JP2019052352A

JP2019052352A - 摺動部材

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Publication number: JP2019052352A
Application number: JP2017177190A
Authority: JP
Inventors: 中井　雅博; Masahiro Nakai; 雅博中井
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP6938086B2

Abstract

【課題】軸受装置の起動時に摺動層の表面に割れ等の損傷が発生することを防止することが可能な摺動部材を提供する。【解決手段】摺動層３中の固体潤滑剤５の体積割合を１０〜３５％とし、且つ、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する摺動面側領域３１に分散した固体潤滑剤５の体積割合を２０〜４０％とすることで、界面側領域３２に比べて、摺動面側領域３１の強度（変形抵抗）が大きくなる。このため、摺動部材１が用いられる軸受装置の起動時には、相手部材の表面と摺動層３の摺動面３０が直接接触した状態での摺動が起こっても、界面側領域３２に弾性変形が生じることになる。したがって、摺動面側領域３１の摺動面３０付近の銅合金４が摺動方向に過度に弾性変形することが抑制され、摺動面３０に割れ等の損傷が発生することを防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、裏金層と、銅合金および固体潤滑剤からなる摺動層とを備えた摺動部材に関する。

従来、鉄道の分岐器に用いられる分岐器用床板として、レールを載置固定する床板本体と、この床板本体に設けられ、レールに接離されるトングレールが摺動される平板形状の摺動部材とを備えたものが知られている。このような分岐器用床板等の摺動部材としては、裏金層上に含油焼結合金層を形成した摺動部材が用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。しかしながら、分岐器用床板として含油焼結合金層を形成した摺動部材を用いた場合、その含油焼結合金層に定期的に潤滑油を注油する必要があり、使用には非常な労力を要するという問題がある。

また、分岐器用床板の摺動部材としては、摺動部材への注油作業の廃止あるいは注油作業回数の低減のため、裏金層と、金属中に黒鉛等の固体潤滑剤を分散させた摺動層からなるものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平５−２５５９０５号公報特開２０１４−１３６８９９号公報特開２０００−３０９８０７号公報

ところで、鉄道の分岐器に用いられる分岐器用床板は、常に、摺動部材の摺動面と相手部材であるトングレールの摺動面とが直接接触している。このため、摺動部材が用いられる軸受装置の起動時等においては、相手部材の摺動面と摺動部材の摺動面とが直接接触した状態での摺動が起こる。そして、このような状態での摺動が起こると、相手部材に接する摺動部材の摺動面付近の合金は、相手部材に引きずられて、相手部材の移動方向（摺動方向）への弾性変形が生じることになる。このような状況では、特許文献３のように、分岐器用床板の摺動部材として、摺動層の合金中に固体潤滑剤の粒子を均一に分散させたものを用いた場合、摺動面付近の合金の弾性変形量が大きくなり、摺動層の表面に割れ等の損傷が発生する虞が大きくなる。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軸受装置の起動時に摺動層の表面に割れ等の損傷が発生することを防止することが可能な摺動部材を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、裏金層上に摺動層が設けられた摺動部材において、前記摺動層は、１〜１５質量％の錫、残部が銅および不可避不純物からなる銅合金と、該銅合金中に分散した固体潤滑剤とからなり、該固体潤滑剤は、前記摺動層の１０〜３５％の体積割合を有し、前記摺動層の摺動面に垂直である断面組織において、前記摺動面から前記裏金層との界面に向かって前記摺動層の厚さの５０％の領域を摺動面側領域としたとき、前記摺動層中の前記固体潤滑剤の全体積に対する前記摺動面側領域に分散した固体潤滑剤の体積割合が２０〜４０％であることを特徴とする。

請求項２に係る発明においては、請求項１記載の摺動部材において、前記銅合金は、さらに、０．１〜１質量％のＰ、１５〜６０質量％のＮｉ、０．１〜３０質量％のＰｂ、０．１〜１６質量％のＢｉ、０．１〜１０質量％のＡｇ、０．１〜１０質量％のＦｅから選択される１種以上を含むことを特徴とする。

