JP2000136827A - 摺動部材の製造方法及び摺動部材 - Google Patents
摺動部材の製造方法及び摺動部材Info
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- JP2000136827A JP2000136827A JP31258298A JP31258298A JP2000136827A JP 2000136827 A JP2000136827 A JP 2000136827A JP 31258298 A JP31258298 A JP 31258298A JP 31258298 A JP31258298 A JP 31258298A JP 2000136827 A JP2000136827 A JP 2000136827A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 摺動部材を熱歪及び極低摩耗にすることを目
的とする。 【解決手段】 ２種のセラミック材料を混合して共晶の
セラミック細粒を形成し、このセラミック細粒を第１摺
動部材としての摺動軸１上に低温による溶射法で溶射
し、次いで研摩して仕上げ、この摺動軸１をこれとなじ
み性の良い銅基合金のブッシュ２に係合せしめ、熱歪及
び摩耗が殆どない摺動部材とする。
的とする。 【解決手段】 ２種のセラミック材料を混合して共晶の
セラミック細粒を形成し、このセラミック細粒を第１摺
動部材としての摺動軸１上に低温による溶射法で溶射
し、次いで研摩して仕上げ、この摺動軸１をこれとなじ
み性の良い銅基合金のブッシュ２に係合せしめ、熱歪及
び摩耗が殆どない摺動部材とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械要素である摺
動部材に係り、特にセラミックス膜を備えた摺動部材の
製造方法及び摺動部材に関する。
動部材に係り、特にセラミックス膜を備えた摺動部材の
製造方法及び摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、摺動部材としては耐摩耗性、耐
熱性、なじみ性等が要求され、このような摺動部材の代
表的なものは、軸受である。これら軸受としては、高炭
素クロム銅からなる軸受銅あるいは、バビット・メタル
として知られるスズ基合金、鉛基、銅基合金等及び各種
焼結セラミックからなる軸受合金がある。
熱性、なじみ性等が要求され、このような摺動部材の代
表的なものは、軸受である。これら軸受としては、高炭
素クロム銅からなる軸受銅あるいは、バビット・メタル
として知られるスズ基合金、鉛基、銅基合金等及び各種
焼結セラミックからなる軸受合金がある。
【０００３】その他、摺動部材としては、耐摩耗性向上
のための浸炭処理、窒化処理、焼入処理した銅あるいは
銅表面に他の金属を溶射した材料が使用されている。
のための浸炭処理、窒化処理、焼入処理した銅あるいは
銅表面に他の金属を溶射した材料が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】２つの部材が摺動する
と、摩擦抵抗により摺動する部分が摩耗するとともに、
この摩耗により材料にガタが生じ、スムースな摺動が不
可能となるばかりでなく、摺動部に熱が発生し材料の歪
が問題となる。
と、摩擦抵抗により摺動する部分が摩耗するとともに、
この摩耗により材料にガタが生じ、スムースな摺動が不
可能となるばかりでなく、摺動部に熱が発生し材料の歪
が問題となる。
【０００５】互いに対向する摺動部材の摺動部は両者の
硬度が非常に高いと却って摩耗が大きくなり、両部材に
硬度が低過ぎるとまた摩耗量が大きくなり、結局両部材
のなじみ性が摩耗減少上重要な要素となり、硬いものに
対して柔らかいもので受けるという着想が重要となる。
硬度が非常に高いと却って摩耗が大きくなり、両部材に
硬度が低過ぎるとまた摩耗量が大きくなり、結局両部材
のなじみ性が摩耗減少上重要な要素となり、硬いものに
対して柔らかいもので受けるという着想が重要となる。
【０００６】最近、耐摩耗性材料としてセラミックスが
注目されており、長尺軸にセラミックをプラズマ溶射し
た後に研摩をしたセラミックス摺動部材が存在するが、
このようなプラズマ溶射は約３２００〜３３００℃位で
セラミックスを溶融噴射しているので、金属基材に熱歪
が残り、高い寸法精度が得られないばかりでなく、セラ
ミックス膜は多孔質なので、表面に凸凹が存在して耐摩
性が十分でないばかりでなく、摩擦抵抗も大きいという
問題があり、更には、摺動部材に荷重が大きく加わった
り、摺動スピードが上昇すると、摩耗が著しくなり使用
に耐えないという問題もある。
注目されており、長尺軸にセラミックをプラズマ溶射し
た後に研摩をしたセラミックス摺動部材が存在するが、
このようなプラズマ溶射は約３２００〜３３００℃位で
セラミックスを溶融噴射しているので、金属基材に熱歪
が残り、高い寸法精度が得られないばかりでなく、セラ
ミックス膜は多孔質なので、表面に凸凹が存在して耐摩
性が十分でないばかりでなく、摩擦抵抗も大きいという
問題があり、更には、摺動部材に荷重が大きく加わった
り、摺動スピードが上昇すると、摩耗が著しくなり使用
に耐えないという問題もある。
