JP7409395B2 - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、摺動部材及びその製造方法に関する。
内燃機関において、エンジン内部等の各所にエンジンオイルを圧送するオイルポンプのような油中で使用される製品の摺動部材においては、油中における低粘着性、耐摩耗性、耐熱性が要求される。このようなオイルポンプの摺動部となるローターのコーティング剤として架橋フッ素樹脂が検討されている。
例えば電離性放射線を照射したフッ素樹脂を摺動部材本体からなる基材に被覆させることが提案されている（特許文献１参照）。
特開２０１１－２０８８０２号公報
本開示の一態様に係る摺動部材は、金属を主成分とする摺動部材本体と、上記摺動部材本体の表面に直接積層され、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層とを備えており、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下である。
また、本開示の別の一態様に係る摺動部材の製造方法は、金属を主成分とする摺動部材本体の表面にフッ素樹脂を主成分とする外層を直接積層する工程と、上記外層に電離放射線を照射する工程とを備えており、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０５μｍ以下である。
図１は、第１実施形態に係る摺動部材を示す模式的横断面図である。 図２は、第１実施形態に係る摺動部材の外層の表面を示す模式図である。
［本開示が解決しようとする課題］
オイルポンプにおいては、摺動部材となるローター等の構成部品同士のクリアランスの管理が重要であるが、摺動部材の外層となる架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の膜厚精度を制御することは困難である。特許文献１のように、フッ素樹脂塗料を用いる塗装方法では膜厚精度が十分でないことから架橋フッ素樹脂を主成分とする外層形成後に研磨が行われている。この研磨においては、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の膜厚精度を十分な範囲にするために、粗い番手から＃３０００番手レベルの微細な番手までの研磨材を用いて入念に研磨をする必要がある。
軽い研磨で膜厚精度を出そうとすると、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の表面に凹凸が残るために油の接触角度が下がる結果、オイルポンプの摺動部材の油に対する撥油性が低下するおそれがある。さらに、上記摺動部材の撥油性が低下することで、油中における摺動部材のトルクを低減することが困難となる。一方、使用する番手を増やして過剰に研磨を行うと、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の表面性状が滑らかになることにより撥油性はある程度向上するが、工程時間が増えるために生産効率が低下するおそれがある。
本開示は上記事情に基づいてなされたものであり、撥油性及びトルク低減効果に優れる摺動部材を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
本開示の一態様に係る摺動部材は、撥油性及びトルク低減効果に優れる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係る摺動部材は、金属を主成分とする摺動部材本体と、上記摺動部材本体の表面に直接積層され、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層とを備えており、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下である。
本発明者が上記課題について鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１及び架橋フッ素樹脂被膜の表面全体の算術平均粗さはともに撥油性、油中でのトルク低減に影響している。しかしながら、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１の寄与度が支配的であり、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１の値が小さければ、架橋フッ素樹脂被膜の表面全体の算術平均粗さの値が大きくても十分に効果が得られる。そして、好ましい実施形態として上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１及び架橋フッ素樹脂被膜の表面全体の算術平均粗さがともに小さい値の方が撥油性及び油中でのトルク低減効果がより大きい傾向にあることが判明した。一般に、油中で使用される摺動部材の架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の膜厚精度とは、数ｍｍから数１０ｍｍ単位の大きなうねり（低周波うねり）の膜厚偏差のことを指す。