(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の裏金と、該裏金の表面に散布した複数の種類の金属を焼結処理して形成された焼結合金層と、この焼結合金層の表面に形成された凹部とを備えた摺動部材において、
上記凹部の内部空間に臨む該凹部の表面とその内部の焼結合金層は、上記複数の種類の金属が層状になることなく粒状に分散して、マトリックス構造を形成していることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
上記焼結合金層は鉛を含む銅合金であって、その原料粉末に焼結処理が施されて上記焼結合金層が形成されてい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】
上記焼結合金層は鉛を含まない銅合金であって、その原料粉末に焼結処理が施されて上記焼結合金層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項４】
上記焼結合金層が硬質粒子および固体潤滑材のいずれか一方または両方を含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の摺動部材。
【請求項５】
上記凹部は多数の半球状凹部であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項６】
上記凹部は少なくとも１本の油溝であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項７】
上記板状の裏金には、焼結処理前に上記焼結合金層と同種の金属被覆層が設けられており、その上に上記焼結合金層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項８】
裏金の表面に積層される焼結合金層および該焼結合金層の表面に形成された凹部を備えた摺動部材の製造方法において、
裏金の表面に複数の種類の金属の粉末を散布した後に、該複数の種類の金属の粉末に１次焼結処理を施して上記裏金の表面に焼結合金層を積層させて形成し、
その後、上記裏金に積層させた焼結合金層の表面に凹部成形機構によって上記凹部を形成し、
その後、上記凹部を形成した焼結合金層に２次焼結処理を施すことにより上記摺動部材を製造することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項９】
上記１次焼結処理の後に上記裏金及び焼結合金層を冷却する１次冷却工程を備えるとともに、上記２次焼結処理の後に裏金および焼結合金層を冷却する２次冷却工程を備えることを特徴とする請求項８に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
上記１次冷却工程の後に、上記裏金及びその表面に積層させた焼結合金層を圧延して、上記焼結合金層を裏金の表面に密着させることを特徴とする請求項９に記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材とその製造方法に関し、より詳しくは、摺動面に油溜りとなる多数の凹部（インデント）や油溝を備えた摺動部材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）や油溝を形成したものが提案されている（例えば特許文献１）。
従来では、上述したすべり軸受の油溜り（多数の凹部）は次のようにして形成されている。つまり、先ず基材となる裏金の表面に焼結合金層を形成し、すべり軸受の材料となる摺動部材を製造する。そして、この摺動材料をロールと凹部形成ロールとからなる凹部成形機構に通過させることにより、凹部形成ロールの凸部に応じた多数の凹部を焼結合金層の表面に形成するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−２０１１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来の製造方法においては、次のような欠点が指摘されていたものである。