WO2015050183A1 - 摺動部品およびその製造方法 - Google Patents

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sliding
sliding surface
solid lubricant
test
test piece
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初彦 宇佐美
小林　修一
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日立建機株式会社
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    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/42—Groove sizes

Definitions

  • the present invention relates to a sliding part constituting a fluid pressure driving device such as a hydraulic pump and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 aims to reduce frictional resistance and prevent seizure between sliding surfaces by forming a plurality of recesses on a metal sliding surface and embedding a solid lubricant therein. Sliding parts have been proposed.
  • the sliding surface is made of sodium silicate and solid lubricant by embedding a solid lubricant in a lump form by depositing sodium silicate in a hole or a recess formed on the sliding surface. According to the function of the material, good sliding performance is exhibited even under high temperature and dry conditions.
  • the solid lubricant In order to improve the sliding performance, it is effective to increase the area occupied by the solid lubricant relative to the sliding area, but the method of increasing the solid lubricant to be embedded and the method of increasing the embedded quantity Then, it leads to the intensity
  • the present invention has been devised to solve these problems, and its purpose is to exhibit excellent lubrication performance from the beginning of sliding over a long period of time without reducing the component strength.
  • the present invention provides a novel sliding component that can be produced and a method for producing the same.
  • the first invention is a sliding component having a sliding surface that slides with a mating member, and the sliding surface is formed with a plurality of minute recesses and is pressurized.
  • the recess is filled with a solid lubricant, and the flat portion excluding the recess is formed with a lubricant-impregnated layer impregnated with the solid lubricant from the surface to the inside.
  • It is a sliding component characterized by being made. According to such a configuration, as will be demonstrated later, it is possible to exhibit excellent lubricating performance over a long period from the beginning of sliding without reducing the component strength.
  • the second invention is a sliding component characterized in that a total opening area ratio of the recesses formed on the sliding surface is 20 to 91% of the entire sliding surface. According to such a configuration, the solid lubricant can be sufficiently supplied to the flat portion other than the concave portion, and the sliding load surface pressure and the sliding surface heat generation amount can be suppressed small.
  • the total opening area ratio of the recesses is defined as 20 to 91% of the entire sliding surface. If it is less than 20%, the solid lubricant is supplied when the sliding surface is worn. This is because the solid lubricant supply to the flat surface may not be sufficiently performed due to the small number of recesses. On the contrary, if it exceeds 91%, the area of the flat part (contact surface) cannot be secured sufficiently, and the sliding load surface pressure and the sliding surface heat generation amount increase and the solid lubrication function due to the oxidative deterioration of the solid lubricant This is because there is a risk of causing a decrease in wear and sliding surface wear and seizure.
  • the total opening area ratio of the recesses on the sliding surface is preferably in the range of 50 to 80%, more preferably 60 to 70%.
  • a third invention is a sliding component characterized in that the solid lubricant is molybdenum disulfide or a mixture mainly composed of molybdenum disulfide.
  • the solid lubricant is molybdenum disulfide or a mixture mainly composed of molybdenum disulfide.
  • a fourth aspect of the present invention there is provided a first step in which particles having a hardness equal to or higher than the surface hardness are made to collide with a sliding surface of a sliding component and plastically deform to form a plurality of minute recesses, A second step in which solid lubricant particles are dispersed or applied to a sliding surface on which a plurality of minute recesses are formed in step 1; and a sliding surface to which solid lubricant particles have adhered in the second step And a third step of smoothing by means of the rolling and pressing means.
  • a fifth aspect of the present invention is a method for manufacturing a sliding component, wherein the particle size of the solid lubricant particles is equal to or smaller than the arithmetic average roughness Ra of the sliding surface. If solid lubricant particles having such a particle size are used, the solid lubricant particles can easily enter the surface roughness valleys when sprayed or applied to these sliding surfaces. When the roughness crest is crushed, a mixed structure with the structure of the base material can be formed more efficiently.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which a peening process is performed on a sliding surface 10.
  • FIG. It is a conceptual diagram which shows the state which apply
  • FIG. It is a conceptual diagram which shows the state which is performing the roller burnishing process to the sliding surface 10 after apply
  • FIG. It is explanatory drawing which shows a peening processing apparatus. It is a microscope picture figure which shows the example of the hard particle
  • (A) is a photomicrograph of a test piece burnishing the surface before applying molybdenum disulfide
  • (B) is a photomicrograph of the test piece burnishing after applying molybdenum disulfide.
  • FIG. 1 to 4 show an embodiment of a sliding component 100 and a manufacturing method thereof according to the present invention.
