JP2509864B2 - 油溜りを軸受面に有する複層軸受材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油溜りを軸受面に有する
複層軸受材料の製造方法に係り、詳しくは、農業機械、
産業機械、自動車及び車輌等の長寿命が要求される軸受
用途に好適な、軸受面に油溜りを有する裏金と多孔質金
属焼結層および熱可塑性合成樹脂層から成る複層軸受材
料の製造方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】裏金と多孔質金属焼結層から成る焼結基
材に熱可塑性合成樹脂層を形成させる方法は本発明の出
願人がさきに特願平３−０２５５３６号により提案した
方法、すなわち、熱可塑性合成樹脂粉末を焼結基材上に
所定の厚みで散布し、ついで加熱溶融させた後、ロ−ル
を通し熱可塑性合成樹脂を多孔質金属焼結層中に圧入し
て複層化する製造方法がある。この方法によれば、熱可
塑性合成樹脂が多孔質金属焼結層中の空洞部に満遍無く
含浸させることができ、密着性の良い軸受が得られると
いう利点があり、軸受面が平らな軸受の製造には好適な
方法である。

【０００３】また一方、熱可塑性合成樹脂を軸受面とす
る複層軸受材で凹状の油溜りを軸受面に有する軸受材が
ある（英国特許第１０９１７１０号参照）。この軸受材
は組み付け時にグリ−ス等の潤滑剤を油溜りに充填し、
一定間隔で少量の潤滑剤を補給することにより軸受面の
摩耗が抑えられ長期間使用できる利点がある。

【０００４】本発明者等は前者の方法が熱可塑性合成樹
脂の多孔質金属焼結層への含浸性が良好であることに着
目し、本製造方法により凹状の油溜りを軸受面に有する
複層軸受材料の開発を試みたところ次のような問題があ
ることが判明した。すなわち、この方法によると、溶融
状態の熱可塑性合成樹脂が凸部を有するロ−ルに接触す
ると瞬時に固化するために、軸受面に形成される凹状の
油溜りは底の部分から軸受表面に至る開口部の形状が直
線的で、油溜りから摺動面への潤滑剤の流れを阻害する
ような形状となっている。このため、軸受として使用し
た場合、その摩擦により摺動面に塗布されていた潤滑剤
が消費された時、油溜りからの潤滑剤の適切な供給がな
く、摺動面が早期に摩耗し、焼付等の不具合を起こすと
いう問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決することを目的とするもので、軸受面に塗布された潤
滑剤が消費されてもその軸受面に設けた油溜りから速や
かに潤滑剤が流出して摩耗を低減することができる油溜
りを軸受面に有する複層軸受材料の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る油溜りを軸
受面に有する複層軸受材料の製造方法は、裏金とその裏
金の上に多孔質金属焼結層から成る焼結基材とこの焼結
基材の多孔質金属焼結層の上に、凹状の油溜りを有する
熱可塑性合成樹脂層を表面に凸部を有するロ−ルを用い
て形成させ、ついでこの熱可塑性合成樹脂層を遠赤外線
加熱装置を用いて熱可塑性合成樹脂の融点以上熱分解温
度以下に再加熱し、油溜りの開口部になだらかな丸味を
付与することを特徴とする。

【０００７】以下さらに詳しく本発明を説明すると、鋼
板等の裏金の上に多孔質金属焼結層を被着形成し、熱可
塑性合成樹脂粉末を溶融状態で多孔質金属焼結層中に含
浸させると共に、多孔質金属焼結層に達する程度の深さ
の油溜りを有している熱可塑性合成樹脂層を被着形成し
た後、その熱可塑性合成樹脂層を遠赤外線加熱装置を用
いて融点以上熱分解温度以下に再度加熱することでその
油溜りの形状をなだらかで丸みを帯びた形状とすること
を特徴とするものである。

