JP2002181047A - スラスト軸受およびその製造方法 - Google Patents

スラスト軸受およびその製造方法

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尚敏 田淵
Akio Hiuga
昭夫 日向
Yutaka Miyata
豊 宮田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のスラスト軸受は、最近の高速・高荷重が
要求される機械に対しては充分な軸受特性を発揮するこ
とができなかった。またスラスト軸受を製造する従来の
焼結法では、裏金と軸受合金層の厚さの調整が難しいば
かりでなく、抜きカスの鉄板に軸受合金が付着している
ため、鉄板や軸受合金を再利用することができなかっ
た。 【解決手段】本発明のスラスト軸受は、軸受合金層が円
周方向に圧延されている。本発明の焼結法は、裏金とな
る鉄板からスラスト軸受と同一形状に形成し、該裏金に
軸受合金粉末を散布して一次焼結を行なう。そして軸受
合金層に対して円周方向に一次圧延を行なった後、二次
焼結を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スラストワッシャ
−、鍔付き軸受、油圧ポンプの斜板等、面に対して高速
・高荷重で回転するものを円滑に摺動させるスラスト軸
受およびスラスト軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スラスト軸受とは、円盤状またはワッシ
ャ−状の表面で回転する物体を受けて円滑に摺動させる
ものである。スラスト軸受としては、例えばアキシャル
シリンダーポンプの斜板、ブルドーザーやパワーシャベ
ル等の建設機械の下転輪ブッシュ等に使用されている。
【０００３】アキシャルシリンダーポンプは、スラスト
軸受の斜板がシリンダーブロックに取り付けられた多数
のピストンシューを受けるようになっており、シリンダ
ーブロックが回転すると、ピストンシューが斜板により
往復動させられてシリンダー内の油を押し出すことによ
り強力な力を出すようになっている。この斜板には高速
・高荷重の力がかかるため、斜板は耐磨耗性と潤滑性に
優れていなければならない。また下転輪ブッシュは大重
量の車体を円筒状の軸受で受け、横方の力を鍔部のスラ
スト軸受で受けるものであり、該スラスト軸受にも高荷
重がかかるため、やはり耐磨耗性と潤滑性に優れていな
ければならない。
【０００４】これらのスラスト軸受には、軸受合金が使
用されている。この軸受合金は、銅を主成分とし、固体
潤滑剤として鉛や錫を添加したものである。
【０００５】スラスト軸受では、上記の軸受合金だけで
摺動面を形成してもよいが、軸受合金だけでは機械的強
度や経済性の面で問題があるため、一般には裏金として
の鉄板に軸受合金を貼り付けた複層材にして使用してい
る。つまりスラスト軸受を複層材で使用するのは、軸受
合金が銅主成分であるため機械的強度に乏しく、高速回
転する油圧ポンプや高荷重のかかる建設機械では、それ
を支えることができないからである。また銅を主成分と
した軸受合金は鉄に比べて高価であることから、軸受合
金を大量に使用することは経済的にも好ましいことでは
ないからである。そのためスラスト軸受では、機械的強
度に優れ、しかも安価な鉄を裏金に用い、該裏金に軸受
合金を接合した複層材にして、機械的強度を向上させる
とともに、軸受合金の使用量を少なくして経済的効果を
図っている。
【０００６】スラスト軸受用の複層材の製造方法として
は、溶着法、溶射法、圧着法、焼結法等がある。
【０００７】溶着法とは、長尺の鉄板上に溶融した軸受
合金を鋳込み、鉄板と軸受合金を金属的に接合した後、
それを圧延機で所定の厚さまで圧延して複層材を得る。
そしてこの複層材をプレスで所定の形状に打ち抜いてス
ラスト軸受にする。この溶着法は、溶融した軸受合金を
鋳込むため、鋳込み時に酸化物やスラグを巻き込んで円
滑な摺動を阻害することがあった。また溶着法では、鋳
込みで軸受合金を大量に使用するため圧延前の軸受合金
と裏金の厚さが厚くなっていて、これを所定の厚さまで
