JP2021102993A - 摺動部材および摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬質粒子の粒子径の範囲に左右されず、加工量を抑制して、摺接面を容易に形成することができる摺動部材および摺動部材の製造方法を提供する。【解決手段】摺動部材基部（１０ｄ）の表面が、所定の凹部（１３）と、所定の凸部（１４、１５）とを有し、所定の平均粒子径を有する摺接粒子（１０ｂ）の、凹部（１３）から突出している部分の周囲には凸部（１４、１５）が形成されている、摺動部材（１０）。【選択図】図２

Description

本発明は、摺動部材および摺動部材の製造方法に関する。

排水ポンプの一種として、先行待機運転ポンプが知られている。先行待機運転ポンプは、例えばゲリラ豪雨のような急激な水量の増加に対応すべく、予め無水状態で全速運転（先行待機運転）することや、気水混合状態での排水を行うことが可能となっている。このような先行待機運転ポンプに適用できる摺動部材およびその製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１には、摺動部材基部および摺接粒子を備えたポンプ用軸・軸受構造が開示されている。当該摺接粒子は、摺動部材基部の表面に散在して固定されるとともに、摺動部材基部の表面から突出しており、被摺動部材に摺接することが記載されている。また、特許文献１には、電着又はスパークプラズマ焼結により、平均粒子径が１０−５００μｍの摺接粒子を摺動部材基部の表面に直接固定することにより、摺動部材が製造されることが記載されている。

特開２０１６−２１１７２７号公報（２０１６年１２月１５日公開）

図１０は、従来の方法で硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図であり、図１０の（ａ）は、電着によって硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図であり、図１０の（ｂ）は、スパークプラズマ焼結によって硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図である。後述するように、図中、１０ａは基体、１０ｂは硬質粒子、１０ｃはメッキ層をそれぞれ表す。

図１０の（ａ）に示すように、電着では、摺接粒子の原料である硬質粒子１０ｂを基体１０ａの表面に固定し、メッキ層１０ｃを形成するため、基体１０ａの表面上に、硬質粒子１０ｂの下端部もしくは下面が載置される。スパークプラズマ焼結は、硬質粒子１０ｂの粉末を加圧し、基体１０ａに押し込む方法である。

一方、硬質粒子１０ｂは多数の粒子の集合体であり、粒度分布を有する。そのため、特許文献１に開示された方法で硬質粒子１０ｂを基体１０ａに固定する場合、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、硬質粒子１０ｂの下端部もしくは下面は段差なく揃う。

しかし、被摺動部材に対向する硬質粒子１０ｂの先端部は、段差を有することになる。例えば、図１０では、点線から、点線の上に示されている硬質粒子１０ｂの先端部までの高さは、各粒子によって異なっている。

硬質粒子１０ｂの先端部は、対向する被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面（以下、「被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面」を「面Ａ」と称する場合がある）を有するように加工される。

当該加工は、基体１０ａの表面からの高さが異なる硬質粒子１０ｂの先端部が同一円周上に揃うように、上記先端部を加工することによって行われる。硬質粒子１０ｂの先端部が同一円周上に揃うと、後述する図１に示すように、軸部材１０の軸を中心とした円周面である摺接面１２が形成される。上記面Ａを有する硬質粒子は、摺接粒子と称される。

図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、硬質粒子１０ｂの下端部もしくは下面が段差なく揃うように硬質粒子１０ｂを固定した後、上記加工を行い、上記面Ａを得るためには、硬質粒子１０ｂの粒子径が所定の範囲内にあることが要求される。

これは、粒子径の範囲が広い硬質粒子１０ｂを用いると、複数の硬質粒子１０ｂ間において、基体１０ａの表面から硬質粒子１０ｂの先端部までの高さが、粒子によって大きく異なる状態となることによる。

上記高さが粒子によって大きく異なると、基体１０ａの表面から上記面Ａまでの高さが揃うように上記面Ａを形成する加工（硬質粒子１０ｂの研削及び／又は研磨）工程が必要不可欠となる。また、それと共に、小さな硬質粒子１０ｂに上記面Ａを設け、かつ上記高さを揃えるために、大きな硬質粒子１０ｂに対する研削量が必然的に多くなる。それゆえ、加工面と材料面との両方で効率が悪くなる。

特に、上記加工工程において研削量及び／又は研磨量が増大した場合、固定層（メッキ層１０ｃ）も共に研削されるため、大きな摺接粒子を固定する固定層の減少によって、大きな摺接粒子の耐剥離性が低下する恐れが生じる。

粒子径の範囲が広い硬質粒子を用いる場合と、粒子径の範囲が狭い硬質粒子を用いる場合とでは、前者の方が原料コスト的には有利である。しかし、加工面と材料面との両方で効率が悪いという前述した問題がある。

また、粒子径の範囲の狭い硬質粒子を用いる場合でも、下端部もしくは下面を段差なく揃えて基体１０ａに固定した場合は、何らかの段差が発生する。そのため、硬質粒子の先端部を揃えて基体１０ａに固定できれば、加工量を減ずることができるとの期待が多かった。

さらに、特許文献１においては、摺接粒子となる硬質粒子の平均粒子径が１０−５００μｍのものを使用するが、摺接粒子をメッキで固定する場合、粒子径が１００μｍ前後のものは問題がないが、粒子径が５００μｍに近くなるほど安定なメッキ層を得るのに多大な時間がかかるため、工業的に不利である。そのため、硬質粒子の固定にメッキが寄与する部分を減ずる方法への期待も多かった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、硬質粒子の粒子径の範囲に左右されず、加工量を抑制して、摺接面を容易に形成することができる摺動部材および摺動部材の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る摺動部材、および、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は以下の発明を包含する。

〔１〕被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
摺動部材基部と、
上記摺動部材基部の表面に散在して固定されており、かつ、平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子の先端部が、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有している摺接粒子と、を備え、
上記摺動部材基部の表面は、上記摺接粒子の一部分を埋め込み可能に形成されてなる凹部と、上記凹部の周囲に、上記凹部を囲むように形成されてなる凸部とを有し、
上記摺接粒子は、上記凹部に埋め込まれている部分と、上記凹部から突出している部分とを有し、上記凹部から突出している部分の周囲には上記凸部が形成されている、摺動部材。

〔２〕上記摺動部材基部の表面は、上記凹部および上記凸部以外の部分であって、略水平な面を形成する水平部を有し、上記水平部から上記摺接粒子の先端までの高さは、上記水平部から上記凸部の先端までの高さよりも高い、〔１〕に記載の摺動部材。

〔３〕上記凸部の先端が、上記摺接粒子から離間しており、上記凸部の先端と、上記摺接粒子との間に空間を有する、〔１〕または〔２〕に記載の摺動部材。

〔４〕上記凸部の先端が、略水平な面を有する、〔１〕または〔２〕に記載の摺動部材。

〔５〕上記摺動部材基部が、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えている、〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の摺動部材。

〔６〕上記基体は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上である、〔５〕に記載の摺動部材。

〔７〕上記硬質粒子は、硬さが珪砂の硬さ以上であり、かつ、圧縮強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上である、〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の摺動部材。

〔８〕上記硬質粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ、および、ＷＣとＷ２Ｃとの複合材からなる群より選ばれる１種以上である、〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の摺動部材。

〔９〕被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材の製造方法であって、
平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子を、摺動部材基部の表面に散在するように固定する第１工程と、
５００℃以下の環境下で、上記硬質粒子を、上記摺動部材基部の表面から上記硬質粒子の先端までの高さが略一定となるように、上記摺動部材基部に圧入させる第２工程と、
上記第２工程によって圧入された上記硬質粒子を加工し、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有する摺接粒子を得る第３工程とを含む、摺動部材の製造方法。

