JP2016173113A - 車両のショックアブソーバ用の摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のショックアブソーバ用の摺動部材において、路面の状態に応じた摩擦力をピストンロッドとの間に発生させて走行安定性を向上し、且つ長期間その走行安定性を維持すること。【解決手段】本願発明によれば、裏金２と、裏金上に形成された多孔質焼結金属３および多孔質焼結金属に含浸被覆された樹脂４を含む多孔質焼結金属層３１と、多孔質焼結金属層上に形成された、平滑な摺動面５を有する樹脂摺動層４１とを有し、樹脂摺動層が内周側に位置するように円筒形状に成型された摺動部材１が提供される。樹脂摺動層４１は、ポリテトラフルオロエチレン６と、ポリテトラフルオロエチレン内に分布する複数の粒状要素７とを含み、粒状要素は、二硫化モリブデンと三酸化モリブデン、および／または二硫化タングステンと三酸化タングステンからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の車体と車輪の間に設けられるショックアブソーバ用の摺動部材であって、ショックアブソーバ内で軸線方向に往復摺動するピストンロッドを支持するための、円筒形状に成型された摺動部材に関するものである。

自動車に代表される車両等には、操縦安定性や走行安定性等の乗り心地を高めるために、それぞれの車輪と車体との間にショックアブソーバが設けられる。一般的な複筒式ショックアブソーバは、ばねの特性による伸びおよび縮みの揺り返し現象（周期振動）を緩和し減衰させるために使用され、縮み動作時には、ピストンロッドがシリンダ内に侵入した容積分と同量のオイルが縮み側バルブを通過する際の流路抵抗により減衰力（圧力損失）を発生させる一方、伸び動作時には、ピストンロッドがシリンダから出て行く容積分と同量のオイルが伸び側バルブを通過する際の流路抵抗により減衰力を発生させる。このようなショックアブソーバでは、車体に連結されたピストンロッドに対して往復摺動するように構成した摺動部材が使用され、摺動部材の摺動面の表面粗さを極力小さくすることで、ピストンロッドと摺動部材の摺動面との間で発生する摩擦力の低減が図られている（例えば特許文献１参照）。

また、他の従来のショックアブソーバとして、摺動部材の摺動面に点状または線状の頂部を有する凸形状を設けることで、摺動面での油膜の形成を抑制し、ピストンロッドと摺動部材の摺動面との間で発生する動摩擦力を高くするものが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−２４７５４６号公報 特許第５３５４１３４号明細書

ところで、特許文献１に開示される技術のように、単に摺動面を低摩擦化した摺動部材を用いた場合、車両が平滑な路面を走行する際には、路面から車体に伝わる振動が小さいことに加え、摺動部材とピストンロッド間の摩擦力が小さいほどピストンロッドが滑りやすく、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズであるため、ショックアブソーバが伸び動作と縮み動作を繰り返しやすく、したがって減衰力を発生させやすい点で有利である。一方、車両が凹凸のある路面を走行する際には、路面から車体に伝わる振動が大きくなる一方、摺動部材とピストンロッド間の摩擦力が小さいと縮み動作時にピストンロッドが滑り過ぎてシリンダ内に深く侵入するため、車体の傾きが大きくなり、車両の乗り心地が悪化する。

また、特許文献２に開示される技術のように、摺動部材の摺動面に点状または線状の頂部を有した凸部を設けることで摺動面での油膜の形成を抑制し、摺動面とピストンロッド間の動摩擦力を高くした場合、車両が平滑な路面を走行する際に、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズでなく、伸び動作と縮み動作を繰り返し難くなり、車両の乗り心地が悪化する。また、この従来の摺動部材の場合、ショックアブソーバが使用される間に摺動部材の摺動面に設けた凸部の頂部が摩耗するので、油膜を抑制する機能が徐々に失われ、結果として乗り心地も変化してしまう。

したがって本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、ショックアブソーバの伸び動作と縮み動作のそれぞれにおいて、摺動部材とピストンロッドの間に路面の状態に応じた摩擦力を即座に発生させることにより走行安定性を向上させ、且つ長期間に亘ってその走行安定性を維持する車両のショックアブソーバ用の摺動部材を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、車両の車体と車輪の間に設けられるショックアブソーバ用の摺動部材であって、ショックアブソーバ内で軸線方向に往復摺動するピストンロッドを支持するための摺動部材において、摺動部材は、裏金と、裏金上に形成された多孔質焼結金属および多孔質焼結金属に含浸被覆された樹脂を含む多孔質焼結金属層と、多孔質焼結金属層上に形成された、平滑な摺動面を有する樹脂摺動層とを有し、また摺動部材は、樹脂摺動層が内周側に位置するように円筒形状に成型されており、樹脂摺動層は、ポリテトラフルオロエチレンと、ポリテトラフルオロエチレン内に分布する複数の粒状要素とを含み、各粒状要素は、二硫化モリブデンと三酸化モリブデン、および／または二硫化タングステンと三酸化タングステンからなる摺動部材が提供される。

