(57)【要約】本発明の摺動部材及びその製造方法においては、互いに摺動する摺動部材であって、少なくとも一方の摺動部材（１０１，２０１，３０１，４０１）の摺動面に、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分が基材に転写されて転写層（１０４，２０４，３０４，４０４）が形成され、これらの成分が有する機械的強度、固体潤滑、破壊靭性、すべり性のうち、少なくとも一つ以上の特性を摺動面に付与している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分が基材に転写されて転写層が形成された摺動部材。
【請求項２】
少なくとも一方の摺動部材の摺動面に凹面で構成された微細くぼみを多数形成した請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部で構成された微細くぼみを多数形成した請求項１に記載の摺動部材。
【請求項４】
微細くぼみの摺動面開口における最大径を１０〜２００μｍの範囲内とした請求項２または３に記載の摺動部材。
【請求項５】
摺動部材の基材がアルミニウム系の材質である請求項１に記載の摺動部材。
【請求項６】
摺動部材の基材が鉄系の材質である請求項１に記載の摺動部材。
【請求項７】
摺動部材の摺動面に微細溝部を形成した請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項８】
摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有している請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項９】
摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に平行である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項１０】
摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が互いに直交するよう形成した請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項１１】
摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向と直交する方向における摺動面の長さに対する微細溝部の幅の比率が０．０５〜０．６の範囲内である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項１２】
互いに摺動する摺動部材であって、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に酸化カルシウムの成分が基材に転写されて転写層が形成された摺動部材。
【請求項１３】
少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成した請求項１２に記載の摺動部材。
【請求項１４】
微細くぼみの摺動面開口における最大径を１０〜２００μｍの範囲内とした請求項１３に記載の摺動部材。
【請求項１５】
微細くぼみの内面に、最大径３μｍ以下の極微細凹みを形成した請求項１３または請求項１４に記載の摺動部材。
【請求項１６】
互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【請求項１７】
投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内である請求項１６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１８】
投射粒子にフライアッシュを用いた請求項１６または請求項１７に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１９】
転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有する請求項１６または請求項１７に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２０】
転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有し、前記研削工程において形成される前記微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有して形成される請求項１６または請求項１７に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２１】
互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
酸化カルシウムの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【請求項２２】
転写層を形成する工程において、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成する請求項２１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２３】
転写層を形成する工程において、摺動面開口における最大径が１０〜２００μｍの範囲内である微細くぼみを形成する請求項２１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２４】
転写層を形成する工程において、微細くぼみの内面に、最大径３μｍ以下の極微細凹みを形成する請求項２１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２５】
投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内である請求項２１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２６】
粒径が１μｍ以下の投射粒子と、実質的な球状を有し、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内であるキャリアビーズとを混合した混合投射粒子を基材に投射して転写層を形成する請求項２１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２７】
混合投射粒子は、キャリアビーズの表面に投射粒子が多数付着した形態である請求項２６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項２８】
酸化カルシウム、およびカルシウムライムのうち、少なくとも一つを投射粒子に用いた請求項２１乃至請求項２７のいずれか一項に記載の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、各種産業機器、例えば冷凍冷蔵庫用圧縮機、工作機械、自動車用内燃機関などが駆動する際に互いに接触して摺動する摺動部分に用いられる摺動部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な産業機器にあっては、高出力化や低回転数化など様々な駆動条件に対して適合できる摺動部分の表面改質技術が強く望まれている。
【０００３】
図３３は摺動部分に用いられる従来の摺動部材の断面図である。図３３において、第１の摺動部材１及びその相手側となる第２の摺動部材１０は、例えば、冷凍冷蔵庫用圧縮機のクランクシャフトや、ピストンピン等に代表されるような互いに摺動し合う部材である。第１の摺動部材１と第２の摺動部材１０との間の接触摺動部２０には、潤滑と冷却の機能を有する潤滑油が供給される。
【０００４】
従来の摺動部材において、第１の摺動部材１及び第２の摺動部材１０は、加工し易く、かつ比較的安価な鉄やアルミニウムを主成分とする鉄系やアルミニウム系の材料により形成されている。
【０００５】
第１の摺動部材１及びその相手側である第２の摺動部材１０の両摺動面を微視的に見ると、各々には粗さやうねりがある。接触摺動部２０の摺動実態は、摺動面の凹凸による金属接触部分と、摺動部材間の潤滑油などの油膜部分とで支え合っており、いわゆる境界潤滑領域と流体潤滑領域とが共存する混合潤滑領域であることが知られている。
【０００６】
冷凍冷蔵庫用圧縮機にて通常よく使用される回転数である１５００〜３０００ｒｐｍの条件下において、接触摺動部２０の油膜の厚さは１〜２μｍ程度かそれ以下と計算されている。従来の摺動部材においては、摺動面の凹凸を小さくして第１の摺動部材１及び第２の摺動部材１０の摺動面を平滑化することにより、接触摺動部２０での摺動による摩耗を抑え、摩擦損失を低減していた。このような従来技術としては、日本の特開２０００−１４５６３７号公報がある。
【０００７】
そこで、従来の摺動部材においては、第１の摺動部材１及び第２の摺動部材１０の各摺動面は、両面ともＲａ０．３〜０．６μｍ程度の表面粗さに研削加工された後、ラッピングやホーニング等によりＲａ０．２μｍ以下に仕上げ加工されている。この結果、第１の摺動部材１及び第２の摺動部材１０の両方の摺動面の粗さやうねりを殆ど除去されていた。
【特許文献１】特開２０００−１４５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、例えば、冷凍冷蔵庫用圧縮機において更なる高出力化、低回転化が進むことで、摺動実態が一層苛酷になり、第１の摺動部材１と第２の摺動部材１０との間の接触摺動部２０の油膜が破断し、摺動部材同士の金属接触部が主となる境界潤滑領域での摺動状態が生じている。このような摺動状態が長期間継続すると、金属接触過多による摺動発熱が顕著となり、接触摺動部２０において凝着摩耗やアブレシブ摩耗が進行することがある。その結果、互いの接触摺動面の荒れが加速され、最終的に、焼付きによるロックや、異常摩耗が発生する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の構成における課題を解決するものであり、油膜の厚さが比較的薄い状況下、つまり境界潤滑領域においても、摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材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】
【００１０】
本発明の摺動部材は、上記目的を達成するために、互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分が基材に転写されて転写層が形成されている。このように構成された摺動部材は、転写層の成分が有する機械的強度、固体潤滑、破壊靭性、すべり性のうち、少なくとも一つ以上の特性を摺動面に付与できるため、摺動部材の摺動面の耐摩耗及び耐焼付き性を向上させ、境界潤滑領域における摩耗を大幅に低減している。
【００１１】
本発明の摺動部材の製造方法は、互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層が形成された摺動部材の製造方法であって、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有している。このような工程を有する摺動部材の製造方法によれば、摺動面が機械的強度、固体潤滑、破壊靭性、すべり性のうち、少なくとも一つ以上の特性を有し、摺動部材の摺動面の耐摩耗及び耐焼付き性を向上させ、境界潤滑領域における摩耗を大幅に低減している。
【００１２】
本発明に係る第１の観点の摺動部材は、互いに摺動する摺動部材であって、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分が基材に転写されて転写層が形成されている。このように構成された第１の観点の摺動部材は、転写層の成分が有する機械的強度、固体潤滑、破壊靭性、すべり性のうち、少なくとも一つ以上の特性を摺動面に付与しており、摺動部材の摺動面の耐摩耗、耐焼付き性を向上させ、境界潤滑領域においても摩耗を低減しており、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る第２の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に凹面で構成された微細くぼみが多数形成されている。このように構成された第２の観点の摺動部材は、微細くぼみを油溜りとして機能させることにより、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、接触摺動部の潤滑油が保持されて摩耗を低減させることができ、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る第３の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部で構成された微細くぼみが多数形成されている。このように構成された第３の観点の摺動部材は、微細くぼみを油溜りとして機能させることにより、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、接触摺動部の潤滑油が保持されて摩耗を低減させることができ、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１５】
本発明に係る第４の観点の摺動部材においては、上記の第２の観点及び第３の観点における微細くぼみの摺動面開口における最大径を１０〜２００μｍの範囲内としている。第４の観点の摺動部材は、微細くぼみの最大径が２００μｍを越えると、微細くぼみ同士が連結されて、保持された潤滑油が流出し易くなり、逆に、微細くぼみの最大径が１０μｍ未満となると、潤滑油の保持に関して、平滑な面との実質的な違いが小さくなる、という問題を回避するために構成されたものである。微細くぼみの最大径を上記の数値内の範囲に適正化することにより、境界潤滑領域においても摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１６】
