JP2016014474A - 複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受の製造方法ならびに複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食性環境下での耐久性を向上する上で有利な複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受の製造方法ならびに複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受を提供すること。
【解決手段】金属製基材と、金属製基材の上に設けられた下地層１４と、下地層１４の上に設けられた樹脂層１６とを有する複層軸受１０Ａである。金属製基材はステンレス鋼板１２である。下地層１４は、ニッケルリン系合金の粉体２０がステンレス鋼板１２の上に積み重ねられて構成されている。この下地層１４は、ステンレス鋼板１２にニッケルリン系合金の粉体２０を散布し、非酸化性雰囲気下でニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することで形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受の製造方法ならびに複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受に関する。

複層軸受では、金属製基材の表面に樹脂層を密着させて確実に取着させるため、金属製基材の表面に下地層を形成し、この下地層の上に樹脂層を形成している。この下地層は、従来、金属製基材に形成された銅めっき層と、この銅めっき層の上に形成された銅系焼結層とで構成されている。

より詳細に説明すると、従来、複層軸受の金属製基材として、ＳＰＣＣなどの圧延鋼板が用いられており、まず、多数の複層軸受が得られる大きさの一枚の鋼板を用意する。
次に、下地層を形成する。すなわち、一枚の鋼板にメッキ処理を施し、一枚の鋼板の全面に銅めっき層を形成する。この銅めっき層は、鋼板と銅系焼結層との密着性を確保するためのものである。
次に、一枚の鋼板の一方の面の銅めっき層の上に銅系焼結層を形成する。これにより、一枚の鋼板の一方の面に、銅めっき層と銅系焼結層とで構成された下地層が形成される。
そして、この下地層の上に樹脂層を形成する。
次に、一方の面に下地層、樹脂層が形成された一枚の鋼板を、製造すべき複層軸受の大きさに切断（シャーリング）することが行なわれ、下地層、樹脂層が形成された鋼板が多数得られる。
最後に、例えば、複層軸受が円筒状の滑り軸受である場合には、樹脂層が内側にくるように切断された鋼板を円筒曲げ成形する。
したがって、出来上がった複層軸受は、切断された箇所で金属製基材である鋼板と、銅めっき層と銅系焼結層とで構成された下地層がむき出しとなる。

