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WO2019181131A1 - 摺動部材 - Google Patents

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WO2019181131A1
WO2019181131A1 PCT/JP2018/047691 JP2018047691W WO2019181131A1 WO 2019181131 A1 WO2019181131 A1 WO 2019181131A1 JP 2018047691 W JP2018047691 W JP 2018047691W WO 2019181131 A1 WO2019181131 A1 WO 2019181131A1
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WO
WIPO (PCT)
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resin layer
sliding member
less
solid lubricant
sliding
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/047691
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健治 二村
絵里奈 安田
Original Assignee
大同メタル工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大同メタル工業株式会社 filed Critical 大同メタル工業株式会社
Priority to US16/767,309 priority Critical patent/US11454281B2/en
Priority to GB2004737.9A priority patent/GB2585741B/en
Priority to CN201880083586.9A priority patent/CN111556932B/zh
Priority to KR1020207016975A priority patent/KR20200085333A/ko
Priority to DE112018007328.9T priority patent/DE112018007328T5/de
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    • F16C33/205—Multilayer structures, e.g. sleeves comprising a plastic lining with two layers

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member, and more particularly to a sliding member having a resin layer forming a sliding surface.
  • a sliding surface of a slide bearing applied to an internal combustion engine such as an automobile is required to have high wear resistance and seizure resistance.
  • a resin layer having lubricity is provided on the inner peripheral surface of the bearing, or an oil groove or the like is provided on the sliding surface of the bearing in order to retain the lubricating oil between the shaft and the bearing when the shaft rotates. It is done to create a space.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2015-183799
  • an oil-repellent first resin layer provided on an inner peripheral surface of a cylindrical base material and a material having a smaller elastic modulus than the first resin layer are formed.
  • the second resin layer is recessed with respect to the first resin layer while the first resin layer and the second resin layer are subjected to surface pressure.
  • a bearing in which a groove is formed is described (see claim 1 of Patent Document 1, paragraph [0026] of the specification, FIG. 4).
  • the lubricating oil is easily held in the groove formed by the lipophilic second resin layer when the shaft rotates and the oil film pressure increases, and when the shaft is not rotating, the lubricating oil is It is intended to suppress wear and seizure of the shaft and the bearing by a configuration that is easily released also to the first contact surface of the oil-repellent first resin layer.
  • Patent Document 1 is intended for application to bearings having an oil film pressure of 6 MPa (megapascals).
  • a bearing a compressor using a refrigerant, particularly a scroll compressor, A bearing such as a swash plate compressor is cited (see paragraph [0029] in the specification of Patent Document 1). Therefore, if it is attempted to apply the technique of Patent Document 1 to a sliding bearing of an internal combustion engine such as an automobile, the oil-repellent property is high under a high surface pressure (about 10 to 20 MPa) generated in an actual use state of the internal combustion engine. The supply of lubricating oil to the first contact surface of the high first resin layer is insufficient, and as a result, the oil film between the shaft and the bearing may be broken, and the shaft and the bearing may be worn or seized.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sliding member having good sliding characteristics for an internal combustion engine such as an automobile. That is, by adjusting the surface properties of the resin layer constituting the sliding surface of the sliding member, the lipophilicity of the sliding surface, that is, the wettability with the lubricating oil is increased. This makes it easy for the lubricating oil to spread over the entire sliding surface and prevents the lubricating oil from being broken. As a result, it is possible to effectively prevent wear and seizure of the sliding member and the counterpart sliding member, that is, good sliding.
  • a sliding member having characteristics can be provided.
  • the sliding member according to the first aspect of the present invention is a sliding member in which a resin layer is provided on the surface of a substrate, and the surface roughness of the resin layer is 1.05 or more. According to such a configuration, the wettability of the lubricating oil on the sliding surface can be improved, thereby improving the sliding characteristics of the sliding surface.
  • the surface roughness of the resin layer is 1.07 or more. According to this, the sliding characteristics of the sliding surface can be further improved.
  • the average interval (s) between the local peaks of the resin layer is included in the range of 2 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less. It is. Such a configuration contributes to the improvement of the wettability of the lubricating oil on the sliding surface, that is, it contributes to the improvement of the sliding characteristics of the sliding surface.
  • the average height (Rc) of the resin layer is in the range of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less. include.
  • Such a configuration also contributes to an improvement in the wettability of the lubricating oil on the sliding surface, that is, an improvement in the sliding characteristics of the sliding surface.
  • interval (s) of the local peak of a resin layer is contained in the range of 2 micrometers or more and 12 micrometers or less, and the average height (Rc of a resin layer) ) Is included in the range of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less (fifth aspect)
  • the wettability of the lubricating oil on the sliding surface is further improved, so that the sliding surface has a higher sliding property. Characteristics can be secured.
  • the sixth aspect of the present invention is defined as follows. That is, in the sliding member defined in the fifth aspect, the average distance (s) between the local peaks of the resin layer is 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and the average height (Rc) of the resin layer is 0.5 ⁇ m or more and 3 0.0 ⁇ m or less. According to the sliding member defined in the sixth aspect as defined above, the wettability of the lubricating oil on the sliding surface is further improved as compared with the sliding member defined in the fifth aspect, The sliding characteristics of the sliding surface are further improved.
  • the resin layer includes a high heat-resistant first solid lubricant and a high-lubricity second solid lubricant.
  • the volume ratio of the agent to the second solid lubricant is included in the range of 0.1 or more and 4.0 or less. According to such a configuration, good lubricity between the sliding member and the mating sliding member is maintained by the first solid lubricant having high heat resistance even in a high temperature environment due to friction, and high lubricity is achieved.
