JP2017179491A - 機械部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の機械的強度、寸法精度および表面性状等を具備した多孔質金属製の機械部品を低コストに製造可能とする。【解決手段】酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を主成分とし、これに固体潤滑剤を含めた原料粉末Ｍを圧縮することで圧粉体１０を得る圧縮成形工程Ｓ１と、圧粉体１０中の固体潤滑剤を除去する脱脂工程Ｓ２と、酸化性ガス雰囲気下で脱脂処理後の圧粉体１０を金属粉末の焼結温度未満で加熱しつつ、金属粉末を酸化性ガスと反応させることにより、金属粉末の粒子間に酸化物皮膜５が形成された強化圧粉体１１を得る皮膜形成工程Ｓ３とを備え、固体潤滑剤は、金属成分を含まず、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓおよびハロゲン族元素の群から選択される元素で構成されたものであり、かつ、分解温度が５００℃未満であると共に、脱脂工程Ｓ２での分解率が質量分率で９５％以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、機械部品の製造方法に関し、より詳細には、金属粉末を主成分とした原料粉末の圧粉体を母材とする機械部品（多孔質金属製の機械部品）の製造方法に関する。

例えば、機械部品の一種であるすべり軸受としては、無数の内部気孔を有する多孔質体からなり、内部気孔に潤滑油等の潤滑剤を含浸させた、いわゆる含油軸受が好適に使用されている。このようなすべり軸受は、金属粉末を主成分とした原料粉末の圧粉体を得る圧縮成形工程、圧粉体に高強度化処理を施す高強度化処理工程、および圧粉体の内部気孔に潤滑油を含浸させる含油工程などを順に経ることで得られる。上記の高強度化処理としては、例えば、金属粉末の粒子同士をネック結合させる焼結処理が広く採用されている。

上記の焼結処理は、一般に、金属粉末の焼結温度以上の高温で圧粉体を加熱する必要があるため、処理後に得られる焼結体には、熱収縮等に伴って各部の寸法・形状精度に崩れが生じ易い。従って、焼結体の各部に機械部品として実使用可能なレベルの寸法精度を確保するためには、焼結体に対してサイジング等の寸法矯正加工を追加的に施すことが必要不可欠になる。しかしながら、この場合、工程数が増加する分、機械部品の製造コストが増す。

そこで、高強度化処理としては、焼結処理に替えて、例えば下記の特許文献１に記載されている水蒸気処理を採用する場合がある。水蒸気処理とは、圧粉体（雰囲気）を加熱しつつ、圧粉体を構成する金属粉末（酸化物皮膜を形成可能な金属粉末）を水蒸気と反応させることにより、金属粉末の粒子表面（粒子間）に酸化物皮膜を形成する処理であり、酸化物皮膜が金属粒子同士を結合させるネッキングの役割を代替する。そして、水蒸気処理は、その処理温度が焼結処理よりも格段に低い関係上、熱収縮等に伴う圧粉体の寸法変化量を抑制することができるので、その後の寸法矯正加工を省略できるという利点がある。

特開昭６３−７２８０３号公報

特許文献１に開示された方法は、多孔質金属からなる機械部品を比較的低コストに製造可能である点で有用である。しかしながら、本発明者らの検証によれば、圧粉体の成形用粉末の組成等を適正化しなければ、実使用可能なレベルの機械的強度（例えば、圧環強さ１２０ＭＰａ以上）、寸法精度および表面性状（表面精度）を得ることができない可能性が高いことが判明した。

そこで、本発明の課題は、所望の機械的強度、寸法精度および表面性状等を具備した多孔質金属製の機械部品を低コストに製造可能とすることにある。

本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、酸化物皮膜の形成処理の処理条件を特定すると共に、圧粉体の成形用粉末（原料粉末）に含める固体潤滑剤として特定のものを選択使用することにより、所望の機械的強度、寸法精度および表面性状等を有する多孔質金属製の機械部品を低コストに製造し得ることを見出し、本発明を創案するに至った。

