CN107084197A - 滑动部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的滑动部件具备金属背层和设置在金属背层上的滑动层，滑动层由合成树脂和分散于合成树脂中的石墨粒子构成，石墨粒子的体积是滑动层体积的5～50体积％，石墨粒子由长球状石墨粒子和薄板形状的鳞片状石墨粒子构成，鳞片状石墨粒子的体积相对于石墨粒子的总体积的比例为10～40％，长球状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠，鳞片状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面在薄板形状的厚度方向上多层层叠，长球状石墨粒子的平均粒径为3～50μm，鳞片状石墨粒子的平均粒径为1～25μm。

Description

滑动部件
技术领域
本发明涉及滑动部件，具体而言，涉及具备金属背层和由合成树脂和石墨构成的滑动层的滑动部件。
背景技术
迄今，使用具有向合成树脂添加作为固体润滑剂的鳞片状石墨而成的树脂组合物的滑动部件(专利文件1)。天然石墨通常根据其形状可分为鳞片状石墨、鳞状石墨、土状石墨。在石墨化度上，鳞状石墨最高，为100％，其次是鳞片状石墨，为99.9％，土状石墨最低，为28％。以往，作为用于滑动部件的固体润滑剂的石墨，使用通过对石墨化度高的鳞状石墨或者鳞片状石墨的天然石墨进行机械粉碎而成的鳞片状粒子。
这种鳞片形状的石墨是碳原子有规律地形成网眼结构、以平面状延展的AB面(六边形网面平面，基底面)多层层叠、且在与AB面垂直的C轴方向上具有厚度的晶体。由层叠了的AB面相互之间的范德华力所产生的结合力比AB面的面内方向的结合力要小得多，因此在AB面容易产生剪切。所以，这种石墨中，相对于AB面的扩展，叠层的厚度较薄，因此作为总体呈现为薄板状。此外，鳞片状石墨粒子由于在受到外力的场合下产生AB面之间的剪切而被认为具有作为固体润滑剂的功能。
近年，在使用了含有鳞片状石墨粒子的树脂组合物的滑动部件中，由于鳞片状石墨粒子的形状为薄板状且较脆，从而在对成为滑动面的树脂组合物的表面进行机械加工之际鳞片状石墨粒子开裂而脱落，滑动层表面的粗燥度变差，结果发生耐烧结性(日文：耐焼付性)变差这样的问题。为了解决这一问题，例如专利文献2中提出了使合成树脂中含有球状化天然石墨粒子的、能够降低机械加工后表面粗糙度的滑动材料。
这里，球状化的石墨粒子是指，通过以天然的鳞片状石墨粒子作为原材料、反复向鳞片状石墨粒子施加小负荷使其弯折而造粒成球状的物质。(专利文献3、专利文献4)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2005-89514号公报
专利文献2：国际公开第2012074107号
专利文献3：国际公开第2012/137770号
专利文献4：日本专利特开2008-24588号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
空调装置经常长期不使用。在这种状况下，空调装置中所使用的压缩机也长时间不工作。当这样的压缩机在长时间停止后重新启动时，压缩机轴承部的滑动部件的滑动面与轴表面之间无油，且开始启动后的一段时间内向轴承部供油不足，因此滑动部件的滑动面与对象轴表面之间发生直接接触的滑动。
如果将专利文件2那样的使用使合成树脂含有天然石墨球状化而成的石墨粒子而得到的树脂组合物的滑动部件用于空调装置压缩机等这样的装置启动时供油不足的轴承部，则会发生使对象轴的表面受损、容易引起磨耗的问题。
而且，发现如果将专利文件2的滑动部件用于空调装置压缩机等这样的对变化负荷进行支承的轴承部，则滑动时外露于滑动面的石墨粒子会发生开裂而从滑动面脱落，导致滑动性能的降低。
所以，本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，提供不仅在常规使用时、而且即使在滑动刚开始后供油不足的状况下也不易使对象轴的表面受损的滑动部件。
解决技术问题所采用的技术方案
根据本发明的一个观点，提供具备金属背层和设置在该金属背层上的滑动层的滑动部件，该滑动层由合成树脂和分散于该合成树脂中的石墨粒子构成，该石墨粒子占滑动层的5～50体积％。石墨粒子由长球状石墨粒子和薄板形状的鳞片状石墨粒子构成，鳞片状石墨粒子的体积相对于石墨粒子的总体积的比例为10～40％。长球状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠。鳞片状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面在薄板形状的厚度方向(与石墨晶体的AB面垂直的方向即C轴方向)上多层层叠。长球状石墨粒子的平均粒径为3～50μm，鳞片状石墨粒子的平均粒径为1～25μm。
