JP5174108B2 - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、摺動面にマイクロディンプルが形成された摺動部材及びその製造方法に係り、特に、潤滑状態で、摺動性を向上することができる摺動部材及びその製造方法に関する。

従来から、自動車等において、エンジン、トランスミッションなど様々な機器に摺動部材が用いられている。耐摩耗性、低摩擦性、焼付き性に優れた摺動部材を用いることは、自動車の安全性を確保するばかりでなく、地球環境保全のため、自動車から排出される二酸化炭素の削減にも繋がる。そこで、摺動環境下において、摺動部材の表面の形状や粗さなどの表面テクスチャー（表面性状）を改善することや、摺動部材の表面に耐摩耗性及び低摩擦性を有した被膜を被覆することなどにより、摺動特性を向上させるようにトライボロジーに関する様々な研究が取り組まれている。

表面性状を改善する技術として、例えば、サンドブラストあるいはショットピーニングをしたのち、ラップ加工やバレル研磨を施して摺動面にディンプル状の凹部（マイクロディンプル）を設けた摺動部材が提案されている。さらに、この摺動部材は、摺動面全体に対するマイクロディンプルの開口部の面積率が、５〜６０％とされている（例えば、特許文献１参照）。

また、別の技術として、潤滑油を介して摺動する摺動面に、レーザ光を照射することにより、複数の微細な凹部（マイクロディンプル）を規則的に配列して形成した摺動部材が提案されている。このマイクロディンプルの開口面積は、１０〜１００平方μｍ、凹部の最大深さは、０．１〜１μｍ、摺動面全体に対するマイクロディンプルの開口部の合計面積率は、５〜３０％の範囲にあるとされている（例えば、特許文献２参照）。

上述した摺動部材によれば、摺動時に、摺動面に供給された潤滑油を、マイクロディンプル（凹部）で保持することができるので、摺動部材の摩擦係数の低減、及び耐摩耗性の向上を図ることができる。

特許第４３３２９７７号公報 特開２００３−１８４８８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の摺動部材は、サンドブラストあるいはショットピーニングによってマイクロディンプルを形成しているため、マイクロディンプルの配列には、規則性が無い。従って、マイクロディンプルの面積率を高めたとしても、摺動面に形成されるマイクロディンプルの配列に粗密が生じることがある。このような結果、摺動面である摩擦界面で潤滑油が保持される位置にばらつきが生じるため、局所的に焼付きが生じるおそれがある。

このような点を鑑みると、特許文献２に記載の摺動部材の如く、複数のマイクロディンプル（微細な凹部）を規則的に配列することが望ましいと考えられる。しかしながら、特許文献２に記載の摺動部材の場合、マイクロディンプルの開口部の合計面積率は、５〜３０％と小さいため、摺動面である摩擦界面での潤滑油の保持量が少なく、耐焼付き性を向上させるのが困難な場合がある。また、マイクロディンプルの形状は、略円形状であるが、製造上の観点からも、マイクロディンプルを、さらに密な状態に配列することは難しい。

また、特許文献２に記載の製造方法では、レーザ光によりマイクロディンプルを成形するため、レーザ光または被加工体を所定寸法ずつ移動させながら加工している。従って、多数のマイクロディンプルを同時に成形することができず、摺動部材の製造には、多大な時間と製造コストを要することになる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、潤滑油による潤滑下において、耐焼付き性を向上させることができる摺動部材と、その摺動部材を安価且つ短い時間で製造することができる摺動部材の製造方法を提供することにある。

発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、摺動面に、規則性をもって、従来よりも密にマイクロディンプルを配列すると共に、このマイクロディンプルの占める割合を所定の範囲にすることにより、耐焼付き性が画期的に向上するとの新たな知見を得た。さらに、このような表面性状の摺動面を得るには、マスキングとエッチングを利用することにより、これまでに比べ短時間かつ安価に製造できるとの新たな知見を得た。

本発明は、発明者らのこれらの新たな知見に基づくものであり、金属材料からなる摺動面に、複数のマイクロディンプルが形成された摺動部材であって、前記マイクロディンプルは、円形状の開口部を有しており、前記各マイクロディンプルは等間隔に配列され、前記マイクロディンプルの配列は、六方最密状であり、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率は、５０〜８０％であることを特徴とする。

本発明によれば、摺動面に形成された各マイクロディンプルは等間隔に配列されており、かつ、これらのマイクロディンプルの配列は六方最密状であるので、等間隔に配列された各マイクロディンプルの周りには、６つのマイクロディンプルが最密に配列（すなわちマイクロディンプルがヘキサゴナルに配列）される。この結果、複数のマイクロディンプルを、ばらつきなくより密な配置状態で摺動面に形成し、これらのマイクロディンプル内に潤滑油を保持することができる。

