WO1997005980A1

WO1997005980A1 - Materiau glissant fritte auto-lubrifiant et procede pour le fabriquer

Info

Publication number: WO1997005980A1
Application number: PCT/JP1996/002272
Authority: WO
Inventors: Takemori Takayama; Yoshikiyo Tanaka
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 1998-02-08
Also published as: JP4215285B2; US6015775A; EP0872296A1; EP0872296B1; CN1198114A; EP0872296A4; DE69619553D1; JPH0949006A; DE69619553T2; KR100434770B1

Description

明細書

自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法技術分野

本発明は、自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法に関し、より詳しくは鉄系基材における摺動側に鉄系材料を舍む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法に関するものである。背景技術

従来、無給脂作業機ブッシュに用いられる自己潤滑性焼結摺動材として、銅系，スレンレス系等の母層に黒鉛，二硫化モリブデン，二硫化タングステン等の固体潤滑剤を混合させたもの（例えば、東芝タンガロイ製、 S L合金）がある。また、安価な自己潤滑性焼結摺動材として、特殊なプラスチックに固体潤滑剤を含有させたものがある。また、本発明者らは、先に、高荷重に耐え得るものとして. 鉄系暁結材ょりなる母材に黒鉛等の固体潤滑剤を混合，分散させてなる自己潤滑性焼結摺動材を提案している（特願昭 6 3 - 1 9 0 9

9 4 号，特願平 2 — 1 4 3 8 0号）。

しかしながら、前記プラスチック系の自己潤滑性焼結摺動材は摺動面圧が 2 0 0 k g / c m ² を越えると、また他の自己潤滑性焼結摺動材でも摺動面圧が 5 0 0 k g / c m ² を越えると、所謂「へタリ」現象を示すとともに耐摩耗寿命が著しく短くなるという問題点力《ある。

また、偏荷重，ピーク的な高荷重のかかるブッシュとして、内周面から約 1 m mの深さの部分が熱処理による硬化によって強化された鉄系自己潤滑性摺動材の内側層とされ、この内側層を包囲する部分を通常の高強度鉄系焼結材料よりなる外側層とされる 2層成形ブッシュがある。しかしながら、この 2層成形ブッシュにおいても、過度の偏荷重が加わると、前記鉄系焼結材料の母層に分散された固体潤滑剤粒子等の固体潤滑剤，この固体潤滑剤の周辺を繋ぐように多数のマイクロクラックが発生したり、異常摩耗を引き起こす等の問題点がある。

このような自己潤滑性焼結摺動材において生じる問題は、摺動後の組織を観察すると、次の①〜⑤の現象が関与していると考えられ >。

固体潤滑剤粒子の偏析、プレス成形時の加圧による偏平化による固体潤滑剤粒子同士の接近，接触により脆弱部分から破壊が生しる。

( 例えば、鉄系焼結母層と黒鉛との組み合わせの場合のように、黒鉛周辺，焼結母層の結晶粒界に焼結時の反応でセメンタイトのような脆い炭化物が生成して焼結母層が脆弱になるので、破壊されやすく、異常摩耗を引き起こしゃすい。

( 固体潤滑剤粒子のサイズをできるだけ大きくし、粒子間の距離を大きくすることによって、 ①の現象は幾分軽減できると考えられるが、プレス成形時の加圧による粒子の著しい偏平化、更に母層金属粒子の食い込み等による形状的な切り欠き効果が大きくなるために応力が集中し、破壌が生じる。

④ 前述の原因で異常摩耗が進行しても、初期においては大量の固体潤滑剤を含んだ摩耗粉が用いられているために、異音の発生も無く順調に稼働しているようにみられるが、ある時点から摩耗粉の潤滑作用が不足するようになり異音が発せられるようになる。

( 固体潤滑剤は強度の点からむやみに添加できないためにブッシュは初期の馴染みがとれないので、異音の発生，初期の焼き付き等を防ぐために充分な馴らし運転が必要になる、また褶動相手材に凝着，力ジリ等を発生させる。

一方、焼結体を母層とする場合の前記①〜③の問題点を改善したものとして、溶製材に機械加工により穴，溝部を形成し固体潤滑剤を充填したブッシュが市販（例えば、三協オイルレス製 S 0 # 5 0 S P 2 ) されているが、多数の穴，溝部を機械加工するために非にコスト高になる、前記④， ⑤の問題点が解決されない等の問題点がある。また、ブッシュの揺動角が小さくなると固体潤滑剤の埋め込みピッチを細かくしないと、焼き付き，異常摩耗を引き起こすために、埋め込み穴をより多数加工しなければならず、より高コス卜になるという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解消するために成されたものであり、偏荷重，高荷重下においても非常に優れた耐焼付性，耐摩耗性を示す自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。発明の開示

