JP2004059966A

JP2004059966A - 摺動部品とその製造方法

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Publication number: JP2004059966A
Application number: JP2002217333A
Authority: JP
Inventors: Teruo Shimizu; 清水　輝夫; Tsuneo Maruyama; 丸山　恒夫
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP4211045B2

Abstract

【課題】摺動部材において、摩擦抵抗の削減と耐食性の向上を効果的に図る。
【解決手段】銅系と錫の原料粉末１，２を成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結して軸受５を製造する。錫の原料粉末２が銅系の原料粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、振動により摺動面５１側に錫の原料粉末２を偏析する。得られた軸受５は、摺動面５１が錫に覆われ、摺動面５１から内部に向って銅の割合が高くなる。錫に覆われた摺動面５１に回転軸が摺動し、回転軸と摺動面５１との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となる。同時に銅により所定の強度と耐久性を得ることができる。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受などの摺動部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種の摺動部品として、回転軸を支承する軸受があり、この軸受の製法として、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を焼結してなる焼結含油軸受が広く用いられている。
【０００３】
その焼結含油軸受では、鉄系や銅系の原料粉末を用いて成形され、鉄系の原料粉末を用いれば強度的に優れた軸受が得られるものの、一般に回転軸には鋼などの鉄系材料が用いられ、このように軸受及び回転軸に同種の材料を用いると、摩擦抵抗が大となり、溶着摩耗の発生を招き、耐久性が損われる。一方、銅系の原料粉末を用いれば、軸受と回転軸との摩擦抵抗が極めて小さくなるが、軸受側の摩耗が大となり、耐久性を損う。
【０００４】
しかし、軸受等において、近年、摩耗と寿命に関する要求に加えて、さらに、耐食性に対する要求が高まり、硫黄イオン，硫化水素，硫酸化合物を含む液体中で、１０年以上の長期間でも腐食が進行しない性能が要求され、従来のものでは、この要求に対応することが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ、腐食の発生を防止することができる摺動部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の摺動部品は、前記目的を達成するために、銅系と錫の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記錫の原料粉末が前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に錫が偏析しているものである。
【０００７】
錫の原料粉末に偏平粉を用い、この偏平粉と銅系の原料粉末とを充填部に充填して振動を加えることにより、錫の偏平粉が表面側に偏析し、得られた摺動部品は、表面側が錫に覆われ、表面側から内部に向って錫の割合が低くなると共に銅の割合が高くなる濃度勾配をなす。
【０００８】
したがって、この摺動部品により軸受を構成した場合では、錫に覆われた表面側に回転体が摺動し、回転軸と表面側との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に銅により所定の強度と耐久性とが得られる。また、この構造では、回転体が摺動する表面側が摩耗しても、表面側の下には銅が所定の割合で含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の摺動部材において、摺動部の表面錫被覆率が８０％以上である。
【００１０】
これにより摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の焼結部品において、前記偏平粉のアスペクト比が５以上である。
【００１２】
偏平紛のアスペクト比を５以上とすることにより、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い摺動部品が得られる。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項２の焼結部品において、前記錫の原料粉末の割合が全体の５〜３０重量％である。
【００１４】
錫の原料粉末の割合が５重量％未満であると、表面側における錫の割合が低下し、摩擦抵抗が大きくなり、３０重量％を超えると、全体に示す錫の割合が多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００１５】
請求項５の摺動部品の製造方法は、前記目的を達成するために、銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析する方法である。
【００１６】
この方法を用いることにより、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図７は本発明の一実施形態を示す。
【００１８】
まず、本発明の製造方法につき説明すると、銅系の原料粉末１と錫の原料粉末２とを所定の割合で混合（Ｓ１）する。図２に示すように、銅系の原料粉末１にはアトマイズ粉などの略球状の不規則形状粉を用いる。一方、図３に示すように、錫の原料粉末２には偏平粉を用い、この偏平粉のアスペクト比（直径Ｄ／厚さＴ）は５以上、好ましくは７〜１５とする。また、銅系の原料粉末１には、銅粉末を主体とし、ニッケル粉末を２〜３０重量％及び炭素粉末を１〜８重量％混合したものを用いることができる。また、銅系の原料粉末１には、銅−ニッケルの合金粉を用いることもできる。
【００１９】
図４に示すように、軸受５は略円筒形をなし、その中央には回転体たる回転軸（図示せず）が回転摺動するほぼ円筒状の摺動面５１が形成され、この摺動部たる摺動面５１の長さ方向両側には平行で平坦な端面５２，５３が設けられ、その外周面５４は円筒状に形成されている。
【００２０】
混合（Ｓ１）した銅系と錫の原料粉末１，２を成形金型１１の充填部１６に充填する。
【００２１】
図５は成形金型１１の一例を示し、この成形金型１１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ１２、コアロッド１３、下パンチ１４および上パンチ１５を備えている。ダイ１２はほぼ円筒形状で、このダイ１２内にほぼ円柱形状のコアロッド１３が同軸的に位置している。下パンチ１４は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ１５は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ１２とコアロッド１３と下パンチ１４との間に充填部１６が形成され、前記ダイ１２の内周面が前記外周面５４を形成し、前記下パンチ１４の上面が前記端面５３を形成し、前記上パンチ１５の下面が前記端面５２を形成し、コアロッド１３の外周面が前記摺動面５１を形成する。
【００２２】
図５に示すように、前記充填部１６に、混合した銅系と錫の原料粉末１，２を充填し、これら原料粉末１，２に振動（Ｓ２）を与える。この場合、充填部１６の上部を上パンチ１５により塞ぎ、パンチ１４，１５により加圧することなく、充填部１６に０．０１〜３Ｇ程度の振動を与える。振動を受けると、偏平粉である錫の原材粉末２が充填部１６内の外側に偏析し、厚さ方向に重なり合うと共に、厚さと交叉する方向を表面側の長さ方向に合わせるようにして集まり、この後、上，下パンチ１５，１４により充填部１６内の原料粉末１，２を加圧することにより圧粉体６を成形（Ｓ３）する。この圧粉体６は図６に示すように、表面側に偏平粉である錫の原料粉末２が集まり、内部に向って銅系の原料粉末１の割合が増加する。その圧粉体を焼結（Ｓ４）することにより、焼結品である軸受５が形成される。
