JP2535579B2 - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックスと金属との複合体から成る摺
動部材およびその製造方法に関する。

（従来技術） 最近、セラミックスのもつ耐摩耗性、耐焼付性と、金
属のもつ強度的信頼性、熱放散性とが複合された摺動部
材が開発されている。（例えば特開昭59−196240号公
報）。これは棒状あるいは板状のセラミックス小片を鋳
型における摺動部材の摺動面を形成する個所に分散して
配置し、該セラミックス小片を溶融金属で鋳ぐるむもの
である。

（従来技術の問題点） しかし上記のような従来技術においては次のような問
題点があった。

第１に、セラミックス小片を溶融金属で鋳ぐるむ場
合、該金属の熱衝撃により、セラミックス小片のマイク
ロクラックが発生しやすく、摺動面の破壊を生じさせる
可能性がある。このため溶融金属の注入に先立ってセラ
ミックス小片を内蔵した鋳型を、例えば高周波加熱炉内
で予熱しているがその分作業が繁雑になると共に製造コ
ストが高くなる。

第２にセラミックス小片は、棒状あるいは板状にされ
ているため鋳ぐるみ時においては、溶融金属が凝固収縮
する際の圧縮応力がセラミックス小片の全表面に均等に
は作用せず、その分鋳ぐるみ金属の該小片に対する保持
力が弱くなると共に、圧縮応力の局部的集中による該小
片にクラックが発生しやすくなる。また摺動時において
は、摺動に伴う発熱が各セラミックス小片に均等には放
散されずその分、摺動部材の寿命が短くなる。

（発明の目的） 本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので
あり、その第１の目的は、セラミックス部分に熱衝撃あ
るいは圧縮応力の局部的集中によるマイクロクラックの
発生がないと共に使用時に摩擦熱が各セラミックスに均
等に放散されるようにした耐久性の高い金属とセラミッ
クスとの複合体で成る摺動部材を提供することであり、
第２の目的は、上記摺動部材を簡単かつ安価に製造する
方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため球状のセラミック
ス小片を金属粉体を加熱焼成による所定位置に分散固定
配置するものである。

すなわち本発明の第１は、表面部において直径略4mm
の多数の小球状セラミックスボールを適当な間隔をおい
て焼結金属により包囲固定し、該多数のセラミックスボ
ールの一部と焼結金属の表面とが同一平面で研削・研摩
されていることを特徴とする摺動部材であり、本発明の
第２は、焼結用原形体を成形する成形型のキャビティー
面に多数のセラミックスボールを適当な間隔において配
置し、該成形型内に金属粉体を供給充填して該金属粉体
により前記多数のセラミックスボールを包囲すると共に
該金属粉体を固定させて焼結用原形体を成形し、該焼結
用原形体を還元性雰囲気で加熱焼成し、もって焼結複合
体を得た後、該焼結複合体における多数のセラミックス
ボールの表面の一部と焼結金属の表面とを同一平面で研
削・研摩することを特徴とする摺動部材の製造方法であ
る。

以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例による摺
動部材の製造工程を示し、第１図において焼結用原形体
を成形するための内径30mm^φの金型（１）の底面に直径
4mmの炭化珪素セラミックスボール（２）を適当な間隔
をおいて仮止め状態（後述するアトマイズ鉄粉（３）を
あらかじめ薄く敷いてその上にセラミックスボール
（２）を置き、セラミックスボール（２）が転がらない
ようにする）にして単層に置いた後、アトマイズ鉄粉
（３）〔川崎製鉄製KIP3,000粒径40μ〕をセラミックス
ボール相互の間隔を含む金型（１）内に所定量供給充填
する。

次に面圧1t/cm²で上下のポンチ（４）（４）により圧
縮成形し、セラミックスボール（２）と鉄粉（３）とよ
り成る焼結用原形体（５）を得た（第２図参照）。

この焼結用原形体（５）を1140℃の還元性雰囲気で加
熱焼成して焼結金属（3a）とセラミックスボール（２）
との焼結複合体を得た。この焼結複合体を第２図におけ
る鎖線部（６）（すなわちセラミックスボール（２）の
表面の一部と焼結金属（3a）とを同一平面に）まで研削
・研摩し第３図のような摺動部材（７）を得た。