  • the second solid lubricant reduces the friction between the sliding member and the mating sliding member, and suppresses the temperature rise due to the friction. Thereby, wear and seizure can be effectively prevented. That is, the sliding characteristics are improved.
  • the volume ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant is 0.5 or more and 2.6 or less. Included in the range. According to this, the sliding characteristic of the sliding surface is further improved.
  • the second solid lubricant contains at least one of molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the first solid lubricant contains at least one of graphite, h-boron nitride (h-BN), and molybdenum trioxide.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a part of a cross section of a sliding member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view schematically showing a state of wetting by the lubricating oil on the sliding surface of the sliding member according to the embodiment
  • FIG. 2B is a lubrication on the sliding surface of the sliding member of the comparative example. It is a figure which shows typically the state of wetting with oil.
  • FIG. 3A is a view schematically showing an extended state of wetting by the lubricating oil on the sliding surface of the sliding member according to the embodiment
  • FIGS. 3B and 3C are sliding members of comparative examples. It is a figure which shows typically the state of the expansion of the wetting by the lubricating oil in the sliding surface.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a sliding member according to an embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram schematically showing a cross section near the sliding surface 21 of the sliding member 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the sliding member 1 has a configuration in which a resin layer 20 made of a sliding resin composition is laminated on the surface of the base material layer 10 on the sliding surface 21 side.
  • the vertical direction in FIG. 1 is the thickness direction of each layer.
  • the base material layer 10 includes a steel plate layer 11, and an alloy layer 12 made of an alloy such as aluminum (Al), copper (Cu), or tin (Sn) is provided on the surface of the steel plate layer 11 (the surface on the sliding surface 21 side). It is done.
  • the resin composition constituting the resin layer 20 includes a resin binder and a solid lubricant.
  • the resin binder bonds the resin layer 20 to the base material layer 10 and fixes the solid lubricant.
  • the resin material used for this resin binder can be selected as appropriate according to the use of the sliding member 1, etc., but when applied to an internal combustion engine such as an automobile, polyimide resin, polyamideimide resin, epoxy resin, phenol resin, One or more of a polyamide resin, a fluororesin, and an elastomer can be employed, and a polymer alloy may be used.
  • the thickness of the resin layer 20 can be arbitrarily set, and can be set to, for example, 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • Examples of the method for laminating the resin layer 20 include a pad printing method, a screen printing method, a spray coating method (air spray method, airless spray method), an electrostatic coating method, a tumbling method, a squeeze method, a roll method, and a roll coating method. Can be adopted. However, a particularly preferable method for carrying out the present invention will be described later.
  • the type of solid lubricant can be appropriately selected according to the application of the sliding member 1.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • melamine cyanurate carbon fluoride
  • phthalocyanine graphene nanoplatelet
  • One or more types such as ultrahigh molecular weight polyethylene (trade name “Miperon” manufactured by Mitsui Chemicals), N ⁇ -lauroyl-L-lysine (trade name “Amihop” manufactured by Ajinomoto Co., Inc.), and the like can be selected.
  • particularly preferred types and blending amounts of the solid lubricant will be described later.
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the sliding surface 21 surrounded by the alternate long and short dash line IB in the resin layer 20 of FIG.
  • fine irregularities are formed on the sliding surface 21 which is the surface of the resin layer 20 of the sliding member 1.
  • the oil repellency or oleophilicity (that is, wettability with lubricating oil) of the moving surface 21 is realized. More specifically, the surface roughness ratio of the sliding surface 21 of the resin layer 20, the average interval (s) and the average height (Rc) of the local peaks on the sliding surface 21 are controlled. Will be described.
  • the surface roughening rate of sliding surface 21 is generally also referred to as a surface area rate, and is represented by a ratio (surface area / area) of the surface area generated by the area of the designated region and the surface shape of the sample.
  • the sliding surface 21 of the resin layer 20 is formed so that the surface roughening rate is 1.05 or more, more preferably 1.07 or more.
  • An example of the upper limit of the surface roughening rate is 1.1. If it exceeds 1.1, there is a possibility that a sufficient oil film thickness cannot be secured.
  • the surface roughness ratio of the sliding surface 21 of the resin layer 20 is 1.05 or more according to the test conducted by the inventors of the present invention. It has been found that when the roughening rate is 1.07 or more, the wettability by the lubricating oil on the sliding surface 21 is improved. This is considered to be due to the Wenzel equation shown in the following equation 1.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a state where wetting by the lubricating oil a occurs on the sliding surface 21 of the present embodiment
  • FIG. 2B shows a sliding member according to a comparative example.
  • the surface roughening rate of the sliding surface 21 shown in FIG. 2 (A) is 1.05 or more, and the surface roughening rate of the sliding surface shown in FIG. 2 (B) is less than 1.05.
  • the sliding surface 21 in (A) has better wettability than the sliding surface in FIG. 2 (B), and the lubricating oil a is more likely to spread.
  • the average interval (s) between local peaks is extracted from the roughness curve by a reference length (L), and the length of the average line corresponding to the interval between adjacent local peaks is obtained at this extracted portion.
  • L reference length
  • the sliding surface 21 of the resin layer 20 has an average interval (s) between the local peaks on the sliding surface 21 in the range of 2 ⁇ m to 12 ⁇ m, more preferably 2 ⁇ m to 10 ⁇ m. It is formed so as to be included in the following range.
