WO2016174909A1 - 摺動部材及びスラストワッシャー - Google Patents

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WO2016174909A1
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sliding member
recesses
resin coating
coating layer
straight line
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PCT/JP2016/055442
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English (en)
French (fr)
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茂 稲見
小川　徹也
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大同メタル工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member and a thrust washer.
  • Rotating shaft members need to be supported not only in the direction of rotation but also in the axial direction.
  • a thrust washer as disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the thrust washer supports the axial load of the rotating shaft member.
  • the thrust washer disclosed in Patent Document 1 has a resin coating layer on the sliding surface side in contact with the shaft member.
  • the central portion of the resin coating layer is raised from both ends in the radial direction in the radial direction of the thrust washer, that is, in the cross section from the inner peripheral side to the outer peripheral side.
  • an object of the present invention is to provide a sliding member and a thrust washer that can further reduce friction.
  • the sliding member of the present embodiment includes a base material layer and a resin coating layer provided on the sliding surface side of the base material layer.
  • the resin coating layer is An XY coordinate system comprising a Y axis perpendicular to the X axis indicating the thickness direction of the resin coating layer with respect to the X axis indicating the position between any two points on the surface opposite to the base material layer.
  • a concave region that projects downward from the virtual straight line and a convex portion that projects upward from the virtual straight line An area is set, and the virtual straight line at a position where the sum of the areas of the recessed area and the raised area is equal is defined as an uneven average line,
  • the region protruding downward from the uneven average line is defined as a concave portion, and the region protruding upward from the uneven average line is defined as a convex portion
  • the average area Sa per one of the recesses is 4 to 120 ⁇ m 2
  • the number M of the recesses between the two points with a distance of 1 mm is 3 to 20.
  • the recess defined as described above affects the friction with the mating member and the formation of an oil film. That is, the concave portion defined by the uneven average line in the shape line cannot sufficiently hold the lubricating oil for lubrication when the average area Sa becomes small. Similarly, the recess defined in this way has an insufficient filling degree of the lubricating oil even if the average area Sa becomes too large. If the retention and filling degree of the lubricating oil becomes insufficient, the prompt supply of the lubricating oil to the sliding surface is hindered, and the formation of an oil film with the counterpart member is hindered.
  • the average area Sa per one of the recesses is preferably 10 to 80 ⁇ m 2 .
  • the number M of the recesses between the two points is preferably 3 to 10.
  • the hardness of the resin coating layer is 50 HV or less.
  • the contact resistance with the mating member is reduced. Therefore, friction can be reduced.
  • the thrust washer of the present embodiment is a sliding member having the above configuration.
  • the average value of the n inclinations is the value of the average inclination R. It is desirable that the value of the average slope R satisfies 0.01 or more and 0.04 or less.
  • the average slope R of the straight line L between the adjacent recesses is set.
  • the average slope R of the straight line L is set to an appropriate magnitude, the formation of an oil film by the lubricating oil held in the recess is promoted.
  • the average slope R of the straight line L increases, the lubricating oil held in the recesses is less likely to be discharged from the recesses, and as a result, an oil film tends to be less likely to be formed.
  • the average slope R of the straight line L becomes smaller, the lubricating oil is not sufficiently retained in the concave portion, and as a result, the oil film tends to be less likely to be formed.
  • the thrust washer of the present embodiment is a sliding member having the above-described configuration, and the straight line L is along the relative rotation direction with the counterpart member.
  • the resin coating layer having the above-described configuration is useful for contributing to low friction at the sliding portion.
  • the resin coating layer which has said structure using the coating material which controlled the aggregation state of the particle
  • the internal combustion engine provided with the said sliding member reduces frictional resistance, it is suitable also for the specification with which a stop and start of operation are repeated.
  • the schematic diagram which shows the cross section of the sliding member by one Embodiment The schematic diagram which shows the example of the bearing apparatus which applied the sliding member by one Embodiment as a thrust washer
  • the schematic diagram which shows the half thrust washer using the sliding member by one Embodiment The schematic diagram which shows the shape line of the surface of the resin coating layer in the sliding member by one Embodiment Schematic diagram showing the shape line shown in FIG. 4 in a simplified manner for explanation.
  • the sliding member 10 includes a base material layer 11 and a resin coating layer 12.
  • the resin coating layer 12 is provided on the sliding surface side of the base material layer 11, that is, the counterpart member side.
  • the resin coating layer 12 is formed on the sliding surface side of the base material layer 11 with a macroscopically substantially uniform thickness.
  • the sliding member 10 slides with the shaft member 13 as shown in FIG.
  • the sliding member 10 is a bearing member, and can be used as a thrust washer that receives the force acting in the axial direction of the shaft member 13. That is, in the example shown in FIG.
  • the shaft member 13 moves not only in the rotational direction but also in the axial direction. Therefore, the shaft member 13 is rotatably supported by the rotary bearing portion 14 and is supported in the axial direction while being rotated by the sliding member 10 serving as a thrust washer.
  • the sliding member 10 When the sliding member 10 is used as a thrust washer, it is formed in a half-annular shape or an annular shape as shown in FIG. The sliding member 10 is in contact with the axial end surface of the thrust collar 18 of the shaft member 13 and supports the shaft member 13 in the axial direction.
