(57)【要約】【課題】エンジンの冷却経路を循環する高温の冷却水や、洗浄液に長期間浸漬される環境において、錆を発生させることなく、高い潤滑性と機械的強度を備えたウォータポンプ用軸受とその製造方法を提供すること。【解決手段】  インペラ又はロータを回転させることによって冷却水又は洗浄液を送り出すウォータポンプの軸部材を支承する摺動部材１０であって、それぞれ筒状の焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとが内外に形成され、前記焼結摺動層１０ａは、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が固体潤滑剤と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、前記焼結金属層１０ｂはＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金により構成されていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラ又はロータを回転させることによって冷却水又は洗浄液を送り出すウォータポンプの軸部材を支承する摺動部材であって、
それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、
前記焼結摺動層は、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が固体潤滑剤と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、
前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金により構成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
インペラ又はロータを回転させることによって冷却水又は洗浄液を送り出すウォータポンプの軸部材を支承する摺動部材であって、
それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、
前記焼結摺動層は、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、
前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金により構成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、
前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１％以上１２％以下とされていることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、
前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１２％より大きく３５％以下とされていることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の摺動部材であって、
前記焼結摺動層には、前記焼結金属層の軸方向の端面を覆うようにフランジ状部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の摺動部材であって、
前記摺動部材の軸方向における端面に凹部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の摺動部材であって、
少なくとも前記焼結摺動層に潤滑油を含浸したことを特徴とする摺動部材。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の前記焼結摺動層と、前記焼結金属層とを備えた摺動部材の製造方法であって、
貫通孔が形成されたダイと、前記貫通孔内に該貫通孔と同軸的に配設された仕切り筒、筒状の下パンチ、およびコアロッドと、前記ダイの上方に前記貫通孔と同軸的に配設された上パンチとを備えるとともに、前記下パンチは前記仕切り筒の内側および外側に対応して各別に配設され、前記仕切り筒、前記下パンチおよび前記上パンチは、前記貫通孔の軸線方向に前記ダイに対して相対的に進退可能に支持され、前記貫通孔の内周面が圧粉体の外周面を形成し、前記コアロッドの外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされた粉末成形装置により、
前記仕切り筒、およびその内側または外側のいずれか一方の前記下パンチを前進位置に配置するとともに、他方の前記下パンチを後退位置に配置して第１空間を形成し、該空間に前記焼結摺動層又は前記焼結金属層のうち一方を形成する第１粉末を充填するとともに、前記一方の下パンチを後退移動させて第２空間を形成し、該空間に前記焼結摺動層又は前記焼結金属層のうち他方を形成する第２粉末を充填し、その後、前記仕切り筒を後退移動させた後に、または前記仕切り筒を後退移動させながら、前記上パンチを前進移動し、前記第１、第２粉末を圧縮することによって圧粉体を成形し、
該圧粉体を焼結させることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の摺動部材の製造方法により摺動部材の焼結品を製造した後に、