【０００７】更に、摺動部材としてのセラミックス膜と
なじみ性の良好な材料についての考察が十分でなく、か
かるなじみ性を考慮した耐摩耗性が大きく、摩擦抵抗が
少なく摩擦がほとんどないような摺動部材の出現が望ま
れている。
なじみ性の良好な材料についての考察が十分でなく、か
かるなじみ性を考慮した耐摩耗性が大きく、摩擦抵抗が
少なく摩擦がほとんどないような摺動部材の出現が望ま
れている。
【０００８】かかる点に鑑み、本発明は、熱歪がなく、
しかも摩滅抵抗が少なくて摺動部材の摩耗がないような
摺動部材の製造方法及び摺動部材を提供することを目的
とする。
しかも摩滅抵抗が少なくて摺動部材の摩耗がないような
摺動部材の製造方法及び摺動部材を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の摺動部
材の製造方法は、摺動部品の表面と粉末セラミックス材
料又はセラミックスと固体潤滑材との複合粉末を溶射す
るトーチとを相対的に摺動部品の表面に熱歪が残らない
範囲で移動し、溶射温度を１５００〜３５００℃に調節
して気孔率が２〜２０％のセラミックス膜を形成し、こ
のセラミックス膜に含浸材を含浸させるようにした。
材の製造方法は、摺動部品の表面と粉末セラミックス材
料又はセラミックスと固体潤滑材との複合粉末を溶射す
るトーチとを相対的に摺動部品の表面に熱歪が残らない
範囲で移動し、溶射温度を１５００〜３５００℃に調節
して気孔率が２〜２０％のセラミックス膜を形成し、こ
のセラミックス膜に含浸材を含浸させるようにした。
【００１０】更に、本発明の摺動部材は、気孔率が２〜
２０％のセラミックス膜を摺動部品の表面に形成し、こ
のセラミックス膜に含浸材を含浸させた。
２０％のセラミックス膜を摺動部品の表面に形成し、こ
のセラミックス膜に含浸材を含浸させた。
【００１１】
【本発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の
実施例について説明する。
実施例について説明する。
【００１２】図１において、本発明の摺動部材Ｓは第１
摺動部材としての摺動軸１と、この摺動軸１が摺動自在
に支持される第２摺動部材としてのブッシュ２とから形
成されており、前記摺動軸１はその周面に摺動面として
のセラミック膜３が形成されるとともにその端部にフラ
ンジ４が形成されている。また、前記ブッシュ２は、本
体筒部５とその一端に形成されたフランジ６とから形成
され、その内面に摺動面が形成されている。
摺動部材としての摺動軸１と、この摺動軸１が摺動自在
に支持される第２摺動部材としてのブッシュ２とから形
成されており、前記摺動軸１はその周面に摺動面として
のセラミック膜３が形成されるとともにその端部にフラ
ンジ４が形成されている。また、前記ブッシュ２は、本
体筒部５とその一端に形成されたフランジ６とから形成
され、その内面に摺動面が形成されている。
【００１３】前記摺動軸１の基材は一般に金属であり、
例えばステンレス鋼であり、一般にセラミック溶射時に
は高温に曝されるので、基材としては、耐熱性が高く熱
歪の小さい材料及び耐摩耗性の高いものが好ましく、硬
化プラスチックのようなものでも基材となり得る。
例えばステンレス鋼であり、一般にセラミック溶射時に
は高温に曝されるので、基材としては、耐熱性が高く熱
歪の小さい材料及び耐摩耗性の高いものが好ましく、硬
化プラスチックのようなものでも基材となり得る。
【００１４】なお、溶射するセラミックスとしては、Ａ
ｌ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＴｉＯ2、及び複合粉末（Ａｌ2Ｏ3
−ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＣｏＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａ
ｌ2Ｏ3−ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ3，ＺｒＯ2−Ｍｇ
Ｏ）等がある。更には、このようなセラミックスと固体
潤滑材としてのグラファイト（Ｍ0Ｓ2）の表面に無電解
ニッケルメッキをしたものの複合粉末も使用され得る。
なお、ブッシュ２は硬いセラミックス膜に対してなじみ
性の良い軸受合金が好ましく、例えば、７／３黄銅、６
／４黄銅、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系、
あるいはＳｎ−Ｃｕ−Ｐｂ系のホワイトメタルが好まし
い。なお、鋳鉄でも使用可能である。その他、黄銅に二
硫化モリブデン（Ｍ0Ｓ2）を含浸させたものでもよく、
その他、テフロン、黄銅にチッ化ボロン、黒鉛、ダイヤ
モンド粉を分散させたもの、高分子材料にチッ化ボロ
ン、黒鉛、ダイヤモンド、二硫化モリブデンを含浸させ
たものでもよい。
ｌ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＴｉＯ2、及び複合粉末（Ａｌ2Ｏ3
−ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＣｏＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａ
