JP2013189569A

JP2013189569A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2013189569A
Application number: JP2012057733A
Authority: JP
Inventors: Akinori Iwai; 昭憲岩井; Tomoaki Suzuki; 知朗鈴木; Yuki Ogawa; 友樹小川; Junji Ando; 淳二安藤; Hiroyuki Ando; 寛之安藤; Hirobumi Inoue; 博文井上
Original assignee: JTEKT Corp; STT Inc
Current assignee: JTEKT Corp; STT Inc
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP5854898B2; WO2013137399A1

Abstract

【課題】低コストでスティックスリップの発生を低減できる摺動部材を提供する。
【解決手段】摺動部材の表面の被膜は、バインダ３１として、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂と、固体潤滑剤として、二硫化モリブデンと二硫化タングステンのうち少なくとも一方の二硫化物３３、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）３４、および、ポリエチレン３２と含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、摺動部材に関するものである。

プロペラシャフトなどに用いられる摺動式スプラインシャフトなどの摺動部材において、滑らかに摺動することが求められている。静摩擦係数に対して動摩擦係数が低い場合に、すなわち摩擦係数と速度の特性（μ−Ｖ特性）が負勾配になる場合に、スティックスリップが生じやすいことが知られている。これを解決するために、特開2007-177955号公報（特許文献１）には、摺動部材の表面に、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）の被膜を施すことが記載されている。

特開2007-177955号公報

しかし、ダイヤモンドライクカーボンの被膜処理は、高価であるため、低コスト化が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストでスティックスリップの発生を低減できる摺動部材を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明の摺動部材は、表面に被膜を有し、潤滑剤の存在下で摺動する摺動部材であって、前記被膜は、バインダとして、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂と、固体潤滑剤として、二硫化モリブデンと二硫化タングステンのうち少なくとも一方の二硫化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、ポリエチレンと、を含む。

（請求項２）好ましくは、前記エポキシ樹脂と前記フェノール樹脂の質量比率は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して前記フェノール樹脂25〜100質量部であり、前記被膜全体に対する前記ポリエチレンの質量比率は、5〜10質量％とする。
（請求項３）好ましくは、前記潤滑剤は、基油としてポリαオレフィン（ＰＡＯ）を含む。
（請求項４）好ましくは、前記基油の４０℃動粘度は、1,000 mm²/s 以上とする。
（請求項５）好ましくは、前記摺動部材は、軸方向に摺動するスプラインシャフトとする。

（請求項１）本発明のように、DLC被膜ではなく、樹脂被膜とすることにより、大気中での処理が可能となり、低コスト化を図ることができる。この樹脂被膜を構成する固体潤滑剤は、二硫化物、ＰＴＦＥおよびポリエチレンを含むこととしている。さらに、樹脂被膜のバインダとして、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物を用いている。これらにより、繰り返し回数が増加したとしても、静摩擦係数の増大を抑制でき、かつ、動摩擦係数の低下を抑制できる。つまり、静摩擦係数と動摩擦係数の差が小さな状態を維持することができる。従って、スティックスリップの発生を長期間に亘って抑制し続けることができる。特に、被膜のバインダとして、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物により、耐摩耗性および靱性を十分に発揮することができる。
（請求項２）エポキシ樹脂とフェノール樹脂の質量比率と、被膜全体に対するポリエチレンの質量比率を上記のようにすることで、確実に上記効果を発揮できる。

（請求項３）当該潤滑剤を用いることにより、静摩擦係数を小さくすることができ、かつ、動摩擦係数を相対的に大きな状態を維持することができる。その結果、初期状態においても、繰り返し回数が増加した場合においても、μ−Ｖ特性を正勾配にすることができる。従って、長期に亘ってスティックスリップを確実に抑制できる。さらに、上記被膜と当該潤滑剤とにより、繰り返し回数が増加したとしても、静摩擦係数および動摩擦係数を小さい状態で維持できる。従って、スティックスリップの発生を抑制できる。なお、上記効果を奏する理由は、以下のように考えられる。被膜の固体潤滑剤に用いるポリエチレンは、長大な分子鎖が粒子内で絡み合っている。そして、被膜のポリエチレンの分子構造と潤滑剤の基油として用いるＰＡＯの分子構造は、類似している。そのため、被膜中のポリエチレンにＰＡＯが馴染み、ポリエチレン粒子中にＰＡＯが浸み込む状態になるためと考えられる。

