JP4151379B2

JP4151379B2 - 摺動部材

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Publication number: JP4151379B2
Application number: JP2002314610A
Authority: JP
Inventors: 蔵人前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: US7176166B2; KR20040038726A; KR100505901B1; US20070004598A1; CN1230633C; EP1433838B1; JP2004149622A; ES2535428T3; CN1499094A; EP1433838A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性や摩擦係数を向上するための乾性被膜潤滑剤の被覆層が形成された摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
相手材と摩擦しつつ当接する摺動部材としては、従来より種々のものが知られている。このような摺動部材の母材の表面には、通常、樹脂バインダー，硬質粒子，固体潤滑剤等の材料よりなる被覆層を形成し、この被覆層によって摺動部材の耐摩耗性や摩擦係数の向上を図ることがなされている。（例えば、特許文献１〜３参照）
ここで、特許文献１〜３に記載されるような被覆層において、被覆層を１コートで形成する場合では、摺動部材の母材に対する被覆層の密着性が充分なものとならない場合がある。母材に対する被覆層の密着性が充分でない場合、摺動部材の使用条件によっては、母材表面からの被覆層の剥離が比較的早期に生じ、被覆層に由来する摩擦係数や耐摩耗性の向上効果が持続しない場合がある。このため、必要に応じて、密着性確保用のプライマーを予めコートした上で、このプライマー層の上層に被覆層をコートすることが通常為されているが、この場合、コートの工数や費用が増加する問題があった。
【０００３】
また、母材としてアルミ合金やマグネシウム合金を用いる場合は、これらの材料は摺動特性に劣ることから、厳しい使用条件ではかじりや焼付きを起こしやすくなる場合がある。また、これらの材料は摩擦係数も大きいことから、一般的には、これらの材料を母材として用いる場合には、ニッケルメッキ，スズメッキや化成被膜処理を母材表面に施したり、熱硬化性樹脂に数種の固体潤滑剤を配合した乾性被膜潤滑剤を母材表面に被覆することがなされている。しかし、この場合も処理費用が高くなるといという問題があった。また、部材のかじりや焼付きを防止するための固体潤滑剤を分散させた複合メッキは、効果はあるものの摩擦係数が大きく、かつ高価であり、このメッキ層を厚膜とする場合にはさらに仕上げ加工が必要であるために、アルミ合金には適用しにくい等の問題があった。
【０００４】
さらに、従来の熱硬化性樹脂に数種の固体潤滑剤を配合した組成物を被覆層とする場合、この被覆層は密着性が低いため剥離しやすく、短期間に摩耗してしまうためにその効果を維持できないという不具合があった。
【０００５】
本願出願人らは、この問題を解決すべく低摩擦係数かつ高耐摩耗性の乾性被膜潤滑剤（特許文献４参照）を開発した。この乾性被膜潤滑剤によると、上述した効果の他、密着性が向上し、母材の種類を選ばず１コートで厚膜の被覆層を形成することが可能となる。しかし、より摺動性に優れた摺動部材を提供するためには、摩擦係数や耐摩耗性，相手材への焼き付き防止性能等の摩擦性能をさらに向上させた摺動部材の開発が求められている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３７９３６２号公報
【特許文献２】
特開平７−９７５１７号公報
【特許文献３】
特開平６−２７９７０８号公報
【特許文献４】
特願２００２−１６０２３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性や密着性を向上させつつ、より摩擦係数を低減させる摺動部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の摺動部材は、母材と、該母材の摺動面となる表面の少なくとも一部に形成されている乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層と、を有する摺動部材であって、上記母材の摺動面となる表面の少なくとも一部は、表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚとなるように条痕を有し、上記乾性被膜潤滑剤は、ポリアミドイミド樹脂と，エポキシシランおよびエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種の塗膜改質剤と，窒化珪素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種の硬質粒子と，を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、従来より摺動部材の母材表面に、焼付き防止のための条痕を形成することが為されている。母材表面に条痕を形成した場合、被覆層の摩耗によって母材表面が表出し母材が相手材に直接当接する場合にも、摺動部材が相手材に焼付きすることがより確実に防止される。
【００１０】