しかしながら、実際に架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の撥油性に関与しているのは、数ｍｍから数１０ｍｍ単位の大きなうねり（以下、低周波うねりともいう。）の表面に存在する波長が０．１μｍから数１０μｍの微細な粗さ成分（以下、高周波うねりともいう。）であることが判明した。一方、研磨により、膜厚精度の矯正、すなわち上記低周波うねりの除去を行った場合、逆に高周波のうねりが大きくなり、反って撥油性が低下することが判明した。以上の結果、本発明者は、油中で使用される摺動部材の架橋フッ素樹脂を主成分とする外層においては、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の表面に低周波うねりを残存させつつ、低周波うねり表面に存在する波長が０．１μｍから数１０μｍの微細な粗さ成分（高周波うねり）を制御することが必要であることを知見した。このように、当該摺動部材は、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１（以下、「高周波表面の算術平均粗さＲａ１」ともいう。）が０．０３５μｍ以下であることで、撥油性及びトルク低減効果に優れる。上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が撥油性と摺動の際のトルクを低減するメカニズムとしては、表面積の影響が考えられる。算術平均粗さＲａ１は、摺動面全体から見れば非常に微細な領域での凹凸を規定するものであるが、架橋フッ素樹脂と油との親和性に影響していると推測される。従って、Ｒａ１が小さいほうがより表面積が小さくなることで、架橋フッ素樹脂と油とが相互作用しづらくなるため、トルクが低減すると考えられる。
ここで、「うねり」とは、共焦点レーザー顕微鏡を用いて得られる試料表面の凹凸に係る情報に基づくうねりに係る波形データをいう。「主成分」とは、質量換算で最も含有割合の高い成分をいい、例えば含有量が６０質量％以上の成分をいう。
当該摺動部材においては、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０２５μｍ以下であることが好ましい。このように、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０２５μｍ以下であることで、撥油性及びトルク低減効果をより高めることができる。
当該摺動部材においては、上記外層の平均厚さが０．１μｍ以上７０．０μｍ以下であることが好ましい。上記外層の平均厚さが上記範囲であることで、当該摺動部材は、良好な弾性を有しつつ、異物をかみこんだ際の耐擦傷性を向上できる、結果長期間の使用に耐えうる摺動材として用いることができる。ここで、「平均厚さ」とは、任意の十点において測定した厚さの平均値をいう。
上記外層が塗工層であるか、又はフィルムから構成されていることが好ましい。上記外層が塗工層であるか、又はフィルムから構成されていることで、外層の表面の粗度及び外層の平均厚さの精度の制御が容易となる。ここで「平均厚さ」とは、任意の十点において測定した厚さの平均値をいう。
当該摺動部材は、オイルポンプに用いられるとよい。当該摺動部材は撥油性に優れることから、上記外層が積層された面を摺動面とするオイルポンプ用の摺動部材として用いることで、摺動面に作用する摩擦力を低減し、トルク低減効果に優れるオイルポンプ用の摺動部材を提供できる。
また、本開示の別の一態様に係る摺動部材の製造方法は、金属を主成分とする摺動部材本体の表面にフッ素樹脂を主成分とする外層を直接積層する工程と、上記外層に電離放射線を照射する工程とを備えており、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０５μｍ以下である。
上述したように、実際に架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の撥油性に関与しているのは、数ｍｍから数１０ｍｍ単位の大きなうねりである低周波うねり表面に存在する波長が０．１から数１０μｍの微細な粗さ成分（高周波うねり）である。一方、研磨により、膜厚精度の矯正、すなわち上記低周波うねりの除去を行った場合、逆に高周波のうねりが大きくなり、反って撥油性が低下することになる。従って、油中で使用される摺動部材の架橋フッ素樹脂を主成分とする外層においては、上記外層の表面に低周波うねりを残存させつつ、低周波うねり表面に存在する波長が０．１μｍから数１０μｍの微細な粗さ成分（高周波うねり）を制御することが必要である。当該摺動部材の製造方法は、高周波表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下である上記外層を積層する工程により形成することで、上記研磨が不要になる。そして、当該摺動部材の製造方法に得られる摺動部材は、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる高周波表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下であることで、撥油性及びトルク低減効果に優れる。従って、当該摺動部材の製造方法は、撥油性及びトルク低減効果に優れる摺動部材を容易かつ確実に製造できる。
