JP2004144255A

JP2004144255A - 摺動部材とその製造方法

Info

Publication number: JP2004144255A
Application number: JP2002312218A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Maeda; 前田　敬一; Yoshikiyo Tanaka; 田中　義清
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】油溜部からの潤滑油の流出を抑制し、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能な摺動部材を提供する。また、上記のような特性を有する摺動部材を、高能率かつ安価に製造することが可能な摺動部材の製造方法を提供する。
【解決手段】油溜部６内に、その周壁部７と略同材質の粉体を充填する。さらにこの粉体に潤滑油を含油させる。油溜部７内の潤滑油は、潤滑油が単独で存在する場合よりも、その流動性が低下する。従って、給油路８を介しての流失が従来よりも低減でき、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。また、摺動面を含む表面層を多孔質とし、この孔部を給油路８とする。このような摺動部材は、レーザビームＬによる金属粉末の積層造形法によって製造する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、摺動部材とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
摺動部材としては、従来より、多孔質材料を使用し、その多孔質という特性を利用し、含油させて自己潤滑性能をもたせたものが知られている。さらにこのような摺動部材において、高密度低含油焼結合金層と低密度高含油焼結合金層とを混在させることにより、高密度低含油焼結合金層で耐荷重性を得つつ、低密度高含油焼結合金層で潤滑性を確保しようとする試みもなされている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１７２３０５号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６９５０８号公報
【特許文献３】
特開平１１−２９３３０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように低密度高含油焼結合金層に潤滑油を含油させても、その含油量には自ずと制限があり、無給油状態を長期間にわたって維持するのは、困難である。そこで、摺動部材の内部に略密閉状の油溜部を形成し、この油溜部から、給油路を介して摺動面に潤滑油を給油することが考えられる。しかしながら、この構造においては、油溜部内の潤滑油が、給油路から流失してしまい、やはり無給油状態を長期間にわたって維持するのは困難である。
【０００５】
また上記粉末冶金を利用した摺動部材の製造方法においては、金型が必要であること、及びプレス工程が必要であることから、多品種少量生産部品を製造する場合には、金型の償却や、プレス工程における段取りに多くの費用を要し、コスト高を招いていた。さらに大型部品の場合には、その成形面積が大きいことから、それに応じて大型のプレス装置を必要とするため、製造し得る製品の形状にも制限があった。
【０００６】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、上記のような油溜部からの潤滑油の流出を抑制し、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能な摺動部材を提供することにある。また、上記のような特性を有する摺動部材を、高能率かつ安価に製造することが可能な摺動部材の製造方法を提供することもこの発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで請求項１の摺動部材は、表面には摺動面を、またその内部には油溜部６を形成し、油溜部６よりも小断面の給油路８によって摺動面に潤滑油を供給するように構成した摺動部材であって、上記油溜部６内には、その周壁部７と略同材質の粉体を充填すると共に、さらにこの粉体に潤滑油を含油させていることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項１の摺動部材では、油溜部８内の潤滑油は、粉体に含油させているので、潤滑油が単独で存在する場合よりも、その流動性が低下する。従って、給油路８を介しての流失が従来よりも低減でき、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。また、油溜部６に充填する粉体を、油溜部６の周壁７と略同材質にしているので、これら相互間の化学反応等による潤滑油劣化等の問題は生じず、そのため安定した潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。
【０００９】
また請求項２の摺動部材は、上記摺動面を含む表面層を多孔質とし、この孔部を給油路８としていることを特徴としている。
【００１０】
