DE112015002269T5

DE112015002269T5 - Gleitharzzusammensetzung und Gleitelement

Info

Publication number: DE112015002269T5
Application number: DE112015002269.4T
Authority: DE
Inventors: Hiroki KOBAYAKAWA; Erina Yasuda
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-02-09
Also published as: JP7015290B2; JP2020034157A; JPWO2015174538A1; JP2015232391A; JP6705743B2; WO2015174537A1; GB2544197A; JP6705744B2; US20170088792A1; JP2015232127A; JPWO2015174537A1; JP2015232129A; DE112015002267T5; WO2015174538A1; US10760031B2; JP2015232128A; US20170088791A1; GB2543431A; GB2543431B

Abstract

Es wird eine Harzzusammensetzung offenbart, die verwendet wird für ein Gleitelement, um die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung zu verbessern. Die Gleitharzzusammensetzung umfasst: ein Harzbindemittel; einen festen Schmierstoff; und Aggregate aus Teilchen, wobei die Bindungskraft zwischen den Teilchen in den Aggregaten kleiner ist als ein Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels, so dass die an einer Oberfläche des Harzbindemittels freiliegenden Aggregate teilweise abgelöst werden durch eine Kraft, die kleiner ist als der Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels. Die Aggregate aus den Teilchen, die härter sind als das Harzbindemittel, werden verwendet als ein schützendes und verstärkendes Mittel und die Menge der Teilchen, die in der Gleitharzzusammensetzung enthalten sind, beträgt 1 Volumen-% oder mehr, aber 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Gleitharzzusammensetzung. Die Teilchen, die härter sind als das Harzbindemittel, weisen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger auf, was geringer ist als derjenige des festen Schmierstoffs. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate definiert wird als A und die Standardabweichung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers definiert wird als σ, ist A – 1 σ 60 nm oder mehr und ist A + 1 σ 400 nm oder weniger. Des Weiteren weisen die Aggregate ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitharzzusammensetzung und die Verbesserung eines Gleitelements, das die Zusammensetzung verwendet.
STAND DER TECHNIK
Die Gleitoberfläche eines Lagers, das für einen Motor eines Fahrzeugs verwendet wird, muss eine hohe Abriebbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung aufweisen. Als eine Lösung für diese Anforderung ist eine Technik vorgeschlagen worden, bei der die Gleitoberfläche eines Lagers beschichtet wird mit einer Harzzusammensetzung (siehe Patentdokumente 1 und 2).
Bei dieser in diesen Dokumenten offenbarten Technik wird eine Schicht aus einer Harzzusammensetzung gebildet durch Beschichten der inneren Umlaufoberfläche (Gleitoberfläche) einer halbzylindrischen Grundmaterialschicht mit der Harzzusammensetzung.
Eine solche Gleitharzzusammensetzung (nachfolgend teilweise vereinfachend bezeichnet als „Harzzusammensetzung”) enthält ein Harzbindemittel, einen festen Schmierstoff und schützende und verstärkende Teilchen. Wenn eine Last auf die Harzzusammensetzung einwirkt, wird der feste Schmierstoff selbst verformt (z. B. gespalten), insbesondere tritt eine Verschiebung zwischen dessen Kristallebenen auf, so dass die Spannung der Harzzusammensetzung verringert wird (Patentdokument 1). Andererseits werden, z. B. nano-geordnete Siliziumdioxidteilchen (20 bis 50 nm im Durchmesser) verwendet als die schützenden und verstärkenden Teilchen, um die Abriebbeständigkeit der gesamten Harzzusammensetzung zu verbessern (Patentdokument 2).
Siehe Patentdokumente 3 bis 5 als weitere Dokumente zum Stand der Technik, die mit der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang stehende Techniken beschreiben.
ZITATELISTE

Patentdokument 1: JP 2013-72535 A
Patentdokument 2: JP 2007-517165 A
Patentdokument 3: JP 2006-116458 A
Patentdokument 4: JP 2007-92995 A
Patentdokument 5: JP 2008-95725 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Aktuelle Automotoren neigen dazu, Starts und Stopps häufig zu wiederholen, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Des Weiteren ist die Viskosität von Motoröl verringert worden, um den Scherwiderstand des Öls zu verringern. Im Fall eines solchen Motors neigt ein Ölfilm zwischen einer Welle und einem Lager dazu, ungenügend zu werden, so dass ein Gleiten unter grenzwertigen Schmierbedingungen häufig auftritt. Als Ergebnis davon nimmt der Reibungskoeffizient während des Gleitens zu, so dass eine Last, die auf eine Harzzusammensetzungsschicht einwirkt, die in Kontakt mit der Welle in dem Lager steht, zunimmt.
Wenn eine auf die Harzzusammensetzungsschicht einwirkende Last zunimmt, besteht die Möglichkeit, dass die Harzzusammensetzungsschicht über ihre Grenze hinaus verformt wird, so dass die Harzzusammensetzung selbst gebrochen wird oder sich die Harzzusammensetzung von dem Grundmaterial ablöst. Als Ergebnis davon tritt ein fester Kontakt auf zwischen dem Grundmaterial (Legierungsschicht) des Lagers und der Welle, so dass eine Verschweißung auftritt zwischen dem Grundmaterial des Lagers und der Welle aufgrund übermäßiger Hitzeentwicklung, was zu einem Festfressen bzw. einer Reibverschweißung führen kann.
Die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Techniken sollen die Harzzusammensetzungsschicht verbessern, um die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung zu verbessern.
Aus den folgenden Gründen muss die Harzzusammensetzungsschicht des Lagers jedoch eine höhere Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung aufweisen.
In den letzten Jahren müssen Dieselmotoren für schwere Lastwagen und dergleichen wie auch Benzinmotoren Starts und Stopps häufig wiederholen, um einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Im Vergleich zu einem Lager für Benzinmotoren wirkt auf ein Lager für Dieselmotoren eine schwere spezifische Last bei einer niedrigeren Umlaufgeschwindigkeit ein, was es schwieriger macht, einen Ölfilm zwischen einer Welle und dem Lager aufrecht zu erhalten. Außerdem fahrt ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor im Allgemeinen längere Strecken zwischen Inspektionen als ein Fahrzeug mit einem Benzinmotor, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Fremdschmutz zwischen eine Welle und ein Lager eindringt. Dies mach es auch schwierig, einen Ölfilm aufrecht zu erhalten. Des Weiteren ist eine Gusseisenwelle mit einer raueren Oberfläche als eine herkömmliche Welle verwendet worden, um die Kosten der Welle zu verringern, was es ebenfalls schwierig macht, einen Ölfilm aufrecht zu erhalten.
Auf ein Lager für Dieselmotoren wirkt eine schwere Last ein und deshalb muss eine Harzzusammensetzung, die die Gleitoberfläche des Lagers bildet, selbstverständlich eine hohe Abriebbeständigkeit aufweisen.
LÖSUNG DER PROBLEME
Um ein solches Problem zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Harzzusammensetzung bereitzustellen, die z. B. zu verwenden ist für ein Lager für einen Fahrzeugmotor, um dessen Beständigkeit gegenüber Festfressen zu verbessern.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, stellt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Gleitharzzusammensetzung bereit, die umfasst:
ein Harzbindemittel; einen festen Schmierstoff; und ein schützendes und verstärkendes Mittel, wobei
das schützende und verstärkende Mittel Aggregate aus Teilchen umfasst, und wobei
die Bindungskraft zwischen den Teilchen in den Aggregaten kleiner ist als der Spanungsschwellenwert des Harzbindemittels, so dass die Aggregate, die an einer Oberfläche des Harzbindemittels freiliegen, teilweise abgelöst werden durch eine Kraft, die kleiner ist als der Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels.
