專利名稱：滑動構(gòu)件和生產(chǎn)滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種滑動構(gòu)件和一種生產(chǎn)滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法，所述滑動構(gòu)件具有滑動表面，在所述滑動表面中形成有微凹部。更加具體地，本發(fā)明涉及一種在潤滑狀態(tài)下具有提高的可滑動性的滑動構(gòu)件和生產(chǎn)所述滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
通常，在車輛等的諸如發(fā)動機和變速器的多種裝置中使用滑動構(gòu)件。使用具有卓越耐磨性、低摩擦性能和高抗卡止性能的滑動構(gòu)件不僅確保車輛的安全性，而且還減少了車輛的二氧化碳的排放，以保護全球環(huán)境。因此，正在進行的多種摩擦學研究通過改進滑動構(gòu)件的表面的諸如幾何形狀和粗糙度的表面結(jié)構(gòu)或者在滑動構(gòu)件的表面上提供具有卓越耐磨性和低摩擦性能的膜來改進滑動狀態(tài)下的滑動性能。作為改進表面結(jié)構(gòu)的技術(shù)，已經(jīng)提出了這樣一種滑動構(gòu)件，所述滑動構(gòu)件具有這樣的滑動表面，在所述滑動表面中，通過噴砂處理或者噴丸處理和隨后的研磨或滾筒拋光形成凹狀凹陷(微凹部)。另外，在滑動構(gòu)件中微凹部的開口與整個滑動表面的面積比為5%至60% (例如，參照日本專利N0.4332977)。作為另一種技術(shù)，提出了這樣一種滑動構(gòu)件，所述滑動構(gòu)件具有多個規(guī)則布置的細小凹陷部(微凹部)，這些細小凹陷部通過激光輻射在滑動表面中形成，當滑動構(gòu)件處于滑動運動時潤滑油潤滑所述滑動表面。微凹部的開口面積為10至100平方并且最大深度為0.1 μ m至I μ m，并且微凹部的開口的總面積與整個滑動表面的比為5%至30% (例如參照日本專利申請公報 N0.2003-184883 (JP-A-2003-184883))。根據(jù)上述滑動構(gòu)件，能夠減小滑動構(gòu)件的摩擦系數(shù)并且能夠提高滑動構(gòu)件的耐磨性，原因在于滑動構(gòu)件能夠?qū)⒃诨瑒舆\動時供應到滑動表面上的潤滑油保存在微凹部(凹陷部)中。然而，日本專利N0.4332977中公開的滑動構(gòu)件的微凹部的布置沒有規(guī)則性，原因在于，所述微凹部通過噴砂處理或噴丸處理形成。因此，即使增大了微凹部的面積比，滑動表面中的微凹部的密度在不同的位置處也可能有所不同。結(jié)果，因為潤滑油保存在作為摩擦界面的滑動表面中的位置不規(guī)則地布置，所以可能發(fā)生局部卡止。鑒于這些觀點，認為優(yōu)選的是如在JP-A-2003-184883中公開的滑動構(gòu)件中那樣規(guī)則地設置多個微凹部(細小凹陷部)。然而，在JP-A-2003-184883中公開的滑動構(gòu)件的情況下，微凹部的開口的總面積比小到5%至30%，因此能夠保存在摩擦界面或者滑動表面中的潤滑油的量太少而無法提高抗卡止性能。另外，微凹部大體是圓形的，但是從生產(chǎn)的觀點來看，難以更加密集地布置微凹部。在JP-A-2003-184883中公開的生產(chǎn)方法中，因為通過激光輻射形成微凹部，所以在處理工件的同時使激光發(fā)射器或工件每次移動預定距離。因此，不能同時形成多個微凹部，因此，滑動構(gòu)件的生產(chǎn)需要更長的時間和較高的成本。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題做出本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的在于提供一種滑動構(gòu)件和一種生產(chǎn)滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法，所述滑動構(gòu)件在被潤滑油潤滑時具有改進的抗卡止性能，并且通過所述生產(chǎn)方法，能夠以較低的成本和更短的時間生產(chǎn)滑動構(gòu)件。本發(fā)明人進行了認真研究以解決上述問題，并且因此提出新的發(fā)現(xiàn)，S卩，通過與之前相比在滑動表面中規(guī)則地且更加密集地布置微凹部并且在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整微凹部的比例，能夠顯著提高抗卡止性能。另外，本發(fā)明人提出另一個新的發(fā)現(xiàn)，即，通過使用掩蔽和蝕亥IJ，能夠與之前相比以更短的時間和更低的成本獲得具有這種表面結(jié)構(gòu)的滑動表面。本發(fā)明的第一方面提供了一種滑動構(gòu)件，所述滑動構(gòu)件包括滑動表面，所述滑動表面由金屬材料制成，并且在所述滑動表面中形成有多個微凹部。微凹部中的每一個均具有圓形開口，這些微凹部以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造，并且所有微凹部的開口與整個滑動表面的面積比處于50%至80%的范圍內(nèi)。