  • the sliding component 100 according to the present invention is used as a sliding component for a fluid pressure driving device such as a hydraulic pump used in automobiles, industrial machines, and the like, and as shown in FIG.
  • the sliding surface 10 on the surface of the base material 11 has a number of minute spherical recesses 20 with an opening width of about several ⁇ m to several tens of ⁇ m, for example, and is subjected to a smoothing process by a rolling and pressing means. Yes.
  • each of the recesses 20 is filled with a solid lubricant 30 such as molybdenum disulfide (MoS 2 ), and the flat portion 40 excluding the recesses 20 is similarly disulfide from the surface to the inside. It has a structure in which a lubricant-impregnated layer 50 impregnated with a solid lubricant 30 such as molybdenum is formed.
  • a solid lubricant 30 such as molybdenum disulfide (MoS 2 )
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • the material constituting the sliding component 100 is not particularly limited, and other materials such as resin can be used in addition to metals such as carbon steel, stainless steel, titanium, and aluminum.
  • the surface shape of the sliding surface 10 is not particularly limited, and may be a flat surface, a curved surface or a spherical surface.
  • the solid lubricant 30 may be a mixture of molybdenum disulfide and other solid lubricants such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and graphite.
  • the sliding component 100 of this invention which has such a sliding surface 10 can be easily manufactured with the manufacturing method which mainly consists of three processes as shown, for example in FIG. 2 thru
  • a known processing apparatus generally called shot peening or shot blasting.
  • Hard particles 70 such as glass beads and alumina beads having a particle diameter of several ⁇ m to several tens of ⁇ m are jetted at high speed by air and collide with the surface.
  • a plurality of minute spherical recesses 20 having an opening width of about several ⁇ m to several tens of ⁇ m, for example, corresponding to the particle diameter are formed on the surface of the sliding surface 10 by the impact caused by the collision of the hard particles 70.
  • the shape of the hard particles 70 used in this process is roughly divided into a spherical shape and a polygonal (polyhedral) shape called a grid shape.
  • the grid shape If the particles are used, the hard particles 70 bite into the collision part and remain on the sliding surface to deteriorate the sliding state. Therefore, it is preferable to use a spherical particle.
  • the opening width of the recess 20 can be easily adjusted simply by changing the particle size of the hard particles 70 to be collided.
  • the particulate solid lubricant 30 can easily enter the valley of the surface roughness.
  • the surface roughness crest is crushed during the rolling process in the subsequent process (third process)
  • a mixed structure with the metal structure (base material) can be formed more effectively.
  • the sliding surface 10 covered with the solid lubricant 30 is crushed by a rolling tool 80 such as a roller burnishing tool, and the flat portion 40 Smooth the surface.
  • the solid lubricant 30 covering the flat portion 40 is mixed with the metal structure (base material) of the portion when the crest portion of the surface roughness is crushed so as to be impregnated therein.
  • the lubricant-impregnated layer 50 is formed on the surface.
  • the sliding component 100 according to the present invention having the smooth sliding surface 10 formed with the plurality of recesses 20 filled with the solid lubricant 30 as shown in FIG. 1 is easily manufactured. can do.
  • the sliding surface 10 is smoothed by the rolling and pressurizing means, and a plurality of recesses 20 are provided.
  • the solid lubricant 30 is not only supplied to the surface (flat portion 40) from the solid lubricant 30 filled in the surface, but also from the lubricant-impregnated layer 50 formed on the surface layer portion of the flat portion 40 (the surface (flat portion 40). Since the solid lubricant 30 is continuously supplied to the flat portion 40), excellent sliding characteristics can be maintained over a long period from the beginning of sliding.
  • the solid lubricant 30 is supplied to the flat surface 40 other than the recesses 20.
  • the sliding load surface pressure and sliding surface heat generation can be kept small.
  • excellent sliding performance can be exhibited not only with carbon steel, but also with metals such as titanium and aluminum, which are not suitable for sliding parts because of a large friction coefficient, or resins. .
  • Example 1 a titanium disk (thickness 10 mm, ⁇ 50 mm) is prepared as a test piece corresponding to the sliding component 100 of the present invention, and a ring having an outer diameter of 40 mm, an inner diameter of 30 mm, and a height of 14 mm is used as a sliding counterpart.
  • fine particle peening treatment was performed on the sliding surface of the titanium test piece using an apparatus having a structure as shown in FIG.
  • conditions (projection conditions) for this fine particle peening treatment mixed particles (hard particles) of glass beads and alumina beads having a particle size of about 50 ⁇ m are used, particle acceleration pressure 0.6 MPa, flow rate control pressure 0.3 MPa, and from nozzle The test was performed under the condition of a projection distance of 100 mm to the test piece.
