JPH03158415A - 高荷重摺動用炭素合金材とその摺動面の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、高荷重摺動用炭素合金材とその摺動面の加工
方法に関するものである。

「従来の技術」 炭素合金材（炭素鋼材等）は、機械部品の摺動部分等に
多用されており、機械の高速化、高荷重化を図る場合に
は、摺動部分等の耐摩耗性、耐疲労性を向上させること
が特に要求される。

従来、機械部品における構成材表面の耐摩耗性を向上さ
せために、タングステンカーバイド溶射法、浸炭法、超
硬合金被膜形成法、高周波焼き入れ法等によって、構成
材の表面硬度を高めることが実施されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、前述の各技術は、いずれも単純な形状等に対し
てのみ適用可能であり、また、高荷重の機械部品の摺動
面に適用した場合には、耐摩耗性・耐久性の点で不十分
なものであった。つまり、タングステンカーバイド溶射
法は形状の限定、表面の凹凸が大きい等の欠点、浸炭法
はもろく耐久性が不十分である等の欠点、超硬合金被膜
形成法は被膜が薄く剥がれ易い等の欠点、高周波焼き入
れ法は丸棒等の単純形状以外のものには適用不可能であ
るという欠点があり、さらに、摺動面に、摩擦係数の低
減、摩耗の減少、冷却等のために、潤滑剤（潤滑油）を
供給する必要性がある場合の適用性に欠けるものであっ
た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高荷重や
形状による制限が少なく、耐久性、耐摩耗性に優れた摺
動面を得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、三つの手段を提案するもの
である。

第１の手段は、高荷重摺動用炭素合金材に係るもので、
炭素合金からなる母材表面に、過飽和マルテンサイト層
からなる摺動層を面方向に間隔を空けて設け、かつ、隣
り合う摺動層の間に潤滑剤挿通溝を形成してなる構成で
ある。

第２の手段は、炭素合金材における摺動面の加工方法に
係るもので、炭素合金からなる母材表面にレーザビーム
を面方向に間隔を空けて照射し母材表面を焼き入れ適温
まで加熱する工程と、該加熱時の熱を母材中に放散させ
て冷却しレーザビーム照ｑ、を部分を過飽和マルテンサ
イト層にする工程と、隣り合う過飽和マルテンサイト層
の間の母材表面を研削して潤滑剤挿通溝を形成する工程
とを有する構成である。

第３の手段は、炭素合金材における摺動面の加工方法に
係るしので、炭素合金からなる母材表面における面方向
に間隔を空けた箇所を研削して潤滑剤挿通溝を形成する
工程と、母材表面にレーザビームを照射し母材表面を焼
き入れ適温まで加熱する工程と、該加熱時の熱を母材中
に放散させて冷却しレーザビーム照射部分を過飽和マル
テンサイト層にする工程とを有する構成である。

「作用　」 第１の手段における高荷重摺動用炭素合金材であると、
相互間隔を有する複数の摺動層の各表面の寄せ集めによ
って摺動面が形成されるので、当初からの母材表面の仕
上げ精度に基づく摺動面が得られ、母材部分は炭素合金
による機械的強度を維持し、かつ、表面は過飽和マルテ
ンサイト層に基づく硬度が得られる。摺動接触部分には
、潤滑剤挿通溝を経由して、潤滑剤が複数箇所から供給
されて、摺動摩擦抵抗を低減する。また、摺動面が複数
分割状懇とされて、被摺動体と接触するために、摺動接
触部分の片当たり現象の発生を抑制する。

第２の手段の炭素合金材における摺動面の加工方法であ
ると、母材表面にレーザビームを照射することによって
、照射された部分が局部的に高温となる。この場合に、
焼き入れ適温まで加熱した後に、レーザビームの照射範
囲がずれると、母材部分の大きな熱容量によって、−度
加熱された部分が急冷されることにより、加熱前の焼き
戻しマルテンサイト組織が過飽和マルテンサイト組織に
変化して、過飽和マルテンサイト層からなる摺動層が形
成される。したがって、レーザビーム照射範囲を少しず
つ移行させることによって、母材表面に硬度が高く、か
つ、母材組織が変化した一体の摺動層が形成される。レ
ーザビームの照射範囲の間隔を空けることにより、比較
的加工し易い母材組織の表面が残され、この部分に潤滑
剤挿通溝が形成されるものである。

