JP2015040216A - Slide member and bearing using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材の表面に樹脂被膜が被覆された摺動部材とこれを用いた軸受に関する。 The present invention relates to a sliding member whose surface is coated with a resin film and a bearing using the sliding member.
従来から、内燃機関のエンジンなどの摺動部品表面に、耐摩耗性又は耐焼き付き性を改善する手段の一つとして、潤滑被膜を形成する方法が採用されている。潤滑被膜の摺動特性を改善する手段として、バインダーとなる樹脂に固体潤滑剤を配合した潤滑被膜を被覆した摺動部材が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method of forming a lubricating coating has been adopted as one means for improving wear resistance or seizure resistance on the surface of sliding parts such as engines of internal combustion engines. As means for improving the sliding characteristics of the lubricating coating, a sliding member has been proposed in which a lubricating coating in which a solid lubricant is blended with a resin serving as a binder is coated.
たとえば、特許文献1には、基材の表面に被覆された第1被膜と、第1被膜の表面に被覆された第2被膜とからなる潤滑被膜が形成された摺動部材が提案されている。ここで、第1被膜はポリテトラフルオロエチレンと二硫化モリブデンとからなる固体潤滑剤と、該固体潤滑剤を結合する結合樹脂からなり、第2被膜は、窒化ホウ素からなる固体潤滑剤と、窒化珪素及びアルミナからなる硬質粒子と、これらを結合する結合樹脂からなる。
For example,
しかしながら、特許文献1の如き潤滑被膜を摺動部材に設けた場合、初期の摺動段階で摺動する摺動面が形成された第2被膜は、硬質粒子と固体潤滑剤が結合樹脂により結合された被膜である。このため、第2被膜は摺動初期段階で摩耗し難く、特に低負荷時(低面圧が作用した時)にはこのことが顕著である。この結果、初期の段階で早期に馴染み性を得ることができず、良好な摺動面を得るのに時間がかかることがあった。
However, when the lubricating film as in
本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摺動時において、早期に初期馴染みを高めることができる摺動部材を提供することにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a sliding member that can enhance initial familiarity at an early stage during sliding.
前記課題を鑑みて、本発明に係る摺動部材は、基材の表面に潤滑被膜が被覆された摺動部材であって、前記潤滑被膜は、前記基材の表面に被覆された第1被膜と、該第1被膜の表面に被覆された第2被膜とからなり、前記第1被膜は、固体潤滑剤と、該固体潤滑剤を結合する結合樹脂と、からなり、前記第2被膜は、表面および孔の内面を被覆するようにフッ素系有機物が化学的に結合した多孔性粒子と、該多孔性粒子を結合する結合樹脂と、からなることを特徴とする。 In view of the above problems, the sliding member according to the present invention is a sliding member in which a surface of a base material is coated with a lubricating film, and the lubricating film is a first film in which the surface of the base material is coated. And a second coating coated on the surface of the first coating, wherein the first coating comprises a solid lubricant and a binding resin that binds the solid lubricant, and the second coating comprises: It is characterized by comprising porous particles in which a fluorine-based organic material is chemically bonded so as to cover the surface and the inner surface of the pores, and a binding resin for bonding the porous particles.
本発明によれば、第2被膜には、フッ素系有機物が多孔性粒子の表面および孔の内面を被覆しているので、第2被膜の表面は撥油性を有する。さらに多孔性粒子が摩耗し始めたとしても、その内部にはフッ素系有機物を有しているので第2被膜の表面は撥油性を有することになる。これにより、第2被膜には摺動時に油膜が形成され難く、摺動部材と摺動する相手部材と直接接触し易いので、第2被膜は摩耗しやすい。 According to the present invention, since the fluorinated organic material covers the surface of the porous particles and the inner surface of the pores in the second coating, the surface of the second coating has oil repellency. Furthermore, even if the porous particles begin to wear, the surface of the second coating film has oil repellency because it contains a fluorine-based organic substance. As a result, an oil film is not easily formed on the second coating during sliding, and the second coating is likely to wear because it is easy to directly contact the sliding member and the mating member.
初期馴染みの段階では、第2被膜の一部が残存し、その下地となる第1被膜が一部露出し、第2被膜の撥油性により第1被膜の一部も油膜が形成され難いが、第1被膜には固体潤滑剤が含まれているので、第1被膜の表面の馴染み性を高めつつもその摩耗を抑制することができる。このような結果、第1被膜に良好な摺動面が形成されることになる。このようにして、摺動部材の摺動時において、早期に初期馴染みを高めることができる。 At the initial familiarization stage, a part of the second film remains, a part of the first film as a base is exposed, and an oil film is hardly formed on a part of the first film due to the oil repellency of the second film. Since the first coating contains a solid lubricant, it is possible to suppress wear while improving the conformability of the surface of the first coating. As a result, a good sliding surface is formed on the first coating. In this way, the initial familiarity can be increased early when the sliding member slides.
より好ましい態様しては、前記第2被膜に対して、前記多孔性粒子が30質量%以上含有している。本発明によれば、上述した割合の多孔性粒子を第2被膜に含有させることにより、第2被膜の表面の撥油性を安定的に保持することができる。ここで、多孔性粒子を30質量%未満の割合で含有させた場合には、第2被膜の撥油性が高まることがある。また、結合樹脂により多孔質粒子同士を結合させるためには、多孔性粒子は50質量%以下で含有していることが好ましい。 In a more preferred embodiment, the porous particles are contained in an amount of 30% by mass or more with respect to the second coating. According to the present invention, the oil repellency of the surface of the second coating can be stably maintained by containing the porous particles in the above-described proportion in the second coating. Here, when the porous particles are contained in a proportion of less than 30% by mass, the oil repellency of the second coating may be increased. In order to bind the porous particles to each other with the binding resin, the porous particles are preferably contained at 50% by mass or less.
