(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】2023-02-07
(45)【発行日】2023-02-15
(54)【発明の名称】摺動部材
(51)【国際特許分類】
F16C 33/20 20060101AFI20230208BHJP
F16C 17/02 20060101ALI20230208BHJP
F16C 33/10 20060101ALI20230208BHJP
F16C 3/04 20060101ALI20230208BHJP
F16C 9/02 20060101ALI20230208BHJP
【FI】
F16C33/20 A
F16C17/02 Z
F16C33/10 Z
F16C3/04
F16C9/02
(21)【出願番号】P 2018235153
(22)【出願日】2018-12-17
【審査請求日】2021-06-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000207791
【氏名又は名称】大豊工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000660
【氏名又は名称】Knowledge Partners弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100167254
【氏名又は名称】後藤 貴亨
(72)【発明者】
【氏名】松本 慎司
(72)【発明者】
【氏名】壁谷 泰典
【審査官】日下部 由泰
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-254014(JP,A)
【文献】国際公開第2013/039177(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16C 33/20, 3/04, 9/02,17/02,33/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基層と、前記基層上に形成された樹脂被覆層とを備える摺動部材であって、
前記樹脂被覆層は、
バインダーとしてのポリアミドイミド樹脂と、
硫酸バリウム粒子と、
二硫化モリブデン粒子と、
SiC粒子と、
不可避不純物と、からなり、
重ね塗りされた複数の塗布層によって構成され、複数の前記塗布層ごとに前記
SiC粒子の含有量が異なり、複数の前記塗布層のうちの最表層に含まれる前記
SiC粒子が他の層に含まれる前記
SiC粒子よりも少ない、
摺動部材。
【請求項2】
前記硫酸バリウム粒子の平均粒径は、0.3μm以上かつ0.7μm未満である、
請求項1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、樹脂被覆層を有する摺動部材に関する。
【背景技術】
【0002】
樹脂バインダー中に調整粒子と板状固体潤滑剤を含有させたすべり軸受が知られている(特許文献1、参照。)。特許文献1において、調整粒子によってクラックをせき止めるとともに、板状固体潤滑剤によって耐焼付き性を向上させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1において、耐摩耗性が不足するという問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、樹脂被覆層において適度な耐摩耗性を実現できる技術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】
【0005】
前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材は、基層と、基層上に形成された樹脂被覆層とを備える摺動部材であって、樹脂被覆層は、バインダーとしてのポリアミドイミド樹脂と、硫酸バリウム粒子と、二硫化モリブデン粒子と、硬質粒子と、不可避不純物と、からなるとともに、重ね塗りされた複数の塗布層によって構成され、複数の塗布層ごとに硬質粒子の含有量が異なるように構成される。
【0006】
樹脂被覆層に硬質粒子が含まれるため、樹脂被覆層の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、複数の塗布層ごとに硬質粒子の含有量が異なるようにすることにより、塗布層ごとになじみ性や耐摩耗性を調整することができる。例えば、最表層の硬質粒子の含有量を他の塗布層よりも小さくすることにより初期のなじみ性を向上させることができる。逆に、最表層の硬質粒子の含有量を他の塗布層よりも大きくすることにより初期の耐摩耗性を向上させることができる。
【0007】
