JP2007139149A - 複層摺動部材および摺動部材の被覆層形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】枯渇潤滑下においても優れた非焼付性を呈する摺動部材を提供する。
【解決手段】基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させた構成の摺動部材を前提に、被覆層は、樹脂バインダーが含まれず、固体潤滑剤板状結晶粒子が積層されており、その固体潤滑剤板状結晶粒子は、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもち、少なくとも摺動表面では、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は基材表面に固体潤滑剤板状結晶粒子からなる被覆層を付着した摺動部材およびその被覆層の形成方法に関するものである。

自動車用エンジンのすべり軸受（摺動部材）において、摺動層としては、一般に、アルミニウム系軸受合金や銅系軸受合金が用いられている。近年、自動車用エンジンは、高出力化、高回転化が進む半面、燃費向上の要求も高く、そのため、すべり軸受には低フリクション性が求められている。特に、ハイブリット車のように、エンジンの起動、停止を頻繁に繰り返す車両では、枯渇潤滑下での低フリクション性が求められる。

枯渇潤滑下での低フリクション性の要求に対処するには、固体潤滑剤を用いてすべり軸受表面を改質することが効果的である。固体潤滑剤による軸受表面の改質は、固体潤滑剤粒子を樹脂バインダーと混ぜてすべり軸受表面にコーティングし加熱硬化させる技術（特許文献１〜３）、ショットピーニングやショットブラストの技術を応用して固体潤滑剤粒子をすべり軸受表面に衝突させてその衝突エネルギーにより軸受表面に付着させる技術（特許文献４〜６）が知られている。

上記した特許文献１には、アルミニウム系軸受合金の表面に、固体潤滑剤：５５〜９０質量％およびポリイミド系樹脂バインダー：４５〜１０質量％からなる被覆層を形成したすべり軸受材料が記載され、この被覆層によりアルミニウム系軸受合金の初期なじみ性が向上し、優れた耐疲労性および非焼付性が得られるとしている。特許文献２には、銅系軸受合金の表面に固体潤滑剤：３０〜９０質量％、樹脂バインダー：７０〜１０質量％からなる被覆層を形成し、耐疲労性、耐摩耗性および非焼付性の向上を図ることが記載されている。また、特許文献３には、軸受基材の表面に固体潤滑剤：３０〜７０質量％、樹脂バインダー：７０〜３０質量％からなる被覆層を形成することによって優れた耐摩耗性および摺動特性を得ることが記載されている。

一方、特許文献４のものは、サンドブラストと同じ方法で固体潤滑剤粒子を十分なエネルギーを持って軸受表面に衝突させ、７５〜１００μｍの厚さに被膜を形成する潤滑剤被覆軸受が記載されている。特許文献５には、金属またはセラミックスからなる摺動部表面に固体潤滑剤粒子を噴射速度８０ｍ／以上または噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射し、潤滑剤粒子の組成成分中の元素を拡散浸透させて耐摩耗被膜を形成することが記載されている。また、特許文献６には、平均粒径１〜２０μｍ、純度９５％以上の二硫化モリブデンを投射速度１００ｍ／ｓ以上の速度でエンジンのピストンやシリンダボアなどへ衝突させて被膜を形成することが記載され、この被膜によって優れた摩擦係数の低下効果が得られるとしている。
特開平４−８３９１４号公報 特開平９−７９２６２号公報 特開平１１−１０６７７９号公報 米国特許第３，３６２，３６８号明細書 特許第３３５７５８６号公報 特開２００２−３３９０８３号公報

上述のように、固体潤滑剤を摺動部材の基材表面に固定する技術としては、樹脂バインダーに固体潤滑剤粒子を混ぜてコーティングする技術と、固体潤滑剤粒子を基材表面に衝突させて付着させる技術とがある。
ところが、コーティングによるものでは、樹脂バインダーを用いるため、被覆層の熱伝導率が低く、相手材の摺動によって発生した摩擦熱がハウジング側に逃げ難く、熱放散性の低いものとなる。このため、特に枯渇潤滑下では、焼付きを生じやすいという問題を生ずる。

固体潤滑剤粒子を基材表面に衝突させて固体潤滑剤からなる被覆層を形成するものでは、固体潤滑剤粒子の衝突によって基材表面が加工硬化するため、なじみ性の低下を招き、非焼付性を低下させる。基材の軟質な表面状態を維持しようとすれば、固体潤滑剤粒子の衝突速度を低くする必要があるが、これでは固体潤滑剤粒子の付着性が悪くなり、その結果、必要な層厚が得られず十分なる非焼付性を得ることができない。
このように、従来では、摺動部材の基材表面を固体潤滑剤により改質する場合、熱伝導性の悪い樹脂バインダーを使用したり、基材表面の加工硬化を伴ったりするため、十分な非焼付性を得ることが難しいという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、固体潤滑剤を用いて基材表面を改質するようにした摺動部材にあって、枯渇潤滑下においても優れた非焼付性を得ることができる摺動部材を提供することにあり、第２の目的は、摺動部材の基材表面に、樹脂バインダーを用いることなく、しかも基材表面を加工硬化させることなく、固体潤滑剤からなる被覆層を基材表面に形成することができる摺動部材の被覆層形成方法を提供するところにある。

