JP2010247171A5 - - Google Patents

Description

固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法

本発明は、金属基体に固体潤滑剤を埋設してなる摺動部材で、その内周面で軸を回転自在に支持するための固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法に関する。

固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受としては、図３に示すような、銅系あるいは鉄系合金からなる丸管金属基体に、例えば黒鉛系の固体潤滑剤が埋設固定されたタイプのものがよく知られている。このようなタイプの固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法としては、（１）連続鋳造あるいは押し出しなどにより製造された丸管金属基体に、機械加工で所定形状・所定数の固体潤滑剤埋設孔を開け、そこに接着剤を介して固体潤滑剤を埋設固定し、仕上加工を施して製品化する方法、（２）固体潤滑剤を組み込んだ消失模型を用い、砂型鋳造により、該固体潤滑剤が消失模型形状の金属凝固層の中に鋳ぐるみ複合化された固体潤滑剤鋳ぐるみ素材を得て、機械加工を施して製品化する方法（特許文献１及び特許文献２参照）、などがある。

特開平３−１２８１６１号公報 特開２００１−２５９８２２号公報

ところで、上記（１）の方法では、製品単位に都度機械加工によって丸管金属基体に所定形状・所定数の固体潤滑剤埋設孔を開ける必要があるため、その加工工数及び加工コストに大きな負担を強いられるという問題がある。更に、固体潤滑剤は接着剤を介して丸管金属基体に埋設固定せしめられているため、当該軸受は、接着剤の耐熱温度（該温度は一般には金属基体の耐熱温度より低い）以下での使用を余儀なくされるという問題もある。

一方、（１）の方法における上述問題の解決を目的として開示された（２）の方法では、都度消失模型の新規製作と砂型造型による該模型の埋め込み作業を必要とし、更に砂型鋳造に必然である製品化できない湯道や押し湯を要すため、必ずしも効率的で安価な製造方法とは言い難いという問題がある。また、鋳ぐるむべき固体潤滑剤の数や体積が増してくると、砂型内の消失模型形状部に注湯された金属溶湯の流動・充填抵抗が大きくなるため、固体潤滑剤周りへの湯回り不良やスラグ巻き込みなどの品質欠陥を生じる危険性が高まるという問題もある。

上述したように、（２）の製造方法をもってしても（１）の製造方法における問題の解決には至っておらず、そのため丸管金属基体に固体潤滑剤が埋設されたタイプの固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受は、一般的には（１）の方法によって製造されているという実状にある。

本発明は、上述した公知の製造方法における問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、丸管金属基体に都度固体潤滑剤埋設孔を開け、該埋設孔に固体潤滑剤を接着剤を介して埋設固定する工程の省略を可能ならしめるための、固体潤滑剤鋳ぐるみ素材を効率的かつ安価に得る方法を提供し、もって製品たる固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の効率的かつ安価な製造を実現せしめることである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

鋳型５の内周面と、該鋳型５の内空間に組み入れられた、その外周面に固体潤滑剤４が突出して組み込まれた内筒１の外周面との間に形成される円筒状空隙１１に、遠心鋳造により金属の溶湯１３を供給し、該円筒状空隙１１に前記固体潤滑剤４が鋳ぐるみ複合化された前記金属から成る円筒状の鋳ぐるみ凝固層１６を、この鋳ぐるみ凝固層１６の内周面と前記内筒１の外周面との間に該鋳ぐるみ凝固層１６から前記内筒１の分離を可能ならしめるための分離用円筒状空隙１７が設けられるように形成して、固体潤滑剤鋳ぐるみ素材を得ることを特徴とする固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法に係るものである。

また、前記内筒１を前記鋳ぐるみ凝固層１６から分離すると共に、この内筒１に組み込まれた前記固体潤滑剤４を除去して該内筒１を繰り返し利用することを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法に係るものである。

本発明は上述のようにするから、固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受を製造するに際し、従来の製造方法における、製品単位に都度機械加工により丸管金属基体に固体潤滑剤の埋設孔を開け、固体潤滑剤を接着剤を介して埋設固定するという工程を省略することができる。更に、固体潤滑剤を組み込むための内筒の繰り返し使用が可能となると共に、固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された金属凝固層の品質的健全性を安定的に確保することができる。

従って、本発明は、固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受を、効率的かつ安価に、しか
も品質的健全性を確保しつつ製造する上で、大きな効果を発揮するものである。

