摺動部材
【課題】低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を提供する。
【解決手段】基材１の摺動受け面７上に被着層である被着層２２を被着した摺動部材３において、被着層２２を、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤２Ａとこの多水素含有固体潤滑剤２Ａよりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合した混合固体潤滑剤２Ｃを基材１の摺動受け面７上に付着させて、形成する。これにより、摺動後の基材１の摺動受け面７に、固体潤滑剤２が基材１の厚さ方向に存在しない潤滑剤無存在領域４が形成され、潤滑剤無存在領域４に、基材１が酸化された酸化部５が形成される。
【解決手段】基材１の摺動受け面７上に被着層である被着層２２を被着した摺動部材３において、被着層２２を、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤２Ａとこの多水素含有固体潤滑剤２Ａよりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合した混合固体潤滑剤２Ｃを基材１の摺動受け面７上に付着させて、形成する。これにより、摺動後の基材１の摺動受け面７に、固体潤滑剤２が基材１の厚さ方向に存在しない潤滑剤無存在領域４が形成され、潤滑剤無存在領域４に、基材１が酸化された酸化部５が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材、例えば自動車や一般産業機械の内燃機関用として使用されるすべり軸受には、優れた非焼付性、なじみ性、耐疲労性、耐摩耗性が要求されている。この内燃機関用のすべり軸受には、裏金層上にアルミニウム合金をライニングしたアルミニウム基合金軸受、裏金層上に銅合金をライニングした銅基合金軸受、更に、これらの合金層の表面上にオーバレイ層を設けた軸受があり、使用環境に応じて使い分けをしている。
【０００３】
近年の内燃機関は、高速高出力化、高燃費化の傾向があり、摺動部材には上記の特性に加え低フリクション性も要求されている。この低フリクション性を得るために、例えば軸受の合金層（基材）の表面（摺動受け面）上に固体潤滑剤粒子を含有した層を設けることが考えられている。
【０００４】
合金層の表面上に固体潤滑剤粒子を含有した層を設ける技術としては、従来より、固体潤滑剤粒子を含有した樹脂オーバレイ層を合金層の表面上に設ける方法が知られている。一般に、樹脂オーバレイ層は、樹脂バインダーに固体潤滑剤粒子を混合し、この混合物を合金層の表面にコーティングすることにより、形成される。
【０００５】
一方、潤滑性をより一層高めるために、樹脂バインダーを用いずに固体潤滑剤粒子のみを合金層の表面にコーティングする方法もある。例えば特許文献１には、合金層（基材）の表面上に固体潤滑剤粒子を摩擦させながら付着させて、多くの固体潤滑剤粒子が存在する被覆層（被着層）を合金層の表面上にコーティングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような被着層を設けた摺動部材は、被着層が固体潤滑剤粒子から形成されているので低フリクション性を有する。そのため、摺動部材の被着層と相手材とが摺接する場合、摩擦による発熱量は小さい。これにより、被着層の下方に位置する基材は、摩擦による熱の影響を受け難い。この状態で、被着層が摩耗し消滅して基材が露出した場合、基材の表面と相手材とが摺接し、基材は摩耗する。このとき、基材は比較的軟らかいので、基材の摩耗が比較的進行し易い。従って、この摺動部材は、苛酷な使用状況下では基材の摩耗量は増加し、摺動部材の寿命が短くなってしまうと共に、摺動部材と相手材との隙間が大きくなってガタツキや騒音が生じてしまうことが考えられる。
【０００８】
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、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、固体潤滑剤に含有される水素量に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、発明者は、被着層と基材（合金層）との結合力が被着層を形成する固体潤滑剤に含有される水素量に影響されていることを解明した。即ち、水素の含有量が多い固体潤滑剤からなる被着層は基材に対して結合力が弱く、この被着層は相手材との摺接により離脱しやすく、離脱した部分から露出した基材の表面は酸化して硬い酸化部が形成されやすいこと、及び水素の含有量の少ない固体潤滑剤からなる被着層は基材に対して結合力が強く、この被着層は相手材との摺接によっても離脱し難いことを、本発明者は解明した。
本発明者は、このような事情を基にして、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材の本発明をなすに至った。
【００１０】
請求項１の発明では、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が基材の摺動受け面上に付着されて、形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
図１は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の断面を顕微鏡写真に基づいて図示したものある。ここで、本発明に言う基材１とは、被着層２２を被着する部材であり、例えばアルミニウム合金層、銅合金層、その他の合金層、合金層を設けずに裏金層に相当する部材で相手材を支持する場合には当該裏金層相当部材、或いは合金層や裏金層上に設けた被覆層である。被着層２２は、一般に用いられる固体潤滑剤２、例えば二硫化モリブテン（ＭｏＳ２）、グラファイト（Ｃ）、二硫化タングステン（ＷＳ２）或いは窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか、又はこれらを組み合わせて形成されている。被着層２２の厚さは、顕微鏡写真の測定により、最大で２μｍであった。
【００１２】
図２は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の断面の模式図である。
本発明の被着層２２は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤（粒子）２Ａとこの多水素含有固体潤滑剤２Ａよりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤（粒子）２Ｂとから形成されている。水素の含有量の調整は、例えば固体潤滑剤２に水を所望量加えて調整される。所望の水素量を含有した固体潤滑剤２（多水素含有固体潤滑剤２Ａ，少水素含有固体潤滑剤２Ｂ）を得る手段は、例えば、固体潤滑剤２を乾燥させて、含有する水分、即ち水素量を、０％とした後に、蒸気を所定時間だけ固体潤滑剤２に噴きつけて、水分を含有させる手法がある。他にも、所定の湿度及び温度に保たれた空間に所定時間、固体潤滑剤２を保持させたりする手法もある。又、水素量の調整を水の含有量で調整せずに、水素ガスを固体潤滑剤２に噴きつけて、所望の水素量を含有させたりする手法等もある。尚、本発明では、被着層２２を、水素量が異なる２種類の固体潤滑剤２（多水素含有固体潤滑剤２Ａ，少水素含有固体潤滑剤２Ｂ）で形成したが、水素量が異なる３種類以上の固体潤滑剤２から形成しても良い。
