摺動部材およびその製造方法
【課題】基材上に樹脂層を容易に設けることができ、且つ樹脂層が基材から剥がれにくい摺動部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】摺動部材１１を、基材１２と、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成することによって設けられた含浸層１３と、含浸層１３に含浸被覆している樹脂層１４とから構成する。
【解決手段】摺動部材１１を、基材１２と、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成することによって設けられた含浸層１３と、含浸層１３に含浸被覆している樹脂層１４とから構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂層を備える摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材は、その摺動部として樹脂層を設けることがある。樹脂層は、例えば、非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性に優れるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などから形成されている。
【０００３】
樹脂層を形成する樹脂は、異種の材料である金属と化学的に結合しにくい。そのため、樹脂層を支持層である金属製の基材上に直接設けると、樹脂層が基材から剥がれてしまうことが考えられる。したがって、例えば、特許文献１では、鉛青銅粉末を焼結して得られる多孔質焼結層を基材上に設け、樹脂層の一部を多孔質焼結層の内部に含浸させている。特許文献１の構成によれば、樹脂層は、アンカー効果によって多孔質焼結層を介して基材上に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１０３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、接合の観点から基材（裏金層）の種類と多孔質焼結層の種類との組み合わせは限られている。そのため、用途に応じて裏金層の種類を変えたい場合、多孔質焼結層の種類も変える必要が生じることがある。そして、多孔質焼結層の種類を変える場合、焼結温度などの焼結条件も変える必要が生じることがある。
しかしながら、一般に、多孔質焼結層の形成のための焼結設備は、焼結条件に合わせて設計されているため、例えば焼結温度を変更することは容易でない。焼結温度などの焼結条件を変更したい場合には、新たな焼結条件に合う焼結設備を新たに設ける必要が生じることがある。
【０００６】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上に樹脂層を容易に設けることができ、且つ樹脂層が基材から剥がれにくい摺動部材およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、基材と樹脂層との接合の構成に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、本発明者は、基材の表面を加工することにより、多孔質焼結層を設けなくても、樹脂層を基材上に直接設けることができた。したがって、基材上に樹脂層を容易に設けることができ、且つ樹脂層が基材から剥がれにくい摺動部材を得ることができることを解明した。
本発明者は、上記の解明を基にして、下記の発明をした。
【０００８】
本発明の請求項１の摺動部材は、金属製またはセラミックス製の基材と、基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備したことを特徴としている。
【０００９】
本発明の摺動部材の一実施形態の断面を、図１に示す。図１に示す摺動部材１１は、基材１２と、含浸層１３と、樹脂層１４とを備えている。ここで、樹脂層１４の表面（樹脂層１４の面のうち基材１２とは反対側の面）が、摺動部材１１の摺動面１４ａとなる。さらに、基材１２の面のうち樹脂層１４側（後で詳述する含浸層１３の面のうち樹脂層１４側）の面を、表面１２ａとして図面に示す。
また、表面１２ａで切断した横断面を図２に示す。表面１２ａの高さにおいて基材１２の表面が存在しているところを、ランドとして図面に示す（図１、図２、図６中のランドを「Ｌ」で示す）。
【００１０】
上記「基材」とは、樹脂層１４を設けるための構成物、例えば、裏金層である。この基材１２は、樹脂層１４と異種の材料、例えば鉄、銅などの金属、あるいはセラミックスの材料で形成されている。
上記「基材の表面部」とは、基材１２の表面１２ａから基材１２の所定の深さまでの領域のことである。図１において表面部を１２ｂで示す。また、この「所定の深さ」とは、後述する凹部１５と同じ深さ、または凹部１５の深さ以上の任意の深さのことである。
【００１１】
含浸層１３は、基材１２の表面部１２ｂに凹部１５を形成することによって設けられている。凹部１５の形状は、直線状の溝、湾曲状の溝、穴状などである。図２は、凹部１５が複数の直線状の溝１５ａであり、溝１５ａが格子状に配列された一例を示している。図示はしないが、凹部１５が穴状の場合は、１つの摺動部材１１につき１箇所形成されていても複数箇所形成されていてもよく、さらに、表面部１２ｂ内で穴同士が連通していてもよい。
また、凹部１５は、図１に示すように、表面１２ａでの開口１５ｂの面積が、基材１２の内部の開口１５ｃの断面積よりも大きくても小さくてもよい。
この凹部１５は、後述する機械加工により形成されていることが好ましい。
【００１２】
樹脂層１４は、含浸層１３に含浸被覆して即ち樹脂材料によって基材１２を含浸被覆することにより設けられている。本実施形態では、樹脂層１４の一部が含浸層１３の凹部１５の内部に入り込んでいる。したがって、樹脂層１４は、アンカー効果により含浸層１３上に固定される。これにより、本実施形態では、従来構成のように基材上に多孔質焼結層を設けなくても、樹脂層１４を基材１２上に直接設けることができる。したがって、基材１２上に樹脂層１４を容易に設けることができる。また、樹脂層１４がアンカー効果によって含浸層１３上に固定されているので、樹脂層１４を基材１２から剥がれにくくすることができる。
【００１３】
また、摺動部材１１は、多孔質焼結層を設けないため、基材１２と樹脂層１４との接合力を制御することができる。一方、多孔質焼結層は粉末を多孔質に焼結することにより得られるものであり、接合力に影響を及ぼす凹部形成量（空孔率）の調整は容易ではない。そのため、従来構成において、多孔質焼結層による基材と樹脂層との接合力の制御は容易ではない。
樹脂層１４を形成する樹脂は、摺動部材の非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性に優れる樹脂、例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド等から形成されていることが好ましい。それらにチタン酸カリウィスカやカーボンウィスカ等の繊維やポリテトラフルオロエチレンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含ませてもよい。
なお、含浸層１３及び樹脂層１４は、基材１２の両面に設けることもできる。
【００１４】
本発明の請求項２の摺動部材は、凹部が機械加工によって形成されていることを特徴としている。
図１に示す凹部１５は、レーザ加工、ワイヤーカット加工、その他の凹部加工可能な機械加工装置の機械加工によって形成されることが好ましい。機械加工は、エッチングよりも、凹部１５の配置および凹部１５の形状を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明の請求項３の摺動部材は、凹部の開口面積をｐ、含浸層の摺動側の表面の面積をｑ、凹部の開口面積率ｐ／ｑをｘ、基材と樹脂層との接合力をｙとして、ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）の関係式で特定することを特徴としている。