請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２記載の摺動部材において、前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素から選択される１種以上であることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、摺動層中の固体潤滑剤の全体積に対する摺動面側領域に分散した固体潤滑剤の体積割合が２０〜４０％であり、界面側領域（界面から摺動面に向かって摺動層の厚さの５０％までの領域）に比べて、摺動面側領域の強度（変形抵抗）が大きくなる。このため、摺動部材が用いられる軸受装置の起動時には、相手部材の表面と摺動層の摺動面が直接接触した状態での摺動が起こっても、界面側領域に弾性変形が生じることになる。したがって、摺動面側領域の摺動面付近の銅合金が摺動方向に過度に弾性変形することが抑制され、摺動面に割れ等の損傷が発生することを防止することができる。

また、銅合金には、強度を高めるために１〜１５質量％の錫を含有しているが、錫の含有量が１質量％未満の場合には、銅合金の強度を高める効果が不十分となる。一方、錫の含有量が１５質量％を超えると、銅合金が脆くなりすぎる。

また、摺動層中の固体潤滑剤の体積割合は、１０〜３５％としているが、固体潤滑剤の体積割合が１０％未満の場合には、摺動層の摺動面側領域中の固体潤滑剤の体積割合が少なくなりすぎて、摺動層の摺動特性（低摩擦化）を高める効果が不十分となる。一方、固体潤滑剤の体積割合が３５％を超えると、摺動層の界面側領域中の固体潤滑剤の体積割合が多くなりすぎて、摺動層の強度が低くなりすぎる。

また、摺動層中の固体潤滑剤の全体積に対する摺動面側領域に分散した固体潤滑剤の体積割合が２０％未満の場合には、摺動面側領域と界面側領域の強度（変形抵抗）の差が大きすぎて、摺動層が負荷を受けたときに、界面側領域が過度に弾性変形してしまい、界面側領域の内部で割れが発生することがある。一方、摺動層中の固体潤滑剤の全体積に対する摺動面側領域に分散した固体潤滑剤の体積割合が４０％を超えると、摺動面側領域と界面側領域の強度（変形抵抗）の差が小さすぎて、上記の効果が得られない。

また、請求項２に係る発明のように、銅合金は、さらに、０．１〜１質量％のＰ、１５〜６０質量％のＮｉ、０．１〜３０質量％のＰｂ、０．１〜１６質量％のＢｉ、０．１〜１０質量％のＡｇ、０．１〜１０質量％のＦｅから選択される１種以上を含むことが好ましい。銅合金にＰ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅのいずれか１種以上を含有した場合には、摺動層を強化することができ、銅合金にＮｉ、Ｐｂのいずれか１種以上を含有した場合には、摺動層の焼付き性を向上させることができる。

また、請求項３に係る発明のように、固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素から選択される１種以上であることが好ましい。このような固体潤滑剤を用いることで、摺動層の摺動特性（低摩擦化）を高めることができる。

摺動部材の摺動面に垂直方向の断面を示す模式図である。表面部を有する裏金層を用いた場合における摺動部材の摺動面に垂直方向の断面を示す模式図である。摺動部材の製造手順を説明するための図である。摺動部材の製造時の原材料粉の流れを説明するための図である。摺動部材の製造時の原材料粉に固体潤滑剤が分散した状態を示す図である。裏金層の表面の凹凸を小さくした場合における摺動部材の製造時の原材料粉の流れを説明するための図である。裏金層の表面の凹凸を大きくした場合における摺動部材の製造時の原材料粉の流れを説明するための図である。

本実施形態に係る摺動部材１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る摺動部材１の摺動面３０に垂直方向の断面を示す模式図である。

