JP2005263849A

JP2005263849A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2005263849A
Application number: JP2004074436A
Authority: JP
Inventors: Naoki Toge; 直樹峠; Hideki Iwata; 英樹岩田; Akio Umemura; 章雄梅村
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】金属摺動層の表面から深さ方向での樹脂の占める面積率のばらつきを極力小さくすることができて、摺動特性を安定させることが可能な摺動部材を提供する。
【解決手段】金属摺動層２の表面に凹部３を加工形成すると共に、その凹部３に樹脂４を含浸させ、金属摺動層２の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂４の占める面積率が５０％以上となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属摺動層に樹脂を含浸させた構成の摺動部材に関する。

従来より、摺動部材例えばすべり軸受においては、鋼板製の裏金の表面に、銅合金（ブロンズ）の粉末を散布して焼結させることにより多孔質の金属摺動層を形成すると共に、この金属摺動層に合成樹脂を含浸させた構成とし、非焼付性の向上を図るようにしたものが知られている。
この場合、上記銅合金の粉末は球形のものが一般的であるが、その粉末が球形である場合、焼結合金とした際の空孔率が低いため、含浸される合成樹脂の割合を多くできないという問題がある。

そこで、銅合金の粉末として見掛密度の小さい形状（以下、異形という）のものを用いるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。このようにしたものの場合には、焼結合金とした際の空孔率を、球形粉を用いた場合よりも高くでき、球形粉を使用した場合に比べて、含浸される合成樹脂の割合を多くすることができる。この結果、金属摺動層（銅合金）が露出した状態での、金属摺動層の露出率（金属摺動層の占める面積率）を少なくでき、非焼付性を一層向上させることが可能となる。
特開平５−１８６７８５公報（図１）

ところで、上記したように多孔質の金属摺動層に合成樹脂を含浸させたものの場合、焼結合金に球形粉を用いた場合も、異形粉を用いた場合も、摺動面を切削した場合の露出面を見ると、粒子の並び方や大きさにばらつきが見られ、しかも、上部（表面側）と下部（深さ方向の下部）では、下部側での金属粉末の密度が高くなりやすい。このため、摺動面の表面からの深さが増加するにつれて金属摺動層の露出率が高くなり、換言すれば樹脂の露出面積が少なくなり、更に深さ方向での金属摺動層の露出面積（樹脂の露出面積）のばらつきが大きくなるという問題があった。また、摺動面の表面を切削加工する際に、機械の加工公差に伴い加工位置にばらつきが生ずるが、その加工位置により金属摺動層の露出面積（樹脂の露出面積）のばらつきが大きくなるという問題があった。金属摺動層の露出面積のばらつきが大きくなると、摺動特性（軸受性能）が大きく変化してしまう。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、金属摺動層の表面から深さ方向での樹脂の占める面積率のばらつきを極力小さくすることができて、摺動特性を安定させることが可能な摺動部材を提供するにある。

上記の目的を達成するために、本発明による摺動部材は、金属摺動層の表面に凹部を加工形成すると共に、その凹部に樹脂を含浸させ、前記金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの前記樹脂の占める面積率が５０％以上であることを特徴とする。樹脂の占める面積率は、前記任意の深さでの、深さ方向に垂直な面において測定する。

本発明においては、金属摺動層の表面に凹部を加工形成し、その凹部に樹脂を含浸させるようにしているので、加工する凹部の大きさや割合を制御することにより、含浸する樹脂の割合を制御することができ、摺動面から深さ方向での樹脂の占める面積率のばらつきを極力小さくすることが可能となる。そして、凹部の面積を深さ方向にほぼ一定にすることで、金属摺動層の表面から深さ方向での樹脂の占める面積率を極力一定にすることができる。なお、樹脂に添加剤（例えば、鉛、グラファイト、カーボンファイバ等）が添加されている場合は、その添加剤の占める面積分も、樹脂の占める面積率に含む。

ここで、「金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまで」とした理由は、次の理由による。（１）例えば軸受として使用した場合に、摺動面が０．１ｍｍを越えた摩耗が進むと、相手軸とのクリアランスが広がりすぎ、精密な摺動が得られなくなる。即ち、０．１ｍｍを越えて使用することが実質的にないので、０．１ｍｍを越えた深さ方向を特に制御する必要がない。（２）摺動面を切削加工する際、その加工公差が±０．０３ｍｍ程度であり、０．１ｍｍあれば前記公差を十分許容できる。
また、「樹脂の占める面積率が５０％以上」とした理由は、露出面において金属摺動層の露出率が５０％を越えると、金属摺動層が支配的になって金属のみの摺動特性に近くなり、摩擦係数が上昇したり、焼付き易くなったりしてしまうためである。

