特開 2024-145012 摺動部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145012

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】摺動部材

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/20 20060101AFI20241004BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20241004BHJP

   C08J 5/16 20060101ALI20241004BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20241004BHJP

   C08K 3/08 20060101ALI20241004BHJP

   C08K 3/013 20180101ALI20241004BHJP

   C08L 27/18 20060101ALI20241004BHJP

   C08K 3/22 20060101ALI20241004BHJP

   C08K 3/30 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

F16C33/20 A

B32B15/08 D

C08J5/16 CEW

C08L101/00

C08K3/08

C08K3/013

C08L27/18

C08K3/22

C08K3/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057229

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】591001282

【氏名又は名称】大同メタル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 大嵩

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 良文

(72)【発明者】

【氏名】小山 貴登

【テーマコード（参考）】

3J011

4F071

4F100

4J002

【Ｆターム（参考）】

3J011AA10

3J011DA01

3J011JA01

3J011KA07

3J011LA01

3J011LA04

3J011MA02

3J011PA10

3J011QA05

3J011SB02

3J011SB03

3J011SB04

3J011SB05

3J011SC05

3J011SD04

3J011SE02

3J011SE06

4F071AA27

4F071AB18

4F071AB23

4F071AE11

4F071AE17

4F071AE17C

4F071AH07

4F071AH17

4F071EA01

4F100AA09B

4F100AA19B

4F100AB01A

4F100AB01B

4F100AB20B

4F100AK01B

4F100AK18B

4F100BA02

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10B

4F100CA19B

4F100DE01B

4F100DJ00B

4F100JK08

4F100JK08B

4F100JK12

4F100JK12B

4F100JK16

4F100JK16B

4F100YY00A

4F100YY00B

4J002AA001

4J002BD151

4J002DA028

4J002DA076

4J002DA086

4J002DA096

4J002DE147

4J002DF018

4J002DG028

4J002DK008

4J002FD016

4J002FD017

4J002FD178

4J002FD208

4J002GM00

4J002GM05

4J002GN00

(57)【要約】

【課題】静摩擦力と動摩擦力の差が小さい摺動部材。
【解決手段】裏金層および摺動層を備える摺動部材であって、摺動層は、樹脂材料を含み、摺動層の表面は、露出した摺動面となっており、摺動層は、マルテンス硬さが２５～４５Ｎ／ｍｍ^２であり、かつ、クリープ変形割合が１０～３０％である、摺動部材。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

裏金層および摺動層を備える摺動部材であって、
前記摺動層は、樹脂材料を含み、
前記摺動層の表面は、露出した摺動面となっており、
前記摺動層は、マルテンス硬さが２５～４５Ｎ／ｍｍ^２であり、かつ、クリープ変形割合が１０～３０％である、摺動部材。

【請求項2】

前記摺動層が多孔質金属を含み、前記多孔質金属の孔内に前記樹脂材料が含浸している、請求項１に記載の摺動部材。

【請求項3】

前記多孔質金属が、前記摺動層の前記摺動面に露出している、請求項２に記載の摺動部材。

【請求項4】

前記多孔質金属が、前記摺動層の前記摺動面に露出していない、請求項２に記載の摺動部材。

【請求項5】

前記摺動層が、硬質粒子をさらに含む、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項6】

前記摺動層が、固体潤滑剤をさらに含む、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項7】

前記樹脂材料が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項8】

前記硬質粒子が、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む、請求項５に記載の摺動部材。

【請求項9】

前記固体潤滑剤が、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を含む、請求項６に記載の摺動部材。

【請求項10】

前記摺動層の厚さが０．１～０．７ｍｍである、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項11】

前記多孔質金属の平均粒径が３０～１１０μｍである、請求項２に記載の摺動部材。

【請求項12】

前記裏金層の厚さが０．３～３．５ｍｍである、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項13】

前記摺動層の前記クリープ変形割合が１５～２５％である、請求項１または２に記載の摺動部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に摺動部材に関し、より詳細にはすべり軸受の摺動部材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等のショックアブソーバに用いられるすべり軸受の摺動部材は、搭乗者の乗り心地を良好なものとするために、静摩擦力と動摩擦力の差を限りなく小さくすることが望ましい。従来、摺動部材の摺動層に添加する添加材の成分や量を調整することで、摺動部材の静摩擦力および動摩擦力を増減させ得ることが知られている。