尚この摺動部材（７）は焼結金属（3a）の多孔質部分
に潤滑油を含浸させることによって摺動性をさらに良く
すると共に該摺動部材の寿命を長くすることができる。

（第２実施例） 第４図ないし第９図は、第２実施例に使用する成形型
の造型から第２の実施例による摺動部材の製造工程終了
までを示すもので第４図のものは、バルブ（11）を介し
て図示されない真空ポンプに連通する減圧室（12）を有
し、かつ該減圧室（12）に連通する多数の通気孔（13）
を有する模型板（14）であって、この模型板（14）のバ
ルブ（11）を切換えて模型板（14）と図示されない真空
ポンプを連通し、模型板（14）表面に吸引作用をはたら
かせながら透水性の樹脂模（15）を模型板（14）の表面
に吸着させた後、模型板（14）の上面に型枠（16）を載
置する。尚この型枠（16）は壁内に減圧室（17）が画成
され、この減圧室（17）はバルブ（18）を介して図示さ
れない真空ポンプに連通されていると共に該型枠（16）
の中空部に通じるフイルター（図示せず）付吸引孔（1
9）を穿った構成になっている。この状態で型枠（16）
内に乾燥砂等より成る粒状物（20）を供給充填した後バ
ルブ（18）を切換えて型枠（16）と図示されない真空ポ
ンプとを連通して型枠（16）内に吸引作用をはたらかせ
ながら型枠（16）および粒状物（20）の表面に非通気性
の遮蔽膜（21）を被せて、第５図の状態となる。尚、こ
の場合型枠（16）の上面の遮蔽膜（21）は吸引作用によ
る粒状物（20）の表面に吸着されると共に粒状物（20）
は外気の導入が遮断されて真空固化状態になる。

次にバルブ（11）を切換えて減圧室（12）を大気に連
通し透水性の樹脂膜（15）の模型板（14）への吸着を解
除し、樹脂膜（15）を粒状物（20）側へ吸着させる。

この状態で型枠（16）を模型板（14）から型抜きして
型枠（16）を180度反転し、焼結用原形体を成形するた
めの成形型（22）を造型し準備した。

一方焼結用原形体の主材料として粒径５〜10μのカー
ボニル鉄粉100重量部に対し、粒径10〜50μの電解銅粉
３重量部をボールミルにて混合し、この混合物に対し、
有機バインダー〔中京油脂製E518、固形分50％〕を５重
量部および水を15重量部混合撹拌してスラリー状の金属
粉体混合物（23）を準備した。

次に、前記焼結用原形体の成形のための成形型（22）
のキャビティー面（透水性の樹脂膜（15）の上面）に直
径略4mmの多数の小球状のセラミックスボール（24）を
適当な間隔をおいて仮止め状態にして単層に置いた後、
前記スラリー状の金属粉体混合物（23）を成形型（22）
内に流し込む。（第６図参照）この結果スラリーの水分
は透水性の樹脂膜（15）を介して粒状物（20）側に吸引
され、金属粉体混合物（23）がキャビティー内を外側か
ら順次着肉してゆく。一定時間型枠（16）と図示されな
い真空ポンプとの連通を続け、水分が完全に除去される
と第７図の如く樹脂膜（15）の下面に水分凝縮層（25）
が付着された状態になる。この状態でバルブ（18）を切
換えて型枠（16）を大気に連通させ真空固化状態にある
成形型（22）の固化状態を解除し、成形型（22）を崩壊
し、セラミックスボール（24）を保持した金属粉体混合
物（23）、樹脂膜（15）及び水分凝縮層（25）を一体的
に取り出し、その後、水分凝縮層（25）及び樹脂膜（1
5）を取り除いて第８図に示すような焼結用原形体（2
6）を得た。

次に、この焼結用原形体（26）を1140℃の還元性雰囲
気で加熱焼成して焼結金属（23a）とセラミックスボー
ル（24）との焼結複合体を得た。

この焼結複合体を第１実施例と同様にセラミックスボ
ール（24）の表面の一部と焼結金属（23a）とを同一平
面（27）にて研削・研摩し、第９図のような摺動部材
（28）を得た。尚この摺動部材（28）も第１実施例で得
た摺動部材（７）と同様に潤滑油の含浸が可能である。

（第３実施例） 第10図ないし第13図は、第３の実施例による摺動部材
の製造工程を示すもので第10図は、焼結用原形体を成形
するための成形型（30）の下型（31）のキャビティー面
に直径略4mmの多数の小球状のセラミックスボール（3
2）を適当な間隔をおいて仮止め状態にして単層に置い
た状態を示し、この状態において、成形型（30）の上型
（33）を下型（31）の上部に型合せして第11図に示す焼
結用原形体を成形するための成形型（30）を準備した。

一方焼結用原形体の主材料として、粒径５〜10μのカ
ーボニル鉄粉100重量部に対し粒径10〜50μの電解銅粉
３重量部をボールミルにて混合し、この混合物に対しワ
ックス系バインダー〔中京油脂製Ｅ−146〕を15重量部
混合し80℃に加熱しつつ混合撹拌してスラリー状の金属
粉体混合物（34）を準備した。

