JP5024788B2 - Sliding device, sliding member and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は摺動装置、摺動部材およびその製造方法に関し、より特定的には、構成部品にβサイアロンを主成分とする焼結体を採用した摺動装置、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a sliding device, a sliding member, and a manufacturing method thereof, and more specifically, a sliding device that employs a sintered body containing β sialon as a main component as a component, and a sintered body containing β sialon as a main component. The present invention relates to a sliding member made of a bonded body and a method for manufacturing the same.
窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて比重が小さく、かつ耐食性が高いだけでなく、絶縁性を有するという特徴を備えている。そのため、滑り軸受、動圧型軸受ユニットなどの摺動装置を構成し、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材の素材にセラミックスを採用した場合、摺動装置の軽量化が可能となるとともに、摺動部材の腐食による損傷、構成部品の電食による摺動装置の短寿命化などを抑制することができる。 Ceramics such as silicon nitride and sialon are characterized by having a specific gravity smaller than steel and high corrosion resistance, as well as insulating properties. For this reason, sliding devices such as sliding bearings and dynamic pressure type bearing units are configured, and ceramics are used as the material of the sliding member that slides relative to the other member while being in contact with another adjacent member. In this case, it is possible to reduce the weight of the sliding device, and it is possible to suppress damage due to corrosion of the sliding member, shortening of the life of the sliding device due to electrolytic corrosion of components, and the like.
しかし、窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて製造コストが高いため、摺動装置の構成部品の素材としてセラミックスを採用すると、摺動装置の製造コストが大幅に上昇するという問題点があった。 However, since ceramics such as silicon nitride and sialon are expensive to manufacture compared to steel, the use of ceramics as the material of the components of the sliding device greatly increases the manufacturing cost of the sliding device. there were.
これに対し、近年、セラミックスであるβサイアロンを、燃焼合成法を含む製造工程により製造することにより、低コストで製造する方法が開発された（たとえば特許文献１〜３参照）。そのため、このβサイアロンを構成部品である摺動部材の素材として採用した低価格な摺動装置の製造が検討され得る。
しかしながら、上記βサイアロンを摺動部材の素材として採用するためには、βサイアロンからなる摺動部材が十分な耐摩耗性を有している必要がある。耐摩耗性は、摺動部材の破壊強度等とは必ずしも一致せず、βサイアロンからなる摺動部材も、必ずしも十分な耐摩耗性を有しているとはいえない。そのため、βサイアロンからなる摺動部材を備えた摺動装置においても、十分な耐久性を安定して確保することは容易ではないという問題点があった。 However, in order to employ the β sialon as a material for the sliding member, the sliding member made of β sialon needs to have sufficient wear resistance. The wear resistance does not necessarily coincide with the breaking strength of the sliding member, and the sliding member made of β sialon does not necessarily have sufficient wear resistance. Therefore, even in a sliding device provided with a sliding member made of β sialon, there is a problem that it is not easy to ensure sufficient durability stably.
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体（βサイアロンを主成分とする焼結体）からなる摺動部材とその製造方法、および当該摺動部材を備えた摺動装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sliding member made of a β sialon sintered body (sintered body containing β sialon as a main component) that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability. The manufacturing method and a sliding device provided with the sliding member are provided.
本発明の一の局面における摺動部材は、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材であって、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されている。そして、当該他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている。 The sliding member in one aspect of the present invention is a sliding member that slides relatively to the other member while being in contact with the other adjacent member, and is Si 6 -Z Al Z O Z N. It is composed of a sintered body composed of β sialon, which is represented by a composition formula of 8-Z and satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5, as a main component and the remaining impurities. And in the area | region containing the contact surface which is a surface which contacts the said other member, the dense layer which is a layer with higher denseness than an inside is formed.
本発明の他の局面における摺動部材は、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材であって、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されている。そして、当該他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている。 A sliding member according to another aspect of the present invention is a sliding member that slides relatively to the other member while being in contact with another adjacent member, and is Si 6 -Z Al Z O Z N. It is composed of a sintered body composed mainly of β sialon, which is expressed by a composition formula of 8-Z and satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and is composed of the remaining sintering aid and impurities. And in the area | region containing the contact surface which is a surface which contacts the said other member, the dense layer which is a layer with higher denseness than an inside is formed.
本発明者は、βサイアロンを主成分とする摺動部材の耐摩耗性と、摺動部材の構成との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見が得られ、本発明に想到した。 The inventor has investigated in detail the relationship between the wear resistance of the sliding member mainly composed of β sialon and the configuration of the sliding member. As a result, the following knowledge was obtained and the present invention was conceived.
すなわち、上述のβサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、上記ｚの値（以下、ｚ値という）が０．１以上となる種々の組成を有するものが製造可能である。そして、一般に耐摩耗性に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なｚ値４．０以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材の耐摩耗性とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えると摺動部材の耐摩耗性が大幅に低下することが分かった。 That is, the β sialon described above can be manufactured having various compositions in which the value of z (hereinafter referred to as z value) is 0.1 or more by employing a manufacturing process including combustion synthesis. In general, the hardness that greatly affects the wear resistance hardly changes in the range of the z value of 4.0 or less that is easy to manufacture. However, when the relationship between the wear resistance of the sliding member made of a sintered body containing β sialon as a main component and the z value is examined in detail, the wear resistance of the sliding member is found when the z value exceeds 3.5. Was found to drop significantly.
より具体的には、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、耐摩耗性はほぼ同等であるが、ｚ値が３．５を超えると摺動部材の耐摩耗性が大幅に低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロンからなる摺動部材において、安定して十分な耐摩耗性を確保するためには、ｚ値を３．５以下とする必要がある。 More specifically, the wear resistance is substantially the same when the z value is in the range of 0.1 to 3.5, but when the z value exceeds 3.5, the wear resistance of the sliding member is greatly increased. It became clear that the phenomenon decreased. Therefore, in the sliding member made of β sialon, it is necessary to set the z value to 3.5 or less in order to ensure sufficient and sufficient wear resistance.
一方、上述のように、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程により製造することにより、安価に製造することができる。しかし、ｚ値が０．１未満では、燃焼合成の実施が困難となることが分かった。そのため、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材を安価に製造するためには、ｚ値を０．１以上とする必要がある。 On the other hand, as described above, β sialon can be manufactured at a low cost by being manufactured by a manufacturing process including combustion synthesis. However, it has been found that when the z value is less than 0.1, it is difficult to perform the combustion synthesis. Therefore, in order to manufacture a sliding member made of a sintered body containing β sialon as a main component at a low cost, the z value needs to be 0.1 or more.
これに対し、本発明の摺動部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体、または残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されている。 In contrast, the sliding member of the present invention is mainly composed of β sialon represented by the composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and the balance. It is comprised from the sintered compact which consists of a sintered compact which consists of impurities, or the remainder sintering auxiliary agent and impurities.
さらに、上述のβサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材においては、その緻密性が摺動部材において最も重要な耐久性の１つである耐摩耗性に大きく影響する。これに対し、上記本発明の摺動部材は、βサイアロンを主成分とする焼結体からなり、接触面を含む領域に内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている。その結果、本発明の摺動部材によれば、安価でありながら、耐摩耗性が向上することにより十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材を提供することができる。 Further, in the sliding member made of a sintered body containing β sialon as a main component, the denseness greatly affects the wear resistance which is one of the most important durability in the sliding member. On the other hand, the sliding member of the present invention is made of a sintered body containing β sialon as a main component, and a dense layer that is a denser layer than the inside is formed in a region including the contact surface. As a result, according to the sliding member of the present invention, a sintered body containing β sialon as a main component, which is inexpensive and can stably secure sufficient durability by improving wear resistance. The sliding member which consists of can be provided.
ここで、上記本発明の他の局面における摺動部材は、摺動部材の用途等を考慮し、焼結助剤を含んでいる。これにより、容易に焼結体の気孔率を低下させることが可能となり、安価でありながら、耐摩耗性が向上することにより十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材を、容易に提供することができる。 Here, the sliding member according to another aspect of the present invention includes a sintering aid in consideration of the use of the sliding member. As a result, it is possible to easily reduce the porosity of the sintered body, and the β sialon which is inexpensive and can stably ensure sufficient durability by improving wear resistance is mainly used. A sliding member made of a sintered body as a component can be easily provided.
