DE112020005917B4

DE112020005917B4 - Gleitelement

Info

Publication number: DE112020005917B4
Application number: DE112020005917.0T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Ogawa; Erina Yasuda; Kenji NIMURA
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2040-11-28
Also published as: CN114585819B; CN114585819A; WO2021112008A1; KR20220082056A; JP2021089008A; US20220381292A1; DE112020005917T5

Abstract

Gleitelement, das Folgendes aufweist:eine Harzüberzugsschicht auf der Seite einer Gleitoberfläche einer Lagerlegierungsschicht,wobei die Harzüberzugsschicht umfasst:ein Harzbindemittel und 20 Volumenprozent oder mehr an festen Schmierstoffpartikeln mit einer anisotropen Form, die in dem Harzbindemittel verteilt sind,wobei, wenn eine gedachte gerade Linie, die parallel zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 0° befindet, eine gedachte Achse, die senkrecht zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 90° befindet, ein Winkel, der durch die gerade Linie und eine Hauptachse der Partikel gebildet wird, als θ definiert ist und die Gesamtanzahl der Partikel, die in einem gegebenen Beobachtungsbereich des Harzbindemittels enthalten sind, als N definiert ist,ein Anteil R1 = Nl/N der Anzahl N1 von ersten Partikeln mit einem Winkel θ von 70° ≤ θ ≤ 90° von den Partikeln gleich 3% ≤ R1 ≤ 20% ist undein Anteil R2 = N2/N der Anzahl N2 von zweiten Partikeln mit einem Winkel θ von θ ≤ 20° von den Partikeln gleich 35% ≤ R2 ≤ 65% ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 3. Dezember 2019 eingereichten Japanischen Patentanmeldung JP 2021089008 A , deren Inhalt hierin aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitelement.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist ein Gleitelement bekannt, das eine Harzüberzugsschicht auf der Seite einer Gleitoberfläche einer Lagerlegierungsschicht aufweist (Patentliteratur 1). Zu der Harzüberzugsschicht ist ein fester Schmierstoff hinzugefügt, und die Harzüberzugsschicht trägt zur Reduktion der Reibung und zu einer Verbesserung in Bezug auf die Formanpassungsfähigkeit bei. Die Patentliteratur 1 ist so konzipiert, dass Eigenschaften durch eine Spezifizierung eines Festigkeitsverhältnisses einer Beugungsoberfläche basierend auf der Röntgenstrahl-Beugung des festen Schmierstoffs verbessert werden. Mit anderen Worten wird das Gleitleistungsvermögen im Fall der Patentliteratur 1 durch Vorgeben einer Spaltrichtung des festen Schmierstoffs verbessert, der in der Harzüberzugsschicht enthalten ist.
Es wurde jedoch in den letzten Jahren gefordert, dass Verbrennungsmotoren noch höhere Ausgaben und höhere Umdrehungen aufweisen. Daher weisen Gleitelemente des Stands der Technik die Tendenz auf, dass die Abriebbeständigkeit aufgrund der Erhöhungen von Ausgaben und Umdrehungen unzureichend wird. Eine unzureichende Abriebbeständigkeit kann ein Problem dahingehend verursachen, dass die Harzüberzugsschicht innerhalb einer kurzen Zeitspanne verschleißt. Wenn die Spaltrichtung des festen Schmierstoffs dagegen auf einer Seite vorgegeben wird, auf der die Abriebbeständigkeit erhöht ist, besteht ein Problem dahingehend, dass eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten der Harzüberzugsschicht verursacht werden kann.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2008095725 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Gleitelement bereitzustellen, durch das die Festigkeit einer Harzüberzugsschicht erhöht wird und die Abriebbeständigkeit verbessert wird, ohne zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten zu führen.
Lösung für das Problem
Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, umfasst ein Gleitelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Folgendes: eine Harzüberzugsschicht auf der Seite einer Gleitoberfläche einer Lagerlegierungsschicht. Die Harzüberzugsschicht umfasst ein Harzbindemittel sowie 20 Volumenprozent oder mehr an festen Schmierstoffpartikeln mit einer anisotropen Form, die in dem Harzbindemittel verteilt sind.
Wenn eine gedachte gerade Linie, die parallel zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 0° befindet, eine gedachte Achse, die senkrecht zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 90° befindet, ein Winkel, der durch die gerade Linie und eine Hauptachse der Partikel gebildet wird, als θ definiert ist, und die Gesamtanzahl der Partikel, die in einem gegebenen Beobachtungsbereich des Harzbindemittels enthalten sind, als N definiert ist, ist ein Anteil R1 = N1/N der Anzahl N1 von ersten Partikeln mit einem Winkel θ von 70° ≤ θ ≤ 90° von den Partikeln gleich 3% ≤ R1 ≤ 20%, und ein Anteil R2 = N2/N der Anzahl N2 von zweiten Partikeln mit einem Winkel θ von θ ≤ 20° von den Partikeln ist gleich 35% ≤ R2 ≤ 65%.