  • the thrust washer to which the sliding member 10 shown in FIG. 3 is applied is an example. That is, the sliding member 10 may be not only the thrust washer having the shape shown in FIG. 3 but also a plate-like one or a one integrated with the rotary bearing portion. For example, it can be applied to a thrust washer of various known shapes, for example, by providing a relief shape portion with a thickness changed toward the surface.
  • the sliding member of this embodiment may be applied as a shaft member. That is, it can be used as at least one of the opposing members.
  • the bearing alloy layer 11 which is a base material layer of the sliding member 10 shown in FIG. 1 is formed, for example with the aluminum alloy or the copper alloy.
  • the sliding member 10 may include a backing metal layer 15 that is integrally formed with the bearing alloy layer 11.
  • the sliding member 10 may include an intermediate layer (not shown) between the bearing alloy layer 11 and the back metal layer 15.
  • the sliding member 10 may have not only the bearing alloy layer 11, the back metal layer 15 and the intermediate layer but also a multilayer structure of three or more layers by adding more layers.
  • the resin coating layer 12 covering the bearing alloy layer 11 has microscopic unevenness on the surface 16 serving as a sliding surface, not a change in the thickness of the macroscopic film itself.
  • the surface 16 is a surface of the resin coating layer 12 opposite to the bearing alloy layer 11 as shown in FIG.
  • the shape of the surface of the resin coating layer 12 is acquired as a shape line C as shown in FIG.
  • the shape line C indicates the unevenness of the surface 16 of the resin coating layer 12 in a cross section including a plane parallel to the thickness direction of the resin coating layer 12.
  • the shape line C is expressed using an XY coordinate system.
  • the X axis indicates the position between any two points
  • the Y axis indicates the thickness direction of the resin coating layer 12, that is, the position in the Y axis direction indicates the depth and height of the unevenness of the surface 16.
  • the shape line C is represented including the unevenness
  • FIG. FIG. 4 shows the X axis enlarged 200 times and the Y axis enlarged 1000 times.
  • FIG. 5 schematically shows the shape line C shown in FIG. 4 for explanation.
  • the shape line C including the unevenness is divided up and down in the Y-axis direction by a virtual straight line Lx parallel to the reference X-axis.
  • the surface 16 of the resin coating layer 12 is microscopically flat, the surface 16 of the resin coating layer 12, the X axis, and the virtual straight line Lx are all parallel.
  • the shape line C is divided by the virtual straight line Lx, a concave region that protrudes below the virtual straight line Lx and a convex region that protrudes above the virtual straight line Lx are partitioned.
  • the concave region is indicated by “shaded” and the convex region is indicated by “hatching”.
  • the performance of the sliding member 10 is verified using the average area Sa per one recess 21.
  • the average area Sa of the recess 21 is obtained by dividing the total area S1 of the recesses 21 protruding below the uneven average line Lv between any two points by the number of the recesses 21 existing between the two points. Is calculated by
  • the performance of the sliding member 10 is verified using the number M of the recesses 21 in an arbitrary 1 mm range.
  • This arbitrary 1 mm range is arbitrarily extracted from any two points where the average area Sa is calculated.
  • the number M of the recesses 21 included in an arbitrary 1 mm extracted from the range of 10 mm is obtained.
  • the distance between the two points may be set to 1 mm
  • the average area Sa of the recesses 21 may be calculated
  • the number M of the recesses 21 may be obtained within the same range as 1 mm.
  • an average number M of the concave portions 21 per 1 mm may be obtained from the total number of the concave portions 21 included in the range of 10 mm.
  • the number M of the recesses 21 may be calculated by any method as long as it is a region overlapping with the calculated average area Sa.
  • point A and point B are set as arbitrary two points. The distance between this point A and point B is 1 mm.
  • the X axis is defined and measured in the circumferential tangential direction at the center position in the circumferential direction and radial direction of the surface 16 of the sliding member 10. In any two points, the number, position, and direction of measurement can be arbitrarily adjusted in consideration of the application of the sliding member 10.
  • the performance of the sliding member 10 is verified using the relationship between the adjacent concave portion 21 and convex portion 22.
  • the recess 21 has a bottom 31 at the deepest position of the recess 21, that is, the position closest to the bearing alloy layer 11.
  • the convex part 22 adjacent to this recessed part 21 has the top 32 in the highest position of this convex part 22, ie, the position farthest from the bearing alloy layer 11.
  • the bottom 31 of the concave portion 21 and the top 32 of the convex portion 22 are connected by a virtual straight line L. Can do.
  • the inclination of the straight line L is calculated by dividing the measured distance in the Y-axis direction between the bottom 31 of the concave portion 21 and the top 32 of the convex portion 22 by the measured distance in the X-axis direction between the bottom 31 and the top 32. It is assumed to be a value.
  • the average value of the slope of the straight line L obtained is the average slope R.
  • Example Hereinafter, examples of the present embodiment will be described. First, manufacturing methods of Example Product 1 to Example Product 18 and Comparative Example 1 to Comparative Example 2 shown in FIG. 7 will be described.
  • the resin coating layer 12 is formed on the sliding surface side of the bearing alloy layer 11 formed into a predetermined shape.
  • additives such as a solid lubricant are added to the resin used as the binder material.
  • the binder material of the resin coating layer 12 for example, one kind or two or more kinds of known resins such as polyamideimide, polybenzimidazole, polyimide, and polyamide are used. It may be polymer alloyed.