本发明的滑动部件中，在向滑动面与对象轴表面之间的间隙供油不足的通常使用状况(即轴承装置的常规运行时)下，主要是长球状石墨粒子发挥了作为润滑成分的作用。
分散于滑动层中的长球状石墨粒子的剖面(内部)组织为：石墨晶体的AB面(六边形网面平面)自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠，因此，在滑动层的滑动表面上外露的长球状石墨粒子的表面成为由石墨晶体的AB面构成的结构。
如上所述，石墨晶体是AB面多层层叠且在与AB面垂直的方向即C轴方向上具有厚度的晶体，层叠了的AB面相互之间的结合力(范德华力)比AB面的面内方向的结合力要小得多，因此，容易在AB面引起剪切。在由石墨晶体的AB面构成的面外露于滑动面的场合下，在滑动面上AB面与对象轴接触，因此即使在来自对象轴的负荷小的场合下也容易在AB面引起剪切，其结果是滑动面与对象轴表面之间的摩擦力变小，滑动层的磨耗量变少。
另外，本发明的滑动部件在装置刚启动后向滑动面与对象轴表面之间的间隙供油不足的状况下，主要通过鳞片状石墨粒子的作用，防止了在对象轴的表面上产生损伤。
由于在装置刚启动后供油不足的状况下与对象轴的滑动，外露于滑动面的鳞片状石墨粒子会从滑动面上磨耗脱落，但是由于鳞片状石墨粒子的厚度较薄，因此能够侵入滑动面与对象轴表面之间的间隙中。侵入间隙中的鳞片状石墨粒子在滑动面与轴表面之间的间隙中无油或者只有少量油的场合下，鳞片状石墨粒子的平板面(AB面)以成为平行于轴表面的方式移附到对象轴上。移附了的鳞片状石墨粒子相对于轴表面向滑动部件的滑动面一侧略微突出。在轴表面上形成多个这样的移附部。由于轴表面的鳞片状石墨粒子的移附部与滑动部件的滑动面相接，因此防止了原本的轴表面与外露于滑动部件的滑动面的长球状石墨粒子之间的直接接触，或者缓和了接触的频度。其结果是抑制了在对象轴的表面上产生损伤。
移附到轴表面的鳞片状石墨粒子会由于与滑动部件的滑动面之间的滑动而受到来自轴表面的剪切，但由于其不易在供油不足的这段时间内从滑动面与轴表面之间的间隙排出到外部，认为其会再度移附到轴表面上。如果供油充分进行，则移附到轴表面的鳞片状石墨粒子会在受到来自轴表面的剪切之后与油一起向滑动面与对象轴表面之间的间隙的外部流出。
具有由合成树脂与球状石墨粒子构成的滑动层的以往滑动部件在轴承装置刚启动后向滑动部件的滑动面与对象轴表面之间供油不足的状况下容易引起磨耗。这是因为，外露于表面的球状石墨粒子一与对象轴的表面在直接接触的状况下滑动，对象轴的表面就会受损，即使随后供油变得充分，也容易引起滑动层的磨耗。
长球状石墨粒子的平均粒径优选为3～50μm。外露于滑动面的长球状石墨粒子受到来自对象轴表面的负荷，如果平均粒径小于3μm，则滑动时外露于滑动面的长球状石墨粒子中的一部分变得容易从滑动面脱落，滑动层承受负荷的能力会降低。如果长球状石墨粒子的平均粒径超过50μm，则存在无供油状态下滑动时在对象轴的表面上产生损伤的情况。
鳞片状石墨粒子的平均粒径优选为1～25μm。如果鳞片状石墨粒子的平均粒径小于1μm，则容易在滑动层中形成鳞片状石墨粒子之间的凝集部，存在滑动层的强度降低的情况。如果鳞片状石墨粒子的平均粒径超过25μm，则滑动时会由于施加于滑动层的负荷而引起对滑动层中鳞片状石墨粒子的剪切，存在滑动层的强度减小的情况。
根据本发明的一具体例，长球状石墨粒子的平均纵横比A1优选为1.5～4.5。长球状石墨粒子的平均纵横比表示长球状石墨粒子的长轴与短轴之比的平均值。如果长球状石墨粒子的平均纵横比A1在1.5以上，则相比于平均纵横比A1小于1.5的场合，耐磨耗性进一步上升。认为这是因为，随着长球状石墨粒子的表面积变大，长球状石墨粒子与合成树脂之间的接触面积变大，与合成树脂之间的密合性上升，从而在滑动时变得不易从滑动面脱落。长球状石墨粒子的平均纵横比A1进一步优选在2以上。
作为长球状石墨粒子原材料的球状化石墨粒子是通过反复向天然的鳞片状石墨粒子施加小负荷使其弯折而造粒成球状的粒子。如果在造粒时向天然的鳞片状石墨粒子施加大负荷，则会在AB面之间引起剪切而粉碎成小的鳞片状，因而只能减少所施加的负荷。因此，在球状化粒子的内部，产生了造粒前的鳞片状石墨粒子的表面之间接触不充分的区域，容易在鳞片状石墨粒子的表面之间形成空隙。(请参考专利文献3的图5(C)或专利文献4的图3～图6)
