WO2021206127A1 - 摺動部材 - Google Patents

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WO2021206127A1
WO2021206127A1 PCT/JP2021/014822 JP2021014822W WO2021206127A1 WO 2021206127 A1 WO2021206127 A1 WO 2021206127A1 JP 2021014822 W JP2021014822 W JP 2021014822W WO 2021206127 A1 WO2021206127 A1 WO 2021206127A1
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porous sintered
sintered layer
porosity
layer
region
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直樹 堀部
範之 和田
伊藤 寛
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大豊工業株式会社
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    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member.
  • a porous layer a configuration in which a plurality of granular inorganic fillers are laminated and a configuration in which a plurality of metal particles are bonded with a brazing material are disclosed.
  • the present invention provides a sliding member capable of achieving both the ease of impregnating the porous sintered layer of the resin layer and the improvement of the peel resistance of the resin layer from the base material. The purpose.
  • the sliding member of the present invention impregnates the base material, the porous sintered layer provided on the base material, and the porous sintered layer.
  • a resin layer provided on the porous sintered layer is provided, and the porous sintered layer is formed from a second surface facing the first surface on the base material side of both end surfaces in the thickness direction.
  • the porosity decreases toward the first surface, and the porosity in the thickness direction of the first region of 50% or more of the thickness of the porous sintered layer decreases from the second surface toward the first surface.
  • the rate is larger than the rate of decrease in the porosity in the thickness direction of the second region other than the first region of the porous sintered layer.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a sliding member of the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the porosity of the porous sintered layer of the embodiment and the position in the thickness direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the relationship between the porosity of the comparative porous layer and the position in the thickness direction.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of the relationship between the porosity of the comparative porous layer and the position in the thickness direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional observation side of the sample.
  • the sliding member of the present embodiment includes a base material, a porous sintered layer provided on the base material, an impregnated porous sintered layer, and a resin layer provided on the porous sintered layer.
  • the porosity of the porous sintered layer decreases from the second surface facing the first surface on the base material side to the first surface among both end surfaces in the thickness direction, and the porosity decreases from the second surface to the first surface.
  • the decrease rate of the porosity in the thickness direction of the first region which is 50% or more of the thickness of the porous sintered layer, is the decrease in the porosity of the porous sintered layer in the thickness direction of the second region other than the first region. Greater than the rate.
  • the sliding member of the present embodiment can achieve both the ease of impregnating the porous sintered layer of the resin layer and the improvement of the peel resistance of the resin layer from the base material.
  • the porosity of the porous sintered layer of the sliding member of the present embodiment decreases from the second surface facing the first surface on the base material side to the first surface among both end surfaces in the thickness direction. Therefore, when the porous sintered layer is impregnated with the resin material constituting the resin layer to form the resin layer, it is presumed that the pores of the porous sintered layer are effectively impregnated with the resin material. NS. Further, it is presumed that the resin layer is effectively impregnated in the pores of the porous sintered layer regardless of the viscosity of the resin material.
  • the porous sintered layer of the sliding member of the present embodiment has a porosity in the thickness direction of the first region of 50% or more of the thickness of the porous sintered layer from the second surface to the first surface.
  • the rate of decrease in porosity in the thickness direction of the second region other than the first region of the porous sintered layer is larger than the rate of decrease in porosity. Therefore, as compared with the case where the reduction rate of the porosity does not satisfy the above relationship, the adhesion between the entire porous sintered layer and the resin layer is improved, and the adhesion with the resin layer in the porous sintered layer is improved. It is presumed that the variation can be reduced. Therefore, it is presumed that the resin layer is firmly held by the base material by the porous sintered layer, and the peel resistance of the resin layer from the base material can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of the sliding member 10 of the present embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows an example of the cross-sectional structure of the sliding member 10.
  • the sliding member 10 includes a base material 12, a porous sintered layer 14, and a resin layer 16.
  • the sliding member 10 includes a base material 12, a porous sintered layer 14 formed on the base material 12, and a resin layer 16 impregnated in the porous sintered layer 14 and provided on the porous sintered layer 14. And, it is a laminated body.
  • the base material 12 is a layer for imparting mechanical strength to the sliding member 10.
  • the base material 12 may be referred to as a back metal or a back metal layer.
  • a metal plate such as Fe alloy, Cu, or Cu alloy can be used.
  • the porous sintered layer 14 is a porous layer produced by sintering.
  • the porous sintered layer 14 of the present embodiment is formed from the second surface S2 facing the first surface S1 on the base material 12 side of both end surfaces (first surface S1 and second surface S2) in the thickness direction Z.
  • the porosity decreases in the thickness direction Z (specifically, the arrow Z1 direction) toward the first surface S1. That is, the porous sintered layer 14 has the highest porosity of the second surface S2 farthest from the base material 12, the porosity decreases as it approaches the base material 12, and the first surface S1 closest to the base material 12. Porosity is the lowest.
  • the rate of decrease in the porosity in the thickness direction Z (specifically, the arrow Z1 direction) of the first region E1 is the thickness direction Z (specifically, the arrow Z1 direction) of the second region E2. It is larger than the rate of decrease in porosity in the direction of arrow Z1).
  • the thickness direction Z is the thickness direction of the layer of the porous sintered layer 14, and corresponds to the laminating direction of the base material 12, the porous sintered layer 14, and the resin layer 16.
  • the porosity indicates the ratio of the total area of the pores to the cross-sectional area of the porous sintered layer 14.
  • the porosity is measured by the following method. First, the sliding member 10 is cut in a direction orthogonal to the thickness direction Z of the sliding member 10. Then, a photographed image obtained by photographing the cut surface with an electron microscope at an arbitrary magnification (for example, 100 times) is obtained. Then, this photographed image is binarized using a known image analysis method to specify the region of the pore portion of the porous sintered layer 14. Then, the ratio of the total area of the hole region to the total area of the cut surface shown in the captured image may be calculated as the porosity. Then, the porosity at each position in the thickness direction Z may be measured by changing the cutting position of the sliding member 10 in the thickness direction Z and calculating the porosity from the cut surface at each cutting position by the above method.
