(57)【要約】【課題】粒径範囲が広く、かつ耐剥離性に優れた摺接粒子により摺接面を形成している摺動部材の製造方法および摺動部材を提供する。【解決手段】仮基板の表面に摺接粒子が接触するように、仮基板上に所定の粒径を有する摺接粒子を含む固定層を形成する工程と、仮基板、固定層、基材の順となるようにこれらを積層し、上記固定層と上記基材とを接合する工程と、上記仮基板を除去する工程と、を含む製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被摺動部材に対する摺接面を形成する摺接粒子を備える摺動部材の製造方法であって、
仮基板の表面に上記摺接粒子が接触するように、仮基板上に上記摺接粒子を含む固定層を形成する工程と、
仮基板、固定層、基材の順となるようにこれらを積層し、上記固定層と上記基材とを接合する工程と、
上記仮基板を除去する工程と、を含む、摺動部材の製造方法。
【請求項２】
上記摺接粒子の平均粒子径が、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項３】
上記摺接粒子が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化ホウ素、ガラス状カーボン、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、ケイ素化物、リン化物、および硫化物からなる群より選ばれる１種以上を含む、請求項１または２に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項４】
上記摺動部材が、軸受部材である、請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項５】
さらに、摺接粒子を加工する工程を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項６】
被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
上記摺動部材は、
基材と、
摺接粒子を含み、上記基材上に積層される固定層と、を備え、
上記摺接粒子は、上記固定層の表面から突出することにより上記被摺動部材に摺接し、
上記固定層内の上記摺接粒子は、基材側よりも摺接面側に多く分布している、摺動部材。
【請求項７】
上記摺接粒子の平均粒子径が、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、請求項６に記載の摺動部材。
【請求項８】
上記摺接粒子が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化ホウ素、ガラス状カーボン、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、ケイ素化物、リン化物、および硫化物からなる群より選ばれる１種以上を含む、請求項６または７に記載の摺動部材。
【請求項９】
上記摺動部材が、軸受部材である、請求項６から８のいずれか１項に記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材の製造方法および摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水ポンプの一種として、先行待機運転ポンプが知られている。先行待機運転ポンプは、例えばゲリラ豪雨のような急激な水量の増加に対応すべく、予め無水状態で全速運転（先行待機運転）することや、気水混合状態での排水を行うことが可能となっている。このような先行待機運転ポンプに適用できる摺動部材およびその製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、摺動部材基部および摺接粒子を備えたポンプ用軸・軸受構造が開示されている。当該摺接粒子は、摺動部材基部の表面に散在して固定されるとともに、摺動部材基部の表面から突出しており、被摺動部材に摺接することが記載されている。また、電着又はスパークプラズマ焼結により、摺接粒子を摺動部材基部の表面に直接固定することにより、摺動部材が製造されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１１７２７号公報（２０１６年１２月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来技術では、摺動部材の製造に用いられる摺接粒子の粒子径が所定の範囲内にあることを要求される。これは、粒径範囲が広い摺接粒子を用いると、複数の摺接粒子間において基材からの高さが異なる状態となるため突出高さを揃えた摺接面を形成させる加工（摺接粒子の研削及び／又は研磨）工程が必要不可欠となると共に、小さな摺接粒子に摺接面を設けるために大きな摺接粒子に対する研削量が必然的に大きくなり、加工面と材料面との両方で効率が悪くなるためである。
