(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材において、
上記摺動部材の少なくとも上記摺動面を焼入れして焼入れ部を形成するとともに、焼入れされた摺動面の一部を部分的に焼鈍して焼鈍部を形成し、この焼鈍部は、上記摺動面に油膜圧力が作用した際に、その表面が凹状となるように押圧変形可能であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
上記焼入れ部の表面と焼鈍部の表面とが平坦に形成されて、該焼入れ部と焼鈍部とが形成された摺動面全体が平坦に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
上記焼入れ部の表面が平坦に形成されるとともに、上記焼鈍部の表面が凹状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項４】
上記焼鈍部の中央部分に、焼入れ部が残存していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
上記焼鈍部の中央部分に残存する残存焼入れ部の表面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材。
【請求項６】
上記焼鈍部の中央部分に残存する残存焼入れ部の表面が凹状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材。
【請求項７】
上記焼鈍部の中央部分に残存する残存焼入れ部の表面が凸状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材。
【請求項８】
上記焼鈍部は、平行な直線状、同心円状、らせん状、渦巻状、格子状、放射状、小さな円を点在させたもの、点状のいずれか、又はそれらを２つ以上組み合わせたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項９】
上記摺動部材は半球状のシューであって、該シューは半球状の摺動面と平坦状の摺動面とを有し、平坦状の摺動面に上記焼入れ部と焼鈍部とが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１０】
相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材の製造方法において、
上記摺動部材の少なくとも上記摺動面の全域を焼入れして焼入れ部を形成した後に、上記焼入れされた摺動面の一部を部分的に焼鈍して焼鈍部を形成し、さらに上記焼入れ部の表面と焼鈍部の表面とを平坦に形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
上記焼鈍部の中央部分に焼入れ部が残存しており、上記焼入れ部の表面と焼鈍部の表面とを平坦に形成する際に、該焼鈍部の中央部分に残存した残存焼入れ部の表面も平坦に形成することを特徴とする請求項１０に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１２】
上記残存焼入れ部を平坦に形成した後に、摺動部材に低温焼き戻しを施して、上記残存焼入れ部の表面を凹状に形成することを特徴とする請求項１１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１３】
上記焼鈍部を平坦に形成した後に、該焼鈍部の表面を凹状に形成することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１４】
上記焼鈍部は、平行な直線状、同心円状、らせん状、渦巻状、格子状、放射状、小さな円を点在させたもの、点状のいずれか、又はそれらを２つ以上組み合わせたものであることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半球状シュー等の摺動部材とその製造方法に関し、より詳しくは、摺動部材の摺動面を改良することにより長期間安定して優れた耐焼付性を確保することができる摺動部材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、摺動部材の摺動面を点状又は線状に直接焼き入れて０．１〜数μｍの高さの凸部を形成するとともに、その直接焼入れ部分に隣接した非直接焼入れ部分を相対的に凹部として形成し、上記直接焼入れ部分と非直接焼入れ部分とで摺動面に凹凸面を形成した摺動部材が知られている。（特許文献１）