ｌ2Ｏ3−ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ3，ＺｒＯ2−Ｍｇ
Ｏ）等がある。更には、このようなセラミックスと固体
潤滑材としてのグラファイト（Ｍ0Ｓ2）の表面に無電解
ニッケルメッキをしたものの複合粉末も使用され得る。
なお、ブッシュ２は硬いセラミックス膜に対してなじみ
性の良い軸受合金が好ましく、例えば、７／３黄銅、６
／４黄銅、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系、
あるいはＳｎ−Ｃｕ−Ｐｂ系のホワイトメタルが好まし
い。なお、鋳鉄でも使用可能である。その他、黄銅に二
硫化モリブデン（Ｍ0Ｓ2）を含浸させたものでもよく、
その他、テフロン、黄銅にチッ化ボロン、黒鉛、ダイヤ
モンド粉を分散させたもの、高分子材料にチッ化ボロ
ン、黒鉛、ダイヤモンド、二硫化モリブデンを含浸させ
たものでもよい。
【００１５】なお、黄銅の硬さはＨＶ６０−１６０程度
であり、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系等の軸受合金の硬度はＨＶ
１７〜３０程度であり、鋳鉄の硬度はＨＶ１５０〜３０
０程度である。一般に、セラミックス膜の硬度はＨＶ７
００以上であり、これに接触するブッシュの摺動面の硬
度はなじみ性向上のためにはセラミック膜の硬度の１／
２以下であることが好ましく、１／３以下であることが
より好ましい。
であり、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系等の軸受合金の硬度はＨＶ
１７〜３０程度であり、鋳鉄の硬度はＨＶ１５０〜３０
０程度である。一般に、セラミックス膜の硬度はＨＶ７
００以上であり、これに接触するブッシュの摺動面の硬
度はなじみ性向上のためにはセラミック膜の硬度の１／
２以下であることが好ましく、１／３以下であることが
より好ましい。
【００１６】次に、摺動軸１にセラミックス膜を形成す
るための方法について説明する。
るための方法について説明する。
【００１７】図２において、アーク電気炉１０内には電
極１１が設けられ、このアーク電気炉１０内に上述した
各セラミックスの粉体１２．１３が供給される。前記炉
内に供給される粉体は単一の粉体でも、２種類の粉体の
複合であっても良いが、摺動面の硬度調整及び融点低下
の面からは２種以上のセラミック粉末を混合するのが良
い。このアーク電気炉１０においては、各セラミック粉
末はアーク放電により約３０００℃に加熱される。炉内
で両粉体は完全に溶融するが、温度が低下して固体にな
ったときに共晶体を作るようにその割合と成分を選択す
るのが好ましい。両粉体をアーク電気炉１０で完全に溶
融した後に、温度を降下させて凝固せしめる。その後、
ミル２０内に凝固したブロックを供給して回転刃２１の
回転により粒度１０〜５０μｍ好ましくは、３０〜４０
μｍに粉砕する。この時の粉砕したセラミック粉末は共
晶体であることが好ましい。あまり粒径が小さいと溶射
ガンにより噴射されたときの慣性が少なく被溶射面に喰
い付くアンカーが効果が小さくなり、あまり粒径が大き
いと溶融温度が高くなり、被溶射面の熱歪が問題とな
る。
極１１が設けられ、このアーク電気炉１０内に上述した
各セラミックスの粉体１２．１３が供給される。前記炉
内に供給される粉体は単一の粉体でも、２種類の粉体の
複合であっても良いが、摺動面の硬度調整及び融点低下
の面からは２種以上のセラミック粉末を混合するのが良
い。このアーク電気炉１０においては、各セラミック粉
末はアーク放電により約３０００℃に加熱される。炉内
で両粉体は完全に溶融するが、温度が低下して固体にな
ったときに共晶体を作るようにその割合と成分を選択す
るのが好ましい。両粉体をアーク電気炉１０で完全に溶
融した後に、温度を降下させて凝固せしめる。その後、
ミル２０内に凝固したブロックを供給して回転刃２１の
回転により粒度１０〜５０μｍ好ましくは、３０〜４０
μｍに粉砕する。この時の粉砕したセラミック粉末は共
晶体であることが好ましい。あまり粒径が小さいと溶射
ガンにより噴射されたときの慣性が少なく被溶射面に喰
い付くアンカーが効果が小さくなり、あまり粒径が大き
いと溶融温度が高くなり、被溶射面の熱歪が問題とな
る。
【００１８】次いで、このセラミック粉末を溶射ガン３
０により、摺動軸１を回転させつつ溶射する。通常のセ
ラミックスの溶射は３２００〜３３００℃で行うが、本
発明においては２９００℃〜３０００℃の温度でセラミ
ックス粉末を摺動軸１に熱歪を起こさないようにして溶
射する。これにより、より精度の高い摺動部材とするこ
とができる。
０により、摺動軸１を回転させつつ溶射する。通常のセ
ラミックスの溶射は３２００〜３３００℃で行うが、本
発明においては２９００℃〜３０００℃の温度でセラミ
ックス粉末を摺動軸１に熱歪を起こさないようにして溶
射する。これにより、より精度の高い摺動部材とするこ
とができる。
【００１９】この低温による溶射法は、熱源として酸素
・アセチレンを採用した低温ガス溶射であり、使用粉末
の融点が２０００℃以下のセラミックス粉末を使用す
る。従来、セラミック溶射は、一般的にプラズマ溶射に
