特許 7249743 スラストすべり軸受

(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】2023-03-23

(45)【発行日】2023-03-31

(54)【発明の名称】スラストすべり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/04 20060101AFI20230324BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20230324BHJP

   F16C 33/12 20060101ALI20230324BHJP

【ＦＩ】

F16C17/04 Z

F16C33/10 Z

F16C33/12 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018142689

(22)【出願日】2018-07-30

(65)【公開番号】P2020020359

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000110859

【氏名又は名称】キヤノンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100148987

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 礼子

(72)【発明者】

【氏名】沢田 博司

【審査官】西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０３６５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１４９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７９７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１７４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２００２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００７７１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／０４

Ｆ１６Ｃ ３３／１０－３３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウレアグリース介在下で相対的に摺動する第１部材と第２部材とを備えたスラストすべり軸受であって、
第１部材側に、凹溝を形成するとともに、この凹溝内にグレーティング状凹凸の周期構造を設け、前記グレーティング状凹凸の周期構造の形成領域が円周方向に間欠に配置された複数の放射状領域であり、前記放射状領域は、その内径端が、周期構造を有さない第２部材の摺動面の内径端よりも内径側に位置し、かつ、その外径端が、周期構造を有さない第２部材の摺動面の外径端よりも外径側に位置し、さらに、グレーティング状凹凸の周期構造の凸部高さを周期構造未加工部の高さよりも低くし、前記凹溝は、少なくとも摺動方向下流側の立上り側面が溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面であって、断面扁平台形形状とされていることを特徴とするスラストすべり軸受。

【請求項2】

前記グレーティング状凹凸の周期構造は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するものであることを特徴とする請求項１に記載のスラストすべり軸受。

【請求項3】

前記グレーティング状凹凸の周期構造の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラストすべり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラストすべり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

軸と軸受とが潤滑油などの薄い膜を介して相対的にすべる軸受は、軸に直角にかかる荷重を支えるラジアルすべり軸受（ジャーナル軸受と呼ぶ場合がある。）と、軸に平行で軸受面に直角の力を受けるスラストすべり軸受とに分けられる。

【0003】

スラストすべり軸受として、従来には図１５に示す構成のものがある（特許文献１）。このスラストすべり軸受は、合成樹脂製の上部ケース５１と、合成樹脂製の下部ケース５２と、上下ケース５１、５２間に介在される合成樹脂製のスラスト軸受片５３とを具備している。

【0004】

上下ケース５１、５２及びスラスト軸受片５３はそれぞれ扁平のリング形状体からなり、スラスト軸受片５３の上下面には、それぞれ、図１６に示すように、中心孔に沿って配設される環状溝５５と、周方向に沿って所定ピッチで配設される複数本の径方向溝５６とが形成されている。径方向溝５６が、その内径端が環状溝５５に連通され、その外径端がスラスト軸受片５３の外周面に開口している。そして、環状溝５５および径方向溝５６にグリースＧ等が充填保持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－５３９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

グリースＧの基本成分は潤滑油（基油）、増ちょう剤及び添加剤である。このため、前記従来のものは、溝５５，５６にグリースＧを溜めるだけのものであるので、基油分離、油分移動の促進作用がない。このように、基油分離、油分移動の促進作用がなければ、潤滑不足による摩擦増加や焼付きを生じることがある。

【0007】

また、溝寸法と増ちょう剤の寸法との関係についての限定はなく、増ちょう剤の寸法に対して溝寸法が非常に大きくなっている。このように、溝寸法が非常に大きければ、溝は増ちょう剤に対する保持作用がない。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みて、増ちょう剤由来の付着膜形成促進と基油の摺動部位への再流入性を向上させることで、潤滑不足による摩擦増加や焼き付きを防止できるスラストすべり軸受を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のスラストすべり軸受は、ウレアグリース介在下で相対的に摺動する第１部材と第２部材とを備えたスラストすべり軸受であって、第１部材側に、凹溝を形成するとともに、この凹溝内にグレーティング状凹凸の周期構造を設け、前記グレーティング状凹凸の周期構造の形成領域が円周方向に間欠に配置された複数の放射状領域であり、前記放射状領域は、その内径端が、周期構造を有さない第２部材の摺動面の内径端よりも内径側に位置し、かつ、その外径端が、周期構造を有さない第２部材の摺動面の外径端よりも外径側に位置し、さらに、グレーティング状凹凸の周期構造の凸部高さを周期構造未加工部の高さよりも低くし、前記凹溝は、少なくとも摺動方向下流側の立上り側面が溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面であって、断面扁平台形形状とされているものである。