この摺動部材においては、直接焼き入れされて硬質となった直接焼入れ部分の凸部と、油溜りや油流通路として利用することができる非直接焼入れ部分の凹部とによって、優れた耐焼付性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７０８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記凸部は、０．１〜数μｍという極めて小さな高さであるため、長期間の使用により凸部が僅かに摩耗しただけで摺動面が平坦となり易く、摺動面が平坦となると上記油溜りや油流通路が消失するので耐焼付性が低下するという欠点があった。特に摺動面に異物が侵入した場合や、貧潤滑となった場合には、凸部が摩耗され易くなっていた。
また、上記凸部が摩耗しなくても、過酷な使用などにより摺動面が高温となった場合には、直接焼入れされている上記凸部が熱収縮して摺動面が平坦となる危険性があることが判明した。
本発明はそのような事情に鑑み、高い耐焼付性が要求される半球状シュー等の摺動部材について、長期間使用しても、或いは摺動面が高温となったような場合でも、優れた耐焼付性を確保することができる摺動部材とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１の発明は、相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材において、
上記摺動部材の少なくとも上記摺動面を焼入れして焼入れ部を形成するとともに、焼入れされた摺動面の一部を部分的に焼鈍して焼鈍部を形成し、この焼鈍部は、上記摺動面に油膜圧力が作用した際に、その表面が凹状となるように押圧変形可能であることを特徴とするものである。
また請求項１０の発明は、相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材の製造方法において、
上記摺動部材の少なくとも上記摺動面の全域を焼入れして焼入れ部を形成した後に、上記焼入れされた摺動面の一部を部分的に焼鈍して焼鈍部を形成し、さらに上記焼入れ部の表面と焼鈍部の表面とを平坦に形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、摺動面に焼入れ部と焼鈍部とが形成されており、この焼鈍部は、焼入れ部を焼鈍して形成されているので、焼入れ部よりも硬度が小さくなる。これにより上記摺動面に油膜圧力が作用した際に、上記焼鈍部の表面が凹状となるように押圧変形されるようになり、それによってその凹み部を油溜りや油流通路として利用することができるようになる。したがって本発明によれば、優れた耐焼付性を確保することができる。
また本発明においては、上述した従来の０．１〜数μｍという極めて小さな凸部によって耐焼付性を確保するようにしたものではないので、その凸部の摩耗による耐焼付性の低下といった問題や、凸部の熱収縮による耐焼付性の低下といった問題が発生することがなく、したがって長期間使用しても、或いは摺動面が高温となったような場合でも、優れた耐焼付性を確保することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す正面図。
【図２】本発明の製造方法を示す工程図。
【図３】焼鈍部６の形状を説明する説明図。
【図４】図２の製造方法で得られた本発明品の作用を説明する説明図。
【図５】本発明の他の製造方法を示す工程図。
【図６】本発明の更に他の製造方法を示す工程図。
【図７】本発明の更に他の製造方法を示す工程図。
【図８】本発明の更に他の製造方法を示す工程図。
【図９】図８の製造方法で得られた本発明品の作用を説明する説明図。
【図１０】本発明の更に他の製造方法を示す工程図。
【図１１】本発明品の構成を説明する説明図。
【図１２】図１１に示す本発明品の効果を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、摺動部材としての半球状シュー１は従来公知の斜板式コンプレッサに用いられており、図示しないが回転軸に傾斜して設けられた斜板とピストンに設けられた半球状の凹部との間に介在されて、斜板の回転に伴ってピストンを往復駆動させることができるようになっている。