〔１０〕上記第２工程において圧入機を用い、上記圧入機の加圧部と、上記硬質粒子との間に、上記摺動部材基部が備える基体よりも硬い金属膜を挟持して、上記硬質粒子を上記摺動部材基部に圧入させる、〔９〕に記載の摺動部材の製造方法。

〔１１〕上記摺動部材基部が、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えており、
上記表面形成部を、上記第２工程の後に、メッキ、溶射または焼成によって形成する、〔９〕または〔１０〕に記載の摺動部材の製造方法。

〔１２〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である基体を備えている、〔９〕から〔１１〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。

〔１３〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記硬質粒子を嵌入可能な凹部を、上記基体の表面に散在するように形成し、上記凹部に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を形成し、上記硬質粒子を、上記金属膜に固定する工程である、〔９〕から〔１１〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。

〔１４〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記基体の表面に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を、上記基体の表面に散在するようにパターニングし、上記硬質粒子を、上記金属膜に固定する工程である、〔９〕から〔１１〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。

本発明の一態様によれば、摺接粒子の原料である硬質粒子の粒径の範囲が広くても、摺接粒子による摺接面を容易に形成することができる摺動部材、およびその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る軸・軸受構造の、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。 図１に示す軸部材において丸囲みした部分を拡大した断面概略図である。 硬質粒子として球状粒子を基体に圧入させた軸部材の、軸方向に垂直な断面を示す、一粒子分の断面概略図である。 摺動部材基部の凸部の先端が略水平な面を有する軸部材の、軸方向に垂直な断面を示す、一粒子分の断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法の第１工程において基体の表面に散在するように固定された硬質粒子を、第２工程において、圧入機を用いて基体に圧入させる様子を示した模式図である。 圧入機の加圧部と、硬質粒子との間に、摺動部材基部が備える基体よりも硬い金属膜を挟持して、上記硬質粒子を上記摺動部材基部に圧入させた状態を示す模式図である。 軸部材の軸方向に垂直な断面を示す断面概略図であり、硬質粒子を嵌入可能な凹部に形成した金属膜に、硬質粒子を固定した状態の一例を示す図である。 軸部材の軸方向に垂直な断面を示す断面概略図であり、基体の表面にパターニングした金属膜に、硬質粒子を固定した状態の一例を示すである。 摺動部材基部の凸部の先端が、摺接粒子との間に空間を有することを示すデジタル顕微鏡写真である。 従来の方法で硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図である。

本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔実施の形態１．摺動部材〕
本発明の一実施形態に係る摺動部材は、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、摺動部材基部と、上記摺動部材基部の表面に散在して固定されており、かつ、平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子の先端部が、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有している摺接粒子と、を備え、上記摺動部材基部の表面は、上記摺接粒子の一部分を埋め込み可能に形成されてなる凹部と、上記凹部の周囲に、上記凹部を囲むように形成されてなる凸部とを有し、上記摺接粒子は、上記凹部に埋め込まれている部分と、上記凹部から突出している部分とを有し、上記凹部から突出している部分の周囲には上記凸部が形成されている摺動部材である。

（１−１．摺動部材の一例としての軸部材）
被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材の一例として、スラリー液を排出可能なポンプに用いられる回転機構における軸・軸受構造の軸部材について説明する。

なお、本実施形態では、摺動部材としての軸部材について説明するが、本発明の一実施形態に係る摺動部材は必ずしもこれに限らない。例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材は、軸部材に対して相対的に摺動する軸・軸受構造における軸受部材にも適用することができる。

また、例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材は、スラスト軸受のような、被摺動部材に対して相対的に平面で摺動する摺動部材にも適用することができる。

軸・軸受構造１Ａにおける、本発明の一実施形態に係る摺動部材としての軸部材１０の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る軸・軸受構造１Ａの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。

図１に示すように、軸・軸受構造１Ａは、摺動部材としての軸部材１０と、被摺動部材としての軸受部材１１とからなっている。軸部材１０は、円筒形状の軸スリーブである。なお、軸部材１０は、軸スリーブに限定されるものではなく、軸であってもよい。一方、軸受部材１１は、内部に軸部材１０が収容される円筒形状を有しており、軸部材１０を軸支する。

軸受部材１１は、例えば、硬質のセラミックスまたは超硬合金等からなり、硬度が珪砂の硬度と同等以上であるため、スラリー液に含まれる珪砂等に対する耐摩耗性に優れる。さらに、硬質のセラミックスである共有結合性またはイオン結合性のセラミックスは、スラリー液中に稀に含まれる金属くず等の金属成分との親和性が小さいため、軸受部材１１へのスラリー液に含まれる金属くず等の金属成分の付着を防ぎやすい。なお、軸受部材１１の表面に、摩擦係数を低く、もしくは耐摩耗性を向上するための焼結体または膜を形成するような加工がされていても良い。

軸部材１０は、図１に示すように、基体１０ａと、摺接粒子１０ｂと、後述する表面形成部であるメッキ層１０ｃとを備えている。基体１０ａとメッキ層１０ｃとは、摺動部材基部１０ｄを形成している。ただし、軸部材１０は、少なくとも基体１０ａと、摺接粒子１０ｂとを備えていればよい。この場合は、摺動部材基部１０ｄは基体１０ａのみからなる。なお、図１では、摺接粒子１０ｂのうち、一部のみを図示している。

（１−２．摺接粒子）
摺接粒子１０ｂは、摺動部材基部１０ｄの表面に散在して固定されている。つまり、摺接粒子１０ｂは、摺動部材基部１０ｄの表面に、互いに接触することなく固定されている。そして、摺接粒子１０ｂは、平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子の先端部が、被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有している粒子である。

摺動部材基部１０ｄの表面に固定されている各摺接粒子１０ｂは、それぞれ、軸受部材１１と対向する面に摺接面を形成する面（上記面Ａ）を有している。そのため、軸部材１０の軸を中心とした円周面である摺接面１２が形成され、摺接粒子１０ｂは、摺接面１２によって、軸受部材１１と摺接する。

上記「硬質粒子」とは、摺接粒子１０ｂの原料となる粒子である。なお、本明細書では、先端部が上記面Ａを有している硬質粒子を摺接粒子と称するが、本明細書では、説明の都合上、硬質粒子についても符号１０ｂを付して説明する場合がある。

硬質粒子は、硬さが珪砂の硬さ以上であり、かつ、圧縮強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。当該構成によれば、硬さが珪砂の硬さ以上であるため、珪砂を主成分とするスラリー粒子等による摺接粒子１０ｂの摩耗を防止することができる。また、圧縮強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上であるため、後述する本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法において摺動部材基部１０ｄに圧入させやすい。

なお、圧縮強度とは、圧縮荷重に対して材料が持ちこたえることができる最大応力をいう。上記圧縮強度は、圧入時に硬質粒子が破損しにくいという観点から、２５０ｋｇ／ｍｍ^２以上であることがより好ましく、３００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることがさらに好ましい。

また、硬質粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ、および、ＷＣとＷ２Ｃとの複合材からなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。

硬質粒子がダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、およびアルミナからなる群より選ばれる粒子である場合、圧縮強度の高い多面体粒子を入手しやすい。また、硬質粒子がダイヤモンド、窒化ケイ素、アルミナ、および、ＷＣとＷ２Ｃとの複合材からなる群より選ばれる粒子である場合、圧縮強度の高い球状粒子を入手しやすい。

また、上記硬質粒子は、摩擦係数が低いため、摺接粒子１０ｂと、軸受部材１１との間に水等の潤滑剤が存在しない無潤滑条件下においても円滑に摺動することができる。さらに、摩擦係数が低いことにより、摩擦による熱の発生が抑えられ、軸・軸受構造１Ａの耐久性を向上させることができる。

