(57)【要約】【課題】使用により摺動部材のライニングが摩耗しても、摺動性能を維持でき、長寿命化を図ることのできる摺動部材を提供する。【解決手段】裏金層と、該裏金層の一方の面に設けられ、摺動面を形成するライニング層とを備えた摺動部材であって、前記摺動面に開口する複数の凹部を有し、前記凹部の深さが、前記ライニング層の厚みよりも大きい摺動部材とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金層と、該裏金層の一方の面に設けられ、摺動面を形成するライニング層とを備えた摺動部材であって、
前記摺動面に開口する複数の凹部を有し、
前記凹部の深さが、前記ライニング層の厚みよりも大きいことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記ライニング層が焼結金属からなる多孔質金属焼結層であ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】
前記焼結金属が、鉄系焼結金属、銅系焼結金属及び鉄銅合金系焼結金属からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動面に垂直な方向から見て、前記摺動面全体の面積に対する前記凹部の面積の割合が３０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項５】
裏金層の一方の面にライニング層を形成する工程と、
前記ライニング層の表面に開口する複数の凹部を形成する工程とを備え、
該凹部の深さが前記ライニング層の厚みよりも大きくなるように、前記凹部を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記凹部の形成が、切削加工及びプレス加工のうちの少なくとも１つの加工により行われることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摺動部材を備えることを特徴とするすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材及びその製造方法に関し、より詳細には、長期間の使用により摺動部材のライニングが摩耗しても、摺動性能を維持でき、長寿命化を図ることのできる摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建機や自動車などの各種機械において、ハウジングに挿通された軸を回転可能とするために、すべり軸受などの摺動部材が用いられており、これに関する技術も開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
摺動部材は、例えば、裏金層とライニング層とを備えたブシュを備え、該ブシュは、裏金層の表面で金属粉末を焼結することにより形成されたバイメタルの焼結合金からなり、この焼結合金がライニング層を形成している。また、このブシュを備えた摺動部材は、例えば、燃料噴射ポンプ、エンジン、変速機、ショックアブソーバー等においてすべり軸受として用いられている。すべり軸受は円筒形状を成し、その内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸を軸受けする。
【０００４】
ブシュをバイメタルの焼結合金により形成する技術として、例えば、特許文献２には、裏金鋼板と、前記裏金鋼板上に焼結接合されたＦｅ系焼結摺動材料層と、前記Ｆｅ系焼結摺動材料層と前記裏金鋼板との接合界面近傍に形成されたＦｅ系合金粒の拡散層と、前記接合界面近傍に形成された、該接合界面側に伸長するＣｕ合金相と、を備えるブシュが提案されている。
【０００５】
また従来、すべり軸受として摺動面に油溜りとなる多数の凹部（インデント）を設け、摺動性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３３１８５号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０８６６２１号
【特許文献３】特開２０１４−１６３４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
すべり軸受の使用においては、その摺動面（内周面）によって回転軸（相手軸）を軸支するが、すべり軸受の摺動面を構成するライニング層が相手軸との摺動により摩耗する。使用によりライニング層が摩耗し、裏金層が露出した場合は所期の摺動性能を発揮することができないため、すべり軸受の取り換えが必要になる。ライニング層が残った状態で取り換えが出来ればよいが、実際の作業現場においては、その交換作業が煩雑であったり、建機の稼働中の場合は交換し難い等により、ライニング層が無くなった状態で取り換えられる場合もある。しかしながら、裏金層が露出した状態での稼働が続くと、摺動面の潤滑性が低下し、摺動性が低下してしまう。