Auf diese Weise sind der Anteil R1 und der Anteil R2 für die festen Schmierstoffpartikel definiert, die in der Harzüberzugsschicht enthalten sind. Bei den ersten Partikeln handelt es sich um Partikel mit einem Winkel θ der Hauptachse von 70° ≤ θ ≤ 90° von den festen Schmierstoffpartikeln. Derartige erste Partikel befinden sich in einem Zustand, in dem die Partikel in der Dickenrichtung in der Harzüberzugsschicht stehen. Daher nehmen die ersten Partikel eine Last bzw. eine Belastung in der Dickenrichtung der Harzüberzugsschicht auf, und die Beständigkeit gegenüber der Last bzw. der Belastung nimmt zu. Auf diese Weise halten die ersten Partikel die Harzüberzugsschicht in der Dickenrichtung und tragen zu einer Verbesserung der Festigkeit der Harzüberzugsschicht bei. Bei den zweiten Partikeln handelt es sich dagegen um Partikel mit einem Winkel θ der Hauptachse von θ ≤ 20° von den festen Schmierstoffpartikeln. Derartige zweite Partikel befinden sich in einem Zustand, in dem sich die Partikel entlang der Gleitoberfläche der Harzüberzugsschicht niederlegen. Daher kommen die zweiten Partikel in relativ großen Oberflächen in Kontakt mit einem Gegenstück, wenn die zweiten Partikel zu der Gleitoberfläche hin freiliegen. Auf diese Weise tragen die zweiten Partikel zu einer Reduktion eines Reibungskoeffizienten der Harzüberzugsschicht bei. Außerdem werden der Anteil R1 der ersten Partikel und der Anteil R2 der zweiten Partikel bei der vorliegenden Ausführungsform innerhalb geeigneter Bereiche gesteuert. Daher ist es möglich, die Festigkeit der Harzüberzugsschicht zu erhöhen und die Abriebbeständigkeit zu verbessern, ohne zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten zu führen.
Außerdem ist der Anteil R1 bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bevorzugt gleich 6% ≤ R1 ≤ 15%, und der Anteil R2 ist bevorzugt gleich 40% ≤ R2 ≤ 60%.
Es ist möglich, die Festigkeit der Harzüberzugsschicht zu erhöhen und die Abriebbeständigkeit weiter zu verbessern, während der Reibungskoeffizient weiter reduziert wird, indem der Anteil R1 und der Anteil R2 auf diese Weise definiert werden.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Anteil R3 = N3/N der Anzahl N3 von dritten Partikeln mit einem Winkel θ von 40° ≤ θ ≤ 50° von den Partikeln bevorzugt gleich 5% ≤ R3 ≤ 15%.
Bei den dritten Partikeln handelt es sich um Partikel mit einem Winkel θ der Hauptachse von 40° ≤ θ ≤ 50° von den festen Schmierstoffpartikeln. Derartige dritte Partikel weisen eine Zwischenstellung zwischen den ersten Partikeln und den zweiten Partikeln in der Harzüberzugsschicht auf. Daher spielen die dritten Partikel die Rolle einer Versteifung innerhalb der Harzüberzugsschicht. Auf diese Weise tragen die dritten Partikel zu einer Verbesserung der Festigkeit der Harzüberzugsschicht bei. Daher ist es möglich, die Festigkeit der Harzüberzugsschicht zu erhöhen und die Abriebbeständigkeit weiter zu verbessern.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Anteil Rx der vertikalen Komponente der Partikel bevorzugt gleich 0,20 ≤ Rx ≤ 0,50.
Die festen Schmierstoffpartikel weisen eine anisotrope Form auf, wie beispielsweise die Form einer Scheibe oder eine ovale Form. Nicht nur der Winkel θ sondem auch die Länge von horizontalen Komponenten und die Länge von vertikalen Komponenten der festen Schmierstoffpartikel mit einer derartigen anisotropen Form tragen zu einem Leistungsvermögen der Überzugsschicht bei. Hierbei wird die Länge L1 der vertikalen Komponenten mit L1 = L x sinθ berechnet, wenn die gesamte Länge der Hauptachse der festen Schmierstoffpartikel als L definiert ist. Außerdem wird die Länge L2 der horizontalen Komponenten mit L2 = L x cosθ berechnet. Außerdem wird der Anteil Rx der vertikalen Komponente mit der nachstehenden Formel (2) unter Verwendung der Länge L1 der vertikalen Komponenten und der Länge L2 der horizontalen Komponenten berechnet. Der Anteil Rx der vertikalen Komponenten kann das Leistungsvermögen der Überzugsschicht weiter verbessern, wenn 0,25 ≤ Rx ≤ 0,40. $\begin{array}{l} Rx = Σ Lsin θ/ {Σ (Lsin θ + Lcos θ)} \\ = Σ L 1 / Σ (L1 + L2) \end{array}$
Wenn ein Verteilungsparameter bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als a definiert ist, ein Bereich von 0° bis 90° von der geraden Linie zu der Achse in Einheiten von 10° in Winkelbereiche A -10° < x ≤ A (A = 10, 20, 30, ... 90) unterteilt ist, von denen die Winkelbereiche klassifiziert werden, in denen der Winkel der Hauptachse der Partikel enthalten ist, und die Anzahl n der Partikel gezählt wird, die in jedem der Winkelbereiche enthalten sind, wird ein Verteilungsverhältnis n/N (%) der in dem Harzbindemittel enthaltenen Partikel durch die nachstehende Formel (1) wiedergegeben: $\frac{n}{N} [%] = 100 \times e^{- (\frac{x}{a})} \times \frac{e^{- (\frac{10}{a})} - 1}{e^{- (\frac{10}{a})} \times (e^{- (\frac{90}{a})} - 1)}$
Wenn die festen Schmierstoffpartikel eine Verteilung aufweisen, die eine Formel, wie sie durch Formel (1) wiedergegeben wird, für jeden Winkelbereich erfüllt, wird die Abriebbeständigkeit der Überzugsschicht verbessert.
