WO2015037509A1 - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

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洋介 須貝
容敬 伊藤
敏彦 毛利
古森　功
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding member having a sliding surface that slides with another member, and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 discloses a sintered bearing in which copper is dispersed in an iron-carbon alloy containing a martensite structure as a bearing for a construction machine. In this sintered bearing, the entire sintered body is quenched (for example, oil-quenched) after sintering, and then the inner and outer peripheral surfaces and end surfaces are cut and ground to finish to a predetermined size.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a method for forming the green compact. Specifically, the outer peripheral surface side of the green compact is formed with a high-strength first powder, and the inner peripheral surface side is formed with a second powder excellent in low friction, and then the green compact is sintered. I am going to conclude.
  • an object of the present invention is to provide a sliding member capable of improving the slidability and durability of the sliding surface while ensuring the strength of the sintered body, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention is a sliding member that is formed of a sintered body and has a sliding surface that slides on other members, and contains Fe, Cu, and C containing alloy elements as main components. And a base layer containing, as a main component, a low-melting-point metal having a lower melting point than Fe, Cu, Cu, and C as a main component, sintered together with the sliding layer in contact with the sliding layer.
  • the sliding layer is provided with a sliding surface.
  • This sliding member can be used, for example, as a bearing for a joint portion of an arm of a construction machine.
  • the base layer contains Cu and a low melting point metal
  • the low melting point metal contained in the base layer is first melted during sintering.
  • the melt of the low melting point metal diffuses deep inside the Fe particles by capillary action.
  • the melt of the low melting point metal wets the surface of the Cu particles, the Cu melts at a temperature lower than the melting point, and the molten Cu and the low melting point metal penetrate into the Fe particles and diffuse into the Fe particles. .
  • the Fe particles are firmly bonded to each other and the strength of the base layer is improved, so that the bearing strength can be ensured even when the sintering temperature is lowered.
  • the sintering temperature By setting the sintering temperature to a temperature lower than the melting point of Cu, the Cu particles contained in the sliding layer are not melted even during the sintering, and the solid state is maintained. Therefore, Cu particles contained in the sliding layer are not drawn into the base layer, and it is possible to distribute a target amount of Cu structure on the sliding surface. From the above, it is possible to achieve both the slidability on the sliding surface and the strength of the sintered body.
  • this sliding member contains an element (at least one selected from Ni, Mo, Mn, and Cr) that improves hardenability as an alloy element contained in the sliding layer, carburizing and quenching, etc.
  • an element at least one selected from Ni, Mo, Mn, and Cr
  • at least a part of the Fe structure of the sliding layer can be martensitic and bainite transformed in the cooling process after sintering (sinter hardening).
  • the sliding layer containing a sliding surface is hardened, the abrasion resistance of a sliding surface can be improved.
  • the strength of the base layer is increased by penetration and diffusion of Cu and low melting point metal into Fe particles in the base layer, the strength of the entire sintered body is improved. Accordingly, the impact load is frequently applied, and it can be used as a sliding member used under a high surface pressure, for example, a bearing used in a joint part of an arm of a construction machine.
  • the base layer that occupies most of the sintered body basically does not contain the above alloy elements, the majority of the base layer is not sintered hardened even after cooling, and therefore the Fe of the base layer The structure does not undergo martensitic transformation or bainite transformation.
  • the base layer is softer than the sliding layer, it is possible to correct the size of the sintered body by sizing (a step of compressing and shaping the sintered body in a mold).
  • Patent Document 1 since the entire sintered body is cured by oil quenching after sintering, dimensional correction of the sintered body is inevitably performed by machining such as cutting and grinding.
  • the sliding member can be dimensionally corrected by sizing, and machining is not necessary. Moreover, the quenching process after sintering is unnecessary. Thus, since the quenching process and machining process after sintering can be omitted, the cost of the sliding member can be further reduced as compared with the invention described in Patent Document 1.
  • the concentration of the low melting point metal in the base layer is preferably in the range of 0.1 to 0.6 wt%.
  • the Cu concentration of the sliding layer 10 wt% or more and 30 wt% or less it is possible to prevent the cost increase due to excessive use of copper while ensuring the sliding performance of the sliding surface.
  • the sintered body is sintered at a temperature lower than the melting point of Cu and higher than the reaction temperature of Fe and C, the copper contained in the sliding layer is not melted completely during the sintering and is in a solid state. Can be maintained, and the slidability of the sliding layer can be improved. Further, since Fe and C react to form a hard pearlite phase (partially a ferrite phase) in the Fe structure, the strength of the base layer can be ensured.
  • the sliding layer can also be formed in a partially cylindrical shape with a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the sliding surface to be copper-rich is formed not in the entire circumferential direction of the sintered body but only in a partial region in the circumferential direction.
  • the usage-amount of expensive copper can be suppressed and cost reduction of a sintered bearing can be achieved.
  • the shaft When the sliding member is used as a bearing, the shaft rarely slides with the entire inner peripheral surface of the sliding member, and the sliding region of the sliding member with the shaft is partially affected by gravity. It is often limited to a region. Therefore, if the sliding member is fixed to the housing after adjusting the orientation and orientation so that the sliding surface of the sliding layer is located in this limited partial area, the shaft is stably supported by the sliding surface. can do.
  • the sliding member described above prepares a first powder containing Fe, Cu, a metal having a lower melting point than Cu, and C as main components, and contains Fe, Cu, and C containing alloy elements as main components.
  • a second powder is prepared, a partition member is arranged in the mold to form a first cavity and a second cavity, the first powder is filled in the first cavity, and the second powder is filled in the second cavity.
  • the composition corresponding to the first powder is filled, and the first powder and the second powder in the mold are simultaneously compressed with the partition member removed to form a green compact, and the green compact is sintered.
  • the base layer and the sliding layer having a composition corresponding to the second powder are formed, and then the obtained sintered body is subjected to sizing and oil impregnation.
  • the green compact When molding the green compact by simultaneously compressing the first powder and the second powder, if the difference in apparent density between the two powders is large, the green compact will be hindered.
  • the green compact can be formed by making the thickness of the base layer larger than the thickness of the sliding layer and making the apparent density of the first powder smaller than the apparent density of the second powder. . That is, the green compact can be easily formed even if there is a slight difference in the apparent density between the first powder and the second powder.
  • a sintered bearing is given as an example of the sliding member of the present invention, and an embodiment thereof will be described below with reference to the drawings.
  • the sintered bearing according to the present invention is suitable for use in a joint portion that connects arms (including booms and buckets) of construction machines such as excavators and bulldozers.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of such a joint. As shown in FIG. 1, in this joint part, the tip of the second arm 7 is inserted inside the first arm 6 formed in a bifurcated shape. A mounting hole 7a is provided at the tip of the second arm 7, and an outer peripheral surface 1b of the sintered bearing 1 made of a sintered body is fixed to the mounting hole 7a by using appropriate mounting means such as press fitting.
  • the first arm 6 and the second arm 7 are rotatably connected by inserting the pin 4 into the pin hole 6a provided in each of the bifurcated portions of the first arm 6 and the inner peripheral surface 2a of the sintered bearing 1. .
  • the pin 4 is fixed to the first arm 6. Therefore, when the first arm 6 and the second arm 7 are swung relative to each other, the pin 4 rotates relative to the inner peripheral surface 1 a of the bearing 1.
  • Reference numeral 8 is a stopper that prevents the pin 4 from coming off. In this joint portion, the head 4a or the retaining member 8 of the pin 4 is removed from the shaft portion of the pin 4, and the first arm 6 and the second arm 7 are separated by removing the pin 4, and maintenance of the bearing 1 and the pin 4 is performed. Can be done.
  • the sintered bearing 1 is formed of a cylindrical sintered body, and the sliding layer 2 on the inner diameter side and the base layer 3 on the outer diameter side are in contact with each other. These are integrated.
  • the sintered bearing 1 comprises only the sliding layer 2 and the base layer 3, and each layer has a cylindrical shape, particularly a cylindrical shape.
  • the inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1 (the inner peripheral surface of the sliding layer 2) has a straight circular section in the axial direction, and the shaft portion of the pin 4 (hereinafter referred to as the shaft 4) inserted into the inner periphery.
  • the sliding surface A (bearing surface) is supported so as to be relatively rotatable.
  • the outer peripheral surface 1b of the sintered bearing 1 (the outer peripheral surface of the base layer 3) has a perfect cross-sectional shape that is straight in the axial direction, and constitutes a mounting surface B that is attached to other members such as the second arm 7. Both axial end surfaces of the sintered bearing 1 are flat surfaces extending in a direction orthogonal to the axial direction. Chamfering is provided between both axial end surfaces of the sintered bearing 1 and the inner peripheral surface 2a and the outer peripheral surface 3a.
  • the sintered bearing 1 When used in the above joint, the sintered bearing 1 is formed, for example, so that the inner diameter is 30 to 100 mm and the thickness in the radial direction is 5 to 50 mm.
  • the thickness of the sliding layer 2 in the radial direction is about 1 to 20% (preferably about 2 to 10%) of the thickness of the sintered bearing 1 in the radial direction. About 2 mm. If the sliding layer 2 is too thin, the filling ability of the raw material powder at the time of molding is deteriorated and the allowable wear limit is lowered. If the sliding layer 2 is too thick, an element for improving hardenability, which will be described later, This is because the amount of copper used increases and costs increase.
  • the fine pores of the sintered bearing 1 having a porous shape are impregnated with a lubricating oil such as mineral oil or synthetic oil as a lubricant.
  • a lubricating oil such as mineral oil or synthetic oil as a lubricant.
  • the lubricating oil retained in the internal pores of the sintered bearing 1 oozes out from the surface opening of the inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1, and the inner peripheral surface 1a Since an oil film of lubricating oil is formed between the shaft 4 and the inner peripheral surface 1a, wear is suppressed or prevented.
  • the oil content of the entire sintered bearing 1 is, for example, 10 to 25 vol%, preferably 15 to 25 vol%.
  • the oil content is less than 10 vol%, the desired lubrication characteristics cannot be stably maintained and exhibited over a long period of time. If the oil content exceeds 25 vol%, the internal porosity increases, so sintering. This is because the mechanical strength required for the bearing 1 may not be ensured.
  • the lubricating oil impregnated in the sintered bearing 1 is too low in viscosity, the lubricating oil is likely to flow out of the bearing, and an oil film having a predetermined strength is formed between the inner peripheral surface 1a and the shaft 4.
  • the inner peripheral surface 1a is likely to wear.
  • the lubricating oil is too high in viscosity, the amount of lubricating oil oozing out from the surface opening of the inner peripheral surface 1a is insufficient, and wear of the inner peripheral surface 1a may be promoted.
  • the lubricating oil a kinematic viscosity at 40 ° C., preferably not less 5 mm 2 / s or more 600 mm 2 / s, more preferably not less 50 mm 2 / s or more 550mm 2 / s, 100mm 2 / More preferably, s is 500 mm 2 / s or less.
  • liquid grease as the lubricant to be impregnated into the internal pores of the sintered bearing 1 in place of the above lubricating oil.
  • a lubricating oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. within the above range is used as a base oil, and a soap-based thickener such as lithium soap or a non-soap-based thickener such as urea is added thereto. Things can be used.
  • the sintered bearing 1 of the present invention has a two-layer structure in which the metal composition is different between the sliding layer 2 and the base layer 3.
  • the sintered bearing 1 having a two-layer structure is manufactured by sequentially performing a compression molding process, a sintering process, a sizing process, and an oil impregnation process described below.
  • a so-called two-color molding technique is adopted in which the material of the sliding layer 2 and the material of the base layer 3 are supplied to the same mold (die) and molded simultaneously.
  • This two-color molding is one in which two cavities are formed on the outer diameter side and the inner diameter side in the mold, and each cavity is filled with powder, and is performed using, for example, a mold shown in FIG.
  • the mold includes a die 11, a core pin 12 disposed on the inner periphery of the die 11, an outer lower punch 13 disposed between the inner peripheral surface 11a of the die 11 and the outer peripheral surface 12a of the core pin 12, and a partition It has the member 14, the inner lower punch 15, and the upper punch 16 (refer FIG. 7).
  • the outer lower punch 13, the partition member 14, and the inner lower punch 15 have a concentric cylindrical shape and can be moved up and down independently.
  • the partition plate 14 and the inner lower punch 15 are raised to the upper end position, and the outer lower punch 13 is lowered to the lower end position, so that the inner peripheral surface 11 a of the die 11 and the outer periphery of the partition plate 14 are
  • a first cavity 17 on the outer diameter side is formed by the surface 14 a and the end surface 13 a of the outer lower punch 13.
  • the first cavity 17 is filled with the first powder M1 corresponding to the base layer 3.
  • the composition of the first powder M1 will be described later.