根據(jù)第一方面，因為形成在滑動表面中的微凹部以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造，所以圍繞微凹部中的每一個，六個微凹部布置成最靠近排列的構(gòu)造(即，微凹部布置成六邊形構(gòu)造)，這些微凹部以規(guī)律的間隔布置。結(jié)果，滑動構(gòu)件具有這樣的滑動表面，在所述滑動表面中，多個微凹部規(guī)律地并且更密集地形成，并且能夠?qū)櫥捅４嬖谖疾恐小Ａ硗?，因為所有微凹部的開口與整個滑動表面的面積比處于50%至80%的范圍內(nèi)，所以滑動構(gòu)件能夠在滑動運動時將潤滑油保存在微凹部中并且允許油膜穩(wěn)定地形成在微凹部之間的表面(凸起表面)上。結(jié)果，滑動構(gòu)件的滑動表面能夠具有改進的抗卡止性能。當以上提及的面積比小于50%時，在滑動構(gòu)件滑動運動時，從微凹部供應到位于微凹部之間的表面(凸起表面，所述凸起表面作為實際與另一個構(gòu)件保持滑動接觸的表面)的潤滑油可能不足，從而導致滑動表面卡止。另一方面，當面積比大于80%時，凸起表面的面積如此之小，以至于當滑動構(gòu)件處于滑動運動中時，表面上的接觸壓力可能增大，從而導致滑動表面卡住。在更優(yōu)選的方面中，微凹部的開口具有處于2μπι至20μπι范圍內(nèi)的直徑，并且微凹部具有處于0.2μπι至2μπι范圍內(nèi)的最大深度。根據(jù)這個方面，當滿足以上條件時，能夠進一步提高滑動構(gòu)件的抗卡止性能。當開口的直徑小于2 μ m時，小的開口使得微凹部之間的距離如此小，并且因此，凸起表面也是如此之小，以至于微凹部不能夠保持有足量的潤滑油以確?；瑒颖砻嬷g的充足的油膜壓力。當開口的直徑大于20 μ m時，開口如此之大，以至于在滑動運動過程中潤滑油能夠容易地從微凹部逸出，并且因此也不能獲得充足的油膜壓力。另外，當微凹部的最大深度小于0.2μπι時，微凹部太淺而不能在滑動運動期間保持有足量的潤滑油。另一方面，難以形成開口直徑在以上范圍內(nèi)并且還具有大于2μπι的最大深度的微凹部。在此，第一方面中使用的術(shù)語“微凹部”指的是酒窩狀(dimple-like)細小凹陷部(下凹部)，其具有直徑在0.1 μ m至幾百ym范圍內(nèi)的開口。術(shù)語“整個滑動表面”指的是包括微凹部的開口的滑動表面。因此，面積比能夠以不同的方式表達如下:面積比=(所有微凹部的開口的總面積)/ (所有微凹部的開口的總面積+實際保持滑動接觸的其它表面的面積)。形成微凹部的方法的示例包括但是不具體局限于機械方法、化學方法和使用諸如激光的熱的方法。然而，在更加優(yōu)選的方面中，微凹部是通過如下方式形成的微凹部:利用樹脂膜掩蔽金屬材料制成的滑動表面，所述樹脂膜在其表面中具有等距間隔開并且布置成六邊形密排構(gòu)造的圓形空隙；以及，使蝕刻劑通過空隙與滑動表面相接觸。因為通過以上方法形成的微凹部是通過使用如上所述的具有多個空隙的樹脂膜作為掩蔽材料蝕刻而形成的微凹部，所以與上述JP-A-2003-184883中示出的通過激光處理形成的微凹部不同，開口的圓周邊緣不凸起。因此，在本發(fā)明的這個方面中的滑動構(gòu)件的滑動表面是光滑的。另外，對用于生產(chǎn)樹脂膜的方法沒有特別的限制，只要能夠通過機加工或激光處理形成按照如上所述的方式布置的多個空隙即可。然而，在更為優(yōu)選的方面中，樹脂膜是使用水的凝結(jié)和通過凝結(jié)形成的水滴的蒸發(fā)制造的膜。因為通過所述方法形成的樹脂膜是具有這樣的表面，在所述表面中，圓形空隙以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造，所以所述樹脂膜能夠用作更適當?shù)难诒尾牧?。另外，因為通過改變濕度條件等能夠容易地改變由水的凝結(jié)形成的水滴的尺寸，所以能夠?qū)⒖障兜闹睆秸{(diào)整至期望的直徑。因此，能夠調(diào)整微凹部的開口直徑。在更加優(yōu)選的方面中，樹脂膜是熱塑性樹脂制成的樹脂膜。在這個方面中，因為樹脂膜由熱塑性樹脂制成，所以熱塑性樹脂能夠在通過使蝕刻劑與滑動表面相接觸而形成微凹部之前，通過施加熱量而變軟并且伸展。因此，通過減小樹脂膜中的空隙直徑(即，減小空隙的尺寸)，能夠調(diào)整所有空隙的開口與樹脂膜的整個表面的面積比。某些樹脂材料即使被加熱也不易變軟和伸展。在這種情況下，當在掩蔽期間通過調(diào)整添加劑的數(shù)量或者調(diào)整加熱溫度和時間來減小空隙開口周圍的結(jié)合強度時，通過蝕刻也移除空隙開口的圓周邊緣。結(jié)果，能夠形成直徑大于樹脂膜中的空隙的開口直徑的凹部。換言之，通過這種方法，能夠?qū)疾康拿娣e比調(diào)整為比樹脂膜中的空隙的開口的面積比大。如上所述，通過控制形成在樹脂膜中的水滴的直徑，通過控制在加熱樹脂膜期間樹脂膜中開口的直徑的減小(或減小率)，以及通過控制樹脂膜開口周圍的結(jié)合強度，能夠調(diào)整微凹部的開口的直徑。