さらに、好ましい態様としては、前記多孔性粒子の孔径は、4〜100nmである。この態様によれば、多孔性粒子の孔径を上述した範囲とすることにより、室温ばかりでなく、高温(80℃程度の温度)時においても第2被膜の撥油性を確保することができる。孔径が100nmを超えた場合には、孔径が大きすぎるため、孔内の空気層の割合が大きくなり過ぎ、撥油性の効果を得ることができない場合がある。また、孔径が4nmよりも小さい場合も同様に、空気層がほとんどないため十分な撥油性を得ることができない。 Furthermore, as a preferable aspect, the pore diameter of the porous particles is 4 to 100 nm. According to this aspect, by setting the pore diameter of the porous particles in the above-described range, the oil repellency of the second coating can be ensured not only at room temperature but also at a high temperature (a temperature of about 80 ° C.). When the pore diameter exceeds 100 nm, the pore diameter is too large, so that the proportion of the air layer in the pore becomes too large, and the oil repellency effect may not be obtained. Similarly, when the pore diameter is smaller than 4 nm, sufficient air repellency cannot be obtained because there is almost no air layer.
さらに、好ましい態様としては、前記第1被膜および第2被膜に含まれる結合樹脂は、同じ種類の結合樹脂である。この態様によれば、第1被膜および第2の被膜に含まれる結合樹脂を同じ種類の樹脂とすることにより、第1被膜と第2被膜との界面に密着性を高めることができる。 Furthermore, as a preferable aspect, the binding resin contained in the first coating and the second coating is the same type of binding resin. According to this aspect, adhesiveness can be improved at the interface between the first film and the second film by using the same type of resin as the binding resin contained in the first film and the second film.
このような摺動部材を好適に適用する場合のより好ましい態様としては、摺動部材は、軸受であり、前記軸受のインナーレースまたはアウターレースの少なくとも一方である。軸受のインナーレースおよびアウターレースの摺動面は、一般的に機械部品に比べて低い面圧が作用するので、上述した潤滑被膜の初期馴染み性を早期に発現することができる。 As a more preferable aspect in the case of suitably applying such a sliding member, the sliding member is a bearing and is at least one of an inner race or an outer race of the bearing. Since the sliding surfaces of the inner race and the outer race of the bearing generally have a lower surface pressure than that of mechanical parts, the initial familiarity of the lubricating coating described above can be expressed at an early stage.
本発明によれば、摺動時において、早期に初期馴染みを高めることができる。 According to the present invention, initial familiarity can be increased at an early stage during sliding.
以下、図面を参照して、本実施形態に基づき本発明を説明する。
図1は、本発明の本実施形態に係る摺動部材の模式的概念図であり、図2は、図1に示す摺動部材の摺動面の拡大断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described based on the present embodiment with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic conceptual view of a sliding member according to this embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a sliding surface of the sliding member shown in FIG.
本実施形態に係る摺動部材1は、図1に示すように、基材11の表面に潤滑被膜10が被覆されている。潤滑被膜10は、基材11の表面に被覆された第1被膜12と、該第1被膜12の表面に被覆された第2被膜15とからなる。
As shown in FIG. 1, the sliding
第1被膜12は、固体潤滑剤13と、固体潤滑剤13を結合する結合樹脂14と、からなる。図1および図2に示すように、第2被膜15は、表面および孔(細孔)16bの内面を被覆するようにフッ素系有機物16aが化学的に結合した多孔性粒子16と、多孔性粒子16を結合する結合樹脂17と、からなる。
The
ここで、基材11は、鉄、アルミニウムなどの金属材料ばかりでなく、アルミナ等のセラミックス材料であってもよく、後述する潤滑被膜よりも硬度および強度が高い材料であれば、特に限定されるものではない。
Here, the
第1被膜12の固体潤滑剤13同士を結合する結合樹脂(マトリクス樹脂)14および第2被膜15の多孔性粒子同士を結合する結合樹脂(マトリクス樹脂)17は、100℃以上、好ましくは150℃以上で熱変形する樹脂であることが望ましい。たとえば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などを挙げることができる。
The bonding resin (matrix resin) 14 for bonding the
ここで、本実施形態では、第1被膜12および第2被膜15に含まれる結合樹脂は、同じ種類の結合樹脂である。このように、第1被膜12および第2被膜15に含まれる結合樹脂を同じ種類の結合樹脂とすることにより、第1被膜12と第2被膜15との密着性を高めることができる。
Here, in this embodiment, the binding resin included in the
第1被膜12に含まれる固体潤滑剤13としては、たとえば、二硫化モリブデン、PTFE、グラファイトなどを挙げることができる。第2被膜15に含まれる多孔性粒子16としては、たとえば、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、酸化ニオブ粒子、酸化タングステン粒子、ゼオライト粒子などの多孔性粒子を挙げることができる。
Examples of the
この多孔性粒子16の表面および孔(細孔)16bに化学的に結合するフッ素系有機物16aとしては、フルオロアルキルシランなどを挙げることができ、その他にも、たとえば、パーフルオロアルキルカルボン酸系、パーフルオロアルキルスルホン酸系、パーフルオロアルキルリン酸系の表面処理剤、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー、PTFEに代表される各種フッ素系樹脂、フッ化グラファイト、フッ化ピッチ等であってもよい。
Examples of the fluorine-based
ここで、フッ素系有機物16aは、多孔性粒子16の表面および孔(細孔)16の内面に単分子膜の状態で化学的に結合している。これにより、多孔性粒子16の孔を塞ぐことなく、その孔の状態を維持することができ、図2に示すように、フッ素系有機物の単分子膜が被覆され状態の粒子が多孔性粒子となっている。このような結果、多孔性粒子16の表面に形成される孔(空気層)により、第2被膜15の表面の接触角を大きく、その滑落角度を小さくすることができ、第2被膜15の摩耗が進行したとしても、撥油性を維持することができる。
Here, the fluorinated
このようなフッ素系有機物が被覆された状態の多孔性粒子の孔径は、4〜100nmであることが好ましく、第2被膜に対して、多孔性粒子が30質量%以上含有していることが好ましい。なお、この好ましい孔径および含有量(添加量)の理由については、後述の実施例において説明する。 The pore diameter of the porous particles coated with such a fluorine-based organic material is preferably 4 to 100 nm, and the porous particles preferably contain 30% by mass or more with respect to the second coating. . In addition, the reason for this preferable pore diameter and content (addition amount) will be described in Examples described later.
