(57)【要約】【課題】第１および第２の摺動部材の熱膨張差を抑えつつ、相互の耐摩耗性を向上することができる組み合わせ摺動部材を提供する。【解決手段】アルミニウム合金からなる、またはアルミニウム合金を母材として摺動面にアルマイト層が形成された第１摺動部材と、該第１摺動部材の摺動面に摺動する第２摺動部材と、を備えた組み合わせ摺動部材である。第２摺動部材は、高分子樹脂に、強化繊維および固体潤滑剤を分散した材料からなる。強化繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維から選択される少なくとも１種を、第２摺動部材に対して１０〜２０質量％含み、固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、またはグラファイトから選択される少なくとも１種を、第２摺動部材に対して２〜１０質量％含む。高分子樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、またはポリフェニレンサルファイドから選択される少なくとも１種からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる、またはアルミニウム合金を母材として摺動面にアルマイト層が形成された第１摺動部材と、該第１摺動部材の摺動面に摺動する第２摺動部材と、を備えた組み合わせ摺動部材であって、
前記第２摺動部材は、高分子樹脂に、強化繊維および固体潤滑剤を分散した材料からなり、
前記強化繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選択される少なくとも１種を、前記第２摺動部材に対して１０〜２０質量％含み、
前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、およびグラファイトから選択される少なくとも一種を、前記第２摺動部材に対して２〜１０質量％含み、
前記高分子樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドから選択される少なくとも１種からなることを特徴とする組み合わせ摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に摺動する第１および第２の摺動部材からなる組み合わせ摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バルブとバルブボディなど、２つの摺動部材を組み合わせた組み合わせ摺動部材が利用されている。このような組み合わせ摺動部材として、たとえば、アルミニウム合金からなる第１摺動部材と、第１摺動部材の摺動面に摺動する、鋼からなる第２摺動部材と、からなる組み合わせ摺動部材が用いられている。これらの摺動部材の耐摩耗性を向上させるために、第１摺動部材の摺動面には、陽極酸化処理によりアルマイト層が形成されることもある。
【０００３】
しかしながら、第１摺動部材の母材はアルミニウム合金であり、第２摺動部材は鋼からなるので、これらの材料の熱膨張係数が異なる。このため、第１および第２の摺動部材の熱膨張差により摺動面同士が過度に加圧され、摩耗が促進されたり、第１および第２の摺動部材の相互の摺動が阻害されたりすることがある。
【０００４】
その一例として、第１摺動部材をバルブに適用し、第２摺動部材をバルブボディに適用した場合には、潤滑油の温度変化等によって、低温時には、これらの摺動部材の摺動面間のクリアランスが小さくなり、スティック（バルブの動作不良）が発生することがある。一方、高温時には、これらの摺動面間のクリアランスが大きくなり、潤滑油の油漏れ等が生じることがある。さらに、これらの摺動部材が高温で加熱された後、放冷されると、潤滑油中の異物が摺動面間に噛み込んでしまい、スティックが生じることもある。
【０００５】
このような点を鑑みて、たとえば、特許文献１では、以下に示す第１および第２の摺動部材からなる組み合わせ摺動部材が提案されている。具体的には、第１摺動部材の母材はアルミニウム合金からなり、その摺動面にはアルマイト層が形成されている。一方、第２摺動部材の母材もアルミニウム合金からなり、その摺動面にはポリイミドからなる樹脂層が形成されている。
【０００６】