本発明による自己潤滑性焼結摺動材は、前述された目的を達成するために、第 1 に、

鉄系基材における摺動側に鉄系材料を含む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材であって、この焼結摺動層の表面に固体潤滑剤粒子による凸部を形成させることを特徵とするものである。

この第 1 の特徴を有する本発明の自己潤滑性焼結摺動材によれば. 焼結摺動層の表面に固体潤滑剤粒子による凸部が形成されるので、被指動体に対してこの固体潤滑剤粒子のみが接触するため、初期馴染み性が良く優れた潤滑性を得ることができる。本発明による自己潤滑性焼結摺動材において、前記凸部が形成される焼結摺動層の表面上に固体潤滑剤層が設けられることが好ましい o

このような構造で固体潤滑剤層を設けることにより、前記凸部によりその固体潤滑剤層が捕捉されるためにその固体潤滑剤層が摺動の際に除去され難く、偏荷重，高荷重下においても、初期馴染み性を含む優れた潤滑性を維持することができる。言い換えれば、非常に優れた耐焼付性，耐摩耗性を得ることができる。

本発明において、前記凸部は、前記焼結摺動層に予め含まれている固体潤滑剤粒子が前記焼結摺動層の表面から突起してなるものとすることができる。この固体潤滑剤は、通常焼結摺動層に用いられるものであるために、固体潤滑剤粒子により前記凸部を形成することは非常に合理的である。

このように固体潤滑剤粒子により前記凸部を形成する場合、この固体潤滑剤粒子は粒径が 0 . 1 〜 3 . O mmであり、前記焼結摺動層がその固体潤滑剤粒子を 1 5 〜 5 0体積％において含むことが好ましい。なお、粒径が 0 . 1 m mより小さくなると固体潤滑剤層を捕捉する効果が認められなくなり、 3 . O mmより大きくなるとその固体潤滑剤粒子が焼結摺動層から外れやすくなるためである。また、固体潤滑剤粒子の量が 1 5体積％より少なくなると潤滑性が不充分になり、 5 0体積％を越えると摩耗の程度が著しくなるためであ。

この固体潤滑剤粒子としては、例えば黒鉛， B N, W S 2 , M o S ₂ , C a F 2 等の既知の固体潤滑剤粒子のうちの一種または二種以上を用いることができる。

本発明の自己潤滑性焼結摺動材において、前記固体潤滑剤層は、黒鉛， B N, W S ₂ , M 0 S 2 , C a F 2 等の既知の固体潤滑剤のうちの一種もしくは二種以上を含んでなるものとすることができるこれら既知の固体潤滑剤に加えて、鉄凝着性を軽減する金属粉末およびまたは有機結合剤を含んでもよい。この鉄凝着性を軽減する金属粉末は、 C u , Z n , P b , B i , S b , W , M o等の鉄との凝着性の小さい非鉄金属系粉末とすることができる。前記有機結合剤は、増長剤の役目、摺動面への塗布性の改善のために添加され、例えばグリース，ナイロン，フヱノール樹脂等とされる。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材は、第 2 に、

鉄系基材に焼結摺動層が設けられる自己潤滑性焼結摺動材であつて、この焼結摺動層の表面に凹部が形成されその凹部内も合んでその表面上に固体潤滑剤層が設けられることを特徴とするものである, この第 2の特徵を有する本発明の自己潤滑性焼結摺動材によれば. 焼結摺動層の表面に凹部が形成され、固体涠滑剤層が下方からその H部により捕捉される（アンカー効果）ために、この固体潤滑剤層が摺動の際に除去され難く、偏荷重，高荷重下においても、初期馴染み性を合む優れた潤滑性を維持することができる。

前記凹部は、前記焼結摺動層に予め含まれている表面部分の固体潤滑剤粒子を除去した後の穴痕とすることができる。なお、機械的加工により凹部を形成するには手間がかかるが、このように固体潤滑剤粒子を除去する方法を採れば簡単に凹部を形成することができ経済的である。

この固体潤滑剤粒子は粒径が 0 . 1 〜 3 . O m mであり、前記焼結摺動層がその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％において含むことが好ましい。なお、粒径が 0 . 1 m mより小さいと形成される凹部が小さくなりアンカ一効果が期待できなくなり、また 3 . 0 m m より大きくなるとかえって焼結摺動層が除去される傾向が出てくるためである。本発明において、この固体潤滑剤粒子としては、例えば黒鉛， B N, W S 2 , M 0 S 2 , C a F ₂ 等の既知の固体潤滑剤粒子のうちの一種または二種以上を用いることができる。

前記焼結摺動材料は、鉄系材料以外に銅系材料を合んでなるものであることが好ましい。この銅系材料を舍むことにより緻密化がすすみ焼結摺動層の収縮量が大きくなるために前記固体潤滑剤粒子がその焼結摺動層から突起しやすくなり、凸部の形成が容易になるとともに、またその突起の除去による凹部の形成が容易になる。