すなわち、上記の課題を解決するために創案された本発明は、多孔質金属製の機械部品を製造するための方法であって、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を主成分とし、これに固体潤滑剤を含めた原料粉末を圧縮することにより、所定形状の圧粉体を得る圧縮成形工程と、圧粉体に含まれる固体潤滑剤を除去する脱脂工程と、酸化性ガス雰囲気下で脱脂処理後の圧粉体を金属粉末の焼結温度未満で加熱しつつ、金属粉末を酸化性ガスと反応させることにより、金属粉末の粒子間に酸化物皮膜が形成された強化圧粉体を得る皮膜形成工程と、を備え、固体潤滑剤は、金属成分を含まず、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓおよびハロゲン族元素の群から選択される元素で構成されたものであり、かつ、分解温度が５００℃未満であると共に、脱脂工程での分解率が質量分率で９５％以上であることを特徴とする。

なお、本発明でいう「ハロゲン族元素」とは、周期表の第１７族に属する元素、具体的にはフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）およびアスタチン（Ａｔ）の総称である。

上記の構成によれば、皮膜形成処理によって金属粉末の粒子間に形成される酸化物皮膜が粒子同士の結合媒体として機能し、圧粉体を焼結したときに形成されるネッキングの役割を代替するので、強化圧粉体に、所定の機械部品として使用可能なレベルの機械的強度、具体的には圧環強さ１２０ＭＰａ以上の強度を持たせることができる。また、酸化物皮膜の形成処理として、金属粉末を水蒸気と反応させる水蒸気処理ではなく、金属粉末を酸化性ガスと反応させる処理を採用したことにより、表面性状に優れた強化圧粉体（機械部品）、具体的には、主に酸化物皮膜の膜厚差に由来して各面に存在する微小な凹凸の高低差が３μｍ未満にまで高められた機械部品を得ることができる。さらに、原料粉末に含める固体潤滑剤として、上記の種々の条件を満たすものを選択使用することにより、エネルギー消費量および脱脂処理に伴う圧粉体の寸法変化量を極力抑制し得るような低温で脱脂処理を実施しても、固体潤滑剤を適当に分解・除去可能とし、固体潤滑剤に由来する残渣が強化圧粉体に残存するのを防止することができる。この点からも、表面性状に優れた強化圧粉体、ひいては機械部品を得ることができる。

また、上記の皮膜形成処理は、圧粉体を金属粉末の焼結温度未満で加熱することにより行われるので、処理前後における圧粉体の寸法変化量を小さくすることができる。そのため、圧粉体を焼結した場合には、その後の実施が必要不可欠であったサイジング等の寸法矯正加工を省略することができる。また、寸法変化量を小さくできれば、圧粉体の成形金型の設計が容易となる。さらに、処理温度が低ければ、処理時に必要なエネルギーも削減できて処理コストが減じられる。

以上より、本発明によれば、実使用可能なレベルの機械的強度、寸法精度および表面性状等を具備した機械部品を低コストに製造することができる。

上記の各種条件を満たし、本発明で好ましく採用し得る固体潤滑剤としては、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド（飽和脂肪酸アミド）を挙げることができる。

脱脂工程は、例えば、窒素雰囲気、還元性雰囲気あるいは真空等の非酸化性雰囲気下で実施するのが好ましい。脱脂工程を酸化性雰囲気下で実施すると、機械部品に必要とされる寸法精度および表面性状を確保することが難しくなるからである。

圧粉体の密度が高すぎると、皮膜形成処理時に圧粉体の芯部に存在する金属粒子を酸化性ガスと反応させること、すなわち圧粉体の強度向上に寄与する酸化物皮膜を圧粉体の芯部に形成することが難しくなるという懸念がある。これとは逆に、圧粉体の密度が低すぎると、圧粉体の取り扱い性が低下する、金属粉末の粒子間距離が拡大するため酸化物皮膜を所定態様で形成することが難しくなる、などといった懸念がある。従って、圧粉体の密度は、５．８ｇ／ｃｍ^３以上７．２ｇ／ｃｍ^３以下とするのが好ましい。

皮膜形成工程における圧粉体の加熱温度は３５０℃以上７００℃未満に設定するのが好ましく、また、皮膜形成工程の処理時間は６０分以下に設定するのが好ましい。

上記構成において、強化圧粉体の内部気孔に潤滑油を含浸させる含油工程をさらに設けることもできる。

圧縮成形工程では、圧粉体に、支持すべき軸を支持するための軸受面を成形することができ、この軸受面には動圧発生部を型成形することもできる。すなわち、本発明は、例えば、多孔質体からなるすべり軸受、さらにはすべり軸受の一種である動圧軸受を製造するための方法として好ましく適用することができる。