つまり、従来では、一応の完成品である焼結合金層を有する摺動部材をさらに上記凹部成形機構によって加工を施して上記凹部を形成するので、凹部の底部（凹部の内部空間に臨む焼結合金層の内部）における金属組織が粒状から層状に変形し、かつ加工硬化が生じていたものである。そのため、製造後の摺動部材における凹部の底部にひび割れが生じるという欠点があった。さらに、製造後の摺動部材を所定寸法の短冊状に切断した際に切断面が上記凹部と重合すると、凹部の隣接部分に欠けが生じやすいという欠点があった（図１０参照）。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、請求項１に記載した本発明は、板状の裏金と、該裏金の表面に散布した複数の種類の金属を焼結処理して形成された焼結合金層と、この焼結合金層の表面に形成された凹部とを備えた摺動部材において、
上記凹部の内部空間に臨む該凹部の表面とその内部の焼結合金層は、上記複数の種類の金属が層状になることなく粒状に分散して、マトリックス構造を形成していることを特徴とするものである。
また、請求項８に記載した本発明は、裏金の表面に積層される焼結合金層および該焼結合金層の表面に形成された凹部を備えた摺動部材の製造方法において、
裏金の表面に複数の種類の金属の粉末を散布した後に、該複数の種類の金属の粉末に１次焼結処理を施して上記裏金の表面に焼結合金層を積層させて形成し、
その後、上記裏金に積層させた焼結合金層の表面に凹部成形機構によって上記凹部を形成し、その後、上記凹部を形成した焼結合金層に２次焼結処理を施すことにより上記摺動部材を製造するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
上述した構成によれば、摺動部材の凹部における金属組織が層状に変形せず、かつ加工硬化が生じにくいので、各凹部の表面にひび割れが生じることを抑制することができ、しかも摺動部材を切断した際に切断面が凹部と重合したとしても、該凹部の隣接箇所が欠落することを抑制することができる。したがって、従来と比較して耐久性や耐焼付性等の摺動性能に優れた摺動部材を提供することができるとともに、摺動部材の不良率を大幅に低減可能な製造方法も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】
【０００６】
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１は本発明に係る摺動部材の製造システム１を示したものである。本実施例は、すべり軸受に用いられる薄板状の摺動部材２の製造システム１に関するものであるが、この製造システム１による摺動部材２の製造工程を説明する前に、先ずこの製造システム１によって製造する製品としての摺動部材２の構成について説明する。
【０００７】
図２に示すように、製品としての摺動部材２は、基材である薄板状の裏金３と、この裏金３の一方の表面全域に焼結処理して形成された焼結合金層４とからなり、かつ上記焼結合金層４の表面全域にわたって油溜りとなる多数の半球状の凹部５が形成されている。
裏金３の材料としては長手方向に連続する薄板状の鋼材を用いてあり、この裏金３の表面に銅系合金の焼結合金層４を形成するようにしている。本実施例においては裏金３の材料として冷間圧延鋼を用いている。焼結合金層４の表面に形成された油溜りとしての凹部５は、直径３〜４ｍｍ程度の半球状の窪みとなっている。
上記特許文献１にも開示されているように、この摺動部材２を所定寸法の短冊状に切断してから円筒状に成形されたすべり軸受は、焼結合金層４の表面が軸部材と摺動する摺動面となる。そして、摺動面となる焼結合金層４には油溜りとしての多数の凹部５が形成されているので、潤滑油は上記凹部５内に一時貯留されてすべり軸受の耐焼付性及び耐摩耗性を向上させることができる。
【０００８】
本実施例は、上記構成を有する摺動部材２を製造するに際して、従来の製造方法とは異なり、仕上げ焼結工程である２次焼結処理の前に上記多数の凹部５を焼結合金層４に形成することが特徴である。後に詳述するが、そのような特徴を有する本実施例の製造システム１によれば、上記凹部５の内部空間に臨む焼結合金層４の表面と内部に加工硬化が生じることを抑制することができる。それにより、各凹部５の底部にひび割れが生じることを抑制し、摺動部材１を切断した際の切断面が凹部５と重合したとしても、該凹部５の隣接箇所に欠落が生じないようになっている。
