JP2000309807A

JP2000309807A - 摺動部材

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Publication number: JP2000309807A
Application number: JP11662999A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kurimoto; 覚栗本; Kenji Sakai; 健至酒井; Getsuko Higuchi; 月光樋口; Koichi Yamamoto; 康一山本; Takayuki Shibayama; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP3497766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動部材において、潤滑性、耐摩耗性、強度
の向上を図る。【解決手段】摺動部材は、裏金上に、重量比で銅３０
〜７０％、黒鉛５〜１５％、残部がニッケルからなる焼
結合金層４を接着層３を介して被着してなる。この場
合、黒鉛全体の５０％以上が７５〜９００μｍの大きさ
の黒鉛粉末によって占められるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は潤滑性物質として黒
鉛を含有した摺動部材に係り、特に強度および摺動特性
の向上を図ったものに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来より、移動する物
体を潤滑油を使用することなく低摩擦で支える摺動部材
として、薄肉の鋼板により形成された裏金上に、焼結合
金層を被着形成してなるものが知られている。この摺動
部材にあって、その性能は、主に、裏金上に被着形成さ
れる焼結合金層の摩擦係数、耐摩耗性、強度などによっ
て左右される。しかしながら、従来の摺動部材では、摩
擦係数、耐摩耗性、強度ともに満足のゆくものではなか
った。そこで、本発明の目的は、強度、摩擦係数や耐摩
耗性などの摺動特性に優れた摺動部材を提供することに
ある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、裏金
上に、重量比で銅３０〜７０％、黒鉛５〜１５％、残部
がニッケルからなる焼結合金層を被着してなり、前記黒
鉛は、その全体の５０％以上が７５〜９００μｍの大き
さの黒鉛粉末によって占められていることを特徴とする
ものである。

【０００４】ニッケルは焼結合金層の強度および耐摩耗
性の向上に寄与する。銅はニッケル成分中に拡散して摺
動特性の向上に寄与する。３０％未満であると凝着を起
こすなど摺動特性が低下し、７０％を越えるとマトリッ
クスの強度が低下する。

【０００５】黒鉛は焼結合金層に自己潤滑性を与え、摩
擦係数、耐摩耗性などの摺動特性の向上に寄与する。５
％未満であると摩擦係数が大きくなり、摩耗量の増加を
もたらすなど摺動特性が低下する。黒鉛の機械的強度は
非常に小さいので、１５％を越えると、焼結合金層の強
度が低下する。

【０００６】ところで、従来では、黒鉛の含有率に注目
して焼結合金層の摺動特性の改善が試みられており、従
来では、黒鉛粉末としては、概ね５０μｍ程度或いはそ
れ以下のものが使用されていて、その大きさについて特
に考慮されていなかった。本発明者は黒鉛の粉末の大き
さが焼結合金層の強度に影響を与えること、および、強
度のみならず、摺動特性に対しても影響を及ぼすことを
究明した。

【０００７】すなわち、黒鉛粉末が大きいと、焼結合金
層の強度が強くなる。これは、次のような理由によるも
のと考えられる。つまり、焼結合金層の引張試験を行う
と、マトリックス中に散在する黒鉛の粉末の間を結ぶよ
うにして亀裂が生ずる。これは、黒鉛の機械的強度は非
常に弱いため、弱い箇所を結ぶようにして亀裂が生ずる
のである。このため、黒鉛粉末相互間の間隔が長いほ
ど、金属マトリックスに亀裂が入り難く、強度的に優れ
るものとなる。そして、同じ重量％の黒鉛を含有する焼
結合金層を比較すると、大きい黒鉛粉末ばかりを使用し
たものの方が、小さい黒鉛粉末ばかりを使用したものよ
りも、黒鉛粉末の数が少なく、金属マトリックス中に散
在する黒鉛粉末相互間の間隔が大きくなるので、大きい
黒鉛粉末を用いた方が、強度が強くなるものと考えられ
る。

【０００８】黒鉛の大きさが７５μｍ未満では強度の向
上が余り見られず、９００μｍを越えると、強度が低下
する。また、７５μｍ〜９００μｍの大きさの黒鉛粉末
が黒鉛全体の５０％未満では、強度の向上が期待できな
い。