さらに、硫酸バリウム粒子の平均粒径は、0.3μm以上かつ0.7μm未満であってもよい。硫酸バリウム粒子の平均粒径を0.3μm以上かつ0.7μm未満とすることにより、相手軸との間の摩擦抵抗を低減できることが確認できた。また、硫酸バリウム粒子の平均粒径を0.3μm以上かつ0.7μm未満とすることにより、表面の平滑性を向上できることが確認できた。さらに、耐焼付き性向上の面において硫酸バリウム粒子の平均粒径を0.3μm以上かつ0.7μm未満とするのが最適であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本発明の実施形態にかかる摺動部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)摺動部材の構成:
(2)摺動部材の製造方法:
(3)他の実施形態:
【0010】
(1)摺動部材の構成:
図1は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材1の斜視図である。摺動部材1は、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とを含む。摺動部材1は、中空状の円筒を直径方向に2等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。2個の摺動部材1を円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Aが形成される。すべり軸受Aは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手材2(エンジンのクランクシャフト)を軸受けする。相手材2の外径はすべり軸受Aの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手材2の外周面と、すべり軸受Aの内周面との間に形成される隙間に潤滑油(エンジンオイル)が供給される。その際に、すべり軸受Aの内周面上を相手材2の外周面が摺動する。
【0011】
摺動部材1は、曲率中心から遠い順に、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とが順に積層された構造を有する。従って、裏金10が摺動部材1の最外層を構成し、オーバーレイ12が摺動部材1の最内層を構成する。裏金10とライニング11とオーバーレイ12とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。例えば、裏金10の厚みは1.1mm~1.3mmとされ、ライニング11の厚みは0.2mm~0.4mmとされる。例えば、裏金10は例えば鋼によって形成される。ライニング11は、例えばAl合金やCu合金によって形成される。裏金10は省略されてもよい。
【0012】
オーバーレイ12の厚みは、6μmとなっている。なお、オーバーレイ12の厚みは、2~15μmであってもよく、3~9μmが望ましい。以下、内側とは摺動部材1の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材1の曲率中心と反対側を意味することとする。オーバーレイ12の内側の表面は、相手材2の摺動面を構成する。
【0013】
図2Aは、オーバーレイ12の断面模式図である。オーバーレイ12は、ライニング11の内側の表面上に積層された層であり、本発明の樹脂被覆層を構成する。オーバーレイ12は、バインダー樹脂12a(グレー)と二硫化モリブデン粒子12b(黒丸)と硫酸バリウム粒子12c(白丸)と硬質粒子としてのSiC粒子12d(二重丸)と不可避不純物とからなる。バインダー樹脂12aは、ポリアミドイミド樹脂である。
【0014】
本実施形態において、オーバーレイ12は、重ね塗りされた2層の塗布層(最表層L1,内層L2)によって構成され、最表層L1,内層L2の膜厚はそれぞれ3μmとなっている。オーバーレイ12の最表層L1における二硫化モリブデン粒子12bの総体積の体積分率は30体積%であり、硫酸バリウム粒子12cの総体積の体積分率は15体積%であり、SiC粒子12dの総体積の体積分率は0体積%である。二硫化モリブデン粒子12bは、硫酸バリウム粒子12cの総体積の0.5倍の総体積を有する。バインダー樹脂12aと二硫化モリブデン粒子12bとの総体積と硫酸バリウム粒子12cの総体積とSiC粒子12dの総体積とは、混合する前に計測したバインダー樹脂12aと二硫化モリブデン粒子12bと硫酸バリウム粒子12cの質量と、これらの比重とに基づいて算出したものである。
【0015】
オーバーレイ12の内層L2における二硫化モリブデン粒子12bの総体積の体積分率は30体積%であり、硫酸バリウム粒子12cの総体積の体積分率は15体積%であり、SiC粒子12dの総体積の体積分率は0.3体積%を下限とし、1.3~1.5体積%を上限とし、0.7±0.2体積%とするのが望ましい。二硫化モリブデン粒子12bは、硫酸バリウム粒子12cの総体積の0.5倍の総体積を有する。最表層L1におけるバインダー樹脂12aと二硫化モリブデン粒子12bの総体積と硫酸バリウム粒子12cの総体積とは、混合する前に計測したバインダー樹脂12aと二硫化モリブデン粒子12bと硫酸バリウム粒子12cの質量と、これらの比重とに基づいて算出したものである。