本発明に係る第５の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点における摺動部材の基材がアルミニウム系の材質である。第５の観点の摺動部材は、摺動部材として汎用性の高い、例えばアルミダイカストやアルミ合金鋳物等の材料を使用しても、境界潤滑領域において摩耗を低減させることができ、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る第６の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点における摺動部材の基材が鉄系の材質である。第６の観点の摺動部材は、摺動部材として汎用性の高い、例えば鋳鉄、焼結、軟鋼等の材料を使用しても、境界潤滑領域において摩耗を低減させることができ、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１８】
本発明に係る第７の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点から第３の観点における摺動部材の摺動面に微細溝部を形成している。第７の観点の摺動部材は、微細溝部を油溜りとして機能させることにより、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材間の潤滑油が保持されて摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００１９】
本発明に係る第８の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点から第３の観点における摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有している。第８の観点の摺動部材は、油溜りとしての微細溝部を効率高く機能させて、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材間の潤滑油が保持されて摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２０】
本発明に係る第９の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点から第３の観点における摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が摺動方向に平行である。第９の観点の摺動部材は、油溜りとしての微細溝部を効率高く機能させて、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材間の潤滑油が保持されて摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る第１０の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点から第３の観点における摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向が互いに直交するよう形成されている。第１０の観点の摺動部材は、油溜りとしての微細溝部を効率高く機能させて、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材間の潤滑油が保持されて摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２２】
本発明に係る第１１の観点の摺動部材においては、上記の第１の観点から第３の観点における摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、前記微細溝部の延設方向と直交する方向における摺動面の長さに対する微細溝部の幅の比率が０．０５〜０．６の範囲内である。第１１の観点の摺動部材は、摺動面において微細溝部を適正比率とすることにより、油溜りとしての微細溝部を効率高く機能させることができる。
【００２３】
本発明に係る第１２の観点の摺動部材においては、互いに摺動する摺動部材であって、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に酸化カルシウムの成分が基材に転写されて転写層が形成されている。このように構成された第１２の観点の摺動部材は、転写層の成分が有する固体潤滑の特性を摺動面に付与しており、摺動部材の摺動面の耐摩耗、耐焼付き性を向上させ、境界潤滑領域においても摩耗を低減しており、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２４】
本発明に係る第１３の観点の摺動部材においては、上記の第１２の観点における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成している。このように構成された第１３の観点の摺動部材は、微細くぼみを油溜りとして機能させることにより、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、接触摺動部の潤滑油が保持されて摩耗を低減させることができ、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２５】
本発明に係る第１４の観点の摺動部材においては、上記の第１３の観点における微細くぼみの摺動面開口における最大径を１０〜２００μｍの範囲内としている。このように構成された第１４の観点の摺動部材は、微細くぼみの最大径が２００μｍを越えると、微細くぼみ同士が連結されて、保持された潤滑油が流出し易くなり、逆に、微細くぼみの最大径が１０μｍ未満となると、潤滑油の保持に関して、平滑な面との実質的な違いが小さくなる、という問題を回避するために構成されたものである。すなわち、微細くぼみの最大径を上記の数値内の範囲に適正化することにより、境界潤滑領域においても摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２６】
本発明に係る第１５の観点の摺動部材においては、上記の第１３の観点及び第１４の観点における微細くぼみの内面に、最大径３μｍ以下の極微細凹みを形成している。このように構成された第１５の観点の摺動部材は、極微細凹みが摺動面と潤滑油との間の楔のような役割を発揮して、微細くぼみ内の潤滑油の保持性や吸着性を向上させることで、境界潤滑領域においても摩耗を低減し、信頼性が高い摺動部材を提供することができる。
【００２７】
本発明に係る第１６の観点の摺動部材の製造方法は、互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化鉄から選ばれる少なくとも一つの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有している。第１６の観点の摺動部材の製造方法は、投射粒子の投射による衝撃荷重の印加によって、摺動部材と投射粒子の表面温度が上昇し、互いの表面を活性化させることにより、効率的に摺動面に投射粒子の成分を転写させることができる。また、第１６の観点の摺動部材の製造方法は、衝撃力によって、摺動面に、多数の微細くぼみを形成し、かつ摺動面の表面組織は微細化し内部応力が高くなり、高硬度で破壊靭性に優れた特性を有するため、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
【００２８】
本発明に係る第１７の観点の摺動部材の製造方法において、上記の第１６の観点における投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内である。第１７の観点の摺動部材の製造方法において、平均粒径が２００μｍを越えると摺動部材の摺動面に形成された微細くぼみの開口径が過大となって微細くぼみ同士が連結され、保持された潤滑油が流出し易くなり、逆に、平均粒径が３μｍ未満であれば微細くぼみの径が過小となり、潤滑油の保持に関して平滑面と実質的な違いが小さくなる、という問題を回避するために、潤滑油の保持に対して微細くぼみの形状及び摺動面開口径を適正な値としている。このため、第１７の観点の摺動部材の製造方法によれば、信頼性の高い摺動部材を製造することができる。
【００２９】
本発明に係る第１８の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第１６の観点及び第１７の観点における投射粒子にフライアッシュを用いている。第１８の観点の摺動部材の製造方法によれば、フライアッシュは、成分として、アルミナ、シリカ、ムライトを７０〜８０％、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄を２０〜３０％含有しているため、フライアッシュを摺動部材の摺動面に投射することにより、摺動面上にこれらの化合物のうち、少なくとも二つ以上の成分が同時に転写されて、摺動部材の摺動面は、高い機械的強度、堅い固体潤滑層、高い破壊靭性、高いすべり性のうち、少なくとも二つ以上の優れた特性を同時に付与することができる。このため、第１８の観点の摺動部材の製造方法によれば、効率的で、かつ信頼性の高い摺動部材を製造することができる。
【００３０】
本発明に係る第１９の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第１６の観点及び第１７の観点における転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有する。第１９の観点の摺動部材の製造方法よれば、摺動部材の摺動面に微細溝部を形成し、この微細溝部を油溜りとして機能する摺動部材を製造することができる。
【００３１】
本発明に係る第２０の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第１６の観点及び第１７の観点における転写層を形成する工程の前に基材の摺動面となる面に微細溝部を形成する研削工程を有し、前記研削工程において形成される微細溝部の延設方向が摺動方向に対して所定角度を有して形成される。第２０の観点の摺動部材の製造方法によれば、摺動部材の摺動面に所望の微細溝部を形成することができる。この結果、微細溝部を油溜りとして効率高く機能させ、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材間の潤滑油が保持されて摩耗を低減し、信頼性の高い摺動部材を製造することができる。
【００３２】
本発明に係る第２１の観点の摺動部材の製造方法は、互いに摺動する摺動部材における少なくとも一方の摺動部材の摺動面に転写層を形成する摺動部材の製造方法であって、
酸化カルシウムの成分を有する投射粒子を前記摺動部材の基材に投射して転写層を形成する工程を有する。第２１の観点の摺動部材の製造方法は、投射粒子の衝突時の衝撃エネルギーによって、摺動部材と投射粒子の表面温度が上昇し、お互いの表面を活性化させることで、摺動面に、固体潤滑材として機能する酸化カルシウムの成分が転写されるため、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
【００３３】
本発明に係る第２２の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点における転写層を形成する工程において、少なくとも一方の摺動部材の摺動面に実質的な球面の一部を有する形状の微細くぼみを多数形成する。第２２の観点の摺動部材の製造方法は、投射粒子の衝突時の衝撃エネルギーによって、摺動部材と投射粒子の表面温度が上昇し、お互いの表面を活性化させることができる。この結果、摺動面に、固体潤滑材として機能する酸化カルシウムの成分が転写されるとともに、同時に多数の微細くぼみも形成されるので、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
【００３４】
本発明に係る第２３の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点における転写層を形成する工程において、摺動面開口における最大径が１０〜２００μｍの範囲内である微細くぼみを形成する。微細くぼみの最大径が２００μｍを越えると、微細くぼみ同士が連結されて、保持された潤滑油が流出し易くなり、逆に、微細くぼみの最大径が１０μｍ未満となると、潤滑油の保持に関して、平滑な面との実質的な違いが小さくなる、という問題を有しているため、第２３の観点の摺動部材の製造方法においてはこれらの問題を回避することができる。すなわち、微細くぼみの最大径を上記の数値内の範囲に適正化することにより、境界潤滑領域においても摩耗を低減し、信頼性が高い摺動部材を製造することができる。
【００３５】
本発明に係る第２４の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点における転写層を形成する工程において、微細くぼみの内面に、最大径３μｍ以下の極微細凹みを形成する。第２４の観点の摺動部材の製造方法は、極微細くぼみが摺動面と潤滑油との間の楔のような役割を発揮して、微細くぼみ内の潤滑油の保持性や吸着性を向上させることにより、境界潤滑領域においても摩耗を低減し、信頼性が高い摺動部材を提供することができる。
【００３６】
本発明に係る第２５の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点における投射粒子の形状は実質的な球状であり、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内である。第２５の観点の摺動部材の製造方法は、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下においても、上記数値の範囲内の適正な微細くぼみを形成することにより、投射粒子の成分転写に必要な衝撃エネルギーを摺動面に加えることができる。この結果、第２５の観点の摺動部材の製造方法によれば、信頼性が高い摺動部材を製造することができる。
【００３７】