よって行われ、このプラズマ溶射においては、溶射温度
を高めて、完全にセラミック粉末を溶融し、溶射面を平
滑にすることが望ましいと考えられてきた。また、摺動
部材の材料としては如何に硬度が高く摩耗しない材料を
選択することに重点を置いてきた。しかしながら、本件
発明は、従来の上述の考え方とは、逆に、セラミック膜
に多くの気孔を設け、この気孔に柔らかい含浸材を含浸
させて硬度の高い部分に摩擦抵抗の小さい含浸材をミッ
クスさせて、全体として摩擦抵抗の小さい表面を作るこ
とに着目したのである。
・アセチレンを採用した低温ガス溶射であり、使用粉末
の融点が２０００℃以下のセラミックス粉末を使用す
る。従来、セラミック溶射は、一般的にプラズマ溶射に
よって行われ、このプラズマ溶射においては、溶射温度
を高めて、完全にセラミック粉末を溶融し、溶射面を平
滑にすることが望ましいと考えられてきた。また、摺動
部材の材料としては如何に硬度が高く摩耗しない材料を
選択することに重点を置いてきた。しかしながら、本件
発明は、従来の上述の考え方とは、逆に、セラミック膜
に多くの気孔を設け、この気孔に柔らかい含浸材を含浸
させて硬度の高い部分に摩擦抵抗の小さい含浸材をミッ
クスさせて、全体として摩擦抵抗の小さい表面を作るこ
とに着目したのである。
【００２０】次に、この溶射方法について、図９及び図
１０を参照して詳細に説明する。
１０を参照して詳細に説明する。
【００２１】図９において、摺動軸１は所定速度で回転
されるとともに、酸素アセチレン用のガストーチ３０か
らは、２９００〜３０００℃（特に２９００〜２９５０
℃が好ましい）の火炎９０が出て、溶融セラミック粉末
が摺動軸１表面に溶射される。摺動軸１の回転速度は、
ガストーチ３によって加熱される摺動軸１の周面の温度
がそこに熱歪が残らない範囲である４０〜６０℃位に定
められる。各被溶射材の性質によって異なるが、一般的
には、摺動軸３の径を２５ｍｍ〜３０ｍｍとすると、そ
の回転速度は３００〜５００r.p.mとされ、これを表面
速度に換算すると、約２３ｍ／ｍｉｎ〜４７ｍ／ｍｉｎ
位となる。なお、ガストーチ３０と摺動軸１の表面間の
距離は約１２〜１５ｃｍ位が好適である。
されるとともに、酸素アセチレン用のガストーチ３０か
らは、２９００〜３０００℃（特に２９００〜２９５０
℃が好ましい）の火炎９０が出て、溶融セラミック粉末
が摺動軸１表面に溶射される。摺動軸１の回転速度は、
ガストーチ３によって加熱される摺動軸１の周面の温度
がそこに熱歪が残らない範囲である４０〜６０℃位に定
められる。各被溶射材の性質によって異なるが、一般的
には、摺動軸３の径を２５ｍｍ〜３０ｍｍとすると、そ
の回転速度は３００〜５００r.p.mとされ、これを表面
速度に換算すると、約２３ｍ／ｍｉｎ〜４７ｍ／ｍｉｎ
位となる。なお、ガストーチ３０と摺動軸１の表面間の
距離は約１２〜１５ｃｍ位が好適である。
【００２２】一般に、トーチからの火炎のエネルギーの
９９％はロスであり、トーチと被溶射材（摺動部材）と
を所定の速度で相対移動（トーチを移動させてもよい）
させれば、被溶射材の表面温度は４０〜５０℃位の範囲
に押さえられることが確認された。
９９％はロスであり、トーチと被溶射材（摺動部材）と
を所定の速度で相対移動（トーチを移動させてもよい）
させれば、被溶射材の表面温度は４０〜５０℃位の範囲
に押さえられることが確認された。
【００２３】したがって、かかる溶射法によれば、布、
紙等にもセラミック溶射が可能となる。この溶射方法に
おいては、溶射温度が２９００〜３０００℃と通常のプ
ラズマ溶射に比較して低いので、溶射表面の気孔率が２
〜２０％位となり、多孔性のものとなる。一般に、気孔
率はセラミック粉末の融点、セラミック粉末の粒度、溶
射温度、溶射時間、噴射スピード（ガス圧）粉末の比
重、被溶射面の温度等の調整により１０〜１５％に調整
されることが好ましい。したがって、ＴｉＯ2の粉末は
１５００〜１７００℃で溶融するので、溶射温度は１５
００℃位でも、他の要素の調整によって可能であり、そ
の上限は熱歪を起こさないように調整可能な３５００℃
と設定することができる。軸上に形成される被膜の厚さ
は、１０〜３００μｍ程度で十分である。このように、
溶射したままでは、表面がやや粗いが、真空炉４０内で
テフロン粉末を軸上に供給して真空含浸させる。これに
よりセラミックス形成膜にテフロンの摺動特性を与え完
全オイルレスの摺動部材となる。含浸材としては、テフ
ロン等のフッソ系樹脂の他に、二硫化モリブデン、チッ
化ボロン、フッ化ピッチ、ダイヤモンドを分散した高分
子材料も使用され得る。この実施例では、図１０に示す
ように硬いセラミック膜１００の気孔内にテフロン１０
１が含浸された状態となり、その後、砥石５０によって
軸周面を研摩して周面の平均粗さＲａが０．２μ以下と
なるように仕上げる。
紙等にもセラミック溶射が可能となる。この溶射方法に
おいては、溶射温度が２９００〜３０００℃と通常のプ
ラズマ溶射に比較して低いので、溶射表面の気孔率が２
〜２０％位となり、多孔性のものとなる。一般に、気孔
率はセラミック粉末の融点、セラミック粉末の粒度、溶
射温度、溶射時間、噴射スピード（ガス圧）粉末の比
重、被溶射面の温度等の調整により１０〜１５％に調整
されることが好ましい。したがって、ＴｉＯ2の粉末は