硬質粒子の「先端部」とは、摺動部材基部１０ｄの表面に硬質粒子が固定された場合に、軸受部材１１と対向する部位をいう。摺接粒子１０ｂは、硬質粒子の先端部を加工することによって、先端部に、上記面Ａが形成されてなる。

上記加工の方法としては、上記硬質粒子の先端部をダイヤモンドまたは炭化珪素等の砥石で研削すること、上記硬質粒子の先端部を放電加工すること、等の方法を用いることができる。当業者においては、本実施の形態における摺接粒子１０ｂのような高硬度な材料を研削する方法として、適当なものを選択すればよい。

加工する場合、硬質粒子から除去する部分は、硬質粒子の平均粒子径の１５％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましく、２％以下であることが特に好ましい。

上記硬質粒子の平均粒子径は、５０μｍ超、５００μｍ以下である。

特許文献１には、基体１０ａの表面に摺接粒子１０ｂを固定する方法として、電着、スパークプラズマ焼結が記載されている。前述したように、図１０は、従来の方法で硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図であり、図１０の（ａ）は、電着によって硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図であり、図１０の（ｂ）は、スパークプラズマ焼結によって硬質粒子を基体に固定した様子を示す模式図である。

前述したように、特許文献１に開示された方法で硬質粒子１０ｂを基体１０ａに固定する場合、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、硬質粒子の下端部もしくは下面は段差なく揃う。しかし、被摺動部材に対向する硬質粒子の先端部は、段差を有することになる。

平均粒子径が５００μｍに近い硬質粒子は、上記段差が非常に大きいため、上記面Ａを作製する際の加工量が多くなる。また、上記段差が非常に大きい場合、上記面Ａを作製するための加工ができない背の低い粒子、すなわち、基体１０ａの表面から硬質粒子１０ｂの先端部までの高さが低い粒子も生成する。例えば、メッシュサイズが３５/４５のダイヤモンド粒子は、平均粒子径が５００μｍであるが、最大の粒子の粒子径は５４０μｍ、最小の粒子の粒子径は３６０μｍである。

特許文献１に開示された方法によって上記ダイヤモンド粒子を基体１０ａに固定し、平均粒子径の２５％を研削して上記面Ａを形成するとき、最大の粒子は約１６５μｍ加工する必要があり、平均粒子径を有する粒子は１２５μｍ加工する必要がある。しかし、最小の粒子は加工されない状態となる。

なお、本願明細書において、「平均粒子径」は、レーザー回折式粒子径分布測定装置：株式会社島津製作所、ＳＡＬＤ−２１００により計測されるＤ５０値である。

（１−３．摺動部材基部および摺動部材基部に固定された摺接粒子）
上記摺動部材基部の表面は、上記摺接粒子の一部分を埋め込み可能に形成されてなる凹部と、上記凹部の周囲に、上記凹部を囲むように形成されてなる凸部とを有する。

図２は、図１に示す軸部材１０において丸囲みした部分αを拡大した断面概略図である。図２において、１３は凹部、１４，１５は凸部、１６，１６’は水平部、１７，１８は凸部と摺接粒子との間の空間である。Ｈ１〜Ｈ５は図中に示す部分の高さを表している。水平部１６，１６’は、摺動部材基部１０ｄにおいて略水平な面を形成している部分である。ただし、摺動部材基部１０ｄは水平部１６，１６’を有さない場合もある。例えば、摺接粒子１０ｂ同士が狭い間隔で固定されている場合は、隣り合う摺接粒子１０ｂの周囲に形成された凸部１４同士が近接し、水平部１６，１６’が存在しない場合がある。

「上記摺接粒子の一部分を埋め込み可能に形成されてなる凹部」とは、例えば図２に示す凹部１３のように、摺動部材基部１０ｄの表面の一部分が陥入して形成されてなり、摺接粒子の全体ではなく一部分を嵌入させることができる部分である。

なお、メッキ層１０ｃは、摺接粒子１０ｂの一部分を凹部１３に嵌入させた後に形成されるため、摺動部材基部１０ｄが備える基体１０ａの表面のみが凹部１３を形成している。凹部１３は、例えば、別途詳述する本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法によって、摺接粒子１０ｂの原料である硬質粒子を基体１０ａに圧入させることによって形成することができる。

「上記凹部の周囲に、上記凹部を囲むように形成されてなる凸部」とは、例えば図２に示す凸部１４，１５のように、凹部１３の周囲に、凹部１３を被覆しないように形成されている部分をいう。

凸部１４は、基体１０ａに凹部１３を形成することに伴って、基体１０ａのうち、凹部１３に近接する部分が隆起することによって形成される。凸部１４は、例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法によって、摺接粒子１０ｂの原料である硬質粒子を基体１０ａに圧入させることによって形成することができる。凸部１５は、凸部１４が形成された基体１０ａの表面にメッキ層１０ｃを形成することによって形成される。

図２に示すように、摺接粒子１０ｂは、凹部１３に埋め込まれている部分と、凹部１３から突出している部分とを有し、凹部１３から突出している部分の周囲には凸部１４，１５が形成されている。なお、凹部１３から突出している部分とは、摺接粒子１０ｂのうち、凹部１３に埋め込まれていない部分をいう。例えば、摺接粒子１０ｂのうち、図２に示した一点鎖線よりも上の部分（凹部１３の起点から上の部分）である。

摺接粒子１０ｂが凹部１３に埋め込まれる深さは、上記硬質粒子の平均粒子径の５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。当該構成によれば、摺動部材基部１０ｄによる摺接粒子１０ｂの保持力を好適化することができる。

また、硬質粒子を加工する場合、硬質粒子から除去する部分は、前述したように、硬質粒子の平均粒子径の１５％以下であることが好ましいため、摺接粒子１０ｂが凹部１３に埋め込まれる深さは、上記硬質粒子の平均粒子径の８５％未満であることが好ましく、８０％以下であることがより好ましい。

なお、「摺接粒子１０ｂが凹部１３に埋め込まれる深さ」とは、基体１０ａの凹部１３の起点から、凹部１３に嵌入している摺接粒子１０ｂの最深部に垂線を下したときの当該垂線の長さ（例えば、図２におけるＨ５）をいう。

凸部１４、１５が形成されていることによって、摺接粒子１０ｂは、凹部１３から突出している部分の周囲が、凸部１４、１５に囲まれる。

また、凸部１５は、凸部１４の上に形成されたメッキ層１０ｃであるため、水平部１６のみにメッキ層１０ｃが形成される場合と比較して、メッキ層１０ｃの表面積が大きくなる。そのため、スラリー粒子の移動速度の抑制に寄与することができる。したがって、凸部１５によって、スラリー粒子による摩耗に対するメッキ層１０ｃの耐久性を向上させることができる。

ただし、軸部材１０において、メッキ層１０ｃは必ずしも形成されていなくてもよい。例えば、軸部材１０をスラリー粒子による摩耗が生じないような用途（例えば乾式摺動）に用いる場合は、メッキ層１０ｃが形成されていなくてもよい。よって、当該用途に用いる場合等は、凸部１５は必ずしも形成されていなくてもよいが、この場合、摺接粒子１０ｂを摺動部材基部１０ｄに強固に固定するため、凸部１４の先端は、後述する図４に示すように略水平な面を有することが好ましい。

上記摺動部材基部の表面は、上記凹部および上記凸部以外の部分であって、略水平な面を形成する水平部を有し、上記水平部から上記摺接粒子の先端までの高さは、上記水平部から上記凸部の先端までの高さよりも高いことが好ましい。

