JP2016205607A - 摺動部材及びスラストワッシャー - Google Patents
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Abstract
Description
前記樹脂コーティング層は、
前記基材層と反対側の表面において任意の二点間の位置を示すX軸に対して前記樹脂コーティング層の厚さ方向を示す前記X軸に垂直なY軸からなるX−Y座標系を用いて前記表面の形状を表した形状線について、前記形状線を前記X軸と平行な仮想直線で分割し、前記仮想直線より下方へ突出する凹部領域と前記仮想直線より上方へ突出する凸部領域を設定し、前記凹部領域と前記凸部領域との面積の総和が等しくなる位置にある前記仮想直線を凹凸平均線と定義するとともに、
前記凹凸平均線から下側へ突出する領域を凹部、前記凹凸平均線から上側へ突出する領域を凸部と定義したとき、
前記凹部の1つあたりの平均面積Saは、4〜120μm2であり、
距離を1mmとした前記二点間における前記凹部の個数Mは、3〜20個である。
本実施形態の摺動部材では、前記二点間における前記凹部の個数Mは、3〜10個であることが好ましい。
本実施形態の摺動部材では、前記凹部の1つあたりの平均面積Saと、前記凹部の個数Mとの積A=Sa×Mは、A=90〜450μm2であることが好ましい。
本実施形態の摺動部材では、前記積Aは、A=120〜300μm2であることが好ましい。
本実施形態では、前記樹脂コーティング層の硬さは、50HV以下である。
このように樹脂コーティング層の硬さを設定することにより、相手部材との間の接触抵抗が低減される。したがって、摩擦の低減を図ることができる。
本実施形態では、前記凹部において、この凹部の底からこの凹部に隣り合う前記凸部の頂までを仮想的な直線Lで結んだとき、前記直線Lの平均傾きRは、R=0.01〜0.04である。直線Lがn本存在する場合、それらn本の傾きの平均の値が、平均傾きRの値である。この平均傾きRの値が0.01以上0.04以下を満たすのが望ましい。
このように、隣接する凹部の間における直線Lの平均傾きRは設定されている。直線Lの平均傾きRを、適切な大きさにすると、凹部に保持された潤滑油による油膜の形成が促進される。ここで、直線Lの平均傾きRが大きくなるほど、凹部に保持された潤滑油は凹部から排出されにくくなり、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。また、直線Lの平均傾きRが小さくなるほど、凹部における潤滑油の保持が不十分となり、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。
したがって、上記のように凹部と凸部との関係を制御することにより、油膜の形成を促進し、摩擦の低減を図ることができる。
これにより、相手部材との相対的な回転によって、凹部に保持された潤滑油による油膜の形成が促進される。したがって、摩擦の低減を図ることができる。
上記の構成を有する樹脂コーティング層は、摺動部分における低摩擦化への貢献に有用である。
また、上記の構成を有する樹脂コーティング層は、添加剤の粒子の凝集状態を制御した塗料を用いて形成するのが好ましい。
そして、前記摺動部材を備えた内燃機関は、摩擦抵抗が低減されるので、運転の停止と始動とが繰り返される仕様にも好適である。
図1に示すように、摺動部材10は、基材層11と、樹脂コーティング層12とを備えている。樹脂コーティング層12は、基材層11の摺動面側、即ち相手部材側に設けられている。樹脂コーティング層12は、基材層11の摺動面側に、巨視的にほぼ均一な厚さで形成されている。本実施形態の場合、この摺動部材10は、図2に示すように軸部材13と摺動する。特に本実施形態の場合、摺動部材10は、軸受部材であって、軸部材13の軸方向に働く力を受け止めるスラストワッシャーとして用いることができる。即ち、図2に示す例の場合、軸部材13は、回転方向だけでなく軸方向へも運動する。そのため、軸部材13は、回転軸受部14で回転可能に支持されるとともに、スラストワッシャーとなる摺動部材10で回転しながら軸方向に支持される。摺動部材10は、スラストワッシャーとして用いられる場合、図3に示すような半割にした半円環状や円環状に形成される。そして、摺動部材10は、軸部材13のスラストカラー18の軸方向の端面に接し、軸部材13を軸方向に支持する。なお、図3に示した摺動部材10を適用したスラストワッシャーは一例である。即ち、摺動部材10は、図3に示す形状のスラストワッシャーだけでなく、プレート状のものや回転軸受部と一体となったものでもよく、溝形状、例えばテーパランド溝部や、周方向端部に向けて厚さを変えた形状、例えばリリーフ形状部を設けるなど、周知の各種の形状のスラストワッシャーに適用することができる。
軸受部材として本実施形態の摺動部材を用いる場合、図1に示す摺動部材10の基材層である軸受合金層11は、例えばアルミニウム合金又は銅合金などで形成されている。摺動部材10は、軸受合金層11と一体に構成された裏金層15を備えていてもよい。この場合、摺動部材10は、軸受合金層11と裏金層15との間に図示しない中間層を備えてもよい。さらに、摺動部材10は、軸受合金層11、裏金層15及び中間層だけでなく、さらに層を加えて3層以上の多層構造としてもよい。
なお、本実施形態では、X軸は、摺動部材10の表面16の周方向及び径方向の中央位置で周方向接線方向に定義して測定している。任意の二点は、摺動部材10の用途を考慮して、測定の箇所数や位置や方向を任意に調整することができる。
以下、本実施形態の実施例について説明する。
まず、図7に示す実施例品1〜実施例品18、及び比較例1〜比較例2の製造方法について説明する。