这种球状化天然石墨粒子在以维持球形的状态分散于滑动部件的合成树脂中的场合下，石墨粒子内存在空隙，因此，如果外露于滑动面的石墨粒子受到负荷，则存在石墨粒子发生开裂而从滑动面脱落，并且侵入与对象轴表面之间的间隙中而在滑动面上产生损伤这样的问题。
本发明的具有上述平均纵横比A1的长球状石墨粒子通过后述那样使原材料球状石墨粒子具有长球形状的处理来形成，而通过该处理也可同时消除球状石墨粒子内部的空隙。如果长球状石墨粒子的平均纵横比A1为1.5，则长球状石墨粒子剖面组织中的空隙变少，进而，如果平均纵横比A1在2以上，则长球状石墨粒子的剖面组织中变得(几乎)不存在空隙，即使外露于滑动面的长球状石墨粒子受到来自于对象轴的负荷，长球状石墨粒子也不发生开裂。因此，不会发生长球状石墨粒子从滑动面脱落、或随长球状石墨粒子的开裂而产生碎片并侵入与对象轴表面之间的间隙中从而在滑动面上产生损伤的问题。
根据本发明一具体例，鳞片状石墨粒子的平均纵横比A2为5～10。鳞片状石墨粒子的平均纵横比表示鳞片状石墨粒子的长轴与短轴之比的平均值。
进而，鳞片状石墨粒子的各向异性分散系数S优选在3以上。该各向异性分散系数S定义为各鳞片状石墨粒子的X1/Y1之比的平均值。这里，X1是指与滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中鳞片状石墨粒子在与滑动面平行的方向上的长度，Y1是指与滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中鳞片状石墨粒子在与滑动面垂直的方向上的长度。
滑动层内的鳞片状石墨粒子的平板面(AB面的延展方向)与滑动面大致平行地取向的粒子的比例越高，该各向异性分散系数S的值就越大。如上所述，由于在装置刚启动后供油不足的状况下与对象轴之间的滑动，外露于滑动面的鳞片状石墨粒子会从滑动面脱落。由于鳞片状石墨粒子如上所述具有平均纵横比A2为5～10的薄板形状、进而各向异性分散系数S在3以上，因此平板面与滑动面大致平行地取向的粒子的比例大。所以，从刚脱落开始，鳞片状石墨粒子的平板面就与对象轴的表面大致平行，变得容易移附到对象轴的表面。鳞片状石墨粒子的各向异性分散系数S进一步优选在4以上。
根据本发明一具体例，合成树脂可由选自PAI(聚酰胺酰亚胺)、PI(聚酰亚胺)、PBI(聚苯并咪唑)、PA(聚酰胺)、酚、环氧树脂、POM(聚缩醛)、PEEK(聚醚醚酮)、PE(聚乙烯)、PPS(聚苯硫醚)和PEI(聚醚酰亚胺)中的一种或两种以上构成。
根据本发明一具体例，滑动层还可包含1～20体积％的选自MoS2、WS2、h-BN和PTFE中的一种或两种以上的固体润滑剂。通过含有该固体润滑剂，能够提高滑动层的滑动特性。
根据本发明一具体例，滑动层还可包含1～10体积％的选自CaF2、CaCo3、滑石、云母、莫来石、氧化铁、磷酸钙和Mo2C(碳化钼)中的一种或两种以上的填充材料。通过含有该填充材料，能够提高滑动层的耐磨耗性。
根据本发明一具体例，滑动部件还可在金属背层与滑动层之间具有多孔金属层。通过在金属背层表面设置多孔金属层，可提高滑动层与金属背层之间的接合强度。即，通过使构成滑动层的组合物含浸在多孔金属层的空孔部中所产生的锚固效果，能够强化金属背层与滑动层之间的接合力。
多孔金属层可通过将Cu、Cu合金、Fe、Fe合金等金属粉末烧结在金属板或金属条等的表面上来形成。多孔金属层的空孔率在20～60％左右即可。多孔金属层的厚度在0.05～0.5mm左右即可。在这种场合下，使被覆在多孔金属层表面上的滑动层的厚度在0.05～0.4mm左右即可。但是，这里所记载的尺寸仅为一例，本发明并不限于该数值，可变更为不同的尺寸。
附图的简单说明
图1是显示本发明一例的滑动部件的剖面的图。
图2是对长球状石墨粒子的纵横比(A1)进行说明的图。
图3是对鳞片状石墨粒子的纵横比(A2)和各向异性分散系数(S)进行说明的图。
图4是显示本发明另一例的滑动部件的剖面的图。
具体实施方式
图1中简要显示了本发明的滑动部件1的一例的剖面。滑动部件1中，在金属背层2上设置有滑动层3。滑动层3由合成树脂4和5～50体积％的石墨粒子5构成。石墨粒子5由长球状形状的长球状石墨粒子51和薄片形状的鳞片状石墨粒子52构成。鳞片状石墨粒子52的体积相对于石墨粒子5的总体积的比例为10～40％。长球状石墨粒子51的剖面(内部)组织为：石墨晶体的AB面自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠，长球状石墨粒子51的剖面组织中不存在空隙。鳞片状石墨粒子52的剖面组织为：石墨晶体的AB面在薄板形状的厚度方向(与石墨晶体的AB面垂直的方向即C轴方向)上多层层叠。球状石墨粒子的平均粒径D1为3～50μm，鳞片状石墨粒子的平均粒径D2为1～25μm。