  • 3A schematically shows a cross-sectional view of the sliding surface 21 in which the average interval (s) between the local peaks is in the range of 2 ⁇ m to 12 ⁇ m, more preferably in the range of 2 ⁇ m to 10 ⁇ m. Show.
  • the expansion of the wetting of the lubricating oil “a” preferably occurs along the sliding surface 21.
  • a range in which the expansion of the wetting of the lubricating oil a occurs is indicated by a double arrow IIIA.
  • the average height (Rc) is defined as the average value of the heights of the contour curve elements at the reference length.
  • the sliding surface 21 of the resin layer 20 of the present embodiment has an average height (Rc) in the range of 0.5 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, more preferably in the range of 0.5 ⁇ m to 3.0 ⁇ m. Formed as follows. In the sliding surface 21 shown in FIG. 3A, the average height (Rc) is included in the range of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less, more preferably in the range of 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less. Shall.
  • the expansion of the wetting of the lubricating oil “a” preferably occurs along the sliding surface 21.
  • the average height (Rc) is large as in the sliding surface of the resin layer 20 ′′ of the comparative example of FIG. 3C, the valley between the peaks exhibits the effect as an oil reservoir. Wet expansion is less likely to occur.
  • a paint having a relatively low viscosity is applied on the layer formed in FIG. 4A by a spray coating method.
  • An advantage of adopting the spray coating method is that the surface roughening rate is easy to control because the coating is applied after it is in an atomized state. By reducing the viscosity of the coating material, the size of the atomized coating particle is reduced, and the surface roughness of the outermost surface of the resin layer 20 can be increased. Moreover, since the coating film follows the surface by increasing the time from application to drying, the surface roughening rate decreases. Therefore, the surface roughening rate can be increased by shortening the drying time.
  • the viscosity of the coating material of the resin layer 20 is adjusted, and the spray coating method is adopted for forming the outermost layer of the resin layer 20,
  • the surface roughening rate is adjusted by adjusting the drying time.
  • the adjustment of the average interval (s) between the local peaks of the sliding surface 21 is performed by adjusting the viscosity of the paint.
  • the adjustment mechanism is basically the same as the adjustment of the surface roughening rate described above. That is, by lowering the viscosity of the coating material of the resin layer 20, the atomized coating particles become smaller, and the average interval (s) between the local peaks is reduced. On the contrary, by increasing the viscosity of the coating material of the resin layer 20, the atomized coating particles become larger and the average interval (s) between the local peaks is increased.
  • the average height (Rc) of the sliding surface 21 is adjusted by controlling the final coating thickness of the resin layer 20.
  • the resin layer 20 having an arbitrary film thickness for example, 5 ⁇ m
  • a lower layer having a film thickness of 4.5 ⁇ m is formed by applying a paint.
  • the outermost layer of a thin film of 0.5 ⁇ m or less is formed by applying a paint.
  • the resin layer 20 of this embodiment includes a first solid lubricant excellent in heat resistance and a second solid lubricant excellent in lubricity as a solid lubricant. That is, the first solid lubricant contained in the resin layer 20 has higher heat resistance than the second solid lubricant, and the second solid lubricant has higher lubricity than the first solid lubricant.
  • molybdenum disulfide as a second solid lubricant (MoS 2)
  • tungsten disulfide (WS 2) or as including one or more polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the content ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant is included in the range of 0.1 or more and 4.0 or less, more preferably 0.5 or more and 2.6 or less in terms of volume ratio. I have to.
  • the first solid lubricant may contain, for example, one or more of graphite (Gr), h-boron nitride (h-BN), and molybdenum trioxide (MoO 3 ).
  • the resin layer 20 of this embodiment contains the 1st solid lubricant excellent in heat resistance, the sliding characteristic in a high temperature environment is excellent. Therefore, even when the sliding member 1 and the mating sliding member come into contact with each other and generate heat and are in a high temperature environment, the sliding characteristics are excellent, so that the wear resistance and non-seizure properties are improved. Further, since the resin layer 20 includes a second solid lubricant that is particularly excellent in lubricity, such as molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and polytetrafluoroethylene, the sliding property is good, and the increase in the sliding surface temperature is suppressed. The Therefore, wear resistance and seizure resistance are improved.
  • a second solid lubricant that is particularly excellent in lubricity, such as molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and polytetrafluoroethylene
  • the content volume ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant is in the range of 0.1 or more and 4.0 or less, more preferably in the range of 0.5 or more and 2.6 or less.
  • seizure resistance is improved. This is because the action of the first solid lubricant has excellent sliding characteristics in a high temperature environment, and the second solid lubricant suppresses an increase in the sliding surface temperature.
  • Example 2 In order to verify the effect of the present invention, a seizure test was performed under the test conditions described below. In this test, a slide bearing is used as the sliding member 1 and a shaft is prepared as the mating sliding member. When both are slid and the torque becomes a certain level or more, seizure is determined and measured at that time. A surface pressure is obtained as a test result, and the seizure resistance of the sample is evaluated.
  • Table 1 shows the results of the test conducted under the above conditions and measurement methods as Examples 1 to 19 and Comparative Examples.
  • Condition I-1 The surface roughness of the sliding surface is 1.05 or more.
  • Condition I-2 The surface roughness of the sliding surface is 1.07 or more.
  • Condition II-1 The average distance (s) between the local peaks of the sliding surface is included in the range of 2 ⁇ m to 12 ⁇ m.
  • Condition II-2 The average distance (s) between the local peaks on the sliding surface is included in the range of 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • Condition III-1 The average height (Rc) of the sliding surface is included in the range of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less.
