(57)【要約】【課題】摺動面の剥離破壊を起こすことなく、優れた潤滑性能を摺動初期から長期に亘って持続できる新規な摺動部品およびその製造方法の提供。【解決手段】摺動面１０を構成する基材１１上に、この基材１１とは異なる材質の中間層２０を有すると共に、この中間層２０の表層に、固体潤滑材からなる表面層３０を有し、この表面層３０は、前記中間層２０の表面に固体潤滑材粒子３１を配置した後、転圧加工によって前記中間層２０の表層に埋没するようにして形成されている。これにより、表面層２０と中間層３０とが一体となるように強固に連結され、その接合界面での剥離破壊リスクを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面を構成する基材上に、前記基材とは異なる材質の中間層を有すると共に、前記中間層の表層に、固体潤滑材からなる表面層を有し、
前記表面層は、前記中間層の表面に固体潤滑材粒子を配置した後、ローラバニシングまたはその他の転圧加工手段によって前記中間層の表層に埋没するようにして形成されていることを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
前記中間層を構成する材質の硬度が、前記基材の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
【請求項３】
前記基材が鉄を主体とする材質からなると共に、前記中間層が銅、スズ、亜鉛のいずれかまたはそれら２種類以上の混合物からなることを特徴とする請求項２に記載の摺動部品。
【請求項４】
前記表面層を構成する固体潤滑材粒子が、層状分子からなると共に、その層状分子の滑り面が摺動方向と平行になるように配向されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部品。
【請求項５】
前記表面層を構成する固体潤滑材粒子が、二硫化モリブデンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の摺動部品。
【請求項６】
前記基材表面上に、前記中間層の厚さよりも深い凹部が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の摺動部品。
【請求項７】
摺動面を構成する基材表面上に、前記基材とは異なる材質の中間層を形成し、前記中間層の表面に、固体潤滑材粒子を配置した後、ローラバニシングまたはその他の転圧加工手段によって前記固体潤滑材粒子を前記中間層の表層に埋没させるように平滑化して固体潤滑材からなる表面層を形成することを特徴とする摺動部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプなどの流体圧駆動機器の一部を構成する摺動部品およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械などに用いられている流体圧駆動機器には省エネルギー化を目的とした駆動流体の低粘度化が進められている。そのため、この流体圧駆動機器を構成する摺動部品の摺動面には、摺動面間の摩擦抵抗の低減および焼付き損傷防止のための潤滑表面処理として、例えばその摺動面上に固体潤滑剤を定着させる方法が提案されている。
【０００３】
固体潤滑剤を摺動面上に定着させる方法としては、例えば以下の特許文献１では、摺動面を構成する基材上に低融点合金と熱伝導性フィラーと中間層用耐熱樹脂との混合物からなる樹脂中間層を形成した後、この樹脂中間層上に、固体潤滑剤と表面層用耐熱性樹脂との混合物からなる固体潤滑剤表面層を形成することで固体潤滑剤を摺動面上に定着させている。
【０００４】
また、中間層を用いないで固体潤滑剤を定着させる方法としては、例えば以下の特許文献２では、摺動面を構成する基材表面に対して固体潤滑剤粒子を圧縮空気流によって高速噴射して基材表層組織と衝突固体潤滑粒子との混合組織を形成し、さらに、その上に固体潤滑剤粒子の付着被覆層を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２０３１２５号公報
【特許文献２】再公表特許２００２／０４０７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法によると、摺動面最表層の固体潤滑表面層によって摺接面上に固体潤滑剤が保持され、さらに熱伝導性に優れる中間層によって摺動熱を速やかに拡散させることで摺動面の耐焼付性と耐摩耗性を向上させることができるとしている。
【０００７】
しかし、樹脂バインダによって固体潤滑材を保持しているため、摺動熱の放散性が良好とはいえず、中間層としては低融点合金および熱伝導性フィラーを含有させた層を設けなければならず、その摺動面構造は異種材の多層積層構造となることから、剥離破壊の起点となる接合境界が複数存在するものとなってしまう。
【０００８】
一方、特許文献２の方法によると、基材表層組織と衝突固体潤滑剤粒子との混合組織が形成されることで単純に基材表面を固体潤滑材で被覆した場合に比べ、固体潤滑効果が長期的に接続するとしている。
【０００９】