以上より、本発明によれば、実使用可能なレベルの機械的強度、寸法精度および表面性状を備えた多孔質金属製の機械部品を低コストに製造することができる。

本発明に係る製造方法を適用して製造した機械部品の一例であるすべり軸受の概略断面図である。 図１に示すすべり軸受の製造工程を示す図である。 図１に示すすべり軸受を製造する際に実施される圧縮成形工程を模式的に示す断面図であって、（ａ）図は同工程で使用される成形金型に原料粉末を充填した状態を示す断面図、（ｂ）図は原料粉末を圧縮成形している状態を示す断面図である。 図１に示すすべり軸受の変形例を示す概略断面図である。 （ａ）図は、確認試験で作製した比較例に係る試験体の拡大写真、（ｂ）図は、同確認試験で作製した実施例に係る試験体の拡大写真である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る機械部品の製造方法は、例えば、図１に示すように、内周に挿入される軸Ｓをラジアル方向に相対回転自在に支持するためのすべり軸受１、より具体的には、無数の内部気孔２を有する多孔質金属製のすべり軸受１を製造する際に適用される。このすべり軸受１は、その内部気孔２に潤滑油を含浸させた、いわゆる含油状態で使用される。従って、例えば、軸Ｓが回転すると、これに伴って、すべり軸受１の内部気孔２に保持された潤滑油がすべり軸受１の円筒状内周面（ラジアル軸受面３）と軸Ｓの外周面との間の軸受隙間（ラジアル軸受隙間）に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸Ｓがラジアル方向に回転自在に支持される。

すべり軸受１は、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末（例えば、純鉄粉末の占有割合が９５質量％以上の金属粉末）を主成分とした原料粉末の圧粉体に高強度化処理を施すことで形成された強化圧粉体１１からなる。強化圧粉体１１からなるすべり軸受１は、図１中の拡大図に模式的に示すように、Ｆｅ粒子４表面（Ｆｅ粒子４間）に形成され、隣接するＦｅ粒子４同士を結合した酸化物皮膜５を有し、１２０ＭＰａ以上の圧環強さを有する。また、このすべり軸受１は、各面に存在する微小な凹凸の高低差が極めて小さくなっており、少なくともラジアル軸受面３における上記凹凸の高低差は３μｍ以下となっている。なお、ここでいう「凹凸の高低差」とは、すべり軸受１の製造過程で不可避的に生じる微小な凹凸（具体的には、主に酸化物皮膜５の膜厚差に由来する凹凸）の高低差であって、例えばラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させるべく、ラジアル軸受面３に意図的に設ける凹凸（動圧発生部）の高低差は含まないものとする。従って、ここでいう「凹凸の高低差」とは、換言するならば、ＪＩＳ Ｂ ００２１に規定の「円筒度」を意味する。

以上の構成を有するすべり軸受１は、図２に示すように、圧縮成形工程Ｓ１、脱脂工程Ｓ２、皮膜形成工程Ｓ３および含油工程Ｓ４を順に経て製造される。以下、各工程について詳細に説明する。

［圧縮成形工程］
圧縮成形工程Ｓ１では、原料粉末を圧縮成形することにより、原料粉末を構成する粒子同士が密着した圧粉体１０を得る。圧粉体１０は、例えば一軸加圧成形法により成形することができ、具体的には図３（ａ）（ｂ）に示すような成形金型装置２０を用いて成形される。この成形金型装置２０は、圧粉体１０の外周面を成形する円筒状のダイ２１と、ダイ２１の内周に配され、圧粉体１０の内周面（軸受面３）を成形するコアピン２２と、圧粉体１０の一端面（下端面）および他端面（上端面）を成形する一対の下パンチ２３および上パンチ２４とを備え、コアピン２２、下パンチ２３および上パンチ２４はダイ２１に対して軸方向（上下）に相対移動可能にダイ２１と同軸に配置されている。

以上の構成を有する成形金型装置２０において、まず、図３（ａ）に示すように、ダイ２１の内周にコアピン２２を配置した状態で下パンチ２３を下降させ、ダイ２１の内周面、コアピン２２の外周面および下パンチ２３の上端面でキャビティ２５を画成してから、キャビティ２５に原料粉末Ｍを充填する。そして、図３（ｂ）に示すように上パンチ２４を下降移動させ、キャビティ２５に充填した原料粉末Ｍを軸方向に圧縮すると、内周面に円筒状のラジアル軸受面３が成形された円筒状の圧粉体１０が得られる。