さらに、摺動面全体に対する全てのマイクロディンプルの開口部の占める面積率が、５０〜８０％であるので、マイクロディンプル内に潤滑油を保持することができると共に、摺動時には、マイクロディンプル間に形成された表面（凸部の表面）に、油膜を安定して形成することができる。このような結果、摺動部材の摺動面の耐焼付き性を向上させることができる。

上述した面積率が、５０％未満である場合、摺動時において、マイクロディンプルから、マイクロディンプル間に形成された表面（実際に摺動する表面である凸部の表面）に、潤滑油が充分に供給されないことがあり、この結果、摺動面が焼付くおそれがある。さらに、面積率が８０％を超えた場合には、凸部の表面の面積が小さいため、摺動時に、この表面の面圧が増加し、摺動面が焼付くおそれがある。

より好ましい態様としては、前記マイクロディンプルの開口部の直径は、２〜２０μｍであり、前記マイクロディンプルの最大深さは、０．２〜２μｍである。この態様によれば、これらの範囲を満たすことにより、摺動部材の耐焼付き性をより向上させることができる。

開口部の直径が、２μｍ未満の場合、開口部が小さくなることにより、マイクロディンプル間の距離も狭くなり過ぎるため、凸部表面が狭くなり、マイクロディンプル内で潤滑油を封止して、摺動面間に油膜圧力を充分に確保することが難しい。一方、開口部の直径が、２０μｍを超えた場合、開口部が大き過ぎて、摺動時にマイクロディンプルから潤滑油が逃げ易くなり、この場合も、油膜圧力を充分に確保することが難しい。さらに、マイクロディンプルの最大深さが、０．２μｍ未満の場合、マイクロディンプルの深さが浅過ぎて、摺動時にマイクロディンプル内に充分な量の潤滑油を保持することが難しい。一方、開口部の直径が上記範囲を満足しつつ、最大深さが、２μｍを超えるようなマイクロディンプルを作製することは難しい。

ここで、本発明でいう「マイクロディンプル」とは、直径が、０．１μｍ〜数百μｍ程度の開口部を有したディンプル状の微小の凹部（窪み部）をいい、「摺動面全体」とは、マイクロディンプルの開口部を含む摺動面をいい、面積率を言い換えるならば、面積率＝（全てのマイクロディンプルの開口部の総面積）／（全てのマイクロディンプルの開口部の総面積＋それ以外の実際に摺動する部分の面積）に相当するものである。

また、上述したマイクロディンプルを成形する方法としては、機械的に成形する方法、化学的に成形する方法、レーザ等の熱により成形する方法等、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記マイクロディンプルは、表面に円形状の空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムで、前記金属材料の摺動面をマスキングし、前記空孔を介して、前記摺動面にエッチング液を接触させることにより成形されたマイクロディンプルである。

このように成形されたマイクロディンプルは、上述した複数の空孔が形成された樹脂フィルムをマスキング材として用いて、エッチングにより成形されたマイクロディンプルであるので、例えば、上述した特許文献２に示すレーザ加工により成形したマイクロディンプルの如く、開口部の周縁が隆起することはない。よって、本発明のこの態様による摺動部材の摺動面は、平滑な状態となる。

さらに、前記樹脂フィルムは、例えば機械加工、レーザによる加工等などを利用して、上述した配列状態の複数の空孔を得ることができるのであれば、その樹脂フィルムの製造方法は、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記樹脂フィルムは、水の結露及び該結露により得られた水滴の気化を利用して製造されたフィルムである。

このような方法で製造された樹脂フィルムは、表面に円形状の空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムであるので、より好適なマスキング材として用いることができる。また、湿度条件等を変化させることにより、水の結露により生成される水滴の大きさを容易に変化させることができるので、空孔の直径を所望の直径に調整することができる。これにより、マイクロディンプルの開口部の直径を調整することができる。

さらに好ましい態様としては、前記樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムである。この態様によれば、樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂からなるので、摺動面にエッチング液を接触させることによりマイクロディンプルを成形する前に、熱可塑性樹脂を加熱して軟化して延伸させることができる。これにより、樹脂フィルムに形成された空孔の直径を減少させながら（すなわち、空孔の大きさを減少させながら）、樹脂フィルムの表面全体に対する全ての空孔の開口部の占める面積率を調整することができる。また樹脂の種類によっては加熱しても軟化延伸しにくい材料もあり、この場合にはマスキング時の接着剤の量や加熱温度、時間を調整することにより、空孔の開口部周囲の接着強度を低下させ、エッチング時にその部位も削られるため、ディンプルの径を樹脂フィルムの空孔の開口部の径よりも大きくすることができる。つまりこの手法により、樹脂フィルムの空孔の開口部の面積率よりも大きい側へディンプルの面積を調整することができる。

