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WO2013146108A1 - 摺動部材 - Google Patents

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Publication number
WO2013146108A1
WO2013146108A1 PCT/JP2013/055816 JP2013055816W WO2013146108A1 WO 2013146108 A1 WO2013146108 A1 WO 2013146108A1 JP 2013055816 W JP2013055816 W JP 2013055816W WO 2013146108 A1 WO2013146108 A1 WO 2013146108A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sliding surface
sliding
test
alloy composition
shot blasting
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/055816
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　直樹
良一 倉田
Original Assignee
千住金属工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 千住金属工業株式会社 filed Critical 千住金属工業株式会社
Priority to US14/388,016 priority Critical patent/US10309457B2/en
Priority to EP13767498.2A priority patent/EP2833008B1/en
Priority to JP2013516873A priority patent/JP5304974B1/ja
Priority to CN201380016371.2A priority patent/CN104169599B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding member that slidably supports an object to be slid.
  • the sliding surface is a smooth surface to reduce friction.
  • the frictional resistance can be kept low, but a certain amount of heat is generated on the sliding surface, and so-called seizure may occur. For this reason, the sliding surface is required to have an appropriate surface roughness.
  • An object of the present invention is to provide a sliding member having hardness suitable for an environment in which a high load is applied and having excellent wear resistance.
  • the present inventors pay attention to the improvement of the surface hardness of the object subjected to the shot blasting treatment, and can form an oil sump suitable for hardness suitable for an environment in which a high load is applied and wear resistance. A combination of surface roughness was found.
  • the surface of the sliding layer that slidably supports the object to be slid is subjected to shot blasting, and the surface of the sliding layer has an arithmetic average roughness (Ra) of 1.0 to 2.5 ⁇ m
  • the sliding member has a sliding surface having a concavo-convex shape having a ten-point average roughness (Rz) of 5.0 to 10.0 ⁇ m and a surface hardness (Hv) of 220 to 250.
  • the shot blast treatment uses a scouring material composed of a ferrous metal material having a spherical shape with a particle size of 180 to 300 ⁇ m and a surface hardness (Hv) of 280 to 600, and a spraying distance of 50 mm to 150 mm.
  • the time is preferably 5 seconds or more and 30 seconds or less.
  • the sliding layer is preferably made of a copper alloy having a surface hardness (Hv) before shot blasting of 80 to 150.
  • the arithmetic average roughness (Ra) of the sliding surface is 1.0 to 2.5 ⁇ m, and the ten-point average roughness (Rz) is 5.0 to 10.0 ⁇ m.
  • An oil reservoir is formed on the moving surface, and the surface hardness (Hv) of the sliding surface is set to 220 to 250, so that the uneven shape of the sliding surface can be maintained even in an environment where a high load is applied.
  • FIG. 2 is a photomicrograph of a sliding surface of a plain bearing before and after a test in Example 1.
  • FIG. 2 is a micrograph of a sliding surface of a plain bearing before and after a test in Example 2.
  • FIG. 2 is a micrograph of a sliding surface of a plain bearing before and after a test in Example 2.
  • FIG. It is a microscope picture of the sliding surface of the plain bearing before the test in Example 3, and after the test. It is a microscope picture of the sliding surface of the plain bearing before the test in Example 3, and after the test. It is a microscope picture of the sliding surface of the plain bearing before the test in Comparative Example 1 and after the test. It is a microscope picture of the sliding surface of the plain bearing before the test in Comparative Example 1 and after the test.
  • the sliding member of this embodiment has an arithmetic average roughness (Ra) of 1.0 to 2.5 ⁇ m and a ten-point average roughness (Rz) on the surface of the sliding layer that slidably supports the object to be slid. ) Is 5.0 to 10.0 ⁇ m, and a concave and convex sliding surface having a surface hardness (Hv) of 220 to 250 is formed.
  • the sliding member of this embodiment has a sliding layer formed of a metal material having a single composition, an alloy material having a predetermined composition, or a porous material made of an alloy material impregnated with a resin material.
  • a sliding surface having a desired surface roughness capable of forming an oil sump and improving slidability is formed.
  • the surface hardness of the sliding layer is improved, and a sliding surface having a desired surface hardness required in an environment where a high load is applied is formed.
  • a substantially spherical polishing material composed of an iron-based metal material having a particle size of 180 to 300 ⁇ m and a surface hardness (Hv) of 280 to 600 is used.
  • the shot blast treatment is performed by spraying the above-described polishing material onto the surface of the sliding layer with the spraying distance of the polishing material being 50 mm or more and 150 mm or less and the cleaning time being 5 seconds or more and 30 seconds or less.