  • the first surface S1 is the end surface on the base material 12 side of both end surfaces of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z. Specifically, the first surface S1 is a contact surface of the porous sintered layer 14 with the base material 12.
  • the second surface S2 is an end face of the porous sintered layer 14 facing the first surface S1 among both end faces in the thickness direction Z, and is an end face opposite to the base material 12.
  • the second surface S2 includes the point farthest from the base material 12 on the surface of one or more inorganic particles 18 existing at the position farthest from the base material 12 in the porous sintered layer 14.
  • it is a plane parallel to the surface of the base material 12.
  • the surface of the base material 12 is the end faces on both ends of the base material 12 in the thickness direction Z on the side of the porous sintered layer 14 and the resin layer 16.
  • the thickness of the porous sintered layer 14 is the length of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z. Specifically, the thickness of the porous sintered layer 14 is the distance between the first surface S1 and the second surface S2 in the porous sintered layer 14 (see the distance L1 in FIG. 1).
  • the porosity of the porous sintered layer 14 may be such that the porosity decreases from the second surface S2 toward the first surface S1 along the thickness direction Z (that is, along the arrow Z1 direction).
  • the decrease may be either a gradual decrease or a continuous decrease.
  • the first region E1 is a region having a thickness of 50% or more of the thickness of the porous sintered layer 14 from the second surface S2 toward the first surface S1 (direction of arrow Z1).
  • the first region E1 includes the second surface S2 of the porous sintered layer 14, and is 50% or more of the thickness of the porous sintered layer 14 from the second surface S2 toward the first surface S1. This is the area of thickness.
  • the first region E1 may be a region having a thickness of 50% or more of the porous sintered layer 14 from the second surface S2 to the first surface S1, but is a region of 50% or more and 70% or less. It is preferably in the region of 55% or more and 65% or less.
  • the first region E1 is a region in the above range of the porous sintered layer 14, it is possible to effectively improve the peel resistance of the resin layer 16 from the base material 12.
  • the second region E2 is a region other than the first region E1 in the porous sintered layer 14. Specifically, the second region E2 is a region of the porous sintered layer 14 from the end surface on the base material 12 side of the first region E1 to the first surface S1.
  • the rate of decrease in the porosity in the thickness direction Z of the first region E1 is larger than the rate of decrease in the porosity in the thickness direction Z of the second region E2.
  • the porosity reduction rate is the porosity reduction rate in the thickness direction Z (specifically, the arrow Z1 direction) from the second surface S2 to the second surface S2 with respect to the unit thickness of the porous sintered layer 14. show.
  • the peel resistance of the resin layer 16 from the base material 12 is maintained. Moreover, the ease of impregnation of the resin layer 16 into the porous sintered layer 14 can be realized.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the porosity of the porous sintered layer 14 and the position in the thickness direction Z in the sliding member 10 of the present embodiment.
  • the vertical axis shows the porosity of the porous sintered layer 14.
  • the horizontal axis indicates the position of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z.
  • the thickness of the porous sintered layer 14 is 150 ⁇ m
  • the position of the second surface S2 is 0 ⁇ m
  • the position of the first surface S1 is 150 ⁇ m.
  • the change in the porosity of the porous sintered layer 14 is represented by, for example, FIG. 40.
  • the diagram 40 is represented by a diagram 40A and a diagram 40B in which the rate of decrease in porosity is different.
  • the rate of decrease in porosity represented by FIG. 40A is greater than the rate of decrease in porosity represented by FIG. 40B. Therefore, in the case of the example shown in FIG. 2, the first region E1 is a region of the porous sintered layer 14 having a thickness of about 80 ⁇ m from the second surface S2 toward the first surface S1.
  • the second region E2 is a region of the porous sintered layer 14 having a thickness from a position having a thickness of about 80 ⁇ m from the second surface S2 toward the first surface S1 to a position of 150 ⁇ m which is the first surface S1.
  • the porosity of the central portion P of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z is preferably 30% or more and less than 50%.
  • the porosity of the central portion P of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z is the porosity of the cut surface obtained by cutting the porous sintered layer 14 along a line passing through the center of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z. Indicates the porosity.
  • the porosity of the central portion P of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z is preferably 30% or more and less than 50%, but more preferably 35% or more and 45% or less.
  • the porosity of the second surface S2 of the porous sintered layer 14 is higher than that of the central portion P. Specifically, the porosity of the second surface S2 is preferably 30% or more.
  • the porosity of the first surface S1 of the porous sintered layer 14 is lower than that of the central portion P. Specifically, the porosity of the first surface S1 is preferably 15% or more and 40% or less, and more preferably 20% or more and 35% or less.
  • the porosity of the central portion P, the first surface S1 and the second surface S2 of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z is within the above range, the peel resistance of the resin layer 16 from the base material 12 is maintained. At the same time, the ease of impregnation of the resin layer 16 into the porous sintered layer 14 can be realized.
  • the porous sintered layer 14 only needs to satisfy the above-mentioned porosity relationship, and its constituent materials are not limited.
  • the porous sintered layer 14 may be composed of a sintered layer of a plurality of inorganic particles 18.
  • the porous sintered layer 14 is produced, for example, by sintering a plurality of inorganic particles 18.
  • the inorganic particles 18 may be any particles that can form the porous sintered layer 14 by sintering, and the constituent materials of the inorganic particles 18 are not limited.
  • the inorganic particles 18 are copper-based alloys.
  • the inorganic particles 18 are pure copper, a Cu alloy such as bronze, lead bronze, or phosphor bronze, or a composite material in which powders such as FeP and Al 2 O 3 are dispersed in these pure copper or copper alloys.
