對開軸承的制作方法
對開軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐磨性優(yōu)異、在難以形成油膜的邊界潤滑下能夠可靠地形成油膜的對開軸承。沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀的對開軸承(1)包括：多孔質(zhì)層(4)，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材(3)的表面；以及滑動層(2)，其是由至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂材料(5)來覆蓋多孔質(zhì)層(4)而成的，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層(2)的表面形成凹凸面(6)，該凹凸面(6)對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面(6)對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度。
【專利說明】對開軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的對開軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]作為構(gòu)成軸承的滑動構(gòu)件，公知有一種在金屬基材上由Cu (銅)系合金形成多孔質(zhì)層、且利用使聚四氟乙烯(PTFE)和Pb(鉛)混合而成的樹脂系材料來覆蓋該多孔質(zhì)層而成的滑動材料。
[0003]由這樣的樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料的滑動性優(yōu)異，但由于磨損量較大而不適用于高負荷下的使用。另外，由于Pb的使用一直受到限制，因此，正在推進對不含Pb的滑動材料的開發(fā)。
[0004]另外，作為構(gòu)成軸承的滑動構(gòu)件，公知有一種在金屬基材上粘貼Cu系合金而成的滑動材料。相比由樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料，在鍍銅鋼板等金屬基材上粘貼Cu系合金而成的滑動材料雖然滑動性較差，但能夠抑制磨損。另外，還提案有一種通過在滑動層的表面形成成為油存積部的凹凸形狀、而促進油膜的形成的技術(shù)。
[0005]但是，如被稱作活塞泵的液壓泵那樣，存在有在施加高負荷的環(huán)境下無法保持凹凸形狀的情況，因而在長時間的使用下無法維持期望的滑動特性。
[0006]若增加凹凸形狀的高度，雖然能夠抑制由磨損導(dǎo)致的油存積部的削減，但難以在由Cu系合金形成的滑動層的表面上形成期望的高度的凹凸形狀。
[0007]因此，公知有一種利用由樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料提高機械強度使得由樹脂系材料形成的滑動層不自多孔質(zhì)層剝離、并能夠形成期望形狀的油存積部的技術(shù)(例如參照專利文獻I)
[0008]專利文獻1:日本特開2006-226299號公報
[0009]但是，即使是提高了機械強度而使得由樹脂系材料形成的滑動層不會自多孔質(zhì)層剝離的以往的滑動材料，也無法充分地抑制施加高負荷的環(huán)境下的磨損量，在長時間的使用下，無法維持期望的滑動特性，可能發(fā)生凝結(jié)(日文:凝著)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]發(fā)明要解決的問題
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨性優(yōu)異、且在難以形成油膜的邊界潤滑下能夠可靠地形成油膜的對開軸承。
[0012]用于解決問題的方案
[0013]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了利用構(gòu)成滑動層的樹脂系材料的添加劑來降低磨損從而能夠?qū)尚纬捎湍さ幕瑒訉拥陌纪剐螤钸M行保持。
[0014]本發(fā)明為一種對開軸承，該對開軸承包括:多孔質(zhì)層，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材的一個面；以及滑動層，其是由至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料來覆蓋多孔質(zhì)層而成的，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面相對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，該對開軸承沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀。
[0015]滑動層的凹凸面的算術(shù)平均粗糙度Ra優(yōu)選設(shè)為3.0 μ m?10.0 μ m。另外，優(yōu)選的是，多孔質(zhì)層是通過對散分于金屬基材的一個面的、粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金進行燒結(jié)而形成的，利用具有將凹凸面轉(zhuǎn)印于滑動層的凹凸形狀的輥，將至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料浸滲并燒結(jié)于上述多孔質(zhì)層，從而形成滑動層。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]在本發(fā)明的對開軸承中，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而而形成油膜，并且，該凹凸面對于被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，由此，在滑動層的表面形成有油存積部，即使在施加高負荷這樣的使用條件下，也能夠維持滑動層表面的凹凸形狀。
