(57)【要約】【課題】従来、高温領域での使用を目的とした複層摺動部材として、エキスパンドメタルや金網などの金属網状体と膨張黒鉛とを一体化させた摺動シート材が提案されているが、従来の摺動シート材は、軸受などの摺動部材用途においては強度面で問題があり、使用範囲が限定されていた。本発明の課題は、潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温用途の使用において好適な複層摺動部材及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の複層摺動部材１は、金属裏金３の表面に一体に接合された多孔質青銅焼結層４を介してエキスパンドメタル５０のような金属網状体５が一体に接合され、金属網状体５の網目及び表面を覆って膨張黒鉛８が充填被覆されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008127584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属裏金の表面に一体に接合された多孔質青銅焼結層を介して金属網状体が一体に接合されており、該金属網状体の網目及び表面を覆って膨張黒鉛が充填被覆されていることを特徴とする複層摺動部材。
【請求項２】
金属裏金は、銅板又は銅合金板である請求項１に記載の複層摺動部材。
【請求項３】
金属裏金は、鋼板と該鋼板の表面に形成された銅メッキ層とからなる請求項１に記載の複層摺動部材。
【請求項４】
金属網状体は、銅又は銅合金からなるエキスパンドメタルである請求項１から３のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
【請求項５】
金属網状体は、銅又は銅合金からなる経線（糸）と緯線（糸）との交差部が一体に接合された平織金網である請求項１から３のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
【請求項６】
金属裏金の表面に青銅粉末を一様に散布して青銅粉末層を形成したのち、該青銅粉末層の表面に金属網状体を該金属網状体の一方の表面が該青銅粉末層と密に接するように載置し、これらを７００〜８００℃の温度で焼結して金属裏金と多孔質青銅焼結層と金属網状体とを一体に接合した複層板を形成したのち、該複層板の金属網状体の表面に少なくとも０．０５ｇｆ／ｃｍ３の密度を有する膨張黒鉛シートを載置し、加圧圧接して該金属網状体の網目及び表面に膨張黒鉛を充填被覆してなる複層摺動部材の製造方法。
【請求項７】
金属裏金は、銅板又は銅合金板である請求項６に記載の複層摺動部材の製造方法。
【請求項８】
金属裏金は、鋼板と該鋼板の表面に形成された銅メッキ層とからなる請求項６に記載の複層摺動部材の製造方法。
【請求項９】
金属網状体は、銅又は銅合金からなるエキスパンドメタルである請求項６から８のいずれか一項に記載の複層摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
金属網状体は、銅又は銅合金からなる経糸と緯糸との交差部が一体に接合された平織金網である請求項６から８のいずれか一項に記載の複層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、複層摺動部材、詳しくは潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温用途において使用されて好適な複層摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼板と鋼板の表面に一体に接合された多孔質金属焼結層と該多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂のすべり層とからなる複層摺動部材が多数提案されている（特許文献１及び特許文献２所載）。
【０００３】
また、高温領域での使用を目的とした複層摺動部材としては、エキスパンドメタルや金網などの金属網状体と膨張黒鉛とを一体化させた摺動シート材が提案されている（特許文献３所載）。
【特許文献１】特公昭３１−２４５２号公報（PTFE）
【特許文献２】特開平５−９９２３０号公報（ポリアセタール）
【特許文献３】特開平９−３１７７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前者の複層摺動部材は、すべり層を形成する合成樹脂の融点によって使用温度条件が決定されるため、自ら使用範囲が限定され、例えば２５０℃を超える高温領域での使用は到底不可能となる。また、後者の摺動シート材は、主にシール材やガスケットに使用されて好適であり、軸受などの摺動部材用途においては強度面で問題があり、使用範囲が限定される。