上記「略水平な面」とは、全く凹凸を有さない完全に平坦な面でなければならないということではなく、実用上水平と言える程度の面であればよいことを意味する。例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法によって基体１０ａに硬質粒子を圧入させる場合、凹部および凸部が形成されず、基体１０ａにおいて圧入の影響を受けない部分は、略水平な面である。

図２に示すように、水平部１６から摺接粒子１０ｂの先端までの高さＨ１は、水平部１６から凸部１４の先端までの高さＨ２よりも高い。また、水平部１６’から摺接粒子１０ｂの先端までの高さＨ３は、水平部１６’から凸部１５の先端までの高さＨ４よりも高い。

なお、上述したように、摺動部材基部１０ｄは水平部１６，１６’を備えていない場合もある。この場合は、摺接粒子１０ｂの、凹部１３から突出している部分の高さ（例えば、図２に示す一点鎖線より上の部分の高さであるＨ１）が、凸部１４の高さ（図中Ｈ２）および凸部１５の高さ（図中、一点鎖線から凸部１５の先端までの高さ）よりも高いことが好ましい。

上記構成を備えることにより、摺接粒子１０ｂは、凸部１４、１５によって摺動部材基部１０ｄに強固に固定されるとともに、摺接面１２を形成するための上記面Ａが凸部１４，１５よりも高い位置にあるため、軸受部材１１との摺動を円滑に行うことができる。

（１−４．摺動部材基部の形状等）
本発明の一実施形態に係る摺動部材において、上記摺動部材基部の表面が備える上記凸部の先端は、上記摺接粒子から離間しており、上記凸部の先端と、上記摺接粒子との間に空間を有することが好ましい。

図２に示す凸部１４は、上述したように、例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法により、硬質粒子を基体１０ａに圧入させることによって作製される。この際、凸部１４の先端（図２に示す高さＨ２を示す部分）は、図２に示すように、摺接粒子１０ｂとの間に空間１７を有する。

また、図２に示す軸部材１０では、メッキ層１０ｃを形成しているため、凸部１５の先端（図２に示す高さＨ４を示す部分）は、摺接粒子１０ｂとの間に空間１８を有する。

図３は、硬質粒子として球状粒子を基体１０ａに圧入させた軸部材１０の、軸方向に垂直な断面を示す、一粒子分の断面概略図である。

ここで、球状粒子とは、角を有さない丸みを帯びた粒子を意図する。球状粒子は製造により真球からずれ、楕円形状等になる場合があるが、使用する球状粒子の直径不同および真球度は１０μｍ以下であることが好ましい。よって、上記球状粒子の先端部を加工して作製した上記面Ａの形状は、円形または楕円状となる。

図３に示すように球状粒子を圧入させた場合は、凸部１４の基部は摺接粒子１０ｂと接しているが、凸部１４の先端は摺接粒子１０ｂとの間に空間１７を有している。図９は、凸部１４の先端が、摺接粒子１０ｂとの間に空間１７を有することを示すデジタル顕微鏡写真（使用機器：キーエンス製ＶＨＸ５０００、倍率：２００倍）である。

このように、摺接粒子１０ｂの形状によって、空間の形状は異なり得るが、凸部１４の先端が摺接粒子１０ｂとの間に空間１７を有した形状が形成される。

当該構成によれば、図２および図３に示すように、メッキ層１０ｃが、上記空間を塞ぐように形成され、かつ、凸部１５も形成されるため、水平部１６のみにメッキ層１０ｃを形成した場合と比べ、メッキ層１０ｃの表面積が増加する。

したがって、メッキ層１０ｃを剥離しにくくすることができ、スラリー粒子等に対するメッキ層１０ｃの耐久性を向上させることができる。

また、上記凸部の先端は、略水平な面を有する態様であることも好ましい。図３に示す凸部１４を、例えば圧入機によって押し込むことによって、凸部１４の先端が、略水平な面を有するように変形させ、摺接粒子１０ｂと密着させることができる。図４は、凸部１４の先端が略水平な面を有する軸部材１０の、軸方向に垂直な断面を示す、一粒子分の断面概略図である。

上記構成によれば、凸部１４および凸部１５と、摺接粒子１０ｂとの間の空間は存在しないが、凸部１４および凸部１５が摺接粒子１０ｂと密着し、摺接粒子１０ｂをかしめたような態様となっているため、摺接粒子１０ｂを摺動部材基部１０ｄに強固に固定することができる。さらに、凸部１５を有するメッキ層１０ｃが形成されているため、スラリー粒子等に対する軸部材１０の耐久性も向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る摺動部材において、上記摺動部材基部は、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えていることが好ましい。上記表面形成部は、例えば、図１〜図４に示したメッキ層１０ｃに該当する。

メッキ層１０ｃは、硬質粒子を基体１０ａに圧入した後に作製すればよい。メッキ層１０ｃを作製する方法としては、例えば、電解法によりニッケル系メッキ液中で通電する方法を挙げることができる。メッキ液としては、ニッケル以外の他の金属を含有するメッキ液、および／または合金を含有するメッキ液を用いてもよい。中でも、後述するように、メッキ層１０ｃの硬さをＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上とし得るメッキ液であることが好ましい。

上記構成によれば、既に述べたように、スラリー粒子に対する軸部材１０の耐久性を向上させることができる。また、メッキ層１０ｃが凸部１５として形成された場合は、上述のように、凸部１５によって摺接粒子１０ｂをより強固に固定する効果をも奏することができる。

なお、表面形成部は、上記メッキ液を用いて形成したメッキ層に限られない。例えば、表面形成部はセラミックスコートであってもよい。セラミックスコートとしては、例えば、アルミナ系の物質を溶射して形成したコート、サーメットを溶射して形成したコート、アルミニウムアルコキシドを塗布し、焼成して形成したコートなどを用いることができる。また、上記メッキ液を用いて形成したメッキ層と、セラミックスコートとを共に表面形成部として用いることも可能である。

本発明の一実施形態に係る摺動部材において、上記基体は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。

基体１０ａの硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であれば、後述する本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法において、上記硬質粒子を容易に圧入させることができる。上記硬さを有する基体１０ａの材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｊ１などを挙げることができる。

一方、基体１０ａの硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下の場合、そのままではスラリー粒子による基体１０ａの摩耗が生じてしまうため、メッキ層１０ｃ（表面形成部）の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。上記硬さを有するメッキ層１０ｃの材質としては、例えば、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂなどを挙げることができる。

基体１０ａの硬さは、易圧入性の観点から、Ｈｖ１５０ｋｇ／ｍｍ^２以下であることがより好ましい。また、メッキ層１０ｃの硬さは、耐摩耗性の観点から、Ｈｖ６００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることがより好ましい。

また、基体１０ａは、圧入時に硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であり、圧入後、５００℃以下の温度での熱処理によって硬化する基体であってもよい。この場合、基体１０ａが摺接粒子１０ｂを固定する力を増すことができる。

ただし、軸部材１０において、メッキ層１０ｃは必ずしも形成されていなくてもよい。例えば、軸部材１０をスラリー粒子による摩耗が生じないような用途（例えば乾式摺動）に用いる場合は、メッキ層１０ｃが形成されていなくてもよいが、この場合、凸部１４の先端は、前述したように、略水平な面を有することが好ましい。

（１−５．摺動部材における面密度等）
基体１０ａの表面の垂直方向から見たときの、摺接粒子１０ｂが占める面積の割合である面密度は、２０〜７０％であることが好ましい。ここで、面密度が大きいことは、摺接粒子１０ｂ間の間隔が狭いことを意味し、反対に面密度が小さいことは、摺接粒子１０ｂ間の間隔が広いことを意味する。

