JP7049243B2 - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は摺動部材およびそ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が、例えば特許文献１および２に開示されている。
特許文献１に記載の摺動部材は、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るとともに、上記被摺動部材に摺接する摺接粒子と、を備え、上記摺接粒子が、上記摺動部材基部の表面から突出しているという構成を備えている。
特許文献２に記載の軸・軸受構造に用いられる摺動部材は、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るとともに、上記被摺動部材に摺接する摺接粒子と、を備え、上記摺接粒子は、上記摺動部材基部の表面から突出しており、上記摺接粒子の平均粒子径が１５０μｍ以上であるという構成を備えている。特許文献２には、摺動部材の構造等の制約から、上記平均粒子径は４００μｍ以下が好適であると記載されている。
特開２０１６－２１１７２７号公報（２０１６年１２月１５日公開） 特開２０１８－１０５３６４号公報（２０１８年７月５日公開）
特許文献１に記載の摺動部材は、摺動部材と被摺動部材との摩擦係数を改善し、基体の材料選択性を高めたものであり、特許文献１に記載の発明の従来技術が有していた課題を解決したものである。
また、特許文献２には、摺接粒子の平均粒子径、基体における摺接粒子の配置等を最適化することによって、スラリーによる摺動部材基部の摩耗および被摺動部材の摩耗を抑制する発明が記載されている。
このように、特許文献１および２に開示の発明は、当該発明が有していた課題を解決することができる優れた発明である。一方、これらの摺動部材において、基体における摺接粒子の保持力をより一層強化することができれば、被摺動部材の偏摩耗等により摺接面に強い圧力を受ける場合のような、過酷な摺動環境でも安定した摺動が可能となるため好ましい。
すなわち、上記摺動環境では、摺接粒子にかかる負荷が多大となり、摺接粒子の角部によって被摺動部材の摺動面への攻撃性が高まったり、基体からの摺接粒子の脱離が生じたりする可能性がないとは言えないが、上記保持力が強化された摺動部材であれば、上記摺動環境であっても安定した摺動を行うことができる。その結果、より信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
そこで、本発明の一実施形態は、過酷な摺動環境等であっても安定した摺動を実現可能な摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
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５００μｍ超１５００μｍ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〕上記硬質粒子は、多面体粒子および／または球状粒子であり、
上記硬質粒子が多面体粒子である場合、上記摺接粒子の総数の６０％以上の粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、上記多面体粒子が有する表面形状のいずれかと相似し、
上記硬質粒子が球状粒子である場合、上記摺接粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、円形または楕円状である、〔１〕または〔２〕に記載の摺動部材。
〔４〕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〕から〔３〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔５〕上記凸部の先端が、略水平な面を有する、〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔６〕上記摺接粒子は、上記凹部から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が、上記凸部に囲まれている、〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔７〕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〔６〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔８〕上記基体は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ２以上である、〔７〕に記載の摺動部材。
〔９〕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／ｍｍ２以上である、〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔１０〕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〔９〕のいずれかに記載の摺動部材。
〔１１〕〔１〕から〔１０〕のいずれかに記載の摺動部材を備えている、ポンプ。
〔１２〕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５００μｍ超１５００μｍ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ことによって、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２工程と、を含む、摺動部材の製造方法。
〔１３〕上記第２工程が、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工程であり、
さらに、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工程を含む、〔１２〕に記載の摺動部材の製造方法。
〔１４〕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、〔１２〕または〔１３〕に記載の摺動部材の製造方法。
〔１５〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２以下である基体を備えている、〔１２〕から〔１４〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
〔１６〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２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、〔１２〕から〔１４〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
