複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、軸受装置および回転電機
【課題】軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、簡易な方法で製造することができるとともに、異種材料の接合部において優れた接合強度を有する複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備えた軸受装置、およびこの軸受装置を備えた回転電機を提供することを目的とする。
【解決手段】複合軸受部材１０は、表面が回転部と接触する軸受摺動材２０と、この軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とを備える。また、軸受摺動材２０は、表面に回転部を摺動させる摺動層５０を有している。さらに、軸受摺動材２０は、摺動層５０と接合層４０との間に、接合層４０を構成する金属材料と同一の金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を備える。
【解決手段】複合軸受部材１０は、表面が回転部と接触する軸受摺動材２０と、この軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とを備える。また、軸受摺動材２０は、表面に回転部を摺動させる摺動層５０を有している。さらに、軸受摺動材２０は、摺動層５０と接合層４０との間に、接合層４０を構成する金属材料と同一の金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機等に用いられる複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備える軸受装置、およびこの軸受装置を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業技術の発展に伴い、各種軸受において、回転軸の高速化への対応や高面圧化などが要求されている。これまで軸受材料として、ホワイトメタル（例えば、第一種；Ｓｎ８８〜９２重量％、Ｓｂ５〜７重量％、Ｃｕ３〜５重量％）が多用されてきた。しかしながら、これらの軟質金属材料は、融点が低く、高温における強度の大幅な低下および焼付きの問題を有する点から、その使用範囲は制限されている。
【０００３】
ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂材料は、摩擦係数が低く、耐熱性に優れ、軸受材料として適している。また、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂材料、ポリイミド（ＰＩ）樹脂材料は、ポリテトラフロオロエチレン樹脂材料と比較して、摩擦係数がやや高いが、高温における機械的性質に優れている。これらの樹脂材料に各種のセラミックス繊維、若しくは粒子の充てん材を添加して、機械的性質、摩擦特性および摩耗特性を兼備した摺動材料を製造することができる。
【０００４】
軸受すべり面を、上記したような樹脂材料で構成し、軸受基材を金属材料で構成する軸受装置を得るためには、異種材料である樹脂材料と金属材料とを十分な接合強度を有するように接合することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、樹脂材料と金属材料とを接合する際、金属材料どうしの接合に適用されている接合方法を採用した場合には、十分な接合強度を得ることは難しい。すなわち、異なる金属部材を溶湯凝固法で接合する場合には、金属材料どうしであるために拡散反応等が起こり、機械的な結合とともに物理的もしくは化学的な結合が生じる。これに対して、樹脂材料と金属材料とを接合する場合には、単純な機械的結合となるため、十分な接合強度を得ることは困難となる。また、樹脂材料と金属材料とを高温・高圧条件下で接合した場合には、樹脂材料に劣化が生じたり、高温・高圧条件下で長時間保持するため、製造コストが増大するなどの問題が生じる。
【０００６】
また、樹脂材料と金属材料とを接合する際に、接着剤等を用いて接合することも考えられるが、樹脂材料および金属材料の双方に対して良好な接着性を有する接着剤を選定することは困難である。さらに、樹脂系接着剤の場合には、樹脂と金属との接合界面が必ず存在するため、金属材料と樹脂材料との間の接合強度を基本的に改善することはできない。
【０００７】
また、２種類の部材を接合する際に、界面強度の向上を図る方法として、例えばホーニングや化学エッチング等で表面積を拡大して接合面積を増大させる方法が知られている。しかしながら、ホーニングや化学エッチング等では、接合面積の拡大に限界があり、また界面のせん断剥離に対する抵抗が小さいため、異種材料間の接合強度を十分に高めることはできない。
【０００８】
一方、従来の軸受材料における種々の問題点を考慮して、例えば、樹脂材料と金属材料の接合において、金属材料の表面に多孔質の中間層を設け、この多孔質の中間層内に樹脂材料を充填しながら他方の金属材料上に積層する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この発明によれば、多孔質の中間層は、予め軸受基材に真空下で接合される。
【特許文献１】特許第３１９４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した、樹脂材料と金属材料とを接合する従来の接合方法を用いて、例えば水力発電機器用軸受を作製する場合、軸受基材の総重量は数百ｋｇから数トンとなるため、真空下で接合するプロセスが極めて高価となり、製造コストが増加する。また、真空設備には、容量の限界があるため、真空下における作製が困難となることもある。
【００１０】
このようなことから、例えば、樹脂材料と金属材料というような異種材料を接合した軸受材料においては、軸受の性能、信頼性を犠牲にすることなく、設備能力に依存せず、製造コストを下げることが課題とされている。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、簡易な方法で製造することができるとともに、異種材料の接合部において優れた接合強度を有する複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備えた軸受装置、およびこの軸受装置を備えた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、一方の表面に回転部を摺動させる摺動層を有する軸受摺動材と、前記軸受摺動材を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材と、前記軸受摺動材の他方の表面と前記軸受基材の一方の表面とを接合する接合層とを具備し、前記摺動層と前記接合層との間の前記軸受摺動材を構成する層が、金属材料を分散して含有し、かつ前記金属材料の含有量が前記接合層に向かって増加する組成傾斜層であることを特徴とする複合軸受部材が提供される。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着する樹脂粒子融着工程と、前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、前記積層体を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属粒子および前記金属部材を溶融して、前記形成体の各層間、および前記形成体と前記基材とを接合する接合工程とを具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明の一態様によれば、樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着し、かつ前記金属粒子を溶融して前記形成体の外部に流出させ、前記形成体に気孔を形成する気孔形成工程と、前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、前記積層体を、前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属部材を溶融して、前記気孔内に含浸させ、かつ前記形成体と前記基材とを接合する接合工程とを具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、回転軸の軸方向のスラスト荷重を摺動可能に支持するスラスト軸受および回転方向の軸振れを摺動可能に支持するガイド軸受を具備する軸受装置であって、前記スラスト軸受および前記ガイド軸受における軸受部材の少なくとも一方が、上記した複合軸受部材で構成されていることを特徴とする軸受装置が提供される。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、上記した軸受装置を備えていることを特徴とする回転電機が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備えた軸受装置、およびこの軸受装置を備えた回転電機によれば、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、簡易な方法で製造することができるとともに、異種材料の接合部において優れた接合強度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０の断面を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、複合軸受部材１０は、表面が回転部と接触する軸受摺動材２０と、この軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とを備えている。また、軸受摺動材２０は、表面に回転部を摺動させる摺動層５０を有している。さらに、軸受摺動材２０は、摺動層５０と接合層４０との間に、金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を備えている。ここでは、金属材料がそれぞれ異なる割合で含有され、分散された３つの金属材料含有層６１、６２、６３で組成傾斜層６０を構成した一例を示している。
【００２１】
軸受摺動材２０を構成するマトリックスは、組成傾斜層６０に含有される金属材料７０の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料で構成される。すなわち、組成傾斜層６０の金属材料以外の部分、および摺動層５０は、この樹脂材料で構成される。ここで、融着温度とは、樹脂材料の表面が溶融し、樹脂材料どうしが融着可能となる温度をいう。樹脂材料として、例えば、ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂（融着温度；３５０〜４００℃）、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂（融着温度；３００〜４００℃、ポリイミド（ＰＩ）樹脂（融着温度；４００〜５００℃）などを用いることができる。また、樹脂材料として、上記した樹脂材料に、例えば、セラミックス繊維やセラミックス粒子などの充填剤を添加した樹脂系複合材料を用いてもよい。ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂は、摩擦係数が小さく、耐熱性に優れている。また、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂およびポリイミド（ＰＩ）樹脂は、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂に比べて摩擦係数がやや大きいが、高温の機械的特性に優れている。さらに、上記した樹脂系複合材料は、摩擦および摩耗特性、機械的特性がともに優れている。
【００２２】
また、組成傾斜層６０に含有される金属材料７０は、上記したように、融点が樹脂材料の融着温度よりも低い材料から構成される。この金属材料７０として、例えば、Ｓｎ（融点；２３２℃）またはＳｎを主成分とする合金を用いることができる。Ｓｎを主成分とする合金として、例えば、広くはんだ材料などに用いられている、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ（融点；２２７℃）、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ（融点；２１７℃）などが挙げられる。
【００２３】
ここで、組成傾斜層６０を構成する金属材料含有層６１、６２、６３は、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加する。すなわち、金属材料含有層６３、金属材料含有層６２、金属材料含有層６１の順に金属材料７０の含有量が多い。ここで、摺動層５０側の金属材料含有層６１における金属材料７０の含有量は、０体積％よりも多く、接合層４０側の金属材料含有層６３における金属材料７０の含有量は、１００体積％よりも少ない。例えば、金属材料含有層６１における金属材料７０の含有量を１０〜３０体積％、金属材料含有層６２における金属材料７０の含有量を４０〜６０体積％、金属材料含有層６３における金属材料７０の含有量を７０〜９０体積％とする一例が挙げられる。なお、組成傾斜層は、３つの金属材料含有層で構成することに限られるものではなく、少なくとも２つ以上の金属材料含有層で構成されていればよい。また、各金属材料含有層に含有される金属材料７０の含有量は、上記した一例の範囲に限られるものではなく、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加するように構成されていればよい。なお、金属材料７０の含有量は、隣接する金属材料含有層間で大きく異ならないように設定されることが好ましい。
【００２４】
このように、組成傾斜層６０は、金属材料７０の含有量を少なくして摺動層５０に近い組成とされた摺動層５０側の金属材料含有層６１を有し、徐々に接合層４０側に行くに伴い金属材料７０の含有量を増やし、金属材料７０の含有量を多くして接合層４０に近い組成とされた接合層４０側の金属材料含有層６３を有している。このような組成傾斜層６０を備えることで、隣接する層との間の線膨張係数の差が小さくなる。これによって、隣接する層との間に生じる熱応力が緩和される。
【００２５】
組成傾斜層６０の厚さは、隣接する金属材料含有層間における金属材料７０の含有量の急激な変化を回避し、樹脂材料と金属材料７０の線膨張係数の差異から生じる熱応力を緩和するために、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。例えば、樹脂材料の線膨張係数が１５×１０−５／℃程度、金属材料７０の線膨張係数が２０×１０−５／℃程度、摺動層５０の厚さが１〜１０ｍｍ、複合軸受部材１０の大きさが５００ｍｍ×５００ｍｍの場合、組成傾斜層６０の厚さは、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００２６】