【００１６】
上記「凹部の開口面積ｐ」とは、図１に示す基材１２（含浸層１３）の表面１２ａに位置する凹部１５の開口１５ｂの面積、すなわち、例えば図２を例に示すと溝１５ａからなる開口の面積の合計のことである。
上記「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」とは、含浸層１３の摺動側（樹脂層１４側）の表面、すなわち表面１２ａの面積のことであり、凹部１５の開口面積ｐも面積ｑの一部に含まれている。すなわち、「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」は、すべてのランドの面積と凹部１５の開口面積ｐとの合計である。
【００１７】
上記「凹部の開口面積率ｘ」とは、「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」に占める「凹部の開口面積ｐ」の割合である。
「凹部の開口面積率ｘ」は、例えば含浸層１３の摺動側の表面１２ａの面積ｑ（凹部１５が形成される前の表面１２ａの面積）が１００ｍｍ2で、この面積ｑ内に開口面積６０ｍｍ2の凹部１５が形成されている場合には、開口面積率ｘ（％）＝（６０／１００）×１００％の計算式となり、６０％となる。
【００１８】
上記「基材と樹脂層との接合力ｙ」は、具体的には、表面１２ａに平行な方向において、基材１２と樹脂層１４とを反対方向に引っ張ったときに必要な剪断応力のことである。
ここで、本発明者は、凹部１５の開口面積率ｘと、基材１２と樹脂層１４との接合力ｙとの関係を鋭意実験によって解明した。この開口面積率ｘと接合力ｙとの関係及び本発明の請求項３で特定している摺動部材のｘ、ｙ領域を、図３に示す。
【００１９】
図３中のαの線は、本実施形態の摺動部材１１における開口面積率ｘと剪断試験によって得られた接合力（剪断応力）ｙとの関係を示したものである。接合力ｙは、図３に示すように、開口面積率ｘに比例し、「ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ」で表される。このとき、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００である。αの線は、試験結果より得たものであり、ｙ＝０．６×ｘ−１．５８である。また、βの線はｙ＝ｘ＋５であり、γの線はｙ＝０．４５×ｘ−５である。さらに、図３に例として、本実施形態の摺動部材１１の構成と同じである実施例品の剪断応力（菱形プロット）と、比較対象としての従来構成（多孔質焼結品）の剪断応力（正方形プロット）を示す。
【００２０】
本実施形態によれば、摺動部材１１において開口面積率ｘが多孔質焼結品と同等であるとき、摺動部材１１は多孔質焼結品と同等以上の接合力（剪断応力）を得ることができる。さらに、「ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）」の式が成り立つように凹部１５の開口面積ｐを調節することにより、必要に応じた接合力を有する摺動部材１１を容易に得ることができる。
ａは、主に樹脂層１４の材料によって異なる。また、ａおよびｂは、測定のばらつきによる値の変動も含まれている。
【００２１】
上記から解るように、開口面積率ｘを大きくするほど接合力ｙは大きくなる。理論上、開口面積率ｘが１００％で接合力ｙが最大となるが、本実施形態は基材１２と樹脂層１４との接合を本質とするものなので、最大の接合力は基材１２の剪断応力を考慮することになる。すなわち、最大の接合力は、最大破断時開口面積率（摺動部材１１に破断（剪断）する力を加え、その摺動部材１１が破断するときの最大の開口面積率）をｘ０とすると、基材固有剪断応力に（１００−ｘ０）／１００を乗じた値となる。また、理論最大接合力（基材１２および樹脂層１４の剪断応力を考慮した場合の理論上の最大の接合力）は、（基材固有剪断応力値×樹脂固有剪断応力値）／（基材固有剪断応力値＋樹脂固有剪断応力値）となる。
樹脂層１４を構成する樹脂材料、基材構成材料及び製造性を鑑みるとｘ＜１００、ｙ≦１００が好ましく、１０≦ｘ≦９０、５≦ｙ≦５０がより好ましい。
【００２２】
本発明の請求項４の摺動部材は、凹部が複数の直線状の溝であり、複数の溝が互いに平行に配置され、溝の開口の幅寸法が隣り合う２つの溝のピッチの０．１〜０．８倍であることを特徴としている。
【００２３】
ここで言う「凹部」は、図２に示すように、複数の直線状の溝１５ａである。これらの複数の溝１５ａは、互いに平行に配置されている。凹部１５が複数の直線状の溝１５ａの場合、任意の溝１５ａを、他の複数の溝１５ａに対して交差（図２では直交）するように配置してもよい。
上記「溝の開口の幅寸法Ｗ」とは、図１で示すように、表面１２ａにおける溝１５ａの開口の幅寸法Ｗのことである。
【００２４】
上記「２つの溝のピッチＰ」とは、平行に配置された２本の直線状の溝１５ａにおいて、一方の溝１５ａの開口の幅方向の中心と、他方の溝１５ａの開口の幅方向の中心との距離のことである。
「溝の開口の幅寸法Ｗ」と「２つの溝のピッチＰ」と「開口面積率ｘ」との関係を図４に示す。
【００２５】
図４は、例えば図２のように複数の直線状の溝を交差させた場合の開口面積率ｘに応じた幅寸法Ｗと、幅寸法Ｗ／ピッチＰとの関係を、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗを０．１〜２．０ｍｍとした例を用いて示している。図４に示すように、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチＰの０．１倍以上とすることにより、開口面積率ｘを容易に３０％以上とすることができることが分かる。また、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチＰの０．８倍以下とすることにより、開口面積率ｘを容易に９０％以下とすることができる。これにより、凹部１５の内部に入り込んだ樹脂が外れにくくなるアンカー効果を容易に得ることができる。
加工のしやすさおよび溝１５ａの配置のしやすさの点で、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチの０．１５〜０．７５倍であることが好ましい。
【００２６】
本発明の請求項５の摺動部材は、凹部が複数の直線状の溝であり、溝の最大深さが２００〜２０００μｍであり、溝の深さ方向の角度が基材の厚さ方向に対して５〜４５°傾斜していることを特徴としている。
【００２７】
上記「溝の深さ」とは、図１および図５に示すように、基材１２の表面１２ａから基材１２の厚さ方向に延びる方向での最短の溝の長さ（図１および図５においてｄｅで示す）のことである。図５は、樹脂層１４を設ける前の基材１２および含浸層１３を示している。「溝の最大深さ」は、基材１２の表面１２ａから溝の最も深い所に位置する底部まで溝の深さのことである。この溝の深さは、摺動部材１１を縦断する断面図を投影機（Profile Projector）などで観察し、測定して求められる。
【００２８】
溝１５ａの最大深さが２００μｍ以上にすることにより、樹脂層１４を含浸層１３上に固定するアンカー効果を高めることができる。また、溝１５ａの最大深さが２０００μｍ以下であると、機械加工による凹部１５の形成が容易となる。
溝１５ａの深さ方向の角度θが基材１２の厚さ方向に対して５°以上の傾斜（図５において、例えば角度θ＝２０°）にすることにより、樹脂層１４を含浸層１３上に固定するアンカー効果を高めることができる。これにより、樹脂層１４を含浸層１３上に強固に固定することができる。また、溝１５ａの深さ方向の角度θが基材１２の厚さ方向に対して４５°以下の傾斜であると、機械加工による凹部１５の形成は容易である。