本発明の竪型遠心鋳造による実施形態を、時系列的製造工程図で示した図であり、（ａ）は固体潤滑剤を組み込むための内筒の断面図、（ｂ）は固体潤滑剤を組み込んだ内筒の断面図、（ｃ）は固体潤滑剤を組み込んだ内筒をその内空間に組み入れた鋳型の断面図、（ｄ）は縦型遠心鋳造の状態を示す断面図、（ｅ）は鋳造された状態における個体潤滑剤鋳ぐるみ素材の断面図、（ｆ）は鋳型から取り出された固体潤滑剤鋳ぐるみ素材の断面図、（ｇ）は分離された固体潤滑剤鋳ぐるみ素材の断面図、（ｈ）は分離された内筒の断面図、（ｉ）は機械加工により製品化された固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の断面図、（ｊ）は固体潤滑剤の切断残材を除去した後の内筒の断面図である。 本発明の横型遠心鋳造による実施形態を示す図であり、（ａ）は横型遠心鋳造の状態を示す断面図、（ｂ）は鋳造された状態における個体潤滑剤鋳ぐるみ素材の断面図である。 丸管金属基体に固体潤滑剤が埋設固定されたタイプの固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受例の斜視図である。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された円筒状金属凝固層を、遠心鋳造により形成する点に技術的特徴を有し、詳しくは以下のように構成される。

鋳型の内周面と、該鋳型の内空間に組み入れられたその外周面に固体潤滑剤が突出して組み込まれた内筒の外周面との間に形成される円筒状空隙に、遠心鋳造により金属溶湯を供給し、該空隙に前記固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された前記金属の円筒状凝固層を形成することにより、製品たる固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受を製造するための固体潤滑剤鋳ぐるみ素材を得ることができる。この時、内筒外周面への固体潤滑剤の組み込みパターンは、製造しようとする製品における個体潤滑剤の埋め込みパターンに整合させて決定され、様々なパターンが可能である。

固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された円筒状金属凝固層を形成するに当たり、遠心鋳造を適用することにより、鋳型内に注湯された金属溶湯には鋳型の高速回転により生じる強い遠心力が作用するため、該溶湯の円筒状空隙への良好な流動・充填性が確保され、固体潤滑剤周りへの湯回り不良やスラグ巻き込みなどの品質欠陥の発生が抑制され、品質的健全性に富む固体潤滑剤鋳ぐるみ凝固層を得ることができる。

また、金属凝固層中に鋳ぐるまれた固体潤滑剤は、金属の凝固収縮及び熱収縮に伴う収縮力によって該凝固層中に強固に固定されるため、製品化のための機械加工時や製品としての使用時においても、凝固層から抜け落ちることはない。

一方、固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された円筒状金属凝固層の内周面と内筒の外周面との間に、該金属凝固層から該内筒の分離を可能ならしめるための円筒状空隙を形成することにより、内筒の分離・繰り返し使用が可能となる。該空隙は、遠心鋳造下における金属溶湯の注湯量を変えることにより、その間隔を内筒の分離に必要な適正量に自由に制御することができ、かかる空隙間隔の自由な制御は遠心鋳造によって初めてなし得るものである。

円筒状金属凝固層からの内筒の分離方法は、例えばホールソーを上述の円筒状空隙に差し込み回転させて該空隙における固体潤滑剤の露出部を切断する方法、あるいは内筒に打撃を与えて個体潤滑剤の露出部を破断する方法等、適宜選択することができる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、竪型遠心鋳造による製造方法であり、図１（ａ）〜図１（ｊ）はその製造工程を時系列的に示した工程図である。

第一工程図である図１（ａ）は、固体潤滑剤を組み込むための内筒１の断面図であり、その周壁２に、製造しようとする固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受製品における個体潤滑剤の埋め込みパターンに整合させて、固体潤滑剤４を埋設固定するための貫通孔３が開けられている。内筒１の材質としては高温での繰り返し使用に耐え得るものであれば良く、本実施例では、外径４０ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ９５ｍｍの寸法に機械加工されたＳ４５Ｃの丸管を用い、その周壁２に直径８ｍｍの貫通孔３を４０個開けて、固体潤滑剤４を組み込むための内筒１とした。

第二工程図である図１（ｂ）は、上述の内筒１の貫通孔３に鋳ぐるむべき固体潤滑剤４を組み込み固定した内筒の断面図で、該固体潤滑剤４は直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍの黒鉛系固体潤滑剤で、内筒１の外周面から約１５ｍｍ突出させて組み込んである。円筒１への固体潤滑剤組み込みに際しては、遠心力あるいは金属溶湯による浮力で曲がったり抜け落ちたりすることが無いように、円筒１の貫通孔３に確実に固定させる必要があり、本実施例では高温接着剤を介して接着固定したが、内筒１の貫通孔３の径を固体潤滑剤４の径よりやや小さめに設計し圧入固定するなどの方法もある。