ところで、通常、被覆層の表面粗さは小さい方が摩擦係数は低減すると考えられている。そして、被覆層の表面粗さを小さくするためには母材の表面粗さを小さくすることが有効である。したがって、母材表面に焼付き防止を目的として条痕を形成する場合、母材の表面粗さは大きくなり、被覆層の表面粗さが大きくなるという背反した事情があった。本発明者らは、鋭意研究の結果、条痕が設けられた摺動面の表面粗さを十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲とし、この表面粗さの範囲で条痕が形成された母材の摺動面に、さらに、特定の構成の乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層を形成することで、摺動部材の摩擦係数がより低減されることを見いだした。
【００１１】
すなわち、本発明の構成によると、乾性被膜潤滑剤の被覆層由来の摩擦係数の低減効果や耐摩耗性の向上，密着性の向上等の効果に加えて、条痕を形成したことに由来する焼き付き防止効果が得られる上、条痕を設けない場合や条痕が十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚとなる範囲より過大あるいは過小に形成されている場合と比較して摩擦係数の低減効果に非常に優れた摺動部材を得ることが可能となる。
【００１２】
また、上記塗膜改質剤はエポキシシランであることが好ましい。
【００１３】
そして、上記乾性被膜潤滑剤は、さらに、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、グラファイトから選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤を含むことが好ましい。
【００１４】
上記被覆層の表面粗さは十点平均粗さで０．５〜７μｍＲｚとであることが好ましい。
【００１５】
そして、上記被覆層の膜厚は８〜２０μｍであることが好ましい。
【００１６】
上記摺動部材はピストンであり、上記条痕および上記被覆層はピストンスカート部に形成されているものとすることができる。
上記硬質粒子の平均粒子径は０．１〜５μｍであるのが好ましい。
上記条痕が形成されている上記摺動面には、さらに、上記表面粗さが６〜３０μｍＲｚとなる新生面がエッチング処理によって形成されているのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の乾性被膜潤滑剤は、樹脂バインダーとして熱的に安定で高耐摩耗性、及び高密着性を有するポリアミドイミド樹脂と硬質粒子と塗膜改質剤とを含む。この乾性被膜潤滑剤には、必要に応じて、固体潤滑剤，ポリエステル変性シリコーン樹脂を併用してもよい。さらに、必要に応じて色素を添加し着色してもよい。この組成の乾性被膜潤滑剤によって、摺動部材に高耐摩耗性，高密着性，低摩擦係数等の機能が付与される。
【００１８】
本発明で用いる乾性被膜潤滑剤は、ポリアミドイミド樹脂を主成分とし、ポリアミドイミド樹脂の塗膜改質剤と硬質粒子とを含む。
【００１９】
乾性被膜の主材となる形成樹脂としては、耐熱性、密着性に優れた公知のポリアミドイミド樹脂を使用することができる。このようなポリアミドイミド樹脂としては、例えば、母材のコート用に用いられている市販のものが利用できる。
【００２０】
ここで塗膜改質剤とは、硬質粒子と固体潤滑剤と樹脂バインダーからなる塗布被膜の、特に樹脂バインダーのポリアミドイミド樹脂の特性を向上させ乾性被膜潤滑剤の物性を向上させるための添加物を指すものである。
【００２１】
このような塗膜改質剤としては、エポキシ樹脂とエポキシシランとを単独であるいは２種類を併用して利用できるが、このうち、エポキシシランを用いることがより好ましい。また、これにポリエステル変性シリコーン樹脂を併用することもできる。
【００２２】
エポキシ樹脂の添加量は、乾性被膜潤滑剤の耐摩耗性および密着性の向上のためには、ポリアミドイミド樹脂１００体積部に対しエボキシ樹脂を０．５〜１０体積部の範囲とすることが好ましい。エポキシ樹脂の添加量が０．５体積部未満であると添加効果が認められないので好ましくない。また、添加量が１０体積部を超えると耐摩耗性および密着性が逆に低下されるため好ましくない。
【００２３】
エポキシ樹脂は、液状タイプのポリアミドイミド樹脂と相溶性がよい。このためこのポリアミドイミド樹脂に塗膜改質剤としてエポキシ樹脂を添加する場合は、アルミニウム表面になじみやすくしてポリアミドイミド樹脂の密着性を向上させることができるとともにポリアミドイミド樹脂との反応（ポリアミドイミド樹脂自体の縮合反応）により、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２４】
エポキシシランは、固体潤滑剤及び硬質粒子のポリアミドイミド樹脂に対する分散性を向上させることができる。すなわち、エポキシシランは液状で無機構造を有しており、アルミナなどの無機固体と親和性があり，また有機基を有している。このため塗膜改質剤としてエポキシシランを用いる場合は、ポリアミドイミド樹脂と無機固体との分散性が向上する。さらにエポキシシランもまたエポキシ基をもっているため密着性も向上する。
【００２５】
エポキシシランの添加量は、ポリアミドイミド樹脂１００体積部に対し、０．５〜５体積部の範囲が好ましい。添加量が０．５体積部未満では添加効果が得られないので好ましくない。添加量が５体積部を超えると耐摩耗性および密着性が低下するため好ましくない。
【００２６】
ポリエステル変性シリコーン樹脂は、ポリアミドイミド樹脂１００体積部に対し、１〜１２体積部を添加することが好ましい。このポリエステル変性シリコーン樹脂を塗膜改良材として併用すると、被覆層表面の表面粗さを小さくすることができ、低摩擦係数の被覆層を形成することが可能となる。