此外，也可以在滑动层3与金属背层2之间设置多孔金属层6。图4中简要显示了设置有多孔金属层6的滑动部件的一例的剖面。
本说明书中所使用的“长球状”一词并不意味着几何学上严格的长球形，而是表示广义上的、在一个方向上延展得较长(即具有下述的纵横比)且不含棱角的不规则形状。
另外，长球状石墨粒子51的结构内没有空隙这一点，可通过用电子显微镜以2000倍的倍率对与滑动层3的滑动面垂直的方向的剖面中的多个(例如20个)石墨粒子拍摄电子图像、观察到所拍摄的图像中长球状石墨51粒子的剖面组织内未形成空隙来确认。但是，允许在长球状石墨粒子51的剖面组织内形成宽度在0.1μm以下的细线状空隙，但该宽度在0.1μm以下的细线状空隙的总面积在长球状石墨粒子51的剖面组织中的面积比例限定在3％以下。
以分散于滑动层3内的长球状石墨粒子51的长轴与短轴之比的平均值表示的平均纵横比A1优选为1.5～4.5。
而以鳞片状石墨粒子52的长轴与短轴之比的平均值表示的平均纵横比(A2)优选为5～10。
进而，鳞片状石墨粒子52的各向异性分散系数S优选在3以上。各向异性分散系数S是指：将与滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中鳞片状石墨粒子52在与滑动面平行的方向上的长度记为X1，将与滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中鳞片状石墨粒子52在与滑动面垂直的方向上的长度记为Y1时(参照图3)，将各鳞片状石墨粒子的X1/Y1值对全部鳞片状石墨粒子取平均值而得的值。各向异性分散系数S进一步优选在4以上。
下面，按照制造工序对上述滑动部件进行详细说明。
(1)原材料石墨粒子的准备
作为长球状石墨粒子的原材料，可使用鳞片状天然石墨造粒而成的球状石墨粒子。这种球状石墨粒子具有石墨晶体的AB面自粒子表面向内部沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠而成的组织，在粒子内部形成有空隙。这种原材料球状石墨粒子优选使用由激光衍射式粒度测定装置测得的平均粒径为2～60μm、圆度在0.92以上的粒子。这里，圆度以下式表示。
圆度＝(具有与投影粒子形状相同面积的圆的周长)/(投影粒子形状的周长)
投影粒子形状为正圆的场合下，圆度为1。投影粒子形状可通过用光学显微镜或扫描型电子显微镜等摄得的拍摄图像来求得。
在使用原材料球状石墨粒子的圆度小于0.92的粒子的场合下，在下述混合工序中进行空隙消除处理之际，容易在石墨粒子的表面上施加不均匀的负荷，易使石墨粒子的表面产生局部变形而发生剪切、或者在内部发生开裂而形成新的空隙。
作为鳞片状石墨粒子的原材料，使用具有薄板形状的天然鳞片状石墨粒子。这种鳞片状石墨粒子优选使用由激光衍射式粒度测定装置测得的与AB面平行的方向上的平均粒径为1～30μm、且粒子的平均厚度为0.2～3.5μm的粒子。
(2)合成树脂粒子的准备
作为原材料的合成树脂粒子优选使用平均粒径为球状石墨粒子平均粒径的50～150％的粒子。作为合成树脂，可使用选自PAI、PI、PBI、PA、酚、环氧树脂、POM、PEEK、PE、PPS和PEI中的一种或两种以上的树脂。
(3)混合
将球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子调整至鳞片状石墨粒子的体积比例达到石墨粒子总体积的10～40％。然后，将球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子与合成树脂粒子之间的比例调整至该石墨成分达到5～50体积％。用有机溶剂对该球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子以及合成树脂粒子进行稀释，制备粘度为40000～110000mPa·s的组合物。通过用辊磨机对该稀释液进行混合，混合时对大致球状的球状石墨粒子赋予了长球形状，同时，减少或者消除了球状石墨粒子内部组织中的空隙。
认为其理由如下。