  • the above-described sliding blast treatment is performed on the sliding layer formed of an existing copper alloy having a surface hardness (Hv) of about 80 to 150, for example, a Cu—Sn alloy, under the above-described conditions.
  • a sliding surface having a desired surface roughness and surface hardness is formed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a piston pump to which the sliding member of the present embodiment is applied as an example of a hydraulic device, and is a schematic side sectional view of the piston pump.
  • the piston pump 1 is mounted on the case 3 with the cylinder block 2 supported by the input shaft 20, and the cylinder block 2 is rotated by the driving force transmitted to the input shaft 20.
  • a plurality of cylinders 21 are formed in the cylinder block 2 along the rotation direction, and the pistons 4 are attached to the cylinders 21 so as to be able to be put in and out.
  • the piston pump 1 is provided with a plain bearing 5 that rotatably supports the cylinder block 2.
  • the plain bearing 5 includes a suction port 50 and a discharge port 51 that open along the rotation direction of the cylinder block 2.
  • the suction port 30 and the suction port 50 provided in the case 3 communicate with each other.
  • the discharge port 51 is connected to be attached between the cylinder block 2 and the case 3.
  • the plain bearing 5 is applied with the sliding member of the present embodiment, and the cylinder block 2 and the plain bearing 5 are relatively rotated by rotating in a state where the cylinder block 2 becomes a sliding object and is pressed in the axial direction. To slide.
  • the piston pump 1 includes a swash plate 6 that moves the piston 4 in and out of the cylinder 21 of the cylinder block 2 as the cylinder block 2 rotates, a yoke 60 that switches the angle of the swash plate 6, and the swash plate 6 and the yoke 60.
  • An operating piston 7 and a return spring 8 are provided.
  • the piston pump 1 As the cylinder block 2 rotates, oil is sucked in the cylinder 21 on the side where the piston 4 protrudes from the cylinder block 2, and the oil is discharged on the cylinder 21 on the side where the piston 4 enters.
  • the piston pump 1 is configured such that the stroke of the piston 4 varies by changing the angles of the swash plate 6 and the yoke 60 and the oil discharge amount can be adjusted.
  • the piston pump 1 is provided with a half bearing 9 in the case 3 that supports the swash plate 6 and the yoke 60 in a swingable manner.
  • the sliding bearing of the present embodiment is applied to the half bearing 9, and the shaft portion 61 of the yoke 60 swings in a state where the shaft portion 61 becomes a sliding object and is pressed in the circumferential direction.
  • the half bearing 9 slides relatively.
  • the piston pump 1 has a configuration in which the oil suction side and the discharge side are fixed. In the configuration in which the cylinder block 2 rotates in both forward and reverse directions, the oil suction side and the discharge side are It is the structure which can be switched.
  • the plain bearing 5 slides in one direction or both forward and reverse directions along the circumferential direction in a state where a high load is applied when the cylinder block 2 is pressed in the axial direction. Thereby, the cylinder block 2 and the flat bearing 5 slide in the circular direction in a state where a high load is applied.
  • the oil discharge amount is variable by swinging the swash plate 6 and the yoke 60 in both the forward and reverse directions.
  • the shaft portion 61 of the yoke 60 is circular.
  • the shaft portion 61 slides in both forward and reverse directions along the circumferential direction in a state where a high load is applied by being pressed in the circumferential direction.
  • the shaft part 61 and the half bearing 9 slide in a linear direction in a state where a high load is applied.
  • Examples 1 to 4 were produced by subjecting a sliding layer made of an alloy material having the composition shown in Table 1 below to shot blasting treatment under the conditions described above. The shape and surface hardness of the sliding surface of Example 3 were compared with the sliding surfaces of Comparative Examples 1 to 3 manufactured without performing the shot blasting treatment.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are graphs showing the surface roughness shape of the sliding surface in each example.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are based on the standard of JIS B 0601 (1994), and FIG. 2A shows the surface roughness shape of the sliding surface which has been shot blasted with the alloy composition of Example 1.
  • 2B shows the surface roughness shape of the sliding surface subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Example 2
  • FIG. 2C shows the sliding surface subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Example 3. The surface roughness shape of is shown.
  • FIG. 3A, 3B, and 3C are graphs showing the surface roughness shape of the sliding surface in each comparative example.
  • FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 3C are based on the standard of JIS B 0601 (1994)
  • FIG. 3A is the surface roughness shape of the sliding surface which is not subjected to shot blasting with the alloy composition of Comparative Example 1.