また、本発明においてこの銅系材料は 1 0〜 8 0体積％において含まれることが好ましい。このように銅系材料が 1 0体積％以上含まれることにより焼結時における固体潤滑剤の黒鉛と鉄系材料との反応が防止され、セメンタイト等の脆弱相の析出が効果的に防止される。なお、 1 0体積％より少なくなると焼結摺動層があまり緻密化しなくなり、 8 0体積％を越えると焼結摺動層中の鉄系材料粒子が銅系材料でほぼ完全に囲まれて鉄系材料本来の強度特性，摺動特性を発揮することができなくなるためである。

また、前記焼結摺動材料は、さらに炭素を含むことが好ましい。炭素を舍むことにより焼結摺動層の強度を向上させることができる ₍ また、前記焼結摺動材料は、さらに N i を 2. 0〜 2 0. 0重量 %、および T i , S i , A 1 , F e , C o , C r , Z r , S nのうちの一種または二種以上を 0. 5〜 1 0. 0重量％において含むことが好ましい。これらの成分を添加するのは、耐高荷重性を得るためと、前記焼結摺動層と前記鉄系基材との適切な焼結温度を近づけるためである。

また、前記焼結摺動層は 9 0 %以上に緻密化されていることが好ましい。なお、緻密化の程度が 9 0 %よりも低いと必要な強度が得られなくなる。このように高い緻密化を得るために、前記焼結摺動材料の成分として、 2 5 0 メッシュ以下に微粉化された鉄系材料を用いることが非常に好ましい。

また、本発明において、前記鉄系基材の摺動側に前記焼結摺動層が拡散接合されていることが好ましい。このように拡散接合することによりその焼結摺動層が鉄系基材に強固に接合される。なお、前記鉄系基材として鐧管類を用いることが考えられるが、鉄系焼結材料を用いる場合においては、焼結摺動層と二層成形した後焼結することも、この拡散接合の意味に含まれる。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法は、第 1 に、鉄系基材の摺動側に鉄系材料を含む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられ、この焼結摺動層の表面に固体潤滑剤層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材の製造方法であって、この焼結摺動層の表面に凸部を形成させその表面上に前記固体潤滑層を形成することを特徵とするものである。

この第 1 の特徵を有する本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法によれば、前述のように焼結摺動層が除去され難く耐焼付性, 耐摩耗性が優れた自己潤滑性焼結摺動材を得ることができる。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法において、前記鉄系材料を含む焼結摺動材料に銅系材料および固体潤滑剤粒子を含ませ、この焼結摺動材料を焼結して収縮させることにより前記固体潤滑剤粒子を焼結摺動層の表面から突起させて前記凸部を形成することができる。この固体潤滑剤は通常焼結摺動材料として用いられるものであるから、このように固体潤滑剤粒子を利用して前記凸部を形成することは非常に合理的である。

この固体潤滑剤粒子としては、前記第 1 の特徵を有する本発明の自己潤滑性焼結摺動材について説明したように、粒径が 0 . 1 〜 3 . O m mのものを使用し、前記焼結摺動層にその固体潤滑剤粒子を 1 5 〜 5 0体積％において含ませることが好ましい。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法は、第 2 に、鉄系基材の摺動側に鉄系材料を合む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられ、この焼結摺動層の表面に固体潤滑剤層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材の製造方法であつて、この焼結摺動層の表面に凹部を形成させその表面上に前記固体潤滑層を形成することを特徵とするものである。

この第 2の特徵を有する本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法によれば、前述のようにアンカー効果により焼結摺動層が除去され難く耐焼付性，耐摩耗性が優れた自己潤滑性焼結摺動材を得ることができる。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材の製造方法において、前記鉄系材料を含む焼結摺動材料に固体潤滑剤粒子を含ませ、この焼結摺動材料を焼結した後に前記固体潤滑剤粒子を焼結摺動層の表面から除去して前記凹部を形成することができる。この方法によれば、焼結摺動層の潤滑性を向上させる固体潤滑剤粒子を利用するので、別途機械的作業により凹部を形成する必要がなく、簡単に ω部を形成することができ、耐焼付性，耐摩耗性の優れた自己潤滑性焼結摺動材を経済的に得ることができる。この固体潤滑剤粒子を焼結摺動層の表面から除去する方法としては、例えばサンドブラスト，ショットピ一ニングが挙げられる。

この固体潤滑剤粒子としては、前記第 2 の特徵を有する本発明による自己潤滑性焼結摺動材について説明したように、粒径が 0 . 1 〜 3 . O m mのものを使用し、前記焼結摺動層にその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％において含ませることが好ましい。