樹脂コーティング層12は、所定の形状に成形した軸受合金層11の摺動面側に形成される。樹脂コーティング層12となる塗料は、バインダ材となる樹脂に固体潤滑剤をはじめとする添加剤が加えられている。樹脂コーティング層12のバインダ材は、例えばポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリイミド、ポリアミドなど公知の樹脂が一種又は二種以上用いられる。ポリマーアロイ化されていても良い。また、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、ポリテトラフルオロエチレンなど公知のものが一種又は二種以上用いられる。その他の添加剤として、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素など公知のものを添加してもよい。本実施例では、バインダ材としてポリアミドイミド及びポリアミドを用い、固体潤滑剤に二硫化モリブデンを用いている。樹脂コーティング層12は、樹脂のバインダ材に分散する添加剤の粒子の凝集状態を制御することによって表面の微細な凹凸が制御される。
本実施形態では、スラスト試験機を用いて摩擦係数を求めている。具体的には、各実施例品又は比較例品の摺動部材10で構成したスラストワッシャーをスラスト試験機に取り付ける。そして、このスラスト試験機に取り付けた摺動部材10は、予め設定した試験荷重が加えられた鋼製の相手部材と摺動する。摩擦係数は、試験荷重及びこの摺動時に測定した摺動部材10と相手部材との間で発生する摩擦力に基づいて算出する。
実施例品1〜実施例品4は、いずれも凹部21の平均面積Saが4〜120μm2であり、凹部21の個数Mが3〜20個である。これに対し、比較例品1は、凹部21の平均面積Saが4μm2であり、凹部21の個数Mが21である。また、比較例品2は、凹部21の平均面積Saが121μm2であり、凹部21の個数Mが3である。このように、凹部21の平均面積Saが4〜120μm2であり、凹部21の個数Mが3〜20個である実施例品1〜実施例品4は、比較例品1及び比較例品2に比較して摩擦係数が低下していることが明らかである。
本実施形態では、摺動部材10をスラストワッシャーに適用する例について説明した。摺動部材10は、スラストワッシャーに適用することにより、摩擦係数の低減が図られ、相手部材との摩擦が低減される。同様に、摺動部材10は、スラストワッシャーに限らず、回転を支持する軸受装置など、他の形態の摺動部材10に適用しても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、樹脂コーティング層12の厚さを巨視的に均一にする例について説明した。しかし、樹脂コーティング層12は、例えば径方向における両端部に比較して中央部の厚さを増す等、巨視的に均一なものに限らない。また、基材層11は、溝部や孔部等の窪み部を設けてもよい。この場合、相手部材と直接接触することのない表面にも樹脂コーティング層12を設けてもよい。さらに、基材層11に窪み部を設ける場合、樹脂コーティング層12は、窪み部の角部近傍のみに設けたり、窪み部の角部近傍を厚めに設けたりしてもよい。
Claims (13)
- 軸受合金層と、前記軸受合金層の摺動面側に設けられている樹脂コーティング層とを備える摺動部材であって、
前記樹脂コーティング層は、
前記軸受合金層と反対側の表面において任意の二点間の位置を示すX軸に対して前記樹脂コーティング層の厚さ方向を示す前記X軸に垂直なY軸からなるX−Y座標系を用いて前記表面の形状を表した形状線について、前記形状線を前記X軸と平行な仮想直線で分割し、前記仮想直線より下方へ突出する凹部領域と前記仮想直線より上方へ突出する凸部領域とを設定し、前記凹部領域と前記凸部領域との面積の総和が等しくなる位置にある前記仮想直線を凹凸平均線と定義するとともに、
前記凹凸平均線から下側へ突出する領域を凹部と、前記凹凸平均線から上側へ突出する領域を凸部と定義したとき、
前記凹部の1つあたりの平均面積Saは、4〜120μm2であり、
距離を1mmとした前記二点間における前記凹部の個数Mは、3〜20個、
である摺動部材。 - 前記凹部の1つあたりの平均面積Saは、10〜80μm2である請求項1記載の摺動部材。
- 前記二点間における前記凹部の個数Mは、3〜10個である請求項1または2記載の摺動部材。
- 前記凹部の1つあたりの平均面積Saと、前記凹部の個数Mとの積A=Sa×Mは、A=90〜450μm2である請求項1から3のいずれか一項記載の摺動部材。
- 前記積Aは、A=120〜300μm2である請求項4記載の摺動部材。
- 前記樹脂コーティング層の硬さは、50HV以下である請求項1から5のいずれか一項
- 前記凹部において、この凹部の底からこの凹部に隣り合う前記凸部の頂までを直線Lで結んだとき、前記直線Lの平均傾きRは、R=0.01〜0.04である請求項1から6のいずれか一項記載の摺動部材。
記載の摺動部材。 - 請求項1から7のいずれか一項記載の摺動部材に用いられる樹脂コーティング層。
- 請求項8記載の樹脂コーティング層を形成する塗料。
- 請求項1から7のいずれか一項記載の摺動部材を備えるスラストワッシャー。
- 請求項7記載の摺動部材を備えるスラストワッシャーであって、
前記直線Lは、相手部材との相対的な回転方向に沿っているスラストワッシャー。 - 請求項1から7のいずれか一項記載の摺動部材を備える内燃機関。
- 請求項10または11記載のスラストワッシャーを備える内燃機関。
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