【０００９】
しかして、図１に基づいて本実施例の製造システム１による製造工程を説明する。先ず、ロール部材６に巻き取られた薄板状の裏金３が図示しない機構によって引き出されてから隣接下流側の焼結材散布機構１２へ供給されるようになっている。
裏金３が焼結材散布機構１２に送り込まれると、この焼結材散布機構１２によって裏金３における一方の表面全域（上面全域）にわたって焼結合金層４の材料となる鉛と銅の粉末が散布される。
このようにして焼結合金層４となる金属材料の粉末が表面に散布された裏金３は、その後、第１焼結機構１３の内部へ送り込まれてから下流側に向けて移送されながら所要の温度まで加熱されるようになっている。これにより、裏金３の表面に焼結合金層４が形成されるようになっている（１次焼結処理）。
ここまでの１次焼結の方法および機構は、従来公知のものを利用することができる。
【００１０】
このように裏金３は第１焼結機構１３の内部を移送されながら加熱されることで、一方の表面に焼結合金層４が形成されるようになっており、その後、裏金３とそれに積層された焼結合金層４は、中間圧延機構１５へ供給される。なお、上記一次焼結処理の後に上記裏金３および焼結合金層４を所要の温度まで冷却してから中間圧延機構１５へ供給するようにしても良い。
本実施例の中間圧延機構１５は、板状の材料を圧延する圧延ロール１６と、この圧延ロール１６の隣接下流側の位置に配置された凹部成形機構１７とを備えている。圧延ロール１６は一対の回転ロールを備えており、それらの間に上記焼結合金層４を有する裏金３が送り込まれると、それを上下から圧延したのちに隣接位置の凹部成形機構１７へ送り出すようになっている。なお、圧延ロール１６は必須の構成ではなく、省略しても良い。
凹部成形機構１７は、図３及び図４に示すように、凹凸のない滑らかな外周面を有する下方側の回転ロール１８と、外周面の全域に多数の成形ピン２１Ａを放射方向に向けて配置した成形ロール２１とを備えている。そして、回転ロール１８と成形ロール２１との間に、焼結合金層４を積層した裏金３が送り込まれると、裏金３および焼結合金層４はそれらの間を通過していき、それに伴って、成形ロール２１の多数の成形ピン２１Ａによって焼結合金層４の表面に半球状をした多数の凹部５が形成されるようになっている。
【００１１】
このようにして上記凹部成形機構１７によって焼結合金層４に油溜りとしての多数の凹部５が形成されると、裏金３および焼結合金層４は、この後、隣接下流側に配置された第２焼結機構２２に送り込まれるようになっている。そして、裏金３と焼結合金層４はこの第２焼結機構２２によって再度加熱されて仕上げ焼結処理（２次焼結処理）が施されるようになっている（図１参照）。
これにより、製品としての上記摺動部材２が製造されるようになっている。そして、この製品としての摺動部材２は最も下流側に配置された巻取りロール２３に巻き取られるようになっている。
なお、第２焼結機構２２による仕上げ焼結処理の後に、裏金３と焼結合金層４を所要温度まで冷却するようにしても良いし、さらにそのような冷却処理を行った後に、裏金３と焼結合金層４に対して仕上げ圧延を施しても良い。
これらの２次焼結処理およびそれ以降の焼結の方法および機構についても、従来公知のものを利用することができる。
【００１２】
上述したように、本実施例の製造システム１においては、裏金３上に積層させた焼結合金層４に対して第２焼結機構２２によって仕上げ焼結処理を施す直前に、焼結合金層４の表面に上記多数の凹部５を形成するようにしている。これにより、本実施例においては、摺動部材２の各凹部５の箇所および焼結合金層４の内部に加工硬化が生じることを抑制できるようになっている。
従来では焼結合金層４に対する仕上げ焼結処理が完了した後から凹部形成機構１７によって上記凹部５を成形していたので、上記凹部５の表面と隣接する内部に加工硬化が発生するという欠点があった。そこで、本実施例においては、上述したように仕上げ焼結処理前（２次焼結処理前）に焼結合金層４に凹部５を形成するようにしたものである。
図５は本実施例における１次焼結処理以降の焼結合金層４内の組成の変化を概念的に示したものである。つまり、図５（ａ）は上記第１焼結機構１３による１次焼結処理によって裏金３の表面上に焼結合金層４が形成された時点を示している。この時点では、焼結材である黒の楕円で示した鉛と白丸で示した銅との間に空隙が散在している。
