JP7482053B2 - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような添加材は、樹脂層を形成する基材となる樹脂に均一に分散している。添加材が樹脂に対して均一に分散することにより、樹脂層の摩擦係数及び耐摩耗の向上が図られる。しかしながら、添加材の均一な分散が必ずしも摩擦係数の低減と耐摩耗性との最適値とならず、樹脂層の性能が十分に発揮されていないという問題がある。
樹脂層は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及び添加材を有する。これらのPTFEと添加材とを不均一に分散させることにより、樹脂層は他の領域よりもPTFEの濃度が高いリッチ領域を有する。つまり、PTFEと添加材とを不均一に分散させると、樹脂層は他の領域に比較して添加材の濃度が低くPTFEの濃度が高くなるリッチ領域が形成される。そして、本実施形態では、樹脂層は、このリッチ領域が樹脂層の厚さ方向へ複数形成されている。つまり、本実施形態では、樹脂層は、厚さ方向へPTFEの濃度が変化する領域を複数有している。これにより、PTFEの濃度が高いリッチ領域は、PTFEの本来的な性能である摩擦係数の低下に寄与する。そして、リッチ領域は、PTFEの濃度が高いことから、摩擦係数を大きく低減する。一方、リッチ領域以外の樹脂層は、PTFEに比較して添加材が豊富に含まれている。そのため、リッチ領域以外の樹脂層は、樹脂層の強度の向上に寄与する。つまり、本実施形態では、樹脂層において意図的にPTFEと添加材とが不均一に分布することにより、樹脂層はPTFEの濃淡が形成される。そして、この意図的なPTFEの濃淡によって、摩擦係数の低減と耐摩耗性とが高度に両立される。したがって、樹脂層の性能を十分に発揮することができ、摩擦係数の低減と耐摩耗性とを両立して達成することができる。
また、本実施形態では、前記樹脂層は、前記リッチ領域が前記樹脂層の厚さ方向へ層状に形成されている。
さらに、本実施形態では、前記樹脂層は、前記相手部材の摺動方向と垂直な板厚方向の断面における任意の観察視野において、前記リッチ領域のアスペクト比の平均値が10~65である。
本実施形態では、前記観察視野において、前記リッチ領域は、短軸及び前記短軸に垂直な長軸を有し、前記短軸の長さが0.7~32μmである。
これらにより、安定した摩擦係数の低減と耐摩耗性とを両立して達成することができる。
この場合、前記リッチ領域割合R(%)は、前記樹脂深さ位置Pが0<P<100の少なくとも一部の範囲において、P=100における値よりも大きくなる。
また、前記リッチ領域割合R(%)は、前記樹脂層深さ位置Pが40≦P≦70の領域で最大値となる。
これらにより、さらなる安定した摩擦係数の低減と耐摩耗性とを両立して達成することができる。
これにより、摺動部材は、形成された樹脂層の端面だけでなく、端面から厚さ方向へ一部を削除した面を摺動面として用いることができる。
図1に示すように摺動部材10は、樹脂層11、中間層12及び裏金層13を備えている。樹脂層11は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及び添加材を有している。中間層12は、樹脂層11と裏金層13との間に設けられている。中間層12は、例えば銅などの金属粒子14を焼結した多孔性の層である。樹脂層11は、この多孔性の中間層12の裏金層13と反対側に形成されるとともに、中間層12に含浸される。これにより、樹脂層11は、中間層12に含浸しつつ、一部が裏金層13に達している。裏金層13は、例えば鉄や鋼などの金属又は合金で形成されている。摺動部材10は、樹脂層11の表面、つまり樹脂層11の裏金層13と反対側に端面15を有している。摺動部材10は、樹脂層11の端面15、又は樹脂層11を厚さ方向へ一部除去することで露出した面を、摺動面16として用いる。つまり、樹脂層11は、そのまま用いる場合、端面15が摺動面16となる。また、樹脂層11は、厚さ方向で一部を除去する場合、除去した後に露出した面を、摺動面16として用いることもできる。図1の場合、樹脂層11は形成時の厚さを維持しており、端面15と摺動面16とは一致している。