該焼結品に潤滑油を含浸させることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸状の部材を回転摺動可能に保持する筒状の摺動部材並びにこの摺動部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車において、エンジンの冷却水やウインドウォッシャー液（洗浄液）等の水を安定して各部位に供給することは、安全で快適な運転に不可欠である。
そのため、水供給系統に必要に応じて種々のウォータポンプが設けられている。
例えば、エンジンに必要量の冷却水を安定して供給することは、走行にあたって必要な出力と経済的な燃費を確保するうえで不可欠であるばかりでなく、オーバーヒートによるエンジン故障を防止し、エンジンを寿命まで安定して作動させるために不可欠である。そのため、冷却水ポンプは、内部の構成部品が長期間に亘って安定して作動することが必要であり、また、自動車が長期間に亘って運転されない場合であっても変質しないことが必要である。
【０００３】
しかし、エンジン用冷却水を循環させるウォータポンプの場合、ウォータポンプに使用されるすべり軸受はメカニカルシール等がないため、軸受は約８０℃以上の高温冷却水やエンジンの冷却経路で生じた錆等に曝され、非常に厳しい環境で長時間使用される。
また、ウインドウォッシャー液を送出するポンプの軸受については、ウインドウォッシャー液を長期間使用しない場合、洗浄液がポンプ内に長期間滞留するため、滞留した洗浄液が軸受に長期間接触する等の不安定要因があった。
そこで、例えば冷却水中において使用可能な軸受として、ポリフェニレンスルフィド系樹脂組成物製軸受、ポリケトン樹脂組成物製軸受、ポリエーテルケトン系樹脂製軸受等の摺動部材が提案されている。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平６−１１６４９４号公報
【特許文献２】特開平１１−１８１２７３号公報
【特許文献３】特開２００２−１３９０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる摺動部材によれば、金属製の軸部材との摺動に関して充分な耐磨耗性や機械的強度を得ることが困難であるという問題があった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、エンジンの冷却経路を循環する高温の冷却水や、ウインドウォッシャー液に長期間浸漬される環境において、錆を発生させることなく、高い潤滑性と機械的強度を備えたウォータポンプ用軸受とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、請求項１記載の摺動部材は、インペラ又はロータを回転させることによって冷却水又は洗浄液を送り出すウォータポンプの軸部材を支承する摺動部材であって、それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、前記焼結摺動層は、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が固体潤滑剤と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金により構成されていることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、ウォータポンプの冷却水又は洗浄液送出手段（以下、冷却水等送出手段という）に回転を伝達する軸部材を支承するための焼結摺動層が、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、と主に固体潤滑剤とから構成されており、Ｃと固体潤滑剤の自己潤滑性によって摺動抵抗が小さいため、高い潤滑性が確保される。また、冷却水や洗浄液に含まれる化学物質に長期間に亘って曝されても、焼結摺動層の錆発生が抑制され、エンジンが運転される場合はもとより、長期間に亘って運転が休止され長期間摺動がなされない場合であっても、摺動面への錆発生が抑制され、長期間に亘って安定した潤滑性とスムースな回転が確保される。
また、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下とすることにより、焼結摺動層と焼結金属層との境界面は、成形と焼結によって強固に結合しているため、特に好適である。
【０００７】
また、焼結金属層がＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金で構成され、高強度であるので、焼結金属層に軸部材を嵌合又は圧入等によって容易かつ高精度に摺動部材を装置に組込み、固定をすることができ、押さえ部材や接着工程が不要となるため材料及び組立工数の低減に伴うコスト削減が可能となる。
また、焼結金属層がＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金で構成されているため、焼結摺動層より強度が高く焼結摺動層がしっかりと保持されるとともに、錆の発生が抑制され充分な潤滑性と耐久性が確保される。
また、摺動部材を構成する焼結摺動層と焼結金属層とが同時に圧粉され、焼結結合により焼結摺動層と焼結金属層が互いに強固に接合されているので、焼結摺動層と焼結金属層にいわゆる層間剥離が発生する虞がない。
【０００８】
さらに、摺動部材が、焼結摺動層と焼結金属層の２つの層により構成されているので、摺動部材の用途に応じて、２つの層の気孔率を異ならせることが可能になる。
その結果、焼結金属層の気孔率を大きくして、冷却水又は洗浄液を多く含むことにより、冷却効果の高い摺動部材を得ることができる。また、焼結金属層の気孔率を小さくすることにより、焼結摺動層に含まれた冷却水又は洗浄液が焼結金属層から漏洩するのを抑制することができる。