【0016】
二硫化モリブデン粒子12bの平均粒径は1.4μmであり、硫酸バリウム粒子12cの平均粒径は0.6μmであり、SiC粒子12dの平均粒径は0.2~0.8μmであり、望ましくは0.5μmである。二硫化モリブデン粒子12bは、硫酸バリウム粒子12cの平均粒径の2.33倍の平均粒径を有する硫酸バリウム粒子12cと二硫化モリブデン粒子12bの平均粒子径は、マイクロトラック・ベル社のMT3300IIによって計測したものである。以下、二硫化モリブデン粒子12bの平均粒径を硫酸バリウム粒子12cの平均粒径で除算した値を平均粒径比と表記する。二硫化モリブデン粒子12bは層状の粒子であり、硫酸バリウム粒子12cは塊状の粒子である。
【0017】
以上説明した本実施形態のオーバーレイ12を平板上に被覆した試料を作成し、RpkとRaと配向率と移着量と摩擦係数と摩擦抵抗低減率と焼付き面圧とを計測した。
RpkとRaとは、それぞれJIS B0671-2002とJIS B0601-2001の表面粗さであり、オーバーレイ12の表面(摺動面)の表面粗さである。カットオフ値λcを0.08mmとした場合のRpk(0.08)は0.162μmであり、カットオフ値λcを0.8mmとした場合のRa(0.8)は0.151μmであった。RpkとRaは、小坂研究所社のサーフコーダSE-3400によって計測した。カットオフ値λcを0.08mmとすることにより、ライニング11表面に形成した約0.08mm周期の溝のうねりの影響を除去した粗さを示すRpk(0.08)を得ることができる。
【0018】
本実施形態のオーバーレイ12における最表層L1の二硫化モリブデンの{002}{004}{008}の配向率は87%であった。また、本実施形態のオーバーレイ12における最表層L1の二硫化モリブデンの{002}{004}{006}{008}の配向率は89.9%であった。配向率とは、二硫化モリブデンの{002}{004}{008}または{002}{004}{006}{008}の結晶面にて生じたX線の回折電子ビームの強度の合計を、すべての結晶面にて生じた回折電子ビームの強度の合計で除算した割合である。配向率は、オーバーレイ12の表面の直交方向において{002}{004}{008}または{002}{004}{006}{008}の結晶面がどの程度偏って配向しているかを示す指標である。回折電子ビームの強度は、リガク社のSmartLabによって計測した。配向率が高いほど、二硫化モリブデン粒子12bの層方向の摺動面に対する平行度が高くなる。
【0019】
重ね塗りされた複数の塗布層のうちの最表層L1の膜厚を3μmとすることにより、最表層L1の硬化時におけるバインダー樹脂12aの収縮量を抑制することができる。従って、二硫化モリブデン粒子12bが存在する部位と、二硫化モリブデン粒子12bが存在しない部位との間の凹凸を低減できる。さらに、最表層L1の膜厚を二硫化モリブデン粒子12bの平均粒径の2倍以下、すなわち4μm以下(望ましくは1~2.5μm)とすることにより、層状の二硫化モリブデン粒子12bの層方向を塗布方向(摺動面の方向)に配向させることができる。
【0020】
つまり、二硫化モリブデン粒子12bの厚み方向を、塗布方向の直交方向、すなわち硬化時のバインダーの収縮方向に配向させることができる。結果として、バインダーの収縮方向における二硫化モリブデン粒子12bの厚みを抑制することができ、二硫化モリブデン粒子12bが存在する部位と、二硫化モリブデン粒子12bが存在しない部位との間の凹凸を低減できた。
【0021】
仮に、
図2Bのように、オーバーレイ12を単一の塗布層によって形成すると、塗布時における二硫化モリブデン粒子12bの回転自由度が増し、二硫化モリブデン粒子12bの層方向が摺動面の直交方向に近い方向に配向し得ることとなる。これにより、摺動面の直交方向において二硫化モリブデン粒子12bとバインダー樹脂12aとの間の収縮量の差により凹凸の高さが増大してしまう。
【0022】
また、硫酸バリウム粒子12cの平均粒径を小さくしておくことにより、
図2Aのように配向性を制御できない塊状または球状の硫酸バリウム粒子12cを使用した場合でも、硫酸バリウム粒子12cに起因する凹凸の量を低減できる。その結果、最表層L1の表面のRpkを低減できた。また、SiC粒子12dを最表層L1に混合しないことにより、表面付近のSiC粒子12dが原因となってオーバーレイ12の表面に凹凸を生じさせる可能性を低減できる。また、SiC粒子12dを最表層L1に混合しないことにより、使用初期におけるなじみ性を確保できる。さらに、SiC粒子12dを内層L2に混合することにより、摩耗進行時における耐摩耗性を向上させることができる。
【0023】
(2)摺動部材の製造方法:
摺動部材1を(a)半割基材形成工程と(b)塗布前処理工程と(c)第1塗布工程と(d)第2塗布工程と(e)乾燥工程と(f)焼成工程とを順に行うことによって形成した。ただし、摺動部材1の製造方法は前記の工程に限定されるものではない。
