WO2016043284A1 - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sliding member and a manufacturing method thereof.
- a sintered bearing which is a kind of sliding member, is obtained by impregnating a porous metal body manufactured by powder metallurgy with a lubricating oil.
- Lubricating oil retained in the air holes inside the bearing oozes from the inside of the bearing to the bearing surface, which is a sliding surface, due to the pumping action and heat generated by the rotation of the shaft, and forms a lubricating oil film on the bearing surface.
- JP 2010-175002 A JP 2013-14645 A Japanese Utility Model Publication No. 06-32812 JP 2000-266056 A
- Patent Document 1 a proposal has been made to improve the composition and characteristics of the lubricating oil impregnated in the sintered bearing, thereby increasing the lubricating oil film strength so that it can be used even under high surface pressure.
- the sintered bearing impregnated with the lubricating oil as in Patent Document 1 has a problem that it cannot be used in an environment where mixing of the lubricating oil is disliked.
- a first object of the present invention is to provide a sliding member that is low in cost and can maintain a stable lubricating performance even when used in a special environment such as a harsh environment, and a manufacturing method thereof.
- Patent Document 2 shows a sliding member in which a lubricating member is embedded in a sliding surface of a cylindrical base.
- a lubricating member a fired body mainly composed of artificial graphite is cited.
- a cylindrical base body of the sliding member is provided with a radial through hole, and a lubricating member is fitted into the through hole and fixed by adhesion.
- Patent Document 3 shows an internal gear pump for supplying gasoline as shown in FIG.
- This gear pump includes an inner rotor 161, a main body 162 having a fixed shaft 162 a inserted in the inner periphery of the inner rotor 161, and an outer rotor 163 that meshes with the inner rotor 161 and is eccentric with respect to the inner rotor 161.
- the inner rotor 161 is rotated by rotating the outer rotor 163 by the drive unit, and the outer rotor 163, the inner rotor 161, and the main body 162 cooperate to exert a pumping action.
- a second object of the present invention is to increase the productivity of a sliding member using a carbon-based fired body and reduce the manufacturing cost.
- a lubricating member whose sliding surface is mainly composed of graphite is used, for example, as a rotor and vane for a vacuum pump, a bearing used in a high temperature environment exceeding 200 ° C., or a bearing for a construction machine.
- Such a lubricating member is manufactured by compression-molding a raw material powder mainly containing graphite particles to form a green compact, and sintering the green compact.
- graphite particles themselves hardly undergo plastic deformation, if most of the raw material powder is composed of graphite particles, the raw material powder cannot be hardened by compression molding, and a green compact cannot be formed.
- a third object of the present invention is to increase the productivity of a lubricating member whose sliding surface is mainly made of graphite.
- a first invention of the present application is a sliding member having a sliding surface that slides with a mating member, a metal base formed by sintering a raw material powder mainly composed of metal powder, and solid lubricant particles And a lubricating member made of an aggregate, wherein at least a part of the sliding surface is constituted by a lubricating member, and the lubricating member is fixed to a metal substrate by a sintering operation for sintering the raw material powder.
- the lubricating member formed on at least a part of the sliding surface is a solid lubricant supply source. Since the solid lubricant supplied from the lubricating member spreads over the entire sliding surface by relative sliding with the counterpart member, a lubricating effect can be obtained over the entire sliding surface.
- the mating member does not necessarily slide with respect to the entire sliding surface, and a limited partial area of the sliding surface may slide with the mating member. is there. In that case, design the position and shape of the lubrication member so that the lubrication member is located in the sliding area with the mating member, or install the sliding member so that the lubrication member is located in the sliding area.
- the present invention adopts a new technical means that the lubricating member is fixed to the metal substrate by a sintering operation when the metal substrate is sintered. If the lubricating member is fixed to the metal substrate by a sintering operation that is indispensable in the manufacturing process of the sliding member, it is not necessary to perform a fixing operation in a process unrelated to the original manufacturing process of the sintered metal such as press-fitting or adhesion. Therefore, near net shape molding of the sliding member is possible, and the cost of the sliding member can be reduced.
- the lubrication member and the metal base are brought into an interference fit state by a contraction force generated in the metal base in association with the sintering operation.
- the lubricating member can be formed by firing a powder containing solid lubricant powder and a binder.
- the coated powder formed by coating the solid lubricant powder with metal can be sintered by the sintering operation to form a lubricating member.
- the metal of the coating powder is diffused into the metal powder constituting the metal base to bond the lubrication member and the metal base.
- Sizing the sliding surface a highly accurate sliding surface can be obtained at low cost.
- This sizing can be performed on only one of the metal base and the lubricating member. Sizing may be performed not only on the sliding surface but also on other surfaces as necessary. Since sizing itself is usually performed even with an existing sintered metal sliding member, even if such treatment is performed, it does not cause an increase in cost.
- the sliding member described above bakes a powder containing solid lubricant powder and a binder to form a lubricating member, forms a raw material powder containing metal powder as a main component to form a molded body, and The lubricating member is brought into contact with the molded body so that a part of the lubricating member appears on the surface to be a sliding surface, and in that state, the lubricating member and the molded body are heated at a sintering temperature, and the molded body is sintered. It can be manufactured by forming a metal substrate and fixing the lubricating member to the metal substrate with a shrinkage force generated in the compact during the sintering.
- the sliding surface of the first powder mainly composed of a powder coated with a solid lubricant powder with a metal and the second powder mainly composed of a metal powder in a state where both powder filling regions are separated.
- a molded body is formed by molding so that the first powder appears on the surface to be formed, and the molded body is heated at a sintering temperature to form a lubricating member by sintering the first powder, and the second powder.
- a metal base is formed by sintering, and the lubricating member is fixed to the metal base by diffusing the metal of the coating powder contained in the first powder into the metal powder of the second powder during the sintering operation.
- a moving member can be manufactured.
- a highly accurate sliding surface can be obtained at low cost by sizing the sliding surface after fixing the lubricating member to the metal substrate.
- the second invention of the present application is a sliding member having a sliding surface that slides with a counterpart material, the carbon-based fired body comprising carbon as a main component and constituting at least a part of the sliding surface, and the carbon-based material
- a sliding member that is a resin injection-molded product using a fired body as an insert part and has a resin base body integrated with the carbon-based fired body.
- This sliding member is formed by compressing a raw material powder containing carbon-based powder as a main component to form a green compact, and firing the green compact to form carbon constituting at least a part of the sliding surface.
- the carbon-based fired body and the resin base are integrated by injection-molding the resin with the carbon-based fired body as an insert part. This eliminates the need for fixing the carbon-based fired body and the resin substrate, thereby reducing the number of steps and improving productivity.
- the sliding member sizing is performed on an integrated product of the carbon-based fired body and the resin base, whereby the dimensional accuracy in the state of the integrated product (particularly the surface accuracy of the sliding surface) can be increased.
- the sliding member has a plurality of separately formed carbon-based fired bodies, by sizing the integrated product of the plurality of carbon-based fired bodies and the resin base, The sliding surface can be arranged at a predetermined position (for example, on the same cylindrical surface).
- the internal pores of the carbon-based fired body can be impregnated with oil by immersing an integrated product of the carbon-based fired body and the resin base in oil.
- a resin mainly composed of a crystalline resin as the resin forming the resin base.
- the above sliding member can be used, for example, as a bearing or gear having a sliding surface on the inner peripheral surface.
- the sliding member described above can be used as a gear for an oil supply pump having a sliding surface that slides on the inner peripheral surface with the outer peripheral surface of the shaft and a tooth surface on the outer peripheral surface.
- the third invention of the present application is a method of manufacturing a lubricating member in which graphite particles occupy the largest area on a sliding surface, and is a pressure for obtaining a green compact by compression molding the raw material powder containing the graphite particles to which a binder metal powder is adhered.
- a method for producing a lubricating member which includes a powdering step and a sintering step for bonding the binder metals by sintering the green compact at a temperature equal to or lower than the melting point of the binder metal.
- the lubricating member of the present invention is in a state where the binder metal is interposed between the graphite particles contained in the raw material powder by using the raw material powder containing the graphite particles to which the binder metal is adhered.
- the binder metal is plastically deformed during compression molding, so that the raw material powder is hardened and the green compact can be molded.
- the graphite particles can be bonded to each other through the binder metal by bonding the binder metals attached to the graphite particles by sintering.
- the binder of the raw material powder can be omitted (or reduced), generation of decomposition gas during sintering can be suppressed, and the productivity can be improved by shortening the sintering time.
- the first invention of the present application it is possible to provide a sliding member having high lubrication performance while being low in cost.
- this sliding member it is possible to obtain high lubrication performance in a special environment, for example, in a severe environment such as high temperature, high surface pressure, and high speed rotation, or in an environment where it is difficult to use lubricating oil.
- the productivity of the sliding member using the carbon-based fired body can be increased and the manufacturing cost can be reduced.
- the third invention of the present application it is possible to increase the productivity of the lubricating member whose sliding surface is mainly composed of graphite.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB of the sintered bearing of FIG. It is a front view of a sintered body. It is a side view of a sintered body. It is sectional drawing which shows granulated powder. It is sectional drawing of the baked lubricating member. It is a front view of a metal substrate. It is sectional drawing of plating powder. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process. It is sectional drawing which shows a compression molding process.
- FIG. 29 is a cross-sectional view taken along line AA of the sliding member of FIG. 28. It is a front view which shows other embodiment (planetary gear) of a sliding member. It is a disassembled perspective view of an internal gear pump. It is sectional drawing of the particle
- a sintered bearing is taken as an example of the sliding member according to the first invention of the present application, and details thereof will be described with reference to FIGS.
- the sintered bearing 1 has a cylindrical shape, and a cylindrical bearing surface 11 is formed as a sliding surface on the inner periphery thereof.
- a shaft 2 (indicated by a two-dot chain line) as a mating member into the inner periphery of the sintered bearing 1, the shaft 2 is rotatably supported by the bearing surface 11.
- the outer peripheral surface 12 of the sintered bearing 1 is fixed to an inner peripheral surface of a housing (not shown) by means such as press fitting or adhesion.
- the shaft 2 can be the stationary side and the sintered bearing 1 can be the rotating side.
- the sintered bearing 1 illustrated in FIGS. 1A and 1B includes a metal base 3 made of sintered metal and a lubricating member 4 made of an aggregate of many graphite particles.
- the metal substrate 3 has holding portions 3a for holding the lubricating member 4 at a plurality of locations equally arranged in the circumferential direction.
- Each holding portion 3 a is a recess opened in the inner peripheral surface 3 b of the metal base 3, and its cross section (cross section in a direction orthogonal to the axial direction) is formed in a shape that matches the cross sectional shape of the lubricating member 4.
- the holding portion 3a in the present embodiment has a shape of a partial cylindrical surface obtained by cutting out a partial region in the circumferential direction of the cylindrical surface, and the shaft of the metal substrate 3 is opened at both axial end surfaces of the metal substrate 3. It is formed in the same shape over the entire length.
- the lubricating member 4 is formed in a shape (partial cylindrical shape) that matches the shape of the holding portion 3a of the metal base 3.
- the peripheral surface of the lubricating member 4 includes an outer surface 4 a that faces the holding portion 3 a of the metal base 3 and an inner surface 4 b that faces the outer peripheral surface of the shaft 2.
- the outer side surface 4a is formed in a convex cylindrical surface shape in surface contact with the holding portion 3a of the metal base 3, and the inner side surface 4b is formed in a concave cylindrical surface shape continuous with the inner peripheral surface 3b of the metal base member 3 without a step.
- the inner peripheral surface 3b of the metal base 3 and the inner side surface 4b of the lubricating member 4 constitute a bearing surface 11 having a perfectly circular cross section as a sliding surface.
- the lubricating member 4 formed on a part of the bearing surface 11 serves as a supply source of graphite particles. Since the graphite particles supplied from the lubricating member 4 are distributed over the entire bearing surface 11 by the relative movement of the bearing surface 11 and the shaft 2, a lubricating effect can be obtained over the entire bearing surface 11.
- the shaft 2 does not necessarily slide with respect to the entire bearing surface 11, and a limited partial region of the bearing surface 11 often slides with the shaft 2.
- the shaft 2 when the shaft 2 is in a horizontal posture, the shaft 2 often falls due to gravity and comes into sliding contact with the bearing surface 11 in the lower region of the bearing surface 11.
- the position and shape of the lubricating member 4 are designed so that the lubricating member 4 is located in the sliding region with the shaft 2, or the circle of the sintered bearing 1 is arranged so that the lubricating member 4 is located in the sliding region.
- the shaft 2 can be supported even in an oilless state where no lubricating oil is interposed on the bearing surface 11. Therefore, the sintered bearing 1 that can withstand use under severe conditions such as high temperature, high surface pressure, and high speed rotation can be provided.
- the amount of graphite particles supplied to the bearing surface 11 can be increased to enhance the lubrication effect. Even in this case, since the bond strength between the metal particles in the metal substrate 3 does not decrease, a decrease in the strength of the sintered bearing 1 can be avoided.
- the present invention adopts a new configuration in which the lubricating member 4 is fixed to the metal base 3 by a sintering operation when the raw material powder is sintered to form the metal base 3. This is based on the new idea of securing the fixing force by physical change or chemical change of the metal structure by the sintering operation.
- Lubrication member 4 is formed by molding and firing raw material powder containing graphite powder as solid lubricant powder and a binder.
- raw material powder containing graphite powder as solid lubricant powder and a binder.
- the flowability of graphite powder is low, so when a large amount of graphite powder is included in graphite powder, the mixed powder is formed into a predetermined shape It becomes difficult to do. Therefore, as raw material powder, it is preferable to use granulated graphite powder 7 obtained by granulating a plurality of graphite powders 6 in the presence of a binder 5 as shown in FIG.
- the graphite powder used in the granulated graphite powder 7 either natural graphite powder or artificial graphite powder can be used.
- Natural graphite powder is generally scaly and has excellent lubricity.
- the artificial graphite powder is characterized by a lump shape and excellent formability. Therefore, it is preferable to use granulated graphite powder using natural graphite powder when emphasizing lubricity, and to use artificial graphite powder when emphasizing formability.
- the binder for example, a resin material such as a phenol resin can be used.
- the granulated graphite powder 7 described above is uniformly mixed by adding a molding aid, a lubricant, a modifier or the like as necessary.
- the mixture is supplied to a molding die and subjected to pressure molding to form a molded body 4 ′ (graphite powder molded body) corresponding to the shape of the lubricating member 4, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
- the graphite powder molded body 4 ′ is fired at, for example, a furnace temperature of 900 ° C. to 1000 ° C. to obtain a porous fired body (lubricating member 4). Firing is performed in an atmosphere without oxygen, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or in a vacuum atmosphere. This is because when oxygen is present in the atmosphere, graphite powder is volatilized and disappears as CO or CO 2 during firing.
- FIG. 4 schematically shows the microstructure of the fired lubricating member 4.
- the resin binder contained in the granulated graphite powder by firing becomes a carbide (amorphous amorphous carbon) and constitutes a binder component 14 having a network structure.
- a binder component 14 having a network structure.
- graphite particles 13 as solid lubricant particles derived from the graphite powder are retained.
- the graphite particles 13 are held by the surface of the binder component 14 being entangled with the surface of the graphite particles 13.
- Reference numeral 15 in the figure is a number of holes formed in the microstructure.
- the graphite particles 13 occupy 60% or more, preferably 80% or more in area ratio, so that high lubricity can be obtained when sliding with the shaft 2.
- the metal substrate 3 is a normal manufacturing process adopted for sintered bearings, that is, a raw material powder mainly composed of metal powder is compression-molded with a molding die, and the molded body (metal powder molded body) is heated and sintered. Manufactured by bonding.
- any kind of sintered metal is used including copper-based copper-based, iron-based iron-based, copper and iron-based copper-iron-based. Can do.
- special sintered metals such as aluminum-bronze can be used.
- a mixture of iron powder, copper powder, and low melting point metal powder is used as raw material powder.
- the low-melting point metal is a component for melting itself at the time of sintering to advance liquid phase sintering, and a metal having a lower melting point than copper is used.
- a metal having a melting point of 700 ° C. or lower such as tin (Sn), zinc (Zn), phosphorus (P), etc., can be used, and among these, Sn that is compatible with copper is preferably used.
- the low melting point metal can be added by alloying with other metal powders in addition to adding the simple powder to the mixed powder.
- a sintering aid such as calcium fluoride and a lubricant such as zinc stearate are added to the raw material powder as necessary, and graphite powder as a solid lubricant powder is further added.
- the graphite powder can be dispersed in the sintered structure of the metal base 3 after sintering, so that the lubricity at the portion of the bearing surface 11 formed by the metal base 3 is further increased. Can be increased.
- the raw material powder is filled in the mold and compressed to form a molded body 3 ′ (metal powder molded body) having a shape corresponding to the metal substrate 3 as shown in FIG. 5.
- a recess 3 a ′ corresponding to the holding portion 3 a of the metal base 3 is formed at the time of molding.
- the fired body (lubricant member 4) manufactured by the above-described procedure is fitted into each recess 3a 'of the metal powder molded body 3' by a clearance fit.
- the assembly of the metal powder molded body 3 ′ and the lubricating member 4 is subjected to a sintering temperature necessary to sinter the metal powder molded body 3 ′ (for example, 750 if the metal powder molded body 3 ′ is a copper iron-based material).
- a sintering temperature necessary to sinter the metal powder molded body 3 ′ for example, 750 if the metal powder molded body 3 ′ is a copper iron-based material.
- the fired lubricating member 4 is also heated, but the structure of the lubricating member 4 does not change during heating, and the structure and form of the lubricating member 4 are maintained before and after firing. .
- the metal powders P1 and P2 are in contact with each other (the interparticle distance at this time is E).
- the metal powder molded body is sintered, as shown in FIG. 15 (b), the partial structures of the adjacent metal powders P1 ′ and P2 ′ diffuse to the other side.
- the distance e is smaller than the inter-particle distance E before sintering (E> e). Since the distance between the particles is reduced as the sintering proceeds, the shrinking force F in the direction of reducing both the inner diameter surface and the outer diameter surface of the sintered metal base 3 (see FIG. 1A).