【0010】

本発明のスラストすべり軸受によれば、ウレアグリース介在下で摺動する第１部材側と第２部材側との少なくともいずれかの間欠領域にグレーティング状凹凸の周期構造が設けられているので、周期構造のグリース保持と基油分離作用により、増ちょう剤であるウレア化合物由来の付着膜形成が促進され、境界潤滑膜として作用するとともに基油の再流入性が向上し、グリース潤滑特性を向上することができる。また、グレーティング状凹凸の周期構造の凸部高さ位置を未加工部の高さ位置よりも低く設定することで、基油分離作用を維持したままグリースの保持量を増加することができる。

【0011】

また、前記凹溝は、少なくとも摺動方向下流側の立上り側面が溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面であるように設定できる。このように設定することによって、テーパ面（斜面）を介することで基油と増ちょう剤の未加工部への供給が促進され、付着膜形成作用と基油の再流入性を向上することができる。

【0012】

前記グレーティング状凹凸の周期構造の形成領域が円周方向に間欠に配置された複数の放射状領域であるものであってもよい。このように構成することによって、周期構造に保持されたグリースが断続的に摺動面内に供給されるために、境界潤滑膜として作用する増ちょう剤由来の付着膜形成が促進されるとともに基油の再流入性を向上することができる。

【0016】

前記グレーティング状凹凸の周期構造は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するものであるのが好ましい。このように設定することによって、周期構造の開口面積が大きくなり、グリースや基油を効率的に取り込むことができる。

【0017】

前記グレーティング状凹凸の周期構造の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であるように設定できる。このように設定することによって、基油の保持性、移動性を向上することができる。周期構造の凹凸が５０ｎｍ未満では十分な量の増ちょう剤を担持できず、凹凸および周期ピッチが１０μｍを超えると増ちょう剤や基油がほとんど流出するおそれがある。

【発明の効果】

【0018】

周期構造により油分離、油分移動が促進され、摩耗が低減される。周期構造に保持された増ちょう剤がさらに油分の保持性、移動性を向上する。また、増ちょう剤が境界膜を形成し、摩擦・摩耗が低減する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のスラストすべり軸受の簡略構成図である。

【図2】スラストすべり軸受の第１部材の要部簡略平面図である。

【図3】第１部材に設けられた周期構造を示し、（ａ）は拡大図であり、（ｂ）は断面プロファイルである。

【図4】第１部材に設けられた凹溝の拡大断面図である。

【図5】スラストすべり軸受の他の第１部材を示し、（ａ）は要部簡略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ部拡大図である。

【図6】周期構造を形成するためのレーザ表面加工装置の簡略図である。

【図7】親水性表面での接触角を示し、（ａ）が平坦面の場合の説明図であり、（ｂ）が粗い面の場合の説明図である。

【図8】ディスク試験片を示し、（ａ）は周期構造が同心円に形成されている試験片の簡略平面図であり、（ｂ）は周期構造が周方向に間欠に形成されている試験片の簡略平面図であり、（ｃ）は周期構造が渦巻き状に形成されている試験片の簡略平面図である。