図１に示すように、摺動部材１は、裏金層２上に、摺動層３が設けられている。また、摺動層３は、銅合金４に１０〜３５体積％の固体潤滑剤５が分散されており、銅合金４は、１〜１５質量％の錫と、残部が銅および不可避不純物からなる。

摺動層３の銅合金４には、強度を高めるために１〜１５質量％の錫を含有させる。錫の含有量が１質量％未満の場合には、銅合金４の強度を高める効果が不十分となる。一方、錫の含有量が１５質量％を超えると、銅合金４が脆くなりすぎる。

摺動層３の銅合金４は、さらに、１５〜６０質量のＮｉ、０．１〜１質量％のＰ、０．１〜３０質量％のＰｂ、０．１〜１６質量％のＢｉ、０．１〜１０質量％のＡｇ、０．１〜１０質量％のＦｅから選択される１種以上を含むようにすることができる。また、摺動層３の銅合金４は、さらに、セラミックスや、金属間化合物等の硬質粒子を含むようにすることもできる。

摺動層３中の固体潤滑剤５の割合は、１０〜３５体積％としているが、固体潤滑剤５の割合が１０体積％未満の場合には、摺動層３の後述する摺動面側領域３１中の固体潤滑剤５の体積割合が少なくなりすぎて、摺動層３の摺動特性（低摩擦化）を高める効果が不十分となる。一方、固体潤滑剤５の割合が３５体積％を超えると、摺動層３の後述する界面側領域３２中の固体潤滑剤５の体積割合が多くなりすぎて、摺動層３の強度が低くなりすぎる。

固体潤滑剤５は、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素から選択される１種以上であることが好ましい。

摺動層３の厚さ（摺動面３０から摺動層３と裏金層２との界面３３までの間である摺動面３０に垂直方向の距離）は、０．８〜３ｍｍとすることが好ましい。

摺動部材１の摺動面３０に垂直である断面組織において、摺動層３の厚さをＴとし、摺動層３の摺動面３０から界面３３に向かって厚さＴの５０％までの距離にある領域を「摺動面側領域３１」、界面３３から摺動面３０に向かって厚さＴの５０％までの距離にある領域を「界面側領域３２」、と区分すると、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する摺動面側領域３１に分散する固体潤滑剤５の体積割合は、２０〜４０％となっている。

摺動層３の摺動面側領域３１は、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する固体潤滑剤５の体積割合が２０〜４０％であり、界面側領域３２中に分散した固体潤滑剤５の体積割合である６０〜８０％に比べて小さいため、界面側領域３２に比べて強度（変形抵抗）が大きくなる。これに対し、界面側領域３２は、摺動面側領域３１に比べて強度（変形抵抗）が小さくなり、変形を起こしやすくなる。

上記したように、摺動面側領域３１の強度（変形抵抗）が界面側領域３２に比べて大きいため、摺動部材１が用いられる軸受装置の起動時には、相手部材の表面と摺動層３の摺動面３０が直接接触した状態での摺動が起こっても、界面側領域３２に弾性変形が生じることになる。このため、摺動面側領域３１の摺動面３０付近の銅合金４が摺動方向に過度に弾性変形することが抑制され、摺動面３０に割れ等の損傷が発生することを防止することができる。

以上の機構により、本発明に係る摺動部材１は、その摺動部材１が用いられる軸受装置の起動直後に、摺動面３０と相手部材の表面が直接接触した状況であっても、摺動層３の表面に割れ等の損傷が発生することを防止することができる。

以上の本発明の構成とは異なり、摺動層全体を通じて固体潤滑剤の割合が同じになるように分散、すなわち均一に分散させた従来の摺動部材を用いた場合、軸受装置の起動直後に、摺動部材の摺動面と相手部材が直接接触するような状況では、相手部材に接する摺動層の表面付近の銅合金は、相手部材の表面に引きずられて、相手部材の移動方向（摺動方向）への弾性変形量が大きくなり、摺動層の表面に割れ等の損傷が発生し、摩耗が起こりやすい。