  • the solid lubricant one or more known lubricants such as molybdenum disulfide, graphite, boron nitride, polytetrafluoroethylene are used.
  • Other additives such as calcium carbonate, aluminum oxide and silicon dioxide may be added as other additives.
  • polyamideimide and polyamide are used as the binder material, and molybdenum disulfide is used as the solid lubricant.
  • the resin coating layer 12 has fine surface irregularities controlled by controlling the aggregation state of the additive particles dispersed in the resin binder material.
  • the paint for forming the resin coating layer 12 is filled between a pair of surface members whose distance can be arbitrarily adjusted. Then, by rotating at least one of the pair of surface members, a shearing force is applied to the paint filled between the surface members. Thereby, the particle
  • the distance between the pair of surface members is set to 10 ⁇ m, and the relative rotational speed between the surface members is set to 2000 rpm or the like.
  • the aggregation state of the particles of the additive contained in the paint forming the resin coating layer 12 is controlled.
  • the required time for controlling the aggregation state is set to, for example, about 10 minutes to 60 minutes.
  • the shorter the treatment time the more difficult the aggregation of the additive particles. Therefore, as the processing time becomes shorter, the average area of the recesses, the number of the recesses 21, and the average slope R of the straight line L tend to increase.
  • the longer the processing time the more the particles of the additive are agglomerated and the particles are subdivided. Therefore, the longer the processing time, the easier the surface of the resin coating layer 12 is flattened.
  • the control of aggregation using shearing is an example of a pretreatment of a paint for forming the resin coating layer 12.
  • the method for controlling the aggregation of the additive particles is not limited to the above, and can be arbitrarily set.
  • the pre-treated paint is applied to the sliding surface side of the bearing alloy layer 11.
  • the coating material is applied to the bearing alloy layer 11 by a known method such as spray, roll, pad, and screen.
  • the resin coating layer 12 is formed on the sliding surface side of the bearing alloy layer 11.
  • the resin coating layers of Examples and Comparative Examples described later have an average thickness of 5 ⁇ m.
  • the friction coefficient is obtained using a thrust tester.
  • a thrust washer constituted by the sliding member 10 of each example product or comparative product is attached to a thrust tester.
  • the sliding member 10 attached to the thrust tester slides with a steel mating member to which a preset test load is applied.
  • the friction coefficient is calculated based on the test load and the frictional force generated between the sliding member 10 and the mating member measured during the sliding.
  • Example Product 1 to Example Product 4 the average area Sa of the recesses 21 is 4 to 120 ⁇ m 2 and the number M of the recesses 21 is 3 to 20.
  • the average area Sa of the recesses 21 is 4 ⁇ m 2 and the number M of the recesses 21 is 21.
  • the average area Sa of the recesses 21 is 121 ⁇ m 2
  • the number M of the recesses 21 is 3.
  • Example Product 1 to Example Product 4 in which the average area Sa of the recesses 21 is 4 to 120 ⁇ m 2 and the number M of the recesses 21 is 3 to 20, the Comparative Product 1 and the Comparative Product 2 It is clear that the coefficient of friction is lower than that.
  • the average area Sa of the recesses 21 is 10 ⁇ m 2 , and the number M of the recesses 21 is three.
  • the average area Sa of the recesses 21 is 80 ⁇ m 2 , and the number M of the recesses 21 is 10.
  • the example product 5 and the example product 6 are further reduced in the coefficient of friction as compared with the example product 1 to the example product 4. From this, it is clear that the average area Sa of the recesses 21 is more preferably 10 to 80 ⁇ m 2 . It is clear that the number M of the recesses 21 is more preferably 3 to 10.
  • Example Product 1 to Example Product 6 indicate that the coefficient of friction decreases by controlling the average area Sa of the recesses 21 and the number M of the recesses 21. That is, the average area Sa of the recesses 21 is controlled to 4 to 120 ⁇ m 2 and the number M of the recesses 21 is controlled to 3 to 20.
  • the average area Sa of the recesses 21 and the number M of the recesses 21 in this way, the formation of an oil film is promoted and the friction coefficient is reduced.
  • the product A is 90 to 450 ⁇ m 2
  • the formation of the oil film is promoted, and the friction coefficient is further reduced.
  • Example Product 12 to Example Product 15 verify the influence of the average slope R of the straight line L on the friction coefficient while satisfying the conditions of Example Product 7 to Example Product 11.
  • the average slope R of the straight line L is 0.01 to 0.04
  • the formation of an oil film is promoted, and the friction coefficient is further reduced. If the average slope R of the straight line L is too small or too large, the formation of an oil film by the lubricating oil held in the recess 21 tends to be inhibited.
  • the average slope R of the straight line L is excessive, the lubricating oil held in the recess 21 is unlikely to be discharged from the recess 21 and as a result, an oil film tends not to be formed.
  • Example Product 16 to Example Product 18 verify the influence of the hardness of the resin coating layer 12 on the friction coefficient while satisfying the conditions of Example Product 12 to Example Product 15.
  • the contact resistance with the mating member is reduced.
  • the friction coefficient is further reduced.
  • the present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
  • the example which applies the sliding member 10 to a thrust washer was demonstrated.
  • the sliding member 10 is not limited to the thrust washer, and the same effect can be obtained even when the sliding member 10 is applied to other forms of the sliding member 10 such as a bearing device that supports rotation.