〔１７〕上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２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、〔１２〕から〔１４〕のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
本発明の一実施形態によれば、過酷な摺動環境等であっても安定した摺動を実現可能な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。 硬質粒子の一例であるダイヤモンド粒子の形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係るポンプである立軸斜流ポンプ装置の縦断面図である。 図６に示す立軸斜流ポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。 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。 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に圧入させたダイヤモンド粒子において、基体の表面またはメッキ層から、ダイヤモンド粒子の先端までの高さが略一定に揃っていることを示す模式図である。 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５００μｍ超１５００μｍ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５００μｍ超１５００μｍ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。以下、本明細書では、上記「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。
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、後述するように、上記硬質粒子は、先端部の加工を行わずとも上記面Ａを有し、そのまま摺接粒子として使用することができる場合がある。そのため、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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２以上であることがより好ましく、３００ｋｇ／ｍｍ２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が形成されてなるものであってもよい。
また、硬質粒子が元来備えている面をそのまま上記面Ａとして用い得る場合は、先端部を加工することなく、硬質粒子自体を摺接粒子１０ｂとすることもできる。いずれの場合も、「硬質粒子の先端部が、上記面Ａを有している粒子」であるということができる。
上記加工の方法としては、ダイヤモンドまたは炭化珪素等の砥石で削る、放電加工する、といった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１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、２％以下であることがさらに好ましい。
上記硬質粒子の平均粒子径は、５００μｍ超、１５００μｍ以下である。軸部材１０は、通常、摺接面１２によって軸受部材１１と線接触し、摺動する。線接触状態の摺動では、全ての摺接粒子１０ｂが摺動を行うことができるため、面密度が一定であれば粒子サイズが違っても、摺動部材基部１０ｄが１個の摺接粒子１０ｂを保持する力である保持力と、摺動部材基部１０ｄの単位面積当たりに固定された摺接粒子１０ｂの個数との積はほぼ同じである。上記面密度とは、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。
例えば、大きなサイズの摺接粒子１０ｂを用いる場合は少数の粒子を用い、小さなサイズの摺接粒子１０ｂを用いる場合は、粒子数を多くすることにより、同じ面密度を実現することができる。そのため、このとき、摺接面１２が受ける面圧に対する耐久性は、摺接粒子１０ｂのサイズの大小によらず同一である。
しかし、強い圧力を受ける過酷な摺動環境下での摺動、偏摩耗した軸受部材１１の端部が摺接粒子１０ｂに当接する摺動等の、点接触による摺動が起こった場合は、１個から数個の摺接粒子１０ｂによって摺動する事態が生じ得る。この場合、摺接面１２には大きな圧力が加わる。そのため、上記保持力が大きい摺接粒子１０ｂ、すなわち、大きなサイズの摺接粒子１０ｂを用いることが有利である。また、軸・軸受構造１Ａが、例えば、土砂（スラリー粒子）を含む水を排出するためのポンプに用いられる場合、スラリー粒子によってメッキ層１０ｃの摩耗が生じ得る。この場合、大きなサイズの摺接粒子１０ｂであれば、メッキ層１０ｃの厚みを多く取ることができるため、スラリー粒子による摩耗の影響を小さくすることができる点で有利である。
一方、これまで、平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下である硬質粒子を材料とした摺接粒子１０ｂを備える摺動部材は存在しなかった。例えば、特許文献１には、摺接粒子の平均粒子径が５００μｍより大きい場合、製造時に加わる圧力等の条件が大きくなり、設備等で多大な費用を要するため、摺接粒子１０ｂ先端の加工が難しくなる旨が記載されている。また、特許文献２には、摺接粒子の平均粒子径は１５０μｍ以上であれば良い旨が記載されているが、摺接粒子が大きくなりすぎると、研削による加工が困難となる傾向があるため、摺接粒子の平均粒子径は４００μｍ以下が好ましく、より好ましくは３００μｍ以下である旨が記載されている。
すなわち、特許文献１および２において、平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下である硬質粒子を原料とした摺接粒子１０ｂを用いることは、加工の困難性ゆえに実現されていなかった。それゆえ、本発明の一実施形態に係る摺動部材は、これまでに提供されていなかった。
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おり、特許文献２には、これらの方法に加えてロウ付けも記載されている。ここで、図１４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１４の（ａ）は、電着またはロウ付け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１４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。