  • the inner lower punch 15 is lowered to the lower end position, and the inner peripheral surface 14 b of the partition plate 14, the outer peripheral surface 12 a of the core pin 12, and the end surface 15 a of the inner lower punch 15
  • a second cavity 18 is formed.
  • the second cavity 18 is formed in a state of being isolated from the first cavity 17, and the second powder 18 is filled in the second cavity 18 corresponding to the sliding layer 2.
  • the second powder M2 overflows from the inner cavity 18 so as to cover the upper side of the partition plate 14.
  • the composition of the second powder M2 will be described later.
  • the partition plate 14 is lowered as shown in FIG. Thereby, the second powder M2 enters the space corresponding to the partition member 14, and the first powder M1 and the second powder M2 are slightly mixed and contacted.
  • the cavity 19 formed by the inner peripheral surface 11a of the die 11, the end surface 13a of the outer lower punch 13, the end surface 14c of the partition plate 14, the end surface 15a of the inner lower punch 15, and the outer peripheral surface 12a of the core pin 12 is The first powder M1 and the second powder M2 are filled in a two-layer state. Then, excess second powder M2 overflowing from the cavity 19 is removed (see FIG. 6).
  • the upper punch 16 With the partition member 14 removed from the mold in this way, as shown in FIG. 7, the upper punch 16 is lowered, and the end face 16a of the upper punch 16 is pressed against the powders M1, M2, and the upper punch 16, The powders M1 and M2 filled in the cavity 19 are compressed by the punches 13 and 15, the partition member 14, and the die 11, and the green compact M is formed. And as shown in FIG. 8, the outer lower punch 13, the partition plate 14, and the inner lower punch 15 are raised, and the green compact M is taken out from the mold.
  • the first powder M1 corresponding to the base layer 3 is mainly composed of iron powder, copper powder and graphite powder, and additionally contains a low melting point metal.
  • iron powder reduced iron powder, atomized iron powder, and the like can be used, but it is preferable to use porous reduced iron powder having excellent oil impregnation.
  • copper powder electrolytic copper powder or atomized copper powder can be used, but if the electrolytic copper powder having a dendritic shape as a whole particle is used, the green compact strength can be increased, and copper can be used during sintering. Is more preferable because it easily diffuses into the Fe particles.
  • the low melting point metal a metal having a melting point smaller than that of copper, specifically, a metal having a melting point of 700 ° C. or lower, such as tin (Sn), zinc (Zn), phosphorus (P), etc. can be used.
  • This low-melting-point metal can be added by using a powder alloyed with iron in addition to adding the simple powder to the mixed powder.
  • phosphorus is easily diffused into iron and can be diffused into the iron particles, and further promotes copper diffusion. That is, compatibility with both iron and copper is good. Therefore, it is preferable to use phosphorus as the low melting point metal.
  • iron-phosphorus alloy powder Fe 3 P
  • the advantages of easy mixing and forming of the first powder M1 and high safety are obtained.
  • the blending amount of each powder in the first powder M1 is preferably, for example, copper powder: 2-5 wt%, graphite powder: 0.5-0.8 wt%, and the rest is an iron-low melting point metal alloy steel powder. .
  • the ratio of the low melting point metal in the first powder M1 is 0.1 to 0.6 wt% (preferably 0.3 to 0.5 wt%).
  • Copper powder functions as a binder that binds iron powders. If the amount of copper powder is too small, the strength of the base layer 3 is reduced, and if too large, the diffusion of carbon is inhibited and the strength of the sintered body is reduced. -Since the hardness is reduced, the above range is adopted.
  • the low melting point metal is blended in order to increase the strength of the sintered body through the diffusion of the iron into its own iron particles and further the diffusion of copper into the iron particles. If the amount is too large, the low melting point metal segregates and the sintered body becomes brittle, leading to a decrease in strength.
  • Graphite powder is blended to form a hard pearlite phase by reacting iron and carbon during sintering. If the amount is too small, the strength of the base layer cannot be secured, and if it is too large, the iron becomes a cementite structure. Since it becomes brittle and causes a decrease in strength, the above range is adopted.
  • the second powder M2 corresponding to the sliding layer 2 is a mixture of iron powder (alloy steel powder) containing alloy elements, copper powder, and graphite powder.
  • the alloy element an element that improves hardenability, specifically, any one or more selected from Ni, Mo, Mn, and Cr is used.
  • Ni and Mo are selected, and Ni, Mo and iron alloy steel powder (Fe—Ni—Mo alloy steel powder) is used.
  • Elements that improve hardenability are added to cause martensite transformation and bainite transformation as described later to perform sintering hardening, but Ni and Mo are particularly effective in improving hardenability.
  • Complete alloy powder is preferable as the alloy steel powder of the second powder M2.
  • the copper powder is preferably electrolytic copper powder, but atomized copper powder may be used.
  • the amount of each powder in the second powder M2 is 10 to 30 wt% (preferably 15 to 20 wt%) of copper powder and 0.2 to 1.0 wt% (preferably 0.3 to 0.8 wt%) of graphite powder. The remainder is preferably alloy steel powder. Further, the ratio of Ni in the second powder M2 is 1.0 to 4.0 wt% (preferably 1.5 to 3.5 wt%), and the ratio of Mo is 0.5 to 2.0 wt% (preferably 0.8. The type and amount of alloy steel powder are selected so as to be in the range of 5 to 1.5 wt%. The blending amounts of Ni and Mo are determined from the effect of improving formability and hardenability. If the amount of copper is too small, the slidability of the sliding surface 2a is lowered.
  • the graphite powder of the second powder M2 is blended to react mainly with iron and carbon during sintering to form a martensite phase and a bainite phase, and further to function as a solid lubricant.
  • the upper limit of the blending ratio The lower limit is determined for the same reason as that for determining the blending ratio of the graphite powder in the first powder M1.
  • the apparent densities of the first powder M1 corresponding to the base layer 3 and the second powder M2 corresponding to the sliding layer 2 are both 1.0 to 4.0 g / cm 3 . Due to the difference in the composition of the two powders, the apparent density of the two powders inevitably varies. From this difference, the compact M collapses when the first powder M1 and the second powder M2 are simultaneously molded in the compression molding process. Therefore, it is expected that the molding becomes difficult.
  • the thickness of the sliding layer 2 is sufficiently smaller than the thickness of the base layer 3 (as described above, the thickness of the sliding layer 2 is 1 to 20 of the thickness of the sintered bearing).
  • the difference in density is 0.5 g / cm 3 or less.
  • the green compact M can be formed even if the first powder M1 and the second powder M2 are simultaneously formed. Therefore, it is preferable that the apparent density of the first powder M1 is smaller than the apparent density of the second powder M1, and the density difference is suppressed to 0.5 g / cm 3 or less.
  • Sintered body M ′ is obtained by sintering the green compact M that has undergone the compression molding process described above in the sintering process (see FIG. 11). At this time, since the base layer 3 is sintered together with the sliding layer 2 in contact with the sliding layer 2, the sliding layer 2 and the base layer 3 can be integrated after sintering.
  • a continuous sintering furnace 20 having a sintering zone 20a in which a heater 21 is installed and a cooling zone 20b for performing natural heat dissipation can be used.
  • An atmosphere gas containing CO is used.
  • the sintering temperature (temperature in the sintered structure) is set to be lower than the melting point of copper (1083 ° C.) and higher than the temperature at which iron and carbon start reaction (about 900 ° C.).
  • the furnace temperature is set to 1000 ° C. to 1110 ° C., for example. This temperature is lower than a general furnace temperature (1130 ° C. or higher) when sintering an iron-based sintered body.
  • the sintered body M ′ that has undergone the sintering process is transferred to the sizing process and dimension correction is performed.
  • the inner peripheral surface, outer peripheral surface, and both end surfaces of the sintered body M ′ are formed using a sizing die having a die 23, a core rod 24, and upper and lower punches 25 and 26.
  • the sintered body M ′ is sized.
  • the sintered bearing 1 is completed by impregnating the internal pores of the sintered body M ′ with a lubricant in the oil impregnation process.
  • the sintered body M ′ may be tempered after the sintering.
  • phosphorus contained in the first powder M1 is melted.
  • the phosphorus melt diffuses deep inside the Fe particles by capillary action.
  • the phosphorus melt wets the surface of the Cu particles, the Cu melts at a temperature below its melting point, and the molten Cu and phosphorus penetrate into the Fe particles and diffuse into the Fe particles. Thereby, iron particles are firmly bonded to each other, and the strength of the base layer 3 is improved.
  • sintering is performed at a temperature higher than the reaction start temperature of iron and carbon, a hard pearlite phase is formed in the Fe structure (partially a ferrite phase).
  • the strength of the base layer 3 is ensured. Therefore, even when the sintering temperature is lower than the sintering temperature of a general iron-based sintered product as described above, the base layer 3 The strength required for 3 can be ensured.
  • the copper contained in the sliding layer 2 (second powder M2) does not melt even during the sintering and maintains a solid state. Therefore, the copper existing on the sliding layer 2, particularly the sliding surface A, is not drawn into the base layer 3, and a target amount of copper can be distributed on the sliding surface A. Therefore, both the slidability of the sliding surface A and the strength of the sintered body M ′ can be achieved.
  • the cooling layer 20b of the continuous sintering furnace 20 shown in FIG. since the hardenability improving elements such as Ni and Mo are included in the sliding layer 2, the cooling layer 20b of the continuous sintering furnace 20 shown in FIG. In the meantime, martensite transformation and bainite transformation can be caused in the Fe structure of the sliding layer 2 to increase the hardness (sinter hardening). Thereby, the sliding surface A can be hardened and its wear resistance can be improved.
  • the strength of the base layer 3 is increased by diffusion of copper and phosphorus in the base layer 3, the strength of the entire sintered body (compression strength, etc.) is improved. Therefore, the impact load is frequently applied, and can be used as a bearing in the joint portion of the arm of the construction machine used under high surface pressure.
  • the sintered body M ′ of the invention can be dimensionally corrected by sizing, and does not require post-processing by machining. Moreover, even if it does not quench after sintering, sufficient intensity
  • strength for example, crushing strength of 500 Mpa or more
  • strength for example, crushing strength of 500 Mpa or more
  • the cost of the sintered bearing 1 can be further reduced as compared with the invention described in Patent Document 1.
  • the surface hardness of the sliding layer 2 (bearing surface A) after the sizing is 85 or more, preferably 90 or more according to the Rockwell F scale (HRF) defined in “JIS Z2245: 2011”. More preferably, it is 95 or more. Further, the surface hardness of the base layer 3 after sizing is about 55 to 85 on the Rockwell hardness F scale.
  • HRF Rockwell F scale
  • the graphite in the base layer 3 is decomposed by sintering, basically becomes all carbon and reacts with Fe.
  • some of the graphite in the sliding layer 2 remains as particles even after sintering. This is because the sliding layer 2 has a higher copper content than the base layer 3, and the copper particles cover a part of the surface of the iron particles, which makes it difficult for Fe and C to react.
  • the sliding layer 2 has more graphite particles than the base layer 3, the graphite particles can function as a solid lubricant, and the sliding property of the sliding surface A is improved. be able to.
  • the first powder M1 corresponding to the base layer 3 does not contain elements (Ni and Mo in this embodiment) that improve the hardenability, so that the base layer 3 does not contain these elements in theory.
  • elements Ni and Mo in this embodiment
  • the base layer 3 does not contain these elements in theory.
  • a region containing an element that improves the hardenability is formed in the vicinity of the interface, so that the strength of the interface, and hence the bonding strength between the sliding layer 2 and the base layer 3 is increased.
  • a region sufficiently separated from the sliding layer 2 in the base layer 3, for example, a surface facing the sliding layer 2 (in this embodiment, the outer peripheral surface of the base layer 3) is hardened.
  • the element to improve is not included.
  • the radial dimension of the region R (concentration gradient layer) where the concentration gradient occurs is in the range of 0.1 to 1.0 mm, preferably in the range of 0.2 to 0.5 mm.
  • the radial dimension of the concentration gradient layer R can be adjusted by the radial thickness of the partition member 14 (see FIG. 3) of the two-color molding die.
  • the sliding layer 3 theoretically does not contain a low melting point metal. However, for the same reason as described above, a low-melting-point metal concentration gradient is generated at the interface between the sliding layer 2 and the base layer 3. In the sliding layer 2, a region sufficiently separated from the base layer 3, for example, a surface facing the base layer 3 (sliding surface A of the sliding layer 2 in this embodiment) has a low melting point metal. It will not be included.
  • the microstructure of the sliding layer 2 is schematically shown in FIG. 13A
  • the microstructure of the base layer 3 is schematically shown in FIG. 13B.
  • the sliding layer 2 is mainly composed of an Fe structure based on Fe, a Cu structure made of only copper represented by a dotted pattern, and a graphite structure shown by black coating.