上記摺動部材において、樹脂摺動層の摺動面は、表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で５μｍ以下であることが好ましい。ここで、十点平均粗さ（Ｒｚ）は、ドイツ工業規格「ＤＩＮ ４７７６」に準拠して求められる表面粗さのパラメータである。

また上記摺動部材において、複数の粒状要素は、平均粒径が５〜２５μｍであり、樹脂摺動層中の複数の粒状要素は、含有量が５〜３０体積％であることが好ましい。

粒状要素に含まれる三酸化モリブデンおよび／または三酸化タングステンの含有量は、好ましくは、合計で２０〜５０体積％である（換言すれば、粒状要素に含まれる硫化物と酸化物の比は８：２〜５：５である）。なお、この含有量の比率は、製造のばらつきに鑑みて、全ての粒状要素の平均値であってもよい。

さらに、上記摺動部材において、樹脂摺動層は、合計で０体積％を超え且つ５体積％以下のカーボンおよび／またはグラファイトをさらに含んでいることが好ましい。

本発明の車両のショックアブソーバ用の摺動部材によれば、樹脂摺動層が二硫化モリブデンと三酸化モリブデン、および／または二硫化タングステンと三酸化タングステンからなる粒状要素（酸化硫化物）を含有することにより、ピストンロッドから樹脂摺動層の摺動面に加えられる荷重が低い場合にはピストンロッドとの摩擦力が低く、また樹脂摺動層の摺動面に加えられる荷重が高い場合にはピストンロッドとの摩擦力が増大する。このため本発明の摺動部材は、ショックアブソーバの伸び動作と縮み動作のそれぞれにおいて、摺動部材とピストンロッドの間に路面の状態に応じた摩擦力を即座に発生させることにより走行安定性を向上させることができる。また、この摺動部材において樹脂摺動層の摺動面は平滑であるため、長期間に亘ってその走行安定性が維持される。

本発明の実施例による摺動部材１の組織を示す断面図である。 図１の摺動部材１の樹脂摺動層４１の組織を示す断面図である。

図１は、本発明の実施例による摺動部材１の断面組織を示す。この摺動部材１は、車両の車体と車輪の間に設けられるショックアブソーバに用いられ、このショックアブソーバ内で軸線方向に往復摺動するピストンロッドを支持する。摺動部材１は、裏金２上に形成された多孔質焼結金属３に樹脂４を含浸被覆して多孔質焼結金属層３１および樹脂摺動層４１を形成した後、樹脂摺動層４１が内周面となるように円筒形状に成型されることにより形成される。

裏金２として、鋼、ステンスレス鋼、銅、銅合金等を用いることができる。また多孔質焼結金属３としては、銅粉末、または青銅等の銅合金等を用いることができる。

樹脂４は、裏金２上に形成された多孔質焼結金属３の空孔部および表面に含浸被覆され、それにより多孔質焼結金属層３１および樹脂摺動層４１が形成される。多孔質焼結金属層３１の表面上の樹脂摺動層４１の厚さは約１０〜４０μｍであり、樹脂摺動層４１の表面である摺動面５に多孔質焼結金属３が露出することはない。また、樹脂摺動層４１の摺動面５は平滑に形成される。具体的には、ここでいう樹脂摺動層４１の平滑な摺動面５とは、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１５μｍ以下である表面を意味する。

樹脂摺動層４１は、多孔質焼結金属層３１の表面上に形成される。ここで、多孔質焼結金属層３１とは、多孔質焼結金属３と、その空孔部に含浸された樹脂４とによって形成される層であり、また多孔質焼結金属層３１の表面とは、摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５に対して垂直な断面視において、多孔質焼結金属３の最上位部（樹脂摺動層４１の摺動面５に垂直な方向において最も摺動面５に近い多孔質焼結金属３の位置）を通り、樹脂摺動層４１の摺動面５に平行な仮想面として定義される。

また樹脂摺動層４１は、多孔質焼結金属層３１の表面上の樹脂４から形成される層であり、この樹脂摺動層４１の樹脂４は、少なくともポリテトラフルオロエチレン６（以下、ＰＴＦＥ）と、ポリテトラフルオロエチレン６内に分布する複数の粒状要素７とからなる。すなわち樹脂４は、図２に示すように、ＰＴＦＥ６をベースとし、複数の粒状要素７がＰＴＦＥ６中に分散した組織を有する。なお、樹脂摺動層４１以外の部位の樹脂４、すなわち多孔質焼結金属層３１内の樹脂４は、摺動部材１の摺動には直接関係しないため、例えば粒状要素７の含有量が樹脂摺動層４１内の樹脂４のそれより少なくてもよく、また後述する粒状要素７の原料である二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを含有していてもよい。

