JP2017528590A - 軸受部材及び軸受部材の摺動層材料 - Google Patents

Abstract

軸受部材は、軸受部材基板と摺動層材料を含む摺動層とを備える。摺動層材料はポリマー材料及びナノダイヤモンドを含む。ナノダイヤモンドは表面修飾ナノダイヤモンドである。ナノダイヤモンドは好ましくは約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下の平均粒子サイズを有する。好ましくは、ナノダイヤモンドは爆発法によって生成されるナノダイヤモンドである。軸受部材はおそらく自動車への利用に特に適し、摩耗と疲労への耐性の強化をもたらす。【選択図】図１

Description

本発明は軸受部材に関するものである。本発明はまた軸受部材の摺動層材料に関するものでもある。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材と摺動層材料は、流体動圧滑り軸受部材（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｌａｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）として、又はその一部としての利用に特に適している。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材と摺動層材料は、自動車への利用が特に適している。適した利用は、クランクシャフト及び／又はカムシャフトを含む回転可能なエンジン部品を支持する軸受胴のコーティング、及びスラストワッシャとフランジベアリング部品（ｆｌａｎｇｅ ｂｅａｒｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）として又はその一部として利用するための軸受部材のコーティングを含むことができる。摺動層材料はまた、例えばエンジン内部のような、他の摺動表面をコーティングするために用いることもできる。

窒化物、炭化物（例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や炭化タングステン（ＷＣ））、ホウ化物、及び酸化物などの硬質材料のマイクロ粒子（すなわち、大きさが０．１ミクロン（μｍ）以上１００ミクロン（μｍ）以下であると一般的に定義される粒子）を、ポリマーマトリックス中に分散させ、自動車環境で用いるポリマー製の軸受コーティングを形成することが知られている。これは載荷能力を高め、軸受部材の摩耗率を減らすことができる。これらの硬質のマイクロ粒子は典型的には平均粒子サイズが１−１０μｍの範囲である。例えば、窒化物や炭化物（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び炭化タングステン（ＷＣ））、ホウ化物、及び酸化物などのマイクロ粒子は、ポリマーベースの摺動層（滑走層（ｒｕｎｎｉｎｇ ｌａｙｅｒ）又は上層（ｏｖｅｒｌａｙｅｒ））でコーティングされた軸受部材の耐摩耗性を改良するために通常用いられる。

しかしながら、本発明の発明者等の試験によると、特に自動車用途のための、ポリマーベースの摺動層でコーティングされた軸受については、硬質のマイクロ粒子を摺動層材料に用いるのは制限があるかもしれない、ということが示された。その試験によって、摺動層材料に硬質のマイクロ粒子を用いるのは、特にポリマー化合物の軸受のコーティングの疲労を促進するかもしれず、軸受の摩耗率を増加させ寿命を短くし得るので好ましくないかもしれない、ということが示唆された。

また、発明者等の知見では、摺動層材料に硬質のマイクロ粒子を含有させると、その摺動層はある最低限の厚さが必要となり、より薄いポリマー軸受コーティングと比べて摩擦が大きくなり好ましくないかもしれない、ということが判った。発明者等のさらなる知見では、硬質のマイクロ粒子を摺動層に含有させることにより、特にその層の厚さが十分でないときは、摺動層に局在化した「ハードスポット」（ｈａｒｄ ｓｐｏｔ）が生じ得るため、摩耗が不均一となり好ましくないかもしれないということが判った。

本発明はそのような問題のうちの１つ以上を解決することを目的としたものである。

本発明は、参照されるべき添付の独立した請求項で定義されるように、軸受部材及び軸受部材の摺動層を提供する。

発明者等の知見によれば、表面修飾ナノダイヤモンド（ｓｕｆａｃｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｓ）、又は約１ナノメートル（ｎｍ）以上約１０ナノメートル（ｎｍ）以下の平均粒子サイズの表面修飾ナノダイヤモンド、又は約５ｎｍ〜７ｎｍ又はそれ以下のＤ９０を有する範囲のサイズの表面修飾ナノダイヤモンド、又は本願で記載される他のサイズ範囲の表面修飾ナノダイヤモンドを、ポリマーマトリックスに使用して、自動車に使用される軸受部材用のポリマーベースの摺動層を形成することに利点がある可能性がある。その表面修飾ナノダイヤモンドはナノ粒子（すなわち、１〜１００ナノメートル（ｎｍ）の平均粒子サイズを有すると一般的に定義される粒子）の形態をとる。

表面修飾ナノダイヤモンドは、既知のポリマーベースの摺動層材料に従来から用いられている上記の硬質マイクロ粒子と異なり、ポリマー材料又はマトリックスによく結合することが、発明者等の調査によって示唆された。発明者等の調査はまた、ナノダイヤモンドの表面機能化はナノダイヤモンドとポリマーマトリックスとの界面相互作用を改良するかもしれないことを示唆している。例えば、ナノダイヤモンドとポリマーとの間の結合強度を制御するために、その表面機能化を予め決定するか又は制御することができる。ポリマーベースの摺動層を有する軸受部材に表面修飾ナノダイヤモンドを用いることは、先行技術の軸受部材と比べてより良いか又は少なくとも同等の耐摩耗性をもたらし得る。そのようなナノダイヤモンドはまた、先行技術の摺動層材料と比較して耐疲労性能の向上（すなわち、摺動層材料の疲労への耐性の増大）をもたらし得る。

本発明の好ましい又は長所である特徴は、参照されるべき従属請求項に明確に記載される。これらの特徴は以下を含む。

表面修飾ナノダイヤモンドは、表面修飾された爆発法ナノダイヤモンドであることが好ましい。発明者等の理解では、そのようなナノダイヤモンドは他の工程によって作製されたナノダイヤモンドを凌ぐ長所を持つ。例えば、爆発合成されたナノダイヤモンドは、他の工程によって作製されたナノダイヤモンドよりも著しく大きいであろう表面積を有することができる。その点では、先行技術の軸受部材を凌ぐ前述の長所のいくつか又はすべてを有する改良された軸受部材を得るために、非常に少量の爆発法ナノダイヤモンドしか必要とされないかもしれない。また、その爆発の工程によれば、ナノダイヤモンドを作製するための代替の工程において結果として生じ得る不純物が低減され、又は除去され得る。

好ましくは、表面修飾ナノダイヤモンドは酸素含有官能基、窒素含有官能基、及び水素含有官能基からなる群から選択された１つ以上の官能基を含む。

好ましくは、表面修飾ナノダイヤモンドは水素（−Ｈ）、水酸基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ_２）及びニトロ基（Ｏ_２Ｎ）からなる群から選択された官能基を１つ以上含む。

好ましくは、表面修飾ナノダイヤモンドはカルボキシル（−ＣＯＯＨ）基を含む。代わりに、表面修飾ナノダイヤモンドはアミノ基（−ＮＨ_２）を含むことができる。代わりに、表面修飾ナノダイヤモンドは−ＣＯＯＨと−ＮＨ_２基の両方（すなわち、２種のナノダイヤモンド）をあらゆる比と組み合わせで含むことができる。

摺動層材料は好ましくは平均粒子サイズが約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンドを含む。摺動層材料は好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは約５ｎｍ以上約７ｎｍ以下、好ましくは約６ｎｍのＤ９０を有するナノダイヤモンドを含む。そのようなナノダイヤモンドは、表面積が大きいため、より大きなＤ９０を有するナノダイヤモンドを用いた場合におそらく必要とされるであろう重量％よりも小さな重量％で摺動層材料中に分散させることができる。

