JP2018179079A - 摺動部材及び摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、摺動性及び耐摩耗性に優れる摺動部材及び摺動部材の製造方法の提供を課題とする。【解決手段】本発明の摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層を備え、上記フッ素樹脂が架橋しており、上記摺動層が外面に複数の溝を有し、上記摺動層の外面の算術平均粗さＲａが５μｍ以上である。本発明の摺動部材の製造方法は、フッ素樹脂を主成分とするシート体に、上記フッ素樹脂の結晶融点以上の温度、低酸素雰囲気下で電離性放射線を照射する照射工程と、上記照射工程後にシート体の外面に複数の溝を形成する溝形成工程とを備え、上記溝形成工程で、得られる上記シート体の外面の算術平均粗さＲａを５μｍ以上とする。【選択図】図２

Description

本発明は、摺動部材及び摺動部材の製造方法に関する。

一般にフッ素樹脂は易滑性に優れている。そのため、フッ素樹脂は、例えば使用者の手の滑りを良好に保てるようタッチパネルの前面板のハードコート層等に用いられている（特開２０１４−１３３３９３号公報参照）。

特開２０１４−１３３３９３号公報

上述のようにフッ素樹脂は易滑性に優れるが、この易滑性は（１）フッ素樹脂は表面エネルギーが低いため、樹脂自体が滑りやすいこと、及び（２）フッ素樹脂の表面が削れることで生じる粉が潤滑剤の役割を果たし、さらにこの粉の一部が摺動対象に付着してフッ素−フッ素間の摩擦形態に近くなり、摩擦係数が低下すること、に起因すると考えられる。

しかしながら、上述のようにフッ素樹脂は滑りやすい一方、摩耗しやすいという性質を有する。そのため、フッ素樹脂を摺動対象と比較的強く接触する箇所に用いると、耐久性が不十分となりやすい。

このような点から、フッ素樹脂の耐久性を向上すべく、フッ素樹脂を架橋することが考えられる。しかしながら、フッ素樹脂の滑りやすさは、フッ素樹脂の表面の削れに依拠しているため、フッ素樹脂を架橋することはフッ素樹脂の易滑性を阻害することになる。つまり、従来にあっては、フッ素樹脂の耐久性及び易滑性はトレードオフの関係にある。

また、用途によっては、フッ素樹脂を含む層の表面にオイルやグリス等の潤滑剤を塗布して滑り性を向上することも考えられる。しかしながら、フッ素樹脂は易滑性に優れるため潤滑剤を弾きやすく、長期にわたって潤滑剤を表面に留めておくことは困難である。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、摺動性及び耐摩耗性に優れる摺動部材及び摺動部材の製造方法の提供を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層を備え、上記フッ素樹脂が架橋しており、上記摺動層が外面に複数の溝を有し、上記摺動層の外面の算術平均粗さＲａが５μｍ以上である。

また、上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る摺動部材の製造方法は、フッ素樹脂を主成分とするシート体に、上記フッ素樹脂の結晶融点以上の温度、低酸素雰囲気下で電離性放射線を照射する照射工程と、上記照射工程後にシート体の外面に複数の溝を形成する溝形成工程とを備え、上記溝形成工程で、得られる上記シート体の外面の算術平均粗さＲａを５μｍ以上とする。

本発明の摺動部材は摺動性及び耐摩耗性に優れる。また、本発明の摺動部材の製造方法は、摺動性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を製造できる。

本発明の一実施形態に係る摺動部材を示す模式的断面図である。 図１の摺動部材の模式的部分拡大平面図である。 図２の摺動部材のＡ−Ａ線端面図である。 図１の摺動部材の外面に潤滑剤を塗布した状態を示す模式的部分拡大断面図である。 グリス塗布モードにおける摺動層外面の算術平均粗さと動摩擦係数との関係を示すグラフである。 ドライモードにおける摺動層外面の算術平均粗さと動摩擦係数との関係を示すグラフである。 グリス塗布モードにおける電子線照射の有無と動摩擦係数との関係を示すグラフである。 ドライモードにおける電子線照射の有無と動摩擦係数との関係を示すグラフである。 グリスの滞留性を示すグラフである。 摺動層外面の算術平均粗さとグリスの滞留性との関係を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一態様に係る摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層を備え、上記フッ素樹脂が架橋しており、上記摺動層が外面に複数の溝を有し、上記摺動層の外面の算術平均粗さＲａが５μｍ以上である。

当該摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層を備え、上記フッ素樹脂が架橋しているので、耐摩耗性に優れる。また、当該摺動部材は、上記摺動層が上記フッ素樹脂の非粘着性に起因する易滑性を有することに加え、この摺動層の外面の算術平均粗さＲａが上記範囲内であるので、摺動対象部材との接触面積が小さくなる。そのため、当該摺動部材は摺動性に優れる。

上記算術平均粗さＲａとしては１０μｍ以上が好ましい。当該摺動部材は、摺動層の外面に潤滑剤を塗布した状態で用いられる場合がある。この場合に関し、上記算術平均粗さＲａが上記下限以上であることによって、上記摺動層の外面への潤滑剤の滞留性を向上することができ、これにより摺動性をより高めることができる。