ここで、原料粉末Ｍは、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を主成分とし、これに所定量の固体潤滑剤（例えば、０．３質量％以上３質量％未満の固体潤滑剤）を添加・混合した混合粉末とされ、金属粉末としては、例えば、純鉄粉末の占有割合が９５質量％以上のものが選択使用される。純鉄粉末としては、どのような製法で製造されたものであっても問題なく使用することができる。すなわち、例えば、ガスアトマイズや水アトマイズ等のアトマイズ法により製造されるアトマイズ鉄粉、還元法により製造される還元鉄粉、電解法により製造される電解鉄粉、カルボニル法により製造されるカルボニル鉄粉などが使用できる。但し、ここでは、機械的強度や含油性に優れたすべり軸受１を得る上で好適な還元鉄粉を使用する。また、使用する純鉄粉末の粒径も特に問わないが、コストや圧粉体１０の成形性を考慮すると、平均粒径が２０μｍ以上１００μｍ以下の純鉄粉末を使用するのが好ましい。

なお、上記の金属粉末は、酸化物皮膜を形成可能なものであれば良く、純鉄粉末以外にも、例えば、合金元素を含む鉄系合金粉末、銅粉末（銅系合金粉末）、アルミニウム合金粉末、マグネシウム合金粉末などの群から選択される一種又は二種以上を使用できる。また、合金粉末を使用する場合、完全合金粉末又は部分合金化粉末の何れを使用しても構わない。

本実施形態では、固体潤滑剤として、以下の条件を全て満たすものが選択使用される。
・有機物を構成する基本的な元素、具体的には、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓおよびハロゲン族元素の群から選択される元素で構成され、金属成分を含まないもの。
・分解温度が５００℃（好ましくは３５０℃）未満。
・脱脂工程Ｓ２での分解率が、質量分率で９５％（９５質量％）以上。
なお、分解温度は、一般に、分子量（Ｍ）が大きくなるほど高くなり、分子量が小さくなるほど低くなる傾向にあることから、分解温度に関する条件を分子量の条件に置き換えると、「分子量Ｍが６００未満」とも言える。

上記の全ての条件に適合する固体潤滑剤としては、例えば以下のものを挙げることができる。
・ステアリン酸アミド（化学式：Ｃ_１８Ｈ_３７ＮＯ、Ｍ≒２８３、分解温度≒２５０℃）
・ラウリン酸アミド（化学式：Ｃ_１２Ｈ_２５ＮＯ、Ｍ≒１９９、分解温度≒３００℃）
・パルミチン酸アミド（化学式：Ｃ_１６Ｈ_３３ＮＯ、Ｍ≒２５５、分解温度≒２４０℃）
・ベヘン酸アミド（化学式：Ｃ_２２Ｈ_４５ＮＯ、Ｍ≒３３９、分解温度≒３４０℃）
・エチレンビスカプリン酸アミド（化学式：Ｃ_２２Ｈ_４４Ｎ_２Ｏ_２、Ｍ≒３６８、分解温度≒３７０℃）
・エチレンビスラウリン酸アミド（化学式：Ｃ_２６Ｈ_５２Ｎ_２Ｏ_２、Ｍ≒４２４、分解温度≒４００℃）
・エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド（化学式：Ｃ_３８Ｈ_７６Ｎ_２Ｏ_４、Ｍ≒５９２、分解温度≒４６５℃）
・エルカ酸アミド（化学式：Ｃ_２２Ｈ_４３ＮＯ、Ｍ≒３３７、分解温度≒４７０℃）

逆に、上記の条件を何れか一つでも満足せず、意図的に使用しない固体潤滑剤としては、例えば以下のものを挙げることができる。
・ステアリン酸亜鉛（∵金属成分であるＺｎを含み、分解温度≒５４０℃）
・ステアリン酸カルシウム（∵金属成分であるＣａを含み、分解温度≒５００℃）
・ステアリン酸アルミニウム（∵金属成分であるＡｌを含み、分解温度≒５２５℃）
・エチレンビスステアリン酸アミド（∵分解温度≒６００℃）
・エチレンビスオレイン酸アミド（∵分解温度≒６７０℃）