【００１３】
被着層２２は、これらの多水素含有固体潤滑剤２Ａ及び少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合することにより混合固体潤滑剤２Ｃを得て、この混合固体潤滑剤２Ｃが基材１の表面にライニングして形成されている。多水素含有固体潤滑剤２Ａにおける水分量は、５．０〜１０．０質量％であることが製造上好ましく、６．５〜８．０質量％であることがより好ましい。
【００１４】
混合固体潤滑剤２Ｃを、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを十分に混合して得ることにより、被着層２２中の多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを均一に分散して存在させることができる。尚、摺動部材において、荷重負荷の高い部分には多水素含有固体潤滑剤２Ａの含有割合を増やす等、存在分布を変えても良い。
【００１５】
次に、上記構成の摺動部材３の作用について、図１〜図４を参照して説明する。尚、図１〜図４では便宜上、基材１をアルミニウム合金からなる合金層とし、被着層２２を固体潤滑剤２のＭｏＳ２で形成したとして説明する。
【００１６】
図３は、摺動部材３の被着層２２に図示しない相手材を摺接させて、被着層２２が摩耗した状態の断面を顕微鏡写真に基づいて図示したものある。図４は、被着層２２が摩耗した状態の断面を、図２と同様の図示方法で表した模式図である。
【００１７】
基材１上の被着層２２に図示しない相手材が摺接すると、詳述すると、油膜圧力分布に起因する油膜切れ等により接触が起こると、被着層２２は摩耗していく。この摩耗が進行していくと、やがて基材１の表面の一部が露出して、基材１の摺動受け面７上に、固体潤滑剤２が存在しない潤滑剤無存在領域４が形成される。この潤滑剤無存在領域４では、基材１と相手材とは直接接触する。これにより、摩擦熱が生じ、この基材１の接触部分に硬い酸化部５が形成される。この酸化部５の存在は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）或いはＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）等で確認される。尚、基材１で酸化されていない部分を、非酸化部６と称する。この非酸化部６は、酸化部５よりも軟らかい。基材１固有の酸化や摩擦熱の影響等によって、基材１の、相手材に直接接触しない部分にも、即ち摺動受け面７上における固体潤滑剤２が存在している領域から基材１内部方向へ、酸化が見られることがある。その酸化の深さは、前記酸化部５よりも浅く、例えばＡｌ基合金の場合は５ｎｍ程度である。酸化部５の硬さは、摺動受け面７上における固体潤滑剤２が存在している領域から基材内部方向への同じ体積での硬さよりも硬い。
【００１８】
又、図３，図４に示すように、摺動後にも基材１の一部に被着層２２を形成していた固体潤滑剤２が残留している。この残留している固体潤滑剤２の多くは、少水素含有固体潤滑剤２Ｂであった。
【００１９】
図３，図４の状態の摺動部材３と相手材とが更に摺接すると、基材１の一部に残留している固体潤滑剤２はやがてすべて離脱することになる。このとき、基材１において残留していた固体潤滑剤２の下方に相当する領域は、固体潤滑剤２により摩擦熱の影響を受け難かったので、非酸化部６や酸化が浅い部分が多く存在する。即ち、被着層２２（固体潤滑剤２）がすべて離脱すると、基材１の摺動受け面７上には、酸化部５と非酸化部６とが混在し、又、摺動受け面７からの酸化深さの浅い深いが存在する。
【００２０】
このように、被着層２２を、基材１との結合力が弱い多水素含有固体潤滑剤２Ａと、基材１との結合力が強い少水素含有固体潤滑剤２Ｂとから形成し、相手材との摺動により多水素含有固体潤滑剤２Ａを離脱させるようにしたので、摺動後の基材１の摺動受け面７上に、低フリクション性の効果を有する固体潤滑剤２と耐摩耗性に優れる酸化部５とを混在させることができる。これにより、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材３を得ることができる。潤滑剤無存在領域４の形成割合を考慮すると、混合固体潤滑剤２Ｃ中に多水素含有固体潤滑剤２Ａは、４０〜９０質量％であることが好ましく、より好ましくは５５〜７５質量％である。多水素含有固体潤滑剤２Ａ又は少水素含有固体潤滑剤２Ｂの含有割合は、用途に合わせて、制御することが可能である。
【００２１】
請求項２の発明では、被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とするものである。
【００２２】
図５は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の厚さ方向に対する単位量当たりの水素量を示している。図５中の領域Ａは被着層２２の厚さ方向の範囲であり、領域Ｂは基材１の厚さ方向の範囲である。単位量当たりの水素量は、例えばＧＤ−ＯＥＳ（グロー放電発光分光法）で測定される。この場合、単位量当たりの水素量とは、単位面積当たりに換算した水素量のことである。
【００２３】
被着層２２（領域Ａ）中の各単位量当たりの水素量は、基材１（領域Ｂ）中の単位量当たりの水素量を平均した「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」を１とした場合の相対的な値である。又、被着層２２中の各単位量当たりの水素量の平均を「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」として、図５中に示す。
【００２４】
図５において、基材１中の単位量当たりの水素量は、基材１を脱水素したときの単位量当たりの水素量であるが、基材１中に不可避的に水素が存在するので０％ではない。尚、基材１中の単位量当たりの水素量は、基材１を脱水素しない場合の単位量当たりの水素量であっても良い。本発明では、被着層２２中の単位量当たりの水素量は、その水分量又は水素量を制御して、又は被着層２２中での多水素含有固体潤滑剤２Ａ若しくは少水素含有固体潤滑剤２Ｂの含有割合を制御して、基材１中の単位量当たりの水素量よりも相対的に多くしている。
【００２５】
そして、平均水素量Ｈ１が平均水素量Ｈ２の１〜５倍（但し、１を含まない）の範囲内にあるときに、低フリクション性及び耐摩耗性がより一層優れる摺動部材３を得ることができる。即ち、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５であると、被着層２２に占める多水素含有固体潤滑剤２Ａの割合と少水素含有固体潤滑剤２Ｂの割合とが適切になり、耐摩耗性を十分に発揮できるだけの酸化部５を形成させることができ、しかも、摺動部材３は、固体潤滑剤２による低フリクション性を十分に発揮できる。
【００２６】
