JP2017166680A - すべり軸受の表面加工方法及びすべり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、すべり軸受の内周面に形成された凹凸部の粗さを向上させて、樹脂の剥離を防止することができるすべり軸受の表面加工方法及びすべり軸受を提供する。
【解決手段】レーザ照射装置１０１を用いてすべり軸受１の内周面に凹凸部１３を形成するすべり軸受１の表面加工方法であって、レーザ照射装置１０１を用いて、すべり軸受１の周方向と平行な方向の列上にレーザ光を照射し、すべり軸受１の軸方向両端部において、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射する。
【選択図】図５

Description

本発明は、すべり軸受の表面加工方法及びすべり軸受に関する。

従来、摺動部材の摺動面の粗面化（凹凸部の形成）を短パルス（ピコ秒パルス）レーザ照射装置により行い、摺動面に凹凸形状を生成させ、樹脂との密着力と耐久性を向上させる摺動部材の表面加工方法が公知となっている。（例えば、特許文献１参照）。従来の表面加工方法においては、摺動部材の摺動面へレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、上記レーザ照射を受けた摺動面にフッ素樹脂塗装を施す樹脂塗装工程と、前記樹脂塗装工程によりフッ素樹脂が塗装された摺動面を焼成する焼成工程とが行われる。

しかし、従来の表面加工方法では、レーザ照射により粗面化した基材と基材上に形成した樹脂との密着力が十分ではなく、基材から樹脂が剥離することがあった。特に、すべり軸受においては、潤滑油がすべり軸受内部へ流入もしくは外部へ流出するすべり軸受の軸方向両端内周面においては、樹脂の剥離が発生しやすかった。また、粗面化を行う際に凹凸部の粗さを向上させるためには、レーザ照射を長時間行う必要があり、すべり軸受の内周面全面の凹凸部の粗さを向上させると加工コストが高くなることが有った。

特開２００７−２８９９６３号公報

そこで、本発明は上記課題に鑑み、加工コストを抑えつつ、すべり軸受の内周面に形成された凹凸部の粗さを向上させて、樹脂の剥離を防止することができるすべり軸受の表面加工方法及びすべり軸受を提供することを目的とする。

本発明においては、レーザ照射装置を用いてすべり軸受の内周面に凹凸部を形成するすべり軸受の表面加工方法であって、前記レーザ照射装置を用いて、前記すべり軸受の周方向と平行な方向の列上にレーザ光を照射し、前記すべり軸受の軸方向両端部において、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径よりも短くなるようにレーザ光を照射するものである。

本発明においては、前記すべり軸受の軸方向両端部における凹凸部の粗さは、前記すべり軸受の軸方向中央部における凹凸部の粗さよりも大きくなるように形成するものである。

本発明においては、レーザ光が列上に連続的に照射され、照射された前記レーザ光により内周面に凹凸部が形成されるすべり軸受であって、前記すべり軸受の軸方向両端部における凹凸部の粗さは、前記すべり軸受の軸方向中央部における凹凸部の粗さよりも大きくなるように形成されるものである。

本発明においては、前記すべり軸受の凹凸部表面に樹脂膜が形成されているものである。

本発明によれば、樹脂膜の剥離が軸方向両端内周面よりも発生しにくいすべり軸受の軸方向中央部内周面のレーザ照射加工においては、レーザ光の照射回数を少なくすることができるので、加工コストを低減することが可能となる。

本発明によれば、特に、潤滑油が軸受内部へ流入もしくは外部へ流出するすべり軸受の軸方向両端内周面における凹凸部を粗く形成することができ、樹脂膜との密着力が向上する。これにより、樹脂膜の剥離を防止することができる。

本発明によれば、特に、潤滑油が軸受内部へ流入もしくは外部へ流出するすべり軸受の軸方向両端内周面における凹凸部を粗く形成することにより、樹脂膜との密着力が向上する。これにより、樹脂膜の剥離を防止することができる。