図１４の（ａ）に示すように、電着またはロウ付けでは、摺接粒子１０ｂ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および２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１４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が、軸受部材１１に対向する硬質粒子の先端部は、平均粒子径が大きな硬質粒子であるほど、大きな段差を有することになる。平均粒子径が５００μｍ超の硬質粒子は、上記段差が非常に大きいため、上記面Ａを作製する際に大きな負荷が生じ、加工が不可能となる。
それゆえに、特許文献１および２では、平均粒子径が５００μｍ超の硬質粒子を用いることができていなかった。その結果、特許文献１および２に開示の技術では、本発明の一実施形態に係る摺動部材を提供することはできていなかった。
本発明の一実施形態に係る摺動部材は、平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下である硬質粒子の先端部が、上記面Ａを有している摺接粒子１０ｂを備える、という構成を有している。
上記構成によれば、上記平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下であるため、摺動部材基部１０ｄの上記保持力を大幅に向上させることができる。そのため、点接触による摺動が起こった場合であっても、摺接粒子１０ｂの脱離を抑制することができる。また、平均粒子径が大きいため、スラリー粒子の移動速度を抑制することができる。さらに、摺接粒子１０ｂの角部による軸受部材１１への攻撃性を弱めることができる。したがって、耐久性に優れ、過酷な摺動環境等であっても安定した摺動を実現可能な軸部材１０を提供することができる。上記構成は、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得ることができる。
上記平均粒子径は、５００μｍ超である。摺動部材の耐久性向上の観点から、上記平均粒子径は、６００μｍ以上であることがより好ましく、７００μｍ以上であることがさらに好ましく、８００μｍ以上であることが特に好ましい。
また、上記平均粒子径は、１５００μｍ以下である。上記製造方法において、硬質粒子１０ｂを摺動部材基部１０ｄに圧入させる工程を容易にする観点および製造コスト低減の観点から、上記平均粒子径は、８００μｍ以下であることがより好ましく、７００μｍ以下であることがさらに好ましく、６００μｍ以下であることが特に好ましい。
なお、上記平均粒子径は、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１０％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９０％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。摺接粒子１０ｂは、平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下である硬質粒子を用いているため、上述したように、摺動部材基部１０ｄによる保持力が強化されている。それに加えて、摺接粒子１０ｂは、凸部１４、１５によって、より一層強固に摺動部材基部１０ｄに固定される。
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Ｈ１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．摺接面の形状、摺接粒子の硬さ等）
上記硬質粒子は、多面体粒子および／または球状粒子であり、上記硬質粒子が多面体粒子である場合、上記摺接粒子の総数の６０％以上の粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、上記多面体粒子が有する表面形状のいずれかと相似し、上記硬質粒子が球状粒子である場合、上記摺接粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、円形または楕円状であることが好ましい。
上記「多面体粒子」とは、粒子が有する面が三角形以上の多面体で形成されている粒子をいう。上記多面体粒子は、１種の形状の面を有する多面体であってもよいし、２種以上の形状の面を有する多面体であってもよい。図５は、硬質粒子の一例であるダイヤモンド粒子の形状を示す図である。図５の（ｂ）は当該粒子の形状を模式的に示す全体図であり、図５の（ａ）は、図５の（ｂ）に示す粒子の表面形状を示す平面図である。なお、多面体粒子の形状は、図５に示す形状に限られるものではない。
上述したように、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が形成されてなるものであってもよい。また、硬質粒子が元来備えている面を、上記面Ａとしてそのまま用い得る場合は、先端部を加工することなく、硬質粒子自体を摺接粒子１０ｂとすることもできる。
上記硬質粒子が多面体粒子である場合、硬質粒子は、例えば図５の（ａ）に示す表面形状を有し、当該形状は、上記面Ａとして好適であるため、硬質粒子が元来備えている面をそのまま上記面Ａとして用い得る場合が多い。また、硬質粒子が上記表面形状を有しているため、先端部を加工する場合でも、わずかな加工によって、多面体粒子が有する面を、上記面Ａとして用いることができる。
この点について、四角面が６個と六角面が８個とから構成される１４面体粒子を硬質粒子として用いた場合を例として、さらに説明する。上記１４面体粒子は、図５の（ｂ）の右から二番目に示す粒子である。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よって、上記硬質粒子を、摺動部材基部１０ｄ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、摺動部材基部１０ｄに圧入させると、上記硬質粒子は、先端部において、当該硬質粒子が有する四角面または六角面が、摺動部材基部１０ｄの表面からの高さが略一定となった状態で固定される。
このとき、上記高さが略一定であるため、上記高さを調節するための加工は不要である。また、圧入の際、上記四角面または六角面に荷重がかかり、角部には荷重がかからないため、硬質粒子の表面の形状が圧入によって変形することはほぼない。そのため、硬質粒子が元来備えている面をそのまま、上記面Ａとして用い得る場合が多い。
圧入後に、硬質粒子が元来備えている面を、例えば、上記面Ａの形状を整えること等を目的として加工する場合でも、上述のように、高さ調節のための加工は不要である。そのため、わずかな加工によって、多面体粒子が有する面を、上記面Ａとして用いることができる。
そのため、摺接粒子１０ｂの総数の６０％以上の粒子が有する、上記面Ａの形状は、上記多面体粒子が有する表面形状のいずれかと相似し得る。上記表面形状は、上記多面体粒子が元来備えている面の形状と言い換えることもできる。上記「相似」とは、同じ形状のまま拡大または縮小した形状のことをいい、合同であってもよい。ただし、厳密な相似でなくとも上記面Ａとしての機能を果たすことは十分にできるため、厳密な相似であることまでは必要なく、拡大または縮小した結果、元の形状と略一致する形状であればよい。