本発明の目的は、後述される詳細な説明から明らかにされる。しかしながら、詳細な説明および具体的実施例は最も好ましい実施態様について説明するが、本発明の製品および範囲内の種々の変更および変形はその詳細な説明から当業者にとって明らかであることから、具体的例として述べるものである。図面の簡単な説明

図 1 は、本実施例に係る自己潤滑性焼結摺動材の断面図、図 2 は、本実施例に係る自己潤滑性焼結摺動材の部分的拡大断面図、

図 3 は、タイプ 2の焼結摺動層の構造を示す断面写真（ 5 0倍） . 図 4 は、図 3を拡大した断面写真（ 1 0 0倍）、

図 5 は、本実施例で作製した供試ブッシュの試験方法を示す略図. 図 6 は、図 5 の供試ブッシュの試験条件を示すグラフ、

図 7 は、本実施例で作製した供試プッシュの耐摩耗性を示すグラフ、

図 8 は、本実施例で作製した供試ブッシュの耐摩耗性を示すダラフ、

図 9 は、オーバーレイ（固体潤滑剤層）の厚さの変化を示すグラフでめる。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明による自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法の具体的実施例につき、図面を参照しつつ説明する。

(実施例 1 )

合金鉄粉（神戸製鐧社製アトメル 4 6 0 0 , へガネス社製 A S C 3 0 0 ) , カーポニル二ッケル（インコネル社製，平均粒径 1 μ m ) 、電解銅粉（福田金属社製、 C E 1 5 ) および黒鉛鉄粉（ロンザ社製、 K S 6 ) を用いて表 1 に示す組成を有するように 8種類の混合粉末を調製し、これら混合粉末に対して粒径 0. 3 mm〜 2. 5 mmの人造黒鉛粒を 1 0体積％, 2 0体積％, 4 0体積％および 5

0体積％でそれぞれ混合して、本実施例の自己潤滑性焼結摺動材の焼結摺動層用の焼結用粉末（A) を調製した。前記電解銅粉の銅成分については最初に混合せず、成形後の焼結時または焼結前に溶浸させてもよい。また、この焼結用粉末（A) の炭素含量は 0. 0 1 〜 0. 8重量％程度が好ましい。なお、 0. 8重量％を越えると結晶粒界にネットワーク状の炭化物が析出してしまう恐れがある。さらに、この焼結用粉末（A) には、必要な焼入れ性，浸炭硬化性，窒化硬化性を調整するために N i , M o, C r , M n , V, T i , A 1 , S i等の合金成分を通常の添加量で添加してもよい。なお、人造黒鉛粒の体積％は後述する表 2に示されている。

また、これとは別に合金鉄粉（神戸製鐧社製、 3 0 0 M) , 黒鉛鉄粉（口ンザ社製、 K S 6 ) および燐鉄合金鉄粉（福田金属社製）を用いて F e— 0. 6 w t %C - 0. 5 w t % Pの第 2焼結層（鉄系基材）用の焼結用粉末（B) を調製した。

次に、これら粉末（A) , ( B ) および黒鉛を用いて図 1 ( a ) に断面図を示すような内側の焼結摺動層 1 と外側の第 2焼結層 2とからなる 2層円筒形状部品である供試ブッシュ 3を 4. 5 t / c m ² の加圧力で C I P ( c o l d i s o s t a t i c r e s s i n g) 成形して、 1 0 _² t o r r以下の真空雰囲気中、 1 1 0 0 で X 1時間の条件で焼結後、 9 5 0でから N² ガスによる急速冷却を行い、種々の供試ブッシュを作製した。これら供試ブッシュの水準表（黒鉛粒子サイズ（mm) 、黒鉛粒子添加量（体積％) 等）を表 2に示す。表 1

試料 Νοι C N i Mo Cu F e Fe粉サイズ

1 0.6 2.0 0.5 一 4600 -250メッシュ

2 0.6 2.0 0.5 10.0 4600 - 250

3 0.6 2.0 0.5 20.0 4600 - 250

4 0.6 2.0 0.5 30.0 4600 -250

5 0.6 2.0 0.5 50.0 4600 -250

6 0.6 2.0 40.0 ASC300 -300

7 1.0 2.0 0.5 20.0 4600 -250

8 0.6 2.0 0.5 50.0 4600 -100

水準 Νοι Α粉末 Nd 黒鉛粒子サイズ黒鉛粒子添加ブッシュ (oun) 量（体積タイプ

1 1 0.3 〜1.5 1 0

¹

2 1 0.3〜： 1.5 2 0

¹

3 2 0.3 〜1.5 1 0

¹

4 2 0.3 〜1.5 4 0

¹

5 3 0.3 —1.5 2 0

¹

6 4 0.3 〜1.5 4 0

¹

7 5 0.3 ~1.5 4 0 2

8 5 0.3 〜1.5 5 0 2, 3

9 ， 6 0.3 〜1.5 2 0 2

10 ' 6 0.3 〜1.5 4 0 2

11 7 0.3 〜1.5 4 0 1

12 4 0.3 〜1.5 4 0 1

13 4 1.0 —3.0 2 0 3

14 4 1.0 〜3.0 2 0 3

15 8 0.3 〜1.0 4 0 2

これら供試ブッシュとしては、次の図 2 に示すように焼結摺動層の構造が異なるもの（タイプ 1 , タイプ 2 , タイプ 2 ' , タイプ 3 ) を作製した。