上記半球状シュー１は、半球状をした摺動面２と端面側の平坦な摺動面３とを備えており、半球状摺動面２が上記ピストンの半球状の凹部に摺接するとともに、平坦状摺動面３が斜板に摺接するようになっている。
【０００９】
図２に示す半球状シュー１の製造方法では、低炭素鋼などの素材を鍛造などにより所要の半球形状に成形した後に、全体を焼入れしてある。図２（ａ）は、半球形状に成形された半球状シュー素材１Ａの平坦状摺動面３Ａを示している。この焼入れ工程は、従来周知のように、多数の半球状シュー素材１Ａを図示しない加熱炉によって一斉に加熱し、所要温度に加熱した後に急冷することによって行なわれる。そして素材が低炭素鋼の場合、焼入れされた半球状シュー素材１Ａの硬度は、例えばＨｖ７５０程度となる。
なお、上記素材としては焼入れ可能な鉄系材料や、アルミシリコン合金、銅合金、純チタンやチタン合金などを用いることができ、表面の弾性変形に追従可能であれば上記素材に表面処理を施しても良い。また斜板などの相手材としては、高力黄銅、鉄系基材、鉄系基材＋銅合金、アルミシリコン合金、鉄系基材＋アルミシリコン合金、鉄系基材＋樹脂コーティング等の表面処理、であることが好ましい。
【００１０】
半球状シュー素材１Ａを焼入れしたら、次に、半球状シュー素材１Ａの平坦状摺動面３Ａの一部を、すなわち焼入れされた平坦状摺動面３Ａの一部を点状又は線状に焼鈍して焼鈍部６を形成する（図２（ｂ））。これによって上記記摺動面３Ａに、焼鈍部６とその他の部分となる焼入れ部７とが形成されることになる。そして焼鈍された焼鈍部６の硬度は、例えばＨｖ５５０程度となる。
この後、上記焼鈍部６と焼入れ部７とがラップ加工やバレル加工などにより平滑かつ平坦に研磨されて、焼鈍部６と焼入れ部７とを有する平坦状摺動面３が完成される。
【００１１】
上記点状又は線状の焼鈍部６の形状は種々の形状とすることができる。線状の焼鈍部６としては、図３に示すように、平行な直線状（図３（ａ））や、同心円状（図３（ｂ））、らせん状若しくは渦巻状（図３（ｃ））、格子状（図３（ｄ）、（ｅ））、或いは小さな円（環状）を点在させたもの（図３（ｆ））とすることができ、また図示しないが放射状であっても良い。
さらに点状の焼鈍部６としては、図３（ｇ）に示すように、まさに点状に形成することができ、また上述した種々の形状を２つ以上組み合わせたものであってもよい。
【００１２】
上記平坦状摺動面３Ａの一部を部分的に焼鈍する手段としては、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、電子ビーム、ＴＩＧアーク、プラズマアーク或いは焼きごて等の高温熱源を用いることができる。
レーザを用いた焼鈍の場合には、レーザの照射によってその照射部を加熱し、その後空冷によって常温まで冷却することによって行うことができる。加熱温度は素材のそれまでの熱履歴によって異なる。なお、レーザによって鋼を焼き入れる場合には、レーザの照射によってその照射部を鋼のマルテンサイトスタート点（約７２７℃）以上に加熱する必要があるが、焼鈍の場合には焼き入れの場合に比較して低い温度の加熱となることは勿論である。
【００１３】
このように、硬度の大きな焼入れ部７に、硬度の小さな焼鈍部６を有する平坦状摺動面３においては、図４に示すように、その平坦状摺動面３に大きな油膜圧力が作用した際に、焼入れ部７に対して焼鈍部６が凹状に押圧変形されてその表面に点状又は線状の凹部６Ａを形成するようになる。なお、９は斜板などの相手側摺動面である。
上記凹部６Ａはその形状によって油溜りや油通路として機能するようになり、後の試験結果で示すように、この凹部６Ａによって半球状シュー１の耐焼付性を著しく向上させることができる。
上記凹部６Ａは、焼鈍部６が凹状に押圧変形されることによって形成されるので、平坦状摺動面３すなわち焼入れ部７や焼鈍部６の全面が摩耗されても無くなることはなく、したがって良好な耐焼付性を長期間維持することができる。また平坦状摺動面３が高温となったような場合でも、それによる悪影響を受けることがなく、高温状態においても優れた耐焼付性を確保することができる。
【００１４】