この組み合わせ摺動部材によれば、第２摺動部材の樹脂層により、第１および第２の摺動部材の摺動特性を向上させるとともに、第１および第２の摺動部材の母材をアルミニウム合金としたことにより、これらの熱膨張差を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１１７１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に係る組み合わせ摺動部材は、第１および第２摺動部材の母材が、アルミニウム合金からなるため、第１および第２の摺動部材の見かけ上の熱膨張差を低減することができる。しかしながら、第２摺動部材に形成された樹脂層は、軟質であるため摩耗しやすい。第２摺動部材の樹脂層が摩滅してしまうと、第１および第２の摺動部材の双方の摺動面が金属接触し、これらの摩耗が促進される。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、第１および第２の摺動部材の熱膨張差を抑えつつ、相互の耐摩耗性を向上することができる組み合わせ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】
【００１０】
このような点を鑑みて、本発明に係る組み合わせ摺動部材は、アルミニウム合金からなる、またはアルミニウム合金を母材として摺動面にアルマイト層が形成された第１摺動部材と、該第１摺動部材の摺動面に摺動する第２摺動部材とを、備えた組み合わせ摺動部材であって、前記第２摺動部材は、高分子樹脂に、強化繊維および固体潤滑剤を分散した材料からなり、前記強化繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選択される少なくとも１種を、前記第２摺動部材に対して１０〜２０質量％含み、前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、およびグラファイトから選択される少なくとも一種を、前記第２摺動部材に対して２〜１０質量％含み、前記高分子樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドから選択される少なくとも１種からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１および第２の摺動部材の熱膨張差を抑えつつ、相互の耐摩耗性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１、２および比較例１〜３の組み合わせ摺動部材を用いた摩耗試験の結果を示したグラフ。
【図２】オートマチックトランスミッションの油圧切替装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態に係る組み合わせ摺動部材について説明する。
本実施形態に係る組み合わせ摺動部材は、第１摺動部材と、該第１摺動部材の摺動面に摺動する第２摺動部材と、を備えた一対の摺動部材である。第１摺動部材は、アルミニウム合金からなる部材、またはアルミニウム合金を母材として摺動面にアルマイト層が形成された部材である。
【００１４】
第２摺動部材は、高分子樹脂に、強化繊維および固体潤滑剤を分散した材料からなり、具体的には、強化繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選択される少なくとも１種を、第２摺動部材に対して１０〜２０質量％含んでいる。固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、およびグラファイトから選択される少なくとも一種を、第２摺動部材に対して２〜１０質量％含んでいる。
【００１５】
高分子樹脂は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）から選択される少なくとも１種からなる。
【００１６】
本実施形態では、高分子樹脂が、上述した樹脂から選択される少なくとも１種からなるので、第１摺動部材と第２摺動部材との間に炭化水素系の潤滑油が供給されたとしても、第２摺動部材の潤滑油に対する劣化を抑えることができる。
【００１７】
また、強化繊維は、上述した繊維からなる少なくとも１種を、第２摺動部材に対して１０〜２０質量％含んでいるので、第１摺動部材との熱膨張差を４×１０−６／℃以下にすることができるとともに、高分子樹脂の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１８】
ここで、強化繊維が第２摺動部材に対して１０質量％未満である場合には、高分子樹脂の耐摩耗性を向上させることが難しく、上述した熱膨張差の関係を満たさないおそれがある。一方、強化繊維が第２摺動部材に対して２０質量％を超えた場合には、強化繊維が過多となるため、強化繊維同士を高分子樹脂を用いて十分な強度で結合することが難しいおそれがあり、この場合にも耐摩耗性を向上させることが難しいことがある。