  • FIG. 3B shows the surface roughness shape of the sliding surface not subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Comparative Example 2
  • FIG. 3C shows that the shot blasting treatment is not performed with the alloy composition of Comparative Example 3.
  • the surface roughness shape of the sliding surface is shown.
  • FIG. 4A, 4B and 4C are photomicrographs of the sliding surface in each example.
  • FIG. 4A is a photomicrograph of a sliding surface that has been shot blasted with the alloy composition of Example 1
  • FIG. 4B is a photomicrograph of a sliding surface that has been shot blasted with the alloy composition of Example 2.
  • FIG. 4C is a photomicrograph of a sliding surface subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Example 3.
  • FIG. 5A, FIG. 5B and FIG. 5C are micrographs of sliding surfaces in each comparative example.
  • FIG. 5A is a photomicrograph of a sliding surface not subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Comparative Example 1
  • FIG. 5B is a sliding surface of the alloy composition of Comparative Example 2 not subjected to shot blasting treatment.
  • a photomicrograph, FIG. 5C is a photomicrograph of a sliding surface of the alloy composition of Comparative Example 3 that has not been shot blasted.
  • the sliding surface 10 is formed into an uneven shape by performing shot blasting on the sliding layer 11,
  • the arithmetic average roughness (Ra) is 2.299 ⁇ m
  • the ten-point average roughness (Rz) is 8.739 ⁇ m
  • the average interval (Sm) of the unevenness is 0.3114 mm. there were.
  • the surface hardness (Hv) was 229 as shown in Table 1.
  • Example 2 in which the alloy composition is Cu—Sn—Bi, the arithmetic average roughness (Ra) is 2.344 ⁇ m, the ten-point average roughness (Rz) is 8.286 ⁇ m, and the average interval (Sm) of unevenness is 0.2. It was 2244 mm.
  • the surface hardness (Hv) was 231.
  • Example 3 in which the alloy composition is Cu—Sn—Pb, the arithmetic average roughness (Ra) is 1.821 ⁇ m, the ten-point average roughness (Rz) is 7.071 ⁇ m, and the average interval (Sm) of unevenness is 0.00. It was 2067 mm.
  • the surface hardness (Hv) was 236.
  • the sliding surface 100 is smooth by not performing the shot blasting process on the sliding layer 101.
  • the arithmetic average roughness (Ra) is 1.198 ⁇ m
  • the ten-point average roughness (Rz) is 7.976 ⁇ m
  • the average interval of unevenness (Sm) is 0. 2378 mm.
  • the surface hardness (Hv) was 118 as shown in Table 1.
  • FIG. 6A, FIG. 6B, FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 8A and FIG. 8B are photomicrographs of the sliding surfaces before and after the test of the half bearing in each example.
  • FIG. 6A is a photomicrograph before the test of the sliding surface of the half bearing subjected to shot blasting treatment with the alloy composition of Example 1 described above
  • FIG. 6B is shot blasting treatment with the alloy composition of Example 1. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of the half bearing which gave.
  • FIG. 7A is a photomicrograph of a sliding surface of a half bearing that has been shot blasted with the alloy composition of Example 2 before the test, and FIG. 7B is shot blasted with the alloy composition of Example 2. It is a microscope picture after the test of the sliding surface of a half bearing.
  • FIG. 8A is a photomicrograph of a sliding surface of a half bearing that has been shot blasted with the alloy composition of Example 3 before the test, and FIG. 8B is shot blasted with the alloy composition of Example 3. It is a microscope picture after the test of the sliding surface of a half bearing.
  • FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 10A, FIG. 10B, FIG. 11A and FIG. 11B are photomicrographs of the sliding surface before and after the test of the half bearing in each comparative example.
  • FIG. 9A is a micrograph before the test of the sliding surface of the half bearing with the alloy composition of Comparative Example 1 that has not been shot blasted
  • FIG. 9B is shot blasting with the alloy composition of Comparative Example 1. It is a microscope picture after the test of the sliding surface of the half bearing which has not been processed.
  • FIG. 10A is a photomicrograph of a sliding surface of a half bearing that has not been shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 2 before the test, and FIG. 10B is shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 2. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of the half bearing which is not.
  • FIG. 11A is a photomicrograph of a sliding surface of a half bearing that has not been shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 3 before the test, and FIG. 11B is shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 3. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of the half bearing which is not.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. It remained on the sliding surface.
  • the alloy composition of Example 1 does not contain Pb having a self-lubricating effect, and it is possible to suppress the occurrence of adhesion if an oil film can be appropriately retained under boundary lubrication without adding Pb. .
