JP2015152015A

JP2015152015A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2015152015A
Application number: JP2014023238A
Authority: JP
Inventors: 茂稲見; Shigeru Inami; コリンマカリース; Colin MCALEESE; 耕治図師; Koji Zushi
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP6200343B2

Abstract

【課題】基材上にＤＬＣ層を備えるものにあって、境界潤滑域での摩擦係数の低減を図り、混合潤滑域、流体潤滑域における油膜形成状態においても摩擦係数を低減する。
【解決手段】摺動部材１１は、基材１２上に、摺動層１３を備えている。摺動層１３を、表面の軟質な樹脂コーティング層１４と、その下面側の硬質なＤＬＣ層１５とから構成する。ＤＬＣ層１５の厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値を、１．０を超え、５．０以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材の表面側に複数層からなる摺動層を有する摺動部材に関する。

例えば自動車のエンジン等に用いられるすべり軸受等の摺動部材にあっては、裏金層上に設けられた例えば銅合金等の軸受合金層（基材）上に、ダイヤモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」とも略す）層を設けることにより、耐摩耗性の向上を図ることが考えられている。例えば、特許文献１では、ライニング材（基材）の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成したすべり軸受にあって、ライニング材の表面をＤＬＣからなる硬質皮膜層で覆うようにした構成が開示されている。

このとき、最表面にＤＬＣ層を配置したものでは、ＤＬＣ層が硬い（硬度がＨＶ１０００〜４０００）ため、相手部材（軸）との初期なじみ性に劣るものとなる。そこで、上記特許文献１においては、ＤＬＣからなる硬質皮膜層上に、それよりも硬度が小さいオーバレイ層を設けることも考えられている（図２参照）。このオーバレイ層は、例えば銅、錫、アルミニウム等のメッキにより形成され、硬度がＨＶ８〜１２とされている。

特開２００１−１６５１６７号公報

上記のように、基材上にＤＬＣ層を設けた摺動部材（軸受）にあっては、従来のエンジン環境にあっては、比較的良好に機能し、損傷なく使用することができていた。ところが、エンジンの更なる高性能化、高機能化が進められると、特に、ハイブリッド車のように、エンジンの起動、停止を頻繁に繰返す環境下では、摺動部材にとってはより過酷な状況に曝されることになり、摺動部材における摩擦特性のより一層の向上が求められる。そのためには、境界潤滑域での摩擦係数の低減と共に、混合潤滑域、流体潤滑域における油膜形成状態においても摩擦係数を低減させることが重要となる。

この場合、上記特許文献１のように、ＤＬＣ層上に金属製の軟質なオーバレイ層を設けたものでは、最表面をＤＬＣ層としたものに比べて、境界潤滑域における摩擦係数の一定の低減を図ることができる。しかし、混合潤滑域、流体潤滑域での摩擦係数を低減するには不十分であった。そこで、本発明者等は、上記金属オーバレイ層に代えて、ＤＬＣ層上に、固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティングを施すことを試みた。ところが、ＤＬＣ層上に樹脂コーティング層を設ける場合には、十分な接合性が得られず、樹脂コーティング層が容易に剥れてしまう問題点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上にＤＬＣ層を備えるものにあって、境界潤滑域での摩擦係数の低減を図ると共に、混合潤滑域、流体潤滑域における油膜形成状態においても摩擦係数を低減させることができる摺動部材を提供することにある。

従来では、摺動部材にあっては、耐焼付性の観点から、最表面に熱伝導性の比較的高いものを設けることが常識であり、最表面にあえて熱伝導性の低い層を設けることは考えられなかった。このような状況の中で、本発明者等は、基材上にＤＬＣ層を備える摺動部材にあって、摩擦特性の向上を図るべく、鋭意研究を重ねた。その結果、ＤＬＣ層の表面部に、樹脂コーティング層を設ける積層構造とすることにより、境界潤滑域だけでなく、混合潤滑域、流体潤滑域における油膜形成状態においても摩擦係数を低減させることができることを確認した。