【００１９】
さらに、固体潤滑剤は、上述した材料から選択される少なくとも一種を、第２摺動部材に対して２〜１０質量％含んでいるので、第２摺動部材の強度を保ちつつ、第１摺動部材への相手攻撃性を抑えることができる。これにより、第１および第２の摺動部材の耐摩耗性を向上させることができる。ここで、固体潤滑剤が第２摺動部材に対して２質量％未満である場合には、第２摺動部材の耐摩耗性が低下することがある。一方、固体潤滑剤が第２摺動部材に対して１０質量％を超えた場合には、固体潤滑剤が過多となるため、第２摺動部材そのものの強度が低下し、この場合も第２摺動部材の耐摩耗性が低下することがある。
【００２０】
このように構成された組み合わせ摺動部材によれば、第１および第２の摺動部材を摺動させたとしても、第２摺動部材には、強化繊維および固体潤滑剤が含有されているので、第２摺動部材の耐摩耗性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、第１摺動部材と第２摺動部材とを、潤滑油を介して摺動させた際に、第２摺動部材の高分子樹脂が劣化することにより、第２摺動部材の摩耗が促進されることはほとんどない。また、第１摺動部材と第２摺動部材との摺動により摩擦熱が生じたり、外部から第１および第２の摺動部材に入熱されたりしても、これらの熱膨張差を４×１０−６／℃以下にすることができる。このため、熱膨張差が起因とした、これらの摺動面同士が過度に加圧されることを低減し、第１および第２の摺動部材の摩耗を抑えることができる。
【００２２】
本実施形態に係る組み合わせ摺動部材は、ピストンとシリンダとで構成される装置や、バルブとバルブボディとで構成される装置に、好適に使用することができる。たとえば、本実施形態に係る組み合わせ摺動部材を、オートマチックトランスミッションに内蔵される油圧切替装置に適用する際には、第２摺動部材を、バルブ（弁体）に用い、第１摺動部材を、そのバルブが摺動するバルブボディに用いることが好ましい。
【００２３】
これにより、たとえば、バルブを付勢するスプリングの座屈に起因して、バルブがバルブボディに対して傾いてバルブボディに局所的に強く当接したり、潤滑油回路の油圧によってバルブが側圧を受けて、バルブの同じ側面がバルブボディに当接したりしても、この当接した部分の摩耗を抑制することができる。このような結果、バルブとバルブボディとの隙間が摩耗により大きくなることが無く、これらの間に異物が噛み込み難くなる。
【００２４】
またバルブとバルブボディの熱膨張差が４×１０−６／℃以下になるので、低温環境下から高温環境下に変化したとしても、バルブとバルブボディと熱膨張差が起因となって、これらの間のクリアランスが増大することを抑えることができる。これにより、クリアランスへの異物の噛み込みを起因とした、スティック（バルブの摺動不良）を回避することができる。さらに、バルブとバルブボディとの間から油圧回路の油漏れが生じることを回避することができる。
【００２５】
さらに、高温環境下から低温環境下に変化したとしても、バルブとバルブボディとの熱膨張差が起因となった、これらの摺動面同士の面圧の増加を抑えることができる。これにより、バルブとバルブボディの摩耗を抑制することができる。
【実施例】
【００２６】
本発明に係る実施例を以下に説明する。 
＜実施例１＞
組み合わせ摺動部材として、第１摺動部材となるリング試験片と、第２摺動部材となるブロック試験片とを準備した。リング試験片の形状は、外径３５ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１０ｍｍである。リング試験片の母材は、表１に示すように、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ１２）であり、その外周面（摺動面）には、陽極酸化処理により、厚さ４μｍ、ビッカース硬さＨｖ３００のアルマイト層が形成されている。なお、リング試験片の外周面の表面粗さは、十点平均粗さでＲｚ０．８μｍである。
【００２７】
ブロック試験片の形状は、１６ｍｍ×６ｍｍ×１０ｍｍであり、１６ｍｍ×６ｍｍの面がリング試験片に対する摺動面である。ブロック試験片は、表１に示すように、ポリイミド（高分子樹脂（以下、ポリイミド樹脂という））に、カーボン繊維（強化繊維）および二硫化モリブデン（固体潤滑剤）が均一に分散した材料からなる。カーボン繊維は、ブロック試験片に対して１５質量％含有しており、二硫化モリブデンは、ブロック試験片に対して１０質量％含有している。なお、ブロック試験片の外周面は、十点平均粗さＲｚ１．２μｍである。