（請求項４）当該範囲となるような高い動粘度の基油を用いることで、被膜中のポリエチレン粒子中に浸み込んだＰＡＯが強固な油膜を形成し、油膜切れを生じにくい。その結果、被膜による潤滑剤の保持状態を維持しやすい。これにより、上記効果をより効果的に発揮できる。
（請求項５）また、軸方向に摺動するスプラインシャフトに本発明を適用することで、軸方向に摺動する際のスティックスリップの発生を抑制できる。

本実施形態における摺動式スプラインシャフトの軸方向断面図である。図１の摺動式スプラインシャフトの雄スプラインの径方向部分拡大断面図である。図２の雄スプラインの被膜の形成方法のフローチャートを示す。図２の雄スプラインの被膜の模式的な拡大断面図を示す。耐久試験における繰り返し回数とμｓ／μｄとの関係を示す。潤滑剤基油の種類に応じた摺動部材の静摩擦係数を示す。ポリエチレン比率に応じた摺動部材の静摩擦係数を示す。バインダに対する固体潤滑剤の質量比率に応じた摺動部材の静摩擦係数を示す。実施例１におけるすべり速度に対する摩擦係数を示す。比較例におけるすべり速度に対する摩擦係数を示す。他の比較例におけるすべり速度に対する摩擦係数を示す。

本実施形態の摺動部材として、摺動式スプラインシャフトを例に挙げて説明する。ただし、本発明の摺動部材は、摺動式スプラインシャフトの他に、スティックスリップが発生し得る摺動部材には全て効果的に適用できる。なお、摺動式スプラインシャフトは、例えば、自動車のプロペラシャフトなどに適用される。

図１に示すように、摺動式スプラインシャフトは、雄スプライン１１を有する第一軸部材１０、雌スプライン２１を有する第二軸部材２０とを備える。雄スプライン１１は、雌スプライン２１に対してスプライン嵌合し、軸方向に相対的に摺動可能に設けられている。このような構成により、両部材１０，２０は、相互にトルクを伝達可能であって、軸方向に相対移動可能となる。ここで、スプライン摺動部位には、潤滑剤としてのグリースが存在している。

雄スプライン１１の母材１６は、鋼材を鍛造され、焼入れ、焼戻しされて形成されている。本実施形態において、雄スプライン１１を形成している鋼材は例えばS30Cである。本実施形態において、雄スプライン１１はS30Cで形成されているが、鋼材、または、金属材料であればこれに限らない。

雄スプライン１１の表面には、下地層１７および被膜１８が形成されている。つまり、鋼材からなる母材１６の表面に、下地層１７が形成され、下地層１７の表面に、表層である被膜１８が形成されている。この被膜１８には、樹脂をバインダとし、固体潤滑剤を配合した乾性被膜が適用される。このように、DLC被膜ではなく、樹脂被膜である乾性被膜を適用することにより、低コスト化を図ることができる。

ここで、本実施形態において、雌スプライン２１は鋼材、例えばS30Cで形成されている。本実施形態において、雌スプライン２１はS30Cで形成されているが、鋼材、または、金属材料であればこれに限らない。そして、雄スプライン１１の被膜１８は、雌スプライン２１の表面に摺動可能である。なお、本実施形態においては、雄スプライン１１の表面に下地層１７および被膜１８を形成し、雌スプライン２１の表面には被膜を形成していないが、被膜形成対象を雌スプライン２１にしてもよいし、両者に被膜を形成してもよい。これらの場合、雌スプライン２１の表面に下地層を形成した後に被膜を形成してもよい。