【０００９】
請求項２記載の摺動部材は、インペラ又はロータを回転させることによって冷却水又は洗浄液を送り出すウォータポンプの軸部材を支承する摺動部材であって、それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、前記焼結摺動層は、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金により構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ウォータポンプの回転子の軸部材と摺接する焼結摺動層が、Ｃ：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が主にＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金からなる組成とされる。その結果、焼結摺動層は、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金にＣが固溶せず、ＣがＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金から遊離した状態とされ、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金の金属結合によって高い強度が確保される。また、遊離したＣの粒界にＳｎが析出して焼結摺動層のＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金の表面がＳｎリッチとなり、高温な冷却水や洗浄液に長時間曝されても錆の発生を抑制することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１％以上１２％以下とされていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、焼結金属層の気孔率が１％以上１２％以下と小さく構成されているので、焼結摺動層に含まれた冷却水又は洗浄液が焼結金属層の外方に移動するための通路が小さく、焼結金属層を経由して冷却水又は洗浄液が漏洩することが抑制される。
また、冷却水又は洗浄液が焼結摺動層に保持され潤滑性が向上するので好適である。
また、気孔率が小さいことから、焼結金属層が高密度、高強度となり、高負荷条件でも高い信頼性と耐久性を確保することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１２％より大きく３５％以下とされていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、焼結金属層の気孔率の上限を３５％以下と大きくすることで、焼結金属層にも冷却水又は洗浄液が含まれることで、摺動部材に大量の冷却水又は洗浄液を保持させることができ、高い潤滑性を確保するとともに冷却水又は洗浄液の流出を抑制することができる。一方で、低密度にもかかわらず、嵌合や圧入に必要な強度を具備しているので、摺動部材を装置に組み込む際の組立コストを削減することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層には、前記焼結金属層の軸方向の端面を覆うようにフランジ状部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、摺動部材の周面に加えて端面が摺動面とされているので、端面にてスラスト力に対する高い潤滑性を確保することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の摺動部材であって、前記摺動部材の軸方向における端面に凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、摺動部材の軸方向における端面に凹部を形成されているので端面の接触面積を小さくするとともに凹部に潤滑油を保持することができ、スラスト力が加えられた場合に端面における高い潤滑性を確保して摺動抵抗を小さくすることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の摺動部材であって、少なくとも前記焼結摺動層に潤滑油を含浸したことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、焼結摺動層に冷却水又は洗浄液が含まれているので、焼結摺動層のＣと相俟って、より安定した摺動を確保することができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の前記焼結摺動層と、前記焼結金属層とを備えた摺動部材の製造方法であって、貫通孔が形成されたダイと、前記貫通孔内に該貫通孔と同軸的に配設された仕切り筒、筒状の下パンチ、およびコアロッドと、前記ダイの上方に前記貫通孔と同軸的に配設された上パンチとを備えるとともに、前記下パンチは前記仕切り筒の内側および外側に対応して各別に配設され、前記仕切り筒、前記下パンチおよび前記上パンチは、前記貫通孔の軸線方向に前記ダイに対して相対的に進退可能に支持され、前記貫通孔の内周面が圧粉体の外周面を形成し、前記コアロッドの外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされた粉末成形装置により、前記仕切り筒、およびその内側または外側のいずれか一方の前記下