当該摺動部材の製造方法においては、上記積層する工程が、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる静電塗装、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる浸漬塗装、又はフッ素樹脂を主成分とするフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着によることが好ましい。上記積層する工程において、静電塗装、浸漬塗装、又はフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着を用いることで、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる高周波表面の算術平均粗さＲａ１をより確実に０．０３５μｍ以下の範囲に制御できる。また、従来実施されてきた、架橋フッ素樹脂層の表面の研磨工程を必要とせず、撥油性及びトルク低減効果に優れる摺動部材を効率よく製造できる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係る摺動部材について図面を参照しつつ詳説する。
＜摺動部材＞
本開示の一実施形態に係る摺動部材は、金属を主成分とする摺動部材本体と、上記摺動部材本体の表面に直接積層され、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層とを備えている。図１は、本開示の一実施形態に係る摺動部材１を示す模式的断面図である。図１の当該摺動部材１は、板状である。この当該摺動部材１は、一方側表面（図１では摺動部材本体２の上面）、及び他方側裏面（図１では摺動部材本体２の下面）を有する板状の摺動部材本体２と、この摺動部材本体２の一方側表面に直接積層される外層３とを備える。
［摺動部材本体］
摺動部材本体２は、金属を主成分とする。上記金属としては、例えばステンレス鋼等の鉄合金、ニッケル、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などが挙げられる。上記金属としては、展延性及び耐熱性に優れることから、これらの中でもステンレス鋼又はニッケルが好ましい。上記金属は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。
上記摺動部材本体２の形状としては、特に限定されず用途に応じて適宜変更可能である。例えば板状、円柱状、円錐状、楕円錐状、角錐状、瓢箪状、楕円柱状及び角柱状に限定されず、ローター等の各種摺動部品の形状を採用できる。
摺動部材本体２の平均厚さとしては、特に限定されず用途に応じて適宜変更可能である。また、摺動部材本体２の摺動面は、平坦である必要がなく、表面に溝、ディンプル（凹み）等のパターンが形成されていてもよい。また、摺動部材本体２は貫通孔を有してもよい。
［外層］
外層３は、摺動部材本体２の表面に直接積層され、架橋フッ素樹脂を主成分とする。外層３は、架橋フッ素樹脂を主成分とするため、耐摩耗性に優れる。
外層３は摺動部材本体２の表面全面に積層する必要がなく、少なくとも摺動部材本体２の摺動面に積層されていればよい。例えば、上記摺動部材本体２が図１に示すように板状である場合、外層３は、摺動部材本体２の一方側表面の一部のみに直接積層されていてもよく、摺動部材本体２の一方側表面及び他方側裏面に直接積層されてもよい。さらに、上記摺動部材本体が円柱状である場合、上記外層は、上記摺動部材本体の外周面全体に直接積層されていてもよく、上記摺動部材本体の外周面の一部のみに直接積層されていてもよい。
上記外層が塗工層であるか、又はフィルムから構成されていることが好ましい。上記外層が塗工層又はフィルムから構成されていることで、外層の表面の粗度及び外層の平均厚さの精度の制御が容易となる。
架橋フッ素樹脂は、フッ素樹脂への電離放射線の照射により得られる。ここで「フッ素樹脂」とは、高分子鎖の重合単位を構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１つが、フッ素原子又はフッ素原子を有する有機基（以下「フッ素原子含有基」ともいう）で置換されたものをいう。フッ素原子含有基は、直鎖状又は分岐状の有機基中の水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換されたものであり、例えばフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、フルオロポリエーテル基等が挙げられる。