請求項３の発明では、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が基材の摺動受け面上に付着されて、形成されており、被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とするものである。低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を提供することができる。
【００２７】
請求項４の発明では、摺動後の基材の摺動受け面には、固体潤滑剤が存在しない潤滑剤無存在領域があり、潤滑剤無存在領域から基材方向に、基材が酸化された酸化部が形成されていることを特徴とするものである。
ここで、摺動後とは、例えばエンジンの耐久テスト全負荷運転で２００〜３００時間行った後であり、これは、例えば自動車用のエンジンの主軸受として用いた場合の走行距離で３万ｋｍ〜３０万ｋｍに相当する。
【００２８】
上述したように、多水素含有固体潤滑剤２Ａは、少水素含有固体潤滑剤２Ｂよりも相手材との摺動により基材１から離脱しやすい。これにより、摺動後の基材１の多水素含有固体潤滑剤２Ａが離脱した領域に、潤滑剤無存在領域４が形成される。この潤滑剤無存在領域４では、基材１の摺動受け面７は、露出して酸化し、硬い酸化部５が形成される。これにより、摺動部材３は、耐摩耗性に優れるようになる。
【００２９】
請求項５の発明では、酸化部の深さ寸法が基材の表面から０．０１〜０．７μｍであることを特徴とするものである。
酸化部５の深さ寸法は、上述したＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）或いはＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）で確認される。酸化部５の深さ寸法が基材１の摺動受け面７から０．０１μｍ以上あると、酸化部５の存在による効果が顕著に現れ、摺動部材３の耐摩耗性を向上させ易い。酸化部５の深さ寸法が基材１の摺動受け面７から０．７μｍ以下であると、基材１中に酸化部５よりも軟らかい非酸化部６が比較的多く存在する。これにより、摺動部材３の低フリクション性及び耐摩耗性を良好にすると共に、なじみ性も良好にすることができる。
【００３０】
請求項６の発明では、被着層の膜厚を２μｍ以下としたことを特徴とするものである。
被着層の膜厚が２μｍ以下であると、被着層が剥離し難い。被着層の膜厚は０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上であると、被着層が固体潤滑剤の効果を特に顕著に奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の摺動前の摺動部材の断面図
【図２】摺動前の摺動部材の断面を示す模式図
【図３】摺動後の摺動部材の断面図
【図４】摺動後の摺動部材の断面を示す模式図
【図５】基材中と被着層中の単位当たりの水素量を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態の摺動部材３は、図１に示すように、鋼から成る裏金層（図示せず）上にアルミニウム合金層（以下、基材１と称する）が設けられ、この基材１上にＭｏＳ２からなる被着層２２が設けられた構造である。そして、本発明の効果を確認するために、表１に示す試料（実施例１〜５及び比較例１〜７）を製作し、摩耗を確認する試験を行った。
【００３３】
【表１】
【００３４】
試料の製法を述べると、まず、アルミニウム合金を溶融及び冷却し、アルミニウム合金の板材を製造し、アルミニウム合金の板材を圧延して薄い板状にし、薄くなったアルミニウム合金の板材を、裏金層を構成する鋼板に圧接して軸受形成用板材（バイメタル）を製造した。そして、このバイメタルを焼鈍した後、半円状に加工して半割状の摺動部材、即ち、すべり軸受（半割軸受）を得た。
【００３５】
その後、各半割軸受の基材１の摺動受け面（アルミニウム合金層の内周面）７に、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合した混合固体潤滑剤２Ｃを被着させた。少水素含有固体潤滑剤２Ｂは、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分（水素）をできるだけ無くしたものである。多水素含有固体潤滑剤２Ａは、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分をできるだけ無くし、少水素含有固体潤滑剤２Ｂの場合よりも多くの水分を蒸気による噴きつけにより加えたものである。尚、ＭｏＳ２を乾燥させる工程を経ずに、その水分量を管理、調整しても良い。本実施形態では、多水素含有固体潤滑剤２Ａにおける水分量は、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分をできるだけ無くした少水素含有固体潤滑剤２Ｂに、１．０〜３．０質量％の水素量になるように調整した。具体的には、水分をできるだけ無くした少水素含有固体潤滑剤２Ｂを、気温２５℃、湿度７０％に調整された部屋に所定時間保持して、上記所定の水素量を得た。
【００３６】
次に、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを十分に混合して、均一に混合した混合固体潤滑剤２Ｃを得た。このときの多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂの割合は、多水素含有固体潤滑剤２Ａが６０質量％、少水素含有固体潤滑剤２Ｂが４０質量％である。
【００３７】
次に、この混合固体潤滑剤２Ｃを基材１の表面に付着させた。この場合、特許文献１に示すように、混合固体潤滑剤２Ｃを付着媒体（図示せず）に自由付着させ、この付着媒体を基材１の表面に圧力を加えながらその基材１の表面上を滑らせ、その基材１の表面上に混合固体潤滑剤２Ｃを摩擦させながら付着させて適当量積層させることにより、被着層２２が基材１上に形成される。尚、混合固体潤滑剤２Ｃをショットピーニングにより基材１の表面に衝突させて、基材１に混合固体潤滑剤２Ｃからなる被着層２２を形成させても良い。
【００３８】
このようにして得た試料（実施例１〜５及び比較例１〜７）の被着層２２中の水素量を、ＧＤ−ＯＥＳで測定し、複数の「被着層２２中の単位量当たりの水素量」の値及び複数の「基材１中の単位量当たりの水素量」の値を得た。そして、これらの値から「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」及び「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」の値を求めた。ＧＤ−ＯＥＳの測定条件を表２に示す。この「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」と「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」との比（Ｈ１／Ｈ２）を、表１中に示す。
【００３９】