図５は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例においては、図２に示した最終工程の次に、つまり焼鈍部６と焼入れ部７とをラップ加工などにより平坦に研磨した後に、さらにバフ加工などにより焼鈍部６の表面を凹状に形成して、該焼鈍部６の表面に予め凹部６Ｂを形成したものである。
上述したように、焼鈍部６の表面が平坦であっても、該焼鈍部６の表面に大きな油膜圧力が作用すればその表面に凹部６Ａが形成されるようになるが、本実施例のように予め凹部６Ｂを形成しておけば、大きな油膜圧力が作用する以前から該凹部６Ｂは油溜りや油通路として利用することができるようになる。
上記油溜り部６Ａの深さは、１．０μｍ程度となるように形成することが好ましい。
【００１５】
ところでレーザを用いた焼鈍の場合には、上述したように焼き入れの場合に比較して低い温度によって、焼入れされた平坦状摺動面３Ａの一部を点状又は線状に焼鈍して焼鈍部６を形成するが（図２（ｂ）参照）、その際に加熱条件によっては焼き入れが行われてしまい、図６（ｂ）で示すように、焼鈍部６の中央部分に焼入れ部８が残存してしまうことがある。
この残存焼入れ部８は、焼鈍部６を形成する際の中央部分の高温化と急冷によって残存してしまうので、焼鈍部６の中央部分に浮島のように残存するようになり、この残存焼入れ部８が母材である平坦状摺動面３の焼入れ部７に連続して形成されることはない。
そして上記残存焼入れ部８は、本発明としては不要なものであり、また平坦状摺動面３Ａの表面から突出した状態で残存しまうので、上記焼鈍部６と焼入れ部７とをラップ加工などにより平坦に研磨する際に、除去することが望ましい（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。
或いは図７に示すように、残存焼入れ部８の深さや大きさによっては、焼鈍によって焼入れ部８が残存する焼鈍部６を形成した後に（図７（ｂ））、研磨やバフ加工などにより焼鈍部６の表面を凹状に形成することによって上記残存焼入れ部８を除去してもよい（図７（ｃ））。
【００１６】
上述したように、上記残存焼入れ部８は除去してしまうほうが望ましいが、必ずしも残存焼入れ部８を完全に除去する必要はない。
図８は焼鈍部６の中央部分に焼入れ部８を残存させたまま、該残存焼入れ部８を含めて、焼鈍部６と焼入れ部７と共に平坦状摺動面３Ａの全体の表面を平坦かつ平滑に研磨したものである。
すなわち、焼鈍によって焼入れ部８が残存する焼鈍部６を形成した後に（図８（ｂ））、研磨やバフ加工などにより平坦状摺動面３Ａの表面が滑らかとなるように加工する（図８（ｃ））。この段階では、残存焼入れ部８は焼鈍部６と焼入れ部７とから形成される平坦状摺動面３Ａの表面から突出している。
そして次に、相対的に長時間のバレル研磨などの研磨により、残存焼入れ部８を含めて平坦状摺動面３Ａの表面を平坦に研磨する（図８（ｄ））。
このように、残存焼入れ部８を含めて平坦状摺動面３Ａの全体の表面を平坦に形成すれば、該残存焼入れ部８は焼鈍部６の中央部分に残存しているので、図９に示すように、焼鈍部６の表面に大きな油膜圧力が作用して該焼鈍部６の表面に凹部６Ａが形成された際に、平坦状摺動面３Ａの全体の表面から退没するようになる。
したがって上記残存焼入れ部８が相手側摺動面９に接触することはなく、図４で説明したのと同等の作用効果を得ることができる。
【００１７】
或いは、より積極的に残存焼入れ部８の表面を凹ませるようにしても良い。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）と同一の製造工程を示しており、研磨やバフ加工などにより平坦状摺動面３Ａの表面が滑らかとなるように加工した後に（図１０（ｃ））、半球状シュー素材１Ａの全体に低温焼き戻しを施している。
この低温焼き戻し工程では、半球状シュー素材１Ａの全体を例えば１５０℃で１〜１．５時間保持し、その後、除冷する。これにより、残存焼入れ部８における正方晶のマルテンサイトは、立方晶のマルテンサイトと炭化物の混ざった焼戻しマルテンサイト組織に変化する。すると、残存焼入れ部８の収縮が生じて、該残存焼入れ部８の表面が平坦状摺動面３Ａの全体の表面から退没するようになる（図１０（ｄ））。
このように、残存焼入れ部８の表面を凹ませて凹部６Ｃを形成しておけば、大きな油膜圧力が作用する以前から該凹部６Ｃを油溜りや油通路として利用することができるようになる。そしてこのとき、図５について説明したように、焼鈍部６の表面についても、予め凹部６Ｂを形成してもよい。