【００２９】
本発明の請求項６の摺動部材は、含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さを、２０〜１００μｍとしたことを特徴としている。
上記「最大表面粗さ」は、含浸層１３の摺動側の表面１２ａのうち凹部１５の開口１５ｂを除いた部分、すなわち、ランドに形成されている。この「最大表面粗さ」の大きさは、含浸被覆前の基材１２を粗さ測定器で測定して求められる。
【００３０】
ランドに凹凸（粗さ）を形成することにより、樹脂層１４の一部がこの凹凸の凹内に入り込み、樹脂層１４がアンカー効果によって含浸層１３上により一層固定されやすくなり、樹脂層１４を基材１２から一層剥がれにくくすることができる。そして、この最大表面粗さ（Ｒｚ）を２０μｍ以上とすることにより、上述のアンカー効果を十分に高めることができ、最大表面粗さ（Ｒｚ）を１００μｍ以下とすることが製造上好ましい。
【００３１】
本発明の請求項７の摺動部材は、含浸層が、低負荷表面部の領域と、この低負荷表面部よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域とに分けられ、高負荷表面部の領域にある凹部の開口面積をｐ１、高負荷表面部の領域の摺動側の表面の面積をｑ１、高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、０．２≦ｘ１≦０．８であることを特徴としている。
なお、静荷重軸受においては、同様に、含浸層を油膜発生範囲にある主荷重表面部の領域とそれ以外の非荷重表面部の領域とに分けるように設定することができる。
【００３２】
本実施形態の摺動部材１１は、含浸層１３の領域を、図６に示すように、相手部材の荷重（負荷）を受けにくい低負荷表面部の領域（図６においてＬＴとして示す）と、この低負荷表面部の領域よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域（図６においてＨＴとして示す）とに分けている。低負荷表面部の領域は、具体的には摺動の相手部材の最大荷重の半分以下の荷重が加わる領域である。同様に、静荷重軸受では、主荷重表面部の領域は、理論油圧分布上の油膜始点から油膜終点までの領域と考えることができる。
【００３３】
本実施形態では、高負荷表面部の領域での開口面積率ｘ１を調整し、高負荷表面部での基材１２と樹脂層１４との接合力を高くしている。具体的には、高負荷表面部の領域にある凹部の開口面積をｐ１、高負荷表面部の領域の摺動側の表面１２ａの面積をｑ１、高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、０．２≦ｘ１≦０．８（百分率で表すと、２０％≦ｘ１≦８０％）としている。
【００３４】
高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１が０．２（２０％）以上であるとき、高負荷表面部での基材１２と樹脂層１４との接合力は高く、高負荷条件下においても樹脂層１４は基材１２から剥がれにくい。また、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１が０．８（８０％）以下であるとき、製造面で有利である。さらに、低負荷表面部の領域では、大きな荷重が加わりにくいので、開口面積率を大きくくしなくてもすむ。そのため、摺動部材１１の含浸層１３の低負荷表面部において、機械加工の作業を減らすことができる。また、基材１２として鋼等の熱伝導性の比較的高いものを用いる場合、開口面積率が小さいほど、含浸層１４における基材１２の割合が増え、放熱性に有利となる。
【００３５】
摺動部材１１がティルティングパッドスラスト軸受に用いられ、かつ面圧が比較的高く（例えば３ＭＰａ前後）、周速が比較的遅い（例えば１５ｍ／ｓｅｃ以下）条件で用いられる場合、即ち耐荷重性重視の用途の場合、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１は、０．４≦ｘ１≦０．８であることが好ましい。強度面と製造面とから０．５≦ｘ１≦０．６であることが更に好ましい。このときの低負荷表面部の開口面積率は０．４（４０％）以下であることが製造上好ましい。また、摺動部材１１がティルティングパッドスラスト軸受に用いられ、かつ面圧が比較的低く（例えば２ＭＰａ以下）、周速が比較的速い（例えば１５ｍ／ｓｅｃを超える）条件で用いられる場合、即ち非焼付性重視の用途の場合、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１は、０．２≦ｘ１≦０．４であることが好ましい。このときの低負荷表面部の開口面積率は０．４（４０％）以下であることが好ましい。製造上、低負荷表面部の開口面積率をｘ１以下とすることが好ましい。
【００３６】
本発明の請求項８の摺動部材の製造方法は、金属製またはセラミックス製の基材と、基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備し、含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さが２０〜１００μｍである摺動部材の製造方法に関するものである。本発明の請求項８の摺動部材の製造方法は、機械加工装置による機械加工によって基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって含浸層を設け、機械加工装置による機械加工によって含浸層の摺動側の表面のうち凹部の開口を除いた部分に最大表面粗さが２０〜１００μｍとなる凹凸を形成することを特徴としている。
【００３７】
上記「機械加工装置」とは、上述のレーザ加工、ワイヤーカット加工、その他の凹部加工可能な機械加工装置のことである。
本実施形態では、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成する機械加工装置を用いて、含浸層１３の摺動側の表面１２ａのうち凹部１５の開口を除いた部分、すなわちランドに最大表面粗さ（Ｒｚ）が２０〜１００μｍとなる凹凸を形成している。これにより、ランドに凹凸を形成する機械加工装置を新たに設ける必要はなく、また、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成する作業とランド（表面１２ａ）に凹凸を形成する作業とを連続で行うことができる。したがって、摺動部材１１を製造する時間を短縮することができる。
なお、ランドの凹凸が不要な場合は、凹凸を形成しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態の摺動部材を模式的に示す断面図
【図２】基材の表面で切断した横断平面図
【図３】開口面積率と剪断応力の関係を示す図
【図４】幅寸法と、幅寸法／ピッチの関係を示す図
【図５】溝の深さ方向の角度を示す図
【図６】含浸層の低負荷表面部の領域と、高負荷表面部の領域を示す図
【図７】剪断試験に用いる試料片の形状を示す図で、（ａ）は試験片の平面図、（ｂ）は試験片の正面図
【図８】焼付試験の試験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、実施形態について図１〜３、７、８を参照して説明する。
本実施形態の摺動部材１１は、例えば鋼で形成される基材（裏金層）１２の表面部１２ｂに凹部１５を形成することにより含浸層１３を設け、この含浸層１３にＰＥＥＫを主成分とする樹脂層１４を含浸被覆することにより得られる。
【００４０】
本実施形態の摺動部材１１の基材１２と樹脂層１４との接合力（剪断応力）の効果を確認するために、実施例品と比較例品（従来構成の多孔質焼結品）を製作し、剪断試験を行った。