上記請求項２の摺動部材では、多孔質材料の孔部を給油路８として利用するので、広範囲にわたる潤滑が可能となり、潤滑性能を向上することが可能となる。
【００１１】
請求項３の摺動部材の製造方法は、請求項１又は請求項２の摺動部材を、レーザビームによる金属粉末の積層造形法によって製造することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項３の摺動部材の製造方法では、密閉空間状の油溜部を、高能率に形成できる。しかもこの形成過程において、油溜部内に残存する金属粉末を、そのまま潤滑油の含油用粉体として利用できるので、油溜部の形成と粉体の充填との両者が同時に行えることになり、この点においても摺動部材を高能率かつ安価に製造することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の摺動部材とその製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず最初に摺動部材を製造するのに好ましい製造方法について説明するが、この製造方法は、金属粉末をレーザビームで焼結する積層造形法と称されるものである。この方法において使用するレーザ焼結装置は、製造すべき製品に関し、所定の高さピッチ毎に、その高さにおける製品の平面視パターン（積層方向に直交する平面における形状）に従ってレーザビームを照射するように作動するものである。
【００１４】
まず、レーザ焼結装置のチャンバ内に原料金属粉末層を形成する。この原料金属粉末は、複数種類の金属粉末を混合したもので、チャンバ内に上記所定の高さピッチと略等しいか、あるいは焼結による収縮を考慮してそれよりもやや厚い所定厚さ（例えば、０．０５ｍｍ程度）の原料金属粉末層を形成しておく。次いで、その高さにおける製品の平面視パターンに沿ってレーザビームを移動させ、平面視パターンと同じ形状となるように原料金属粉末層を焼結する。そしてその後、再び所定厚さの原料金属粉末層を形成し、その高さにおける製品の平面視パターンと同じ部分の焼結を行う。このような原料金属粉末層の形成と、その高さにおける平面視パターンに従った焼結とを繰返すことによって、最終製品を製造するのである。
【００１５】
図１は、焼結部材の製造方法を説明するための図で、同図（ａ）は製造途中段階における概略断面図、同図（ｂ）は製造終了時の概略断面図を示している。この摺動部材は、同図（ｂ）のようにベースメタル１と焼結部２とを有している。焼結部２は、ベースメタル１側から順に、基部層３と、油溜層４と、表面層５とを有している。まず、ベースメタル１上の略全面に原料金属粉末層を形成すると共に、これらを略全面に渡ってレーザビームＬにより焼結する作業を行う。この作業工程を複数回だけ繰返すことで、基部層３を形成する。この基部層３は、上記ベースメタル１に焼結部２を接合すると共に、油溜部６の底壁を構成するものである。そして上記基部層３の上に略全面に渡って原料金属粉末層を形成すると共に、これらを所定パターンに従ってレーザ焼結する作業を行う。この作業工程を複数回だけ繰返すことで油溜層４を形成する。この油溜層４は、横断面円形の油溜部６の環状周壁面７を形成するものである。次に、この油溜層４の上に略全面に渡って原料金属粉末層を形成すると共に、これらを所定パターンに従ってレーザ焼結する作業を行う。この作業工程を複数回だけ繰返すことで表面層５を形成する。この表面層５は上記油溜部６の上側開口部を実質的に閉鎖して、油溜部６を略密閉円筒状に構成している。また、この表面層５には、この油溜部６を外部へと連通させ、油溜部６内の潤滑油を摺動面に供給するための給油路８が形成されている。この給油路８の横断面積は、上記油溜部６の横断面積よりも充分に小さくしておく。
【００１６】
ここで特に留意されたいのは、上記表面層５を焼結することにより、レーザビームＬによる金属粉末の積層焼結が終了する訳であるが、この段階において、油溜部６内には原料金属粉末が未焼結のままで、つまりそのまま残存するということである。そしてこの原料金属粉末に潤滑油を含油させることで摺動部材を構成するのである。
【００１７】
上記摺動部材の製造に際しては、ベースメタル１を鋼板とし、また表１に示す組成、及び粒度の原料金属粉末を使用した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
そして、２００Ｗの炭酸ガスレーザ焼結装置を使用し、１焼結当たりの原料金属粉末層の厚さを０．０５ｍｍとし、毎秒１０立方ｍｍの造形スピードでもって焼結を行った。
【００２０】
上記摺動部材では、油溜部６内の潤滑油は、原料金属粉末に含油させているので、潤滑油が単独で存在する場合よりも、その流動性が低下する。従って、給油路８を介しての流失が従来よりも低減でき、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。また、油溜部６に充填する粉体を、油溜部６の周壁と同材質の原料金属粉末にしているので、これら相互間の化学反応等による潤滑油劣化等の問題は生じず、安定した潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。
【００２１】