なお、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、摺動部材の表面に垂直な断面において摺動部材を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。つまり、上記本発明の摺動部材では、接触面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、上記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、上記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、摺動部材の内部における上記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。 Note that the high-density layer is a layer having a low porosity (high density) in the sintered body, and can be investigated as follows, for example. First, the sliding member is cut in a cross section perpendicular to the surface of the sliding member, and the cross section is mirror-wrapped. Thereafter, the mirror-wrapped cross section is photographed with oblique light (dark field) of an optical microscope at, for example, about 50 to 100 times and recorded as an image of 300 DPI (Dot Per Inch) or more. At this time, the white region observed as a white region corresponds to a region with high porosity (low density). Therefore, a region where the area ratio of the white region is low is denser than a region where the area ratio is high. Then, after binarizing the image recorded using the image processing device with the luminance threshold, the area ratio of the white area is measured, and the denseness of the photographed area can be known from the area ratio. That is, in the sliding member of the present invention, a dense layer that is a layer having a lower area ratio of the white region than the inside is formed in the region including the contact surface. In addition, it is preferable to perform the said imaging | photography at 5 or more places at random, and to evaluate the said area ratio by the average value. Moreover, the area ratio of the said white area | region inside a sliding member is 15% or more, for example.
また、摺動部材の耐摩耗性を一層向上させるためには、上記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。さらに、上記他の局面における摺動部材に採用される焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を選択することができる。また、上記本発明の一の局面における摺動部材と同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。 In order to further improve the wear resistance of the sliding member, the dense layer preferably has a thickness of 100 μm or more. Furthermore, as the sintering aid employed in the sliding member in the above other aspects, magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), rare earth element oxide, nitride, At least one of oxynitrides can be selected. In addition, in order to achieve the same effect as the sliding member in one aspect of the present invention, the sintering aid is desirably 20% by mass or less in the sintered body.
上記摺動部材において好ましくは、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察し、得られた画像を輝度閾値による２値化処理した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。 Preferably, in the above sliding member, the area ratio of the white region observed as a white region when the cross section of the dense layer is observed with oblique light of an optical microscope and the obtained image is binarized by the luminance threshold value Is 7% or less.
白色領域の面積率が７％以下となる程度に上記緻密層の緻密性を向上させることで、摺動部材の耐摩耗性がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の摺動部材の耐久性を一層向上させることができる。 By improving the density of the dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 7% or less, the wear resistance of the sliding member is further improved. Therefore, the durability of the sliding member of the present invention can be further improved by the above configuration.
上記摺動部材において好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、当該緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている。 Preferably, in the sliding member, a high-density layer that is a layer having a higher density than the other areas in the dense layer is formed in a region including the surface of the dense layer.
緻密性のさらに高い高緻密層が緻密層の表面を含む領域に形成されることにより、摺動部材の耐摩耗性が一層向上する。 By forming the highly dense layer with higher density in the region including the surface of the dense layer, the wear resistance of the sliding member is further improved.
上記摺動部材において好ましくは、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察し、得られた画像を輝度閾値による２値化処理した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である。 Preferably, in the above sliding member, the area of the white region observed as a white region when the cross section of the high-density layer is observed with oblique light from an optical microscope and the obtained image is binarized by the luminance threshold value. The rate is 3.5% or less.
白色領域の面積率が３．５％以下となる程度に上記高緻密層の緻密性を向上させることで、摺動部材の耐摩耗性を一層向上させることができる。 By improving the denseness of the highly dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 3.5% or less, the wear resistance of the sliding member can be further improved.
本発明に従った摺動装置は、上述の本発明の摺動部材を備えている。本発明の摺動装置によれば、上記本発明の摺動部材を備えていることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材を備えた摺動装置を提供することができる。 The sliding device according to the present invention includes the above-described sliding member of the present invention. According to the sliding device of the present invention, by including the sliding member of the present invention, it is composed of a β sialon sintered body that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability. A sliding device provided with a sliding member can be provided.
本発明の一の局面における摺動部材の製造方法は、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材の製造方法である。この摺動部材の製造方法は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる原料粉末が準備される工程と、原料粉末が摺動部材の概略形状に成形されることにより成形体が作製される工程と、成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程とを備えている。 The manufacturing method of the sliding member in 1 aspect of this invention is a manufacturing method of the sliding member which slides relatively with respect to the said other member, contacting the adjacent other member. This sliding member manufacturing method is represented by the composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z , and is mainly composed of β sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and consists of the remaining impurities. A step in which the raw material powder is prepared, a step in which the raw material powder is formed into a schematic shape of the sliding member, and a step in which the formed body is sintered under a pressure of 1 MPa or less. I have.
本発明の他の局面における摺動部材の製造方法は、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材の製造方法である。この摺動部材の製造方法は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる原料粉末が準備される工程と、原料粉末が摺動部材の概略形状に成形されることにより成形体が作製される工程と、成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程とを備えている。 The manufacturing method of the sliding member in the other aspect of this invention is a manufacturing method of the sliding member which slides relatively with respect to the said other member, contacting the adjacent other member. The manufacturing method of this sliding member is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z , and has β sialon as a main component satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and the remaining sintering aid. A step of preparing a raw material powder composed of an agent and an impurity, a step of forming a molded body by forming the raw material powder into a rough shape of a sliding member, and a sintered body under a pressure of 1 MPa or less And a process to be performed.
セラミックスの焼結体からなる摺動部材の製造方法においては、摺動部材の耐摩耗性を低下させる欠陥の発生を抑制する目的で、熱間静水圧焼結法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ；ＨＩＰ）やガス圧焼結法（Ｇａｓ Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＧＰＳ）などの加圧焼結法（通常１０ＭＰａ以上の圧力下で焼結を行なう方法）による焼結が採用されるのが一般的である。この従来の製造方法によれば、摺動部材の気孔率が低下し、密度の高い摺動部材を製造することができる。しかし、加圧焼結法を採用した従来の製造方法は、製造コストの上昇を招来する。さらに、加圧焼結法を採用した製造方法では、摺動部材の表層部に材質が変質した異常層が形成される。そのため、摺動部材の仕上げ加工において、当該異常層を除去する必要が生じ、摺動部材の製造コストが一層上昇する。一方、加圧焼結法を採用しない場合、摺動部材の気孔率が増加して欠陥が発生し、摺動部材の耐摩耗性が低下するという問題点があった。 In the manufacturing method of a sliding member made of a ceramic sintered body, a hot isostatic pressing (HIP) method is used for the purpose of suppressing the occurrence of defects that reduce the wear resistance of the sliding member. In general, sintering by a pressure sintering method (a method in which sintering is performed under a pressure of 10 MPa or more) such as a gas pressure sintering (GPS) is generally employed. According to this conventional manufacturing method, the porosity of a sliding member falls and a high density sliding member can be manufactured. However, the conventional manufacturing method employing the pressure sintering method increases the manufacturing cost. Furthermore, in the manufacturing method employing the pressure sintering method, an abnormal layer whose material is altered is formed on the surface layer portion of the sliding member. Therefore, in the finishing process of the sliding member, it is necessary to remove the abnormal layer, and the manufacturing cost of the sliding member further increases. On the other hand, when the pressure sintering method is not adopted, there is a problem that the porosity of the sliding member is increased, a defect is generated, and the wear resistance of the sliding member is lowered.
これに対し、本発明者は、βサイアロンからなる成形体を１ＭＰａ以下の圧力下で焼結して摺動部材を製造することにより、摺動部材の表面に形成される接触面（表面）を含む領域に、内部よりも緻密性の高い緻密層を形成可能であることを見出した。上記本発明の摺動部材の製造方法においては、βサイアロンを主成分とする成形体が１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程を含むことにより、加圧焼結の採用に伴う製造コストの上昇を抑制しつつ、接触面を含む領域に緻密層を形成することができる。その結果、本発明の摺動部材の製造方法によれば、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材を、安価に製造することができる。 On the other hand, the inventor manufactured a sliding member by sintering a molded body made of β sialon under a pressure of 1 MPa or less, thereby forming a contact surface (surface) formed on the surface of the sliding member. It has been found that a dense layer having a higher density than the inside can be formed in the included region. In the manufacturing method of the sliding member of the present invention, the manufacturing cost associated with the use of pressure sintering is included by including the step of sintering the molded body mainly composed of β sialon under a pressure of 1 MPa or less. A dense layer can be formed in the region including the contact surface while suppressing the rise. As a result, according to the method for manufacturing a sliding member of the present invention, a sliding member made of a β sialon sintered body capable of stably ensuring sufficient durability can be manufactured at low cost.
なお、成形体が焼結される工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、０．０１ＭＰａ以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、成形体が焼結される工程は１ＭＰａ以下の圧力下で行なうことが好ましい。 The step of sintering the molded body is preferably performed under a pressure of 0.01 MPa or more in order to suppress the decomposition of β sialon, and it is performed under a pressure of atmospheric pressure or more in consideration of cost reduction. More preferred. Moreover, in order to form a dense layer while suppressing the manufacturing cost, it is preferable to perform the step of sintering the molded body under a pressure of 1 MPa or less.
上記摺動部材の製造方法において好ましくは、成形体が焼結される工程では、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域で成形体が焼結される。 Preferably, in the method for manufacturing the sliding member, in the step of sintering the molded body, the molded body is sintered in a temperature range of 1550 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower.