パンチを前進位置に配置するとともに、他方の前記下パンチを後退位置に配置して第１空間を形成し、該空間に前記焼結摺動層又は前記焼結金属層のうち一方を形成する第１粉末を充填するとともに、前記一方の下パンチを後退移動させて第２空間を形成し、該空間に前記焼結摺動層又は前記焼結金属層のうち他方を形成する第２粉末を充填し、その後、前記仕切り筒を後退移動させた後に、または前記仕切り筒を後退移動させながら、前記上パンチを前進移動し、前記第１、第２粉末を圧縮することによって圧粉体を成形し、該圧粉体を焼結させることを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の発明は、摺動部材の製造方法であって、請求項８記載の摺動部材の製造方法により摺動部材の焼結品を製造した後に、該焼結品に潤滑油を含浸させることを特徴とする。
【００２３】
請求項８及び請求項９に係る発明によれば、請求項１から請求項７に記載の摺動部材の製造において、粉末成形工法を用いているため、切削等の加工が困難な材料にも関わらず複雑な形状を容易かつ低コストにできるので設計自由度が向上し、高生産性かつ高品質に製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、エンジンの高温冷却水又は洗浄液中において、エンジンが運転される場合のみならず、自動車が長期間に亘って運転されず冷却水又は洗浄液が滞留した場合においても、摺動面が長期間に亘って変質することのない摺動部材と、かかる摺動部材を容易かつ安価に製造できる摺動部材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、摺動部材をウォータポンプ用軸受として使用したものである。
軸受１０（摺動部材）は、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂを備えており、軸受孔の内周面１０ｃが摺動面とされ、外周面１０ｄが内周面１０ｃと同軸（同心）とされた円筒形とされ、軸方向の一方の端面１０ｅには、焼結金属層１０ｂを覆うように焼結摺動層１０ａのフランジ状部１０ｆが形成されている。また、摺動部材１０のフランジ状部１０ｆの端面１０ｅには、潤滑油を保持するために複数の凹部１０ｇが形成されている。
【００２６】
焼結摺動層１０ａは、黒鉛（Ｃ）：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部は主にＭｏＳ２（固体体潤滑剤）から構成され、外周面側の焼結金属層１０ｂは焼結摺動層１０ａより高強度のＮｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部が主にＣｕからなるＣｕ−Ｎｉ又はＣｕ−Ｓｎ系合金により構成されている。
また、焼結金属層１０ｂは、気孔率が１％以上１２％以下に構成され、焼結摺動層１０ａと互いに焼結結合されている。
【００２７】
次に、以上のように構成された摺動部材１０を焼結により形成するための圧粉体を成形する粉末成形装置および圧粉体の製造方法の一実施形態について説明する。
図２から図８は、粉末成形装置２０の要部拡大断面図を示すものであって、貫通孔２１ａが形成されたダイ２１と、前記貫通孔２１ａ内に該貫通孔２１ａと同軸的に配設された仕切り筒２２、筒状の下パンチ２３、およびコアロッド２５と、前記ダイ２１の上方に前記貫通孔２１ａと同軸的に配設された上パンチ２６（図６）と、後述する第１、第２空間３１、３２に粉末を充填するシューボックス２９とを備えている。
【００２８】
下パンチ２３は、前記仕切り筒２２の内側および外側に各別に配設され、本実施形態では、第１下パンチ２３ａと、この第１下パンチ２３ａより内径および外径が大きくされた第２下パンチ２３ｂとを備え、第１下パンチ２３ａが仕切り筒２２の内側に配設され、第２下パンチ２３ｂが仕切り筒２２の外側に配設されている。そして、仕切り筒２２、下パンチ２３および上パンチ２６は、前記貫通孔２１ａの中心軸線方向にダイ２１に対して図示しないカム機構を介して進退可能に支持され、前記貫通孔２１ａの内周面が、形成する圧粉体の外周面を形成し、コアロッド２５の外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされている。
【００２９】
なお、第１下パンチ２３ａが進退移動する際、その内周面がコアロッド２５の外周面に摺接する一方、外周面が仕切り筒２２の内周面に摺接するようになっている。また、第２下パンチ２３ｂが進退移動する際、その内周面が仕切り筒２２の外周面に摺接する一方、外周面が前記貫通孔２１ａの内周面に摺接するようになっている。さらに、仕切り筒２２が進退移動する際、その内周面が第１下パンチ２３ａの外周面に摺接する一方、外周面が第２下パンチ２３ｂの内周面に摺接するようになっている。
【００３０】
以上の構成において、仕切り筒２２および下パンチ２３の先端面とコアロッド２５およびダイ２１の上面とが略面一となった状態から、第２下パンチ２３ｂが後退位置に配置されたときに、仕切り筒２２の外周面と前記貫通孔２１ａの内周面と第２下パンチ２３ｂの先端面とに画成された第１空間３１が形成されるようになっている。また、同様にして、第１下パンチ２３ａが後退位置に配置されたときに、仕切り筒２２の内周面とコアロッド２５の外周面と第１下パンチ２３ａの先端面とに画成された第２空間３２が形成されるようになっている。
【００３１】