また、上記したように、摺動層３の摺動面側領域３１は、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する固体潤滑剤５の体積割合が２０〜４０％であることが好ましいが、その固体潤滑剤５の体積割合が３０〜４０％であることがより好ましい。

また、本発明の構成とは異なり、摺動層３の摺動面側領域３１において、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する固体潤滑剤５の体積割合が２０％未満の場合には、摺動面側領域３１と界面側領域３２の強度（変形抵抗）の差が大きすぎて、摺動層３が負荷を受けたときに、界面側領域３２が過度に弾性変形してしまい、界面側領域３２の内部で割れが発生することがある。一方、摺動層３の摺動面側領域３１において、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する固体潤滑剤５の体積割合が４０％を超える場合には、摺動面側領域３１と界面側領域３２の強度（変形抵抗）の差が小さすぎて、上記の効果が得られない。

なお、図２に示すように、裏金層２は、摺動層３との界面となる表面において、焼結法や電気メッキ法等によりニッケルまたは銅、あるいは、ニッケルと銅からなる合金による表面部６を有してもよい。図２は、表面部６を有する裏金層２を用いた場合における摺動部材１の摺動面３０に垂直方向の断面を示す模式図である。このように、裏金層２の表面に表面部６を設けることにより、摺動層３と裏金層２の接合強度を高めることができる。

上記に説明した摺動部材１について、製造工程に沿って以下に詳細に説明する。
（１）銅合金原材料の準備
銅合金４の原材料としては、アトマイズ法により作成した組成が１〜１５質量％の錫、残部が銅である銅合金粉を用いることができる。また、組成が１〜１５質量％の錫、残部が銅となるように調整されたアトマイズ法または電解法等により作成した銅粉と錫粉の混合銅合金粉を用いてもよい。また、銅合金粉や混合銅合金粉は、さらに、０．１〜１質量％のＰ、１５〜６０質量％のＮｉ、０．１〜３０質量％のＰｂ、０．１〜１６質量％のＢｉ、０．１〜１０質量％のＡｇ、０．１〜１０質量％のＦｅから選択される１種以上を含む組成であってもよい。

（２）固体潤滑剤原材料の準備
固体潤滑剤５の原材料としては、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素から選択される１種以上を用いることができる。また、固体潤滑剤５の原材料は、平均粒径が１００〜３５０μｍであることが好ましい。

（３）裏金
裏金層２（帯鋼９）としては、炭素の含有量が０．１〜０．６質量％の炭素を含む亜共析鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、高張力鋼、マルエージング鋼等の鉄合金や銅合金を用いることができる。また、裏金層２の表面には、機械加工等で最大高さ（ＩＳＯ４２８７―１９９７）がＲｚ２０〜１００μｍの凹凸を設けるようにする。なお、凹凸方向は、任意の方向とする。また、図２に示すように、裏金層２は、摺動層３との界面となる表面において、焼結法や電気メッキ法等によりニッケルまたは銅、あるいは、ニッケルと銅からなる合金による表面部６を有してもよい。このような構成では、表面部６の厚さは、１〜５０μｍとし、表面部６の形成後の表面にＲｚ２０〜１００μｍの凹凸を設けるようにする。

（４）組織制御
図３には、本実施形態に係る摺動部材１の製造工程を概略的に示す。図３に示すように、アンコイラー７からコイラー１３に向けて帯鋼９（裏金層２）を移動する過程で、まず、銅合金粉と固体潤滑剤５を混合した原材料粉８を帯鋼９（裏金層２）に散布する。そして、帯鋼９（裏金層２）に散布された原材料粉８は、帯鋼９（裏金層２）に対して所定の間隔に設定したライナー１０との間で所定の厚みにライニングされ、１次焼結、１次圧延、２次焼結、２次圧延を順次行い、所定の厚さに仕上げる。