本発明によれば、凹凸部表面に樹脂膜が入り込んで密着することにより、樹脂膜との密着力が向上する。

本発明の実施の形態に係るすべり軸受を示す概略正面図。 同じくすべり軸受の表面加工方法を示すフローチャート図。 同じくすべり軸受を構成する基材の表面加工過程を示す概略正面図。 （Ａ）同じくすべり軸受の表面加工過程を示す平面拡大図、（Ｂ）端部の表面における表面加工過程を示す平面拡大図、（Ｃ）図４（Ｂ）の後の表面加工過程を示す平面拡大図。 同じくすべり軸受を示す平面図。 中央部の表面における表面加工工程を示す平面拡大図。 同じく表面加工後のすべり軸受を示す平面図。 （Ａ）同じく摺動部材にレーザ光を一回照射した際の凹凸部を示す平面拡大図、（Ｂ）摺動部材にレーザ光を連続的に照射した際の凹凸部を示す平面拡大図。 同じく摺動部材を示す正面断面拡大図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１はすべり軸受１の正面図であり、図面の上下を上下方向、図面の手前方向及び奥方向を軸方向（前後方向）とする。
すべり軸受１は、回転軸２を回転可能に軸支するための部材であり、円筒状に構成されている。回転軸２をすべり軸受１で軸支する場合、所定の隙間が形成され、この隙間に対し図示せぬ油路から潤滑油が供給される。
なお、すべり軸受１は２つの半円筒状の部材を組合わせて構成してもよい。
回転軸２は、図示せぬ動力源によって回転する軸であり、例えば、クランクシャフトや、カムシャフト等である。

図２は、本発明の実施形態に係るすべり軸受１の表面加工処理を示すフローチャートである。図２に示すように、すべり軸受１の表面加工処理においては、すべり軸受１の内周面へレーザ光を照射するレーザ光照射工程Ｓ１００と、前記レーザ照射を受けた内周面に樹脂塗装を施す樹脂塗装工程Ｓ２００と、前記樹脂塗装工程Ｓ２００により樹脂が塗装された内周面を焼成する焼成工程Ｓ３００とが行われる。

以下、レーザ照射工程Ｓ１００で行われるレーザ照射について説明する。図３に示すように、まずすべり軸受１を構成する基材１１を準備する。基材１１は、油脂などの不純物を除くために洗浄してもよいが、そのあとの過程で、基材１１の全面にレーザ光を照射するため洗浄しなくてもよい。レーザ光が照射される基材１１の材質は、特に限定されず、鉄系、アルミニウム系、銅系の金属材料や、裏金にアルミニウム系、銅系等の材料を固着、接合させた複合材料等を用いてもよい。また、基材１１は平板状に形成されている。なお、本実施形態においては特に平板状に形成された基材１１に表面加工処理を行い、円筒状に成形することですべり軸受１を製造するが、これに限定されるものではなく、例えば円筒状に成形した後に表面加工処理を行ってもよい。基材１１の厚さは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。この厚さを有する基材１１を用いることで、レーザ光を照射したときに貫通することがなく、かつ、基材１１上に形成される樹脂膜１２を隙間なく容易に形成することができる。

図３に示すように、基材１１にレーザ照射装置１０１によってレーザ光を照射することにより、基材１１に凹凸部１３を作成する。レーザ照射装置１０１は、レーザ光を出射するレーザ光源１０１Ａと、レーザ光源１０１Ａからのレーザ光のパルス幅を制御するパルス幅制御装置１０１Ｂと、を有する。本実施形態におけるレーザ照射装置１０１は、パルス幅がピコ秒以下となるように設定されている。

レーザ光源１０１Ａは、図示せぬ工作台に固定されており、基材１１を図３の矢印方向へ移動させることにより、レーザ光源１０１Ａから照射されるレーザ光は、基材１１に対して列上に連続的に照射される。レーザ光は、基材１１の移動方向と平行な列上に連続的に照射される。

ここで、基材１１に照射するレーザ光について説明する。レーザ光を用いたレーザ加工は、被加工物に工具等を接触させずに、微細な加工を精度良く行うことができる。基材１１に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザのいずれかを選択して用いてもよいが、その中でも特に加工性の観点からＹＡＧレーザを用いることが好ましい。

図４（Ａ）に示すように、レーザ光は、基材１１に対してスポット直径２ｒの平面視円状に照射される。レーザ光のスポット直径は、数〜数十μｍとなるように構成されている。スポット直径とは、レーザ光の最小直径である。レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、パワー密度で１０ＭＷ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。

すべり軸受１の軸方向端部を形成する部分である基材１１に照射されるレーザ光は、すべり軸受１の周方向と平行な方向に列上に照射される。また、図４（Ｂ）に示すように、レーザ光は、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように連続して照射される。すなわち、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射される。パルス中心とは、照射される円形のレーザ光の中心である。図４（Ｂ）に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ１はスポット半径ｒよりも短くなるように形成されている。

