特許 7032469 摺動部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-28

(45)【発行日】2022-03-08

(54)【発明の名称】摺動部材

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/20 20060101AFI20220301BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

F16C33/20 A

F16C17/02 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020055998

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021156337

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2020-12-07

(73)【特許権者】

【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】110000567

【氏名又は名称】特許業務法人 サトー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲見 茂

(72)【発明者】

【氏名】安田 絵里奈

(72)【発明者】

【氏名】二村 健治

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３２３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６８０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２２４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３３／２０

Ｆ１６Ｃ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相手部材と摺動する摺動面側に樹脂オーバレイ層を備える摺動部材であって、
前記樹脂オーバレイ層は、
表面の粗さパラメータＲｋが０．４≦Ｒｋ≦１．２であるとともに、
任意の測定視野の面積をＳ１、及び前記測定視野の表面積をＳ２として算出した表面積比Ｓ＝Ｓ２／Ｓ１が２．５≦Ｓ≦４．５である、
摺動部材。

【請求項2】

前記粗さパラメータＲｋは、０．６≦Ｒｋ≦１．０である請求項１記載の摺動部材。

【請求項3】

前記樹脂オーバレイ層は、５．０ｖｏｌ％～３０ｖｏｌ％の固体潤滑剤を含む請求項１又は２記載の摺動部材。

【請求項4】

前記固体潤滑剤は、１．０ｖｏｌ％～１５ｖｏｌ％のフッ素系樹脂を含む請求項３記載の摺動部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、摺動部材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軸受合金層の摺動面側に樹脂オーバレイ層を備える摺動部材が公知である（特許文献１参照）。このような樹脂オーバレイ層は、相手部材との摺動時に潤滑油に気泡が発生すると、この気泡が破裂する際に衝撃力を受ける。この衝撃力は、樹脂オーバレイ層の軸受合金層からの剥離など、いわゆるキャビテーション損傷を招く原因となる。特許文献１では、固体潤滑剤を含有する樹脂オーバレイ層を用いることにより、キャビテーション損傷の低減を図っている。

【0003】

しかしながら、摺動部材を適用する機器のさらなる性能向上にともない、潤滑油における気泡はより発生しやすくなっている。そのため、特許文献１のような対策ではキャビテーション損傷の低減には不十分であるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－４７２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、気泡の大きさを制御することで気泡の破裂時に受ける衝撃力を低減し、キャビテーション損傷を低減する摺動部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために本実施形態の摺動部材は、相手部材と摺動する摺動面側に樹脂オーバレイ層を備える。前記樹脂オーバレイ層は、表面の粗さパラメータＲｋが０．４≦Ｒｋ≦１．２であるとともに、任意の測定視野の面積をＳ１、及び前記測定視野の表面積をＳ２として算出した表面積比Ｓ＝Ｓ２／Ｓ１が２．５≦Ｓ≦４．５である。

【0007】

発明者は、摺動時に発生する気泡の大きさが、樹脂オーバレイ層の粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓに相関し、キャビテーション損傷に与える影響が変化することを見出した。つまり、キャビテーション損傷は、気泡の総体積を同一としたとき、微細な多数の気泡よりも、比較的大きな単一の気泡の方が低減されることがわかった。これにより、樹脂オーバレイ層の粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを制御し、摺動時に発生する気泡の大きさをより大きくなる側へ誘導することによって、キャビテーション損傷は低減される。本実施形態では、上記のように粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを制御することにより、気泡がより大きくなり、樹脂オーバレイ層が気泡の破裂時に受ける衝撃力が低減される。したがって、キャビテーション損傷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態による摺動部材の断面を示す模式図

【図2】一実施形態による摺動部材を示す模式的な斜視図

【図3】一実施形態による摺動部材の製造方法を示す模式的な斜視図

【図4】一実施形態による摺動部材の試験機を示す模式図

【図5】一実施形態による摺動部材の試験条件を示す概略図

【図6】一実施形態による摺動部材の実施例及び比較例の試験結果を示す概略図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、摺動部材の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように摺動部材１０は、裏金層１１、軸受合金層１２及び樹脂オーバレイ層１３を備えている。なお、摺動部材１０は、裏金層１１と軸受合金層１２との間に図示しない中間層を備えていてもよい。また、摺動部材１０は、図１に示す例に限らず、裏金層１１との樹脂オーバレイ層１３との間に、複数の軸受合金層１２や中間層、その他の機能を有する層を備えていてもよい。摺動部材１０は、樹脂オーバレイ層１３側の端部に相手部材と摺動する摺動面１４を形成する。図１に示す本実施形態の場合、摺動部材１０は、裏金層１１の摺動面１４側に軸受合金層１２及び樹脂オーバレイ層１３が順に積層されている。裏金層１１は、例えば鉄や鋼などの金属又は合金で形成されている。軸受合金層１２は、例えばＡｌ若しくはＣｕ又はそれらの合金などで形成されている。