[0018]由此，即使在施加高負荷、難以形成油膜的邊界潤滑下，也能夠可靠地形成油膜從而降低磨損，并且，能夠降低發(fā)熱，在液壓機械的領(lǐng)域中，由于耐氣蝕性、耐腐蝕性優(yōu)異，因此具有抑制滑動構(gòu)件凝結(jié)的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是表示本實施方式的對開軸承的一例子的立體圖。
[0020]圖2是表示本實施方式的對開軸承的一例子的滑動層的剖視圖。
[0021]圖3是表示本實施方式的對開軸承的滑動層的表面形狀的一例子的立體圖。
[0022]圖4是表示應(yīng)用有本實施方式的滑動構(gòu)件的活塞泵的一例子的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5A是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0024]圖5B是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0025]圖6A是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0026]圖6B是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0027]圖7A是表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0028]圖7B是表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0029]圖8是實施例的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0030]圖9是比較例I的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0031]圖10是比較例2的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0032]圖11是表示實施例和各比較例中的滑動層的磨損量的變化的圖表。
【具體實施方式】
[0033]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的對開軸承的實施方式。圖1是表示本實施方式的對開軸承的一例子的立體圖，圖2是表示本實施方式的對開軸承的一例子的滑動層的剖視圖，圖3是表示本實施方式的對開軸承的滑動層的表面形狀的一例子的立體圖。
[0034]如圖1所示，本實施方式的對開軸承I構(gòu)成圓弧狀的軸承，其內(nèi)周面成為與被滑動物之間的滑動層2。如圖2所示，對開軸承I在金屬基材3的一個面、即表面由合金材料形成多孔質(zhì)層4，將該多孔質(zhì)層4利用樹脂材料5覆蓋，而形成滑動層2。
[0035]對開軸承I在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層2的表面設(shè)置凹凸面6。凹凸面6構(gòu)成為適應(yīng)于油膜的形成和油膜的保持的形狀、且能夠抑制在被滑動物擺動所產(chǎn)生的不平衡負荷下的磨損所導(dǎo)致的形狀變化的形狀。
[0036]S卩，為了能夠在滑動層2的表面形成油膜，因此，凹凸面6以設(shè)有成為油存積部的期望的形狀的凹部6a的方式構(gòu)成。在本例子中，如圖3所示，凹凸面6形成有倒四棱錐形狀的凹部6a，各該倒四棱錐形狀以頂點連續(xù)的線狀配置為格子狀。
[0037]另外，對于凹凸面6，即使在被滑動物滑動而產(chǎn)生的磨損下，也能夠保持可形成油膜的凹部6a的形狀，因此，根據(jù)滑動層2的磨損量限定從凹部6a的底部到頂點的高度，限定凹部6a能夠確保期望的高度的表面粗糙度。
[0038]對開軸承I的多孔質(zhì)層4由Cu-Sn系合金形成。通過將粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金以成為期望的厚度的方式散布并燒結(jié)于金屬基材3的表面而形成多孔質(zhì)層4。
[0039]另外，對開軸承I的滑動層2由至少包含聚四氟乙烯(PTFE)和碳纖維的樹脂材料5形成。利用具有對形成于滑動層2的表面的凹凸面6進行轉(zhuǎn)印的凹凸形狀的未圖示的輥，將樹脂材料5浸滲并燒結(jié)于在金屬基材3的表面上燒結(jié)了的多孔質(zhì)層4，從而形成滑動層2。
[0040]在對開軸承I中，限定從凹部6a的底部到頂點的高度，使得滑動層2的凹凸面6的算術(shù)平均粗糙度Ra為3.0 μ m?10.0 μ m，優(yōu)選的是Ra為6.0 μ m?10.0 μ m。
[0041]如上所述，由于滑動層2的凹凸面6的形成是通過對固化前的樹脂材料5進行模具的轉(zhuǎn)印來進行的，因此，能夠容易地形成具有期望的高度的凹凸形狀。
[0042]本實施方式的對開軸承I的滑動層2的表面形狀由凹凸面6構(gòu)成為適用于油膜的形成和油膜的保持的形狀、且能夠抑制在被滑動物擺動所產(chǎn)生的不平衡負荷下的磨損所導(dǎo)致的形狀變化的形狀，從而通過使用低摩擦系數(shù)的聚四氟乙烯，而能夠具有耐磨性優(yōu)異的特性。
[0043]因此，本實施方式的對開軸承I特別優(yōu)選適用于液壓泵等液壓設(shè)備。圖4是作為液壓設(shè)備的一例子的、應(yīng)用有本實施方式的對開軸承的活塞泵的一例子的結(jié)構(gòu)圖，圖4是示意性的側(cè)剖視圖。
[0044]在活塞泵10中，缸體組件20支承于輸入軸21且安裝于殼體30，缸體組件20利用傳遞至輸入軸21的驅(qū)動力進行旋轉(zhuǎn)。在缸體組件20中，沿旋轉(zhuǎn)方向形成有多個缸體22，活塞40以能夠進出的方式被安裝于各缸體22。
[0045]活塞泵10設(shè)有以使缸體組件20能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承缸體組件20的平軸承50。平軸承50包括沿缸體組件20的旋轉(zhuǎn)方向開口的吸入端口 51和排出端口 52，通過使設(shè)于殼體30的吸入口 31與吸入端口 51連通，使殼體30的排出口 32與排出端口 52連通，而將平軸承50安裝于缸體組件20與殼體30之間。對于平軸承50，通過缸體組件20在沿軸向被按壓的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，缸體組件20與平軸承50相對地滑動。