  • the example which makes the thickness of the resin coating layer 12 macroscopically uniform was demonstrated.
  • the resin coating layer 12 is not limited to a macroscopically uniform layer, for example, the thickness of the central portion is increased as compared with both end portions in the radial direction.
  • the base material layer 11 may be provided with depressions such as grooves and holes.
  • the resin coating layer 12 may be provided on the surface that does not directly contact the counterpart member.
  • the resin coating layer 12 may be provided only in the corner vicinity of a hollow part, or may provide thicker the corner vicinity of a hollow part.
  • 10 is a sliding member
  • 11 is a base material layer
  • 12 is a resin coating layer
  • 16 is a surface
  • 21 is a recess
  • 22 is a protrusion
  • 31 is a bottom
  • 32 is a top.

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Abstract

樹脂コーティング層は、表面の形状を表した形状線について、形状線をＸ軸と平行な仮想直線で分割し、仮想直線より下方へ突出する凹部領域と仮想直線より上方へ突出する凸部領域を設定する。そして、凹部領域と凸部領域との面積の総和が等しくなる位置にある仮想直線を凹凸平均線と定義する。この凹凸平均線から下側へ突出する領域を凹部、前記凹凸平均線から上側へ突出する領域を凸部と定義する。このとき、凹部の１つあたりの平均面積Ｓａは、４～１２０μｍ２であり、距離を１ｍｍとした二点間における凹部の個数Ｍは、３～２０個である。

Description

摺動部材及びスラストワッシャー
　本発明は、摺動部材及びスラストワッシャーに関する。
　回転する軸部材は、その回転方向だけでなく、軸方向においても支持する必要がある。この軸方向において軸部材を支持する軸受部材として、特許文献１に開示されるようなスラストワッシャーが知られている。スラストワッシャーは、回転する軸部材の軸方向の荷重を支持する。特許文献１に開示するスラストワッシャーは、軸部材と接する摺動面側に樹脂コーティング層を有している。特許文献１の場合、樹脂コーティング層は、スラストワッシャーの径方向即ち内周側から外周側への断面において、径方向の両端よりも中央部分が盛り上がっている。このように樹脂コーティング層の巨視的な厚さに変化を持たせることにより、軸部材とスラストワッシャーとの局所的な接触、及びこれらの接触にともなう損傷の低減を図っている。
　しかし、軸受部材と軸部材、即ち摺動部材と相手部材とを備える内燃機関など更なる高性能化及び高機能化の要求にともない、軸部材の軽量化にともなう剛性の低下が進んだり、軸部材と軸受部材との接触面圧が増大する傾向にある。特に、近年では、内燃機関は、燃料消費量の低減の観点から運転の停止と始動とが繰り返される。そのため、軸部材と軸受部材とが十分な厚さの油膜を介さずに接触する機会は増加し、摩擦抵抗が大きくなりがちである。その結果、軸部材と軸受部材との間の摩擦のさらなる軽減が求められている。
特開２０１４－０７０６６２号公報
　そこで、本発明の目的は、摩擦のさらなる低減が図られる摺動部材及びスラストワッシャーを提供することにある。
　上記の課題を解決するために本実施形態の摺動部材は、基材層と、前記基材層の摺動面側に設けられている樹脂コーティング層とを備える。
　前記樹脂コーティング層は、
　前記基材層と反対側の表面において任意の二点間の位置を示すＸ軸に対して前記樹脂コーティング層の厚さ方向を示す前記Ｘ軸に垂直なＹ軸からなるＸ－Ｙ座標系を用いて前記表面の形状を表した形状線について、前記形状線を前記Ｘ軸と平行な仮想直線で分割し、前記仮想直線より下方へ突出する凹部領域と前記仮想直線より上方へ突出する凸部領域を設定し、前記凹部領域と前記凸部領域との面積の総和が等しくなる位置にある前記仮想直線を凹凸平均線と定義するとともに、
　前記凹凸平均線から下側へ突出する領域を凹部、前記凹凸平均線から上側へ突出する領域を凸部と定義したとき、
　前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａは、４～１２０μｍ２であり、
　距離を１ｍｍとした前記二点間における前記凹部の個数Ｍは、３～２０個である。