レーザ光によって列上に凹凸部１３が形成された後、基材１１を移動させて形成された列と略平行な列上へレーザ光を照射する。すなわち、図４（Ｃ）に示すように、レーザ光によって列Ｌ（ｍ）が形成された後、基材１１を起動させて形成された列Ｌ（ｍ）と平行な列Ｌ（ｍ＋１）上へレーザ光を照射するものである。

次に、基材１１の内周面全体の表面加工について図４から図７を用いて説明する。
図５に示すように、軸方向上流側の列をＬ（１）とし、軸方向下流側の列をＬ（Ｎ）（Ｎは所定の数）とする。
列が、Ｌ（１）からＬ（ａ）（ａは所定の数）までと、Ｌ（Ｎ−（ａ−１））からＬ（Ｎ）（ａは所定の数）までのレーザ照射は、図４（Ｂ）に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように連続して照射される。
言い換えれば、すべり軸受１の軸方向における上流側端部の内周面を形成する部分である基材１１の表面１１ａと、すべり軸受１の軸方向における下流側端部の内周面を形成する部分である基材１１の表面１１ｂとにおいて、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように連続して照射される。

また、列Ｌ（ａ＋１）から列Ｌ（Ｎ−ａ）までのレーザ照射は図６に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重ならないように連続して照射される。すなわち、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ２がスポット直径２ｒ以上となるようにレーザ光を照射される。図６に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ２はスポット直径２ｒよりも長くなるように形成されている。

言い換えれば、すべり軸受１の軸方向における中央部の内周面を形成する部分である基材１１の表面１１ｃにおいて、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重ならないように連続して照射される。

このように構成することにより、図７に示すように、すべり軸受１の軸方向における端部の内周面を形成する表面１１ａ及び表面１１ｂの粗さは、すべり軸受１の軸方向における中央部の内周面を形成する表面１１ｃと比較して大きくなる。なお、粗さとは、本実施形態においては、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さである。

列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、不連続的な移動であってもよいし、若しくは連続的な移動であってもよい。すなわち、列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を停止させて基材１１を移動させてもよいし、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させても良い。

ここで、基材１１にレーザ光を列上に連続的に照射することで形成される凹凸部１３の微細な形状について説明する。図８は、基材１１の凹凸部１３を示す概略表面拡大図である。図８（Ａ）に示すように、基材１１にレーザ光を一回照射した場合には、レーザ光の中心（パルス中心）を中心とする平面視円形の凹部１３ａが形成され、その周囲に、王冠状の凸部１３ｂが形成される。凸部１３ｂは、いわゆるミルククラウン状に形成され、基材１１が変形したものである。また、一部の飛沫は周囲へと飛散する。また、図８（Ｂ）に示すように、凹凸部１３は、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を基材１１に照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット直径２ｒよりも短くなるようにレーザ光を基材１１に照射することにより微細な凹凸が形成され、縞形状が形成される。基材１１が変形した飛沫は、隣接する凹部１３ａや凸部１３ｂ上に付着し、凝固する。

次に、図９に示すように、凹凸部１３を形成した基材１１表面に樹脂膜１２を形成する。樹脂膜１２は、固体潤滑剤とバインダー樹脂とからなる被膜である。本発明の実施形態に用いることができる固体潤滑剤としては、特に限定されないが、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、ポリ四フッ化エチレン（以下、ＰＴＦＥと称する）、フッ素系樹脂、Ｐｂ、ＣＦ等が挙げられる。これらの固体潤滑剤は、摩擦係数を低く且つ安定させる作用とともに、焼付きを防止する作用を有する。これらの作用を十分に発揮させるため、固体潤滑剤の平均粒径は１５μｍ以下であることが好ましく、特に０．２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

固体潤滑剤は１種また複数種を合わせて用いてもよい。また樹脂膜１２の材料中に含まれる固体潤滑剤の含有量は好ましくは１０質量％〜８０質量％、より好ましくは４０質量％〜６０質量％であり、固体潤滑剤の含有量がその範囲にあることにより、摩擦特性や耐摩耗性に優れた膜となる。

バインダー樹脂は特に限定されないが、耐熱性の高いものが好ましく、例えばポリアミドイミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド（ナイロン）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等）、エラストマ等が挙げられる。これらのバインダー樹脂は固体潤滑剤の保持及び耐摩耗性を付与する。バインダー樹脂の樹脂膜１２への含有量は１０質量％〜８０質量％であることが好ましい。バインダー樹脂の含有量がこの範囲にあることにより、樹脂膜中の固体潤滑剤の保持性が維持され、固体潤滑剤の保持及び耐摩耗性に優れた被膜を得ることができる。