しかし、摺動面を構成する基材がアルミニウム合金や銅合金などの比較的軟質な非鉄合金材であれば、前記のような効果を見込めるが、摺動面の構成材質が鉄鋼材などの硬質材である場合、軟質だったり、劈開性が高い構造であったりすることが多い固体潤滑粒子の衝突だけでは前記のような混合組織を形成させることが難しく、単純に基材表面を固体潤滑材で被覆した場合と比べて効果の持続性は変わらなくなってしまうことから、摺動面上に簡素な方法で固体潤滑材を保持させると同時に、長期的な固体潤滑効果を持続させるための摺動面構造およびその製造方法が必要とされている。
【００１０】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、摺動面の剥離破壊リスクを抑え、優れた潤滑性能を長期に亘って持続できる新規な摺動部品および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】
【００１１】
前記課題を解決するために第１の発明は、摺動面を構成する基材上に、前記基材とは異なる材質の中間層を有すると共に、前記中間層の表層に、固体潤滑材からなる表面層を有し、前記表面層は、前記中間層の表面に固体潤滑材粒子を配置した後、ローラバニシングまたはその他の転圧加工手段によって前記中間層の表層に埋没するようにして形成されていることを特徴とする摺動部品である。
【００１２】
このよう構成によれば、固体潤滑材からなる表面層が、固体潤滑材粒子を高圧で中間層の表層に埋没させることで形成されているため、表面層と中間層とが一体となるように強固に連結され、その接合界面での剥離破壊リスクを抑制できる。これによって、摺動面の耐焼付性や耐摩耗性が大幅に向上する。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記中間層を構成する材質の硬度が、前記基材の硬度よりも低いことを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、基材が鉄鋼のように高硬度の材質であっても、軟質または高劈開性の固体潤滑材粒子を摺動面上に埋没させて保持することができる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明において、前記基材が鉄を主体とする材質からなると共に、前記中間層が銅、スズ、亜鉛のいずれかまたはそれら２種類以上の混合物からなることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、摺動面を構成する基材が鉄鋼などのように高硬度の材料であっても、中間層をこれより低硬度の銅やスズなどで構成することにより、軟質または高劈開性の固体潤滑材粒子を摺動面上に埋没させて保持することができる。
【００１５】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記表面層を構成する固体潤滑材粒子が、層状分子からなると共に、その層状分子の滑り面が摺動方向と平行になるように配向されていることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、摺動面の初期摩耗を伴う摺動なじみ面を形成する必要がなく、摺動初期から摺動面の低摩擦化を達成することができる。
【００１６】
第５の発明は、前記表面層を構成する固体潤滑材粒子が、二硫化モリブデンであることを特徴とする摺動部品である。二硫化モリブデンは、層状分子構造を有し、ローラバニシングまたはその他の転圧加工手段による平滑化処理（埋没処理）によってその層状分子の滑り面が自然と摺動面と平行になるように配向される。これにより、摺動面の初期摩耗を伴う摺動なじみ面形成を要することなく、摺動初期から摺動面の低摩擦化を達成することができる。
【００１７】
第６の発明は、前記基材表面上に、前記中間層の厚さよりも深い凹部が複数形成されていることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、転圧加工に際し、凹部には固体潤滑材粒子が押し込まれ、固められて圧縮充填部となり、凹部がない平坦部分にはその表層に固体潤滑材粒子が埋没するようにして平滑化される。これにより、その摺動面に十分な固体潤滑材を供給することができ、長期に亘って優れた潤滑性能を発揮できる。
【００１８】
第７の発明は、摺動面を構成する基材表面上に、前記基材とは異なる材質の中間層を形成し、前記中間層の表面に、固体潤滑材粒子を配置した後、ローラバニシングまたはその他の転圧加工手段によって前記固体潤滑材粒子を前記中間層の表層に埋没させるように平滑化して固体潤滑材からなる表面層を形成することを特徴とする摺動部品の製造方法である。このような製造方法によれば、表面層と中間層との接合界面での剥離破壊リスクが低い摺動部品を容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の摺動部品によれば、固体潤滑材からなる表面層が、固体潤滑材粒子を高圧で中間層の表層に埋没させることで形成されているため、表面層と中間層とが一体となるように強固に連結され、その接合界面での剥離破壊リスクを抑制できる。これによって、摺動面の耐焼付性や耐摩耗性が大幅に向上し、優れた潤滑性能を長期に亘って発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る摺動部品１００の実施の一形態を示す拡大断面図である。
