JP2002339004A

JP2002339004A - 自己潤滑性表面を有する軽量部品及びその製造方法

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Publication number: JP2002339004A
Application number: JP2001149384A
Authority: JP
Inventors: Akira Okada; 亮岡田; Naoyuki Inada; 尚行稲田; Kiichi Nagara; 毅一長柄; Shogo Tomita; 正吾冨田
Original assignee: KAMIOKA BUHIN KOGYO KK; Toyama Prefecture
Current assignee: KAMIOKA BUHIN KOGYO KK; Toyama Prefecture
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP4555507B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自己潤滑性表面を有し、寸法精度が良好であ
り、充分な機械的特性を有し、軽量であるアルミニウム
合金系トライボロジー応用製品、並びにその製造方法を
提供すること。【解決手段】（ａ）純金属粉及び／又は合金粉の混合物
でその総合組成がＪＩＳで規定されているアルミニウム
合金組成となる粉末混合物、ＪＩＳで規定されているア
ルミニウム合金組成の合金粉末を加圧下でパルス通電に
より焼結させて形成された構造部材と、（ｂ）粉末状固
体潤滑材及び／又は表面が無電解めっき処理により被覆
されている粉末状固体潤滑材５〜３０質量％と、残部の
銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉末との混合物を加圧下でパ
ルス通電により焼結させて形成された自己潤滑性表面部
材と、（ｃ）上記（ａ）と（ｂ）との界面に加圧下での
パルス通電による焼結によって形成された金属間化合物
層と、からなる、自己潤滑性表面を有する軽量部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自己潤滑性表面を有
するアルミニウム合金系軽量部品及びその製造方法に関
し、より詳しくは、自己潤滑性表面を有し、寸法精度が
良好であり、充分な機械的特性を有するアルミニウム合
金系軽量部品、並びにそのような軽量部品を加圧下での
パルス通電による焼結法を利用して手間がかからずに容
易に製造することができる製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金法による焼結機械部品は高品質
で安価に大量生産できることから、その生産量は近年増
加傾向にあり、例えば、自動車業界においてはエンジン
部品、駆動系部品、シャーシ等に使用されている。そし
て、それらは殆どが鉄鋼材料で造られている。

【０００３】また、摺動部分に使用されるトライボロジ
ー応用製品としては、鉄鋼材料を用いて焼結法によって
本体部を作製し、別個に作製した摺動部をその本体部に
張り付けている。このような製法は手間がかかるだけで
なく、得られる製品は当然に重いという欠点がある。

【０００４】近年、地球環境に対する負荷の低減、省エ
ネルギーといった観点から、自動車や鉄道車両等の輸送
機関の軽量化に対するニーズが高まっており、自動車部
品等のアルミ化が鋳造品、プレス品から進んできてい
る。この軽量化を目的としたトライボロジー応用製品と
しては、アルミニウム合金ダイカストで本体部を作製
し、別個に作製した摺動部をその本体部に張り付けるこ
とが実施されている。しかし、このアルミニウム合金ダ
イカスト製本体部の作製においては、製造方法の都合
上、抜きテーパーを設ける必要があるため、所要の寸法
精度を得るために機械加工を実施しており、余分な工数
が増える上、寸法精度の確保が難しく、歩留りが悪いと
いうのが現状である。

【０００５】また、軽量化を目的としたトライボロジー
応用製品としては、粉末冶金法を用いてアルミニウム合
金粉末から本体部を作製し、別個に作製した摺動部をそ
の本体部に張り付けることも試みられているが、無加圧
雰囲気下での焼結である粉末冶金法を用いてアルミニウ
ム合金粉末から本体部を作製しているので緻密化するこ
とは困難であり、得られる製品は鉄系材料を用いて作製
した製品よりも強度、延性、耐久性、耐摩耗性等の機械
的性質が劣っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な諸問題を解決しようとするものであり、自己潤滑性表
面を有し、寸法精度が良好であり、充分な機械的特性を
有し、軽量であるアルミニウム合金系トライボロジー応
用製品、並びにそのような軽量部品を加圧下でのパルス
通電による焼結法を利用して手間がかからずに容易に製
造することができる製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の目的
を達成するために種々検討を重ねた結果、成形型中に
（ａ）構造部材となるアルミニウム合金粉末、又は純金
属粉及び／又は合金粉の混合物でその総合組成がアルミ
ニウム合金組成となる粉末混合物と、（ｂ）粉末状固体
潤滑材粉末と銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉末との混合物
とを積層充填し、加圧下でパルス通電により一体焼結さ
せることにより上記の目的が達成されることを見出し、
本発明を完成した。