- the shrinkage force F causes the fitting of the metal base 3 and the lubricating member 4 to shift from the gap fitting state to the tight fitting state. Therefore, it is possible to securely fix the lubricating member 4 to the metal base 3 and prevent the lubricating member 4 from being dropped during use.
- the opening width D0 of the holding portion 3a in the metal base 3 is smaller than the maximum width D (diameter dimension) of the lubricating member 4, the inner diameter side of the lubricating member 4 is increased. Can be more reliably regulated.
- the shrinkage of the metal powder molded body 3 ′ during sintering can be reinforced by using irregularly shaped particles as particles constituting the metal powder, for example.
- the irregularly shaped particles become spherical with sintering, and the distance between the particles becomes small, so that the contraction of the molded body 3 ′ becomes more remarkable.
- Typical examples of iron powder and copper powder include reduced powder, atomized powder, electrolytic powder, etc., but using reduced iron powder in the form of a porous sponge as iron powder, and electrolytic copper in dendritic form as copper powder. If powder is used, since the irregularity degree is large, a high contraction force F can be obtained.
- the magnitude of the shrinkage force F generated during sintering can be adjusted.
- the sintered product that has undergone the sintering process is transferred to the sizing process, and the dimensions of the surface parts (inner peripheral surface, outer peripheral surface, and both end surfaces) are corrected by recompression in the mold.
- the bearing surface 11 is finally finished by sizing as described above, there may be a step between the inner peripheral surface 3b of the metal base 3 and the inner side surface 4b of the lubricating member 4 at the end of sintering. Absent.
- machining such as cutting is applied to the entire inner peripheral surface of the sintered product, that is, the inner peripheral surface 3b of the metal base 3 and the entire inner surface 4b of the lubricating member 4. Then sizing.
- the sintered bearing 1 shown in FIGS. 1A and 1B is completed through the sizing process.
- the sintered bearing 1 is basically used as a dry bearing that is not impregnated with lubricating oil or liquid grease. However, if necessary, an oil impregnation treatment for impregnating them may be performed after sizing, and the lubricating oil component may be held in the pores of one or both of the metal substrate 3 and the lubricating member 4.
- the lubricating member 4 As a second method for fixing the lubricating member 4 to the metal substrate 3 by a sintering operation, it is conceivable to form the lubricating member 4 from a material that can be sintered.
- the structure of the sintered bearing 1 by this method and its manufacturing process will be described as a second embodiment.
- the lubricating member 4 is formed by sintering a molded body obtained by molding a raw material powder.
- the raw material powder is mainly composed of a coating powder obtained by coating a solid lubricant powder with a metal.
- the coating powder as shown in FIG. 6, for example, plating powder 9 obtained by plating solid lubricant powder 6 with metal 8 (electroless plating) can be used (in the following description, metal 8 is referred to as “coating metal”). Called).
- the solid lubricant powder 6 is preferably graphite powder, and the coating metal 8 is preferably copper (Cu) or nickel (Ni).
- the plating powder 9 is most preferably one in which the entire surface of the graphite powder 6 is coated with the coating metal 8, but it is not always necessary to cover the entire surface, and a part of the surface of the graphite powder 6 is outside the single plating powder 9. It may be exposed.
- the ratio of the covering metal 8 in the plating powder 9 is 10 wt% or more and 80 wt% or less, preferably 15 wt% or more and 60 wt% or less, more preferably 20 wt% or more and 50 wt% or less. If the amount of the coating metal 8 is too small, the proportion of the graphite powder 6 exposed on the surface of the plating powder 9 increases, and the bonding strength between the sintered particles becomes insufficient.
- artificial graphite powder is preferably used. This is because if scaly natural graphite powder is used, it is difficult to sufficiently coat the graphite powder 6 with the coating metal 8. If the coating of the graphite powder 6 with the coating metal 8 is insufficient, the coating metals 8 of the plating powder cannot be bonded together in the subsequent sintering step, and the strength cannot be ensured.
- the raw material powder contains a low melting point metal.
- a low melting point metal can be a metal having a melting point of 700 ° C. or lower, such as tin (Sn), zinc (Zn), phosphorus (P), etc., among which Sn is used. It is preferable to do this.
- the ratio of the low melting point metal to the coated metal 8 is set in the range of 0.3-5 wt%, preferably 0.5-3 wt%. If the proportion of the low melting point metal is too small, the liquid phase sintering does not proceed, so that the required strength cannot be obtained. Conversely, if the proportion of the low melting point metal is too large, the inner surface of the lubricating member 4 that becomes the bearing surface 11 The amount of graphite exposed to 4b is reduced, and the inner side surface 4b is unnecessarily hardened and the lubricity of the lubricating member 4 is lowered.
- a sintering aid and a lubricant are added to the raw material powder forming the lubricating member 4 as necessary.
- the raw material powder for forming the metal substrate 3 is the same as the raw material powder for forming the metal substrate 3 of the first embodiment, so a duplicate description is omitted.
- the manufacturing process of the sintered bearing 1 will be described with the raw material powder of the lubricating member 4 (including the plating powder 9) as the first powder Ma and the raw material powder of the metal base 3 as the second powder Mb.
- a so-called two-color molding (multicolor molding) method is adopted in which the first powder Ma and the second powder Mb are supplied to the same mold and simultaneously molded.
- this two-color molding two cavities are defined in a mold, and each cavity is filled with powder and molded.
- FIG. 1 An example of a mold for two-color molding is shown in FIG.
- This mold includes a die 21, a core pin 22 disposed on the inner periphery of the die 21, a lower punch 23 disposed between the inner peripheral surface of the die 21 and the outer peripheral surface of the core pin 22, and a partition member 25 ( 8), a conical guide 28 (see FIG. 8), and an upper punch 29 (see FIG. 12).
- the guide 28 is provided for facilitating the filling of the first powder Ma into the cavity, and the guide 28 can be omitted if the filling is performed smoothly.
- the partition member 25 includes an inner partition 26 and an outer partition 27 arranged concentrically. Both partitions 26 and 27 are configured to be movable up and down independently of each other.
- the inner partition 26 is formed in a shape corresponding to each lubricating member 4 shown in FIG.
- the core pin 22 and the lower punch 23 are raised with the partition member 25 and the guide 28 retracted from the mold, and the upper end surfaces thereof are set as the upper end surfaces of the die 21. It is arranged at the same level as 21a.
- the retracting direction of the partition member 25 and the guide 28 with respect to the mold may be either upward or lateral.
- the partition member 25 and the guide 28 are arranged on the mold, the lower end surface of the inner partition 26 is brought into contact with the upper end surface of the lower punch 23, and the lower end surface of the outer partition 27 is placed on the die 21. Is brought into contact with the upper end surface 21a. Further, the lower end surface of the guide 28 is brought into contact with the upper end surface of the core pin 22. In this state, the space between the inner partition 26 and the guide 28 is filled with the first powder Ma, and the space between the inner partition 26 and the outer partition 27 is filled with the second powder Mb.
- the inner partition 26 is raised, the inner partition 26 that has partitioned the inner cavity 24a and the outer cavity 24b is removed, and both the cavities 24a and 24b are integrated. Even if the inner partition 26 is removed in this way, the first powder Ma and the second powder Mb are not completely mixed, and the two powders Ma and Mb are maintained in a separated state (the broken line in the figure is This is a line given for convenience in order to express the boundary between Ma and Mb of both powders).
- the partition member 25 and the guide 28 are removed, and the excess powder overflowing from the cavities 24a and 24b is removed, and then the upper punch 29 is lowered as shown in FIG.
- the first powder Ma and the second powder Mb in the cavity are compressed to produce a molded body 1 ′.
- the molded body 1 ′ is taken out from the mold and sintered at a temperature higher than the melting point of the low melting point metal and lower than the melting point of the coating metal 8 (copper or nickel) of the plating powder 9 (for example, about 750 to 900 ° C.).
- the sintered bearing 1 shown in FIG. 13 is completed.
- the lubricating member 4 is formed by sintering the first powder Ma
- the metal base 3 is formed by sintering the second powder Mb.
- the low melting point metal contained in the inner first powder Ma is melted and wets the coating metal 8 (for example, copper) of the plating powder 9 to become an alloy with the coating metal 8.
- the surface of the coating metal 8 is melted at a temperature lower than its melting point, and the coating metal 8 of the plating powder 9 is bonded by this melt, and the first powder Ma becomes a sintered body.
- the alloy melt of the coating metal 8 and the low-melting-point metal penetrates into the compact made of the second powder Mb, diffuses into the metal powder contained in the second powder Mb, and forms metal powders (for example, iron powders, copper Powders or iron powder and copper powder) are combined.
- metal powders for example, iron powders, copper Powders or iron powder and copper powder
- the second powder Mb contains a low melting point metal, copper, or the like
- the metal powders contained in the second powder Mb are bonded together by the same action.
- the alloy melt generated in the first powder Ma diffuses into the iron powder of the second powder Mb, and iron Combine the powders together.
- the entire molded body 1 ′ becomes a sintered body, so that a high-strength sintered bearing 1 can be obtained. Further, since the boundary portion between the metal base 3 and the lubricating member 4 also has a sintered structure without an interface, the lubricating member 4 can be reliably fixed by the metal base 3.
- the lubricating member 4 since the graphite powder 6 contained in the plating powder 9 of the first powder Ma basically remains without moving to the second powder Mb side, the lubricating member 4 has a structure containing the graphite particles richly. Become.
- an operation such as sizing the inner peripheral surface of the sintered product with a sizing type, for example, pressing the sintered product into a die and firing it. It is preferable to perform an operation of pressing the inner peripheral surface of the product against the sizing die and sliding the sizing die in the axial direction in this state.
- the sintered bearing 1 can be manufactured by a combination of the first embodiment and the second embodiment.
- the manufacturing procedure of the sintered bearing 1 in the third embodiment is as follows. That is, the lubricating member 4 is formed by molding and sintering the raw material powder containing the plating powder 9 as a main component in the same manner as in the second embodiment. Next, the lubricating member 4 is fitted into the recess 3a ′ of the metal powder molded body 3 ′ (see FIG. 5) described in the first embodiment, and in this state, the metal powder molded body 3 ′ and the lubricating member 4 are separated. The resulting assembly is heated at the sintering temperature to sinter the metal powder compact 3 ′.
- the lubricating member 4 is fixed to the metal base 3 by the shrinkage force F generated in the metal powder molded body 3 ′ during the sintering. Then, the sintered bearing shown in FIGS. 1A and 1B can be obtained by sizing at least the bearing surface 11.
- the bearing is illustrated as an example of the sliding member.
- the sliding member of the present invention can be widely used as a member that supports the counterpart member that performs relative motion.
- the relative motion here includes not only rotational motion but also linear motion.
- arbitrary forms such as planar shape other than a shaft shape, are employable.
- the form of the sliding member is arbitrary, and is not limited to the cylindrical shape as in the sintered bearing 1, but may be a flat form called a sliding pad.
- the lubricating members 4 are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the metal base 3 , but the form of the lubricating members 4 is not limited to this.
- the lubricating member 4 continuously arranged in the circumferential direction is arranged so as to cover the substantially half circumference of the bearing surface 11, or as shown in FIG. It can also be arranged to cover substantially the entire circumference.
- the lubricating member 4 may be arranged in a spiral shape with the shaft center as the center, in addition to being arranged along the axial direction as shown in FIGS. As a result, it is possible to pass the lubricating member 4 through each part of the shaft 2 in the axial direction at least once during one rotation, so that good lubricity can be obtained. Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the lubricating member 4 may be disposed only in a partial region in the axial direction in addition to the entire length in the axial direction of the metal base 3. In any case, the effect of the present invention can be obtained if at least a part of the bearing surface 11 is formed of the lubricating member 4.
- the lubricating member 4 can be extended in the radial direction, and a part of the mounting surface (for example, the outer peripheral surface 12 of the metal base 3) with respect to the other member of the sliding member can be constituted by the lubricating member 4.
- the use of the sliding member described above is not limited, but it is suitable for use under severe conditions such as high temperature, high surface pressure, and high speed rotation.
- it can be used for a bearing for a fuel pump in an automobile engine, a bearing for an EGR valve of an exhaust gas circulation device (EGR device) installed for the purpose of reducing nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas, and the like. is there.
- EGR device exhaust gas circulation device
- NOx nitrogen oxide
- it can also be used as a bearing or the like used for an arm joint part in a construction machine (bulldozer, hydraulic excavator, etc.).
- the sliding member described above can also be used as a driven element (gear, pulley, etc.) that is rotatably supported by a fixed shaft in the torque transmission mechanism.
- a driven element gear, pulley, etc.
- a fueling gear pump is disposed in a measuring machine installed in a gas station or the like, and a driven gear may be disposed in a fueling path of the fueling gear pump.
- FIG. 16 shows an exploded perspective view of an internal gear pump used as the above-mentioned oil supply gear pump.
- this gear pump has a main body 51 on the stationary side, an outer-tooth type inner rotor 52 (driven gear), and an inner-tooth type outer rotor 53.
- the outer rotor 53 is provided with a drive shaft 53a that is driven by a rotational drive source such as a motor.
- the main body 51 is provided with a fixed shaft 51a that is eccentric with respect to the drive shaft 53a, and the shaft hole 52a of the inner rotor 52 is rotatably fitted to the outer periphery of the fixed shaft 51a. As shown in FIG.
- the inner rotor 52 is arranged eccentrically on the inner diameter side of the outer rotor 53 with its outer teeth meshing with the inner teeth of the outer rotor 53.
- the number of teeth of the outer rotor 53 is one or more than the number of teeth of the inner rotor 52.
- the inner rotor 52 when the outer rotor 53 is driven to rotate, the inner rotor 52 also receives a rotational force due to the meshing of the teeth and rotates in the same direction following the outer rotor 53. As a result, the volume of the space between the teeth is enlarged and reduced, so that gasoline and the like can be sucked and discharged.
- the inner rotor 52 as the driven gear has the metal base 3 and the lubricating member 4 fixed to the inner peripheral surface of the metal base 3, similarly to the sintered bearing 1 already described.
- the metal substrate 3 is obtained by sintering raw material powder containing metal powder as a main component, and has a gear shape having a plurality of teeth on the outer periphery and holes on the inner periphery.
- the lubricating member 4 is made of an aggregate of graphite particles, and is fixed to the inner peripheral surface of the metal substrate 3 by a sintering operation in which the raw material powder of the metal substrate 3 is sintered.
- the inner peripheral surface of the lubricating member 4 constitutes a sliding surface (shaft hole 52a) that slides with the outer peripheral surface of the fixed shaft 51a.
- Each configuration of the metal base 3 and the lubricating member 4 and a fixing method for both are common to the first to third embodiments of the sintered bearing 1. Since the metal substrate 3 is also required to have corrosion resistance against gasoline, it is preferable to use an aluminum-bronze system having excellent corrosion resistance as the metal substrate 3.
- the inner rotor 52 shown in FIG. 16 is completed by performing finishing processing such as sizing and cutting on the inner peripheral surface of the lubricating member 4 as necessary.
- the metal base 3 and the lubricating member 4 are not impregnated with lubricating oil.
- the inner rotor 52 having such a configuration does not contain lubricating oil, it is possible to avoid mixing the lubricating oil into the fuel and kerosene supplied by the measuring machine. On the other hand, since the sliding surface has high lubricity, the torque cross at the inner rotor 52 can be minimized.
- the bearing 101 has a cylindrical shape, and a shaft 102 (shown by a chain line) as a counterpart material is inserted into the inner periphery thereof.
- a bearing surface 111 as a sliding surface that slides on the shaft 102 is provided on the inner peripheral surface of the bearing 101.
- the outer peripheral surface 112 of the bearing 101 is fixed to an inner peripheral surface of a housing (not shown) by means such as press-fitting or bonding, and the shaft 102 inserted into the inner periphery of the bearing 101 is rotatably supported. In this way, in addition to the shaft 102 being the rotation side, the shaft 102 can be the stationary side and the bearing 101 can be the rotation side.
- the bearing 101 includes a carbon-based fired body 103 containing carbon as a main component (a component having the largest weight ratio) and a resin base body 104 that holds the carbon-based fired body 103.
- a carbon-based fired body 103 containing carbon as a main component (a component having the largest weight ratio) and a resin base body 104 that holds the carbon-based fired body 103.
- a plurality (five in the illustrated example) of carbon-based fired bodies 103 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the plurality of carbon-based fired bodies 103 are collectively held on the resin substrate 104.
- Each carbon-based fired body 103 is exposed on the inner peripheral surface of the bearing 101 and constitutes a part of the bearing surface 111.
- each carbon-based fired body 103 has an inner side surface 103 a exposed on the inner peripheral surface of the bearing 101 and an outer side surface 103 b in close contact with the resin substrate 104.
- the inner side surface 103 a of each carbon-based fired body 103 is formed in a concave cylindrical surface shape that is continuous with the inner peripheral surface 104 a of the resin substrate 104 without a step.
- the inner surface 103a of each carbon-based fired body 103 and the inner peripheral surface 104a of the resin substrate 104 constitute a bearing surface 111 having a perfect circular cross section.
- the outer surface 103b of each carbon-based fired body 103 is formed in a convex cylindrical surface shape, and is in close contact with the holding surface 104b of the concave cylindrical surface shape of the resin substrate 104 throughout the entire area.
- the carbon-based fired body 103 constituting a part of the bearing surface 111 is a supply source of graphite particles.
- the graphite particles supplied from the carbon-based fired body 103 spread over the entire bearing surface 111 due to the relative movement of the bearing surface 111 and the shaft 102, so that the lubricating effect of the graphite particles can be obtained on the entire bearing surface 111.
- the shaft 102 does not necessarily slide with respect to the entire bearing surface 111, and a limited partial region of the bearing surface 111 often slides with the shaft 102.
- the shaft 102 when the shaft 102 is in a horizontal posture, the shaft 102 often falls due to gravity and slides with the bearing surface 111 in the lower region of the bearing surface 111.
- the position and shape of the carbon-based fired body 103 in the bearing 101 are designed so that the carbon-based fired body 103 is positioned in the sliding region with the shaft 102, or the circumferential phase of the bearing 101 is adjusted.