タイプ 1

焼結摺動層 1 に黒鉛粒子 4 を含ませて成形し、焼結により収縮した焼結摺動層 1 の表面から突起している黒鉛粒子 4 をサンドブラスト，ショットピーニング等の機械的手段またはコーニング処理のような化学的手段により除去して M部 5 を形成した後に、この凹部 5 の内側も含む焼結摺動層 1 の表面上に、固体潤滑剤として黒鉛：二硫化モリブデン = 1 ： 1 で混合したものを適量のスピンドル油を用いて混練したもの（固体潤滑剤）からなるオーバ一レイ 6を形成した。このオーバーレイ 6 の形成は、固体潤滑剤を焼結摺動層 1 の表面に塗り込んだ後に、プッシュ内径部にクリアランスを調整したパンチを使ってコーニング（サイジング）しながらオーバーレイ 6 を焼結摺動層に密着させ、かつオーバーレイ 6 の厚さを調整した。なお、この凹部 5 の深さは固体潤滑剤捕捉の効果を発現させるために 0 . 1 m m l上であることが好ましい。

タイプ 2

タイプ 1 において表面から突起している黒鉛粒子 4 を凸部 7 として残し、同様に固体潤滑剤として黒鉛：二硫化モリブデン = 1 ： 1 で混合したものを適量のスピンドル油を用いて混練したものからなるオーバーレイ 6 を形成した。このタイプ 2 の断面写真が図 3 ( 5 0倍）および図 4 ( 1 0 0倍）に示されている。これら断面写真において、白く写っている部分が焼結摺動層 1 であり、この焼結摺動層 1 中から塊状の黒鉛粒子 4が突起（凸部 7 ) しておりその上を黒く写っているオーバーレイ 6が覆っている。なお、前記凸部 7 の高さは固体潤滑剤捕捉の効果を発現させるために 0 . 1 m m以上であることが好ましい。

タイプ 2 '

タイプ 2 においてオーバ一レイを形成せず、凸部 7 としての黒鉛粒子 4が露出しているものとした（表 2 における水準 9 ' , 水準 1

0 ' )

タイプ 3

焼結摺動層 1 に含油処理を施しているが、使用した潤滑油はリン酸エステル系の合成油である。

なお、供試ブッシュ 3の構造は、前述のように焼結用混合粉末（ B ) からなる第 2焼結層（外側の層） 2の内側に焼結用粉末（A ) からなる焼結摺動層 1 が設けられ（図 1参照）、さらにその焼結摺動層 1 の内側面にタイプ 1 , 2 においてはオーバーレイ 6が形成されている。また、この焼結摺動層 1 は第 2焼結層 2 に拡散接合されており、焼結摺動層 1 の銅成分は焼結時に液相化し第 2焼結相に吸引されていると考えられる。また、このように銅成分が第 2焼結相に吸引されることと、銅成分の存在により焼結摺動層 1 が収縮することにより前述のように黒鉛粒子がその焼結摺動層 1 から突起する < (実施例 2 )

本実施例では、オーバーレイ（厚さ 0 . 2 m m ) の機能，組成の影響について検討した。本実施例で用いる供試ブッシュは、表 2中に示す水準 N 0 7 , ブッシュタイプ 2のものを用いた。また、ォーバーレイの固体潤滑剤成分等の配合比は表 3 に示す重量比であり、この重量比で配合，混合，混練を行った。ピーク荷重サイクノレ数 ' 有お ¾n 水準黒鉛 noS2 BN Cu Pb Sn Zn シリカ

U.0刀 IHJ 丄刀 IfiJ 4刀 " IM!1 0 U /JlHJ 4 c χ

\ 1 ) ό

10 0 no X X X ワックス

(3) 5 3 3 10 0.120 0.118 ワックス

3 3 10 0100 1 0190 ワックス

0 ο リ in n i lint 1 ワクス D 0 c Q Q 10 5 n in n 1 *7 'リクス 0 0 10 ς 0.090 0.106 0.105 0.105 ' ク