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－パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（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）、ポリビニルフルオライド（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－四フッ化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン－六フッ化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、耐摩耗性、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。
なお、上記フッ素樹脂は、本開示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構造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構造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構造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構造単位に対して、例えば３モル％である。
外層３における架橋フッ素樹脂の含有量の下限としては、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、上記架橋フッ素樹脂の含有量は、１００質量％であってもよい。上記架橋フッ素樹脂の含有量が上記下限より小さい場合、当該摺動部材１の撥油性が不十分となるおそれがある。
上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域（低周波うねり）の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域（高周波うねり）の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる高周波表面の算術平均粗さＲａ１の上限としては、０．０３５μｍであり、０．０２５μｍがより好ましい。上記高周波表面の算術平均粗さＲａ１が上記範囲であることで、当該摺動部材は撥油性及びトルク低減効果が優れる。
図２は、第１実施形態に係る摺動部材１の外層３の表面を示す模式図である。高周波表面の算術平均粗さＲａ１の具体的な測定手順については、図２を参照して説明する。なお、図２において、「Ｗ」は、波長を示す。
（１）初めに、試料として外層３の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出する。具体的には、共焦点レーザー顕微鏡を用い、外層３の表面上の１００μｍ間隔の任意の２点間（図２のＲ）を評価範囲として、０．０５μｍごとの２０００プロット地点のデータについて高速フーリエ変換処理を行い、０．１μｍ以上１００．０μｍ以下の波長のうねり（低周波うねり：図２のＬ）を有する領域の周波数成分を抽出する。
（２）上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねり（高周波うねり：図２のＨ）を有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより合成して波形を生成する。
（３）上記生成された波形の表面の算術平均粗さＲａ１を求める。
外層表面の算術平均粗さＲａ２の上限としては、１．０μｍであり、０．５μｍがより好ましい。上記外層表面の算術平均粗さＲａ２が上記範囲であることで、当該摺動部材は撥油性及びトルク低減効果がより向上する。上記外層表面の算術平均粗さＲａ２は、共焦点レーザー顕微鏡を用いて１００μｍにわたって外層表面の１次元波形データを取得し、これを用いて外層表面の算術平均粗さＲａ２を測定することにより求める。
外層３の平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、７０．０μｍが好ましく、５０．０μｍがより好ましい。上記平均厚さが０．１μｍ未満の場合、異物をかみこんだ際の耐擦傷性が低下するおそれがある。一方、上記平均厚さが７０．０μｍを超える場合、摺動部材１の弾性が低下するおそれがある。
当該摺動部材によれば、撥油性及びトルク低減効果に優れる。そのため、当該摺動部材１は、オイルポンプ、コンプレッサー等、油と接する用途の摺動部材として好適に用いることができる。特に、当該摺動部材は回転体に好適であり、オイルポンプに用いられるとよい。当該摺動部材は撥油性に優れることから、上記外層が積層された面を摺動面とするオイルポンプ用の摺動部材として用いることで、摺動面に作用する摩擦力を低減し、トルク低減効果に優れるオイルポンプ用の摺動部材を提供できる。
＜摺動部材の製造方法＞
当該摺動部材の製造方法は、金属を主成分とする摺動部材本体の表面にフッ素樹脂を主成分とする外層を直接積層する工程と、上記外層に電離放射線を照射する工程とを備えている。
（積層する工程）
本工程では、金属を主成分とする摺動部材本体の表面にフッ素樹脂を主成分とする外層を直接積層する。