Es ist anzumerken, dass mit n/N [%] auf der linken Seite in Formel (1) ein Wert gemeint ist, der in Prozent umgerechnet wurde. Außerdem ist der Bereich von 0° bis 90° von der gedachten geraden Linie, die parallel zu der Gleitoberfläche verläuft, zu der Achse in Einheiten von 10° in Winkelbereiche A - 10° < x ≤ A° (A = 10, 20, 30, ...90) unterteilt. Mit anderen Worten ist der Bereich von der geraden Linie zu der Achse jeweils aufgeteilt in 0° ≤ x ≤ 10°, 10° < x ≤ 20°, 20° < x ≤ 30°, 30° < x ≤ 40°, 40° < x ≤ 50°, 50° < x ≤ 60°, 60° < x ≤ 70°, 70° < x ≤ 80° und 80° < x ≤ 90°. In diesem Fall ist die untere Grenze θ = 0° als eine untere Grenze in dem Winkelbereich von 0° bis 10° nur für A = 10 enthalten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die feste Schmierstoffpartikel darstellt, die in einer Harzüberzugsschicht eines Gleitelements gemäß einer Ausführungsform enthalten sind.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die das Gleitelement gemäß der Ausführungsform darstellt.
3 ist eine schematische Ansicht, die einen Beobachtungsbereich darstellt, der in der Harzüberzugsschicht in dem Gleitelement gemäß der Ausführungsform vorgegeben ist.
4 ist eine schematische Ansicht, welche die festen Schmierstoffpartikel darstellt, die in der Harzüberzugsschicht des Gleitelements gemäß der Ausführungsform enthalten sind.
5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des Gleitelements gemäß der Ausführungsform.
6 ist ein Übersichtsdiagramm, das Prüfbedingungen für Beispiele des Gleitelements gemäß der Ausführungsform und für Vergleichsbeispiele darstellt.
7 ist ein Übersichtsdiagramm, das Prüfergebnisse für die Beispiele des Gleitelements gemäß der Ausführungsform und für die Vergleichsbeispiele darstellt.
8 ist ein Übersichtsdiagramm, das Prüfergebnisse für die Beispiele des Gleitelements gemäß der Ausführungsform darstellt.
9 ist ein Übersichtsdiagramm, das Prüfergebnisse für die Beispiele des Gleitelements gemäß der Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Übersichtsdiagramm, das Prüfergebnisse für die Beispiele des Gleitelements gemäß der Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Gleitelements auf der Basis der Zeichnungen beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, weist ein Gleitelement 10 eine rückwärtige Metallschicht 11, eine Lagerlegierungsschicht 12 sowie eine Harzüberzugsschicht 13 auf. Es ist anzumerken, dass das Gleitelement 10 eine Zwischenschicht, die nicht dargestellt ist, zwischen der rückwärtigen Metallschicht 11 und der Lagerlegierungsschicht 12 umfassen kann. Außerdem ist das Gleitelement 10 nicht auf das in 2 dargestellte Beispiel beschränkt und kann eine Mehrzahl von Lagerlegierungsschichten 12, Zwischenschichten sowie Schichten, die andere Funktionen aufweisen, zwischen der rückwärtigen Metallschicht 11 und der Harzüberzugsschicht 13 umfassen. Das Gleitelement 10 bildet eine Gleitoberfläche 14, die entlang eines Gegenstücks an einem Endabschnitt auf der Seite der Harzüberzugsschicht 13 gleitet. Im Fall der in 2 dargestellten vorliegenden Ausführungsform sind die Lagerlegierungsschicht 12 und die Harzüberzugsschicht 13 in dieser Reihenfolge auf der rückwärtigen Metallschicht 11 auf der Seite der Gleitoberfläche 14 in dem Gleitelement 10 laminiert. Die rückwärtige Metallschicht 11 ist zum Beispiel aus einem Metall, wie beispielsweise Eisen oder Kupfer, oder einer Legierung gebildet. Die Lagerlegierungsschicht 12 ist zum Beispiel aus Al, Cu oder einer Legierung derselben gebildet.