【図9】摩擦摩耗試験機（リング・オン・ディスク型）の簡略図である。

【図10】一定速摺動時の摩擦係数を示し、（ａ）は連続したグラフ図であり、（ｂ）は所定時間毎のグラフ図である。

【図11】ディスク摺動面のレーザ顕微鏡画像である。

【図12】ディスク摺動面のＳＥＭ画像である。

【図13】ディスク摺動面の要部のＳＥＭ画像である。

【図14】ディスク摺動面のＸＰＳ分析図である。

【図15】従来のスラスト軸受の断面図である。

【図16】図１５のスラスト軸受のスラスト軸受片の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下本発明の実施の形態を図１～図１４に基づいて説明する。図１は本発明に係るスラストすべり軸受の構成図である。すなわち、スラストすべり軸受は、第１部材１の摺動面１ａと第２部材２の摺動面２ａとが潤滑剤で相対的に摺動するものである。この場合、第１部材１及び第２部材２は、炭素鋼、銅、アルミニウム、白金、超硬合金等であっても、炭化ケイ素や窒化ケイ素等のシリコン系セラミックスであっても、エンジニアプラスチック等であってもよい。第１部材１としては、図２に示すような円盤形状体（この場合、相対向する一対の切欠面３、３が形成されている）である。また、第２部材２はリング体としている。このため、第１部材１の上面が摺動面１ａとなり、第２部材２の下面が摺動面２ａとなる。

【0021】

また、潤滑剤としては、ウレアグリースを用いる。ここで、ウレアグリースとは、ウレア基（－ＮＨ－ＣＯ－ＮＨ－）を２個以上有する有機化合物を増ちょう剤としたグリースである。また、ウレアグリースには、脂肪族ウレアと、脂環族ウレアと、芳香族ウレアとがある。

【0022】

脂肪族ウレアは、長鎖アルキル基を両末端に用いると耐熱性がリチウム石けんグリース並となる点、短鎖アルキル基を用いると耐熱性が向上する点、脂環族および芳香族ウレアに比べ寿命が短い点の特徴を有する。脂環族ウレアは、増ちょう効果が優れている点、比較的耐熱性に優れている点、せん断安定性に優れている点、寿命が長い点の特徴を有する。芳香族ウレアは、増ちょう効果が脂肪族ウレアや脂環族ウレアよりも劣る点、耐熱性に優れている点、寿命が長い点の特徴を有する。

【0023】

このため、本発明においては、脂肪族ウレアグリースと、脂環族ウレアグリースと、芳香族ウレアグリースとのいずれを用いてもよいが、この実施形態では、脂肪族ウレアグリースを用いた。

【0024】

この場合、第１部材１の摺動面（上面）１ａに、径方向の凹溝５が周方向に沿って所定ピッチで複数個が形成されている。この場合、各凹溝５の内径端にて形成される内径円６と、各凹溝５の外径端にて形成される外径円７とは、第１部材１の軸心を中心とする同心円であり、内径円６の径寸法Ｄ１ａは、第２部材２の内径寸法Ｄ２ａよりも小さく、外径円７の径寸法Ｄ１ｂは、第２部材２の外径寸法Ｄ２ｂよりも大きく設定される。

【0025】

また、各凹溝５は、図４に示すように、断面扁平台形形状とされ、摺動方向（図２に示すように、時計回り方向）の上流側及び下流側の立ち上がり側面５ａ、５がテーパ面Ｔ、Ｔに形成されている。この場合、テーパ面Ｔ、Ｔは、溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面である。また、各凹溝５の一対の溝開口端（テーパ面上端）は、第１部材１の軸心を中心として径方向に延びる径方向線上にある。このため、各凹溝５は扇状に広がっている。この場合、凹溝５の中心角θ１が１°とし、周方向に隣合う凹溝間の未加工部位の中心角θ２を３°としている。なお、図例では、図示の簡略化のために、周方向に沿って、１５°ピッチで２４個の径方向の凹溝５を記載している。

【0026】

凹溝５には、図３に示すように、グレーティング状凹凸の周期構造１０が設けられている。この場合、周期構造１０は、摺動領域から摺動領域周縁に延び、かつ円周方向に間欠となる領域に設けられている。周期構造１０の方向が周方向であり、図３に示すように、微小の凹部８と微小の凸部９とが交互に所定ピッチで配設されてなるものである。周期構造１０の凹凸の高低差（凹部８の底部から凸部９の頂点までの高さ）が５０ｎｍ以上１０μｍ以下とするのが好ましい。また、周期構造１０の周期ピッチを１０μｍ以下とするのが好ましい。図３（ａ）は周期構造１０の拡大図を示し、図３（ｂ）は断面プロファイルを示している。このように、周期構造１０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するグレーティング状凹凸の周期構造１０である。溝掘り下げ深さを１μｍ程度としている。