次に、下地層１７および被膜１８について説明する。下地層１７および被膜１８の形成処理について図３、図４を参照して説明する。まず、鋼材からなる母材１６の表面をアルカリ脱脂処理により洗浄する（Ｓ１）。続いて、下地処理を行い、リン酸亜鉛もしくはリン酸マンガンなどのリン酸塩からなる下地層１７を形成する（Ｓ２）。この下地層１７により、密着性を高めることができる。

続いて、大気雰囲気にてスプレーにより、表層になる被膜１８を形成するための塗料を下地層１７の表面に塗装する（Ｓ３）。この塗料は、バインダとしてエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の混合物と、固体潤滑剤として二硫化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリエチレンと、溶剤とを含む。続いて、大気雰囲気にて焼成を行う（Ｓ４）。なお、焼成は、安価なため大気雰囲気としたが、窒素雰囲気でもよい。

このようして形成された下地層１７および被膜１８は、図４に示すようになる。すなわち、母材１６の表面に、1〜5μｍの範囲の厚さのリン酸塩からなる下地層１７が形成されている。被膜１８には、バインダとしてエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の混合物３１と、固体潤滑剤として二硫化物３３、ＰＴＦＥ３４およびポリエチレン３２とが含まれている。これらの成分比率は、表１のとおりである。なお、二硫化物として二硫化モリブデンを例に挙げて記載している。もちろん、二硫化物として、二硫化タングステンも適用可能である。また、添加剤を適宜含ませてもよい。

この被膜１８の膜厚は、5〜100μｍの範囲の厚さであり、密着性および耐摩耗性の観点からより好ましくは、10〜40μｍの範囲の厚さである。また、バインダとしてのエポキシ樹脂とフェノール樹脂の質量比率は、エポキシ樹脂100質量部に対してフェノール樹脂25〜100質量部である。この比率により、耐摩耗性および靱性を確保できる。好ましくは、当該質量比率は、エポキシ樹脂100質量部に対してフェノール樹脂65〜75質量部である。ここで、エポキシ樹脂の比率を大きくすることで、靱性を高くすることができ、フェノール樹脂の比率を大きくすることで、耐摩耗性を向上することができる。さらに、当該エポキシ樹脂は、分子量20,000〜30,000のものを適用するとよい。

また、ポリエチレン３２は、平均粒径1〜30μｍであり、被膜１８全体に対する質量比率は、5〜10質量％である。ポリエチレン３２の平均粒径は、被膜１８の膜厚に応じて適宜選択する。二硫化物３３は、平均粒径1〜5μｍであり、被膜１８全体に対する質量比率は、10〜15質量％である。ＰＴＦＥ３４は、平均粒径1〜10μｍであり、被膜１８全体に対する質量比率は、10〜15質量％である。また、二硫化物３３、ＰＴＦＥ３４およびポリエチレン３２の比率は、二硫化物（二硫化モリブデン）：ＰＴＦＥ：ポリエチレン＝3.8：3.8：2.5とするとよい。このように、少なくとも、ポリエチレン３２の比率は、二硫化物３３およびＰＴＦＥ３４と同一もしくはそれ以下とする。

ここで、上記被膜１８を得るためには、表２に示すような塗料とするとよい。溶剤には、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、イソプロピルアルコール、１−ブタノール、メチルイソブチルケトン、フェノール、オルソクレゾールなどを含む。

次に、潤滑剤としてのグリースは、ポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とするものを用いると、より好ましい。特に、ＰＡＯは、40℃動粘度1,000〜10,000mm²/s以上、100℃動粘度200〜700mm²/s以上のものを用いるとよい。

