WO2014181562A1 - 摺動部材 - Google Patents

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graphite
sliding member
layer
bearing
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俊之 千年
周 神谷
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大豊工業株式会社
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    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member used for a sliding bearing or the like.
  • Slide bearings are used as main bearings for automobile engines and other industrial machine engines.
  • the plain bearing has a back metal and a lining layer (bearing alloy layer) and is processed into a cylindrical or half bearing shape.
  • Two counter split bearings are joined and used as a cylindrical bearing.
  • misalignment of the counterpart shaft, coaxiality, and the like and local contact between the counterpart shaft and the slide bearing may occur.
  • the number of engines equipped with an idling stop system is increasing in order to reduce fuel consumption. In such an engine, since the number of times of starting / stopping increases, the frequency with which the bearing contacts the counterpart shaft increases. If the friction between the bearing and the mating shaft is large, the starting torque increases and fuel consumption deteriorates. Therefore, in engine bearings, there is an increasing demand for reducing the starting torque by reducing the friction during contact-starting.
  • Patent Document 1 discloses a bearing that operates smoothly even when in contact with a mating shaft.
  • Patent Document 2 discloses a technique for reducing a friction coefficient by distinguishing a sliding member into a mixed lubrication region and a fluid lubrication region, and selecting an appropriate material according to each region.
  • Patent Document 3 discloses a method of realizing low friction and low wear by providing a lipophilic composite oxide film having good adhesion to the sliding member on the surface of the sliding member.
  • Patent Document 4 discloses a technique for forming a film with improved anti-seizure property, initial conformability, and cavitation resistance by using a resin binder that has been polymer-alloyed by applying high shear to a specific resin. Yes.
  • Patent Document 5 discloses a technique for reducing the friction coefficient by coating the surface of a sliding member with a diamond-like carbon film.
  • Patent Documents 1 to 5 there is still room for improvement in the starting torque reduction effect.
  • the present invention provides a sliding member that further reduces the starting torque.
  • the present invention provides a lining layer formed of an alloy having a predetermined shape, a binder resin that forms an overlay layer on an inner peripheral surface that slides with a mating member of the lining layer, and a solid lubricant in the overlay layer.
  • the average particle diameter of the graphite may be 3 ⁇ m or less.
  • the content of the graphite in the overlay layer may be 30 to 70% by volume.
  • the overlay layer may further contain a hard material.
  • the hard material may include at least one of SiC, Al 2 O 3 , TiN, AIN, CrO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2, and Fe 3 P.
  • the binder resin may include at least one of a polyamide-imide resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a phenol resin, a polyacetal tree, a polyether ether ketone resin, a polyphenylene sulfite resin, and an epoxy resin.
  • the solid lubricant may further contain at least one of MoS 2 , polytetrafluoroethylene, graphite having a graphitization degree of less than 90%, WS 2 , h-BN (hexagonal boron nitride) and Sb 2 0 3. Good.
  • the friction coefficient can be reduced and the starting torque can be reduced.
  • the perspective view which shows the structure of the main bearing 11 which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a main bearing 11 according to an embodiment.
  • the main bearing 11 is an example of a sliding member, and is used, for example, as a bearing between a crankshaft and a connecting rod of an internal combustion engine or a crankshaft and an engine block.
  • the main bearing 11 is composed of two half bearings 13. When the two half bearings 13 are joined, a cylindrical bearing is obtained. In FIG. 1, only a single half bearing 13 is shown.
  • the half bearing 13 has a back metal 15, a lining (bearing alloy) layer 17, and an overlay layer 19.
  • the backing metal 15 is a layer for reinforcing the mechanical strength of the lining layer 17.
  • the back metal 15 is made of steel, for example.
  • the lining layer 17 is provided along the sliding surface of the bearing (the surface in contact with the shaft) and has characteristics as a bearing, for example, friction characteristics, seizure resistance, wear resistance, conformability, and foreign matter embedment (foreign matter). This is a layer for imparting characteristics such as robustness and corrosion resistance.
  • the lining layer 17 is made of a bearing alloy.
  • the bearing alloy avoids becoming a so-called “toggle” with the shaft, and a material system different from the shaft is used.
  • an aluminum alloy is used as a bearing alloy because it is used as a shaft bearing made of steel.
  • an alloy based on a metal other than aluminum, such as a copper alloy may be used.
  • the composition is not particularly limited, but 10% by mass or less of Cr, Si, Mn, Sb, Sr, Fe, Ni, Mo, Ti, W, Zr, V, Cu, Mg, and Zn
  • the former group of elements mainly imparts strength and wear resistance, and the latter group of elements mainly imparts conformability, and the bearing characteristics are adjusted by the type and amount of each additive element.