  • FIG. 7 is a photomicrograph of spherical glass beads and alumina beads used for this treatment.
  • FIG. 8A is a micrograph of a test piece burnishing the surface before applying molybdenum disulfide
  • FIG. 8B is a microscope of the test piece burnishing after applying molybdenum disulfide.
  • FIG. 8A As can be seen from these figures, it can be seen that the surface of the titanium test piece is smoothed by this rolling process.
  • both the saucer is rotated with the ring-shaped test piece as the mating member placed on the sliding surface.
  • the abrasion test was performed by sliding the test piece.
  • the wear test conditions were a vertical load of 10 N, a friction distance of 2000 m, and a friction speed of 1 m / s. Further, in order to reproduce the poorly lubricated state, 5 drops (40 ⁇ l) of lubricating oil (5 cSt @ 40 ° C.) was dropped on the sliding surface, and thereafter, the lubricant was not supplied.
  • Example 2 A wear test was performed under the same conditions as in Example 1 except that a stainless steel (SUS304) disk (disc) was used as the test piece.
  • SUS304 stainless steel
  • Example 1 A wear test was performed under the same conditions as in Example 1, except that a titanium test piece (NP) that was not subjected to peening treatment, solid lubricant coating treatment, and burnishing treatment as in Example 1 was used.
  • NP titanium test piece
  • Example 2 A wear test was performed under the same conditions as in Example 1 except that a test piece made of titanium (SP + B) in which only the peening process and the burnishing process were performed without performing the solid lubricant coating process as in Example 1 was used. It was.
  • Example 3 The abrasion test was performed under the same conditions as in Example 1 except that a test piece (NP) made of stainless steel (SUS304) that was not subjected to peening treatment, solid lubricant coating treatment, and burnishing treatment as in Example 1 was used. went.
  • Example 4 A wear test was conducted under the same conditions as in Example 1 except that a test piece (SP + B) made of stainless steel (SUS304) that was subjected to only the peening treatment and the burnishing treatment without performing the solid lubricant coating treatment.
  • SP + B a test piece made of stainless steel (SUS304) that was subjected to only the peening treatment and the burnishing treatment without performing the solid lubricant coating treatment.
  • FIG. 10 and FIG. 11 show the wear test results under each of these conditions.
  • the vertical axis represents the friction coefficient
  • the horizontal axis represents the sliding distance.
  • FIG. 14 is a photomicrograph showing the surface state of each test piece made of titanium after this wear test.
  • the sliding surface was greatly damaged and the surface roughness Ra was also large.
  • the surface state and the surface roughness Ra were almost the same as before the test (FIG. 12).
  • FIG. 15 is a photomicrograph showing the surface state of a ring-shaped test piece (carbon steel) that was a sliding counterpart. As can be seen from the figure, when the mating material of the test piece of Comparative Example 1 (NP) and Comparative Example 2 (SP + B) is used, the sliding surface is greatly damaged, and the surface roughness Ra is also high. It was getting bigger.
  • FIG. 16 is a photomicrograph showing the surface state of each test piece made of SUS304 after this wear test. As can be seen from the figure, in the case of the test pieces of Comparative Examples 3 and 4 where the treatment according to the present invention was not performed, the wear was large, whereas Example 2 according to the present invention (SP + MoS 2 + B). In the test piece, the surface condition and the surface roughness Ra were almost the same as before the test.
  • FIG. 17 is a photomicrograph showing the surface state of the ring-shaped test piece (carbon steel) that was also the counterpart material, and when it was the counterpart material for the NP and SP + B test pieces, Whereas the sliding surface was greatly damaged and the surface roughness Ra was increased, the surface condition and surface roughness of the test piece according to the present invention were the same as in the case of titanium. Ra was almost the same as before the test.
  • Example 18 and 19 show the results of a wear test under the same conditions as in Example 1 except that an aluminum alloy disk (disc) was used as a test piece.
  • the test piece (NP) without any peening treatment, solid lubricant application treatment, burnishing treatment and the test with only burnishing treatment (NP + B) all produced large friction. It was.
  • the friction coefficient is slightly lower than the above, it cannot be said that it is sufficient.
  • FIGS. 20A to 20D are photomicrographs showing a sliding surface of such an aluminum alloy test piece (disk) before the test.
  • FIG. 21 and FIG. 22 are photomicrographs showing the sliding surface and the counterpart material (carbon steel: ring) after the test of this aluminum alloy test piece (disk).
  • FIG. 23 and FIG. 24 are photomicrographs of the sliding surface of the test piece applied with the solid lubricant after the burnishing treatment instead of the burnishing treatment after the solid lubricant is applied as in the present invention.