また樹脂膜１２の材料は、上記以外にも添加剤を含んでもよい。例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_２Ｎ_４、ＴｉＯ_２及びＳｉＯ_２等の硬質粒子や極圧剤が挙げられる。

樹脂膜１２の基材１１表面への形成方法は特に限定されないが、例えば、凹凸部１３を有する基材１１表面に樹脂膜１２の材料を混合してスプレーで塗布後、１５０℃〜３００℃で乾燥、焼成することによって形成してもよい。スプレー塗装法（例えばエアスプレー、エア静電塗装等）の他に、タンブリング法、浸漬法、はけ塗り法、ロール型法等を用いてもよい。樹脂膜１２の厚みは１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。

基材１１上に形成された樹脂膜１２は、その摺動面に開口する油溜まりとなる複数の穴を有してもよい。穴の開口面の形状は、特に限定されない。例えば円形、楕円形、多角形等であってもよい。この穴は、上述したＹＡＧレーザを用いて形成してもよい。また穴の深さは５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。この範囲の深さを有することにより、潤滑油等の流出を抑え、潤滑油、異物などを保持することができる。また上記穴の深さは、樹脂膜１２の厚みより小さいことが望ましい。また穴は必ずしも摺動面全体に形成されている必要はなく、特定部位に形成されていてもよい。

また、基材１１上に形成された樹脂膜１２は、初期なじみ性を向上させ、厳しい摺動条件下においても優れた摺動特性を有するようにするため、隣接する溝が山部を形成してもよい。この場合、隣接する溝が山部を形成していればよく、溝の谷部形状については特に限定されない。潤滑油を確保することができればよく、例えば、半円状、三角形状、台形状等が挙げられる。山部の形成率が高く、初期の接触面圧が高くなるため、摩耗、変形が生じやすく、初期なじみ性が良好に達成できる点で、半円状、三角形状が好ましい。特に半円状は、溝内に潤滑油を多く確保できるため好ましい。

以上のように、レーザ照射装置１０１を用いてすべり軸受１の内周面に凹凸部１３を形成するすべり軸受１の表面加工方法であって、レーザ照射装置１０１を用いて、すべり軸受１の周方向と平行な方向の列上にレーザ光を照射し、すべり軸受１の軸方向両端部において、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射するものである。
このように構成することにより、樹脂膜の剥離が軸方向両端内周面よりも発生しにくいすべり軸受１の軸方向中央部内周面のレーザ照射加工においては、レーザ光の照射回数を少なくすることができるので、加工コストを低減することが可能となる。

また、すべり軸受１の軸方向両端部の表面１１ａ及び表面１１ｂにおける凹凸部１３の粗さは、すべり軸受１の軸方向中央部の表面１１ｃにおける凹凸部１３の粗さよりも大きくなるように形成するものである。
このように構成することにより、特に、潤滑油が軸受内部へ流入もしくは外部へ流出するすべり軸受１の軸方向両端内周面における凹凸部１３を粗く形成することができ、樹脂膜１２との密着力が向上する。これにより、樹脂膜１２の剥離を防止することができる。

１ すべり軸受
１１ 基材
１２ 樹脂膜
１３ 凹凸部

Claims (4)

1. レーザ照射装置を用いてすべり軸受の内周面に凹凸部を形成するすべり軸受の表面加工方法であって、
   前記レーザ照射装置を用いて、前記すべり軸受の周方向と平行な方向の列上にレーザ光を照射し、
   前記すべり軸受の軸方向両端部において、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径よりも短くなるようにレーザ光を照射する、
   すべり軸受の表面加工方法。
2. 前記すべり軸受の軸方向両端部における凹凸部の粗さは、前記すべり軸受の軸方向中央部における凹凸部の粗さよりも大きくなるように形成する、
   請求項１に記載のすべり軸受の表面加工方法。
3. レーザ光が列上に連続的に照射され、照射された前記レーザ光により内周面に凹凸部が形成されるすべり軸受であって、
   前記すべり軸受の軸方向両端部における凹凸部の粗さは、前記すべり軸受の軸方向中央部における凹凸部の粗さよりも大きくなるように形成される、
   すべり軸受。
4. 前記すべり軸受の凹凸部表面に樹脂膜が形成されていることを特徴とする、
   請求項３に記載のすべり軸受。

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