粒状要素７は、平均粒径が２〜３０μｍであってよく、好ましくは、平均粒径が５〜２５μｍである。ここで、粒状要素７の平均粒径は、電子顕微鏡を用いて摺動部材１の厚さ方向に平行に切断された断面組織において、樹脂摺動層４１を５００倍の倍率で電子像を撮影し、得られた画像を一般的な画像解析手法(例えば、解析ソフト：Ｉｍａｇｅ-Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ（Ｖｅｒｓｉｏｎ４．５）；（株）プラネトロン製）を用いて解析し、各粒状要素７の面積から円相当径を算出し、それらを粒径として平均したものとして定義される。なお、後述するように、粒状要素７の平均粒径は、粒状要素に含まれる三酸化モリブデンや三酸化タングステンの体積割合に関係する。また樹脂摺動層４１の樹脂４における粒状要素７の含有量は５〜３０体積％とすることが望ましい。

粒状要素７は、二硫化モリブデンと三酸化モリブデンからなること、二硫化タングステンと三酸化タングステンからなること、または二硫化モリブデンと三酸化モリブデンと二硫化タングステンと三酸化タングステンからなる（換言すれば、二硫化モリブデンと三酸化モリブデンからなるものと、二硫化タングステンと三酸化タングステンからなるものとの両方からなる）ことができ、これは、Ｘ線電子分光法により測定して確認することができる。

粒状要素７に含まれる三酸化モリブデン、三酸化タングステン、または三酸化モリブデンおよび三酸化タングステンの含有量は、合計で２０〜５０体積％であることが好ましい。

なお、これら酸化物の含有量は、樹脂摺動層４１を試料とし、Ｘ線電子分光法により測定された二硫化モリブデンの結合エネルギーを示す電子スペクトルのナローピークの面積と三酸化モリブデンの結合エネルギーを示す電子スペクトルのナローピークの面積の比または、二硫化タングステンの結合エネルギーを示す電子スペクトルのナローピークの面積と三酸化タングステンンの結合エネルギーを示す電子スペクトルのナローピークの面積の比から算出できる。

粒状要素７は、二硫化モリブデンおよび／または二硫化タングステンの粉末を原料として作られる。二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンの結晶構造は六方晶であり、組織全体は二次元結晶の層と層が重なり合った層状の組織（構造）である。各層がファンデルワールス力によって弱く結合しているため、荷重を受けた際には、この層間が滑ることで摩擦係数が小さくなる。

粒状要素７は、原料である二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンのこの層状の組織部を残しながら、層間のところどころで三酸化モリブデンまたは三酸化タングステンの層が形成されるように制御して酸化させることで得られる。より詳しくは、酸化処理前の二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの二次元結晶の層と層が重なりあっている層状組織の一部は、制御された酸化処理を施すことで、硫黄原子が酸素原子と置き換わり、二硫化モリブデンの二次元結晶の層と三酸化モリブデンの結晶の層とが重なりあった層状組織部、または二硫化タングステンの二次元結晶の層と三酸化タングステンの結晶の層とが重なりあった層状組織部に変化すると考える。

次に、粒状要素７を作るための酸化処理について説明する。まず、有機溶剤中で二硫化モリブデンおよび／または二硫化タングステンとＰＴＦＥとを混合した混合液を、裏金２上に多孔質金属を焼結して予め別に準備した多孔質焼結金属３の空孔および表面に含浸被覆する。その後、酸素濃度が２５％である活性雰囲気を有する加熱炉中で８０〜１５０℃の温度で０．２時間の加熱を施し溶剤を乾燥させた後、３５０〜４５０℃で０．５時間の加熱を行い、ＰＴＦＥの焼成と同時に、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンが一部酸化するように酸化処理をし、それによってＰＴＦＥ６と粒状要素７からなる樹脂摺動層４１が形成される。なお、雰囲気ガスは加熱炉中で流動するようになされており、摺動部材１の表面（摺動面５）側での雰囲気ガスの風速が２．５ｍ／秒以上となるようにする（すなわち、フレッシュな活性雰囲気ガスを当てる）必要がある。二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの酸化処理の過程で硫化水素ガスが発生する場合があるが、硫化水素ガスが二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの周囲に漂ったまま（または周囲を覆ったまま）であると、原料である二硫化モリブデン中または二硫化タングステン中の三酸化モリブデンまたは三酸化タングステンの生成が抑制される。摺動部材１の表面（摺動面５）側での活性雰囲気ガスの風速を２．５ｍ/秒以上とすることで、硫化水素ガスが流動し、且つ活性雰囲気中の酸素成分が二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの粒子の周囲に供給されるので、好適な量の三酸化モリブデンまたは三酸化タングステンが粒状要素７中に形成される。