【０００９】一方、焼結合金層の強度が向上、すなわち
金属マトリックスの耐摩耗性が向上することにより、ア
ブレッシブ摩耗が発生し難くなる。その結果、摺動面お
よび相手材の表面に強固な黒鉛被膜が形成され、摩擦係
数の低下や摩耗量の低減など、摺動特性が向上する。

【００１０】請求項２の発明は、焼結合金層の密度比が
８０％以上であることを特徴とするものである。密度比
が８０％未満では、焼結合金層の強度が低下し、摩耗量
も増加する。これは、焼結合金層の強度が低下すると、
銅マトリックスが破壊され易くなって焼結合金層の表面
が荒れるので、摩耗し易くなるからと考えられる。

【００１１】請求項３の発明は、焼結合金層は、重量比
で錫２〜８％、燐０．１〜１％のいずれか一方、または
双方を含んでいることを特徴とするものである。錫は強
度の向上に寄与する。２％未満であると効果がなく、８
％を越えると銅−錫、ニッケル−錫の化合物を形成し、
脆くなる。燐はニッケル−燐、銅−燐などの化合物を形
成し、強度、耐摩耗性を向上させる。０．１％未満であ
るとその効果がなく、２％を越えると脆くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照しながら説明する。図４に示すように、摺動部材１
は、例えば薄肉の鋼板により形成された裏金２上に接着
層３を介して焼結合金層４を被着してなる。上記接着層
３は、焼結合金層４を裏金２に強固に接合させるための
もので、例えばニッケルまたは銅、あるいはニッケルと
銅の合金からなる。

【００１３】焼結合金層４は、重量比で、銅３０〜７０
％、黒鉛５〜１５％、錫２〜８％、燐０．１〜１％、残
部がニッケルからなる。ただし、錫２〜８％および燐
０．１〜１％のいずれか一方、或いは双方はなくとも良
い。

【００１４】ここで、上記構成の摺動部材１を製造する
手順の一例を説明する。まず、薄肉鋼板からなる裏金２
上に、ニッケルまたは銅、あるいはニッケルと銅の合金
からなる接着層３を電気メッキ、溶射などによって５〜
１５０μｍの厚さに被着する。なお、接着層３は、ニッ
ケルまたは銅、或いはニッケルと銅の合金からなる薄肉
板を裏金２上に圧接手段によって接合して得る構成であ
っても良い。

【００１５】一方、ニッケル粉末、銅粉末、黒鉛粉末、
錫粉末、燐粉末を混合し、焼結合金層４形成用の混合粉
末を得る。これらの成分割合ついて具体的に述べると、
銅成分は摺動特性の向上のために３０〜７０％、黒鉛成
分は摺動特性の向上のために５〜１５％、錫成分は強度
の向上のために２〜８％、燐成分は強度、耐摩耗性の向
上のために０．１〜１％に定め、残部は耐摩耗性および
強度の向上のためのニッケルとする。なお、成分の割合
は重量比で示した（以下に同じ）。

【００１６】ここで、黒鉛は、７５〜９００μｍの大き
さの粉末が黒鉛全体の５０％以上を占めるようにする。
この場合、黒鉛は球形、塊状のものであっても勿論良い
が、鱗片状、偏平状のものの方が好ましい。なお、黒鉛
粉末の大きさを表す寸法は、ほぼ円形のものでは直径、
ほぼ楕円形のものでは長径、鱗片状、偏平状のものでは
長い部分の寸法をいう。

【００１７】このような混合粉末を、接着層３を被着し
た裏金２上に所定厚さに均一に散布し、還元雰囲気中で
８００〜１０００℃の温度で１０〜３０分間焼結し、粉
末どうしの焼結と裏金２への接合を行って焼結合金層４
を形成する。その後、ロールにより圧延して焼結合金層
４の緻密化と厚さ調整を行い、緻密化と裏金２への接合
強度を高めるために、再度、還元雰囲気中で８００〜１
０００℃の温度で１０〜３０分間焼結することとロール
による圧延とを繰り返し行う。このようにして得られた
摺動部材１の総厚は８．８ｍｍ、焼結合金層４の厚さは
１．４ｍｍであった。