第３の手段の炭素合金材における１ｇ動而面加工方法で
あると、母材表面の必要箇所に潤滑剤挿通溝を形成した
後に、レーザビームを母材全表面に照射して、潤滑剤挿
通溝部分の間隔を空けることなく、過飽和マルテンサイ
ト層を形成することができ、この場合に潤滑剤挿通溝の
縁部や内面に、過飽和マルテンサイト層またはその不完
全な層が形成されても、摺動面の機能に影響を及ぼすこ
とがない。

「実施例」 第１図及び第２図は、本発明に係る高荷重摺動用炭素合
金材の二つの実施例を示している。

これら各図において、符号Ａは実施例の高荷重摺動用炭
素合金材、Ｂは摺動の際の相手側となる披摺動付、Ｃは
摺動面、１は母材、２は摺動面Ｃを形成するための摺動
層、３は潤滑剤挿通溝、４は母材組織が残されて露出し
ている母材露出部、５は：ｂ％縁部である。

ま４゛、第１図例によ３けろ高荷重摺動用炭素合金材Ａ
について説明する。

前記母材Ｉは、硬度、１（Ｖ２６０程度の焼き戻しマル
テンサイト組織を打する炭素合金からなるものが適用さ
れる。該母材１の表面に摺動層２を形成するために、出
力が５ＫＷのＣＯ，ガスレーザ装置を使用してレーザビ
ームを照射し、母材ｌの表面を焼き入れ適温（例えば９
００６Ｃ前後）まで加熱しながら、照射位置を少しずつ
ずらして［つづら折れ状］に往復させる処理を行なった
。

この場合に、レーザビームの照射範囲から外れた部分が
、母材１の部分の大きな熱容蛍によって２（冷されるこ
とにより、焼き戻しマルテンサイト組織の一部が深さ　
０．６〜０．８ｍｍ程度の過飽和マルテンサイト組織に
変化し、いわゆる焼き入れがなされた。過飽和マルテン
サイト層からなる摺動層２の硬度は、ｌ−１ｖ６００程
度が得られた。

該摺動層２の形成範囲は、摺動方向が第１図の矢印Ｘ−
Ｙ方向である場合、複数のブロックを面方向に間隔を空
けるように、一つの摺動層２の幅が例えば３〜５ｍｍ、
隣り合うＩＨ動層２の間に、摺動層２の形成されない部
分、つまり母材露出部４が例えばｆｍｍ程度残されろよ
うに設定した。

そして、母材露出部４を機械加工等によって研削加工す
ることによって、幅１ｍｍ以下で任き深さの潤滑剤挿通
溝３を形成した（第１図には潤滑剤挿通１ｒｉｔ　３を
形成することによって両側に残された母材露出部４が示
されている）。

次いで、第２図例における高荷重摺動用炭素合金ＩＡの
作製について説明すると、レーザビーム照射の而に、予
め、潤滑剤挿通溝３を機械加工等によってｊ宜間隔で形
成しておいて、その後に、レーザビームを母材１の全表
面に照射することによ−て摺動層２が形成される。この
摺動層２を形成する場合に、レーザビームの焦点深度が
大きいと、潤滑剤挿通溝３の中や溝縁部５にら過飽和マ
ルテンサイト層が形成されることになるが、摺動面Ｃの
機能や、潤滑剤挿通溝３の機能に影響を伎ぼずことがな
い。そして、レーザビームの焦点深度が小さい場合には
、潤滑剤挿通溝３の縫部や内面に、過飽和マルテンサイ
ト層または不完全なマルテンサイト層が形成されること
になるが、その場合でら摺動面Ｃの機能に影響を及ぼず
ことはない。

このような二つの実施例においては、潤滑剤挿通７ｒり
３で区画された状態の複数の摺動層２を得仕集めて、摺
動面Ｃが形成されるが、その全体の平面性は、当初の母
材１の表面の平面性に堕するらのとなる。