成形体が焼結される温度が１５５０℃未満では、焼結による緻密化が進みにくいため、成形体が焼結される温度は１５５０℃以上であることが好ましく、１６００℃以上であることがより好ましい。一方、成形体が焼結される温度が１８００℃を超えると、βサイアロン結晶粒の粗大化による焼結体の機械的特性の低下が懸念されるため、成形体が焼結される温度は１８００℃以下であることが好ましく、１７５０℃以下であることがより好ましい。 If the temperature at which the green body is sintered is less than 1550 ° C, densification by sintering is difficult to proceed. Therefore, the temperature at which the green body is sintered is preferably 1550 ° C or higher, more preferably 1600 ° C or higher. preferable. On the other hand, if the temperature at which the green body is sintered exceeds 1800 ° C., there is a concern that the mechanical properties of the sintered body will deteriorate due to the coarsening of β sialon crystal grains. It is preferable that it is 0 degreeC or less, and it is more preferable that it is 1750 degrees C or less.
上記摺動部材の製造方法において好ましくは、成形体が焼結される工程では、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において成形体が焼結される。 Preferably, in the method for manufacturing the sliding member, in the step of sintering the molded body, the molded body is sintered in an inert gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen.
不活性ガス雰囲気中において成形体が焼結されることにより、βサイアロンの分解や組織変化を抑制することができる。また、窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において成形体が焼結されることにより、βサイアロン焼結体の窒素および酸素の含有量を制御することができる。 By sintering the compact in an inert gas atmosphere, it is possible to suppress the decomposition and structural change of β sialon. Further, the sintered body is sintered in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, whereby the nitrogen and oxygen contents of the β sialon sintered body can be controlled.
上記摺動部材の製造方法において好ましくは、成形体が焼結される前に、成形体の表面が加工される工程をさらに備えている。 Preferably, the manufacturing method of the sliding member further includes a step of processing the surface of the molded body before the molded body is sintered.
成形体が焼結されると成形体の硬度が極めて高くなり、加工が困難となる。そのため、焼結後に、たとえば成形体の大幅な加工を行なって摺動部材として仕上げる仕上げ工程を採用することは、摺動部材の製造コストの上昇を伴う。これに対し、成形体の焼結前に成形体の加工を行なって、仕上げ工程などにおける焼結後の成形体の加工量を抑制することにより、摺動部材の製造コストを抑制することができる。特に、加圧焼結法を採用する製造方法では、異常層を除去するために焼結後に比較的大きな加工量が必要となるため、このような工程のメリットは小さいが、本発明の摺動部材の製造方法では、βサイアロンからなる成形体を１ＭＰａ以下の圧力下で焼結する工程が採用されているため、異常層を除去するための加工量が抑制されており、上記工程によるメリットは極めて大きい。 When the molded body is sintered, the hardness of the molded body becomes extremely high and processing becomes difficult. For this reason, adopting a finishing process in which, after sintering, for example, the formed body is processed significantly to finish it as a sliding member is accompanied by an increase in the manufacturing cost of the sliding member. On the other hand, the manufacturing cost of the sliding member can be suppressed by processing the molded body before sintering the molded body and suppressing the amount of processing of the molded body after sintering in the finishing step or the like. . In particular, in the manufacturing method employing the pressure sintering method, a relatively large amount of processing is required after sintering in order to remove the abnormal layer. In the method for producing a member, since a step of sintering a molded body made of β sialon under a pressure of 1 MPa or less is employed, the processing amount for removing the abnormal layer is suppressed, and the merit of the above steps is Very big.
上記摺動部材の製造方法において好ましくは、焼結された成形体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される工程をさらに備えている。そして、焼結された成形体の表面が加工される工程において除去される当該成形体の厚みは１５０μｍ以下である。 Preferably, the manufacturing method of the sliding member further includes a step of processing the surface of the sintered compact and removing a region including the surface. And the thickness of the said molded object removed in the process in which the surface of the sintered molded object is processed is 150 micrometers or less.
上記本発明の摺動部材の製造方法においては、表面を含む領域に厚み１５０μｍ程度の上述の高緻密層が形成される。そのため、焼結された成形体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される工程、たとえば仕上げ工程が実施される場合、当該工程において除去される成形体の厚みを１５０μｍ以下とすることにより、摺動部材の接触面に高緻密層を残存させることができる。したがって、上記工程を採用することにより、一層耐摩耗性が向上した摺動部材を製造することができる。なお、高緻密層をより確実に残存させるためには、上記工程において除去される焼結された成形体の厚みは、１００μｍ以下とすることがより好ましい。 In the manufacturing method of the sliding member of the present invention, the above-mentioned highly dense layer having a thickness of about 150 μm is formed in the region including the surface. Therefore, when the surface of the sintered compact is processed and a region including the surface is removed, for example, a finishing process is performed, the thickness of the compact removed in the process is 150 μm or less. Thus, a highly dense layer can remain on the contact surface of the sliding member. Therefore, a sliding member with further improved wear resistance can be manufactured by adopting the above process. In order to leave the highly dense layer more reliably, the thickness of the sintered compact removed in the above step is more preferably 100 μm or less.
以上の説明から明らかなように、本発明の摺動装置、摺動部材およびその製造方法によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材とその製造方法、および当該摺動部材を備えた摺動装置を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the sliding device, the sliding member, and the manufacturing method thereof of the present invention, β sialon sintering that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability. The sliding member which consists of a body, its manufacturing method, and the sliding apparatus provided with the said sliding member can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の摺動装置としての球面滑り軸受の構成を示す概略断面図である。図２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１における摺動装置としての球面滑り軸受について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a spherical plain bearing as a sliding device according to Embodiment 1, which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the spherical plain bearing as a sliding apparatus in Embodiment 1 of this invention is demonstrated.
図１を参照して、実施の形態１の球面滑り軸受１は、摺動部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内周側に配置された摺動部材としての環状の内輪１２とを備えている。外輪１１の内周面には球面形状を有する外輪滑り面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には、球面形状を有する内輪滑り面１２Ａが形成されている。そして、外輪滑り面１１Ａと内輪滑り面１２Ａとが互いに接触するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。また、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａの少なくともいずれか一方には、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の皮膜が形成されていてもよい。 Referring to FIG. 1, a spherical plain bearing 1 of Embodiment 1 includes an annular outer ring 11 as a sliding member and an annular inner ring 12 as a sliding member disposed on the inner peripheral side of the outer ring 11. I have. An outer ring sliding surface 11A having a spherical shape is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 11, and an inner ring sliding surface 12A having a spherical shape is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 12. The outer ring 11 and the inner ring 12 are arranged so that the outer ring sliding surface 11A and the inner ring sliding surface 12A are in contact with each other. Further, a film of a solid lubricant such as molybdenum disulfide may be formed on at least one of the outer ring sliding surface 11A and the inner ring sliding surface 12A.
以上の構成により、球面滑り軸受１の外輪１１と内輪１２とは、互いに相対的に周方向に滑ることにより回転および揺動可能となっている。また、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａが球面形状であることにより、調心角αの範囲で外輪１１の回転軸と内輪１２の回転軸とが角度をなすことができる。 With the above configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the spherical plain bearing 1 can rotate and swing by sliding relative to each other in the circumferential direction. Further, since the outer ring sliding surface 11A and the inner ring sliding surface 12A are spherical, the rotation axis of the outer ring 11 and the rotation axis of the inner ring 12 can make an angle within the range of the alignment angle α.
すなわち、図１および図２を参照して、摺動装置としての球面滑り軸受１を構成する外輪１１および内輪１２は、隣接する他の部材（内輪１２および外輪１１）に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材である。そして、摺動部材としての外輪１１および内輪１２は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されている。さらに、図２を参照して、当該他の部材と接触する面である接触面としての外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａを含む領域には、内部１１Ｃ，１２Ｃよりも緻密性の高い層である緻密層（外輪緻密層１１Ｂおよび内輪緻密層１２Ｂ）が形成されている。この外輪緻密層１１Ｂおよび内輪緻密層１２Ｂの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。 That is, referring to FIG. 1 and FIG. 2, the outer ring 11 and the inner ring 12 constituting the spherical plain bearing 1 as the sliding device are in contact with other adjacent members (the inner ring 12 and the outer ring 11), while the other This is a sliding member that slides relative to the member. The outer ring 11 and inner ring 12 serving as a sliding member, expressed by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z, as a main component β-sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5 The sintered body is composed of the remaining impurities. Further, referring to FIG. 2, the region including outer ring sliding surface 11 </ b> A and inner ring sliding surface 12 </ b> A as contact surfaces that are surfaces that come into contact with the other members is a layer having higher density than inner portions 11 </ b> C and 12 </ b> C. Certain dense layers (the outer ring dense layer 11B and the inner ring dense layer 12B) are formed. When the cross sections of the outer ring dense layer 11B and the inner ring dense layer 12B are observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 7% or less.