シューボックス２９は、ダイ２１の上面に摺接しながら、この表面に沿って前記貫通孔２１ａに対して進退可能に支持され、この貫通孔２１ａに到達したときに、前記空間３１、３２に粉末を充填するようになっている。本実施形態では、シューボックス２９は、第１シューボックス２９ａと第２シューボックス２９ｂとを備えており、これら２９ａ、２９ｂには互いに材質の異なる粉末が装填され、第１空間３１には第１シューボックス２９ａにより、焼結金属層１０ｂを形成する第１粉末３３を充填し、第２空間３２には第２シューボックス２９ｂにより焼結摺動層１０ａを形成する第２粉末３４を充填するようになっている。
本実施形態では、図８に示すように、仕切り筒２２の外周面に、径方向外方へ凸とされた凸部２２ａが、前記軸線方向における全長に亙って延在し、周方向に所定の間隔をあけて複数形成されている。
【００３２】
次に、以上のように構成された粉末成形装置２０により、圧粉体を形成する方法について説明する。
まず、図２に示すように、仕切り筒２２、およびその内側に配設された第１下パンチ２３ａを前進位置に配置するとともに、外側に配設された第２下パンチ２３ｂを後退位置に配置して第１空間３１を形成する。その後、第２シューボックス２９ｂを前進移動させ、第１空間３１の上方に到達したときに、このシューボックス２９ｂにより第１空間３１に第１粉末３３を充填する（図９に示すＡ）。
次に、図３に示すように、第１下パンチ２３ａを後退移動させ、第２空間３２を形成した後に、図４に示すように、第１シューボックス２９ａを前進移動させ、第２空間３２の上方に到達したときに、このシューボックス２９ａにより第２空間３２に第２粉末３４を充填する（図９に示すＢ）。この際、第１空間３１に充填された第１粉末３３の上面にも第２粉末３４が堆積される。
【００３３】
ここで、第１粉末３３は、Ｎｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部が主にＣｕの組成とされ、平均粒径約４５μｍ、上限が約１００μｍの粉末を使用することが好ましい。
また、第２粉末３４は、黒鉛：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が主として二硫化モリブデンＭｏＳ２からなる組成とされる。ここで、黒鉛は、粉末を圧粉する際により安定した成形性を確保するため、約数μｍの等方向性高密度黒鉛を材料として約５０μｍ〜２００μｍに造粒したものが好ましい。
【００３４】
その後、図５に示すように、仕切り筒２２を後退移動させた後に（図９に示すＣ）、図６に示すように、上パンチ２６を前進移動し、このパンチ２６の下面と、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２の上面とにより第１、第２粉末３３、３４を前記軸線方向に圧縮する。この際、上パンチ２６をその前進端位置に到達させた状態で、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂ、および仕切り筒２２をダイ２１に対して漸次前進移動させ、第１、第２粉末３３、３４をさらに圧縮する（図９に示すＤ）。以上により、内周面側および軸方向における一方の端面（図示の例では上面）１０ｅが第２粉末３４により一体的に形成され、外周面側が第１粉末３３により形成された圧粉体３５を形成する。
【００３５】
そして、上パンチ２６をダイ２１に対して後退移動させるとともに、図７に示すように、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２をダイ２１に対して前進移動させることにより、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２の先端面を、コアロッド２５およびダイ２１の上面と略面一にし、圧粉体３５を前記空間３１、３２から取り出す（図９に示すＥ）。
次に、この圧粉体３５を焼結することにより、図１に示す摺動部材１０が形成される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態による摺動部材１０によれば、焼結摺動層１０ａが、黒鉛：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下、残部が主にＭｏＳ２等の固体潤滑剤とされているため、冷却水等に対する防錆性が高く焼結摺動層１０ａへの錆の発生が抑制され、安定した潤滑性が長期間に亘って維持される。また、黒鉛と固体潤滑剤により構成されているので自己潤滑性が高く、軸部材との回転摺動に対して安定した潤滑性が確保される。
【００３７】
以上の組合せにおいて、焼結摺動層１０ａを構成する黒鉛とＭｏＳ２とから構成される第２粉末３４は、焼結による収縮率が焼結金属層１０ｂを構成するＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系合金からなる第１粉末３３の収縮率より小さいため、収縮率が焼結摺動層１０ａより大きな金属焼結層１０ｂの圧縮力により焼結摺動層１０ａが安定して保持される。
また、焼結摺動層１０ａおよび前記焼結金属層１０ｂの気孔率の上限を３５％以下とすることで、製造可能な気孔率１％以上の範囲内において低密度の領域まで用いても、嵌合や圧入に必要な強度を具備し、摺動部材を装置に組み込む際の組立コストを削減することができる。
また、焼結金属層１０ｂが、Ｎｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部がＣｕにより組成されるＣｕ−Ｎｉ系、又はＳｎが７〜１２（ｍａｓｓ％）、残部がＣｕにより組成されるＣｕ−Ｓｎ系合金から構成されているので、高い防錆性と、高い強度を確保することができる。