原料粉末Ｍの成形圧は、密度が５．８ｇ／ｃｍ^３以上７．２ｇ／ｃｍ^３以下の圧粉体１０を得ることができるように調整される。このような密度を有する圧粉体１０は、本実施形態で採用した一軸加圧成形法であっても確実に得ることができる。一軸加圧成形法であれば、圧粉体１０を得る際に利用できるその他の加圧成形法（例えば、多軸ＣＮＣプレスを用いた成形、冷間等方圧加圧法、熱間等方圧加圧法等）に比べて圧粉体１０を低コストに得ることができるという利点がある。もちろん、一軸加圧成形法に替えて、多軸ＣＮＣプレスを用いた成形、冷間等方圧加圧法、熱間等方圧加圧法等を利用して圧粉体１０を成形しても構わない。

［脱脂工程］
脱脂工程Ｓ２では、圧粉体１０に含まれる固体潤滑剤を分解・除去するための脱脂処理が実施される。脱脂処理は、窒素等の不活性ガス、還元性ガスあるいは真空等の非酸化性雰囲気下に配置した圧粉体１０を、圧粉体１０に含まれる固体潤滑剤の分解温度以上で所定時間加熱することが好ましい。ただし、圧粉体１０に含まれる純鉄粉末等の酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を酸化させる雰囲気下（例えば、大気）で脱脂処理を行なっても、強度や精度上、特段の問題はない。

ここで、前述のとおり、本実施形態では、脱脂工程Ｓ２での分解率が９５質量％以上の固体潤滑剤が選択使用される。逆に言えば、脱脂処理の処理温度および処理時間（圧粉体１０の加熱温度および加熱時間）は、圧粉体１０に含まれる固体潤滑剤を９５質量％以上分解し得るように設定される。これは、脱脂処理後の圧粉体１０に多くの固体潤滑剤（に由来する残渣）が残存していると、後述する皮膜形成工程Ｓ３での皮膜形成処理の実施時には、固体潤滑剤が追加的に分解・除去されながらＦｅ粒子４の表面に酸化物皮膜５が形成されてしまうため、皮膜形成処理によって得られる強化圧粉体１１、ひいてはすべり軸受１の表面性状が粗悪化してしまうからである。このような理由により、本実施形態では、金属成分を含み、脱脂処理後にも多量の残渣が圧粉体１０に残存し易いステアリン酸亜鉛等の金属石けんからなる固体潤滑剤の使用を意図的に避け、有機物を構成する基本的な元素で構成された固体潤滑剤を選択使用するようにしている。

なお、脱脂処理による固体潤滑剤の分解率は、一般に、脱脂処理の処理温度を高くする、および／又は脱脂処理の処理時間を長くすることによって高めることができる。しかしながら、脱脂処理の処理温度を高くするほど、また、脱脂処理の処理時間を長くするほど、脱脂工程Ｓ２でのエネルギー消費が増して不経済であることに加え、脱脂処理の実施に伴う圧粉体１０の膨張・収縮量が大きくなって圧粉体１０、ひいてはすべり軸受１の形状（寸法）精度に狂いが生じ易くなる。以上の理由から、本実施形態では、前述した条件を全て満たす固体潤滑剤、例えば、ステアリン酸アミドやパルミチン酸アミド等、飽和脂肪酸アミドからなる固体潤滑剤を選択使用している。このような固体潤滑剤を使用する場合、脱脂処理の処理温度および処理時間は、それぞれ、例えば３５０℃以下および９０分以下に設定される。

［皮膜形成工程］
皮膜形成工程Ｓ３では、酸化性ガス雰囲気下（例えば、大気、酸素等の酸化性ガス雰囲気下、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混合ガス雰囲気下であって、酸素分率が２ｖｏｌ．％以上の混合ガス雰囲気下）に置かれた圧粉体１０を、金属粉末（ここでは純鉄粉末）の焼結温度未満で所定時間加熱しつつ、圧粉体１０を構成するＦｅ粒子４を酸化性ガスと反応させる。これにより、圧粉体１０を構成するＦｅ粒子４の表面に酸化物皮膜５が徐々に形成され、この皮膜５が成長するのに伴って、隣接するＦｅ粒子４同士が酸化物皮膜５を介して結合した強化圧粉体１１が得られる。酸化物皮膜５は、主にＦｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯの群から選択される２種類以上の混相となり、どのような相になるかは、皮膜形成処理の処理条件等によって異なる。