粒状要素７の作成には、上記処理条件だけでなく、原料として用いる二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの粒径も関係し、それらの平均粒径は、好ましくは２〜３０μｍであり、より好ましくは５〜２０μｍである。なお、粒状要素７の粒径は、原料として用いる二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの粒径とほぼ同じものとなる。原料として用いる二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの平均粒径が２μｍ未満の場合、粒子の比表面積が大きいため酸化処理での酸化が促進されやすく、粒状要素における酸化物の割合が多くなり、樹脂摺動層４１の表面（摺動面５）に加えられる荷重が低い条件下で、摩擦力が高くなる傾向がある。原料として用いる二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの平均粒径が３０μｍを超える大きさの場合、粒子の比表面積が小さいために酸化が抑制されやすく、酸化処理後の粒状要素７中の三酸化モリブデンまたは三酸化タングステンの割合が少なくなり、樹脂摺動層４１の表面（摺動面５）に加えられる荷重が高い条件下で、摩擦力が低くなる傾向がなる。

なお、摺動部材１の樹脂摺動層４１は、充填剤として、グラファイトおよびカーボンから選ばれる１種以上を、０体積％を超え５体積％以下の範囲でさらに含んでいてもよい。

（作用効果）
本発明によれば、摺動部材１の樹脂摺動層４１が粒状要素７を含有することで、樹脂摺動層４１の摺動面５に加えられる荷重が低い場合には、粒状要素７中で主に二硫化モリブデンの二次元結晶の層同士の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層同士の間でのみ滑りが起こり、しかし二硫化モリブデンの二次元結晶の層と三酸化モリブデンの結晶の層の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層と三酸化タングステンの結晶の層の間では滑りが起こらない。このため、摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５とピストンロッドとの間の低摩擦力が維持される。一方、摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５に加わる荷重が高い場合には、粒状要素７中において二硫化モリブデンの二次元結晶の層同士の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層同士の間のみに滑りが起こるのではなく、二硫化モリブデンの二次元結晶の層と三酸化モリブデンの結晶の層の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層と三酸化タングステンの結晶の層の間でも滑りが起こるようになる。二硫化モリブデンの二次元結晶の層と三酸化モリブデンの結晶の層の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層と三酸化タングステンの結晶の層の間の結合は、二硫化モリブデンの二次元結晶の層同士の間、または二硫化タングステンの二次元結晶の層同士の間の結合に比べて強いので、これらの層の間に滑りを起こさせるのに要する力（または仕事）の分だけ、樹脂摺動層４１の摺動面５とピストンロッドとの間の摩擦力が増大する。

また、本発明の摺動部材１では、樹脂摺動層４１の摺動面５は平滑であるため、樹脂摺動層４１の摺動面５が摩耗したとしても、粒状要素７は常時樹脂摺動層４１の摺動面５に露出し、したがって上記特性が長期間に亘って維持される。

なお、本発明の実施形態とは異なり、樹脂摺動層がＰＴＦＥと粒状の二硫化モリブデンと粒状の三酸化モリブデンとからなる組成である場合と、樹脂摺動層がＰＴＦＥと粒状の二硫化タングステンと粒状の三酸化タングステンとからなる組成である場合についても特性を確認したが、本発明のような上記特性は得られなかった。すなわち、樹脂摺動層に加えられる荷重が小さい場合には、樹脂摺動層中に分散する三酸化モリブデンまたは三酸化タングステンの影響によってピストンロッドとの摩擦力が高くなり過ぎ、一方、樹脂摺動層に加えられる荷重が大きい場合には、樹脂摺動層中に分散する二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの影響によってピストンロッドとの摩擦力が低くなり過ぎてしまう（例えば、下記比較例３参照）。

以下、本発明の摺動部材１の樹脂摺動層４１の特性と車両の乗り心地との関係について説明する。
ショックアブソーバは、オリフィスを有するピストンをシリンダ内に配した油圧式の周知構成であり、シリンダが車輪側に、ピストンロッドが車体側にそれぞれ取り付けられる。通常、ショックアブソーバは、その軸線が車輪および車体の往復移動方向に対して傾くように配設されるため、摺動部材１の樹脂摺動層４１は、主に車体側の端部側でピストンロッドに対して片当りしている。このようなショックアブソーバにおいて、車両が平滑な路面を走行中は車体が殆ど傾くことがなく、また縮み動作および伸び動作時にショックアブソーバにはあまり荷重がかからないので、ピストンロッドから摺動部材１の摺動面５に加えられる荷重は低い。しかし、車両が凹凸のある路面を走行する際には車体の傾きにより車体が沈み込む側の縮み動作をするショックアブソーバに加えられる荷重が高くなり、ピストンロッドがたわむので、摺動部材１の車体側の端部側の樹脂摺動層４１だけでなく、摺動部材１の車輪側の端部側の樹脂摺動層４１でもピストンロッドに対して片当りが発生するようになり、この時は、ピストンロッドから摺動部材１の摺動面５に加えられる荷重は高くなる。一方、車両が凹凸のある路面を走行中であっても、車体が浮き上がる伸び動作をするショックアブソーバにはあまり荷重がかからないので、ピストンロッドから摺動部材１の摺動面５に加わる荷重は低くなる。

