JP4688161B2 - 摺動部材およびその被覆層形成方法 - Google Patents
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Description
<本発明の前提構成>
本発明は、基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させた構成の摺動部材を対象とする。
本発明が対象とする摺動部材は、基材の表面に被覆層が付着されている。従って、相手材は、この被覆層の表面上を摺動する。この相手材が摺動する被覆層の表面を摺動表面という。
本発明の摺動部材は、上に述べた構成の摺動部材を前提に、前記被覆層は、固体潤滑剤板状結晶粒子を積層し、且つその固体潤滑剤板状結晶粒子の結合のためのバインダー用樹脂を2〜7質量%含んでおり、前記固体潤滑剤板状結晶粒子は、(00l)面(但し、lは1以上の整数)が平行に積み重なった結晶構造をもち、少なくとも前記摺動表面では、(00l)面の配向指数が90%以上であることを特徴としている(請求項1)。
本発明では、基材表面に、固体潤滑剤板状結晶粒子を積層することによって被覆層を形成する。このため、固体潤滑剤板状結晶粒子の積層層数を多くすることによって被覆層を厚く形成することができる。固体潤滑剤板状結晶粒子としては、二硫化モリブデン、グラファイト(黒鉛)、二硫化タングステン、窒化硼素および三酸化モリブデンなどの板状結晶粒子のうちのいずれか一種以上を用いることができる(請求項2)。これらの固体潤滑剤板状結晶粒子は、六方晶である。
(00l)面の配向指数(%)=[ΣR(00l)/ΣR(hkl)]×100
ただし、R(00l)は(00l)面のX線強度を意味し、ΣR(00l)は検出された(00l)面のX線強度の和であり、ΣR(hkl)は(hkl)面、即ち検出された総ての面のX線強度の総和である。
本発明の摺動部材の被覆層は、次のような方法によって形成される。
即ち、基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させる摺動部材の被覆層形成方法において、付着媒体に、(00l)面が平行に積み重なった結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を、バインダー用樹脂の粉末と共に自由付着させ、前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末を自由付着させた前記付着媒体を、前記基材表面に圧力を加えながら当該基材表面を滑らせることによって、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の(00l)面が前記基材表面と平行になるように、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着させ、更に、前記付着媒体を前記基材表面に付着された前記固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら滑らせることによって、その固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着して積層させると共に、前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末の付着時において、前記基材を加熱し、および/または前記付着媒体の滑り速度を調整して摩擦熱を発生させることにより、前記バインダー用樹脂の粉末を半溶融状態、或いは溶融状態にして前記固体潤滑剤板状結晶粒子間に含浸させる。
この製造方法によれば、固体潤滑剤板状結晶粒子とバインダー用樹脂の粉末を自由付着させた付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら滑らせると、固体潤滑剤板状結晶粒子が基材表面を摩擦しながら転動してゆく。このとき、固体潤滑剤板状結晶粒子は、前述したように板状であるが故に整列しながら移動し、最も強い摩擦力が作用する基材表面に対して(00l)面が基材表面と平行に配向するように整列する。そして、固体潤滑剤板状結晶粒子は、基材表面と摩擦することにより、化学反応場が形成されるので、トライボケミカル反応が起き、これによって固体潤滑剤板状結晶粒子の層間を結合するファンデルワールス力よりも強い力で基材表面に結合される。そして、バインダー用樹脂の粉末も、基材表面に付着された固体潤滑剤板状結晶粒子間に浸入し保持される。
バインダー用樹脂が熱硬化性樹脂の場合、バインダー用樹脂を固体潤滑剤板状結晶粒子間に含浸させた後、更にバインダー用樹脂を加熱して架橋反応を起こさせることによってバインダー用樹脂の結合力を高める(硬化処理)ことができる。なお、バインダー用樹脂が熱可塑性である場合、冷却してやれば、固化する。
被覆層を構成する固体潤滑剤板状結晶粒子それ自体は軟らかいものであるから、異物埋収性に優れ、また、なじみ性も良く、非焼付性に優れている。
軸受合金層6の表面に、固体潤滑剤板状結晶粒子3を積層させるための付着装置10は、図3に示すように、回転軸11に着脱可能に取り付けられる芯体としての回転体12に、複数の付着媒体13の一端側を固定して構成されている。付着媒体13は、布、不織布、紙、皮革、プラスチック、繊維状金属などの可撓性部材からなり、ここでは、すべり軸受4の幅よりもやや広い幅を持った円弧板状に形成されている。この付着媒体13は、表面に凹凸などがあって表面積の大きい部材が好ましい。一度に多量の固体潤滑剤板状結晶粒子およびバインダー用樹脂粉末を付着媒体13に自由付着させ得るからである。