  • Fe structure is more than Cu structure and graphite structure is the smallest.
  • the Fe structure mainly includes a martensite phase and a bainite phase, and forms a quenched structure including a pearlite phase in part. Ni and Mo are diffused in the quenched structure.
  • the sliding layer 2 follows the mixing ratio of the second powder M2, and contains Cu: 10 to 30 wt% (preferably 15 to 20 wt%), C: 0.5 to 0.8 wt%, Ni: 1.5 as the main components. It is an iron-based metal structure containing ⁇ 3.5 wt%, Mo: 0.5 to 1.5 wt%, with the balance being Fe and inevitable impurities.
  • the base layer 3 is composed of an Fe structure (pearlite phase and ferrite phase) having Fe as a base material. Cu and P are diffused inside this Fe structure, and Cu as particles does not exist in the base layer 3. Moreover, there is no hardened structure and graphite structure.
  • This base layer 3 follows the mixing ratio of the first powder M1, and contains as main components Cu: 2 to 5 wt%, P: 0.1 to 0.6 wt% (preferably 0.3 to 0.5 wt%), C : An iron-based metal structure containing 0.5 to 0.8 wt%, with the balance being Fe and inevitable impurities. Since the copper content of the base layer 3 is less than the copper content of the sliding layer 2, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of copper used in the entire bearing.
  • the sliding surface A is formed on the inner peripheral surface of the sliding layer 2
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be applied to the sintered bearing 1 on which the sliding surface A is formed.
  • the sliding layer 2 is formed on the outer diameter side of the sintered bearing 1, and the outer peripheral surface of the sliding layer 2 constitutes the sliding surface A.
  • the base layer 3 is formed on the inner diameter side of the sintered bearing 1, and the inner peripheral surface of the base layer 3 constitutes the mounting surface B.
  • the configurations and functions of the sliding layer 2 and the base layer 3 are common to the sliding layer 2 and the base layer 3 in the above-described embodiment.
  • a sliding surface A can be formed on the end surface of the sintered bearing.
  • FIG. 15 conceptually shows a cross section of the joint portion of the arm of the construction machine, as in FIG.
  • the first arm 6 is located closer to the arm tip than the second arm 7.
  • the pin 4 fixed to the first arm 6 falls relatively downward due to gravity acting on the first arm 6.
  • the pin 4 serving as a shaft is supported in the lower region of the inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1, and therefore, when the two arms 6 and 7 are relatively rotated, the inner periphery of the sintered bearing 1 is mainly used.
  • the pin 4 slides with respect to the lower region of the surface 1a.
  • the sliding layer 2 is formed in a partial cylindrical shape (semi-cylindrical shape) that is terminated in a cross section (transverse cross section) orthogonal to the axial direction.
  • the sliding surface A on the inner periphery of the sliding layer 2 also has a partial cylindrical surface shape (in the illustrated example, a semi-cylindrical surface shape) that has an end in the cross section.
  • the base layer 3 integrally includes a thin portion 31 that is thin in the radial direction and a thick portion 32 that is thick in the radial direction, and a circumferential region in which the sliding layer 2 does not exist constitutes the thick portion 32.
  • the sliding surface A of the sliding layer 2 and the inner peripheral surface of the thick portion 32 constituting the base layer 3 constitute an inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1, and the outer peripheral surface of the base layer 3 is a sintered bearing. 1 outer peripheral surface 1b (attached surface B) is formed.
  • the pin 4 falls due to gravity and slides with respect to the lower region of the inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1, so that the sintered bearing 1 has the sliding layer 2
  • the sliding surface A is attached to the attachment hole 7a of the second arm 7 in such a direction or posture as to cover the lower region of the pin 4. Thereby, the pin 4 can be stably supported by the sliding layer 2 over a long period of time.
  • FIG. 17 shows a mold used in the compression molding process of the sintered bearing 1 of this embodiment. Similar to the mold shown in FIG. 3, the mold includes a die 11, a core pin 12, a first lower punch 13, a partition member 14, a second lower punch 15, and an upper punch (not shown).
  • the partition member 14 forms a second cavity 18 having a shape (partial cylindrical shape) corresponding to the shape of the semi-cylindrical sliding layer 2.
  • the mold configuration and the molding procedure in this compression molding process are the same as those in the compression molding process shown in FIGS. 3 to 8 except for the shape of the partition member 14, and the description thereof will be omitted.
  • the same reference numerals as those in the drawings are attached to portions common to the respective parts of the mold shown in FIGS.
  • the sliding layer 2 with much content of copper and also the element which improves hardenability is not the whole periphery of the internal peripheral surface 1a of the sintered bearing 1, but the circumferential direction partial region. Only formed. Therefore, it is possible to reduce the cost of the sintered bearing 1 by suppressing the amount of expensive copper and hardenability improving elements used.
  • the sintered bearing 1 is constituted by the sliding layer 2 and the base layer 3 having different compositions.
  • the sintered bearing 1 shown in FIG. 1 includes an inner diameter layer 5 that is sintered together with the sliding layer 2 and the base layer 3 in addition to the sliding layer 2 and the base layer 3.
  • the sliding layer 2 and the inner diameter layer 5 are both formed in a semi-cylindrical shape, and the base layer 3 is formed in a cylindrical shape.
  • the sliding layer 2 and the inner diameter layer 5 are continuous in the circumferential direction, the semi-cylindrical sliding surface A of the sliding layer 2 and the inner cylindrical surface of the inner diameter layer 5 are sintered.
  • a cylindrical inner peripheral surface 1a of the connection bearing 1 is configured.
  • the radial thicknesses of the sliding layer 2 and the inner diameter layer 5 are equal in the radial direction, so that the radial thickness of the base layer 3 is constant in each part in the circumferential direction.
  • the sliding layer 2 is disposed in the lower region, which is the direction in which the pin 4 falls, and the sliding surface A of the sliding layer 2 falls downward in the bearing gap. The rotation of the pin 4 is supported.
  • FIG. 19 and FIG. 20 show a transverse sectional view (axial orthogonal sectional view) and a longitudinal sectional view (axial parallel sectional view) of the sintered bearing 1 according to the fourth embodiment.
  • the sintered bearing 1 is made of a metal sintered body having a cylindrical shape as a whole, and is used, for example, in a joint portion of an arm of a construction machine shown in FIG.
  • the inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1 is formed in a cylindrical shape, and the cylindrical inner peripheral surface 1a is used to relatively connect the shaft 4 (for example, a connecting pin for connecting the arms) inserted in the inner periphery. Supports free movement.
  • the cylindrical inner peripheral surface 1a of the sintered bearing 1 functions as a sliding surface A that slides with other members.
  • the sintered sintered bearing 1 integrally includes an intermediate portion 301 and a pair of surface layer portions 201 and 202 disposed on both sides in the radial direction of the intermediate portion 301.
  • the surface layer portion 201 and the intermediate portion 301 on the inner diameter side, and the intermediate portion 301 and the surface layer portion 202 on the outer diameter side are joined together as the green compact is sintered.
  • the heel intermediate portion 301 is formed of the base layer 3 described above. Further, the surface layer portion 201 on the inner diameter side is formed by the sliding layer 2 described above.
  • the outer diameter side surface layer portion 202 is, for example, a cylinder containing Fe as a main component, Cu, alloy elements (Ni and Mo in this case) for improving hardenability, and C, as in the inner diameter side surface layer portion 201. Formed of sintered metal.
  • the concentration (mixing ratio) of each element constituting the outer diameter side surface layer portion 202 may be the same as or different from the concentration of each element constituting the inner diameter side surface layer portion 201.
  • the surface layer portion 201 on the inner diameter side has a sliding surface A that slides with the shaft 4, and therefore is formed of a sintered metal that is more slidable than the surface layer portion 202 on the outer diameter side.
  • the Cu concentration of the surface layer portion 201 on the inner diameter side is higher than the Cu concentration of the surface layer portion 202 on the outer diameter side.
  • the Fe structure included in both surface layer portions 201 and 202 causes martensitic transformation or bainite transformation after sintering. (Sinter hardening), these are hardened. As a result, it is possible to obtain the sliding surface A and the mounting surface B having high hardness and high wear resistance.
  • the sliding layer A having excellent slidability is obtained, and sliding with the shaft 4 is achieved. Wear of the sliding surface A due to repetition can be suppressed.
  • the heel intermediate portion 301 has a lower density than at least the surface layer portion 201 on the inner diameter side of the surface layer portions 201 and 202.
  • the lubricant held by the intermediate part 301 can be supplied to the surface layer part 201 on the inner diameter side by capillary force. Abundant lubricant is interposed between the outer peripheral surface of the shaft 4 and wear of the sliding surface A can be effectively suppressed or prevented.
  • the intermediate portion 301 having a lower density than the surface layer portion 201 on the inner diameter side, for example, as the molding powder of the intermediate portion 301, the average particle size (particularly the average particle size of Fe powder as the main component powder) What is necessary is just to use the thing larger than that of the powder for shaping
  • the intermediate portion 301 only needs to have a function as a lubricating oil layer for supplying a lubricant to the surface layer portion 201 on the inner diameter side, so that it is necessary for the surface layer portion 201 on the inner diameter side. Mechanical strength, wear resistance, slidability, etc. are unnecessary. Therefore, the amount of Cu included in the intermediate portion 301 is sufficient to allow the Fe particles to be bonded with the minimum required bonding strength.
  • the intermediate portion 301 does not contain an alloy element that improves hardenability, sintering hardening is not performed during sintering. Therefore, the intermediate part 301 can be made softer than the surface layer part 201 on the inner diameter side and the surface layer part 202 on the outer diameter side. In this case, since the intermediate portion 301 can be used as a deformation absorbing portion of the sintered bearing 1, even if the sintered bearing 1 is press-fitted and fixed to the hole portion 7a of the arm, the shape / dimensional accuracy of the sliding surface A As a result, it is difficult to adversely affect the shaft 4 and the support accuracy of the shaft 4 is improved.
  • the first powder M1 which is a powder for forming the outer diameter side surface layer portion 202
  • the first powder M1 is a powder for forming the outer diameter side surface layer portion 202
  • the second powder M2 that is the forming powder of the intermediate portion 301
  • the third powder M3 that is the forming powder of the surface layer portion 201 on the inner diameter side
  • the powder M1 to M3 are simultaneously compressed in the axial direction to form the green compact M.
  • This multicolor molding can be performed using, for example, the molding die apparatus 10 shown in FIGS.
  • the molding die apparatus 10 includes a die 11 that molds the outer diameter surface of the green compact M, a core pin 12 that is arranged on the inner periphery of the die 11 and molds the inner peripheral surface of the green compact M, and the die 11 and the core pin. 12, the first to third lower punches 13a to 13c and the first and second partition members 14a and 14b, which are arranged between the first and second end portions of the green compact M, and the other end surface of the green compact M.
  • the upper punch 15 is formed.
  • the lower punches 13a to 13c and the partition members 14a and 14b can be moved up and down independently.
  • the first lower punch 13a is lowered to the lower end while the second and third lower punches 13b, 13c and the partition members 14a, 14b are positioned at the upper end.
  • the first cavity 16 is formed by the inner peripheral surface of the die 11, the outer peripheral surface of the first partition member 14a, and the upper end surface of the first lower punch 13a, and the first powder M1 is formed in the first cavity 16.
  • the second lower punch 13b is lowered to the lower end, the inner peripheral surface of the first partition member 14a, the outer peripheral surface of the second partition member 14b, and the second lower punch 13b.
  • the second cavity 17 is formed on the upper end surface of the second cavities, and the second cavities 17 are filled with the second powder M2.
  • the second powder M2 overflows from the second cavity 17 and covers at least the upper part of the first partition member 14a. In the illustrated example, a partial region above the second partition member 14b is also covered with the second powder M2.
  • the first powder M1 corresponds to the metal composition of the outer diameter side surface portion 202
  • the second powder M2 is a powder corresponding to the metal composition of the intermediate portion 301.
  • the Fe powder that is the main component powder of the second powder M2 is the main component of the first powder M1.
  • a powder having a larger particle size than the Fe powder that is a powder, and further Fe powder that is a main component powder of the third powder M3 described later is used.
  • the third cavity 18 is formed, and the third cavity 18 is filled with the third powder M3 corresponding to the metal composition of the surface layer portion 201 on the inner diameter side.
  • the third powder M3 overflows from the third cavity 18 so as to cover at least a partial region above the second partition member 14b.
  • the second partition member 14a is covered with the space formed by removing the first partition member 14a.
  • the powder M2 is filled, and the first powder M1 and the second powder M2 are slightly mixed and contacted.
  • the space formed by removing the second partition member 14b is filled with the second powder M2 and the third powder M3 covering the second partition member 14b, and the second powder M2 is filled.