また、後述するが、組成傾斜層６０は、樹脂材料や金属材料７０を構成するための、例えば、粒子からなる各材料を用いて構成される。そして、これらの粒子として、粒径が１０μｍ〜１００μｍのものが使用されることが多い。各金属材料含有層６１、６２、６３の厚さは、製造上のバラツキを考慮して、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定することがより好ましい。一方、摺動層５０の厚さは、摩耗減量と寿命の関係から、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に適宜に設定される。
【００２７】
また、金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料は、図１に示すように、各金属材料含有層６１、６２、６３にほぼ均一に分散された状態で含有されている。また、分散して含有される金属材料は、例えば、粒子形状や３次元的に格子状に分散された形状などの形状で構成される。ここで、各金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料の形状は、同じであっても、異なっていてもよい。例えば、金属材料が粒子形状である場合、各金属材料含有層６１、６２、６３の、金属材料の平均粒径が同じであっても、異なっていてもよい。すなわち、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加するように構成されていればよく、各金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料の形状は、特に限定されるものではない。
【００２８】
また、各金属材料含有層６１、６２、６３間は、樹脂材料どうしの融着、金属材料どうしの溶着、および樹脂材料と金属材料の融着により接合されている。また、摺動層５０と金属材料含有層６１との間は、樹脂材料どうしの融着および樹脂材料と金属材料の融着により接合されている。
【００２９】
ここで、摺動層５０および各金属材料含有層６１、６２、６３における気孔率は、０．５体積％以下であり、密な状態となっている。
【００３０】
軸受基材３０は、軸受摺動材２０に作用する高荷重を支持するための強度を備える構造部材であり、使用条件下において必要な強度を発揮することができる材料で、かつ軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料で構成される。軸受基材３０を構成する材料は、例えば、鉄系、銅系、アルミニウム系などの材料などが適用できる。軸受基材３０として、特に、構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などの鉄系の鋼材を用いることが好ましい。
【００３１】
接合層４０は、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合するもので、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同様に、融点が樹脂材料の融着温度よりも低い材料から構成される。接合層４０と形成する材料として、例えば、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同じ材料のうちのいずれかの材料で構成することができる。なお、接合層４０と形成する材料は、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同じ材料で構成されてもよい。すなわち、接合層４０を構成する材料として、例えば、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金を用いることができる。Ｓｎを主成分とする合金として、例えば、広くはんだ材料などに用いられている、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇなどが挙げられる。なお、接合層４０と形成する材料として、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と異なる材料を用いる場合には、それぞれの材料の線膨張係数の差が小さくなるような材料を選択することが好ましい。
【００３２】
次に、複合軸受部材１０を製造する方法について説明する。
【００３３】
ここでは、複合軸受部材１０を製造する２つの方法（第１の製造方法および第２の製造方法）について説明する。
【００３４】
（第１の製造方法）
図２Ａ〜図２Ｅは、第１の製造方法によって複合軸受部材１０を製造する工程を示した断面図である。
【００３５】
まず、軸受摺動材２０のマトリックスを構成する上記した樹脂材料からなる樹脂粒子１００を用意する。この樹脂粒子１００の平均粒径は、樹脂粒子１００がセラミックス繊維若しくは粒子の充てん材等を含有する場合における造粒粒子の平均粒径を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍのものが好ましい。さらに、組成傾斜層６０に含有される上記した金属材料７０からなる金属粒子１１０を用意する。ここで、各金属材料含有層６１、６２、６３を形成する際に使用される金属粒子１１０の平均粒径は、同じであっても、異なっていていてもよい。なお、ここでいう平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、例えばレーザー回折粒度分布測定法などで測定される。
【００３６】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するために、樹脂粒子１００と金属粒子１１０とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２）を作製する。ここで、第１混合粒子１２０における金属粒子１１０の体積含有量が一番少なく、第３混合粒子１２２における金属粒子１１０の体積含有量が一番多くなるように３種類の混合粒子を作製する。
【００３７】
まず、図２Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された所定の形状の金型１３０に所定量充填する。
【００３８】
続いて、図２Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１となる第１混合粒子１２０を所定量充填する。
【００３９】
続いて、図２Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２０上に、金属材料含有層６２となる第２混合粒子１２１を所定量充填する。
【００４０】
続いて、図２Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２１上に、金属材料含有層６３となる第３混合粒子１２２を所定量充填する。
【００４１】
続いて、図２Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、例えばプレス機１４０などによって、積層方向に加圧して一体化する。
【００４２】
続いて、この加圧することで一体化された形成体を、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度で所定時間加熱して樹脂粒子どうしを融着する。なお、この際、金属粒子１１０の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１０は溶融するが、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、形成体の周囲は金型１３０によって覆われているため、溶融した金属粒子１１０は、ほとんど外部に流れ出すことはない。また、樹脂粒子１００、第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２からなる各層の間は、樹脂材料どうしの融着、金属材料どうしの溶着、および樹脂材料と金属材料の融着により接合される。なお、形成体は、融着温度で所定時間加熱された後、常温まで冷却される。
【００４３】
ここで、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成される。また、第１混合粒子１２０からなる層によって金属材料含有層６１が形成され、第２混合粒子１２１からなる層によって金属材料含有層６２が形成され、第３混合粒子１２２からなる層によって金属材料含有層６３が形成される。
【００４４】
続いて、図２Ｅに示すように、金属材料含有層６３の上面に、上記した接合層４０を形成する金属材料からなる箔状の金属部材１５０を配置する。さらに、この金属部材１５０上に、軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成する。
【００４５】
続いて、この積層体を、金属粒子１１０および金属部材１５０の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度で所定時間加熱する。これによって、上記した、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２、金属材料含有層６３からなる各層の間の接合を確実なものとするとともに、金属部材１５０によって、形成体と軸受基材３０とが接合される。
【００４６】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、金属部材１５０によって形成される接合層４０の厚さを所定の厚さとするために、例えば、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予めその所定の厚さと同じ厚さを有する鉄系材料などからなるスペーサを配置しておくことが好ましい。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工などにより削り取ればよい。
【００４７】
上記した工程を経ることで、金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０が得られる。
【００４８】
（第２の製造方法）
図３Ａ〜図３Ｇは、第２の製造方法によって複合軸受部材１０を製造する工程を示した断面図である。
【００４９】
まず、軸受摺動材２０のマトリックスを構成する上記した樹脂材料からなる樹脂粒子１００を用意する。この樹脂粒子１００の平均粒径は、樹脂粒子１００がセラミックス繊維若しくは粒子の充てん材等を含有する場合における造粒粒子の平均粒径を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍのものが好ましい。さらに、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子１１１を用意する。ここで、この金属粒子１１１としては、Ｉｎ（融点；１５６℃）またはＩｎを主成分とする合金が使用される。Ｉｎを主成分とする合金としては、例えば、Ｉｎ−３４重量％Ｂｉ（融点：７２℃）などが使用される。なお、後述するが、この金属粒子１１１は、組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料を含浸するための気孔を形成するために使用されるものである。
【００５０】
ここで、金属粒子１１１の平均粒径は、同じであっても、異なっていていてもよい。なお、ここでいう平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、例えばレーザー回折粒度分布測定法などで測定される。
【００５１】
続いて、樹脂粒子１００と金属粒子１１１とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７）を作製する。ここで、第１混合粒子１２５における金属粒子１１１の体積含有量が一番少なく、第３混合粒子１２７における金属粒子１１１の体積含有量が一番多くなるように３種類の混合粒子を作製する。
【００５２】
まず、図３Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された所定の形状の金型１３０に所定量充填する。
【００５３】
続いて、図３Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１を形成するための第１混合粒子１２５を所定量充填する。
【００５４】
続いて、図３Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２５上に、金属材料含有層６２を形成するための第２混合粒子１２６を所定量充填する。
【００５５】
続いて、図３Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２６上に、金属材料含有層６３を形成するための第３混合粒子１２７を所定量充填する。
【００５６】
続いて、図３Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、例えばプレス機１４０などによって、積層方向に加圧して一体化する。
【００５７】
続いて、図３Ｅに示すように、加圧することで一体化された形成体を金型１３０から取り外し、第３混合粒子１２２側が下方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度で所定時間加熱して樹脂粒子どうしを融着する。この際、金属粒子１１１の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１１は溶融し、形成体の外部に流出する。なお、形成体は、融着温度で所定時間加熱された後、常温まで冷却される。
【００５８】
上記した融着温度で所定時間加熱された形成体には、図３Ｆに示すように、金属粒子１１１が溶融して外部に流れ出すことによって、金属粒子１１１が分散されていた部分に気孔１６０が形成される。また、樹脂粒子１００、第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７からなる各層の間は、樹脂材料どうしの融着により接合される。また、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成される。
【００５９】
続いて、図３Ｇに示すように、第３混合粒子１２７からなる層が上方となるように配置し、第３混合粒子１２７からなる層の上面に、接合層４０となるとともに、上記した気孔１６０に含浸して組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料となる板状の金属部材１５１を配置する。さらに、金属部材１５１上に、軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成する。ここで、第２の金属材料からなる金属部材１５１は、前述した組成傾斜層６０に含有される金属材料７０と同じ材料で構成される。なお、金属部材１５１の大きさ、具体的には厚さは、気孔１６０に含浸する量と、接合層４０を形成する量を考慮して設定される。