処理対象の圧粉体１０の形状や大きさにもよるが、皮膜形成処理の具体的な処理温度および処理時間は、それぞれ、３５０℃以上７００℃未満、および１０分以上６０分以下とするのが好ましい。処理温度が３５０℃未満および／又は処理時間が１０分未満であると、すべり軸受１に必要とされる機械的強度を確保し得るだけの酸化物皮膜５を形成することができない可能性が高まる。一方、処理温度が７００℃以上になると、当該処理によって形成される酸化物皮膜５がいわゆる赤錆を主成分としたものになるため、強化圧粉体１１の表面性状が粗悪になり、特にラジアル軸受面３に必要とされる３μｍ以下の円筒度を確保できなくなる。また、皮膜形成処理の処理時間が６０分を超えると、酸化物皮膜５の成長が停止して圧粉体１０（強化圧粉体１１）の強度向上効果が飽和することに加え、皮膜形成処理に多大なコストが必要になる。以上のことから、皮膜形成処理の処理温度は３５０℃以上７００℃未満とし、また、処理時間は１０分以上６０分以下とする。

［含油工程］
含油工程Ｓ４では、強化圧粉体１１の内部気孔２に潤滑油を含浸させる。潤滑油の含浸方法としては、例えば真空含浸を採用することができる。なお、この含油工程は、必ずしも実施する必要はなく、必要に応じて実施すれば良い。

以上で説明したように、本発明によれば、上記の皮膜形成処理によってＦｅ粒子４間に形成される酸化物皮膜５がＦｅ粒子４同士の結合媒体として機能し、圧粉体を焼結したときに形成されるネッキングの役割を代替するので、圧粉体１０（強化圧粉体１１）を、そのまますべり軸受１として使用可能なレベル、具体的には圧環強さ１２０ＭＰａ以上にまで高強度化することができる。また、酸化物皮膜５を、金属粉末（純鉄粉末）を水蒸気と反応させる水蒸気処理ではなく、酸化性ガスと反応させて形成したことにより、表面性状に優れたすべり軸受１、特にラジアル軸受面３の円筒度が３μｍ未満にまで高められたすべり軸受１を得ることができる。さらに、原料粉末Ｍに含める固体潤滑剤として、上記の種々の条件を満たすものを選択使用したことにより、エネルギー消費量および脱脂処理に伴う圧粉体１０の寸法変化量を極力抑制し得るような低温で脱脂処理を実施しても、固体潤滑剤を適当に分解・除去可能とし、固体潤滑剤に由来する残渣が強化圧粉体１１に残存するのを防止することができる。この点からも、表面性状に優れたすべり軸受１を得ることができる。

また、酸化物皮膜５の存在により、強化圧粉体１１の気孔率は、圧粉体１０のそれよりも小さくなる。そのため、この強化圧粉体１１をすべり軸受１として用いれば、圧粉体１０をいたずらに高密度に成形せずとも、また、圧粉体１０に対して別途の封孔処理等を施さずとも、ラジアル軸受隙間に形成される油膜の剛性低下を可及的に防止し、所望の軸受性能を安定的に発揮可能なすべり軸受１を実現することができる。

また、酸化物皮膜５を形成するために圧粉体１０に施される皮膜形成処理は、その処理温度が、圧粉体１０を焼結する場合の加熱温度よりも格段に低いので、処理に伴う寸法変化量（寸法変化率）を小さくすることができる。そのため、圧粉体１０を焼結した場合には、焼結工程後の実施が必要不可欠であったサイジング等の寸法矯正加工を省略することも可能になる。また、寸法変化量を小さくできれば、圧粉体１０を成形するための成形金型装置２０の設計が容易となる。さらに、処理温度が低ければ、処理時に必要なエネルギーも削減できるため、処理コストを低減できる。

以上より、本発明によれば、実使用可能なレベルの機械的強度、寸法精度および表面性状を具備したすべり軸受１を低コストに製造することができる。

以上では、ラジアル荷重を支持する（軸Ｓをラジアル方向に支持する）すべり軸受１を製造するにあたり本発明を適用したが、本発明は、ラジアル荷重およびスラスト荷重の双方を支持するすべり軸受１や、スラスト荷重のみを支持するすべり軸受１を製造する際にも好ましく適用することができる。