　本件の発明者らは、上記のように定義した凹部が相手部材との摩擦及び油膜の形成に影響していることを見出した。即ち、形状線において凹凸平均線で定義された凹部は、平均面積Ｓａが小さくなると潤滑のための潤滑油を十分に保持できない。同様に、このように定義された凹部は、平均面積Ｓａが大きくなりすぎても潤滑油の充填度が不十分となる。潤滑油の保持や充填度が不十分になると、摺動面への潤滑油の速やかな供給が妨げられ、相手部材との間の油膜の形成が阻害される。また、定義された凹部は、任意の二点間における個数Ｍが小さくなると潤滑油の保持が不十分となり、油膜形成が阻害される。一方、凹部は、任意の二点間における個数Ｍが大きくなると、樹脂コーティング層と相手部材との間の接触抵抗が増加し、摩擦が大きくなる。したがって、樹脂コーティング層において定義された凹部を制御することにより、相手部材との摩耗を低減することができる。
　本実施形態の摺動部材では、前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａは、１０～８０μｍ２であることが好ましい。
　本実施形態の摺動部材では、前記二点間における前記凹部の個数Ｍは、３～１０個であることが好ましい。
　本実施形態の摺動部材では、前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａと、前記凹部の個数Ｍとの積Ａ＝Ｓａ×Ｍは、Ａ＝９０～４５０μｍ２であることが好ましい。
　本実施形態の摺動部材では、前記積Ａは、Ａ＝１２０～３００μｍ２であることが好ましい。
　本実施形態では、前記樹脂コーティング層の硬さは、５０ＨＶ以下である。
　このように樹脂コーティング層の硬さを設定することにより、相手部材との間の接触抵抗が低減される。したがって、摩擦の低減を図ることができる。
　本実施形態のスラストワッシャーは、上記の構成の摺動部材である。
　本実施形態では、前記凹部において、この凹部の底からこの凹部に隣り合う前記凸部の頂までを仮想的な直線Ｌで結んだとき、前記直線Ｌの平均傾きＲは、Ｒ＝０．０１～０．０４である。直線Ｌがｎ本存在する場合、それらｎ本の傾きの平均の値が、平均傾きＲの値である。この平均傾きＲの値が０．０１以上０．０４以下を満たすのが望ましい。
　このように、隣接する凹部の間における直線Ｌの平均傾きＲは設定されている。直線Ｌの平均傾きＲを、適切な大きさにすると、凹部に保持された潤滑油による油膜の形成が促進される。ここで、直線Ｌの平均傾きＲが大きくなるほど、凹部に保持された潤滑油は凹部から排出されにくくなり、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。また、直線Ｌの平均傾きＲが小さくなるほど、凹部における潤滑油の保持が不十分となり、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。
　したがって、上記のように凹部と凸部との関係を制御することにより、油膜の形成を促進し、摩擦の低減を図ることができる。
　本実施形態のスラストワッシャーは、上記の構成の摺動部材であり、前記直線Ｌは、相手部材との相対的な回転方向に沿っている。
　これにより、相手部材との相対的な回転によって、凹部に保持された潤滑油による油膜の形成が促進される。したがって、摩擦の低減を図ることができる。
　上記の構成を有する樹脂コーティング層は、摺動部分における低摩擦化への貢献に有用である。
　また、上記の構成を有する樹脂コーティング層は、添加剤の粒子の凝集状態を制御した塗料を用いて形成するのが好ましい。
　そして、前記摺動部材を備えた内燃機関は、摩擦抵抗が低減されるので、運転の停止と始動とが繰り返される仕様にも好適である。
一実施形態による摺動部材の断面を示す模式図 一実施形態による摺動部材をスラストワッシャーとして適用した軸受装置の例を示す模式図 一実施形態による摺動部材を用いた半割のスラストワッシャーを示す模式図 一実施形態による摺動部材において樹脂コーティング層の表面の形状線を示す模式図 図４に示す形状線を説明のために簡略化して示す模式図 図４に示す形状線における凹部の底と凸部の頂とを結ぶ直線を示す模式図 一実施形態による摺動部材の実施例を示す図
　以下、摺動部材の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１に示すように、摺動部材１０は、基材層１１と、樹脂コーティング層１２とを備えている。樹脂コーティング層１２は、基材層１１の摺動面側、即ち相手部材側に設けられている。樹脂コーティング層１２は、基材層１１の摺動面側に、巨視的にほぼ均一な厚さで形成されている。本実施形態の場合、この摺動部材１０は、図２に示すように軸部材１３と摺動する。特に本実施形態の場合、摺動部材１０は、軸受部材であって、軸部材１３の軸方向に働く力を受け止めるスラストワッシャーとして用いることができる。即ち、図２に示す例の場合、軸部材１３は、回転方向だけでなく軸方向へも運動する。そのため、軸部材１３は、回転軸受部１４で回転可能に支持されるとともに、スラストワッシャーとなる摺動部材１０で回転しながら軸方向に支持される。摺動部材１０は、スラストワッシャーとして用いられる場合、図３に示すような半割にした半円環状や円環状に形成される。そして、摺動部材１０は、軸部材１３のスラストカラー１８の軸方向の端面に接し、軸部材１３を軸方向に支持する。なお、図３に示した摺動部材１０を適用したスラストワッシャーは一例である。即ち、摺動部材１０は、図３に示す形状のスラストワッシャーだけでなく、プレート状のものや回転軸受部と一体となったものでもよく、溝形状、例えばテーパランド溝部や、周方向端部に向けて厚さを変えた形状、例えばリリーフ形状部を設けるなど、周知の各種の形状のスラストワッシャーに適用することができる。