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法包括至少以下步驟:制造樹脂膜，所述樹脂膜具有這樣的表面，在所述表面中，圓形空隙以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造；通過將樹脂膜的表面結(jié)合到由金屬制成的滑動表面，利用樹脂膜掩蔽滑動表面；和通過使蝕刻劑通過空隙與被掩蔽的滑動表面相接觸，形成微凹部。根據(jù)第二方面，因為具有空隙的樹脂膜用作掩蔽材料，用于掩蔽滑動表面，并且通過使蝕刻溶液與滑動表面的經(jīng)由空隙暴露的部分相接觸來蝕刻由金屬材料制成的滑動表面，所以能夠以低成本容易且同時地形成多個微凹部，而不會使開口的圓周邊緣突起。另夕卜，形成的微凹部具有圓形開口，并且以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造。在更加優(yōu)選的方面中，樹脂膜由熱塑性樹脂制成，并且在形成微凹部的步驟之前，通過施加熱量伸展樹脂膜來調(diào)整所有空隙的開口與樹脂膜的整個表面的面積比，以調(diào)整所有微凹部的開口與整個滑動表面的面積比。另外，樹脂膜由熱塑性樹脂制成，并且在形成微凹部的步驟之前，通過加熱樹脂膜使樹脂膜的熱塑性樹脂伸展以減小空隙的直徑，以調(diào)整微凹部的直徑，從而將微凹部的面積比調(diào)整成期望的面積比。在另一個優(yōu)選的方面中，在掩蔽滑動表面的步驟中，通過調(diào)整空隙的開口的圓周邊緣和滑動表面之間的結(jié)合狀態(tài)，以在形成微凹部的步驟中調(diào)整滑動表面的與蝕刻劑相接觸的面積，由此調(diào)整所有微凹部的開口與整個滑動表面的面積比。在這個方面中，在掩蔽滑動表面的步驟中，通過減小空隙的開口周圍的結(jié)合強度，在蝕刻期間調(diào)整被掩蔽的面積，以調(diào)整微凹部的開口的直徑，能夠?qū)⑽疾康拿娣e比調(diào)整至期望的面積比。在更為優(yōu)選的方面中，調(diào)整所有微凹部的開口的面積比，使得微凹部的開口與整個滑動表面的面積比能夠處于50%至80%的范圍內(nèi)。在這個方面中，因為微凹部能夠形成為使得所有微凹部的開口與整個滑動表面的面積比處于50%至80%的范圍內(nèi)，所以滑動構(gòu)件能夠在滑動構(gòu)件滑動運動時將潤滑油保存在微凹部中，并且允許油膜穩(wěn)定地形成在位于微凹部之間的表面(凸起表面)上。對樹脂膜沒有特別的限制，只要能夠形成如上所述的空隙即可。在更為優(yōu)選的方面中，在制造樹脂膜的步驟中，使用水的凝結(jié)和通過凝結(jié)形成的水滴的蒸發(fā)來制造樹脂膜。在這個方面中，能夠容易地制造具有這樣表面的樹脂膜，在所述表面中，圓形空隙以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造。另外，因為通過改變濕度條件等能夠容易地改變通過水的凝結(jié)形成的水滴的尺寸，所以能夠?qū)⒖障兜闹睆秸{(diào)整至期望的直徑。因此，能夠容易地調(diào)整微凹部的開口的直徑。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的滑動構(gòu)件在利用潤滑油潤滑時具有改進的抗卡止性能。另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的生產(chǎn)方法使得能夠以低成本和較短時間生產(chǎn)在利用潤滑油潤滑時具有改進的抗卡止性能的滑動構(gòu)件。


下面將參照附圖在對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述中描述本發(fā)明的特征、優(yōu)勢和技術(shù)以及工業(yè)意義，在所述附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中:圖1A至圖1F是圖解了根據(jù)這個實施例生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法的示意性剖視圖，其中圖1A是圖解了使用通過水的凝結(jié)形成的水滴和水滴的蒸發(fā)來制造樹脂膜的步驟的視圖，圖1B是圖解了在圖1A示出的步驟中制造的樹脂膜的視圖，圖1C是圖解了利用圖1B中示出的樹脂膜掩蔽滑動表面的步驟的視圖，圖1D是圖解了部分地移除樹脂膜并且調(diào)整樹脂膜的面積比的視圖，圖1E是圖解了通過蝕刻圖1D中示出的掩蔽的滑動表面形成微凹部的步驟的視圖，并且圖1F是圖解了移除了在圖1E中示出的樹脂膜之后的滑動構(gòu)件的視圖；圖2A和圖2B是更加詳細圖解了制造在圖1A中示出的樹脂膜的方法的視圖，其中圖2A是意性俯視圖，圖2B是首I]視圖；圖3A和3B是圖解了形成在滑動表面中的微凹部的布置的視圖，其中，圖3A是圖解了在這個實施例中的微凹部的布置的視圖，并且圖3B是圖解了微凹部的傳統(tǒng)布置的示例的視圖；圖4A是在顯微鏡下觀察到的示例I的樹脂膜(蜂窩狀多孔膜)的上表面的照片，并且圖4B是在顯微鏡下觀察到的蜂窩狀多孔膜的橫截面的照片；圖5是在顯微鏡下觀察到的示例I的滑動構(gòu)件的滑動表面的照片；圖6是示出了對示例I和比較示例I的滑動構(gòu)件進行卡止測試的結(jié)果的曲線圖；圖7是示出了對示例2和比較示例2的滑動構(gòu)件進行卡止測試的結(jié)果的曲線圖；以及圖8是示出了對示例4和比較示例4的滑動構(gòu)件進行卡止測試的結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式下面將參照附圖對實施例進行描述，在所述實施例中，能夠適當?shù)厣a(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的滑動構(gòu)件。