好ましくは、摺動層材料は０．０５重量％以上０．５重量％以下の表面修飾ナノダイヤモンドを含む。摺動層材料は、例えば、０．０５、０．０７５、０．１、０．１５又は０．２重量％よりも多く、及び／又は０．５、０．４５、０．４０、０．３５、０．３、０．２５、０．２又は０．１５重量％よりも少ない表面修飾ナノダイヤモンドを含むことができる。摺動層材料は約０．１５重量％以上約０．２５重量％以下の表面修飾ナノダイヤモンド、又は約０．０５重量％以上約０．１５重量％以下の表面修飾ナノダイヤモンド、又は約０．０５重量％以上約０．０７５重量％以下の表面修飾ナノダイヤモンドを含むことができる。

試験によれば、最終的な摺動層材料におけるナノダイヤモンドの濃度が約０．０５〜約０．１重量％の範囲となるようにナノダイヤモンドを添加することによって、軸受表面の摩擦係数は、硬質のマイクロ粒子を有する既知の軸受と比較して、実質的に低減されることが判った。試験によってさらに、（軸受表面の摩擦係数の低減という形態の）漸増的利益は、最終摺動層材料における濃度が約０．１重量％を超えるほどナノダイヤモンドを添加することによって、次第に衰えることが示唆された。試験によってさらに、硬質のマイクロ粒子を含む既知の軸受と比較して、摺動層材料は、その最終摺動層材料の濃度領域が約０．１重量％となるようにナノダイヤモンドを添加することによって、約２０％〜３０％の摩耗率の減少が達成可能であることが示唆された。

自動車用途に特に適しているかもしれない、本発明の好ましい実施形態に係る軸受部材の好ましい態様では、軸受部材は、軸受部材基板と、摺動層材料から作製される摺動層とを含む。摺動層材料はポリマー材料を含む。摺動層材料はまた表面修飾ナノダイヤモンドを含む。ナノダイヤモンドは好ましくは約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下、好ましくは約５ｎｍ以上約７ｎｍ以下のＤ９０を有する。

好ましい軸受部材は、軸受部材基板（又は中間層）、この軸受部材基板上に堆積した摺動層（又は上層）、及びこの軸受部材基板の裏側に配置された裏面層を含む。裏面層は、例えばそれがメインの軸受ハウジング内か又はコネクティングロッドの大端部に設置されたとき、軸受部材基板の変形に対する強度と耐性を与える。

下記で説明されるように、本発明の好ましい実施形態に係る軸受部材は半円又は半円筒の軸受部材又は軸受胴として与えられるかもしれない。

好ましくは、軸受部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは約１μｍ以上約２０μｍ以下であってもよい。好ましくは、摺動部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは約６μｍ以上約１４μｍ以下であってもよい。

好ましくは、摺動層は少なくとも２つの層からなる。代替として、摺動層は２つの層よりも多くの層を含んでいてもよい。例えば、３つの層か、４つの層か又は５つの層を含み得る。好ましくは、上記２つ以上の層の各々の厚さは実質的に等しくてもよい。

摺動層を少なくとも２層か又はそれ以上の層として軸受部材基板に塗布することは、摺動層を単一の層で塗布するときよりも、それぞれの層の厚さを薄くすることができるという利点をもたらす。それはまた、摺動層の隆起や流動を防ぎ及び／又は軸受部材基板上の摺動層のより均一な厚さを与える。試験によって、摺動層を少なくとも２層で塗布することは、その摺動層の摩耗と疲労に対する耐性及びその軸受部材を作製するためのコストの最適なバランスを与えることが示唆された。

摺動層の少なくとも２つの層のうち少なくとも１つの層は、含まれる表面修飾ナノダイヤモンドの重量パーセントが、摺動層の少なくとも１つの他の層とは異なっていてもよい。

摺動層の中間の層における表面修飾ナノダイヤモンドの重量パーセントは、摺動層の外側の層のうちの少なくとも１つとは異なっていてもよい（より高いか又はより低くてもよい）。（その摺動層の外側の層とは、軸受表面層及び軸受部材基板に隣接した層である）。

摺動層材料における表面修飾ナノダイヤモンドの重量パーセントは、軸受表面を形成する層よりも基板に隣接した層においてより高くてもよい。その中間の層又はそれぞれの中間の層の重量パーセントは、上記のより高い重量パーセント及びより低い重量パーセントと等しいか又はその間であってもよい。

代替として、又は加えて、摺動層におけるナノダイヤモンドの重量パーセントは、基板側から離れる層ごとに減少していてもよい。言い換えると、基板と接している層はナノダイヤモンドの重量パーセントが最大であってもよく、軸受表面を形成する層はより少ないか又は最小の重量パーセントのナノダイヤモンドを含んでいてもよい。このことは、軸受部材を使用している間、摺動層が摩耗するにつれて摺動層の硬さが増し、その耐摩耗性が次第に増す軸受を有利にもたらし得る。

摺動層材料のマトリックスはポリマー材料で形成される。適したポリマー材料の例としては、クロスリンク可能な結合性化学物質や、熱硬化性樹脂、高融点熱可塑性樹脂、高融点熱可塑性樹脂材料を少なくとも１つ含むマトリックスを有する材料、繊維強化樹脂、それらの物質のあらゆる組み合わせ、などがある。他の適した物質も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。特に適したポリマー材料としてはＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、エポキシ、エポキシ樹脂、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの物質のあらゆる組み合わせが含まれる。これらの物質は高温耐熱性と優れた媒体特性（潤滑油に対する化学耐性など）によって特徴付けられる。

本発明の好ましい実施形態の軸受部材のための、特に好ましい１つのポリマー材料はポリアミドイミド（ＰＡＩ）である。上記のように、表面修飾ナノダイヤモンドは、好ましくは−ＣＯＯＨ及び／又は−ＮＨ_２基をそれら表面に有する。試験によって、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂が−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンド、又は−ＮＨ_２基修飾ナノダイヤモンド、又はそれら２つの組み合わせに対して効果的に反応する、ということが示唆された。試験によってまた、−ＮＨ_２基修飾機能性ナノダイヤモンドは−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンドよりもわずかに利点が大きいことが示唆された。これはクロスリンクされていない（すなわち、硬化されていない）ＰＡＩポリマー鎖上にある比較的小さな−ＮＨ_２よりも、ＰＡＩポリマー鎖上にある比較的大きなカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）の方が、表面修飾ナノダイヤモンドにより接近しやすいからである。それゆえ、−ＮＨ_２基修飾ナノダイヤモンドは、ＰＡＩポリマー鎖における比較的大きなカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に結合しやすい一方で、−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンドは、ＰＡＩポリマー鎖における比較的小さい−ＮＨ_２基に立体反発のために結合しにくい。言い換えると、−ＮＨ_２基修飾ナノダイヤモンドは、−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンドよりもより簡単に、従ってより効果的に、クロスリンクされていない（すなわち、硬化されていない）ＰＡＩポリマー鎖に反応する。そのようなわけで、−ＮＨ_２基修飾ナノダイヤモンド及び−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンドが摺動層材料に加えられる実施形態においては、−ＮＨ_２基修飾ナノダイヤモンドの方が−ＣＯＯＨ基修飾ナノダイヤモンドよりも相対的に配合比率が高い方が、おそらく利点が大きい。試験によってさらに、ナノダイヤモンドの存在による疲労耐性と摩耗性の好ましい増加を得て、同時にポリマーベースの摺動層の強度を維持するために、（ｉ）機能性ナノダイヤモンドとＰＡＩポリマー鎖との間の効果的な結合と（ｉｉ）摺動層材料が硬化されたときのポリマー鎖同士の結合との間で達するべきバランスがある、ことが示唆された。