１５００〜１７００℃で溶融するので、溶射温度は１５
００℃位でも、他の要素の調整によって可能であり、そ
の上限は熱歪を起こさないように調整可能な３５００℃
と設定することができる。軸上に形成される被膜の厚さ
は、１０〜３００μｍ程度で十分である。このように、
溶射したままでは、表面がやや粗いが、真空炉４０内で
テフロン粉末を軸上に供給して真空含浸させる。これに
よりセラミックス形成膜にテフロンの摺動特性を与え完
全オイルレスの摺動部材となる。含浸材としては、テフ
ロン等のフッソ系樹脂の他に、二硫化モリブデン、チッ
化ボロン、フッ化ピッチ、ダイヤモンドを分散した高分
子材料も使用され得る。この実施例では、図１０に示す
ように硬いセラミック膜１００の気孔内にテフロン１０
１が含浸された状態となり、その後、砥石５０によって
軸周面を研摩して周面の平均粗さＲａが０．２μ以下と
なるように仕上げる。
【００２４】このようにして作成された摺動軸１は、一
般にその周面に形成されたセラミック膜の硬度がビッカ
ース硬度ＨＶ７００以上であり、これを受けるブッシュ
２は前述したようななじみ性の良いセラミックス膜の硬
度の１／３以下の硬度を有する材料で構成される。な
お、ブッシュ２のマトリックス中に若干の潤滑性を増大
するための金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）等を加える
のが好ましい。かかる摺動部材は殆ど摩耗することなく
（±３μｍ以下）、したがって、周囲の汚れがなく、焼
付きがないし、摺動部材自体の熱膨張もないし、完全オ
イルレスにすることができて潤滑油の供給も省略でき
る。また、このようなセラミックス摺動部材は、負荷
（荷重、スピード）の変化に対して強く、著しく負荷が
増大しても摩耗への影響は少なく、この性質は従来のオ
イルレス摺動部材に全く見られない。
般にその周面に形成されたセラミック膜の硬度がビッカ
ース硬度ＨＶ７００以上であり、これを受けるブッシュ
２は前述したようななじみ性の良いセラミックス膜の硬
度の１／３以下の硬度を有する材料で構成される。な
お、ブッシュ２のマトリックス中に若干の潤滑性を増大
するための金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）等を加える
のが好ましい。かかる摺動部材は殆ど摩耗することなく
（±３μｍ以下）、したがって、周囲の汚れがなく、焼
付きがないし、摺動部材自体の熱膨張もないし、完全オ
イルレスにすることができて潤滑油の供給も省略でき
る。また、このようなセラミックス摺動部材は、負荷
（荷重、スピード）の変化に対して強く、著しく負荷が
増大しても摩耗への影響は少なく、この性質は従来のオ
イルレス摺動部材に全く見られない。
【００２５】また、摩耗が殆どないので、シール形状の
金属基材にセラミックス膜を形成すれば、黒鉛、ゴムシ
ールの代わりにも使用できる。かかる摺動部材は、摩耗
粉がないので汚れがないため、例えば、半導体製造装置
のようなクリーンルームで使用される装置の軸受、セラ
ミックスの耐薬品耐摩耗性の故に食品製造装置、医療装
置の機械要素、あるいは、精密旋盤、精密測定装置のよ
うな高速高精度装置の機械要素として使用され得る。な
お、図１１に示すようなリニアーガイドＬＧのレール２
００のガイド面２００ａ上を前記摺動軸３を同様に処理
し、このレール２００にブッシュ２と同様に処理したキ
ャリアボディ２０１を摺動させることも可能である。
金属基材にセラミックス膜を形成すれば、黒鉛、ゴムシ
ールの代わりにも使用できる。かかる摺動部材は、摩耗
粉がないので汚れがないため、例えば、半導体製造装置
のようなクリーンルームで使用される装置の軸受、セラ
ミックスの耐薬品耐摩耗性の故に食品製造装置、医療装
置の機械要素、あるいは、精密旋盤、精密測定装置のよ
うな高速高精度装置の機械要素として使用され得る。な
お、図１１に示すようなリニアーガイドＬＧのレール２
００のガイド面２００ａ上を前記摺動軸３を同様に処理
し、このレール２００にブッシュ２と同様に処理したキ
ャリアボディ２０１を摺動させることも可能である。
【００２６】以下、実施例について説明する。
【００２７】
【実験例】Ａｌ2Ｏ3とＴｉＯ2粉末（チタニア）を６
０：４０の割合でアーク電気炉内に供給し、３０００℃
で溶融させ、冷却凝固させた後、ミルで粉砕して粒度３
０〜５０μｍの共晶体を生成した。この共晶体粉末を低
温による溶射法でＳＵＳ３０４の直径１３，１６，２０
ｍｍの軸を３００〜５００r.p.mで回転し、軸上に長さ
６０〜１００ｍｍに亘って厚さが０．３〜０．３５ｍｍ
のセラミックス膜を形成し、真空炉で弗化アクリルを膜
内に含浸させ、砥石で平均粗さＲａ０．１５μｍに仕上
げた。
０：４０の割合でアーク電気炉内に供給し、３０００℃
で溶融させ、冷却凝固させた後、ミルで粉砕して粒度３
０〜５０μｍの共晶体を生成した。この共晶体粉末を低
温による溶射法でＳＵＳ３０４の直径１３，１６，２０
ｍｍの軸を３００〜５００r.p.mで回転し、軸上に長さ
６０〜１００ｍｍに亘って厚さが０．３〜０．３５ｍｍ
のセラミックス膜を形成し、真空炉で弗化アクリルを膜
内に含浸させ、砥石で平均粗さＲａ０．１５μｍに仕上
げた。
【００２８】ブッシュとしては、モリブデンシリサイド