  • the composition is not particularly limited, but at least one of Pb and Bi of 25% by mass or less, Sn of 10% by mass or less, P, Ag, In, Ni of 2% by mass or less , Al or the like may be contained.
  • soft metals such as Pb and Bi give familiarity.
  • Sn the basic component of bronze, provides strength and wear resistance.
  • Other components supplementarily improve the properties.
  • P is effective for deoxygenation, promotion of sintering, strengthening and the like.
  • Ag forms a compound effective for improving the sliding characteristics by reaction with the impurity component S in the lubricating oil or copper. In improves corrosion resistance and lubricating oil stagnation. Ni and Al strengthen copper.
  • the thickness of the lining layer 17 is, for example, 0.1 to 0.5 mm.
  • the thickness of the back metal 15 is, for example, 1.0 to 3.0 mm.
  • the overlay layer 19 is a layer for improving the characteristics of the lining layer 17 such as the coefficient of friction, conformability, corrosion resistance, and foreign material embedding property (foreign material robustness).
  • the overlay layer 19 includes a binder resin and at least one of a solid lubricant and a hard material dispersed in the binder resin.
  • the components of the overlay layer 19 are preferably solid lubricant: 30 to 70% by volume, hard material: 0 to 5%, and binder resin: residue.
  • the binder resin for example, a known resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • the binder resin is at least one of a polyamide-imide (PAI) resin, a polyimide (PI) resin, a polyamide resin, a phenol resin, a polyacetal resin, a polyether catheter ketone resin, a polyphenylene sulfide resin, and an epoxy resin.
  • PAI resin is preferred.
  • the content of the binder resin in the overlay layer is determined according to the amount of other additives, but is preferably 30 to 70% by volume, more preferably 40 to 65% by volume.
  • Solid lubricant is added to improve the friction properties.
  • the solid lubricant includes, for example, at least one of MoS 2 , WS 2 , polytetrafluoroethylene (PTFE), graphite, h-BN, and SB 2 O 3 .
  • MoS 2 gives good lubricity.
  • PTFE has an effect of reducing the friction coefficient because of its low intermolecular cohesion.
  • graphite improves wettability and improves initial conformability.
  • the initial conformability is a property that improves the slidability when the sliding surface wears and becomes smooth when slidably contacting with the counterpart material after the start of sliding. When the slidability is improved by the expression of the initial conformability, the wear amount of the entire sliding layer is reduced.
  • graphite having a graphitization degree (graphitization degree) of 90% or more is used as the solid lubricant.
  • Graphite is a substance having a layered crystal structure in which the (002) planes are laminated, and has a property that the layers easily slip. This property reduces the coefficient of friction when the cleaved surface of graphite is oriented in the sliding direction. Therefore, the friction coefficient can be reduced by using graphite as the solid lubricant.
  • the degree of graphitization of graphite used as the solid lubricant is higher.
  • the degree of graphitization is preferably 90% or more. Further, the degree of graphitization is more preferably close to 100%.
  • the degree of graphitization is calculated using the average interplanar spacing (interlayer distance) d002 and the following equation (1).
  • the average spacing d 002 is measured by X-ray diffraction.
  • Graphitization degree (3.440 ⁇ d 002 ) ⁇ 100 / 0.086 (1)
  • Graphite is characterized by high affinity with engine oil.
  • Engine oil exists as a lubricating oil between the bearing and the counterpart shaft, and a film (oil film) is formed.
  • oil film oil film
  • the affinity between the overlay layer and the engine oil can be evaluated by the contact angle.
  • the contact angle is preferably 20 ° or less, and more preferably 15 ° or less.
  • the degree of graphitization of graphite which is a solid lubricant, is less than 90%.
  • the degree of graphitization is preferably 90% or more.
  • the graphite content in the overlay layer is preferably 30 to 70% by volume, and more preferably 35 to 60% by volume.
  • the surface roughness of graphite becomes smaller as the particle size becomes smaller, and it becomes easier to form an oil film. That is, a low starting torque can be obtained.
  • the average particle diameter of graphite is preferably 3 ⁇ m or less, and more preferably 2 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the graphite, the median size d 50 is used. The average particle diameter is measured by a known method.
  • the solid lubricant may contain other solid lubricants in addition to graphite.
  • Other solid lubricants used with graphite may be cleaved or non-cleavable.
  • the particle size of the other solid lubricant is preferably equal to or less than that of graphite.
  • the particle size of other solid lubricants is also measured by a known method.
  • the content of the other solid lubricant in the overlay layer is 1 to 30 volumes. %, Preferably 1 to 20% by volume.
  • Hard materials are added to improve wear resistance.
  • the hard material includes, for example, at least one of SiC, Al 2 O 3 , TiN, AlN, CrO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , and Fe 3 P.