より詳細には、銅合金粉と固体潤滑剤５を混合した原材料粉８として、銅合金粉の平均粒径は、１〜６３μｍとし、固体潤滑剤５の平均粒径は、銅合金粉の平均粒径より大きくする必要がある。また、固体潤滑剤５の形状は、球状や塊状であってもよいが、鱗片状や偏平状のほうが好ましい。このような原材料粉８を、接着層を被着した裏金層２上に所定厚さに均一に散布する。

また、図４に示すように、原材料粉８がライナー１０に接触したときには、裏金層２とライナー１０との間で対流が発生する。そして、図５（ａ）に示すように、裏金層２の表面粗さがＲｚ２０〜１００μｍである場合、原材料粉８がライナー１０を通過する前には、原材料粉８に固体潤滑剤５が均一に分散しているのに対し、図５（ｂ）に示すように、原材料粉８がライナー１０を通過した後には、対流した原材料粉８のうち粒径が大きい固体潤滑剤５が裏金層２の表面の凹凸に引っ掛かり、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２に密集している。その後、焼結工程や圧延工程が行われるが、焼結工程や圧延工程では、固体潤滑剤５が摺動側領域３１に移動することがなく、焼結工程や圧延工程後の摺動層３にも、固体潤滑剤５が摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２に多く分布することとなる。

なお、図６に示すように、裏金層２の表面粗さがＲｚ２０μｍ未満である場合、原材料粉８がライナー１０を通過する際に、固体潤滑剤５が裏金層２の表面の凹凸に引っ掛からず、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。一方、図７に示すように、裏金層２の表面粗さがＲｚ１００μｍを超えると、原材料粉８がライナー１０を通過する際に、裏金層２の表面の凹部に固体潤滑剤５と一緒に銅合金粉を巻き込んでしまい、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。

そして、原材料粉８がライナー１０を通過した後には、１次焼結として焼結炉１１を用い、還元雰囲気中で８００〜１０００℃の温度で１０〜３０分間焼結し、粉末同士の焼結と裏金層２への接合を行って焼結合金層を形成する。その後、１次圧延として圧延機１２を用い、ロールにより圧延して焼結合金層の緻密化と厚さ調整を行う。そして、緻密化と裏金層２への接合強度を高めるために、再度、還元雰囲気中で８００〜１０００℃の温度で１０〜３０分間焼結すること（２次焼結）とロールによる圧延（２次圧延）とを繰り返し行う。

従来の摺動部材１の製造工程では、摺動層３との界面となる表面が平滑である裏金層２が用いられている。このような平滑な裏金層２を用いると、その表面に凹凸がないため、原材料粉８がライナー１０を通過する際に、固体潤滑剤５が裏金層２の表面に引っ掛からず、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。また、摺動層３との界面となる裏金層２の表面に固体潤滑剤５を含まない多孔質金属部を有している場合には、その多孔質金属部の凹凸が１００μｍを超えるため、原材料粉８がライナー１０を通過する際に、固体潤滑剤５と一緒に銅合金粉を巻き込んでしまい、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。

次に、摺動層３における摺動面側領域３１と、界面側領域３２との区分方法について説明する。まず、電子顕微鏡を用いて摺動部材１の摺動面３０に垂直方向である断面の複数箇所（例えば５箇所）の電子像を２００倍で撮影する。なお、電子像の撮影倍率は２００倍に限定されないで、他の倍率に変更してもよい。この撮影画像を用い、摺動層１の摺動面３０に垂直となる方向の厚さＴを求める。また、摺動面３０の任意の位置から裏金層２側へ向かって厚さＴの５０％の長さ（１／２×Ｔ）となる位置に、摺動面３０に対し平行な仮想線ＣＬを描く。そして、摺動層３の摺動面３０から仮想線ＣＬまでの間を摺動面側領域３１とし、摺動層３の裏金層２との界面３３から仮想線ＣＬまでの間を界面側領域３２とする。