図５（ｂ）は上記中間圧延機構１５の圧延ロール１６による圧延後の焼結合金層４の内部を示したものである。この時点では焼結合金層４全体が圧縮されて肉厚が薄くなっており、黒楕円で示した鉛と白丸で示した銅が焼結合金層４の厚さ方向に圧縮され、鉛と銅が密着してそれらの間の空隙も減少している。しかしながら、この時点では、鉛と銅とは組織化されていない。
【００１３】
この後、図５（ｃ）に示すように、焼結合金層４に上記成形ピン２１Ａが押圧されて凹部５が成形される。この成形過程においては焼結合金層４の鉛と銅は組織化されていないので、成形ピン２１Ａによる押圧に伴って焼結合金層４内部で鉛と銅の組織が比較的容易に可動することができる。
このように成形ピン２１Ａによって凹部５が形成された焼結合金層４に対して、その後、上記第２焼結機構２２によって仕上げ焼結処理が施される。これにより、図５（ｄ）に示すように、焼結合金層４の焼結がさらに進行して、焼結合金層４内の空隙が無くなり、鉛と銅が層状にならずに粒状に分散してマトリックス構造を有する製品としての摺動部材２が完成する。
このように、本実施例においては、焼結合金層４を構成する鉛や銅が組織化される前に凹部５を形成するので、摺動部材２における凹部５の底部とその周辺（凹部５内の内部空間に臨む焼結合金層４の表面と内部）に加工硬化が生じることを抑制することができる。
そのため、さらに摺動部材２に対して仕上げ圧延が施されても、凹部５の底部とその周辺（凹部５の内部空間に臨む焼結合金層４の表面と内部）にひび割れが生じにくい（図５（ｅ））。
【００１４】
一方、図６に示すように、焼結合金層４に対する仕上げ焼結処理の終了後において成形ピン２１Ａによって凹部５を形成する従来技術においては、凹部５の成形前に焼結合金層４に対する仕上げ焼結処理が済んでいるため、焼結合金層４の内部には空隙はほとんど存在しない（図６（ａ）参照）。
そのため、成形ピン２１Ａを焼結合金層４に押圧しても、その内部に空隙が無いので鉛と銅が可動することができず、それらは成形ピン２１Ａの形状に倣って円弧状に連続する層状となって組織化される（図６（ｂ））。つまり、成形ピン２１Ａの形状に倣って凹部５が形成されるが、該凹部５の空間に臨む焼結合金層４の表面と内部に層状の加工硬化部分Ｘが生じる（図６（ｂ））。
そのため、摺動部材２に対して仕上げ圧延が施された際に上述した加工硬化部分Ｘが生じた凹部５の底部にひび割れが生じやすくなる（図６（ｃ））。
【００１５】
上述したように、本実施例の製造方法においては、仕上げ焼結処理（２次焼結処理）の前に焼結合金層４に成形ロール２１によって油溜りとしての多数の凹部５を形成しているので、各凹部５の内部空間に臨む焼結合金層４の表面と内部における組織の層状化と加工硬化が生じることを抑制することができる。
それにより、凹部５にひび割れが生じることを抑制することができ、しかも摺動部材２を所定寸法に切断した際に、切断面が凹部５と重合したとしても図１０に示したような欠けが生じることを抑制することができる。
【００１６】
ここで、本実施例の製造方法によって製造した摺動部材２と上述した従来の製造方法によって製造した摺動部材２について、硬度および凹部５の表面（油溜り）の状態等について比較した結果を示したものが図７である。
この図７の下から２段目に示すように、硬さ測定の結果としては、従来の方法による凹部５の硬さが９５（ビッカース硬さ）であるのに対して、本実施例の製造方法による凹部５の硬さは６０となっている。このように、本実施例においては明らかに従来技術のものよりも凹部５の硬度が小さくなっている。
そして、最下段に示すように、製造直後の比較においても、本実施例においては凹部５の底部にクラック（ひび割れ）が見られないのに対して、従来の方法においては凹部５の底部にクラックが発見された。
また、下から４段目に示すように、摺動部材２を切断した時に、切断面が凹部５と重合した場合について比較してみると、本実施例の製造方法による凹部５では、その隣接箇所に欠落が生じなかったのに対して、従来の方法による凹部５では、その隣接箇所に図１０に示したような欠落が見られた。
【００１７】