Die Harzüberzugsschicht 13 umfasst ein Harzbindemittel 20 sowie feste Schmierstoffpartikel 21, wie in 3 dargestellt. Bei dem Harzbindemittel 20 handelt es sich um eine Hauptkomponente, welche die Harzüberzugsschicht 13 bildet, und es werden zum Beispiel eine oder mehrere Arten verwendet, die aus Polyamidimid, Polyimid, Polybenzimidazol, Polyamid, einem Epoxidharz, einem Phenolharz, Polyacetal, Polyetheretherketon, Polyethylen, Polyphenylensulfid, Polyetherimid, einem Fluorharz und einem Elastomerharz ausgewählt sind. Außerdem kann es sich bei dem Harzbindemittel 20 um ein Mehrphasenpolymer handeln. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Polyamidimid für das Harzbindemittel 20 verwendet. Außerdem werden für den festen Schmierstoff zum Beispiel eine oder mehrere Arten verwendet, die aus festen Schmierstoffen mit einer Spaltbarkeit oder einer geschichteten Struktur ausgewählt sind, wie beispielsweise Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, h-BN, Graphitfluorid, Graphit, Glimmer, Talkum oder Melamincyanurat. Außerdem weisen die festen Schmierstoffpartikel 21 bevorzugt eine hohe Belastbarkeit bzw. ein hohes Lasttragevermögen auf. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform wird Molybdändisulfid mit einer hohen Belastbarkeit bzw. einem hohen Lasttragevermögen für den festen Schmierstoff verwendet.
Zu der Harzüberzugsschicht 13 können zum Beispiel Additive hinzugefügt werden, wie beispielsweise ein Füllmittel. In diesem Fall werden für die Additive eine oder mehrere Arten verwendet, die aus Calciumfluorid, Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Oxiden, wie beispielsweise Eisenoxid, Aluminiumoxid, Chromoxid, Cerioxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und Magnesiumoxid, Carbiden, wie beispielsweise Molybdäncarbid und Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, kubischem Bornitrid, Diamant und dergleichen ausgewählt werden.
Das Gleitelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält 20 Volumenprozent oder mehr an festen Schmierstoffpartikeln 21 in der Harzüberzugsschicht 13. In diesem Fall ist die obere Grenze des Gehalts des festen Schmierstoffs in der Harzüberzugsschicht 13 bevorzugt mit etwa 60 Volumenprozent vorgegeben. Wenn der Gehalt des festen Schmierstoffs über 60 Volumenprozent hinausgeht, gibt es Bedenken dahingehend, dass sich die physische Festigkeit der Harzüberzugsschicht 13 aufgrund eines Mangels an dem Harzbindemittel 20 verschlechtern kann. Der obere Grenzwert des Gehalts des festen Schmierstoffs kann jedoch in Abhängigkeit von einer Kombination aus dem Harzbindemittel 20 und dem festen Schmierstoff eingestellt werden, welche die Harzüberzugsschicht 13 bilden.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform weisen die festen Schmierstoffpartikel 21 eine anisotrope Form mit einer Hauptachse 31 und einer Nebenachse 32 auf, wie in 1 gezeigt. Die festen Schmierstoffpartikel 21 sind in dem Harzbindemittel 20 verteilt. Die Hauptachse 31 in den festen Schmierstoffpartikeln 21, die in der Harzüberzugsschicht 13 enthalten sind, ist unter einem Winkel θ innerhalb eines Bereichs von 0° bis 90° geneigt, wenn eine gedachte gerade Linie 33, die parallel zu der Gleitoberfläche 14 verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 0° befindet, und eine gedachte Achse 34, die sich in der Dickenrichtung senkrecht zu der Gleitoberfläche 14 erstreckt, so definiert ist, dass sie sich bei 90° befindet. Noch genauer wird die Harzüberzugsschicht 13 entlang eines gegebenen Schnitts in der Dickenrichtung geschnitten, und ein gegebener Beobachtungsbereich S ist vorgegeben, wie in 3 dargestellt. Außerdem ist die Gesamtanzahl von Partikeln 21, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, als eine Gesamtanzahl N definiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Partikel 21 über Grenzen für eine Schnittbildung des Beobachtungsbereichs S hinweg nicht gemessen. Außerdem wird die Hauptachse 31 jedes Partikels 21, wie in 1 dargestellt, aus den in dem Beobachtungsbereich S enthaltenen Partikeln 21 extrahiert. In diesem Fall wird ein Bild des Beobachtungsbereichs S, das zum Beispiel mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet wird, mit einer Analyse-Software analysiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird „Image-pro plus ver. 4.5“ als Analyse-Software verwendet. Noch genauer werden die in dem erhaltenen Bild enthaltenen festen Schmierstoffpartikel 21 durch Ovale angenähert, und der Winkel θ der Hauptachse 31 der Partikel 21 wird aus dem angenäherten Oval ermittelt. Die Annäherung an ein Oval wird zum Beispiel durch Berechnen eines Ovals mit der gleichen Fläche, dem gleichen ersten Moment und dem gleichen zweiten Moment wie jenen eines Zielpartikels 21 durchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Partikel 21 mit Hauptachsen 31 von 0,3 µm oder länger als Beobachtungsziele von den in dem Beobachtungsbereich S enthaltenen Partikeln 21 betrachtet. Es ist anzumerken, dass selbstverständlich der kleinere Winkel als der Winkel θ der Hauptachse eingesetzt wird, wenn zwischen der geraden Linie 33 und der Achse 34 zwei Winkel gemessen werden.