このように、マイクロディンプルの開口部の直径は、樹脂フィルムに生成される水滴の直径、樹脂フィルムの加熱時における、樹脂フィルムの開口部の直径の減少量（または減少率）、及び、樹脂フィルム開口部周囲の接着強度を加味して調整することができる。

本発明では、上述した摺動部材を好適に製造するための方法をも開示する。本発明に係る摺動部材の製造方法は、表面に円形状の空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムを製造する工程と、該製造された樹脂フィルムの前記表面を、金属材料からなる摺動面に接着させ、前記樹脂フィルムで、前記摺動面をマスキングする工程と、前記空孔を介して、前記マスキングされた摺動面にエッチング液を接触させることによりマイクロディンプルを成形する工程と、を、少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、空孔が形成された樹脂フィルムをマスキング材として用いて、このマスキング材で、摺動面をマスキングし、摺動面のうち空孔により露出した表面にエッチング溶液を接触させることにより、金属材料からなる摺動面のエッチング処理を行うので、開口部近傍が隆起することなく、同時に複数のマイクロディンプルを容易かつ安価に成形することができる。また、成形されたマイクロディンプルは、円形状の開口部を有しており、前記各マイクロディンプルは等間隔に配列され、前記マイクロディンプルの配列は、六方最密状となる。

また、より好ましい態様としては、前記樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂からなり、前記マイクロディンプルを成形する工程の前に、前記樹脂フィルムを加熱することにより、前記樹脂フィルムを延伸させて、前記樹脂フィルムの表面全体に対する全ての前記空孔の開口部の占める面積率を調整することにより、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整する。

さらに、樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂からなり、マイクロディンプルを成形する工程の前に、樹脂フィルムを加熱することにより、樹脂フィルムの熱可塑性樹脂が延伸し、前記空孔の直径が減少することにより、マイクロディンプルの直径を調節し、上述したマイクロディンプルの面積率を、所望の面積率に調整することができる。

また、別のより好ましい態様としては、前記摺動面をマスキングする工程において、前記空孔が形成された開口部周囲と摺動面との接着状態を調整することで、前記マイクロディンプルを成形する工程におけるエッチング液に接触する摺動面の面積を調整することにより、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整する。

この態様によれば前記摺動面をマスキングする工程において、前記空孔の開口部周囲の接着力を適宜低下させて、エッチング時にマスキングされている面積を調整することにより、マイクロディンプルの開口部の直径を調節し、上述したマイクロディンプルの面積率を、所望の面積率に調整することができる。

より好ましい態様としては、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率が５０〜８０％となるように前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整する。この態様によれば、摺動面全体に対する全てのマイクロディンプルの開口部の占める面積率が５０〜８０％となる、マイクロディンプルを成形することができるので、マイクロディンプル内に潤滑油を保持することが可能となると共に、摺動時には、マイクロディンプル間に形成された表面（凸部の表面）に、油膜を安定して形成することができる。

樹脂フィルムは、上述した空孔を形成することができるのであれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記樹脂フィルムを製造する工程において、前記樹脂フィルムを、水の結露及び該結露により得られた水滴の気化を利用して製造する。

この態様によれば、表面に円形状の空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムを容易に製造することができる。また、湿度条件等を変化させることにより、水の結露により生成される水滴の大きさを容易に変化させることができるので、空孔の直径を所望の直径に調整することができる。これにより、マイクロディンプルの開口部の直径を容易に調整することができる。

本発明に係る摺動部材によれば、潤滑油による潤滑下において、耐焼付き性を向上させることができる。また、本発明に係る製造方法によれば、安価且つ短い時間で、潤滑油による潤滑下において、耐焼付き性を向上させた摺動部材を製造することができる。

本実施形態に係る摺動部材の製造方法を示した模式的断面図であり、（ａ）は、水の結露による水滴及び該水滴の気化を利用した樹脂フィルムを製造する工程を説明するための図であり、（ｂ）は、（ａ）により製造された樹脂フィルムを示した図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す樹脂フィルムで、摺動面をマスキングする工程を説明するための図であり、（ｄ）は、樹脂フィルムの一部除去及び面積率の調整を説明するための図であり、（ｅ）は、（ｄ）のマスキングされた摺動面をエッチングによりマイクロディンプルを成形する工程を説明するための図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示す樹脂フィルム除去後の摺動部材を示した図。 図１（ａ）の樹脂フィルムの製造方法の詳細を説明するための図であり、（ａ）は、その模式的な上面図であり、（ｂ）は、その断面図。 摺動面に形成されたマイクロディンプルの配列を説明するための図であり、（ａ）は、本実施形態のマイクロディンプルの配列状態を示した図、（ｂ）は、従来のマイクロディンプルの配列状態の一例を示した図。 図４（ａ）は、実施例１に係る樹脂フィルム（ハニカム状多孔質膜）の上面を顕微鏡で観察したときの写真図であり、図４（ｂ）は、ハニカム状多孔質膜の断面の写真図。 実施例１に係る摺動部材の摺動面を顕微鏡で観察したときの写真図。 実施例１及び比較例１に係る摺動部材の焼付き試験の結果を説明するための図。 実施例２及び比較例２に係る摺動部材の焼付き試験の結果を説明するための図。 実施例４及び比較例４に係る摺動部材の焼付き試験の結果を説明するための図。