(8) 5 3 3 3 10 1 0.100 0.111 0.110 0.113 ワックス

(9) 15 3 3 3 5 5 0.133 X X X フエノール

(10) 15 3 3 3 5 5 X X X X フエノール

(11) 15 3 3 3 5 5 0.085 0.101 0.100 0.107 フエノール

(12) 20 3 3 3 5 5 0.043 0.044 0.044 0.058 ナイロン 12

(13) 20 3 5 4 5 5 3 0.060 0.059 0.061 0.065 ナイロン 12

(14) 10 3 3 3 5 5 0.057 0.057 0.059 0.062 ナイロン 12

(15) 1 0.042 0.045 X ナイロン 12 比綳三協オイルレス製 S O # 5 0 S P 2 0.130 0.110 X X

※(？. 135以上はォ一バーレイ層の効果なしとして Xを f村る

また、オーバーレイ形成方法としてタイプ A, B , Cの 3種類について実施した。タイプ Aは前述と同じグリース（スピンドル油）との混練とブッシュ内径面へのすり込みを行ったものとし、タイプ Bは熱硬化性樹脂（フニノール）との混練とブッシュ内径面への塗布，硬化させたものとし、タイプ Cは熱可塑性樹脂（ダイセル社製：ナイロン 1 2 L 1 7 0 0 ) との混練とブッシュ内径面への塗布を行ったものでとする。いずれの場合にもオーバーレイを簡単に塗布できるようにするために有機結合剤の配合割合を多くしている。また、有機結合剤の配合比が高くなると、摺動時のオーバーレイが排出されやすくなるが、本実施例はオーバーレイの摺動面における保持性を明確に把握することを意図したものである。

前述の供試ブッシュ 3を図 5 に示される試験装置において、図 6 に示される偏荷重の加圧パターンを加えて、摩擦係数，摩擦量（ォ一バーレイの厚さ），（図 6中に示す）ピーク荷重のサイクル数の関係を求めた。これらのうちタイプ 1でオーバ一レイ 6の厚さを 0 . 2 mmとしたものの結果が図 7 に、タイプ 2でオーバーレイ 6の厚さを 0. 2 mmとしたもの、オーバーレイを施さないタイプ 2，のもの、さらにタイプ 3 のものの結果が図 8 に、タイプ 1 でオーバ一レイ 6の厚さを 0. 2 mm, 0 . 5 mm, 0. 8 mmとしたものの結果が図 9 に示されている。また、オーバ一レイの組成による影響を検討した結果が表 3 に示されている。

なお、図 5 に示す試験装置の試験条件を、次に示す。

シャフト材質 S 4 5 C I Q T

試験速度 3 r p m

試験荷重常用荷重； 4 0 0 k c m²

最大荷重； 9 0 0 k g Z c m² 図 7 , 図 8の結果から、ォ一パーレイの処理によって初期の摩擦特性が改善され、固体潤滑剤としての黒鉛粒子が略 1 5体積％以上含まれていれば、長期間においても安定した摺動特性が得られることがわかる。しかしながら、 5 0体積％を越えて添加した場合には強度が低下する恐れがある。また、図 8 の結果にも示したように焼結摺動層に微粉末を使用したことによる強度向上の効果も認められる。

前述の結果から、焼結摺動層の焼結密度（緻密化の程度）が高いことが重要であり、同様の効果が銅系材料による溶浸法によっても達成できることは当業者にとって周知である。

図 9 の結果から、オーバ一レイ 6 の厚さが厚いほどテストの進行とともに厚さが薄くなる程度が大きいが、 0 . 2 m m程になると変化が小さくなり、ピン（シャフト） Zブッシュ間のクリアランス調整によってほとんど問題を起こさないと考えられる。現実的には摺動部品の許容されるクリアランスによってオーバーレイの厚さは決められるが、必要性とコスト的な観点から 0 · 5 m m以下にすることが好ましい。

表 3 の結果から、オーバ一レイ 6 の中には固体潤滑剤だけでなく C u， P b , S n , Z n等の軟質で、鉄との凝着性の小さい金属粉末の共存によって、オーバーレイ 6 の摺動面に於ける保持性が大きく改善され、特に C u、 Z nの添加は効果的であることが判る。テスト終了時点での摺動面を観察すると非常に薄い C u系薄膜が形成されており、摺動面においてオーバ一レイ中の金属粉末と固体潤滑剤がメカニカルァロイングされて自己潤滑性に優れているものと考えられる。また、有機結合剤にナイロン 1 2 を用いた場合には顕著に小さな摩擦係数を示すようになることは特徵的で、こてはナイ口ン 1 2が本来優れた摺動材料であることに起因すると考えられる。比較例として、ナイロン 1 2 だけのオーバーレイの場合（水準（ 1 5 ) ) と前述の黄銅溶製材に機械加工により穴を形成し、固体潤滑剤（三協オイルレス製 S O # 5 0 S P 2 ) を充塡した市販ブッシュの結果も表示してある。ナイロン 1 2だけのコーティングブッシュは早期の摩耗がなくなった時点でテストを中止しているが、コ一ティング膜がなくなる時点でベース材料の摩耗係数にまで急激に高まっている。なお、表 3 において摩耗係数 0 . 1 3 5 £1上のものはオーバーレイの効果なしとして X印を付してある。