- the shaft 102 can always slide with the carbon-based fired body 103.
- the shaft 102 can be supported in an oilless state in which no lubricating oil is interposed between the bearing surface 111 and the like, for example.
- it can also be used in a state where lubricating oil is interposed between the bearing surface 111 and the shaft 102, and in this case, the lubricating effect is further enhanced.
- lubricating oil is interposed between the bearing surface 111 and the shaft 102, and the internal pores of the carbon-based fired body 103 are impregnated with oil.
- the bearing 101 is manufactured through a fired body forming process, an insert molding process, a sizing process, and an oil impregnation process. Hereinafter, each process will be described in detail.
- the carbon-based fired body 103 is formed using a raw material powder containing a carbon-based powder and a resin binder powder.
- a carbon-based powder for example, graphite powder can be used, and specifically, any of natural graphite powder and artificial graphite powder can be used. Natural graphite powder has a feature of excellent lubricity because it is in the form of scales. On the other hand, artificial graphite powder has a feature that it is excellent in formability because it is in a lump shape.
- the carbon-based powder is not limited to the graphite powder that is a crystalline powder, and amorphous powders such as pitch powder and coke powder can also be used. For example, phenol resin powder can be used as the resin binder powder.
- the graphite powder and the resin binder powder described above are mixed uniformly by adding a molding aid, a lubricant, a modifier or the like as necessary.
- the mixture is supplied to a mold and then compression molded to form a green compact corresponding to the shape of the carbon-based fired body 103.
- the green compact is fired at, for example, a furnace temperature of 900 to 1000 ° C. to obtain a porous carbon-based fired body 103.
- Firing is performed in an atmosphere without oxygen, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or in a vacuum atmosphere. This is because if there is oxygen in the atmosphere, the graphite powder volatilizes and disappears as CO or CO 2 .
- a raw material powder for the carbon-based fired body 103 As a raw material powder for the carbon-based fired body 103, a mixed powder of graphite powder and resin binder powder as described above is used, and a granulated graphite powder obtained by granulating graphite powder in the presence of a resin binder is used. You can also. Since the granulated graphite powder has a larger specific gravity and higher fluidity than a single resin binder powder or graphite powder, the granulated graphite powder can be easily supplied to a mold and can be accurately molded into a predetermined shape.
- FIG. 19 schematically shows the microstructure of the carbon-based fired body 103.
- the resin binder contained in the granulated graphite powder by firing becomes a carbide (amorphous amorphous carbon) and constitutes a binder component 114 having a network structure.
- a binder component 114 In the mesh of the binder component 114, graphite particles 113 as solid lubricant particles derived from graphite powder are held.
- the graphite particles 113 are held by the surface of the binder component 114 entangled with the surface of the graphite particles 113.
- Reference numeral 115 in the figure is a number of holes formed in the microstructure.
- the graphite particles 113 occupy 60% or more, preferably 80% or more in terms of area ratio. Therefore, high lubricity is achieved when sliding with the shaft 102. can get.
- the molding die 120 used here includes a fixed die 121 and a movable die 122.
- the fixed die 121 is provided with a cylindrical portion 121a, and the inner peripheral surface 104a of the resin base body 104 is formed by the outer peripheral surface of the cylindrical portion 121a.
- a gate 121b is provided on a molding surface 121c for molding the end surface of the resin substrate 104.
- a plurality (three in the illustrated example) of gates 121b are arranged on the molding surface 121c of the fixed die 121 at equal intervals in the circumferential direction (see FIG. 21).
- the gate type is not limited to the dotted gate as in the illustrated example, and may be, for example, an annular film gate.
- a plurality of carbon-based fired bodies 103 are arranged at predetermined locations on the outer periphery of the cylindrical portion 121a of the fixed mold 121.
- the cavity 123 is formed by clamping the movable mold 122 and the fixed mold 121, and the plurality of carbon-based fired bodies 103 are disposed in the cavity 123.
- each carbon-based fired body 103 is sandwiched between the fixed mold 121 and the movable mold 122 from both sides in the axial direction.
- each carbon-based fired body 103 is fixed at a predetermined location in the cavity 123, and positional deviation at the time of injection of the molten resin is prevented.
- molten resin is injected into the cavity 123 from the runner 121d through the gate 121b, and the cavity 123 is filled with the molten resin.
- synthetic resin that is the main component (the largest component by weight) of the molten resin include polyamide (PA), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT), polyacetal (POM), and liquid crystal polymer (LCP).
- a crystalline resin As the main component of the resin that forms the resin substrate 104, it is preferable to use a crystalline resin.
- a crystalline resin is superior in mechanical strength and has a large molding shrinkage rate compared to an amorphous resin.
- the rigidity of the resin substrate 104 is improved.
- the holding surface 104b of the resin substrate 104 is reduced in diameter by molding shrinkage when the molten resin is injected into the cavity and then solidified, and the resin substrate 104 is carbon-based fired.
- the body 103 is securely grasped (details will be described later).
- the crystalline resin include LCP, PEEK, PBT, PPS, PA, and POM.
- the resin substrate 104 is formed of a resin composition containing PPS as a main component and various fillers.
- PPS cross-linked PPS, semi-cross-linked PPS, linear PPS and the like can be used.
- linear PPS excellent in toughness is preferably used.
- ⁇ Filler is added for the purpose of improving friction and wear characteristics and reducing the linear expansion coefficient.
- the filler include, for example, fibers such as glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, alumina fibers, polyester fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, boron nitride fibers, silicon nitride fibers, metal fibers, and cloths thereof. Knitted in shape, minerals such as calcium carbonate, talc, silica, clay, mica, inorganic whiskers such as aluminum borate whisker and potassium titanate whisker, various heat resistant resins such as polyimide resin and polybenzimidazole, etc. It is done.
- additives such as antistatic agents (carbon nanofibers, carbon black, graphite, etc.), mold release agents, flame retardants, weather resistance improvers, antioxidants, and pigments may be added as appropriate.
- carbon fiber that is a fibrous reinforcing material and PTFE that is a solid lubricant are added as fillers.
- mechanical strength such as flexural modulus is improved, and by blending PTFE, sliding characteristics with respect to the shaft 102, the cylindrical portion 121a of the molding die 120, and the like are improved.
- Carbon fibers are roughly classified into pitch systems and PAN systems, and any of them can be used. For example, carbon fibers having an average fiber diameter of 20 ⁇ m or less and an average fiber length of 0.02 to 0.2 mm are used.
- the blending ratio of the carbon fibers is, for example, 10% by mass or more and 40% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the entire resin base 104.
- the blending ratio of PTFE is, for example, 1% by mass or more and 40% by mass or less, and preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the entire resin substrate 104.
- the resin filled in the cavity 123 is cooled and solidified to form the resin substrate 104.
- the holding surface 104b of the resin base 104 is reduced in diameter, and the outer surface 103b of the carbon-based fired body 103 is pressed ⁇ see arrow F in FIG. 18 (a) ⁇ .
- the holding surface 104b of the resin substrate 104 and the outer surface 103b of the carbon-based fired body 103 are brought into close contact with each other, so that both are firmly fixed.
- the opening width D0 in the circumferential direction of the holding surface 104b of the resin base 104 (that is, the circumferential width of the inner side surface 103a of the carbon-based fired body 103) is set to the maximum width D (in the circumferential direction of the holding surface 104b). If it is smaller than (approximately the diameter of the carbon-based fired body 103), the falling of the carbon-based fired body 103 toward the inner diameter side can be more reliably regulated.
- the inner peripheral surface 104a of the resin substrate 104 is reduced in diameter by the resin substrate 104 being molded and contracted as described above, the carbon-based fired body 103 is moved to the inner diameter side as the resin substrate 104 is reduced in diameter.
- the inner side surface 103a of the carbon-based fired body 103 and the inner peripheral surface 104a of the resin substrate 104 are maintained in a continuous state.
- FIG. 22A the core pin 131 is inserted into the inner periphery of the integrated product 101 ′.
- the inner peripheral surface 111 ′ (the inner surface 103 a of the carbon-based fired body 103 and the inner peripheral surface 104 a of the resin base body 104) of the integrated product 101 ′ and the outer peripheral surface of the core pin 131 are interposed through a slight radial gap. It is mated.
- the integrated product 101 ′ is pressed into the inner periphery of the die 134.
- the outer peripheral surface 112 ′ of the integrated product 101 ′ is formed on the inner peripheral surface of the die 134, and at the same time, the integrated product 101 ′ is pressed from the outer periphery, and the inner peripheral surface 111 ′ of the integrated product 101 ′ is Pressed against the outer peripheral surface.
- each carbon-based fired body 103 is arranged at a predetermined radial position, and the inner side surface 103a of each carbon-based fired body 103 is the same. Arranged on a cylindrical surface.
- the carbon-based fired body 103 and the resin base 104 can be processed without performing high-precision processing.
- the surface accuracy (cylindricity and roundness, coaxiality with respect to the outer peripheral surface 112 ′, etc.) of the peripheral surface 111 ′ (bearing surface 111) can be increased.
- the carbon-based fired body 103 is mainly composed of carbon (graphite particles 113 and a binder component 114 made of a carbide of a resin binder), and therefore hardly undergoes plastic deformation. Therefore, each carbon-based fired body 103 itself is hardly sized, and the surface of the inner side surface 103 a pressed against the core pin 131 is only slightly adjusted.
- Oil impregnation process Thereafter, oil is impregnated in the internal pores of the carbon-based fired body 103 of the integrated product 101 ′ (bearing 101) that has undergone the sizing process. Specifically, after the integrated product 101 ′ is immersed in the lubricating oil under a reduced pressure environment, the internal pores of the carbon-based fired body 103 are impregnated with oil by returning to the atmospheric pressure. Thus, the bearing 101 is completed.
- the present invention is not limited to the above embodiment.
- description is abbreviate
- the carbon-based fired body 103 may be formed using a metal binder. It can. Specifically, for example, a raw material powder containing, as a main component, a coating powder obtained by coating a part or all of the surface of a carbon-based powder with a metal is used.
- a coating powder for example, a plating powder obtained by plating graphite particles with a metal (electroless plating) can be used.
- copper or nickel is preferably used as the metal that coats the graphite particles (hereinafter referred to as the coating metal).
- copper-coated graphite powder in which the surface of graphite particles is coated with copper is used as the plating powder.
- the ratio of the coating metal in the plating powder is 10% by mass to 80% by mass, preferably 15% by mass to 60% by mass, and more preferably about 20% by mass to 50% by mass. If the amount of the coating metal is too small, the proportion of the graphite powder exposed on the surface of the plating powder increases and the bond strength between the particles after firing becomes insufficient. On the other hand, if the amount of the coated metal is too large, the amount of graphite exposed on the inner surface 103a of the carbon-based fired body 103 constituting the bearing surface 111 is reduced, and the lubricity of the carbon-based fired body 103 is lowered. In addition, since specific gravity is substantially the same with copper and nickel, even if it uses any of copper and nickel as a covering metal, a substantial difference does not arise in a preferable weight ratio.
- artificial graphite powder as the graphite powder used for the plating powder. This is because if scaly natural graphite powder is used, it is difficult to sufficiently coat the graphite powder with a coating metal. If the coating of the graphite powder with the coating metal is insufficient, the coating metals of the plating powder cannot be bonded together in the subsequent firing step, and the strength cannot be ensured. Further, it is preferable to use non-granulated graphite particles in order to increase the ratio of graphite in each particle.
- the apparent density is increased and the fluidity of the graphite particles is increased, so that the filling property to the molding die is improved, and the raw material powder is added to the molding die. It becomes possible to fill uniformly.
- the graphite particles are not plastically deformed, but the metal covering each graphite particle meshes with each other while being plastically deformed, and can be molded into a predetermined shape without using a resin binder. Become.
- the raw powder contains a low melting point metal.
- a low melting point metal is a component for allowing liquid phase sintering to proceed by melting itself during sintering.
- a metal having a melting point lower than the sintering temperature is used. Specifically, a metal having a melting point of 700 ° C. or lower, such as tin (Sn), zinc (Zn), phosphorus (P), etc. Is used. If a general sintered metal such as copper-based, iron-based, or copper-iron-based is used, it is preferable to use Sn that is compatible with copper.
- the ratio of the low melting point metal to the coated metal is set in the range of 0.3 to 5% by mass, preferably 0.5 to 3% by mass. If the proportion of the low-melting point metal is too small, the required strength cannot be obtained because the liquid phase sintering does not proceed. Conversely, if the proportion of the low-melting point metal is too large, the carbon-based fired body 103 constituting the bearing surface is not obtained. The amount of graphite exposed on the inner side surface 103a is reduced, and the inner side surface 103a is unnecessarily hardened, so that the lubricity of the carbon-based fired body 103 is lowered.
- a sintering aid and a lubricant are added to the raw material powder forming the carbon-based fired body 103 as necessary. To do.
- the raw material powder having the above composition is compression-molded to form a green compact, which is sintered by heating at a sintering temperature lower than the melting point of the coated metal and higher than the melting point of the low-melting metal.
- a body carbon-based fired body 103 is obtained.
- a low-melting-point metal for example, tin
- the plating powders are bonded together by diffusion bonding these alloy layers in a solid state. Further, among the molten low melting point metals, those that have not diffused into the coating metal play a role like glue by solidifying between the plating powders, and contribute to an improvement in the bonding force between the plating powders.
- the resin binder is decomposed during firing to generate decomposition gas, and the dimensional change due to disappearance of the resin binder due to firing increases.
- the green compact since the green compact does not contain a resin binder as described above, sintering can be performed in a relatively short time, and productivity is increased.
- the carbon-based fired body 103 formed as described above has a structure in which the graphite particles 13 are held in a network formed by joining copper 116 as a covering metal together by sintering. Make it.
- the low melting point metal is not shown.
- the carbon-based fired body 103 of the present embodiment can be sized by molding because copper 116 that easily undergoes plastic deformation is interposed between the graphite particles 113. Therefore, in the sizing process, not only the inner peripheral surface 104a of the resin base 104 but also the inner surface 103a of the carbon-based fired body 103 is sized, so that the surface accuracy of the bearing surface 111 can be further improved.
- each carbon-based fired body 103 can be pressed from both sides in the radial direction, so that sizing is facilitated.
- a semi-cylindrical carbon-based fired body 103 that is continuous in the circumferential direction may be disposed so as to cover the substantially half circumference of the bearing surface 111.
- the entire circumference of the bearing surface 111 may be covered with a cylindrical carbon-based fired body 103.
- the case where the inner surface 103a of the carbon-based fired body 103 and the inner peripheral surface 104a of the resin substrate 104 are arranged in the same cylindrical surface, and the bearing surface 111 is constituted by these is shown. It is not limited to this.
- the inner surface 103a of the carbon-based fired body 103 is arranged on the inner diameter side of the inner peripheral surface 104a of the resin substrate 104, and the bearing surface 111 is configured only by the inner surface 103a of the carbon-based fired body 103. May be.
- the inner side surfaces 103a of the plurality of carbon-based fired bodies 103 are arranged on the same cylindrical surface.
- the carbon-based fired body 103 may be disposed only in a partial region in the axial direction in addition to being disposed over the entire axial length of the bearing 101 as shown in FIG. 18B, for example, separated in the axial direction. You may arrange
- the present invention is not limited to a bearing that supports the relative rotation of the shaft, but can also be applied to a bearing that supports the axial movement of the shaft. Further, the present invention is not limited to a cylindrical sliding member, and can be applied to a sliding member having another shape (for example, a semi-cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape).
- the sliding member according to the present invention can be used as a gear having a sliding surface on the inner peripheral surface.
- the sliding member according to the present invention can be used as an inner rotor 141 incorporated in an oil pump gear, in particular, a positive displacement rotary gear pump as shown in FIG.
- the inner rotor 141 includes a carbon-based fired body 103 mainly composed of carbon, and a resin substrate 104 that holds the carbon-based fired body 103.
- the carbon-based fired body 103 is formed in a cylindrical shape, and the entire outer peripheral surface 103 b of the carbon-based fired body 103 is held by the resin substrate 104.
- the inner peripheral surface 103a of the carbon-based fired body 103 is exposed on the inner peripheral surface of the inner rotor 141, and functions as a sliding surface 111 that slides with the outer peripheral surface of the fixed shaft 162a (see FIG. 31).
- a tooth surface 141 a that meshes with the outer rotor 163 (see FIG. 31) is formed on the outer peripheral surface of the resin base 104.
- the inner rotor 141 is manufactured through a fired body forming process and an insert molding process.
- a sizing process is performed on the integrated product of the carbon-based fired body 103 and the resin substrate 104 obtained in the insert molding process as necessary. Since each process is the same as that of said embodiment, duplication description is abbreviate
- the sliding member according to the present invention can be used as the planetary gear 151 (see FIG. 30) constituting the planetary gear reducer.
- the planetary gears 151 are arranged at a plurality of positions in the circumferential direction between the sun gear and the internal gear (not shown) arranged coaxially, and each planetary gear 151 meshes with both the sun gear and the internal gear.
- the planetary gear 151 includes a carbon-based fired body 103 containing carbon as a main component and a resin base body 104 that holds the carbon-based fired body 103.
- the carbon-based fired body 103 is formed in a cylindrical shape, and the entire outer peripheral surface 103 b of the carbon-based fired body 103 is held by the resin substrate 104.
- the inner peripheral surface 103 a of the carbon-based fired body 103 is exposed on the inner peripheral surface of the planetary gear 151 and functions as a sliding surface 111 that slides with the outer peripheral surface of the shaft 102.
- a tooth surface 151 a that meshes with the sun gear and the internal gear is formed on the outer peripheral surface of the resin substrate 104.
- the planetary gear 151 is manufactured through a fired body forming process and an insert molding process. Moreover, one or both of a sizing process and an oil impregnation process are performed to the integrated product of the carbon-based fired body 103 and the resin base body 104 obtained in the insert molding process as necessary. Since each process is the same as that of said embodiment, duplication description is abbreviate
- Lubricating members include a compacting process for compressing raw powder to obtain a compact, a sintering process for obtaining a sintered compact by sintering the compact, and a sizing for recompressing and sizing the sintered compact It is manufactured through processes. Hereinafter, details of each process will be described.