上記多面体粒子が有する表面形状のいずれかと相似する形状の割合は、より安定した摺動を実現する観点から、上記面Ａにおいて、高いほど好ましい。例えば、上記割合は、摺接粒子１０ｂの総数の７０％以上、８０％以上、９０％以上であることが好ましく、１００％であることが最も好ましい。
上記硬質粒子が球状粒子である場合も、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、摺動部材基部１０ｄ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、上記球状粒子を摺動部材基部１０ｄに圧入させることができる。この場合、そのままでは、上記球状粒子と軸受部材１１との接触は点接触となる。そのため、上記球状粒子の先端部を加工して上記面Ａを作製し、上記接触が線接触となるようにすることが好ましい。
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。
（１－５．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。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１２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ＶＨＸ－５０００、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、上記摺接粒子は、上記凹部から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が、上記凸部に囲まれていることが好ましい。
上述したように、図２～図４に示す摺接粒子１０ｂの、凹部１３から突出している部分の周囲には、凸部１４，１５が形成されており、凸部１４，１５は、凹部１３を囲むように形成されているため、摺接粒子１０ｂの外周を囲むように形成されている。
ここで、図２および図３に示す凸部１４，１５の場合は、凸部１４，１５の先端と、摺接粒子１０ｂとの間に空間を有している。この場合、「上記凹部から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が、上記凸部に囲まれている」とは、例えば、凸部１４，１５の形状を、摺接粒子１０ｂの表面に、拡大および縮小せずに投影した場合に、凹部１３から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下に、凸部１４，１５の形状が投影されることをいう。
一方、例えば、図４に示す凸部１４，１５の場合は、凸部１４，１５の先端と、摺接粒子１０ｂとが密着しているため、凹部１３から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が、凸部１４，１５によって被覆されていることをいう。
なお、凸部１５が存在しない場合は、凸部１４のみによって、凹部１３から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が囲まれていることが好ましい。
上記構成によれば、上記凸部による摺接粒子の固定をより強固に行うことができる。したがって、スラリー粒子等に対する耐久性が一層優れた摺動部材を提供することができる。
上記凹部から突出している部分の表面積が上記凸部に囲まれている割合は、摺接粒子の固定を強固に行う観点から、６０％以上であることがより好ましい。また、上記割合が多すぎると、上記面Ａを形成し難くなるため、上記割合は、７０％以下であることがより好ましい。
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に固定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／ｍｍ２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溶射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／ｍｍ２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ２以上であることが好ましい。
基体１０ａの硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２以上であることがより好ましい。
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。
（１－６．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．ポンプ〕
本発明の一実施形態に係るポンプは、本発明の一実施形態に係る摺動部材を備える。本発明の一実施形態に係る摺動部材は、平均粒子径が５００μｍ超１５００μｍ以下である硬質粒子を用いた摺接粒子が強固に固定されているため、過酷な摺動環境等であっても安定した摺動を実現することができる。
図６は、本発明の一実施形態に係るポンプである立軸斜流ポンプ装置の縦断面図である。図７は、上記立軸斜流ポンプ装置の滑り軸受装置の縦断面図である。立軸斜流ポンプ装置８１は、スラリー液を排出可能であり、ケーシング８２の下端に吸込口８３を有する。ケーシング８２内には回転自在な主軸８４が挿通されており、主軸８４の下端に羽根車８５が設けられている。ケーシング８２の上部には、主軸８４を回転駆動させる駆動装置８６（電動機）が設けられている。主軸８４は滑り軸受装置８７によって回転自在に支持されている。
図６および図７に示すように、主軸８４は軸本体８４ａと軸受箇所において軸本体８４ａに外嵌された円筒状のスリーブ８４ｂ（摺動部材の一例）とで構成され、滑り軸受装置８７は、スリーブ８４ｂの外周面に摺接する軸受８８と、軸受８８の周囲に設けられたハウジング８９と、軸受８８とハウジング８９との間に設けられた円筒形状の緩衝用ゴム９０とを有している。ハウジング８９は、金属製の円筒形状の部材であり、ケーシング８２内に設けられた固定部材９１に固定されている。
軸受８８は、円筒状の軸受シェル９３と軸受体９４（被摺動部材の一例）とで構成されている。軸受体９４の内周面とスリーブ８４ｂの外周面とが摺接する。なお、スリーブ８４ｂが、本発明の一実施形態に係る摺動部材に該当する。
これによると、主軸８４が所定の回転方向に回転すると、スリーブ８４ｂの外周面が軸受体９４の内周面に摺接する。この際、滑り軸受装置８７は、回り止めされ、主軸８４と共回りすることはない。
立軸斜流ポンプ装置８１は先行待機運転を行うものであり、揚水を行う揚水運転と、揚水を行わない待機運転とに切り替え可能である。本発明の一実施形態に係る摺動部材は、自揚水による潤滑作用が発揮されず、滑り軸受装置８７に対する主軸８４の摺動抵抗が増大するドライ状態での待機運転時に、特に効果を発揮するものである。
〔実施の形態３．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。
（３－１．硬質粒子の加工を行わない態様）