  • the third powder M3 are slightly mixed and contacted.
  • the cavity 19 formed by the inner peripheral surface of the die 11, the upper end surfaces of the lower punches 13a to 13c, the upper end surfaces of the partition members 14a to 14b, and the outer peripheral surface of the core pin 12 is the first powder M1, the first It will be in the state filled with 2 powder M2 and 3rd powder M3.
  • the upper punch 16 is lowered and the powders M1 to M3 filled in the cavity 19 are compressed in the axial direction.
  • a green compact M is formed.
  • the lower punches 13a to 13c and the partition members 14a to 14b are moved up and moved together to take out the green compact M from the molding die apparatus 10.
  • the green compact M obtained in the compression molding process described above is heated and sintered under predetermined conditions in the sintering process, whereby a sintered body M ′ (see FIG. 25) is obtained.
  • the green compact of the second powder M2 is in contact with the green compact of the first powder M1 and the green compact of the third powder M3.
  • the portion M2 ′ that becomes the intermediate portion 301 becomes the portion that becomes the surface layer portion 202 on the outer diameter side through the portion that becomes the concentration gradient layer R.
  • a sintered body M ′ integrated with M 1 ′ and the portion M 3 ′ which becomes the inner layer side surface layer 201 can be obtained.
  • the sintered body M ′ obtained in the flame sintering process is finished to a predetermined shape and size in the sizing process.
  • the sizing of the sintered body M ′ is performed by using a sizing die having a die 23, a core rod 24, and upper and lower punches 25, 26 arranged coaxially. This is performed by so-called sizing that compresses the radial surface, the internal diameter surface, and both end surfaces. With sizing, the surface hardness of the sintered body M ′ can be improved at the same time by work hardening, so that a sintered bearing 1 with higher strength can be realized.
  • the sintered bearing 1 shown in FIGS. 19 and 20 is completed.
  • a heat treatment (tempering) step for removing internal stress accumulated in the sintered body M ′ may be performed after the sizing step and before the oil impregnation step.
  • FIG. 26 shows an example thereof, and shows a sintered bearing 1 in which an intermediate portion 301 and two surface layer portions 201 and 202 are laminated in the axial direction.
  • the sintered bearing 1 is suitable for a purpose of rotatably supporting a shaft 4 that rotates at a high speed, such as a rotating shaft of a motor. Similarly, it is impregnated with lubricating oil.
  • both surface layer portions 201 and 202 can be formed of a sliding layer
  • the intermediate portion 301 can be formed of the base portion 3.
  • the inner peripheral surface 201 a of one surface layer portion 201 and the inner peripheral surface 202 a of the other surface layer portion 202 are formed to have a relatively small diameter to constitute a sliding surface A that supports the shaft 4.
  • the inner peripheral surface 301a of the intermediate portion 301 constitutes a so-called middle escape portion 28 having a relatively large diameter.
  • the thicknesses (axial dimensions) of the respective portions 201, 202, and 301 are formed to be substantially equal, but the thicknesses of the respective portions 201, 202, and 301 may be different from each other. For example, if the thickness of the intermediate portion 301 is sufficiently larger than the thickness of the surface layer portions 201 and 202, the amount of the alloy source used to improve the hardenability of the sintered bearing 1 as a whole is reduced, and the sintered bearing 1 can be reduced in cost.
  • a gradient layer R is provided, and each part 201, 202, 301 is substantially coupled via the concentration gradient layer R.
  • FIG. 27 shows an outline of a compression molding process when the sintered bearing 1 shown in FIG. 26 is manufactured.
  • the molding die apparatus 10 in the illustrated example has a cylindrical shape for molding the outer diameter surface of the green compact.
  • a die 11, a core pin 12 that molds the inner diameter surface of the green compact, and an upper punch 15 and a lower punch 13 that mold one end face and the other end face of the green compact are provided.
  • this molding die apparatus 10 for example, by lowering the lower punch 13, a cavity is formed on the inner peripheral surface of the die rod 11, the outer peripheral surface of the core pin 12, and the upper end surface of the lower punch 13.
  • the first powder M1 corresponding to one surface layer portion 201, the second powder M2 corresponding to the intermediate portion 301, and the third powder M3 corresponding to the other surface layer portion 202 are sequentially filled.
  • a dispersed layer in which the second powder M2 is dispersed in the first powder M1 is generated at a portion where the first powder M1 and the second powder M2 are in contact with each other.
  • a dispersed layer in which the third powder M3 is dispersed in the second powder M2 is generated.
  • the powder M1 to M3 is supplied to the molding die apparatus 30 by sequentially lowering the lower punch 13 in three stages to form cavities, and the cavities are sequentially filled with the first to third powders M1 to M3. This can be done.
  • the upper punch 15 is lowered to compress the powders M1 to M3 in the axial direction to form a green compact.
  • the lower punch 13 is moved up to take out the green compact from the molding die apparatus 10, and the taken out green compact is put into the sintering process. And this sintered compact is put into a sizing process and an oil impregnation process one by one, and the sintered bearing 1 is obtained.
  • sintering in a form in which two metal layers (sliding layer 2 and base layer 3) and three metal layers (two surface layer portions 201 and 202, intermediate portion 301) are laminated in the radial direction and the axial direction.
  • the bearing 1 is illustrated, it can be preferably applied to a sintered bearing in which four or more metal layers are laminated in the radial direction or the axial direction.