ＧＤ−ＯＥＳの測定では、ノイズにより正確な水素量Ｈ１及びＨ２が測れないことがある。そのため、本実施形態では「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」及び「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」を次のように求めた。本実施形態では、ＧＤ−ＯＥＳによって、各試料の軸方向に延びる平面に存在する固体潤滑剤中の金属成分（例えば固体潤滑剤がＭｏＳ２であればＭｏの成分）及び水素の濃度を測定している。この場合、被着層２２を、その表面から多数の薄い層に分割したときに、その単位毎に元素分析を行い、金属成分の濃度が最大値となる深さの位置（層）の金属成分の濃度をＭ１とし、このＭ１の深さの位置の水素量をＨ１とした。そして、更にＧＤ−ＯＥＳによる測定を深さ方向に進め、金属成分の濃度がＭ１／１０となる深さの位置、この場合Ｍｏの濃度がＭ１／１０となる位置を「基材」とみなし、当該位置でのＭｏの濃度をＭ２（＝Ｍ１／１０）とし、このＭ２の深さの位置の水素量をＨ２とした。尚、Ｈ１及びＨ２の値は、測定によるバラツキをなくすために、Ｍ１及びＭ２の位置から深さ方向へ±５０ｎｍの範囲の水素量の平均で、それぞれ求めている。又、本実施形態では固体潤滑剤中の金属成分の濃度が最大値となる深さの位置の金属成分の濃度をＭ１としたが、固体潤滑剤中の最大原子量の元素成分の濃度が最大値となる深さの位置の元素成分の濃度をＭ１としても良い。
【００４０】
【表２】
【００４１】
又、各試料について、起動摩擦係数測定試験を行った。この試験条件を表３に示し、その結果を表１に示す。尚、比較例５の起動摩擦係数を０．１１０として、他の試料の起動摩擦抵抗を相対的に算出している。
【００４２】
【表３】
【００４３】
更に、各試料について、被着層２２の平均の厚さ、試料に対して所定時間の摺動を行ったときの平均の摩耗量及び酸化部５の深さの平均の測定の結果を表１に示す。試料に対して所定時間の摺動を行ったときの平均の摩耗量は、起動摩擦係数測定試験を５時間行って摩耗した平均の量、言い換えると摩耗した被着層２２及び基材１の平均深さの和を表している。試料に対して所定時間の摺動を行ったときの酸化部５の深さの平均は、起動摩擦係数測定試験を５時間行って形成された酸化部５の深さ寸法の平均を表している。この深さ寸法は、基材１の摺動受け面７からの寸法である。
【００４４】
この被着層２２の平均の厚さ、平均の摩耗量、酸化部５の深さの平均は、各試料の被着層２２の断面を顕微鏡により撮影し、その撮影画像から厚さ、深さの寸法を求めた。平均の摩耗量は、起動摩擦係数測定試験前後の被着層２２及び基材１の深さを６箇所、マイクロメータで測定し、その平均を求めて得た。
【００４５】
次に、上記試験の結果について解析する。
実施例１〜５及び比較例１〜４，６，７と、比較例５との比較から、被着層２２が設けられる試料は、摩擦係数が低減されることが理解される。そして、実施例１〜５と、比較例６，７との比較から、実施例１〜５のようにＨ１／Ｈ２が５以下である場合に、より低い摩擦係数が得られることが理解される。これは、基材１の摺動受け面７上に残留する被着層２２の低フリクション性の効果であると考えられる。
【００４６】
実施例１〜５と、比較例１〜４との比較から、実施例１〜５のようにＨ１／Ｈ２が１より大きい場合に、酸化部５の深さ寸法は大きく、摩耗量は小さいことが理解される。これは、実施例１〜５では基材１の摺動受け面７上に潤滑剤無存在領域４が形成され、基材１に硬い酸化部５が形成されたことにより、耐摩耗性が向上したためと考えられる。
【００４７】
実施例１〜５と、比較例１〜４との比較から、酸化部５の深さ寸法が０．０１μｍ以上であるときに、摩耗量が低減されていることが理解される。これは、酸化部５の深さ寸法が０．０１μｍ以上であるときに摺動部材３の摺動受け面７上に耐摩耗性を向上させるのに必要な量の酸化部５が存在したためと考えられる。又、実施例１〜５と、比較例５〜７との比較から、酸化部５の深さ寸法が０．７μｍ以下であるときに低い摩擦係数が得られていることが理解される。これは、酸化部５の深さ寸法が０．７μｍ以下であるときに低フリクション性を発揮するのに必要な量の被着層２２が存在していたためと考えられる。又、非酸化部６が適度に存在することにより、非酸化部６に凹部が形成され、この凹部に潤滑油が保油されたことにより、低フリクション性が得られたためと考えられる。又、非酸化部６が存在することにより、なじみ性も良好になると考えられる。
【００４８】
尚、比較例５では、被着層２２が存在しないため、基材１が相手材に凝着しながら摩耗する凝着摩耗が生じやすい。凝着摩耗は、摩耗粉が大きいため、摩耗量が多い。そして、試験時間が経過するにつれて基材１の摺動受け面７が酸化され硬化し、摩耗量は低下していく。しかし、比較例５は、試験直後の摩耗量が大きいので、実施例１〜５に比べて摩耗量は多い。
【００４９】
比較例６，７は、実施例１〜５よりもＨ１／Ｈ２が大きいので、実施例１〜５よりも多くの水素が被着層に含有されている。この比較例６，７の被着層に相手材が摺接すると、実施例１〜５よりも早期に被着層は摩耗して基材１が露出する。このとき、比較例６，７の基材１上には、まだ適切ななじみが生ずる前に固体潤滑剤がなくなることがあり、基材１の露出部分は摩擦熱により硬くなることがある。適切ななじみが生じておらず且つ硬くなった基材１に相手材が摺接すると、基材１は激しく摩耗を起こして、基材１から大きな摩耗粉が生じやすく、その結果、比較例６，７は、摩耗量が多くなる。
【００５０】
実施例１〜５と、比較例３，４，７との比較から、被着層２２の膜厚が２μｍ以下であると、摩耗量を低減することができることが理解される。これは、被着層２２が剥離し難いためであると考えられる。又、実施例１と、比較例５との比較から、被着層２２を有することにより、被着層２２が固体潤滑剤の効果を発揮する。特に、被着層０．０５μｍ以上であるときに、被着層２２が固体潤滑剤の効果を発揮する。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１は基材、２は固体潤滑剤、２Ａは多水素含有固体潤滑剤、２Ｂは少水素含有固体潤滑剤、２Ｃは混合固体潤滑剤、３は摺動部材、４は潤滑剤無存在領域、５は酸化部、６は非酸化部、２２は被着層を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材、例えば自動車や一般産業機械の内燃機関用として使用されるすべり軸受には、優れた非焼付性、なじみ性、耐疲労性、耐摩耗性が要求されている。この内燃機関用のすべり軸受には、裏金層上にアルミニウム合金をライニングしたアルミニウム基合金軸受、裏金層上に銅合金をライニングした銅基合金軸受、更に、これらの合金層の表面上にオーバレイ層を設けた軸受があり、使用環境に応じて使い分けをしている。
【０００３】
近年の内燃機関は、高速高出力化、高燃費化の傾向があり、摺動部材には上記の特性に加え低フリクション性も要求されている。この低フリクション性を得るために、例えば軸受の合金層（基材）の表面（摺動受け面）上に固体潤滑剤粒子を含有した層を設けることが考えられている。
【０００４】
合金層の表面上に固体潤滑剤粒子を含有した層を設ける技術としては、従来より、固体潤滑剤粒子を含有した樹脂オーバレイ層を合金層の表面上に設ける方法が知られている。一般に、樹脂オーバレイ層は、樹脂バインダーに固体潤滑剤粒子を混合し、この混合物を合金層の表面にコーティングすることにより、形成される。