本発明に係る第２６の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点における粒径が１μｍ以下の投射粒子と、実質的な球状を有し、平均粒径が３〜２００μｍの範囲内であるキャリアビーズとを混合した混合投射粒子を基材に投射して転写層を形成する。第２６の観点の摺動部材の製造方法は、比較的粒径の大きなキャリアビーズの衝突時の衝撃エネルギーにより、摺動面における潤滑油の保持に関し、上記数値の範囲内の適正な微細くぼみを形成することにより、粒径の小さな投射粒子の成分を転写させることができる。この結果、第２６の観点の摺動部材の製造方法によれば、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
【００３８】
本発明に係る第２７の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２６の観点における混合投射粒子は、キャリアビーズの表面に投射粒子が多数付着した形態である。第２７の観点の摺動部材の製造方法は、キャリアビーズの衝突時の衝撃エネルギーに加え、投射粒子がキャリアビーズにより摺動面に押し込まれることにより、基材に対する投射粒子の成分転写が促進される。また、第２７の観点の摺動部材の製造方法によれば、微細くぼみと極微細凹みを効果的に形成することができ、信頼性が高く、かつ生産性に優れた摺動部材を製造することができる。
【００３９】
本発明に係る第２８の観点の摺動部材の製造方法においては、上記の第２１の観点から第２７の観点における酸化カルシウム、およびカルシウムライムのうち、少なくとも一つを投射粒子に用いている。このような工程を有する第２８の観点の摺動部材の製造方法は、摺動面上に酸化カルシウムを主成分とする転写層が数μｍの厚さで形成されるため、境界潤滑領域において摩耗低減が顕著に現れ、信頼性の高い摺動部材を製造することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の摺動部材及びその製造方法によれば、接触摺動部における油膜の厚さが比較的薄い状況下、つまり境界潤滑領域においても摩耗の飛躍的な低減を達成して、信頼性の高い摺動部材を提供することができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
実施例１
以下、本発明の好適な実施の形態である実施例１の摺動装置について添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下に述べる実施例は本発明の摺動部材の具体例であり、これらの実施例の構成により本発明が限定されるものではなく、本発明は以下の各実施例に示される技術的思想により構築される全ての構成を含むものである。
【００４２】
図１は本発明の実施例１における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図２は実施例１の摺動部材の製造方法を示す模式図、図３は実施例１の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図、及び図４は実施例１の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【００４３】
本発明に係る実施例１の摺動部材１０１について、以下に説明する。
摺動部材１０１は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金（ＪＩＳ：Ａ６０６３）を基材１０２として形成したものである。
摺動部材１０１の摺動面には、シリカ（ＳｉＯ２）が数μｍの厚さで転写された転写層１０４が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子１１１の成分を基材１０２の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子１１１を所定の速度で摺動部材１０１の摺動面に投射することで実現している。
また、摺動面には更に形状が略半球面、すなわち略球面の一部で構成された多数の微小な微細くぼみ１０５が形成されている。
【００４４】
次に、実施例１の摺動部材１０１の製造方法について詳細に説明する。
まず、摺動部材１０１の摺動面となる基材１０２の表面を研削加工することにより表面粗さをＲａ０．３μｍ程度に仕上げておく。次に、投射粒子供給装置１２１（図２参照）を用いて、投射粒子１１１を基材１０２表面に投射する。
【００４５】
投射粒子供給装置１２１は、貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵された投射粒子１１１を移送するための投射粒子送り配管１２２を、キャリアガス１２３が流れるガス配管１２４に接合して、ガス配管１２４の先端にノズル１２５を設置されたものである。
【００４６】
実施例１において、投射粒子１１１として、成分が９９％以上の高純度であるシリカ（ＳｉＯ２）で構成された略球状のものを用いた。投射粒子１１１の平均粒径は２０μｍであり、粒径が１０〜３０μｍの範囲で投射粒子１１１全体の９０％以上を占める正規分布を示す。
【００４７】
貯蔵タンクに貯留された投射粒子１１１は、電動ギアポンプ（図示せず）により投射粒子送り配管１２２を通って、ガス配管１２４との接合部位まで移送される。ガス配管１２４内のキャリアガス１２３は、エアーポンプ（図示せず）を使用した乾燥空気であり、ガス圧が０．３〜０．６ＭＰａの範囲内となるよう調整されている。
このように、ガス配管１２４と投射粒子送り配管１２２との接合部位まで連続的に移送された投射粒子１１１が、キャリアガス１２３によりノズル１２５の先端口１２６より１００ｍ／ｓ前後の速度で摺動部材１０１の摺動面に対して略垂直に投射される。なお、ノズル１２５の先端口１２６から摺動部材１０１の摺動面までの距離は３０〜４０ｍｍの範囲内とした。
【００４８】
以上の製造工程において、摺動部材１０１の摺動面に形成された微小な微細くぼみ１０５の径（摺動面開口径）Ｒは、形状測定の結果から最大で４０μｍ程度であった。ここで、摺動面開口径とは、平坦な摺動面における略円形の開口部分の直径を言う。
【００４９】
さらに、上記のように製造された実施例１の摺動部材１０１について、図３及び図４を用いて詳述する。
図３は、投射粒子１１１の投射前後の摺動部材１０１の摺動面をＥＰＭＡ分析装置にて分析した比較結果を示している。図３において、横軸は印加電圧［ｋｅＶ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図３に示す分析結果においては、分析条件として印加電圧を最大１５ｋｅＶとし、表面から深さ２μｍ前後に存在する元素の情報を示した。この結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子１１１の構成元素であるけい素（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）のピークが顕著に高くなっていることが分かる。
【００５０】
図４は、投射粒子１１１の投射前後の摺動部材１０１の摺動面をＸ線回折装置で分析した比較結果であり、横軸はＸ線の入射角度（回折角２θ）［ｄｅｇ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図４に示す分析結果は、薄膜Ｘ線回折法にて実施したものであり、表面から深さ５μｍ前後の組織構造の情報を示したものである。図４における上下の各図の下方に記載した横軸を起点とする複数の縦実線はいずれもシリカ（ＳｉＯ２）のピーク位置を指す。この結果から、投射後において、回折角２θが２６°付近のピーク、すなわちシリカ（ＳｉＯ２）のピークが発現していることが分かる。
【００５１】
図３及び図４に示す結果から、摺動部材１０１の摺動面には、投射粒子１１１の成分であるシリカ（ＳｉＯ２）が転写された転写層１０４が形成されていると判断できる。また、図示していないが、表面から深さが１０μｍ以上の組織構造を分析したＸ線回折結果では、シリカ（ＳｉＯ２）のピークが極端に小さくなることが示されていた。このため、シリカ（ＳｉＯ２）を多く含有する転写層１０４の厚みは、数μｍ程度であると推察される。
【００５２】
以上の製造工程により形成された摺動部材１０１の摩擦摩耗特性をボールオンディスク方式の試験装置にて評価した。摺動部材１０１の相手側となる摺動部材（図示せず）として球径が９．５ｍｍ、表面粗さがＲａ０．２以下、鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を用い、潤滑油としてタービン油を使用し、温度２２〜２８℃、相対湿度５５〜６５％の雰囲気下で試験を行った。試験条件は、垂直荷重１９．６Ｎ、すべり速度０．１ｍ／ｓである。尚、潤滑油は実験前に０．０５ｍＬ滴下するのみであり、すべり長さ（摺動距離）の増加によって潤滑油は消費される。試験途中で、接触摺動部にて摩耗が進行し、摩擦係数が０．３以上に達した地点で潤滑油が枯渇して焼付きが発生したものと判断し、試験を終了させた。上記の条件を実施例１条件１とする。
【００５３】
また、本発明に係る実施例１の摺動部材に関する摩擦摩耗特性を評価するために、投射粒子の形状や大きさを変更した他の仕様も実施例１条件１の仕様と併せて下記表１に示す。他のいずれの仕様も、基材１０２はアルミニウム系の材質であるアルミ合金（Ａ６０６３）、相手側摺動部材は球径、及び表面粗さを同じとした鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を使用した。
【００５４】
【表１】
2009526126.tif 000003
【００５５】
実施例１条件２は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、成分が９９％以上のシリカ（ＳｉＯ２）により構成された略球状の投射粒子を用いた。尚、投射粒子の平均粒径は７μｍであり、粒径が３〜１６μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、投射粒子の成分が転写された転写層と、略半球面形状の微細くぼみが形成されている。転写層から検出される成分比率は前述の実施例１条件１とほぼ同様であるが、微細くぼみの径（摺動面開口径）Ｒは最大で２０μｍ程度であり、実施例１条件１の微細くぼみの径よりも小さい仕様である。
【００５６】
実施例１条件３は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、成分が９９％以上のシリカ（ＳｉＯ２）により構成された略球状の投射粒子を用いた。尚、投射粒子の平均粒径は６０μｍであり、粒径が４０〜７０μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、投射粒子の成分が転写された転写層と、略半球面形状の微細くぼみが形成されている。転写層から検出される成分比率は、実施例１条件１とほぼ同様であるが、微細くぼみの径（摺動面開口径）Ｒは最大で８０μｍ程度であり、実施例１条件１の微細くぼみの径Ｒよりも大きい仕様である。
【００５７】
実施例１条件４は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、成分が９９％以上のシリカ（ＳｉＯ２）により構成された略球状の投射粒子を用いた。尚、投射粒子の平均粒径は２００μｍであり、粒径が１８０〜２２０μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、投射粒子の成分が転写された転写層と、略半球面形状の微細くぼみが形成されている。転写層から検出される成分比率は実施例１条件１とほぼ同様であるが、微細くぼみの径（摺動面開口径）Ｒは最大で２００μｍ程度である。実施例１条件４においては、微細くぼみ同士が連結された箇所が多数確認された。
【００５８】
実施例１条件５は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、成分が９９％以上のシリカ（ＳｉＯ２）により構成された略角状の投射粒子を用いた。尚、投射粒子の平均粒径は１００μｍであり、粒径が５０〜１５０μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、投射粒子の成分が転写された転写層は確認できるが、成分比率に若干のばらつきが認められた。また、実施例１条件５においては、球状の投射粒子の場合に見られた微細くぼみは形成されず、摺動面が削られたような極微細な条痕が多数に確認された。
【００５９】
比較例１は、従来の摺動部材であって、Ｒａ０．３〜０．６μｍ程度の表面粗さに研削加工され、その後、ラッピングによりＲａ０．２μｍ以下となるように表面仕上げ加工されている。
【００６０】
表１に示す仕様による摩擦摩耗特性に関する試験結果を以下に説明する。
図５は、本発明の実施例１における実施例１条件１と比較例１の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
【００６１】
図５に示した結果から、従来の摺動部材である比較例１が約１ｍ程度のすべり長さにて早々に焼付いたのに対し、実施例１条件１の摺動部材１０１は、摩擦係数が０．１〜０．２程度で推移し、境界潤滑領域での摺動を保持しており、焼付きまでのすべり長さが比較例１に比べて約２４０倍であった。したがって、実施例１条件１の摺動部材１０１は著しい耐摩耗性及び耐焼付き性の改善が確認された。
【００６２】
上記のように実施例１条件１の摺動部材１０１は優れた耐摩耗性及び耐焼付き性を有するのは、投射粒子１１１の投射による衝撃力によって、摺動部材１０１の摺動面と投射粒子１１１の表面の温度が瞬間的に上昇した際に、両者の表面が活性化し、投射粒子１１１の成分であるシリカ（ＳｉＯ２）が摺動面に転写されたことにより、シリカ（ＳｉＯ２）が有する高い硬度により高い機械的強度の特性が発揮されたものと推察される。
【００６３】
更に、投射粒子１１１の投射による衝撃力により、摺動面が瞬時に塑性変形して多数の微細くぼみ１０５が形成され、その微細くぼみ１０５が油膜厚みの薄い状況において油溜りとなるため、接触摺動部にて潤滑作用が発揮できる構成となる。また、実施例１条件１の摺動部材１０１においては、転写層１０４の組織が微細化して内部応力が高く、破壊靭性が向上していると考えられる。
【００６４】