  • the particle size of the hard material is preferably 1 ⁇ m or less. From the viewpoint of seizure resistance, the content of the hard material in the overlay layer is preferably 0.1 to 5% by volume, and more preferably 0.3 to 3% by volume. An appropriate addition amount can be determined in accordance with the Mohs hardness and particle size of the hard material to be used. The addition of a hard material may be omitted.
  • the thickness of the overlay layer is preferably 1 to 20 ⁇ m, and more preferably 2 to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the layer is considered to affect not only the orientation of the solid lubricant particles but also the adhesive strength with the bearing substrate, the strength within the layer, the thermal conductivity, and the like.
  • the present invention may be applied to a piston skirt.
  • the skirt of the piston is made of, for example, a high Si—Al alloy such as AC8A or AC9B that is an aluminum alloy casting (corresponding to an alloy layer).
  • the skirt may be coated with an overlay layer comprising a binder resin and a solid lubricant.
  • the cylinder corresponds to the mating member.
  • the method for mixing the solid lubricant and the binder resin is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the overlay precursor is prepared by putting graphite and a binder resin in a kneader and mixing them under conditions of a shear rate of 0.1 to 2 m / s.
  • the binder resin may be incompatible, but is preferably at least partially compatible from the viewpoint of practical use.
  • the compatibility may be mechanically blended with high shear.
  • step (b) the back metal and the bearing alloy layer are pressed, for example, to form a bearing base material. Further, the bearing base is processed into a predetermined shape, for example, a cylindrical shape or a semicylindrical shape.
  • the overlay precursor (paint) when the overlay precursor (paint) is applied onto the bearing substrate, it is preferable to use a diluent for uniform dispersion of the solid lubricant and the binder resin.
  • the diluent is not particularly limited, and for example, N-methylpyrrolidone (NMP) is used.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • the mixing ratio of the diluent is, for example, 30 to 70% by volume with respect to the solid content.
  • the overcoating may be performed a plurality of times instead of increasing the concentration of the overlay layer in the diluent.
  • step (d) the overlay precursor is dried to remove the diluent.
  • Conditions such as drying time and drying temperature are not particularly limited as long as the diluent is dried.
  • drying is preferably performed at 50 to 150 ° C. for 5 minutes to 30 hours in the air.
  • the drying time is more preferably 5 to 30 minutes.
  • the bearing in which the overlay layer was formed can be obtained by baking in process (e). Specifically, for example, the bearing substrate after step (d) is gradually heated to a firing temperature at a temperature rising rate of 5 to 15 ° C./min, and is 150 to 300 ° C. and 0.2 to 1 in the atmosphere. Bake for 5 hours.
  • test pieces of sliding members were prepared under various conditions, and these test pieces were evaluated. As evaluation items, the contact angle with engine oil, the friction coefficient, and the starting torque were used.
  • the overlay precursor paint with adjusted composition was applied to the surface of the lining layer by a roll method.
  • NMP was used as a diluent.
  • the ratio of overlay precursor to diluent was 50:50 (weight ratio).
  • After application it was dried at 100 ° C. for 15 minutes or 900 minutes. Then, it heated up to 180 degreeC with the temperature increase rate of 10 degree-C / min, and baked in air
  • the average interplanar spacing was measured using X-ray diffraction (XRD).
  • XRD X-ray diffraction
  • the particle size distribution of graphite was measured.
  • the average particle diameter of the compound used as another solid lubricant and a hard material is MoS 2 : 2 ⁇ m, WS 2 : 2 ⁇ m, PTFE: 2 ⁇ m, A1 2 0 3 : 0.52 m, SiC: 0.5 ⁇ m, Fe 3 P: 0.5 ⁇ m, AlN: 0.5 ⁇ m. These were all measured by the same method as the particle size of graphite.
  • the contact angle with engine oil was measured under the following conditions using an automatic contact angle meter DM-501 manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd. 1 ⁇ L of engine oil was dropped on the test piece, and the contact angle one minute after dropping at 25 ° C. was measured by the ⁇ / 2 method. The contact angle was measured 5 times, and the arithmetic average was adopted as the contact angle.
  • As the engine oil TFF MO SN OW-20 JWS3070A manufactured by EMG Marketing GK was used.
  • the load was always 2000 N (1.2 MPa).
  • the number of cycles was 180 cycles, and the test time was 1 hour.
  • the torque peak value generated at the time of starting is measured, but since the torque variation is large in the initial stage of the test, comparison was made with the average value of the measured values for the final 20 cycles.
  • Table 1 shows the characteristics of the test pieces of Experimental Examples 1 to 17, and Table 2 shows the evaluation results of these test pieces.