[0046]活塞泵10設(shè)有隨著缸體組件20的旋轉(zhuǎn)使活塞40相對于缸體組件20的缸體22進出的斜板60、用于切換斜板60的角度的軛61、用于使斜板60和軛61工作的操作活塞70以及復(fù)位彈簧80。
[0047]在活塞泵10中，隨著缸體組件20的旋轉(zhuǎn)，利用缸體組件20中的、活塞40突出的一側(cè)的缸體22吸入油，利用活塞40突入的一側(cè)的缸體22排出油?；钊?0構(gòu)成為，通過改變斜板60和軛61的角度，使活塞40的行程變動，而能夠調(diào)整油的排出量。
[0048]在活塞泵10中，以使斜板60和軛61能夠擺動的方式支承斜板60和軛61的對開軸承I設(shè)于殼體30。對開軸承I具有利用上述圖1?圖3說明的結(jié)構(gòu)，軛61的軸部62成為被滑動物且在沿圓周方向被按壓的狀態(tài)下進行擺動，從而使軸部62和對開軸承I相對地滑動。
[0049]在活塞泵10中，在缸體組件20向一個方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，為油的吸入側(cè)和排出側(cè)被固定的結(jié)構(gòu)，在缸體組件20向正反兩個方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，為油的吸入側(cè)和排出側(cè)能夠被切換的結(jié)構(gòu)。平軸承50在因缸體組件20沿軸向被按壓而被施加高負荷的狀態(tài)下，使缸體組件20沿圓周方向的一個方向或正反兩個方向滑動。由此，缸體組件20和平軸承50在施加有高負荷的狀態(tài)下沿圓周方向滑動。
[0050]另外，在活塞泵10中，為通過斜板60和軛61向正反兩個方向擺動、使油的排出量可變的結(jié)構(gòu)，對開軸承I在軛61的軸部62沿圓周方向被按壓而被施加有高負荷的狀態(tài)下，使軸部62向沿圓周方向的正反兩個方向滑動。由此，軸部62和對開軸承I在施加有高負荷的狀態(tài)下沿直線方向滑動。
[0051]實施例
[0052]為了驗證對開軸承中的滑動層的結(jié)構(gòu)和表面形狀的差異對凝結(jié)、磨損這樣的耐久性帶來的影響，使用圖4所示的活塞泵10進行了試驗。關(guān)于試驗對象的對開軸承，作為實施例，制作了這樣的對開軸承1:在金屬基材3的表面利用Cu-Sn系合金形成有多孔質(zhì)層4，利用至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂材料5覆蓋多孔質(zhì)層4而形成滑動層2，在滑動層2的表面形成有凹凸面6。
[0053]另外，作為比較例1，制作了這樣的對開軸承:在金屬基材的表面利用Cu-Sn系合金形成有多孔質(zhì)層，利用至少含有聚四氟乙烯和Pb(鉛)的樹脂材料覆蓋多孔質(zhì)層而形成有滑動層2。在比較例I的對開軸承中，在滑動層的表面未形成有凹凸面。
[0054]另外，作為比較例2，制作了這樣的對開軸承:通過對在金屬基材的表面粘貼板狀的Cu-Sn系合金而形成的滑動層施加噴丸處理，而形成具有預(yù)定的表面粗糙度和表面硬度的滑動面。
[0055]試驗條件如下所述。
[0056]截斷(cutoff)耐久試驗
[0057]排出壓力:0MPa?28MPa
[0058]循環(huán)次數(shù):25萬次(ON:lsec, OFF:1 sec)
[0059]油溫:60°C
[0060]軸轉(zhuǎn)速:N= 1800rpm
[0061]圖5A、圖5B是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖5A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖5B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。
[0062]另外，圖6A、圖6B是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖6A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖6B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。
[0063]另外，圖7A、圖7B使表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖7A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖7B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。在此，圖5A、圖5B、圖6A、圖6B基于日本JISB0601(1994)的標準。
[0064]另外，圖8是實施例的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片，圖9是比較例I的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片，圖10是比較例2的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片。另外，圖11是表示實施例和各比較例中的滑動層的磨損量的變化的圖表。實施例和各比較例中的滑動層的磨損量是通過以下方法求得的:利用測微計測量對開軸承的試驗前的壁厚、和作為試驗后的壁厚的經(jīng)過每次循環(huán)的壁厚，并計算出差分。
[0065]在實施例的對開軸承I中，以圖2等所示的這樣的形狀在滑動層2的表面形成凹凸面6，如圖5A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為6.018μπι，十點平均粗糙度(Rz)為22.35 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.4389mm。
[0066]相對于這樣的試驗前的形狀，如圖5B所示，在上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為3.491 μ m,十點平均粗糙度(Rz)為12.74 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.4304mm。
[0067]在實施例的對開軸承中，如圖8的顯微鏡照片所示，即使在25萬次循環(huán)之后，也只是在滑動層2的表面的凹凸面6的頂點可見到略微的磨損的程度，而未見到凝結(jié)。