圖1A至圖1F是圖解了用于根據(jù)這個實施例生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法的示意性剖視圖。具體地，圖1A是圖解了使用通過水的凝結(jié)形成的水滴并且使用水滴的蒸發(fā)來制造樹脂膜的步驟的視圖，圖1B是圖解了在圖1A中示出的步驟中制造的樹脂膜的視圖，圖1C是圖解了利用圖1B中示出的樹脂膜掩蔽滑動表面的步驟的視圖，圖1D是圖解了部分地移除樹脂膜并且調(diào)整樹脂膜的面積比的步驟的視圖，圖1E是圖解了通過蝕刻圖1D中示出的掩蔽的滑動表面來形成微凹部的步驟的視圖，并且圖1F是圖解了在移除圖1E中示出的樹脂膜之后的滑動構(gòu)件的視圖。在這個實施例中，如下文所示，使用樹脂膜通過蝕刻在由金屬材料制成的基體的滑動表面中形成微凹部。在此，對金屬材料沒有特別的限制，只要滑動表面能夠被稍后描述的蝕刻劑部分地蝕刻即可，并且金屬材料的示例包括鐵、鋁、銅和它們的合金。首先參照圖1A、圖1B、圖2A和圖2B，描述制造樹脂膜的步驟。圖2A和圖2B是更加詳細地圖解了圖1A中示出的樹脂膜制造方法的視圖。具體地，圖1A是示意性俯視圖，并且圖1B是剖視圖。如圖1A、圖2A和圖2B所示，施加聚合物溶液(疏水性有機溶液)31以涂覆諸如玻璃的基體40，所述聚合物溶液(疏水性有機溶液)31通過將兩性分子化合物和疏水性有機溶劑與諸如聚苯乙烯的聚合物樹脂材料混合而獲得。接下來，將高濕度空氣吹到基體40的被涂敷的表面上，并且使用有機溶劑(溶劑介質(zhì))的蒸發(fā)熱量凝結(jié)水(水蒸汽)，以在聚合物溶液31中形成多個(無限數(shù)量的)水滴(細小的水滴)B。隨著聚合物溶液31中的溶劑介質(zhì)的蒸發(fā)進行，聚合物溶液中的熱塑性樹脂轉(zhuǎn)變成膜，并且凝結(jié)的水滴B通過毛細力(毛細管作用)以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造(hexagonal closed-packed configuration)。然后，通過例如施加熱量使水滴B蒸發(fā)(揮發(fā))。結(jié)果，如圖1B、圖2A和圖2B所示，在基體40上形成蜂窩狀多孔樹脂膜(自組合蜂窩狀結(jié)構(gòu)膜)32，所述蜂窩狀多孔樹脂膜32具有表面32a，在所述表面32a中，圓形空隙33 (開口 33a)以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造。在此，通過改變待吹送的空氣的濕度以及空氣吹送時間(加濕時間)，能夠控制微水滴的直徑。因此，能夠在Iym至25 μπι的范圍內(nèi)調(diào)整形成在表面32a中的空隙33的開口33a的直徑dl，并且因此，能夠調(diào)整稍后描述的滑動表面中的微凹部的開口的直徑。例如，當濕度增大并且加濕時間延長時，凝結(jié)的水的數(shù)量增多，從而導致微水滴的直徑增大。使用這種樹脂膜允許在滑動構(gòu)件的表面中形成更大的微凹部。另外，因為水滴(微水滴)B布置成六邊形密排構(gòu)造，所以所有空隙33的開口 33a與樹脂膜32的整個表面的面積比大體恒定，而與開口 33a的直徑dl無關(guān)。例如，在聚苯乙烯的情況下，面積比為約50%。雖然面積比根據(jù)樹脂膜的樹脂材料發(fā)生變化，但是在使用相同樹脂時，面積比大體恒定，而與直徑無關(guān)。對聚合樹脂材料沒有特別的限制，只要其能夠溶于疏水性有機溶劑即可，但是優(yōu)選地是不溶于水或者難溶于水。聚合樹脂材料的示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酰胺、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醚、聚已酸內(nèi)酯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺等。在這些聚合樹脂材料中，優(yōu)選地選擇在加熱時能夠容易地軟化并且伸展的熱塑性樹脂(諸如，聚乙烯和聚丙烯)，原因在于能夠減小空隙33的開口的直徑，以便如稍后所述的那樣通過加熱樹脂膜32調(diào)整其面積比。對兩性分子化合物沒有特別的限制，并且例如能夠使用Cap。其它適當?shù)氖纠ㄊ交撬徕c和丁二酸-2-乙基己基酯磺酸鈉(d1-2-sodium ethylhexylsulfosuccinate)。另外，對疏水性有機溶劑沒有特別的限制，只要其是在常溫下為液體的疏水性有機溶劑即可。