阅读说明：本技术 滑动构件 (Sliding member ) 是由 二村健治 安田绘里奈 于 2018-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供滑动构件,其为汽车等的内燃机用的滑动构件,通过调整形成滑动面的树脂层的表面性状,滑动面的亲油性提高,从而具备良好的滑动特性,能够有效地防止滑动构件和相对侧滑动构件的磨耗及烧结。提供一种滑动构件,其为在基材的表面设置有树脂层的滑动构件,其中树脂层的表面粗化率在1.05以上、更优选在1.07以上。树脂层的局部顶部的平均间隔(s)可以在2μm以上且12μm以下的范围内、更优选在2μm以上且10μm以下的范围内。此外,树脂层的平均高度(Rc)可以在0.5μm以上且5.0μm以下的范围内、更优选在0.5μm以上且3.0μm以下的范围内。(The invention provides a sliding member for an internal combustion engine of an automobile or the like, which has good sliding characteristics by adjusting the surface properties of a resin layer forming a sliding surface to improve the lipophilicity of the sliding surface and can effectively prevent abrasion and sintering of the sliding member and an opposite side sliding member. Provided is a sliding member having a base material and a resin layer provided on the surface of the base material, wherein the surface roughening rate of the resin layer is 1.05 or more, more preferably 1.07 or more. The average spacing(s) of the local top portions of the resin layer may be in the range of 2 μm or more and 12 μm or less, more preferably in the range of 2 μm or more and 10 μm or less. The average height (Rc) of the resin layer may be in the range of 0.5 μm or more and 5.0 μm or less, and more preferably in the range of 0.5 μm or more and 3.0 μm or less.)

滑动构件

技术领域

本发明涉及滑动构件，更详细而言，涉及具有形成滑动面的树脂层的滑动构件。

背景技术

适用于汽车等的内燃机的滑动轴承的滑动面要求高耐磨耗性及耐烧结性。作为其对策，以往在轴承的内周面设置具有润滑性的树脂层，或者为了在轴的旋转时在轴和轴承之间保持润滑油，在轴承的滑动面上设置油槽等空间。

专利文献1(日本专利特开2015-183799号公报)中记载了一种轴承，其中，具有设置在筒状的基材的内周面上的拒油性的第一树脂层、和由比第一树脂层的弹性模量小的材料形成的亲油性的第二树脂层，在第一树脂层和第二树脂层受到面压的状态下，通过第二树脂层比第一树脂层凹陷更多，从而在滑动面上形成槽(参照专利文献1的权利要求1、说明书的[0026]段、图4)。专利文献1的技术是意图通过在轴旋转而油膜的压力上升时，在由亲油性的第二树脂层形成的槽中容易保持润滑油，在轴不旋转时也容易将润滑油释放到拒油性的第一树脂层的第一接触面的构成，来抑制轴和轴承的磨耗及烧结。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-183799号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1的技术是以油膜的压力为6MPa(兆帕斯卡)的轴承作为适用对象的技术，作为轴承的具体例，例举了使用制冷剂的压缩机、特别是螺旋式压缩机及斜板式压缩机等的轴承(参照专利文献1的说明书的[0029]段)。因此，假如想要将专利文献1的技术应用于汽车等的内燃机的滑动轴承，则在内燃机的实际的使用状况下产生的高面压(约10～20MPa)下，润滑油对拒油性高的第一树脂层的第一接触面的供给不足，其结果是，轴和轴承之间的油膜破裂，有可能发生轴或轴承的磨耗或烧结。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的是提供用于汽车等的内燃机的、具备良好的滑动特性的滑动构件。即、通过调整形成滑动构件的滑动面的树脂层的表面性状，可提高该滑动面的亲油性、即基于润滑油的润湿性。藉此，润滑油容易散布在滑动面的整面上，防止润滑油的破裂，进而可有效地防止滑动构件和相对侧滑动构件的磨耗及烧结，即、可以提供具备良好的滑动特性的滑动构件。