【００６０】
続いて、この積層体の周囲に、再び金型１３０を取り付け、金属部材１５１の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度に所定時間加熱する。これによって、金属部材１５１が溶融し、その一部は、気孔１６０に含浸し、外部に流出する微量分を除いた残部は、形成体と軸受基材３０とを接合する接合層４０となる。気孔１６０に金属部材１５１が含浸することで、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３が形成される。
【００６１】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、金属部材１５１によって形成される接合層４０の厚さを所定の厚さとするために、例えば、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予めその所定の厚さと同じ厚さを有する鉄系材料などからなるスペーサを配置しておくことが好ましい。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工などにより削り取ればよい。
【００６２】
上記した工程を経ることで、金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０が得られる。
【００６３】
次に、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備える軸受装置２００について説明する。
【００６４】
図４は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備える軸受装置２００の断面を示す図である。ここでは、水車発電機に用いられるスラスト軸受を一例に、従来において広く回転電機等に使用されているスラスト軸受の構造を説明する。
【００６５】
図４に示すように、回転軸２１０には、スラストカラー２１１が取り付けられ、このスラストカラー２１１の下面には回転板２１３が設けられている。そして、扇形に形成された複数の静止板２１４が回転軸２１０の周りに放射状に配置され、回転板２１３を摺動可能に支持している。この静止板２１４は、複合軸受部材１０の構成を備えている。
【００６６】
また、静止板２１４は、複数のバネ等の弾性部材２１５を介して支持板２１６により支持されている。また、スラストカラー２１１の側面には、ガイド軸受２１７が取り付けられている。このガイド軸受２１７は、複合軸受部材１０の構成を備えている。ガイド軸受２１７の外部には、油槽２１８が設けられており、その内部は潤滑油２１９で満たされている。
【００６７】
このように、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０は、軸受装置等に適用することができる。なお、複合軸受部材１０が適用される装置は、上記した構成に限られるものではなく、回動部を摺動させる摺動面を有する軸受部材を備える、例えば、船舶用ディーゼルエンジン、発電用蒸気タービン、ガスタービン、一般産業用液空圧関係、プラント設備などの装置にも適用することができる。
【００６８】
上記したように、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０によれば、軸受摺動材２０における摺動層５０以外の層を、金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０とすることで、軸受摺動材２０と接合層４０、軸受摺動材２０と接合層４０における線膨張係数の差による熱応力を緩和することができる。これによって、優れた接合強度と高い信頼性を有する軸受材料を得ることができる。
【００６９】
また、軸受摺動材２０を構成するマトリックスを、組成傾斜層６０に含有される金属材料の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料で構成することで、金属材料の融点以上で、樹脂材料の融着温度より低い温度に加熱しても、軸受摺動材２０が溶融や劣化を起こすことない。そのため、接合層４０を介して、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを優れた接合強度を有して的確に接合することができる。
【００７０】
また、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備えた軸受装置２００では、上記した複合軸受部材１０における作用効果と同様の作用効果を得ることができ、高い信頼性を有する軸受装置を得ることができる。
【００７１】
また、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０の製造方法によれば、例えば真空設備などを必要とせず、簡易な方法で、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、複合軸受部材１０を製造することができる。そのため、複合軸受部材を製造するための製造コストを削減することができる。
【００７２】
次に、本発明に係る複合軸受部材１０が、優れた接合強度を有することを実施例および比較例を用いて説明する。
【００７３】
（実施例１）
実施例１では、図２Ａ〜図２Ｅに示した第１の製造方法と同様の製造方法で作製された複合軸受部材１０を使用した。
【００７４】
以下に、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明する。
【００７５】
まず、ＰＴＦＥ樹脂からなる平均粒径が５μｍの樹脂粒子１００を用意した。なお、平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定法で測定した。以下において、平均粒径およびその測定方法は、上記したものと同じである。
【００７６】
さらに、組成傾斜層６０に含有されるＳｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇからなる金属粒子１１０を用意した。ここで、金属材料含有層６１を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を２５μｍ、金属材料含有層６２を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を５０μｍ、金属材料含有層６３を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を７５μｍとした。
【００７７】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するために、樹脂粒子１００と金属粒子１１０とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２）を作製した。ここで、金属材料含有層６１を形成するのが第１混合粒子１２０、金属材料含有層６２を形成するのが第２混合粒子１２１、金属材料含有層６３を形成するのが第３混合粒子１２２である。ここで、金属粒子１１０と樹脂粒子１００との体積比（金属粒子１１０の体積：樹脂粒子１００の体積）を、第１混合粒子１２０では２５：７５、第２混合粒子１２１では５０：５０、第３混合粒子１２２では７５：２５とした。
【００７８】
まず、図２Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形の金型１３０に所定量充填した。
【００７９】
続いて、図２Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１となる第１混合粒子１２０を所定量充填した。
【００８０】
続いて、図２Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２０上に、金属材料含有層６２となる第２混合粒子１２１を所定量充填した。
【００８１】
続いて、図２Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２１上に、金属材料含有層６３となる第３混合粒子１２２を所定量充填した。
【００８２】
続いて、図２Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、プレス機１４０によって、積層方向に５０ＭＰａの圧力で加圧して一体化した。そして、第１混合粒子１２０による層の厚さが２ｍｍ、各混合粒子による層の厚さがそれぞれ１ｍｍの形成体を作製した。
【００８３】
続いて、この加圧することで一体化された形成体を、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着した。なお、この際、金属粒子１１０の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１０は溶融するが、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、形成体の周囲は金型１３０によって覆われているため、溶融した金属粒子１１０は、ほとんど外部に流れ出すことはなかった。なお、融着温度で所定時間加熱された後、形成体を常温まで冷却した。
【００８４】
ここで、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成された。また、第１混合粒子１２０からなる層によって金属材料含有層６１が形成され、第２混合粒子１２１からなる層によって金属材料含有層６２が形成され、第３混合粒子１２２からなる層によって金属材料含有層６３が形成された。
【００８５】
続いて、図２Ｅに示すように、金属材料含有層６３の上面に、接合層４０となる、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇで構成された、厚さが０．２ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの箔状の金属部材１５０を配置した。なお、ここでは、金属部材１５０を、金属粒子１１０と同じ材料で構成した。さらに、金属部材１５０上に、厚さが５０ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成した。
【００８６】
続いて、この積層体を、金属粒子１１０の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度である２５０℃で３分間加熱した。これによって、上記した、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２、金属材料含有層６３からなる各層の間の接合を確実なものとし、さらに金属部材１５０によって、形成体と軸受基材３０とを接合した。接合層４０の厚さは、０．２ｍｍとした。
【００８７】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、軸受基材３０の表面の酸化皮膜を除去するため、加熱する前に軸受基材３０の表面にフラックスを塗布した。また、金属部材１５０によって形成される接合層４０の厚さを０．２ｍｍとするために、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予め厚さが０．２ｍｍのアルミニウム系材料（６０６１Ａｌ合金）からなるスペーサを配置した。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工により削り取った。
【００８８】
ここで、図５は、上記した工程を経ることで作製された複合軸受部材１０の各層に含有される金属材料の体積含有量を模式的に示した図である。
【００８９】
上記した工程を経ることで、図５に示すように、金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０を得た。
【００９０】
次に、得られた複合軸受部材１０の接合界面のせん断強度を評価するために、複合軸受部材１０を用いて、接合界面と平行に引張速度が０．１ｍｍ／秒の条件でせん断試験を行った。
【００９１】
せん断試験の結果、せん断強度は２０ＭＰａであった。このせん断強度は、軸受材料として要求されているせん断強度（１０ＭＰａ）を十分に満たすものであった。
【００９２】
（実施例２）
実施例２では、図３Ａ〜図３Ｇに示した第２の製造方法と同様の製造方法で作製された複合軸受部材１０を使用した。
【００９３】
以下に、実施例２で使用した複合軸受部材１０の製造方法について、図３Ａ〜図３Ｇを参照して説明する。
【００９４】
まず、ＰＴＦＥ樹脂からなる平均粒径が５μｍの樹脂粒子１００を用意した。さらに、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子１１１を用意した。この金属粒子１１１は、組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料を含浸するための気孔を形成するために使用されるものである。
【００９５】
ここで、金属材料含有層６１を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を２５μｍ、金属材料含有層６２を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を５０μｍ、金属材料含有層６３を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を７５μｍとした。
【００９６】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するための、樹脂粒子１００と金属粒子１１１とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７）を作製した。ここで、金属材料含有層６１を形成するのが第１混合粒子１２５、金属材料含有層６２を形成するのが第２混合粒子１２６、金属材料含有層６３を形成するのが第３混合粒子１２７である。ここで、金属粒子１１１と樹脂粒子１００との体積比（金属粒子１１１の体積：樹脂粒子１００の体積）を、第１混合粒子１２５では２５：７５、第２混合粒子１２６では５０：５０、第３混合粒子１２７では７５：２５とした。
【００９７】
まず、図３Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形の金型１３０に所定量充填した。
【００９８】
