JP2016176515A

JP2016176515A - 複合摺動部材及びその製造方法

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Publication number: JP2016176515A
Application number: JP2015056397A
Authority: JP
Inventors: 大平　晃也; Akinari Ohira; 晃也大平; 尚樹八代; Naoki Yashiro
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Also published as: WO2016147930A1

Abstract

【課題】圧粉体からなる金属基体の表面にインサート成形により樹脂層を設けた複合摺動部材において、金属基体と樹脂層とを強固に密着させる。
【解決手段】本発明に係る複合摺動部材は、金属基体２が、金属粉末の粒子（鉄粒子１０）同士を酸化物被膜１１を介して結合した圧粉体からなり、該圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における酸化物皮膜の最大膜厚が２μｍ以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属基体の表面に、摺動面を有する樹脂層を設けてなる複合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、筒状の金属基体（軸受外周部）をインサート部品として樹脂で射出成形することで、金属基体の内周面に樹脂層を形成したすべり軸受が示されている。このように、すべり軸受の大部分を金属で形成することで線膨張係数や吸水率が抑えられると共に、樹脂層に軸受面を設けることで摺動性が高められる。また、金属基体を焼結金属で形成することで、金属基体の内周面に形成された微小な凹部に樹脂が入り込んでアンカー効果が発揮され、金属基体と樹脂層との密着性が向上する。

特開２００３−２３９９７６号公報特公昭５１−４３００７号公報

焼結金属は、通常、圧粉工程、焼結工程、矯正（サイジング）工程を経て製造される。尚、以下では、金属粉末を圧粉成形した後に高温での焼結処理を施さないものを圧粉体と呼び、さらに焼結処理を施した焼結体と区別することとする。

上記の各工程うち、焼結工程は、鉄系材料の場合８００℃以上の高温域で処理されるのが一般的であり、そのコストは、製造コスト全体の１／４〜１／２を占める。さらに、高温での焼結工程を経ることにより、圧粉体が膨張‐収縮するため、目的の寸法ないし精度に収めるために矯正工程が不可欠となる。

また、焼結工程は、一般に、窒素やアルゴンなどの不活性ガスや水素などの還元性ガス、またはそれらの混合ガス中、あるいは真空中など、非酸化性雰囲気中で行われる。これは、焼結時に金属粉末の表面に酸化物皮膜が形成されるのを抑制し、粒子間の融着を促進することが目的である。このような焼結工程を経ることで、金属粒子間の融着、ネッキングが起こり、強度が向上するのであるが、コスト高を招く上、上記のようなすべり軸受の金属基体としては過剰品質でもある。従って、より低温での処理で、すべり軸受の金属基体としての十分な強度が担保されれば、製造コストが低減できるだけでなく、寸法変化を抑制でき、矯正工程を省略することが可能となる。

上記のような高温での焼結工程を経ることなく圧粉体を高強度化させる方法として、例えば特許文献２には、鉄粉からなる圧粉体を酸化性雰囲気中で４００〜７００℃に加熱して各鉄粉の表面に鉄酸化物を生成させ、この鉄酸化物により鉄粉同士を固結させる技術が示されている。具体的には、圧粉体を加熱することで、まず個々の鉄粉の表面が酸化して鉄酸化物が生成され、この鉄酸化物が圧粉体内の空孔を充填し同時に互いに網状につながることで、個々の粒子が強固に結合される。

しかし、特許文献２の技術では、圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱して酸化物を生成させることで、圧粉体の内部空孔が酸化物で埋められてしまうため、圧粉体の表面開口率が大幅に低下する。このような圧粉体を複合摺動部材の金属基体に適用すると、金属基体の表面に設けられた凹部に樹脂が入り込みにくくなり、金属基体と樹脂層との密着力が低下する。

以上のような問題は、すべり軸受に限らず、金属基体の表面にインサート成形により樹脂層を設けた複合摺動部材において、同様に生じる。

以上の事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、圧粉体からなる金属基体の表面にインサート成形により樹脂層を設けた複合摺動部材において、金属基体と樹脂層とを強固に密着させることにある。

前記課題を解決するためになされた本発明は、金属基体と、前記金属基体をインサート部品として射出成形され、前記金属基体の表面に設けられた樹脂層とを備え、前記樹脂層に摺動面が設けられた複合摺動部材であって、前記金属基体が、金属粉末の粒子同士を酸化物被膜を介して結合した圧粉体からなり、該圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が２μｍ以下であることを特徴とするものである。