ニ硫化モリブデン、グラファイト、ニ硫化タングステンおよびボロンナイトライドは、固体潤滑剤として良く用いられている。これらは、板状結晶粒子の形態を有し、その板状結晶粒子は、主としてミラー指数での（００ｌ）面を最大面とする層が平行に積み重なった、層状結晶構造を有している。例えば、二硫化モリブデンの板状結晶粒子は、図５に示すように、ＭｏＳ₂の分子がｘｙ平面に平行な方向に繋がった層がｚ軸方向に積み重なった構造となっており、隣接する層１０と層１２の間には、弱いファンデルワールス力しか作用していない。
このような層状結晶構造の板状結晶粒子が固体潤滑剤として摺動部材の被覆層に存在し、相手材の移動に伴って板状結晶粒子内の層間に剪断力が作用すると、ファンデルワールス力に容易に打ち勝って層と層との間ですべりが生ずる。この層間すべりは、層状結晶構造を持つ物質特有のもので、その摩擦係数はきわめて低い。これが板状結晶粒子を固体潤滑剤として使用した場合に、摺動部材が低フリクションとなるメカニズムである。

本発明者は、層状結晶構造を有する固体潤滑剤板状結晶粒子の低フリクション性のメカニズムが上記のようなものであるから、被覆層を構成する固体潤滑剤板状結晶粒子において層と層との間の面が相手材の移動方向、つまり被覆層の表面に平行となっていれば、更に低フリクションになし得るのではないか、という予測を立て、本発明をなすに至った。

（１）本発明による摺動部材
＜本発明の前提構成＞
本発明は、基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させた構成の摺動部材を対象とする。
図８は、一例としてラジアル軸受用として用いられる摺動部材（すべり軸受）１を示すが、このラジアル軸受用摺動部材１にあっては、半円筒状、或いは図には示さないが、円筒状に形成される。このラジアル軸受用摺動部材の被覆層形成前の構造としては、図９に例示するように、裏金層２上に軸受合金層３を形成した二層構造のもの、図９の軸受合金層３の表面に更にオーバレイ層を形成した多層構造のものが多く用いられるが、軸受合金層のみの一層構造のものもある。スラスト軸受用として用いられる摺動部材は、平板状というだけで、その構造は、ラジアル軸受用と同様に一層構造、二層構造、多層構造のものがある。そして、一層構造および二層構造のものでは、軸受合金層が基材に相当し、多層構造のものでは、オーバレイ層が基材に相当する。

また、本発明は、軸受合金層を持たない摺動部材、つまり図９において、裏金層２に相当する部材のみによって構成される摺動部材に適用することも可能であり、この場合、裏金層相当部材が基材となる。この裏金相当部材は、金属製に限られず、樹脂製であっても良い。
本発明が対象とする摺動部材は、基材の表面に被覆層が付着されている。従って、相手材は、この被覆層の表面上を摺動する。この相手材が摺動する被覆層の表面を摺動表面という。

＜本発明の摺動部材の特徴的構成＞
本発明の摺動部材は、上に述べた構成（基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させた構成）の摺動部材を前提に、前記被覆層は、樹脂バインダーが含まれず、固体潤滑剤板状結晶粒子が積層されており、その固体潤滑剤板状結晶粒子は、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもち、少なくとも前記摺動表面では、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であることを特徴としている（請求項１）。

本発明では、基材表面に、固体潤滑剤板状結晶粒子を積層することによって被覆層を形成する。固体潤滑剤板状結晶粒子としては、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステンおよびボロンナイトライドの板状結晶粒子のうちのいずれか一種以上を用いることができる（請求項１０）。これらの固体潤滑剤板状結晶粒子は、六方晶である。
本明細書では、結晶形態をミラー指数（ｈｋｌ）で表し、結晶面（００ｌ）面の配向指数を下の（１）式のように定義する。なお、ｌは１以上の整数である。
（００ｌ）面の配向指数（％）＝ΣＲ（００ｌ）／ΣＲ（ｈｋｌ）×１００……（１）
ただし、Ｒ（００ｌ）は（００ｌ）面のＸ線強度を意味し、ΣＲ（００ｌ）は検出され
た（００ｌ）面のＸ線強度の和であり、ΣＲ（ｈｋｌ）は（ｈｋｌ）面、即ち検出された
総ての面のＸ線強度の総和である。