  • Condition III-2 The average height (Rc) of the sliding surface is included in the range of 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • Condition IV-1 The volume ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant is included in the range of 0.1 or more and 4.0 or less.
  • Condition IV-2 The volume ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant is included in the range of 0.5 or more and 2.6 or less.
  • the example 1 is compared with the surface pressure (test result) of 30 MPa during baking in the comparative example.
  • the surface pressure during stoving was 50 MPa, and the effect of improving seizure resistance under the condition I-1, that is, improving sliding characteristics was shown.
  • Example 1 was compared with Examples 2 and 3 that satisfied Condition I-2, the surface pressure during baking of Examples 2 and 3 was 52.5 MPa, and a further improvement in seizure resistance was observed.
  • Example 4 The surface pressure during baking of Example 4 satisfying the conditions I-1, II-1 and III-1 is 60 MPa, as compared with the case where only the conditions I-1 and I-2 are satisfied (Examples 1 to 3). Improved seizure resistance was shown. In Example 4, when the condition II-1 was changed to II-2 (Example 5) and the condition III-1 was changed to Condition III-2 (Example 6), the seizure resistance was further improved. It was not seen. However, when both Condition II-2 and Condition III-2 were made compatible, further improvement in seizure resistance was observed (Examples 7 and 8).
  • the surface pressure during baking of Examples 9 and 11 satisfying the conditions I-1, II-2, III-2, and IV-1 is 70 MPa, and further improvement of the seizure resistance compared to Examples 7 and 8 is shown. It was done.
  • the surface pressure during baking was 72.5 MPa, which was more seizure resistant than Examples 9 and 11. An improvement was shown.

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Abstract

自動車等の内燃機関用の摺動部材であって、摺動面を成す樹脂層の表面性状の調整により摺動面の親油性が高められることで良好な摺動特性を備え、摺動部材および相手側摺動部材の摩耗や焼付を効果的に防止できる摺動部材を提供する。　基材の表面に樹脂層を設けた摺動部材であって、樹脂層の表面粗化率が１．０５以上、より好ましくは１．０７以上である摺動部材が提供される。樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲、より好ましくは２μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲に含まれるものであってもよい。また、樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲、より好ましくは０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲に含まれるものであってもよい。

Description

摺動部材
　本発明は摺動部材に関し、より詳しくは、摺動面を成す樹脂層を有する摺動部材に関する。
　自動車等の内燃機関に適用されるすべり軸受の摺動面には高い耐摩耗性や耐焼付性が求められる。その対策として、従来、軸受の内周面に潤滑性を有する樹脂層を設けたり、軸の回転時に軸と軸受の間に潤滑油を保持するために、軸受の摺動面に油溝等の空間を設けたりすることが行われている。
　特許文献１（特開２０１５－１８３７９９号公報）には、筒状の基材の内周面に設けられた撥油性の第１樹脂層と、第１樹脂層よりも弾性率の小さい材料で形成された親油性の第２樹脂層とを有し、第１樹脂層および第２樹脂層が面圧を受けた状態で、第２樹脂層が第１樹脂層よりも凹むことで摺動面に溝が形成される軸受が記載されている（特許文献１の請求項１、明細書の段落［００２６］、図４参照）。特許文献１の技術は、軸が回転して油膜の圧力が上昇したときに親油性の第２樹脂層により形成される溝に潤滑油が保持され易く、軸が回転していないときには潤滑油が撥油性の第１樹脂層の第１接触面にも放出され易いという構成により、軸と軸受の摩耗や焼付を抑制することを意図している。
特開２０１５－１８３７９９号公報