【０００８】即ち、本発明の自己潤滑性表面を有する軽
量部品は、（ａ）純金属粉及び／又は合金粉の混合物で
その総合組成がＪＩＳで規定されている展伸材用アルミ
ニウム合金組成又は鋳造用アルミニウム合金組成となる
粉末混合物、ＪＩＳで規定されている展伸材用アルミニ
ウム合金組成の合金粉末、又はＪＩＳで規定されている
鋳造用アルミニウム合金組成の合金粉末を加圧下でパル
ス通電により焼結させて形成された構造部材と、（ｂ）
粉末状固体潤滑材及び／又は表面が無電解めっき処理に
より被覆されている粉末状固体潤滑材５〜３０質量％
と、残部の銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉末との混合物を
加圧下でパルス通電により焼結させて形成された自己潤
滑性表面部材と、（ｃ）上記（ａ）と（ｂ）との界面に
加圧下でのパルス通電による焼結によって形成された金
属間化合物層とからなることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の自己潤滑性表面を有する軽
量部品の製造方法は、成形型中に、（ａ）純金属粉及び
／又は合金粉の混合物でその総合組成がＪＩＳで規定さ
れている展伸材用アルミニウム合金組成又は鋳造用アル
ミニウム合金組成となる粉末混合物、ＪＩＳで規定され
ている展伸材用アルミニウム合金組成の合金粉末、又は
ＪＩＳで規定されている鋳造用アルミニウム合金組成の
合金粉末と、（ｂ）粉末状固体潤滑材及び／又は表面が
無電解めっき処理により被覆されている粉末状固体潤滑
材５〜３０質量％と、残部の銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金
粉末との混合物とを積層充填し、加圧下でパルス通電に
より一体焼結させることを特徴とする。

【００１０】更に、本発明の自己潤滑性表面を有する軽
量部品の製造方法は、上記の製造方法で得られた焼結体
を更に冷間圧縮により塑性加工して寸法精度を改善する
ことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の自己潤滑性表面
を有する軽量部品、及びその製造方法について説明す
る。本発明の自己潤滑性表面を有する軽量部品は、構造
部材と、自己潤滑性表面部材と、それらの界面に存在す
る金属間化合物層とからなるものであり、この構造部材
は、純金属粉及び／又は合金粉の混合物でその総合組成
がＪＩＳで規定されている展伸材用アルミニウム合金組
成又は鋳造用アルミニウム合金組成となる粉末混合物、
ＪＩＳで規定されている展伸材用アルミニウム合金粉
末、又はＪＩＳで規定されている鋳造用アルミニウム合
金粉末を加圧下でパルス通電により焼結させて形成され
たものである。

【００１２】本発明において、ＪＩＳで規定されている
展伸材用アルミニウム合金組成としては、ＪＩＳで規定
されている合金番号２０００系、３０００系、４０００
系、５０００系、６０００系、７０００系等のアルミニ
ウム合金組成があり、ＪＩＳで規定されている鋳造用ア
ルミニウム合金組成としては、ＪＩＳで規定されている
記号ＡＣ１Ｂ、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４
Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ５Ａ、ＡＣ７
Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９
Ｂ、ＡＤＣ１、ＡＤＣ１Ｃ、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３、ＡＤ
Ｃ５、ＡＤＣ６、ＡＤＣ７、ＡＤＣ８、ＡＤＣ１０、Ａ
ＤＣ１０Ｚ、ＡＤＣ１１、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１２Ｚ、
ＡＤＣ１４等がある。

【００１３】本発明においては、強度の面で、アルミニ
ウム合金組成がＪＩＳで規定されている展伸材用アルミ
ニウム合金組成であることが好ましく、ＪＩＳで規定さ
れている合金番号２０００系のアルミニウム合金組成、
殊にＪＩＳで規定されている合金番号２０１４のアルミ
ニウム合金組成であることが一層好ましい。

【００１４】本発明において、純金属粉及び／又は合金
粉の混合物でその総合組成がＪＩＳで規定されている展
伸材用アルミニウム合金組成又は鋳造用アルミニウム合
金組成となる粉末混合物としては、純アルミニウム粉、
その他の純金属粉及び種々の母合金粉を適切に組み合わ
せて、例えば、純アルミニウム粉、純銅粉、純ケイ素
粉、５０質量％Ａｌ−５０質量％Ｍｇ合金粉を用いてそ
の総合組成をＪＩＳで規定されている合金番号２０１４
のアルミニウム合金組成としたものがある。

【００１５】本発明においては、構造部材は上記したよ
うなアルミニウム合金組成の粉末を加圧下でパルス通電
により焼結させて形成されるので、構造部材のかさ密度
は真密度の９８％以上、好ましくは９９％以上、最も好
ましくはほぼ１００％となり、緻密化されているので、
強度等の機械的特性に優れたものとなる。