【００２７】
ポリエステル変性シリコーン樹脂は、特にスプレーコート品での被覆層の表面仕上がりを良好にし低摩擦係数を得る添加剤である。ポリエステル変性シリコーン樹脂のポリアミドイミド樹脂との相溶性は小さく、ポリアミドイミド樹脂とは反応しない。しかし、塗膜形成時にポリアミドイミド樹脂の表面に薄いシリコーン膜を形成し、シリコーン特有の界面張力を下げる性質により塗膜のレベリング性を改善し、塗膜を平滑にする効果がある。
【００２８】
その他のフェノール樹脂、メラミン樹脂等ではポリエステル変性シリコーン樹脂のような効果が得られないため好ましくない。フェノール樹脂、メラミン樹脂等が効果が無いのは、ポリアミドイミド樹脂との相溶性が無くポリアミドイミド樹脂との反応も無いため、樹脂バインダー中で異物としての存在しているためと考えられる。
【００２９】
硬質粒子としては、耐摩耗性および相手材摩耗のバランスからモース硬度９のアルミナや窒化珪素を使用することが好ましい。硬質粒子の硬度が、これより高いと相手摩耗が大きくなり、逆に硬さが低いと耐摩耗性向上効果が不十分となり好ましくない。窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は単独、または２種類以上を併用して使用しても良い。
【００３０】
また、硬質粒子としては、平均粒子径が０．１〜５μｍの範囲で望ましくは２μｍ以下のものを用いることがより好ましい。粒子径が０．１μｍ未満であると耐摩耗性及び密着性が低下するため好ましくない。また粒子径が５μｍを超えて大きくなると相手攻撃性が大きくなり、相手材の摩耗が大きくなるため好ましくない。耐摩耗性を保ち、かつ相手材の摩耗を抑制するためには、硬質粒子の平均粒径が細かいだけでなく粒度分布がシャープに揃っている事が要求される。硬質粒子の平均粒径が揃っていない場合は特性にバラツキが発生するので好ましくない。
【００３１】
硬質粒子の添加量は、ポリアミドイミド樹脂１００体積部に対して、１〜１５体積部が好ましく、望ましくは５〜１０体積部である。特に、被覆層を低摩擦係数とするには２体積部、被覆層を高耐摩耗性とするには添加量を６〜９体積部とするのがより好ましい。
【００３２】
硬質粒子の形状としては、燃焼法等で製造される球状のものが相手攻撃性も低く、最も望ましい。気相成長で製造される塊状が次に良い。次いで破砕法で製造される破砕粉が好ましい。
【００３３】
本発明の乾性被膜潤滑剤には、さらに固体潤滑剤を添加することができる。
【００３４】
固体潤滑剤としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、グラファイトなどを単独或いは併用して使用することができる。特に、ポリテトラフルオロエチレンの使用が望ましく、このポリテトラフルオロエチレンとしては、乳化重合，懸濁重合あるいは粉砕等の製法で造られたものが用いられる。
【００３５】
固体潤滑剤の添加量は、ポリアミドイミド樹脂１００体積部に対して、１〜１２体積部、望ましくは１〜６体積部である。
【００３６】
摺動部材を潤滑条件下で使用するものとする場合、耐摩耗性を低下させ摩擦係数を増大させるためには、固体潤滑剤の配合量は少ないほうがよく、上限を１２体積部とするのが好ましい。一方、無潤滑条件下で使用するものとする場合は、耐摩耗性を向上し摩擦係数を低下させるため、下限を１体積部とするのが好ましい。無潤滑条件下では、上述したような条痕に由来したオイル溜まりが形成されることはないが、被覆層の構成による摩擦係数低減効果とともに、樹脂面が接触することによる焼き付き防止効果が得られる。
【００３７】
添加する固体潤滑剤は、粒度が細かくしかも少量で効果を発揮することが必要であり、平均粒子径が５μｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００３８】
本発明の摺動部材はピストンとして好ましく使用され、条痕および被覆層はピストンスカート部に形成されているものとすることができるが、本発明の摺動部材はこれに限らずピストンリング、シム、クラッチ等、潤滑条件下・無潤滑条件下も含め様々な用途の部材に幅広く適用できる。また、本発明の摺動部材に用いる母材の種類も特に限定されるものではなく種々のものを用いることが可能である。
【００３９】
本発明の摺動部材は、母材の摺動面の少なくとも一部に表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚとなるように条痕を有し、かつ、母材の摺動面の少なくとも一部に上記の乾性被膜潤滑剤を塗布して被覆層を形成した部材である。この摺動部材は、摺動する相手材摺動面の表面粗さを３ｚ以下としたとものと組合せることにより、特に低摩擦係数を示す。
【００４０】
母材は、通常用いられるような、表面粗さが８ｚ以下程度のものを用いることもできるし、母材の摺動面が３ｚ以下に仕上げられたものを用いることもできるし、母材の摺動面を鏡面化して０．５〜１．５ｚ程度の表面粗さにしたものを用いることもできる。何れの場合も、母材の摺動面にはさらに条痕が設けられる。条痕は、摺動面の表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように形成されるものであればよく、表面粗さがこの範囲となるような条痕の形成例としては、例えば２００μｍ〜３００μｍピッチ，深さ６μｍ〜１２μｍの条痕が挙げられる。
【００４１】