- the graphite particles artificial graphite or natural graphite can be used.
- the graphite particles are preferably granular (not scale-like or earthy), and granular artificial graphite is used in this embodiment. Further, the graphite particles can be used either non-granulated or granulated. However, in order to granulate the graphite particles, a binder for bonding the graphite particles is required, and the ratio of graphite in each particle is reduced. Therefore, it is preferable to use non-granulated graphite particles.
- the binder metal is attached to the surface of each graphite particle.
- a metal having a melting point higher than a sintering temperature described later is used.
- a material having a hardness lower than that of the graphite particles and easily plastically deformed is used.
- copper or nickel can be used as the binder metal, and copper is used in the present embodiment.
- the low melting point metal a metal having a melting point lower than the sintering temperature described later is used.
- the low melting point metal for example, tin or zinc can be used, and tin is used in the present embodiment.
- the raw material powder is prepared, for example, by mixing copper-adhered graphite powder in which copper as a binder metal adheres to the surface of graphite particles and tin powder that becomes a low melting point metal.
- a copper-plated graphite powder obtained by performing copper plating on the surface of graphite particles is used as the copper-attached graphite powder.
- the copper-attached graphite powder for example, as shown in FIG. 32A, the surface of the graphite particles (Gr) is entirely covered with copper (Cu), or as the copper-attached graphite powder, FIG. As shown in FIG.
- the green compact is formed by compression molding the raw material powder filled in the molding die.
- the graphite particles are not plastically deformed, but the copper adhering to each graphite particle meshes with each other while being plastically deformed, so that it can be formed into a predetermined shape.
- the green compact contains a binder such as tar pitch or coal tar as in the case of a conventional lubricating member, a decomposition gas of the binder is generated during sintering, and the binder is almost lost by sintering. Therefore, the dimensional change due to sintering (the dimensional difference between the green compact and the sintered body) increases. In this case, sudden sintering in a short time may cause cracks in the sintered body due to a sudden dimensional change. Therefore, it is necessary to heat the green compact for a long time and proceed with the sintering slowly. there were.
- a binder such as tar pitch or coal tar
- the green compact does not contain a binder such as tar pitch or coal tar as described above, no decomposition gas of the binder is generated during sintering, and sintering is performed. Dimensional change due to is suppressed. Accordingly, there is little concern about cracking of the sintered body, and the sintering time can be made relatively short.
- the binder metal since the binder metal is interposed between the graphite particles, the binder metal can be plastically deformed and sized by applying sizing. Specifically, the sintered body is sized to a desired size by compressing the sintered body with a sizing die (die, core, upper punch, and lower punch). This eliminates the need for shaping by machining as in a conventional lubricating member, thereby reducing costs and improving productivity. Thus, the lubricating member is completed.
- a sizing die die, core, upper punch, and lower punch
- the sintered body and the die and core of the sizing mold slide in a pressure contact state.
- copper of the copper plating graphite powder exposed on the surface of the sintered body is peeled off from the graphite particles, and the ratio of the graphite particles exposed on the surface of the sintered body can be increased. Therefore, by sliding the portion that becomes the sliding surface of the sintered body in a pressure contact state with the sizing die, the ratio of the graphite particles exposed to the sliding surface can be increased, and the slidability can be improved.
- the portion that will become the sliding surface of the sintered body is a surface that does not slide with the sizing die (for example, the upper and lower punches). You may make it contact
- the lubricating member 201 formed as described above has graphite particles (Gr), copper (Cu) as a binder metal, and tin (Sn) as a low melting point metal, as shown in an enlarged view in FIG. .
- graphite particles (Gr) are indicated by dots
- copper (Cu) is indicated by hatching
- illustration of tin (Sn) is omitted.
- the copper adhering to each graphite particle is bonded by sintering. Copper does not melt at the sintering temperature, and is bonded to the copper adhering to other graphite particles in a solid state. Specifically, a part or all of tin melted by sintering diffuses into the copper to form a copper-tin alloy layer on the surface layer, and the copper-tin alloy (bronze) regions are diffusion-bonded to each other. Also, among the tin melted by sintering, the one that has not diffused into the copper solidifies between the copper adhering to each graphite particle, so that this tin plays a role like glue, Contributes to improving power.
- the surface of the lubricating member 201 occupies the maximum area of graphite particles.
- the area ratio of the graphite particles on the sliding surface is 50% or more, preferably 80% or more. Preferably, it is 90% or more.
- the lubricating member 201 includes graphite particles having a maximum volume ratio of graphite particles, for example, 50% or more by volume ratio.
- the lubrication member 201 is suitably used as a lubrication member that slides with the counterpart material in a non-lubricated environment (that is, without interposing a lubricant such as oil).
- the lubricating member 201 can be used as, for example, a rotor and vane for a vacuum pump, a bearing used in a high temperature environment exceeding 200 ° C., or a bearing for construction equipment.
- the lubrication member 201 is not limited to a use in an unlubricated environment, but can also be used in a use in a lubrication environment in which a lubricant such as oil is interposed to slide with a counterpart material.
- the raw material powder is composed of the copper-adhered graphite powder and the tin powder.
- the present invention is not limited to this.
- a low melting point metal is further added to the surface of the binder metal adhered to the graphite powder.
- An attached powder may be used.
- a powder obtained by further tin-plating a copper-plated graphite powder and attaching tin to the copper surface can be used.
- the lubricating member is made of graphite particles, a binder metal, and a low melting point metal.
- the lubricating member may further contain other metals such as iron.
- the sintered part has a low melting point metal, but the low melting point metal may be omitted if not particularly necessary.
- copper adhering to each graphite particle does not form an alloy layer, and pure copper is diffusion bonded by sintering.
- the sizing process is performed on the sintered body.
- the sizing process may be omitted.
- the lubricating member according to the embodiment of the third invention of the present application may be used for the sliding member (bearing or the like) according to the embodiment of the first invention of the present application or the second invention of the present application.
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Abstract
金属粉を主成分とする原料粉を成形して金属粉成形体3'を形成し、これを焼結して金属基体3を形成する。また、黒鉛粒子13の集合体で潤滑部材4を形成し、軸受面11の少なくとも一部を潤滑部材4で構成する。潤滑部材4を金属粉成形体3'に嵌合してから金属粉成形体3'を焼結させ、その際に金属粉成形体3'に生じる収縮力Fで潤滑部材4を金属基体3に固定する。
Description
本発明は、摺動部材およびその製造方法に関する。
摺動部材の一種である焼結軸受は、粉末冶金法により製造された多孔質の金属体内に潤滑油を含浸させたものである。軸受内部の空孔に保持された潤滑油は、軸の回転に伴うポンプ作用や発熱により、軸受内部から摺動面である軸受面に滲み出し、軸受面に潤滑油膜を形成する構成になっている(例えば特許文献1)。
近年では、高面圧や高温といった苛酷条件下でも使用可能な焼結軸受の提供が望まれている。しかしながら、既存の焼結軸受は、高面圧下では潤滑油膜の破断による金属接触が起こり易く、また高温下では潤滑油が早期に劣化し易い。そのため、安定した潤滑性を得ることが難しいという問題がある。そのため特許文献1では、焼結軸受に含浸させる潤滑油の組成や特性を改良することで、潤滑油膜強度を高めて高面圧下でも使用可能にする提案がなされている。しかし、潤滑機能を潤滑油が主体となって担う限り、苛酷条件下での使用には限界がある。また、特許文献1のように潤滑油を含浸させた焼結軸受は、潤滑油の混入を嫌う環境下では使用できない点も問題となる。
その一方で、特許文献1に記載されたような焼結軸受では、軸受面の潤滑性を補完するため、黒鉛等の固体潤滑剤を金属粉に配合するのが通例である。しかしながら、潤滑性を増すために固体潤滑剤粉の配合量を増やしすぎると、金属粒子間の結合を阻害して材料強度の低下を招く等の問題があるため、固体潤滑剤粉の増量には限界がある。
そこで、本発明は、低コストであり、苛酷環境等の特殊環境下で使用する場合も安定した潤滑性能を維持できる摺動部材およびその製造方法を提供することを第一の目的とする。
また、上記の特許文献2には、円筒状の基体の摺動面に潤滑部材を埋め込んだ摺動部材が示されている。同文献では、潤滑部材の一例として、人造黒鉛を主成分とした焼成体が挙げられている。摺動部材の円筒状の基体には、半径方向の貫通孔が設けられ、この貫通孔に潤滑部材が嵌め込まれて接着固定されている。
しかし、このような摺動部材では、潤滑部材を基体に対して高精度に固定する必要があるため、固定作業に手間がかかる。また、基体の貫通孔や、これに嵌合する潤滑部材の外周面を高精度に加工する必要があるため、加工コストが高くなる。特に、潤滑部材として炭素系焼成体を用いた場合、炭素系焼成体は塑性変形しにくいため、寸法精度を高めるためには切削加工等による整形が必要となり、加工コストがさらに高くなる。
また、上記の特許文献3には、図31に示すようなガソリン供給用の内接型ギヤポンプが示されている。このギヤポンプは、インナロータ161と、インナロータ161の内周に挿入された固定軸162aを有する本体162と、インナロータ161と噛み合い、インナロータ161に対して偏心して設けられたアウタロータ163とを備える。駆動部でアウタロータ163を回転させることでインナロータ161が回転し、アウタロータ163、インナロータ161、及び本体162が協働してポンプ作用が発揮される。