　特許文献１の技術は、油膜の圧力が６ＭＰａ（メガパスカル）となる軸受を適用の対象としたものであり、軸受の具体的な例として、冷媒を使用した圧縮機、特にスクロール式圧縮機や斜板式圧縮機などの軸受が挙げられている（特許文献１の明細書の段落［００２９］参照）。そのため、仮に特許文献１の技術を自動車等の内燃機関のすべり軸受に適用しようとすると、内燃機関の実際の使用状況で発生する高い面圧（約１０～２０ＭＰａ）の下においては、撥油性の高い第１樹脂層の第１接触面に対する潤滑油の供給が不足し、その結果、軸と軸受の間の油膜が破断され、軸や軸受の摩耗や焼付が発生する虞がある。
　本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、自動車等の内燃機関用として、良好な摺動特性を備える摺動部材を提供することにある。即ち、摺動部材の摺動面を成す樹脂層の表面性状を調整することにより当該摺動面の親油性、すなわち潤滑油による濡れ性を高める。これにより摺動面の全面に潤滑油が行き渡りやすくなって潤滑油の破断が防止され、ひいては、摺動部材および相手側摺動部材の摩耗や焼付を効果的に防止できる、即ち良好な摺動特性を備える摺動部材を提供できる。
　本発明の発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
　すなわち、本発明の第１の局面による摺動部材は、基材の表面に樹脂層を設けた摺動部材であって、樹脂層の表面粗化率が１．０５以上である。
　このような構成によれば、摺動面における潤滑油の濡れ性を向上させることができ、もって、摺動面の摺動特性が向上する。
　また、本発明の第２の局面によれば、上記の摺動部材において、樹脂層の表面粗化率が１．０７以上である。これによれば、摺動面の摺動特性をより向上させられる。
　また、本発明の第３の局面によれば、第１又は第２の局面に規定された摺動部材において、樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲に含まれる。
　このような構成は摺動面における潤滑油の濡れ性の向上に寄与し、即ち、摺動面の摺動特性の向上に寄与する。
　更に、本発明の第４の局面によれば、第１又は第２の局面に規定された摺動部材において、樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲に含まれる。かかる構成も、摺動面における潤滑油の濡れ性の向上に寄与し、即ち、摺動面の摺動特性の向上に寄与する。
　なお、第３及び第４の局面の各要件を兼ね備えるもの、即ち、樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲に含まれ、かつ樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲に含まれるもの（第５の局面）によれば、摺動面における潤滑油の濡れ性が更に向上し、もって、摺動面により高い摺動特性を確保できる。
　この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、第５の局面に規定の摺動部材において、樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）を２μｍ以上かつ１０μｍ以下とし、かつ樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）を０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下とする。
　このように規定される第６の局面に規定の摺動部材によれば、第５の局面に規定の摺動部材に比べて、摺動面における潤滑油の濡れ性がより一層向上し、もって摺動面の摺動特性もより一層向上する。
　また、本発明の第７の局面によれば、上記の摺動部材において、樹脂層は高耐熱性の第１固体潤滑剤と、高潤滑性の第２固体潤滑剤を含み、第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．１以上かつ４．０以下の範囲に含まれる。
　このような構成によれば、摩擦による高温環境下においても高耐熱性の第１固体潤滑剤により摺動部材と相手側摺動部材の間の良好な潤滑性が保たれるとともに、高潤滑性の第２固体潤滑剤により摺動部材と相手側摺動部材の摩擦が低減され、摩擦による温度上昇が抑制される。これにより、摩耗や焼付を効果的に防止できる。即ち、摺動特性が向上する。
　また、本発明の第８の局面によれば、第７の局面に記載の摺動部材において、第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．５以上かつ２．６以下の範囲に含まれる。これによれば、その摺動面の摺動特性が更に向上する。
　また、本発明の第９の局面によれば、上記の摺動部材において、第２固体潤滑剤は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のうちの少なくとも一種を含む。
　また、本発明の第１０の局面によれば、上記の摺動部材において、第１固体潤滑剤はグラファイト、ｈ－窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、三酸化モリブデンのうちの少なくとも一種を含む。
　これらの構成により、上記した効果を好適に発揮できる。
図１は本発明の一実施形態による摺動部材の断面の一部を模式的に示す図である。 図２の（Ａ）は一実施形態による摺動部材の摺動面における潤滑油による濡れの状態を模式的に示す図であり、（Ｂ）は比較例の摺動部材の摺動面における潤滑油による濡れの状態を模式的に示す図である。 図３の（Ａ）は一実施形態による摺動部材の摺動面における潤滑油による濡れの拡張の状態を模式的に示す図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は比較例の摺動部材の摺動面における潤滑油による濡れの拡張の状態を模式的に示す図である。 図４は一実施形態による摺動部材の製造方法を説明するための説明図である。
　以下、本発明を具体化した一実施形態に係る摺動部材１について、添付の図面を参照しながら説明する。摺動部材１としては例えば自動車等の内燃機関に用いられるすべり軸受が例示できる。
　図１（Ａ）は、本発明の一実施形態による摺動部材１の摺動面２１付近の断面を模式的に示す図である。摺動部材１は、基材層１０の摺動面２１側の表面に摺動用樹脂組成物からなる樹脂層２０を積層した構成である。図１の上下方向が各層の厚さ方向である。基材層１０は鋼板層１１を備え、鋼板層１１の表面（摺動面２１側の表面）にアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）等の合金からなる合金層１２が設けられる。