  • Test pieces using graphite having a degree of graphitization of 90% or more as a solid lubricant are test specimens using PTFE, WS 2 and MoS 2 as solid lubricants (Experimental Examples 13 and 15 to 15). The starting torque was lower than 17). Compared with the test piece using graphite with a degree of graphite of less than 90% (Experimental Example 14), the test piece using graphite with a degree of graphitization of 90% or more (Experimental Examples 1 to 12) has a lower starting torque. The torque reduction effect was high.
  • test pieces using graphite as the solid lubricant have a smaller engine oil contact angle than the test specimens not using graphite (Experimental Examples 13 and 15 to 17).
  • lipophilicity was a tendency for lipophilicity to improve. That is, it was found that the effect of retaining the engine oil for a long time can be obtained even if the start / stop cycle is repeated by using graphite.
  • This embodiment relates to a sliding member having an overlay layer containing graphite having a degree of graphitization of 90% or more as a solid lubricant. According to the present embodiment, it is possible to reduce the starting torque and further improve the oil film retainability and wear resistance.
  • the sliding member according to the present embodiment is employed, for example, as a sliding member for an engine including an idling stop system with a large number of start / stop times.

Abstract

摺動部材は、所定の形状を有する合金で形成された合金層と、前記合金層のうち相手部材と摺動する内周面においてオーバレイ層を形成するバインダー樹脂と、前記オーバレイ層に固体潤滑剤として含まれ、グラファイト化度が９０％以上のグラファイトとを有する。

Description

摺動部材
　本発明は、すべり軸受等に用いられる摺動部材に関する。
　自動車用エンジンやその他産業機械用エンジンの主軸受等にすべり軸受が用いられている。すべり軸受は、裏金およびライニング層（軸受合金層）を有し、円筒状または半割軸受の形状に加工される。反割軸受は２つ接合して円筒状の軸受として用いる。この種のすべり軸受では、相手軸のミスアライメントや同軸度等の懸念があり、相手軸とすべり軸受の局部接触が発生する場合がある。特に、自動車産業では低燃費化のためアイドリングストップシステムを備えたエンジンが増加している。このようなエンジンでは起動／停止回数が増加することから、軸受が相手軸と接触する頻度が増加する。軸受と相手軸との摩擦が大きいと起動トルクが大きくなり、燃費悪化につながる。そのため、エンジン軸受においても、接触－起動時の摩擦を低減することで、起動トルクを小さくする要求が高まっている。
　特許文献１は、相手軸と接触した場合でも円滑に作用する軸受を開示している。特許文献２は、摺動部材を混合潤滑領域と流体潤滑領域とに区別し、各々の領域に応じた適切な材料を選択することにより、摩擦係数を小さくする技術を開示している。特許文献３は、摺動部材表面に、摺動部材に対する密着性が良好な親油性の複合酸化物被膜を設けることにより、低摩擦・低摩耗性を実現する方法を開示している。特許文献４は、特定の樹脂に高せん断を加えることによりポリマーアロイ化した樹脂バインダーを用いることにより、非焼付性、初期なじみ性、耐キャビテーション性を向上させた被膜を形成する技術を開示している。特許文献５は、ダイヤモンドライクカーボン被膜を摺動部材表面にコーティングすることにより、摩擦係数を小さくする技術を開示している。
特許第３３８８５０１号明細書 特開平８－１５１９５２号公報 特開２００７－４６４９６号公報 特許第５１２７３３１号明細書 特開２０１２－７１９９号公報