【０００５】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温用途の使用において好適な複層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】
【０００６】
本発明の複層摺動部材は、金属裏金の表面に一体に接合された多孔質青銅焼結層を介して金属網状体が一体に接合されており、該金属網状体の網目及び表面を覆って膨張黒鉛が充填被覆されている。
【０００７】
斯かる複層摺動部材によれば、金属裏金に多孔質青銅焼結層を介して金属網状体が強固に接合されていると共に該金属網状体の網目及び表面に膨張黒鉛が充填被覆されており、すべり面を形成する膨張黒鉛は摺動方向に対して強固に一体化されているので、耐荷重性が高められ、膨張黒鉛自体が具有する耐熱性と相俟って、とくに高温条件において優れた摩擦摩耗特性が発揮される。
【０００８】
本発明の複層摺動部材において、金属裏金は、銅板又は銅合金板あるいは表面に銅メッキ層を備えた鋼板であるとよい。
【０００９】
本発明の複層摺動部材において、金属網状体は、銅又は銅合金からなるエキスパンドメタルあるいは銅又は銅合金からなる線材を経糸（線）と緯糸（線）として織り、その交差部を一体に接合した平織金網であるとよい。これら金属網状体は、その一方の表面が金属裏金の表面に接合された多孔質青銅焼結層と密に接合しているため、該金属網状体の金属裏金の表面からの剥離等の不具合を生じることはない。
【００１０】
本発明の複層摺動部材の製造方法は、金属裏金の表面に青銅粉末を一様に散布して青銅粉末層を形成したのち、該青銅粉末層の表面に金属網状体を該金属網状体の一方の表面が該青銅粉末層と密に接するように載置し、これらを７００〜８００℃の温度で焼結して金属裏金と多孔質青銅焼結層と金属網状体とを一体に接合した複層板を形成したのち、該複層板の金属網状体の表面に少なくとも０．０５ｇｆ／ｃｍ３の密度を有する膨張黒鉛シートを載置し、加圧圧接して該金属網状体の網目及び表面に膨張黒鉛を充填被覆してなる。
【００１１】
斯かる複層摺動部材の製造方法によれば、金属網状体の表面に載置される膨張黒鉛シートは、少なくとも０．０５ｇｆ／ｃｍ３の密度であるため、加圧圧接されることにより当該膨張黒鉛シートの密度が高められて金属網状体の網目内及び多孔質青銅焼結層に密に充填される結果、すべり層となる膨張黒鉛のすべり方向に対し該金属網状体及び多孔質青銅焼結層への接合一体化が強固に行われる。
【００１２】
本発明の複層摺動部材の製造方法において、金属裏金の表面に多孔質青銅焼結層を介して一体に接合される金属網状体としては、銅又は銅合金からなるエキスパンドメタル、あるいは銅又は銅合金からなる線材を経糸（線）と緯糸（線）として織り、その交差部が一体に接合された平織金網が使用される。
【００１３】
本発明の複層摺動部材は、金属裏金と該金属裏金の表面に一体に接合された多孔質青銅焼結層と該多孔質青銅焼結層の表面に一体に接合された金属網状体と該金属網状体の網目及び表面に充填被覆された膨張黒鉛からなるものであり、該複層摺動部材は、板状のまますべり部材として、又は膨張黒鉛を内側にして円筒状に捲回した、所謂巻きブッシュの形態で使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属裏金に多孔質青銅焼結層を介して金属網状体が強固に接合されていると共に該金属網状体の網目及び表面に膨張黒鉛が充填被覆されており、すべり面を形成する膨張黒鉛は摺動方向に対して強固に一体化されているので、耐荷重性が高められ、膨張黒鉛自体が具有する耐熱性と相俟って、とくに潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温条件において優れた摩擦摩耗特性が発揮される複層摺動部材及びそ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】
【００１５】
次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されない。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の例の断面説明図であり、図２は、本発明の他の実施の態様の例の断面説明図である。
図１及び図２において、本例の複層摺動部材１は、金属裏金としての表面に銅メッキ層２を備えた鋼板３と、該鋼板３の銅メッキ層２の表面に一体に接合された多孔質青銅焼結層４と、該多孔質青銅焼結層４の表面に該多孔質青銅焼結層４と一体に接合された金属網状体５と、該金属網状体５の網目６及び表面７に充填被覆された膨張黒鉛８とからなる。