続いて、図３Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６２を形成するための第１混合粒子１２５を所定量充填した。
【００９９】
続いて、図３Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２５上に、金属材料含有層６２を形成するための第２混合粒子１２６を所定量充填した。
【０１００】
続いて、図３Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２６上に、金属材料含有層６３を形成するための第３混合粒子１２７を所定量充填した。
【０１０１】
続いて、図３Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、プレス機１４０によって、積層方向に５０ＭＰａの圧力で加圧して一体化した。そして、第１混合粒子１２５による層の厚さが２ｍｍ、各混合粒子による層の厚さがそれぞれ１ｍｍの形成体を作製した。
【０１０２】
続いて、図３Ｅに示すように、加圧することで一体化された形成体を金型１３０から取り外し、第３混合粒子１２２側が下方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着した。この際、金属粒子１１１の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１１は溶融し、形成体の外部に流出した。なお、融着温度で所定時間加熱された後、形成体を常温まで冷却した。
【０１０３】
上記した融着温度である３７５℃で１時間加熱された形成体には、図３Ｆに示すように、金属粒子１１１が溶融して外部に流れ出すことによって、金属粒子１１１が分散されていた部分に気孔１６０が形成された。また、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成された。
【０１０４】
続いて、図３Ｇに示すように、第３混合粒子１２７からなる層が上方となるように配置し、第３混合粒子１２７からなる層の上面に、接合層４０となるとともに、上記した気孔１６０に含浸して組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料となる、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる板状の金属部材１５１を配置した。この金属部材１５１の、厚さを１．８ｍｍ、幅を３００ｍｍ、長さを３００ｍｍとした。さらに、金属部材１５１上に、厚さが５０ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成した。
【０１０５】
続いて、この積層体の周囲に、再び金型１３０を取り付け、金属部材１５１の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度である２５０℃で３分間加熱した。これによって、金属部材１５１が溶融し、その一部は、気孔１６０に含浸し、外部に流出する微量分を除いた残部は、形成体と軸受基材３０とを接合する接合層４０となった。気孔１６０に金属部材１５１が含浸することで、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３が形成された。
【０１０６】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、軸受基材３０の表面の酸化皮膜を除去するため、加熱する前に軸受基材３０の表面にフラックスを塗布した。また、金属部材１５１によって形成される接合層４０の厚さを０．２ｍｍとするために、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予め厚さが０．２ｍｍのアルミニウム系材料（６０６１Ａｌ合金）からなるスペーサを配置した。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工により削り取った。
【０１０７】
上記した工程を経ることで、図５に示すように、金属材料（Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ）の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０を得た。
【０１０８】
次に、得られた複合軸受部材１０について、実施例１で行ったせん断試験と同じ方法でせん断試験を行った。
【０１０９】
せん断試験の結果、せん断強度は２０ＭＰａであった。このせん断強度は、軸受材料として要求されているせん断強度（１０ＭＰａ）を十分に満たすものであった。
【０１１０】
（比較例１）
比較例１では、実施例１で使用した複合軸受部材１０における金属材料含有層６１および金属材料含有層６２を有さない構成の複合軸受部材を使用した。すなわち比較例１で使用した複合軸受部材の軸受摺動材は、摺動層５０と金属材料含有層６３とで構成され、組成傾斜層を備えていない。それ以外の構成は、実施例１で使用した複合軸受部材１０と同じとした。また、比較例１で使用した複合軸受部材は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程における、金属材料含有層６１および金属材料含有層６２を形成する工程を除いた工程で作製された。すなわち、比較例１で使用した複合軸受部材は、これらの工程が除かれる以外は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程（材料等の条件も含む）と同じ製造工程で作製された。
【０１１１】
ここで、図６は、比較例１で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図である。
【０１１２】
図６に示すように、比較例１で作製した複合軸受部材は、摺動層５０と金属材料含有層６３を有する軸受摺動材２０と、軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とで構成されている。
【０１１３】
しかしながら、作製された複合軸受部材において、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の周縁部から剥離が発生し、健全な複合軸受部材を得ることができなかった。これは、形成体を樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着後、室温まで冷却する際、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の急激な組成変化により、双方の線膨張係数の差が大きくなり、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の周縁部から剥離が発生したものと考えられる。
【０１１４】
（比較例２）
比較例２では、実施例１で使用した複合軸受部材１０における金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３を有さない構成の複合軸受部材を使用した。すなわち比較例２で使用した複合軸受部材の軸受摺動材は、摺動層５０のみで構成され、組成傾斜層を備えていない。それ以外の構成は、実施例１で使用した複合軸受部材１０と同じとした。また、比較例２で使用した複合軸受部材は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程における、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３を形成する工程を除いた工程で作製された。すなわち、比較例２で使用した複合軸受部材は、これらの工程が除かれる以外は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程（材料等の条件も含む）と同じ製造工程で作製された。
【０１１５】
ここで、図７は、比較例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図である。
【０１１６】
図７に示すように、比較例２で作製した複合軸受部材は、摺動層５０からなる軸受摺動材２０と、軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とで構成されている。
【０１１７】
しかしながら、作製された複合軸受部材において、摺動層５０と接合層４０との接合面の全面が剥離し、健全な複合軸受部材を得ることができなかった。これは、形成体を樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着後、室温まで冷却する際、摺動層５０と接合層４０との間の急激な組成変化により、双方の線膨張係数の差が大きくなり、摺動層５０と接合層４０との接合面の全面が剥離したものと考えられる。
【０１１８】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材の断面を示す図。
【図２Ａ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｂ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｃ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｄ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｅ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ａ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｂ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｃ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｄ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｅ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｆ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｇ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図４】本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材を備える軸受装置の断面を示す図。
【図５】実施例１および実施例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料の体積含有量を模式的に示した図。
【図６】比較例１で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図。
【図７】比較例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図。
【符号の説明】
【０１２０】
１０…複合軸受部材、２０…軸受摺動材、３０…軸受基材、４０…接合層、５０…摺動層、６０…組成傾斜層、６１，６２，６３…金属材料含有層、７０…金属材料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機等に用いられる複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備える軸受装置、およびこの軸受装置を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業技術の発展に伴い、各種軸受において、回転軸の高速化への対応や高面圧化などが要求されている。これまで軸受材料として、ホワイトメタル（例えば、第一種；Ｓｎ８８〜９２重量％、Ｓｂ５〜７重量％、Ｃｕ３〜５重量％）が多用されてきた。しかしながら、これらの軟質金属材料は、融点が低く、高温における強度の大幅な低下および焼付きの問題を有する点から、その使用範囲は制限されている。
【０００３】
ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂材料は、摩擦係数が低く、耐熱性に優れ、軸受材料として適している。また、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂材料、ポリイミド（ＰＩ）樹脂材料は、ポリテトラフロオロエチレン樹脂材料と比較して、摩擦係数がやや高いが、高温における機械的性質に優れている。これらの樹脂材料に各種のセラミックス繊維、若しくは粒子の充てん材を添加して、機械的性質、摩擦特性および摩耗特性を兼備した摺動材料を製造することができる。
【０００４】
軸受すべり面を、上記したような樹脂材料で構成し、軸受基材を金属材料で構成する軸受装置を得るためには、異種材料である樹脂材料と金属材料とを十分な接合強度を有するように接合することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、樹脂材料と金属材料とを接合する際、金属材料どうしの接合に適用されている接合方法を採用した場合には、十分な接合強度を得ることは難しい。すなわち、異なる金属部材を溶湯凝固法で接合する場合には、金属材料どうしであるために拡散反応等が起こり、機械的な結合とともに物理的もしくは化学的な結合が生じる。これに対して、樹脂材料と金属材料とを接合する場合には、単純な機械的結合となるため、十分な接合強度を得ることは困難となる。また、樹脂材料と金属材料とを高温・高圧条件下で接合した場合には、樹脂材料に劣化が生じたり、高温・高圧条件下で長時間保持するため、製造コストが増大するなどの問題が生じる。
【０００６】
また、樹脂材料と金属材料とを接合する際に、接着剤等を用いて接合することも考えられるが、樹脂材料および金属材料の双方に対して良好な接着性を有する接着剤を選定することは困難である。さらに、樹脂系接着剤の場合には、樹脂と金属との接合界面が必ず存在するため、金属材料と樹脂材料との間の接合強度を基本的に改善することはできない。
【０００７】
また、２種類の部材を接合する際に、界面強度の向上を図る方法として、例えばホーニングや化学エッチング等で表面積を拡大して接合面積を増大させる方法が知られている。しかしながら、ホーニングや化学エッチング等では、接合面積の拡大に限界があり、また界面のせん断剥離に対する抵抗が小さいため、異種材料間の接合強度を十分に高めることはできない。
【０００８】
一方、従来の軸受材料における種々の問題点を考慮して、例えば、樹脂材料と金属材料の接合において、金属材料の表面に多孔質の中間層を設け、この多孔質の中間層内に樹脂材料を充填しながら他方の金属材料上に積層する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この発明によれば、多孔質の中間層は、予め軸受基材に真空下で接合される。