  • the half bearing 9 to which the sliding member of Example 2 having an alloy composition of Cu—Sn—Bi is applied is roughened by shot blasting as shown in FIG. 2B.
  • the uneven shape formed above and below the center line O becomes a sump of oil on the sliding surface and plays a role of retaining an oil film. There was no evidence of wearing.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. It remained on the sliding surface.
  • the half bearing 9 to which the sliding member of Example 3 having an alloy composition of Cu—Sn—Pb is applied is roughened by shot blasting as shown in FIG. 2C.
  • the uneven shape formed above and below the center line O becomes an oil reservoir on the sliding surface and plays a role of retaining an oil film. There was no evidence of wearing.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. 8B after the test. It remained on the sliding surface.
  • FIG. 12A, FIG. 12B, FIG. 13A, FIG. 13B, FIG. 14A and FIG. 14B are photomicrographs of the sliding surface before and after the test of the plain bearing in each example.
  • FIG. 12A is a micrograph before the test of the sliding surface of the plain bearing subjected to the shot blasting treatment with the alloy composition of Example 1 described above
  • FIG. 12B is the shot blasting treatment with the alloy composition of Example 1. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of the given plain bearing.
  • FIG. 13A is a photomicrograph of a sliding surface of a plain bearing that has been shot blasted with the alloy composition of Example 2 before the test
  • FIG. 13B is a flat photograph that has been shot blasted with the alloy composition of Example 2. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of a bearing.
  • FIG. 14A is a photomicrograph of a sliding surface of a plain bearing that has been shot blasted with the alloy composition of Example 3 before the test
  • FIG. 14B is a flat photograph that has been shot blasted with the alloy composition of Example 3. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of a bearing.
  • FIG. 15A, FIG. 15B, FIG. 16A, FIG. 16B, FIG. 17A and FIG. 17B are photomicrographs of the sliding surface before and after the test of the plain bearing in each comparative example.
  • FIG. 15A is a micrograph before a test of a sliding surface of a plain bearing that has not been shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 1 described above
  • FIG. 15B is a shot blasted process with the alloy composition of Comparative Example 1. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of the plain bearing which has not been given.
  • FIG. 16A is a photomicrograph of a sliding surface of a plain bearing that has not been shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 2 before the test, and FIG. 16B is shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 2. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of a flat bearing which is not.
  • FIG. 17A is a photomicrograph of a sliding surface of a plain bearing that has not been shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 3 before the test, and FIG. 17B is shot blasted with the alloy composition of Comparative Example 3. It is the microscope picture after the test of the sliding surface of a flat bearing which is not.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. It remained on the sliding surface.
  • the plain bearing 5 to which the sliding member of Example 2 having an alloy composition of Cu—Sn—Bi is applied is also roughened by shot blasting as shown in FIG. 2B.
  • An uneven shape formed above and below the center line O becomes an oil reservoir on the sliding surface, and plays a role of holding an oil film, and the sliding surface in the vicinity of the discharge port 51 shown in FIG. Further, as shown in FIG. 13B, no erosion was observed even after the test.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. 13B after the test. It remained on the sliding surface.
  • the plain bearing 5 to which the sliding member of Example 3 having an alloy composition of Cu—Sn—Pb is applied is also roughened by shot blasting as shown in FIG. 2C.
  • An uneven shape formed above and below the center line O becomes an oil reservoir on the sliding surface, and plays a role of holding an oil film, and the sliding surface in the vicinity of the discharge port 51 shown in FIG.
  • no erosion was observed even after the test.
  • the uneven shape of the sliding surface formed by the shot blasting process is as shown in FIG. 14B after the test. It remained on the sliding surface.
  • the oil flow formation under boundary lubrication is provided with an uneven shape on the sliding surface by shot blasting, and the surface hardness is improved. It has been found that erosion due to the above can be suppressed, and if the sliding member of each embodiment is applied to the plain bearing 5 of the piston pump 1 shown in FIG.
  • the sliding member of the present invention exhibits adhesion resistance, wear resistance, and erosion resistance even under boundary lubrication, it is suitable to be applied to a bearing of a hydraulic device where a high load is applied.

