JP3960672B2 - 固体潤滑剤埋込み型摺動部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体潤滑剤埋込み型摺動部材、とくに高温、かつ乾燥潤滑条件下において使用されて好適な固体潤滑剤埋込み型摺動部材に関するものである。本発明において摺動部材とは、円筒状ブッシュ、すべり板を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銅系あるいは鉄系合金からなる金属基体に孔または凹部を形成し、該孔または凹部に固体潤滑剤を埋込んだ、所謂固体潤滑剤埋込み型摺動部材は各種機械部品等として使用されている。該固体潤滑剤埋込み型摺動部材は、▲１▼外周面に螺旋状の凸条部を備えた黒鉛丸棒を鋳型の中子とし、該鋳型に溶湯金属を鋳造したのち、機械加工により摺動面に該黒鉛を螺旋状に露出させて製造する方法、▲２▼溶湯金属の鋳造時に燃焼消失する紙、フィルムに固体潤滑剤を接着し、これをシェル砂型からなる心棒に接着してこれを鋳型の中子とするか、もしくはシェル砂型からなる心棒に固体潤滑剤を接着してこれを中子とし、鋳型に溶湯金属を鋳造して製造する方法、▲３▼金属基体に孔または凹部を形成し、該孔または凹部に接着剤を塗布した固体潤滑剤を埋設固定して製造する方法、などの製造方法によって作製される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の製造方法において、▲１▼の方法は熱伝導性のよい黒鉛をそのまま中子として使用するため、鋳造時に溶湯金属が十分に行きわたりにくいという欠点があるとともに摺動部材の形状が限定されること、また▲２▼の方法は鋳造時に固体潤滑剤がはげ落ちたり、ずれたりし、固体潤滑剤が規則正しく配列された摺動部材が得られ難いという欠点があること、などから上記▲３▼の方法が一般に使用されている。
【０００４】
上記▲３▼の製造方法で作製された摺動部材は、乾燥潤滑条件下で使用されるものと、埋設固定された固体潤滑剤に潤滑油を含浸させて境界潤滑条件下で使用されるものに大別されるが、いずれにおいても金属基体に形成された孔または凹部に固体潤滑剤を埋設固定するにあたってはエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂からなる接着剤が一般的に使用される。
【０００５】
ところで、金属基体に形成された孔または凹部にエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂からなる接着剤によって固体潤滑剤を埋設固定した摺動部材においては、孔または凹部に埋設固定される固体潤滑剤の外周縁に潤滑に寄与しない接着剤のエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂が摺動面に露出することが余儀なくされる。
【０００６】
上述した境界潤滑条件下で使用される摺動部材においては、該固体潤滑剤に含浸される潤滑油によって摺動面に露出した接着剤の影響はあまり問題とならないが、乾燥潤滑条件下で使用される摺動部材においては、摺動面に露出した接着剤の影響を受け、摺動特性の良否に大きく左右されるという問題がある。
【０００７】
また、上述したいずれの条件下においても、接着剤としてエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂を使用する限りにおいては該摺動部材の使用温度は制限され、とくに３００℃を超える高温条件下の使用では接着剤としての機能が失われ、固体潤滑剤が埋設固定された孔または凹部から脱落するなどの問題もある。
【０００８】
本発明は前述した▲４▼の製造方法によって作製される摺動部材であって、高温、かつ乾燥潤滑条件下の使用において摺動特性に優れた固体潤滑剤埋込み型摺動部材を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、高温、かつ乾燥潤滑条件下において使用される固体潤滑剤埋込み型摺動部材であって、銅系あるいは鉄系合金からなる金属基体に複数個の孔または凹部が形成されており、該孔または凹部には黒鉛を主体とする棒状の固体潤滑剤が該固体潤滑剤の外周面に被着された珪酸ナトリウムを介して埋設固定されており、該珪酸ナトリウムは摺動面に露出しており該摺動部材の高温使用時において潤滑剤として機能することを特徴とする固体潤滑剤埋込み型摺動部材によって達成される。
【００１０】