【０００５】
一方、潤滑性をより一層高めるために、樹脂バインダーを用いずに固体潤滑剤粒子のみを合金層の表面にコーティングする方法もある。例えば特許文献１には、合金層（基材）の表面上に固体潤滑剤粒子を摩擦させながら付着させて、多くの固体潤滑剤粒子が存在する被覆層（被着層）を合金層の表面上にコーティングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような被着層を設けた摺動部材は、被着層が固体潤滑剤粒子から形成されているので低フリクション性を有する。そのため、摺動部材の被着層と相手材とが摺接する場合、摩擦による発熱量は小さい。これにより、被着層の下方に位置する基材は、摩擦による熱の影響を受け難い。この状態で、被着層が摩耗し消滅して基材が露出した場合、基材の表面と相手材とが摺接し、基材は摩耗する。このとき、基材は比較的軟らかいので、基材の摩耗が比較的進行し易い。従って、この摺動部材は、苛酷な使用状況下では基材の摩耗量は増加し、摺動部材の寿命が短くなってしまうと共に、摺動部材と相手材との隙間が大きくなってガタツキや騒音が生じてしまうことが考えられる。
【０００８】
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、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、固体潤滑剤に含有される水素量に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、発明者は、被着層と基材（合金層）との結合力が被着層を形成する固体潤滑剤に含有される水素量に影響されていることを解明した。即ち、水素の含有量が多い固体潤滑剤からなる被着層は基材に対して結合力が弱く、この被着層は相手材との摺接により離脱しやすく、離脱した部分から露出した基材の表面は酸化して硬い酸化部が形成されやすいこと、及び水素の含有量の少ない固体潤滑剤からなる被着層は基材に対して結合力が強く、この被着層は相手材との摺接によっても離脱し難いことを、本発明者は解明した。
本発明者は、このような事情を基にして、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材の本発明をなすに至った。
【００１０】
請求項１の発明では、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が基材の摺動受け面上に付着されて、形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
図１は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の断面を顕微鏡写真に基づいて図示したものある。ここで、本発明に言う基材１とは、被着層２２を被着する部材であり、例えばアルミニウム合金層、銅合金層、その他の合金層、合金層を設けずに裏金層に相当する部材で相手材を支持する場合には当該裏金層相当部材、或いは合金層や裏金層上に設けた被覆層である。被着層２２は、一般に用いられる固体潤滑剤２、例えば二硫化モリブテン（ＭｏＳ２）、グラファイト（Ｃ）、二硫化タングステン（ＷＳ２）或いは窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか、又はこれらを組み合わせて形成されている。被着層２２の厚さは、顕微鏡写真の測定により、最大で２μｍであった。
【００１２】
図２は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の断面の模式図である。
本発明の被着層２２は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤（粒子）２Ａとこの多水素含有固体潤滑剤２Ａよりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤（粒子）２Ｂとから形成されている。水素の含有量の調整は、例えば固体潤滑剤２に水を所望量加えて調整される。所望の水素量を含有した固体潤滑剤２（多水素含有固体潤滑剤２Ａ，少水素含有固体潤滑剤２Ｂ）を得る手段は、例えば、固体潤滑剤２を乾燥させて、含有する水分、即ち水素量を、０％とした後に、蒸気を所定時間だけ固体潤滑剤２に噴きつけて、水分を含有させる手法がある。他にも、所定の湿度及び温度に保たれた空間に所定時間、固体潤滑剤２を保持させたりする手法もある。又、水素量の調整を水の含有量で調整せずに、水素ガスを固体潤滑剤２に噴きつけて、所望の水素量を含有させたりする手法等もある。尚、本発明では、被着層２２を、水素量が異なる２種類の固体潤滑剤２（多水素含有固体潤滑剤２Ａ，少水素含有固体潤滑剤２Ｂ）で形成したが、水素量が異なる３種類以上の固体潤滑剤２から形成しても良い。
【００１３】
被着層２２は、これらの多水素含有固体潤滑剤２Ａ及び少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合することにより混合固体潤滑剤２Ｃを得て、この混合固体潤滑剤２Ｃが基材１の表面にライニングして形成されている。多水素含有固体潤滑剤２Ａにおける水分量は、５．０〜１０．０質量％であることが製造上好ましく、６．５〜８．０質量％であることがより好ましい。
【００１４】
混合固体潤滑剤２Ｃを、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを十分に混合して得ることにより、被着層２２中の多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを均一に分散して存在させることができる。尚、摺動部材において、荷重負荷の高い部分には多水素含有固体潤滑剤２Ａの含有割合を増やす等、存在分布を変えても良い。
【００１５】
次に、上記構成の摺動部材３の作用について、図１〜図４を参照して説明する。尚、図１〜図４では便宜上、基材１をアルミニウム合金からなる合金層とし、被着層２２を固体潤滑剤２のＭｏＳ２で形成したとして説明する。
【００１６】
図３は、摺動部材３の被着層２２に図示しない相手材を摺接させて、被着層２２が摩耗した状態の断面を顕微鏡写真に基づいて図示したものある。図４は、被着層２２が摩耗した状態の断面を、図２と同様の図示方法で表した模式図である。
【００１７】
基材１上の被着層２２に図示しない相手材が摺接すると、詳述すると、油膜圧力分布に起因する油膜切れ等により接触が起こると、被着層２２は摩耗していく。この摩耗が進行していくと、やがて基材１の表面の一部が露出して、基材１の摺動受け面７上に、固体潤滑剤２が存在しない潤滑剤無存在領域４が形成される。この潤滑剤無存在領域４では、基材１と相手材とは直接接触する。これにより、摩擦熱が生じ、この基材１の接触部分に硬い酸化部５が形成される。この酸化部５の存在は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）或いはＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）等で確認される。尚、基材１で酸化されていない部分を、非酸化部６と称する。この非酸化部６は、酸化部５よりも軟らかい。基材１固有の酸化や摩擦熱の影響等によって、基材１の、相手材に直接接触しない部分にも、即ち摺動受け面７上における固体潤滑剤２が存在している領域から基材１内部方向へ、酸化が見られることがある。その酸化の深さは、前記酸化部５よりも浅く、例えばＡｌ基合金の場合は５ｎｍ程度である。酸化部５の硬さは、摺動受け面７上における固体潤滑剤２が存在している領域から基材内部方向への同じ体積での硬さよりも硬い。