【０００６】
特に、上述の加工工程において研削量が増大したとき固定層も共に研削されるため、大きな摺接粒子を固定する固定層の減少によって、大きな摺接粒子の耐剥離性が低下する恐れが生じる。
【０００７】
粒径範囲が広い摺接粒子を用いる場合と、粒径範囲が狭い摺接粒子を用いる場合とでは、前者の方が原料コスト的には有利である。しかしながら、上述のように、従来の方法において粒径範囲が広い摺接粒子を用いた場合、摺動面を形成する加工が不可欠となるとともに研削量が増大するため、摺動部材の製造方法にはさらなる改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、摺接粒子の粒径範囲が広くても、摺接粒子により摺接面を容易に（無加工又は加工量を抑制して）形成できる摺動部材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】
【０００９】
本願発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、仮基板の表面に摺接粒子が接触するように、仮基板上に摺接粒子を含む固定層を形成する工程と、仮基板、固定層、基材の順となるようにこれらを積層し、上記固定層と上記基材とを接合する工程と、上記仮基板を除去する工程と、を含む製造方法により、摺動部材を製造することで、摺接粒子の粒径範囲が広くても、摺接粒子による摺接面を形成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本願発明は、以下の発明を包含する。
〔１〕被摺動部材に対する摺接面を形成する摺接粒子を備える摺動部材の製造方法であって、
仮基板の表面に上記摺接粒子が接触するように、仮基板上に上記摺接粒子を含む固定層を形成する工程と、
仮基板、固定層、基材の順となるようにこれらを積層し、上記固定層と上記基材とを接合する工程と、
上記仮基板を除去する工程と、を含む、摺動部材の製造方法。
〔２〕上記摺接粒子の平均粒子径が、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、〔１〕に記載の摺動部材の製造方法。
〔３〕上記摺接粒子が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化ホウ素、ガラス状カーボン、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、ケイ素化物、リン化物、硫化物からなる群より選ばれる１種以上を含む、〔１〕または〔２〕に記載の摺動部材の製造方法。
〔４〕上記摺動部材が、軸受部材である、〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
〔５〕さらに、摺接粒子を加工する工程を含む、〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
〔６〕被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
上記摺動部材は、
基材と、
摺接粒子を含み、上記基材上に積層される固定層と、を備え、
上記摺接粒子は、上記固定層の表面から突出することにより上記被摺動部材に摺接し、
上記固定層内の上記摺接粒子は、基材側よりも摺接面側に多く分布している、摺動部材。
〔７〕上記摺接粒子の平均粒子径が、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、〔６〕に記載の摺動部材。
〔８〕上記摺接粒子が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化ホウ素、ガラス状カーボン、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、ケイ素化物、リン化物、硫化物からなる群より選ばれる１種以上を含む、〔６〕または〔７〕に記載の摺動部材。
〔９〕上記摺動部材が、軸受部材である、〔６〕から〔８〕のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、摺接粒子の粒径範囲が広くても、摺接粒子による摺接面を容易に形成した摺動部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１の（ａ）は仮基板の表面に摺接粒子が接触するように、仮基板上に摺接粒子を含む固定層を形成した状態を示す図である。図１の（ｂ）は固定層に基材を接合した状態を示す図である。
【図２】仮基板の表面形状が摺接粒子の粒径範囲に合わせた凸凹構造を有している場合に、摺接粒子を仮基板上に配置させた図である。