実施例品は、具体的には、次のようにして得られた。
まず、厚さ２０ｍｍの鋼裏金板の基材の表面部にワイヤーカット加工によって深さが１ｍｍで角度θが１５°で開口面積率ｘが所定の大きさの凹部を形成した。これにより、基材上に含浸層が設けられた板部材を得た。
【００４１】
本実施形態では、樹脂層の樹脂材料としてＰＥＥＫを用いた。
前記板部材をＰＥＥＫの融点以上に加熱し、シート用押出機で５ｍｍの厚さとしたＰＥＥＫのシート部材を前記板部材の上に重ね合わせて加圧することにより、前記シート部材を前記板部材の基材（含浸層）に含浸および被覆させて、摺動部材１１と同様の構成の実施例品を得た。
他の実施例品も、開口面積率ｘが異なる以外、上述の実施例品と同様の製造方法で得た。
【００４２】
比較例品である従来の多孔質焼結層を有する摺動部材（多孔質焼結品）は、具体的には、次のようにして得た。
まず、厚さ２０ｍｍの鋼裏金板の基材の表面に青銅粉末を、青銅粉末の厚さが１ｍｍになるまで散布した後、青銅粉末が散布された基材を８００℃で加熱し、焼結を行った。これにより、基部上に多孔質焼結層が設けられた複合部材を得た。
その次に、上記と同様に、ＰＥＥＫのシート部材を前記複合部材の上に重ね合わせて加圧することにより、前記シート部材を前記複合部材の多孔質焼結層に含浸および被覆させて、比較例品の多孔質焼結品を得た。
【００４３】
上記の各試料（実施例品および比較例品（多孔質焼結品））の接着力評価（剪断試験）のために、実施例品および比較例品を加工して図７に示す試験片１０１をそれぞれ製作した。この試験片１０１は、基材１０２上に含浸層１０３（比較例品の場合は多孔質焼結層１０３）が設けられ、含浸層１０３（多孔質焼結層１０３）上に樹脂層１０４が形成されている。試験片１０１の基材１０２には切削加工により切り欠き１０５が１箇所形成され、樹脂層１０４にも切削加工により切り欠き１０６が１箇所形成されている。切り欠き１０５と切り欠き１０６は、上面から見て所定距離離れて形成されている。上記構造によって、基材１０２は、切り欠き１０５、１０６以外の面において、含浸層１０３（多孔質焼結層１０３）を介して樹脂層１０４と接合している。
【００４４】
また、試験片１０１の左右両端部には、円形の開口部１０７がそれぞれ形成されている。そして、剪断試験では、２つの開口部１０７を引張試験機に引っ掛けて試験片１０１を左右両側へ引っ張ることによって基材１０２と樹脂層１０４との接合力（剪断応力）を測定した。この試験の結果を図３に示す。
【００４５】
剪断試験の結果について解析する。
図３に示すように、例えば実施例品の開口面積率ｘが５０％の場合で見てみると、実施例品の剪断応力（図３中の菱形プロット参照）が比較例品の剪断応力（図３中の正方形プロット参照）と同等以上になることが理解できる。
【００４６】
また、上記の各試料（実施例品）について、非焼付性の効果を確認するために、実施例品を加工して試験片（実施例品１〜１３）をそれぞれ製作して焼付試験を行った。また、比較例品についても試験片（比較例品１〜３）をそれぞれ製作して焼付試験を行った。焼付試験に用いた試料を表１に示す。実施例品１〜１３および比較例品１〜３は、開口面積率（空孔率）が異なる。
【００４７】
【表１】
【００４８】
焼付試験の試験条件を表２に示し、焼付試験の試験結果を図８および表１に示す。図８は、開口面積率ｘと焼付面圧の関係の結果を示すものであり、実施例品１〜１３（菱形プロット。Ｅ１〜Ｅ１３）と比較例品１〜３（正方形プロット。Ｃ１〜Ｃ３）の結果を示している。
また、表１中の「平均焼付面圧」に、実施例品１〜３の平均の焼付面圧、実施例品４〜６の平均の焼付面圧、実施例品７〜９の平均の焼付面圧、実施例品１０〜１２の平均の焼付面圧、実施例品１３の焼付面圧、および比較例品１〜３の平均の焼付面圧を示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
焼付試験の結果について解析する。
実施例品１〜１３と比較例品１〜３との対比から、実施例品１〜１３は、凹部（溝）が適度に形成されているので、熱伝導性が良好となり、摺動面で発生した熱を比較例品１〜３よりも効果的に基材へ放熱できるため、非焼付性に優れていることが理解できる。
また、実施例品１〜１３での対比から、樹脂層としてＰＥＥＫを用いながら基材として鋼裏金板を用いる場合、開口面積率が小さいほど、非焼付性に優れていることが理解できる。これは、含浸層における基材の割合を増やすと、放熱性に有利となって非焼付性が向上したと考えられる。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１１は摺動部材、１２は基材、１２ａは表面、１２ｂは表面部、１３は含浸層、１４は樹脂層、１５は凹部、１５ａは溝を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂層を備える摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材は、その摺動部として樹脂層を設けることがある。樹脂層は、例えば、非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性に優れるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などから形成されている。
【０００３】
樹脂層を形成する樹脂は、異種の材料である金属と化学的に結合しにくい。そのため、樹脂層を支持層である金属製の基材上に直接設けると、樹脂層が基材から剥がれてしまうことが考えられる。したがって、例えば、特許文献１では、鉛青銅粉末を焼結して得られる多孔質焼結層を基材上に設け、樹脂層の一部を多孔質焼結層の内部に含浸させている。特許文献１の構成によれば、樹脂層は、アンカー効果によって多孔質焼結層を介して基材上に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１０３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、接合の観点から基材（裏金層）の種類と多孔質焼結層の種類との組み合わせは限られている。そのため、用途に応じて裏金層の種類を変えたい場合、多孔質焼結層の種類も変える必要が生じることがある。そして、多孔質焼結層の種類を変える場合、焼結温度などの焼結条件も変える必要が生じることがある。
しかしながら、一般に、多孔質焼結層の形成のための焼結設備は、焼結条件に合わせて設計されているため、例えば焼結温度を変更することは容易でない。焼結温度などの焼結条件を変更したい場合には、新たな焼結条件に合う焼結設備を新たに設ける必要が生じることがある。
【０００６】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上に樹脂層を容易に設けることができ、且つ樹脂層が基材から剥がれにくい摺動部材およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、基材と樹脂層との接合の構成に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、本発明者は、基材の表面を加工することにより、多孔質焼結層を設けなくても、樹脂層を基材上に直接設けることができた。したがって、基材上に樹脂層を容易に設けることができ、且つ樹脂層が基材から剥がれにくい摺動部材を得ることができることを解明した。
本発明者は、上記の解明を基にして、下記の発明をした。
【０００８】
本発明の請求項１の摺動部材は、金属製またはセラミックス製の基材と、基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備したことを特徴としている。
【０００９】