さらに、断面観察の結果としては、図７の下から３段目に示したように従来品では組織につぶれが見られたのに対して本実施例においては組織が粒状に散在していることが明らかとなった。
図８（ａ）、（ｂ）は、本実施例にかかる実際の摺動部材２における凹部５の箇所の断面写真である。図８（ａ）は断面を５０倍に拡大したものであり、図８（ｂ）は断面の中央部分を１００倍に拡大したものである。
この図８（ｂ）の写真から理解できるように、焼結合金層４における凹部５の表面だけでなく内部側においても組織が粒状に散在してマトリックス構造となっており、焼結合金層に加工硬化は生じていないことが理解できる。
一方、図９（ａ）、（ｂ）は従来品の摺動部材の凹部の断面写真を示したものである。図９（ａ）は断面を５０倍に拡大したものであり、図９（ｂ）は断面の中央部分を１００倍に拡大したものである。
図９（ｂ）の写真から容易に理解できるように、従来品においては組織がつぶれて層状となっており、特に凹部の表面においては焼結合金層に加工硬化が生じているが明らかである。
上記図７〜図９における比較の結果からも明らかなように、本実施例の製造方法による摺動部材２は凹部５内に割れが生じにくく、しかも凹部５の隣接箇所にも欠落が生じ難くなっている。したがって、本実施例の製造方法によれば、従来のものよりも耐久性や耐焼付性等の摺動性能に優れた摺動部材２を提供することができる。しかも、摺動部材２の不良率を大幅に低減可能な製造方法を提供することができる。
【００１８】
なお、上記実施例において、裏金３の表面（上面）に銅合金粉末を散布して焼結合金層４を形成しようとする場合には、予め裏金３の表面に銅めっきを施しておき、該銅めっき上に銅合金粉末を散布してから焼結合金層４を形成するようにしても良い。
また、上記実施例においては、焼結合金層４の凹部５として多数の半球状の凹部を形成していたが、焼結合金層４の凹部として油溝を形成する場合にも本発明を適用することができる。特に直線状の油溝を形成する場合には、上記摺動部材２をブシュ等へ加工するために切断する際に、端材を少なくして歩留まり良く加工することができる。
さらに、上記実施例においては銅−鉛系の焼結合金層４を形成したが、銅−ビスマス系やＡｌ−Ｓｉ系など鉛フリーの焼結合金層４を形成しても良く、また、要求される摺動性能に応じて、これらの焼結合金層４に硬質粒子や固体潤滑材が分散されるようにしても良い。すなわち、焼結合金層４としては、従来公知の焼結材料を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例である製造システムを示す全体図。
【図２】図１の製造システムによって製造した摺動部材２の斜視図。
【図３】図１の要部の拡大図。
【図４】図３の要部の拡大図。
【図５】図１に示した製造システムによって摺動部材２を製造する際の焼結合金層４内の変化を示す断面図。
【図６】従来の製造工程による焼結合金層内の変化を示す断面図。
【図７】図１に示した本実施例の製造方法と従来技術によって製造した摺動部材の凹部５について硬度等を比較した図。
【図８】本発明の摺動部材における要部断面の拡大図。
【図９】従来品の摺動部材における要部断面の拡大図。
【図１０】従来技術による欠点を示した摺動部材の要部の正面図。
【符号の説明】
【００２０】
２…摺動部材                          ３…裏金
４…焼結合金層                        ５…凹部
１２…焼結材散布機構                  １３…第１焼結機構
１７…凹部成形機構                    ２１…成形ロール
２１Ａ…成形ピン                      ２２…第２焼結機構
【図１】
0004466687.tif 000002
【図２】
0004466687.tif 000003
【図３】
0004466687.tif 000004
【図４】
0004466687.tif 000005
【図５】
0004466687.tif 000006
【図６】
0004466687.tif 000007
【図７】
0004466687.tif 000008
【図１０】
0004466687.tif 000009
【図８】
0004466687.tif 000010
【図９】
0004466687.tif 000011