【０００８】そこで、これら手段たる構成ならびにその
作用について図面を参照しながら詳しく説明する。

【０００９】図１は本発明を実施する際に用いられる複
層軸受材料製造工程の説明図であり、図２は図１の製造
工程で製造した複層軸受材料を用いた軸受ブッシュの斜
視図であり、図３は本発明の実施例で製造した軸受ブッ
シュの断面組織の写真の模式図であり、図４は本発明の
比較例で製造した軸受ブッシュの断面組織の写真の模式
図であり、図５はブッシュ式摩耗試験機の説明図であ
る。図中の符号１は巻戻し機、２は焼結基材（多孔質金
属焼結層付き）、３は熱可塑性合成樹脂粉末散布器、４
は加熱炉、５は凸付きロ−ル、６は遠赤外線加熱装置、
７は複層材（油溜り付き）、８は巻取機、９は裏金、１
０は多孔質金属焼結層、１１は熱可塑性合成樹脂層、１
２は油溜り、１３は潤滑剤注入口、１４はロ−ドセル
（摩擦トルク検出）、１５は相手軸、１６はロ−ドセル
（荷重）、１７は油溜り付き複層軸受ブッシュを示す。

【００１０】製造は図１に従って次の手順で行なう。 巻取機８を駆動させ、焼結基材２（幅１００〜２０
０ｍｍ）を右方（矢印方向）に動かす。 粉末散布器３より熱可塑性合成樹脂粉末を焼結基材
２の多孔質金属焼結層１０上に落下させ、表層に一定厚
の熱可塑性合成樹脂粉末層を形成させる。 樹脂の融点以上熱分解温度以下に温度設定をした加
熱炉４を通過させ、樹脂粉末を水飴状の溶融樹脂に変化
させる。 溶融状態を保持させながら凸付きロ−ル５で樹脂を
多孔質金属焼結層に圧入すると同時に、凹状の油溜りを
軸受面に形成させる。 樹脂の融点以上熱分解温度以下に温度設定をした遠
赤外線加熱装置６で熱可塑性合成樹脂層側から再加熱を
して、樹脂層を再溶融させる。本処理により、油溜り開
口部になだらかな丸みを持つ複層材７が得られる。

【００１１】図３に於いて多孔質金属焼結層１０は、常
法に従って銅、アルミ、その他の金属粉末を裏金９の上
に散布し、このままで焼結して得られるもので裏金９の
表面に被着され、金属粉末間に多数の孔隙が形成されて
いる。この際用いられる金属粉末の粒径は、７０〜２５
０μｍの大きさの物が好適である。金属粉末の粒径が７
０μｍ未満である場合、孔隙が小さくなり溶融状態の熱
可塑性合成樹脂が多孔質金属焼結層１０の孔隙中に含浸
するのを妨げてしまう。逆に、金属粉末の粒径が２５０
μｍを超える場合には、多孔質金属焼結層１０を裏金９
の表面に被着形成する事が難しい。また、多孔質金属焼
結層１０の厚さは２００〜４００μｍ程度が好ましく、
この厚さ以外では、多孔質金属焼結層１０と熱可塑性合
成樹脂層１１の強固な被着が得られない。

【００１２】次に、熱可塑性合成樹脂層１１に用いる熱
可塑性合成樹脂粉末を上述で得られた多孔質金属焼結層
１０が被着形成された裏金９の上に散布し、その後加熱
溶融させ表面に規則的な凸部を有するロ−ルにて多孔資
金属焼結層１０の孔隙中に含浸させる。この熱可塑性合
成樹脂層１１に用いられる熱可塑性合成樹脂としては、
ポリアセタ−ル、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレ
−ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエ−テルケト
ン等の樹脂が挙げられるが、中でも、耐熱性、耐溶剤
性、機械的強度の優れたポリアセタ−ル樹脂が好適であ
る。