以上のようにして軸受合金層6上に二硫化モリブデン粒子が積層された層から構成された被覆層7が形成され、その層厚が1μm以上の所望の厚さとなったところで本付着工程を終了する。なお、本付着工程の稼働時間は、希望する被覆層7の厚さに応じて適宜定める。
なお、バインダー用樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、バインダー用樹脂粉末を加熱して半溶融状態、或いは溶融状態にした後、例えば治具を水冷することで固化させる。
比較例品3については、表1に示す固体潤滑剤板状結晶粒子(グラファイト)のみを図3に示す付着装置10により積層し、厚さ約8μmの被覆層を形成した。
比較例品4については、被覆層を設けず、軸受合金層の表面が相手材に接する摺動表面となるようにした。
被覆層を持った試料の中でも、実施例品1〜5は、比較例品1〜4に比べて摩擦係数が低い。この摩擦係数は、摩擦試験開始から4時間後のものであるから、実施例品1〜5は、低摩擦を長時間持続することも明らかである。実施例品1〜5の低い摩擦係数は、固体潤滑剤板状結晶粒子の配向指数が90%以上であることに起因し、固体潤滑剤板状結晶粒子の潤滑機能が十分に発揮されていると考えられる。
Claims (5)
- 付着媒体に、(00l)面が平行に積み重なった結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を、バインダー用樹脂の粉末と共に自由付着させ、
前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末を自由付着させた前記付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら当該基材表面を滑らせることによって、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の(00l)面が前記基材表面と平行になるように、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着させ、
更に、前記付着媒体を前記基材表面に付着された前記固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら滑らせることによって、その固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着して積層させると共に、
前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末の付着時において、前記基材を加熱し、および/または前記付着媒体の滑り速度を調整して摩擦熱を発生させることにより、前記バインダー用樹脂の粉末を半溶融状態、或いは溶融状態にして前記固体潤滑剤板状結晶粒子間に含浸させて、前記基材表面に、摺動表面を有する被覆層を付着させ、
前記被覆層は、前記固体潤滑剤板状結晶粒子を積層し、且つその固体潤滑剤板状結晶粒子の結合のための前記バインダー用樹脂を2〜7質量%含んでおり、
前記固体潤滑剤板状結晶粒子は、(00l)面(但し、lは1以上の整数)が平行に積み重なった結晶構造をもち、少なくとも前記摺動表面では、(00l)面の配向指数が90%以上であることを特徴とする摺動部材。 - 前記固体潤滑剤板状結晶粒子は、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステン、窒化硼素、三酸化モリブデンのうちの1種以上からなることを特徴とする請求項1記載の摺動部材。
- 前記バインダー用樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項1または2記載の摺動部材。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動部材の被覆層形成方法において、
付着媒体に、(00l)面が平行に積み重なった結晶構造をもつ固体潤滑剤板状結晶粒子を、バインダー用樹脂の粉末と共に自由付着させ、
前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末を自由付着させた前記付着媒体を、基材表面に圧力を加えながら当該基材表面を滑らせることによって、前記固体潤滑剤板状結晶粒子の(00l)面が前記基材表面と平行になるように、その基材表面に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を摩擦させながら前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着させ、
更に、前記付着媒体を前記基材表面に付着された前記固体潤滑剤板状結晶粒子の表面に圧力を加えながら滑らせることによって、その固体潤滑剤板状結晶粒子の表面上に前記固体潤滑剤板状結晶粒子を前記バインダー用樹脂の粉末と共に付着して積層させると共に、
前記固体潤滑剤板状結晶粒子と前記バインダー用樹脂の粉末の付着時において、前記基材を加熱し、および/または前記付着媒体の滑り速度を調整して摩擦熱を発生させることにより、前記バインダー用樹脂の粉末を半溶融状態、或いは溶融状態にして前記固体潤滑剤板状結晶粒子間に含浸させる、摺動部材の被覆層形成方法。 - 前記バインダー用樹脂の粉末は、熱硬化性樹脂の粉末からなり、
前記バインダー用樹脂を前記固体潤滑剤板状結晶粒子間に含浸させた後、当該バインダー用樹脂を加熱して硬化処理することを特徴とする請求項4記載の摺動部材の被覆層形成方法。
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