更に、本発明者等は、ＤＬＣ層と樹脂コーティング層との界面部における水素強度を制御することにより、ＤＬＣ層と樹脂コーティング層との接合性を飛躍的に高めることができることを見出し、本発明を成し遂げたのである。尚、本発明における「水素強度」とは、周知のＧＤ−ＯＥＳ（グロー放電発光分析法）により測定される、膜の深さ方向に分布する水素量（水素原子濃度）を示す値（単位：Ｖ）である。また、本発明における「硬さ」は、周知のナノインデンターにより求められる数値（単位：ＧＰａ）である。

即ち、本発明の摺動部材は、基材の表面側に、複数層からなる摺動層を有する摺動部材であって、前記摺動層は、最表面に樹脂コーティング層を備えると共に、前記樹脂コーティング層の直下にダイヤモンドライクカーボン層を備え、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、その全体の厚さ寸法Ｔに対し、表面側の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の、厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する比の値が、１．０を超え、５．０以下であるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、摺動層の最表面に軟質な樹脂コーティング層を有し、その樹脂コーティング層が硬いＤＬＣ層上に存在することにより、境界潤滑域（摺動層と相手部材（軸）との間の油膜が極めて薄く、相手部材との直接接触が頻繁となる状態）において、相手部材との間での適度な初期なじみ性を得ることができ、摩擦係数を大幅に低減することができる。しかも、樹脂コーティング層は、金属等と比べて熱伝導性が低いため、使用時の摺動による摩擦熱により摺動層の温度がより上昇することになり、その結果、摺動面の潤滑油（オイル）の粘度低下によるせん断抵抗の低下を図ることができる。更には、樹脂コーティング層が摩耗してＤＬＣ層が露出した場合には、ＤＬＣ層の表面において、摩擦熱によるグラファイト化が図られることにより、摩擦特性の向上を図ることができる。これらにより、混合潤滑域（摺動層と相手部材との間に薄い油膜が形成され、相手部材との直接接触も起こっている状態）、及び、流体潤滑域（摺動面に油膜が形成された状態）における摩擦係数も低減させることができる。

ここで、ＤＬＣ層上に樹脂コーティング層を設ける場合には、そのままでは、十分な接合性が得られない事情があった。これに対し、本発明者等は、ＤＬＣ層の水素量に着目し、ＤＬＣ層の表面側の水素量度を、厚さ方向全体の平均的な水素量よりも多くすることにより、ＤＬＣ層と樹脂コーティング層との接合性を十分に高めることができることを確認した。これは、ＤＬＣ層のｓｐ２及びｓｐ３構造が、接合性の改善に影響しているものと推測される。

本発明においては、ＤＬＣ層における全体の厚さ寸法Ｔに対し、ＤＬＣ層における表面側の、樹脂コーティング層との界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の、厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する比の値が、１．０を超え、５．０以下であることが必要となる。好ましくは、その比の値が１．１以上、４．０以下である。更により好ましくは、１．５以上、３．０以下である。これに対し、比の値が、１．０以下である場合には、十分な接合性が得られず、他方、比の値が、５．０を超える場合でも、接合性の効果に劣るものとなっていた。尚、ＤＬＣ層の表面部における水素強度を高めるための手法としては、成膜されたＤＬＣ層の表面に水素ガスを吹付ける等の水素ガス雰囲気に晒すこと等により、実施することができる。

本発明の樹脂コーティング層は、ベース樹脂として、例えばＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂、ＰＡ（ポリアミド）樹脂等、それらの複合物を用いることができる。この場合、樹脂コーティング層には、ベース樹脂に加え、例えば、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、グラファイト、ＢＮ等の固体潤滑剤を含むものとすることができる。更には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｉＣ等の硬質粒子を含ませても良い。尚、この樹脂コーティング層の硬さＳは、例えば、０．１〜１．０ＧＰａとすることができる。また、樹脂コーティング層の厚さ寸法ｔとしては、例えば、０．５〜１０．０μｍとすることができる。

本発明のＤＬＣ層は、ダイヤモンド及びグラファイト構造からなる非晶質体を主構成として形成されている層である。具体的には、金属含有ＤＬＣ、弗素含有ＤＬＣ、水素含有ＤＬＣ、水素非含有ＤＬＣ等の各種のＤＬＣを採用することができる。また、このＤＬＣ層は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＰＶＤ法（物理気相成長法）などによって、基材上に形成することができる。成膜条件（出力、ガス条件）を調整することにより、ＤＬＣ層の硬さや膜厚等を制御することができる。尚、このＤＬＣ層の硬さＨは、例えば５．０〜６０ＧＰａとすることができる。また、ＤＬＣ層の厚さ寸法Ｔとしては、例えば、１．０〜５．０μｍとすることができる。