  • the figure and its sliding friction test result are shown.
  • FIG. 23 in the method of applying the solid lubricant after the burnishing treatment, the surface is not smoothed.
  • FIG. 24 it can be seen that all of the test pieces coated with the solid lubricant after the burnishing treatment have a large friction coefficient and poor lubrication performance.
  • FIG. 25 is a photomicrograph of sliding surfaces of a test piece (disk) and a counterpart material (ring) coated with a solid lubricant after burnishing, and it can be seen that the disk side is greatly worn.

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Abstract

相手材と摺動する摺動面１０を有する摺動部品であって、摺動部品１００の摺動面１０にその表面硬度と同等かそれ以上の硬度である粒子７０を衝突させて塑性変形させて微小な凹部２０を複数形成した後、この摺動面１０に固体潤滑材３０粒子を散布または塗布して付着させ、その摺動面１０を、転圧加圧手段によって平滑化する。これによって、部品強度を低下させることなく、優れた潤滑性能を摺動初期から長期に亘って発揮することができる。

Description

摺動部品およびその製造方法
　本発明は、油圧ポンプなどの流体圧駆動機器などを構成する摺動部品と、その製造方法に関するものである。
　自動車や産業機械などに用いられている油圧ポンプなどの流体圧駆動機器には、省エネルギー化を目的とした駆動流体の低粘度化が進められている。このため、前記流体圧駆動機器を構成する摺動部品表面には、摺動面間の摩擦抵抗の低減および焼付き防止のための潤滑表面処理や表面加工が施されている。例えば、以下の特許文献１には、金属摺動面上に複数の凹部を加工形成し、その中に固体潤滑材を埋設することで摺動面間の摩擦抵抗の低減および焼付き防止を目的とした摺動部品が提案されている。
特許第３９６０６７２号公報
　前記特許文献１の方法によると、摺動面上に形成された孔または凹部に、珪酸ナトリウムを被着させて塊状にした固体潤滑材を埋設させることで、摺動面は珪酸ナトリウムおよび固形潤滑材の機能により、高温かつ乾燥条件環境下においても良好な摺動性能を発揮するとしている。
　しかし、摺動面上に固体潤滑材を多数埋設するためには、埋設数量に比例した加工工程と固体潤滑材の埋め込み作業が必要となり、さらに摺動部品自体が小さなものであった場合、その作業性が非常に悪くなってしまう。
　また、摺動性能を向上させるためには、摺動面積に対して固体潤滑材が占める面積を増やしていくことが有効であるが、埋設する固体潤滑材を大きくする方法や埋設数量を増やす方法では部品構造物としての強度が低下することに繋がる。さらに、摺動初期においては、固体潤滑材同士の間に存在する金属平坦部への固体潤滑材供給が十分でなく、摩耗や焼き付きなどの起点となりやすい。
　そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、部品強度を低下させることなく、優れた潤滑性能を摺動初期から長期に亘って発揮することができる新規な摺動部品およびその製造方法を提供するものである。
　前記課題を解決するために第１の発明は、相手材と摺動する摺動面を有する摺動部品であって、前記摺動面は、微小な凹部が複数形成されていると共に、加圧手段によって平滑化されており、前記凹部には固体潤滑材が充填されていると共に、前記凹部を除く平坦部にはその表面から内部に亘って固体潤滑材が含浸された潤滑材含浸層が形成されていることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、後に実証するように部品強度を低下させることなく、優れた潤滑性能を摺動初期から長期に亘って発揮することができる。
　第２の発明は、前記摺動面上に形成された前記凹部の合計開口面積率が、前記摺動面全体の２０～９１％であることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、凹部以外の平坦部への固体潤滑材の供給を十分に行えると共に、摺動負荷面圧や摺動面発熱量を小さく抑えることができる。
　ここで、本発明において凹部の合計開口面積率を摺動面全体の２０～９１％と規定したのは、２０％未満では、摺動面が摩滅した際に、固体潤滑材を供給するための凹部が少ないことで平坦面への固体潤滑材供給が十分に行われなくなるおそれがあるからである。反対に、９１％を超えると平坦部（接触面）の面積を十分確保することができなくなって摺動負荷面圧や摺動面発熱量が増大して固体潤滑材の酸化変質による固体潤滑機能の低下や摺動面の摩耗および焼き付きを招くおそれがあるからである。ただし、９１％というのは同サイズの凹部（ディンプル）が隣接して並んだ場合の理論上の最大値であり、実際には凹部（ディンプル）がランダムに並ぶため、面積率は低くなる。従って、摺動面に占める凹部の合計開口面積率は、好ましくは５０～８０％、より好ましくは６０～７０％の範囲である。