【特許文献１】特許第３１９４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した、樹脂材料と金属材料とを接合する従来の接合方法を用いて、例えば水力発電機器用軸受を作製する場合、軸受基材の総重量は数百ｋｇから数トンとなるため、真空下で接合するプロセスが極めて高価となり、製造コストが増加する。また、真空設備には、容量の限界があるため、真空下における作製が困難となることもある。
【００１０】
このようなことから、例えば、樹脂材料と金属材料というような異種材料を接合した軸受材料においては、軸受の性能、信頼性を犠牲にすることなく、設備能力に依存せず、製造コストを下げることが課題とされている。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、簡易な方法で製造することができるとともに、異種材料の接合部において優れた接合強度を有する複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備えた軸受装置、およびこの軸受装置を備えた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、一方の表面に回転部を摺動させる摺動層を有する軸受摺動材と、前記軸受摺動材を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材と、前記軸受摺動材の他方の表面と前記軸受基材の一方の表面とを接合する接合層とを具備し、前記摺動層と前記接合層との間の前記軸受摺動材を構成する層が、金属材料を分散して含有し、かつ前記金属材料の含有量が前記接合層に向かって増加する組成傾斜層であることを特徴とする複合軸受部材が提供される。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着する樹脂粒子融着工程と、前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、前記積層体を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属粒子および前記金属部材を溶融して、前記形成体の各層間、および前記形成体と前記基材とを接合する接合工程とを具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明の一態様によれば、樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着し、かつ前記金属粒子を溶融して前記形成体の外部に流出させ、前記形成体に気孔を形成する気孔形成工程と、前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、前記積層体を、前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属部材を溶融して、前記気孔内に含浸させ、かつ前記形成体と前記基材とを接合する接合工程とを具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、回転軸の軸方向のスラスト荷重を摺動可能に支持するスラスト軸受および回転方向の軸振れを摺動可能に支持するガイド軸受を具備する軸受装置であって、前記スラスト軸受および前記ガイド軸受における軸受部材の少なくとも一方が、上記した複合軸受部材で構成されていることを特徴とする軸受装置が提供される。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、上記した軸受装置を備えていることを特徴とする回転電機が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複合軸受部材、複合軸受部材の製造方法、この複合軸受部材を備えた軸受装置、およびこの軸受装置を備えた回転電機によれば、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、簡易な方法で製造することができるとともに、異種材料の接合部において優れた接合強度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０の断面を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、複合軸受部材１０は、表面が回転部と接触する軸受摺動材２０と、この軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とを備えている。また、軸受摺動材２０は、表面に回転部を摺動させる摺動層５０を有している。さらに、軸受摺動材２０は、摺動層５０と接合層４０との間に、金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を備えている。ここでは、金属材料がそれぞれ異なる割合で含有され、分散された３つの金属材料含有層６１、６２、６３で組成傾斜層６０を構成した一例を示している。
【００２１】
軸受摺動材２０を構成するマトリックスは、組成傾斜層６０に含有される金属材料７０の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料で構成される。すなわち、組成傾斜層６０の金属材料以外の部分、および摺動層５０は、この樹脂材料で構成される。ここで、融着温度とは、樹脂材料の表面が溶融し、樹脂材料どうしが融着可能となる温度をいう。樹脂材料として、例えば、ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂（融着温度；３５０〜４００℃）、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂（融着温度；３００〜４００℃、ポリイミド（ＰＩ）樹脂（融着温度；４００〜５００℃）などを用いることができる。また、樹脂材料として、上記した樹脂材料に、例えば、セラミックス繊維やセラミックス粒子などの充填剤を添加した樹脂系複合材料を用いてもよい。ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂は、摩擦係数が小さく、耐熱性に優れている。また、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂およびポリイミド（ＰＩ）樹脂は、ポリエテルエテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂に比べて摩擦係数がやや大きいが、高温の機械的特性に優れている。さらに、上記した樹脂系複合材料は、摩擦および摩耗特性、機械的特性がともに優れている。
【００２２】
また、組成傾斜層６０に含有される金属材料７０は、上記したように、融点が樹脂材料の融着温度よりも低い材料から構成される。この金属材料７０として、例えば、Ｓｎ（融点；２３２℃）またはＳｎを主成分とする合金を用いることができる。Ｓｎを主成分とする合金として、例えば、広くはんだ材料などに用いられている、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ（融点；２２７℃）、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ（融点；２１７℃）などが挙げられる。
【００２３】
ここで、組成傾斜層６０を構成する金属材料含有層６１、６２、６３は、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加する。すなわち、金属材料含有層６３、金属材料含有層６２、金属材料含有層６１の順に金属材料７０の含有量が多い。ここで、摺動層５０側の金属材料含有層６１における金属材料７０の含有量は、０体積％よりも多く、接合層４０側の金属材料含有層６３における金属材料７０の含有量は、１００体積％よりも少ない。例えば、金属材料含有層６１における金属材料７０の含有量を１０〜３０体積％、金属材料含有層６２における金属材料７０の含有量を４０〜６０体積％、金属材料含有層６３における金属材料７０の含有量を７０〜９０体積％とする一例が挙げられる。なお、組成傾斜層は、３つの金属材料含有層で構成することに限られるものではなく、少なくとも２つ以上の金属材料含有層で構成されていればよい。また、各金属材料含有層に含有される金属材料７０の含有量は、上記した一例の範囲に限られるものではなく、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加するように構成されていればよい。なお、金属材料７０の含有量は、隣接する金属材料含有層間で大きく異ならないように設定されることが好ましい。
【００２４】
このように、組成傾斜層６０は、金属材料７０の含有量を少なくして摺動層５０に近い組成とされた摺動層５０側の金属材料含有層６１を有し、徐々に接合層４０側に行くに伴い金属材料７０の含有量を増やし、金属材料７０の含有量を多くして接合層４０に近い組成とされた接合層４０側の金属材料含有層６３を有している。このような組成傾斜層６０を備えることで、隣接する層との間の線膨張係数の差が小さくなる。これによって、隣接する層との間に生じる熱応力が緩和される。
【００２５】
組成傾斜層６０の厚さは、隣接する金属材料含有層間における金属材料７０の含有量の急激な変化を回避し、樹脂材料と金属材料７０の線膨張係数の差異から生じる熱応力を緩和するために、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。例えば、樹脂材料の線膨張係数が１５×１０−５／℃程度、金属材料７０の線膨張係数が２０×１０−５／℃程度、摺動層５０の厚さが１〜１０ｍｍ、複合軸受部材１０の大きさが５００ｍｍ×５００ｍｍの場合、組成傾斜層６０の厚さは、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００２６】
また、後述するが、組成傾斜層６０は、樹脂材料や金属材料７０を構成するための、例えば、粒子からなる各材料を用いて構成される。そして、これらの粒子として、粒径が１０μｍ〜１００μｍのものが使用されることが多い。各金属材料含有層６１、６２、６３の厚さは、製造上のバラツキを考慮して、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定することがより好ましい。一方、摺動層５０の厚さは、摩耗減量と寿命の関係から、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に適宜に設定される。
【００２７】
また、金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料は、図１に示すように、各金属材料含有層６１、６２、６３にほぼ均一に分散された状態で含有されている。また、分散して含有される金属材料は、例えば、粒子形状や３次元的に格子状に分散された形状などの形状で構成される。ここで、各金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料の形状は、同じであっても、異なっていてもよい。例えば、金属材料が粒子形状である場合、各金属材料含有層６１、６２、６３の、金属材料の平均粒径が同じであっても、異なっていてもよい。すなわち、摺動層５０側の金属材料含有層６１から接合層４０側の金属材料含有層６３に向かって順に、含有される金属材料７０の含有量が増加するように構成されていればよく、各金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料の形状は、特に限定されるものではない。
【００２８】
また、各金属材料含有層６１、６２、６３間は、樹脂材料どうしの融着、金属材料どうしの溶着、および樹脂材料と金属材料の融着により接合されている。また、摺動層５０と金属材料含有層６１との間は、樹脂材料どうしの融着および樹脂材料と金属材料の融着により接合されている。
【００２９】
ここで、摺動層５０および各金属材料含有層６１、６２、６３における気孔率は、０．５体積％以下であり、密な状態となっている。
【００３０】
軸受基材３０は、軸受摺動材２０に作用する高荷重を支持するための強度を備える構造部材であり、使用条件下において必要な強度を発揮することができる材料で、かつ軸受摺動材２０を構成する材料とは異なる材料で構成される。軸受基材３０を構成する材料は、例えば、鉄系、銅系、アルミニウム系などの材料などが適用できる。軸受基材３０として、特に、構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などの鉄系の鋼材を用いることが好ましい。
【００３１】
接合層４０は、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合するもので、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同様に、融点が樹脂材料の融着温度よりも低い材料から構成される。接合層４０と形成する材料として、例えば、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同じ材料のうちのいずれかの材料で構成することができる。なお、接合層４０と形成する材料は、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と同じ材料で構成されてもよい。すなわち、接合層４０を構成する材料として、例えば、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金を用いることができる。Ｓｎを主成分とする合金として、例えば、広くはんだ材料などに用いられている、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇなどが挙げられる。なお、接合層４０と形成する材料として、上記した金属材料含有層６１、６２、６３に含有される金属材料と異なる材料を用いる場合には、それぞれの材料の線膨張係数の差が小さくなるような材料を選択することが好ましい。
【００３２】
次に、複合軸受部材１０を製造する方法について説明する。
【００３３】
ここでは、複合軸受部材１０を製造する２つの方法（第１の製造方法および第２の製造方法）について説明する。
【００３４】
（第１の製造方法）
図２Ａ〜図２Ｅは、第１の製造方法によって複合軸受部材１０を製造する工程を示した断面図である。
【００３５】