図６は実施例１における条件１から条件５及び比較例１の摺動部材の焼付き発生までのすべり長さに関する特性図であり、条件毎に焼付きまでのすべり長さを比較したグラフである。図７は実施例１における条件１から条件５及び比較例１の比摩耗量の特性図であり、条件毎に試験後の摩耗体積を各々のすべり長さ及び垂直荷重で除して算出した比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］を比較したグラフである。
【００６５】
図６及び図７において、球状の投射粒子１１１を投射した実施例１条件１から実施例１条件５と従来の比較例１とを比べると、いずれの条件においても耐焼付き性及び耐摩耗性について改善が確認できる。ただし、各条件毎に改善幅に差があることが分かる。
【００６６】
そこで、微細くぼみ１０５の径（摺動面開口径）Ｒの最大値と投射粒子１１１の平均粒径が、耐焼付き性及び耐摩耗性に及ぼす影響について、図８及び図９を用いて以下に考察する。
【００６７】
図８は、実施例１条件１から実施例１条件５と比較例１における投射粒子の形状を略球状としたときの微細くぼみの径の最大値と、焼き付けまでのすべり長さ及び比摩耗量の相関特性図であり、これらの相関性を評価したグラフである。図８において、横軸は微細くぼみの径Ｒの最大値［μｍ］、第１縦軸（図８の左側の縦軸）は焼付きまでのすべり長さ［ｍ］、第２縦軸（図８の右側の縦軸）は比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］である。図８において、実施例１条件１から実施例１条件５の焼き付けまでのすべり長さを黒色の四角形（◆）で示している。但し、実施例１条件５の焼き付けまでのすべり長さは灰色の四角形（◇）で示している。また、比較例１の焼き付けまでのすべり長さを白色の四角形（◇）で示す。さらに、実施例１条件１から実施例１条件５の比摩耗量を黒色の三角形（▲）で示している。但し実施例１条件５の比摩耗量は灰色の三角形（△）で示している。また、比較例１の比摩耗量を白色の三角形（△）で示す。
【００６８】
図９は投射粒子の形状を略球状としたときの平均粒径とすべり長さ、並びに比摩耗量の相関特性図であり、これらの相関性を評価したグラフである。図９において、横軸は投射粒子の平均粒径［μｍ］、第１縦軸（図９の左側の縦軸）は焼付きまでのすべり長さ［ｍ］、第２縦軸（図９の右側の縦軸）は比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］である。図９において、実施例１条件１から実施例１条件５の焼き付けまでのすべり長さを黒色の四角形（◆）で示している。但し、実施例１条件５の焼き付けまでのすべり長さは灰色の四角形（◇）で示している。また、比較例１の焼き付けまでのすべり長さを白色の四角形（◇）で示す。さらに、実施例１条件１から実施例１条件５の比摩耗量を黒色の三角形（▲）で示している。但し、実施例１条件５の比摩耗量は灰色の三角形（△）で示している。また、比較例１の比摩耗量を白色の三角形（△）で示す。
【００６９】
図８及び図９より、微細くぼみ１０５の径Ｒの最大値が３０〜９０μｍの範囲において、焼付きまでのすべり長さの極大値、及び比摩耗量の極小値を持つことが分かる。
これは、微細くぼみ１０５の径Ｒが大きくなり過ぎると、隣接する微細くぼみ１０５同士が連結されて、潤滑油が微細くぼみ１０５から流出し、潤滑作用が発揮され難くなるために、比較的早期に焼付きが発生したものと考えられる。一方、微細くぼみ１０５の径Ｒが小さくなり過ぎると、従来の平滑面形状と実質的に変わらないものになるからと考えられる。
【００７０】
図８に示すように、従来の摺動部材に比べて耐焼付き性、耐摩耗性を向上させるためには、微細くぼみ１０５の径Ｒの最大値を１０〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。更に、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させるためには、微細くぼみ１０５の径Ｒの最大値を３０〜９０μｍの範囲内とすることがより好ましい。
【００７１】
図９に示すように、微細くぼみ１０５の径Ｒの最大値の適正化に対応して、投射する投射粒子１１１の平均粒径を３〜２００μｍの範囲内とすることが好ましく、更に、劇的に耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させるためには、投射する投射粒子１１１の平均粒径を１５〜８０μｍとすることがより好ましい。
【００７２】
次に、角状投射粒子を投射した実施例１条件５の耐焼付き性及び耐摩耗性について、図６から図９を用いて考察する。
実施例１条件５の耐焼付き性及び耐摩耗性は、比較例１と比べると明らかに改善されている。しかしながら、同等レベルの平均粒径を有する球状投射粒子１１１と比べて、やや耐焼付き性及び耐摩耗性が低いことが分かる。
【００７３】
角状投射粒子を投射した場合の摺動面には、ある程度のばらつきはあるが、シリカ（ＳｉＯ２）の特性を有する転写層が形成され、摺動部材の摺動面の機械的強度は増加している。しかしながら、平均粒径が１００μｍの角状投射粒子を投射したとしても、微細くぼみの径Ｒの最大値が１０μｍに達せず、油溜りとしての機能を十分に発揮することができないために、球状の投射粒子に比べて接触摺動部の摩耗が早期に進行し、焼付きが発生したと考えられる。この結果から、投射粒子１１１の形状は球状がより好ましい。
【００７４】
以上のことから、実施例１では、摺動部材１０１の摺動面に投射粒子１１１を投射することにより、投射粒子１１１の成分が転写され組織が緻密な転写層１０４と、微細くぼみ１０５が形成される。このため、摺動面の機械的強度や破壊靭性が増加するとともに、潤滑剤の潤滑作用が付与されることにより、接触摺動部での摩耗が低減され、信頼性の高い摺動部材、及びその製造方法を提供することができる。
【００７５】
加えて、このような投射粒子１１１を摺動部材１０１の摺動面に高速投射する摺動部材の製造方法は、投射粒子１１１の材質や形状、並びに投射条件を調整することによって、摺動部材１０１の摺動面に投射粒子１１１の成分が転写された転写層１０４や多数の微細くぼみ１０５を同時に形成して、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた表面に改質することができる。このため、実施例１に係る摺動部材の製造方法によれば、ＰＶＤやＣＶＤなどに比べて、複雑な装置は不要であり、安価に製造することが可能である。
【００７６】
尚、実施例１の摺動部材の製造方法では、投射粒子１１１としてシリカ（ＳｉＯ２）を使用したが、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）を用いても、これらがシリカ（ＳｉＯ２）と同様に硬質で高い機械的強度の特性を有していることから、摺動部材１０１の摺動面の機械的強度がこれらの成分特性の付与により向上するため、シリカ（ＳｉＯ２）を使用した場合と同様な摩耗低減効果が得られる。
【００７７】
また、投射粒子１１１として、酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いた場合、酸化カルシウム（ＣａＯ）が無機系の固体潤滑作用の特性を有していることから、この成分特性の付与により、摺動部材１０１の摺動面での金属接触が抑制されるので、摩耗を低減する効果が得られる。
【００７８】
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が延性や破壊靭性に優れた特性を有していることから、この成分特性の付与により、摺動部材１０１の摺動面での微視的なチッピングが抑制されて、摩耗を低減する効果が得られる。
【００７９】
更に、酸化鉄として四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を使用した場合、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）がすべり性に優れた特性を有しているため、この成分特性の付与により、摺動部材１０１の摺動面での凝着摩耗が抑制され、摩耗を低減する効果が得られる。
【００８０】
また、実施例１では、投射粒子１１１が、キャリアガス１２３によりノズル１２５の先端口１２６より約１００ｍ／ｓｅｃの速度で摺動部材１０１の摺動面に投射されている。発明者は、投射粒子１１１の投射速度が遅すぎると、衝突の際に十分な運動エネルギーを基材１０２側に伝達することができず、転写層１０４や微細くぼみ１０５の形成が不十分となり、逆に、投射速度が速すぎると、摺動部材１０１の摺動面の荒れが顕著になることを確認した。したがって、投射粒子１１１の投射速度は、基材１０２の材質（例えば硬さ）や投射される投射粒子１１１の材質（例えば硬さ）や粒径、あるいは要求される投射後の摺動面の表面粗さや、形成される微細くぼみの径Ｒ等に応じて、適宜選択することが望ましい。
【００８１】
尚、実施例１の摺動部材においては、アルミニウム系の材質（アルミ合金）と鉄系の材質（軸受鋼）といった異種金属同士の摺動部に関し、アルミニウム系の材質の摺動部材１０１に転写層１０４と微細くぼみ１０５を形成している。相対する摺動部材において、硬さが軟らかい方の摺動部材１０１の摺動面に投射粒子１１１を投射することが好ましい。これは、投射粒子１１１を投射した場合、摺動部材１０１の摺動面には微細くぼみ１０５の周囲に若干の凸状の盛上りが生じ、これが面荒れとなって相手側の摺動部材を傷つける可能性も想定される。しかしながら、実施例１の摺動部材のように、投射粒子が投射される摺動部材が硬さの軟らかい方であれば、摺動部に摺動荷重が加わった時点で、凸状の盛上りは瞬時に塑性変形することで平坦化し、摺動中に相手部材を傷つけることを回避できる。
【００８２】
上記のように、相対する摺動部材において硬さが軟らかい方の摺動部材１０１の摺動面に投射粒子１１１を投射することは、鉄系の材質、あるいはアルミニウム系の材質同士といった同種金属同士の摺動部位も同様なことが言える。すなわち、相対する同種金属の摺動部材において、硬さが軟らかい方の摺動部材１０１の摺動面に投射粒子１１１を投射して、転写層を形成し微細くぼみを形成することが好ましい。
【００８３】
尚、実施例１においては、投射粒子供給装置にギヤポンプ（図示せず）により投射粒子１１１を移送する構成のものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、投射粒子１１１が安定的に供給される構成のものであればそれを用いることができ、同様の効果を奏する。
【００８４】
また、実施例１においては、キャリアガス１２３として非圧縮性流体である空気を使用したが、酸素を含まない窒素ガスを使用しても同様な効果が得られる。
【００８５】
実施例２
図１０は本発明の実施例２における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図１１は実施例２の摺動部材の製造方法を示す模式図、図１２は実施例２の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図、及び図１３は実施例２の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【００８６】
本発明の摺動部材２０１について、以下に詳細に説明する。
摺動部材２０１は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金（ＪＩＳ：Ａ６０６３）を基材２０２として形成したものである。
【００８７】
摺動部材２０１の摺動面には、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が数μｍの厚さで転写された転写層２０４が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子２１１の成分を基材２０２の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子２１１を所定の速度で摺動部材２０１の摺動面に投射することで実現している。
また、摺動面には更に形状が略半球面で構成された多数の微小な微細くぼみ２０５が形成されている。
【００８８】
次に、実施例２の摺動部材２０１の製造方法について詳細に説明する。
まず、摺動部材２０１の摺動面となる基材２０２の表面を研削加工することにより表面粗さをＲａ０．３μｍ程度に仕上げる。次に、投射粒子供給装置２２１（図１１参照）を用いて、投射粒子２１１を摺動部材２０１の摺動面に投射する。
【００８９】
投射粒子供給装置２２１は、貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵された投射粒子２１１を移送するための投射粒子送り配管２２２を、キャリアガス２２３が流れるガス配管２２４に接合して、ガス配管２２４の先端にノズル２２５を設置したものである。
【００９０】
実施例２において、投射粒子２１１として、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が全体の７０〜８０％を占め、残りを酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化鉄等で構成される略球状のフライアッシュを用いた。投射粒子２１１の平均粒径は７μｍであり、粒径が３〜１６μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。今回使用したフライアッシュは、ＪＩＳ規格で示される５種、１０種に該当する仕様である。
【００９１】
フライアッシュとは、石炭火力発電所のボイラー内において、微粉砕された石炭の燃焼によって溶融状態になった灰の粒子が、高温の燃焼ガス中を浮遊しボイラー出口で温度が低下することに伴い、微細粒子となって電気集塵器に捕集された産業廃棄物である。フライアッシュは乾燥状態で貯蔵され、リサイクルやリユース等の用途に応じて更に調合または分級器で粒度調整を行い製品別サイロに貯蔵されている。
【００９２】