以往的含有石墨粒子或其它填充材料粒子的树脂组合物的稀释液的粘度通常最大也就在15000mPa·s左右。然而，本文所述的稀释了的组合物的粘度为40000～110000mPa·s，大于通常的数值。凭借这一点，在利用辊磨机进行混合时，球状石墨粒子与树脂粒子同时通过辊磨机的辊间缝隙(gap)的频度上升。当球状石墨粒子与树脂粒子同时通过辊缝时，由于向球状石墨粒子施加负荷而使石墨粒变形，但辊向球状石墨粒子施加的负荷由于与球状石墨粒子邻接的树脂粒子的变形而被缓和，从而防止了对球状石墨粒子表面的局部施加过高的负荷，不使石墨粒子受到剪切而是使其变形。石墨粒子每次与合成树脂的粒子一起通过辊磨机的辊缝都会逐渐变形而被赋予长球形状，同时，粒子内部的空隙减少或者消失。
如果组合物的粘度超过110000mPa·s，则溶剂的浓度过低，难以使树脂粒子、长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子均匀分散，因而不佳。而且，在利用辊磨机进行混合时，存在鳞片状石墨粒子发生开裂的情况。
辊磨机的辊间缝隙设定为相当于球状石墨粒子平均粒径的150％～250％的间隔。现有技术中，在使用辊磨机对滑动部件即含有石墨粒子或其它填充材料的树脂组合物进行混合的场合下，混合的目的仅在于使树脂粒子和石墨粒子及其它填充材料粒子均匀分散于有机溶剂中，因此将辊磨机的辊间缝隙设为比原材料树脂粒子或石墨粒子的粒径大得多的间隔(例如石墨粒子平均粒径的400％左右)。
此外，用有机溶剂只稀释球状石墨粒子而成的组合物通过辊磨机，也不能使球状石墨粒子变形。这种场合下，球状石墨粒子会受到剪切或发生开裂，而不会变形。认为这是因为当球状石墨粒子通过辊间缝隙时，对球状石墨粒子的与辊表面之间的接触部或球状石墨粒子之间的接触部局部施加了大负荷而导致产生剪切和开裂。
上述合成树脂粒子的平均粒径是球状石墨粒子平均粒子的50～150％这一关系能够防止在通过辊间缝隙时向石墨粒子施加过度的负荷而发生剪切，因而是合适的。在滑动层中还含有固体润滑剂或填充材料的场合下，这些固体润滑剂或填充材料的粒子优选使用平均粒径在球状石墨粒子平均粒径的50％以下的粒子。
合成树脂粒子、球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子的混合方法不限于上述实施方式所示的使用辊磨机的混合方法，也可以使用其它混合机或者对其它混合条件进行调整。
(4)金属背层
作为金属背层，可使用Fe合金、Cu、Cu合金等金属板。可在金属背层表面、即成为与滑动层之间界面的一侧形成多孔金属层，而多孔金属层既可以具有与金属背层相同的组成，也可以使用不同的组成或材料。
(5)被覆工序
将混合后的组合物涂布于金属背层的一方表面、或者金属背层上的多孔金属层上，使涂布了组合物的金属背层通过具有规定的给定缝隙的辊间，以使组合物的厚度均匀。
经判明，混合后的组合物的粘度与滑动部件的滑动层中鳞片状石墨粒子的长轴方向的各向异性(取向)分散也密切相关，且该被覆工序中的条件设定对于该鳞片状石墨粒子的各向异性分散是重要的。
这是因为，在混合工序中组合物的粘度大(有机溶剂的比例少)的场合下，当涂布了组合物的金属背层通过辊间时，组合物中的鳞片状石墨粒子(以其平板面朝着与滑动面平行的方向的方式)难以流动。
另一方面，如果组合物的粘度在110000mPa·s以下，则由于被覆工序中长球状石墨粒子容易与有机溶剂一起流动，因此该鳞片状石墨粒子在其平板面所朝向的方向上于滑动部件的滑动层中取向、即各向异性地分散。具体而言，如果组合物的粘度在110000mPa·s以下，则分散于滑动层中的鳞片状石墨粒子的各向异性分散系数S在2.5以上。进而，如果组合物的粘度在100000mPa·s以下，则各向异性分散系数在3以上，如果粘度在80000mPa·s以下，则各向异性分散系数在4以上。
(6)干燥·烧成工序
对被覆了组合物的金属背层(或者对金属背层和多孔金属层)施行用于使组合物中有机溶剂干燥的加热、使组合物中树脂烧成的加热，从而制得滑动部件。这些加热条件可采用对所用树脂通常使用的条件。
(7)测定
长球状石墨粒子的平均粒径可通过用电子显微镜以200倍对与滑动部件的滑动面垂直的方向上的剖面拍摄电子图像、测定长球状石墨粒子的平均粒径而得。具体而言，长球状石墨粒子的平均粒径可通过对所摄得的电子图像使用常规图像分析法(分析软件：Image-Pro Plus(Version4.5)，普拉内特龙株式会社((株)プラネトロン))测定各长球状石墨粒子的面积、再将其换算为假想成圆时的平均直径而求得。
鳞片状石墨粒子的平均粒径也可以通过用上述图像分析法对按照上述方法摄得的电子图像测定各鳞片状石墨粒子的面积、再将其换算为假想成圆时的平均直径而求得。但是，电子图像的拍摄倍率不限于200倍，可变更为其它倍率。