【図３】図３の（ａ）は、摺接粒子が内周面に固定された軸受の断面概略図である。図３の（ｂ）は、摺接粒子が外周面に固定された軸スリーブの断面概略図である。
【図４】本発明の実施形態における軸・軸受構造及び摺動部材としての軸部材の、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係るポンプの縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るポンプの滑り軸受装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意図する。
【００１３】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について、図１に基づいて説明する。本実施の形態に係る摺動部材の製造方法は、被摺動部材に対する摺接面を形成する摺接粒子を備える摺動部材の製造方法であって、仮基板の表面に上記摺接粒子が接触するように、仮基板上に上記摺接粒子を含む固定層を形成する工程と、仮基板、固定層、基材の順となるようにこれらを積層し、上記固定層と上記基材とを接合する工程と、上記仮基板を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
＜摺接粒子を仮基板に固定する工程＞
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、図１の（ａ）に示すように、仮基板２０の表面に、被摺動部材に対する摺接面を形成する摺接粒子（以下、「摺接粒子」と称する）１０ａが接触するように、仮基板２０上に摺接粒子１０ａを含む固定層１０ｂを形成する工程を含む。なお、本明細書中、本工程を「摺接粒子を仮基板に固定する工程」とも呼ぶ。本工程により、粒径範囲が広い摺接粒子を摺接面に揃えることができる。また、例えば摺接粒子がダイヤモンド単結晶粒子等の多面体からなる粒子である場合、摺接粒子の面をそのまま摺接面として利用することができるため、加工（摺接粒子の研削及び／又は研磨）工程を省略や削減することができる。なお、図１の（ａ）中、同一の模様により描かれている形状は摺接粒子１０ａを意図する。
【００１５】
摺接粒子１０ａは、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon、以下「ＤＬＣ」と称する）、立方晶窒化ホウ素、ガラス状カーボン、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、ケイ素化物、リン化物、硫化物からなる群より選ばれる１種以上を含むことが好ましい。これらは単結晶粒子であってもよく、多結晶粒子であってもよく、焼結体であってもよい。すなわち、上記ダイヤモンドには、ダイヤモンドの単結晶粒子、ダイヤモンドの合成多結晶粒子、ダイヤモンド焼結体を粉砕した粒子も含まれる。また、上記ＤＬＣには、バインダーを使用してＤＬＣ粉末を造粒したものや、ＤＬＣ粉末の焼結体を粉砕した粒子も含まれる。また、セラミックスグリーンシートを裁断後焼成または焼成後裁断して作製した粒子や、アルミナ等のセラミックス粉末を固めた成形粒子も含まれる。摺接粒子の面をそのまま摺接面として利用することができ、摺接粒子の加工（研削及び／又は研磨）工程を省略や削減することができるため、摺接粒子１０ａは、平面を有する単結晶粒子または多結晶粒子であることが好ましい。また、摺接粒子１０ａは曲面を有する粒子であってもよい。
【００１６】
摺接粒子１０ａの平均粒子径は、１０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下であり、さらに好ましくは３０μｍ以上１６０μｍ以下であり、特に好ましくは５０μｍ以上１２５μｍ未満である。平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置：株式会社島津製作所、ＳＡＬＤ−２１００により計測されるＤ５０値である。なお、後述するように、摺接粒子１０ａの先端を加工することもあるが、本明細書における「摺接粒子の平均粒子径」とは、上記加工を行う前の摺接粒子１０ａの平均粒子径を意図する。
【００１７】
本明細書中「摺接粒子の粒径範囲」とは、複数ある摺接粒子において最小径粒子と最大径粒子とで示される粒子径の範囲である。なお、理想的な摺接粒子１０ａの粒径範囲は、摺接粒子１０ａの平均粒子径の±４５％以内であることが好ましく、平均粒子径の±４０％以内であることがより好ましく、平均粒子径の±３０％以内であることがさらに好ましく、平均粒子径の±２０％以内であることが特に好ましい。例えば、「摺接粒子１０ａの粒径範囲が、摺接粒子の平均粒子径の±４０％以内である」とは、摺接粒子１０ａの粒子径が、上記摺接粒子１０ａの平均粒子径の０．６倍以上、上記摺接粒子１０ａの平均粒子径の１．４倍以下であることを意味する。
【００１８】