まず、軸受摺動材２０のマトリックスを構成する上記した樹脂材料からなる樹脂粒子１００を用意する。この樹脂粒子１００の平均粒径は、樹脂粒子１００がセラミックス繊維若しくは粒子の充てん材等を含有する場合における造粒粒子の平均粒径を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍのものが好ましい。さらに、組成傾斜層６０に含有される上記した金属材料７０からなる金属粒子１１０を用意する。ここで、各金属材料含有層６１、６２、６３を形成する際に使用される金属粒子１１０の平均粒径は、同じであっても、異なっていていてもよい。なお、ここでいう平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、例えばレーザー回折粒度分布測定法などで測定される。
【００３６】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するために、樹脂粒子１００と金属粒子１１０とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２）を作製する。ここで、第１混合粒子１２０における金属粒子１１０の体積含有量が一番少なく、第３混合粒子１２２における金属粒子１１０の体積含有量が一番多くなるように３種類の混合粒子を作製する。
【００３７】
まず、図２Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された所定の形状の金型１３０に所定量充填する。
【００３８】
続いて、図２Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１となる第１混合粒子１２０を所定量充填する。
【００３９】
続いて、図２Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２０上に、金属材料含有層６２となる第２混合粒子１２１を所定量充填する。
【００４０】
続いて、図２Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２１上に、金属材料含有層６３となる第３混合粒子１２２を所定量充填する。
【００４１】
続いて、図２Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、例えばプレス機１４０などによって、積層方向に加圧して一体化する。
【００４２】
続いて、この加圧することで一体化された形成体を、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度で所定時間加熱して樹脂粒子どうしを融着する。なお、この際、金属粒子１１０の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１０は溶融するが、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、形成体の周囲は金型１３０によって覆われているため、溶融した金属粒子１１０は、ほとんど外部に流れ出すことはない。また、樹脂粒子１００、第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２からなる各層の間は、樹脂材料どうしの融着、金属材料どうしの溶着、および樹脂材料と金属材料の融着により接合される。なお、形成体は、融着温度で所定時間加熱された後、常温まで冷却される。
【００４３】
ここで、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成される。また、第１混合粒子１２０からなる層によって金属材料含有層６１が形成され、第２混合粒子１２１からなる層によって金属材料含有層６２が形成され、第３混合粒子１２２からなる層によって金属材料含有層６３が形成される。
【００４４】
続いて、図２Ｅに示すように、金属材料含有層６３の上面に、上記した接合層４０を形成する金属材料からなる箔状の金属部材１５０を配置する。さらに、この金属部材１５０上に、軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成する。
【００４５】
続いて、この積層体を、金属粒子１１０および金属部材１５０の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度で所定時間加熱する。これによって、上記した、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２、金属材料含有層６３からなる各層の間の接合を確実なものとするとともに、金属部材１５０によって、形成体と軸受基材３０とが接合される。
【００４６】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、金属部材１５０によって形成される接合層４０の厚さを所定の厚さとするために、例えば、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予めその所定の厚さと同じ厚さを有する鉄系材料などからなるスペーサを配置しておくことが好ましい。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工などにより削り取ればよい。
【００４７】
上記した工程を経ることで、金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０が得られる。
【００４８】
（第２の製造方法）
図３Ａ〜図３Ｇは、第２の製造方法によって複合軸受部材１０を製造する工程を示した断面図である。
【００４９】
まず、軸受摺動材２０のマトリックスを構成する上記した樹脂材料からなる樹脂粒子１００を用意する。この樹脂粒子１００の平均粒径は、樹脂粒子１００がセラミックス繊維若しくは粒子の充てん材等を含有する場合における造粒粒子の平均粒径を考慮して、０．１ｍｍ〜１ｍｍのものが好ましい。さらに、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子１１１を用意する。ここで、この金属粒子１１１としては、Ｉｎ（融点；１５６℃）またはＩｎを主成分とする合金が使用される。Ｉｎを主成分とする合金としては、例えば、Ｉｎ−３４重量％Ｂｉ（融点：７２℃）などが使用される。なお、後述するが、この金属粒子１１１は、組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料を含浸するための気孔を形成するために使用されるものである。
【００５０】
ここで、金属粒子１１１の平均粒径は、同じであっても、異なっていていてもよい。なお、ここでいう平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、例えばレーザー回折粒度分布測定法などで測定される。
【００５１】
続いて、樹脂粒子１００と金属粒子１１１とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７）を作製する。ここで、第１混合粒子１２５における金属粒子１１１の体積含有量が一番少なく、第３混合粒子１２７における金属粒子１１１の体積含有量が一番多くなるように３種類の混合粒子を作製する。
【００５２】
まず、図３Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された所定の形状の金型１３０に所定量充填する。
【００５３】
続いて、図３Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１を形成するための第１混合粒子１２５を所定量充填する。
【００５４】
続いて、図３Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２５上に、金属材料含有層６２を形成するための第２混合粒子１２６を所定量充填する。
【００５５】
続いて、図３Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２６上に、金属材料含有層６３を形成するための第３混合粒子１２７を所定量充填する。
【００５６】
続いて、図３Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、例えばプレス機１４０などによって、積層方向に加圧して一体化する。
【００５７】
続いて、図３Ｅに示すように、加圧することで一体化された形成体を金型１３０から取り外し、第３混合粒子１２２側が下方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度で所定時間加熱して樹脂粒子どうしを融着する。この際、金属粒子１１１の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１１は溶融し、形成体の外部に流出する。なお、形成体は、融着温度で所定時間加熱された後、常温まで冷却される。
【００５８】
上記した融着温度で所定時間加熱された形成体には、図３Ｆに示すように、金属粒子１１１が溶融して外部に流れ出すことによって、金属粒子１１１が分散されていた部分に気孔１６０が形成される。また、樹脂粒子１００、第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７からなる各層の間は、樹脂材料どうしの融着により接合される。また、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成される。
【００５９】
続いて、図３Ｇに示すように、第３混合粒子１２７からなる層が上方となるように配置し、第３混合粒子１２７からなる層の上面に、接合層４０となるとともに、上記した気孔１６０に含浸して組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料となる板状の金属部材１５１を配置する。さらに、金属部材１５１上に、軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成する。ここで、第２の金属材料からなる金属部材１５１は、前述した組成傾斜層６０に含有される金属材料７０と同じ材料で構成される。なお、金属部材１５１の大きさ、具体的には厚さは、気孔１６０に含浸する量と、接合層４０を形成する量を考慮して設定される。
【００６０】
続いて、この積層体の周囲に、再び金型１３０を取り付け、金属部材１５１の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度に所定時間加熱する。これによって、金属部材１５１が溶融し、その一部は、気孔１６０に含浸し、外部に流出する微量分を除いた残部は、形成体と軸受基材３０とを接合する接合層４０となる。気孔１６０に金属部材１５１が含浸することで、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３が形成される。
【００６１】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、金属部材１５１によって形成される接合層４０の厚さを所定の厚さとするために、例えば、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予めその所定の厚さと同じ厚さを有する鉄系材料などからなるスペーサを配置しておくことが好ましい。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工などにより削り取ればよい。
【００６２】
上記した工程を経ることで、金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０が得られる。
【００６３】
次に、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備える軸受装置２００について説明する。
【００６４】
図４は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備える軸受装置２００の断面を示す図である。ここでは、水車発電機に用いられるスラスト軸受を一例に、従来において広く回転電機等に使用されているスラスト軸受の構造を説明する。
【００６５】
図４に示すように、回転軸２１０には、スラストカラー２１１が取り付けられ、このスラストカラー２１１の下面には回転板２１３が設けられている。そして、扇形に形成された複数の静止板２１４が回転軸２１０の周りに放射状に配置され、回転板２１３を摺動可能に支持している。この静止板２１４は、複合軸受部材１０の構成を備えている。
【００６６】
また、静止板２１４は、複数のバネ等の弾性部材２１５を介して支持板２１６により支持されている。また、スラストカラー２１１の側面には、ガイド軸受２１７が取り付けられている。このガイド軸受２１７は、複合軸受部材１０の構成を備えている。ガイド軸受２１７の外部には、油槽２１８が設けられており、その内部は潤滑油２１９で満たされている。
【００６７】
このように、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０は、軸受装置等に適用することができる。なお、複合軸受部材１０が適用される装置は、上記した構成に限られるものではなく、回動部を摺動させる摺動面を有する軸受部材を備える、例えば、船舶用ディーゼルエンジン、発電用蒸気タービン、ガスタービン、一般産業用液空圧関係、プラント設備などの装置にも適用することができる。
【００６８】
上記したように、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０によれば、軸受摺動材２０における摺動層５０以外の層を、金属材料を分散して含有し、かつ金属材料の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０とすることで、軸受摺動材２０と接合層４０、軸受摺動材２０と接合層４０における線膨張係数の差による熱応力を緩和することができる。これによって、優れた接合強度と高い信頼性を有する軸受材料を得ることができる。
【００６９】
また、軸受摺動材２０を構成するマトリックスを、組成傾斜層６０に含有される金属材料の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料で構成することで、金属材料の融点以上で、樹脂材料の融着温度より低い温度に加熱しても、軸受摺動材２０が溶融や劣化を起こすことない。そのため、接合層４０を介して、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを優れた接合強度を有して的確に接合することができる。
【００７０】
また、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０を備えた軸受装置２００では、上記した複合軸受部材１０における作用効果と同様の作用効果を得ることができ、高い信頼性を有する軸受装置を得ることができる。
【００７１】
また、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材１０の製造方法によれば、例えば真空設備などを必要とせず、簡易な方法で、軸受部材の性能および信頼性を低下させることなく、複合軸受部材１０を製造することができる。そのため、複合軸受部材を製造するための製造コストを削減することができる。