Bezüglich der so definierten Gleitharzzusammensetzung gemäß dem ersten Aspekt gilt, dass, wenn eine Last einwirkt auf die Aggregate, die an einer Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung freiliegen, größer ist als die Bindungskraft zwischen den Teilchen, die die Aggregate bilden, jedoch kleiner ist als der Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels, die Aggregate teilweise zerstört und abgelöst werden, während die Form des Harzbindemittels beibehalten wird, so dass sehr kleine Vertiefungen in der Gleitoberfläche gebildet werden. Die Vertiefungen dienen als Schmierölrückhaltebereiche, die zur Aufrechterhaltung eines Ölfilms an der Gleitoberfläche beitragen. Dies verbessert die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung.
Der oben beschriebene Spannungsschwellenwert bezieht sich auf die maximale Spannung, der, wenn eine Last auf jede Komponente der Harzzusammensetzung einwirkt, jede Komponente ohne plastische Verformung oder Bruch standhalten kann. Wenn sie einen geringeren Spannungsschwellenwert aufweist, ist die Komponente leichter zerstörbar und ist brüchiger.
Es wird davon ausgegangen, dass die Teilchen aggregiert sind in einer Weise, dass Teilchen höherer Ordnung (Sekundärteilchen oder Teilchen höherer Ordnung) gebildet werden durch, z. B. direkte Verbindung einzelner Teilchen (d. h. Primärteilchen), um sekundäre Teilchen zu bilden und die sekundären Teilchen weiter verbunden werden, um tertiäre Teilchen zu bilden, oder in der Weise, dass primäre Teilchen verbunden werden durch das Harzbindemittel, oder in der Weise, dass das Verbinden von primären Teilchen unterstützt wird durch das Harzbindemittel.
Wenn eine Last einwirkt auf die Aggregate, die an der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung freiliegen, und diese Kraft den Spannungsschwellenwert der Aggregate übersteigt, so dass die Verbindung zwischen den Teilchen gebrochen wird, werden sehr kleine Vertiefungen in der Gleitoberfläche gebildet. Die Vertiefungen dienen als Schmierölrückhaltebereiche, die zur Aufrechterhaltung eines Ölfilms an der Gleitoberfläche beitragen.
Wenn eine Last auf die Aggregate einwirkt, werden die Aggregate verformt aufgrund des Auftretens einer Verschiebung zwischen den Teilchen, bevor das Bindemittel verformt wird, und schließlich werden die Aggregate zerstört. Mit anderen Worten tritt, wenn eine Last auf die Harzzusammensetzung einwirkt, die den Spannungsschwellenwert der Aggregate übersteigt, eine irreversible Verschiebung auf zwischen den Teilchen, die Aggregate bilden, und wenn die Verschiebung weiter zunimmt, werden die Aggregate selbst zerstört, so dass einige der Teilchen, die verbunden sind, um die Aggregate zu bilden, abgelöst werden. Der Spannungsschwellenwert der Aggregate wird so eingestellt, dass er kleiner ist als derjenige des Harzbindemittels, was es möglich macht, die Spannung des Harzbindemittels abzubauen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Teilchen, die die Aggregate bilden, härter sein als das Harzbindemittel. Dies ermöglicht es, dass die gesamte Gleitharzzusammensetzung eine hohe Beständigkeit gegenüber Abrieb aufweist. Nachfolgend werden die Teilchen, die die Aggregate bilden und härter sind als das Harzbindemittel, teilweise bezeichnet als „schützende und verstärkende Primärteilchen”.
Die Harte von jeder Komponente dient als ein Indikator der Beständigkeit gegenüber Abrieb und kann zum Beispiel als Vickers-Härte ausgedrückt werden.
Die Härte der schützenden und verstärkenden Primärteilchen ist 10 bis 100 Mal höher als diejenige des Harzbindemittels, ausgedrückt als Vickers-Härte.
Der feste Schmierstoff, der in der Harzzusammensetzung enthalten ist, reduziert den Reibungskoeffizienten der Oberfläche der Harzzusammensetzung, um die Gleiteigenschaften davon zu verbessern. Im Allgemeinen wird Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid, Graphit oder dergleichen als fester Schmierstoff verwendet. Alle diese Materialien sind weicher (haben eine geringere Harte) und brüchiger (haben einen geringeren Spannungsschwellenwert) als das Harzbindemittel.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Spannungsschwellenwert von jeder der drei Komponenten, die die Harzzusammensetzung bilden, das heißt dem Harzbindemittel, dem festen Schmierstoff und dem schützenden und verstärkenden Mittel, wie folgt definiert.
Fester Schmierstoff ≤ schützendes und verstärkendes Mittel <Harzbindemittel Bezüglich der so definierten Harzzusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt gilt, dass, wenn eine schwere Last einwirkt auf die Harzzusammensetzung, der feste Schmierstoff und das schützende und verstärkende Mittel deformiert oder zerstört werden, bevor das Harzbindemittel deformiert wird, weil der feste Schmierstoff und das schützende und verstärkende Mittel brüchiger sind als das Harzbindemittel. Deshalb wird die Spannung des Harzbindemittels abgebaut und, als Ergebnis, wird die Form des Harzbindemittels, das bezeichnet werden kann als das Gerüst der Gleitharzzusammensetzung, aufrecht erhalten.
Die Menge der Teilchen, die die Aggregate bilden und in der Harzzusammensetzung enthalten sind, beträgt 1 Volumen-% oder mehr, aber 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Harzzusammensetzung. Wenn die enthaltene Menge der Teilchen 1 Volumen-% oder mehr der gesamten Harzzusammensetzung beträgt, ist die Menge der an der Gleitoberfläche freiliegenden Aggregate ausreichend, so dass Schmieröl zurückhaltende Bereiche in ausreichender Weise gebildet werden können. Wenn die Teilchen härter sind als das Harzbindemittel, um die Beständigkeit gegenüber Abrieb der Harzzusammensetzung zu verbessern, kann die Beständigkeit gegenüber Abrieb der Harzzusammensetzung in ausreichender Weise verbessert werden. Andererseits ist, wenn die Menge der enthaltenen Teilchen 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Harzzusammensetzung beträgt, die Viskosität des Harzbindemittels für die Herstellung geeignet.
Die zu aggregierenden Teilchen haben einen kleineren Durchmesser als der feste Schmierstoff. Hier werden der Durchmesser der Teilchen und der Durchmesser des festen Schmierstoffs bezeichnet als Durchmesser in einer gemessenen Ansicht, und die Durchmesser von allen Teilchen sind wesentlich kleiner als die Durchmesser von allen Teilchen des festen Schmierstoffs. Zum Beispiel können die Teilchen und der feste Schmierstoff, die in dem Querschnitt der Gleitharzzusammensetzung senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung erscheinen, durch Ellipsen approximiert werden. In diesem Fall wird die lange Achse der Ellipsen definiert als ein Teilchendurchmesser. Wenn der Durchmesser der Teilchen größer ist als derjenige des festen Schmierstoffs, haben die Aggregate aus den Teilchen einen größeren Durchmesser, und deshalb kann dies die Funktion des festen Schmierstoffs hemmen.
Auf der Grundlage des Voranstehenden, ist ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung wie folgt definiert.