本发明的发明人为了解决上述技术问题而反复进行了认真研究，结果想到了如下的本发明的各种形态。

即、本发明的第一形态的滑动构件是在基材的表面设有树脂层的滑动构件，其中，树脂层的表面粗化率在1.05以上。

根据这样的构成，能够提高润滑油在滑动面上的润湿性，因此，滑动面的滑动特性提高。

此外，根据本发明的第二形态，在上述的滑动构件中，树脂层的表面粗化率在1.07以上。藉此，能够进一步提高滑动面的滑动特性。

此外，根据本发明的第三形态，在第一或第二形态中规定的滑动构件中，树脂层的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且12μm以下的范围内。

这样的构成有助于润滑油在滑动面上的润湿性的提高，即、有助于滑动面的滑动特性的提高。

此外，根据本发明的第四形态，在第一或第二形态中规定的滑动构件中，树脂层的平均高度(Rc)在0.5μm以上且5.0μm以下的范围内。该构成有助于润滑油在滑动面上的润湿性的提高，即、有助于滑动面的滑动特性的提高。

另外，根据同时具备第三和第四形态的各要件的形态，即、树脂层的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且12μm以下的范围内、且树脂层的平均高度(Rc)在0.5μm以上且5.0μm以下的范围内的形态(第五形态)，润滑油在滑动面上的润湿性进一步提高，因此，可以确保滑动面具有更高的滑动特性。

本发明的第六形态如下规定。即、在第五形态中规定的滑动构件中，使树脂层的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且10μm以下、且使树脂层的平均高度(Rc)在0.5μm以上且3.0μm以下。

根据由此规定的第六形态中规定的滑动构件，与第五形态中规定的滑动构件相比，润滑油在滑动面上的润湿性进一步提高，因此滑动面的滑动特性也进一步提高。

此外，根据本发明的第七形态，在上述的滑动构件中，树脂层包含高耐热性的第一固体润滑剂和高润滑性的第二固体润滑剂，第一固体润滑剂相对于第二固体润滑剂的体积比例在0.1以上且4.0以下的范围内。

根据这样的构成，即使在由摩擦引起的高温环境下，也能利用高耐热性的第一固体润滑剂确保滑动构件和相对侧滑动构件之间的良好的润滑性，并且可以利用高润滑性的第二固体润滑剂减小滑动构件和相对侧滑动构件的摩擦，并抑制因摩擦造成的温度上升。藉此，能够有效地防止磨耗及烧结。即、滑动特性提高。

此外，根据本发明的第八形态，在第七形态记载的滑动构件中，第一固体润滑剂相对于第二固体润滑剂的体积比例在0.5以上且2.6以下的范围内。藉此，其滑动面的滑动特性进一步提高。

此外，根据本发明的第九形态，在上述的滑动构件中，第二固体润滑剂包含二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯(PTFE)中的至少一种。

此外，根据本发明的第十形态，在上述的滑动构件中，第一固体润滑剂包含石墨、h-氮化硼(h-BN)、三氧化钼中的至少一种。

通过这些构成，能够更好地发挥上述的效果。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式的滑动构件的截面的一部分的图。

图2(A)是示意地表示一实施方式的滑动构件的滑动面上的润滑油引起的润湿的状态的图，图2(B)是示意地表示比较例的滑动构件的滑动面上的润滑油引起的润湿的状态的图。

图3(A)是示意地表示一实施方式的滑动构件的滑动面上的润滑油引起的润湿扩展的状态的图，图3(B)、图3(C)是示意地表示比较例的滑动构件的滑动面上的润滑油引起的润湿扩展的状态的图。

图4是用于说明一实施方式的滑动构件的制造方法的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明具体实施本发明的一实施方式的滑动构件1。作为滑动构件1，可例示例如汽车等的内燃机中使用的滑动轴承。

