JP2016125658A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】本発明に係る摺動部材は、炭素を主成分とし、摺動面の少なくとも一部を構成する炭素系焼成体３と、炭素系焼成体３をインサート部品とした樹脂の射出成形品であり、炭素系焼成体３と一体化された樹脂基体４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材及びその製造方法に関する。

例えば特許文献１には、円筒状の基体の摺動面に固体潤滑剤を埋め込んだ摺動部材が示されている。同文献では、固体潤滑剤の一例として、人造黒鉛を主成分とした焼成体が挙げられている。

また、特許文献２には、図１４に示すようなガソリン供給用の給油ポンプが示されている。この給油ポンプは、インナロータ１０１と、インナロータ１０１の内周に挿入された偏心固定軸１０２ａ及び三日月形の仕切板１０２ｂを有する本体１０２と、インナロータ１０１と噛み合い、インナロータ１０１に対して偏心して設けられたアウタロータ１０３とを備える。駆動部でアウタロータ１０３を回転させることでインナロータ１０１が回転し、アウタロータ１０３、インナロータ１０１、及び本体１０２が協働してポンプ作用が発揮される。

この給油ポンプに設けられるインナロータ１０１は、内周に挿入された偏心固定軸１０２ａ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１０１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１０１の基体の内周にカーボンリング１０４を圧入して使用することがある。

特開２０１３−１４６４５号公報 実開平０６−３２８１２号公報

上記特許文献１に示されている摺動部材では、円筒状の基体に半径方向の貫通孔を形成し、この貫通孔に固体潤滑剤を嵌め込んで接着固定している。しかし、固体潤滑剤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、これに嵌合する固体潤滑剤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、固体潤滑剤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、特許文献２に示されている給油ポンプのインナロータにおいても、基体の内周にカーボンリング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。

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目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、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型成形による整形を施すことにより、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型成形による整形を施すことで、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。

以上のように、本発明によれば、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。

（ａ）図は、本発明の一実施形態に係る摺動部材（軸受）の正面図であり、（ｂ）図は、（ａ）図のＢ−Ｂ線における断面図である。 炭素系焼成体の拡大断面図である。 樹脂基体を成形する金型の断面図である。 上記金型の固定型を、図３のＩＶ方向から見た平面図である。 （ａ）及び（ｂ）図は、炭素系焼成体及び樹脂基体の一体品を整形する金型の断面図である。 他の実施形態に係る摺動部材の炭素系焼成体の拡大断面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材の正面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材の正面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材の正面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材の正面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材（給油ポンプ用のインナロータ）の正面図である。 図１１のＡ−Ａ線における断面図である。 さらに他の実施形態に係る摺動部材（遊星歯車）の正面図である。 給油ポンプの分解斜視図である。

以下、本発明にかかる摺動部材として軸受を一例に挙げ、その詳細を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸受１は円筒状を成し、その内周に相手材としての軸２（鎖線で示す）が挿入される。軸受１の内周面には、軸２と摺動する摺動面としての軸受面１１が設けられる。本実施形態では、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、軸受１の内周に挿入された軸２が回転自在に支持される。このように軸２を回転側とする他、軸２を静止側とし、軸受１を回転側とすることもできる。

軸受１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３と、炭素系焼成体３を保持する樹脂基体４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３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３が樹脂基体４に一括して保持されている。各炭素系焼成体３は、軸受１の内周面に露出し、軸受面１１の一部を構成している。図示例では、各炭素系焼成体３が、軸受１の内周面に露出した内側面３ａと、樹脂基体４と密着した外側面３ｂとを有する。各炭素系焼成体３の内側面３ａは、樹脂基体４の内周面４ａ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３の内側面３ａと樹脂基体４の内周面４ａとで、断面真円状の軸受面１１が構成される。各炭素系焼成体３の外側面３ｂは、凸円筒面状に形成され、樹脂基体４の凹円筒面状の保持面４ｂと全域で密着している。

この軸受１では、軸受面１１の一部を構成する炭素系焼成体３が黒鉛粒子の供給源となる。炭素系焼成体３から供給された黒鉛粒子が、軸受面１１と軸２との相対移動によって軸受面１１全体に行き渡ることで、軸受面１１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が摺動するわけではなく、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と摺動することが多い。その場合、軸２との摺動領域に炭素系焼成体３が位置するように、軸受１における炭素系焼成体３の位置や形状を設計し、あるいは軸受１の円周方向の位相を調整することで、軸２を炭素系焼成体３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１１との間に潤滑油を介在させないオイルレスの状態で軸２を支持することが可能となる。もちろん、軸受面１１と軸２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１１と軸２との間に潤滑油を介在させると共に、炭素系焼成体３の内部空孔に油を含浸させている。この場合、軸２の回転に伴う温度上昇により炭素系焼成体３の表面（内側面３ａ）から油が滲み出し、この油が軸受面１１と軸２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１は、焼成体形成工程、インサート成形工程、整形工程、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３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３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３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ＣＯ_２となって揮散し、消失するためである。