　第３の発明は、前記固体潤滑材が二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを主とする混合物であることを特徴とする摺動部品である。このように固体潤滑材が二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを主とする混合物を用いることによって安定した潤滑性能を長期に亘って発揮することができる。
　第４の発明は、摺動部品の摺動面にその表面硬度と同等かそれ以上の硬度である粒子を衝突させて塑性変形させて微小な凹部を複数形成する第１の工程と、当該第１の工程で微小な凹部を複数形成された摺動面に固体潤滑材粒子を散布または塗布して付着させる第２の工程と、当該第２の工程で固体潤滑材粒子が付着した摺動面を、転圧加圧手段によって平滑化する第３の工程とを含むことを特徴とする摺動部品の製造方法である。このような製造方法によって前記第１の発明のような長期に亘って優れた潤滑性能を発揮できる摺動部品を容易に製造することができる。
　第５の発明は、前記固体潤滑材粒子の粒径が、前記摺動面の算術平均粗さＲａと同等か、それよりも小さいことを特徴とする摺動部品の製造方法である。このような粒径の固体潤滑材粒子を用いれば、これらの摺動面への散布または塗布時に固体潤滑材粒子が表面粗さ谷部に入り込みやすくなるため、ローラーバニシングなどの転圧加工によって表面粗さ山部を押し潰した際に、より効率的に母材の組織との混合組織を形成することができる。
　本発明の摺動部品によれば、部品強度を低下させることなく、優れた潤滑性能を摺動初期から長期に亘って発揮することができる。
本発明に係る摺動部品１００の摺動面１０の実施の一形態を示す拡大断面図である。 ピーニング処理前の摺動面１０の状態を示す拡大断面図である。 摺動面１０に対し、ピーニング処理を行っている状態を示す概念図である。 ピーニング処理後の摺動面１０に固体潤滑材３０を塗布した状態を示す概念図である。 固体潤滑材３０を塗布した後の摺動面１０にローラーバニシング処理を行っている状態を示す概念図である。 ピーニング処理装置を示す説明図である。 ピーニング処理に用いる硬質粒子７０の例を示す顕微鏡写真図である。 （Ａ）は、二硫化モリブデンを塗布する前の表面をバニシング処理した試験片の顕微鏡写真図、（Ｂ）は、二硫化モリブデンを塗布してからバニシング処理をした試験片の顕微鏡写真図である。 摩擦試験機を示す説明図である。 摩擦試験結果を示すグラフ図である。 摩擦試験結果を示すグラフ図である。 摩耗試験前における純チタン試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 摩耗試験前におけるステンレス試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 摩耗試験後における純チタン試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 摩耗試験後におけるリング試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 摩耗試験後におけるステンレス試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 摩耗試験後におけるリング試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 アルミ合金試験片の摩擦試験結果を示すグラフ図である。 アルミ合金試験片の摩擦試験結果を示すグラフ図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、このようなアルミ合金試験片（ディスク）の試験前の摺動面を写した顕微鏡写真図である。 アルミ合金試験片（ディスク）の試験後の摺動面の顕微鏡写真図である。 相手材（炭素鋼：リング）の試験後の摺動面の顕微鏡写真図である。 バニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。 バニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片の摺動摩擦試験結果を示すグラフ図である。 バニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片（ディスク）および相手材（リング）の摺動面の顕微鏡写真図である。
　次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明に係る摺動部品１００およびその製造方法の実施の一形態を示したものである。本発明に係る摺動部品１００は、前述したように例えば自動車や産業機械などに用いられている油圧ポンプなどの流体圧駆動機器用の摺動部品などとして用いられ、図１に示すようにその母材１１表面の摺動面１０は、例えば開口幅が数μｍ～数十μｍ程度の微小な球形状の凹部２０が多数形成されている共に、転圧加圧手段によって平滑化処理がなされている。