配向指数が１００％に近いほど、（００ｌ）面に配向した結晶面が多いことになる。
なお、本発明の被覆層の摺動表面においては、（００２）面、（００４）面等の（００ｌ）面の結晶面のピークしかほとんど見られない。一方、本発明とは異なる被覆層の摺動表面においては、（００ｌ）面以外、例えば（１０１）面、（１０２）面、（１０３）面等の結晶面のピークも検出される。
そして、上述の固体潤滑剤板状結晶粒子は、粒子内の層が（００ｌ）面を互いに平行にして積み重なった層状結晶構造を持ち、全体としては、図４に示すように比較的厚さの薄い板状に外観形状を有している。以下の説明では、この板状結晶粒子の層と層の間の境界面を層間面と称することとする。層間面は、（００ｌ）面に平行である。

被覆層の構成材料である固体潤滑剤板状結晶粒子は、後述する製造方法の採用によって、基材表面に押し付けられ摩擦されながら付着される。そして、固体潤滑剤板状結晶粒子は、基材表面と摩擦することで、化学反応場が形成されるので、トライボケミカル反応が起き、これによって板状結晶の層と層を結合するファンデルワールス力よりも強い力で基材に結合される。
本発明では、少なくとも摺動表面において、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上である。そして、（００ｌ）面の配向指数が高い被覆層は、（００ｌ）面が摺動方向に対して平行に積み重なった粒子が多い傾向にある。

一方、枯渇潤滑下で相手材が摺動表面に接触し移動すると、摺動表面の固体潤滑剤板状結晶粒子が相手材に移着し、その相手材の移動に伴って、固体潤滑剤板状結晶粒子に剪断力が生ずるようになる。
固体潤滑剤板状結晶粒子に剪断力が作用すると、固体潤滑剤板状結晶粒子内の相手材の移動方向と平行となっている層間面ですべり（層間すべり）を起す。このとき、板状結晶の層と層との間には、きわめて弱いファンデルワールス力しか作用していないので、ごく小さな剪断力で容易に層間すべりが発生する。この結果、相手材は、枯渇潤滑下であっても、ごく弱い摩擦抵抗しか受けることなく、円滑に摺動する。

以上のことから、本発明の摺動部材では、被覆層を構成する固体潤滑剤板状結晶粒子を樹脂バインダーを用いることなく付着させているので、被覆層の熱放散性が良く、異物埋収性、なじみ性に優れ、また、枯渇潤滑下であっても、相手材が低フリクションで円滑に摺動するので、摺動に伴う発熱が本来的に少なく、総じて優れた非焼付性を呈する。

＜配向指数を９０％以上とする部位＞
優れた非焼付性を得るために、相手材の摺動に伴って固体潤滑剤板状結晶粒子が層間すべりを起す必要がある。層間すべりを起すには、上述のように、（００ｌ）面が摺動方向に対して平行に積み重なった粒子を多くするために、少なくとも、摺動表面の固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であれば良い（請求項１）。
より好ましくは、摺動表面に加えて、被覆層最薄厚さ部の１０％以上の厚さを有する所定領域において、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であることである（請求項２）。

ここで、被覆層最薄厚さ部とは、摺動表面と基材表面との間において、被覆層の厚さ方向における距離が最も短い部位を言う（図１中符号１４参照）。また、所定領域は、被覆層の摺動表面と基材表面との間であればどこに存在していても良い。この所定領域は、摺動表面側の面と基材表面側の面とは相手材の摺動方向（摺動表面）に平行で、その厚さ（摺動表面側の面と基材表面側の面との、被覆層の厚さ方向における最短距離）が上記被覆層最薄厚さ部の１０％以上であることが好ましい。
層間すべりにとって更に好ましくは、（００ｌ）面の配向指数が９０％以上である場所は、摺動表面から被覆層最薄厚さ部の厚さ量の深さまでである（請求項３）。
いずれにしても、低フリクション性にとって効果的な層間すべりを生じさせるには、被覆層の厚さは、被覆層最薄厚さ部において、０．１μｍ以上あれば良い（請求項９）。例えば、二硫化モリブデンの一層の厚さは、約６Å程度のごく薄いものであり、この層が数層程度あれば、低フリクション性にとって効果的な層間すべりが十分に発生する。

＜基材表面への凹部の形成＞
例えば、円筒状或いは半円筒状のエンジン用のすべり軸受では、軸受合金層（基材）の表面は、表面仕上げ加工としてボーリング加工される。すると、軸受合金層の表面には、このボーリング加工によって相手軸の回転方向（摺動方向）に平行又は傾きを有する溝（凹部）が軸方向に一定間隔（周期的）で形成される。また、表面仕上げ加工としてブローチ加工を採用した場合には、軸受合金層の表面には、周期的ではないが、ブローチの移動方向である軸方向に沿った溝が形成されることがある。このように摺動部材の基材表面には、凹部が形成されることが多い。
本発明では、基材表面に凹部が形成された場合、その凹部内にも固体潤滑剤板状結晶粒子が存在しており、その凹部に接する固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が、９０％以上であるようにしている（請求項６）。