をマトリックスに含ませた６／４黄銅を使用した。この
時のセラミックス膜の硬度はロックウェル硬さＨＲＣ６
０〜６４であり、ブッシュ２の摺動面の硬さは、ＨＲＣ
１．５〜６であった。
をマトリックスに含ませた６／４黄銅を使用した。この
時のセラミックス膜の硬度はロックウェル硬さＨＲＣ６
０〜６４であり、ブッシュ２の摺動面の硬さは、ＨＲＣ
１．５〜６であった。
【００２９】そして、図３に示すように、移動フレーム
６０を台フレーム６１とその上に載置された載置フレー
ム６２とで構成し、この載置フレームの突出部６２ａに
図４に示すようなブッシュ２を取付け、このブッシュ２
に、図５に示すように前記軸１が係合するように軸１を
台フレーム６１を貫通するように固定配設し、図示しな
いモータを含む移動装置によって前記移動フレーム６０
を上下に５千万回往復動させた。この時の軸１（ポス
ト）の膜の寸法変化を表１と図６に示す。
６０を台フレーム６１とその上に載置された載置フレー
ム６２とで構成し、この載置フレームの突出部６２ａに
図４に示すようなブッシュ２を取付け、このブッシュ２
に、図５に示すように前記軸１が係合するように軸１を
台フレーム６１を貫通するように固定配設し、図示しな
いモータを含む移動装置によって前記移動フレーム６０
を上下に５千万回往復動させた。この時の軸１（ポス
ト）の膜の寸法変化を表１と図６に示す。
【００３０】
【表１】 この場合、ポスト上部、中央部及び下部とは、図３の軸
１のａ部分、ｂ部分及びｃ部分をそれぞれ示している。
これによれば、軸上部は殆ど摩耗せず、軸中央部はスト
ローク数が０〜１千万回の範囲で１μｍ程度摩耗し、軸
下部がストローク数が０〜数２千万回の範囲で３μｍ程
度摩耗することが判る。なお、ストローク数２千万回以
上での摩耗は全く生じない。
１のａ部分、ｂ部分及びｃ部分をそれぞれ示している。
これによれば、軸上部は殆ど摩耗せず、軸中央部はスト
ローク数が０〜１千万回の範囲で１μｍ程度摩耗し、軸
下部がストローク数が０〜数２千万回の範囲で３μｍ程
度摩耗することが判る。なお、ストローク数２千万回以
上での摩耗は全く生じない。
【００３１】更に、この時のブッシュ２の摺動面の寸法
変化を表２及び図７に示す。
変化を表２及び図７に示す。
【００３２】
【表２】 この場合、ブッシュ上部、中部及び下部とは図４のａ部
分、ｂ部分及びｃ部分をそれぞれ示している。これら
表、図によれば、ブッシュ上部における寸法変化は摺動
開始から約１１００万回のストローク数の範囲で約１．
５μｍであり、ブッシュ中央は１１００万回までの範囲
で０．５μｍと著しく小さい。また、１１００万回以降
は殆ど摩耗がないことが判る。
分、ｂ部分及びｃ部分をそれぞれ示している。これら
表、図によれば、ブッシュ上部における寸法変化は摺動
開始から約１１００万回のストローク数の範囲で約１．
５μｍであり、ブッシュ中央は１１００万回までの範囲
で０．５μｍと著しく小さい。また、１１００万回以降
は殆ど摩耗がないことが判る。
【００３３】前記摺動軸１とブッシュ２の両摺動面を考
慮すると、２千万回以上のストローク数では両摺動面が
完全になじんで界面状態が当初とは異なってきて、それ
以降の摩耗は殆どゼロとなることが判る。すなわち、摺
動軸１とブッシュ２との２千万回位の摺動の結果、摺動
軸１の摺動面とブッシュ２の摺動面間にセルフライニン
グが行われ、両摺動面間にセラミック膜と黄銅膜との極
薄混合膜が形成され両摺動面が完全になじんで摩耗が殆
どゼロとなるものと思われる。そこで、セルフライニン
グ後に両摺動部材を機械要素として種々の装置内に組込
めば、装置の寸法誤差のない機構を確保できることとな
る。
慮すると、２千万回以上のストローク数では両摺動面が
完全になじんで界面状態が当初とは異なってきて、それ
以降の摩耗は殆どゼロとなることが判る。すなわち、摺
動軸１とブッシュ２との２千万回位の摺動の結果、摺動
軸１の摺動面とブッシュ２の摺動面間にセルフライニン
グが行われ、両摺動面間にセラミック膜と黄銅膜との極
薄混合膜が形成され両摺動面が完全になじんで摩耗が殆
どゼロとなるものと思われる。そこで、セルフライニン
グ後に両摺動部材を機械要素として種々の装置内に組込
めば、装置の寸法誤差のない機構を確保できることとな
る。
【００３４】また、この時の図３に示す移動フレームの
各部の温度変化を表３と図８に示す。
各部の温度変化を表３と図８に示す。
【表３】 ここで、表３のＡ，Ｂ及びＣとは、図３に示す移動フレ
ームの上部を占める載置フレームのブッシュ２の近傍位
置、台フレーム上の摺動軸近傍位置及び台フレームの側
面位置をそれぞれ示している。これによれば、移動フレ
ーム１０を往復動させるモータの温度が５０℃前後であ
るが、ブッシュ２の摺動面の温度が３０〜４０℃の間で
あり、移動フレーム１０の各位置Ａ，Ｂ、Ｃの温度がブ
ッシュ２の摺動面の温度よりも高くなっている。これ
は、モータの温度影響が移動フレーム２０に与えられる
ことを示していると思われ、摺動軸１とブッシュ２の摺
動面の温度上昇は無視できる程少ないことが判り、温度
上昇による各部の膨張は考慮する必要がなくなり理想の
摺動部材となる。
ームの上部を占める載置フレームのブッシュ２の近傍位
置、台フレーム上の摺動軸近傍位置及び台フレームの側