（耐久試験）
以下の実施例１，２、比較例および参考例について、耐久試験を行い、静摩擦力μｓおよび動摩擦力μｄを測定した。ここで、静摩擦力μｓは静摩擦係数に対応し、動摩擦力μｄは動摩擦係数に対応する。

（耐久試験条件）
耐久試験条件は、第二軸部材２０を固定し、かつ、第一軸部材１０に捻りトルクを付与した状態で、軸方向に往復移動させる。往復移動の繰り返し回数が、６ｎ回（ｎは設定値）になるまで行う。

（摩擦力測定条件）
静摩擦力μｓおよび動摩擦力μｄは、雌スプライン２１に貼り付けた歪ゲージを用いて行う。静摩擦力μｓおよび動摩擦力μｄの測定は、耐久試験開始前の状態、および、繰り返し回数がｎ、２ｎ、３ｎ、４ｎ、５ｎ、６ｎ回のそれぞれについて行う。

（実施例１（Ａ１））
実施例１は、雄スプライン１１として、鋼材S30Cを鍛造し、焼入れ、焼戻しして形成した雄スプライン１１の母材１６の表面に下地層１７としてリン酸亜鉛被膜を形成し、その上に、表１に示す成分の被膜１８を形成した雄スプライン１１を用い、潤滑剤であるグリースに、表３に示すグリースを用いる場合である。下地層１７の膜厚はばらつきを有し、膜厚の範囲は1〜3μｍとなっている。被膜１８におけるポリエチレン３２の平均粒径は10μｍとし、二硫化モリブデン３３の平均粒径は3μｍとし、ＰＴＦＥの平均粒径は5μｍとする。また、被膜１８の膜厚は10〜20μｍとなっている。また、グリースにおいて、平均粒径は5μｍのＰＴＦＥ、融点220±15℃のステアリン酸系ワックスを用いる。

（実施例２（Ａ２））
実施例２は、雄スプライン１１として、鋼材S30Cを鍛造し、焼入れ、焼戻しして形成した雄スプライン１１の母材１６の表面に、実施例１と同じ下地層１７および被膜１８を形成した雄スプライン１１を用い、潤滑剤であるグリースには、鉱物油を基油とし、増ちょう剤としてステアリン酸Ｌｉ（リチウム石けん）を用い、モリブデン系添加剤を含むグリースを用いる。この下地層１７および被膜１８の膜厚は、実施例１の下地層１７および被膜１８の膜厚と同じである。

（比較例（Ｂ））
比較例は、雄スプライン１１として、下地層１７および被膜１８を形成せずに母材１６を露出させ、潤滑剤であるグリースは、実施例２のグリースを用いる。すなわち、鉱物油を基油とするグリースを用いる。
（参考例（Ｃ））
参考例は、雄スプライン１１として、鋼材S30Cを鍛造し、焼入れ、焼戻しして形成した雄スプライン１１の母材１６の表面に、実施例１と同じ下地層１７を形成し、その上に、表１に示す成分からポリエチレンだけを除いてその除いた質量分をバインダに置き換えた成分の被膜１８を形成した雄スプライン１１を用い、潤滑剤であるグリースは、実施例１のグリースを用いる。すなわち、ポリαオレフィンを基油とするグリースを用いる。この下地層１７および被膜１８の膜厚は、実施例１の下地層１７および被膜１８の膜厚と同じである。

（試験結果）
試験結果は、実施例１、実施例２、比較例、参考例のそれぞれを、表４〜７の順に示す。また、繰り返し回数に対するμｓ／μｄについて、図５に示す。図５において、Ａ１、Ａ２、Ｂ、Ｃは、それぞれ実施例１、実施例２、比較例、参考例を示す。