フライアッシュは微細粒子であり、通常では略球状の形態であるため、フライアッシュを用いると、コンクリートやモルタルの施工時の流動性が増大するので、この性質を活用して、一般的には土木、建築分野で用いられている。したがって、実施例１のように、投射粒子２１１の投射用途に繰り返し使用した後のフライアッシュは、そのまま廃棄するのではなく、コンクリートやモルタルの混和材としてリユースすることも可能であり、地球環境に配慮した投射粒子２１１と言う長所を有する。
【００９３】
貯蔵タンクに貯留された投射粒子２１１は、電動ギアポンプ（図示せず）により投射粒子送り配管２２２を通って、ガス配管２２４との接合部位まで移送される。ガス配管２２４内のキャリアガス２２３は、エアーポンプ（図示せず）を使用した乾燥空気であり、ガス圧が０．３〜０．６ＭＰａの範囲内となるよう調整した。
【００９４】
このように、ガス配管２２４と投射粒子送り配管２２２との接合部位まで連続的に移送された投射粒子２１１が、キャリアガス２２３によりノズル２２５の先端口２２６より１００ｍ／ｓ前後の速度で摺動部材２０１の摺動面に対して略垂直に投射される。なお、ノズル２２５の先端口２２６から摺動部材２０１の摺動面までの距離は３０〜４０ｍｍの範囲内とした。
【００９５】
以上の製造工程において、摺動部材２０１の摺動面に形成された微小な微細くぼみ２０５の径（摺動面開口径）Ｒは、形状測定の結果から最大で２０μｍ程度であった。ここで、摺動面開口径とは、平坦な摺動面における略円形の開口部分の直径を言う。
【００９６】
さらに、上記のように製造された実施例２の摺動部材２０１について、図１２及び図１３を用いて詳述する。
図１２は、投射粒子２１１の投射前後の摺動部材２０１の摺動面をＥＰＭＡ分析装置にて分析した比較結果を示している。図１２において、横軸は印加電圧［ｋｅＶ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図１２に示す分析結果においては、分析条件として、印加電圧を最大１５ｋｅＶとし、表面から深さ２μｍ前後に存在する元素の情報を示した。この結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子２１１の構成元素であるけい素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、並びにカルシウム（Ｃａ）のピークが顕著に高くなっていることが分かる。更に、僅かではあるが、鉄（Ｆｅ）及びマグネシウム（Ｍｇ）も検出された。
【００９７】
図１３は、投射粒子２１１投射前後の摺動部材２０１の摺動面をＸ線回折装置で分析した比較結果であり、横軸はＸ線の入射角度（回折角２θ）［ｄｅｇ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図１３に示す分析結果は、薄膜Ｘ線回折法にて実施したものであり、表面から深さ５μｍ前後の組織構造の情報を示したものである。図１３における上下の各図の下方に記載した横軸を起点とする複数の縦実線はいずれもシリカ（ＳｉＯ２）のピーク位置を指し、複数の縦点線はいずれもムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）のピーク位置を指す。この結果から、投射後において、回折角２θが１６°及び２６°付近のピークが発現している。これはムライトとシリカであると同定できる。また、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化第二鉄はＸ線回折では検出されないが、いずれも熱的安定性に優れた物質であるので、非晶質として摺動面に存在していると判断できる。
【００９８】
図１２及び図１３の結果から、摺動部材２０１の摺動面に、投射粒子２１１の成分であるムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が転写された転写層２０４が形成されていると判断できる。また、図示していないが、表面から深さ１０μｍ以上の組織構造を分析したＸ線回折結果ではムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）のピークが極端に小さくなることからもフライアッシュの成分を多く含有する転写層２０４の厚みは、数μｍ程度であると推察される。
【００９９】
以上の製造工程により形成された摺動部材２０１の摩擦摩耗特性をボールオンディスク方式の試験装置にて評価した。摺動部材２０１の相手側となる摺動部材（図示せず）として球径が９．５ｍｍ、表面粗さがＲａ０．２以下、鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を用い、潤滑油としてタービン油を使用し、温度２２〜２８℃、相対湿度５５〜６５％の雰囲気下で試験を行った。試験条件は、垂直荷重１９．６Ｎ、すべり速度０．１ｍ／ｓである。尚、潤滑油は実験前に０．０５ｍＬ滴下するのみであり、すべり長さ（摺動距離）の増加によって潤滑油は消費される。試験途中で、接触摺動部にて摩耗が進行し、摩擦係数が０．３以上に達した地点で潤滑油が枯渇して焼付きが発生したものと判断し、試験を終了させた。上記の条件を実施例２条件１とする。
【０１００】
また、本発明に係る実施例２の摺動部材に関する摩擦摩耗特性を評価するために、投射粒子の形状や大きさを変更した他の仕様も実施例２条件１の仕様と併せて下記表２に示す。他のいずれの仕様も、基材２０２はアルミニウム系の材質であるアルミ合金（Ａ６０６３）、相手側摺動部材は球径、及び表面粗さを同じとした鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を使用した。
【０１０１】
【表２】
2009526126.tif 000004
【０１０２】
実施例２条件２は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、成分が９９％以上のシリカ（ＳｉＯ２）により構成された略球状の投射粒子を用いた。尚、投射粒子の平均粒径は７μｍであり、粒径が３〜１６μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、シリカ（ＳｉＯ２）の成分が転写された転写層と、略半球面形状の微細くぼみが形成されている。尚、微細くぼみの径（摺動面開口径）Ｒは最大で２０μｍ程度であり、実施例２条件１とほぼ同等である。
【０１０３】
実施例２条件３は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が全体の７０〜８０％を占め、残りを酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化鉄等で構成され、略角状からなるフライアッシュを用いた。尚、投射粒子の平均粒径は９．４μｍであり、粒径が３〜２４μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、投射粒子の成分が転写された転写層は分析により確認できたが、成分比率は若干のばらつきが認められた。また、球状の投射粒子の場合に見られた微細くぼみは形成されず、摺動面が削られたような極微細な条痕が多数に確認された。
【０１０４】
比較例１は、従来の摺動部材であって、Ｒａ０．３〜０．６μｍ程度の表面粗さに研削加工され、その後、ラッピングによりＲａ０．２μｍ以下となるように表面仕上げ加工されている。
【０１０５】
表２に示す仕様による摩擦摩耗特性に関する試験結果を以下に説明する。
図１４は、本発明の実施例２における実施例２条件１と比較例１の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
【０１０６】
図１４に示した結果から、従来の摺動部材である比較例１が約１ｍ程度のすべり長さにて早々に焼付いたのに対し、実施例２条件１の摺動部材２０１は、摩擦係数が０．１５〜０．２５程度で推移し、境界潤滑領域での摺動を保持しており、焼付きまでのすべり長さが比較例１に比べて約２４０倍であった。したがって、実施例２条件１の摺動部材２０１は著しい耐摩耗性及び耐焼付き性の改善が確認された。
【０１０７】
図１５は実施例２における条件１から条件３及び比較例１の摺動部材の焼付き発生までのすべり長さに関する特性図であり、条件毎に焼付きまでのすべり長さを比較したグラフである。図１６は実施例２における条件１から条件３及び比較例１の比摩耗量の特性図であり、条件毎に試験後の摩耗体積を各々のすべり長さ及び垂直荷重で除して算出した比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］を比較したグラフである。
【０１０８】
図１５及び図１６において、実施例２条件１は、同じ平均粒径と球状形態からなるシリカ（ＳｉＯ２）を投射した実施例２条件２に比べて、焼付きまでのすべり長さは１．４倍であり、比摩耗量（単位すべり長さ当りの摩耗体積）は約１／１０程度となり、耐焼付き性及び耐摩耗性の向上がより顕著であることが分かる。
【０１０９】
これは、投射粒子２１１投射による衝撃力によって、摺動部材２０１の摺動面と投射粒子２１１の表面の温度が瞬間的に上昇した際に、両者の表面が活性化し、投射粒子２１１の成分であるムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が摺動面に転写されたことで、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）やシリカ（ＳｉＯ２）の高い硬度による高機械的強度の特性に加え、酸化カルシウム（ＣａＯ）が有する無機系の固体潤滑作用の特性も発揮され、接触摺動部での金属接触を抑制し、実施例２条件２に比べて接触摺動部の耐摩耗性がより向上したものと推察される。
【０１１０】
更に、投射粒子２１１の投射による衝撃力により、摺動面が塑性変形して多数の微細くぼみ２０５が形成されている。この結果、油膜厚みが薄い状況においても、微細くぼみ２０５が油溜りとなるため、接触摺動部にて潤滑作用が発揮できる。さらに、この転写層２０４の組織は微細化し内部応力が高くなっており、破壊靭性が向上していると考えられる。
【０１１１】
次に、角状投射粒子を投射した実施例２条件３の耐焼付き性及び耐摩耗性について、図１５及び図１６を用いて考察する。
実施例２条件３の耐焼付き性及び耐摩耗性は、比較例１と比べると明らかに改善されている。しかしながら、同等レベルの平均粒径を有する球状の投射粒子２１１と比べて、やや耐焼付き性及び耐摩耗性が低いことが分かる。
【０１１２】
角状投射粒子を投射した場合の摺動面には、ある程度のばらつきはあるが、投射粒子であるフライアッシュの成分を有する転写層が形成され、摺動部材の摺動面の機械的強度は増加し、固体潤滑作用の付与はなされている。しかしながら、油溜りとしての機能を有する微細くぼみが十分に形成されないために、球状の投射粒子２１１に比べて接触摺動部の摩耗が早期に進行し、焼付きが発生したと考えられる。この考察結果から、投射粒子２１１の形状は球状が好ましい。
【０１１３】
以上のことから、実施例２では、摺動部材２０１の摺動面にフライアッシュで構成された投射粒子２１１を投射することにより、投射粒子２１１の成分が転写され、組織が緻密な転写層２０４と、略半球面形状の微細くぼみ２０５が形成される。この結果、摺動面の機械的強度や破壊靭性が増加し、無機系の固体潤滑作用の特性が接触摺動部に付与される。更に、潤滑剤の潤滑作用が付与されることにより、接触摺動部における摩耗が相乗的に低減されるため、信頼性の高い摺動部材を製造することができる。
【０１１４】
加えて、このような投射粒子２１１を摺動部材２０１の摺動面に高速投射する摺動部材の製造方法は、投射粒子２１１の材質や形状、並びに投射条件を調整することによって、摺動部材２０１の摺動面に投射粒子２１１の成分が転写された転写層２０４や多数の微細くぼみ２０５を同時に形成して、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた表面に改質することができる。このため、実施例２に係る摺動部材の製造方法によれば、ＰＶＤやＣＶＤなどに比べて、複雑な装置が不要であり、安価に製造することが可能である。
【０１１５】
尚、実施例２の摺動部材２０１の製造方法では、投射粒子２１１としてフライアッシュを単独で用いたが、摺動部材２０１の摺動面にアルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄のうち、少なくとも二つ以上の成分を同時に転写して、摺動部材２０１の摺動面に、機械的強度の向上、固体潤滑層の形成、破壊靭性の向上、すべり性の向上のうち、少なくとも二つ以上の特性を同時に付与することができる。したがって、実施例２の摺動部材２０１の製造方法は、優れた特性を有する摺動部材２０１を非常に効率的に製造できる。
【０１１６】
また、フライアッシュは産業廃棄物であり、リユースの用途としてはこれまで建築、土木の分野に限られていたが、実施例２に示した製造方法により、フライアッシュは、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた摺動部材２０１を製造するための用途として新たに創出されたことになる。
【０１１７】
実施例２で使用したＪＩＳ規格のフライアッシュの化学組成は、シリカ（ＳｉＯ２）が４４．６〜７４．０％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が１６．４〜３８．３％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が０．１〜１４．３％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が０．２〜２．８％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が０．６〜２２．７％であり、ややばらつきを有している。
【０１１８】
実施例２では、投射粒子２１１として、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を多く含むフライアッシュの投射粒子２１１を使用したが、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を比較的多く含むフライアッシュを使用した場合でも、接触摺動部での作用は異なるが、同様に摩耗を低減する効果が得られる。
【０１１９】