上記構成において、銅系あるいは鉄系合金からなる金属基体は円筒状ブッシュまたは板の形態で使用される。円筒状ブッシュにおいては、▲１▼該ブッシュに埋設固定される固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が軸方向に互いに重畳（オーバーラップ）するように形成された孔に埋設固定されるか、▲２▼固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が円周方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されるか、▲３▼固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が軸方向および円周方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定される。また、方形状の板においては、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が一方向または直交する二方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定され、円板あるいはリング状の板においては、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が円周方向に互いに重畳するように形成された孔または凹部に埋設固定される。
【００１１】
上述した円筒状ブッシュおよび板においても、埋設固定された固体潤滑剤の摺動面に露出する割合は２０〜３０％である。
【００１２】
固体潤滑剤の外周面に被着される珪酸ナトリウムは耐熱性を有し、状態では濃度の高い水溶液である。これを固体潤滑剤の外周面に所定量被着したのち、金属基体に形成された孔または凹部に挿入し、炉中で２００ないし３００℃の温度で１ないし２時間乾燥させることによって、該固体潤滑剤を金属基体に形成された孔または凹部の壁面に接合する接着剤の機能を発揮するとともに摺動部材の高温使用時における潤滑剤の機能を発揮する。
【００１３】
このように珪酸ナトリウムは接着剤の機能と潤滑剤の機能を併せ持ち、高温使用時においても接着剤としての機能を失うことなく固体潤滑剤を金属基体に形成された孔または凹部に確実に固定するので、該固体潤滑剤が孔または凹部から脱落するようなことはない。また、高温において潤滑性を有するため、固体潤滑剤の潤滑性と相俟って摺動部材の潤滑特性を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態を添付図面により詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。
【００１５】
【実施例】
金属基体として青銅鋳物（ＢＣ３：ＪＩＳ−Ｈ５１１１）を使用し、内径２６ｍｍ、外径４８ｍｍ、長さ２０ｍｍの円筒リングを作製した。ついで、該円筒リングの一方の端面に直径５ｍｍの凹部を、円筒端面の円周方向に相隣れる凹部が互いに重畳（オーバーラップ）するように１６個形成した。
【００１６】
固体潤滑剤として、直径４．８ｍｍ、長さ６ｍｍの黒鉛丸棒を用意した。
【００１７】
接着剤として、珪酸ナトリウムの水溶液を用意し、前記黒鉛丸棒の外周面に該珪酸ナトリウムを被着させ、これを前記円筒端面に形成された凹部に挿入した。ついで、これを２００℃に設定された乾燥炉中で２時間、接着剤を乾燥させたのち、乾燥炉から取り出し、機械加工を施して円筒端面に固体潤滑剤が埋設固定された摺動部材を得た。この摺動部材において、摺動面に固体潤滑剤の露出する面積割合は２２．６％であった。
【００１８】
図１はこのようにして得た摺動部材を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１の要部拡大横断面図、図４は図１の要部拡大縦断面図であり、図中符号１は摺動部材の基体をなす円筒リング、２は該円筒リング１の円筒端面、３は該円筒端面２に形成された凹部であり、該凹部３は該円筒端面２の円周方向に互いに重畳（オーバーラップ）するように形成されている。４は該凹部３に埋設固定された固体潤滑剤であり、δは固体潤滑剤４の円周方向のオーバーラップ代である。５は該固体潤滑剤４の外周面と凹部３の内面との間に介在する珪酸ナトリウムからなる接着剤である。なお、符号６は円筒リング１の円筒端面２と反対側の端面に形成された径方向に貫通する凹溝であり、該凹溝６は該円筒リング１を取付部材に設けられた凸部（図示せず）に嵌合固定するためのものである。
【００１９】
図５および図６は他の形態の固体潤滑剤埋込み型摺動部材を示すもので、図５は固体潤滑剤４が埋設固定された円筒状ブッシュからなる摺動部材を示す断面図であり、固体潤滑剤４は相隣なれる固体潤滑剤が軸方向および円周方向に互いに重畳するように形成された孔７に埋設固定されている。また、図６は、固体潤滑剤４が埋設固定された方形状板からなる摺動部材を示す平面図であり、固体潤滑剤４は相隣なれる固体潤滑剤４が直交する二方向に互いに重畳するように形成された凹部３に埋設固定されている。
【００２０】
つぎに、上述した図１ないし図４に示す円筒端面２に固体潤滑剤４が埋設固定された摺動部材について、相手材をＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス）として摺動特性を試験した結果を説明する。
＜試験条件＞
面 圧：２０ｋｇｆ／ｃｍ²
速 度：２ｍ／ｍｉｎ
雰囲気温度：３００℃
摺動距離：６，０００ｍ
試験機：高温スラスト試験機
【００２１】
図７は、上記試験条件で試験した摩擦係数と摺動距離との関係を示すグラフである。図７中、○は上記実施例の摺動部材、△は接着剤としてエポキシ樹脂を使用した従来の摺動部材の試験結果を示すものである。