比較例（Ｂ）は、静摩擦力μｓが動摩擦力μｄより常に大きい。そのため、図５に示すように、縦軸値が常に１より大きい。ここで、図５において、縦軸値が１未満の場合にμ−Ｖ特性が正勾配となり、縦軸値が１より大きい場合にμ−Ｖ特性が負勾配となる。つまり、比較例（Ｂ）では、常にμ−Ｖ特性が負勾配である。そのため、初期状態から、スティックスリップが発生し得る。さらに、繰り返し回数が増加すればするほど、動摩擦力μｄが低下しているため、静摩擦力μｓと動摩擦力μｄとの差（μｓ−μｄ）は、次第に大きくなっている。そのため、繰り返し回数が増加すればするほど、スティックスリップが生じやすくなる。

実施例１（Ａ１）では、比較例（Ｂ）に対して、静摩擦力μｓが大幅に小さくなっていることが分かる。さらに、実施例１（Ａ１）では、静摩擦力μｓが動摩擦力μｄよりも小さい。つまり、μ−Ｖ特性が正勾配となる。特に、初期状態においても、繰り返し回数が増加した場合においても、静摩擦力μｓおよび動摩擦力μｄは共に大きな変化はなく、μｓ／μｄもほぼ一定である。このように、繰り返し回数が増加したとしても、正勾配のμ−Ｖ特性を得ることができる。従って、スティックスリップの発生を長期に亘り確実に抑制できる。

実施例２（Ａ２）は、比較例（Ｂ）に比べて、静摩擦力μｓはそれほど異ならない。しかしながら、比較例（Ｂ）における動摩擦力μｄは繰り返し回数が増加するにつれて小さくなっているのに対して、実施例２（Ａ２）における動摩擦力μｄは、繰り返し回数が増加したとしてもそれほど変化しない。従って、実施例２（Ａ２）においては、初期状態においても、繰り返し回数が増加した状態においても、静摩擦力μｓおよび動摩擦力μｄは共に大きな変化はなく、μｓ／μｄもほぼ一定である。このように、繰り返し回数が増加したとしても、μ−Ｖ特性はほとんど変化せず、スティックスリップの発生を長期に亘り抑制し続けることができる。

参考例（Ｃ）は、比較例（Ｂ）に比べて、試験開始直後の静摩擦力μｓが小さくなっている。そして、参考例（Ｃ）では、初期状態においても、繰り返し回数が増加した状態においても、動摩擦力μｄが静摩擦力μｓより大きい状態が維持されている。つまり、正勾配のμ−Ｖ特性となる。従って、参考例（Ｃ）においては、長期に亘ってスティックスリップの発生を抑制できる。ただし、繰り返し回数が増加するにつれて、静摩擦力μｓも動摩擦力μｄも共に変化している。

実施例１（Ａ１）と参考例（Ｃ）とを比較する。実施例１（Ａ１）は、参考例（Ｃ）に比べて、静摩擦力μｓと動摩擦力μｄとの差μｓ−μｄの絶対値が大きい。つまり、確実に、実施例１（Ａ１）においては、静摩擦力μｓが、動摩擦力μｄより小さい状態となる。このように、実施例１（Ａ１）によれば、確実に、正勾配のμ−Ｖ特性を得ることができる。

さらに、実施例１（Ａ１）は、繰り返し回数が増加したとしても、摩擦力μｓ、μｄが共に小さい状態が維持されているが、参考例（Ｃ）は、繰り返し回数が増加するにつれて摩擦力μｓ、μｄが共に大きくなっている。ここで、摩擦力μｓ、μｄが小さいほど、スティックスリップの発生が抑制される。つまり、実施例１（Ａ１）によれば、参考例（Ｃ）に比べて、摩擦力μｓ、μｄを小さくできるためスティックスリップの発生を抑制できる。

実施例１（Ａ１）と実施例２（Ａ２）の比較、実施例１（Ａ１）と参考例（Ｃ）との比較から、実施例１（Ａ１）が最適な状態となる。つまり、実施例２（Ａ２）のように、下地層１７および被膜１８を形成するが鉱物油を基油とするグリースを用いる場合や、参考例（Ｃ）のように、下地層１７とポリエチレンを除いた被膜１８とを形成してＰＡＯを基油とするグリースを用いる場合に比べて、下地層１７とポリエチレンを含む被膜１８とを形成しかつＰＡＯを基油とするグリースを用いることで、より効果的となる。