そこで本発明の目的は、長期間の使用により摺動部材のライニング層が摩耗しても、摺動性能を維持でき、長寿命化を図ることのできる摺動部材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、ライニング層に設けられる凹部（インデント）を、裏金層まで到達させ、裏金層に油溜り部を形成することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は以下の通りである。
（１）裏金層と、該裏金層の一方の面に設けられ、摺動面を形成するライニング層とを備えた摺動部材であって、前記摺動面に開口する複数の凹部を有し、前記凹部の深さが、前記ライニング層の厚みよりも大きいことを特徴とする摺動部材。
（２）前記ライニング層が焼結金属からなる多孔質金属焼結層であることを特徴とする前記（１）に記載の摺動部材。
（３）前記焼結金属が、鉄系焼結金属、銅系焼結金属及び鉄銅合金系焼結金属からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする前記（２）に記載の摺動部材。
（４）前記摺動面に垂直な方向から見て、前記摺動面全体の面積に対する前記凹部の面積の割合が３０％以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の摺動部材。
（５）裏金層の一方の面にライニング層を形成する工程と、前記ライニング層の表面に開口する複数の凹部を形成する工程とを備え、該凹部の深さが前記ライニング層の厚みよりも大きくなるように、前記凹部を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
（６）前記凹部の形成が、切削加工及びプレス加工のうちの少なくとも１つの加工により行われることを特徴とする前記（５）に記載の摺動部材の製造方法。
（７）前記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の摺動部材を備えることを特徴とするすべり軸受。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の摺動部材は、ライニング層に設けられた凹部（インデント）が裏金層まで到達しているので、長期間の使用により摺動面を形成するライニング層が摩耗し、裏金層が露出した場合であっても、裏金層に設けられた油溜り部によって摺動性能が維持される。したがって本発明によれば、長期間の使用により摺動部材のライニング層が摩耗しても、摺動性能を維持でき、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る摺動部材の外観を示す概念図である。
【図２】使用によりライニング層が摩耗し消失した状態を示す摺動部材の断面図である。
【図３】実施形態に係る摺動部材の製造方法におけるステップＳ０１〜ステップＳ０４の工程を示した図である。
【図４】実施形態に係る摺動部材の製造方法におけるステップＳ０５〜ステップＳ０７の工程を示した図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、別実施例に係るカラーの製造方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、実施形態の摺動部材であるすべり軸受４０の概略図である。すべり軸受４０は円筒状の外形を呈しており、その摺動面としての内周面（内側）７から外周面（外側）８に向かう径方向に沿って、ライニング層１１、裏金層１５、カラー３０の三層が、同心円状に配置されている。本実施形態に係るすべり軸受４０は、図示しない建機や自動車などの各種機械が有するハウジングに挿通された相手軸（以下、単に「軸」ともいう）を回転可能とするために用いられるすべり軸受であり、ハウジングに圧入されて使用されるものである。この軸は、すべり軸受４０の中央に形成された穴を貫通するとともに、回転可能に支持されている。
【００１４】
本発明の摺動部材は、摺動面７に開口する複数の凹部（インデント）５を有している。凹部５の深さはライニング層１１の厚みよりも大きく、裏金層１５に到達している。よって、図２に示すように、摺動部材であるすべり軸受４０の長期間の使用により摺動面を形成するライニング層１１が摩耗し消失し、裏金層１５が露出した場合、裏金層１５に凹部５が存在する。裏金層１５に凹部５が存在することにより、該凹部５に潤滑油を保持することができるため、裏金層１５での摺動性能が維持されることになる。
【００１５】
ライニング層１１は、回転する軸と直接接触する部材であって、軸が摺動しながら回転するため、低摩擦性、耐摩耗性、耐焼付性などが要求される。ライニング層１１は、金属粉末を焼結して得られる焼結体（焼結合金）より構成される多孔質金属焼結層であることが好ましい。