上記算術平均粗さＲａとしては３５μｍ以下が好ましい。当該摺動部材は、用途によっては摺動層の外面に潤滑剤を塗布しないで用いられる。この場合に関し、上記算術平均粗さＲａが上記上限以下であることによって、上記摺動層の外面の凸部の潰れに起因する摺動性の低下を的確に抑制することができ、優れた摺動性を維持することができる。

上記複数の溝の平均幅としては１００μｍ以上４００μｍ以下が好ましく、平均深さとしては１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、平均間隔としては３００μｍ以上５５００μｍ以下が好ましい。このように、上記複数の溝の平均幅、平均深さ及び平均間隔が上記範囲内であることによって、上記摺動層の摺動対象部材との接触面積を小さくしやすい。また、当該摺動部材が摺動層の外面に潤滑剤を塗布した状態で用いられる場合、上記複数の溝の平均幅及び平均深さが上記範囲内であることによって、上記複数の溝に潤滑剤を滞留させやすく、これにより摺動性をより高めやすい。

上記複数の溝のうちの少なくとも一部が独立溝であるとよい。このように、上記複数の溝のうちの少なくとも一部が独立溝であることによって、この独立溝に潤滑剤を滞留させやすく、これにより摺動性を高めやすい。また、この構成によると、複数の溝に起因する上記摺動層の強度の低下を抑制することができる。

上記複数の溝が全体として格子状に配設されているとよい。このように、上記複数の溝が全体として格子状に配設されていることによって、摺動方向に沿う方向に延在する複数の溝によって上記摺動層の摺動対象部材との接触面積を容易かつ確実に小さくすることができる。また、上記摺動層の外面に潤滑剤を塗布する場合、この潤滑剤を上記摺動方向に対して比較的大きな角度で交差する複数の溝に滞留させやすい。これにより、摺動性を高めやすい。

上記摺動層の複数の溝に囲まれる部分の外面がドーム状に形成されるとよい。このように、上記摺動層の複数の溝に囲まれる部分の外面がドーム状に形成されることによって、摺動層の摺動対象部材との接触面積をより小さくすることができる。また、この構成によると、ドーム状部の曲面部分に潤滑剤を行き渡らせやすいので、潤滑剤による摺動性向上効果を高めやすい。

また、本発明の他の一態様に係る摺動部材の製造方法は、フッ素樹脂を主成分とするシート体に、上記フッ素樹脂の結晶融点以上の温度、低酸素雰囲気下で電離性放射線を照射する照射工程と、上記照射工程後にシート体の外面に複数の溝を形成する溝形成工程と
を備え、上記溝形成工程で、得られる上記シート体の外面の算術平均粗さＲａを５μｍ以上とする。

当該摺動部材の製造方法は、上記照射工程によってフッ素樹脂を架橋させた後、上記溝形成工程によって外面の算術平均粗さＲａが上記範囲内となるように複数の溝をシート体に形成することで、上述の摺動層を製造することができる。従って、当該摺動部材の製造方法は、摺動性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を製造できる。

なお、本発明において、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば５０質量％以上含有される成分をいう。「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に準じてカットオフ値（λｃ）２．５ｍｍ、評価長さ（ｌ）８ｍｍで測定される値を意味する。「溝の平均幅」とは、溝の開口部分の任意の２０点の幅のうち大きいものから５つ及び小さいものから５つを除いた値の平均値を意味する。「溝の平均深さ」とは、溝の任意の２０点における深さのうち大きいものから５つ及び小さいものから５つを除いた値の平均値を意味する。「溝の平均間隔」とは、隣接する溝の開口部分の任意の２０点の間隔のうち大きいものから５つ及び小さいものから５つを除いた値の平均値を意味する。「外面がドーム状」とは、厚さ方向の断面において外面が全体として表面側に弓なりに湾曲した形状を意味し、この外面の一部に凹凸を有する形状を含む。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る摺動部材及び摺動部材の製造方法の一実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［摺動部材］
図１の摺動部材は、全体としてシート状に形成されている。当該摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層１と、摺動層１の片面側に積層される基材層２とを備える。当該摺動部材は、摺動層１及び基材層２の２層体である。上記フッ素樹脂は架橋している。摺動層１は、当該摺動部材の一方側の最外層を形成する。図２及び図３に示すように、摺動層１は、外面に複数の溝３を有する。摺動層１は外面の算術平均粗さＲａが５μｍ以上である。なお、図１では、平板状の摺動部材を図示しているが、当該摺動部材は図１の形状に限定されるものではなく、例えば摺動層１が内面側に配設される筒状であってもよい。

当該摺動部材は、例えば定着ローラや軸受等の部材として用いられる。具体的には、当該摺動部材は、例えば加熱ローラ及び加熱ローラの外周面に周接し、この加熱ローラの周方向に摺動する筒状の耐熱性フィルムを有する定着ローラにおける耐熱性フィルムの内周面を構成する部材や、無潤滑軸受用の部材として用いられる。当該定着ローラは、例えば上記定着ローラに使用される場合、摺動層１の外面にグリス等の潤滑剤を塗布した状態で用いられる。一方、当該摺動部材は、上記無潤滑軸受用の部材として使用される場合、摺動層１の外面に潤滑剤が塗布されない状態で用いられる。このように、当該摺動部材は、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布した状態で用いてもよく、潤滑剤を塗布しない状態で用いてもよい。