【００１８】
又、図３，図４に示すように、摺動後にも基材１の一部に被着層２２を形成していた固体潤滑剤２が残留している。この残留している固体潤滑剤２の多くは、少水素含有固体潤滑剤２Ｂであった。
【００１９】
図３，図４の状態の摺動部材３と相手材とが更に摺接すると、基材１の一部に残留している固体潤滑剤２はやがてすべて離脱することになる。このとき、基材１において残留していた固体潤滑剤２の下方に相当する領域は、固体潤滑剤２により摩擦熱の影響を受け難かったので、非酸化部６や酸化が浅い部分が多く存在する。即ち、被着層２２（固体潤滑剤２）がすべて離脱すると、基材１の摺動受け面７上には、酸化部５と非酸化部６とが混在し、又、摺動受け面７からの酸化深さの浅い深いが存在する。
【００２０】
このように、被着層２２を、基材１との結合力が弱い多水素含有固体潤滑剤２Ａと、基材１との結合力が強い少水素含有固体潤滑剤２Ｂとから形成し、相手材との摺動により多水素含有固体潤滑剤２Ａを離脱させるようにしたので、摺動後の基材１の摺動受け面７上に、低フリクション性の効果を有する固体潤滑剤２と耐摩耗性に優れる酸化部５とを混在させることができる。これにより、低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材３を得ることができる。潤滑剤無存在領域４の形成割合を考慮すると、混合固体潤滑剤２Ｃ中に多水素含有固体潤滑剤２Ａは、４０〜９０質量％であることが好ましく、より好ましくは５５〜７５質量％である。多水素含有固体潤滑剤２Ａ又は少水素含有固体潤滑剤２Ｂの含有割合は、用途に合わせて、制御することが可能である。
【００２１】
請求項２の発明では、被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とするものである。
【００２２】
図５は、基材１の摺動受け面７上に被着層２２を被着した摺動部材３の厚さ方向に対する単位量当たりの水素量を示している。図５中の領域Ａは被着層２２の厚さ方向の範囲であり、領域Ｂは基材１の厚さ方向の範囲である。単位量当たりの水素量は、例えばＧＤ−ＯＥＳ（グロー放電発光分光法）で測定される。この場合、単位量当たりの水素量とは、単位面積当たりに換算した水素量のことである。
【００２３】
被着層２２（領域Ａ）中の各単位量当たりの水素量は、基材１（領域Ｂ）中の単位量当たりの水素量を平均した「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」を１とした場合の相対的な値である。又、被着層２２中の各単位量当たりの水素量の平均を「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」として、図５中に示す。
【００２４】
図５において、基材１中の単位量当たりの水素量は、基材１を脱水素したときの単位量当たりの水素量であるが、基材１中に不可避的に水素が存在するので０％ではない。尚、基材１中の単位量当たりの水素量は、基材１を脱水素しない場合の単位量当たりの水素量であっても良い。本発明では、被着層２２中の単位量当たりの水素量は、その水分量又は水素量を制御して、又は被着層２２中での多水素含有固体潤滑剤２Ａ若しくは少水素含有固体潤滑剤２Ｂの含有割合を制御して、基材１中の単位量当たりの水素量よりも相対的に多くしている。
【００２５】
そして、平均水素量Ｈ１が平均水素量Ｈ２の１〜５倍（但し、１を含まない）の範囲内にあるときに、低フリクション性及び耐摩耗性がより一層優れる摺動部材３を得ることができる。即ち、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５であると、被着層２２に占める多水素含有固体潤滑剤２Ａの割合と少水素含有固体潤滑剤２Ｂの割合とが適切になり、耐摩耗性を十分に発揮できるだけの酸化部５を形成させることができ、しかも、摺動部材３は、固体潤滑剤２による低フリクション性を十分に発揮できる。
【００２６】
請求項３の発明では、基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が基材の摺動受け面上に付着されて、形成されており、被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とするものである。低フリクション性及び耐摩耗性に優れる摺動部材を提供することができる。
【００２７】
請求項４の発明では、摺動後の基材の摺動受け面には、固体潤滑剤が存在しない潤滑剤無存在領域があり、潤滑剤無存在領域から基材方向に、基材が酸化された酸化部が形成されていることを特徴とするものである。
ここで、摺動後とは、例えばエンジンの耐久テスト全負荷運転で２００〜３００時間行った後であり、これは、例えば自動車用のエンジンの主軸受として用いた場合の走行距離で３万ｋｍ〜３０万ｋｍに相当する。
【００２８】
上述したように、多水素含有固体潤滑剤２Ａは、少水素含有固体潤滑剤２Ｂよりも相手材との摺動により基材１から離脱しやすい。これにより、摺動後の基材１の多水素含有固体潤滑剤２Ａが離脱した領域に、潤滑剤無存在領域４が形成される。この潤滑剤無存在領域４では、基材１の摺動受け面７は、露出して酸化し、硬い酸化部５が形成される。これにより、摺動部材３は、耐摩耗性に優れるようになる。
【００２９】
請求項５の発明では、酸化部の深さ寸法が基材の表面から０．０１〜０．７μｍであることを特徴とするものである。
酸化部５の深さ寸法は、上述したＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）或いはＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）で確認される。酸化部５の深さ寸法が基材１の摺動受け面７から０．０１μｍ以上あると、酸化部５の存在による効果が顕著に現れ、摺動部材３の耐摩耗性を向上させ易い。酸化部５の深さ寸法が基材１の摺動受け面７から０．７μｍ以下であると、基材１中に酸化部５よりも軟らかい非酸化部６が比較的多く存在する。これにより、摺動部材３の低フリクション性及び耐摩耗性を良好にすると共に、なじみ性も良好にすることができる。
【００３０】
請求項６の発明では、被着層の膜厚を２μｍ以下としたことを特徴とするものである。
被着層の膜厚が２μｍ以下であると、被着層が剥離し難い。被着層の膜厚は０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上であると、被着層が固体潤滑剤の効果を特に顕著に奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の摺動前の摺動部材の断面図