[0068]在實施例的對開軸承I中，判斷出:通過在滑動層2中混合碳纖維，使耐熱性和耐壓性提高，即使在長時間施加高負荷這樣的使用條件下，也能夠如圖11所示那樣能夠抑制滑動層2的磨損。另外，在實施例的對開軸承I中，如圖5A所示，在初期階段形成于滑動層2的表面的凹凸面6的高度相比于圖6A和圖7A所示的各比較例較高，因而能夠更加可靠地形成油膜，因此，判斷出除滑動層2的成分以外，利用滑動層2的表面的形狀也能夠抑制滑動層2的磨損，而即使在長時間施加高負荷的使用條件下，如圖5B所示，也可判斷出殘留有成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀。而且，在實施例的對開軸承I中，還可判斷出:即使滑動層2由摩擦系數(shù)比Cu系合金的摩擦系數(shù)較低的聚四氟乙烯形成，也能夠抑制滑動層2的磨損。
[0069]在比較例I的對開軸承中，如圖6A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為
2.262 μ m,十點平均粗糙度(Rz)為8.588 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.3299mm。
[0070]如圖6B所示，對于這樣的試驗前的形狀，上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.3373 μ m，十點平均粗糙度(Rz)為1.479 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.1721mm。
[0071]在比較例I的對開軸承中，如圖9的顯微鏡照片所示，在25萬次循環(huán)后，未見到凝結(jié)，但可見到多孔質(zhì)層的暴露。在比較例I的對開軸承中，因含有Pb(鉛)而使滑動性良好，但如圖11所示，可判斷出:在磨損量較大、且長時間施加高負荷的使用條件下，發(fā)生凝結(jié)的可能性較高。
[0072]在比較例2的對開軸承中，如圖7A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為
2.299μπι，十點平均粗糙度(Rz)為8.798 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.3114mm。
[0073]對于這樣的試驗前的形狀，如圖7B所示，上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.5024μπι，十點平均粗糙度(Rz)為2.308 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.1212mm。
[0074]也如圖10的顯微鏡照片所示，在比較例2的對開軸承中，在25萬次循環(huán)後之后未見到凝結(jié)。另外，雖然殘留有因噴丸處理而產(chǎn)生的凹凸，但如圖7B所示，凹凸的高度減少。在比較例2的對開軸承中，通過由Cu-Sn系合金形成滑動層而如圖11所示那樣能夠抑制磨損，但圖7A所示的因噴丸而能夠形成的凹凸面的高度相比于圖5A所示的實施例的滑動層的凹凸面的高度較低。由此，可知:在實施例和比較例2中，如圖11所示，即使磨損量在相同程度，在長時間施加高負荷這樣的使用條件下，若為實施例，則如圖5B所示，殘留有成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀，但在比較例2中，如圖7B所示，成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀削減，而發(fā)生凝結(jié)的可能性較高。
[0075]由以上的結(jié)果可判斷出:為了在長時間施加高負荷這樣的使用條件下能夠保持滑動層2，對開軸承I中的多孔質(zhì)層4優(yōu)選由粒度在45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金形成。
[0076]另外，可判斷出:優(yōu)選由含有摩擦系數(shù)較低的聚四氟乙烯和耐熱性、耐壓性較高的碳纖維的樹脂材料5來形成對開軸承I中的滑動層2。
[0077]另外，可判斷:對開軸承I的滑動層2的凹凸面6的算術(shù)平均粗糙度Ra設(shè)為
3.0 μ m以上，優(yōu)選的是Ra設(shè)為6.0 μ m?10.0 μ m。
[0078]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0079]本發(fā)明適用于在施加高負荷且難以形成油膜的邊界潤滑下使用的滑動構(gòu)件。
[0080]附圖標記說明
[0081]1、對開軸承；2、滑動層；3、金屬基材；4、多孔質(zhì)層；5、樹脂材料；6、凹凸面；6a、凹部。
【權(quán)利要求】
1.一種對開軸承，其特征在于， 該對開軸承包括: 多孔質(zhì)層，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材的一個面，以及 滑動層，其是由至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料來覆蓋上述多孔質(zhì)層而成的， 在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的上述滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面相對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，該對開軸承沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對開軸承，其特征在于， 上述滑動層的上述凹凸面的算術(shù)平均粗糙度Ra設(shè)為3.0 μ m?10.0 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對開軸承，其特征在于， 上述多孔質(zhì)層是通過對散布于金屬基材的一個面的、粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金進行燒結(jié)而形成的， 利用具有將上述凹凸面轉(zhuǎn)印于上述滑動層的凹凸形狀的輥，將至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料浸滲并燒結(jié)于上述多孔質(zhì)層，從而形成上述滑動層。