【0010】

樹脂オーバレイ層１３は、図示しない樹脂バインダ及び固体潤滑剤で構成されている。樹脂バインダは、樹脂オーバレイ層１３の主成分であり、例えばポリアミドイミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂及びエラストマー樹脂から選択される一種以上が用いられる。また、樹脂バインダは、ポリマーアロイであってもよい。本実施形態では、樹脂バインダとして、ポリアミドイミドを用いている。また、固体潤滑剤は、例えば無機化合物やフッ素樹脂などが用いられる。無機化合物としては、例えば二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ｈ－ＢＮ、フッ化黒鉛、グラファイト、マイカ、タルク、メラミンシアヌレートなどから選択される一種以上が用いられる。フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが用いられる。本実施形態の場合、樹脂オーバレイ層１３は、固体潤滑剤を５ｖｏｌ％～３０ｖｏｌ％含んでいる。そして、樹脂オーバレイ層１３に含まれる固体潤滑剤は、例えばＰＴＦＥなどのフッ素樹脂を１ｖｏｌ％～１５ｖｏｌ％含むことが好ましい。

【0011】

樹脂オーバレイ層１３は、例えば充填剤をはじめとする添加剤を加えてもよい。この場合、添加剤は、フッ化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化シリコン、酸化マグネシウムなどの酸化物、モリブデンカーバイド、炭化ケイ素などの炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどから選択される一種以上が用いられる。

【0012】

本実施形態の樹脂オーバレイ層１３は、その表面の粗さパラメータＲｋが０．４≦Ｒｋ≦１．２である。樹脂オーバレイ層１３の表面は、樹脂オーバレイ層１３が摩耗する前の摺動面１４に一致する。また、樹脂オーバレイ層１３の粗さパラメータＲｋは、０．６≦Ｒｋ≦１．０であることがより好ましい。この場合、粗さパラメータＲｋは、カットオフ値を０．０８に設定している。

【0013】

本実施形態の樹脂オーバレイ層１３は、その表面における表面積比Ｓが２．５≦Ｓ≦４．５である。ここで、表面積比Ｓは、次のように定義される。樹脂オーバレイ層１３の表面である摺動面１４に、図２に示すように任意の測定視野１５を設定する。この測定視野１５の投影面積はＳ１と定義する。また、この測定視野１５における摺動面１４の凹凸を考慮した表面積を測定し、この表面積はＳ２と定義する。得られた測定視野１５における投影面積Ｓ１及び表面積Ｓ２から、表面積比Ｓは、Ｓ＝Ｓ２／Ｓ１として算出される。本実施形態の場合、レーザ顕微鏡を用いることにより、測定視野１５における投影面積Ｓ１及び表面積Ｓ２が測定され、測定された投影面積Ｓ１及び表面積Ｓ２を用いて表面積比Ｓを算出している。

【0014】

次に、上記の構成による摺動部材１０の製造方法について説明する。
図３に示すように裏金層１１の一方の面側に軸受合金層１２が形成されたバイメタル２０は、半円筒形状に形成される。この場合、バイメタル２０は、裏金層１１を半円筒形状とした後、内周側に軸受合金層１２を形成してもよい。バイメタル２０は、半円筒形状に限らず、円筒形状又は円筒を周方向へ複数の分割した形状であってもよい。

【0015】

バイメタル２０は、軸受合金層１２の表面に樹脂オーバレイ層１３となる樹脂材２１が塗布される。樹脂材２１は、樹脂オーバレイ層１３を構成する樹脂バインダ及び固体潤滑剤が溶剤に懸濁された懸濁混合物である。この場合、樹脂オーバレイ層１３となる懸濁した樹脂材２１は、バイメタル２０の軸受合金層１２と対向する位置に設けられたスプレー２２から吹き付けることにより塗布される。この他にも、樹脂材２１は、ロール、パッド又はスクリーンなど任意のコーティング手順によって軸受合金層１２の表面に塗布してもよい。そして、塗布された樹脂材２１は、図示しない熱源によって数秒程度の短時間で軸受合金層１２とは反対側に位置する最表面のみが急速に乾燥される。熱源は、例えば赤外線源などが用いられる。このように塗布された樹脂材２１の最表面のみを急速に乾燥することにより、形成される樹脂オーバレイ層１３の表面は粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓが所望の値に制御される。なお、バイメタル２０は、平板状のままで樹脂材２１から樹脂オーバレイ層１３を形成した後に、円筒形状や半円筒形状に形成してもよい。
以上のように、樹脂材２１をバイメタル２０に塗布して最表面を乾燥した後、樹脂材２１の全体を乾燥させることにより、樹脂オーバレイ層１３を備える摺動部材１０が形成される。