　そして、さらにこれら各凹部２０には、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などの固体潤滑材３０が充填されていると共に、この凹部２０を除く平坦部４０にはその表面から内部に亘って同じく二硫化モリブデンなどの固体潤滑材３０が含浸された潤滑材含浸層５０が形成された構造となっている。
　ここで、この摺動部品１００を構成する材料としては特に限定されるものでなく、炭素鋼やステンレススチール、チタンやアルミニウムなどの金属の他に樹脂などの他の材料も用いることができる。また、その摺動面１０の表面形状も特に限定されるものでなく、平坦面の他、曲面あるいは球面であっても良い。また、固体潤滑材３０としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）の他に、この二硫化モリブデンと他の固体潤滑材、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、グラファイトなどとの混合物であっても良い。
　そして、このような摺動面１０を有する本発明の摺動部品１００は、例えば図２乃至図５に示すような主に３つの工程からなる製造方法によって容易に製造することができる。
すなわち、先ず第１の工程として、図２および図３に示すように一般的にショットピーニングやショットブラストなどと呼ばれる公知の加工装置を用いてその摺動面１０に対して、そのノズル６０から圧縮空気によって粒径数μｍ～数十μｍのガラスビーズやアルミナビーズなどの硬質粒子７０を高速噴射してその表面に衝突させる。
　すると、その硬質粒子７０の衝突による衝撃によって摺動面１０の表面に、その粒径に対応した、例えば開口幅が数μｍ～数十μｍ程度の微小な球形状の凹部２０が複数形成される。この工程で使用される硬質粒子７０の形状は、大別して球形のものとグリッド形状と呼ばれる多角（多面）形のものがあるが、本発明のように摺動面１０へ投射する場合、グリッド形状のものを使用すると、硬質粒子７０が衝突部に食い込んで摺動面上に残留し、摺動状態を悪化させるため、球形のものを用いるのが好ましい。なお、この凹部２０の開口幅は、衝突させる硬質粒子７０の粒径を変えるだけで容易に調整できる。
　次に、第２の工程として、図４に示すように、粒子状の固体潤滑材３０をエタノールなどのアルコール溶媒と混合し、懸濁状態にしたものを摺動面１０に散布または塗布した後、アルコールを揮発させてその摺動面１０を固体潤滑材３０で被覆する。これによって、すべての凹部２０内に固体潤滑材３０が一気に充填されると同時に、凹部２０間の平坦部４０の表面も固体潤滑材３０で覆われることになる。
　このとき、固体潤滑材３０の粒子を摺動面１０の算術平均表面粗さＲａと同等か、それよりも小さくすることによって粒子状の固体潤滑材３０が表面粗さの谷部に入り込みやすくなって後の工程（第３の工程）の転圧加工時に表面粗さ山部を押し潰した際に、より効果的に金属組織（母材）との混合組織を形成することができる。
　そして、最後の（第３の）工程として、図５に示すように固体潤滑材３０で被覆された摺動面１０をローラーバニシング工具などの転圧加工工具８０で押し潰しながらその平坦部４０の表面を平滑化処理する。すると、その平坦部４０を覆っている固体潤滑材３０が、その表面粗さの山部が押し潰される際にその部分の金属組織（母材）と混ざり合ってその内部に含浸するようにして取り込まれて、その表面に潤滑材含浸層５０が形成されることになる。
　このような処理によって、図１に示したように固体潤滑材３０が充填された複数の凹部２０が形成された平滑な摺動面１０を有する、本発明に係る摺動部品１００を容易に製造することができる。そして、このような構造の摺動面１０を有する本発明に係る摺動部品１００にあっては、その摺動面１０が転圧加圧手段により平滑化されている上に、複数の凹部２０に充填された固体潤滑材３０からその表面（平坦部４０）に固体潤滑材３０が供給されるだけでなく、その平坦部４０の表層部に形成された潤滑材含浸層５０からもその表面（平坦部４０）に固体潤滑材３０が継続的に供給されるため、摺動初期から長期に亘って優れた摺動特性を維持することができる。
　また、この摺動面１０上に形成された凹部２０の合計開口面積率を摺動面１０全体の２０～９１％とすることによって、凹部２０以外の平坦面４０への固体潤滑材３０の供給を十分に行えると共に、摺動負荷面圧や摺動面発熱量を小さく抑えることができる。これにより、炭素鋼のみならず、摩擦係数が大きく摺動部品には不向きとされているチタンやアルミニウムなどの金属、あるいは樹脂などであっても優れた摺動性能を発揮することが可能となる。
　次に、本発明に係る摺動部品１００の具体的実施例を説明する。
（実施例１）
　先ず、本発明の摺動部品１００に相当する試験片として、チタン製のディスク（厚さ１０ｍｍ、φ５０ｍｍ）を用意すると共に、摺動相手材として、外径４０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ１４ｍｍのリング状の炭素鋼からなるリング状試験片（高周波焼き入れ、７００ＨＶ、Ｒａ＜０．００１μｍ）を用意した。
　次に、図６に示すような構造をした装置を用いてそのチタン試験片の摺動面に微粒子ピーニング処理を施した。この微粒子ピーニング処理の条件（投射条件）としては、粒径が約５０μｍのガラスビーズおよびアルミナビーズの混合粒子（硬質粒子）を用い、粒子加速圧力０．６ＭＰａ、流量制御圧力０．３ＭＰａ、ノズルから試験片までの投射距離１００ｍｍの条件で行った。なお、図７は、この処理に用いた球形のガラスビーズおよびアルミナビーズの顕微鏡写真図である。
