JP2009526126A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有している。第16の観点の摺動部材の製造方法は、投射粒子の投射による衝撃荷重の印加によって、摺動部材と投射粒子の表面温度が上昇し、互いの表面を活性化させることにより、効率的に摺動面に投射粒子の成分を転写させることができる。また、第16の観点の摺動部材の製造方法は、衝撃力によって、摺動面に、多数の微細くぼみを形成し、かつ摺動面の表面組織は微細化し内部応力が高くなり、高硬度で破壊靭性に優れた特性を有するため、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
酸化カルシウムの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する。第21の観点の摺動部材の製造方法は、投射粒子の衝突時の衝撃エネルギーによって、摺動部材と投射粒子の表面温度が上昇し、お互いの表面を活性化させることで、摺動面に、固体潤滑材として機能する酸化カルシウムの成分が転写されるため、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態である実施例1の摺動装置について添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下に述べる実施例は本発明の摺動部材の具体例であり、これらの実施例の構成により本発明が限定されるものではなく、本発明は以下の各実施例に示される技術的思想により構築される全ての構成を含むものである。
摺動部材101は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金(JIS:A6063)を基材102として形成したものである。
摺動部材101の摺動面には、シリカ(SiO2)が数μmの厚さで転写された転写層104が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子111の成分を基材102の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子111を所定の速度で摺動部材101の摺動面に投射することで実現している。
また、摺動面には更に形状が略半球面、すなわち略球面の一部で構成された多数の微小な微細くぼみ105が形成されている。
まず、摺動部材101の摺動面となる基材102の表面を研削加工することにより表面粗さをRa0.3μm程度に仕上げておく。次に、投射粒子供給装置121(図2参照)を用いて、投射粒子111を基材102表面に投射する。
このように、ガス配管124と投射粒子送り配管122との接合部位まで連続的に移送された投射粒子111が、キャリアガス123によりノズル125の先端口126より100m/s前後の速度で摺動部材101の摺動面に対して略垂直に投射される。なお、ノズル125の先端口126から摺動部材101の摺動面までの距離は30〜40mmの範囲内とした。
図3は、投射粒子111の投射前後の摺動部材101の摺動面をEPMA分析装置にて分析した比較結果を示している。図3において、横軸は印加電圧[keV]、縦軸は1秒当りのカウント数(強度)[cps]である。尚、図3に示す分析結果においては、分析条件として印加電圧を最大15keVとし、表面から深さ2μm前後に存在する元素の情報を示した。この結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子111の構成元素であるけい素(Si)及び酸素(O)のピークが顕著に高くなっていることが分かる。
図5は、本発明の実施例1における実施例1条件1と比較例1の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
これは、微細くぼみ105の径Rが大きくなり過ぎると、隣接する微細くぼみ105同士が連結されて、潤滑油が微細くぼみ105から流出し、潤滑作用が発揮され難くなるために、比較的早期に焼付きが発生したものと考えられる。一方、微細くぼみ105の径Rが小さくなり過ぎると、従来の平滑面形状と実質的に変わらないものになるからと考えられる。
実施例1条件5の耐焼付き性及び耐摩耗性は、比較例1と比べると明らかに改善されている。しかしながら、同等レベルの平均粒径を有する球状投射粒子111と比べて、やや耐焼付き性及び耐摩耗性が低いことが分かる。
図10は本発明の実施例2における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図11は実施例2の摺動部材の製造方法を示す模式図、図12は実施例2の摺動部材の摺動面のEPMA元素分析特性図、及び図13は実施例2の摺動部材の摺動面のX線回折分析特性図である。
摺動部材201は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金(JIS:A6063)を基材202として形成したものである。
また、摺動面には更に形状が略半球面で構成された多数の微小な微細くぼみ205が形成されている。
まず、摺動部材201の摺動面となる基材202の表面を研削加工することにより表面粗さをRa0.3μm程度に仕上げる。次に、投射粒子供給装置221(図11参照)を用いて、投射粒子211を摺動部材201の摺動面に投射する。
図12は、投射粒子211の投射前後の摺動部材201の摺動面をEPMA分析装置にて分析した比較結果を示している。図12において、横軸は印加電圧[keV]、縦軸は1秒当りのカウント数(強度)[cps]である。尚、図12に示す分析結果においては、分析条件として、印加電圧を最大15keVとし、表面から深さ2μm前後に存在する元素の情報を示した。この結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子211の構成元素であるけい素(Si)、酸素(O)、並びにカルシウム(Ca)のピークが顕著に高くなっていることが分かる。更に、僅かではあるが、鉄(Fe)及びマグネシウム(Mg)も検出された。
図14は、本発明の実施例2における実施例2条件1と比較例1の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
実施例2条件3の耐焼付き性及び耐摩耗性は、比較例1と比べると明らかに改善されている。しかしながら、同等レベルの平均粒径を有する球状の投射粒子211と比べて、やや耐焼付き性及び耐摩耗性が低いことが分かる。
図17は本発明の実施例3における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図18は実施例3の摺動部材の製造方法を示す模式図、図19は実施例3の微細くぼみと微細溝部の構成を示す拡大断面概略図、図20は実施例3の摺動部材の摺動面のEPMA元素分析特性図、及び図21は実施例3の摺動部材の摺動面のX線回折分析特性図である。
摺動部材301は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金(JIS:A6063)を基材302として形成したものである。
まず、摺動部材301の表面を#180のサンドペーパーにて、摺動方向に対し平行に研削加工する。次に、投射粒子供給装置321(図18参照)を用いて、投射粒子311を摺動部材301の摺動面に投射する。
図20は、投射粒子311の投射前後の摺動部材301の摺動面をEPMA分析装置にて分析した比較結果を示している。図20において、横軸は印加電圧[keV]、縦軸は1秒当りのカウント数(強度)[cps]である。尚、図20に示す分析においては、分析条件として、印加電圧を最大15keVとし、表面から深さ2μm前後に存在する元素の情報を示したものである。この分析結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子311の構成元素であるけい素(Si)、酸素(O)、並びにカルシウム(Ca)のピークが顕著に高くなっていることが分かる。更に、僅かではあるが、鉄(Fe)及びマグネシウム(Mg)も検出された。