Die in dem Beobachtungsbereich S enthaltenen Partikel 21 werden in erste Partikel mit einem Winkel θ der extrahierten Hauptachse 31 von 70° ≤ θ ≤ 90° und zweite Partikel mit einem Winkel θ von θ ≤ 20° klassifiziert. Außerdem ist die Anzahl der ersten Partikel, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, als N1 definiert, und die Anzahl der zweiten Partikel ist als N2 definiert. Auf diese Weise wird der Anteil R1 der Anzahl N1 der ersten Partikel, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, mit R1 = N1/N berechnet, und der Anteil R2 der Anzahl N2 der zweiten Partikel wird mit R2 = N2/N berechnet. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist der Anteil R1 der Anzahl N1 der ersten Partikel gleich 3% ≤ R1 ≤ 20%. Darüber hinaus ist der Anteil R2 der Anzahl N2 der zweiten Partikel gleich 35% ≤ R2 ≤ 65%. In diesen Fällen ist der Anteil R1 der Anzahl N1 der ersten Partikel bevorzugt gleich 6% ≤ R1 ≤ 15%, und der Anteil R2 der Anzahl N2 der zweiten Partikel ist bevorzugt gleich 40% ≤ R2 ≤ 60%. Überdies werden die Partikel 21, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, außerdem zusätzlich zu den vorstehend erwähnten ersten Partikeln und zweiten Partikeln in dritte Partikel mit einem Winkel θ von 40° ≤ θ ≤ 50° klassifiziert. Wenn die Anzahl der dritten Partikel, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, als N3 definiert wird, wird der Anteil R3 der Anzahl N3 der dritten Partikel mit R3 = N3/N berechnet. Außerdem ist der Anteil R3 der Anzahl N3 der dritten Partikel bevorzugt gleich 5% ≤ R3 ≤ 15%.
Die in dem Harzbindemittel 20 enthaltenen festen Schmierstoffpartikel 21 weisen den Winkel θ auf, wie vorstehend beschrieben. Wenn dabei die Länge der Hauptachse 31 der Partikel 21 als L definiert ist, weisen die Partikel 21 eine Länge L1 = L × sinθ der Komponenten in der vertikalen Richtung und eine Länge L2 = L × cosθ der Komponenten in der horizontalen Richtung auf, wie in 4 dargestellt. Ein Wert, der einen Zusammenhang zwischen der Länge L1 der Komponenten in der vertikalen Richtung und der Länge L2 der Komponenten in der horizontalen Richtung wiedergibt, wird durch die nachstehende Formel (2) berechnet. Dabei ist der Anteil Rx der vertikalen Komponente bevorzugt gleich 0,20 ≤ Rx ≤ 0,50 und ist bevorzugter gleich 0,25 ≤ Rx ≤ 0,40. Der Anteil Rx der vertikalen Komponente wird unter Verwendung der nachstehenden Formel (2) aus den in dem Beobachtungsbereich S enthaltenen festen Schmierstoffpartikeln 21 berechnet. $\begin{array}{l} Rx = Σ Lsin θ / {Σ (Lsin θ + Lcos θ)} \\ = Σ L1/ Σ (L1 + L2) \end{array}$
Wenn die gerade Linie 33, die parallel zu der Gleitoberfläche 14 verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 0° befindet, und die gedachte Achse 34, die senkrecht zu dieser verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 90° befindet, wie vorstehend beschrieben, wird der Bereich von 0° bis 90° von der geraden Linie 33 zu der Achse 34 in Einheiten von 10° in A - 10° < x ≤ A° (A = 10, 20, 30, ..., 90) unterteilt. Mit anderen Worden wird der Bereich von der geraden Linie 33 zu der Achse 34 jeweils in 0° ≤ x ≤ 10°, 10° < x ≤ 20°, 20° < x ≤ 30°, 30° < x ≤ 40°, 40° < x ≤ 50°, 50° < x ≤ 60°, 60° < x ≤ 70°, 70° < x ≤ 80° und 80° < x ≤ 90° aufgeteilt. In diesem Fall ist die untere Grenze θ = 0° als eine untere Grenze in dem Winkelbereich von 0° bis 10° nur für A = 10 enthalten. Der Winkel θ der Hauptachse 31 der in dem Beobachtungsbereich S enthaltenen Partikel 21 wird in Abhängigkeit davon klassifiziert, zu welchem der Winkelbereiche von 10° er gehört. Dann wird die Anzahl von Partikeln 21 mit der Hauptachse 31 innerhalb des Winkelbereichs für jeden der Winkelbereiche gezählt, die in Einheiten von 10° unterteilt sind, und die Anzahl wird als n definiert. Dabei zeigt ein Verteilungsverhältnis n/N (%) der Partikel 21, die in dem Beobachtungsbereich S enthalten sind, bevorzugt eine Verteilung, die durch die nachstehende Formel (1) wiedergegeben wird. In Formel (1) ist e der natürliche Logarithmus, und a ist ein Verteilungsparameter. Der Verteilungsparameter a ist zum Beispiel bevorzugt gleich 10 ≤ a ≤ 160. Es ist anzumerken, dass mit n/N [%] auf der linken Seite in Formel (1) ein Wert gemeint ist, der in Prozent umgerechnet wurde. $\frac{n}{N} [%] = 100 \times e^{- (\frac{x}{a})} \times \frac{e^{- (\frac{10}{a})} - 1}{e^{- (\frac{10}{a})} \times (e^{- (\frac{90}{a})} - 1)}$