請求項１の発明において、金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂の占める面積率のばらつき範囲が±１０％以内であることが好ましい（請求項２の発明）。ここで、金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂の占める面積率のばらつき範囲が±１０％以内ということは、例えば金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂の占める面積率を７０％に設定する場合、樹脂の占める面積率は６３％〜７７％の範囲内にあるということである。これによれば、樹脂の占める面積率のばらつき範囲が小さいので、摺動特性を一層安定させることができる。

また、金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂の占める面積率は６０〜８０％とすることが好ましい（請求項３の発明）。これによれば、樹脂による低摩擦特性と金属摺動層の耐摩耗性のバランスがよい。
金属摺動層としては銅合金またはアルミニウム合金を用いることができる（請求項４の発明）。金属摺動層に裏金を接合することができる（請求項５の発明）。また、金属摺動層の表面に、前記樹脂からなる樹脂層を設けることができる（請求項６の発明）。

本発明によれば、金属摺動層の表面から深さ方向での樹脂の占める面積率のばらつきを極力小さくすることができるため、摺動特性を極力安定させることが可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図３も参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明品の摺動部材（すべり軸受）を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、（ａ）において、ある深さであるＸ位置で切削した状態を表面から見た（１Ｂ方向から見た）露出面の平面図である。
まず、本発明品の摺動部材は次のようにして製造する。鋼板製の裏金１と、金属摺動層２となる銅合金からなる板材とを、ロール圧接により接合する。次に、ＣＯ₂レーザを用いて、上記金属摺動層２の表面に多数の凹部３を加工形成する。このときの条件は、例えば、周波数４００Ｈｚ、パルス幅４０μ秒、パルスエネルギー３０ｍＪ／Ｐ、加工ピッチ０．２〜０．３ｍｍ、凹部３の内径は０．１７〜０．２ｍｍとする。この場合、各凹部３は、その入口側から底部側にかけて、ほぼ同じ内径（すなわち同じ面積）とすることが好ましい。

次に、金属摺動層２の表面から樹脂（合成樹脂）４を含浸させ、前記金属と前記樹脂を有する層を形成する。樹脂４としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いる。なお、含浸する樹脂４としては、ＰＴＦＥの他に、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＦ（フェノール）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）などを用いることもできる。次に、円筒状のすべり軸受の形状に加工し、摺動面を切削加工する。なお、図１（ａ）に示す本実施形態においては、金属摺動層２の表面から０．０２ｍｍ程度の高さまで、樹脂４からなる樹脂層５を設けた。

ここで、本実施形態においては、金属摺動層２の表面Ｘ０から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さで切断した場合の樹脂４の占める面積率を５０％以上、好ましくは６０〜８０％としている。この場合、樹脂４の面積率は、凹部３の面積率と等しくなる。また、金属摺動層２の表面Ｘ０から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂４の面積率のばらつき範囲は±１０％以内が好ましい。

一方、本発明と比較する比較例の製造方法を説明する。比較例は、裏金となる鋼板の上面に銅合金の粉末を散布し、これを焼結させることにより多孔質の焼結合金からなる金属摺動層を形成する。この後、金属摺動層に合成樹脂（鉛を２０体積％添加したＰＴＦＥ）を含浸させ、樹脂層を形成する。この後、円筒状のすべり軸受の形状に加工し、摺動面を切削加工する。この比較例のうち、焼結合金を形成するための銅合金の粉末として、球形粉を用いたものを比較例１、異形粉を用いたものを比較例２とする。

本発明品と比較例１，２における樹脂層の表面からの切削量と、金属摺動層の露出率との関係を図２に示す。なお、金属摺動層露出率は、切削により露出した露出面を画像解析装置により解析して得た結果である。同一面において、樹脂の占める面積率と金属摺動層露出率を加算すると１００％となる。この図２において、比較例１，２の場合、切削量が増加することに伴い、金属摺動層露出率が共に高くなっている。なお、比較例１と２を比較すると、切削量に対応する金属摺動層露出率は、比較例１の方が比較例２よりも高くなっていることがわかる。これに対して、本発明品の場合、切削量が増加しても金属摺動層露出率がほとんど増加していないことがわかる。

また、図３には、金属摺動層露出率と、焼付かない面圧との関係を示し、表１には、このときの焼付試験の試験条件を示す。図３から、金属摺動層露出率が増加することに伴い、焼付かない面圧が低くなっていることがわかる。

ここで、図２及び図３を用いて、本発明品と比較例１，２において、金属摺動層の露出率を例えば２０％に設定したい場合について説明する。表２には、本発明品と比較例１，２において、金属摺動層の露出率を２０％に設定する場合の、切削量と、その際の金属摺動層の露出率と、焼付かない面圧を示す。表２において、実際の切削量とは、樹脂層の表面からの深さ寸法である。なお、切削加工での加工公差は±０．０３ｍｍである。