【００１６】本発明の自己潤滑性表面を有する軽量部品
の自己潤滑性表面部材は、粉末状固体潤滑材及び／又は
表面が無電解めっき処理により被覆されている粉末状固
体潤滑材５〜３０質量％と、残部の銅又はＣｕ−Ｓｎ系
銅合金粉末との混合物を加圧下でパルス通電により焼結
させて形成されたものである。

【００１７】本発明においては、粉末状固体潤滑材とし
て、本発明の軽量部品が使用される環境に応じて、Ｍｏ
Ｓ₂、ＷＳ₂、ＮｂＳ₂等の硫化物、ＢＮ等の窒化物、
黒鉛、雲母、亜鉛華、酸化鉛、滑石及び硫黄からなる群
より選ばれた粉末状固体潤滑材、或いはこれらの粉末状
固体潤滑材の表面が無電解めっき処理により、例えば銅
無電解めっき処理により被覆されているものを用いるこ
とができる。また、自己潤滑性表面部材中に占める粉末
状固体潤滑材の量は、所望の自己潤滑性や強度等を考慮
して５〜３０質量％とする。

【００１８】本発明においては、上記した構造部材と自
己潤滑性表面部材との界面に加圧下でのパルス通電によ
る焼結によって形成された金属間化合物層が存在する。
この金属間化合物層の存在により、構造部材と自己潤滑
性表面部材との接合が良好になっていると判断される。

【００１９】本発明の製造方法は、成形型中に、（ａ）
純金属粉及び／又は合金粉の混合物でその総合組成がＪ
ＩＳで規定されている展伸材用アルミニウム合金組成又
は鋳造用アルミニウム合金組成となる粉末混合物、ＪＩ
Ｓで規定されている展伸材用アルミニウム合金組成の合
金粉末、又はＪＩＳで規定されている鋳造用アルミニウ
ム合金組成の合金粉末と、（ｂ）粉末状固体潤滑材及び
／又は表面が無電解めっき処理により被覆されている粉
末状固体潤滑材５〜３０質量％と、残部の銅又はＣｕ−
Ｓｎ系銅合金粉末との混合物とを積層充填し、加圧下で
パルス通電により一体焼結させることを特徴とするもの
である。

【００２０】本発明の製造方法で用いる原料については
上記で説明した通りである。成形型については黒鉛型、
超硬型、ダイス鋼型等を用いることができ、黒鉛型を用
いることが好ましい。本発明においては、まず最初に、
上記の（ａ）成分及び（ｂ）成分を積層充填するのであ
るが、何れの成分を先に充填するかは必ずしも重要では
ない。しかしながら、目的とする軽量部品の形状によっ
ては、（ａ）成分又は（ｂ）成分の何れかを先に充填す
ることが好ましい場合もある。

【００２１】本発明の製造方法においては、加圧下での
パルス通電により一体焼結させるのであり、圧粉体の粒
子間隙に直接パルス状の電気エネルギーが投入され、粒
子間に局所的な高温場が形成されるので、これまで焼結
が困難であるとされていた材料や異種材料からなる複合
材料等の焼結が短時間で且つ高品質に得ることができ
る。表面に強固な酸化物被膜を有するアルミニウム粉、
アルミニウム合金粉と、粉末状固体潤滑材を含有する銅
粉又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉との一体焼結には特に有効
な手段である。本発明の製造方法においては、上記のよ
うにして得られた焼結体を更に冷間圧縮により塑性加工
して寸法精度を改善することができる。

【００２２】

【実施例】実施例１構造部材形成用粉末として、純アルミニウム粉、純銅
粉、純ケイ素粉、５０質量％Ａｌ−５０質量％Ｍｇ合金
粉を用いてその総合組成がＡｌ−４．０質量％Ｃｕ−
０．６質量％Ｍｇ−０．８質量％Ｓｉとなるように配合
し、Ｖ型混合機を用いて充分に混合して粉末混合物を用
意した。また、自己潤滑性表面部材形成用粉末として、
表面が無電解めっき処理により銅で被覆されている黒鉛
粉末２０質量％とＣｕ−２０質量％Ｓｎ合金粉末８０質
量％とをＶ型混合機を用いて充分に混合して粉末混合物
を用意した。

【００２３】パルス通電加圧焼結装置として住友石炭鉱
業製のＳＰＳ−１０５０を用い、成形型として図１に示
す形状（外径２８ｍｍ、中心部の穴の内径５ｍｍ、最大
高さ１３．５ｍｍ）のラックガイドを成形できる黒鉛製
成形型を用いた。黒鉛製成形型中に構造部材形成用粉末
を充填してその表面を平にし、その上に自己潤滑性表面
部材形成用粉末を積層充填した。５０ＭＰａの加圧下で
パルス通電により７８０Ｋに加熱し、５分間保持して焼
結させた。