ところで、本発明の摺動部材１は、樹脂摺動層４１に粒状要素７を含有する。このため、例えば車両が平滑な路面を走行中のように縮み動作および伸び動作時にショックアブソーバに加えられる荷重が低く、したがってピストンロッドから摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５に加えられる荷重が低い場合には、上述した粒状要素７の特性により摺動面５とピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられる。このため、ピストンロッドが滑りやすく、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズとなり、また伸び動作および縮み動作を繰り返しやすく、ショックアブソーバが減衰力を発生させやすい。

一方、車両が凹凸のある路面を走行する際のように車体の傾きにより縮み動作側のショックアブソーバに加えられる荷重が高く、ピストンロッドから摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５に加えられ荷重が高くなる場合には、樹脂摺動層４１は、粒状要素７の特性によりピストンロッドとの摩擦力が増大する。このため、ピストンロッドが滑り難く、ピストンロッドのシリンダ内への侵入量が抑えられ、それにより縮み動作の振幅が小さくなり、車体の傾きを小さくすることができる。これに対して、車両が凹凸のある路面を走行する際であっても、伸び動作ではショックアブソーバに加えられる荷重が低く、ピストンロッドから摺動部材１の樹脂摺動層４１の摺動面５に加えられる荷重は低くなる。この場合、摺動部材１の樹脂摺動層４１は、ピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられ、したがってピストンロッドが滑りやすくシリンダ内から出やすいので、早期に伸び動作が起こり、路面に車輪を接地させることができる。なお、ここで説明したように車両走行時に車軸の軸線方向で傾きがあった場合、軸線方向の一方の端部側のピストンロッドが圧縮動作中は、他方の端部側のピストンロッドは伸び動作が起きていることが理解されよう。

これに対して、特許文献１に開示される技術のように単に樹脂摺動層の摺動面を低摩擦化した摺動部材の場合、例えば車両が平滑な路面を走行する際には縮み動作および伸び動作時にショックアブソーバに加えられる荷重が低く、摺動部材の樹脂摺動層の摺動面に加えられる荷重が低いので、樹脂摺動層とピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられる。このため、ピストンロッドが滑りやすく、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズとなり、また伸び動作および縮み動作を繰り返しやすく、ショックアブソーバが減衰力を発生させやすい。しかし、車両が凹凸のある路面を走行する際には車体の傾きにより縮み動作側のショックアブソーバに加えられる荷重が高くなるが、摺動部材の樹脂摺動層の摺動面に加えられる荷重が高いにもかかわらずピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられているので、ピストンロッドが滑り過ぎてシリンダ内に深く侵入し、車体の傾きが大きくなってしまう。

また、特許文献２に開示される技術のように樹脂摺動層の摺動面を凹凸形状とし、点状または線状の頂部を備えた凸部を設けることで摺動面での油膜の形成を抑制して摺動面とピストンロッドとの動摩擦力を単に高くした摺動部材の場合、車両が平滑な路面を走行する際にはピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズでなくなって伸び動作および縮み動作を繰り返し難くなり、車両の乗り心地が悪化してしまう。また、この従来の摺動部材では、ショックアブソーバが使用される間に摺動部材の摺動面に設けた凸部の頂部が摩耗して油膜を抑制する機能が徐々に失われ、結果として乗り心地が変化してしまう。

本発明の摺動部材１は、例えば特許文献１に開示される技術のように単に摺動部材の樹脂摺動層の摺動面を低摩擦化させるだけで走行安定性を向上させようという発想のものや、例えば特許文献２に開示される技術のように単に摺動部材の樹脂摺動層の摺動面を高摩擦化させるだけで走行安定性を向上させようという発想のものとは異なり、樹脂摺動層４に粒状要素７を含有させることにより、ショックアブソーバの伸び動作と縮み動作のそれぞれにおいて、摺動部材１とピストンロッドの間に路面の状態に応じた摩擦力を即座に発生させることができる。これにより、縮み動作側のショックアブソーバでは振幅を抑え、同時に、伸び動作側のショックアブソーバでは路面への車輪の接地を確保して、車両の走行安定性を向上することが可能である。