当該摺動部材は、フッ素樹脂を主成分とする摺動層１を備え、上記フッ素樹脂が架橋しているので、耐摩耗性に優れる。また、当該摺動部材は、摺動層１が上記フッ素樹脂の非粘着性に起因する易滑性を有することに加え、この摺動層１の外面の算術平均粗さＲａが上記下限以上であるので、摺動対象部材との接触面積が小さくなる。そのため、当該摺動部材は摺動性に優れる。

当該摺動部材は、上述のように上記フッ素樹脂が架橋していることで耐摩耗性が向上されているため、摺動対象部材との摺動に起因するフッ素樹脂粉末の発生が抑制される。そのため、当該摺動部材は、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布しない状態で用いられる場合、上記フッ素樹脂粉末による摺動性向上効果が得られ難いため、仮に摺動層１の外面が平滑面であると、摺動層１の摩擦係数が比較的高くなる。これに対し、当該摺動部材は、摺動層１の外面の算術平均粗さＲａを上記下限以上とすることで、摺動対象部材との接触面積を小さくすることができるので、摺動層１と摺動対象部材との間の摩擦係数を比較的低く抑えて摺動性を十分に高めることができる。なお、架橋していないフッ素樹脂によって形成される摺動層の外面の算術平均粗さＲａを上記下限以上とした場合、摺動対象物との接触によって摺動層の外面の凸部が潰れやすく、この算術平均粗さＲａを維持し難い。一方、フッ素樹脂が架橋している場合、摺動層１の外面の凸部の面圧が高くなる場合があるが、これによりフッ素樹脂がわずかに摩耗することでフッ素樹脂粉末が若干程度発生し、却って摺動性が向上しやすくなる。

一方、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布した状態で用いられる場合、一般にフッ素樹脂を主成分とする摺動層は易滑性に優れることから、この潤滑剤が外面に留まり難い。これに対し、当該摺動部材は、摺動層１の外面の算術平均粗さＲａを上記下限以上とすることで、摺動層１の外面に潤滑剤を滞留させることができる。また、当該摺動部材は、後述の電離性放射線の照射によってフッ素樹脂を架橋する際にラジカルが発生する。そのため、当該摺動部材は、上記ラジカルによって潤滑剤のなじみ性が良好となる。従って、当該摺動部材は、摺動層１と摺動対象部材との間の摩擦係数を比較的低く抑えて摺動性を十分に高めることができる。

（摺動層）
摺動層１は、フッ素樹脂が架橋されていることで、フッ素樹脂の非粘着性を維持した状態で耐摩耗性が高められている。

上記フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フルオロオレフィン−ビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。上記フッ素樹脂としては、これらの中で、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ及びＦＥＰが好ましく、ＰＦＡ及びＰＴＦＥがより好ましく、機械的強度、耐薬品性及び耐熱性の観点からＰＴＦＥがさらに好ましい。上記フッ素樹脂は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。但し、高度の耐摩耗性を有する摺動層１を形成する点からは、ＰＴＦＥ単独の使用が好ましい。

なお、上記フッ素樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲において、他の共重合性モノマーに由来する重合単位を含んでいてもよい。例えば、ＰＴＦＥは、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、ヘキサフルオロプロピレン、（パーフルオロアルキル）エチレン、クロロトリフルオロエチレン等の重合単位を含んでいてもよい。上記他の共重合性モノマーに由来する重合単位の含有割合の上限としては、上記フッ素樹脂を構成する全重合単位に対して、例えば３モル％である。

摺動層１におけるフッ素樹脂の含有割合の下限としては、６０質量％が好ましく、８５質量％がより好ましく、９８質量％がさらに好ましい。また、上記含有割合は１００質量％であることが特に好ましい。上記含有割合が上記下限に満たないと、耐摩耗性、耐熱性等の特性が十分に高くならないおそれがある。

摺動層１は、他の任意成分を含有してもよい。この任意成分としては、例えば固体潤滑剤、強化材等が挙げられる。摺動層１が固体潤滑剤、強化材等を含有することで、摺動性をより向上できる。上記固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン等が挙げられる。また、上記強化材としては、例えばガラスファイバー（ガラス繊維）、球状ガラス等のガラスフィラー、炭素繊維、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム等の無機充填剤などが挙げられる。

摺動層１における架橋されたフッ素樹脂の結晶融点温度の上限としては、フッ素樹脂の種類によって値が異なるが、例えばＰＴＦＥの場合、３２５℃が好ましく、３２０℃がより好ましく、３１０℃がさらに好ましい。上記結晶融点温度は、架橋されたフッ素樹脂の架橋度に伴って低下する。そのため、上記結晶融点温度が上記上限を超えると、架橋度の不足により耐摩耗性が不十分となるおそれがある。なお、上記架橋されたフッ素樹脂の結晶融点温度の下限としては、例えば２９０℃である。上記結晶融点温度が上記下限より小さいと、耐熱性等の低下によって耐摩耗性が不十分となるおそれがある。なお、「結晶融点」とは、ＪＩＳ−Ｋ７１２１：２０１２「プラスチックの転移温度測定方法」に準拠して示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定される融点ピーク温度を指す。