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Abstract

　高荷重が掛かる環境下に適した硬度を持ち耐磨耗性に優れた摺動部材を提供する。　被摺動物を摺動可能に支持する摺動層の表面にショットブラスト処理が施され、摺動層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０～２．５μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が５．０～１０．０μｍ、表面硬度（Ｈｖ）が２２０～２５０の凹凸形状を持つ摺動面が形成された摺動部材である。

Description

摺動部材
　本発明は、被摺動物を摺動可能に支持する摺動部材に関する。
　一般的に、摺動面においては、摩擦を減らすには摺動面は平滑な面となっているのが望ましい。しかし、摺動面を平滑な面とすると、摩擦抵抗は低く抑えられるが、摺動面である程度の熱が発生するので、所謂焼き付きによる凝着が発生する虞がある。このため、摺動面は適切な表面粗さを持つことが要求される。
　従来から、摺動面にショットブラストを施して凹部を形成することが周知技術であり、摺動部材の摺動面に、ショットブラスト処理により油溜まりを形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）
特許第４８４８８２１号公報
　摺動面にショットブラスト処理を施すことで、摺動面に油溜まりが形成されて低い摩擦係数を持つことができ、良好な摺動特性を持つことができる。しかし、油圧機器等、高荷重が掛かる環境下では、摺動面の硬度によってはショットブラスト処理で形成された凹凸形状を保持できない場合があり、所望の摺動特性を維持できなかった。
　本発明は、高荷重が掛かる環境下に適した硬度を持ち耐磨耗性に優れた摺動部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、ショットブラスト処理が施された物体の表面硬度が向上することに着目し、高荷重が掛かる環境下に適した硬度と、耐摩耗性等に適切な油溜まりが形成可能な表面粗さの組み合わせを見出した。
　本発明は、被摺動物を摺動可能に支持する摺動層の表面にショットブラスト処理が施され、摺動層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０～２．５μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が５．０～１０．０μｍ、表面硬度（Ｈｖ）が２２０～２５０の凹凸形状を持つ摺動面が形成された摺動部材である。
　ショットブラスト処理は、粒度が１８０～３００μｍの球形で、表面硬度（Ｈｖ）が２８０～６００の鉄系の金属材料で構成される研掃材が使用され、噴射距離を５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、研掃時間を５秒以上３０秒以下とすることが好ましい。
　また、摺動層は、ショットブラスト処理前の表面硬度（Ｈｖ）が、８０～１５０の銅合金で構成されることが好ましい。
　本発明の摺動部材では、摺動面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１．０～２．５μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）を５．０～１０．０μｍとすることで、摺動面に油溜まりが形成されると共に、摺動面の表面硬度（Ｈｖ）を２２０～２５０とすることで、高荷重が掛かる環境下であっても、摺動面の凹凸形状が維持できる。
　これにより、高荷重が掛かる環境下に適した高硬度特性を持たせることができ、耐摩耗性を確保しつつ、油圧機械等の分野において、耐キャビテーション・エロージョン性に優れるため、摺動部材の凝着や浸食を抑える効果がある。
本実施の形態の摺動部材が適用されるピストンポンプの一例を示す構成図である。 各実施例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各実施例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各実施例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各比較例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各比較例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各比較例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。 各実施例における摺動面の顕微鏡写真である。 各実施例における摺動面の顕微鏡写真である。 各実施例における摺動面の顕微鏡写真である。 各比較例における摺動面の顕微鏡写真である。 各比較例における摺動面の顕微鏡写真である。 各比較例における摺動面の顕微鏡写真である。 実施例１における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例１における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例２における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例２における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例３における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例３における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例１における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例１における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例２における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例２における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例３における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例３における試験前と試験後の半割軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例１における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例１における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例２における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例２における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例３における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 実施例３における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例１における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例１における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例２における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例２における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例３における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。 比較例３における試験前と試験後の平軸受の摺動面の顕微鏡写真である。
　本実施の形態の摺動部材は、被摺動物を摺動可能に支持する摺動層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）を１．０～２．５μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）を５．０～１０．０μｍ、表面硬度（Ｈｖ）を２２０～２５０とした凹凸形状の摺動面が形成される。