  • the average particle size of the inorganic particles 18 is preferably 75 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, and more preferably 80 ⁇ m or more and 125 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the inorganic particles 18 indicates the volume average particle size.
  • the average particle size of the inorganic particles 18 refers to a value measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LS Particle Size Analyzer: LS13 320, manufactured by BECKMAN COULTER).
  • the volume cumulative distribution is subtracted from the small particle size side with respect to the divided particle size range (channel) of the obtained particle size distribution, and the cumulative particle size of 50% is the average particle size (volume average particle size) of the inorganic particles 18.
  • D be 50v.
  • the average particle size of the inorganic particles 18 constituting the porous sintered layer 14 is in the above range, and the thickness of the porous sintered layer 14 with respect to the average particle size of the inorganic particles 18
  • the ratio of is preferably 1.1 times or more and 2.2 times or less.
  • the ratio of the thickness of the porous sintered layer 14 to the inorganic particles 18 in the above average particle size range is preferably 1.1 times or more and 2.2 times or less, and 1.3 times or more and 1.8 times or more. The following is more preferable.
  • the peel resistance of the resin layer 16 from the base material 12 is improved and the porosity of the resin layer 16 is improved. It is possible to more effectively achieve both the ease of impregnation of the sintered layer 14 and the ease of impregnation.
  • the porous sintered layer 14 is preferably a laminated body in which inorganic particles 18 are laminated in an amount of 1.1 layers or more and 2.2 layers or less, and 1.3 layers or more and 1.8 layers or less are laminated. It is more preferable that the laminated body is made of.
  • the size (particle size) of the inorganic particles 18 constituting the porous sintered layer 14 may be substantially the same or different. Approximately the same means that the particle size of the other is within the range of ⁇ 10% with respect to the particle size of one.
  • the size of the inorganic particles 18 constituting the porous sintered layer 14 is preferably substantially the same.
  • the shape of the inorganic particles 18 is not limited.
  • the shape of the inorganic particles 18 may be spherical, substantially spherical without sharp edges, or other irregular shapes (fragile, dendritic, chain-like, unequal-sided polyhedron, etc.).
  • the shapes of the inorganic particles 18 constituting the porous sintered layer 14 may be all the same shape, or particles having different shapes may be mixed.
  • the minor axis / major axis ratio is 0.2 among all the inorganic particles 18 constituting the porous sintered layer 14.
  • the ratio of the inorganic particles 18 in the range of 0.7 or more is preferably 50% or more, and more preferably 70% or more.
  • the ratio of the inorganic particles 18 having a minor axis / major axis ratio of 0.2 or less is preferably 30% or less, preferably 10%. The following is more preferable.
  • the thickness of the porous sintered layer 14 is preferably 0.11 mm or more and 0.22 mm or less, and more preferably 1.3 mm or more and 1.8 mm or less.
  • the resin layer 16 is a layer made of a resin material.
  • the resin material comprises a synthetic resin and an additive dispersed in the synthetic resin.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxyethylene copolymer
  • FEP perfluoroethylene propene copolymer
  • low molecular weight PTFE low molecular weight PTFE and the like
  • Synthetic resins include not only PTFE but also PI (polyimide), PAI (polyetherimide), PBI (polybenzaimidazole), PA (polyamide), phenol resin, epoxy resin, POM (polyacetal), PEEK (polyetheretherketone).
  • PE polyethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEI polyetherimide
  • Additives can be added to reduce the coefficient of friction of the synthetic resin and stabilize the friction.
  • an additive selected from solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, CF 2 , CaF 2 , and BN and soft metals such as Pb, Bi, and Sn is added. May be good.
  • an additive can be added to improve the wear resistance of the synthetic resin.
  • salts such as BaSO 4 , CaSO 4 , calcium phosphate, magnesium phosphate, magnesium silicate, resins such as aromatic polyester, polyimide, PEEK, oxidation of Al 2 O 3 , FeO 3 , TiO 2 and the like.
  • additives selected from substances, sulfides such as ZnS, carbides such as TiC, glass fibers, carbon fibers, carbon and the like can be added.
  • a test piece having the following porous sintered layer 14, the comparative porous layer, and the resin layer 16 was prepared, and these test pieces were applied to each of the porous sintered layer 14 and the comparative porous layer of the resin layer 16. The ease of impregnation and the peeling resistance of the resin layer 16 were evaluated.
  • Step 1 A steel plate (SPCC (JIS)) having a thickness of 1.32 mm was prepared as the base material 12.
  • Step 2 Phosphor bronze (Cu, 6% Sn, 0.1% P) powder was sprayed on the base material 12.
  • Step 3 The powder of the above step 2 was sintered at 900 ° C. to 950 ° C. to prepare a porous sintered layer.
  • Step 4 Next, the PTFE powder and the additive were mixed, and an auxiliary agent was added to prepare the mixed powder.
  • Step 5 The synthetic resin, which is the mixed powder, was impregnated into the porous sintered layer with a roll.
  • Step 6 The impregnating material obtained in the above step 5 was dried at 150 ° C. to 200 ° C. for about 10 min.
  • Step 7 Then, firing was performed at 380 ° C. to 400 ° C. for about 10 minutes.
  • FIG. 2 is a diagram showing the measurement results of the relationship between the porosity of the porous sintered layer 14 and the position in the thickness direction Z of the test piece of Example 1.
  • the vertical axis shows the porosity of the porous sintered layer 14.
  • the horizontal axis indicates the position of the porous sintered layer 14 in the thickness direction Z.
  • the thickness of the porous sintered layer 14 is 150 ⁇ m
  • the position of the second surface S2 is 0 ⁇ m
  • the position of the first surface S1 is 150 ⁇ m.
  • Example 1 the change in the porosity of the porous sintered layer 14 was represented by FIG. 40.
  • the diagram 40 is represented by the diagram 40A and the diagram 40B.