なお、実飄例においては、潤滑剤挿通溝３を形成する手
段として、機械加工等としたが、他の手段として、研削
砥石による研削加工や、摺動層２が比較的硬質であるこ
とを１１１用したブラスト１１０工等を通用することが
できる。

上た、レーザ装置の出力が大きい場合には、レーザビー
ムの照射幅を大きくする等により、レーザビームを折り
返ケことなく、加熱処理を行なうことら可能である。

「発明の効果」 以北説明したように、第１の発明に係る高Ｆａｒ　ｍ摺
動用炭素合金材は、 （１）母材表面に過飽和マルテンサイト層からなる複数
の摺動層を一体形成しているから、摺動層の摩耗強度及
び剥離強度が高く、耐磨耗性及び耐疲労性の向上を図る
ことができる。

（２）摺動層の間に潤滑剤挿通溝を形成しているため、
潤滑油等の潤滑剤が容易であり、摺動接触箇所の摩擦抵
抗の減少を図り、寿命を長くすることができる。

（３）炭素合金中の炭素を利用して焼き入れするため、
母材と摺動層との一体性に基づいて、強度の高い摺動層
の形成が容易であり、高荷重を受ける摺動面への適用性
に優れ実用性が高い。

第２の発明及び第３の発明に係る炭素合金材における摺
動面の加工方法によれば、 （＋）　　加工により作製された炭素合金材は、第１の
発明に準する効果が得られる。

（２）　レーザビーム照射によって、厚付表面の一部を
過飽和マルテンサイト組織に変換して、摺動層を形成す
るものであるから、レーザビームの照射可能な形状であ
れば、母材形状の制限か少なく適用範囲が大きく、かつ
、摺動面が平面状や曲面状である場合にも、母材の仕上
げ精度を生かして精度の高い摺動面を得ることができる
。

（３）　レーザビームによって十分な加熱深さが得られ
るため、母材と摺動面との一体性を有して、摺動面の強
度が高く、かつ、摺動面の安定性が良好である。

（，１）潤滑剤挿通溝の形成及び存在が摺動層の形成に
影響を及ぼすことかなく、潤滑剤挿通溝の数や形状の任
意性を高めて、摩凛低抗が少なくかつ高荷重に耐えろ摺
動用材料を提供することができる。

等の優れた効果を奏するしのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る高荷重摺動用炭素合金
材の実施例を示すもので、第１図はレーザビーム照射後
に潤滑剤挿通溝を形成した状聾の一部を切欠した斜視図
、第２図は潤滑剤挿通溝形成後にレーザビームを照射し
た状聾の一部を省略した正断面図である。 Ａ・・・・・高荷重摺動用炭素合金材、１３・・・披摺
動材、 Ｃ・・・摺動面、 ・ＬＪ材、 ２　・・・摺動層、 ３・・・・・・潤滑剤挿通ン醇１ ．１　・・母材露出部、 ５・・・・・・溝縁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ、炭素合金からなる母材表面に、過飽和マルテンサイ
   ト層からなる摺動層を面方向に間隔を空けて設け、かつ
   、隣り合う摺動層の間に潤滑剤挿通溝を形成してなるこ
   とを特徴とする高荷重摺動用炭素合金材。 ｉｉ、炭素合金からなる母材表面にレーザビームを面方
   向に間隔を空けて照射し母材表面を焼き入れ適温まで加
   熱する工程と、該加熱時の熱を母材中に放散させて冷却
   しレーザビーム照射部分を過飽和マルテンサイト層にす
   る工程と、隣り合う過飽和マルテンサイト層の間の母材
   表面を研削して潤滑剤挿通溝を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする炭素合金材における摺動面の加工方法
   。 ｉｉｉ、炭素合金からなる母材表面における面方向に間
   隔を空けた箇所を研削して潤滑剤挿通溝を形成する工程
   と、母材表面にレーザビームを照射し母材表面を焼き入
   れ適温まで加熱する工程と、該加熱時の熱を母材中に放
   散させて冷却しレーザビーム照射部分を過飽和マルテン
   サイト層にする工程とを有することを特徴とする炭素合
   金材における摺動面の加工方法。