(57)【要約】【課題】従来の摺動部品に比較して強度が増大した転がり、摺動部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼により所定の形状に形成された部品素材に浸炭処理を施すことにより、転がり、摺動面に炭化物を略均一に析出させる。当該面を電解研磨して炭化物を除去することにより複数の孔を形成する。孔の孔径は１〜３μｍであり、孔の面積率は１０〜５０％である。これらの孔内に潤滑剤を加圧含浸する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品であって、
Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼からなり、前記転がり、摺動面に、炭化物を除去することにより形成された複数の孔が設けられ、これらの孔内に潤滑剤が充填されている転がり、摺動部品。
【請求項２】
前記炭化物が、前記鋼に浸炭処理を施すことにより形成されている請求項１の転がり、摺動部品。
【請求項３】
前記孔の孔径が１〜３μｍとなされ、同じく面積率が１０〜５０％となされている請求項１または２の転がり、摺動部品。
【請求項４】
転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品を製造する方法であって、
Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼により所定の形状に形成された部品素材に浸炭処理を施すことにより、前記転がり、摺動面に炭化物を略均一に析出させた後、当該面を電解研磨して炭化物を除去することにより複数の孔を形成し、ついで前記孔内に潤滑剤を充填することを特徴とする転がり、摺動部品の製造方法。
【請求項５】
前記電解研磨の電解液として、シュウ酸水溶液を用いる請求項４の転がり、摺動部品の製造方法。
【請求項６】
溶融した潤滑剤を前記孔内に加圧含浸することにより、前記孔内に潤滑剤を充填する請求項４または５の転がり、軸受部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり、摺動部品およびその製造方法、さらに詳しくは、転動面を有する転がり部品または摺動面を有する摺動部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
この明細書において、転がり、摺動部品とは、純然たる転がり接触、純然たるすべり接触、および転がり接触とすべり接触とが混在する部品をいうものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来、摺動部品として、Ｃ０．０４ｗｔ％を含むフェライト系ステンレス鋼に真空浸炭処理を施した後、シュウ酸水溶液中で電解エッチングすることにより、多孔質状とし、これらの孔内に潤滑剤を充填してなるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２４０２９８号公報（第２頁右下欄９行〜第３頁左上欄１３行）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した摺動部品は、組織がフェライトからなり、しかも特許文献１の第２頁右下欄１８行〜第３頁左上欄１行に記載されているように、多数の孔が連通状態にあるので、強度が低下し、高面圧で用いられる摺動部品や、転がり軸受部品への適用は困難であった。
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決し、上述した従来の摺動部品に比較して強度が増大した転がり、摺動部品およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による転がり、摺動部品は、転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品であって、Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼からなり、前記転がり、摺動面に、炭化物を除去することにより形成された複数の孔が設けられ、これらの孔内に潤滑剤が充填されているものである。
【０００８】
請求項１の発明によれば、鋼中のＣ含有量が０．２ｗｔ％以上であって強度が増大しており、しかも転がり、摺動面に形成された孔が互いに独立しかつ深くなりすぎておらず、孔による強度低下が抑制されるので、転がり、摺動部品の強度が、上述した従来の摺動部品に比較して増大する。したがって、高面圧で用いられる摺動部品に加え、より高面圧で使用されることが多くかつ耐疲労損傷性能が要求される転がり軸受の軌道輪や転動体への使用が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明による転がり、摺動部品は、請求項１の発明において、前記炭化物が、前記鋼に浸炭処理を施すことにより形成されているものである。この場合、浸炭処理条件の設定により、表面層の炭化物状態（大きさ、量）を最適化しやすくなる。
【００１０】