このギヤポンプに設けられるインナロータ161は、内周に挿入された固定軸162aと摺動しながら回転するため、潤滑性が要求される。しかし、インナロータ161はガソリンに接触するため、ガソリンを汚染する潤滑油を使用することができない。このため、インナロータ161の基体の内周にカーボンリング164を圧入して使用することがある。
このようなインナロータ161においても、基体の内周にカーボンリング164を圧入する作業に手間がかかると共に、基体及びカーボンリング164を高精度に加工する必要があるため、製造コストが高くなる。
そこで、本発明は、炭素系焼成体を用いた摺動部材の生産性を高めると共に、製造コストを低減することを第二の目的とする。
また、摺動面が主に黒鉛で構成された潤滑部材は、例えば真空ポンプ用ロータおよびベーン、200℃を超える高温環境下で用いられる軸受、あるいは建機用軸受として使用される。このような潤滑部材は、黒鉛粒子を主に含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結することで製造される。しかし、黒鉛粒子自体はほとんど塑性変形しないため、原料粉末の大部分を黒鉛粒子で構成すると、圧縮成形により原料粉末を固めることができず、圧粉体を成形することができない。このため、通常、黒鉛を主成分とする圧粉体を成形する場合は、黒鉛粒子と、タールピッチやコールタール等の結合剤とを混合した原料粉末を使用している(例えば、上記の特許文献4参照)。
しかし、上記のような方法で圧粉体を成形するためには、原料粉末の50wt%近くを結合剤とする必要がある(上記特許文献4の段落0010参照)。このため、焼結時に結合剤が分解することで多量の分解ガスが発生し、焼結炉の汚染や排気ガスの問題が生じる。このような問題を低減するためには、長時間かけてゆっくりと焼結を進める必要があり、生産性が著しく低下する。
そこで、本発明は、摺動面が主に黒鉛からなる潤滑部材の生産性を高めることを第三の目的とする。
本願第一発明は、相手側の部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、金属粉を主成分とする原料粉を焼結させてなる金属基体と、固体潤滑剤粒子の集合体からなる潤滑部材とを備え、前記摺動面の少なくとも一部を潤滑部材で構成し、かつ前記原料粉を焼結させる焼結操作で潤滑部材を金属基体に固定したことを特徴とするものである。
かかる構成では、摺動面の少なくとも一部に形成された潤滑部材が固体潤滑剤の供給源となる。潤滑部材から供給された固体潤滑剤は相手側の部材との相対的な摺動によって摺動面全体に行き渡るため、摺動面全体で潤滑効果を得ることができる。また、摺動部材においては、必ずしも摺動面の全体に対して相手側の部材が摺動するとは限らず、摺動面の限定された一部領域が相手側の部材と摺動する場合もある。その場合、相手側の部材との摺動領域に潤滑部材が位置するように潤滑部材の位置や形状を設計し、あるいはその摺動領域に潤滑部材が位置するように摺動部材の設置姿勢を調整することで、相手側の部材を常時潤滑部材に対して摺動させることが可能となる。また、摺動面に現れる潤滑部材の面積を増やせば潤滑効果を高めることができる。その場合でも、従来品のように、金属粒子間の結合力が低下することはないので、摺動部材の強度低下を回避することができる。
その一方で、このように摺動面の一部領域に限って潤滑部材を配置する場合、潤滑部材を如何にしてベースとなる金属基体に固定するのかが問題となる。これに対し、本発明では金属基体を焼結させる際の焼結操作で潤滑部材を金属基体に固定する、との新たな技術手段を採用している。摺動部材の製造過程で不可欠の焼結操作で潤滑部材を金属基体に固定すれば、圧入や接着といった焼結金属の本来の製造工程とは無関係の工程で固定作業を行う必要がなくなる。そのため、摺動部材のニヤネットシェイプ成形が可能となり、摺動部材の低コスト化を図ることができる。
潤滑部材と金属基体を固定する構造の一例として、前記焼結操作に伴って金属基体に生じる収縮力で潤滑部材と金属基体を締まり嵌め状態にすることが考えられる。
この場合、潤滑部材は、固体潤滑剤粉とバインダとを含む粉末の焼成により形成することができる。
固体潤滑剤粉を金属で被覆してなる被覆粉を、前記焼結操作で焼結させて潤滑部材を形成することもできる。この場合、潤滑部材と金属基体を固定する構造の他例として、被覆粉の前記金属を、金属基体を構成する前記金属粉に拡散させて潤滑部材と金属基体を結合することが考えられる。
摺動面にサイジングを施すことで高精度の摺動面を低コストに得ることができる。このサイジングは、金属基体と潤滑部材の双方に対して行う他、どちらか一方に対してのみ行うこともできる。摺動面だけでなく、必要に応じてそれ以外の面にサイジングを行っても構わない。サイジング自体は、既存の焼結金属製摺動部材でも行わるのが通例であるので、かかる処理を行ったとしてもコストアップの要因にはならない。
以上に述べた摺動部材は、固体潤滑剤粉とバインダとを含む粉末を焼成して潤滑部材を形成し、金属粉を主成分とする原料粉を成形して成形体を形成すると共に、前記潤滑部材を、その一部が摺動面となるべき面に現れるように、前記成形体に接触させ、その状態で潤滑部材および成形体を焼結温度で加熱して、成形体の焼結により金属基体を形成し、かつこの焼結時に成形体に生じる収縮力で潤滑部材を金属基体に固定することで製造することができる。
また、固体潤滑剤粉を金属で被覆した被覆粉を主成分とする第一粉末と、金属粉を主成分とする第二粉末とを、両粉末の充填領域を区分けした状態で、摺動面となるべき面に第一粉末が現れるように成形して成形体を形成し、前記成形体を焼結温度で加熱して、第一粉末の焼結により潤滑部材を形成すると共に、第二粉末の焼結により金属基体を形成し、この焼結操作時に、第一粉末に含まれる被覆粉の前記金属を第二粉末の金属粉に拡散させることで潤滑部材を金属基体に固定することでも摺動部材を製造することができる。
潤滑部材を金属基体に固定した後で摺動面にサイジングを施すことにより、精度の高い摺動面を低コストに得ることができる。
本願第二発明は、相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、炭素を主成分とし、前記摺動面の少なくとも一部を構成する炭素系焼成体と、前記炭素系焼成体をインサート部品とした樹脂の射出成形品であり、前記炭素系焼成体と一体化された樹脂基体とを有する摺動部材を提供する。この摺動部材は、炭素系粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼成することにより、前記摺動面の少なくとも一部を構成する炭素系焼成体を形成する焼成体形成工程と、前記炭素系焼成体をインサート部品として樹脂で射出成形することにより、前記炭素系焼成体と一体化された樹脂基体を形成するインサート成形工程とを経て製造することができる。
このように、本発明に係る摺動部材では、炭素系焼成体をインサート部品として樹脂で射出成形することにより、炭素系焼成体と樹脂基体とを一体化している。これにより、炭素系焼成体と樹脂基体とを固定する工程が不要となるため、工数が削減され、生産性が向上する。また、樹脂基体に、炭素系焼成体を取り付けるための貫通孔を形成する必要がなくなると共に、炭素系焼成体を貫通孔に嵌合するように高精度に形成する必要がなくなるため、製造コストが低減される。
上記の摺動部材では、炭素系焼成体及び樹脂基体の一体品にサイジングを施すことにより、一体品の状態での寸法精度(特に摺動面の面精度)を高めることができる。特に、摺動部材が、別個に形成された複数の炭素系焼成体を有する場合、複数の炭素系焼成体及び樹脂基体の一体品にサイジングを施すことで、一体品における各炭素系焼成体の摺動面を所定の位置(例えば同一円筒面上)に配することができる。
上記の摺動部材において、炭素系焼成体の内部空孔に油を含浸させれば、この油が摺動面に滲み出すことで、潤滑性がさらに高められる。この場合、例えば、炭素系焼成体及び樹脂基体の一体品を油に浸漬することで、炭素系焼成体の内部空孔に油を含浸させることができる。
上記の摺動部材において、樹脂基体を形成する樹脂としては、例えば結晶性樹脂を主成分としたものを用いることが好ましい。
上記の摺動部材は、例えば、内周面に摺動面を有する軸受や歯車として用いることができる。具体的に、上記の摺動部材は、例えば、内周面に軸の外周面と摺動する摺動面を有すると共に、外周面に歯面を有する給油ポンプ用の歯車として用いることができる。
本願第三発明は、摺動面において黒鉛粒子が最大面積を占める潤滑部材の製造方法であって、バインダ金属粉末が付着した前記黒鉛粒子を含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉工程と、前記圧粉体を、前記バインダ金属の融点以下の温度で焼結することにより、前記バインダ金属同士を結合する焼結工程とを有する潤滑部材の製造方法を提供する。
上記の製造方法により、摺動面において黒鉛粒子が最大面積を占める潤滑部材であって、各黒鉛粒子にバインダ金属が付着しており、前記バインダ金属同士が焼結により結合されている潤滑部材を得ることができる。
このように、本発明の潤滑部材は、バインダ金属が付着した黒鉛粒子を含む原料粉末を用いることで、原料粉末に含まれる黒鉛粒子の間にバインダ金属が介在した状態となる。これにより、圧縮成形時にバインダ金属が塑性変形することで、原料粉末が固められて圧粉体の成形が可能となる。また、各黒鉛粒子に付着したバインダ金属同士を焼結により結合することで、バインダ金属を介して黒鉛粒子同士を結合することができる。以上により、原料粉末の結合剤を省略(あるいは低減)することができるため、焼結時の分解ガスの発生が抑えられ、焼結時間を短縮して生産性を高めることができる。
本願第一発明によれば、低コストでありながら、高い潤滑性能を有する摺動部材を提供することができる。この摺動部材であれば、特殊環境下、例えば高温、高面圧、高速回転等の苛酷環境や潤滑油の使用が困難な環境でも高い潤滑性能を得ることが可能である。
本願第二発明によれば、炭素系焼成体を用いた摺動部材の生産性を高めると共に、製造コストを低減することができる。
本願第三発明によれば、摺動面が主に黒鉛で構成された潤滑部材の生産性を高めることが可能となる。
以下、本願第一発明にかかる摺動部材の一例として焼結軸受を例に挙げ、その詳細を図1~図15に基づいて説明する。
図1(a)(b)に示すように、焼結軸受1は円筒状の形態をなしており、その内周には、摺動面として円筒面状の軸受面11が形成されている。焼結軸受1の内周に、相手側の部材としての軸2(二点鎖線で示す)を挿入することで、軸2が軸受面11で回転自在に支持される。軸2を回転軸とする場合、焼結軸受1の外周面12が図示しないハウジングの内周面に圧入や接着等の手段で固定される。このように軸2を回転側とする他、軸2を静止側とし、焼結軸受1を回転側にすることもできる。
図1(a)(b)に例示した焼結軸受1は、焼結金属からなる金属基体3と、多数の黒鉛粒子の集合体からなる潤滑部材4とを備えている。金属基体3は、その円周方向で等配した複数個所に潤滑部材4を保持するための保持部3aを有する。各保持部3aは、金属基体3の内周面3bに開口した凹所であり、その断面(軸方向と直交する方向の断面)が潤滑部材4の断面形状と適合する形状に形成される。本実施形態における保持部3aは、円筒面の円周方向一部領域を切除した部分円筒面状の形態をなし、かつ金属基体3の軸方向両端面に開口するように、金属基体3の軸方向全長にわたって同一形状で形成されている。
潤滑部材4は、金属基体3の保持部3aの形状に適合する形状(部分円筒状)に形成される。潤滑部材4の周面は、金属基体3の保持部3aに対向する外側面4aと、軸2の外周面と対向する内側面4bとを備えている。外側面4aは金属基体3の保持部3aに面接触する凸円筒面状に形成され、内側面4bは金属基体3の内周面3bと段差なく連続する凹円筒面状に形成されている。金属基体3の内周面3bと潤滑部材4の内側面4bとで、摺動面として断面真円状の軸受面11が構成される。
この焼結軸受1では、軸受面11の一部に形成された潤滑部材4が黒鉛粒子の供給源となる。潤滑部材4から供給された黒鉛粒子は軸受面11と軸2の相対移動によって軸受面11全体に行き渡るため、軸受面11全体で潤滑効果を得ることができる。
また、焼結軸受1においては、必ずしも軸受面11の全体に対して軸2が摺動する訳ではなく、軸受面11の限定された一部領域が軸2と摺動する場合が多い。例えば、軸2を水平姿勢とした場合、軸2は重力によって落ち込んで軸受面11の下側領域で軸受面11と摺接することが多い。その場合、軸2との摺動領域に潤滑部材4が位置するように潤滑部材4の位置や形状を設計し、あるいはその摺動領域に潤滑部材4が位置するように焼結軸受1の円周方向の位相を調整することで、軸2を常時潤滑部材4に対して摺動させることが可能となる。そのため、高い潤滑効果を得ることができ、軸受面11に潤滑油を介在させないオイルレスの状態でも軸2を支持することが可能となる。従って、高温、高面圧、あるいは高速回転等の苛酷条件下での使用に耐える焼結軸受1を提供することができる。
既存の焼結軸受のように、軸受面に黒鉛粒子を分散させた場合、潤滑性向上のため、原料粉に対する黒鉛粉の配合割合を増して、軸受面における黒鉛粒子の濃度を高めようとしても、過剰配合された黒鉛粒子が金属粒子間の結合を阻害するため、焼結軸受の強度低下を招くことなる。従って、潤滑性の向上には限界がある。これに対し、上記のように、摺動面の少なくとも一部を固体潤滑剤粒子(黒鉛粒子等)の集合体からなる潤滑部材4で形成すれば、潤滑部材4の個数を増やし、あるいは潤滑部材4を大型化するだけで、軸受面11に対する黒鉛粒子の供給量を増大させて潤滑効果を高めることができる。この場合でも、金属基体3における金属粒子間の結合強度が低下することはないため、焼結軸受1の強度低下を回避することができる。
その一方で、このように軸受面11の一部を黒鉛粒子の集合体である潤滑部材4で構成する場合、潤滑部材4を如何にして金属基体3に固定するのかが問題となる。固定手段として圧入を採用したのでは、適正な圧入代を得るために双方の嵌め合い面を機械加工等で高精度に加工する必要があり、加工コストが高騰する。また、固定手段として接着を採用したのでは、新たに接着工程が必要となり、生産性の低下を招く。何れにせよ、ニヤネットシェイプ成形による低コスト化という焼結軸受1の最大のメリットが減殺される。
かかる課題に鑑み、本願発明では、原料粉を焼結させて金属基体3を形成する際の焼結操作で潤滑部材4を金属基体3に固定する、という新たな構成を採用することにした。これは、焼結操作による金属組織の物理的変化あるいは化学的変化で固定力を確保する、との新たな着想に依拠したものである。
このように焼結操作によって潤滑部材4を金属基体3に固定するための第一の手法として、焼結操作に伴って生じた金属基体3の収縮力Fを活用することが考えられる。以下、この手法による焼結軸受1の製造工程を第一の実施形態として説明する。
潤滑部材4は、固体潤滑剤粉としての黒鉛粉と、バインダとを含む原料粉末を成形し、焼成することで形成される。この場合、バインダの単体粉末と黒鉛粉との混合粉末を原料粉末として使用すると、黒鉛粉の流動性が低いため、黒鉛粉末に多量の黒鉛粉を含ませた際に混合粉末を所定形状に成形することが難しくなる。そのため、原料粉末としては、図3に示すように、複数の黒鉛粉6をバインダ5の介在下で造粒した造粒黒鉛粉7を使用するのが好ましい。
造粒黒鉛粉7で使用する黒鉛粉としては、天然黒鉛粉および人造黒鉛粉の何れもが使用可能である。天然黒鉛粉は一般に鱗片状をなし、潤滑性に優れるという特徴を有する。一方、人造黒鉛粉は塊状をなし、成形性に優れるという特徴を有する。従って、潤滑性を重視する場合は天然黒鉛粉を用いた造粒黒鉛粉を使用し、成形性を重視する場合は人造黒鉛粉を用いるのが好ましい。バインダとしては、例えばフェノール樹脂等の樹脂材料を使用することができる。
以上に述べた造粒黒鉛粉7を、必要に応じて成形助剤や潤滑剤、あるいは改質剤等を添加して均一に混合する。この混合物を成形型に供給した上で加圧成形し、図2(a)(b)に示すように、潤滑部材4の形状に対応した成形体4’(黒鉛粉成形体)を成形する。その後、この黒鉛粉成形体4’を、例えば炉内温度900℃~1000℃で焼成することで、多孔質の焼成体(潤滑部材4)を得る。焼成は、酸素の存在しない雰囲気下、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下や真空雰囲気下で行う。雰囲気に酸素が存在すると、焼成時に黒鉛粉がCOやCO2となって揮散し、消失するためである。
図4は、焼成された潤滑部材4のミクロ組織を概略的に表すものである。焼成により造粒黒鉛粉に含まれていた樹脂バインダは炭化物(非晶質の無定形炭素)となって、網目構造のバインダ成分14を構成する。バインダ成分14の網目中に、黒鉛粉に由来する、固体潤滑剤粒子としての黒鉛粒子13が保持される。黒鉛粒子13の保持は、バインダ成分14の表面が黒鉛粒子13の表面と絡み合うことによって行われる。図中の符号15は、ミクロ組織中に多数形成された空孔である。潤滑部材4の表面においては、黒鉛粒子13が面積比で60%以上、好ましくは80%以上を占めており、そのために軸2との摺動時に高い潤滑性が得られる。
一方、金属基体3は、焼結軸受で採用される通常の製造工程、すなわち金属粉を主成分とする原料粉を成形型で圧縮成形し、成形体(金属粉成形体)を加熱して焼結させることで製造される。金属基体3としては、銅を主成分とする銅系、鉄を主成分とする鉄系、銅および鉄を主成分とする銅鉄系をはじめとする任意の種類の焼結金属を使用することができる。この他、アルミニウム-青銅系等の特殊な焼結金属を使用することもできる。
例えば銅鉄系の焼結軸受では、鉄粉、銅粉、および低融点金属粉を混合したものが原料粉として使用される。低融点金属は、焼結時にそれ自体が溶融して液相焼結を進行させるための成分であり、銅よりも低融点の金属が使用される。具体的には700℃以下の融点を有する金属、例えば錫(Sn)、亜鉛(Zn)、リン(P)等が使用可能であり、この中でも銅との相性の良いSnを使用するのが好ましい。低融点金属は、混合粉中にその単体粉を添加する他、他の金属粉と合金化することで添加することもできる。
原料粉には、上記の金属粉の他に、必要に応じてフッ化カルシウム等の焼結助剤やステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を添加し、さらに固体潤滑剤粉としての黒鉛粉を添加することもできる。黒鉛粉を添加することで、焼結後の金属基体3の焼結組織中に黒鉛粒子を分散させることができるので、軸受面11のうち金属基体3で形成される部分での潤滑性をさらに高めることができる。
成形工程では、成形型に原料粉を充填して圧縮することで、図5に示すように、金属基体3に対応した形状の成形体3’(金属粉成形体)が成形される。この金属粉成形体3’には、その成形時に、金属基体3の保持部3aに相当する凹部3a’が形成されている。
次いで、金属粉成形体3’の各凹部3a’に上記の手順で製作した焼成体(潤滑部材4)を隙間嵌めで嵌合させる。その後、金属粉成形体3’と潤滑部材4のアセンブリを、金属粉成形体3’を焼結させるのに必要な焼結温度(例えば金属粉成形体3’が銅鉄系であれば、750~900℃程度)で加熱して金属粉成形体3’を焼結させる。焼結中は、焼成された潤滑部材4も加熱されることになるが、加熱中に潤滑部材4の組織が変化することはなく、焼成の前後で潤滑部材4の組織および形態が維持される。
ところで、焼結前の金属粉成形体の段階では、図15(a)に示すように、金属粉P1,P2同士が互いに接触した状態にある(この時の粒子間距離をEとする)。その一方で、金属粉成形体を焼結すると、図15(b)に示すように、隣り合う金属粉P1’,P2’の一部組織が相手側に拡散するため、焼結後の粒子間距離eが焼結前の粒子間距離Eよりも小さくなる(E>e)。このように焼結に伴って粒子間距離が縮小するため、焼結後の金属基体3には内径面および外径面の双方を縮径させる方向の収縮力F(図1(a)参照)が生じ、この収縮力Fによって金属基体3と潤滑部材4の嵌め合いが隙間嵌め状態から締まり嵌め状態に移行する。従って、潤滑部材4を金属基体3に確実に固定し、使用中の潤滑部材4の脱落を防止することが可能となる。特に図1(a)に示すように、金属基体3における保持部3aの開口幅D0を、潤滑部材4の最大幅D(直径寸法)よりも小さくしておけば、潤滑部材4の内径側への脱落をより確実に規制することができる。