このように基材表面に形成された凹部内に固体潤滑剤板状結晶粒子が存在していることにより、被覆層の厚さが摩耗により薄くなってきた場合に、その凹部内の固体潤滑剤板状結晶粒子が摺動表面に供給されるようになるので、長期にわたって安定した低フリクション性を実現することができる。また、凹部に接する固体潤滑剤板状結晶粒子の層間面の配向指数を９０％以上とすることにより、凹部とその凹部の表面に接する固体潤滑板状結晶粒子とが、トライボケミカル反応によって、板状結晶粒子内の層と層を結合するファンデルワールス力よりも強い力で結合される。このため、その上に重なる固体潤滑剤板状結晶粒子に層間すべりが起き易くなる。

上記の凹部は、摺動方向に３０°以内の傾きを有した溝であることが好ましい（請求項７）。摺動方向に平行又は３０°以内の傾きであれば、相手材の摺動によって、溝内の固体潤滑剤板状結晶粒子が摺動表面に供給され易くなる。
また、上記の凹部は、摺動方向に垂直な方向に周期性を有する、摺動方向に３０°以内の傾きを有した溝であることがより好ましい（請求項８）。即ち、上述した３０°以内の傾きを有した溝が、摺動方向に垂直な方向に周期性を有することである。このような周期性のある溝であれば、溝内の固体潤滑剤板状結晶粒子を摺動表面の全体に均等に供給することができる。

本発明では、被覆層において、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が、前記被覆層の厚さ方向において前記基材表面から前記摺動表面にかけて、前記基材表面に平行な方向から前記摺動表面に平行な方向に徐々に向きを変えており、且つ、前記摺動表面でのおよび前記基材表面に付着する前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であることが好ましい（請求項４）。

この構成を、図１に示す摺動部材に適用して説明する。図１において、基材２４には溝（凹部）２０が周期的に形成されている。この基材２４には、固体潤滑剤板状結晶粒子１６を積層して構成された被覆層１８が付着されている。被覆層１８を構成する固体潤滑剤板状結晶粒子１６は、溝２０内にも存在しており、この溝２０内の面に接して存在する固体潤滑剤板状結晶粒子２２の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であるように配向されている。また、摺動表面２６の固体潤滑剤板状結晶粒子１７の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であるように配向されている。そして、被覆層１８を構成する固体潤滑剤板状結晶粒子１６のそれぞれの（００ｌ）面は、溝２０内の面から摺動表面２６にかけて、溝２０内の面に平行な方向から摺動表面に平行な方向になるように、徐々にその向きを変えている。
このような構成であれば、固体潤滑剤板状結晶粒子１６が被覆層１８内に密に積層されると共に、固体潤滑剤板状結晶粒子１６が層間すべりを起しやすい状態となる。
以上において、配向指数は、９５〜１００％であることが好ましい（請求項５）。このような高配向率であれば、固体潤滑剤板状結晶粒子ｒが一層容易に層間すべりを起しやすくなる。

＜本発明の適用対象＞
本発明の摺動部材は、前記基材の形状が平板状のものに限られない。本発明の摺動部材は、前記基材の形状が円筒状又は半円筒状であって、その基材の内周面に被覆層が付着されており、その被覆層の内周面が摺動面である摺動部材、つまりラジアル軸受用の摺動部材（すべり軸受）に適用することが好ましい（請求項１１）。
このような摺動部材の場合、基材の表面仕上げ加工にボーリング加工を採用することによって、基材表面に摺動方向（円周方向）に３０°以内の傾きを有する周期的な溝を形成することができる。

（２）本発明による摺動部材の製造方法
本発明の摺動部材の被覆層は、次のような方法によって形成される。
即ち、第１は、基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させる、摺動部材の被覆層形成方法において、付着媒体に、樹脂バインダーを用いず、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させ、前記固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させたその付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその基材表面上を滑らせることによって、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着させ、更に、前記付着媒体を、前記基材表面に付着させられた前記固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、その固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に更に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させる、摺動部材の被覆層形成方法である（請求項１２）。
なお、自由付着とは、自由付着体である対象物が、被自由付着体から容易に離れることができる状態を言う。ここでは、固体潤滑剤板状結晶粒子は、付着媒体から容易に離れることができる。

第２は、基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させる、摺動部材の被覆層形成方法において、付着媒体に、樹脂バインダーを用いず、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させる。前記固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させたその付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその基材表面上を滑らせることによって、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が前記基材表面に平行になるように、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着させてこれを第１の固体潤滑剤板状結晶粒子とする。更に、前記付着媒体を、前記基材表面に付着させられた前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずに前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、新たに付着させられる前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が先に付着させられた前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面に略平行になるように、前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させてこれを第２の固体潤滑剤板状結晶粒子とする。更に、前記付着媒体を、第（ｍ−２）の固体潤滑剤板状結晶粒子（但し、ｍは３以上の整数）の表面に付着させられた第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずに前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、新たに付着させられる前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が先に付着させられた前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面に略平行になるように、前記摺動表面に平行になるまで、前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させてこれを第３の固体潤滑剤板状粒子とする、摺動部材の被覆層形成方法にある（請求項１３）。