圧延する作業に多大な手間を要するものであった。
【０００８】溶射法は、線状の軸受合金をアークや酸素
・アセチレン炎のような高温加熱装置で瞬時に溶融させ
るとともに、溶融した軸受合金を高圧ガスで吹き飛ばし
て裏金となる鉄板に付着させる。この溶射法は、まず軸
受合金を事前に線状に加工しておく必要があり、この線
状加工に多大な手間を要するばかりでなく、吹き付ける
面積が小さいことからスラスト軸受全面に軸受合金を付
着させるのに時間がかかって生産性の悪いものであっ
た。
【０００９】圧着法とは、裏金の帯状鉄板と帯状軸受合
金とを合わせて圧延機で圧着させる方法である。この圧
着法は、鉄板と軸受合金との接合強度が充分でないた
め、高速・高荷重のかかるような機械には適していな
い。
【００１０】焼結法とは、裏金となる帯状鉄板の片面に
軸受合金粉末を均一な厚さに散布し、それを還元雰囲気
中で加熱する。この加熱温度は、軸受合金の溶融温度以
下で金属が拡散しやすい温度、例えば銅主成分の軸受合
金では約８００℃で加熱（一次焼結）する。この一次焼
結では、裏金と軸受合金粉末、軸受合金粉末同士が拡散
して金属的に接合することから、裏金と軸受合金層から
成る複層材が得られる。しかしながら一次焼結後の複層
材をそのままスラスト軸受に形成して使用すると、軸受
合金層は軸受合金粉末同士が拡散接合しているだけであ
るため多孔質となっており、高荷重がかかると多孔質の
空隙がつぶれて傷が付き、軸受特性を損なうようになっ
てしまう。そこで焼結法では、一次焼結後、空隙をつぶ
すために圧延（一次圧延）を行う。この一次圧延では、
空隙をつぶしただけであるため、つぶれた部分が多く存
在し、スラスト軸受として使用したときに、このつぶれ
た部分から剥離が起こってしまう。このつぶれた部分を
接合して強度の向上を図るため、焼結法では再度、焼結
（二次焼結）を行う。このようにして機械的強度に優れ
た帯状の複層材を作製してから、次に所定の形状にプレ
スで打ち抜いてスラスト軸受を得る。この焼結法で得ら
れたスラスト軸受は、軸受合金と裏金との接合強度が優
れているため、今日では軸受用として多くの用途に採用
されているものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】焼結法により得られた
スラスト軸受は、裏金と軸受合金との接合強度に優れて
いるが、近時の機械はより高速・高荷重となってきてい
ることから従来の焼結法で得られたスラスト軸受では満
足できるものではなかった。
【００１２】また従来の焼結法によるスラスト軸受の製
造方法では、裏金と軸受合金層の厚さを正確に調整する
ことができなかった。つまり焼結法で焼結後に圧延を行
ない、裏金と軸受合金層の合計厚さを正確になるように
圧延しても、裏金と軸受合金層のそれぞれの厚さが所定
の厚さとはならないことがあった。裏金や軸受合金の厚
さはスラスト軸受を設置する機械によって決められてお
り、それらの厚さが所定の厚さとなっていない場合に
は、機械の性能にも影響を及ぼすようになってしまう。
【００１３】さらにまた従来の焼結法によるスラスト軸
受の製造方法は、省資源においても適応しなくなってき
ている。これは従来の焼結法が裏金が帯状材であり、こ
の帯状材全面に軸受合金粉末を散布してから帯状材の一
次焼結、一次圧延、二次燒結を行って複層材を作製し、
該複層材からプレスで所定の形状に打ち抜くからであ
る。つまりスラスト軸受として打ち抜いた部分以外の不
要部分、所謂「抜きカス」が問題となるものであった。
【００１４】省資源化が叫ばれている今日、一般に工業
生産された材料の不要部分は、再利用することが奨励さ
れており、スラスト軸受の製造においてもスラスト軸受
の材料である裏金は鉄として、また軸受合金は再度軸受
合金として使用したいところである。ところが従来の焼
結法で使用された複層材には、抜きカスの鉄板に軸受合
金が強固に付着しており、そのまま鉄、或いは軸受合金
として再利用することは不可能である。従って、従来の
焼結法で使用した複層材の抜きカスは、再利用ができな
いため、産業廃棄物として業者に手数料を支払って処理
してもらわなければならなかった。