また、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する摺動面側領域３１に分散した固体潤滑剤５の体積割合の測定方法について説明する。上記の手法で得られた電子像の撮影画像を用い、一般的な画像解析手法（例えば、解析ソフト：Ｉｍａｇｅ−ＰｒｏＰｌｕｓ（Ｖｅｒｓｉｏｎ４．５）；（株）プラネトロン製）を用いて、撮影画像における摺動層３中の固体潤滑剤５の合計面積、及び摺動面側領域３１に分散した固体潤滑剤５の合計面積を測定し、それらの測定値から、摺動層３中の固体潤滑剤５の全面積に対する摺動面側領域３１に分散した固体潤滑剤５の面積割合を算出する。なお、この面積割合は、体積割合に相当する。

次に、本実施形態に係る裏金層２および摺動層３を有する摺動部材１について、実施例１〜１６および比較例１７〜２１を以下に示すとおり作製した。実施例１〜１６および比較例１７〜２１の摺動部材１の摺動層３の組成は、表１に示すとおりである。実施例１〜１６では、アトマイズ法にて製作した銅合金粉と固体潤滑剤５を一般的な混合機を用いて混合し、表１の成分比率となるようにして、表１の「裏金層表面粗さＲｚ（μｍ）」欄に示す凹凸を表面に設けた裏金層２に散布し、焼結、圧延を繰り返して摺動部材１を製造した。また、この摺動材料１を板状に加工し、試験片を作製した。

比較例１７，１８では、裏金層２の表面における凹凸の大きさを変更した後、上述した実施例の作製方法と同手法にて、表１の成分比率となるように摺動材料１を製造した。また、この摺動材料１を板状に加工し、試験片を作製した。

比較例１９では、銅合金粉をアトマイズ法にて、表１の成分となるように作製した。そして、作製した銅合金粉と固体潤滑剤５を一般的な混合機を用いて混合し、表１の成分比率となるようにして、表面に凹凸を設けた裏金層２に散布し、焼結、圧延を繰り返して摺動部材１を製造した。また、この摺動材料１を板状に加工し、試験片を作製した。

比較例２０，２１では、銅合金粉と固体潤滑剤５の混合比を表１の成分となるように混合し、上述した実施例の作製方法と同手法にて、表１の成分比率となるように摺動材料１を製造した。また、この摺動材料１を板状に加工し、試験片を作製した。

また、実施例１〜１６および比較例１７〜２１について、表２の条件で往復摺動試験を行った。その結果を表１に示す。また、割れ発生の有無は、往復摺動試験後の摺動層３の外観より判別した。

実施例１〜１６は、摺動層３の表面に割れが発生していない。また、摺動層３の表面での割れの発生を抑制した結果、摩耗量も小さくなっている。これは、摺動層３中の固体潤滑剤５の体積割合が１０〜３５％であり、且つ、摺動層３中の固体潤滑剤５の全体積に対する摺動面側領域３１に分散した固体潤滑剤５の体積割合が２０〜４０％であることで、摺動面側領域３１の強度（変形抵抗）が界面側領域３２に比べて大きく、摺動面側領域３１の摺動面３０付近の銅合金４が摺動方向に過度に弾性変形することが抑制されるためである。

実施例６は、実施例１と比較し、裏金層２の表面粗さをＲｚ２０μｍと小さくしたが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。また、実施例７は、実施例１と比較し、裏金層２の表面粗さをＲｚ１００μｍと大きくしたが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。

実施例８は、固体潤滑剤５として黒鉛を含有した実施例１と比較し、固体潤滑剤５としてＭｏＳ_２を含有しているが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。

実施例９は、実施例１と比較し、銅合金を強化させるＳｎを１５質量％と多く含有しているが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。また、摺動層３が強化されることで、実施例１よりも摩耗量が低下している。

実施例１０〜１３，１６は、実施例１と比較し、銅合金を強化させるＰ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇから選択される１種以上を含有しているが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。また、摺動層３が強化されることで、実施例１よりも摩耗量が低下している。