このような多孔性粒子16は、たとえば、ゾル・ゲル法などで作製しており、たとえば、シリカ粒子を同方法で合成する場合、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル)などのアルコキシドを酸性、もしくは塩基性条件下で、加水分解・重縮合反応により、アルコールを脱離させて合成し、その後、アルコールを含め、シリカ以外の成分を分離し乾燥・焼成することにより得ることができる。多孔性粒子の細孔径は、混合割合等を変化させることにより、変化させることができる。
Such
そして、得られた多孔性粒子16の表面および孔(細孔)16bの内面に、表面グラフト法、湿式法、またはスパッタ法などを利用して、フッ素系有機物16aを被覆する。たとえば、表面グラフト法の場合、まず、低真空乾燥窒素雰囲気中で、多孔性粒子16に均一に紫外線を照射し、多孔性粒子16の表面および孔(細孔)16bの内面を活性化する。次に、グローブボックス内を窒素雰囲気で満たし、多孔性粒子16と試薬となるフッ素系有機物(たとえばフルオロアルキルシラン、代表的な化学構造はCF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3など、東京化成品工業社製(T1770,T2577,T2705など))を耐圧容器内に封入し、耐圧容器をオーブンに入れて化学気相吸着させる。このようにして、多孔性粒子16の孔(細孔)16bを塞ぐことなく(埋まることなく)、多孔性粒子16の表面および孔(細孔)16bの内面にフッ素系有機物16aを被覆することができる。
Then, the surface of the obtained
そして、第1被膜12および第2被膜15を被覆する際には、上述した結合樹脂(マトリクス樹脂)を有機溶剤に溶解し、第1被膜12には、固体潤滑剤13を添加し、第2被膜15には、多孔性粒子16を添加する。たとえば、結合樹脂にポリアミドイミド樹脂を用いた場合には、有機溶剤として、N−メチル―2ピロリドン(NMP)、N−エチルピロリドン(NEP)、1,3-ジメチル―2−イミダゾリジノン(DMI)、γ―ブチルラクトン(GBL)などを挙げることができる。また、エポキシ樹脂を用いる場合には、メチルエチルケトン(MEK)、トルエンを用いることができる。そして、これらの溶液を順次塗布焼成して、第1被膜12および第2被膜15が順次成膜される。
Then, when the
このようにして得られた摺動部材1は、以下の効果を期待することができる。まず、第2被膜15には、フッ素系有機物16aが多孔性粒子16の表面および孔16bの内面を被覆しているので、第2被膜15の表面は撥油性を有する。
The sliding
さらに、多孔性粒子16が摩耗し始めたとしても、その内部にはフッ素系有機物16aを有しているので第2被膜15の表面は撥油性を有することになる。これにより、第2被膜15の表面には摺動時に、油膜50が形成され難く、摺動部材1と摺動する相手部材と直接接触するので、第2被膜は摩耗しやすい。
Furthermore, even if the
初期馴染みの段階では、第2被膜15の一部が残存し、その下地となる第1被膜12が一部露出し、第2被膜15の撥油性により第1被膜12の一部も油膜が形成され難いが、第1被膜12には固体潤滑剤が含まれているので、第1被膜12の表面の馴染み性を高めつつもその摩耗を抑制することができる。このような結果、第1被膜12に良好な摺動面が形成されることになる。このようにして、摺動部材1の摺動時において、早期に初期馴染みを高めることができる。
At the initial familiarization stage, a part of the
以下の本発明を実施例により説明する。
<確認試験1〜7>
まず、確認試験1〜7では、無孔性シリカ粒子を用いて、バインダーとなる結合樹脂を用いずに撥油性の確認試験を行った。無孔性シリカ粒子の表面には、フッ素系有機物として、フルオロアルキルシランCF3(CF2)CH2CH2Si(CH3)3を被覆して試験片を作製した。表面グラフト法により各微粒子にフルオロアルキルシランを結合させた。まず、低真空2000Pa・乾燥窒素雰囲気中で、フルオロアルキルシランシリカ微粒子に均一に紫外線を10分間照射した。次に、グローブボックス内を窒素雰囲気で満たし、上述した無孔性シリカ微粒子とフルオロアルキルシランを耐圧容器内に封入し、耐圧容器を180℃のオーブンに90分間入れて化学気相吸着させた。なお、確認試験1〜7では、表1に示す平均粒径の無孔性シリカ粒子を用いた。
The following examples illustrate the invention.
