JP2016205608A - 摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】摺動部材10の樹脂コーティング層12は、表面の形状が形状線で示される。この形状線は、凹凸平均線によって凹部と凸部とに分割される。そして、この凹部の底と凸部の頂とを結ぶ直線Lの傾きRは、Ra:R<0.02、Rb:0.02≦R≦0.04、Rc:0.04<Rと分類される。このとき、摺動部材10は、Ra+Rb≧50%となる樹脂コーティング層12を備える。
【選択図】図1
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、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、
前記形状線と前記凹凸平均線との交点を挟んで隣り合う前記凹部及び前記凸部において、前記凹部の最下点である底と前記凸部の最上点である頂とを仮想的な直線Lで結び、前記直線Lの傾きを傾きRと定義し、
求められた前記傾きRを、
Ra:R<0.02、
Rb:0.02≦R≦0.04、
Rc:0.04<R
に分類し、前記傾きRを算出した前記直線Lの総数を100%としたとき、
L(Ra)+L(Rb)≧50%である。
ここで、L(Ra)とは、前記傾きRを算出した前記直線Lの総数を100%としたときの、Raに分類される傾きを有する直線の割合である。L(Rb)、及びL(Rc)も同様である。前記Y軸は、前記樹脂コーティング層の厚さ方向を示し、前記X軸に垂直な関係にある。
本実施形態の摺動部材は、L(Rb)/(L(Ra)+L(Rb))≧50%であることが好ましい。ここで、上記右辺の値は、上記左辺の分子を分母で除した値を百分率で換算したものである。直線Lの傾きRをこのように制御すると、油膜の形成に適した形状となる。そのため、相手部材との摩擦は、更に低減することができる。また、60%≦L(Rb)/(L(Ra)+L(Rb))≦90%にすることがより好ましい。
前記傾きRを算出した前記直線Lの総数を100%としたとき、
10%≦L(Ra)≦40%、
40%≦L(Rb)≦90%、
0%≦L(Rc)≦20%
であることが好ましい。本願の発明者らは、摺動面における直線Lの傾きRを上記のように制御することにより、油膜の形成が容易となる摺動面形状が得られることを解明した。このように摺動面の形状を制御することにより、相手部材との摩擦は更に低減される。また、15%≦L(Ra)≦30%、55%≦L(Rb)≦80%、5%≦L(Rc)≦15%にすることがより好ましい。
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、添加材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、軸受部材であって、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好ましい。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。
Ra:R<0.02
Rb:0.02≦R≦0.04
Rc:0.04<R
即ち、直線Lは、形状線Cの凹部21及び凸部22ごとにそれぞれ得られる。そして、この凹部21及び凸部22ごとに作成した直線Lの傾きRについて、傾きRが0.02以上0.04以下であればRbと分類し、傾きRが0.02未満であればRa、傾きRが0.04より大きければRcと分類する。
L(Ra)+L(Rb)≧50% (1)
である。このように、形状線Cの凹部21および凸部22ごとに作成した直線Lの傾きRが式(1)を満たすとき、摺動部材10と相手部材である軸部材13との摩擦が低減される。即ち、直線Lの傾きRは、0.02未満となるRa、及び0.02〜0.04となるRbが全体の50%以上を占める。
L(Rb)/(L(Ra)+L(Rb))≧50% (2)
であることが好ましい。即ち、傾きRがRbとなる直線Lが、Ra及びRbとなる直線の総数の50%以上あることが好ましい。このように、傾きRがRa、Rb、Rcに分類された直線Lは、Rbに分類される直線Lが多い方が好ましい。
10%≦L(Ra)≦40% (3)
40%≦L(Rb)≦90% (4)
0%≦L(Rc)≦20% (5)
であることが好ましい。このように、傾きRがRbとなる直線Lが大部分を占めることが好ましい。
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17、及び比較例1〜比較例3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よい。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5は、いずれも式(1)を満たしている。このように、直線Lの傾きRが小さい、即ち傾きRが0.04以下のものが多い場合、油膜の形成が容易になるとともに、接触抵抗が低減される。したがって、摩擦係数の低減を図ることができる。これに対し、比較例品1〜比較例品3は、いずれも式(1)を満たしていない。このように、式(1)を満たす実施例品1〜実施例品5は、比較例品1〜比較例品3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。
実施例品11〜実施例品17は、式(1)及び式(2)を満たしつつ、さらに式(3)〜式(5)を満たしている。このように、式(3)〜式(5)を満たす実施例品11〜実施例品17は、油膜の形成がより容易となり、摩擦係数のさらなる低減が図られている。
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に窪み分を設ける場合、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 (6)
- 基材層と、前記基材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、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、
前記形状線と前記凹凸平均線との交点を挟んで隣り合う前記凹部及び前記凸部において、前記凹部の最下点である底と前記凸部の最上点である頂とを仮想的な直線Lで結び、前記直線Lの傾きを傾きRと定義し、
求められた前記傾きRを、
Ra:R<0.02、
Rb:0.02≦R≦0.04、
Rc:0.04<R
に分類し、前記傾きRを算出した前記直線Lの総数を100%としたとき、
L(Ra)+L(Rb)≧50%である摺動部材。 - L(Rb)/(L(Ra)+L(Rb))≧50%である請求項1記載の摺動部材。
- 前記傾きRを算出した前記直線Lの総数を100%としたとき、
10%≦L(Ra)≦40%、
40%≦L(Rb)≦90%、
0%≦L(Rc)≦20%
である請求項1又は2記載の摺動部材。 - 請求項1から3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4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3のいずれか一項記載の摺動部材を備える内燃機関。
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