【００１８】上記圧延は、最終的に焼結合金層４の密度
比が８０％以上となるように行う。ここで、焼結合金層
４内には粉末を焼結するという製法上、空孔が存在する
が、密度比とは、焼結合金層４の構成成分の理論上の密
度を焼結合金層４の実際の密度で除した値を百分率で表
したものをいう。

【００１９】さて、本発明者は、図１に示す組成の本発
明品と比較品とについて、摩擦係数および摩耗量を測定
する摺動特性試験および引張強さを測定する強度試験を
行った。その結果を図１に示す。なお、摺動特性試験の
うち、摩耗量測定試験は、焼結合金層４上で相手材を面
圧１ＭＰａで１０，０００回往復させたときの厚さ変化
を摩耗量として測定したものである。

【００２０】図１から理解されるように、本発明品は、
比較品に比べ、全体的に摩擦係数が小さく摩耗量も少な
く、優れた摺動特性を有する。また、本発明品は、引張
強度が強く、強度上も優れている。以下にその詳細を述
べる。

【００２１】（１）黒鉛の割合まず、焼結合金層４中の黒鉛の割合と摺動特性および強
度との関係について検討する。本発明品４と比較品２と
を対比すると、本発明品４では、摩耗量１０μｍ、摩擦
係数０．１８、引張強度は１１８ＭＰａであるのに対
し、比較品２では、摩耗量２５μｍ、摩擦係数０．２
５、引張強さは５２ＭＰａであり、摺動特性および強度
ともに本発明品４の方が優れている。

【００２２】一方、本発明品４と比較品２では、焼結合
金層４中のニッケル、銅、錫、燐の割合、および黒鉛中
に占める７５〜９００μｍの大きさの黒鉛粉末の割合は
概ね一致しているが、本発明品４では焼結合金層４の黒
鉛の割合が１０％であるのに対し、比較品２では黒鉛の
割合が２０％と多くなっている。このことから、焼結合
金層４中の黒鉛の含有量が多過ぎると、摺動特性および
強度に悪影響を及ぼすことが理解される。

【００２３】焼結合金層４中の黒鉛の割合の範囲につい
て考察して見ると、例えば本発明品１では、焼結合金層
４中に黒鉛を１４％と比較的多く含むが、この本発明品
１の引張強さは９２ＭＰａであり、実用上必要とされる
強度を備えている。また、本発明品６および７では、焼
結合金層４中の黒鉛の含有量は５％と比較的少なく、そ
のために引張強さは１５０ＭＰａ、１２２ＭＰａと強く
なっており、しかも、摺動特性においても優れたものと
なっている。比較品６では、引張強さは１５８ＭＰａと
強いが、摩擦係数、摩耗量とも劣る。

【００２４】以上のことから、焼結合金層４の黒鉛の割
合は重量比で５〜１５％が強度および摺動特性の点で好
ましいと言える。

【００２５】（２）黒鉛粉末の大きさ本発明品６と比較品３、４とでは、焼結合金層４中のニ
ッケル、銅、錫、燐、黒鉛の割合は概ね同じであるが、
黒鉛の大きさが異なる。すなわち、本発明品６では大き
さ７５〜９００μｍの黒鉛粉末が黒鉛全体の７５％を占
めるが、比較品３では７５〜９００μｍの黒鉛粉末は含
まれておらず、黒鉛全体が７５μｍ未満の粉末であり、
比較品４では黒鉛全体が９００μｍを越える粉末で占め
られている。

【００２６】そして、摺動特性について、本発明品６が
摩耗量７μｍ、摩擦係数０．１７であるのに対し、比較
品３では摩耗量１５μｍ、摩擦係数０．２２、比較品４
では摩耗量１５μｍ、摩擦係数０．２０となっていて本
発明品６の方が優れた摺動特性を呈する。また、強度に
ついても、本発明品６が引張強さ１５０ＭＰａであるの
に対し、比較品３、４では引張強さがそれぞれ７１ＭＰ
ａ、７０ＭＰａと弱い。このことから、黒鉛中に大きさ
７５〜９００μｍの黒鉛粉末が適当量含まれていると、
強度において強く、摺動特性にも優れていることが理解
される。