【００１５】本発明は、近時の高速・高荷重のかかる機
械において過酷な使用にも充分耐えられるスラスト軸
受、および裏金と軸受合金の厚さを正確にすることがで
きるスラスト軸受の製造方法を提供するとともに、産業
廃棄物が排出されないスラスト軸受の製造方法を提供す
ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の焼
結法で製造されたスラスト軸受が過酷な使用条件に耐え
られない原因について鋭意検討を重ねた結果、焼結後の
圧延状態に起因していることをつきとめた。即ち、スラ
スト軸受では、摺動体はスラスト軸受の中心に対して円
周方向に回転摺動するものであり、従来の焼結法で製造
されたスラスト軸受は、帯状の複層材を帯状材の長手方
向に圧延機で圧延していたため、軸受合金の結晶は圧延
方向に揃った状態となっていた。従って、この帯状の複
層材から円形に打ち抜いてスラスト軸受にしたとき、ス
ラスト軸受の軸受合金は直線状に平行した結晶組織とな
っている。このような結晶組織のスラスト軸受に対し
て、摺動体が円周方向に摺動すると摺動体が直線状の結
晶組織を横切るようになり、ここで円滑な摺動が妨げら
れ、抵抗が大きくなってついには軸受合金層を剥離させ
たり焼き付いたりすることが判明した。
【００１７】また本発明者らは、従来の焼結法により製
造されたスラスト軸受の裏金と軸受合金層の厚さを正確
にできない原因についても検討を行なった結果、従来の
焼結法では焼結後の圧延をローラー式の圧延機、即ち同
一径の一対の円柱状ローラー間に裏金と軸受合金からな
る複層材を通過させるため、裏金と軸受合金層の両者が
圧延されてしまう。このとき比較的柔らかい軸受合金層
が大きく圧延され、軸受合金よりも硬い裏金が、それよ
りも少ない圧延となるが、これらの圧延状態を調整する
ことが難しく、所定の厚さにすることができなかったも
のである。
【００１８】そして従来の焼結法で鉄板に軸受合金が付
着した抜きカスが発生するのは、帯状の鉄板に軸受合金
粉末を散布し焼結や圧延を経て帯状の複層材にし、そこ
から所定形状に打ち抜くためである。
【００１９】そこで本発明者らは、スラスト軸受の軸受
合金面を摺動する摺動体が軸受合金の結晶組織を横切ら
ないにようにすれば円滑な摺動が行われ、また圧延時に
複層材の両面から圧延を行わなければ裏金と軸受合金層
が圧延されないようになり、そして裏金と軸受合金から
成る複層材の抜きカスがでないようにできれば無駄な産
業廃棄物がなくなること、等に着目して本発明を完成さ
せた。
【００２０】本発明は、焼結法で裏金に軸受合金粉末を
接合させることにより軸受合金層を形成させたスラスト
軸受において、軸受合金層が円周方向に圧延されている
ことを特徴とするスラスト軸受である。
【００２１】そしてもう一つの発明は、裏金を所定のス
ラスト軸受形状に形成する裏金成形工程；所定のスラス
ト軸受形状に形成された裏金の片面に軸受合金粉末を均
一に散布する軸受合金粉末散布工程；片面に軸受合金粉
末が散布された裏金を還元雰囲気中で軸受合金の溶融温
度以下で加熱して裏金と軸受合金粉末、および軸受合金
粉末同士を金属的に接合することにより裏金と軸受合金
層の複層材を得る一次焼結工程；複層材の中央部が中心
となるようにして回転させ、回転する複層材の軸受合金
層の面にローラーを押し付けて円周方向に圧延をする一
次圧延工程；一次圧延した複層材を還元雰囲気中で軸受
合金の溶融温度以下で加熱して接合強度を向上させる二
次焼結工程；からなることを特徴とスラスト軸受の製造
方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明のスラスト軸受は、裏金お
よび軸受合金としては如何なる材料でも使用可能である
が、高速・高荷重用には裏金に鉄板、軸受合金に銅合金
の使用が適している。一般に軸受合金用の銅合金として
は、銅主成分に鉛と錫を添加した鉛青銅であるが、鉛公
害を考慮するのであれば、鉛を含まない鉛レスの青銅も
使用できる。この鉛レス青銅としては既に本発明出願人
が特願平12‐191337号で提案したCu-Sn-Ag系の軸受合金
が適している。
【００２３】本発明のスラスト軸受は、焼結法で製造す