摺動層材料は、少なくとも１種類の固体潤滑剤を任意で含むことができる。適した固体潤滑剤としては、層状の金属硫化物、グラファイト、６方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥ、又はこれらの物質のあらゆる組み合わせが含まれる。他の適した物質も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

好ましくは、摺動層材料はさらにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。摺動層には、約３重量％以上約１２重量％以下の割合でＰＴＦＥを含むことができ、好ましくは約６重量％以上約８重量％以下のＰＴＦＥである。

摺動層材料は二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）をさらに含むことができる。

摺動層材料は、粉末状又はその他の形態（例えば薄片）の１つ以上の硬質マイクロ粒子及び／又はナノ粒子を任意で含むことができる。いくつかの適した硬質粒子材料には、窒化物、炭化物、ホウ化物、酸化物（例えば、酸化鉄）、金属粉末、及び金属薄片（例えば、アルミニウム薄片）が含まれる。他の適した材料も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

摺動層材料は１つ以上の摺動層の色を誘発する色素や物質を任意で含むことができる。摺動層材料は、例えば、アルミニウム薄片又はカーボンブラックを含むことができる。実施形態の一例において、摺動層材料は約１０重量％以上約３０重量％以下、好ましくは１５重量％以上約２５重量％以下の割合でアルミニウム薄片を含むことができる。

好ましくは、軸受部材基板は、鉄、アルミニウム、若しくは銅の合金、又は青銅若しくは黄銅材料を含む。これらの材料は、例えば、ポリマーが急速に摩耗してなくなったときに軸受部材がすぐに止まらないように、緊急事態において良い滑走表面を与えることができる。

本発明の摺動層材料を用いることで、限られた疲労耐性を有するいくつかの軸受部材基板材料の可能な使用方法又は応用の範囲を拡げることができると考えられる。本発明の摺動層材料はしたがって、軸受部材に必要だった重く高価な物質（例えば、青銅）に代えて、より軽くより低コストの軸受部材基板材料（例えば、アルミニウム）を、いくつかの応用（例えば、自動車環境の滑り軸受部材）に用いることを可能にし得る。

軸受部材はさらに、軸受部材の裏側に配置された金属製の裏面層を有することができる。これにより、軸受部材に、より高いフープ強度と剛性が付与され得る。好ましくは、軸受部材は鉄の裏面層を有する。

好ましくは、摺動層は軸受部材基板に噴霧操作によって塗布される。好ましい噴霧操作を含む、本発明の好ましい実施形態による軸受部材の好ましい製造方法について以下で説明する。

上述のように、好ましくは、軸受部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは、約１μｍ以上約２０μｍ以下で、好ましくは約６μｍ以上約１４μｍ以下であってもよい。摺動層の好ましい平均の厚さは軸受部材基板として選択される材料に応じて異なっていてもよい。例えば、軸受部材基板がアルミニウムやアルミニウム合金を含むような実施形態においては、軸受部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは約６μｍ以上約１２μ以下であってもよく、好ましくは約９μｍであってもよい。軸受部材基板が青銅や青銅合金を含む他の実施形態においては、軸受部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは約８μｍ以上約１４μｍ以下、好ましくは約１１μｍであってもよい。

本発明の摺動層材料は、既知の摺動層材料と比較して、強化された摩耗性及び／又は改良された疲労耐性を有利に与える。このことは、摺動層材料を、自動車その他のもので利用する滑り軸受部材など、部品を高温下で用いたり、高速運動又は回転運動を行うような環境で用いたりするのに特に適したものにすることができる。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材は、液体潤滑の応用物に用いるのに特に適しているかもしれない。特に利点のある軸受部材への応用は、例えばクランクシャフト及び／又はカムシャフトの支持軸受、大端部の軸受（ｂｉｇ ｅｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ）や小端部のブッシュ（ｓｍａｌｌ ｅｎｄ ｂｕｓｈｉｎｇ）など、燃焼機関で利用する摺動軸受として用いることである。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材はまた、始動停止のエンジン技術を備えたエンジンなどの自動車エンジンに用いるのに特に適しているかもしれない。始動停止のエンジン技術を備えたエンジンでは、例えば、従来のエンジンに比べて、寿命が尽きるまでに実質的により多くの回数の始動が行われ得るとともに、潤滑剤の均一な流体フィルムがその軸受／滑走表面に形成される前に、クランクシャフトが規則的に又は頻繁に休止状態から加速され得る。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材はまた、ブッシュ、ピストンスカート（ｐｉｓｔｏｎ ｓｋｉｒｔｓ）、ピストンリング、ライナ（ｌｉｎｅａｒｓ）、カムシャフト、及びコンロッドなどの多くのエンジン部品の摺動表面のどれにも用いることができる。それらはまた、スラストワッシャ、フランジ、又はハーフライナ（ｈａｌｆ ｌｉｎｅａｒｓ）として、又はその一部として用いることができる。他の適した応用物も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して、例示のみを目的として説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による、一対の半円筒の軸受部材を示す。 図２は、図２の一対の半円筒の軸受部材によって形成された円筒の軸受部材を示す。 図３は、摺動層の少なくとも２層が実質的に等しい厚さである本発明の好ましい実施形態による軸受部材の断面を示す。 図４は、本発明の好ましい実施形態による軸受部材の断面を示す。ここで、摺動層の少なくとも２層は異なる厚さであり、その各々の層におけるナノダイヤモンドの重量パーセントは基板から外側の（滑走）表面に向かって減少する。 図５は、本発明の好ましい実施形態による軸受部材を作製するための好ましい工程の概略図を示す。 図６は、摺動層を軸受部材の積み重ねの基板に同時に塗布するスプレーランス（ｓｐｒａｙ ｌａｎｃｅ）の一般的な配置を示す。 図７は、可変のスプレーランスの速度プロファイル及び圧力プロファイルの一例を示す図である。

表面修飾ナノダイヤモンド、又は約１〜約１０ナノメートル（ｎｍ）の平均粒子サイズの表面修飾ダイヤモンド、又は約５ｎｍ〜７ｎｍ又はそれ以下のＤ９０のサイズ範囲の表面修飾ダイヤモンドを軸受部材に導入するために、これらのナノダイヤモンド、又は望ましいサイズ範囲のダイヤモンドがまず最初に作製されなければならない。ナノダイヤモンド又は望ましいサイズ範囲のダイヤモンドを作製するための方法はいくつか知られている。本発明の好ましい実施形態による軸受部材に用いるための、ナノダイヤモンド又は望ましいサイズ範囲のダイヤモンドの作製方法の一例は、爆発によるものである。この工程により作製されるナノダイヤモンドは「爆発法ナノダイヤモンド」とよばれる。

