(57)【要約】      （修正有）【課題】低フリクション性をさらに向上するとともに、耐摩耗性及び耐久性が向上する摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材１０は、裏金層１３及び軸受合金層１４を有する基材の相手部材との摺動面側に、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ｈＢＮ、ＣＦ又はＳｎＳ２等の固体潤滑剤からなる表面層１２を備える。表面層１２は、相対的に厚さが大きな特異部位２１、及び該特異部位２１を除く非特異部位２２からなり、非特異部位２２における平均膜厚Ｔが０．５μｍ≦Ｔ≦１０μｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の相手部材との摺動面側に、固体潤滑剤からなる表面層を備える摺動部材であって、
前記表面層は、
相対的に厚さが大きな特異部位、及び該特異部位を除く非特異部位からなり、
前記非特異部位における平均膜厚Ｔが０．５μｍ≦Ｔ≦１０μｍである摺動部材。
【請求項２】
前記特異部位の最大高さうねりＷｚが６．３μｍ≦Ｗｚ≦５０μｍである請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記非特異部位の平均膜厚Ｔは、２μｍ≦Ｔ≦１０μｍである請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記非特異部位の平均膜厚Ｔは、２μｍ≦Ｔ≦５μｍである請求項３記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、摺動部材は、相手部材との間の低フリクション性を高めるために、基材の摺動面側に表面層を形成している。例えば特許文献１の場合、表面層は、分子レベルで水素含有量の異なる２種類の固体潤滑剤を混合して形成されている。この場合、固体潤滑剤は、基材の摺動面の一部に保持されつつ、他部で離脱する。この固体潤滑剤が離脱した基材に耐摩耗性の高い酸化部分を形成することにより、低フリクション性と耐摩耗性との両立を図っている。
【０００３】
しかしながら、内燃機関は、高出力化とともにさらなる省燃費が求められている。内燃機関に用いられる摺動部材は、低フリクション性の一層の向上が求められる一方で耐摩耗性の一層の向上も求められている。そのため、特許文献１の場合、低フリクション性に対し要求がさらに厳しくなると、その要求を十分に満足できなくなり得るという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、低フリクション性をさらに向上するとともに、耐摩耗性及び耐久性が向上する摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、基材の摺動面側に形成する表面層の厚さに着目して鋭意実験を重ねた。その結果、発明者は、表面層の粗さについての常識を打破することにより、低フリクション性のさらなる向上を達成しつつ、耐摩耗性も長期間十分に維持されることを解明した。すなわち、従来、摺動部材は、油膜切れを生じさせないことを重要な要素として、表面の粗さＲｚを可能な限り小さくすることが常識と考えられていた。つまり、表面を可能な限り平滑化し、油膜を摺動部分に均一に形成することが求められていた。そのため、この表面粗さＲｚを低く維持するという固定概念が自由な発想による摺動部材の開発を阻害していた。
【０００７】
本実施形態の摺動部材は、基材の相手部材との摺動面側に、固体潤滑剤からなる表面層を備え、前記表面層は、相対的に厚さが大きな特異部位、及び該特異部位を除く非特異部位からなり、前記非特異部位における平均膜厚Ｔが０．５μｍ≦Ｔ≦１０μｍである。
このように、本実施形態の摺動部材は、表面層が特異部位及び非特異部位からなる。特異部位は、表面層において固体潤滑剤が局所的に盛られた部位である。表面層の内、この特異部位を除く部位は非特異部位となる。特異部位は、表面層に不規則に存在する。すなわち、本実施形態の摺動部材は、表面層において非特異部位から不規則に突出する特異部位を有している。言い換えると、摺動部材は、表面層に固体潤滑剤のムラを含んでいる。
【０００８】
これにより、摺動部材と相手部材との摺動部分では、摺動初期のなじみ期において、意図的な油膜切れが生じる。そのため、摺動部材の表面に設けられた表面層を構成する固体潤滑剤、特に特異部位に存在する固体潤滑剤は、相手部材の表面に移着する。その結果、相手部材の表面すなわち摺動部材との摺動面には、摺動部材から移着した固体潤滑剤の膜が形成される。このように、相手部材の表面にも固体潤滑剤の膜が形成されることにより、摺動部材と相手部材との間では早期に摩擦係数が低下する。
【０００９】
摺動初期において相手部材の表面に固体潤滑剤の膜が形成されることにより、摺動部材の寿命の後期、すなわち摺動部材を適用する内燃機関の寿命の後期に摺動部材の固体潤滑剤が摩耗により減少しても、相手部材の表面の固体潤滑剤の膜が維持されている。そのため、摺動部材の寿命の後期であっても、低フリクション性を維持することができ、耐摩耗性を長期間生じることができ、耐久性を高めることができる。
【００１０】
相手部材は、摺動部材に比較して非常に固い。そのため、硬い相手部材に薄く移着した固体潤滑剤の膜は、摩耗しにくく、摺動部材の寿命の後期であっても十分に残存する。さらに、表面層は、固体潤滑剤のみで形成されている。そのため、摺動部材及び相手部材に形成される固体潤滑剤の膜は、極めて高い低フリクション性を発現する。そして、表面層の膜厚Ｔを０．５μｍ以上に設定することにより、摺動部材の摺動面には十分な固体潤滑剤が存在し、相手部材との摺動部分の全体で相手部材への移着が進行しやすい。その結果、摺動部材だけでなく相手部材の摺動部分にも、固体潤滑剤の膜を十分に形成することができ、低フリクション性を高めることができる。
【００１１】