　しかしながら、特許文献１～特許文献５では、起動トルクの低減効果は未だ改善の余地があった。本発明は、起動トルクをより低減する摺動部材を提供する。
　本発明は、所定の形状を有する合金で形成されたライニング層と、前記ライニング層のうち相手部材と摺動する内周面においてオーバレイ層を形成するバインダー樹脂と、前記オーバレイ層に固体潤滑剤として含まれ、グラファイト化度が９０％以上のグラファイトとを有する摺動部材を提供する。
　前記グラファイトの平均粒径が３μｍ以下であってもよい。
　前記オーバレイ層における前記グラファイトの含有量が３０～７０体積％であってもよい。
　前記オーバレイ層がさらに硬質物を含んでもよい。
　前記硬質物が、ＳｉＣ、Ａｌ２０３、ＴｉＮ、ＡＩＮ、ＣｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２およびＦｅ３Ｐのうち少なくとも１つを含んでもよい。
　前記バインダー樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹月旨、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂およびエポキシ樹脂のうち少なくとも１つを含んでもよい。
　前記固体潤滑剤がさらに、ＭｏＳ２、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト化度９０％未満のグラファイト、ＷＳ２、ｈ－ＢＮ（六方晶系窒化ホウ素）およびＳｂ２０３のうち少なくとも１つを含んでもよい。
　本発明によれば、摩擦係数を低下し、起動トルクを低減することができる。
一実施形態に係る主軸受１１の構成を示す斜視図。
１．構成
　図１は、一実施形態に係る主軸受１１の構造を示す図である。主軸受１１は摺動部材の一例であり、例えば、内燃機関のクランクシャフトとコネクティングロッド、またはクランクシャフトとエンジンブロックの間の軸受として用いられる。主軸受１１は、２つの半割軸受１３により構成される。２つの半割軸受１３を接合すると円筒状の軸受が得られる。なお、図１においては、単一の半割軸受１３のみを示している。
　半割軸受１３は、裏金１５、ライニング（軸受合金）層１７、およびオーバレイ層１９を有する。裏金１５は、ライニング層１７の機械的強度を補強するための層である。裏金１５は、例えば鋼で形成される。ライニング層１７は、軸受の摺動面（軸と接触する面）に沿って設けられ、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を与えるための層である。ライニング層１７は、軸受合金で形成されている。軸との凝着を防ぐため、軸受合金は軸といわゆる「ともがね（ともざい）」となることを避け、軸とは別の材料系が用いられる。この例では、鋼で形成された軸の軸受として用いるため、軸受合金としてアルミニウム合金が用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。
　アルミニウム合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、１０質量％以下のＣｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、ＭｇおよびＺｎのうち１種以上の元素と、２０質量％以下のＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、ＴｌおよびＢｉのうち１種以上の元素とを含有してもよい。前者の群の元素は主として強度及び耐摩耗性を付与し、後者の群の元素は主としてなじみ性を付与し、それぞれの添加元素の種類と量により、軸受特性が調整される。
　銅合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、２５質量％以下のＰｂおよびＢｉの少なくともいずれか１種と、１０質量％以下のＳｎと、２質量％以下のＰ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ａｌ等を含有してもよい。
　これらの元素において、軟質金属であるＰｂやＢｉは、なじみ性を与える。青銅の基本成分であるＳｎは、強度と耐摩耗性を与える。その他の成分は補助的に特性を向上させる。特に、Ｐは脱酸素、焼結促進、強化等に有効である。Ａｇは、潤滑油又は銅中の不純物成分Ｓとの反応により、摺動特性向上に有効な化合物を形成する。Ｉｎは耐食性と潤滑油の滞れ性を向上させる。ＮｉやＡｌは銅を強化する。
　ライニング層１７の厚さは、例えば０．１～０．５ｍｍである。裏金１５の厚さは、例えば１．０～３．０ｍｍである。
　オーバレイ層１９は、ライニング層１７の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するための層である。オーバレイ層１９は、バインダー樹脂と、バインダー樹脂中に分散された固体潤滑剤および硬質物の少なくとも一方を含む。なお、オーバレイ層１９の成分は、固体潤滑材：３０～７０体積％、硬質物：０～５％、バインダー樹脂：残余、であることが好ましい。
　バインダー樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等、公知のものを使用することができる。具体的には、バインダー樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびエポキシ樹脂のうち少なくとも一種を含む。接着力の観点から、ＰＡＩ樹脂が好ましい。