【0024】
(a)半割基材形成工程
半割基材形成工程は、裏金10とライニング11とが接合した基材を半割状に形成する工程である。例えば、裏金10に相当する板材上においてライニング11の材料を焼結することにより、裏金10とライニング11とが接合した基材が形成されてもよい。また、裏金10とライニング11に相当する板材を圧延によって接合することにより、裏金10とライニング11とが接合した基材が形成されてもよい。さらに、プレス加工や切削加工等の機械加工を行うことにより、裏金10とライニング11とが接合した基材を半割状に加工してもよい。
【0025】
(b)塗布前処理工程
塗布前処理工程は、ライニング11の表面に対するオーバーレイ12(樹脂被覆層)の密着性を向上させるための表面処理である。例えば、塗布前処理工程として、サンドブラスト等の粗面化処理を行ってもよいし、エッチングや化成処理などの化学処理を行ってもよい。なお、塗布前処理工程は、半割基材の油分を洗浄剤で脱脂した後に行うことが好ましい。
【0026】
(c)第1塗布工程
第1塗布工程は、ライニング11にオーバーレイ12の内層L2を塗布する工程である。第1塗布工程を行うにあたり、ポリアミドイミドのバインダー樹脂に二硫化モリブデン粒子12bと硫酸バリウム粒子12cとを混合した塗布液を調製する。また、二硫化モリブデン粒子12bと硫酸バリウム粒子12cの分散性を高めたり、塗布液の粘度を調整したりするために、必要に応じてN-メチル-2-ピロリドンやキシレン等の溶剤を用いてもよい。
【0027】
オーバーレイ12における二硫化モリブデン粒子12bの総体積の体積比が30体積%となり、硫酸バリウム粒子12cの総体積の体積比が15体積%となり、SiC粒子12dの総体積の体積分率は0体積%となるように、二硫化モリブデン粒子12bと硫酸バリウム粒子12cの塗布液に混合する。また、平均粒径が1.4μmの二硫化モリブデン粒子12bと平均粒径が0.6μmの硫酸バリウム粒子12cを第1塗布液に混合する。
【0028】
第1塗布工程は、ライニング11の内径よりも小径の円柱状の塗布ロールに第1塗布液を付着させ、ライニング11の内側表面上において塗布ロールを回転させることにより行う。塗布ロールとライニング11の内側表面との間のロールギャップや塗布液の粘度を調整することにより、後述する(g)焼成工程後における膜厚が3μmとなる厚みだけ第1塗布液をライニング11の内側表面上に塗布してもよい。
【0029】
(d)第2塗布工程
その後、第2塗布工程において、第1塗布工程と同様に塗布液の塗布を行う。ただし、第2塗布工程においては、オーバーレイ12における二硫化モリブデン粒子12bの総体積の体積比が30体積%となり、硫酸バリウム粒子12cの総体積の体積比が15体積%となり、SiC粒子12dの総体積の体積分率が0.7±0.2体積%となるように混合した塗布液を使用する。なお、第1塗布工程と第2塗布工程との間に後述する乾燥工程を行ってもよい。
【0030】
(e)乾燥工程
乾燥工程は、最表層L1と内層L2とを乾燥させる工程である。例えば、40~120℃で5~60分にわたって最表層L1と内層L2とを乾燥させる。
【0031】
(f)焼成工程
さらに例えば150~300℃で30~60分にわたって最表層L1と内層L2とを焼成(硬化)させた。
以上の工程により摺動部材1が完成する。
【0032】
(3)他の実施形態:
前記実施形態においては、内層L2にのみSiC粒子12dを混合したが、最表層L1にもSiC粒子12dを混合することにより、使用初期から耐摩耗性を向上させてもよい。この場合も、最表層L1におけるSiC粒子12dの含有量を、最表層L1におけるSiC粒子12dの含有量よりも小さくすることにより、使用初期におけるなじみ性を確保できる。反対に、最表層L1におけるSiC粒子12dの含有量を、最表層L1におけるSiC粒子12dの含有量よりも大きくすることにより、使用初期における耐摩耗性を向上させてもよい。また、塗布層の層数は3層以上であってもよい。
【0033】
前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Aを構成する摺動部材1を例示したが、本発明の摺動部材1によって他の用途のすべり軸受Aを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材1によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等のラジアル軸受を形成してもよい。さらに、本発明の摺動部材は、スラスト軸受であってもよく、各種ワッシャであってもよいし、カーエアコンコンプレッサ用の斜板であってもよい。
【符号の説明】
【0034】
1…摺動部材,2…相手材,10…裏金,11…ライニング,12…オーバーレイ,12a…バインダー樹脂,12b…二硫化モリブデン粒子,12c…硫酸バリウム粒子,12d…SiC粒子A…軸受,L1…最表層,L2…内層