爆発法ナノダイヤモンドを作製するための適した工程は、Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ Ａｒｔｉｃｌｅに２０１１年１２月１８日にオンライン出版され、２０１２年１月の「Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」第７巻（ＤＯＩ： １０．１０３８／ＮＮＡＮＯ．２０１１．２０９）（「ｔｈｅ Ｒｅｖｉｅｗ Ａｒｔｉｃｌｅ」）に出版された、Ｖａｄｙｍ Ｎ． Ｍｏｃｈａｌｉｎ、Ｏｌｇａ Ｓｈｅｎｄｅｒｏｖａ、Ｄｅａｎ Ｈｏ、Ｙｕｒｙ Ｇｏｇｏｔｓｉによる「Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｓ」というタイトルの論文に記載されている。Ｆｉｇｕｒｅ １とＦｉｇｕｒｅ２、関連した記述、及び「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ」という見出しのセクションは特に参照されるべきである。

本発明の好ましい実施形態の軸受部材で使用するナノダイヤモンドは約１ｎｍ〜約１０ｎｍの間の平均粒子サイズを有していてもよい。ナノダイヤモンドは好ましくは約５ｎｍ〜約７ｎｍの間、好ましくは約６ｎｍのＤ９０を有する。粒子サイズを測定するための適した（従来の）方法には透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ラマン分光法、エックス線吸収端近傍構造（ＸＡＮＥＳ）、及びフーリエ変換型赤外分光法（ＦＴＩＲ）が含まれる。そのような技術はどれも本発明と関連して用いることができる。ナノ粒子サイズを測定するための適した工程の例は、Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ｊｏｕｒｎａｌ（Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１２， ２， １５−３０； ｄｏｉ：１０．３３９０／ｎａｎｏ２０１００１５； ＩＳＳＮ ２０７９−４９９１）に出版された、Ｈａｒｕｈｉｓａ Ｋａｔｏ、Ａｙａｋｏ Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｋａｙｏｒｉ Ｔａｋａｈａｓｈｉ、Ｓｈｉｎｉｃｈｉ Ｋｉｎｕｇａｓａによる、「Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｓｉｚｅ ａｎｄ Ｓｉｚｅ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｌａｔｅｘ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ｕｓｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄ Ｆｌｏｗ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉ−Ａｎｇｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ」のタイトルの論文に記載されている。

本発明の好ましい実施形態の軸受部材に用いるナノダイヤモンドは表面に官能基を有する。それゆえ、「機能化された（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ）」又は「表面修飾された（ｓｕｒｆａｃｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ）」ナノダイヤモンドを形成する。これはダイヤモンド核の有用な性質に影響を与えたり又はそれを損なったりすることなく、ナノダイヤモンドの表面を修飾するために用いることができる。官能基は、ナノダイヤモンドの爆発合成の間に、ナノダイヤモンド表面に付けることができる。表面修飾ナノダイヤモンド作製の工程例は上記のＮａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ Ａｒｔｉｃｌｅに記載されている。

好ましい実施形態においては、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が爆発法ナノダイヤモンドの表面に付けられる。他の好ましい実施形態においては、アミノ基（−ＮＨ_２）が爆発法ナノダイヤモンドの表面に付けられる。さらに好ましい実施形態においては、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とアミノ基（−ＮＨ_２）の両方が爆発法ナノダイヤモンドの表面に付けられる。

表面修飾された爆発法ナノダイヤモンドは、液体に分散された状態で貯蔵され輸送される。例えば、表面修飾された爆発法ナノダイヤモンドはＮ−エチルピロリドン（ＮＥＰ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、又は水溶液において分散させることができる。試験によって、ナノダイヤモンドは約１重量％までの濃度の溶媒溶液、又は約５重量％までの濃度の水溶液において分散させることができるということが示されている。

ナノダイヤモンドは溶液から析出する傾向、つまり凝集する傾向があるので、乾式摩砕（例えば食塩や砂糖などの加溶な物質と一緒にして）、超音波処理、又は遠心分離などの適切な工程によりそれらの凝集を解くことが必要であるかもしれない。

溶媒や水溶液に分散させた爆発法ナノダイヤモンドはさらに希薄にしてもよい。希薄ナノダイヤモンド分散液はポリマー物質中に混合され、本発明の好ましい実施形態による軸受部材に塗布される摺動層材料を形成する。希薄ナノダイヤモンド分散液をゆっくり攪拌することは、ナノダイヤモンドの凝集を回避するのに役立つ。

ポリマー材料は好ましくはポリアミドイミド（ＰＡＩ）である。ＰＡＩは摺動層材料（又は滑走層又は上層）のバルクを形成する。下記において説明するように、摺動層材料は１種以上の他の成分又は要素を含むことができる。

爆発法ナノダイヤモンドの大きな表面積により、摺動層材料に必要な摩耗及び疲労特性を与えるためには、ナノダイヤモンドはほんの少量しか必要とされない。ナノダイヤモンドは、ＰＡＩマトリックスに、最終的な摺動層材料におけるナノダイヤモンドの濃度が０．０５−０．５重量％の濃度範囲となるように、加えることができる。１つの好ましい実施形態においては、ナノダイヤモンドは、ＰＡＩマトリックスに、最終的な摺動層材料における濃度が約０．１重量％となるように加えることができる。他の好ましい実施形態においては、ナノダイヤモンドは、ＰＡＩマトリックスに、最終的な摺動層材料における濃度が約０．２重量％となるように加えることができる。他の実施形態においては、ナノダイヤモンドは、ＰＡＩマトリックスに、最終的な摺動層材料における濃度が約０．０５重量％となるように加えることができる。

好ましい軸受部材は図１〜図４に示されている。軸受部材は一般的に軸受部材基板（又は中間層）、該軸受部材基板に形成された摺動層（又は上層）、及び軸受部材基板の裏側に配置された裏面層を含む。

軸受部材１は、エンジンの回転可能なシャフトを支持するために用いることができ、一体となって実質的に連続した円又は円筒の軸受部材を形成する一対の半円又は半円筒の軸受部材２，３（軸受胴）として形成され得る（図２）。上記に代わる多くの形状や配置の軸受部材を考えることができ、これらは当業者にとっては明らかであろう。

軸受部材は、軸受部材基板４と、その基板に塗布され且つ基板によって支持される摺動層５とを含む。軸受部材は、剛性とフープ強度を高めるために基板の裏側に配置された裏面層６を有する。

軸受部材基板に塗布される摺動層の平均の厚さは好ましくは約６μｍと約１４μｍとの間である。上記のように、摺動層の平均の厚さは、摺動層が塗布される軸受部材基板に用いられる物質に応じて変わってもよい。

軸受部材基板は、軸受部材により大きな構造的硬さを与えるために金属物質でできているのが好ましい。適した基板材料には、アルミニウム、青銅、黄銅、ビスマス、銅、ニッケル、すず、亜鉛、銀、金、及び鉄、又はそれらの合金が含まれる。基板はこれらのうち２又はそれ以上の物質の合金を含むことができる。本発明の好ましい実施形態による軸受部材に特に適した基板材料には、鉄、アルミニウム、銅、青銅及び黄銅、並びに鉄合金、アルミニウム合金、銅合金、青銅合金及び黄銅合金が含まれる。

任意的に、基板は、特定の支持用軸受部材材料（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が用いられたときに、摺動層接着のために改良された表面を提供できる中間層を含むことができる。その任意的な中間層の適した物質には、ニッケル、銀、銅、及び／若しくは鉄、又はそれらを１つ以上含む合金が含まれる。その任意的な中間層はそのような物質／合金の２つ以上の組み合わせを含むことができる。その中間層はまた接着促進物質を含むことができ、及び／又は、例えば、リン酸処理、クロム酸処理、又はケイ酸処理などの前処理が施される。

