(57)【要約】【課題】摺動部材の製造方法を提供する。【解決手段】摺動部材の製造方法では、樹脂及び扁平状の粒子を含むコーティング剤を基材の表面に塗布し、前記コーティング剤が塗布された前記基材を、前記基材の表面に垂直な方向に振動させ、振動させた前記基材上の前記コーティング剤を固化する。前記振動は、周波数が２０〜１００ｋＨｚであり、周波数と振幅の積が５０ｋＨｚ・μｍ以上である正弦波振動である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材の製造方法であって、
樹脂及び扁平状の粒子を含むコーティング剤を基材の表面に塗布することと、
前記コーティング剤が塗布された前記基材を、前記基材の表面に垂直な方向に振動させることと、
振動させた前記基材上の前記コーティング剤を固化することとを含み、
前記振動が、周波数が２０〜１００ｋＨｚであり、周波数と振幅の積が５０ｋＨｚ・μｍ以上である正弦波振動である、摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費規制が強化される中、自動車用エンジンの熱効率向上は非常に重要である。熱効率向上のために、エンジンの各部品の摺動面に対して低摩擦化処理が行われている。
【０００３】
特許文献１には、基材に多孔質焼結金属層を設け、多孔質焼結金属層を摺動材料で被覆して構成した摺動部材が記載されている。摺動材料は、固体潤滑剤及び硬質粒子、並びにこれらのバインダーとなる樹脂を含んでいる。硬質粒子は、摺動部材の耐摩耗性を向上させるために用いられている。
【０００４】
特許文献２には、複数の空孔を有する弾性層を備える加圧ロールが記載されている。複数の空孔は扁球状であり、空孔の長径は弾性層の径方向に配向している。このような加圧ロールの製造方法は、シリコーンゴムに扁球状のフィラーを配合して得た弾性材料を円筒金型に注入し、円筒金型をシリコーンゴムの硬化温度付近に加熱しながら回転させることを含む。特許文献２によれば、金型を回転させる際に、円筒金型の外周に設けた超音波振動装置により弾性材料に超音波振動を印加することにより、弾性材料中の扁球状フィラーを円筒金型の径方向に整列させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０５３６７３号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３８５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジンの熱効率向上を目的として、省燃費エンジンオイルの開発が進められており、それによりエンジンオイルの低粘度化が進んでいる。エンジンオイルが低粘度化すると、摺動面の間に形成される油膜厚さが小さくなり、摺動面の摩耗が発生しやすくなる。そのため、摺動部材の耐摩耗性のさらなる向上が望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、高い耐摩耗性を有する摺動部材を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に従えば、摺動部材の製造方法であって、樹脂及び扁平状の粒子を含むコーティング剤を基材の表面に塗布することと、前記コーティング剤が塗布された前記基材を、前記基材の表面に垂直な方向に振動させることと、振動させた前記基材上の前記コーティング剤を固化することとを含み、前記振動が、周波数が２０〜１００ｋＨｚであり、周波数と振幅の積が５０ｋＨｚ・μｍ以上である正弦波振動である、摺動部材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法により製造される摺動部材は、高い耐摩耗性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】摺動部材の製造方法のフローチャートである。
【図２】振動工程を説明する概念図である。
【図３】製造された摺動部材の模式的な断面図である。
【図４】実施例における摩耗量の測定方法を説明する概念図である。
【図５】振動の周波数と摩耗量との関係を示すグラフである。
【図６】振動の周波数と振幅の積と、摩耗量との関係を示すグラフである。
【図７】硬質粒子の添加量と摩耗量との関係を示すグラフである。
【図８】硬質粒子の種類及び振動の有無による摩耗量の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