图1(A)是示意地表示本发明的一实施方式的滑动构件1的滑动面21附近的截面的图。滑动构件1是在基材层10的滑动面21侧的表面层叠了由滑动用树脂组合物形成的树脂层20的构成。图1的上下方向是各层的厚度方向。基材层10具备钢板层11，在钢板层11的表面(滑动面21侧的表面)设置由铝(Al)、铜(Cu)、锡(Sn)等的合金构成的合金层12。

构成树脂层20的树脂组合物包含树脂粘合剂和固体润滑剂。在树脂组合物中，树脂粘合剂将树脂层20结合至基材层10，并固定固体润滑剂。该树脂粘合剂中采用的树脂材料可根据滑动构件1的用途等适当选择，但在用于汽车等的内燃机的情况下，可以采用聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、氟树脂和弹性体中的一种以上，也可以是聚合物合金。

树脂层20的厚度可任意地设定，例如可设为1μm以上且20μm以下。作为树脂层20的层叠方法，可采用例如凹版移印法、丝网印刷法、喷涂法(空气喷涂法、无气喷涂法)、静电喷涂法、翻滚法、挤压法、滚筒法、辊涂法等。但是，在后面描述实施本发明时特别优选的方法。

固体润滑剂的种类可根据滑动构件1的用途适当选择。例如，可以选择石墨、h-氮化硼(h-BN)、三氧化钼、二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯(PTFE)、三聚氰胺氰尿酸酯、氟化碳、酞菁、石墨烯纳米片、富勒烯、超高分子量聚乙烯(三井化学株式会社制，商标名“Mipelon”)、Nε-月桂酰-L-赖氨酸(味之素株式会社制，商标名“Amihope”)等的1种以上。在后面描述实施本发明时特别优选的固体润滑剂的种类和掺合量。

图1(B)是放大显示图1(A)的树脂层20中用点划线IB包围的滑动面21的附近部分的剖视图。如图1(B)所示，在滑动构件1的树脂层20的表面、即滑动面21上形成有微细的凹凸。在本实施方式的滑动构件1中，通过控制该滑动面21的微细的凹凸的形状，实现滑动面21的拒油性或亲油性(即、润滑油引起的润湿性)，以适合于防止滑动构件1和相对侧滑动构件的磨耗及烧结。更具体而言，控制树脂层20的滑动面21的表面粗化率、滑动面21上的局部顶部的平均间隔(s)和滑动面21的平均高度(Rc)，以下对其进行说明。

(滑动面21的表面粗化率)

表面粗化率通常也称为表面积率，用指定的区域的面积和由试样的表面形状产生的表面积的比率(表面积/面积)表示。本实施方式中，将树脂层20的滑动面21形成为表面粗化率在1.05以上、更优选在1.07以上。作为表面粗化率的上限值，可例示1.1。如果超过1.1，则有可能无法确保足够的油膜厚度。

如后面根据多个实施例和比较例所说明，通过本发明的发明人实施的试验，明确了当树脂层20的滑动面21的表面粗化率在1.05以上时、特别是表面粗化率在1.07以上时，滑动面21上的润滑油引起的润湿性提高。认为可由下述式1所示的文策尔公式(Wenzelの式)说明。

[数1]

在上述的式1中，各符号的含义如下所述。

r：表面粗化率

Φ：粗糙面上的接触角

θ：平滑面上的接触角

γLG：在液体和气体界面处作用的表面张力

γSL：在固体和液体界面处作用的表面张力

γSG：在固体和气体界面处作用的表面张力

根据上述的式1，因为在θ＜90°时所以可知通过将易润湿的面制成粗糙面，更容易润湿。因此，可知在容易润湿的滑动面21中，随着表面粗化率增大，滑动面21的润湿性提高，润滑油容易在整个滑动面21上润湿扩展。