上記積層する工程においては、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる静電塗装、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる浸漬塗装、又はフッ素樹脂を主成分とするフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着によることが好ましい。上述したように、油中で使用される摺動部材の架橋フッ素樹脂を主成分とする外層の撥油性及びトルク低減効果を向上するためには、上記外層の表面に低周波うねりを残存させつつ、低周波うねり表面に存在する波長が０．１μｍから数１０μｍの微細な粗さ成分（高周波うねり）を制御することが必要である。上記積層する工程において、静電塗装、浸漬塗装、又はフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着を用いることで、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１をより確実に０．０３５μｍ以下の範囲に制御できる。また、従来実施されてきた、架橋フッ素樹脂層の表面の研磨工程を必要とせず、撥油性及びトルク低減効果に優れる摺動部材をより効率よく製造できる。
フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる静電塗装又はフッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる浸漬塗装を行う場合、上記フッ素樹脂を主成分とする塗料としては、フッ素樹脂組成物を溶剤に分散させた塗料、又は溶解させた塗料を摺動部材本体の外周面に塗工する。この溶剤としては、フッ素樹脂を効率よく分散できる水と乳化剤、水とアルコール、水とアセトン、水とアルコールとアセトン等の混合液を用いることができる。
上記塗料の固形分濃度の下限としては、５質量％が好ましく、２５質量％がより好ましく、４０質量％がさらに好ましい。一方、上記塗料の固形分濃度の上限としては、６０質量％が好ましく、５０質量％がより好ましく、４５質量％がさらに好ましい。上記塗料の固形分濃度を上記範囲とすることで、塗布性を向上でき、その結果、容易かつ確実に塗布欠陥の少ない塗膜を形成できる。
上記塗料の粘度の下限としては、１００ｃＰが好ましく、１８０ｃＰがより好ましい。一方、上記塗料の粘度の上限としては、８００ｃＰが好ましく、４００ｃＰがより好ましい。上記塗料の粘度を上記範囲とすることで、塗布性を向上でき、その結果、容易かつ確実に塗布欠陥の少ない塗膜を形成できる。ここで「粘度」とは、ＪＩＳ－Ｋ５６００－２－２：１９９９「塗料一般試験方法－第２部：塗料の性状・安定性－第２節：粘度」に準拠して測定した値を指す。
上記積層する工程で、フィルムの上記摺動部材本体への熱圧着を行う場合、フィルムの加熱温度の下限としては、フッ素樹脂の融点－２０℃が好ましく、融点がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、フッ素樹脂の融点＋６０℃が好ましく、融点＋３０℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満の場合、フィルムと摺動部材本体との密着が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超える場合、圧着を行った金型との離形性が悪化し、フッ素樹脂がむしれて金型へと転写するために圧着面が平滑にならないおそれがある。
フィルムの摺動部材本体への熱圧着を行う場合、押圧の圧力の上限としては、５０ＭＰａが好ましく、１０ＭＰａがより好ましい。一方、上記圧力の下限としては、１０ｋＰａが好ましく、１００ｋＰａがより好ましい。上記圧力が上記下限未満の場合、フィルムと摺動部材本体との密着が不十分となるおそれがある。逆に、上記圧力が上記上限を超える場合、摺動部材本体や押圧用の治具が破損するおそれや、設備コストが増大するおそれがある。
フィルムの摺動部材本体への熱圧着を行う場合、加熱及び押圧の時間は、例えば５分以上２時間以下とできる。また、高周波溶着機を用い、高周波を当てながら圧着することで押圧時間の短縮を図ることができる。
上記静電塗装、浸漬塗装、又はフィルムの熱圧着を行った後に、上記摺動部材本体を加熱炉に入れ加熱し、フッ素樹脂を焼成する。上記焼成により、上記塗料中の溶剤を飛ばすことができる。フッ素樹脂層を焼成する際の加熱温度としては、例えば３５０℃以上４５０℃以下とすることができる。また、塗膜を焼成する際の加熱時間としては、例えば１０分以上６０分以下とすることができる。上記加熱温度及び加熱時間を上記範囲とすることで、フッ素樹脂の分解を抑制しつつ緻密さに優れる膜を形成できる。その後、焼結層を冷却することで外層を摺動部材本体の表面に積層する。
上述したように、外層は摺動部材本体の表面全面に積層する必要がなく、少なくとも摺動部材本体の摺動面に積層されていればよい。
［照射する工程］