  • the form of the sintered body M ′ and the sliding surface A is also arbitrary, and the present invention can be applied to a spherical bush or a flat pad-like member (for example, a boom pad) as the sliding member.
  • the sliding surface A is spherical, and in the latter case, the sliding surface A is flat.
  • One or a plurality of recesses can be formed on the sliding surface A, whereby the recesses can be used as a lubricant reservoir.
  • the case where the interface between the sliding layer 2 and the base layer 3 is a cylindrical surface has been shown. (Not shown). Thereby, the bonding strength between the sliding layer 2 and the base layer 3 is further increased. Since the shape of the interface follows the shape of the partition member 14 (see FIG. 3 and the like) in the compression molding process, the shape of the interface can be changed by changing the shape of the partition member 14.
  • the sliding member of this invention is various uses for which a sliding surface becomes high surface pressure conditions. Applicable to.

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Abstract

摺動部材１を焼結体で形成する。この焼結体は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣｒの中から選択される少なくとも１種の合金元素を含むＦｅ、Ｃｕ、およびＣ、を主成分とする摺動層２と、摺動層２に接した状態で摺動層２と共に焼結され、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃ、およびＣｕよりも低融点の金属、を主成分とするベース層３とを備える。摺動層２に、他部材と摺動する摺動面Ａを設ける。

Description

摺動部材およびその製造方法
　本発明は、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材およびその製造方法に関する。
　例えば建設機械のアームの関節部に用いられる軸受は、軸受面に非常に大きな面圧が加わるため、優れた耐摩耗性が要求される。この種の軸受として、例えば鋳造合金を切削加工したものや、摺動面に黒鉛片を斑点状に埋め込んだものがあるが、何れも製造コストが高いことが問題となっている。そこで、これらの代わりに、成形性に優れた焼結金属からなる焼結軸受が提案されている。例えば特許文献１には、建設機械用の軸受として、マルテンサイト組織を含んだ鉄炭素系合金に銅を分散させた焼結軸受が示されている。この焼結軸受では、焼結後に焼結体全体を焼入れ（例えば油焼入れ）し、その後、内外周面および端面を切削および研削して所定寸法に仕上げることとしている。
　この他、焼結体における各部位ごとで材質を異ならせ、これら各部位ごとでその機能を異ならせるために、焼結体の内周面側と外周面側とで材質を異ならせる２層構造の圧粉体を成形する手法が特許文献２に記載されている。具体的には、圧粉体の外周面側を高強度の第１粉末で形成すると共に、内周面側を低摩擦性に優れた第２粉末で形成し、その後、この圧粉体を焼結することとしている。
特開２００３－２２２１３３号公報 特開２００５－９５９７９号公報
　特許文献２に記載される２層構造焼結体において、内周面を低摩擦係数にするためには、焼結体の内周面に銅リッチ層を形成する必要がある。その一方で２層構造焼結体の外周面側を高強度、特に特許文献１に記載される、建設機械のアームの関節部に設けられる軸受に求められるような高い強度を確保するためには、焼結体の外周面側を鉄－炭素を主体とした組織（パーライト組織）で形成する必要がある。この場合、圧粉体は、パーライト組織を得るために１１３０℃以上の温度で焼結することになる。
　しかしながら、このように銅の融点（１０８３℃）を超える温度で焼結した場合、内周面の銅リッチ層に含まれる銅が完全に溶融する。溶融した銅は外径側の銅濃度の低い層に引き込まれるため、焼結後の内周面に十分な銅組織が形成されない。その一方で、単に焼結温度を下げるだけでは焼結体の外周面側で必要とされる強度を確保することができない。従って、このままでは、二層構造焼結体の本来の目的を達成できない。
　そこで、本発明は、焼結体の強度を確保しつつ、摺動面の摺動性と耐久性を向上させることができる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。
　上記目的を達成するため、本発明は、焼結体で形成され、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、合金元素を含むＦｅ、Ｃｕ、およびＣを主成分として含む摺動層と、摺動層に接した状態で摺動層と共に焼結され、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｕよりも低融点の低融点金属、およびＣを主成分として含むベース層とを備え、前記摺動層に摺動面を設けたことを特徴とするものである。この摺動部材は、例えば建設機械のアームの関節部の軸受として使用することができる。
　ベース層にＣｕと低融点金属を含有させることで、焼結時には先ずベース層に含まれる低融点金属が溶融する。低融点金属の溶融液は毛細管現象によりＦｅ粒子の内部深く拡散する。また、低融点金属の溶融液がＣｕ粒子の表面を濡らすため、Ｃｕがその融点を下回るような温度で溶融し、溶融したＣｕと低融点金属がＦｅ粒子に浸透してＦｅ粒子内部まで拡散する。これにより、Ｆｅ粒子同士が強固に結合され、ベース層の強度が向上するので、焼結温度を下げても軸受強度を確保することが可能となる。焼結温度をＣｕの融点よりも低い温度にすることにより、摺動層に含まれるＣｕ粒子が焼結中も溶融せずに、固体の状態を保持する。そのため、摺動層に含まれるＣｕ粒子がベース層に引き込まれず、摺動面に狙い量のＣｕ組織を分布させることが可能となる。以上から、摺動面での摺動性と焼結体の強度とを両立することが可能となる。
　この摺動部材において、摺動層に含まれる合金元素として、焼入れ性を向上させる元素（Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの中から選択される少なくとも１種）を含有させれば、浸炭焼入れ等の熱処理を行うことなく、焼結後の冷却過程で摺動層のＦｅ組織の少なくとも一部をマルテンサイト変態およびベイナイト変態させることができる（シンターハードニング）。これにより、摺動面を含む摺動層が高硬度化されるので、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。また、これと併せて、ベース層内でのＣｕと低融点金属のＦｅ粒子への浸透・拡散によりベース層の強度アップが達成されているので、焼結体全体の強度が向上する。従って、衝撃荷重が頻繁に作用し、高面圧下で使用される摺動部材、例えば建設機械のアームの関節部に使用される軸受として用いることも可能となる。
　その一方で、焼結体の大部分を占めるベース層が基本的に上記の合金元素を含有していないので、冷却後もベース層の大部分はシンターハードニングされず、従って、ベース層のＦｅ組織はマルテンサイト変態やベイナイト変態を生じない。このように摺動層だけに焼入れ性を向上させる元素を配合することで、高価な合金元素の使用量を削減して低コスト化を図ることができる。また、ベース層が摺動層と比べて軟質なものとなるので、焼結体の寸法矯正をサイジング（金型内で焼結体を圧縮して整形する工程）で行うことが可能となる。特許文献１の構成では、焼結後の油焼入れで焼結体全体を硬化させているため、焼結体の寸法矯正は切削・研削等の機械加工で行わざるを得ないが、本発明の摺動部材はサイジングによる寸法矯正が可能であり、機械加工が不要となる。また、焼結後の焼入れ工程も不要である。このように焼結後の焼入れ工程および機械加工工程を省略できるので、特許文献１に記載された発明と比べて摺動部材をさらに低コスト化することができる。
　ベース層に含まれる低融点金属としてはリンを使用するのが好ましい。また、ベース層における低融点金属の濃度は０．１～０．６ｗｔ％の範囲内が好ましい。
　摺動層のＣｕ濃度を１０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下にすることで、摺動面の摺動性を確保しつつ銅の過剰使用による高コスト化を防止することができる。ベース層のＦｅ粒子を結合させるためにベース層にもＣｕを含有させる必要があるが、その際にベース層のＣｕ濃度を摺動層のＣｕ濃度よりも小さくすることで、高価な銅の使用量を抑えて低コスト化を図ることができる。
　焼結体を、Ｃｕの融点よりも低く、かつＦｅとＣの反応温度よりも高い温度で焼結すれば、摺動層に含まれる銅を焼結中に完全に溶融させずに固体の状態を維持することができ、摺動層の摺動性を向上させることができる。また、ＦｅとＣが反応してＦｅ組織に硬いパーライト相（一部はフェライト相）が形成されるため、ベース層の強度を確保することができる。
　摺動層は、軸方向と直交する断面で有端となった部分円筒状に形成することもできる。この場合、銅リッチとすべき摺動面が焼結体の周方向全域ではなく、周方向の一部領域のみに形成される。これにより、焼結体の周方向全域に摺動面を設ける場合に比べ、高価な銅の使用量を抑えて焼結軸受の低コスト化を図ることができる。なお、摺動部材を軸受として用いる場合、軸が摺動部材の内周面全周と摺動することは少なく、摺動部材における軸との摺動領域が、重力の影響から周方向一部領域に限定される場合が多い。そのため、この限定された一部領域に摺動層の摺動面が位置するように向きや姿勢を調整してから摺動部材をハウジングに固定すれば、軸を摺動面で安定的に支持することができる。
　以上に述べた摺動部材は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｕよりも低融点の金属、およびＣ、を主成分として含む第一粉末を調製し、合金元素を含むＦｅ、Ｃｕ、およびＣ、を主成分として含む第二粉末を調製し、金型内に仕切り部材を配置して第一キャビティと第二キャビティを形成し、第一キャビティに第一粉末を充填すると共に、第二キャビティに第二粉末を充填し、金型内の第一粉末および第二粉末を、仕切り部材を取り外した状態で同時に圧縮して圧粉体を形成し、圧粉体を焼結して、第一粉末に対応した組成のベース層と、第二粉末に対応した組成の摺動層とを形成し、その後、得られた焼結体にサイジングおよび油含浸を施すことで得ることができる。
　第一粉末および第二粉末を同時圧縮して圧粉体を成形する際には、両粉末の見かけ密度の差が大きいと圧粉体の成形に支障を来す。これに対し、ベース層の厚さを摺動層の厚さよりも大きくし、かつ第一粉末の見かけ密度を第二粉末の見かけ密度よりも小さくすることで、圧粉体の成形が可能となる。すなわち第一粉末と第二粉末の見かけ密度に多少の差があっても、圧粉体を容易に成形することが可能となる。
　以上のように、本発明によれば、焼結体の強度を確保しつつ、摺動面の摺動性と耐久性を向上させることができる。
焼結軸受を組み込んだ関節部の断面図である。 焼結軸受（第１の実施形態）の正面図である。 圧縮成形工程において、第一粉末を充填した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、第二粉末を充填した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、仕切部材を下降させた状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、余分な粉末を除去した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、上パンチで混合粉末を圧縮した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、圧粉体を金型から取り出した状態を示す断面図である。 焼結工程で使用する焼結炉を示す概略断面図である。 サイジング工程で使用する金型を示す断面図である。 焼結軸受の圧縮成形工程以降の製造工程を示す断面図である。 焼入れ性を向上させる合金元素の濃度勾配を示すグラフである。 摺動層のミクロ組織を表す図である。 ベース層のミクロ組織を表す図である。 焼結軸受の半径方向の断面図である。 焼結軸受を組み込んだ関節部の断面図である。 焼結軸受（第２の実施形態）の半径方向の断面図である。 成形金型装置の平面図である。 焼結軸受（第３の実施形態）の半径方向の断面図である。 焼結軸受（第４の実施形態）の半径方向の断面図である。 焼結軸受（第４の実施形態）の軸方向の断面図である。 圧縮成形工程において、第１および第２粉末を充填した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、第３粉末を充填した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、仕切り部材を離脱させた状態を示す断面図である。 圧縮成形工程において、粉末を圧縮した状態を示す断面図である。 焼結軸受の圧縮成形工程以降の製造工程を示す断面図である。 焼結軸受（第５の実施形態）の軸方向の断面図である。 圧縮成形工程を示す断面図である。