图2(A)中示意地示出在本实施方式的滑动面21上发生由润滑油a引起的润湿的状态的剖视图，图2(B)中示意地示出在比较例的滑动构件的树脂层20’的滑动面上发生由润滑油a引起的润湿的状态的剖视图。图2(A)中示出的滑动面21的表面粗化率在1.05以上，图2(B)中示出的滑动面的表面粗化率小于1.05。图2(A)中示出的滑动面21上的润滑油滴的接触角Φ比图2(B)中示出的滑动面上的润滑油滴的接触角Φ’小，图2(A)的滑动面21与图2(B)的滑动面相比，润湿性进一步提高，润滑油a更容易润湿扩展。

(滑动面21的局部顶部的平均间隔(s))

根据JIS B0601 1994，局部顶部的平均间隔(s)如下定义：从粗糙曲线仅抽取标准长度(L)，在该抽取部分中，求出与相邻的局部顶部间对应的平均线的长度，将该多个局部顶部的间隔的算术平均值表示为局部顶部的平均间隔(s)。在本实施方式的滑动构件1中，树脂层20的滑动面21以滑动面21中的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且12μm以下的范围、更优选在2μm以上且10μm以下的范围的方式形成。由此，在图3(A)中示意地示出局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且12μm以下的范围、更优选在2μm以上且10μm以下的范围的滑动面21的剖视图。藉此，润滑油a的润湿的扩展适当地在滑动面21上传递发生。图2(A)中，用双箭头IIIA表示润滑油a的润湿扩展发生的范围。认为这样的润滑油a的润湿扩展是由毛细管现象引起的，在滑动面21的局部顶部的平均间隔(s)在12μm以下的情况下，由于局部顶部之间的谷处的毛细管现象而容易发生。局部顶部之间的间隔越狭窄，其效果更加显著。

另一方面，在如图3(B)的比较例的树脂层20’的滑动面那样的局部顶部的间隔大的情况下，润滑油a滞留在局部顶部之间的谷中，不会有效地发生润滑油a的润湿扩展。

(平均高度(Rc))

根据JIS B0601 2001，平均高度(Rc)定义为基准长度中的轮廓曲线要素的高度的平均值。本实施方式的树脂层20的滑动面21以平均高度(Rc)在0.5μm以上且5.0μm以下的范围、更优选在0.5μm以上且3.0μm以下的范围的方式形成。在图3(A)所示的滑动面21中，设定为平均高度(Rc)在0.5μm以上且5.0μm以下的范围、更优选在0.5μm以上且3.0μm以下的范围。藉此，润滑油a的润湿的扩展适当地在滑动面21上传递发生。

另一方面，如图3(C)的比较例的树脂层20”的滑动面那样，如果平均高度(Rc)大，则顶部间的谷发挥油蓄积的作用，因此不易发生润滑油a的润湿扩展。

通过如上的构成，在本实施方式的滑动构件1中，润滑油容易在滑动面21整面上扩展，耐烧结性提高。

(滑动构件1的制造方法)

接着，作为本实施方式的滑动构件1的制造方法，对于在基材10的表面上形成树脂层20时调整滑动面21的表面粗化率、局部顶部的平均间隔(s)以及平均高度(Rc)的方法进行说明。

(表面粗化率的调整方法)

首先，如图4(A)所示，在基材10的表面上，无论基材10的表面形状如何，都以高度一定且变得平滑的方式涂布树脂层20的材料。此时的涂布方法没有特别限定，只要是基材10不发生变形的程度，则可以在涂布树脂层20的材料的涂料后，通过施加规定的荷重而使其平滑。

接着，如图4(B)所示，在图4(A)中形成的层上，通过喷涂法涂布较低粘度的涂料。作为采用喷涂法的优点，可例举涂料在变为雾化状态之后被涂布，因此容易控制表面粗化率。通过降低涂料的粘度，使得雾化的涂料的粒子变小，可以增大树脂层20的最外表面的表面粗化率。此外，通过延长从涂布到干燥为止的时间，涂膜跟随表面，所以表面粗化率变小。因此，通过缩短干燥时间，可以增大表面粗化率。由此，在本实施方式中，为了达到任意的表面粗化率，通过调整树脂层20的材料的涂料的粘度、在形成树脂层20的最外表层时采用喷涂法，调整其干燥时间，来调整表面粗化率。