本発明における基材とは、摺動層を設けるための構成物のことである。例えば、裏金層上に軸受合金層を設けたものを基材として、その軸受合金層上に摺動層を設けることができる。またその際に、軸受合金層とＤＬＣ層との間に、各種の中間層を設けることもできる。前記軸受合金層としては、Ａｌ基、Ｃｕ基等を採用することができる。

本発明においては、前記ダイヤモンドライクカーボン層の硬さＨが、５．０〜６０ＧＰａであり、前記樹脂コーティング層の硬さＳが、０．１〜１．０ＧＰａであると共に、それらの硬さが、１０≦Ｈ／Ｓ≦２００の関係式を満たし、且つ、前記樹脂コーティング層の厚さ寸法ｔ（μｍ）が、０．５≦Ｓ×ｔ≦３．０の関係式を満たすように構成することができる（請求項２の発明）。

本発明者等の研究によれば、上記請求項１の構成に加えて、ＤＬＣ層の硬さＨ、樹脂コーティング層の硬さＳ、樹脂コーティング層の厚さ寸法ｔを、上記関係式を満たすようにすることにより、摩擦特性の向上の効果を、より一層高めることができることが確認された。樹脂コーティング層の硬さＳが小さいと、境界潤滑域での摩耗が大きくなって、混合潤滑域への遷移が遅くなる傾向となる。他方、硬さＳが大きいと、初期の摩耗が小さくなって、境界潤滑域での摩擦係数が大きくなる傾向にある。ＤＬＣ層の硬さＨ及び樹脂コーティング層の硬さＳを上記範囲として上記関係式を満たせば、適度に摩耗して初期のなじみが得られると共に、オイルを引込みやすく早期に混合潤滑域に移行することができる。またこのとき、樹脂コーティング層が比較的軟らかい場合には、摩耗量も大きくなるので、厚さを大きくし、樹脂コーティング層が比較的硬い場合には、厚さを小さくすることがより望ましい。

本発明においては、前記樹脂コーティング層が、ベース樹脂に固体潤滑剤及び／又は硬質粒子を含んで構成されていると共に、前記ベース樹脂の割合が、３０〜７５ｖｏｌ％であることがより好ましい（請求項３の発明）。ベース樹脂の割合を、３０〜７５ｖｏｌ％とすることにより、なじみ層としての耐久性を長期にわたって維持することができて油膜形成に有利となると共に、適度に摩耗し、早期に混合潤滑域に移行して摩擦係数を低減させることができ、より効果的となる。４０〜６５ｖｏｌ％がより好ましい。

さらには、前記樹脂コーティング層を構成するベース樹脂の熱伝導率を、０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすることが望ましい（請求項４の発明）。これにより、摺動部材の温度上昇を図ることができ、オイル粘度の低下及びＤＬＣ層表面のグラファイト化を適度に促進することができる。０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより望ましい。ベース樹脂の分子構造を調整、例えばＰＡＩに含まれるアミド基やイミド基のような基の含有率を調整して、分子の配向状態を変化させて熱伝導率を制御するのが良い。

本発明においては、前記基材の表面とは反対側の面に、裏面側樹脂層を設けるようにしても良い（請求項５の発明）。これによれば、摺動層とは反対側の面からの放熱も抑制することができ、摺動部材の保温性を上げてより一層の温度上昇を図ることができる。２〜１０μｍの厚さが好ましい。尚、この裏面側樹脂層は樹脂のみからなる層であっても良い。また、基材の表面とは反対側の面である裏面のうち、全体でなく部分的に裏面側樹脂層を設けるようにしても、一定の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態を示すもので、摺動部材の構造を模式的に示す断面図接合性試験の方法を説明するための図本発明の他の実施形態における図１相当図