特開２０１３−２５１７

そのため、従来の複層軸受では、複層軸受の端面に鋼板と、下地層がむき出しとなる。すなわち、鋼板と、下地層を構成する銅めっき層と銅系焼結層とがむき出しとなる。そのため、例えば、硫黄成分を含む油中での使用、塩水中での使用など、腐食性環境下での使用には耐久性の点で限界があった。
そこで、金属製基材としてステンレス鋼を用いることが考えられるが、下地層を銅めっき層と銅系焼結層とで構成した場合には、やはり、下地層、樹脂層が形成された一枚の鋼板を、製造すべき複層軸受の大きさに切断した際に、切断された箇所で下地層を構成する銅めっき層と銅系焼結層がむき出しとなり、腐食性環境下での使用には耐久性の点で限界がある。
また、金属製基材としてステンレス鋼を用い、下地層としてステンレス焼結層を用いることが考えられる。この場合には、下地層、樹脂層が形成された一枚の鋼板を、製造すべき複層軸受の大きさに切断した際に、切断された箇所で金属製基材と下地層がむき出しとなっても、金属製基材と下地層がともにステンレス製であるため、腐食性環境下での使用に問題がないものの、ステンレス焼結層を作るには１２００℃以上の温度で処理する必要があるため、放電プラズマ焼結法や真空焼結法など、特殊な焼結法にて焼結する必要があり、汎用的な連続炉を用いてステンレス焼結層を作ることは困難である。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、連続炉を用いて製造でき、腐食性環境下での耐久性を向上する上で有利な複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受の製造方法および複層軸受用の下地層付き金属製基材、複層軸受を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、金属製基材と、前記金属製基材の上に設けられた下地層と、前記下地層の上に設けられた樹脂層とを有する複層軸受用の下地層付き金属製基材の製造方法であって、前記金属製基材としてステンレス鋼板を用い、前記下地層を、ステンレス鋼板の上にニッケルリン系合金の粉体を散布し、散布後、非酸化性雰囲気下で前記ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することで、前記ニッケルリン系合金の粉体を前記ステンレス鋼板の上に積み重ねて形成するようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、ステンレス鋼板の上にニッケルリン系合金の粉体を散布する散布工程と、前記粉体が散布されたステンレス鋼板を非酸化性雰囲気下で前記ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することで、前記ニッケルリン系合金の粉体が前記ステンレス鋼板の上に積み重ねられて形成された下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層の上に、滑り性を有する樹脂材料を配置して加熱し、ローラにより押圧して平坦な軸受面を有する樹脂層を形成する樹脂層成形工程とを備えることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記ニッケルリン系合金は０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、金属製基材と、前記金属製基材の上に形成された下地層とを有する複層軸受用の下地層付き金属製基材であって、前記金属製基材はステンレス鋼板であり、前記下地層は、ニッケルリン系合金の粉体が前記ステンレス鋼板の上に積み重ねられて形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記下地層の上に樹脂層が形成されていることを特徴とする複層軸受である。
請求項６記載の発明は、前記ニッケルリン系合金は０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、加熱は、ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度をかけることで足りるため、放電プラズマ焼結法や真空焼結法など、特殊な焼結法にて焼結することなく汎用的な連続炉の使用が可能となる。
また、下地層は、ニッケルリン系合金の粉体が積み重ねられて形成され、下地層の表面は微細な凹凸を有しているため、樹脂層を含む摺動層との密着性に優れる。
また、製造時に切断された箇所で金属製基材及び下地層がむき出しになっていても、金属製基材はステンレス鋼板であり、下地層はニッケルリン系合金であることから、本発明の下地層付き金属製基材を用いた複層軸受の腐食性環境下での使用の耐久性を向上する上で有利となる。
また、従来のように、下地層を形成するためのめっき層が不要となることから、時間を要するメッキ処理を省略でき、複層軸受用の下地層付き金属製基材を短時間で製造する上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、加熱は、ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度をかけることで足りるため、放電プラズマ焼結法や真空焼結法など、特殊な焼結法にて焼結することなく汎用的な連続炉の使用が可能となる。
また、樹脂層と下地層とが確実に密着して取着され、したがって、下地層を介して樹脂層がステンレス鋼板に確実に取着されている。
また、製造時に切断された箇所で金属製基材及び下地層がむき出しになっていても、金属製基材はステンレス鋼板であり、下地層はニッケルリン系合金であることから、複層軸受の腐食性環境下での使用の耐久性を向上する上で有利となる。
また、従来のように、下地層を形成するためのめっき層が不要となることから、時間を要するメッキ処理を省略でき、複層軸受を短時間で製造する上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金は延性に優れるため、曲げ成形等の加工面で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、下地層の製造時、ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度をかけることで足りるため、放電プラズマ焼結法や真空焼結法など、特殊な焼結法にて焼結することなく汎用的な連続炉を用いた製造が可能となる。
また、下地層は、ニッケルリン系合金の粉体が積み重ねられて形成され、下地層の表面は微細な凹凸を有しているため、樹脂層を含む摺動層との密着性に優れる。
また、製造時に切断された箇所で金属製基材及び下地層がむき出しになっていても、金属製基材はステンレス鋼板であり、下地層はニッケルリン系合金であることから、本発明の下地層付き金属製基材を用いた複層軸受の腐食性環境下での使用の耐久性を向上する上で有利となる。
また、従来のように、下地層を形成するためのめっき層が不要となることから、時間を要するメッキ処理を省略でき、複層軸受用の下地層付き金属製基材を短時間で製造する上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、樹脂層と下地層とが確実に密着して取着され、したがって、下地層を介して樹脂層がステンレス鋼板に確実に取着されている。
また、製造時に切断された箇所で金属製基材及び下地層がむき出しになっていても、金属製基材はステンレス鋼板であり、下地層はニッケルリン系合金であることから、腐食性環境下での使用の耐食性に優れる複層軸受を得る上で有利となる。
請求項６記載の発明によれば、０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金は延性に優れるため、曲げ成形等の加工面で有利となる。

第１の実施の形態の複層軸受の斜視図である。 下地層の拡大図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は一枚のステンレス鋼板から多数の第１の実施の形態の複層軸受を製造する場合の説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の製造方法を複層軸受と共に説明する。
まず、複層軸受が、円筒状の滑り軸受である第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１、図２に示すように、複層軸受１０Ａは、金属製基材をなす円筒状のステンレス鋼板１２と、ステンレス鋼板１２の内周面の全域に形成された下地層１４と、下地層１４の上に形成された樹脂層１６とを備えている。
このような複層軸受１０Ａを製造するに際して、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、所定の大きさの一枚の平板状のステンレス鋼板１８の一方の面の全域に、下地層１４を介して樹脂層１６を形成しておき、このステンレス鋼板１８を切断して適宜大きさの矩形体２６を得、この矩形体２６を円筒曲げ成形することで製造され、図１において符号１００２は合わせ目を示している。
なお、製品である複層軸受１０Ａを構成するステンレス鋼板を符号１２で示し、複層軸受１０Ａを構成する前の段階のステンレス鋼板を符号１８で示す。