そのため、本実施の形態おける球面滑り軸受１は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材（外輪１１および内輪１２）を備えた摺動装置となっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 Therefore, the spherical plain bearing 1 in the present embodiment is provided with sliding members (outer ring 11 and inner ring 12) made of a β sialon sintered body that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability. The sliding device is provided. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
なお、上記本実施の形態においては、摺動部材としての外輪１１および内輪１２は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不可避的不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、容易に焼結体の気孔率を低下させることが可能となり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材を備えた摺動装置を容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 In the present embodiment, the outer ring 11 and the inner ring 12 as the sliding members are represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z , and 0.1 ≦ z ≦ 3.5. It may be comprised from the sintered compact which has (beta) sialon which satisfy | fills the main component, and consists of a remainder sintering auxiliary agent and an unavoidable impurity. By including a sintering aid, it is possible to easily reduce the porosity of the sintered body, and a sliding member made of a β sialon sintered body that can stably ensure sufficient durability. The provided sliding device can be easily provided. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
さらに図２を参照して、外輪緻密層１１Ｂおよび内輪緻密層１２Ｂの表面である外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａを含む領域には、外輪緻密層１１Ｂおよび内輪緻密層１２Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である外輪高緻密層１１Ｄおよび内輪高緻密層１２Ｄが形成されている。この外輪高緻密層１１Ｄおよび内輪高緻密層１２Ｄの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下となっている。これにより、外輪１１および内輪１２の耐摩耗性がより向上し、耐久性が一層向上している。 Further, referring to FIG. 2, the region including outer ring sliding surface 11A and inner ring sliding surface 12A which are the surfaces of outer ring dense layer 11B and inner ring dense layer 12B includes other regions in outer ring dense layer 11B and inner ring dense layer 12B. The outer ring high-density layer 11D and the inner ring high-density layer 12D, which are layers with higher density, are formed. When the cross sections of the outer ring high-density layer 11D and the inner ring high-density layer 12D are observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 3.5% or less. Thereby, the wear resistance of the outer ring 11 and the inner ring 12 is further improved, and the durability is further improved.
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１における摺動装置および摺動部材の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１における摺動装置および摺動部材の製造方法の概略を示す流れ図である。 Next, the sliding device and the manufacturing method of the sliding member in Embodiment 1 which is one embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the sliding device and the manufacturing method of the sliding member in the first embodiment.
図３を参照して、本実施の形態における摺動装置および摺動部材の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１００）において、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。 Referring to FIG. 3, in the sliding device and sliding member manufacturing method according to the present embodiment, first, in step (S100), a β sialon powder preparation step of preparing β sialon powder is performed. In the β sialon powder preparation step, β sialon powder can be produced at low cost by, for example, a production step employing a combustion synthesis method.
次に、工程（Ｓ２００）において、βサイアロン粉末準備工程において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。この混合工程は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。 Next, in the step (S200), a mixing step is performed in which a sintering aid is added to and mixed with the β sialon powder prepared in the β sialon powder preparation step. This mixing step can be omitted if no sintering aid is added.
次に、工程（Ｓ３００）において、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、摺動部材の概略形状に成形する成形工程が実施される。具体的には、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、摺動部材である外輪１１、内輪１２などの概略形状に成形された成形体が作製される。 Next, in the step (S300), a forming step of forming the β sialon powder or a mixture of the β sialon powder and the sintering aid into the approximate shape of the sliding member is performed. Specifically, by applying a molding technique such as press molding, cast molding, extrusion molding, rolling granulation, etc. to the above β sialon powder or a mixture of β sialon powder and a sintering aid, sliding A molded body formed into a schematic shape such as the outer ring 11 and the inner ring 12 as members is produced.
次に、工程（Ｓ４００）において、上記成形体の表面が加工されることにより、当該成形体が焼結後に所望の摺動部材の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後に外輪１１、内輪１２などの形状により近い形状になるように成形される。この焼結前加工工程は、成形工程において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の摺動部材の形状に近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。 Next, in the step (S400), there is a pre-sintering processing step in which the surface of the molded body is processed so that the molded body is shaped to be closer to the shape of the desired sliding member after sintering. To be implemented. Specifically, by applying a processing method such as green body processing, the molded body is formed to have a shape closer to the shape of the outer ring 11, the inner ring 12, and the like after sintering. This pre-sintering processing step can be omitted when a shape close to the shape of the desired sliding member is obtained after sintering at the stage where the molded body is formed in the forming step.
次に、工程（Ｓ５００）において、上記成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される焼結工程が実施される。具体的には、上記成形体が、ヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、外輪１１、内輪１２などの概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域に上記成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。 Next, in the step (S500), a sintering step is performed in which the molded body is sintered under a pressure of 1 MPa or less. Specifically, the molded body is sintered by being heated and sintered by a heating method such as heater heating, electromagnetic wave heating using microwaves or millimeter waves, and the like, so that the outer ring 11 and the inner ring 12 have a rough shape. Is produced. Sintering is performed by heating the molded body to a temperature range of 1550 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower in an inert gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen. As the inert gas, helium, neon, argon, nitrogen, or the like can be employed, but nitrogen is preferably employed from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
次に、工程（Ｓ６００）において、焼結工程において作製された焼結体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、摺動部材を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、焼結工程において作製された焼結体の表面を研磨することにより、摺動部材としての外輪１１、内輪１２などを完成させる。以上の工程により、本実施の形態における摺動部材は完成する。 Next, in step (S600), the surface of the sintered body produced in the sintering step is processed, and a finishing process is performed to remove the region including the surface, thereby completing the sliding member. A process is performed. Specifically, the outer ring 11, the inner ring 12 and the like as the sliding members are completed by polishing the surface of the sintered body produced in the sintering step. Through the above steps, the sliding member in the present embodiment is completed.
ここで、上記焼結工程における焼結により、焼結体の表面から厚み５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が３．５％以下である高緻密層が形成されている。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に接触面となるべき領域において１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、摺動部材の耐摩耗性を向上させることができる。 Here, as a result of sintering in the above-described sintering step, a region having a thickness of about 500 μm from the surface of the sintered body is denser than the inside, and when the cross section is observed with oblique light of an optical microscope, a white region is obtained. A dense layer in which the area ratio of the observed white region is 7% or less is formed. Furthermore, the region having a thickness of about 150 μm from the surface of the sintered body has a higher density than the other regions in the dense layer, and is observed as a white region when the cross section is observed with an oblique light of an optical microscope. A highly dense layer in which the area ratio of the white region is 3.5% or less is formed. Therefore, in the finishing step, it is preferable that the thickness of the sintered body to be removed is 150 μm or less particularly in a region to be a contact surface. Thereby, a highly dense layer can remain in the region including the outer ring sliding surface 11A and the inner ring sliding surface 12A, and the wear resistance of the sliding member can be improved.
そして、図３を参照して、工程（Ｓ７００）において、上述のように作製された摺動部材が組合わされることにより摺動装置が組立てられる、組立て工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１００）〜（Ｓ６００）において作製された外輪１１と内輪１２とが組合わされて、上記本実施の形態における摺動装置としての球面滑り軸受１が組立てられる。これにより、本実施の形態における摺動装置の製造方法が完了し摺動装置としての球面滑り軸受１が完成する。ここで、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａの少なくともいずれか一方に、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の皮膜が形成されたうえで、外輪１１と内輪１２とが組合わされて、球面滑り軸受１が組立てられてもよい。 Then, referring to FIG. 3, in step (S700), an assembling step is performed in which the sliding device is assembled by combining the sliding members manufactured as described above. Specifically, the outer ring 11 and the inner ring 12 produced in steps (S100) to (S600) are combined to assemble the spherical plain bearing 1 as the sliding device in the present embodiment. Thereby, the manufacturing method of the sliding device in this Embodiment is completed, and the spherical plain bearing 1 as a sliding device is completed. Here, a film of a solid lubricant such as molybdenum disulfide is formed on at least one of the outer ring sliding surface 11A and the inner ring sliding surface 12A, and the outer ring 11 and the inner ring 12 are combined to form a spherical plain bearing. 1 may be assembled.
（実施の形態２）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態２における摺動装置について説明する。図４は、実施の形態２における摺動装置としての動圧型軸受ユニットを備えたスピンドルモータの構成を示す概略断面図である。また、図５は、図４の動圧型軸受ユニット付近を示す概略部分断面図である。また、図６は、動圧型軸受ユニットの要部を示す概略部分断面図である。
(Embodiment 2)
Next, the sliding device in Embodiment 2 which is one embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a spindle motor including a dynamic pressure type bearing unit as a sliding device according to the second embodiment. FIG. 5 is a schematic partial sectional view showing the vicinity of the hydrodynamic bearing unit of FIG. FIG. 6 is a schematic partial sectional view showing the main part of the dynamic pressure type bearing unit.