（性能評価）
次に、摺動部材１を用いて往復摺動試験機により行った往復摺動試験について、表１〜３を参照して説明する。

実施例１〜９の摺動部材１を準備するために、まず、下記の表１の「樹脂摺動層組成」欄に示す組成の組成物（ただし、この準備段階では、各粒状要素の組成は、それぞれの「粒状要素の組成」欄に記載する組成になる前の原料である二硫化モリブデン、または二硫化タングステンである）を有機溶剤中で均一に混合した混合液を作成する。作成した混合液は、厚さ０．３ｍｍ、空孔度３０％の多孔質焼結金属３を設けた裏金２上に塗布された後、ロール圧延により多孔質焼結金属３の空孔および表面に含浸被覆させる。その後、上述した方法でＰＴＦＥの焼成と同時に二硫化モリブデンまたは二硫化化タングステンの酸化処理を行ない、次いでロール圧延により所定の寸法の帯状バイメタルを形成する。そして、このバイメタルを所定の寸法に切断し、裏金２が外周面となり樹脂摺動層４１が内周面となるように曲げ加工を実施することにより、円筒形状（内径１２．５ｍｍ×外径１４．５ｍｍ×幅８ｍｍ）の摺動部材１が作製される。

なお、実施例１〜３、６および９は、原料として用いた二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの平均粒径が１５μｍであり、実施例４では平均粒径が５μｍであり、実施例５では平均粒径２５μｍであり、実施例７では平均粒径が２μｍであり、実施例８では平均粒径が３０μｍであるが、酸化処理後の粒状要素７の平均粒径は、原料時の平均粒径と、ほぼ同じである。また原材時の粒径はレーザー回折法で求め、一方、各実施例の摺動部材の平均粒径の測定は、上述した通りである。また実施例９では、原料として用いたカーボンの平均粒径は５μｍである。

また、実施例１〜９の摺動部材１において、多孔質焼結金属層３１上の樹脂摺動層４１の厚さは２０μｍとした（図１参照）。実施例１〜９の樹脂摺動層の摺動面は平滑になされており、それらの表面粗さは十点平均粗さで５μｍとした。なお、表１の「粒状要素の組成」欄に示す実施例１〜９の粒状要素７の組成は、上述した方法により測定した。

比較例１は、先行技術文献１の従来の摺動部材、比較例２は先行技術文献２の従来の摺動部材に相当する。比較例３は、本発明の構成とは異なりＰＴＦＥと二硫化モリブデン粒状要素と三酸化モリブデン粒状要素とをプレミックスした樹脂摺動層を有する摺動部材である。比較例１〜３の摺動部材を準備するために、まず、表１の「樹脂摺動層組成」欄に示す組成物を有機溶剤中で均一に混合した混合液を作成する。作成した混合液は、厚さ０．３ｍｍ、空孔度３０％の多孔質焼結金属３を設けた裏金２上に塗布された後、ロール圧延により多孔質焼結金属３の孔穴および表面に含浸被覆させる。その後、上述した方法で、炉中の雰囲気を不活性ガス（Ｎ_２）に代えた点を除いて実施例と同条件でＰＴＦＥの焼成を行ない、次いでロール圧延により所定の寸法の帯状バイメタルを形成する。そして、このバイメタルを所定の寸法に切断し、裏金が外周面となり樹脂摺動層が内周面となるように曲げ加工を実施することにより、円筒形状の摺動部材が作製される。

比較例１〜３の摺動部材では、ＰＴＦＥの焼成を不活性雰囲気（Ｎ_２）中で行っているため、二硫化モリブデンは粒状要素になっていない。なお、比較例１および３の摺動面は平滑になされており、特に比較例１の表面粗さは十点平均粗さが１μｍになるように調整され、また比較例３の表面粗さは十点平均粗さが５μｍである。比較例２の樹脂摺動層の摺動面は、複数の４角錐からなる凹凸形状になされており、より具体的には、４角錐の凸部の頂点間の距離が０．０５ｍｍで、深さが２０μｍである。

比較例１〜３の樹脂摺動層の厚さは、実施例と同じく２０μｍとした。比較例１〜３の樹脂摺動層中に分散する二硫化モリブデンの平均粒径は１５μｍであり、比較例３の三酸化モリブデンの平均粒径は１５μｍである。これら平均粒径は、実施例と同じ方法により測定した。なお、比較例３は、粒状の二硫化モリブデンと粒状の三酸化モリブデンが樹脂摺動層中で別々に分離して分散している組織を有している。比較例３の樹脂摺動層中の二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを合わせた含有量は、実施例２の樹脂摺動層４１の粒状要素の含有量と同じとなるようにし、また比較例２の二硫化モリブデンと三酸化モリブデンの体積割合も、実施例２の粒状要素７における二硫化モリブデンと三酸化モリブデンの体積割合と同じとした。