In der Harzzusammensetzung gemäß einem der obigen ersten bis dritten Aspekte enthält das schützende und verstärkende Mittel Aggregate von Teilchen, die härter sind als das Harzbindemittel und die einen kleineren Durchmesser aufweisen als der feste Schmierstoff und es nimmt 1 Volumen-% oder mehr, aber 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Gleitharzzusammensetzung ein.
Es ist zu beachten, dass die Menge des enthaltenen schützenden und verstärkenden Mittels (Vol.-% = Volumen-%) bestimmt werden kann nicht nur durch Vergleich des Volumens des Rohmaterials, sondern auch durch ICP-chemische Analyse der Masse der Harzzusammensetzung.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wie folgt definiert. In der Harzzusammensetzung gemäß dem vierten Aspekt weisen die Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger auf.
Bezüglich der so definierten Harzzusammensetzung gemäß dem fünften Aspekt gilt, dass, wenn die Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger verwendet werden, die einzelnen Teilchen (d. h. die Primärteilchen) in der Harzzusammensetzung leicht zusammen aggregiert werden.
Der Teilchendurchmesser der Primärteilchen kann z. B. wie folgt definiert werden. Die Primärteilchen, die in dem Querschnitt der Gleitharzzusammensetzung senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung erscheinen, werden durch Ellipsen approximiert und die lange Achse der Ellipsen wird als ein Teilchendurchmesser definiert.
Wenn die Menge der Teilchen so eingestellt wird, dass sie einen Wert innerhalb des obigen Bereichs aufweist, und der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen auf 10 nm oder mehr eingestellt wird, ist es möglich, eine übermäßige Aggregation der in der Harzzusammensetzung enthaltenen Teilchen zu vermeiden. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser weniger als 10 nm beträgt, besteht die Gefahr, dass eine übermäßige Aggregation der Teilchen auftritt. Falls eine übermäßige Aggregation der Teilchen auftritt, nimmt ein Bereich in der Harzzusammensetzung, wo keine Aggregate vorhanden sind, zu und deshalb kann die Harzzusammensetzung durch die Aggregate nicht in ausreichender Weise verbessert werden.
Wenn die Menge der enthaltenen Teilchen eingestellt wird auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs und der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen auf 100 nm oder weniger eingestellt wird, können geeignete Aggregate in zuverlässiger Weise gebildet werden ohne übermäßige Dispersion der Teilchen. Wenn andererseits der durchschnittliche Teilchendurchmesser 100 nm übersteigt, können die Teilchen in der Harzzusammensetzung in übermäßiger Weise einzeln verteilt sein. In diesem Fall kann dies auch verursachen, dass die Aggregate nicht in ausreichender Weise ihre erwünschte Funktion erfüllen, die Lubrizität der Gleitoberfläche aufrecht zu erhalten durch teilweises Ablösen der an der Gleitoberfläche freiliegenden Aggregate, um Vertiefungen zu bilden, die als Schmierölrückhaltebereiche dienen.
Wenn die Aggregate aus den Teilchen in geeigneter Weise deformiert oder zerstört werden, kann der Aufbau von Spannung in dem Harzbindemittel in wirksamer Weise verhindert werden und deshalb wird das Harzbindemittel nicht in signifikanter Weise auf einmal gebrochen. Als Ergebnis wird die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung der Harzzusammensetzung verbessert.
Unter einem anderen Gesichtspunkt kann der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen, die aggregiert werden sollen, um Aggregate zu bilden, 15 nm oder mehr, aber 50 nm oder weniger betragen.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wie folgt definiert. In der Gleitharzzusammensetzung gemäß dem fünften Aspekt ist, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate aus den schützenden und verstärkenden Primärteilchen definiert wird als A und die Standardabweichung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers definiert wird als σ, A – 1 σ 60 nm oder mehr ist und A + 1 σ 400 nm oder weniger ist.
Die Form der Aggregate ist nicht auf eine Kugel beschränkt. Deshalb wird in dieser Beschreibung der Durchmesser der Aggregate, die in einer gemessenen Ansicht in einer Schnittoberfläche, erhalten durch Schneiden der Gleitharzzusammensetzung in einer zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung senkrechten Richtung, erscheinen, verwendet. Genauer gesagt, werden die beobachteten Aggregate durch Ellipsen approximiert und die lange Achse der Ellipsen wird definiert als der Durchmesser der Aggregate. Eine schwerere Last wirkt auf die Gleitharzzusammensetzung ein in einer Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung. Dies ist der Grund, warum die Schnittoberfläche senkrecht zu der Gleitoberfläche als Messansicht definiert wird. Die Breite der Aggregate, auf die eine Last in der senkrechten Richtung einwirkt (= die Länge der Aggregate, projiziert auf die Gleitoberfläche), steht in signifikanter Weise in Verbindung zu dem Spannungsschwellenwert der Aggregate. Dies ist der Grund, warum die lange Achse von approximierten Ellipsen der Aggregate als der Durchmesser der Aggregate definiert wird.
Bezüglich der so definierten Gleitharzzusammensetzung gemäß dem sechsten Aspekt gilt, dass die Aggregate eine geeignete Größe aufweisen und deshalb gleichmäßig in der Harzzusammensetzung verteilt sind. Dies ermöglicht es, dass die Aggregate gleichförmig freiliegen an der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung. Deshalb werden, wenn eine Last auf die Harzzusammensetzung einwirkt, die freiliegenden Aggregate teilweise zerstört, um Schmierölrückhaltebereiche zu bilden.
Wenn A – 1 σ 60 nm oder mehr ist, ist der Grad der Aggregation der Teilchen in der Harzzusammensetzung ausreichend. Deshalb sind, wenn einige der Aggregate an der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung freiliegen, die Flächen der freiliegenden Bereiche der Aggregate ausreichend, um Schmierölrückhaltebereiche zu bilden. Wenn A + 1 σ 400 nm oder weniger ist, ist der Grad der Dispersion der Aggregate aus den Teilchen ausreichend und deshalb gibt es keinen Bereich, wo die Aggregate ungleichmäßig in der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung verteilt sind.
Als Ergebnis können Schmierölrückhaltebereiche in der gesamten Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung gleichmäßig verteilt sein.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend definiert.
In der Gleitharzzusammensetzung gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte weisen die Aggregate ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger auf.
Das Seitenverhältnis der Aggregate ist wie folgt definiert. Die Aggregate, die in einer Messansicht in einer Schnittoberfläche, erhalten durch Schneiden der Gleitharzzusammensetzung in einer zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung senkrechten Richtung, erscheinen, werden durch Ellipsen approximiert, und das Verhältnis zwischen der langen Achse und der kurzen Achse der Ellipsen wird definiert als das Seitenverhältnis (lange Achse/kurze Achse).
Wenn das Seitenverhältnis der Aggregate 10 oder weniger beträgt, mit anderen Worten, wenn die Form der Aggregate näher der einer Kugel ist, ist die Fläche der an der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung freiliegenden Aggregate stabil. Ein allgemeines Aggregat wird durch eine Ellipse approximiert. Deshalb ist, wenn die Aggregate ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger aufweisen, die Fläche der Aggregate, die in der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung erscheinen, stabil, und zwar unabhängig von der Orientierung der langen Achse der Aggregate.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur eines Gleitelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Struktur einer Harzbeschichtungsschicht zeigt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines durch eine gepfeilte Linie III in 2 bezeichneten Bereichs.
4 ist eine schematische Ansicht, die die Abtrennung und den Bruch eines Harzbindemittels zeigt, wenn Aggregate aus schützenden und verstärkenden Teilchen in einer Harzzusammensetzung nicht vorhanden sind.