裏面層は鉄製であることが好ましい。他の適した物質も当業者にとっては明らかであろう。

摺動層材料はまた、好ましくは少なくとも１つの固体潤滑剤を含む。好ましい１つの実施形態においては、摺動層材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。他の好ましい実施形態においては、摺動層材料は二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を含む。他の好ましい実施形態においては、摺動層材料はＰＴＦＥ及びＭｏＳ_２の両方を含む。

図３及び図４に示されるように、摺動層は少なくとも２層５ａ、５ｂで基板に塗布される。第３層５ｃもまた塗布することができる。これは、摺動層が２層で積層されたときに、摺動層が基板に単層で塗布される軸受部材の摺動層の厚さよりも、摺動層全体が薄く望ましい厚さで積層されることを可能にする。摺動層を少なくとも２層で基板に塗布することは、厚さの制御を向上させ、下側にある軸受部材基板全体にわたって摺動層の厚さの均一性をより高くし、摺動層材料のたわみを抑制することがわかった。

摺動層５は好ましくは少なくとも２層で基板に塗布される。摺動層を基板に２つより多くの層で塗布するのが利点があるだろう。摺動層を基板に、例えば、３層、４層、又は５層で塗布することは厚さの制御を良くし、摺動層が２層のみで基板に塗布されたときに達成できる厚さに比べより均一な厚さを与える。本発明の好ましい実施形態に応じた摺動層の好ましい層の数は４である。

さらに好ましい実施形態において、摺動層は少なくとも２層を含み、少なくとも２層の各々の層は他の少なくとも１つの層とは組成が異なっていてもよい（図４を参照）。例えば、摺動層におけるナノダイヤモンドの重量パーセントは層と層とで異なっていてもよい。摺動層材料のナノダイヤモンドの重量パーセントは、基板に隣接した第１外層と、外側（軸受）の表面を形成する第２外層との間の中央の層においてより高いか又はより低くてもよい。この構成で、第１外層のナノダイヤモンドの重量パーセントは、中央の層及び／又は第２外層におけるナノダイヤモンドの重量パーセントと同じであるか又は異なっていてもよい。

さらに好ましい実施形態において、摺動層は少なくとも２層を含み、ナノダイヤモンドの重量パーセントは基板側から層ごとに減少する。そのようにして、基板に隣接する層のナノダイヤモンドの重量パーセントがより高くなり、外側の（軸受）表面を形成する層の重量パーセントがより低くなる。この構造を有する軸受部材は、各層がすり減るにつれてだんだん高くなる耐摩耗性を持ち、ナノダイヤモンドの重量パーセントが摺動層のすべてにおいて同じである軸受に比べて、寿命を長くすることができる。

好ましくは、摺動層材料の複数の層は、摺動層の全体の厚さが好ましくは約１μｍと約２０μｍとの間になるように積み重ねられる。摺動層の好ましい厚さは約６μｍと約１４μｍとの間である。

本発明の好ましい実施形態による軸受部材の作製のための工程の好ましい実施形態を、図５を参照して説明する。その工程の好ましい実施形態は、以下のステップのいくつか又はすべてを含む。

Ａ．軸受胴の形成
Ｂ．軸受部材基板の脱脂
Ｃ．基板表面の粗面化
Ｄ．基板の洗浄
Ｅ．摺動層塗布のための、複数の基板の組み立てと配置調整
Ｆ．組立基板の予熱
Ｇ．摺動層材料の予熱
Ｈ．摺動層材料の組立基板表面への塗布による摺動層形成
Ｉ．摺動層の乾燥
Ｊ．軸受部材の付加的手順−必要であれば、例えばステップＧ〜Ｈのみ、又はステップＣ〜Ｈのいずれかの実行
Ｋ．摺動層の硬化（ｃｕｒｉｎｇ（ｏｒ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ））
Ｌ．軸受部材の後処理浄化
以下の記述から、上記に挙げた手順のいくつかは任意のステップであり、従って必ずしも好ましい製造工程に含む必要はないことが理解されるだろう。また、上記ステップを一度以上繰り返してもよいことも理解されるだろう。好ましい工程は必ずしも上記にリスト化され又は下記で説明される順番では行われない。

下記で説明するように、本発明の好ましい実施形態による軸受部材は、上記の手順のうち少なくともいくつかを二回以上行ってもよい。これは基板上の摺動層の厚さの制御向上、及び摺動層材料のたわみ抑制を与えることが判っている。

（Ａ）軸受胴の形成
本発明の好ましい実施形態による軸受胴は、裏面層の材料及び軸受部材基板材料を含むシート材料のバイメタルコイルからブランク材を切り出すことにより形成され得る。そのブランク材は圧縮ツールによって半円に形成される。その半円はすべての端部に沿って機械加工され、面取りされているか又はされていない機械加工された均一な表面を与える。それらの部品は標準のボーリングにより望ましい壁の厚さに加工される。

（Ｂ）基板の脱脂
任意的に、例えば最初の基板形成／マシニングのあとに余剰の潤滑剤を取り除くため、基板の脱脂が実行されてもよい。これは、例えば、溶媒ベース又は水性の洗浄液を用いて行うことができる。

基板の脱脂の結果、好ましくは、表面張力が約３８ｍＮ／ｍ以上のアルミニウム合金基板又は約４０ｍＮ／ｍ以上の青銅基板が得られる。

（Ｃ）基板表面の粗面化
基板の摺動層の塗布の前に、摺動層の接着を改良するために基板表面を粗面化することができる。

望ましい表面の粗面化は、たくさんの適した粗面化工程の方法によって為すことができる。粗面化工程には、摩耗、研磨、マイクロマシニング、ミクロな溝／チャンネルのマシニング、サンドブラスティング、グリットブラスティング又はグラインディングなどの機械的な方法、及び表面のリン酸化又は軽い化学的エッチングなどの化学的処理が含まれる。他の適した処理も予想され、それは当業者にとっては明らかであろう。

本研究の実施形態による軸受部材に必要とされる粗さを有する基板表面を得るには、グリットブラスティング及び／又はショットピーニングが最も適した方法であると考えられ
る。

望ましい表面の粗さを得るために、基板表面のグリットブラスティングに用いるのに特に適した材料はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及び／又はポリマーグリットである。

望ましい表面の粗さを得るために、基板表面のショットピーニングに用いるのに特に適した材料はスチールショット、セラミックビーズ及び／又はガラスビーズである。

（Ｄ）基板の洗浄
任意的に、軸受部材基板表面の粗面化のあとに、軸受部材基板の表面から残留物を取り除くために洗浄してもよい。

洗浄後に残る軸受部材基板の表面の残留物は、０．０１ｍｇ／ｐａｒｔ（個々の軸受部材基板ごとに）以下又は１−２ｍｇ／ｍ^２よりも少ないことが好ましい。

基板表面をポリマーグリットでグリットブラスティングし及び／又はこれをビーズでショットピーニングすることは、表面洗浄の必要性が少なくなり又は無くなるという点で利点がある。

（Ｅ）摺動層塗布のための複数の軸受部材基板の組み立て
摺動層は各々の軸受部材表面に個々に塗布される。好ましくは、製造サイクル効率を改良し及びサイクルアウトプットを増やすために、摺動層は複数の軸受部材基板に同時に、又は順番に、塗布される。