（散布工程）
まず、図３（Ａ）に示すように、多数の複層軸受１０Ａが得られるように所定の大きさの一枚の平板状のステンレス鋼板１８を用意する。
また、ニッケルリン系合金の粉体２０（図２参照）を用意する。
ニッケルリン系合金の粉体２０は、その粒径は、複層軸受の製造において、樹脂層を取着するに充分なアンカー効果を有する下地層を形成できるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、５０〜１５０μｍのものが使用可能である。
ニッケルリン系合金は耐食性に優れる。また、ニッケルリン系合金は固相温度と液相温度との差が比較的大きいため、後述するように下地層を形成する際の温度管理がやり易い。
ニッケルリン系合金として、例えば、リン化三ニッケルやリン化二ニッケルなどが挙げられる。それらの中でも、０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金は延性に優れるため好適であり、本実施の形態では、ニッケルリン系合金として、ニッケル−４質量％リンを用いている。
そして、図３（Ｂ）に示すように、ステンレス鋼板１８の表面の全域に、ニッケルリン系合金の粉体２０を散布する。
ニッケルリン系合金の粉体２０は、ステンレス鋼板１８の上に均一の厚さで散布することが望ましい。
例えば、散布後、ステンレス鋼板１８の表面と平行にステンレス鋼板１８の表面から所定の高さ（例えば、０．１〜０．２ｍｍ）に位置するようにロッドを延在させ、このロッドをその長手方向または長手方向と直交する方向に移動させるなどのことを行なうと、散布されたニッケルリン系合金の粉体２０の厚さを均一にする上で好ましい。

（下地層形成工程）
つぎに、ニッケルリン系合金の粉体２０が散布されたステンレス鋼板１８を非酸化性雰囲気下でニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することでステンレス鋼板１８の表面に、ニッケルリン系合金の粉体２０からなりその表面が微細な凹凸を有する下地層１４を形成する。
この場合、非酸化性雰囲気とは還元性雰囲気や不活性雰囲気、真空状態を含み、還元性雰囲気には水素ガスや水素窒素混合ガスなどが用いられ、不活性雰囲気にはアルゴンガスやヘリウムガスなどが用いられる。このような非酸化性雰囲気のなかでも、接合部表面に付着した酸化物等の影響を受けにくい還元性雰囲気下がより好ましい。
例えば、ニッケルリン系合金としてニッケル−４質量％リンを採用した場合、ニッケル−４質量％リンの固相温度は８７０℃であり、液相温度は約１２５０℃であり、その中間の温度とは、８７０℃と１２５０℃の中間の温度であり、例えば、８８０℃〜９５０℃の温度であり、汎用的な連続炉の使用が可能となる。
ニッケルリン系合金としてニッケル−４質量％リンを採用した場合、ニッケル−４質量％リンは固相温度と液相温度との差が比較的大きいため、非酸化性雰囲気下での加熱の際の温度管理を簡単に行なう上で有利となる。
このような中間の温度で加熱することで、散布されたニッケルリン系合金の粉体２０の一部は、溶融し、残りのニッケルリン系合金の粉体２０は、ステンレス鋼板１８の上に積み重ねられた状態で固体のまま残存する。そして、溶融したニッケルリン系合金の粉体２０はステンレス鋼板１８の表面及び、固体のまま残存しステンレス鋼板の１８上に積み重ねられたニッケルリン系合金の粉体２０間に拡がる。
そして、加熱後、非酸化性雰囲気下で徐冷することで、ステンレス鋼板１８の表面に下地層１４が形成される。
下地層１４は、固体のまま残存したニッケルリン系合金の粉体２０により構成され、詳細には、固体のまま残存したニッケルリン系合金の粉体２０がステンレス鋼板１８の上に積み重ねられて構成され、その表面が微細な凹凸状を呈している。
積み重ねられたニッケルリン系合金の粉体２０は、溶融し固化したニッケルリン系合金の粉体２０により相互に接合されると共にステンレス鋼板１８に接合されている（拡散接合）。

（樹脂層形成工程）
次に、図３（Ｃ）に示すように、下地層１４の上に、滑り性を有する樹脂材料を配置して加熱し、ローラにより押圧して平坦な軸受面を有する樹脂層１６を形成する。
この場合、下地層１４の上に樹脂材料を配置しとは、下地層１４の上に樹脂材料を散布または塗布することや、下地層１４の上に樹脂製の薄い帯板あるいは膜体を敷くことなどを広く含む概念であり、従来の銅めっきと銅系焼結層からなる下地層の上に樹脂層を形成する際に使用される従来公知の様々の手法が採用可能である。
また、滑り性を有する樹脂材料としては、複層軸受に使用される従来公知の様々な樹脂が採用可能であり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびこれらの樹脂を主成分とし、これに潤滑油剤や強化材を配合したものなどが挙げられる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、樹脂層１６が形成されたステンレス鋼板１８を切断線２４に沿って切断することで、図３（Ｅ）に示すように、一方の面の全域に樹脂層１６が形成された矩形体２６を得、次に、樹脂層１６が内側となるように矩形体２６を円筒曲げ成形し、図１に示すステンレス鋼板１２と、下地層１４と、樹脂層１６とを備える円筒状の複層軸受１０Ａを得る。
なお、ステンレス鋼板１２、下地層１４、樹脂層１６の各厚さは、従来と同様に、使用に応じて適宜設定される。