以下、本発明を、例えば自動車のエンジンのクランクシャフト用のすべり軸受に適用した実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。後に掲載する表１、表２に示すように、実施例１〜２０は、本実施形態に係る摺動部材（すべり軸受）であり、特許請求の範囲の請求項１に記載された構成を備えている。そのうち実施例７〜２０の摺動部材は、更に請求項２に記載された通りの構成を備えている。また、実施例１５〜２０の摺動部材は、更に請求項３に記載された通りの構成を備えている。そして、実施例１８〜２０の摺動部材は、更に請求項４に記載された通りの構成を備えている。

図１は、本実施形態に係る摺動部材（すべり軸受）１１の構成を概略的に示している。この摺動部材１１は、基材１２の表面（上面）側（矢印Ｕ）に、複数層からなる摺動層１３を備えている。本実施形態では、前記摺動層１３は、図示しないクランクシャフト等の相手部材が摺動する表面側（最表面）に樹脂コーティング層１４を備えると共に、その樹脂コーティング層１４の直下にＤＬＣ層１５を備えた二層構造とされている。

尚、詳しく図示はしていないが、前記基材１２は、例えば鋼からなる裏金層と、その裏金層の上面（摺動面側）に設けられたＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等からなる軸受合金層とを備えている。また、上記基材１２（軸受合金層）とＤＬＣ層１５との間に、各種の中間層を設けるようにしても良い。

本実施形態において、前記樹脂コーティング層１４は、ベース樹脂としてＰＡＩ樹脂を用い、そのベース樹脂に加え、例えば、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、グラファイト、ＢＮ等の固体潤滑剤が含まれている（実施例１４を除く）。例えば、実施例１６では、ＭｏＳ_２を４０ｖｏｌ％、グラファイトを１０ｖｏｌ％含ませた。必要に応じて、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、ＴｉＯ_２等の硬質粒子を１〜２０ｖｏｌ％程度含ませても良い。表１、２に明記されているように、この樹脂コーティング層１４の厚さ寸法ｔは、０．５〜１０μｍとされている。そして、樹脂コーティング層１４の硬さＳは、０．１〜１．０ＧＰａとされている。

前記ＤＬＣ層１５は、具体的には、金属含有ＤＬＣ、弗素含有ＤＬＣ、水素含有ＤＬＣ、水素非含有ＤＬＣが採用されている。なお、後述する表１，２では、夫々Ｍｅ、Ｆ、Ｈ、Ｈフリーと記す。このＤＬＣ層１５の厚さ寸法Ｔは、例えば、０．５〜１０μｍとされている。また、このＤＬＣ層１５の硬さＨは、５．０〜６０ＧＰａとされている。そして、実施例１〜２０のＤＬＣ層１５は、厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側の、０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値が、１．１〜５．０となっている。一方、比較例１では０．９、比較例２，３では６．０となっていた。

本実施形態では、表２に示したように、実施例７〜２０の摺動部材１１は、ＤＬＣ層１５の硬さＨと、樹脂コーティング層１４の硬さＳとが、１０≦Ｈ／Ｓ≦２００の関係式を満たす、言い換えると、（Ｈ／Ｓ）の値が１０以上、２００以下となるように構成されている。しかも、実施例７〜２０の摺動部材１１は、樹脂コーティング層１４の硬さＳと厚さ寸法ｔ（μｍ）との積が、０．５≦Ｓ×ｔ≦３．０の関係式を満たすように構成されている。尚、実施例１〜６の摺動部材１１は、それらの関係式から外れており、（Ｈ／Ｓ）の値が、２１０又は８とされ、Ｓ×ｔの値が、０．４又は４とされている。

また、表２に示したように、実施例１５〜２０の摺動部材１１は、樹脂コーティング層１４のベース樹脂の割合が、３０〜７０ｖｏｌ％とされている。実施例１〜１４の摺動部材１１は、樹脂コーティング層１４のベース樹脂の割合がその範囲から外れており、２０ｖｏｌ％又は８０ｖｏｌ％（実施例１〜１２）、更には、１０ｖｏｌ％（実施例１３）、１００ｖｏｌ％（実施例１４）とされている。

さらには、表２に示したように、実施例１８〜２０の摺動部材１１は、樹脂コーティング層１４を構成するベース樹脂の熱伝導率が、０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とされている。実施例１〜１７の摺動部材１１は、樹脂コーティング層１４を構成するベース樹脂の熱伝導率が、０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とやや大きくされている。