摺動層１の外面の算術平均粗さＲａは、上述のように５μｍ以上である。当該摺動部材は、上述のように、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布した状態で用いられる潤滑剤塗布型摺動部材である場合と、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布しない状態で用いられるドライ型摺動部材である場合とがある。当該摺動部材が上記潤滑剤塗布型摺動部材である場合、上記算術平均粗さＲａの下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、３０μｍ以上がさらに好ましい。上記算術平均粗さＲａが上記下限より小さいと、摺動対象部材との接触面積を十分に小さくすることができないおそれがあると共に、摺動層１の外面に潤滑剤を十分に滞留させ難くなるおそれがある。一方、上記算術平均粗さＲａの上限としては、特に限定されないが、摺動層１の強度の低下を抑制する点からは例えば５０μｍとすることができる。

当該摺動部材が上記ドライ型摺動部材である場合、摺動層１の外面の算術平均粗さＲａの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、上記算術平均粗さＲａの上限としては、３５μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。上記算術平均粗さＲａが上記下限より小さいと、摺動対象部材との接触面積を十分に小さくすることができないおそれがある。逆に、上記算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、摺動層１の外面の凸部が潰れやすくなるおそれがある。

上述のように、摺動層１の外面には複数の溝３が形成されている。各溝３の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば直線状であってもよく、波状であってもよい。また、複数の溝３の配置としては、特に限定されるものではなく、例えばストライプ状に配設されてもよい。但し、複数の溝３は、全体として格子状に配設されることが好ましい。当該摺動部材は、複数の溝３が全体として格子状に配設されていることによって、摺動方向に沿う方向に延在する複数の溝３によって摺動層１の摺動対象部材との接触面積を容易かつ確実に小さくすることができる。また、複数の溝３が全体として格子状に配設されることで、摺動層１の外面に潤滑剤を塗布する場合に、この潤滑剤を上記摺動方向に対して比較的大きな角度で交差する複数の溝３に滞留させやすい。従って、当該摺動部材は摺動性を高めやすい。なお、「格子状」とは、格子を構成する線状部分が１又は複数個所で分断されている形状を含む。

複数の溝３が全体として格子状に配設される場合、複数の溝３の全体形状としては、四角格子状が好ましい。また、この場合、一方向に延在する複数の溝３が摺動方向と平行に配設されることが好ましい。つまり、当該摺動部材が筒状である場合であれば、一方向に延在する複数の溝３が周方向に配設されることが好ましい。当該摺動部材は、この構成によれば、摺動方向と平行に配設される複数の溝３によって摺動層１の摺動対象部材との接触面積を容易かつ確実に小さくしつつ、摺動方向と垂直に配設される複数の溝３に潤滑剤を滞留させやすい。

複数の溝３の平均幅（ｗ）としては、１００μｍ以上４００μｍ以下が好ましい。当該摺動部材が上記潤滑剤塗布型摺動部材である場合、複数の溝３の平均幅（ｗ）の下限としては、１２０μｍがより好ましく、１５０μｍがさらに好ましい。一方、当該摺動部材が上記潤滑剤塗布型摺動部材である場合、上記平均幅（ｗ）の上限としては、３５０μｍがより好ましく、２５０μｍがさらに好ましい。上記平均幅（ｗ）が上記下限より小さいと、各溝３に潤滑剤を十分に滞留させ難くなるおそれがある。逆に、上記平均幅（ｗ）が上記上限を超えると、潤滑材の滞留向上効果が余り促進されない一方、摺動層１の強度が低下するおそれがある。

当該摺動部材が上記ドライ型摺動部材である場合、複数の溝３の平均幅（ｗ）の下限としては、１５０μｍがより好ましく、２００μｍがさらに好ましい。一方、当該摺動部材が上記ドライ型摺動部材である場合、上記平均幅（ｗ）の上限としては、３７０μｍがより好ましく、３２０μｍがさらに好ましい。上記平均幅（ｗ）が上記下限より小さいと、摺動層１と摺動対象部材との接触面積を十分に小さくできないおそれがある。逆に、上記平均幅（ｗ）が上記上限を超えると、摺動層１の強度が不十分となるおそれがある。

複数の溝３の平均深さ（ｄ）の下限としては、１００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、２００μｍがさらに好ましい。一方、複数の溝３の平均深さ（ｄ）の上限としては、例えば後述するメッシュ網のサイズや形状に合わせて適宜設計可能であるが、５００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましく、３００μｍがさらに好ましい。上記平均深さ（ｄ）が上記下限より小さいと、例えば潤滑剤塗布型摺動部材として用いる場合に各溝３に潤滑剤を十分に滞留させ難くなるおそれがある。逆に、上記平均深さ（ｄ）が上記上限を超えると、摺動層１の強度が不十分となるおそれがある。

各溝３の深さは略均一であってもよいが、不均一である方が好ましい。例えば、各溝３の底部は、幅方向の外側から内側にかけて徐々に深さが大きくなることが好ましい。当該摺動部材は、各溝３の深さが不均一である場合でも、摺動性を十分高く維持することができる。一方、当該摺動部材は、各溝３の深さが不均一であることによって、複数の溝３に起因する摺動層１の強度の低下を抑制することができる。