　本発明の摺動部材の一例として焼結軸受を挙げ、以下にその実施形態を図面に基づいて説明する。
　本発明にかかる焼結軸受は、油圧ショベル車やブルドーザ等の建設機械のアーム（ブームやバケット等も含む）同士を結合する関節部での使用に適合するものである。図１は、このような関節部の概略構造を図示している。図１に示すように、この関節部では、二股状に形成された第一アーム６の内側に第二アーム７の先端が挿入されている。第二アーム７の先端には取り付け孔７ａが設けられ、この取り付け孔７ａに焼結体からなる焼結軸受１の外周面１ｂが圧入等の適宜の取り付け手段を用いて固定されている。第一アーム６の二股部分のそれぞれに設けたピン穴６ａおよび焼結軸受１の内周面２ａにピン４を挿入することで、第一アーム６と第二アーム７が回転自在に連結される。ピン４は第一アーム６に固定されており、そのために第一アーム６と第二アーム７とを相対的な揺動させると、ピン４が軸受１の内周面１ａに対して相対回転する。符号８は、ピン４の抜けを規制する抜け止めである。この関節部では、ピン４の頭部４ａもしくは抜け止め８をピン４の軸部から取り外し、ピン４を抜き取ることで第一アーム６と第二アーム７を分離し、軸受１やピン４のメンテナンスを行えるようになっている。
　図１、さらには図２に示すように、焼結軸受１は、円筒状の焼結体からなり、内径側の摺動層２と外径側のベース層３とを互いに接触させた状態でこれらを一体に有する。図示例では、焼結軸受１が摺動層２およびベース層３のみからなり、何れの層も筒状、特に円筒状を成している。焼結軸受１の内周面１ａ（摺動層２の内周面）は、軸方向にストレートな断面真円状をなし、内周に挿入されるピン４の軸部（以下、軸４と称する）を相対回転自在に支持する摺動面Ａ（軸受面）を構成する。焼結軸受１の外周面１ｂ（ベース層３の外周面）は、軸方向にストレートな断面真円状をなし、第二アーム７等の他部材に取り付けられる被取り付け面Ｂを構成する。焼結軸受１の軸方向両端面は、軸方向と直交する方向に延びる平坦面である。焼結軸受１の軸方向両端面と内周面２ａおよび外周面３ａとの間には、それぞれ面取りが設けられている。
　上記の関節部で使用する場合、焼結軸受１は、例えば内径が直径３０～１００ｍｍ、半径方向の肉厚が５～５０ｍｍとなるように形成される。摺動層２の半径方向の肉厚は、焼結軸受１の半径方向の肉厚の１～２０％程度（好ましくは２～１０％程度）とし、その実際の肉厚寸法は例えば０．３～２ｍｍ程度とする。摺動層２が薄すぎると、成形時における原料粉末の充填性が悪化すると共に許容摩耗限界が低くなり、摺動層２が厚すぎると、後述する、焼き入れ性を向上させるための元素や銅の使用量が増えてコスト高を招くためである。
  多孔質をなす焼結軸受１の微細空孔には、潤滑材として、例えば鉱物油や合成油等の潤滑油が含浸される。第１アーム６と第２アーム７の相対回転時には、焼結軸受１の内部気孔に保持された潤滑油が焼結軸受１の内周面１ａの表面開孔から滲み出し、内周面１ａと軸４との間に潤滑油の油膜が形成されるため、内周面１ａの摩耗が抑制あるいは防止される。焼結軸受１全体の含油率は、例えば１０～２５ｖｏｌ％とし、好ましくは１５～２５ｖｏｌ％とする。含油率が１０ｖｏｌ％を下回ると、所望の潤滑特性を長期間に亘って安定的に維持・発揮することができず、含油率が２５ｖｏｌ％を上回ると、内部気孔率が高まる関係上、焼結軸受１に必要とされる機械的強度を確保することができない可能性があるからである。
  また、焼結軸受１に含浸させる潤滑油があまりに低粘度であると、潤滑油が軸受外部に流出し易くなる他、内周面１ａと軸４との間に所定強度の油膜を形成することができず内周面１ａが摩耗し易くなる。一方、潤滑油があまりに高粘度であると、内周面１ａの表面開孔からの潤滑油の滲み出し量が不足し、内周面１ａの摩耗が促進されるおそれがある。かかる観点から、潤滑油としては、４０℃における動粘度が、５ｍｍ２／ｓ以上６００ｍｍ２／ｓ以下のものが好ましく、５０ｍｍ２／ｓ以上５５０ｍｍ２／ｓ以下のものが一層好ましく、１００ｍｍ２／ｓ以上５００ｍｍ２／ｓ以下のものがより一層好ましい。
  なお、焼結軸受１の内部気孔に含浸させる潤滑材として、上記の潤滑油に替えて液状グリースを選択することも可能である。液状グリースとしては、例えば、４０℃における動粘度が上記範囲内にある潤滑油を基油とし、これにリチウム石けん等の石けん系増ちょう剤、あるいはウレア等の非石けん系増ちょう剤を添加したものを使用することができる。
　本発明の焼結軸受１は、摺動層２およびベース層３で金属組成が異なる二層構造をなしている。この二層構造の焼結軸受１は、以下に述べる圧縮成形工程、焼結工程、サイジング工程、および含油工程を順次経ることで製造される。
　圧縮成形工程では、摺動層２の材料とベース層３の材料を同一の金型（ダイ）に供給して同時に成形する、いわゆる二色成形の手法を採用している。この二色成形は、金型内の外径側と内径側に二つのキャビティを形成して、各キャビティにそれぞれ粉末を充填するもので、例えば図３に示す金型を用いて行われる。この金型は、ダイ１１と、ダイ１１の内周に配されたコアピン１２と、ダイ１１の内周面１１ａとコアピン１２の外周面１２ａとの間に配された外側下パンチ１３と、仕切部材１４と、内側下パンチ１５と、上パンチ１６（図７参照）とを有する。外側下パンチ１３、仕切部材１４、および内側下パンチ１５は、同心の円筒形状をなし、それぞれ独立して昇降可能とされる。
　まず、図３に示すように、仕切板１４および内側下パンチ１５を上端位置まで上昇させると共に、外側下パンチ１３を下端位置まで下降させ、ダイ１１の内周面１１ａと、仕切板１４の外周面１４ａと、外側下パンチ１３の端面１３ａとで外径側の第一キャビティ１７を形成する。この第一キャビティ１７に、ベース層３に対応する第一粉末Ｍ１を充填する。第一粉末Ｍ１の組成は後述する。
　次に、図４に示すように内側下パンチ１５を下端位置まで下降させ、仕切板１４の内周面１４ｂと、コアピン１２の外周面１２ａと、内側下パンチ１５の端面１５ａとで内径側の第二キャビティ１８を形成する。この第二キャビティ１８は第一キャビティ１７から隔絶された状態で形成され、この第二キャビティ１８に摺動層２に対応する第二粉末Ｍ２が充填される。このとき、第二粉末Ｍ２を内側キャビティ１８から溢れさせ、仕切板１４の上方を覆うようにする。第二粉末Ｍ２の組成は後述する。
　次に、図５に示すように仕切板１４を下降させる。これにより、仕切部材１４の分のスペースに、第二粉末Ｍ２が入り込み、第一粉末Ｍ１と第二粉末Ｍ２とが僅かに混じり合って接触する。これにより、ダイ１１の内周面１１ａ、外側下パンチ１３の端面１３ａ、仕切板１４の端面１４ｃ、内側下パンチ１５の端面１５ａ、およびコアピン１２の外周面１２ａで形成されるキャビティ１９に、第一粉末Ｍ１および第二粉末Ｍ２が二層状態で満たされた状態となる。そして、キャビティ１９から溢れ出た余分な第二粉末Ｍ２が除去される（図６参照）。
　このように金型から仕切り部材１４を取り外した状態で、図７に示すように、上パンチ１６を下降させ、上パンチ１６の端面１６ａを粉末Ｍ１，Ｍ２に押し当てて、上パンチ１６、下パンチ１３，１５、仕切り部材１４、およびダイ１１でキャビティ１９に充填された粉末Ｍ１，Ｍ２を圧縮し、圧粉体Ｍを成形する。そして、図８に示すように、外側下パンチ１３、仕切板１４、および内側下パンチ１５を上昇させ、圧粉体Ｍを金型から取り出す。
　ここでベース層３に対応する第一粉末Ｍ１は、鉄粉、銅粉、黒鉛粉を主体として、その他に低融点金属を含有させたものである。鉄粉としては、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉等が使用可能であるが、含油性に優れる多孔質状の還元鉄粉を使用するのが好ましい。銅粉としては、電解銅粉やアトマイズ銅粉を使用することができるが、粒子全体として樹枝形状をなす電解銅粉を使用すれば、圧粉体強度を高めることができ、かつ焼結時に銅がＦｅ粒子に拡散し易くなるので、より好ましい。また、低融点金属としては、融点が銅よりも小さい金属、具体的には７００℃以下の融点を有する金属、例えば錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）等が使用可能である。この低融点金属は、混合粉中にその単体粉を添加する他、鉄と合金化した粉末を使用することで添加することができる。低融点金属の中でもリンは、鉄への拡散が容易で鉄粒子内部まで拡散でき、さらに銅の拡散も促進する。つまり、鉄および銅の双方に対して相性が良い。そのため、低融点金属としてリンを使用することが好ましい。例えば鉄－リン合金粉（Ｆｅ３Ｐ）を銅粉および黒鉛粉と混合すれば、第一粉末Ｍ１の混合・成形が容易となり、かつ安全性も高い、という利点が得られる。
　第一粉末Ｍ１における各粉末の配合量は、例えば銅粉：２～５ｗｔ％、黒鉛粉：０．５～０．８ｗｔ％とし、残りを鉄－低融点金属の合金鋼粉とするのが好ましい。この時、第一粉末Ｍ１における低融点金属の割合は０．１～０．６ｗｔ％（好ましくは０．３～０．５ｗｔ％）とする。銅粉は鉄粉同士を結合するバインダーとして機能するものであり、銅粉の配合量が少なすぎるとベース層３の強度低下を招き、多すぎると炭素の拡散を阻害して焼結体の強度・硬さを低下させてしまうので上記の範囲とする。低融点金属は、それ自身の鉄粒子への拡散、さらに銅の鉄粒子への拡散の促進を通じて焼結体の強度を高めるために配合されており、これが少なすぎるとかかる効果が不十分となり、多すぎると低融点金属が偏析し、焼結体が脆くなって強度低下を招くので、上記の範囲とする。また、黒鉛粉は、焼結時に鉄と炭素を反応させて硬いパーライト相を形成するために配合されており、これが少ないとベース層の強度を確保できず、多すぎると鉄がセメンタイト組織になり、脆くなって強度低下を招くので、上記の範囲とする。
　一方、摺動層２に対応する第二粉末Ｍ２は、合金元素を含む鉄粉（合金鋼粉）、銅粉、および黒鉛粉を混合したものである。合金元素として、焼入れ性を向上させる元素、具体的にはＮｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの中から選択される何れか１種または２種以上が使用される。本発明ではＮｉおよびＭｏを選択して、Ｎｉ、Ｍｏ、および鉄の合金鋼粉(Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｏ系合金鋼粉)を使用している。焼き入れ性を向上させる元素は、後述のようにマルテンサイト変態およびベイナイト変態を生じさせてシンターハードニングを行うために添加されるが、ＮｉおよびＭｏは、焼入れ性の向上効果が特に優れるために好ましい。第二粉末Ｍ２の合金鋼粉として完全合金粉が好ましい。銅粉は、電解銅粉が好ましいがアトマイズ銅粉を使用しても構わない。
　第二粉末Ｍ２における各粉末の配合量は、銅粉１０～３０ｗｔ％（好ましくは１５～２０ｗｔ％）、黒鉛粉０．２～１．０ｗｔ％（好ましくは０．３～０．８ｗｔ％）とし、残りを合金鋼粉とするのが好ましい。また、第二粉末Ｍ２中のＮｉの割合が１．０～４．０ｗｔ％（好ましくは１．５～３．５ｗｔ％）、Ｍｏの割合が０．５～２．０ｗｔ％（好ましくは０．５～１．５ｗｔ％）の範囲となるように合金鋼粉の種類および量を選定する。ＮｉおよびＭｏの配合量は、成形性と焼入れ性の向上効果から定められる。銅の配合量は、これが少なすぎると、摺動面２ａの摺動性が低下し、多すぎると軸受面が柔らかくなりすぎて耐摩耗性に問題が生じるので上記の範囲とする。第二粉末Ｍ２の黒鉛粉は、焼結時に鉄と炭素を反応させて主にマルテンサイト相およびベイナイト相を形成するため、さらには固体潤滑剤として機能させるために配合され、その配合割合の上限および下限は、第一粉末Ｍ１で黒鉛粉の配合割合を定めた理由と同じ理由から定められる。
　ベース層３に対応する第一粉末Ｍ１と、摺動層２に対応する第二粉末Ｍ２の見かけ密度は何れも１．０～４．０ｇ／ｃｍ３となる。両粉末の組成の相違から両粉末の見かけ密度にはどうしても差を生じ、この差から圧縮成形工程において、第一粉末Ｍ１と第二粉末Ｍ２を同時成形する際に、圧粉体Ｍが崩れる等して成形が困難となることが予想される。しかしながら、本実施形態のように摺動層２の肉厚がベース層３の肉厚よりも十分に小さく（上記のように摺動層２の肉厚は焼結軸受の肉厚の１～２０％、好ましくは２～１０％である）、しかも第一粉末Ｍ１の見かけ密度が第二粉末Ｍ２の見かけ密度よりも低い状態では、その密度差が０．５ｇ／ｃｍ３以下であれば、第一粉末Ｍ１と第二粉末Ｍ２を同時成形しても圧粉体Ｍを成形することができる。従って、第一粉末Ｍ１の見かけ密度は第二粉末Ｍ１の見かけ密度よりも小さくし、かつその密度差を０．５ｇ／ｃｍ３以下に抑えるのが好ましい。
　以上に述べた圧縮成形工程を経た圧粉体Ｍを、焼結工程で焼結することで焼結体Ｍ’が得られる（図１１参照）。この時、ベース層３が摺動層２に接した状態で摺動層２と共に焼結されるため、焼結後は摺動層２とベース層３とを一体化することができる。焼結炉としては、図９に示すようにヒータ２１が設置された焼結ゾーン２０ａと、自然放熱を行う冷却ゾーン２０ｂとを有する連続焼結炉２０を使用することができる。雰囲気ガスとしてＣＯを含むものが使用される。焼結温度（焼結組織内の温度）は、銅の融点（１０８３℃）よりも低く、かつ鉄と炭素が反応を開始する温度（９００℃程度）よりも高くなるように設定される。この焼結温度を得るため、炉内温度は例えば１０００℃～１１１０℃に設定される。この温度は、鉄系焼結体を焼結する際の一般的な炉内温度（１１３０℃以上）よりも低い。
　焼結工程を経た焼結体Ｍ’は、サイジング工程に移送されて寸法矯正が行われる。本実施形態では、図１０に示すように、ダイ２３、コアロッド２４、および上下のパンチ２５，２６を有するサイジング金型を用いて焼結体Ｍ’の内周面、外周面、および両端面を圧迫することにより、焼結体Ｍ’がサイジングされる。その後、含油工程にて焼結体Ｍ’の内部気孔に潤滑剤を含浸することにより、焼結軸受１が完成する。焼結体Ｍ’の残留オーステナイトを除去するため、焼結後に焼結体Ｍ’の焼き戻しを行ってしてもよい。