また、前記課題を解決するためになされた本発明は、金属粉末を圧粉成形してなる圧粉体を、酸化性雰囲気中で加熱処理することにより、前記金属粉末の粒子同士を、各粒子の表面に生成される酸化物被膜を介して結合して金属基体を形成する工程と、前記金属基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、前記金属基体の表面に、摺動面を有する樹脂層を形成する工程とを経て行う複合摺動部材の製造方法であって、前記圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における前記酸化物被膜の最大膜厚が２μｍ以下となるように、前記圧粉体の加熱処理の条件を設定したことを特徴とするものである。

このように、金属基体を構成する圧粉体の表層における酸化物皮膜を極薄（最大膜厚２μｍ以下）にすることで、圧粉体の表面に開口した空孔が酸化物皮膜で埋められる割合が低減され、圧粉体の表層における空孔率（表面開口率）が高められる。この圧粉体の表層の空孔に樹脂を入り込ませることにより、金属基体と樹脂層とを強固に固着することができる。

圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱処理すると、圧粉体の内部（具体的には、表面から深さ３００μｍ±１０μｍの領域）は、圧粉体の表層と比べて酸化性ガスが入り込みにくいため、酸化物皮膜が形成されにくい。従って、上記のように、圧粉体の表層における酸化物皮膜を薄くすると、圧粉体の内部における酸化物皮膜はさらに薄くなり、例えば、表層中の酸化物皮膜の最大膜厚の１／２以下となることがある。本発明者らの検証によれば、このような超極薄の酸化物皮膜でも、複合摺動部材の金属基体として必要な強度（具体的には、圧環強さ１００ＭＰａ以上）が得られることが判明した。

圧粉体を加熱処理する際の酸化性雰囲気としては、例えば水蒸気雰囲気が考えられる。しかし、圧粉体を水蒸気雰囲気中で加熱すると、金属粉末の表面に酸化物皮膜が生成されやすいため、圧粉体の表層における酸化物皮膜の厚さを２μｍ以下に制御することが困難となる。また、炉内に十分な量の水蒸気を導入し、且つ、炉内を高温高圧に保持するためには、設備が大掛かりになり、コスト高を招く。そこで、圧粉体の加熱処理は、水蒸気雰囲気よりも酸化性被膜の生成速度が遅い酸化性雰囲気、具体的には、酸素又は空気、あるいはこれらに対して不活性ガスを混合した酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。尚、空気雰囲気とは、純空気を炉内に供給した雰囲気や、雰囲気制御しない大気雰囲気を含む。

上記のように表層における酸化物皮膜を薄くすることで、金属基体の表面開口率を１５％以上とすることが可能となる。

以上のように、圧粉体からなる金属基体の表面にインサート成形により樹脂層を設けた複合摺動部材において、圧粉体の表層に生成される酸化物皮膜の最大膜厚を２μｍ以下に抑えることで、金属基体と樹脂層とを強固に密着させることができる。

本発明の一実施形態に係る複合摺動部材としてのすべり軸受の断面図である。上記すべり軸受の金属基体を構成する圧粉体の組織を模式的に示す断面図であり、（ａ）は表層における断面図、（ｂ）は表層から深さ３００μｍ付近における断面図である。上記すべり軸受の製造方法を示すブロック図である。（ａ）は、すべり軸受の他の例を示す軸方向断面図であり、（ｂ）は同すべり軸受の軸直交方向断面図である。

以下、本発明に係る複合摺動部材を、内周面に軸受面を有するすべり軸受に適用した場合について説明する。

図１に示すすべり軸受１は、筒状（図示例では円筒状）を成した金属基体２と、金属基体２の内周面２ａに設けられた樹脂層３とを備える。樹脂層３の内周面３ａは、内周に挿入された軸４を支持する摺動面（軸受面）として機能する。

金属基体２は、鉄粉を主に有する圧粉体からなる。図２に示すように、鉄粒子１０の表面には鉄酸化物皮膜１１が生成されている。この酸化物皮膜１１を介して、鉄粒子１０同士が結合されている。尚、全ての鉄粒子１０同士が酸化物皮膜１１を介して結合されているわけではなく、一部の鉄粒子１０同士は、酸化物皮膜１１を介することなく直接接触して、融着している。