尚、炭素系焼成体３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２は、炭素系焼成体３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。炭素系焼成体３の表面（特に内側面３ａ）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。

［インサート成形工程］
上記の炭素系焼成体３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３とこれを保持する樹脂基体４との一体品を形成する。ここで使用される成形金型２０は、図３に示すように、固定型２１と、可動型２２とを備える。固定型２１には円柱部２１ａが設けられ、円柱部２１ａの外周面で樹脂基体４の内周面４ａが成形される。固定型２１のうち、樹脂基体４の端面を成形する成形面２１ｃには、ゲート２１ｂが設けられる。本実施形態では、固定型２１の成形面２１ｃに、複数（図示例では３つ）のゲート２１ｂが円周方向等間隔に配される（図４参照）。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２１の円柱部２１ａの外周の所定箇所に、複数の炭素系焼成体３を配置する。この状態で、可動型２２と固定型２１とを型締めすることでキャビティ２３が形成され、このキャビティ２３内に複数の炭素系焼成体３が配置される。このとき、各炭素系焼成体３は、固定型２１と可動型２２とで軸方向両側から挟持される。これにより、キャビティ２３内の所定箇所に各炭素系焼成体３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２１ｄからゲート２１ｂを介して溶融樹脂をキャビティ２３に射出し、キャビティ２３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４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４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４の保持面４ｂが縮径し、樹脂基体４が炭素系焼成体３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４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２や成形金型２０の円柱部２１ａ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４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４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２３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４が形成される。このとき、樹脂の成形収縮により、樹脂基体４の保持面４ｂが縮径し、炭素系焼成体３の外側面３ｂを押圧する｛図１（ａ）の矢印Ｆ参照｝。これにより、樹脂基体４の保持面４ｂと炭素系焼成体３の外側面３ｂ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４の保持面４ｂの円周方向の開口幅Ｄ０（すなわち、炭素系焼成体３の内側面３ａの円周方向幅）を、保持面４ｂの円周方向の最大幅Ｄ（≒炭素系焼成体３の直径）よりも小さくしておけば、炭素系焼成体３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４が成形収縮することにより樹脂基体４の内周面４ａが縮径するが、炭素系焼成体３が樹脂基体４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３の内側面３ａと樹脂基体４の内周面４ａとが連続した状態で維持される。

［整形工程］
次に、炭素系焼成体３と樹脂基体４との一体品１’に対して型成形による整形が施される。具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、一体品１’の内周にコアピン３１を挿入する。このとき、一体品１’の内周面１１’（炭素系焼成体３の内側面３ａ及び樹脂基体４の内周面４ａ）とコアピン３１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１’の軸方向幅を上パンチ３２及び下パンチ３３で規定した状態で、図５（ｂ）に示すように、一体品１’、コアピン３１、及び上下パンチ３２，３３を一体に降下させ、一体品１’をダイ３４の内周に圧入する。これにより、一体品１’の外周面１２’がダイ３４の内周面で成形されると同時に、一体品１’が外周から圧迫され、一体品１’の内周面１１’がコアピン３１の外周面に押し付けられる。これにより、樹脂基体４の内周面４ａがコアピン３１の外周面に倣って塑性変形すると共に、各炭素系焼成体３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３を共通のコアピン３１に押し付けることで、各炭素系焼成体３を所定の半径方向位置に配し、各炭素系焼成体３の内側面３ａが同一円筒面上に配される。

このように、炭素系焼成体３及び樹脂基体４からなる一体品１’に対して整形を施すことで、炭素系焼成体３及び樹脂基体４のそれぞれに高精度な加工を施すことなく、内周面１１’（軸受面１１）の面精度（円筒度及び真円度や、外周面１２’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３が炭素（黒鉛粒子１３、及び、樹脂バインダの炭化物からなるバインダ成分１４）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３自体はほとんど整形されず、コアピン３１に押し付けられる内側面３ａの表面が若干整えられる程度である。