  • FIG. 40A shows the decrease rate of the porosity of the first region E1
  • FIG. 40B shows the decrease rate of the porosity of the second region E2.
  • the first region E1 of the porous sintered layer 14 of Example 1 was a region of 80% of the thickness of the porous sintered layer 14 from the second surface S2. Further, the rate of decrease in the porosity of the first region E1 was larger than the rate of decrease in the porosity of the second region E2.
  • the porosity of the central portion P of the porous sintered layer 14 was 40%.
  • FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the relationship between the porosity of the comparative porous layer and the position in the thickness direction Z of the test piece of Comparative Example 1.
  • the vertical axis represents the porosity of the comparative porous layer.
  • the horizontal axis indicates the position of the comparative porous layer in the thickness direction Z.
  • the thickness of the comparative porous layer is 250 ⁇ m
  • the position of the second surface S2 is 0 ⁇ m
  • the position of the first surface S1 is 250 ⁇ m.
  • FIG. 42 in Comparative Example 1, the change in the porosity of the comparative porous layer was represented by FIG. 42.
  • the diagram 42 is represented by a diagram 42A and a diagram 42B.
  • FIG. 42A shows the decrease rate of the porosity of the first region E1
  • FIG. 42B shows the decrease rate of the porosity of the second region E2.
  • the first region E1 of the comparative porous layer of Comparative Example 1 was a region of 20% of the thickness of the comparative porous layer from the second surface S2. Further, the rate of decrease in the porosity of the first region E1 was larger than the rate of decrease in the porosity of the second region E2.
  • the porosity of the central portion P of the comparative porous layer was 25%.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of the relationship between the porosity of the comparative porous layer and the position in the thickness direction Z of the test piece of Comparative Example 2.
  • the vertical axis shows the porosity of the comparative porous layer.
  • the horizontal axis indicates the position of the comparative porous layer in the thickness direction Z. Further, as for the position on the horizontal axis in the thickness direction, the thickness of the comparative porous layer is 150 ⁇ m, the position of the second surface S2 is 0 ⁇ m, and the position of the first surface S1 is 150 ⁇ m.
  • FIG. 44 in Comparative Example 2, the change in the porosity of the comparative porous layer was represented by FIG. 44.
  • the diagram 44 is represented by a diagram 44A and a diagram 44B.
  • FIG. 44A shows the rate of decrease in the porosity of the first region E1.
  • FIG. 44B shows that the porosity was substantially constant. Therefore, the second region E2 did not exist in Comparative Example 2. No decrease in porosity was shown.
  • the first region E1 of the comparative porous layer of Comparative Example 2 was a region of 40% of the thickness of the comparative porous layer from the second surface S2.
  • the porosity of the central portion P of the comparative porous layer was 50%.