金属基体２を構成する圧粉体の表層（表面から深さ５０μｍ以内の領域）における鉄酸化物皮膜１１の最大膜厚は、２μｍ以下となっている。尚、酸化物皮膜の「最大」膜厚とは、酸化物皮膜のうち、偶発的に形成された局部的な厚肉部を除く部分における最大膜厚を言うものとする。このように、圧粉体の表層における鉄酸化物皮膜１１の膜厚を薄くすることで、圧粉体の表面開口した空孔が鉄酸化物皮膜１１で埋められにくくなるため、金属基体２の表面に、内部空孔１２と連通した表面開口部１３が多数形成される。具体的には、金属基体２の表面開口率が、１５％以上、好ましくは２０％以上とされる。尚、表面開口率とは、金属基体２の表面に開口した空孔の単位面積当たりに締める総面積の割合（面積比）である。また、金属基体２の表面開口率は、樹脂層３との接触面（本実施形態では内周面２ａ）で測定することが好ましいが、本実施形態では、金属基体２を構成する圧粉体に矯正（サイジング）が施されておらず、全表面の表面開口率は略一定であると推定されるため、内周面２ａ以外の表面（例えば外周面２ｂ）の開口率を測定してもよい。

また、表面開口率が大きすぎると、内部の空孔率が大きくなり、圧粉体の強度が不足するおそれがある。従って、金属基体２の表面開口率は、５０％以下、好ましくは４０％以下とすることが望ましい。

図２（ｂ）に示す圧粉体の内部における鉄酸化物皮膜１１の膜厚は、図２（ａ）に示す圧粉体の表層における鉄酸化物皮膜１１の膜厚よりも薄くなっている。具体的には、圧粉体の内部（表面から深さ３００μｍ±１０μｍの領域）における鉄酸化物皮膜１１の最大膜厚が、表層における鉄酸化物皮膜１１の最大膜厚の少なくとも１／２以下、あるいは１／５以下、さらには１／１０以下となっている。このように内部における酸化物皮膜の膜厚が極小であっても、すべり軸受等の複合摺動部品として要求される強度を有しており、具体的には圧環強さ１００ＭＰａ以上となっている。

樹脂層３は、金属基体２をインサート部品とした樹脂の射出成形で形成される。樹脂層３の外周面３ｂは、金属基体２の内周面２ａに密着している。詳しくは、金属基体２の内周面２ａに設けられた無数の微小な表面開口部１３に、樹脂層３の一部が入り込んでいる。これにより、アンカー効果が発揮され、金属基体２の内周面２ａと樹脂層３の外周面３ｂとが強固に密着する。

樹脂層３の材料は、樹脂層の要求特性に応じて任意に決定できる。樹脂材料の主成分となる合成樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、射出成形可能なポリイミド（ＰＩ）樹脂、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）樹脂、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）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂（ポリフッ化オレフィン系樹脂）、射出成形可能なＰＥ樹脂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。

これらの中でも、射出成形可能なＰＥ樹脂を主成分とし、耐摩耗性の改善を図る充填材を含む材料を用いることが好ましい。このような充填材としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂や、非射出成形性の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）樹脂などが挙げられる。また、摩擦摩耗特性を改善し、また、線膨張係数を小さくする充填材を添加してもよい。このような充填材としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、非射出成形性の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）樹脂、ガラス繊維、炭素繊などの繊維類、炭酸カルシウムやタルク、シリカ、クレー、マイカなどの鉱物類、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など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などの各種耐熱性樹脂などが挙げられる。さらに、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、顔料などの充填材を添加してもよい。以上のような充填材は、適宜組み合わせて使用することができる。

樹脂層３が温度変化に伴って膨張あるいは収縮すると、樹脂層３の外周面３ｂは金属基体２で拘束されているため、樹脂層３の内周面３ａが縮径あるいは拡径する。その結果、軸受面と軸との間の隙間が過少となってトルクの増大を招いたり、隙間が過大となって軸にがたつきが生じたりする恐れがある。このため、樹脂層３の線膨張係数（１／℃）×肉厚（μｍ）は、０．１５以下がよく、０．１３以下が好ましく、０．１０以下がさらに好ましい。また、成形性を考慮すると、樹脂層３の線膨張係数×肉厚は０．００３以上、好ましくは０．０１以上、さらに好ましくは０．０１５以上とすることが望ましい。