【0027】

周期構造１０は、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的に形成している。具体的には、図６に示すフェムト秒レーザ表面加工装置を使用する。レーザ発生器１１（チタンサファイアフェムト秒レーザ発生器）で発生したレーザ（例えば、パルス幅：１２０ｆｓ、中心波長８００ｎｍ、繰り返し周波数：１ｋＨｚ、パルスエネルギー：０．２５～４００μＪ／ｐｕｌｓｅ）は、ミラー１２により加工材料Ｗに向けて折り返され、メカニカルシャッタ１３に導かれる。レーザ照射時はメカニカルシャッタ１３を開放し、レーザ照射強度は１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタ１６によって調整可能とし、１／２波長板１５によって偏光方向を調整し、集光レンズ（焦点距離：１５０ｍｍ）１７によって、ＸＹθステージ１９上の加工材料Ｗ表面に集光照射する。なお、フェムト秒レーザはフェムト秒（１０００兆分の１秒）オーダーという極端に短い時間単位の中にエネルギーを圧縮した光源である。

【0028】

この場合、グレーティング状凹凸の周期構造１０の凸部高さ位置を未加工部の高さ位置よりも低く設定している。また、グレーティング状凹凸の周期構造１０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化する。

【0029】

ところで、固体表面に液滴が接触すると、接触角が形成される。そして、液体Ｓの濡れ性は、以下のWenzelの式（数１）で表される。ここで、θwは粗い面での接触角を示し、θｅは同じ材質で平坦面（平滑面）での接触角を示す。ｒは表面積倍率（平面に対する粗面の面積比を示す。

【数1】

【0030】

平坦面（平滑面）において、θｅ＜９０°であれば、粗い面ではθw＜θｅとなる。すなわち、表面積倍率ｒが大きいほど油の接触角が低減する。このため、表面粗さの導入により潤滑油の濡れ性向上が可能となる。

【0031】

本発明のスラストすべり軸受によれば、ウレアグリース介在下で摺動する第１部材１側と第２部材２側との少なくともいずれかの間欠領域にグレーティング状凹凸の周期構造１０が設けられていることで、周期構造１０のグリース保持と基油分離作用により、増ちょう剤であるウレア化合物由来の付着膜形成が促進され、境界潤滑膜として作用するとともに基油の再流入性が向上し、グリース潤滑特性を向上することができる。また、グレーティング状凹凸の周期構造１０の凸部高さ位置を未加工部の高さ位置よりも低く設定することで、基油分離作用を維持したままグリースの保持量を増加することができる。

【0032】

このため、スラストすべり軸受では、周期構造１０により油分離、油分移動が促進され、摩耗が低減される。周期構造１０に保持された増ちょう剤がさらに油分の保持性、移動性を向上する。また、増ちょう剤が境界膜を形成し、摩擦・摩耗が低減する。

【0033】

また、前記凹溝５は、少なくとも摺動方向下流側の立上り側面５ｂが溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面Ｔであるように設定できる。このように設定することによって、テーパ面（斜面）Ｔを介することで基油と増ちょう剤の未加工部への供給が促進され、付着膜形成作用と基油の再流入性を向上することができる。

【0034】

前記実施形態では、前記グレーティング状凹凸の周期構造１０の形成領域が円周方向に間欠に配置された複数の放射状領域であるので、周期構造１０に保持されたグリースが断続的に摺動面内に供給されるために、境界潤滑膜として作用する増ちょう剤由来の付着膜形成が促進されるとともに基油の再流入性を向上することができる。

【0035】

前記グレーティング状凹凸の周期構造１０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するものであるので、周期構造の開口面積が大きくなり、グリースや基油を効率的に取り込むことができる。