これら第１および第２の製造方法によれば、固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させた付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら滑らせると、固体潤滑剤板状結晶粒子が基材表面を摩擦しながら転動してゆく。このとき、固体潤滑剤板状結晶粒子は、前述したように板状（図４参照）であるが故に整列しながら移動し、最も強い摩擦力が作用する基材表面に対して（００ｌ）面が基材表面と平行に配向するように整列し、そして基材表面との接触場において、トライボケミカル反応を起して基材表面に付着する。
このとき、図１に示すように、基材２４の表面に凹部２０が形成されていた場合、固体潤滑剤板状結晶粒子１６はその凹部２０内の面に対して（００ｌ）面が平行となるように配向し、付着される。このようにして基材表面に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子２２を前記第２の方法では、第１の固体潤滑剤板状結晶粒子と称している。

更に、固体潤滑剤板状結晶粒子を自由付着させた付着媒体を、基材表面に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子２２に圧力を加えながら滑らせると、粗さのある基材表面とこの基材表面に付着した固体潤滑剤板状結晶粒子２２との間の摩擦係数の方が、基材表面に付着した固体潤滑剤板状結晶粒子２２とその上を滑らされる固体潤滑剤板状結晶粒子１６との間の摩擦係数よりも大きいため、基材表面に付着した固体潤滑剤板状結晶粒子２２の上を別の固体潤滑剤板状結晶粒子１６が摩擦しながら移動することとなる。この移動により、基材表面の固体潤滑剤板状結晶粒子上において、別の固体潤滑剤板状結晶粒子が、層間面を下の固体潤滑剤板状結晶粒子の層間面と平行に配向するように移動する。

このとき、基材２４の表面に凹部２０が形成されていた場合、固体潤滑剤板状結晶粒子１６は、図２に示すように、凹部２０内に多く入り込んで、順次下の固体潤滑剤板状結晶粒子と（００ｌ）面が略平行となるように配向されて積層されてゆく。凹部を含めて基材表面に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の上に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子を前記第２の方法では、第２の固体潤滑剤板状結晶粒子と称している。

そして、凹部２０内に固体潤滑剤板状結晶粒子１６が入り込んで凹部２０が固体潤滑剤板状結晶粒子１６によって埋められた状態になると、基材２４全体において、固体潤滑剤板状結晶粒子１６が下の固体潤滑剤板状結晶粒子１６上に順次積層されてゆくようになって最終的に図１に示すように基材２４の表面上に、固体潤滑剤板状結晶粒子１６が積層されて平らな表面ともった被覆層１８が形成される。前記第２の方法では、上記第２の固体潤滑剤板状結晶粒子の上に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子は、第３の固体潤滑剤板状結晶粒子であり、即ち、固体潤滑剤板状結晶粒子の上に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子に積層されていく固体潤滑剤板状結晶粒子を、全て第ｍの固体潤滑剤板状結晶粒子と称している。この第ｍの固体潤滑剤板状結晶粒子は、一層に積層されるものに限らず、多層に積層されても良い。

以上のように、付着媒体による摩擦仕事によって、固体潤滑剤板状結晶粒子が基材表面上を転動しながら移動する間に、固体潤滑剤板状結晶粒子が、（００ｌ）面を、基材表面に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子或いはその上に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面と平行にするように整列し、積層されて被覆層が形成されてゆくのである。

摺動部材の基材の形状が平板状、円筒状又は半円筒状の場合、付着媒体を可撓性部材で構成し、その一端を回転可能な芯体に固定してその芯体を基材の表面近傍で回転させることにより、固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着された前記付着媒体の他端が、遠心力によって前記基材表面上に圧力を加えながらその基材表面上を滑り、更に、前記芯体を回転させることにより、前記付着媒体の他端が、遠心力によって先に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に圧力を加えながらその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑るようにすることができる（請求項１４）。

摺動部材の基材の形状が円筒状または半円筒状の場合、付着媒体を可撓性部材で構成し、その一端を回転可能な芯体に固定してその芯体を基材の内側で回転させることにより、固体潤滑剤板状結晶粒子を複数付着された前記付着媒体の他端が、遠心力によって前記基材表面上に圧力を加えながらその基材表面上を滑り、更に、前記芯体を回転させることにより、前記付着媒体の他端が、遠心力によって先に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に圧力を加えながらその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑るようにすることができる（請求項１５）。