示例包括滷基(halogen-based)有機溶劑，如氯仿、二氯甲烷和四氯化碳；芳香烴，如苯、甲苯和二甲苯；酯基溶劑；酮基溶劑；酰胺基溶劑介質(zhì)和乙醚基溶劑介質(zhì)。以此種方式，在聚合物溶液中能夠形成具有相同曲率半徑的球形微水滴，其中所述聚合物溶液通過燒鑄(casting)疏水性有機溶液制備。應當指出的是，樹脂膜制造方法是使用自組裝的樹脂膜制造方法，并且是使用布置成六邊形密排構(gòu)造的直徑相同的水滴以規(guī)則的間隔排列的現(xiàn)象的制造方法(例如在日本專利申請公報 N0.2001-157574 (JP-A-2001-157574)和日本專利申請公報 N0.2008-296502(JP-A-2008-296502)中公之于眾的生產(chǎn)方法)。接下來，如圖1C所示，從基體40上移除制造好的樹脂膜32，并且將樹脂膜32的已經(jīng)形成有空隙33的表面32a粘合到由金屬材料制成的基體11的滑動表面11a，以利用樹脂膜32掩蔽滑動表面11a。粘合方法的一個示例是例如通過旋轉(zhuǎn)涂布將諸如含水聚乙烯醇(PVA)溶液的粘合劑施加到樹脂膜32的表面32a，并且將表面32a粘合到基體11的滑動表面 11a。接下來，如圖1D所示，移除掩蔽的樹脂膜32的上半層，以暴露出滑動表面Ila的對應于空隙33的開口 33a的部分lib。通過加熱樹脂膜32使樹脂膜32伸展，以減小空隙33的開口 33a的直徑dl。這時，因為存在于樹脂膜32的表面32a和滑動表面Ila之間的粘合劑在樹脂膜32伸展的同時也伸展，所以開口 33a周圍的粘合狀態(tài)幾乎不變。結(jié)果，能夠形成這樣的微凹部，所述微凹部的開口的直徑大體等于減小的直徑d2。通過這種調(diào)整，所有空隙33的開口 33a與樹脂膜32的整個表面Ila的面積比被調(diào)整成處于50%至80%的范圍內(nèi)。開口 33a的減小的直徑d2對應于稍后描述的微凹部13的開口的直徑，并且所有暴露出的部分Ilb的面積對應于也將稍后描述的所有微凹部的開口的總面積。另一方面，當希望增大微凹部的面積比時，通過調(diào)整用于粘合樹脂膜32的粘合劑的量以及加熱溫度和時間來減小空隙33的開口 33a周圍的粘合強度(調(diào)整空隙的開口的圓周邊緣和滑動表面之間的粘合狀態(tài))，以便在蝕刻期間也能夠移除圓周邊緣(能夠在形成微凹部13的步驟中調(diào)整滑動表面的與蝕刻劑接觸的面積)。以此種方式，微凹部13的開口 13a的直徑能夠大于樹脂膜32的空隙33的開口 33a的直徑。換言之，這種方法使得能夠?qū)⑽疾?3的面積比調(diào)整成大于樹脂膜32的空隙33的開口 33a的面積比。接下來，如圖1E所示，使蝕刻溶液與滑動表面Ila的通過空隙33露出的露出部分Ilb相接觸。以此種方式，能夠?qū)ρ诒蔚幕瑒颖砻鍵la進行蝕刻，以通過化學方法部分地移除基體11，從而形成微凹部13，所述微凹部13具有直徑為d2的開口。另外，當空隙33的開口 33a周圍的粘合強度已經(jīng)如上述那樣減小時，在蝕刻期間，開口 33a的圓周邊緣也被移除。對蝕刻溶液沒有特別的限制，只要其能夠化學溶解上述金屬材料制成的表面即可，并且適當?shù)氖纠ㄖT如鹽酸、硝酸、硫酸的強酸的水溶液。最終，當如圖1F所示從作為滑動構(gòu)件的基體11移除樹脂膜32時，獲得滑動構(gòu)件I。微凹部的開口的直徑d2在2μπι至20μπι的范圍內(nèi)。能夠通過如下方式在這個范圍內(nèi)調(diào)整直徑d2:由于在加熱期間樹脂膜32的開口 33a的直徑減小，并且在掩蔽步驟(粘合步驟)中空隙33的開口 33a周圍(包括非粘合部分)的粘合強度減小，能夠通過控制如上所述的濕度條件，調(diào)整樹脂膜的表面中的空隙的直徑。另外，微凹部的最大深度在0.2μπι至2 μ m的范圍內(nèi)。通過重復上述蝕刻處理，能夠在這個范圍內(nèi)調(diào)整最大深度。以此種方式獲得的滑動構(gòu)件具有這樣的滑動表面，在所述滑動表面中，規(guī)律地并且更密集地形成多個微凹部，并且能夠在多個微凹部中保存潤滑油。如圖3A所示，形成的微凹部13中的每一個均具有圓形開口 13a，并且微凹部13以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造。人們認為當微凹部93像圖3B所示的傳統(tǒng)滑動構(gòu)件(上述JP-A-2003-184883)中那樣布置時，在滑動構(gòu)件滑動運動時，微凹部93中的潤滑油不易被供應到在附圖的中心處示出的表面94 (作為滑動接觸部分的凸起表面)，原因在于，兩個對角定位的微凹部之間的距離L2大于四個相鄰的微凹部93之間的距離LI。然而，如圖3A所示，這個實施例的所有微凹部13彼此之間具有相同的距離L，原因在于，微凹部13布置成六邊形密排構(gòu)造。因此，潤滑油能夠被穩(wěn)定地供應到形成在微凹部13之間的表面14(作為實際保持與另一個構(gòu)件滑動接觸的表面的凸起表面)。