上記した摺動部材１１は、例えば次の手順で製造される。即ち、まず、鋼からなる裏金層上に、Ｃｕ基又はＡｌ基の軸受合金層をライニングすることにより、いわゆるバイメタルからなる基材１２が形成される。この基材１２は、半円筒状又は円筒状に成形される。成形された基材１２は、軸受合金層の表面に、例えばボーリング加工又はブローチ加工等の表面仕上げが施される。

次に、前記基材１２（軸受合金層）上に、プラズマＣＶＤ法又はＰＶＤ法によって、ＤＬＣ層１５を形成する。このとき、成膜条件（出力、ガス条件）を調整することにより、ＤＬＣ層１５の硬さＨ、膜厚Ｔを制御することができる。そして、成膜されたＤＬＣ層１５の表面に対し、例えば水の電気分解により得られた水素ガスを吹付けることにより、ＤＬＣ層１５の表面部（表面側（矢印Ｕ）の、０．０５Ｔの厚さ範囲）における水素量を高めるようにする。この後、ＤＬＣ層１５上に、樹脂コーティング層１４を形成する。具体的には、ベース樹脂と固体潤滑剤（及び硬質粒子）とを混合すると共に、有機溶剤を添加して塗液状とし、ＤＬＣ層１５上の塗布した後、乾燥、焼成することにより、樹脂コーティング層１４を得ることができる。

さて、本発明者等は実施形態の摺動部材１１について、ＤＬＣ層１５に対する樹脂コーティング層１４の接合性を調べる試験を行った。試験を行うにあたっては、表１、２に示すように、本発明を具体化した実施例１〜２０、及び、比較のための比較例１〜３の２３種類の試験片（例えば直径４６ｍｍの円板）を作製した。なお、表１、２ではＣｕ合金軸受合金層を用いた。表１、２には、実施例１〜２０及び比較例１〜３の構成、即ち、樹脂コーティング層１４の厚さ寸法ｔ、硬さＳ、並びに、ＤＬＣ層１５の種類、厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度、表面側の０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度、それら平均水素強度の比の値、硬さＨ等を、試験結果と共に示している。なお、硬さＨは、樹脂コーティング層を形成する前のＤＬＣ層の表面側の面で、それぞれの試験片において１０点ずつ測定したものの平均値を用いた。

上記したように、実施例１〜２０では、樹脂コーティング層１４の厚さ寸法ｔは、０．５〜１０．０μｍとされ、硬さＳは、０．１〜１．０ＧＰａとされている。ＤＬＣ層１５の硬さＨは、５．０〜６０ＧＰａとされている。そして、ＤＬＣ層１５の厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側（矢印Ｕ）の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値が、１．０を超え、５．０以下となっている。

これに対し、比較例１〜３では、樹脂コーティング層１１４（比較例３ではＳｎめっき層２１４）の厚さ寸法ｔ、硬さＳ、ＤＬＣ層１１５の硬さＨは、実施例１、２等と同等とされているのであるが、ＤＬＣ層１１５の厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側（矢印Ｕ）の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値が、比較例１では、１．０以下である０．９とされ、比較例２、３では、５．０を超える６．０とされている。

尚、実施例１〜２０に関しては、樹脂コーティング層１４の硬さＳと厚さ寸法ｔ（μｍ）との積（Ｓ×ｔ）の値、ＤＬＣ層１５の硬さＨと樹脂コーティング層１４の硬さＳとの比の値（Ｈ／Ｓ）の値、樹脂コーティング層１４中のベース樹脂の割合（ｖｏｌ％）、樹脂コーティング層１４を構成するベース樹脂の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））についても、併せて示している。

ＤＬＣ層１５に対する樹脂コーティング層１４の接合性の試験は、次のようにして行われる。即ち、図２に示すように、試験片の表面（樹脂コーティング層１４の上面）に評価用の治具１６をエポキシ接着剤１７により固定する。そして、引張試験機により治具１６を引張り、試験片から樹脂コーティング層１４を剥離させる。このとき、樹脂コーティング層１４内での剥離（破断）が行われている場合は、接合性が良好であると評価（判定）される。これに対し、ＤＬＣ層１５との界面で剥離している場合は、接合性が不良であると評価される。表１には、試験結果として、接合性が良好であれば「○」、不良である場合は「×」で示している。樹脂コーティング層１１４、Ｓｎめっき層２１４を用いたものにも同様に試験を行った。