この理由は、次のように考えられる。被膜１８の固体潤滑剤に用いるポリエチレン３２は、長大な分子鎖が粒子内で絡み合っている。そして、被膜１８のポリエチレン３２の分子構造とグリースの基油として用いるＰＡＯの分子構造は、類似している。そのため、被膜１８中のポリエチレン３２にＰＡＯが馴染み、ポリエチレン３２の粒子中にＰＡＯが浸み込む状態になるためと考えられる。

特に、グリースの基油として高い動粘度のＰＡＯを用いることで、被膜１８中のポリエチレン３２の粒子中に浸み込んだＰＡＯが強固な油膜を形成し、油膜切れを生じにくい。その結果、被膜１８によるグリースの保持状態を維持しやすい。これにより、上記効果をより効果的に発揮できる。

（潤滑剤基油による静摩擦係数の測定）
次に、潤滑剤基油の種類によって本発明の摺動部材の静摩擦係数がどのように変化するか測定した。SPCC-SB製で35×70×0.3mmの大きさの鋼板に、下地層を形成することなく表１に記載の成分の被膜を形成し、試験片とした。被膜の膜厚はばらつきがあり、膜厚は15〜25μｍの範囲とした。被膜は、鋼板に被膜を形成するための塗料を塗装し、焼成温度180℃で30分保持することにより形成した。

この試験片の被膜全体を、後に示す各潤滑油基油を浸した商品名キムワイプ（登録商標）（日本製紙クレシア株式会社製）で拭くことで、被膜上に潤滑油基油を塗布した。塗布後、試験片を５分間静置した後、新品の商品名キムワイプで被膜上の余分な潤滑油基油を拭き取った。潤滑油基油は試験片の被膜上におよそ0.03mg/mm²付着している。

試験片を表面性測定機（HEIDON-14DR、（登録商標）新東科学株式会社製）の移動台に固定し、直径10mmのJIS SUJ2製で回転不能に固定された鋼球を試験片の被膜上に載置した。鋼球の鉛直方向の上方に分銅を載置し、鋼球が試験片に与える荷重を9.8Nとした。玉は鉛直方向と直角の第１の水平方向に延在するアームを介して表面性測定機に固定されたロードセルに繋がれている。

そして、移動台を水平方向である第１の直線方向に10mmの距離を往復させて、ロードセルでトルクを検出した。移動台を第１の直線方向の正の方向に、0mm/minから一定の加速度で2,000mm/minまで加速してただちに前記一定の加速度と絶対値が等しい一定の加速度で0mm/minまで減速し、ただちに第１の直線方向の負の方向に一定の加速度で-2,000mm/minまで加速しただちに前記一定の加速度と絶対値が等しい一定の加速度で0mm/minまで減速し、これを１摺動回数として、1,000回繰り返した。

静摩擦係数は、１摺動回数が始まる、0mm/minから移動台を第１の直線方向の正の方向に加速するときに、試験片が鋼球に対して滑り出すときの起動トルクと、鋼球が試験片に与える荷重とから求めている。

潤滑剤基油は、表８に示すとおり、フッ素オイル（130mm²/s＠40℃）、シリコーンオイル（100mm²/s＠40℃）、ポリαオレフィン（30mm²/s @40℃）、エステルオイル（100mm²/s @40℃）、鉱油（40mm²/s＠40℃）を用いた。

摺動回数に対する摺動部材の静摩擦係数の測定結果を図６に示す。図６に示すように、フッ素オイルの場合には、測定開始直後から静摩擦係数が0.2以上で高く、摺動回数300回を超えるとさらに静摩擦係数が上昇することがわかった、シリコーンオイルの場合には、測定開始直後において静摩擦係数が0.1程度であり良好である。シリコーンオイルは、表面張力が低いため、被膜にしみ込み易い。しかし、シリコーンオイルに含まれる-Si-O-結合は摺動により壊れやすく、摺動回数が500回を超えると急激に静摩擦係数が上昇する。