【００１７】
金属裏金としての鋼板３の表面の銅メッキ層２は、鋼板３と多孔質青銅焼結層４との接合性を高めるためのものであり、金属裏金として、銅又は銅合金を使用する場合は、この銅メッキ層２を省略することができる。銅メッキ層２は、電気メッキにより設けることができる。
【００１８】
多孔質青銅焼結層４において、青銅としては、銅錫合金、燐青銅合金、鉛青銅合金、アルミニウム青銅合金等が挙げられ、粒径を３２〜２００μｍに調整したものが好適に使用される。鋼板３の表面の銅メッキ層２上に多孔質青銅焼結層４を形成する方法としては、銅メッキ層２上に多孔質青銅焼結層４を一様な厚さ、例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに散布し、下記に説明する金属網状体５とともに、０．１〜０．５ＭＰａの加圧下において、還元性雰囲気に調整された加熱炉で７６０〜７８０℃の温度で６０〜９０分間焼結する方法が挙げられる。なお、本発明でいう「多孔質」とは、例えば気孔率４０〜４５％を示す状態を意味する。
【００１９】
鋼板３の表面に銅メッキ層２を介して一体に接合された多孔質青銅焼結層４と一体に接合された金属網状体５としては、銅又は銅合金からなるエキスパンドメタル（図１）あるいは銅又は銅合金からなる線材を経糸（線）と緯糸（線）として織り、その交点が一体に接合された平織金網（図２）が使用される。これら金属網状体５は、その一方の表面が多孔質青銅焼結層４と密に接触して一体に接合されているため、該金属網状体５と多孔質青銅焼結層４との接合力は高く、該金属網状体５の金属裏金としての鋼板３の表面からの剥離等の不具合を生じることはない。
【００２０】
金属網状体５としてのエキスパンドメタルは、直線状の刃を有する固定下型と、波形状、台形状、三角形状等の刃を有する可動上型との間に銅又は銅合金板を該固定下型の刃に対して直角方向あるいは固定下型の刃に対して斜め方向に送入し、該可動上型を上下方向に往復させて該銅又は銅合金板に切り込みを入れると同時に該切り込みを拡開して規則正しい網目列を形成したものである。図３から図５はエキスパンドメタル５０を示すものであり、図３は、図１に示すエキスパンドメタルの斜視図であり、図４は、図３に示すエキスパンドメタルの平面説明図であり、図５は、図３のＩ−Ｉ線断面説明図である。
図中符号５１は網目、５２は網目５１を形成する各辺（ストランド）、５３はこれらのストランド５２同士の結合部（ボンド部）、ｔはエキスパンドメタル５０の厚さである。図３ないし図５に示したエキスパンドメタル５０の網目５１の形状は正六角形のものであるが、この網目５１の形状は上記したように可動上型の刃の形状を変えることにより、菱形、方形、その他多角形状の網目を形成することができる。
【００２１】
エキスパンドメタル５０を形成する銅合金としては、青銅、リン青銅、黄銅、ベリリウム銅、洋白、アルミニウム青銅などが使用される。エキスパンドメタル５０の厚さ（エキスパンドメタル加工前の板の厚さ）は０．１〜１．５ｍｍ、各辺５２（ストランド）の長さが０．１〜１．５ｍｍのものが使用されて好適である。
【００２２】
また、図６は、図２に示す平織金網の断面説明図であり、図７は、図６に示す平織金網の平面説明図である。金属網状体５としての平織金網６０は、図６及び図７に示すように、銅又は銅合金からなる線材６１を夫々経糸（線）６２と緯糸（線）６３として平織したものであり、経糸６２と緯糸６３の交差部６４で熱的により互いに溶着されている。銅合金からなる線材６１としては、青銅、リン青銅、黄銅、ベリリウム銅、洋白、アルミニウム青銅などが使用され、線材６１の直径は０．１〜１．５ｍｍで、網目６５は一辺が０．５〜１．５ｍｍの方形状のものが使用されて好適である。
【００２３】
膨張黒鉛８は、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の黒鉛を、濃硫酸、濃硝酸、濃硫酸と塩素酸カリウム、濃硫酸と硝酸カリウム、又は過酸化水素等の強酸化剤、臭素あるいは塩素化アルミニウム等のハロゲン化物で処理することにより層間化合物を形成し、この層間化合物の形成された黒鉛粒子（酸処理黒鉛）を急激に加熱、例えば９５０℃以上の高温で１〜１０秒間処理して分解ガスを発生せしめ、そのガス圧により黒鉛層間が拡張されることにより形成される。このように形成された膨張黒鉛（粒子）は、そのまま使用されてもよいが、嵩密度が大きく取り扱いにくいので、通常は膨張黒鉛粒子を結合剤の存在下又は不存在下で圧縮成形ないしロール成形によりシートの形態で使用される。
【００２４】