本実施例においては、固体潤滑剤粒子として黒鉛粒子を用いたが. B N , W S 2 , M 0 S 2 , C a F ₂ 等の粒子を用いてもよい。さらに、これら黒鉛， B N , W S 2 , M 0 S 2 , C a F a 等の粒子のうちの二種以上を混合して用いてもよい。但し、黒鉛粒子がコスト的にも焼結時の熱的安定性においても最適である。なお、黒鉛粒子の潤滑性を高めるために B ₂ 0 3 , M n 0 2 等の補助機能剤を用いてもよい。なお、黒鉛以外の W S ₂ ， M 0 S 2 を固体潤滑剤として用いる場合には、高温の焼結時に鉄系，銅系材料と反応性を示し、これを抑制する方法としては、特願昭 6 3 — 1 9 0 9 9 4号，特願平 2 — 1 4 3 8 0号で提案している、水ガラス等による固体潤滑剤のコーティングが非常に効果的であるが、本実施例では W S ₂ , M o S ₂ より硫化物形成傾向の強い T i , A 1 , C a , Z r等の合金または金属粉末を微量添加することが効果的である。

なお、比較のために一般鋼管の内径部（凹凸を設けない）に実施例 1 と同じォ一パーレイを施し、同じテストを実施したところ、ォ一バーレイは 1 0 0 0 0回テスト後に摺動面から排出されてしまつて、その後のテスト途中で焼き付きを発生した。これに対し、本実施例のものはタイプ 1 を例として図 1 ( b ) に示されているように、オーバーレイを構成する固体潤滑剤がシャフトにより高荷重をかけられても、この固体潤滑剤が焼結摺動層に設けられる凹部内で循環してその ω部により捕捉されるアンカー勃果により摺動面からその固体潤滑剤が除去され難いので耐摩耗性が維持されるとともに暁付が生じない。

本発明による自己潤滑性焼結摺動材において、焼結摺動層中に用いられる固体潤滑剤のサイズ（径）をその焼結摺動層の厚さの 1ノ

2〜 2 . 0程度にすれば、この固体潤滑剤への補助潤滑用の潤滑油の合油性を高めることができる。また、固体潤滑剤の粒径を 0 . 1 〜 3 . O m m程度にし、焼結摺動層に用いられる他の金属成分粉末の平均粒径がその約 1ノ 8以下となるように制御することにより、固体潤滑剤に起因する応力集中を緩和させることができるとともに固体潤滑剤同士の接触確率を低減させることができる。

また、本発明による自己潤滑性焼結材料に大きな荷重がかけられる場合、この荷重が固体潤滑剤層を通して疑似静水圧的に焼結摺動層に均一に伝わり、この焼結摺動層に局部的に大きな荷重がかかることが防止される。この固体潤滑剤層には、摺動面に永らく保持される保持性も重要な機能となるが、特にオーバーレイとする自己潤滑性膜（固体潤滑剤層）には、黒鉛， M 0 S 2 等の固体潤滑剤以外に C u , Z n等の金属粉末を含ませることによって、摺動面での保持性が顕著に向上し、さらには摺動面でのメカニカルァロイング効果によって、鉄との凝着性が非常に小さい自己潤滑性膜が摺動面に形成され、長時間にわたる摺動条件下においても安定した摩擦特性の得られることが確認できた。なお、この固体潤滑剤層には、増長剤の役目、摺動面への塗布性の改善のために、グリース，ナイロンフエノ一ル樹脂等の有機結合剤などを混合することができる。

前述のように、本発明は、種々に変更可能なことは明らかである, このような変更は本発明の精神および範囲に反することなく、また当業者にとって明瞭な全てのそのような変形、変更は請求の範囲に含まれるものである

Claims

請求の範囲

1. 鉄系基材における摺動側に鉄系材料を舍む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材であつてこの焼結摺動層の表面に固体潤滑剤粒子による凸部を形成させることを特徴とする自己潤滑性焼結摺動材。

2. 前記凸部が形成される焼結摺動層の表面上に固体潤滑剤層が設けられることを特徴とする請求項 1 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

3. 前記凸部は、前記焼結摺動層に予め含まれている固体潤滑剤粒子がその焼結摺動層の表面から突起してなるものであることを特徵とする請求項 1 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

4. 前記固体潤滑剤粒子は粒径が 0. 1〜 3. O mmであり、前記焼結摺動層がその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％において舍むことを特徴とする請求項 1 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

5. 前記固体潤滑剤粒子が黒鉛， B N, W S 2 , M 0 S ₂ , C a F ₂ 等の既知の固体潤滑剤のうちの一種または二種以上の粒子であることを特徴とする請求項 1 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