(局部顶部的平均间隔(s)的调整方法)

本实施方式中，滑动面21的局部顶部的平均间隔(s)的调整可通过调整涂料的粘度来实施。关于调整的机理，与上述的表面粗化率的调整基本上相同。即、通过降低树脂层20的材料的涂料的粘度，使得雾化的涂料的粒子变小，局部顶部的平均间隔(s)变小。相反地，通过提高树脂层20的材料的涂料的粘度，使得雾化的涂料的粒子变大，局部顶部的平均间隔(s)变大。

(平均高度(Rc)的调整方法)

本实施方式中，滑动面21的平均高度(Rc)的调整通过控制树脂层20的最终涂布厚度来实施。在通过涂布涂料来形成任意膜厚(例如5μm)的树脂层20的情况下，首先如图4(A)所示，通过涂布涂料形成4.5μm膜厚的底层后，在其上通过涂布涂料形成图4(B)所示的0.5μm以下的薄膜的最外表层。此时，树脂层20的最外表面的平均高度取决于最终涂布时的膜厚，通过控制最终涂布时的膜厚，可得到任意的平均高度(Rc)。即，通过将形成树脂层20时的最终涂布时的膜厚制得较薄，平均高度(Rc)变小，通过将膜厚制得较厚，平均高度(Rc)变大。此外，在滑动构件1是圆筒状的滑动轴承等且在内周侧形成滑动面21的情况下，通过在到涂膜干燥为止的期间内施加离心力，利用该力将涂膜朝圆周方向拉伸。因此，顶部变低、平均高度(Rc)变小。通过适当组合这些方法来调整平均高度(Rc)。

(树脂层20的材料)

本实施方式的树脂层20包含耐热性优异的第一固体润滑剂和润滑性优异的第二固体润滑剂作为固体润滑剂。即、树脂层20中所含的第一固体润滑剂具有比第二固体润滑剂高的耐热性，第二固体润滑剂具有比第一固体润滑剂高的润滑性。作为第二固体润滑剂，可以包含例如二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)、聚四氟乙烯(PTFE)的一种以上。此外，第一固体润滑剂与第二固体润滑剂的含有比率以体积比计，设定为0.1以上且4.0以下的范围，更优选0.5以上且2.6以下的范围。第一固体润滑剂可以包含例如石墨(Gr)、h-氮化硼(h-BN)、三氧化钼(MoO₃)中的一种以上。

由此，本实施方式的树脂层20因为包含耐热性优异的第一固体润滑剂，所以树脂层20在高温环境下的滑动特性优异。因此，即使在滑动构件1和相对侧滑动构件接触、发热而成为高温环境下的情况下，滑动特性也优异，所以耐磨耗性、耐烧结性提高。

此外，树脂层20因为包含二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯等润滑性特别优异的第二固体润滑剂，所以树脂层20的滑动特性良好，且滑动面温度的上升受到抑制。因此，耐磨耗性、耐烧结性提高。

此外，通过将第一固体润滑剂与第二固体润滑剂的含有体积比率设定在0.1以上且4.0以下的范围、更优选0.5以上且2.6以下的范围内，耐烧结性提高。认为其原因是，通过第一固体润滑剂的作用，树脂层20在高温环境下的滑动特性优异，通过第二固体润滑剂，滑动面温度的上升受到抑制。

(实施例)

为了验证本发明的效果，在以下记载的试验条件下实施了烧结试验。该试验是准备作为滑动构件1的滑动轴承和作为相对侧滑动构件的轴，使两者滑动，将力矩达到一定值以上时判定为烧结，将此时测量的面压作为试验结果，来评价样品的耐烧结性。