また、本発明は、ラジアル軸受面３に、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させるための動圧発生部が設けられた、いわゆる動圧軸受を製造する際に適用することもできる。図４は、軸方向に離間した二箇所にラジアル軸受面３が設けられ、かつ両ラジアル軸受面３のそれぞれに動圧発生部６が設けられたすべり軸受１（動圧軸受）の一例である。図示例の動圧発生部６は、ヘリングボーン形状に配置された複数の動圧溝７で構成されている。図示は省略するが、このような動圧軸受は、例えば、圧縮成形工程において、外周面に動圧発生部６の形状に対応した型部を有するコア２２（図３を参照）を用いて圧粉体１０を成形し、その後、この圧粉体１０に対して上記の脱脂処理や酸化物皮膜の形成処理を施すことで得られる。なお、図４に示す動圧発生部６はあくまでも一例であり、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させ得るものであればその形態は特に問わない。

また、図示は省略するが、本発明は、スラスト荷重を支持するためのスラスト軸受面に、スラスト軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させるための動圧発生部が設けられたすべり軸受１（動圧軸受）を製造する際にも好ましく適用することができる。

また、本発明は、以上で述べたすべり軸受１のみならず、ギヤやカム等、その他の機械部品を製造する際にも好ましく適用することができる。

本発明の有用性を実証するため、複数種の固体潤滑剤を準備し、各固体潤滑剤について、（１）分解率、（２）脱脂処理後の残渣の有無、（３）皮膜形成処理後の残渣の有無、を調査・確認するための試験を実施した。

（１）固体潤滑剤の分解率
まず、固体潤滑剤の分解率を調査・確認するため、各固体潤滑剤を分析用Ａｌ製容器に０．２ｇ投入した上で、不活性雰囲気（純窒素雰囲気）、還元性雰囲気（窒素と水素の混合雰囲気）又は真空雰囲気の何れかで脱脂処理した。調査対象の固体潤滑剤の種類、脱脂条件および重量減少率（分解率）と、重量減少率に基づく合否判定を下記の表１にまとめて示す。なお、合否判定は、重量減少率が９５質量％未満のものを「×」、９５質量％以上９８質量％未満のものを「○」、９８質量％以上のものを「◎」で評価した。

上記の表１からも明らかなように、分解温度の高い固体潤滑剤や金属石けん系の固体潤滑剤は、脱脂処理によっても十分に分解されず（重量減少率が低く）、残渣が多かった。また、分解温度が低く、脱脂処理による分解率が高い固体潤滑剤であっても、不活性雰囲気よりも、還元性雰囲気や真空雰囲気で脱脂処理を実施する方が、固体潤滑剤の分解率を高め、残渣を少なくする（機械部品の表面性状を高める）上で有利であることがわかる。

（２）脱脂処理後における固体潤滑剤の残渣の有無
この確認試験は、下記の手順で実施例１および比較例１，２に係る試験体を作製し、その後、各試験体の表面を日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）Ｓ−３０００Ｎで観察することにより行った。また、ミツトヨ社製の表面性状測定機ＣＳ−Ｈ５０００ＣＮＣを用いて、各試験体の表面輪郭形状を測定した。各試験体の作製手順は以下のとおりである。
［実施例１］
還元鉄粉に固体潤滑剤としてのステアリン酸アミドを０．５質量％添加・混合してなる原料粉末を、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３となるように圧縮成形することで円筒状の圧粉体を得た。その後、この圧粉体に３５０℃×９０ｍｉｎ脱脂処理を施した。脱脂処理の実施雰囲気は不活性雰囲気（純窒素雰囲気）とした。
［比較例１］
固体潤滑剤をエチレンビスステアリン酸アミドに変更した以外は実施例１に係る試験体と同様。
［比較例２］
固体潤滑剤をエチレンビスステアリン酸アミドに変更すると共に、脱脂処理の処理条件を５００℃×９０ｍｉｎに変更した以外は実施例１に係る試験体と同様。

各試験体の観察写真および表面輪郭形状の測定結果を表２に示す。なお、この試験では、残渣が観察されたものを「×」、残渣が観察されなかったものを「○」で評価した。

表２からも明らかなように、実施例１に係る試験体では、その表面に固体潤滑剤に由来する残渣が観察されなかった。一方、比較例１，２に係る試験体では、その表面に、ＳＥＭの電子線によって白くチャージアップされた有機物が観察された。比較例１，２の作製に用いた原料粉末には、固体潤滑剤以外の有機物を添加・混合していないことから、上記の有機物は固体潤滑剤の残渣であると考えられる。また、表２中に示す各試験体の表面輪郭形状の測定結果から、表面に残渣が観察されなかった実施例１に係る試験体は、表面に残渣が観察された比較例１，２に係る試験体に比べて表面性状が良好であることがわかる。従って、分解率（脱脂処理の実施による分解率）が高い固体潤滑剤を選択使用することが、表面性状に優れた多孔質金属製の機械部品を得る上で重要であることがわかる。