図４を参照して、スピンドルモータ３は、ハードディスクドライブ装置（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ；ＨＤＤ）の内部において、磁気ディスクを回転させるＨＤＤ用スピンドルモータである。このスピンドルモータ３は、図示しない磁気ディスクを保持するディスクハブ３４と、ディスクハブ３４を周方向に回転可能に保持する動圧型軸受ユニット２と、動圧型軸受ユニット２の外周面に設置されたモータステータ３２と、モータステータ３２に対向するようにディスクハブ３４に設置されたモータロータ３３とを備えている。動圧型軸受ユニット２は、ディスクハブ３４に固定された軸部材２８と、軸部材２８を軸周りに回転可能に保持する軸受２９とを含んでいる。以上の構成により、モータステータ３２に図示しない電源から電流が供給されると、モータロータ３３を軸回りに回転させる駆動力が発生し、ディスクハブ３４は動圧型軸受ユニット２の軸受２９に対して相対的に回転する。 Referring to FIG. 4, a spindle motor 3 is an HDD spindle motor that rotates a magnetic disk inside a hard disk drive (HDD). The spindle motor 3 includes a disk hub 34 that holds a magnetic disk (not shown), a dynamic pressure type bearing unit 2 that holds the disk hub 34 rotatably in the circumferential direction, and a motor installed on the outer peripheral surface of the dynamic pressure type bearing unit 2. A stator 32 and a motor rotor 33 installed on the disk hub 34 so as to face the motor stator 32 are provided. The dynamic pressure type bearing unit 2 includes a shaft member 28 fixed to the disk hub 34 and a bearing 29 that holds the shaft member 28 rotatably around the shaft. With the above configuration, when a current is supplied to the motor stator 32 from a power source (not shown), a driving force for rotating the motor rotor 33 about the axis is generated, and the disk hub 34 is relative to the bearing 29 of the hydrodynamic bearing unit 2. Rotate.
次に、本実施の形態における動圧型軸受ユニットについて説明する。図５を参照して、動圧型軸受ユニット２は、軸部材２８と、軸部材２８の一部を取り囲み、軸部材２８を軸周りに回転可能に保持する軸受部材２７とを含んでいる。軸部材２８は、円筒形状の軸部２１と、軸部２１の端部の外周を取り囲むように配置され、軸部２１よりも外径の大きい円盤形状のフランジ部２２とを有している。一方、軸受部材２７は、軸部２１の端面およびフランジ部２２の一方の端面に所定の隙間を隔てて対向するように配置された平板状の底壁部２４と、フランジ部２２の外周面および他方の端面と軸部２１の外周面とに所定の隙間を隔てて対向するように配置された中空円筒状の側壁部２５とを有している。また、軸部材２８と軸受部材２７との間の上記隙間は、潤滑油などの流体により満たされている。 Next, the dynamic pressure type bearing unit in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 5, the dynamic pressure type bearing unit 2 includes a shaft member 28 and a bearing member 27 that surrounds a part of the shaft member 28 and holds the shaft member 28 rotatably around the shaft. The shaft member 28 includes a cylindrical shaft portion 21 and a disk-shaped flange portion 22 that is disposed so as to surround the outer periphery of the end portion of the shaft portion 21 and has a larger outer diameter than the shaft portion 21. On the other hand, the bearing member 27 includes a flat bottom wall portion 24 disposed so as to face the end surface of the shaft portion 21 and one end surface of the flange portion 22 with a predetermined gap therebetween, and the outer peripheral surface of the flange portion 22 and A hollow cylindrical side wall portion 25 is disposed so as to face the other end surface and the outer peripheral surface of the shaft portion 21 with a predetermined gap therebetween. Further, the gap between the shaft member 28 and the bearing member 27 is filled with a fluid such as lubricating oil.
以上の構成により、軸部材２８が軸受部材２７に対して軸周りに回転すると、上記流体の動圧作用により、軸部材２８は軸受部材２７に対して非接触状態で支持される。 With the above configuration, when the shaft member 28 rotates about the shaft relative to the bearing member 27, the shaft member 28 is supported in a non-contact state with respect to the bearing member 27 by the dynamic pressure action of the fluid.
ここで、上述のように、軸部材２８が軸受部材２７に対して十分な回転速度で回転している状態では、軸部材２８は軸受部材２７に対して非接触状態で支持されるが、軸部材２８が軸受部材２７に対して回転し始める時点（起動時）および軸部材２８の軸受部材２７に対する回転が終了する直前（運転終了時）においては、上記動圧作用が不十分となって、軸部材２８と軸受部材２７とは、互いに接触しつつ滑動する。すなわち、軸部材２８を構成する軸部２１およびフランジ部２２と、軸受部材２７を構成する底壁部２４および側壁部２５とは、隣接する他の部材に接触しつつ、当該他の部材に対して相対的に滑動する摺動部材である。 Here, as described above, in a state where the shaft member 28 rotates at a sufficient rotational speed with respect to the bearing member 27, the shaft member 28 is supported in a non-contact state with respect to the bearing member 27. At the time when the member 28 starts to rotate with respect to the bearing member 27 (at the time of starting) and immediately before the end of the rotation of the shaft member 28 with respect to the bearing member 27 (at the time of the end of operation), the dynamic pressure action becomes insufficient. The shaft member 28 and the bearing member 27 slide while being in contact with each other. That is, the shaft portion 21 and the flange portion 22 constituting the shaft member 28 and the bottom wall portion 24 and the side wall portion 25 constituting the bearing member 27 are in contact with other adjacent members, while being in contact with the other members. It is a sliding member that slides relatively.
そして、摺動部材としての軸部２１、フランジ部２２、底壁部２４および側壁部２５は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されている。さらに、図６を参照して、当該他の摺動部材と接触する面（表面）である接触面としての軸部接触面２１Ａ、フランジ部接触面２２Ａ、底壁部接触面２４Ａおよび側壁部接触面２５Ａを含む領域には、内部２１Ｃ，２２Ｃ，２４Ｃ，２５Ｃよりも緻密性の高い層である緻密層（軸部緻密層２１Ｂ、フランジ部緻密層２２Ｂ、底壁部緻密層２４Ｂおよび側壁部緻密層２５Ｂ）が形成されている。この軸部緻密層２１Ｂ、フランジ部緻密層２２Ｂ、底壁部緻密層２４Ｂおよび側壁部緻密層２５Ｂの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。 The shaft portion 21, the flange portion 22, the bottom wall portion 24, and the side wall portion 25 as the sliding member are represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z , and 0.1 ≦ z ≦ It is composed of a sintered body containing β sialon satisfying 3.5 as a main component and the remaining impurities. Further, referring to FIG. 6, shaft contact surface 21A, flange contact surface 22A, bottom wall contact surface 24A and side wall contact as a contact surface that is a surface (surface) in contact with the other sliding member. In the region including the surface 25A, the dense layer (the dense portion of the shaft portion 21B, the dense portion of the flange portion 22B, the dense portion of the bottom wall portion 24B, and the dense portion of the sidewall portion) is denser than the inner portions 21C, 22C, 24C, and 25C. Layer 25B) is formed. The area ratio of the white region observed as a white region when cross sections of the shaft dense layer 21B, the flange dense layer 22B, the bottom wall dense layer 24B, and the sidewall dense layer 25B are observed with an oblique light of an optical microscope. Is 7% or less.