樹脂層３の肉厚は、１００〜５００μｍとすることが好ましい。尚、本発明における「樹脂層３の肉厚」とは、金属基体２の表面開口部に入り込まない部分の厚さ（径方向厚さ）である。樹脂層３の肉厚が１００μｍ未満では、長期使用時の耐久性に劣るおそれがある。一方、樹脂層３の肉厚が５００μｍを超えると、ヒケが発生し寸法精度が低下する、摩擦による熱が金属基体２に逃げにくく摺動面の温度が高くなる、荷重による変形量が大きくなる、摺動面における軸との接触面積が大きくなり摩擦力及び摩擦発熱が高くなる、といった問題が生じる。

以下、すべり軸受１の製造方法を、金属基体２の製造方法を中心に説明する。

すべり軸受１は、図３に示すように、混合工程、圧粉工程、脱脂工程、酸化工程を経て金属基体２を形成する工程と、この金属基体２を用いたインサート成形により樹脂層３を形成するインサート成形工程とを経て製造される。以下、各工程を詳しく説明する。

（１）混合工程
混合工程は、各種金属粉末を混合し、原料粉末を作製する工程である。本実施形態の原料粉末は、鉄粉を主に含む。鉄粉は、製法（例えば、アトマイズ法、還元法、スタンプ法、カルボニル法など）を問わず使用可能である。また、主成分が鉄である合金粉（例えば、予合金化したプレアロイ粉、部分的に拡散合金化させた部分拡散合金粉）や、複数種の金属粉を事前に混合したプレミックス粉を使用することも可能である。また、潤滑性向上や高強度化などのため、Ｓｎ、Ｚｎなどの低融点金属粉末、黒鉛やカーボンブラックなどの炭素系粉末を原料粉末に適宜添加してもよい。

さらに、後述する圧粉工程における原料粉末と金型との潤滑、あるいは原料粉末同士の潤滑を担保するべく、潤滑剤を原料粉末に添加してもよい。潤滑剤としては、金属セッケンやアミドワックスなどが使用できる。潤滑剤は、粉末として原料粉末に混合する他、上記に挙げた潤滑剤を溶液に分散させ、金属粉末に噴霧又は浸漬させ、溶剤成分を揮発・除去することで、潤滑剤を金属粉末の表面に被覆させてもよい。

また、成形性を確保するために、原料粉末にバインダーを添加してもよい。バインダーとしては、炭化水素系樹脂やワックス、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。バインダーは、主原料粉末に添加、噴霧して使用され、粉末間の結合力を増加させる役割を果たす。ただし、バインダーを添加することで成形体の密度が低下するので、注意が必要となる。

（２）圧粉工程
圧粉工程は、上記混合工程で作製した原料粉末を金型に供給し、圧粉成形することで、円筒状の圧粉体を得る工程である。圧粉工程の手法は特に問わず、一軸加圧成形の他、多軸ＣＮＣプレスによる成形、射出成形（ＭＩＭ）などが適用可能である。

通常、焼結部品においては密度が高い方が強度は向上する。しかし、本実施形態のように、圧粉体に酸化処理を施すことで高強度化を図る場合は、圧粉密度が高すぎると、圧粉体内部まで空気等の酸化性ガスが侵入できず、酸化物皮膜の形成が圧粉体のごく表層に限られるため、強度は向上するものの好ましくない。この点に鑑み、圧粉密度は、６．８ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは６．４ｇ／ｃｍ^３以下とするのがよい。一方、圧粉密度が低すぎると、取扱い時に欠けや割れが発生してしまう（ラトラ値が大きい）、粒子間距離が長過ぎて酸化物皮膜が粒子間にわたって形成されない、といった懸念がある。この点に鑑み、圧粉密度は、５．８ｇ／ｃｍ³以上、好ましくは６．０ｇ／ｃｍ³以上とするのがよい。圧粉密度は寸法測定法による。