（３）皮膜形成処理後における固体潤滑剤の残渣の有無
この確認試験は、上記の実施例１および比較例１に係る試験体（脱脂処理後の圧粉体）のそれぞれを大気中で５００℃×１０ｍｉｎ加熱することにより、Ｆｅ粒子相互間に酸化物皮膜が形成された強化圧粉体を作製し、その後、各強化圧粉体の表面を観察することにより行った。

まず、比較例１に係る試験体に皮膜形成処理を施すことで得られた強化圧粉体は、図５（ａ）に示すように、その表面にススのような残渣が観察された。これは、当該強化圧粉体が、脱脂処理によっても固体潤滑剤が十分に分解・除去されなかった比較例１に係る試験体を基材としているため、皮膜形成処理の実施中にも、固体潤滑剤の分解および表出が起こったためと推察される。一方、実施例１に係る試験体に皮膜形成処理を施すことで得られた強化圧粉体は、図５（ｂ）に示すように、その表面に残渣が観察されず、表面性状に優れたものであった。その理由は、当該強化圧粉体が、脱脂処理によって固体潤滑剤が十分に分解・除去された実施例１に係る試験体を基材としているためであることが容易に推察される。

以上の確認試験結果から、金属粉末に添加・混合する固体潤滑剤の種類を特定することが、特に表面性状に優れた多孔質金属製の機械部品を低コストに製造可能とする上で重要であることが理解される。従って、本発明は、所望の機械的強度、寸法精度および表面性状等を具備した多孔質金属製の機械部品を低コストに製造可能にする極めて有用なものであると言える。

１ すべり軸受
２ 内部気孔
３ ラジアル軸受面
４ Ｆｅ粒子
５ 酸化物皮膜
１０ 圧粉体
１１ 強化圧粉体
２０ 成形金型装置
Ｍ 原料粉末
Ｓ 軸
Ｓ１ 圧縮成形工程
Ｓ２ 脱脂工程
Ｓ３ 皮膜形成工程
Ｓ４ 含油工程

Claims (9)

1. 多孔質金属製の機械部品を製造するための方法であって、
   酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を主成分とし、これに固体潤滑剤を含めた原料粉末を圧縮することにより、所定形状の圧粉体を得る圧縮成形工程と、
   前記圧粉体に含まれる前記固体潤滑剤を除去する脱脂工程と、
   酸化性ガス雰囲気下で脱脂処理後の前記圧粉体を前記金属粉末の焼結温度未満で加熱しつつ、前記金属粉末を酸化性ガスと反応させることにより、前記金属粉末の粒子間に酸化物皮膜が形成された強化圧粉体を得る皮膜形成工程と、を備え、
   前記固体潤滑剤は、金属成分を含まず、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓおよびハロゲン族元素の群から選択される元素で構成されたものであり、かつ、分解温度が５００℃未満であると共に、前記脱脂工程での分解率が質量分率で９５％以上であることを特徴とする機械部品の製造方法。
2. 前記固体潤滑剤が脂肪酸アミドである請求項１に記載の機械部品の製造方法。
3. 前記脱脂工程を、非酸化性雰囲気下で実施する請求項１又は２に記載の機械部品の製造方法。
4. 前記圧縮成形工程では、密度が５．８ｇ／ｃｍ^３以上７．２ｇ／ｃｍ^３以下の前記圧粉体を得る請求項１〜３の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
5. 前記皮膜形成工程における前記圧粉体の加熱温度を３５０℃以上７００℃未満に設定した請求項１〜４の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
6. 前記皮膜形成工程の処理時間を６０分以下に設定した請求項１〜５の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
7. 前記強化圧粉体の内部気孔に潤滑油を含浸させる含油工程をさらに有する請求項１〜６の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
8. 前記圧縮成形工程では、前記圧粉体に、支持すべき軸を支持するための軸受面を成形する請求項１〜７の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
9. 前記軸受面に、動圧発生部を型成形する請求項８に記載の機械部品の製造方法。