実施例１４，１５は、実施例１と比較し、焼付き性を向上させるＰｂ、Ｂｉをそれぞれ含有しているが、実施例１と同様、摺動層３の表面に割れが発生していない。

比較例１７は、実施例１と比較し、裏金層２の表面粗さをＲｚ２０μｍ未満と小さくしたため、上述したように、原材料粉がライナー１０を通過する際に、固体潤滑剤５が裏金層２の表面の凹凸に引っ掛からず、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。このため、摺動試験時において、摺動面側領域３１の摺動面３０付近の銅合金４が摺動方向に過度に弾性変形してしまい、摺動層３の表面に割れが発生している。また、摺動層３の表面に割れが発生した結果、摩耗量も大きくなっている。

比較例１８は、実施例１と比較し、裏金層２の表面粗さがＲｚ１００μｍを超えるため、上述したように、原材料粉がライナー１０を通過する際に、裏金層２の表面の凹部に固体潤滑剤５と一緒に銅合金粉を巻き込んでしまい、摺動面側領域３１と比べて界面側領域３２での固体潤滑剤５の割合を大きくすることができない。このため、摺動試験時において、摺動面側領域３１の摺動面３０付近の銅合金４が摺動方向に過度に弾性変形してしまい、摺動層３の表面に割れが発生している。また、摺動層３の表面に割れが発生した結果、摩耗量も大きくなっている。

比較例１９は、実施例１と比較し、銅合金を強化させるＳｎを含有していないため、摺動層３の強度が低くなり、摺動層３の表面に割れが発生している。また、摺動層３の表面に割れが発生した結果、摩耗量も大きくなっている。

比較例２０は、実施例１と比較し、摺動層３中の固体潤滑剤５の体積割合を１０％未満と少なくしたため、摺動層３の摺動特性（低摩擦化）を高める効果が不十分となり、摺動層３の表面に割れが発生している。一方、比較例２１は、実施例１と比較し、摺動層３中の固体潤滑剤５の体積割合が３５％を超えるため、摺動層３の界面側領域３２中の固体潤滑剤５の体積割合が多くなりすぎて、摺動層３の強度が低くなりすぎ、摺動層３の表面に割れが発生している。また、摺動層３の表面に割れが発生した結果、摩耗量も大きくなっている。

本発明の摺動部材１は、鉄道の分岐器に用いられる分岐器用床板等の平板形状の摺動部材に限定されないで、各種軸受の回転軸のラジアル方向負荷を支承する円筒形状のジャーナル軸受や、回転軸の軸線方向負荷を支承する任意の形状のスラスト軸受に適用することができる。

１摺動部材
２裏金層
３摺動層
４銅合金
５固体潤滑剤
６表面部
７アンコイラー
８原材料粉
９帯鋼
１０ライナー
１１焼結炉
１２圧延機
１３コイラー
３０摺動面
３１摺動面側領域
３２界面側領域
３３界面

Claims

裏金層上に摺動層が設けられた摺動部材において、
前記摺動層は、１〜１５質量％の錫、残部が銅および不可避不純物からなる銅合金と、該銅合金中に分散した固体潤滑剤とからなり、該固体潤滑剤は、前記摺動層の１０〜３５％の体積割合を有し、
前記摺動層の摺動面に垂直である断面組織において、前記摺動面から前記裏金層との界面に向かって前記摺動層の厚さの５０％の領域を摺動面側領域としたとき、前記摺動層中の前記固体潤滑剤の全体積に対する前記摺動面側領域に分散した固体潤滑剤の体積割合が２０〜４０％であることを特徴とする摺動部材。
前記銅合金は、さらに、０．１〜１質量％のＰ、１５〜６０質量％のＮｉ、０．１〜３０質量％のＰｂ、０．１〜１６質量％のＢｉ、０．１〜１０質量％のＡｇ、０．１〜１０質量％のＦｅから選択される１種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摺動部材。