従来の製造方法では、摺接粒子の平均粒子径の±２０％以内の粒子径を有する摺接粒子を好適に使用することができた。本発明の一実施形態の製造方法を用いることにより、上記粒径範囲の摺接粒子を用いても摺接粒子による摺接面を容易に形成できることは本発明の優れた効果である。
【００１９】
仮基板２０は、摺接粒子１０ａを仮基板２０の表面形状に沿って配置することができる限りにおいて、その材質や表面形状は限定されない。仮基板２０の材質としては、ＳＵＳ３０４、樹脂等が挙げられる。仮基板２０の表面形状は、平坦であってもよく、凹凸構造を有していてもよく、曲面を有していてもよい。例えば、摺接粒子１０ａを加工しないときは、仮基板２０の表面粗さＲａは、１μｍ以下であることが望ましい。仮基板２０の表面粗さＲａが大きいと摺接粒子１０ａの先端が揃わないため、摺接粒子１０ａの加工が必要になる。また、仮基板２０に凸凹構造を形成するため、梨地処理を施してもよい。図２に示すように、例えば、仮基板２０の表面形状が摺接粒子１０ａの粒径範囲に合わせた凸凹構造を有していれば、摺接粒子１０ａを仮基板２０上に配置させやすく、摺接粒子の分布密度の調整なども容易である。
【００２０】
仮基板２０の表面上にメッシュ等を載置してもよい。摺接粒子１０ａの最大粒子径よりも大きな目開きを有するメッシュを載置することにより、固定層１０ｂの表面の垂直方向から見たときに、上記摺接粒子１０ａがメッシュに沿うように、仮基板２０の表面に摺接粒子１０ａを配置することができる。
【００２１】
固定層１０ｂは、後述の方法により形成される。固定層１０ｂの厚さは、摺接粒子１０ａの粒子径や仮基板の形状に応じて適宜決定される。
【００２２】
仮基板への固定方法は、特に限定されないが、電着またはロウ付けを用いて行うことができる。各仮基板への固定方法について、以下に説明する。
【００２３】
（電着を用いた仮基板への固定）
仮基板２０の表面上への摺接粒子１０ａの固定は、周知の電着の方法で行うことができる。例えば、仮基板２０の表面上に、摺接粒子１０ａを配置する。その後、摺接粒子１０ａが埋まるまでニッケル液を流し込み、ニッケル液中で通電する。仮基板２０の表面にニッケルメッキが施され、摺接粒子１０ａがニッケルメッキ膜からなる固定層１０ｂに埋め込まれる。これにより、摺接粒子１０ａは、仮基板２０の表面に接触した状態で固定される。
【００２４】
または、例えば、表面以外の面をマスキングした仮基板２０を、摺接粒子１０ａを含むニッケルメッキ液の中に配置する。その後、電解法によりニッケルメッキ液中で通電することにより、仮基板２０の表面にニッケルメッキ膜からなる固定層１０ｂが施されるとともに、ニッケルメッキ液中の摺接粒子１０ａがニッケルメッキ膜からなる固定層１０ｂに埋め込まれ、仮基板２０上に固定される。なお、電着に用いるメッキ液としては、他の金属や合金によるメッキ液を用いてもよい。
【００２５】
（ロウ付けによる仮基板への固定）
仮基板２０の表面上への摺接粒子１０ａの固定は、周知のロウ付けにより行うことができる。
【００２６】
例えば、まず、仮基板２０の表面上に、摺接粒子１０ａを配置する。次に、摺接粒子１０ａをニッケルメッキ等によって点付固定する。その後、Ni-Cr-B-SiまたはCu-Ag-In-Ti等からなるロウ材粉末のペーストを塗布し、ロウ材の融点以上に加熱する。これにより、摺接粒子１０ａがロウ材からなる固定層１０ｂに埋め込まれ、仮基板２０上に固定される。すなわち、ニッケルメッキ膜は、摺接粒子１０ａの仮固定部材として機能し、ロウ材は、摺接粒子１０ａを固定するための固定部材として機能する。
【００２７】
＜接合工程＞
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、図１の（ｂ）に示すように、仮基板２０、固定層１０ｂ、基材１０ｃの順となるようにこれらを積層し、上記固定層１０ｂに上記基材１０ｃを接合する工程を含む。仮基板２０、固定層１０ｂ、接合層２１、基材１０ｃの順となるようにこれらを積層することにより、耐剥離性に優れた摺接粒子１０ａにより摺接面を形成することができる。なお、図１の（ｂ）中、同一の模様により描かれている形状は摺接粒子１０ａを意図する。
【００２８】
接合層２１の構成は、固定層１０ｂと基材１０ｃとを接合できる限りにおいて、特に限定されない。例えば、接合層２１は、基材１０ｃへの接着剤の塗布等により、形成される。
【００２９】
基材１０ｃは、ＳＵＳ３０４等の一般的に用いられる材質によって形成されていてもよく、樹脂で形成されていてもよい。また、基材１０ｃの表面形状は、平坦であってもよく、凹凸構造を有していてもよく、曲面を有していてもよい。
【００３０】
＜除去工程＞
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、仮基板を除去する工程を含む。
【００３１】