【００２８】
＜実施例２＞
実施例１と同じようにリング試験片とブロック試験片を準備した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、リング試験片が、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ１２）からなり、その外周面にアルマイト層を形成していない点である。
【００２９】
＜比較例１＞
実施例１と同じようにリング試験片とブロック試験片を準備した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、ブロック試験片の母材が、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ１Ｃ）からなり、その摺動面に陽極酸化処理により、厚さ２５μｍ、ビッカース硬さＨｖ５５０のアルマイト層を形成した点である。
【００３０】
＜比較例２＞
実施例１と同じようにリング試験片とブロック試験片を準備した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、ブロック試験片の母材が、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣＭ２２）からなり、その摺動面に浸炭浸窒処理を行い、ビッカース硬さＨｖ７５０の浸炭浸窒層を形成した点である。
【００３１】
＜比較例３＞
実施例１と同じようにリング試験片とブロック試験片を準備した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、ブロック試験片の母材が、アルミニウム合金（ＡＣ１Ｃ）であり、その摺動面に、ポリイミド樹脂に二硫化モリブデンが均一に分散した樹脂層を５０μｍの厚さで形成した点である。なお、二硫化モリブデンは、ブロック試験片に対して１０質量％含有している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
〔摩耗試験〕
実施例１、２および比較例１〜３のリング試験片とブロック試験片を用いて摩耗試験を行った。具体的には、それぞれのリング試験片とブロック試験片を摩耗試験機にセットし、リング試験片の外周面（摺動面）とブロック試験片の１６ｍｍ×６ｍｍの摺動面とを、荷重５９０Ｎの条件で接触させ、リング試験片を３０分間、回転数１６０ｒｐｍの条件で回転させた。
【００３４】
なお、リング試験片の下方には油浴槽が設けられており、油浴槽には、油温２５℃の潤滑油（ＡＴＦ）が収容されている。摩耗試験時には、油浴槽の潤滑油にリング試験片の一部を浸漬した状態で、リング試験片を上述した条件で回転させることにより、リング試験片の摺動面とブロック試験片の摺動面との間に、潤滑油を供給し、リング試験片とブロック試験片とを相互に摺動させた。
【００３５】
実施例１、２および比較例１〜３に係るリング試験片の摩耗試験前後の重量を測定し、この重量差から、摩耗試験後のリング試験片の摩耗量を算出した。一方、実施例１、２および比較例１〜３の摩耗試験後のリング試験片の摩耗深さを摩耗量として測定した。この結果を図１に示す。
【００３６】
［結果１および考察１］
図１に示すように、比較例１のリング試験片（表層：アルマイト層）とブロック試験片（表層：アルマイト層）は、他の試験片に比べて摩耗量が最も多い。
比較例２のリング試験片（表層：アルマイト層）の摩耗量は、比較例１のものの２／３倍程度であり、比較例２のブロック試験片（表層：浸炭浸窒層）の摩耗量は、比較例１のものの１／２倍以下であった。
【００３７】
比較例３のリング試験片（表層：アルマイト層）の摩耗量は、比較例２のものの１／２倍程度であった。しかしながら、比較例３のブロック試験片（表層：樹脂層）の摩耗量は、比較例２のものの２倍であり、比較例３に係るブロック試験片の表層である樹脂層は摩滅しやすいと考えられる。
【００３８】
実施例１のリング試験片（表層：アルマイト層）の摩耗量は、比較例３のものよりも少なく、実施例１のブロック試験片（カーボン繊維および二硫化モリブデンを分散したポリイミド樹脂）の摩耗量は、比較例３のものの１／２倍以下であった。
【００３９】
実施例２のリング試験片（アルミニウム合金）の摩耗量およびブロック試験片（カーボン繊維および二硫化モリブデンを分散したポリイミド樹脂）の摩耗量は、いずれも、実施例１のものよりも若干増加するが、比較例３のものよりも少ない。
【００４０】