本発明の摺動部材の一実施形態の断面を、図１に示す。図１に示す摺動部材１１は、基材１２と、含浸層１３と、樹脂層１４とを備えている。ここで、樹脂層１４の表面（樹脂層１４の面のうち基材１２とは反対側の面）が、摺動部材１１の摺動面１４ａとなる。さらに、基材１２の面のうち樹脂層１４側（後で詳述する含浸層１３の面のうち樹脂層１４側）の面を、表面１２ａとして図面に示す。
また、表面１２ａで切断した横断面を図２に示す。表面１２ａの高さにおいて基材１２の表面が存在しているところを、ランドとして図面に示す（図１、図２、図６中のランドを「Ｌ」で示す）。
【００１０】
上記「基材」とは、樹脂層１４を設けるための構成物、例えば、裏金層である。この基材１２は、樹脂層１４と異種の材料、例えば鉄、銅などの金属、あるいはセラミックスの材料で形成されている。
上記「基材の表面部」とは、基材１２の表面１２ａから基材１２の所定の深さまでの領域のことである。図１において表面部を１２ｂで示す。また、この「所定の深さ」とは、後述する凹部１５と同じ深さ、または凹部１５の深さ以上の任意の深さのことである。
【００１１】
含浸層１３は、基材１２の表面部１２ｂに凹部１５を形成することによって設けられている。凹部１５の形状は、直線状の溝、湾曲状の溝、穴状などである。図２は、凹部１５が複数の直線状の溝１５ａであり、溝１５ａが格子状に配列された一例を示している。図示はしないが、凹部１５が穴状の場合は、１つの摺動部材１１につき１箇所形成されていても複数箇所形成されていてもよく、さらに、表面部１２ｂ内で穴同士が連通していてもよい。
また、凹部１５は、図１に示すように、表面１２ａでの開口１５ｂの面積が、基材１２の内部の開口１５ｃの断面積よりも大きくても小さくてもよい。
この凹部１５は、後述する機械加工により形成されていることが好ましい。
【００１２】
樹脂層１４は、含浸層１３に含浸被覆して即ち樹脂材料によって基材１２を含浸被覆することにより設けられている。本実施形態では、樹脂層１４の一部が含浸層１３の凹部１５の内部に入り込んでいる。したがって、樹脂層１４は、アンカー効果により含浸層１３上に固定される。これにより、本実施形態では、従来構成のように基材上に多孔質焼結層を設けなくても、樹脂層１４を基材１２上に直接設けることができる。したがって、基材１２上に樹脂層１４を容易に設けることができる。また、樹脂層１４がアンカー効果によって含浸層１３上に固定されているので、樹脂層１４を基材１２から剥がれにくくすることができる。
【００１３】
また、摺動部材１１は、多孔質焼結層を設けないため、基材１２と樹脂層１４との接合力を制御することができる。一方、多孔質焼結層は粉末を多孔質に焼結することにより得られるものであり、接合力に影響を及ぼす凹部形成量（空孔率）の調整は容易ではない。そのため、従来構成において、多孔質焼結層による基材と樹脂層との接合力の制御は容易ではない。
樹脂層１４を形成する樹脂は、摺動部材の非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性に優れる樹脂、例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド等から形成されていることが好ましい。それらにチタン酸カリウィスカやカーボンウィスカ等の繊維やポリテトラフルオロエチレンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含ませてもよい。
なお、含浸層１３及び樹脂層１４は、基材１２の両面に設けることもできる。
【００１４】
本発明の請求項２の摺動部材は、凹部が機械加工によって形成されていることを特徴としている。
図１に示す凹部１５は、レーザ加工、ワイヤーカット加工、その他の凹部加工可能な機械加工装置の機械加工によって形成されることが好ましい。機械加工は、エッチングよりも、凹部１５の配置および凹部１５の形状を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明の請求項３の摺動部材は、凹部の開口面積をｐ、含浸層の摺動側の表面の面積をｑ、凹部の開口面積率ｐ／ｑをｘ、基材と樹脂層との接合力をｙとして、ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）の関係式で特定することを特徴としている。
【００１６】
上記「凹部の開口面積ｐ」とは、図１に示す基材１２（含浸層１３）の表面１２ａに位置する凹部１５の開口１５ｂの面積、すなわち、例えば図２を例に示すと溝１５ａからなる開口の面積の合計のことである。
上記「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」とは、含浸層１３の摺動側（樹脂層１４側）の表面、すなわち表面１２ａの面積のことであり、凹部１５の開口面積ｐも面積ｑの一部に含まれている。すなわち、「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」は、すべてのランドの面積と凹部１５の開口面積ｐとの合計である。
【００１７】
上記「凹部の開口面積率ｘ」とは、「含浸層の摺動側の表面の面積ｑ」に占める「凹部の開口面積ｐ」の割合である。
「凹部の開口面積率ｘ」は、例えば含浸層１３の摺動側の表面１２ａの面積ｑ（凹部１５が形成される前の表面１２ａの面積）が１００ｍｍ2で、この面積ｑ内に開口面積６０ｍｍ2の凹部１５が形成されている場合には、開口面積率ｘ（％）＝（６０／１００）×１００％の計算式となり、６０％となる。
【００１８】
上記「基材と樹脂層との接合力ｙ」は、具体的には、表面１２ａに平行な方向において、基材１２と樹脂層１４とを反対方向に引っ張ったときに必要な剪断応力のことである。
ここで、本発明者は、凹部１５の開口面積率ｘと、基材１２と樹脂層１４との接合力ｙとの関係を鋭意実験によって解明した。この開口面積率ｘと接合力ｙとの関係及び本発明の請求項３で特定している摺動部材のｘ、ｙ領域を、図３に示す。
【００１９】
図３中のαの線は、本実施形態の摺動部材１１における開口面積率ｘと剪断試験によって得られた接合力（剪断応力）ｙとの関係を示したものである。接合力ｙは、図３に示すように、開口面積率ｘに比例し、「ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ」で表される。このとき、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００である。αの線は、試験結果より得たものであり、ｙ＝０．６×ｘ−１．５８である。また、βの線はｙ＝ｘ＋５であり、γの線はｙ＝０．４５×ｘ−５である。さらに、図３に例として、本実施形態の摺動部材１１の構成と同じである実施例品の剪断応力（菱形プロット）と、比較対象としての従来構成（多孔質焼結品）の剪断応力（正方形プロット）を示す。
【００２０】
本実施形態によれば、摺動部材１１において開口面積率ｘが多孔質焼結品と同等であるとき、摺動部材１１は多孔質焼結品と同等以上の接合力（剪断応力）を得ることができる。さらに、「ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）」の式が成り立つように凹部１５の開口面積ｐを調節することにより、必要に応じた接合力を有する摺動部材１１を容易に得ることができる。
ａは、主に樹脂層１４の材料によって異なる。また、ａおよびｂは、測定のばらつきによる値の変動も含まれている。
【００２１】
上記から解るように、開口面積率ｘを大きくするほど接合力ｙは大きくなる。理論上、開口面積率ｘが１００％で接合力ｙが最大となるが、本実施形態は基材１２と樹脂層１４との接合を本質とするものなので、最大の接合力は基材１２の剪断応力を考慮することになる。すなわち、最大の接合力は、最大破断時開口面積率（摺動部材１１に破断（剪断）する力を加え、その摺動部材１１が破断するときの最大の開口面積率）をｘ０とすると、基材固有剪断応力に（１００−ｘ０）／１００を乗じた値となる。また、理論最大接合力（基材１２および樹脂層１４の剪断応力を考慮した場合の理論上の最大の接合力）は、（基材固有剪断応力値×樹脂固有剪断応力値）／（基材固有剪断応力値＋樹脂固有剪断応力値）となる。