更に、接合性が良好であった上記実施例１〜２０及び比較例３の試料に関しては、境界潤滑域での摩擦係数、低摩擦係数を得られた実施例１〜２０の試料に関しては、混合潤滑域への移行早さを調べるための周知のボールオンディスク試験を行った。詳しい説明は省略するが、このボールオンディスク試験では、垂直軸を中心に回転する試験片に対し、その上面外周部に同一位置で転動する鋼球を例えば荷重１Ｎで載置し、それらの相対速度を一定（例えば５００ｍｍ／ｓ）に保ったまま、速度を可変させ、鋼球と試験片との間にあるオイル（例えばＳＡＥ♯１０）が引込まれる速度を変化させて各引込み速度における摩擦係数を測定した。試験結果は、次の表２に示す通りであり、ここでは、境界潤滑域での摩擦係数μｂ、及び、摩擦係数μｂの低下が開始する（μｂが０．０１低下する）引込み速度Ｖｍを記載している。

この試験結果から明らかなように、ＤＬＣ層１５上に樹脂コーティング層１４を有すると共に、ＤＬＣ層１５の厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側（矢印Ｕ）の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値を、１．０を超え、５．０以下とした実施例１〜２０の摺動部材１１は、いずれも、樹脂コーティング層１４との接合性が良好であった。これに対し、ＤＬＣ層１５の厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する、表面側（矢印Ｕ）の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の比の値が、１．０以下である比較例１では、十分な接合性が得られず、他方、比の値が、５．０を超える比較例２でも、接合性の効果に劣るものとなっていた。

そして、実施例１〜２０の摺動部材１１にあっては、境界潤滑域での摩擦係数μｂが比較的小さく、且つ、摩擦係数μｂの低下が開始する引込み速度Ｖｍが比較的小さく、早期に混合潤滑域（ひいては流体潤滑域）に移行するものとなった。これは、摺動層１３の最表面に軟質な樹脂コーティング層１４を有し、その樹脂コーティング層１４が硬いＤＬＣ層１５上に存在することにより、境界潤滑域において、相手部材との間での適度な初期なじみ性を得ることができ、摩擦係数を大幅に低減することができたものと考えられる。しかも、樹脂コーティング層１４は、金属等と比べて熱伝導性が低いため、使用時の摺動による摩擦熱により摺動層１３の温度がより上昇することになり、その結果、摺動面の潤滑油（オイル）の粘度低下によるせん断抵抗の低下を図ることができる。更には、樹脂コーティング層１４が摩耗してＤＬＣ層１５が露出した場合には、ＤＬＣ層１５の表面において、摩擦熱によるグラファイト化が図られることにより、摩擦係数の低減を図ることができる。これらにより、境界潤滑域に加えて、混合潤滑域、及び、流体潤滑域における摩擦係数も低減させることができるのである。

そして、実施例の中を見てみると、ＤＬＣ層１５の硬さＨと、樹脂コーティング層１４の硬さＳとが、１０Ｓ≦Ｈ≦２００Ｓの関係式を満たし（（Ｈ／Ｓ）の値が１０以上、２００以下）、且つ、樹脂コーティング層１４の硬さＳと厚さ寸法ｔ（μｍ）との積が、０．５≦Ｓ×ｔ≦３．０の関係式を満たす実施例７〜２０の摺動部材１１は、それらの関係式から外れている実施例１〜６の摺動部材１１に比べて、摩擦係数μｂ及び引込み速度Ｖｍについて、より優れた傾向にあった。

これは、樹脂コーティング層１４の硬さＳが小さいと、境界潤滑域での摩耗が大きくなって、混合潤滑域への遷移が遅くなる傾向となり、他方、硬さＳが大きいと、初期摩耗が小さくなって、境界潤滑域での摩擦係数が大きくなる傾向にあると考えられる。ＤＬＣ層１５の硬さＨ及び樹脂コーティング層１４の硬さＳを上記範囲として上記関係式を満足させれば、適度に摩耗して初期のなじみが得られると共に、オイルを引込みやすく早期に混合潤滑域に移行することができる。またこのとき、樹脂コーティング層１４が比較的軟らかい場合には、摩耗量も大きくなるので、厚さｔを大きくし、樹脂コーティング層１４が比較的硬い場合には、厚さｔを小さくすることが望ましいことも分かった。