複数の溝３の平均間隔（ｌ）の下限としては、３００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましく、５００μｍがさらに好ましい。一方、複数の溝３の平均間隔（ｌ）の上限としては、５５００μｍが好ましく、２０００μｍがより好ましく、１０００μｍがより好ましい。上記平均間隔（ｌ）が上記下限より小さいと、摺動層１の隣接する溝３間に形成される凸部の幅が不十分となり、この凸部が摺動に起因して損傷するおそれがある。逆に、上記平均間隔（ｌ）が上記上限を超えると、摺動層１と摺動対象部材との接触面積を十分に小さくできないおそれや、潤滑剤塗布型摺動部材として用いられる場合に潤滑剤を摺動層１の外周面に十分に滞留させることができないおそれがある。

また特に、複数の溝３の平均幅（ｗ）、平均深さ（ｄ）及び平均間隔（ｌ）はいずれも上記範囲内であることが好ましい。当該摺動部材は、複数の溝３の平均幅（ｗ）、平均深さ（ｄ）及び平均間隔（ｌ）がいずれも上記範囲内であることによって、摺動層１の摺動性を容易かつ確実に高めることができる。

隣接する溝３間の平均ピッチ（ｐ）の下限としては、４００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましく、６００μｍがさらに好ましい。一方、上記平均ピッチ（ｐ）の上限としては、５９００μｍが好ましく、２５００μｍがより好ましく、１５００μｍがさらに好ましい。上記平均ピッチ（ｐ）が上記下限より小さいと、摺動層１の隣接する溝３間に形成される凸部の幅が不十分となり、この凸部が摺動に起因して損傷するおそれがある。逆に、上記平均ピッチ（ｐ）が上記上限を超えると、摺動層１と摺動対象部材との接触面積を十分に小さくできないおそれや、潤滑剤塗布型摺動部材として用いられる場合に潤滑剤を摺動層１の外周面に十分に滞留させることができないおそれがある。なお、「平均ピッチ」とは、隣接する溝の中心軸間の平均間隔をいう。

複数の溝３のうちの少なくとも一部は独立溝であることが好ましい。この構成によると、上記独立溝に潤滑剤を滞留させやすく、これにより摺動性を高めやすい。また、この構成によると、複数の溝３に起因する摺動層１の強度の低下を抑制することができる。

摺動層１の外面に形成される溝３の総数に対する独立溝の存在個数の比の下限としては、５０％が好ましく、７０％がより好ましく、９０％がさらに好ましい。上記比が上記下限以上であることによって、潤滑剤の滞留効果を容易かつ確実に高めることができる。

また、複数の溝３が全体として格子状に配設される場合、交差する方向に延在する溝３同士が連結されないよう、複数の独立溝が形成されることが好ましい。交差する方向に延在する溝３同士が連結されていると、この連結部分に潤滑剤が過剰に滞留し、この連結部分に潤滑剤が偏在しやすくなる。これに対し、交差する方向に延在する溝３同士が連結されていない場合、摺動層１の外面に潤滑剤を遍在させることができ、これにより全体の摺動性を容易に高めることができる。

摺動層１の複数の溝３に囲まれる部分の外面はドーム状に形成されることが好ましい。この構成によると、摺動層１の摺動対象部材との接触面積をより小さくすることができる。また、この構成によると、図４に示すように、ドーム状部４の曲面部分に潤滑剤Ｘを行き渡らせやすいので、潤滑剤Ｘによる摺動性向上効果を高めやすい。

摺動層１の平均厚さの下限としては、５０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。一方、摺動層１の平均厚さの上限としては、１０００μｍが好ましく、８００μｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限より小さいと、摺動層１の強度が不十分となるおそれや複数の溝３の深さを十分に深くすることができないおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、摺動層１が不要に厚くなり、可撓性が不十分となるおそれがある。また、上記平均厚さが上記上限を超えると、放熱性が不十分となるおそれがある。なお、「摺動層の平均厚さ」とは、溝が形成されていない任意の１０点における厚さの平均値をいう。

（基材層）
基材層２は、当該摺動部材の摺動層１とは反対側の最外層を形成する。当該摺動部材は、摺動層１及び基材層２の２層構造体である。基材層２は、例えば金属又はスーパーエンジニアリングプラスチックを主成分とする。なお、「スーパーエンジニアリングプラスチック」とは、長期耐熱性が１００℃以上、熱変形温度が１５０℃以上、引っ張り強さが５ｋｇｆ・ｍｍ^−２以上、かつ曲げ弾性率が２４５ｋｇｆ・ｍｍ^−２以上の合成樹脂をいう。但し、フッ素樹脂を主成分とする合成樹脂は含まない。

基材層２の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限より小さいと、基材層２の強度が不十分となり、基材層２の形状を維持し難くなるおそれがある。一方、基材層２の平均厚さの上限としては、用途に応じて適宜設定可能であり、例えば１０ｃｍとすることができる。

上記金属としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス等の鉄合金、ニッケルなどが挙げられる。基材層２の主成分が上記金属である場合、基材層２は箔状でもよく、板状でもよい。

上記スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等が挙げられる。上記スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、これらの中でポリイミド、ポリアミドイミド及びこれらの組み合わせが好ましく、耐熱性等の観点からポリイミドがより好ましい。上記スーパーエンジニアリングプラスチックは、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