また、上記摺動部材の製造方法では、円柱状の略密閉空間としての油溜部６を、高能率に造形できる。しかもこの造形過程において、油溜部６内に残存する原料金属粉末を、そのまま潤滑油の含油用粉体として利用できるので、油溜部６の形成と粉体の充填と両者が同時に行えることになり、この点においても摺動部材を高能率かつ安価に製造することが可能となる。また、従来のような金型が不要となり、プレス工程における金型交換等の段取り時間が極めて少なくなるので、多品種少量生産において上記高能率化、低コスト化の利点が特に顕著に現れる。さらに、粉末冶金の材料設計の自由性を生かし、摺動特性の良好な材料（密度が均一な多孔性材料、硬質粒子が分散した材料）を自由に設計することが可能となる。
【００２２】
図２には、摺動部材の製造方法の変更例を示している。この方法においては、図２（ａ）（ｂ）のように、レーザビームＬを用いて、焼結部２をベースメタル１とは別体のものとして製造しておき、その後、図２（ｃ）のようにベースメタル１と焼結部２とを接合して、摺動部材を構成している。この場合、図３に示すように、焼結部２内に低融点金属９の粉末を含有させておき、ベースメタル１と焼結部２とを積層し、低融点金属９が液相になる温度以上に加熱、保持することで両者の接合を行っている。なお、この場合においても焼結部２の形状、構造等は上記図１に示したものと同様であり、上記と同様の作用、効果が得られる。
【００２３】
図４には、摺動部材の変更例を示している。これは、面圧の低いときには、同図（ａ）のように、油溜部６の内部に潤滑油を保持し、面圧が高くなったときに、摺動部材の変形量に応じて潤滑油１０を摺動面に対して供給するような構造のものである。なお、面圧が低面圧に戻ったときには、油溜部６内に潤滑油１０が戻るようになっている。従来の含油摺動部材においても、圧力に応じて潤滑油を供給したり、毛細管現象によって潤滑油を戻す構造のものが存するが、その現象が摺動面近傍の局所的なものに過ぎず、油量が少ないという欠点があった。これに対してこの摺動部材においては、油溜部６を比較的大きくできることから多量の潤滑油を供給することが可能となる。
【００２４】
図５には、摺動部材の他の変更例を示している。これは、摺動部材を円筒状に形成したものであって、基本的な構成は上記図１に示した実施の形態と略同一である。図６には、摺動部材のさらに他の変更例を示している。これは、上記同様に摺動部材を円筒状に形成したものにおいて、複数の給油路８に対し、共通の油溜部６から潤滑油を供給するようにしたものである。なお、図５は、焼結部２だけで摺動部材を構成した例を示しており、また図６はベースメタル１の内側に焼結部２を配置することで摺動部材を構成した例を示している。
【００２５】
以上にこの発明の摺動部材とその製造方法の具体的な実施の形態について説明をしたが、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記においては、給油路８を穿設、形成した例を示しているが、表面層５を油溜層４よりも多孔質なものとし、その孔部を給油路８として利用することも可能である。この場合には、広範囲にわたる潤滑が可能となり、潤滑性能を向上することが可能となる。またこの場合には、油溜層６からの潤滑油の流失が大幅に抑制できることから、自己潤滑性能を長期間にわたって維持することが可能となる。また、摺動部材の製造に際しては、摺動特性を考慮して密度分布を制御することも可能である。さらに摺動部材の耐面圧性、耐かじり性、耐磨耗性を確保するために硬質粒子を分散させた摺動部材とすることもできる。またさらに、原料金属粉末においては、造形精度を向上し、また強度を確保するために主粉末に対して、１〜５０体積％の低融点金属粉末または熱可塑性樹脂粉末を混合したり、主粉末にこれら材料をコーティングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の摺動部材とその製造方法の実施形態を説明するための概略断面図で、（ａ）は製造途中の段階を示す図で、また（ｂ）は製造された摺動部材を示す図である。
【図２】この発明の摺動部材とその製造方法の変更例を説明するための概略断面図で、（ａ）（ｂ）は製造途中の段階を示す図で、また（ｃ）は製造された摺動部材を示す図である。
【図３】上記変更例におけるベースメタルと焼結部との接合部の説明図で、（ａ）は接合前の状態、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。
【図４】摺動部材の変更例を示す一部切欠き斜視図である。
【図５】摺動部材の他の変更例を示す切欠き斜視図である。
【図６】摺動部材のさらに他の変更例を示す切欠き斜視図である。
【符号の説明】
１　ベースメタル
２　焼結部
３　基部層
４　油溜層
５　表面層
６　油溜部
７　周壁面
８　給油路
９　低融点金属
１０　潤滑油
Ｌ　レーザビーム

Claims

表面には摺動面を、またその内部には油溜部を形成し、油溜部よりも小断面の給油路によって摺動面に潤滑油を供給するように構成した摺動部材であって、上記油溜部内には、その周壁部と略同材質の粉体を充填すると共に、この粉体に潤滑油を含油させていることを特徴とする摺動部材。
上記摺動面を含む表面層を多孔質とし、この孔部を給油路としていることを特徴とする請求項１の摺動部材。
請求項１又は請求項２の摺動部材を、レーザビームによる金属粉末の積層造形法によって製造することを特徴とする摺動部材の製造方法。