【図２】摺動前の摺動部材の断面を示す模式図
【図３】摺動後の摺動部材の断面図
【図４】摺動後の摺動部材の断面を示す模式図
【図５】基材中と被着層中の単位当たりの水素量を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態の摺動部材３は、図１に示すように、鋼から成る裏金層（図示せず）上にアルミニウム合金層（以下、基材１と称する）が設けられ、この基材１上にＭｏＳ２からなる被着層２２が設けられた構造である。そして、本発明の効果を確認するために、表１に示す試料（実施例１〜５及び比較例１〜７）を製作し、摩耗を確認する試験を行った。
【００３３】
【表１】
【００３４】
試料の製法を述べると、まず、アルミニウム合金を溶融及び冷却し、アルミニウム合金の板材を製造し、アルミニウム合金の板材を圧延して薄い板状にし、薄くなったアルミニウム合金の板材を、裏金層を構成する鋼板に圧接して軸受形成用板材（バイメタル）を製造した。そして、このバイメタルを焼鈍した後、半円状に加工して半割状の摺動部材、即ち、すべり軸受（半割軸受）を得た。
【００３５】
その後、各半割軸受の基材１の摺動受け面（アルミニウム合金層の内周面）７に、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを混合した混合固体潤滑剤２Ｃを被着させた。少水素含有固体潤滑剤２Ｂは、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分（水素）をできるだけ無くしたものである。多水素含有固体潤滑剤２Ａは、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分をできるだけ無くし、少水素含有固体潤滑剤２Ｂの場合よりも多くの水分を蒸気による噴きつけにより加えたものである。尚、ＭｏＳ２を乾燥させる工程を経ずに、その水分量を管理、調整しても良い。本実施形態では、多水素含有固体潤滑剤２Ａにおける水分量は、固体潤滑剤２のＭｏＳ２を乾燥させて含有している水分をできるだけ無くした少水素含有固体潤滑剤２Ｂに、１．０〜３．０質量％の水素量になるように調整した。具体的には、水分をできるだけ無くした少水素含有固体潤滑剤２Ｂを、気温２５℃、湿度７０％に調整された部屋に所定時間保持して、上記所定の水素量を得た。
【００３６】
次に、多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂとを十分に混合して、均一に混合した混合固体潤滑剤２Ｃを得た。このときの多水素含有固体潤滑剤２Ａと少水素含有固体潤滑剤２Ｂの割合は、多水素含有固体潤滑剤２Ａが６０質量％、少水素含有固体潤滑剤２Ｂが４０質量％である。
【００３７】
次に、この混合固体潤滑剤２Ｃを基材１の表面に付着させた。この場合、特許文献１に示すように、混合固体潤滑剤２Ｃを付着媒体（図示せず）に自由付着させ、この付着媒体を基材１の表面に圧力を加えながらその基材１の表面上を滑らせ、その基材１の表面上に混合固体潤滑剤２Ｃを摩擦させながら付着させて適当量積層させることにより、被着層２２が基材１上に形成される。尚、混合固体潤滑剤２Ｃをショットピーニングにより基材１の表面に衝突させて、基材１に混合固体潤滑剤２Ｃからなる被着層２２を形成させても良い。
【００３８】
このようにして得た試料（実施例１〜５及び比較例１〜７）の被着層２２中の水素量を、ＧＤ−ＯＥＳで測定し、複数の「被着層２２中の単位量当たりの水素量」の値及び複数の「基材１中の単位量当たりの水素量」の値を得た。そして、これらの値から「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」及び「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」の値を求めた。ＧＤ−ＯＥＳの測定条件を表２に示す。この「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」と「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」との比（Ｈ１／Ｈ２）を、表１中に示す。
【００３９】
ＧＤ−ＯＥＳの測定では、ノイズにより正確な水素量Ｈ１及びＨ２が測れないことがある。そのため、本実施形態では「被着層２２中の単位量当たりの平均水素量Ｈ１」及び「基材１中の単位量当たりの平均水素量Ｈ２」を次のように求めた。本実施形態では、ＧＤ−ＯＥＳによって、各試料の軸方向に延びる平面に存在する固体潤滑剤中の金属成分（例えば固体潤滑剤がＭｏＳ２であればＭｏの成分）及び水素の濃度を測定している。この場合、被着層２２を、その表面から多数の薄い層に分割したときに、その単位毎に元素分析を行い、金属成分の濃度が最大値となる深さの位置（層）の金属成分の濃度をＭ１とし、このＭ１の深さの位置の水素量をＨ１とした。そして、更にＧＤ−ＯＥＳによる測定を深さ方向に進め、金属成分の濃度がＭ１／１０となる深さの位置、この場合Ｍｏの濃度がＭ１／１０となる位置を「基材」とみなし、当該位置でのＭｏの濃度をＭ２（＝Ｍ１／１０）とし、このＭ２の深さの位置の水素量をＨ２とした。尚、Ｈ１及びＨ２の値は、測定によるバラツキをなくすために、Ｍ１及びＭ２の位置から深さ方向へ±５０ｎｍの範囲の水素量の平均で、それぞれ求めている。又、本実施形態では固体潤滑剤中の金属成分の濃度が最大値となる深さの位置の金属成分の濃度をＭ１としたが、固体潤滑剤中の最大原子量の元素成分の濃度が最大値となる深さの位置の元素成分の濃度をＭ１としても良い。
【００４０】
【表２】
【００４１】
又、各試料について、起動摩擦係数測定試験を行った。この試験条件を表３に示し、その結果を表１に示す。尚、比較例５の起動摩擦係数を０．１１０として、他の試料の起動摩擦抵抗を相対的に算出している。
【００４２】
【表３】
【００４３】
更に、各試料について、被着層２２の平均の厚さ、試料に対して所定時間の摺動を行ったときの平均の摩耗量及び酸化部５の深さの平均の測定の結果を表１に示す。試料に対して所定時間の摺動を行ったときの平均の摩耗量は、起動摩擦係数測定試験を５時間行って摩耗した平均の量、言い換えると摩耗した被着層２２及び基材１の平均深さの和を表している。試料に対して所定時間の摺動を行ったときの酸化部５の深さの平均は、起動摩擦係数測定試験を５時間行って形成された酸化部５の深さ寸法の平均を表している。この深さ寸法は、基材１の摺動受け面７からの寸法である。
【００４４】
この被着層２２の平均の厚さ、平均の摩耗量、酸化部５の深さの平均は、各試料の被着層２２の断面を顕微鏡により撮影し、その撮影画像から厚さ、深さの寸法を求めた。平均の摩耗量は、起動摩擦係数測定試験前後の被着層２２及び基材１の深さを６箇所、マイクロメータで測定し、その平均を求めて得た。
【００４５】
次に、上記試験の結果について解析する。
実施例１〜５及び比較例１〜４，６，７と、比較例５との比較から、被着層２２が設けられる試料は、摩擦係数が低減されることが理解される。そして、実施例１〜５と、比較例６，７との比較から、実施例１〜５のようにＨ１／Ｈ２が５以下である場合に、より低い摩擦係数が得られることが理解される。これは、基材１の摺動受け面７上に残留する被着層２２の低フリクション性の効果であると考えられる。