另外，因為所有微凹部13的開口 13a與整個滑動表面Ila的面積比處于50%至80%的范圍內(nèi)，所以當滑動構(gòu)件滑動運動時，能夠?qū)櫥捅４嬖谖疾?3中，并且改進滑動構(gòu)件I的滑動表面Ila的抗卡止(ant1-seizing)性能的油膜穩(wěn)定地形成在微凹部13之間的表面14上。整個滑動表面的面積是所有微凹部13的開口 13a的總面積和凸起表面14的總面積的總和，并且面積比是通過所有微凹部13的開口 13a的總面積中除以整個滑動表面的面積所獲得的值。當面積比小于50%時，在滑動構(gòu)件處于滑動運動時，從微凹部供應到形成在微凹部13之間的表面14 (作為實際保持與另一個構(gòu)件滑動接觸的表面的凸起表面)的潤滑油可能不足，從而導致滑動表面卡住。當面積比大于80%時，凸起表面14的面積如此之小，以至于在滑動構(gòu)件滑動運動時施加在表面14上的接觸壓力可能增大,從而導致凸起表面14卡住。以下示例進一步描述了本發(fā)明。根據(jù)以上實施例實施以下示例，但是這些示例并非旨在限制本發(fā)明。
(示例I)I)制造樹脂膜(蜂窩狀多孔膜)首先，在直徑為9cm的玻璃Schale中將CHCl3溶液(5g/L)澆鑄到聚苯乙烯(聚苯乙烯，分子量=280000，Aldrich,圖表I)和占質(zhì)量10%的兩性分子化合物(Cap)的混合物中(PS:Cap=10:1)。高濕度空氣(相對濕度:約70%)被吹送到混合物上以凝結(jié)水，從而以規(guī)律的間隔按照六邊形密排構(gòu)造形成微水滴。然后，蒸發(fā)球形微水滴，以制備自組合的樹脂膜(蜂窩狀多孔膜)，所述自組合的樹脂膜具有以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造的空隙，所述空隙具有直徑為8μπι的開口。圖4Α是在顯微鏡下觀察到的示例I的的樹脂膜(蜂窩狀多孔膜)的上表面的照片，圖4Β是在顯微鏡下觀察到的蜂窩狀多孔膜的橫截面的照片。2)掩蔽在步驟I)中獲得的樹脂膜用含水聚乙烯醇旋涂。翻轉(zhuǎn)旋涂的樹脂膜并且具有空隙的表面被粘合到平坦試件(尺寸:30mmX30mmX5mm,材料:碳鋼(JIS:S55淬火),表面粗糙度Ra:0.02ym)。然后，移除沒有空隙的樹脂膜層(參照圖1D)，并且在80°C的條件下干燥平坦試件10分鐘。此后，利用溶劑介質(zhì)沖洗掉表面上的剩余聚乙烯醇，并且在200°C的條件下加熱(退火)平坦試件三個小時，以將空隙開口的直徑調(diào)整至8 μ m并且將空隙與整個表面的面積比調(diào)整至50%。在此使用的聚苯乙烯是在加熱時幾乎不變軟的材料，并且在退火之前和之后均沒有觀察到空隙的開口的直徑發(fā)生變化。3)蝕刻利用攪拌機攪拌0.6ml的硝酸和9.4ml的乙醇的混合溶液30秒，并且將被掩蔽的平坦試件浸入到混合溶液中五秒。然后用乙醇沖洗平坦試件并且用干燥機干燥平坦試件。重復實施上述浸入、沖洗和干燥，直到微凹部具有0.3μπι的最大深度。最后，從平坦試件上移除蜂窩狀結(jié)構(gòu)膜，并且用乙醇沖洗平坦試件。以此種方式，制備成對應于滑動構(gòu)件的平坦試件。利用接觸式表面粗糙度計測量微凹部的最大深度。圖5是在光學顯微鏡下觀察到的示例I的滑動構(gòu)件的滑動表面的照片。在這個滑動構(gòu)件中，微凹部的開口與滑動構(gòu)件的整個滑動表面的面積比是50%。微凹部的開口的直徑是8 μ m。通過二值化(binarization)區(qū)分圖5中示出的照片(圖像)上的對應于微凹部的區(qū)域和其它區(qū)域，并且通過將對應于微凹部的區(qū)域的面積除以整個圖像的面積，獲得所述面積比。在圖像上測量微凹部的開口的直徑。另外，作為示例I的試件，制備具有這樣微凹部的平坦試件，所述微凹部具有介于8 μ m至12 μ m之間的開口直徑(凹部直徑)，使得如圖6所示面積比能夠處于50%至80%的范圍內(nèi)，并且所述微凹部還具有0.3 μ m的最大深度。因為此時使用的樹脂膜的材料是即使加熱也不太可能變軟并且伸展的聚苯乙烯，所以通過在用于掩蔽的粘合步驟中調(diào)整聚乙烯醇的量以及退火溫度和時間來減小空隙的開口周圍的粘合強度，能夠調(diào)整實質(zhì)粘合區(qū)域(能夠通過掩蔽而防止被蝕刻的區(qū)域)，從而改變面積比。(比較示例I)以與示例I大體相同的方式制備平坦試件。與示例I的不同之處在于:調(diào)整凹部的直徑、聚乙烯醇的量以及退火溫度和時間，使得如圖6所示的那樣面積比能夠超過80% ；以及，使用激光輻射然后研磨來制備面積比小于50%的平坦試件。(卡止測試)
對示例I以及比較示例I的平坦試件進行卡止測試。具體地，制備圓筒形試件(尺寸:外徑φ25.6，內(nèi)徑φ2θ，高15mm，材料:碳鋼(S50淬火)，表面粗糙度Ra:0.02 μ m)。將圓筒形試件的端面壓抵在平坦試件的滑動表面上，并且通過在100N的負荷條件下以500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)圓筒形試件十分鐘來進行初步測試。然后，每兩分鐘增加負荷100N，并且在發(fā)生卡止時結(jié)束測試?？梢源_定的是，在測試期間當摩擦系數(shù)超過0.3時發(fā)生卡止。使用市售的機油0W20作為潤滑油并且在80°C的油浴溫度下實施測試。圖6中示出了結(jié)果。結(jié)果I