　その後、その試験片の摺動面に、二硫化モリブデンをエタノールに懸濁した懸濁液を刷毛で塗布した後、乾燥させてエタノールを揮発させてから、バニシング加工工具を用いてその摺動面を平滑化した。図８（Ａ）は、二硫化モリブデンを塗布する前の表面をバニシング処理した試験片の顕微鏡写真図、図８（Ｂ）は、二硫化モリブデンを塗布してからバニシング処理をした試験片の顕微鏡写真図である。これらの図からも分かるように、この転圧加工によってチタン製試験片の表面が平滑になっているのが分かる。
　そして、このディスク状試験片を図９に示すような摩擦試験機の受皿にセットした後、その摺動面上に相手材となるリング状の試験片を載せた状態で受皿を回転させて両試験片を摺動させてその摩耗試験を行った。なお、この摩耗試験条件としては、垂直荷重１０Ｎ、摩擦距離２０００ｍ、摩擦速度１ｍ／ｓとした。また、貧潤滑状態を再現するため、その摺動面に潤滑油（５ｃＳｔ＠４０℃）を５滴（４０μｌ）滴下し、それ以後は潤滑材を供給しない条件下で行った。
（実施例２）
　試験片として、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製のディスク（円板）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った。
（比較例１）
　実施例１のようなピーニング処理や固体潤滑材塗布処理、バニシング処理を一切行わないチタン製の試験片（ＮＰ）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った。
（比較例２）
　実施例１のような固体潤滑材塗布処理を行わないでピーニング処理とバニシング処理のみを行ったチタン製の試験片（ＳＰ＋Ｂ）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った。
（比較例３）
　実施例１のようなピーニング処理や固体潤滑材塗布処理、バニシング処理を一切行わないステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製の試験片（ＮＰ）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った。
（比較例４）
　固体潤滑材塗布処理を行わないでピーニング処理とバニシング処理のみを行ったステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製の試験片（ＳＰ＋Ｂ）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った。
　図１０および図１１は、このような各条件下における摩耗試験結果を示したものである。なお、縦軸は摩擦係数、横軸は摺動距離を示している。これらの図からも分かるように、比較例１乃至４に係る試験片（ＮＰ（チタン）、ＳＰ＋Ｂ（チタン）、ＮＰ（ＳＵＳ）、ＳＰ＋Ｂ（ＳＵＳ））の場合は、図１０に示すように、摺動距離が５０ｍ未満で焼き付き状態となった。
　これに対し、本発明に係る実施例１（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ（チタン））および２（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ（ＳＵＳ３０４））の試験片では、図１１に示すように、いずれも殆ど摩耗することなく極めて安定した摺動性能（２０００ｍ以上）を発揮した。
　図１２および図１３は、この摩耗試験前における純チタンおよびステンレス試験片の摺動面の顕微鏡写真図である。比較例１（ＮＰ）および比較例２（ＳＰ＋Ｂ）の場合、その表面粗さＲａはいずれも０．４μｍを超えているのに対し、本発明に係る実施例１および２（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の表面粗さＲａは、それぞれ０．２５μｍおよび０．１８μｍであり、固体潤滑材で被覆した後にローラーバニシングすることによってその表面がより滑らかになることが分かる。
　図１４は、この摩耗試験後におけるチタン製の各試験片の表面状態を示した顕微鏡写真図である。図からも分かるように、比較例１（ＮＰ）および比較例２（ＳＰ＋Ｂ）の試験片の場合は、いずれもその摺動面が大きく傷付いてしまい、表面粗さＲａも大きくなっていた。これに対し、本発明に係る実施例１（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の試験片では、その表面状態および表面粗さＲａは試験前（図１２）と殆ど変わらなかった。
　図１５は、摺動相手材となったリング状試験片（炭素鋼）の表面状態を示した顕微鏡写真図である。図からも分かるように、比較例１（ＮＰ）および比較例２（ＳＰ＋Ｂ）の試験片の相手材となった場合は、いずれもその摺動面が大きく傷付いてしまい、表面粗さＲａも大きくなっていた。
　これに対し、本発明に係る実施例１（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の試験片の相手材となった場合では、その表面状態および表面粗さＲａは試験前と殆ど変わらず、チタン製試験片のみならず、その相手材も殆ど摩耗していないことがわかった。