<Confirmation tests 1-7>
First, in the confirmation tests 1 to 7, non-porous silica particles were used, and an oil repellency confirmation test was performed without using a binder resin serving as a binder. The surface of the nonporous silica particles was coated with fluoroalkylsilane CF 3 (CF 2 ) CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 3 as a fluorine-based organic material to prepare a test piece. Fluoroalkylsilane was bonded to each fine particle by a surface graft method. First, the fluoroalkylsilane silica fine particles were uniformly irradiated with ultraviolet rays for 10 minutes in a low vacuum of 2000 Pa and a dry nitrogen atmosphere. Next, the inside of the glove box was filled with a nitrogen atmosphere, the above-mentioned nonporous silica fine particles and fluoroalkylsilane were sealed in a pressure vessel, and the pressure vessel was placed in an oven at 180 ° C. for 90 minutes for chemical vapor adsorption. In
なお、無孔性シリカ粒子の粒径に関しては、SALD−7100(島津製作所社製)を用いて計測した。計測原理は、光源から発せられたレーザービームをコリメータによって少し太いビームに変換し、無孔性シリカ粒子の粒子群に照射する。粒子群から発せられた広角60°までの前方散乱光は、レンズによって集光され、焦点距離の位置にある受光素子で、回折・散乱像を検出する。このようにして検出されたすべての方向の光強度データが光強度分布データとなり、このデータに基づいて粒度分布を算出した。 The particle size of the nonporous silica particles was measured using SALD-7100 (manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement principle is that a laser beam emitted from a light source is converted into a slightly thick beam by a collimator and irradiated to a group of nonporous silica particles. Forward scattered light emitted from the particle group up to a wide angle of 60 ° is collected by a lens, and a diffraction / scattered image is detected by a light receiving element located at a focal length. The light intensity data in all directions detected in this way became the light intensity distribution data, and the particle size distribution was calculated based on this data.
<接触角の試験>
確認試験1〜7に係る試験片に対して、25℃、80℃それぞれのエンジンオイルに対する接触角を測定した。接触角測定装置(LSE−B100、株式会社あすみ技研社製)は、固体基板上に液滴を滴下する液滴滴下装置、CCDカメラおよびこれにより液滴画像を取り込む取り込み装置、取り込まれた液滴画像の輪郭から、試験片に対する接触角を算出する画像解析装置から構成されている。
<Contact angle test>
The contact angles with respect to the engine oil at 25 ° C. and 80 ° C. were measured for the test pieces according to
液滴滴下装置として、1.0mlのシリンジを用い、約0.1mlの液滴(エンジンオイルを使用)を試験片上に作った。CCDカメラによりコンピュータに取り込まれた液滴画像から、市販の画像解析ソフトウェアを利用して、液滴の輪郭を座標として読み込んだ。読み取った液滴の形状からLaplaceの式に従って、画像解析装置を利用して、接触角を算出した。この結果を図5に示す。 As a droplet dropping device, a 1.0 ml syringe was used, and about 0.1 ml of a droplet (using engine oil) was formed on the test piece. The droplet outline was read as coordinates from the droplet image captured by the CCD camera into the computer using commercially available image analysis software. The contact angle was calculated from the shape of the read droplet using an image analyzer according to the Laplace equation. The result is shown in FIG.
<滑落角の試験>
確認試験1〜7に係る試験片に対して、25℃、80℃それぞれのエンジンオイルに対する滑落角を測定した。装置構成は上述した接触角測定装置と同じものであり、滴下装置に、0.1°の分解能で、固体基板(試験片)に傾斜をつけることが可能な装置を用いた。
<Sliding angle test>
The sliding angle with respect to the engine oil of 25 degreeC and 80 degreeC was measured with respect to the test piece which concerns on the confirmation tests 1-7. The apparatus configuration is the same as the contact angle measuring apparatus described above, and an apparatus capable of inclining a solid substrate (test piece) with a resolution of 0.1 ° is used as the dropping apparatus.
液滴滴下装置として、5.0mlのシリンジを用い、約1.0mlの液滴(エンジンオイルを使用)を試験片上に作った。その後、試験片の角度を0.5°間隔で徐々に増加させていき、CCDカメラによりコンピュータに液滴の画像を取り込む。そして、液滴が1mm移動したときの角度を滑落角として計測した。この結果を図6に示す。 As a droplet dropping device, a 5.0 ml syringe was used, and about 1.0 ml of a droplet (using engine oil) was formed on the test piece. Thereafter, the angle of the test piece is gradually increased at intervals of 0.5 °, and the image of the droplet is taken into the computer by the CCD camera. And the angle when a droplet moved 1 mm was measured as a sliding angle. The result is shown in FIG.