【００３８】
また、金属焼結層１０ｂがＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系の合金で構成され強度が高いため、装置に対して嵌合又は圧入等によって固定させることが可能となり、摺動部材１０を容易に高い精度で組み込むことができ、高い品質、信頼性と組立工数を低減させることができる。
また、焼結金属層１０ｂが焼結摺動層１０ａより強度が高いＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系合金で構成されるので、焼結摺動層１０ｂがしっかりと保持されウォータポンプとして充分な耐久性が確保される。
また、粉末成形工法を用いているため、摺動部材１０の製造において、切削等の加工が困難にも関わらず複雑な形状を容易かつ低コストにできるので設計自由度が向上し、高生産性かつ高品質に製造することができる。
【００３９】
また、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとは同時に圧粉された後に焼結され、互いに焼結結合により強固に接合されているので、いわゆる層間剥離が発生する虞がない。
また、焼結金属層の気孔率を１％以上１２％以下と小さく構成することによって、焼結金属層が高密度、高強度となり、高負荷条件でも高い信頼性と耐久性を確保でき、さらに好適である。
【００４０】
さらに、軸受１０は、軸方向の一方の端面１０ｅに、焼結金属層１０ｂを覆うように焼結摺動層１０ａのフランジ状部１０ｆが形成され、凹部１０ｇが形成されることによって、摺動面積が小さくなるとともに潤滑油膜が形成され、潤滑性が高いので、スラスト方向の摺動抵抗を小さくすることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、仕切り筒２２の外周面に、その全周に亙って径方向外方へ凸とされた凸部２２ａが所定の間隔をあけて複数形成されているので、図５に示すように、仕切り筒２２を後退移動させた際、第１、第２粉末３３、３４のうち、仕切り筒２２と接触している側に位置する粉末３３、３４を互いに混在させることが可能になる。従って、得られる圧粉体３５を焼結することによって、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとがアンカー効果により互いに強固に接合された摺動部材１０を形成することができる。
【００４２】
次に、上記摺動部材１０の使用例について説明する。
図１０に示すのは、冷却水をエンジンのウォータジャケットに送り出すインペラ方式のウォータポンプであり、符号１はウォータポンプを、符号４０はモータを、符号４５はインペラを、符号５０はケーシングを示しており、ケーシング５０にはインペラ４５の吸入力によってケーシング５０内に冷却水を導入する吸入口５１と、冷却水を排出する吐出口５８が設けられている。
【００４３】
モータ４０は、回転子４２と、固定子４６と、図示しないブラシとを備えており、回転子４２は、軸部材４４と、図示しないコイルと、整流子とから構成され、軸部材４４の一方端にはインペラ４５が固定されている。
また、軸部材４４は、その両端近傍において軸受１０、１０によって支承され、軸受１０、１０は、ケーシング５０の軸受孔５０ａ、５０ｂに挿入されている。
【００４４】
また、回転子４２は、図示しないブラシと整流子を介してコイルに電流が供給されることで、固定子の磁力と作用し回転するようになっている。
モータ４０が回転すると、インペラ４５が回転し、インペラの回転で生じた吸入力によって、冷却水がケーシング５０に設けられた吸入口５１から矢印ＩＮ方向に吸入され、その後、吐出口５８から矢印ＯＵＴ方向に吐出されるようになっている。
このようにして、冷却水はラジエターからエンジンに送り出され、エンジン内のウォータジャケットを循環する。
【００４５】
軸受（摺動部材）１０、１０は、ウォータポンプ１に冷却水が流れることによって高温の冷却水に曝されつつ、回転子４２の軸部材４４を支承するとともに、焼結摺動層１０ａが軸部材４４と摺動する。
本実施形態による摺動部材１０、１０によれば、高温の冷却水に曝されても、焼結摺動層１０ａ、１０ａへの錆発生が抑制され、長期間に亘ってウォータポンプ１の安定した作動を確保することができる。
【００４６】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明に係る第２の実施形態を示す図である。
第２の実施の形態の軸受１５は、内周面１５ｃ側を構成する焼結摺動層１５ａと、外周面側を構成する焼結金属層１５ｂとを備えており、焼結金属層１５ｂは内周面１５を構成する孔と同軸の大径外周面１５ｄと、小径外周面１５ｅとを備えた二段円筒形とされている。
【００４７】
軸受１５は、焼結摺動層１５ａが、黒鉛とＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金を主として構成され、黒鉛：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下とされ、残部が主にＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金から構成され、Ｎｉ：１２〜４０（ｍａｓｓ％）、Ｓｎ：５〜１８．５（ｍａｓｓ％）、Ｃｕ：５〜４０（ｍａｓｓ％）の組成とされている。ウォータポンプ用軸受としては、焼結摺動層と焼結金属層との境界面は、成形と焼結によって強固に結合しているため、黒鉛：５０（ｍａｓｓ％）以上９０（ｍａｓｓ％）以下が特に好適である。