焼結金属は、例えば、鉄系焼結金属、銅系焼結金属、鉄銅合金系焼結金属等が挙げられる。鉄系焼結金属としては、例えば、Ｃｕ：１３．５〜２２．５質量％、Ｓｎ：１．５〜２．５質量％、Ｃ：０．５〜３．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる金属等を挙げることができる。
【００１６】
ライニング層１１の厚みは、所望のすべり軸受の軸径に応じて適宜調整すればよいが、例えば直径４０〜８０ｍｍの軸が挿通される場合、０．４〜１．８ｍｍが好ましく、１．０〜１．５ｍｍがより好ましい。
【００１７】
裏金層１５は、板状の金属部材より構成され、軸からの荷重を受ける部材である。裏金層１５とライニング層１１との二層構造により構成されるバイメタルが、主として摺動部材としての役割を果たすブシュ２０を構成する。後述するように、このバイメタルは、潤滑油が含浸されているとともに、所定の強度を確保するため熱処理が施されている。裏金層１５を構成する金属としては、例えば、鉄系金属が挙げられる。
【００１８】
裏金層１５の厚みは、所望のすべり軸受の軸径に応じて適宜調整すればよいが、例えば直径４０〜８０ｍｍの軸が挿通される場合、１．０〜２．１ｍｍが好ましく、１．３〜１．８ｍｍがより好ましい。
【００１９】
本発明において、裏金層１５とライニング層１１により構成されるブシュ２０には、ライニング層１１における摺動面に、外部から潤滑油を供給する溝６と、溝６から供給された潤滑油を溜めることが可能な凹部５が複数形成されている。
【００２０】
凹部５は摺動面に開口し、その深さがライニング層１１の厚みよりも大きく、底部が裏金層１５に到達している。裏金層１５にまで凹部５が形成されることで、ライニング層１１が摩耗して裏金層１５により摺動することになった場合でも焼き付き等を起こすことなく摺動性能を高めることができる。凹部５の底部は、裏金層１５の表面、すなわちライニング層１１と裏金層１５との界面から０．３ｍｍ以上深いことが好ましい。裏金層１５における凹部５の深さが０．３ｍｍ以上であることで、ライニング層１１が摩耗し消失した後であっても摺動を継続可能とするために必要な量の潤滑油を保持することができる。なお、凹部５は裏金層１５を貫通することはない。図１、２に示すように、凹部５の底部は半球形状を有しているが、その形状は特に限定はされない。
【００２１】
また、本発明において、耐破壊性を確保するため、摺動面７に垂直な方向から見て、摺動面７の全体の面積に対する凹部５の面積の割合が３０％以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明において、ブシュ２０に凹部５を形成する際に、加工機（例えば、プレス機）による応力によりブシュ２０の背面、すなわち裏金層１５側の表面に盛り上がりが発生する場合がある。そこで、ブシュ２０の裏金層１５側にカラー３０を設けることが好ましい。
カラー３０は、円筒形状を呈する金属部材より構成され、すべり軸受４０の全体形状を維持するとともに、すべり軸受４０（ブシュ２０）をハウジングなど他の部材に固定するための部材でもある。ブシュ２０がカラー３０の内面に圧入されることにより、すべり軸受４０が形成される。
【００２３】
次に本発明の摺動部材の製造方法について、すべり軸受である場合について説明する。
【００２４】
本実施形態に係るすべり軸受４０の製造方法は、図３、図４に示す如く、粉末散布工程（ステップＳ０１）と、焼結・圧延工程（ステップＳ０２）と、凹部形成工程（ステップＳ０３）と、ブシュ成形工程（ステップＳ０４）と、熱処理工程（ステップＳ０５）と、圧入工程（ステップＳ０６）と、含油・仕上げ工程（ステップＳ０７）と、を備える。以下、各工程について具体的に説明する。
【００２５】
図３に示したように、粉末散布工程（ステップＳ０１）では、まず、板状の金属部材である裏金（裏金層１５）を準備する。この裏金層１５の材料には例えば鉄系部材などが用いられる。次に、ライニング層１１を形成するための金属粉末を、散布装置を用いて裏金層１５の表面１５ａに散布し、散布層１１ｂを形成する。金属粉末としては、例えば、鉄粉と銅粉とが略均一に混合されたものを使用することができる。このように、板状の裏金層１５の表面に略均一に散布層１１ｂを散布して、板状の焼結前部材１０ｂを構成する。
【００２６】
次に、図３に示す焼結・圧延工程（ステップＳ０２）では、粉末散布工程（ステップＳ０１）で構成した焼結前部材１０ｂを焼結炉に入れてヒータで加熱し、散布層１１ｂにおける主成分である鉄粉末の融点よりも低い温度（例えば、８００〜１３００℃）の雰囲気で散布層１１ｂを焼結させる。これにより、散布層１１ｂは多孔質の金属焼結層（ライニング層１４）となり、焼結前部材１０ｂは裏金層１５とライニング層１１とのバイメタルからなる焼結合金１０となる。本実施形態では、焼結工程を複数回繰り返すと同時に、焼結工程の間に焼結合金１０をローラで圧延する圧延工程を行うことにより、焼結合金１０の板厚を薄く形成している。また、本実施形態では連帯焼結法によって焼結合金１０を形成するものであるが、単体焼結法など他の方法で形成する構成とすることも可能である。