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を多く含有するフライアッシュの場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）やシリカ（ＳｉＯ２）と同様に硬質で高い機械的強度を有していることから、摺動部材２０１の摺動面の機械的強度は向上する。したがって、フライアッシュを用いることにより、摺動部材２０１の摺動面の摩耗を大幅に低減する効果が得られる。
【０１２０】
また、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を多く含有するフライアッシュの場合、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が延性や破壊靭性において優れた特性を有していることから、摺動部材２０１の摺動面での微視的なチッピングが抑制されて、摩耗を低減する効果が得られる。
【０１２１】
また、酸化鉄に関しては、一般に接触摺動部にてすべり性を向上させ、凝着摩耗の抑制に効果があるとされているのは、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）と言われている。実施例２で使用したＪＩＳ規格のフライアッシュに含有する酸化鉄は、主に酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）であるため、すべり性向上の作用は小さい。しかし、フライアッシュの生成過程や摺動面への投射の段階で、意図的に四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を混合させることにより、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）がすべり性に優れた特性を有しているため、摺動部材２０１の摺動面での凝着摩耗が抑制され、摩耗を低減する効果が得られる。
【０１２２】
尚、実施例２では、アルミナ、シリカ、ムライト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄のうち、少なくとも二つの成分を有する投射粒子２１１としてフライアッシュを使用し、効率的に二つ以上の成分の転写を図ったが、同様に二つ以上の成分を有する別の投射粒子を使用しても、同様な効果が得られる。
【０１２３】
実施例３
図１７は本発明の実施例３における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図１８は実施例３の摺動部材の製造方法を示す模式図、図１９は実施例３の微細くぼみと微細溝部の構成を示す拡大断面概略図、図２０は実施例３の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図、及び図２１は実施例３の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【０１２４】
本発明に係る実施の形態３の摺動部材３０１について、以下に詳細に説明する。
摺動部材３０１は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金（ＪＩＳ：Ａ６０６３）を基材３０２として形成したものである。
【０１２５】
摺動部材３０１の摺動面には、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が数μｍの厚さで転写された転写層３０４が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子３１１の成分を基材３０２の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子３１１を所定の速度で摺動部材３０１の摺動面に投射することで実現している。
【０１２６】
また、摺動部材３０１の摺動面の全面に亘って、クサビ状の凹部３３１から構成される微細溝部３０６と、形状が略半球面形状である多数の微小な微細くぼみ３０５を擁する略平坦部３１２が交互に形成されている。
【０１２７】
次に、実施例３の摺動部材３０１の製造方法について詳細に説明する。
まず、摺動部材３０１の表面を＃１８０のサンドペーパーにて、摺動方向に対し平行に研削加工する。次に、投射粒子供給装置３２１（図１８参照）を用いて、投射粒子３１１を摺動部材３０１の摺動面に投射する。
【０１２８】
投射粒子供給装置３２１は、貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵された投射粒子３１１を移送するための投射粒子送り配管３２２を、キャリアガス３２３が流れるガス配管３２４に接合して、そのガス配管３２４の先端にノズル３２５を設置したものである。
【０１２９】
実施例３において、投射粒子３１１として、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が全体の７０〜８０％を占め、残りを酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化鉄等で構成される略球状のフライアッシュを用いた。投射粒子の平均粒径は７μｍであり、粒径が３〜１６μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。今回使用したフライアッシュは、ＪＩＳ規格で示される５種、１０種に該当する仕様である。なお、実施例３で用いたフライアッシュは、前述の実施例２で用いたフライアッシュと同じものである。
【０１３０】
貯蔵タンクに貯留された投射粒子３１１は、電動ギアポンプ（図示せず）により投射粒子送り配管３２２を通って、ガス配管３２４との接合部位まで移送される。ガス配管３２４内のキャリアガス３２３は、エアーポンプ（図示せず）を使用した乾燥空気であり、ガス圧が０．３〜０．６ＭＰａの範囲内となるよう調整されている。
【０１３１】
このように、ガス配管３２４と投射粒子送り配管３２２との接合部位まで連続的に移送された投射粒子３１１が、キャリアガス３２３によりノズル３２５の先端口３２６より１００ｍ／ｓ前後の速度で摺動部材３０１の摺動面に対して略垂直に投射される。なお、ノズル３２５の先端口３２６から摺動部材３０１の摺動面までの距離は３０〜４０ｍｍの範囲内とした。
【０１３２】
以上の製造工程において、摺動部材３０１の摺動面に形成された微小な微細くぼみ３０５の径（摺動面開口径）Ｒは、形状測定の結果から最大で２０μｍ程度であった。ここで、摺動面開口径とは、平坦な摺動面における略円形の開口部分の直径を言う。
【０１３３】
投射前の段階では、摺動部材３０１の摺動面が凹凸であり、先端がクサビ状の凸部３３０（図１９において、破線で示す仮想線３３０Ｌの内側）と凹部３３１が存在している。この摺動面に対して投射粒子３１１が投射されて、投射粒子３１１が衝突することにより、摺動面上の凸部３３０が塑性変形し、あるいは除去されて、見かけ上消失することで凹部３３１のみが残存したような形態を示す。この結果、摺動部材３０１の摺動面の全面に亘って、残存したクサビ状の凹部３３１から構成される微細溝部３０６と、微細くぼみ３０５を擁する略平坦部３１２が交互に形成される。
【０１３４】
尚、微細溝部３０６の凹部３３１の深さＨ２の方が、総じて微細くぼみ３０５の深さＨ１よりも深い傾向を示している（図１９参照）。更に、微細溝部３０６の幅Ｗ２と略平坦部３１２の幅Ｗ１の比率Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）は、箇所によりばらつきはあるが、約０．０５〜０．６の範囲内であった。
【０１３５】
さらに、上記のように製造された実施例３の摺動部材３０１について、図２０及び図２１を用いて詳述する。
図２０は、投射粒子３１１の投射前後の摺動部材３０１の摺動面をＥＰＭＡ分析装置にて分析した比較結果を示している。図２０において、横軸は印加電圧［ｋｅＶ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図２０に示す分析においては、分析条件として、印加電圧を最大１５ｋｅＶとし、表面から深さ２μｍ前後に存在する元素の情報を示したものである。この分析結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子３１１の構成元素であるけい素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、並びにカルシウム（Ｃａ）のピークが顕著に高くなっていることが分かる。更に、僅かではあるが、鉄（Ｆｅ）及びマグネシウム（Ｍｇ）も検出された。
【０１３６】
図２１は、投射粒子３１１投射前後の摺動部材３０１の摺動面をＸ線回折装置で分析した比較結果で、横軸はＸ線の入射角度（回折角２θ）［ｄｅｇ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図２１に示す分析結果は、薄膜Ｘ線回折法にて実施したものであり、表面から深さ５μｍ前後の組織構造の情報を示したものである。図２１における上下の各図の下方に記載した横軸を起点とする複数の縦実線はいずれもシリカ（ＳｉＯ２）のピーク位置を指し、複数の縦点線はいずれもムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）のピーク位置を指す。この結果から、投射後において、回折角２θが１６及び２６°付近のピークが発現している。これはムライトとシリカであると同定できる。また、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化第二鉄はＸ線回折では検出されないが、いずれも熱的安定性に優れた物質であるので、非晶質として摺動面に存在していると判断できる。
【０１３７】
図２０及び図２１の結果から、摺動部材３０１の摺動面に、投射粒子３１１の成分であるムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が転写された転写層３０４が形成されていると判断できる。また、図示していないが、表面から深さ１０μｍ以上の組織構造を分析したＸ線回折結果ではムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）及びシリカ（ＳｉＯ２）のピークが極端に小さくなることからもフライアッシュの成分を多く含有する転写層３０４の厚みは、数μｍ程度であると推察される。
【０１３８】
以上の製造工程により形成された摺動部材３０１の摩擦摩耗特性をボールオンディスク方式の試験装置にて評価した。摺動部材３０１の相手側となる摺動部材（図示せず）として球径が９．５ｍｍ、表面粗さがＲａ０．２以下、鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を用い、潤滑油としてタービン油を使用し、温度２２〜２８℃、相対湿度５５〜６５％の雰囲気下で試験を行った。試験条件は、垂直荷重１９．６Ｎ、すべり速度０．１ｍ／ｓである。尚、潤滑油は実験前に０．０５ｍＬ滴下するのみであり、すべり長さ（摺動距離）の増加によって潤滑油は消費される。試験途中で、接触摺動部にて摩耗が進行し、摩擦係数が０．３以上に達した地点で潤滑油が枯渇して焼付きが発生したものと判断し、試験を終了させた。この条件を実施例３条件１とする。
【０１３９】
また、本発明に係る実施例３の摺動部材に関する摩擦摩耗特性を評価するために、投射粒子の形状や大きさを振った比較条件の他の仕様を実施例３条件１の仕様と併せて下記表３に示す。他のいずれの仕様も、基材３０２はアルミニウム系の材質であるアルミ合金（Ａ６０６３）、相手側摺動部材は球径、及び表面粗さを同じとした鉄系の材質であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）球を使用した。
【０１４０】
【表３】
2009526126.tif 000005
【０１４１】
実施例３条件２は、表面粗さをＲａ０．３μｍに研削加工した後に、投射粒子を摺動部材の摺動面に投射した。投射粒子として、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が全体の７０〜８０％を占め、残りを酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化鉄等で構成されており、略球状からなるフライアッシュを用いた。尚、投射粒子の平均粒径は７μｍであり、粒径が最大１６μｍの範囲で投射粒子全体の９０％以上を占める正規分布を示す。摺動部材の摺動面には、フライアッシュの成分が転写された転写層と、略半球面形状の微細くぼみが形成されている。尚、転写層から検出される成分比率、並びに微細くぼみの径Ｒは最大で２０μｍ程度であり、実施例３条件１とほぼ同等である。
【０１４２】
実施例３条件３は、摺動部材の摺動面を＃１８０のサンドペーパーにて研削加工し、摺動方向に対し平行に、先端がクサビ状の凸部と凹部からなる加工条痕のみを設けたものである。
【０１４３】
比較例１は、従来の摺動部材であって、Ｒａ０．３〜０．６μｍ程度の表面粗さに研削加工され、その後、ラッピングによりＲａ０．２μｍ以下に表面仕上げ加工されている。
【０１４４】
表３に示す仕様による摩擦摩耗特性に関する試験結果を以下に説明する。
図２２は実施例３条件１及び比較例１の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。
【０１４５】
図２２に示した結果から、従来の摺動部材である比較例１が約１ｍ程度のすべり長さにて早々に焼付いたのに対し、実施例３条件１の摺動部材３０１は、摩擦係数が０．０５〜０．２程度で推移し、境界潤滑領域での摺動を保持しており、本試験条件範囲（図中では３００ｍまでしか表示していないが、最大ですべり長さ７００ｍまで試験を実施）では焼付きが発生しない。したがって、実施例３条件１の摺動部材３０１においては、著しい耐摩耗性及び耐焼付き性の改善が確認された。
【０１４６】