　図９に示す焼結工程における焼結時には、先ず、第一粉末Ｍ１に含まれるリンが溶融する。リンの溶融液は毛細管現象によりＦｅ粒子の内部深く拡散する。また、リンの溶融液がＣｕ粒子の表面を濡らすため、Ｃｕがその融点を下回るような温度で溶融し、溶融したＣｕとリンがＦｅ粒子に浸透してＦｅ粒子内部まで拡散する。これにより、鉄粒子同士が強固に結合され、ベース層３の強度が向上する。また、鉄と炭素の反応開始温度よりも高い温度で焼結するので、Ｆｅ組織には硬いパーライト相が形成される（一部はフェライト相）。以上の焼結過程を経ることで、ベース層３の強度が確保されるため、上記のように焼結温度を一般的な鉄系焼結品の焼結温度よりも下げた場合でも、ベース層３に必要とされる強度を確保することができる。焼結温度を銅の融点よりも低い温度まで低下させることで、摺動層２（第二粉末Ｍ２）に含まれる銅が焼結中も溶融せずに、固体の状態を保持する。そのため、摺動層２、特に摺動面Ａに存在する銅がベース層３に引き込まれず、摺動面Ａに狙い量の銅を分布させることが可能となる。従って、摺動面Ａの摺動性と焼結体Ｍ’の強度とを両立することができる。
　また、摺動層２にＮｉ，Ｍｏ等の焼入れ性向上元素を含有させているので、浸炭焼入れ等の熱処理を別途行うことなく、図９に示す連続焼結炉２０の冷却ゾーン２０ｂを通過させる間に、摺動層２のＦｅ組織にマルテンサイト変態およびベイナイト変態を生じさせて高硬度化させることができる（シンターハードニング）。これにより、摺動面Ａを高硬度化してその耐摩耗性を向上させることができる。また、これと併せて、ベース層３内での銅とリンの拡散によりベース層３の強度アップが達成されているので、焼結体全体の強度（圧環強度等）が向上する。従って、衝撃荷重が頻繁に作用し、高面圧下で使用される建設機械のアームの関節部における軸受としての使用にも耐え得るものとなる。
　その一方で、焼結体Ｍ’の大部分を占めるベース層３には焼入れ性を向上させる元素が添加されていないので、高価な該元素の軸受全体での使用量を削減することができ、軸受の低コスト化を図ることができる。また、ベース層３ではシンターハードニングが行われず、マルテンサイト変態やベイナイト変態も生じないので、ベース層３が摺動層２に比べて軟質となる。そのため、焼結体Ｍ’の寸法矯正をサイジング工程で行うことが可能となる。上述した特許文献１の構成では、焼結後の油焼入れで焼結体全体を硬化させているため、焼結体の寸法矯正は切削・研削等の機械加工で行わざるを得ないが、本発明の焼結体Ｍ’はサイジングによる寸法矯正が可能であり、機械加工による後加工が不要である。また、焼結後の焼入れを行わなくても、必要とされる十分な強度（例えば５００ＭＰａ以上の圧環強度）を確保することができる。このように焼結後の焼入れ工程および機械加工工程を省略できるので、特許文献１に記載された発明と比べて焼結軸受１をさらに低コスト化することができる。
　参考までに述べると、サイジングの実施後における摺動層２（軸受面Ａ）の表面硬度は、「ＪＩＳ　Ｚ２２４５：２０１１」に規定のロックウェルＦスケール（ＨＲＦ）にて８５以上、好ましくは９０以上、より好ましくは９５以上である。また、サイジングの実施後におけるベース層３の表面硬度は、ロックウェル硬さＦスケールにて５５～８５程度である。
　ベース層３における黒鉛は焼結により分解し、基本的に全て炭素となってＦｅと反応している。これに対し、摺動層２における黒鉛は、焼結後も一部が粒子として残っている。これは、摺動層２ではベース層３よりも銅の含有量が多く、鉄粒子の一部表面を銅粒子が覆うため、ＦｅとＣが反応し難くなることによる。このように摺動層２にはベース層３と比べて多くの黒鉛粒子が存在するため、この黒鉛粒子を固体潤滑剤として機能させることができ、摺動面Ａの摺動性の向上を図ることができる。
　なお、ベース層３に対応する第一粉末Ｍ１には焼入れ性を向上させる元素（本実施形態ではＮｉおよびＭｏ）が含まれていないので、理論上はベース層３に該元素が含まれないことになるが、図３～図８に示す成形工程の手順との関係で、実際には図１２に示すように、摺動層２とベース層３との間の界面に該元素の濃度勾配が生じる。これにより、界面付近に焼入れ性を向上させる元素を含む領域が形成されるため、界面の強度、ひいては摺動層２とベース層３との結合強度が高められる。この場合、ベース層３のうち、摺動層２から十分に離隔した領域、例えば摺動層２と対向関係にある表面（本実施形態でいえばベース層３の外周面）には焼入れ性を向上させる元素が含まれないことになる。濃度勾配が生じている領域Ｒ（濃度勾配層）の半径方向寸法は０．１～１．０ｍｍの範囲内、好ましくは０．２～０．５ｍｍの範囲内であることが望ましい。濃度勾配層Ｒの半径方向寸法は、二色成形金型の仕切部材１４（図３参照）の半径方向厚さにより調整することができる。
　同様に摺動層２に対応する第二粉末Ｍ２には低融点金属（本実施形態ではリン）が含まれていないので、理論上は摺動層３に低融点金属が含まれないことになるが、上記と同様の理由から、摺動層２とベース層３との界面には低融点金属の濃度勾配が生じることになる。摺動層２のうち、ベース層３から十分に離隔した領域、例えばベース層３と対向関係にある表面（本実施形態でいえば摺動層２の摺動面Ａ）には低融点金属が含まれないことになる。
　以上の手順で製作された焼結軸受１のうち、摺動層２のミクロ組織を図１３Ａに概略図示し、ベース層３のミクロ組織を図１３Ｂに概略図示する。
　図１３Ａに示すように、摺動層２は、Ｆｅを母体とするＦｅ組織と、散点模様で表す銅のみからなるＣｕ組織と、黒塗りで示す黒鉛組織とを主体としている。Ｆｅ組織がＣｕ組織よりも多く、黒鉛組織が最も少ない。Ｆｅ組織は、マルテンサイト相とベイナイト相を主体とし、一部にパーライト相を含む焼入れ組織を形成する。ＮｉとＭｏは焼入れ組織中に拡散している。摺動層２は、第二粉末Ｍ２の配合比に倣い、主成分としてＣｕ：１０～３０ｗｔ％（好ましくは１５～２０ｗｔ％）、Ｃ：０．５～０．８ｗｔ％、Ｎｉ：１．５～３．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．５～１．５ｗｔ％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鉄ベースの金属組織である。
　また、図１３Ｂに示すように、ベース層３は、Ｆｅを母体とするＦｅ組織（パーライト相およびフェライト相）で構成される。このＦｅ組織の内部にＣｕおよびＰが拡散しており、ベース層３中に粒子としてのＣｕは存在しない。また、焼入れ組織および黒鉛組織も存在しない。このベース層３は、第一粉末Ｍ１の配合比に倣い、主成分としてＣｕ：２～５ｗｔ％、Ｐ：０．１～０．６ｗｔ％（好ましくは０．３～０．５ｗｔ％）、Ｃ：０．５～０．８ｗｔ％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鉄ベースの金属組織である。ベース層３の銅の含有量は摺動層２の銅の含有量よりも少ないので、軸受全体での銅の使用量を減じて低コスト化を図ることができる。
　以上の説明では、摺動層２の内周面に摺動面Ａが形成される場合を示したが、これに限らず、例えば図１４に示すように、焼結軸受１の外周面１ｂに摺動面Ａを形成した焼結軸受１に本発明を適用してもよい。この場合、摺動層２が焼結軸受１の外径側に形成され、摺動層２の外周面が摺動面Ａを構成する。また、ベース層３が焼結軸受１の内径側に形成され、ベース層３の内周面が被取り付け面Ｂを構成する。摺動層２およびベース層３の構成および機能は、先に述べた実施形態での摺動層２およびベース層３と共通する。この他、図１において、焼結軸受１の端面が第一アーム６と高面圧で摺動する場合には、焼結軸受の端面に摺動面Ａを形成することもできる。
　［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
　図１５は、図１と同様に、建設機械のアームの関節部の断面を概念的に示すものである。この関節部において、第１アーム６は第２アーム７よりもアーム先端側にある。この時、第１アーム６に固定されたピン４は第１アーム６に作用する重力により相対的に下方に落ち込む。軸となるピン４は、焼結軸受１の内周面１ａのうち、その下側領域で支持されており、そのために両アーム６，７の相対回転時には、主に焼結軸受１の内周面１ａの下側領域に対してピン４が摺動する。
　この実施形態において、摺動層２は、軸方向と直交する断面（横断面）で有端となった部分円筒状（半円筒状）に形成される。また、摺動層２の内周の摺動面Ａも横断面で有端となった部分円筒面状（図示例では半円筒面状）をなす。ベース層３は、径方向で薄肉の薄肉部３１と、径方向で厚肉の厚肉部３２を一体に有し、摺動層２の存在しない周方向領域が厚肉部３２構成する。摺動層２の摺動面Ａと、ベース層３を構成する厚肉部３２の内周面とで焼結軸受１の内周面１ａが構成され、ベース層３の外周面で焼結軸受１の外周面１ｂ（被取り付け面Ｂ）が構成される。既に述べたとおり、この関節部では、ピン４が重力により落ち込んで、焼結軸受１の内周面１ａの下側領域に対して摺動することから、焼結軸受１は、摺動層２の摺動面Ａがピン４の下側領域を覆うような向きもしくは姿勢にして第２アーム７の取り付け孔７ａに取り付けられる。これにより、ピン４を摺動層２で長期間に亘って安定的に支持することができる。
　図１７は、この実施形態の焼結軸受１の圧縮成形工程で使用する金型を示すものである。この金型は、図３に示す金型と同様に、ダイ１１、コアピン１２、第１の下パンチ１３、仕切り部材１４、および第２の下パンチ１５、および上パンチ（図示省略）を備える。仕切り部材１４は、半円筒状の摺動層２の形態に対応した形状（部分円筒状）の第２キャビティ１８を形成している。この圧縮成形工程における金型構成や成形手順は、仕切り部材１４の形状を除いて図３～図８に示す圧縮成形工程と共通するので、それらの説明を省略する。なお、図１７では、図３～図８に示す金型各部と共通する部位に各図と同一の符号を付している。
　この実施形態の構成であれば、銅、さらには焼入れ性を向上させる元素の含有量が多い摺動層２が焼結軸受１の内周面１ａの全周ではなく、周方向一部領域にのみ形成される。そのため、高価な銅や焼入れ性向上元素の使用量を抑えて焼結軸受１の低コスト化を図ることができる。
　［第３の実施形態］
　以下、本発明の第３の実施形態を説明する。
以上に説明した第２の実施形態では、焼結軸受１を互いに組成の異なる摺動層２とベース層３とで構成しているが、焼結軸受１は、図１８に示すように、互いに組成が異なる３つの層で構成することも可能である。同図に示す焼結軸受１は、摺動層２およびベース層３に加え、摺動層２およびベース層３と共に焼結された内径層５を備えている。摺動層２および内径層５は何れも半円筒状に形成され、ベース層３は円筒状に形成されている。摺動層２と内径層５とが円周方向に連続することで、摺動層２の半円筒面状の摺動面Ａと内径層５の半円筒面状の内周面とで、焼結軸受１の円筒面状の内周面１ａが構成されている。また、摺動層お２および内径層５の半径方向の肉厚は半径方向で等しく、そのためベース層３は、径方向の肉厚が周方向の各部で一定になっている。摺動層２は第２の実施形態と同様に、ピン４の落ち込み方向である下側領域に配置されており、この摺動層２の摺動面Ａによって、軸受隙間内で下方に落ち込んだピン４の回転が支持される。
　［第４の実施形態］
  次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
  図１９および図２０のそれぞれに、第４の実施形態にかかる焼結軸受１の横断面図（軸直交断面図）および縦断面図（軸平行断面図）を示す。この焼結軸受１は、全体として円筒状をなした金属焼結体からなり、例えば、図１に示す建設機械のアームの関節部に使用される。焼結軸受１の内周面１ａは円筒面状に形成されており、該円筒面状の内周面１ａで、内周に挿入された軸４（例えばアーム同士を連結する連結ピン）を相対回転自在動支持する。この実施形態では、焼結軸受１の円筒状の内周面１ａが他部材と摺動する摺動面Ａとして機能する。
  焼結軸受１は、中間部３０１と、中間部３０１の半径方向両側に配置された一対の表層部２０１，２０２とを一体に備える。内径側の表層部２０１と中間部３０１、中間部３０１と外径側の表層部２０２は、それぞれ圧粉体の焼結に伴って結合されている。
  中間部３０１は、前述したベース層３で形成される。また、内径側の表層部２０１は、前述した摺動層２で形成される。外径側の表層部２０２は、例えば内径側の表層部２０１と同様に、Ｆｅを主成分とし、これにＣｕ、焼入れ性を向上させる合金元素（ここではＮｉとＭｏ）、およびＣを含む円筒状の焼結金属で形成される。外径側の表層部２０２を構成する各元素の濃度（配合割合）は、内径側の表層部２０１を構成する各元素の濃度と同じであっても良いし、異ならせても良い。但し、内径側の表層部２０１は、軸４と摺動する摺動面Ａを有する関係上、外径側の表層部２０２よりも摺動性に優れた焼結金属で形成されていることが好ましい。従って、内径側の表層部２０１のＣｕ濃度は、外径側の表層部２０２のＣｕ濃度よりも高くするのが好ましい。
  内径側の表層部２０１および外径側の表層部２０２が焼入れ性を向上させる元素を含むことにより、焼結後は両表層部２０１，２０２に含まれるＦｅ組織がマルテンサイト変態もしくはベイナイト変態を生じ（シンターハードニング）、これらが高硬度化される。その結果、高硬度で耐摩耗性に富む摺動面Ａや被取り付け面Ｂを得ることができる。また、内径側の表層部２０１のＣｕ濃度を外径側の表層部２０２のＣｕ濃度よりも高くすることにより、摺動性に優れた摺動層Ａが得られ、軸４との摺動が繰り返されることによる摺動面Ａの摩耗を抑制することができる。
  中間部３０１は、両表層部２０１，２０２のうち、少なくとも内径側の表層部２０１よりも低密度とするのが好ましい。中間部３０１を内径側の表層部２０１よりも低密度化することで、中間部３０１で保持した潤滑剤を毛細管力によって内径側の表層部２０１に供給することができるので、摺動面Ａと軸４の外周面との間に潤沢な潤滑剤を介在させて、摺動面Ａの摩耗を効果的に抑制あるいは防止することができる。内径側の表層部２０１よりも低密度の中間部３０１を得るには、例えば、中間部３０１の成形用粉末として、その平均粒径（特に主成分粉末であるＦｅ粉末の平均粒径）が、内径側の表層部２０１（さらに必要に応じて外径側の表層部２０２）の成形用粉末のそれよりも大きいものを使用すれば良い。なお、中間部３０１は、主に、内径側の表層部２０１に潤滑剤を供給するための補油層としての機能を有していれば足りるので、内径側の表層部２０１に必要とされるような機械的強度、耐摩耗性、摺動性等は不要である。そのため、中間部３０１に含めるＣｕの量は、Ｆｅ粒子同士を必要最低限の結合強度でもって結合させ得る程度で足りる。