　オーバレイ層におけるバインダー樹脂の含有量は他の添加剤の量に応じて決まるが、３０～７０体積％であることが好ましく、４０～６５体積％であることがより好ましい。
　固体潤滑材は、摩擦特性を改善するために添加される。固体潤滑剤は、例えば、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ｈ－ＢＮ、およびＳＢ２Ｏ３のうち少なくとも一種を含む。例えばＭｏＳ２は、良好な潤滑性を与える。また、ＰＴＦＥは分子間凝集力が小さいので、摩擦係数を低減する効果がある。さらに、グラファイトは濡れ性を向上させ、初期なじみ性を向上させる。初期なじみ性とは、摺動開始後に相手材と摺接する際、摺動面が摩耗して平滑になり、摺動性を向上させる性質である。初期なじみ性の発現により摺動性が向上すると、摺動層全体としての摩耗量が低減される。
　この例では特に、グラファイト化度（黒鉛化度）９０％以上のグラファイトが固体潤滑剤として用いられる。グラファイトは（００２）面が積層した層状結晶構造をもつ物質であり、その層間がすべり易いという性質を有する。この性質により、黒鉛のへき開面が摺動方向に配向すると摩擦係数が低減する。したがって、固体潤滑剤としてグラファイトを用いることによって摩擦係数を低減することができる。起動トルクを低減する観点から、固体潤滑剤として用いられるグラファイトのグラファイト化度は高い方が好ましい。例えば、グラファイト化度は９０％以上であることが好ましい。さらに、グラファイト化度は１００％に近い方がより好ましい。
　グラファイト化度は、平均面間隔（層間距離）ｄ００２および次式（１）を用いて算出する。平均面間隔ｄ００２は、Ｘ線回折により測定する。
　　黒鉛化度＝（３．４４０－ｄ００２）×１００／０．０８６　　…（１）
　グラファイトは、エンジン油との親和性が高いという特徴を有している。軸受と相手軸との間には潤滑油としてエンジン油が存在し、被膜（油膜）が形成されている。エンジンの起動－停止回数が増加し、摺動部材と相手軸とが接触する頻度が増加するにつれて、油が漏れ出すことが懸念される。グラファイトはエンジン油と親和性が高いため、オーバレイ層とエンジン油との接触角が小さくなる。そのため、エンジン油の保持性が高められ、漏れを防ぐことができ、持続性が向上する。
　オーバレイ層とエンジン油との親和性は、接触角により評価することができる。接触角が小さいほど、エンジン油との親和性が高いことを示す。接触角は２０°以下であることが好ましく、１５°以下であることがより好ましい。
　なお、エンジン油との親和性向上という観点においては、固体潤滑剤であるグラファイトのグラファイト化度が９０％未満であっても効果を奏する。摩擦係数の低減およびエンジン油との親和性の向上を両立するためには、グラファイト化度が９０％以上であることが好ましい。
　オーバレイ層において、グラファイトの含有量を低減しすぎるとエンジン油との接触角低減による起動トルクの低減効果を持続的に得ることができなくなる。また、グラファイトの含有量を増やしすぎると他の材料（バインダー樹脂等）を加えることができなくなる。以上の観点から、オーバレイ層におけるグラファイトの含有量は、３０～７０体積％であることが好ましく、３５～６０体積％であることがより好ましい。
　また、グラファイトは、粒径が小さいほど表面粗さが小さくなり、油膜を形成し易くなる。すなわち、低い起動トルクを得ることが可能となる。この観点から、グラファイトの平均粒径は３μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。ここで、グラファイトの平均粒径としては、メジアン径ｄ５０が用いられる。平均粒径は、公知の方法により測定される。
　固体潤滑剤は、グラファイトに加えて他の固体潤滑剤を含んでいてもよい。グラファイトと共に用いられる他の固体潤滑剤は、へき開性を有するものであっても、へき開性を有さないものであってもよい。油膜を保持し、起動トルクの低減効果を妨げないためには、他の固体潤滑剤の粒径は、グラファイトの粒径と同等又はそれ以下であることが好ましい。なお、他の固体潤滑剤の粒径も、公知の方法により測定される。
　他の固体潤滑剤の含有量が多すぎると樹脂の含有量が少なくなりバインド力が低下する（オーバレイ層が脆くなる）ので、オーバレイ層における他の固体潤滑剤の含有量は、１～３０体積％であることが好ましく、１～２０体積％であることがより好ましい。
　硬質物は、耐摩耗性を改善するために添加される。硬質物は、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＣｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、Ｆｅ３Ｐのうち少なくとも一種を含む。硬質物の粒径は１μｍ以下であることが好ましい。耐焼付き性の観点から、オーバレイ層における硬質物の含有量は、０．１～５体積％であることが好ましく、０．３～３体積％であることがより好ましい。使用する硬質物のモース硬度や粒径に合わせて、適切な添加量を決定することができる。なお硬質物の添加は省略されてもよい。
　オーバレイ層の厚さは１～２０μｍであることが好ましく、２～１０μｍであることがより好ましい。層の厚さは、固体潤滑剤粒子の配向以外に、軸受基材との接着強度、層内強度、熱伝導性等にも影響を及ぼすと考えられる。