請求項３の発明による転がり、摺動部品は、請求項１または２の発明において、前記孔の孔径が１〜３μｍとなされ、同じく面積率が１０〜５０％となされているものである。この場合、材料的強度低下を伴うことなく、潤滑性を確保できる。
【００１１】
ここで、面積率とは、転がり、摺動面の所定面積において炭化物が占める面積の割合であり、この面を拡大観察し、画像処理を用いて測定できる。
【００１２】
請求項４の発明による転がり、摺動部品の製造方法は、転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品を製造する方法であって、Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼により所定の形状に形成された部品素材に浸炭処理を施すことにより、前記転がり、摺動面に炭化物を略均一に析出させた後、当該面を電解研磨して炭化物を除去することにより複数の孔を形成し、ついで前記孔内に潤滑剤を充填することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明によれば、Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼により所定の形状に形成された部品素材に浸炭処理を施すことにより、前記転がり、摺動面に炭化物を略均一に析出させた後、当該面を電解研磨して炭化物を除去することにより複数の孔を形成し、ついで前記孔に潤滑剤を充填するだけであるから、高強度の転がり、摺動部品を比較的簡単かつ安価に製造することができる。
【００１４】
請求項５の発明による転がり、摺動部品の製造方法は、請求項４の発明において、前記電解研磨の電解液として、シュウ酸水溶液を用いるものである。この場合、炭化物を優先的に除去できる。
【００１５】
請求項６の発明による転がり、摺動部品の製造方法は、請求項４または５の発明において、溶融した潤滑剤を前記孔内に加圧含浸することにより、前記孔内に潤滑剤を充填するものである。この場合、加圧することにより十分な潤滑剤を微小孔内に充填することができるとともに、潤滑剤の保持力が増大し、安定した潤滑性能を発揮できる。また、比較的硬い潤滑剤をも微小孔内に充填することができる。
【００１６】
【発明の実施形態】
以下、この発明により転がり、摺動部品およびその製造方法について、詳しく説明する。
【００１７】
この発明による転がり、摺動部品は、転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品であって、Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼からなり、前記転がり、摺動面に、炭化物を除去することにより形成された複数の孔が設けられ、これらの孔内に潤滑剤が充填されている。
【００１８】
転がり、摺動部品を形成する鋼中のＣ含有量を０．２ｗｔ％以上に限定したのは、鋼中のＣ含有量が０．２ｗｔ％以上であると、焼入および焼戻し、あるいは浸炭焼入および焼戻しによって、この鋼の組織がマルテンサイト、オーステナイトおよび炭化物の混在したものとなり、フェライト組織の鋼に比較して高強度になるからである。また、鋼中に炭化物が略均一でかつ互いに独立した状態で存在し、この炭化物を除去することにより転がり、摺動面に形成される孔も互いに独立し、かつ深くなりすぎないように、転がり、摺動面のＣ含有量を０．８ｗｔ％以上にすることが必要であるが、そのためにＣ含有量が０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％未満の鋼を用いて、浸炭処理を施すことが好ましい。このような鋼は、浸炭処理の条件を変えることにより、任意の大きさ、量の炭化物を容易に析出させることができるからである。また、Ｃ含有量が０．８ｗｔ％以上の鋼を用いる場合は、浸炭処理は必須ではなく、浸炭処理を施さない場合には球状化焼鈍処理を施すことが好ましい。このような鋼としては、高炭素クロム軸受鋼、肌焼き鋼などの軸受用鋼が主に用いられる。高炭素クロム軸受鋼の場合、軸受用として多く用いられているので、材料コストが安くなる。高炭素クロム軸受鋼の中でもＪＩＳ  ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【００１９】
また、孔の孔径が１〜３μｍとなされ、同じく面積率が１０〜５０％となされていることが好ましい。孔の孔径が１μｍ未満であると潤滑油を加圧含浸しても潤滑剤を孔内に充填しにくく、３μｍを越えると使用時の振動が大きくなるからである。また、面積率が１０％未満であると潤滑効果が不十分であり、５０％を越えると強度が低下するからである。
【００２０】
さらに、潤滑剤としては、ナイロン１１およびナイロン１２（ともに融点１８０℃）、ポリエチレン（融点１３０℃）、ポリプロピレン（融点１５０℃）などが用いられる。また、これらの樹脂に、一般に固体潤滑剤として用いられるＭｏＳ２などを混入したものを用いてもよい。樹脂と固体潤滑剤とからなる混合物中の固体潤滑剤の量は、この混合物全体に対して５〜４０ｗｔ％であることが好ましい。この固体潤滑剤の量を５〜４０ｗｔ％としたのは、５ｗｔ％未満であると潤滑性向上効果が少なく、４０ｗｔ％を越えると潤滑剤が樹脂に均一に混ざりにくくなるからである。