この場合、可撓性部材からなる前記付着媒体は、布、不織布、紙、皮革、プラスチック、繊維状金属のいずれか又はそれらを組合せたものであり、前記付着媒体の他端の表面滑り速度は、５ｍ／秒以上であることが好ましい（請求項１６）。
なお、本明細書において、平行とは、精確に平行である場合のみならず、平行の状態と同様の作用、効果、機能を有する範囲で傾きを有する場合も含んでも良い。

以下、本発明をラジアル軸受用摺動部材（以下、単にすべり軸受）１に適用した一実施形態を図６および図７を参照しながら説明する。図６に示すように、すべり軸受１は半円筒状に形成されている。このすべり軸受１は、図７に示すように、裏金層２の内周面に軸受合金層３をライニングし、更にその軸受合金層（基材）３の表面に被覆層４を形成してなる。

このすべり軸受１は、図９に示すように裏金層２上に軸受合金層３をライニングして形成したバイメタルを、図８に示すように半円筒状に形成し、そして、内周面である軸受合金層３表面をボーリング加工によって仕上げ加工した後、軸受合金層（基材）３の表面に被覆層４を付着させて形成したものである。
被覆層４は、樹脂バインダーを使用せずに軸受合金層３表面に積層された固体潤滑剤板状結晶粒子からなる。固体潤滑剤板状結晶粒子としては、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステンおよびボロンナイトライドの板状結晶粒子のうちのいずれか１種以上を選択して用いる。

軸受合金層３表面に、固体潤滑剤板状結晶粒子を積層させるための付着装置５は、図６に示すように、回転軸８に着脱可能に取り付けられる芯体としての回転体６に、複数の付着媒体７の一端側９を固定して構成されている。付着媒体７は、布、不織布、紙、皮革、プラスチック、繊維状金属などの可撓性部材からなり、ここでは、すべり軸受１の幅よりもやや広い幅を持った円弧板状に形成されている。この付着媒体７は、表面に凹凸などがあって表面積の大きい部材が好ましい。一度に多量の固体潤滑剤板状結晶粒子を付着媒体７に自由付着させ得るからである。

この付着装置５によりすべり軸受１の内周面に被覆層４を形成するには、まず、２個のすべり軸受１を、円筒状に突き合わせて、回転軸８と同心となるように治具（図示せず）に固定する。そして、回転体６に固定された複数の付着媒体７に、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子、例えば二硫化モリブデン粒子を多量に自由付着させ、これら付着媒体７を円筒状に突き合わされた２個のすべり軸受１内に収容するようにして回転体６を回転軸８に取り付ける。

そして、回転軸８を図示しないモータにより回転させる。すると、付着媒体７の他端たる先端部分が回転に伴う遠心力を受けてすべり軸受１の内周面である軸受合金層３の内周面に圧接しながら滑るように回転する。このときの付着媒体７の軸受合金層３表面での滑り速度は、５ｍ／秒以上であることが好ましい。この付着媒体７の回転により、付着媒体７に自由付着された二硫化モリブデン粒子が軸受合金層３表面に圧力を加えられながら摩擦移動し、これにより、二硫化モリブデン粒子が層間面を軸受合金層３の表面と平行となるように配向し（なぜなら、最大面である（００ｌ）面は、前記移動方向に平行になることが安定だからである）、且つトライボケミカル反応を起して軸受合金層３表面に付着する。そして、更に、付着媒体７が回転することにより、その軸受合金層３の表面に付着した二硫化モリブデン粒子の上に、別の二硫化モリブデン粒子が（００ｌ）面（層間面）を下の二硫化モリブデン粒子の（００ｌ）面と略平行となるように配向されて順次積層されてゆく。以上のようにして軸受合金層３上に二硫化モリブデンの層が形成され、その層厚が０．１μｍ以上の所望の厚さとなったところで本付着工程を終了する。なお、本付着工程の稼働時間は、希望する被覆層４の厚さに応じて適宜定める。

次に本発明の実施例を説明する。裏金層に、表１に示す組成の軸受合金層をライニングしたバイメタルを半円筒状に形成し、軸受合金層の表面をボーリング加工した。
その後、軸受合金層の内周面（基材表面）に固体潤滑剤板状結晶粒子を上述の付着装置５により付着して軸受合金層表面に被覆層を形成し、実施例品１〜１０を得た。

比較例品１，２は、軸受合金層の表面に、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂からなる樹脂バインダーに固体潤滑剤板状結晶粒子を混合した被覆層をコーティングした後、焼付け処理して作製した。比較例品３，４は、軸受合金層の表面に、ショットピーニングにより固体潤滑剤板状結晶粒子を衝突させる方法によって固体潤滑剤板状結晶粒子からなる被覆層を形成して得た。また、軸受合金層表面をボーリング加工したままのものを比較例品５，６とした。
なお、実施例品１〜５および比較例品１，３，５の軸受合金層は、アルミニウム合金であり、実施例品６〜１０および比較例品２，４，６の軸受合金層は、銅合金である。