　なお、本発明に係る摺動部材の適用例は軸受に限定されない。例えば、ピストンのスカートに本発明が適用されてもよい。ピストンのスカートは、例えば、アルミ合金鋳物であるＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ｂ等の高Ｓｉ－Ａｌ合金で形成されている（合金層に相当）。ピストンの耐摩耗性を向上するために、スカートを、バインダー樹脂および固体潤滑剤を含むオーバレイ層で被覆してもよい。この場合、シリンダーが相手部材に相当する。
２．製造方法
　一実施形態に係る軸受の製造方法は、以下に示す工程を含む。
（ａ）固体潤滑剤（グラファイト）およびバインダー樹脂を含むオーバレイ前駆体を調製する工程
（ｂ）軸受基材を成形する工程
（ｃ）軸受基材上に、オーバレイ前駆体を塗布する工程
（ｄ）オーバレイ前駆体を乾燥させる工程
（ｅ）オーバレイ前駆体を焼成する工程
　工程（ａ）のオーバレイ前駆体の調製において、固体潤滑剤とバインダー樹脂とを混合する方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、グラファイトとバインダー樹脂とを混練機に入れ、せん断速度０．１～２ｍ／ｓの条件で混合することにより、オーバレイ前駆体を調整する。
　オーバレイ前駆体の調製にあたり、バインダー樹脂は非相溶でもよいが、実用化の観点から少なくとも部分的に相溶していることが好ましい。相溶は、高せん断を加えて機械的にブレンドされたものでもよい。
　工程（ｂ）においては、裏金と軸受合金層が例えば圧接され、軸受基材が形成される。さらに、軸受基材は、所定の形状、例えば円筒状または半円筒状に加工される。
　工程（ｃ）においてオーバレイ前駆体（塗料）を軸受基材上に塗布する際には、固体潤滑剤とバインダー樹脂の均一な分散のため、希釈剤を用いることが好ましい。希釈剤としては特に制限されないが、例えば、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）が用いられる。また、希釈剤の配合比率は、例えば固形分に対して３０～７０体積％である。
　オーバレイ前駆体を軸受合金層上に塗布・成膜する際には、塗料をパッド印刷、スクリーン印刷、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装、タンブリング、スクイズ法、ロール法等の公知の方法が用いられる。また、全ての成膜方法に共通するものとして、膜厚が不足する場合には、希釈剤中のオーバレイ層の濃度を高くするのではなく、複数回に渡って重ね塗りをしてもよい。
　工程（ｄ）においてオーバレイ前駆体を乾燥することで希釈剤を除去する。乾燥時間や乾燥温度等の条件は、希釈剤が乾燥するのであれば特に制限されないが、例えば大気下で５０～１５０℃で５分～３０時間、乾燥することが好ましい。乾燥時間は、５～３０分であることがより好ましい。
　工程（ｅ）において焼成することで、オーバレイ層が形成された軸受を得ることができる。具体的には、例えば、工程（ｄ）後の軸受基材を、昇温速度５～１５℃／分で徐々に焼成温度まで昇温し、大気中で１５０～３００℃、０．２～１．５時間、焼成する。
３．実施例
　種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片を評価した。評価項目としては、エンジン油との接触角、摩擦係数、起動トルクを用いた。
３－１．試験片作製
　裏金としては１．２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ（ＪＩＳ））を、ライニング層（軸受合金）としては厚さ０．３ｍｍのアルミニウム系合金（Ａｌ－８９．５％Ｓｎ－７．０％Ｓｉ－２．０％Ｃｕ－１．Ｏ％Ｃｒ－０．５％）を用いた。これらを接合したバイメタルを基材とした。
　ライニング層の表面に、組成を調整したオーバレイ前駆体の塗料をロール法により塗布した。塗布の際、ＮＭＰを希釈剤として用いた。オーバレイ前駆体と希釈剤の割合は５０：５０（重量比）とした。塗布後、１００℃で１５分または９００分、乾燥した。その後、昇温速度１０℃／分で１８０℃まで昇温し、大気中で１時間焼成した。こうして、摺動部材を作製した。なお、オーバレイ層の厚さは６μｍであった。
　グラファイト化度を算出するため、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて平均面間隔を測定した。測定条件は以下のとおりである。
　ターゲット：Ｃｕ
　フィルター：Ｎｉ
　管電圧：３０ｋＶ
　時定数：１秒
　走引速度：２０／分
　発散スリット：１°
　受光スリット：０．３ｍｍ
　グラファイトの粒径は粒度分布測定を行った。なお、その他の固体潤滑剤として用いた化合物及び硬質物の平均粒径は、ＭｏＳ２：２μｍ、ＷＳ２：２μｍ、ＰＴＦＥ：２μｍ、Ａ１２０３：０．５２ｍ、ＳｉＣ：０．５μｍ、Ｆｅ３Ｐ：０．５μｍ、ＡｌＮ：０．５μｍであった。これらはいずれもグラファイトの粒径と同様の方法で測定した。
３－２．接触角測定
　エンジン油との接触角は、協和界面化学社製の自動接触角計ＤＭ－５０１を用いて以下の条件で行った。試験片に対して、エンジン油を１μＬ滴下し、２５℃における滴下１分後の接触角をθ／２法により測定した。接触角は５回測定し、その相加平均を接触角として採用した。なお、エンジン油としては、ＥＭＧマーケテイング合同会社製のTFF MO SN OW-20 JWS3070Aを用いた。
３－３．摩擦係数測定