第三工程図である図１（ｃ）は、上述の黒鉛系固体潤滑剤を組み込んだ内筒１を、鋳型５の内空間に組み入れた状態の断面図である。鋳型５は、Ｓ４５Ｃ製で、外径８９ｍｍ、内径７４ｍｍ、高さ１０５ｍｍの胴部６と、その中心に直径２８ｍｍの注湯口７を開口させた上蓋８及び下蓋９より構成され、固体潤滑剤４が組み込まれた内筒１は、その軸心が前記注湯口７の軸心と一致するように上蓋下面側の嵌合部１０に高温接着剤を介して勘合固定され、鋳型５の内空間に吊り下げられている。なお、図示していないが、鋳型５の内面には金属溶湯の溶着防止及び断熱化のための耐火性塗型剤が塗布され、乾燥処理されている。

上述の組み入れにより、鋳型５の内周面と内筒の外周面との間には、約１７ｍｍ間隔の円筒状空隙１１が形成され、更に内筒１の下端と鋳型下蓋９の上面との間には、鋳型５内に注湯された金属溶湯１３が鋳型５の内周面側に流動するための約１０ｍｍ間隔の空隙１２が形成されている。前者の空隙間隔は、鋳型５の内径と得ようとする固体潤滑剤鋳ぐるみ素材の鋳ぐるみ凝固層１６の厚さ、及び内筒１を分離するのに必要な（分離用）円筒状空隙１７の間隔とによって決定され、後者の空隙間隔は、内筒１の内空間を通して鋳型内に注湯された金属溶湯１３が、遠心力により内筒１の内周面に沿って上昇しないような間隔とすればよい。また、固体潤滑剤４の内筒外周面からの突出長さ、言い換えれば鋳型５の内周面と固体潤滑剤４の先端との間隔は、製品における該固体潤滑剤の埋設長さによって決定され、本実施例の場合では約３ｍｍである。

第四工程図である図１（ｄ）は、上述の第三工程で段取りされた鋳型５が竪型遠心鋳造機の回転テーブル１５上にセットされ、遠心鋳造下にある状態の断面図で、金属溶湯１３は、注湯トラフ１４〜内筒１の内空間を通して高速回転する鋳型５内に注湯される。本実施例では、１５６０ｇ、摂氏１０７０度の高力黄銅溶湯１３を、毎分１３００回転の速度で内筒１の軸方向を回転軸として回転する鋳型５内に約２〜３秒で注湯し、前記回転速度のまま約１分間保持した後鋳型５の回転を止めた。なお、固体潤滑剤周りへの高力黄銅溶湯１３の湯回りを良化させるため、注湯開始直前の鋳型温度を事前加熱によって摂氏２００度〜３００度としたが、該温度は溶湯の種類、注湯温度あるいは鋳ぐるむべき固体潤滑剤４の数量等によって適正化すればよく、また鋳型５の回転速度については製品の寸法や溶湯の種類等によって適正化すればよい。

第五工程図である図１（ｅ）は、遠心鋳造完了後の状態の断面図である。鋳型５内に注湯された高力黄銅溶湯１３は、鋳型の高速回転による遠心力によって、内筒下端と鋳型下蓋上面との間に形成された空隙１２を通して鋳型５の内周面側に流動させられ、同時に鋳型５の内周面と内筒１の外周面との間に形成された円筒状空隙１１内を鋳型５の内周面に沿って鋳型上蓋８の下面にまで上昇し、固体潤滑剤４を鋳ぐるみ複合化した高力黄銅の凝固層１６を形成する。

遠心鋳造による強い遠心力によって、鋳型５の内周面と内筒の外周面との間に形成された円筒状空隙１１への良好な溶湯の流動・充填性が確保されるため、固体潤滑剤周りへの湯回り不良や比重の軽いスラグの巻き込みなどは抑制され、品質的健全性に富む固体潤滑剤鋳ぐるみ凝固層１６が形成される。また、固体潤滑剤４は金属の凝固収縮及び熱収縮に伴う収縮力により凝固層１６中に強固に鋳ぐるみ固定されるため、該凝固層１６から抜け落ちることはない。