　本実施形態の摺動部材は、軸部材として適用しても良い。即ち、対向する部材の少なくとも一方として用いることができる。
　軸受部材として本実施形態の摺動部材を用いる場合、図１に示す摺動部材１０の基材層である軸受合金層１１は、例えばアルミニウム合金又は銅合金などで形成されている。摺動部材１０は、軸受合金層１１と一体に構成された裏金層１５を備えていてもよい。この場合、摺動部材１０は、軸受合金層１１と裏金層１５との間に図示しない中間層を備えてもよい。さらに、摺動部材１０は、軸受合金層１１、裏金層１５及び中間層だけでなく、さらに層を加えて３層以上の多層構造としてもよい。
　上述のように、軸受合金層１１を覆う樹脂コーティング層１２は、それ自体の巨視的な膜の厚さの変化ではなく、摺動面となる表面１６に微視的な微小な凹凸を有している。この表面１６とは、図１に示すように樹脂コーティング層１２の軸受合金層１１と反対側の面である。樹脂コーティング層１２の表面の形状は、図４に示すような形状線Ｃとして取得される。この形状線Ｃは、樹脂コーティング層１２の厚さ方向に平行な面を含む断面における樹脂コーティング層１２の表面１６の凹凸を示している。形状線Ｃは、Ｘ－Ｙ座標系を用いて表される。具体的には、Ｘ軸は任意の二点間の位置を示し、Ｙ軸は樹脂コーティング層１２の厚さ方向、つまりＹ軸方向の位置は表面１６の凹凸の深さ及び高さを示している。これにより、形状線Ｃは、樹脂コーティング層１２の表面の形状に応じた凹凸を含んで表される。図４は、Ｘ軸を２００倍に拡大し、Ｙ軸を１０００倍に拡大して示している。
　図５は、説明のために図４に示す形状線Ｃを模式的に簡略化して示している。凹凸を含む形状線Ｃは、基準となるＸ軸と平行な仮想直線ＬｘによってＹ軸方向の上下に分割される。樹脂コーティング層１２の表面１６が微視的に平坦である場合、この樹脂コーティング層１２の表面１６、Ｘ軸及び仮想直線Ｌｘはいずれも平行となる。形状線Ｃを仮想直線Ｌｘで分割すると、仮想直線Ｌｘよりも下側に突出する凹部領域と、仮想直線Ｌｘよりも上側に突出する凸部領域とが区画される。図５では、凹部領域を「網掛け」で示し、凸部領域を「ハッチング」で示している。そして、この凹部領域の面積の総和Ｓ１と凸部領域の面積の総和Ｓ２とが等しくなる位置にある仮想直線Ｌｘは、凹凸平均線Ｌｖと定義する。即ち、樹脂コーティング層１２の表面１６において、この凹凸平均線Ｌｖよりも下側に突出する凹部領域の面積の総和Ｓ１と、凹凸平均線Ｌｖよりも上側に突出する凸部領域の面積の総和Ｓ２とは、等しく（Ｓ１＝Ｓ２）なる。そして、この凹凸平均線Ｌｖに対して下側に突出する領域は凹部２１と定義し、凹凸平均線Ｌｖに対して上側に突出する領域は凸部２２と定義する。
　本実施形態では、摺動部材１０の性能は、凹部２１の１つあたりの平均面積Ｓａを用いて検証している。凹部２１の平均面積Ｓａは、任意の二点間において凹凸平均線Ｌｖよりも下側に突出する凹部２１の面積の総和Ｓ１を、任意の二点間に存在する凹部２１の個数で除することにより算出される。
　また、本実施形態では、摺動部材１０の性能は、任意の１ｍｍの範囲における凹部２１の個数Ｍも用いて検証している。この任意の１ｍｍの範囲は、平均面積Ｓａを算出した任意の二点間から任意に抽出される。例えば二点間の距離を１０ｍｍに設定して凹部２１の平均面積Ｓａを算出したとき、この１０ｍｍの範囲から抽出した任意１ｍｍに含まれる凹部２１の個数Ｍを求める。この場合、二点間の距離を１ｍｍに設定して凹部２１の平均面積Ｓａを算出し、この１ｍｍと同一の範囲で凹部２１の個数Ｍを求めてもよい。さらに、１０ｍｍの範囲に含まれる凹部２１の総数から１ｍｍあたりの凹部２１の平均的な個数Ｍを求めてもよい。このように、凹部２１の個数Ｍは、算出する平均面積Ｓａと重複する領域であれば算出方法を問わない。図５の例の場合、任意の二点として点Ａ及び点Ｂを設定している。この点Ａと点Ｂとの間の距離は、１ｍｍである。
　なお、本実施形態では、Ｘ軸は、摺動部材１０の表面１６の周方向及び径方向の中央位置で周方向接線方向に定義して測定している。任意の二点は、摺動部材１０の用途を考慮して、測定の箇所数や位置や方向を任意に調整することができる。
　本実施形態では、摺動部材１０の性能は、隣り合う凹部２１と凸部２２との関係も用いて検証している。図６に示すように凹部２１は、この凹部２１の最も深い位置、つまり軸受合金層１１に最も近い位置に底３１を有している。そして、この凹部２１に隣り合う凸部２２は、この凸部２２の最も高い位置、つまり軸受合金層１１から最も遠い位置に頂３２を有している。このように、凹凸平均線Ｌｖを挟んで凹部２１と凸部２２とが隣り合っているとき、凹部２１の底３１と凸部２２の頂３２との間は、仮想的な直線Ｌで結ぶことができる。この直線Ｌの傾きは、凹部２１の底３１と凸部２２の頂３２とのＹ軸方向の実測距離を、その底３１とその頂３２とのＸ軸方向の実測距離で除することにより算出される値としている。そして得られる直線Ｌの傾きの平均値は、平均傾きＲである。
　（実施例）
　以下、本実施形態の実施例について説明する。
　まず、図７に示す実施例品１～実施例品１８、及び比較例１～比較例２の製造方法について説明する。