5 ist eine schematische Ansicht, die die teilweise Ablösung von Aggregaten aus schützenden und verstärkenden Teilchen erläutert, verursacht durch die Einwirkung einer Schwellenwertspannung der Aggregate auf die Aggregate.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Form der an der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung freiliegenden Aggregate und dem Seitenverhältnis der Aggregate zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine geschichtete Struktur eines Gleitelements 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Dieses Gleitelement 1 hat eine Struktur, in der eine Harzbeschichtungsschicht 7, enthaltend eine Gleitharzzusammensetzung, auf eine Grundmaterialschicht 2 laminiert ist.
Bei dem Gleitelement 1, das ein zylindrisches oder halbzylindrisches Lager enthält, enthält die Grundmaterialschicht 2 davon eine zylindrische oder halbzylindrische Stahlplattenschicht 3. Falls erforderlich, ist eine Legierungsschicht 5 aus einer Legierung aus Al, Cu, Sn oder dergleichen an der Oberfläche (inneren Umlaufoberfläche) der Stahlplattenschicht 3 aufgebracht. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Grundmaterialschicht 2 eine solche sein, die, an der Oberfläche der Legierungsschicht 5, eine Sn-, Bi- oder Pb-Gruppenplattierungsschicht oder eine Schicht mit einem Harz aufweist. Die Schicht mit einem Harz ist von der Harzbeschichtungsschicht 7 verschieden.
Um die Haftung zwischen der Grundmaterialschicht 2 und der Harzbeschichtungsschicht 7 zu verbessern, kann die innere Umlaufoberfläche der Grundmaterialschicht 2 einer Oberflächenaufrauhung unterworfen werden. Die Oberflächenaufrauhung kann durchgeführt werden durch chemische Oberflächenbehandlung, wie z. B. eine Kombination aus alkalischem Ätzen und Beizen oder mechanische Oberflächenbehandlung wie z. B. Abstrahlen.
Das Material, aus dem die Stahlplattenschicht 3 besteht, ist nicht auf Stahl beschränkt und kann z. B. eine Legierung aus Aluminium, Kupfer und Wolfram sein.
Die Gleitharzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, enthält ein Harzbindemittel 10, einen festen Schmierstoff 11 und Aggregate 20 aus schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13.
In der Harzzusammensetzung bindet das Harzbindemittel 10 die Harzbeschichtungsschicht 7 an die Grundmaterialschicht 2 und fixiert den festen Schmierstoff 11. Ein Harzmaterial, das für das Harzbindemittel 10 verwendet wird, kann in geeigneter Weise ausgewählt werden in Abhängigkeit von, z. B. der beabsichtigten Verwendung des Gleitelements 1. Wenn das Gleitelement 1 für Fahrzeugmotoren verwendet wird, kann das Harzmaterial mindestens eines von Polyimidharzen, Polyamidimidharzen, Epoxyharzen, Phenolharzen, Polyamidharzen, Fluorharzen und Elastomeren sein und kann eine Polymerlegierung sein.
Die Dicke der Harzbeschichtungsschicht 7 kann in beliebiger Weise bemessen werden und kann z. B. 1 μm oder mehr, aber 20 μm oder weniger betragen.
Ein Verfahren zur Laminierung der Harzbeschichtungsschicht 7 kann ebenfalls in beliebiger Weise ausgewählt werden. Beispiele für das zu verwendende Verfahren umfassen Stempeldrucken, Siebdrucken, Aufsprühen mittels Luft, luftloses Aufsprühen, elektrostatische Beschichtung, Trommelbeschichten, Aufpressen, Aufwalzen und Walzbeschichten.
Das Material des festen Schmierstoffs 11 kann ebenfalls in geeigneter Weise ausgewählt werden in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung des Gleitelements. Zum Beispiel kann das Material des festen Schmierstoffs 11 mindestens eines, ausgewählt aus Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, h-Bornitrid, Polytetrafluorethylen, Melamincyanurat, Kohlenstofffluorid, Phthalocyanin, Graphennanoplättchen, Fulleren, Polylethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc. unter dem Handelsnamen ”MIPELON”) und Nε-Lauroyl-L-lysin (hergestellt von Ajinomoto Co., Inc. unter dem Handelsnamen ”AMIHOPE”) sein.
Die Menge des in der Harzzusammensetzung enthaltenen festen Schmierstoffs 11 kann in beliebiger Weise ausgewählt werden, in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung des Gleitelements. Zum Beispiel kann, wenn die Menge der gesamten Harzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, definiert wird als 100 Vol.-%, die Menge des festen Schmierstoffs, der in der Harzzusammensetzung enthalten ist, 20 Vol.-% oder mehr, aber 70 Vol.-% oder weniger betragen.
Um die Gleiteigenschaften der Harzbeschichtungsschicht 7 zu verbessern, beträgt das (0, 0, L)-Ebenen-Orientierungs-Intensitätsverhältnis des festen Schmierstoffs 11 bevorzugt 75% oder mehr.
Wie in 3 gezeigt ist, sind die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 in der Gleitharzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, vorgesehen, und die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 sind miteinander aggregiert, um Aggregate 20 als ein schützendes und verstärkendes Mittel zu bilden.
Die Beständigkeit gegenüber Abrieb der Harzbeschichtungsschicht 7 selbst wird verbessert durch Verwenden als die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 von ultrafeinen Teilchen, die härter sind als das Material des Harzbindemittels 10 und die einen kleineren Durchmesser haben als der feste Schmierstoff 11, und zwar bevorzugt einen Durchmesser in Nanobereich (siehe Patentdokument 2).
Um einen solchen Zweck direkt zu erfüllen, werden die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 bevorzugt in gleichförmigerer Weise in der Harzbeschichtungsschicht 7 verteilt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 verteilt werden, soweit wie möglich ohne sich miteinander zu verbinden, d. h. die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 sollen als Primärteilchen verteilt werden.
Die Untersuchungen der benannten Erfinder haben jedoch ergeben, dass, wenn eine schwere Last auf die Harzbeschichtungsschicht 7 einwirkt, wie dies in 4 gezeigt ist, das Harzbindemittel 10 über seine Grenze hinaus verformt werden und in signifikanter Weise auf einmal gebrochen werden kann. Die 4A und 4B zeigen in schematischer Weise eine Situation, in der die Harzbeschichtungsschicht 7 aufgrund des Bruchs des Harzbindemittels 10 von der Grundmaterialschicht 2 abgelöst ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können andererseits, wie dies in 3 gezeigt ist, die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 sich in gewollter Weise aggregieren, um die Aggregate 20 zu bilden. Die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13, die die Aggregate 20 bilden, können unter dem Gesichtspunkt der auf die Harzbeschichtungsschicht 7 einwirkenden Spannung so beschrieben werden, dass die Aggregate 20 überhaupt nicht beeinflusst werden, selbst wenn die Spannung einwirkt, bei der die Deformation des festen Schmierstoffs einsetzt (d. h. die Aggregate 20 werden nicht deformiert), sie werden jedoch deformiert oder zerstört, bevor die Deformation des Harzbindemittels 10 über den Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels 10 hinaus einsetzt.
Deshalb wird, wenn eine schwere Last auf die Harzbeschichtungsschicht 7 einwirkt, ein Teil der in der Harzbeschichtungsschicht 7 aufgebauten Spannung abgebaut durch Deformation oder Zerstörung der Aggregate 20, was verhindert, dass die Harzbeschichtungsschicht 7 in signifikanter Weise auf einmal bricht.