以上の結果から、実施例１および２に係るリング試験片およびブロック試験片は、比較例１〜３のものよりも、耐摩耗性に優れていると言える。比較例３に係るブロック試験片と、実施例１および２に係るブロック試験片とを比較すると、実施例１および２に係るブロック試験片は、強化繊維を添加したことにより、その耐摩耗性が向上したと考えられる。
【００４１】
＜実施例３＞
第１摺動部材と第２摺動部材とを、オートマチックトランスミッションに内蔵される油圧切替装置に適用した。図２は、オートマチックトランスミッションに内蔵される油圧切替装置３の断面図である。油圧切替装置３は、本体であるバルブボディ１と、油圧切替時にバルブボディ１内において摺動するバルブ２とを少なくとも備えている。
【００４２】
実施例３では、バルブボディ１に、実施例１のリング試験片に相当する材料を適用し、バルブ２に、実施例１のブロック試験片に相当する材料を適用した（表１参照）。すなわち、バルブボディ１が第１摺動部材に相当し、バルブ２が第２摺動部材に相当する。なお、バルブボディ１とバルブ２との摺動面同士のクリアランスを４０μｍとした。
【００４３】
＜実施例４、比較例４〜６＞
実施例３と同じようにして、第１摺動部材と第２摺動部材とを、オートマチックトランスミッションに内蔵される油圧切替装置３に適用した。実施例４では、バルブボディ１に、実施例２のリング試験片に相当する材料を適用し、バルブ２に、実施例２のブロック試験片に相当する材料を適用した（表１参照）。比較例４〜６では、バルブボディ１に、比較例１〜３のリング試験片に相当する材料を順次適用し、バルブ２に、比較例１〜３のブロック試験片に相当する材料を順次適用した（表１参照）。
【００４４】
〔耐久試験〕
実施例３、４および比較例４〜６に係るバルブボディ１とバルブ２とを組み合わせた油圧切替装置３を、それぞれトランスミッションに取付けて、バルブ２の摺動サイクル９００００サイクル（１００時間稼働）の条件で、耐久試験を行った。
【００４５】
実施例３、４および比較例４〜６に係るバルブボディ１とバルブ２の耐久試験前後の重量をそれぞれ測定し、この重量差から、耐久試験後のバルブボディ１とバルブ２の摩耗量を算出した。この結果を表２に示す。なお、比較例５では、３０００サイクル稼働後に、スティックによりバルブが動作しなくなったので、これらの摩耗量は算出していない。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
［結果２および考察２］
比較例４に係るバルブボディ１とバルブ２との組み合わせでは、スティックは発生していない。しかしながら、比較例４に係るバルブボディ１とバルブ２の双方の摩耗量は、実施例３、４のものに比べて多い。したがって、比較例４に係るバルブボディ１とバルブ２を用いて、さらに耐久試験を続行すると、これらの摩耗が進行し、スティックが生じる可能性が高いと考えられる。
【００４８】
さらに、比較例６に係るバルブボディ１とバルブ２との組み合わせでは、スティックは発生していない。しかしながら、比較例６に係るバルブボディ１の摩耗量は４μｍを超えており、母材であるアルミニウム合金も摩耗していた。また、比較例６に係るバルブ２では、バルブ２の角部に形成された（コーティングされた）樹脂層が摩耗してアルミニウム合金の母材が一部露出していた。したがって、比較例６に係るバルブボディ１とバルブ２を用いて、さらに耐久試験を長時間続行すると、これらの摩耗が進行し、スティックが発生することが予想される。
【００４９】
これに対して、実施例３および４に係るバルブボディ１とバルブ２との組み合わせでは、バルブボディ１とバルブ２の双方の摩耗量は、比較例４および６のものよりも少ないため、さらに耐久試験を続行しても、比較例４および６に比べてスティックが発生し難いと考えられる。
【００５０】
このように、実施例３および４では、バルブボディ１とバルブ２との熱膨張差を抑えつつ、バルブ２のポリイミド樹脂（高分子樹脂）に、カーボン繊維（強化繊維）と二硫化モリブデン（固体潤滑剤）とを所定の量で添加したことにより、バルブボディ１とバルブ２との耐摩耗性が向上したと考えられる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の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ものである。
【符号の説明】
【００５２】
１：バルブボディ
２：バルブ
３：油圧切替装置
【図１】
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【図２】
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