上記実施例品１〜１０および比較例品１〜６について、被覆層の厚さ、被覆層表面（摺動表面）での固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数を測定し、また、表２に示す条件にて焼付試験を行い、それらの測定結果および試験結果を表１に記載した。

なお、配向指数は、Ｘ線回折強度試験の結果から求めた。実施例品および比較例品のＸ線回折強度試験の測定結果の一例を、それぞれ図３（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），（ｂ）に示す。実施例品１の測定結果を示す図３（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大図であり、比較例品１の測定結果を示す図１０（ｂ）は図１０（ａ）の部分拡大図である。図３（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），（ｂ）中、○（丸）が固体潤滑剤板状結晶粒子である二硫化モリブデンの（００ｌ）面を示し、△（三角）が下地基材であるアルミニウム合金の結晶面を示し、×（バツ）が二硫化モリブデンの（００ｌ）面以外の結晶面を示す。

図３（ａ），（ｂ）から明らかなように、実施例品の測定結果には、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面以外のピークは、ほとんど見られない。一方、図１０（ａ），（ｂ）から明らかなように、比較例品の測定結果には、固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面以外のピークが容易に見られる。なお、図１０（ｂ）に示すように、比較例品１の測定結果では、（００ｌ）面以外である（１０１）、（１０２）、（１０３）面が同定された。このＸ線回折強度試験の測定結果および先の式から、実施例品および比較例品の配向指数を求めたものを表１に示す。

焼付試験の結果を考察する。焼付試験は、表２から明らかなように、荷重をステップアップさせることで枯渇潤滑となる条件下で実施している。つまり、面圧が高くなるほど、油膜が薄くなるので、次第に枯渇潤滑状態となってゆくのである。なお、焼付面圧とは、試験荷重を１０分毎に１０ＭＰａずつ増加させていった場合に、焼付きを生じたときの面圧を言う。また、焼付の評価は、試料の背面温度が２００℃を超えた時又はトルク変動によって相手軸を回転させる軸駆動用ベルトがスリップした時を焼付と判定した。

比較例品５，６は、潤滑性を向上させるための処理を施していないため、焼付面圧は低い。
ショットピーニングにより固体潤滑剤板状結晶粒子を基材表面に付着させた比較例品３，４は、固体潤滑剤板状結晶粒子が板状である関係上、基材表面に衝突する際に層間面が基材表面と平行となる率が比較的高いので、配向指数が９０％近くになっている。しかし、ショットピーニングでは、固体潤滑剤板状結晶粒子を十分に積層することができず、被覆層の厚さは０．１μｍに満たない。このため、十分なる潤滑性が得られず、焼付面圧は低い。
更に、樹脂バインダーに固体潤滑剤板状結晶粒子を混合してコーティングした比較例品１，２では、所望厚さの被覆層を得ることができるが、樹脂バインダーの熱放散性が低いため、また固体潤滑剤板状結晶粒子の配向指数が低いため、高い焼付面圧を得ることができない。

これに対し、実施例品１〜１０は、比較例品１〜６に比べて焼付面圧が高く、例えば、軸受合金層がアルミニウム合金のもので比較すると、被覆層の厚さが比較的薄い実施例品１でも、焼付面圧は９０ＭＰａであり、同じ軸受合金を使った比較例品１，３，５の８０，７５，７０ＭＰａと比べ、相当に良好なる非焼付性を示している。軸受合金層が銅合金のものでも同様の結果であった。このように、固体潤滑剤板状結晶粒子を樹脂バインダーを用いることなく摩擦仕事によって付着させる本発明は、非焼付性の向上にとって効果的であることが理解される。

基材表面へ固体潤滑剤板状結晶粒子を付着させた状態を断面で示す概念図 基材表面へ固体潤滑剤板状結晶粒子を付着させる途中の状態を断面で示す概念図 基材表面に付着された実施例品の被覆層のＸ線回折強度試験の結果を示すグラフ 固体潤滑剤板状結晶粒子の板状結晶の積層状態を断面で示す概念図 二硫化モリブデンの結晶構造を示す図 本発明の一実施形態を示す付着装置の断面図 被覆層を付着させたすべり軸受の部分的な断面図 すべり軸受の側面図 被覆層形成前の摺動部材の部分的な断面図 基材表面に付着された比較例品の被覆層のＸ線回折強度試験の結果を示すグラフ

符号の説明

図面中、１はすべり軸受（摺動部材）、２は裏金層、３は軸受合金層（基材）、４は被覆層、５は付着装置、６は回転体（芯体）、７は付着媒体、１６は固体潤滑剤板状結晶粒子、１８は被覆層、２０は溝（凹部）、２４は基材を示す。

Claims (16)