上記面密度を２０〜７０％とすることにより、スラリー粒子を、隣接する摺接粒子１０ｂ間の領域である粒子間領域へと逃がしやすくなる。すなわち、軸部材１０と軸受け部材１１との間に侵入したスラリー粒子は、摺接粒子１０ｂと軸受け部材１１との間に挟み込まれるよりも、粒子間領域へと送り込まれやすくなる。

そして、スラリー粒子は、基体１０ａの外表面全体に形成されている粒子間領域を通過して、軸・軸受構造１Ａの外部へと排出され得る。これにより、摺接粒子１０ｂと軸受け部材１１との間へのスラリー粒子の噛み込みによる、相手材である軸受け部材１１の摩耗を抑制することができる。面密度は、より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５５％以下である。

軸部材１０は、上記粒子間領域に、摺接粒子１０ｂと同一材料の粒子であって、摺接粒子１０ｂよりも粒子径の小さい粒子を備えていてもよい。該粒子は、軸部材１０を製造する際に、摺接粒子１０ｂの原材料となる粉体の粒度分布に起因して不可避的に備えられる粒子である。

〔実施の形態２．摺動部材の製造方法〕
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、既述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（２−１．第１工程および第２工程）
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材の製造方法であって、平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子を、摺動部材基部の表面に散在するように固定する第１工程と、５００℃以下の環境下で、上記硬質粒子を、上記摺動部材基部の表面から上記硬質粒子の先端までの高さが略一定となるように、上記摺動部材基部に圧入させる第２工程と、上記第２工程によって圧入された上記硬質粒子を加工し、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有する摺接粒子を得る第３工程とを含む。

上記第１工程では、基体１０ａの表面に上記硬質粒子を互いに接触しないように載置して、ニッケルメッキ等によって上記表面に上記硬質粒子を固定する方法；樹脂製のシートに、接着剤を上記硬質粒子が互いに接触しない間隔（例えば、φ０．３ｍｍのパターンを０．５ｍｍ間隔で配置）で塗布し、接着剤を塗布した箇所に、上記硬質粒子を載置して固定し、得られたシートを基体１０ａの表面に貼付する方法；等によって、上記硬質粒子を基体１０ａの表面に散在するように固定する。

図５は、第１工程において基体１０ａの表面に散在するように固定された硬質粒子１０ｂを、第２工程において、圧入機を用いて基体１０ａに圧入させる様子を示した模式図である。図５において、１０１は圧入機の圧入棒（加圧部）であり、１０４は圧入機の基部である。

図５の（ａ）に示すように、基体１０ａの表面の左端に固定された硬質粒子１０ｂを圧入棒１０１（加圧部）によって基体１０ａに圧入させると、圧入棒１０１（加圧部）は基部１０４に当接するところまで降下し、それ以上は降下しない。そのため、図５の（ｂ）に示すように、硬質粒子１０ｂの先端の位置は、基部１０４の上面と水平な位置と一致する。

次に、圧入棒１０１（加圧部）を移動させて、図５の（ａ）の中央の硬質粒子１０ｂを、圧入棒１０１（加圧部）によって圧入させる。このとき、初めに圧入させた硬質粒子１０ｂの先端は、基部１０４の上面と揃っているため、初めに圧入させた硬質粒子１０ｂも、基部１０４と共に、中央の硬質粒子１０ｂを圧入させるためのガイドの役割を果たすことができる。

続いて、圧入棒１０１（加圧部）を移動させて、図５の（ａ）の右端の硬質粒子１０ｂを、圧入棒１０１（加圧部）によって圧入させる。このような動作を繰り返すことによって、図５の（ｂ）に示すように、基体１０ａの表面から硬質粒子１０ｂの先端までの高さを、基体１０ａの表面から基部１０４の上面までの高さと一致させることができる。

このように、基体１０ａの表面から硬質粒子１０ｂの先端までの高さが所望の高さとなるように、基部１０４の高さを調節し、圧入を行うことによって、硬質粒子を、摺動部材基部の表面から上記硬質粒子の先端までの高さが略一定となるように、上記摺動部材基部に圧入させることができる。

上記圧入は、５００℃以下の環境下で行う。すなわち、圧入に供する硬質粒子１０ｂおよび基体１０ａを５００℃以下の雰囲気下に置き、上述したように圧入を行う。圧入は、作業性の観点から、３００℃以下の環境下で行うことがより好ましく、２００℃以下の環境下で行うことがさらに好ましい。

圧入棒１０１の材質としては、例えばハイスのＳＫＨ５１等を用いることができる。圧入機は、上記第２工程を行い得るものであれば特に限定されない。後述する実施例では、直動するリニアガイドの上にロータリーインデックスが固定されている圧入機を用いた。

当該圧入機は、ロータリーインデックスによって基体１０ａを把持し、圧入棒１０１を用いて、基体１０ａの軸方向に一列分、圧入を行った後、上記ロータリーインデックスを微小回転させ、上記リニアガイドによって圧入位置を次の列に移動させ、さらなる圧入を行うことができる。

ただし、圧入の方法は、以上説明した方法に限られるものではない。例えば、基体１０ａにおける硬質粒子１０ｂを圧入させたい部位に予め穴を開けておき、当該穴に硬質粒子１０ｂを載置し、固定した後に圧入を行う方法等を挙げることができる。

硬度が高い基体１０ａに大きな硬質粒子１０ｂを圧入させるときは、当該方法を取ることにより、圧入に必要な荷重を低減することができる。上記部位に穴を開ける方法としては、例えば、マシニングセンターによる機械加工、化学エッチング等の方法を挙げることができる。

（２−２．第３工程）
摺接粒子１０ｂは、硬質粒子の先端部を加工することによって、先端部に、上記面Ａが形成されてなる。上記先端部の加工は、前述したように、上記先端部を砥石で研削すること、上記先端部を放電加工すること、等の方法によって行うことができる。

（２−３．圧入機の加圧部と硬質粒子との間に金属膜を挟持して圧入を行う態様）
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、上記第２工程において圧入機を用い、上記圧入機の加圧部と、上記硬質粒子との間に、上記摺動部材基部が備える基体よりも硬い金属膜を挟持して、上記硬質粒子を上記摺動部材基部に圧入させる方法であってもよい。

図６は、上記金属膜を用いて硬質粒子を基体１０ａに圧入させた状態を示す模式図である。図６において、１０２は、基体１０ａよりも硬い金属膜である。図６に示した圧入棒（加圧部）１０１と、硬質粒子１０ｂとの間に金属膜１０２を挟持し、５００℃以下の環境下にて硬質粒子１０ｂを基体１０ａに圧入させると、硬質粒子１０ｂは、金属膜１０２および基体１０ａに圧入され、金属膜１０２に凸部１０３が生じ、基体１０ａに凸部１４が生じる。

圧入を進め、図６に示すように、凸部１０３と凸部１４とが接触するまで圧入させると、硬質粒子１０ｂは、凹部１３から突出している部分が、凸部１４によって囲まれ、基体１０ａに強固に固定される。

金属膜１０２への硬質粒子１０ｂの圧入深さは、基体１０ａへの圧入深さよりも浅いため、金属膜１０２は、硬質粒子１０ｂから容易に剥離することができる。その結果、凹部１３から硬質粒子１０ｂの先端までの突出しを有する硬質粒子を基体１０ａに固定することができる。

例えば、硬質粒子１０ｂとして、図６に示すように球状粒子を用いた場合、圧入棒（加圧部）１０１によって当該粒子を直接圧入させると、圧入棒（加圧部）１０１と球状粒子とが点接触の状態となるため、当該粒子が割れてしまう場合がある。金属膜１０２を用いて圧入させることによって、硬質粒子１０ｂが金属膜１０２にも圧入されるため、面圧が分散される。したがって、上記構成によれば、球状粒子を用いた場合でも、粒子を破損させることなく圧入を行うことができる。