【００４６】
実施例１〜５と、比較例１〜４との比較から、実施例１〜５のようにＨ１／Ｈ２が１より大きい場合に、酸化部５の深さ寸法は大きく、摩耗量は小さいことが理解される。これは、実施例１〜５では基材１の摺動受け面７上に潤滑剤無存在領域４が形成され、基材１に硬い酸化部５が形成されたことにより、耐摩耗性が向上したためと考えられる。
【００４７】
実施例１〜５と、比較例１〜４との比較から、酸化部５の深さ寸法が０．０１μｍ以上であるときに、摩耗量が低減されていることが理解される。これは、酸化部５の深さ寸法が０．０１μｍ以上であるときに摺動部材３の摺動受け面７上に耐摩耗性を向上させるのに必要な量の酸化部５が存在したためと考えられる。又、実施例１〜５と、比較例５〜７との比較から、酸化部５の深さ寸法が０．７μｍ以下であるときに低い摩擦係数が得られていることが理解される。これは、酸化部５の深さ寸法が０．７μｍ以下であるときに低フリクション性を発揮するのに必要な量の被着層２２が存在していたためと考えられる。又、非酸化部６が適度に存在することにより、非酸化部６に凹部が形成され、この凹部に潤滑油が保油されたことにより、低フリクション性が得られたためと考えられる。又、非酸化部６が存在することにより、なじみ性も良好になると考えられる。
【００４８】
尚、比較例５では、被着層２２が存在しないため、基材１が相手材に凝着しながら摩耗する凝着摩耗が生じやすい。凝着摩耗は、摩耗粉が大きいため、摩耗量が多い。そして、試験時間が経過するにつれて基材１の摺動受け面７が酸化され硬化し、摩耗量は低下していく。しかし、比較例５は、試験直後の摩耗量が大きいので、実施例１〜５に比べて摩耗量は多い。
【００４９】
比較例６，７は、実施例１〜５よりもＨ１／Ｈ２が大きいので、実施例１〜５よりも多くの水素が被着層に含有されている。この比較例６，７の被着層に相手材が摺接すると、実施例１〜５よりも早期に被着層は摩耗して基材１が露出する。このとき、比較例６，７の基材１上には、まだ適切ななじみが生ずる前に固体潤滑剤がなくなることがあり、基材１の露出部分は摩擦熱により硬くなることがある。適切ななじみが生じておらず且つ硬くなった基材１に相手材が摺接すると、基材１は激しく摩耗を起こして、基材１から大きな摩耗粉が生じやすく、その結果、比較例６，７は、摩耗量が多くなる。
【００５０】
実施例１〜５と、比較例３，４，７との比較から、被着層２２の膜厚が２μｍ以下であると、摩耗量を低減することができることが理解される。これは、被着層２２が剥離し難いためであると考えられる。又、実施例１と、比較例５との比較から、被着層２２を有することにより、被着層２２が固体潤滑剤の効果を発揮する。特に、被着層０．０５μｍ以上であるときに、被着層２２が固体潤滑剤の効果を発揮する。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１は基材、２は固体潤滑剤、２Ａは多水素含有固体潤滑剤、２Ｂは少水素含有固体潤滑剤、２Ｃは混合固体潤滑剤、３は摺動部材、４は潤滑剤無存在領域、５は酸化部、６は非酸化部、２２は被着層を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が前記基材の前記摺動受け面上に付着されて、形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、前記基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、
１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が前記基材の前記摺動受け面上に付着されて、形成されており、
前記被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、前記基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、
１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たす摺動部材。
【請求項４】
摺動後の前記基材の前記摺動受け面には、前記被着層が存在しない潤滑剤無存在領域があり、
前記潤滑剤無存在領域から前記基材内部方向に、前記基材が酸化された酸化部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記酸化部の深さ寸法は、前記基材の表面から０．０１〜０．７μｍであることを特徴とする請求項４記載の摺動部材。
【請求項６】
前記被着層の膜厚は、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が前記基材の前記摺動受け面上に付着されて、形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、前記基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、
１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たすことを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
基材の摺動受け面上に被着層を被着した摺動部材において、
前記被着層は、水素を多く含有する多水素含有固体潤滑剤とこの多水素含有固体潤滑剤よりも水素の含有量が少ない少水素含有固体潤滑剤の少なくとも２種類の固体潤滑剤を混合した混合固体潤滑剤が前記基材の前記摺動受け面上に付着されて、形成されており、
前記被着層中の単位量当たりの平均水素量をＨ１とし、前記基材中の単位量当たりの平均水素量をＨ２とした場合、
１＜Ｈ１／Ｈ２≦５の関係を満たす摺動部材。
【請求項４】
摺動後の前記基材の前記摺動受け面には、前記被着層が存在しない潤滑剤無存在領域があり、
前記潤滑剤無存在領域から前記基材内部方向に、前記基材が酸化された酸化部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記酸化部の深さ寸法は、前記基材の表面から０．０１〜０．７μｍであることを特徴とする請求項４記載の摺動部材。
【請求項６】
前記被着層の膜厚は、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６４０６９（Ｐ２０１０−１６４０６９Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４５２６（Ｐ２００９−４５２６）
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【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２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【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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