膨張黒鉛８は、上記多孔質青銅焼結層４と一体に接合された金属網状体５の網目６および表面７に充填被覆されている。金属網状体５の網目６および表面７に充填被覆された膨張黒鉛８はすべり層として作用し、耐熱性を有し、相手材とのなじみ性に優れており、また、衝撃強度も著しく改善されており、とくに摺動面に潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温用途において優れた摩擦摩耗特性を発揮する。
【００２５】
上述した複層摺動部材１は、板状のまますべり部材として、又は膨張黒鉛８を内側にして円筒状に捲回した、所謂巻きブッシュの形態で使用される。
【００２６】
次に、複層摺動部材１の製造方法の一例について説明する。
【００２７】
複層板の作製
金属裏金として、表面に厚さ２０〜５０μｍの銅メッキ層２を備えた板厚０．５〜１．５ｍｍの鋼板（冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ）３を準備する。この鋼板３の銅メッキ層２の表面に、粒径４５μｍ以下の不規則形状を呈する青銅（銅９０重量％、錫１０重量％）粉末を一様な厚さに散布する。板厚０．１〜１．５ｍｍの銅板又は銅合金板にエキスパンド加工を施し、一辺（ストランド）５２の長さが０．１〜１．５ｍｍの正六角形の規則正しい網目を備えたエキスパンドメタル５０を形成する。鋼板３の表面に銅メッキ層２を介して一様な厚さに散布された青銅粉末層にエキスパンドメタル５０を重ね合わせる。
【００２８】
ついで、銅メッキ層２を備えた鋼板３と銅メッキ層２の表面に一様な厚さに散布された青銅粉末層と青銅粉末層に重ね合わされたエキスパンドメタル５０とを加圧下において、還元性雰囲気に調整された加熱炉で７００〜８００℃の温度で６０〜９０分間焼結する。
【００２９】
この焼結によって、鋼板３の表面に銅メッキ層２を介して一体に接合した多孔質青銅焼結層４と該多孔質青銅焼結層４に一体に接合したエキスパンドメタル５０からなる複層板を形成する。
【００３０】
膨張黒鉛シートの作製
濃度９８％の濃硫酸３００重量部を撹拌しながら、酸化剤として過酸化水素の６０％水溶液５重量部を加え、これを反応液とする。この反応液を冷却して１０℃の温度に保持し、この反応液に３０〜８０メッシュの粒度を呈する鱗片状天然黒鉛粉末を添加し、３０分間反応を行う。反応後、吸引濾過して酸処理黒鉛を分離し、該酸処理黒鉛を３００重量部の水で１０分間撹拌して吸引濾過するという洗浄作業を２回繰り返し、酸処理黒鉛から硫酸分を十分除去する。ついで、硫酸分を十分除去した酸処理黒鉛を１１０℃の温度に保持した乾燥炉で３時間乾燥し、これを酸処理黒鉛原料とする。この酸処理黒鉛原料を１０００℃の温度で５秒間膨張処理を施して、分解ガスを発生せしめ、そのガス圧により黒鉛層間を拡張して膨張黒鉛粒子（膨張倍率２４０倍）を形成する。この膨張黒鉛粒子を双ローラ装置にてロール成形し、密度が少なくとも０．０５ｇｆ／ｃｍ３、好ましくは０．５から１．０ｇｆ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを作製する。
【００３１】
複層摺動部材の作製
膨張黒鉛シートを上記複層板の表面のエキスパンドメタル５０の表面に載置したのち、プレス機あるいは加圧ローラによって１００〜１３０ＭＰａの圧力を加えながら圧接し、該エキスパンドメタル５０の網目５１及び表面に充填被覆した膨張黒鉛８からなるすべり層を形成した複層摺動部材１を作製する。すべり層の厚さは、０．０３〜０．１ｍｍが例示される。
【００３２】
上記複層摺動部材１の製造方法においては、金属網状体５としてエキスパンドメタル５０を使用したが、エキスパンドメタル５０に代えて平織金網６０を使用する場合は、つぎの製造方法が採られる。
【００３３】
線径が０．１〜１．５ｍｍの銅又は銅合金からなる線材６１を準備し、この線材を経糸（線）６２と緯糸（線）６３として平織し、一辺が０．５〜１．５ｍｍの方形状の網目６５に形成した平織金網６０を作製する。この平織金網６０を還元性雰囲気に調整した加熱炉内で加圧下において該平織金網６０の各交差部６４を互いに溶着一体化する。この平織金網６０の各交差部６４を溶着一体化することにより、交差部６４の経糸（線）６２と緯糸（線）６３にずれが生じないため、平織金網６０の網目６５及び表面に充填被覆される膨張黒鉛８からなるすべり層の保持性が高くなる。以下、前記と同様の方法によって複層摺動部材１を作製する。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
表面に厚さ３０μｍの銅メッキ層を備えた板厚１．０ｍｍの鋼板（冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ）を準備した。この鋼板の銅メッキ層の表面に粒度が４５μｍに調整された青銅（銅９０重量％、錫１０重量％）粉末を一様の厚さ（０．３ｍｍ）に散布し、青銅粉末層を形成した。