本工程では、上記外層に電離放射線を照射する。上記照射する工程によって、上記フッ素樹脂を架橋できる。本工程では、上記外層に低酸素雰囲気下かつ上記フッ素樹脂の融点以上の温度で電離放射線を照射する。本工程は、上記積層する工程前に行うことが好ましい。このように、本工程を上記積層する工程前に行うことで、電離放射線の照射による上記摺動部材本体の劣化を抑制できる。
電離放射線照射時の加熱温度は、例えば上記フッ素樹脂がＦＥＰ（融点：２７０℃）である場合は２７０℃以上、上記フッ素樹脂がＰＴＦＥ（融点：３２７℃）である場合は３２７℃以上、上記フッ素樹脂がＰＦＡ（融点：３０４℃以上３１０℃以下）である場合は３１０℃以上とする。
上記加熱温度の下限としては、融点より５℃高い温度が好ましく、融点より１０℃高い温度がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、融点より５０℃高い温度が好ましく、融点より３０℃高い温度がより好ましい。また、具体的な上記加熱温度は、フッ素樹脂の種類に合わせて適宜変更可能であるが、その下限としては、３２０℃が好ましく、３３０℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、４８０℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。上記加熱温度で電離放射線を照射することにより、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。上記加熱温度が上記上限を超える場合、フッ素樹脂が分解するおそれがある。ここで「樹脂の融点」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。
上記低酸素雰囲気下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場合、電離放射線の照射によってフッ素樹脂が分解するおそれがある。
上記電離放射線としては、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、電子線が好ましい。また、電離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、２，０００ｋＧｙが好ましく、１，２００ｋＧｙ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場合、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るおそれがある。そのため、上記照射線量を上記範囲とすることで、フッ素樹脂の主鎖の切断を抑制しつつ、架橋を十分に進行させることができる。なお、加速電圧としては、例えば８００ｋＶ以上１，５００ｋＶ以下とすることができる。
摺動部材の製造方法は、油中で使用される摺動部材の架橋フッ素樹脂を主成分とする外層においては、上記外層の表面に低周波うねりを残存させつつ、低周波うねり表面に存在する波長が０．１μｍから数１０μｍの微細な粗さ成分（高周波うねり）を制御できる。当該摺動部材の製造方法は、波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下である上記外層を積層する工程により形成することで、上記研磨が不要になる。そして、当該摺動部材の製造方法に得られる摺動部材は、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下であることで、撥油性及びトルク低減効果に優れる。従って、当該摺動部材の製造方法は、撥油性及びトルク低減効果に優れる摺動部材を容易かつ確実に製造できる。
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべ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。本開示の範囲は、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。
以下、実施例によって本開示をさらに具体的に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
＜摺動部材Ｎｏ．１からＮｏ．１１＞
［Ｎｏ．１］
金属を主成分とする摺動部材本体に外層を積層しなかったこと以外は他の試験例と同様にして、摺動部材本体のみを備えるＮｏ．１の摺動部材を得た。
［Ｎｏ．２、Ｎｏ．３及びＮｏ．８］
摺動部材本体としての平均厚さ（１）ｍｍのステンレス鋼プレートの上に、ＰＦＡ粉体（三井・ケマーズ フロロプロダクツ株式会社の「ＭＪ－１０３」、粒径３０μｍ）を粉体塗装した。次に、上記ＰＦＡを３５０℃で２０分間焼成した後、上述の照射工程として、酸素濃度５体積ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気下で３３０℃に加熱し、電子線加速装置（日新電機社製）を用いて上記ステンレス鋼プレートの外面側から電子線を照射した。照射条件は、加速電圧１０００ｋＶ、照射量３００ｋＧｙとした。
次に、番手＃４００のサンドペーパー（株式会社ノリタケコーテッドアブレーシブ社の「耐水ペーパー」）を用い、上記架橋ＰＴＦＥフィルムの一方側表面に粗面化処理を行い、外層の表面粗度を調整した。ＰＴＦＥフィルムを得た。