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５００μｍ超１５００μｍ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ことによって、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２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、φ０．５ｍｍのパターンを１ｍｍ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８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８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８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８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８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８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８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としては、例えばハイス製の型番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。
（３－２．硬質粒子の加工を行う態様）
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工程が、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工程であり、さらに、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工程を含んでいてもよい。
既に述べたように、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が形成されてなるものであってもよい。また、硬質粒子が元来備えている面を、上記面Ａとしてそのまま用い得る場合は、先端部を加工することなく、硬質粒子自体を摺接粒子１０ｂとすることもできる。
よって、硬質粒子が元来備えている面を、上記面Ａとしてそのまま用い得る場合は、第２工程を経ることによって摺接粒子１０ｂを得ることができる。例えば、（１－４．摺接面の形状、摺接粒子の硬さ等）で述べたように、硬質粒子として多面体粒子を用い、当該多面体粒子が元来備えている面を、上記面Ａとしてそのまま用い得る場合は、先端部を加工することなく、硬質粒子自体を摺接粒子１０ｂとすることができる。
一方、硬質粒子として球状粒子を用いる場合；硬質粒子が元来備えている面を、例えば、上記面Ａの形状を整えること等を目的として加工する場合等は、上記第３工程によって、圧入された硬質粒子の先端部を加工し、上記面Ａを作製し、摺接粒子１０ｂを得てもよい。
（３－３．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９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９において、１０２は、基体１０ａよりも硬い金属膜である。図８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９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９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。
（３－４．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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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／ｍｍ２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１０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１０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／ｍｍ２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／ｍｍ２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１０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１０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１０におけるＨ６）をいう。
金属膜１０ｅは硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２以上であることが好ましい。
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／ｍｍ２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／ｍｍ２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１１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１０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／ｍｍ２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／ｍｍ２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１１におけるＨ７）をいう。図１１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／ｍｍ２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／ｍｍ２以上であることが好ましい。
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。
〔実施例１〕
２６６．９ｍｍ×９７ｍｍＬの、透明な厚み０．２ｍｍのＰＥＴフィルムに、１．５ｍｍピッチで、φ０．５ｍｍのパターンで接着剤（セメダインスーパー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３０／３５、平均粒子径が６００μｍであるダイヤモンド粒子（カスタムダイヤ製、ＣＲＤ－Ｔ）を塗布し、１時間後、未接着粒子を除去した。上記ダイヤモンド粒子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。