【文檔編號】F16C33/14GK104395626SQ201380032734
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】佐藤直樹, 倉田良一 申請人:千住金屬工業(yè)株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐磨性優(yōu)異、在難以形成油膜的邊界潤滑下能夠可靠地形成油膜的對開軸承。沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀的對開軸承(1)包括：多孔質(zhì)層(4)，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材(3)的表面；以及滑動層(2)，其是由至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂材料(5)來覆蓋多孔質(zhì)層(4)而成的，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層(2)的表面形成凹凸面(6)，該凹凸面(6)對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面(6)對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度。
【專利說明】對開軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的對開軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]作為構(gòu)成軸承的滑動構(gòu)件，公知有一種在金屬基材上由Cu (銅)系合金形成多孔質(zhì)層、且利用使聚四氟乙烯(PTFE)和Pb(鉛)混合而成的樹脂系材料來覆蓋該多孔質(zhì)層而成的滑動材料。
[0003]由這樣的樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料的滑動性優(yōu)異，但由于磨損量較大而不適用于高負荷下的使用。另外，由于Pb的使用一直受到限制，因此，正在推進對不含Pb的滑動材料的開發(fā)。
[0004]另外，作為構(gòu)成軸承的滑動構(gòu)件，公知有一種在金屬基材上粘貼Cu系合金而成的滑動材料。相比由樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料，在鍍銅鋼板等金屬基材上粘貼Cu系合金而成的滑動材料雖然滑動性較差，但能夠抑制磨損。另外，還提案有一種通過在滑動層的表面形成成為油存積部的凹凸形狀、而促進油膜的形成的技術(shù)。
[0005]但是，如被稱作活塞泵的液壓泵那樣，存在有在施加高負荷的環(huán)境下無法保持凹凸形狀的情況，因而在長時間的使用下無法維持期望的滑動特性。
[0006]若增加凹凸形狀的高度，雖然能夠抑制由磨損導(dǎo)致的油存積部的削減，但難以在由Cu系合金形成的滑動層的表面上形成期望的高度的凹凸形狀。
[0007]因此，公知有一種利用由樹脂系材料形成了滑動層的滑動材料提高機械強度使得由樹脂系材料形成的滑動層不自多孔質(zhì)層剝離、并能夠形成期望形狀的油存積部的技術(shù)(例如參照專利文獻I)
[0008]專利文獻1:日本特開2006-226299號公報
[0009]但是，即使是提高了機械強度而使得由樹脂系材料形成的滑動層不會自多孔質(zhì)層剝離的以往的滑動材料，也無法充分地抑制施加高負荷的環(huán)境下的磨損量，在長時間的使用下，無法維持期望的滑動特性，可能發(fā)生凝結(jié)(日文:凝著)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]發(fā)明要解決的問題
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨性優(yōu)異、且在難以形成油膜的邊界潤滑下能夠可靠地形成油膜的對開軸承。
[0012]用于解決問題的方案
[0013]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了利用構(gòu)成滑動層的樹脂系材料的添加劑來降低磨損從而能夠?qū)尚纬捎湍さ幕瑒訉拥陌纪剐螤钸M行保持。
[0014]本發(fā)明為一種對開軸承，該對開軸承包括:多孔質(zhì)層，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材的一個面；以及滑動層，其是由至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料來覆蓋多孔質(zhì)層而成的，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面相對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，該對開軸承沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀。
[0015]滑動層的凹凸面的算術(shù)平均粗糙度Ra優(yōu)選設(shè)為3.0 μ m?10.0 μ m。另外，優(yōu)選的是，多孔質(zhì)層是通過對散分于金屬基材的一個面的、粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金進行燒結(jié)而形成的，利用具有將凹凸面轉(zhuǎn)印于滑動層的凹凸形狀的輥，將至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料浸滲并燒結(jié)于上述多孔質(zhì)層，從而形成滑動層。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]在本發(fā)明的對開軸承中，在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而而形成油膜，并且，該凹凸面對于被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，由此，在滑動層的表面形成有油存積部，即使在施加高負荷這樣的使用條件下，也能夠維持滑動層表面的凹凸形狀。