［製造方法］
次に、図１の当該摺動部材の製造方法を説明する。当該摺動部材の製造方法は、フッ素樹脂を主成分とするシート体に、上記フッ素樹脂の結晶融点以上の温度、低酸素雰囲気下で電離性放射線を照射する照射工程と、上記照射工程後にシート体の外面に複数の溝を形成する溝形成工程とを備える。また、当該摺動部材の製造方法は、上記シート体を基材層２の片面に積層する積層工程を備える。当該摺動部材の製造方法は、上記溝形成工程で、得られる上記シート体の外面の算術平均粗さＲａを５μｍ以上とする。なお、上記積層工程は、上記照射工程の前に行ってもよく、上記照射工程及び溝形成工程の間に行ってもよく、上記溝形成工程の後に行ってもよい。以下では、上記積層工程を上記照射工程の前に行う手順について説明する。

当該摺動部材の製造方法は、上記照射工程によってフッ素樹脂を架橋させた後、上記溝形成工程によってシート体の外面の算術平均粗さＲａが上記下限以上となるように複数の溝を形成することで、上述の摺動層１を製造することができる。従って、当該摺動部材の製造方法は、摺動性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を製造できる。

（積層工程）
上記積層工程では、フッ素樹脂を主成分とするシート体の片面に基材層２を積層する。上記シート体に基材層２を積層する方法としては、特に限定されず、例えば上記シート体と基材層２とを対向配設する方法、基材層２にフッ素樹脂ディスパージョン（フッ素樹脂の粉体を分散媒に均一に分散させた分散液）を塗布した後、上記分散媒を乾燥させることで基材層２に上記シート体を塗工する方法、上記シート体に基材層２としてのスーパーエンジニアリングプラスチックを含む塗液を塗工する方法などが挙げられる。

上記フッ素樹脂ディスパージョンの分散媒としては、例えば水及び乳化剤の混合液、水及びアルコールの混合液、水及びアセトンの混合液、水、アルコール及びアセトンの混合溶液等が挙げられる。

上記積層工程の前に、上記シート体及び基材層２の間にフッ素樹脂を主成分とするプライマー層を形成してもよい。また、上記積層工程の前に、基材層２の上記シート体を積層する面に表面処理を行ってもよい。上記表面処理としては、例えばサンドブラスト処理、エッチング処理、電解研磨処理等による粗面化などが挙げられる。

また、上記積層工程で上記シート体にスーパーエンジニアリングプラスチックを含む塗液を塗工する場合、上記シート体の塗工面を液体アンモニア等で処理してもよい。これにより、塗工したスーパーエンジニアリングプラスチックのはじきを防止し、また上記シート体及び基材層２の層間接着力を向上できる。

（照射工程）
上記照射工程では、上記シート体に含まれるフッ素樹脂を架橋させる。これにより、上記シート体の機械的特性、耐摩耗性、基材層２に対する密着性等が向上する。

上記照射工程では、上記シート体をフッ素樹脂の結晶融点以上に加熱する。上記照射工程における具体的加熱温度は、例えば上記フッ素樹脂がＦＥＰ（結晶融点温度：２７０℃）である場合は２７０℃以上であり、上記フッ素樹脂がＰＴＦＥ（結晶融点温度：３２７℃）である場合は３２７℃以上であり、上記フッ素樹脂がＰＦＡ（結晶融点温度：３０４℃以上３１０℃以下）である場合は３１０℃以上である。上記加熱温度の下限としては、結晶融点温度より５℃高い温度が好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、結晶融点温度より５０℃高い温度が好ましく、結晶融点温度より２０℃高い温度がより好ましい。上記条件で電離性放射線を照射することにより、上記フッ素樹脂の主鎖の切断を抑制しつつ、分子間の架橋を促進できる。また、上記フッ素樹脂と基材層２との化学結合の形成を促進できる。

上記照射工程における酸素濃度の上限としては、１００ｐｐｍが好ましく、１０ｐｐｍがより好ましく、５ｐｐｍがさらに好ましい。上記酸素濃度が上記上限を超えると、上記フッ素樹脂の分解や基材層２の酸化等のおそれがある。

上記照射工程における電離性放射線の照射は、基材層２による電離性放射線の遮蔽を抑制する観点から、上記シート体の外面側から行うことが好ましい。

上記電離性放射線としては、例えばγ線、電子線、Ｘ線、中性子線、高エネルギーイオン線等が挙げられる。また、電離性放射線の照射線量の下限としては、１０ｋＧｙが好ましく、７０ｋＧｙがより好ましく、２００ｋＧｙがさらに好ましい。一方、上記照射線量の上限としては、２０００ｋＧｙが好ましく、１２００ｋＧｙがより好ましく、４００ｋＧｙがさらに好ましい。上記照射線量が上記下限より小さいと、フッ素樹脂の架橋反応が十分進行しないおそれがある。逆に、上記照射線量が上記上限を超える場合、フッ素樹脂の主鎖が切断されやすくなるおそれがある。