面位置をそれぞれ示している。これによれば、移動フレ
ーム１０を往復動させるモータの温度が５０℃前後であ
るが、ブッシュ２の摺動面の温度が３０〜４０℃の間で
あり、移動フレーム１０の各位置Ａ，Ｂ、Ｃの温度がブ
ッシュ２の摺動面の温度よりも高くなっている。これ
は、モータの温度影響が移動フレーム２０に与えられる
ことを示していると思われ、摺動軸１とブッシュ２の摺
動面の温度上昇は無視できる程少ないことが判り、温度
上昇による各部の膨張は考慮する必要がなくなり理想の
摺動部材となる。
【００３５】前述した摺動部材は往復運動に適用した場
合を示しているが、回転運動用の軸受として適用できる
ことは言うまでもない。
合を示しているが、回転運動用の軸受として適用できる
ことは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、歪
がなく、負荷の著しい変化に対して強く、殆ど摩耗のな
いような摺動部材とすることができるという効果を奏す
る。
がなく、負荷の著しい変化に対して強く、殆ど摩耗のな
いような摺動部材とすることができるという効果を奏す
る。
【図１】本発明の摺動部材の正面図である。
【図２】本発明の摺動部材の製造方法を示す工程図であ
る。
る。
【図３】本発明の摺動部材を組込んだ移動フレームの斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明の第２摺動部材としてのブッシュの斜視
図である。
図である。
【図５】本発明の第１摺動部材としての摺動軸の正面図
である。
である。
【図６】摺動軸の摩耗状態を示す折れ線グラフである。
【図７】ブッシュの摩耗状態を示す折れ線グラフであ
る。
る。
【図８】本発明の摺動部材を組込んだ移動フレームの各
部の温度変化を示す折れ線グラフである。
部の温度変化を示す折れ線グラフである。
【図９】本発明にかかる溶射方法の詳細図である。
【図１０】溶射後の摺動部材の表面状態図である。
【図１１】本発明を適用したリニアーガイドの斜視図で
ある。
ある。
１…摺動部材 ２…ブッシュ ３…セラミック膜 １０…アーク電気炉 ２０…ミル ３０…溶射ガン ４０…真空炉 ５０…砥石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 DA02 QA04 SC04 SD01 SD04 SD10 SE02 SE04 SE06 SE10 4K031 AA02 AB08 CB01 CB09 CB42 CB43 CB44 CB46 CB49 CB50 CB51 DA01 EA01 EA02 EA10 FA07 FA08
Claims (10)
- 【請求項１】 摺動部品の表面と粉末セラミックス材料
又はセラミックスと固体潤滑材との複合粉末を溶射する
トーチとを相対的に摺動部品の表面に熱歪が残らない範
囲で移動し、溶射温度を１５００〜３５００℃に調節し
て気孔率が２〜２０％のセラミックス膜を形成し、この
セラミックス膜に含浸材を含浸させるようにしたことを
特徴とする摺動部材の製造方法。 - 【請求項２】 前記トーチはガストーチであることを特
徴とする請求項１記載の摺動部材の製造方法。 - 【請求項３】 少なくとも２種以上のセラミックス材料
を溶融して冷却凝固させ、次いで、粉砕して所定粒度の
共晶セラミックス粉末を準備し、この共晶セラミック粉
末がトーチで溶射されることを特徴とする請求項１又は
２記載の摺動部材の製造方法。 - 【請求項４】 前記セラミックス材料はＡｌ2０3−Ｔｉ
Ｏ2であり、その混合割合を６：４としたことを特徴と
する請求項１記載の摺動部材の製造方法。 - 【請求項５】 前記含浸材は、フッソ系樹脂、二硫化モ
リブデン、チッ化ボロン、フッ化ピッチ、ダイヤモンド
を分散した高分子材料のうち、少なくとも一種からなる
ことを特徴とする請求項１記載の摺動部材の製造方法。 - 【請求項６】 気孔率が５〜２０％のセラミックス膜を
摺動部品の表面に形成し、このセラミックス膜に含浸材
を含浸させたことを特徴とする摺動部材。 - 【請求項７】 前記セラミックス膜の材料はＡｌ2０2−
ＴｉＯ2であることを特徴とする請求項６記載の摺動部
材。 - 【請求項８】 前記含浸材はテフロン、二硫化モリブデ
ン、チッ化ボロン、フッ化ピッチ、ダイヤモンドを分散
した高分子材料のうち、少なくとも一種からなることを
特徴とする請求項６又は７記載の摺動部材。 - 【請求項９】 セラミックス粉末を溶射して形成された
気孔率５〜２０％のセラミックス膜に含浸材を含浸した
摺動部を有する第１摺動部材と、この第１摺動部材と係
合する第２摺動部材からなり、この第２摺動部材の摺動
部は第１摺動部材の摺動部よりも硬度が１／２以下の材
質で形成されていることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項１０】 前記第１摺動部材の摺動部はＡｌ2０3
−ＴｉＯ2の共晶粉末に含浸材を含浸させたものからな
り、前記第２摺動部材の摺動部は銅合金からなることを