樹脂層１４を構成する樹脂材料、基材構成材料及び製造性を鑑みるとｘ＜１００、ｙ≦１００が好ましく、１０≦ｘ≦９０、５≦ｙ≦５０がより好ましい。
【００２２】
本発明の請求項４の摺動部材は、凹部が複数の直線状の溝であり、複数の溝が互いに平行に配置され、溝の開口の幅寸法が隣り合う２つの溝のピッチの０．１〜０．８倍であることを特徴としている。
【００２３】
ここで言う「凹部」は、図２に示すように、複数の直線状の溝１５ａである。これらの複数の溝１５ａは、互いに平行に配置されている。凹部１５が複数の直線状の溝１５ａの場合、任意の溝１５ａを、他の複数の溝１５ａに対して交差（図２では直交）するように配置してもよい。
上記「溝の開口の幅寸法Ｗ」とは、図１で示すように、表面１２ａにおける溝１５ａの開口の幅寸法Ｗのことである。
【００２４】
上記「２つの溝のピッチＰ」とは、平行に配置された２本の直線状の溝１５ａにおいて、一方の溝１５ａの開口の幅方向の中心と、他方の溝１５ａの開口の幅方向の中心との距離のことである。
「溝の開口の幅寸法Ｗ」と「２つの溝のピッチＰ」と「開口面積率ｘ」との関係を図４に示す。
【００２５】
図４は、例えば図２のように複数の直線状の溝を交差させた場合の開口面積率ｘに応じた幅寸法Ｗと、幅寸法Ｗ／ピッチＰとの関係を、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗを０．１〜２．０ｍｍとした例を用いて示している。図４に示すように、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチＰの０．１倍以上とすることにより、開口面積率ｘを容易に３０％以上とすることができることが分かる。また、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチＰの０．８倍以下とすることにより、開口面積率ｘを容易に９０％以下とすることができる。これにより、凹部１５の内部に入り込んだ樹脂が外れにくくなるアンカー効果を容易に得ることができる。
加工のしやすさおよび溝１５ａの配置のしやすさの点で、溝１５ａの開口の幅寸法Ｗが隣り合う２つの溝１５ａのピッチの０．１５〜０．７５倍であることが好ましい。
【００２６】
本発明の請求項５の摺動部材は、凹部が複数の直線状の溝であり、溝の最大深さが２００〜２０００μｍであり、溝の深さ方向の角度が基材の厚さ方向に対して５〜４５°傾斜していることを特徴としている。
【００２７】
上記「溝の深さ」とは、図１および図５に示すように、基材１２の表面１２ａから基材１２の厚さ方向に延びる方向での最短の溝の長さ（図１および図５においてｄｅで示す）のことである。図５は、樹脂層１４を設ける前の基材１２および含浸層１３を示している。「溝の最大深さ」は、基材１２の表面１２ａから溝の最も深い所に位置する底部まで溝の深さのことである。この溝の深さは、摺動部材１１を縦断する断面図を投影機（Profile Projector）などで観察し、測定して求められる。
【００２８】
溝１５ａの最大深さが２００μｍ以上にすることにより、樹脂層１４を含浸層１３上に固定するアンカー効果を高めることができる。また、溝１５ａの最大深さが２０００μｍ以下であると、機械加工による凹部１５の形成が容易となる。
溝１５ａの深さ方向の角度θが基材１２の厚さ方向に対して５°以上の傾斜（図５において、例えば角度θ＝２０°）にすることにより、樹脂層１４を含浸層１３上に固定するアンカー効果を高めることができる。これにより、樹脂層１４を含浸層１３上に強固に固定することができる。また、溝１５ａの深さ方向の角度θが基材１２の厚さ方向に対して４５°以下の傾斜であると、機械加工による凹部１５の形成は容易である。
【００２９】
本発明の請求項６の摺動部材は、含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さを、２０〜１００μｍとしたことを特徴としている。
上記「最大表面粗さ」は、含浸層１３の摺動側の表面１２ａのうち凹部１５の開口１５ｂを除いた部分、すなわち、ランドに形成されている。この「最大表面粗さ」の大きさは、含浸被覆前の基材１２を粗さ測定器で測定して求められる。
【００３０】
ランドに凹凸（粗さ）を形成することにより、樹脂層１４の一部がこの凹凸の凹内に入り込み、樹脂層１４がアンカー効果によって含浸層１３上により一層固定されやすくなり、樹脂層１４を基材１２から一層剥がれにくくすることができる。そして、この最大表面粗さ（Ｒｚ）を２０μｍ以上とすることにより、上述のアンカー効果を十分に高めることができ、最大表面粗さ（Ｒｚ）を１００μｍ以下とすることが製造上好ましい。
【００３１】
本発明の請求項７の摺動部材は、含浸層が、低負荷表面部の領域と、この低負荷表面部よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域とに分けられ、高負荷表面部の領域にある凹部の開口面積をｐ１、高負荷表面部の領域の摺動側の表面の面積をｑ１、高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、０．２≦ｘ１≦０．８であることを特徴としている。
なお、静荷重軸受においては、同様に、含浸層を油膜発生範囲にある主荷重表面部の領域とそれ以外の非荷重表面部の領域とに分けるように設定することができる。
【００３２】
本実施形態の摺動部材１１は、含浸層１３の領域を、図６に示すように、相手部材の荷重（負荷）を受けにくい低負荷表面部の領域（図６においてＬＴとして示す）と、この低負荷表面部の領域よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域（図６においてＨＴとして示す）とに分けている。低負荷表面部の領域は、具体的には摺動の相手部材の最大荷重の半分以下の荷重が加わる領域である。同様に、静荷重軸受では、主荷重表面部の領域は、理論油圧分布上の油膜始点から油膜終点までの領域と考えることができる。
【００３３】
本実施形態では、高負荷表面部の領域での開口面積率ｘ１を調整し、高負荷表面部での基材１２と樹脂層１４との接合力を高くしている。具体的には、高負荷表面部の領域にある凹部の開口面積をｐ１、高負荷表面部の領域の摺動側の表面１２ａの面積をｑ１、高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、０．２≦ｘ１≦０．８（百分率で表すと、２０％≦ｘ１≦８０％）としている。
【００３４】
高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１が０．２（２０％）以上であるとき、高負荷表面部での基材１２と樹脂層１４との接合力は高く、高負荷条件下においても樹脂層１４は基材１２から剥がれにくい。また、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１が０．８（８０％）以下であるとき、製造面で有利である。さらに、低負荷表面部の領域では、大きな荷重が加わりにくいので、開口面積率を大きくくしなくてもすむ。そのため、摺動部材１１の含浸層１３の低負荷表面部において、機械加工の作業を減らすことができる。また、基材１２として鋼等の熱伝導性の比較的高いものを用いる場合、開口面積率が小さいほど、含浸層１４における基材１２の割合が増え、放熱性に有利となる。
【００３５】