実施例３条件１においては、投射粒子３１１の投射による衝撃力によって、摺動部材３０１の摺動面と投射粒子３１１の表面の温度が瞬間的に上昇した際に、両者の表面が活性化し、投射粒子３１１の成分であるムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が摺動面に転写されている。このため、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）とシリカ（ＳｉＯ２）が有する高い硬度による高い機械的強度の特性に加え、酸化カルシウム（ＣａＯ）が有する無機系の固体潤滑作用の特性が発揮されて、接触摺動部での金属接触を抑制し、比較例１に比べて接触摺動部の耐摩耗性が向上したものと推定される。
【０１４７】
更に、実施例３条件１の摺動部材においては、投射粒子３１１の投射による衝撃力により、基材３０２表面の組織は微細化し内部応力が高くなり、機械的強度及び破壊靭性が向上している。
【０１４８】
図２３は実施例３における条件１から条件３及び比較例１の摺動部材の焼付き発生までのすべり長さの特性図であり、条件毎に焼付きまでのすべり長さを比較したグラフである。図２４は実施例３における条件１から条件３及び比較例１の比摩耗量の特性図であり、条件毎に試験後の摩耗体積を各々のすべり長さ及び垂直荷重で除して算出した比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］を比較したグラフである。
【０１４９】
図２３及び図２４において、フライアッシュの投射のみを施した実施例３条件２は、実施例３条件１と同様に比較例１に比べると、顕著に耐焼付き性及び耐摩耗性が向上している。しかし、実施例３条件１は、実施例３条件２と比べると焼付き発生までのすべり長さは２．５倍以上長いにもかかわらず、比摩耗量（単位すべり長さ当りの摩耗体積）はほぼ同等である。
【０１５０】
これは、実施例３条件１の摺動面には、投射粒子３１１の投射による衝撃力により、摺動面が塑性変形して多数の微細くぼみ３０５が形成されているだけでなく、クサビ状の凹部３３１から構成され、摺動方向に対し平行な微細溝部３０６が形成されていることにより、油膜厚みが薄い状況においても、微細くぼみ３０５と微細溝部３０６が油溜りとして機能することで、相乗的に潤滑作用が発揮されたものと推察される。
【０１５１】
また、図２３及び図２４に示すように、摺動方向に対し平行に微細溝が形成されるように、摺動面を研削加工し、その微細溝の両側にある凸部の先端がクサビ状の凸部３３０（図１９における仮想線３３０Ｌの内側）と凹部３３１からなる加工条痕のみを形成した実施例３条件３は、比較例１に比べて焼付きまでのすべり長さや比摩耗量の改善効果は見られる。しかしながら、その効果は比較的小さい。これは、転写層３０４や微細くぼみ３０５が形成されていないためと考えられる。
【０１５２】
以上のことから、実施例３では、摺動部材３０１の摺動面に球状のフライアッシュからなる投射粒子３１１を投射することにより、投射粒子３１１の成分が転写され、組織が緻密な転写層３０４と、略半球面形状の微細くぼみ３０５と、摺動方向に平行に微細溝部３０６と略平坦部３１２が交互に形成されることにより、摺動面の機械的強度や破壊靭性が向上し、無機系の固体潤滑作用の特性が付与される。更に、実施例３においては、潤滑剤の潤滑作用が付与されることにより、接触摺動部での摩耗が相乗的に低減され、信頼性の高い摺動部材及びその製造方法を提供することができる。
【０１５３】
加えて、実施例３において示した、投射粒子３１１を摺動部材３０１の摺動面に高速投射する摺動部材の製造方法は、投射粒子の材質や形状、並びに投射条件を調整することによって、摺動部材３０１の摺動面に投射粒子３１１の成分が転写された転写層３０４や多数の微細くぼみ３０５を同時に形成し、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた表面に改質することができる。このため、実施例３に係る摺動部材の製造方法によれば、ＰＶＤやＣＶＤなどに比べて、複雑な装置が不要であり、安価に製造することが可能である。
【０１５４】
尚、実施例３の摺動部材３０１の製造方法では、摺動部材３０１の摺動面を＃１８０のサンドペーパーにて、摺動方向に対し平行になるように微細溝を研削加工した後に、投射粒子３１１を摺動面に投射しているが、研削あるいは粗研磨加工等による加工条痕、所謂加工目残りをそのまま微細溝部３０６として転用することも可能である。このような製造方法によれば、鏡面状態への研磨仕上げ加工が不要となり、生産性のさらなる向上を図ることができる。
【０１５５】
また、実施例３では、微細溝部３０６の延設方向が摺動方向に対して平行な例について説明したが、摺動形態や条件に対応して、摺動方向に対し適正な角度をもたせて微細溝部３０６を形成しても良い。更に、摺動形態や各種の条件に対応して、微細溝部３０６の延設方向が摺動方向と直交するように形成しても良い。
【０１５６】
尚、実施例３では、摺動方向と直交する方向において、微細溝部３０６の幅Ｗ２と、略平坦部３１２の幅Ｗ１の比率Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）は、箇所によりばらつきはあるが、約０．０５〜０．６の範囲内とした。比率Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が０．０５未満の範囲内であれば、実質的に微細くぼみ３０５のみが形成された場合との優位差が小さくなる。一方、比率Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）が０．６以上の範囲であれば、必然的に微細溝部３０６の幅Ｗ２、深さＨ２が大きくなりすぎて、接触摺動部から潤滑油が流出し、摩耗を低減する効果の低下が想定される。したがって、微細溝部３０６の幅Ｗ２と、略平坦部３１２の幅Ｗ１の比率Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）は０．０５〜０．６の範囲内が好ましい。
【０１５７】
実施例４
図２５は本発明の実施例４における摺動部材の一部を示す拡大断面概略図、図２６は実施例４の摺動部材の製造方法を示す模式図、図２７は実施例４の混合投射粒子の模式図、図２８は実施例４の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図、図２９は実施例４の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図、図３０は実施例４の摩擦係数の経時変化を示す特性図、図３１は実施例４の焼付き発生までのすべり長さの特性図、及び図３２は実施例４のディスク側の比摩耗量の特性図である。
【０１５８】
まず、本発明に係る実施例４の摺動部材４０１の製造方法について詳細に説明する。
摺動部材４０１は、アルミニウム系の材質であるアルミ合金（ＪＩＳ：Ａ６０６３）を基材４０２として形成したものである。摺動部材４０１は、予め研削加工によって摺動面の表面粗さをＲａ０．３μｍ程度に仕上げてある。その基材４０２の表面に対して、投射粒子供給装置４２１（図２６参照）を用いて、投射粒子４１１とキャリアビーズ４４０の混合投射粒子４４１（図２７参照）を投射する。
【０１５９】
投射粒子供給装置４２１は、貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵された混合投射粒子４４１を移送するための投射粒子送り配管４２２を、キャリアガス４２３が流れるガス配管４２４に接合して、そのガス配管４２４の先端にノズル４２５を設置したものである。
【０１６０】
ここで、投射粒子４１１として、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が９９％以上の高純度酸化カルシウムを用いた。投射粒子４１１はその外周面に丸みのある凸部を複数有する形状を有しており、平均粒径が１μｍ以下である。
【０１６１】
キャリアビーズ４４０には、成分が９９％以上の高純度のシリカ（ＳｉＯ２）で構成された略球状のものを用いた。キャリアビーズ４４０の平均粒径は２０μｍであり、粒径が１０〜３０μｍの範囲でキャリアビーズ４４０全体の９０％以上を占める正規分布を示す。
【０１６２】
投射粒子４１１とキャリアビーズ４４０の混合比は体積比率で１：３の割合とし、これを所定の容器に入れて、遊星型ボールミルにて約１時間程度混ぜ合わせ、混合投射粒子４４１を作成した。
【０１６３】
なお、混合投射粒子４４１は図２７に示すように、静電気等の作用により、キャリアビーズ４４０の球状表面には多数の投射粒子４１１が付着していることを発明者は確認している。
【０１６４】
貯蔵タンクに貯留された混合投射粒子４４１は、電動ギアポンプ（図示せず）により投射粒子送り配管４２２を通って、ガス配管４２４との接合部位まで移送される。ガス配管４２４内のキャリアガス４２３は、エアーポンプ（図示せず）を使用した乾燥空気であり、ガス圧が０．３〜０．６ＭＰａの範囲内となるよう調整されている。
【０１６５】
このように、ガス配管４２４と投射粒子送り配管４２２との接合部位まで連続的に移送された混合投射粒子４４１が、キャリアガス４２３によりノズル４２５の先端口４２６より１００ｍ／ｓ前後の速度で摺動部材４０１の摺動面に対して略垂直に投射される。なお、ノズル４２５の先端口４２６から摺動部材４０１の摺動面までの距離は３０〜４０ｍｍの範囲内とした。
【０１６６】
上記の摺動部材の製造方法により製造された実施例４の摺動部材４０１について、以下に詳細に説明する。
摺動部材４０１の摺動面には、アルミ合金（ＪＩＳ：Ａ６０６３）の基材４０２の上に主成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）が数μｍ程度の厚さで転写された転写層４０４が形成されている。ここで、転写とは、投射粒子４１１とキャリアビーズ４４０の成分を基材４０２の表面及び表面近傍に移着、混入させることを言う。この実施例においては、転写させたい成分を有した投射粒子４１１を所定の速度で摺動部材４０１の摺動面に投射することで実現している。
【０１６７】
摺動部材４０１の摺動面には、主にキャリアビーズ４４０によって形成されたと考えられる、表面形状が略半球面状を有する多数の微細くぼみ４０５が分布している。そして、微細くぼみ４０５の内面と摺動面の表面には、主に投射粒子４１１によって形成されたと考えられる更に小径の多数の極微細凹み４０７が形成されている。
【０１６８】
微細くぼみ４０５の径（摺動面開口径）Ｄ１は、形状測定の結果から最大で３０μｍ程度であった。また、極微細凹み４０７のくぼみの径Ｄ２は最大でも１μｍ程度であった。ここで、摺動面開口径とは、平坦な摺動面における略円形の開口部分の直径を言う。
【０１６９】
上記のように製造された実施例４の摺動部材４０１について、その表面の分析結果を図２８及び図２９を用いて詳述する。
図２８は、混合投射粒子４４１の投射前後の摺動部材４０１の摺動面をＥＰＭＡ分析装置にて分析した比較結果を示している。図２８において、横軸は印加電圧［ｋｅＶ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図２８に示す分析においては、分析条件として印加電圧を最大１５ｋｅＶとし、表面から深さ２〜４μｍに存在する元素の情報を示したものである。
【０１７０】
この分析結果から、投射後において、投射前に比べ、投射粒子４１１の構成元素である酸素（Ｏ）及びカルシウム（Ｃａ）のピークが顕著に高くなっており、基材４０２の構成元素であるアルミニウム（Ａｌ）のピークが顕著に低くなっている。更に、僅かではあるが、ナトリウム（Ｎａ）も検出された。以上を踏まえると、摺動部材４０１の表面から深さ２〜４μｍの部分は主としてカルシウムと酸素から構成されていることが分かる。
【０１７１】
図２９は、混合投射粒子４４１の投射前後の摺動部材４０１の摺動面をＸ線回折装置で分析した比較結果であり、横軸はＸ線入射角度（回折角２θ）［ｄｅｇ］、縦軸は１秒当りのカウント数（強度）［ｃｐｓ］である。尚、図２９に示す分析結果は、薄膜Ｘ線回折法にて実施したものであり、表面から深さ５μｍ前後の組織構造の情報を示したものである。図２９における上下の各図の下方に記載した横軸を起点とする複数の縦実線はいずれもＣａｏ−酸化カルシウムのピーク位置を指す。この分析結果から、投射後において、回折角２θが２４°、３０°、及び４８°付近のピークが顕著に発現している。これは、表面にＣａｏ−酸化カルシウムが存在していると推察できる。
【０１７２】
図２８及び図２９の結果から、摺動部材４０１の摺動面には、投射粒子４１１の主成分である酸化カルシウム（ＣａＯ）が転写された転写層４０４が形成されていると判断できる。また、転写層４０４の厚みは３〜４μｍ程度と推察できる。
【０１７３】
キャリアビーズ４４０の成分であるシリカ（ＳｉＯ２）については、図２８及び図２９の結果からは検出されなかったが、シリカ（ＳｉＯ２）の成分も僅かに転写されているものと考えるのが自然である。
【０１７４】
次に、以上のように形成された摺動部材４０１の摩擦摩耗特性について、リングオンディスク方式の試験装置にて評価したので以下に詳述する。
摺動部材４０１をディスクとして配置し、相手側摺動部材（図示せず）として、摺動面の内径が３８ｍｍ、外径が４０ｍｍ、表面粗さがＲａ０．２μｍ以下、アルミニウム系の材質であるアルミ合金（Ａ６０６３）で形成したリングを用いた。
【０１７５】
試験条件は、温度２２〜２８℃、相対湿度５５〜６５％の雰囲気下において、垂直荷重４９Ｎ、すべり速度０．４７ｍ／ｓとした。
【０１７６】
潤滑油としてタービン油を使用し、潤滑油は実験前に０．００７ｍＬ滴下するのみであり、すべり長さ（摺動距離）の増加によって潤滑油は消費される。試験途中で、接触摺動部にて摩耗が進行し、摩擦係数が０．３以上に達した地点で潤滑油が枯渇して焼付きが発生したものと判断し、試験を終了させた。以上の内容を実施例４条件１として表４に示す。
【０１７７】
【表４】
2009526126.tif 000006
【０１７８】
比較例１は、従来の摺動部材であって、Ｒａ０．３〜０．６μｍ程度の表面粗さに研削加工され、その後、ラッピングによりＲａ０．２μｍ以下となるように表面仕上げ加工されている。
【０１７９】
表４に示す仕様による摩擦摩耗特性に関する試験結果を以下に説明する。