摺動部材の製造方法の実施形態を説明する。摺動部材の製造方法は、図１に示すように、樹脂及び扁平状の粒子を含むコーティング剤を基材の表面に塗布すること（Ｓ１）と、前記コーティング剤が塗布された前記基材を、前記基材の表面に垂直な方向に振動させること（Ｓ２）と、振動させた前記基材上の前記コーティング剤を固化すること（Ｓ３）とを含む。以下、各工程について順に説明する。
【００１２】
（１）塗布（Ｓ１）
まず、粒子と樹脂を混合して、コーティング剤を調製する。
【００１３】
粒子としては、硬質粒子を用いる。硬質粒子は、摺動部材の耐摩耗性を向上させるために用いられる。硬質粒子として、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ等の硬質金属粒子、アルミナ、シリカ、酸化鉄、酸化クロム、炭化ケイ素、チタニア等のセラミック粒子を用いることができる。これらを複数種類組合せて使用してもよい。
【００１４】
粒子は、扁平状の形状を有する。ここで、扁平状とは、投影面積が最大となる面（以下適宜「扁平面」と称する）の円相当径が、扁平面に垂直な方向の長さ（厚み）の最大値よりも大きいことを意味する。例えば、粒子は、フレーク状、鱗片状、板状、薄片状であってよい。
【００１５】
樹脂は、粒子同士を結合するバインダーとして用いられる。樹脂としては耐熱性の樹脂を用いる。樹脂は、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上の熱変形温度を有する。例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂を用いることができる。
【００１６】
粒子及び樹脂に加えて、樹脂を溶解するための溶媒を混合してよい。溶媒は、使用する樹脂に応じて適宜選択される。例えば、樹脂としてポリアミドイミド樹脂を用いる場合、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ−エチルピロリドン（ＮＥＰ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、γ−ブチルラクトン（ＧＢＬ）等を用いることができる。樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等を用いることができる。
【００１７】
さらに、固体潤滑剤粒子を添加してもよい。固体潤滑剤粒子は、例えば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、グラフェン等の層状の結晶構造を有する材料や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から構成されてよい。これらは１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、添加剤を混合してもよい。添加剤としては、金属清浄剤、酸化防止剤、耐摩耗剤、錆止め剤、抗乳化剤、極圧剤、摩擦調整剤等が挙げられる。
【００１８】
次いで、調製したコーティング剤を基材の表面に塗布して、基材の表面をコーティング剤で被覆する。
【００１９】
基材は、各種装置の摺動部品に用いられるものであれば特に限定されず、任意の材料から構成された任意の形状の基材を用いてよい。例えば、金属系基材、セラミックス系基材、プラスチック系基材、ゴム系基材を用いてよい。基材には必要に応じて表面処理を行なってもよい。
【００２０】
塗布方法は特に限定されない。例えば、スプレーコート法等を用いてよい。
【００２１】
（２）振動（Ｓ２）
次いで、コーティング剤で被覆した基材を振動させる。基材を振動させる方法は特に限定されないが、例えば、図２に示すように、基材１０の裏面（コーティング剤３０で被覆した表面１０ａに対向する面）１０ｂに取り付けた、交流電源９０に電気的に接続されたアクチュエータ７０によって、基材１０を振動させてよい。
【００２２】
図２中、基材１０の振動方向を両矢印で表している。基材１０の振動方向は基材１０の表面１０ａに垂直な方向である。なお、本願において、「基材を基材の表面に垂直な方向に振動させる」とは、基材の表面の法線方向に対して−１０°〜１０°の範囲内の角度をなす方向に基材を振動させることを意味するものとする。
【００２３】