この方法の特に好ましい形態においては、第１の複数の軸受部材基板は第１の治具において、それぞれの隣接する半円筒軸受部材基板の内周面を上向きになるようにし、実質的に一つ一つが隣接するように配置される。第２の複数の軸受部材基板は第２の治具において、それぞれの隣接する半円筒軸受部材基板の内周面を上向きになるようにし、実質的に一つ一つが隣接するように配置される。第１と第２の治具は、第１と第２の治具における軸受部材基板が対になり、それぞれの対が実質的に完全な円筒になるように重ね合わせられる。そして実質的には円筒状に配置されて、軸受部材の空洞を有する連続した柱を形成するように組み立てられる。

（Ｆ）基板の予熱
任意的に、軸受部材基板を積み重ねて組み立てたものは、摺動層の塗布前に予熱してもよい。これは摺動層材料が基板に対してたわむのを防止するのに役立つかもしれない。

軸受部材基板の柱の予熱は滞留によって行ってもよい。例えば、軸受部材の円筒状の柱内部に暖気を流し、又はそれに代えて、赤外線により軸受部材の円筒状の柱内部に熱を加える。他の適した方法と、基板の予熱のための装置も予想され、当業者にとっては明らかであろう。

軸受部材は好ましくは表面温度が約３０℃以上１００℃以下、好ましくは約４０℃以上８５℃以下となるように予熱される。

軸受部材基板の予熱は、以下のステップＨで説明されるように、摺動層の第１層の塗布前に行ってもよく、又は以下のステップＨで説明されるように、摺動層の１つより多くの層若しくは各々１つの層の塗布前に行ってもよい。

（Ｇ）摺動層材料の予熱
任意的に、摺動層が軸受部材基板に塗布される前に、摺動層材料を加熱手段により予熱してもよい。摺動層材料は約２０℃以上約８０℃以下に予熱してもよい。これは、下記のステップＨで説明されるように、摺動層の第１層を塗布する前にのみ行ってもよく、又は以下のステップＨで説明されるように、１つよりも多くの層若しくは各々１つの層の摺動層を塗布する前に行ってもよい。

摺動層の塗布前に摺動層材料の温度と軸受部材基板の温度とを合わせること、及び／又は摺動層を軸受部材に塗布する間摺動層材料の温度を一定に保つことは、摺動層が軸受部材基板に対して均一となることを確実にするのに役立つかもしれない。また、摺動層材料の粘性を一定に保ち、従って各々の層を塗布する工程の特徴と結果的な摺動層の塗布層の厚さを一貫したものにして再現可能にすることとを確実にする。

摺動層の予熱のための、適した多くの方法と装置とが考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

（Ｈ）摺動層の組立基板への塗布
摺動層は、当業者にとって明らかであろう多くの方法の１つにより、組立基板へ塗布することができる。本発明の好ましい実施形態による軸受部材を形成するための、摺動層を組立基板への塗布の好ましい方法は、摺動層材料を液体状態で組立基板に噴霧することである。摺動層材料は好ましくはスプレーランス又はノズルによって塗布される（図６）。

スプレーランス７は軸受部材基板８の表面に対して相対的に移動してもよい。代替として、軸受部材基板の表面がスプレーランスに対して相対的に移動してもよい。さらなる代替として、軸受部材基板の表面はスプレーランスに対して相対的に動くとともに、スプレーランスは軸受部材基板表面に対して相対的に動いてもよい。最後の構成では、スプレーランスと軸受部材基板とは一方を固定しながら順番に動いてもよく、又は、スプレーランスと軸受部材基板とが互いに相対的に同時に動いてもよい。

製造工程の好ましい形態では、第１及び第２の複数の軸受部材は実質的に連続した柱でそれぞれの治具に固定されている。第１及び第２治具は、実質的に円柱に構成され、図６に示すように鉛直方向を向いている。

ランスからのスプレー９は、軸受部材基板の柱の直交方向に、好ましくは約３０度以上約７０度以下の角度をなしている。好ましくは、そのスプレーコーンは軸受部材基板の表面に対する法線によって分けられ、例えば、約５０度のスプレー角度は、軸受部材基板の表面に対する法線で分けられた両側のうちの一方に約２５度のスプレーコーンを形成する。

スプレーランスは軸受部材基板に対して回転してもよい。代替として、軸受部材基板はスプレーランスに対して相対的に回転してもよい。さらなる代替として、軸受部材基板はスプレーランスに対して相対的に回転するとともに、スプレーランスはまた軸受部材基板に対して相対的に回転してもよい。最後の構成においては、スプレーランスと軸受部材基板とは一方を固定しながら順番に動いてもよく、又はスプレーランスと軸受部材基板とが同時に互いに相対的に回転してもよい。

製造工程の好ましい形態では、スプレーランスは軸受部材基板の円筒の配置に対して相対的に回転してもよい。回転するスプレーランスは軸受部材の積み重ねよりも小さな慣性及び／又は運動量を有しているので、スプレーランスを基板に対して相対的に回転させることは軸受部材基板の積み重ねを固定されたランスに対して回転させることよりも簡単に制御できる。

ランスは約５００ｒｐｍ〜約１５００ｒｐｍで回転し、好ましくは約１０００ｒｐｍで回転する。

回転するスプレーランスは軸受部材基板の柱の中心軸の中に下向きに進み、固定された軸受部材基板対して相対的に下向きに移動する。スプレーランスは軸受部材基板の円筒の配置に対して相対的に連続して下向きに移動してもよい。代替として、スプレーランスは、前もって決められた多くの噴霧位置の間を、軸受部材基板の円筒の配置に対して相対的に進んでもよい。

回転するランスは軸受部材基板の柱上端へ進み、軸受部材基板の柱の中心軸にそって下向きに、軸受部材基板の柱の下端を通過するまで進む。そして軸受部材基板の柱の中心軸に沿って上向きに、軸受部材基板の柱の上端を通過するまで引き上げられる。

噴霧操作を制御するために、スプレーランスや、当該ランスが結合する噴霧装置の様々な操作上のパラメータを制御することができる。例えば、摺動層の性質を制御するために、次のいずれか又はすべてのパラメータを変更することができる：軸受部材基板に塗布される摺動層の厚さ、スプレーランスの線速度、スプレーランスの回転速度、噴霧圧力、ファン圧力、及びランスのアパーチャサイズ。

上記の噴霧パラメータの少なくともいくつかは非線形に制御可能であってもよい。例えば、ランスは変化しうる速度で軸受部材基板に沿って直線的に進んでもよい。その速度は、噴霧圧力及び／又は噴霧装置の背圧に応じて、又は制御されたバリエーションによるそれらとの組み合わせで、変化してもよい。例えば、軸受部材基板の積み重ねの鉛直高さの中心における線速度は、増大した背圧を生むために抑制してもよい。その線速度はまた、ランスが軸受部材基板積み重ねの上端及び／又は下端に近づくにつれ抑制してもよい。

噴霧圧力はスプレーランスが軸受部材基板の柱の中を下方へ動いている間変化してもよい。さらに、ランスの回転速度はそれぞれの噴霧操作を通して一定に保たれてもよく又は変化してもよい。

スプレーランスの線速度及び／又は噴霧圧力は各々の噴霧操作の間、変化させてもよい。線速度及び噴霧圧力のプロファイル例は図７に示されている。ここで横軸は時間を表し、左側の縦軸は距離をｍｍで表し、そして右側の縦軸は噴霧圧力をｂａｒで表す。実線１０はスプレーランスの線速度（時間経過とともに動くスプレーランスの直線変化率）を示す。点線１１は噴霧圧力の時間による変化を示す。図７は軸受部材の積み重ねの例を含む。