【００４８】
また、焼結金属層１５ｂは、気孔率が１２％より大きく３５％以下に構成され、焼結摺動層１０ａと互いに焼結結合されている。
また、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金は、黒鉛の粒界に安定して保持されるように平均粒径約４０μｍとすることが好ましい。他の事項及び製造方法については、第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
第２の実施の形態において、黒鉛はＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金に固溶されずに、焼結摺動層１５ａは遊離した遊離黒鉛とＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金から構成され、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金の金属結合によって高い強度が確保される。また、遊離黒鉛の粒界にＳｎが析出して焼結摺動層のＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金の表面がＳｎリッチとなり、冷却水中や洗浄液中においても高い防錆効果が確保される。
その結果、高い潤滑性と、防錆性を共に備えることができる。
【００５０】
次に、上記摺動部材１０、１５の使用例について説明する。
図１２に示すのは、ウインドウォッシャー液をウィンドウガラスに送出、噴射するインペラ方式のウォータポンプであり、符号１００はウォータポンプを、符号１４０はモータを、符号１４５はインペラを、符号１５０はケーシングを示している。
【００５１】
モータ１４０は、回転子１４２と、固定子１４６と、ブラシ１４７とを備えており、回転子１４２は、図示しないコイルと、整流子１４３と、軸部材１４４とから構成され、軸部材１４４の一方端にはインペラ１４５が固定されている。
また、軸部材１４４は、その両端近傍において軸受１０と、軸受１５によって支承され、軸受１０は、ケーシング１５０の軸受孔１５０ａに、軸受１５は、ケーシング１５０の軸受孔１５０ｂに挿入されている。
【００５２】
また、回転子１４２は、ブラシ１４７と整流子１４３を介してコイルに電流が供給されることで、固定子の磁力と作用し回転するようになっている。
モータ１４０が回転すると、インペラ１４５が回転し、その回転によって生じた吸入力によって、ケーシング１５０に設けられたウインドウォッシャー液吸入口１５１からウインドウォッシャー液が吸入され、移送管５３を経由して液室５４に送出され、その後、吐出口５８から吐出されるようになっている。このようにして、ウインドウォッシャー液はウインドウォッシャー液タンクから噴射ノズルに送り出される。
【００５３】
軸受（摺動部材）１０、１５は、ウォータポンプ１００にウインドウォッシャー液が流れることによってウインドウォッシャー液に含まれる界面活性剤に曝されつつ、回転子１４２の軸部材１４４を支承し、軸部材１４４と摺動する。
本実施形態による摺動部材１０、１５によれば、ウインドウォッシャー液に曝されても、焼結摺動層１０ａ、１５ａへの錆の発生が抑制され、長期間に亘ってウォータポンプ１００の安定した作動を確保することができる。
【００５４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施の形態においては、摺動部材１０に、フランジ状部１０ｆ、凹部１０ｇがともに設けられた場合について説明したが、これらを設けるか否かは任意に選択可能であり、また、これらを摺動部材１５に選択的に設けることも可能である。
【００５５】
また、図１、図１０に示す摺動部材１０、１５に代えて、焼結摺動部１０ａ、１５ａと焼結金属部１０ｂ、１５ｂがともに同軸同径の円筒から構成されていてもよく、また、摺動部材１０の形状について、円筒形に限らず、外周にフランジ部や大径部が形成され、又は内周面１０ｃの孔が大径部と小径部とから構成されていてもよい。
また、摺動部材１０、１５の孔の内周面１０ｃ、１５ｃを鼓状に形成してもよい。
【００５６】
また、冷却水ポンプ１の説明において、摺動部材１０の焼結摺動層１０ａが焼結金属層１０ｂの内方に配置された場合について説明したが、焼結金属層１０ｂを内方に、焼結摺動層１０ａを外方に形成してもよい。また、摺動部材１０、１０が軸部材４４とともに回転し、焼結摺動層１０ａ、１０ａが冷却水ポンプ１のケーシング５０の軸受孔５０ａ、５０ｂと摺動する構成としてもよいし、一方の摺動部材１０のみを焼結金属層１０ｂを内方に焼結摺動層１０ａを外方に形成して使用することも可能である。
また、同様に、ウインドウォッシャー液用のウォータポンプ１００に用いた摺動部材１０、１５の構成は必要に応じて選択することができ、軸部材４４のインペラ側に摺動部材１０を、反対側に摺動部材１５を設けた配置に関しては自由に選択することができる。
また、摺動部材１０、１５の軸方向端面に形成される凹部１０ｇについては、放射状、渦巻状又は周方向の溝を少なくとも１以上形成し、又は複数の凹部１０ｇを水玉状に配置するなど形状、数及び配置を自在に選択することができる。
また、焼結金属層１０ｂ、１５ｂの気孔率を１％以上１２％以下とするか、１２％より大きく３５％以下とするかは、必要に応じて選択することができる。
【００５７】
また、摺動部材１０、１５における焼結摺動層１０ａ、１５ａを構成する組成に関しては、黒鉛と固体潤滑剤からなる組成と、黒鉛とＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金からなる組成のいずれから選択することも可能である。