1. 基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させた摺動部材において、
   前記被覆層は、樹脂バインダーが含まれず、固体潤滑剤板状結晶粒子が積層されており、
   その固体潤滑剤板状結晶粒子は、（００ｌ）面（但し、ｌは１以上の整数）が平行に積み重なった層状結晶構造をもち、
   少なくとも前記摺動表面では、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上である、摺動部材。
2. 前記被覆層において、（００ｌ）面の配向指数が９０％以上である場所は、前記摺動表面と、被覆層最薄厚さ部の１０％以上の厚さを有する所定領域と、であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記被覆層において、（００ｌ）面の配向指数が９０％以上である場所は、前記摺動表面から被覆層最薄厚さ部の厚さ量の深さまでであることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
4. 前記被覆層において、（００ｌ）面が、前記被覆層の厚さ方向において前記基材表面から前記摺動表面にかけて、前記基材表面に平行な方向から前記摺動表面に平行な方向に徐々に向きを変えており、且つ、前記摺動表面でのおよび前記基材表面に付着する前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数は、９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
5. 前記配向指数が９５〜１００％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部材。
6. 前記基材表面には凹部が形成されており、その凹部内にも前記固体潤滑剤板状結晶粒子が存在しており、その凹部に接する前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面の配向指数が９０％以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部材。
7. 前記凹部は、摺動方向に３０°以内の傾きを有した溝であることを特徴とする請求項６記載の摺動部材。
8. 請求項７に記載の摺動方向に３０°以内の傾きを有した溝は、摺動方向に垂直な方向に周期性を有することを特徴とする摺動部材。
9. 前記被覆層が、被覆層最薄厚さ部において０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部材。
10. 前記固体潤滑剤板状結晶粒子は、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステンおよびボロンナイトライドの板状結晶粒子のうちのいずれか１種以上からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の摺動部材。
11. 前記基材の形状が円筒状又は半円筒状であって、その基材の内周面に被覆部が付着されており、その被覆部の内周面が摺動面であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の摺動部材。
12. 基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させる、摺動部材の被覆層形成方法において、
    付着媒体に、樹脂バインダーを用いず、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させ、
    前記固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させたその付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその基材表面上を滑らせることによって、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着させ、
    更に、前記付着媒体を、前記基材表面に付着させられた前記固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、その固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に更に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させる、摺動部材の被覆層形成方法。
13. 基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させる、摺動部材の被覆層形成方法において、
    付着媒体に、樹脂バインダーを用いず、（００ｌ）面が平行に積み重なった層状結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させ、
    前記固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着させたその付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずにその基材表面上を滑らせることによって、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が前記基材表面に平行になるように、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着させ、これを第１の固体潤滑剤板状結晶粒子とし、
    更に、前記付着媒体を、前記基材表面に付着させられた前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずに前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、新たに付着させられる前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が先に付着させられた前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面に略平行になるように、前記第１の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させ、これを第２の固体潤滑剤板状結晶粒子とし、
    更に、前記付着媒体を、第（ｍ−２）の固体潤滑剤板状結晶粒子（但し、ｍは３以上の整数）の表面に付着させられた第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら樹脂バインダーを用いずに前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑らせることによって、新たに付着させられる前記固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面が先に付着させられた前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の（００ｌ）面に略平行になるように、前記摺動表面に平行になるまで、前記第（ｍ−１）の固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら付着して積層させ、これを第ｍの固体潤滑剤板状粒子とする、摺動部材の被覆層形成方法。
14. 請求項１２または１３記載の摺動部材の被覆層形成方法において、
    その摺動部材は、前記基材の形状が平板状、円筒状又は半円筒状であって、
    前記付着媒体は、可撓性部材からなり、一端が回転可能な芯体に固定されており、
    前記芯体を前記基材の表面近傍で回転させることにより、固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着された前記付着媒体の他端が、遠心力によって前記基材表面上に圧力を加えながらその基材表面上を滑り、
    更に、前記芯体を回転させることにより、前記付着媒体の他端が、遠心力によって先に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に圧力を加えながらその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑ることを特徴とする、摺動部材の被覆層形成方法。
15. 請求項１２から１４のいずれかに記載の摺動部材の被覆層形成方法において、
    その摺動部材は、前記基材の形状が円筒状又は半円筒状であって、
    前記付着媒体は、可撓性部材からなり、一端が回転可能な芯体に固定されており、
    前記芯体を前記基材の内側で回転させることにより、固体潤滑剤板状結晶粒子を複数自由付着された前記付着媒体の他端が、遠心力によって前記基材表面上に圧力を加えながらその基材表面上を滑り、
    更に、前記芯体を回転させることにより、前記付着媒体の他端が、遠心力によって先に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に圧力を加えながらその固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上を滑ることを特徴とする、摺動部材の被覆層形成方法。
16. 可撓性部材からなる前記付着媒体は、布、不織布、紙、皮革、プラスチック、繊維状金属のいずれか又はそれらを組合せたものであり、
    前記付着媒体の他端の表面滑り速度は、５ｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の摺動部材の被覆層形成方法。
    
    

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