【0003】

引用文献１には、摺動層を形成する樹脂組成物に、所定量のピッチ系炭素繊維を含ませることで、静摩擦力を大きくすることができ、かつ、静摩擦力と動摩擦力の関係を制御する摺動部材を開示している。実施例には、フッ素樹脂、ピッチ系炭素繊維、アラミド繊維、酸化鉄、二硫化モリブデン、黒鉛、亜鉛（合金）、及び樹脂以外の添加物の組成を変えて、静摩擦力と動摩擦力の変化率を２０％以下に低減させ得ることが記載されている。

【0004】

引用文献２は、摺動面に凹凸面を形成し、油膜の形成を抑制することで、静摩擦力と動摩擦力の関係を制御可能な摺動部材を開示している。摺動面に凹凸面を形成することで、摺動面が平滑である場合に比べて静摩擦力に対する動摩擦力の変化率を小さく抑え得ることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１０８４３８号公報

【特許文献2】国際公開第２０１２／１４７７８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

引用文献１の摺動部材は、摺動層の組成を変えることで静摩擦力と動摩擦力の変化率を低減させるものであるが、その効果は２０％以下に留まる。摺動部材が自動車等のショックアブソーバに用いられる場合、搭乗者の乗り心地や操縦安定性を更に良好にするためには、静摩擦力と動摩擦力の差をより小さくする必要がある。また、引用文献２の摺動部材は、摺動面が摩耗するに伴って凹凸の形状が失われ、静摩擦力と動摩擦力の制御が損なわれる可能性がある。

【0007】

従って、本発明の目的は、摩耗の進行度合いにかかわらず、静摩擦力と動摩擦力の差が小さく抑えられた摺動層を備える摺動部材を提供することである。

【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、本発明によれば、裏金層および摺動層を備える摺動部材であって、摺動層は、樹脂材料を含み、摺動層の表面は、露出した摺動面となっており、摺動層は、マルテンス硬さが２５～４５Ｎ／ｍｍ^２であり、かつ、クリープ変形割合が１０～３０％である、摺動部材が提供される。

【0009】

好ましくは、摺動層が多孔質金属を含み、多孔質金属の孔内に樹脂材料が含浸している。

【0010】

好ましくは、多孔質金属が、摺動層の摺動面に露出している。

【0011】

好ましくは、多孔質金属が、摺動層の摺動面に露出していない。

【0012】

好ましくは、摺動層が、硬質粒子をさらに含む。

【0013】

好ましくは、摺動層が、固体潤滑剤をさらに含む。

【0014】

好ましくは、樹脂材料が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる。

【0015】

好ましくは、硬質粒子が、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。

【0016】

好ましくは、固体潤滑剤が、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を含む。

【0017】

好ましくは、摺動層の厚さが０．１～０．７ｍｍである。

【0018】

好ましくは、多孔質金属の平均粒径が３０～１１０μｍである。

【0019】

好ましくは、裏金層の厚さが０．３～３．５ｍｍである。

【0020】

好ましくは、摺動層のクリープ変形割合が１５～２５％である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、摺動層のマルテンス硬さを２５～４５Ｎ／ｍｍ^２かつクリープ変形割合を１０～３０％に調整することにより、摺動面の静摩擦力と動摩擦力の差が小さく抑えられた摺動部材を提供することができる。摺動面の摩耗が進行した場合にも、摺動層のマルテンス硬さおよびクリープ変形割合は変化しないため、摺動面の静摩擦力、動摩擦力、および静摩擦力と動摩擦力の差は一定であり、摺動部材としての性能が保たれる。

【0022】

本発明およびその利点について、添付の図面を参照して以下により詳細に説明する。図面は、非限定的な実施例を例示の目的でのみ示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態による摺動部材の断面模式図である。