【００１３】これらの熱可塑性合成樹脂を粉末状にする
には様々な方法があるが、液体窒素等により熱可塑性合
成樹脂を極低温にし、これを粉砕するいわゆる低温粉砕
がいちばん適している。つまり、低温粉砕された熱可塑
性合成樹脂粉末は、その粉末の９０％以上が３７〜８７
０μｍの粒径になるため、熱可塑性合成樹脂粉末を多孔
質金属焼結層１０が被着形成された裏金９の上に散布し
た場合、微粉末は多孔質金属焼結層１０の孔隙中に入り
込む。これにより熱可塑性合成樹脂層１１と多孔質金属
焼結層１０が強固に被着する。

【００１４】表面に規則的な凸部を有するロ−ルで被着
成形された熱可塑性合成樹脂層１１は、多孔質金属焼結
層１０の上をおおって軸受面となる部分と、その表面か
ら多孔質金属焼結層１０に至る程度の凹みが規則的に施
された、いわゆる油溜りとなる部分を併せ持っている。
この段階の油溜りの開口部は、図４のような直線的な形
状である。なお、ロ−ルの温度は熱可塑性合成樹脂粉末
の融点より若干低い温度にする。これは、ロ−ル温度が
溶融温度に近く高すぎると溶融樹脂が固化しきれずにロ
−ルに付着してしまい、熱可塑性合成樹脂層１１が形成
されない。また、低すぎると溶融樹脂がロ−ル凸部に触
れると直ちに固化する。従って、多孔質金属焼結層１０
に設けられた多数の孔隙中に熱可塑性合成樹脂が含浸す
るのを妨げてしまい、多孔質金属焼結層１０と熱可塑性
合成樹脂層１１の強固な被着が得られないばかりでな
く、多孔質金属焼結層１０に達する程度の油溜りが得ら
れなくなる。この結果、油溜り底部からの摩擦熱の放熱
が難しくなり、溶融摩耗の原因になる。

【００１５】また、熱可塑性合成樹脂層１１の軸受面と
なる部分の厚さは、５０〜５００μｍとするのが望まし
い。５０μｍ未満では、軸受としての耐久性に問題があ
り軸受寿命が短くなり、５００μｍを超えると摩擦熱が
多孔質金属焼結層１０に伝わり難くなる。従って、溶融
摩耗を引き起こし易くなる。

【００１６】こうして得られた複層軸受材料を、熱可塑
性合成樹脂層１１側から融点以上熱分解温度以下に加熱
すると樹脂の流動で表面に施された油溜り開口部の形状
は徐々に崩れていき、なだらかで丸みを帯びた形状とな
る。なお、油溜りの過剰な変形を防ぐためには表面熱可
塑性合成樹脂層と反対側、つまり裏金９側から冷却すれ
ば良い。

【００１７】再加熱の方法として、遠赤外線の他電気、
重油、ガス等による一般的な熱線加熱があるが、本発明
に係る再加熱方法は遠赤外線加熱法に制限される。理由
は、次の通りである。

【００１８】一般的な熱線加熱法の場合、金属と合成樹
脂から構成される本発明の複層材では、熱伝導率の違い
から金属部分がまず昇温し、次いで金属からの伝熱で樹
脂が昇温するという形を取る。この場合、金属は端部か
ら中央に向かって昇温する傾向があるため、これにより
熱可塑性合成樹脂層も端部から中央に向かって昇温し溶
融する。この傾向のため、凹状の油溜りを有する本発明
に係る複層材は、一般的な熱線で再加熱処理をすると端
部に近い樹脂側の樹脂の流動が大きく成り過ぎ適正形状
の一様な油溜りを確保できないという問題がある。