るが、裏金と軸受合金が接合された円形の複層材を圧延
するときに複層材の中央を中心にして円周方向に圧延し
たことに特徴を有している。このように円周方向に圧延
したスラスト軸受は、結晶組織が円周方向に揃っている
ため、円周方向に回転する摺動体を受けるときに何ら支
障なく円滑に摺動させることができる。
【００２４】また複層材の軸受合金層を円周方向に圧延
する場合、圧延を行なう治具としてカムフローラーのよ
うにシャンクの先端に小さなロールを取り付けたものを
用いると圧延が小面積で連続して行なえるため、圧下率
を大きくできるにもかかわらず、裏金への影響を少なく
できる。従って、裏金の厚さを決めておけば、圧延時に
軸受合金層だけの厚さを調整するだけで裏金と軸受合金
層を正確な厚さにすることができる。
【００２５】本発明のスラスト軸受は、軸受合金が片面
だけに接合されたものだけでなく、用途に応じて両面に
軸受合金を接合したものでもよい。
【００２６】本発明のスラスト軸受の製造方法では、円
形の裏金に軸受合金粉末を散布してから、一次焼結、一
次圧延、二次焼結の工程を行なうだけでもよいが、さら
に厚さや硬さの調整、特に軸受合金面の精密仕上げを行
なうのであれば、二次焼結後に二次圧延を行うこともで
きる。
【００２７】
【実施例】以下図面に基づいて本発明を説明する。図１
は本発明のスラスト軸受の圧延方向を示した平面図、図
２は図１のA−A線断面図、図３は本発明スラスト軸受の
斜視図、図４の〜は本発明のスラスト軸受の製造工
程を説明する図である。
【００２８】図１に示すスラスト軸受は、鉄板を円形に
形成した裏金１の中央に孔２が穿設されており、その周
囲には取り付け用の複数の***３…が穿設されている。
裏金１の片面にCu-Sn-Ag系の鉛レスの軸受合金４が焼結
法で接合されている。軸受合金は取り付け孔３…を避け
て円環状に接合されている。本発明のスラスト軸受は、
軸受合金４が円周方向に圧延されており、その圧延軌跡
５が点線で示すように渦巻き状となっている。
【００２９】次に本発明のスラスト軸受の製造方法を図
４の各工程に基づいて説明する。
【００３０】裏金成形工程；予め表面の汚れを除去し
た長尺の鉄板１を準備する。この鉄板１０の厚さは、完
成品のスラスト軸受の裏金と同一厚さのものである。こ
の鉄板１０からプレスやレーザー照射装置のような装置
でスラスト軸受と同一形状の裏金１１に形成する。
【００３１】軸受合金粉末散布工程；裏金成形工程で
得られた所定形状の裏金１１の表面にCu-Sn-Ag系の軸受
合金粉末１２を散布する。この散布工程では、ａのよう
に先ず水平状態に置かれた裏金１１の表面に軸受合金粉
末１２を多めに散布する。そして次に裏金１１の上に多
めに散布された軸受合金粉末１２をヘラのようなもので
所定の厚さに掻きならしてｂのように表面を平らにす
る。
【００３２】一次焼結工程；裏金１１の表面に所定厚
さに軸受合金粉末１２が散布されたものを焼結炉１３で
一次焼結を行って複層材１４を得る。複層材１４は裏金
１１の片面に軸受合金層１５が接合されたものである。
焼結炉１３内はアンモニア分解ガスが充填された還元性
雰囲気となっており、炉内温度は約８００℃である。
【００３３】一次圧延工程；一次焼結を行なった複層
材は、軸受合金層が多孔質となっており、このままでス
ラスト軸受として使用すると、軸受合金が凹んだり傷付
いたりして摩擦抵抗が大きくなる。そこで一次焼結を行
った複層材の多孔質の空隙をつぶすために一次圧延を行
なう。本発明では一次焼結後の複層材の一次圧延を回転
式圧延装置により圧延する。回転式圧延装置での複層材
の圧延は、複層材１４の軸受合金層１５が表となるよう
にしてに回転式圧延装置１６に固定する。そして回転式
圧延装置１６を矢印のように回転させるとともに、シャ
ンク１７に取り付けた小さなローラー１８を軸受合金層
１５に押し当てて圧延を行なう。このとき軸受合金層に
当てた小さなローラー１８を複層材の外周から内周に向
けて一定速度で移動させる。回転する複層材に小さなロ
ーラーを外周から内周に移動させると、圧延の軌跡は図
１に示すように円周方向になる。
【００３４】二次焼結工程；一次圧延を行った複層材