［摺動部材Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．９及びＮｏ．１０］
摺動部材本体としての平均厚さ（１）ｍｍのステンレス鋼プレートの上に、ＰＴＦＥを主成分とするフッ素樹脂フィルム（株式会社バルカー社の「バルフロンシート」、平均厚さ１００μｍを、加速電圧１０００ｋＶ、照射量３００ｋＧｙ）の電子線にて照射し、得られた架橋ＰＴＦＥを平均厚さ１ｍｍのステンレス鋼プレートの上に設置し、１００ｋＰａで押圧しつつ、窒素炉を用いて３５０℃で１時間加熱し、架橋ＰＴＦＥが積層された摺動部材を得た。
［摺動部材Ｎｏ．６及びＮｏ．１１］
平均厚さ１０００μｍのステンレス鋼プレートの一方側表面に静電塗装機（ナガセテクノエンジニアリング株式会社製ＰＤＲ－１２型）を用いて、ＰＴＦＥ粉体（ダイキン工業社製「ＡＤ２ＣＲＥＲ」）を塗装電圧１５Ｋｖ（負）、吐出量約０．０３ｇ／分にて２５ｃｍ離れているアースされた厚さ１ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ８０ｍｍの上記ステンレス鋼プレートに静電吹き付け塗装した。次に、恒温槽で３８０℃、３０分間加熱することで焼成し、上記ＰＴＦＥ塗膜を上記ステンレス鋼プレートに融着させ、フッ素樹脂層を形成した。上記ステンレス鋼プレート上に平均合計厚さ３０μｍのフッ素樹脂層が積層された積層体を得た。その後、上記積層体にＮｏ．２と同様の条件で電子線を照射した。
［摺動部材Ｎｏ．７］
ＰＴＦＥを主成分とする塗料に、摺動部材本体としての平均厚さ１ｍｍのステンレス鋼プレートを浸漬し、速度５ｍｍ／ｓｅｃの速度で引上げ塗装した。塗料の固形分濃度は４３質量％、粘度が５００ｃＰであり、塗料としてダイキン工業社製「ＥＫ－３７００Ｃ２１Ｒ」を用いた。その後、３８０℃で３０分間加熱することで焼成し、上記ＰＴＦＥ塗膜を上記ステンレス鋼プレートに融着させ、フッ素樹脂層を形成した。上記ステンレス鋼プレート上に平均合計厚さ（３０）μｍのフッ素樹脂層が積層された積層体を得た。その後、上記積層体にＮｏ．２と同様の条件で電子線を照射した。
＜評価＞
次に、摺動部材Ｎｏ．１からＮｏ．１１について、高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１、撥油性、トルク及びクリアランスを評価した。
［高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１］
高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１は、キーエンスのＶＫ－Ｘ１０００顕微鏡にて、１５０Ｘのレンズを使用し、高精度、高精細モードにて１００μｍにわたって、表面の１次元波形データを取得。これを高速フーリエ変換処理と逆フーリエ変換処理にて高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１を測定した。
Ｎｏ．１からＮｏ．１１の摺動部材の高周波うねり表面の算術平均粗さＲａ１について、下記の３段階で評価し、評価がＡ及びＢのものを合格と判定した。
Ａ：Ｒａ１が０．０４以下
Ｂ：Ｒａ１が０．０４超０．０６以下
Ｃ：Ｒａ１が０．０６超
［外層表面の算術平均粗さＲａ２］
上記外層表面の算術平均粗さＲａ２は、下記の手順に基づいて測定した。
キーエンスのＶＫ－Ｘ１０００顕微鏡にて、１５０Ｘのレンズを使用し、高精度、高精細モードにて１００μｍにわたって外層表面の１次元波形データを取得した後、これを用いて外層表面の算術平均粗さＲａ２を測定した。
［撥油性］
摺動部材Ｎｏ．１からＮｏ．１１について、以下の手順で撥油性を評価した。摺動部材Ｎｏ．１からＮｏ．１１の外層の表面に、刷毛で０．０２ｇのミッションオイルを直径１０ｍｍほどの円形に塗り広げた。その後、摺動部材の外層の表面で油滴の形状が安定するまでの時間（秒）を測定した。時間が短いほど撥油性が良好である。Ｎｏ．１からＮｏ．１１の摺動部材の撥油性について、下記の３段階で評価し、評価がＡ及びＢのものを合格と判定した。
Ａ：３秒以下
Ｂ：６秒以下
Ｃ：８秒以上（従来品と同等）
［トルク］
オイルポンプ用摺動部材について、以下の手順でトルク［ｃＮ・ｍ］を測定した。
市販のホンダヴェゼル車のオイルポンフを分解、ケーシングを下として架橋フッ素をコートしたオイルポンプローターをケーシングの上にのせ、オイルポンプローターのシャフトが垂直に上に向くように固定した。ミッションオイルを０．０１ｇ計量し、ケーシングとオイルポンプローターの間に添加し、手回しで５周させミッションオイルを全周になじませた。その後、オイルポンプローターのシャフトに東日トルクドライバーＦＴＤ５ＣＮ－Ｓ型を接続し、トルクドライバーを１０ｒｐｍの速度で回転させ、トルクドライバーを介してオイルポンプローターを一周させたときのトルクを測定した。
（クリアランス）
各実施例及び比較例と同じ構成を有するオイルポンプ用のオイルポンプローターを用いてオイルポンプを作製し、以下の手順でケーシングとオイルポンプローターの端面との間の距離であるクリアランス［μｍ］を測定した。なお、最大クリアランスは４０μｍである。クリアランスは、均一で範囲が狭いほど良好である。