　樹脂層２０を構成する樹脂組成物は樹脂バインダおよび固体潤滑剤を含む。樹脂組成物において、樹脂バインダは、樹脂層２０を基材層１０に結合するとともに、固体潤滑剤を固定する。この樹脂バインダに採用する樹脂材料は摺動部材１の用途等に応じて適宜選択可能であるが、自動車等の内燃機関に適用する場合は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、およびエラストマーの一種以上を採用でき、ポリマーアロイであっても良い。
　樹脂層２０の厚さは任意に設定可能であるが、例えば１μｍ以上かつ２０μｍ以下とすることができる。樹脂層２０の積層方法としては例えば、パッド印刷法、スクリーン印刷法、スプレーコート法（エアスプレー法、エアレススプレー法）、静電塗装法、タンブリング法、スクイズ法、ロール法、ロールコート法等を採用できる。ただし、本発明の実施に際して特に好ましい方法については後述する。
　固体潤滑剤の種類は摺動部材１の用途に応じて適宜選択できる。例えば、グラファイト、ｈ－窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、三酸化モリブデン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、メラミンシアヌレート、フッ化カーボン、フタロシアニン、グラフェンナノプレートレット、フラーレン、超高分子量ポリエチレン（三井化学製、商標名「ミペロン」）、Ｎε－ラウロイル－Ｌ－リジン（味の素製、商標名「アミホープ」）等の１種以上を選択できる。本発明の実施に際して特に好ましい固体潤滑剤の種類および配合量については後述する。
　図１（Ｂ）は図１（Ａ）の樹脂層２０のうち一点鎖線ＩＢで囲む摺動面２１の近傍部分を拡大して示す断面図である。図１（Ｂ）に示す様に、摺動部材１の樹脂層２０の表面である摺動面２１には微細な凹凸が形成されている。本実施形態の摺動部材１においては、この摺動面２１の微細な凹凸の形状を制御することで、摺動部材１および相手側摺動部材の摩耗や焼付を防止するのに適した摺動面２１の撥油性もしくは親油性（すなわち、潤滑油による濡れ性）を実現している。より具体的には、樹脂層２０の摺動面２１の表面粗化率、摺動面２１上の局部山頂の平均間隔（ｓ）および平均高さ（Ｒｃ）を制御しており、以下、これらについて説明する。
（摺動面２１の表面粗化率）
　表面粗化率とは一般に表面積率とも称され、指定した領域の面積と試料の表面形状によって生じる表面積の比率（表面積／面積）で表される。本実施形態においては、樹脂層２０の摺動面２１を、その表面粗化率が１．０５以上、より好ましくは１．０７以上となるように形成している。表面粗化率の上限値としては１．１が例示できる。１．１を超えると、充分な油膜厚さが確保できなくなる可能性がある。
　後に複数の実施例と比較例に基づき説明するように、本発明の発明者らが行った試験により、樹脂層２０の摺動面２１の表面粗化率が１．０５以上のとき、特に表面粗化率が１．０７以上のときに、摺動面２１上における潤滑油による濡れ性が向上することが判明した。これは、次の式１に示すＷｅｎｚｅｌの式によるものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　
　上記の式１において、各記号の意味するところは次のとおりである。
　
　　ｒ：表面粗化率
　　Φ：粗面上での接触角
　　θ：平滑面上での接触角
　　γＬＧ：液体・気体界面にはたらく表面張力
　　γＳＬ：固体・液体界面にはたらく表面張力
　　γＳＧ：固体・気体界面にはたらく表面張力
　
　上記の式１より、θ＜９０°のときφ＜θであることから、濡れ易い面は粗面にすることでより濡れ易くなることが分かる。よって、濡れ易い摺動面２１において表面粗化率が高くなるにつれて摺動面２１の濡れ性は向上し、潤滑油が摺動面２１全域に濡れ拡がり易くなることが分かる。
　図２（Ａ）には本実施形態の摺動面２１上において潤滑油ａによる濡れが生じている状態を模式的な断面図により示し、図２（Ｂ）には比較例による摺動部材の樹脂層２０’の摺動面上において潤滑油ａによる濡れが生じている状態を模式的な断面図により示す。図２（Ａ）に示す摺動面２１の表面粗化率は１．０５以上であり、図２（Ｂ）に示す摺動面の表面粗化率は１．０５未満であるとする。図２（Ａ）に示す摺動面２１上の潤滑油滴の接触角Φは図２（Ｂ）に示す摺動面上の潤滑油滴の接触角Φ’よりも小さくなっており、図２（Ａ）の摺動面２１の方が図２（Ｂ）の摺動面よりも濡れ性が向上し、潤滑油ａが濡れ広がり易くなっている。
（摺動面２１の局部山頂の平均間隔（ｓ））
　ＪＩＳ　Ｂ０６０１　１９９４によれば、局部山頂の平均間隔（ｓ）は、粗さ曲線より基準長さ（Ｌ）だけ抜き取り、この抜き取り部分において、隣り合う局部山頂間に対応する平均線の長さを求め、この多数の局部山頂の間隔の算術平均値を表したものとして定義される。本実施形態の摺動部材１においては、樹脂層２０の摺動面２１は、摺動面２１における局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲、より好ましくは２μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲に含まれるように形成される。このように局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲、より好ましくは２μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲に含まれる摺動面２１の断面図を図３（Ａ）に模式的に示す。これにより、潤滑油ａの濡れの拡張が摺動面２１上を伝って好適に生じている。図２（Ａ）においては潤滑油ａの濡れの拡張が発生している範囲を両矢印ＩＩＩＡによって示している。このような潤滑油ａの濡れの拡張は毛細管現象によるものと考えられ、摺動面２１の局部山頂の平均間隔（ｓ）が１２μｍ以下の場合、局部山頂間の谷における毛細管現象によって生じ易くなる。局部山頂間の間隔が狭くなる程その効果がより顕著となる。
　一方、図３（Ｂ）の比較例の樹脂層２０’の摺動面のように局部山頂の間隔が大きい場合は、潤滑油ａが局部山頂間の谷の中で留まってしまい、潤滑油ａの濡れの拡張が効果的に生じない。
（平均高さ（Ｒｃ））
　ＪＩＳ　Ｂ０６０１　２００１によれば、平均高さ（Ｒｃ）とは基準長さにおける輪郭曲線要素の高さの平均値として定義される。本実施形態の樹脂層２０の摺動面２１は、平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲、より好ましくは０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲に含まれるように形成される。図３（Ａ）に示す摺動面２１においては、平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲、より好ましくは０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲に含まれるものとする。これにより、潤滑油ａの濡れの拡張が摺動面２１上を伝って好適に生じている。