表１の実施例１〜９の摺動部材、および比較例１〜３の摺動部材を試験試料として、往復摺動試験機により行った往復摺動試験について表１〜３を参照して説明する。
表１は、実施例および比較例の摺動部材の仕様を示す。表１の「樹脂摺動層組成」欄は、実施例および比較例の樹脂摺動層の組成を体積％で示し、また「粒状要素の組成」欄は、実施例１〜９の粒状要素７の組成を体積％で示す。表１の「表面状態」は、実施例と比較例の樹脂摺動層の摺動面の状態を示すが、具体的には、実施例１〜９、ならびに比較例１および３の樹脂摺動層の表面粗さは十点平均粗さで５μｍである。この状態は「表面状態」欄で「平滑」と記載されている。なお、比較例２の樹脂摺動層の表面は、上述した寸法の凹凸形状となっており、これは「凹凸」と記載されている。

また往復摺動試験は、下記の表２に示す条件下で往復摺動試験機を使用して行った。具体的には、ハウジングに試験試料である円筒形状の摺動部材１を嵌入し、この摺動部材１に挿通したピストンロッドをショックアブソーバ用オイルが塗布された摺動部材１上でスプリングを介して往復摺動させ、ピストンロッドとの摩擦力をロードセルで測定することにより行った。車両が平滑な路面を走行する際にショックアブソーバに加えられる荷重を想定して、ショックアブソーバの縮み動作および伸び動作共に条件Ａの荷重を加えた試験を行った結果を表３に示す。さらに、車両が凹凸のある路面を走行する際にショックアブソーバに加えられる荷重を想定して、ショックアブソーバの縮み動作に条件Ｂの高い荷重、伸び動作に条件Ａの低い荷重を加えるように荷重を変動させた試験を行った結果を表３に示す。

表３に示すように、車両が平滑な路面を走行時にショックアブソーバに加えられる荷重を想定してショックアブソーバの縮み動作および伸び動作共に条件Ａの荷重を加えた往復摺動試験の試験結果から以下のことが判明した。
樹脂摺動層４１に粒状要素を添加した実施例１〜９では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が１５．４〜１６．９Ｎ、伸び動作時の摩擦力が１４．８〜１６．１Ｎであった。これに対して、樹脂摺動層の表面粗さが小さく、且つ酸化処理をせず粒状要素がない比較例１では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が１４．９Ｎ、伸び動作時の摩擦力が１４．３Ｎであった。また樹脂摺動層の摺動面全体に凹凸形状を形成した比較例２では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が２５．５Ｎ、伸び動作時の摩擦力が２２．４Ｎであった。樹脂摺動層の酸化処理をせず、原材料として二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを添加した比較例３では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が２２．４Ｎ、伸び動作時の摩擦力が２０．１Ｎであった。

上記のように、樹脂摺動層４１に粒状要素を添加した実施例１〜９、および樹脂摺動層の表面粗さが小さく、且つ酸化処理をせず粒状要素がない比較例１では、条件Ａにおいて、ショックアブソーバの縮み動作および伸び動作時の摩擦力を低く抑えることができる。すなわち、条件Ａのように車両が平滑な路面を走行し、ショックアブソーバに加えられる荷重が低い場合には、摺動面とピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられるので、ピストンロッドが滑りやすく、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズであるため、伸び動作および縮み動作を繰り返しやすくなり、ショックアブソーバが減衰力を発生させやすい。

一方、樹脂摺動層４の摺動面全体に凹凸形状を形成した比較例２、および樹脂摺動層の酸化処理をせず原材料として二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを添加した比較例３では、実施例１〜９および比較例１とは異なり、ショックアブソーバの縮み動作および伸び動作時の摩擦力を低く抑えることができない。すなわち、条件Ａのように車両が平滑な路面を走行し、ショックアブソーバに加えられる荷重が低い場合であっても、摺動面とピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられないので、ピストンロッドが滑り難く、ピストンロッドのシリンダ内への出入りがスムーズでなくなる。このため伸び動作および縮み動作を繰り返し難くなり、ショックアブソーバは十分な減衰力を発生させることができない。

したがって、条件Ａのように車両が平滑な路面を走行し、ショックアブソーバに加えられる荷重が低い場合には、本発明の実施例に係る摺動部材１のように樹脂摺動層４１に粒状要素を添加することにより、ショックアブソーバの縮み動作および伸び動作時の低摩擦力を維持し、車両が平滑な路面を走行する際の乗り心地を、比較例１と同等とすることができる。

次いで、車両が凹凸のある路面を走行する際にショックアブソーバに加えられる荷重を想定した往復摺動試験の結果から、以下のことが判明した。
樹脂摺動層４１の粒状要素を添加した実施例１〜９では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が２９．５〜３３．６Ｎ、伸び動作時の摩擦力が１６．７〜１７．９Ｎであった。これに対し、樹脂摺動層の表面粗さが小さく、且つ酸化処理をせず粒状要素がない比較例１では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が１７．２Ｎ、伸び動作時の摩擦力が１５．８Ｎであった。また樹脂摺動層の摺動面全体に凹凸形状を形成した比較例２では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が３４．２Ｎ、伸び動作時の摩擦力が３１．６Ｎであった。樹脂摺動層の酸化処理をせず原材料として二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを添加した比較例３では、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が３２．９Ｎ、伸び動作時の摩擦力が３０．０Ｎであった。