本発明の摺動部材において、表面粗さが８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕が設けられた母材の摺動面には、さらに、被覆層が形成される。ここで形成される被覆層の表面粗さは０．５〜７μｍＲｚの範囲であることが好ましい。また、この被覆層の膜厚は８〜２０μｍであることが好ましい。
【００４２】
上述したように、本発明者らは鋭意研究の結果、母材の摺動面の表面粗さが８〜１８μｍＲｚの範囲となるように摺動面に条痕を設け、さらに、この摺動面に上記の構成の乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層を形成することで、摺動部材の摩擦係数をより低減させることができることを見いだした。本発明の摺動部材において上記の構成で摩擦係数が低減される理由については、以下のように考えられる。
【００４３】
先ず、摺動面に条痕が形成されることによって、摺動面には規則的な凹凸が形成される。被覆層はこの凹凸を有する摺動面に形成されることから、被覆層はこの凹凸に応じて僅かに凹凸をもって形成されることとなる。このように形成された摺動部材を使用する場合、凹凸をもって形成されている被覆層の表面のうち凹部には潤滑油が充填されて所謂オイル溜まりが形成されると考えられる。そして、このオイル溜まりによって摺動部材の摺動がより潤滑な条件下でおこなわれることとなり、摺動部材の摩擦係数が低減されると考えられる。また、凹凸が規則的に形成されていることから、オイル溜まりも規則的に形成されることとなり、摩擦係数低減作用はオイル溜まりが形成されている、すなわち条痕が形成されている面において均一なものとなる。
【００４４】
これに対して、条痕が設けられた摺動面に通常の構成の乾性被膜潤滑剤を塗布して被覆層を形成する場合、被覆層の表面には上述した場合と同様に僅かな凹凸が形成されると思われるが、通常の組成の乾性被膜潤滑剤では厚膜に形成することは困難であり、また、通常の組成の乾性被膜潤滑剤は耐摩耗性に劣るために、摩擦初期に被覆層表面が摩耗して平滑化される。したがって、オイル溜まりは形成されないかあるいは摩擦初期の段階で消失することとなり、上述した摩擦係数低減効果は発揮されない。さらに、被覆層に凹凸が形成されることにより、摺動面のうち相手材と当接する部分の面積は小さいものとなる。ここで、通常の組成の乾性被膜潤滑剤は耐摩耗性が低いことから、相手材と当接する部分、すなわち被覆層の凸部の摩耗量は相手材と当接しない部分と比較して増大することから、この部分の被覆層は比較的早く摩滅することとなる。被覆層が摩滅すると、被覆層の下層に配置される母材が表出するために母材が表出した部分の摩擦係数はむしろ増大することとなり、摺動面に条痕を設ける場合の摩擦係数は、条痕を設けない場合と比較して大きいものとなる。したがって、従来より、条痕を設けない場合、すなわち、母材の表面粗さが小さい場合の方が摺動部材の摩擦係数は低減されると考えられてきた。
【００４５】
条痕が設けられた摺動面の表面粗さは、十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲であることが必要である。表面粗さがこの範囲より小さい場合、あるいは大きい場合には、摩擦係数の低減効果は小さくなる。また、このうち摩擦係数をより低減させるためには条痕が設けられた摺動面の表面粗さは８μｍ〜１５μｍ程度であることが望ましく、スカッフ耐性をより向上させるには１１μｍ〜１８μｍ程度であることが望ましい。
【００４６】
また、被覆層の膜厚は、上述した条痕が設けられた母材の表面粗さに応じて、後述する被覆層の表面粗さを好適なものとするのに充分な厚さであることが好ましく、８〜２０μｍの範囲であることが好ましい。被覆層の膜厚をこの範囲とすることで、被覆層の表面には上述した条痕由来の凹凸が良好に形成され、摩擦係数の低減効果はより良好なものとなる。さらに、この被覆層の膜厚は、摩擦係数の低減のためには８μｍ〜２０μｍであることが望ましい。
【００４７】
被覆層は、表面粗さが０．５〜７μｍＲｚの範囲となるように形成されることで、摩擦係数の低減効果はさらに良好なものとなる。また、このうち被覆層の表面粗さが３μｍ以下とすることが、摩擦係数を低減させるためにはより望ましい。
【００４８】
また、本発明の摺動部材においては、条痕を設けることで上述した摩擦係数低減効果とともに通常の条痕に由来する効果をも得ることが可能となる。すなわち、母材の摺動面表面に条痕が設けられることによって、被覆層が摩耗し剥離した後のちにも摺動部材が相手材と焼き付きを生じることが防止される。
【００４９】
被覆層の形成は通常の方法、例えば、参考文献４（特願２００２−１６０２３号）に記載されるような方法でおこなうことができる。例示すると、研磨加工や旋盤加工等の通常の加工により母材の摺動面を予め所望の表面粗さに仕上げるとともに、切削加工によりさらに条痕を形成し、次いで、超音波をかけながら溶剤脱脂、アルカリ脱脂等によりコーティング面の油分及び汚れを除去した上で、６０〜８０℃程度に母材を予熱し、次いでエアースプレーやスクリーン印刷等の既知の方法により被覆層を塗布する。その後に予備乾燥してレベリング後、１８０℃×９０分、２００℃×２０分等の既知の条件で焼成・硬化することで被覆層を形成することができる。
【００５０】
ここで、焼成時間や焼成温度等の焼成条件は適宜選択して設定することができ、例えば、焼成時間は低温にするほど長時間処理となり、高温にするほど短時間処理となる。
【００５１】