仮基板を除去する方法は特に限定されず、仮基板の材質や形成方法に合わせて、適宜決定すればよい。例えば、仮基板の切削、溶解等が挙げられる。
【００３２】
＜その他の工程＞
本発明の一実施形態に係る製造方法は、さらに、摺接粒子および／または固定層を加工する工程を含んでいてもよい。
【００３３】
摺接粒子および／または固定層を加工する場合は、例えば、ダイヤモンドおよび炭化珪素等の砥石で削る方法、放電加工する方法、研磨材を用いて研磨する方法等を用いることができる。摺接粒子よりも柔らかく、固定層よりも硬い研磨材を用いることにより、固定層のみを研削することもでき、摺接粒子および／または固定層を加工する方法として、適当なものを選択すればよい。また、摺接粒子を加工する工程は、摺接面のみならず、摺接粒子の摺接面周辺部を加工する工程であってもよい。
【００３４】
本発明の一実施形態に係る製造方法では、摺接粒子および／または固定層を加工することにより、摺接面を形成し、図４のような、軸・軸受構造１Ａにおける軸部材１０を製造することが多い。一方、例えば、平面を有する摺接粒子の原料を配向させるときは、図３の（ａ）に示すように、摺接粒子１０ａを軸受の内周面に固定する場合、被摺動部材と摺接粒子１０ａとの接触面の中央付近３０が摺接面となる。そのため、摺接粒子１０ａが摺接面周辺部に角部３１を有していても、被摺動部材に対する攻撃性は低い。一方、図３の（ｂ）に示すように、摺接粒子１０ａを軸スリーブの外周面に固定する場合、被摺動部材と摺接粒子１０ａの摺接面周辺部の角部３１との接触面が摺接面である。このとき、摺接粒子１０ａが摺接面周辺部の角部３１を有していると、摺動時に被摺動部材を削ってしまう（すなわち、被摺動部材に対する攻撃性が高い）ため、摺接粒子１０ａの摺接面周辺部の角部３１の加工を行うことが好ましい。なお、図３の（ａ）および（ｂ）では、説明の簡略化のため、摺接粒子１０ａを四角形に近似して記載している。
【００３５】
また、摺接粒子の原料が平面を有する結晶（例えば、単結晶粒子）である場合、本発明の一実施形態の製造方法により摺動部材を製造することで、摺接粒子の加工工程を含むことなく摺接粒子の平面自体により摺接面を形成することができる。さらに、例えば、曲面を有している摺接粒子１０ａを軸スリーブの外周面に固定する場合は、摺接粒子１０ａは図３の（ｂ）に示すような角部３１を有さないため、摺接粒子の加工工程を含むことなく摺接粒子の曲面自体により摺接面を形成することができる。
【００３６】
＜被膜を有する摺接粒子＞
本発明の一実施形態において、上記摺接粒子は、少なくとも一部が被膜にて覆われていてもよい。上記の構成によれば、摺接粒子の摺接面及び／又は摺接面周辺部の角部を被膜によって表面が円滑な面となるように覆うことができ、摺動部材の摺接面を円滑な面にすることができる。
【００３７】
上記被膜は、少なくとも上記摺接粒子の摺接面周辺部の角部を覆い、ダイヤモンドライクカーボン膜又はガラス状カーボン膜からなる構成としてもよい。上記の構成によれば、軸部材の摺接面をさらに円滑な面にすることができる。
【００３８】
上記被膜は、摺接面周辺部の周りを覆うダイヤモンドライクカーボン膜又はガラス状カーボン膜からなり、上記摺接面周辺部から側面に至る角部に対応する部分の上記被膜の外面が曲面になっている構成としてもよい。
【００３９】
上記の構成によれば、ダイヤモンドライクカーボン膜又はガラス状カーボン膜からなる被膜は、摺接粒子の摺接面周辺部の周りを覆い、かつ摺接粒子の摺接面周辺部から側面に至る角部に対応する部分の外面が曲面になっている。したがって、摺動部材の摺接面の円滑性をさらに向上し、角部による被摺動部材への攻撃性を緩和することができる。
【００４０】
上記被膜の膜厚は、被膜の効果を十分に発揮させるために、５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００４１】
摺接粒子の少なくとも一部が被膜にて被覆されている場合であり、かつ、摺接粒子の先端、すなわち摺接面の少なくとも一部が被膜にて被覆されている場合には、摺接粒子の突出高さは、固定層の表面から当該被膜の先端までの高さとなる。
【００４２】
＜被膜の形成方法＞
摺接粒子の少なくとも一部がダイヤモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜とも称する）にて被覆されている摺接粒子は、摺接粒子にＤＬＣ膜をコーティングすることにより調整することができる。ＤＬＣ膜のコーティング方法としては、真空あるいは大気圧におけるプラズマを用いた蒸着技術による手法、および有機溶媒などの液中から炭素膜を電気的に析出させる手法などが知られている。現在は、真空装置を用いた蒸着法によるコーティング法が主流である。
【００４３】