【００２７】
以上のステップＳ０１及びステップＳ０２が、本発明でいうブシュ２０を形成する工程に相当する。
【００２８】
続いて、図３に示す凹部形成工程（ステップＳ０３）が実施される。ステップＳ０３では、ブシュ２０に複数の凹部５を形成する。凹部５の形成方法は特に限定されず、切削加工、プレス加工等が挙げられる。
凹部形成工程では、切削加工により凹部５が形成される場合は、凹部５の底部は裏金層１５を構成する金属で形成され、プレス加工により凹部５を形成する場合は、凹部５の底部はライニング層１１を構成する金属で形成される。
プレス加工により凹部５を形成することにより、凹部５の底部は含油されたライニング層１１によって形成されるため、裏金層１５が露出した場合でも凹部５内部からの潤滑油の供給が期待できる。
【００２９】
凹部５の深さは、ライニング層１１の厚みよりも大きく、且つブシュ２０を貫通しない、即ちブシュ２０の厚みよりも小さいものであれば特に限定はされない。好ましくは、上記したように凹部５の底部がライニング層１１と裏金層１５との界面から０．３ｍｍ以上深いことが好ましい。また、この工程において、同時に溝６を形成することもできる。
【００３０】
次に、図３に示すブシュ成形工程（ステップＳ０４）ではステップＳ０１〜ステップＳ０３で形成した焼結合金１０を、ライニング層１１が内側となるようにプレス機等によって巻いて曲げ加工を行い、円筒状のブシュ２０を成形する。このブシュ成形工程によって、後に摺動部材であるすべり軸受４０の内周面となる、ブシュ２０の内周面が形成される。
【００３１】
次に、図４に示す熱処理工程（ステップＳ０５）では、ブシュ２０に対して浸炭焼入れ・焼き戻し等の熱処理を行い、ブシュ２０のライニング硬化及び表面改質を行う。この処理により、裏金層１５及びライニング層１１それぞれの硬度が向上し（例えば、裏金層１５はビッカース硬さ１００〜４００、ライニング層１１はビッカース硬さ３００〜８００）、ブシュ２０の強度が向上する。
【００３２】
次に、図４に示す圧入工程（ステップＳ０６）では、円筒状の金属部材（例えば、鉄系部材）であるカラー３０に、熱処理を行ったブシュ２０を圧入し、すべり軸受４０を形成する。カラー３０はブシュ２０のような熱処理は行われていないため、その硬度は裏金層１５よりも小さい（例えば、ビッカース硬さ１００〜２００）。また、カラー３０の内径寸法はブシュ２０を圧入できる程度に、ブシュ２０の外径寸法と同一若しくは若干小さく形成されている。この圧入工程によって、後に摺動部材であるすべり軸受４０の外周面となる、カラー３０の外周面が形成される。
【００３３】
次に、図４に示す含油・仕上げ工程（ステップＳ０７）では、含油機を用いてすべり軸受４０に高粘度潤滑油からなる油分を含浸させる。含油工程では、高粘度潤滑油を加熱して低粘度化し、この潤滑油内にすべり軸受４０を浸漬し、真空雰囲気下で静置する。これにより、すべり軸受４０の気孔内の空気が気孔外へ吸い出される一方で、低粘度化した潤滑油がすべり軸受４０の気孔内に吸引される。潤滑油を吸引したすべり軸受４０を空気中に取り出して室温にまで放冷すると、低粘度化した潤滑油はすべり軸受４０の気孔内で再び元の高粘度潤滑油に戻り流動性を失う。これにより、高粘度潤滑油をすべり軸受４０の気孔内に留めておくことができる。
【００３４】
上記の如く、本実施形態に係る摺動部材であるすべり軸受４０においては、板状の金属部材である裏金層１５の表面において金属粉末を焼結してライニング層１１が形成されることにより、バイメタルの焼結合金１０が形成される。そして、焼結合金１０が円筒状のブシュ２０として成形され、ブシュ２０に熱処理が施された後に、ブシュ２０が円筒状の金属部材であるカラー３０に圧入されて、すべり軸受４０が形成される。即ち、本実施形態に係るすべり軸受４０は、図１に示したように、その内側から外側に向かって、ライニング層１１、裏金層１５、カラー３０の三層が配置される。すなわち、ブシュ２０と、ブシュ２０の周囲に設けられたカラー３０より、すべり軸受４０が構成される。
【００３５】
上記の如く構成することにより、すべり軸受４０をハウジングに圧入する際に、すべり軸受４０の外周面にかじりを生じにくくすることができる。具体的には、すべり軸受４０の外周に配置されるカラー３０には熱処理が行われていないため、カラー３０の硬度は裏金層１５等と比較して小さくなる。このため、すべり軸受４０をハウジングに圧入する際にハウジングと当接するカラー３０の部分でかじりの発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、熱処理がされていないカラー３０が外周部に配置されることにより、すべり軸受４０の全体的な硬さを抑えることができる。これにより、すべり軸受４０が局部的に発生する強い当りを減少させることができ、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させて割れを生じにくくすることができる。
