〜３５，０００である請求項１記載の摺動部材。
6. 前記有機化層状粘土鉱物は、有機オニウムイオンによって有機化されたナトリウム型モンモリロナイトまたはナトリウム型マイカである請求項１記載の摺動部材。
7. 前記有機オニウムイオンは水酸基を含有する請求項６記載の摺動部材。
8. 前記基材は、圧縮機の摺動部品である請求項１記載の摺動部材。
9. 前記摺動部品は、斜板式圧縮機の斜板である請求項８記載の摺動部材。
10. 前記摺動部品は、圧縮機のシューである請求項８記載の摺動部材。
11. 前記摺動部品は、圧縮機の駆動軸または該駆動軸を支持する軸受である請求項８記載の摺動部材。
12. 前記摺動部品は、ピストン式圧縮機のピストンである請求項８記載の摺動部材。
13. ポリアミドイミド樹脂と該ポリアミドイミド樹脂を溶解する溶媒とからなる樹脂溶液と、固体潤滑剤と、有機化層状粘土鉱物と、の混合物からなる塗料組成物を基材の少なくとも摺動面側に塗布する塗料組成物塗布工程と、
    前記塗料組成物の溶媒を除去して摺動層を形成する摺動層形成工程と、
    からなることを特徴とする摺動部材の製造方法。
14. 前記塗料組成物の固体潤滑剤は、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、およびグラファイトのうちの少なくとも１種を含む請求項１３記載の摺動部材の製造方法。
15. 前記塗料組成物の固体潤滑剤は、少なくともポリテトラフルオロエチレンを含む請求項１３記載の摺動部材の製造方法。
16. 前記塗料組成物の有機化層状粘土鉱物は、有機オニウムイオンによって有機化されたナトリウム型マイカまたはナトリウム型モンモリロナイトである請求項１３記載の摺動部材の製造方法。
17. 前記有機オニウムイオンは水酸基を含有する請求項１６記載の摺動部材の製造方法。
18. 前記樹脂溶液の溶媒は、ｎ−メチル−２−ピロリドンおよびキシレンのうちの少なくとも１種を含む請求項１３記載の摺動部材の製造方法。
19. 前記ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は、１０，０００〜３５，０００である請求項１３記載の摺動部材の製造方法。

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