以下に、図面を参照して、本発明に係る摺動部材を好適に製造することができる実施形態に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る摺動部材の製造方法を示した模式的断面図であり、本実施形態に係る摺動部材の製造方法を示した模式的断面図であり、（ａ）は、水の結露による水滴及び該水滴の気化を利用した樹脂フィルムを製造する工程を説明するための図であり、（ｂ）は、（ａ）により製造された樹脂フィルムを示した図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す樹脂フィルムで、摺動面をマスキングする工程を説明するための図であり、（ｄ）は、樹脂フィルムの一部除去及び面積率を調整する工程を説明するための図であり、（ｅ）は、（ｄ）のマスキングされた摺動面をエッチングによりマイクロディンプルを成形する工程を説明するための図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示す樹脂フィルム除去後の摺動部材を示した図である。

本実施形態では、金属材料からなる基材の摺動面に、以下に示す、樹脂フィルムを用いて、エッチングによりマイクロディンプルを製造する。ここで、金属材料は、後述するエッチング液により摺動面の一部をエッチングすることができるのであれば、その材質は特に限定されるものではなく、例えば、鉄、アルミニウム、銅、又はこれらの合金などを挙げることができる。

まず、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）を参照しながら、樹脂フィルムの製造工程を説明する。図２は、図１（ａ）の樹脂フィルムの製造方法の詳細を説明するための図であり、（ａ）は、その模式的な上面図であり、（ｂ）は、その断面図である。

図１（ａ）及び図２に示すように、ポリスチレンなどの高分子樹脂材料に対して、両親媒性化合物と、疎水性有機溶媒とを混合して得られたポリマー溶液（疎水性有機溶液）３１を、ガラスなどの基材４０に被覆する。次に、高湿度の空気を吹き付けると共に、有機溶媒（溶剤）の気化熱を利用して、ポリマー溶液３１に水（水分）を結露させて、複数（無数）の水滴（微小水滴）Ｂを生成する。

ポリマー溶液３１の溶剤の気化に伴い、ポリマー溶液の熱可塑性樹脂がフィルム状になると共に、毛管力（毛細管現象）により結露した各水滴Ｂは、等間隔に配列されると共に、水滴Ｂの配列は六方最密状になる。さらに、この水滴Ｂを加熱等により気化（蒸発）させる。これにより、図１（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、基材４０上において、表面３２ａに円形状の空孔３３（開口部３３ａ）が等間隔に配列されると共に、空孔３３（開口部３３ａ）の配列が六方最密状となったハニカム状多孔質の樹脂フィルム（自己組織化ハニカム構造状フィルム）３２が成形される。

ここで、吹き付ける空気の湿度及び空気の吹き付け時間（加湿時間）を変化させ、微小水滴の直径を制御することができる。これにより、表面に形成される空孔３３の開口部３３ａの直径ｄ１を、１μｍ〜２５μｍの範囲に調整することができ、後述する摺動面のマイクロディンプルの開口部の直径を調整することができる。例えば、湿度を高くし、加湿時間を長くすれば結露する水の量が多くなり、その結果、微小水滴の径が大きくなる。このような樹脂フィルムを用いれば、摺動部材の表面に、より大きなマイクロディンプルを形成することができる。また、上述した水滴（微小水滴）Ｂが六方最密状に配列されることから、樹脂フィルム３２の表面全体に対する全ての空孔３３の開口部３３ａの占める面積率は、開口部３３ａの直径ｄ１に拘らず略一定であり、例えば、ポリスチレンの場合には５０％程度である。なお、樹脂フィルムに用いる樹脂の材質により、この面積率は変化するが、同じ樹脂を用いた場合には、直径に拘らず面積率は略一定となる。

ここで、高分子樹脂材料としては、疎水性有機溶媒に可溶であれば特に制限されないが、水には不溶もしくは難溶であることが好ましい。高分子樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリメタクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリカプロラクトン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどを例示することができ、後述するように、樹脂フィルム３２を加熱することにより、空孔３３の開口部の直径を減少させ、その面積率を調整することができることから、これらの高分子樹脂材料のうち、ポリエチレン、ポリプロピレンなど、熱により軟化延伸しやすい熱可塑性樹脂を選定することがより好ましい。