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Gleitelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie in 5 dargestellt, wird ein Bimetall 40 mit der Lagerlegierungsschicht 12, die auf der Seite der einen Oberfläche der rückwärtigen Metallschicht 11 ausgebildet ist, zu einer zylindrischen Gestalt geformt. In diesem Fall kann die rückwärtige Metallschicht 11 in einer zylindrischen Gestalt gebildet werden, und die Lagerlegierungsschicht 12 kann auf der inneren Umfangsseite für das Bimetall 40 gebildet werden. Außerdem ist das Bimetall nicht auf die zylindrische Gestalt beschränkt und kann eine halbzylindrische Gestalt oder eine Gestalt aufweisen, die durch Aufteilen eines Zylinders in eine Mehrzahl von Teilstücken in der Umfangsrichtung erhalten wird. In dem Bimetall 40 sind ein Sprühabschnitt 41 und eine Wärmequelle 42 an Positionen angeordnet, die der Lagerlegierungsschicht 12 gegenüberliegen, die sich auf der inneren Umfangsseite befindet. Der Sprühabschnitt 41 umfasst eine Düse 43. Die Düse 43 ist dafür ausgelegt, das die festen Schmierstoffpartikel 21 enthaltende Harzbindemittel 20 auszustoßen, um die Harzüberzugsschicht 13 zu bilden. Außerdem erwärmt die Wärmequelle 42 die innere Umfangsseite des Bimetalls 40, um das ausgestoßene Harzbindemittel 20 zu trocknen.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform wird das in einer zylindrischen Gestalt gebildete Bimetall 40 in der Umfangsrichtung gedreht, wie durch den Pfeil in 5 dargestellt. Auf diese Weise stößt die Düse 43 des Sprühabschnitts 41 das Harzbindemittel 20, das die festen Schmierstoffpartikel 21 enthält, auf die innere Umfangsseite des sich drehenden Bimetalls 40 aus. Das Harzbindemittel 20, das an der inneren Umfangsseite des Bimetalls 40 haftet, wird durch die Wärmequelle 42 erwärmt und wird getrocknet.
In einem Fall, in dem das Harzbindemittel 20, das die festen Schmierstoffpartikel 21 enthält, einfach von der Düse 43 des Sprühabschnitts 41 auf die innere Umfangsseite des Bimetalls 40 ausgestoßen wird, befinden sich die in dem Harzbindemittel 20 enthaltenen festen Schmierstoffpartikel 21 in unregelmäßigen Stellungen. Mit anderen Worten werden die Stellungen der festen Schmierstoffpartikel 21 nicht gesteuert, und die festen Schmierstoffpartikel 21 sind in unregelmäßigen Stellungen mit einer zufälligen Verteilung des Winkels θ in dem Harzbindemittel 20 enthalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Harzbindemittel 20 dagegen gesprüht und getrocknet, wobei sich das Bimetall 40 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, wenn die Harzüberzugsschicht 13 gebildet wird. Auf diese Weise wird das Harzbindemittel 20 auf der Seite nahe bei der Oberfläche, das heißt, der Düse 43, vor der Innenseite der aufgesprühten Schicht verfestigt. Daher wird die Oberfläche des an dem Bimetall 40 haftenden Harzbindemittels 20 verfestigt, und die Innenseite desselben wird in einen halb getrockneten Zustand gebracht. Daher werden die in dem Harzbindemittel 20 enthaltenen festen Schmierstoffpartikel 21 durch das Harzbindemittel 20 eingefangen, das auf der Seite näher bei der Oberfläche der Hauptachse 31 vor den anderen Abschnitten verfestigt wird, und Änderungen in Bezug auf die Stellung sind begrenzt. Dagegen können die festen Schmierstoffpartikel 21 innerhalb des halb getrockneten Harzbindemittels 20 die Stellungen ändern, bis sich das Innere des Harzbindemittels 20 verfestigt. Daher ändert sich der Winkel θ der festen Schmierstoffpartikel 21 in Bezug auf die Gleitoberfläche 14 innerhalb des halb getrockneten Harzbindemittels 20 aufgrund der Zentrifugalkraft, die aufgrund der Drehung des Bimetalls 40 anliegt. Außerdem werden die Stellungen der festen Schmierstoffpartikel 21 durch das Harzbindemittel 20 festgehalten, das bis zu der Innenseite vollständig getrocknet ist.
Auf diese Weise wird der Winkel θ der festen Schmierstoffpartikel 21, die in dem Harzbindemittel 20 enthalten sind, bei der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel durch Einstellen der Drehfrequenz des Bimetalls 40, der Temperatur der Wärmequelle 42 sowie des Abstands von der Wärmequelle 42 zu dem gebildeten Harzbindemittel 20 gesteuert. Es ist anzumerken, dass die Drehfrequenz des Bimetalls 40 von einem Anfangszustand bis zu einem endgültigen Zustand für ein Bilden der Harzüberzugsschicht 13 konstant sein kann oder dass bei dem Prozess der Bildung eine Beschleunigung und eine Abbremsung durchgeführt werden können.