また、上記の処理に併せて、条痕が設けられた摺動面に、エッチング処理，ウォータブラスト処理，ショットブラスト処理等を施すことで、母材表面にさらに３０μｍＲｚ前後の微細かつ鋭利な凹凸の新生面を形成させることもできる。この場合、乾性被膜潤滑剤はこの微細な凹凸間に進入して、アンカー効果によりメッキ並の高密着性が発揮される。この処理で形成された新生面は、上述した条痕とは異なりランダムな凹凸を有するものであるが、この凹凸はアンカー効果を得るためのものであるので規則性は特に必要としない。
【００５２】
この処理の例としては、例えばピッチ２００〜３００μｍ，深さ６〜１２μｍで条痕が形成され表面粗さが８〜１５μｍＲｚとなっている摺動面に、さらに、エッチング処理によって６〜３０μｍＲｚとなるように新生面を形成する処理が挙げられる。
【００５３】
本発明の摺動部材において、被覆層は摺動部材の使用目的に応じて母材の一部のみに形成することもできるし、母材全体に形成することもできる。また、被覆層は摺動面全面に形成することもできるし、摺動面の一部にのみ形成することもできる。
【００５４】
被覆層を摺動面全面にコーティングする場合はコーティング工程における工数を少なくすることができる。また、一部にのみコーティングする場合は、必要最小限の面積にコーティングすることでこの乾性被膜潤滑剤に要するコストの低減を図ることができ、さらに、相手材との摺動面が小さくなることから摩擦係数をさらに小さくすることができる。そして、摺動面の一部、および潤滑油の流れを良くするために潤滑油の流れの方向に膜厚２０μｍ前後で短冊形状にパターン印刷コートすることによって流体摩擦を低減した低摩擦係数ので低コストな摺動材を得ることもできる。
【００５５】
また、本発明の摺動部材において、被覆層は、上記した乾性被膜潤滑剤の各材料の組成範囲内で組成の異なる数種の乾性被膜潤滑剤を２層もしくは３層で摺動部材にコーティングして形成することもできる。
【００５６】
例えば、母材側に硬質粒子を多く含む第１層（耐摩耗層）を形成し、次いで第１層の上面に硬質粒子を少し含む第２層（なじみ層）を設けても良い。
【００５７】
また、母材側に硬質粒子と固体潤滑剤を多く含む第１層（接着層・耐摩耗層）を形成し,次いで第１層の上面に硬質粒子を少し含む第２層（なじみ層）を設けても良い。
【００５８】
さらに、母材側に硬質粒子を多く含む第１層（耐摩耗層）を形成し、次いで第１層の上面に多くの固体潤滑剤と少しの硬質粒子を含む第２層（無潤滑下対応、焼付き対応の層）を設けても良い。
【００５９】
本発明の摺動部材において、乾性被膜潤滑剤は密着性に優れることから母材を選ばず良好な密着性を得ることができる。したがって、本発明において母材の種類は特に限定されないが、鋳鉄、鋼、各種アルミ合金、マグネシウム合金、チタン合金等を用いることが好ましい。また、耐摩耗性を確保する為に母材として硬質な晶出物を含む合金や硬質成分（硬質粒子、硬質繊維）で強化したアルミ合金及びマグネシウム合金を用いる場合は、被覆層に含まれる硬質粒子の粒径及び添加量を適宜選択することで対応することが可能である。
【００６０】
また、本発明の摺動部材において、被覆層はスクリーン印刷コートによって形成することが可能であり、この場合の被覆層の形成方法は参考文献４（特願２００２−１６０２３号）に記載されるような通常の方法を用いることができる。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例により具体的に説明する。
【００６２】
〈実施例１〉
本発明の実施例１の摺動部材は、母材としてアルミニウム合金製のテストピース（ＡＣ８Ａ）を用いたものである。母材は、表面粗さが十点平均粗さで１１μｍＲｚとなるように切削加工にて溝幅２００〜３００μｍピッチ，深さ６〜１２μｍで条痕を設けた後に予めアルカリ脱脂したものを用いた。また、本実施例１において、乾性被膜潤滑剤としては３０重量部のポリアミドイミド樹脂，塗膜改質剤として１重量部のエポキシシラン，硬質粒子として１０重量部のアルミナを用いた。本実施例１及び後述する実施例２〜５および比較例１〜５の摺動部材における乾性被膜潤滑剤等の構成を表１に示す。
【００６３】
【表１】

【００６４】
本実施例１の摺動部材における被覆層の形成方法を以下に説明する。
【００６５】
（乾性被膜潤滑剤の調製）
１５重量％のポリアミドイミド樹脂を溶解したＮ−メチルピロリドン溶液に対して、表１に示す実施例１の配合で塗膜改質剤および硬質粒子をポリアミドイミド樹脂１００体積部に対する各体積部添加して攪拌混合した。次いで、ボールミル或いは３本ロールで混合して、固形物がＮ−メチルピロリドン溶液に均一分散した実施例１の乾性被膜潤滑剤を得た。
【００６６】
（被覆層形成）
上述のように準備したテストピースを母材として、この母材に上述のように調製した乾性被膜潤滑剤を塗布することで被覆層を形成した。塗布はスクリーン印刷により、膜厚が１３μｍとなるようにおこなった。スクリーン印刷の条件は、スキージ；ウレタン性／硬度８０／剣状，スクリーン目；＃８０，スキージとスクリーンの接触角度；９０°，ワークの送り速度１５ｒｐｍであった。塗布後、６０℃×１０分間の予備乾燥をおこない、次いで１８０℃×９０分の条件で被覆層を焼付け・硬化して実施例１の摺動部材を得た。
【００６７】
〈実施例２〉
実施例２の摺動部材は、条痕が設けられた摺動面の表面粗さ（以下、条痕粗さとする）が十点平均粗さで８μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００６８】
〈実施例３〉
実施例３の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで１３μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００６９】