また、両親媒性化合物としては、特に限定されず、例えば、Ｃａｐなどを用いることができ、この他にも、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムやジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリムなどを用いてもよい。

さらに、疎水性有機溶媒は、常温で液体の疎水性の有機溶媒であれば特に限定されない。例えば、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン系有機溶媒や、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素や、その他にも、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶剤エーテル系溶剤等を挙げることができる。このようにして、疎水性有機溶液をキャストして形成されたポリマー溶液に、同一曲率半径の球状の微小水滴を形成させることができる。

なお、このような樹脂フィルムの製造方法は、自己組織化を利用した樹脂フィルムの製造方法であり、六方最密状に配列された、同じ直径の水滴が等間隔に整列する現象を利用した製造方法（例えば、特開２００１−１５７５７４、特開２００８−２９６５０２により一般的に示された製造方法）である。

次に、図１（ｃ）に示すように、製造された樹脂フィルム３２を基材４０から取り外し、樹脂フィルム３２の空孔３３が形成された表面３２ａを、金属材料からなる基材１１の摺動面１１ａに接着させ、樹脂フィルム３２で、摺動面１１ａをマスキングする。接着させる方法としては、例えば、樹脂フィルム３２の表面に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液などの接着剤を、スピンコートにより塗布し、これを基材１１の摺動面１１ａに接着する。

次に、図１（ｄ）に示すように、マスキングされた樹脂フィルム３２の上側半分の層を剥がしとり、摺動面１１ａのうち空孔３３の開口部３３ａに相当する部分１１ｂを露出させる。樹脂フィルム３２を加熱することにより、樹脂フィルム３２を延伸させ、空孔３３の開口部３３ａの直径ｄ１を減少させる。なお、このとき、樹脂フィルム３２の延伸に伴い、樹脂フィルム３２の表面と、摺動面１１ａとに介在する接着剤も共に広がるため、開口部３３ａの周りの接着状態はほとんど変化ない。これにより、減少した直径ｄ１と略同じ直径の開口部を有したマイクロディンプルを成形することができる。

このような調整により、樹脂フィルム３２の表面全体１１ａに対する全ての空孔３３の開口部３３ａの占める面積率が５０〜８０％となるように調整する。なお、減少した開口部３３の直径ｄ２が、後述するマイクロディンプル１３の開口部の直径に相当し、全ての露出している部分１１ｂの面積が、後述する全てのマイクロディンプルの開口部の総面積に相当する。

一方、マイクロディンプルの面積率を増加させたい場合には、樹脂フィルム３２のマスキング時の接着剤の量や加熱温度、時間を調整することにより、空孔３３の開口部３３ａの周囲の接着強度を低下させ（空孔が形成された開口部周囲と摺動面との接着状態を調整し）、これにより、エッチング時にその部分も削られる（マイクロディンプル１３を成形する工程におけるエッチング液に接触する摺動面の面積が調整される）。これにより、マイクロディンプル１３の開口部１３ａの直径を樹脂フィルム３２の空孔３３の開口部３３ａの直径よりも大きくすることができる。つまりこの手法により、樹脂フィルム３２の空孔３３の開口部３３ａの面積率よりも大きい側へマイクロディンプル１３の面積率を調整することができる。

次に、図１（ｅ）に示すように、空孔３３を介して、摺動面１１ａのうち空孔３３により露出した部分１１ｂにエッチング溶液を接触させる。これにより、マスキングされた摺動面１１ａのエッチング処理を行って、基材１１の一部を化学的に削り取り、開口部の直径ｄ２のマイクロディンプル１３を成形することができる。また、上述したように、空孔３３の開口部３３ａの周囲の接着強度を低下させた場合には、エッチング時にその部分も削られる。

なお、エッチング溶液は、上述した金属材料の表面を化学的に溶解することができる溶液であれば特に限定されるものではなく、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等などの強酸の水溶液などを挙げることができる。最後に、図１（ｆ）に示すように、樹脂フィルム３２を基材１１である摺動部材から剥がしとり、摺動部材１を得ることができる。

また、マイクロディンプルの開口部の直径ｄ２は、２〜２０μｍの範囲にあり、これは、樹脂フィルム３２の加熱時における、樹脂フィルム３２の開口部３３ａの直径の減少量、及びマスキング工程（接着工程）での空孔３３の開口部３３ａの周囲の非接着部を含む接着強度の低下した部分を加味した上で、上述した湿度条件による樹脂フィルムの表面の空孔の直径を調整することにより、この範囲に収めることができる。また、マイクロディンプルの最大深さは、０．２〜２μｍの範囲にあり、上述したエッチング処理を繰り返し行うことにより、この範囲に収めることができる。

このようにして得られた摺動部材は、複数のマイクロディンプルを、ばらつきなくより密な配置状態で摺動面に形成し、これらのマイクロディンプル内に潤滑油を保持することができる。