Wenn das die festen Schmierstoffpartikel 21 enthaltende Harzbindemittel 20 auf das Bimetall 40 ausgestoßen wird und das verfestigte Harzbindemittel 20 bis zu einer gewünschten Dicke gebildet wird, wie vorstehend beschrieben, dann wird das Gleitelement 10 gebildet, das die Harzüberzugsschicht 13 umfasst.
Im Folgenden werden Beispiele für das Gleitelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, indem die Beispiele mit Vergleichsbeispielen verglichen werden.
Die Abriebbeständigkeit wurde für Proben der Gleitelemente 10, die bei dem vorstehend erwähnten Verfahren hergestellt wurden, bei den Beispielen und den Vergleichsbeispielen aus den Werten für den Abrieb unter Verwendung von Bedingungen evaluiert, die in 6 dargestellt sind, und es wurden Reibungskoeffizienten gemessen. In Bezug auf die in 6 dargestellten Prüfbedingungen war die Drehfrequenz nicht konstant 500 U/min, und es wurde eine „Start-Stopp“-Prüfung durchgeführt, bei der 0 U/min und 500 U/min alle 5 Sekunden wiederholt wurden.
Wie in 7 dargestellt, wurde die Festigkeit der Harzüberzugsschicht 13 bei sämtlichen Beispielen 1 bis 5 verbessert, bei denen sowohl der Anteil R1 als auch der Anteil R2 erfüllt wurden, und die Abriebbeständigkeit wurde verbessert, ohne zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten zu führen. Bei dem Vergleichsbeispiel 1 wurden dagegen sowohl der Anteil R1 als auch der Anteil R2 nicht erfüllt, und der Wert des Abriebs nahm im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 5 zu. In einer ähnlichen Weise nahmen die Werte des Abriebs bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3, bei denen der Anteil R1 nicht erfüllt war, im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 5 zu. Somit ist es möglich, in Betracht zu ziehen, dass, wenn der Anteil R1 der ersten Partikel mit einem Winkel θ von 70° bis 90° von den Partikeln 21 zunimmt, eine Last bzw. eine Belastung in der Dickenrichtung von den ersten Partikeln aufgenommen wird und die Beständigkeit gegenüber der Last bzw. der Belastung zunimmt. Auf diese Weise weist die Harzüberzugsschicht 13, bei der die ersten Partikel vermehrt wurden, die eine Abstützung in der Dickenrichtung erbringen, eine verbesserte Festigkeit und eine verbesserte Abriebbeständigkeit auf. Bei den Vergleichsbeispielen 5 und 6, bei denen der Anteil R1 übermäßig hoch war, verschlechterten sich dagegen die Reibungskoeffizienten, während die Abriebbeständigkeit verbessert wurde. Es wird in Betracht gezogen, dass dies daran liegt, dass, wenn der Anteil R1 der ersten Partikeln in dem stehenden Zustand bzw. dem Stehzustand von den festen Schmierstoffpartikeln 21, die in der Harzüberzugsschicht 13 enthalten sind, übermäßig hoch wird, die Expositionsfläche bzw. Belastungsfläche der festen Schmierstoffpartikel 21 abnimmt, die zu der Gleitoberfläche 14 hin freiliegt. In einer ähnlichen Weise ist es möglich zu ermitteln, dass sich die Reibungskoeffizienten bei den Vergleichsbeispielen 4 und 6 verschlechterten, bei denen der Anteil R2 der zweiten Partikel von den Partikeln 21 abnahm. Die zweiten Partikel werden in einen Zustand gebracht, in dem sie sich entlang der Gleitoberfläche 14 in der Harzüberzugsschicht 13 niederliegen. Wenn die zweiten Partikel daher zu der Gleitoberfläche 14 hin freiliegen, kommen die zweiten Partikel in einer relativ großen Oberfläche in Kontakt mit einem Gegenstück. Daher tragen die zweiten Partikel zu einer Reduktion des Reibungskoeffizienten der Harzüberzugsschicht 13 bei.
Wie vorstehend beschrieben ist es möglich, die Abriebbeständigkeit der Harzüberzugsschicht 13 zu verbessern, ohne zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten zu führen, indem der Anteil R1 der ersten Partikel und der Anteil R2 der zweiten Partikel innerhalb der geeigneten Bereiche gesteuert werden, wie in 7 dargestellt.
8 betrachtet den Anteil R3 der dritten Partikel von den festen Schmierstoffpartikeln 21, die in der Harzüberzugsschicht 13 enthalten sind. Bei den Beispielen 7 bis 9, bei denen die Anteile R3 der dritten Partikel gleich 5% ≤ R3 ≤ 15% waren, waren die Werte des Abriebs im Vergleich zu Beispiel 6 signifikant verringert, bei dem der Anteil R3 nicht zu dem Bereich gehörte, während der Anteil R1 und der Anteil R2 erfüllt wurden. Dies bedeutet, dass sich die dritten Partikel in der Harzüberzugsschicht 13 in einer Zwischenstellung zwischen den ersten Partikeln und den zweiten Partikeln befinden. Daher spielen die dritten Partikel die Rolle einer Versteifung innerhalb der Harzüberzugsschicht 13. Somit wird in Betracht gezogen, dass die dritten Partikel zu einer Verbesserung der Festigkeit der Harzüberzugsschicht 13 beitragen. Bei Beispiel 10, bei dem der Anteil R3 der dritten Partikel über die obere Grenze hinausging, während der Anteil R1 und der Anteil R2 erfüllt wurden, verschlechterte sich der Reibungskoeffizient dagegen leicht, während der Wert des Abriebs abnahm. Es ist möglich, auch aus dieser Tatsache zu ermitteln, dass es bevorzugt ist, den Anteil R3 der dritten Partikel innerhalb des geeigneten Bereichs zu steuern.