図5に示すように、いずれの試験片もエンジンオイルに対して接触角115°〜120°を維持しているが、実働温度領域である油温80℃においては、粒子1μm以上で接触角が徐々に低下し、撥油性能が低下していることがわかる。 As shown in FIG. 5, all the test pieces maintain a contact angle of 115 ° to 120 ° with respect to the engine oil. However, at an oil temperature of 80 ° C., which is an actual working temperature region, the contact angle is 1 μm or more. It can be seen that the oil repellency is gradually lowered.
さらに、図6に示すように、室温では、粒径が1μm以下の粒子であれば、滑落角度10℃程度を維持しているが、油温80℃において撥油性を維持するには、粒子径は、確認試験1および2の試験片の範囲である10〜50nmが好ましいといえる。これは、10〜50nmの粒径の粒子を用いることにより、その表面に微小な凹凸が形成され、高温においても撥油性能がより発現すると考えられる。そして粒径が大きくなるに従って、粒子間に形成される空気層の体積が増加し、さらには温度の増加に伴う油の粘度の低下や表面張力の低下により、撥油性能は減少すると考えられる。 Furthermore, as shown in FIG. 6, at a room temperature, if the particle diameter is 1 μm or less, the sliding angle is maintained at about 10 ° C. However, in order to maintain oil repellency at an oil temperature of 80 ° C., the particle diameter It can be said that 10-50 nm which is the range of the test piece of the confirmation tests 1 and 2 is preferable. This is considered to be because fine irregularities are formed on the surface by using particles having a particle diameter of 10 to 50 nm, and the oil repellency is more exhibited even at high temperatures. As the particle size increases, the volume of the air layer formed between the particles increases, and the oil repellency is considered to decrease due to a decrease in oil viscosity and a decrease in surface tension accompanying an increase in temperature.
<確認試験8〜12>
まず、確認試験8〜12では、多孔性(多孔質)シリカ粒子を用いて、バインダーとなる結合樹脂を用いずに撥油性の確認試験を行った。なお、確認試験8〜12では、多孔性シリカ粒子の細孔径を表2に示す範囲とした。
<Confirmation test 8-12>
First, in the confirmation tests 8 to 12, an oil repellency confirmation test was performed using porous (porous) silica particles without using a binder resin serving as a binder. In the confirmation tests 8 to 12, the pore diameter of the porous silica particles was set in the range shown in Table 2.
多孔性シリカ粒子の細孔径は、例えば、アサップ2020シリーズ(島津製作所社製)を用いて計測した。計測原理は、粉体粒子の表面に吸着占有面積の既知のガス分子を吸着させ、その量から試料の比表面積や細孔分布を測定する(ガス吸着法)。 The pore diameter of the porous silica particles was measured using, for example, Asap 2020 series (manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement principle is to adsorb gas molecules having a known adsorption area on the surface of powder particles, and measure the specific surface area and pore distribution of the sample from the amount (gas adsorption method).
多孔性シリカ粒子の表面および孔(細孔)の内面には確認試験1〜7と同様に、フルオロアルキルシランを被覆して、試験片を作製した。確認試験8〜12の試験片に対して、確認試験1〜7のものと同じように、接触角および滑落角の測定試験を行った。この結果を、図7および図8に示す。 The surface of the porous silica particles and the inner surfaces of the pores (pores) were coated with fluoroalkylsilane in the same manner as in the confirmation tests 1 to 7 to prepare test pieces. The test pieces for the confirmation tests 8 to 12 were subjected to the contact angle and sliding angle measurement tests in the same manner as for the confirmation tests 1 to 7. The results are shown in FIG. 7 and FIG.
図7および図8に示すように、粒径が5μmであるにも拘らず、細孔の効果により撥油効果が発現した。図7に示すように、80℃においても、確認試験8〜11の如く、細孔径が4〜100nmでは、接触角115°〜120°の範囲を維持している。また、図8に示すように、確認試験8〜11の如く、細孔径が4〜100nmで、低い値を維持し、確認試験9および10の如く、細孔径が10〜50nmであればさらに滑落角度が低い値を示していた。 As shown in FIGS. 7 and 8, the oil repellency effect was exhibited by the effect of the pores despite the particle size being 5 μm. As shown in FIG. 7, even at 80 ° C., as in the confirmation tests 8 to 11, when the pore diameter is 4 to 100 nm, the contact angle range of 115 ° to 120 ° is maintained. Further, as shown in FIG. 8, the pore diameter is 4 to 100 nm as in the confirmation tests 8 to 11 and maintains a low value, and if the pore diameter is 10 to 50 nm as in the confirmation tests 9 and 10, it further slides down. The angle showed a low value.
以上のことから、多孔性粒子の細孔径を4〜100nmとすることにより、室温ばかりでなく、高温(80℃程度の温度)時においても第2被膜の撥油性を確保することができると考えられる。孔径が100nmを超えた場合には、細孔径が大きすぎるため、孔内の空気層の割合が大きくなり過ぎ、撥油性の効果を得ることができない場合があると考えられる。また、孔径が4nmよりも小さい場合も同様に、空気層がほとんどないため十分な撥油性を得ることができないと考えられる。 From the above, it is considered that the oil repellency of the second coating can be secured not only at room temperature but also at a high temperature (temperature of about 80 ° C.) by setting the pore diameter of the porous particles to 4 to 100 nm. It is done. When the pore diameter exceeds 100 nm, the pore diameter is too large, so that the ratio of the air layer in the pores becomes too large, and it may be impossible to obtain an oil repellency effect. Similarly, when the pore diameter is smaller than 4 nm, it is considered that sufficient oil repellency cannot be obtained because there is almost no air layer.