続いて、圧入棒（ハイス製、型番ＳＫＨ５１）を備えた圧入機を用い、２５℃の環境下で、上記ダイヤモンド粒子１個当たりに５０～６０ｋｇの荷重を負荷し、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２００μｍとなるように、上記ダイヤモンド粒子を上記基体に圧入（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１ｍｍ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上記ダイヤモンド粒子全てを同じ条件で圧入させた。
圧入完了後、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）は約２００μｍであった。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上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）は１００μｍ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、上記ダイヤモンド粒子の先端部を研削し、上記面Ａを作製した。研削量は３０μｍ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、７０μｍであった。
〔実施例２〕
２６６．９ｍｍ×９７ｍｍＬ、厚み２００μｍのＳＵＳ３０４製のシートに、塩化鉄エッチングを用いて、１．５ｍｍピッチで、φ０．５ｍｍの穴を開けた。エッチング前の上記シートにエッチング後のシートを重ね、φ０．５ｍｍの穴に、実施例１と同じ接着剤を充填した後、上のシートを取り除いた。上記シートに、メッシュサイズ３５／４５、平均粒子径が５３０μｍである球状のダイヤモンド粒子（カスタムダイヤ製、型番ＳＥＡＡＮ－Ｔ）を塗布し、１時間後、未接着粒子を除去した。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。
続いて、圧入棒（ハイス製、型番ＳＫＨ５１）を備えた圧入機を用い、２５℃の環境下で、上記ダイヤモンド粒子１個当たりに４０～５０ｋｇの荷重を負荷し、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２００μｍとなるように、上記ダイヤモンド粒子を上記基体に圧入させた。圧入機の動作は実施例１で説明したものと同じである。圧入完了後、上記シートを上記基体から剥離した。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）は約２００μｍであった。
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上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）は１００μｍ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、上記ダイヤモンド粒子の先端部を研削し、上記面Ａを作製した。研削量は３０μｍ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、７０μｍであった。
〔比較例１〕
φ８５ｍｍ×９７ｍｍＬの基体（ＳＵＳ３０４製）の表面に、実施例１で用いたのと同じダイヤモンド粒子を、ニッケル－リンメッキによって電着固定した。形成されたメッキの厚みは、上記ダイヤモンド粒子の平均粒子径（６００μｍ）の５３％、すなわち、３１８μｍであった。つまり、電着固定された上記ダイヤモンド粒子の、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、２８２μｍ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、上記ダイヤモンド粒子の先端部を研削し、上記面Ａの作製を試みた。研削量は１２０μｍとし、上記メッキ層の表面から上記ダイヤモンド粒子の面Ａまでの高さ（突出し高さ）を約１６０μｍとする予定であった。しかし、研削量が５０μｍに達するまでは研削を行うことができたが、研削量が５０μｍを超えるにつれて研削に対する抵抗が大きくなり、所望の研削を完了することはできなかった。
〔実施例１，２および比較例１の結果のまとめ〕
比較例１は、ダイヤモンド粒子を、摺動部材基部が備える基体であるＳＵＳ３０４に電着固定した。この場合、図１４の（ａ）に示すように、ダイヤモンド粒子は、粒子の下部が基体上に並ぶことになる。比較例１で用いたダイヤモンド粒子の平均粒子径は６００μｍであるが、ダイヤモンド粒子は粒度分布を有するため、上記ダイヤモンド粒子のメッキ層の表面からの突出し高さは不揃いとなる。また、平均粒子径が６００μｍと大きいダイヤモンド粒子であるため、大きな粒子の上記突出し高さと、小さな粒子の上記突出し高さとの段差が非常に大きくなる。それゆえ、大きな粒子を研削する必要があるため、研削する際に大きな負荷が生じてしまう。その結果、比較例１では、所望の研削を遂行することができなかったと考えられる。
一方、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実施例１および２では、平均粒子径が５００μｍ超であるダイヤモンド粒子を用いているが、所望の研削を遂行することができた。これは、実施例１および実施例２では、上記ダイヤモンド粒子の先端までの高さ（突出し高さ）が一定の値となるように、上記ダイヤモンド粒子を上記基体に圧入させたことによるものである。実施例１および２では、圧入完了後のダイヤモンド粒子の上記突出し高さは、ほぼ一定の値となっていた。
図１３は、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に圧入させたダイヤモンド粒子において、基体の表面またはメッキ層から、ダイヤモンド粒子の先端までの高さが略一定に揃っていることを示す模式図である。
圧入完了後のダイヤモンド粒子１０ｂは、図１３に示すように、基体１０ａの表面から、基体１０ａに埋め込まれた部分の最深部までの深さは不揃いであるが、基体１０ａの表面またはメッキ層１０ｃから、ダイヤモンド粒子１０ｂの先端までの高さは略一定に揃っており、粒子の先端側には段差は殆どない状態であった。そのため、研削には負荷がかからず、研削量も少なくて済み、上記面Ａの形成を円滑に行うことができた。
このように、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法によれば、平均粒子径が５００μｍを超える大きな硬質粒子を用いた摺動部材を簡便に作製することができる。そのため、摺接粒子が摺動部材基部に強固に固定され、過酷な摺動環境等であっても安定した摺動を実現可能な摺動部材を提供することができると言える。
〔実施例３〕