Dabei werden, wie dies in 5 gezeigt ist, wenn die Aggregate 20 an der Gleitoberfläche freiliegen, einige der schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13, die die Aggregate 20 bilden, abgelöst. Als Ergebnis werden, wie dies in 5B gezeigt ist, Vertiefungen (Mikro-Hülsen) 30 in den Aggregaten 20 gebildet. Die Vertiefungen 30 können Schmieröl aufnehmen, das der Gleitoberfläche des Gleitelements 1 zugeführt wird. Auch unter diesem Gesichtspunkt tragen die Aggregate 20 zur Aufrechterhaltung eines Ölfilms an der Gleitoberfläche des Gleitelements 1 bei.
Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Abrieb der Harzbeschichtungsschicht 7 selbst, ist das Material, aus dem die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 bestehen, härter als das Harzbindemittel 10 und es weist einen kleineren Durchmesser als der feste Schmierstoff auf. Das Material, das die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 bildet, kann in beliebiger Weise ausgewählt werden, in Abhängigkeit von der beabsichtigen Verwendung des Gleitelements, und es kann insbesondere, z. B. sein: Mikroteilchen aus Gold, Silber, Siliziumoxid (Siliziumdioxid), Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid oder Zirkoniumoxid.
Zum Zweck der Bildung von Schmierölrückhaltebereichen, die in 5 gezeigt sind, können, zusätzlich zu den obigen Mikroteilchen, Mikroteilchen verwendet werden, deren Harte gleich oder geringer als die des Harzbindemittels ist. Solche Mikroteilchen können feine Harzteilchen sein.
Die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 können einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger aufweisen.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 kann selbstverständlich bestimmt werden anhand der Spezifikation von Rohmaterialteilchen, er kann jedoch auch auf folgende Weise bestimmt werden, und zwar auch in einem Zustand, in dem die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 in der Harzbeschichtungsschicht 7 enthalten sind. Insbesondere wird z. B. die Harzbeschichtungsschicht in einer axialen Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche der Harzbeschichtungsschicht geschnitten, um eine Schnittoberfläche zu erhalten, und ein Bild von einem vorbestimmten Bereich in einem beliebigen Teil in der Schnittoberfläche der Harzbeschichtungsschicht (nachfolgend teilweise bezeichnet als „Axialrichtungsschnittoberfläche”) wird aufgenommen. Das so erhaltene Bild wird durch Bildanalysesoftware analysiert, um die Primärteilchen in dem Bild durch Ellipsen (Teilchen-äquivalente Ellipsen) zu approximieren. Bei dieser Analysesoftware wird eine Ellipse mit der gleichen Fläche und den gleichen primären und sekundären Momenten wie denjenigen des Zielobjekts (Primärteilchen) definiert als die Teilchen-äquivalente Ellipse.
Solche schützenden und verstärkenden Primärteilchen können gebildet werden z. B. durch ein Zerkleinerungsverfahren unter Verwendung einer Kugelmühle, einer Strahlmühle oder dergleichen, ein Aggregationsverfahren (reduktives Verfahren), umfassend Aggregation, verursacht durch Reduktion unter Verwendung eines Reduktionsmittels oder durch elektrochemische Reduktion, ein Pyrolyseverfahren, umfassend thermische Zersetzung, ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren, wie z. B. Verdampfung in einem Plasmagas, ein Laserverdampfungsverfahren, umfassend schnelle Laserverdampfung, oder ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren, umfassend eine chemische Reaktion in der Dampffase. Ein Reaktionsfeld zur Herstellung der schützenden und verstärkenden Teilchen kann entweder eine Gasphase oder eine flüssige Phase sein.
Wenn die Menge der gesamten Harzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, als 100 Vol.-% definiert wird, kann die Menge der schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13, die in der Harzzusammensetzung enthalten ist, d. h. die Menge der in der Harzzusammensetzung enthaltenen Aggregate 20, 1 Vol.-% oder mehr, aber 20 Vol.-% oder weniger betragen.
Dies ermöglicht es, Schmierölrückhaltebereiche in der Gleitoberfläche der Harzzusammensetzung in gleichmäßiger Weise zu bilden und die Viskosität der Harzzusammensetzung so zu kontrollieren, dass sie für die Herstellung geeignet ist.
Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der erhaltenen Aggregate als A definiert wird und die Standardabweichung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers als a definiert wird, ist A – 1 σ 60 nm oder mehr und ist A + 1 σ 400 nm oder weniger.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate kann nach dem gleichen Verfahren bestimmt werden, das für die schützenden und verstärkenden Primärteilchen 13 verwendet wird.
Die Größe der Aggregate kann angepasst werden durch geeignetes Anpassen des Verfahrens der Oberflächenbehandlung der schützenden und verstärkenden Primärteilchen und des Ausmaßes der Oberflächenbehandlung, die Art des Dispersionsmediums zur Dispergierung der schützenden und verstärkenden Primärteilchen und die Viskosität des Dispersionsmediums und die Konzentration der Primärteilchen in dem Dispersionsmedium und durch weiteres Homogenisieren dieses Dispersionssystems.
Die Aggregate 20 weisen ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger auf. Dabei kann das Seitenverhältnis der Aggregate 20 bestimmt werden durch die gleiche Bildverarbeitung, die für die schützenden und verstärkenden Primärteilchen verwendet wird.
Das Seitenverhältnis kann angepasst werden durch Anpassen der Energie, die zugeführt wird, wenn die schützenden und verstärkenden Primärteilchen in einem Lösungsmittel dispergiert werden. Zum Beispiel werden, wenn eine Kugelmühle als Dispersionsvorrichtung verwendet wird, Aggregate mit einem kleineren Seitenverhältnis gebildet durch Reduzieren der Rotationsgeschwindigkeit der Kugelmühle, um die zu den Teilchen zugeführte Energie zu verringern.
6A zeigt ein Beispiel für ein Aggregat 20A mit einem Seitenverhältnis von 10 oder weniger und 6B zeigt Beispiele für ein Aggregat 20B mit einem Seitenverhältnis, das 10 übersteigt. Wie in der 6A gezeigt ist, ist im Fall des Aggregats 20A mit einem kleinen Seitenverhältnis die Fläche des an der Gleitoberfläche 7a der Harzbeschichtungsschicht 7 freiliegenden Bereichs stabil und zwar unabhängig von der Ausrichtung (Neigung der langen Achse) der Aggregate 20A.
Andererseits variiert, wie dies in 6B gezeigt ist, im Fall des Aggregats 20B mit einem großen Seitenverhältnis, die Fläche des an der Gleitoberfläche 7a der Harzbeschichtungsschicht 7 freiliegenden Bereichs in signifikanter Weise, und zwar abhängig von der Ausrichtung (Neigung der langen Achse) des Aggregats 20B. Wenn der Winkel zwischen der langen Achse des Aggregats und der Gleitoberfläche 45 Grad übersteigt, ist die Fläche des freiliegenden Bereichs klein, wodurch es tendenziell schwierig wird, den freiliegenden Bereich des Aggregats teilweise abzulösen, um einen Schmierölrückhaltebereich zu bilden. Andererseits ist, im Fall des Aggregats mit einem großen Seitenverhältnis, wenn der Winkel zwischen der langen Achse des Aggregats und der Gleitoberfläche klein ist, so dass z. B. die lange Achse Aggregats freiliegt, die Dicke des Aggregats ungenügend und dies kann bewirken, dass das Aggregat selbst gebrochen wird, statt dass eine Vertiefung als ein Schmierölrückhaltebereich gebildet wird.
Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Abrieb der Harzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, können harte Teilchen, die im Wesentlichen keine Aggregate bilden, zu der Harzzusammensetzung zugegeben werden.
Solche harten Teilchen weisen bevorzugt eine Größe von mehr als 100 nm auf. Beispiele für das Material der harten Teilchen umfassen Oxide, wie z. B. Aluminiumoxid, Chromoxid, Ceroxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Nitride, wie z. B. Siliziumnitrid und kubisches Bornitrid, Carbide, wie z. B. Siliziumcarbid, und Diamant. Wenn die Menge der gesamten Harzzusammensetzung, die die Harzbeschichtungsschicht 7 bildet, als 100 Vol.-% definiert wird, kann die Menge der harten Teilchen, die in der Harzzusammensetzung enthalten sind, 1 Vol.-% oder mehr, aber 5 Vol.-% oder weniger betragen. Wenn das Material der harten Teilchen verschieden ist von demjenigen der schützenden und verstärkenden Teilchen, können die Eigenschaften der Harzbeschichtungsschicht 7 leicht kontrolliert werden. Wenn die harten Teilchen aus dem gleichen Material wie die schützenden und verstärkenden Teilchen hergestellt werden, kann das Gleitelement in kostengünstiger Weise hergestellt werden.
Wenn die Menge der gesamten Harzzusammensetzung als 100 Vol.-% definiert wird, können Metallteilchen aus Sn, Bi, Pb, In oder dergleichen in einer Menge von 1 Vol.-% oder mehr, aber 5 Vol.-% oder weniger zugegeben werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Gleitelements 1 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Lösung hergestellt durch Auflösen des Harzbindemittels in einem Lösungsmittel, und eine weitere Lösung wird hergestellt durch Dispergieren der schützenden und verstärkenden Primärteilchen in dem Lösungsmittel. Wenn die schützenden und verstärkenden Primärteilchen eingemischt werden, um letztere herzustellen, wird die für das Mischen benötigte Energie (z. B. die Rotationsgeschwindigkeit eines Rührwerks) angepasst, um die Form, d. h. das Seitenverhältnis der Aggregate anzupassen. Die obigen beiden Lösungen werden miteinander vermischt und der feste Schmierstoff und ein Additiv, das in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung verwendet wird, werden damit vermischt, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen. Falls erforderlich wird die Menge des Lösungsmittels kontrolliert, um die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit innerhalb eines bevorzugten Bereichs einzustellen. Die Beschichtungsflüssigkeit wird sodann auf die Grundmaterialschicht 2 aufgebracht. Die Beschichtungsflüssigkeit wird anschließend für eine vorbestimmte Zeit stehengelassen (Einebnungsstufe) und sie wird sodann einer Trocknungsstufe unterworfen, um das Lösungsmittel durch Erhitzen davon zu entfernen, um gehärtet zu werden, um die Harzbeschichtungsschicht 7 zu bilden, die die Gleitharzzusammensetzung enthält.
BEISPIELE
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die für ein halbzylindrisches Gleitelement geeignet sind.
Eine Aluminiumlagerlegierungsschicht wurde druckverschweißt mit der Oberfläche einer Stützmetallschicht, die aus einem halbzylindrischen Stahlelement gebildet wurde. Die Endbearbeitung der inneren Lageroberfläche wird durchgeführt an der inneren Umlaufoberfläche der Legierungsschicht und anschließend wurden eine Entfettung und eine Entfernung von Fremdschmutz durchgeführt.
Anschließend wurde eine Oberflächenaufrauhungsbehandung durchgeführt durch Abstrahlen.
Auf die innere Umlaufoberfläche dieses Zwischenprodukts wurde eine Beschichtungsflüssigkeit aufgebracht, die Aggregate mit einem kontrollierten Seitenverhältnis enthielt, und zwar durch Aufsprühen, so dass sie eine Dicke von etwa 5 um aufweist. Anschließend wurde die Beschichtungsflüssigkeit einer Einebnungsstufe für eine vorbestimmte Zeit und einer Trocknungsstufe unterworfen und sie wurde sodann 30 min bis 120 min lang einer Härtungsstufe bei 200°C bis 300°C unterworfen. Auf diese Weise wurde ein Gleitelement (Lager) hergestellt, das eine Harzbeschichtungsschicht 7 aufwies, die eine Harzzusammensetzung nach jedem der in Tabelle 1 gezeigten Beispiele und Vergleichsbeispiele enthielt.
Die so erhaltenen Gleitelemente (Lager) wurden einem Reibverschweißungstest unter den folgenden Bedingungen unterworfen.
Rotationsgeschwindigkeit: 1500 U/min
Schmieröl: VG22
Ölzufuhrgeschwindigkeit: 150 mL/min
Material der Welle: S55C
Die spezifische Last wurde schrittweise erhöht, um die spezifische Last für Reibverschweißung zu bestimmen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Der Gehalt jeder Komponente (Vol.-%), der Durchmesser der schützenden und verstärkenden Primärteilchen, die Größe der Aggregate und das Seitenverhältnis der Aggregate, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden bestimmt durch Beobachten der Schnittoberfläche in axialer Richtung von jeder der Harzbeschichtungsschichten 7. Genauer gesagt wurde ein Bild eines beliebigen Bereichs (innerhalb einer gewissen Zone) in der Schnittoberfläche aufgenommen und das erhaltene Bild wurde analysiert mit Bildanalysesoftware (Image-pro plus, Ver. 4.5), um jeden dieser Werte zu berechnen.
Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 ergibt sich Folgendes.
In jeder der Harzbeschichtungsschichten 7 der Beispiele 1 bis 15 waren Aggregate 20 aus schützenden und verstärkenden Primärteilchen in einem Harzbindemittel 10 verteilt und einige der Aggregate 20 lagen an der Gleitoberfläche der Harzbeschichtungsschicht 7 frei. In Vergleichsbeispiel 1 wurden Aggregate 20 nicht gebildet.
Beispiel 14 und Beispiel 15 von Gruppe I genügen nicht dem Erfordernis „(1) die Menge der schützenden und verstärkenden Primärteilchen, die in der Harzzusammensetzung enthalten ist, beträgt 1 Vol.-% oder mehr, aber 20 Vol.-% oder weniger der gesamten Harzzusammensetzung”, und deshalb sind die spezifischen Lasten für Reibverschweißung davon höher als diejenige von Vergleichsbeispiel 1, sie sind jedoch relativ niedriger als diejenigen der Beispiele der anderen Gruppen.
Beispiel 12 und Beispiel 13 von Gruppe II genügen dem Erfordernis „(1) die Menge der schützenden und verstärkenden Primärteilchen, die in der Harzzusammensetzung enthalten ist, beträgt 1 Vol.-% oder mehr, aber 20 Vol.-% oder weniger der gesamten Harzzusammensetzung”, und deshalb sind die spezifischen Lasten für Reibverschweißung davon höher als diejenigen der Beispiele der Gruppe I.
Beispiele 6 bis 11 der Gruppe III genügen dem Erfordernis „(1) die Menge der schützenden und verstärkenden Primärteilchen, die in der Harzzusammensetzung enthalten ist, beträgt 1 Vol.-% oder mehr, aber 20 Vol.-% oder weniger der gesamten Harzzusammensetzung” und dem Erfordernis „(2) der durchschnittliche Teilchendurchmesser der schützenden und verstärkenden Primärteilchen beträgt 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger” und deshalb sind die spezifischen Lasten für Reibverschweißung davon höher als diejenigen von Beispiel 12 und Beispiel 13 der Gruppe II.
