JP7409395B2 - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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)
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。
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
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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