【００１９】一方、遠赤外線は波長が５．６〜１０００
μｍと熱可塑性合成樹脂層１１の吸収波長領域を殆どカ
バ−している。従って、金属部分からの伝熱を受けなく
ても、樹脂面に直接照射すれば樹脂自ら昇温そして溶融
することが出来る。この様に遠赤外線加熱処理では、熱
可塑性合成樹脂に高効率で熱を伝え、且つ浸透させる働
きがあり、樹脂の内部、表面とも均一に加熱されるため
油溜りが一様に融け、一様の形状が確保できる。加えて
一般的な熱線加熱法に比べ短時間で処理でき、生産性向
上とコストダウンの効果もある。

【００２０】加熱温度として熱可塑性合成樹脂層１１を
構成する熱可塑性合成樹脂の融点以上熱分解温度以下と
したのは、融点以下では樹脂の流動性がなく、従って、
油溜りの開口部に丸みを付与することが出来ない。ま
た、熱分解温度以上では、熱可塑性合成樹脂層１１に分
解ガスによる空孔等を発生させ十分な機能が得られない
ためである。

【００２１】冷却は必要に応じて行なうがその手段は、
通常の冷却方法でよく、その方向を裏金９側が好ましい
としたのは、熱可塑性合成樹脂層１１を速く均一に冷却
することができるためである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。

【００２３】実施例 厚さ０．８０ｍｍ、幅１５０ｍｍの帯状鋼板に、粒径が
７５〜２００μｍの鉛を含む銅系粉末を散布し、常法に
より焼結して、厚さ０．３６ｍｍの多孔質金属焼結層を
有する厚さ１．１６ｍｍ、幅１５０ｍｍの焼結基材２を
作製した。

【００２４】この焼結基材２を図１に示すようにセット
し、これに低温粉砕で得られた粒径が３７〜８７０μｍ
のポリアセタ−ル樹脂粉末（旭化成工業（株）製商品名
「テナックＣ４５１０」）を粉末散布器３を介して１ｍ
ｍ厚に散布し、１７０〜２００℃の雰囲気温度に設定さ
れた加熱炉４で１５分間加熱処理しポリアセタ−ル樹脂
粉末を溶融させた。次いで、溶融を保持した状態で、表
面に規則的な高さ０．３０〜０．４０ｍｍの凸部を有す
る温度が１１０〜１３０℃に保たれた凸付きロ−ル５を
通過させ、ポリアセタ−ル樹脂を多孔質金属焼結層の孔
隙部に含浸させた。その後直ちに、表面樹脂層側から遠
赤外線加熱装置６を用いて１７０〜２００℃に加熱をし
て樹脂層を再溶融、複層材７を得た。この複層材７の断
面組織の写真の模式図を図３に示す。図３の油溜り１２
の開口部はなだらかな丸みを帯びており、潤滑剤が樹脂
軸受面に流出し易い形状である。ポリアセタ−ル樹脂層
の平均厚さは０．３４ｍｍ、総合厚さは１．５ｍｍであ
った。

【００２５】こうして得られた複層材７をシャ−リング
とフライス加工し、幅１５ｍｍ、長さ２６．８ｍｍの短
冊を作製した。次いでブッシュ合わせ目となる端部を斜
め切断し、ロ−ルフォ−ム機で第一成形、アプセット加
工機で第二成形をし、図２に示すような内径２０ｍｍ、
幅１５ｍｍの油溜り付きポリアセタ−ル樹脂系複層ブッ
シュを得た。

【００２６】比較例 実施例１と同様の方法、条件で処理しポリアセタ−ル樹
脂粉末を焼結基材２上に溶融させた。次いで溶融を保持
した状態で、表面に規則的な高さ０．３０〜０．４０ｍ
ｍの凸部を有する温度が１１０〜１３０℃に保たれた凸
付きロ−ル５を通過させ、ポリアセタ−ル樹脂を多孔質
金属焼結層の孔隙部に含浸させた。再加熱、及び溶融さ
せない状態の複層材７を得た。この複層材の断面組織の
写真の模式図を図４に示す。図４の油溜り１２の開口部
は鋭角で、潤滑剤が樹脂軸受面に流出しにくい形状であ
る。このポリアセタ−ル樹脂層の平均厚さは０．３４ｍ
ｍ、総合厚さは１．５ｍｍであった。