　一方、図３（Ｃ）の比較例の樹脂層２０”の摺動面のように平均高さ（Ｒｃ）が大きいと山頂間の谷が油溜まりとしての効果を発揮するため、潤滑油ａの濡れの拡張が生じ難くなる。
　以上のような構成により、本実施形態の摺動部材１においては、潤滑油が摺動面２１全体に拡張し易く、耐焼付性が向上する。
（摺動部材１の製造方法）
　次に、本実施形態の摺動部材１の製造方法として、基材１０の表面に樹脂層２０を形成する際に、摺動面２１の表面粗化率と、局部山頂の平均間隔（ｓ）ならびに平均高さ（Ｒｃ）を調整する方法について説明する。
（表面粗化率の調整方法）
　まず、図４（Ａ）に示す様に、基材１０の表面に、その表面形状に関わらず一定の高さで平滑になるように樹脂層２０の材料の塗料を塗布する。このときの塗布方法は特に限定されず、基材１０が変形しない程度であれば、樹脂層２０の材料の塗料を塗布した後に所定の荷重を押しつけることで平滑にしてもよい。
　次に、図４（Ｂ）に示す様に、図４（Ａ）で形成した層の上に、比較的低粘度の塗料をスプレーコート法にて塗布する。スプレーコート法を採用する利点として、塗料が霧化状態になった後に塗布されるため表面粗化率が制御し易いことが挙げられる。塗料の粘度を下げることで霧化される塗料の粒が小さくなり、樹脂層２０の最表面の表面粗化率を増大することができる。また、塗布から乾燥するまでの時間を長くなることで、塗膜が表面に倣うため、表面粗化率は小さくなる。そのため、乾燥時間を短くすることにより、表面粗化率を大きくすることができる。このように、本実施形態においては、任意の表面粗化率を達成するため、樹脂層２０の材料の塗料の粘度を調整し、樹脂層２０の最表層の形成にスプレーコート法を採用し、その乾燥時間を調整することで表面粗化率を調整している。
（局部山頂の平均間隔（ｓ）の調整方法）
　本実施形態においては、摺動面２１の局部山頂の平均間隔（ｓ）の調整は、塗料の粘度を調整することにより行われる。調整のメカニズムについては上述した表面粗化率の調整と基本的に同じである。すなわち、樹脂層２０の材料の塗料の粘度を下げることで、霧化された塗料の粒が小さくなり、局部山頂の平均間隔（ｓ）は小さくなる。反対に、樹脂層２０の材料の塗料の粘度を上げることで、霧化された塗料の粒が大きくなり、局部山頂の平均間隔（ｓ）は大きくなる。
（平均高さ（Ｒｃ）の調整方法）
　本実施形態においては、摺動面２１の平均高さ（Ｒｃ）の調整は、樹脂層２０の最終塗布厚さを制御することにより行われる。任意の膜厚（例えば５μｍ）の樹脂層２０を塗料の塗布により形成する場合、まずは図４（Ａ）に示す様に４．５μｍの膜厚の下層を塗料の塗布により形成した後で、その上に図４（Ｂ）に示す様に０．５μｍ以下の薄膜の最表層を塗料の塗布により形成する。このとき、樹脂層２０の最表面の平均高さは最終塗布時の膜厚に依存するため、最終塗布時の膜厚を制御することで任意の平均高さ（Ｒｃ）を得ることができる。すなわち、樹脂層２０を形成する際の最終塗布時の膜厚を薄くすることで平均高さ（Ｒｃ）は小さくなり、膜厚を厚くすることで平均高さ（Ｒｃ）は大きくなる。加えて、摺動部材１が円筒状のすべり軸受等で内周側に摺動面２１を形成する場合には、塗膜が乾燥するまでの間に、遠心力を加えることにより、その力により塗膜が円周方向に引っ張られる。そのため、山頂が低くなり平均高さ（Ｒｃ）が小さくなる。これらの方法を適宜合わせることで平均高さ（Ｒｃ）を調整する。
（樹脂層２０の材料）
　本実施形態の樹脂層２０は、固体潤滑剤として、耐熱性に優れた第１固体潤滑剤と、潤滑性に優れた第２固体潤滑剤とを含む。すなわち、樹脂層２０に含まれる第１固体潤滑剤は第２固体潤滑剤よりも高い耐熱性を有し、第２固体潤滑剤は第１固体潤滑剤よりも高い潤滑性を有する。第２固体潤滑剤として例えば二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の一種以上を含むものとしてもよい。また、第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する含有比率が体積比で０．１以上かつ４．０以下の範囲、より好ましくは０．５以上かつ２．６以下の範囲に含まれるようにしている。第１固体潤滑剤は例えばグラファイト（Ｇｒ）、ｈ－窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）のうちの一種以上を含むものとしてもよい。
　このように、本実施形態の樹脂層２０は、耐熱性に優れた第１固体潤滑剤を含むため、高温環境下での摺動特性が優れる。そのため、摺動部材１と相手側摺動部材とが接触、発熱し高温環境下になった場合でも摺動特性に優れるため、耐摩耗性、非焼付性が向上する。
　また、樹脂層２０は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン等の潤滑性に特に優れた第２固体潤滑剤を含むため摺動特性が良好で、摺動面温度の上昇が抑制される。そのため、耐摩耗性、耐焼付性が向上する。
　更に、第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する含有体積比率が０．１以上かつ４．０以下の範囲、より好ましくは０．５以上かつ２．６以下の範囲に含まれるようにすることで、耐焼付性が向上する。これは第１固体潤滑剤の作用により高温環境下での摺動特性が優れ、第２固体潤滑剤により摺動面温度の上昇が抑制されるためである。
（実施例）
　本発明の効果を検証するために、以下に記載する試験条件下で焼付試験を実施した。この試験は、摺動部材１としてすべり軸受を、相手側摺動部材として軸を準備し、両者を摺動させてトルクが一定以上となったときを焼付と判定し、そのときに計測される面圧を試験結果として得て、サンプルの耐焼付性を評価するものである。
（試験条件）
　試験に共通する条件は次のとおりである。なお、各実施例および比較例における樹脂層の材料の塗料の粘度（塗料粘度（ｍＰａ・ｓ））、樹脂層を形成する際に塗料を乾燥させる温度（乾燥温度（℃））、樹脂層の最終塗布膜厚（μｍ）は、図５の表中に記載したとおりである。図５の表中における第１固体潤滑剤、第２固体潤滑剤の「体積％」は樹脂層２０を形成する揮発成分を除いた塗料に含まれる第１固体潤滑剤、第２固体潤滑剤それぞれの体積割合を表す。
　
　　潤滑油：５Ｗ－３０
　　回転数：３６００ｒｐｍ
　　給油圧力：０．４～０．５ＭＰａ