次に前記焼結用原形体の成形型（30）のキャビティー
内に上記バインダーの融点以上に加熱されてスラリー状
になっている金属粉体混合物（34）を加圧注入し、キャ
ビティー内を満した。

このようにして一定時間経過するとバインダーが冷却
固化し金属粉体混合物（34）が固定されて成形型（30）
内に焼結用原形体（35）が成形される。この焼結用原形
体（35）を成形型（30）から取り出した状態が第12図に
示されている。

次にこの焼結用原形体（35）を1140℃の還元性雰囲気
で加熱脱脂及び焼成をして焼結金属（34a）とセラミッ
クスボール（32）との焼結複合体を得た。この焼結複合
体を第１実施例と同様にセラミックスボール（32）の表
面の一部と焼結金属（34a）とを同一平面（36）にて研
削・研摩し、第13図のような摺動部材（37）を得た。

尚この摺動部材（37）も第１実施例で得た摺動部材
（７）と同様に潤滑油の含浸が可能である。

（作用効果） 以上のようにして製造された摺動部材は、製造過程に
おいて、セラミックス部分が溶融金属のような高温物に
接触することがないため、セラミックスに熱衝撃による
クラックの発生がなく、またセラミックスは小球ボール
状にされているため金属粉体の焼成時においては、セラ
ミックスボールの全表面に均等に応力が作用することに
なりセラミックスに対する保持力が強くなると共に圧縮
応力の局部的な集中によるクラックの発生もない。

さらに直径略4mmの小球状のセラミックスを使用して
いることから摺動時において摺動面に加わる荷重及び摺
動に伴う発熱が各セラミックスボールに均等に放散さ
れ、摺動部材の耐久性を高めている。

また本発明による摺動部材は、金属粉体を焼結させて
いることから多孔質状になっていてこの間隙に潤滑油を
含浸させて摺動性をさらによくし、ひいては摺動部材の
耐久性を高めることもできる。尚実施例では、球状セラ
ミックスとして炭化珪素を使用したが、アルミナ、部分
安定化ジルコニア、窒化珪素、サイアロン、カーボン等
高強度と高硬度を備え耐凝着摩耗性においてすぐれ、摩
擦係数の小さなものであれば何でもよく、焼結体だけで
なく砥粒原料等でもよい。

また実施例においては焼結金属として鉄粉を使用した
が摺動性のよい他の金属粉、例えば銅合金粉でもよい。

さらに実施例においては、アトマイズ鉄粉およびカー
ボニル鉄粉を用いたが金属繊維あるいは無機セラミック
ス繊維の圧縮による焼結用原形体、あるいは金属粉体と
これらの繊維の混合により焼結用原形体を成形してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は第１実施例を説明するためのもの
で第１図は、焼結用原形体の成形状態を示す断面図、第
２図は焼結用原形体の断面図、第３図は摺動部材の斜視
図、第４図ないし第９図は第２実施例を説明するための
もので第４図は模型板の断面図、第５図は成形型の造型
状態を示す断面図、第６図及び第７図は焼結用原形体の
成形状態を示す断面図、第８図は焼結用原形体の断面
図、第９図は摺動部材の斜視図、第10図ないし第13図は
第３実施例を説明するためのもので第10図は下型にセラ
ミックスボールを配置した状態の断面図、第11図は成形
型全体の断面図、第12図は焼結用原形体の断面図、第13
図は摺動部材の斜視図である。 （１）（22）（30）：成形型 （２）（24）（32）：セラミックスボール （５）（26）（35）：焼結用原形体 （７）（28）（37）：摺動部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−120633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−58842（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−7107（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面部において直径略4mmの多数の小球状
   セラミックスボールを適当な間隔において焼結金属によ
   り包囲固定し、該多数のセラミックスボールの一部と焼
   結金属の表面とが同一平面で研削・研摩されていること
   を特徴とする摺動部材
2. 【請求項２】焼結用原形体を成形する成形型のキャビテ
   ィー面に多数のセラミックスボールに適当な間隔をおい
   て配置し、該成形型内に金属粉体を供給充填して該金属
   粉体により前記多数のセラミックスボールを包囲すると
   共に該金属粉体を固定させて焼結用原形体を成形し、該
   焼結用原形体を還元性雰囲気で加熱焼成し、もって焼結
   複合体を得た後、該焼結複合体における多数のセラミッ
   クスボールの表面の一部と焼結金属の表面とを同一平面
   で研削・研摩することを特徴とする摺動部材の製造方
   法。