（２−４．表面形成部の形成）
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、上記摺動部材基部が、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えており、上記表面形成部を、上記第２工程の後に、メッキ、溶射または焼成によって形成する方法であってもよい。

上記表面形成部は、例えば、図１〜図４に示したメッキ層１０ｃである。上記表面形成部をメッキによって形成する方法としては、例えば、上記第２工程を経た上記摺動部材基部に対し、電解法によりニッケル系メッキ液中で通電する方法を挙げることができる。

上記溶射としては、例えば、上記第２工程を経た上記摺動部材基部に対し、アルミナ系の物質を溶射すること、サーメットを溶射することを挙げることができる。

また、上記焼成としては、例えば、上記第２工程を経た上記摺動部材基部に対してアルミニウムアルコキシドを塗布し、塗布後のアルミニウムアルコキシドを焼成することにより、上記摺動部材基部にアルミニウムアルコキシドの皮膜を形成することを挙げることができる。

また、上記メッキ液を用いて形成したメッキ層と、セラミックスコートとを共に表面形成部として用いることも可能である。この場合、例えば、上記第２工程を経た上記摺動部材基部に対し、電解法によりニッケル系メッキ液中で通電を行い、当該通電の終了後、さらにアルミナ系の物質等の溶射を行うことにより、上記表面形成部を形成することができる。

（２−５．基体の硬さに応じた摺動部材の製造方法）
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である基体を備えていることが好ましい。基体１０ａの硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であれば、第２工程において、上記硬質粒子を容易に圧入させることができる。圧入の方法としては、例えば、上述した圧入機を用いる方法を挙げることができる。

上述したように、基体１０ａの硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である場合、スラリー粒子による基体１０ａの摩耗を防止するため、基体１０ａの表面に、硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上であるメッキ層１０ｃ（表面形成部）を設けることが好ましい。メッキ層１０ｃは、硬質粒子を基体１０ａに圧入させた後に作製すればよい。

本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記硬質粒子を嵌入可能な凹部を、上記基体の表面に散在するように形成し、上記凹部に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を形成し、上記硬質粒子を、上記金属膜に固定する工程であってもよい。

図７は、軸部材１０の軸方向に垂直な断面を示す断面概略図であり、硬質粒子１０ｂを嵌入可能な凹部１３ａに形成した金属膜１０ｅに、硬質粒子１０ｂを固定した状態の一例を示す。なお、図７には、一粒子分のみの上記状態を示している。凹部１３ａも、摺動部材基部１０ｄの凹部である。

摺動部材基部１０ｄが、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体１０ａを備える場合、その硬さゆえに、硬質粒子１０ｂを基体１０ａの表面に直接圧入させることは困難である。

上記構成によれば、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜１０ｅに硬質粒子１０ｂを圧入させるため、基体１０ａに圧入させる場合と比べ、格段に小さな労力で圧入を行うことができる。したがって、基体１０ａが硬い場合でも、本発明の一実施形態に係る摺動部材を容易に製造することができる。

「硬質粒子を嵌入可能な凹部」とは、硬質粒子を嵌入させたとき、硬質粒子の一部分が、表面の少なくとも一部分と接触することができる形状の凹部をいう。例えば、硬質粒子が多面体粒子である場合、硬質粒子の一つの面を凹部の底面に載置可能である矩形状の凹部（例えば図７に示す凹部１３ａの形状）；硬質粒子が球状粒子である場合、凹部の表面が上記球状粒子の表面と面接触する半球状の凹部等を挙げることができる。

図７に示すように、凹部１３ａは、凹部１３ａに形成された金属膜１０ｅに圧入された硬質粒子１０ｂが、凹部１３ａから突出している部分を確保できるように形成される。凹部１３ａは、例えば、硬質粒子１０ｂの平均粒子径よりも大きな孔径を有する。

なお、硬質粒子１０ｂの平均粒子径よりも大きい粒子径を有する硬質粒子の中には、凹部１３ａに嵌入できないものもあり得るが、形成した凹部１３ａに嵌入することができる硬質粒子を用いれば足りる。凹部１３ａを形成する労力および金属膜１０ｅの使用量を低減する観点から、上記孔径は、用いる硬質粒子１０ｂの平均粒子径に比して大きすぎないことが好ましい。

凹部１３ａを形成する方法としては、例えば、マシニングセンターによる機械加工、化学エッチング等の方法を挙げることができる。また、金属膜１０ｅの材質としては、例えば、ニッケルメッキ等を挙げることができる。

金属膜１０ｅの形成方法としては、例えば電気メッキ、無電解メッキ等の方法を挙げることができる。金属膜１０ｅの厚みは、上述したように、金属膜１０ｅに圧入された硬質粒子１０ｂが、凹部１３ａから突出している部分を確保できる厚みであればよい。硬質粒子１０ｂを金属膜１０ｅに圧入させる方法としては、例えば、上述した圧入機を用いた方法を用いることができる。

硬質粒子１０ｂが凹部１３ａに埋め込まれる深さは、硬質粒子１０ｂの平均粒子径の５０％以上、７０％以下であることが好ましい。

「硬質粒子１０ｂが凹部１３ａに埋め込まれる深さ」とは、基体１０ａの凹部１３ａの起点から、金属膜１０ｅに嵌入している硬質粒子１０ｂの最深部に垂線を下したときの当該垂線の長さ（例えば、図７におけるＨ６）をいう。

金属膜１０ｅは硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であるため、硬質粒子１０ｂを金属膜１０ｅに圧入させた後、さらにメッキ層１０ｃ（表面形成部）を設けることが好ましい。メッキ層１０ｃ（表面形成部）の硬さは、上述したように、Ｈｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。上記表面形成部は、前述した方法によって形成することができる。

本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記基体の表面に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を、上記基体の表面に散在するようにパターニングし、上記硬質粒子を上記金属膜に固定する工程であってもよい。

図８は、軸部材１０の軸方向に垂直な断面を示す断面概略図であり、基体１０ａの表面にパターニングした金属膜１０ｆに、硬質粒子１０ｂを固定した状態の一例を示す。なお、図８には、一粒子分のみの上記状態を示している。

摺動部材基部１０ｄが、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体１０ａを備える場合、その硬さゆえに、硬質粒子１０ｂを基体１０ａの表面に直接圧入させることは困難である。

上記構成によれば、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜１０ｆに硬質粒子１０ｂを圧入させるため、基体１０ａに圧入させる場合と比べ、格段に小さな労力で圧入を行うことができる。したがって、基体１０ａが硬い場合でも、本発明の一実施形態に係る摺動部材を容易に製造することができる。

上記パターニングは、硬質粒子１０ｂの一部分と接触可能な表面を有し、かつ、硬質粒子１０ｂの一部分を圧入させることが可能な表面積および厚みを有する金属膜１０ｆを、金属膜１０ｆ同士が互いに接触しないように基体１０ａの表面に形成することをいう。

金属膜１０ｆの材質としては、例えば、ニッケルメッキ等を挙げることができる。また、金属膜１０ｆを基体１０ａの表面に形成する方法としては、例えば電気メッキ、無電解メッキ等の方法を挙げることができる。

金属膜１０ｆは、厚くなりすぎると軸部材１０全体の厚みが大きくなるため、硬質粒子１０ｂを圧入させるために用いる厚みに２０〜３０μｍを加えた厚みであることが好ましい。硬質粒子１０ｂを金属膜１０ｆに圧入させる方法としては、例えば、上述した圧入機を用いた方法を用いることができる。