（３）脱脂工程
脱脂工程は、圧粉体を加熱して、圧粉体に含まれる潤滑剤成分を除去（脱ろう）する工程である。本実施形態の脱脂工程は、潤滑剤の分解温度より高く、後述の酸化工程よりも低い温度で行われ、例えば３５０℃で９０分間加熱される。従来の手法では、圧粉体に含まれる潤滑剤成分は、焼結工程において高温に保持されるために分解し、焼結後の製品中には含まれない。しかし、本発明を適用した場合、圧粉体の密度や処理温度、保持時間によっては潤滑剤成分が残存し得る。そのため、酸化処理に先立ち、あらかじめ潤滑剤成分を分解・除去するための脱脂工程を設け、脱脂工程後に連続して同じ雰囲気で酸化処理をする、といった手法を取ることが望ましい。ただし、脱脂工程を設けずに、潤滑剤を含有したまま酸化処理をしても、高強度化が図れることは確認済みである。また、脱脂工程を、別途の加熱装置を用いて、酸化工程とは異なる雰囲気（例えば、不活性ガスや還元性ガス、真空中など）で実施してもよい。

（４）酸化工程
酸化工程は、圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱して、金属粉末（特に主成分となる鉄粉）の各粒子の表面に酸化物皮膜を生成させ、この酸化物皮膜を介して粒子同士を結合することで、圧粉体の強度を高める工程である。本実施形態では、上記で示した酸化物皮膜が得られるように、酸化工程の処理条件（加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気）が設定される。具体的に、本実施形態の酸化工程における加熱温度は、３５０℃以上、好ましくは４５０℃以上に設定される。また、加熱温度が高すぎると、圧粉体の寸法変化が大きくなるため、加熱温度は６００℃以下とすることが好ましい。加熱時間は、５分〜２時間の範囲で、適宜設定される。加熱雰囲気は、積極的な酸化を促すために酸化性雰囲気とされる。ただし、水蒸気雰囲気は、酸化物皮膜の生成速度が速く、表層における膜厚が２μｍを超えやすいため、これよりも酸化物皮膜の生成速度が遅い酸化性雰囲気とすることが好ましい。具体的には、空気又は酸素、あるいはこれらに窒素やアルゴンなどの不活性ガスを混合した酸化性ガスの何れかの雰囲気中で加熱することが好ましい。

鉄粉の表面に形成される鉄酸化物皮膜は、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯの２種類以上の混相である。これらの酸化物の比率は、材料および処理条件（加熱雰囲気、加熱温度、加熱時間）によって異なる。

この酸化工程により、金属粉末の各粒子の表面に生成される酸化物皮膜が、鉄粉の粒子間に行き渡ってネットワークを形成することで、従来のような高温での焼結による結合力を代替し、圧粉体が高強度化される。また、本実施形態では、主成分となる鉄粉の全粒子が酸化物皮膜を介して接合されているわけではなく、一部の粒子同士が酸化物皮膜を介することなく直接接触して融着している。酸化工程を経た圧粉体の強度は、すべり軸受１の金属基体２として必要な強度、具体的には圧環強さ１００ＭＰａ以上、好ましくは１５０ＭＰａ以上とされる。

上記の酸化工程は、従来の高温での焼結工程と比べて処理温度が低いため、寸法変化が小さく、材質、処理条件、製品形状、寸法等によってはその後の矯正（サイジング）工程を省略することが可能となる。これに伴い、製造工程が短縮化され、コストが低減できると共に、製品及び圧粉成形用の金型の設計が容易になる。

上記の酸化工程は、圧粉体の形状や寸法によらず適用可能である。また、酸化工程を施した圧粉体の表面は酸化物皮膜で覆われるため、防錆効果が高く、場合によっては防錆処理が不要となる。また、酸化工程の処理温度が比較的低いため、この処理温度を超える温度で変性、分解するような添加剤（例えば摺動性や潤滑性を有する材料）を添加して、製品の高機能化を図ることも可能である。

（５）インサート成形工程
こうして形成された金属基体２をインサート部品として樹脂で射出成形することで、樹脂層３が形成される。具体的には、射出成形金型のキャビティに金属基体２をインサート部品として供給する。そして、ゲートからキャビティに溶融樹脂を射出した後、溶融樹脂を冷却して固化させることで、樹脂層３が形成される。その後、金型を型開きして、金属基体２と樹脂層３との一体品を取り出すことで、すべり軸受１が完成する。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、樹脂層３が金属基体２の内周面２ａにのみ設けられた場合を示したが、これに限られない。例えば、金属基体２の端面や外周面に樹脂層を設け、これらの樹脂層に摺動面を設けてもよい。また、樹脂層３を、金属基体２の内周面、端面、外周面のうちの複数箇所に設けてもよい。