【００２１】
この発明による転がり、摺動部品の製造方法は、転がり、摺動面を有する転がり、摺動部品を製造する方法であって、Ｃ０．２ｗｔ％以上を含有する鋼により所定の形状に形成された部品素材に浸炭処理を施すことにより、前記転がり、摺動面に炭化物を略均一に析出させた後、当該面を電解研磨して炭化物を除去することにより複数の孔を形成し、ついで前記孔内に潤滑剤を充填することを特徴とする。
【００２２】
前記部品素材を形成する鋼中のＣ含有量の限定理由は、上述した通りである。
このような鋼としては、高炭素クロム軸受鋼、肌焼き鋼などの軸受用鋼が主に用いられる。高炭素クロム軸受鋼の場合、軸受用として多く用いられているので、材料コストが安くなる。高炭素クロム軸受鋼の中でもＪＩＳ  ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【００２３】
この発明による製造方法において、浸炭処理は、たとえばカーボンポテンシャルが１．２％以上である浸炭雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱することにより行われる。なお、この浸炭処理の後急冷する。
【００２４】
前記浸炭処理において、カーボンポテンシャルを１．２％以上とするのは、１．２％未満では、炭素含有量が１ｗｔ％程度である軸受鋼に対してほとんど浸炭されないことになり、炭化物の面積率を所望のものにすることができず、しかも炭化物の微細化を図ることができないおそれがあり、炭化物を除去することにより形成される孔の孔径および面積率を所望のものにすることができないおそれがあるからである。このカーボンポテンシャルは１．２〜１．４％とすることが好ましい。カーボンポテンシャルが１．４％を越えると、大量の煤が発生するという問題があるからである。
【００２５】
前記浸炭処理の処理温度を８４０〜８７０℃にしたのは、下限値未満であるとカーボンポテンシャルのところで述べたような必要な浸炭を行うことができず、上限値を越えると転がり、摺動面の表層部の結晶粒度が大きくなりすぎるとともに、巨大炭化物が析出して炭化物を除去することにより形成される孔が大きくなり、強度が低下するからである。
【００２６】
前記浸炭処理の処理時間を３時間以上にしたのは、３時間未満であると、一般的転がり、摺動部品の転がり、摺動面における表層部の強化に要する浸炭深さが得られないからである。なお、この表層部とは、一般的には表面から深さ０．５ｍｍ程度までの範囲である。この加熱時間は３．５〜５時間とすることが好ましい。加熱時間が５時間を超えると、熱処理コストが高くなるとともに、炭化物が巨大化するという問題があるからである。
【００２７】
この発明による製造方法において、炭化物の除去のための電解研磨は、電解液として５〜１５ｗｔ％シュウ酸水溶液を使用し、部品素材を陽極として１〜６Ｖで３０〜６０分間行うことが好ましい。このような条件で電解研磨を行うと、炭化物を優先的にエッチング除去することができる。
【００２８】
この発明による製造方法において、孔内への潤滑剤の充填は、溶融した潤滑剤を孔内に加圧含浸することにより行うことが好ましい。
【００２９】
以下、この発明の実施例について説明する。
【００３０】
実施例１
ＪＩＳ  ＳＵＪ２を用いて摺動面を有する摺動部品素材および転動面を有する転がり部品素材を形成した。ついで、この摺動部品素材および転がり部品素材に、  カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において８５０℃で３時間加熱して浸炭処理を施した後、８０℃に油冷し、さらに１６０℃で２時間加熱する焼戻し処理を施した。
【００３１】
ついで、摺動部品素材および転がり部品素材を、１０ｗｔ％シュウ酸水溶液において５Ｖで６０分間電解研磨し、摺動面および転動面の炭化物を優先的に溶融除去して摺動面および転動面に複数の孔を形成した。孔の孔径は３μｍ、孔の面積率は２０％であった。
【００３２】
その後、摺動部品素材の摺動面および転がり部品素材の転動面の孔内に、２００℃に加熱して溶融させたナイロン１１を１５ＭＰａの圧力で加圧含浸させた。こうして、摺動部品および転がり部品を製造した。
【００３３】
実施例２
ＪＩＳ  ＳＵＪ２を用いて摺動面を有する摺動部品素材および転動面を有する転がり部品素材を形成した後、摺動面および転動面に複数の孔を形成するまでの工程は前記実施例１と同じである。孔の孔径は３μｍ、孔の面積率は２５％であった。
【００３４】
その後、ポリエチレンとＭｏＳ２との混合物（混合物中のＭｏＳ２の含有量は３０ｗｔ％である）を１５０℃に加熱して混練し、この混練物を摺動部品素材の摺動面および転がり部品素材の転動面の孔内に１５ＭＰａの圧力で加圧含浸させた。こうして、摺動部品および転がり部品を製造した。
【００３５】
実施例１および２により製造された摺動部品および転がり部品の強度は、上述した従来のものよりも増大していた。また、これらの摺動部品の摺動面は、十分な摺動性能（たとえば自己潤滑性能等）を有する。また、転がり部品の転動面は、十分な自己潤滑性能を有するとともに、転がり軸受の軌道輪や転動体にも適用可能な強度を有する。