<実施例1〜4>
実施例1〜4では、確認試験9に係る多孔性粒子(撥油性粒子)を用いて以下の表3に示す摺動部材を作製した。具体的には、第1被膜及び第2被膜の結合樹脂としてポリアミドイミド(PAI)樹脂を準備した。有機溶剤としてN−メチル―2ピロリドン(NMP)を準備し、PAIを溶解した。
<Examples 1-4>
In Examples 1 to 4, sliding members shown in Table 3 below were produced using the porous particles (oil-repellent particles) according to Confirmation Test 9. Specifically, a polyamideimide (PAI) resin was prepared as a binding resin for the first coating and the second coating. N-methyl-2pyrrolidone (NMP) was prepared as an organic solvent, and PAI was dissolved.
PAIが溶解した溶液に、以下の表3に示す割合で固体潤滑剤(二硫化モリブデン(MoS2)、グラファイト、PTFE)を添加し、ニーダーを用いて1時間混練し、20℃における粘度が10〜100Pa・sの第1被膜用組成物を得た。 A solid lubricant (molybdenum disulfide (MoS 2 ), graphite, PTFE) is added to the solution in which PAI is dissolved in the ratio shown in Table 3 below, and the mixture is kneaded for 1 hour using a kneader, and the viscosity at 20 ° C. is 10 A composition for the first film of ˜100 Pa · s was obtained.
上述したPAIが溶解した溶液に、以下の表3に示す割合でフルオロアルキルシランが被覆された多孔性粒子(確認試験9で作製した粒子(撥油性粒子))を添加し、ニーダーを用いて1時間混練し、20℃における粘度が10〜100Pa・sの第2被膜用組成物を得た。 Porous particles coated with fluoroalkylsilane (particles prepared in Confirmation Test 9 (oil-repellent particles)) at a ratio shown in Table 3 below are added to the solution in which the PAI is dissolved, and 1 using a kneader. The composition for the 2nd film which knead | mixed for time and whose viscosity in 20 degreeC is 10-100 Pa.s was obtained.
まず、アルミニウム合金基板(基材)上に、第1被膜用組成物をメッシュサイズ(#100)のスクリーンを用いてスクリーン印刷し、予備加熱として90℃、20分間焼成し、第1被膜を成膜した。次に、第1被膜の上に、第2被膜用組成物をメッシュサイズ(#100)のスクリーンを用いてスクリーン印刷し、予備加熱として180℃、90分間焼成して、有機溶剤を揮発させることにより、膜厚10μm(第2被膜膜厚:約2mm、第1被膜膜厚:約8μm)の潤滑被膜が被覆された摺動部材を得た。 First, a first coating composition is screen-printed on an aluminum alloy substrate (base material) using a mesh size (# 100) screen, and pre-heated at 90 ° C. for 20 minutes to form a first coating. Filmed. Next, the composition for the second film is screen-printed on the first film using a mesh size (# 100) screen and baked at 180 ° C. for 90 minutes as preheating to volatilize the organic solvent. Thus, a sliding member coated with a lubricating coating having a thickness of 10 μm (second coating thickness: about 2 mm, first coating thickness: about 8 μm) was obtained.
<比較例1〜3>
実施例1と同じように、摺動部材を作製した。比較例1が実施例1と相違する点は、第2被膜に撥油性粒子の代わりに、窒化ホウ素粒子を添加している点である。比較例2が実施例1と相違する点は、第2被膜に撥油性粒子の代わりに、窒化ホウ素粒子を添加し、さらに第1被膜の二硫化モリブデン(MoS2)の添加量を減量し、その代りにグラファイトを添加した点である。比較例3が実施例1と相違する点は、第2被膜に撥油性粒子の代わりに、多孔性シリカ粒子を添加した点(すなわち多孔性シリカ粒子にフルオロアルキルシランCF3(CF2)CH2CH2Si(CH3)3を被覆しなかった点)である。
<Comparative Examples 1-3>
A sliding member was produced in the same manner as in Example 1. Comparative Example 1 is different from Example 1 in that boron nitride particles are added to the second coating instead of oil-repellent particles. Comparative Example 2 is different from Example 1 in that boron nitride particles are added to the second coating instead of oil-repellent particles, and the addition amount of molybdenum disulfide (MoS 2 ) in the first coating is further reduced. Instead, graphite is added. Comparative Example 3 is different from Example 1 in that porous silica particles are added to the second coating instead of oil-repellent particles (that is, fluoroalkylsilane CF 3 (CF 2 ) CH 2 is added to the porous silica particles. (CH 2 Si (CH 3 ) 3 not covered)).
(摩擦特性・焼付特性の評価試験)
図3に示すように、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材1を、ねずみ鋳鉄(FC230)よりなる相手部材(円筒テストピース)20の端面に押し付けて、摩擦特性および焼付特性を評価した。具体的には、エンジンオイル中(80℃)において、ならし運転後、試験運転をステップアップさせた時の試験面圧10MPa時の摩擦係数を測定し、摩耗特性を評価した。さらに、この試験荷重をステップアップさせ、摺動部材1の第1被膜が摩滅または剥離した時に摺動部材1と相手部材とが直接接触し、トルクが急上昇する荷重(焼付荷重)を測定し、焼付評価を行った。
(Evaluation test of friction characteristics and seizure characteristics)
As shown in FIG. 3, the sliding
図9は、実施例1〜4および比較例1、2に係る摺動部材の摩擦係数を示した図であり、図10は、実施例1〜4および比較例1、2に係る摺動部材の焼付面圧を示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing the friction coefficients of the sliding members according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 10 is a sliding member according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. It is the figure which showed the printing surface pressure of no.