6. 前記固体潤滑剤層は、黒鉛， B N, W S 2 , M 0 S 2 , C a F ₂ 等の既知の固体潤滑剤のうちの一種もしくは二種以上、あるいは、黒鉛， B N, W S a , M 0 S 2 , C a F ₂ 等の既知の固体潤滑剤のうちの一種もしくは二種以上と、鉄凝着性を軽減する金属粉末およぴまたは有機結合剤とを含むことを特徵とする請求項 2 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

7. 前記鉄凝着性を軽減する金属粉末は、 C u , Z n , P b , B i , S b , W, M o等の鉄との凝着性の小さい非鉄金属系粉末であることを特徴とする請求項 6 に記載の自己涠滑性焼結摺動材。

8. 鉄系基材に焼結摺動層が設けられる自己潤滑性焼結摺動材であって、この焼結摺動層の表面に凹部が形成されその凹部内も舍んでその表面上に固体潤滑剤層が設けられることを特徴とする自己潤滑性焼結褶動材。

9. 前記凹部は、前記焼結摺動層に予め含まれている表面部分の固体潤滑剤粒子を除去した後の穴痕であることを特徵とする請求項 8 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

10. 前記固体潤滑剤粒子は粒径が 0. 1 〜 3. O mmであり、前記暁結摺動層がその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％において合むことを特徵とする請求項 9 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

11. 前記固体潤滑剤粒子が黒鉛， B N, W S _{2 >} M o S ₂ , C a F 2 等の既知の固体潤滑剤のうちの一種または二種以上の粒子であることを特徴とする請求項 9 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

12. 前記焼結摺動材料は、鉄系材料以外に銅系材料を含んでなるものであることを特徵とする請求項 1 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

13. 前記焼結摺動材料は、前記銅菜材料を 1 0〜 8 0体積％において含むことを特徵とする請求項 1 2 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

14. 前記焼結摺動材料は、さらに炭素を含むことを特徴とする請求項 1 3 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

15. 前記焼結摺動材料は、さらに N i を 2. 0〜 2 0. 0重量％、および T i , S i , A 1 , F e , C o , C r , Z r , S nのうちの一種または二種以上を 0. 5〜 1 0. 0重量％において含むことを特徵とする請求項 1 4 に記載の自己潤滑性焼結摺動材。

16. 前記焼結摺動層が 9 0 %以上に緻密化されていることを特徴とする請求項 1乃至 1 5のうちのいずれかに記載の自己潤滑性焼結摺動材。

17. 前記焼結摺動材料の成分として、 2 5 0 メッシュ以下に微粉化された鉄系材料が用いられることを特徴とする請求項 1乃至 7 のうちのいずれかに記載の自己潤滑性焼結摺動材。

18. 前記焼結摺動層が前記鉄系基材の摺動側に拡散接合されていることを特徵とする請求項 1乃至 1 5のうちのいずれかに記載の自己潤滑性焼結摺動材。

19. 鉄系基材の摺動側に鉄系材料を合む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられ、この焼結摺動層の表面に固体潤滑剤層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材の製造方法であって、この焼結摺動層の表面に凸部を形成させその表面上に前記固体潤滑層を形成することを特徴とする自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。

20. 前記鉄系材料を含む焼結摺動材料に銅系材料および固体潤滑剤泣子を含ませ、この焼結摺動材料を焼結して収縮させることにより前記固体潤滑剤粒子を焼結摺動層の表面から突起させて前記凸部を形成することを特徵とする請求項 1 9 に記載の自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。

21. 前記固体潤滑剤粒子として粒径が 0 . 1 〜 3 . 0 m mのものを使用し、前記焼結摺動層にその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％において含ませることを特徵とする請求項 2 0 に記載の自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。

22. 鉄系基材の摺動側に鉄系材料を含む焼結摺動材料よりなる焼結摺動層が設けられ、この焼結摺動層の表面に固体潤滑剤層が設けられてなる自己潤滑性焼結摺動材の製造方法であつて、この焼結摺動層の表面に凹部を形成させその表面上に前記固体潤滑層を形成することを特徵とする自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。

23. 前記鉄系材料を含む焼結摺動材料に固体潤滑剤粒子を含ませ. この焼結摺動材料を焼結した後に前記固体潤滑剤粒子を焼結摺動層の表面から除去して前記凹部を形成することを特徴とする請求 2 2 に記載の自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。

24. 前記固体潤滑剤粒子として粒径が 0 . 1 〜 3 . O m mのものを使用し、前記焼結摺動層にその固体潤滑剤粒子を 1 5〜 5 0体積％含ませることを特徴とする請求項 2 3 に記載の自己潤滑性焼結摺動材の製造方法。