【００２４】この焼結体の形状は図１に示す通りであ
り、１は構造部材であり、２は自己潤滑性表面部材であ
る。１の部分のみについて測定した引張強さは２７２Ｍ
Ｐａであり、伸びは１３．６％であり、かさ密度は真密
度と実質的に同一であった。

【００２５】また、１と２との界面部分のＳＥＭ像は図
２に示す通りであった。図２から明らかなように、界面
にはアルミニウムと銅との反応による厚さ約８μｍの金
属間化合物層が形成されており、また、１の部分（図２
で下側）も２の部分（図２で上側）も緻密化しており、
ポア等は認められなかった。

【００２６】上記のようにして得られた直径２８ｍｍの
ラックガイドの上部と下部との直径の差は０．０２ｍｍ
程度で寸法精度の優れたものであった。しかし、このラ
ックガイドを４９０ＭＰａで冷間圧縮により塑性加工し
たところ、ラックガイドの上部と下部との直径の差は
０．００１ｍｍとなり、寸法精度が顕著に改善された。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の自己潤
滑性表面を有する軽量部品は自己潤滑性表面を有し、寸
法精度が良好であり、充分な機械的特性を有している。
また、本発明の製造方法は上記のような優れた自己潤滑
性表面を有する軽量部品を手間がかからずに容易に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で製造されたラックガイドの斜視図
である。

【図２】実施例１で製造されたラックガイドの界面部
分のＳＥＭ像である。

【符号の説明】

１構造部材２自己潤滑性表面部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲田尚行岐阜県吉城郡神岡町大字麻生野363番地神岡部品工業株式会社内 (72)発明者長柄毅一富山県高岡市二上町150番地富山県工業技術センター内 (72)発明者冨田正吾富山県高岡市二上町150番地富山県工業技術センター内Ｆターム(参考） 4K018 AA05 AA15 AB01 AB03 AB04 AB05 AB07 AB10 AC01 BC26 EA21 FA01 JA02 JA07 JA14 KA02 KA63

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）純金属粉及び／又は合金粉の混合物
でその総合組成がＪＩＳで規定されている展伸材用アル
ミニウム合金組成又は鋳造用アルミニウム合金組成とな
る粉末混合物、ＪＩＳで規定されている展伸材用アルミ
ニウム合金組成の合金粉末、又はＪＩＳで規定されてい
る鋳造用アルミニウム合金組成の合金粉末を加圧下でパ
ルス通電により焼結させて形成された構造部材と、（ｂ）粉末状固体潤滑材及び／又は表面が無電解めっき
処理により被覆されている粉末状固体潤滑材５〜３０質
量％と、残部の銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉末との混合
物を加圧下でパルス通電により焼結させて形成された自
己潤滑性表面部材と、（ｃ）上記（ａ）と（ｂ）との界面に加圧下でのパルス
通電による焼結によって形成された金属間化合物層とか
らなることを特徴とする自己潤滑性表面を有する軽量部
品。
【請求項２】アルミニウム合金組成がＪＩＳで規定され
ている展伸材用アルミニウム合金組成である請求項１記
載の自己潤滑性表面を有する軽量部品。
【請求項３】アルミニウム合金組成がＪＩＳで規定され
ている合金番号２０００系のアルミニウム合金組成であ
る請求項２記載の自己潤滑性表面を有する軽量部品。
【請求項４】構造部材のかさ密度が真密度の９８％以上
である請求項１、２又は３記載の自己潤滑性表面を有す
る軽量部品。
【請求項５】粉末状固体潤滑材がＭｏＳ₂、ＷＳ₂、Ｎ
ｂＳ₂、ＢＮ、黒鉛、雲母、亜鉛華、酸化鉛、滑石及び
硫黄からなる群より選ばれたものである請求項１記載の
自己潤滑性表面を有する軽量部品。
【請求項６】成形型中に、（ａ）純金属粉及び／又は合金粉の混合物でその総合組
成がＪＩＳで規定されている展伸材用アルミニウム合金
組成又は鋳造用アルミニウム合金組成となる粉末混合
物、ＪＩＳで規定されている展伸材用アルミニウム合金
組成の合金粉末、又はＪＩＳで規定されている鋳造用ア
ルミニウム合金組成の合金粉末と、（ｂ）粉末状固体潤滑材及び／又は表面が無電解めっき
処理により被覆されている粉末状固体潤滑材５〜３０質
量％と、残部の銅又はＣｕ−Ｓｎ系銅合金粉末との混合
物とを積層充填し、加圧下でパルス通電により一体焼結
させることを特徴とする自己潤滑性表面を有する軽量部
品の製造方法。
【請求項７】請求項６記載の製造方法で得られた焼結体
を更に冷間圧縮により塑性加工して寸法精度を改善する
ことを特徴とする自己潤滑性表面を有する軽量部品の製
造方法。