〈実施例４〉
実施例４の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで１５μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００７０】
〈実施例５〉
実施例５の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで１８μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００７１】
〈比較例１〉
比較例１の摺動部材は、乾性被膜潤滑剤の組成以外は実施例１と同じものである。すなわち、本比較例１の摺動部材は、実施例１と同じ母材の摺動面に、条痕粗さが十点平均粗さで１１μｍＲｚとなるように条痕を設け、この摺動面にさらに表１に示す配合の乾性被膜潤滑剤を実施例１と同様に塗布することで被覆層の形成をおこなったものである。
【００７２】
〈比較例２〉
比較例２の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで３μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。すなわち、本比較例２の摺動部材には、実施例１と同じ組成の乾性被膜潤滑剤が実施例１と同様に塗布されて被覆層が形成されているものである。
【００７３】
〈比較例３〉
比較例３の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで６μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００７４】
〈比較例４〉
比較例４の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで２１μｍＲｚであること設けた以外は実施例１と同じものである。
【００７５】
〈比較例５〉
比較例５の摺動部材は、条痕粗さが十点平均粗さで３０μｍＲｚであること以外は実施例１と同じものである。
【００７６】
＜各特性の評価方法＞
（１−１）摩耗試験▲１▼：ＬＦＷ試験機を用い、試験片はテストブロック側に実施例１及び比較例１の摺動部材を用いた。相手材となるテストリングはボア材ＦＣ２５０を用いた。
【００７７】
試験開始後、３０，９０，１５０分経過後に各摺動部材の被覆層の摩耗深さを測定して比較評価を行った。試験条件は、荷重；４５Ｎ，速度；１．８ｍ／ｓ，潤滑油；ＫＷＳ７３３０（５Ｗ−２０），温度；室温で開始し以後なりゆき温度である。本摩耗試験方法の概略図を図１に示し、本摩耗試験▲１▼の試験結果を図２に示す。
【００７８】
（１−２）摩耗試験▲２▼：摩耗試験▲１▼と同じ試験機および相手材を用い、実施例１，比較例１および比較例２の摺動部材について試験開始５分後の摩耗深さを測定した。本摩耗試験▲２▼において、試験時間以外の試験条件は摩耗試験▲１▼と同じ条件でおこなった。本摩耗試験▲２▼の試験結果を図３に示す。
【００７９】
（２−１）フリクション試験▲１▼：摩耗試験と同じＬＥＷ試験機および相手材を用い、試験片としては実施例１および比較例１の摺動部材を用いた。試験条件は、加重；４５Ｎ，潤滑油；ＫＷＳ７３３０（５Ｗ−２０），試験時間９０分間，温度８０℃である。本フリクション試験▲１▼において摩擦力（ＫＰａ）の測定は、ボア材の回転数を１０００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍ，５０００ｒｐｍと変化させ、各回転数について測定することでおこなった。本フリクション試験▲１▼の試験結果を図４に示す。
【００８０】
（２−２）フリクション試験▲２▼：フリクション試験▲１▼と同じＬＥＷ試験機および相手材を用い、試験片としては実施例１〜４および比較例１〜５の摺動部材を用いた。試験条件は、フリクション試験▲１▼と同様であり、摩擦係数（μ）は、試験開始後３０分の各回転数における摩擦係数の平均値を求め、次いで全回転数の平均値を算出した。本フリクション試験▲２▼の結果を図５に示す。
【００８１】
（２−３）フリクション試験▲３▼：フリクション試験▲１▼と同じＬＥＷ試験機および相手材を用い、試験片としては実施例１，比較例１および比較例２の摺動部材を用いた。試験条件はフリクション試験▲１▼と同様であり、摩擦係数（μ）は、試験開始後０分および５分後の各回転数における摩擦係数の平均値を求め、次いで０分および５分後の全回転数の平均値を算出した。本フリクション試験▲３▼の結果を図６に示す。
【００８２】
（３）密着試験：実施例の摺動部材及び比較例の摺動部材を、予め６０分間煮沸しておく。次に、この摺動部材を油圧式密着性試験機にて、回転させながらオイルジェットを垂直に当て、油圧を徐々に大きくするとともにオイルジェットを一定の速度で移動させながらコーティング面全体にあてる。試験後に、各摺動部材の被覆層の剥離の有無を目視観察し、剥離の開始時及び終了ににおける油圧を比較評価した。試験条件は、油圧；０〜２５０ＭＰａ，温度；室温である。本密着試験の結果を図７に示す。
【００８３】
（４）スカッフ評価試験：上述した摩耗試験と同じ操作でスカッフ評価試験を行った。スカッフ評価試験にて用いた摺動部材は、上述した摩耗試験により被覆層が剥離した実施例１〜５および比較例１〜４の摺動部材であり、スカッフの測定は、試験開始時よりスカッフ発生までの時間を確認することでおこなった。本スカッフ評価試験の結果を図８および図９に示す。
【００８４】