基材１０の振動は、正弦波振動（単振動）である。振動の周波数は、２０〜１００ｋＨｚであり、好ましくは２０〜８０ｋＨｚである。また、振動の周波数と振幅の積は５０ｋＨｚ・μｍ以上である。後述する実施例で示すように、振動の周波数及び振幅を前記条件を満たす値にすることにより、製造される摺動部材の摩耗量を十分に小さくすることができる。
【００２４】
基材１０を振動させる前には粒子は特定の配向を持たずにランダムな向きを向いていてよい。振動工程（Ｓ２）においてコーティング剤３０中の樹脂は流動性を有しており、振動印加により粒子の向きが変わって粒子が所定の方向に配向する。粒子は、扁平面が基材１０の表面１０ａと略垂直になるように配向する。
【００２５】
（３）固化（Ｓ３）
次いで、コーティング剤を固化する。例えば、加熱によりコーティング剤中の溶媒を除去することによりコーティング剤を固化させることができる。それによりコーティング剤中の樹脂の流動性がなくなり、粒子が配向した状態で固定される。
【００２６】
以上により、図３に示すような摺動部材１００が得られる。摺動部材１００は、基材１０と、基材１０の表面１０ａを被覆するコーティング層５０を有する。コーティング層５０は、固化したコーティング剤からなる層である。コーティング層５０は、樹脂５２、及び樹脂５２中に分散した粒子（硬質粒子）５４を有する。粒子５４は、扁平面が基材１０の表面１０ａと略垂直になるように配向している。コーティング層５０の表面５０ａが、摺動部材１００の摺動面（他の部材により摩擦される面）となる。コーティング層５０の表面５０ａを摩擦すると、配向した粒子５４が摩擦に対する耐力を発揮するため、高い耐摩耗性が得られる。また、後述の実施例で示すように、従来よりも少ない硬質粒子の使用量で十分な耐摩耗性向上効果を得ることができるため、硬質粒子の使用量を低減させることもできる。硬質粒子の使用量の低減により、摺動部材の製造コストの低減が可能となる。
【００２７】
製造される摺動部材は、他の部材に対して摺動する種々の機械部品として使用できる。具体的には、湿式クラッチ、エンジンのピストン、ギヤ、スプライン、すべり軸受、ワッシャー、動弁系部品等が挙げられる。摺動部材は、潤滑油を用いた湿式条件にて他の部材に対して摺動させてよい。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができる。
【実施例】
【００２９】
以下に本発明の内容を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。
【００３０】
実施例１〜１０、比較例１〜６
ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂を溶媒（Ｎ−エチル−２−ピロリドン（ＮＥＰ））に溶解した。得られたＰＡＩ樹脂の溶液に硬質粒子を加えた。硬質粒子としては板状のアルミナ粒子を用いた。硬質粒子の添加量は、表１に記載のとおりとした。得られた混合物をニーダーで１時間混練し、コーティング剤を得た。
【００３１】
鋳造アルミＡＣ８Ａからなるブロック状の基材をアクチュエータに取り付け、基材の表面にスプレーコート法によりコーティング剤を塗布した。次いで、アクチュエータにより基材の表面に垂直な方向に基材を正弦波振動させた。振動の周波数及び振幅は表１に記載の値とした。その後、基材を１８０℃で９０分間加熱することにより、基材上のコーティング剤中の溶媒を揮発させてコーティング剤を乾燥させた。それにより、基材上にコーティング層が形成された、テストピースを得た。
【００３２】
比較例７〜１１
硬質粒子の添加量を表１に記載のとおりとして、実施例１と同様にコーティング剤を得、基材にコーティング剤を塗布した。アクチュエータによる基材の振動は行わずに、実施例１と同様に基材を加熱して、コーティング剤を乾燥させた。それにより、基材上にコーティング層が形成された、テストピースを得た。
【００３３】
比較例１２
硬質粒子として球状のアルミナ粒子を用いたこと以外は実施例２と同様にしてテストピースを作製した。
【００３４】
比較例１３
アクチュエータによる基材の振動を行わなかったこと以外は比較例１２と同様にしてテストピースを作製した。
【００３５】
比較例１４
硬質粒子として球状の酸化チタン粒子を用いたこと以外は実施例２と同様にしてテストピースを作製した。
【００３６】
比較例１５
アクチュエータによる基材の振動を行わなかったこと以外は比較例１４と同様にしてテストピースを作製した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