  • the peel resistance is such that the base material 12 is fixed and the end portion of the resin layer 16 in the direction orthogonal to the thickness direction Z is loaded in the thickness direction Z in the direction away from the base material 12 with respect to the base material 12.
  • the measurement results are shown in Table 1.
  • the porosity decreases from the second surface to the first surface S1, and the porosity is 50% or more of the thickness of the porous sintered layer 14 from the second surface S2 to the first surface S1.
  • the porosity is baked as compared with the comparative example which does not satisfy the condition.
  • the resin layer 16 was easily impregnated into the layer 14, and the resin layer 16 had high peel resistance.
  • the various materials used in the above-mentioned examples and their compositions are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
  • the resin layer 16 according to the present invention may contain unavoidable impurities.
  • the specific structure of the sliding member 10 is not limited to that illustrated in FIG.
  • Sliding member 12 Base material 14 Porous sintered layer 16 Resin layer 18 Inorganic particles S1 First surface S2 Second surface

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Abstract

摺動部材(10)は、基材(12)と、基材(12)上に設けられた多孔質焼結層(14)と、多孔質焼結層(14)に含浸および多孔質焼結層(14)上に設けられた樹脂層(16)と、を備える。多孔質焼結層(14)は、厚み方向の両端面の内、基材側の第1面(S1)に対向する第2面(S2)から第1面(S1)に向かって空隙率が低下し、第2面(S2)から第1面(S1)に向かって多孔質焼結層(14)の厚みの50%以上の第1領域(E1)の、厚み方向(Z)の空隙率の低下率が、多孔質焼結層(14)の該第1領域(E1)以外の第2領域(E2)の厚み方向(Z)の空隙率の低下率より大きい。

Description

摺動部材
 本発明は、摺動部材に関する。
 従来、摺動部材の樹脂層と基材との間に、多孔質層を設けた構成が知られている。
 例えば、多孔質層として、粒状無機充填材を複数積層した構成や、複数の金属粒をロウ材で結合させた構成が開示されている。
特開2002-327750号公報 特開2016-108600号公報
 しかしながら、従来技術では、樹脂層の多孔質層への含浸しやすさと、樹脂層の基材からの耐剥離性の向上と、の両立を図る事は困難であった。
 本発明は、樹脂層の多孔質焼結層への含浸しやすさと、樹脂層の基材からの耐剥離性の向上と、の両立を図る事が可能な、摺動部材を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の摺動部材は、基材と、前記基材上に設けられた多孔質焼結層と、前記多孔質焼結層に含浸および前記多孔質焼結層上に設けられた樹脂層と、を備え、前記多孔質焼結層は、厚み方向の両端面の内、前記基材側の第1面に対向する第2面から前記第1面に向かって空隙率が低下し、前記第2面から前記第1面に向かって前記多孔質焼結層の厚みの50%以上の第1領域の、前記厚み方向の空隙率の低下率が、前記多孔質焼結層の該第1領域以外の第2領域の前記厚み方向の空隙率の低下率より大きい。
 本発明によれば、樹脂層の多孔質焼結層への含浸しやすさと、樹脂層の基材からの耐剥離性の向上と、の両立を図ることができる。
図1は、実施の形態の摺動部材の一例を示す模式図である。 図2は、実施の形態の多孔質焼結層の空隙率と厚み方向の位置との関係の一例を示す図である。 図3は、比較多孔質層の空隙率と厚み方向の位置との関係の測定結果を示す図である。 図4は、比較多孔質層の空隙率と厚み方向の位置との関係の測定結果を示す図である。 図5は、試料の断面観察側を示す図である。
 以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る摺動部材の実施の形態を詳細に説明する。
 本実施の形態の摺動部材は、基材と、基材上に設けられた多孔質焼結層と、多孔質焼結層に含浸および多孔質焼結層上に設けられた樹脂層と、を備える。多孔質焼結層は、厚み方向の両端面の内、基材側の第1面に対向する第2面から第1面に向かって空隙率が低下し、第2面から第1面に向かって多孔質焼結層の厚みの50%以上の第1領域の厚み方向の空隙率の低下率が、多孔質焼結層の該第1領域以外の第2領域の厚み方向の空隙率の低下率より大きい。
 このため、本実施の形態の摺動部材は、樹脂層の多孔質焼結層への含浸しやすさと、樹脂層の基材からの耐剥離性の向上と、の両立を図ることができる。
 上記効果が奏される理由は明らかとなっていないが、以下のように推測される。しかしながら下記推測によって本発明は限定されない。
 本実施の形態の摺動部材の多孔質焼結層は、厚み方向の両端面の内、基材側の第1面に対向する第2面から第1面に向かって空隙率が低下する。このため、多孔質焼結層に樹脂層を構成する樹脂材料を含浸させることで樹脂層を形成する際に、多孔質焼結層の孔に該樹脂材料が効果的に含浸されると推測される。また、該樹脂材料の粘度の大小に拘らず、多孔質焼結層の孔に樹脂層が効果的に含浸されると推測される。
 また、本実施の形態の摺動部材の多孔質焼結層は、第2面から第1面に向かって多孔質焼結層の厚みの50%以上の第1領域の、厚み方向の空隙率の低下率が、多孔質焼結層の該第1領域以外の第2領域の厚み方向の空隙率の低下率より大きい。このため、空隙率の低下率が上記関係を満たさない場合に比べて、多孔質焼結層全体と樹脂層との密着力の向上と、多孔質焼結層内における樹脂層との密着力のばらつきの低減と、を図ることができると推測される。このため、樹脂層が多孔質焼結層によって基材に強固に保持され、樹脂層の基材からの耐剥離性の向上を図る事が出来る、と推測される。