【図2】本発明の一実施形態による別の摺動部材の断面模式図である。

【図3】本発明の一実施形態によるさらに別の摺動部材の断面模式図である。

【図4】本発明の一実施形態によるさらに別の摺動部材の断面模式図である。

【図5】本発明の一実施形態による圧延処理における部材と寸法調整ローラの断面を示す。

【図6】本発明の一実施形態によるクリープ試験の結果を示す。

【図7】本発明の一実施形態による性能評価試験機の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0025】

本発明の一実施形態による摺動部材１について、その構造および製造方法を以下に詳細に説明する。

【0026】

（摺動部材の構造）
図１は、摺動部材１の断面模式図である。摺動部材１は、裏金層２および摺動層３を備える。摺動層３は、樹脂材料を含む樹脂層４を有し、外部に露出した樹脂層４の上面が摺動面６となっている。図１に示す摺動部材１は平坦な形状に形成されているが、摺動部材１の形状はこれに限定されず、湾曲した形状であってもよい。

【0027】

図２は、別の摺動部材１の断面模式図である。摺動部材１は、裏金層２および摺動層３を備える。摺動層３は、樹脂層４および金属層５を備える。金属層５の多孔質金属材料５ａは、図２に示すような球形状であってもよいし、他の形状であってもよい。樹脂材料５ｂは、金属層５の上面にまで含浸し、さらに金属層５の上に堆積して樹脂層４を形成している。樹脂層４の上面が、外部に露出した摺動面６となっている。図２に示す摺動部材１は平坦な形状に形成されているが、湾曲した形状であってもよい。

【0028】

図２では、金属層５は樹脂層４によって完全に覆われているが、金属層５の上面の一部を外部に露出させ、摺動面６の一部となるようにしてもよい。例えば、図３のように、樹脂層４の一部を凹状に形成することで金属層５の上面の一部を露出させてもよい。あるいは、多孔質金属材料５ａに含浸させる樹脂材料５ｂの量を調整し、図４のように、樹脂材料５ｂが多孔質金属材料５ａの上面と同等の高さまで含浸するようにしてもよい。いずれにしても、金属層５の上面を露出させる場合、多孔質金属材料５ａの高さが樹脂層４の上面の高さと同等又はその以下であることが好ましい。金属層５の上面および樹脂材料５ｂの上面は、いずれも平坦な形状であってもよいし、湾曲していてもよい。

【0029】

図１～図４に示す摺動部材１は、裏金層２に樹脂層４を積層させた２層構造、または裏金層２に樹脂層４および金属層５を積層させた３層構造となっているが、本発明の摺動部材１の構造はこれらに限定されない。例えば、図２において、樹脂層４および金属層５に加えて、裏金層２の反対側に別の樹脂層および金属層を設けてもよい。この場合、摺動部材１は、その両面に摺動面を備えることとなる。

【0030】

（摺動部材の材質）
裏金層２には、炭素鋼、ステンレス、アルミ合金、銅合金等を使用することができる。金属層５には、青銅系合金、黄銅系合金、その他銅合金（Ｂｉ，Ｎｉ等）等からなる多孔質金属材料を使用することができる。樹脂層４を構成する樹脂材料および金属層５に含浸する樹脂材料には、ベースの樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用い、これに二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、グラファイト、窒化ホウ素等の固体潤滑剤を１～２０％の割合で添加し、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の硬質粒子を０～２０％の割合で添加したものを使用することができる。

【0031】

（摺動部材の厚さ）
本実施例において、裏金層２の厚さは、例えば０．３～３．５ｍｍとしてよい。摺動層３の厚さは、摺動層３が樹脂層４および金属層５を含む場合、例えば０．１～０．７ｍｍとしてよく、摺動層３が樹脂層４のみを含み金属層５を含まない場合、例えば０．１～０．５ｍｍとしてよい。また、摺動層３が樹脂層４を含まず金属層５のみを含む場合、金属層５の厚さは、例えば０．１～０．４ｍｍとしてよい。また、焼結後の金属層５の平均粒径は、３０～１１０μｍであってよい。