　樹脂コーティング層１２は、所定の形状に成形した軸受合金層１１の摺動面側に形成される。樹脂コーティング層１２となる塗料は、バインダ材となる樹脂に固体潤滑剤をはじめとする添加剤が加えられている。樹脂コーティング層１２のバインダ材は、例えばポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリイミド、ポリアミドなど公知の樹脂が一種又は二種以上用いられる。ポリマーアロイ化されていても良い。また、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、ポリテトラフルオロエチレンなど公知のものが一種又は二種以上用いられる。その他の添加剤として、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素など公知のものを添加してもよい。本実施例では、バインダ材としてポリアミドイミド及びポリアミドを用い、固体潤滑剤に二硫化モリブデンを用いている。樹脂コーティング層１２は、樹脂のバインダ材に分散する添加剤の粒子の凝集状態を制御することによって表面の微細な凹凸が制御される。
　例えば樹脂コーティング層１２を形成する塗料は、距離を任意に調整可能な一対の面部材の間に充填される。そして、この一対の面部材のうち少なくとも一方を回転させることにより、面部材の間に充填された塗料には剪断力が加わる。これにより、塗料に含まれる添加剤の粒子は、その凝集状態が変化する。一例として一対の面部材の間の距離は１０μｍ、面部材の相互間の相対的な回転数は２０００ｒｐｍなどに設定される。このように面部材の間の距離や相対的な回転数を制御することにより、樹脂コーティング層１２を形成する塗料に含まれる添加剤の粒子の凝集状態が制御される。凝集状態を制御するための所要時間は、例えば１０分間～６０分間程度に設定される。処理時間が短くなるほど、添加剤の粒子の凝集は解消されにくい。そのため、処理時間が短くなるほど、凹部の平均面積、凹部２１の個数、及び直線Ｌの平均傾きＲは、いずれも増大する傾向となる。一方、処理時間が長くなるほど、添加剤の粒子の凝集が解消されて細分化される。そのため、処理時間が長くなるほど、樹脂コーティング層１２の表面は平坦化されやすくなる。なお、剪断を用いた凝集の制御は、樹脂コーティング層１２を形成する塗料の前処理の一例である。添加剤の粒子の凝集を制御する手法は、上記に限らず、任意に設定することができる。
　前処理が施された塗料は、軸受合金層１１の摺動面側に塗布される。このとき、塗料は、例えばスプレー、ロール、パッド及びスクリーン等の公知の手法で軸受合金層１１に塗布される。塗布された塗料が硬化することにより、樹脂コーティング層１２は軸受合金層１１の摺動面側に形成される。後述する実施例品及び比較例品の樹脂コーティング層は、平均厚さをそれぞれ５μｍに形成している。
　次に、試験条件について説明する。
　本実施形態では、スラスト試験機を用いて摩擦係数を求めている。具体的には、各実施例品又は比較例品の摺動部材１０で構成したスラストワッシャーをスラスト試験機に取り付ける。そして、このスラスト試験機に取り付けた摺動部材１０は、予め設定した試験荷重が加えられた鋼製の相手部材と摺動する。摩擦係数は、試験荷重及びこの摺動時に測定した摺動部材１０と相手部材との間で発生する摩擦力に基づいて算出する。
　次に、図７に基づいて試験結果について説明する。
　実施例品１～実施例品４は、いずれも凹部２１の平均面積Ｓａが４～１２０μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが３～２０個である。これに対し、比較例品１は、凹部２１の平均面積Ｓａが４μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが２１である。また、比較例品２は、凹部２１の平均面積Ｓａが１２１μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが３である。このように、凹部２１の平均面積Ｓａが４～１２０μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが３～２０個である実施例品１～実施例品４は、比較例品１及び比較例品２に比較して摩擦係数が低下していることが明らかである。
　また、実施例品５は、凹部２１の平均面積Ｓａが１０μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが３個である。実施例品６は、凹部２１の平均面積Ｓａが８０μｍ２であり、凹部２１の個数Ｍが１０個である。これら実施例品５及び実施例品６は、実施例品１～実施例品４に比較して摩擦係数がさらに低下している。このことから、凹部２１の平均面積Ｓａは、１０～８０μｍ２であることがより好ましいことが明らかである。また、凹部２１の個数Ｍは、３～１０個であることがより好ましいことが明らかである。
　このように、実施例品１～実施例品６は、凹部２１の平均面積Ｓａ、及び凹部２１の個数Ｍを制御することにより、摩擦係数が低下することを示している。即ち、凹部２１の平均面積Ｓａは４～１２０μｍ２に制御し、凹部２１の個数Ｍは３～２０個に制御している。このように凹部２１の平均面積Ｓａ及び凹部２１の個数Ｍを制御することにより、油膜の形成が促進され、摩擦係数が低下する。特に、凹部２１の平均面積Ｓａを１０～８０μｍ２、凹部２１の個数Ｍを３～１０個に設定することにより、油膜の形成がより促進され、摩擦係数が低下することがわかる。
　実施例品７～実施例品１１は、実施例品１～実施例品６の条件を満たしつつ、凹部２１の平均面積Ｓａと個数Ｍの積Ａ＝Ｓａ×Ｍが摩擦係数に与える影響について検証している。積Ａが９０～４５０μｍ２となる実施例品７～実施例品１１は、油膜の形成が促進され、摩擦係数のさらなる低減が図られている。