[0018]由此，即使在施加高負荷、難以形成油膜的邊界潤滑下，也能夠可靠地形成油膜從而降低磨損，并且，能夠降低發(fā)熱，在液壓機械的領(lǐng)域中，由于耐氣蝕性、耐腐蝕性優(yōu)異，因此具有抑制滑動構(gòu)件凝結(jié)的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是表示本實施方式的對開軸承的一例子的立體圖。
[0020]圖2是表示本實施方式的對開軸承的一例子的滑動層的剖視圖。
[0021]圖3是表示本實施方式的對開軸承的滑動層的表面形狀的一例子的立體圖。
[0022]圖4是表示應(yīng)用有本實施方式的滑動構(gòu)件的活塞泵的一例子的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5A是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0024]圖5B是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0025]圖6A是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0026]圖6B是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0027]圖7A是表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0028]圖7B是表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表。
[0029]圖8是實施例的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0030]圖9是比較例I的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0031]圖10是比較例2的滑動層表面的顯微鏡照片。
[0032]圖11是表示實施例和各比較例中的滑動層的磨損量的變化的圖表。
【具體實施方式】
[0033]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的對開軸承的實施方式。圖1是表示本實施方式的對開軸承的一例子的立體圖，圖2是表示本實施方式的對開軸承的一例子的滑動層的剖視圖，圖3是表示本實施方式的對開軸承的滑動層的表面形狀的一例子的立體圖。
[0034]如圖1所示，本實施方式的對開軸承I構(gòu)成圓弧狀的軸承，其內(nèi)周面成為與被滑動物之間的滑動層2。如圖2所示，對開軸承I在金屬基材3的一個面、即表面由合金材料形成多孔質(zhì)層4，將該多孔質(zhì)層4利用樹脂材料5覆蓋，而形成滑動層2。
[0035]對開軸承I在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的滑動層2的表面設(shè)置凹凸面6。凹凸面6構(gòu)成為適應(yīng)于油膜的形成和油膜的保持的形狀、且能夠抑制在被滑動物擺動所產(chǎn)生的不平衡負荷下的磨損所導(dǎo)致的形狀變化的形狀。
[0036]S卩，為了能夠在滑動層2的表面形成油膜，因此，凹凸面6以設(shè)有成為油存積部的期望的形狀的凹部6a的方式構(gòu)成。在本例子中，如圖3所示，凹凸面6形成有倒四棱錐形狀的凹部6a，各該倒四棱錐形狀以頂點連續(xù)的線狀配置為格子狀。
[0037]另外，對于凹凸面6，即使在被滑動物滑動而產(chǎn)生的磨損下，也能夠保持可形成油膜的凹部6a的形狀，因此，根據(jù)滑動層2的磨損量限定從凹部6a的底部到頂點的高度，限定凹部6a能夠確保期望的高度的表面粗糙度。
[0038]對開軸承I的多孔質(zhì)層4由Cu-Sn系合金形成。通過將粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金以成為期望的厚度的方式散布并燒結(jié)于金屬基材3的表面而形成多孔質(zhì)層4。
[0039]另外，對開軸承I的滑動層2由至少包含聚四氟乙烯(PTFE)和碳纖維的樹脂材料5形成。利用具有對形成于滑動層2的表面的凹凸面6進行轉(zhuǎn)印的凹凸形狀的未圖示的輥，將樹脂材料5浸滲并燒結(jié)于在金屬基材3的表面上燒結(jié)了的多孔質(zhì)層4，從而形成滑動層2。
[0040]在對開軸承I中，限定從凹部6a的底部到頂點的高度，使得滑動層2的凹凸面6的算術(shù)平均粗糙度Ra為3.0 μ m?10.0 μ m，優(yōu)選的是Ra為6.0 μ m?10.0 μ m。
[0041]如上所述，由于滑動層2的凹凸面6的形成是通過對固化前的樹脂材料5進行模具的轉(zhuǎn)印來進行的，因此，能夠容易地形成具有期望的高度的凹凸形狀。
[0042]本實施方式的對開軸承I的滑動層2的表面形狀由凹凸面6構(gòu)成為適用于油膜的形成和油膜的保持的形狀、且能夠抑制在被滑動物擺動所產(chǎn)生的不平衡負荷下的磨損所導(dǎo)致的形狀變化的形狀，從而通過使用低摩擦系數(shù)的聚四氟乙烯，而能夠具有耐磨性優(yōu)異的特性。
[0043]因此，本實施方式的對開軸承I特別優(yōu)選適用于液壓泵等液壓設(shè)備。圖4是作為液壓設(shè)備的一例子的、應(yīng)用有本實施方式的對開軸承的活塞泵的一例子的結(jié)構(gòu)圖，圖4是示意性的側(cè)剖視圖。
[0044]在活塞泵10中，缸體組件20支承于輸入軸21且安裝于殼體30，缸體組件20利用傳遞至輸入軸21的驅(qū)動力進行旋轉(zhuǎn)。在缸體組件20中，沿旋轉(zhuǎn)方向形成有多個缸體22，活塞40以能夠進出的方式被安裝于各缸體22。
[0045]活塞泵10設(shè)有以使缸體組件20能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承缸體組件20的平軸承50。平軸承50包括沿缸體組件20的旋轉(zhuǎn)方向開口的吸入端口 51和排出端口 52，通過使設(shè)于殼體30的吸入口 31與吸入端口 51連通，使殼體30的排出口 32與排出端口 52連通，而將平軸承50安裝于缸體組件20與殼體30之間。對于平軸承50，通過缸體組件20在沿軸向被按壓的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，缸體組件20與平軸承50相對地滑動。