【0036】

前記グレーティング状凹凸の周期構造１０の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であるように設定できる。このように設定することによって、基油の保持性、移動性を向上することができる。周期構造の凹凸が５０ｎｍ未満では十分な量の増ちょう剤を担持できず、凹凸および周期ピッチが１０μｍを超えると増ちょう剤や基油がほとんど流出するおそれがある。

【0037】

ところで、図５（ａ）（ｂ）は、第１部材１の他の実施形態を示し、この場合円盤体からなり、その摺動面１ａに渦巻き形状の凹溝５が形成されている。この場合の凹溝５は、平面視において、中心から外周側へ向かって時計廻りにまわっている。そして、凹溝５には、グレーティング状凹凸の周期構造１０が形成されている。

【0038】

このため、図５（ａ）（ｂ）では、摺動領域から摺動領域周縁に延び、かつ半径方向に間欠となる領域にグレーティング状凹凸の周期構造１０を設けている。この場合の周期構造１０は、幅寸法Δｔを１００μｍ程度とし、螺旋ピッチｌを４００μｍとし、周期構造角度θを４５°程度としている。

【0039】

この場合も、少なくとも摺動方向下流側の立上り側面５ｂが溝底から凹溝開口端に向かって浅くなるテーパ面Ｔである。また、周期構造１０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するものであり、グレーティング状凹凸の周期構造１０の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下である。また、溝掘り下げ深さを１μｍ程度としている。

【0040】

図５（ａ）（ｂ）に示すような周期構造を備えたものであっても、図２に示すような周期構造１０を備えたものと同様の作用効果を奏する。しかも、グレーティング状凹凸の周期構造１０の形成領域が渦巻状領域であるので、回転にともなう基油の再流入性を向上することができる。また、グレーティング状凹凸の周期構造１０の配向方向が周期構造の形成領域を横切る方向であるのが好ましい。このように構成することによって、回転にともない周期構造１０に保持されたグリースや基油の未加工部への供給が促進され、付着膜形成作用と基油の再流入性を向上することができる。

【0041】

前記渦巻状領域が多渦巻状領域であってもよい。多渦巻とは、図５（ａ）に示す渦巻きに他の１乃至２以上の渦巻形状の凹溝５が形成され、各凹溝５にグレーティング状凹凸の周期構造が形成されている。このように構成することによって、回転にともなう基油の再流入性を一層向上することができる。

【0042】

また、図５（ａ）に示すようなグレーティング状凹凸の周期構造１０では、図５（ｂ）に示すように、その配向方向が周期構造１０の形成領域を横切る方向となっている。このように構成することによって、回転にともない周期構造に保持されたグリースや基油の未加工部への供給が促進され、付着膜形成作用と基油の再流入性を向上することができる。

【0043】

本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、周期構造１０を第１部材１側に設けていたが、周期構造１０を第２部材２側に形成してもよく、第１部材１及び第２部材２の両側に設けてもよい。また、第１部材１と第２部材２の形状としても、図例のものに限らず、他の種々の形状のものにて構成できる。また、凹溝５として、実施形態では、摺動方向の上流側及び下流側にテーパ面Ｔを形成していたが、少なくとも、下流側のみテーパ面Ｔを有すればよい。テーパ面Ｔの傾斜角度としては、摺動速度や使用するグリース等に応じて種々設定でき、例えば、０.５°～１５°程度に設定できる。凹溝５の断面形状として、台形状であっても、三角形状であってもよい。

【0044】

図２に示すように、周方向に間欠に周期構造１０が形成される場合、凹溝５の中心角θ１として１°に限るものではなく、任意に変更でき、これに対応して凹溝間の未加工部位の中心角θ２も任意に変更できる。

【0045】

また、周期構造１０を設ける範囲として、摺動領域から摺動領域周縁に延びるものであればよく、図２に示すように、円周方向に間欠的に配設される場合、前記実施形態では、内径円６の径寸法Ｄ１ａを第２部材２の内径寸法Ｄ２ａより小さく、外径円７の径寸法Ｄ１ｂを第２部材２の外径寸法Ｄ２ｂよりも大きく、すなわち、Ｄ１ａ＜Ｄ２ａかつＤ１ｂ＞Ｄ２ｂに設定していたが、Ｄ１ａ≒Ｄ２ａとしたり、Ｄ１ｂ≒Ｄ２ｂとしたりできる。また、図５に示すような渦巻き形状のものでは、第２部材２の外径面よりも渦巻きの外径端部を外径側に配置したり、渦巻きの外径端部を第２部材２の外径面のほぼ同一位置に配置したりできる。