［含油工程］
その後、整形工程を経た一体品１’（軸受１）の炭素系焼成体３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１’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３の内部空孔に油が含浸される。以上により、軸受１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３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焼成体３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１１を構成する炭素系焼成体３の内側面３ａに露出する黒鉛量が少なくなって炭素系焼成体３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３の内側面３ａに露出する黒鉛量が少なくなり、かつ内側面３ａが不必要に硬質化されて炭素系焼成体３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３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３）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３は、図６に示すように、被覆金属としての銅１６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６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３を樹脂基体４で保持した一体品を形成し、この一体品に対して整形工程を施す。本実施形態の炭素系焼成体３は、図６に示すように、黒鉛粒子１３の間に塑性変形しやすい銅１６が介在しているため、型成形により整形することが可能である。従って、整形工程において、樹脂基体４の内周面４ａだけでなく、炭素系焼成体３の内側面３ａが整形されるため、軸受面１１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３を軸受１の内周面（軸受面１１）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７に示す実施形態では、炭素系焼成体３を、軸受１の内周面だけでなく、外周面１２にも露出させている。この場合、整形工程において、各炭素系焼成体３を、半径方向両側から圧迫することができるため、整形しやすくなる。この実施形態では、炭素系焼成体３として、図６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３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８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３で、軸受面１１の略半周を覆うように配置してもよい。あるいは図９に示すように、円筒状の炭素系焼成体３で軸受面１１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３の内側面３ａと樹脂基体４の内周面４ａとを同一円筒面状に配し、これらで軸受面１１を構成した場合を示したが、これに限られない。例えば図１０に示すように、炭素系焼成体３の内側面３ａを樹脂基体４の内周面４ａよりも内径側に配し、炭素系焼成体３の内側面３ａのみで軸受面１１を構成してもよい。この場合、複数の炭素焼成体３の内側面３ａは、同一円筒面上に配される。

また、炭素系焼成体３は、図１（ｂ）に示すように軸受１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１４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４１として用いることができる。インナロータ４１は、図１１及び図１２に示すように、炭素を主成分とする炭素系焼成体３と、炭素系焼成体３を保持する樹脂基体４とを備える。本実施形態では、炭素系焼成体３が円筒状に形成され、炭素系焼成体３の外周面３ｂの全面が樹脂基体４で保持されている。炭素系焼成体３の内周面３ａは、インナロータ４１の内周面に露出し、偏心固定軸１０２ａ（図１４参照）の外周面と摺動する摺動面１１として機能する。樹脂基体４の外周面には、外歯車１０３（図１４参照）と噛み合う歯面４１ａが形成される。インナロータ４１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３及び樹脂基体４の一体品に対し、必要に応じて、整形工程が施される。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５１（図１３参照）として使用することができる。遊星歯車５１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５１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５１は、図１３に示すように、炭素を主成分とする炭素系焼成体３と、炭素系焼成体３を保持する樹脂基体４とを備える。図示例では、炭素系焼成体３が円筒状に形成され、炭素系焼成体３の外周面３ｂの全面が樹脂基体４で保持されている。炭素系焼成体３の内周面３ａは、遊星歯車５１の内周面に露出し、軸２の外周面と摺動する摺動面１１として機能する。樹脂基体４の外周面には、太陽歯車及び内歯車と噛み合う歯面５１ａが形成される。遊星歯車５１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３及び樹脂基体４の一体品に対し、必要に応じて、整形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。

１ 軸受（摺動部材）
１’ 一体品
２ 軸
３ 炭素系焼成体
４ 樹脂基体
１１ 軸受面（摺動面）
１２ 外周面
１３ 黒鉛粒子
１４ バインダ成分
１５ 空孔
２０ 成形金型
２１ 固定型
２２ 可動型
２３ キャビティ
３１ コアピン
３２ 上パンチ
３３ 下パンチ
３４ ダイ
４１ インナロータ（摺動部材）
５１ 遊星歯車（摺動部材）

Claims (12)

1. 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。
2. 前記樹脂として、結晶性樹脂を主成分としたものが用いられた請求項１記載の摺動部材。
3. 前記炭素系焼成体及び前記樹脂基体の一体品に設けられた前記摺動面に対して型成形による整形が施された請求項１又は２記載の摺動部材。
4. 前記炭素系焼成体を複数有し、複数の前記炭素焼成体で前記摺動面を形成した請求項１〜３の何れかに記載の摺動部材。
5. 前記炭素系焼成体の内部空孔に油が含浸された請求項１〜４の何れかに記載の摺動部材。
6. 内周面に前記摺動面を有する歯車として用いられる請求項１〜５の何れかに記載の摺動部材。
7. 内周面に前記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られる請求項１〜５の何れかに記載の摺動部材。
8. 相手材と摺動する摺動面を有する摺動部材を製造するための方法であって、
   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有する摺動部材の製造方法。
9. 前記樹脂として、結晶性樹脂を主成分としたものを用いた請求項８記載の摺動部材の製造方法。
10. 前記樹脂基体を形成した後、前記炭素系焼成体及び前記樹脂基体の一体品に設けられた前記摺動面に対して型成形による整形を施す整形工程をさらに有する請求項８又は９記載の摺動部材の製造方法。
11. 前記摺動部材が前記炭素系焼成体を複数有し、前記整形工程において、複数の前記炭素系焼成体で形成された摺動面に対して型成形による整形を施す請求項１０記載の摺動部材の製造方法。
12. 前記樹脂基体を形成した後、前記炭素系焼成体及び前記樹脂基体の一体品を油に浸漬することで、前記炭素系焼成体の内部空孔に油を含浸させる含油工程をさらに有する請求項８〜１１の何れかに記載の摺動部材の製造方法。
    

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