如圖6所示，示例I的面積比為50%至80%的平坦試件具有2000N或更高的卡止負荷，這表明示例I的平坦試件與比較示例I中的那些試件相比具有良好的抗卡止性能。這個結(jié)果的可能的原因是，當面積比小于50%時，在平坦試件滑動運動時，從微凹部供應到位于微凹部之間的表面(作為實際保持與另一個構(gòu)件滑動接觸的凸起表面)的潤滑油可能不足，從而導致滑動表面卡止。另一方面,認為當面積比大于80%時，凸起表面的面積如此之小，以至于表面上的接觸壓力可能增大，從而導致滑動表面卡住。(示例2)以與示例I大體相同的方式制備平坦試件。與示例I的不同之處在于制備了多個這樣的平坦試件，所述平坦試件具有這樣的微凹部，所述微凹部的開口直徑(凹部直徑)為8 μ m并且面積比為65%，并且具有如圖7所示的處于不小于0.2 μ m的范圍內(nèi)的不同的最大深度，通過重復蝕刻處理調(diào)整所述最大深度。以與示例I相同的方式實施卡止測試。在圖7中示出了結(jié)果。(比較示例2)以與示例2大體相同的方式制備平坦試件。與示例2的不同之處在于，如圖7所示通過重復蝕刻處理制備了多 個這樣的平坦試件，所述平坦試件具有這樣的微凹部，所述微凹部具有處于不小于0.2 μ m的范圍內(nèi)的不同的最大深度。以與不例I相同的方式實施卡止測試。在圖7中示出了結(jié)果。(示例3)以與示例I大體相同的方式制備平坦試件。與示例I的不同之處在于，微凹部的開口直徑(凹部直徑)被調(diào)整到8 μ m,并且面積比被調(diào)整到65%，并且通過重復蝕刻處理將微凹部的最大深度調(diào)整到2 μ m。(比較示例3)以與示例3大體相同的方式制備平坦試件。與示例3的不同之處在于，微凹部的開口直徑(凹部直徑)被調(diào)整到8μπι并且面積比被調(diào)整到65%，并且通過重復蝕刻處理將微凹部的最大深度調(diào)整到2.2 μ m (大于2 μ m)。結(jié)果2如圖7所示，具有最大深度為0.2 μ m或更大的微凹部的示例2的平坦試件的卡止負荷大約是比較示例2的平坦試件的卡止負荷的四倍。認為當如在比較示例2中那樣微凹部的最大深度小于0.2μπι時，微凹部太淺以至于在平坦試件滑動運動時不能保持足量的潤滑油。在示例3中能夠制備具有最大深度為2μπι的微凹部的平坦試件，而在比較示例3中當重復蝕刻時在微凹部的深度超過2μπι之后移除微凹部的圓周邊緣(邊沿)。這些結(jié)果表明微凹部的最大深度的適當范圍為0.2 μ m至2 μ m。
(示例4)以與示例I基本相同的方式制備平坦試件。與示例I的不同之處在于制備了多個平坦試件，所述多個平坦試件具有這樣的微凹部，所述微凹部的最大深度為0.3μπι并且面積比為65%，而且具有如圖8所示處于2 μ m至20 μ m范圍內(nèi)的不同的開口直徑。當通過將高濕度空氣吹送到聚苯乙烯和兩性分子化合物(Cap)的混合物的CHCl3溶液上來制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)膜時，能夠通過調(diào)整待吹送的空氣的濕度和吹送時間(加濕時間)來調(diào)整水滴的尺寸，以調(diào)整凹部直徑。使用這種方法，改變微凹部的開口直徑。以與示例I相同的方式實施卡止測試。在圖8中示出了結(jié)果。(比較示例4)以與示例4基本相同的方式制備平坦試件。與示例4的不同之處在于制備了多個平坦試件，所述多個平坦試件具有這樣的微凹部，所述微凹部的開口直徑小于2 μ m或大于20 μ mo以與示例I相同的方式實施卡止測試。在圖8中示出了結(jié)果。結(jié)果3如圖8所示，具有開口直徑為2μπι至20μπι的微凹部的示例4的平坦試件具有2000Ν或更高的卡止負荷，在這些平坦試件中，具有開口直徑為5 μ m至15 μ m的微凹部的平坦試件具有2500N或更高的卡止負荷。這表明示例4的平坦試件與比較示例4的那些平坦試件相比具有更好的抗卡止性能。這個結(jié)果的可能的原因是，因為開口小并且因此微凹部之間的距離在開口直徑小于2μπι時太小，凸起表面如此之小以至于微凹部不能保持足量的潤滑油來確?；瑒颖砻嬷g的充分的油膜壓力。另一方面，相信當開口直徑大于20μπι時，開口如此之大，以至于潤滑油在平坦試件滑動運動時能夠容易地從微凹部逸出，并且因此也不能獲得充分的油膜壓力。盡管已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的一個實施例，但是應當注意的是，具體構(gòu)造并不局限于上述實施例，并 且設計中的不背離本發(fā)明的精神的任何變化均包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種滑動構(gòu)件，其特征在于，所述滑動構(gòu)件包括: 滑動表面，所述滑動表面由金屬材料制成，并且在所述滑動表面中形成有多個微凹部。