【００２７】一方、焼結合金層４の引張試験を行うと、
破断線はマトリックス中に散在する黒鉛の粉末の間を結
ぶように発生する。これは、黒鉛は機械的強度が非常に
弱いため、弱い箇所を結ぶようにして亀裂が生ずるから
である。ここで、黒鉛の総重量が同じであるが、１個１
個の黒鉛粉末が大きい場合と小さい場合とを比べると、
黒鉛粉末が大きい場合には、図３（ａ）に示すように、
焼結合金層中の黒鉛粉末の数が少なく、黒鉛粉末間の距
離は長い。逆に、黒鉛粉末が小さい場合には、図３
（ｂ）に示すように、焼結合金層中の黒鉛粉末の数が多
く、黒鉛粉末間の距離は短くなる。このため、黒鉛の粉
末が大きいと、焼結合金層が破断するときの金属マトリ
ックスの破断線（図３に破線で示す）が長くなるので、
強度としては強くなるのである。

【００２８】７５〜９００μｍの黒鉛粉末がどの程度含
まれていると、摺動特性および強度ともに優れたものと
なるかということに関し、本発明品９と比較品５とが示
唆を与える。本発明品９は、７５〜９００μｍの黒鉛粉
末を黒鉛全体の５６％含んでいる。これに対し、比較品
５では、７５〜９００μｍの黒鉛粉末を黒鉛全体の４２
％しか含んでいない。この結果、他の組成はほぼ同じで
あるのに、本発明品９は比較品５に比べ、摺動特性およ
び強度ともに優れている。このことから、７５〜９００
μｍの黒鉛粉末を黒鉛全体の５０％含んでいると、摺動
特性および強度ともに優れた摺動部材を得ることができ
ると言える。

【００２９】（３）焼結合金層の密度比本発明品６と比較品１とでは、焼結合金層４の組成は概
ね一致しているが、焼結合金層４の密度比において異な
る。そして、密度比９０％である本発明品６の引張強さ
が１５０ＭＰａであるのに対し、密度比６９％である比
較品１では９０ＭＰａしかなく、密度比の高い本発明品
６の方が強度的に優れる。そして、発明者の別の試験結
果から、密度比を８０％以上とすると、焼結合金層４の
強度が向上することが分かった。

【００３０】（４）接着層の厚さと強度との関係摺動部材１の性能は、裏金２と焼結合金層４との密着性
によっても左右される。この密着性を計測するために、
本発明者は本発明品７に示す成分の焼結合金４を裏金２
に被着するについて、接着層３の厚さを種々変えて焼結
合金層４と裏金２との接合強度を調べる剪断試験を行っ
た。

【００３１】図２に剪断力試験の結果を示す。この試験
結果から、接着層３の厚さは５μｍ以上あれば、剪断値
は８０ＭＰａ以上となって実用上十分であることが分か
る。そして、接着層３の厚さが１５０μｍ以上になる
と、接着層３の厚さとは関係なく、剪断値はほぼ一定と
なる。このことから、接着層３の厚さは５〜１５０μｍ
とすると良いことが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、摺動部材の焼
結合金層の組成と摺動特性および引張強さの試験結果を
示す図

【図２】接着層の剪断試験の結果を示す図

【図３】破断状態を示す焼結合金層の断面図

【図４】摺動部材の断面図

【符号の説明】

図中、１は摺動部材、２は裏金、３は接着層、４は焼結
合金層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口月光名古屋市北区猿投町２番地大同メタル工業株式会社内 (72)発明者山本康一名古屋市北区猿投町２番地大同メタル工業株式会社内 (72)発明者柴山隆之名古屋市北区猿投町２番地大同メタル工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA04 AA08 AB07 AC01 BB04 BD09 CA45 DA11 DA31 EA52 FA05 HA08 JA22 KA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏金上に、重量比で銅３０〜７０％、黒
鉛５〜１５％、残部がニッケルからなる焼結合金層を被
着してなり、前記黒鉛は、その全体の５０％以上が７５
〜９００μｍの大きさの黒鉛粉末によって占められてい
ることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記焼結合金層の密度比は、８０％以上
であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】焼結合金層には、重量比で錫２〜８％お
よび燐０．１〜１％のいずれか一方、または双方が含ま
れていることを特徴とする請求項１または２記載の摺動
部材。