【００２２】
試験結果を示すグラフから、接着剤として珪酸ナトリウムを使用した実施例の摺動部材は、摩擦係数が試験時間（摺動距離）を通して０．１５と安定した性能を示しているのに対し、従来の摺動部材は摩擦係数が０．２以上と高い値を示した。そして、これら摺動部材の試験後の摩耗量を測定したところ、実施例の摺動部材は０．３５ｍｍ、従来の摺動部材は０．９５ｍｍであった。また、従来の摺動部材においては、摺動面に埋設固定した固体潤滑剤の一部が試験後、凹部から容易に脱落するのが観察された。
【００２３】
以上の摺動特性の試験結果から、従来の摺動部材がすべり距離３，０００ｍ付近から徐々に摩擦係数が上昇する傾向を示したのは、摺動面に露出した潤滑性に寄与しない接着剤の影響であると推察される。また、摩耗量が０．９５ｍｍと高い値を示したのは、接着剤を含む摩耗粉が３００℃の高温条件で酸化され、この酸化物が摺動面に介在したためであると推察される。一方、実施例の摺動部材においては、珪酸ナトリウムからなる接着剤は３００℃の高温条件下においても何らの変化も来さず、接着剤としての機能と高温条件下での潤滑性を発揮し、試験時間を通して安定した性能を示したものと推察される。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高温かつ乾燥潤滑条件下の使用において摺動特性に優れた固体潤滑剤埋込み型摺動部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体潤滑剤埋込み型摺動部材の実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の要部拡大横断面図である。
【図４】図１の要部拡大縦断面図である。
【図５】本発明の固体潤滑剤埋込み型摺動部材の他の実施例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の固体潤滑剤埋込み型摺動部材のさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図７】図１に示す摺動部材の摩擦係数と摺動距離との関係を試験した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 円筒リング
２ 円筒端面
３ 凹部
４ 固体潤滑剤
５ 接着剤

Claims (8)

1. 高温、かつ乾燥潤滑条件下において使用される固体潤滑剤埋込み型摺動部材であって、銅系あるいは鉄系合金からなる金属基体に複数個の孔または凹部が形成されており、該孔または凹部には黒鉛を主体とする棒状の固体潤滑剤が該固体潤滑剤の外周面に被着された珪酸ナトリウムを介して埋設固定されており、該珪酸ナトリウムは摺動面に露出しており該摺動部材の高温使用時において潤滑剤として機能することを特徴とする固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
2. 固体潤滑剤は該金属基体の摺動面に２０〜３０％の割合で露出している請求項１に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
3. 金属基体は円筒状ブッシュからなり、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が軸方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
4. 金属基体は円筒状ブッシュからなり、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が円周方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
5. 金属基体は円筒状ブッシュからなり、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が軸方向および円周方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
6. 金属基体は板状からなり、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が一方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
7. 金属基体は方形板状からなり、固体潤滑剤は相隣なれる固体潤滑剤が直交する二方向に互いに重畳するように形成された孔に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。
8. 金属基体は円板あるいはリング状からなり、固体潤滑剤は相隣れる固体潤滑剤が円周方向に互いに重畳するように形成された孔または凹部に埋設固定されてなる請求項１または２に記載の固体潤滑剤埋込み型摺動部材。

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