鉱油の場合には、静摩擦係数の変化は小さいが、測定開始直後から静摩擦係数が0.18〜0.20程度の高い値である。エステルオイルの場合には、測定開始直後から静摩擦係数が0. 13〜0.14で安定している。ポリαオレフィンの場合には、測定開始直後から静摩擦係数が0.08〜0.11で安定していて好ましいことがわかる。ポリαオレフィンと被膜中のポリエチレンとの分子構造が類似しているため馴染みやすいことにより、上記のような結果が得られたと考えられる。

（ポリエチレン比率による静摩擦係数の測定）
次に、被膜１８に含まれるポリエチレンの比率を変化させた場合において、摺動部材の静摩擦係数がどのように変化するか測定した。ここで、潤滑剤に、実施例１に示すポリαオレフィンを基油とするグリースを用いた。また、測定条件は、被膜１８を変化させることおよび上記潤滑剤を用いること以外は、上述した潤滑油基油の種類を変化させた場合の測定条件と同様である。

それぞれの被膜１８は、バインダと固体潤滑剤の質量比率を2：1の一定とし、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の質量比率を6：4の一定とし、二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の質量比率を5：5の一定とした上で、ポリエチレンの質量比率を表９に示すとおり変化させた。すなわち、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥおよびポリエチレンの合計質量に対するポリエチレンの質量の比率を変化させた。

上記において、摺動回数に対する摺動部材の静摩擦係数の測定結果を図７に示す。図７に示すように、被膜１８にポリエチレンを含まないＥ１と、ポリエチレンを含むＥ２〜Ｅ３とを比較すると、被膜１８にポリエチレンを含ませることによって、静摩擦係数が小さいことがわかった。さらに、被膜１８にポリエチレンを含ませることによって、摺動回数が増加するほど、静摩擦係数の差が顕著となる。

さらに、二硫化モリブデンおよびＰＴＦＥとポリエチレンとの質量比率（以下、「ポリエチレンの質量比率」という）を70：30とした場合が、初期状態においても、かつ、摺動回数が増加した場合においても、最も静摩擦係数が小さい。つまり、被膜１８中のポリエチレンの質量比率が上記比率より少ない場合には、ポリエチレンによる効果を十分に発揮できないことによるものと考えられる。一方、被膜１８中のポリエチレンの質量比率を上記比率より多くすると、ポリエチレンがグリースを吸収しすぎることによって、グリースが少なくなり、結果として静摩擦係数が増大するものと考えられる。

この結果から、バインダと固体潤滑剤の質量比率、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の質量比率、および、二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の質量比率を一定とした場合において、固体潤滑剤のうち二硫化モリブデン、ＰＴＦＥおよびポリエチレンの合計質量に対するポリエチレンの質量比率を、20〜40とするとよいことが分かる。

（バインダと固体潤滑剤の質量比率による静摩擦係数の測定）
次に、被膜１８に含まれるバインダと固体潤滑剤の質量比率を変化させた場合において、摺動部材の静摩擦係数がどのように変化するか測定した。ここで、潤滑剤に、実施例１に示すポリαオレフィンを基油とするグリースを用いた。また、測定条件は、被膜１８を変化させることおよび上記潤滑剤を用いること以外は、上述した潤滑油基油の種類を変化させた場合の測定条件と同様である。

それぞれの被膜１８は、バインダ（Ｂ）に対する固体潤滑剤（Ｐ）の質量比率（Ｐ／Ｂ比）を、0.6、0.5、0.4に変化させた。また、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の質量比率を6：4の一定とし、二硫化モリブデンとＰＴＦＥとポリエチレンの質量比率を3.8：3.8：2.5の一定とした。