　　軸材質：Ｓ４５Ｃ
　
（表面粗化率の計測方法）
　軸受の摺動面の表面粗化率を計測するため、レーザ顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ２００）にて７００μｍ×５００μｍの視野で表面状態を測定し、付属の解析アプリケーション（ＶＫ－Ｈ１ＸＡ）にて解析を行った。解析アプリケーションの体積・面積計測より、表面粗化率（表面積率）を計算した。軸受形状の影響を除去するために解析時には高さスムージングを行っている。
（局部山頂の平均間隔（ｓ）および平均高さ（Ｒｃ）の計測方法）
　上記したレーザ顕微鏡ならびにアプリケーションにて測定ならびに解析を行うことで、摺動面の局部山頂の平均間隔（ｓ）および平均高さ（Ｒｃ）を計測した。
　以上の条件ならびに計測方法により試験を行った結果を、表１に実施例１～１９および比較例として示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
これらの実施例および比較例のそれぞれが次の条件Ｉ－１～ＩＶ－２を満たすか否かに着目して考察することで、これらの条件の効果を検証する。
　
　　条件Ｉ－１：摺動面の表面粗化率が１．０５以上である。
　　条件Ｉ－２：摺動面の表面粗化率が１．０７以上である。
　　条件ＩＩ－１：摺動面の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲に含まれる。
　　条件ＩＩ－２：摺動面の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲に含まれる。
　　条件ＩＩＩ－１：摺動面の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲に含まれる。
　　条件ＩＩＩ－２：摺動面の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲に含まれる。
　　条件ＩＶ－１：第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．１以上かつ４．０以下の範囲に含まれる。
　　条件ＩＶ－２：第１固体潤滑剤の第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．５以上かつ２．６以下の範囲に含まれる。
　
　条件Ｉ－１～ＩＶ－２のいずれも満たさない比較例と、条件Ｉ－１を満たす実施例１とを比較すると、比較例の焼付時面圧（試験結果）の３０ＭＰａに対して実施例１の焼付時面圧は５０ＭＰａであり、条件Ｉ－１による耐焼付性向上、即ち摺動特性向上の効果が示された。
　実施例１と、条件Ｉ－２を満たす実施例２、３とを比較すると、実施例２、３の焼付時面圧は５２．５ＭＰａであり、耐焼付性の更なる向上が見られた。
　条件Ｉ－１、ＩＩ－１及びＩＩＩ－１を満たす実施例４の焼付時面圧は６０ＭＰａであり、条件Ｉ―１、Ｉ―２のみを満足する場合（実施例１～３）に比べて耐焼付性の向上が示された。
　実施例４において、条件ＩＩ－１をＩＩ－２にしたとき（実施例５）、条件ＩＩＩ－１を条件ＩＩＩ－２にしたとき（実施例６）には、耐焼付性の更なる向上はみられなかった。しかしながら、条件ＩＩ－２と条件ＩＩＩ－２とを両立させると、耐焼付性の一段の向上が見られた（実施例７、８）
　条件Ｉ－１、ＩＩ－２、ＩＩＩ－２、ＩＶ－１を満たす実施例９、１１の焼付時面圧は７０ＭＰａであり、実施例７、８と比べた耐焼付性の更なる向上が示された。
　条件Ｉ－１、ＩＩ－２、ＩＩＩ－２、ＩＶ－２を満たす実施例１０、１２～１９の焼付時面圧は７２．５ＭＰａであり、実施例９、１１と比べて耐焼付性の更なる向上が示された。
　本発明は、上記の各局面、実施形態、実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。
１　摺動部材
１０　基材層
１１　鋼板層
１２　合金層
２０　樹脂層
２１　摺動面
ａ　潤滑油

Claims (10)

  1. 　基材の表面に樹脂層を設けた摺動部材であって、
    　前記樹脂層の表面粗化率が１．０５以上である、摺動部材。
  2. 　前記樹脂層の表面粗化率が１．０７以上である、請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲に含まれる、請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
  4. 　前記樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲に含まれる、請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
  5. 　前記樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１２μｍ以下の範囲に含まれ、前記樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下の範囲に含まれる、請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
  6. 　前記樹脂層の局部山頂の平均間隔（ｓ）が２μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲に含まれ、前記樹脂層の平均高さ（Ｒｃ）が０．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲に含まれる、請求項５に記載の摺動部材。
  7. 　前記樹脂層は高耐熱性の第１固体潤滑剤と、高潤滑性の第２固体潤滑剤を含み、
    　前記第１固体潤滑剤の前記第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．１以上かつ４．０以下の範囲に含まれる、請求項１～６のいずれか一項に記載の摺動部材。
  8. 　前記樹脂層は高耐熱性の第１固体潤滑剤と、高潤滑性の第２固体潤滑剤を含み、
    　前記第１固体潤滑剤の前記第２固体潤滑剤に対する体積割合が０．５以上かつ２．６以下の範囲に含まれる、請求項１～６のいずれか一項に記載の摺動部材。
  9. 　前記第２固体潤滑剤は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも一種を含む、請求項７または請求項８に記載の摺動部材。
  10. 　前記第１固体潤滑剤はグラファイト、ｈ－窒化ホウ素、三酸化モリブデンのうちの少なくとも一種を含む、請求項７～９のいずれか一項に記載の摺動部材。
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