【００３７】
加えて、厚み（半径方向の厚さ）が大きいすべり軸受４０を形成する場合でも、カラー３０の半径方向厚さを調整すればよく、焼結合金１０の厚さを一定とすることができる。このため、すべり軸受４０の厚みが大きい場合でも容易に成形することが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施形態によれば、板状の焼結前部材１０ｂから焼結合金１０を形成し、この焼結合金１０を曲げ加工してブシュ２０を成形する構成としているため、焼結材料のみで円筒状部品を成形する必要がなく、容易に加工することができる。加えて、脆性の高い焼結材料のみを裏金層に圧入する必要がないため、焼結材料を裏金層に圧入する際に割れが生じることがない。
【００３９】
また、板状の焼結合金１０の段階で溝加工又は凹部（インデント）加工により溝や凹部を形成しておくことができるため、すべり軸受４０の内周面に溝や凹部を容易に形成して、すべり軸受４０の内周面における摺動特性を向上させることが可能となる。
【００４０】
上記の如く、本実施形態によれば、ハウジングに圧入する際にすべり軸受４０の裏金部分であるカラー３０にかじりが生じにくく、割れにくく、溝や凹部等の成形がしやすい、すべり軸受４０を製造することが可能となるのである。
【００４１】
尚、本願発明の「円筒状の金属部材であるカラー３０」は、パイプ材やソリッド材から切削形成しても、また、板状（帯状）の部材の端部同士を突き合せて（巻いて）形成してもよく、コスト面や設備面で適宜選択可能である。但し、板状部材から円筒形状を作成した方がより安価にカラーを作成でき好ましい。その場合は締め代を持たせるために合せ目を閉じた状態で仕上げ加工をする。さらに、板状部材を巻いてカラーを形成する場合は、合せ目を溶接で結合するのみでなく、クリンチ形状で結合するようにしてもよい。
【００４２】
以下、図５を用いて、カラー３０を板状部材から形成し、合せ目をクリンチ形状で結合した場合について説明する。具体的には図５（ａ）に示す如く、両端にクリンチ形状（略円形状の係合凸部１７ａ及び係合凹部１７ｂを有する板状部材を、図示しない曲げ加工機等によって巻いて曲げ加工を行い、中央部分が半円筒状の曲げ部材１７ｃを成形する。この際、曲げ部材１７ｃにおける内周面の曲率半径は、ブシュ２０における外周面の曲率半径と略同一か、少し大きくなるように形成する。この荒曲げ工程によって形成される曲げ部材１７ｃにおける外側の面が、カラー３０の外周面、即ちすべり軸受４０の外周面となる。
【００４３】
次に、図５（ｂ）に示す如く、半円筒形状の固定型である上型５２ｓの側に曲げ部材１７ｃの中央部分（半円筒状部分）をセットする。そして、同じく半円筒形状の可動型である下型５２ｍを、曲げ部材１７ｃの端部の側から図５（ｂ）に示す矢印Ｕの如く近接させるのである。これにより、板状部材である曲げ部材１７ｃの両側端部を、下型５２ｍの半円筒面に沿わせて変形させることにより、クリンチ形状を係合させる。具体的には、係合凸部１７ａを係合凹部１７ｂに進入させて係合させることにより、板状部材である曲げ部材１７ｃの両側端部を接合するのである。このようにして、外側部材であるカラー３０を形成する。その後、ブシュ２０を円筒状のカラー３０に圧入して、すべり軸受４０を形成する。
【００４４】
本発明の摺動部材によれば、ブシュ２０に設けられた凹部５の底部が裏金層１５まで到達しているので、摺動面を形成するライニング層１１が摩耗し、裏金層１５が露出した場合であっても、裏金層１５に設けられた凹部５が油溜りとして機能するため、摺動性能を確保することができる。なお、凹部５がプレス加工により形成された場合は、凹部５の底部がライニング層１１を構成する金属で形成されるので、より確実に摺動性能を維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の摺動部材は、摺動部材のライニングが摩耗しても、摺動性能を維持でき、長寿命化を図ることができる。本発明の摺動部材は、特にすべり軸受として好適に用いられ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００４６】
５    凹部
６    溝
７    内周面（摺動面）
８    外周面
１１  ライニング層
１５  裏金層
２０  ブシュ
３０  カラー
４０  すべり軸受
【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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