Ｎｏ．１からＮｏ．１１の摺動部材の撥油性について、下記の３段階で評価し、評価がＡ及びＢのものを合格と判定した。
Ａ：クリアランスが１０μｍ以下の範囲内である
Ｂ：クリアランスが１０μｍ超２０μｍ以下の範囲内である
Ｃ：クリアランスが２０μｍ超４０μｍ以下の範囲内である
表１に、Ｎｏ．１からＮｏ．１１の摺動部材における摩耗試験、摩擦試験及び表面粗度の評価結果を示す。なお、表１の「－」は、該当する構成を有さないことを示す。
Figure 0007409395000001
表１に示すように、外層の表面において波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の波長のうねりを有する領域における高速フーリエ変換処理及び逆フーリエ変換処理により得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下であるＮｏ．４からＮｏ．７及びＮｏ．９からＮｏ．１１の摺動部材は、撥油性、トルク及びクリアランスのいずれにおいても良好な結果が得られた。特に、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０２５μｍ以下であるＮｏ．５からＮｏ．７及びＮｏ．１０の摺動部材は、これらの評価において優れていた。一方、上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ超であるＮｏ．２、Ｎｏ．３及びＮｏ．８の摺動部材は、外層表面全体の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下と比較的小さい範囲であっても、高周波表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ超であることで、撥油性、トルク及びクリアランスのいずれも劣っていた。
以上のことから、当該摺動部材は、撥油性及びトルク低減効果に優れることが示された。
また、当該摺動部材の製造方法においては、上記Ｎｏ．４からＮｏ．７及びＮｏ．９からＮｏ．１１の摺動部材の結果から、上記積層する工程において、静電塗装、浸漬塗装、又はフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着を用いることで、上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１を確実に０．０３５μｍ以下の範囲に制御できることが示された。
１ 摺動部材
２ 摺動部材本体
３ 外層
Ｈ 高周波うねり
Ｌ 低周波うねり
Ｒ 評価範囲
Ｗ 波長

Claims (7)

  1. 金属を主成分とする摺動部材本体と、
    上記摺動部材本体の表面に直接積層され、架橋フッ素樹脂を主成分とする外層と
    を備えており、
    上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０３５μｍ以下である摺動部材。
  2. 上記波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０２５μｍ以下である請求項１に記載の摺動部材。
  3. 上記外層の平均厚さが０．１μｍ以上７０．０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
  4. 上記外層が塗工層であるか、又はフィルムから構成されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の摺動部材。
  5. オイルポンプに用いられる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摺動部材。
  6. 金属を主成分とする摺動部材本体の表面にフッ素樹脂を主成分とする外層を直接積層する工程と、
    上記外層に電離放射線を照射する工程と
    を備えており、
    上記外層の表面において波長が０．１μｍ以上１００．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分を高速フーリエ変換処理により抽出し、上記抽出した周波数成分のうちの波長が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下のうねりを有する領域の周波数成分のデータを逆フーリエ変換処理することにより得られる波形の表面の算術平均粗さＲａ１が０．０５μｍ以下である摺動部材の製造方法。
  7. 上記積層する工程が、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる静電塗装、フッ素樹脂を主成分とする塗料を用いる浸漬塗装、又はフッ素樹脂を主成分とするフィルムの上記摺動部材本体への熱圧着による請求項６に記載の摺動部材の製造方法。
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