(摩耗特性の評価試験)
図4に示すように、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材1を、回転するねずみ鋳鉄(FC230)よりなる相手部材(円筒テストピース)30の外周面に押し付けて、摩耗特性を評価した。具体的には、エンジンオイル中(80℃)において、ならし運転後、試験荷重45MPaで、一定時間(3分間)の摩耗試験を行った後の潤滑被膜の摩耗深さを測定し、摩耗特性を評価した。図11は、実施例1〜4および比較例1、2に係る摺動部材の摩耗量を示した図である。
(Abrasion characteristics evaluation test)
As shown in FIG. 4, the sliding
(初期馴染み特性の評価試験)
図3に示す装置を用いて馴染み特性をした。具体的には、エンジンオイル中(80℃)において、ならし運転後、試験荷重一定のもの摩擦係数の推移を評価した。図12は、実施例1〜4および比較例1、2に係る摺動部材の高面圧における時間経過に伴う摩擦係数の変化を示した図である。図13は、実施例1〜4および比較例1、2に係る摺動部材の低面圧(1MPa)における時間経過に伴う摩擦係数の変化を示した図である。図14は、実施例1および比較例1、3に係る摺動部材の低面圧(1MPa)における時間経過に伴う摩擦係数の変化を示した図である。
(Evaluation test of initial familiarity characteristics)
Using the apparatus shown in FIG. Specifically, in engine oil (80 ° C.), after the running-in operation, the transition of the friction coefficient with a constant test load was evaluated. FIG. 12 is a diagram illustrating a change in the coefficient of friction with time in the high surface pressure of the sliding members according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 13 is a diagram showing a change in the friction coefficient with the passage of time at a low surface pressure (1 MPa) of the sliding members according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 14 is a diagram showing a change in the coefficient of friction with the passage of time at a low surface pressure (1 MPa) of the sliding members according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3.
[結果1および考察1]
図9に示すように、摩擦係数の評価試験において、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材の摩擦係数は同程度であった。図10に示すように、焼付特性の評価試験において、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材の焼付面圧は同程度であった。図11に示すように、摩耗特性の評価試験において、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材の摩耗量は同程度であった。試験後の摺動面を確認すると、いずれの摺動部材も第2の被膜層は摩滅し、第1被膜は残存しており、残存した第1被膜が起因した結果、上述した評価結果が、いずれの摺動部材も同程度となったと考えられる。
[
As shown in FIG. 9, in the friction coefficient evaluation test, the friction coefficients of the sliding members of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were comparable. As shown in FIG. 10, in the seizure characteristics evaluation test, the seizure surface pressures of the sliding members of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were comparable. As shown in FIG. 11, in the wear characteristic evaluation test, the wear amounts of the sliding members of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were comparable. When the sliding surface after the test is confirmed, the second coating layer of each sliding member is worn away, the first coating remains, the result of the remaining first coating, the above-described evaluation result is It is thought that all the sliding members became the same level.
図12に示すように、馴染み特性の評価試験において、実施例1〜4および比較例1、2の摺動部材の高面圧時(5MPa)の摩擦係数は同程度であったが、図13に示すように、実施例1〜4の低面圧時(1MPa)の摩擦係数は、比較例1または2のものよりも低くなっていた。 As shown in FIG. 12, in the familiarity property evaluation test, the friction coefficient at the time of high surface pressure (5 MPa) of the sliding members of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was comparable. As shown in FIG. 2, the friction coefficient at the time of low surface pressure (1 MPa) in Examples 1 to 4 was lower than that in Comparative Example 1 or 2.
これは、実施例1〜4の摺動部材は、第2被膜(すなわち上層皮膜)に撥油性を付与することにより、積極的に低面圧下でも固体接触を促して、潤滑被膜自体を相手部材に倣うように摩耗させることができたことによると考えられる。 This is because the sliding members of Examples 1 to 4 positively promote solid contact even under low surface pressure by imparting oil repellency to the second coating (that is, the upper coating), and the lubricating coating itself is used as the counterpart member. This is thought to be due to the fact that it was able to be worn so as to follow.
さらに、図14に示すように、比較例3の如く、多孔性シリカ粒子の表面および孔の内面にフッ素系有機物(フルオロアルキルシラン)を被覆しなかった場合には、実施例1の如き馴染み特性は得られず、比較例1と同様であることがわかる。 Furthermore, as shown in FIG. 14, when the surface of the porous silica particles and the inner surface of the pores were not coated with a fluorine-based organic material (fluoroalkylsilane) as in Comparative Example 3, the familiar characteristics as in Example 1 were obtained. Is not obtained and is understood to be the same as in Comparative Example 1.
<実施例5>
実施例1と同じように、摺動部材を作製した。比較例1が実施例1と相違する点は、多孔性シリカ粒子の代わりに多孔性チタニア粒子を用い、実施例1と同じように、この粒子の表面および孔(細孔)の内面にフルオロアルキルシランの単分子膜を被覆した点である。
<Example 5>
A sliding member was produced in the same manner as in Example 1. Comparative Example 1 is different from Example 1 in that porous titania particles are used in place of the porous silica particles, and as in Example 1, the surface of the particles and the inner surface of the pores (pores) are fluoroalkyl. This is the point where a monomolecular film of silane is coated.