は多孔質の空隙はつぶれるが、この空隙であった部分は
単につぶれただけで接合されていないため、このままス
ラスト軸受として使用するとつぶれた部分から剥離が起
こる。そこでつぶれた部分の接合を行なうため二次焼結
を行う。ここでの二次焼結は、前述一次焼結と同一条件
である。
【００３５】本発明で得られたスラスト軸受と従来の焼
結法で得られたスラスト軸受の軸受特性試験を行なっ
た。軸受特性試験は焼付き面圧と摩擦係数の測定であ
る。焼付き限界はスラスト摩擦試験機を用い、大気オイ
ル（８０℃）循環段階荷重試験で行なった。また焼付き
面圧と摩擦係数はスラスト摩擦試験機を用い、油温８０
℃、摩擦速度１６．５ｍ／ｓｅｃで行なった。その結
果、従来の焼結法で得られたスラスト軸受の焼付け面圧
は２０MPa、摩擦係数は０．０１６であった。一方、本
発明の焼結方で得られたスラスト軸受の焼付け面圧は２
５MPa、摩擦係数は０．０１５であった。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明のスラスト軸
受は、高速・行荷重の過酷な条件が要求されるカーエア
コンや建設機械等に使用されても、長期間にわたってピ
ストンシューや軸を傷付けたり焼付けを起こしたりする
ことがないという優れた軸受特性を有するものである。
また本発明のスラスト軸受の製造方法は、焼結後の圧延
工程が裏金まで影響を及ぼすことがないため、裏金や軸
受合金層の厚さを正確にすることができことからスラス
ト軸受を取り付ける機械の機能を充分に発揮させること
ができる。また本発明のスラスト軸受の製造方法は、裏
金となる鉄板を最初に所定の形状に形成してから裏金の
表面に軸受合金粉末を散布するため、最初に裏金を形成
した残りの鉄板は鉄材料として再使用できるばかりでな
く、高価な軸受合金粉末の使用量が少なくて済むという
省資源と経済性にも優れた製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明スラスト軸受の圧延軌跡を示す平面図
【図２】図１のA−A線断面図
【図３】本発明スラスト軸受の斜視図
【図４】本発明スラスト軸受の製造工程を説明する図
【符号の説明】
１ 裏金 ４ 軸受合金 ５ 圧延軌跡

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】焼結法で裏金に軸受合金粉末を接合させる
    ことにより軸受合金層を形成させたスラスト軸受におい
    て、軸受合金層が円周方向に圧延されていることを特徴
    とするスラスト軸受。
  2. 【請求項２】軸受合金層が裏金の片面又は両面に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸
    受。
  3. 【請求項３】裏金を所定のスラスト軸受形状に形成する
    裏金成形工程；所定のスラスト軸受形状に形成された裏
    金の片面に軸受合金粉末を均一に散布する軸受合金粉末
    散布工程；片面に軸受合金粉末が散布された裏金を還元
    雰囲気中で軸受合金の溶融温度以下で加熱して裏金と軸
    受合金粉末、および軸受合金粉末同士を金属的に接合す
    ることにより裏金と軸受合金層の複層材を得る一次焼結
    工程；複層材の中央部が中心となるようにして回転さ
    せ、回転する複層材の軸受合金層の面にローラーを押し
    付けて円周方向に圧延をする一次圧延工程；一次圧延し
    た複層材を還元雰囲気中で軸受合金の溶融温度以下で加
    熱して接合強度を向上させる二次焼結工程；からなるこ
    とを特徴とスラスト軸受の製造方法。
  4. 【請求項４】前記一次焼結工程、一次圧延工程、二次焼
    結工程をもう一方の面にも施すことを特徴とする請求項
    ３記載のスラスト軸受の製造方法。
  5. 【請求項５】二次焼結の後に、さらに複層材の厚さと硬
    さの調整のため二次圧延を行なうことを特徴とする請求
    項３、４記載のスラスト軸受の製造方法。
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