図３０は本発明の実施例４における実施例４条件１と比較例１の摩擦係数の経時変化を示す特性図であり、すべり長さ毎の摩擦係数をリアルタイムに計測したグラフである。図３１は実施例４における実施例４条件１及び比較例１の摺動部材の焼付き発生までのすべり長さに関する特性図であり、条件毎に焼付きまでのすべり長さを比較したグラフである。図３２は実施例４における実施例４条件１及び比較例１のディスク側の比摩耗量の特性図であり、条件毎に試験後の摩耗体積を各々のすべり長さ及び垂直荷重で除して導出した比摩耗量［ｍｍ３／Ｎ・ｍ］を比較したグラフである。
【０１８０】
図３０及び図３１に示した結果から、比較例１が約２００ｍ程度のすべり長さで早々に焼付いたのに対し、実施例４条件１の摺動部材４０１は、摩擦係数が０．０５〜０．２程度で推移し、境界潤滑領域での摺動を保持しており、焼付きまでのすべり距離が比較例１に比べて約６倍となった。また、図３２に示した結果から、実施例４条件１の摺動部材４０１の比摩耗量は、比較例１に比べて焼付き発生までのすべり長さが６倍にも関わらず、１／１００程度である。
【０１８１】
これらの結果から、実施例４条件１の摺動部材４０１においては、著しい耐摩耗性、耐焼付き性の改善が確認できる。これは、摺動部材４０１の表面に形成された酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする転写層４０４が自己潤滑材として機能するとともに、併せて形成されている微細くぼみ４０５及び極微細凹み４０７が接触摺動部に潤滑油を補給、保持する油溜りとして機能するためと推察される。したがって、実施例４条件１の摺動部材４０１は、外部からの潤滑油の供給が滞るような条件下であっても、摺動部材の摺動面の耐摩耗、耐焼付き性を保持することができる。加えて、実施例４条件１の摺動部材４０１は、混合投射粒子４４１の投射によって、転写層４０４直下の基材４０２の組織は緻密になり、機械的強度も向上している。
【０１８２】
実施例４において使用した酸化カルシウムは、平均粒径が１μｍ程度で自重が軽いために、それ単独で摺動面に対して成分の転写や微細くぼみ４０５の形成に必要な衝突エネルギーを発揮させるためには、力積の関係から、投射粒子４１１を非常に高圧（高速）で投射する必要がある。
【０１８３】
実施例４においては、このような小径の投射粒子４１１に、平均粒径が２０μｍの比較的大径のキャリアビーズ４４０を混ぜ合わせて用いている。実施の例４におけるキャリアビーズ４４０は、投射粒子４１１を摺動面まで搬送させる機能と共に、比較的低圧（低速）であっても、摺動面への投射粒子４１１の成分転写、微細くぼみ４０５の形成、そして極微細凹み４０７の形成に必要な衝突エネルギーを摺動面に付与できる機能を有している。
【０１８４】
実施例４においては、混合投射粒子４４１を摺動部材４０１の摺動面へ衝突させることにより、大径からなるキャリアビーズ４４０の衝突エネルギーにより、摺動面と混合投射粒子４４１の表面の温度が瞬間的に上昇し、転写に必要な表面の活性化が図れる。この際に、キャリアビーズ４４０の表面に付着している投射粒子４１１の成分が摺動部材４０１の摺動面に転写される。そして、混合投射粒子４４１の衝突の際に、比較的小径の投射粒子４１１が大径のキャリアビーズ４４０により摺動面に押し込まれることで、投射粒子４１１の成分転写が促進される。
【０１８５】
また、図２７に示すように、キャリアビーズ４４０の表面に投射粒子４１１が多数付着した混合投射粒子４４１を投射することにより、摺動部材４０１の摺動面に微細くぼみ４０５と極微細凹み４０７を効率的に形成することも可能である。
【０１８６】
極微細凹み４０７は、潤滑油と摺動面とのつなぎ、いわゆる楔のような役割を発揮することで、微細くぼみ４０５内に貯留された潤滑油の保持性や吸着性を向上させて、摺動中に接触摺動部間の潤滑油が枯渇するのを抑制している。
【０１８７】
以上のことから、実施例４では、摺動部材４０１の摺動面に混合投射粒子４４１を投射することにより、投射粒子４１１及びキャリアビーズ４４０の成分が転写された転写層４０４と、転写層４０４直下の基材４０２の組織の緻密化が可能となる。さらに加えて、実施例４においては、略半球面形状の微細くぼみ４０５及び極微細凹み４０７を形成しているので、摺動面の機械的強度や破壊靭性が増加し、無機系の固体潤滑作用に加え、接触摺動部間での潤滑油の保持作用が付与される。この結果、実施例４の摺動部材製造方法よれば、接触摺動部の摩耗と焼付きを抑え、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【０１８８】
加えて、このような混合投射粒子４４１を摺動部材４０１の摺動面に高速投射する摺動部材の製造方法は、投射粒子の材質や形状、並びに投射条件を調整することによって、摺動部材４０１の摺動面に投射粒子の成分が転写された転写層４０４や多数の微細くぼみ４０５を同時に形成して、耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた表面に改質することができる。このため、実施例４の摺動部材の製造方法によれば、ＰＶＤやＣＶＤなどに比べて、複雑な装置は不要であり、安価に製造することが可能である。
【０１８９】
尚、実施例４の摺動部材の製造方法では、投射粒子４１１として酸化カルシウムを使用したが、カルシウムライムを用いても同様の効果が得られる。
【０１９０】
また、実施例４の摺動部材の製造方法では、投射粒子４１１として平均粒径が１μｍ以下の酸化カルシウムを用いたので、比較的低圧（低速）の投射条件でも、摺動面への投射粒子４１１の成分転写や微細くぼみ４０５及び極微細凹み４０７の形成に必要な衝突エネルギーを摺動面に付与するために、平均粒径が２０μｍのキャリアビーズ４４０と投射粒子４１１とを混合して摺動面に投射している。しかし、酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする投射粒子４１１の平均粒径が３〜２００μｍであれば、別の材質のキャリアビーズ４４０と混合させることなく、投射粒子４１１を単独で摺動面に投射しても同様の効果が得られる。
【０１９１】
実施例４では、主にキャリアビーズ４４０によって形成されたと考えられる微細くぼみ４０５の径Ｄ１は、形状測定の結果から最大で３０μｍ程度であった。発明者が行った摩耗試験の結果によれば、微細くぼみ４０５の径Ｄ１の最大値が３０〜９０μｍの範囲であれば、焼付きまでのすべり長さが極大値であり、比摩耗量が極小値を持つことが確かめられている。これは、微細くぼみ４０５の径Ｄ１が９０μｍより大きくなり過ぎると、隣接する微細くぼみ４０５同士が連結されて、潤滑油が微細くぼみ４０５から流出して、潤滑作用が発揮され難くなり、比較的早期に焼付きが発生するものと考えられる。一方、微細くぼみ４０５の径Ｄ１が３０μｍより小さくなり過ぎると、従来の平滑面形状と実質的に変わらなくなり、潤滑油が保持できない構成となる。
【０１９２】
したがって、従来の摺動部材に比べて耐焼付き性、耐摩耗性を向上させるためには、微細くぼみ４０５の径Ｄ１の最大値は１０〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。更に耐焼付き性、耐摩耗性を向上させるには、微細くぼみ４０５の径Ｄ１の最大値を３０〜９０μｍの範囲内とすることがより好ましい。
【０１９３】
前述のように微細くぼみ４０５の径Ｄ１の最大値の適正化に対応して、実施例４の混合投射の場合であればキャリアビーズ４４０の平均粒径、又は投射粒子を単独で投射する場合であれば投射粒子４１１の平均粒径を３〜２００μｍの範囲内とすることが好ましく、更に、劇的に耐焼付き性及び、耐摩耗性を向上させるには、それらの平均粒径を１５〜８０μｍの範囲内とすることがより好ましい。
【０１９４】
尚、実施例４では、キャリアビーズ４４０として、成分が９９％以上の高純度のシリカ（ＳｉＯ２）で構成された略球状のものを用いたが、シリカ（ＳｉＯ２）と同等以上の硬度（モース硬度など）で高い機械的強度の特性を有している他のビーズを用いても、同様の効果が得られる。
【０１９５】
また、キャリアビーズ４４０の形状に関しては、略角状のものを投射した場合にも、摺動面に投射粒子４１１の成分を有する転写層４０４の形成は確認している。しかし、仮に、平均粒径が１００μｍの角状粒子を摺動面に投射した場合には、微細くぼみ４０５の径Ｄ１の最大値が１０μｍにも達せず、微細くぼみ４０５が接触摺動部に潤滑油を補給と保持するという油溜りとしての機能を十分に発揮できなかった。この結果、角状粒子のキャリアビーズ４４０は、球状粒子に比べて接触摺動部の摩耗が早期に進行して、接触摺動部に焼付きが発生する可能性がある。したがって、実施例４のような混合投射の場合においては、キャリアビーズ４４０を用いる場合、若しくは投射粒子を単独で投射する場合には、キャリアビーズ４４０又は投射粒子４１１の形状は球状がより好ましい。
【０１９６】
実施例４の摺動部材の製造方法では、混合投射粒子４４１が、キャリアガス４２３によりノズル４２５の先端口４２６より約１００ｍ／ｓｅｃの速度で摺動部材４０１の摺動面に投射する構成である。しかし、投射速度が遅すぎると、衝突の際に十分な衝撃エネルギーを基材４０２側に伝達することができず、転写層４０４、微細くぼみ４０５、及び極微細凹み４０７の形成が不十分となる。逆に、投射速度が速すぎると、摺動部材４０１の摺動面の荒れが顕著に現れることは発明者が確認している。したがって、投射速度は、基材４０２の材質（例えば硬さ）、投射粒子４１１の材質（例えば硬さ）と粒径、キャリアビーズ４４０の材質（例えば硬さ）や粒径、要求される投射後の摺動面の表面粗さ、形成される微細くぼみ４０５の形状、極微細凹み４０７の形状等に応じて、適宜選択することが望ましい。
【０１９７】
尚、実施例４では、混合投射粒子４４１を移送するためにギヤポンプ（図示せず）を用い、混合投射粒子４４１とキャリアガス４２３とを混合して摺動部材４０１に向けて投射する投射粒子供給装置４２１を使用した例で説明したが、混合投射粒子４４１が安定的に供給され、摺動部材４０１に向けて必要なエネルギーで投射される構成であれば、別の構造体を使用しても良い。
【０１９８】
また、実施例４においては、キャリアガス４２３として非圧縮性流体である空気を使用したが、酸素を含まない窒素ガスを使用しても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明の摺動部材は安価で、かつ信頼性が高いため、潤滑油を用いた多くの各種産業機器の摺動部分に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明に係る実施例１における摺動部材の拡大断面概略図である。
【図２】本発明に係る実施例１の摺動部材の製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明に係る実施例１の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図である。
【図４】本発明に係る実施例１の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【図５】本発明に係る実施例１の条件１と比較例１の摩擦係数の経時変化を示す特性図である。
【図６】本発明に係る実施例１の条件１から条件５と比較例１の焼付き発生までのすべり長さの特性図である。
【図７】本発明に係る実施例１の条件１から条件５と比較例１の比摩耗量を比較した特性図である。
【図８】本発明に係る実施例１の条件１から条件５と比較例１の投射粒子の形状を略球状としたときの微細くぼみの径とすべり長さ、並びに比摩耗量の相関特性図である。
【図９】本発明に係る実施例１の条件１から条件５と比較例１の投射粒子の形状を略球状としたときの粒径とすべり長さ、並びに比摩耗量の相関特性図である。
【図１０】本発明に係る実施例２における摺動部材の拡大断面概略図である。
【図１１】本発明に係る実施例２の摺動部材の製造方法を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る実施例２の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図である。
【図１３】本発明に係る実施例２の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【図１４】本発明に係る実施例２の摩擦係数の経時変化を示す特性図である。
【図１５】本発明に係る実施例２の焼付き発生までのすべり長さの特性図である。
【図１６】本発明に係る実施例２の比摩耗量の特性図である。
【図１７】本発明に係る実施例３における摺動部材の拡大断面概略図である。
【図１８】本発明に係る実施例３の摺動部材の製造方法を示す模式図である。
【図１９】本発明に係る実施例３の微細くぼみと微細溝部の構成図である。
【図２０】本発明に係る実施例３の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図である。
【図２１】本発明に係る実施例３の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【図２２】本発明に係る実施例３の摩擦係数の経時変化を示す特性図である。
【図２３】本発明に係る実施例３の焼付き発生までのすべり長さの特性図である。
【図２４】本発明に係る実施例３の比摩耗量の特性図である。
【図２５】本発明に係る実施例４における摺動部材の拡大断面概略図である。
【図２６】本発明に係る実施例４における摺動部材の製造方法を示す模式図である。
【図２７】本発明に係る実施例４における混合投射粒子の模式図である。
【図２８】本発明に係る実施例４の摺動部材の摺動面のＥＰＭＡ元素分析特性図である。
【図２９】本発明に係る実施例４の摺動部材の摺動面のＸ線回折分析特性図である。
【図３０】本発明に係る実施例４の摩擦係数の経時変化を示す特性図である。
【図３１】本発明に係る実施例４の焼付き発生までのすべり長さの特性図である。
【図３２】本発明に係る実施例４のディスク側の比摩耗量の特性図である。
【図３３】従来の摺動部材の断面図である。
【図１】
2009526126.tif 000007
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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