第六工程図である図１（ｆ）は、鋳型内から取り出された固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８の断面図である。１５６０ｇの高力黄銅溶湯を注湯して得られた固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８の寸法は、外径が７２ｍｍ、内径が上端側で５１ｍｍ下端側で５３ｍｍ、高さが１０２ｍｍで、鋳ぐるみ凝固層１６の厚みは平均で約１０ｍｍであり、内筒１を分離させるための円筒状空隙１７の間隔は平均で約６ｍｍであった。

第七工程図である図１（ｇ）と図１（ｈ）は、分離された固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８と内筒１の断面図である。両者の分離は、鋳ぐるみ凝固層１６の内周面と内筒の外周面との間に形成された円筒状空隙１７における固体潤滑剤の露出部を、ホールソーにて切断することにより行ったが、内筒１への打撃付与などによっても分離することができる。

第八工程図である図１（ｉ）は、得られた固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８を機械加工によって固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受１９として製品化した状態の断面図である。本実施例では、固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８の外内周面及び上下面を機械加工で所定寸法に仕上げることにより、外径６８ｍｍ、内径５６ｍｍ、長さ９８ｍｍの固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受１９の製品を製造することができた。なお、該製品は、固体潤滑剤４が外周面に露出したタイプとなっているが、固体潤滑剤４の鋳ぐるみ長さや機械加工時における外周面の加工代を調整することにより、固体潤滑剤４が外周面に露出しないタイプの製品を得ることも可能であり、両タイプの製品の作り分けが簡単にできる点も本発明の利点である。

一方、同じく第八工程図である図１（ｊ）は、分離に際してその周壁２の貫通孔３に残された固体潤滑剤の切断残材２０を除去した内筒１の断面図である。固体潤滑剤の切断残材２０を、打撃の付与等により貫通孔３より除去すると共に、貫通孔３に付着残留した高温接着剤の残渣等をブラッシング等で除去することにより、固体潤滑剤４を組み込むための内筒１として再生され、その繰り返し使用が可能となる。この内筒１の分離・繰り返し使用の実現は、内筒費用の低減に大きく貢献するものである。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、図２に示す別例のような横型遠心鋳造によっても達成し得る。

すなわち、横型遠心鋳造においては、その外周面に固体潤滑剤４を組み込んだ内筒１を鋳型５の反注湯側エンドプレート２１に固定すると共に、該内筒１の注湯側端部と鋳型５の注湯側エンドプレート２２との間に適切な間隔の空隙２３を確保し、注湯トラフ１４〜該空隙２３を通して高速回転する鋳型５の内周面に直接金属溶湯１３を注湯する。注湯された金属溶湯１３は、遠心力により鋳型５の内周面に沿って、その内周面と内筒１の外周面との間に形成された円筒状空隙１１内を流動して固体潤滑剤４を鋳ぐるみ複合化した金属凝固層１６を形成する結果、固体潤滑剤鋳ぐるみ素材１８を得ることができる。

鋳型５内への金属溶湯１３の供給に際しその供給量を制御することにより、竪型遠心鋳造の場合と同様に、内筒１を上述の金属凝固層１６より分離せしめるための円筒状空隙１７を形成することができ、以降竪型遠心鋳造時と同様な工程を経て、最終製品たる固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受１９を製造することができる。

本発明は、上述のように竪型遠心鋳造、横型遠心鋳造の別を問わず達成し得るものであり、固体潤滑剤の材質及び形状や該固体潤滑剤の内筒への埋め込みパターンに関しても、様々な変形が可能である。

１ 内筒
４ 固体潤滑剤
５ 鋳型
１１ 円筒状空隙
１３ 溶湯
１６ 鋳ぐるみ凝固層
１７ 分離用円筒状空隙

Claims (2)

1. 鋳型の内周面と、該鋳型の内空間に組み入れられた、その外周面に固体潤滑剤が突出して組み込まれた内筒の外周面との間に形成される円筒状空隙に、遠心鋳造により金属の溶湯を供給し、該円筒状空隙に前記固体潤滑剤が鋳ぐるみ複合化された前記金属から成る円筒状の鋳ぐるみ凝固層を、この鋳ぐるみ凝固層の内周面と前記内筒の外周面との間に該鋳ぐるみ凝固層から前記内筒の分離を可能ならしめるための分離用円筒状空隙が設けられるように形成して、固体潤滑剤鋳ぐるみ素材を得ることを特徴とする固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法。
2. 前記内筒を前記鋳ぐるみ凝固層から分離すると共に、この内筒に組み込まれた前記固体潤滑剤を除去して該内筒を繰り返し利用することを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑剤埋め込み複合ブッシュ軸受の製造方法。