そのため、本実施の形態おける動圧型軸受ユニット２は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材（軸部２１、フランジ部２２、底壁部２４および側壁部２５）を備えた摺動装置となっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 Therefore, the hydrodynamic bearing unit 2 according to the present embodiment is a sliding member (shaft portion 21, flange portion) made of a β sialon sintered body that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability. 22, a sliding device provided with a bottom wall 24 and a side wall 25). The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
なお、上記本実施の形態においては、摺動部材としての軸部２１、フランジ部２２、底壁部２４および側壁部２５は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不可避的不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、容易に焼結体の気孔率を低下させることが可能となり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材を備えた摺動装置を容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 In the present embodiment, the shaft portion 21, the flange portion 22, the bottom wall portion 24, and the side wall portion 25 as the sliding members are represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z. In addition, β sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5 may be the main component, and the sintered body may be composed of the remaining sintering aid and inevitable impurities. By including a sintering aid, it is possible to easily reduce the porosity of the sintered body, and a sliding member made of a β sialon sintered body that can stably ensure sufficient durability. The provided sliding device can be easily provided. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
さらに図２を参照して、軸部緻密層２１Ｂ、フランジ部緻密層２２Ｂ、底壁部緻密層２４Ｂおよび側壁部緻密層２５Ｂの表面である軸部接触面２１Ａ、フランジ部接触面２２Ａ、底壁部接触面２４Ａおよび側壁部接触面２５Ａを含む領域には、軸部緻密層２１Ｂ、フランジ部緻密層２２Ｂ、底壁部緻密層２４Ｂおよび側壁部緻密層２５Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である軸部高緻密層２１Ｄ、フランジ部高緻密層２２Ｄ、底壁部高緻密層２４Ｄおよび側壁部高緻密層２５Ｄが形成されている。この軸部高緻密層２１Ｄ、フランジ部高緻密層２２Ｄ、底壁部高緻密層２４Ｄおよび側壁部高緻密層２５Ｄの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下となっている。これにより、軸部２１、フランジ部２２、底壁部２４および側壁部２５の耐摩耗性がより向上し、耐久性が一層向上している。 Furthermore, referring to FIG. 2, shaft portion contact surface 21A, flange portion contact surface 22A, bottom wall, which are the surfaces of shaft portion dense layer 21B, flange portion dense layer 22B, bottom wall portion dense layer 24B, and side wall portion dense layer 25B. The region including the portion contact surface 24A and the side wall contact surface 25A is more dense than the other regions in the shaft portion dense layer 21B, the flange portion dense layer 22B, the bottom wall portion dense layer 24B, and the sidewall portion dense layer 25B. A highly dense shaft portion 21D, a highly dense flange portion 22D, a highly dense bottom wall portion 24D, and a highly dense sidewall portion 25D are formed. When the cross sections of the shaft high-density layer 21D, the flange high-density layer 22D, the bottom wall high-density layer 24D, and the side wall high-density layer 25D are observed with oblique light from an optical microscope, a white color is observed as a white region. The area ratio of the region is 3.5% or less. Thereby, the abrasion resistance of the shaft part 21, the flange part 22, the bottom wall part 24, and the side wall part 25 is further improved, and the durability is further improved.
なお、本実施の形態における摺動装置としての動圧型軸受ユニット２および摺動部材としての軸部２１、フランジ部２２、底壁部２４および側壁部２５は、上記実施の形態１における摺動装置としての球面滑り軸受１および摺動部材としての外輪１１および内輪１２と同様の製造方法により製造することができる。 In addition, the dynamic pressure type bearing unit 2 as the sliding device in the present embodiment and the shaft portion 21, the flange portion 22, the bottom wall portion 24, and the side wall portion 25 as the sliding member are the sliding device in the first embodiment. Can be manufactured by the same manufacturing method as the spherical plain bearing 1 as the outer ring 11 and the outer ring 11 and the inner ring 12 as the sliding members.
また、上記実施の形態２においては、軸部材２８が、別部材としての軸部２１とフランジ部２２とを有している場合について説明したが、軸部材２８は一体の部材から構成されていてもよい。 Moreover, in the said Embodiment 2, although the case where the shaft member 28 had the shaft part 21 and the flange part 22 as another member was demonstrated, the shaft member 28 is comprised from the integral member. Also good.
さらに、上記実施の形態１および２においては、摺動装置を構成する摺動部材が全てβサイアロン焼結体から構成される本発明の摺動部材である場合について説明したが、本発明の摺動装置はこれに限られず、摺動部材の少なくともいずれか１つが本発明の摺動部材であればよい。たとえば、上記実施の形態１の球面滑り軸受１においては、外輪１１および内輪１２の一方は上記本発明の摺動部材であり、他方は本発明の範囲外の摺動部材であってもよい。この場合、本発明の範囲外の摺動部材においては、たとえば焼入硬化された高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２など）の表面にリン酸塩皮膜処理を実施したものを素材として選択することができる。また、上記実施の形態２の動圧型軸受ユニット２においては、製造コストを考慮すると、形状が比較的単純な軸部材２８が本発明の摺動部材であることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能な動圧型軸受ユニットを構成することができる。この場合、軸受部材２７においては、たとえば潤滑油や潤滑グリースを含浸させた含油焼結金属などを素材として選択することができる。 Furthermore, in Embodiments 1 and 2 described above, the case where the sliding members constituting the sliding device are all sliding members of the present invention composed of β sialon sintered bodies has been described. The moving device is not limited to this, and at least one of the sliding members may be the sliding member of the present invention. For example, in the spherical plain bearing 1 of the first embodiment, one of the outer ring 11 and the inner ring 12 may be a sliding member of the present invention, and the other may be a sliding member outside the scope of the present invention. In this case, for the sliding member outside the scope of the present invention, for example, a material obtained by subjecting the surface of a hardened and hardened high carbon chromium bearing steel (JIS standard SUJ2 or the like) to a phosphate coating is selected as a material. Can do. Moreover, in the dynamic pressure type bearing unit 2 of the second embodiment, considering the manufacturing cost, the shaft member 28 having a relatively simple shape is the sliding member of the present invention, so that it is inexpensive but sufficient. A hydrodynamic bearing unit capable of stably ensuring durability can be configured. In this case, for the bearing member 27, for example, an oil-containing sintered metal impregnated with lubricating oil or lubricating grease can be selected as a material.
また、上記実施の形態においては、本発明の摺動装置および摺動部材の一例として、球面滑り軸受、動圧型軸受ユニットおよびこれらが備える摺動部材について説明したが、本発明の摺動装置および摺動部材はこれらに限られない。本発明の摺動装置および摺動部材は、たとえばリニアガイドやＸ−Ｙテーブルなどの直動装置、ロッカーアームやボールバルブなどのエンジン部品およびこれらが備える摺動部材であってもよい。 In the above embodiment, as an example of the sliding device and the sliding member of the present invention, the spherical sliding bearing, the dynamic pressure type bearing unit, and the sliding member provided therein are described. The sliding member is not limited to these. The sliding device and the sliding member of the present invention may be, for example, a linear motion device such as a linear guide or an XY table, an engine component such as a rocker arm or a ball valve, and a sliding member included in these.
以下、本発明の実施例１について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる試験片を作製し、ｚ値と耐摩耗性との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. Test pieces made of β-sialon sintered bodies having various z values were prepared, and a test was conducted to investigate the relationship between the z value and the wear resistance. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜４の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態１において図３に基づいて説明した摺動部材の製造方法と同様の方法で、ｚ値が０．１〜４である試験片を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で円板状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、円板状の成形体を得た。 First, a method for producing a test piece to be tested will be described. First, a β sialon powder prepared by a combustion synthesis method with a z value in the range of 0.1 to 4 is prepared, and the same method as the manufacturing method of the sliding member described in Embodiment 1 with reference to FIG. Thus, a test piece having a z value of 0.1 to 4 was produced. A specific manufacturing method is as follows. First, β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a disk shape with a mold and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a disk-shaped molded body.
引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、円板状焼結体を製造した。次に、当該円板状焼結体の平面部にラッピング加工(加工代０．５ｍｍ)を行ない、直径φ２０ｍｍ×厚みｔ５ｍｍの円板試験片（加工面表面粗さ０．０５μｍＲａ以下）とした。また、比較のため、ｚ値が０である窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて上記と同様に成形体を作製した後、加圧焼結法により焼結した焼結円板体に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、上記と同形状の試験片を作製した（比較例Ａ）。 Subsequently, the shaped body was sintered by heating to 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa to produce a disk-like sintered body. Next, lapping processing (processing allowance: 0.5 mm) was performed on the flat surface portion of the disk-shaped sintered body to obtain a disk specimen (diameter of processed surface surface roughness 0.05 μmRa or less) having a diameter of 20 mm × thickness of t5 mm. Further, for comparison, a sintered disk obtained by forming a molded body in the same manner as described above using raw material powder composed of silicon nitride having a z value of 0 and a sintering aid, and then sintering by a pressure sintering method. The body was lapped in the same manner as described above to produce a test piece having the same shape as above (Comparative Example A).
次に、試験条件について説明する。上述のように作製された試験片のラッピング加工された平面部に対し、別途準備された軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の相手試験片（直径φ４０ｍｍ×厚みｔ１０ｍｍの円板状、焼入硬化済み、外周面の表面粗さ０．０５μｍＲａ以下）を接触させ、接触面の最大接触面圧が０．４９ＧＰａとなるようにして、接触状態を保ったまま相手試験片を外周周速０．０５ｍ／秒で回転させた。そして、潤滑：タービン油ＶＧ３２(清浄油)のパット給油、試験温度：室温、の条件の下で、６０分（摺動距離１８０ｍ）の回転を継続する耐摩耗試験（サバン型摩擦摩耗試験）を行なった。そして、試験片の平面部の摺動部分について、上記時間経過後の摩耗深さを測定した。 Next, test conditions will be described. For the flat part of the test piece produced as described above, the mating test piece (diameter of φ40mm x thickness t10mm, quench-hardened) made of bearing steel (JIS standard SUJ2) prepared separately. The outer peripheral surface roughness 0.05 μmRa or less) is brought into contact, and the maximum contact surface pressure of the contact surface is 0.49 GPa. Rotated in seconds. Then, a wear resistance test (Sabang type friction wear test) that continues rotation for 60 minutes (sliding distance 180 m) under conditions of lubrication: pad oil supply of turbine oil VG32 (clean oil) and test temperature: room temperature. I did it. And the abrasion depth after the said time passage was measured about the sliding part of the plane part of a test piece.