　本実施の形態の摺動部材は、単一の組成の金属材料、所定の組成の合金材料、合金材料の多孔質材に樹脂材料を含浸させたもの等で摺動層が形成され、摺動層の表面にショットブラスト処理を施すことで、油溜まりを形成して摺動性を向上させることが可能な所望の表面粗さを持つ摺動面が形成される。また、摺動層の表面にショットブラスト処理を施すことで、摺動層の表面硬さを向上させ、高荷重が掛かる環境下で要求される所望の表面硬度を持つ摺動面が形成される。
　ショットブラスト処理では、粒度を１８０～３００μｍ、表面硬度（Ｈｖ）を２８０～６００とした鉄系の金属材料で構成される略球形の研掃材が使用される。ショットブラスト処理は、研掃材の噴射距離を５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、研掃時間を５秒以上３０秒以下として、上述した研掃材を摺動層の表面に噴射することで行われる。
　本実施の形態では、表面硬度（Ｈｖ）が８０～１５０程度の既存の銅合金、例えばＣｕ－Ｓｎ系合金で形成した摺動層に、上述した条件でショットブラスト処理を施すことで、上述した所望の表面粗さ及び表面硬度を持つ摺動面が形成される。
　本実施の形態の摺動部材は、ショットブラスト処理によって摺動層に高硬度特性を持たせることで、油圧機械の分野において、耐キャビテーション・エロージョン性に優れるため、合金の浸食や疲労が起こり難い効果があり、特に油圧ポンプ等に適用して好適である。図１は、油圧機器の一例として、本実施の形態の摺動部材が適用されるピストンポンプの一例を示す構成図で、ピストンポンプの模式的な側断面図である。
　ピストンポンプ１は、シリンダブロック２が入力軸２０に支持されてケース３に取り付けられ、入力軸２０に伝達された駆動力でシリンダブロック２が回転する。シリンダブロック２には、回転方向に沿って複数のシリンダ２１が形成され、各シリンダ２１にピストン４が出し入れ可能に取り付けられる。
　ピストンポンプ１は、シリンダブロック２を回転可能に支持する平軸受５が設けられる。平軸受５は、シリンダブロック２の回転方向に沿って開口した吸入ポート５０と吐出ポート５１を備え、ケース３に設けられた吸入口３０と吸入ポート５０を連通させ、ケース３の吐出口３１と吐出ポート５１を連通させて、シリンダブロック２とケース３の間に取り付けられる。平軸受５は、本実施の形態の摺動部材が適用され、シリンダブロック２が被摺動物となって軸方向に押圧された状態で回転することで、シリンダブロック２と平軸受５が相対的に摺動する。
　ピストンポンプ１は、シリンダブロック２の回転に伴って、ピストン４をシリンダブロック２のシリンダ２１に対して出し入れさせる斜板６と、斜板６の角度を切り替えるヨーク６０と、斜板６及びヨーク６０を作動させる操作ピストン７及びリターンバネ８が設けられる。
　ピストンポンプ１は、シリンダブロック２の回転に伴って、シリンダブロック２からピストン４が突出する側のシリンダ２１で油が吸入され、ピストン４が突入する側のシリンダ２１で油が吐出される。ピストンポンプ１は、斜板６及びヨーク６０の角度を変えることで、ピストン４のストロークが変動し、油の吐出量が調整可能に構成される。
　ピストンポンプ１は、斜板６及びヨーク６０を揺動可能に支持する半割軸受９がケース３に設けられる。半割軸受９は、本実施の形態の摺動部材が適用され、ヨーク６０の軸部６１が被摺動物となって円周方向に押圧された状態で揺動することで、軸部６１と半割軸受９が相対的に摺動する。
　ピストンポンプ１は、シリンダブロック２が１方向に回転する構成では、油の吸入側と吐出側が固定された構成で、シリンダブロック２が正逆両方向に回転する構成では、油の吸入側と吐出側が切り替えられる構成である。平軸受５は、シリンダブロック２が軸方向に押圧されることにより高荷重が掛かる状態で、シリンダブロック２が円周方向に沿った１方向あるいは正逆両方向に摺動する。これにより、シリンダブロック２と平軸受５は、高荷重が掛かった状態で円方向に摺動する。
　また、ピストンポンプ１では、斜板６及びヨーク６０が正逆両方向に揺動することで、油の吐出量が可変となる構成であり、半割軸受９は、ヨーク６０の軸部６１が円周方向に押圧されることにより高荷重が掛かる状態で、軸部６１が円周方向に沿った正逆両方向に摺動する。これにより、軸部６１と半割軸受９は、高荷重が掛かった状態で直線方向に摺動する。
　（１）ショットブラスト処理の有無による摺動面の形状
　以下の表１に示す組成の合金材料で作製した摺動層に対して、上述した条件でショットブラスト処理を施して作製した実施例１～実施例３の摺動面と、ショットブラスト処理を施さずに作製した比較例１～比較例３の摺動面の形状、及び表面硬度を比較した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、各実施例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。ここで、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（１９９４）の規格に基づき、図２Ａは、実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の表面粗さ形状を示し、図２Ｂは、実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の表面粗さ形状を示し、図２Ｃは、実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の表面粗さ形状を示す。
　また、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、各比較例における摺動面の表面粗さ形状を示すグラフである。ここで、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（１９９４）の規格に基づき、図３Ａは、比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の表面粗さ形状を示し、図３Ｂは、比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の表面粗さ形状を示し、図３Ｃは、比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の表面粗さ形状を示す。
　図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、各実施例における摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図４Ａは、実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の顕微鏡写真、図４Ｂは、実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の顕微鏡写真、図４Ｃは、実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した摺動面の顕微鏡写真である。
　また、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、各比較例における摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図５Ａは、比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の顕微鏡写真、図５Ｂは、比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の顕微鏡写真、図５Ｃは、比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない摺動面の顕微鏡写真である。
　図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃと、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、各実施例では、摺動層１１にショットブラスト処理を施すことで、摺動面１０が凹凸形状となり、合金組成がCu-Snである実施例１では、算術平均粗さ（Ｒａ）が２．２９９μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が８．７３９μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．３１１４ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が、表１に示すように２２９であった。
　合金組成がCu-Sn-Biである実施例２では、算術平均粗さ（Ｒａ）が２．３４４μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が８．２８６μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２２４４ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が２３１であった。