そして、得られたマイクロディンプル１３は、図３（ａ）に示すように、円形状の開口部１３ａを有しており、各マイクロディンプル１３は等間隔に配列され、マイクロディンプル１３の配列は、六方最密状となる。すなわち、従来（上述した特許文献２）の如く、図３（ｂ）に示すようにマイクロディンプル９３を配列した場合には、４つの隣接するマイクロディンプル９３同士の距離Ｌ１に比べ、対角に配列されたマイクロディンプル同士の距離Ｌ２は大きくなるため、図示の中央の表面（摺動部分である凸部表面）９４にマイクロディンプル９３内の潤滑油が、摺動時に供給されにくい状態になると考える。しかしながら、図３（ａ）に示すように、本実施形態の場合には、マイクロディンプル１３の配列が、六方最密状になっているため、隣接するマイクロディンプル１３間の距離Ｌは、全て略同じとなるので、マイクロディンプル１３、１３間に形成された表面（実際に摺動する表面である凸部の表面）１４に、潤滑油を安定して供給することができる。

さらに、摺動面１１ａ全体に対する全てのマイクロディンプル１３の開口部１３ａの占める面積率は、５０〜８０％であるので、マイクロディンプル１３内に潤滑油を保持することができると共に、摺動時には、マイクロディンプル１３間に形成された表面１４に、油膜を安定して形成し、摺動部材１の摺動面１１ａの耐焼付き性を向上させることができる。なお、摺動面全体の面積は、全てのマイクロディンプル１３の開口部１３ａの総面積と、凸部となる表面１４とを合わせた面積であり、面積率は、この面積で、全てのマイクロディンプル１３の開口部１３ａの総面積を除算した値である。

この面積率が、５０％未満である場合、摺動時において、マイクロディンプルから、マイクロディンプル１３、１３間に形成された表面（実際に摺動する表面である凸部の表面）１４に、潤滑油が充分に供給されないことがあり、この結果、摺動面が焼付くおそれがある。さらに、面積率が８０％を超えた場合には、凸部の表面１４の面積が小さいため、摺動時に、この表面１４の面圧が増加し、凸部の表面１４が焼付くおそれがある。

以下に、本発明を実施例により説明する。以下の実施例は、上に示した本実施形態に沿って行われたものであるが、本発明を限定するものではない。

（実施例１）
１）樹脂フィルム（ハニカム状多孔質膜）の作製
まず、ポリスチレン（ＰＳ、Ｍｗ＝２８００００，Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｃｈａｒｔ１）に対して、質量比１０％の両親媒性化合物（Ｃａｐ）を混合した混合物（ＰＳ：Ｃａｐ＝１０：１）に、ＣＨＣｌ_３溶液（５ｇ／Ｌ）を直径９ｃｍのガラスシャーレにキャストした。これに高湿度の空気（相対湿度７０％程度）を吹き付け、水分を結露させ、六方最密状（ヘキサゴナル）に等間隔に配列された微小水滴を形成し、球状の微小水滴を蒸発させることにより、開口部の直径が８μｍの空孔が等間隔に配列され、その配列が六方最密状の自己組織化による樹脂フィルム（ハニカム状多孔質膜）を作製した。図４（ａ）は、実施例１に係る樹脂フィルム（ハニカム状多孔質膜）の上面を顕微鏡で観察したときの写真図であり、図４（ｂ）は、ハニカム状多孔質膜の断面の写真図である。

２）マスキング
１）で作製された樹脂フィルムに、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液をスピンコートし、寸法：３０×３０×５ｍｍ、材質：炭素鋼（ＪＩＳ規格：Ｓ５５焼入れ）、表面粗さＲａ：０．０２μｍの平板試験片に、樹脂フィルムの上下を反転して、空孔にある表面を接着した。その後、樹脂フィルムの空孔のない層を剥がし取り（図１（ｄ）参照）、８０℃で１０分間、平板試験片の乾燥を行った。その後、溶剤を用いて表面に残ったＰＶＡの洗浄を行い、最後に２００℃で３時間の加熱（アニーリング）を行った。これにより、空孔の開口部の直径を、８μｍ、表面に対する全ての空孔の占める面積率を、５０％とした。今回用いたポリスチレンは、加熱しても軟化し難い材料であり、アニーリング前後の空孔で空孔の開口部の直径に変化はなかった。

３）エッチング
硝酸０．６ｍｌ、エタノール９．４ｍｌの混合溶液をスターラーで３０秒間撹拌後、マスキングした平板試験片を５秒間浸漬し、その後エタノールで洗浄後にドライヤで乾燥した。この浸漬、洗浄、乾燥を繰り返し、マイクロディンプルの最大深さが、０．３μｍとなるまで行った。最後にハニカム構造フィルムを平板試験片から剥がしとり、エタノールで洗浄した。これにより、摺動部材に相当する平板試験片を作製した。なお、マイクロディンプルの最大深さは、接触式の表面粗さ計を用いて測定した。