【0016】

以下、本実施形態による摺動部材１０の実施例を比較例と対比しながら説明する。
上記の手順によって製造した摺動部材１０の実施例及び比較例の試料は、図４に示すような試験機３０を用いて、図５に示す条件で試験した。試験は、摺動部材１０の樹脂オーバレイ層１３に剥離が生じるか否かによって評価した。具体的には、図４に示す試験機３０は、水槽３１及びホーン３２を備えている。摺動部材の試料３３は、水３４を貯えた水槽３１に設置され、その摺動面３５に相当する位置にホーン３２から超音波を照射した。ホーン３２から試料３３までの距離は、０．２５ｍｍに設定した。この試験機３０において、試料３３には１９，０００Ｈｚの超音波を１回あたり１０秒間照射した。試料３３の評価は、試料３３の樹脂オーバレイ層１３が剥離したか否かを確認し、樹脂オーバレイ層１３が剥離するまでの試験の回数で行なった。この図５に示す試験条件は、実際の使用条件で発生する気泡から摺動部材１０が受ける影響よりも厳しくするために、ホーン３２と摺動面３５との距離を小さく、かつ発生する気泡が破裂する回数を増大させるものである。つまり、この試験条件は、気泡の破裂に対する影響を確認するための加速試験に相当する。

【0017】

図６に示すように、粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを満たす実施例１～実施例１１は、これら粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを満たさない比較例１～比較例６と比較して、樹脂オーバレイ層１３が剥離するまでの試験の回数が増加している。つまり、実施例１～実施例１１は、上述のように厳しい条件下でも樹脂オーバレイ層１３が剥離するまでの試験回数が増加している。これに対し、比較例１～比較例６の場合、樹脂オーバレイ層１３は、いずれも剥離が生じている。これらの結果から、粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを制御することにより、樹脂オーバレイ層１３のキャビテーション損傷は低減されることが分かる。具体的には、樹脂オーバレイ層１３は、粗さパラメータＲｋが０．４≦Ｒｋ≦１．２であり、かつ表面積比Ｓが２．５≦Ｓ≦４．５であるとき、キャビテーション損傷が低減される。

【0018】

本実施形態による摺動部材１０の実施例１～実施例１１は、いずれも粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓを制御することにより、樹脂オーバレイ層１３の摺動面１４側に生成する気泡が大型化する。生成する気泡は、総体積が同一であれば、細かな多数の気泡よりもより大きな少数の気泡の方が樹脂オーバレイ層１３に与える影響が小さい。これは、気泡が小さくなるほど、気泡の内部における圧力が高まり、この気泡の破裂の際に周囲へ与える衝撃力が大きくなるからである。その結果、より小さな気泡は、樹脂オーバレイ層１３に与える衝撃力が増大し、樹脂オーバレイ層１３に損傷を与えることになる。本実施形態による摺動部材１０の実施例１～実施例１１は、樹脂オーバレイ層１３の表面が制御されることによって生成される気泡が大型化する。その結果、実施例１～実施例１１では、気泡が樹脂オーバレイ層１３に与える影響は減少し、キャビテーション損傷が低減すると考えられる。

【0019】

また、実施例１～実施例１１及び比較例１～比較例６によると、粗さパラメータＲｋ又は表面積比Ｓのいずれか一方だけを満たしても、樹脂オーバレイ層１３はキャビテーション損傷が低減されないことがわかる。このことからも、本実施形態による摺動部材の実施例１～実施例１１のように、樹脂オーバレイ層１３のキャビテーション損傷を低減するためには、粗さパラメータＲｋ及び表面積比Ｓの両立が必要であることが分かる。

【0020】

実施例１～実施例５によると、粗さパラメータＲｋが０．６≦Ｒｋ≦１．０である実施例３～実施例５は、実施例１及び実施例２と比較して、キャビテーション損傷がより低減されることが分かる。表面積比Ｓが２．５≦Ｓ≦４．５、かつ粗さパラメータＲｋが０．６≦Ｒｋ≦１．０にあるとき、生成される気泡がより大型化し、樹脂オーバレイ層１３のキャビテーション損傷をより低減することができる。

【0021】

次に、実施例１～実施例５と、実施例６～実施例８とを比較すると、樹脂オーバレイ層１３に５．０ｖｏｌ％～３０ｖｏｌ％の固体潤滑剤が含まれる実施例６～実施例８は、固体潤滑剤がこの範囲を超える実施例１～実施例５と比較して、キャビテーション損傷がより低減されることが分かる。これにより、樹脂オーバレイ層１３に適度な固体潤滑剤を含むことで生成される気泡が大型化し、樹脂オーバレイ層１３のキャビテーション損傷をより低減することができる。

【0022】

特に、実施例９～実施例１１によると、樹脂オーバレイ層１３が５．０ｖｏｌ％～３０ｖｏｌ％の固体潤滑剤を含み、この固体潤滑剤としてフッ素樹脂を１．０ｖｏｌ％～１５ｖｏｌ％含むとき、キャビテーション損傷がより低減されることが分かる。これにより、樹脂オーバレイ層１３に含まれる固体潤滑剤を適量のフッ素樹脂とすることで生成される気泡が大型化し、樹脂オーバレイ層１３のキャビテーション損傷をより低減することができる。

【0023】

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

【符号の説明】

【0024】

図面中、１０は摺動部材、１２は軸受合金層、１３は樹脂オーバレイ層、１４は摺動面を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】