Beispiel 5 der Gruppe IV genügt den Erfordernissen (1) und (2) und dem Erfordernis „(3) die Größe A – 1 σ der Aggregate beträgt 60 nm oder mehr und die Größe A + 1 σ der Aggregate beträgt 400 nm oder weniger” und deshalb ist die spezifische Last für Reibverschweißung davon höher als diejenige der Beispiele 6 bis 11 der Gruppe III.
Die Beispiele 1 bis 4 der Gruppe V genügen den obigen Erfordernissen (1) bis (3) und dem Erfordernis „(4) das Seitenverhältnis der Aggregate beträgt 10 oder weniger” und deshalb ist die spezifische Last für Reibverschweißung davon höher als diejenige von Beispiel 5 der Gruppe IV.
Gemäß den Untersuchungen der benannten Erfinder hat bzw. haben eine oder zwei oder mehr der folgenden Eigenschaften der Harzzusammensetzung einen Einfluss auf die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung der Harzzusammensetzung.
(1) Neigungswinkel der langen Achse der Aggregate
Wenn die Aggregate als schützende und verstärkende Teilchen verwendet werden, ist der Winkel zwischen der langen Achse der Aggregate und der Gleitoberfläche 45 Grad oder weniger.
Hierbei bezieht die lange Achse der Aggregate auf die lange Achse der Aggregate, die in einer Messansicht in einer Schnittoberfläche erscheinen, die erhalten wird durch Schneiden der Gleitharzzusammensetzung in einer zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung senkrechten Richtung. Zum Beispiel werden die beobachteten Aggregate durch Ellipsen approximiert und die lange Achse der Ellipsen wird als die lange Achse der Aggregate definiert.
Es ist zu beachten, dass die Winkel der langen Achsen von allen Aggregaten nicht immer gleich sind und deshalb wird der Durchschnitt der Winkel der langen Achsen der Aggregate, die in der Schnittoberfläche beobachtet werden, auf 45 Grad oder weniger eingestellt.
Wenn der Winkel zwischen der langen Achse der Aggregate und der Gleitoberfläche 45 Grad oder weniger beträgt, mit anderen Worten, wenn die lange Achse der Aggregate eher parallel zu der Gleitoberfläche ist, nehmen die Aggregate in zuverlässiger Weise eine in einer zu der Gleitoberfläche senkrechten Richtung einwirkenden Last auf und die Last wirkt als eine Scherkraft in der Richtung der kurzen Achse, so dass die Aggregate in zuverlässigerer Weise deformiert oder zerstört werden.
Wenn die lange Achse der Aggregate eher parallel zu der Gleitoberfläche ist, liegt das Aggregat in größerem Maß an der Gleitoberfläche frei. Dies macht es leicht, den freiliegenden Gleitkörper teilweise abzulösen, um Mikrovertiefungen zu bilden, die als Schmierölrückhaltebereiche dienen.
(2) Beziehung I zwischen Aggregaten und festem Schmierstoff
Zehn Prozent oder mehr der Aggregate sind eng verbunden mit dem festen Schmierstoff oder sind in der Nähe des festen Schmierstoffs vorhanden.
Wenn die Aggregate eng mit dem festen Schmierstoff verbunden sind, beeinflusst der feste Schmierstoff, der zuerst deformiert, gespalten oder zerstört wird durch die Einwirkung einer Last, die Aggregate, die eng mit dem festen Schmierstoff verbunden sind.
Zum Beispiel erzeugt, wenn die Aggregate eng mit den Enden der Teilchen des spaltbaren festen Schmierstoffs verbunden sind, so dass sie sie bedecken, die Spaltung des festen Schmierstoffs eine Kraft, die die Aggregate schert, so dass die Deformation der Aggregate induziert wird. Das heißt, der feste Schmierstoff, der die Spannung des Harzbindemittels abbaut, und die Aggregate wirken zusammen, so dass der Schmierstoff mit einem geringen Spannungsschwellenwert aufgrund einer Zunahme der Last zuerst deformiert wird, und anschließend die Aggregate mit einem relativ großen Spannungsschwellenwert deformiert werden. Auf diese Weise folgt der Spannungsabbau einer Zunahme der Last ohne Auftreten einer Lücke.
Auch wenn die Aggregate eng verbunden sind mit den Seiten der Teilchen des festen Schmierstoffs, wird der feste Schmierstoff durch die Einwirkung einer Last zuerst deformiert, was das Harzbindemittel, das den festen Schmierstoff umgibt, beeinflusst, so dass das Harzbindemittel geringfügig deformiert wird. Das heißt, eine starke Spannung wird lokal erzeugt in der Nähe des festen Schmierstoffs in dem Harzbindemittel. Dabei kann, wenn die Aggregate eng mit dem festen Schmierstoff verbunden sind, die lokal erzeugte Spannung in dem Harzbindemittel in zuverlässiger Weise abgebaut werden.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, können die Aggregate in der Nähe des festen Schmierstoffs vorhanden sein, um die in der Harzzusammensetzung lokal erzeugte Spannung abzubauen. In diesem Fall ist der Abstand zwischen dem festen Schmierstoff und den Aggregaten gleich oder weniger als der durchschnittliche Teilchendurchmesser der schützenden und verstärkenden Primärteilchen (10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger). Wenn die Aggregate in einem solchen Abstand innerhalb des obigen Bereichs von dem festen Schmierstoff vorhanden sind, kann lokal in der Nähe des festen Schmierstoffs in der Harzzusammensetzung aufgrund der Deformation des festen Schmierstoffs erzeugte Spannung in zuverlässiger Weise abgebaut werden.
Wenn 10% oder mehr der Aggregate eng verbunden sind mit dem festen Schmierstoff oder in der Nähe des festen Schmierstoffs vorhanden sind, beeinflusst die Deformation des festen Schmierstoffs direkt 10% oder mehr der Aggregate. Deshalb wirken, selbst wenn eine Last erhöht wird, der feste Schmierstoff und die Aggregate zusammen, um die Spannung kontinuierlich ohne Auftreten einer Lücke abzubauen.
Dabei wird der Prozentsatz (%) der Aggregate, die eng mit dem festen Schmierstoff verbunden sind oder in der Nähe des festen Schmierstoffs vorhanden sind, auf folgende Weise bestimmt.
Die gezählte Anzahl der Aggregate, die eng verbunden sind mit dem festen Schmierstoff oder die in der Nähe des festen Schmierstoffs vorhanden sind, wird verglichen mit der gezählten Gesamtzahl der Aggregate, die in einer vorbestimmten Messansicht in einer Schnittoberfläche erscheinen, die erhalten wird durch Schneiden der Gleitharzzusammensetzung in einer zu der Gleitoberfläche der Gleitharzzusammensetzung senkrechten Richtung.
(3) Beziehung II zwischen Aggregaten und festem Schmierstoff
Die Menge der Aggregate, mit denen die Enden von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs verbunden sind, beträgt 5,0% oder mehr.
Wenn die Aggregate eng verbunden sind mit den Spitzen der Teilchen des festen Schmierstoffs, beeinflusst der feste Schmierstoff, der zuerst deformiert, gespalten oder zerstört wird durch die Einwirkung einer Last, die Aggregate, die eng verbunden sind mit den Spitzen der Teilchen des festen Schmierstoffs.