<比較例4>
実施例5と同じように、摺動部材を作製した。比較例4が実施例5と相違する点は、多孔性チタニア粒子の表面および孔の内面にフルオロアルキルシランの単分子膜を被覆しなかった点である。
<Comparative Example 4>
A sliding member was produced in the same manner as in Example 5. The difference between Comparative Example 4 and Example 5 is that the surface of the porous titania particles and the inner surface of the pores were not coated with a monolayer of fluoroalkylsilane.
実施例5および比較例4の摺動部材に対して、上述した初期馴染み特性の評価試験を行った。この結果を図15に示す。図15は、実施例5および比較例4に係る摺動部材の低面圧(1MPa)における時間経過に伴う摩擦係数の変化を示した図である。 The sliding member of Example 5 and Comparative Example 4 was subjected to the above-mentioned evaluation test of the initial familiarity characteristics. The result is shown in FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a change in the coefficient of friction with the passage of time at a low surface pressure (1 MPa) of the sliding member according to Example 5 and Comparative Example 4.
[結果2および考察2]
図15に示すように、実施例5の摺動部材は、比較例4の摺動部材に比べて、初期馴染み性が高かった。このことから、実施例1に示した多孔性シリカ粒子の代わりに多孔性チタニア粒子を用いた場合であっても、多孔性チタニア粒子の表面および孔の内面にフルオロアルキルシランの単分子膜を被覆することにより、初期馴染み性を向上することができると考えられる。
[
As shown in FIG. 15, the sliding member of Example 5 had higher initial familiarity than the sliding member of Comparative Example 4. Therefore, even when porous titania particles are used instead of the porous silica particles shown in Example 1, the surface of the porous titania particles and the inner surface of the pores are coated with a monolayer of fluoroalkylsilane. By doing so, it is considered that the initial familiarity can be improved.
<実施例6〜10>
実施例1と同じように、摺動部材を作製した。実施例6〜10が実施例1と相違する点は、撥油性粒子の添加量である。なお、実施例6と比較例1は同じ条件である。
<Examples 6 to 10>
A sliding member was produced in the same manner as in Example 1. Examples 6 to 10 differ from Example 1 in the amount of oil-repellent particles added. Note that Example 6 and Comparative Example 1 have the same conditions.
<比較例5〜7>
実施例1と同じように、摺動部材を作製した。比較例5〜7が実施例1と相違する点は、撥油性粒子の添加量である。なお、比較例5〜7に係る摺動部材は本発明の摺動部材に含まれるものである。
<Comparative Examples 5-7>
A sliding member was produced in the same manner as in Example 1. The difference between Comparative Examples 5 to 7 and Example 1 is the amount of oil-repellent particles added. In addition, the sliding member which concerns on Comparative Examples 5-7 is contained in the sliding member of this invention.
実施例6〜10および比較例5〜7の摺動部材に対して、上述した滑落角の試験を行った。この結果を図16に示す。 The sliding angle test described above was performed on the sliding members of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 5 to 7. The result is shown in FIG.
[結果3および考察3]
図16に示すように、実施例6〜10の摺動部材は、比較例5〜7のものに比べて、滑落角が小さく、ほぼ同じ値であった。このことから、添加する撥油粒子の添加量が30質量%以上であれば、第2被膜に撥油性能が安定して発現することがいえる。
[
As shown in FIG. 16, the sliding members of Examples 6 to 10 had a sliding angle smaller than those of Comparative Examples 5 to 7, and were almost the same value. From this, it can be said that if the addition amount of the oil-repellent particles to be added is 30% by mass or more, the oil-repellent performance is stably expressed in the second coating.
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.
1:摺動部材
10:潤滑被膜
11:基材
12:第1被膜
13:固体潤滑剤
14:結合樹脂(マトリクス樹脂)
15:第2被膜
16:多孔性粒子
16a:フッ素系有機物
16b:孔(細孔)
17:結合樹脂(マトリクス樹脂)
50:油膜
1: Sliding member 10: Lubricating film 11: Base material 12: First film 13: Solid lubricant 14: Binding resin (matrix resin)
15: Second coating 16:
17: Binding resin (matrix resin)
50: Oil film
Claims (5)
前記潤滑被膜は、前記基材の表面に被覆された第1被膜と、該第1被膜の表面に被覆された第2被膜とからなり、
前記第1被膜は、固体潤滑剤と、該固体潤滑剤を結合する結合樹脂と、からなり、
前記第2被膜は、表面および孔の内面を被覆するようにフッ素系有機物が化学的に結合した多孔性粒子と、該多孔性粒子を結合する結合樹脂と、からなることを特徴とする摺動部材。 A sliding member having a lubricating coating coated on the surface of the substrate,
The lubricating coating consists of a first coating coated on the surface of the substrate and a second coating coated on the surface of the first coating,
The first coating consists of a solid lubricant and a binding resin that binds the solid lubricant,
The second coating is composed of a porous particle in which a fluorine-based organic material is chemically bonded so as to cover the surface and the inner surface of the hole, and a binding resin that bonds the porous particle. Element.
前記摺動部材は、前記軸受のインナーレースまたはアウターレースの少なくとも一方であることを特徴とする軸受。 A bearing comprising the sliding member according to any one of claims 1 to 4,
The bearing is characterized in that the sliding member is at least one of an inner race or an outer race of the bearing.
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