　実施例品１２～実施例品１５は、実施例品７～実施例品１１の条件を満たしつつ、直線Ｌの平均傾きＲが摩擦係数に与える影響について検証している。直線Ｌの平均傾きＲが０．０１～０．０４となる実施例品１２～実施例品１５は、油膜の形成が促進され、摩擦係数のさらなる低減が図られている。直線Ｌの平均傾きＲは、小さすぎたり大きすぎたりすると、凹部２１に保持された潤滑油による油膜の形成が阻害される傾向が出てくる。例えば直線Ｌの平均傾きＲが過大であると、凹部２１に保持された潤滑油は凹部２１から排出されにくく、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。また、直線Ｌの平均傾きＲが過小であると、凹部２１における潤滑油の保持が不十分となり、結果として油膜が形成されにくくなる傾向がある。したがって、上記のように凹部２１と凸部２２との関係を直線Ｌの平均傾きＲを用いて制御することにより、油膜の形成を促進し、摩擦を低減することができる。
　実施例品１６～実施例品１８は、実施例品１２～実施例品１５の条件を満たしつつ、樹脂コーティング層１２の硬さが摩擦係数に与える影響について検証している。樹脂コーティング層１２の硬さが５０ＨＶ以下となる実施例品１６～実施例品１８は、相手部材との接触抵抗が低減される。その結果、実施例品１６～実施例品１８は、摩擦係数のさらなる低減が図られている。
　以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
　本実施形態では、摺動部材１０をスラストワッシャーに適用する例について説明した。摺動部材１０は、スラストワッシャーに適用することにより、摩擦係数の低減が図られ、相手部材との摩擦が低減される。同様に、摺動部材１０は、スラストワッシャーに限らず、回転を支持する軸受装置など、他の形態の摺動部材１０に適用しても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、樹脂コーティング層１２の厚さを巨視的に均一にする例について説明した。しかし、樹脂コーティング層１２は、例えば径方向における両端部に比較して中央部の厚さを増す等、巨視的に均一なものに限らない。また、基材層１１は、溝部や孔部等の窪み部を設けてもよい。この場合、相手部材と直接接触することのない表面にも樹脂コーティング層１２を設けてもよい。さらに、基材層１１に窪み部を設ける場合、樹脂コーティング層１２は、窪み部の角部近傍のみに設けたり、窪み部の角部近傍を厚めに設けたりしてもよい。
　図面中、１０は摺動部材、１１は基材層、１２は樹脂コーティング層、１６は表面、２１は凹部、２２は凸部、３１は底、３２は頂を示す。

Claims (13)

  1. 　軸受合金層と、前記軸受合金層の摺動面側に設けられている樹脂コーティング層とを備える摺動部材であって、
    　前記樹脂コーティング層は、
    　前記軸受合金層と反対側の表面において任意の二点間の位置を示すＸ軸に対して前記樹脂コーティング層の厚さ方向を示す前記Ｘ軸に垂直なＹ軸からなるＸ－Ｙ座標系を用いて前記表面の形状を表した形状線について、前記形状線を前記Ｘ軸と平行な仮想直線で分割し、前記仮想直線より下方へ突出する凹部領域と前記仮想直線より上方へ突出する凸部領域とを設定し、前記凹部領域と前記凸部領域との面積の総和が等しくなる位置にある前記仮想直線を凹凸平均線と定義するとともに、
    　前記凹凸平均線から下側へ突出する領域を凹部と、前記凹凸平均線から上側へ突出する領域を凸部と定義したとき、
    　前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａは、４～１２０μｍ２であり、
    　距離を１ｍｍとした前記二点間における前記凹部の個数Ｍは、３～２０個、
    　である摺動部材。
  2. 　前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａは、１０～８０μｍ２である請求項１記載の摺動部材。
  3. 　前記二点間における前記凹部の個数Ｍは、３～１０個である請求項１または２記載の摺動部材。
  4. 　前記凹部の１つあたりの平均面積Ｓａと、前記凹部の個数Ｍとの積Ａ＝Ｓａ×Ｍは、Ａ＝９０～４５０μｍ２である請求項１から３のいずれか一項記載の摺動部材。
  5. 　前記積Ａは、Ａ＝１２０～３００μｍ２である請求項４記載の摺動部材。
  6. 　前記樹脂コーティング層の硬さは、５０ＨＶ以下である請求項１から５のいずれか一項記載の摺動部材。
  7. 　前記凹部において、この凹部の底からこの凹部に隣り合う前記凸部の頂までを直線Ｌで結んだとき、前記直線Ｌの平均傾きＲは、Ｒ＝０．０１～０．０４である請求項１から６のいずれか一項記載の摺動部材。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項記載の摺動部材に用いられる樹脂コーティング層。
  9. 　請求項８記載の樹脂コーティング層を形成する塗料。
  10. 　請求項１から７のいずれか一項記載の摺動部材を備えるスラストワッシャー。
  11. 　請求項７記載の摺動部材を備えるスラストワッシャーであって、
    　前記直線Ｌは、相手部材との相対的な回転方向に沿っているスラストワッシャー。
  12. 　請求項１から７のいずれか一項記載の摺動部材を備える内燃機関。
  13. 　請求項１０または１１記載のスラストワッシャーを備える内燃機関。
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