図５は、実施例１に係る摺動部材の摺動面を光学顕微鏡で観察したときの写真図である。この摺動部材は、摺動面全体に対する全てのマイクロディンプルの開口部の占める面積率は、５０％であった。また、マイクロディンプルの開口部の直径は、８μｍであった。なお、面積率は、図５に示す写真（画像）を用いて、マイクロディンプルに相当する画像と、それ以外との画像とを、２値化処理により区分けし、マイクロディンプルに相当する画像の面積を画像全体の面積で除算することにより求めた。また、マイクロディンプルの開口部の直径は、この画像から読み取った値である。

更に、実施例１に係る試験片として、図６に示すように、面積率が５０％〜８０％となるように、マイクロディンプルの開口部の直径（ディンプル径）が８〜１２μｍの範囲内で、マイクロディンプルの最大深さが０．３μｍとなるように、平板試験片を作製した。面積率は、今回用いた樹脂フィルムの材料がポリスチレンであり加熱しても軟化延伸しにくい材料であるためマスキング時の接着工程でＰＶＡの量及びアニーリングの温度、時間を調整して、空孔開口部周囲の接着強度を低下させて、実質的な接着面積（マスキングによりエッチングされる面積）を調整することにより、変化させた。

（比較例１）
実施例１と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例１と相違する点は、ディンプル径、ＰＶＡの量及びアニーリングの温度及び時間を調整して、図６に示すように、面積率が８０％を超えるようにし、５０％未満のものは、レーザ光を照射し、その後ラップ加工を施して平板試験片を作製した点である。

＜焼付き試験＞
実施例１及び比較例１の平板試験片に対して、焼付き試験を行った。具体的には、寸法：外形φ２５．６、内径φ２０、高さ１５ｍｍ、材質：炭素鋼（Ｓ５０焼入れ）、表面粗さＲａ：０．０２μｍの円筒試験片を準備し、円筒試験片の端面を、平板試験片の摺動面に押当てて、円筒試験片の回転数５００ｒｐｍ、荷重１００Ｎで１０分間ならし試験後、２分間毎に１００Ｎずつ荷重を増加させ焼付いた時点で試験をストップした。焼付きの判断は、試験中に摩擦係数が０．３を超えた時点を焼付きとした。なお潤滑油は市販エンジン油０Ｗ２０を用い、油浴８０℃で試験を行った。この結果を、図６に示す。

〔結果１〕
図６に示すように、実施例１の面積率５０〜８０％の平板試験片は、２０００Ｎ以上の焼付き荷重であり、比較例１のものに比べて、耐焼付き性が高いといえる。この理由としては、面積率が、５０％未満である場合、摺動時において、マイクロディンプルから、マイクロディンプル間に形成された表面（実際に摺動する表面である凸部の表面）に、潤滑油が充分に供給されないことがあり、この結果、摺動面が焼付くおそれがあると考えられる。一方、面積率が８０％を超えた場合には、凸部の表面の面積が小さいため、摺動時に、この表面の面圧が増加し、摺動面が焼付くおそれがあると考えられる。

（実施例２）
実施例１と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例１と相違する点は、マイクロディンプルの開口部の直径（ディンプル径）を８μｍ、面積率６５％とし、エッチングを繰り返すことにより、マイクロディンプルの最大深さを、図７に示すように、０．２μｍ以上の範囲を満たす最大深さの異なる複数の平板試験片を作製した点である。実施例１と同じようにして、焼付き試験を行った。この結果を図７に示す。

（比較例２）
実施例２と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例２と相違する点は、エッチングを繰り返すことにより、マイクロディンプルの最大深さを、図７に示すように、０．２μｍ未満の範囲を満たす最大深さの異なる複数の平板試験片を作製した点である。実施例１と同じようにして、焼付き試験を行った。この結果を図７に示す。

（実施例３）
実施例１と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例１と相違する点は、マイクロディンプルの開口部の直径（ディンプル径）を８μｍ、面積率６５％とし、エッチングを繰り返すことにより、マイクロディンプルの最大深さを２μｍにした点である。

（比較例３）
実施例３と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例３と相違する点は、マイクロディンプルの開口部の直径（ディンプル径）を８μｍ、面積率６５％とし、エッチングを繰り返すことにより、マイクロディンプルの最大深さを２．２μｍ（２μｍを超えるように）にした点である。