特徴とする請求項９記載の摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31258298A JP2000136827A (ja) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31258298A JP2000136827A (ja) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000136827A true JP2000136827A (ja) | 2000-05-16 |
Family
ID=18030948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31258298A Pending JP2000136827A (ja) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000136827A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002153691A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-05-28 | Juki Corp | ミシン部品およびその製造方法 |
| WO2004113748A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-29 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法 |
| JP2007308800A (ja) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Hamilton Sundstrand Corp | コーティングの形成方法およびベアリングコーティング |
| CN100453835C (zh) * | 2003-06-11 | 2009-01-21 | 石川岛播磨重工业株式会社 | 转动部件、机箱、轴承、齿轮箱、转动机械、轴构造及表面处理方法 |
| JP2011514486A (ja) * | 2008-02-08 | 2011-05-06 | テクノジェニア | ダウンホールモーターのラジアル軸受を製造する方法及び装置 |
| US8368875B2 (en) | 2007-01-26 | 2013-02-05 | Trimble Jena Gmbh | Optical instrument and method for obtaining distance and image information |
| WO2013077147A1 (ja) * | 2011-11-22 | 2013-05-30 | 日産自動車株式会社 | シリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック |
-
1998
- 1998-11-02 JP JP31258298A patent/JP2000136827A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002153691A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-05-28 | Juki Corp | ミシン部品およびその製造方法 |
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| JPWO2004113748A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2006-08-03 | 石川島播磨重工業株式会社 | 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法 |
| CN100453835C (zh) * | 2003-06-11 | 2009-01-21 | 石川岛播磨重工业株式会社 | 转动部件、机箱、轴承、齿轮箱、转动机械、轴构造及表面处理方法 |
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| WO2013077147A1 (ja) * | 2011-11-22 | 2013-05-30 | 日産自動車株式会社 | シリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック |
| CN103890221A (zh) * | 2011-11-22 | 2014-06-25 | 日产自动车株式会社 | 汽缸体的制造方法及汽缸体 |
| JPWO2013077147A1 (ja) * | 2011-11-22 | 2015-04-27 | 日産自動車株式会社 | シリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック |
| US9885311B2 (en) | 2011-11-22 | 2018-02-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method for manufacturing cylinder block and cylinder block |
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