Zum Beispiel erzeugt, wenn die Aggregate eng mit den Enden der Teilchen des spaltbaren festen Schmierstoffs verbunden sind, so dass sie sie bedecken, die Spaltung des festen Schmierstoffs eine Kraft, die die Aggregate schert, so dass die Deformation der Aggregate induziert wird. Das heißt, der feste Schmierstoff, der die Spannung des Harzbindemittels abbaut, und die Aggregate wirken zusammen, so dass der Schmierstoff mit einem geringen Spannungsschwellenwert aufgrund einer Zunahme der Last zuerst deformiert wird, und anschließend die Aggregate mit einem relativ großen Spannungsschwellenwert deformiert werden. Auf diese Weise folgt der Spannungsabbau einer Zunahme der Last ohne Auftreten einer Lücke.
Wenn ein Aggregat eng verbunden ist mit den Spitzen von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs, um sie zu verbinden, wird eine durch die Deformation von jedem der Teilchen des festen Schmierstoffs generierte Kraft konzentriert an dem einen Aggregat und deshalb wird eine auf das Aggregat aufgrund der Deformation des festen Schmierstoffs einwirkende Kraft erhöht, so dass das Aggregat in zuverlässigerer Weise deformiert oder zerstört wird.
Eine Gruppierung von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs, die durch das Aggregat verbunden sind, fungiert als ein Teilchen des festen Schmierstoffs, weil, wie oben beschrieben, das Aggregat leicht deformiert oder zerstört wird. Mit anderen Worten bedeckt die Gruppierung einen weiteren Bereich des Harzbindemittels, um die Spannung des Harzbindemittels abzubauen. Dies ermöglicht es, in zuverlässigerer Weise die Zerstörung oder Ablösung des Harzbindemittels zu verhindern.
Die Menge der Aggregate, die die Enden von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs verbinden, wird auf 5,0% oder mehr von allen Aggregaten eingestellt. Wenn die Menge der Aggregate, die die Enden von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs verbinden, auf 5,0% oder mehr eingestellt wird, beeinflusst die Deformation von zwei oder mehr Teilchen des festen Schmierstoffs direkt die Aggregate und deshalb werden die Aggregate in zuverlässigerer Weise deformiert oder zerstört, um die Funktion des Spannungsabbaus zu erfüllen. Deshalb wirken, selbst wenn eine Last erhöht wird, der feste Schmierstoff und die Aggregate zusammen, um die Spannung ohne Auftreten einer Lücke kontinuierlich abzubauen.
(4) Beziehung III zwischen Aggregaten und festem Schmierstoff
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate beträgt 40% oder weniger des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des festen Schmierstoffs.
Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate 40% oder weniger des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des festen Schmierstoffs beträgt, sind die Aggregate ausreichend kleiner als der feste Schmierstoff. Dies ermöglicht es, die Verteilung der Aggregate in der Harzzusammensetzung zu fördern, um die Wirkung der Aggregate zum Abbau der Spannung des Harzbindemittels in der gesamten Harzzusammensetzung sicherzustellen.
(5) Beziehung zwischen Teilchen, die Aggregate bilden
Der Wert von D90/D10 der schützenden und verstärkenden Primärteilchen, die die Aggregate bilden, wird auf 5 oder weniger eingestellt, wobei D10 der Teilchendurchmesser ist, bei dem die kummulative Höhe der Teilchendurchmesser 10% beträgt, und D90 der Teilchendurchmesser ist, bei dem die kummulative Höhe der Teilchendurchmesser 90% beträgt.
Dabei bezieht sich die kummulative Höhe der Teilchendurchmesser auf eine integrierte Menge in einer Teilchendurchmesserverteilungskurve und D10 bezieht sich auf den Teilchendurchmesser, wenn der kummulative Prozentsatz 10% erreicht, ausgehend von dem unteren Ende der Verteilungskurve, und D90 bezieht sich auf den Teilchendurchmesser, wenn der kummulative Prozentsatz 90% erreicht, ausgehend von dem unteren Ende der Verteilungskurve. Deshalb ist, wenn der Wert von D90/D10 kleiner ist, die Teilchendurchmesserverteilung der Teilchen schärfer.
Wenn der Wert von D90/D10 auf 5 oder weniger eingestellt wird, haben die Teilchen eine scharfe Teilchendurchmesserverteilung, d. h. sie haben einen gleichförmigen Teilchendurchmesser.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschränkt. Diverse modifizierte Ausführungsformen sind auch von der vorliegenden Erfindung umfasst, soweit sie vom Fachmann leicht aufgefunden werden können und den Bereich der Ansprüche nicht verlassen.
Die obige Ausführungsform ist beschrieben worden unter Bezugnahme auf den Fall, in dem das Gleitelement ein Lager ist, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf andere Gleitelemente anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Gleitelement
2: Grundmaterialschicht
3: Stützmetallschicht
5: Legierungsschicht
7: Harzbeschichtungsschicht
10: Harzbindemittel
11: Fester Schmierstoff
13: Schützendes und verstärkendes Teilchen
20: Aggregat
30: Vertiefung

Claims

Gleitharzzusammensetzung, umfassend: ein Harzbindemittel; einen festen Schmierstoff; und ein schützendes und verstärkendes Mittel, wobei das schützende und verstärkende Mittel Aggregate aus Teilchen umfasst, und wobei die Bindungskraft zwischen den Teilchen in den Aggregaten kleiner ist als der Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels, so dass die Aggregate, die an einer Oberfläche des Harzbindemittels freiliegen, teilweise abgelöst werden durch eine Kraft, die kleiner ist als der Spannungsschwellenwert des Harzbindemittels.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen härter sind als das Harzbindemittel.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Harzbindemittel, der feste Schmierstoff und die Aggregate die folgende Beziehung bezüglich des Spannungsschwellenwerts aufweisen: Fester Schmierstoff ≤ Aggregate < Harzbindemittel.
Gleitharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Teilchen härter sind als das Harzbindemittel, einen kleineren Teilchendurchmesser aufweisen als der feste Schmierstoff und 1 Volumen-% oder mehr, aber 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Gleitharzzusammensetzung einnehmen.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger aufweisen.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate definiert wird als A und die Standardabweichung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers definiert wird als σ, A – 1 σ 60 nm oder mehr ist und A + 1 σ 400 nm oder weniger ist.
Gleitharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aggregate ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger aufweisen.
Gleitharzzusammensetzung, umfassend: ein Harzbindemittel; einen festen Schmierstoff; und ein schützendes und verstärkendes Mittel, umfassend Aggregate aus Teilchen, wobei die Teilchen einen kleineren Durchmesser aufweisen als der feste Schmierstoff und enthalten sind in einer Menge von 1 Volumen-% oder mehr, aber 20 Volumen-% oder weniger der gesamten Zusammensetzung und wobei die Aggregate ein Seitenverhältnis von 10 oder weniger aufweisen.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Teilchen härter sind als das Harzbindemittel.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 nm oder mehr, aber 100 nm oder weniger aufweisen.
Gleitharzzusammensetzung nach Anspruch 10, wobei, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate definiert wird als A und die Standardabweichung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers definiert wird als σ, A – 1 σ 60 nm oder mehr ist und A + 1 σ 400 nm oder weniger ist.
Gleitelement, umfassend: eine Grundmaterialschicht; und eine Beschichtungsschicht, die auf die Grundmaterialschicht auflaminiert ist und die Gleitharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Gleitelement nach Anspruch 12, wobei die Grundmaterialschicht einen halbzylindrischen Bereich aufweist.