真空装置を用いた蒸着法によるＤＬＣ膜のコーティング方法は、炭素供給源として固体炭素を用いる手法と炭化水素系の原料を用いる手法とに大別される。固体炭素（グラファイト）を炭素供給源とする手法としては、アークイオンプレーティング、非平衡マグネトロンスパッタリングおよびフィルタードアークイオンプレーティングが知られている。また、炭化水素系ガス（ＣＨ４、Ｃ６Ｈ６、Ｃ２Ｈ２等）を炭素供給源とする手法としては、高周波プラズマＣＶＤ、パルス方式直流プラズマＣＶＤ、イオン化蒸着およびプラズマイオン注入・成膜が知られている。
【００４４】
摺接粒子の少なくとも一部がガラス状カーボン膜にて被覆されている摺接粒子は、摺接粒子に熱硬化性樹脂を主成分とするガラス状カーボン用樹脂組成物を塗布し、硬化した後、不活性雰囲気中または真空下で焼成炭化することにより調整することができる。
【００４５】
〔実施の形態２〕
被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材として、スラリー液を排出可能なポンプに用いられる回転機構における軸・軸受構造の軸部材について説明する。なお、本実施の形態では、摺動部材としての軸部材について説明するが、本発明の摺動部材は必ずしもこれに限らない。例えば、軸部材に対して相対的に摺動する軸・軸受構造における軸受部材にも適用することができる。また、例えば、スラスト軸受のような、被摺動部材に対して相対的に平面で摺動する摺動部材にも適用することができる。
【００４６】
軸・軸受構造１Ａにおける、本実施の形態の摺動部材としての軸部材１０の構成について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施の形態における軸・軸受構造１Ａの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
図４に示すように、軸・軸受構造１Ａは、摺動部材としての軸部材１０と、被摺動部材としての軸受部材１１とからなっている。軸部材１０は、円筒形状の軸スリーブである。なお、軸部材１０は、軸スリーブに限定されるものではなく、軸であってもよい。軸受部材１１は、内部に軸部材１０が収容される円筒形状を有しており、軸部材１０を軸支する。
【００４８】
軸受部材１１は、例えば、硬質のセラミックスまたは超硬合金等からなり、珪砂の硬度と同等以上であるため、スラリー液に含まれる珪砂等に対する耐摩耗性に優れる。さらに、硬質のセラミックスである、共有結合性またはイオン結合性のセラミックスは、スラリー液中にまれに含まれる金属くず等の金属成分との親和性が小さいため、軸受部材１１へのスラリー液に含まれる金属くず等の金属成分の付着を防ぎやすい。なお、軸受部材１１の表面に、摩擦係数を低く、もしくは耐摩耗性を向上するための膜を形成するような加工がされていても良い。
【００４９】
軸部材１０は、図４に示すように、少なくとも、摺接粒子１０ａと、固定層１０ｂと、基材１０ｃとを備える。上記摺接粒子１０ａは、上記固定層１０ｂの表面から突出しており、上記固定層内の上記摺接粒子は、基材側よりも摺接面側に多く分布している。なお、図４においては、摺接粒子１０ａのうち、一部のみを図示している。
【００５０】
固定層１０ｂの表面から摺接粒子１０ａの先端までの平均高さ（以下、「突出高さ」と称する）は、０．８μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。なお、突出高さにおける摺接粒子１０ａの先端とは、上述の加工を行った後の摺接粒子１０ａの先端を意図する。
【００５１】
また、突出高さは、摺接粒子１０ａの平均粒子径の４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。すなわち、例えば、摺接粒子１０ａの平均粒子径が１５０μｍであれば、突出高さは、６０μｍ以下であることが好ましく、４５μｍ以下であることがより好ましい。突出高さが上記構成であれば、摺接粒子１０ａの固定強度が大きくなりやすい。
【００５２】
摺接粒子１０ａの埋め込み率は、平均粒子径の５０％以上であることが好ましい。埋め込み率が上記構成であれば、摺接粒子１０ａの固定強度が大きくなりやすい。なお、埋め込み率とは、固定層１０ｂに埋め込まれている摺接粒子１０ａの高さを意図する。
【００５３】
摺接粒子を軸受の外周面または内周面に固定する場合、各摺接粒子１０ａの先端、つまり、軸受部材１１側の端部は、軸部材１０の軸方向から見たときに、軸部材１０の軸を中心とした同一円周上にあることが好ましい。すなわち、各摺接粒子１０ａの先端によって、図４に示すように、軸部材１０の軸を中心とした円周面である摺接面１２が形成されることが好ましい。該摺接面１２は、軸部材１０が回転するときに、被摺動部材である軸受部材１１と摺接する。
【００５４】
スラスト軸受において摺接粒子１０ａを固定する場合、各摺接粒子１０ａの先端、つまり、軸受部材１１側の端部は、固定層１０ｂの表面の垂直方向から見たときに、同一平面状にあることが好ましい。
【００５５】