【0032】

（摺動部材の製造方法）
摺動部材１は、以下の製造工程により製造される。
（１）ＰＴＦＥにＭｏＳ_２を混合比率ｎで添加後、攪拌混合し、樹脂材料を作製する。
（２）炭素鋼からなる裏金の表面に、多孔質銅錫合金層を設け、これに工程（１）で得られた樹脂材料を塗布する（部材１０）。これを加圧ローラで圧延し、多孔質銅錫合金層の孔隙に樹脂材料を充填するとともに、多孔質銅錫合金層の表面に一様な厚さの樹脂層４を形成する。
（３）工程（２）で得られた部材を加熱焼成炉にて焼成した後、冷却する。その後、寸法調整ローラにより所定の寸法に加工する。
（４）工程（３）で得られた部材を円筒形状又は半円形状に形成する。

【0033】

上記工程（１）において、ＰＴＦＥに対するＭｏＳ_２の混合比率ｎを大きくするほど、摺動部材１の樹脂層４のマルテンス硬さが増大する。樹脂層４の上面である摺動面６の静摩擦力を所定の範囲とするためには、樹脂層４のマルテンス硬さを２５～４５Ｎ／ｍｍ^２とすることが望ましい。

【0034】

上記工程（３）の圧延処理における部材と寸法調整ローラの断面を図５に示す。部材１０が２つのローラＡに挟まれて圧延加工される。図５において、ｈｉは部材１０の圧延前板厚、ｈｏは部材の圧延後板厚、ＲはローラＡの半径、ｌはロール接触長さ、Ｖはロール表面の速度を示す。部材１０の圧下率ｒは、ｒ＝（ｈｉ－ｈｏ）／ｈｉとして求められ、部材１０の変形時間ｔは、ｔ＝ｌ／Ｖとして求められる。ここで、ロール接触長さｌは、近似式ｌ＝√（Ｒ（ｈｉ－ｈｏ））を用いてもよい。上記工程（３）の寸法調整ローラにより所定の寸法に加工する段階において、クリープ変形割合は調整されているが、上記工程（３）と上記工程（４）との間の工程に、別の圧延工程を設け、クリープ変形割合を調整することができる。

【0035】

部材１０の圧下率ｒと変形時間ｔを変更することで、摺動部材１の樹脂層４のクリープ変形割合を調整することができる。樹脂層４のクリープ変形割合が大きくなると、樹脂層４の挙動が粘弾性的となり、摺動面６の動摩擦力が増大する。摺動面６の動摩擦力を増大させて静摩擦力に近付けるために、クリープ変形割合を１０％以上とする。樹脂層４のクリープ変形割合を１５％以上とすると、摺動面６の動摩擦力がさらに大きくなる。その一方で、樹脂層４のクリープ変形割合が３０％を超えると圧延後の形状加工が難しくなる。また、摺動部材１をショックアブソーバの材料として用いる場合、一定以上の樹脂強度を確保するために、樹脂層４のクリープ変形割合は２５％以下とすることが好ましい。

【0036】

部材１０を圧延する際、樹脂の分子鎖が切断され、樹脂層４の内部にクラックが発生する可能性がある。このようなクラックを抑制するためには、圧下率ｒを５～８％、変形時間ｔを０．０５ｓｅｃ以上とすることが好ましい。このような比較的緩やかな条件で圧延を行うことで、樹脂層４内部のクラック発生を抑制しつつ、樹脂強度およびクリープ変形割合を一定以上に保つことができる。

【0037】

このように、摺動部材１は、樹脂層４のＰＴＦＥに対するＭｏＳ_２の混合比率ｎ、部材１０の圧下率ｒ、および変形時間ｔの３つのパラメータを調整することで、圧延処理後の樹脂層４のマルテンス硬さおよびクリープ変形割合を変えることができる。

【0038】

（マルテンス硬さおよびクリープ変形割合の測定方法）
摺動部材１のマルテンス硬さおよびクリープ変形割合は、微小押込み試験の国際規格ＩＳＯ１４５７７に準拠した測定方法で測定することができる。試験装置として、島津製作所製の島津ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ－２１１を用い、最大試験力５ｍＮ、保持時間６０秒で、樹脂層４の断面方向から試験を行った。なお、マルテンス硬さおよびクリープ変形割合は、上記の製造工程（４）における形状調整の前後で大きく変化することはなかった。