硬質粒子１０ｂが金属膜１０ｆに埋め込まれる深さは、硬質粒子１０ｂの平均粒子径の５０％以上、８０％以下であることが好ましい。

「硬質粒子１０ｂが金属膜１０ｆに埋め込まれる深さ」とは、金属膜１０ｆの水平部１９から、金属膜１０ｆに嵌入している硬質粒子１０ｂの最深部に垂線を下したときの当該垂線の長さ（例えば、図８におけるＨ７）をいう。図８において、１３ｂは、金属膜１０ｆに形成された凹部である。この場合、金属膜１０ｆも摺動部材基部１０ｄを構成するため、凹部１３ｂも、摺動部材基部１０ｄの凹部に該当する。

金属膜１０ｆは硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であるため、硬質粒子１０ｂを金属膜１０ｆに圧入させた後、さらにメッキ層１０ｃ（表面形成部）を設けることが好ましい。メッキ層１０ｃ（表面形成部）の硬さは、上述したように、Ｈｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。上記表面形成部は、前述した方法によって形成することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔製造例１〕
粒子径の範囲が３０２〜５４１μｍであるダイヤモンド粒子を硬質粒子として用い、上記面Ａを作製するために要する上記硬質粒子の研削量の相違を、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法を用いた場合と、従来の製造方法を用いた場合とで比較した。

２６６．９ｍｍ×９７ｍｍＬの、透明な厚み０．２ｍｍのＰＥＴフィルムに、０．６ｍｍピッチで、φ０．４ｍｍのパターンで接着剤（セメダイン（登録商標）スーパーＸ）を塗布した。

上記接着剤を塗布した部分に、メッシュサイズ３５／５０、平均粒子径が４２１．５μｍであるダイヤモンド粒子（カスタムダイヤ製。以下、「粒子（１）」と称する）を塗布し、１時間後、未接着粒子を除去した。

上記粒子（１）は多面体粒子である硬質粒子であり、１４面体形状を含んでいる。次に、上記樹脂シートをφ８５ｍｍ×９７ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）に、上記接着剤によって接着固定した。上記粒子（１）の粒子径の範囲等を表１に示す。

続いて、圧入棒（ハイス、ＳＫＨ５１製、ＨＲＣ６０）を備えた圧入機を用い、２５℃の環境下で、上記粒子（１）１個当たりに５０〜６０ｋｇの荷重を負荷し、上記基体の表面から粒子（１）の先端までの高さ（突出し高さ）が１００μｍとなるように、粒子（１）を上記基体に圧入（冷間圧入）させた。

上記圧入機は、直動するリニアガイドの上にロータリーインデックスが固定されている。上記ロータリーインデックスによって上記基体を把持し、圧入棒を用いて、軸方向に一列分、圧入を行った。

次に、上記ロータリーインデックスを微小回転させ、上記リニアガイドで圧入位置を０．６ｍｍ移動させ、さらなる圧入を行った。以下、同じ動作を繰り返すことにより、上記基体に固定した粒子（１）全てを同じ条件で圧入させた。これにより、上記基体には、図２に示す凸部１４に該当する凸部が形成された。

圧入完了後、上記基体の表面から粒子（１）の先端までの高さ（突出し高さ）は約１００μｍであった。なお、上記基体の表面は、図２の水平部１６に該当する。

続いて、上記基体にニッケル−リンメッキを行った。メッキ完了後、形成されたメッキ層の表面から粒子（１）の先端までの高さ（突出し高さ）は８０μｍであった。これにより、上記基体には、図２に示す凸部１５に該当する凸部が形成された。なお、上記メッキ層の表面は、図２の水平部１６’に該当する。

次に、円筒研削盤を用いて、上記基体の外周に沿って、粒子（１）の先端部を研削し、上記面Ａを作製した。研削量は４２μｍであった。上記メッキ層の表面から上記面Ａまでの高さ（突出し高さ）は、３８μｍであった。当該突出し高さは、図２のＨ３に該当する。

〔製造例２〕
上記研削量を６３μｍとしたこと以外は、製造例１と同様にして、上記面Ａを有する粒子（１）を得た。

〔比較製造例１〕
２６６．９ｍｍ×９７ｍｍＬ、厚み０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製のシートに、塩化鉄エッチングを用いて、０．６ｍｍピッチで、φ０．４ｍｍの穴を開けた。Φ８５ｍｍｘ９７ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）の外周に上記シートを巻き、その穴に製造例１と同じ接着剤を充填した後、上記シートを取り除いた。

上記基体に、製造例１で用いた粒子（１）を塗布し、１時間後、未接着粒子を除去した。続いて、上記基体にニッケル−リンメッキを行った。メッキ完了後、形成されたメッキ層の表面から粒子（１）の先端までの高さ（突出し高さ）は８０μｍであった。

次に、円筒研削盤を用いて、上記基体の外周に沿って、粒子（１）の先端部を研削し、上記面Ａを作製した。研削量は４２μｍであった。上記メッキ層の表面から上記面Ａまでの高さ（突出し高さ）は、３８μｍであった。

〔比較製造例２〕
上記研削量を６３μｍとしたこと以外は、比較製造例１と同様にして、上記面Ａを有する粒子（１）を得た。

〔実施例１、２および比較例１、２〕
製造例１、２および比較製造例１、２で製造した摺動部材について、以下の方法により、摺接粒子１個当たりの平均研削面積、摺接粒子１個当たりの平均研削量を算出した。

（１．摺接粒子１個当たりの平均研削面積の算出）
上記摺動部材の１００ｍｍ×５０ｍｍの面から均等に８カ所、単位表面（１ｍｍ×１ｍｍ）を設定し、レーザー顕微鏡（製品名：VK-9700、キーエンス社製）を使い、各単位表面中の研削された摺動面積の総和と粒子個数とを調べた。それらの数値をもとに粒子（１）１個当たりの平均研削面積を算出した。

上記「研削された摺動面積」は、上記面Ａの面積に該当する。つまり、上記「平均研削面積」は、各単位表面中に存在する摺接粒子が有する上記面Ａの面積の平均値に該当する。

（２．研削量の評価）
製造例１、２および比較製造例１、２で製造した摺動部材の１００ｍｍ×５０ｍｍの面について、硫酸を用いた化学エッチングにより固定層（メッキ層）であるニッケルを溶解し、粒子（１）を捕集した。

次に、研削前の粒子（１）と研削後の粒子（１）との質量差から、研削によって減じた体積を算出した。さらに、上記レーザー顕微鏡によって測定された単位面積当たりの粒子（１）の個数を用い、粒子（１）１個当たりの平均研削量を算出した。

上記１．で算出された粒子（１）１個当たりの平均研削面積、および上記２．で算出された粒子（１）１個当たりの平均研削量を表２に示す。なお、表中の「研削量（％）」とは、各製造例における研削量の、粒子（１）の平均粒子径に対する割合である。例えば、製造例１であれば、研削量が４２μｍ、粒子（１）の平均粒子径が４２１．５μｍであるから、上記「研削量（％）」は、４２／４２１．５≒１０％となる。

製造例１および製造例２の製造方法は、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法であり、製造された摺動部材は、本発明の一実施形態に係る摺動部材である。実施例１と比較例１、実施例２と比較例２とを比べると、上記研削量（％）が同じであっても、粒子（１）１個当たりの平均研削面積および粒子（１）１個当たりの平均研削量は、実施例の方が大幅に小さい。

比較例１，２では、比較製造例１、２に示す方法を取っているため、図１０に示すように、硬質粒子の下端部もしくは下面は段差なく揃い、先端部は段差がある状態で硬質粒子が基体に固定される。一方、実施例１，２では、製造例１，２に示す本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法を取っているため、図５に示すように、硬質粒子の先端部が揃った状態で硬質粒子が基体に固定される。