【００７２】
次に、本発明に係る複合軸受部材１０が、優れた接合強度を有することを実施例および比較例を用いて説明する。
【００７３】
（実施例１）
実施例１では、図２Ａ〜図２Ｅに示した第１の製造方法と同様の製造方法で作製された複合軸受部材１０を使用した。
【００７４】
以下に、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明する。
【００７５】
まず、ＰＴＦＥ樹脂からなる平均粒径が５μｍの樹脂粒子１００を用意した。なお、平均粒径は、メディアン粒径である。この平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定法で測定した。以下において、平均粒径およびその測定方法は、上記したものと同じである。
【００７６】
さらに、組成傾斜層６０に含有されるＳｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇからなる金属粒子１１０を用意した。ここで、金属材料含有層６１を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を２５μｍ、金属材料含有層６２を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を５０μｍ、金属材料含有層６３を形成するための金属粒子１１０の平均粒径を７５μｍとした。
【００７７】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するために、樹脂粒子１００と金属粒子１１０とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２０、第２混合粒子１２１、第３混合粒子１２２）を作製した。ここで、金属材料含有層６１を形成するのが第１混合粒子１２０、金属材料含有層６２を形成するのが第２混合粒子１２１、金属材料含有層６３を形成するのが第３混合粒子１２２である。ここで、金属粒子１１０と樹脂粒子１００との体積比（金属粒子１１０の体積：樹脂粒子１００の体積）を、第１混合粒子１２０では２５：７５、第２混合粒子１２１では５０：５０、第３混合粒子１２２では７５：２５とした。
【００７８】
まず、図２Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形の金型１３０に所定量充填した。
【００７９】
続いて、図２Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６１となる第１混合粒子１２０を所定量充填した。
【００８０】
続いて、図２Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２０上に、金属材料含有層６２となる第２混合粒子１２１を所定量充填した。
【００８１】
続いて、図２Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２１上に、金属材料含有層６３となる第３混合粒子１２２を所定量充填した。
【００８２】
続いて、図２Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、プレス機１４０によって、積層方向に５０ＭＰａの圧力で加圧して一体化した。そして、第１混合粒子１２０による層の厚さが２ｍｍ、各混合粒子による層の厚さがそれぞれ１ｍｍの形成体を作製した。
【００８３】
続いて、この加圧することで一体化された形成体を、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着した。なお、この際、金属粒子１１０の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１０は溶融するが、第３混合粒子１２２側が上方となるように配置し、形成体の周囲は金型１３０によって覆われているため、溶融した金属粒子１１０は、ほとんど外部に流れ出すことはなかった。なお、融着温度で所定時間加熱された後、形成体を常温まで冷却した。
【００８４】
ここで、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成された。また、第１混合粒子１２０からなる層によって金属材料含有層６１が形成され、第２混合粒子１２１からなる層によって金属材料含有層６２が形成され、第３混合粒子１２２からなる層によって金属材料含有層６３が形成された。
【００８５】
続いて、図２Ｅに示すように、金属材料含有層６３の上面に、接合層４０となる、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇで構成された、厚さが０．２ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの箔状の金属部材１５０を配置した。なお、ここでは、金属部材１５０を、金属粒子１１０と同じ材料で構成した。さらに、金属部材１５０上に、厚さが５０ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成した。
【００８６】
続いて、この積層体を、金属粒子１１０の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度である２５０℃で３分間加熱した。これによって、上記した、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２、金属材料含有層６３からなる各層の間の接合を確実なものとし、さらに金属部材１５０によって、形成体と軸受基材３０とを接合した。接合層４０の厚さは、０．２ｍｍとした。
【００８７】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、軸受基材３０の表面の酸化皮膜を除去するため、加熱する前に軸受基材３０の表面にフラックスを塗布した。また、金属部材１５０によって形成される接合層４０の厚さを０．２ｍｍとするために、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予め厚さが０．２ｍｍのアルミニウム系材料（６０６１Ａｌ合金）からなるスペーサを配置した。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工により削り取った。
【００８８】
ここで、図５は、上記した工程を経ることで作製された複合軸受部材１０の各層に含有される金属材料の体積含有量を模式的に示した図である。
【００８９】
上記した工程を経ることで、図５に示すように、金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０を得た。
【００９０】
次に、得られた複合軸受部材１０の接合界面のせん断強度を評価するために、複合軸受部材１０を用いて、接合界面と平行に引張速度が０．１ｍｍ／秒の条件でせん断試験を行った。
【００９１】
せん断試験の結果、せん断強度は２０ＭＰａであった。このせん断強度は、軸受材料として要求されているせん断強度（１０ＭＰａ）を十分に満たすものであった。
【００９２】
（実施例２）
実施例２では、図３Ａ〜図３Ｇに示した第２の製造方法と同様の製造方法で作製された複合軸受部材１０を使用した。
【００９３】
以下に、実施例２で使用した複合軸受部材１０の製造方法について、図３Ａ〜図３Ｇを参照して説明する。
【００９４】
まず、ＰＴＦＥ樹脂からなる平均粒径が５μｍの樹脂粒子１００を用意した。さらに、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子１１１を用意した。この金属粒子１１１は、組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料を含浸するための気孔を形成するために使用されるものである。
【００９５】
ここで、金属材料含有層６１を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を２５μｍ、金属材料含有層６２を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を５０μｍ、金属材料含有層６３を形成するための金属粒子１１１の平均粒径を７５μｍとした。
【００９６】
続いて、金属材料含有層６１、６２、６３を形成するための、樹脂粒子１００と金属粒子１１１とを所定の割合で均一に混合した３種類の混合粒子（第１混合粒子１２５、第２混合粒子１２６、第３混合粒子１２７）を作製した。ここで、金属材料含有層６１を形成するのが第１混合粒子１２５、金属材料含有層６２を形成するのが第２混合粒子１２６、金属材料含有層６３を形成するのが第３混合粒子１２７である。ここで、金属粒子１１１と樹脂粒子１００との体積比（金属粒子１１１の体積：樹脂粒子１００の体積）を、第１混合粒子１２５では２５：７５、第２混合粒子１２６では５０：５０、第３混合粒子１２７では７５：２５とした。
【００９７】
まず、図３Ａに示すように、軸受摺動材２０の摺動層５０となる樹脂粒子１００を、平面上に設置された３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形の金型１３０に所定量充填した。
【００９８】
続いて、図３Ｂに示すように、充填された樹脂粒子１００上に、金属材料含有層６２を形成するための第１混合粒子１２５を所定量充填した。
【００９９】
続いて、図３Ｃに示すように、充填された第１混合粒子１２５上に、金属材料含有層６２を形成するための第２混合粒子１２６を所定量充填した。
【０１００】
続いて、図３Ｄに示すように、充填された第２混合粒子１２６上に、金属材料含有層６３を形成するための第３混合粒子１２７を所定量充填した。
【０１０１】
続いて、図３Ｄに示すように、金型１３０に積層して充填された上記粒子を、プレス機１４０によって、積層方向に５０ＭＰａの圧力で加圧して一体化した。そして、第１混合粒子１２５による層の厚さが２ｍｍ、各混合粒子による層の厚さがそれぞれ１ｍｍの形成体を作製した。
【０１０２】
続いて、図３Ｅに示すように、加圧することで一体化された形成体を金型１３０から取り外し、第３混合粒子１２２側が下方となるように配置し、樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着した。この際、金属粒子１１１の融点は、樹脂粒子１００の融着温度よりも低いため、金属粒子１１１は溶融し、形成体の外部に流出した。なお、融着温度で所定時間加熱された後、形成体を常温まで冷却した。
【０１０３】
上記した融着温度である３７５℃で１時間加熱された形成体には、図３Ｆに示すように、金属粒子１１１が溶融して外部に流れ出すことによって、金属粒子１１１が分散されていた部分に気孔１６０が形成された。また、上記工程により、樹脂粒子１００のみからなる層によって摺動層５０が形成された。
【０１０４】
続いて、図３Ｇに示すように、第３混合粒子１２７からなる層が上方となるように配置し、第３混合粒子１２７からなる層の上面に、接合層４０となるとともに、上記した気孔１６０に含浸して組成傾斜層６０に含有される第２の金属材料となる、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる板状の金属部材１５１を配置した。この金属部材１５１の、厚さを１．８ｍｍ、幅を３００ｍｍ、長さを３００ｍｍとした。さらに、金属部材１５１上に、厚さが５０ｍｍ、幅が３００ｍｍ、長さが３００ｍｍの構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる軸受基材３０を積層して配置し、積層体を構成した。
【０１０５】
続いて、この積層体の周囲に、再び金型１３０を取り付け、金属部材１５１の融点以上でかつ樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度よりも低い温度である２５０℃で３分間加熱した。これによって、金属部材１５１が溶融し、その一部は、気孔１６０に含浸し、外部に流出する微量分を除いた残部は、形成体と軸受基材３０とを接合する接合層４０となった。気孔１６０に金属部材１５１が含浸することで、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３が形成された。
【０１０６】
なお、形成体と軸受基材３０との接合を行う際、軸受基材３０の表面の酸化皮膜を除去するため、加熱する前に軸受基材３０の表面にフラックスを塗布した。また、金属部材１５１によって形成される接合層４０の厚さを０．２ｍｍとするために、形成体と軸受基材３０との間の端縁に、予め厚さが０．２ｍｍのアルミニウム系材料（６０６１Ａｌ合金）からなるスペーサを配置した。そして、形成体と軸受基材３０とを接合した後、このスペーサを有する部分を、切削加工により削り取った。
【０１０７】
上記した工程を経ることで、図５に示すように、金属材料（Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ）の含有量が接合層４０に向かって増加する組成傾斜層６０を有する軸受摺動材２０を備える複合軸受部材１０を得た。
【０１０８】
次に、得られた複合軸受部材１０について、実施例１で行ったせん断試験と同じ方法でせん断試験を行った。
【０１０９】
せん断試験の結果、せん断強度は２０ＭＰａであった。このせん断強度は、軸受材料として要求されているせん断強度（１０ＭＰａ）を十分に満たすものであった。
【０１１０】
（比較例１）
比較例１では、実施例１で使用した複合軸受部材１０における金属材料含有層６１および金属材料含有層６２を有さない構成の複合軸受部材を使用した。すなわち比較例１で使用した複合軸受部材の軸受摺動材は、摺動層５０と金属材料含有層６３とで構成され、組成傾斜層を備えていない。それ以外の構成は、実施例１で使用した複合軸受部材１０と同じとした。また、比較例１で使用した複合軸受部材は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程における、金属材料含有層６１および金属材料含有層６２を形成する工程を除いた工程で作製された。すなわち、比較例１で使用した複合軸受部材は、これらの工程が除かれる以外は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程（材料等の条件も含む）と同じ製造工程で作製された。
【０１１１】
ここで、図６は、比較例１で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図である。
【０１１２】
図６に示すように、比較例１で作製した複合軸受部材は、摺動層５０と金属材料含有層６３を有する軸受摺動材２０と、軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とで構成されている。