【００２３】
一例として、原料粉末２にアスペクト比７〜１０の偏平粉を用い、銅系の原料粉末１と錫の原料粉末２との割合を８５対１５（重量割合）とし、充填部１６において、０．１〜０．５Ｇ程度の振動を１秒間加えた後、加圧して圧粉体６を形成し、これを焼結した軸受５において、表面側から錫の濃度を測定した。図７に示すように、軸受５の摺動面５１と外周面５４の錫濃度を測定すると共に、それら摺動面５１と外周面５４との間の等間隔をなす７箇所で錫濃度を測定した。なお、図７では測定箇所に×印を付し、各測定箇所の錫濃度を図示上のグラフに示した。このように錫の原料粉末２の偏平粉を１５重量％以上用いることにより、表面側を錫１００％とすることができることが分かった。この場合の摺動面５１及び外周面５４の表面錫被覆率はほぼ１００％となる。
【００２４】
上記の表面錫被覆率は、表面をカラー写真撮影（倍率×１００）し、決められた２ｍｍ方眼のトレース用紙のフレームを写真上に重ね合わせ、錫部の面積比率を計算して算出される。
【００２５】
また、銅系の原料粉末１と錫の原料粉末２との割合を変え、９０対１０では表面錫被覆率が約９０％、９３対７では表面錫被覆率が８５％、９５対５では表面錫被覆率が８０％、９７対３では表面錫被覆率が６０％となった。
【００２６】
摺動面５１の表面錫被覆率が１００％で、摩擦抵抗が最低となり、硫酸１００ｐｐｍの液中で回転軸を始動する試験において、腐食の発生は見られず、表面錫被覆率が８０％程度までは同様な効果が得られた。一方、表面錫被覆率が１００％であっても、錫の原料粉末２の割合が３０重量％を超えると、強度が低下するため、錫の原料粉末２の割合は原料全体の５〜３０重量％とした。
【００２７】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、銅系と錫の原料粉末１，２を成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５において、錫の原料粉末２が銅系の原料粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面たる摺動面５１側に錫が偏析しているから、この偏平粉である錫の原料粉末２と銅系の原料粉末１とを充填部１６に充填して振動を加えることにより、錫の偏平粉が表面側に偏析し、得られた軸受５は、表面側が錫に覆われ、表面側から内部に向って錫より銅の割合が高くなる濃度勾配なす。
【００２８】
したがって、錫に覆われた表面たる摺動面５１に回転体が摺動し、回転軸と摺動面５１との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に銅により所定の強度と耐久性を得ることができる。また、この構造では、回転体が摺動する摺動面５１が摩耗しても、摺動面５１の下には所定の割合で錫が含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【００２９】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、摺動部たる摺動面５１の表面錫被覆率が８０％以上であるから、摺動面の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００３０】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、偏平粉のアスペクト比が５以上であるから、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い軸受５を得ることができる。
【００３１】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、錫の原料粉末１の割合が全体の５〜３０重量％であるから、低い摩擦抵抗と強度とを兼ね備えた軸受５を得ることができる。
【００３２】
このように本実施形態では、請求項５に対応して、銅系と錫の原料粉末１，２とを成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５の製造方法において、錫の原料粉末２に銅系の原料粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により充填部１６内の錫の原料粉末２を圧粉体５１の表面側に偏析するから、その圧粉体５１を焼結する軸受５は、摩擦係数が低く、耐久性に優れたものとなる。
【００３３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、偏平粉には、棒状のものも含まれ、この場合は長さと直径の比がアスペクト比となる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の摺動部品は、銅系と錫の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記錫の原料粉末が前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に錫が偏析しているものであり、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ摺動部品を提供することができる。
【００３５】
また、請求項２の発明は、請求項１の効果に加えて、摺動部の表面錫被覆率が８０％以上であり、摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００３６】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の効果に加えて、前記偏平粉のアスペクト比が５以上であり、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い摺動部品が得られる。
【００３７】
また、請求項４の発明は、請求項２の効果に加えて、前記錫の原料粉末の割合が全体の５〜３０重量％であり、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００３８】
請求項５の摺動部品の製造方法は、銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析する方法であり、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、錫の原料粉末の正面図である。
【図３】同上、錫の原料粉末を示し、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）は正面図である。
【図４】同上、軸受の斜視図である。
【図５】同上、成形金型の断面図である。
【図６】同上、圧粉体の断面図であり、一部を拡大表示している。
【図７】同上、軸受の断面説明図と銅の濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
１　銅系の原料粉末
２　錫の原料粉末（偏平粉）
５　軸受
６　圧粉体
１１　成形金型
１６　充填部
５１　摺動面（摺動部）

Claims

銅系と錫の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記錫の原料粉末が前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に錫が偏析していることを特徴とする摺動部品。
摺動部の表面錫被覆率が８０％以上であることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
前記偏平粉のアスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部品。
前記錫の原料粉末の割合が全体の５〜３０重量％であることを特徴とする請求項２記載の摺動部品。
銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析することを特徴とする摺動部品の製造方法。