（溝形成工程）
上記溝形成工程では、上記シート体の外面に複数の溝を形成する。この溝形成工程により、上記シート体が外面に複数の溝３を有する図１の摺動層１となる。上記シート体の外面に複数の溝を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、熱プレス法が好ましい。具体的には、上記溝形成工程では、上記シート体をフッ素樹脂のガラス転移温度以上に加熱した状態で、上記シート体の外面に複数の溝３の反転形状を有する金型又はメッシュ網をプレスする。上記溝形成工程では、上記金型及びメッシュ網の表面形状を調節することで、得られる摺動層１の外面形状を調節することができる。上記溝形成工程では、得られる複数の溝３の平均幅、平均深さ及び隣接する溝３間の平均ピッチを上述の範囲内に調節することが好ましい。上記溝形成工程におけるプレス温度としては、フッ素樹脂のガラス転移温度にもよるが、例えば２００℃以上３００℃以下とすることができる。上記溝形成工程におけるプレス時間としては、例えば１０分以上６０分以下とすることができる。上記溝形成工程におけるプレス圧としては、例えば１０ｋｇ／ｃｍ^２以上３０ｋｇ／ｃｍ^２以下とすることができる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、当該摺動部材は、上記摺動層が最外層を形成する限り、上記摺動層のみからなる単層体であってもよく、上記摺動層及び基材層以外の他の層をさらに備える多層体であってもよい。また、上記摺動層は、例えば基材層へのコーティングによって形成されてもよい。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜製造例１＞
結晶融点３２７℃のＰＴＦＥからなる平均厚さ２００μｍのシートを得た。

＜製造例２＞
製造例１と同様のＰＴＦＥシートをチャンバー式加熱照射炉内で酸素濃度５ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気下で３４０℃に加熱し、株式会社ＮＨＶコーポレーション製の電子線加速装置を用いて電子線を照射した。照射条件は、加速電圧１１６０ｋＶ、照射量３００ｋＧｙとした。これにより、製造例２のシートを得た。

［Ｎｏ．１］
製造例２のシートの外面に♯４０のＳＵＳ製のメッシュ網を置き、プレス温度２５０℃、プレス時間３０分、プレス圧１７ｋｇ／ｃｍ^２で熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．１の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．１の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。なお、複数の溝の平均深さは、株式会社キーエンス製のデジタル顕微鏡「ＶＨＸ５０００」を用いて測定した。

［Ｎｏ．２］
Ｎｏ．１のメッシュ網に代えて♯６０のＳＵＳ製のメッシュ網を用いた以外Ｎｏ．１と同様の条件で製造例２のシートの外面に熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．２の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．２の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。

［Ｎｏ．３］
Ｎｏ．１のメッシュ網に代えて♯８０のＳＵＳ製のメッシュ網を用いた以外Ｎｏ．１と同様の条件で製造例２のシートの外面に熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．３の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．３の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。

［Ｎｏ．４］
Ｎｏ．１のメッシュ網に代えて♯２００のＳＵＳ製のメッシュ網を用いた以外はＮｏ．１と同様の条件で製造例２のシートの外面に熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．４の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．４の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。

［Ｎｏ．５］
Ｎｏ．１のメッシュ網に代えて♯２０のＳＵＳ製のメッシュ網を用いた以外Ｎｏ．１と同様の条件で製造例２のシートの外面に熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．５の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．５の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。

［Ｎｏ．６］
Ｎｏ．１のメッシュ網に代えて♯１０のＳＵＳ製のメッシュ網を用いた以外Ｎｏ．１と同様の条件で製造例２のシートの外面に熱プレス加工することで外面に複数の独立溝を有するＮｏ．６の摺動部材を製造した。これらの独立溝は、全体として四角格子状に配設されており、交差する方向に延在する溝同士が連結されない構成とした。また、この摺動部材の複数の溝に囲まれる部分の外面はドーム状であった。Ｎｏ．６の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａ、複数の溝の平均幅、平均深さ、平均間隔を表１に示す。

［Ｎｏ．７］
製造例１のシートからなる摺動部材を得た。Ｎｏ．７の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａを表１に示す。

［Ｎｏ．８］
製造例２のシートからなる摺動部材を得た。Ｎｏ．８の摺動部材の外面の算術平均粗さＲａを表１に示す。

＜動摩擦係数＞
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の摺動部材の速度１０ｍ／ｍｉｎ、１５ｍ／ｍｉｎ、２４ｍ／ｍｉｎ、３８ｍ／ｍｉｎ、６２ｍ／ｍｉｎ及び９６ｍ／ｍｉｎにおける動摩擦係数を摺動部材の外面にグリスを塗布した状態（グリス塗布モード）で以下の測定方法で測定した。また、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の摺動部材の上記速度における動摩擦係数を摺動部材の外面にグリスを塗布していない状態（ドライモード）でグリス塗布モードと同様の測定方法で測定した。グリス塗布モードにおけるＮｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．８の測定結果を図５に示す。ドライモードにおけるＮｏ．１、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５、Ｎｏ．８の測定結果を図６に示す。また、グリス塗布モードにおけるＮｏ．７及びＮｏ．８の測定結果を図７に、ドライモードにおけるＮｏ．７及びＮｏ．８の測定結果を図８に示す。
（測定方法）
以下の条件のもと、ＪＩＳ−Ｋ７２１８：１９８６のＡ法（リングオンディスク式スラスト摩擦試験）に準拠して測定した。
リング状相手材材質：Ｓ４５Ｃ
リング寸法：外形４１ｍｍ、内径２０ｍｍ
リング状相手材算術平均粗さＲａ：０．２８μｍ
試験装置：株式会社エー・アンド・デイ製の「ＥＦＭ−ＩＩＩ １０１０」
圧力：０．１ＭＰａ（一定）
速度：１０ｍ／ｍｉｎ、１５ｍ／ｍｉｎ、２４ｍ／ｍｉｎ、３８ｍ／ｍｉｎ、６２ｍ／ｍｉｎ、９６ｍ／ｍｉｎ
上記各速度で１０分間回転させ、膜が破れなかった場合、圧力を上げていった。圧力は常に０．１ＭＰａとした。