[0046]活塞泵10設(shè)有隨著缸體組件20的旋轉(zhuǎn)使活塞40相對于缸體組件20的缸體22進出的斜板60、用于切換斜板60的角度的軛61、用于使斜板60和軛61工作的操作活塞70以及復(fù)位彈簧80。
[0047]在活塞泵10中，隨著缸體組件20的旋轉(zhuǎn)，利用缸體組件20中的、活塞40突出的一側(cè)的缸體22吸入油，利用活塞40突入的一側(cè)的缸體22排出油?；钊?0構(gòu)成為，通過改變斜板60和軛61的角度，使活塞40的行程變動，而能夠調(diào)整油的排出量。
[0048]在活塞泵10中，以使斜板60和軛61能夠擺動的方式支承斜板60和軛61的對開軸承I設(shè)于殼體30。對開軸承I具有利用上述圖1?圖3說明的結(jié)構(gòu)，軛61的軸部62成為被滑動物且在沿圓周方向被按壓的狀態(tài)下進行擺動，從而使軸部62和對開軸承I相對地滑動。
[0049]在活塞泵10中，在缸體組件20向一個方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，為油的吸入側(cè)和排出側(cè)被固定的結(jié)構(gòu)，在缸體組件20向正反兩個方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，為油的吸入側(cè)和排出側(cè)能夠被切換的結(jié)構(gòu)。平軸承50在因缸體組件20沿軸向被按壓而被施加高負荷的狀態(tài)下，使缸體組件20沿圓周方向的一個方向或正反兩個方向滑動。由此，缸體組件20和平軸承50在施加有高負荷的狀態(tài)下沿圓周方向滑動。
[0050]另外，在活塞泵10中，為通過斜板60和軛61向正反兩個方向擺動、使油的排出量可變的結(jié)構(gòu)，對開軸承I在軛61的軸部62沿圓周方向被按壓而被施加有高負荷的狀態(tài)下，使軸部62向沿圓周方向的正反兩個方向滑動。由此，軸部62和對開軸承I在施加有高負荷的狀態(tài)下沿直線方向滑動。
[0051]實施例
[0052]為了驗證對開軸承中的滑動層的結(jié)構(gòu)和表面形狀的差異對凝結(jié)、磨損這樣的耐久性帶來的影響，使用圖4所示的活塞泵10進行了試驗。關(guān)于試驗對象的對開軸承，作為實施例，制作了這樣的對開軸承1:在金屬基材3的表面利用Cu-Sn系合金形成有多孔質(zhì)層4，利用至少含有聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂材料5覆蓋多孔質(zhì)層4而形成滑動層2，在滑動層2的表面形成有凹凸面6。
[0053]另外，作為比較例1，制作了這樣的對開軸承:在金屬基材的表面利用Cu-Sn系合金形成有多孔質(zhì)層，利用至少含有聚四氟乙烯和Pb(鉛)的樹脂材料覆蓋多孔質(zhì)層而形成有滑動層2。在比較例I的對開軸承中，在滑動層的表面未形成有凹凸面。
[0054]另外，作為比較例2，制作了這樣的對開軸承:通過對在金屬基材的表面粘貼板狀的Cu-Sn系合金而形成的滑動層施加噴丸處理，而形成具有預(yù)定的表面粗糙度和表面硬度的滑動面。
[0055]試驗條件如下所述。
[0056]截斷(cutoff)耐久試驗
[0057]排出壓力:0MPa?28MPa
[0058]循環(huán)次數(shù):25萬次(ON:lsec, OFF:1 sec)
[0059]油溫:60°C
[0060]軸轉(zhuǎn)速:N= 1800rpm
[0061]圖5A、圖5B是表示實施例的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖5A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖5B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。
[0062]另外，圖6A、圖6B是表示比較例I的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖6A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖6B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。
[0063]另外，圖7A、圖7B使表示比較例2的對開軸承的試驗前與試驗后的滑動層的表面粗糙形狀的圖表，圖7A表示試驗前的表面粗糙形狀，圖7B表示試驗后(25萬次循環(huán))的表面粗糙形狀。在此，圖5A、圖5B、圖6A、圖6B基于日本JISB0601(1994)的標準。
[0064]另外，圖8是實施例的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片，圖9是比較例I的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片，圖10是比較例2的對開軸承的試驗后(25萬次循環(huán))的滑動層表面的顯微鏡照片。另外，圖11是表示實施例和各比較例中的滑動層的磨損量的變化的圖表。實施例和各比較例中的滑動層的磨損量是通過以下方法求得的:利用測微計測量對開軸承的試驗前的壁厚、和作為試驗后的壁厚的經(jīng)過每次循環(huán)的壁厚，并計算出差分。
[0065]在實施例的對開軸承I中，以圖2等所示的這樣的形狀在滑動層2的表面形成凹凸面6，如圖5A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為6.018μπι，十點平均粗糙度(Rz)為22.35 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.4389mm。
[0066]相對于這樣的試驗前的形狀，如圖5B所示，在上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為3.491 μ m,十點平均粗糙度(Rz)為12.74 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.4304mm。
[0067]在實施例的對開軸承中，如圖8的顯微鏡照片所示，即使在25萬次循環(huán)之后，也只是在滑動層2的表面的凹凸面6的頂點可見到略微的磨損的程度，而未見到凝結(jié)。