其中，所述微凹部中的每一個均具有圓形開口，所述微凹部以規(guī)則的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造，并且所有所述微凹部的開口與整個所述滑動表面的面積比處于50%至80%的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動構(gòu)件， 其中所述微凹部的 所述開口的直徑處于2 μ m至20 μ m的范圍內(nèi)，并且所述微凹部的最大深度處于0.2μπι至2μπι的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動構(gòu)件， 其中所述微凹部是通過如下方式形成的微凹部:利用樹脂膜掩蔽所述金屬材料的滑動表面，其中所述樹脂膜在其表面中具有布置成六邊形密排構(gòu)造的圓形空隙，并且使蝕刻劑通過所述空隙與所述滑動表面相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑動構(gòu)件， 其中所述樹脂膜是使用水的凝結(jié)和通過凝結(jié)形成的水滴的蒸發(fā)制造的膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑動構(gòu)件， 其中所述樹脂膜是由熱塑性樹脂制成的膜。
6.一種滑動構(gòu)件的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 制造樹脂膜，所述樹脂膜具有表面，在所述表面中，具有圓形開口的空隙以規(guī)律的間隔布置成六邊形密排構(gòu)造； 通過將所述樹脂膜的所述表面粘合到由金屬材料制成的滑動表面，利用所述樹脂膜掩蔽所述滑動表面；和 通過使蝕刻劑通過所述空隙與被掩蔽的所述滑動表面相接觸，形成微凹部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法， 其中所述樹脂膜由熱塑性樹脂制成，并且在形成所述微凹部的步驟之前，通過施加熱量伸展所述樹脂膜來調(diào)整所有所述空隙的開口與所述樹脂膜的整個表面的面積比，以調(diào)整所有所述微凹部的開口與整個所述滑動表面的面積比。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法， 其中，在掩蔽所述滑動表面的步驟中，通過調(diào)整所述空隙的開口的圓周邊緣和所述滑動表面之間的粘合狀態(tài)來調(diào)整在形成所述微凹部的步驟中所述滑動表面與所述蝕刻劑相接觸的面積，以調(diào)整所有所述微凹部的開口與整個所述滑動表面的面積比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)方法， 其中，在掩蔽所述滑動表面的步驟中，通過調(diào)整用于粘合所述樹脂膜的粘合劑的量以及加熱溫度和時間來調(diào)整所述空隙的開口的圓周邊緣和所述滑動表面之間的粘合強度，以調(diào)整所述滑動表面與所述蝕刻劑相接觸的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法， 其中，在掩蔽所述滑動表面的步驟中，通過加熱所述樹脂膜來調(diào)整形成在所述樹脂膜中的所述空隙的開口的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任意一項所述的生產(chǎn)方法， 其中，調(diào)整所有所述微凹部的開口的面積比，使得所述微凹部的開口與整個所述滑動表面的面積比能夠處于50%至80%的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任意一項所述的生產(chǎn)方法， 其中，在制造所述樹脂膜的步驟中，使用水的凝結(jié)和通過所述凝結(jié)形成的水滴的蒸發(fā)來制造所述樹脂膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的生產(chǎn)方法， 其中制造所述樹脂膜的步驟包括: 涂覆聚合物溶液以覆蓋基體，所述聚合物溶液通過將兩性分子化合物和疏水性有機溶劑與聚合樹脂材料混合而獲得； 將濕空氣吹送到涂敷所述基體的所述聚合物溶液上，并且使用所述有機溶劑的蒸發(fā)熱來凝結(jié)水，以在所述聚合物溶液中形成水滴；和蒸發(fā)所述聚合物溶液中的水滴。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)方法， 其中，通過改變吹送的空氣的濕度以及吹送空氣的時間來控制所述水滴的直徑，以調(diào)整形成在所述樹脂膜中的所述空`隙的開口的直徑。
全文摘要
一種滑動構(gòu)件，包括基體(11)，所述基體由金屬材料制成并且具有滑動表面(11a)，所述滑動表面中形成有多個微凹部(13)。所述微凹部(13)中的每一個均具有圓形開口(13a)，微凹部(13)以規(guī)則的間距布置成六邊形密排構(gòu)造，并且所有微凹部(13)的開口(13a)與整個滑動表面的面積比處于50%至80%的范圍中。
文檔編號C25F3/14GK103119312SQ201180043812
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者海道昌孝, 鈴木厚, 下村政嗣, 藪浩, 平井悠司 申請人:豐田自動車株式會社, 國立大學法人東北大學