  また、中間部３０１は、焼入れ性を向上させる合金元素を含んでいないために、焼結時にシンターハードニングは行われない。そのため、中間部３０１を内径側の表層部２０１および外径側の表層部２０２よりも軟質にすることができる。この場合、中間部３０１を焼結軸受１の変形吸収部として活用することができるので、焼結軸受１をアームの孔部７ａに対して圧入固定しても摺動面Ａの形状・寸法精度に悪影響が及び難くなり、軸４の支持精度が向上する。
  以上に述べた３層構造の焼結軸受１を製造する際の圧縮成形工程では、既に述べた二色成形法に類似する多色成形法が採用される。すなわち、径方向に相互に隔絶した状態で一の金型内に形成される複数（ここでは３つ）のキャビティのそれぞれに、外径側の表層部２０２の形成用粉末である第１粉末Ｍ１、中間部３０１の形成用粉末である第２粉末Ｍ２、および内径側の表層部２０１の形成用粉末である第３粉末Ｍ３を充填してから、粉末Ｍ１～Ｍ３の相互隔絶状態を解除し、その後、粉末Ｍ１～Ｍ３を同時に軸方向に圧縮することにより、圧粉体Ｍを成形する。この多色成形は、例えば図２１～図２４に示す成形金型装置１０を用いて行うことができる。
  成形金型装置１０は、圧粉体Ｍの外径面を成形するダイ１１と、ダイ１１の内周に配され、圧粉体Ｍの内周面を成形するコアピン１２と、ダイ１１とコアピン１２との間に配されて圧粉体Ｍの一端面を成形する第１～第３の下パンチ１３ａ～１３ｃおよび第１，第２の仕切部材１４ａ，１４ｂと、圧粉体Ｍの他端面を成形する上パンチ１５とを備える。下パンチ１３ａ～１３ｃおよび仕切部材１４ａ，１４ｂは、それぞれ独立して昇降可能とされる。
  以上の構成を有する成形金型装置１０において、まず、第２，第３の下パンチ１３ｂ，１３ｃおよび両仕切部材１４ａ，１４ｂを上端に位置させた状態で第１の下パンチ１３ａを下端まで下降させることにより、ダイ１１の内周面、第１の仕切部材１４ａの外周面および第１の下パンチ１３ａの上端面で第１キャビティ１６を形成して、この第１キャビティ１６に第１粉末Ｍ１を充填する。次いで、図２１に示すように、第２の下パンチ１３ｂを下端まで下降させることにより、第１の仕切部材１４ａの内周面、第２の仕切部材１４ｂの外周面および第２の下パンチ１３ｂの上端面で第２キャビティ１７を形成し、この第２キャビティ１７に第２粉末Ｍ２を充填する。第２粉末Ｍ２は、第２キャビティ１７から溢れさせ、少なくとも第１の仕切部材１４ａの上方を覆うようにする。図示例では、第２の仕切部材１４ｂの上方の一部領域も第２粉末Ｍ２で覆っている。
  第１粉末Ｍ１は、外径側の表層部２０２の金属組成に対応し、第２粉末Ｍ２は、中間部３０１の金属組成に対応する粉末である。なお、内径側の表層部２０１および外径側の表層部２０２よりも低密度の中間部３０１を得るため、第２粉末Ｍ２の主成分粉末であるＦｅ粉末としては、第１粉末Ｍ１の主成分粉末であるＦｅ粉末、さらには後述する第３粉末Ｍ３の主成分粉末であるＦｅ粉末よりも大粒径のものを使用する。
  次に、図２２に示すように、第３の下パンチ１３ｃを下端まで下降させることにより、第２の仕切部材１４ｂの内周面、コアピン１２の外周面および第３の下パンチ１４ｃの上端面で第３キャビティ１８を形成し、この第３キャビティ１８に、内径側の表層部２０１の金属組成に対応する第３粉末Ｍ３を充填する。このとき、第３粉末Ｍ３を第３キャビティ１８から溢れさせ、第２の仕切部材１４ｂの上方の少なくとも一部領域を覆うようにする。
  次に、図２３に示すように両仕切部材１４ａ，１４ｂを下降させると、第１の仕切部材１４ａが取り除かれることで形成されたスペースに第１の仕切部材１４ａの上方を覆っていた第２粉末Ｍ２が充填され、第１粉末Ｍ１と第２粉末Ｍ２とが僅かに混じり合って接触する。またこれと同時に、第２の仕切部材１４ｂが取り除かれることで形成されたスペースに第２の仕切部材１４ｂの上方を覆っていた第２粉末Ｍ２および第３粉末Ｍ３が充填され、第２粉末Ｍ２と第３粉末Ｍ３とが僅かに混じり合って接触する。以上のようにして、ダイ１１の内周面、下パンチ１３ａ～１３ｃの上端面、仕切部材１４ａ～１４ｂの上端面およびコアピン１２の外周面で形成されるキャビティ１９が、第１粉末Ｍ１、第２粉末Ｍ２および第３粉末Ｍ３で満たされた状態となる。
  そして、キャビティ１９から溢れ出た余分な粉末Ｍ２，Ｍ２を除去した後、図２４に示すように、上パンチ１６を下降させてキャビティ１９に充填された粉末Ｍ１～Ｍ３を軸方向に圧縮し、圧粉体Ｍを成形する。圧粉体Ｍの成形後、下パンチ１３ａ～１３ｃおよび仕切部材１４ａ～１４ｂを一体的に上昇移動させ、圧粉体Ｍを成形金型装置１０から取り出す。
  以上に述べた圧縮成形工程で得られた圧粉体Ｍは、焼結工程において所定の条件で加熱・焼結され、これにより、焼結体Ｍ’（図２５参照）が得られる。圧粉体Ｍの焼結時、第２粉末Ｍ２の圧粉体は、第１粉末Ｍ１の圧粉体および第３粉末Ｍ３の圧粉体に接した状態で第１，第３粉末Ｍ１，Ｍ３の圧粉体と共に焼結されるため、圧粉体Ｍを焼結すると、中間部３０１となる部分Ｍ２’が、濃度勾配層Ｒとなる部分を介して外径側の表層部２０２となる部分Ｍ１’および内径側の表層部２０１となる部分Ｍ３’と一体化された焼結体Ｍ’を得ることができる。
  焼結工程で得られた焼結体Ｍ’は、サイジング工程で所定形状・寸法に仕上げられる。焼結体Ｍ‘のサイジングは、例えば、図１０に示すように、同軸配置されたダイ２３、コアロッド２４、および上下のパンチ２５，２６を有するサイジング金型を用いて焼結体Ｍ’の外径面、内径面および両端面を圧迫する、いわゆるサイジングにより実行される。サイジングであれば、加工硬化による焼結体Ｍ’の表面硬度向上も同時に実現できるので、一層高強度の焼結軸受１を実現できる。その後、含油工程で焼結体Ｍ’の内部気孔に潤滑油、あるいは液状グリースを含浸させると、図１９および図２０に示す焼結軸受１が完成する。なお、サイジング工程の実行後であって含油工程の実行前に、焼結体Ｍ’に蓄積された内部応力を除去するための熱処理（焼き戻し）工程を実施しても良い。
［第５の実施形態］
  以下、本発明の第５の実施形態を説明する。
第４の実施形態では、焼結により結合された三層の金属層（内径側の表層部２０１、中間部３０１および外径側の表層部２０２）を径方向に積層した場合を説明したが、三層以上の金属層を軸方向に積層することもできる。図２６はその一例を示すものであり、中間部３０１と二つの表層部２０１、２０２を軸方向に積層した焼結軸受１を示している。この焼結軸受１は、モータの回転軸のように高速回転する軸４を回転自在に支持する用途に適合したものであり、その内部気孔には、第１の実施形態の焼結軸受１と同様に潤滑油が含浸されている。この場合、両表層部２０１，２０２を摺動層で形成し、中間部３０１をベース部３で形成することができる。
  この焼結軸受１では、一方の表層部２０１の内周面２０１ａ、および他方の表層部２０２の内周面２０２ａが相対的に小径に形成されて軸４を支持する摺動面Ａを構成し、中間部３０１の内周面３０１ａが相対的に大径に形成されたいわゆる中逃げ部２８を構成している。このようにすれば、各内周面２０１ａ，２０２ａ，３０１ａを全て同径として焼結軸受１の内周面全体を摺動面Ａとする場合に比べ、軸４の回転トルクを低減しつつ、軸４の支持精度を向上させることができる。
  図２６では、各部２０１，２０２，３０１の厚さ（軸方向寸法）を略等しく形成しているが、各部２０１，２０２，３０１の厚さは相互に異ならせても良い。例えば、中間部３０１の厚さを、表層部２０１，２０２の厚さよりも十分に大きくすれば、焼結軸受１全体で高価な焼入れ性を向上させる合金源の使用量を減じて、焼結軸受１を低コスト化することができる。
  一方の表層部２０２と中間部３０１の間、および中間部３０１と他方の表層部２０２の間には、それぞれ、焼入れ性を向上させる元素（ＮｉおよびＭｏ）の濃度勾配が生じた円筒状の濃度勾配層Ｒが設けられており、各部２０１，２０２，３０１は、実質的に濃度勾配層Ｒを介して結合されている。
  図２７は、図２６に示す焼結軸受１を製造する際の圧縮成形工程の概要を示しており、図示例の成形金型装置１０は、圧粉体の外径面を成形する円筒状のダイ１１、圧粉体の内径面を成形するコアピン１２、および圧粉体の一端面および他端面を成形する上パンチ１５および下パンチ１３を備えている。この成形金型装置１０においては、例えば、下パンチ１３を下降させることによりダイ    １１の内周面、コアピン１２の外周面、および下パンチ１３の上端面でキャビティを形成し、その後、このキャビティに対して一方の表層部２０１に対応した第１粉末Ｍ１、中間部３０１に対応した第２粉末Ｍ２、および他方の表層部２０２に対応した第３粉末Ｍ３を順に充填する。このとき、第１粉末Ｍ１と第２粉末Ｍ２が接触した部分では、第１粉末Ｍ１中に第２粉末Ｍ２が分散した分散層が生成される。また、第２粉末Ｍ２と第３粉末Ｍ３が接触した部分では、第２粉末Ｍ２中に第３粉末Ｍ３が分散した分散層が生成される。
  なお、成形金型装置３０に対する粉末Ｍ１～Ｍ３の供給は、下パンチ１３を三段階に分けて下降させることにより順次キャビティを形成し、各キャビティに第１～第３粉末Ｍ１～Ｍ３を順次充填することにより行うことができる。
  以上のようにして、キャビティに粉末Ｍ１～Ｍ３を充填した後、上パンチ１５を下降させて粉末Ｍ１～Ｍ３を軸方向に圧縮し、圧粉体を成形する。圧粉体の成形後、下パンチ１３を上昇移動させて圧粉体を成形金型装置１０から取り出し、取り出した圧粉体を焼結工程に投入する。そして、この焼結体を、サイジング工程および含油工程に順次投入することにより、焼結軸受１が得られる。
  以上の説明では、二つの金属層（摺動層２およびベース層３）や三つの金属層（２つの表層部２０１，２０２、中間部３０１）を径方向や軸方向に積層した形態の焼結軸受１を例示したが、四層以上の金属層を径方向又は軸方向に積層した焼結軸受にも好ましく適用することができる。
　また、焼結体Ｍ’や摺動面Ａの形態も任意であり、摺動部材として球面ブッシュや平坦なパッド状部材（例えばブームパッド）に本発明を適用することができる。前者であれば摺動面Ａが球面状となり、後者であれば摺動面Ａが平坦面状となる。摺動面Ａに一つあるいは複数の凹部（例えば溝状）を形成することもでき、これにより凹部を潤滑剤溜りとして活用することが可能となる。
　また、以上の説明では、摺動層２とベース層３との界面が円筒面状である場合を示したが、これに限らず、界面の軸直交断面形状を非円形（例えば多角形状やスプライン状）とすることができる（図示省略）。これにより、摺動層２とベース層３との結合強度がさらに高められる。界面の形状は、圧縮成形工程における仕切部材１４（図３等参照）の形状に倣うため、仕切部材１４の形状を変更することで界面の形状を変更することができる。
　また、上記の実施形態では、焼結軸受１を建設機械に適用した場合を例示したが、これに限らず、本発明の摺動部材は、摺動面が高面圧条件となる種々の用途に適用できる。
１　　　焼結軸受
２　　　摺動層
３　　　ベース層
４　　　ピン（軸）
６　　　第一アーム
７　　　第二アーム
２０　　焼結炉
Ａ　　　摺動面（軸受面）
Ｂ　　　被取り付け面
Ｍ　　　圧粉体
Ｍ’　　焼結体
Ｍ１　　第一粉末
Ｍ２　　第二粉末

Claims (14)

  1. 　焼結体で形成され、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、
    合金元素を含むＦｅ、Ｃｕ、およびＣを主成分として含む摺動層と、摺動層に接した状態で摺動層と共に焼結され、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｕよりも低融点の低融点金属、およびＣを主成分として含むベース層とを備え、前記摺動層に摺動面を設けたことを特徴とする摺動部材。
  2. 　前記合金元素としてＮｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの中から選択される少なくとも１種を含む請求項１記載の摺動部材。
  3. 摺動層に含まれるＦｅ組織の少なくとも一部がマルテンサイト変態およびベイナイト変態している請求項２記載の摺動部材。
  4. 　ベース層に含まれる低融点金属がＰである請求項１記載の摺動部材。
  5. 　ベース層における低融点金属の濃度を０．１～０．６ｗｔ％とした請求項１記載の摺動部材。
  6. 　摺動層のＣｕ濃度を１０～３０ｗｔ％とし、ベース層のＣｕ濃度を摺動層のＣｕ濃度よりも小さくした請求項１記載の摺動部材。
  7. 　焼結体が、Ｃｕの融点よりも低く、かつＦｅとＣの反応開始温度よりも高い温度で焼結したものである請求項１に記載の摺動部材。
  8. 　建設機械のアームの関節部の軸受として使用される請求項１に記載の摺動部材。
  9. 　前記摺動層が、軸方向と直交する断面で有端となった部分円筒状に形成されている請求項１記載の摺動部材。
  10. 　中間部と、中間部の両側に配置した表層部とを備え、中間部を前記ベース層で形成すると共に、両表層部のうちの少なくとも一つを前記摺動層で形成した請求項１記載の摺動部材。
  11. 　中間部を、前記摺動層で形成した表層部よりも低密度にした請求項１０記載の摺動部材。
  12. 　摺動層およびベース層を備え、摺動層に他部材と摺動する摺動面が形成された摺動部材を製造するための方法であって、
    Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｕよりも低融点の金属、およびＣ、を主成分として含む第一粉末を調製し、
    合金元素を含むＦｅ、Ｃｕ、およびＣを主成分として含む第二粉末を調製し、
    　金型内に仕切り部材を配置して第一キャビティと第二キャビティを形成し、
    第一キャビティに第一粉末を充填すると共に、第二キャビティに第二粉末を充填し、
    金型内の第一粉末および第二粉末を、仕切り部材を取り外した状態で同時に圧縮して圧粉体を形成し、
    圧粉体を焼結して、第一粉末に対応した組成のベース層と、第二粉末に対応した組成の摺動層とを形成し、
    その後、得られた焼結体にサイジングを施すことを特徴とする摺動部材の製造方法。
  13. 　前記合金元素としてＮｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの中から選択される少なくとも１種を含む請求項１２記載の摺動部材の製造方法。
  14. 　ベース層の厚さを摺動層の厚さよりも大きくし、かつ第一粉末の見かけ密度を第二粉末の見かけ密度よりも小さくすることを特徴とする請求項１３記載の摺動部材の製造方法。
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