[0068]在實施例的對開軸承I中，判斷出:通過在滑動層2中混合碳纖維，使耐熱性和耐壓性提高，即使在長時間施加高負荷這樣的使用條件下，也能夠如圖11所示那樣能夠抑制滑動層2的磨損。另外，在實施例的對開軸承I中，如圖5A所示，在初期階段形成于滑動層2的表面的凹凸面6的高度相比于圖6A和圖7A所示的各比較例較高，因而能夠更加可靠地形成油膜，因此，判斷出除滑動層2的成分以外，利用滑動層2的表面的形狀也能夠抑制滑動層2的磨損，而即使在長時間施加高負荷的使用條件下，如圖5B所示，也可判斷出殘留有成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀。而且，在實施例的對開軸承I中，還可判斷出:即使滑動層2由摩擦系數(shù)比Cu系合金的摩擦系數(shù)較低的聚四氟乙烯形成，也能夠抑制滑動層2的磨損。
[0069]在比較例I的對開軸承中，如圖6A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為
2.262 μ m,十點平均粗糙度(Rz)為8.588 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.3299mm。
[0070]如圖6B所示，對于這樣的試驗前的形狀，上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.3373 μ m，十點平均粗糙度(Rz)為1.479 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.1721mm。
[0071]在比較例I的對開軸承中，如圖9的顯微鏡照片所示，在25萬次循環(huán)后，未見到凝結(jié)，但可見到多孔質(zhì)層的暴露。在比較例I的對開軸承中，因含有Pb(鉛)而使滑動性良好，但如圖11所示，可判斷出:在磨損量較大、且長時間施加高負荷的使用條件下，發(fā)生凝結(jié)的可能性較高。
[0072]在比較例2的對開軸承中，如圖7A所示，試驗前的算術(shù)平均粗糙度Ra為
2.299μπι，十點平均粗糙度(Rz)為8.798 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.3114mm。
[0073]對于這樣的試驗前的形狀，如圖7B所示，上述的試驗條件下的試驗后的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.5024μπι，十點平均粗糙度(Rz)為2.308 μ m，凹凸的平均間隔(Sm)為0.1212mm。
[0074]也如圖10的顯微鏡照片所示，在比較例2的對開軸承中，在25萬次循環(huán)後之后未見到凝結(jié)。另外，雖然殘留有因噴丸處理而產(chǎn)生的凹凸，但如圖7B所示，凹凸的高度減少。在比較例2的對開軸承中，通過由Cu-Sn系合金形成滑動層而如圖11所示那樣能夠抑制磨損，但圖7A所示的因噴丸而能夠形成的凹凸面的高度相比于圖5A所示的實施例的滑動層的凹凸面的高度較低。由此，可知:在實施例和比較例2中，如圖11所示，即使磨損量在相同程度，在長時間施加高負荷這樣的使用條件下，若為實施例，則如圖5B所示，殘留有成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀，但在比較例2中，如圖7B所示，成為能夠形成油膜的油存積部的凹凸形狀削減，而發(fā)生凝結(jié)的可能性較高。
[0075]由以上的結(jié)果可判斷出:為了在長時間施加高負荷這樣的使用條件下能夠保持滑動層2，對開軸承I中的多孔質(zhì)層4優(yōu)選由粒度在45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金形成。
[0076]另外，可判斷出:優(yōu)選由含有摩擦系數(shù)較低的聚四氟乙烯和耐熱性、耐壓性較高的碳纖維的樹脂材料5來形成對開軸承I中的滑動層2。
[0077]另外，可判斷:對開軸承I的滑動層2的凹凸面6的算術(shù)平均粗糙度Ra設(shè)為
3.0 μ m以上，優(yōu)選的是Ra設(shè)為6.0 μ m?10.0 μ m。
[0078]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0079]本發(fā)明適用于在施加高負荷且難以形成油膜的邊界潤滑下使用的滑動構(gòu)件。
[0080]附圖標記說明
[0081]1、對開軸承；2、滑動層；3、金屬基材；4、多孔質(zhì)層；5、樹脂材料；6、凹凸面；6a、凹部。
【權(quán)利要求】
1.一種對開軸承，其特征在于， 該對開軸承包括: 多孔質(zhì)層，其由Cu-Sn系合金形成于金屬基材的一個面，以及 滑動層，其是由至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料來覆蓋上述多孔質(zhì)層而成的， 在以使被滑動物能夠滑動的方式支承被滑動物的上述滑動層的表面形成凹凸面，該凹凸面對油進行保持而形成油膜，并且，該凹凸面相對于因被滑動物滑動所產(chǎn)生的磨損具有對能夠形成油膜的油進行保持的高度，該對開軸承沿被滑動物擺動的方向形成為圓弧狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對開軸承，其特征在于， 上述滑動層的上述凹凸面的算術(shù)平均粗糙度Ra設(shè)為3.0 μ m?10.0 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對開軸承，其特征在于， 上述多孔質(zhì)層是通過對散布于金屬基材的一個面的、粒度為45 μ m?250 μ m的Cu-Sn系合金進行燒結(jié)而形成的， 利用具有將上述凹凸面轉(zhuǎn)印于上述滑動層的凹凸形狀的輥，將至少包含聚四氟乙烯和碳纖維的樹脂系材料浸滲并燒結(jié)于上述多孔質(zhì)層，從而形成上述滑動層。
【文檔編號】F16C33/14GK104395626SQ201380032734
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】佐藤直樹, 倉田良一 申請人:千住金屬工業(yè)株式會社
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