図22は実施例3条件1及び比較例1の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
図25は本発明の実施例4における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図26は実施例4の摺動部材の製造方法を示す模式図、図27は実施例4の混合投射粒子の模式図、図28は実施例4の摺動部材の摺動面のEPMA元素分析特性図、図29は実施例4の摺動部材の摺動面のX線回折分析特性図、図30は実施例4の摩擦係数の経時変化を示す特性図、図31は実施例4の焼付き発生までのすべり長さの特性図、及び図32は実施例4のディスク側の比摩耗量の特性図である。
摺動部材401は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金(JIS:A6063)を基材402として形成したものである。摺動部材401は、予め研削加工によって摺動面の表面粗さをRa0.3μm程度に仕上げてある。その基材402の表面に対して、投射粒子供給装置421(図26参照)を用いて、投射粒子411とキャリアビーズ440の混合投射粒子441(図27参照)を投射する。
摺動部材401の摺動面には、アルミ合金(JIS:A6063)の基材402の上に主成分として酸化カルシウム(CaO)が数μm程度の厚さで転写された転写層404が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子411とキャリアビーズ440の成分を基材402の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子411を所定の速度で摺動部材401の摺動面に投射することで実現している。
図28は、混合投射粒子441の投射前後の摺動部材401の摺動面をEPMA分析装置にて分析した比較結果を示している。図28において、横軸は印加電圧[keV]、縦軸は1秒当りのカウント数(強度)[cps]である。尚、図28に示す分析においては、分析条件として印加電圧を最大15keVとし、表面から深さ2〜4μmに存在する元素の情報を示したものである。
摺動部材401をディスクとして配置し、相手側摺動部材(図示せず)として、摺動面の内径が38mm、外径が40mm、表面粗さがRa0.2μm以下、アルミニウム系の材質であるアルミ合金(A6063)で形成したリングを用いた。
図30は本発明の実施例4における実施例4条件1と比較例1の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。図31は実施例4における実施例4条件1及び比較例1の摺動部材の焼付き発生までのすべり長さに関する特性図であり、条件毎に焼付きまでのすべり長さを比較したグラフである。図32は実施例4における実施例4条件1及び比較例1のディスク側の比摩耗量の特性図であり、条件毎に試験後の摩耗体積を各々のすべり長さ及び垂直荷重で除して導出した比摩耗量[mm3/N・m]を比較したグラフである。
Claims (28)
- 互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分が基材に転写されて転写層が形成された摺動部材。
- 少なくとも一方の摺動部材の摺動面に凹面で構成された微細くぼみを多数形成した請求項1に記載の摺動部材。
- 少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部で構成された微細くぼみを多数形成した請求項1に記載の摺動部材。
- 微細くぼみの摺動面開口における最大径を10〜200μmの範囲内とした請求項2または3に記載の摺動部材。
- 摺動部材の基材がアルミニウム系の材質である請求項1に記載の摺動部材。
- 摺動部材の基材が鉄系の材質である請求項1に記載の摺動部材。
- 摺動部材の摺動面に微細溝部を形成した請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有している請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に平行である請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が互いに直交するよう形成した請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向と直交する方向における摺動面の長さに対する微細溝部の幅の比率が0.05〜0.6の範囲内である請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 互いに摺動する摺動部材であって、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に酸化カルシウムの成分が基材に転写されて転写層が形成された摺動部材。
- 少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成した請求項12に記載の摺動部材。
- 微細くぼみの摺動面開口における最大径を10〜200μmの範囲内とした請求項13に記載の摺動部材。
- 微細くぼみの内面に、最大径3μm以下の極微細凹みを形成した請求項13または請求項14に記載の摺動部材。
- 互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。 - 投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が3〜200μmの範囲内である請求項16に記載の摺動部材の製造方法。
- 投射粒子にフライアッシュを用いた請求項16または請求項17に記載の摺動部材の製造方法。
- 転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有する請求項16または請求項17に記載の摺動部材の製造方法。
- 転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有し、前記研削工程において形成される前記微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有して形成される請求項16または請求項17に記載の摺動部材の製造方法。
- 互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
酸化カルシウムの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。 - 転写層を形成する工程において、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成する請求項21に記載の摺動部材の製造方法。
- 転写層を形成する工程において、摺動面開口における最大径が10〜200μmの範囲内である微細くぼみを形成する請求項21に記載の摺動部材の製造方法。
- 転写層を形成する工程において、微細くぼみの内面に、最大径3μm以下の極微細凹みを形成する請求項21に記載の摺動部材の製造方法。
- 投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が3〜200μmの範囲内である請求項21に記載の摺動部材の製造方法。
- 粒径が1μm以下の投射粒子と、実質的な球状を有し、平均粒径が3〜200μmの範囲内であるキャリアビーズとを混合した混合投射粒子を基材に投射して転写層を形成する請求項21に記載の摺動部材の製造方法。
- 混合投射粒子は、キャリアビーズの表面に投射粒子が多数付着した形態である請求項26に記載の摺動部材の製造方法。
- 酸化カルシウム、およびカルシウムライムのうち、少なくとも一つを投射粒子に用いた請求項21乃至請求項27のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
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