また、上記の実施形態では、樹脂層３の内周面３ａ（摺動面）が凹凸の無い円筒面である場合を示したが、これに限られない。例えば、樹脂層３の内周面３ａに溝を設けてもよい。図４に示す実施形態では、樹脂層３の内周面３ａに、軸方向と平行な複数（図示例では６本）の溝５を設けている。溝５は、樹脂層３の内周面３ａの軸方向全長にわたって延びている。複数の溝５は、周方向等間隔に配されている。この溝５の底面にゲート跡６を設けることで、ゲート跡６の後処理が不要となる。また、周方向等間隔に配された複数（偶数）の溝５の一本おきにゲート跡６を設ければ、ゲート跡６が設けられていない溝５にウェルドラインが形成される。

また、すべり軸受１を、樹脂層３の内周面３ａと軸４の外周面との間のラジアル軸受隙間の潤滑流体（例えば油）の動圧作用で軸４を非接触支持する、流体動圧軸受として使用してもよい。この場合、樹脂層３の内周面３ａに動圧溝を設けてもよい。動圧溝は、例えばへリングボーン形状やスパイラル形状に配列される。この動圧溝は、例えば圧粉工程で成形することができる。

また、金属基体２は筒状に限らず、例えば直方体や球状でもよい

上記のすべり軸受の金属基体の製造方法において、好ましい条件を確認するために、以下の試験を行った。各試験片の条件等を表１に示す。尚、以下では、圧環強さ１００ＭＰａ以上、且つ、寸法変化率±０．１％以下を満たすものを「実施例」と言い、これらの何れかを満たさないものを「比較例」と言う。

実施例１
市販の還元鉄粉（ヘガネス社製／ＳＣ１００．２６）および成形潤滑剤（アクラワックスＣ）：０．７重量％を添加し、Ｖブレンダーにてドライ混合（４０ｍｉｎ）した。その後、混合粉末を粉末成形用金型内に投入し、室温、１４０ＭＰａにて圧縮成形し、リング形状の圧粉体（外径φ１６ｍｍ×内径φ８．５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を製作した。圧粉体密度は、５．８ｇ／ｃｍ^３であった。得られたリング状の圧粉体を、バッチ式加熱炉に投入し、空気流量：０．１Ｌ／ｍｉｎで室温から３５０℃まで昇温速度：１０℃／ｍｉｎ、で昇温し、その後、３５０℃×３０ｍｉｎ保持し、昇温速度：１０℃／ｍｉｎで４００℃まで昇温し、１０分間保持した後、炉例で室温まで空冷した。

処理前後で外径寸法を測定し、加熱処理による寸法変化量を測定した。また、処理後の圧粉体について、圧環強さを測定した。加熱処理による外径寸法変化率は−０．０４％（収縮側）、圧粉体の圧環強さは１１０ＭＰａを示した。

尚、寸法変化率は、（（処理後外径寸法−処理前外径寸法）／（処理前外径寸法））×１００の計算式に従って求めた。また、圧環強さは、ＪＩＳＺ２５０７「焼結軸受−圧環強さ試験方法」に準ずる。

実施例２〜１４
実施例１と同様の混合粉末を使用し、同じ金型で成形圧力を調整して所定の密度の圧粉体を得た。得られたリング状圧粉体を実施例と同じ脱脂処理を行い、その後、同じ昇温パターンで所定の温度まで昇温し、所定時間保持した後、炉例で室温まで空冷した。各種条件は表１に示すとおりである。

処理前後で外径寸法を測定し、加熱処理による寸法変化量を測定した。また、処理後の圧粉体について、圧環強さを測定した。圧環強さおよび寸法変化率を表１に併記する。

実施例１５、１６
実施例１と同様の混合粉末を使用し、同じ金型で成形圧力を調整して所定の密度の圧粉体を得た。得られたリング状圧粉体で脱脂処理を行わず、そのまま、同じ昇温パターンで所定の温度まで昇温し、所定時間保持した後、炉例で室温まで空冷した。各種条件は表１に示すとおりである。

実施例１７
鉄粉に神戸製鋼所製水アトマイズ粉ＭＨ２８Ｎを使用し、実施例１と同様の潤滑材を混合し、同じ金型で成形圧力を調整して所定の密度の圧粉体を得た。得られたリング状圧粉体を実施例１と同じ脱脂処理を行い、その後、同じ昇温パターンで所定の温度まで昇温し、所定時間保持した後、炉例で室温まで空冷した。各種条件は表１に示すとおりである。