焼結時における金属粉成形体3’の収縮は、例えば金属粉を構成する粒子として、不規則形状のものを使用することで強化することができる。この場合、焼結に伴って不規則形状の粒子が球形化し、粒子間の距離が小さくなるため、成形体3’の収縮がより一層顕著なものとなる。鉄粉および銅粉としては、還元粉、アトマイズ粉、電解粉等が代表的であるが、鉄粉として多孔質の海綿状をなす還元鉄粉を使用し、銅粉として樹枝状をなす電解銅粉を使用すれば、何れも不規則度合いが大きいために高い収縮力Fを得ることができる。従って、収縮力Fを大きくしたいのであれば、原料粉中の鉄粉あるいは銅粉として、還元鉄粉や電解銅粉を使用するのが好ましい。還元鉄粉にこれ以外の種類の鉄粉を添加し、あるいは電解銅粉にそれ以外の種類の銅粉を添加することにより、焼結時に生じる収縮力Fの大きさを調整することができる。
焼結工程を経た焼結品はサイジング工程に移送され、金型内での再圧縮により表面各部(内周面、外周面、および両端面)の寸法が矯正される。この際、少なくとも軸受面11となる内周面にサイジングを施すことで、高真円度の軸受面11を得ることができ、安定した軸受性能を得ることが可能となる。このように軸受面11は最終的にはサイジングで仕上げられるので、焼結終了時点では金属基体3の内周面3bと潤滑部材4の内側面4bとの間に段差が存在していても構わない。サイジングで矯正できないほどの段差が存在する場合は、焼結品の内周面全体、すなわち金属基体3の内周面3b、および潤滑部材4の内側面4bの全体にわたって切削等の機械加工を施してからサイジングを行う。
サイジング工程を経ることで、図1(a)(b)に示す焼結軸受1が完成する。この焼結軸受1は、基本的には潤滑油や液状グリース等を含浸させないドライ軸受として使用される。但し、必要があればこれらを含浸させる含油処理をサイジング後に行い、金属基体3および潤滑部材4の何れか一方または双方の細孔中に潤滑油成分を保持させてもよい。
焼結操作で潤滑部材4を金属基体3に固定するための第二の手法として、潤滑部材4を焼結可能な材料で形成することが考えられる。以下、この手法による焼結軸受1の構成およびその製造工程を、第二の実施形態として説明する。
第二の実施形態において、潤滑部材4は、原料粉末を成形して得た成形体を焼結することで形成される。この場合、原料粉末は、固体潤滑剤粉を金属で被覆した被覆粉を主成分とする。被覆粉として、図6に示すように、例えば固体潤滑剤粉6を金属8でめっき(無電解めっき)しためっき粉9を用いることができる(以下の説明では、金属8を「被覆金属」と称する)。固体潤滑剤粉6としては黒鉛粉が好ましく、被覆金属8としては銅(Cu)あるいはニッケル(Ni)を用いるのが好ましい。めっき粉9としては、黒鉛粉6の全表面を被覆金属8で被覆したものが最も好ましいが、必ずしも全表面を被覆する必要はなく、黒鉛粉6の表面の一部が単体めっき粉9の外部に露出していても構わない。めっき粉9における被覆金属8の割合は、10wt%以上、80wt%以下、好ましくは15wt%以上、60wt%以下、さらに好ましくは20wt%以上、50wt%以下の程度とする。被覆金属8の量が少なすぎると、めっき粉9の表面に黒鉛粉6が露出する割合が多くなって、焼結後の粒子間の結合強度が不足する。一方、被覆金属8の量が多すぎると、軸受面11となる潤滑部材4の内側面4bに露出する黒鉛量が少なくなって潤滑部材4の潤滑性が低下する。なお、銅とニッケルでは比重がほぼ同じであるので、被覆金属8として銅とニッケルのどちらを使用した場合でも、好ましい重量割合に実質的な差は生じない。
めっき粉9で使用する黒鉛粉6としては、人造黒鉛粉を使用するのが好ましい。鱗片状の天然黒鉛粉を使用すると、黒鉛粉6を被覆金属8で十分に被覆することが難しいためである。被覆金属8による黒鉛粉6の被覆が不十分であると、後の焼結工程においてめっき粉の被覆金属8同士を結合することができず、強度を確保できない。
めっき粉9の被覆金属8同士を強固に結合するため、原料粉には低融点金属を含有させる。含有させる手法としては、低融点金属の単体粉をめっき粉9に添加し、あるいはめっき時に、低融点金属と合金化させた被覆金属8を黒鉛粉6の周囲に析出させることが考えられる。低融点金属は、第一の実施形態と同様に、700℃以下の融点を有する金属、例えば錫(Sn)、亜鉛(Zn)、リン(P)等が使用可能であり、この中でもSnを使用するのが好ましい。
この場合、被覆金属8に対する低融点金属の割合は0.3~5wt%、好ましくは0.5~3wt%の範囲に設定する。低融点金属の割合が少なすぎると液相焼結が進まないために必要強度を得ることができず、逆に低融点金属の割合が多すぎると、軸受面11となる潤滑部材4の内側面4bに露出する黒鉛量が少なくなり、かつ内側面4bが不必要に硬質化されて潤滑部材4の潤滑性が低下するため、上記の割合とする。
この他、潤滑部材4を形成する原料粉には、上記の粉末(めっき粉、および必要であれば低融点金属粉)の他に、必要に応じて焼結助剤や潤滑剤を添加する。
この第二の実施形態において、金属基体3を形成するための原料粉は、第一の実施形態の金属基体3を形成する原料粉と共通するので重複説明を省略する。以下、潤滑部材4の原料粉(めっき粉9を含む)を第一粉末Maとし、金属基体3の原料粉を第二粉末Mbとして、焼結軸受1の製造工程を説明する。
この実施形態の成形工程では、第一粉末Maと第二粉末Mbを同一の金型に供給して同時に成形する、いわゆる二色成形(多色成形)の手法を採用する。この二色成形は、金型内に二つのキャビティを区画形成して、各キャビティにそれぞれ粉末を充填し、成形するものである。
二色成形用の金型の一例を図7に示す。この金型は、ダイ21と、ダイ21の内周に配されたコアピン22と、ダイ21の内周面とコアピン22の外周面との間に配された下パンチ23と、仕切り部材25(図8参照)と、円錐面状のガイド28(図8参照)と、上パンチ29(図12参照)とを有する。ガイド28は、第一粉末Maのキャビティへの充填を円滑化するために設けられており、かかる充填がスムーズに行われるのであればガイド28を省略することもできる。
図8に示すように、仕切り部材25は、同心配置した内側仕切り26と外側仕切り27とを備えている。両仕切り26,27は互いに独立して昇降可能に構成されている。内側仕切り26は、図1に示す各潤滑部材4に対応した形状に形成されている。
この圧縮成形工程では、先ず図7に示すように、仕切り部材25およびガイド28を金型から退避させた状態で、コアピン22および下パンチ23を上昇させ、それらの上端面をダイ21の上端面21aと同レベルに配置する。金型に対する仕切り部材25およびガイド28の退避方向は、上方および側方のどちらでもよい。
次いで、図8に示すように、仕切り部材25およびガイド28を金型上に配置して、内側仕切り26の下端面を下パンチ23の上端面に接触させ、外側仕切り27の下端面をダイ21の上端面21aに接触させる。また、ガイド28の下端面をコアピン22の上端面に接触させる。この状態で、内側仕切り26とガイド28の間の空間を第一粉末Maで満たし、内側仕切り26と外側仕切り27の間の空間を第二粉末Mbで満たす。
次いで、図9に示すように、下パンチ23および内側仕切り26の位置を保持しながら、ダイ21、コアピン22、および外側仕切り27を連動して上昇させる。これにより、内側仕切り26とコアピン22の間の内側キャビティ24aが第一粉末Maで満たされ、内側仕切り26とダイ21の間の外側キャビティ24bが第二粉末Mbで満たされる。
次に図10に示すように、内側仕切り26を上昇させて、内側キャビティ24aと外側キャビティ24bを区画していた内側仕切り26を撤去し、両キャビティ24a,24bを一体化する。このように内側仕切り26を撤去しても、第一粉末Maと第二粉末Mbが完全に混じり合うことはなく、両粉末Ma,Mbは分離した状態に維持される(図中の破線は、両粉末のMa,Mbの境界を表すために便宜的に付した線である)。
次に図11に示すように、仕切り部材25およびガイド28を撤去し、さらにキャビティ24a,24bから溢れ出た余剰粉末を除去してから、図12に示すように、上パンチ29を降下させてキャビティ内の第一粉末Maおよび第二粉末Mbを圧縮し、成形体1’を製作する。
その後、成形体1’を成形型から取り出し、低融点金属の融点よりも高く、めっき粉9の被覆金属8(銅あるいはニッケル)の融点よりも低い温度(例えば750~900℃程度)で焼結することで図13に示す焼結軸受1が完成する。この際、第一粉末Maの焼結によって潤滑部材4が形成され、第二粉末Mbの焼結によって金属基体3が形成される。
この焼結中は、内側の第一粉末Maに含まれる低融点金属が溶融し、これがめっき粉9の被覆金属8(例えば銅)をぬらして被覆金属8との合金になる。この合金化により、被覆金属8の表面がその融点よりも低い温度で溶融し、この溶融液によってめっき粉9の被覆金属8同士が結合されて第一粉末Maが焼結体となる。
被覆金属8と低融点金属の合金溶融液は、第二粉末Mbからなる成形体にも浸透し、第二粉末Mbに含まれる金属粉に拡散して、金属粉同士(例えば鉄粉同士、銅粉同士、あるいは鉄粉と銅粉)を結合させる。第二粉末Mbに低融点金属や銅等が含まれている場合には、同様の作用で第二粉末Mbに含まれる金属粉同士が結合する。また、第二粉末Mbが鉄系粉末からなり、低融点金属と銅が含まれていない場合でも、第一粉末Maで生じた前記合金溶融液が第二粉末Mbの鉄粉に拡散し、鉄粉同士を結合させる。以上の作用により、成形体1’の全体が焼結体となるため、高強度の焼結軸受1が得られる。また、金属基体3と潤滑部材4の境界部も界面のない焼結組織となるため、潤滑部材4を金属基体3により確実に固定することができる。
その一方で、第一粉末Maのめっき粉9に含まれる黒鉛粉6は、基本的に第二粉末Mb側に移動せずにそのまま残るため、潤滑部材4は黒鉛粒子をリッチに含んだ組織となる。
その後、第一の実施形態と同様に、少なくとも軸受面11にサイジングを施し、さらに必要に応じて含油を行うことで、図1(b)および図13に示す焼結軸受1が完成する。
ところで、めっき粉9はその表面の略全体が被覆金属8で覆われているため、焼結工程の直後は、潤滑部材4の内側面4bのほとんどが被覆金属8に由来する金属粒子で覆われた状態にある。その後の軸受面11のサイジング工程で、サイジング型(例えばコアロッド)との摺動で潤滑部材4の内側面4bの金属粒子を剥離もしくは脱落させれば、内側面4bに多量の黒鉛粒子を露出させることができ、内側面4bにおける黒鉛粒子の分布量(面積比)を第一の実施形態と同程度まで高めることができる。金属粒子の剥離もしくは脱落を効果的に行うため、軸受面11をサイジングする際には、焼結品の内周面をサイジング型でしごくような操作、例えば焼結品をダイに圧入して焼結品の内周面をサイジング型に押し付け、その状態でサイジング型を軸方向に摺動させるような操作、を行うのが好ましい。
なお、たとえ初期の状態で潤滑部材4の内側面4bに露出した黒鉛粒子の量が不十分であっても、その後、軸2(図1(b)参照)を回転させれば、軸2との摺動により内側面4bを覆う金属粒子が剥離・脱落し、必要十分な量の黒鉛粒子が内側面4bに現れるようになる。
この第二実施形態の焼結軸受1では、内側仕切り26を撤去する際に、第一粉末Maと第二粉末Mbの境界付近で両粉末が混じり合うことが避けられない。そのため、金属基体3と潤滑部材4の間に明瞭な界面は存在せず、両者間には、図13の拡大図に示すように、金属基体3側から潤滑部材4側にかけて、各元素の濃度勾配を有する遷移層Xが形成されることになる。
第三の実施形態として、第一の実施形態と第二の実施形態の組み合わせで焼結軸受1を製造することもできる。この第三の実施形態における焼結軸受1の製造手順は以下のとおりである。すなわち、第二の実施形態と同様の手法で、めっき粉9を主成分とする原料粉を成形し、焼結することで潤滑部材4を形成する。次に、この潤滑部材4を第一の実施形態で述べた金属粉成形体3’(図5参照)の凹部3a’に嵌合し、この状態で金属粉成形体3’および潤滑部材4からなるアセンブリを焼結温度で加熱して金属粉成形体3’を焼結させる。この焼結時に金属粉成形体3’に生じる収縮力Fで潤滑部材4を金属基体3に固定する。その後、少なくとも軸受面11にサイジングを行うことで、図1(a)(b)に示す焼結軸受を得ることができる。
以上の説明では、摺動部材の一例として軸受を例示したが、本発明の摺動部材は、相対運動を行う相手側の部材を支持する部材として広く用いることができる。ここでいう相対運動には、回転運動に限らず、直線運動も含まれる。また、相手側の部材の形態としては、軸状の他、平面状等の任意の形態を採用することができる。また、摺動部材の形態も任意であり、焼結軸受1のような円筒形状に限らず、摺動パッドと呼ばれる平板状等の形態を採用することもできる。
また、以上の説明では、潤滑部材4を金属基体3の円周方向複数個所に配置する場合を例示したが、潤滑部材4の形態はこれに限定されるものではない。例えば図14(a)に示すように、円周方向で連続させた潤滑部材4を軸受面11の略半周を覆うように配置し、あるいは図14(b)に示すように、軸受面11の略全周を覆うように配置することもできる。
さらに、潤滑部材4は、図1(a)(b)に示すように軸方向に沿って配置する他、軸芯を中心としたらせん状に配置してもよい。これにより、軸2の軸方向各部を、その1回転の間に少なくとも1回は潤滑部材4を通過させることが可能となるので、良好な潤滑性が得られる。また、図1(a)(b)に示すように、潤滑部材4を金属基体3の軸方向全長にわたって配置する他、軸方向の一部領域に限って配置してもよい。何れにせよ、少なくとも軸受面11の一部が潤滑部材4で形成されていれば本願発明の効果を得ることができる。
この他、潤滑部材4を半径方向に延ばして、摺動部材の他部材に対する取り付け面(例えば金属基体3の外周面12)の一部を潤滑部材4で構成することもできる。
また、以上の説明では、潤滑部材4を構成する固体潤滑剤として黒鉛を使用する場合を例示したが、二硫化モリブデン等の黒鉛以外の固体潤滑剤も広く使用することが可能である。
以上に述べた摺動部材の用途は問わないが、特に高温、高面圧、高速回転といった苛酷条件下で使用する用途に適合する。例えば自動車エンジンにおける燃料ポンプ用の軸受、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の低減を目的として設置される排気ガス循環装置(EGR装置)のEGRバルブ用の軸受等に使用することが可能である。これらの用途では、ガソリンや廃棄ガスに対する軸受の耐腐食性も求められるため、金属基体3としては耐腐食性に優れるアルミニウム-青銅系を使用するのが好ましい。この他、建設機械(ブルドーザ、油圧ショベル等)におけるアームの関節部分に使用する軸受等としても使用することができる。
また、以上に説明した摺動部材は、トルク伝達機構において固定軸に回転可能に支持される従動要素(ギヤ、プーリ-等)としても使用することができる。この従動要素の用途によっては、固定軸との間の摺動部に潤滑油を介在させることが好ましくない場合があり、そのような用途に本発明の摺動部材が適合する。例えばガソリンスタンド等に設置される計量機には給油用ギヤポンプが配置されるが、この給油用ギヤポンプの給油経路中に従動ギヤが配置される場合がある。この場合、燃料や灯油等への潤滑油の混入を避けるため、従動ギヤに潤滑油を含浸させるのは好ましくない。従って、このような用途に用いる従動ギヤとして、潤滑油を用いずとも高い潤滑性が得られる本発明の摺動部材を使用するのが好ましい。
図16に、上記給油用ギヤポンプとして用いられる内接型ギヤポンプの分解斜視図を示す。同図に示すように、このギヤポンプは、静止側となる本体51と、外歯型のインナロータ52(従動ギヤ)と、内歯型のアウタロータ53とを有する。アウタロータ53には、モータ等の回転駆動源に駆動される駆動軸53aが設けられている。本体51には、駆動軸53aに対して偏心した固定軸51aが設けられており、この固定軸51aの外周にインナロータ52の軸孔52aが回転可能に嵌合されている。図17に示すように、インナロータ52は、その外歯をアウタロータ53の内歯と噛み合わせてアウタロータ53の内径側に偏心して配置される。アウタロータ53の歯数は、インナロータ52の歯数よりも一つもしくは二つ以上多くする。
かかる構成において、アウタロータ53を回転駆動させると、歯部同士の噛み合いでインナロータ52も回転力を受け、アウタロータ53に追従して同方向に回転する。これにより、歯部間の空間の容積が拡大および縮小するため、ガソリン等を吸入・吐出することが可能となる。
この給油用ギヤポンプにおいて、従動ギヤであるインナロータ52は、既に述べた焼結軸受1と同様に、金属基体3と、金属基体3の内周面に固定された潤滑部材4とを有する。金属基体3は、金属粉を主成分とする原料粉を焼結させたものであり、外周に複数の歯部を有すると共に、内周に孔を有するギヤ形状をなす。潤滑部材4は、黒鉛粒子の集合体からなり、金属基体3の前記原料粉を焼結させる焼結操作で金属基体3の内周面に固定されている。潤滑部材4の内周面が、固定軸51aの外周面と摺動する摺動面(軸孔52a)を構成する。金属基体3と潤滑部材4の各構成や両者の固定手法は、焼結軸受1の第一の実施形態~第三の実施形態と共通する。なお、金属基体3には、ガソリンに対する耐腐食性も求められるため、金属基体3としては耐腐食性に優れるアルミニウム-青銅系を使用するのが好ましい。
金属基体3に潤滑部材4を固定した後で、必要に応じて、潤滑部材4の内周面にサイジングや切削等の仕上げ加工を施すことで、図16に示すインナロータ52が完成する。金属基体3および潤滑部材4に対する潤滑油の含浸は行われない。
かかる構成のインナロータ52は、潤滑油を含まないため、計量機で供給される燃料や灯油への潤滑油の混入を回避することができる。その一方で、摺動面が高い潤滑性を有するため、インナロータ52でのトルクロスを最低限に抑えることができる。
次に、本願第二発明にかかる摺動部材として軸受を一例に挙げ、その詳細を図18~図27に基づいて説明する。
図18(a)(b)に示すように、軸受101は円筒状を成し、その内周に相手材としての軸102(鎖線で示す)が挿入される。軸受101の内周面には、軸102と摺動する摺動面としての軸受面111が設けられる。本実施形態では、軸受101の外周面112が、図示しないハウジングの内周面に圧入や接着等の手段で固定され、軸受101の内周に挿入された軸102が回転自在に支持される。このように軸102を回転側とする他、軸102を静止側とし、軸受101を回転側とすることもできる。
軸受101は、炭素を主成分(重量比で最も多い成分)とする炭素系焼成体103と、炭素系焼成体103を保持する樹脂基体104とを備える。本実施形態では、複数(図示例では5個)の炭素系焼成体103が円周方向等間隔に配され、これらの複数の炭素系焼成体103が樹脂基体104に一括して保持されている。各炭素系焼成体103は、軸受101の内周面に露出し、軸受面111の一部を構成している。図示例では、各炭素系焼成体103が、軸受101の内周面に露出した内側面103aと、樹脂基体104と密着した外側面103bとを有する。各炭素系焼成体103の内側面103aは、樹脂基体104の内周面104aと段差なく連続する凹円筒面状に形成される。本実施形態では、各炭素系焼成体103の内側面103aと樹脂基体104の内周面104aとで、断面真円状の軸受面111が構成される。各炭素系焼成体103の外側面103bは、凸円筒面状に形成され、樹脂基体104の凹円筒面状の保持面104bと全域で密着している。
この軸受101では、軸受面111の一部を構成する炭素系焼成体103が黒鉛粒子の供給源となる。炭素系焼成体103から供給された黒鉛粒子が、軸受面111と軸102との相対移動によって軸受面111全体に行き渡ることで、軸受面111全体で黒鉛粒子による潤滑効果を得ることができる。
また、軸受101においては、必ずしも軸受面111の全体に対して軸102が摺動するわけではなく、軸受面111の限定された一部領域が軸102と摺動する場合が多い。例えば、軸102を水平姿勢とした場合、軸102は重力によって落ち込んで軸受面111の下側領域で軸受面111と摺動することが多い。その場合、軸102との摺動領域に炭素系焼成体103が位置するように、軸受101における炭素系焼成体103の位置や形状を設計し、あるいは軸受101の円周方向の位相を調整することで、軸102を炭素系焼成体103と常に摺動させることが可能となる。これにより高い潤滑効果を得ることができるため、例えば軸受面111との間に潤滑油を介在させないオイルレスの状態で軸102を支持することが可能となる。もちろん、軸受面111と軸102との間に潤滑油を介在させた状態で使用することもでき、この場合さらに潤滑効果が高められる。本実施形態では、軸受面111と軸102との間に潤滑油を介在させると共に、炭素系焼成体103の内部空孔に油を含浸させている。この場合、軸102の回転に伴う温度上昇により炭素系焼成体103の表面(内側面103a)から油が滲み出し、この油が軸受面111と軸102との摺動領域に供給されることで、摺動領域における油膜切れを確実に回避して優れた摺動性が維持される。