上記構成によれば、軸部材１０が回転する際に、軸受部材１１と摺接するのは摺接粒子１０ａのみとなる。したがって、軸部材１０は、摩擦係数が低く、摩擦による熱の発生が抑えられたものとなるため、耐久性がより向上したものとなる。
【００５６】
軸部材１０の表面の垂直方向から見たときの、摺接粒子１０ａが占める面積の割合である面密度は、特に限定されない。すなわち、摺接粒子１０ａは、固定層１０ｂの表面上に散在して配置されてもよく、固定層１０ｂの表面のうち、負荷のかかりやすい領域（例えば軸端部）に多く配置されてもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材を、後述のように、ポンプに用いる場合、軸方向端部側に摺接粒子１０ａを多く配置することにより、軸ブレに伴う偏摩耗を抑制することができる。
【００５７】
〔実施の形態３〕
本発明の一実施形態に係るポンプは、本発明の一実施形態に係る摺動部材を備える。本発明の一実施形態に係る摺動部材は、粒径範囲の広い摺接粒子が摺接面に揃った状態を構成できるため、本発明の一実施形態に係るポンプを長時間安定的に稼働させることができる。
【００５８】
上記ポンプとしては、例えば、図５に示すようなスラリー液を排出可能な立軸斜流ポンプ装置が挙げられる。立軸斜流ポンプ装置８１は、ケーシング８２の下端に吸込口８３を有する。ケーシング８２内には回転自在な主軸８４が挿通されており、主軸８４の下端に羽根車８５が設けられている。ケーシング８２の上部には、主軸８４を回転駆動させる駆動装置８６（電動機）が設けられている。主軸８４は滑り軸受装置８７によって回転自在に支持されている。
【００５９】
図５および図６に示すように、主軸８４は軸本体８４ａと軸受箇所において軸本体８４ａに外嵌された円筒状のスリーブ８４ｂ（摺動部材の一例）とで構成され、滑り軸受装置８７は、スリーブ８４ｂの外周面に摺接する軸受８８と、軸受８８の周囲に設けられたハウジング８９と、軸受８８とハウジング８９との間に設けられた円筒形状の緩衝用ゴム９０とを有している。ハウジング８９は、金属製の円筒形状の部材であり、ケーシング８２内に設けられた固定部材９１に固定されている。
【００６０】
軸受８８は、円筒状の軸受シェル９３と軸受体９４（被摺動部材の一例）とで構成されている。摺接粒子９４の内周面とスリーブ８４ｂの外周面とが摺接する。なお、スリーブ８４ｂに、本発明の一実施形態における固定層および基材が備えられる。
【００６１】
これによると、主軸８４が所定の回転方向に回転すると、スリーブ８４ｂの外周面が軸受体９４の内周面に摺接する。この際、滑り軸受装置８７は、回り止めされ、主軸８４と共回りすることはない。
【００６２】
上記立軸斜流ポンプ装置８１は先行待機運転を行うものであり、揚水を行う揚水運転と、揚水を行わない待機運転とに切り替え可能である。本発明の一実施形態に係る摺動部材は、自揚水による潤滑作用が発揮されず、滑り軸受装置８７に対する主軸８４の摺動抵抗が増大するドライ状態での待機運転時に効果を発揮するものである。
【００６３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。
【００６５】
（加工による研削影響の確認試験）
本発明の一実施形態に係る製造方法（表２中、「発明法」と記載）と従来の製造方法（表２中、「従来法」と記載）との加工量を比較するため、粒子（１）として粒径範囲が１０７〜１９７μｍ、粒子（２）として粒径範囲が９０〜２２７μｍの二種類のダイヤモンド粒子を摺接粒子として用いて、本発明に係る製造方法または従来の製造方法により摺動部材を製造し、平均粒子径に対する摺接粒子の研削量を測定した。
【００６６】
【表１】
2019168053.tif 000003
【００６７】
（実施例１）
１００ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍｔのＳＵＳ３０４基材（仮基板２０）の表面に、表１に示す粒径範囲のダイヤモンド粒子（１）（摺接粒子１０ａ）をＮｉで電着固定した。その後、樹脂系接着剤を用いて、１００ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍｔのＳＵＳ３０４基材（基材１０ｃ）と摺接粒子を電着した基材とを接合した。その後、１００ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍｔのＳＵＳ３０４基材（仮基板２０）を切削除去した。平均粒子径の２０％の高さ分、ダイヤモンド粒子を加工するともに、平均粒子径の３％の高さ分、摺接粒子が固定層から突出すように、固定層を加工することにより、摺動部材を製造した。製造した摺動部材について、以下の方法により、摺接粒子１個当たりの平均研削面積、摺接粒子１個当たりの平均研削量を算出した。
【００６８】
「研削により作製した面（以下、「研削面」と称する）の面積の評価」