図７の例に示される実線プロファイル（スプレーランスの線速度）から、スプレーランスの線速度は、軸受部材の柱上端から内部に進入するときに増加し、軸受部材の柱をその長さぶんだけ下に向かって移動しているときは一定に保たれることが理解されるだろう。そして、スプレーランスが軸受部材の柱下端よりも先に進むときに、線速度は小さくなる。スプレーランスは軸受部材の柱下端の下でしばらくの間定位置に固定される。ランスが軸受部材の柱下端から内部へ再進入するときにスプレーランスの線速度は増加し、軸受部材の柱の長さのぶんだけ上方に向かって移動する間、一定に保たれる。スプレーランスが軸受部材の柱上端から引き抜かれるとき、スプレーランスの線速度は再び小さくなる。

図７の例に示される点線プロファイル（噴霧圧力）から次のことが理解されるだろう。噴霧圧力は、スプレーランスが軸受部材の柱上端から内部へ進入するときに最小（又はオフ）で、スプレーランスが軸受部材の柱の長さのぶんだけ下方に向かって移動するときは最大で、スプレーランスが軸受部材の柱下端を超えて進むときは最小（又はオフ）で、スプレーランスが軸受部材の柱下端から内部へ再進入するときも最小（又はオフ）のままで、スプレーランスが軸受部材の柱の長さ分だけ上方へ移動するときに最大であり、スプレーランスが軸受部材の柱上端から引き抜かれるときに最小（又はオフ）に抑えられる。

図７のプロファイル例において、線速度プロファイルと噴霧圧力プロファイルは対称であり、摺動層材料の軸受部材への噴霧はスプレーランスがその柱すなわち軸受部材と相対的に下方へ進むとき、及びスプレーランスがその柱すなわち軸受部材と相対的に上方へ進むときの両方で起こる。速度プロファイルと噴霧圧力プロファイルのどちらか、または両方は、対称でなくてもよいことが理解されるだろう。さらに、摺動層材料の噴霧は、スプレーランスが軸受部材の柱に対して相対的に下方へ向かう間、又は上方へ向かう間にのみ起こってもよいことが理解されるだろう。

スプレーランスは、軸受部材の柱に対して相対的に上方へ及び下方への両方の動きの間、又は片方のみの動きの間に回転させてもよい。スプレーランスは、軸受部材の柱に対する相対的に上方及び下方への動きの間、同じ方向か又は反対方向に回転させてもよい。

（Ｉ）摺動層の乾燥
ステップＨに記載した摺動層の噴霧のあと、摺動層を乾燥する乾燥（又はフラッシュオフ）ステップが実行される。その乾燥ステップによって、好ましくは連続した、薄いフィルムの、摺動層材料が基板に残り、結果として実質的に手で触れることができるくらい乾燥した軸受部材が得られる。

摺動層の乾燥は多くの適した方法の１つによって為すことができる。軸受部材は軸受部材が円筒構造であるときに乾燥させてもよい。代替として、第１及び第２の治具を分離して、第１及び第２の複数の軸受部材を別々に乾燥してもよい。

１つの適した乾燥方法では、暖気を軸受部材の円筒の柱の中心に流し、軸受部材表面を通過させて、摺動層を対流乾燥させる。他の適した乾燥方法では、赤外線の熱源などの熱源を、軸受部材の円筒中心に沿って通過させる。さらに適した乾燥方法では、摺動層の乾燥は治具を通して、例えば誘導加熱器などの適切な加熱機器を利用して、軸受部材を裏面から熱することが為される。摺動層を乾燥するための、他の適した方法及び装置も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

摺動層材料の液体に溶媒が含まれる軸受部材の実施形態においては、溶媒の大部分は乾燥ステップの間、基板上で摺動層材料の連続した薄いフィルムが残るように、除去される。

（Ｊ）軸受部材の付加的な手順
本発明の好ましい実施形態による製造工程では、軸受部材は噴霧ステップ（ステップＦ）及び乾燥ステップ（ステップＧ）を少なくとも２回行う。その少なくとも２回の手順は、以下のステップを含む。

（Ｊ１ａ）第１噴霧ステップ（ステップＨで説明されたように）
（Ｊ１ｂ）第１乾燥ステップ（ステップＩで説明されたように）
（Ｊ２ａ）第２噴霧ステップ（ステップＨで説明されたように）
（Ｊ２ｂ）第２乾燥ステップ（ステップＩで説明されたように）
ステップＪ１ａ及びステップＪ１ｂは１回目の手順を形成する（ステップＨ及びステップＩで説明されたように）。ステップＪ２ａ及びステップＪ２ｂは２回目の手順を形成する。必要な場合は、付加的な噴霧及び乾燥ステップによって付加的な手順を形成してもよい。

上記の１回目の手順の後、（もし円柱が乾燥及び／又は洗浄のために分離されていた場合は）軸受部材は再び重ね合わせられ、円柱を形成し垂直に立てられる。噴霧ステップ（Ｊ２ａ）及び乾燥ステップ（Ｊ２ｂ）からなる２回目の手順は、そのあと上記のステップＨ及びステップＩに記載されるように実行される。

摺動層の望ましい厚さを得、制御するために、必要に応じて付加的な手順は何度でも実行してよい。

好ましくは、第２噴霧ステップ（Ｊ２ａ）（及び付加的な噴霧ステップ）が、軸受部材内周の位置であって、第１噴霧ステップ（ステップＨ）が開始される場所とは異なる位置において開始されるように、上記の少なくとも２回の手順各々の間、軸受部材の円柱にはインデックスが付けられる（すなわち、決められた距離と角度で移動し回転する）。

好ましくは、軸受部材の積み重ねには、それぞれの手順の後に、３６０度を実行する手順の回数で割った値に等しい値のインデックスが付けられる。例えば、２回の手順が実行される工程において、軸受部材の積み重ねには、それぞれの手順の後であって次の手順が開始される前に、約１８０度のインデックスが付けられる。３回の手順を実行する工程では、軸受部材の積み重ねには、それぞれの手順の後であって次の手順が開始される前に、約１２０度のインデックスが付けられる。４回の手順を実行する工程では、軸受部材の積み重ねには、それぞれの手順の後であって次の手順が開始される前に、約９０度のインデックスが付けられる。

軸受部材にインデックスを付けることは、いかなる好適な方法により為されてもよく、例えばステッピングモーターによって為されてもよい。他の適した方法も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

軸受部材にインデックスを付けることは、改良された摺動層の厚さの制御、及び少なくとも２層の摺動層の厚さのより良い均一性を得る上で役立つかもしれない。

軸受部材は、１回の手順、又は各々の手順のあとに洗浄され得る。

どのような２回の手順の間、又は上記の少なくとも２回の手順各々の間、噴霧及び／又は乾燥ステップのパラメータを変化させることは利点があるだろう。例えば、次のうちいくつか又は全てを変化させることは利点があるだろう：スプレーランスの回転速度、スプレーランスの回転方向、スプレーランスの線速度、スプレーランスのアパーチャサイズ、摺動層材料の噴霧圧力、軸受部材表面の法線に対する相対的なスプレーコーンの角度、噴霧ステップの時間、乾燥ステップの時間、摺動層を乾燥するための加熱／乾燥手段の温度。