摺動回数に対する摺動部材の静摩擦係数の測定結果を図８に示す。図８において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ、Ｐ／Ｂ比を0.6、0.5、0.4とした場合を示す。つまり、Ｐ／Ｂ比を0.5にした場合には、摺動回数が増加した場合であっても、静摩擦係数がほぼ一定となっている。一方、Ｐ／Ｂ比を0.6、0.4の場合には、いずれも、摺動回数を増加した場合に、静摩擦係数が変化している。このように、Ｐ／Ｂ比を0.5にした場合に、長期に亘り静摩擦係数が安定している。つまり、Ｐ／Ｂ比を、0.43〜0.58とするとよいことが分かる。

（すべり速度に対する摩擦係数の測定）
次に、被膜１８の種類と潤滑剤の種類を以下のようにした場合に、リングオンブロック試験を行い、摩擦係数の測定を行った。試験体Ｆ１は、S30Cの被膜として、実施例１に示すとおり、樹脂バインダにポリエチレンを含む固体潤滑剤を含む被膜を形成し、潤滑剤として、ＰＡＯを基油とするグリースを用いた。試験体Ｆ２は、被膜を形成せず、鉱物油を基油とし、モリブデン系添加剤を含むグリースを用いる。被検体Ｆ３は、S30Cの被膜としてダイヤモンドライクカーボン（DLC）を形成し、鉱物油を基油とし、モリブデン系添加剤を含まないグリースを用いる。

リングオンブロック試験において、上記各試験体をブロックに用い、リングにS30Cを用いて、50Nの荷重を与え、すべり速度を、0.009m/s、0.018m/s、0.037m/s、0.073m/s、0.147m/s、0.073m/s、0.037m/s、0.018m/s、0.009m/sに変化させて、各速度において一定時間保持した状態において、摩擦係数を測定した。

試験体Ｆ１の測定結果を図９に，試験体Ｆ２の測定結果を図１０，試験体Ｆ３の測定結果を図１１に示す。図９〜図１１において、すべり速度を上昇させる場合とすべり速度を下降させる場合のそれぞれを示す。

図９より、実施例１に相当する試験体Ｆ１は、すべり速度が増加するにつれて摩擦係数が大きくなり、またすべり速度が低下するにつれて摩擦係数が小さくなっている。つまり、μ−Ｖ特性が正勾配であることが分かる。一方、試験体Ｆ２，Ｆ３は、すべり速度が増加するにつれて摩擦係数が小さくなり、またすべり速度が低下するにつれて摩擦係数が大きくなっている。つまり、μ−Ｖ特性が負勾配であることが分かる。特に、試験体Ｆ１は、他の試験体Ｆ２，Ｆ３と比較して、すべり速度が小さい場合に摩擦係数が小さいことが分かる。

１０：第一軸部材、１１：雄スプライン、１６：母材、１７：下地層、１８：被膜、２０：第二軸部材、２１：雌スプライン、３１：バインダ、３２：ポリエチレン、３３：二硫化物

Claims

表面に被膜を有し、潤滑剤の存在下で摺動する摺動部材であって、
前記被膜は、
バインダとして、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂と、
固体潤滑剤として、二硫化モリブデンと二硫化タングステンのうち少なくとも一方の二硫化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、ポリエチレンと、
を含む摺動部材。
前記エポキシ樹脂と前記フェノール樹脂の質量比率は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して前記フェノール樹脂25〜100質量部であり、
前記被膜全体に対する前記ポリエチレンの質量比率は、5〜10質量％である、請求項１の摺動部材。
前記潤滑剤は、基油としてポリαオレフィン（ＰＡＯ）を含む、請求項１または２の摺動部材。
前記基油の４０℃動粘度は、1,000 mm²/s 以上である、請求項３の摺動部材。
前記摺動部材は、軸方向に摺動するスプラインシャフトである、請求項１〜４の何れか一項の摺動部材。