製造した摺動部材の１００×５０ｍｍの面から均等に８カ所単位表面（１ｍｍ×１ｍｍ）を設定し、レーザー顕微鏡（製品名：VK-9700、キーエンス社製）を使い、各単位表面中の研削された摺動面積の総和と粒子個数とを調べた。それらの数値をもとに粒子１個当たりの平均研削面積を算出した。
【００６９】
「研削量の評価」
摺動部材の１００×５０ｍｍの面について、酸等の化学エッチングにより固定層であるニッケルを溶解してダイヤモンド粒子を捕集し、研削前と研削後の粒子の質量差から研削によって減じた体積を算出した。
【００７０】
さらに、レーザー顕微鏡で測定された単位面積当たりの個数を使い、粒子１個当たりの平均研削量として算出した。
【００７１】
（実施例２）
平均粒子径の３０％の高さ分、ダイヤモンド粒子を加工するとともに、平均粒子径の３％の高さ分、摺接粒子が固定層から突出すように、固定層を加工したこと以外は、実施例１と同様にして摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に研削面積と研削量の算出を行った。
【００７２】
（比較例１）
１００ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍｔのＳＵＳ３０４基材の表面に、ダイヤモンド粒子（１）をＮｉで、平均粒子径の７７％が埋まるように電着固定した。その後、平均粒子径の２０％の高さ分、ダイヤモンド粒子を加工し、摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７３】
（比較例２）
平均粒子径の３０％の高さ分、ダイヤモンド粒子を加工するともに、平均粒子径の３％の高さ分、摺接粒子が固定層から突出すように、固定層を加工したこと以外は、比較例１と同様にして摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７４】
（実施例３）
表１に示す粒径範囲のダイヤモンド粒子（２）を用いたこと以外は実施例１と同様にして摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７５】
（実施例４）
表１に示す粒径範囲のダイヤモンド粒子（２）を用いたこと以外は実施例２と同様にして摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７６】
（比較例３）
表１に示す粒径範囲のダイヤモンド粒子（２）を用いたこと以外は比較例１と同様にして摺動部材を製造した。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７７】
（比較例４）
表１に示す粒径範囲のダイヤモンド粒子（２）を用いたこと以外は比較例２と同様にして摺動部材を製造した。比較例４の摺動部材において、摺接粒子の埋め込み率は、４０％以上であった。また、実施例１と同様に摺動面積と研削量の算出を行った。
【００７８】
実施例１〜４および比較例１〜４の摺動部材の製造条件、摺接粒子１個当たりの平均研削面積および摺接粒子１個当たりの平均研削量を表２に示す。
【００７９】
【表２】
2019168053.tif 000004
【００８０】
表２に示すように、従来の製造方法に比べて本発明の一実施形態に係る製造方法では、同じ研削面を作製するために、研削量を少なくすることができることがわかった。
【００８１】
さらに、固定層による摺接粒子の埋め込み率についてレーザー顕微鏡で調査した。表１の粒子（１）（粒径範囲が平均粒子径の±３０％であるダイヤモンド粒子）は、２０〜３０％研削しても５０％以上が埋め込まれており、粒子（２）（粒径範囲が平均粒子径の±４３％であるダイヤモンド粒子）では２０％研削では埋め込み率が５０％以上であるが、３０％研削では埋め込み率は４０％台となる。なお、摺接粒子の埋め込み率は、粒径範囲が広くなるほど浅くなる粒子が存在するため、粒径範囲は４５％以内であって、３０％以内が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ポンプ、例えば先行待機運転ポンプに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１Ａ    軸・軸受構造
１０      軸部材
１０ａ    摺接粒子
１０ｂ    固定層
１０ｃ    基材
１１      軸受部材
１２      摺接面
２０      仮基板
２１      接合層
【図１】
2019168053.tif 000005
【図２】
2019168053.tif 000006
【図３】
2019168053.tif 000007
【図４】
2019168053.tif 000008
【図５】
2019168053.tif 000009
【図６】
2019168053.tif 000010