（５−１）実機フリクション評価試験▲１▼：１ＧＹ単気筒エンジンを用い、実施例１および比較例１の摺動部材をこのエンジンに組み付けして、各摺動部材についてエンジンの各作動工程毎にフリクションを測定した。試験条件は、エンジン排気量；約５００ｃｍ³，エンジン回転数；２０００ｒｐｍ，筒内圧力約９００ＫＰａであった。フリクションの測定は内部に各摺動部材（ピストン）が配置されたシリンダにセンサを取付けし、センサの出力値より摩擦力（Ｎ）を算出する浮動ライナ方式でおこなった。本実機フリクション評価試験▲１▼の試験方法の模式図を図１０に示し、試験結果を図１１に示す。なお、図１１中摩擦力（Ｎ）は、上向きの力が下向きの力に切り替わる点を０とし、これより上向きの力が加わる場合を正の数値で、これより下向きの力が加わる場合を負の数値で表した。すなわち、実際の摩擦力は図１１中で示される摩擦力（Ｎ）の絶対値となり、図１１中に示される摩擦力（Ｎ）が０に近いほど、実際の摩擦力は低減されるものとなる。
【００８５】
（５−２）実機フリクション評価試験▲２▼：実機フリクション試験▲１▼と同じ試験装置を用い、エンジン回転数を１０００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍと変化させ、各回転数における摩擦力（ＫＰａ）を算出した。本実機フリクション試験の結果を図１２に示す。
【００８６】
（摩耗試験▲１▼，▲２▼）
図２に示すように、実施例１の摺動部材は比較例１の摺動部材と比較して耐摩耗性が非常に向上されている。このことは、実施例１と比較例１の乾性被膜潤滑剤の組成の違いに起因し、実施例１で用いた組成の乾性被膜潤滑剤を被覆層とした本発明の摺動部材は、比較例１で用いた通常の組成の乾性被膜潤滑剤を被覆層とした摺動部材と比較して非常に耐摩耗性に優れることを示す。
【００８７】
また、図３に示すように、比較例２の摺動部材は比較例１の摺動部材よりも摩耗量が低減され、実施例１の摺動部材は比較例２の摺動部材よりもさらに摩耗量が低減されている。比較例１の摺動部材は、摺動面の表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕が形成されているものであるが、被覆層は通常の組成の乾性被膜潤滑剤により形成されているものである。これに対して比較例２の摺動部材は、摺動面の表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲を外れて条痕が形成されているが、被覆層が実施例１で用いた組成の乾性被膜潤滑剤よりなるものである。したがって、比較例２の摺動部材が比較例１の摺動部材よりも摩耗量が低減される理由は、この乾性被膜潤滑剤の組成の違いによるものであると考えられる。
【００８８】
また、比較例２の摺動部材と同じ乾性被膜潤滑剤による被覆層を有し、かつ、摺動面の表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように形成されている実施例１の摺動部材は、比較例２の摺動部材よりもさらに摩耗量が低減される。このことは、乾性被膜潤滑剤による被覆層自体のもつ低フリクション性能によるものと考えられる。また、実施例１および比較例２で用いられている乾性被膜潤滑剤は同じものであるため、被覆層自体の摩擦係数低減効果はかわらないが、実施例１の摺動部材は、条痕部の樹脂が高くなっているため、そこから摩耗が始まることによって摩耗量が低減されると考えられる。
【００８９】
この結果から、本発明の摺動部材の構成によると摩耗量が低減され、摺動部材の推定寿命が向上することがわかる。
【００９０】
（フリクション試験▲１▼，▲２▼，▲３▼）
図４に示すように、本発明の実施例１の摺動部材は、比較例１の摺動部材と比較して摩擦力が低減されている。また、この傾向は、ピストンスカートにとって高負荷となる高回転領域で顕著であった。これは実施例１と比較例１との被覆層を構成する乾性被膜潤滑剤の組成の差に起因すると考えられる。
【００９１】
また、図５に示すように、母材の摺動面に表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕が設けられた実施例１〜５の摺動部材は、表面粗さがこの範囲外となるように条痕が設けられた比較例２〜４の摺動部材と比較して摩擦係数が低減されている。実施例１〜５および比較例２〜４の摺動部材は何れも同組成の乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層を有するものであることから、摺動部材の摺動面に表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕が設けることで、摩擦係数をより低減させる効果が生じることがわかる。
【００９２】
そして、図６に示すように、摺動面に本発明と異なる範囲で条痕を設けかつ本発明と同じ組成の乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層を有する比較例２の摺動部材は、摺動面に本発明と同じ表面粗さの範囲で条痕を設けかつ通常の組成の乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層を有する比較例１の摺動部材よりも摩擦係数の低減効果に優れている。そして、本発明の摺動部材は、この比較例１の摺動部材よりも摩擦係数の低減効果に優れている。このことから、本発明の摺動部材は、摺動面に設けられた条痕の表面粗さと乾性被膜潤滑剤の組成とを特定の組み合わせとすることで、顕著な摩擦係数低減効果を発揮することがわかる。
【００９３】