上記のように、樹脂摺動層４に粒状要素を添加した実施例１〜９、および樹脂摺動層の摺動面全体に凹凸形状を形成した比較例２では、樹脂摺動層の表面粗さが小さく、且つ粒状要素がない比較例１、および樹脂摺動層の酸化処理をせず原材料として二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを添加した比較例３よりも、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力を増大させることができる。すなわち、条件Ｂのように車両が凹凸のある路面を走行し、縮み動作側のショックアブソーバに加えられる荷重が高い場合には、摺動面とピストンロッドとの摩擦力が増大するので、ピストンロッドが滑り難くなる。このためピストンロッドのシリンダ内への侵入量が抑えられて縮み動作の振幅が小さくなり、車体の傾きを小さくすることができる。

また、樹脂摺動層４に粒状要素を添加した実施例１〜９、樹脂摺動層の表面粗さが小さく、且つ粒状要素がない比較例１、および樹脂摺動層の酸化処理をせず原材料として二硫化モリブデンと三酸化モリブデンを添加した比較例３では、ショックアブソーバの伸び動作時の摩擦力を低く抑えることができる。すなわち、車両が凹凸のある路面を走行する際も摺動面とピストンロッドとの摩擦力が低く抑えられるので、ピストンロッドが滑りやすくシリンダ内から出やすくなり、それによって早期に伸び動作が起こり、路面に車輪を接地させることができる。

したがって、条件Ｂのように車両が凹凸のある路面を走行し、縮み動作側のショックアブソーバに加えられる荷重が高い場合には、実施例１〜９のように樹脂摺動層４に粒状要素を添加したほうが、ショックアブソーバの縮み動作時の摩擦力が増大するのに加え、伸び動作時の低摩擦力が維持されるので、縮み動作側のショックアブソーバでは振幅を抑えつつ、伸び動作側のショックアブソーバでは路面への車輪の接地を確保することができ、それによって車両が凹凸のある路面を走行する際の走行安定性を向上することができる。

なお、比較例２のように、樹脂摺動層４の摺動面全体に凹凸形状を形成した場合、ショックアブソーバの縮み動作時だけでなく、伸び動作時にも摩擦力が増大しやすい傾向にある。このようにショックアブソーバの伸び動作時の摩擦力が増大した場合、ピストンロッドが滑り難くシリンダ内から出難いため、早期に伸び動作が起こらず、路面への車輪の接地が遅くなり、車両の走行安定性が劣ってしまう。また比較例２は、表２に示す往復摺動試験のサイクル数を５００回、１０００回と増やすに従い、縮み動作時の摩擦力が低減していく傾向にある。これは樹脂摺動層の摺動面全体に形成した凹凸形状が摩耗することで、油膜の抑制効果が弱まったためと推定される。

１ 摺動部材
２ 裏金
３ 多孔質焼結金属
３１ 多孔質焼結金属層
４ 樹脂
４１ 樹脂摺動層
５ 摺動面
６ ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
７ 粒状要素

Claims (5)

1. 車両の車体と車輪の間に設けられるショックアブソーバ用の摺動部材であって、前記ショックアブソーバ内で軸線方向に往復摺動するピストンロッドを支持するための摺動部材において、
   前記摺動部材は、裏金と、前記裏金上に形成された多孔質焼結金属および前記多孔質焼結金属に含浸被覆された樹脂を含む多孔質焼結金属層と、前記多孔質焼結金属層上に形成された、平滑な摺動面を有する樹脂摺動層とを有し、また前記摺動部材は、前記樹脂摺動層が内周側に位置するように円筒形状に成型されており、
   前記樹脂摺動層は、ポリテトラフルオロエチレンと、前記ポリテトラフルオロエチレン内に分布する複数の粒状要素とを含み、前記粒状要素は、二硫化モリブデンと三酸化モリブデン、および／または二硫化タングステンと三酸化タングステンからなる
   ことを特徴とする摺動部材。
2. 前記樹脂摺動層の摺動面の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記複数の粒状要素の平均粒径が５〜２５μｍであり、また前記樹脂摺動層中の前記複数の粒状要素の含有量が５〜３０体積％であることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
4. 前記粒状要素中の前記三酸化モリブデンおよび／または前記三酸化タングステンの含有量が２０〜５０体積％であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の摺動部材。
5. 前記樹脂摺動層が、カーボンおよび／またはグラファイトを合計で５体積％以下さらに含むことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の摺動部材。