耐摩耗性評価
図４に示すようにしてテストピースの耐摩耗性を評価した。具体的には、容器１１０に入れたエンジンオイル１３０を８０℃に保持し、ねずみ鋳鉄ＦＣ２５０からなる円筒部材１５０の一部をエンジンオイル１３０に浸けて、円筒部材１５０を回転させた。それにより、円筒部材１５０の表面に油膜を形成した。次いで、各実施例及び比較例のテストピースのコーティング層５０を円筒部材１５０の側面に面圧３０ＭＰａで押し付けながら、円筒部材１５０を所定時間回転させた。その後、コーティング層５０の摩耗量（摩耗深さ）を測定した。
【００３９】
実施例１〜４及び比較例１〜４から得られた、振動周波数と摩耗量の関係を図５に示す。実施例１〜４及び比較例１〜４では、周波数と振幅の積を２００〜２５０ｋＨｚ・μｍとすることで振動の投入エネルギーを略一定とした。図５中の破線は、基材を振動させなかった比較例８の摩耗量を表している。図５より、周波数により摩耗量が大きく異なることが分かった。周波数が２０〜１００ｋＨｚの場合、摩耗量が３μｍ以下となり、周波数が２０〜８０ｋＨｚの場合、摩耗量が１μｍ程度となった。特に、周波数を５０ｋＨｚとした実施例２では、振動を印加しなかった比較例８の摩耗量の２０％程度の摩耗量となった。周波数２０〜１００ｋＨｚの帯域は超音波帯域であり、可聴音帯域と比べてエネルギーが高い。そのため、コーティング剤中の硬質粒子の配向性を高めることができ、その結果コーティング層の摩耗量が小さくなったと考えられる。周波数が１００ｋＨｚを超えると、出力振幅を高めることが難しく、結果として十分な投入エネルギーを得ることができなかったため、コーティング剤中の硬質粒子の配向性を十分に高めることができなかったと考えられる。
【００４０】
実施例２、５、６及び比較例５、６から得られた、振動の周波数と振幅の積と、摩耗量との関係を図６に示す。実施例２、５、６及び比較例５、６では、周波数を一定（５０ｋＨｚ）とし、振幅を変化させることにより、振動の周波数と振幅の積を変化させた。図６中の破線は、基材を振動させなかった比較例８の摩耗量を表している。図６に示されるように、周波数と振幅の積が５０ｋＨｚ・μｍ以上の場合に高い摩耗抑制効果が得られ、２００ｋＨｚ・μｍ以上の場合に特に高い摩耗抑制効果が得られた。
【００４１】
実施例２及び７〜１０、並びに比較例７〜１１から得られた、硬質粒子の添加量と摩耗量との関係を図７に示す。図７中、振動を印加した実施例２及び７〜１０の摩耗量が白丸で表され、振動を印加しなかった比較例７〜１１の摩耗量が黒丸で表されている。一般に、硬質粒子の添加量が多いほど耐摩耗性が向上することが知られている。図７によれば、振動を印加しない場合、約２μｍ以下の摩耗量を達成するためには５０ｗｔ％以上の硬質粒子を添加する必要があった。一方、振動を印加する場合は２０ｗｔ％以上硬質粒子を添加すれば、摩耗量を約１μｍ程度とすることができた。すなわち、振動を印加することで、硬質粒子の使用量を大幅に低減させることができる。さらに、振動印加により従来以上の耐摩耗性も期待される。
【００４２】
図８は、実施例２、及び比較例８及び１２〜１５に基づき、硬質粒子の種類及び振動の有無による摩耗量の違いを示したグラフである。硬質粒子として板状アルミナ粒子を用いた場合、振動の印加により摩耗量が大きく低減したが、球状アルミナ粒子又は球状酸化チタン粒子を用いた場合は、振動印加の有無による摩耗量の違いはほとんど見られなかった。これは以下の理由によるものと考えられる。板状アルミナ粒子は扁平状の形状であり、基材を基材表面に垂直な方向に振動させると、板状アルミナ粒子の扁平面が基材の表面と略垂直になるように配向した。このように配向した板状アルミナ粒子が摩擦に対する耐力を発揮するために、コーティング層の摩耗量が小さくなった。一方、球状アルミナ粒子及び球状酸化チタン粒子は、形状に異方性がないため、基材を振動させても特定の方向に配向しなかった。そのため振動印加の有無で摩耗量に差が生じなかった。
【符号の説明】
【００４３】
１０：基材、３０：コーティング剤、５０：コーティング層、５２：樹脂、５４：粒子、７０：アクチュエータ、９０：交流電源、１００：摺動部材、１１０：容器、１３０：エンジンオイル、１５０：円筒部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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