【００１８】
さらに、必要に応じて、図８（ｃ）や図１０（ｃ）で示したように、残存焼入れ部８を焼鈍部６と焼入れ部７とから形成される平坦状摺動面３Ａの表面から突出した状態のままとしても良い。
すなわち、焼鈍によって焼入れ部８が残存する焼鈍部６を形成した後に（図８（ｂ））、研磨やバフ加工などにより平坦状摺動面３Ａの表面が滑らかとなるように加工して（図８（ｃ））、残存焼入れ部８を焼鈍部６と焼入れ部７とから形成される平坦状摺動面３Ａの表面から突出した状態のままとしても良い。
この場合であっても、残存焼入れ部８の突出高さが僅かであれば、焼鈍部６の表面に大きな油膜圧力が作用して該焼鈍部６の表面に凹部が形成された際に、該残存焼入れ部８を平坦状摺動面３Ａの全体の表面から退没させることが可能である。
仮に残存焼入れ部８が相手側摺動面に摺接したとしても、焼鈍部６の表面に形成される凹部６Ａによって該凹部を油溜りや油通路として利用することができるとともに、上記残存焼入れ部８の硬度は大きいので、耐焼付性が大きく低下することはなく、良好な耐焼付性を確保することができる。
【００１９】
次に、図１１は、本発明品の作用効果をシミュレーションによって説明する説明図である。
図１１に示すように、このシミュレーションでは、本発明品として、硬さＨｖ７５０の焼入れした素材１Ａに、直径０．９ｍｍの点状の焼鈍部６を形成してある。この焼鈍部６は素材１Ａ内に半球状に形成されており、その深さは１００μｍとなっている。
また、焼鈍部６の表面の中央に残存焼入れ部８が残存しており、この残存焼入れ部８は焼鈍部６内に半球状に形成されて、その直径は０．３ｍｍ、深さは５０μｍとなっている。そして焼入れした素材１Ａと焼鈍部６と残存焼入れ部８の表面、すなわち平坦状摺動面３Ａの全体の表面は、平坦に形成してある。
上記構成を有する本発明品の摺動表面に、カーエアコンコンプレッサ内の半球状シューと斜板との間で発生し得る５０ＭＰａという圧力を加えた際には、図９で示されているように、焼鈍部６の凹状の変形によりその表面に凹部６Ａが形成されるようになり、その凹部６Ａの深さＨは０．０１μｍであった。
このとき、残存焼入れ部８の表面は、予め平坦状摺動面３Ａの全体の表面に一致させて平坦に形成してあるので、焼鈍部６の凹状の変形に伴って上記平坦状摺動面３Ａの全体の表面から退没するようになり、相手側摺動面９に当接することはない。
【００２０】
さらに、図１２は上述した本発明品と比較品とについて行った耐焼付性についての試験結果である。比較品としては、硬さＨｖ７５０の焼入れした素材１Ａの摺動面３Ａを単純に平坦に形成したものを用いている。
この試験条件は、次の通りである。
「試験条件」
雰囲気：カーエアコンプレッサ吸入冷媒雰囲気
冷媒：Ｒ１３４ａ
オイル：冷凍機油
回転数：７２００ｒｐｍ
相手材：高力黄銅製斜板
荷重：４．８ＭＰａから１５分毎に２．０ＭＰａずつ増大
焼付き判定：斜板の回転駆動トルクが１．０ｋｇ・ｍを越えた時点
【００２１】
図１２から理解されるように、比較品は６．８ＭＰａで焼付きを起こしたが、本発明品では１６ＭＰａを越えても焼付きを起こさなかった。
これにより、本発明品は比較品に対して高い耐焼付性能を有していることが理解できる。
【００２２】
なお、上記実施例では摺動部材として半球シュー１を例示しているが、これに限定されるものではなく、種々の摺動部材に本発明を適用することができる。また、上記実施例では半球シュー１の平坦状摺動面３に焼鈍部６を形成しているが、半球状摺動面２に形成することも可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１  半球状シュー                        １Ａ  半球状シュー素材
２  半球状摺動面                        ３、３Ａ  平坦状摺動面
６  焼鈍部                              ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  凹部
７  焼入れ部                            ８  残存焼入れ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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