さらに、データは示さないが、被覆層の表面粗さを十点平均粗さで０．５〜７μｍの範囲とすることで、摩擦係数はより良好に低減される。
【００９４】
（密着試験）
図７に示すように、本発明の実施例１の摺動部材は比較例１の摺動部材と比較して密着性に優れている。このことは、本発明で用いている組成の乾性被膜潤滑剤は通常の組成の乾性被膜潤滑剤と比較して母材に対する密着性が高いことを示す。
【００９５】
（スカッフ評価試験）
図８に示すように、摺動面に条痕を設けた本発明の実施例１の摺動部材は、同じく摺動面に条痕を設けた比較例１の摺動部材と同等以上の耐スカッフ性能を示す。このことは、実施例１の摺動部材においては被覆層の耐摩耗性が比較例１のものよりも高いために、実施例１の摺動部材では摩耗によって母材が相手部材に当接するまでの時間が長くなるためであると考えられる。
【００９６】
また、図９に示すように、摺動面に表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕が設けられている本発明の実施例１〜５の摺動部材は、条痕がこの範囲外で設けられている比較例２〜４の摺動部材と比較して耐スカッフ性能、すなわち焼き付き防止効果に優れている。このことは、この範囲内で条痕が設けられる場合、上述したオイル溜まりが最適に機能するためであると考えられる。
【００９７】
（実機フリクション評価試験）
図１１に示すように、本発明の実施例１の摺動部材は、エンジンの爆発工程で顕著な摩擦力の低減効果を発揮する。また、図１２に示すように、エンジンの回転数が高い領域でより摩擦力の低減効果を発揮する。このように、本発明の摺動部材は高回転・高負荷の条件下で顕著な摩擦力の低減効果を発揮し、この摩擦力の低減効果により本発明の摺動部材をピストンに用いることで燃費向上効果が発揮されることがわかる。このように、本発明の摺動部材はピストンに好適に使用可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の摺動部材によると、乾性被膜潤滑剤に由来する摩擦係数の低減効果や密着性の向上効果，耐摩耗性の向上効果に加えて、条痕を有することに由来する焼き付き防止効果が発揮される。さらに、乾性被膜潤滑剤の組成をポリアミドイミド樹脂と，エポキシシランおよびエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種の塗膜改質剤と，窒化珪素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種の硬質粒子と，を有するものとし、かつ、摺動面の表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚの範囲となるように条痕を設けることで、摩擦係数をさらに低減することが可能となり、かつ、耐摩耗性をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩耗試験方法を表す模式図である。
【図２】摩耗試験▲１▼の試験結果を表すグラフである。
【図３】摩耗試験▲２▼の試験結果を表すグラフである。
【図４】フリクション試験▲１▼の試験結果を表すグラフである。
【図５】フリクション試験▲２▼の試験結果を表すグラフである。
【図６】フリクション試験▲３▼の試験結果を表すグラフである。
【図７】密着試験の結果を表すグラフである。
【図８】スカッフ評価試験の結果を表すグラフである。
【図９】スカッフ評価試験の結果を表すグラフである。
【図１０】実機フリクション評価試験▲１▼の試験方法を表す模式図である。
【図１１】実機フリクション評価試験▲１▼の試験結果を表すグラフである。
【図１２】実機フリクション試験の試験結果を表すグラフである。

Claims

母材と、該母材の摺動面となる表面の少なくとも一部に形成されている乾性被膜潤滑剤よりなる被覆層と、を有する摺動部材であって、
前記母材の摺動面となる表面の少なくとも一部は、表面粗さが十点平均粗さで８〜１８μｍＲｚとなるように条痕を有し、
前記乾性被膜潤滑剤は、ポリアミドイミド樹脂と，エポキシシランおよびエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種の塗膜改質剤と，窒化珪素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種の硬質粒子と，を有することを特徴とする摺動部材。
前記塗膜改質剤はエポキシシランである請求項１に記載の摺動部材。
前記乾性被膜潤滑剤は、さらに、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、グラファイトから選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤を含む請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
前記被覆層の表面粗さは十点平均粗さで０．５〜７μｍＲｚである請求項１〜請求項３の何れかに記載の摺動部材。
前記被覆層の膜厚は、８〜２０μｍで形成されている請求項１〜請求項４の何れかに記載の摺動部材。
前記摺動部材はピストンであり、前記条痕および前記被覆層はピストンスカート部に形成されている請求項１〜５の何れかに記載の摺動部材。
前記硬質粒子の平均粒子径は０．１〜５μｍである請求項１〜６の何れかに記載の摺動部材。
前記条痕が形成されている前記摺動面には、さらに、前記表面粗さが６〜３０μｍＲｚとなる新生面がエッチング処理によって形成されている請求項１〜７の何れかに記載の摺動部材。