(试验条件)

试验中共同的条件如下所述。另外，各实施例和比较例中的树脂层的材料的涂料的粘度(涂料粘度(mPa·s))、形成树脂层时使涂料干燥的温度(干燥温度(℃))、树脂层的最终涂布膜厚(μm)如图5的表中所记载。图5的表中的第一固体润滑剂、第二固体润滑剂的“体积％”表示形成树脂层20的除去挥发成分的涂料中所含的第一固体润滑剂、第二固体润滑剂各自的体积比例。

润滑油：5W-30

转速：3600rpm

给油圧力：0.4～0.5MPa

轴材质：S45C

(表面粗化率的计测方法)

为了计测轴承的滑动面的表面粗化率，用激光显微镜(基恩士株式会社(キーエンス社)制VK-X200)在700μm×500μm的视野中测定表面状态，用附带的分析应用程序(VK-H1XA)进行分析。通过分析应用程序的体积和面积计测，计算了表面粗化率(表面积率)。为了除去轴承形状的影响，在分析时进行高度平滑处理。

(局部顶部的平均间隔(s)和平均高度(Rc)的计测方法)

通过用上述的激光显微镜和应用程序进行测定和分析，计算和测定滑动面的局部顶部的平均间隔(s)和平均高度(Rc)。

将根据以上的条件以及计测方法进行试验的结果在表1中作为实施例1～19和比较例示出。

[表1]

通过着眼于这些实施例和比较例分别是否满足下述条件I-1～IV-2来进行考察，从而验证这些条件的效果。

条件I-1：滑动面的表面粗化率在1.05以上。

条件I-2：滑动面的表面粗化率在1.07以上。

条件II-1：滑动面的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且12μm以下的范围内。

条件II-2：滑动面的局部顶部的平均间隔(s)在2μm以上且10μm以下的范围内。

条件III-1：滑动面的平均高度(Rc)在0.5μm以上且5.0μm以下的范围内。

条件III-2：滑动面的平均高度(Rc)在0.5μm以上且3.0μm以下的范围内。

条件IV-1：第一固体润滑剂与第二固体润滑剂的体积比例在0.1以上且4.0以下的范围内。

条件IV-2：第一固体润滑剂与第二固体润滑剂的体积比例在0.5以上且2.6以下的范围内。

不满足条件I-1～IV-2中的任一个的比较例与满足条件I-1的实施例1相比，比较例的烧结时的面压(试验结果)为30MPa，相对于此，实施例1的烧结时的面压为50MPa，显示出由条件I-1引起的耐烧结性提高、即滑动特性提高的效果。

实施例1与满足条件I-2的实施例2、3相比，实施例2、3的烧结时的面压为52.5MPa，可以看出耐烧结性进一步提高。

满足条件I-1、II-1和III-1的实施例4的烧结时的面压为60MPa，与仅满足条件I-1、I-2的情况(实施例1～3)相比，显示出耐烧结性的提高。

在实施例4中，将条件II-1改为II-2时(实施例5)、将条件III-1改为条件III-2时(实施例6)，未发现耐烧结性的进一步提高。但是，当条件II-2和条件III-2同时成立时，可观察到耐烧结性的进一步提高(实施例7、8)。

满足条件I-1、II-2、III-2、IV-1的实施例9、11的烧结时的面压为70MPa，与实施例7、8相比，显示出耐烧结性的进一步提高。

满足条件I-1、II-2、III-2、IV-2的实施例10、12～19的烧结时的面压为72.5MPa，与实施例9、11相比，显示出耐烧结性的进一步提高。

本发明不受上述的各形态、实施方式、实施例的说明的任何限定。在不脱离权利要求书的记载的情况下，本领域技术人员可容易想到的范围内的各种变形形态也包含在本发明中。

符号说明

1 滑动构件

10 基材层

11 钢板层

12 合金层

20 树脂层

21 滑动面

a 润滑油。