【００２７】こうして得られた複層材７を実施例と同様
の方法ならびに条件で加工し図２のような内径２０ｍ
ｍ、幅１５ｍｍの油溜り付きポリアセタ−ル樹脂系複層
ブッシュを得た。このようにして得られた実施例ならび
に比較例の複層軸受を図５に示すブッシュ式摩耗試験機
を用い、表１の試験条件下で摩擦性、耐摩耗性の評価を
行なった。

【００２８】これらの試験結果を表２に示す。表２から
明らかなように本発明の製造方法で造られた軸受材は従
来の製造方法で造られた比較例に比べ、摩擦係数は１／
２、摩耗量は１／２０と摩擦摩耗特性が飛躍的に改善さ
れている。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上詳しく述べたように、本発明は裏金
とその裏金の上に多孔質金属焼結層から成る焼結基材と
この焼結基材の多孔質金属焼結層の上に、凹状の油溜り
を有する熱可塑性合成樹脂層を表面に凸部を有するロ−
ルを用いて形成させ、ついでこの熱可塑性合成樹脂層を
遠赤外線加熱装置を用いて熱可塑性合成樹脂の融点以上
熱分解温度以下に再加熱し、油溜りの開口部になだらか
な丸味を付与することを特徴とする。

【００３２】一般に、軸受材の摩擦・摩耗を最小限とす
る方策は、軸受材と回転軸との固体接触を少なくするこ
とである。本発明に係る油溜りを有する複層軸受は「予
潤滑軸受」とも呼ばれ、無潤滑と潤滑の間を埋める性質
の軸受ではあるが、どちらかと言えば潤滑軸受に近い。
然るに軸受の摩擦・摩耗特性の良否は油溜りから潤滑剤
が如何に摺動面に供給され、固体接触が抑えられている
かに係っている。油溜りの形状と摩擦・摩耗の評価結果
から、摺動性には油溜りの形状が深く関与していること
が実証され、本発明の効果が確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する際に用いられる複層軸受材料
製造工程の説明図である。

【図２】図１の製造工程で製造した複層軸受材料を用い
た軸受ブッシュの斜視図である。

【図３】本発明の実施例で製造した軸受ブッシュの断面
組織の写真の模式図である。

【図４】本発明の比較例で製造した軸受ブッシュの断面
組織の写真の模式図である。

【図５】ブッシュ式摩耗試験機の説明図である。

【符号の説明】

１ 巻戻し機 ２ 焼結基材（多孔質金属焼結層の付き） ３ 熱可塑性合成樹脂粉末散布器 ４ 加熱炉 ５ 凸付きロ−ル ６ 遠赤外線加熱装置 ７ 複層材（油溜り付き） ８ 巻取機 ９ 裏金 １０ 多孔質金属焼結層 １１ 熱可塑性合成樹脂層 １２ 油溜り １３ 潤滑剤注入口 １４ ロ−ドセル（摩擦トルク検出） １５ 相手軸 １６ ロ−ドセル（荷重） １７ 油溜り付き複層軸受ブッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 泰國 千葉県習志野市実籾町一ノ六八七 エヌ デ−シ−株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−71540（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−351543（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏金とその裏金の上に多孔質金属焼結層
   から成る焼結基材とこの焼結基材の多孔質金属焼結層の
   上に、凹状の油溜りを有する熱可塑性合成樹脂層を表面
   に凸部を有するロ−ルを用いて形成させ、ついでこの熱
   可塑性合成樹脂層を遠赤外線加熱装置を用いて前記熱可
   塑性合成樹脂の融点以上熱分解温度以下に再加熱し、前
   記油溜りの開口部になだらかな丸味を付与することを特
   徴とする油溜りを軸受面に有する複層軸受材料の製造方
   法。