樹脂層11の形成に先立って、PTFEと添加材とが撹拌及び混合される。樹脂層11を形成するPTFEは、造粒された粉体であるファインパウダーが用いられる。このファインパウダーのPTFEは、平均粒径が300~800μmである。このように、ファインパウダーのPTFEは、その粒径が0.3~5μm程度の添加材に比較して十分に大きな寸法を有している。そのため、樹脂層11を形成するPTFEと添加材とを粉体の状態で混合すると、PTFEの粒子の表面を覆うように微細な添加材の粉末が付着する。得られた固体混合物は、石油系の溶剤に投入される。この場合、PTFE及び添加材の固体混合物100質量%に対して、溶剤は25質量%加えられる。なお、これら固体混合物と溶剤との混合重量比は、任意に変更することができる。PTFE及び添加材の固体混合物は、溶剤を投入することにより、溶剤で湿潤した状態の湿潤混合物となる
実施例1~実施例16は、本実施形態による摺動部材10である。つまり、実施例1~実施例16は、樹脂層11にリッチ領域21を含んでいる。一方、比較例1及び比較例2は、樹脂層11にリッチ領域21が含まれていない摺動部材である。つまり、比較例1及び比較例2は、従来の摺動部材と同様に樹脂層11を構成するPTFEと添加材とが均一に分布している。
摺動部材10は、パウデンレーベン式試験機を用いて試験を行なった。試験条件は、図7に示すように6.9Nの荷重を加えた直径8mmのステンレス製の鋼球を、滑り速度5mm/secで試験片上の5mmの距離を20回往復するものとした。そして、20回の往復のうち15~20回の往復時における動摩擦係数の平均値を測定し、測定した平均値は図8~図9に示す動摩擦係数とした。耐摩耗性は、従来例である比較例1及び比較例2と同等の摩耗量となるものを「○」とし、比較例1及び比較例2に対して30%以上摩耗量が減少しているものを「◎」としている。
実施例12~実施例16では、リッチ領域割合R(%)の算出に用いる樹脂深さ位置Pの刻み幅は「5」に設定した。しかし、この樹脂深さ位置Pの刻み幅は、「5」に限らない。つまり、樹脂深さ位置Pの刻み幅は、樹脂層11の厚さ方向へリッチ領域割合R(%)の分布の傾向が分かる範囲で任意に変更することができる。
Claims (4)
- 相手部材と摺動する樹脂層を備える摺動部材であって、
前記樹脂層は、
ポリテトラフルオロエチレン及び無機化合物からなる添加材を含有し、
前記ポリテトラフルオロエチレンの濃度が相対的に高いリッチ領域、及び前記リッチ領域以外の領域であって前記リッチ領域よりも前記ポリテトラフルオロエチレンの濃度が低い他の領域を、有し、
前記リッチ領域は、前記ポリテトラフルオロエチレンの濃度が80mass%~100mass%であり、前記他の領域よりも前記ポリテトラフルオロエチレンの濃度が3mass%以上高く設定されているとともに、前記樹脂層において、厚さ方向へ複数形成され、前記他の領域との間に不連続かつ複雑な境界を形成して不規則に分布するとともに、
前記樹脂層において、前記相手部材の摺動方向と垂直な板厚方向の断面における任意の観察視野を設定し、
前記観察視野の前記樹脂層の厚さ方向において、前記相手部材側の端部を0とし、反対側の端部を100とする樹脂深さ位置Pを定義し、
前記観察視野において、前記樹脂深さ位置Pにおける前記樹脂層の厚さ方向に垂直な仮想的な仮想直線Lを設定し、前記仮想直線L上において、前記樹脂層の全長をD1とし、前記リッチ領域の長さの総和をD2とし、リッチ領域割合R(%)をR=D2/D1×100と定義したとき、
前記リッチ領域割合R(%)は、前記樹脂深さ位置Pによって異なっており、
前記リッチ領域割合R(%)は、前記樹脂深さ位置Pが0<P<100の少なくとも一部の範囲において、P=100における値よりも大きくなるとともに、
前記リッチ領域割合R(%)は、前記樹脂深さ位置Pが40≦P≦70の領域で最大値となる、摺動部材。 - 前記樹脂層は、前記リッチ領域を12~49vol%含むとともに、
前記観察視野において、前記リッチ領域は、短軸及び前記短軸に垂直な長軸を有し、
前記短軸の長さが0.7~32μmであり、
前記リッチ領域のアスペクト比の平均値は、11~49である請求項1記載の摺動部材。 - 前記樹脂層は、
前記リッチ領域が前記樹脂層の厚さ方向へ層状に形成されている請求項1又は2記載の摺動部材。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項記載の摺動部材の製造方法であって、
前記リッチ領域を含む前記樹脂層を形成する工程と、
形成された前記樹脂層を、前記樹脂層深さ位置PがP=0となる端面から厚さ方向へ少なくとも一部を除去する工程と、
を含む摺動部材の製造方法。
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