长球状石墨粒子的纵横比A1可作为通过用上述图像分析法对按照上述方法摄得的电子图像中各长球状石墨粒子的长轴长度L1与短轴长度S1之比(长轴长度L1/短轴长度S1)的平均值而求得(参照图2)。此外，长球状石墨粒子的长轴长度L1表示上述电子图像中长球状石墨粒子的长度最大位置处的长度，长球状石墨粒子的短轴长度S1表示与该长轴长度L1的方向正交的方向上的长度最大位置处的长度。
鳞片状石墨粒子的纵横比A2可作为通过用上述图像分析法对按照上述方法摄得的电子图像中各鳞片状石墨粒子的长轴长度L2与短轴长度S2之比(长轴长度L2/短轴长度S2)的平均值而求得(参照图3)。此外，鳞片状石墨粒子的长轴长度L2表示上述电子图像中鳞片状石墨粒子的长度最大位置处的长度，鳞片状石墨粒子的短轴长度S2表示与该长轴长度L2的方向正交的方向上的长度最大位置处的长度。
长球状石墨粒子的剖面组织为石墨晶体的AB面自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠的组织这一点可通过用电子显微镜以2000倍的倍率对与滑动部件的滑动面垂直的方向上的剖面中多个(例如20个)长球状石墨粒子拍摄电子图像、所拍摄的图像中长球状石墨粒子的剖面组织被观察到自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆形成有层状部来确认。
作为原材料使用球状化天然石墨粒子，对该石墨粒子即使在上述混合工序中施行了消除石墨粒子内部组织中空隙的处理，经由上述观察方法有时也会发现在一部分长球状石墨粒子的内部形成了宽度(与组织中石墨晶体的AB面垂直的方向上的宽度)在0.1μm以下的细线状空隙，但空隙的总面积在长球状石墨粒子的剖面组织中的面积比例在3％以下，如果是具有这种细线状空隙的长球状石墨粒子，则具有与完全没有空隙的长球状石墨粒子等同的滑动性能。
鳞片状石墨粒子的剖面组织为石墨晶体的AB面在薄板形状的厚度方向(与石墨晶体的AB面垂直的方向即C轴方向)上多层层叠的组织这一点可通过用电子显微镜以2000倍的倍率对与滑动部件的滑动面垂直的方向上的剖面中多个(例如20个)鳞片状石墨粒子拍摄电子图像、所拍摄的图像中鳞片状石墨粒子的剖面组织中被观察到在薄板形状的厚度方向上形成有多层层叠的层状部来确认。
鳞片状石墨粒子52的各向异性分散系数S可通过以下方式求得：用电子显微镜以200倍拍摄与滑动部件的滑动面垂直的方向上的剖面的电子图像，使用上述图像分析法对拍摄而成的图像，测定滑动层中各鳞片状石墨粒子52的与滑动面平行的方向上的长度X1和与滑动面垂直的方向上的长度Y1，再算出这些长度比X1/Y1的平均值(参照图3)。
[实施例]
按照下述方式制作本发明的具有金属背层和滑动层的滑动部件的实施例1～10以及比较例11～17。实施例1～10以及比较例11～17的滑动部件的滑动层的组成如表1所示。
表1
用作原材料的球状石墨粒子是鳞片状天然石墨造粒成球状而得到的粒子，粒子的内部组织是石墨晶体的AB面自粒子表面向内部沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠而成的组织，粒子的内部形成有约10％左右的空隙。
另外，用作原材料的鳞片状石墨粒子具有延展成平面状的AB面多层层叠、且在与AB面垂直的方向即C轴方向上具有厚度的组织，相对于AB面的延展，叠层的厚度较薄，因而粒子的形状呈薄板状。该鳞片状石墨粒子的剖面组织内没有空隙。
另外，在原材料为球状石墨粒子的场合下，用作原材料的合成树脂(PAI、PI)粒子使用了合成树脂的平均粒径为球状石墨粒子平均粒径的125％的合成树脂。在原材料为鳞片状石墨粒子的比较例12中，使用了原材料合成树脂的粒径为鳞片状石墨粒子平均粒径的125％的合成树脂。用作实施例5～7的原材料的固体润滑剂(MoS2、PTFE)使用了粒子的平均粒径为原材料球状石墨粒子平均粒径的30％的粒子，填充材料(CaCo3)的粒子使用了粒子的平均粒径为球状石墨粒子平均粒径的25％的粒子。
用有机溶剂对使用了上述原材料的表1中所示的组合物进行稀释，准备具有表1的“粘度(mPa·s)”栏所示粘度的组合物，然后，使用辊磨机同时进行组合物的混合和消除球状石墨粒子内部空隙的处理(处理时间为1小时)。此外，辊磨机的辊间缝隙在实施例1～10以及比较例11、13～17中设定为与用作原材料的球状石墨粒子的平均粒径的比率达到200％，在比较例12中设定为与用作原材料的鳞片状石墨粒子的平均粒径的比率达到400％。