【０１１３】
しかしながら、作製された複合軸受部材において、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の周縁部から剥離が発生し、健全な複合軸受部材を得ることができなかった。これは、形成体を樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着後、室温まで冷却する際、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の急激な組成変化により、双方の線膨張係数の差が大きくなり、摺動層５０と金属材料含有層６３との間の周縁部から剥離が発生したものと考えられる。
【０１１４】
（比較例２）
比較例２では、実施例１で使用した複合軸受部材１０における金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３を有さない構成の複合軸受部材を使用した。すなわち比較例２で使用した複合軸受部材の軸受摺動材は、摺動層５０のみで構成され、組成傾斜層を備えていない。それ以外の構成は、実施例１で使用した複合軸受部材１０と同じとした。また、比較例２で使用した複合軸受部材は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程における、金属材料含有層６１、金属材料含有層６２および金属材料含有層６３を形成する工程を除いた工程で作製された。すなわち、比較例２で使用した複合軸受部材は、これらの工程が除かれる以外は、実施例１で使用した複合軸受部材１０の製造工程（材料等の条件も含む）と同じ製造工程で作製された。
【０１１５】
ここで、図７は、比較例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図である。
【０１１６】
図７に示すように、比較例２で作製した複合軸受部材は、摺動層５０からなる軸受摺動材２０と、軸受基材３０と、軸受摺動材２０と軸受基材３０とを接合する接合層４０とで構成されている。
【０１１７】
しかしながら、作製された複合軸受部材において、摺動層５０と接合層４０との接合面の全面が剥離し、健全な複合軸受部材を得ることができなかった。これは、形成体を樹脂粒子１００どうしが融着する融着温度である３７５℃で１時間加熱して樹脂粒子どうしを融着後、室温まで冷却する際、摺動層５０と接合層４０との間の急激な組成変化により、双方の線膨張係数の差が大きくなり、摺動層５０と接合層４０との接合面の全面が剥離したものと考えられる。
【０１１８】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材の断面を示す図。
【図２Ａ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｂ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｃ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｄ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図２Ｅ】第１の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ａ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｂ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｃ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｄ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｅ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｆ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図３Ｇ】第２の製造方法によって複合軸受部材を製造する工程を示した断面図。
【図４】本発明に係る一実施の形態の複合軸受部材を備える軸受装置の断面を示す図。
【図５】実施例１および実施例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料の体積含有量を模式的に示した図。
【図６】比較例１で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図。
【図７】比較例２で作製した複合軸受部材の各層に含有される金属材料（Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ−３．０重量％Ａｇ）の体積含有量を模式的に示した図。
【符号の説明】
【０１２０】
１０…複合軸受部材、２０…軸受摺動材、３０…軸受基材、４０…接合層、５０…摺動層、６０…組成傾斜層、６１，６２，６３…金属材料含有層、７０…金属材料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面に回転部を摺動させる摺動層を有する軸受摺動材と、
前記軸受摺動材を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材と、
前記軸受摺動材の他方の表面と前記軸受基材の一方の表面とを接合する接合層と
を具備し、
前記摺動層と前記接合層との間の前記軸受摺動材を構成する層が、金属材料を分散して含有し、かつ前記金属材料の含有量が前記接合層に向かって増加する組成傾斜層であることを特徴とする複合軸受部材。
【請求項２】
前記軸受摺動材を構成するマトリックスは、前記金属材料の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の複合軸受部材。
【請求項３】
前記軸受基材が鉄系材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の複合軸受部材。
【請求項４】
前記金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の複合軸受部材。
【請求項５】
樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、
樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、
積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、
前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着する樹脂粒子融着工程と、
前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属粒子および前記金属部材を溶融して、前記形成体の各層間、および前記形成体と前記基材とを接合する接合工程と
を具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項５記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項７】
樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、
樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、
積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、
前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着し、かつ前記金属粒子を溶融して前記形成体の外部に流出させ、前記形成体に気孔を形成する気孔形成工程と、
前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属部材を溶融して、前記気孔内に含浸させ、かつ前記形成体と前記基材とを接合する接合工程と
を具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１の金属材料が、ＩｎまたはＩｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項７記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項９】
前記第２の金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項７または８記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材が鉄系材料からなることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項１１】
回転軸の軸方向のスラスト荷重を摺動可能に支持するスラスト軸受および回転方向の軸振れを摺動可能に支持するガイド軸受を具備する軸受装置であって、
前記スラスト軸受および前記ガイド軸受における軸受部材の少なくとも一方が、請求項１乃至４のいずれか１項記載の複合軸受部材で構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の軸受装置を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項１】
一方の表面に回転部を摺動させる摺動層を有する軸受摺動材と、
前記軸受摺動材を構成する材料とは異なる材料からなる軸受基材と、
前記軸受摺動材の他方の表面と前記軸受基材の一方の表面とを接合する接合層と
を具備し、
前記摺動層と前記接合層との間の前記軸受摺動材を構成する層が、金属材料を分散して含有し、かつ前記金属材料の含有量が前記接合層に向かって増加する組成傾斜層であることを特徴とする複合軸受部材。
【請求項２】
前記軸受摺動材を構成するマトリックスは、前記金属材料の融点よりも高い融着温度を有する樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の複合軸受部材。
【請求項３】
前記軸受基材が鉄系材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の複合軸受部材。
【請求項４】
前記金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の複合軸受部材。
【請求項５】
樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、
樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、
積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、
前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着する樹脂粒子融着工程と、
前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属粒子および前記金属部材を溶融して、前記形成体の各層間、および前記形成体と前記基材とを接合する接合工程と
を具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項５記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項７】
樹脂からなる樹脂粒子を所定の形状を有する金型に所定量充填し、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子層形成工程と、
樹脂からなる樹脂粒子に、前記樹脂粒子どうしが融着する融着温度よりも低い融点を有する第１の金属材料からなる金属粒子を混合し、前記金属粒子の含有量を徐々に増加させながら、前記樹脂粒子と前記金属粒子からなる複数の混合粒子層を、前記樹脂粒子層上に形成する混合粒子層形成工程と、
積層された、前記樹脂粒子層と前記混合粒子層とを積層方向に加圧して一体化し、形成体を作製する加圧工程と、
前記形成体を前記融着温度に加熱して、前記樹脂粒子どうしを融着し、かつ前記金属粒子を溶融して前記形成体の外部に流出させ、前記形成体に気孔を形成する気孔形成工程と、
前記形成体の樹脂粒子層側を下にして配置し、前記形成体上に、前記融着温度よりも低い融点を有する第２の金属材料からなる金属部材を積層し、前記金属部材上に基材を積層して、積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、前記第２の金属材料の融点以上でかつ前記融着温度よりも低い温度に加熱し、前記金属部材を溶融して、前記気孔内に含浸させ、かつ前記形成体と前記基材とを接合する接合工程と
を具備することを特徴とする複合軸受部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１の金属材料が、ＩｎまたはＩｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項７記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項９】
前記第２の金属材料が、ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項７または８記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材が鉄系材料からなることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項記載の複合軸受部材の製造方法。
【請求項１１】
回転軸の軸方向のスラスト荷重を摺動可能に支持するスラスト軸受および回転方向の軸振れを摺動可能に支持するガイド軸受を具備する軸受装置であって、
前記スラスト軸受および前記ガイド軸受における軸受部材の少なくとも一方が、請求項１乃至４のいずれか１項記載の複合軸受部材で構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の軸受装置を備えていることを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１２１６９２（Ｐ２０１０−１２１６９２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５１８４（Ｐ２００８−２９５１８４）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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