9 betrachtet den Anteil Rx der vertikalen Komponente der festen Schmierstoffpartikel 21, die in der Harzüberzugsschicht 13 enthalten sind. Es ist möglich zu ermitteln, dass die Abriebbeständigkeit bei den Beispielen 12 bis 18 verbessert wurde, bei denen die Anteile Rx der vertikalen Komponenten gleich 0,20 ≤ Rx ≤ 0,50 waren, und die Reibungskoeffizienten aufrechterhalten oder verringert wurden. Es ist möglich zu ermitteln, dass insbesondere sowohl die Abriebbeständigkeit als auch die Reibungskoeffizienten bei den Beispielen 13 bis 16, bei denen die Anteile Rx der vertikalen Komponenten gleich 0,25 ≤ Rx ≤ 0,40 waren, zufriedenstellend im Gleichgewicht waren. Somit ist es möglich zu ermitteln, dass der Anteil Rx der vertikalen Komponente zu einem zufriedenstellenden Gleichgewicht zwischen einer Verbesserung der Abriebbeständigkeit und einer Verringerung des Reibungskoeffizienten beiträgt.
10 betrachtet eine Verteilung der festen Schmierstoffpartikel 21. Wie in 10 dargestellt, wurden die Werte des Abriebs bei den Beispielen 21 und 22, bei denen die Verteilung der festen Schmierstoffpartikel 21 Formel (1) erfüllte, signifikant reduziert, wobei die Reibungskoeffizienten aufrechterhalten wurden. Es ist möglich, daraus zu ermitteln, dass die Abriebbeständigkeit verbessert wird, wobei der Reibungskoeffizient aufrechterhalten wird, wenn die Verteilung der festen Schmierstoffpartikel 21 Formel (1) erfüllt.

Claims

Gleitelement, das Folgendes aufweist: eine Harzüberzugsschicht auf der Seite einer Gleitoberfläche einer Lagerlegierungsschicht, wobei die Harzüberzugsschicht umfasst: ein Harzbindemittel und 20 Volumenprozent oder mehr an festen Schmierstoffpartikeln mit einer anisotropen Form, die in dem Harzbindemittel verteilt sind, wobei, wenn eine gedachte gerade Linie, die parallel zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 0° befindet, eine gedachte Achse, die senkrecht zu der Gleitoberfläche verläuft, so definiert ist, dass sie sich bei 90° befindet, ein Winkel, der durch die gerade Linie und eine Hauptachse der Partikel gebildet wird, als θ definiert ist und die Gesamtanzahl der Partikel, die in einem gegebenen Beobachtungsbereich des Harzbindemittels enthalten sind, als N definiert ist, ein Anteil R1 = Nl/N der Anzahl N1 von ersten Partikeln mit einem Winkel θ von 70° ≤ θ ≤ 90° von den Partikeln gleich 3% ≤ R1 ≤ 20% ist und ein Anteil R2 = N2/N der Anzahl N2 von zweiten Partikeln mit einem Winkel θ von θ ≤ 20° von den Partikeln gleich 35% ≤ R2 ≤ 65% ist.
Gleitelement nach Anspruch 1, wobei der Anteil R1 gleich 6% ≤ R1 ≤ 15% ist und der Anteil R2 gleich 40% ≤ R2 ≤ 60% ist.
Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Anteil R3 = N3/N der Anzahl N3 von dritten Partikeln mit einem Winkel θ von 40° ≤ θ ≤ 50° von den Partikeln gleich 5% ≤ R3 ≤ 15% ist.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Anteil Rx einer vertikalen Komponente der Partikel gleich 0,20 ≤ Rx ≤ 0,50 ist.
Gleitelement nach Anspruch 4, wobei der Anteil Rx der vertikalen Komponente gleich 0,25 ≤ Rx ≤ 0,40 ist.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn ein Verteilungsparameter als a definiert ist, ein Bereich von 0° bis 90° von der geraden Linie zu der Achse in Einheiten von 10° in Winkelbereiche A - 10° < x ≤ A° (A = 10, 20, 30, ...90) unterteilt ist, von denen die Winkelbereiche klassifiziert werden, in denen der Winkel der Hauptachse der Partikel enthalten ist, und die Anzahl n der in jedem der Winkelbereiche enthaltenen Partikel gezählt wird, ein Verteilungsverhältnis n/N (%) der in dem Harzbindemittel enthaltenen Partikel durch die nachstehende Formel (1) wiedergegeben wird: $\frac{n}{N} [%] = 100 \times e^{- (\frac{x}{a})} \times \frac{e^{- (\frac{10}{a})} - 1}{e^{- (\frac{10}{a})} \times (e^{- (\frac{90}{a})} - 1)}$