本実施の形態によれば、ステンレス鋼板１２に接合された下地層１４の表面は、ニッケルリン系合金の粉体２０が積み重ねられて形成され、表面に微細な凹凸を有しているため、樹脂層１６と下地層１４とが確実に密着して取着され、したがって、下地層１４を介して樹脂層１６がステンレス鋼板１２に確実に取着されている。
また、下地層１４、樹脂層１６が形成されステンレス鋼板１８から所望の大きさに切断された矩形体２６は、切断された箇所である４辺において金属製基材及び下地層がむき出しとなり、樹脂層１６と反対の面も金属製基材がむき出しとなる。しかしながら、むき出しとなった金属製基材及び下地層はステンレス鋼及びニッケルリン系合金であることから、耐食性に優れる複層軸受１０Ａを得る上で有利となる。
したがって、例えば、硫黄成分を含む油中や、塩水中で使用する際の耐食性（耐硫化腐食性、耐塩水腐食性）に優れ、腐食性環境下での複層軸受１０Ａの耐久性を高める上で有利となる。
また、従来のように、下地層を形成するためのめっき層が不要となることから、メッキ処理を省略でき、詳細には、ステンレス基材への時間を要するめっき処理及びメッキ処理に必要なサンディングやショットブラスト工程が不要となり、複層軸受１０Ａを短時間で製造する上で有利となる。
また、ニッケルリン系合金として０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金を用いると、０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金は延性に優れるため、曲げ成形等の加工面で有利となる。

なお、上記実施の形態では金属製基材として所定の大きさの平板状のステンレス鋼板を用いたが、これに限らず一定幅の連続した鋼帯（コイル）を用いてもよい。
また、上記実施の形態では、金属製基材としてめっき処理されていないステンレス鋼板を用いたが、例えば、Ｎｉめっきしたフェライト系のＳＵＳ４３０ステンレス鋼板など、Ｎｉめっき等のめっき処理したステンレス鋼板も用いることができる。

１０Ａ……複層軸受
１２、１８……ステンレス鋼板
１４……下地層
１６……樹脂層
２０……ニッケルリン系合金の粉体
２４……切断線

Claims (6)

1. 金属製基材と、前記金属製基材の上に設けられた下地層と、前記下地層の上に設けられた樹脂層とを有する複層軸受用の下地層付き金属製基材の製造方法であって、
   前記金属製基材としてステンレス鋼板を用い、
   前記下地層を、ステンレス鋼板の上にニッケルリン系合金の粉体を散布し、散布後、非酸化性雰囲気下で前記ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することで、前記ニッケルリン系合金の粉体を前記ステンレス鋼板の上に積み重ねて形成するようにした、
   ことを特徴とする複層軸受用の下地層付き金属製基材の製造方法。
2. ステンレス鋼板の上にニッケルリン系合金の粉体を散布する散布工程と、
   前記粉体が散布されたステンレス鋼板を非酸化性雰囲気下で前記ニッケルリン系合金の固相温度と液相温度との中間の温度で加熱し、加熱後、徐冷することで、前記ニッケルリン系合金の粉体が前記ステンレス鋼板の上に積み重ねられて形成された下地層を形成する下地層形成工程と、
   前記下地層の上に、滑り性を有する樹脂材料を配置して加熱し、ローラにより押圧して平坦な軸受面を有する樹脂層を形成する樹脂層成形工程と、
   を備えることを特徴とする複層軸受の製造方法。
3. 前記ニッケルリン系合金は０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金である、
   ことを特徴とする請求項１記載の複層軸受用の下地層付き金属製基材の製造方法または請求項２記載の複層軸受の製造方法。
4. 金属製基材と、前記金属製基材の上に形成された下地層とを有する複層軸受用の下地層付き金属製基材であって、
   前記金属製基材はステンレス鋼板であり、
   前記下地層は、ニッケルリン系合金の粉体が前記ステンレス鋼板の上に積み重ねられて形成されている、
   ことを特徴とする複層軸受用の下地層付き金属製基材。
5. 請求項４記載の前記下地層の上に樹脂層が形成されている、
   ことを特徴とする複層軸受。
6. 前記ニッケルリン系合金は０．１７質量％以上１１質量％未満のリンを含むニッケル合金である、
   ことを特徴とする請求項４記載の複層軸受用の下地層付き金属製基材または請求項５記載の複層軸受。

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