また、上記第１の実施の形態においては固体潤滑剤として、ＭｏＳ２を使用した場合について説明したが、ＭｏＳ２以外にもＷＳ２、ＢＮ、ＣＦ、Ｓｉ３Ｎ４、ＣａＦ２、ＬｉＦ等の固体潤滑剤を用いることが可能である。
また、焼結金属層をＣｕ−Ｎｉ系又はＣｕ−Ｓｎ系合金のいずれにするかは、必要に応じて選択することができる。
また、上記実施形態では、前記仕切り筒２２の外周面に形成された凸部２２ａとして、図８に示すような、断面平面視矩形状の構成を示したが、この凸部に代えて、例えば波形状や、のこぎり歯状であってもよい。さらにまた、前記凸部を仕切り筒２２の外周面に形成した構成を示したが、内周面に形成してもよく、内周面および外周面に形成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、第１、第２空間３１、３２に粉末３３、３４を充填し、その後、仕切り筒２２を後退移動させた後に、粉末３３、３４を圧縮する場合について説明したが、仕切り筒２２を後退移動させながら、粉末３３、３４を圧縮してもよく、この場合、サイクルタイムが短縮され、圧粉体３５を高効率に形成することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、仕切り筒２２の外側に位置する第２下パンチ２３ｂを後退位置に配置して第１空間３１を形成し、その後、仕切り筒２２の内側に位置する第１下パンチ２３ａを後退位置に配置して、第２空間３２を形成する場合について説明したが、第１下パンチ２３ａを後退位置に配置して、仕切り筒２２の内側に第１空間を形成し、その後、第２下パンチ２３ｂを後退位置に配置して仕切り筒２２の外側に第２空間を形成させるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、焼結金属層１０ｂ、１５ｂを構成する粉末を仕切り筒２２の外側に、焼結摺動層１０ａ、１５ａを構成する粉末を仕切り筒２２の内側に充填する場合について説明したが、これとは逆に、焼結金属層１０ｂ、１５ｂを構成する粉末を仕切り筒２２の内側に、焼結摺動層１０ａ、１５ａを構成する粉末を仕切り筒２２の外側に充填してもよい。
【００６１】
また、ウォータポンプ１００の方式として、洗浄液移送手段がインペラの場合について説明したが、インナーロータとエクスターナルロータとから構成されるロータ式のものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
エンジンの冷却水や界面活性剤が含まれる洗浄液中においても、安定した摺動を長期間保持することが可能な摺動部材及びこの摺動部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る第１実施形態として示した摺動部材の断面側面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第１工程図である。
【図３】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第２工程図である。
【図４】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第３工程図である。
【図５】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第４工程図である。
【図６】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第５工程図である。
【図７】本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第６工程図である。
【図８】図２に示す粉末成形装置の断面平面図である。
【図９】図２から図７の第１から第６工程を示すカム線図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る摺動部材を冷却水用ウォータポンプに使用した場合の断面側面図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施形態として示した摺動部材の断面側面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    ウォータポンプ
１０、１５  軸受（摺動部材）
１０ａ、１５ａ  焼結摺動層
１０ｂ、１５ｂ  焼結金属層
１０ｃ、１５ｃ  内周面（摺動面）
１０ｄ、１５ｄ  外周面
１０ｅ  一方の端面（摺動面）
１０ｆ  フランジ状部
１０ｇ  凹部
２０  粉末成形装置
２１  ダイ
２１ａ  貫通孔
２２  仕切り筒
２３  下パンチ
２３ａ  第１下パンチ（一方の下パンチ）
２３ｂ  第２下パンチ（他方の下パンチ）
２５  コアロッド
２６  上パンチ
３１  第１空間
３２  第２空間
３３  第１粉末
３４  第２粉末
３５  圧粉体
４４、１４４  軸部材
４５  インペラ
【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】
2006183778.tif 000009
【図８】
2006183778.tif 000010
【図９】
2006183778.tif 000011
【図１０】
2006183778.tif 000012
【図１１】
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