表１に本実施例の試験結果を示す。表１においては、各実施例および比較例における摩耗深さが表されている。 Table 1 shows the test results of this example. In Table 1, the wear depth in each example and comparative example is shown.
表１を参照して、ｚ値が０．１以上３．５以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｈでは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して遜色ない耐摩耗性を有している。これに対し、ｚ値が３．５を超え、本発明の範囲外となっている比較例Ｂでは、摩耗深さが大幅に増加している。さらに、ｚ値が４である比較例Ｃにおいては、極めて短時間に試験片の摩耗が進行したため、試験を３０分で中止した。比較例Ｃの試験片の試験中止時における摩耗深さは１０μｍを超えており、耐摩耗性が著しく低下している。 Referring to Table 1, Examples A to H of the present invention having z values of 0.1 or more and 3.5 or less have wear resistance comparable to that of silicon nitride (Comparative Example A). is doing. On the other hand, in Comparative Example B in which the z value exceeds 3.5 and is outside the scope of the present invention, the wear depth is greatly increased. Furthermore, in Comparative Example C in which the z value was 4, the test piece was worn out in a very short time, so the test was stopped in 30 minutes. The wear depth of the test piece of Comparative Example C when the test was stopped exceeded 10 μm, and the wear resistance was remarkably reduced.
以上のように、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、サイアロン焼結体からなる試験片の耐摩耗性は、窒化珪素の焼結体からなる試験片とほぼ同等である。これに対し、ｚ値が３．５を超えると試験片の耐摩耗性が大幅に低下する。さらに、ｚ値が大きくなると、βサイアロンからなる試験片の耐摩耗性が著しく低下することが明らかとなった。このように、ｚ値を０．１以上３．５以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる摺動部材を提供可能であることが確認された。 As described above, when the z value is in the range of 0.1 to 3.5, the wear resistance of the test piece made of the sialon sintered body is almost equivalent to that of the test piece made of the silicon nitride sintered body. . On the other hand, when the z value exceeds 3.5, the wear resistance of the test piece is significantly reduced. Furthermore, it became clear that the abrasion resistance of the test piece which consists of (beta) sialon falls remarkably when z value becomes large. Thus, by making the z value 0.1 or more and 3.5 or less, a sliding member made of a β sialon sintered body capable of stably ensuring sufficient durability while being inexpensive. It was confirmed that it could be provided.
なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の実施例Ｈにおいては、耐摩耗性が実施例Ａ〜Ｇに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、ｚ値は３以下とすることが望ましいといえる。 In addition, with reference to Table 1, in Example H of 3.5 whose z value exceeds 3, abrasion resistance is falling compared with Examples AG. From this, it can be said that the z value is desirably 3 or less in order to ensure sufficient durability more stably.
また、上記実験結果より、窒化珪素からなる摺動部材と同等以上の耐摩耗性を得るには、ｚ値は２以下とすることが好ましく、１．５以下とすることが、より好ましい。一方、燃焼合成を採用した製造工程による、βサイアロン粉体の作製の容易性を考慮すると、十分に自己発熱による反応が期待できるｚ値である０．５以上とすることが好ましい。 From the above experimental results, the z value is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less, in order to obtain wear resistance equal to or higher than that of a sliding member made of silicon nitride. On the other hand, in view of the ease of production of β sialon powder by the production process employing combustion synthesis, it is preferable that the z value is 0.5 or more at which a reaction due to self-heating can be sufficiently expected.
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の摺動部材の断面における緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 2 of the present invention will be described below. A test was conducted to investigate the formation state of the dense layer and the highly dense layer in the cross section of the sliding member of the present invention. The test procedure is as follows.
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図３に基づいて説明した摺動部材の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、上記立方体試験片を製造した。 First, β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by the combustion synthesis method was prepared, and the sliding described in Embodiment 1 with reference to FIG. A cubic test piece having a side of about 10 mm was produced in the same manner as the method for producing the member. A specific manufacturing method is as follows. First, β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a predetermined shape with a mold and further pressed by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a molded body. Subsequently, the cube test piece was manufactured by heating and sintering the molded body at 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa.
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト−ＦＸＡ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフイルム株式会社製 ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰＩ）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製 ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行なって（本実施例での２値化分離閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。 Thereafter, the test piece was cut, and the cut surface was lapped with a diamond lapping machine, and then mirror lapping with a chromium oxide lapping machine was performed to form a cross section for observation including the center of the cube. And the said cross section was observed with the oblique light of the optical microscope (the Nikon Corporation make, Microphoto-FXA), and the 50-times-magnification instant photograph (Fujifilm Corporation FP-100B) was image | photographed. Thereafter, the obtained photographic image was taken into a personal computer using a scanner (resolution: 300 DPI). And the binarization process by a brightness | luminance threshold value was performed using the image processing software (Mitani Corporation WinROOF) (binarization separation threshold value in a present Example: 140), and the area ratio of the white area | region was measured.
次に、試験結果について説明する。図７は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図８は、図７の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図９は、図７の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。図７において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。 Next, test results will be described. FIG. 7 is a photograph of the cross section for observation of the test piece taken with oblique light from an optical microscope. FIG. 8 is an example showing a state in which the image of the photograph of FIG. 7 is binarized using a luminance threshold using image processing software. FIG. 9 is a diagram showing an area (evaluation area) where image processing is performed when the image of the photograph of FIG. 7 is binarized using a luminance threshold using image processing software. In FIG. 7, the upper side of the photograph is the surface side of the test piece, and the upper end is the surface.
図７および図８を参照して、本発明の摺動部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図９に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表２に示す結果が得られた。表２においては、図９に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。 Referring to FIGS. 7 and 8, the test piece in the present example manufactured by the same manufacturing method as the sliding member of the present invention has a layer having a white region less than the inside in the region including the surface. I understand that. Then, as shown in FIG. 9, the photographed photograph image is divided into three regions according to the distance from the outermost surface of the test piece (the region having a distance from the outermost surface within 150 μm, the region exceeding 150 μm and within 500 μm, When the area ratio of the white region was calculated by performing image analysis for each region, the results shown in Table 2 were obtained. In Table 2, the average value and the maximum value of the area ratio of the white area in five fields obtained from five photographs taken at random are shown with each field shown in FIG. 9 as one field of view. Yes.
表２を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、本発明の摺動部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。 Referring to Table 2, the area ratio of the white region in the present example was 18.5% inside, whereas it was 3.7% in the region having a depth of 500 μm or less from the surface. It was 1.2% in the region where the depth from the region was 150 μm or less. From this, in the test piece in this example produced by the same manufacturing method as the sliding member of the present invention, a dense layer and a highly dense layer having a white region less than the inside are formed in the region including the surface. It was confirmed.
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の摺動部材の耐摩耗性を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 3 of the present invention will be described below. A test for confirming the wear resistance of the sliding member of the present invention was conducted. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図３に基づいて説明した摺動部材の製造方法と同様の方法で摺動試験用の試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で円板状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、円板状の成形体を得た。 First, a method for producing a test piece to be tested will be described. First, β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by the combustion synthesis method was prepared, and the sliding described in Embodiment 1 with reference to FIG. A test piece for a sliding test was produced in the same manner as the method for producing the member. A specific manufacturing method is as follows. First, β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a disk shape with a mold and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a disk-shaped molded body.
引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、円板状焼結体を製造した。次に、当該円板状焼結体の平面部にラッピング加工を行ない、概略寸法で直径φ２０ｍｍ×厚みｔ５ｍｍの円板試験片（加工面表面粗さ０．０５μmＲａ以下）とした。ここで、上記円板状焼結体の平面部に対するラッピング加工により除去される円板状焼結体の厚み（加工代）を８段階に変化させ、８種類の試験片を作製した（実施例Ａ〜Ｈ）。また、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて上記と同様に成形体を作製した後、加圧焼結法により焼結した焼結円板体に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、上記と同形状の試験片を作製した（比較例Ａ）。ラッピング加工による加工代は０．５ｍｍとした。 Subsequently, the shaped body was sintered by heating to 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa to produce a disk-like sintered body. Next, lapping was performed on the flat surface portion of the disk-shaped sintered body to obtain a disk specimen having a rough diameter of φ20 mm × thickness t5 mm (processed surface roughness of 0.05 μmRa or less). Here, the thickness (processing allowance) of the disk-shaped sintered body removed by lapping for the flat portion of the disk-shaped sintered body was changed in 8 stages, and 8 types of test pieces were produced (Examples) A to H). In addition, for comparison, the above-described sintered disk body, which was prepared by using a raw material powder composed of silicon nitride and a sintering aid in the same manner as described above and then sintered by the pressure sintering method, was described above. A lapping process was performed in the same manner as above to produce a test piece having the same shape as above (Comparative Example A). The machining allowance by lapping was 0.5 mm.