 以下、本実施の形態の摺動部材について、詳細に説明する。
 図1は、本実施の形態の摺動部材10の一例を示す模式図である。図1には、摺動部材10の断面構造の一例を模式的に示した。
 摺動部材10は、基材12と、多孔質焼結層14と、樹脂層16と、を備える。摺動部材10は、基材12と、基材12上に形成された多孔質焼結層14と、多孔質焼結層14に含浸および多孔質焼結層14上に設けられた樹脂層16と、の積層体である。
 基材12は、摺動部材10に機械的強度を与えるための層である。基材12は、裏金、または、裏金層と称される場合がある。基材12は、例えば、Fe合金、Cu、Cu合金などの金属板を用いることができる。
 多孔質焼結層14は、焼結によって作製された多孔質の層である。
 本実施の形態の多孔質焼結層14は、厚み方向Zの両端面(第1面S1、第2面S2)の内、基材12側の第1面S1に対向する第2面S2から第1面S1に向かって、厚み方向Z(具体的には、矢印Z1方向)に空隙率が低下する。すなわち、多孔質焼結層14は、基材12から最も離れた第2面S2の空隙率が最も高く、基材12に近づくほど空隙率が低くなり、基材12に最も近い第1面S1の空隙率が最も低い。
 また、多孔質焼結層14は、第1領域E1の厚み方向Z(具体的には、矢印Z1方向)の空隙率の低下率が、第2領域E2の厚み方向Z(具体的には、矢印Z1方向)の空隙率の低下率より大きい。
 厚み方向Zとは、多孔質焼結層14の層の厚み方向であり、基材12、多孔質焼結層14、および樹脂層16の積層方向に一致する。
 空隙率とは、多孔質焼結層14の断面積に対する、孔部の総面積の割合を示す。具体的には、空隙率は、以下の方法によって測定する。まず、摺動部材10を、摺動部材10の厚み方向Zに対して直交する方向に切断する。そして、切断した切断面を、電子顕微鏡を用いて任意の倍率(例えば、100倍)で撮影した撮影画像を得る。そして、この撮影画像を公知の画像解析手法を用いて二値化処理し、多孔質焼結層14の孔部の領域を特定する。そして、該撮影画像に示される該切断面の総面積に対する、孔部の領域の総面積の割合を、空隙率として算出すればよい。そして、摺動部材10の厚み方向Zの切断位置を変え、各切断位置の切断面から上記方法で空隙率を算出することで、厚み方向Zの各位置の空隙率を測定すればよい。
 第1面S1とは、多孔質焼結層14の厚み方向Zの両端面の内、基材12側の端面である。第1面S1は、具体的には、多孔質焼結層14における、基材12との接触面である。
 第2面S2とは、多孔質焼結層14の厚み方向Zの両端面の内、第1面S1に対向する端面であり、基材12とは反対側の端面である。第2面S2は、具体的には、多孔質焼結層14における、基材12から最も離れた位置に存在する1または複数の無機粒子18の表面の、基材12から最も遠い点を含み、且つ、基材12の表面に平行な面である。基材12の表面とは、基材12の厚み方向Zの両端面における、多孔質焼結層14および樹脂層16側の端面である。
 多孔質焼結層14の厚みは、多孔質焼結層14の厚み方向Zの長さである。具体的には、多孔質焼結層14の厚みは、多孔質焼結層14における、第1面S1と第2面S2との間の距離である(図1中、距離L1参照)。
 多孔質焼結層14の空隙率は、第2面S2から第1面S1に向かって厚み方向Zに沿って(すなわち、矢印Z1方向に沿って)空隙率が低下すればよく、空隙率の低下は、段階的な低下、および連続的な低下、の何れであってもよい。
 第1領域E1は、第2面S2から第1面S1に向かって(矢印Z1方向)、多孔質焼結層14の厚みの50%以上の厚みの領域である。言い換えると、第1領域E1は、多孔質焼結層14における、第2面S2を含み、該第2面S2から第1面S1に向かって多孔質焼結層14の厚みの50%以上の厚みの領域である。
 なお、第1領域E1は、第2面S2から第1面S1に向かって、多孔質焼結層14の50%以上の厚みの領域であればよいが、50%以上70%以下の領域であることが好ましく、55%以上65%以下の領域であることが更に好ましい。
 第1領域E1が、多孔質焼結層14における上記範囲の領域であると、樹脂層16の基材12からの耐剥離性の向上を効果的に図ることができる。
 第2領域E2は、多孔質焼結層14における、第1領域E1以外の領域である。具体的には、第2領域E2は、多孔質焼結層14における、第1領域E1の基材12側端面から、第1面S1までの領域である。
 上述したように、第1領域E1の厚み方向Zの空隙率の低下率は、第2領域E2の厚み方向Zの空隙率の低下率より大きい。空隙率の低下率とは、多孔質焼結層14の単位厚みに対する、第2面S2から第2面S2に向かう厚み方向Z(具体的には、矢印Z1方向)の空隙率の低下率を示す。
 第1領域E1の厚み方向Zの空隙率の低下率が、第2領域E2の厚み方向Zの空隙率の低下率より大きいと、樹脂層16の基材12からの耐剥離性を維持しつつ、且つ、樹脂層16の多孔質焼結層14への含浸しやすさを実現することができる。
 図2は、本実施の形態の摺動部材10における、多孔質焼結層14の空隙率と厚み方向Zの位置との関係の一例を示す図である。図2中、縦軸は、多孔質焼結層14の空隙率を示す。横軸は、多孔質焼結層14の厚み方向Zの位置を示す。また、横軸の厚み方向の位置は、多孔質焼結層14の厚みが150μmであり、第2面S2の位置を0μm、第1面S1の位置を150μmとして示した。
 図2に示す例の場合、多孔質焼結層14の空隙率の変化は、例えば、線図40で表される。線図40は、空隙率の低下率が異なる線図40Aと線図40Bとによって表される。線図40Aによって表される空隙率の低下率は、線図40Bによって表される空隙率の低下率より大きい。このため、図2に示す例の場合、第1領域E1は、多孔質焼結層14における、第2面S2から第1面S1に向かって厚み略80μmの位置までの厚みの領域である。第2領域E2は、多孔質焼結層14における、第2面S2から第1面S1に向かって厚み略80μmの位置から、第1面S1である150μmの位置までの厚みの領域である。
 図1に戻り説明を続ける。多孔質焼結層14の厚み方向Zの中央部Pの空隙率は、30%以上50%未満であることが好ましい。
 多孔質焼結層14の厚み方向Zの中央部Pの空隙率とは、多孔質焼結層14を、多孔質焼結層14の厚み方向Zの中央を通る線で切断した切断面の、空隙率を示す。
 多孔質焼結層14の厚み方向Zの中央部Pの空隙率は、30%以上50%未満であることが好ましいが、35%以上45%以下であることが更に好ましい。
 また、多孔質焼結層14の第2面S2の空隙率は、中央部Pより高い空隙率である。具体的には、第2面S2の空隙率は、30%以上が好ましい。
 また、多孔質焼結層14の第1面S1の空隙率は、中央部Pより低い空隙率である。具体的には、第1面S1の空隙率は、15%以上40%以下であることが好ましく、20%以上35%以下であることがより好ましい。
 多孔質焼結層14の厚み方向Zの中央部P、第1面S1、および第2面S2の空隙率が上記範囲であると、樹脂層16の基材12からの耐剥離性を維持しつつ、且つ、樹脂層16の多孔質焼結層14への含浸しやすさを実現することができる。