摺動部材１１がティルティングパッドスラスト軸受に用いられ、かつ面圧が比較的高く（例えば３ＭＰａ前後）、周速が比較的遅い（例えば１５ｍ／ｓｅｃ以下）条件で用いられる場合、即ち耐荷重性重視の用途の場合、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１は、０．４≦ｘ１≦０．８であることが好ましい。強度面と製造面とから０．５≦ｘ１≦０．６であることが更に好ましい。このときの低負荷表面部の開口面積率は０．４（４０％）以下であることが製造上好ましい。また、摺動部材１１がティルティングパッドスラスト軸受に用いられ、かつ面圧が比較的低く（例えば２ＭＰａ以下）、周速が比較的速い（例えば１５ｍ／ｓｅｃを超える）条件で用いられる場合、即ち非焼付性重視の用途の場合、高負荷表面部の領域の開口面積率ｘ１は、０．２≦ｘ１≦０．４であることが好ましい。このときの低負荷表面部の開口面積率は０．４（４０％）以下であることが好ましい。製造上、低負荷表面部の開口面積率をｘ１以下とすることが好ましい。
【００３６】
本発明の請求項８の摺動部材の製造方法は、金属製またはセラミックス製の基材と、基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備し、含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さが２０〜１００μｍである摺動部材の製造方法に関するものである。本発明の請求項８の摺動部材の製造方法は、機械加工装置による機械加工によって基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって含浸層を設け、機械加工装置による機械加工によって含浸層の摺動側の表面のうち凹部の開口を除いた部分に最大表面粗さが２０〜１００μｍとなる凹凸を形成することを特徴としている。
【００３７】
上記「機械加工装置」とは、上述のレーザ加工、ワイヤーカット加工、その他の凹部加工可能な機械加工装置のことである。
本実施形態では、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成する機械加工装置を用いて、含浸層１３の摺動側の表面１２ａのうち凹部１５の開口を除いた部分、すなわちランドに最大表面粗さ（Ｒｚ）が２０〜１００μｍとなる凹凸を形成している。これにより、ランドに凹凸を形成する機械加工装置を新たに設ける必要はなく、また、基材１２の摺動側の表面部１２ｂに凹部１５を形成する作業とランド（表面１２ａ）に凹凸を形成する作業とを連続で行うことができる。したがって、摺動部材１１を製造する時間を短縮することができる。
なお、ランドの凹凸が不要な場合は、凹凸を形成しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態の摺動部材を模式的に示す断面図
【図２】基材の表面で切断した横断平面図
【図３】開口面積率と剪断応力の関係を示す図
【図４】幅寸法と、幅寸法／ピッチの関係を示す図
【図５】溝の深さ方向の角度を示す図
【図６】含浸層の低負荷表面部の領域と、高負荷表面部の領域を示す図
【図７】剪断試験に用いる試料片の形状を示す図で、（ａ）は試験片の平面図、（ｂ）は試験片の正面図
【図８】焼付試験の試験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、実施形態について図１〜３、７、８を参照して説明する。
本実施形態の摺動部材１１は、例えば鋼で形成される基材（裏金層）１２の表面部１２ｂに凹部１５を形成することにより含浸層１３を設け、この含浸層１３にＰＥＥＫを主成分とする樹脂層１４を含浸被覆することにより得られる。
【００４０】
本実施形態の摺動部材１１の基材１２と樹脂層１４との接合力（剪断応力）の効果を確認するために、実施例品と比較例品（従来構成の多孔質焼結品）を製作し、剪断試験を行った。
実施例品は、具体的には、次のようにして得られた。
まず、厚さ２０ｍｍの鋼裏金板の基材の表面部にワイヤーカット加工によって深さが１ｍｍで角度θが１５°で開口面積率ｘが所定の大きさの凹部を形成した。これにより、基材上に含浸層が設けられた板部材を得た。
【００４１】
本実施形態では、樹脂層の樹脂材料としてＰＥＥＫを用いた。
前記板部材をＰＥＥＫの融点以上に加熱し、シート用押出機で５ｍｍの厚さとしたＰＥＥＫのシート部材を前記板部材の上に重ね合わせて加圧することにより、前記シート部材を前記板部材の基材（含浸層）に含浸および被覆させて、摺動部材１１と同様の構成の実施例品を得た。
他の実施例品も、開口面積率ｘが異なる以外、上述の実施例品と同様の製造方法で得た。
【００４２】
比較例品である従来の多孔質焼結層を有する摺動部材（多孔質焼結品）は、具体的には、次のようにして得た。
まず、厚さ２０ｍｍの鋼裏金板の基材の表面に青銅粉末を、青銅粉末の厚さが１ｍｍになるまで散布した後、青銅粉末が散布された基材を８００℃で加熱し、焼結を行った。これにより、基部上に多孔質焼結層が設けられた複合部材を得た。
その次に、上記と同様に、ＰＥＥＫのシート部材を前記複合部材の上に重ね合わせて加圧することにより、前記シート部材を前記複合部材の多孔質焼結層に含浸および被覆させて、比較例品の多孔質焼結品を得た。
【００４３】
上記の各試料（実施例品および比較例品（多孔質焼結品））の接着力評価（剪断試験）のために、実施例品および比較例品を加工して図７に示す試験片１０１をそれぞれ製作した。この試験片１０１は、基材１０２上に含浸層１０３（比較例品の場合は多孔質焼結層１０３）が設けられ、含浸層１０３（多孔質焼結層１０３）上に樹脂層１０４が形成されている。試験片１０１の基材１０２には切削加工により切り欠き１０５が１箇所形成され、樹脂層１０４にも切削加工により切り欠き１０６が１箇所形成されている。切り欠き１０５と切り欠き１０６は、上面から見て所定距離離れて形成されている。上記構造によって、基材１０２は、切り欠き１０５、１０６以外の面において、含浸層１０３（多孔質焼結層１０３）を介して樹脂層１０４と接合している。
【００４４】
また、試験片１０１の左右両端部には、円形の開口部１０７がそれぞれ形成されている。そして、剪断試験では、２つの開口部１０７を引張試験機に引っ掛けて試験片１０１を左右両側へ引っ張ることによって基材１０２と樹脂層１０４との接合力（剪断応力）を測定した。この試験の結果を図３に示す。
【００４５】
剪断試験の結果について解析する。
図３に示すように、例えば実施例品の開口面積率ｘが５０％の場合で見てみると、実施例品の剪断応力（図３中の菱形プロット参照）が比較例品の剪断応力（図３中の正方形プロット参照）と同等以上になることが理解できる。
【００４６】
また、上記の各試料（実施例品）について、非焼付性の効果を確認するために、実施例品を加工して試験片（実施例品１〜１３）をそれぞれ製作して焼付試験を行った。また、比較例品についても試験片（比較例品１〜３）をそれぞれ製作して焼付試験を行った。焼付試験に用いた試料を表１に示す。実施例品１〜１３および比較例品１〜３は、開口面積率（空孔率）が異なる。
【００４７】
【表１】
【００４８】
焼付試験の試験条件を表２に示し、焼付試験の試験結果を図８および表１に示す。図８は、開口面積率ｘと焼付面圧の関係の結果を示すものであり、実施例品１〜１３（菱形プロット。Ｅ１〜Ｅ１３）と比較例品１〜３（正方形プロット。Ｃ１〜Ｃ３）の結果を示している。
また、表１中の「平均焼付面圧」に、実施例品１〜３の平均の焼付面圧、実施例品４〜６の平均の焼付面圧、実施例品７〜９の平均の焼付面圧、実施例品１０〜１２の平均の焼付面圧、実施例品１３の焼付面圧、および比較例品１〜３の平均の焼付面圧を示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
焼付試験の結果について解析する。
実施例品１〜１３と比較例品１〜３との対比から、実施例品１〜１３は、凹部（溝）が適度に形成されているので、熱伝導性が良好となり、摺動面で発生した熱を比較例品１〜３よりも効果的に基材へ放熱できるため、非焼付性に優れていることが理解できる。