次に、試験条件について説明する。上述のように作製された試験片の加工平面部に対し、別途準備された軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の相手試験片（直径φ４０ｍｍ×厚みｔ１０ｍｍの円板状、焼入硬化済み、外周面の表面粗さ０．０５μｍＲａ以下）を接触させ、接触面の最大接触面圧が０．４９ＧＰａとなるようにして、接触状態を保ったまま相手試験片を外周周速０．０５ｍ／秒で回転させた。そして、潤滑：タービン油ＶＧ３２(清浄油)のパット給油、試験温度：室温、の条件の下で、６０分（摺動距離１８０ｍ）の回転を継続する耐摩耗試験（サバン型摩擦摩耗試験）を行なった。そして、試験片の平面部の摺動部分について、上記時間経過後の摩耗深さを測定した。 Next, test conditions will be described. For the processed flat part of the test piece prepared as described above, a mated test piece (diameter φ40 mm × thickness t10 mm, hardened and hardened, outer peripheral surface made of bearing steel (JIS standard SUJ2) prepared separately. The surface roughness of the contact surface is 0.05 μmRa or less), and the maximum contact surface pressure of the contact surface is 0.49 GPa. I let you. Then, a wear resistance test (Sabang type friction wear test) that continues rotation for 60 minutes (sliding distance 180 m) under conditions of lubrication: pad oil supply of turbine oil VG32 (clean oil) and test temperature: room temperature. I did it. And the abrasion depth after the said time passage was measured about the sliding part of the plane part of a test piece.
表３に本実施例の試験結果を示す。表３を参照して、実施例の試験片の耐摩耗性は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を０．５ｍｍ以下とすることにより試験片の表面に緻密層を残存させた実施例Ｄ〜Ｇの試験片の摩耗深さは、比較例Ａの摩耗深さの１／２〜１／３程度となっていた。さらに、加工代を０．１５ｍｍ以下とすることにより試験片の表面に高緻密層を残存させた実施例Ａ〜Ｃの試験片の摩耗深さは、比較例Ａの摩耗深さの１／１０程度となっていた。このことから、本発明の摺動部材を備えた摺動装置は、耐摩耗性において優れているものと考えられる。そして、本発明の摺動部材を備えた摺動装置は、摺動部材の加工代を０．５ｍｍ以下として、表面に緻密層を残存させることにより耐摩耗性が向上し、摺動部材の加工代を０．１５ｍｍ以下として、表面に高緻密層を残存させることにより耐摩耗性がさらに向上すると考えられる。 Table 3 shows the test results of this example. Referring to Table 3, it can be said that the wear resistance of the test pieces of the examples is all good in view of the manufacturing cost and the like. The wear depth of the test pieces of Examples D to G in which the dense layer remains on the surface of the test piece by setting the machining allowance to 0.5 mm or less is 1/2 to the wear depth of Comparative Example A. It was about 1/3. Further, the wear depth of the test pieces of Examples A to C in which the high-density layer remains on the surface of the test piece by setting the machining allowance to 0.15 mm or less is 1/10 of the wear depth of Comparative Example A. It was about. From this, it is thought that the sliding device provided with the sliding member of this invention is excellent in abrasion resistance. And the sliding device provided with the sliding member of the present invention has a machining allowance of the sliding member of 0.5 mm or less, and the wear resistance is improved by leaving the dense layer on the surface. It is considered that the wear resistance is further improved by setting the allowance to 0.15 mm or less and leaving a highly dense layer on the surface.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の摺動装置、摺動部材およびその製造方法は、構成部品にβサイアロンを主成分とする焼結体を採用した摺動装置、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる摺動部材およびその製造方法に特に有利に適用され得る。 The sliding device, the sliding member, and the manufacturing method thereof according to the present invention include a sliding device employing a sintered body mainly composed of β sialon as a component, and a sliding composed of a sintered body mainly composed of β sialon. The present invention can be applied particularly advantageously to the member and its manufacturing method.
１ 球面滑り軸受、２ 動圧型軸受ユニット、３ スピンドルモータ、１１ 外輪、１１Ａ 外輪滑り面、１１Ｂ 外輪緻密層、１１Ｃ，１２Ｃ 内部、１１Ｄ 外輪高緻密層、１２ 内輪、１２Ａ 内輪滑り面、１２Ｂ 内輪緻密層、１２Ｄ 内輪高緻密層、２１ 軸部、２１Ａ 軸部接触面、２１Ｂ 軸部緻密層、２１Ｃ，２２Ｃ，２４Ｃ，２５Ｃ 内部、２１Ｄ 軸部高緻密層、２２ フランジ部、２２Ａ フランジ部接触面、２２Ｂ フランジ部緻密層、２２Ｄ フランジ部高緻密層、２４ 底壁部、２４Ａ 底壁部接触面、２４Ｂ 底壁部緻密層、２４Ｄ 底壁部高緻密層、２５ 側壁部、２５Ａ 側壁部接触面、２５Ｂ 側壁部緻密層、２５Ｄ 側壁部高緻密層、２７ 軸受部材、２８ 軸部材、２９ 軸受、３２ モータステータ、３３ モータロータ、３４ ディスクハブ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spherical plain bearing, 2 Dynamic pressure type bearing unit, 3 Spindle motor, 11 Outer ring, 11A Outer ring sliding surface, 11B Outer ring dense layer, 11C, 12C Inside, 11D Outer ring high dense layer, 12 Inner ring, 12A Inner ring sliding surface, 12B Inner ring dense Layer, 12D inner ring high-density layer, 21 shaft portion, 21A shaft portion contact surface, 21B shaft portion dense layer, 21C, 22C, 24C, 25C inside, 21D shaft portion high-density layer, 22 flange portion, 22A flange portion contact surface, 22B Flange portion dense layer, 22D Flange portion highly dense layer, 24 Bottom wall portion, 24A Bottom wall portion contact surface, 24B Bottom wall portion dense layer, 24D Bottom wall portion highly dense layer, 25 Side wall portion, 25A Side wall portion contact surface, 25B Side wall dense layer, 25D Side wall highly dense layer, 27 Bearing member, 28 Shaft member, 29 Bearing, 32 Motor stator, 33 Motor low , 34 disk hub.
Claims (12)
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、
前記他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている、摺動部材。 A sliding member that slides relative to the other member while contacting another adjacent member,
It is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z , and is composed of a β sialon that satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5 as a main component, and is composed of a sintered body made of the remaining impurities,
A sliding member in which a dense layer, which is a denser layer than the inside, is formed in a region including a contact surface that is a surface in contact with the other member.
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成され、
前記他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている、摺動部材。 A sliding member that slides relative to the other member while contacting another adjacent member,
Represented by Si 6-Z Al Z O Z N compositional formula of 8-Z, as a main component β-sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, the sintered body and the balance sintering aid and impurities Configured,
A sliding member in which a dense layer, which is a denser layer than the inside, is formed in a region including a contact surface that is a surface in contact with the other member.
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる原料粉末が準備される工程と、
前記原料粉末が前記摺動部材の概略形状に成形されることにより成形体が作製される工程と、
前記成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程とを備えた、摺動部材の製造方法。 A method of manufacturing a sliding member that slides relative to the other member while contacting another adjacent member,
A step of preparing a raw material powder comprising β sialon as a main component, which is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and remaining impurities;
A step of producing a molded body by molding the raw material powder into the general shape of the sliding member;
And a step of sintering the molded body under a pressure of 1 MPa or less.
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる原料粉末が準備される工程と、
前記原料粉末が前記摺動部材の概略形状に成形されることにより成形体が作製される工程と、
前記成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程とを備えた、摺動部材の製造方法。 A method of manufacturing a sliding member that slides relative to the other member while contacting another adjacent member,
A raw material powder comprising β sialon represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5 as a main component, and comprising the remaining sintering aid and impurities is prepared. A process to be performed;
A step of producing a molded body by molding the raw material powder into the general shape of the sliding member;
And a step of sintering the molded body under a pressure of 1 MPa or less.
焼結された前記成形体の表面が加工される工程において除去される前記成形体の厚みは１５０μｍ以下である、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。 Further comprising the step of processing the surface of the sintered compact to remove the region including the surface;
The manufacturing method of the sliding member according to any one of claims 7 to 11, wherein the thickness of the molded body removed in the step of processing the surface of the sintered molded body is 150 µm or less.
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