実施例３では、摺接粒子の粒子径の大きさと、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、ダイヤモンド粒子（カスタムダイヤ製）を１個載置し、ニッケルメッキによって電着固定した。ダイヤモンド粒子としては、粒子径が１２０μｍ、２５０μｍ、４００μｍ、６００μｍ、８５０μｍ、１２００μｍのものをそれぞれ用意した。形成されたメッキの厚みは、各ダイヤモンド粒子の粒子径の５０％とした。
次に、上記基体の外周に沿って、上記ダイヤモンド粒子の先端部を研削した。比研削材は規格が超硬Ｇ２であり、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。
ダイヤモンド粒子の粒子径が１２０μｍである場合の研削抵抗を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。
Figure 0007049243000001
このように、ダイヤモンド粒子の粒子径が大きいほど、摺動部材基部におけるダイヤモンド粒子の保持力は大きいことが分かる。摺動部材基部における摺接粒子の保持力が大きいほど、摺接粒子が強い圧力を受ける過酷な摺動環境等においても安定した摺動を行うことができるため、摺接粒子の粒子径が大きい摺動部材の方が、上記粒子径が小さい摺動部材よりも性能面で有利であると言える。
しかし、これまで、平均粒子径が５００μｍ超である硬質粒子の先端部に上記面Ａを形成した摺接粒子を備えた摺動部材を作製することができていなかった。これは、摺動部材を作製する際に用いる硬質粒子は、実施例３に示したような１個ではなく、比較例１に示したような、粒度分布が存在する粒子の集合体であるためである。
本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法によれば、実施例１および２で示したように、平均粒子径が５００μｍ超である硬質粒子の先端部に上記面Ａを形成した摺接粒子を備えた摺動部材を簡便に作製することができる。それゆえ、本発明の一実施形態は、実施例３の結果に示したような、摺接粒子が強く保持された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や、土砂等を含むスラリーの気液混合状態での排水といった、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 (17)

  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５００μｍ超１５００μｍ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. 上記硬質粒子は、多面体粒子および／または球状粒子であり、
    上記硬質粒子が多面体粒子である場合、上記摺接粒子の総数の６０％以上の粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、上記多面体粒子が有する表面形状のいずれかと相似し、
    上記硬質粒子が球状粒子である場合、上記摺接粒子が有する上記摺接面を形成する面の形状は、円形または楕円状である、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、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から３のいずれか１項に記載の摺動部材。
  5. 上記凸部の先端が、略水平な面を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動部材。
  6. 上記摺接粒子は、上記凹部から突出している部分の表面積の４０％以上８０％以下が、上記凸部に囲まれている、請求項１から５のいずれか１項に記載の摺動部材。
  7. 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６のいずれか１項に記載の摺動部材。
  8. 上記基体は、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２以下であり、上記表面形成部の硬さがＨｖ４００ｋｇ／ｍｍ２以上である、請求項７に記載の摺動部材。
  9. 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／ｍｍ２以上である、請求項１から８のいずれか１項に記載の摺動部材。
  10. 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９のいずれか１項に記載の摺動部材。
  11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の摺動部材を備えている、ポンプ。
  12. 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５００μｍ超１５００μｍ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ことによって、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２工程と、を含む、摺動部材の製造方法。
  13. 上記第２工程が、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工程であり、
    さらに、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工程を含む、請求項１２に記載の摺動部材の製造方法。
  14. 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１２または１３に記載の摺動部材の製造方法。
  15. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２以下である基体を備えている、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
  16. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２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１２から１４のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
  17. 上記摺動部材基部が、硬さがＨｖ２００ｋｇ／ｍｍ２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／ｍｍ２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１２から１４のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
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