　合金組成がCu-Sn-Pbである実施例３では、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．８２１μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が７．０７１μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２０６７ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が２３６であった。
　一方、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃと、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、各比較例では、摺動層１０１にショットブラスト処理を施さないことで、摺動面１００が平滑形状となり、合金組成がCu-Snである比較例１では、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．１９８μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が７．９７６μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２３７８ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が、表１に示すように１１８であった。
　合金組成がCu-Sn-Biである比較例２では、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９３１３μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が８．０９１μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．３５４７ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が１１６であった。
　合金組成がCu-Sn-Pbである比較例３では、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５７８４μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が４．０７４μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２７３２ｍｍであった。また、表面硬度（Ｈｖ）が１１４であった。
　以上の結果からショットブラスト処理を施した各実施例では、粗さの中心線Ｏに対して、上下両側に凹凸が形成されることが判った。一方、ショットブラスト処理を施していない各比較例では、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆どない表面形状となることが判った。また、ショットブラスト処理を施すことで、ショットブラスト処理を施さない場合と比較して、表面硬度は約２倍向上することが判った・
　（２）ショットブラスト処理の有無による耐久性の関係
　上述した表面形状の違いが凝着、磨耗、浸食といった耐久性に及ぼす影響を検証するため、図１に示すようなピストンポンプ１を使用して試験を行った。試験対象の摺動部材としては、ショットブラスト処理を施すことで、上述した実施例１～実施例３の摺動面１０を持つ平軸受５及び半割軸受９と、ショットブラスト処理を施さないことで、上述した比較例１～比較例３の摺動面１００を持つ平軸受５と半割軸受９を作製した。試験条件は以下の通りである。
　カットオフ耐久試験
　吐出圧力　：０～２８ＭＰａ
　サイクル数：３万回サイクル（ＯＮ：１ｓｅｃ，ＯＦＦ：１ｓｅｃ）
　油温　　　：６０℃
　軸回転数　：Ｎ＝１８００ｒｐｍ
　図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂは、各実施例における半割軸受の試験前と試験後の摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図６Ａは、上述した実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図６Ｂは、実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図７Ａは、上述した実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図７Ｂは、実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図８Ａは、上述した実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図８Ｂは、実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂは、各比較例における半割軸受の試験前と試験後の摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図９Ａは、上述した比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図９Ｂは、比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１０Ａは、上述した比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１０Ｂは、比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１１Ａは、上述した比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１１Ｂは、比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない半割軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図６Ａ及び図６Ｂに示すように、合金組成がCu-Snである実施例１の摺動部材が適用された半割軸受９では、図２Ａに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、図６Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡は見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図６Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図６Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、合金組成がCu-Snである比較例１の摺動部材が適用された半割軸受９では、図３Ａに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図９Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡が見られた。また、摺動面側のみならず、被摺動物となる図１に示す軸部６１にも凝着の形跡が見られ、摺動面と被摺動物が接する摺接部が発熱したことが伺える。
　ここで、実施例１の合金組成では、自己潤滑効果を持つPbは含まれず、Pbを添加せずとも、境界潤滑下で適切に油膜を保持できれば、凝着の発生を抑えられることが判った。