　図１６は、この摩耗試験後におけるＳＵＳ３０４製の各試験片の表面状態を示した顕微鏡写真図である。図からも分かるように、本発明に係る処理を行わなかった比較例３および４の試験片の場合は、いずれも摩耗が大きかったのに対し、本発明に係る実施例２（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の試験片では、その表面状態および表面粗さＲａは試験前と殆ど変わらなかった。
　また、図１７は、同じく相手材となったリング状試験片（炭素鋼）の表面状態を示した顕微鏡写真図であり、ＮＰおよびＳＰ＋Ｂの試験片の相手材となった場合は、いずれもその摺動面が大きく傷付いてしまい、表面粗さＲａも大きくなっていたのに対し、本発明に係る試験片の相手材となった場合では、チタンの場合と同様にその表面状態および表面粗さＲａは試験前と殆ど変わらなかった。
　図１８および図１９は、試験片としてさらにアルミニウム合金のディスク（円板）を用いた他は、実施例１と同様な条件で摩耗試験を行った結果を示したものである。図１８に示すように、ピーニング処理や固体潤滑材塗布処理、バニシング処理を一切行わない試験片（ＮＰ）およびバニシング処理のみ（ＮＰ＋Ｂ）を行った試験の場合は、いずれも大きな摩擦を生じてしまった。また、図１９に示すように、ピーニング処理とバニシング処理のみ（ＳＰ＋Ｂ）を行った試験片の場合、上記に比べるとやや摩擦係数は低いものの十分とはいえない。
　これに対し、３つすべての処理を行った試験片（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の場合は、いずれも摩擦係数は極めて低く、優れた潤滑性能を発揮することができた。この結果から、本発明の摺動面構造を採用すれば、従来、摺動部品として適していないといわれていたアルミ合金を摺動部品として用いることが可能となり、装置全体の軽量化などに寄与することが期待される。
　図２０（Ａ）乃至（Ｄ）は、このようなアルミ合金試験片（ディスク）の試験前の摺動面を写した顕微鏡写真図である。図２１および図２２は、このアルミ合金試験片（ディスク）の試験後の摺動面および相手材（炭素鋼：リング）を写した顕微鏡写真図である。これらの図からも分かるように、３つすべての処理を行った試験片（ＳＰ＋ＭｏＳ２＋Ｂ）の場合は、他の試験片に比べて殆ど摩耗現象が見られず、優れた潤滑性能を発揮したのが分かる。
　図２３および図２４は、本発明のように固体潤滑材を塗布した後にバニシング処理したのではなく、その逆、つまりバニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片の摺動面の顕微鏡写真図およびその摺動摩擦試験結果を示したものである。図２３からも明らかなように、バニシング処理してから固体潤滑材を塗布する方法では、その表面は平滑化されていない。また、図２４に示すように、バニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片ではいずれも摩擦係数が大きく、潤滑性能が劣ることが分かる。図２５は、バニシング処理してから固体潤滑材を塗布した試験片（ディスク）および相手材（リング）の摺動面の顕微鏡写真図であり、ディスク側が大きく摩耗しているのが分かる。
　このことから、バニシング処理してから固体潤滑材を塗布する製造方法ではなく、本発明のように固体潤滑材を塗布した後にバニシング処理することによって前述のように優れた潤滑性能を長期に亘って発揮できることが分かる。
　１００…摺動部品
　１０…摺動面
　１１…母材
　２０…凹部
　３０…固体潤滑材
　４０…平坦部
　５０…潤滑材含浸層
　６０…ノズル
　７０…硬質粒子
　８０…転圧加工工具

Claims (5)

  1. 　相手材と摺動する摺動面を有する摺動部品であって、
    　前記摺動面は、微小な凹部が複数形成されていると共に、加圧手段によって平滑化されており、
    　前記凹部には固体潤滑材が充填されていると共に、前記凹部を除く平坦部にはその表面から内部に亘って固体潤滑材が含浸された潤滑材含浸層が形成されていることを特徴とする摺動部品。
  2. 　前記摺動面上に形成された前記凹部の合計開口面積率が、前記摺動面全体の２０～９１％であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記固体潤滑材が二硫化モリブデンまたは二硫化モリブデンを主とする混合物であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　摺動部品の摺動面にその表面硬度と同等かそれ以上の硬度である粒子を衝突させて塑性変形させて微小な凹部を複数形成する第１の工程と、
    　当該第１の工程で微小な凹部を複数形成された摺動面に固体潤滑材粒子を散布または塗布して付着させる第２の工程と、
    　当該第２の工程で固体潤滑材粒子が付着した摺動面を、転圧加圧手段によって平滑化する第３の工程とを含むことを特徴とする摺動部品の製造方法。
  5. 　前記固体潤滑材粒子の粒径が、前記摺動面の算術平均粗さＲａと同等か、それよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の摺動部品の製造方法。
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