 多孔質焼結層14は、上記空隙率の関係を満たせばよく、その構成材料は限定されない。例えば、多孔質焼結層14は、複数の無機粒子18の焼結層で構成すればよい。
 多孔質焼結層14は、例えば、複数の無機粒子18を焼結させることで作製される。無機粒子18は、焼結により多孔質焼結層14を形成可能な粒子であればよく、無機粒子18の構成材料は限定されない。無機粒子18は、銅系合金である。例えば無機粒子18は、純銅、あるいは青銅、鉛青銅、リン青銅などのCu合金、あるいはこれらの純銅または銅合金にFeP,Alなどの粉末を分散した複合材料である。
 無機粒子18の平均粒径は、75μm以上150μm以下であることが好ましく、80μm以上125μm以下であることが更に好ましい。
 無機粒子18の平均粒径は、体積平均粒径を示す。具体的には、無機粒子18の平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LS Particle Size Analyzer:LS13 320、BECKMAN COULTER社製)を用いて測定された値をいう。得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、累積50%となる粒径を無機粒子18の平均粒径(体積平均粒径)D50vとする。
 また、多孔質焼結層14は、多孔質焼結層14を構成する無機粒子18の平均粒径が上記範囲であり、且つ、無機粒子18の平均粒径に対する多孔質焼結層14の厚みの比が、1.1倍以上2.2倍以下であることが好ましい。
 なお、上記平均粒径の範囲の無機粒子18に対する多孔質焼結層14の厚みの比は、1.1倍以上2.2倍以下であることが好ましく、1.3倍以上1.8倍以下であることが更に好ましい。
 上記平均粒径の範囲の無機粒子18に対する多孔質焼結層14の厚みの比が上記範囲であると、樹脂層16の基材12からの耐剥離性の向上と、樹脂層16の多孔質焼結層14への含浸しやすさと、の両立を更に効果的に実現することができる。
 また、多孔質焼結層14は、無機粒子18を、1.1層以上2.2層以下積層させてなる積層体であることが好ましく、1.3層以上1.8層以下積層させてなる積層体であることが更に好ましい。
 多孔質焼結層14における無機粒子18の積層状態が上記状態であると、樹脂層16の基材12からの耐剥離性の向上と、樹脂層16の多孔質焼結層14への含浸しやすさと、の両立を更に効果的に実現することができる。
 多孔質焼結層14を構成する無機粒子18の大きさ(粒径)は、略同じであってもよいし、異なっていてよい。略同じである、とは、一方の粒径に対する他方の粒径が±10%の範囲内であることを示す。なお、多孔質焼結層14を構成する無機粒子18の大きさは、略同じであることが好ましい。
 無機粒子18の形状は限定されない。無機粒子18の形状は、球状、鋭いエッジのない略球状、その他の異形(片状、樹枝状、鎖状、不等辺多面体等)の何れであってもよい。
 多孔質焼結層14を構成する無機粒子18の形状は、全て同じ形状であってもよいし、異なる形状の粒子が混在していてもよい。
 多孔質焼結層14を、異なる形状の無機粒子18を混在した形態とする場合には、多孔質焼結層14を構成する全ての無機粒子18の内、短径/長径比が0.2以上0.7以下の範囲の無機粒子18の割合は、50%以上であることが好ましく、70%以上であることが更に好ましい。また、多孔質焼結層14を構成する全ての無機粒子18の内、短径/長径比が0.2以下の範囲の無機粒子18の割合は、30%以下であることが好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
 なお、多孔質焼結層14の厚みは、具体的には、0.11mm以上0.22mm以下の厚みであることが好ましく、1.3mm以上1.8mm以下であることが更に好ましい。
 次に、樹脂層16について説明する。樹脂層16は、樹脂材料から構成された層である。樹脂材料は、合成樹脂と、合成樹脂中に分散された添加剤と、からなる。
 合成樹脂は、主にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)が用いられる。更にPFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体)、FEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、低分子PTFEなどを加えることが出来る。
 合成樹脂は、PTFEだけでなく、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PBI(ポリベンザイミダゾール)、PA(ポリアミド)、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、POM(ポリアセタール)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PE(ポリエチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)およびPEI(ポリエーテルイミド)のうちから選ばれる1種および2種以上を含む合成樹脂でもよい。
 合成樹脂の摩擦係数の低減、摩擦の安定化のために添加材を加えることができる。このような添加材として、例えばグラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、CF、CaF、BNなどの固体潤滑剤やPb、Bi、Snなどの軟質金属のうちから選ばれる添加材を加えてもよい。
 また、合成樹脂の耐摩耗性向上のために添加材を加えることができる。このような添加材として、BaSO、CaSO、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウムなどの塩、芳香族ポリエステル、ポリイミド、PEEKなどの樹脂、Al、FeO、TiOなどの酸化物、ZnSなどの硫化物、TiCなどの炭化物、ガラス繊維、カーボン繊維、カーボンなどのうちから選ばれる1種類または2種類以上の添加材を加えることが出来る。
 以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
 以下の多孔質焼結層14および比較多孔質層、並びに樹脂層16を有する試験片を作製し、これらの試験片について、樹脂層16の多孔質焼結層14および比較多孔質層の各々への含浸しやすさと、樹脂層16の耐剥離性と、の各々を評価した。
-試験片の作製-
 工程1:基材12として厚さ1.32mmの鋼板(SPCC(JIS))を用意した。
 工程2:上記基材12上に、リン青銅(Cu、6%Sn、0.1%P)の粉末を散布した。
 工程3:上記工程2の粉末を900℃~950℃で焼結し、多孔質焼結層を作成した。
 工程4:次に、PTFE粉末と添加材を混合し、助剤を加えて混合粉末を準備した。
 工程5:上記混合粉末である合成樹脂を、ロールにより、多孔質焼結層へ含浸させた。
 工程6:上記工程5で得られた含浸材を、150℃~200℃で約10min乾燥した。
 工程7:そして、380℃~400℃で約10min焼成を行った。
 上記工程1~工程7により、実施例1~実施例3の多孔質焼結層を有する試験片、および、比較例1~比較例2の比較多孔質層を有する試験片、を作成した。なお、上記工程2で散布した粉末の粒径を調整することで、多孔質焼結層の空隙率を調整した。