上記の軸受101は、焼成体形成工程、インサート成形工程、サイジング工程、及び含油工程を経て製造される。以下、各工程を詳細に説明する。
[焼成体形成工程]
炭素系焼成体103は、炭素系粉末と、樹脂バインダ粉とを含む原料粉末を用いて形成される。炭素系粉末としては、例えば黒鉛粉を使用することができ、具体的には、天然黒鉛粉及び人造黒鉛粉の何れもが使用可能である。天然黒鉛粉は鱗片状を成しているため潤滑性に優れるという特徴を有する。一方、人造黒鉛粉は塊状を成しているため成形性に優れるという特徴を有する。尚、炭素系粉末は、結晶質粉である黒鉛粉に限らず、ピッチ粉やコークス粉等の非晶質粉を使用することもできる。樹脂バインダ粉としては、例えばフェノール樹脂粉を使用することができる。
炭素系焼成体103は、炭素系粉末と、樹脂バインダ粉とを含む原料粉末を用いて形成される。炭素系粉末としては、例えば黒鉛粉を使用することができ、具体的には、天然黒鉛粉及び人造黒鉛粉の何れもが使用可能である。天然黒鉛粉は鱗片状を成しているため潤滑性に優れるという特徴を有する。一方、人造黒鉛粉は塊状を成しているため成形性に優れるという特徴を有する。尚、炭素系粉末は、結晶質粉である黒鉛粉に限らず、ピッチ粉やコークス粉等の非晶質粉を使用することもできる。樹脂バインダ粉としては、例えばフェノール樹脂粉を使用することができる。
以上に述べた黒鉛粉及び樹脂バインダ粉に、必要に応じて成形助剤や潤滑剤、あるいは改質剤等を添加して均一に混合する。この混合物を成形型に供給した上で圧縮成形し、炭素系焼成体103の形状に対応した圧粉体を成形する。その後、この圧粉体を、例えば炉内温度900~1000℃で焼成することで、多孔質の炭素系焼成体103を得る。焼成は、酸素の存在しない雰囲気下、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下や真空雰囲気下で行う。雰囲気に酸素があると、黒鉛粉がCOやCO2となって揮散し、消失するためである。
尚、炭素系焼成体103の原料粉末として、上記のように黒鉛粉及び樹脂バインダ粉の混合粉末を使用する他、樹脂バインダの介在下で黒鉛粉を造粒した造粒黒鉛粉を使用することもできる。造粒黒鉛粉は、単体の樹脂バインダ粉や黒鉛粉と比べて比重が大きく、流動性が高いため、成形型への供給がしやすくなり、所定形状に精度良く成形することが可能となる。
図19は、炭素系焼成体103のミクロ組織を概略的に表すものである。焼成により造粒黒鉛粉に含まれていた樹脂バインダは炭化物(非晶質の無定形炭素)となって、網目構造のバインダ成分114を構成する。バインダ成分114の網目中に、黒鉛粉に由来する、固体潤滑剤粒子としての黒鉛粒子113が保持される。黒鉛粒子113の保持は、バインダ成分114の表面が黒鉛粒子113の表面と絡み合うことによって行われる。図中の符号115は、ミクロ組織中に多数形成された空孔である。炭素系焼成体103の表面(特に内側面103a)においては、黒鉛粒子113が面積比で60%以上、好ましくは80%以上を占めており、そのために軸102との摺動時に高い潤滑性が得られる。
[インサート成形工程]
上記の炭素系焼成体103をインサート部品として樹脂で射出成形することにより、複数の炭素系焼成体103とこれを保持する樹脂基体104との一体品を形成する。ここで使用される成形金型120は、図20に示すように、固定型121と、可動型122とを備える。固定型121には円柱部121aが設けられ、円柱部121aの外周面で樹脂基体104の内周面104aが成形される。固定型121のうち、樹脂基体104の端面を成形する成形面121cには、ゲート121bが設けられる。本実施形態では、固定型121の成形面121cに、複数(図示例では3つ)のゲート121bが円周方向等間隔に配される(図21参照)。尚、ゲート種類は、図示例のような点状ゲートに限らず、例えば環状のフィルムゲートとしてもよい。
上記の炭素系焼成体103をインサート部品として樹脂で射出成形することにより、複数の炭素系焼成体103とこれを保持する樹脂基体104との一体品を形成する。ここで使用される成形金型120は、図20に示すように、固定型121と、可動型122とを備える。固定型121には円柱部121aが設けられ、円柱部121aの外周面で樹脂基体104の内周面104aが成形される。固定型121のうち、樹脂基体104の端面を成形する成形面121cには、ゲート121bが設けられる。本実施形態では、固定型121の成形面121cに、複数(図示例では3つ)のゲート121bが円周方向等間隔に配される(図21参照)。尚、ゲート種類は、図示例のような点状ゲートに限らず、例えば環状のフィルムゲートとしてもよい。
インサート成形工程では、まず、固定型121の円柱部121aの外周の所定箇所に、複数の炭素系焼成体103を配置する。この状態で、可動型122と固定型121とを型締めすることでキャビティ123が形成され、このキャビティ123内に複数の炭素系焼成体103が配置される。このとき、各炭素系焼成体103は、固定型121と可動型122とで軸方向両側から挟持される。これにより、キャビティ123内の所定箇所に各炭素系焼成体103を固定し、溶融樹脂の射出時の位置ずれが防止される。
そして、ランナ121dからゲート121bを介して溶融樹脂をキャビティ123に射出し、キャビティ123が溶融樹脂で満たされる。この溶融樹脂の主成分(重量比で最も多い成分)となる合成樹脂としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアセタール(POM)、液晶ポリマー(LCP)、全芳香族ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂(ポリフッ化オレフィン系樹脂)、ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、2種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。
樹脂基体104を形成する樹脂の主成分としては、結晶性樹脂を用いることが好ましい。結晶性樹脂は、非晶性樹脂に比べると、機械的強度に優れると共に、成形収縮率が大きい。機械的強度に優れた結晶性樹脂を用いることで、樹脂基体104の剛性が向上する。また、成形収縮率の大きい結晶性樹脂を用いることで、溶融樹脂をキャビティに射出した後、固化する際の成形収縮により樹脂基体104の保持面104bが縮径し、樹脂基体104が炭素系焼成体103を確実に掴むこととなる(詳細は後述する)。結晶性樹脂としては、例えば、LCP、PEEK、PBT、PPS、PA、POMなどが挙げられる。例えば、LCP、PEEK、PPSからなる結晶性樹脂の群から選ばれる少なくとも一種以上の結晶性樹脂は、耐薬品性、耐熱性などに優れる。また、結晶性樹脂の中でも、PPSは、耐薬品性、価格の点で優れているため特に好ましい材料である。本実施形態では、樹脂基体104が、PPSを主成分とし、各種充填剤を含む樹脂組成物で形成される。PPSとしては、架橋PPS、半架橋PPS,直鎖状PPSなどが使用でき、例えば靱性に優れる直鎖状PPSが好適に使用される。
充填剤は、摩擦摩耗特性の改善や、線膨張係数を小さくすることを目的として添加される。充填剤の具体例としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ポリエステル繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、金属繊維等の繊維類やこれらを布状に編んだもの、炭酸カルシウムやタルク、シリカ、クレー、マイカ等の鉱物類、硼酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー等の無機ウィスカー類、ポリイミド樹脂やポリベンゾイミダゾール等の各種耐熱性樹脂等が挙げられる。この他、帯電防止剤(カーボンナノ繊維、カーボンブラック、黒鉛など)、離型剤、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、顔料などの添加剤を適宜添加してもよい。
本実施形態では、充填剤として、繊維状補強材である炭素繊維と、固体潤滑剤であるPTFEとが添加される。炭素繊維を配合することで、曲げ弾性率などの機械的強度の向上が図られ、PTFEの配合により、軸102や成形金型120の円柱部121a等に対する摺動特性の向上が図られる。炭素繊維は、ピッチ系とPAN系とに大別され、何れも使用可能である。炭素繊維は、例えば、平均繊維径20μm以下、平均繊維長0.02~0.2mmのものが使用される。炭素繊維の配合比は、例えば、樹脂基体104全体に対して10質量%以上40質量%以下、好ましくは20質量%以上30質量%以下とされる。PTFEの配合比は、例えば、樹脂基体104全体に対して1質量%以上40質量%以下、好ましくは2質量%以上30質量%以下とされる。
その後、キャビティ123に満たされた樹脂が冷却されて固化することにより、樹脂基体104が形成される。このとき、樹脂の成形収縮により、樹脂基体104の保持面104bが縮径し、炭素系焼成体103の外側面103bを押圧する{図18(a)の矢印F参照}。これにより、樹脂基体104の保持面104bと炭素系焼成体103の外側面103bとが締め代をもって密着した状態となるため、両者が強固に固定される。このとき、樹脂基体104の保持面104bの円周方向の開口幅D0(すなわち、炭素系焼成体103の内側面103aの円周方向幅)を、保持面104bの円周方向の最大幅D(≒炭素系焼成体103の直径)よりも小さくしておけば、炭素系焼成体103の内径側への脱落をより確実に規制することができる。尚、上記のように樹脂基体104が成形収縮することにより樹脂基体104の内周面104aが縮径するが、炭素系焼成体103が樹脂基体104の縮径に伴って内径側に移動することにより、炭素系焼成体103の内側面103aと樹脂基体104の内周面104aとが連続した状態で維持される。
[サイジング工程]
次に、炭素系焼成体103と樹脂基体104との一体品101’に対して型成形によるサイジングが施される。具体的には、まず、図22(a)に示すように、一体品101’の内周にコアピン131を挿入する。このとき、一体品101’の内周面111’(炭素系焼成体103の内側面103a及び樹脂基体104の内周面104a)とコアピン131の外周面とは、僅かな半径方向隙間を介して嵌合している。そして、一体品101’の軸方向幅を上パンチ132及び下パンチ133で規定した状態で、図22(b)に示すように、一体品101’、コアピン131、及び上下パンチ132,133を一体に降下させ、一体品101’をダイ134の内周に圧入する。これにより、一体品101’の外周面112’がダイ134の内周面で成形されると同時に、一体品101’が外周から圧迫され、一体品101’の内周面111’がコアピン131の外周面に押し付けられる。これにより、樹脂基体104の内周面104aがコアピン131の外周面に倣って塑性変形すると共に、各炭素系焼成体103の半径方向位置が修正される。具体的には、複数の炭素系焼成体103を共通のコアピン131に押し付けることで、各炭素系焼成体103を所定の半径方向位置に配し、各炭素系焼成体103の内側面103aが同一円筒面上に配される。
次に、炭素系焼成体103と樹脂基体104との一体品101’に対して型成形によるサイジングが施される。具体的には、まず、図22(a)に示すように、一体品101’の内周にコアピン131を挿入する。このとき、一体品101’の内周面111’(炭素系焼成体103の内側面103a及び樹脂基体104の内周面104a)とコアピン131の外周面とは、僅かな半径方向隙間を介して嵌合している。そして、一体品101’の軸方向幅を上パンチ132及び下パンチ133で規定した状態で、図22(b)に示すように、一体品101’、コアピン131、及び上下パンチ132,133を一体に降下させ、一体品101’をダイ134の内周に圧入する。これにより、一体品101’の外周面112’がダイ134の内周面で成形されると同時に、一体品101’が外周から圧迫され、一体品101’の内周面111’がコアピン131の外周面に押し付けられる。これにより、樹脂基体104の内周面104aがコアピン131の外周面に倣って塑性変形すると共に、各炭素系焼成体103の半径方向位置が修正される。具体的には、複数の炭素系焼成体103を共通のコアピン131に押し付けることで、各炭素系焼成体103を所定の半径方向位置に配し、各炭素系焼成体103の内側面103aが同一円筒面上に配される。
このように、炭素系焼成体103及び樹脂基体104からなる一体品101’に対してサイジングを施すことで、炭素系焼成体103及び樹脂基体104のそれぞれに高精度な加工を施すことなく、内周面111’(軸受面111)の面精度(円筒度及び真円度や、外周面112’に対する同軸度等)を高めることができる。尚、本実施形態では、炭素系焼成体103が炭素(黒鉛粒子113、及び、樹脂バインダの炭化物からなるバインダ成分114)を主体としているため、ほとんど塑性変形しない。従って、各炭素系焼成体103自体はほとんどサイジングされず、コアピン131に押し付けられる内側面103aの表面が若干整えられる程度である。
[含油工程]
その後、サイジング工程を経た一体品101’(軸受101)の炭素系焼成体103の内部空孔に油を含浸させる。具体的には、減圧環境下で一体品101’を潤滑油中に浸漬させた後、大気圧に戻すことにより、炭素系焼成体103の内部空孔に油が含浸される。以上により、軸受101が完成する。
その後、サイジング工程を経た一体品101’(軸受101)の炭素系焼成体103の内部空孔に油を含浸させる。具体的には、減圧環境下で一体品101’を潤滑油中に浸漬させた後、大気圧に戻すことにより、炭素系焼成体103の内部空孔に油が含浸される。以上により、軸受101が完成する。
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と重複する点については説明を省略する。
上記の実施形態では、炭素系焼成体103として、黒鉛粒子を保持するバインダとして樹脂を用いた場合を示したが、これに限らず、金属バインダを用いて炭素系焼成体103を形成することもできる。具体的には、例えば、炭素系粉末の表面の一部又は全部を金属で被覆した被覆粉を主成分として含む原料粉末を用いる。被覆粉としては、例えば、黒鉛粒子を金属でめっき(無電解めっき)しためっき粉を用いることができる。黒鉛粒子を被覆する金属(以下、被覆金属)には、例えば銅やニッケルを使用することが好ましい。本実施形態では、めっき粉として、黒鉛粒子の表面を銅で被覆した銅被覆黒鉛粉が用いられる。
めっき粉における被覆金属の割合は、10質量%以上80質量%以下、好ましくは15質量%以上60質量%以下、さらに好ましくは20質量%以上50質量%以下程度とする。被覆金属の量が少なすぎると、めっき粉の表面に黒鉛粉が露出する割合が多くなって、焼成後の粒子間の結合強度が不足する。一方、被覆金属の量が多すぎると、軸受面111を構成する炭素系焼成体103の内側面103aに露出する黒鉛量が少なくなって炭素系焼成体103の潤滑性が低下する。なお、銅とニッケルでは比重がほぼ同じであるので、被覆金属として銅とニッケルのどちらを使用した場合でも、好ましい重量割合に実質的な差は生じない。
めっき粉に用いられる黒鉛粉としては、人造黒鉛粉を使用するのが好ましい。鱗片状の天然黒鉛粉を使用すると、黒鉛粉を被覆金属で十分に被覆することが難しいためである。被覆金属による黒鉛粉の被覆が不十分であると、後の焼成工程においてめっき粉の被覆金属同士を結合することができず、強度を確保できない。また、黒鉛粒子は、各粒子における黒鉛の割合を高めるため、造粒されていないものを用いることが好ましい。
このように、比重の小さい黒鉛粒子を金属で被覆することで、見掛密度が上がり黒鉛粒子の流動性が高められるため、成形金型への充填性が高められ、成形金型に原料粉末を均一に充填することが可能となる。また、原料粉末を圧縮成形する際、黒鉛粒子は塑性変形しないが、各黒鉛粒子を被覆する金属同士が塑性変形しながら噛み合うことで、樹脂バインダを用いることなく所定形状に成形することが可能となる。
めっき粉の被覆金属同士を強固に結合するため、原料粉には低融点金属を含有させる。含有させる手法としては、低融点金属の単体粉をめっき粉に添加し、あるいは、めっき時に、低融点金属と合金化させた被覆金属を黒鉛粒子の周囲に析出させることが考えられる。低融点金属は、焼結時にそれ自体が溶融して液相焼結を進行させるための成分である。この低融点金属としては、焼結温度よりも低い融点を有する金属が使用され、具体的には700℃以下の融点を有する金属、例えば錫(Sn)、亜鉛(Zn)、リン(P)等が使用される。銅系、鉄系、銅鉄系等の一般的な焼結金属を使用するのであれば、銅との相性の良いSnを使用するのが好ましい。
この場合、被覆金属に対する低融点金属の割合は0.3~5質量%、好ましくは0.5~3質量%の範囲に設定する。低融点金属の割合が少なすぎると液相焼結が進まないために必要強度を得ることができず、逆に低融点金属の割合が多すぎると、軸受面を構成する炭素系焼成体103の内側面103aに露出する黒鉛量が少なくなり、かつ内側面103aが不必要に硬質化されて炭素系焼成体103の潤滑性が低下するため、上記の割合とする。
この他、炭素系焼成体103を形成する原料粉には、上記の粉末(めっき粉、および必要であれば低融点金属粉)の他に、必要に応じて焼結助剤や潤滑剤を添加する。
上記組成の原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を、被覆金属の融点よりも低く、低融点金属の融点よりも高い焼結温度で加熱することにより、焼結体(炭素系焼成体103)が得られる。詳しくは、原料粉末中の低融点金属(例えば錫)が溶融し、その一部が被覆金属内に拡散して、被覆金属の表面に合金層を形成する。この合金層同士が固相状態で拡散接合されることにより、めっき粉同士が接合される。また、溶融した低融点金属のうち、被覆金属に拡散していないものは、めっき粉の間で固化することで糊のような役割を果たし、めっき粉同士の接合力の向上に寄与する。
ところで、圧粉体の原料粉末に樹脂バインダが含まれていると、焼成時に樹脂バインダが分解されて分解ガスが発生すると共に、焼成による樹脂バインダの消失による寸法変化が大きくなる。このような分解ガスの発生や寸法変化を抑えるためには、圧粉体を長時間かけて加熱して焼成をゆっくりと進める必要がある。これに対し、本実施形態では、上記のように圧粉体に樹脂バインダが含まれていないため、比較的短時間で焼結を行うことが可能となり、生産性が高められる。
上記のようにして形成された炭素系焼成体103は、図23に示すように、被覆金属としての銅116同士が焼結により接合されてなる網目中に、黒鉛粒子13が保持された構造を成す。尚、図23では、低融点金属の図示を省略している。
その後のインサート成形工程で、炭素系焼成体103を樹脂基体104で保持した一体品を形成し、この一体品に対してサイジング工程を施す。本実施形態の炭素系焼成体103は、図23に示すように、黒鉛粒子113の間に塑性変形しやすい銅116が介在しているため、型成形によりサイジングすることが可能である。従って、サイジング工程において、樹脂基体104の内周面104aだけでなく、炭素系焼成体103の内側面103aがサイジングされるため、軸受面111の面精度をより一層高めることができる。
以上の実施形態では、炭素系焼成体103を軸受101の内周面(軸受面111)のみに露出させた場合を示したがこれに限られない。例えば図24に示す実施形態では、炭素系焼成体103を、軸受101の内周面だけでなく、外周面112にも露出させている。この場合、サイジング工程において、各炭素系焼成体103を、半径方向両側から圧迫することができるため、サイジングしやすくなる。この実施形態では、炭素系焼成体103として、図23に示す金属バインダを用いたものを使用することが好ましい。
また、以上の実施形態では、複数の炭素系焼成体103を円周方向等間隔に配した場合を示したが、これに限られない。例えば図25に示すように、円周方向に連続させた半円筒状の炭素系焼成体103で、軸受面111の略半周を覆うように配置してもよい。あるいは図26に示すように、円筒状の炭素系焼成体103で軸受面111の全周を覆うようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、炭素系焼成体103の内側面103aと樹脂基体104の内周面104aとを同一円筒面状に配し、これらで軸受面111を構成した場合を示したが、これに限られない。例えば図27に示すように、炭素系焼成体103の内側面103aを樹脂基体104の内周面104aよりも内径側に配し、炭素系焼成体103の内側面103aのみで軸受面111を構成してもよい。この場合、複数の炭素系焼成体103の内側面103aは、同一円筒面上に配される。