比較例１〜１０
基本的に実施例１と同様の方法で成形、加熱処理を実施した。各種条件は表１に示すとおりである。

比較例１は、密度５．６ｇ／ｃｍ^３と低密度で、かつ加熱温度が４００℃と低いので、圧環強さが７０ＭＰａと低い。

比較例２は、密度５．８ｇ／ｃｍ^３と低密度で、加熱温度が４００℃、かつ処理時間が１分と短いので、圧環強さが８０ＭＰａと低い。

比較例３は、密度５．８ｇ／ｃｍ^３と低密度だが、加熱温度が６００℃かつ処理時間が１２０分と長いので、圧環強さ１７０ＭＰａと高い。ただし、寸法変化率が−０．２％と大きい。

比較例４は、密度６．２ｇ／ｃｍ^３と中密度だが、未処理品なので、圧環強さ２０ＭＰａと低い。

比較例５は、密度６．２ｇ／ｃｍ^３と中密度だが、加熱温度が３５０℃と低いので１２０分処理しても圧環強さ８０ＭＰａと低い。

比較例６は、密度６．２ｇ／ｃｍ^３と中密度だが、加熱温度が４００℃かつ処理時間が１分と短いので圧環強さ９０ＭＰａと低い。

比較例７は、密度６．２ｇ／ｃｍ^３と中密度で加熱温度が５００℃と比較的高温であるが、処理時間が１５０分と長い。このため、圧環強さは１９０ＭＰａと高いが、寸法変化率が−０．１４％と大きくなる。

比較例８は、密度６．２ｇ／ｃｍ^３と中密度で加熱温度が７００℃と高温のため、処理時間が１０分と短くても圧環強さ２２０ＭＰａと高いが、寸法変化率が−０．４％と大きくなる。

比較例９は、密度７．０ｇ／ｃｍ^３と高密度のため、加熱温度が４００℃、処理時間１０分で圧環強さ１２０ＭＰａを示すが、寸法変化率が−０．１５％と大きい。

比較例１０は、密度７．０ｇ／ｃｍ^３と高密度のため、加熱温度が６００℃、処理時間１分で圧環強さ１６０ＭＰａを示すが、寸法変化率が−０．２０％と大きい。

以上の結果から、圧環強さ１００ＭＰａ以上、且つ、寸法変化率±０．１％以下の圧粉体（金属基体）を得るためには、圧粉密度を５．８〜６．８ｇ／ｃｍ^３、酸化工程の加熱温度を４００〜６００℃、酸化工程の加熱時間を５〜１２０分の範囲で設定することが好ましいと言える。

１すべり軸受
２金属基体
３樹脂層
４軸
１０鉄粒子
１１鉄酸化物皮膜
１２内部空孔
１３表面開口部

Claims

金属基体と、前記金属基体をインサート部品として射出成形され、前記金属基体の表面に設けられた樹脂層とを備え、前記樹脂層に摺動面が設けられた複合摺動部材であって、
前記金属基体が、金属粉末の粒子同士を酸化物被膜を介して結合した圧粉体からなり、
該圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が２μｍ以下であることを特徴とする複合摺動部材。
前記圧粉体の表面から深さ３００μｍ±１０μｍの領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が、該圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚の１／２以下である請求項１記載の複合摺動部材。
前記圧粉体を、酸素又は空気、あるいはこれらに対して不活性ガスを混合した酸化性ガス雰囲気中で加熱することにより、前記酸化物皮膜が形成された請求項１又は２記載の複合摺動部材。
前記金属基体の表面開口率が１５％以上である請求項１〜３の何れかに記載の複合摺動部材。
金属粉末を圧粉成形してなる圧粉体を、酸化性雰囲気中で加熱処理することにより、前記金属粉末の粒子同士を、各粒子の表面に生成される酸化物被膜を介して結合して金属基体を形成する工程と、
前記金属基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、前記金属基体の表面に、摺動面を有する樹脂層を形成する工程とを経て行う複合摺動部材の製造方法であって、
前記圧粉体の表面から深さ５０μｍ以内の領域における前記酸化物被膜の最大膜厚が２μｍ以下となるように、前記圧粉体の加熱処理の条件を設定したことを特徴とする複合摺動部材の製造方法。