また、実施例品１〜１３での対比から、樹脂層としてＰＥＥＫを用いながら基材として鋼裏金板を用いる場合、開口面積率が小さいほど、非焼付性に優れていることが理解できる。これは、含浸層における基材の割合を増やすと、放熱性に有利となって非焼付性が向上したと考えられる。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１１は摺動部材、１２は基材、１２ａは表面、１２ｂは表面部、１３は含浸層、１４は樹脂層、１５は凹部、１５ａは溝を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製またはセラミックス製の基材と、
前記基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、
前記含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備したことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記凹部は、機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記凹部の開口面積をｐ、前記含浸層の摺動側の表面の面積をｑ、前記凹部の開口面積率ｐ／ｑをｘ、前記基材と前記樹脂層との接合力をｙとして、
ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）
の関係で特定することを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記凹部は、複数の直線状の溝であり、
前記複数の溝は、互いに平行に配置され、
前記溝の開口の幅寸法は、隣り合う２つの前記溝のピッチの０．１〜０．８倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項５】
前記凹部は、複数の直線状の溝であり、
前記溝の最大深さは、２００〜２０００μｍであり、
前記溝の深さ方向の角度は、前記基材の厚さ方向に対して５〜４５°傾斜していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項６】
前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さを、２０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項７】
前記含浸層は、低負荷表面部の領域と、前記低負荷表面部よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域とに分けられ、
前記高負荷表面部の領域にある前記凹部の開口面積をｐ１、前記高負荷表面部の領域の摺動側の表面の面積をｑ１、前記高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、
０．２≦ｘ１≦０．８ であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項８】
金属製またはセラミックス製の基材と、
前記基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、
前記含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備し、
前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さが２０〜１００μｍである摺動部材の製造方法であって、
機械加工装置による機械加工によって前記基材の摺動側の表面部に前記凹部を形成することによって前記含浸層を設け、前記機械加工装置による機械加工によって前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分に前記最大表面粗さが２０〜１００μｍとなる凹凸を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項１】
金属製またはセラミックス製の基材と、
前記基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、
前記含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備したことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記凹部は、機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記凹部の開口面積をｐ、前記含浸層の摺動側の表面の面積をｑ、前記凹部の開口面積率ｐ／ｑをｘ、前記基材と前記樹脂層との接合力をｙとして、
ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ （ただし、０．４５≦ａ≦１．００、−５．００≦ｂ≦５．００）
の関係で特定することを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記凹部は、複数の直線状の溝であり、
前記複数の溝は、互いに平行に配置され、
前記溝の開口の幅寸法は、隣り合う２つの前記溝のピッチの０．１〜０．８倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項５】
前記凹部は、複数の直線状の溝であり、
前記溝の最大深さは、２００〜２０００μｍであり、
前記溝の深さ方向の角度は、前記基材の厚さ方向に対して５〜４５°傾斜していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項６】
前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さを、２０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項７】
前記含浸層は、低負荷表面部の領域と、前記低負荷表面部よりも大きな荷重を受ける高負荷表面部の領域とに分けられ、
前記高負荷表面部の領域にある前記凹部の開口面積をｐ１、前記高負荷表面部の領域の摺動側の表面の面積をｑ１、前記高負荷表面部の領域の開口面積率ｐ１／ｑ１をｘ１としたとき、
０．２≦ｘ１≦０．８ であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項８】
金属製またはセラミックス製の基材と、
前記基材の摺動側の表面部に凹部を形成することによって設けられた含浸層と、
前記含浸層に含浸被覆している樹脂層とを具備し、
前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分の最大表面粗さが２０〜１００μｍである摺動部材の製造方法であって、
機械加工装置による機械加工によって前記基材の摺動側の表面部に前記凹部を形成することによって前記含浸層を設け、前記機械加工装置による機械加工によって前記含浸層の摺動側の表面のうち前記凹部の開口を除いた部分に前記最大表面粗さが２０〜１００μｍとなる凹凸を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０８７３６（Ｐ２０１１−２０８７３６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７４４９（Ｐ２０１０−７７４４９）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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