（Ｋ）摺動層の硬化（Ｃｕｒｉｎｇ（ｏｒ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ））
摺動層材料の噴霧及び摺動層の乾燥の後、摺動層を硬化させる。それによってポリマー材料は硬化し、そのポリマー鎖間のクロスリンクが生じる。硬化によって摺動層は望ましい摺動性又は滑走性（ｓｌｉｄｉｎｇ ｏｒ ｒｕｎｎｎｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を得る。

摺動層の硬化は多くの適した方法の１つによって為される。軸受部材は、軸受部材が円筒構造である状態のまま硬化させてもよい。代替として、第１及び第２の治具を分離させて、その第１及び第２の複数の軸受部材を、同じ硬化装置又は異なる硬化装置によって、別々に硬化してもよい。

１つの適した硬化方法では、暖気を軸受部材の円筒内部に流し、軸受部材表面を通過させて、対流により摺動層を硬化させる。他の適した硬化方法では、赤外線の熱源などの、熱源を軸受部材の円筒の中心に沿って通過させる。さらに適した硬化方法では、摺動層の硬化は例えば誘導加熱器などの適切な加熱機器を利用して、治具を介して裏面から軸受部材を熱することで為される。摺動層を硬化するための、他の適した方法及び装置も考えられ、当業者にとっては明らかであろう。

硬化は加熱炉で実行してもよい。例えば、バッチ炉、トンネル炉、又は他の適した加熱装置で実行してもよい。軸受部材は好ましくは１５０℃以上の温度で硬化される。軸受部材を加熱炉で硬化させるとき、軸受部材円柱を分離し、第１及び第２の複数の軸受部材がその（軸受）内部表面を上向きにして水平になるように、２つの治具を配置するのが好ましい。その代替として、トンネル炉を用いる場合には、軸受部材を分離し、トレイやベルトコンベアに載せてもよい。

最終の手順の後（すなわち、第３又は最後の乾燥ステップの後）、単一の硬化ステップのみが必要であることが判っている。しかし、前の一回以上の手順の後に硬化ステップを含めることもまた利点があるかもしれず、また、各々の手順の後であって次の手順が始まる前に硬化ステップを含めることも利点があるかもしれない。

（Ｌ）軸受部材の後処理洗浄
任意的に、軸受部材は製造工程の１つ以上のステップ後に洗浄してもよい。軸受部材は好ましくは水溶液で洗浄される。軸受部材の洗浄は好ましくは摺動層の硬化ステップ後に実行される。製造工程の他のステップ後に付加的な洗浄ステップが必要に応じて実行されてもよい。

Claims (34)

1. 軸受部材基板と、
   摺動層材料からなる摺動層と、を備え、
   前記摺動層材料はポリマー材料及びナノダイヤモンドを含んでおり、
   前記ナノダイヤモンドは表面修飾ナノダイヤモンド（ｓｕｆａｃｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｓ）である、軸受部材。
2. 前記表面修飾ナノダイヤモンドの平均粒子サイズは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、又は好ましくは４ｎｍ以上８ｎｍ以下である、請求項１に記載の軸受部材。
3. 前記表面修飾ナノダイヤモンドの平均粒子サイズは５ｎｍ以上７ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の軸受部材。
4. 前記表面修飾ナノダイヤモンドは表面修飾された爆発法ナノダイヤモンドである、請求項１〜３のいずれかに記載の軸受部材。
5. 前記表面修飾ナノダイヤモンドは酸素含有官能基、窒素含有官能基、及び水素原子含有官能基からなる群から選択された１つ以上の官能基を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の軸受部材。
6. 前記表面修飾ナノダイヤモンドは水素（−Ｈ）、水酸基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ_２）、及びニトロ基（Ｏ_２Ｎ）からなる群から選択された１つ以上の官能基を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の軸受部材。
7. 前記表面修飾ナノダイヤモンドはカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の軸受部材。
8. 前記表面修飾ナノダイヤモンドはアミノ基（−ＮＨ_２）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の軸受部材。
9. 前記摺動層材料は、前記表面修飾ナノダイヤモンドを０．０５重量％以上０．５重量％以下含む、請求項１〜８のいずれかに記載の軸受部材。
10. 前記摺動層材料は、前記表面修飾ナノダイヤモンドを０．１５重量％以上０．２５重量％以下含む、請求項１〜９のいずれかに記載の軸受部材。
11. 前記摺動層材料は、前記表面修飾ナノダイヤモンドを０．０５重量％以上０．１５重量％以下含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の軸受部材。
12. 前記摺動層材料は、前記表面修飾ナノダイヤモンドを０．０５重量％以上０．０７５重量％以下含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の軸受部材。
13. 前記摺動層の厚さは１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１〜１２のいずれかに記載の軸受部材。
14. 前記摺動層の厚さは６μｍ以上１４μｍ以下である、請求項１３に記載の軸受部材。
15. 前記摺動層は少なくとも２つの層を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の軸受部材。
16. 前記摺動層は少なくとも３つの層を含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の軸受部材。
17. 前記摺動層は少なくとも４つの層を含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の軸受部材。
18. ２つ以上の前記層の各々の厚さは実質的に等しい、請求項１５〜１７のいずれかに記載の軸受部材。
19. 前記摺動層の少なくとも２つの前記層のうち少なくとも１つの層は、前記摺動層の少なくとも１つの他の層とは異なる重量％の前記表面修飾ナノダイヤモンドを含む、請求項１５〜１８のいずれかに記載の軸受部材。
20. 前記摺動層の１つの中間の層における前記表面修飾ナノダイヤモンドの重量％は、前記摺動層の少なくとも１つの外側の層の重量％とは異なる、請求項１５〜１８のいずれかに記載の軸受部材。
21. 前記表面修飾ナノダイヤモンドの重量％は、前記軸受部材基板側から前記摺動層の層ごとに減少する、請求項１９又は２０に記載の軸受部材。
22. 前記軸受部材基板は、その裏側に配置された鉄の裏面層をさらに有する、請求項１〜２１のいずれかに記載の軸受部材。
23. 前記軸受部材基板は、アルミニウム合金、鉄合金、銅合金、すず合金、又は青銅合金を含む、請求項１〜２２のいずれかに記載の軸受部材。
24. 前記ポリマー材料はポリアミドイミド（ＰＡＩ）を含む、請求項１〜２３のいずれかに記載の軸受部材。
25. 前記摺動層材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をさらに含む、請求項１〜２４のいずれかに記載の軸受部材。
26. 前記摺動層材料は二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）をさらに含む、請求項１〜２５のいずれかに記載の軸受部材。
27. ポリマー材料及びナノダイヤモンドを含み、
    前記ナノダイヤモンドは表面修飾ナノダイヤモンドである、軸受部材用の摺動層材料。
28. 前記ナノダイヤモンドの平均粒子サイズは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、又は好ましくは４ｎｍ以上８ｎｍ以下である、請求項２７に記載の摺動層材料。
29. 前記表面修飾ナノダイヤモンドの平均粒子サイズは５ｎｍ以上７ｎｍ以下である、請求項２８に記載の摺動層材料。
30. 前記ナノダイヤモンドは表面修飾された爆発法ナノダイヤモンドである請求項２８又は２９に記載の摺動層材料。
31. 実質的に添付の図面を参照して上記のごとく記載された軸受部材。
32. 実質的に添付の図面を参照して上記のごとく記載された摺動層材料。
33. 請求項１〜３１のいずれかに記載された軸受部材又は請求項３２に記載された摺動層材料を備えたエンジン。
34. 実質的に添付の図面を参照して上記のごとく記載された軸受部材の製造方法。