【００３６】
板厚０．３ｍｍのリン青銅板にエキスパンド加工を施し、一辺（ストランド）０．６ｍｍの正六角形の規則正しい網目を備えた厚さ０．４３ｍｍのエキスパンドメタルを作製した。
【００３７】
このエキスパンドメタルを、銅メッキ層を介して鋼板の表面に形成された青銅粉末層の表面に載置し、加圧下（０．１ＭＰａ）において還元性雰囲気に調整された加熱炉で７８０℃の温度で１時間焼結し、鋼板と該鋼板の表面に銅メッキ層を介して一体に接合された多孔質青銅焼結層と該多孔質青銅焼結層に一体に接合されたエキスパンドメタルからなる複層板を作製した。
【００３８】
膨張倍率２４０倍の膨張黒鉛粒子を双ローラ装置にてロール成形し、密度が０．５ｇｆ／ｃｍ３で、厚さが１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを作製した。
【００３９】
この膨張黒鉛シートを複層板のエキスパンドメタルの表面に載置したのち、１２８ＭＰａの圧力でロール成形を施し、エキスパンドメタルの網目及び表面に充填被覆した膨張黒鉛からなるすべり層を形成した。これを一辺３０ｍｍの方形状に加工し、複層摺動部材Ａとした。
【００４０】
実施例２
表面に厚さ３０μｍの銅メッキ層を備えた板厚１．０ｍｍの鋼板（冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ）を準備した。この鋼板の銅メッキ層の表面に粒度が４５μｍに調整された青銅（銅９０重量％、錫１０重量％）粉末を一様の厚さ（０．３ｍｍ）に散布し、青銅粉末層を形成した。
【００４１】
線径が０．５ｍｍのリン青銅からなる線材を準備し、この線材を経糸（線）と緯糸（線）として平織し、一辺が０．６ｍｍの方形状の網目に形成した平織金網を作製したのち、この平織金網を還元性雰囲気に調整した加熱炉内で加圧下（０．１ＭＰａ）において該平織金網の各交差部を互いに溶着一体化した。
【００４２】
以下、前記実施例１と同様の方法で、平織金網の網目及び表面に充填被覆した膨張黒鉛からなるすべり層を形成した。これを一辺３０ｍｍの方形状に加工し、複層摺動部材Ｂとした。
【００４３】
比較例
板厚５ｍｍ、一辺３０ｍｍの高力黄銅鋳物４種からなる平板を準備し、この平板に直径６ｍｍの円孔を９個形成すると共に該円孔に黒鉛からなる円柱状の固体潤滑剤を埋設固定し、これを摺動部材Ｃとした。摺動面（摺動部材の表面）に占める固体潤滑剤の面積比率  は２８．３％である。
【００４４】
上述した実施例１及び２の複層摺動部材及び比較例の摺動部材について、表１に示す試験条件で、スラスト試験により摩擦係数及び摩耗量を試験した。スラスト試験の結果を表２に示す。
【００４５】
【表１】
2008127584.tif 000003
【００４６】
【表２】
2008127584.tif 000004
【００４７】
以上の試験結果から明らかなように、実施例１及び実施例２の複層摺動部材Ａ及びＢは、雰囲気温度３００℃の高温条件において優れた摩擦摩耗特性を示したのに対し、比較例の摺動部材は、摩擦係数が試験時間を通じて不安定に推移し、摩耗量も極めて大きな値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の複層摺動部材は、潤滑油あるいは合成樹脂が使用できない高温用途にとくに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態の例の断面説明図である。
【図２】本発明の他の実施の態様の例の断面説明図である。
【図３】図１に示すエキスパンドメタルの斜視図である。
【図４】図３に示すエキスパンドメタルの平面説明図である。
【図５】図３のＩ−Ｉ線断面説明図である。
【図６】図２に示す平織金網の断面説明図である。
【図７】図６に示す平織金網の平面説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  複層摺動部材
２  銅メッキ層
３  鋼板
４  多孔質青銅焼結層
５  金属網状体
６  網目
７  表面
８  膨張黒鉛
５０  エキスパンドメタル
６０  平織金網
【図１】
2008127584.tif 000005
【図２】
2008127584.tif 000006
【図３】
2008127584.tif 000007
【図４】
2008127584.tif 000008
【図５】
2008127584.tif 000009
【図６】
2008127584.tif 000010
【図７】
2008127584.tif 000011