【0039】

マルテンス硬さＨＭは、試験荷重Ｐと、圧子の侵入した表面積Ａから、ＨＭ＝Ｐ／Ａとして求められる。

【0040】

クリープ試験の結果を図６に示す。図６の各符号は、以下の通りである。
横軸（ｈ）：深さ
縦軸（Ｆ）：荷重
ｔ１：保持開始
ｔ２：保持終了
ｈ１：試験荷重到達時の変位
ｈ２：保持後の変位
クリープ変形割合Ｃ（％）は、Ｃ＝（ｈ２－ｈ１）／ｈ１×１００として求められる。

【実施例0041】

（性能評価試験）
本発明による摺動部材の静摩擦力、動摩擦力、および静摩擦力と動摩擦力の変化率を評価するために、実施例１～６および比較例１～４について性能評価試験を行った。

【0042】

図７に性能評価試験機１００の断面模式図を示す。試験機１００は、レーザー変位計１０１と、ボールネジモータ１０２と、ロードセル１０３と、試験軸１０４と、試験ブシュ１０５と、上下用ガイド１０６と、反射板１０７と、バネ１０８とを備える。試験ブシュ１０５は、上述の製造工程（１）～（４）により製造された摺動部材を加工して、内径２２ｍｍ、軸線方向長さ１５ｍｍの円筒形状にしたものである。試験機１００に試験ブシュ１０５を組み込み、下方から鉛直上向きに荷重Ｆａを加えた状態で、試験ブシュ１０５を水平方向に往復摺動させ、試験ブシュ１０５の水平移動距離をレーザー変位計１０１で測定した。

【0043】

（試験条件）
荷重：４９０Ｎ
滑り速度：１ｍｍ／ｓｅｃ
ストローク：１５ｍｍ
潤滑油：ショックアブソーバ用オイル
静摩擦力：往路と復路の最大値を足して２で除して算出する
動摩擦力：ストローク中央地点の往路と復路の摩擦力を足して２で除して算出する
変化率（％）：（静摩擦力－動摩擦力）／静摩擦力×１００

【0044】

本実施例１～６および比較例１～４の製造条件および試験結果を表１－２に示す。表２中の「静摩擦力」は、値が３０Ｎ以上６０Ｎ以下の範囲にある場合に「〇」と評価し、値がその範囲外の場合に「×」と評価した。「変化率」は、静摩擦力に対する、静摩擦力と動摩擦力の差の割合が１３％以下となった場合に「◎」、１３～１５％の場合となった「〇」と評価し、１５％超となった場合に「×」と評価した。なお、比較例４は、試験片を円筒形状に加工する際に樹脂層が剥がれたため、評価を行えなかった。

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

表２に示されるように、実施例１～６は静摩擦力の大きさ及び、静摩擦力と動摩擦力の変化率が基準内の値となっている。比較例１は、マルテンス硬さが小さく、静摩擦力が基準外となっている。比較例２は、マルテンス硬さが大きく、静摩擦力が基準外となっている。比較例３は、クリープ変形割合が小さく、変化率が基準外となっている。

【0047】

このように、樹脂層のＭｏＳ_２の添加割合を５～１５％、圧下率を５～８％、変形時間を０．０５秒以上とすることで、マルテンス硬さが２５～４５Ｎ／ｍｍ^２かつクリープ変形割合が１０～３０％の摺動層が得られ、静摩擦力と動摩擦力の変化率を所望の範囲に収め得ることがわかった。

【0048】

以上、図面を参照して、また性能評価試験に関連して、本発明の実施形態および実施例を詳述してきたが、具体的な構成はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない程度の変更は本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１ 摺動部材
２ 裏金層
３ 摺動層
４ 樹脂層
５ 金属層
５ａ 多孔質金属材料
５ｂ 樹脂材料
６ 摺動面
１０ 部材
１００ 試験機
１０１ レーザー変位計
１０２ ボールネジモータ
１０３ ロードセル
１０４ 試験軸
１０５ 試験ブシュ
１０６ 上下用ガイド
１０７ 反射板
１０８ バネ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】