JP2005350722A - 燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Bi1〜30質量%及び平均粒径が10〜50μmの硬質物粒子0.1〜10質量%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記硬質物粒子より平均粒径が小さいBi相がCuマトリックス中に分散する組織を有する。
【選択図】 図5
Description
燃料噴射ポンプは、通常、クランク軸によりベルト駆動され片持ち構造となるため、軸受にはベルト張力による偏荷重がかかる。軸受はエンジンの燃料によって潤滑されるが、粘度が低いことと偏荷重の負荷により境界潤滑状態になりやすい。このため軸受材には耐摩耗性・耐焼付き性といった性能が要求される。最近では、ディーゼルエンジンにおいて環境保護を目的に軽油燃料の低硫黄化が検討されており、潤滑性が低下するので特に耐摩耗性が必要である。
高圧化に対応するため,燃料噴射ポンプにはアウタカム圧送方式を採用している.この方式では内部にリングカムと呼ばれる部位があり,その摺動部には軸受が使用される.
図5は燃料噴射ポンプの一例を示し、図中1は偏心カム、2は軸受(ブシュ)、3はリングカムハウジングである。また4はハウジング、5は高圧バルブ、6はプランジャー、7は吸引制御バルブ、8は供給ポンプ、9はカムシャフト、10は吸引バルブ、11は接続管である。ここで使用される軸受は高圧化に伴い、軸受にかかる繰り返し面圧は高くなり、また、燃料による潤滑のため、油膜厚さ非常に薄い。これらの使用環境から軸受には耐焼付き性、耐疲労性の向上が求められる。
このような燃料噴射ポンプ用軸受には現在Pb含有軸受あるいは樹脂軸受が使用されている。
摺動用銅合金に添加されるPbは摺動時の温度上昇によって摺動面において膨張・展伸する結果、Pbは摺動面を冷却すると同時に、その優れた自己潤滑作用により焼付きを防止する。さらに、Pbは軟質分散相であるから、なじみ性及び異物埋収性を有している。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のCu-Bi系焼結合金において、Bi含有量が、1質量%未満であると耐焼付性が劣り、一方、30質量%を超えると強度が低下し、耐疲労性が劣るために、Bi含有量は1〜30質量%である。好ましいBi含有量は1〜15質量%である。
上記組成の残部は不可避的不純物とCuである。不純物は通常のものであるが、その中でもPbも不純物レベルとなっている。
さらに、銅合金に対する複合成分として、MoS2、黒鉛などの固体潤滑剤を5質量%以下添加することができる。
本発明の第一及び第二において、硬質物粒子の平均粒径は10〜50μmである。平均粒径が10μm未満であると、耐摩耗性に対する硬質物の効果が小さく、50μmを超えると焼結銅合金の強度が低下する。好ましい硬質物粒子の平均粒径は15〜30μmである。
本発明の合金組織は、銅合金の焼結中に硬質物粒子とBi相が接するような後者の流動をできるだけ阻止することである。
本発明の銅基焼結合金は、一般的にいうと、Bi相はなじみ性を発揮し、硬質物粒子がCuマトリックスに強固に保持され、その脱落が起こりがたく、耐摩耗性及び耐焼付き性が向上するとともに、強度や耐疲労性が良好になる。
(イ) Bi相は焼結合金全体において微細に分散しているために、材料自体のバルク性質が耐疲労性、耐食性及び強度の点で優れている。
(ロ) 硬質物粒子は殆どがCuもしくは銅合金マトリックスに保持されているので、摺動面における材料は耐摩耗性に優れている。
(ハ) 摺動面に存在するBi相によりPbフリーでも優れたなじみ性が達成される。
(ニ) 微細に分散されたBi相が優れた非凝着性と耐焼付性をもたらす。
Cu-Bi粉末をアトマイズ法により粉末とし,上記組成になるように硬質物粉末,他の金属成分を含む粉末を混合する。硬質物以外の成分はアトマイズにより得られる合金粉末でも良い。鋼板上に混合した粉末を均一の厚さに散布し,上記短時間焼結を行う。ロールで圧延し,再度短時間焼結した後,必要に応じてロールで圧延する。得られたバイメタル材を所定の大きさに切断し,円筒形になるように曲げ加工を行い,ブシュを製造する。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
上記方法により調製された銅合金表面をペーパーでラップして表面粗さ(十点平均粗さ)を1.0μm以下にした供試材に鋼球をあて、荷重をかけて一方向に滑らせる。滑らせた後の鋼球を観察し、鋼球に凝着しているCu合金の面積を測定する。凝着し易い材料は耐焼付き性に劣るため、凝着面積が小さいものが耐焼付性に優れる。
試験機:スティックスリップ試験機
荷重:500g
軸材質:SUJ2
潤滑油:なし
温度:室温〜200℃漸増
疲労強度と引張強度はよい相関にあり、引張強度が高いものが耐疲労性に優れているため、Cu-Bi合金の材料強度(引張強度)をJISに準拠した引張試験により行ない、これを疲労強度の代替特性とした。
実施例1の比較例材料No.4,実施例材料No.6を円筒形に曲げ、ブシュ形状に加工した後、ディーゼル燃料噴射ポンプに組み込んで耐久性試験を行なった。潤滑油として、JIS2号軽油を使用した。実施例材料No6は特に損傷が見られず、1000hrの試験を終了した。
Claims (5)
- Bi1〜30質量%及び平均粒径が10〜50μmの硬質物粒子0.1〜10質量%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記硬質物粒子より平均粒径が小さいBi相がCuマトリックス中に分散していることを特徴とする燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受。
- Bi1〜30質量%と、Sn1〜15質量%、Ni0.1〜5質量%及びP0.5質量%以下からなる群の少なくとも1種と、平均粒径が10〜50μmの硬質物粒子0.1〜10質量%とを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記硬質物粒子より平均粒径が小さいBi相が銅合金マトリックス中に分散していることを特徴とする燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受。
- Bi1〜30質量%及び平均粒径が10〜50μmの硬質物粒子0.1〜10質量%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記硬質物粒子と接しているBi相に関して、該Bi相全周に対する硬質物粒子の接触長さ割合が50%以下である硬質物粒子の存在割合が硬質物粒子個数の全体に対して70%以上であることを特徴とする燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受。
- Bi1〜30質量%と、平均粒径が10〜50μmの硬質物粒子0.1〜10質量%と、Sn1〜15質量%、Ni0.1〜5質量%、及び0.5質量%以下のPからなる群の少なくとも1種とを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記硬質物粒子と接しているBi相に関して、該Bi相全周に対する硬質物粒子の接触長さ割合が50%以下である硬質物粒子の存在割合が硬質物粒子個数の全体に対して70%以上であることを特徴とする燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受。
- 前記硬質物粒子はFe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3BなどのFe系化合物である請求項1から4までの何れか1項記載の燃料噴射ポンプ用Pbフリー軸受。
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