 図2は、実施例1の試験片の、多孔質焼結層14の空隙率と厚み方向Zの位置との関係の測定結果を示す図である。図2中、縦軸は、多孔質焼結層14の空隙率を示す。横軸は、多孔質焼結層14の厚み方向Zの位置を示す。また、横軸の厚み方向については、多孔質焼結層14の厚みが150μmであり、第2面S2の位置を0μm、第1面S1の位置を150μmとして示した。
 図2に示すように、実施例1では、多孔質焼結層14の空隙率の変化は、線図40によって表された。線図40は、線図40Aと、線図40Bと、によって表された。線図40Aは、第1領域E1の空隙率の低下率を示し、線図40Bは、第2領域E2の空隙率の低下を示す。図2に示すように、実施例1の多孔質焼結層14の第1領域E1は、第2面S2から多孔質焼結層14の厚みの80%の領域であった。また、第1領域E1の空隙率の低下率は、第2領域E2の空隙率の低下率より大きかった。また、多孔質焼結層14の中央部Pの空隙率は、40%であった。
 図3は、比較例1の試験片の、比較多孔質層の空隙率と厚み方向Zの位置との関係の測定結果を示す図である。図3中、縦軸は、比較多孔質層の空隙率を示す。横軸は、比較多孔質層の厚み方向Zの位置を示す。また、横軸の厚み方向の位置は、比較多孔質層の厚みが250μmであり、第2面S2の位置を0μm、第1面S1の位置を250μmとして示した。
 図3に示すように、比較例1では、比較多孔質層の空隙率の変化は、線図42によって表された。線図42は、線図42Aと、線図42Bと、によって表された。線図42Aは、第1領域E1の空隙率の低下率を示し、線図42Bは、第2領域E2の空隙率の低下を示す。図3に示すように、比較例1の比較多孔質層の第1領域E1は、第2面S2から比較多孔質層の厚みの20%の領域であった。また、第1領域E1の空隙率の低下率は、第2領域E2の空隙率の低下率より大きかった。また、比較多孔質層の中央部Pの空隙率は、25%であった。
 図4は、比較例2の試験片の、比較多孔質層の空隙率と厚み方向Zの位置との関係の測定結果を示す図である。図4中、縦軸は、比較多孔質層の空隙率を示す。横軸は、比較多孔質層の厚み方向Zの位置を示す。また、横軸の厚み方向の位置は、比較多孔質層の厚みが150μmであり、第2面S2の位置を0μm、第1面S1の位置を150μmとして示した。
 図4に示すように、比較例2では、比較多孔質層の空隙率の変化は、線図44によって表された。線図44は、線図44Aと、線図44Bと、によって表された。線図44Aは、第1領域E1の空隙率の低下率を示す。一方、線図44Bに示すように、線図44Bは、空隙率が略一定であることを示していた。このため、比較例2には、第2領域E2が存在しなかった。空隙率の低下を示さなかった。
 また、比較例2の比較多孔質層の第1領域E1は、第2面S2から比較多孔質層の厚みの40%の領域であった。また、比較多孔質層の中央部Pの空隙率は、50%であった。
―評価―
―多孔質焼結層(または比較多孔質層)への含浸しやすさ―
 実施例および比較例の試験片の作製時における、上記樹脂材料の多孔質焼結層14および比較多孔質層での含浸欠陥について評価をし、評価結果を表1に示した。表1中、“含浸欠陥の発生のし難さ”の欄に示す値が小さいほど、含浸欠陥の発生が多いことを意味する。また、表1中、“含浸欠陥の発生のし難さ”の欄に示す値が大きいほど、含浸欠陥の発生が少ないことを意味する。表1において、“含浸欠陥の発生のし難さ”の欄に示す値が「1」の場合は含浸欠陥が発生していることを意味し、「2」の場合は含浸欠陥が一部発生していることを意味し、「3」の場合は含浸欠陥がほとんど発生しないことを意味する。
 含浸欠陥の発生については、試料の断面観察で見ることができる。但し、PTFEの材料では断面研磨時に樹脂の流動が発生するため丁寧に研磨した後、クロスセクションポリッシャ加工を行い、電子顕微鏡にて観察を行った(図5参照)。
―樹脂層の耐剥離性―
 実施例および比較例の試験片における、樹脂層16の耐剥離性を評価した。
 耐剥離性は、基材12を固定し、樹脂層16の厚み方向Zに対して直交する方向の端部を、基材12に対して基材12から離れる方向に向かって厚み方向Zに荷重を加え、裂けが発生した時の荷重を、剥離強度として測定した。測定結果を、表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、第2面から第1面S1に向かって空隙率が低下し、第2面S2から第1面S1に向かって多孔質焼結層14の厚みの50%以上の第1領域E1の厚み方向Zの空隙率の低下率が、第2領域E2の厚み方向Zの空隙率の低下率より大きい、実施例では、該条件を満たさない比較例に比べて、多孔質焼結層14へ樹脂層16が含浸しやすく、且つ、樹脂層16の耐剥離性が高かった。
 一方、比較例では、比較多孔質層への樹脂層16の含浸しやすさ、および、樹脂層16の耐剥離性、の少なくとも一方について、実施例より低い結果が得られた。
 このため、実施例に示す多孔質焼結層14を用いた場合、比較例に比べて、樹脂層16の多孔質焼結層14への含浸しやすさと、樹脂層16の基材12からの耐剥離性の向上と、の両立を図ることができる、という評価結果が得られた。
 なお、上述の実施例において使用した各種の材料およびその組成はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る樹脂層16は、不可避不純物を含んでもよい。また、摺動部材10の具体的構造は、図1に例示したものに限定されない。
10 摺動部材
12 基材
14 多孔質焼結層
16 樹脂層
18 無機粒子
S1 第1面
S2 第2面

Claims (6)

  1.  基材と、
     前記基材上に設けられた多孔質焼結層と、
     前記多孔質焼結層に含浸および前記多孔質焼結層上に設けられた樹脂層と、
     を備え、
     前記多孔質焼結層は、
     厚み方向の両端面の内、前記基材側の第1面に対向する第2面から前記第1面に向かって空隙率が低下し、前記第2面から前記第1面に向かって前記多孔質焼結層の厚みの50%以上の第1領域の、前記厚み方向の空隙率の低下率が、前記多孔質焼結層の該第1領域以外の第2領域の前記厚み方向の空隙率の低下率より大きい、
     摺動部材。
  2.  前記多孔質焼結層は、
     前記厚み方向の中央部の空隙率が30%以上50%未満である、
     請求項1に記載の摺動部材。
  3.  前記多孔質焼結層は、
     平均粒径が75μm以上150μm以下の複数の無機粒子からなり、
     前記無機粒子の平均粒径に対する前記多孔質焼結層の厚みの比が、1.1倍以上2.2倍以下である、
     請求項1に記載の摺動部材。
  4.  前記多孔質焼結層は、
     前記無機粒子を1.1層以上2.2層以下積層させてなる積層体である、
     請求項3に記載の摺動部材。
  5.  前記多孔質焼結層は、
     0.11mm以上0.22mm以下の厚みである、請求項3に記載の摺動部材。
  6.  前記無機粒子は、銅系合金である、
     請求項3に記載の摺動部材。
     
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