【図２】摺動面１０上に中間層２０を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図３】中間層２０上に固体潤滑材粒子３０を配置した状態を示す拡大断面図である。
【図４】ローラバニシング４０による転圧加工を示す概念図である。
【図５】摺動面１０の表面に硬質粒子５１を衝突させて凹部１２を形成している状態を示す概念図である。
【図６】凹部１２が形成された摺動面１０上に中間層２０を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図７】凹部１２が形成された中間層２０上に固体潤滑材粒子３０を配置した状態を示す拡大断面図である。
【図８】ローラバニシング４０による転圧加工を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る摺動部品１００の実施の一形態を示したものである。図示するようにこの摺動部品１００は、例えば自動車や産業機械などに用いられている油圧ポンプなどの流体圧駆動機器用の摺動部品として用いられる。
【００２２】
そして、図１に示すようにその基材（母材）１１表面の摺動面１０上に中間層２０が形成されていると共に、その中間層２０の表層に表面層３０が形成されている。この表面層３０は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などの固体潤滑材粒子３１からなっており、この固体潤滑材粒子３１を中間層２０の表層に埋没させるように形成することでその表面に潤滑性を有する表面層３０がしっかりと固着されている。
【００２３】
このような構造をした本発明に係る摺動部品１００は、図２乃至図４に示すような製造方法によって製造することができる。すなわち、この摺動部品１００は、摺動面１０上に中間層２０を形成する第１の工程（図２）と、その中間層２０表面に固体潤滑材粒子３１を配置する第２の工程（図３）と、転圧加工によってその摺動面１０を平滑化して最表面に表面層３０を形成する第３の工程（図４）といった３つの主な工程から製造される。以下、これら各工程について詳述する。
【００２４】
先ず、第１の工程として、図２に示すように摺動面１０を構成する基材１１の表面に、この基材１１とは異なる材質をめっき加工して中間層２０を形成する。ここで、この基材１１の材質としては、特に限定するものでないが、摺動部品としての十分な機械的強度や加工性を要することから鉄を主体とする材料、例えば中・高炭素合金鋼や浸炭鋼、ステンレス鋼、高周波焼入鋼，軸受鋼などが用いられる。
【００２５】
一方、中間層２０を構成する材料としては、その硬度が少なくとも基材１１の硬度よりも低く、かつ熱伝導性に優れた材料、例えば銅、スズ、亜鉛のいずれかの金属、またはそれら２種類以上の混合物を用いることができる。また、この中間層２０の厚さも特に限定されるものではないが、後述するように固体潤滑材粒子３１が埋没されてその表面が平滑化される都合上、固体潤滑材粒子３１の径よりも大きいことが望ましい。
【００２６】
次に、第２の工程として、図３に示すようにその中間層２０の表面に固体潤滑材粒子３１を均一に配置する。具体的には、固体潤滑材粒子３１として二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）粒子をエタノールなどのアルコールと混合し、懸濁状態にしたものを中間層２０の表面に塗布し、アルコールを揮発させてその中間層２０の表面を固体潤滑材粒子３１で均一に被覆する。なお、この二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）粒子は、層状分子構造を有しており、図３の拡大図に示すように、この時点でその滑り面は摺動面１０の滑り方向に対して不規則な配向となっている。
【００２７】
次に、第３の工程として、図４に示すように公知の転圧加工によってその摺動面１０を平滑化処理する。具体的には、前記のようにして固体潤滑材粒子３１で覆われた中間層２０の表面をローラバニシングなどの転圧加工工具４０で高圧で押し潰すようにしながらその表面を平滑化する。すなわち、転圧加工を施すとその圧力によって中間層２０上に配置された固体潤滑材粒子３１が中間層２０の表層に押し込まれるようにして埋没する。これによってその表面が平滑化されると共に、中間層２０の表層に固体潤滑材粒子３１からなる表面層３０が形成される。このとき、固体潤滑材粒子３１である二硫化モリブデンの層状分子の滑り面は転圧加工処理によって図４の拡大図に示すように摺動面１０の平面方向と平行になるように配向される。
【００２８】