本実施形態において、固体潤滑剤は、例えばＭｏＳ２、ＷＳ２、ｈＢＮ、ＣＦ、ＳｎＳ２、又はステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸若しくはオクチル酸等の脂肪酸と金属とが結合した金属石けん、又はメラミシンアヌレート、フタロシアニン、アミホープ若しくはアミノ酸系の金属石けんなどのいずれか１種又は複数種からなる。
【００１２】
また、本実施形態の摺動部材は、前記特異部位の最大高さうねりＷｚが６．３μｍ≦Ｗｚ≦５０μｍである。
上述のように、摺動部材は、油膜切れを生じさせないために表面粗さを、Ｒｚで６．３μｍ以下にすることが技術常識となっていた。これに対し、本願発明者は、表面層において局所的に固体潤滑剤を厚く付着させた特異部位を形成することにより、低フリクション性を図ることを見出した。この場合、表面層の特異部位を測定すると、粗さＲｚは６．３μｍを超えるものとなっている。
【００１３】
ここで、粗さの評価には、測定基準長さを設定する必要がある。本実施形態のように表面層に特異領域及び非特異領域を形成する場合、測定基準長さを超えることがあり得る。そこで、本実施形態における粗さの評価では、特異領域を正しく評価するために、表面性状パラメータとして最大高さうねりＷｚを用いて測定を行なった。このように、最大高さうねりが６．３μｍ≦Ｗｚ≦５０μｍとなるとき、摺動部材は高い低フリクション性を示した。なお、最大高さうねりＷｚを測定する測定基準長さは、例えば摺動部材を適用したすべり軸受の軸受幅を用いることができる。
非特異部位の平均膜厚Ｔは、２μｍ≦Ｔ≦１０μｍであることが好ましい。また、非特異部位の平均膜厚Ｔは、２μｍ≦Ｔ≦５μｍであることがさらに好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態による摺動部材の図２のＩ−Ｉ線における模式的な断面図
【図２】一実施形態による摺動部材を示す模式図
【図３】一実施形態による摺動部材の実施例を示す概略図
【図４】試験条件を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態の摺動部材について詳細に説明する。
図１に示すように摺動部材１０は、基材１１に表面層１２が積層されている。基材１１は、裏金層１３及び軸受合金層１４を有している。裏金層１３と軸受合金層１４との間には、中間層を設けてもよい。摺動部材１０は、表面層１２側が相手部材と摺動する摺動面を形成する。表面層１２は、固体潤滑剤からなる。この表面層１２は、固体潤滑剤のみを含んでおり、バインダとなる樹脂などを含んでいない。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ｈＢＮ、ＣＦ又はＳｎＳ２などの金属化合物等が用いられる。また、固体潤滑剤は、ステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸又はオクチル酸等の脂肪酸と金属とが結合した金属石けんであってもよい。さらに、固体潤滑剤は、メラミシンアヌレート、フタロシアニン、アミホープ又はアミノ酸系の金属石けんであってもよい。
【００１６】
この表面層１２は、図１及び図２に示すように特異部位２１及び非特異部位２２を有している。特異部位２１は、表面層１２において固体潤滑剤が局所的に厚く盛られた部位で得ある。一方、表面層１２の内、この特異部位２１を除く部位は非特異部位２２である。特異部位２１は、表面層１２に不規則に存在する。特異部位２１は、いずれも外径が５ｍｍ程度であり、非特異部位２２から突出している。このように、摺動部材１０は、表面層１２に固体潤滑剤の厚さの異なるムラを含んでいる。
【００１７】
本実施形態の摺動部材１０は、以下の手順で製造した。
裏金層１３に軸受合金層１４をライニングしたバイメタルからなる基材１１は、半円筒形状に形成した。そして、内周面である軸受合金層１４の表面は、ボーリング加工によって仕上げ加工を施した。表面層１２は、ボーリング加工が施された軸受合金層１４に付着させた。この表面層１２は、樹脂バインダを用いることなく軸受合金層１４の表面に積層した固体潤滑剤の板状結晶粒子からなる。固体潤滑剤は、いわゆるショット等の吹き付けによって軸受合金層１４に付着させた。このとき、固体潤滑剤の粉末粒度、ショットにおける諸条件又はコーティングにおける諸条件を適切な条件に設定することにより、本実施形態の表面層１２を形成した。この場合、ショットにおける諸条件としては、ショット時の圧力、投射量及び湿度などを変更する。また、コーティングにおける諸条件としては、コーティング時の処理速度や付着媒体などを変更する。
【００１８】
このように、軸受合金層１４の表面に固体潤滑剤からなる表面層１２を付着させたとき、表面層１２における固体潤滑剤は平坦とならない。つまり、表面層１２を構成する固体潤滑剤は、軸受合金層１４の表面に均一に付着せず、厚さの大小を有しつつ付着する。その結果、表面層１２には、図１及び図２に示すように固体潤滑剤が厚い特異部位２１と、特異部位２１を除く非特異部位２２とが形成される。
【００１９】
以上の手順により、図３に示す実施例１〜実施例９の摺動部材を形成した。また、同様の手順により、図３に示す比較例１〜比較例３の摺動部材を形成した。
これら実施例１〜実施例９、及び比較例１〜比較例３は、図４に示す試験条件により、試験を開始してから３０分が経過した後の、起動摩擦係数を測定することにより、評価した。この評価の結果を、図３に示す。
【００２０】
図３に示すように、本実施形態の条件を充足する実施例１〜実施例９の摺動部材１０は、比較例１〜比較例３と比較して起動摩擦係数が大きく減少した。
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。
【符号の説明】
【００２１】
図面中、１０は摺動部材、１２は表面層、２１は特異部位、２２は非特異部位を示す。
【図１】
2014206217.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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