　摩擦係数の測定には平板形状の試験片と、ボールオンプレートタイプの試験機（大豊工業株式会社製、バウデン式付着すべり試験機）を用いた。相手材として直径８ｍｍの高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）球を用いた。相手材を試験片に荷重９．８Ｎで押し付け、試験片を往復運動させた。摩擦係数はロードセルにて検出した摩擦力から算出した。平均のすべり速度は３ｍｍ／秒、摺動幅９ｍｍで、１ストローク中の平均値を摩擦係数とした。摺動回数は１００往復、試験時間は８００秒とし、終盤２０回の摩擦係数の平均値で比較評価した。なお潤滑状態は無潤滑で行った。
３－４．起動トルク測定
　起動トルクの測定には、神鋼造機製の回転荷重試験機を用いた。この試験機は、ハウジングに組み付けられた二組の試験軸受部とボールベアリングで軸と連結された荷重負荷用ハウジングで構成されており、相手軸はトルク計を介して駆動用のモーターに連結されている。試験部への給油はハウジングから軸受の油穴を通して行われる。潤滑油は、接触角の測定に用いたエンジン油と同じものを用いた。給油温度は３０℃とした。運転パターンは、起動－停止とし、軸回転速度７００ｒｐｍまでの加速（１．７ｍ／ｓ）と定速運転で１０秒、減速と停止で１０秒の１サイクル２０秒とした。荷重は２０００Ｎ（１．２ＭＰ　ａ）を常時負荷した。サイクル数は１８０サイクル、試験時間は１時間とした。起動トルク測定では、起動時に発生するトルクピーク値を測定するが、試験初期はトルクのばらつきが大きいため、終盤２０サイクルを対象にしてその測定値の平均値で比較評価した。
　表１は、実験例１～１７の試験片の特性を、表２は、これらの試験片の評価結果を、それぞれ示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　固体潤滑剤としてグラファイト化度が９０％以上のグラファイトを用いた試験片（実験例１～１２）は、固体潤滑剤としてＰＴＦＥ、ＷＳ２、ＭｏＳ２を用いた試験片（実験例１３および１５～１７）よりも起動トルクが低かった。グラファイト度が９０％未満のグラファイトを用いた試験片（実験例１４）と比較すると、グラファイト化度が９０％以上のグラファイトを用いた試験片（実験例１～１２）は起動トルクが低く、起動トルクの低減効果が高かった。
　また、固体潤滑剤としてグラファイトを用いた試験片（実験例１～１２、および１４）は、グラファイトを用いていない試験片（実験例１３および１５～１７）よりもエンジン油の接触角が小さく、親油性が向上している傾向が見られた。すなわち、グラファイトを用いることにより起動／停止のサイクルを繰返しても長期にエンジン油を保持する効果が得られることが分かった。
　固体潤滑剤としてＭｏＳ２を用いた実験例１６と実験例１７とを比較すると、耐摩耗性向上のために硬質物を添加すると、起動トルクが高くなった。しかしながら、固体潤滑剤としてグラファイトを用いた試験片（実験例１～３、５～７、９、および１１）では、硬質物を添加しても起動トルクの低減効果は得られていた。したがって、固体潤滑剤としてグラファイト化度が９０％以上のグラファイトを用いることにより、耐摩耗性向上と起動トルク低減の効果の両立が実現できる。
　本実施形態は、固体潤滑剤としてグラファイト化度が９０％以上のグラファイトを含むオーバレイ層を有する摺動部材に係るものである。本実施形態によれば、起動トルクを低減し、さらには油膜の保持性や耐摩耗性も向上させることができる。本実施形態に係る摺動部材は、例えば、起動／停止回数の多いアイドリングストップシステムを備えたエンジン用の摺動部材として採用される。

Claims (7)

  1. 　所定の形状を有する合金で形成された合金層と、
    　前記合金層のうち相手部材と摺動する内周面においてオーバレイ層を形成するバインダー樹脂と、
    　前記オーバレイ層に固体潤滑剤として含まれ、グラファイト化度が９０％以上のグラファイトと
    　を有する摺動部材。
  2. 　前記グラファイトの平均粒径が３μｍ以下である
    　請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記オーバレイ層における前記グラファイトの含有量が３０～７０体積％である
    　請求項１または２に記載の摺動部材。
  4. 　前記オーバレイ層がさらに硬質物を含む
    　請求項１ないし３のいずれか一項に記載の摺動部材。
  5. 　前記硬質物が、ＳｉＣ、Ａｌ２０３、ＴｉＮ、ＡＩＮ、ＣｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２およびＦｅ３Ｐのうち少なくとも１つを含む
    　請求項４に記載の摺動部材。
  6. 　前記バインダー樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹月旨、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂およびエポキシ樹脂のうち少なくとも１つを含む
    　請求項１ないし５のいずれか一項に記載の摺動部材。
  7. 　前記固体潤滑剤がさらに、ＭｏＳ２、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト化度９０％未満のグラファイト、ＷＳ２、ｈ－ＢＮおよびＳｂ２０３のうち少なくとも１つを含む
    　請求項１ないし６のいずれか一項に記載の摺動部材。
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