【0046】

周期構造１０が図５に示すような渦巻き形状の場合、前記実施形態では、中心から外周側へ向かって時計廻りに回っているものを示したが、中心から外周側へ向かって反時計廻りに回っているものであってもよい。

【0047】

第１部材１と第２部材２の相対的な摺動運動は、第１部材１を固定して第２部材２を摺動（例えば、図２の矢印Ａ方向又は矢印Ａと反対方向に回転）させるものであっても、逆に第２部材２側を固定して、第１部材側を摺動（回転）させるものであってもよい。すなわち、周期構造１０が形成されている方を摺動させても、周期構造１０が形成されない方を摺動（回転）させてもよい。また、第１部材１と第２部材２の双方を摺動（回転）させるものであってもよい。周期構造１０を形成する際に、前記実施形態では、パルスレーザであるフェムト秒レーザを用いたが、フェムト秒レーザ以外のピコ秒レーザやナノ秒レーザといったパルスレーザを使用することもできる。

【実施例1】

【0048】

第１部材１の摺動面にグレーティング状の周期構造１０を形成し、グリース潤滑下におけるスラスト平面軸受の摩擦係数に及ぼす影響について検証した。第２部材２としてのリング試験片を回転側試験片、第１部材１としてのディスク試験片を固定側試験片とし、グリース潤滑下でリングオンディスク試験を行った。図９に示すリングオンディスク試験器を用いた。

【0049】

第２部材２としてのリング試験片をＳｉＣリング(外径１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、Ｒａ０．０２μｍ)で構成し、第１部材１としてのディスク試験片を超硬ディスク(直径２０ｍｍ、Ｒａ０．０５μｍ)で構成した。グリースには脂肪族ウレアグリース(増ちょう剤量１３％、基油ＰＡＯ６、ちょう度２８２)を使用した。ディスク試験片には超短パルスレーザを加工しきい値近傍のエネルギー密度で照射し、グレーティング状の周期構造１０(ピッチ約９００ｎｍ、深さ約２５０ｎｍ)をφ８ｍｍ～φ１８ｍｍの領域に形成した。周期構造パターンは図８（ａ）に示す同心円（３重円）、（ｂ）に示す間欠（図２に示す本発明に係る軸受の第１部材に対応）、および（ｃ）に示す螺旋（渦巻き）（図５に示す本発明の第１部材に対応）の３種類とした。比較のため、未加工のディスク試験片も用いた。以下、ディスク試験片を鏡面ディスクと呼び、周期構造パターンが同心円ものものを同心円ディスクと呼び、周期構造パターンが間欠のものを間欠ディスクと呼び、周期構造パターンが螺旋（渦巻き）のものを螺旋ディスクと呼ぶ。

【0050】

図８（ａ）の同心円ディスクでは、リング全面が周期構造と接触する。図８（ｂ）の間欠ディスクは９０分割(加工幅１°、未加工幅３°)とした。周期構造の方向は同心円ディスクと同一とした。図８（ｃ）の螺旋ディスクは螺旋領域(溝幅Δｔ：１００μｍ、溝ピッチｌ: 400μｍ)に周期構造を形成した。螺旋の方向は右回り（平面視において、中心から外周側へ向かって時計廻りにまわっている螺旋）とした。図８（ｃ）のディスク試験片では、周期構造１０の方向はリング試験片が右回転時に潤滑剤を外周側から内周側に引き込む方向のスパイラル状とした。摺動方向に対する周期構造の傾斜角θ＝４５°（図５（ｂ）参照）とした。図８（ｂ）（ｃ）のディスク試験片では、グリースの保持量増加のため、周期構造の凸部位置が未加工部より斜面を介して１μｍ掘り下がった構造とした。すなわち、凹溝５を形成し、この凹溝５内に周期構造１０を成形した。