　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Biである実施例２の摺動部材が適用された半割軸受９でも、図２Ｂに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、図７Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡は見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図７Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図７Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Biである比較例２の摺動部材が適用された半割軸受９では、図３Ｂに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図１０Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡が見られた。また、摺動面側のみならず、被摺動物となる図１に示す軸部６１にも凝着の形跡が見られ、摺動面と被摺動物が接する摺接部が発熱したことが伺える。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Pbである実施例３の摺動部材が適用された半割軸受９でも、図２Ｃに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、図８Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡は見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図８Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図８Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Pbである比較例３の摺動部材が適用された半割軸受９では、図３Ｃに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図１１Ｂに示すように、試験後の摺動面に凝着の形跡が見られた。また、摺動面側のみならず、被摺動物となる図１に示す軸部６１にも凝着の形跡が見られ、摺動面と被摺動物が接する摺接部が発熱したことが伺える。
　以上のことから、各実施例の摺動部材では、境界潤滑下での油膜形成に対して、ショットブラスト処理で摺動面に凹凸形状が設けられること、及び表面硬度が向上することで、凝着及び磨耗が抑えられることが判り、各実施例の摺動部材を図１に示すピストンポンプ１の半割軸受９に適用すれば、耐凝着性及び耐磨耗性が向上することが判った。
　図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂは、各実施例における平軸受の試験前と試験後の摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図１２Ａは、上述した実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１２Ｂは、実施例１の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１３Ａは、上述した実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１３Ｂは、実施例２の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１４Ａは、上述した実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１４Ｂは、実施例３の合金組成でショットブラスト処理を施した平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７Ａ及び図１７Ｂは、各比較例における平軸受の試験前と試験後の摺動面の顕微鏡写真である。ここで、図１５Ａは、上述した比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１５Ｂは、比較例１の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１６Ａは、上述した比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１６Ｂは、比較例２の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１７Ａは、上述した比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験前の顕微鏡写真、図１７Ｂは、比較例３の合金組成でショットブラスト処理を施していない平軸受の摺動面の試験後の顕微鏡写真である。
　図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、合金組成がCu-Snである実施例１の摺動部材が適用された平軸受５でも、図２Ａに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、噴流が発生する図１に示す吐出ポート５１付近の摺動面に、図１２Ｂに示すように試験後であっても浸食が見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図１２Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図１２Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、合金組成がCu-Snである比較例１の摺動部材が適用された平軸受５では、図３Ａに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図１５Ｂに示すように、試験後の摺動面に噴流による浸食が見られた。
　図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Biである実施例２の摺動部材が適用された平軸受５でも、図２Ｂに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、噴流が発生する図１に示す吐出ポート５１付近の摺動面に、図１３Ｂに示すように試験後であっても浸食が見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図１３Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図１３Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Biである比較例２の摺動部材が適用された平軸受５では、図３Ｂに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図１６Ｂに示すように、試験後の摺動面に噴流による浸食が見られた。
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Pbである実施例３の摺動部材が適用された平軸受５でも、図２Ｃに示すように、ショットブラスト処理により粗さの中心線Ｏに対して上下に形成された凹凸形状が摺動面における油溜まりとなって、油膜保持の役割を担うようになり、噴流が発生する図１に示す吐出ポート５１付近の摺動面に、図１４Ｂに示すように試験後であっても浸食が見られなかった。
　また、ショットブラスト処理により摺動面の表面硬度が向上したことで、図１４Ａに示すように、ショットブラスト処理で形成された摺動面の凹凸形状が、図１４Ｂに示すように、試験後の摺動面に残存していた。
　一方、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、合金組成がCu-Sn-Pbである比較例３の摺動部材が適用された平軸受５では、図３Ｂに示すように、粗さの中心線Ｏより上側の凸部が殆ど見られないことから、油溜まりが形成されず、図１７Ｂに示すように、試験後の摺動面に噴流による浸食が見られた。
　以上のことから、各実施例の摺動部材では、境界潤滑下での油膜形成に対して、ショットブラスト処理で摺動面に凹凸形状が設けられること、及び表面硬度が向上することで、噴流による浸食が抑えられることが判り、各実施例の摺動部材を図１に示すピストンポンプ１の平軸受５に適用すれば、耐侵食磨耗性が向上することが判った。
　本発明の摺動部材は、境界潤滑下であっても、耐凝着性、耐磨耗性、耐浸食性を示すので、高荷重が掛かる油圧機器の軸受に適用して好適である。

Claims (3)

  1. 　被摺動物を摺動可能に支持する摺動層の表面にショットブラスト処理が施され、前記摺動層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０～２．５μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が５．０～１０．０μｍ、表面硬度（Ｈｖ）が２２０～２５０の凹凸形状を持つ摺動面が形成された
    　ことを特徴とする摺動部材。
  2. 　ショットブラスト処理は、粒度が１８０～３００μｍの球形で、表面硬度（Ｈｖ）が２８０～６００の鉄系の金属材料で構成される研掃材が使用され、噴射距離を５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、研掃時間を５秒以上３０秒以下とした
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記摺動層は、ショットブラスト処理前の表面硬度（Ｈｖ）が、８０～１５０の銅合金で構成される
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
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