そして、このような構成をした摺動面１０にあっては、固体潤滑材粒子３１からなる表面層３０と銅やスズなどからなる中間層２０とが一体となるように強固に連結された状態となるため、その接合界面での剥離破壊リスクを大幅に抑制できる。この結果、摺動面１０の耐焼付性や耐摩耗性が大幅に向上し、優れた潤滑性能を長期に亘って発揮できる。
【００２９】
また、この中間層２０を、摺動面１０を構成する鉄鋼などよりも硬度が低い銅やスズなどで構成することにより、摺動面１０が高硬度の材質であっても二硫化モリブデンのような軟質または高劈開性の固体潤滑材粒子３１をその摺動面１０上に容易に固着することができる。なお、炭素鋼やＳＵＳなどからなる基材の硬さは一般にＨＢＷ１５０〜３００であるのに対し、銅の硬さはＨＢＷ５０〜１５０と低く、さらにスズに至ってはそれよりも低いＨＢＷ５０程度となっている。
【００３０】
さらに、この中間層２０を銅のような主に熱伝導性に優れた金属で形成すれば、摺動時の発熱を効率的に放散することができる。また、スズや亜鉛のように低融点金属で形成すれば、摺動発熱によってこれが溶融することで摺動面間の埋没固体潤滑材粒子の搬出性が向上し、さらに、自身の固体潤滑効果も加わることで厳しい摺動条件下においても良好な摺動状態を維持することができる。
【００３１】
また、前述したようにこの表面層２０を構成する固体潤滑材粒子３１は、二硫化モリブデンなどの層状分子構造を有することから、ローラバニシングなどの転圧加工による平滑化処理によってその層状分子の滑り面が自然と摺動面と平行になるように配向されるため、摺動面１０の初期摩耗を伴う摺動なじみ面を形成する必要がなく、摺動初期から摺動面の低摩擦化を達成することができる。
【００３２】
次に、図５乃至図８は、本発明に係る摺動部品１００の他の実施の形態を示したものである。この摺動部品１００の摺動面１０の基本的な構成は、前記実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、中間層２０を形成する前にその摺動面１０の表面にその中間層２０の厚さよりも深い凹部１２を多数形成したものである。
【００３３】
すなわち、図５に示すように先ず摺動面１０の表面にショットピーニングやショットブラストと称される加工手段によってノズル５０先端から圧縮空気によって粒径数μｍ〜数十μｍのガラスビーズやアルミナビーズなどの硬質粒子５１を高速噴射して摺動面１０の表面に衝突させて多数の凹部１２を均一に形成する。このとき、凹部１２の深さは硬質粒子の大きさ（径）やその噴射速度を大きくすることで容易に調整できる。
【００３４】
次に、図６に示すようにその表面に前記実施の形態と同じ方法で中間層２０を形成する。このとき、中間層２０の厚さは凹部１２の深さよりも薄くなるように調整する。すなわち、中間層２０の厚さを凹部１２の深さよりも薄くすれば、この中間層２０によって凹部１２が埋め立てられることがなく、その中心部分にほぼ相似形の凹部１２をそのまま残すことができる。
【００３５】
その後、図７に示すように、前記実施の形態と同じく固体潤滑材粒子３１である二硫化モリブデン粒子をエタノールなどのアルコールと混合し、懸濁状態にしたものをその中間層２０の表面へ塗布する。このとき凹部１２の内部に固体潤滑材粒子３１を充填するようにしてその凹部１２を固体潤滑材粒子３１でほぼ完全に埋め立てるように塗布する。そして、全体に均一に塗布したならば、アルコールを揮発させてその中間層２０の表面を固体潤滑材粒子３１でほぼ平坦に被覆する。
【００３６】
最後に、図８に示すように転圧加工によってその摺動面１０を平滑化する。具体的には、前記第１の実施の形態と同様に固体潤滑材粒子３１で覆われた中間層２０の表面をローラバニシング４０で押し潰しながらその表面を平滑化する。
【００３７】
このとき、中間層２０の平坦部分では、前記実施の形態と同様にその圧力によってその位置に配置された固体潤滑材粒子３１がそのまま中間層２０の表層に押し込まれるようにして埋没してその表面が平滑化されると共に、その表層に固体潤滑材粒子３１からなる表面層３０が形成される。一方、中間層２０の凹部１２では、その内部に充填された固体潤滑材粒子３１が転圧加工によって押し固められて圧縮して密に充填された状態となり、これが固化して表面層３０の一部を形成する。
【００３８】
そして、このような構成をした摺動面１０にあっては、前記実施の形態と同様にその表面層３０と中間層２０とが一体となるように強固に連結された状態となるため、その接合界面での剥離破壊リスクが抑制されて摺動面１０の耐焼付性や耐摩耗性が大幅に向上する。さらに、凹部１２には多くの固体潤滑材粒子３１が充填された状態となっているため、この凹部１２から摺動面１０に十分な固体潤滑材３１を供給することが可能となり、長期に亘って優れた潤滑性能を発揮できる。
【符号の説明】
【００３９】
１００…摺動部品
１０…摺動面
１１…基材（母材）
１２…凹部
２０…中間層
３０…表面層
３１…固体潤滑材
４０…転圧加工工具（ローラバニシング）
５０…ノズル
５１…硬質粒子
【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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