【0051】

加圧は０．３２ＭＰａとし、一定速連続摺動(２６．２ｍｍ／ｓ)で摩擦係数を測定した。一定速連続摺動時の摩擦係数を図１０に示す。鏡面ディスクは摩擦係数が高く、変動幅も大きくなった。これは、潤滑剤が面外に排出され、潤滑不足になったと考えられる。同心円ディスクは摩擦係数のベースラインが鏡面ディスクに対して半減したが、急激な摩擦係数の変動が見られた。同心円の周期構造は基油分離と油分移動性およびグリースの保持性を有することから摩擦低減効果が現れたと考えられる。しかし、周期構造が摺動面外と連通しておらず、基油の再流入性が劣るため、急激な摩擦係数の変動につながったと考えられる。間欠ディスクは摩擦係数のベースラインが鏡面ディスクの１／６まで低下し、極めて安定した摩擦係数を示した。これは、周期構造による基油分離と油分移動性向上に加えて、凸部位置を１μｍ掘り下げたことでグリース保持量の増加、基油の再流入性向上により優れた摺動特性が得られたものと考えられる。螺旋ディスクは摩擦係数のベースラインが鏡面ディスクに対して半減以下まで低下し、摩擦係数の変動も抑制された。しかし、螺旋ディスクの場合、摺動面外との連通がリング内外周側に各一か所しかなく、基油の再流入性は間欠ディスクほど高くない。このため、間欠ディスクと比較して摩擦低減効果が小さくなったと考えられる。

【0052】

超音波洗浄したディスク摺動面のレーザ顕微鏡図を図１１に示し、ＳＥＭ画像を図１２および図１３に示す。図１１（ａ）および図１２（ａ）は鏡面ディスクを示し、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）は同心円ディスクを示し、図１１（ｃ）および図１２（ｃ）は螺旋（渦巻き）ディスクを示し、図１１（ｄ）および図１２（ｄ）は間欠ディスクを示している。図１３（ａ）は螺旋（渦巻き）ディスクを示し、図１３（ｂ）は間欠ディスクを示し、図１３（ａ）（ｂ）は、図１２（ｃ）（ｄ）と倍率を相違させている。

【0053】

鏡面ディスクではグリースの付着は認められなかった。同心円ディスク、螺旋（渦巻き）ディスク、及び間欠ディスクの周期構造では黒い担持物が認められた。特に間欠ディスクでは鏡面部分にも付着膜の形成が認められた。また、図１３（ａ）（ｂ）でわかるように、周期構造下流終端部に高密度で担持物があった。付着物はグリースの増ちょう剤であるウレア化合物由来と考え、ディスク摺動面のＸＰＳ分析を行った。ディスク摺動面のＮ１ｓスペクトルを図１４に示す。鏡面ディスクの摺動部は未摺動部と大きな変化がないが、同心円ディスクの摺動部にはウレア化合物由来のＮＨのピークが若干認められた。また、間欠ディスクでは明瞭なＮＨのピークが認められた。間欠ディスクのグリース潤滑特性の向上は、周期構造のグリース保持と基油分離作用により境界潤滑膜として作用する増ちょう剤由来の付着膜形成が促進されるとともに基油の再流入性が向上したことが要因と考えられる。

【0054】

グリース潤滑下におけるスラスト軸受の摩擦係数に及ぼす周期構造の影響について検証した結果を次のように得た。
１．間欠ディスクは顕著な摩擦低減効果と極めて安定した摩擦係数を示した。
２．周期構造を形成したディスクには増ちょう剤であるウレア化合物由来のＮＨのピークが認められる。
３．間欠ディスクの摩擦係数は起動直後を除いて停止期間の影響を受けない。
４．間欠ディスク、螺旋ディスクは高速摺動時に摩擦係数と摩擦変動が増加する。

【符号の説明】

【0055】

１ａ 摺動面
２ａ 摺動面
５ 凹溝
５ａ、５ｂ 立上り側面
１０ 周期構造
Ｔ テーパ面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】