表２に示す結果の差異は、この製造方法の相違に基づくと言える。すなわち、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、硬質粒子の粒子径の範囲に左右されず、加工量を抑制して、摺接面を容易に形成することができると言える。

〔実施例３〜５および比較例３〕
本実施例および比較例では、摺接粒子の固定方法と、摺動部材基部における摺接粒子の保持力との関係について検討した。

φ１０ｍｍ×５０ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）の端部における表面に、粒子径が４００μｍのダイヤモンド粒子（カスタムダイヤ製）を１個載置し、ＳＫＨ５１製（ＨＲＣ６０）の圧入棒で、上記基体の表面から上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）が８０μｍとなるように圧入した（実施例３）。

これにより、上記基体には、図２に示す凸部１４に該当する凸部が形成された。なお、上記基体の表面は、図２の水平部１６に該当する。

上記基体の表面から上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）が１００μｍとなるように圧入したこと以外は、実施例３と同様の方法によって、上記ダイヤモンド粒子を上記基体の端部における表面に圧入した。圧入後、Ｎｉ−Ｐメッキを施工した（実施例４）。

メッキ完了後、形成されたメッキ層の表面から上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）は８０μｍであった。

これにより、上記基体には、図２に示す凸部１５に該当する凸部が形成された。なお、上記メッキ層の表面は、図２の水平部１６’に該当する。

また、別途、φ１０ｍｍ×５０ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）の端部における表面に、実施例３で用いたのと同じダイヤモンド粒子を１個載置し、ＳＫＤ１１製（ＨＲＣ４２）の圧入棒を用いて、上記基体の表面から上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）が８０μｍとなるように圧入した（実施例５）。上記基体の表面は、図２の水平部１６に該当する。

このとき、上記ダイヤモンド粒子は上記圧入棒にも少し圧入された。その結果、上記基体には、図２に示す凸部１４のように凸部が生じ、上記ダイヤモンド粒子がかしめられ、上記基体に固定された。

さらに、別途、φ１０ｍｍ×５０ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）の端部における表面に、実施例３で用いたのと同じダイヤモンド粒子を１個載置した。次に、上記基体の表面から上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）が８０μｍとなるようにＮｉメッキ及びＮｉ−Ｐメッキを施し、圧入を行わずに、上記ダイヤモンド粒子を上記基体に固定した（比較例３）。

次に、上記基体の外周に沿って、上記各ダイヤモンド粒子の先端部を研削した。比研削材は超硬Ｇ２として、研削速度８５ｍｍ/ｍｉｎで研削を実施した。各基体について、ダイヤモンド粒子が脱落したときの研削抵抗を、砥石に組み込んだひずみゲージで測定し、得られた値を上記保持力とした。

実施例３で測定された研削抵抗を１としたとき、各ダイヤモンド粒子の研削抵抗は以下のとおりであった。

表３に示すように、圧入を行わない比較例３では、摺動部材基部における硬質粒子の保持力は低く、上記面Ａを作製しにくいことが明らかとなった。つまり、本発明の一実施形態に係る製造方法によれば、硬質粒子を基体に強固に保持することができ、安定的に上記面Ａを作製することができる。その結果、被摺動部材との安定な摺接が可能な摺接面を形成可能な摺動部材を提供することができる。

本発明は、無水状態での先行運転、土砂等を含むスラリーの気液混合状態での排水等の、軸・軸受構造にとって過酷な条件での運転を行う先行待機運転ポンプに特に好適に利用することができる。

１Ａ・・・・軸・軸受構造
１０・・・・軸部材（摺動部材）
１０ａ・・・基体
１０ｂ・・・摺接粒子または硬質粒子
１０ｃ・・・メッキ層（表面形成部）
１０ｄ・・・摺動部材基部
１１・・・・軸受部材（被摺動部材）
１２・・・・摺接面
１３、１３ａ、１３ｂ・・・摺動部材基部の凹部
１４、１５・・・摺動部材基部の凸部
１６、１６’・・・摺動部材基部の水平部
１７、１８・・・摺動部材基部の凸部と摺接粒子との間の空間
１９・・・・金属膜の水平部
１０１・・・圧入棒
１０２・・・基体よりも硬い金属膜
Ｈ１、Ｈ３・・・摺動部材基部の水平部から摺接粒子の先端までの高さ
Ｈ２、Ｈ４・・・摺動部材基部の水平部から摺動部材基部の凸部の先端までの高さ

Claims (14)

1. 被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
   摺動部材基部と、
   上記摺動部材基部の表面に散在して固定されており、かつ、平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子の先端部が、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有している摺接粒子と、を備え、
   上記摺動部材基部の表面は、上記摺接粒子の一部分を埋め込み可能に形成されてなる凹部と、上記凹部の周囲に、上記凹部を囲むように形成されてなる凸部とを有し、
   上記摺接粒子は、上記凹部に埋め込まれている部分と、上記凹部から突出している部分とを有し、上記凹部から突出している部分の周囲には上記凸部が形成されている、摺動部材。
2. 上記摺動部材基部の表面は、上記凹部および上記凸部以外の部分であって、略水平な面を形成する水平部を有し、上記水平部から上記摺接粒子の先端までの高さは、上記水平部から上記凸部の先端までの高さよりも高い、請求項１に記載の摺動部材。
3. 上記凸部の先端が、上記摺接粒子から離間しており、上記凸部の先端と、上記摺接粒子との間に空間を有する、請求項１または２に記載の摺動部材。
4. 上記凸部の先端が、略水平な面を有する、請求項１または２に記載の摺動部材。
5. 上記摺動部材基部が、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えている、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動部材。
6. 上記基体は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ^２以上である、請求項５に記載の摺動部材。
7. 上記硬質粒子は、硬さが珪砂の硬さ以上であり、かつ、圧縮強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の摺動部材。
8. 上記硬質粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ、および、ＷＣとＷ２Ｃとの複合材からなる群より選ばれる１種以上である、請求項１から７のいずれか１項に記載の摺動部材。
9. 被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材の製造方法であって、
   平均粒子径が５０μｍ超５００μｍ以下である硬質粒子を、摺動部材基部の表面に散在するように固定する第１工程と、
   ５００℃以下の環境下で、上記硬質粒子を、上記摺動部材基部の表面から上記硬質粒子の先端までの高さが略一定となるように、上記摺動部材基部に圧入させる第２工程と、
   上記第２工程によって圧入された上記硬質粒子を加工し、上記被摺動部材と摺接する摺接面を形成する面を有する摺接粒子を得る第３工程とを含む、摺動部材の製造方法。
10. 上記第２工程において圧入機を用い、上記圧入機の加圧部と、上記硬質粒子との間に、上記摺動部材基部が備える基体よりも硬い金属膜を挟持して、上記硬質粒子を上記摺動部材基部に圧入させる、請求項９に記載の摺動部材の製造方法。
11. 上記摺動部材基部が、基体と、上記基体の表面に形成された表面形成部とを備えており、
    上記表面形成部を、上記第２工程の後に、メッキ、溶射または焼成によって形成する、請求項９または１０に記載の摺動部材の製造方法。
12. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である基体を備えている、請求項９から１１のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
13. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記硬質粒子を嵌入可能な凹部を、上記基体の表面に散在するように形成し、上記凹部に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を形成し、上記硬質粒子を、上記金属膜に固定する工程である、請求項９から１１のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
14. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２超である基体を備えており、上記第１工程が、上記基体の表面に、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ^２以下である金属膜を、上記基体の表面に散在するようにパターニングし、上記硬質粒子を、上記金属膜に固定する工程である、請求項９から１１のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。

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