然后将混合后的组合物涂布于Fe合金制的金属背层的一方表面上，再用辊进行被覆直至组合物达到规定的厚度。此外，实施例1～9以及比较例11～17的金属背层使用Fe合金，实施例10的表面上使用具有Cu合金的多孔烧结部的Fe合金。
随后，施行使组合物中溶剂干燥的加热、使组合物的合成树脂烧成的加热，从而制得滑动部件。制得的实施例1～10以及比较例11～17的滑动部件的滑动层的厚度为0.3mm，金属背层的厚度为1.7mm。
对于所制得的实施例的滑动部件，通过上述测定方法进行分散于滑动层中的长球状石墨粒子平均粒径的测定，其结果示于表1的“平均粒径”栏。还进行上述长球状石墨粒子的平均纵横比(A1)的测定，其结果示于表1的“纵横比(A1)”栏。对于比较例11、13～17，按照与实施例相同的方法测定的平均粒径、平均纵横比(A1)的结果示于表1。
对于制得的实施例的滑动部件，通过上述测定方法进行分散于滑动层中的鳞片状石墨粒子平均粒径的测定，其结果示于表1的“平均粒径”栏。还进行上述鳞片状石墨粒子52的平均纵横比(A2)、各向异性分散系数(S)的测定，其结果示于表1的“纵横比(A2)”栏、“各向异性分散指数(S)”栏。对于比较例12～17，按照与实施例相同的方法测定的平均粒径、平均纵横比(A2)、“各向异性分散系数(S)”的结果示于表1。
使各实施例和各比较例的部件以滑动层朝向内侧的方式形成圆筒形状，按照表2所示的条件进行滑动试验。各实施例以及各比较例的滑动试验后滑动层的磨耗量示于表1的“磨耗量”栏。另外，对于各实施例以及各比较例，使用粗糙度测定器对滑动试验后对象轴表面上的多个位置处是否发生表面损伤进行评价。在表1的“有无损伤”栏中，将测得对象轴表面上具有2μm以上深度的损伤的情况记为“有”，将未测得的情况记为“无”。
表2
由表1所示的结果可见，实施例1～10相比于比较例11～17，滑动试验后滑动层的磨耗量减少。另外，实施例4～9的长球状石墨粒子51的平均纵横比A1为1.5～4.5，且鳞片状石墨粒子52的平均纵横比A2在5以上，各向异性分散系数S在3以上，磨耗量尤其减少。结果，长球状石墨粒子的纵横比A1在1.5以上的实施例4～9的磨耗量比纵横比A1小于1.5的实施例1～3的磨耗量更低，认为这是由于如上所述地长球状石墨粒子的表面积变大，与合成树脂之间的接触面积增大，因而由合成树脂所提供的保持变大。
另外，实施例1～10中，滑动试验后对象轴的表面未产生损伤，这也与磨耗量减少的结果有关。实施例1～10抑制了对象轴表面产生损伤的理由是如上所述的滑动层包含长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子。
与之相对，像比较例11或比较例17这样的滑动层只包含长球状石墨粒子的场合下，无供油状态下对象轴与外露于滑动面的长球状石墨粒子直接接触并发生滑动，从而在对象轴上产生损伤。如果在对象轴的表面上产生损伤，则即使在供油状态下也容易引起滑动层的磨耗，磨耗量增多。
此外，在实施例1～4中，确认了长球状石墨粒子的一部分包含剖面组织内沿着石墨晶体的层状结构的宽度在0.1μm以下的细线状空隙相对于具有该空隙的长球状石墨粒子剖面组织总面积的面积比例在3％以下的粒子，但在这些实施例中并未发生滑动试验后长球状石墨粒子从滑动面脱落或者在对象轴的表面上产生损伤。
比较例11如上所述，无供油状态下外露于滑动面的长球状石墨粒子与对象轴直接接触并滑动，在对象轴的表面上产生损伤。而且，比较例11虽然使用了内部具有空隙的球状化石墨粒子作为原材料石墨粒子，但由于用有机溶剂将包含石墨粒子的组合物稀释至粘度达到15000mPa·s，组合物中的有机溶剂的比例高，混合工序中在球状化石墨粒子通过辊磨机的辊间缝隙的同时通过的合成树脂粒子通过的频度低。因此，混合工序中原材料球状化石墨粒子的变形量变少，其结果是分散于滑动层的长球状石墨粒子的平均纵横比(A1)变小，形成于原材料球状化石墨粒子内部的空隙就保持原样地残留在剖面组织内。
所以认为，比较例11的滑动部件在滑动试验中，无论是在无供油状态还是在供油状态下，如果外露于滑动层表面的石墨粒子受到来自于对象轴表面的负荷，则在长球状石墨粒子上发生开裂，内部空隙崩溃而引起屈曲，粒子的表面积变小，长球状石墨粒子的由合成树脂所提供的保持变得不足，由此使长球状石墨粒子的剪切断片从滑动面脱落，侵入与对象轴表面之间的空隙，从而增加了滑动面的磨耗。
比较例12与表1所示的实施例不同，其滑动层只包含鳞片状石墨粒子。比较例12中滑动层的磨耗量增加的理由被认为如下。