また、炭素系焼成体103は、図18(b)に示すように軸受101の軸方向全長にわたって配置する他、軸方向の一部領域に限って配置してもよく、例えば軸方向に離隔した複数箇所に配置してもよい。
また、本発明は、軸の相対回転を支持する軸受に限らず、軸の軸方向移動を支持する軸受に適用することもできる。また、本発明は、円筒形状の摺動部材に限らず、他の形状(例えば、半円筒状や直方体状)の摺動部材に適用することもできる。
本発明に係る摺動部材は、内周面に摺動面を有する歯車として用いることができる。
例えば、本発明に係る摺動部材は、給油ポンプ用歯車、特に図31に示すような容積型の回転歯車ポンプに組み込まれるインナロータ141として用いることができる。インナロータ141は、図28及び図29に示すように、炭素を主成分とする炭素系焼成体103と、炭素系焼成体103を保持する樹脂基体104とを備える。本実施形態では、炭素系焼成体103が円筒状に形成され、炭素系焼成体103の外周面103bの全面が樹脂基体104で保持されている。炭素系焼成体103の内周面103aは、インナロータ141の内周面に露出し、固定軸162a(図31参照)の外周面と摺動する摺動面111として機能する。樹脂基体104の外周面には、アウタロータ163(図31参照)と噛み合う歯面141aが形成される。インナロータ141は、焼成体形成工程及びインサート成形工程を経て製造される。また、インサート成形工程で得られた炭素系焼成体103及び樹脂基体104の一体品に対し、必要に応じて、サイジング工程が施される。各工程は、上記の実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。
また、本発明に係る摺動部材は、遊星歯車減速機を構成する遊星歯車151(図30参照)として使用することができる。遊星歯車151は、同軸に配された太陽歯車と内歯車(図示省略)の半径方向間の円周方向複数箇所に配され、各遊星歯車151が太陽歯車及び内歯車の双方と噛み合っている。
遊星歯車151は、図30に示すように、炭素を主成分とする炭素系焼成体103と、炭素系焼成体103を保持する樹脂基体104とを備える。図示例では、炭素系焼成体103が円筒状に形成され、炭素系焼成体103の外周面103bの全面が樹脂基体104で保持されている。炭素系焼成体103の内周面103aは、遊星歯車151の内周面に露出し、軸102の外周面と摺動する摺動面111として機能する。樹脂基体104の外周面には、太陽歯車及び内歯車と噛み合う歯面151aが形成される。遊星歯車151は、焼成体形成工程及びインサート成形工程を経て製造される。また、インサート成形工程で得られた炭素系焼成体103及び樹脂基体104の一体品に対し、必要に応じて、サイジング工程及び含油工程の一方又は双方が施される。各工程は、上記の実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。
次に、本願第三発明に係る潤滑部材の実施形態を、図32及び図33に基づいて説明する。
潤滑部材は、原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉工程と、圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体を再圧縮してサイジングするサイジング工程とを経て製造される。以下、各工程の詳細を説明する。
(1)圧粉工程
まず、黒鉛粒子、バインダ金属、及び低融点金属を含む各種粉末を混合して、原料粉末を作成する。
まず、黒鉛粒子、バインダ金属、及び低融点金属を含む各種粉末を混合して、原料粉末を作成する。
黒鉛粒子としては、人造黒鉛や天然黒鉛を使用できる。黒鉛粒子は、粒状(鱗片状や土状でないもの)であることが好ましく、本実施形態では粒状の人造黒鉛が使用される。また、黒鉛粒子は、造粒されていないものでも、造粒されたものでも使用できる。ただし、黒鉛粒子を造粒するためには、各黒鉛粒子を結合するバインダが必要となり、各粒子における黒鉛の割合が低下するため、黒鉛粒子としては造粒されていないものを用いることが好ましい。
バインダ金属は、各黒鉛粒子の表面に付着している。バインダ金属には、後述する焼結温度よりも高い融点を有する金属が用いられる。バインダ金属には、黒鉛粒子よりも硬度が低く、塑性変形しやすい材料が用いられる。具体的に、バインダ金属としては、例えば銅やニッケルが使用でき、本実施形態では銅が用いられる。
低融点金属には、後述する焼結温度よりも低い融点を有する金属が用いられる。低融点金属としては、例えば、錫や亜鉛が使用でき、本実施形態では錫が用いられる。
原料粉末は、例えば、黒鉛粒子の表面にバインダ金属としての銅が付着した銅付着黒鉛粉末と、低融点金属となる錫粉末とを混合して作成される。本実施形態では、銅付着黒鉛粉末として、黒鉛粒子の表面に銅メッキを施した銅メッキ黒鉛粉末が使用される。また、銅付着黒鉛粉末としては、例えば、図32(a)に示すように黒鉛粒子(Gr)の表面を全て銅(Cu)で覆ったものや、銅付着黒鉛粉末として、図32(b)に示すように、黒鉛粒子(Gr)の表面に銅(Cu)を島状に分散させて付着させたものを使用することができる。図32(a)に示した銅付着黒鉛粉末と、図32(b)に示した銅付着黒鉛粉末は、それぞれ単独で使用することもできるし、これらを混合して使用することもできる。本実施形態では、図32(b)に示す銅付着黒鉛粉末が単独で使用される。
上記の原料粉末を、成形金型に充填する。通常、黒鉛粒子は非常に微細であるため、流動性に乏しく、成形金型への充填性が悪い。本実施形態では、黒鉛粒子に銅を付着させることで、見掛密度が上がり黒鉛粒子の流動性が高められるため、成形金型への充填性が高められ、成形金型に原料粉末を均一に充填することが可能となる。
こうして成形金型に充填された原料粉末を圧縮成形することで、圧粉体が形成される。このとき、黒鉛粒子は塑性変形しないが、各黒鉛粒子に付着した銅同士が塑性変形しながら噛み合うことで、所定形状に成形することが可能となる。これにより、タールピッチやコールタール等の結合剤を用いることなく、黒鉛粒子を主成分とした圧粉体を成形することが可能となる。
(2)焼結工程
次に、上記の圧粉工程で得られた圧粉体を焼結炉で加熱することで、各黒鉛粉末に付着した銅同士が焼結により結合され、焼結体が形成される。詳しくは、圧粉体を加熱することで、圧粉体に含まれる錫粉末が溶融し、その一部が、各黒鉛粒子に付着した銅の表層内に拡散して、銅の表面に銅-錫合金層を形成する。この銅-錫合金層同士が固相状態で拡散接合されることにより、銅メッキ黒鉛粉末同士が接合されて、焼結体が形成される。このときの焼結温度は、銅の融点よりも低く、錫の融点よりも高い。
次に、上記の圧粉工程で得られた圧粉体を焼結炉で加熱することで、各黒鉛粉末に付着した銅同士が焼結により結合され、焼結体が形成される。詳しくは、圧粉体を加熱することで、圧粉体に含まれる錫粉末が溶融し、その一部が、各黒鉛粒子に付着した銅の表層内に拡散して、銅の表面に銅-錫合金層を形成する。この銅-錫合金層同士が固相状態で拡散接合されることにより、銅メッキ黒鉛粉末同士が接合されて、焼結体が形成される。このときの焼結温度は、銅の融点よりも低く、錫の融点よりも高い。
ところで、従来の潤滑部材ように、圧粉体にタールピッチやコールタール等の結合剤が含まれていると、焼結時に結合剤の分解ガスが発生する共に、焼結により結合剤がほとんど消失するため、焼結による寸法変化(圧粉体と焼結体との寸法差)が大きくなる。この場合、短時間で急激に焼結させると、急激な寸法変化により焼結体にワレ等が生じる恐れがあるため、圧粉体を長時間かけて加熱して焼結をゆっくりと進める必要があった。これに対し、本実施形態では、上記のように圧粉体にタールピッチやコールタール等の結合剤が含まれていないため、焼結時に結合剤の分解ガスが発生せず、且つ、焼結による寸法変化が抑えられる。従って、焼結体のワレ等の懸念が小さく、焼結時間を比較的短くすることができる。
(3)サイジング工程
上記のように圧粉体を焼結すると収縮が生じるため、焼結後、焼結体にサイジングを施してサイジングすることが望ましい。例えば、黒鉛粒子と結合剤とを含む圧粉体を焼成してなる従来の潤滑部材は、焼成により炭化した結合剤で黒鉛粒子同士が結合された状態となる。このような潤滑部材にサイジングを施すと、上述のように黒鉛粒子自体はほとんど塑性変形しないため、潤滑部材が破損する恐れが高い。このため、従来の潤滑部材のサイジングは、機械加工により行う必要があり、コストアップや生産性の低下を招くことが問題であった。
上記のように圧粉体を焼結すると収縮が生じるため、焼結後、焼結体にサイジングを施してサイジングすることが望ましい。例えば、黒鉛粒子と結合剤とを含む圧粉体を焼成してなる従来の潤滑部材は、焼成により炭化した結合剤で黒鉛粒子同士が結合された状態となる。このような潤滑部材にサイジングを施すと、上述のように黒鉛粒子自体はほとんど塑性変形しないため、潤滑部材が破損する恐れが高い。このため、従来の潤滑部材のサイジングは、機械加工により行う必要があり、コストアップや生産性の低下を招くことが問題であった。
本実施形態の焼結体は、黒鉛粒子の間にバインダ金属が介在しているため、サイジングを施すことにより、バインダ金属を塑性変形させてサイジングすることができる。具体的には、サイジング金型(ダイ、コア、上パンチ、および下パンチ)により焼結体を圧縮することで、焼結体が所望の寸法にサイジングされる。これにより、従来の潤滑部材のような機械加工による整形が不要となり、コスト低減および生産性の向上が図られる。以上により、潤滑部材が完成する。
このサイジング工程では、焼結体とサイジング金型のダイおよびコアとが圧接状態で摺動する。これにより、焼結体の表面に露出した銅メッキ黒鉛粉末の銅が黒鉛粒子から剥がされて、焼結体の表面に露出する黒鉛粒子の割合を増加させることができる。従って、焼結体のうち、摺動面となる部分をサイジング金型と圧接状態で摺動させることで、摺動面に露出する黒鉛粒子の割合を増やして、摺動性を高めることができる。もちろん、このように、サイジングにより摺動面の銅メッキ黒鉛粉末の銅を剥がす必要がなければ、焼結体の摺動面となる部分を、サイジング金型と摺動しない面(例えば上下パンチの端面)と当接させてもよい。
上記のようにして形成された潤滑部材201は、図33に拡大して示すように、黒鉛粒子(Gr)、バインダ金属としての銅(Cu)、および低融点金属としての錫(Sn)を有する。尚、図33では、黒鉛粒子(Gr)を散点で示し、銅(Cu)をハッチングで示し、錫(Sn)の図示は省略している。
各黒鉛粒子に付着した銅同士は、焼結により結合されている。銅は、焼結温度では溶融せず、他の黒鉛粒子に付着した銅と固相状態のまま接合されている。詳しくは、焼結により溶融した錫の一部又は全部が銅の内部に拡散して表層に銅-錫合金層を形成し、この銅-錫合金(青銅)領域同士が拡散接合されている。また、焼結により溶融した錫のうち、銅に拡散していないものが、各黒鉛粒子に付着した銅の間で固化することで、この錫が糊のような役割を果たし、銅同士の接合力の向上に寄与する。
潤滑部材201の表面、特に、他部品と摺動する摺動面201aは、黒鉛粒子が最大面積を占め、例えば摺動面における黒鉛粒子の面積比が50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上とされる。本実施形態では、潤滑部材201は、黒鉛粒子が体積比で最大であり、例えば体積比で50%以上の黒鉛粒子を含む。
上記のように、摺動面に黒鉛粒子を多く露出させることで、黒鉛の自己潤滑性により、潤滑部材201と相手材との摺動性が高められる。このため、潤滑部材201は、無潤滑環境下で(すなわち油等の潤滑剤を介在させずに)相手材と摺動する潤滑部材として好適に用いられる。具体的に、潤滑部材201は、例えば真空ポンプ用ロータおよびベーンや、200℃を超える高温環境下で用いられる軸受、あるいは建機用軸受として使用することができる。尚、潤滑部材201は、無潤滑環境下で使用する用途に限らず、油等の潤滑剤を介在させて相手材と摺動する潤滑環境下で使用する用途に用いることもできる。
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、銅付着黒鉛粉末と錫粉末とで原料粉末を構成しているが、これに限らず、例えば、黒鉛粉末に付着させたバインダ金属の表面に、さらに低融点金属を付着させた粉末を用いてもよい。例えば、銅メッキ黒鉛粉末にさらに錫メッキを施して、銅の表面に錫を付着させた粉末を用いることができる。
また、上記の実施形態では、潤滑部材が、黒鉛粒子、バインダ金属、および低融点金属からなる場合を示したが、さらに、鉄などの他の金属を含んでもよい。
また、上記の実施形態では、焼結部品が低融点金属を有する場合を示したが、特に必要ない場合は低融点金属を省略してもよい。この場合、各黒鉛粒子に付着した銅が合金層を形成せずに、純銅同士が焼結により拡散接合される。
また、上記の実施形態では、焼結体にサイジング処理を施す場合を示したが、サイジング処理が特に必要ない場合は、サイジング処理を省略してもよい。
以上に示した本願第一発明、本願第二発明、及び本願第三発明の実施形態の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、本願第三発明の実施形態に係る潤滑部材を、本願第一発明あるいは本願第二発明の実施形態に係る摺動部材(軸受等)に使用してもよい。
1 焼結軸受(摺動部材)
2 軸(相手側の部材)
3 金属基体
4 潤滑部材
5 樹脂バインダ
6 黒鉛粉(固体潤滑剤粉)
8 被覆金属(金属)
9 めっき粉(被覆粉)
11 軸受面(摺動面)
13 黒鉛粒子(固体潤滑剤粒子)
52 インナロータ(摺動部材)
F 収縮力
2 軸(相手側の部材)
3 金属基体
4 潤滑部材
5 樹脂バインダ
6 黒鉛粉(固体潤滑剤粉)
8 被覆金属(金属)
9 めっき粉(被覆粉)
11 軸受面(摺動面)
13 黒鉛粒子(固体潤滑剤粒子)
52 インナロータ(摺動部材)
F 収縮力
Claims (10)
- 相手側の部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、
金属粉を主成分とする原料粉を焼結させてなる金属基体と、固体潤滑剤粒子の集合体からなる潤滑部材とを備え、前記摺動面の少なくとも一部を潤滑部材で構成し、かつ前記原料粉を焼結させる焼結操作で潤滑部材を金属基体に固定したことを特徴とする摺動部材。 - 前記焼結操作に伴って金属基体に生じる収縮力で潤滑部材と金属基体を締まり嵌め状態にした請求項1記載の摺動部材。
- 固体潤滑剤粉と樹脂バインダとを含む粉末の焼成により潤滑部材を形成した請求項2記載の摺動部材。
- 固体潤滑剤粉を金属で被覆してなる被覆粉を、前記焼結操作で焼結させて潤滑部材を形成した請求項1記載の摺動部材。
- 被覆粉の前記金属を、金属基体を構成する前記金属粉に拡散させて潤滑部材と金属基体を結合した請求項4記載の摺動部材。
- 前記摺動面にサイジングを施した請求項1~5の何れか1項に記載の摺動部材。
- 相手側の部材と摺動する摺動面を有する摺動部材の製造方法であって、
固体潤滑剤粉とバインダとを含む粉末を焼成して潤滑部材を形成し、
金属粉を主成分とする原料粉を成形して金属粉成形体を形成すると共に、前記潤滑部材を、その一部が摺動面となるべき面に現れるように、前記金属粉成形体に接触させ、
その状態で潤滑部材および金属粉成形体を焼結温度で加熱して、金属粉成形体の焼結により金属基体を形成し、かつこの焼結時に金属粉成形体に生じる収縮力で潤滑部材を金属基体に固定することを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 相手側の部材と摺動する摺動面を有する摺動部材の製造方法であって、
固体潤滑剤粉を金属で被覆した被覆粉を主成分とする第一粉末と、金属粉を主成分とする第二粉末とを、両粉末の充填領域を区分けした状態で、摺動面となるべき面に第一粉末が現れるように成形して成形体を形成し、
前記成形体を焼結温度で加熱して、第一粉末の焼結により潤滑部材を形成すると共に、第二粉末の焼結により金属基体を形成し、
この焼結時に、第一粉末に含まれる被覆粉の前記金属を第二粉末の金属粉に拡散させることで潤滑部材を金属基体に固定することを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 被覆粉として、固体潤滑剤粉に金属めっきを施しためっき粉を使用する請求項8記載の摺動部材の製造方法。
- 潤滑部材を金属基体に固定した後で、摺動面にサイジングを施す請求項7~9の何れか1項に記載の摺動部材の製造方法。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54112308A (en) * | 1978-02-22 | 1979-09-03 | Hitachi Funmatsu Yakin Kk | Production of bearing having embeded solid lubricant material therein |
JPS6376808A (ja) * | 1986-09-17 | 1988-04-07 | Kubota Ltd | 黒鉛複合自己潤滑性材料の製造方法 |
JPH05320681A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-03 | Nippon Steel Corp | 固体潤滑複合摺動材料およびその製造方法 |
JPH06184572A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Isuzu Motors Ltd | 固体潤滑剤複合体及びその製造方法 |
JPH08332562A (ja) * | 1995-06-08 | 1996-12-17 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材の製造方法 |
JP2003260596A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-16 | Honda Motor Co Ltd | 粉末冶金による成形体の製造方法、粉末成形体の接合構造及びモータ用ロータ |
-
2015
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54112308A (en) * | 1978-02-22 | 1979-09-03 | Hitachi Funmatsu Yakin Kk | Production of bearing having embeded solid lubricant material therein |
JPS6376808A (ja) * | 1986-09-17 | 1988-04-07 | Kubota Ltd | 黒鉛複合自己潤滑性材料の製造方法 |
JPH05320681A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-03 | Nippon Steel Corp | 固体潤滑複合摺動材料およびその製造方法 |
JPH06184572A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Isuzu Motors Ltd | 固体潤滑剤複合体及びその製造方法 |
JPH08332562A (ja) * | 1995-06-08 | 1996-12-17 | Toyota Motor Corp | 摺動用部材の製造方法 |
JP2003260596A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-16 | Honda Motor Co Ltd | 粉末冶金による成形体の製造方法、粉末成形体の接合構造及びモータ用ロータ |
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CN109790869A (zh) * | 2016-09-28 | 2019-05-21 | Ntn株式会社 | 滑动构件 |
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