〔結果２〕
図７に示すように、実施例２の平板試験片は、マイクロディンプルの最大深さが０．２μｍ以上であり、この場合には、比較例２の平板試験片に比べて、焼付き荷重が約４倍となった。比較例２の如く、マイクロディンプルの最大深さが、０．２μｍ未満の場合、マイクロディンプルの深さが浅すぎて、摺動時に充分な量のマイクロディンプル内に潤滑油を保持することが難しいと考えられる。また、実施例３の場合には、マイクロディンプルの最大深さが２μｍの平板試験片を作製できたが、比較例３の場合には、２μｍを超えたあたりから、エッチングを繰り返すことにより、マイクロディンプルの側面（リム部）まで削りとられてしまった。このような結果から、マイクロディンプルの最大深さは、０．２〜２μｍの範囲がより好ましいと考えられる。

（実施例４）
実施例１と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例１と相違する点は、マイクロディンプルの最大深さを０．３μｍ、面積率６５％とし、図８に示すように、マイクロディンプルの開口部の直径が、２〜２０μｍの範囲を満たす直径の異なる複数の平板試験片を作製した。なお、ディンプル径はハニカム構造フィルム製作時、ポリスチレンと両親媒性化合物（Ｃａｐ）を混合した混合物のＣＨＣｌ_３溶液に高湿度の空気を吹き付けて樹脂フィルムを作製するが、このときの吹き付ける空気の湿度および吹き付ける時間（加湿時間）を調整することにより水滴の大きさを調整することができる。これを利用して、マイクロディンプルの開口部の直径を変化させた。実施例１と同じようにして、焼付き試験を行った。この結果を図８に示す。

（比較例４）
実施例４と同じようにして、平板試験片を作製した。実施例４と相違する点は、マイクロディンプルの開口部の直径が、２μｍ未満、２０μｍを超えた範囲を満たす直径の異なる複数の平板試験片を作製した点である。実施例１と同じようにして、焼付き試験を行った。この結果を図８に示す。

〔結果３〕
図８に示すように、実施例４のマイクロディンプルの開口部の直径が２〜２０μｍで、平板試験片は、２０００Ｎ以上の焼付き荷重となり、５〜１５μｍで、平板試験片は、２５００Ｎ以上の焼付き荷重となり、比較例４のものに比べて、耐焼付き性が高いといえる。この理由としては、開口部の直径が、２μｍ未満の場合、開口部が小さくなることにより、マイクロディンプル間の距離も狭くなり過ぎるため、凸部表面が狭くなり、マイクロディンプル内で潤滑油を封止して、摺動面間に油膜圧力を充分に確保することが難しいと考えられる。一方、開口部の直径が、２０μｍを超えた場合、開口部が大き過ぎて、摺動時にマイクロディンプルから潤滑油が逃げ易くなり、この場合も、油膜圧力を充分に確保することが難しいと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…摺動部材，１１…基材，１１ａ：摺動面、１３：マイクロディンプル、１３ａ：開口部、１４：表面、３１：ポリマー溶液、３２：樹脂フィルム、３２ａ：樹脂フィルムの表面、３３：空孔、３３ａ：開口部、４０：基材、Ｂ：水滴

Claims (4)

1. 表面に円形状の開口部を有した空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムを製造する工程と、
   該製造された樹脂フィルムの前記表面を、金属材料からなる摺動面に接着させ、前記樹脂フィルムで、前記摺動面をマスキングする工程と、
   前記空孔を介して、前記マスキングされた摺動面にエッチング液を接触させることによりマイクロディンプルを成形する工程と、を、少なくとも含み、
   前記樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂からなり、前記マイクロディンプルを成形する工程の前に、前記樹脂フィルムを加熱することにより、前記樹脂フィルムを延伸させて、前記樹脂フィルムの表面全体に対する全ての前記空孔の開口部の占める面積率を調整することにより、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整することを特徴とする摺動部材の製造方法。
2. 表面に円形状の開口部を有した空孔が等間隔に配列されると共に、該空孔の配列が六方最密状である樹脂フィルムを製造する工程と、
   該製造された樹脂フィルムの前記表面を、金属材料からなる摺動面に接着させ、前記樹脂フィルムで、前記摺動面をマスキングする工程と、
   前記空孔を介して、前記マスキングされた摺動面にエッチング液を接触させることによりマイクロディンプルを成形する工程と、を、少なくとも含み、
   前記摺動面をマスキングする工程において、前記空孔が形成された開口部周囲と摺動面との接着状態を調整することで、前記マイクロディンプルを成形する工程におけるエッチング液に接触する摺動面の面積を調整することにより、前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整することを特徴とする摺動部材の製造方法。
3. 前記摺動面全体に対する全ての前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率が５０〜８０％となるように前記マイクロディンプルの開口部の占める面積率を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材の製造方法。
4. 前記樹脂フィルムを製造する工程において、前記樹脂フィルムを、水の結露及び該結露により得られた水滴の気化を利用して製造することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。

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