比较例12中，由于滑动层只包含鳞片状石墨粒子，外露于滑动面的鳞片状石墨粒子的量比实施例的多。因此，在比较例12中，无供油状态下进行滑动时从滑动面脱落至对象轴与滑动面之间间隙的鳞片状石墨粒子的量变得过多，在对象轴的表面上产生损伤，该对象轴损伤的产生导致滑动层的磨耗量增大。
而且，在比较例12中，由于大量鳞片状石墨粒子外露于滑动面，即使是在供油状态下进行滑动时，外露于滑动面的鳞片状石墨粒子中发生脱落的粒子的量也会变多，脱落的鳞片状石墨粒子的存在抑制了对象轴表面与滑动面之间油膜的形成，从而使滑动层的磨耗量增大。
比较例13中，滑动层包含长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子两者，但由于鳞片状石墨粒子相对于滑动层所包含的石墨粒子的总体积的体积比例为过低的5％，无供油状态下进行滑动时鳞片状石墨粒子向对象轴表面的移附部的形成不充分，对象轴表面上产生损伤。因此，滑动层的磨耗量增大。
比较例14中，滑动层包含长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子两者，但认为由于鳞片状石墨粒子相对于滑动层所包含的石墨粒子的总体积的体积比例为过高的45％，在供油状态下进行滑动时，外露于滑动面的鳞片状石墨粒子发生开裂而脱落的量变多，脱落的鳞片状石墨粒子抑制了对象轴表面与滑动面之间油膜的形成，从而导致滑动层的磨耗量增大。
比较例15中，认为由于滑动层中所包含的由长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子构成的石墨粒子的量为较少的3体积％，降低滑动层与对象轴表面之间摩擦力的效果不充分，滑动层的磨耗量增大。
比较例16中，认为由于滑动层中所包含的由长球状石墨粒子和鳞片状石墨粒子构成的石墨粒子的量为较多的60体积％，滑动层的强度降低，滑动层的磨耗量增大。

Claims (7)

1.一种滑动部件，所述滑动部件是具备金属背层和设置在所述金属背层上的滑动层的滑动部件，
所述滑动层由合成树脂和分散于所述合成树脂中的石墨粒子构成，所述石墨粒子的体积为所述滑动层的体积的5～50体积％，
所述石墨粒子由长球状石墨粒子和薄板形状的鳞片状石墨粒子构成，所述鳞片状石墨粒子的体积相对于所述石墨粒子的总体积的比例为10～40％，
所述长球状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面自粒子表面向中心方向沿着粒子表面的圆呈曲线状地多层层叠，所述鳞片状石墨粒子的剖面组织为：石墨晶体的AB面在所述薄板形状的厚度方向上多层层叠，
所述长球状石墨粒子的平均粒径为3～50μm，所述鳞片状石墨粒子的平均粒径为1～25μm。
2.如权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，所述长球状石墨粒子的平均纵横比为1.5～4.5。
3.如权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，所述鳞片状石墨粒子的平均纵横比为5～10，
所述鳞片状石墨粒子的各向异性分散系数在3以上，所述各向异性分散系数以各鳞片状石墨粒子的X1/Y1比值的平均值表示，其中：
X1是指与所述滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中所述鳞片状石墨粒子在与所述滑动面平行的方向上的长度，
Y1是指与所述滑动层的滑动面垂直的方向上的剖面组织中所述鳞片状石墨粒子在与所述滑动面垂直的方向上的长度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的滑动部件，其特征在于，所述合成树脂由选自PAI、PI、PBI、PA、酚、环氧树脂、POM、PEEK、PE、PPS和PEI中的一种或两种以上构成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的滑动部件，其特征在于，所述滑动层还包含1～20体积％的选自MoS2、WS2、h-BN和PTFE中的一种或两种以上的固体润滑剂。
6.如权利要求1～5中任一项所述的滑动部件，其特征在于，所述滑动层还包含1～10体积％的选自CaF2、CaCo3、滑石、云母、莫来石、氧化铁、磷酸钙和Mo2C中的一种或两种以上的填充材料。
7.如权利要求1～6中任一项所述的滑动部件，其特征在于，在所述金属背层与所述滑动层之间还具有多孔金属层。
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