＜グリスの滞留性＞
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の摺動部材を３６ｃｍ^２の矩形状に切断し、切断したサンプルの外面にゴム手袋を装着した指でグリスを十分に塗った。その後、直線状の金尺を用い、各サンプルの外面に付着したグリスをサンプルの外面の直交方向に各５回拭った後、グリスの残量を計測することでグリスの滞留性を測定した。この測定結果を図９に示す。また、上記測定から得られる摺動部材外面の算術平均粗さＲａとグリスの残量との関係を図１０に示す。なお、この測定におけるＮｏ．７及びＮｏ．８の単位面積当たりのグリスの残量は同じであった。

［評価結果］
＜グリス塗布モードについて＞
外面に溝を有しないＮｏ．７及びＮｏ．８を比較した場合、図７に示すように、電子線を照射したＮｏ．８の方が電子線を照射していないＮｏ．７よりも動摩擦係数が小さくなっている。これは、Ｎｏ．８では電子線の照射によってフッ素樹脂が架橋する際にラジカルが発生し、このラジカルによってグリスのなじみ性が向上されたためと考えられる。

また、電子線を照射したＮｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．８を比較した場合、図５に示すように、外面に複数の溝を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．４は、外面に複数の溝を有しないＮｏ．８よりも動摩擦係数が小さくなっている。また、外面に複数の溝を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．４を比較した場合、外面の算術平均粗さＲａが大きくなる程、動摩擦係数が小さくなっている。これは、図９及び図１０に示すように、外面の算術平均粗さＲａが大きい程、複数の溝へのグリスの滞留性が高まるためと考えられる。

＜ドライモードについて＞
外面に溝を有しないＮｏ．７及びＮｏ．８を比較した場合、図８に示すように、電子線を照射していないＮｏ．７の方が電子線を照射したＮｏ．８よりも動摩擦係数が小さくなっている。これは、電子線の照射によってフッ素樹脂が架橋すると、耐摩耗性の向上によって摺動対象部材との摺動に起因するフッ素樹脂粉末の発生が抑制されるため、このフッ素樹脂粉末による摺動性向上効果が得られ難いためと考えられる。

また、電子線を照射したＮｏ．１、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５、Ｎｏ．８を比較した場合、図６に示すように、外面に複数の溝を有し、かつこの外面の算術平均粗さＲａが２６．０μｍ以下であるＮｏ．３〜Ｎｏ．５は、外面の算術平均粗さＲａが大きくなるにつれて外面に複数の溝を有しないＮｏ．８よりも動摩擦係数が小さくなっている。これは、外面の算術平均粗さＲａが大きくなる程、摺動対象部材との接触面積が小さくなるためと考えられる。一方、外面に複数の溝を有し、この外面の算出平均粗さＲａが３４．５μｍであるＮｏ．１は、外面の算術平均粗さＲａが２６．０μｍであるＮｏ．５よりも動摩擦係数が大きくなっている。これは、外面の算術平均粗さＲａが大きくなり過ぎると、溝間に形成される凸部に潰れ等の損傷が生じやすく、当初の算術平均粗さＲａを維持し難いためと考えられる。

以上のように、本発明の摺動性部材は、摺動性及び耐摩耗性に優れるので、軸受、エンジンピストンスカート、ポンプ摺動部、摺動パッキン、ＯＡ機器用摺動プレート等に好適に用いられる。

１ 摺動層
２ 基材層
３ 溝
４ ドーム状部
Ｘ 潤滑剤
ｗ 幅
ｄ 深さ
ｌ 間隔
ｐ ピッチ

Claims (8)

1. フッ素樹脂を主成分とする摺動層を備え、
   上記フッ素樹脂が架橋しており、
   上記摺動層が外面に複数の溝を有し、
   上記摺動層の外面の算術平均粗さＲａが５μｍ以上である摺動部材。
2. 上記算術平均粗さＲａが１０μｍ以上である請求項１に記載の摺動部材。
3. 上記算術平均粗さＲａが３５μｍ以下である請求項１に記載の摺動部材。
4. 上記複数の溝の平均幅が１００μｍ以上４００μｍ以下、平均深さが１００μｍ以上５００μｍ以下、平均間隔が３００μｍ以上５５００μｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の摺動部材。
5. 上記複数の溝のうちの少なくとも一部が独立溝である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摺動部材。
6. 上記複数の溝が、全体として格子状に配設されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の摺動部材。
7. 上記摺動層の複数の溝に囲まれる部分の外面がドーム状に形成される請求項６に記載の摺動部材。
8. フッ素樹脂を主成分とするシート体に、上記フッ素樹脂の結晶融点以上の温度、低酸素雰囲気下で電離性放射線を照射する照射工程と、
   上記照射工程後にシート体の外面に複数の溝を形成する溝形成工程と
   を備え、
   上記溝形成工程で、得られる上記シート体の外面の算術平均粗さＲａを５μｍ以上とする摺動部材の製造方法。

Images