図２において、比較例１（球形粉（見掛密度５．０ｇ／ｃｍ³）使用の例）の場合、金属摺動層露出率を２０％とするには、切削量のねらいは０．０３ｍｍとなる。しかし、加工公差により実際の切削量は、０．００〜０．０６ｍｍの幅ができ得る。この場合、切削量に対応して、金属摺動層露出率には０〜５０％の範囲でばらつきが発生し、焼付かない面圧には１０〜３０ＭＰａの範囲でばらつきが発生し、ねらいとした焼付かない面圧に対して最大−４４％程度（（１０−１８）／１８）×１００）の摺動特性を示す摺動部材ができ得る。

同様に比較例２（異形紛（見掛密度２．９ｇ／ｃｍ³）使用の例）の場合、金属摺動層露出率を２０％とするには、切削量のねらいは０．０５ｍｍとなる。このときも、加工公差により実際の切削量は、０．０２〜０．０８ｍｍの幅ができ得る。この場合、切削量に対応して、金属摺動層露出率には０〜３５％の範囲でばらつきが発生し、焼付かない面圧には１４〜３０ＭＰａの範囲でばらつきが発生し、ねらいとした焼付かない面圧に対して最大−２２％程度（（１４−１８）／１８）×１００）の摺動特性を示す摺動部材ができ得る。

これに対して、本発明品の場合、金属摺動層露出率を２０％とするには、切削量のねらいは０．０５ｍｍとする。このときも、加工公差により実際の切削量は、０．０２〜０．０８ｍｍの幅ができ得る。この場合、切削量に対応する金属摺動層露出率のばらつき範囲は０〜２４％、また、焼付かない面圧のばらつき範囲は１７〜３０ＭＰａとなり、ねらいとした焼付かない面圧に対して最大−６％程度（（１７−１８）／１８）×１００）に抑えることができる。

上記した本実施形態によれば、金属摺動層２の表面に凹部３を加工形成し、その凹部３に樹脂４を含浸させるようにしている。また、各凹部３の面積を深さ方向にほぼ一定にすることで、金属摺動層２の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの樹脂４の占める面積率を極力一定にすることができる。これにより、金属摺動層２の表面から深さ方向での樹脂４の占める面積率のばらつきを極力小さくすることができ、更に摺動面が使用に伴い摩耗しても、摺動特性を安定させることができる。また、金属摺動層２の露出率にねらいをつけて切削加工する場合でも、深さ方向において金属摺動層２の露出率のばらつき範囲が小さい、即ち、樹脂の占める面積率のばらつき範囲が小さいため、やはり摺動特性を安定させることができる。

図４は本発明の第２の実施形態を示したものであり、上記した第１の実施形態とは、金属摺動層２に加工形成する凹部６の形状が異なっている。図４（ａ）は本発明品の摺動部材（すべり軸受）を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、（ａ）においてある深さであるＸ位置で切削した状態を表面から見た（４Ｂ方向から見た）露出面の平面図である。この場合、凹部６は、金属摺動層２の表面側での面積が大きく、下部に向かうに従って面積が小さくなっている。この場合も、金属摺動層２の表面Ｘ０から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの樹脂４の占める面積率は５０％以上に設定する。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
金属摺動層２に凹部を形成する手段としては、レーザ加工に限られず、例えばロールとして外周部に多数の凹凸部を形成したものを用い、裏金と金属摺動層とを重ねたものをそのロールを用いて圧延することにより、金属摺動層の表面に凹部を形成することもできる。

金属摺動層２としては、銅合金に限られず、アルミニウム合金を用いることもできる。また、金属摺動層２として多孔質の焼結合金を用い、それに凹部を加工形成しても良い。

本発明の第１の実施形態を示すもので、（ａ）は模式的に示す断面図、（ｂ）は、（ａ）においてＸ位置で切削した状態を表面から見た露出面の平面図切削量と金属摺動層露出率との関係を示す図金属摺動層露出率と焼付かない面圧との関係を示す図本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１は裏金、２は金属摺動層、３は凹部、４は樹脂、５は樹脂層、６は凹部を示す。

Claims

金属摺動層の表面に凹部を加工形成すると共に、その凹部に樹脂を含浸させ、前記金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの前記樹脂の占める面積率が５０％以上であることを特徴とする摺動部材。
前記金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの前記樹脂の占める面積率のばらつき範囲が±１０％以内であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
前記金属摺動層の表面から深さ方向へ０．１ｍｍまでの任意の深さでの前記樹脂の占める面積率が６０〜８０％であることを特徴とする請求項１または２記載の摺動部材。
前記金属摺動層はアルミニウム合金または銅合金であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部材。
金属摺動層が裏金に接合されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部材。
金属摺動層の表面に、前記樹脂からなる樹脂層を設けることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部材。