また、樹脂コーティング層１４のベース樹脂の割合を、３０〜７５ｖｏｌ％の範囲とした実施例１５〜２０の摺動部材１１は、その範囲からは外れている実施例１〜１４の摺動部材１１と比べて、摩擦係数μｂ及び引込み速度Ｖｍについて、より良好な結果が得られた。これは、樹脂コーティング層１４のベース樹脂の割合を、３０〜７５ｖｏｌ％とすることにより、なじみ層としての耐久性を長期にわたって維持することができて油膜形成に有利となると共に、適度に摩耗し、早期に混合潤滑域に移行して摩擦係数を低減させることができたものと考えられる。

さらには、樹脂コーティング層１４を構成するベース樹脂の熱伝導率を、０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした実施例１８〜２０の摺動部材１１は、熱伝導率が比較的高い実施例１〜１７の摺動部材１１と比べて、摩擦係数μｂ及び引込み速度Ｖｍについて、より一層優れた結果が得られている。これは、熱伝導率がより低いベース樹脂を採用することにより、より一層の摺動部材１１の温度上昇を図ることができ、オイル粘度の低下及びＤＬＣ層１５表面のグラファイト化を適度に促進することができるものと考えられる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る摺動部材２１の断面構成を模式的に示している。この実施形態に係る摺動部材２１が、上記した実施形態の摺動部材１１と異なるところは、前記基材１２の摺動層１３とは反対側の面に、裏面側樹脂層２２を設けた点にある。この裏面側樹脂層２２は、例えばＰＡＩ樹脂やＰＡ樹脂やそれらの複合物のみから構成されている。このような構成によれば、基材１２の表面側（矢印Ｕ）とは反対側の面からの放熱も抑制することができ、摺動部材２１の保温性を上げてより一層の温度上昇ひいてはオイルの粘度低下を図ることができる。尚、軸受合金層の材質としてＡｌ基を採用した場合も同様の試験結果を得た。

その他、本発明の摺動部材は、上記した各実施形態（各実施例）に限定されるものではなく、例えば、裏金層や軸受合金層の材質や厚さ寸法、ＤＬＣ層や樹脂コーティング層の形成方法等についても、様々な変更が可能である。また、各成分には不可避的不純物が含まれ得る。更には、摺動部材は、自動車のエンジン用のすべり軸受に限らず、様々な用途に使用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１１、２１は摺動部材、１２は基材、１３は摺動層、１４は樹脂コーティング層、１５はダイヤモンドライクカーボン層、２２は裏面側樹脂層を示す。

Claims

基材の表面側に、複数層からなる摺動層を有する摺動部材であって、
前記摺動層は、最表面に樹脂コーティング層を備えると共に、前記樹脂コーティング層の直下にダイヤモンドライクカーボン層を備え、
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、その全体の厚さ寸法Ｔに対し、表面側の界面から０．０５Ｔの厚さ範囲における平均水素強度の、厚さ寸法Ｔ全体の平均水素強度に対する比の値が、１．０を超え、５．０以下であることを特徴とする摺動部材。
前記ダイヤモンドライクカーボン層の硬さＨが、５．０〜６０ＧＰａであり、前記樹脂コーティング層の硬さＳが、０．１〜１．０ＧＰａであると共に、
それらの硬さが、１０≦Ｈ／Ｓ≦２００の関係式を満たし、
且つ、前記樹脂コーティング層の厚さ寸法ｔ（μｍ）が、０．５≦Ｓ×ｔ≦３．０の関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
前記樹脂コーティング層は、ベース樹脂に固体潤滑剤及び／又は硬質粒子を含んで構成され、前記ベース樹脂の割合が、３０〜７５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１または２記載の摺動部材。
前記樹脂コーティング層を構成するベース樹脂の熱伝導率が、０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材。
前記基材の表面とは反対側の面に、裏面側樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の摺動部材。